CN106166745B - 机器人上肢以及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人上肢以及机器人。该机器人上肢包括：臂部；以及手部，所述手部与所述臂部旋转式连接以使所述手部能围绕所述臂部的轴线进行旋转。通过这种机器人上肢，能够使手部与臂部相对于臂部的轴线而旋转，以使手部能相对于臂部转动到不同的角度处。由此，该机器人上肢能够实现更多的拟人动作，从而更好地模拟了人类的上肢。

Description

机器人上肢以及机器人

技术领域

本发明涉及人工智能领域，特别是涉及一种人形机器人上肢。本发明还涉及包括这种机器人上肢的机器人。

背景技术

随着科学技术的发展和进步，人们越来越希望将人形机器人(尤其是人工智能人形机器人)应用到生活、工业生产中。

然而，碍于现有技术，人形机器人仅能做到具有在形态上大体类似于人体的上肢的部件，然而令这些部件像人类上肢一样地活动一直是难以实现的。尤其是，对于人类的上肢而言，手部是非常灵活也非常重要的器官，人们的很多活动和表达都要依赖于手部和手部与臂部之间的配合来完成。但是，现有技术中的人形机器人的上肢还不能实现手部与臂部之间的活动配合，手部仅能与臂部之间固定连接，以作为人们识别上肢的形状的一个装饰物。这对于人形机器人模拟人类以及其应用和发展都十分不利。

因此，需要一种能更好地模拟人类的上肢的机器人上肢。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种机器人上肢，该机器人上肢能够更好地模拟人类的上肢。本发明还提出了一种使用这种机器人上肢的机器人。

根据本发明的第一方面，提出了一种机器人上肢，包括：臂部；以及手部，所述手部与所述臂部旋转式连接以使所述手部能围绕所述臂部的轴线进行旋转。

通过这种机器人上肢，能够使手部与臂部相对于臂部的轴线而旋转，以使手部能相对于臂部转动到不同的角度处。由此，该机器人上肢能够实现更多的拟人动作(例如，像人类那样转动手腕)，从而更好地模拟了人类的上肢。

在一个实施例中，在所述手部上固定连接有旋转轴杆，所述旋转轴杆的末端沿所述臂部的轴线延伸到所述臂部内，所述臂部构造有包围所述末端的容纳部，所述容纳部与所述旋转轴杆可旋转式配合，其中，所述旋转轴杆能围绕所述臂部的轴线方向相对于所述容纳部旋转以实现所述手部围绕所述臂部的轴线进行旋转。

通过这种结构，能够在实现手部与臂部之间的相对旋转的同时，简化机器人上肢的结构、降低机器人上肢的重量并减少机器人上肢的制造成本。

在一个实施例中，在所述旋转轴杆的末端上构造有径向向外延伸的限位凸起，在所述容纳部上构造有径向向内延伸的限位挡件，其中，通过所述限位挡件限定有旋转通道，所述限位凸起容纳于所述旋转通道内并能在所述旋转通道内围绕所述臂部的轴线旋转移动，所述限位凸起径向向外延伸的最远端与所述臂部的轴线之间的距离大于所述限位挡件径向向内延伸的最远端与所述臂部的轴线之间的距离。

通过这种结构，能够在手部相对于臂部相对转动的同时，令限位凸起与限位挡件相对移动。在手部相对于臂部转动到一定的相对位置时，限位凸起与限位挡件相接触、甚至相抵，以防止限位凸起继续沿该方向旋转，进而防止了手部相对于臂部沿该方向进一步旋转。由此，使得该机器人上肢能够更好地模拟人类上肢。

在一个实施例中，所述旋转通道相对于所述臂部的轴线形成的夹角最小为90°。也就是说，限位凸起与限位挡件之间的活动范围最小呈90°夹角。通过这种结构，机器人上肢能够更好地模拟人类上肢。

在一个实施例中，在所述限位凸起与所述限位挡件之间构造有弹性件。在限位凸起靠近限位挡件时，会压缩弹性件。这样一来，限位凸起越靠近限位挡件，手部转动所需要克服的阻力越大。通过这种结构，机器人上肢能够更好地模拟人类上肢。

在一个实施例中，在所述限位凸起的周向两侧均设置有所述限位挡件，在所述限位凸起与两侧的限位挡件之间均设置有所述弹性件，所述弹性件构造成在所述限位凸起和所述限位挡件之间始终处于压缩状态。通过这种结构，能够有效实现手部旋转过程中的受阻和受限。另外，通过两侧的弹性件，能够确定限位凸起的自然方向，并由此确定手部的自然方向。

在一个实施例中，在所述臂部内安装有电机，所述电机的转子与所述旋转轴杆固定相连。通过这种结构，能经由电机带动旋转轴杆旋转，并由此带动手部旋转。

在一个实施例中，所述电机构造成在其通电状态下，所述转子能够围绕所述臂部的轴线旋转或者固定不动。由此，在电机的作用下，能够实现手部相对于臂部的旋转、或者相对于臂部固定在某一角度上。

在一个实施例中，电机构造成在其通电状态下，所述转子能够围绕所述臂部的轴线、以设定的角速度旋转设定的角度。通过这种设置，手部能够以所期望的速度转动所期望的角度，以此来根据需要使机器人上肢实现各种活动或运动。

根据本发明的第二方面，提出了一种机器人，其包括躯干，以及根据权利要求1到9中任一项所述的机器人上肢，所述臂部背离所述手部的端部与所述躯干活动式相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过这种机器人上肢，能够使手部与臂部相对于臂部的轴线而旋转，以使手部能相对于臂部转动到不同的角度处。由此，该机器人上肢能够实现更多的拟人动作(例如，像人类那样转动手腕)，从而更好地模拟了人类的上肢。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是根据本发明的机器人上肢的一个实施例的结构示意图；

图2是根据本发明的机器人上肢中的一部分的一个实施例的结构示意图；

图3是根据本发明的机器人上肢中的一部分的另一个实施例的结构示意图；以及

图4是根据本发明的机器人上肢的另一个实施例的结构示意图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示出了本发明的机器人上肢1的结构。机器人上肢1包括臂部10和手部20，其中手部20与臂部10旋转式连接，以使得手部20能够绕臂部10的轴线旋转。如图1所示，手部20可与臂部10同轴式设置。此时，也可理解为手部20绕其自身的轴线旋转。

将手部20制成模拟人手的形状，例如可使手部20具备手背和手面的形状和/或结构，或类似于手背和手面的形状和/或结构。由此，通过手部20与臂部10之前的相对转动，以使手部20能相对于臂部10转动到不同的角度处。由此，上肢1能够实现更多的拟人动作(例如，像人类那样转动手腕)，从而更好地模拟了人类的上肢。

如图1所示，在手部20上固定连接有旋转轴杆31。旋转轴杆31的一端与手部20固定连接，另一端(即，末端)沿臂部10的轴线延伸到臂部10内。在臂部10上构造有包围该末端并与该末端可旋转式配合的容纳部32。通过这种结构，实现了上述手部20与臂部10之间的旋转式连接。这种结构能简化机器人的上肢结构、降低机器人的上肢重量，并且减少上肢的制造成本。

优选地，旋转轴杆31的末端与容纳部32之间相配合的结构如图2或图3所示的那样。

在图2中，在旋转轴杆31的末端上构造有径向向外延伸的限位凸起311，在容纳部32上构造有径向向内延伸的限位挡件321。限位挡件321设置有缺口，即限位挡件321并不覆盖整个圆周，由此在该缺口处形成了供限位凸起311容纳其中的旋转通道322。为了使限位挡件321与限位凸起311能相互配合以限制手部20与臂部10之间的转动关系，令限位凸起311径向向外延伸的最远端311A与臂部的轴线之间的距离大于限位挡件321径向向内延伸的最远端321A与臂部10的轴线之间的距离。由此，在旋转轴杆31相对于容纳部32转动一定角度时，限位凸起311能与限位挡件321相接触，并防止旋转轴杆31相对于容纳部32沿同一方向进一步旋转。这样一来，与旋转轴杆31相连的手部20和与容纳部32相连的臂部10之间的相对转动也能够被限制住。

优选地，旋转通道322相对于臂部的轴线形成的夹角最小为90°。也就是说，限位凸起311沿一个方向(图中的顺时针或逆时针方向)相对于限位挡件321旋转，最多不能超过90°。

由于人类的臂部和手部之间的转动是有角度限制的，所以上述设置能够使上肢1更好地模拟人类的上肢。

优选地，在限位凸起311的周向两侧均设置有限位挡件321。这可通过在限位凸起311的周向两侧分别设置两个限位挡件来实现，也可通过设置一较大的限位块来实现。在后者的情况下，该限位块的周向末端边缘分别形成位于限位凸起311两侧的限位挡件。

如图3所示，可以在限位凸起311与限位挡件321之间构造有弹性件。根据需要可以仅设置弹性件41或弹性件42，但优选地在限位凸起311的两侧同时设置弹性件41、42。这样一来，在限位凸起311沿设置有弹性件的方向旋转时，弹性件会受到压缩。在弹性件受到压缩的过程中，臂部10相对于手部20转动所需克服的阻力增大了。这一方面可以起到限位的作用，另一方面还更加真实地模拟了人类的上肢，从而使得上肢1能够更好地模拟人类上肢。

另外还优选地，可令弹性件41、42在限位凸起311和限位挡件321之间始终处于压缩状态。通过这种结构，能够有效实现手部旋转过程中的受阻和受限。另外，通过两侧的弹性件，能够确定限位凸起的自然方向，并由此确定手部的自然方向。此外，还可通过这种方式来防止限位凸起311在远离其中一个限位挡件321时，因受到其间的弹性件的拉扯而以过快的速度复位。

这里的“自然方向”指的是，在手部及与其相连或相配合的部件不受外力的条件下，限位凸起相对于限位挡件所呈的方向，或理解为手部相对于臂部所呈的方向。

在一个实施例中，弹性件41、42与限位凸起311和限位挡件321中之一相连。通过这种一端相连的结构，使得弹性件41、42在限位凸起311与限位挡件321之间设置得更加稳定。另外，只与限位凸起311和限位挡件321中之一相连也能够避免限位凸起311在远离限位挡件321时，因受到两者之间弹性件的强力拉扯而以过快的速度归位。通过这样的结构，能够减少手部20与臂部10、旋转轴杆31与容纳部32以及限位凸起311与限位挡件321之间的磨损，由此提高了上肢1的使用寿命。

如图4所示，在臂部10内安装有电机50，所述电机的转子与旋转轴杆31固定相连。通过这种结构，能经由电机50的转子的旋转来带动旋转轴杆31旋转，并由此带动手部20旋转。

应理解的是，根据需要也可将电机50安装在手部20内。然而，将电机50安装在臂部10内可有效地降低臂部以远离手部的一端为轴转动时所产生的扭矩，从而可使上肢1更加地轻便，并且使上肢1活动时的能耗更低。另外，由此还在手部20内空出了多余的空间。在该空间内可设置其他的结构，以使手部更加接近人类的手部。例如，可设置类似于人类手指的结构以及相应的动力部件。

在一个实施例中，电机50构造成在其通电状态下，转子能够围绕臂部10的轴线旋转或者固定不动。由此，在电机的作用下，能够实现手部相对于臂部的旋转、或者相对于臂部固定在某一角度上。由此，能够使该上肢1进行更多的活动。例如，该电机50可选用根据实际生产需要的适配电机，并不局限。该电机50本身的结构为本领域的技术人员所熟知的。

优选地，在电机50的通电状态下，转子能够围绕臂部的轴线、以设定的角速度旋转设定的角度。通过这种设置，手部能够以所期望的速度转动所期望的角度，以此来根据需要使机器人上肢实现各种活动或运动。

上述上肢1能够更好地模拟人类的上肢。

另外，本发明中的机器人包含躯干以及上述上肢1。其中，臂部10的远离手部20的一端与躯干可活动式相连，以使该机器人能够更好地模拟人类。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种机器人上肢，包括：

臂部；以及

手部，所述手部与所述臂部旋转式连接以使所述手部能围绕所述臂部的轴线进行旋转，

其中，在所述手部上固定连接有旋转轴杆，所述旋转轴杆的末端沿所述臂部的轴线延伸到所述臂部内，所述臂部构造有包围所述末端的容纳部，所述容纳部与所述旋转轴杆可旋转式配合，

所述旋转轴杆能围绕所述臂部的轴线方向相对于所述容纳部旋转以实现所述手部围绕所述臂部的轴线进行旋转，

在所述旋转轴杆的末端上构造有径向向外延伸的限位凸起，在所述容纳部上构造有径向向内延伸的限位挡件，其中，通过所述限位挡件限定有旋转通道，所述限位凸起容纳于所述旋转通道内并能在所述旋转通道内围绕所述臂部的轴线旋转移动，所述限位凸起径向向外延伸的最远端与所述臂部的轴线之间的距离大于所述限位挡件径向向内延伸的最远端与所述臂部的轴线之间的距离。

2.根据权利要求1所述的机器人上肢，其特征在于，所述旋转通道相对于所述臂部的轴线形成的夹角最小为90°。

3.根据权利要求1或2所述的机器人上肢，其特征在于，在所述限位凸起与所述限位挡件之间构造有弹性件。

4.根据权利要求3所述的机器人上肢，其特征在于，在所述限位凸起的周向两侧均设置有所述限位挡件，在所述限位凸起与两侧的限位挡件之间均设置有所述弹性件，所述弹性件构造成在所述限位凸起和所述限位挡件之间始终处于压缩状态。

5.根据权利要求1或2所述的机器人上肢，其特征在于，在所述臂部内安装有电机，所述电机的转子与所述旋转轴杆固定相连。

6.根据权利要求5所述的机器人上肢，其特征在于，所述电机构造成在其通电状态下，所述转子能够围绕所述臂部的轴线旋转或者固定不动。

7.根据权利要求6所述的机器人上肢，其特征在于，所述电机构造成在其通电状态下，所述转子能够围绕所述臂部的轴线、以设定的角速度旋转设定的角度。

8.一种机器人，其包括躯干，以及根据权利要求1到7中任一项所述的机器人上肢，所述臂部背离所述手部的端部与所述躯干活动式相连。