本发明属于机器人领域，涉及一种带伞齿轮驱动的腿部结构及腿足式机器人。
背景技术：
1、随着机器人技术的不断发展，机器人在工业制造、医疗护理、救援救灾以及日常生活中得到了广泛的应用。特别是在复杂环境中的应用场景中，腿足式机器人凭借其优异的运动能力和适应性，成为了研究的热点。与传统的轮式和履带式机器人相比，腿足式机器人能够在崎岖不平的地形上行走，如山地、沙漠、废墟等，具有更强的环境适应能力。
2、腿足式机器人通常由多个关节和连杆组成，这些关节通过复杂的传动系统进行驱动，以实现类似于生物体的步态运动。目前，市场上常见的腿足式机器人多采用电机直接驱动或液压驱动的方式来控制关节的运动。这些方法虽然可以实现精确的控制和较大的输出力矩，但在实际应用中，仍存在一些限制。
3、电机直接驱动，即电机通过联轴器或直接与关节连接，驱动关节运动。这种方式结构简单，响应速度快，并且传动效率高。然而，电机直接驱动在需要大扭矩输出的应用中存在局限性。为了获得足够的扭矩输出，通常需要选用功率更大的电机，这不仅增加了机器人的整体重量，还可能导致能量消耗过高，从而限制机器人的续航能力。此外，电机直接驱动的输出转速较高，需要额外的减速装置来降低关节的转速，这也会增加系统的复杂性和成本。
4、液压驱动是另一种广泛应用于腿足式机器人的驱动方式，尤其在大负载、高功率的应用场景中。液压驱动系统通过液压油传递动力，能够提供很高的力矩输出，并且具有较高的功率密度。然而，液压系统通常结构复杂，包含泵、阀、管道等多个部件，不仅增加了系统的体积和重量，还需要定期维护以保证其正常运行。此外，液压系统的效率受液压油的泄漏和温度变化影响较大，在长时间工作或高温环境下可能导致系统性能的下降。
5、现有的腿足式机器人大多采用一体化设计，这类传动系统不仅结构复杂，而且装配困难，导致组件更换复杂且制造成本高，维护难度大。由于传动系统的多级传递，能量在传递过程中损耗较大，导致整体驱动效率低，影响机器人的续航能力。为了实现复杂的关节运动，现有技术中使用的大型驱动装置和传动系统往往导致腿部结构的体积和重量显著增加，不利于机器人在复杂地形中的灵活运动。在长期使用或在恶劣环境下，现有的传动系统易出现磨损、松动等问题，影响机器人的稳定性和可靠性。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种带伞齿轮驱动的腿部结构及腿足式机器人，解决现有驱动方式驱动效率低的问题。
2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、一种带伞齿轮驱动的腿部结构，包括髋关节电机、大腿关节电机和小腿关节电机；
4、所述髋关节电机连接大腿关节电机，所述大腿关节电机上安装有大腿传动轴，所述大腿传动轴通过第一大腿齿轮与大腿转动轴上的第二大腿齿轮啮合，所述小腿关节电机上安装有小腿传动轴，所述小腿传动轴通过第一小腿齿轮与小腿转动轴上的第二小腿齿轮啮合，所述第一大腿齿轮、第二大腿齿轮、第一小腿齿轮和第二小腿齿轮均为伞齿轮。
5、进一步的，所述髋关节电机通过髋关节连接件连接大腿关节电机，所述髋关节连接件上开设有第一电机转轴固定孔和第一电机外壳固定孔，所述第一电机转轴固定孔与髋关节电机的转轴通过螺钉固定，所述第一电机外壳固定孔与大腿关节电机通过螺钉固定。
6、进一步的，所述髋关节连接件的一侧设置有第一轴承放置位，所述第一轴承放置位与大腿转动轴配合，所述大腿转动轴的一端设置有轴肩，所述大腿转动轴的另一端与大腿壳体上的凸台配合。
7、进一步的，所述小腿关节电机固定在大腿壳体内，所述大腿壳体的一侧开设有第一转动轴固定孔和第一大腿壳体通孔，所述大腿转动轴一端的沉头孔与第一转动轴固定孔通过螺钉固定，所述大腿转动轴一端与第一大腿壳体通孔配合，所述大腿壳体的另一侧开设有第二转动轴固定孔和第二大腿壳体通孔，所述大腿转动轴另一端的转动轴通孔与第二转动轴固定孔通过开口销固定，所述大腿转动轴另一端与第二大腿壳体通孔配合。
8、进一步的，所述大腿壳体上设置有第二轴承放置位和第三轴承放置位，所述第二轴承放置位和第三轴承放置位与小腿转动轴配合，所述小腿转动轴的一端设置有轴肩，所述小腿转动轴的另一端与小腿壳体上的凸台配合。
9、进一步的，所述小腿转动轴固定在小腿壳体上，所述小腿壳体的一侧开设有第三转动轴固定孔和第一小腿壳体通孔，所述小腿转动轴一端的转动轴通孔与第三转动轴固定孔通过开口销固定，所述小腿转动轴一端与第一小腿壳体通孔配合，所述小腿壳体的另一侧开设有第四转动轴固定孔和第二小腿壳体通孔，所述小腿转动轴另一端的沉头孔与第四转动轴固定孔通过螺钉固定，所述小腿转动轴一端与第二小腿壳体通孔配合。
10、进一步的，所述小腿壳体的另一侧开设有滑槽，所述小腿传动轴穿过滑槽，所述小腿壳体固定连接小腿，所述小腿通过粘连固定连接足端，所述足端与小腿过渡配合。
11、进一步的，所述大腿传动轴和小腿传动轴的一端均开设有第二电机转轴固定孔，所述大腿传动轴通过第二电机转轴固定孔与大腿关节电机的转轴螺钉固定，所述小腿传动轴通过第二电机转轴固定孔与小腿关节电机的转轴螺钉固定。
12、进一步的，所述大腿传动轴与第一大腿齿轮、大腿转动轴与第二大腿齿轮、小腿传动轴与第一小腿齿轮和小腿转动轴与第二小腿齿轮之间均通过顶丝固定。
13、一种腿足式机器人，包括所述的带伞齿轮驱动的腿部结构。
14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
15、本发明提供一种带伞齿轮驱动的腿部结构，通过将髋关节电机与连接大腿关节电机连接，在大腿关节电机上安装有大腿传动轴，在小腿关节电机上安装有小腿传动轴，将大腿传动轴与大腿转动轴和小腿传动轴与小腿转动轴通过伞齿轮啮合。通过齿轮组的啮合传递动力，优化了动力传递路径，能够有效地将电机的高转速转换为低转速高扭矩的输出，适应腿足机器人关节对大扭矩、低转速的要求。伞齿轮作为齿轮传动中的一种特殊形式，具有传动平稳、承载能力强的特点，尤其适用于空间受限的复杂结构中。通过引入伞齿轮传动机构，优化齿轮传动系统的动力传递效率，简化腿部传动系统的设计，减小结构的体积和重量，使机器人在面对复杂地形时能够保持更高的运动稳定性和负载能力，从而提升机器人整体的运动性能和可靠性。本发明中采用的伞齿轮传动系统有效地放大了电机的扭矩输出，使得机器人在面对陡坡或载重较大的情况下仍然能够维持稳定的步态。此外，关节结构和齿轮传动配合提供了更高的运动精度和控制灵活性，解决了传统传动方式精度不足的问题，从而提高了机器人在精细操作和复杂任务中的执行能力，使得在复杂地形下的运动表现更为优越，通过伞齿轮的精确啮合和优化的传动比，可以有效减小电机负载，延长电机的使用寿命并减少能耗。
16、进一步的，本发明采用模块化的设计，将大腿、小腿及髋关节结构独立化处理，每个组件之间采用标准化接口连接。这种设计不仅大幅降低了装配和维护的复杂性，而且使得在出现故障时可以快速更换单独的部件，而无需拆解整个系统，减少了维护难度和故障率，提高了机器人在恶劣环境中的耐用性。
17、进一步的，本发明通过在髋关节连接件、大腿壳体和小腿壳体中精准设置轴承放置位，并且在轴肩处设计抵挡结构，确保轴承的稳定性和传动轴的平稳运作。通过合理的结构布局，不仅减少了传动过程中的振动和摩擦，还提升了整体系统的刚性和耐用性。轴承的精确配合能够有效降低磨损，延长设备使用寿命，同时也提升了在各种运动状态下的精度和稳定性。
18、进一步的，本发明采用左右对称的设计，不仅简化了制造过程，还有效保证了整个结构的平衡性。在运动过程中，对称的设计能够使各个关节受力均匀，减少不必要的应力集中，从而降低结构的变形和磨损，紧凑的结构布局减少了整体尺寸，使得机器人在狭小或复杂的环境中更具灵活性，进一步提升了其应用场景的多样性和适应性。
19、进一步的，小腿关节电机放置在大腿壳体内，大腿壳体上有镂空设计，有助于小腿关节电机更好散热。