TW201838778A - 機器人操縱器 - Google Patents

Abstract

本文描述了用於機器人操縱器的系統、裝置和方法，該機器人操縱器包括基座、第一部段、操作性地耦合基座和第一部段的第一關節、第二部段以及操作性地耦合第一部段和第二部段的第二關節。第一關節被配置為使第一部段相對於基座圍繞至少兩個旋轉軸旋轉。第二關節被配置為使第二部段相對於第一部段圍繞至少一個旋轉軸旋轉。

Description

機器人操縱器

本案大體而言係關於機器人操縱器，並且具體係關於包括被配置成圍繞至少兩個旋轉軸旋轉的部段的機器人操縱器。

傳統的機器人操縱器使用一或多個90度關節（具有肘狀佈置）用於各種任務，包括但不限於操縱物體、資料獲取、行走（locomotion）、飛行、結構支撐等。此種配置會在每個關節周圍消耗大量的扭矩，因此需要大量的機械能來操作。此外，90度關節可以易於將物體壓碎或在關節處夾緊衣物。

在一些實現方案中，機器人操縱器包括基座、第一部段、操作性地耦合該基座和該第一部段的第一關節。該第一關節被配置為使該第一部段相對於該基座圍繞至少兩個旋轉軸旋轉。機器人操縱器亦包括第二部段和第二關節，該第二關節操作性地耦合該第一部段和該第二部段，其中該第二關節配置為使該第二部段相對於該第一部段圍繞至少一個旋轉軸旋轉。該第一部段或該第二部段中的至少一個具有彎曲的形狀。

在一些實現方案中，該第一部段或該第二部段中的至少一個是剛性的並且沿長度尺寸彎曲。

在一些實現方案中，該第一部段或該第二部段中的每一個皆是剛性的並且沿長度尺寸彎曲。

在一些實現方案中，該第一部段或該第二部段中的至少一個包括具有彎曲的形狀的中空圓柱形結構。

在一些實現方案中，該第一關節包括三齒輪差速器，以使該第一部段相對於該基座圍繞該至少兩個旋轉軸旋轉。

在一些實現方案中，該三齒輪差速器包括第一齒輪、第二齒輪和第三齒輪。該第一齒輪和該第二齒輪具有相同的大小。

在一些實現方案中，該第一齒輪被配置成使得該第一齒輪的齒支撐表面面對該第二齒輪的齒支撐表面。該第一齒輪的軸和該第二齒輪的軸是同軸的。該第三齒輪操作性地耦合到該第一部段。該第三齒輪具有與該第一齒輪和該第二齒輪的齒嚙合的齒，使得該第一齒輪和該第二齒輪的移動轉換成該第一部段的移動。

在一些實現方案中，該第一齒輪和該第二齒輪由分開的第一電機驅動。該等分開的第一電機中的每一個是被配置用於連續旋轉的多圈旋轉伺服機構。

在一些實現方案中，該第一齒輪、該第二齒輪和該第三齒輪中的每一個是錐齒輪。該第一齒輪和該第二齒輪以相同的角速度按相同的方向旋轉致使該第一部段以該相同的角速度按該相同的方向旋轉。該第一齒輪和該第二齒輪按不同的方向或不同的角速度中的至少一者旋轉致使該第一部段圍繞該第三齒輪的軸旋轉。

在一些實現方案中，該基座進一步包括操作性地耦合到該第一關節的支撐元件，該支撐元件被配置為提供與該第一部段的運動方向相反的反作用力。

在一些實現方案中，該支撐元件包括彈簧載入的設備，用以提供機械力以圍繞該第一關節的該至少兩個旋轉軸中的一個旋轉軸按一個旋轉方向偏置該第一部段。

在一些實現方案中，該支撐元件包括至少一個彈簧，該至少一個彈簧操作性地耦合到至少一個漸進式偏心凸出部，該至少一個漸進式偏心凸出部固定到繞該至少兩個旋轉軸中的一個旋轉軸與該第一部段一起旋轉的支架。該彈簧被配置為回應於該第一部段的該運動而壓縮或延伸以儲存對應於該反作用力的機械能。

在一些實現方案中，該第二關節包括第二電機，該第二電機被配置為使該第二部段相對於該第一部段圍繞該至少一個旋轉軸旋轉。該第二電機是多圈旋轉伺服機構。

在一些實現方案中，該第二關節包括至少一根線纜穿過的中空孔。該至少一根線纜穿過該第一部段。

在一些實現方案中，該第二電機驅動偏離該第一部段的橫截面的中心的齒輪，以為供臂連接結構或開口中的至少一者留出空間，以便使線纜穿過該第二關節。

在一些實現方案中，由該第二電機驅動的該齒輪接合被佈置在該第二部段的內表面上的齒，以使該第二部段相對於該第一部段旋轉。

在一些實現方案中，該第一關節和該第二關節是連續的旋轉關節。

在一些實現方案中，該基座被配置為操作性地耦合到附接點或介面。

在一些實現方案中，該第一關節由該基座支撐。該第一關節包括至少一根線纜穿過的中空孔。

在一些實現方案中，該機器人操縱器亦包括至少一個附加的部段連桿元件。該至少一個附加的部段連桿元件中的每一個包括經由附加的關節聯接到該機器人操縱器的另一部段的附加的部段。該附加的關節被配置為使該附加的部段相對於該另一部段圍繞至少一個旋轉軸旋轉。

在一些實現方案中，該至少一個附加的部段連桿元件中的每一個中的該附加的部段具有彎曲的形狀。

在一些實現方案中，該機器人操縱器亦包括處理電路，該處理電路被配置為控制該第一關節和該第二關節處的旋轉。

在一些實現方案中，該第一關節和該第二關節由該處理電路控制的分開的電機驅動。

在一些實現方案中，該第一部段或該第二部段中的一個包括換向器。該第二關節包括安裝在偏離該第一部段或該第二部段中的一或多個的橫截面的中心的位置處的偏置安裝式齒輪。該偏置安裝式齒輪為臂連接結構或開口中的至少一者留出空間，以便使至少一根線纜穿過該第二關節。

在一些實現方案中，由該偏置安裝式齒輪和該換向器留出的該空間被配置為當該第一部段和該第二部段相對於彼此圍繞軸旋轉時防止該至少一根線纜纏結或損壞。

在一些實現方案中，一種提供機器人操縱器的方法包括以下步驟：提供基座；提供第一部段；提供操作地耦合該基座和該第一部段的第一關節，其中該第一關節被配置為使該第一部段相對於該基座圍繞至少兩個旋轉軸旋轉；提供第二部段；及提供操作性地耦合該第一部段和該第二部段的第二關節，其中該第二關節被配置為使該第二部段相對於該第一部段圍繞至少一個旋轉軸旋轉。該第一部段或該第二部段中的至少一者具有彎曲的形狀。

在一些實現方案中，一種機器人操縱器包括：基座構件；第一部段構件；操作性地耦合該基座構件和該第一部段構件的第一關節構件，其中該第一關節構件被配置為使該第一部段構件相對於該基座構件圍繞至少兩個旋轉軸旋轉；第二部段構件；及操作地耦合該第一部段構件和該第二部段構件的第二關節構件，其中該第二關節構件被配置為使該第二部段構件相對於該第一部段構件圍繞至少一個旋轉軸旋轉。該第一部段構件或該第二部段構件中的至少一者具有彎曲的形狀。

實現方案係關於用於機器人臂或操縱器的裝置、系統和方法。特定的實現方案係關於機器人臂或操縱器，其具有產生圍繞至少兩個旋轉軸的旋轉運動的第一關節、產生圍繞至少一個旋轉軸的旋轉運動的第二關節以及由第一關節和第二個關節聯結的多個部段（臂）。至少一個部段可以是剛性的並且具有彎曲的形狀，以隨著在第一及/或第二關節處旋轉部段而改良機器人臂或操縱器的工作範圍（work envelope）。附加的部段和關節可以以類似的方式來實現，以進一步改良機器人操縱器的工作範圍。可以在機器人操縱器的基座處使用被動支撐元件（例如，彈簧、橡膠、細繩及/或類似物）以產生關於基座的與（如經由第一關節移動的）第一部段的運動方向相反的反作用力，以便促進第一關節將第一部段（以及與其相聯接的其他部段）移回到先前的位置。此外，使第二部段和第一部段相對於彼此旋轉的第二關節可以包括偏離中心齒輪，該齒輪從第一/第二部段的橫截面的中心偏離以允許至少一根線纜（攜帶功率及/或控制信號）穿過橫截面的未被佔用空間。

下文結合附圖闡述的詳細描述意欲作為對各種配置的描述，而不是意欲表示可以實踐本文所描述的概念的唯一配置。詳細描述包括提供對各種概念透徹理解的具體細節。然而，對於熟習此項技術者而言顯而易見的是，可以在沒有該等具體細節的情況下實踐該等概念。在某些情況下，為了避免混淆該等概念，以方塊圖形式顯示了眾所周知的結構和元件。

圖1A是圖示根據一些實現方案的機器人操縱器100a的示意性方塊圖。參照圖1A，機器人操縱器100a可以包括操作性地耦合到第一部段130的至少一個基座110。第一部段130可以經由安裝凸台134聯接到第二部段140。第二部段140可以聯接到至少一個附加的部段連桿元件。每個附加的部段連桿元件可以包括至少一個附加的部段。至少一個附加的部段中的每一個可以與第一部段130、第二部段140等相同或至少相似。至少一個附加的部段可以操作性地耦合到每個附加的部段連桿元件的至少一個附加的安裝凸台。至少一個附加的安裝凸台中的每一個可以與安裝凸台134等相同或至少相似。附加的安裝凸台可以以與關於安裝凸台134或安裝凸台184所描述的方式類似的方式將附加的部段聯接到機器人操縱器100a的另一部段。如在圖1A的非限制性實例中所示，安裝凸台184可以將附加的部段（為了清楚起見被省略）耦合到端部部段190。在其中未提供附加的部段連桿元件的一些實現方案中，安裝凸台184可以將端部部段190耦合至第二部段140。在其中沒有提供第二部段140、安裝凸台134和附加的部段連桿元件的一些實現方案中，安裝凸台184可以將端部部段190耦合到第一部段130。

基座110可以用作針對機器人操縱器100a的其餘部分的附接點，將機器人操縱器100a的其餘部分連接到機器人操縱器100a可以固定或以其他方式耦合到的附接點或介面。在一些實現方案中，基座110可以被配置為或可以被耦合到地板（或其他表面）、可移動平臺、機器人基座（例如，無人機或機器人）、人工作業員等。

以非限制性實例進行說明，基座110可以允許機器人操縱器100a被固定或以其他方式被耦合到工廠、裝配線、車間、醫院、倉庫、停車場、學校及/或其他適合的環境中的各種表面。基座110可以將機器人操縱器100a附接或以其他方式耦合到可以將機器人操縱器100a移動到期望位置的大致固定的或可移動的平臺上，使得機器人操縱器110a可以如本文所述起作用。機器人操縱器110a可以以所描述的方式支撐操縱物體。

以另一個非限制性實例進行說明，基座110可以被配置為或可以被耦合到行動平臺，例如但不限於無人機或機器人。無人機或機器人可以是空中的、陸地的、水上的、空中的等。在此種情況下，機器人操縱器100a可用於以與在本文描述的優點一致的方式（包括但不限於多功能和較小的工作範圍、較小的扭矩約束等），來操縱物體。工作範圍是指機器人操縱器100a可以在其中移動並且執行在本文描述的各種任務的工作空間（例如，容量）。因此，在本文描述的機器人操縱器100a可以允許在與習知機器人手臂相比較小的工作區域中的改良的移動，習知機器人手臂必須進一步延伸以便移動及/或重新定位。由於機器人操縱器100a可以在較狹窄的空間內工作，因此一或多個機器人操縱器（諸如但不限於機器人操縱器100a）可以彼此（與習知手臂相比）較靠近而不彼此相撞或與其他物體（例如但不限於人類）相撞。

機器人操縱器100a的形狀和配置不僅允許操縱物體，而且亦由於承載能力而在任何期望的定向或位置（例如，豎直定向）支撐無人機或機器人。在一些實現方案中，無人機或機器人可以使用一或多個（通常是複數個）機器人操縱器（諸如機器人操縱器100a）作為起落架或滑動架。在一些實現方案中，無人機或機器人可以使用一或多個（通常是複數個）機器人操縱器（諸如機器人操縱器100a）以便推進（例如，行進、飛行、游泳等）。在一些情況下，無人機可以具有任何數量的臂（例如但不限於機器人操縱器100a）以支撐無人機在地面上行進（例如，以類似蟹或類似章魚的方式）。由於此種功能，諸如機器人操縱器100a之類的臂可以同時促進穿過兩個或更多個媒介（例如，陸地、水、空氣、空間等中的兩者或更多者）的運動。一個此種實例可能是兩棲行走。

在一些實現方案中，無人機可以包括具有不同功能的任何數量的臂。例如，無人機可具有至少一個第一臂（例如機器人操縱器110a）用以定向及/或定位無人機及/或至少一個第二臂用以操縱物體。無人機可以替代地或附加地包括至少一個用於行走的第三臂。以涉及六臂無人機的非限制性實例進行說明，無人機的每個臂可以是與機器人操縱器100a類似的臂。無人機可以著陸在任何數量的或全部的臂上（例如，至少3個手臂用於三腳架姿態）。一些被配置用於著陸的臂或一些自由臂可以被配置為單獨地接載物體或相互合作地接載（pick up）物體。例如，四個後臂可以撐著無人機，而兩個前臂接合貨物（例如，將物品夾在臂的尖端之間或以任何其他方式用於接載或接觸該物品）。此外，無人機隨後可以經由一或多個臂起飛。

以非限制性實例進行說明，機器人操縱器100a可以包括能夠聯接機器人操縱器100a與人工作業員或機器基座的介面（例如，可佩戴的帶子、背包、鞍座、座椅、輪椅、衣服、頭飾、假肢等）。基座110及/或介面可以包括允許彼此附接和分離的附接/分離特徵（例如，維可牢（Velcro）、快速釋放基座、搭扣、夾具、磁體等）。相應地，人工作業員或機器基座可以根據需要方便地佩戴或支撐和控制機器人操縱器100a。

基座110可以包括機械地耦合到第一部段130的第一關節125。第一關節125可以由至少一個第一電機126機械地驅動以使第一部段130相對於基座110沿至少兩個軸移動（旋轉）。至少一個第一電機126可以致使第一關節125使第一部段130相對於基座110沿至少兩個旋轉軸旋轉。第一電機126可以由處理電路102控制並由電源108供電。處理電路102和電源108可以經由一根或多根線纜操作性地連接到第一電機126。處理電路102和電源108中的每一個可以由基座110、由介面、由機器人操縱器100a的另一元件或由與人工作業員或機器人基座相關聯的合適結構來支撐。

處理電路102可以包括處理器104和記憶體106。處理器104可以被實現為通用處理器、特殊應用積體電路（ASIC）、一或多個現場可程式設計閘陣列（FPGA）、數位信號處理器（DSP）、一組處理元件或其他合適的電子處理元件。記憶體106（例如，隨機存取記憶體（RAM）、唯讀記憶體（ROM）、非揮發性RAM（NVRAM）、快閃記憶體、硬碟儲存等）儲存資料及/或電腦代碼，用於促進在本文描述的各種程序中的至少一些。記憶體106包括有形的非暫時性揮發性記憶體或非揮發性記憶體。就此而言，記憶體106儲存程式設計邏輯，該程式設計邏輯在由處理器104執行時控制機器人操縱器100a的操作。

例如，處理電路102可以被配置為控制驅動關節（例如，第一關節125、第二關節135...第N關節185等）的電機（例如，至少一個第一電機126、第二電機136...第N電機186等）以移動機器人操縱器100a的任何部分（例如，第一部段130、第二部段140...端部部段190等）到給定的位置及/或定向。因此，機器人操縱器110a上的關節125、135...185可以由處理電路102集中地控制。機器人操縱器110a上的每個關節125、135...185可以由經由處理電路102控制的單獨的電機驅動。在其他實現方案中，相同的電機可以經由合適的機械聯接方式或以任何其他合適的方式驅動較多的關節。每個關節125、135...185可以是連續旋轉關節。

在各種實現方案中，處理電路102可以控制部段130、140...190的各種功能。該等功能包括但不限於物體接合（例如，接載物體）、資料收集、行走、飛行、結構支撐及/或其他合適的目的。以非限制性實例進行說明，處理電路102可以控制在部段130、140...190中的一或多個部段上被佈置的鉸接指狀物、操縱器、夾具、磁體、網等以接合物體。以另一個非限制性實例進行說明，處理電路102可以控制被佈置在部段130、140 ... 190中的一或多個上的感測器（例如，照相機、麥克風、加速度計、慣性感測器、壓力感測器、運動感測器、雷達等）以擷取感測器資料。以又一個非限制性實例進行說明，處理電路102可以控制被佈置在部段130、140 ... 190中的一或多個上的腿、輪、踏板、螺旋槳、方向舵、襟翼、副翼、其他推進設備、轉向設備或控制設備等。在進一步的非限制性實例中，處理電路102可以控制被佈置在部段130、140...190中的一或多個上的武器、鐳射器或其他工具。

電源108可以包括用於為電機（例如，至少一個第一電機126、第二電機136...第N電機186等）供電的任何合適的電源以及被佈置在機器人操縱器100a上的任何感測器或工具。電源108可以包括電池（例如，鋰聚合物電池）、太陽能電池板/電池、氫電池、系留電源連接、內燃機、電源鏈路（例如鐳射傳輸器）等中的一或多個。

攜帶來自處理電路102的命令信號及/或來自電源108的電力的線纜可以穿過基座110和機器人操縱器100a的任何部分（例如，經由第一部段130、安裝凸台134、第二部段140...安裝凸台184和端部部段190）。如在本文詳細描述地，基座110和安裝凸台134...184可以包括中空孔或孔洞，線纜可以穿過該等中空孔或孔洞，而不纏結或損壞線纜。部段130、140...和190的內部可以包括線纜可以穿過的開口、通道、凹槽、孔洞及/或類似物。

此外，部段中的一或多個（例如，第一部段130、第二部段140等）可以包括換向器（例如，換向器131、換向器141等）以防止當基座110和部段130、140...190相對於彼此移動（旋轉）時，線纜經由允許線纜不受限制地旋轉（亦即，連續旋轉）而纏結和損壞。在一些實現方案中，換向器131、141等可以被佈置在第一部段130、第二部段140等的內部容積內。在其他實現方案中，換向器131、141等可以以其他合適的方式附接到第一部段130、第二部段140等中的相應的一個或由其支撐。換向器131、換向器141等的實現方案可以包括液壓換向器、氣動換向器、電換向器等。

基座110可以包括機械地耦合到第一關節125的支撐元件122。在一些實現方案中，支撐元件122可以產生與（如由第一關節125移動的）第一部段130從第一位置移動到第二位置的運動的方向相反的反作用力。反作用力可以促進第一關節125將第一部段130（以及機器人操縱器100a的其餘部分，包括與其聯接的其他部段140...190）移回到第一位置。以非限制性實例（在該實例中第一關節125按用以取得物體的方向朝向物體移動第一部段130進行說明），支撐元件122（例如，諸如彈簧的被動支撐元件）可以積聚或以其他方式產生與按相反方向移動第一部段130對應的勢能。在處理電路102決定物體（未圖示）已被接合（例如，抓住）後，處理電路102可以控制第一關節125按用以取得物體的（未圖示的）相反方向（例如，朝向基座110）移動第一部段130。可以經由釋放儲存在支撐元件122中的勢能來促進按相反方向的移動。換言之，支撐元件122和第一電機126兩者可以按相反方向同時向第一部段130施加力。

因此，由於支撐元件122的促進作用，即使物體的重量增加，第一電機126亦可以向第一關節125和第一部段130施加相對較小的力。在一些實現方案中，支撐元件122可以是被動元件或偏置部件，例如但不限於彈簧、橡膠、線等。與諸如電機126、136...186的附加的主動元件相比，支撐元件122可以是輕量的，從而減小機器人操縱器100a的整體重量。在其他實現方案中，支撐元件122可以是主動支撐元件，例如但不限於操作性地耦合到第一關節125及/或第一部段130的附加的電機。

部段130、140...190（包括附加的部段，若有的話）可以由任何合適的材料製成，該材料例如但不限於是塑膠、木材、金屬、金屬合金、複合材料等。部段130、140...190中的至少一個（包括附加的部段，若有的話）可以具有彎曲的形狀。在一些實現方案中，機器人操縱器100a上的所有部段可以具有彎曲的形狀。關節125、135...185的組合和一或多個部段130、140...190的彎曲的形狀允許機器人操縱器100a的改良的靈活性和工作範圍，從而改良工作空間。部段130、140...190的合適形狀可以包括但不限於圓柱體、六角棱柱、立方體等。

每個安裝凸台（例如，安裝凸台134...和安裝凸台184）可以聯接兩個相鄰的部段（例如，第一部段130、第二部段140...和端部部段190）。例如，安裝凸台134可以操作性地（例如機械地和電氣地）將第一部段130與第二部段140耦合。安裝凸台134可以包括第二關節135，用於圍繞至少一個旋轉軸相對於第一部段130移動（例如，旋轉）第二部段140或相對於第二部段140移動（例如，旋轉）第一部段130。如圖所示，第二電機136可以分別從處理電路102和電源108接收命令信號和電力。第二電機136可以基於由被聯接到處理電路102的至少一根線纜攜帶的命令信號，驅動機械地耦合到第一部段130和第二部段140的第二關節135，以使第一部段130或第二部段140彼此相對旋轉。每個安裝凸台（例如，安裝凸台134...和安裝凸台184）可以包括例如Teflon®軸承及/或滾針軸承，以提升例如在每個安裝凸台處的負載。

安裝凸台184可以操作性地（例如，機械地和電氣地）將附加的部段（未圖示）與端部部段190耦合。安裝凸台184可以包括用於圍繞至少一個旋轉軸，相對於端部部段190移動（例如，旋轉）附加的部段或者相對於附加的部段移動（例如，旋轉）端部部段190的第N關節185。如圖所示，第N電機186可以分別從處理電路102和電源108接收命令信號和電力。第N電機186可以基於由被聯接到處理電路102的至少一根線纜攜帶的命令信號，來驅動可以機械地耦合到附加的部段和端部部段190的第N關節185，以相對於彼此旋轉附加的部段或端部部段190。

圖1B是圖示根據一些實例的機器人操縱器100b的工作範圍的示意性方塊圖。參照圖1A-圖1B，圖示機器人操縱器100b以說明機器人操縱器100b的一部分的運動的範圍。例如，基座110b、第一部段130b、安裝凸台134b、第二部段140b、安裝凸台184b和端部部段190b可以分別對應於機器人操縱器100a的基座110、第一部段130、安裝凸台134、第二部段140、安裝凸台184和端部部段190。在機器人操縱器100b的非限制性實例中省略了第二部段140和安裝凸台184之間的附加的臂部段和安裝凸台。

第一部段130b、第二部段140b和端部部段190b可各自具有彎曲的形狀。第一部段130b可以從基座110b延伸到安裝凸台134b，並且沿著第一部段130b的長度尺寸彎曲。第二部段140b可以遠離安裝凸台134b延伸並且沿第二部段140b的長度尺寸彎曲。端部部段190b可以從安裝凸台184b延伸，並且沿著端部部段190b的長度尺寸彎曲。基座110b可以使第一部段130b相對於基座110b圍繞兩個旋轉軸（例如，X軸和Y軸）旋轉。當第一部段130b圍繞X軸旋轉時，Y軸可以相應地改變。如圖所示，第一部段130b可以被放置在經由圍繞兩個旋轉軸的旋轉而可允許的任何位置（130b、130b'，或其間的任何位置）。關於（為了清楚起見相對於第一部段130b的位置圖示的）第二部段140b，安裝凸台134b可以使第二部段140b相對於第一部段130b圍繞A軸旋轉（或反之亦然）。如圖所示，可以基於圍繞A軸的旋轉和任何先前的部段（例如，第一部段130b圍繞X軸和Y軸）的旋轉，在任何位置（140b、140b'或其間的任何位置）放置第二部段140b。關於（為了清楚起見相對於第二部段140b的位置圖示的）端部部段190b，安裝凸台184b可以使端部部段190b相對於第二部段140b圍繞B軸旋轉（或反之亦然）。如圖所示，可以根據圍繞B軸的旋轉和任何先前部段（例如，第一部段130b圍繞X軸和Y軸以及第二部段140b圍繞A軸）的旋轉，將端部部段190b放置在任何位置（190b、190b'或其間的任何位置）。

因此，與機器人操縱器100b相關聯的工作範圍可以是基於部段（例如，第一部段130b、第二部段140b和端部部段190b）的形狀（例如，彎曲）和圍繞聯接部段的關節（例如，基座110b、安裝凸台134b和安裝凸台184b）的旋轉的。與直的部段相比，不規則形狀的部段（例如，彎曲的部段）允許針對機器人操縱器100b的任何部段達到特定的期望位置的改良的靈活性和準確度。此種優點對於端部部段190、190b特別重要的，端部部段190、190b可以得益於所有先前部段的彎曲和所有先前關節的旋轉。

因此，在本文描述的實例說明機器人操縱器100a或100b，其具有基座110、110b、第一部段130、130b、聯接基座110a、110b和第一部段130、130b的第一關節125、第二部段140、140b以及聯接第一部段130、130b和第二部段140、140b的第二關節135。第一關節125可以被配置為使第一部段130、130b相對於基座110、110b圍繞兩個旋轉軸（例如，X軸和Y軸）旋轉。第二關節135可以被配置為使第二部段140、140b相對於第一部段130、130b以至少一個旋轉軸（例如，A軸）旋轉。機器人操縱器100a或100b亦可以包括安裝凸台184、184b和端部部段190、190b。第N關節185可以被配置為使端部部段190、190b相對於先前的部段（例如，140b）繞至少一個旋轉軸（例如，B軸）旋轉。為了清楚起見，第一部段130、130b、第二部段140、140b、端部部段190、190b或為了清楚起見未圖示的其間的任何部段中的至少一個可以具有不規則形狀，例如彎曲的形狀。第一部段130、130b、第二部段140、140b、端部部段190、190b或為了清楚起見未圖示的其間的任何部段中的至少一個可以由剛性材料製成。

第一部段130、130b、第二部段140、140b、端部部段190、190b或為了清楚起見未圖示的其間的任何部段中的一或多個的不規則和非直的形狀以及在第一關節125處的2軸旋轉和在第二關節135（以及任何隨後的關節）處的1軸旋轉允許：機器人操縱器100a、100b以與90度樞轉肘關節相比較小的扭矩來接合物體（例如，接載處於相對基座110、110b的不同高度的物體或接觸地面以便步行）。儘管在本文所示的非限制性實例中，部段130b、140b...190b可以具有彎曲的形狀，但部段130、140...190的其他實例可以具有不彎曲的不規則非直形狀。以非限制性實例進行說明，部段130、140...190中的一或多者中的每一者可以具有有取代逐漸彎曲的一或多個成角度的轉彎（例如，30°轉彎、40°轉彎、60°轉彎、90°轉彎、其組合等）的剛性的直的且伸長的形狀。機器人操縱器100a可以包括附加的部段和關節。

圖2A展示了根據一些實現方案的機器人操縱器200的透視圖。圖2B展示了根據一些實現方案的機器人操縱器200的前視圖。圖2C展示了根據一些實現方案的機器人操縱器200的後視圖。圖2D展示了根據一些實現方案的機器人操縱器200的側視圖。圖2E展示了根據一些實現方案的機器人操縱器200的俯視圖。圖2F展示了根據一些實現方案的機器人操縱器200的仰視圖。參照圖1A-圖2F所示，機器人操縱器200圖示機器人操縱器100a和100b的非限制性實現方案。

如圖所示，機器人操縱器200可以包括支撐機器人操縱器200的其餘部分的基座210，其餘部分包括至少第一關節225、第一部段230、安裝凸台234、第二部段240、安裝凸台244和端部部段250。基座210、第一關節225、第一部段230、安裝凸台234、第二部段240、安裝凸台244和端部部段250可以分別是基座110、110b、第一關節125、第一部段130、130b、安裝凸台134、134b、第二部段140、140b、安裝凸台184以及端部部段190中的任何一或多個的非限制性實現方案。其他實例可以包括更多或更少的臂部段和關節。

基座210可以以所描述的方式將機器人操縱器200的其餘部分操作性地耦合到附接點或介面。如所描述地，附接點或介面可以是地板、可移動平臺、機器人基座（例如，無人機或機器人）、人工作業員等。如圖2A-圖2F的非限制性實例所示，介面可以是可以由人工作業員圍繞腰部佩戴的可佩戴的帶子205。基座210可以被固定到可佩戴的帶子205或被配置為可附接到可佩戴的帶子205或可從可佩戴的帶子205上拆卸。其他類型的介面（例如但不限於可佩戴的帶子、背包、鞍座、座椅、輪椅、衣服、頭飾、假肢等）亦可以將機器人操縱器200與人工作業員聯接起來。

基座210可以在結構上支撐第一關節225。第一關節225可以將基座210與第一部段230以及機器人操縱器200的其餘部分聯接。第一關節225可以使第一部段230相對於基座210圍繞兩個旋轉軸旋轉。由於基座210可以被固定或附接到介面（例如，可佩戴的帶子205），所以第一關節225可以使第一部段230相對於基座210處的介面繞兩個旋轉軸旋轉。換言之，第一關節225可以使第一部段230相對於在基座210處的機器人基座或人工作業員繞兩個旋轉軸旋轉。

以非限制性實例進行說明，第一關節225可以圍繞X軸和Y軸旋轉第一部段230。X軸可以是相對於基座210的固定軸。如本文描述地，第一關節225可以具有至少一個具有沿X軸延伸的軸的齒輪。如圖所示，Y軸沿第一部段230的接觸第一關節225或接近第一關節225的部分的縱向尺寸延伸。第一部段230的近端（例如，耦合到第一關節225的端）可以有一橫截面。Y軸可以延伸穿過橫截面上的中心或任何合適的點。Y軸可以垂直於橫截面。因此，隨著圍繞X軸旋轉第一部段230，Y軸可以相應地改變。亦即，Y軸可以按與第一部段230的方向和角速度相比相同的方向和角速度圍繞X軸旋轉。

在所示的非限制性實例中，第一關節225可以是能夠支撐圍繞兩個旋轉軸的旋轉的單個關節。此種設計是有利的，因為其重量輕且緊湊，因此當被固定/被附接到使用者或機器基座時提供較小的輪廓。在其他實現方案中，第一關節225可以包括支撐圍繞至少兩個旋轉軸的旋轉的任何數量的關節。

安裝凸台234可以聯接第一部段230和第二部段240，同時提供第一部段230或第二部段240中的一或多個相對於彼此的移動（例如，旋轉）。在一些實現方案中，安裝凸台234可以包括第二關節（例如，第二關節135），該第二關節被配置為使第二部段240相對於第一部段230圍繞單個旋轉軸（例如，A軸）旋轉。在一些實現方案中，安裝凸台234可以包括第二關節（例如，第二關節135），該第二關節被配置為使第一部段230相對於第二部段240圍繞單個旋轉軸（例如，A軸）旋轉。

第一部段230中的接觸或以其他方式接合安裝凸台234、第二關節135及/或第二部段240的部分可以具有第一橫截面。安裝凸台234可以具有第二橫截面。第二部段240中的接觸或以其他方式接合安裝凸台234、由安裝凸台234支撐的第二關節135及/或第一部段230的部分可以具有第三橫截面。A軸可以延伸穿過第一橫截面、第二橫截面或第三橫截面中的一或多個上的中心或任何合適的點。A軸可以垂直於第一橫截面、第二橫截面或第三橫截面中的一或多個。

換言之，根據各種實現方案，第一部段230和第二部段240不形成圍繞安裝凸台234的樞轉，而是相對於彼此旋轉。此種配置可以減輕機器人操縱器200的一部分與任何附近的物體（諸如使用者的衣服）的如由在安裝凸台234處進行樞轉導致的夾緊，並且減少了部段的纏結。儘管在非限制性實例中，安裝凸台234包括被配置為使第一部段230及/或第二部段240圍繞A軸旋轉的單個關節，但是安裝凸台234的其他實例可以包括致動繞兩個或更多個旋轉軸的移動的單個關節（例如但不限於第一關節225）或致動繞兩個或更多個旋轉軸的移動的多個關節。

安裝凸台244可以聯接第二部段240和端部部段250，同時提供第二部段240或端部部段250中的一或多個相對於彼此的移動（例如，旋轉）。在一些實現方案中，安裝凸台244可以包括關節（例如，第N關節185），該關節被配置為使端部部段250相對於第二部段240圍繞單個旋轉軸（例如，B軸）旋轉。在一些實現方案中，安裝凸台234可以包括關節（例如，第N關節185），其被配置為使第二部段240相對於端部部段250圍繞單個旋轉軸（例如，B軸）旋轉。

第二部段240中的接觸或以其他方式接合安裝凸台244、由安裝凸台244支撐的關節及/或端部部段250的部分可以具有第四橫截面。安裝凸台244可以具有第五橫截面。端部部段250中的接觸或以其他方式接合安裝凸台244、由安裝凸台244支撐的關節及/或第二部段240的部分可具有第六橫截面。B軸可以延伸穿過第四橫截面、第五橫截面或第六橫截面中的一或多個上的中心或任何合適的點。B軸可以垂直於第四橫截面、第五橫截面或第六橫截面中的一或多個。

換言之，第二部段240和端部部段250不形成圍繞安裝凸台244的樞轉，而是相對於彼此旋轉。如所描述地，此種配置減少了由在安裝凸台244處進行樞轉引起的夾緊並且減少了部段的纏結。儘管在非限制性實例中，安裝凸台244包括被配置為使第二部段240及/或端部部段250圍繞B軸旋轉的單個關節，但是安裝凸台244的其他實例可以包括致動繞兩個或更多個旋轉軸的移動的單個關節（例如但不限於第一關節225）或致動繞兩個或更多個旋轉軸的移動的多個關節。

部段230、240和250可以由剛性的或大體上剛性的材料製成，該材料例如是塑膠、木材、金屬、金屬合金、複合材料等。剛性為機器人操縱器200提供了結構完整性。假設部段的形狀是固定的並且因此經由計算中的預定的固定值表示的，則部段230、240和250的剛性亦允許精確計算機器人操縱器200的任何部段的位置。在其他實現方案中，部段230、240和250中的一或多個可以由塑膠、橡膠、鋁等形成的相對柔性的材料製成。

如圖所示，端部部段250可以是用於行走的足部。在一些實現方案中，端部部段250可以進一步包括被配置用於其他功能的結構及/或設備，其他功能例如但不限於物體接合（例如接載物體、操縱物體等）、資料收集、推進或其他合適的目的。

如圖所示，部段230、240和250中的每一個可以具有中空的、剛性的、圓柱形的和彎曲的結構。部段230、240和250中的一或多個可以具有用於穿過的內部容積或其他方式的空氣、線纜和支撐元件。所示的部段230、240和250（例如，在圖2A-圖2F中）分別是第一部段130、第二部段140和端部部段190的非限制性實例。通常，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的每一個的實現方案可以表現出本文描述的一或多個特性，包括但不限於中空結構、剛性結構、圓柱形形狀、彎曲形狀等。

在一些實現方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一或多個可以具有中空結構。在一些實現方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一或多個可以具有剛性結構。在一些實現方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一或多個可以具有圓柱形結構。在一些實現方案中，第一部段130、第二部段140...和端部部段190中的一或多個可以具有彎曲結構。

在一些佈置中，部段230、240和250中的一或多個中的每一個可以包括用於管理線纜的一或多個換向器（例如，換向器131、141等）。以本文描述的方式進行的換向器（例如，131和141）的組合、部段（例如230、240和250）的形狀以及關節（例如225）和安裝凸台（例如234和244）的配置等允許機器人操縱器200在關節和安裝凸台處連續地旋轉，因此減少了為移動機器人操縱器200並為接合物體所需的扭矩，而不纏繞或損壞在機器人操縱器200中提供電力和控制信號的線纜。

在一個非限制性實例中，第一關節225可以使第一部段230圍繞兩個旋轉軸旋轉，而在其中支撐的後續的安裝凸台234、244或關節中的每一個可以使一個部段相對於另一個部段繞一個旋轉軸旋轉。在一些情況下，可以有益地是，給後續的安裝凸台234、244或在其中支撐的關節（除了將第一部段230連接到基座210的關節225）提供一個旋轉軸而不是兩個或更多個旋轉軸，以便減小為了圍繞後續的安裝凸台234、244或在其中支撐的關節移動所需的扭矩。假設僅提供一個旋轉軸，則可以減少驅動後續的安裝凸台234、244或在其中支撐的關節的致動器（例如，電機146、第N電機186等）的數量。例如，可能需要一個電機（例如，第二電機136）來驅動關節（例如，安裝凸台134、234的第二關節135）以使第一部段130、230或第二部段140、240中的一個相對於第一部段130、230或第二部段140、240中的另一個圍繞單個旋轉軸旋轉。此舉導致減小了機器人操縱器200的重量和輪廓以及為了圍繞後續的安裝凸台234、244或在其中支撐的關節移動所需的扭矩。

圖3A展示了根據一些實例的由基座210（圖2A-圖2F）支撐的第一關節225（圖2A-圖2F）的透視圖。圖3B展示了根據一些實例的由基座210（圖2A-圖2F）支撐的第一關節225（圖2A-圖2F）的前視圖。圖3C展示了根據一些實例的由基座210（圖2A-圖2F）支撐的第一關節225（圖2A-圖2F）的後視圖。圖3D展示了根據一些實例的由基座210（圖2A-圖2F）支撐的第一關節225（圖2A-圖2F）的側視圖。圖3E展示了根據一些實例的由基座210（圖2A-圖2F）支撐的第一關節225（圖2A-圖2F）的俯視圖。圖3F展示了根據一些實例的由基座210（圖2A-圖2F）支撐的第一關節225（圖2A-圖2F）的仰視圖。

參照圖1A-圖3F，第一關節225圖示了機器人操縱器100a的第一關節125的非限制性實現方案。如圖所示，基座210可以在結構上支撐第一關節225，其至少包括齒輪310a-310c、支架330、電機320a和320b以及彈簧340a和340b。電機320a和320b可以是第一電機126的非限制性實現方案。

如所描述地，第一關節225可以是致使第一部段230圍繞兩個旋轉軸（X軸和Y軸）相對於基座210旋轉的兩軸關節。如圖所示，第一關節225可以用嚙合在一起的齒輪310a-310c來實現，形成三齒輪差速器以實現該旋轉。齒輪310a-310c之每一者可以是錐齒輪。齒輪310a和310b的旋轉可以轉換為齒輪310c的旋轉，齒輪310c的旋轉既而可以轉換為第一部段230（圍繞兩個旋轉軸）的移動。

如圖所示，齒輪310a和310b的齒支撐表面可以被佈置成彼此面對。齒輪310a和310b的軸可以是共軸的並且沿X軸分佈。換言之，齒輪310a和310b中的每一個皆可以圍繞X軸旋轉。齒輪310a和310b可以由至少一個致動器驅動。例如，齒輪310a和310b可以分別由電機320a和320b驅動。每個電機320a和320b可以是多圈旋轉伺服機構。在一些實現方案中，齒輪310a和310b可以具有相同的尺寸。齒輪310a和310b可以在齒輪310c的相對側上與齒輪310c嚙合。

齒輪310c可以經由緊固部件312耦合到第一部段230。緊固部件312可以被固定到齒輪310c並且與齒輪310c一起移動（例如旋轉）。緊固部件312亦可以被固定到第一部段230的近端。因此，齒輪310a和310b的移動可以轉換為齒輪310c和緊固部件312的移動。齒輪310c和緊固部件312的移動（例如旋轉）對應於第一部段230的移動（例如旋轉）。

例如，當電機320a和320b使齒輪310a和310b以相同的角速度按相同的方向（圍繞X軸）旋轉時，可以致使第一部段230按相同的方向（圍繞X軸）以相同的角速度旋轉。當齒輪310a和310b以相同的角速度按相同的方向（圍繞X軸）旋轉時，齒輪310c可以不圍繞可能位於Y軸上的軸旋轉。

當電機320a和320b使齒輪310a和310b按不同的方向（圍繞X軸）及/或以不同角速度旋轉時，可以使第一部段230除了圍繞X軸旋轉外或者作為圍繞X軸旋轉的替代方案來圍繞Y軸旋轉。當齒輪310a和310b按不同的方向及/或以不同的角速度旋轉時，齒輪310c可以圍繞軸旋轉。

因此，控制齒輪320a和320b的旋轉可以允許第一部段230圍繞X軸、Y軸或兩者同時旋轉。如此，第一部段230可以圍繞兩個旋轉軸旋轉。

如圖所示，支架330可以被佈置在齒輪310a-310c之間。因此，齒輪310a-310c的面向齒輪的表面面向支架330。齒輪310a和310b的軸可以沿著X軸延伸穿過支架330，該支架330可以可旋轉地支撐齒輪310a和310b。支架330可以不與齒輪310a和310b一起移動。基座330可以可旋轉地支撐齒輪310c。支架330可以與齒輪310c、緊固部件312和第一部段230一起圍繞X軸旋轉。在所示的非限制性實例中，在一些實現方案中，支架330可以不與齒輪310c一起繞著Y軸旋轉。

對於線纜管理和結構支撐，支架330可以包括至少一個孔洞（例如，中空孔332），其中可以經由該孔洞穿過或安裝線纜和支撐結構（例如，梁）。線纜可以攜帶來自處理電路102的命令信號及/或來自電源108的電力。中空孔332可以延伸穿過以聯結齒輪310c和緊固部件312中的孔洞（未圖示）。連接處理電路102及/或來自電源108的電力的線纜可以穿過中空孔332以及齒輪310c和緊固部件312中的孔洞以達到由第一部段230的結構限定的內部容積。如所描述地，第一部段230（130）可以具有換向器131，用於在正圍繞兩個旋轉軸旋轉第一部段230時管理線纜。

在所示的實例中，彈簧340a和340b可以是支撐元件122的示例性實現方案。如在本文詳細描述地，除了由320a和320b提供的主動力之外，彈簧340a和340b亦可以提供被動機械力以旋轉支架330、齒輪310c、緊固部件312、第一部段230以及機器人操縱器200的在X軸上方與第一部段230聯接的任何部段。

三齒輪差速器（例如，齒輪310a-310c）可以是使第一部段130繞兩個旋轉軸旋轉的第一關節125的實現方案。三齒輪差速器可以是可靠的、緊湊的和輕質的，從而改良機器人操縱器200的輪廓。添加任何被動支撐元件122可以由於輕質和緊湊性質進一步改良輪廓（與主動支撐元件相比）。為了促進組裝第一關節125（225），基座210可以具有燕尾榫元件設計。當齒輪310a-310c嚙合在一起時，可以對準和組裝燕尾榫設計的兩個部分。當被對準和組裝時，基座210的燕尾榫元件的後側可以形成朝向第一關節225彎曲的彎曲以節省空間。因此，燕尾榫元件設計可以進一步改良機器人操縱器200的輪廓。

圖4A展示了根據一些實現方案的支架330（圖3A-圖3F）的透視圖。圖4B展示了根據一些實例的支架330（圖3A-圖3F）的彈簧載入的被動支撐特徵的透視圖。圖4C展示了根據一些實例的支架330（圖3A-圖3F）的彈簧載入的被動支撐特徵的側視圖。參照圖1-圖4C所示，第一關節125（例如，第一關節225）可以包括用於移動第一部段130（例如，第一部段230）的支撐元件122。如圖所示，支撐元件122可以用彈簧340a和340b來實現，彈簧340a和340b可以是被動（例如，彈性）元件。

回應於彈簧340a和340b被壓縮或延伸，彈簧340a和340b可以產生與第一部段230的運動方向相反的反作用力（例如，彈力）。在所示的非限制性實例中，彈簧340a和340b之每一者可以耦合到支架330上的漸進式偏心凸出部410a或410b。與在端點406a或406b處相比，漸進式偏心凸出部410a或410b可以分別在錨405a或405b處具有較短的半徑點406a或406b。因此，漸進式偏心凸出部410a或410b的半徑可以從錨405a或405b向端點406a或406b逐漸增加。

弦422a的一個端部可以被固定到漸進式偏心凸出部410a的錨405a，而弦422a的另一端部可以延伸穿過彈簧340a以被固定到止動件420a。弦422b的一個端部可以被固定到漸進式偏心凸出部410b的錨405b，而弦422b的另一端部可以延伸穿過彈簧340b以被固定到止動件420b。漸進式偏心凸出部410a和410b可以具有分別用於保持弦422a和422b的凹槽、通道、孔等。每個彈簧340a或340b可以具有可以被固定到基座210的一部分（未圖示）的端部（與耦合到止動件420a或420b的端部相對）。

此種結構使得彈簧340a和340b能夠在支架330和第一部段230圍繞X軸（例如，在X1方向上）旋轉時壓縮以產生相反方向（例如，在X2方向上）的彈性勢能。回應於支架330和相反的方向（例如，在X2方向上），當彈簧340a和340b變為未被壓縮時，勢能可以被釋放，從而在彼方向（例如，X2）上向支架330和第一部段230提供附加的力。

因此，機器人操縱器200的第一關節225可以包括由電機320a和320b驅動的三齒輪差速器以及彈簧載入的機構兩者，以提供機械力以圍繞第一關節225的兩個軸中的一個軸（例如，X軸）按至少一個旋轉方向（例如，X2方向）偏置第一部段230。

儘管在非限制性實例中，使用兩個彈簧340a和340b來按X2方向偏置第一部段230，但是其他實例包括一個或三個或更多個彈簧或其他類型的被動部件（例如，橡膠墊圈等）以按任何合適的方向偏置第一部段230。

圖5A展示了根據一些實現方案的安裝凸台234（圖2A-圖2F）的透視圖。安裝凸台234（圖2A-圖2F）的一些元件為了清楚起見未在圖5A中圖示。圖5B展示了根據一些實例的安裝凸台234（圖2A-圖2F）的橫截面圖。參照圖1-圖5B，儘管關於第一部段230和第二部段240之間的安裝凸台234描述了非限制性實例，但是類似的實現方案可以用於機器人操縱器200的除了第一關節225之外的任何安裝凸台/關節（例如，安裝凸台244）。如前述，安裝凸台234可以支撐第一部段230相對於第二部段240圍繞A軸的旋轉，取代在安裝凸台234處進行的樞轉。安裝凸台234可以支撐第一部段230和第二部段240相對於彼此的旋轉，取代任何樞轉動作。

第一部段230可以被固定或以其他方式被附接到安裝凸台234的第一端部。第二部段240可以被固定或以其他方式被附接到安裝凸台234的相對的第二端部。安裝凸台234可以包括由第二電機536致動的第二關節535。第二關節535可以是第二關節135的非限制性實現方案。第二電機536可以是第二電機136的非限制性實現方案。第二電機536可以分別從處理電路102和電源108接收命令信號和電力。第二電機536可以基於由聯接到處理電路102的至少一根線纜攜帶的命令信號，來驅動可以機械地耦合到第一部段230和第二部段240的第二關節535（包括但不限於齒輪510），以使第一部段230或第二部段240相對於彼此旋轉。在一些實現方案中，第二關節535可以是單軸關節（可圍繞諸如A軸的單個軸旋轉）。第二電機536可以是多圈旋轉伺服機構。

如圖所示，齒輪510可以被安裝成偏離安裝凸台234的橫截面的中心501。在一些實現方案中，齒輪510可以被安裝成偏離第一部段230及/或第二部段240的橫截面的中心，以為臂連接結構及/或開口（例如，孔520a和520b）留出空間（例如，結構孔530），其中線纜（攜帶功率及/或控制信號）或空氣可以穿過該空間。亦即，齒輪510的中心可以從安裝凸台234的橫截面的中心501、第一部段230的橫截面的中心及/或第二部段240的中心中的一者或多者偏離。結構孔530和孔520a和520b可以穿過未被偏移安裝式齒輪510覆蓋的橫截面區域的一部分。因此，齒輪510可以偏離中心501被安裝，以便為臂連接結構、線纜及/或空氣留出空間以穿過第二關節535。齒輪510仍然能夠接合被佈置在第一部段230、第二部段段240及/或安裝凸台234的內表面周圍的嵌齒或齒用於旋轉。

因此，在各種實現方案中，機器人操縱器200可以具有支撐兩個相鄰的部段（例如，第一部段130、230、第二部段140、240、端部關節190、250等中的相鄰部段）的關節（例如，第二關節134、535、第N關節185、由安裝凸台244支撐的關節等），用於圍繞單個軸相對於彼此旋轉，其中此種關節可以具有電機（例如，電機136、536、186等），該電機驅動在偏離兩個相鄰部段中的一或多個的橫截面的橫截面的中心（例如，中心501）的位置處被安裝在關節上的齒輪（例如，齒輪510）。

類似於關於安裝凸台234（關節535）所描述的配置可以被實現用於安裝凸台184、244及/或聯接相鄰的部段的任何附加的安裝凸台。

儘管在非限制性實例中圖示，關節可以由電機致動，但是可以使用用以致動關節處的移動的其他合適的機構，包括但不限於液壓、氣動、電、熱、磁、機械等。在本文描述的所有關節可以由處理電路102控制以順序地或同時地移動。

所示和所述的各種實例僅作為實例被提供以說明請求項的各種特徵。然而，關於任何給定實例圖示和描述的特徵不必限於相關實例，並且可以與圖示和描述的其他實例一起使用或組合。此外，請求項不意圖受到任何一個實例的限制。

前述方法描述和程序流程圖僅作為說明性實例提供，並不意圖要求或暗示各個實例的步驟必須按所提供的順序執行。如熟習此項技術者將理解地，前述實例中的步驟順序可以以任何順序執行。諸如「此後」、「隨後」、「下一個」等詞語不意欲限制步驟的順序；該等詞僅是用來指導讀者通讀對方法的描述。此外，例如使用冠詞「一」、「一個」或「該」的任何單數形式的請求項元素的引用不應被解釋為將該元素限制為單數。

結合本文揭示的實例描述的各種說明性邏輯區塊、模組、電路和演算法步驟可以實現為電子硬體、電腦軟體或兩者的組合。為了清楚地說明硬體和軟體的此種可互換性，上文已經根據其功能一般性地描述了各種說明性的元件、方塊、模組、電路和步驟。此種功能是以硬體還是軟體來實現取決於特定的應用和對整體系統施加的設計約束。熟習此項技術者可以針對每個特定應用以各種方式實現所描述的功能，但是此種實現決定不應該被解釋為導致偏離本案內容的範疇。

用於實現結合本文揭示的實例描述的各種說明性邏輯、邏輯區塊、模組和電路的硬體可以用被設計為執行本文所述功能的通用處理器、數位信號處理器（DSP）、特殊應用積體電路（ASIC）、現場可程式設計閘陣列（FPGA）或其他可程式設計邏輯設備、個別閘門或電晶體邏輯、個別硬體元件，或其任何組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，但是替代地，處理器可以是任何習知的處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可以實現為計算設備的組合，例如，DSP和微處理器的組合、複數個微處理器、一或多個微處理器與DSP核的結合，或者任何其他此種配置。或者，一些步驟或方法可以由特定於給定功能的電路系統來執行。

在一些示例性實例中，所描述的功能可以用硬體、軟體、韌體或其任何組合來實現。若以軟體實現，則可以將功能作為一或多個指令或代碼儲存在非暫時性電腦可讀取儲存媒體或非暫時性處理器可讀取儲存媒體上。本文揭示的方法或演算法的步驟可以實施在可常駐在非暫時性電腦可讀取或處理器可讀取儲存媒體上的處理器可執行軟體模組中。非暫時性電腦可讀取或處理器可讀取儲存媒體可以是可以由電腦或處理器存取的任何儲存媒體。作為實例而非限制，此種非暫時性電腦可讀取或處理器可讀取儲存媒體可以包括RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體、CD-ROM或其他光碟儲存、磁碟儲存或其他磁儲存設備，或可用於以指令或資料結構的形式儲存所需程式碼並可由電腦存取的任何其他媒體。如在本文使用的磁碟和光碟包括壓縮光碟（CD）、鐳射光碟、光碟、數位多功能光碟（DVD）、軟碟和藍光光碟，其中磁碟通常磁性地複製資料，而光碟用鐳射光學地複製資料。上文的組合亦包括在非暫時性電腦可讀取和處理器可讀取媒體的範疇內。此外，方法或演算法的操作可以作為可以併入電腦程式產品的非暫時性處理器可讀取儲存媒體及/或電腦可讀取儲存媒體上的代碼及/或指令的一個或任何組合或集合來存在。

提供之前的描述是為了使任何熟習此項技術者能夠實踐本文描述的各個態樣。對該等態樣的各種修改對於熟習此項技術者而言將是顯而易見的，並且在本文定義的一般原理可以應用於其他態樣。因此，請求項不意欲限於本文所示的態樣，而是要符合與語言請求項相一致的全部範疇，其中以單數形式引用元素並非意在表示「一個且僅一個」（除非具體地如此陳述），而是「一或多個」，除非另有特別說明，否則術語「一些」是指一或多個。在前述描述中描述的各個態樣的元素的所有結構和功能均等物是已知的或稍後對於一般技術者而言是已知的，明確地經由引用併入本文，並且意欲由請求項涵蓋。此外，本文中揭示的任何內容皆不意欲奉獻給公眾，而不管該等揭示內容是否明確記載在請求項中。除非使用短語「用於...的構件」明確敘述任何請求項元素，否則該元素皆不應被解釋為功能構件。

100a‧‧‧機器人操縱器

100b‧‧‧機器人操縱器

102‧‧‧處理電路

104‧‧‧處理器

106‧‧‧記憶體

108‧‧‧電源

110‧‧‧基座

110b‧‧‧基座

122‧‧‧支撐元件

125‧‧‧第一關節

126‧‧‧第一電機

130‧‧‧第一部段

130b‧‧‧第一部段

130b'‧‧‧第一部段

131‧‧‧換向器

134‧‧‧安裝凸台

134b‧‧‧安裝凸台

135‧‧‧第二關節

136‧‧‧第二電機

140‧‧‧第二部段

140b‧‧‧第二部段

140b'‧‧‧第二部段

141‧‧‧換向器

184‧‧‧安裝凸台

184b‧‧‧安裝凸台

185‧‧‧第N關節

186‧‧‧第N電機

190‧‧‧端部關節

190b‧‧‧端部部段

190b'‧‧‧端部部段

200‧‧‧機器人操縱器

205‧‧‧可佩戴的帶子

210‧‧‧基座

225‧‧‧第一關節

230‧‧‧第一部段

234‧‧‧安裝凸台

240‧‧‧第二部段

244‧‧‧安裝凸台

250‧‧‧端部關節

310a‧‧‧齒輪

310b‧‧‧齒輪

310c‧‧‧齒輪

312‧‧‧緊固部件

320a‧‧‧電機

320b‧‧‧電機

330‧‧‧支架

332‧‧‧中空孔

340a‧‧‧彈簧

340b‧‧‧彈簧

405a‧‧‧錨

405b‧‧‧錨

406a‧‧‧半徑點

406b‧‧‧半徑點

410a‧‧‧漸進式偏心凸出部

410b‧‧‧漸進式偏心凸出部

420a‧‧‧止動件

420b‧‧‧止動件

422a‧‧‧弦

422b‧‧‧弦

501‧‧‧中心

510‧‧‧齒輪

520a‧‧‧孔

520b‧‧‧孔

530‧‧‧結構孔

535‧‧‧第二關節

536‧‧‧第二電機

X‧‧‧軸

Y‧‧‧軸

X1‧‧‧方向

X2‧‧‧方向

圖1A是圖示根據一些實現方案的機器人操縱器的示意性方塊圖。

圖1B是圖示根據一些實現方案的機器人操縱器的工作範圍的示意性方塊圖。

圖2A展示了根據一些實現方案的機器人操縱器的透視圖。

圖2B展示了根據一些實現方案的機器人操縱器的前視圖。

圖2C展示了根據一些實現方案的機器人操縱器的後視圖。

圖2D展示了根據一些實現方案的機器人操縱器的側視圖。

圖2E展示了根據一些實現方案的機器人操縱器的俯視圖。

圖2F展示了根據一些實現方案的機器人操縱器的仰視圖。

圖3A展示了根據一些實現方案的由基座（圖2A-圖2F）支撐的第一關節（圖2A-圖2F）的透視圖。

圖3B展示了根據一些實現方案的由基座（圖2A-圖2F）支撐的第一關節（圖2A-圖2F）的前視圖。

圖3C展示了根據一些實現方案的由基座（圖2A-圖2F）支撐的第一關節（圖2A-圖2F）的後視圖。

圖3D展示了根據一些實現方案的由基座（圖2A-圖2F）支撐的第一關節（圖2A-圖2F）的側視圖。

圖3E展示了根據一些實現方案的由基座（圖2A-圖2F）支撐的第一關節（圖2A-圖2F）的俯視圖。

圖3F展示了根據一些實現方案的由基座（圖2A-圖2F）支撐的第一關節（圖2A-圖2F）的仰視圖。

圖4A展示了根據一些實現方案的支架（圖3A-圖3F）的透視圖。

圖4B展示了根據一些實現方案的支架（圖3A-圖3F）的彈簧載入的被動支撐特徵的透視圖。

圖4C展示了根據一些實現方案的支架（圖3A-圖3F）的彈簧載入的被動支撐特徵的側視圖。

圖5A展示了根據一些實現方案的安裝凸台（圖2A-圖2F）的透視圖。

圖5B展示了根據一些實現方案的安裝凸台（圖2A-圖2F）的橫截面圖。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (27)

1. 一種機器人操縱器，包括： 一基座；一第一部段；一第一關節，其操作性地耦合該基座和該第一部段，其中該第一關節被配置為使該第一部段相對於該基座圍繞至少兩個旋轉軸旋轉；一第二部段；及一第二關節，其操作性地耦合該第一部段和該第二部段，其中該第二關節被配置為使該第二部段相對於該第一部段圍繞至少一個旋轉軸旋轉；其中該第一部段或該第二部段中的至少一個具有一彎曲的形狀。
2. 根據請求項1之機器人操縱器，其中該第一部段或該第二部段中的該至少一個是剛性的並且沿一長度尺寸是彎曲的。
3. 根據請求項2之機器人操縱器，其中該第一部段和該第二部段中的每一個是剛性的並且沿一長度尺寸是彎曲的。
4. 根據請求項2之機器人操縱器，其中該第一部段或該第二部段中的該至少一個包括具有該彎曲的形狀的一中空圓柱形結構。
5. 根據請求項1之機器人操縱器，其中該第一關節包括一三齒輪差速器，以使該第一部段相對於該基座圍繞該至少兩個旋轉軸旋轉。
6. 根據請求項5之機器人操縱器，其中： 該三齒輪差速器包括一第一齒輪、一第二齒輪和一第三齒輪；及該第一齒輪和該第二齒輪具有一相同的尺寸。
7. 根據請求項6之機器人操縱器，其中： 該第一齒輪的一齒支撐表面面對該第二齒輪的一齒支撐表面；該第一齒輪的一軸和該第二齒輪的一軸是同軸的；該第三齒輪操作性地耦合到該第一部段；及該第三齒輪具有與該第一齒輪和該第二齒輪的齒嚙合的齒，使得該第一齒輪和該第二齒輪的移動轉換成該第一部段的移動。
8. 根據請求項6之機器人操縱器，其中： 該第一齒輪和該第二齒輪由分開的第一電機驅動；及該等分開的第一電機中的每一個是被配置用於連續旋轉的一多圈旋轉伺服機構。
9. 根據請求項6之機器人操縱器，其中： 該第一齒輪、該第二齒輪和該第三齒輪中的每一個是一錐齒輪；該第一齒輪和該第二齒輪以一相同的角速度按一相同的方向旋轉致使該第一部段以該相同的角速度按該相同的方向旋轉；及該第一齒輪和該第二齒輪按不同的方向或不同的角速度中的至少一者旋轉致使該第一部段圍繞該第三齒輪的一軸旋轉。
10. 根據請求項1之機器人操縱器，其中該基座進一步包括操作性地耦合到該第一關節的一支撐元件，該支撐元件被配置為提供與該第一部段的一運動方向相反的一反作用力。
11. 根據請求項10之機器人操縱器，其中該支撐元件包括一彈簧載入的設備，用以提供機械力以圍繞該第一關節的該至少兩個旋轉軸中的一個旋轉軸按一個旋轉方向偏置該第一部段。
12. 根據請求項10之機器人操縱器，其中： 該支撐元件包括至少一個彈簧，該至少一個彈簧操作性地耦合到至少一個漸進式偏心凸出部，該至少一個漸進式偏心凸出部固定到繞該至少兩個旋轉軸中的一個旋轉軸與該第一部段一起旋轉的一支架；及該彈簧被配置為回應於該第一部段的該運動而壓縮或延伸以儲存對應於該反作用力的機械能。
13. 根據請求項1之機器人操縱器，其中： 該第二關節包括一第二電機，該第二電機被配置為使該第二部段相對於該第一部段圍繞該至少一個旋轉軸旋轉；及該第二電機是一多圈旋轉伺服機構。
14. 根據請求項13之機器人操縱器，其中： 該第二關節包括至少一根線纜穿過的一中空孔；及該至少一根線纜穿過該第一部段。
15. 根據請求項14之機器人操縱器，其中該第二電機驅動偏離該第一部段的一橫截面的一中心的一齒輪，以為一臂連接結構或一開口中的至少一者留出空間，以便使線纜穿過該第二關節。
16. 根據請求項15之機器人操縱器，其中由該第二電機驅動的該齒輪接合被佈置在該第二部段的一內表面上的齒，以使該第二部段相對於該第一部段旋轉。
17. 根據請求項1之機器人操縱器，其中該第一關節和該第二關節是連續的旋轉關節。
18. 根據請求項1之機器人操縱器，其中該基座被配置為操作性地耦合到一附接點或一介面。
19. 根據請求項1之機器人操縱器，其中： 該第一關節由該基座支撐；該第一關節包括至少一根線纜穿過的一中空孔。
20. 根據請求項1之機器人操縱器，亦包括至少一個附加的部段連桿元件，其中： 該至少一個附加的部段連桿元件中的每一個包括經由一附加的關節聯接到該機器人操縱器的另一部段的一附加的部段；及該附加的關節被配置為使該附加的部段相對於該另一部段圍繞至少一個旋轉軸旋轉。
21. 根據請求項1之機器人操縱器，其中該至少一個附加的部段連桿元件中的每一個中的該附加的部段具有一彎曲的形狀。
22. 根據請求項1之機器人操縱器，亦包括一處理電路，該處理電路被配置為控制該第一關節和該第二關節處的旋轉。
23. 根據請求項22之機器人操縱器，其中該第一關節和該第二關節由該處理電路控制的分開的電機驅動。
24. 根據請求項1之機器人操縱器，其中： 該第一部段或該第二部段中的一個包括一換向器；該第二關節包括安裝在偏離該第一部段或該第二部段中的一或多個的一橫截面的一中心的一位置處的一偏置安裝式齒輪；該偏置安裝式齒輪為一臂連接結構或一開口中的至少一者留出空間，以便使至少一根線纜穿過該第二關節。
25. 根據請求項24之機器人操縱器，其中由該偏置安裝式齒輪和該換向器留出的該空間被配置為當該第一部段和該第二部段相對於彼此圍繞一軸旋轉時防止該至少一根線纜纏結或損壞。
26. 一種提供一機器人操縱器的方法，該方法包括以下步驟： 提供一基座；提供一第一部段；提供操作地耦合該基座和該第一部段的一第一關節，其中該第一關節被配置為使該第一部段相對於該基座圍繞至少兩個旋轉軸旋轉；提供一第二部段；及提供操作性地耦合該第一部段和該第二部段的一第二關節，其中該第二關節被配置為使該第二部段相對於該第一部段圍繞至少一個旋轉軸旋轉；其中該第一部段或該第二部段中的至少一者具有一彎曲的形狀。
27. 一種機器人操縱器，包括： 一基座構件；一第一部段構件；操作性地耦合該基座構件和該第一部段構件的一第一關節構件，其中該第一關節構件被配置為使該第一部段構件相對於該基座構件圍繞至少兩個旋轉軸旋轉；一第二部段構件；及操作地耦合該第一部段構件和該第二部段構件的一第二關節構件，其中該第二關節構件被配置為使該第二部段構件相對於該第一部段構件圍繞至少一個旋轉軸旋轉；其中該第一部段構件或該第二部段構件中的至少一者具有一彎曲的形狀。