CN113334422A - 机器人关节结构及包含其的机械手 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人关节结构及包含其的机械手，其中机器人关节结构包括第一主体、第二主体，且第二主体与第一主体间隔设置，第一关节用于连接第一主体与第二主体，第二关节与第一关节相向设置用于连接第一主体与第二主体，第一关节包括交叉设置的第一连接件以及第二连接件，第二关节包括交叉设置的第三连接件以及第四连接件。

Description

机器人关节结构及包含其的机械手

相关申请的交叉引用

本申请请求申请号为10-2020-0026130的韩国专利申请的优先权，专利申请名称为” 机器人关节结构及包含其的机械手” ，2020年3月2日在韩国知识产权局提交，其全部披露的内容均通过引用的方式合并于此。

技术领域

本申请涉及一种机器人关节结构及包含其的机械手，更具体地说，涉及一种具有较强转动刚度的机器人关节结构及包含其的机械手。

背景技术

目前，有关人形机器人的研究已经积极展开。为了使得人形机器人能够完成人手执行的任务，机械手需要具有执行自然运动的能力。因此，将人形机器人的手设置为具有多个手指关节结构以模仿人类的手的研究正在持续。

发明内容

本申请提供一种机器人关节结构及包含其的机械手，该机器人关节结构具有较强转动刚性并且其结构设计更为紧凑。

根据本申请的一些实施例，该机器人关节结构包括第一主体、第二主体，其中所述第二主体与所述第一主体间隔设置，所述第一关节，其构造为用于连接所述第一主体与所述第二主体，所述第二关节，其设置为面向所述第一关节并连接所述第一主体与所述第二主体，其中，所述第一关节包括交叉设置的第一连接件以及第二连接件，所述第二关节包括交叉设置的第三连接件以及第四连接件。

根据本申请的一些实施例，所述第一关节与所述第二关节镜像对称设置。

根据本申请的一些实施例，所述第一主体包括成对且彼此间隔设置的第一框架，所述第二主体包括成对且彼此间隔设置的第二框架。

根据本申请的一些实施例，所述第一关节用于连接其中一个所述第一框架以及与其相向设置的一个所述第二框架；所述第二关节用于连接另一个所述第二框架以及与其相向设置的另一个所述第二框架。

根据本申请的一些实施例，所述第一框架包括设于所述第一连接件与所述第二连接件之间或者设于所述第三连接件与所述第四连接件之间的第一突出部，其中第一连接件、第二连接件、第三连接件以及第四连接件均连接于所述第一框架；所述第二框架包括设于所述第一连接件、所述第二连接件之间或者设于所述第三连接件以及所述第四连接件之间的第二突出部，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件连接于所述第二框架。

根据本申请的一些实施例，第一连接件、第二连接件、第三连接件以及第四连接件中均包括连接所述第一主体的一端以及连接所述第二主体的另一端之间的弯曲部分。

根据本申请的一些实施例，所述机器人关节结构进一步包括驱动器，所述驱动器被配置为用于驱动所述第一主体与所述第二主体中的至少一者。

根据本申请的一些实施例，所述驱动器包括产生驱动力的驱动力产生部以及将所述驱动力产生部产生的驱动力传递到所述第一主体和所述第二主体的驱动力传递部。

根据本申请的一些实施例，所述第一主体包括至少一个第一滑轮，所述第二主体包括至少一个第二滑轮；所述驱动力产生部包括电机，所述驱动力传递部包括连接所述电机的电机滑轮，以及连接所述电机滑轮、所述第一滑轮、所述第二环轮的导线，所述导线被配置为用于将所述驱动力传递至所述第一主体以及所述第二主体。

根据本申请的一些实施例，所述导线自所述电机滑轮延伸穿过成对设置的所述第一框架之间的空间并穿过成对设置的所述第二框架之间的空间。

根据本申请的一些实施例，所述机械手包括基部，多个第一机械手指可旋转地连接于所述基部；多个第二机械手指设置于所述第一机械手指的纵向交叉方向上并可旋转地连接于所述基部；第一驱动器设于所述基部并被配置为用于驱动所述第一机械手指；第二驱动器设于所述基部并被配置为用于驱动所述第二机械手指；每一个所述第一机械手指以及每一个所述第二机械手指均包括第一主体、第二主体，第二主体与第一主体间隔设置；第一关节，其构造为用于连接所述第一主体与所述第二主体，第二关节，其设置为面向所述第一关节并连接所述第一主体与所述第二主体，其中，所述第一关节包括交叉设置的第一连接件以及第二连接件，所述第二关节包括交叉设置的第三连接件以及第四连接件。

根据本申请的一些实施例，所述第一关节与所述第二关节镜像对称设置。

根据本申请的一些实施例，所述第一主体包括成对且间隔设置的第一框架，所述第二主体包括成对且间隔设置的第二框架。

根据本申请的一些实施例，所述第一关节用于连接其中一个所述第一框架以及与其相向设置的一个所述第二框架；所述第二关节用于连接另一个所述第二框架以及与其相向设置的另一个所述第二框架。

根据本申请的一些实施例，所述第一框架包括设于所述第一连接件与所述第二连接件之间或者设于所述第三连接件与所述第四连接件之间的第一突出部，其中第一连接件、第二连接件、第三连接件以及第四连接件均连接于所述第一框架；所述第二框架包括设于所述第一连接件、所述第二连接件之间或者设于所述第三连接件以及所述第四连接件之间的第二突出部，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件连接于所述第二框架。

根据本申请的一些实施例，第一连接件、第二连接件、第三连接件以及第四连接件中均包括连接所述第一主体的一端以及连接所述第二主体的另一端之间的弯曲部分。

根据本申请的一些实施例，所述第一主体包括至少一个第一滑轮，所述第二主体包括至少一个第二滑轮；所述第一驱动器具有第一电机用于产生驱动力，第一电机滑轮用于连接所述第一电机，第一导线用于连接第一电机滑轮、第一滑轮、第二滑轮，并被配置为向多个所述第一机械手指传递驱动力。

根据本申请的一些实施例，第一导线自第一电机滑轮延伸穿过第一机械手指的成对设置的第一框架之间的空间，并穿过第一机械手指的成对设置的第二框架之间的空间。

根据本申请的一些实施例，所述第一主体至少包括一个第一滑轮，所述第二主体包括至少一个第二滑轮，第二驱动器包括用于提供驱动力的第二电机，所述第二电机滑轮连接所述第二电机，第二导线用于连接所述第二电机滑轮、所述第一滑轮、所述第二滑轮，并向所述第二机械手指传递驱动力。

根据本申请的一些实施例，第二导线自第二电机滑轮延伸穿过第二机械手指的成对设置的第一框架之间的空间，并穿过第一机械手指的成对设置的第二框架之间的空间。

根据本申请的一些实施例，对于机器人关节结构以及包含其的机械手，由于两个相邻的主体通过两个关节连接，这两个关节镜像对称设置，使得机械手的转动刚度以及耐疲劳性有所提升。另外，对于机器人关节结构以及包含其的机械手，根据本申请实施例，由于驱动装置设置于成对设置的主体框架之间，使得空间布置效率较高，从而使得整个机械手的结构设计更为紧凑。

附图说明

图1为本申请实施例公开的机器人关节结构的示意图；

图2为本申请实施例公开的机器人关节结构的示意图；

图3为本申请实施例公开的连接件的剖视图；

图4为本申请实施例公开的机器人关节结构的剖视图；

图5为本申请实施例公开的机器人关节结构的剖视图；

图6为本申请实施例公开的机器人关节结构以及驱动器的示意图；

图7为本申请实施例公开的机械手的示意图；

图8为图7所示的机械手的内部剖视示意图；

图9为图7所示的第二机械手指的剖视图；

图10为图7所示的机械手的抓取操作与人手的抓取操作的对比示意图；

图11为图7所示的机械手的抓取操作的示意图；

图12(a) 和 12(b)为机械手的关节的抓取操作时的转动刚度的示意图。

具体实施方式

本申请可以进行多次修改并且可以包含多种实施方式，本申请公开的具体实施方式可参照图示并将在具体实施例中进行详细说明。但是，这并不意味着本申请限制于公开的具体实施例，而应当理解为包括本申请公开的精神和范围内的所有修改、等同替换及替代。在描述本申请时，对于相关已知技术的描述不予详细描述，故对此省略描述。

“第一”或“第二”等术语可用于描述各种组成部分，但是组成部分不应局限于这些术语。这些术语仅用于区分不同的组成部分。

本申请中涉及的术语仅用于描述具体实施例，并不用于限制本申请。单数表达可以包括复数表达，上下文明确指出另有规定除外。此外，为方便清晰描述，每幅图中，组成部件局部放大、省略或者示意性说明，每个组成部件的尺寸大小并不完全反应其实际尺寸大小。

对于每个组成部件的描述中，当一个组成部件被描述为在另一个组成部件上形成或者在另一个组成部件下形成时，“一个组成部件被描述为在另一个组成部件上形成或者在另一个组成部件下形成”包括“两个组成部件彼此直接接触”以及“两个组成部件通过其它组成部件间接接触”，并且“上”和“下”为基于图纸进行描述的方位。

在下文中，本申请将参照图纸进行详细描述，并且当参照图纸进行描述时，相同或者相应的组成部件进行统一编号，其中有关重复描述将进行省略。

图1为本申请实施例公开的机器人关节结构的示意图。图2为本申请实施例公开的机器人关节结构的示意图。图3为本申请实施例公开的连接件的剖视图。

参照图1至图3，机器人关节结构100包括第一主体110、第二主体120、第一关节J1以及第二关节J2。

第一主体110以及第二主体120作为机器人关节结构100的关节，该机器人关节结构100用于抓取目标物体。第一主体110以及第二主体120可以具有不同的形状，比如圆柱形或者多边形柱形，但是在下文中，为便于描述，在一种实施例中，第一主体110以及第二主体120呈方柱形。

第一主体110包括夹持面G1a以及非夹持面G2a。当机器人关节结构100抓住目标物体时，夹持面G1a作为第一主体110的表面用于接触目标物体。非夹持面G2a为第一主体110上与夹持面G1a相对设置的表面。在某些实施例中，夹持面G1a至少部分弯曲。由于夹持面G1a具有弯曲部分，用于防止位于第一主体110附近的第二主体120干涉第一主体110的旋转运动。

第二主体120与第一主体110间隔设置。并且，第二主体120面向第一主体110设置。第二主体120具有夹持面G1b以及非夹持面G2b。夹持面G1b以及非夹持面G2b的具体特征结构类似于第一主体110的夹持面G1a以及非夹持面G2a的特征结构。在某些实施例中，夹持面G1b以及非夹持面G2b不具有弯曲部分。

在某些实施例中，第一主体110的夹持面G1a或者第二主体120的夹持面G1b中的至少一者具有凸起或者不均匀图案。在某些实施例中，机器人关节结构100可以由橡胶或者硅等材料制成。因此，可以防止机器人关节结构100夹持目标物体时发生脱落或分离。

第一关节J1以及第二关节J2设于第一主体110以及第二主体120之间，用于连接第一主体110以及第二主体120。在此实施例中，第一关节J1以及第二关节J2面向彼此设置。另外，第一关节J1以及第二关节J2间隔设置。

第一关节J1具有第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2。在某些实施例中，第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2交叉设置。在此实施例中，第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2沿第一主体110的宽度方向（图1（a）中的z方向）或第二主体120的宽度方向（图1（a）中的z方向）间隔设置并具有预设距离。因此，当机器人关节结构100旋转时，可以避免第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2之间接触发生摩擦或干涉。一种示例中，预设距离小于第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2之间的间距。在其他示例中，预设距离小于第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2的宽度。

第一连接件J1-1的一端以及第二连接件J1-2的一端连接于第一主体110，第一连接件J1-1的另一端以及第二连接件J1-2的另一端连接于第二主体120。在一种实施例中，第一连接件J1-1自第一主体110的夹持面G1a延伸至第二主体120的非夹持面G2b。此外，第二连接件J1-2自第一主体110的非夹持面G2a延伸至第二主体120的夹持面G1b。

第二关节J2具有第三连接件J2-1以及第四连接件J2-2。在一些实施例中，第三连接件J2-1以及第四连接件J2-2与上文描述的第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2具有相同的特征结构。

第一关节J1与第二关节J2镜像设置。在某些实施例中，如图1（b）和图2（b）所示，从机器人关节结构100的侧面看时，第一关节J1与第二关节J1具有相同的交叉点CP。在某些实施例中，第一连接件J1-1与第三连接件J2-1平行设置，第二连接件J1-2与第四连接件J2-2平行设置。在某些实施例中，从机器人关节结构100的侧面看时，第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2的第一交叉点与第三连接件J2-1以及第四连接件J2-2的第二交叉点重合。此外，第一关节J1以第一交叉点为原点进行旋转，第二关机J2以第二交叉点为原点进行旋转。在某些实施例中，由于第一交叉点与第二交叉点在机器人关节结构100的宽度方向（图1和图2所示的z方向）上位于同一直线上，机器人关节结构100可以相对于机器人关节结构100的高度方向（图1和图2所示的y方向）不倾斜地旋转。此外，由于第一主体110的夹持面G1a或者第二主体120的夹持面G1b与目标物体的接触面积较大，因此可以提高机器人关节结构100的夹持强度和稳定性。

第一关节J1、第二关节J2、第一连接件J1-1、第二连接件J1-2、第三连接件J2-1以及第四连接件J2-2可采用弹性材料制成。例如，第一关节J1、第二关节J2、第一连接件J1-1、第二连接件J1-2、第三连接件J2-1以及第四连接件J2-2可采用热处理碳素结构钢sk5制成。比如，第一连接件J1-1、第二连接件J1-2、第三连接件J2-1以及第四连接件J2-2可以为柔性铰链。在一种实施例中，第一关节J1、第二关节J2可以为交叉柔性铰链，其中两个柔性铰链彼此交叉。

如图3(a) and 3(b)所示，连接件可以具有不同的形状。在某些实施例中，连接件可以呈直线型(L)结构。在一种实施例中，其中至少一个连接件的一端具有弯曲部分用于连接到第一主体110或者第二主体120。

在某些实施例中，连接件具有连接到第一主体110的一端以及第二主体120的另一端弯曲部分C。其中至少一个连接件的一端具有弯曲部分用于连接到第一主体110或者第二主体120。在某些实施例中，每一个连接件具有第一弯曲部分B1以及第二弯曲部分B2，该第一弯曲部分B1由连接件的一侧向下弯曲，第二弯曲部分B2由连接件的另一侧向上弯曲。在某些实施例中，弯曲部分C设于第一弯曲部分B1与第二弯曲部分B2之间。然而，本申请并不限制于此，连接件可以具有不同的形状用于连接第一主体110与第二主体120。

至少一个第一轴S1设于成对设置的第一框架111与第一框架112之间。第一轴S1设于第一框架111以及第一框架112的内壁面的第一连接孔h1内用于连接第一框架111以及第一框架112。如图2所示，第一主体110具有成对设置的第一框架111以及第一框架112，第一框架111与第一框架112面向彼此设置，第二主体120具有成对设置的第二框架121以及第二框架122，第二框架121与第二框架122面向彼此设置。

成对设置的第一框架111与第一框架112间隔设置并具有预设距离。成对设置的第一框架111与第一框架112对称设置。

在一种实施例中，第一连接件J1-1的一端与第二连接件J1-2的一端连接于成对设置的第一框架111与第一框架112中的第一框架111上，第一连接件J1-1的另一端与第二连接件J1-2的另一端连接于成对设置的第二框架121与第二框架122中的第二框架121上。此外，第一连接件J1-1自成对设置的第一框架111与第一框架112中的第一框架111的夹持面G1a延伸至成对设置的第二框架121与第二框架122中的第二框架121的非夹持面G2b；第二连接件J1-2自成对设置的第一框架111与第一框架112中的第一框架111的非夹持面G2a延伸至成对设置的第二框架121与第二框架122中的第二框架121的夹持面G1b。

此外，第三连接件J2-1的一端与第四连接件J2-2的一端连接于成对设置的第一框架111与第一框架112中的第一框架112上，第三连接件J2-1的另一端与第四连接件J2-2的另一端连接于成对设置的第二框架121与第二框架122中的第二框架122上。此外，第三连接件J2-1自成对设置的第一框架111与第一框架112中的第一框架112的夹持面G1a延伸至成对设置的第二框架121与第二框架122中的第二框架122的非夹持面G2b；第四连接件J2-2自成对设置的第一框架111与第一框架112中的第一框架112的非夹持面G2a延伸至成对设置的第二框架121与第二框架122中的第二框架122的夹持面G1b。

在某些实施例中，第一轴S1可以设置有多个。多个第一轴S1中的一些可以被设置为与成对设置的第一框架111与第一框架112之间的第一主体110的夹持面G1a相邻，多个第一轴S1中的剩余部分可以设置为与第一框架111与第一框架112之间的第一主体110的非夹持面G2a相邻。在一种实施例中，连接驱动器200的第一滑轮P1与第一轴S1连接。

成对设置的第二框架121与第二框架122间隔设置。成对设置的第二框架121与第二框架122对称设置。在一种实施例中，成对设置的第二框架121与第二框架122之间间隔距离与第一框架111与第二框架112之间的间隔距离相同。至少一个第二轴S2连接于第二框架121与第二框架122之间。第二轴S2设于第二框架121与第二框架122的内壁面的第二连接孔h2a, 第二连接孔h2b内用于连接第二框架121与第二框架122。

在某些实施例中，第二轴S2具有多个。多个第二轴S2中的一些可以被设置为与成对设置的第二框架121与第二框架122之间的第二主体120的夹持面G1b相邻，多个第一轴S1中的剩余部分可以设置为与第二框架121与第二框架122之间的第一主体110的非夹持面G2b相邻。在一种实施例中，连接驱动力传递部220的第二滑轮P2a或第二滑轮P2b均与第二轴S2连接。

如上文所描述的，由于第一主体110的成对设置的第一框架111与第一框架112间隔设置，因此二者之间形成有空间。另外，由于第二主体120的第二框架121与第二框架122也间隔设置，因此二者之间也具有空间。用于驱动机器人关节结构100的驱动装置可以设置在这些空间内，具体将在下文描述。

图4为本申请实施例公开的机器人关节结构的剖视图。图5为本申请实施例公开的机器人关节结构的剖视图。

参照图4和图5，机器人关节结构100还包括第三主体130。但是，本申请并不限制于此，机器人关节结构100还可以包括第四主体或者更多。

如上文所描述的，第一主体110包括成对设置的第一框架111与第一框架112。在一种实施例中，成对设置的第一框架111与第一框架112中的第一框架111，其一端具有弯曲部分。在某些实施例中，弯曲部分可以形成于第一框架111的两端。

第一连接件J1-1的一端以及第二连接件J1-2的一端连接于第一框架111的一端。第一连接件J1-1以及第二连接件J1-2沿垂直于机器人关节结构100的纵向方向（图4中的z方向）间隔设置。在一种实施例中，第一连接件J1-1的弯曲部分C用于连接第一框架111的弯曲部分。另外，第一连接件J1-1的弯曲部分C与第一框架111的弯曲部分具有相同的曲率半径。此外，第一连接件J1-1可设置为与第一框架111紧密接触。进一步的，当机器人关节结构100弯曲时，第一框架111可以平滑旋转，使得机器人关节结构100的运动更为平稳。

第一框架111包括从第一框架111的夹持面G1a向夹持面G1a的外侧突出的第一支撑件115。第一支撑件115设于第一框架111的弯曲部分之间。

第一框架111包括从第一框架111的弯曲部分伸出并沿着第一框架111的弯曲部分延伸的第一突出部113。第一突出部113设于第一连接件J1-1与第二连接件J1-2之间并沿着第一框架111的弯曲部分延伸。在一种实施例中，第一突出部113用于支撑第一连接件J1-1与第二连接件J1-2以连接于第一框架111。此外，当机器人关节结构100举起较重的目标物体或者将目标物体降落在地面上时，可以防止第一连接件J1-1与第二连接件J1-2朝向地面的方向或者从地面上升的方向弯曲，以避免机器人关节结构100的支撑刚度降低。

第一框架111包括插入孔，用于使得连接件的弯曲部分插入。在某些实施中，该插入孔包括上插入孔V1、V2以及下插入孔D1、D2。上插入孔V1、V2设于第一框架111上并邻近第一框架112的夹持面G1a，下插入孔D1、D2设于第一框架111上并邻近第一框架112的非夹持面G2a。

成对设置的第一框架111以及第一框架112中的第一框架112，其一端具有弯曲部分。在某些实施例中，弯曲部分可以形成于第一框架112的两端。

第三连接件J2-1的一端以及第四连接件J2-2的一端连接于第一框架112的弯曲部分。在一种实施例中，第三连接件J2-1以及第四连接件J2-2沿机器人关节结构100的纵向方向（图4中的z方向）间隔设置。

第一框架112包括从第一框架112的夹持面G1a向夹持面G1a的外侧突出的第一支撑件115。第一支撑件115设于第一框架112的弯曲部分之间。

第一框架112包括从第一框架112的弯曲部分伸出并沿着第一框架112的弯曲部分延伸的第一突出部113。第一突出部113设于第三连接件J2-1与第四连接件J2-2之间并沿着第一框架111的弯曲部分延伸。在一种实施例中，第一突出部113用于支撑第三连接件J2-1与第四连接件J2-2以连接于第一框架112。此外，当机器人关节结构100举起较重的目标物体或者将目标物体降落在地面上时，可以防止第三连接件J2-1与第四连接件J2-2朝向地面的方向或者从地面上升的方向弯曲，以避免机器人关节结构100的支撑刚度降低。

第一框架112包括插入孔，用于使得连接件的弯曲部分插入。在某些实施中，该插入孔包括上插入孔V1、V2以及下插入孔D1、D2。上插入孔V1、V2设于第一框架112上并邻近第一框架112的夹持面G1a，下插入孔D1、D2设于第一框架112上并邻近第一框架112的非夹持面G2a。

如上文所描述的，第二主体120包括成对设置的第二框架121与第二框架122。在一种实施例中，成对设置的第二框架121与第二框架122包括弯曲部分、插入孔、第二突出部123以及第二支撑件125。此外，由于第二主体120包括的第二框架121与第二框架122的特征结构与第一主体110相似，因此对其省略描述。

第一连接件J1-1的一端连接于第一框架111，第一连接件J1-1的另一端连接于第二框架121。在一种实施中，由于第一连接件J1-1的第一弯曲部分B1用于插入第一框架111的上插入孔V2，并且第一连接件J1-1的第二弯曲部分B2用于插入第二框架121的下插入孔D1，使得第一连接件J1-1固定在第一框架111与第二框架121上。

第二连接件J1-2的一端连接于第一框架111，第一连接件J1-1的另一端连接于第二框架121。在一种实施中，由于第二连接件J2-1的第一弯曲部分B1用于插入第二框架121的上插入孔V1，并且第二连接件J2-1的第二弯曲部分B2用于插入第一框架111的下插入孔D2，使得第二连接件J2-1固定在第一框架111与第二框架121上。

同理，第三连接件J2-1的一端连接于第一框架112，第三连接件J2-1的另一端连接于第二框架122。在一种实施例中，由于第三连接件J2-1的第一弯曲部分B1插入第一框架112的上插入孔V1内，第三连接件J2-1的第二弯曲部分B2插入第二框架122的下插入孔D1内，使得第三连接件J2-1固定在第一框架112与第二框架122上。

第四连接件J2-2的一端连接于第一框架112，第四连接件J2-2的另一端连接于第二框架122。在一种实施例中，由于第四连接件J2-2的第一弯曲部分B1插入第二框架122的上插入孔V1内，第四连接件J2-2的第二弯曲部分B2插入第一框架112的下插入孔D2内，使得第四连接件J2-2固定在第一框架112与第二框架122上。

由于连接件以上述方式固定在框架上，当机器人关节结构100旋转并抓取目标物体时，可以防止第一连接件J1-1至第四连接件J2-2与第一框架111与第二框架122之间分离，以此提升机器人关节结构100的工作稳定性。

第三主体130包括成对设置的第三框架131与第三框架132。第三框架131与第三框架132包括弯曲部分、插入孔、第三突出部133以及第三支撑件135。在一种实施例中，由于第三主体130的第三框架131与第三框架132的特征结构类似于第一主体110与第二主体120，因此对其省略描述。

图6为本申请一种实施例公开的机器人关节结构以及驱动器的示意图。

参照图6，机器人关节结构100包括连接主体140以及驱动器200。

连接主体140设于机器人关节结构100和驱动器200之间。具体地，连接主体140设于第三主体130与驱动器200之间并连接于第三主体130。因此，连接主体140用于连接机器人关节结构100与驱动器200。连接主体140包括成对面向彼此设置的第四框架141与第四框架142、第四轴S4用于连接第四框架141与第四框架142，第四滑轮P4连接于第四轴S4。在一种实施例中，连接主体140的特征结构以及连接关系与第一主体110与第二主体120类似。

驱动器200设于机器人关节结构100的外部。但是，本申请并不限制于此，驱动器200也可以设置在机器人关节结构100的内部。

驱动器200用于驱动机器人关节结构100。具体地，驱动器200用于驱动机器人关节结构100使得第一主体110至第三主体130中的至少一者旋转。在一种实施例中，驱动器200包括驱动力产生部210以及驱动力传递部220。

驱动力产生部210产生驱动力用于驱动第一主体1110至第三主体130旋转。比如，驱动力产生部210可以为电机（第一电机）210。

由于驱动力传递部220用于连接驱动力产生部210以及机器人关节结构100，驱动力传递部220用于传递驱动力产生部219产生的驱动力至机器人关节结构100。另外，驱动力传递部220包括电机滑轮（第一电机滑轮）221和导线222（第一导线）。

电机滑轮221用于连接电机210。电机滑轮221用于在电机210的动力驱动下绕电机210的旋转轴旋转。在一种实施例中，由于电机滑轮211旋转，导线222可绕在电机滑轮221的皮带轮上，也可从电机滑轮221上拆下。

导线222用于传递电机210产生的驱动力至机器人关节结构100。导线222的一端用于与电机滑轮221连接，导线222的另一端用于连接机器人关节结构100的至少一个滑轮上。

在一些实施例中，电机210以及滑轮可以一根导线222连接至电机滑轮221上。在一种实施例中，导线222自电机滑轮221经成对设置的第一框架至第四框架（111 和 112; 121和122; 131 和 132; 141 和142）之间的空间延伸。导线222固定于电机滑轮221并且可以自电机滑轮221的第一点SP向第一滑轮P1延伸。在一种实施例中，导线222可以缠绕在第一滑轮P1和电机滑轮221中间的第二滑轮P2b至第四滑轮P4中的至少一者上，或者可以同时缠绕在两个滑轮上。导线222延伸至第一滑轮P1然后再延伸至第二滑轮P2a。然后，延伸至第二滑轮P2a后，导线222固定在第二滑轮P2a的第二点EP。

在第一滑轮P1至第四滑轮P4的表面上至少形成一个V形槽。在一种实施例中，上导线222缠绕在滑轮上，导线222插入到V形槽内，可以防止导线222从滑轮上脱离。

当机器人关节结构100抓取目标物体时，电机210按照预设方向（比如，图6所示的R1方向）旋转，使得导线222缠绕在电机滑轮221上。随着电机210的旋转，导线222可以缠绕在电机滑轮221以便紧固。因此，可以向电机滑轮221的方向施加驱动力于导线222上。然后，通过施加于导线222的驱动力向导线222施加张力，第三轴S3b与第四轴S4之间的距离，第二轴S2b与第三轴S3b之间的距离以及第一轴S1与第二轴S2a之间的距离相应减小。因此，机器人关节结构100在R2方向上旋转。在一种实施例中，关节的交叉点CP随着弯曲部分的机器人关节结构100的旋转方向（图6所示的R2方向）移动。

当第一主体110至第三主体130中的至少一者用于抓取目标物体，或者所有的关节旋转至其最大允许旋转范围内，停止电机210，从而停止机器人关节结构100的夹持操作。

因为，当机器人关节结构100释放夹持状态时，电机210朝一个方向（比如，图6所示的R2方向）旋转，使得导线222从电机滑轮221上释放，缠绕在电机滑轮221上的导线222可以解开。此外，由于，当作用于导线222以及关节的驱动力被移除时，机器人关节结构100通过关节的弹性恢复力而张开，机器人关节结构100可以松开目标物体。

图7为本申请实施例公开的机械手的示意图。图8为图7所示的机械手的内部剖视示意图。图9为图7所示的第二机械手指的剖视图。

参照图7至图9，机械手10包括基部500，第一机械手指100、第二机械手指400、第一驱动器200以及第二驱动器300。

基部500具有容纳空间用于容纳第一驱动器200以及第二驱动器300。基部500具有多种外形，比如半球状或者多面体状。然而，为了便于描述，下文中，将主要描述基部500的外形为矩形平行六面体的实施例。

第一机械手指100可旋转地连接于基部500。在一种实施例中，由于第一机械手指100的特征结构与上文描述的机器人关节结构100的特征结构类似，因此对其省略描述。

在一些实施例中，第一机械手指100具有多个。在一种实施例中，第一机械手指100包括食指100-1、中指100-2、无名指100-3，且其具有相同的结构。

第二机械手指400包括第一主体410、第二主体420、第一关节J1、以及第二关节J2。另外，第二机械手指400进一步包括连接主体430。在一种实施例中，第一主体410包括成对设置的第一框架411以及第一框架412。第二主体420包括成对设置的第二框架421以及第二框架422。连接主体430包括成对设置的第三框架431以及第三框架432。由于第二机械手指400的这些组件的特征结构与机器人关节结构100的特征结构类似，故此处省略描述。

第二机械手指400可旋转地连接于基部500。第二机械手指400设置于第一机械手指100的纵向交叉方向上（图8所示的x方向）。比如，第二机械手指400的纵向（图8所示的z方向）可以垂直于第一机械手指100的纵向。

第一旋转构件440与第二旋转构件450设于第二机械手指400与基部500之间。

在一些实施例中，第二机械手指400连接于第一旋转构件440以使得其沿着第二机械手指400的纵向中轴线旋转。在一种实施例中，由于第二机械手指400处于以预设角度绕第二机械手指400的纵向中轴线旋转的状态，第二机械手指400的夹持面可面向第一机械手指100的夹持面。在一些实施例中，第二机械手指400连接于第一旋转构件440以使得其可以沿第二机械手指400的纵向中轴线旋转（第一旋转运动）。

在一些实施例中，第一旋转构件440可旋转地连接于第二旋转构件450。在一种实施例中，第一旋转构件440绕第五轴S5的纵向中心轴旋转，第一旋转构件440通过第五轴S5与第二旋转构件450连接。在其他实施例中，第一旋转构件440和第二旋转构件450可旋转地连接于基部500。在一种实施例中，第一旋转构件440与第二旋转构件450绕第五轴S5的纵向中心轴旋转（第二旋转运动）。

由于第二机械手指400包括上述第一旋转运动和第二旋转运动等双重旋转运动，因此可以根据被机械手10抓取的目标物体的形状改变第二机械手指400的运动，从而丰富机械手10的适用范围，并提升其夹持稳定性。

第一驱动器200用于驱动第一机械手指100。在一种实施例中，第一驱动器200设于基部500的外部。

在一些实施例中，当第一机械手指100设有多个，第一驱动器200同样设置为相应地设置为多个。在一种实施例中，多个第一驱动器200中的每一个食指驱动器200-1，中指驱动器200-2以及无名指驱动器200-4分别对应连接于第一机械手指100的食指100-1，中指100-2以及无名指100-3。在一种实施例中，由于食指驱动器200-1向食指100-1传递驱动力，中指驱动器200-1向中指100-2传递驱动力，无名指驱动器200-3向无名指100-3传递驱动力，使得食指100-1、中指100-2以及无名指100-3中的每一个都独立地被驱动。

另外，即使目标物体表面并不光滑，且在目标物体的表面形成了不同程度的突出部，由于多个第一机械手指100的每一个都可以根据目标物体的表面形态进行弯曲，从而使得机械手10的应用范围更广且夹持稳定性可以有效提升。

由于第一驱动器200与第一机械手指100之间的连接关系以及驱动传递方式与上文所描述的机器人关节结构100类似，此处对其忽略不做描述。

第二驱动器300用于连接第二机械手指400以驱动第二机械手指400。在一些实施例中，第二驱动器300设于基部500的外部。第二驱动器300与第二机械手指400间隔设置。

第二驱动器300包括驱动力产生部310以及驱动力传递部320。驱动力产生部310用于产生驱动力以使得第二机械手指400的第一主体410以及第二主体420旋转。驱动力传递部320比如可以为电机310（第二电机）。

驱动力传递部320用于连接驱动力产生部310以及第二机械手指400，并将驱动力产生部310产生的驱动力传递给第二机械手指400。在一种实施例中，驱动力传递部320包括第二电机滑轮321以及第二导线322。

在一些实施例中，第二电机310和滑轮通过一根导线322连接并延伸至第二电机滑轮321。在一种实施例中，第二导线322自第二电机滑轮321经成对设置的第三框架的空间(411 和412; 421 和 422; 431 和 432)延伸。第二导线322固定连接于第二电机滑轮321上并自第二电机滑轮321上 的结合点向第一滑轮P1延伸。在一种实施例中，第二导线缠绕于第一滑轮P1与第二电机滑轮321之间的滑轮P1, P2a, P2b, P3, P5, P6中的至少一者上，或者同时缠绕在两个滑轮上。第二导线322延伸至第一滑轮P1然后再延伸至第二滑轮P2a。然后，延伸至第二滑轮P2a后，第二导线322固定于第二滑轮P2a上。由于第二机械手指400的第二驱动器400的连接关系以及驱动方式与上文描述的机器人关节结构100类似，因此此处对其省略描述。

图10为图7所示的机械手的抓取操作预人手的抓取操作的对比示意图。图11为图7所示的机械手的抓取操作的示意图。

参照图10，其中机械手10和人手拇指握持同一第一目标物体O1的过程可以进行比较。第二机械手指400通过上述双重旋转运动抓取目标物体O1的操作类似于人体拇指操作。

参照图11，其示意了机械手10抓取具有斜角的第二目标物体O2的过程。正如上文描述的，当每一个第一机械手指100的第一主体以及第二机械手指400与第二目标物体O2接触时，电机210和电机310停止，因此机械手10可以保持抓住第二目标物体O2的状态。

图12(a) 和 12(b)示意了机械手关节的抓取操作时的转动刚度的示意图。

具体来说，当机器人关节结构100将目标物体从地面抬起时（图12(a) 和12(b)中的z=0），由于目标物体和机器人关节结构100的载荷，会向机器人关节结构100施加向地面方向（图11所示的z方向）的力。因此，关节J1与关节J2会承受向地面方向的弯矩。另外，随着被举起来的目标物体的高度逐渐增高，施加于机器人关节结构100的力FZ也逐渐增加，使得其增加施加在关节上的弯矩。也就是说，目标物体的举升高度，作用于机器人关节结构100的力FZ与作用于关节J1和关节J2的弯矩成正比。

图12(a)示出了具有一个关节的机器人关节结构的转动刚度，而不是具有镜像对称设置的两个关节J1和关节J2。图12(b)示出了具有两个个关节的机器人关节结构的转动刚度，两个关节J1和关节J2镜像对称设置。通过对比图12(a)和图12(b)，在两张图中，可以看到随着被具体的目标物体的高度的增加（即z轴方向的位移），施加于机器人关节结构100上的力FZ随着高度的增加而成比例地增加，其中两张图中直线的斜率代表关节在z轴上的转动刚度。在一种实施例中，具有镜像对称设置的关节J1和关节J2的机器人关节结构100的转动刚度（如图12(b)中的0.8704）比不具有镜像对称设置的关节结构的机器人关节结构（图12(a)中的0.0431）的转动刚度大将近约20倍。

也就是说，具有镜像对称设置的关节J1和关节J2的机器人关节结构100比不具有镜像对称设置的机器人关节结构的机器人关节结构的转动刚度更高，从而可以支撑相对较大载荷的物体。另外，通过防止关节J1和关节J2在物体载荷方向上的弯曲或损坏，从而提升机器人关节结构100的耐久性。

正如上文描述，根据本申请的实施例，对于机器人关节结构100和包含其的机械手10，由于两个相邻的物体通过镜像对称设置的关节J1和关节J2连接，可以提升机器人关节结构100的转动刚度和耐久性。另外，在机器人关节结构100及机械手10中，根据本申请实施例，由于驱动装置设置在成对设置的主体之间，使其空间布置效率较高，从而实现了机械手10的紧凑化设计。

上述实施例已参照图示进行了描述，但这些描述仅仅是示范性的，本领域技术人员可以从中进行各种修改以及等同替换。因此，本申请所揭示的技术保护范围应由所限定的权利要求书的范围决定。

附图标记说明

10:机械手；

100:机器人关节结构，第一机械手指；

110:第一主体；

120: 第二主体；

130:第三主体；

140:连接主体；

J1: 第一关节；

J2:第二关节；

200:驱动器，第一驱动器；

300:第二驱动器；

400:第二机械手指；

500:基部。

Claims (20)

1.一种机器人关节结构，其特征在于，包括：

第一主体；

第二主体，与所述第一主体间隔设置；

第一关节，用于连接所述第一主体与所述第二主体；以及

第二关节，与所述第一关节相向设置用于连接所述第一主体与所述第二主体；

其中所述第一关节包括彼此交叉设置的第一连接件和第二连接件；

所述第二关节包括彼此交叉设置的第三连接件以及第四连接件。

2.如权利要求1所述的机器人关节结构，其特征在于，所述第一关节与所述第二关节镜像对称设置。

3.如权利要求2所述的机器人关节结构，其特征在于，所述第一主体包括成对且间隔设置的第一框架；所述第二主体包括成对且间隔设置的第二框架。

4.如权利要求3所述的机器人关节结构，其特征在于，所述第一关节用于连接其中一个所述第一框架以及与其相向设置的一个所述第二框架；所述第二关节用于连接另一个所述第二框架以及与其相向设置的另一个所述第二框架。

5.如权利要求3所述的机器人关节结构，其特征在于，

所述第一框架包括位于所述第一连接件与所述第二连接件之间或者位于所述第三连接件与所述第四连接件之间的第一突出部，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件均连接于所述第一框架；

所述第二框架包括位于所述第一连接件与所述第二连接件之间或者位于所述第三连接件与所述第四连接件之间的第二突出部，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件均连接于所述第二框架。

6.如权利要求1所述的机器人关节结构，其特征在于，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件均包括弯曲部分，所述弯曲部分连接于所述第一主体的一端与所述第二主体的另一端。

7.如权利要求3所述的机器人关节结构，其特征在于，还包括驱动器，所述驱动器用于驱动所述第一主体或所述第二主体中的至少一者。

8.如权利要求7所述的机器人关节结构，其特征在于，所述驱动器包括：

驱动器产生部，用于产生驱动力；以及

驱动力传递部，用于将驱动力产生部产生的驱动力传递至所述第一主体与所述第二主体。

9.如权利要求8所述的机器人关节结构，其特征在于，

所述第一主体包括至少一个第一滑轮；

所述第二主体包括至少一个第二滑轮；

所述驱动力产生部包括电机；

所述驱动力传递部包括用于连接所述电机的电机滑轮以及用于连接所述电机滑轮、所述第一滑轮、所述第二滑轮的导线，所述导线用于将所述驱动力产生部产生的驱动力传递至所述第一主体与所述第二主体。

10.如权利要求9所述的机器人关节结构，其特征在于，所述导线自所述电机滑轮延伸穿过成对设置的所述第一框架之间的空间和成对设置的所述第二框架支架的空间。

11.一种机械手，其特征在于，包括：

基部；

多个第一机械手指，并可旋转地连接于所述基部；

第二机械手指，设于多个所述第一机械手指的纵向交叉方向上；

第一驱动器，设于所述基部内并用于驱动多个所述第一机械手指；

第二驱动器，设于所述基部内并用于驱动所述第二机械手指；

其中各所述第一机械手指以及所述第二机械手指均包括：

第一主体；

第二主体，与所述第一主体间隔设置；

第一关节，用于连接所述第一主体与所述第二主体；

第二关节，与所述第一关节相向设置用于连接所述第一主体与所述第二主体；

所述第一关节包括彼此交叉设置的第一连接件以及第二连接件；

所述第二关节包括彼此交叉设置的第三连接件以及第四连接件。

12.如权利要求11所述的机械手，其特征在于，所述第一关节与所述第二关节镜像对称设置。

13.如权利要求12所述的机械手，其特征在于，所述第一主体包括成对且间隔设置的第一框架，所述第二主体包括成对且间隔设置的第二框架。

14.如权利要求13所述的机械手，其特征在于，所述第一关节用于连接其中一个所述第一框架以及与其相向设置的一个所述第二框架；所述第二关节用于连接另一个所述第二框架以及与其相向设置的另一个所述第二框架。

15.如权利要求14所述的机械手，其特征在于，

所述第一框架包括第一突出部，所述第一突出部设于所述第一连接件与所述第二连接件之间或者设于所述第三连接件与所述第四连接件，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件均连接于所述第一框架；

所述第二框架包括第二突出部，所述第二突出部设于所述第一连接件与所述第二连接件之间或者设于所述第三连接件与所述第四连接件之间，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件均连接于所述第二框架。

16.如权利要求11所述的机械手，其特征在于，所述第一连接件、所述第二连接件、所述第三连接件以及所述第四连接件均包括弯曲部分，所述弯曲部分的一端连接于所述第一主体的一端，另一端连接于所述第二主体的另一端。

17.如权利要求13所述的机械手，其特征在于，所述第一主体包括至少一个第一滑轮；所述第二主体包括至少一个第二滑轮；所述第一驱动器包括：

第一电机，用于产生驱动力；

第一电机滑轮，连接于所述第一电机；

第一导线，用于连接所述第一电机滑轮、所述第一滑轮、所述第二滑轮，并将驱动力传递给各所述第一机械手指。

18.如权利要求17所述的机械手，其特征在于，所述第一导线自所述第一电机滑轮延伸并穿过所述第一机械手指的成对设置的所述第一框架之间的容纳空间，以及所述第一机械手指的成对设置的所述第二框架之间的容纳空间。

19.如权利要求13所述的机械手，其特征在于，所述第一主体包括至少一个第一滑轮；所述第二主体包括至少一个第二滑轮；所述第二驱动器包括：

第二电机，用于产生驱动力；

第二电机滑轮，连接于所述第二电机；

第二导线，用于连接所述第二电机滑轮、所述第二滑轮、所述第二滑轮，并将驱动力传递给所述第二机械手指。

20.如权利要求19所述的机械手，其特征在于，所述第二导线自所述第二电机滑轮延伸并穿过所述第二机械手指的成对设置的所述第一框架之间的容纳空间，以及所述第二机械手指的成对设置的所述第二框架之间的容纳空间。

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