CN110536784A - 机器人操纵器 - Google Patents

Abstract

本文描述了用于机器人操纵器的系统、装置和方法，该机器人操纵器包括基座、第一部段、操作性地耦合基座和第一部段的第一关节、第二部段以及操作性地耦合第一部段和第二部段的第二关节。第一关节被配置为使第一部段相对于基座围绕至少两个旋转轴旋转。第二关节被配置为使第二部段相对于第一部段围绕至少一个旋转轴旋转。

Description

机器人操纵器

背景技术

传统的机器人操纵器使用一个或多个90度关节(具有肘状布置)用于各种任务，包括但不限于操纵对象、数据采集、行走(locomotion)、飞行、结构支撑等。这种配置会在每个关节周围消耗大量的扭矩，因此需要大量的机械能来运行。此外，90度关节可以易于将物体压碎或在关节处夹紧衣物。

发明内容

在一些实现方案中，机器人操纵器包括基座、第一部段、操作性地耦接所述基座和所述第一部段的第一关节。所述第一关节被配置为使所述第一部段相对于所述基座围绕至少两个旋转轴旋转。机器人操纵器还包括第二部段和第二关节，所述第二关节操作性地耦合所述第一部段和所述第二部段，其中所述第二关节配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕至少一个旋转轴旋转。所述第一部段或所述第二部段中的至少一个具有弯曲的形状。

在一些实现方案中，所述第一部段或所述第二部段中的至少一个是刚性的并且沿长度尺寸弯曲。

在一些实现方案中，所述第一部段或所述第二部段中的每一个都是刚性的并且沿长度尺寸弯曲。

在一些实现方案中，所述第一部段或所述第二部段中的至少一个包括具有弯曲的形状的中空圆柱形结构。

在一些实现方案中，所述第一关节包括三齿轮差速器，以使所述第一部段相对于所述基座围绕所述至少两个旋转轴旋转。

在一些实现方案中，所述三齿轮差速器包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮。所述第一齿轮和所述第二齿轮具有相同的大小。

在一些实现方案中，所述第一齿轮被配置成使得所述第一齿轮的齿支撑表面面对所述第二齿轮的齿支撑表面。所述第一齿轮的轴和所述第二齿轮的轴是同轴的。所述第三齿轮操作性地耦合到所述第一部段。所述第三齿轮具有与所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿啮合的齿，使得所述第一齿轮和所述第二齿轮的移动转换成所述第一部段的移动。

在一些实现方案中，所述第一齿轮和所述第二齿轮由分开的第一电机驱动。所述分开的第一电机中的每一个是被配置用于连续旋转的多圈旋转伺服机构。

在一些实现方案中，所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮中的每一个是锥齿轮。所述第一齿轮和所述第二齿轮以相同的角速度按相同的方向旋转致使所述第一部段以所述相同的角速度按所述相同的方向旋转。所述第一齿轮和所述第二齿轮按不同的方向或不同的角速度中的至少一者旋转致使所述第一部段围绕所述第三齿轮的轴旋转。

在一些实现方案中，所述基座进一步包括操作性地耦合到所述第一关节的支撑元件，所述支撑元件被配置为提供与所述第一部段的运动方向相反的反作用力。

在一些实现方案中，所述支撑元件包括弹簧加载的设备，用以提供机械力以围绕所述第一关节的所述至少两个旋转轴中的一个旋转轴按一个旋转方向偏置所述第一部段。

在一些实现方案中，所述支撑元件包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧操作性地耦合到至少一个渐进式偏心凸出部，所述至少一个渐进式偏心凸出部固定到绕所述至少两个旋转轴中的一个旋转轴与所述第一部段一起旋转的支架。所述弹簧被配置为响应于所述第一部段的所述运动而压缩或延伸以存储对应于所述反作用力的机械能。

在一些实现方案中，所述第二关节包括第二电机，所述第二电机被配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕所述至少一个旋转轴旋转。所述第二电机是多圈旋转伺服机构。

在一些实现方案中，所述第二关节包括至少一根线缆穿过的中空孔。所述至少一根线缆穿过所述第一部段。

在一些实现方案中，所述第二电机驱动偏离所述第一部段的横截面的中心的齿轮，以为供臂连接结构或开口中的至少一者留出空间，以便使线缆穿过所述第二关节。

在一些实现方案中，由所述第二电机驱动的所述齿轮接合被布置在所述第二部段的内表面上的齿，以使所述第二部段相对于所述第一部段旋转。

在一些实现方案中，所述第一关节和所述第二关节是连续的旋转关节。

在一些实现方案中，所述基座被配置为操作性地耦合到附接点或接口。

在一些实现方案中，所述第一关节由所述基座支撑。所述第一关节包括至少一根线缆穿过的中空孔。

在一些实现方案中，所述机器人操纵器还包括至少一个附加的部段连杆组件。所述至少一个附加的部段连杆组件中的每一个包括通过附加的关节联接到所述机器人操纵器的另一部段的附加的部段。所述附加的关节被配置为使所述附加的部段相对于所述另一部段围绕至少一个旋转轴旋转。

在一些实现方案中，所述至少一个附加的部段连杆组件中的每一个中的所述附加的部段具有弯曲的形状。

在一些实现方案中，所述机器人操纵器还包括处理电路，所述处理电路被配置为控制所述第一关节和所述第二关节处的旋转。

在一些实现方案中，所述第一关节和所述第二关节由所述处理电路控制的分开的电机驱动。

在一些实现方案中，所述第一部段或所述第二部段中的一个包括换向器。所述第二关节包括安装在偏离所述第一部段或所述第二部段中的一个或多个的横截面的中心的位置处的偏置安装式齿轮。所述偏置安装式齿轮为臂连接结构或开口中的至少一者留出空间，以便使至少一根线缆穿过所述第二关节。

在一些实现方案中，由所述偏置安装式齿轮和所述换向器留出的所述空间被配置为当所述第一部段和所述第二部段相对于彼此围绕轴旋转时防止所述至少一根线缆缠结或损坏。

在一些实现方案中，一种提供机器人操纵器的方法包括：提供基座；提供第一部段；提供操作地耦合所述基座和所述第一部段的第一关节，其中，所述第一关节被配置为使所述第一部段相对于所述基座围绕至少两个旋转轴旋转；提供第二部段；以及提供操作性地耦合所述第一部段和所述第二部段的第二关节，其中，所述第二关节被配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕至少一个旋转轴旋转。所述第一部段或所述第二部段中的至少一者具有弯曲的形状。

在一些实现方案中，一种机器人操纵器包括：基座单元；第一部段单元；操作性地耦合所述基座单元和所述第一部段单元的第一关节单元，其中，所述第一关节单元被配置为使所述第一部段单元相对于所述基座单元围绕至少两个旋转轴旋转；第二部段单元；以及操作地耦合所述第一部段单元和所述第二部段单元的第二关节单元，其中，所述第二关节单元被配置为使所述第二部段单元相对于所述第一部段单元围绕至少一个旋转轴旋转。所述第一部段单元或所述第二部段单元中的至少一者具有弯曲的形状。

附图说明

图1A是示出根据一些实现方案的机器人操纵器的示意性框图。

图1B是示出根据一些实现方案的机器人操纵器的工作范围的示意性框图。

图2A展示了根据一些实现方案的机器人操纵器的透视图。

图2B展示了根据一些实现方案的机器人操纵器的前视图。

图2C展示了根据一些实现方案的机器人操纵器的后视图。

图2D展示了根据一些实现方案的机器人操纵器的侧视图。

图2E展示了根据一些实现方案的机器人操纵器的俯视图。

图2F展示了根据一些实现方案的机器人操纵器的仰视图。

图3A展示了根据一些实现方案的由基座(图2A-2F)支撑的第一关节(图2A-2F)的透视图。

图3B展示了根据一些实现方案的由基座(图2A-2F)支撑的第一关节(图2A-2F)的前视图。

图3C展示了根据一些实现方案的由基座(图2A-2F)支撑的第一关节(图2A-2F)的后视图。

图3D展示了根据一些实现方案的由基座(图2A-2F)支撑的第一关节(图2A-2F)的侧视图。

图3E展示了根据一些实现方案的由基座(图2A-2F)支撑的第一关节(图2A-2F)的俯视图。

图3F展示了根据一些实现方案的由基座(图2A-2F)支撑的第一关节(图2A-2F)的仰视图。

图4A展示了根据一些实现方案的支架(图3A-3F)的透视图。

图4B展示了根据一些实现方案的支架(图3A-3F)的弹簧加载的无源支撑特征的透视图。

图4C展示了根据一些实现方案的支架(图3A-3F)的弹簧加载的无源支撑特征的侧视图。

图5A展示了根据一些实现方案的安装凸台(图2A-2F)的透视图。

图5B展示了根据一些实现方案的安装凸台(图2A-2F)的横截面图。

具体实施方式

实现方案涉及用于机器人臂或操纵器的装置、系统和方法。特定的实现方案涉及机器人臂或操纵器，其具有产生围绕至少两个旋转轴的旋转运动的第一关节、产生围绕至少一个旋转轴的旋转运动的第二关节以及由第一关节和第二个关节联结的多个部段(臂)。至少一个部段可以是刚性的并且具有弯曲的形状，以随着在第一和/或第二关节处旋转部段而改善机器人臂或操纵器的工作范围(work envelope)。附加的部段和关节可以以类似的方式来实现，以进一步改善机器人操纵器的工作范围。可以在机器人操纵器的基座处使用被动支撑元件(例如，弹簧、橡胶、细绳和/或类似物)以产生关于基座的与(如通过第一关节移动的)第一部段的运动方向相反的反作用力，以便助于第一关节将第一部段(以及与其相联接的其它部段)移回到先前的位置。此外，使第二部段和第一部段相对于彼此旋转的第二关节可以包括偏离中心齿轮，该齿轮从第一/第二部段的横截面的中心偏离以允许至少一根线缆(携带功率和/或控制信号)通过横截面的未被占用空间。

下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而不是旨在表示可以实践本文所描述的概念的唯一配置。详细描述包括提供对各种概念透彻理解的具体细节。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在某些情况下，为了避免混淆这些概念，以框图形式显示了众所周知的结构和组件。

图1A是示出了根据一些实现方案的机器人操纵器100a的示意性框图。参照图1A，机器人操纵器100a可以包括操作地耦合到第一部段130的至少一个基座110。第一部段130可以经由安装凸台134联接到第二部段140。第二部段140可以联接到至少一个附加的部段连杆组件。每个附加的部段连杆组件可以包括至少一个附加的部段。至少一个附加的部段中的每一个可以与第一部段130、第二部段140等相同或至少相似。至少一个附加的部段可以操作性地耦合到每个附加的部段连杆组件的至少一个附加的安装凸台。至少一个附加的安装凸台中的每一个可以与安装凸台134等相同或至少相似。附加的安装凸台可以以与关于安装凸台134或安装凸台184所描述的方式类似的方式将附加的部段联接到机器人操纵器100a的另一部段。如在图1A的非限制性示例中所示，安装凸台184可以将附加的部段(为了清楚起见被省略)耦合到端部部段190。在其中未提供附加的部段连接组件的一些实现方案中，安装凸台184可以将端部部段190耦合至第二部段140。在其中没有提供第二部段140、安装凸台134和附加的部段连杆组件的一些实现方案中，安装凸台184可以将端部部段190耦合到第一部段130。

基座110可以用作针对机器人操纵器100a的其余部分的附接点，将机器人操纵器100a的其余部分连接到机器人操纵器100a可以固定或以其它方式耦合到的附接点或接口。在一些实现方案中，基座110可以被配置为或可以被耦合到地板(或其它表面)、可移动平台、机器人基座(例如，无人机或机器人)、人工操作员等。

以非限制性示例进行说明，基座110可以允许机器人操纵器100a被固定或以其它方式被耦合到工厂、装配线、车间、医院、仓库、停车场、学校和/或其它适合的环境中的各种表面。基座110可以将机器人操纵器100a附接或以其它方式耦合到可以将机器人操纵器100a移动到期望位置的大致固定的或可移动的平台上，使得机器人操纵器110a可以如本文所述起作用。机器人操纵器110a可以以所描述的方式支持操纵对象。

以另一个非限制性示例进行说明，基座110可以被配置为或可以被耦合到移动平台，例如但不限于无人机或机器人。无人机或机器人可以是空中的、陆地的、水上的、空中的等。在这种情况下，机器人操纵器100a可用于以与在本文描述的优点一致的方式(包括但不限于多功能和较小的工作范围、较小的扭矩约束等)，来操纵物体。工作范围是指机器人操纵器100a可以在其中移动并且执行在本文描述的各种任务的工作空间(例如，容量)。因此，在本文描述的机器人操纵器100a可以允许在与常规机器人手臂相比较小的工作区域中的改善的运动，常规机器人手臂必须进一步延伸以便移动和/或重新定位。由于机器人操纵器100a可以在较狭窄的空间内工作，因此一个或多个机器人操纵器(诸如但不限于机器人操纵器100a)可以彼此(与常规手臂相比)较靠近而不彼此相撞或与其它物体(例如但不限于人类)相撞。

机器人操纵器100a的形状和配置不仅允许操纵物体，而且还由于承载能力而在任何期望的定向或位置(例如，竖直定向)支撑无人机或机器人。在一些实现方案中，无人机或机器人可以使用一个或多个(通常是多个)机器人操纵器(诸如机器人操纵器100a)作为起落架或滑动架。在一些实现方案中，无人机或机器人可以使用一个或多个(通常是多个)机器人操纵器(诸如机器人操纵器100a)以便推进(例如，行进、飞行、游泳等)。在一些情况下，无人机可以具有任何数量的臂(例如但不限于机器人操纵器100a)以支持无人机在地面上行进(例如，以类似蟹或类似章鱼的方式)。由于这样的功能，诸如机器人操纵器100a之类的臂可以同时促进通过两个或更多个介质(例如，陆地、水、空气、空间等中的两者或更多者)的运动。一个这样的例子可能是两栖行走。

在一些实现方案中，无人机可以包括具有不同功能的任何数量的臂。例如，无人机可具有至少一个第一臂(例如机器人操纵器110a)用以定向和/或定位无人机和/或至少一个第二臂用以操纵物体。无人机可以替代地或附加地包括至少一个用于行走的第三臂。以涉及六臂无人机的非限制性示例进行说明，无人机的每个臂可以是与机器人操纵器100a类似的臂。无人机可以着陆在任何数量的或全部的臂上(例如，至少3个手臂用于三脚架姿态)。一些被配置用于着陆的臂或一些自由臂可以被配置为单独地接载物体或相互合作地接载(pick up)物体。例如，四个后臂可以撑着无人机，而两个前臂接合货物(例如，将物品夹在臂的尖端之间或以任何其它方式用于接载或接触该物品)。此外，无人机然后可以经由一个或多个臂起飞。

以非限制性示例进行说明，机器人操纵器100a可以包括能够联接机器人操纵器100a与人工操作员或机器基座的接口(例如，可佩戴的带子、背包、鞍座、座椅、轮椅、衣服、头饰、假肢等)。基座110和/或接口可以包括允许彼此附接和分离的附接/分离特征(例如，维可牢(Velcro)、快速释放基座、搭扣、夹具、磁体等)。相应地，人工操作员或机器基座可以根据需要方便地佩戴或支撑和控制机器人操纵器100a。

基座110可以包括机械地耦合到第一部段130的第一关节125。第一关节125可以由至少一个第一电机126机械地驱动以使第一部段130相对于基座110沿至少两个轴移动(旋转)。至少一个第一电机126可以致使第一关节125使第一部段130相对于基座110沿至少两个旋转轴旋转。第一电机126可以由处理电路102控制并由电源108供电。处理电路102和电源108可以通过一根或多根线缆操作性地连接到第一电机126。处理电路102和电源108中的每一个可以由基座110、由接口、由机器人操纵器100a的另一组件或由与人工操作员或机器人基座相关联的合适结构来支撑。

处理电路102可以包括处理器104和存储器106。处理器104可以被实现为通用处理器、专用集成电路(ASIC)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、一组处理组件或其它合适的电子处理组件。存储器106(例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性RAM(NVRAM)、闪存、硬盘存储等)存储数据和/或计算机代码，用于促进在本文描述的各种过程中的至少一些。存储器106包括有形的非暂时性易失性存储器或非易失性存储器。就此而言，存储器106存储编程逻辑，该编程逻辑在由处理器104执行时控制机器人操纵器100a的操作。

例如，处理电路102可以被配置为控制驱动关节(例如，第一关节125、第二关节135...第N关节185等)的电机(例如，至少一个第一电机126、第二电机136...第N电机186等)以移动机器人操纵器100a的任何部分(例如，第一部段130、第二部段140...端部部段190等)到给定的位置和/或定向。因此，机器人操纵器110a上的关节125、135...185可以由处理电路102集中地控制。机器人操纵器110a上的每个关节125、135...185可以由通过处理电路102控制的单独的电机驱动。在其它实现方案中，相同的电机可以通过合适的机械联接方式或以任何其它合适的方式驱动较多的关节。每个关节125、135...185可以是连续旋转关节。

在各种实现方案中，处理电路102可以控制部段130、140...190的各种功能。这些功能包括但不限于物体接合(例如，接载对象)、数据收集、行走、飞行、结构支持和/或其它合适的目的。以非限制性示例进行说明，处理电路102可以控制在部段130、140...190中的一个或多个部段上被布置的铰接指状物、操纵器、夹具、磁体、网等以接合物体。以另一个非限制性示例进行说明，处理电路102可以控制被布置在部段130、140...190中的一个或多个上的传感器(例如，照相机、麦克风、加速度计、惯性传感器、压力传感器、运动传感器、雷达等)以捕获传感器数据。以又一个非限制性示例进行说明，处理电路102可以控制被布置在部段130、140...190中的一个或多个上的腿、轮、踏板、螺旋桨、方向舵、襟翼、副翼、其它推进设备、转向设备或控制设备等。在进一步的非限制性示例中，处理电路102可以控制被布置在部段130、140...190中的一个或多个上的武器、激光器或其它工具。

电源108可以包括用于为电机(例如，至少一个第一电机126、第二电机136...第N电机186等)供电的任何合适的电源以及被布置在机器人操纵器100a上的任何传感器或工具。电源108可以包括电池(例如，锂聚合物电池)、太阳能电池板/电池、氢电池、系留电源连接、内燃机、电源链路(例如激光发射器)等中的一个或多个。

携带来自处理电路102的命令信号和/或来自电源108的电力的线缆可以穿过基座110和机器人操纵器100a的任何部分(例如，通过第一部段130、安装凸台134、第二部段140...安装凸台184和端部部段190)。如在本文详细描述地，基座110和安装凸台134...184可以包括中空孔或孔洞，线缆可以穿过该中空孔或孔洞，而不缠结或损坏线缆。部段130、140...和190的内部可以包括线缆可以穿过的开口、通道、凹槽、孔洞和/或类似物。

此外，部段中的一个或多个(例如，第一部段130、第二部段140等)可以包括换向器(例如，换向器131、换向器141等)以防止当基座110和部段130、140...190相对于彼此移动(旋转)时，线缆通过允许线缆不受限制地旋转(即，连续旋转)而缠结和损坏。在一些实现方案中，换向器131、141等可以被布置在第一部段130、第二部段140等的内部容积内。在其它实现方案中，换向器131、141等可以以其它合适的方式附接到第一部段130、第二部段140等中的相应的一个或由其支撑。换向器131、换向器141等的实现方案可以包括液压换向器、气动换向器、电换向器等。

基座110可以包括机械地耦合到第一关节125的支撑元件122。在一些实现方案中，支撑元件122可以产生与(如由第一关节125移动的)第一部段130从第一位置移动到第二位置的运动的方向相反的反作用力。反作用力可以促进第一关节125将第一部段130(以及机器人操纵器100a的其余部分，包括与其联接的其它部段140...190)移回到第一位置。以非限制性示例(在该示例中第一关节125按用以取得物体的方向朝向物体移动第一部段130进行说明)，支撑元件122(例如，诸如弹簧的被动支撑元件)可以积聚或以其它方式产生与按相反方向移动第一部段130对应的势能。在处理电路102确定物体(未示出)已被接合(例如，抓住)后，处理电路102可以控制第一关节125按用以取回物体的(未示出的)相反方向(例如，朝向基座110)移动第一部段130。可以通过释放存储在支撑元件122中的势能来促进按相反方向的移动。换句话说，支撑元件122和第一电机126两者可以按相反方向同时向第一部段130施加力。

因此，由于支撑元件122的促进作用，即使物体的重量增加，第一电机126也可以向第一关节125和第一部段130施加相对较小的力。在一些实现方案中，支撑元件122可以是无源元件或偏置构件，例如但不限于弹簧、橡胶、线等。与诸如电机126、136...186的附加的有源元件相比，支撑元件122可以是轻量的，从而减小机器人操纵器100a的总重量。在其它实现方案中，支撑元件122可以是有源支撑元件，例如但不限于操作性地耦合到第一关节125和/或第一部段130的附加的电机。

部段130、140...190(包括附加的部段，如果有的话)可以由任何合适的材料制成，该材料例如但不限于是塑料、木材、金属、金属合金、复合材料等。部段130、140...190中的至少一个(包括附加的部段，如果有的话)可以具有弯曲的形状。在一些实现方案中，机器人操纵器100a上的所有部段可以具有弯曲的形状。关节125、135...185的组合和一个或多个部段130、140...190的弯曲的形状允许机器人操纵器100a的改善的灵活性和工作范围，从而改善工作空间。部段130、140...190的合适形状可以包括但不限于圆柱体、六角棱柱、立方体等。

每个安装凸台(例如，安装凸台134...和安装凸台184)可以联接两个相邻的部段(例如，第一部段130、第二部段140...和端部部段190)。例如，安装凸台134可以操作性地(例如机械地和电气地)将第一部段130与第二部段140联接。安装凸台134可以包括第二关节135，用于围绕至少一个旋转轴相对于第一部段130移动(例如，旋转)第二部段140或相对于第二部段140移动(例如，旋转)第一部段130。如图所示，第二电机136可以分别从处理电路102和电源108接收命令信号和电力。第二电机136可以基于由被联接到处理电路102的至少一根线缆携带的命令信号，驱动机械地耦合到第一部段130和第二部段140的第二关节135，以使第一部段130或第二部段140彼此相对旋转。每个安装凸台(例如，安装凸台134...和安装凸台184)可以包括例如轴承和/或滚针轴承，以提升例如在每个安装凸台处的负载。

安装凸台184可以操作性地(例如，机械地和电气地)将附加的部段(未示出)与端部部段190耦合。安装凸台184可以包括用于围绕至少一个旋转轴，相对于端部部段190移动(例如，旋转)附加的部段或者相对于附加的部段移动(例如，旋转)端部部段190的第N关节185。如图所示，第N电机186可以分别从处理电路102和电源108接收命令信号和电力。第N电机186可以基于由被联接到处理电路102的至少一根线缆携带的命令信号，来驱动可以机械地耦合到附加的部段和端部部段190的第N关节185，以相对于彼此旋转附加的部段或端部部段190。

图1B是示出根据一些示例的机器人操纵器100b的工作范围的示意性框图。参照图1A-1B，示出了机器人操纵器100b以说明机器人操纵器100b的一部分的运动的范围。例如，基座110b、第一部段130b、安装凸台134b、第二部段140b、安装凸台184b和端部部段190b可以分别对应于机器人操纵器100a的基座110、第一部段130、安装凸台134、第二部段140、安装凸台184和端部部段190。在机器人操纵器100b的非限制性示例中省略了第二部段140和安装凸台184之间的附加的臂部段和安装凸台。

第一部段130b、第二部段140b和端部部段190b可各自具有弯曲的形状。第一部段130b可以从基座110b延伸到安装凸台134b，并且沿着第一部段130b的长度尺寸弯曲。第二部段140b可以远离安装凸台134b延伸并且沿第二部段140b的长度尺寸弯曲。端部部段190b可以从安装凸台184b延伸，并且沿着端部部段190b的长度尺寸弯曲。基座110b可以使第一部段130b相对于基座110b围绕两个旋转轴(例如，X轴线和Y轴线)旋转。当第一部段130b围绕X轴旋转时，Y轴可以相应地改变。如图所示，第一部段130b可以被放置在通过围绕两个旋转轴的旋转而可允许的任何位置(130b、130b'、或其间的任何位置)。关于(为了清楚起见相对于第一部段130b的位置示出的)第二部段140b，安装凸台134b可以使第二部段140b相对于第一部段130b围绕A轴旋转(或反之亦然)。如图所示，可以基于围绕A轴的旋转和任何先前的部段(例如，第一部段130b围绕X轴和Y轴)的旋转，在任何位置(140b、140b'或其间的任何位置)放置第二部段140b。关于(为了清楚起见相对于第二部段140b的位置示出的)端部部段190b，安装凸台184b可以使端部部段190b相对于第二部段140b围绕B轴旋转(或反之亦然)。如图所示，可以根据围绕B轴的旋转和任何先前部段(例如，第一部段130b围绕X轴和Y轴以及第二部段140b围绕A轴)的旋转，将端部部段190b放置在任何位置(190b、190b'或其间的任何位置)。

因此，与机器人操纵器100b相关联的工作范围可以是基于部段(例如，第一部段130b、第二部段140b和端部部段190b)的形状(例如，弯曲)和围绕联接部段的关节(例如，基座110b、安装凸台134b和安装凸台184b)的旋转的。与直的部段相比，不规则形状的部段(例如，弯曲的部段)允许针对机器人操纵器100b的任何部段达到特定的期望位置的改进的灵活性和准确度。这种优点对于端部部段190、190b特别重要的，端部部段190、190b可以得益于所有先前部段的弯曲和所有先前关节的旋转。

因此，在本文描述的示例示出了机器人操纵器100a或100b，其具有基座110、110b、第一部段130、130b、联接基座110a、110b和第一部段130、130b的第一关节125、第二部段140、140b以及联接第一部段130、130b和第二部段140、140b的第二关节135。第一关节125可以被配置为使第一部段130、130b相对于基座110、110b围绕两个旋转轴(例如，X轴线和Y轴线)旋转。第二关节135可以被配置为使第二部段140、140b相对于第一部段130、130b以至少一个旋转轴(例如，A轴线)旋转。机器人操纵器100a或100b还可以包括安装凸台184、184b和端部部段190、190b。第N关节185可以被配置为使端部部段190、190b相对于先前的部段(例如，140b)绕至少一个旋转轴(例如，B轴线)旋转。为了清楚起见，第一部段130、130b、第二部段140、140b、端部部段190、190b或为了清楚起见未示出的其间的任何段中的至少一个可以具有不规则形状，例如弯曲的形状。第一部段130、130b、第二部段140、140b、端部部段190、190b或为了清楚起见未示出的其间的任何部段中的至少一个可以由刚性材料制成。

第一部段130、130b、第二部段140、140b、端部部段190、190b或为了清楚起见未示出的其间的任何部段中的一个或多个的不规则和非直的形状以及在第一关节125处的2轴旋转和在第二关节135(以及任何随后的关节)处的1轴旋转允许：机器人操纵器100a、100b以与90度枢转肘关节相比较小的扭矩来接合物体(例如，接载处于相对基座110、110b的不同高度到或接触地面以便步行)。尽管在本文所示的非限制性示例中，部段130b、140b...190b可以具有弯曲的形状，但部段130、140...190的其它示例可以具有不弯曲的不规则非直形状。以非限制性示例进行说明，部段130、140...190中的一者或一者以上中的每一者可以具有有取代逐渐弯曲的一个或一个以上成角度的转弯(例如，30°转弯、40°转弯、60°转弯、90°转弯、其组合等)的刚性的直的且伸长的形状。机器人操纵器100a可以包括附加的部段和关节。

图2A展示了根据一些实现方案的机器人操纵器200的透视图。图2B展示了根据一些实现方案的机器人操纵器200的前视图。图2C展示了根据一些实现方案的机器人操纵器200的后视图。图2D展示了根据一些实现方案的机器人操纵器200的侧视图。图2E展示了根据一些实现方案的机器人操纵器200的俯视图。图2F展示了根据一些实现方案的机器人操纵器200的仰视图。参照图1A-2F所示，机器人操纵器200示出了机器人操纵器100a和100b的非限制性实现方案。

如图所示，机器人操纵器200可以包括支撑机器人操纵器200的其余部分的基座210，其余部分包括至少第一关节225、第一部段230、安装凸台234、第二部段240、安装凸台244和端部部段250。基座210、第一关节225、第一部段230、安装凸台234、第二部段240、安装凸台244和端部部段250可以分别是基座110、110b、第一关节125、第一部段130、130b、安装凸台134、134b、第二部段140、140b、安装凸台184以及端部部段190中的任何一个或多个的非限制性实现方案。其它例子可以包括更多或更少的臂部段和关节。

基座210可以以所描述的方式将机器人操纵器200的其余部分操作性地耦合到附接点或接口。如所描述地，附接点或接口可以是地板、可移动平台、机器人基座(例如，无人机或机器人)、人工操作员等。如图2A-2F的非限制性示例所示，接口可以是可以由人工操作员围绕腰部佩戴的可佩戴的带子205。基座210可以被固定到可佩戴的带子205或被配置为可附接到可佩戴的带子205或可从可佩戴的带子205上拆卸。其它类型的接口(例如但不限于可佩戴的带子、背包、鞍座、座椅、轮椅、衣服、头饰、假肢等)也可以将机器人操纵器200与人工操作员联接起来。

基座210可以在结构上支撑第一关节225。第一关节225可以将基座210与第一部段230以及机器人操纵器200的其余部分联接。第一关节225可以使第一部段230相对于基座210围绕两个旋转轴旋转。由于基座210可以被固定或附接到接口(例如，可佩戴的带子205)，所以第一关节225可以使第一部段230相对于基座210处的接口绕两个旋转轴旋转。换言之，第一关节225可以使第一部段230相对于在基座210处的机器人基座或人工操作员绕两个旋转轴旋转。

以非限制性示例进行说明，第一关节225可以围绕X轴和Y轴旋转第一部段230。X轴可以是相对于基座210的固定轴。如本文描述地，第一关节225可以具有至少一个具有沿X轴延伸的轴的齿轮。如图所示，Y轴沿第一部段230的接触第一关节225或接近第一关节225的部分的纵向尺寸延伸。第一部段230的近端(例如，耦合到第一关节225的端)可以有一横截面。Y轴可以延伸穿过横截面上的中心或任何合适的点。Y轴可以垂直于横截面。因此，随着围绕X轴旋转第一部段230，Y轴可以相应地改变。也就是说，Y轴可以按与第一部段230的方向和角速度相比相同的方向和角速度围绕X轴旋转。

在所示的非限制性示例中，第一关节225可以是能够支撑围绕两个旋转轴的旋转的单个关节。这样的设计是有利的，因为其重量轻且紧凑，因此当被固定/被附接到用户或机器基座时提供较小的轮廓。在其它实现方案中，第一关节225可以包括支撑围绕至少两个旋转轴的旋转的任何数量的关节。

安装凸台234可以联接第一部段230和第二部段240，同时提供第一部段230或第二部段240中的一个或多个相对于彼此的移动(例如，旋转)。在一些实现方案中，安装凸台234可以包括第二关节(例如，第二关节135)，该第二关节被配置为使第二部段240相对于第一部段230围绕单个旋转轴(例如，A轴)旋转。在一些实现方案中，安装凸台234可以包括第二关节(例如，第二关节135)，该第二关节被配置为使第一部段230相对于第二部段240围绕单个旋转轴(例如，A轴)旋转。

第一部段230中的接触或以其它方式接合安装凸台234、第二关节135和/或第二部段240的部分可以具有第一横截面。安装凸台234可以具有第二横截面。第二部段240中的接触或以其它方式接合安装凸台234、由安装凸台234支撑的第二关节135和/或第一部段230的部分可以具有第三横截面。A轴可以延伸穿过第一横截面、第二横截面或第三横截面中的一个或多个上的中心或任何合适的点。A轴可以垂直于第一横截面、第二横截面或第三横截面中的一个或多个。

换句话说，根据各种实现方案，第一部段230和第二部段240不形成围绕安装凸台234的枢转，而是相对于彼此旋转。这样的配置可以减轻机器人操纵器200的一部分与任何附近的物体(诸如用户的衣服)的如由在安装凸台234处进行枢转导致的夹紧，并且减少了部段的缠结。虽然在非限制性示例中，安装凸台234包括被配置为使第一部段230和/或第二部段240围绕A轴旋转的单个关节，但是安装凸台234的其它示例可以包括致动绕两个或更多个旋转轴的移动的单个关节(例如但不限于第一关节225)或致动绕两个或更多个旋转轴的移动的多个关节。

安装凸台244可以联接第二部段240和端部部段250，同时提供第二部段240或端部部段250中的一个或多个相对于彼此的移动(例如，旋转)。在一些实现方案中，安装凸台244可以包括关节(例如，第N关节185)，该关节被配置为使端部部段250相对于第二部段240围绕单个旋转轴(例如，B轴)旋转。在一些实现方案中，安装凸台234可以包括关节(例如，第N关节185)，其被配置为使第二部段240相对于端部部段250围绕单个旋转轴(例如，B轴)旋转。

第二部段240中的接触或以其它方式接合安装凸台244、由安装凸台244支撑的关节和/或端部部段250的部分可以具有第四横截面。安装凸台244可以具有第五横截面。端部部段250中的接触或以其它方式接合安装凸台244、由安装凸台244支撑的关节和/或第二部段240的部分可具有第六横截面。B轴可以延伸穿过第四横截面、第五横截面或第六横截面中的一个或多个上的中心或任何合适的点。B轴可以垂直于第四横截面、第五横截面或第六横截面中的一个或多个。

换句话说，第二部段240和端部部段250不形成围绕安装凸台244的枢转，而是相对于彼此旋转。如所描述地，这种配置减少了由在安装凸台244处进行枢转引起的夹紧并且减少了部段的缠结。虽然在非限制性示例中，安装凸台244包括被配置为使第二部段240和/或端部部段250围绕B轴旋转的单个关节，但是安装凸台244的其它示例可以包括致动绕两个或更多个旋转轴的移动的单个关节(例如但不限于第一关节225)或致动绕两个或更多个旋转轴的移动的多个关节。

部段230、240和250可以由刚性的或大体上刚性的材料制成，该材料例如是塑料、木材、金属、金属合金、复合材料等。刚性为机器人操纵器200提供了结构完整性。假设部段的形状是固定的并且因此通过计算中的预定的固定值表示的，则部段230、240和250的刚度还允许精确计算机器人操纵器200的任何部段的位置。在其它实现方案中，部段230、240和250中的一个或多个可以由塑料、橡胶、铝等形成的相对柔性的材料制成。

如图所示，端部部段250可以是用于运动的足部。在一些实现方案中，端部部段250可以进一步包括被配置用于其它功能的结构和/或设备，其它功能例如但不限于物体接合(例如接载物体、操纵物体等)、数据收集、推进或其它合适的目的。

如图所示，部段230、240和250中的每一个可以具有中空的、刚性的、圆柱形的和弯曲的结构。部段230、240和250中的一个或多个可以具有用于穿过的内部容积或其它方式的空气、线缆和支撑元件。所示的部段230、240和250(例如，在图2A-2F中)分别是第一部段130、第二部段140和端部部段190的非限制性示例。通常，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的每一个的实现方案可以表现出本文描述的一个或多个特性，包括但不限于中空结构、刚性结构、圆柱形形状、弯曲形状等。

在一些实现方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一个或多个可以具有中空结构。在一些实现方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一个或多个可以具有刚性结构。在一些实现方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一个或多个可以具有圆柱形结构。在一些实现方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一个或多个可以具有弯曲结构。

在一些布置中，部段230、240和250中的一个或多个中的每一个可以包括用于管理线缆的一个或多个换向器(例如，换向器131、141等)。以本文描述的方式进行的换向器(例如，131和141)的组合、部段(例如230、240和250)的形状以及关节(例如225)和安装凸台(例如234和244)的配置等允许机器人操纵器200在关节和安装凸台处连续地旋转，因此减少了为移动机器人操纵器200并为接合物体所需的扭矩，而不缠绕或损坏在机器人操纵器200中提供电力和控制信号的线缆。

在一个非限制性示例中，第一关节225可以使第一部段230围绕两个旋转轴旋转，而在其中支撑的后续的安装凸台234、244或关节中的每一个可以使一个部段相对于另一个部段绕旋转轴旋转。在一些情况下，可以有益地是，给后续的安装凸台234、244或在其中支撑的关节(除了将第一部段230连接到基座210的关节225)提供一个旋转轴而不是两个或更多个旋转轴，以便减小为了围绕后续的安装凸台234、244或在其中支撑的关节移动所需的扭矩。假设仅提供一个旋转轴，则可以减少驱动后续的安装凸台234、244或在其中支撑的关节的致动器(例如，电机146、第N电机186等)的数量。例如，可能需要一个电机(例如，第二电机136)来驱动关节(例如，安装凸台134、234的第二关节135)以使第一部段130、230或第二部段140、240中的一个相对于第一部段130、230或第二部段140、240中的另一个围绕单个旋转轴旋转。这导致减小了机器人操纵器200的重量和轮廓以及为了围绕后续的安装凸台234、244或在其中支撑的关节移动所需的扭矩。

图3A展示了根据一些示例的由基座210(图2A-2F)支撑的第一关节225(图2A-2F)的透视图。图3B展示了根据一些示例的由基座210(图2A-2F)支撑的第一关节225(图2A-2F)的前视图。图3C展示了根据一些示例的由基座210(图2A-2F)支撑的第一关节225(图2A-2F)的后视图。图3D展示了根据一些示例的由基座210(图2A-2F)支撑的第一关节225(图2A-2F)的侧视图。图3E展示了根据一些示例的由基座210(图2A-2F)支撑的第一关节225(图2A-2F)的俯视图。图3F展示了根据一些示例的由基座210(图2A-2F)支撑的第一关节225(图2A-2F)的仰视图。

参照图1A-3F，第一关节225展示了机器人操纵器100a的第一关节125的非限制性实现方案。如图所示，基座210可以在结构上支撑第一关节225，其至少包括齿轮310a-310c、支架330、电机320a和320b以及弹簧340a和340b。电机320a和320b可以是第一电机126的非限制性实现方案。

如所描述地，第一关节225可以是致使第一部段230围绕两个旋转轴(X轴和Y轴)相对于基座210旋转的两轴关节。如图所示，第一关节225可以用啮合在一起的齿轮310a-310c来实现，形成三齿轮差速器以实现所述旋转。齿轮310a-310c中的每个可以是锥齿轮。齿轮310a和310b的旋转可以转换为齿轮310c的旋转，齿轮310c的旋转既而可以转换为第一部段230(围绕两个旋转轴)的移动。

如图所示，齿轮310a和310b的齿支撑表面可以被布置成彼此面对。齿轮310a和310b的轴可以是共轴的并且沿X轴分布。换句话说，齿轮310a和310b中的每一个都可以围绕X轴旋转。齿轮310a和310b可以由至少一个致动器驱动。例如，齿轮310a和310b可以分别由电机320a和320b驱动。每个电机320a和320b可以是多圈旋转伺服机构。在一些实现方案中，齿轮310a和310b可以具有相同的尺寸。齿轮310a和310b可以在齿轮310c的相对侧上与齿轮310c啮合。

齿轮310c可以通过紧固构件312耦合到第一部段230。紧固构件312可以被固定到齿轮310c并且与齿轮310c一起移动(例如旋转)。紧固构件312也可以被固定到第一部段230的近端。因此，齿轮310a和310b的移动可以转换为齿轮310c和紧固构件312的移动。齿轮310c和紧固构件312的移动(例如旋转)对应于第一部段230的移动(例如旋转)。

例如，当电机320a和320b使齿轮310a和310b以相同的角速度按相同的方向(围绕X轴)旋转时，可以致使第一部段230按相同的方向(围绕X轴)以相同的角速度旋转。当齿轮310a和310b以相同的角速度按相同的方向(围绕X轴)旋转时，齿轮310c可以不围绕可能位于Y轴上的轴旋转。

当电机320a和320b使齿轮310a和310b按不同的方向(围绕X轴)和/或以不同角速度旋转时，可以使第一部段230除了围绕X轴旋转外或者作为围绕X轴旋转的替代方案来围绕Y轴旋转。当齿轮310a和310b按不同的方向和/或以不同的角速度旋转时，齿轮310c可以围绕轴旋转。

因此，控制齿轮320a和320b的旋转可以允许第一部段230围绕X轴、Y轴或两者同时旋转。这样，第一部段230可以围绕两个旋转轴旋转。

如图所示，支架330可以被布置在齿轮310a-310c之间。因此，齿轮310a-310c的面向齿轮的表面面向支架330。齿轮310a和310b的轴可以沿着X轴延伸穿过支架330，该支架330可以可旋转地支撑齿轮310a和310b。支架330可以不与齿轮310a和310b一起移动。基座330可以可旋转地支撑齿轮310c。支架330可以与齿轮310c、紧固构件312和第一部段230一起围绕X轴旋转。在所示的非限制性示例中，在一些实现方案中，支架330可以不与齿轮310c一起绕着Y轴旋转。

对于线缆管理和结构支撑，支架330可以包括至少一个孔洞(例如，中空孔332)，其中可以通过该孔洞穿过或安装线缆和支撑结构(例如，梁)。线缆可以携带来自处理电路102的命令信号和/或来自电源108的电力。中空孔332可以延伸穿过以联结齿轮310c和紧固构件312中的孔洞(未示出)。连接处理电路102和/或来自电源108的电力的线缆可以穿过中空孔332以及齿轮310c和紧固构件312中的孔洞以达到由第一部段230的结构限定的内部容积。如所描述地，第一部段230(130)可以具有换向器131，用于在正围绕两个旋转轴旋转第一部段230时管理线缆。

在所示的示例中，弹簧340a和340b可以是支撑元件122的示例实现方案。如在本文详细描述地，除了由320a和320b提供的有源力之外，弹簧340a和340b还可以提供无源机械力以旋转支架330、齿轮310c、紧固构件312、第一部段230以及机器人操纵器200的在X轴上方与第一部段230联接的任何部段。

三齿轮差速器(例如，齿轮310a-310c)可以是使第一部段130绕两个旋转轴旋转的第一关节125的实现方案。三齿轮差速器可以是可靠的、紧凑的和轻质的，从而改善机器人操纵器200的轮廓。添加任何无源支撑元件122可以由于轻质和紧凑性质进一步改善轮廓(与有源支撑元件相比)。为了便于组装第一关节125(225)，基座210可以具有燕尾榫组件设计。当齿轮310a-310c啮合在一起时，可以对齐和组装燕尾榫设计的两个部分。当被对齐和组装时，基座210的燕尾榫组件的后侧可以形成朝向第一关节225弯曲的弯曲以节省空间。因此，燕尾榫组件设计可以进一步改善机器人操纵器200的轮廓。

图4A展示了根据一些实现方案的支架330(图3A-3F)的透视图。图4B展示了根据一些示例的支架330(图3A-3F)的弹簧加载的无源支撑特征的透视图。图4C展示了根据一些示例的支架330(图3A-3F)的弹簧加载的无源支撑特征的侧视图。参照图1-4C所示，第一关节125(例如，第一关节225)可以包括用于移动第一部段130(例如，第一部段230)的支撑元件122。如图所示，支撑元件122可以用弹簧340a和340b来实现，弹簧340a和340b可以是无源(例如，弹性)元件。

响应于弹簧340a和340b被压缩或延伸，弹簧340a和340b可以产生与第一部段230的运动方向相反的反作用力(例如，弹力)。在所示的非限制性示例中，弹簧340a和340b中的每个可以耦合到支架330上的渐进式偏心凸出部410a或410b。与在端点406a或406b处相比，渐进式偏心凸出部410a或410b可以分别在锚405a或405b处具有较短的半径点406a或406b。因此，渐进式偏心凸出部410a或410b的半径可以从锚405a或405b向端点406a或406b逐渐增加。

弦422a的一个端部可以被固定到渐进式偏心凸出部410a的锚405a，而弦422a的另一端部可以延伸穿过弹簧340a以被固定到止动件420a。弦422b的一个端部可以被固定到渐进式偏心凸出部410b的锚405b，而弦422b的另一端部可以延伸穿过弹簧340b以被固定到止动器420b。渐进式偏心凸出部410a和410b可以具有分别用于保持弦422a和422b的凹槽、通道、孔等。每个弹簧340a或340b可以具有可以被固定到基座210的一部分(未示出)的端部(与耦合到止动器420a或420b的端部相对)。

这种结构使得弹簧340a和340b能够在支架330和第一部段230围绕X轴(例如，在X1方向上)旋转时压缩以产生相反方向(例如，在X2方向上)的弹性势能。响应于支架330和相反的方向(例如，在X2方向上)，当弹簧340a和340b变为未被压缩时，势能可以被释放，从而在那个方向(例如，X2)上向支架330和第一部段230提供附加的力。

因此，机器人操纵器200的第一关节225可以包括由电机320a和320b驱动的三齿轮差速器以及弹簧加载的机构两者，以提供机械力以围绕第一关节225的两个轴中的一个轴(例如，X轴)按至少一个旋转方向(例如，X2方向)偏置第一部段230。

虽然在非限制性示例中，使用两个弹簧340a和340b来按X2方向偏置第一部段230，但是其它示例包括一个或三个或更多个弹簧或其它类型的无源构件(例如，橡胶垫圈等)以按任何合适的方向偏置第一部段230。

图5A展示了根据一些实现方案的安装凸台234(图2A-2F)的透视图。安装凸台234(图2A-2F)的一些部件为了清楚起见未在图5A中示出。图5B展示了根据一些示例的安装凸台234(图2A-2F)的横截面图。参照图1～5B，虽然关于第一部段230和第二部段240之间的安装凸台234描述了非限制性示例，但是类似的实现方案可以用于机器人操纵器200的除了第一关节225之外的任何安装凸台/关节(例如，安装凸台244)。如上所述，安装凸台234可以支撑第一部段230相对于第二部段240围绕A轴的旋转，取代在安装凸台234处进行的枢转。安装凸台234可以支撑第一部段230和第二部段240相对于彼此的旋转，取代任何枢转动作。

第一部段230可以被固定或以其它方式被附接到安装凸台234的第一端部。第二部段240可以被固定或以其它方式被附接到安装凸台234的相对的第二端部。安装凸台234可以包括由第二电机536致动的第二关节535。第二关节535可以是第二关节135的非限制性实现方案。第二电机536可以是第二电机136的非限制性实现方案。第二电机536可以分别从处理电路102和电源108接收命令信号和电力。第二电机536可以基于由联接到处理电路102的至少一根线缆携带的命令信号，来驱动可以机械地耦合到第一部段230和第二部段240的第二关节535(包括但不限于齿轮510)，以使第一部段230或第二部段240相对于彼此旋转。在一些实现方案中，第二关节535可以是单轴关节(可围绕诸如A轴的单个轴线旋转)。第二电机536可以是多圈旋转伺服机构。

如图所示，齿轮510可以被安装成偏离安装凸台234的横截面的中心501。在一些实现方案中，齿轮510可以被安装成偏离第一部段230和/或第二部段240的横截面的中心，以为臂连接结构和/或开口(例如，孔520a和520b)留出空间(例如，结构孔530)，其中线缆(携带功率和/或控制信号)或空气可以穿过该空间。也就是说，齿轮510的中心可以从安装凸台234的横截面的中心501、第一部段230的横截面的中心和/或第二部段240的中心中的一者或多者偏离。结构孔530和孔520a和520b可以穿过未被偏移安装式齿轮510覆盖的横截面区域的一部分。因此，齿轮510可以偏离中心501被安装，以便为臂连接结构、线缆和/或空气留出空间以穿过第二关节535。齿轮510仍然能够接合被布置在第一部段230、第二部段段240和/或安装凸台234的内表面周围的嵌齿或齿用于旋转。

因此，在各种实现方案中，机器人操纵器200可以具有支撑两个相邻的部段(例如，第一部段130、230、第二部段140、240、端部关节190、250等中的相邻部段)的关节(例如，第二关节134、535、第N关节185、由安装凸台244支撑的关节等)，用于围绕单个轴相对于彼此旋转，其中这样的关节可以具有电机(例如，电机136、536、186等)，该电机驱动在偏离两个相邻部段中的一个或多个的横截面的横截面的中心(例如，中心501)的位置处被安装在关节上的齿轮(例如，齿轮510)。

类似于关于安装凸台234(关节535)所描述的配置可以被实现用于安装凸台184、244和/或联接相邻的部段的任何附加的安装凸台。

虽然在非限制性示例中示出，关节可以由电机致动，但是可以使用用以致动关节处的运动的其它合适的机构，包括但不限于液压、气动、电、热、磁、机械等。在本文描述的所有关节可以由处理电路102控制以顺序地或同时地移动。

所示和所述的各种示例仅作为示例被提供以示出权利要求的各种特征。然而，关于任何给定示例示出和描述的特征不必限于相关示例，并且可以与示出和描述的其它示例一起使用或组合。此外，权利要求不意图受到任何一个示例的限制。

前述方法描述和过程流程图仅作为说明性示例提供，并不意图要求或暗示各个示例的步骤必须按所给出的顺序执行。如一名本领域技术人员将理解地，前述示例中的步骤顺序可以以任何顺序执行。诸如“此后”、“然后”、“下一个”等词语不旨在限制步骤的顺序；这些词只是用来指导读者通读对方法的描述。此外，例如使用冠词“一”、“一个”或“该”的任何单数形式的权利要求要素不应被解释为将该要素限制为单数。

结合本文公开的示例描述的各种说明性逻辑框、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已经根据其功能一般性地描述了各种说明性的组件、框、模块、电路和步骤。这样的功能是以硬件还是软件来实现取决于特定的应用和对整个系统施加的设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用以各种方式实现所描述的功能，但是这样的实现决定不应该被解释为导致偏离本公开内容的范围。

用于实现结合本文公开的示例描述的各种说明性逻辑、逻辑框、模块和电路的硬件可以用被设计为执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件、或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是替代地，处理器可以是任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP核的结合、或者任何其它这样的配置。或者，一些步骤或方法可以由特定于给定功能的电路来执行。

在一些示例性示例中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则可以将功能作为一个或多个指令或代码存储在非暂时性计算机可读存储介质或非暂时性处理器可读存储介质上。本文公开的方法或算法的步骤可以实施在驻留在非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质上的处理器可执行软件模块中。非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质可以是可以由计算机或处理器访问的任何存储介质。作为示例而非限制，这种非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、闪存、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或可用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码并可由计算机访问的任何其它介质。如在本文使用的盘和碟盘包括压缩光碟(CD)、激光碟、光碟、数字多功能碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘通常磁性地复制数据，而碟用激光光学地再现数据。以上的组合也包括在非暂时性计算机可读和处理器可读介质的范围内。此外，方法或算法的操作可以作为可以并入计算机程序产品的非暂时性处理器可读存储介质和/或计算机可读存储介质上的代码和/或指令的一个或任何组合或集合来存在。

提供之前的描述是为了使本领域的任何技术人员能够实践本文描述的各个方面。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在本文定义的一般原理可以应用于其它方面。因此，权利要求不旨在限于本文所示的方面，而是要符合与语言权利要求相一致的全部范围，其中以单数形式引用元素并非意在表示“一个且仅一个”(除非具体地如此陈述)，而是“一个或多个”，除非另有特别说明，否则术语“一些”是指一个或多个。在前述描述中描述的各个方面的元素的所有结构和功能等同物是已知的或稍后对于本领域的普通技术人员来说是已知的，明确地通过引用并入本文，并且旨在由权利要求涵盖。此外，本文中公开的任何内容都不旨在奉献给公众，而不管这些公开内容是否明确记载在权利要求中。除非使用短语“用于...的单元”明确叙述任何权利要求元素，否则该元素都不应被解释为功能模块。

Claims (27)

1.一种机器人操纵器，包括：

基座；

第一部段；

第一关节，其操作性地耦合所述基座和所述第一部段，其中，所述第一关节被配置为使所述第一部段相对于所述基座围绕至少两个旋转轴旋转；

第二部段；以及

第二关节，其操作性地耦合所述第一部段和所述第二部段，其中，所述第二关节被配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕至少一个旋转轴旋转；

其中，所述第一部段或所述第二部段中的至少一个具有弯曲的形状。

2.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中，所述第一部段或所述第二部段中的所述至少一个是刚性的并且沿长度尺寸是弯曲的。

3.根据权利要求2所述的机器人操纵器，其中，所述第一部段和所述第二部段中的每一个是刚性的并且沿长度尺寸是弯曲的。

4.根据权利要求2所述的机器人操纵器，其中，所述第一部段或所述第二部段中的所述至少一个包括具有所述弯曲的形状的中空圆柱形结构。

5.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中，所述第一关节包括三齿轮差速器，以使所述第一部段相对于所述基座围绕所述至少两个旋转轴旋转。

6.根据权利要求5所述的机器人操纵器，其中：

所述三齿轮差速器包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；以及

所述第一齿轮和所述第二齿轮具有相同的尺寸。

7.根据权利要求6所述的机器人操纵器，其中：

所述第一齿轮的齿支撑表面面对所述第二齿轮的齿支撑表面；

所述第一齿轮的轴和所述第二齿轮的轴是同轴的；

所述第三齿轮操作性地耦合到所述第一部段；以及

所述第三齿轮具有与所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿啮合的齿，使得所述第一齿轮和所述第二齿轮的移动转换成所述第一部段的移动。

8.根据权利要求6所述的机器人操纵器，其中：

所述第一齿轮和所述第二齿轮由分开的第一电机驱动；以及

所述分开的第一电机中的每一个是被配置用于连续旋转的多圈旋转伺服机构。

9.根据权利要求6所述的机器人操纵器，其中：

所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮中的每一个是锥齿轮；

所述第一齿轮和所述第二齿轮以相同的角速度按相同的方向旋转致使所述第一部段以所述相同的角速度按所述相同的方向旋转；以及

所述第一齿轮和所述第二齿轮按不同的方向或不同的角速度中的至少一者旋转致使所述第一部段围绕所述第三齿轮的轴旋转。

10.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中，所述基座进一步包括操作性地耦合到所述第一关节的支撑元件，所述支撑元件被配置为提供与所述第一部段的运动方向相反的反作用力。

11.根据权利要求10所述的机器人操纵器，其中，所述支撑元件包括弹簧加载的设备，用以提供机械力以围绕所述第一关节的所述至少两个旋转轴中的一个旋转轴按一个旋转方向偏置所述第一部段。

12.根据权利要求10所述的机器人操纵器，其中：

所述支撑元件包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧操作性地耦合到至少一个渐进式偏心凸出部，所述至少一个渐进式偏心凸出部固定到绕所述至少两个旋转轴中的一个旋转轴与所述第一部段一起旋转的支架；以及

所述弹簧被配置为响应于所述第一部段的所述运动而压缩或延伸以存储对应于所述反作用力的机械能。

13.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中：

所述第二关节包括第二电机，所述第二电机被配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕所述至少一个旋转轴旋转；以及

所述第二电机是多圈旋转伺服机构。

14.根据权利要求13所述的机器人操纵器，其中：

所述第二关节包括至少一根线缆穿过的中空孔；以及

所述至少一根线缆穿过所述第一部段。

15.根据权利要求14所述的机器人操纵器，其中，所述第二电机驱动偏离所述第一部段的横截面的中心的齿轮，以为臂连接结构或开口中的至少一者留出空间，以便使线缆穿过所述第二关节。

16.根据权利要求15所述的机器人操纵器，其中，由所述第二电机驱动的所述齿轮接合被布置在所述第二部段的内表面上的齿，以使所述第二部段相对于所述第一部段旋转。

17.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中，所述第一关节和所述第二关节是连续的旋转关节。

18.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中，所述基座被配置为操作性地耦合到附接点或接口。

19.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中：

所述第一关节由所述基座支撑；

所述第一关节包括至少一根线缆穿过的中空孔。

20.根据权利要求1所述的机器人操纵器，还包括至少一个附加的部段连杆组件，其中：

所述至少一个附加的部段连杆组件中的每一个包括通过附加的关节联接到所述机器人操纵器的另一部段的附加的部段；以及

所述附加的关节被配置为使所述附加的部段相对于所述另一部段围绕至少一个旋转轴旋转。

21.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中，所述至少一个附加的部段连杆组件中的每一个中的所述附加的部段具有弯曲的形状。

22.根据权利要求1所述的机器人操纵器，还包括处理电路，所述处理电路被配置为控制所述第一关节和所述第二关节处的旋转。

23.根据权利要求22所述的机器人操纵器，其中，所述第一关节和所述第二关节由所述处理电路控制的分开的电机驱动。

24.根据权利要求1所述的机器人操纵器，其中：

所述第一部段或所述第二部段中的一个包括换向器；

所述第二关节包括安装在偏离所述第一部段或所述第二部段中的一个或多个的横截面的中心的位置处的偏置安装式齿轮；

所述偏置安装式齿轮为臂连接结构或开口中的至少一者留出空间，以便使至少一根线缆穿过所述第二关节。

25.根据权利要求24所述的机器人操纵器，其中，由所述偏置安装式齿轮和所述换向器留出的所述空间被配置为当所述第一部段和所述第二部段相对于彼此围绕轴旋转时防止所述至少一根线缆缠结或损坏。

26.一种提供机器人操纵器的方法，所述方法包括：

提供基座；

提供第一部段；

提供操作地耦合所述基座和所述第一部段的第一关节，其中，所述第一关节被配置为使所述第一部段相对于所述基座围绕至少两个旋转轴旋转；

提供第二部段；以及

提供操作性地耦合所述第一部段和所述第二部段的第二关节，其中，所述第二关节被配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕至少一个旋转轴旋转；

其中，所述第一部段或所述第二部段中的至少一者具有弯曲的形状。

27.一种机器人操纵器，包括：

基座单元；

第一部段单元；

操作性地耦合所述基座单元和所述第一部段单元的第一关节单元，其中，所述第一关节单元被配置为使所述第一部段单元相对于所述基座单元围绕至少两个旋转轴旋转；

第二部段单元；以及

操作地耦合所述第一部段单元和所述第二部段单元的第二关节单元，其中，所述第二关节单元被配置为使所述第二部段单元相对于所述第一部段单元围绕至少一个旋转轴旋转；

其中，所述第一部段单元或所述第二部段单元中的至少一者具有弯曲的形状。