CN219524069U - 腿部结构及双足机器人 - Google Patents

Abstract

本申请属于智能机器人技术领域，尤其涉及一种腿部结构及双足机器人。其中，腿部结构，包括：小腿部；脚掌部；踝连接构件，踝连接构件为十字转接轴，小腿部通过十字转接轴与脚掌部转动连接。应用本申请技术方案解决了目前的双足机器人中踝关节的设计结构复杂且体积臃肿的问题。

Description

腿部结构及双足机器人

技术领域

本申请属于智能机器人技术领域，尤其涉及一种腿部机构及双足机器人。

背景技术

随着科技的进步，各行各业越来越多地应用到了智能机器人，尤其是服务行业对应智能机器人的应用普及率相对更高。以前，智能机器人的形态都相对简单，例如智能机器人的行走***普遍采用轮式运动***替代。而现在，智能机器人越来越趋于仿人形设计，因此，双足机器人应运而生。

仿人形的双足机器人的任一单腿均应包括髋关节、膝关节、踝关节等相应的腿部关节，各个腿部关节之间相互配合，才能完成和人动作相仿的行走运动。众所周知，在真实的人类的腿部关节中，踝关节所涉及的运动自由度相对于其他腿部关节而言是更加复杂的。而目前的双足机器人，为了能够基本复制人类踝关节的多自由度运动形态，因此踝关节的设计结构十分复杂，虽然基本实现了仿人类踝关节的多自由度运动形态，但是却造成双足机器人的踝关节的体积十分臃肿，与人类踝关节的小巧相去甚远。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种腿部结构及双足机器人，旨在解决目前的双足机器人中踝关节的设计结构复杂且体积臃肿的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种腿部结构，包括：

小腿部；

脚掌部；

踝连接构件，踝连接构件为十字转接轴，小腿部通过十字转接轴与脚掌部转动连接。

在一种实施方式中，小腿部设有相对且间隔的第一连接耳和第二连接耳；脚掌部设有第一连接座，第一连接座包括相对且间隔的第一踝连接耳和第二踝连接耳；踝连接构件设有第一连接头、第二连接头、第三连接头和第四连接头，第一连接头和第二连接头的连线垂直于第三连接头和第四连接头的连线，第一连接头转动连接于第一连接耳，第二连接头转动连接于第二连接耳，第四连接头转动连接于第一踝连接耳，第三连接头转动连接于第二踝连接耳。

在一种实施方式中，第一连接头和第一连接耳之间、第二连接头和第二连接耳之间、第四连接头和第一踝连接耳之间、第三连接头和第二踝连接耳之间均是球铰连接；或者，第一连接头和第一连接耳之间、第二连接头和第二连接耳之间、第四连接头和第一踝连接耳之间、第三连接头和第二踝连接耳之间均通过轴承转动连接。

在一种实施方式中，十字转接轴为一体成型构件；或者，十字转接轴包括第一横轴件、第二横轴件和纵轴件，第一横轴件的一端和第二横轴件的一端均固定连接于纵轴件且第一横轴件的轴线和第二横轴件的轴线位于同一直线上，第一横轴件的轴线和第二横轴件的轴线均垂直于纵轴件的轴线，纵轴件的两端、第一横轴件的另一端及第二横轴件的另一端分别为第一连接头、第二连接头、第三连接头和第四连接头。

在一种实施方式中，踝连接构件还包括固定螺栓，纵轴件设有孔轴线垂直于纵轴件的轴线的穿孔，第一横轴件和第二横轴件分别对应于穿孔的两侧孔端口，固定螺栓依次穿过第一横轴件和穿孔与第二横轴件螺接固定。

在一种实施方式中，脚掌部设有与第一连接座间隔的第二连接座，第二连接座和第一连接座的连线方向为脚掌部的长度方向；小腿部包括：小腿肢干，小腿肢干设有第一连接耳和第二连接耳；第一小腿驱动机构和第二小腿驱动机构，第一小腿驱动机构和第二小腿驱动机构均安装于小腿肢干；第一小腿连杆和第二小腿连杆，第一小腿驱动机构的输出转轴和第一小腿连杆的第一端驱动连接，第一小腿连杆的第二端和第二连接座活动连接，第二小腿驱动机构的输出转轴和第二小腿连杆的第一端驱动连接，第二小腿连杆的第二端和第二连接座活动连接，且第一小腿连杆和第二小腿连杆并列布置。

在一种实施方式中，腿部结构还包括枢轴，枢轴转动连接于第二连接座，第一小腿连杆的第二端和枢轴的一端转动连接，第二小腿连杆的第二端和枢轴的另一端转动连接。

在一种实施方式中，腿部结构还包括大腿部，大腿部包括：大腿肢干，小腿肢干远离脚掌部的一端转动安装于大腿肢干，小腿肢干靠近大腿肢干的端部设有第一连接端；膝部驱动机构，膝部驱动机构固定安装于大腿肢干远离小腿部的一端；第一膝部连杆和第二膝部连杆，第二膝部连杆的第一端和膝部驱动机构的输出转轴固定连接，第二膝部连杆的第二端和第一膝部连杆的第一端转动连接，第一膝部连杆的第二端和第一连接端转动连接。

在一种实施方式中，第一膝部连杆的第二端和第一连接端之间通过第二膝部销轴铰接，第二膝部连杆的第二端和第一膝部连杆的第一端之间通过第一膝部销轴铰接；或者，第一膝部连杆的第二端和第一连接端两者之一设有第二膝部球头，第一膝部连杆的第二端和第一连接端两者之另一设有第二膝部窝槽结构，第二膝部球头铰接于第二膝部窝槽结构，第二膝部连杆的第二端和第一膝部连杆的第一端两者之一设有第一膝部球头，第二膝部连杆的第二端和第一膝部连杆的第一端两者之另一设有第一膝部窝槽结构，第一膝部球头铰接于第一膝部窝槽结构。

在一种实施方式中，大腿肢干设有容纳空间，第一膝部连杆和第二膝部连杆均位于容纳空间中，且第一连接端延伸进容纳空间中。

本申请至少具有以下有益效果：

在本申请提供的双足机器人中，脚掌部和小腿部的端部之间通过踝连接构件装配形成了踝关节，具体的踝连接构件为十字转接轴，通过十字转接轴的四个端部对小腿部和脚掌部进行转接，装配形成的踝关节能够基本实现了仿人类踝关节的最主要的四个自由度运动，基本实现了踝关节的多自由度运动功能。由于采用了十字转接轴形式的踝连接构件的简单结构，能够尽可能地减小踝关节的体积，使得腿部结构的踝关节的体积轮廓形态更趋近于人类踝关节，更加符合人们的审美感官。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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。

图1为本申请实施例的双足机器人的双腿的装配结构示意图一；

图2为本申请实施例的双足机器人的双腿的装配结构示意图二；

图3为本申请实施例的双足机器人的双腿的其中一个腿部结构的分解结构示意图一；

图4为本申请实施例的双足机器人的双腿的其中一个腿部结构的分解结构示意图二；

图5为本申请实施例的踝连接构件的装配结构示意图；

图6为图5的分解结构示意图。

其中，图中各附图标记：

120、双腿；110、髋转接结构；

200、大腿部；210、大腿肢干；211、容纳空间；220、膝部驱动机构；230、第一膝部连杆；231、第一杆段；232、第二杆段；233、第三杆段；240、第二膝部连杆；251、第一膝部销轴；252、第二膝部销轴；

300、小腿部；310、小腿肢干；320、第一小腿驱动机构；330、第一小腿连杆；340、第二小腿驱动机构；350、第二小腿连杆；360、第三小腿连杆；370、第四小腿连杆；380、连接转轴；381、第一小腿销轴；382、第二小腿销轴；383、第三小腿销轴；384、第四小腿销轴；390、枢轴；391、第一限位块；3911、第一限位缺口；392、第二限位块；3921、第二限位缺口；301、第一杆段部；302、第二杆段部；303、第三杆段部；304、第一连接耳；305、第二连接耳；311、第一连接端；

400、脚掌部；401、第一连接座；402、第二连接座；411、第一踝连接耳；412、第二踝连接耳；420、踝连接构件；421、第一连接头；422、第二连接头；423、第三连接头；424、第四连接头；4201、第一横轴件；4202、第二横轴件；4203、纵轴件；42031、穿孔；4204、固定螺栓；431、第一轴承；432、第二轴承；433、第三轴承；434、第四轴承。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，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申请中的具体含义。

如图1至图4所示，本申请实施例提供的双足机器人包括双腿120，双腿120有两个腿部结构和髋关节结构组成，其中，两个腿部结构分别是左腿和右腿。具体的，腿部结构包括小腿部300、脚掌部400和踝连接构件420，踝连接构件420对小腿部300和脚掌部400进行转接装配，从而装配形成了踝关节，脚掌部400通过踝关节能够基本实现了仿人类踝关节的最主要的四个自由度运动，基本实现了踝关节的多自由度运动功能，即能够实现脚掌部400的抬起脚掌、放下脚掌、左侧摆脚掌及右侧摆脚掌的基本自由度运动。

在本申请中，踝连接构件420为十字转接轴，通过十字转接轴的四个端部对小腿部300和脚掌部400进行转接，装配形成了小腿部300和脚掌部400之间的踝关节。由于采用了十字转接轴形式的踝连接构件420的简单结构，能够尽可能地减小踝关节的体积，使得腿部结构的踝关节的体积、轮廓形态更趋近于人类踝关节，更加符合人们的审美感官。

如图3和图4所示，小腿部300的一端用于连接双足机器人的大腿部200，小腿部300和大腿部200形成了双腿120的腿部结构的肢干结构。小腿部300的另一端设有相对且间隔的第一连接耳304和第二连接耳305。相应的，脚掌部400设有第一连接座401，第一连接座401包括相对且间隔的第一踝连接耳411和第二踝连接耳412，且第一踝连接耳411和第二踝连接耳412的连线垂直于第一连接耳304和第二连接耳305的连线。小腿部300远离大腿部200的一端和第一连接座401之间通过踝连接构件420实现多自由度运动地连接，具体装配时，踝连接构件420设有第一连接头421、第二连接头422、第三连接头423和第四连接头424，第一连接头421和第二连接头422的连线垂直于第三连接头423和第四连接头424的连线，第一连接头421转动连接于第一连接耳304，第二连接头422转动连接于第二连接耳305，第四连接头424转动连接于第一踝连接耳411，第三连接头423转动连接于第二踝连接耳412。

如此，脚掌部400的第一连接座401和小腿部300的端部之间便通过踝连接构件420装配形成了踝关节。在脚掌部400进行运动的过程中，脚掌部400能够以第一连接头421和第二连接头422的连线为转动轴线进行抬起脚掌及落下脚掌这两个自由度运动，并且，脚掌部400能够以第三连接头423和第四连接头424的连线为转动轴线进行左侧摆脚掌及右侧摆脚掌两个自由度运动。也就是说，脚掌部400通过装配形成的踝关节能够基本实现了仿人类踝关节的最主要的四个自由度运动，基本实现了踝关节的多自由度运动功能。

在本申请实施例中，结合如图5和图6所示，第一连接头421和第一连接耳304之间通过第一轴承431转动连接，第二连接头422和第二连接耳305之间通过第二轴承432转动连接，第四连接头424和第一踝连接耳411之间通过第四轴承434转动连接，第三连接头423和第二踝连接耳412之间通过第三轴承433转动连接。或者，在本申请的另一实施例中，第一连接头421和第一连接耳304之间、第二连接头422和第二连接耳305之间、第四连接头424和第一踝连接耳411之间、第三连接头423和第二踝连接耳412之间均是球铰连接。

为了方便将踝连接构件420装配到第一连接耳304、第二连接耳305、第一踝连接耳411和第二踝连接耳412之间，因此，如图5和图6所示，踝连接构件420采用了组合式结构的设计方式。具体的，踝连接构件420包括第一横轴件4201、第二横轴件4202和纵轴件4203，第一横轴件4201的一端和第二横轴件4202的一端均固定连接于纵轴件4203且第一横轴件4201的轴线和第二横轴件4202的轴线位于同一直线上，第一横轴件4201的轴线和第二横轴件4202的轴线均垂直于纵轴件4203的轴线。此时，纵轴件4203的两端分别为第三连接头423和第四连接头424，第一横轴件4201远离纵轴件4203的一端为第一连接头421，第二横轴件4202远离纵轴件4203的一端为第二连接头422。具体装配时，第一横轴件4201转动连接于第一连接耳304，第二横轴件4202转动连接于第二连接耳305，纵轴件4203的两端分别转动连接于第一连接座401的第一踝连接耳411和第二踝连接耳412。

如图5和图6所示，踝连接构件420还包括固定螺栓4204，并且，纵轴件4203设有孔轴线垂直于纵轴件4203的轴线的穿孔42031。具体装配时，第一横轴件4201和第二横轴件4202分别对应于穿孔42031的两侧孔端口，固定螺栓4204依次穿过第一横轴件4201和穿孔42031与第二横轴件4202螺接固定。这样，通过固定螺栓4204将第一横轴件4201和第二横轴件4202锁紧固定在纵轴件4203上。

采用组合式结构的踝连接构件420进行装配时，首先将纵轴件4203放置于第一踝连接耳411和第二踝连接耳412之间，然后将第一横轴件4201放置在第一连接耳304和纵轴件4203之间以及将第二横轴件4202放置在第二连接耳305和纵轴件4203之间，接着通过固定螺栓4204将第一横轴件4201和第二横轴件4202锁紧固定在纵轴件4203上。然后将第一轴承431、第二轴承432、第三轴承433及第四轴承434依次地进行装配，即：将第一轴承431装配至第一连接头421和第一连接耳304之间，将第二轴承432装配至第二连接头422和第二连接耳305之间，将第三轴承433装配至第二踝连接耳412和第三连接头423之间，将第四轴承434装配至第一踝连接耳411和第四连接头424之间。

另外，在本申请的另一实施例中，踝连接构件420为一体成型构件。选优的，踝连接构件420采用一体锻造构件，或者踝连接构件420采用铸造件。

如图1至图4所示，大腿部200包括大腿肢干210、膝部驱动机构220和第一膝部连杆230和第二膝部连杆240，组成了本申请实施例的双足机器人的双腿120的任一腿部结构的大腿部200。

大腿肢干210的第一端用于转动安装于双足机器人的髋转接结构110。该髋转接结构110用于承上安装机器人的上半身部分以及承下安装腿部结构。小腿部300通过连接转轴380转动安装于大腿肢干210的第二端，此处形成了大腿肢干210和小腿部300之间的膝关节，即膝盖部位的转动支点位置，使得大腿肢干210和小腿部300之间能够实现屈伸运动。进一步的，小腿部300靠近大腿肢干210的端部设有第一连接端311，膝部驱动机构220固定安装于大腿肢干210远离小腿部300的一端。将膝部驱动机构220安装至大腿肢干210时，膝部驱动机构220的输出转轴的轴线延伸方向呈基本水平且基本垂直于机器人的前进方向，并且，膝部驱动机构220的输出转轴和第一膝部连杆230的第一端驱动连接，第一膝部连杆230的第二端和第一连接端311转动连接。膝部驱动机构220带动第一膝部连杆230运动，继而第一膝部连杆230牵动第一连接端311，使得小腿部300以连接转轴380的轴线为转动轴线相对于大腿肢干210转动，从而进行腿部屈伸运动。

本申请的双足机器人相对于目前的双足机器人的任一腿部结构中连接大腿肢干和小腿部的旋转电机直接装配在膝盖部位来说，本申请的双足机器人的腿部结构将膝部驱动机构220的装配位置上移到了大腿肢干210的靠近大腿肢干210的第一端的肢干上，使得小腿部300和大腿肢干210的第二端之间形成的膝关节的体积能够得到缩小，在保证了大腿肢干210和小腿部300之间能够实现屈伸运动的基础上，也能够得到结构紧凑小巧的仿人形膝盖部位，即能够得到结构紧凑小巧的膝关节。

在本申请实施例中，如图3所示，膝部驱动机构220的输出转轴和第一膝部连杆230之间通过第二膝部连杆240实现驱动连接。具体的，第二膝部连杆240的第一端和膝部驱动机构220的输出转轴固定连接，第二膝部连杆240的第二端和第一膝部连杆230的第一端转动连接。膝部驱动机构220带动第二膝部连杆240运动，然后第二膝部连杆240带动第一膝部连杆230运动，继而第一膝部连杆230牵动第一连接端311，使得小腿部300以连接转轴380的轴线为转动轴线相对于大腿肢干210转动，从而进行腿部屈伸运动。

在本申请实施例中，如图3所示，第二膝部连杆240的第二端和第一膝部连杆230的第一端之间通过第一膝部销轴251铰接。进一步的，第一膝部连杆230的第二端和第一连接端311之间通过第二膝部销轴252铰接。在任一单腿进行屈伸运动的过程中，第二膝部连杆240的第二端和第一膝部连杆230的第一端之间以第一膝部销轴251的轴线为转动轴线相对转动，第一膝部连杆230的第二端和第一连接端311之间以第二膝部销轴252的轴线为转动轴线相对转动。

或者，在本申请的另一实施例中，第二膝部连杆240的第二端和第一膝部连杆230的第一端两者之一设有第一膝部球头(未图示)，第二膝部连杆240的第二端和第一膝部连杆230的第一端两者之另一设有第一膝部窝槽结构(未图示)，第一膝部球头铰接于第一膝部窝槽结构。进一步的，第一膝部连杆230的第二端和第一连接端311两者之一设有第二膝部球头(未图示)，第一膝部连杆230的第二端和第一连接端311两者之另一设有第二膝部窝槽结构(未图示)，第二膝部球头铰接于第二膝部窝槽结构。

如图3所示，本申请实施例的第一膝部连杆230包括第一杆段231、第二杆段232和第三杆段233，即第一膝部连杆230是组合式杆件，能够调节第一膝部连杆230的整体长短，从而使第一膝部连杆230能够更加精确地装配在第二膝部连杆240和第一连接端311之间，消除第一膝部连杆230和第二膝部连杆240之间的尺寸链误差产生的装配间隙以及消除第一膝部连杆230和第一连接端311之间的尺寸链误差产生的装配间隙。具体地，第一杆段231和第三杆段233分别螺纹连接于第二杆段232的两端，且第一杆段231的螺纹和第三杆段233的螺纹相互反向。

在将小腿部300和大腿肢干210的第二端之间通过连接转轴380铰接完成且将膝部驱动机构220固定安装于大腿肢干210以及将第二膝部连杆240固定连接于膝部驱动机构220的输出转轴之后，在装配第一膝部连杆230时，根据第二膝部连杆240和第一连接端311之间的装配尺寸链，将第一膝部连杆230的长度调节至适合的装配长度，然后将第一膝部连杆230的两端分别通过第一膝部销轴251和第二膝部销轴252铰接至第二膝部连杆240的第二端及第一连接端311。然后，根据此时第一膝部连杆230的长度是处于顶紧装配在第二膝部连杆240和第一连接端311之间的稍长状态还是处于拉紧装配在第二膝部连杆240和第一连接端311之间的稍短状态，从而旋转第二杆段232，使得第一杆段231和第三杆段233相对于第二杆段232相互靠近以缩短第一膝部连杆230的整体长度或相互远离以伸长第一膝部连杆230的整体长度，以使得第一膝部连杆230的装配长度达到最佳。

如图3和图4所示，大腿肢干210设有容纳空间211，第一膝部连杆230和第二膝部连杆240均位于容纳空间211中，且第一连接端311延伸进容纳空间211中。如此，使用容纳空间211进行收纳装配第一膝部连杆230和第二膝部连杆240，使得大腿部200的整体装配结构更加紧凑。

如图3和图4所示，本申请实施例的腿部结构的小腿部300包括小腿肢干310、第一小腿驱动机构320、第二小腿驱动机构340、第一小腿连杆330和第二小腿连杆350，组成了小腿部300的主要构成部分。

具体装配时，小腿肢干310的第一端转动安装于大腿部200。脚掌部400设有与第一连接座401间隔的第二连接座402，并且第一连接座401和第二连接座402之间的连线的延伸方向和机器人的行进方向相同(也就是，第一连接座401和第二连接座402之间的连线方向为脚掌部400的长度方向)。小腿肢干310的第二端和第一连接座401通过踝连接构件420活动连接，如此小腿肢干310和脚掌部400之间就装配形成了仿人类脚踝的踝关节。

进一步的，第一小腿驱动机构320固定安装于小腿肢干310，当第一小腿驱动机构320装配完成后，第一小腿驱动机构320的输出转轴的轴线延伸方向呈基本水平且基本垂直于机器人的前进方向。并且，第一小腿连杆330的第一端和第一小腿驱动机构320的输出转轴驱动连接，第一小腿连杆330的第二端和第二连接座402活动连接。如此，第一小腿驱动机构320启动以使输出转轴输出转动动力，从而带动第一小腿连杆330运动，接着第一小腿连杆330通过第二连接座402带动脚掌部400以小腿肢干310和脚掌部400装配形成的踝关节为转动支点进行抬脚掌运动，抬脚掌运动包括抬起脚掌及放下脚掌两个自由度运动。

如图3和图4所示，腿部结构还包括第三小腿连杆360，通过第三小腿连杆360实现第一小腿驱动机构320的输出转轴和第一小腿连杆330的第一端之间的驱动连接。具体的，第三小腿连杆360的第一端和第一小腿驱动机构320的输出转轴固定连接，第三小腿连杆360的第二端和第一小腿连杆330的第一端转动连接。这样，当第一小腿驱动机构320启动以使输出转轴输出转动动力时，输出转轴带动第三小腿连杆360以输出转轴的轴线为转动轴线进行摆动，从而带动第一小腿连杆330运动，接着第一小腿连杆330通过第二连接座402带动脚掌部400以小腿肢干310和脚掌部400装配形成的踝关节结构为转动支点进行抬脚掌运动。

进一步的，如图3和图4所示，第二小腿驱动机构340固定安装于小腿肢干310，当第二小腿驱动机构340装配完成后，第二小腿驱动机构340的输出转轴的轴线延伸方向呈基本水平且基本垂直于机器人的前进方向。并且，第二小腿驱动机构340的输出转轴和第二小腿连杆350的第一端驱动连接，第二小腿连杆350的第二端和第二连接座402转动连接。进一步的，第一小腿连杆330和第二小腿连杆350沿垂直于机器人前进方向的方向并列布置。如此，第二小腿驱动机构340和第二小腿连杆350组成的一组传动结构和第一小腿驱动机构320和第一小腿连杆330的一组传动结构并列布置，并且两组传动结构一起向脚掌部400同时提供动力来驱动脚掌部400进行抬脚掌运动。这样，就使得第一小腿驱动机构320和第二小腿驱动机构340能够选用额定功率相对较小的动力装置(例如额定功率相对较小的电机)，因而第一小腿驱动机构320和第二小腿驱动机构340的设备体积也就相对较小，从而使得小腿部300的整体体积更小，小腿部300的轮廓形态也就更趋近于人类小腿的轮廓形态。

如图3和图4所示，腿部结构还包括第四小腿连杆370，通过第四小腿连杆370实现第二小腿驱动机构340的输出转轴和第二小腿连杆350的第一端之间的驱动连接。具体的，第四小腿连杆370的第一端和第二小腿驱动机构340的输出转轴固定连接，第四小腿连杆370的第二端和第二小腿连杆350的第一端转动连接。这样，当第二小腿驱动机构340启动以使输出转轴输出转动动力时，输出转轴带动第四小腿连杆370以输出转轴的轴线为转动轴线进行摆动，从而带动第二小腿连杆350运动，接着第二小腿连杆350也通过第二连接座402带动脚掌部400以小腿肢干310和脚掌部400装配形成的踝关节结构为转动支点进行抬脚掌运动。

本申请的腿部结构通过第一小腿驱动机构320和第一小腿连杆330进行动力传动来带动脚掌部400进行抬脚掌运动。由于第一小腿连杆330是刚性杆件，既能够向脚掌部400传递使脚掌部400抬起的牵引动力，也能够向脚掌部400传递使脚掌部400放下的推动力，也就是说，本申请的腿部结构中只需简单地设计装配第一小腿驱动机构320和第一小腿连杆330的一组传动结构即可实现抬脚掌运动的动力传递。相对于目前的双足机器人而言，本申请的腿部结构的组成零部件更少，结构更简单，从而使得装配难度大大降低，使得装配效率显著提高。

在本申请实施例中，如图3和图4所示，第三小腿连杆360的第二端和第一小腿连杆330的第一端之间通过第一小腿销轴381铰接，第四小腿连杆370的第二端和第二小腿连杆350的第一端之间通过第二小腿销轴382铰接。在进行抬脚掌运动过程中，第三小腿连杆360的第二端和第一小腿连杆330的第一端之间以第一小腿销轴381的轴线为转动轴线相对转动，第四小腿连杆370的第二端和第二小腿连杆350的第一端之间以第二小腿销轴382的轴线为转动轴线相对转动。

如图3和图4所示，腿部结构还包括枢轴390，枢轴390转动地穿设于第二连接座402，第一小腿连杆330的第二端和枢轴390的一端转动连接，第二小腿连杆350的第二端和枢轴390的另一端转动连接。在进行抬脚掌运动时，枢轴390以自身轴线为转动轴线相对于脚掌部400转动。

进一步的，如图3和图4所示，第一小腿连杆330的第二端和枢轴390的一端之间通过第三小腿销轴383铰接，第二小腿连杆350的第二端和枢轴390的另一端之间通过第四小腿销轴384铰接。也就是说，第一小腿连杆330的第二端和枢轴390的一端之间能够以第三小腿销轴383的轴线为转动轴线进行转动，以及第二小腿连杆350的第二端和枢轴390的另一端之间能够以第四小腿销轴384的轴线为转动轴线进行转动。并且，第三小腿销轴383的轴线延伸方向和第四小腿销轴384的轴线延伸方向相互平行且均与机器人的行进方向相一致。此时，结合参见如图1至图4所示，以图4所示左腿为例，当脚掌部400需要进行右侧摆脚掌运动时(即脚掌内摆)，则第一小腿驱动机构320输出带动第一小腿连杆330向下运动的动力，并且第二小腿驱动机构340输出带动第二小腿连杆350向上运动的动力，从而使得脚掌部400以第一连接座401和第二连接座402的连线为转动轴线进行向内侧翻转摆动。当脚掌部400需要进行左侧摆脚掌运动时(即脚掌外摆)，则第一小腿驱动机构320输出带动第一小腿连杆330向上运动的动力，并且第二小腿驱动机构340输出带动第二小腿连杆350向下运动的动力，从而使得脚掌部400以第一连接座401和第二连接座402的连线为转动轴线进行向外侧翻转摆动。

或者，在本申请的另一实施例中，第三小腿连杆360的第二端和第一小腿连杆330的第一端两者之一设有第一小腿球头(未图示)，第三小腿连杆360的第二端和第一小腿连杆330的第一端两者之另一设有第一小腿窝槽结构(未图示)，第一小腿球头铰接于第一小腿窝槽结构。并且，第四小腿连杆370的第二端和第二小腿连杆350的第一端两者之一设有第二小腿球头(未图示)，第四小腿连杆370的第二端和第二小腿连杆350的第一端两只之另一设有第二小腿窝槽结构(未图示)，第二小腿球头铰接于第二小腿窝槽结构。进一步的，第一小腿连杆330的第二端和枢轴390的一端两者之一设有第三小腿球头(未图示)，第一小腿连杆330的第二端和枢轴390的一端两者之另一设有第三小腿窝槽结构(未图示)，第三小腿球头铰接于第三小腿窝槽结构。并且，第二小腿连杆350的第二端和枢轴390的另一端两者之一设有第四小腿球头(未图示)，第二小腿连杆350的第二端和枢轴390的另一端两者之另一设有第四小腿窝槽结构(未图示)，第四小腿球头铰接于第四小腿窝槽。

如图3所示，第一小腿连杆330和第二小腿连杆350均包括第一杆段部301、第二杆段部302和第三杆段部303，即第一小腿连杆330和第二小腿连杆350均是组合式杆件，能够进行调节杆件的整体装配长度，从而使得第一小腿连杆330和第二小腿连杆350能够更加精确地进行装配。调节第一小腿连杆330的装配长度，以消除第一小腿连杆330、枢轴390及第三小腿连杆360三者之间的装配间隙；调节第二小腿连杆350的装配长度，以消除第二小腿连杆350、枢轴390及第四小腿连杆370三者之间的装配间隙。具体的，第一杆段部301和第三杆段部303分别螺纹连接于第二杆段部302的两端，且第一杆段部301的螺纹和第三杆段部303的螺纹相互反向。

以第一小腿连杆330为例，在将第一小腿驱动机构320固定安装于小腿肢干310且将第三小腿连杆360固定连接于第一小腿驱动机构320的输出转轴以及将枢轴390安装于第二连接座402之后，在装配第一小腿连杆330时，根据第三小腿连杆360和枢轴390之间的装配尺寸链，将第一小腿连杆330的长度调节至适合的装配长度，然后将第一小腿连杆330的两端分别通过第一小腿销轴381和第二小腿销轴382铰接至第三小腿连杆360的第二端及枢轴390。然后，根据此时第一小腿连杆330的长度是处于顶紧装配在第三小腿连杆360的第二端及枢轴390之间的稍长状态还是处于拉紧装配在第三小腿连杆360的第二端及枢轴390之间的稍短状态，从而旋转第二杆段部302，使得第一杆段部301和第三杆段部303相对于第二杆段部302相互靠近以缩短第一小腿连杆330的整体长度或相互远离以伸长第一小腿连杆330的整体长度，以使得第一小腿连杆330的装配长度达到最佳。

在本申请实施例中，第一小腿驱动机构320和第二小腿驱动机构340均内嵌固定于小腿肢干310，这样能够使得小腿部300的整体装配更加紧凑。并且，第一小腿驱动机构320和第二小腿驱动机构340沿小腿肢干310的延伸方向间隔布置，第一小腿驱动机构320的输出转轴伸出小腿肢干310的伸出方向和第二小腿驱动机构340的输出转轴伸出小腿肢干310的伸出方向相反。这样使得小腿部300的整体体积更小，则小腿部300的轮廓形态也就更趋近于人类小腿的轮廓形态。

如图3和图4所示，腿部结构还包括第一限位块391，此时腿部结构仅设置了第一限位块391。具体的，第一限位块391对应第一小腿驱动机构320固定安装于小腿肢干310，第一限位块391形成有第一限位缺口3911，第三小腿连杆360从第一限位缺口3911伸出，第一限位缺口3911的两端壁用于限制第三小腿连杆360的摆动范围。或者，如图3所示，腿部结构还包括第二限位块392，此时腿部结构仅设置了第二限位块392。具体的，第二限位块392对应第二小腿驱动机构340固定安装于小腿肢干310，第二限位块392形成有第二限位缺口3921，第三小腿连杆360从第二限位缺口3921伸出，第二限位缺口3921的两端壁用于限制第四小腿连杆370的摆动范围。又或者，腿部结构同时设置有第一限位块391和第二限位块392，第一限位块391及第二限位块392的结构形式和装配形式与上述相同，因而不再赘述。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种腿部结构，包括：

小腿部(300)，所述小腿部(300)包括小腿肢干(310)；

脚掌部(400)；

其特征在于，所述腿部结构还包括：

踝连接构件(420)，所述踝连接构件(420)为十字转接轴，所述小腿部(300)通过所述十字转接轴与所述脚掌部(400)转动连接；

大腿部(200)，所述大腿部(200)包括：

大腿肢干(210)，所述小腿肢干(310)远离所述脚掌部(400)的一端转动安装于所述大腿肢干(210)，所述小腿肢干(310)靠近所述大腿肢干(210)的端部设有第一连接端(311)；

膝部驱动机构(220)，所述膝部驱动机构(220)固定安装于所述大腿肢干(210)远离所述小腿部(300)的一端；

第一膝部连杆(230)和第二膝部连杆(240)，所述第二膝部连杆(240)的第一端和所述膝部驱动机构(220)的输出转轴固定连接，所述第二膝部连杆(240)的第二端和所述第一膝部连杆(230)的第一端转动连接，所述第一膝部连杆(230)的第二端和所述第一连接端(311)转动连接。

2.根据权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，

所述小腿部(300)设有相对且间隔的第一连接耳(304)和第二连接耳(305)；

所述脚掌部(400)设有第一连接座(401)，所述第一连接座(401)包括相对且间隔的第一踝连接耳(411)和第二踝连接耳(412)；

所述踝连接构件(420)设有第一连接头(421)、第二连接头(422)、第三连接头(423)和第四连接头(424)，所述第一连接头(421)和所述第二连接头(422)的连线垂直于所述第三连接头(423)和所述第四连接头(424)的连线，所述第一连接头(421)转动连接于所述第一连接耳(304)，所述第二连接头(422)转动连接于所述第二连接耳(305)，所述第四连接头(424)转动连接于所述第一踝连接耳(411)，所述第三连接头(423)转动连接于所述第二踝连接耳(412)。

3.根据权利要求2所述的腿部结构，其特征在于，

所述第一连接头(421)和所述第一连接耳(304)之间、所述第二连接头(422)和所述第二连接耳(305)之间、所述第四连接头(424)和所述第一踝连接耳(411)之间、所述第三连接头(423)和所述第二踝连接耳(412)之间均是球铰连接；

或者，所述第一连接头(421)和所述第一连接耳(304)之间、所述第二连接头(422)和所述第二连接耳(305)之间、所述第四连接头(424)和所述第一踝连接耳(411)之间、所述第三连接头(423)和所述第二踝连接耳(412)之间均通过轴承转动连接。

4.根据权利要求2所述的腿部结构，其特征在于，

所述十字转接轴为一体成型构件；

或者，所述十字转接轴包括第一横轴件(4201)、第二横轴件(4202)和纵轴件(4203)，所述第一横轴件(4201)的一端和所述第二横轴件(4202)的一端均固定连接于所述纵轴件(4203)且所述第一横轴件(4201)的轴线和所述第二横轴件(4202)的轴线位于同一直线上，所述第一横轴件(4201)的轴线和所述第二横轴件(4202)的轴线均垂直于所述纵轴件(4203)的轴线，所述纵轴件(4203)的两端、所述第一横轴件(4201)的另一端及所述第二横轴件(4202)的另一端分别为所述第一连接头(421)、所述第二连接头(422)、所述第三连接头(423)和所述第四连接头(424)。

5.根据权利要求4所述的腿部结构，其特征在于，

所述踝连接构件(420)还包括固定螺栓(4204)，所述纵轴件(4203)设有孔轴线垂直于所述纵轴件(4203)的轴线的穿孔(42031)，所述第一横轴件(4201)和所述第二横轴件(4202)分别对应于所述穿孔(42031)的两侧孔端口，所述固定螺栓(4204)依次穿过所述第一横轴件(4201)和所述穿孔(42031)与所述第二横轴件(4202)螺接固定。

6.根据权利要求2-5任一项所述的腿部结构，其特征在于，

所述脚掌部(400)设有与所述第一连接座(401)间隔的第二连接座(402)，所述第二连接座(402)和所述第一连接座(401)的连线方向为所述脚掌部(400)的长度方向；所述小腿肢干(310)设有所述第一连接耳(304)和所述第二连接耳(305)；

所述小腿部(300)还包括：

第一小腿驱动机构(320)和第二小腿驱动机构(340)，所述第一小腿驱动机构(320)和所述第二小腿驱动机构(340)均安装于所述小腿肢干(310)；

第一小腿连杆(330)和第二小腿连杆(350)，所述第一小腿驱动机构(320)的输出转轴和所述第一小腿连杆(330)的第一端驱动连接，所述第一小腿连杆(330)的第二端和所述第二连接座(402)活动连接，所述第二小腿驱动机构(340)的输出转轴和所述第二小腿连杆(350)的第一端驱动连接，所述第二小腿连杆(350)的第二端和所述第二连接座(402)活动连接，且所述第一小腿连杆(330)和所述第二小腿连杆(350)并列布置。

7.根据权利要求6所述的腿部结构，其特征在于，

所述腿部结构还包括枢轴(390)，所述枢轴(390)转动连接于所述第二连接座(402)，所述第一小腿连杆(330)的第二端和所述枢轴(390)的一端转动连接，所述第二小腿连杆(350)的第二端和所述枢轴(390)的另一端转动连接。

8.根据权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，

所述第一膝部连杆(230)的第二端和所述第一连接端(311)之间通过第二膝部销轴(252)铰接，所述第二膝部连杆(240)的第二端和所述第一膝部连杆(230)的第一端之间通过第一膝部销轴(251)铰接；

或者，所述第一膝部连杆(230)的第二端和所述第一连接端(311)两者之一设有第二膝部球头，所述第一膝部连杆(230)的第二端和所述第一连接端(311)两者之另一设有第二膝部窝槽结构，所述第二膝部球头铰接于所述第二膝部窝槽结构，所述第二膝部连杆(240)的第二端和所述第一膝部连杆(230)的第一端两者之一设有第一膝部球头，所述第二膝部连杆(240)的第二端和所述第一膝部连杆(230)的第一端两者之另一设有第一膝部窝槽结构，所述第一膝部球头铰接于所述第一膝部窝槽结构。

9.根据权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，

所述大腿肢干(210)设有容纳空间(211)，所述第一膝部连杆(230)和所述第二膝部连杆(240)均位于所述容纳空间(211)中，且所述第一连接端(311)延伸进所述容纳空间(211)中。

10.一种双足机器人，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的腿部结构。