万向节、腿部结构及人形机器人的制作方法

1.本发明属于人形机器人技术领域，尤其涉及一种万向节、腿部结构及人形机器人。


背景技术：

2.人形机器人的腿部结构在其踝关节等关节部位可能会采用万向节来实现变角度动力传递。传统地，万向节通常包括万向轴体、第一转动件和第二转动件，万向轴体在其四侧均设有轴颈，处于相对侧的两轴颈相对设置，第一转动件可转动地连接于其中相对的两轴颈，第二转动件可转动地连接于另外相对的两轴颈。然而，该万向节的结构较为复杂，且需要较大的变角度空间，不适应人形机器人狭小的设计空间。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的在于提供一种万向节，以解决现有万向节的结构较为复杂，且需要较大的变角度空间的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种万向节，包括：
5.连动轴；
6.转动件，套接于所述连动轴，且与所述连动轴可相对转动，所述转动件在其相对两侧还设有轴颈，两所述轴颈相对设置，且两所述轴颈的中轴线垂直于所述连动轴的中轴线；
7.转接件，包括连接部，以及分别自所述连接部的相对两端垂直延伸形成的两个转接部，两所述转接部分别与两所述轴颈套接，所述转接件与所述转动件可相对转动。
8.在一个实施例中，所述万向节还包括至少一个转动轴承，所述转动轴承套接于所述连动轴和所述转动件之间。
9.在一个实施例中，所述转动件设有贯通设置且供所述连动轴插设于其中的转动孔；
10.所述转动轴承设有两个，两所述转动轴承分别靠近所述转动孔的两孔口设置。
11.在一个实施例中，所述转动孔包括分别与两所述转动轴承套接配合的两个轴承套接孔段，以及连通于两所述轴承套接孔段之间且与所述连动轴套接配合的限位套接孔段，所述限位套接孔段的孔径小于所述轴承套接孔段的孔径；
12.所述万向节还包括连接于所述连动轴的端侧的止挡垫片；
13.其中一所述转动轴承被限位于所述连动轴的轴肩和所述限位套接孔段之间，另外一所述转动轴承被限位于所述限位套接孔段和所述止挡垫片之间。
14.在一个实施例中，所述万向节还包括两个转接轴承，两所述转接轴承分别套接于两所述轴颈和对应的所述转接部之间。
15.在一个实施例中，所述万向节还包括分别连接于两所述轴颈的端侧的两个限位垫片，所述限位垫片均用于限制所述转接轴承脱离所述轴颈。
16.在一个实施例中，所述转接部呈开口环状，所述转接部在其远离所述连接部的一侧设有相对的两转接脚，两所述转接脚之间形成开口，两所述转接脚可经一连接件相连。
17.在一个实施例中，所述转动件和所述转接件均设有两个，其中，两所述转动件分别套接于所述连动轴的两端。
18.在一个实施例中，所述连动轴的中部设有轴固定孔，所述轴固定孔的延伸方向垂直于所述连动轴的中轴线；
19.所述万向节还包括设于所述连动轴的中部的连动座，所述连动座设有可供所述连动轴的中部穿设于其中的穿接孔，且还设有能够与所述轴固定孔对位连通的座固定孔，所述座固定孔和所述轴固定孔可经一连接件相连。
20.本发明实施例的目的还在于提供一种腿部结构，包括脚板、连动组件以及用于驱动所述连动组件活动的踝关节驱动器，所述连动组件通过所述万向节万向转动连接于所述脚板，所述连动组件的远离所述踝关节驱动器的一端与所述连接部相对固定地连接，所述脚板与所述连动轴相对固定地连接。
21.本发明实施例的目的还在于提供一种人形机器人，包括所述万向节，和/或，所述腿部结构。
22.本发明提供的有益效果在于：
23.本发明实施例提供的万向节，可通过将转动件套接于连动轴，而使转动件与连动轴之间可绕连动轴的中轴线发生相对转动；并通过将转接件的两转接部分别套接于转动件的两轴颈，而使转接件整体与转动件之间可绕两轴颈的中轴线发生相对转动；从而使得转接件和连动轴之间的夹角能够在一定范围内灵活地调整、变化，进而可实现变角度动力传递。且相对于现有技术，该万向节的结构明显简化了，万向节本身所占用的空间较小，可适应人形机器人狭小的设计空间；且，该万向节所需的变角度空间也较小，即使在人形机器人狭小的设计空间内，转接件和连动轴之间也能够在较大的范围内灵活地实现变角度活动、调整状态。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例提供的万向节的立体示意图；
26.图2为图1提供的沿a
‑
a的剖视图；
27.图3为图1提供的万向节的正视图；
28.图4为图3提供的沿b
‑
b的剖视图；
29.图5为本发明实施例提供的腿部结构的立体示意图。
30.其中，图中各附图标记：
31.100
‑
连动轴，110
‑
轴肩，101
‑
轴固定孔；200
‑
转动件，210
‑
轴颈，201
‑
转动孔，2011
‑
轴承套接孔段，2012
‑
限位套接孔段；300
‑
转接件，310
‑
转接部，311
‑
转接脚，312
‑
开口，320
‑
连接部；400
‑
转动轴承；500
‑
止挡垫片；600
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转接轴承；700
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限位垫片；800
‑
连动座，801
‑
穿接孔，802
‑
座固定孔；
32.10
‑
万向节，20
‑
脚板，30
‑
连动组件，40
‑
踝关节驱动器。
具体实施方式
33.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：
38.请参阅图1、图2、图4，本发明实施例提供了一种万向节10，包括连动轴100、转动件200和转接件300，转动件200套接于连动轴100，且与连动轴100可相对转动，转动件200在其相对两侧还设有轴颈210，两轴颈210相对设置，且两轴颈210的中轴线l1垂直于连动轴100的中轴线l2；转接件300包括连接部320，以及分别自连接部320的相对两端垂直延伸形成的两个转接部310，两转接部310分别与两轴颈210套接，转接件300与转动件200可相对转动。
39.在此需要说明的是，转动件200可呈柱体状或球体状，呈柱体状或球体状的转动件200设有可供连动轴100插设于其中的转动孔201，转动孔201可为盲孔或通孔。
40.或，转动件200可呈环状，转动件200的内环可供连动轴100穿设于其中。
41.基于上述任一设置，转动件200均可实现与连动轴100的套接配合，并与连动轴100可相对转动，转动轴线为连动轴100的中轴线l2。
42.在此还需要说明的是，转动件200设有相对的两轴颈210，两轴颈210的中轴线重合，且垂直于连动轴100的中轴线l2。
43.基于此，转接件300可通过两转接部310分别与两轴颈210套接配合，而使转接部310与转动件200之间可相对转动，转动轴线为两轴颈210的中轴线l1。其中，两转接部310通过连接部320连接，基于此，可使两转接部310运动同步，转动较平稳，并可通过两轴颈210共同承受较大弯矩。
44.因而，本发明实施例提供的万向节10，可通过将转动件200套接于连动轴100，而使转动件200与连动轴100之间可绕连动轴100的中轴线l2发生相对转动；并通过将转接件300的两转接部310分别套接于转动件200的两轴颈210，而使转接件300整体与转动件200之间可绕两轴颈210的中轴线l1发生相对转动；从而使得转接件300和连动轴100之间的夹角能
够在一定范围内灵活地调整、变化，进而可实现变角度动力传递。且相对于现有技术，该万向节10的结构明显简化了，万向节10本身所占用的空间较小，可适应人形机器人狭小的设计空间；且，该万向节10所需的变角度空间也较小，即使在人形机器人狭小的设计空间内，转接件300和连动轴100之间也能够在较大的范围内灵活地实现变角度活动、调整状态。
45.请参阅图1、图2，在本实施例中，万向节10还包括至少一个转动轴承400，转动轴承400套接于连动轴100和转动件200之间。
46.具体地，在连动轴100的与转动件200套接配合的范围内，可在连动轴100上套接一个转动轴承400，或套接多个相互间隔设置的转动轴承400。转动轴承400可支撑于连动轴100和转动件200之间，而降低连动轴100和转动件200相对运动过程中的摩擦系数，并保证其间的回转精度。从而利于扩大化连动轴100和转动轴承400所共同承受的弯矩范围，进而扩大化万向节10所能承受的弯矩范围；且还利于有效缓解、降低连动轴100和转动件200相对运动过程中的虚位感，利于降低连动轴100和转动件200发生相对转动时的响应滞后性，利于提高连动轴100和转动件200进行相对转动时的灵敏度。
47.优选地，转动轴承400为深沟球轴承。如此设置，可经由转动轴承400更可靠地承受径向负荷，并可有效降低转动轴承400的摩擦系数，提高转动轴承400的极限转速，从而耐用性更高。
48.请参阅图1、图2，在本实施例中，转动件200设有贯通设置且供连动轴100插设于其中的转动孔201；转动轴承400设有两个，两转动轴承400分别靠近转动孔201的两孔口设置。
49.通过采用上述方案，可通过两转动轴承400分别支撑在转动孔201的两孔口和连动轴100之间，装配方便且支撑更可靠，如此，不仅可使转动件200与连动轴100相对转动的平稳性更佳、灵敏度更高，且还可使连动轴100和转动轴承400能够承受较大弯矩、使万向节10能够承受较大弯矩。
50.请参阅图1、图2，在本实施例中，转动孔201包括分别与两转动轴承400套接配合的两个轴承套接孔段2011，以及连通于两轴承套接孔段2011之间且与连动轴100套接配合的限位套接孔段2012，限位套接孔段2012的孔径小于轴承套接孔段2011的孔径；万向节10还包括连接于连动轴100的端侧的止挡垫片500；其中一转动轴承400被限位于连动轴100的轴肩110和限位套接孔段2012之间，另外一转动轴承400被限位于限位套接孔段2012和止挡垫片500之间。
51.基于上述结构，在安装时，可先将两转动轴承400分别压入两个轴承套接孔段2011内，此时，两转动轴承400之间被限位套接孔段2012限位止挡，而无法进一步靠拢；随后，将两转动轴承400和转动件200整体与连动轴100套接配合，此时，相对靠近连动轴100的转动轴承400的两侧将分别抵接连动轴100的轴肩110和限位套接孔段2012，从而被限位固定于连动轴100的轴肩110和限位套接孔段2012之间；随后，再将止挡垫片500抵接于连动轴100的端侧，并通过螺钉穿过止挡垫片500并连接连动轴100的端侧，即可使止挡垫片500相对于连动轴100固定，如此，相对靠外的转动轴承400的两侧将分别抵接限位套接孔段2012和止挡垫片500，从而被限位固定于限位套接孔段2012和止挡垫片500之间。
52.因而，通过采用上述方案，可便利地实现连动轴100、两转动轴承400和转动件200的安装配合，并能在连动轴100、两转动轴承400和转动件200安装后，可靠地限制两转动轴承400相对于连动轴100和转动件200在连动轴100的中轴线l2上移动，即能够保障两转动轴
承400相对于连动轴100和转动件200的相对位置固定，从而便于保障转动轴承400在连动轴100和转动件200之间稳定地发挥效用。
53.请参阅图1、图3、图4，在本实施例中，万向节10还包括两个转接轴承600，两转接轴承600分别套接于两轴颈210和对应的转接部310之间。
54.具体地，在各轴颈210的与转接部310套接配合的范围内，可在各轴颈210上均套接一个转接轴承600。转接轴承600可支撑于轴颈210和对应的转接部310之间，而降低轴颈210和转接部310相对运动过程中的摩擦系数，并保证其间的回转精度。从而利于扩大化轴颈210和转接轴承600所共同承受的弯矩范围，进而扩大化万向节10所能承受的弯矩范围；且还利于有效缓解、降低轴颈210和转接部310相对运动过程中的虚位感，利于降低转接件300相对于两轴颈210转动的响应滞后性，利于提高转接件300相对于两轴颈210转动的灵敏度。
55.优选地，转接轴承600为深沟球轴承。如此设置，可经由转接轴承600更可靠地承受径向负荷，并可有效降低转接轴承600的摩擦系数，提高转接轴承600的极限转速，从而耐用性更高。
56.请参阅图1、图3、图4，在本实施例中，万向节10还包括分别连接于两轴颈210的端侧的两个限位垫片700，限位垫片700均用于限制转接轴承600脱离轴颈210。
57.基于上述结构，在安装时，可先将转接轴承600套接于相应的轴颈210上，再将限位垫片700抵接于轴颈210的端侧，随后再通过螺钉穿过限位垫片700并连接轴颈210的端侧，即可使限位垫片700相对于轴颈210固定，从而可通过限位垫片700实现限制转接轴承600脱离轴颈210。
58.因而，通过采用上述方案，可便利地实现转接轴承600和轴颈210的安装配合，并能在转接轴承600和轴颈210的安装配合后，通过限位垫片700可靠地限制转接轴承600脱离轴颈210，从而便于保障转接轴承600在轴颈210和转接部310之间稳定地发挥效用。
59.请参阅图1、图3，在本实施例中，转接部310呈开口312环状，转接部310在其远离连接部320的一侧设有相对的两转接脚311，两转接脚311之间形成开口312，两转接脚311可经一连接件相连。
60.基于上述结构，在安装时，转接部310可先使轴颈210从两转接脚311之间形成的开口312进入其环内，而与轴颈210初步套接配合；再将转接轴承600压入转接部310和轴颈210之间，而使转接轴承600支撑于转接部310和轴颈210之间。基于此，可有效提高转接部310与转接轴承600和轴颈210的装配便利性。
61.随后，可再通过连接件(例如螺钉)连接两转接脚311，而基于连接件限制转接部310从开口312侧解除其与转接轴承600和轴颈210的套接关系。再综合通过连接部320连接的两转接部310之间的相对固定的位置关系，转接部310也无法沿两轴颈210的中轴线l1解除其与转接轴承600和轴颈210的套接关系。从而能够保障、保持转接件300与转接轴承600和轴颈210的套接关系，保障转接件300能够持久保有与转动件200绕两轴颈210的中轴线l1发生相对转动的运动关系，从而使得万向节10的结构更稳定、可靠。
62.请参阅图1，在本实施例中，转动件200和转接件300均设有两个，其中，两转动件200分别套接于连动轴100的两端。两转接件300分别与两转动件200连接，其中具体连接关系、相关结构设置可参考上述描述，本实施例在此不做详细赘述。
63.通过采用上述方案，在连动轴100的任一端部处，转接件300和连动轴100之间的夹
角均能够在一定范围内独立地、灵活地调整、变化。基于此，可综合连动轴100两端在对应的转接件300和转动件200影响下的状态，协调连动轴100自身的整体状态，从而可更协调、更可靠、更顺畅地实现从两转接件300到连动轴100的变角度动力传递。且该万向节10的结构相对紧凑，占用空间相对较小，所需的变角度空间也不大，可适应人形机器人狭小的设计空间。
64.请参阅图1、图2，在本实施例中，连动轴100的中部设有轴固定孔101，轴固定孔101的延伸方向垂直于连动轴100的中轴线l2；万向节10还包括设于连动轴100的中部的连动座800，连动座800设有可供连动轴100的中部穿设于其中的穿接孔801，且还设有能够与轴固定孔101对位连通的座固定孔802，座固定孔802和轴固定孔101可经一连接件相连。
65.基于上述结构，在安装时，可先将连动轴100穿过穿接孔801，并使连动轴100的轴固定孔101与座固定孔802对位连通；随后再通过连接件(例如螺钉)穿入并连接座固定孔802和轴固定孔101，即可使连动轴100和连动座800维持相对固定。
66.因而，通过采用上述方案，一方面，可通过连动座800对穿设于穿接孔801的连动轴100部分进行可靠、全面的支撑、防护，而有效强化连动轴100的中部的抗弯曲性能，从而可使连动轴100能够承受更大的弯矩、使万向节10能够承受更大弯矩；另一方面，可便于通过连动座800连接从动结构件，再通过连动轴100带动相对连动轴100固定的连动座800和从动结构件同步调整状态，从而更便于万向节10实现变角度动力传递。
67.当然，在其他可能的实施方式中，也可将穿接孔801改为穿接槽(图中未示出)，穿接槽在延伸方向(长度方向)贯通，穿接槽的槽底设有能够与轴固定孔101对位连通的座固定孔802。基于此，在安装时，可先将连动轴100置于穿接槽内，并使连动轴100的轴固定孔101与座固定孔802对位连通；再通过连接件(例如螺钉)穿入并连接座固定孔802和轴固定孔101，而使连动轴100和连动座800维持相对固定。因而，通过采用上述方案，也可通过连动座800对置于穿接槽内的连动轴100部分进行一定的支撑、防护，也可通过连动轴100带动相对连动轴100固定的连动座800以及连接至连动座800的从动结构件同步调整状态。
68.请参阅图5，本发明实施例还提供了一种腿部结构，包括脚板20、连动组件30以及用于驱动连动组件30活动的踝关节驱动器40，连动组件30通过万向节10万向转动连接于脚板20，连动组件30的远离踝关节驱动器40的一端与连接部320相对固定地连接，脚板20与连动轴100相对固定地连接。
69.在此需要说明的是，踝关节驱动器40可驱动连动组件30活动，而带动万向节10和脚板20的对应侧相对升降，期间，转接件300与转动件200之间将适配地发生相对转动，转动件200与连动轴100之间也将适配地发生相对转动，从而使得连动组件30与脚板20之间的夹角可在一定范围内灵活地调整、变化，使连动组件30与脚板20之间可实现变角度动力传递，使脚板20的对应侧可调整姿态。基于此，综合脚板20至少两侧的姿态，即可促使脚板20实现翻滚运动(roll，即左右摆动)和俯仰运动(pitch，即上下摆动)，且活动灵活，活动范围较大。
70.此外，基于脚板20与连动组件30之间的万向转动连接关系，脚板20还可根据外部接触面，而相对于连动组件30适配地调整自身姿态，进而保障与外部接触面进行面接触，且期间脚板20的转动(状态调整)不会对连动组件30产生反作用力。
71.此外，对应转动件200和转接件300均设有两个，且两转动件200分别套接于连动轴
100的两端的实施方式，腿部结构可包括两个连动组件30和两个踝关节驱动器40，两个连动组件30分别连接于两踝关节驱动器40和两转接件300之间。其中具体连接关系、相关结构设置可参考上述描述，在此不做详细赘述。基于此，当两连动组件30的活动趋势相同时，两连动组件30可共同带动脚板20的前侧和后侧中的一侧向远离踝关节驱动器40的方向运动或向靠近踝关节驱动器40的方向运动，如此，脚板20即可进行pitch俯仰运动。反之，当两连动组件30的活动趋势相反时，其中一连动组件30可带动脚板20的左侧和右侧中的一侧向远离踝关节驱动器40的方向运动，而另外一连动组件30可带动脚板20的左侧和右侧中的另一侧向靠近踝关节驱动器40的方向运动，如此，脚板20即可进行roll翻滚运动。这样，脚板20的动作可更灵活，更协调。
72.请参阅图1，本发明实施例还提供了一种人形机器人，包括万向节10，和/或，腿部结构。
73.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。