CN217805014U - 仿生髋关节机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于仿生机器人技术领域，涉及一种仿生髋关节机构，通过设置腿部连接结构、髋支承结构以及躯干连接结构，并且躯干连接结构通过第三电机连接并控制髋支承结构及其以下部分旋转，形成第一个自由度控制，髋支承结构可以通过第二电机控制腿部连接结构左右摆动，形成第二个自由度控制，腿部连接结构可以通过第一电机控制腿部连接结构及其以下部分前后摆动，形成第三个自由度控制。上述仿生髋关节机构采用蜗轮蜗杆形式传动，步进电机能够自锁以保持动作姿态，还能防止断电时机构摔倒损坏的情况发生，同时由于具有三个正交于一点且相互独立的自由度，各自由度之间不存在耦合，使得控制简单可靠，动作灵活多变，可以更好地模拟人类的步态动作。

Description

仿生髋关节机构

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人技术领域，尤其涉及一种仿生髋关节机构。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，双足机器人技术发展迅速，作为机器人技术的高级发展阶段，它是集机构运动学与动力学、材料学、计算机技术、现代控制理论、仿生学等多学科于一体的前沿技术领域。髋关节由于具有多个独立自由度，是双足机器人中结构最复杂、控制最复杂的关节，并且髋关节作为连接上肢与下肢的中间关节，势必会承载很大的载荷，这会直接影响整体机器人的稳定性和可靠性。

在双足机器人的发展初期，髋关节大多采用大功率的力矩电机来直接驱动，仅仅依靠电机堵转力矩来保持姿态，并且多为串联堆叠的结构，与人类髋关节结构差别较大；而现有的双足机器人中，对髋关节结构进行了简化，减轻了结构重量，但是减少了自由度数目，这会限制髋关节的灵活程度和工作范围，并使得机构的动作轨迹相对固定单一，甚至需要膝关节和踝关节的自由度来辅助调节姿态，增加了控制的难度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种仿生髋关节机构，用于解决现有技术中的机器人的髋关节自由度底导致影响机器人灵活程度和工作范围的问题。

为达上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本实用新型提出一种仿生髋关节机构，包括：腿部连接结构、髋支承结构以及躯干连接结构；所述腿部连接结构包括：第一电机、腿部连接座、第一蜗杆、第一蜗轮和花键轴；所述髋支承结构包括：第二电机、髋支承座、髋旋转座、第二蜗杆和第二蜗轮；所述躯干连接结构包括：第三电机和髋部支架；其中，

所述第一蜗轮中部设有第一花键通孔，所述腿部连接座具有一凹槽，该凹槽相对的两侧壁上分别设有第一通孔和第二通孔；所述髋旋转座具有两个相间的连接臂，且两个相间的连接臂上分别设有第二花键通孔和第三花键通孔；所述花键轴的一端依次穿过第二花键通孔、第一通孔、第一花键通孔、第二通孔和第三花键通孔，将髋旋转座和第一蜗轮固定连接，且腿部连接座和第一蜗轮活动连接；

所述第一蜗杆设置在所述腿部连接座上，且位于凹槽一端，所述第一电机的驱动轴连接所述第一蜗杆，所述第一蜗杆与所述第一蜗轮啮合；

所述髋支承座和所述髋旋转座铰接，所述第二蜗轮设置在所述髋旋转座顶部，且所述第二蜗轮所属平面和所述第一蜗轮所属平面垂直，所述第二蜗杆设置在髋支承座上，所述第二电机的驱动轴连接所述第二蜗杆，所述第二蜗杆与所述第二蜗轮啮合；

所述第三电机连接在所述髋部支架上，其输出端连接所述髋支承座。

进一步地，所述腿部连接结构还包括：第一齿轮和第二齿轮；所述腿部连接座包括底板和箱座，所述底板拼接于所述箱座底侧；

所述凹槽底侧壁上设有第一中心孔和第一偏置孔，所述底板上设有对应的第二中心孔和第二偏置孔，所述第一齿轮设置于所述第一中心孔和第二中心孔之间，所述第一电机的输出轴由所述第二中心孔穿入并连接所述第一齿轮，所述第二齿轮设置于所述第一偏置孔和第二偏置孔之间，所述第一蜗杆底端由所述第二偏置孔穿入并连接所述第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合。

进一步地，所述腿部连接结构还包括：第一镶套、第二镶套、第三镶套和第四镶套；

所述第一齿轮的两侧分别具有第一定位凸台和第二定位凸台，所述第一镶套设置于所述第一中心孔，并套接所述第一定位凸台；所述第二镶套设置于所述第二中心孔，并套接所述第二定位凸台；

所述第三镶套设置于所述第一偏置孔，套接所述第一蜗杆并抵接所述第二齿轮一侧；所述第四镶套设置于所述第二偏置孔，套接所述第一蜗杆并抵接所述第二齿轮另一侧。

进一步地，所述箱座包括：箱体和箱盖；其中，

所述凹槽位于所述箱体上，所述凹槽相对的两侧壁分别具有第一下半圆孔和第二下半圆孔，所述箱盖具有第一上半圆孔和第二上半圆孔；所述第一通孔由所述第一上半圆孔和所述第一下半圆孔拼接形成，所述第二通孔由所述第二上半圆孔和所述第二下半圆孔拼接形成；

所述箱盖上还设有第一装配孔，所述第一装配孔内设有第一滚动轴承，所述第一蜗杆顶端连接所述第一滚动轴承。

进一步地，所述腿部连接结构还包括：第五镶套和第六镶套；所述第一蜗轮的一侧设有第三定位凸台，另一侧设有第四定位凸台，其中，

所述第五镶套设置于所述第一通孔，并套接所述第三定位凸台；所述第六镶套设置于所述第二通孔，并套接所述第四定位凸台。

进一步地，所述髋支承结构还包括：第一限位螺钉和第二限位螺钉；所述花键轴一端设有第一螺孔，另一端设有第二螺孔，所述第一限位螺钉连接所述第一螺孔，所述第二限位螺钉连接所述第二螺孔。

进一步地，所述髋支承结构还包括：第一髋支承板和第二髋支承板；其中，

所述第一髋支承板设有第一弧形轨道和多个第一螺栓孔，所述第二髋支承板设有第二弧形轨道和多个第二螺栓孔，所述髋支承座一侧设有多个第三螺栓孔，另一侧设有多个第四螺栓孔；多个第一螺栓孔分别通过螺栓连接对应的第三螺栓孔，多个第二螺栓孔分别通过螺栓连接对应的第四螺栓孔；

所述髋旋转座一侧上设有至少一个第一支承轴，且所述第一支承轴上设有第二滚动轴承；所述髋旋转座另一侧上设有至少一个第二支承轴，且所述第二支承轴上设有第三滚动轴承；所述第二滚动轴承滑动连接所述第一弧形轨道，所述第三滚动轴承滑动连接所述第二弧形轨道。

进一步地，所述髋支承座具有中空结构，所述髋支承座底部设有内圆弧结构，所述内圆弧结构上设有圆弧槽，且该内圆弧结构的中部位置贯穿至所述中空结构，所述中空结构的相对两侧壁上分别设有第一蜗杆内孔和第二蜗杆内孔；所述第一蜗杆内孔上设有第四滚动轴承，所述第二蜗杆内孔上设有第五滚动轴承，所述第一蜗杆内孔外侧设有第一挡板，第二蜗杆内孔外侧设有第二挡板，所述第二蜗杆一端连接所述第四滚动轴承，所述第二蜗杆另一端连接所述第五滚动轴承，并从所述第二挡板穿出；

所述中空结构内还设有电机定位槽，且该电机定位槽位于所述第二蜗杆上方，所述第二电机安装于所述电机定位槽，且所述第二电机的输出轴由髋支承座的侧壁伸出，且所述输出轴上连接有第三齿轮，所述第二蜗杆上从所述第二挡板穿出的一端上固定有第四齿轮，所述第三齿轮和所述第四齿轮啮合。

进一步地，所述髋支承座包括：髋上支承座和髋下支承座；所述中空结构由所述髋上支承座和所述髋下支承座拼接形成。

进一步地，所述躯干连接结构还包括：推力轴承、第六滚动轴承和连接板；所述髋部支架设有第二装配孔，所述第二装配孔内设有限位环，所述推力轴承由所述第二装配孔上方装入并抵接所述限位环，所述第三电机的输出端连接所述连接板，且所述输出端由所述第二装配孔上方装入并使所述连接板抵接所述推力轴承；

所述髋上支承座顶部设有连接轴，所述第六滚动轴承套接所述连接轴，且所述连接轴由所述第二装配孔下方装入，并依次穿过所述限位环和所述推力轴承，与所述连接板连接。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

本实用新型提出的仿生髋关节机构，通过设置腿部连接结构、髋支承结构以及躯干连接结构，并且躯干连接结构通过第三电机连接并控制髋支承结构及其以下部分旋转，形成第一个自由度控制，髋支承结构可以通过第二电机控制腿部连接结构左右摆动，形成第二个自由度控制，腿部连接结构可以通过第一电机控制腿部连接结构及其以下部分前后摆动，形成第三个自由度控制。上述仿生髋关节机构采用蜗轮蜗杆形式传动，使得减速比大，结构紧凑，传动平稳可靠，承载能力强，并且第一电机、第二电机和第三电机均使用步进电机，能够自锁以保持动作姿态，还能防止断电时机构摔倒损坏的情况发生，同时由于具有三个正交于一点且相互独立的自由度，各自由度之间不存在耦合，使得控制简单可靠，动作灵活多变，可以更好地模拟人类的步态动作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本实用新型一个实施例中仿生髋关节机构的结构***图；

图2为图1的另一视角；

图3为本实用新型一个实施例中仿生髋关节机构的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例中仿生髋关节机构的结构剖视图；

图5为本实用新型另一个实施例中仿生髋关节机构的结构剖视图；

图6为本实用新型又一个实施例中仿生髋关节机构的结构剖视图；

图7为图6的A处放大图；

图8为本实用新型再一个实施例中仿生髋关节机构的结构剖视图；

图9为图8的B处放大图；

图10为本实用新型一个实施例中箱座的结构示意图；

图11为本实用新型一个实施例中箱座的结构***图；

图12为本实用新型一个实施例中髋支承座的结构示意图；

图13为图12的另一视角；

图14为本实用新型一个实施例中髋部支架的结构示意图；

图15为本实用新型一个实施例中髋旋转座的结构示意图。

附图标记：

1、腿部连接结构；11、第一电机；12、腿部连接座；12a、底板；12a1、第二中心孔；12a2、第二偏置孔；12b、箱座；12b3、箱体；12b31、第一中心孔；12b32、第一偏置孔；12b4、箱盖；12b41、第一装配孔；121、凹槽；122、第一通孔；123、第二通孔；13、第一蜗杆；14、第一蜗轮；141、第三定位凸台；142、第四定位凸台；14a、第五镶套；14b、第六镶套；15、花键轴；16、第一齿轮；16a、第一镶套；16b、第二镶套；17、第二齿轮；17a、第三镶套；17b、第四镶套；

2、髋支承结构；21、第二电机；21a、第三齿轮；21b、第三限位螺钉；22、髋支承座；2a、髋上支承座；2a1、连接轴；2b、髋下支承座；221、内圆弧结构；2211、圆弧槽；222、第一蜗杆内孔；223、第二蜗杆内孔；224、第一挡板；225、第二挡板；226、电机定位槽；23、髋旋转座；231、连接臂；2311、第二花键通孔；2312、第三花键通孔；232、第一支承轴；233、第二滚动轴承；234、第二支承轴；235、第三滚动轴承；24、第二蜗杆；24a、第四齿轮；24b、第四限位螺钉；241、第四滚动轴承；242、第五滚动轴承；25、第二蜗轮；26、第一限位螺钉；27、第二限位螺钉；28、第一髋支承板；281、第一弧形轨道；29、第二髋支承板；291、第二弧形轨道；

3、躯干连接结构；31、第三电机；32、髋部支架；321、第二装配孔；3211、限位环；33、推力轴承；34、第六滚动轴承；35、连接板。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型；本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参照图1至图15，本申请第一实施例提出一种仿生髋关节机构，包括：腿部连接结构1、髋支承结构2以及躯干连接结构3；腿部连接结构1包括：第一电机11、腿部连接座12、第一蜗杆13、第一蜗轮14和花键轴15；髋支承结构2包括：第二电机21、髋支承座22、髋旋转座23、第二蜗杆24和第二蜗轮25；躯干连接结构3包括：第三电机31和髋部支架32；其中，

第一蜗轮14中部设有第一花键通孔，腿部连接座12具有一凹槽121，该凹槽121相对的两侧壁上分别设有第一通孔122和第二通孔123；髋旋转座23具有两个相间的连接臂231，且两个相间的连接臂231上分别设有第二花键通孔2311和第三花键通孔2312；花键轴15的一端依次穿过第二花键通孔2311、第一通孔122、第一花键通孔、第二通孔123和第三花键通孔2312，将髋旋转座23和第一蜗轮14固定连接，且腿部连接座12和第一蜗轮14活动连接；

第一蜗杆13设置在腿部连接座12上，且位于凹槽121一端，第一电机11的驱动轴连接第一蜗杆13，第一蜗杆13与第一蜗轮14啮合；

髋支承座22和髋旋转座23铰接，第二蜗轮25设置在髋旋转座23顶部，且第二蜗轮25所属平面和第一蜗轮14所属平面垂直，第二蜗杆24设置在髋支承座22上，第二电机21的驱动轴连接第二蜗杆24，第二蜗杆24与第二蜗轮25啮合；

第三电机31连接在髋部支架32上，其输出端连接髋支承座22。

在本实施例中，上述电机所采用的都可以是自锁式步进电机。仿生髋关节机构装配于机器人时，上述腿部连接结构1用于连接仿生机器人的腿部机构，躯干连接结构3用于连接仿生机器人的躯干。经过上述零部件的连接配合，仿生髋关节机构具有前后俯仰、左右侧摆以及自转三个正交于一点的自由度；俯仰自由度由第一电机11驱动，带动第一蜗杆13转动，由于第一蜗轮14经花键轴15与髋旋转座23固定连接，使得第一蜗杆13在自转的同时能够绕第一蜗轮14公转，从而带动腿部连接结构1作前后俯仰的动作；侧摆自由度由第二电机21驱动，带动第二蜗杆24转动，经第二蜗杆24传动带动第二蜗轮25转动，由于髋支承座22和髋旋转座23铰接，髋旋转座23会绕髋支承座22转动，从而腿部连接结构1做左右侧摆的动作；自转自由度由第三电机31驱动，其输出端可以是带有法兰结构，由该法兰结构连接髋支承座22，第三电机31转动时带动髋支承座22及其下方的部件作自转的动作。由于仿生髋关节机构中第一电机11和第二电机21均采用蜗轮蜗杆形式传动，使得仿生髋关节机构中减速比大，结构紧凑，传动平稳可靠，承载能力强，并且步进电机能够自锁以保持动作姿态，还能防止断电时机构摔倒损坏的情况发生，同时由于三个电机的传动结构之间不存在耦合(即各自由度之间不存在耦合)，具有三个正交于一点且相互独立的自由度，使得控制简单可靠，动作灵活多变，可以更好地模拟人类的步态动作。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第二实施例，其中，腿部连接结构1还包括：第一齿轮16和第二齿轮17；腿部连接座12包括底板12a和箱座12b，底板12a拼接于箱座12b底侧；

凹槽121底侧壁上设有第一中心孔12b31和第一偏置孔12b32，底板12a上设有对应的第二中心孔12a1和第二偏置孔12a2，第一齿轮16设置于第一中心孔12b31和第二中心孔12a1之间，第一电机11的输出轴由第二中心孔12a1穿入并连接第一齿轮16，第二齿轮17设置于第一偏置孔12b32和第二偏置孔12a2之间，第一蜗杆13底端由第二偏置孔12a2穿入并连接第二齿轮17，第一齿轮16和第二齿轮17啮合。

在本实施例中，上述第一中心孔12b31是处于连接腿部结构的位置上，即连接机构人腿部之后，且在腿部竖直的情况下，第一中心孔12b31位于腿部的延长线上。第一电机11设置在腿部的位置，通过第一齿轮16和第二齿轮17的传动，配合第一蜗杆13，来控制腿部连接座12的前后俯仰，这种结构布置使得仿生髋关节机构整体重心在腿部延长线上或者接近该位置，这样，应用于仿生机器人之后可以更好地模拟人类的步态动作。具体来说，由于第一蜗轮14是通过花键轴15固定在髋旋转座23上的，并且第一蜗轮14和腿部连接座12是活动连接，因此，在第一电机11旋转，其他电机不动的情况下，第一蜗杆13会在第一电机11的带动下自转，同时由于第一蜗轮14固定的，第一蜗杆13在自转的同时，还会绕第一蜗轮14公转，腿部连接座12的前后俯仰就是通过第一蜗杆13的公转来带动的。另外需要说明的是，本实用新型中轴和齿轮之间可以通过平键连接，至于平键的设置数量，可以根据需要设定。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第三实施例，其中，腿部连接结构1还包括：第一镶套16a、第二镶套16b、第三镶套17a和第四镶套17b；

第一齿轮16的两侧分别具有第一定位凸台和第二定位凸台，第一镶套16a设置于第一中心孔12b31，并套接第一定位凸台；第二镶套16b设置于第二中心孔12a1，并套接第二定位凸台；

第三镶套17a设置于第一偏置孔12b32，套接第一蜗杆13并抵接第二齿轮17一侧；第四镶套17b设置于第二偏置孔12a2，套接第一蜗杆13并抵接第二齿轮17另一侧。

在本实施例中，上述第一镶套16a、第二镶套16b、第三镶套17a和第四镶套17b均是对相应齿轮耦合部分进行尺寸补偿，同时增加对应连接处的修耐磨性。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第四实施例，其中，箱座12b包括：箱体12b3和箱盖12b4；其中，

凹槽121位于箱体12b3上，凹槽121相对的两侧壁分别具有第一下半圆孔和第二下半圆孔，箱盖12b4具有第一上半圆孔和第二上半圆孔；第一通孔122由第一上半圆孔和第一下半圆孔拼接形成，第二通孔123由第二上半圆孔和第二下半圆孔拼接形成；

箱盖12b4上还设有第一装配孔12b41，第一装配孔12b41内设有第一滚动轴承，第一蜗杆13顶端连接第一滚动轴承。

在本实施例中，上述箱体12b3是由一块板加上两个相间设置在该板的侧壁拼接形成，两个相间设置的侧壁为凹槽121的两相对侧壁，也可以是由一个块状结构从中间镂空出一个凹槽121形成，第一下半圆孔和第二下半圆孔分别设置在凹槽121两相对侧壁上。上述箱盖12b4是与箱体12b3相适配的结构，即箱盖12b4具有和“第一下半圆孔、第二下半圆孔”相适配的结构，即“第一上半圆孔、第二上半圆孔”，第一上半圆孔和第一下半圆孔拼接形成第一通孔122，第二上半圆孔和第二下半圆孔拼接形成第二通孔123。箱盖12b4还可以通过块状的连接结构将第一上半圆孔和第二上半圆孔连接起来，并在这块状的连接结构上设置第一装配孔12b41，并在第一装配孔12b41内设置第一滚动轴承，再通过将第一蜗杆13顶端连接第一滚动轴承，以增加第一蜗杆13运行的平稳性。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第五实施例，其中，腿部连接结构1还包括：第五镶套14a和第六镶套14b；第一蜗轮14的一侧设有第三定位凸台141，另一侧设有第四定位凸台142，其中，

第五镶套14a设置于第一通孔122，并套接第三定位凸台141；第六镶套14b设置于第二通孔123，并套接第四定位凸台142。

在本实施例中，由于第一蜗轮14厚度相对较薄，设置第三定位凸台141和第四定位凸台142，可以改善仿生髋关节机构在运行时第一蜗轮14的受力情况，即增加了第三定位凸台141和第四定位凸台142分担运行时对于第一蜗轮14轮片上的直接受力，避免第一蜗轮14由于受力过大而产生形变，增加整个仿生髋关节机构的使用寿命。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第六实施例，其中，髋支承结构2还包括：第一限位螺钉26和第二限位螺钉27；花键轴15一端设有第一螺孔，另一端设有第二螺孔，第一限位螺钉26连接第一螺孔，第二限位螺钉27连接第二螺孔。

在本实施例中，花键轴15两轴端加工有第一螺孔和第二螺孔，第一限位螺钉26和第二限位螺钉27分别连接于花键轴15的不同两端，并且第一限位螺钉26和第二限位螺钉27的钉帽均大于花键轴15的直径，这样分别在花键轴15两轴端拧入第一限位螺钉26和第二限位螺钉27，使得花键轴15轴向固定。另外，花键轴15可以是矩形花键轴15，也可以是渐开线花键轴15，本例中采用的是六键分布的矩形花键轴15。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第七实施例，其中，髋支承结构2还包括：第一髋支承板28和第二髋支承板29；其中，

第一髋支承板28设有第一弧形轨道281和多个第一螺栓孔，第二髋支承板29设有第二弧形轨道291和多个第二螺栓孔，髋支承座22一侧设有多个第三螺栓孔，另一侧设有多个第四螺栓孔；多个第一螺栓孔分别通过螺栓连接对应的第三螺栓孔，多个第二螺栓孔分别通过螺栓连接对应的第四螺栓孔；

髋旋转座23一侧上设有至少一个第一支承轴232，且第一支承轴232上设有第二滚动轴承233；髋旋转座23另一侧上设有至少一个第二支承轴234，且第二支承轴234上设有第三滚动轴承235；第二滚动轴承233滑动连接第一弧形轨道281，第三滚动轴承235滑动连接第二弧形轨道291。

在本实施例中，上述第二滚动轴承233、第三滚动轴承235均可以为任意数量，二者数量可以相同，也可以不同。这两种滚动轴承可以由球头轴承或者滑动轴承等代替。当第二滚动轴承233、第三滚动轴承235均为多个时，均呈弧形轨道分布，具体来说就是多个第二滚动轴承233分布时与第一弧形轨道281相适配，多个第三滚动轴承235分布时与第二弧形轨道291相适配。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第八实施例，其中，髋支承座22具有中空结构，髋支承座22底部设有内圆弧结构221，内圆弧结构221上设有圆弧槽2211，且该内圆弧结构221的中部位置贯穿至中空结构，中空结构的相对两侧壁上分别设有第一蜗杆内孔222和第二蜗杆内孔223；第一蜗杆内孔222上设有第四滚动轴承241，第二蜗杆内孔223上设有第五滚动轴承242，第一蜗杆内孔222外侧设有第一挡板224，第二蜗杆内孔223外侧设有第二挡板225，第二蜗杆24一端连接第四滚动轴承241，第二蜗杆24另一端连接第五滚动轴承242，并从第二挡板225穿出；

中空结构内还设有电机定位槽226，且该电机定位槽226位于第二蜗杆24上方，第二电机21安装于电机定位槽226，且第二电机21的输出轴由髋支承座22的侧壁伸出，且输出轴上连接有第三齿轮21a，第二蜗杆24上从第二挡板225穿出的一端上固定有第四齿轮24a，第三齿轮21a和第四齿轮24a啮合。

在本实施例中，上述髋支承座22具有中空结构，指的是上述髋支承座22内部的空心的，上述内圆弧结构221指的是能够和圆弧形结构相契合的结构，上述圆弧槽2211是设置在内圆弧的圆弧面上的槽，由于内圆弧结构221的中部位置贯穿至中空结构，实际上这个圆弧槽2211是分为两段的。通过上述结构布置，在安装上第二蜗杆24之后，第二蜗杆24可以在此贯穿处与第二蜗轮25啮合。上述第一挡板224和第二挡板225，可以分别对第四滚动轴承241和第五滚动轴承242进行限位。第二电机21可以通过螺栓、螺钉等固定在电机定位槽226，第三齿轮21a和第四齿轮24a均可通过螺钉实现轴向固定，例如，第三齿轮21a经平键连接第二电机21的输出轴上，并在第二电机21的输出轴轴端拧入第三限位螺钉21b，使得第三齿轮21a轴向固定；第四齿轮24a经平键连接第二蜗杆24，并在第二蜗杆24的轴端拧入第四限位螺钉24b，使得第四齿轮24a轴向固定。第二电机21通过第三齿轮21a和第四齿轮24a对第二蜗杆24的传动原理，与第一电机11通过第一齿轮16和第二齿轮17对第一蜗杆13的传动原理类似，不再赘述。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第九实施例，其中，髋支承座22包括：髋上支承座2a和髋下支承座2b；中空结构由髋上支承座2a和髋下支承座2b拼接形成。

在本实施例中，由于髋支承座22是中空结构，其通过髋上支承座2a和髋下支承座2b来组装制造，生产难度较低，同时也更有利于整个结构内部零件的安装。

针对上述仿生髋关节机构，本实用新型还提出第十实施例，其中，躯干连接结构3还包括：推力轴承33、第六滚动轴承34和连接板35；髋部支架32设有第二装配孔321，第二装配孔321内设有限位环3211，推力轴承33由第二装配孔321上方装入并抵接限位环3211，第三电机31的输出端连接连接板35，且输出端由第二装配孔321上方装入并使连接板35抵接推力轴承33；

髋上支承座2a顶部设有连接轴2a1，第六滚动轴承34套接连接轴2a1，且连接轴2a1由第二装配孔321下方装入，并依次穿过限位环3211和推力轴承33，与连接板35连接。

在本实施例中，推力轴承33有助于减少摩擦和应对压力，同时使第三电机31和其他各个部件之间能够旋转，使金属部件能够顺利工作，进而延长其耐久性，本实施例用的推力轴承33是一种滚动轴承。上述连接板35可以是类似法兰的结构，通过此结构和髋上支承座2a顶部的连接轴2a1连接，实现第三电机31带动髋上支承座2a转动，进行带动髋上支承座2a以下的部件转动。第三电机31还带有自锁功能，用以长时间保持姿态。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本实用新型的较佳实施例，但并不限制本实用新型的专利范围。本实用新型可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本实用新型说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生髋关节机构，其特征在于，包括：腿部连接结构、髋支承结构以及躯干连接结构；所述腿部连接结构包括：第一电机、腿部连接座、第一蜗杆、第一蜗轮和花键轴；所述髋支承结构包括：第二电机、髋支承座、髋旋转座、第二蜗杆和第二蜗轮；所述躯干连接结构包括：第三电机和髋部支架；其中，

所述第一蜗轮中部设有第一花键通孔，所述腿部连接座具有一凹槽，该凹槽相对的两侧壁上分别设有第一通孔和第二通孔；所述髋旋转座具有两个相间的连接臂，且两个相间的连接臂上分别设有第二花键通孔和第三花键通孔；所述花键轴的一端依次穿过第二花键通孔、第一通孔、第一花键通孔、第二通孔和第三花键通孔，将髋旋转座和第一蜗轮固定连接，且腿部连接座和第一蜗轮活动连接；

所述第一蜗杆设置在所述腿部连接座上，且位于凹槽一端，所述第一电机的驱动轴连接所述第一蜗杆，所述第一蜗杆与所述第一蜗轮啮合；

所述髋支承座和所述髋旋转座铰接，所述第二蜗轮设置在所述髋旋转座顶部，且所述第二蜗轮所属平面和所述第一蜗轮所属平面垂直，所述第二蜗杆设置在髋支承座上，所述第二电机的驱动轴连接所述第二蜗杆，所述第二蜗杆与所述第二蜗轮啮合；

所述第三电机连接在所述髋部支架上，其输出端连接所述髋支承座。

2.根据权利要求1所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述腿部连接结构还包括：第一齿轮和第二齿轮；所述腿部连接座包括底板和箱座，所述底板拼接于所述箱座底侧；

所述凹槽底侧壁上设有第一中心孔和第一偏置孔，所述底板上设有对应的第二中心孔和第二偏置孔，所述第一齿轮设置于所述第一中心孔和第二中心孔之间，所述第一电机的输出轴由所述第二中心孔穿入并连接所述第一齿轮，所述第二齿轮设置于所述第一偏置孔和第二偏置孔之间，所述第一蜗杆底端由所述第二偏置孔穿入并连接所述第二齿轮，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述腿部连接结构还包括：第一镶套、第二镶套、第三镶套和第四镶套；

所述第一齿轮的两侧分别具有第一定位凸台和第二定位凸台，所述第一镶套设置于所述第一中心孔，并套接所述第一定位凸台；所述第二镶套设置于所述第二中心孔，并套接所述第二定位凸台；

所述第三镶套设置于所述第一偏置孔，套接所述第一蜗杆并抵接所述第二齿轮一侧；所述第四镶套设置于所述第二偏置孔，套接所述第一蜗杆并抵接所述第二齿轮另一侧。

4.根据权利要求2所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述箱座包括：箱体和箱盖；其中，

所述凹槽位于所述箱体上，所述凹槽相对的两侧壁分别具有第一下半圆孔和第二下半圆孔，所述箱盖具有第一上半圆孔和第二上半圆孔；所述第一通孔由所述第一上半圆孔和所述第一下半圆孔拼接形成，所述第二通孔由所述第二上半圆孔和所述第二下半圆孔拼接形成；

所述箱盖上还设有第一装配孔，所述第一装配孔内设有第一滚动轴承，所述第一蜗杆顶端连接所述第一滚动轴承。

5.根据权利要求4所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述腿部连接结构还包括：第五镶套和第六镶套；所述第一蜗轮的一侧设有第三定位凸台，另一侧设有第四定位凸台，其中，

所述第五镶套设置于所述第一通孔，并套接所述第三定位凸台；所述第六镶套设置于所述第二通孔，并套接所述第四定位凸台。

6.根据权利要求1所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述髋支承结构还包括：第一限位螺钉和第二限位螺钉；所述花键轴一端设有第一螺孔，另一端设有第二螺孔，所述第一限位螺钉连接所述第一螺孔，所述第二限位螺钉连接所述第二螺孔。

7.根据权利要求1所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述髋支承结构还包括：第一髋支承板和第二髋支承板；其中，

所述第一髋支承板设有第一弧形轨道和多个第一螺栓孔，所述第二髋支承板设有第二弧形轨道和多个第二螺栓孔，所述髋支承座一侧设有多个第三螺栓孔，另一侧设有多个第四螺栓孔；多个第一螺栓孔分别通过螺栓连接对应的第三螺栓孔，多个第二螺栓孔分别通过螺栓连接对应的第四螺栓孔；

所述髋旋转座一侧上设有至少一个第一支承轴，且所述第一支承轴上设有第二滚动轴承；所述髋旋转座另一侧上设有至少一个第二支承轴，且所述第二支承轴上设有第三滚动轴承；所述第二滚动轴承滑动连接所述第一弧形轨道，所述第三滚动轴承滑动连接所述第二弧形轨道。

8.根据权利要求7所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述髋支承座具有中空结构，所述髋支承座底部设有内圆弧结构，所述内圆弧结构上设有圆弧槽，且该内圆弧结构的中部位置贯穿至所述中空结构，所述中空结构的相对两侧壁上分别设有第一蜗杆内孔和第二蜗杆内孔；所述第一蜗杆内孔上设有第四滚动轴承，所述第二蜗杆内孔上设有第五滚动轴承，所述第一蜗杆内孔外侧设有第一挡板，第二蜗杆内孔外侧设有第二挡板，所述第二蜗杆一端连接所述第四滚动轴承，所述第二蜗杆另一端连接所述第五滚动轴承，并从所述第二挡板穿出；

所述中空结构内还设有电机定位槽，且该电机定位槽位于所述第二蜗杆上方，所述第二电机安装于所述电机定位槽，且所述第二电机的输出轴由髋支承座的侧壁伸出，且所述输出轴上连接有第三齿轮，所述第二蜗杆上从所述第二挡板穿出的一端上固定有第四齿轮，所述第三齿轮和所述第四齿轮啮合。

9.根据权利要求8所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述髋支承座包括：髋上支承座和髋下支承座；所述中空结构由所述髋上支承座和所述髋下支承座拼接形成。

10.根据权利要求9所述的仿生髋关节机构，其特征在于，所述躯干连接结构还包括：推力轴承、第六滚动轴承和连接板；所述髋部支架设有第二装配孔，所述第二装配孔内设有限位环，所述推力轴承由所述第二装配孔上方装入并抵接所述限位环，所述第三电机的输出端连接所述连接板，且所述输出端由所述第二装配孔上方装入并使所述连接板抵接所述推力轴承；

所述髋上支承座顶部设有连接轴，所述第六滚动轴承套接所述连接轴，且所述连接轴由所述第二装配孔下方装入，并依次穿过所述限位环和所述推力轴承，与所述连接板连接。

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