CN114080301A - 独立平移的同轴机器人臂和感知壳体 - Google Patents

Abstract

一种机器人装置可以包括限定偏转轴线的立柱(500)。机器人装置还可以包括臂关节(714)，该臂关节在沿偏转轴线的第一位置处可旋转地连接到立柱(500)并且配置为绕偏转轴线旋转。机器人装置还可以包括致动器(600)，该致动器(600)包括限定通孔(606)的环(602,604)。立柱(500)可以在沿着偏转轴线的第二位置处固定地连接到环(604)并且可以延伸穿过通孔(606)。致动器(600)可以连接到臂关节(714)并且配置为使臂关节(714)绕偏转轴线旋转而不使立柱(500)旋转。

Description

独立平移的同轴机器人臂和感知壳体

技术领域

背景技术

随着技术的进步，正在创建各种类型的机器人装置来执行可以帮助用户的各种功能。机器人装置可以用于涉及材料处理、运输、焊接、组装和分配等的应用。随着时间的推移，这些机器人***操作的方式正变得更加智能、高效和直观。随着机器人***在现代生活的许多方面变得越来越普遍，期望机器人***是高效的。因此，对高效机器人***的需求有助于在致动器、移动、感测技术以及部件设计和组装方面开辟创新领域。

发明内容

机器人装置可以包括立柱，该立柱用于将机器人装置的多个部件安装到其上。在一些实施方式中，这些部件可以各自同轴或近似同轴，并且一些部件可以旋转地连接到立柱。例如，机器人臂的臂关节可以在沿立柱的第一点处连接，而另一附加物，例如杆、感知壳体或另一机器人臂，可以在沿立柱的另一点处连接到转接器。臂关节可以被配置为围绕立柱旋转并且可以通过致动器致动，该致动器限定了立柱延伸穿过的通孔，从而容纳立柱结构。致动器可以包括固定地连接到立柱的壳体和旋转地连接到壳体并固定地连接到臂关节的毂。通过在沿立柱的不同点处连接机器人部件，每个部件可以能够独立于其他部件移动，同时允许这些部件连续堆叠以生成所需的机器人结构。

在第一示例实施方式中，提供了一种机器人装置，其包括限定偏转轴线的立柱。该机器人装置还包括臂关节，该臂关节在沿偏转轴线的第一位置处可旋转地连接到立柱并且被配置为绕偏转轴线旋转。该机器人装置还包括致动器，该致动器包括限定通孔的环。立柱在沿着偏转轴线的第二位置处固定地连接到环并且延伸穿过通孔。致动器连接到臂关节并且被配置为围绕偏转轴线旋转臂关节而不使立柱旋转。

在第二示例实施方式中，提供了一种致动器，其包括电机和将电机连接到输出齿轮的齿轮系。致动器还包括限定通孔并具有围绕其一部分设置的齿圈的毂。毂可固定地连接到关节。该通孔为具有偏转轴线的立柱的延伸通过提供间隙，关节被配置为围绕该偏转轴线旋转。致动器另外包括与毂同心、可旋转地联接到毂并且围绕毂的壳体。壳体可固定地连接到立柱。致动器还包括将齿轮系固定地连接到壳体的环状板，使得输出齿轮与齿圈啮合以相对于壳体旋转毂。

在第三示例实施方式中，提供了一种方法，该方法包括使连接到机器人装置的臂关节的致动器围绕机器人装置的立柱的偏转轴线旋转臂关节。臂关节可以在沿偏转轴线的第一位置处可旋转地连接到立柱。致动器可以包括限定通孔的环。立柱可以在沿着偏转轴线的第二位置处固定地连接到环并且可以延伸穿过通孔。当致动器围绕偏转轴线旋转臂关节时，立柱和连接到立柱的第一端的转接器可以相对于立柱的第二端连接到的基座保持在恒定的旋转位置。该方法还可以包括使连接到转接器的附加物旋转。旋转可以相对于转接器并且独立于臂关节绕偏转轴线的旋转。

在第四示例实施方式中，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，其包括在由计算设备执行时使计算设备执行操作的指令。操作包括使连接到机器人装置的臂关节的致动器围绕机器人装置的立柱的偏转轴线旋转臂关节。臂关节可以在沿偏转轴线的第一位置处可旋转地连接到立柱。致动器可以包括限定通孔的环。立柱可以在沿着偏转轴线的第二位置处固定地连接到环并且可以延伸穿过通孔。当致动器围绕偏转轴旋转臂关节时，立柱和连接到立柱的第一端的转接器可以相对于立柱的第二端连接到的基座保持在恒定的旋转位置。操作还可以包括使连接到转接器的附加物旋转。旋转可以相对于转接器并且独立于臂关节绕偏转轴线的旋转。

通过阅读以下详细描述并适当地参考附图，这些以及其他实施方式、方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员将变得明显。此外，本文提供的该概述和其他描述和图旨在仅通过示例的方式来说明实施方式，并且因此，许多变化是可能的。例如，结构元件和工艺步骤可以重新排列、组合、分布、消除或以其他方式改变，同时保持在所要求保护的实施方式的范围内。

附图说明

图1示出了根据示例实施方式的机器人***的构造。

图2示出了根据示例实施方式的移动机器人。

图3示出了根据示例实施方式的移动机器人的分解图。

图4示出了根据示例实施方式的机器人臂。

图5示出了根据示例实施方式的立柱(spine)。

图6A和图6B示出了根据示例实施方式的致动器。

图7示出了根据示例实施方式的立柱和致动器的组件。

图8A、图8B和图8C示出了根据示例实施方式的致动器的部分的分解图。

图9示出了根据示例实施方式的流程图。

具体实施方式

在此描述了示例方法、装置和***。应当理解，词语“示例”和“示例性”在此用于表示“用作示例、实例或说明”。在此描述为“示例”、“示例性”和/或“说明性”的任何实施方式或特征不一定被解释为优于或好于其他实施方式或特征，除非如此说明。因此，在不脱离这里提出的主题的范围的情况下，可以利用其他实施方式并且可以进行其他改变。

因此，这里描述的示例实施方式并不意味着是限制性的。将容易理解，如在此一般性描述的和在附图中示出的本公开的各方面可以以多种不同的构造被布置、替代、组合、分离和设计。

此外，除非上下文另有说明，否则每个附图中示出的特征可以相互组合使用。因此，附图通常应被视为一个或更多个整体实施方式的组成方面，并且应理解并非所有示出的特征对于每个实施方式都是必需的。

此外，在本说明书或权利要求书中对元件、块或步骤的任何列举都是为了清楚起见。因此，此类列举不应被解释为要求或暗示这些元件、块或步骤遵循特定布置或以特定顺序执行。除非另有说明，附图未按比例绘制。

I.概述

一些机器人装置可以包括以同轴或近似同轴的方式堆叠或连接的部件。这种堆叠可以允许每个部件相对于机器人装置的其他部件或相对于环境内物体的预期高度被放置在期望的距离处。在一个示例中，机器人装置可以包括移动基座、连接到移动基座的安装柱、旋转关节(例如，用于机器人装置的臂)、连接到旋转关节的杆和连接到杆的感知壳体。安装柱、旋转臂关节、杆和感知壳体可以各自堆叠在彼此的顶部，并且在一些情况下，可以各自同轴。这种堆叠可以允许臂关节将臂保持在允许抓握低处和高处物体同时允许杆和/或感知壳体上的传感器具有宽的环境视野范围的高度。

然而，因为这些部件被堆叠，一个部件的运动可能引起其他部件中的一些的相应运动。例如，臂关节的旋转可能导致杆和/或感知壳体的成比例旋转，因为这些在结构上串联连接到旋转关节的顶部，而不是独立地连接到机器人装置的基座。因此，旋转第一部件可能需要在一个或更多个其他部件中成比例地反向旋转。因此，多个部件在各自所需方向上的同时旋转可能涉及旋转和反向旋转的复杂组合以实现所需运动。反过来，这可能需要额外的硬件和/或计算复杂性，导致机器人装置更昂贵、响应更慢、使用更多电力并具有额外的可能故障点。

因此，在此提供的示例包括允许多个堆叠的机器人部件独立旋转的结构架构。具体地，该架构提供了立柱，该立柱可固定地连接到机器人装置的基座并且延伸穿过机器人装置的堆叠的部件中的一个或更多个。堆叠的部件可以直接连接到立柱，而不是彼此串联连接，并且这些部件因此可以彼此独立地绕立柱旋转，或彼此独立地相对于立柱保持静止。此外，立柱可以由比机器人装置的其他部件(例如，模制塑料)更坚固的材料(例如，金属)制造，从而提供比单独部件的串联连接更高的稳定性。

在一个示例中，立柱可以延伸穿过安装柱和旋转关节并且在其第一端提供用于连接到杆、感知壳体和/或另一附加物的转接器。臂关节可以可旋转地连接到立柱并且被配置为旋转而不引起立柱、杆、感知壳体和/或连接到立柱的其他部件的相应旋转。也就是，立柱可以相对于其基座保持在旋转恒定位置，从而提供固定结构，不同部件可以相对于该固定结构连接和/或独立地移动。杆和/或感知壳体可以在立柱的顶端连接到转接器板。在一些实现方式中，立柱可以延伸穿过多个旋转关节。例如，机器人装置可以按堆叠顺序包括安装柱、第一旋转关节、间隔件、第二旋转关节以及用于杆、感知壳体或一些其他附加物(例如，另一臂)的转接器。

为了容纳立柱，旋转关节可以由设计为与该机器人架构配合的致动器致动。即，致动器可以包括毂(hub)和与毂同心并旋转地连接到毂的壳体。毂可以限定足够大以允许立柱延伸穿过的通孔(bore)。类似地，壳体可以限定足够大以容纳毂的第二通孔。壳体可以固定地连接到立柱，而毂可以固定地连接到旋转关节。因此，由于毂和壳体旋转地连接，通过致动器将旋转关节连接到立柱在立柱和旋转关节之间产生致动的旋转连接。

致动器可以由通过齿轮系和一个或更多个转接器连接到壳体的电机驱动。齿轮系的输出齿轮可以定位成与设置在毂的一部分周围的齿圈啮合，从而允许电机引起毂相对于壳体的旋转。电机和齿轮系可以堆叠在一起，并且当连接到壳体时，该电机组件可以沿着壳体的周界而不是靠近其中心定位，以提供与立柱的间隙。电机和齿轮系的旋转轴线因此可以平行于由立柱限定的偏转轴线(yaw axis)。

立柱可以包括中空芯和沿立柱提供通向中空芯的通路的一个或更多个孔。中空芯可以用于沿立柱将线布线到各种部件。例如，电源线和信号线可以从立柱底端附近的孔穿过中空芯布线到致动器附近的位置，以允许这些线连接到致动器。类似地，电源线和信号线可以从底部附近的孔穿过中空芯布线到立柱顶端附近的位置，以允许这些线连接到旋转关节(例如，连接到该关节的机器人臂中的传感器和电机)和/或连接于转接器的部件(例如，杆、感知壳体、其上的传感器等)。

值得注意的是，与旋转关节的电连接可以通过时钟弹簧的方式提供。时钟弹簧可以包括随着旋转关节旋转而缠绕和解开的线。在一些实现方式中，可以使用一个或更多个滑环代替时钟弹簧，从而允许臂关节在不受时钟弹簧中可用的线的长度施加的任何限制的情况下旋转。然而，值得注意的是，时钟弹簧可以提供更高的信号完整性和更少的噪声，因为它提供了不像滑环那样依赖于电刷的恒定电连接。

II.示例机器人***

图1示出了可结合在此描述的实现方式使用的机器人***的示例构造。机器人***100可以被配置为自主地、半自主地或使用由用户(们)提供的指示而操作。机器人***100可以以各种形式实现，诸如机器人臂、工业机器人或一些其他布置。一些示例实现方式涉及设计成大规模低成本并且设计成支持各种任务的机器人***100。机器人***100可以被设计成能够在人周围操作。机器人***100也可以针对机器学习被优化。在整个本说明书中，机器人***100也可以被称为机器人、机器人装置或移动机器人，以及其他名称。

如图1所示，机器人***100可以包括处理器(们)102、数据存储部104和控制器(们)108，它们一起可以是控制***118的部分。机器人***100还可以包括传感器(们)112、动力源(们)114、机械部件110和电气部件116。尽管如此，机器人***100出于说明的目的被示出，并且可以包括更多或更少的部件。机器人***100的各种部件可以任何方式连接，包括有线或无线连接。此外，在一些示例中，机器人***100的部件可以分布在多个物理实体而不是单个物理实体当中。也可以存在机器人***100的其他示例说明。

处理器(们)102可以作为一个或更多个通用硬件处理器或专用硬件处理器(例如，数字信号处理器、专用集成电路等)操作。处理器(们)102可以被配置为执行计算机可读程序指令106并操作数据107，计算机可读程序指令106和数据107两者都存储在数据存储部104中。处理器(们)102还可以直接或间接地与机器人***100的其他部件(诸如传感器(们)112、动力源(们)114、机械部件110或电气部件116)交互。

数据存储部104可以是一种或更多种类型的硬件存储器。例如，数据存储部104可以包括可由处理器(们)102读取或访问的一个或更多个计算机可读存储介质或采取可由处理器(们)102读取或访问的一个或更多个计算机可读存储介质的形式。所述一个或更多个计算机可读存储介质可以包括易失性或非易失性存储部件，诸如光、磁、有机或另一种类型的存储器或存储部，其可以整体或部分地与处理器(们)102集成。在一些实现方式中，数据存储部104可以是单个物理器件。在其他实现方式中，数据存储部104可以使用两个或更多个物理器件来实现，这些物理器件可以经由有线或无线通信相互通信。如前所述，数据存储部104可以包括计算机可读程序指令106和数据107。数据107可以是任何类型的数据，诸如配置数据、传感器数据或诊断数据等。

控制器108可以包括一个或更多个电路、数字逻辑单元、计算机芯片或微处理器，其(可能在其他任务当中)被配置为机械部件110、传感器(们)112、动力源(们)114、电气部件116、控制***118或机器人***100的用户的任意组合之间的接口。在一些实现方式中，控制器108可以是专用的嵌入式器件，用于与机器人***100的一个或更多个子***一起执行特定操作。

控制***118可以监控和物理地改变机器人***100的操作条件。这样做时，控制***118可以用作机器人***100的部分之间(诸如机械部件110或电气部件116之间)的链接。在一些情况下，控制***118可以用作机器人***100和另一计算设备之间的接口。此外，控制***118可以用作机器人***100和用户之间的接口。在一些情况下，控制***118可以包括用于与机器人***100通信的各种部件，包括操纵杆、按钮或端口等。上面提到的示例接口和通信可以经由有线连接或无线连接或两者来实现。控制***118也可以为机器人***100执行其他操作。

在操作期间，控制***118可以经由有线或无线连接与机器人***100的其他***通信，并且可以进一步被配置为与机器人的一个或更多个用户通信。作为一个可能的说明，控制***118可以(例如，从用户或从另一机器人)接收输入，该输入指示执行所请求的任务(诸如拾取物体并将其从一个位置移动到另一位置)的指令。基于该输入，控制***118可以执行操作以使机器人***100进行一系列移动以执行所请求的任务。作为另一说明，控制***可以接收指示移动到所请求的位置的指令的输入。作为响应，控制***118(可能在其他部件或***的帮助下)可以确定方向和速度以将机器人***100通过中途环境移动到所请求的位置。

控制***118的操作可以由处理器(们)102执行。替代地，这些操作可以由控制器(们)108或者处理器(们)102和控制器(们)108的组合执行。在一些实现方式中，控制***118可以部分地或全部地驻留在除机器人***100之外的装置上，并且因此可以至少部分地远程控制机器人***100。

机械部件110代表机器人***100的硬件，其可以使机器人***100能够执行物理操作。作为一些示例，机器人***100可以包括一个或更多个物理构件，诸如臂、末端执行器、头部、颈部、躯干、基座和轮子。机器人***100的物理构件或其他部分还可以包括布置成使物理构件相对于彼此移动的致动器。机器人***100还可以包括用于容纳控制***118或其他部件的一个或更多个结构化体，并且还可以包括其他类型的机械部件。给定机器人中使用的特定机械部件110可以基于机器人的设计而变化，并且还可以基于机器人可被配置为执行的操作或任务。

在一些示例中，机械部件110可以包括一个或更多个可移除部件。机器人***100可以被配置为添加或移除这样的可移除部件，这可能涉及来自用户或另一机器人的帮助。例如，机器人***100可以配置有可根据需要或期望被替换或改变的可移除的末端执行器或手指。在一些实现方式中，机器人***100可以包括一个或更多个可移除的或可替换的电池单元、控制***、动力***、缓冲器或传感器。在一些实现方式内可以包括其他类型的可移除部件。

机器人***100可以包括布置成感测机器人***100的各方面的传感器(们)112。传感器(们)112可以包括一个或更多个力传感器、扭矩传感器、速度传感器、加速度传感器、位置传感器、接近传感器、运动传感器、位置传感器、负载传感器、温度传感器、触摸传感器、深度传感器、超声测距传感器、红外传感器、物体传感器或相机等。在一些示例中，机器人***100可以被配置为从与机器人物理分离的传感器(例如，位于其他机器人上或位于机器人正在其中操作的环境内的传感器)接收传感器数据。

传感器(们)112可以(可能以数据107的方式)将传感器数据提供给处理器(们)102以允许机器人***100与其环境交互，以及监控机器人***100的操作。传感器数据可以用于评估控制***118对机械部件110和电气部件116的激活、移动和去激活的各种因素。例如，传感器(们)112可以捕获对应于环境地形或附近物体的位置的数据，这可以有助于环境识别和导航。

在一些示例中，传感器(们)112可以包括RADAR(例如，用于远距离物体检测、距离确定或速度确定)、LIDAR(例如，用于短距离物体检测、距离确定或速度确定)、SONAR(例如，用于水下物体检测、距离确定或速度确定)、

(例如，用于运动捕捉)、一个或更多个相机(例如，用于3D视觉的立体相机)、全球定位***(GPS)收发器或用于捕获机器人***100正在其中操作的环境的信息的其他传感器。传感器(们)112可以实时监控环境，并检测障碍物、地形元素、天气条件、温度或环境的其他方面。在另一示例中，传感器(们)112可以捕获与目标或所识别的物体的一个或更多个特性(诸如物体的大小、形状、轮廓、结构或取向)对应的数据。

此外，机器人***100可以包括配置为接收指示机器人***100的状态的信息的传感器(们)112，包括可以监控机器人***100的各种部件的状态的传感器(们)112。传感器(们)112可以测量机器人***100的***的活动并且基于机器人***100的各种特征的操作(诸如可伸展臂、末端执行器或机器人***100的其他机械或电气特征的操作)接收信息。由传感器(们)112提供的数据可以使控制***118能够确定操作中的错误以及监控机器人***100的部件的整体操作。

作为示例，机器人***100可以使用力/扭矩传感器来测量机器人***100的各种部件上的负载。在一些实现方式中，机器人***100可以包括臂或末端执行器上的一个或更多个力/扭矩传感器以测量使臂或末端执行器的一个或更多个构件移动的致动器上的负载。在一些示例中，机器人***100可以包括在腕部或末端执行器处或附近但不在机器人臂的其他关节处或附近的力/扭矩传感器。在另外的示例中，机器人***100可以使用一个或更多个位置传感器来感测机器人***的致动器的位置。例如，这种位置传感器可以感测臂或末端执行器上的致动器的伸展、缩回、定位或旋转的状态。

作为另一示例，传感器(们)112可以包括一个或更多个速度或加速度传感器。例如，传感器(们)112可以包括惯性测量单元(IMU)。IMU可以感测相对于重力矢量的通用坐标系中的速度和加速度。然后可以基于IMU在机器人***100中的位置和机器人***100的运动学特性将IMU感测到的速度和加速度转换为机器人***100的速度和加速度。

机器人***100可以包括这里没有明确讨论的其他类型的传感器。附加地或替代地，机器人***可以出于此处未列举的目的而使用特定传感器。

机器人***100还可以包括一个或更多个动力源(们)114，其被配置为向机器人***100的各种部件供应动力。在其他可能的动力***当中，机器人***100可以包括液压***、电气***、电池、或其他类型的动力***。作为示例说明，机器人***100可以包括配置为向机器人***100的部件提供电荷的一个或更多个电池。机械部件110或电气部件116中的一些可以各自连接到不同的动力源，可以由相同的动力源供应动力，或者可以由多个动力源供应动力。

任何类型的动力源都可以用于为机器人***100供应动力，诸如电力或汽油发动机。附加地或替代地，机器人***100可以包括配置为使用流体动力向机械部件110提供动力的液压***。例如，机器人***100的部件可以基于液压流体在整个液压***中传输到各种液压电机和液压缸来操作。液压***可以通过经由管道、柔性软管或机器人***100的部件之间的其他链接加压液压流体的方式来传输液压动力。动力源(们)114可以使用各种类型的充填方式来充填(charge)，诸如到外部电源的有线连接、无线充电、燃烧或其他示例。

电气部件116可以包括能够处理、传输或提供电荷或电信号的各种机构。在可能的示例当中，电气部件116可以包括电线、电路或无线通信发射器和接收器以使机器人***100能够操作。电气部件116可以与机械部件110相互作用以使机器人***100能够执行各种操作。例如，电气部件116可以被配置为从动力源(们)114向各种机械部件110提供动力。此外，机器人***100可以包括电机。也可以存在电气部件116的其他示例。

机器人***100可以包括主体，其可以连接到或容纳机器人***的附加物和部件。因此，主体的结构可以在示例中变化，并且可以进一步取决于给定机器人可能已被设计为执行的特定操作。例如，为承载重物而开发的机器人可以具有能够放置负载的宽主体。类似地，为在狭小空间中操作而设计的机器人可以具有相对较高、较窄的主体。此外，主体或其他部件可以使用各种类型的材料(诸如金属或塑料)开发。在其他示例中，机器人可以具有拥有不同结构或由各种类型的材料制成的主体。

主体或其他部件可以包括或承载传感器(们)112。这些传感器可以定位在机器人***100上的各种位置，诸如在主体、头部、颈部、基座、躯干、臂或末端执行器等上。

机器人***100可以被配置为承载负载，诸如待运输的一种货物。在一些示例中，负载可以由机器人***100放置在附接到机器人***100的箱柜或其他容器中。负载还可以代表机器人***100可利用的外部电池或其他类型的动力源(例如，太阳能电池板)。承载负载代表机器人***100可被配置使用的一种示例，但是机器人***100也可以被配置为执行其他操作。

如上所述，机器人***100可以包括各种类型的附加物、轮子、末端执行器、抓握器件等。在一些示例中，机器人***100可以包括具有轮子、踏板或一些其他形式的移动力(locomotion)的移动基座。此外，机器人***100可以包括机器人臂或某种其他形式的机器人操纵器。在移动基座的情况下，基座可以被认为是机械部件110之一并且可以包括由一个或更多个致动器提供动力的轮子，除了主体的其余部分之外，该致动器还允许机器人臂的移动。

图2示出了根据示例实施方式的移动机器人。图3示出了根据示例实施方式的移动机器人的分解图。更具体地，机器人200可以包括移动基座202、中段204、臂206、臂端***(EOAS)208、杆210、感知壳体212和感知套件214。机器人200还可以包括储存在移动基座202中的计算箱216。

移动基座202包括位于机器人200前端从而为机器人200提供移动力的两个驱动轮。移动基座202还包括附加的脚轮(未示出)以有助于移动基座202在地面上的运动。移动基座202可以具有允许容易地移除计算箱216的模块化架构。计算箱216可以用作机器人200的可移除控制***(而不是机械集成的控制***)。在移除外部壳之后，可以容易地移除和/或替换计算箱216。移动基座202也可以被设计成允许额外的模块化。例如，移动基座202也可以被设计成使得动力***、电池和/或外部缓冲器都可以被容易地移除和/或替换。

中段204可以在移动基座202前端附接到移动基座202。中段204包括固定到移动基座202的安装柱。中段204另外包括用于臂206的旋转关节。更具体地，中段204包括臂206的前两个自由度(肩偏转J0关节和肩俯仰J1关节)。安装柱和肩偏转J0关节可以在移动基座202前面形成堆叠塔的一部分。安装柱和肩偏转J0关节可以是同轴的。中段204的安装柱的长度可以被选择以提供具有足够高度的臂206以在通常遇到的高度水平(例如，咖啡桌顶部水平和/或柜台顶部水平)执行操纵任务。中段204的安装柱的长度还可以允许肩俯仰J1关节在不接触移动基座202的情况下在移动基座202上旋转臂206。

当连接到中段204时，臂206可以是7DOF机器人臂。如上所述，臂206的前两个DOF可以包括在中段204中。其余五个DOF可以包括在臂206的独立区段中，如图2和图3所示。臂206可以由塑料整体链接结构制成。臂206内部可以容纳独立的致动器模块、本地电机驱动器和通孔电缆。

EOAS 208可以是在臂206的端部处的末端执行器。EOAS 208可以允许机器人200操纵环境中的物体。如图2和图3所示，EOAS 208可以是夹持器，诸如欠致动夹紧夹持器(underactuated pinch gripper)。夹持器可以包括一个或更多个接触式传感器(诸如力/扭矩传感器)和/或非接触式传感器(诸如一个或更多个相机)，以有助于物体检测和夹持器控制。EOAS 208也可以是不同类型的夹持器(诸如吸力夹持器)或不同类型的工具(诸如钻头或刷子)。EOAS 208也可以是可交换的或包括可交换的部件，诸如夹持器手指。

杆210可以是臂206的肩偏转J0关节与感知壳体212之间的相对长且窄的部件。杆210可以是移动基座202前面的堆叠塔的部分。杆210可以相对于移动基座202固定。杆210可以与中段204同轴。杆210的长度可以有助于被由EOAS 208操纵的物体的感知套件214感知。杆210可以具有一长度使得当肩俯仰J1关节垂直向上旋转时，臂206的大臂(bicep)的最高点与杆210的顶部大致对准。然后，杆210的长度可以足以防止当肩俯仰J1关节垂直向上旋转时感知壳体212和臂206之间的碰撞。

如图2和图3所示，杆210可以包括光检测和测距(激光雷达)传感器。激光雷达传感器可以被配置为收集关于环境的深度信息。激光雷达传感器可以联接到杆210的穿凿(carved-out)部分并且以向下的角度固定。激光雷达位置可以针对定位、导航和针对前崖(front cliff)检测而被优化。

感知壳体212可以包括构成感知套件214的至少一个传感器。感知壳体212可以连接到平移/倾斜控制以允许感知壳体212的重新定向(例如，以查看被EOAS 208操纵的物体)。感知壳体212可以是固定到移动基座202的堆叠塔的一部分。感知壳体212的后部可以与杆210同轴。

感知套件214可以包括配置为收集代表机器人200的环境的传感器数据的传感器套件。感知套件214可以包括红外线(IR)辅助立体深度传感器。感知套件214可以另外包括用于人机交互和背景信息的广角红绿蓝(RGB)相机。感知套件214可以另外包括用于物体分类的高分辨率RGB相机。还可以包括围绕感知壳体212的面光环以用于改善人机交互和场景照明。

图4示出了根据示例实施方式的机器人臂。机器人臂包括7个DOF：肩偏转J0关节、肩俯仰J1关节、大臂滚转J2关节、肘俯仰J3关节、前臂滚转J4关节、腕俯仰J5关节和腕滚转J6关节。每个关节可以联接到一个或更多个致动器。联接到关节的致动器可以可操作以引起链接沿运动链(以及附接到机器人臂的任何末端执行器)的移动。

肩偏转J0关节允许机器人臂朝机器人的前面和后面旋转。该运动的一个有益用途是允许机器人拾起在机器人前面的物体并快速将该物体放在机器人的后部(以及反向运动)。该运动的另一个有益用途是将机器人臂从机器人后面的收起构造快速移动到机器人前面的活动位置(以及反向运动)。

肩俯仰J1关节允许机器人抬起机器人臂(例如，使得大臂向上达到机器人上的感知套件水平)和降低机器人臂(例如，使得大臂刚好在移动基座的上方)。该运动有利于允许机器人在环境中的不同目标高度水平处有效地执行操纵操作(例如，顶部抓握和侧抓握)。例如，肩俯仰J1关节可以旋转到垂直向上位置，以允许机器人容易地操纵环境中桌子上的物体。肩俯仰J1关节可以旋转到垂直向下位置，以允许机器人容易地操纵环境中地面上的物体。

大臂滚转J2关节允许机器人旋转大臂以相对于大臂移动肘部和前臂。该运动可能特别有利于促进感知壳体中的机器人的感知套件清晰地查看EOAS。通过旋转大臂滚转J2关节，机器人可以移出肘部和前臂，以改善对机器人夹持器中保持的物体的视线。

沿着运动链向下移动，交替的俯仰和滚转关节(肩俯仰J1关节、大臂滚转J2关节、肘俯仰J3关节、前臂滚转J4关节、腕俯仰J5关节和腕滚转J6关节)被提供以提高机器人臂的可操纵性。腕俯仰J5关节、腕滚转J6关节和前臂滚转J4关节的轴线相交以减少用于重新定向物体的臂运动。腕滚转J6关节代替腕中的两个俯仰关节被提供，以改善物体旋转。

在一些示例中，诸如图4中所示的机器人臂可能能够在教导模式下操作。具体地，教导模式可以是允许用户与机器人臂物理交互并引导机器人臂执行和记录各种移动的机器人臂的操作模式。在教导模式中，基于旨在教机器人如何执行特定任务的教导输入，外力(例如，由用户)施加到机器人臂。机器人臂因此可以基于来自用户的指令和指导获得关于如何执行特定任务的数据。这种数据可以涉及机械部件的多个构造、关节位置数据、速度数据、加速度数据、扭矩数据、力数据和动力数据等。

在教导模式期间，用户可以在一些示例中抓住EOAS或腕，或者在其他示例中抓住机器人臂的任何部位，并且通过物理移动机器人臂来提供外力。具体地，用户可以引导机器人臂抓住物体，然后将物体从第一位置移动到第二位置。当用户在教导模式期间引导机器人臂时，机器人可以获得和记录与移动相关的数据，使得机器人臂可以被配置为在独立操作期间的未来时间(例如，当机器人臂在教导模式之外独立操作时)独立地执行任务。在一些示例中，物理工作空间中的其他实体(诸如其他物体、机器或机器人***等)也可以施加外力。

III.示例立柱和致动器

图5示出了示例立柱500，其可以用作机器人或其他装置的结构的部分。立柱500包括第一端(即顶端，如图所示)504、第二端(即底端，如图所示)506和凸缘508。立柱500可以替代地称为安装柱、结构柱、脊柱、支柱、柱、塔或杆等。

立柱500可以是具有大于其直径的高度的近似圆筒形(cylindrical)结构，并且在其上包括用于将部件附接到其的多个机械特征。在一些实现方式中，立柱500的底端506可以向外张开或向外延伸以提供更宽的位置(相对于立柱500的其他部分)和用于将立柱500附接到下面的基座、基部或连接点的更大的面积。当各种部件沿着立柱500和在立柱500上方附接时，这种底端还可以提供抵抗立柱500的扭转和弯曲的附加阻力。

在一些实现方式中，立柱500可以被制造为关于偏转轴线和/或关于包含坐标系502的偏转轴线和俯仰轴线的平面对称的两个单独的半部，如图所示。这两个半部随后可以(例如，通过螺钉、螺母和螺栓、铆钉或其他紧固件)固定地连接在一起以形成立柱500。替代地，立柱500可以被制造为单件，或被制造为随后组装在一起的三个或更多个单独件。

在一个示例中，立柱500可以用作机器人200的部分。即，基座端506可以连接到移动基座202，顶端504可以连接到杆210，并且立柱500可以延伸穿过中段204(例如，穿过安装柱和臂206的旋转关节)。因此，从机器人200的外部可能看不到立柱500。然而，立柱500可以为中段204、臂206、杆210和感知壳体212以及其他部件提供结构支撑。此外，如下文更详细地讨论的，立柱500可以提供臂206和感知壳体212的独立偏转旋转。在其他应用中，立柱500可以用于支撑多个臂和附加物，所述多个臂和附加物可旋转地联接到该立柱500并且被配置为彼此独立地旋转。

立柱500可以具有中空芯，并且可以包括提供通向中空芯的通路的孔510、512和514。中空芯和孔510、512和514的组合可以允许在沿着立柱500的不同部分处附接的结构之间布线电缆。例如，基座端506可以连接到容纳计算箱216的移动基座202。信号电缆和/或电力电缆可以通过孔512和中空芯从计算箱216布线到位于孔514周围的机器人部件。类似地，信号电缆和/或电力电缆可以通过孔512和中空芯从计算箱216布线到位于孔510周围和上方的机器人部件。

立柱500可以限定沿其中心线垂直延伸的偏转轴线，因此平行于坐标系502所示的偏转轴线。即，由立柱500限定的偏转轴线可以沿着一条线(例如，立柱500的几何中心线)在顶端504和底端506之间延伸。各种机器人部件可以在立柱500上的不同点和/或区段沿偏转轴线可旋转地和/或固定地连接到立柱500，使得这些部件绕由立柱500限定的偏转轴线旋转。作为一个示例，凸缘508可以用于将致动器(诸如图6A和图6B中所示的致动器)安装到其上。

图6A(侧视图)和6B(俯视图)示出了致动器600，该致动器600可以安装到立柱并且用于引起机器人部件绕立柱的旋转。致动器600包括电机618、齿轮系614和用于将电机618连接到齿轮系614的转接器616。致动器600还包括设置在壳体604内并且可旋转地连接到壳体604的毂602。壳体604可以沿着其周界围绕毂602并且这两个部件可以是同心的以提供其间的可旋转连接。

壳体604和毂602每个大体形状都可以类似于圆筒形环，具有限定在其上或连接到其的各种机械结构。因此，毂602可以限定尺寸适于使立柱500的至少一部分从其穿过的孔606。壳体604可以类似地限定尺寸适于使毂602在其中的第二更大的通孔。壳体604和毂602可以统称为环或者统称为致动器600的环形部分。因此，在一些情况下，致动器600可以被称为环形致动器、环状致动器或中空芯致动器等。

编码器环608可以设置在毂602的一部分周围。配置为感测编码器环608的旋转位置的电路610可以连接到壳体604，使得电路610位于编码器环608附近。编码器环608可以是例如限定由电路610中的磁场传感器感测的磁图案的磁环。编码器环608和电路610可以替代地利用光学编码、电感编码、电容编码或激光编码等。

在一些实现方式中，编码器环608可以在其上包括三个或更多个不同的圆形轨道，每个圆形轨道限定对应的磁序列。这些磁序列可以各自具有不同数量的磁极化，并且因此可以相对于彼此偏移。即，由于磁极化的数量不同，两个轨道上的每对磁极化可能相对于彼此偏移不同的物理距离。因此，电路610可以被配置为基于由三个或更多个轨道中的不同对生成的信号之间的相移(例如，使用Nonius原理)来确定编码器环608的绝对位置。

值得注意的是，在一些实现方式中，考虑到通孔606的尺寸，两个轨道可能不足以提供编码器环608所需的角分辨率。在具有两个轨道的编码器环中，编码器环的分辨率可能由轨道之一上的磁极数决定。在一些情况下，制造限制或电路610确定相移的能力的限制可以决定每个轨道上的最大磁极数(例如，由于最小极距)。因此，两个轨道提供的最大分辨率可能受到限制。通过提供第三轨道，该最大分辨率可以相对于两轨道编码器环加倍，从而允许编码器环608提供期望的分辨率，同时适应通孔606和立柱500的尺寸。

齿轮系614可以通过环状板612连接到壳体604。环状板612可以是与壳体604分离的部件，或者在其他实现方式中，是壳体604的整体子集(integral subset)。环状板612可以定位齿轮系614的输出齿轮，使得输出齿轮与连接到毂602的一个或更多个齿轮啮合。因此，通过驱动电机618，电机618的旋转可以通过齿轮系614转换成毂602相对于壳体604的旋转。因此，通过将壳体604固定地连接到立柱500(例如，通过凸缘508)并将毂602连接到可旋转地联接于立柱500的关节，致动器600可以用于绕由立柱500限定的偏转轴线旋转该关节。

IV.示例立柱和致动器组件

图7示出了立柱500和致动器600的组件。致动器600的壳体604的底部可以(例如，在沿着立柱500的偏转轴线的第一点处)固定地连接到凸缘508，从而将致动器600固定到立柱500。立柱500可以延伸穿过毂602中的通孔606。关节714可以在致动器600上方(例如，在沿着立柱500的偏转轴线的第二点处)可旋转地连接到立柱500，并且可以固定地连接到毂602。因此，当电机618被驱动时，电机618的旋转可以引起毂602相对于壳体604的旋转，导致关节714绕由立柱500限定的偏转轴线的旋转。

电机618和齿轮系614的旋转轴线可以平行于由立柱500限定的偏转轴线，并且可以从其偏移从而在立柱500和电机618/齿轮系614之间提供间隙。因此，电机618和齿轮系614可以更靠近壳体604的周界而不是其中心地连接到壳体604。值得注意的是，通过以这种方式构造致动器600，可以限制机器人的各种部件的尺寸，从而允许更紧凑的机器人设计。例如，图7中所示的组件可以安装在机器人200的中段204内部，而无需任何凸起或对中段的圆筒形形状进行其他改变以容纳立柱500和致动器600。

关节714可以对应于图4中所示的7DOF机器人臂的肩偏转J0关节。关节714可以包括肩部708的至少一部分。肩部708可以是臂206的结构的部分，并且可以设置在立柱500和肩俯仰J1关节之间。关节714还可以包括将肩部708可旋转地连接到立柱500的轴承716。关节714还可以包括将机器人臂的肩部708保持在立柱500周围的支架712。支架712可以固定地连接到毂602和肩部708并且因此可以还用于将毂602的旋转转换成关节714绕立柱500的旋转。在一些实现方式中，支架712可以另外提供机器人装置的各种部件可安装到的结构。例如，如图7所示，支架712可以提供为向其安装风扇，该风扇向机器人提供冷却。

在一些实现方式中，毂602和肩部708可以通过附加支架(未示出)固定地连接在一起，该附加支架有助于将旋转运动从毂602传递到关节714。类似地，立柱500和肩部708可以使用设置在立柱500上的其他点处的一个或更多个附加轴承(未示出)可旋转地连接在一起。此外，可以提供电机710以允许肩部708的一部分通过肩俯仰J1关节绕俯仰轴线旋转。

图7的组件还可以包括安装到立柱500的顶端504的时钟弹簧702。时钟弹簧702可以提供旋转连接，该旋转连接被配置为在该关节旋转时将动力和/或信号传递到关节714。因此，时钟弹簧702可以包括通过在时钟弹簧702周围缠绕的线而彼此电连接的输入连接器706和输出连接器704。当关节714在第一方向上旋转时，时钟弹簧702可以被配置为允许线被这个旋转所涉及的力解开。类似地，当关节714在相反的第二方向上旋转时，时钟弹簧702可以被配置为经由复位弹簧力将线绕回。

从孔512穿过立柱500的中空芯并在立柱500的顶端504处通过孔510离开的一组电缆可以连接到输入连接器706。关节714和机器人臂206的部件可以连接到输出连接器704(其电联接到输入连接器706)。因此，时钟弹簧702和立柱500可以允许将电力和/或信号从立柱500的基座端506传输到连接于关节714的机器人臂(例如，机器人臂206)。这组电缆的一部分或另一组额外的电缆可以延伸出孔510并延续到杆210、感知壳体212、另一附加物和/或其部件上。

此外，图7的组件还可以包括安装到立柱500的顶端504的转接器700。转接器700可以可连接到机器人的另一附加物。例如，转接器700可以直接连接到感知壳体212、通过杆210连接到感知壳体212和/或连接到另一机器人臂而不是感知壳体212。不管该附加物的具体结构如何，图7的组件可以允许该附加物独立于关节714的旋转而绕立柱500的偏转轴线旋转。即，转接器700可以固定地连接到立柱500，该立柱500在关节714旋转时保持旋转固定，从而允许转接器700用作用于安装附加物的固定平台。

值得注意的是，图7中所示的立柱和致动器架构允许机器人的不同同轴部分绕它们各自的旋转轴线彼此独立地旋转。该架构可以与替代结构对比，在替代结构中，堆叠的部件串联连接在一起，使得在中段204或其一部分(例如，形成中段204的部分的臂206的旋转关节)旋转时，位于中段204上方的任何结构也旋转。也就是，这种替代结构不包括延伸穿过机器人的多个同轴部分的结构部件，诸如立柱500。

因此，在这种替代结构的背景下，为了在臂206的肩偏转J0关节旋转时保持感知壳体212面向恒定方向，需要在与肩偏转J0关节714的方向相反的方向上驱动与感知壳体相关联的旋转关节。感知壳体212的这种反向控制可能需要额外的硬件和计算复杂性，并且还可能将噪声引入机器人***，因为感知壳体212相对于中段204不断调整。例如，由于感知壳体212在肩偏转J0关节的旋转期间被反向控制，感知壳体212可以少量移动而不是保持静止，从而重新定位其中的传感器并使其振动。

另一方面，图7中所示的立柱和致动器架构允许对机器人的多个同轴部分的独立控制。此外，立柱500提供了刚性结构，这样的同轴部分及其部件可以牢固地安装到该刚性结构上。即，当立柱500由金属制成时，它可以提供比其他机器人部件(否则这些其他部件可能主要由塑料制成)更大的稳定性和刚度。

V.示例致动器设计

图8A、图8B和图8C示出了致动器600的部件的分解图。即，图8A示出了致动器600的电机组件800的分解图。电机组件800可以从电机618延伸到环状板612。电机618可以包括电机壳体618B、电机618A和电机位置编码器803。电机位置编码器803可以通过螺钉或其他紧固件连接到电机壳体618B。电机壳体618B可以类似地连接到转接器616，从而定位电机618A的驱动轴以连接到齿轮系614。齿轮系614可以是行星齿轮系，尽管其他类型的齿轮系或传动装置也是可能的。齿轮系614可以包括输出齿轮802，该输出齿轮802可以包括轴部分，该轴部分延伸超过带齿部分并且被配置为与壳体604内部的轴承(例如，滚针轴承)联接以相对于其定位输出齿轮802。齿轮系614可以通过螺钉或其他紧固件连接到环状板612。齿轮系614和电机618可以堆叠在一起以形成大致圆柱形结构。

图8B示出了致动器600的毂组件806的分解图。毂组件806可以包括毂602和固定地设置在毂602的一部分周围的齿圈804。齿圈804可以通过螺钉、螺栓、铆钉或其他紧固件连接到毂602。在一些实现方式中，齿圈804可以与毂602成一体并共同模制，而不是作为单独件。毂602可以在其上包括突起807，突起807与壳体604结合限定用于毂602相对于壳体604的旋转的硬停止。图8B还示出了毂组件806的俯视图808和截面图810。

图8C示出了致动器600的分解图。即，图8C示出了电机组件800和毂组件806以及用于将这些组件组合成致动器600的其他部件。即，毂组件806可以通过轴承814、轴承812和螺母816可旋转地连接到壳体604。垫圈818可以设置在轴承814和毂组件806之间。

毂602可以包括：第一圆筒形部分，具有第一外径使得轴承814可以压配合或以其他方式固定到毂602；第二圆筒形部分，具有第二外径使得轴承812可以压配合或以其他方式固定到毂602；以及螺纹圆筒形部分，使得螺母816可以拧到其上以将毂602连接到壳体604。类似地，壳体604可以包括：第一通孔部分，具有第一内径使得轴承814可以被固定到壳体604并在壳体604内；第二通孔部分，具有第二内径使得轴承812可以固定到壳体604并且在壳体604内；以及第三通孔部分，具有小于螺母816的外径的第三内径使得螺母816将毂组件806保持抵靠壳体604。

编码器环608可以设置在毂组件806的顶部周围。编码器电路610可以通过支架822连接到壳体604。硬停止支架820也可以连接到壳体604以与突起807结合限定毂组件806相对于壳体604的旋转限制。

电机组件可以通过螺钉或其他紧固件连接到壳体604。电机组件800和壳体604之间的连接可以定位输出齿轮802，使得它与齿圈804啮合。输出齿轮802可以保持在固定的线性位置，但允许通过设置在延伸经过输出齿轮802的轴部分和壳体604中的对应凹陷之间的滚针轴承824相对于壳体604和毂602旋转。

VI.附加示例操作

图9示出了与操作机器人装置相关的操作的流程图。操作可以由机器人***100或机器人200等执行。图9的实施方式可以通过去除其中所示的任何一个或更多个特征来简化。此外，这些实施方式可以与任何先前附图或以其他方式在这里描述的特征、方面和/或实现方式组合。

块900可以涉及使连接到机器人装置的臂关节的致动器绕机器人装置的立柱的偏转轴线旋转臂关节。臂关节可以在沿着偏转轴线的第一位置处可旋转地连接到立柱。致动器可以包括限定通孔的环。立柱可以在沿着偏转轴线的第二位置处固定地连接到环并且可以延伸穿过通孔。当致动器使臂关节绕偏转轴线旋转时，立柱和连接到立柱的第一端的转接器可以相对于立柱的第二端连接到的基座保持在恒定的旋转位置。

块902可以涉及使连接到转接器的附加物旋转。旋转可以相对于转接器并且可以独立于臂关节绕偏转轴线的旋转。

在一些实施方式中，附加物可以包括以下中的一个或更多个：(i)直接连接到转接器的感知壳体，(ii)通过杆连接到转接器的感知壳体，或(iii)将第二臂连接到立柱的第二臂关节。

在一些实施方式中，附加物可以包括通过固定地连接到转接器的杆连接到转接器的感知壳体。感知壳体可以被配置为相对于转接器平移(pan)和倾斜。

在一些实施方式中，环可以包括(i)限定通孔的毂和(ii)与毂同心并围绕毂的壳体。毂可以通过一个或更多个齿轮可旋转地联接到壳体。毂可以固定地连接到臂关节。壳体可以固定地连接到立柱。致动器还可以包括电机和将电机连接到一个或更多个齿轮的齿轮系。

在一些实施方式中，齿轮系可以是具有第一旋转轴线的行星齿轮系。行星齿轮系和电机可以沿立柱定位，使得第一旋转轴线和电机的第二旋转轴线各自平行于立柱的偏转轴线。

在一些实施方式中，一个或更多个齿轮可以包括设置在毂的一部分周围的齿圈。机器人装置还可以包括环状板，其将齿轮系固定地连接到壳体使得齿轮系的输出齿轮与齿圈啮合以使毂相对于壳体旋转。

在一些实施方式中，编码器环可以固定地连接到毂的一部分并且设置在毂的一部分周围。检测器电路可以连接到壳体并且邻近编码器环的外周界定位。检测器电路可以被配置为基于由编码器环限定的图案确定毂相对于壳体的旋转位置。

在一些实施方式中，编码器环可以包括限定在编码器环的外周界上的三个或更多个磁轨道。所述三个或更多个磁轨道中的每个相应磁轨道可以包括对应的不同数量的磁极化。每个相应磁轨道的磁极化可以相对于所述三个或更多个磁轨道中的其他轨道的磁极化可旋转地偏移以限定图案，使得所述三个或更多个磁轨道指示毂相对于壳体的绝对旋转位置。

在一些实施方式中，立柱可以包括中空芯、在立柱的第一端处的第一孔、在立柱的第二端处的第二孔以及靠近第二位置的第三孔。第二孔可以通过中空芯连接到第三孔以提供第一组线从机器人装置的基座到致动器的布线。第二孔可以通过中空芯连接到第一孔以提供第二组线从机器人装置的基座到臂关节的布线。

在一些实施方式中，机器人装置还可以包括连接到立柱的第二端的基座以及设置在臂关节和基座之间并与臂关节同轴的中段。立柱可以延伸穿过中段和臂关节以向其提供结构支撑。

在一些实施方式中，机器人装置可以包括时钟弹簧，该时钟弹簧连接在立柱的第一端处并通过一个或更多个线电联接到臂关节。时钟弹簧可以被配置为当臂关节绕偏转轴线旋转时缠绕和解开所述一个或更多个线。致动器的环可以包括硬停止件，其基于时钟弹簧限定对臂关节的旋转限制。

在一些实施方式中，立柱可以包括关于偏转轴线对称的两个半部。

在一些实施方式中，机器人装置可以包括具有七个自由度并且通过臂关节连接到立柱的臂。臂关节可以提供所述七个自由度中的第一自由度。

VII.结论

本公开不限于本申请中描述的特定实施方式，该特定实施方式旨在作为各个方面的说明。可以在不脱离其范围的情况下进行许多修改和变化，这对于本领域技术人员来说将是明显的。除了在此描述的那些之外，在本公开的范围内的功能等效的方法和装置对于本领域技术人员来说将从前述描述中是明显的。这种修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。

以上详细描述参考附图描述了所公开的***、装置和方法的各种特征和操作。在附图中，除非上下文另有说明，否则相似的符号通常表示相似的部件。此处和附图中描述的示例实施方式并不意味着是限制性的。在不脱离这里提出的主题的范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以做出其他改变。将容易理解，本公开的各方面(如在此一般描述的和在图中示出的)可以被布置、替换、组合、分离和设计成多种不同的配置。

根据示例实施方式，关于附图中和如这里所讨论的任何或所有消息流图(messageflow diagram)、场景和流程图，每个步骤、块和/或通信可以表示信息的处理和/或信息的传输。替代实施方式包括在这些示例实施方式的范围内。在这些替代实施方式中，例如，被描述为步骤、块、传输、通信、请求、响应和/或消息的操作可以取决于涉及的功能与所示或讨论的顺序不同地执行(包括基本上同时或以相反的顺序)。此外，更多或更少的块和/或操作可以与这里讨论的任何消息流图、场景和流程图一起使用，并且这些消息流图、场景和流程图可以部分地或整体地相互组合。

表示信息处理的步骤或块可以对应于能够配置为执行这里描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。替代地或附加地，表示信息处理的块可以对应于模块、段或程序代码的一部分(包括相关数据)。程序代码可以包括可由处理器执行的一个或更多个指令，用于实现方法或技术中的特定逻辑操作或动作。程序代码和/或相关数据可以存储在任何类型的计算机可读介质上，诸如包括随机存取存储器(RAM)、磁盘驱动器、固态驱动器或其他存储介质的存储器件。

计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如短期存储数据的计算机可读介质，如寄存器存储器、处理器高速缓存和RAM。计算机可读介质还可以包括长期存储程序代码和/或数据的非暂时性计算机可读介质。因此，计算机可读介质可以包括辅助或持久性长期存储部，例如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、固态驱动器、光盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也可以是任何其他易失性或非易失性存储***。计算机可读介质可以被认为是例如计算机可读存储介质或有形存储器件。

此外，表示一个或更多个信息传输的步骤或块可以对应于同一物理设备中的软件和/或硬件模块之间的信息传输。然而，其他信息传输可以在不同物理设备中的软件模块和/或硬件模块之间。

附图中所示的特定布置不应被视为限制性的。应当理解，其他实施方式可以包括更多或更少的给定图中所示的每个元件。此外，可以组合或省略一些图示元件。此外，示例实施方式可以包括附图中未示出的元件。

虽然这里已经公开了各个方面和实施方式，但其他方面和实施方式对于本领域技术人员来说将是明显的。这里公开的各个方面和实施方式是为了说明的目的而不旨在成为限制，真实范围由所附权利要求表示。

Claims (20)

1.一种机器人装置，包括：

限定偏转轴线的立柱；

臂关节，在沿所述偏转轴线的第一位置处可旋转地连接到所述立柱并配置为绕所述偏转轴线旋转；以及

致动器，包括限定通孔的环，其中所述立柱在沿所述偏转轴线的第二位置处固定地连接到所述环并延伸穿过所述通孔，以及其中所述致动器连接到所述臂关节并且配置为使所述臂关节绕所述偏转轴线旋转而不使所述立柱旋转。

2.根据权利要求1所述的机器人装置，还包括：

附加物；以及

转接器，连接到(i)所述附加物和(ii)所述立柱的第一端，使得当所述臂关节绕所述偏转轴线旋转时所述转接器保持静止，其中所述附加物配置为独立于所述臂关节绕所述偏转轴线的旋转而相对于所述转接器旋转。

3.根据权利要求2所述的机器人装置，其中所述附加物包括通过固定地连接到所述转接器的杆连接到所述转接器的感知壳体，其中所述感知壳体配置为相对于所述转接器平移和倾斜。

4.根据权利要求2所述的机器人装置，其中所述附加物包括以下中的一个或更多个：(i)直接连接到所述转接器的感知壳体、(ii)通过杆连接到所述转接器的感知壳体、或(iii)将第二臂连接到所述立柱的第二臂关节。

5.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述环包括(i)限定所述通孔的毂和(ii)与所述毂同心并围绕所述毂的壳体，其中所述毂通过一个或更多个齿轮可旋转地联接到所述壳体，其中所述毂固定地连接到所述臂关节，其中所述壳体固定地连接到所述立柱，以及其中所述致动器还包括：

电机；以及

将所述电机连接到所述一个或更多个齿轮的齿轮系。

6.根据权利要求5所述的机器人装置，其中所述齿轮系是具有第一旋转轴线的行星齿轮系，以及其中所述行星齿轮系和所述电机沿所述立柱定位，使得所述第一旋转轴线和所述电机的第二旋转轴线各自平行于所述立柱的所述偏转轴线。

7.根据权利要求5所述的机器人装置，其中所述一个或更多个齿轮包括设置在所述毂的一部分周围的齿圈，以及其中所述机器人装置还包括：

环状板，将所述齿轮系固定地连接到所述壳体，使得所述齿轮系的输出齿轮与所述齿圈啮合以使所述毂相对于所述壳体旋转。

8.根据权利要求5所述的机器人装置，还包括：

编码器环，固定地连接到所述毂的一部分并设置在所述毂的一部分周围；以及

检测器电路，连接到所述壳体并邻近所述编码器环的外周界定位，其中所述检测器电路被配置为基于由所述编码器环限定的图案确定所述毂相对于所述壳体的旋转位置。

9.根据权利要求8所述的机器人装置，其中所述编码器环包括限定在所述编码器环的外周界上的三个或更多个磁轨道，其中所述三个或更多个磁轨道中的每个相应轨道包括对应的不同数量的磁极化，其中每个相应轨道的所述磁极化相对于所述三个或更多个磁轨道中的其他轨道的磁极化可旋转地偏移以限定所述图案，使得所述三个或更多个磁轨道指示所述毂相对于所述壳体的绝对旋转位置。

10.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述立柱包括中空芯、在所述立柱的第一端处的第一孔、在所述立柱的第二端处的第二孔以及靠近所述第二位置的第三孔，其中所述第二孔通过所述中空芯连接到所述第三孔以提供从所述机器人装置的基座到所述致动器的第一组线的布线，以及其中所述第二孔通过所述中空芯连接到所述第一孔以提供从所述机器人装置的所述基座到所述臂关节的第二组线的布线。

11.根据权利要求1所述的机器人装置，还包括：

连接到所述立柱的第二端的基座；以及

中段，设置在所述臂关节和所述基座之间并与所述臂关节同轴，其中所述立柱延伸穿过所述中段和所述臂关节以向其提供结构支撑。

12.根据权利要求1所述的机器人装置，还包括：

时钟弹簧，连接在所述立柱的第一端处并通过一个或更多个线电联接到所述臂关节，其中所述时钟弹簧被配置为当所述臂关节绕所述偏转轴线旋转时缠绕和解开所述一个或更多个线，以及其中所述致动器的所述环包括硬停止件，所述硬停止件基于所述时钟弹簧限定对所述臂关节的旋转限制。

13.根据权利要求1所述的机器人装置，其中所述立柱包括关于所述偏转轴线对称的两个半部。

14.根据权利要求1所述的机器人装置，还包括：

具有七个自由度并通过所述臂关节连接到所述立柱的臂，其中所述臂关节提供所述七个自由度中的第一自由度。

15.一种致动器，包括：

电机；

将所述电机连接到输出齿轮的齿轮系；

毂，限定通孔并包括设置在其一部分周围的齿圈，其中所述毂固定地连接到关节，以及其中所述通孔为具有偏转轴线的立柱的延伸穿过提供间隙，所述关节被配置为绕所述偏转轴线旋转；

壳体，与所述毂同心、可旋转地联接到所述毂并围绕所述毂，其中所述壳体被固定地连接到所述立柱；以及

环状板，将所述齿轮系固定地连接到所述壳体，使得所述输出齿轮与所述齿圈啮合以使所述毂相对于所述壳体旋转。

16.根据权利要求15所述的致动器，其中所述齿轮系是具有第一旋转轴线的行星齿轮系，以及其中所述行星齿轮系和所述电机可沿所述立柱定位，使得所述第一旋转轴线和所述电机的第二旋转轴线各自平行于所述立柱的所述偏转轴线。

17.根据权利要求15所述的致动器，还包括：

编码器环，固定地连接到所述毂的第二部分并设置在所述毂的第二部分周围；以及

检测器电路，连接到所述壳体并邻近所述编码器环的外周界定位，其中所述检测器电路被配置为基于由所述编码器环限定的图案确定所述毂相对于所述壳体的旋转位置。

18.根据权利要求17所述的致动器，其中所述编码器环包括限定在所述编码器环的外周界上的三个或更多个磁轨道，其中所述三个或更多个磁轨道中的每个相应轨道包括对应的不同数量的磁极化，其中每个相应轨道的所述磁极化相对于所述三个或更多个磁轨道中的其他轨道的磁极化可旋转地偏移以限定所述图案，使得所述三个或更多个磁轨道指示所述毂相对于所述壳体的绝对旋转位置。

19.一种方法，包括：

使连接到机器人装置的臂关节的致动器绕所述机器人装置的立柱的偏转轴线旋转所述臂关节，其中所述臂关节在沿所述偏转轴线的第一位置处可旋转地连接到所述立柱，其中所述致动器包括限定通孔的环，其中所述立柱在沿所述偏转轴线的第二位置处固定地连接到所述环并延伸穿过所述通孔，以及其中，当所述致动器绕所述偏转轴线旋转所述臂关节时，所述立柱和连接到所述立柱的第一端的转接器相对于所述立柱的第二端连接到的基座保持在恒定的旋转位置；以及

使连接到所述转接器的附加物旋转，其中所述旋转相对于所述转接器并且独立于所述臂关节绕所述偏转轴线的旋转。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述环包括(i)限定所述通孔的毂和(ii)与所述毂同心、围绕所述毂并且通过一个或更多个齿轮可旋转地联接到所述毂的壳体，其中所述毂固定地连接到所述臂关节，其中所述壳体固定地连接到所述立柱，其中编码器环固定地连接到所述毂，所述方法还包括：

通过连接到所述壳体并邻近所述编码器环的外周界定位的检测器电路，基于由所述编码器环限定的图案确定所述毂相对于所述壳体的旋转位置。

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