本實(shí)用新型涉及人工智能領(lǐng)域，特別是涉及一種人形機(jī)器人的手臂。本實(shí)用新型還涉及包括這種手臂的人形機(jī)器人。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代的人形機(jī)器人是人工智能的一種重要產(chǎn)品。人形機(jī)器人具有從形態(tài)上大體類似于人體的頭部、軀干和四肢。通過(guò)與相應(yīng)的控制系統(tǒng)配合，機(jī)器人可以完成多種動(dòng)作。

然而，為了降低機(jī)器人的生產(chǎn)成本，通常將機(jī)器人的四肢、特別是手臂設(shè)計(jì)成固定在某一慣用的角度，導(dǎo)致不能完成一些動(dòng)作，例如向前伸手的同時(shí)翻轉(zhuǎn)手掌。由此，這種人形機(jī)器人的體驗(yàn)效果并不好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型提出了一種機(jī)器人手臂，其包括：上臂和通過(guò)活動(dòng)關(guān)節(jié)與上臂的遠(yuǎn)端部相連的前臂。前臂能相對(duì)于上臂進(jìn)行折疊運(yùn)動(dòng)和沿著前臂的縱軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)本實(shí)用新型的機(jī)器人手臂，前臂具有折疊運(yùn)動(dòng)自由度和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度，這樣即使上臂不作任何運(yùn)動(dòng)，前臂也能帶動(dòng)安裝在前臂上的手實(shí)現(xiàn)向前伸出同時(shí)翻轉(zhuǎn)手掌的運(yùn)動(dòng)。由此，這種機(jī)器人手臂能實(shí)現(xiàn)與人類的手臂更加類似的功能，由此可以提高使用這種機(jī)器人手臂的人形機(jī)器人的體驗(yàn)效果。

在一個(gè)實(shí)施例中，活動(dòng)關(guān)節(jié)包括與上臂活動(dòng)連接的連接框和與連接框轉(zhuǎn)動(dòng)連接的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸與前臂固定相連。這種活動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，有助于降低其生產(chǎn)成本，而且極大地降低了機(jī)器人手臂的重量。特別是，當(dāng)活動(dòng)關(guān)節(jié)由剛度很大的輕質(zhì)材料例如鋁合金制成時(shí)，情況更是如此。

在一個(gè)實(shí)施例中，上臂與連接框?yàn)殂q鏈連接，鉸鏈連接的鉸接軸在冠狀面內(nèi)延伸并且與前臂的軸線垂直。這樣，上臂可以相對(duì)于前臂做折疊運(yùn)動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，在連接框的中部構(gòu)造有承接環(huán)，轉(zhuǎn)軸延伸穿過(guò)承接環(huán)并且與承接環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)地接合在一起。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸可沿其縱軸在承接環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)了前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)。

在一個(gè)實(shí)施例中，在承接環(huán)的內(nèi)側(cè)壁上構(gòu)造有滑槽，在轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁上構(gòu)造有與滑槽配合的凸起。通過(guò)凸起與滑槽的配合，可以防止轉(zhuǎn)軸與承接環(huán)脫開，從而能提高前臂與上臂的連接穩(wěn)定性。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在滑槽內(nèi)設(shè)置有擋體而使滑槽在周向上僅延伸0到180度。換句話說(shuō)，滑槽并不形成完整的圓，而僅僅是圓的一部分。這樣，轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度就會(huì)小于360度，并且因此前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于360度。實(shí)際上，人類的手臂也不能轉(zhuǎn)動(dòng)360度。由此，通過(guò)這種設(shè)計(jì)的滑槽，使得前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)更加類似于人類，從而進(jìn)一步提高了體驗(yàn)效果。

在一個(gè)實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)軸和連接框之間連接有復(fù)位彈簧。在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)位彈簧的數(shù)量為兩個(gè)并且安裝在滑槽內(nèi)，兩個(gè)復(fù)位彈簧分別連接在凸起與擋體的兩個(gè)端部之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)位彈簧連接在轉(zhuǎn)軸的端部和連接框之間。通過(guò)設(shè)置復(fù)位彈簧，在前臂發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，在解除外力的情況下，還可以自動(dòng)復(fù)位到初始狀態(tài)。由此，在機(jī)器人使用后，人員無(wú)需手動(dòng)操作機(jī)器人手臂以使其復(fù)位，而且可以等待其自動(dòng)復(fù)位，這對(duì)于收納機(jī)器人而言是非常有利的，這是由于在此期間人員可以騰出時(shí)間收拾其他物品。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在滑槽內(nèi)填充有阻尼液體。阻尼液體可以減緩前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于能自動(dòng)回位的前臂而言，這是非常重要的，這是由于阻尼液體的阻力會(huì)抵抗彈簧的拉力，由此使得前臂以較慢的速度回位，這可防止自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的前臂激烈碰撞其他物品而造成損害。

在一個(gè)實(shí)施例中，在上臂內(nèi)設(shè)置有第一伺服器，在前臂內(nèi)設(shè)置有第二伺服器，連接框與第一伺服器連接，轉(zhuǎn)軸與第二伺服器連接。根據(jù)這種設(shè)置，第一伺服器用于驅(qū)動(dòng)連接框的樞軸運(yùn)動(dòng)，從而使前臂相對(duì)于上臂發(fā)生折疊運(yùn)動(dòng)。第二伺服器用于驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使前臂相對(duì)于上臂發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。由于轉(zhuǎn)動(dòng)不需要克服重力做功，第二伺服器可以比第一伺服器更加小型化。這樣前臂的周向尺寸可小于上臂的周向尺寸，這也更加符合人手臂的形狀。

本實(shí)用新型還提出了一種機(jī)器人，其包括軀干和根據(jù)上文所述的機(jī)器人手臂。該機(jī)器人手臂的上臂的近端部與軀干相連，并且上臂能相對(duì)于軀干前后擺動(dòng)或上下運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這種機(jī)器人，即使上臂不能像人類手臂那樣相對(duì)于軀干靈活運(yùn)動(dòng)，而是僅能前后擺動(dòng)或上下運(yùn)動(dòng)，前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)也彌補(bǔ)了這種缺憾。另外，這樣還可以避免上臂的多余動(dòng)作消耗電能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)至少在于：(1)根據(jù)本實(shí)用新型的機(jī)器人手臂，能實(shí)現(xiàn)與人類的手臂更加類似的功能，由此可以提高使用這種機(jī)器人手臂的人形機(jī)器人的體驗(yàn)效果。(2)根據(jù)本實(shí)用新型的機(jī)器人，即使上臂不能像人類手臂那樣相對(duì)于軀干靈活運(yùn)動(dòng)，而是僅能前后擺動(dòng)或上下運(yùn)動(dòng)，前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)也彌補(bǔ)了這種缺憾。另外，這樣還可以避免上臂的多余動(dòng)作消耗電能。

附圖說(shuō)明

在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來(lái)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中：

圖1示意性地顯示了一些解剖學(xué)用語(yǔ)。

圖2示意性地顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的活動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)。

圖3示意性地顯示了承接環(huán)與轉(zhuǎn)軸的連接結(jié)構(gòu)。

圖4示意性地顯示了根據(jù)本實(shí)用新型的機(jī)器人。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

為了更方便地描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，首先根據(jù)圖1解釋一些解剖學(xué)用語(yǔ)。冠狀面1是沿左右方向?qū)⑷梭w縱切為前后兩部分的面。近端部是指肢體的更接近于軀干的端部。遠(yuǎn)端部是指肢體的更遠(yuǎn)離于軀干的端部。

圖2示意性地顯示了本實(shí)用新型的活動(dòng)關(guān)節(jié)20的結(jié)構(gòu)?；顒?dòng)關(guān)節(jié)20安裝在手臂45上，并且連接在上臂41和前臂42之間，以使得前臂42能相對(duì)于上臂41進(jìn)行折疊運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)于其自身的縱軸y而轉(zhuǎn)動(dòng)。從圖4可知，上臂41的近端部43與機(jī)器人46的軀干44活動(dòng)式相連，以使得手臂45能夠相對(duì)于軀干44做出動(dòng)作，如上下運(yùn)動(dòng)，前后擺動(dòng)。

返回到圖2，來(lái)看活動(dòng)關(guān)節(jié)20的結(jié)構(gòu)?；顒?dòng)關(guān)節(jié)20包括連接框21和與連接框21轉(zhuǎn)動(dòng)連接的轉(zhuǎn)軸22。連接框21構(gòu)造為大體呈矩形框狀。在該矩形框的一條邊與上臂41鉸鏈連接在一起，并且該鉸鏈連接的鉸鏈軸23在冠狀面1內(nèi)延伸并且與前臂的縱軸y大體垂直。轉(zhuǎn)軸22則與前臂42固定連接在一起。這樣，通過(guò)活動(dòng)關(guān)節(jié)20的鉸鏈連接，可使得前臂42能夠相對(duì)于上臂41作折疊運(yùn)動(dòng)。此外，通過(guò)轉(zhuǎn)軸22與連接框21的轉(zhuǎn)動(dòng)連接，可使得前臂42能相對(duì)于上臂41作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸22與連接框21的轉(zhuǎn)動(dòng)連接，在連接框21上構(gòu)造有一個(gè)承接環(huán)31，轉(zhuǎn)軸22則延伸穿過(guò)承接環(huán)31并且與承接環(huán)31活動(dòng)地接合在一起。例如，將轉(zhuǎn)軸22的端部221橫向尺寸構(gòu)造為大于承接環(huán)31的直徑，就可以防止轉(zhuǎn)軸22與承接環(huán)31脫開。

圖3以俯視圖示意性地顯示了轉(zhuǎn)軸22與承接環(huán)31連接的一個(gè)實(shí)施例。如圖3所示，在承接環(huán)31的內(nèi)壁上構(gòu)造有滑槽32，并且在轉(zhuǎn)軸22的側(cè)壁上構(gòu)造有與滑槽32配合的凸起33。這樣，通過(guò)將凸起33安裝到滑槽32內(nèi)，就可以使轉(zhuǎn)軸22與承接環(huán)31能轉(zhuǎn)動(dòng)地連接在一起。此外，凸起33與滑槽32的配合可以防止轉(zhuǎn)軸22沿著前臂42的縱軸y的方向發(fā)生竄動(dòng)，由此前臂42與上臂41可以穩(wěn)定地連接在一起。優(yōu)選地，滑槽32并不是一個(gè)完整的圓，而是通過(guò)擋體321形成在周向上延伸角度為0到180之間的圓弧。在一個(gè)實(shí)施例中，圓弧的延伸角度可以為30度、45度、60度、90度、120度、150度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有其他延伸角度的圓弧。這樣，前臂42就只能在一定角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，而不是在整個(gè)圓周上轉(zhuǎn)動(dòng)。這與人的前臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度非常類似，從而提高了產(chǎn)品的體驗(yàn)效果。

此外，還可以在轉(zhuǎn)軸22和連接框21之間連接復(fù)位彈簧，以使得在前臂42轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后能自動(dòng)復(fù)位。如圖2所示，可以在轉(zhuǎn)軸22的端部221與連接框21之間設(shè)置復(fù)位彈簧222。當(dāng)轉(zhuǎn)軸22在外力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，復(fù)位彈簧222被拉伸。當(dāng)撤去外力時(shí)，復(fù)位彈簧222收縮而使轉(zhuǎn)軸22反轉(zhuǎn)到其初始狀態(tài)。此外，還可以如圖3所示的那樣，在凸起33和滑槽32的兩端之間分別安裝復(fù)位彈簧222’和222”。同樣，當(dāng)轉(zhuǎn)軸22在外力作用下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，復(fù)位彈簧222’被擠壓，而復(fù)位彈簧222”被拉伸。當(dāng)撤去外力時(shí)，復(fù)位彈簧222’和222”同時(shí)作用而使轉(zhuǎn)軸22反轉(zhuǎn)到其初始狀態(tài)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)需要而在活動(dòng)關(guān)節(jié)20內(nèi)設(shè)置圖2所示的復(fù)位彈簧222或圖3所示的復(fù)位彈簧222’和222”，也可以設(shè)置這兩種形式的復(fù)位彈簧。

優(yōu)選地，在設(shè)置復(fù)位彈簧的情況下，在滑槽32內(nèi)填充阻尼液體，例如阻尼油。阻尼油是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，這里不再贅述。阻尼油可降低轉(zhuǎn)軸22在復(fù)位彈簧的作用下的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，這可以極大地提高產(chǎn)品的體驗(yàn)效果和安全程度。另外，阻尼油還可以對(duì)凸起33在滑槽32內(nèi)的運(yùn)動(dòng)起到潤(rùn)滑作用，減小磨損。對(duì)于圖3所示的在滑槽32內(nèi)安裝復(fù)位彈簧的情況，在滑槽32內(nèi)填充阻尼油也是有益的。這是由于，阻尼油會(huì)防止復(fù)位彈簧被氧化，從而提高其使用壽命。還應(yīng)理解的是，在填充阻尼油后，滑槽32應(yīng)當(dāng)密封，以防止阻尼油泄露。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，可以采用常規(guī)的密封手段，這里不再贅述。

再來(lái)看圖2，可在上臂41內(nèi)設(shè)置有第一伺服器50，在前臂32內(nèi)設(shè)置有第二伺服器51。連接框21與第一伺服器50鉸鏈連接在一起，轉(zhuǎn)軸22與第二伺服器51固定連接。第一伺服器50和第二伺服器51可以選擇為電機(jī)。

當(dāng)?shù)谝凰欧?0工作時(shí)，通過(guò)連接框21與第一伺服器50的鉸鏈連接，前臂42會(huì)相對(duì)于上臂41進(jìn)行折疊運(yùn)動(dòng)或保持在某一折疊角度處。當(dāng)?shù)诙欧?1工作時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)軸與連接框21的轉(zhuǎn)動(dòng)連接，前臂42會(huì)相對(duì)于上臂41進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)或保持在某一轉(zhuǎn)動(dòng)角度處。當(dāng)然，第一伺服器50和第二伺服器51也可以同時(shí)工作，使得前臂42在相對(duì)于上臂41進(jìn)行折疊運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)方式可以通過(guò)后臺(tái)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)(這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于實(shí)現(xiàn)的)，第一伺服器50和第二伺服器51的類型也是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，這里不再贅述。

雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述，但在不脫離本實(shí)用新型的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來(lái)。本實(shí)用新型并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。