[发明专利]机器人操纵器

说明书

本文描述了用于机器人操纵器的系统、装置和方法，该机器人操纵器包括基座、第一部段、操作性地耦合基座和第一部段的第一关节、第二部段以及操作性地耦合第一部段和第二部段的第二关节。第一关节被配置为使第一部段相对于基座围绕至少两个旋转轴旋转。第二关节被配置为使第二部段相对于第一部段围绕至少一个旋转轴旋转。

背景技术

传统的机器人操纵器使用一个或多个90度关节(具有肘状布置)用于各种任务，包括但不限于操纵对象、数据采集、行走(locomotion)、飞行、结构支撑等。这种配置会在每个关节周围消耗大量的扭矩，因此需要大量的机械能来运行。此外，90度关节可以易于将物体压碎或在关节处夹紧衣物。

发明内容

在一些实现方案中，机器人操纵器包括基座、第一部段、操作性地耦接所述基座和所述第一部段的第一关节。所述第一关节被配置为使所述第一部段相对于所述基座围绕至少两个旋转轴旋转。机器人操纵器还包括第二部段和第二关节，所述第二关节操作性地耦合所述第一部段和所述第二部段，其中所述第二关节配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕至少一个旋转轴旋转。所述第一部段或所述第二部段中的至少一个具有弯曲的形状。

在一些实现方案中，所述第一部段或所述第二部段中的至少一个是刚性的并且沿长度尺寸弯曲。

在一些实现方案中，所述第一部段或所述第二部段中的每一个都是刚性的并且沿长度尺寸弯曲。

在一些实现方案中，所述第一部段或所述第二部段中的至少一个包括具有弯曲的形状的中空圆柱形结构。

在一些实现方案中，所述第一关节包括三齿轮差速器，以使所述第一部段相对于所述基座围绕所述至少两个旋转轴旋转。

在一些实现方案中，所述三齿轮差速器包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮。所述第一齿轮和所述第二齿轮具有相同的大小。

在一些实现方案中，所述第一齿轮被配置成使得所述第一齿轮的齿支撑表面面对所述第二齿轮的齿支撑表面。所述第一齿轮的轴和所述第二齿轮的轴是同轴的。所述第三齿轮操作性地耦合到所述第一部段。所述第三齿轮具有与所述第一齿轮和所述第二齿轮的齿啮合的齿，使得所述第一齿轮和所述第二齿轮的移动转换成所述第一部段的移动。

在一些实现方案中，所述第一齿轮和所述第二齿轮由分开的第一电机驱动。所述分开的第一电机中的每一个是被配置用于连续旋转的多圈旋转伺服机构。

在一些实现方案中，所述第一齿轮、所述第二齿轮和所述第三齿轮中的每一个是锥齿轮。所述第一齿轮和所述第二齿轮以相同的角速度按相同的方向旋转致使所述第一部段以所述相同的角速度按所述相同的方向旋转。所述第一齿轮和所述第二齿轮按不同的方向或不同的角速度中的至少一者旋转致使所述第一部段围绕所述第三齿轮的轴旋转。

在一些实现方案中，所述基座进一步包括操作性地耦合到所述第一关节的支撑元件，所述支撑元件被配置为提供与所述第一部段的运动方向相反的反作用力。

在一些实现方案中，所述支撑元件包括弹簧加载的设备，用以提供机械力以围绕所述第一关节的所述至少两个旋转轴中的一个旋转轴按一个旋转方向偏置所述第一部段。

在一些实现方案中，所述支撑元件包括至少一个弹簧，所述至少一个弹簧操作性地耦合到至少一个渐进式偏心凸出部，所述至少一个渐进式偏心凸出部固定到绕所述至少两个旋转轴中的一个旋转轴与所述第一部段一起旋转的支架。所述弹簧被配置为响应于所述第一部段的所述运动而压缩或延伸以存储对应于所述反作用力的机械能。

在一些实现方案中，所述第二关节包括第二电机，所述第二电机被配置为使所述第二部段相对于所述第一部段围绕所述至少一个旋转轴旋转。所述第二电机是多圈旋转伺服机构。

在一些实现方案中，所述第二关节包括至少一根线缆穿过的中空孔。所述至少一根线缆穿过所述第一部段。