CN118574709A - 用于致动机器人操纵器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了涉及可以执行移动操纵(例如，灵巧移动操纵)的工业机器人的系统和方法。机械臂在伸入狭窄空间时能够进行精确控制，可以对冲击和碰撞具有鲁棒性，和/或可以限制机械臂的质量以减少电池上的负载并增加运行时间。机械臂可包括不同构造的近侧关节和/或远侧关节。近侧关节可以被设计成促进模块化，并且可以包括单独的功能单元，诸如模块化致动器、编码器、轴承和/或离合器。远侧关节可以被设计成促进集成，并且可以包括偏移致动器，以实现用于真空、电力和信号连接的内部路由的通孔。

Description

用于致动机器人操纵器的系统和方法

背景技术

机器人通常被定义为可重新编程和多功能的操纵器，其被设计为通过可变的编程运动来移动材料、部件、工具或专用设备以执行任务。机器人可以是物理锚定的操纵器(例如，工业机械臂)、在整个环境中移动的移动机器人(例如，使用腿、轮子或基于牵引的机构)、或操纵器和移动机器人的某种组合。机器人用于各种行业，包括例如制造、仓库物流、运输、危险环境、勘探和医疗保健。

发明内容

本文公开了涉及工业机器人的系统和方法，该工业机器人可以在紧密的非结构化环境中执行移动操纵(例如，灵巧的移动操纵)，同时以电池电力操作。为了实现此类能力，机械臂能够在伸入狭窄空间时进行精确控制，可以对冲击和碰撞具有鲁棒性，和/或可以限制机械臂的质量以减少电池上的负载并增加运行时间。机械臂的一些实施例包括不同构造的近侧关节和/或远侧关节。近侧关节可以被设计成促进模块化，并且可以包括单独的功能单元，诸如模块化致动器、编码器、轴承和/或离合器。远侧关节可以被设计成促进集成，并且可以包括偏移致动器，以实现用于真空、电力和信号连接的内部路由的通孔。

本公开的一个方面提供了一种用于联接机械臂的第一连杆和机械臂的第二连杆的模块化关节。所述关节包括致动器，所述致动器被构造成能够可移除地联接到所述机械臂的所述第一连杆，所述致动器包括输出轴，所述输出轴被构造成能够围绕第一轴线旋转；轴承，所述轴承被构造成能够可移除地联接到所述机械臂的所述第二连杆并且被构造成能够使所述第二连杆能够围绕所述第一轴线旋转；以及编码器，其被配置为测量所述第二连杆相对于所述第一连杆的角度。

在另一方面，编码器可移除地联接到轴承。在另一方面，关节还包括公差环，该公差环设置在致动器的输出轴的外径和第二连杆之间，该公差环被构造成当第二连杆的扭矩超过阈值扭矩时相对于致动器的输出轴滑动。在另一方面，致动器包括无刷马达。在另一方面，致动器包括应变波齿轮箱。在另一方面，致动器包括摆线齿轮箱。在另一方面，轴承包括交叉滚子轴承。在另一方面，轴承包括轴向接触轴承。在另一方面，所述致动器包括制动器，所述制动器被构造成阻止所述致动器的旋转。

本公开的一个方面提供了一种用于机械臂的关节。所述关节包括致动器，所述致动器被配置为使所述致动器的输出端围绕第一轴线旋转；第一齿轮，所述第一齿轮固定地联接到所述致动器的所述输出端并且被构造成围绕所述第一轴线旋转；以及第二齿轮，其可操作地联接到所述第一齿轮，其中所述第一齿轮围绕所述第一轴线的旋转使所述第二齿轮围绕偏离所述第一轴线的第二轴线旋转。所述第二齿轮包括从所述第二齿轮的第一侧通到所述第二齿轮的与所述第一侧相对的第二侧的通孔，所述通孔被配置成使得一个或多个连接件能够从所述第二齿轮的所述第一侧通到所述第二侧。

在另一方面，致动器包括无刷马达。在另一方面，致动器包括应变波齿轮箱。在另一方面，致动器包括摆线齿轮箱。在另一方面，第一齿轮包括第一螺旋齿轮，并且第二齿轮包括第二螺旋齿轮。在另一方面，关节还包括公差环，该公差环设置在致动器的输出端和第一齿轮之间，该公差环被构造成当第一齿轮的扭矩超过阈值扭矩时相对于第一齿轮滑动。在另一方面，所述关节还包括编码器，所述编码器被配置成感测所述第二齿轮的角位置。在另一方面，一个或多个连接件包括电力线缆、真空线缆和信号线缆中的一个或多个。在另一方面，所述一个或多个连接件包括至少一根电力线缆、至少一根真空线缆和至少一根信号线缆。在另一方面，关节还包括机械臂的第一连杆，该第一连杆固定地联接到致动器；以及所述机械臂的第二连杆，所述第二连杆固定地联接到所述第二齿轮。

本公开的一个方面提供了一种机械臂。所述机械臂包括基座；末端执行器；近侧部分，所述近侧部分包括多个近侧连杆和多个近侧关节，所述多个近侧连杆中的每一个联接到所述多个近侧关节中的至少一个；远侧部分，所述远侧部分包括多个远侧连杆和多个远侧关节，所述多个远侧连杆中的每一个联接到所述多个远侧关节中的至少一个；以及一个或多个连接件，所述一个或多个连接件从所述基座延伸到所述末端执行器，其中所述一个或多个连接件在外部路由到所述多个近侧连杆并且在内部路由到所述多个远侧连杆。

在另一方面，多个远侧关节中的每个远侧关节被构造成能够围绕相应的远侧关节轴线旋转，并且其中多个远侧关节中的每个远侧关节包括与相应的远侧关节轴线对准的通孔。在另一方面，从基座延伸到末端执行器的一个或多个连接件至少部分地设置在多个远侧关节的相应通孔中的每一个内。在另一方面，机械臂包括至少六个自由度。在另一方面，机械臂包括至少七个自由度。在另一方面，多个近侧连杆包括第一近侧连杆、第二近侧连杆和第三近侧连杆。多个近侧关节包括第一近侧关节、第二近侧关节和第三近侧关节。所述第一近侧关节包括第一近侧致动器，所述第一近侧致动器被配置成使所述第一近侧连杆相对于所述基座围绕第一近侧关节轴线旋转。所述第二近侧关节包括第二近侧致动器，所述第二近侧致动器被构造成使所述第二近侧连杆相对于所述第一近侧连杆围绕第二近侧关节轴线旋转。所述第三近侧关节包括第三近侧致动器，所述第三近侧致动器被构造成使所述第三近侧连杆相对于所述第二近侧连杆围绕第三近侧关节轴线旋转。第一近侧关节轴线、第二近侧关节轴线和第三近侧关节轴线是平行的。

在另一方面，远侧部分包括球形腕部。在另一方面，球形腕部包括：第一远侧关节，该第一远侧关节包括第一远侧致动器，该第一远侧致动器被配置为使末端执行器相对于连杆围绕第一远侧关节轴线旋转；第二远侧关节，所述第二远侧关节包括第二远侧致动器，所述第二远侧致动器被构造成使所述末端执行器相对于所述连杆围绕第二远侧关节轴线旋转；以及第三远侧关节，所述第三远侧关节包括第三远侧致动器，所述第三远侧致动器被配置成使所述末端执行器相对于所述连杆围绕第三远侧关节轴线旋转。第一远侧关节轴线、第二远侧关节轴线和第三远侧关节轴线相互垂直。第一远侧关节轴线、第二远侧关节轴线和第三远侧关节轴线相交。在另一方面，末端执行器是基于真空的末端执行器，并且耦接到基于真空的末端执行器的真空线缆路由穿过球形腕部。在另一方面，真空线缆路由穿过球形腕部的第一远侧关节轴线、第二远侧关节轴线和第三远侧关节轴线的相交部。在另一方面，多个近侧关节中的每一个包括制动器，该制动器被构造成阻止相应的近侧致动器的旋转。在另一方面，基座包括移动基座。

应当理解，前述概念和下面讨论的附加概念可以以任何合适的组合布置，因为本公开在这方面不受限制。此外，当结合附图考虑时，根据以下对各种非限制性实施例的详细描述，本公开的其他优点和新颖特征将变得显而易见。

附图说明

附图不是按比例绘制的。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的部件可以由相同的附图标记表示。为了清楚起见，并非每个部件都可以在每个附图中标记。在附图中：

图1A是机器人的一个实施例的透视图；

图1B是图1A的机器人的另一透视图；

图2A描绘了在仓库环境中执行任务的机器人；

图2B描绘了从卡车卸载盒子的机器人；

图2C描绘了在仓库过道中构建托盘的机器人；

图3描绘了机器人的一个实施例；

图4A是机械臂的近侧关节的一个实施例的剖视图；

图4B是图4A的近侧关节的分解图；

图5A描绘了机械臂的远侧部分的一个实施例；

图5B是图5A的机械臂的远侧部分的分解图；

图6A描绘了机械臂的远侧关节的一个实施例；以及

图6B是图6A的远侧关节的横截面视图。

具体实施方式

机器人通常被配置为在放置它们的环境中执行各种任务。通常，这些任务包括与环境的对象和/或元素交互。值得注意的是，机器人在仓库和物流操作中日益流行。在将机器人引入这样的空间之前，手动执行许多操作。例如，一个人可以手动地将盒子从卡车卸载到传送带的一端上，并且在传送带的相对端处的第二人可以将这些盒子组织到托盘上。然后可以通过由第三人操作的叉车来拾取托盘，第三人可以驾驶到仓库的存储区域，并将托盘放下以供第四人从托盘中移除各个盒子并将它们放置在存储区域中的货架上。最近，已经开发了机器人方案以使许多这些功能自动化。这样的机器人可以是专业机器人(即，被设计为执行单个任务或少量密切相关的任务)或通用机器人(即，被设计为执行各种各样的任务)。迄今为止，专家和通用仓库机器人都与显著的限制条件相关联，如下所述。

专业机器人可以被设计为执行单个任务，例如将盒子从卡车卸载到传送带上。虽然这种专业机器人在执行其指定任务时可能是有效的，但是它们可能没有任何能力执行其他有些相关的任务。因此，可能需要人或单独的机器人(例如，为不同任务设计的另一个专业机器人)来执行序列中的下一个或多个任务。因此，仓库可能需要投资多个专业机器人来执行一系列任务，或者可能需要依赖于混合操作，其中存在频繁的机器人到人或人到机器人的物体移交。

相比之下，通用机器人可以被设计成执行各种各样的任务，并且可以在盒子寿命周期的大部分时间内将盒子从卡车运送到货架(例如，卸载、码垛、运输、卸垛、储存)。虽然这种通用机器人可以执行各种任务，但是它们可能无法以足够高的效率或准确度执行各个任务，以保证引入到高度流线型的仓库操作中。例如，虽然将现成的机器人操纵器安装到现成的移动机器人上可能产生理论上可以完成许多仓库任务的系统，但是这种松散集成的系统可能无法执行需要操纵器和移动基座之间的协调的复杂或动态运动，从而导致低效且不灵活的组合系统。这种系统在仓库环境内的典型操作可以包括移动基座和操纵器顺序地并且(部分地或完全地)彼此独立地操作。例如，所述移动基座可以首先在所述操纵器断电的情况下朝向盒子堆垛驱动。在到达所述盒子堆垛时，所述移动基座可以停止，并且当所述基座保持静止时，所述操纵器可以通电并开始操纵所述盒子。在操纵任务完成之后，操纵器可以再次断电，并且移动基座可以驾驶到另一个目的地以执行下一个任务。如从前述内容应当理解的，这种系统中的移动基座和操纵器实际上是已经连接在一起的两个单独的机器人；因此，与操纵器相关联的控制器可以不被配置为与和移动基座相关联的单独的控制器共享信息、将命令传递到与移动基座相关联的单独的控制器或从与移动基座相关联的单独的控制器接收命令。因此，这种集成不良的移动操纵器机器人可能被迫以次优速度或通过次优轨迹操作其操纵器及其基座，因为两个单独的控制器难以一起工作。另外，虽然存在从纯工程角度产生的限制，但是必须施加附加限制以符合安全规定。例如，如果安全规定要求移动操纵器必须能够在人进入机器人一定距离内的区域时在一定时间段内完全关闭，则松散集成的移动操纵器机器人可能不能足够快地动作以确保操纵器和移动基座(单独地和总体地)不会对人构成威胁。为了确保这种松散集成的系统在所需的安全约束内运行，这种系统被迫以甚至更慢的速度运行，或者执行比那些已经由工程问题强加的有限速度和轨迹更保守的轨迹。因此，迄今为止，通用机器人在仓库环境中执行任务的速度和效率是有限的。

鉴于上述情况，发明人已认识到并意识到，在机械手和移动基座之间具有系统级机械设计和整体控制策略的高度集成的移动机械手机器人可为仓库和/或物流作业带来一定的益处。这种集成的移动操作机器人能够执行传统的松散集成的移动操作系统无法实现的复杂和/或动态运动。因此，这种类型的机器人可以非常适合于快速、敏捷和高效地执行各种不同的任务(例如，在仓库环境中)。

示例机器人概述

在本节中，提供了被配置为执行各种任务的高度集成的移动操纵器机器人的一个实施例的一些部件的概述，以解释机器人的各种子系统的相互作用和相互依赖性。各种子系统中的每一个以及用于操作子系统的控制策略在以下部分中进一步详细描述。

图1A和图1B是机器人100的一个实施例的透视图。机器人100包括移动基座110和机械臂130。移动基座110包括全向驱动系统，该全向驱动系统使得移动基座能够在水平面内在任何方向上平移以及围绕垂直于该平面的竖直轴线旋转。移动基座110的每个轮112是可独立转向和可独立驱动的。移动基座110另外包括多个距离传感器116，其帮助机器人100在其环境中安全地移动。机械臂130是包括三个俯仰关节和3自由度(3-DOF)腕部的6自由度(6-DOF)机械臂。末端执行器150设置在机械臂130的远侧端部处。机械臂130经由转盘120可操作地耦接到移动基座110，转盘120被配置为相对于移动基座110旋转。除了机械臂130之外，感知桅杆140也联接到转盘120，使得转盘120相对于移动基座110的旋转使机械臂130和感知桅杆140两者旋转。机械臂130在运动学上受到约束以避免与感知桅杆140碰撞。感知桅杆140另外被配置为相对于转盘120旋转，并且包括多个感知模块142，其被配置为收集关于机器人环境中的一个或多个物体的信息。机器人100的集成结构和系统级设计使得能够在许多不同应用中快速且有效地操作，其中一些应用在下面作为示例提供。

图2A描绘了在仓库环境内执行不同任务的机器人10a、10b和10c。第一机器人10a在卡车(或容器)内，将盒子11从卡车内的堆垛移动到传送带12上(该特定任务将在下面参考图2B更详细地讨论)。在传送带12的相对端，第二机器人10b将盒子11组织到托盘13上。在仓库的单独区域中，第三机器人10c从货架上拣选盒子以在托盘上构建订单(该特定任务将在下面参考图2C更详细地讨论)。应当理解，机器人10a、10b和10c是同一机器人(或极相似的机器人)的不同实例。因此，本文描述的机器人可以被理解为专用的多用途机器人，因为它们被设计为准确且有效地执行特定任务，但不限于仅一个或少量特定任务。

图2B描绘了机器人20a从卡车29卸载盒子21并将它们放置在传送带22上。在该盒子拾取应用中(以及在其他盒子拾取应用中)，机器人20a将重复拾取盒子、旋转、放置盒子，并旋转回来以拾取下一个盒子。尽管图2B的机器人20a是与图1A和1B的机器人100不同的实施例，但是参考图1A和1B中标识的机器人100的部件将易于解释图2B中的机器人20a的操作。在操作期间，机器人20a的感知桅杆(类似于图1A和1B的机器人100的感知桅杆140)可以被配置为独立于其安装在其上的转盘(类似于转盘120)的旋转而旋转，以使得安装在感知桅杆上的感知模块(类似于感知模块142)能够捕获环境的图像，该图像使得机器人20a能够规划其下一个移动，同时执行当前移动。例如，当机器人20a从卡车29中的盒子堆垛中拾取第一盒子时，感知桅杆上的感知模块可以指向并收集关于第一盒子将被放置的位置(例如，传送带22)的信息。然后，在转盘旋转之后并且在机器人20a将第一盒子放置在传送带上的同时，感知桅杆可以旋转(相对于转盘)，使得感知桅杆上的感知模块指向盒子堆垛并收集关于盒子堆垛的信息，该信息用于确定要拾取的第二盒子。当转盘旋转回来以允许机器人拾取第二盒子时，感知桅杆可以收集关于传送带周围区域的更新信息。以这种方式，机器人20a可以并行化原本可能顺序执行的任务，从而实现更快和更有效的操作。

在图2B中还值得注意的是，机器人20a与人(例如，工人27a和27b)并排工作。考虑到机器人20a被配置为执行传统上由人类执行的许多任务，机器人20a被设计为具有小的占地面积，以使得能够访问被设计成由人类访问的区域，并且使防止人类进入的机器人周围的安全区域的尺寸最小化。

图2C描绘了执行订单构建任务的机器人30a，其中机器人30a将盒子31放置到托盘33上。在图2C中，托盘33设置在自主移动机器人(AMR)34的顶部上，但是应当理解，在该示例中描述的机器人30a的能力适用于构建与AMR不相关联的托盘。在该任务中，机器人30a拾取设置在仓库的货架35上方、下方或内部的盒子31，并将盒子放置在托盘33上。相对于货架的某些盒子位置和取向可以建议不同的盒子拣选策略。例如，位于低的货架上的盒子可以简单地由机器人通过用机械臂的末端执行器抓取盒子的顶表面来拾取(从而执行“顶部拾取”)。然而，如果待拾取的盒子位于盒子堆垛的顶部，而且在盒子的顶部和货架的水平分隔器的底部之间存在有限的间隙，则机器人可以选择通过抓取侧面来拾取盒子(从而执行“面拾取”)。

为了在受限环境内拾取一些盒子，机器人可能需要仔细调整其臂的取向，以避免接触其他盒子或周围的货架。例如，在典型的“钥匙孔问题”中，机器人可能仅能够通过将其手臂导航通过由其他盒子或周围货架限定的小空间或受限区域(类似于钥匙孔)来访问目标盒子。在这种情况下，移动基座和机器人的臂之间的协调可能是有益的。例如，能够在任何方向上平移基座允许机器人将其自身定位成尽可能靠近货架，从而有效地延伸其臂的长度(与没有全向驱动器的常规机器人相比，常规机器人可能无法任意地靠近货架导航)。另外，能够向后平移基座允许机器人在拾取盒子之后从货架撤回其臂，而不必调节关节角度(或最小化关节角度调节的程度)，从而能够简单地解决许多锁孔问题。

当然，应当理解，图2A-2C中描绘的任务仅是可以使用集成移动操纵器机器人的应用的几个示例，本公开不限于被配置为仅执行这些特定任务的机器人。例如，本文描述的机器人可以适于执行任务，包括但不限于从卡车或容器移除物体、将物体放置在传送带上、从传送带移除物体、将物体组织成堆垛、将物体组织在托盘上、将物体放置在货架上、将物体组织在货架上、从货架移除物体、从顶部拣选物体(例如，执行“顶部拣选”)、从侧面拣选物体(例如，执行“面拣选”)、与其他移动操纵器机器人协调、与其他仓库机器人协调(例如，与AMR协调)。与人类协调，以及许多其他任务。

示例机器人操纵器

如上所述，机器人的任务可以是在紧密的非结构化环境中执行灵巧的移动操纵，同时以电池电力操作。为了实现这样的功能，机器人的臂可以包括某些特征和/或经受某些设计考虑。在一些实施例中，臂可以被设计成能够在伸入狭窄空间时进行精确控制。在一些实施例中，臂可以被设计成对冲击(诸如抓住障碍物)是稳健的，这在许多仓库操作中是常见的(例如，在锁孔操纵期间，如上面参考图2C所述)。在一些实施例中，臂可以被设计成减小质量以便增加运行时间。

在一些实施例中，上述设计约束(以及附加设计约束)中的一些或全部可以在同一机械臂中实现。因此，机械臂的一些实施例可以包括以下特征中的一个或多个：臂可以包括能够具有高比扭矩的轻型致动器；该臂可以用具有位置和扭矩反馈以及最小反冲的高带宽控制回路来控制；该臂可以包括被包装成最大化关节运动范围的关节；该臂可以被设计成经受住与意外障碍物的冲击和/或碰撞；该臂可以设计成支持快速修理和维护，以最大化正常运行时间；该臂能够伸入有限的空间；并且连接到末端执行器的真空、信号和电源可以有效地路由，同时在每个关节处支持大范围的运动。

鉴于上述功能考虑和潜在的设计选择，发明人已经认识到并理解了与具有不同构造的部分(诸如不同构造的近侧部分和远侧部分)的机械臂相关联的益处。发明人已经认识到，机械臂的不同部分可以负责满足不同的目标并且可以受到不同的约束，并且因此，机械臂的不同部分可以被不同地设计以最好地实现那些不同的目标。

在一些实施例中，可能期望机械臂的近侧部分具有高结构刚度并且能够产生高扭矩。臂的近侧部分通常不能在严格限制的环境中导航，因此不能从高度集成和流线型包装中充分受益。相反，由于某些供应链和/或维护考虑，具有模块化功能单元(例如，单独的致动器、轴承、离合器)的近端臂部分可能是有利的。例如，包括用于近侧关节致动器的模块化离合器可以使得在出现故障时能够快速且容易地更换离合器，与具有高度集成的近侧关节的机器人相比，显著地减少了机器人的停工时间，所述高度集成的近侧关节可能与更换故障离合器的劳动和时间密集型拆卸和重新组装相关联。

在一些实施例中，机械臂的近侧关节可以是模块化的，并且可以包括可移除和可更换的功能单元。例如，模块化近侧关节可具有单独的致动器、轴承、编码器和/或离合器。关节的模块化可以支持组装和维护的容易性，同时使每个单独部件的使用寿命最大化。近侧关节的一个实施例的细节在下面关于图4A和图4B进行描述。

在一些实施例中，机械臂的远侧部分可以负责与环境交互，并且可以频繁地在严格限制的空间中操作。因此，可能期望臂的远侧部分对冲击特别坚固，并且与臂的近侧部分相比具有更集成和流线型的设计。也就是说，由于与臂的近侧部分相比对臂的远侧部分的不同要求，臂的高度集成的远侧部分可能比臂的模块化远侧部分更有利。

在一些实施例中，机械臂的远侧关节可以是高度集成的，并可具有内部路由连接，从而提高臂伸入狭窄空间的能力。在没有沿着臂的远侧部分的外侧延伸的外部连接的情况下，与具有可能被环境中的物体挂住或绊住的外部路由连接的传统臂相比，该臂能够更有效地在受限环境中行进。在一些实施例中，远侧关节可包括离轴致动器，从而实现用于将所有真空、功率和信号路由到末端执行器的通孔。这种设计可以实现低轮廓的内部线缆路由，这可以减小臂的有效尺寸。另外，该设计利用臂结构来为线缆提供保护并避免由于碰撞而导致的故障。下文关于图5A-6B描述远侧关节的某些实施例的细节。

图3是根据一些实施例设计的机器人300的透视图。机器人300包括移动基座310和可旋转地联接到移动基座的转盘320。机械臂330可操作地耦接到转盘320，感知桅杆340也是如此。感知桅杆340包括致动器344，致动器344被配置为使得感知桅杆340能够相对于转盘320和/或移动基座310旋转，使得可以独立地控制感知桅杆340的感知模块342的方向。

图3的机械臂330是6-DOF机械臂。当结合转盘320(其被配置为围绕平行于Z轴的垂直轴相对于移动基座偏航)考虑时，臂/转盘系统可以被认为是7-DOF系统。6-DOF机械臂330包括三个俯仰关节332、334和336以及3-DOF腕部338，在一些实施例中，3-DOF腕部338可以是球形3-DOF腕部。从转盘320开始，机械臂330包括相对于转盘320固定的转盘偏移322。转盘偏移322的远侧部分在第一关节332处可旋转地联接到第一连杆333的近侧部分。第一连杆333的远侧部分在第二关节334处可旋转地联接到第二连杆335的近侧部分。第二连杆335的远侧部分在第三关节336处可旋转地联接到第三连杆337的近侧部分。第一关节332、第二关节334和第三关节336分别与第一轴线332a、第二轴线334a和第三轴线336a相关联。第一关节332、第二关节334和第三关节336另外与第一致动器、第二致动器和第三致动器(未标记)相关联，第一致动器、第二致动器和第三致动器被配置为使连杆围绕轴线旋转。第一关节332、第二关节334和第三关节336是近侧关节，并且在下面参考图4A和图4B更详细地描述。通常，第n致动器被构造成使第n连杆围绕与第n关节相关联的第n轴线旋转。具体地，第一致动器被构造成使第一连杆333围绕与第一关节332相关联的第一轴线332a旋转，第二致动器被构造成使第二连杆335围绕与第二关节334相关联的第二轴线334a旋转，并且第三致动器被构造成使第三连杆337围绕与第三关节336相关联的第三轴线336a旋转。在图3所示的实施例中，第一轴线332a、第二轴线334a和第三轴线336a是平行的(并且在这种情况下，都平行于X轴线)。在图3所示的实施例中，第一关节332、第二关节334和第三关节336都是俯仰关节。

在一些实施例中，高度集成的移动操纵器机器人的机械臂可以包括与上面讨论的机械臂不同数量的自由度。另外，机械臂不必限于具有三个俯仰关节和3-DOF腕部的机械臂。应当理解，高度集成的移动操纵器机器人的机械臂可以包括任何合适数量的任何合适类型的关节，无论是旋转的还是棱柱形的。旋转关节不需要定向为俯仰关节，而是可以为俯仰、滚动、偏航或任何其他合适类型的关节。

在一些实施例中，诸如图1A和1B中的机器人100的实施例，机械臂的连杆可以在水平方向上偏移。将图3的术语类似地应用于图1A和1B，与图3的机械臂330的水平成一直线的第一和第二连杆333和335相比，图1A和1B的机械臂130的第一和第二连杆水平偏移。换句话说，图1A中所示的机械臂130的第一连杆的竖直中心线不与机械臂130的第二连杆的竖直中心线对准，而图3中所示的机械臂330的第一连杆333的竖直中心线与机械臂330的第二连杆335的竖直中心线对准。包括水平同轴或偏置连杆的决定可以基于这样的考虑：例如，机器人是否(或多容易地)应当能够将物体(例如，盒子)拉入臂(或移动基座)的覆盖区中，强度和/或稳定性考虑，以及臂应当能够缩回的程度(例如，偏移连杆可以在机械臂自相交之前实现更宽范围的关节角度)。

返回到图3，机械臂330包括腕部338。如上所述，腕部338是3-DOF腕部，并且在一些实施例中可以是球形3-DOF腕部。腕部338联接到第三连杆337的远侧部分。腕部338包括三个致动器，该三个致动器被配置为使耦接到腕部338的远侧部分的末端执行器350围绕三个相互垂直的轴线旋转。腕部338的三个关节是远侧关节，并且在下面参考图5A-6B更详细地描述。具体地，腕部可以包括第一腕部致动器、第二腕部致动器和第三腕部致动器，第一腕部致动器被配置为使末端执行器相对于臂的远侧连杆(例如，第三连杆337)围绕第一腕部轴线旋转，第二腕部致动器被配置为使末端执行器相对于远侧连杆围绕第二腕部轴线旋转，第三腕部致动器被配置为使末端执行器相对于远侧连杆围绕第三腕部轴线旋转。第一腕部轴线、第二腕部轴线和第三腕部轴线可以相互垂直。在腕部是球形腕部的实施例中，第一腕部轴线、第二腕部轴线和第三腕部轴线可相交。

在一些实施例中，关节致动器可以包括制动器，用于阻止致动器的旋转。例如，制动器可以集成到致动器中，例如，在齿轮箱的输入侧上。在一些实施例中，仅近侧关节(例如，第一关节332、第二关节334和第三关节336)可以包括具有制动器的致动器，而远侧关节(例如，腕部338的三个关节)可以包括没有制动器的致动器。部分地基于机械臂的几何形状，仅在近侧关节上包括致动器制动器可以提供与重量减轻有关的某些益处(例如，通过避免与臂的远侧部分上的制动器相关联的位于远侧的质量)，并且还可以不具有明显的限制。例如，虽然如果制动器不包括在近侧致动器中(例如，不能阻止臂与物体即将发生碰撞)，则可能出现某些安全考虑，但是没有制动器的远侧致动器在故障的情况下可能简单地“跛行”。再次参考图3，立即禁止对与腕部338相关联的远侧关节的供电可以简单地使末端执行器350在其自身重量下悬挂，几乎没有负面后果(例如，与物体碰撞的可能性有限)，而立即禁止对一个或多个近侧关节332、334、336的供电可能导致负面后果，特别是如果臂330处于运动中并且即将与其环境中的物体碰撞。因此，在一些实施例中，机器人臂可以包括用于近端关节的致动器制动器，但不包括用于远端关节的致动器制动器。

图4A和4B描绘了机械臂的近侧关节400的一个实施例，其在图4A中以横截面示出并且在图4B中以分解图示出。关节400包括通过轴承422连接的输入连杆410和输出连杆420。在一些实施例中，轴承422是交叉滚子轴承。在一些实施例中，轴承422是轴向接触轴承。该结构可以增加关节的潜在运动范围。传感器428被配置为提供关于输出连杆420相对于输入连杆410的位置的信息。在一些实施例中，传感器428是编码器，例如绝对编码器。在一些实施例中，传感器428安装到轴承422。

关节400包括致动器412，致动器412具有耦合到轴承422的内径的输出端。致动器412由致动器电子器件430控制，致动器电子器件430可以包括马达驱动器。致动器412可以包括制动器(例如，集成制动器432)，其被配置为阻止致动器的旋转。关节400利用衬套426来最小化致动器412与关节的其余部分之间的任何同心度误差。致动器412的输出端通过离合器连接到输出连杆420。离合器可以保护致动器，并且可以使得能够针对臂的预期操作负载而不是与冲击事件相关联的负载(可能更高)来确定致动器的尺寸。包括离合器并确定致动器的尺寸以用于操作负载可以节省重量并且可以实现更动态的机器人设计。在一些实施例中，离合器可以包括公差环424。

在一些实施例中，近侧关节的致动器包括具有应变波齿轮箱、集成扭矩感测、安全制动器和轴承的无刷马达。利用应变波齿轮箱可以减轻重量，并且可以包括在致动器上发生意外冲击或突然负载尖峰的情况下的过载保护。在一些实施例中，可以使用摆线齿轮箱代替应变波齿轮箱。在一些实施例中，离合器经由径向地位于致动器的输出端与远侧连杆壳体之间的公差环组件提供过载保护。公差环组件可包括内轴、公差环本身和外壳体。公差环可包括形成有波状物的分裂金属环。通过将环与壳体和轴压在一起，环可以被压缩到两个部件之间的小的径向间隙中，压缩环的波状物并产生大的径向预加载力，该径向预加载力基于壳体直径、长度和摩擦力来确定大小，以在给定扭矩下滑动。当输入扭矩超过该量时，环将在壳体中滑动。另外，公差环为致动器输出和输出关节的任何轴向错位提供补偿。

近端关节的模块化设计将特定的功能单元分开，并允许它们单独维修和更换。功能单元可以包括轴承、编码器、致动器、致动器电子器件、衬套和/或离合器。轴承可以提供输入连杆和输出连杆之间的结构连接。编码器可以为关节提供位置反馈，并且在一些实施例中可以直接安装到轴承。致动器可以提供移动关节的运动力和/或扭矩。在一些实施例中，致动器可以集成扭矩传感器和/或安全制动器。致动器电子器件可以包括马达驱动器，并且可以连接到一个或多个致动器、传感器和/或网络连接。致动器电子器件可以执行关节的实时控制。衬套可以使致动器与关节对准。离合器可以将致动器输出联接到输出连杆，并且可以为致动器提供过载保护。这种模块化可以实现与组装和维修两者相关的某些益处。另外，模块化关节可以允许在多个位置中使用各个部件，从而降低成本。

离合器可能随时间经历显著的磨损，并且与关节的其他部件或功能单元相比，可以在更短的时间尺度上更换。具有集成关节设计的常规机械臂可以将离合器集成到致动器中。当离合器需要维修或更换时，复杂的检修过程或昂贵的致动器更换可能是传统的集成关节的唯一合适的动作过程。相反，通过提供具有模块化离合器的模块化关节设计，可以大大减少与维修和/或更换离合器相关联的时间和成本。

关于传动装置，利用应变波和斜齿轮组可以实现轻质、高带宽的传动装置。虽然变速器的替代构造是可用的，但是这样的替代方案可能增加质量或牺牲关节刚度、速度或扭矩能力。

鉴于上面公开的设计考虑，具有模块化近侧关节的机械臂可以使机器人能够以更少的停机时间操作更长的时间段。通过减小关节的质量，可以增加臂的有效电池寿命和/或有效载荷容量。此外，通过分离不同功能单元的问题(而不是在整个关节上分布功能)，可以减少维护和服务时间。此外，可以通过支持并行供应链来降低臂的总成本。

图5A描绘了机械臂500的远侧部分的一个实施例。图5B描绘了图5A的臂500的远侧部分的分解图。机械臂500的远侧部分包括腕部，该腕部包括三个远侧关节，该三个远侧关节被构造成能够使末端执行器550围绕三个相互垂直的轴线旋转。具体地，腕部包括具有第一远侧致动器511的第一远侧关节510、具有第二远侧致动器521的第二远侧关节520和具有第三远侧致动器531的第三远侧关节530，第一远侧致动器511被配置为围绕第一腕部轴线A1旋转末端执行器550，第二远侧致动器521被配置为围绕第二腕部轴线A2旋转末端执行器550，第三远侧致动器531被配置为围绕第三腕部轴线A3旋转末端执行器550。在图5A和5B的实施例中，第一腕部轴线、第二腕部轴线和第三腕部轴线相互垂直并相交，形成球形腕部。

在图5A和5B的实施例中，三个远侧关节包括各自从其各自的腕部轴线偏移的相应的远侧致动器。具体地，第一远侧致动器511围绕从第一腕部轴线A1偏移的轴旋转，第二远侧致动器521围绕从第二腕部轴线A2偏移的轴旋转，并且第三远侧致动器531围绕从第三腕部轴线A3偏移的轴旋转。如下面参考图6A和6B更详细地解释的，使致动器从相关联的关节的旋转轴线偏移可以留下线缆或其他连接可以通过其路由的空间。

在一些实施例中，到末端执行器的连接(例如，适于传输功率和/或数据的线缆和/或真空线缆)路由通过腕部。例如，在三个致动器从其相应轴线偏移的腕部的实施例中，将末端执行器连接到机器人的其他部分的线缆可路由通过腕部内的空间，该空间包括腕部的三个旋转轴线的交点(在球形腕部的示例中)。在具有基于真空的末端执行器的机械臂的一些实施例中，耦接到末端执行器的真空线缆路由通过球形腕部的三个旋转轴线的交叉点。在一些实施例中，腕部(和/或机械臂的任何其他关节)可包括一个或多个滑环，诸如真空滑环，其被构造成将基于真空的末端执行器联接到真空源。在一些实施例中，机械臂的近侧部分可包括通向在外部路由到机械臂的末端执行器的连接(例如，真空、动力、数据)，而机械臂的远侧部分可包括在内部路由到机械臂的连接。当不需要内部路由时，外部路由可能更具成本效益并且通常是更简单的解决方案。内部路由可以是优选的，以保护臂的更可能接触环境的部分上的线缆(或其他连接)，例如臂的远侧部分(特别是在锁孔操纵期间，如上面关于图2C所述)。线缆可以通过臂上的连接器(例如图5B中的机器人500的连接器501)从外部路由过渡到内部路由。应当理解，尽管在本文的一些示例中描述了线缆的路由，但是本公开更一般地涉及连接件的路由。连接的类型可以包括但不限于线缆、电线、光纤(例如，光导纤维)、管道、电路部件(例如，柔性电路)或滑环。连接可以被配置为传输电力、数据、信号、真空、加压流体、光或任何其他合适的介质。

图6A和图6B描绘了机械臂的远侧关节600的一个实施例。远侧关节600包括构造成围绕致动器轴线B1旋转的致动器602。在一些实施例中，致动器602包括具有应变波齿轮箱、集成扭矩感测和轴承的无刷马达。在一些实施例中，可以使用摆线齿轮箱代替应变波齿轮箱。致动器602的输出固定地联接到第一齿轮610。第一齿轮610可操作地联接到第二齿轮620，使得第一齿轮的旋转驱动第二齿轮的旋转。第二齿轮620被构造成能够围绕关节轴线B2旋转。在一些实施例中，第一齿轮和第二齿轮是螺旋齿轮。通过利用用于传动装置的螺旋齿轮组，远侧关节可以保持高带宽传动装置和最小的齿隙。

公差环612设置在致动器602的输出和第一齿轮610之间，并且在意外冲击的情况下用作过载保护。高于阈值扭矩，公差环612可在第一齿轮610的内径上滑动。衬套用于使偏心最小化并传递斜齿轮的反作用载荷。这使偏心度最小化并允许更紧密的齿轮间距，从而减小齿隙。

第二齿轮620包括通孔630，允许通过第二齿轮620路由一个或多个连接(例如，真空、信号、电力)。如上所述，将一个或多个连接件路由通过机械臂的远侧关节的内部部分可以保护连接件免受与环境的不期望的碰撞，并且可以避免对在臂的远侧部分上具有外部路由的连接件的常规机械臂构成挑战的故障模式(例如，阻碍、损坏)。

输出轴承622和传感器624连接到第二齿轮620。在一些实施例中，输出轴承622包括交叉滚子轴承。将单个交叉滚子轴承用于第二齿轮可以减少部件数量和质量。在一些实施例中，输出轴承622包括轴向接触轴承。在一些实施例中，传感器624包括绝对编码器。附接到输出的绝对编码器允许关节的高带宽控制。

如上所述，具有高度集成的机械设计的远侧关节可以减轻重量并增加机械臂的性能能力。传统机械臂上的外部安装的线缆(或其他连接)暴露于环境中的危险。此外，外部安装的线缆增加了臂的尺寸，从而限制了机器人能够到达的空间。通过减少与外部线缆路由相关联的潜在故障，本文所述的具有内部线缆路由的集成远侧关节降低了与维护和停机时间相关联的成本。

可以使用位于移动操纵器机器人上的一个或多个计算设备来实现对机械臂、移动基座、转盘和感知桅杆中的一个或多个的控制。例如，一个或多个计算设备可以位于移动基座的一部分内，其中连接在一个或多个计算设备和机器人的部件之间延伸，其提供感测能力和待控制的机器人的部件。在一些实施例中，一个或多个计算设备可以耦合到专用硬件，该专用硬件被配置为向机器人的特定部件发送控制信号以实现各种机器人系统的操作。在一些实施例中，移动操纵器机器人可以包括专用的安全等级计算设备，其被配置为与确保机器人的安全操作的安全系统集成。

本文描述和/或示出的计算设备和系统广泛地表示能够执行计算机可读指令(诸如包含在本文描述的模块内的那些指令)的任何类型或形式的计算设备或系统。在它们最基本的配置中，这些计算设备可以各自包括至少一个存储器设备和至少一个物理处理器。

在一些示例中，术语“存储器设备”通常是指能够存储数据和/或计算机可读指令的任何类型或形式的易失性或非易失性存储设备或介质。在一个示例中，存储器设备可以存储、加载和/或维护本文描述的模块中的一个或多个。存储器设备的示例包括但不限于随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、硬盘驱动器(HDD)固态驱动器(SSD)、光盘驱动器、高速缓存、其中的一个或多个的变型或组合、或任何其他合适的存储存储器。

在一些示例中，术语“物理处理器”或“计算机处理器”通常是指能够解释和/或执行计算机可读指令的任何类型或形式的硬件实现的处理单元。在一个示例中，物理处理器可以访问和/或修改存储在上述存储器设备中的一个或多个模块。物理处理器的示例包括但不限于微处理器、微控制器、中央处理单元(CPU)实现软核处理器的现场可编程门阵列(FPGA)专用集成电路(ASIC)、它们中的一个或多个的部分、它们中的一个或多个的变型或组合、或任何其他合适的物理处理器。

尽管被示出为单独的元件，但是本文描述和/或示出的模块可以表示单个模块或应用的部分。另外，在某些实施例中，这些模块中的一个或多个可以表示一个或多个软件应用或程序，其在由计算设备执行时可以使计算设备执行一个或多个任务。例如，本文描述和/或示出的模块中的一个或多个可以表示存储和配置为在本文描述和/或示出的计算设备或系统中的一个或多个上运行的模块。这些模块中的一个或多个还可以表示被配置为执行一个或多个任务的一个或多个专用计算机的全部或部分。

另外，本文描述的模块中的一个或多个可以将数据、物理设备和/或物理设备的表示从一种形式转换为另一种形式。附加地或替代地，本文所述的模块中的一个或多个可以通过在计算设备上执行、在计算设备上存储数据和/或以其他方式与计算设备交互来将处理器、易失性存储器、非易失性存储器和/或物理计算设备的任何其他部分从一种形式转换为另一种形式。

上述实施例可以以多种方式中的任何一种来实现。例如，可以使用硬件、软件或其组合来实现实施例。当在软件中实现时，软件代码可以在任何合适的处理器或处理器集合上执行，无论是在单个计算机中提供还是分布在多个计算机之间。应当理解，执行上述功能的任何组件或组件集合通常可以被认为是控制上述功能的一个或多个控制器。一个或多个控制器可以以多种方式实现，诸如利用专用硬件或利用使用微代码或软件编程以执行上述功能的一个或多个处理器。

在这方面，应当理解，机器人的实施例可以包括用计算机程序(即，多个指令)编码的至少一个非暂时性计算机可读存储介质(例如，计算机存储器、便携式存储器、光盘等)，当在处理器上执行时，该计算机程序执行上述功能中的一个或多个。例如，这些功能可以包括控制机器人和/或驱动机器人的轮或臂。计算机可读存储介质可以是可传输的，使得存储在其上的程序可以被加载到任何计算机资源上以实现本文讨论的本发明的各方面。另外，应当理解，对在被执行时执行上述功能的计算机程序的引用不限于在主计算机上运行的应用程序。相反，术语计算机程序在本文中在一般意义上用于指代可以用于对处理器进行编程以实现本发明的上述方面的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。

本发明的各个方面可以单独使用、组合使用，或者以前面描述的实施例中未具体讨论的各种布置使用，因此其应用不限于前面描述中阐述的或附图中示出的部件的细节和布置。例如，在一个实施例中描述的方面可以以任何方式与在其他实施例中描述的方面组合。

此外，本发明的实施例可以被实现为一个或多个方法，已经提供了一个或多个方法的示例。作为方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造其中以与所示顺序不同的顺序执行动作的实施例，其可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中示出为顺序动作。

在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语来修改权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一个权利要求元素的任何优先级、优先级或顺序或执行方法的动作的时间顺序。这些术语仅用作标签，以区分具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一元素(但使用序数术语)。

本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应被视为限制。“包括(including)”、“包含(comprising)”、“具有(having)”、“含有(containing)”、“涉及(involving)”及其变型的使用旨在涵盖其后列出的项目和附加项目。

已经详细描述了本发明的若干实施例，本领域技术人员将容易想到各种修改和改进。这些修改和改进旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅作为示例，并不旨在作为限制。

Claims (31)

1.一种模块化关节，所述模块化关节用于联接机械臂的第一连杆和所述机械臂的第二连杆，所述关节包括：

致动器，所述致动器被构造成可移除地联接到所述机械臂的所述第一连杆，所述致动器包括被构造成围绕第一轴线旋转的输出轴；

轴承，所述轴承被构造成能够可移除地联接到所述机械臂的所述第二连杆并且被构造成能够使所述第二连杆围绕所述第一轴线旋转；以及

编码器，所述编码器被配置成测量所述第二连杆相对于所述第一连杆的角度。

2.根据权利要求1所述的模块化关节，其中所述编码器可移除地联接到所述轴承。

3.根据权利要求1所述的模块化关节，还包括公差环，所述公差环设置在所述致动器的所述输出轴的所述外径和所述第二连杆之间，所述公差环被构造成当所述第二连杆的扭矩超过阈值扭矩时相对于所述致动器的所述输出轴滑动。

4.根据权利要求1所述的模块化关节，其中所述致动器包括无刷马达。

5.根据权利要求4所述的模块化关节，其中所述致动器包括应变波齿轮箱。

6.根据权利要求4所述的模块化关节，其中所述致动器包括摆线齿轮箱。

7.根据权利要求1所述的模块化关节，其中所述轴承包括交叉滚子轴承。

8.根据权利要求1所述的模块化关节，其中所述轴承包括轴向接触轴承。

9.根据权利要求1所述的模块化关节，其中所述致动器包括制动器，所述制动器被构造成阻止所述致动器的旋转。

10.一种用于机械臂的关节，所述关节包括：

致动器，所述致动器被配置成使所述致动器的输出端围绕第一轴线旋转；

第一齿轮，所述第一齿轮固定地联接到所述致动器的所述输出端并且被构造成围绕所述第一轴线旋转；以及

第二齿轮，其可操作地联接到所述第一齿轮，其中所述第一齿轮围绕所述第一轴线的旋转使所述第二齿轮围绕偏离所述第一轴线的第二轴线旋转，

其中所述第二齿轮包括通孔，所述通孔从所述第二齿轮的第一侧通到所述第二齿轮的与所述第一侧相对的第二侧，所述通孔被构造成使得一个或多个连接件能够从所述第二齿轮的所述第一侧通到所述第二侧。

11.根据权利要求10所述的关节，其中所述致动器包括无刷马达。

12.根据权利要求11所述的关节，其中所述致动器包括应变波齿轮箱。

13.根据权利要求11所述的关节，其中所述致动器包括摆线齿轮箱。

14.根据权利要求10所述的关节，其中所述第一齿轮包括第一螺旋齿轮，并且其中所述第二齿轮包括第二螺旋齿轮。

15.根据权利要求10所述的关节，还包括公差环，所述公差环设置在所述致动器的所述输出端和所述第一齿轮之间，所述公差环被构造成当所述第一齿轮的扭矩超过阈值扭矩时相对于所述第一齿轮滑动。

16.根据权利要求10所述的关节，还包括编码器，所述编码器被配置成感测所述第二齿轮的角位置。

17.根据权利要求10所述的关节，其中，所述一个或多个连接件包括电力线缆、真空线缆和信号线缆中的一个或多个。

18.根据权利要求17所述的关节，其中，所述一个或多个连接件包括至少一根电力线缆、至少一根真空线缆和至少一根信号线缆。

19.根据权利要求10所述的关节，还包括：

所述机械臂的第一连杆，所述第一连杆固定地联接到所述致动器；以及

所述机械臂的第二连杆，所述第二连杆固定地联接到所述第二齿轮。

20.一种机械臂，所述机械臂包括：

基座；

末端执行器；

近侧部分，所述近侧部分包括多个近侧连杆和多个近侧关节，所述多个近侧连杆中的每一个联接到所述多个近侧关节中的至少一个；

远侧部分，所述远侧部分包括多个远侧连杆和多个远侧关节，所述多个远侧连杆中的每一个联接到所述多个远侧关节中的至少一个；以及

一个或多个连接件，所述一个或多个连接件从所述基座延伸到所述末端执行器，其中所述一个或多个连接件在外部路由到所述多个近侧连杆并且在内部路由到所述多个远侧连杆。

21.根据权利要求20所述的机械臂，其中所述多个远侧关节中的每个远侧关节被构造成能够围绕相应的远侧关节轴线旋转，并且其中所述多个远侧关节中的每个远侧关节包括与所述相应的远侧关节轴线对准的通孔。

22.根据权利要求21所述的机械臂，其中从所述基座延伸到所述末端执行器的所述一个或多个连接件至少部分地设置在所述多个远侧关节的所述相应通孔中的每一个内。

23.根据权利要求20所述的机械臂，其中所述机械臂包括至少六个自由度。

24.根据权利要求23所述的机械臂，其中所述机械臂包括至少七个自由度。

25.根据权利要求20所述的机械臂，其中：

所述多个近侧连杆包括第一近侧连杆、第二近侧连杆和近侧第三连杆，并且

所述多个近侧关节包括：

第一近侧关节，所述第一近侧关节包括第一近侧致动器，所述第一近侧致动器被构造成使所述第一近侧连杆相对于所述基座围绕第一近侧关节轴线旋转；

第二近侧关节，所述第二近侧关节包括第二近侧致动器，所述第二近侧致动器被构造成使所述第二近侧连杆相对于所述第一近侧连杆围绕第二近侧关节轴线旋转；以及

第三近侧关节，所述第三近侧关节包括第三近侧致动器，所述第三近侧致动器被构造成使所述第三近侧连杆相对于所述第二近侧连杆围绕第三近侧关节轴线旋转；以及

第一近侧关节轴线、第二近侧关节轴线和第三近侧关节轴线是平行的。

26.根据权利要求20所述的机械臂，其中所述远侧部分包括球形腕部。

27.根据权利要求26所述的机械臂，其中：

所述球形腕部包括：

第一远侧关节，所述第一远侧关节包括第一远侧致动器，所述第一远侧致动器被配置成使所述末端执行器相对于连杆围绕第一远侧关节轴线旋转；

第二远侧关节，所述第二远侧关节包括第二远侧致动器，所述第二远侧致动器被构造成使所述末端执行器相对于所述连杆围绕第二远侧关节轴线旋转；以及

第三远侧关节，所述第三远侧关节包括第三远侧致动器，所述第三远侧致动器被构造成使所述末端执行器相对于所述连杆围绕第三远侧关节轴线旋转，

所述第一远侧关节轴线、所述第二远侧关节轴线和所述第三远侧关节轴线相互垂直，并且

第一远侧关节轴线、第二远侧关节轴线和第三远侧关节轴线相交。

28.根据权利要求27所述的机械臂，其中，所述末端执行器是基于真空的末端执行器，并且其中，联接到所述基于真空的末端执行器的真空线缆路由穿过所述球形腕部。

29.根据权利要求28所述的机械臂，其中所述真空线缆路由穿过所述球形腕部的所述第一远侧关节轴线、所述第二远侧关节轴线和所述第三远侧关节轴线的相交部。

30.根据权利要求20所述的机械臂，其中所述多个近侧关节中的每一个包括制动器，所述制动器被构造成能够阻止相应近侧致动器的旋转。

31.根据权利要求20所述的机械臂，其中所述基座包括移动基座。