两自由度髋关节组件、髋腿连接结构及人形机器人的制作方法

本技术涉及人形机器人，尤其涉及一种两自由度髋关节组件、髋腿连接结构及人形机器人。

背景技术：

1、现有技术中，对于0.6～1米的小尺寸人形机器人，大腿根部空间、支撑跨距和结构件壁厚均受到明显限制。在需要同时具备摆腿和抬腿两个正交自由度的情况下，若将关节模组沿单一方向简单堆叠，会导致髋部宽度过大或大腿根部长度过长，难以保持整体外观比例；若将关节模组集中偏置于一侧，则承载路径容易偏离转动中心，在小规格支撑结构上形成偏载、晃动、磨损或疲劳风险。此外，抬腿自由度的动力通常需通过较长的传动链向外传递，进一步挤占有限的根部空间。

技术实现思路

1、本技术旨在提供一种两自由度髋关节组件、髋腿连接结构及人形机器人，能够在仿儿童体型人形机器人的尺度约束下，使大腿上端两个自由度形成结构紧凑、受力相对均衡的布置，并有利于降低髋部侧向外廓增大、大腿根部长度增加以及局部支撑偏磨的风险。

2、第一方面，本技术提供一种人形机器人的大腿上端两自由度髋关节组件，包括：

3、关节基座，包括第一基板部和第二基板部，第一基板部的一端与第二基板部的一端垂直设置，第一基板部上设有第一连接部，第一连接部与第二基板部位于第一基板部的同一侧，第二基板部上设有第二连接部和第三连接部，第三连接部设置于第二基板部靠近第一基板部的一端，且第二连接部与第三连接部分别位于第二基板部的两侧，第二连接部和第一基板部位于第二基板部的同一侧；

4、抬腿驱动组件，包括抬腿关节和主动齿轮，抬腿关节与第二连接部固定连接，抬腿关节具有抬腿输出法兰，主动齿轮与抬腿输出法兰固定连接并随其转动，主动齿轮与人形机器人的髋连接组件转动连接；

5、腿连接件，包括在人形机器人的大腿结构的延伸方向上固定连接的第四连接部和第五连接部，第四连接部与第一基板部转动连接，第五连接部与大腿结构连接；及

6、摆腿驱动组件，包括摆腿关节；摆腿关节为反转式关节，摆腿关节具有摆腿固定盘及摆腿输出法兰，摆腿固定盘为输出侧，摆腿输出法兰为静止侧；摆腿输出法兰与第一连接部固定连接，摆腿固定盘与第四连接部固定连接；抬腿关节的转动轴线与摆腿关节的转动轴线正交；在大腿结构的延伸方向上，第五连接部位于抬腿关节和摆腿关节靠近大腿结构的一侧；

7、其中，当摆腿关节驱动其固定盘转动时，第四连接部随摆腿固定盘相对于关节基座转动，腿连接件带动大腿结构做摆腿运动。

8、在本技术一些实施例中，关节基座大致呈l形，抬腿关节的转动轴线与第二基板部垂直；

9、第四连接部和抬腿关节位于第二基板部背离第三连接部的一侧；

10、在第二基板部的延伸方向上，第四连接部的一部分位于抬腿关节与第一基板部之间；

11、抬腿关节在垂直于大腿结构的延伸方向的平面上的正投影完全落在第五连接部在垂直于大腿结构的延伸方向的平面上的正投影上，摆腿关节在垂直于大腿结构的延伸方向的平面上的正投影与第五连接部在垂直于大腿结构的延伸方向的平面上的正投影部分重叠。

12、在本技术一些实施例中，第四连接部包括相互固定连接的安装套筒以及支撑座体，安装套筒具有容置腔体，支撑座体与第五连接部可拆卸连接，安装套筒的轴向与支撑座体的轴向相互垂直；

13、摆腿关节收容于容置腔体内并与安装套筒固定连接，摆腿输出法兰与第一连接部固定连接，摆腿关节的转动轴线、安装套筒的中心轴线以及第一连接部的中心轴线共线。

14、在本技术一些实施例中，第四连接部包括第一连接端，第一连接端固定设置于安装套筒的内壁且靠近第一基板部；第一连接端呈环状结构；

15、摆腿固定盘与摆腿输出法兰位于摆腿关节的同一轴向侧，摆腿输出法兰与第一连接部固定连接，摆腿固定盘与第一连接端固定连接；

16、支撑座体于远离安装套筒的一侧设有第二连接端，第二连接端与第五连接部固定连接；第二连接端在与大腿结构的延伸方向垂直的方向上的一端凸出于安装套筒，且形成一限位台阶部，抬腿驱动组件的至少一部分位于限位台阶部之上；

17、其中，第一连接端和第二连接端的中心轴线相互垂直。

18、在本技术一些实施例中，摆腿输出法兰上具有第一定位孔，第一连接部上设置有第二定位孔，第一定位孔与第二定位孔位置相对；通过定位柱连接第一定位孔和第二定位孔，以使摆腿关节与关节基座的第一基板部定位连接；和/或

19、摆腿输出法兰上还具有第一连接孔，第一连接孔与第一定位孔相邻设置；第一连接部上还设置有第二连接孔，第二连接孔与第一连接孔位置相对；通过紧固件穿过第二连接孔并固定于第一连接孔，以将摆腿驱动组件与关节基座固定连接。

20、第二方面，本技术还提供一种髋腿连接结构，包括：两个如上所述的两自由度髋关节组件；及两个髋连接组件，分别与两个两自由度髋关节组件连接；

21、其中，每个髋连接组件包括被动齿轮、轴承支撑件及髋连接件，被动齿轮与髋连接件一端固定连接，轴承支撑件设置于髋连接件内部且与髋连接件转动连接；被动齿轮具有中心孔，轴承支撑件的一部分设置于被动齿轮的中心孔内；

22、髋连接件与人形机器人的髋结构固定连接，被动齿轮与每个两自由度髋关节组件的主动齿轮啮合以传递抬腿关节的旋转运动，第三连接部与轴承支撑件固定连接。

23、在本技术一些实施例中，第二基板部上还具有第一容置槽，第一容置槽的开口朝向对应的髋结构；髋连接件具有安装槽；

24、髋连接组件还包括轴承、第一压环及第二压环；轴承、第二压环及轴承支撑件均设置于安装槽内；第一压环与髋连接件在髋连接件的轴向上固定连接且靠近髋结构，第二压环在髋连接件的轴向上与髋连接件转动连接，第二压环及轴承支撑件沿髋连接件的轴向设置，轴承支撑件远离第二压环的一端与第三连接部固定连接；被动齿轮远离髋连接件的一端与第一容置槽的面向髋结构的底壁抵接；

25、第一压环与髋连接件配合以在髋连接件的轴向上固定轴承的外圈；第二压环与轴承支撑件配合以在髋连接件的轴向上固定轴承的内圈；

26、髋连接件、轴承、第一压环、第二压环、轴承支撑件及被动齿轮同轴设置。

27、在本技术一些实施例中，第一压环包括呈环形的压环本体，压环本体与髋连接件固定连接，压环本体的内侧沿其径向向压环本体的中心凸出于髋连接件，以形成朝向轴承外圈设置的第一髋台阶部；

28、髋连接件被构造有第一槽段和第二槽段，第一槽段和第二槽段在安装槽的轴向上相邻设置，第一槽段与压环本体抵接，第一槽段的内径大于第二槽段的内径，第一槽段和第二槽段的连接处形成有第二髋台阶部；

29、第二压环构造有第一环段、第二环段及第三环段，第一环段、第二环段及第三环段在压环本体的轴向上依次相邻设置，第一环段、第二环段及第三环段的外径依次减小，第一环段和第二环段的连接处形成有第三髋台阶部，第二环段和第三环段的连接处形成有第四髋台阶部；

30、轴承支撑件构造有第一支撑环段、第二支撑环段及第三支撑环段，第二支撑环段及第三支撑环段分别设置于第一支撑环段在轴承支撑件的轴向上的两侧，第二支撑环段及第三支撑环段在轴承支撑件的轴向上交错设置；第二支撑环段朝向髋结构，第三支撑环段的外径、第二支撑环段的外径及第一支撑环段的外径依次增大，第三支撑环段的内径小于第二支撑环段的内径且等于第一支撑环段的内径；第一支撑环段和第二支撑环段的连接处形成有第五髋台阶部，第二支撑环段及第三支撑环段的连接处形成有第六髋台阶部；第三支撑环段与第三连接部固定连接；

31、轴承的外圈在其轴向上的两端面分别与第一髋台阶部和第二髋台阶部抵接，轴承的内圈在其轴向上的两端面分别与第三髋台阶部和第五髋台阶部抵接；

32、轴承的外圈在其径向上的外壁与第一槽段抵接，轴承的外圈在其径向上的内壁与第二支撑环段的外壁抵接；

33、第二支撑环段远离第一支撑环段的一端与第四髋台阶部抵接，第三环段远离第一环段的一端与第六髋台阶部抵接，第三环段与第三支撑环段通过紧固件固定连接。

34、在本技术一些实施例中，髋连接件还被构造有第三槽段，第三槽段与第二槽段相邻设置，第三槽段的内径小于第二槽段的内径，第三槽段与第二槽段的连接处形成有第七髋台阶部；被动齿轮的一端收容于安装槽内且与第三槽段固定连接；

35、第一支撑环段和第三支撑环段的连接处形成有第八髋台阶部，第八髋台阶部面向第七髋台阶部及被动齿轮的一端，且与第七髋台阶部及被动齿轮的一端之间具有间隙；

36、被动齿轮具有沿轴向延伸的中心孔，第三支撑环段伸入被动齿轮内部且与中心孔的内壁之间具有间隙。

37、在本技术一些实施例中，第一压环还包括第四髋连接部及多个支撑条，每个支撑条的一端与压环本体固定连接，另一端与第四髋连接部固定连接；多个支撑条沿第四髋连接部的周向均匀分布；

38、第四髋连接部与第二压环在第一压环的轴向上具有部分重叠；

39、第四髋连接部具有沿第一压环的轴向延伸且具有侧向开口的第二容置槽以及与第二容置槽连通的第一顶丝孔；

40、髋连接组件还包括导电滑环；导电滑环具有固定部和与固定部的一端转动连接的转动部；导电滑环自第二容置槽的侧向开口进入第二容置槽内，固定部与第二容置槽的内壁抵接且与自第一顶丝孔插入的第一顶丝件抵接，以固定导电滑环；

41、第二压环及轴承支撑件的中心具有第一通道，导电滑环的转动部收容于第一通道内。

42、在本技术一些实施例中，导电滑环还包括滑环连接端，滑环连接端与转动部远离固定部的一端固定连接且沿导电滑环的轴向延伸；

43、导电滑环还包括滑环限位件，滑环限位件大致呈t型且包括第一限位部及自第一限位部的中心沿导电滑环的轴向延伸的第二限位部，第二限位部的横截面呈方形；滑环限位件的侧壁具有缺口，导电滑环的导线自缺口进入滑环限位件的内部；

44、滑环限位件的中心具有沿导电滑环的轴向延伸的第二通道，第二通道与缺口连通，导电滑环的导线的一部分收容于第二通道内；第一限位部上还设置有至少一个与第二通道连通的顶丝孔，顶丝孔沿第二通道的径向延伸，滑环连接端延伸至第二通道内并被自顶丝孔插入的顶丝件抵接，以将滑环限位件与导电滑环固定连接；

45、第三连接部呈环形，第二基板部上还具有滑环限位槽，滑环限位槽在第三连接部的径向上的横截面呈方形，第二限位部自第三连接部一侧与滑环限位槽插接，导电滑环的导线自滑环限位槽内延伸而出。

46、第三方面，本技术还提供一种人形机器人，包括：如上所述的两自由度髋关节组件；或如上所述的髋腿连接结构。

47、在本技术一些实施例中，人形机器人还包括：髋结构，与所述两自由度髋关节组件连接；大腿结构，与所述两自由度髋关节组件的所述第五连接部连接；躯干组件，与所述髋结构转动连接；及头颈组件，与所述躯干组件转动连接。

48、本技术提供的两自由度髋关节组件、髋腿连接结构及人形机器人，具有如下技术效果：

49、第一，由于关节基座包括相互垂直的第一基板部和第二基板部，并将第一连接部与第二连接部、第三连接部分别布置在两个垂直部分上，使得摆腿关节和髋连接组件能够错开布置，而非沿单一方向堆叠，从而能够在狭小的大腿根部空间内实现两个正交自由度的紧凑组合，有利于控制髋部宽度和大腿根部长度。

50、第二，由于第三连接部临近第一基板部并与髋连接组件的轴承支撑件转动连接，使得关节基座相对于髋连接组件的转动中心靠近关节基座的结构中心，有利于改善承载路径，降低偏载和局部晃动风险；同时，由于所述第一连接部与所述第二基板部位于所述第一基板部的同一侧，抬腿关节的传动齿轮能够与髋连接组件的被动齿轮啮合，有利于缩短抬腿自由度的传动路径。

51、第三，由于第二连接部与第三连接部分别位于第二基板部的两侧，使得摆腿关节与髋连接组件形成相背布局，有利于分散作用力；腿连接件的第五连接部位于抬腿关节与摆腿关节之间且处于两者下方，便于大腿结构从中间位置自然延伸，有利于保持腿部整体外观比例。

52、因此，该技术方案能够在0.6～1米小尺寸人形机器人大腿根部空间、支撑跨距和结构件壁厚均受限的条件下，使大腿上端两个自由度形成结构紧凑、受力相对均衡的布置，并有利于降低髋部侧向外廓增大、大腿根部长度增加以及局部支撑偏磨的风险。