CN115107006A - 机械臂及机器人 - Google Patents

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CN115107006A CN202210449919.3A CN202210449919A CN115107006A CN 115107006 A CN115107006 A CN 115107006A CN 202210449919 A CN202210449919 A CN 202210449919A CN 115107006 A CN115107006 A CN 115107006A
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熊坤
刘天亮
张正友
黎雄
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Tencent Technology Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本公开提供了一种机械臂及机器人，涉及机器人技术领域。机械臂包括：第一机械关节、第二机械关节和驱动组件；第一机械关节包括转动连接的第一固定件和第一活动件；第二机械关节包括转动连接的第二固定件和第二活动件；第一工作模式下，至少两个驱动源能够驱动第二活动件相对于第二固定件旋转，并使得第一活动件相对于第一固定件的位置固定；第二工作模式下，驱动源驱动第二活动件、第二固定件和第一活动件相对于第一固定件旋转，并使得第二活动件相对于第二固定件的位置固定。本公开的机械臂能够实现至少两个驱动源对多个关节的耦合驱动，提高驱动源的利用率。

Description

机械臂及机器人
技术领域
本公开涉及机器人技术领域，特别涉及一种机械臂及机器人。
背景技术
随着机器人技术的发展以及适用领域的扩散，机器人在生产、服务等领域已逐步成为不可替代的工具。其中关节型机器人基于人的手臂仿生设计，因其动作灵活、结构紧凑等优势被广泛应用。
相关技术中，关节型机器人通常采用绳索驱动(Tendon Driven，或称线驱动)方案，但是该驱动方案中各机械关节均采用独立驱动源，导致机器人的各机械关节结构复杂，转动惯量较大，降低了机械关节的运动性能。
发明内容
本公开提供了一种机械臂及机器人，能够解决机器人的各机械关节结构复杂，转动惯量较大的问题。
所述技术方案如下：
一方面，提供了一种机械臂，所述机械臂包括：第一机械关节、第二机械关节和驱动组件；
所述第一机械关节包括转动连接的第一固定件和第一活动件；所述第二机械关节包括转动连接的第二固定件和第二活动件；
所述第二固定件和所述第一活动件连接；
所述驱动组件包括至少两个驱动源和至少两条驱动绳索；
所述至少两个驱动源中每个所述驱动源通过至少一条所述驱动绳索与所述第一固定件、所述第一活动件和所述第二活动件连接；
所述至少两个驱动源包括第一工作模式和第二工作模式；
所述第一工作模式下，所述至少两个驱动源能够驱动所述第二活动件相对于所述第二固定件旋转，并使得所述第一活动件相对于所述第一固定件的位置固定；
所述第二工作模式下，所述至少两个驱动源能够驱动所述第二活动件、所述第二固定件和所述第一活动件相对于所述第一固定件旋转，并使得所述第二活动件相对于所述第二固定件的位置固定。
另一方面，提供了一种机器人，所述机器人包括本公开所述的机械臂。
本公开提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本公开的机械臂，包括第一机械关节、第二机械关节和驱动组件，驱动组件包括至少两个驱动源和至少两条驱动绳索，该至少两个驱动源中每个驱动源均通过至少一条驱动绳索与第一机械关节的第一活动件、第二机械关节的第二活动件，以及第一机械关节的第一固定件连接，该至少两个驱动源第一工作模式下能够驱动第二活动件相对于第二固定件旋转，并使得第一活动件相对于第一固定件的位置固定；第二工作模式下能够驱动第二活动件、第二固定件和第一活动件相对于第一固定件旋转，并使得第二活动件相对于第二固定件的位置固定，实现至少两个驱动源对多个关节的耦合驱动，提高驱动源的利用率，降低机械关节的结构复杂度，减小机械关节的转动惯量，增强机械关节的运动性能。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开实施例提供的机械臂的结构示意图；
图2是本公开另一实施例提供的机械臂的结构示意图；
图3是图2所示机械臂的局部结构剖视图；
图4是图2所示机械臂的局部结构示意图；
图5是图2所示机械臂的另一局部结构示意图；
图6是本公开另一实施例提供的机械臂的结构示意图；
图7是图5所示机械臂的局部结构示意图。
图中的附图标记分别表示为：
001、第一轴线；002、第二轴线；003、第三轴线；004、第四轴线；
10、第一机械关节；20、第二机械关节；30、驱动组件；
101、第一固定件；102、第一活动件；103、第三固定件；104、第二连接件；
201、第二固定件；202、第二活动件；203、第三活动件；
2021、第一位置；2022、第二位置；
2023、第三位置；2024、第四位置；
204、第一连接件；
301、驱动源；
3011、第一肘部主动绳轮；3012、第二肘部主动绳轮；
302、驱动绳索；
3021、第一肘部驱动绳索；30211、第一端；30212、第二端；
3022、第二肘部驱动绳索；30221、第三端；30222、第四端；
4、腕肘连接件；41、触觉传感器；
5、旋转编码器；
6、力矩传感器。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
除非另有定义，本公开实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。
相关技术中，关节型机器人通常采用闭环绳索驱动(Tendon Driven，或称线驱动)方案。
但是，闭环绳索驱动方案中每个自由度由一个驱动源(例如电机)配合两根绳索驱动，驱动源正向反向运动，分别拉动某一根绳索，带动机械关节向对应方向运动。
机械关节的每个自由度分别对应一个驱动源。实际应用过程中，机械关节的大部分自由度通常是运行在较低的功率水平，则对应这部分自由度的驱动源的利用率较低，造成较大的成本浪费。
每个自由度分别对应一个驱动源，还会增加的机械关节的质量，从而增大该机械关节的转动惯量，拉低了该机械关节的运行性能。
此外，现有技术中还出现了冗余绳索驱动方案，即采用三个电机驱动两个自由度的方案，该方案中只是基于多条驱动绳索的协调作用，使得机械腕关节按照期望的方向、角度或位置进行运动。
但是，上述冗余绳索驱动方案中，驱动源的数量较闭环绳索驱动方案更多，导致机械关节的运行性能更低。
因此，本公开提供了一种机械臂，第一工作模式下能够驱动第二活动件相对于第二固定件旋转；第二工作模式下能够驱动第二机械关节和第一活动件相对于第一固定件旋转，实现至少两个驱动源对多个关节的耦合驱动，提高驱动源的利用率，降低机械关节的结构复杂度，提高机械关节的转动惯量，增强机械关节的运动性能。
应理解，本申请提供的机械臂，可以应用于云技术、人工智能、智慧交通等领域的机器人场景，实现于通过机器人进行人机交互以及服务于人们日常生活等场景。
人工智能是利用数学计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用***。换句话说，人工智能是计算机科学的一个综合技术，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。人工智能也就是研究各种智能机器的设计原理与实现方法，使机器具有感知、推理与决策的功能。
人工智能是一门综合学科，涉及的领域广泛，既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。人工智能的基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互***和机电一体化等技术。人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等几大方向。
可以理解的是，智慧交通领域中应用的智能交通***(Intelligent TrafficSystem，ITS)又称智能运输***(Intelligent Transportation System)，是将先进的科学技术(信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等)有效地综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造，加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种保障安全、提高效率、改善环境、节约能源的综合运输***。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
图1是本公开实施例提供的机械臂的结构示意图。
一方面，结合图1所示，本实施例提供了一种机械臂，机械臂包括：第一机械关节10、第二机械关节20和驱动组件30。
第一机械关节10包括转动连接的第一固定件101和第一活动件102；第二机械关节20包括转动连接的第二固定件201和第二活动件202；第二固定件201和第一活动件102连接。
驱动组件30包括至少两个驱动源301和至少两条驱动绳索302；至少两个驱动源301中每个驱动源301通过至少一条驱动绳索302与第一固定件101、第一活动件102和第二活动件202连接。
至少两个驱动源301包括第一工作模式和第二工作模式；
第一工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动第二活动件202相对于第二固定件201旋转，并使得第一活动件102相对于第一固定件101的位置固定；
第二工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动第二活动件202、第二固定件201和第一活动件102相对于第一固定件101旋转，并使得第二活动件202相对于第二固定件201的位置固定。
本公开的机械臂，包括第一机械关节10、第二机械关节20和驱动组件30，驱动组件30包括至少两个驱动源301和至少两条驱动绳索302，该至少两个驱动源301中每个驱动源301均通过至少一条驱动绳索302与第一机械关节10的第一活动件102、第二机械关节20的第二活动件202，以及第一机械关节10的第一固定件101连接，该至少两个驱动源301第一工作模式下能够驱动第二活动件202相对于第二固定件201旋转，并使得第一活动件102相对于第一固定件101的位置固定；第二工作模式下能够驱动第二活动件202、第二固定件201和第一活动件102相对于第一固定件101旋转，并使得第二活动件202相对于第二固定件201的位置固定，实现至少两个驱动源301对多个关节的耦合驱动，提高驱动源301的利用率，降低机械关节的结构复杂度，提高机械关节的转动惯量，增强机械关节的运动性能。
此外，本实施例中第二机械关节20独立运动(即第二活动件202相对于第二固定件201旋转，但第一活动件102相对于第一固定件101的位置固定)时，以及第一机械关节10带动第二机械关节20耦合运动(即第二活动件202、第二固定件201和第一活动件102相对于第一固定件101旋转，第二活动件202相对于第二固定件201的位置固定)时，都是由至少两个驱动源301同时驱动，也即，无论那个自由度对应的关节运动，均受到至少两个驱动源301的动力驱动，相较于相关技术中，单一自由度通过单一驱动源301驱动的方案，能够实现至少连个驱动源301对单一活动件的耦合驱动，实现至少两倍的牵引驱动，有利于提高活动件的转动力矩、转动速度等工作性能。
在一些可能的实现方式中，至少两个驱动源301包括电机和主动绳轮，电机和主动绳轮通过传动机构连接，由电机通过传动机构带动主动绳轮旋转。
驱动绳索302缠绕在主动绳轮上，主动绳轮旋转时，能够将驱动绳索302绕紧在其上，从而通过驱动绳索302对第一固定件101、第一活动件102和第二活动件202中的至少之一产生牵引力。
在一些可能的实现方式中，传动机构包括但不限于带传动机构、齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构等等。
示例性地，传动机构为带传动，例如包括主动带轮、传动带和被动带轮，其中主动带轮与电机的输出轴连接，被动带轮与主动绳轮连接，传动带连接在主动带轮和被动带轮之间。
再一示例性地，传动机构为带传动，例如还包括张紧机构，张紧机构靠近与传动带，张紧机构能够用于调节传动带的张紧力。
在一些可能的实现方式中，第一工作模式和第二工作模式，例如，可以为根据至少两个驱动源301的旋转方向的不同或相同而形成的不同的工作模式；还可以根据至少两个驱动源301的旋转速度的不同或相同而形成的不同的工作模式；还可以为根据至少两个驱动源301的旋转方向、旋转速度的不同或相同而形成的不同的工作模式。
在一些实施例中，第一工作模式下，至少两个驱动源301同向旋转，第二工作模式下，至少两个驱动源301反向旋转。
从而，本实施例的机械臂，通过控制该至少两个驱动源301的旋转方向，就可以控制第二机械关节20独立运动、以及第一机械关节10带动第二机械关节20耦合运动，结构简单，耦合控制效率高。
在一些实施例中，第一工作模式下，至少两个驱动源301反向旋转，第二工作模式下，至少两个驱动源301同向旋转。
此外，示例性地，第一工作模式和第二工作模式时，至少两个驱动源301的旋转速度、输出扭矩的大小相同。
示例性地，驱动组件30包括两个电机，两个电机实时输出力矩分别为Tm1和Tm2，关节的等效驱动力矩分别为τ1和τ2，且所有线轮直径大小一致。根据结构的特点(忽略驱动绳索摩擦力，即驱动绳索的力处处大小相等)，可以得到关节力矩和电机力矩之间关系为：
Figure BDA0003616849020000071
进一步地，对于每个电机的驱动力矩Tm1和Tm2，假设其最大输出力矩限制为：
max(abs(Tm1),abs(Tm2))≤TM (2)
则根据上式(1)，可以得到每个关节的最大输出力矩为2TM，即是通过耦合的绳索布置方式，可以将机械关节中单一自由度的负载能力最大地提升到2倍。
在本文中提及的“若干个”、“至少一个”是指一个或者多个，“多个”、“至少两个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
结合图1所示，在一些实施例中，至少两个驱动源301位于第一固定件101背离第一活动件102的一侧，至少两条驱动绳索302穿过第一固定件101与第一活动件102连接，并穿过第二固定件201与第二活动件202连接。
从而，本实施例的机械臂中，将至少两个驱动源301设置在第一固定件101背离第一活动件102的一侧，驱动绳索302穿过第一固定件101与第一活动件102连接，并穿过第二固定件201与第二活动件202连接，至少两个驱动源301的质量集中在第一固定件101所在侧，第一活动件102、第二固定件201和第二活动件202所在侧的质量较小，有利于提高该侧结构的转动惯量，提高其运行性能。
结合图2所示，在一些实施例中，第一机械关节10为机械肩关节，第二机械关节20为机械肘关节；第一固定件101和第一活动件102沿第一轴线001转动连接；第二固定件201和第二活动件202沿第二轴线002转动连接。
第一工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动第二活动件202相对于第二固定件201绕第二轴线002旋转，并使得第一活动件102相对于第一固定件101的位置固定；第二工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动第二机械关节20和第一活动件102相对于第一固定件101绕第一轴线001旋转，并使得第二活动件202相对于第二固定件201的位置固定。
本实施例的机械臂，第一机械关节10为机械肩关节，第二关节为机械肘关节，在第一工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动机械肘关节的第二活动件202相对于机械肘关节的第二固定件201绕第二轴线002旋转，机械肩关节的第一活动件102相对于机械肩关节的第一固定件101的位置固定，实现机械肘关节的独立运动。
在第二工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动机械肩关节的第一活动件102带动整个机械肘关节(包括第二固定件201和第二活动件202)相对于机械肩关节的第一固定件101绕第一轴线001旋转，但机械肘关节的第二活动件202相对于机械肘关节的第二固定件201的位置固定，实现机械肘关节和机械肩关节的耦合运动。
本实施例使用一套驱动源301，通过控制该一套驱动源301运行在不同的工作模式下，就能够分别驱动机械肘关节和机械肩关节。机械肘关节和机械肩关节的自由度均能够被至少两个驱动源301牵引驱动，实现至少两倍的牵引力驱动，有利于提高机械肘关节和机械肩关节的转动力矩、转动速度等工作性能。
在一些可能的实现方式中，机械臂还包括机械腕关节，机械肩关节与机械肘关节连接，机械腕关节与机械肘关节连接，形成完整的机械臂。
在一些可能的实现方式中，至少两个驱动源301位于第二活动件202内，且与第二活动件202连接，随第二活动件202运动。
结合图2所示，在一些实施例中，第一轴线001和第二轴线002垂直相交。从而，第一机械关节10(如机械肩关节)能够带动第二机械关节20(如机械肘关节)旋转，模拟人体的手臂中前臂自旋的运动，第二机械关节20能够在空间内朝向大范围(如0-360°)内旋转运动，丰富了机械臂的动作场景，提高机械臂的适用范围。
结合图2所示，在一些实施例中，第一机械关节10还包括第三固定件103；第一固定件101与第三固定件103转动连接。从而，第一机械关节10包括依次转动连接的第三固定件103、第一固定件101和第一活动件102。
在一些可能的实现方式中，第一固定件101通过肩部驱动组件驱动相对于第二固定件201转动，能够模拟人体的手臂的肩关节的抬升运动。第二固定件201与机器人的躯干部或者其它支撑结构固定连接，起到固定支撑整条机械臂的作用。
结合图2所示，在一些实施例中，第二机械关节20还包括第一连接件203，第二固定件201与第一连接件203转动连接，第一连接件203与第二活动件202转动连接。
从而，本实施例的机械臂中，第二机械关节20中第二固定件201通过第一连接件203与第二活动件202转动连接，能够将第二轴线002设置在距离第二固定件201较远的位置，使得第二活动件202相对于第二固定件201能够旋转的角度得到显著扩大。
此外，本实施例的机械臂降低了机械肘关节的驱动绳索302的布线难度，有利于降低机械肘关节的装配和维护难度。
结合图2-5所示，在一些实施例中，至少两个驱动源301包括第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012；第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012与第一活动件102连接；至少两条驱动绳索302包括第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022。
第一肘部驱动绳索3021的第一端30211沿第一转动方向与第一固定件101连接，第二端30212绕经第二活动件202的第一位置2021、第一肘部主动绳轮3011和第二活动件202的第二位置2022后，沿第二转动方向连接第一固定件101；第二肘部驱动绳索3022的第三端30221沿第二转动方向与第一固定件101连接，第四端30222绕经第二活动件202的第一位置2021、第二肘部主动绳轮3012和第二活动件202的第二位置2022后，沿第一转动方向连接第一固定件101。
其中，第二活动件202的第一位置2021和第二位置2022分别位于第二轴线002的两侧；第一转动方向和第二转动方向为第一活动件102和第一固定件101转动连接的两个相反旋向。
本实施例的机械臂，至少两个驱动源301包括两个肘部主动绳轮，两个肘部主动绳轮安装在第一活动件102内，两个肘部主动绳轮能够分别驱动两条肘部驱动绳索302，两条肘部驱动绳索302缠绕在两个肘部主动绳轮上也实现了驱动绳索302与第一活动件102的连接。
至少两条驱动绳索302包括两条肘部驱动绳索302，两条肘部驱动绳索302分别连接第一固定件101、第一活动件102、第二活动件202，并且分别与第二活动件202的第一位置2021和第二位置2022连接，最终沿相反的缠绕方向与第二活动件202连接。
本实施例的机械臂，具体的工作过程分析如下：
第一工作模式：
当第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012朝向相同的方向旋转时，第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022分别向第二活动件202的第一位置2021(或者第二位置2022)施加朝向第二固定件201的牵引力，使得第二活动件202绕第二轴线002向第一位置2021(或者第二位置2022)所在侧旋转；
此时，由于第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022与第一固定件101的连接方向相反，第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022对第一固定件101的牵引力相互抵消，也就是的第一活动件102保持受力平衡的状态，第一活动件102和第一固定件101保持相对位置固定。
第二工作模式：
当第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012朝向相反的方向旋转时，第一肘部驱动绳索3021朝向第二活动件202的第一位置2021施加朝向第二固定件201的牵引力，第二肘部驱动绳索3022朝向第二活动件202的第二位置2022施加朝向第二固定件201的牵引力(也可以为，第一肘部驱动绳索3021朝向第二活动件202的第二位置2022施加朝向第二固定件201的牵引力，第二肘部驱动绳索3022朝向第二活动件202的第一位置2021施加朝向第二固定件201的牵引力)，第二活动件202在第二轴线002的两侧的受力相互抵消，第二活动件202保持受力平衡的状态，第二活动件202和第二固定件201保持相对位置固定。
此时，由于第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022与第一固定件101的连接方向相反，在第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022在运动方向相反的情况下，对第一固定件101的牵引力反而相同，从而，第一固定件101受到第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022的牵引力的合力等于两者的牵引力之和。但由于第一固定件101是固定端，因此第一活动件102被反推运动，实现了第一活动件102带动第二机械关节20的运动。
结合图6所示，在一些实施例中，第一机械关节10为机械肘关节，第二机械关节20为机械腕关节；第一固定件101和第一活动件102沿第三轴线003转动连接；第二固定件201和第二活动件202沿第四轴线004转动连接。
第一工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动第二活动件202相对于第二固定件201绕第四轴线004旋转，并使得第一活动件102相对于第一固定件101的位置固定。
第二工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动第二机械关节20和第一活动件102相对于第一固定件101绕第三轴线003旋转，并使得第二活动件202相对于第二固定件201的位置固定。
本实施例的机械臂，第一机械关节10为机械肘关节，第二关节为机械腕关节，在第一工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动机械腕关节的第二活动件202相对于机械腕关节的第二固定件201绕第四轴线004旋转，第一活动件102相对于第一固定件101的位置固定，实现机械腕关节的独立运动。
在第二工作模式下，至少两个驱动源301能够驱动机械肘关节的第一活动件102带动整个机械腕关节相对于机械肘关节的第一固定件101绕第三轴线003旋转，第二活动件202相对于第二固定件201的位置固定，实现机械腕关节和机械肘关节的耦合运动。
本实施例使用一套驱动设备(至少两个驱动源301)，通过控制该一套驱动源设备运行在不同的工作模式下，就能够分别驱动机械腕关节和机械肘关节。机械腕关节和机械肘关节的自由度均能够被至少两个驱动源301牵引驱动，实现至少两倍的牵引驱动，有利于提高机械腕关节和机械肘关节的转动力矩、转动速度等工作性能。
在一些可能的实现方式中，机械臂还包括机械肩关节，机械肩关节与机械肘关节连接，机械腕关节与机械肘关节连接，形成完整的机械臂。
在一些可能的实现方式中，至少两个驱动源301位于机械肩关节内，且与第一固定件101连接。
结合图6所示，在一些实施例中，第三轴线003和第四轴线004垂直相交。从而，第一机械关节10(如机械肘关节)能够带动第二机械关节20(如机械腕关节)旋转，模拟人体的肘部的运动，第二机械关节20能够在空间内朝向大范围(如0-180°)内旋转运动，丰富机械臂的动作场景，提高机械臂的适用范围。
结合图6所示，在一些实施例中，第一机械关节10还包括第二连接件104，第一固定件101与第二连接件104转动连接，第二连接件104与第一活动件102转动连接。
从而，本实施例的机械臂中，第一机械关节10中第一固定件101通过第二连接件104与第一活动件102转动连接，能够将第三轴线003设置在距离第一固定件101较远的位置，使得第一活动件102相对于第一固定件101能够旋转的角度得到显著扩大。
结合图6所示，在一些实施例中，第二机械关节20还包括第三活动件203；第二活动件202分别与第二活动件202和第二固定件201转动连接。
从而，本实施例的机械臂中，第二机械关节20中第二固定件201通过第三活动件203与第二活动件202连接，第二活动件202能够随第三活动件203转动，增加第二活动件202的工作方向。
在一些可能的实现方式中，第二活动件202包括转轴组件，至少两条驱动绳索302分别与该转轴组件连接，通过驱动该转轴组件带动第二活动件202旋转。
结合图6所示，在一些实施例中，至少两个驱动源301包括第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012；第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012与第一固定件101连接；至少两条驱动绳索302包括第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022。
第一肘部驱动绳索3021的第一端30211沿第一转动方向与第二活动件202连接，第二端30212绕经第一活动件102的第三位置2023、第一肘部主动绳轮3011和第一活动件102的第四位置2024后，沿第二转动方向连接第二活动件202；第二肘部驱动绳索3022的第三端30221沿第二转动方向与第二活动件202连接，第四端30222绕经第二活动件202的第三位置2023、第二肘部主动绳轮3012和第一活动件102的第四位置2024后，沿第一转动方向连接第二活动件202。
其中，第一活动件102的第三位置2023和第四位置2024分别位于第一活动件102和第一固定件101转动连接的第二轴线002的两侧；第一转动方向和第二转动方向为第二活动件202和第二固定件201转动连接的两个相反旋向。
本实施例的机械臂，至少两个驱动源301包括两个肘部主动绳轮，两个肘部主动绳轮分别与第一固定件101连接，两个肘部主动绳轮能够分别驱动两条肘部驱动绳索302，两条肘部驱动绳索302缠绕在两个肘部主动绳轮上也实现了驱动绳索302与第一固定件101的连接。
至少两条驱动绳索302包括两条肘部驱动绳索，两条肘部驱动绳索分别连接第一固定件101、第一活动件102、第二活动件202，并且分别与第一活动件102的第三位置2023和第四位置2024连接，最终沿相反的缠绕方向与第二活动件202连接。
本实施例的机械臂，具体的工作过程分析如下：
第一工作模式：
当第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012朝向相同的方向旋转时，第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022分别向第一活动件102的第三位置2023(或者第四位置2024)施加朝向第一固定件101的牵引力，使得第一活动件102绕第三轴线003向第三位置2023(或者第四位置2024)所在侧旋转。
此时，由于第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022与第二活动件202的连接方向相反，第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022对第二活动件202的牵引力相互抵消，也就是的第二活动件202保持受力平衡的状态，第二活动件202和第二固定件201保持相对位置固定。
第二工作模式：
当第一肘部主动绳轮3011和第二肘部主动绳轮3012朝向相反的方向旋转时，第一肘部驱动绳索3021朝向第一活动件102的第三位置2023施加朝向第一固定件101的牵引力，第二肘部驱动绳索3022朝向第一活动件102的第四位置2024施加朝向第一固定件101的牵引力(也可以为，第一肘部驱动绳索3021朝向第一活动件102的第四位置2024施加朝向第一固定件101的牵引力，第二肘部驱动绳索3022朝向第一活动件102的第三位置2023施加朝向第一固定件101的牵引力)，第一活动件102在第三轴线003的两侧的受力相互抵消，第一活动件102保持受力平衡的状态，第一活动件102和第一固定件101保持相对位置固定。
此时，由于第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022与第二活动件202的连接方向相反，在第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022在运动方向相反的情况下，对第二活动件202的牵引力反而相同，从而，第二活动件202受到第一肘部驱动绳索3021和第二肘部驱动绳索3022的牵引力的合力等于两者的牵引力之和，实现了第二活动件202相对于第二固定件201的旋转运动。
结合图7所示，在一些实施例中，机械臂还包括腕肘连接件4；腕肘连接件4的一端连接第一活动件102，另一端连接第二固定件201。本实施例中的腕肘连接件4能够增加第一机械关节10和第二机械关节20之间的长度，便于增加第二机械关节20的作用范围，提高机械臂的适用范围。
结合图7所示，在一些实施例中，腕肘连接件4包括触觉传感器41，触觉传感器41位于腕肘连接件4的外表面，触觉传感器41用于检测并反馈腕肘连接件4是否接触其它物体。从而，本实施例的机械臂，当人员从外部触摸后，可以触发机械臂的安全控制，避免造成人体伤害。
示例性地，触觉传感器41包括但不限于接触觉传感器41、力－力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等等，其中接触觉传感器41包括但不限于微动开关、导电橡胶、含碳海绵、碳素纤维、气动复位式装置等等。
在一些可能的实现方式中，机械臂的第一机械关节10和第二机械关节20的外表面均设有触觉传感器41，当人员从外部接触后，均可以触发机械臂的安全控制，避免造成人体伤害。
结合图7所示，在一些实施例中，机械臂还包括：至少一个旋转编码器5；至少一个旋转编码器5与第一机械关节10或第二机械关节20连接，用于检测并反馈第一机械关节10或第二机械关节20的旋转角度。
其中，旋转编码器5能够测量机械关节的转轴转速，通过光电转换，可将转轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。
示例性地，旋转编码器5包括但不限于电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出等等。
本实施例的机械臂中，在第一机械关节10或第二机械关节20处设置旋转编码器5，能够实时的检测并反馈该第一机械关节10或第二机械关节20的旋转角度，确保机械臂的第一机械关节10或第二机械关节20精准、可靠的转动到目标位置，提高机械臂的工作精度。
结合图7所示，在一些实施例中，机械臂还包括：至少一个力矩传感器6；至少一个力矩传感器6与第一机械关节10或第二机械关节20连接，用于检测并反馈第一机械关节10或第二机械关节20的力矩。
本实施例的机械臂中，在第一机械关节10或第二机械关节20处设置力矩传感器6，能够实时的检测并反馈该第一机械关节10或第二机械关节20的工作力矩，确保机械臂的第一机械关节10或第二机械关节20精准、可靠的输出相应的工作力矩，提高机械臂的工作安全性和可靠性。
另一方面，本实施例提供了一种机器人，机器人包括本公开的机械臂。
本实施例的机器人，采用本公开的机械臂，具有本公开的机械臂的全部技术效果。
需要指出的是，在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
需要指出的是，在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。
以上所述仅为本公开的实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括：第一机械关节(10)、第二机械关节(20)和驱动组件(30)；
所述第一机械关节(10)包括转动连接的第一固定件(101)和第一活动件(102)；所述第二机械关节(20)包括转动连接的第二固定件(201)和第二活动件(202)；
所述第二固定件(201)和所述第一活动件(102)连接；
所述驱动组件(30)包括至少两个驱动源(301)和至少两条驱动绳索(302)；
所述至少两个驱动源(301)中每个所述驱动源(301)通过至少一条所述驱动绳索(302)与所述第一固定件(101)、所述第一活动件(102)和所述第二活动件(202)连接；
所述至少两个驱动源(301)包括第一工作模式和第二工作模式；
所述第一工作模式下，所述至少两个驱动源(301)能够驱动所述第二活动件(202)相对于所述第二固定件(201)旋转，并使得所述第一活动件(102)相对于所述第一固定件(101)的位置固定；
所述第二工作模式下，所述至少两个驱动源(301)能够驱动所述第二活动件(202)、所述第二固定件(201)和所述第一活动件(102)相对于所述第一固定件(101)旋转，并使得所述第二活动件(202)相对于所述第二固定件(201)的位置固定。
2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，
所述第一工作模式下，所述至少两个驱动源(301)同向旋转，所述第二工作模式下，所述至少两个驱动源(301)反向旋转；
或者，
所述第一工作模式下，所述至少两个驱动源(301)反向旋转，所述第二工作模式下，所述至少两个驱动源(301)同向旋转。
3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述至少两个驱动源(301)位于所述第一固定件(101)背离所述第一活动件(102)的一侧，所述至少两条驱动绳索(302)穿过所述第一固定件(101)与所述第一活动件(102)连接，并穿过所述第二固定件(201)与所述第二活动件(202)连接。
4.根据权利要求1或2所述的机械臂，其特征在于，所述第一机械关节(10)为机械肩关节，所述第二机械关节(20)为机械肘关节；
所述第一固定件(101)和所述第一活动件(102)沿第一轴线(001)转动连接；
所述第二固定件(201)和所述第二活动件(202)沿第二轴线(002)转动连接；
所述第一工作模式下，所述至少两个驱动源(301)能够驱动所述第二活动件(202)相对于所述第二固定件(201)绕所述第二轴线(002)旋转，并使得所述第一活动件(102)相对于所述第一固定件(101)的位置固定；
所述第二工作模式下，所述至少两个驱动源(301)能够驱动所述第二机械关节(20)和所述第一活动件(102)相对于所述第一固定件(101)绕所述第一轴线(001)旋转，并使得所述第二活动件(202)相对于所述第二固定件(201)的位置固定。
5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述第一轴线(001)和所述第二轴线(002)垂直相交。
6.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述第一机械关节(10)还包括第三固定件(103)；所述第一固定件(101)与所述第三固定件(103)转动连接；
和/或，
所述第二机械关节(20)还包括第一连接件(204)，所述第二固定件(201)与所述第一连接件(204)转动连接，所述第一连接件(204)与所述第二活动件(202)转动连接。
7.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述至少两个驱动源(301)包括第一肘部主动绳轮(3011)和第二肘部主动绳轮(3012)；所述第一肘部主动绳轮(3011)和所述第二肘部主动绳轮(3012)与所述第一活动件(102)连接；
所述至少两条驱动绳索(302)包括第一肘部驱动绳索(3021)和第二肘部驱动绳索(3022)；
所述第一肘部驱动绳索(3021)的第一端(30211)沿第一转动方向与所述第一固定件(101)连接，第二端(30212)绕经所述第二活动件(202)的第一位置(2021)、所述第一肘部主动绳轮(3011)和所述第二活动件(202)的第二位置(2022)后，沿第二转动方向连接所202述第一固定件(101)；
所述第二肘部驱动绳索(3022)的第三端(30221)沿第二转动方向与所述第一固定件(101)连接，第四端(30222)绕经所述第二活动件(202)的第一位置(2021)、所述第二肘部主动绳轮(3012)和所述第二活动件(202)的第二位置(2022后，沿第一转动方向连接所述第一固定件(101)；
其中，所述第二活动件(202)的第一位置(2021)和第二位置(2022)分别位于所述第二轴线(002)的两侧；
所述第一转动方向和第二转动方向为所述第一活动件(102)和所述第一固定件(101)转动连接的两个相反旋向。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的机械臂，其特征在于，所述第一机械关节(10)为机械肘关节，所述第二机械关节(20)为机械腕关节；
所述第一固定件(101)和所述第一活动件(102)沿第三轴线(003)转动连接；
所述第二固定件(201)和所述第二活动件(202)沿第四轴线(004)转动连接；
所述第一工作模式下，所述至少两个驱动源(301)能够驱动所述第二活动件(202)相对于所述第二固定件(201)绕所述第四轴线(004)旋转，并使得所述第一活动件(102)相对于所述第一固定件(101)的位置固定；
所述第二工作模式下，所述至少两个驱动源(301)能够驱动所述第二机械关节(20)和所述第一活动件(102)相对于所述第一固定件(101)绕所述第三轴线(003)旋转，并使得所述第二活动件(202)相对于所述第二固定件(201)的位置固定。
9.根据权利要求8所述的机械臂，其特征在于，所述第三轴线(003)和所述第四轴线(004)垂直相交。
10.根据权利要求8所述的机械臂，其特征在于，所述第一机械关节(10)还包括第二连接件(104)，所述第一固定件(101)与所述第二连接件(104)转动连接，所述第二连接件(104)与所述第一活动件(102)转动连接；
和/或，
所述第二机械关节(20)还包括第三活动件(203)；所述第二活动件(203)分别与所述第二活动件(202)和所述第二固定件(201)转动连接。
11.根据权利要求8所述的机械臂，其特征在于，所述至少两个驱动源(301)包括第一肘部主动绳轮(3011)和第二肘部主动绳轮(3012)；所述第一肘部主动绳轮(3011)和所述第二肘部主动绳轮(3012)与所述第一固定件(101)连接；
所述至少两条驱动绳索(302)包括第一肘部驱动绳索(3021)和第二肘部驱动绳索(3022)；
所述第一肘部驱动绳索(3021)的第一端(30211)沿第一转动方向与所述第二活动件(202)连接，第二端绕经所述第一活动件(102)的第三位置(2023)、所述第一肘部主动绳轮(3011)和所述第一活动件(102)的第四位置(2024)后，沿第二转动方向连接所述第二活动件(202)；
所述第二肘部驱动绳索(3022)的第三端(30221)沿第二转动方向与所述第二活动件(202)连接，第四端绕经所述第二活动件(102)的第三位置(2023)、所述第二肘部主动绳轮(3012)和所述第一活动件(102)的第四位置(2024)后，沿第一转动方向连接所述第二活动件(202)；
其中，所述第一活动件(102)的第三位置(2023)和第四位置(2024)分别位于所述第一活动件(102)和所述第一固定件(101)转动连接的第二轴线(002)的两侧；
所述第一转动方向和第二转动方向为所述第二活动件(202)和所述第二固定件(201)转动连接的两个相反旋向。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括腕肘连接件(4)；
所述腕肘连接件(4)的一端连接所述第一活动件(102)，另一端连接所述第二固定件(201)。
13.根据权利要求12所述的机械臂，其特征在于，所述腕肘连接件(4)包括触觉传感器(41)，所述触觉传感器(41)位于所述腕肘连接件(4)的外表面，所述触觉传感器(41)用于检测并反馈所述腕肘连接件(4)是否接触其它物体。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括：至少一个旋转编码器(5)；所述至少一个旋转编码器(5)与所述第一机械关节(10)或所述第二机械关节(20)连接，用于检测并反馈所述第一机械关节(10)或所述第二机械关节(20)的旋转角度；
和/或,
所述机械臂还包括：至少一个力矩传感器(6)；所述至少一个力矩传感器(6)与所述第一机械关节(10)或所述第二机械关节(20)连接，用于检测并反馈所述第一机械关节(10)或所述第二机械关节(20)的力矩。
15.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括权利要求1-14中任一项所述的机械臂。
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