一种人偶膝关节装置、人偶骨架与仿真人偶

摘要

本实用新型涉及玩具与仿真人偶领域，尤其是仿真人偶领域。本实用新型提供的人偶膝关节装置，依据人体膝部骨骼形态、结构与力学特征进行设计制作；利用连杆连接上下膝骨，并使用弹簧使二者间保持动态定位所需的压力与摩擦力；其结构简单，易于制作、安装与调试。本实用新型提供的人偶膝关节装置，关节结构仿真度高、灵活性好、动作动态不易变形，增加了人偶产品膝部外观动态塑形的仿真度及易用度。

说明书

技术领域

本实用新型涉及玩具与仿真人偶领域，尤其是仿真人偶领域。

背景技术

随着3D动画影视与游戏产业的发展，以及元宇宙概念的推进与演化，与之对应的各类虚拟角色小型与等身人偶产品也越来越普及。而目前的相关产品大多为硬质材料浇注或3D打印制作的小型硬质人偶，已经不能满足用户对相关产品的形态、动态与质感高仿真度的要求。现有部分采用热塑体TPE或硅胶材料制作的人偶产品虽然外形仿真度较高，但由于初始结构设计与制作工艺的原因，存在着内部骨架结构设计不合理、肢体动态失真、重量沉重、涂妆一致性差、表皮易裂且无法长时站立展示与储置等问题。因此，一种重量轻，肌体、骨架与关节结构仿真度高、灵活性好，且易于日常使用与维护的仿真人偶产品，作为相关作品与元空间的高端衍生产品，进行同期的市场拓展宣传与销售增收，就成为相关行业的一种现实需求。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种外形、结构与运动特性都具有一定仿真度的人偶膝关节装置。

现有人偶产品普遍采用普通铰接式与齿动式关节，并简单使用纤维材料包裹作为人偶内部骨架的膝关节部件，由于缺少内部骨骼构件的支撑，除初始塑形体位的外观形态具有一定仿真度外，其他体位膝部形态均有不同程度的变形；其次由于铰接与齿动式关节运动方式的原因，其水平夹角运动结构与实际人体骨骼结构存在一定的差异，未能实现重力通过膝关节有效的形成互为斜角支撑并向下肢分散，导致人偶产品重心不稳大都无法独立站立；同时，由于人偶膝关节必要时需要支撑人偶整体重量，因此制作时紧固的都较紧，在使用中变换姿态时费时费力。因此，本实用新型提出一种外形、结构与运动特性都具有一定仿真度的人偶膝关节装置，用以解决现有人偶产品存在的上述问题。

本实用新型提出的技术方案如下：

1.一种人偶膝关节装置，其特征在于，包括：上膝骨(1)、定位销(2)、连杆(3)、下膝骨(4)、弹簧(5)，

所述上膝骨(1)具有容纳所述连杆(3)以所述定位销(2)圆心为圆心进行旋转，并限制所述连杆(3)运动范围的沟槽，沟槽两侧的边缘为弧形曲线与曲面；

所述连杆(3)截面形状为圆形和/或矩形；

所述下膝骨(4)具有圆形和/或矩形通孔，通过所述连杆(3)与所述上膝骨(1)连接，并可随所述连杆(3)旋转运动时，贴合所述上膝骨(1)下后部的弧形曲面进行运动；

所述弹簧(5)使所述下膝骨(4)与上膝骨(1)间保持压力与摩擦力。

2.进一步的，所述上膝骨(1)与所述下膝骨(4)的外形为仿骨骼形态或规则几何形状组合。

3.进一步的，所述弹簧(5)为钢制弹簧或具有弹性的材料制作。

4.进一步的，所述上膝骨(1)与所述下膝骨(4)接触面间或具有可相互啮合的齿型纹路用于关节的定位与防滑。

5.进一步的，所述上膝骨(1)与所述下膝骨(4)外侧护套可安置髌骨。

6.进一步的，所述上膝骨(1)上端用于连接大腿骨骨架，所述下膝骨(4)下端用于连接小腿骨骨架。

本实用新型还提出了以下技术方案：

一种人偶骨架，其特征在于：所述人偶骨架的骨架关节包括上述任一项所述的人偶膝关节装置。

一种仿真人偶，其特征在于：所述仿真人偶内置骨架关节包括上述任一项所述的人偶膝关节装置；所述仿真人偶为具有头部、躯干和四肢的完整形体或仅具有腰部以下部分躯干和/或下肢。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的人偶膝关节装置，依据人体膝部骨骼形态、结构与力学特征进行设计制作；利用连杆连接上下膝骨，并使用弹簧使二者间保持动态定位所需的压力与摩擦力；其结构简单，易于制作、安装与调试。本实用新型提供的人偶膝关节装置，关节结构仿真度高、灵活性好、动作动态不易变形，增加了人偶产品膝部外观动态塑形的仿真度及易用度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型人偶膝关节装置装配及侧正后结构示意图；

图中：1.上膝骨，2.定位销，3.连杆，4.下膝骨，5.弹簧，6.螺母。

图2为本实用新型人偶膝关节装置连杆部件应用结构示意图；

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图和具体实施方式，对本实用新型实施例中的技术方案作进一步详细清楚、完整地描述。

本实用新型的目的在于提出一种外形、结构与运动特性都具有一定仿真度的人偶膝关节装置。下面结合附图对本实用新型的说明。

【实施例1】

如图1所示本实用新型提供的人偶膝关节装置由：上膝骨(1)、定位销(2)、连杆(3)、下膝骨(4)、弹簧(5)、螺母(6)等部件构成，以下按顺序逐一进行介绍，说明其结构、功能与用途。

1.上膝骨：所述上膝骨(1)上端用于连接大腿骨骨架，至少一侧中部具有圆孔用于安装所述定位销(2)连接所述连杆(3)，所述上膝骨(1)具有容纳所述连杆(3)以所述定位销(2)圆心为圆心进行旋转，并限制所述连杆(3)运动范围的沟槽，沟槽两侧的边缘为弧形曲线与曲面；所述上膝骨(1)与所述下膝骨(4)接触面间或具有可相互啮合的齿型纹路用于关节的定位与防滑。

人体并腿直立时，由于髋骨的宽度远大于两膝之间的距离，股骨干下段轴线(解剖轴)与胫骨上段轴线(解剖轴)在膝关节所形成的夹角，正常为174°±1°，此时上膝骨的骨面与地面保持水平，使压力向小腿传递，而小腿骨为分散重心保持稳定，对地同样存在一定的夹角以有利于重心的平衡，保持身体的稳定；因此，人体的重力并非直线传递到脚部，而是通过多次的转折与分解后进行向下的传递；

为此，用于人偶的膝关节装置在设计制作时，同样必须要考虑上述问题，并通过结构仿真加以实现，如图1所示本实用新型人偶膝关节装置，在上膝骨的骨面与地面保持水平时侧、正、后视图中各部件并非为对地垂直状态，其依据与目的既是参照人体的相关骨骼结构，使之能将重心进行分散，有利于人偶站立时整体的动态平衡；

所述上膝骨(1)的外形可使用3D打印件制模后铸造或注塑制作，也可使用普通几何结构件简化制作，具体外形需根据人偶产品的仿真度需求而定；

2.定位销：所述定位销(2)用于所述连杆(3)在所述上膝骨(1)所具有的沟槽内的定位与连接；所述定位销(2)也可与所述连杆(3)制作为一体。

3.连杆：所述连杆(3)截面形状为圆形和/或矩形，其上部具有圆形通孔，用于通过所述定位销(2)使所述连杆(3)在所述上膝骨(1)所具有的沟槽内的定位与连接，下部为圆形和/或矩形杆状，底端或具有螺纹与所述螺母(6)配合；如图2所示批量定型产品为简化工序标准化制作，所述螺母(6)可与所述连杆(3)制作为一体，其形状外观可为多种。

所述连杆(3)用于所述下膝骨(4)连接所述上膝骨(1)，并使所述下膝骨(4)能够在所述连杆(3)以所述定位销(2)圆心为圆心进行0-155度旋转运动时，沿所述上膝骨(1)下后部的弧形表面进行运动，用以模拟与仿真膝部屈伸运动时的关节形态；

4.下膝骨：所述下膝骨(4)具有圆形和/或矩形通孔，通过所述连杆(3)与所述上膝骨(1)连接，并可沿所述连杆(3)进行滑动，随所述连杆(3)旋转运动时，贴合所述上膝骨(1)下后部的弧形曲面进行运动；其下端用于连接小腿骨骨架，连接安装小腿骨骨架后，所述连杆(3)与所述弹簧(5)和所述螺母(6)，位于小腿骨骨架套管内部，外观不可见；

所述下膝骨(4)的外形可使用3D打印件制模后铸造或注塑制作，也可使用普通几何结构件简化组合制作，具体外形需根据人偶产品的仿真度需求而定。

5.弹簧：所述弹簧(5)位于所述连杆(3)中下部，为所述下膝骨(4)提供推力，使所述下膝骨(4)紧密贴合所述上膝骨(1)下后部的弧形表面，使二者之间保持一定的压力与摩擦力防止关节打滑失效；所述弹簧(5)为钢制弹簧或具有弹性的材料制作。

当对腿部姿态进行调整时，可通过下拉小腿骨架的方式，压缩所述弹簧(5)改变所述下膝骨(4)与所述上膝骨(1)之间的压力、摩擦力或啮合齿间隙，实现快速的对腿部姿态进行调节的目的。

6.螺母：所述螺母(6)位于所述连杆(3)底部，作用为调节所述弹簧(5)对所述下膝骨(4)提供推压力的大小，批量定型产品所述螺母(6)也可与所述连杆(3)制作为一体。

除上述部件外，为使膝关节装置更加有效地运转，同时防止关节屈伸运动时对周边的制作材料造成不必要的夹带，可使用具有一定弹性的胶套模拟膝关节周边筋膜韧带组织，捆扎在所述人偶膝关节装置外部，并在对应位置将用以模拟髌骨的部件，固定在胶套的内部或外部，胶套的外部使用纤维类材料包裹使其能更好的与其他外部弹性体制作材料结合，即可对人体膝部关节的屈伸运动形态与外观进行模拟与仿真。

综上所述，本实用新型人偶膝关节装置，依据人体膝部骨骼结构与力学特征进行设计，结构简单，易于制作、安装与调试；关节结构仿真度高、灵活性好、动作动态不易变形；可有效地解决目前相关产品所存在的有关问题，增加了人偶产品的仿真度与易用度。

本实用新型还提供了一种人偶骨架，所述人偶骨架的骨架关节包括上述实施例中任一项所述的人偶膝关节装置。

本实用新型还提供了一种仿真人偶，所述仿真人偶内置骨架关节包括上述实施例中任一项所述的人偶膝关节装置；所述仿真人偶为具有头部、躯干和四肢的完整形体或仅具有腰部以下部分躯干和/或下肢。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理，显然，所提供的实施例仅为本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。

基于本实用新型中的实施例与此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想与获得到的本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都属于本实用新型的保护范围之内。