技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种拟人机器人的零件，具体涉及一种拟人机器人的足部组件。本实用新型还涉及一种具有该足部组件的拟人机器人。
背景技术
[0002] 随着技术的飞速发展，拟人机器人代表了机器人领域中的最高
水平。由于拟人机器人能够模仿人类的动作，因此其可以真正代替人类去完成各种工作，如在高危、高温的工作环境中工作，以彻底改变人类的工作和生活方式。
[0003] 要使拟人机器人完成人类的动作，就要求拟人机器人具有人类一样灵活的关节。人体主要的大关节有髋关节、肩关节、肘关节、
膝关节、踝关节等。而
机器人关节的主要任务是完成旋转动作，包括如绕X轴方向的旋转，绕Y轴方向的旋转以及绕Z轴方向的旋转。现有的机器人关节的旋转动作一般采用
舵机完成，舵机的优点是控制
精度高，但却只具有一个
自由度。而人体各关节至少有两个自由度，这就需要在同一关节处使用两个甚至三个舵机，由于舵机是独立于机器人的身体骨架的，舵机的个数增加，必然导致关节的长度增大，身体的
刚度则随之变差。为保持机器人身体的
稳定性，只能增大舵机的功率，舵机本身的尺寸随之增大，又进一步导致关节变得更长，身体的刚度更差。
[0004] 因此，采用舵机的拟人机器人只能作为玩具，不能真正完成人类的动作而代替人类去工作。实用新型内容
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种拟人机器人的足部组件，它可以模拟人的足部行走动作。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型拟人机器人的足部组件的技术解决方案为：
[0007] 包括踝关节Y轴驱动
电机及微型行星减速机构10-2，踝关节Y轴
驱动电机及微型行星减速机构10-2的输出
齿轮与后跟末端齿轮件10-5的齿轮部相
啮合，后跟末端齿轮件10-5的
支架部固定连接脚掌的后端；所述踝关节Y轴驱动电机及微型行星减速机构10-2固定设置于踝关节齿轮
箱体10-1与踝关节齿轮箱盖10-7组成的踝关节齿轮箱内；所述踝关节齿轮箱盖10-7的前端活动连接脚掌的前端。
[0008] 在另一
实施例中，所述踝关节齿轮箱体10-1与踝关节齿轮箱盖10-7组成的踝关节齿轮箱的前后方向的长度大于小腿的前后方向的厚度。
[0009] 在另一实施例中，所述踝关节齿轮箱体10-1与踝关节齿轮箱盖10-7组成的所述踝关节齿轮箱的上部为半圆形。
[0010] 在另一实施例中，所述后跟末端齿轮件10-5的齿轮部通过
轴承10-3活动连接踝关节齿轮箱体10-1。
[0011] 在另一实施例中，所述踝关节齿轮箱盖10-7的前端形成有销轴10-7-1，脚掌的前端支架开设有轴孔11-1-1，通过销轴10-7-1与轴孔11-1-1的配合连接，实现踝关节齿轮箱盖10-7与脚掌的活动连接。
[0012] 在另一实施例中，所述脚掌的轴孔11-1-1的中心与后跟末端齿轮件10-5的齿轮部的回转中心在同一直线上，以形成脚掌的Y向回
转轴。
[0013] 在另一实施例中，所述脚掌上设置有压
力传感器PCB板11-2，脚掌的底部固定有多个压力触点；多个压力触点电连接
压力传感器PCB板11-2。
[0014] 在另一实施例中，所述后跟末端齿轮件10-5上设置有脚跟霍尔传感器10-4，所述踝关节齿轮箱盖10-7上设置有踝关节霍尔传感器10-6。
[0015] 本实用新型还提供一种具有该足部组件的拟人机器人，其技术解决方案为：
[0016] 包括躯干骨架1、腰部2、右腿3、左腿4；腰部2通过腰部旋转平台5连接躯干骨架1，腰部2的左右两侧分别通过双自由度髋关节连接左腿3和右腿4；左腿4包括依次连接的左大腿12、左小腿13、左脚，右腿3包括依次连接的右大腿8、右小腿9、右脚；左脚和右脚采用所述的足部组件。
[0017] 本实用新型可以达到的技术效果是：
[0018] 本实用新型能够将实现足部组件自由度的驱动及传动机构与机器人的足部骨架有机地结合在一起，使足部的结构更加接近于人类，完成动作的
姿态也更加接近于人类，因此能够真正代替人类完成工作。
[0019] 本实用新型通过踝关节齿轮箱盖和后跟末端齿轮件分别连接脚掌的前后两端，并通过电机带动后跟末端齿轮件旋转，从而实现后跟末端齿轮件与踝关节齿轮箱体之间绕Y轴的相对旋转运动，以实现足部与小腿之间的相对运动。
[0020] 本实用新型的踝关节齿轮箱体的圆形凸台与下部右小腿
直齿轮组的输出齿轮轴之间的固定连接采用凹槽与
凸块的配合连接方式以实现踝关节自由度，能够使驱动机构与输出端的连接部的长度与小腿齿轮箱体的壁厚一致，在保证稳定传动的同时能够尽可能缩小踝关节的宽度，使踝关节具有人类关节的灵活度。
[0021] 本实用新型采用简单结构就能够模拟人的足部行走动作。
附图说明
[0022] 本领域的技术人员应理解，以下说明仅是示意性地说明本实用新型的原理，所述原理可按多种方式应用，以实现许多不同的可替代实施方式。这些说明仅用于示出本实用新型的教导内容的一般原理，不意味着限制在此所公开的实用新型构思。
[0023] 结合在本
说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施方式，并且与上文的总体说明和下列附图的详细说明一起用于解释本实用新型的原理。
[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
[0025] 图1是本实用新型拟人机器人的示意图；
[0026] 图2是本实用新型拟人机器人的腰部的示意图；
[0027] 图3是本实用新型拟人机器人的左腿的示意图；
[0028] 图4是本实用新型拟人机器人的右腿的示意图；
[0029] 图5是本实用新型的右小腿及右踝关节的分解示意图；
[0030] 图6是踝关节齿轮箱体与右小腿的下部右小腿直齿轮组的配合示意图；
[0031] 图7是本实用新型的右踝关节的分解示意图。
[0032] 图中附图标记说明：
[0033] 1为身体骨架， 2为腰部，
[0034] 3为右腿， 4为左腿，
[0035] 5为腰部旋转平台， 6为右双自由度髋关节，
[0036] 7为左双自由度髋关节， 8为右大腿，
[0037] 9为右小腿， 10为右踝关节，
[0038] 11为右脚掌， 12为左大腿，
[0039] 13为左小腿， 14为左踝关节，
[0040] 15为左脚掌，
[0041] 8-10为右大腿骨架，
[0042] 8-10-1为右大腿骨架下端的圆形凸台，
[0043] 9-1为右小腿齿轮箱体， 9-2为右小腿齿轮箱盖，
[0044] 9-3为下部右小腿直齿轮组， 9-4为膝关节驱动电机，
[0045] 9-5为踝关节驱动电机， 9-6为右小腿
电子箱体，
[0046] 9-7为右小腿电子箱盖， 9-8为膝关节霍尔传感器，
[0047] 9-9为踝关节霍尔传感器， 9-10为上部右小腿直齿轮组，
[0048] 9-1-1为上销孔， 9-1-2为下销孔，
[0049] 9-3-1为下部右小腿直齿轮组的输出齿轮轴，
[0050] 9-10-1为上部右小腿直齿轮组的输出齿轮轴，
[0051] 10-1为踝关节齿轮箱体，
[0052] 10-1-1为踝关节齿轮箱体的圆形凸台。
具体实施方式
[0053] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对
位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0054] 如图1所示，本实用新型拟人机器人，包括躯干骨架1、腰部2、右腿3、左腿4；以腰部2为中心，腰部2通过腰部旋转平台5向上连接躯干骨架1，腰部2的左右两侧分别通过右双自由度髋关节6和左双自由度髋关节7连接左腿3和右腿4；
[0055] 如图2所示，腰部2包括腰部壳体2-1，腰部壳体2-1的顶部设置有腰部旋转平台5，腰部壳体2-1的下部固定设置有右双自由度髋关节6和左双自由度髋关节7；通过腰部
旋转机构带动腰部旋转平台5旋转，从而带动躯干骨架1绕Z轴左右旋转；腰部旋转机构设置于腰部壳体2-1的内部；
[0056] 如图3所示，右腿3包括依次连接的右大腿8、右小腿9、右脚掌11，右小腿9的下端通过右踝关节10连接右脚掌11；
[0057] 如图4所示，左腿4包括依次连接的左大腿12、左小腿13、左脚掌15，左小腿13的下端通过左踝关节14连接左脚掌15。
[0058] 如图5所示，右小腿9包括并列设置的右小腿齿轮箱体9-1、右小腿齿轮箱盖9-2、右小腿电子箱体9-6、右小腿电子箱盖9-7，右小腿齿轮箱体9-1与右小腿齿轮箱盖9-2组成右小腿齿轮箱，右小腿电子箱体9-6与右小腿电子箱盖9-7组成右小腿电子箱；右小腿齿轮箱体9-1固定连接右小腿电子箱体9-6；
[0059] 右小腿齿轮箱内设置有上下两组小腿直齿轮组，上部小腿直齿轮组9-10的输入端与膝关节驱动电机9-4连接，上部右小腿直齿轮组9-10的输出齿轮轴固定连接右大腿骨架8-10下端的圆形凸台8-10-1；膝关节驱动电机9-4的
输出轴沿X向延伸；膝关节驱动电机9-4带动上部右小腿直齿轮组9-10的输出齿轮轴旋转，从而带动右大腿下端相对于右小腿9绕X方向旋转；
[0060] 下部右小腿直齿轮组9-3的输入端与踝关节驱动电机9-5连接，下部小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴9-3-1固定连接踝关节齿轮箱体10-1的圆形凸台10-1-1；踝关节驱动电机
9-5的输出轴沿X向延伸；踝关节驱动电机9-5带动下部右小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴旋转，从而带动右踝关节10相对于右小腿9绕X方向旋转；
[0061] 右小腿齿轮箱体9-1的上端开设有上销孔9-1-1，上部右小腿直齿轮组9-10的输出齿轮轴与设置于右大腿骨架8-10下端的圆形凸台8-10-1固定连接并活动穿设于上销孔9-1-1内，从而实现右大腿下端与右小腿9上端的活动连接，形成膝关节自由度；
[0062] 右小腿齿轮箱体9-1的下端开设有下销孔9-1-2，下部右小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴与踝关节齿轮箱体10-1的圆形凸台10-1-1固定连接并活动穿设于下销孔9-1-2内，从而实现右小腿下端与右踝关节10的活动连接，形成踝关节自由度；
[0063] 为尽可能节省空间，踝关节齿轮箱体10-1的圆形凸台10-1-1与下部右小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴之间的固定连接采用凹槽与凸块的配合连接方式；如图6所示，在踝关节齿轮箱体10-1的圆形凸台10-1-1上沿周向开设有多个径向凹槽，而下部右小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴则具有多个径向凸块；径向凸块与径向凹槽相配合，输出齿轮轴的多个径向凸块能够同时插入圆形凸台10-1-1的径向凹槽，从而实现圆形凸台10-1-1与下部右小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴之间的固定连接。安装时，将踝关节齿轮箱体10-1的圆形凸台
10-1-1和下部右小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴分别从下销孔9-1-2的两端穿入，径向凹槽与径向凸块在下销孔9-1-2内实现配合连接；
[0064] 右大腿骨架8-10下端的圆形凸台8-10-1与上部右小腿直齿轮组9-10的输出齿轮轴之间的固定连接方式相同，不再赘述。
[0065] 本实用新型的驱动机构(如下部右小腿直齿轮组9-3的输出齿轮轴)与输出端(如踝关节齿轮箱体10-1的圆形凸台10-1-1)之间采用凹槽与凸块的配合实现固定连接并活动穿设于销孔内，从而实现膝关节自由度和踝关节自由度，能够使驱动机构与输出端的连接部的长度与右小腿齿轮箱体9-1的壁厚一致，在保证稳定传动的同时能够尽可能缩小膝关节和踝关节的宽度，使膝关节和踝关节具有人类关节的灵活度。
[0066] 右小腿电子箱内设置有
电路板以及线缆；右小腿电子箱的上部设置有膝关节霍尔传感器9-8，右小腿电子箱的下部设置有踝关节霍尔传感器9-9；膝关节霍尔传感器9-8与固定于右大腿骨架盖8-6下端的磁
铁相对应，能够侦测右大腿骨架盖8-6下端
磁铁的旋转
角度，从而监测膝关节的旋转角度；踝关节霍尔传感器9-9与固定于踝关节齿轮箱体10-1的磁铁相对应，能够侦测踝关节齿轮箱体10-1上磁铁的旋转角度，从而监测踝关节的旋转角度。
[0067] 如图7所示，右踝关节10包括踝关节齿轮箱体10-1、踝关节齿轮箱盖10-7，踝关节Y轴驱动电机及微型行星减速机构10-2设置于踝关节齿轮箱体10-1与踝关节齿轮箱盖10-7组成的踝关节齿轮箱内；
[0068] 踝关节齿轮箱体10-1与踝关节齿轮箱盖10-7组成的踝关节齿轮箱的前后方向的长度大于右小腿9的前后方向的厚度；踝关节齿轮箱的上部为半圆形；当踝关节驱动电机9-5带动右踝关节10相对于右小腿9绕X方向旋转时，踝关节齿轮箱的半圆形上部能够对右踝关节10的旋转角度进行导向和限位。
[0069] 踝关节Y轴驱动电机及微型行星减速机构10-2的输出齿轮与后跟末端齿轮件10-5的齿轮部相啮合；后跟末端齿轮件10-5的齿轮部通过轴承10-3连接踝关节齿轮箱体10-1；后跟末端齿轮件10-5的支架部固定连接右脚掌11-1的后端；踝关节Y轴驱动电机及微型行星减速机构10-2带动后跟末端齿轮件10-5绕齿轮回转中心旋转，从而实现后跟末端齿轮件
10-5与踝关节齿轮箱体10-1之间绕Y轴的相对旋转运动；
[0070] 本实用新型所采用的踝关节Y轴驱动电机及微型行星减速机构10-2为自带减速机构的电机，即电机与减速机构固定连接为一体式。
[0071] 踝关节齿轮箱盖10-7的前端形成有销轴10-7-1，右脚掌11-1的前端支架开设有轴孔11-1-1，通过销轴10-7-1与轴孔11-1-1的配合连接，实现踝关节齿轮箱盖10-7与右脚掌11-1的连接；
[0072] 右脚掌11-1的轴孔11-1-1的中心与后跟末端齿轮件10-5的齿轮部的回转中心在同一直线上，以形成右脚掌11-1的Y向回转轴；
[0073] 当踝关节齿轮箱体10-1及踝关节齿轮箱盖10-7作为固定件时(即小腿不动)，右脚掌11-1绕Y轴旋转，从而实现右脚的内外旋转动作；
[0074] 当右脚掌11-1作为固定件时，踝关节齿轮箱体10-1及踝关节齿轮箱盖10-7绕Y轴旋转，从而实现右小腿的内外旋转动作。
[0075] 右脚掌11-1上设置有压力传感器PCB板11-2，右脚掌11-1的底部固定有4个压力触点；通过两只脚掌共8个压力触点可以获得脚底阴影面积范围内的压力分布，进而通过ZMP(零力矩点理论)
算法控制机器人整体的平衡；
[0076] 后跟末端齿轮件10-5上设置有脚跟霍尔传感器10-4，用于侦测右脚掌11-1的旋转角度；踝关节齿轮箱盖10-7上设置有踝关节霍尔传感器10-6，用于侦测踝关节Y轴驱动电机的输出轴的旋转角度，踝关节霍尔传感器10-6与脚跟霍尔传感器10-4配合可以计算出输入端与输出端之间的误差，从而在运动算法中加以补偿，以提高控制精度。
[0077] 本实用新型具有结构紧凑，设计合理，并且可以减少后期正逆矩阵运算等优点。
[0078] 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和
变形，而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些
修改属于本实用新型
权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形在内。
