CN116038754A - 机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人。机械臂腕关节包括基座、第一驱动组件、第二驱动组件和关节输出组件。第一驱动组件和第二驱动组件均组装于基座，均可活动地从收容腔伸出或缩回至收容腔内。关节输出组件包括输出件、与输出件连接的第一活动连接件和第二活动连接件，输出件通过第一活动连接件分别与第一驱动组件、第二驱动组件活动连接；通过第二活动连接件与基座连接。第一驱动组件和第二驱动组件相对基座，可活动地从收容腔伸出或缩回至收容腔内时，分别通过第一活动连接件和第二活动连接件带动输出件做俯仰运动和/或旋转运动。实现两自由度耦合腕关节，结构紧凑、体积较小、操做灵巧。

Description

机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人

技术领域

本申请涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人。

背景技术

仿人机器人是当前机器人领域的热点发展方向，社会老龄化问题越来越严重，发展仿人机器人能弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务，医疗等社会问题。结合智能化与灵巧操做技术，仿人机器人技术将有机会走向大众的日常生活。为了满足在与人共融的环境中，仿人机器人具备灵巧、安全的特点，仿人机器人手臂设计上需要具备冗余自由度、轻量化等特征。当前的仿人机械手臂采用模块化关节串联而成，这种构型的一个问题是，仿人机器人腕关节体积较大，灵巧型不足，特别是在狭窄的交互空间内，操做灵巧性比较受限。

发明内容

本申请提供一种结构紧凑、体积较小且操做灵巧的机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人。

本申请提供一种机械臂腕关节，包括：

基座，包括收容腔；

第一驱动组件，组装于所述基座，且可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内；

第二驱动组件，组装于所述基座，且可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内；所述第二驱动组件与所述第一驱动组件对称分布于所述收容腔的中轴线的左右两侧；及

关节输出组件，包括输出件、与所述输出件连接的第一活动连接件和第二活动连接件，所述输出件通过所述第一活动连接件分别与所述第一驱动组件、所述第二驱动组件活动连接；及通过所述第二活动连接件与所述基座连接；

其中，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，分别通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做俯仰运动和/或旋转运动。

可选的，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座均从所述收容腔伸出时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动。

可选的，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座等速从所述收容腔伸出时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动。

可选的，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座不等速从所述收容腔伸出时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动且朝所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的运动速度较慢的一侧旋转。

可选的，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座均缩回所述收容腔时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动。

可选的，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座等速缩回所述收容腔时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动。

可选的，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座不等速缩回所述收容腔时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动且朝所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的运动速度较快的一侧旋转。

可选的，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的其中一个相对所述基座从所述收容腔伸出，另一者相对所述基座缩回所述收容腔内，且所述第一驱动组件和所述第二驱动组件的运动速度相等时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件朝缩回所述收容腔的一侧旋转。

可选的，所述第一驱动组件相对所述基座从所述收容腔伸出，所述第二驱动组件相对所述基座缩回所述收容腔内，且所述第一驱动组件的运动速度大于所述第二驱动组件的运动速度时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动且朝缩回所述收容腔的一侧旋转。

可选的，所述第一驱动组件相对所述基座从所述收容腔伸出，所述第二驱动组件相对所述基座缩回所述收容腔内，且所述第一驱动组件的运动速度小于所述第二驱动组件的运动速度时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动且朝缩回所述收容腔的一侧旋转。

可选的，所述第一活动连接件包括第一球头连杆和第二球头连杆，所述基座通过所述第一球头连杆与所述第一驱动组件连接，及通过所述第二球头连杆与所述第二驱动组件连接；所述第一驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，通过所述第一球头连杆带动所述输出件运动；所述第二驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，通过所述第二球头连杆带动所述输出件运动。

可选的，所述第二活动连接件包括铰接件，所述铰接件包括相交设置的第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部沿第一方向延伸设置，所述第二铰接部沿第二方向延伸设置；其中，所述第一方向和所述第二方向位于同一平面；

所述输出件包括固定侧壁和设于所述固定侧壁且从所述固定侧壁朝向所述基座的一侧凸伸的第一连接端和第二连接端；所述第一球头连杆连接于所述固定侧壁与所述第一驱动组件连接，所述第二球头连杆连接于所述固定侧壁与所述第二驱动组件连接；所述第一连接端和所述第二连接端在所述第一方向上分布，所述第一铰接部活动连接于所述第一连接端和所述第二连接端；

所述基座包括基座主体和设于所述基座主体且从所述基座主体朝向所述输出件的一侧凸伸的第三连接端和第四连接端；所述第一驱动组件和所述第二驱动组件组装于所述基座主体；所述第三连接端和所述第四连接端在所述第二方向上分布，所述第二铰接部活动连接于所述第三连接端和所述第四连接端；

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，通过所述第一球头连杆、所述第二球头连杆和所述铰接件带动所述输出件在所述第一方向上做俯仰运动和/或在所述第二方向上做旋转运动。

可选的，所述第二铰接部位于所述收容腔的中轴线上，且所述第一球头连杆和所述第二球头连杆分别位于所述第二铰接部的两侧。

可选的，所述第一球头连杆的延伸方向与所述第一驱动组件的运动方向相同，所述第二球头连杆的延伸方向与所述第二驱动组件的运动方向相同。

可选的，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件为直线驱动组件。

可选的，所述第一驱动组件包括驱动电机和与所述驱动电机连接的传动组件，所述第一活动连接件与所述传动组件连接，所述驱动电机驱动所述传动组件运动，通过驱动所述第一活动连接件带动所述输出件运动。

可选的，所述传动组件包括旋转组件和与所述旋转组件连接的推杆，所述旋转组件与所述驱动电机连接，所述旋转组件通过所述推杆与所述第一活动连接件连接，所述驱动电机驱动所述旋转组件转动，使所述推杆带动所述第一活动连接件相对所述基座运动。

可选的，所述旋转组件包括丝杠和套设于所述丝杠的丝杠螺母，所述推杆与所述丝杠螺母连接，所述驱动电机驱动所述丝杠转动，驱动所述丝杠螺母相对所述丝杠运动，以带动所述推杆相对所述基座运动。

可选的，所述第一驱动组件还包括滑动件，所述滑动件包括导轨和滑动连接于所述导轨的滑块，所述推杆组装于所述滑块上，所述驱动电机驱动所述旋转组件运动，使所述推杆在所述导轨上滑动，以使所述推杆带动所述第一活动连接件运动。

可选的，所述第一驱动组件包括联轴器，所述驱动电机通过所述联轴器与所述传动组件连接。

可选的，所述第一驱动组件包括编码器，设于所述基座内，与所述驱动电机连接，所述编码器用于记录所述驱动电机的转动角度。

可选的，所述基座包括外壳、设于所述外壳的的电机支架和固定支架，所述驱动电机组装于所述电机支架，所述传动组件固定于所述固定支架。

本申请还提供一种机械臂，包括：上述中任一项所述的机械臂腕关节。

本申请还提供一种仿人机器人，包括：如上述所述的机械臂。

本申请实施例的机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人，通过设置第一驱动组件、第二驱动组件和关节输出组件，第一驱动组件和第二驱动组件相对基座，可活动地从收容腔伸出或缩回至收容腔内时，分别通过第一活动连接件和第二活动连接件带动输出件做俯仰运动和/或旋转运动，如此实现两自由度耦合腕关节，结构紧凑、体积较小、操做灵巧。

附图说明

图1所示为本申请的机械臂腕关节的一个实施例的结构示意图。

图2所示为图1所示的机械臂腕关节的爆炸图。

图3所示为图1所示的机械臂腕关节的部分结构示意图。

图4所示为图1所示的机械臂腕关节的部分结构示意图。

图5所示为图1所示的机械臂腕关节的部分结构示意图。

图6所示为图5所示的机械臂腕关节的下俯运动状态的结构示意图。

图7所示为图5所示的机械臂腕关节的上仰运动状态的结构示意图。

图8所示为图1所示的机械臂腕关节的部分结构示意图。

图9所示为图8所示的机械臂腕关节的一种回转运动状态的结构示意图。

图10所示为图8所示的机械臂腕关节的另一种回转运动状态的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另做定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“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。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。若仅指代“一个”时会再单独说明。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并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，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本申请提供一种机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人。机械臂腕关节包括基座、第一驱动组件、第二驱动组件和关节输出组件。基座包括收容腔。第一驱动组件组装于基座，且可活动地从收容腔伸出或缩回至收容腔内。第二驱动组件组装于基座，且可活动地从收容腔伸出或缩回至收容腔内。第二驱动组件与第一驱动组件对称分布于收容腔的中轴线的左右两侧。关节输出组件包括输出件、与输出件连接的第一活动连接件和第二活动连接件，输出件通过第一活动连接件分别与第一驱动组件、第二驱动组件活动连接；及通过第二活动连接件与基座连接。其中，第一驱动组件和第二驱动组件相对基座，可活动地从收容腔伸出或缩回至收容腔内时，分别通过第一活动连接件和第二活动连接件带动输出件做俯仰运动和/或旋转运动。

本申请实施例的机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人，通过设置第一驱动组件、第二驱动组件和关节输出组件，第一驱动组件和第二驱动组件相对基座，可活动地从收容腔伸出或缩回至收容腔内时，分别通过第一活动连接件和第二活动连接件带动输出件做俯仰运动和/或旋转运动，如此实现两自由度耦合腕关节，结构紧凑、体积较小、操做灵巧。

仿人机器人是当前机器人领域的热点发展方向，社会老龄化问题越来越严重，发展仿人机器人能弥补年轻劳动力的严重不足，解决老龄化社会的家庭服务，医疗等社会问题。结合智能化与灵巧操做技术，仿人机器人技术将有机会走向大众的日常生活。为了满足在与人共融的环境中，仿人机器人具备灵巧、安全的特点，仿人机器人的机械臂具备冗余自由度、轻量化等特征。

因此，本申请提供一种结构紧凑、体积较小且操做灵巧的机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人。

图1所示为本申请的机械臂腕关节1的一个实施例的结构示意图。图2所示为图1所示的机械臂腕关节1的爆炸图。图3所示为图1所示的机械臂腕关节1的部分结构示意图。图4所示为图1所示的机械臂腕关节1的部分结构示意图。结合图1至图4所示，机械臂腕关节1包括基座10、第一驱动组件20、第二驱动组件30和关节输出组件40。基座10包括收容腔101。第一驱动组件20组装于基座10。第一驱动组件20可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内。第二驱动组件30组装于基座10。第二驱动组件30可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内。第二驱动组件30与第一驱动组件20对称分布于收容腔101的中轴线的左右两侧。第一驱动组件20和第二驱动组件30并排设于收容腔101内。关节输出组件40包括输出件401、与输出件401连接的第一活动连接件402和第二活动连接件403，输出件401通过第一活动连接件402分别与第一驱动组件20、第二驱动组件30活动连接。输出件401通过第二活动连接件403与基座10连接。第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，分别通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做俯仰运动和/或旋转运动。

在一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做俯仰运动。在一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，分别通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做旋转运动。在其他一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，分别通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做俯仰运动和旋转运动的耦合腕关节。

本申请实施例的机械臂腕关节1，通过设置第一驱动组件20、第二驱动组件30和关节输出组件40，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，分别通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做俯仰运动和/或旋转运动，如此实现两自由度耦合腕关节，结构紧凑、体积较小、操做灵巧。

在图1至图4所示的实施例中，第一活动连接件402包括第一球头连杆404和第二球头连杆405。基座10通过第一球头连杆404与第一驱动组件20连接，及通过第二球头连杆405与第二驱动组件30连接。在图1至图3所示的实施例中，第一球头连杆404的延伸方向与第一驱动组件20的运动方向相同。第二球头连杆405的延伸方向与第二驱动组件30的运动方向相同。在一些实施例中，第一驱动组件20相对基座10，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第一球头连杆404带动输出件401运动。在一些实施例中，第二驱动组件30相对基座10，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第二球头连杆405带动输出件401运动。通过第一球头连杆404和第二球头连杆405连接基座10和第一驱动组件20或第二驱动组件30，使机械臂腕关节1满足操作空间的要求，可实现全方位旋转。

在本实施例中，第一球头连杆404和第二球头连杆405结构相同。在图4所示的实施例中，第一球头连杆404和第二球头连杆405均包括连杆406和设于连杆406两端的第一球体407和第二球体408。连杆406通过第一球体407与第一驱动组件20或第二驱动组件30活动连接。连杆406通过第二球体408与输出件401活动连接。输出件401通过第二球体408、连杆406和第一球体407与第一驱动组件20或第二驱动组件30活动连接。第一驱动组件20或第二驱动组件30通过第一球体407、连杆406和第二球体408与输出件401活动连接。如此设置，通过连杆406和设于两端的第一球体407和第二球体408的配合使用，以实现输出件401与第一驱动组件20或第二驱动组件30之间的球铰运动，旋转灵活性更高。

在图1至图3所示的实施例中，第二活动连接件403包括铰接件409。铰接件409为十字铰接件。十字铰接件与基座10、第一驱动组件20或第二驱动组件30轴孔连接，可实现回转结构。铰接件409包括相交设置的第一铰接部410和第二铰接部411，第一铰接部410沿第一方向X1延伸设置，第二铰接部411沿第二方向X2延伸设置。第一方向X1和第二方向X2位于同一平面且垂直设置。在一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30为直线驱动组件。第一驱动组件20和第二驱动组件30均能提供直线往复运动。第一驱动组件20或第二驱动组件30的运动方向与第一方向X1和第二方向X2所形成的平面垂直。在图1至图3所示的实施例中，第二铰接部411位于收容腔101的中轴线上，且第一球头连杆404和第二球头连杆405分别位于第二铰接部411的两侧。

在图1至图3所示的实施例中，输出件401包括固定侧壁412和设于固定侧壁412且从固定侧壁412朝向基座10的一侧凸伸的第一连接端413和第二连接端414。第一球头连杆404连接于固定侧壁412与第一驱动组件20连接。第二球头连杆405连接于固定侧壁412与第二驱动组件30连接。第一连接端413和第二连接端414在第一方向X1上分布，第一铰接部410活动连接于第一连接端413和第二连接端414。

在图1至图3所示的实施例中，基座10包括基座主体102和设于基座主体102且从基座主体102朝向输出件401的一侧凸伸的第三连接端103和第四连接端104。第一驱动组件20和第二驱动组件30组装于基座主体102。基座主体102包括上述收容腔101（如图2所示）。第三连接端103和第四连接端104在第二方向X2上分布，第二铰接部411活动连接于第三连接端103和第四连接端104。

在本实施例中，第二铰接部411与第三连接端103和第四连接端104采用轴孔连接方式，绕第二方向X2上转动，形成回转关节，其回转的角度可以为。第一铰接部410与第一连接端413和第二连接端414采用轴孔连接方式，绕第一方向X1上转动，形成俯仰关节，其俯仰的角度可以为。固定侧壁412、第一驱动组件20采用轴孔连接方式，形成俯仰关节。如此设置，利用同一个铰接件409，可实现输出件401绕第一方向X1的俯仰运动和/或绕第二方向X2的旋转运动，使两自由度的机械臂腕关节的关节输出件4的输出运动为回转关节与俯仰关节。由于两个自由度在结构上耦合，为了实现两自由度的解耦，驱动连杆采用两端球头连杆形式，连杆两端均能实现球铰运动，使得连杆姿态在笛卡尔空间中可调整，以解耦两个关节，灵活性更好。

在图1至图3所示的实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座10，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第一球头连杆404、第二球头连杆405和铰接件409带动输出件401在第一方向X1上做俯仰运动和/或在第二方向X2上做旋转运动。在一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座10，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第一球头连杆404、第二球头连杆405和铰接件409带动输出件401在第一方向X1上做俯仰运动。在一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座10，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第一球头连杆404、第二球头连杆405和铰接件409带动输出件401在第二方向X2上做旋转运动。在一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座10，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第一球头连杆404、第二球头连杆405和铰接件409带动输出件401在第一方向X1上做俯仰运动且在第二方向X2上做旋转运动。

如此使第一驱动组件20和第二驱动组件30相对基座10，可活动地从收容腔101伸出或缩回至收容腔101内时，通过第一球头连杆404、第二球头连杆405和铰接件409带动输出件401在第一方向X1上做俯仰运动和/或在第二方向X2上做旋转运动，实现两自由度的耦合腕关节，结构紧凑、体积小、操做灵巧。

在图1至图3所示的实施例中，第一驱动组件20包括驱动电机201和与驱动电机201连接的传动组件202。第一活动连接件402与传动组件202连接，驱动电机201驱动传动组件202运动，通过驱动第一活动连接件402带动输出件401运动。在本实施例中，驱动电机201为无刷直流电机。在图2至图3所示的实施例中，基座10包括外壳105、设于外壳105的的电机支架106和固定支架107，驱动电机201组装于电机支架106，传动组件202固定于固定支架107。在图2和图3所示的实施例中，第一驱动组件20包括联轴器210，驱动电机201通过联轴器210与传动组件202连接。在图2和图3所示的实施例中，第一驱动组件20包括编码器211，设于基座10内，与驱动电机201连接，编码器211用于记录驱动电机201的转动角度。在本实施例中，编码器211为多圈绝对值编码器，多圈绝对值编码器可靠稳定。

在图2和图3所示的实施例中，传动组件202包括旋转组件203和与旋转组件203连接的推杆204，旋转组件203与驱动电机201连接，旋转组件203通过推杆204与第一活动连接件402连接，驱动电机201驱动旋转组件203转动，使推杆204带动第一活动连接件402相对基座10运动。在图2和图3所示的实施例中，旋转组件203包括丝杠205和套设于丝杠205的丝杠螺母206，推杆204与丝杠螺母206连接，驱动电机201驱动丝杠205转动，驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，以带动推杆204相对基座10运动。在图2和图3所示的实施例中，第一驱动组件20还包括滑动件207，滑动件207包括导轨208和滑动连接于导轨208的滑块209，推杆204组装于滑块209上，驱动电机201驱动旋转组件203运动，使推杆204在导轨208上滑动，以使推杆204带动第一活动连接件402运动。

在实际运动过程中，驱动电机201的输出轴与丝杠205的一端之间通过联轴器210连接，因此驱动电机201的回转运动可带动丝杠205做同步回转运动。多圈绝对值编码器安装于驱动电机201的一侧，测量驱动电机201的运动角度，做为伺服运动控制的闭环测量。丝杠轴承套212与丝杠205之间通过两个轴承做为连接，对丝杠起轴向定位、径向支撑做用。在丝杠回转运动过程中，在轴线方向是固定不动。丝杠轴承套212固定安装于固定支架107上，固定支架107固定安装于基座10的外壳105。丝杠螺母206、推杆204与滑块209固定连接于一起，只能在导轨上做直线运动。丝杠螺母206与丝杠205之间通过螺纹副连接，当丝杠205转动时，由于丝杠螺母206回转自由度被限制，因此会做直线运动，从而带动推杆204也做直线运动。推杆204的前端与第一球头连杆404的第一球体407一侧组成球铰副，可以将推杆204的直线运动传递给输出件401。如此可实现输出件401通过第一球头连杆404、第二球头连杆405和铰接件409带动输出件401在第一方向X1上做俯仰运动和/或在第二方向X2上做旋转运动。

需要说明的是，本申请的第一驱动组件20和第二驱动组件30的结构、实现过程及工做原理相同，在本申请中仅以第一驱动组件20为例进行说明，第二驱动组件30的结构、实现过程及工做原理在此不再赘述。

在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30做相同方向等速运动时，输出件401做俯仰运动。在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30做相反方向等速运动时，输出件401做侧摆回转运动。在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30做同向或相反方向不等速运动时，输出件401做俯仰运动且侧摆联动复合运转。

在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30相对基座10均从收容腔101伸出时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做下俯运动。在图2、图3、图5至图7所示的实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20和第二驱动组件30从收容腔101伸出时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412绕第一方向X1向下运动，同时输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向下转动，以使输出件401做下俯运动。

在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30相对基座10等速从收容腔101伸出时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做下俯运动。在图2、图3、图5至图6所示的实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20和第二驱动组件30以相同的速度从收容腔101伸出时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412绕第一方向X1向下运动，同时输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向下转动，以使输出件401做下俯运动。

在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30相对基座10不等速从收容腔101伸出时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做下俯运动且朝第一驱动组件20和第二驱动组件30中的运动速度较慢的一侧旋转。在本实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20和第二驱动组件30以不同的速度从收容腔101伸出时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412不仅绕第一方向X1向下运动，输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向下转动，与此同时，输出件401的第一连接端413和第二连接端414通过第二铰接部411绕第二方向X2朝向第一驱动组件20和第二驱动组件30中的运动速度较慢的一侧转动，如此使输出件401做下俯运动且朝第一驱动组件20和第二驱动组件30中的运动速度较慢的一侧旋转。如此可实现两自由度的耦合腕关节，运动更加灵活。

在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30相对基座10均缩回收容腔101时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做上仰运动。在图2、图3、图5和图7所示的实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20和第二驱动组件30缩回至收容腔101内时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412绕第一方向X1向上运动，同时输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向上转动，以使输出件401做上仰运动。

在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30相对基座10等速缩回收容腔101时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做上仰运动。在图2、图3、图5和图7所示的实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20和第二驱动组件30以相同的速度缩回至收容腔101内时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412绕第一方向X1向上运动，同时输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向上转动，以使输出件401做上仰运动。

在一些实施例中，第一驱动组件20与第二驱动组件30相对基座10不等速缩回收容腔101时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做上仰运动且朝第一驱动组件20和第二驱动组件30中的运动速度较快的一侧旋转。在本实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20和第二驱动组件30以不同的速度缩回至收容腔101内时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412不仅绕第一方向X1向上运动，输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向上转动，与此同时，输出件401的第一连接端413和第二连接端414通过第二铰接部411绕第二方向X2朝向第一驱动组件20和第二驱动组件30中的运动速度较快的一侧旋转，如此使输出件401做上仰运动且朝第一驱动组件20和第二驱动组件30中的运动速度较快的一侧旋转。如此可实现两自由度的耦合腕关节，运动更加灵活。

在一些实施例中，第一驱动组件20和第二驱动组件30中的其中一个相对基座10从收容腔101伸出，另一者相对基座10缩回收容腔101内，且第一驱动组件20和第二驱动组件30的运动速度相等时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401朝缩回收容腔101的一侧旋转。在图2、图3、图8至图10所示的实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20和第二驱动组件30中的其中一个相对基座10从收容腔101伸出，另一者相对基座10缩回收容腔101内，且第一驱动组件20和第二驱动组件30的运动速度相等时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412绕第二方向X2朝缩回收容腔101的一侧旋转，使输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第二铰接部411绕第二方向X2朝缩回收容腔101的一侧旋转，以使输出件401朝缩回收容腔101的一侧旋转。

在图9所示的实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20相对基座10从收容腔101伸出，第二驱动组件30相对基座缩回至收容腔101内，且第一驱动组件20和第二驱动组件30的运动速度相等时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412绕第二方向X2朝位于第二驱动组件30的一侧旋转，使输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第二铰接部411绕第二方向X2朝位于第二驱动组件30的一侧旋转，以使输出件401朝位于第二驱动组件30的一侧旋转。

在图10所示的实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20相对基座10缩回至收容腔101内，第二驱动组件30相对基座10从收容腔101伸出，且第一驱动组件20和第二驱动组件30的运动速度相等时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412绕第二方向X2朝位于第一驱动组件20的一侧旋转，使输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第二铰接部411绕第二方向X2朝位于第一驱动组件20的一侧旋转，以使输出件401朝位于第一驱动组件20的一侧旋转。

在一些实施例中，第一驱动组件20相对基座10从收容腔101伸出，第二驱动组件30相对基座10缩回收容腔101内，且第一驱动组件20的运动速度大于第二驱动组件30的运动速度时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做下俯运动且朝缩回收容腔101的一侧旋转。在本实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20相对基座10从收容腔101伸出，第二驱动组件30相对基座10缩回收容腔101内，且第一驱动组件20的运动速度大于第二驱动组件30的运动速度时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412不仅绕第一方向X1向下运动，输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向下转动，与此同时，输出件401的第一连接端413和第二连接端414通过第二铰接部411绕第二方向X2朝向位于第二驱动组件30的一侧旋转，如此使输出件401做下俯运动且朝位于第二驱动组件30的一侧旋转。如此可实现两自由度的耦合腕关节，运动更加灵活。

在一些实施例中，第一驱动组件20相对基座10从收容腔101伸出，第二驱动组件30相对基座10缩回收容腔101内，且第一驱动组件20的运动速度小于第二驱动组件30的运动速度时，通过第一活动连接件402和第二活动连接件403带动输出件401做上仰运动且朝缩回收容腔101的一侧旋转。在本实施例中，驱动电机201驱动丝杠205转动，以驱动丝杠螺母206相对丝杠205运动，使推杆204驱动第一驱动组件20相对基座10从收容腔101伸出，第二驱动组件30相对基座10缩回收容腔101内，且第一驱动组件20的运动速度小于第二驱动组件30的运动速度时，第一球头连杆404和第二球头连杆405推动输出件401的固定侧壁412不仅绕第一方向X1向上运动，输出件401的第一连接端413和第二连接端414相对第一铰接部410绕第一方向X1向上转动，与此同时，输出件401的第一连接端413和第二连接端414通过第二铰接部411绕第二方向X2朝向位于第二驱动组件30的一侧旋转，如此使输出件401做下俯运动且朝位于第二驱动组件30的一侧旋转。如此可实现两自由度的耦合腕关节，运动更加灵活。

与相关技术相比，本申请具有采用耦合式的关节设计，利用第一球头连杆404和第二球头连杆405驱动输出件401，且将驱动电机201后置于基座10内，使机械臂腕关节的结构布局更加紧凑，体积更小。并且，将关节输出组件40设置很短，具有更好的灵巧性，更适用于在复杂环境中的灵巧操作。

仿人机器人包括上述的机械臂。机械臂包括上述图1至图10实施例所示的机械臂腕关节。如此设置，本申请实施例提供的机械臂腕关节、机械臂及仿人机器人，可实现两自由度的耦合腕关节，结构紧凑、体积较小、操做灵巧，以满足仿人机械臂灵巧性操作的需求，在轨精细操做具有很强的竞争力。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种机械臂腕关节，其特征在于，包括：

基座，包括收容腔；

第一驱动组件，组装于所述基座，且可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内；

第二驱动组件，组装于所述基座，且可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内；所述第二驱动组件与所述第一驱动组件对称分布于所述收容腔的中轴线的左右两侧；及

关节输出组件，包括输出件、与所述输出件连接的第一活动连接件和第二活动连接件，所述输出件通过所述第一活动连接件分别与所述第一驱动组件、所述第二驱动组件活动连接；及通过所述第二活动连接件与所述基座连接；

其中，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，分别通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做俯仰运动和/或旋转运动。

2.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座均从所述收容腔伸出时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动。

3.根据权利要求2中任一项所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座等速从所述收容腔伸出时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动；或

所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座不等速从所述收容腔伸出时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动且朝所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的运动速度较慢的一侧旋转。

4.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座均缩回所述收容腔时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动。

5.根据权利要求4所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座等速缩回所述收容腔时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动；或

所述第一驱动组件与所述第二驱动组件相对所述基座不等速缩回所述收容腔时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动且朝所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的运动速度较快的一侧旋转。

6.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的其中一个相对所述基座从所述收容腔伸出，另一者相对所述基座缩回所述收容腔内，且所述第一驱动组件和所述第二驱动组件的运动速度相等时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件朝缩回所述收容腔的一侧旋转。

7.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件相对所述基座从所述收容腔伸出，所述第二驱动组件相对所述基座缩回所述收容腔内，且所述第一驱动组件的运动速度大于所述第二驱动组件的运动速度时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做下俯运动且朝缩回所述收容腔的一侧旋转。

8.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件相对所述基座从所述收容腔伸出，所述第二驱动组件相对所述基座缩回所述收容腔内，且所述第一驱动组件的运动速度小于所述第二驱动组件的运动速度时，通过所述第一活动连接件和所述第二活动连接件带动所述输出件做上仰运动且朝缩回所述收容腔的一侧旋转。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一活动连接件包括第一球头连杆和第二球头连杆，所述基座通过所述第一球头连杆与所述第一驱动组件连接，及通过所述第二球头连杆与所述第二驱动组件连接；所述第一驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，通过所述第一球头连杆带动所述输出件运动；所述第二驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，通过所述第二球头连杆带动所述输出件运动。

10.根据权利要求9所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第二活动连接件包括铰接件，所述铰接件包括相交设置的第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部沿第一方向延伸设置，所述第二铰接部沿第二方向延伸设置；其中，所述第一方向和所述第二方向位于同一平面；

所述输出件包括固定侧壁和设于所述固定侧壁且从所述固定侧壁朝向所述基座的一侧凸伸的第一连接端和第二连接端；所述第一球头连杆连接于所述固定侧壁与所述第一驱动组件连接，所述第二球头连杆连接于所述固定侧壁与所述第二驱动组件连接；所述第一连接端和所述第二连接端在所述第一方向上分布，所述第一铰接部活动连接于所述第一连接端和所述第二连接端；且

所述基座包括基座主体和设于所述基座主体且从所述基座主体朝向所述输出件的一侧凸伸的第三连接端和第四连接端；所述第一驱动组件和所述第二驱动组件组装于所述基座主体；所述第三连接端和所述第四连接端在所述第二方向上分布，所述第二铰接部活动连接于所述第三连接端和所述第四连接端；

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件相对所述基座，可活动地从所述收容腔伸出或缩回至所述收容腔内时，通过所述第一球头连杆、所述第二球头连杆和所述铰接件带动所述输出件在所述第一方向上做俯仰运动和/或在所述第二方向上做旋转运动。

11.根据权利要求10所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第二铰接部位于所述收容腔的中轴线上，且所述第一球头连杆和所述第二球头连杆分别位于所述第二铰接部的两侧；和/或

所述第一球头连杆的延伸方向与所述第一驱动组件的运动方向相同，所述第二球头连杆的延伸方向与所述第二驱动组件的运动方向相同；和/或

所述第一驱动组件和所述第二驱动组件为直线驱动组件。

12.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件包括驱动电机和与所述驱动电机连接的传动组件，所述第一活动连接件与所述传动组件连接，所述驱动电机驱动所述传动组件运动，通过驱动所述第一活动连接件带动所述输出件运动。

13.根据权利要求12所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述传动组件包括旋转组件和与所述旋转组件连接的推杆，所述旋转组件与所述驱动电机连接，所述旋转组件通过所述推杆与所述第一活动连接件连接，所述驱动电机驱动所述旋转组件转动，使所述推杆带动所述第一活动连接件相对所述基座运动。

14.根据权利要求13所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述旋转组件包括丝杠和套设于所述丝杠的丝杠螺母，所述推杆与所述丝杠螺母连接，所述驱动电机驱动所述丝杠转动，驱动所述丝杠螺母相对所述丝杠运动，以带动所述推杆相对所述基座运动。

15.根据权利要求13所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件还包括滑动件，所述滑动件包括导轨和滑动连接于所述导轨的滑块，所述推杆组装于所述滑块上，所述驱动电机驱动所述旋转组件运动，使所述推杆在所述导轨上滑动，以使所述推杆带动所述第一活动连接件运动。

16.根据权利要求12所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述第一驱动组件包括联轴器，所述驱动电机通过所述联轴器与所述传动组件连接；和/或

所述第一驱动组件包括编码器，设于所述基座内，与所述驱动电机连接，所述编码器用于记录所述驱动电机的转动角度；和/或

所述基座包括外壳、设于所述外壳的的电机支架和固定支架，所述驱动电机组装于所述电机支架，所述传动组件固定于所述固定支架。

17.一种机械臂，其特征在于，包括：如权利要求1至16中任一项所述的机械臂腕关节。

18.一种仿人机器人，其特征在于，包括：如权利要求17所述的机械臂。

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