拟人机器人的三自由度髋关节及拟人机器人论文和设计-赖云良

全文摘要

本实用新型公开了一种拟人机器人的三自由度髋关节，包括髋关节支撑架，髋关节支撑架连接Z向旋转驱动机构；所述髋关节支撑架固定连接Y向末端齿轮件的支架部，髋关节支撑架的连接孔与Y向末端齿轮件的齿轮部沿Y向同轴布置；Y向末端齿轮件连接Y向旋转驱动机构；髋关节支撑架通过连接孔活动连接Y向齿轮箱体的前端，Y向末端齿轮件通过齿轮部活动连接Y向齿轮箱体的后端；Y向齿轮箱体连接X向旋转驱动机构。本实用新型所采用的髋关节具有三个旋转自由度，且三个旋转自由度的回转轴交汇于一点，能够确保机器人行走的稳定性，真正实现模仿人类的直立行走动作，从而完成人类的工作。本实用新型还公开了一种具有该三自由度髋关节的拟人机器人。

主设计要求

1.一种拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：包括髋关节支撑架（4-1），髋关节支撑架（4-1）的顶部连接Z向旋转驱动机构；所述髋关节支撑架（4-1）固定连接Y向末端齿轮件（4-3）的支架部，髋关节支撑架（4-1）的连接孔与Y向末端齿轮件（4-3）的齿轮部沿Y向同轴布置；Y向末端齿轮件（4-3）连接Y向旋转驱动机构；所述髋关节支撑架（4-1）通过连接孔活动连接Y向齿轮箱体（4-10）的前端，所述Y向末端齿轮件（4-3）通过齿轮部活动连接Y向齿轮箱体（4-10）的后端；所述Y向齿轮箱体（4-10）连接X向旋转驱动机构。

设计方案

1.一种拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：包括髋关节支撑架（4-1），髋关节支撑架（4-1）的顶部连接Z向旋转驱动机构；

所述髋关节支撑架（4-1）固定连接Y向末端齿轮件（4-3）的支架部，髋关节支撑架（4-1）的连接孔与Y向末端齿轮件（4-3）的齿轮部沿Y向同轴布置； Y向末端齿轮件（4-3）连接Y向旋转驱动机构；

所述髋关节支撑架（4-1）通过连接孔活动连接Y向齿轮箱体（4-10）的前端，所述Y向末端齿轮件（4-3）通过齿轮部活动连接Y向齿轮箱体（4-10）的后端；

所述Y向齿轮箱体（4-10）连接X向旋转驱动机构。

2.根据权利要求1所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述Z向驱动机构包括Z向旋转驱动电机（1-3）、Z向齿轮组（1-5），所述髋关节支撑架（4-1）的顶部固定连接Z向齿轮组（1-5）的Z向末端齿轮（1-7），Z向齿轮组（1-5）的输入齿轮与Z向旋转驱动电机（1-3）的起步齿轮相啮合；Z向旋转驱动电机（1-3）带动Z向齿轮组（1-5）的Z向末端齿轮（1-7）旋转，从而带动髋关节支撑架（4-1）绕Z轴旋转，实现所述髋关节的Z向旋转自由度；

所述Y向旋转驱动机构包括Y向旋转驱动电机（4-11）、Y向齿轮组（4-9），所述Y向末端齿轮件（4-3）的齿轮部与Y向齿轮组（4-9）的输出齿轮相啮合，Y向齿轮组（4-9）的输入齿轮与Y向旋转驱动电机（4-11）的起步齿轮相啮合；Y向齿轮组（4-9）及Y向旋转驱动电机（4-11）设置于所述Y向齿轮箱体（4-10）内；Y向旋转驱动电机（4-11）带动Y向齿轮组（4-9）旋转，从而能够使Y向末端齿轮件（4-3）与Y向齿轮箱体（4-10）绕Y轴相对旋转，实现所述髋关节的Y向旋转自由度；

所述X向旋转驱动机构包括X向驱动电机（5-8）、X向齿轮组（5-10），所述Y向齿轮箱体（4-10）固定连接X向齿轮组（5-10）的X向末端齿轮（5-7），X向齿轮组（5-10）的输入齿轮与X向驱动电机（5-8）的起步齿轮相啮合；X向驱动电机（5-8）带动X向齿轮组（5-10）的X向末端齿轮（5-7）旋转，从而能够带动Y向齿轮箱体（4-10）绕X轴旋转，实现所述髋关节的X向旋转自由度。

3.根据权利要求1所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述Y向齿轮箱体（4-10）的前端固定设置有Y向齿轮箱盖（4-8），Y向齿轮箱体（4-10）的后端设置有Y向齿轮箱电机盖（4-12），组成Y向齿轮箱；所述髋关节支撑架（4-1）和Y向末端齿轮件（4-3）分别通过轴孔配合实现与Y向齿轮箱的活动连接。

4.根据权利要求3所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述Y向末端齿轮件（4-3）的齿轮部活动套设于Y向齿轮箱盖（4-8）的连接轴上，实现所述轴孔配合；所述髋关节支撑架（4-1）的连接孔活动套设于Y向齿轮箱电机盖（4-12）的连接轴上，实现所述轴孔配合。

5.根据权利要求1所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述Y向齿轮箱体（4-10）的两侧分别形成有圆形凸台（4-10-1），Y向齿轮箱体（4-10）通过圆形凸台（4-10-1）固定连接X向齿轮组（5-10）的X向末端齿轮（5-7）；所述X向齿轮组（5-10）设置于大腿齿轮箱内，大腿齿轮箱的上端开设有髋关节连接通孔，所述圆形凸台（4-10-1）活动穿设于髋关节连接通孔内，以实现Y向齿轮箱体（4-10）与大腿的活动连接。

6.根据权利要求5所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述大腿包括并列设置的大腿齿轮箱体（5-1）、大腿齿轮箱盖（5-2）、大腿电子箱体（5-3）、大腿电子箱盖（5-4），大腿齿轮箱体（5-1）与大腿齿轮箱盖（5-2）固定连接，组成所述大腿齿轮箱，大腿电子箱体（5-3）与大腿电子箱盖（5-4）固定连接，组成大腿电子箱；大腿齿轮箱体（5-1）和大腿电子箱体（5-3）的上端分别开设有所述髋关节连接通孔；大腿齿轮箱体（5-1）和大腿电子箱体（5-3）的上端分别通过所述髋关节连接通孔套设于Y向齿轮箱体（4-10）两侧的圆形凸台（4-10-1）上。

7.根据权利要求6所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述Y向末端齿轮件（4-3）的齿轮部通过关节滑环（4-7）连接Y向齿轮箱盖（4-8）的连接轴；和\/或所述Y向齿轮箱体（4-10）通过X向关节滑环（5-6）连接大腿齿轮箱体（5-1）和大腿电子箱体（5-3）；和\/或所述Z向齿轮组（1-5）的Z向末端齿轮（1-7）通过滚珠轴承（1-6）及止推轴承（4-2）连接髋关节支撑架（4-1）。

8.根据权利要求2所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述Z向齿轮组（1-5）由固定设置于两根齿轮轴上的四个齿轮组成，两组相互啮合的齿轮副的中心距相同，其中一根齿轮轴固定连接身体骨架（1），另一根齿轮轴作为Z向齿轮轴固定连接髋关节支撑架（4-1）。

9.根据权利要求2所述的拟人机器人的三自由度髋关节，其特征在于：所述Z向齿轮组（1-5）设置于髋关节齿轮箱（1-1）内；髋关节齿轮箱（1-1）固定连接身体骨架（1）；髋关节齿轮箱（1-1）上固定设置有Z向霍尔传感器（1-2）；所述Z向齿轮轴的末端固定一颗Z向磁铁（1-4），Z向霍尔传感器（1-2）与Z向齿轮轴的Z向磁铁（1-4）相对应，用于监测所述髋关节的Z向旋转角度；

和\/或所述Y向末端齿轮件（4-3）上固定罩设有Y向输出齿轮盖（4-5）；Y向输出齿轮盖（4-5）上设置有Y向霍尔传感器（4-4）；所述Y向齿轮箱盖（4-8）的连接轴上镶嵌有一颗Y向磁铁（4-6），Y向磁铁（4-6）与Y向霍尔传感器（4-4）相对应，用于监测所述髋关节的Y向旋转角度；

和\/或所述Y向齿轮箱体（4-10）镶嵌有一颗X向磁铁（5-9），X向磁铁（5-9）与固定设置于大腿电子箱体（5-3）上的X向霍尔传感器（5-5）相对应，用于监测所述髋关节的X向旋转角度。

10.一种具有权利要求1至9任一项所述的三自由度髋关节的拟人机器人，其特征在于：包括身体骨架（1），身体骨架（1）的下部固定连接右髋关节（2）和左髋关节（4）；右髋关节（2）连接右大腿（3），左髋关节（4）连接左大腿（5）；所述右髋关节（2）和左髋关节（4）采用权利要求1至8任一项所述的三自由度髋关节。

设计说明书

技术领域

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三自由度髋关节。本实用新型还涉及一种具有该三自由度髋关节的拟人机器人。

背景技术

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。

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。另外，常见舵机的最大旋转角度一般为180°，受限于舵机的最大旋转角度，采用舵机的机器人关节的最大旋转角度都不可能超过180°。这导致机器人关节的旋转灵活度不能满足要求。

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。

发明内容

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三自由度髋关节，它可以实现三个自由度的旋转运动。

为解决上述技术问题，本实用新型拟人机器人的三自由度髋关节的技术解决方案为：

包括髋关节支撑架，髋关节支撑架的顶部连接Z向旋转驱动机构；所述髋关节支撑架固定连接Y向末端齿轮件的支架部，髋关节支撑架的连接孔与Y向末端齿轮件的齿轮部沿Y向同轴布置； Y向末端齿轮件连接Y向旋转驱动机构；所述髋关节支撑架通过连接孔活动连接Y向齿轮箱体的前端，所述Y向末端齿轮件通过齿轮部活动连接Y向齿轮箱体的后端；所述Y向齿轮箱体连接X向旋转驱动机构。

在另一实施例中，所述Z向驱动机构包括Z向旋转驱动电机、Z向齿轮组，所述髋关节支撑架的顶部固定连接Z向齿轮组的Z向末端齿轮，Z向齿轮组的输入齿轮与Z向旋转驱动电机的起步齿轮相啮合；Z向旋转驱动电机带动Z向齿轮组的Z向末端齿轮旋转，从而带动髋关节支撑架绕Z轴旋转，实现所述髋关节的Z向旋转自由度；所述Y向旋转驱动机构包括Y向旋转驱动电机、Y向齿轮组，所述Y向末端齿轮件的齿轮部与Y向齿轮组的输出齿轮相啮合，Y向齿轮组的输入齿轮与Y向旋转驱动电机的起步齿轮相啮合；Y向齿轮组及Y向旋转驱动电机设置于所述Y向齿轮箱体内；Y向旋转驱动电机带动Y向齿轮组旋转，从而能够使Y向末端齿轮件与Y向齿轮箱体绕Y轴相对旋转，实现所述髋关节的Y向旋转自由度；所述X向旋转驱动机构包括X向驱动电机、X向齿轮组，所述Y向齿轮箱体固定连接X向齿轮组的X向末端齿轮，X向齿轮组的输入齿轮与X向驱动电机的起步齿轮相啮合；X向驱动电机带动X向齿轮组的X向末端齿轮旋转，从而能够带动Y向齿轮箱体绕X轴旋转，实现所述髋关节的X向旋转自由度。

在另一实施例中，所述Y向齿轮箱体的前端固定设置有Y向齿轮箱盖，Y向齿轮箱体的后端设置有Y向齿轮箱电机盖，组成Y向齿轮箱；所述髋关节支撑架和Y向末端齿轮件分别通过轴孔配合实现与Y向齿轮箱的活动连接。

在另一实施例中，所述Y向末端齿轮件的齿轮部活动套设于Y向齿轮箱盖的连接轴上，实现所述轴孔配合；所述髋关节支撑架的连接孔活动套设于Y向齿轮箱电机盖的连接轴上，实现所述轴孔配合。

在另一实施例中，所述Y向齿轮箱体的两侧分别形成有圆形凸台，Y向齿轮箱体通过圆形凸台固定连接X向齿轮组的X向末端齿轮；所述X向齿轮组设置于大腿齿轮箱内，大腿齿轮箱的上端开设有髋关节连接通孔，所述圆形凸台活动穿设于髋关节连接通孔内，以实现Y向齿轮箱体与大腿的活动连接。

在另一实施例中，所述大腿包括并列设置的大腿齿轮箱体、大腿齿轮箱盖、大腿电子箱体、大腿电子箱体，大腿齿轮箱体与大腿齿轮箱盖固定连接，组成所述大腿齿轮箱，大腿电子箱体与大腿电子箱体固定连接，组成大腿电子箱；大腿齿轮箱体和大腿电子箱体的上端分别开设有所述髋关节连接通孔；大腿齿轮箱体和大腿电子箱体的上端分别通过所述髋关节连接通孔套设于Y向齿轮箱体两侧的圆形凸台上。

在另一实施例中，所述Y向末端齿轮件的齿轮部通过关节滑环连接Y向齿轮箱盖的连接轴；和\/或所述Y向齿轮箱体通过X向关节滑环连接大腿齿轮箱体和大腿电子箱体；和\/或所述Z向齿轮组的Z向末端齿轮通过滚珠轴承及止推轴承连接髋关节支撑架。

在另一实施例中，所述Z向齿轮组1-5由固定设置于两根齿轮轴上的四个齿轮组成，两组相互啮合的齿轮副的中心距相同，其中一根齿轮轴固定连接身体骨架，另一根齿轮轴作为Z向齿轮轴固定连接髋关节支撑架。

在另一实施例中，所述Z向齿轮组设置于髋关节齿轮箱内；髋关节齿轮箱固定连接身体骨架；髋关节齿轮箱上固定设置有Z向霍尔传感器；所述Z向齿轮轴的末端固定一颗Z向磁铁，Z向霍尔传感器与Z向齿轮轴的Z向磁铁相对应，用于监测所述髋关节的Z向旋转角度；

和\/或所述Y向末端齿轮件上固定罩设有Y向输出齿轮盖；Y向输出齿轮盖上设置有Y向霍尔传感器；所述Y向齿轮箱盖的连接轴上镶嵌有一颗Y向磁铁，Y向磁铁与Y向霍尔传感器相对应，用于监测所述髋关节的Y向旋转角度；

和\/或所述Y向齿轮箱体镶嵌有一颗X向磁铁，X向磁铁与固定设置于大腿电子箱体上的X向霍尔传感器相对应，用于监测所述髋关节的X向旋转角度。

本实用新型还提供一种具有该三自由度髋关节的拟人机器人，其技术解决方案为：

包括身体骨架，身体骨架的下部固定连接右髋关节和左髋关节；右髋关节连接右大腿，左髋关节连接左大腿；所述右髋关节和左髋关节采用所述的三自由度髋关节。

本实用新型可以达到的技术效果是：

本实用新型所采用的髋关节具有三个旋转自由度，且三个旋转自由度的回转轴交汇于一点，不仅能够大大减小控制系统控制机器人动作的运算量，而且能够减小髋关节的尺寸，增加身体的刚度，确保机器人行走的稳定性，真正实现模仿人类的直立行走动作，从而完成人类的工作。

本实用新型的三个旋转自由度分别由一组齿轮组带动，并且三组齿轮组采用相同的齿形参数，包括齿轮的齿数、模数、变位系数等，能够简化后期控制的运算量。具体地，三个旋转自由度仅末端齿轮的形状不同，其它零件都相同。

本实用新型的动力源采用三颗高能量密度空心杯微电机，其中X向驱动电机和Y向驱动电机的最大输出扭矩为120g·cm，髋关节Z向驱动电机的最大输出扭矩为1000g·cm。

本实用新型采用霍尔传感器监测各旋转自由度的旋转角度，精度可以达到0.08°。

本实用新型结构紧凑，设计合理，由于三个旋转自由度的回转轴交于一点，能够降低后期机器人运动学的矩阵运算量，简化后期算法，有效提升运算效率。

附图说明

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。

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。

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：

图1是具有本实用新型拟人机器人的三自由度髋关节的拟人机器人的示意图；

图2是本实用新型的Z向驱动机构的分解示意图；

图3是本实用新型的Y向驱动机构的分解示意图；

图4是本实用新型的组合示意图；

图5是本实用新型的左髋关节与左大腿的连接示意图；

图6是本实用新型的左髋关节与左大腿的另一角度的连接示意图。

图中附图标记说明：

1为身体骨架， 2为右髋关节，

3为右大腿， 4为左髋关节，

5为左大腿，

1-1为髋关节齿轮箱， 1-2为Z向霍尔传感器，

1-3为Z向旋转驱动电机， 1-4为Z向磁铁，

1-5为Z向齿轮组， 1-6为滚珠轴承，

1-7为Z向末端齿轮，

4-1为髋关节支撑架， 4-2为止推轴承，

4-3为Y向末端齿轮件， 4-4为Y向霍尔传感器，

4-5为Y向输出齿轮盖， 4-6为Y向磁铁，

4-7为关节滑环， 4-8为Y向齿轮箱盖，

4-9为Y向齿轮组， 4-10为Y向齿轮箱体，

4-11为Y向旋转驱动电机， 4-12为Y向齿轮箱电机盖，

4-10-1为圆形凸台，

5-1为大腿齿轮箱体， 5-2为大腿齿轮箱盖，

5-3为大腿电子箱体， 5-4为大腿电子箱盖，

5-5为X向霍尔传感器， 5-6为X向关节滑环，

5-7为X向末端齿轮， 5-8为X向驱动电机，

5-9为X向磁铁， 5-10为X向齿轮组。

具体实施方式

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。

如图1所示，本实用新型具有三自由度髋关节的拟人机器人，包括身体骨架1，身体骨架1的下部固定连接右髋关节2和左髋关节4；右髋关节2和左髋关节4分别通过多颗自攻螺钉固定连接身体骨架1；右髋关节2连接右大腿3，左髋关节4连接左大腿5。

本实用新型以身体骨架1作为主要承力部件，这种整件承力件能够大大提高机器人整体的刚性。

如图2至图4所示，左髋关节4包括髋关节支撑架4-1，髋关节支撑架4-1通过螺丝固定连接Y向末端齿轮件4-3的支架部，髋关节支撑架4-1底部的连接孔与Y向末端齿轮件4-3的齿轮部沿Y向同轴设置；

Y向末端齿轮件4-3上固定罩设有Y向输出齿轮盖4-5；Y向输出齿轮盖4-5上设置有Y向霍尔传感器4-4，Y向输出齿轮盖4-5能够保护Y向霍尔传感器4-4；

髋关节支撑架4-1的顶部固定连接Z向齿轮组1-5的Z向末端齿轮1-7，Z向齿轮组1-5的输入齿轮与固定设置于Z向旋转驱动电机1-3的输出轴的起步齿相啮合；Z向旋转驱动电机1-3固定设置于身体骨架1内；Z向旋转驱动电机1-3带动Z向齿轮组1-5的Z向末端齿轮1-7旋转，从而能够带动髋关节支撑架4-1绕Z轴旋转，实现髋关节的Z向旋转自由度，Z向旋转自由度为髋关节的第一级自由度。

优选地，Z向齿轮组1-5的Z向末端齿轮1-7的中心孔固定设置有滚珠轴承1-6，髋关节支撑架4-1的顶部固定连接止推轴承4-2；Z向齿轮组1-5的Z向末端齿轮1-7通过滚珠轴承1-6及止推轴承4-2连接髋关节支撑架4-1。滚珠轴承1-6和止推轴承4-2能够对髋关节支撑架4-1在X-Y平面上以及Z轴方向上的线性运动进行限位，使髋关节支撑架4-1仅能围绕Z轴旋转，同时又能够减少摩擦力，提高传动效率。

Z向齿轮组1-5由固定设置于两根齿轮轴上的四个齿轮组成，两组相互啮合的齿轮副的中心距相同，其中一根齿轮轴固定连接身体骨架1，另一根齿轮轴作为Z向齿轮轴固定连接髋关节支撑架4-1；Z向齿轮轴为髋关节支撑架4-1的Z向回转轴，Z向齿轮轴的末端固定一颗Z向磁铁1-4；

Z向齿轮组1-5设置于髋关节齿轮箱1-1内；髋关节齿轮箱1-1固定连接身体骨架1；髋关节齿轮箱1-1上固定设置有Z向霍尔传感器1-2，Z向霍尔传感器1-2与Z向齿轮轴的Z向磁铁1-4相对应，能够监测左髋关节的Z向旋转角度。

Y向末端齿轮件4-3的齿轮部与Y向齿轮组4-9的输出齿轮相啮合，Y向齿轮组4-9的输入齿轮与固定设置于Y向旋转驱动电机4-11的输出轴的小齿轮相啮合；

Y向齿轮组4-9及Y向旋转驱动电机4-11设置于Y向齿轮箱体4-10内，Y向齿轮箱体4-10的前端固定连接Y向齿轮箱盖4-8，Y向齿轮箱体4-10的后端固定连接Y向齿轮箱电机盖4-12，组成Y向齿轮箱；

Y向末端齿轮件4-3的齿轮部活动套设于Y向齿轮箱盖4-8的连接轴上；髋关节支撑架4-1底部的连接孔活动套设于Y向齿轮箱电机盖4-12的连接轴上；

Y向旋转驱动电机4-11通过Y向齿轮组4-9带动Y向末端齿轮件4-3的齿轮部旋转，从而实现Y向末端齿轮件4-3与Y向齿轮箱体4-10之间绕Y轴的相对旋转，实现髋关节的Y向旋转自由度，Y向旋转自由度为髋关节的第二级自由度；

当Y向末端齿轮件4-3固定时，能够带动Y向齿轮箱体4-10及与之固定连接的左大腿5绕Y轴旋转；当Y向齿轮箱体4-10固定时，能够带动Y向末端齿轮件4-3及与之固定连接的身体骨架1绕Y轴旋转；

Y向末端齿轮件4-3的齿轮部通过关节滑环4-7连接Y向齿轮箱盖4-8的连接轴；优选地，关节滑环4-7为自润滑材料POM（聚甲醛）制成的滑环，能够减少Y向末端齿轮件4-3与Y向齿轮箱盖4-8相对旋转时的摩擦力；

Y向齿轮箱盖4-8的连接轴上镶嵌有一颗Y向磁铁4-6，Y向磁铁4-6与Y向霍尔传感器4-4相对应，用于侦测Y向齿轮箱体4-10与Y向末端齿轮件4-3绕Y轴的相对旋转角度；

优选地，Y向齿轮组4-9与Z向齿轮组1-5的结构相同。

如图5、图6所示，左大腿5包括并列设置的大腿齿轮箱体5-1、大腿齿轮箱盖5-2、大腿电子箱体5-3、大腿电子箱盖5-4，大腿齿轮箱体5-1与大腿齿轮箱盖5-2通过螺丝固定连接，组成大腿齿轮箱，大腿电子箱体5-3与大腿电子箱盖5-4通过螺丝固定连接，组成大腿电子箱；

大腿齿轮箱内设置有X向齿轮组5-10，X向齿轮组5-10的输入齿轮与固定设置于X向驱动电机5-8的输出轴的小齿轮相啮合，X向齿轮组5-10的X向末端齿轮5-7通过螺丝与Y向齿轮箱体4-10固定连接；X向驱动电机5-8带动X向齿轮组5-10的X向末端齿轮5-7旋转，从而能够带动Y向齿轮箱体4-10绕X轴旋转，实现髋关节的X向旋转自由度，X向旋转自由度为髋关节的第三级自由度。

大腿齿轮箱体5-1和大腿电子箱体5-3的上端分别开设有髋关节连接通孔；Y向齿轮箱体4-10的两侧分别形成有圆形凸台4-10-1，Y向齿轮箱体4-10通过圆形凸台4-10-1固定连接X向末端齿轮5-7，且圆形凸台4-10-1与髋关节连接通孔相配合，以使大腿齿轮箱体5-1和大腿电子箱体5-3的上端能够套设于Y向齿轮箱体4-10的两侧；

Y向齿轮箱体4-10镶嵌有一颗X向磁铁5-9，X向磁铁5-9与固定设置于大腿电子箱体5-3上的X向霍尔传感器5-5相对应，用于侦测Y向齿轮箱体4-10绕X轴的旋转角度；

Y向齿轮箱体4-10通过X向关节滑环5-6连接大腿齿轮箱体5-1和大腿电子箱体5-3；优选地，X向关节滑环5-6为自润滑材料POM制成的滑环，能够减少Y向齿轮箱体4-10与大腿齿轮箱体5-1和大腿电子箱体5-3相对旋转时的摩擦力。

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。

设计图

拟人机器人的三自由度髋关节及拟人机器人论文和设计

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