CN116981546A - 具有多套连杆机构的分布式架构机器人 - Google Patents

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CN116981546A CN202280021891.1A CN202280021891A CN116981546A CN 116981546 A CN116981546 A CN 116981546A CN 202280021891 A CN202280021891 A CN 202280021891A CN 116981546 A CN116981546 A CN 116981546A
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Abstract

一种设备，包括：驱动器；可动臂，可动臂具有枢转连接至驱动器的底座、第一和第二连杆机构，第一连杆机构具有能够在第一旋转关节处在底座上旋转的第一连杆、在第二旋转关节处连接至第一连杆的第二连杆，以及在第三旋转关节处连接至第二连杆的第三连杆，第三连杆具有末端执行器，并且第二连杆机构具有能够在第四旋转关节处在底座上旋转的第四连杆、在第五旋转关节处连接至第四连杆的第五连杆，以及在第六旋转关节处连接至第五连杆的第六连杆，第六连杆具有另一末端执行器。该设备还包括耦接至所述驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制可动臂和底座相对于驱动器的运动。

Description

具有多套连杆机构的分布式架构机器人
技术领域
示例和非限制性实施例总体上涉及物料搬运机器人，并且更特别地涉及具有分布式致动器的物料搬运机器人，分布式致动器用于控制多套连杆机构并且适于在半导体处理系统中操纵和传送诸如半导体晶片的有效载荷。
背景技术
在真空环境中操作的物料搬运机器人通常使用集中式致动器。此类机器人一般包括机器人臂、驱动单元和控制系统，驱动单元容纳用于移动机器人臂的所有致动器，控制系统接收外部输入并且引导致动器来执行机器人臂的期望运动和/或将机器人臂移动至期望位置。
发明内容
根据一个方面，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座、第一连杆机构和第二连杆机构，第一连杆机构包括能够在第一旋转关节处在底座上旋转的第一连杆、在第二旋转关节处连接至第一连杆的第二连杆，以及在第三旋转关节处连接至第二连杆的第三连杆，第三连杆包括第一末端执行器，第一末端执行器被配置为承载第一有效载荷，并且第二连杆机构包括能够在第四旋转关节处在底座上旋转的第四连杆、在第五旋转关节处连接至第四连杆的第五连杆，以及在第六旋转关节处连接至第五连杆的第六连杆，第六连杆包括第二末端执行器，第二末端执行器被配置为承载第二有效载荷。该设备还包括被耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制可动臂和底座相对于驱动器的运动协调。第一旋转关节包括第一肩轮，并且第四旋转关节包括第二肩轮，第一肩轮和第二肩轮经由基本上刚性的柱连接至底座。第一连杆能够通过附接至底座的第一致动器围绕第一旋转关节旋转。第四连杆能够通过附接至底座的第二致动器围绕第四旋转关节旋转。
根据另一方面，一种设备，包括驱动器；第一可动臂，第一可动臂包括枢转连接至驱动器的底座、第一连杆机构和第二连杆机构，第一连杆机构包括能够在第一旋转关节处在底座上旋转的第一连杆、在第二旋转关节处连接至第一连杆的第二连杆，以及在第三旋转关节处连接至第二连杆的第三连杆，第三连杆包括第一末端执行器，第一末端执行器被配置为承载第一有效载荷，并且第二连杆机构包括能够在第四旋转关节处在底座上旋转的第四连杆、在第五旋转关节处连接至第四连杆的第五连杆，以及在第六旋转关节处连接至第五连杆的第六连杆，第六连杆包括第二末端执行器，第二末端执行器被配置为承载第二有效载荷。该设备还包括耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制第一可动臂和底座相对于驱动器的运动协调。第一旋转关节包括第一肩轮，并且第四旋转关节包括第二肩轮，第一肩轮和第二肩轮可旋转地连接至底座并且能够独立地致动。第一连杆能够通过附接至底座的第一致动器围绕第一旋转关节旋转。第四连杆能够通过附接至底座的第二致动器围绕第四旋转关节旋转。第一肩轮和第二肩轮能够通过附接至底座的第三致动器独立地致动。
根据另一方面，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座，底座包括上部和下部；第一连杆机构，第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在底座的下部上旋转；以及第二连杆机构，第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在底座的上部上旋转；该设备还包括被耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制底座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于驱动器的运动协调。第一连杆能够通过第一肩轮旋转，第一肩轮通过第一致动器附接至下部，并且第二连杆能够通过第二肩轮旋转，第二肩轮通过第二致动器附接至上部。
根据另一方面，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座，底座包括上部和下部；第一连杆机构，第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在底座的下部上旋转；第二连杆机构，第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在底座的上部上旋转；第三连杆机构，第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在底座的下部上旋转；以及第四连杆机构，第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在底座的上部上旋转。第一连杆能够通过第一致动器在下部上旋转并且通过第二致动器经过未附接至下部的第一肩轮，并且第二连杆能够通过第三致动器在上部上旋转并且通过第四致动器经过未附接至上部的第二肩轮，并且第三连杆能够通过第五致动器在下部上旋转并且经过附接至下部的第三肩轮，并且第四连杆能够通过第六致动器在上部上旋转并且经过附接至上部的第四肩轮。主控制器耦接至驱动器，主控制器被配置为控制底座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于驱动器的运动协调。第一致动器、第二致动器、第三致动器、第四致动器、第五致动器和第六致动器被附接至底座。
根据另一方面，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座，底座包括上部和下部；第一连杆机构，第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在底座的下部上旋转；第二连杆机构，第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在底座的上部上旋转；第三连杆机构，第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在底座的下部上旋转；以及第四连杆机构，第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在底座的上部上旋转。第一连杆能够通过第一致动器在下部上旋转并且通过第二致动器经过未附接至下部的第一肩轮，并且第二连杆能够通过第三致动器在上部上旋转并且通过第四致动器经过未附接至上部的第二肩轮，并且第三连杆能够通过第五致动器在下部上旋转并且通过第六致动器经过未附接至下部的第三肩轮，并且第四连杆能够通过第七致动器在上部上旋转并且通过第八致动器经过未附接至上部的第四肩轮。该设备还包括被耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制底座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于驱动器的运动协调。
附图说明
在以下描述中结合附图解释了前述方面和其它特征，其中：
图1A至1M是物料搬运机器人的一个示例的示意性操作俯视图；
图2A是利用集中式致动器的传统架构的物料搬运真空环境机器人的一个示例的示意图；
图2B是图2A的示例机器人的示意性俯视图；
图3A至3D是图2A的机器人的示意性操作俯视图；
图4A是具有分布式架构致动器的物料搬运真空环境机器人的一个示例的示意图；
图4B是图4A的机器人的示意性俯视图；
图5A至5D是图4A的机器人的示意性操作俯视图；
图6A是具有分布式架构致动器的物料搬运真空环境机器人的另一示例的示意图；
图6B是图6A的机器人的示意性俯视图；
图7和图8A是物料搬运真空环境机器人的另一示例的示意图，该机器人的臂处于连杆对连杆位置，并且具有分布式架构致动器；
图8B是图7和图8A的机器人的示意性俯视图；
图9A至9L是图7和图8A的机器人的示意性操作俯视图；
图10是图7的示例机器人的示意图，其中末端执行器在高度上偏移；
图11是机器人的另一示例实施例的示意图；
图12A是图11的机器人的示意图，其中末端执行器处于缩回位置；
图12B是图12A的机器人的示意性俯视图；
图13A至13J是图11的机器人的示意性操作俯视图；
图14和图15是示例机器人的示意图；
图16A是示例机器人的示意图，其中枢转底座在机器人臂的连杆机构上方竖直地延伸；
图16B是图16A的示例机器人的示意性俯视图；
图17A至17H是图16A的机器人的示意性操作俯视图；
图18A是示出肩轮的备选附接的机器人的另一示例；
图18B是图18A的机器人的示意性俯视图；
图19A是示出结合了用于致动肩轮的附加电机的机器人示例的示意图；
图19B是图19A的机器人的示意性俯视图；
图20至22是示例机器人的示意图，所示机器人的臂包括多个连杆机构并且由不同的电机致动；
图23是示例机器人的示意图，该机器人具有第一驱动器和第一臂，以及倒置构造的叠置第二驱动器和第二臂；
图24A至29I是机器人及其操作的附加示例实施例的示意性俯视图；
图30和图31是基于机器人的串联双连杆机构的示例连杆机构的示意图；
图32和图33是机器人的双连杆机构的示例系统示意图；
图34是结合了耦合器旋转耦合器的示例性机器人的示意图；
图35A和图35B是旋转热耦合器的示例实施例；并且
图36是集成了功率和通信功能的耦合器的一个示例实施例的示意图。
具体实施方式
虽然将参考附图中所示的示例实施例来描述特征，但是应当理解，特征可以体现在实施例的许多备选形式中。此外，可以使用任何适当的尺寸、形状或元件或材料类型。
本文描述的特征可以用于提供一种物料搬运机器人，该物料搬运机器人能够从工作站W拾取有效载荷P和将有效载荷P放置到工作站W(工作站W例如是图1A至1M中所示的示例系统的偏移和/或径向工作站)，包括执行以下操作：(a)独立地携带各个有效载荷，(b)独立地拾取、放置和交换各个有效载荷，(c)同时携带多个有效载荷，(d)同时拾取、放置和交换多个有效载荷，以及(e)在同时放置多个有效载荷的同时，独立地调整有效载荷的位置。
参见图1A至1M，图中示意性地示出了如上所述的示例操作。如图1A所示，图中示出在径向工作站W处拾取或放置单个有效载荷P；如图1B所示，图中示出在堆叠构造的两个径向工作站处同时拾取或同时放置一对有效载荷；并且如图C所示，图中示出在一个或多个径向工作站处对一个或多个有效载荷P进行位置调整，如图10中的示例箭头所示。结合图1A至1M使用的术语“径向”旨在表示相对于搬运机器人的中心C的径向。在图1A和1B中，通过相对于中心C的径向方向上的箭头示出径向移动。类似地，图1D示出在偏移正交工作站W处拾取或放置单个有效载荷P；图1E示出在堆叠构造的两个偏移正交工作站处同时拾取或同时放置一对有效载荷；图1F示出在并排构造的两个偏移正交工作站处同时拾取或同时放置一对有效载荷；图1G示出在偏移正交工作站处同时拾取或同时放置四个有效载荷；并且图1H示出在偏移正交工作站处同时对两个或更多个有效载荷进行独立的位置调整。图1I示出在非正交非径向工作站处拾取或放置单个有效载荷；图1J示出在并排构造的两个非正交非径向工作站处同时拾取或同时放置一对有效载荷；图1K示出在并排构造的两个非正交非径向工作站处同时拾取或同时放置一对有效载荷；图IL示出在非正交非径向工作站处同时拾取或同时放置四个有效载荷；并且图1M示出在非正交非径向工作站处同时对两个或更多个有效载荷进行独立的位置调整。
上述能力允许并行处理多个有效载荷，同时还提供了顺序处理各个有效载荷的灵活性(例如当因部分系统维护而无法进行并行处理时)，因而提高了系统的整体生产率。
本文描述的特征可以用于提供一种物料搬运机器人，该物料搬运机器人具有分布在机器人结构中的致动器(与所有致动器都集中在机器人驱动单元中的常规架构相反)，以支持上述能力所需要的更多数量的运动轴线，同时最大程度地降低机械复杂度并改进性能。
参见图2A，图中示出利用集中式致动器的传统架构的示例物料搬运真空环境机器人的简化横截面图，该机器人在下文中被称为“机器人200”。示例机器人200包括机器人臂202、驱动单元204和控制系统206。参见图2B，图中示出臂202处于缩回位置的机器人200的俯视图。
参见图2A和2B，机器人臂202包括左连杆机构208和右连杆机构210。左连杆机构208包括左上臂212、左前臂214和左腕216，左腕216具有被配置为承载有效载荷PL的左末端执行器218。左上臂212被连接至驱动单元204的外轴220。左前臂214经由旋转关节222(左肘关节)被连接至左上臂212，并且经由诸如皮带、条带或线缆驱动器的传动装置226被耦接至驱动单元204的中间轴224。在图2A和2B的示例中，皮带、条带或线缆驱动器包括附接至驱动单元204的中间轴224的左肩轮221、附接至左前臂214的第一左肘肩轮223，以及左肩轮221和第一左肘肩轮223之间的皮带、条带或线缆。皮带、条带或线缆驱动器利用至少一个非圆形肩轮，诸如非圆形的左肩轮221。左腕216经由另一旋转关节228(左腕关节)被连接至左前臂214，并且经由另一传动装置230(诸如皮带、条带或线缆驱动器)被耦接至左上臂212。在图2A和2B的示例中，皮带、条带或线缆驱动器包括附接至左前臂214的第二左肘肩轮227、附接至左腕216的左腕肩轮229，以及第二左肘肩轮227和左腕肩轮229之间的皮带、条带或线缆。皮带、条带或线缆驱动器利用至少一个非圆形肩轮，诸如非圆形的左腕肩轮229。左末端执行器218相对于左腕关节的横向偏移等于左上臂212的关节到关节连杆长度与左前臂214的关节到关节连杆长度之差。
类似地，右连杆机构210包括右上臂240、右前臂242和右腕244，右腕244具有被配置为承载有效载荷PR的右末端执行器246。右上臂240连接至驱动单元204的内轴225。右前臂242经由旋转关节248(右肘关节)被连接至右上臂240，并且经由诸如皮带、条带或线缆驱动器的传动装置250被耦接至驱动单元204的中间轴224。在图2A和2B的示例中，皮带、条带或线缆驱动器包括附接至驱动单元204的中间轴224的右肩轮270、附接至右上臂240的第一右肘肩轮271，以及右肩轮270和第一右肘肩轮271之间的皮带、条带或线缆。皮带、条带或线缆驱动器利用至少一个非圆形肩轮，诸如非圆形的右肩轮270。右腕244经由另一旋转关节252(右腕关节)连接至右前臂242，并且经由另一传动装置254(诸如皮带、条带或线缆驱动器)被耦接至右上臂240。在图2A和2B的示例中，皮带、条带或线缆驱动器包括附接至右上臂240的第二右肘肩轮283、附接至右腕244的右腕肩轮285，以及第二右肘肩轮283和右腕肩轮285之间的皮带、条带或线缆。皮带、条带或线缆驱动器利用至少一个非圆形肩轮，诸如非圆形的右腕肩轮285。右末端执行器246相对于右腕关节的横向偏移等于右上臂240的关节到关节连杆长度与右前臂242的关节到关节连杆长度之差。
驱动单元204容纳示例机器人200的所有致动器。驱动单元204包括主轴组件256和Z轴机构258。Z轴机构258被配置为利用电机Mz260上下移动主轴组件256。主轴组件256具有三个同轴的轴和三个电机，每个电机被配置为致动三个轴220、224、225中的一个轴。如先前所解释的，外轴220连接至左上臂212，并且外轴220由电机MT1262致动。中间轴224连接至与前臂214、242耦接的肩轮，并由电机MT2264致动。内轴225连接至右上臂240并由电机MT3266致动。
示例机器人200包括波纹管265以及电机MT1、MT2和MT3的定子和转子之间的圆柱形屏障，以包含机器人臂202在其中操作的真空环境。波纹管265被配置为容纳主轴组件256的上下运动。
控制系统206接收例如来自用户或主机系统的外部输入，从位置编码器(为了简单起见，在图2A中未示出)读取各个运动轴线(电机)的位置，并处理这些信息以向电机施加电压，从而执行期望运动和/或达到期望位置。
图2A和2B的示例机器人200的操作在图3A至3D的四个图中示出。如图3A所示，两个末端执行器218、246均缩回；图3B示出伸展的左末端执行器218；图3C示出伸展的右末端执行器246；图3D示出两个末端执行器218、246同时伸展。
图2A和2B的示例机器人采用多个复杂的机械装置，诸如多级皮带、条带或线缆驱动器，这些装置具有通过位于驱动单元204中央的电机来致动机器人臂202的各个部件所必需的轴承和肩轮。这限制了具有更多运动轴线的构造的延展性，例如附加连杆机构支持关于图1A至1M描述的操作所需要的。此外，复杂机械装置(诸如多级皮带、条带或线缆驱动器)限制了机器人200的性能(诸如定位精度和可重复性)。
分布式架构机器人的一个示例包括如本文所述的特征，并且可以设置有具有多个连杆机构的机器人臂，其中致动器(电机)分布在机器人的整个结构上，包括机器人臂。这可以用于实现具有更多连杆机构的机器人臂，并且允许支持连杆机构所必需的附加运动轴线，同时最大程度地降低机械复杂度并改进性能。
参见图4A，使用致动器的分布式架构的机器人400的一个示例实施例可以包括驱动单元402、机器人臂404和控制系统406。例如，机器人400的致动器的分布式架构可以是机器人400的整个驱动单元和/或机器人臂404(包括各个连杆)上的各个电机的分布或布置。如图4A所示，图中示出机器人400的简化横截面图，其中机器人臂404的末端执行器416、428处于缩回位置。图4B示出图4A的俯视图。
驱动单元402可以包括主轴组件456，主轴组件456被配置为旋转机器人臂404或机器人臂404的各个部分。主轴组件456可以包括主轴壳体455、一个或多个电机450(MT)以及一个或多个驱动轴425。如果需要，驱动单元402还可以包括竖直升降机构408。竖直升降机构408可以包括一个或多个线性轨道轴承装置和电机驱动的滚珠丝杠，竖直升降机构408被配置为在竖直方向上向上或向下升降主轴组件456。
考虑到机器人臂404可以在真空环境中操作，驱动单元402的主轴组件456可以包括密封特征和可以允许(一个或多个)驱动轴425或(一个或多个)驱动轴425的上部处于真空环境中的其它特征。作为示例，(一个或多个)电机的转子和(一个或多个)电机的定子之间的大致圆柱形分离屏障可以用于在分离屏障的定子侧(外侧)包含外部大气环境，并且在分离屏障的转子侧(内侧)包含真空环境，在这种情况下，(一个或多个)驱动轴425可以整体地位于真空环境中。备选密封装置可以在美国专利公开2021/0245372号中找到，该专利以整体内容通过引用并入于此。
机器人臂404可以包括连接至驱动单元402的驱动轴425的枢转底座410、左连杆机构407和右连杆机构411。枢转底座410还可以包括被配置为驱动左连杆机构407和右连杆机构411的电机，如下文所述。在一些实施例中，枢转底座410可以是在轴线A处枢转地安装在驱动单元上的底座，枢转底座410可以具有圆形横截面，并与同样可以具有圆形横截面的驱动单元402同轴地对准。
左连杆机构407可以包括经由旋转关节413(左肩关节)耦接至枢转底座410的第一连杆412(左上臂)，经由另一旋转关节415(左肘关节)耦接至第一连杆412(左上臂)的第二连杆414(左前臂)，以及经由又一旋转关节421(左腕关节)耦接至第二连杆414的第三连杆419(左腕)。如图4A所示，第一连杆412的关节到关节长度可以基本上等于第二连杆414的关节到关节长度。备选地，第一连杆412的关节到关节长度可以小于或大于第二连杆414的关节到关节长度(连杆长度不相等的示例臂在图7中示出)。第三连杆419可以承载或包括被配置为接收有效载荷PL的末端执行器(左末端执行器416)。
左连杆机构407的第一连杆412可以由致动器驱动，例如被附接至臂404的枢转底座410的电动电机418(电机ML)。
左连杆机构440077的第二连杆414可以经由枢转底座410和第二连杆414之间的传动装置420致动，该传动装置可以被配置为使得当第一连杆412围绕旋转关节413(左肩关节)旋转时，左腕关节沿直线(特别是相对于旋转关节413(左肩关节)的径向线或平行于该径向线的线)移动。作为示例，传动装置420可以包括被附接至枢转底座410的左肩轮423、被附接至第二连杆414的第一左肘肩轮427，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆。考虑到第一连杆412和第二连杆414的关节到关节长度基本相等的示例，两个肩轮可以具有大致圆形轮廓，并且左肩轮423的有效半径可以是第一左肘肩轮427的有效半径的两倍。备选地，如果第一连杆412和第二连杆414的关节到关节长度不相等，则其中至少一个肩轮(例如左肩轮423)可以具有非圆形轮廓。
左连杆机构407的第三连杆419的运动可以经由第一连杆412和第三连杆419之间的传动装置422进行约束，该传动装置可以被配置为当第一连杆412和第二连杆414旋转时，维持第三连杆419的恒定取向，例如径向取向。作为示例，传动装置可以包括附接至第一连杆412的第二左肘肩轮431、附接至第三连杆419的左腕肩轮433，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆。考虑到第一连杆412和第二连杆414的关节到关节长度基本相等的示例，两个肩轮可以具有大致圆形轮廓，并且左腕肩轮433的有效半径可以是第二左肘肩轮431的有效半径的两倍。备选地，如果左上臂(第一连杆412)和左前臂(第二连杆414)的关节到关节长度不相等，则其中至少一个肩轮(例如左腕肩轮433)可以具有非圆形轮廓。连杆长度不相等且具有非圆形肩轮的机器人臂的示例在美国专利9,149,936和10,224,232号中示出和描述，这些文献通过引用整体并入本文。
与左连杆机构407类似，右连杆机构411可以包括经由旋转关节429(右肩关节)耦接至枢转底座410的第一连杆424(右上臂)，经由另一旋转关节435(右肘关节)耦接至第一连杆424的第二连杆426(右前臂)，以及经由又一旋转关节439(右腕关节)耦接至第二连杆426的第三连杆437(右腕)。如图4A所示，第一连杆424的关节到关节长度可以基本上等于第二连杆426的关节到关节长度。备选地，第一连杆424的关节到关节长度可以小于或大于第二连杆426的关节到关节长度。第三连杆437可以承载或包括被配置为接收有效载荷PR的末端执行器(右末端执行器428)。
右连杆机构411的第一连杆424可以由致动器驱动，例如附接至臂404的枢转底座410的电动电机(电机MR)430。
右连杆机构411的第二连杆426可以经由枢转底座410和第二连杆426之间的传动装置432致动，该传动装置可以被配置为使得当第一连杆424围绕右肩关节旋转时，右腕关节沿直线(特别是相对于右肩关节的径向线或平行于该径向线的线)移动。作为示例，传动装置432可以包括被附接至枢转底座410的右肩轮441、附接至第二连杆426的第一右肘肩轮443，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆。考虑到第一连杆424和第二连杆426的关节到关节长度基本相等的示例，两个肩轮可以具有大致圆形轮廓，并且右肩轮441的有效半径可以是第一右肘肩轮443的有效半径的两倍。备选地，如果第一连杆424和第二连杆426的关节到关节长度不相等，则其中至少一个肩轮(例如左肩轮)可以具有非圆形轮廓。连杆长度不相等且具有非圆形肩轮的机器人臂的示例在美国专利9,149,936和10,224,232号中示出和描述，这些文献通过引用整体并入本文。
右连杆机构411的第三连杆437的运动可以经由第一连杆424和第三连杆437之间的传动装置434进行约束，该传动装置可以被配置为当第一连杆424和第二连杆426旋转时，维持第三连杆437的恒定取向，例如径向取向。作为示例，传动装置434可以包括附接至第一连杆424的第二右肘肩轮445、附接至第三连杆437的右腕肩轮447，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆。考虑到第一连杆424和第二连杆426的关节到关节长度基本相等的示例，两个肩轮可以具有大致圆形轮廓，并且右腕肩轮的有效半径可以是第二右肘肩轮的有效半径的两倍。备选地，如果第一连杆424和第二连杆426的关节到关节长度不相等，则其中至少一个肩轮(例如右腕肩轮)可以具有非圆形轮廓。连杆长度不相等且具有非圆形肩轮的机器人臂的示例在美国专利9,149,936和10,224,232号中示出和描述，这些文献通过引用整体并入本文本文。
通过使用电机MT450来移动驱动单元402的驱动轴425，可以旋转整个机器人臂404。通过使用电机ML418来移动左连杆机构407的第一连杆412，左连杆机构407的末端执行器(左末端执行器416)可以沿大致直线延伸。通过使用电机MR430来移动右连杆机构411的第一连杆424，右连杆机构411的末端执行器(右末端执行器428)可以沿大致直线延伸。
为了从机器人臂404的枢转底座410移除热量，包括由附接至枢转底座410的致动器产生的热量，可以在机器人臂404的枢转底座410和驱动单元402的主轴组件456的壳体455之间使用旋转热耦合器452。
现在参见图35A，旋转热耦合器452的一个示例可以包括第一部分453和第二部分454，第一部分453和第二部分454分别包括一个或多个大致圆柱形表面，该一个或多个大致圆柱形表面与相应的旋转关节同轴对准，并且被布置为使得旋转热耦合器452的一部分上的圆柱形表面面对旋转热耦合器452的另一部分上的相对圆柱形表面。相对圆柱形表面可以被配置为经由辐射跨越旋转热耦合器452相对的大致圆柱形表面之间的间隙b来传递热量。如果真空环境中存在残余气体，则辐射机构可以通过经过旋转热功率耦合器452相对的大致圆柱形表面之间的环境的对流/传导来补充。
如图35A中的示例所示，为了增加有效面积并使示例旋转热耦合器452占据的体积最小化，可以在旋转热耦合器452的第一部分453和第二部分454上分别设置大致圆柱形特征、翅片或类似结构的阵列，并且这两个阵列可以交错布置。
备选地，如在459处示出旋转热耦合器的另一示例实施例的图35B的示例中所描绘的，旋转热耦合器459的第一部分461和第二部分463可以提供相对的盘形特征，这些特征被配置为用于跨越第一部分461和第二部分463之间的间隙的非接触式热传递。作为另一备选，可以利用旋转热耦合器459的任何其它适当形状的有效特征，包括但不限于圆锥形、球形、翅片及其组合。
可以对图35A的示例旋转热耦合器452和图35B的示例旋转热耦合器459的有效表面进行处理，以提高这些热耦合器的热发射。例如，旋转热耦合器452的两个部分453、454以及旋转热耦合器459的两个部分461、463可以由铝制成，并且有效表面可以被阳极化。
为了使示例旋转热耦合器452(或示例旋转热耦合器459)促进机器人臂404的枢转底座410与驱动单元402的主轴组件456的壳体455之间的热传递，旋转热耦合器452(或旋转热耦合器459)的一部分可以附接至机器人臂404的枢转底座410，并且旋转热耦合器452(或旋转热耦合器459)的另一部分可以附接至驱动单元402的主轴组件456的壳体455，壳体455被布置为基本上与驱动单元402的(一个或多个)驱动轴425的旋转轴线同轴。备选地，旋转热耦合器452(或旋转热耦合器459)的特征可以直接并入机器人臂404的枢转底座410和/或驱动单元402的主轴组件456的壳体中。
驱动单元402的主轴组件456的壳体455(主轴壳体)可以被动或主动地(液体、强制空气)冷却。备选地，特别是在驱动单元402具有升降机构的情况下，则壳体455和驱动单元402的框架的彼此面对的表面可以被配置为便于从壳体455到驱动单元402的框架的热传递。作为示例，壳体455和驱动单元402的框架可以具有交错特征，例如翅片，以增加可用于热传递的有效面积，同时允许主轴组件456相对于驱动单元402的框架的竖直运动。再次，可以处理有效表面以改善其热发射。例如，部件可以由铝制成，并且有效表面可以被阳极化。
附加和备选的热管理布置和特征可以在2021年2月10日提交的美国专利10,569,430号和美国专利公开2021/0245372号中找到，这些文献通过引用整体并入本文本文。
再次参见图4A，示例机器人400的控制系统406可以具有分布式架构。控制系统406可以包括主控制器460，主控制器460可以由位于机器人臂404和/或驱动单元402中的各个控制模块462补充，每个控制模块462负责控制机器人400的一个或多个运动轴线。例如，控制系统406的分布式架构可以在整个机器人臂404和/或驱动单元402中的各个控制模块462的分布或布置中体现。主控制器460可以例如通过通信网络(例如高速通信网络，诸如EtherCAT)协调各个控制模块462。主控制器460可以位于机器人400的驱动单元402中，如图4A的示例中所描绘的。备选地，主控制器460可以位于机器人400的驱动单元402外部，例如如图28A所示。作为另一备选，可以利用集中式控制方案。
为了向机器人臂404中的有源部件(例如图4A的示例中示出的位于机器人臂404的枢转底座410内的控制模块462)提供功率并与之通信，机器人400还可以采用一个或多个耦合器旋转耦合器464a、464b。每个耦合器旋转耦合器464a、464b可以包括被配置为通过旋转关节传输功率的功率耦合器和/或被配置为通过旋转关节传输通信信号的通信链路。例如，如图4A所示，耦合器旋转耦合器464a、464b可以用于将功率从主轴组件456传输至机器人臂404的枢转底座410，并且在主轴组件456和机器人臂404的枢转底座410之间传输通信信号。
(一个或多个)耦合器旋转耦合器464a、464b可以根据多种物理原理及其组合进行操作，包括滑环装置(可以包括一个或多个导电环，每个导电环与一个或多个导电刷接触)、由导电流体(诸如离子液体)润湿的滑环装置、非接触式电容耦合和非接触式电感耦合。
现在参见图36，集成耦合器旋转耦合器的一个示例在耦合器旋转耦合器464a、464b中实现，该集成耦合器旋转耦合器可以包括感应功率耦合器和光通信链路，总体在3700处示出，并且在下文中称为“功率耦合器3700”。集成耦合器旋转耦合器3700可以具有两个部分，相对于主轴组件456的壳体455固定的下部3705，以及与机器人臂404的枢转底座410一起旋转的上部3710。
功率耦合器3700可以基于电感原理工作，例如在美国专利申请公开2016/0229296、2018/0105044和2018/0105045号中描述的，这些文献通过引用整体并入本文。功率耦合器3700可以用于向(一个或多个)控制模块462供应电力，并且直接或间接地向机器人臂404中的其它有源装置(诸如位置编码器和其它传感器)供应电力。例如，来自AC电源的功率可以通过固定下部3705上的初级线圈3740和初级芯3742布置传输至上部3710上的次级芯3744和次级线圈3746，线圈和芯容纳在分开式壳体3750中。作为AC从次级线圈3746和次级芯3744出来的功率可以在整流滤波器3760中进行整流和滤波，并且作为DC输出。
功率耦合器3700的示例通信链路可以包括两个光通信模块，例如相对于主轴组件456的壳体455固定的第一光通信模块3720，以及与机器人臂404的枢转底座410一起旋转的第二光通信模块3725。可使用铜到光纤转换单元3730将输入通信信号转换为光信号，使用光纤电缆3732将转换后的光信号发射至第一光通信模块3720。光学信号一旦通过第一光通信模块3720传输，就被接收在第二光通信模块3725中，通过光缆3732传输，并且被接收在光纤到铜转换单元3735中，光信号在光纤到铜转换单元3735恢复为电(非光)通信信号。第一光通信模块3720和第二光通信模块3725提供光通信链路，该光通信链路可以有利于在主轴组件456和机器人臂404的枢转底座410之间进行无接触数据传输。作为示例，光通信链路可以并入控制系统460的通信网络中，并且有利于往返位于机器人臂404中的(一个或多个)控制模块462的双向数据传输。
集成耦合器旋转耦合器的两个部分464a、464b可以利用机器人400的旋转关节轴承保持对准，或者可以在集成耦合器旋转耦合器3700中使用附加轴承以维持高度对准，无论机器人400的结构在各种静态和动态载荷条件下的潜在顺应性如何。
可以用于支持具有分布式致动器架构的上述布置的更详细描述，以及附加和备选的适当布置，可以在美国专利公开2021/0245372号中找到，其以整体内容通过引用并入本文。
现在参见图5A至5C，图中示出示例机器人400的操作。图5A示出均缩回的两个末端执行器416、428；图5B示出伸展的左末端执行器416；图50示出伸展的右末端执行器428；图5D示出均伸展的两个末端执行器416、428。
现在参见图6A和图6B，根据本发明的机器人的另一示例实施例被示出为“机器人600”。图6A和6B的示例实施例可以与图4A和4B的示例实施例基本相同，除了左肩轮670可以不直接附接至机器人臂604的枢转底座610。相反，左肩轮670可以通过附加电机(电机M2L)672相对于机器人臂604的枢转底座610致动，该附加电机672可以附接至机器人臂604的枢转底座610并与电机M1L618同轴布置。
可以通过使电机M1L618和M2L672同步移动期望的旋转量来旋转机器人臂604的整个左连杆机构607。这可以用于例如调整左连杆机构607的末端执行器(和左末端执行器617)可以延伸的方向。然后，通过在使用电机M1L618移动左连杆机构的第一连杆的同时保持电机M2L672固定不动，左末端执行器617可以在给定方向上沿大致直线延伸。
应当注意，附加电机(电机M2L)672可以提供另一自由度，该自由度可以允许机器人臂604的两个末端执行器617、646(在一定范围内)独立地定位在水平面中。两个末端执行器617、646在水平面中的位置可以由四个独立坐标限定；例如，笛卡尔坐标XL和YL可以表示左末端执行器617的位置，并且笛卡尔坐标XR和YR可以表示右末端执行器646的位置。因此，可能需要四个独立控制的运动轴线(自由度)来独立地定位机器人臂604的两个末端执行器617、646。在图6A和6B的特定示例中，电机MT、M1L、M2L和MR可以用于该目的。
独立地定位机器人臂604的两个末端执行器617、646的能力可以方便地用于补偿左末端执行器617上的有效载荷的不对准，同时补偿当两个有效载荷被同时传递至一对工作站(例如图5D)时，右末端执行器646上的有效载荷的不对准。
现在参见图1、8A和8B，根据本发明的机器人的另一示例实施例总体在700处示出。机器人700包括驱动单元704和耦接至驱动单元704的机器人臂702，机器人臂702处于连杆对连杆位置，以提供机器人臂702的内部部件的无阻碍视图。机器人臂702包括左连杆机构708和右连杆机构710。左连杆机构708包括左上臂712、左前臂714和左腕716，左腕716具有被配置为承载有效载荷PL的左末端执行器711。类似地，右连杆机构710包括右上臂740、右前臂742和右腕744，右腕744具有被配置为承载有效载荷PR的右末端执行器746。
图8A和8B示出末端执行器711、746处于缩回位置的机器人臂702。图7、8A和8B的示例实施例的结构可以与图6A和6B的示例实施例的结构基本相同，除了右连杆机构710可以被配置为左连杆机构708的镜像。这意味着右肩轮770可以不再直接附接至机器人臂702的枢转底座710。相反，右肩轮770可以通过附加电机(电机M2R)772相对于机器人臂702的枢转底座710致动，该附加电机772可以附接至机器人臂702的枢转底座710并与电机M1R730同轴布置。
在这种构造下，与机器人臂702的左连杆机构708类似，可以通过使电机M1R730和M2R772同步移动期望的旋转量来旋转右连杆机构710。这可以用于例如调整右连杆机构710的末端执行器746(右末端执行器)可以延伸的方向。然后，通过在使用电机M1R730移动右连杆机构710的第一连杆的同时保持电机M2R772固定不动，右末端执行器746可以在给定方向上沿大致直线延伸。
独立地旋转机器人700的左连杆机构708和右连杆机构710的能力可以用于支持工作站的附加几何形状、位置和取向，如图9A至9L所示。图9A示出缩回的机器人臂702，包括基本上彼此平行的末端执行器711、746；图9B示出延伸至向左偏移的正交工作站的左末端执行器711；图90示出延伸至向右偏移的正交工作站的右末端执行器746；图9D示出同时延伸至两个偏移正交工作站的两个末端执行器711、746，两个偏移正交工作站具有基本上平行的接近路径；图9E示出缩回的机器人臂702，包括连杆机构708、710和朝彼此旋转的末端执行器711、746；图9F示出延伸至向左偏移的非正交非径向工作站的左末端执行器711；图9G示出延伸至向右偏移的非正交非径向工作站的左末端执行器746；图9H示出同时延伸至两个偏移非正交非径向工作站的两个末端执行器711、746；图9I示出缩回的机器人臂702，包括连杆机构708、710和远离彼此旋转的末端执行器711、746；图9J示出延伸至径向工作站的左末端执行器711；图9K示出延伸至同一径向工作站或位于该工作站下方的径向工作站的右末端执行器746；并且图9L示出同时延伸至相同的径向工作站或两个竖直堆叠工作站的两个末端执行器711、746。
为了通过左末端执行器711和右末端执行器746同时接近径向工作站(相对于驱动单元704的轴线径向定向的工作站)或一对竖直堆叠的径向工作站，例如，如图9H所示，其中一个末端执行器(在该特定示例中为左末端执行器711)可以被升高至另一末端执行器746的上方。图10中示出这种布置的一个示例，其中左腕717在竖直方向上相对于右腕744是延长的，从而允许左末端执行器711相对于右末端执行器746竖直地偏移。
现在参见图11，机器人的另一示例实施例总体在1100处示出，并且在下文中被称为“机器人1100”。在机器人1100中，机器人臂1102可以包括连接至驱动单元1104的驱动轴1125的枢转底座1110、左连杆机构AL、左连杆机构BL、右连杆机构AR和右连杆机构BR。枢转底座1110还可以包括被配置为驱动四个连杆机构的电机，如下文所述。
每个左连杆机构，例如左连杆机构AL和左连杆机构BL，可以具有与参照图4A描述的示例机器人400的左连杆机构407基本相同的三连杆结构和内部布置。类似地，每个右连杆机构，例如右连杆机构AR和右连杆机构BR，可以具有与参照图4A描述的示例实施例的右连杆机构411基本相同的三连杆结构和内部布置。
左连杆机构AL的第一连杆1120可以经由旋转关节(左肩关节A)耦接至机器人臂1102的枢转底座1110，并且可以通过附接至机器人臂1102的枢转底座1110的电机M2L1172致动。类似地，左连杆机构BL的第一连杆1121可以经由旋转关节(肩关节B)耦接至机器人臂1102的枢转底座1110，并且通过附接至机器人臂1102的枢转底座1110的电机M1L1118致动。两个连杆机构的肩轮，例如左连杆机构AL的左肩轮1111和左连杆机构BL的左肩轮1113，可以经由大致刚性柱1124连接至机器人臂1102的枢转底座1110。如图11的示例所示，左连杆机构AL的左肩关节、左连杆机构BL的左肩关节、电机M1L1118、电机M2L1172、左连杆机构AL的左肩轮1111，以及左连杆机构BL的左肩轮1113可以同轴地布置。备选地，具有电机M2L的左连杆机构AL的左肩关节和左连杆机构AL的左肩轮1111可以相对于具有电机M1L的左连杆机构BL的左肩关节和左连杆机构BL的左肩轮1113偏移。
如图11进一步所示，左连杆机构AL和左连杆机构BL可以被配置为例如使得左连杆机构AL和左连杆机构BL嵌套在一起。如图所示，左连杆机构BL的上臂和前臂嵌套在左连杆机构AL的上臂和前臂中。在这种情况下，左连杆机构AL的第一连杆1120可以位于连杆机构BL的第一连杆1121的下方，并且连杆机构AL的第二连杆1128可以位于连杆机构BL的第二连杆1130的上方。如图11所示，如果两个连杆机构的肩关节(左连杆机构AL的左肩关节和左连杆机构BL的左肩关节)以同轴构造布置，则左连杆机构AL的第一连杆1120的关节到关节长度可以大于左连杆机构BL的第一连杆1121的关节到关节长度。备选地，如果两个连杆机构的肩关节(左连杆机构AL的左肩关节和左连杆机构BL的左肩关节)彼此偏移，则左连杆机构AL的第一连杆1120的关节到关节长度可以等于左连杆机构BL的第一连杆1121的关节到关节长度。作为另一备选，可以使用任何适当的关节到关节长度。
左连杆机构BL的第三连杆1131可以具有可选的桥接结构1122，该桥接结构可以将左连杆机构BL的末端执行器(末端执行器LB)升高到耦接至第二连杆1128的左连杆机构AL的第三连杆1141(末端执行器LA)的上方。这可以防止左末端执行器LA上的有效载荷被从左连杆机构BL的第二连杆和/或左连杆机构BL的腕关节散发的潜在污染物污染。
机器人1100的右连杆机构可以被配置为左连杆机构的镜像。具体地，右连杆机构AR可以被配置为基本上是左连杆机构AL的镜像，并且右连杆机构BR可以被配置为基本上是左连杆机构BL的镜像。右连杆机构BR的第三连杆1133可以具有桥接结构1135，以将末端执行器RB升高到耦接至第二连杆1137的第三连杆1143(末端执行器RA)上方。右连杆机构AR的第一连杆(上臂)可以由电机M2R1173致动，该电机可以附接至臂的枢转底座1110，并且右连杆机构BR的第一连杆(上臂)可以由电机M1R1174致动。
现在参见图12A和12B，图中示出机器人1100具有缩回的末端执行器LA、LB、RA、RB(与图11中示出的连杆对连杆位置相反)。通过使用电机MT1150来移动驱动单元1104的驱动轴1125，可以旋转整个机器人臂1102。通过使用电机M2L1172来移动左连杆机构AL的第一连杆1120，左末端执行器LA可以从缩回位置沿大致直线延伸。通过使用电机M1L1118来移动左连杆机构BL的第一连杆1121，左末端执行器LB可以沿大致直线延伸。通过使用电机M2R1173来移动右连杆机构AR的第一连杆，右末端执行器RA可以沿大致直线延伸。最后，通过使用电机M1R1174来移动右连杆机构BR的第一连杆，末端执行器RB可以沿大致直线延伸。
图13A至13J示出示例机器人1100的操作。图13A示出所有末端执行器均缩回；图13B示出伸展的末端执行器LA；图13C示出伸展的末端执行器RA；图13D示出同时伸展的末端执行器LA和RA；图13E示出伸展的末端执行器LB；图13F示出伸展的末端执行器RB；图13G示出伸展的末端执行器LB和RB；图13H示出伸展的末端执行器LA和LB；图131示出伸展的末端执行器RA和RB；并且图13J示出所有末端执行器(末端执行器LA、RA、LB和RB)同时伸展。
现在参见图14，机器人的另一示例实施例总体在1400处示出，并且在下文中被称为“机器人1400”。机器人1400可以与机器人1100基本相同，除了左肩轮(左连杆机构AL的左肩轮1411和左连杆机构BL的左肩轮1413)可以不直接附接至机器人1100的机器人臂1401的枢转底座1410。相反，左肩轮1411、1413可以通过附加电机(电机M3L)1402相对于机器人臂1401的枢转底座1410致动，该附加电机可以附接至机器人臂1401的枢转底座1410并与电机M1L1418和M2L1472同轴布置。
附加电机(电机M3L)1402可以提供另一自由度，该自由度可以允许机器人臂1401的左右末端执行器(例如左末端执行器LA和右末端执行器RA)(在一定范围内)独立地定位在水平面中。两个末执行器在水平面中的位置可以由四个独立坐标限定；例如，笛卡尔坐标XLA和YLA可以表示左末端执行器LA的位置，并且笛卡尔坐标XRA和YRA可以表示右末端执行器RA的位置。因此，可以提供四个独立控制的运动轴线，以独立地定位机器人臂1401的两个末端执行器。在机器人1400中，电机MT1450、M1L1418、M2L1472和M1R1430可以用于该目的。
独立地定位机器人臂1401的左右末端执行器的能力可以方便地用于补偿左末端执行器(例如末端执行器LA)上的有效载荷的不对准，同时补偿当两个有效载荷被同时传递至一对工作站(例如图13D)时，右末端执行器上的有效载荷的不对准。
现在参见图15，根据本发明的机器人的另一示例实施例在1500处示出，并且在下文中被称为“机器人1500”。示例机器人1500的结构可以与示例机器人1400结构基本相同，除了右肩轮可以不再直接附接至机器人臂1501的枢转底座1510。相反，右肩轮(左连杆机构AL的右肩轮和左连杆机构BL的右肩轮)可以通过附加电机(电机M3R)1502相对于机器人臂1501的枢转底座1510致动，该附加电机可以附接至机器人臂1501的枢转底座1510并与电机M1R1530和M2R1572同轴布置。
在这种构造下，与机器人臂1501的左连杆机构类似，可以通过使电机M1R1530、M2R1572和M3R1502同步移动期望的旋转量来旋转右连杆机构。这可以用于例如调节右连杆机构的末端执行器(例如右末端执行器RA和右末端执行器RB)可以延伸的方向。然后，通过在使用电机M2R1572移动右连杆机构AR的第一连杆的同时保持电机M3R1502固定不动，右末端执行器RA可以在给定方向上沿大致直线延伸。并且，类似地，通过在使用电机M1R1530移动右连杆机构BR的第一连杆的同时保持电机M3R1502固定不动，右末端执行器RB可以在给定方向上沿大致直线延伸。
独立地旋转机器人臂1501的左连杆机构和右连杆机构的能力可以用于支持工作站的附加几何形状、位置和取向，如先前关于图9A至9L所描述的。
现在参见图16A和16B，在根据本发明的机器人1600的另一示例实施例中，机器人臂1601的枢转底座可以在机器人臂1601的连杆机构上方竖直地延伸，从而形成具有上部1612和下部1614的枢转结构1610。在该示例实施例中，左连杆机构AL和右连杆机构AR可以由枢转结构的下部1614承载，而左连杆机构BL和右连杆机构BR可以从枢转结构1610的上部1612悬置。在此类实施例中，所承载的左连杆机构AL和右连杆机构AR是悬置的左连杆机构BL和右连杆机构BR的竖直镜像。
机器人臂1601的连杆机构(左连杆机构AL、右连杆机构AR、左连杆机构BL和右连杆机构BR)的内部布置可以与关于机器人400所描述的基本相同。如图16A所示，左连杆机构AL的第一连杆1650可以由电机M1L1618致动，该电机可以附接至枢转结构1610的下部1614，右连杆机构AR的第一连杆1652可以由电机M1R1630致动，该电机也可以附接至枢转结构1610的下部1614，左连杆机构BL的第一连杆1654可以由电机M2L1672致动，该电机可以附接至枢转结构1610的上部1612，并且右连杆机构BR的第一连杆1656可以由电机M2R1672致动，该电机也可以附接至枢转结构1610的上部1612。
现在参见图17A至17H，图中示出机器人1600的操作。图17A示出所有末端执行器均缩回；图17B示出伸展的左末端执行器LA；图170示出伸展的右末端执行器RA；图17D示出伸展的左右末端执行器LA和RA；图17E示出伸展的左末端执行器LB；图17F示出伸展的右末端执行器RB；图17G示出伸展的左右末端执行器LB和RB；并且图17H示出所有末端执行器(末端执行器LA、RA、LB和RB)均伸展。
现在参见图18A和18B，根据本发明的机器人的另一示例在1800处示出，并且在下文中被称为“机器人1800”。机器人1800可以包括驱动单元1801、机器人臂1804和控制系统1806。枢转底座可以在机器人臂1804的连杆机构上方竖直地延伸，从而形成枢转结构1810，枢转结构1810连接至驱动单元1801的驱动轴1825。枢转结构1810包括上部1812和下部1814。机器人1800可以与机器人1600基本相同，除了左连杆机构AL的肩轮1811可以不直接附接至机器人臂1804的枢转结构1810。相反，左连杆机构AL的肩轮1811可以通过附加电机(电机M3L)1802相对于机器人臂1804的枢转结构1810致动，该附加电机可以附接至机器人臂1804的枢转结构1810的下部1814并与电机M1L1872同轴布置。并且，类似地，左连杆机构BL的肩轮1813可以不直接附接至机器人臂1804的枢转结构1810。相反，左连杆机构BL的肩轮1813可以通过附加电机(M4L)1818相对于机器人臂1804的枢转结构1810致动，该附加电机可以附接至机器人臂1804的枢转结构1810的上部1812并与电机M3L1831同轴布置。
可以通过使电机M1L1872和M3L1802同步移动期望的旋转量来旋转整个左连杆机构AL。这可以用于例如调整左连杆机构AL的末端执行器(末端执行器LA)可以延伸的方向。然后，通过在使用电机M1L1872移动左连杆机构AL的第一连杆的同时保持电机M3L1802固定不动，末端执行器LA可以在给定方向上沿大致直线延伸。
类似地，可以通过使电机M4L1818和M2L1831同步移动期望的旋转量来旋转整个左连杆机构BL。这可以用于例如调整左连杆机构BL的末端执行器(末端执行器LB)可以延伸的方向。然后，通过在使用电机M2L1831移动左连杆机构BL的第一连杆的同时保持电机M4L1818固定不动，末端执行器LB可以在给定方向上沿大致直线延伸。
应当注意，电机M3L1802可以提供额外的自由度，该自由度可以允许末端执行器LA和RA(在一定范围内)独立地定位在水平面中。两个末端执行器在水平面中的位置可以由四个独立坐标限定，并且因此，四个独立控制的运动轴线(自由度)可以用于独立地定位两个末端执行器。在该特定示例中，电机MT1850、M1L1872、M3L1802和M1R1833可以用于该目的。
类似地，电机M2L1831可以额外的自由度，该自由度可以允许末端执行器LB和RB(在一定范围内)独立地定位在水平面中。同样，两个末端执行器在水平面中的位置可以由四个独立坐标限定，并且因此，四个独立控制的运动轴线(自由度)可以用于独立地定位两个末端执行器。在该特定示例中，电机MT1850、M2L1831、M4L1818和M2R1873可以用于该目的。
在给定水平面内独立地定位机器人臂1804的左右末端执行器(例如末端执行器LA和RA或者末端执行器LB和RB)的能力可以方便地用于补偿左末端执行器(例如末端执行器LA)上的有效载荷的不对准，同时补偿当两个有效载荷被同时传递至一对工作站(例如图17D)时，右末端执行器上的有效载荷的不对准。
根据本发明的机器人的另一示例实施例在图19A和19B中示出，并且在下文中被称为“机器人1900”。机器人1900可以与机器人1800基本相同，除了右连杆机构AR的肩轮可以不直接附接至机器人臂1901的枢转结构1910。相反，右连杆机构AR的肩轮可以通过附加电机(电机M4R)1902相对于机器人臂1901的枢转结构1910致动，该附加电机可以附接至机器人臂1901的枢转结构1910的上部1912并与电机M2R1973同轴布置。并且，类似地，右连杆机构BR的肩轮可以不直接附接至机器人臂1901的枢转结构1910。相反，右连杆机构BR的肩轮可以通过附加电机(电机M3R)1904相对于机器人臂1901的枢转结构1910致动，该附加电机可以附接至机器人臂1901的枢转结构1910的下部1914并与电机M1R1933同轴布置。
可以通过使电机M2R1973和M4R1902同步移动期望的旋转量来旋转整个右连杆机构AR。这可以用于例如调节右连杆机构AR的末端执行器(末端执行器RA)可以延伸的方向。然后，通过在使用电机M2R1973移动右连杆机构AR的第一连杆的同时保持电机M4R1902固定不动，末端执行器RA可以在给定方向上沿大致直线延伸。
类似地，可以通过使电机M1R1933和M3R1904同步移动期望的旋转量来旋转整个右连杆机构BR。这可以用于例如调整右连杆机构BR的末端执行器(末端执行器RB)可以延伸的方向。然后，通过在使用电机M1R1933移动右连杆机构AR的第一连杆的同时保持电机M3R1904固定不动，末端执行器RB可以在给定方向上沿大致直线延伸。
独立地旋转机器人臂1901的左连杆机构和右连杆机构的能力可以用于支持工作站的附加几何形状、位置和取向，包括径向工作站和非正交非径向工作站，如先前关于图9A至9L所描述的。
此外，独立地定位机器人臂1901的左右末端执行器(例如末端执行器LA和RA以及端执行器LB和RB)的能力可以方便地用于补偿左末端执行器(例如末端执行器LA)上的有效载荷的不对准，同时补偿当两个有效载荷被同时传递至一对工作站(例如图17D)时，右末端执行器上的有效载荷的不对准。此外，当同时传递四个有效载荷时，这种能力可以方便地用于同时补偿末端执行器LA上的有效载荷的不对准、末端执行器RA上的有效载荷的不对准、末端执行器LB上的有效载荷的不对准以及末端执行器RB上的有效载荷的不对准(例如图17H)。
现在参见图20，机器人的另一示例实施例在2000处示出，并且在下文中被称为“机器人2000”。机器人2000包括至少一个臂，每个臂具有六个连杆机构，每个连杆机构具有被配置为承载有效载荷的末端执行器，以及六个电机，每个电机被配置为致动(每个臂)的其中一个连杆机构。如图所示，机器人臂2001的枢转底座可以在机器人臂2001的连杆机构上方竖直地延伸，从而形成具有上部2012和下部2014的枢转结构2010。在该示例实施例中，左连杆机构AL1和AL2以及右连杆机构AR1和AR2可以从枢转结构2010的上部2012悬置，而左连杆机构BL1、BL2、BL3和BL4以及右连杆机构BR1、BR2、BR3和BR4可以由枢转结构2010的下部2014承载。利用相应的电机，机器人臂2001的每个末端执行器(例如末端执行器LA、LB、LC、RA、RB或RC)可以相对于机器人臂的枢转结构沿大致直线独立地延伸。
现在参见图21，机器人2100的另一示例可以包括具有八个连杆机构的臂2102。每个连杆机构具有被配置为承载有效载荷的末端执行器，以及八个电机，每个电机被配置为致动其中一个连杆机构。利用相应的电机，机器人臂2102的每个末端执行器(例如末端执行器LA、LB、LC、LD、RA、RB、RC或RD)可以相对于机器人臂2102的枢转结构2110沿相对于机器人臂2102的枢转结构2102固定的方向上的大致直线独立地延伸。
现在参见图22，机器人2200的另一示例实施例可以包括臂2202。示例机器人2200与图21的示例机器人2100相同，除了可以使用附加的四个电机提供对机器人臂2202的末端执行器(例如末端执行器LA、LB、LC、LD、RA、RB、RC和RD)相对于机器人臂2202的枢转结构2110的运动方向的调节。在图22所示的特定示例中，末端执行器LA和LB的运动方向、末端执行器LC和LD的运动方向、末端执行器RA和RB的运动方向以及末端执行器RC和RD的运动方向可以独立地调节。
现在参见图23，机器人2300的另一示例实施例可以包括耦接至枢转结构2301的两个臂。在机器人2300中，可以使用两个驱动单元2302、2304，每个驱动单元具有机器人臂2306、2308。特别地，具有第一(下)机器人臂2308的(下)驱动单元2304可以以右侧朝上的构造使用，而具有第二(上)机器人臂2306的(上)驱动单元2302可以以倒置构造使用并且位于具有第一(下)机器人臂2308的第一(下)驱动单元2304上方。
虽然每个机器人臂(第一(下)机器人臂2308和第二(上)机器人臂2306)具有两个连杆机构，每个连杆机构具有单个末端执行器，但是也可以使用任何适当数量的连杆机构和执行器。作为示例，上机器人臂2306可以具有带末端执行器LA和RA的两个连杆机构，并且下机器人臂2308可以具有带末端执行器LB、LC、RB和RC的四个连杆机构。作为另一示例，上机器人臂2306可以具有带末端执行器LA、LB、RA和RB的四个连杆机构，并且下机器人臂2308可以具有带末端执行器LC、LD、RC和RD的四个连杆机构。
现在参见图24A至29J，图中公开了机器人的附加示例实施例。在图24A和24B中，机器人2400包括驱动单元2409，驱动单元2409具有位于枢转底座2410上的机器人臂2402。机器人臂2402可以横向延伸以形成梁状结构，从而可以支撑机器人臂2402的连杆机构并容纳致动这些连杆机构的电机。机器人2400可以提供类似于关于图4A和4B描述的示例实施例的功能。
在图25A和25B中，机器人2500包括驱动单元2509，驱动单元2509包括具有机器人臂2502的枢转底座2510。机器人2500可以提供类似于关于图6A和6B描述的示例实施例的功能。
在图26A和26B中，机器人2600包括驱动单元2609，驱动单元2609具有位于枢转底座2610上的机器人臂2602。该机器人2600的示例可以提供类似于关于图7描述的示例实施例的功能。
在图27A和27B中，机器人2700包括驱动单元2709，驱动单元2709具有位于枢转底座2710上的机器人臂2702。该示例机器人2700可以提供类似于关于图11描述的示例实施例的功能。
在图28A和28B中，机器人2800包括驱动单元2809，具有机器人臂2802的枢转底座2810安装在驱动单元2809上。该示例机器人2800可以提供类似于关于图14描述的示例实施例的功能。
在图29A至29I中，机器人2900包括驱动单元2909，具有机器人臂2902的枢转底座2910安装在驱动单元2909上。该示例机器人2900可以提供类似于关于图15描述的示例实施例的功能。
此外，在图29A至29I的示例实施例中，根据本发明的机器人2900能够沿大致径向路径接近径向工作站。例如，枢转梁状结构、右连杆机构A和右连杆机构B可以旋转，以将右连杆机构A和右连杆机构B定位在径向站的前方，使得右连杆机构A和右连杆机构B的延伸方向基本上是径向的，如图29B和29C中示意性地示出的。在这些图中，图29B示出处于初始位置且容易适于接近正交并排工作站的机器人臂2902，并且图29C示出重新定位的机器人臂2902，使得右连杆机构A和右连杆机构B能够径向地延伸和收缩。
在一个示例操作中，机器人2900还可以能够在左工作站和右工作站之间传输有效载荷。例如，如图29D至29F中示意性地示出的，通过将枢转梁状结构旋转180度，同时保持左连杆机构A、左连杆机构B、右连杆机构A和右连杆机构B的绝对取向不变，左连杆机构A和左连杆机构B可以从左手侧到右手侧重新定位，并且同时，右连杆机构A和右连杆机构B可以从右手侧到左手侧重新定位。图29D示出处于初始位置2950的机器人臂2902，其中左连杆机构A和左连杆机构B被定位成接近左工作站，并且右连杆机构A和右连杆机构B被定位成接近右工作站；图29E描绘了处于中间位置2952的机器人臂2902，其中枢转梁状结构已经从其初始取向旋转90度；并且图29F描绘了处于最终位置2954的机器人臂2902，其中左连杆机构A和左连杆机构B被定位成接近右工作站，并且右连杆机构A和右连杆机构B被定位成接近左工作站。
作为另一示例操作，如图29G至29I中示意性地示出的，机器人臂2902的相同重新定位可以通过下述方式实现：相对于枢转梁状结构沿任一方向将左连杆机构A和左连杆机构B旋转180度、相对于枢转梁状结构沿任一方向旋转右连杆机构A和右连杆机构B，并且沿任一方向将枢转梁状结构旋转180度。图29G示出处于初始位置2960的机器人臂2902，其中左连杆机构A和左连杆机构B被定位成接近左工作站，并且右连杆机构A和右连杆机构B被定位成接近右工作站；图29H描绘了处于中间位置2962的机器人臂2902，其中左连杆机构A和左连杆机构B已经相对于枢转梁状结构旋转180度，并且右连杆机构A和右连杆机构B也已经相对于枢转梁状结构旋转180度；并且图29I描绘了处于最终位置2964的机器人臂2902，其中左连杆机构A和左连杆机构B被定位成接近右工作站，并且右连杆机构A和右连杆机构B被定位成接近左工作站。
图24A至29I所示的示例机器人的连杆机构是基于串联的三连杆机构，例如每个连杆机构包括经由旋转关节串联连接的连杆1(上臂)、连杆2(前臂)和连杆33(腕部)的机构。备选地，上述任何示例实施例中的任何连杆机构均可以基于串联的双连杆机构。
现在参见图30，基于串联双连杆机构的连杆机构的一个示例总体上在3000处示出，并且在下文中被称为“连杆机构3000”。连杆机构3000可以包括经由旋转关节(肩关节)3005耦接至机器人臂3004的枢转结构(诸如前文所述的枢转底座、枢转结构的上部、枢转结构的下部或枢转梁状结构)的连杆1(上臂)3002，以及经由另一旋转关节(肘关节)3006耦接至连杆1 3002的连杆2(前臂)3008。连杆2 3008可以承载被配置为接收有效载荷的末端执行器3010。
连杆机构3000的连杆1 3002可以由附接至机器人臂的枢转结构的致动器驱动，例如电动电机M1 3012。连杆机构3000的连杆2 3008可以经由传动布置3014致动，传动装置3014位于附接至机器人臂的枢转结构的另一致动器(例如电动电机M23016)和连杆2 3008之间。作为示例，传动装置可以包括耦接至电机M23016的肩轮3018、附接至连杆2的肘肩轮3020，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆3022。
现在参见图31，基于串联双连杆机构的连杆机构的另一示例总体上在3100处示出，并且在下文中被称为“连杆机构3100”。连杆机构3100可以包括经由旋转关节(肩关节)3106耦接至机器人臂的枢转结构3104的连杆1(上臂)3102、经由旋转关节(肘关节A)3110耦接至连杆1 3102的连杆2A(前臂A)3108，以及经由另一旋转关节(肘关节B)3114耦接至连杆1 3102的连杆2B(前臂B)3112。连杆2A和连杆2B可以分别承载被配置为接收有效载荷的末端执行器3116、3118。
连杆机构3100的连杆1 3102可以由致动器驱动，例如附接至机器人臂的枢转结构的电动电机M13120。连杆机构3100的连杆2A 3108可以经由传动布置致动，该传动装置位于附接至机器人臂的枢转结构的另一致动器(例如电动电机M23122)和连杆2A 3108之间。作为示例，传动装置可以包括耦接至电机M23122的肩轮A、附接至连杆2A的肘肩轮A，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆。类似地，连杆机构3100的连杆2B 3112可以经由传动布置致动，该传动装置位于附接至机器人臂的枢转结构的又一致动器(例如电动电机M33124)和连杆2B 3112之间。作为示例，传动装置可以包括耦接至电机M33124的肩轮3126、附接至连杆2B 3112的肘肩轮3128，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆3130。
现在参见图32，双连杆机构系统总体上在3200处示出，并且在下文中被称为“系统3200”。每个连杆机构基于串联的双连杆机构，并且可以包括连杆机构A和连杆机构B。连杆机构A可以包括经由旋转关节(肩关节A)3206耦接至机器人臂的枢转结构3204(诸如前文所述的枢转底座、枢转结构的上部、枢转结构的下部或枢转梁状结构)的连杆1A(上臂A)3202，以及经由另一旋转关节(肘关节A)3210耦接至连杆1A 3202的连杆2A(前臂A)3208。连杆2A3208可以承载被配置为接收有效载荷的末端执行器(末端执行器A)3212。如图32所示，从肘关节A 3210到末端执行器A 3212的中心测量的连杆2A 3208的有效长度可以基本上等于连杆1A 3202的关节到关节有效长度。备选地，从肘关节A 3210到末端执行器A 3212的中心测量的连杆2A 3208的有效长度可以小于或大于连杆1A 3202的关节到关节长度。
连杆1A 3202可以由致动器驱动，例如附接至机器人臂的枢转结构3204的电动电机M13214。连杆2A 3208的运动可以经由机器人臂的枢转结构和连杆2A之间的传动装置3216来约束，该传动装置可以被配置为使得当连杆1A相对于机器人臂的枢转结构旋转时，末端执行器A的中心沿大致直线移动。作为示例，传动装置3216可以包括附接至连杆1A的肩轮A 3218、附接至连杆2A的肘肩轮A 3220，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆。考虑到连杆2A的长度(从肘关节A到末端执行器A的中心测量)与连杆1A的关节到关节长度可以基本相等的示例，两个肩轮可以具有大致圆形轮廓，并且肩轮A的有效半径可以是肘肩轮A的有效半径的两倍。备选地，连杆1A和2A的长度不相等，其中至少一个肩轮(例如肩轮A)可以具有非圆形轮廓，如在前文中通过引用并入的美国专利和专利公开中所描述的。
连杆机构B可以包括经由旋转关节(肩关节B)耦接至机器人臂的枢转结构的连杆1B(上臂B)3222，以及经由另一旋转关节(肘关节B)耦接至连杆1B 3222的连杆2B(前臂B)3224。连杆2B 3224可以承载被配置为接收有效载荷的末端执行器(末端执行器B)3226。如图32所示，从肘关节B到末端执行器B 3226的中心测量的连杆2B 3224的有效长度可以基本上等于连杆1B 3222的关节到关节长度。备选地，从肘关节B到末端执行器B 3226的中心测量的连杆2B 3224的有效长度可以小于或大于连杆1B 3222的关节到关节长度。
连杆1B 3222可以由附接至机器人臂的枢转结构3204的致动器驱动，例如电动电机M2 3228。连杆2B的运动可以经由机器人臂的枢转结构和连杆2B之间的传动装置来约束，该传动装置可以被配置为使得当连杆1B相对于机器人臂的枢转结构3204旋转时，末端执行器B 3226的中心沿大致直线移动。作为示例，传动装置可以包括附接至连杆1B 3222的肩轮B 3230、附接至连杆2B 3224的肘肩轮B3232，以及两个肩轮之间的皮带、条带或线缆3234。考虑到连杆2B3224的长度(从肘关节B到末端执行器B的中心测量)与连杆1B 3222的关节到关节长度可以基本相等的示例，两个肩轮可以具有大致圆形轮廓，并且肩轮B的有效半径可以是肘肩轮B的有效半径的两倍。备选地，连杆1B和2B的长度不相等，其中至少一个肩轮(例如肩轮B)可以具有与前述相似的非圆形轮廓。
现在参见图33，另一示例实施例具有双连杆机构系统，每个连杆机构基于串联的双连杆机构，并且在下文中被称为“系统3300”。系统3300与系统3200基本相同，除了肩轮A3218和肩轮B 3230不附接至机器人臂的枢转结构3304。相反，肩轮A和B耦接至与机器人臂的枢转结构3304连接的致动器，诸如电机M3 3302。这种附加的自由度可以用于调节末端执行器A 3212的中心和末端执行器B 3226的中心的大致直线运动方向，该运动可以在连杆1A3202和连杆2A3208分别相对于机器人臂的枢转结构旋转时发生。
在图30至33中，第二连杆(例如连杆2、连杆2A或连杆2B)被示出在第一连杆(例如连杆1、连杆1A或连杆2B)上方。然而，连杆机构也可以是倒置的，例如，第二连杆(例如连杆2、连杆2A或连杆2B)可以位于第一连杆(例如连杆1、连杆1A或连杆2B)下方。这种倒置的连杆机构构造可以在例如连杆机构从机器人臂的枢转结构的上部悬置时使用。
在另一示例实施例中，机器人臂的枢转结构(诸如前文所述的枢转底座、枢转结构的上部、枢转结构的下部或枢转梁状结构)可以包括一个或多个Z轴(竖直升降)机构，该一个或多个Z轴机构被配置为调节机器人臂的一个或多个连杆机构的竖直高度。这可以方便地用于例如以堆叠构造接近具有不同竖直高度的站，以及可以基本上设定在相同竖直高度的并排构造的站。
在上述示例实施例中，耦合器旋转耦合器被示出为位于机器人驱动单元的下部。然而，如图34所示，耦合器旋转耦合器(诸如关于图36描述的示例耦合器旋转耦合器3700)可以位于驱动单元的上部。这可以允许方便地分离(移除、更换等)机器人臂，而不损害机器人臂中的密封容积的完整性。在分离机器人臂时，耦合器旋转耦合器3700的上部可以保持附接至机器人臂，并且耦合器旋转耦合器的下部可以保持附接至机器人的驱动单元。
虽然已经关于具有固定驱动单元的示例机器人描述了特征，但是特征也可以扩展到具有可动驱动单元(诸如横动驱动单元)的机器人。例如，横动驱动单元在美国专利10,424,498和10,742,070号以及美国专利公开2020/0262660号中进行了描述，这些文献通过引用整体并入本文。
虽然具有单个Z轴机构的驱动单元被示出为上述示例实施例的一部分，但是也可以使用任何数量的Z轴机构，包括没有Z轴机构。虽然上述示例实施例被描述为具有由旋转电机经由滚珠丝杠致动的z轴，但是也可以使用任何其它适当布置，诸如但不限于连杆机构机构或线性电机。
应当注意，在整个文档的图中示出的轴承、轴承布置和轴承位置仅用于说明——其目的在于传达各个部件总体上如何相对于彼此被约束，并且仅仅是示例。也可以使用任何适当的轴承、轴承布置和轴承位置。
虽然通信网络被描述为控制系统的各个部件之间的通信装置，但是也可以利用主控制器和控制模块之间的任何其它适当的通信装置，诸如无线网络或点对点总线。
在一个示例实施例中，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座、第一连杆机构和第二连杆机构，第一连杆机构包括能够在第一旋转关节处在底座上旋转的第一连杆、在第二旋转关节处连接至第一连杆的第二连杆，以及在第三旋转关节处连接至第二连杆的第三连杆，第三连杆包括第一末端执行器，第一末端执行器被配置为承载第一有效载荷，并且第二连杆机构包括能够在第四旋转关节处在底座上旋转的第四连杆、在第五旋转关节处连接至第四连杆的第五连杆，以及在第六旋转关节处连接至第五连杆的第六连杆，第六连杆包括第二末端执行器，第二末端执行器被配置为承载第二有效载荷。该设备还包括被耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制可动臂和底座相对于驱动器的运动协调。第一旋转关节包括第一肩轮，并且第四旋转关节包括第二肩轮，第一肩轮和第二肩轮经由基本上刚性的柱连接至底座。第一连杆能够通过附接至底座的第一致动器围绕第一旋转关节旋转。第四连杆能够通过附接至底座的第二致动器围绕第四旋转关节旋转。
驱动器可以包括主致动器，主致动器被配置为使底座在驱动器上枢转。第一肩轮、第一致动器、第二肩轮和第二致动器可以同轴地布置。第一肩轮和第一致动器可以被同轴地布置，并且相对于第二肩轮和第二致动器的同轴布置偏移。第二连杆机构的第四连杆和第五连杆可以嵌套在第一连杆机构中。第一连杆的长度可以不等于第四连杆的长度。第一连杆的长度可以等于第四连杆的长度。第六连杆可以包括桥接件，桥接件将第二末端执行器提升到第三连杆上方。该设备还可以包括位于底座和驱动器之间的热耦合器。该设备还可以包括耦合器，耦合器被配置为在底座和驱动器之间传输功率和通信信号中的一个或多个。主控制器还可以与至少一个子控制器通信，该至少一个子控制器位于可动臂和驱动器中的至少一者中。
在另一示例实施例中，一种设备，包括驱动器；第一可动臂，第一可动臂包括枢转连接至驱动器的底座、第一连杆机构和第二连杆机构，第一连杆机构包括能够在第一旋转关节处在底座上旋转的第一连杆、在第二旋转关节处连接至第一连杆的第二连杆，以及在第三旋转关节处连接至第二连杆的第三连杆，第三连杆包括第一末端执行器，第一末端执行器被配置为承载第一有效载荷，并且第二连杆机构包括能够在第四旋转关节处在底座上旋转的第四连杆、在第五旋转关节处连接至第四连杆的第五连杆，以及在第六旋转关节处连接至第五连杆的第六连杆，第六连杆包括第二末端执行器，第二末端执行器被配置为承载第二有效载荷。该设备还包括耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制第一可动臂和底座相对于驱动器的运动协调。第一旋转关节包括第一肩轮，并且第四旋转关节包括第二肩轮，第一肩轮和第二肩轮可旋转地连接至底座并且能够独立地致动。第一连杆能够通过附接至底座的第一致动器围绕第一旋转关节旋转。第四连杆能够通过附接至底座的第二致动器围绕第四旋转关节旋转。第一肩轮和第二肩轮能够由附接至底座的第三致动器独立地致动。
第一致动器、第二致动器和第三致动器可以同轴地布置。第三致动器可以被配置为允许第一末端执行器和第二末端执行器的独立定位。该设备还可以包括主致动器，主致动器被配置为使底座在驱动器上枢转，以及附接至底座的第四致动器，其中主致动器、第一致动器、第二致动器和第四致动器被配置为提供四个独立控制的运动轴线，以独立地定位第一末端执行器和第二末端执行器。该设备还可以包括第二可动臂，第二可动臂包括具有多个连杆的第三连杆机构，以及具有多个连杆的第四连杆机构，第三连杆机构和第四连杆机构分别通过第三肩轮和第四肩轮连接至底座，第三肩轮和第四肩轮经由基本上刚性的柱连接至底座。
在另一示例实施例中，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座，底座包括上部和下部；第一连杆机构，第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在底座的下部上旋转；以及第二连杆机构，第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在底座的上部上旋转；该设备还包括耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制底座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于驱动器的运动协调。第一连杆能够通过第一致动器旋转经过附接至下部的第一肩轮，并且第二连杆能够通过第二致动器旋转经过附接至上部的第二肩轮。
该设备还可以包括第三连杆机构，第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在底座的下部上旋转；以及第四连杆机构，第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在底座的上部上旋转。第三连杆可以通过第三致动器旋转经过附接至下部的第三肩轮，并且第四连杆可以通过第四致动器旋转经过附接至上部的肩轮。主控制器可以被配置为控制底座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于驱动器的运动协调。
在另一示例实施例中，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座，底座包括上部和下部；第一连杆机构，第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在底座的下部上旋转；第二连杆机构，第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在底座的上部上旋转；第三连杆机构，第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在底座的下部上旋转；以及第四连杆机构，第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在底座的上部上旋转。第一连杆能够通过第一致动器在下部上旋转并且通过第二致动器经过未附接至下部的第一肩轮，并且第二连杆能够通过第三致动器在上部上旋转并且通过第四致动器经过未附接至上部的第二肩轮，并且第三连杆能够通过第五致动器在下部上旋转并且经过附接至下部的第三肩轮，并且第四连杆能够通过第六致动器在上部上旋转并且经过附接至上部的第四肩轮。主控制器耦接至驱动器，主控制器被配置为控制底座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于驱动器的运动协调。第一致动器、第二致动器、第三致动器、第四致动器、第五致动器和第六致动器附接至底座。
第一致动器、第三致动器和第五致动器可以附接至底座的下部，并且第二致动器、第四致动器和第六致动器可以附接至底座的上部。可以通过同步移动第一致动器和第二致动器来旋转第一连杆机构和第二连杆机构，以调节承载第一有效载荷的至少一个第一连杆和承载第二有效载荷的至少一个第二连杆中的至少一个能够延伸的方向。
在另一示例实施例中，一种设备，包括驱动器；可动臂，可动臂包括枢转连接至驱动器的底座，底座包括上部和下部；第一连杆机构，第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在底座的下部上旋转；第二连杆机构，第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在底座的上部上旋转；第三连杆机构，第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在底座的下部上旋转；以及第四连杆机构，第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在底座的上部上旋转。第一连杆能够通过第一致动器在下部上旋转并且通过第二致动器经过未附接至下部的第一肩轮，并且第二连杆能够通过第三致动器在上部上旋转并且通过第四致动器经过未附接至上部的第二肩轮，并且第三连杆能够通过第五致动器在下部上旋转并且通过第六致动器经过未附接至下部的第三肩轮，并且第四连杆能够通过第七致动器在上部上旋转并且通过第八致动器经过未附接至上部的第四肩轮。该设备还包括耦接至驱动器的主控制器，主控制器被配置为控制底座、第一连杆机构、第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于驱动器的运动协调。
虽然本发明描述了具有固定驱动单元的示例机器人，但是本发明也可以扩展到具有可动驱动单元(诸如横动驱动单元)的机器人，诸如美国专利10,800,050；10,742,070；10,596,710和10,269,604号中示出和描述的，这些文献通过引用整体并入本文，以及美国专利公开2020/0262660A1和2018/0108552A1号中示出和描述的，这些文献也通过引用整体并入本文。类似地，虽然本发明关于具有旋转关节的机器人进行描述，但是本发明也可以扩展到具有其它类型关节的机器人，诸如棱柱(线性)关节(具有线性臂的机器人)。
应当理解，前文的描述仅仅是说明性的。本领域技术人员可以设想出各种替代和修改。例如，来自上述不同实施例的特征可以选择性地组合到新的实施例中。因此，本说明书旨在涵盖所有此类替代、修改和变型。

Claims (22)

1.一种设备，包括：
驱动器；
可动臂，所述可动臂包括，
底座，所述底座被枢转连接至所述驱动器，
第一连杆机构，包括，
第一连杆，所述第一连杆能够在第一旋转关节处在所述底座上旋转，
第二连杆，所述第二连杆在第二旋转关节处连接至所述第一连杆，以及
第三连杆，所述第三连杆在第三旋转关节处连接至所述第二连杆，所述第三连杆包括第一末端执行器，所述第一末端执行器被配置为承载第一有效载荷，以及
第二连杆机构，包括，
第四连杆，所述第四连杆能够在第四旋转关节处在所述底座上旋转，
第五连杆，所述第五连杆在第五旋转关节处连接至所述第四连杆，以及
第六连杆，所述第六连杆在第六旋转关节处连接至所述第五连杆，所述第六连杆包括第二末端执行器，所述第二末端执行器被配置为承载第二有效载荷；
耦接至所述驱动器的主控制器，所述主控制器被配置为控制所述可动臂和所述底座相对于所述驱动器的运动协调；
其中所述第一旋转关节包括第一肩轮，并且所述第四旋转关节包括第二肩轮，所述第一肩轮和所述第二肩轮经由基本上刚性的柱被连接至所述底座；
其中所述第一连杆能够通过附接至所述底座的第一致动器围绕所述第一旋转关节旋转；
其中所述第四连杆能够通过附接至所述底座的第二致动器围绕所述第四旋转关节旋转。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述驱动器包括主致动器，所述主致动器被配置为引起所述底座在所述驱动器上的枢转。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一肩轮、所述第一致动器、所述第二肩轮和所述第二致动器被同轴地布置。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一肩轮和所述第一致动器被同轴地布置，并且与所述第二肩轮和所述第二致动器的同轴布置偏移。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二连杆机构的所述第四连杆和所述第五连杆被嵌套在所述第一连杆机构中。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一连杆的长度不等于所述第四连杆的长度。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一连杆的长度等于所述第四连杆的长度。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述第六连杆包括桥接件，所述桥接件将所述第二末端执行器提升到所述第三连杆上方。
9.根据权利要求1所述的设备，还包括位于所述底座和所述驱动器之间的热耦合器。
10.根据权利要求1所述的设备，还包括耦合器，所述耦合器被配置为在所述底座和所述驱动器之间传输功率和通信信号中的一者或多者。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述主控制器还与至少一个子控制器通信，所述至少一个子控制器位于所述可动臂和所述驱动器中的至少一者中。
12.一种设备，包括：
驱动器；
第一可动臂，所述第一可动臂包括，
底座，所述底座被枢转连接至所述驱动器，
第一连杆机构，包括，
第一连杆，所述第一连杆能够在第一旋转关节处在所述底座上旋转，
第二连杆，所述第二连杆在第二旋转关节处连接至所述第一连杆，以及
第三连杆，所述第三连杆在第三旋转关节处连接至所述第二连杆，所述第三连杆包括第一末端执行器，所述第一末端执行器被配置为承载第一有效载荷，以及
第二连杆机构，包括，
第四连杆，所述第四连杆能够在第四旋转关节处在所述底座上旋转，
第五连杆，所述第五连杆在第五旋转关节处连接至所述第四连杆，以及
第六连杆，所述第六连杆在第六旋转关节处连接至所述第五连杆，所述第六连杆包括第二末端执行器，所述第二末端执行器被配置为承载第二有效载荷；以及
耦接至所述驱动器的主控制器，所述主控制器被配置为控制所述第一可动臂和所述底座相对于所述驱动器的运动协调；
其中所述第一旋转关节包括第一肩轮，并且所述第四旋转关节包括第二肩轮，所述第一肩轮和所述第二肩轮可旋转地被连接至所述底座并且能够独立地致动；
其中所述第一连杆能够通过附接至所述底座的第一致动器围绕所述第一旋转关节旋转；
其中所述第四连杆能够通过附接至所述底座的第二致动器围绕所述第四旋转关节旋转；
其中所述第一肩轮和所述第二肩轮能够通过附接至所述底座的第三致动器独立地致动。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述第一致动器、所述第二致动器和所述第三致动器被同轴地布置。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述第三致动器被配置为允许所述第一末端执行器和所述第二末端执行器的独立定位。
15.根据权利要求12所述的设备，还包括主致动器，所述主致动器被配置为引起所述底座和附接至所述底座的第四致动器在所述驱动器上的枢转，其中所述主致动器、所述第一致动器、所述第二致动器和所述第四致动器被配置为提供四个独立控制的运动轴线，以独立地定位所述第一末端执行器和所述第二末端执行器。
16.根据权利要求12所述的设备，还包括第二可动臂，所述第二可动臂包括第三连杆机构和第四连杆机构，所述第三连杆机构包括多个连杆，所述第四连杆机构包括多个连杆，所述第三连杆机构和所述第四连杆机构均分别通过第三肩轮和第四肩轮连接至所述底座，所述第三肩轮和所述第四肩轮经由基本上刚性的柱连接至所述底座。
17.一种设备，包括：
驱动器；
可动臂，所述可动臂包括，
底座，所述底座被枢转连接至所述驱动器，所述底座包括上部和下部，
第一连杆机构，所述第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，所述至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在所述底座的所述下部上旋转，以及
第二连杆机构，所述第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，所述至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在所述底座的所述上部上旋转；以及
耦接至所述驱动器的主控制器，所述主控制器被配置为控制所述底座、所述第一连杆机构、所述第二连杆机构、第三连杆机构和第四连杆机构相对于所述驱动器的运动协调；
其中所述第一连杆能够通过第一致动器旋转而经过被附接至所述下部的第一肩轮，并且所述第二连杆能够通过第二致动器旋转而经过被附接至所述上部的第二肩轮。
18.根据权利要求17所述的设备，还包括，
第三连杆机构，所述第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，所述至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在所述底座的所述下部上旋转；以及
第四连杆机构，所述第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，所述至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在所述底座的所述上部上旋转，
其中所述第三连杆通过第三致动器旋转经过附接至所述下部的第三肩轮，并且所述第四连杆通过第四致动器旋转穿过附接至所述上部的肩轮，并且
其中所述主控制器被配置为控制所述底座、所述第一连杆机构、所述第二连杆机构、所述第三连杆机构和所述第四连杆机构相对于所述驱动器的运动协调。
19.一种设备，包括：
驱动器；
可动臂，所述可动臂包括，
底座，所述底座被枢转连接至驱动器，底座包括上部和下部，
第一连杆机构，所述第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，所述至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在所述底座的所述下部上旋转，
第二连杆机构，所述第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，所述至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在所述底座的所述上部上旋转，
第三连杆机构，所述第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，所述至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在所述底座的下部上旋转，以及
第四连杆机构，所述第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，所述至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在所述底座的上部上旋转，
其中所述第一连杆能够通过第一致动器在所述下部上旋转并且通过第二致动器经过未被附接至所述下部的第一肩轮，并且所述第二连杆能够通过第三致动器在所述上部上旋转并且通过第四致动器穿过未被附接至所述上部的第二肩轮，并且所述第三连杆能够通过第五致动器在所述下部上旋转并且穿过附接至所述下部的第三肩轮，并且所述第四连杆能够通过第六致动器在所述上部上旋转并且穿过附接至所述上部的第四肩轮；以及耦接至所述驱动器的主控制器，所述主控制器被配置为控制所述底座、所述第一连杆机构、所述第二连杆机构、所述第三连杆机构和所述第四连杆机构相对于所述驱动器的运动协调；
其中所述第一致动器、所述第二致动器、所述第三致动器、所述第四致动器、所述第五致动器和所述第六致动器被附接至所述底座。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述第一致动器、所述第三致动器和所述第五致动器被附接至所述底座的所述下部，并且其中所述第二致动器、所述第四致动器和所述第六致动器被附接至所述底座的所述上部。
21.根据权利要求19所述的设备，其中所述第一连杆机构和所述第二连杆机构通过同步移动所述第一致动器和所述第二致动器而被旋转，以调节承载所述第一有效载荷的所述至少一个第一连杆和承载所述第二有效载荷的所述至少一个第二连杆中的至少一个连杆能够延伸的方向。
22.一种设备，包括：
驱动器；
可动臂，所述可动臂包括，
底座，所述底座被枢转连接至驱动器，所述底座包括上部和下部，
第一连杆机构，所述第一连杆机构包括至少一个第一连杆并且被配置为承载第一有效载荷，所述至少一个第一连杆能够在第一旋转关节处在所述底座的所述下部上旋转，
第二连杆机构，所述第二连杆机构包括至少一个第二连杆并且被配置为承载第二有效载荷，所述至少一个第二连杆能够在第二旋转关节处在所述底座的所述上部上旋转，
第三连杆机构，所述第三连杆机构包括至少一个第三连杆并且被配置为承载第三有效载荷，所述至少一个第三连杆能够在第三旋转关节处在所述底座的所述下部上旋转，以及
第四连杆机构，所述第四连杆机构包括至少一个第四连杆并且被配置为承载第四有效载荷，所述至少一个第四连杆能够在第四旋转关节处在所述底座的所述上部上旋转；
其中所述第一连杆能够通过第一致动器在所述下部上旋转并且通过第二致动器经过未被附接至所述下部的第一肩轮，并且所述第二连杆能够通过第三致动器在所述上部上旋转并且通过第四致动器经过未被附接至所述上部的第二肩轮，并且所述第三连杆能够通过第五致动器在所述下部上旋转并且通过第六致动器经过未被附接至所述下部的第三肩轮，并且所述第四连杆能够通过第七致动器在所述上部上旋转并且通过第八致动器经过未被附接至所述上部的第四肩轮；以及
耦接至所述驱动器的主控制器，所述主控制器被配置为控制所述底座、所述第一连杆机构、所述第二连杆机构、所述第三连杆机构和所述第四连杆机构相对于所述驱动器的运动协调。
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