机械臂和机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，具体涉及一种机械臂和机器人。


背景技术：

2.类人型机器人一直式机器人发展的一个主要方向，这些机器人都有一些共性，都是通过模仿人体结构设计的。现有的机械臂通常应用于工业领域，往往是6个自由度的串联机构，以固定的工作位姿与物体交互。随着服务行业的兴起，协作机器人开始进入到人类的生产生活中。人的手臂具有7个自由度，传统的6自由度机械臂的活动范围有限，进行人机交互时的灵活性较差。因此，适合人机交互的机械臂显得尤为重要。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种机械臂和机器人。机械臂具有7个旋转自由度，机械臂的末端的转动惯量较小，转动速度快，灵活性强，能够完成复杂的交互动作。
4.本技术实施例提供了一种机械臂，所述机械臂包括：肩关节、第一机臂、第二机臂、肘关节、解耦机构、手部结构、腕关节、及驱动源。所述肩关节具有多个旋转自由度。所述第一机臂与所述肩关节连接。所述第二机臂包括第一支臂和第二支臂。所述肘关节具有一个旋转自由度，所述肘关节连接所述第一机臂和所述第一支臂。所述解耦机构具有一个旋转自由度，所述解耦机构连接所述第一支臂和第二支臂。用于与对象进行交互。所述腕关节具有两个旋转自由度，所述腕关节连接所述手部结构和所述第二支臂。所述驱动源设置于所述肩关节，所述驱动源通过传动线驱动分别独立控制所述肘关节、所述解耦机构、及所述腕关节的运动。其中，所述解耦机构中的所述传动线的长度保持不变。
5.可选的，所述传动线包括传动绳、同步带、及链条中的任意一种。
6.可选的，所述肘关节包括第一关节轮、第二关节轮、及肘关节支架。所述第一关节轮固定安装于所述第一机臂，所述第二关节轮与所述第一支臂连接，所述肘关节支架连接所述第一关节轮及所述第二关节轮。所述驱动源通过所述传动线驱动所述第一关节轮和/或所述第二关节轮相对所述肘关节支架转动，以带动所述第一支臂相对所述第一机臂转动。
7.可选的，所述解耦机构包括中间轴、第一线轮、第二线轮、及中间线轮组件。所述第一线轮设置于所述中间轴的第一端，所述第二线轮设置于与所述第一端相背的第二端，所述中间线轮组件设置于所述第一端和所述第二端之间。所述传动线缠绕所述第一线轮、第二线轮、及所述中间线轮组件。
8.可选的，解耦机构还包括固定套设在所述第一端和所述第二端之间的连接件。所述中间线轮组件与所述连接件固定连接并随所述中间轴的转动而转动。
9.可选的，所述中间线轮组件包括中间线轮支架及安装在所述中间线轮支架上的多个中间线轮。所述传动线缠绕所述中间线轮，所述中间线轮随所述中间轴的转动而转动。
10.可选的，所述传动线沿第一方向缠绕所述第一线轮和所述第二线轮，及所述传动
线沿第二方向缠绕所述中间线轮，所述第一方向与所述第二方向垂直。
11.可选的，中间线轮支架包括支架座和关于所述支架座对称的两个支架臂，每个所述支架臂的第一面和与所述第一面相背的第二面均对称设置有两个所述中间线轮。
12.可选的，所述解耦机构还包括第一滑轮组件及第二滑轮组件。所述第一滑轮组件用于引出或引入所述第一线轮的所述传动线。所述第一滑轮组件包括第一固定件及安装在所述第一固定件的多个第一滑轮，所述第一固定件与所述第一线轮固定连接，所述传动线缠绕所述第一滑轮。所述第二滑轮组件用于引出或引入所述第二线轮的所述传动线。所述第二滑轮组件包括第二固定件及安装在所述第二固定件的多个第二滑轮，所述第二固定件与所述第二线轮固定连接，所述传动线缠绕所述第一滑轮。
13.可选的，所述解耦机构还包括：第一盖板及第二盖板。所述第一盖板安装于所述第二支臂，并与所述第一线轮固定连接所述第二盖板安装于所述第一支臂，并与所述第二线轮固定连接。
14.可选的，所述解耦机构还包括：第一转轮、第二转轮、及中间转轮。所述第一转轮与所述第一线轮固定连接，所述中间轴能够相对所述第一转轮转动。所述第二转轮与所述第二线轮固定连接。所述中间转轮设置于所述连接件，所述中间转轮分别与所述第一转轮和所述第二转轮配合。其中，所述中间转轮和所述第二转轮随所述中间轴相对所述第一转轮的转动而转动，且相同时间内所述第二转轮相对所述第一转轮转动的第一角度改变量是所述中间轴相对所述第一转轮转动的第二角度改变量的两倍。
15.可选的，所述连接件包括两个对称设置的连接轴，所述连接轴垂直于所述中间轴，每个所述连接轴套设有一个中间轴承，所述中间转轮的数量为两个，每个所述中间转轮与一个所述中间轴承配合。
16.可选的，所述第一转轮、所述第二转轮、及所述中间转轮均为锥齿轮，所述中间转轮与所述第一转轮和所述第二转轮以齿轮啮合的方式配合。
17.可选的，所述第一转轮、所述第二转轮、及所述中间转轮均为线轮，所述中间转轮与所述第一转轮和所述第二转轮通过拉线配合。
18.本技术实施例提供了一种机器人，该机器人包括上述任意一项实施方式所述的机械臂及机器人本体。所述机械臂安装于所述机器人本体。本技术实施例提供的机器人中，机械臂具有7个旋转自由度，机械臂的末端的转动惯量较小，转动速度快，灵活性强，能够完成复杂的交互动作。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
20.图1为本技术实施例提供的机械臂的轴视图。
21.图2为图1中i区域的放大示意图。
22.图3为图1中ii区域的放大示意图。
23.图4为本技术实施例提供的肘关节的结构示意图。
24.图5为本技术实施例提供的机械臂的爆炸图。
25.图6为本技术实施例提供的机械臂的正视图。
26.图7为本技术实施例提供的机械臂的轴视图。
27.图8为本技术实施例提供的机械臂的透视图。
28.图9为本技术实施例提供的机器人的结构示意图。
29.图10为本技术实施例提供的上料装置的结构示意图。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。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所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本技术的描述中，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，也可以是电连接或可以相互通讯；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技术中的具体含义。
33.在本技术中，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。
34.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
35.本技术实施例可应用于人工智能、机器人技术、机电一体化等各种应用场景。
36.首先，在对本技术实施例进行描述的过程中出现的部分名词或者术语作如下解
释：
37.人工智能(artificial intelligence,ai)是利用数字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、技术及应用系统。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。
38.机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。机器人具有感知、决策、执行等基本特征，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。
39.机电一体化技术是微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术相结合的综合性高新技术，是机械技术与微电子技术的有机结合。
40.自由度是根据机械原理，机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目。在自由度的定义中，唯一、必须、独立是三个比较关键的词。唯一确定即给定这些变量后机器人具有唯一的位型；必须则是一种最少的概念，也就是能够确定机器人状态的最少的变量数；独立则表示这些变量可以独立的变化。
41.具体的，请参阅图1至图10，本技术实施例提供一种机械臂100。机械臂100包括肩关节10、第一机臂20、第二机臂30、肘关节40、解耦机构50、手部结构60、腕关节70、及驱动源80。
42.其中，肩关节10具有多个旋转自由度，具体地，多个旋转自由度包括一个、两个、或三个旋转自由度，在此不作限制。在一个实施例中，肩关节10具有三个旋转自由度，使第一机臂20相对肩关节10的活动方式能够较好地模拟人体的大臂相对人体的肩关节10的活动方式。
43.第一机臂20与肩关节10连接，第二机臂30与第一机臂20之间通过肘关节40连接。肘关节40具有一个旋转自由度，使第一机臂20和第二机臂30相对肘关节40的活动方式能够较好地模拟人体的大臂和小臂相对人体的肘关节40的活动方式。
44.手部结构60与第二机臂30之间通过腕关节70连接。腕关节70具有两个旋转自由度，而人体的腕关节70具有三个旋转自由度，为了使本技术实施例提供的机械臂100能够较好地模拟人体的腕关节70的活动，在第二机臂30设有解耦机构50，解耦机构50具有一个旋转自由度，并且解耦机构50的旋转自由度的方向与腕关节70的两个旋转自由度的方向均不同。如此，解耦机构50能够补充腕关节70缺少的旋转自由度，使手部结构60相对第二机臂30的运动具有三个旋转自由度，能够较好地模拟人手相对人体的腕关节70的活动方式。
45.请参阅图1，具体地，第二机臂30包括第一支臂31和第二支臂32，肘关节40连接第一机臂20和第一支臂31，解耦机构50连接第一支臂31和第二支臂32，腕关节70连接手部结构60和第二支臂32。在图1实施例示意的空间坐标系中，腕关节70的两个旋转自由度能够满足手部结构60绕x轴和y轴的转动。在此基础上，解耦机构50能够带动第二支臂32绕z轴转动，使腕关节70和手部结构60也能够绕z轴转动。
46.综上，机械臂100具有七个旋转自由度，与人体手臂的旋转自由度数量一致，能够较好地模拟人的手臂活动，活动范围大、灵活性强，以便于与各种对象进行交互。其中，交互对象可以是人、动物、物体等，在此不作限制。例如，机械臂100能够应用于工业领域，通过手
部结构60搬运工件。再例如，机械臂100能够应用于服务行业，与人交互完成任务，譬如充当医疗助手辅助医务人员执行医疗任务。
47.请参阅图1，驱动源80设置于肩关节10，驱动源80可以是线驱动电机。请结合图6至图8，驱动源80通过传动线81驱动分别独立控制肘关节40、解耦机构50、及腕关节70的运动。其中，在不考虑传动线81形变的情况下，在解耦机构50中传动线81的长度保持不变，即进入解耦机构50的传动线81长度与离开解耦机构50的传动线81长度保持一致。驱动腕关节70运动的传动线81经由解耦机构50到达腕关节70，由于传动线81在解耦机构50中的长度保持不变，因此在解耦机构50带动第二支臂32绕z轴的转动不会影响腕关节70的运动，第二机臂30绕z轴的转动与腕关节70带动手部结构60绕x和/或y轴的转动是解耦的。如此，能够方便对腕关节70的控制，以更灵活地控制手部结构60的转动。
48.下面结合附图对本技术的实施例提供的机械臂100(下文简称“机械臂100”)进行详细描述。
49.可选的，请结合图1及图8，传动线81可以包括传动绳、同步带、及链条中的任意一种，在此不作限制。请结合图6及图7，在一个实施例中，传动线81为传动绳，传动性能好且材料较为轻盈，能够减轻机械臂100的重量。
50.可选的，请结合图1，肩关节10包括肩关节基座11、第一转动件12、第二转动件13、及第三转动件14。驱动源80设置于肩关节基座11。其中，第一转动件12绕y轴转动，第二转动件13绕x轴转动，第三转动件14绕z轴转动。
51.可选的，第一机臂20可以与肩关节基座11、第一转动件12、第二转动件13、或第三转动件14中的任意一个连接，在此不作限制。例如，在图1示意的实施例中，第一机臂20与第三转动件14连接。
52.可选的，请结合图2，第一转动件12包括第一转轴121及第一连杆122，第一转轴121能够相对第一连杆122转动。第二转动件13包括两个间隔设置于肩关节基座11的第二支架131及第二转轴132，第二转轴132穿设两个第二支架131，第一连杆122套设在第二转轴132，并能够绕第二转轴132转动，且第一转轴121能够随第一连杆122绕第二转轴132的转动而转动。
53.可选的，请结合图1，在一个实施例中，驱动源80能够分别驱动第一转动件12、第二转动件13、及第三转动件14转动。例如，驱动源80包括第一电机、第二电机、第三电机，分别用于驱动第一转动件12、第二转动件13、及第三转动件14转动。在又一个实施例中，驱动源80用于驱动第三转动件14转动，驱动第一转动件12和第二转动件13转动的驱动电机不设置于肩关节10。例如，请结合图9，机械臂100与底座300连接，底座300设有两个驱动电机，两个驱动电机分别用于驱动第一电机和第二电机转动。再例如，请结合图8，机械臂100与机器人1000的躯干结构201连接，躯干结构201内部设有两个驱动电机，两个驱动电机分别用于驱动第一电机和第二电机转动。
54.可选的，请结合图2，第三转动件14包括肩关节线轮141，第一机臂20与肩关节线轮141连接，驱动源80以线驱动的方式驱动第三转动件14转动，以带动第一机臂20绕z轴转动。
55.可选的，请结合图3，肘关节40包括第一关节轮41、第二关节轮42、及肘关节支架43。第一关节轮41固定安装于第一机臂20，第二关节轮42与第一支臂31连接，肘关节支架43连接第一关节轮41及第二关节轮42，驱动源80通过传动线81驱动第一关节轮41和/或第二
关节轮42相对肘关节支架43转动，以带动第一支臂31相对第一机臂20转动。
56.可选的，请结合图3，在一个实施例中，驱动源80通过传动线81驱动第一关节轮41相对肘关节支架43转动，以带动第一机臂20相对第一支臂31转动。在又一个实施例中，驱动源80通过传动线81驱动第二关节轮42相对肘关节支架43转动，以带动第一支臂31相对第一机臂20转动。在又一个实施例中，第一关节轮41和第二关节轮42的半径相同，驱动源80通过传动线81驱动第一关节轮41和第二关节轮42相对肘关节支架43做等角度同步转动，以实现肘关节40绕x轴的转动。如此，第一关节轮41和第二关节轮42相当于两个动滑轮，具有放大力矩的作用，能够提高肘关节40的传动能力。
57.可选的，请结合图3及图4，图4是肘关节40的简化示意图。肘关节40还包括两个第一关节线轮45和两个第二关节线轮46，两个第一关节线轮45和两个第二关节线轮46关于肘关节支架43对称设置，第一关节线轮45与第一关节轮41配合，第二关节线轮46与第二关节轮42配合。其中，两个第一关节线轮45分别为第一关节线轮45a和第一关节线轮45b，两个第二关节线轮46分别为第二关节线轮46a和第二关节线轮46b，第一关节线轮45a和第二关节线轮46a由同一条传动线81驱动，使第一关节线轮45a和第二关节线轮46a能够联动；第一关节线轮45b和第二关节线轮46b由同一条传动线81驱动，使第一关节线轮45b和第二关节线轮46b能够联动。如此，在两条传动线81的驱动下，使第一关节线轮45和第二关节线轮46的转动带动第一关节轮41和第二关节轮42转动，以使第一关节轮41和第二关节轮42相对肘关节支架43做等角度同步转动，以实现肘关节40绕x轴转动。
58.可选的，请结合图5，解耦机构50包括中间轴51、第一线轮52、第二线轮53、及中间线轮组件54，第一线轮52设置于中间轴51的第一端511，第二线轮53设置于与第一端511相背的第二端512，中间线轮组件54设置于第一端511和第二端512之间，传动线81缠绕第一线轮52、第二线轮53、及中间线轮组件54，以经由解耦机构50进入腕关节70。
59.可选的，请结合图1及图5，传动线81经过肘关节40后进入第二线轮53，中间线轮组件54能够改变传动线81的走向，以将第二线轮53上的传动线81引入第一线轮52。自第一线轮52引出的传动线81进入腕关节70，以传递驱动力至腕关节70。
60.可选的，请结合图1及图5，中间轴51的第一端511靠近第二支臂32，第二端512靠近第一支臂31。第一线轮52与第二支臂32连接，第二线轮53与第一支臂31连接，中间轴51能够相对第二线轮53转动，在中间轴51转动的情况下，第一线轮52能够相对第二线轮53绕z轴转动，以实现第二支臂32绕z轴转动。由于腕关节70与第二支臂32连接，腕关节70能够随第二支臂32的转动而转动，相当于解耦机构50的中间轴51转动实现了腕关节70绕z轴转动。
61.可选的，请结合图1、图5、及图6，第一支臂31内部设有中间轴线轮(受遮挡，未示出)及中间轴线轮轴承(受遮挡，未示出)，中间轴线轮轴承与中间轴线轮配合，中间轴51的第二端512伸入第一支臂31内部与中间轴线轮轴承配合，中间轴线轮与传动线81配合，驱动源80通过传动线81驱动中间轴线轮转动，以带动中间轴51绕z轴转动。
62.可选的，解耦机构50还包括固定套设在第一端511和第二端512之间的连接件55，中间线轮组件54与连接件55固定连接并随中间轴51的转动而转动。
63.可选的，解耦机构50还包括两个套设于中间轴51的卡簧(图未示出)，连接件55设置于两个卡簧之间，从而实现连接件55的轴向限位。
64.可选的，请结合图6，中间线轮组件54包括中间线轮支架541及安装在中间线轮支
架541上的多个中间线轮542，传动线81缠绕中间线轮542，中间线轮542随中间轴51的转动而转动，中间线轮组件54随中间轴51的转动绕中间轴51做圆周运动。如此，可利用中间线轮组件54做圆周运动时传动线81产生的位移抵消第一线轮52做圆周运动时传动线81产生的位移，以使解耦机构50内传动线81的长度保持不变，从而实现解耦机构50和腕关节70之间的运动解耦。
65.可选的，传动线81沿第一方向缠绕第一线轮52和第二线轮53，及传动线81沿第二方向缠绕中间线轮542，第一方向与第二方向垂直。如此，中间线轮542能够改变传动线81的方向，将第二线轮53的传动线81引入第一线轮52。
66.可选的，请结合图5，中间线轮支架541包括支架座5411和关于支架座5411对称的两个支架臂5412，支架臂5412固定安装于支架座5411，每个支架臂5412的第一面和与第一面相背的第二面均对称设置有两个中间线轮542。其中，同一支架臂5412的同一面的两个中间线轮542用于引导同一条传动线81。例如，在图5示意的实施例中，支架臂5412包括第一支架臂5412a和第二支架臂5412b。第一支架臂5412a的第一面包括两个中间线轮542c，两个中间线轮542c引导同一条传动线81。第一支架臂5412a的第二面包括两个中间线轮542d，两个中间线轮542d引导同一条传动线81。第二支架臂5412b的第一面包括两个中间线轮542e，两个中间线轮542e引导同一条传动线81。第二支架臂5412b的第二面包括两个中间线轮542f，两个中间线轮542f引导同一条传动线81。如此，中间线轮组件54能够引导第一线轮52和第二线轮53之间的四条传动线81的移动。
67.可选的，在图5示意的实施例中，每个支架臂5412包括4个中间线轮542，在其他实施例中，每个支架臂5412包括的中间线轮542数还可以为1个、2个、3个、5个、6个、或更多个，在此不一一列举。中间线轮542可以均设置于支架臂5412的第一面，或者均设置于支架臂5412的第二面，或者支架臂5412的第一面和第二面均设置有中间线轮542，在此不作限制。根据中间线轮542的数量和位置分布的不同，经过中间线轮542引导的传动线81的数量可以为1条、2条、3条、4条、5条、6条、或更多条，在此不一一列举。
68.可选的，请结合图5至图7，解耦机构50还包括第一滑轮组件56。第一滑轮组件56用于引出或引入第一线轮52的传动线81，第一滑轮组件56包括第一固定件561及安装在第一固定件561的多个第一滑轮562，第一固定件561与第一线轮52固定连接，传动线81缠绕第一滑轮562。
69.请结合图1，第一线轮52的传动线81能够进入第一滑轮组件56，并经由第一滑轮组件56引导至第二支臂32内，以经由第二支臂32进入腕关节70。自腕关节70引出的传动线81进入第二支臂32后在第二支臂32靠近解耦机构50的一侧被引导至第一滑轮组件56，由第一滑轮组件56将传动线81引入第一线轮52。第一滑轮组件56能够改变第一线轮52上传动线81的方向，以便于引导第二支臂32和解耦机构50之间的传动线81。
70.可选的，在图5示意的实施例中，第一滑轮562的数量为4个，每个第一滑轮562分别用于引导一条传动线81，即经过第一滑轮组件56引导的传动线81的数量为4条，与经过中间线轮542引导的传动线81的数量对应。在其他实施例中，第一滑轮562的数量为可以为1个、2个、3个、5个、或更多个，在此不一一列举。经过第一滑轮组件56引导的传动线81的数量可以为1条、2条、3条、4条、5条、6条、或更多条，在此不一一列举。
71.可选的，请结合图5至图7，解耦机构50还包括第二滑轮组件57。第二滑轮组件57用
于引出或引入第二线轮53的传动线81，第二滑轮组件57包括第二固定件571及安装在第二固定件571的多个第二滑轮572，第二固定件571与第二线轮53固定连接，传动线81缠绕第二滑轮572。
72.请结合图1，自肘关节40引出的传动线81进入第一支臂31后在第一支臂31靠近解耦机构50的一侧被引导至第一滑轮组件56，由第二滑轮组件57将传动线81引入第二线轮53。第二线轮53的传动线81能够进入第二滑轮组件57，并经由第二滑轮组件57引导至第一支臂31内，以经由第一支臂31进入肘关节40。第二滑轮组件57能够改变第二线轮53上传动线81的方向，以便于引导第一支臂31和解耦机构50之间的传动线81。
73.可选的，在图5示意的实施例中，第二滑轮572的数量为4个，每个第二滑轮572分别用于引导一条传动线81，即经过第二滑轮组件57引导的传动线81的数量为4条，与经过中间线轮542引导的传动线81的数量对应。在其他实施例中，第二滑轮572的数量为可以为1个、2个、3个、5个、或更多个，在此不一一列举。经过第二滑轮组件57引导的传动线81的数量可以为1条、2条、3条、4条、5条、6条、或更多条，在此不一一列举。
74.可选的，请结合图5至图7，解耦机构50还包括第一盖板58及第二盖板59。第一盖板58安装于第二支臂32，并与第一线轮52固定连接，使解耦机构50与第二支臂32连接。第二盖板59安装于第一支臂31，并与第二线轮53固定连接，使解耦机构50与第一支臂31连接。
75.请结合图6及图7，第一盖板58还可用于垫高第一线轮52的高度，以便于将解耦机构50固定于第二支臂32。类似地，第二盖板59还可用于垫高第二线轮53的高度，以便于将解耦机构50固定于第一支臂31。
76.可选的，请结合图5至图7，第一滑轮组件56包括第一安装件563，第一固定件561与第一安装件563连接，第一安装件563安装于第一线轮52，在图6示意的实施例中第一安装件563的高度与第一盖板58的高度齐平，以确保解耦机构50与第二支臂32的连接面平整。类似地，第二滑轮组件57包括第二安装件573，第二固定件571与第二安装件573连接，第二安装件573安装于第二线轮53，在图6示意的实施例中第二安装件573的高度与第二盖板59的高度齐平，以确保解耦机构50与第一支臂31的连接面平整。
77.可选的，请结合图5至图7，第一盖板58与第一线轮52通过螺钉连接，以减小第一盖板58与第一线轮52之间的间隙，提高传动精度。第二盖板59与第二线轮53通过螺钉连接，以减小第二盖板59与第二线轮53之间的间隙，提高传动精度。
78.可选的，请结合图5至图7，解耦机构50还包括第一转轮501、第二转轮502、及中间转轮503。第一转轮501与第一线轮52固定连接，中间轴51能够相对第一转轮501转动。第二转轮502与第二线轮53固定连接。中间转轮503设置于连接件55，中间转轮503分别与第一转轮501和第二转轮502配合。其中，中间转轮503和第二转轮502随中间轴51相对第一转轮501的转动而转动，且相同时间内第二转轮502相对第一转轮501转动的第一角度改变量是中间轴51相对第一转轮501转动的第二角度改变量的两倍。例如，中间轴51相对第一转轮501转动θ角时，第二转轮502相对第一转轮501转动的角度为2θ，由于第一转轮501与第一线轮52固定连接，第二转轮502与第二线轮53固定连接，中间线轮542组与中间轴51固定连接，因此，第二线轮53相对第一线轮52转动的角度为2θ时，中间线轮542组相对第一转轮501周向转动θ角，以抵消第二线轮53相对第一线轮52转动引起的传动线81的位移。如此，在相同时间内进入解耦机构50的传动线81的量与离开解耦机构50的传动线81的量相等，能够确保解
耦机构50内传动线81的长度保持不变。
79.可选的，请结合图5，第二转轮502、第二线轮53、第二滑轮组件57、及第二盖板59通过螺钉固定于第一支臂31，以减小其之间的间隙，提高解耦机构50的传动精度。
80.可选的，请结合图5，解耦机构50还包括第一转轮轴承504。第一转轮轴承504套设在中间轴51的第一端511，第一转轮501与第一转轮轴承504配合以相对中间轴51转动。在一个实施例中，第一转轮轴承504是深沟球轴承，以能够增加第一转轮501与中间轴51的接触面积，提高承载力。
81.可选的，请结合图5，解耦机构50还包括第一挡边轴承505和第一限位轴承506。第一挡边轴承505和第一限位轴承506套设于中间轴51的第一端511，第一转轮轴承504位于第一挡边轴承505和第一限位轴承506之间，从而实现第一转轮501的轴向限位。在一个实施例中，第一限位轴承506是深沟球轴承，第一转轮轴承504与第一限位轴承506之间的间隙较小；第一挡边轴承505与中间轴51之间通过螺钉连接，第一转轮轴承504与第一挡边轴承505之间的间隙较小。从而能够限制第一转轮501的轴向位移，提高第一转轮501的传动精度。在一个实施例中，第一挡边轴承505的轴肩与第一转轮501抵触，以限制中间轴51的轴线位移。
82.可选的，请结合图5，解耦机构50还包括套设于中间轴51的第二端512的第二挡边轴承507，第二挡边轴承507与中间轴51之间通过螺钉连接，第二挡边轴承507的轴肩与第二转轮502抵触，以限制中间轴51的轴向位移。
83.可选的，请结合图5，及图7，连接件55包括两个对称设置的连接轴508，连接轴508垂直于中间轴51。每个连接轴508套设有一个中间轴承509，中间转轮503的数量为两个，每个中间转轮503与一个中间轴承509配合。具体地，中间轴51和中间轴承509均设有螺纹结构，中间轴承509通过螺纹结构与中间轴51固定连接，中间轴承509的轴肩与中间转轮503抵触，以限制中间转轮503的轴向位移。
84.在其他实施例中，中间转轮503的数量还可以为1个、3个、4个、5个、或更多个，在此不一一列举。对应地，连接轴508的数量还可以为1个、3个、4个、5个、或更多个，在此不一一列举。
85.可选的，请结合图5至图7，第一转轮501、第二转轮502、及中间转轮503均为锥齿轮，中间转轮503与第一转轮501和第二转轮502以齿轮啮合的方式配合，传动比准确，传动精度高。
86.可选的，在另一个实施例中，第一转轮501、第二转轮502、及中间转轮503均为线轮，中间转轮503与第一转轮501和第二转轮502通过拉线配合，质量较轻，转动惯量较小。其中，拉线可以是传动绳、传动带、或链条中的任意一种，在此不作限制。
87.可选的，请结合图1，腕关节70为两自由度十字铰链结构，实现腕关节70绕x轴和y轴的旋转自由度。
88.可选的，请结合图1，手部结构60包括多根可弯曲的手指61，能够实现“抓”、“握”、“推”、“拉”等动作。
89.可选的，请结合图1，手指61设有吸附单元，用于吸附对象。例如，手指61的末端设有电磁铁，能够吸附具有磁性的对象物体。
90.请结合图1，肘关节40、解耦机构50、及腕关节70的活动均由驱动源80通过传动线81进行驱动。对于机械臂100整体而言，重量较大的驱动源80设置于肩关节10，使得机械臂
100的末端(例如腕关节70及手部结构60部分)的转动惯量较小。如此，能够提高机械臂100的灵活度和传动速度。
91.可选的，请结合图8，在图8示意的机械臂100中，自驱动源80引出8条传动线81。8条传动线81被引导至肘关节40内后，2条传动线81用于驱动肘关节40绕x轴的转动，另外6条传动线81被引导至第一支臂31内。在第一支臂31内，2条传动线81用于驱动伸入第一支臂31的中间轴51绕z轴的转动，另外4条传动线81被引导至解耦机构50内。解耦机构50内的4条传动线81的长度保持不变，在引出解耦机构50后被引导至腕关节70。腕关节70内的4条传动线81中，2条传动线81用于驱动腕关节70绕x轴转动，另外2条传动线81用于驱动腕关节70绕y轴转动。如此，驱动源80能够分别驱动肘关节40、解耦机构50、及腕关节70的4个旋转自由度的转动，结合肩关节10的3个旋转自由度，机械臂100具有7个旋转自由度，使整个机械臂100更加灵活，控制方式更加多样。
92.在其他实施例中，驱动源80控制驱动肘关节40、解耦机构50、及腕关节70活动的传动线81的数量不局限于8条，在此不作限制。
93.请结合图1至图9，本技术实施例还提供一种机器人1000。机器人1000包括上述任一实施方式中的机械臂100及机器人本体200，机械臂100安装于机器人本体200。机械臂100的末端的转动惯量较小，转动速度快，灵活性强，能够完成复杂的交互动作。并且，由于腕关节70及手部结构60部分的转动惯量较小，在交互对象为人类时不易对人体造成伤害，以能够确保人机交互的安全性。
94.可选的，请结合图9，机器人1000为仿人机器人1000。机器人本体200包括躯干结构201及下肢结构202。机械臂100的数量为两条，安装于躯干结构201，使机器人1000的造型与人体相似，以便于机器人1000模仿人的行为、动作、和姿态。
95.可选的，请结合图10，本技术实施例还提供一种上料装置2000。上料装置2000包括上述任一实施方式中的机械臂100及底座300，机械臂100安装于底座300。机械臂100可用于与工件交互，执行上料、下料、搬运、装配等任务。机械臂100具有7个旋转自由度，灵活性强，能够执行复杂的任务，例如进行高精度装配。机械臂100的末端的转动惯量较小，不易对交互的工件造成伤害。
96.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
97.在本技术实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
98.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种机械臂，其特征在于，包括：肩关节，所述肩关节具有多个旋转自由度；第一机臂，所述第一机臂与所述肩关节连接；第二机臂，所述第二机臂包括第一支臂和第二支臂；肘关节，所述肘关节具有一个旋转自由度，所述肘关节连接所述第一机臂和所述第一支臂；解耦机构，所述解耦机构具有一个旋转自由度，所述解耦机构连接所述第一支臂和第二支臂；手部结构，用于与对象进行交互；腕关节，所述腕关节具有两个旋转自由度，所述腕关节连接所述手部结构和所述第二支臂；及驱动源，所述驱动源设置于所述肩关节，所述驱动源通过传动线驱动分别独立控制所述肘关节、所述解耦机构、及所述腕关节的运动；其中，所述解耦机构中的所述传动线的长度保持不变。2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述传动线包括传动绳、同步带、及链条中的任意一种。3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述肘关节包括第一关节轮、第二关节轮、及肘关节支架，所述第一关节轮固定安装于所述第一机臂，所述第二关节轮与所述第一支臂连接，所述肘关节支架连接所述第一关节轮及所述第二关节轮，所述驱动源通过所述传动线驱动所述第一关节轮和/或所述第二关节轮相对所述肘关节支架转动，以带动所述第一支臂相对所述第一机臂转动。4.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述解耦机构包括中间轴、第一线轮、第二线轮、及中间线轮组件，所述第一线轮设置于所述中间轴的第一端，所述第二线轮设置于与所述第一端相背的第二端，所述中间线轮组件设置于所述第一端和所述第二端之间，所述传动线缠绕所述第一线轮、第二线轮、及所述中间线轮组件。5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，解耦机构还包括固定套设在所述第一端和所述第二端之间的连接件，所述中间线轮组件与所述连接件固定连接并随所述中间轴的转动而转动。6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述中间线轮组件包括中间线轮支架及安装在所述中间线轮支架上的多个中间线轮，所述传动线缠绕所述中间线轮，所述中间线轮随所述中间轴的转动而转动。7.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述传动线沿第一方向缠绕所述第一线轮和所述第二线轮，及所述传动线沿第二方向缠绕所述中间线轮，所述第一方向与所述第二方向垂直。8.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，中间线轮支架包括支架座和关于所述支架座对称的两个支架臂，每个所述支架臂的第一面和与所述第一面相背的第二面均对称设置有两个所述中间线轮。9.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述解耦机构还包括：第一滑轮组件，用于引出或引入所述第一线轮的所述传动线，所述第一滑轮组件包括
第一固定件及安装在所述第一固定件的多个第一滑轮，所述第一固定件与所述第一线轮固定连接，所述传动线缠绕所述第一滑轮；及第二滑轮组件，用于引出或引入所述第二线轮的所述传动线，所述第二滑轮组件包括第二固定件及安装在所述第二固定件的多个第二滑轮，所述第二固定件与所述第二线轮固定连接，所述传动线缠绕所述第一滑轮。10.根据权利要求9所述的机械臂，其特征在于，所述解耦机构还包括：第一盖板，所述第一盖板安装于所述第二支臂，并与所述第一线轮固定连接；及第二盖板，所述第二盖板安装于所述第一支臂，并与所述第二线轮固定连接。11.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述解耦机构还包括：第一转轮，所述第一转轮与所述第一线轮固定连接，所述中间轴能够相对所述第一转轮转动；第二转轮，所述第二转轮与所述第二线轮固定连接；及中间转轮，所述中间转轮设置于所述连接件，所述中间转轮分别与所述第一转轮和所述第二转轮配合，其中，所述中间转轮和所述第二转轮随所述中间轴相对所述第一转轮的转动而转动，且相同时间内所述第二转轮相对所述第一转轮转动的第一角度改变量是所述中间轴相对所述第一转轮转动的第二角度改变量的两倍。12.根据权利要求11所述的机械臂，其特征在于，所述连接件包括两个对称设置的连接轴，所述连接轴垂直于所述中间轴，每个所述连接轴套设有一个中间轴承，所述中间转轮的数量为两个，每个所述中间转轮与一个所述中间轴承配合。13.根据权利要求12所述的机械臂，其特征在于，所述第一转轮、所述第二转轮、及所述中间转轮均为锥齿轮，所述中间转轮与所述第一转轮和所述第二转轮以齿轮啮合的方式配合。14.根据权利要求12所述的机械臂，其特征在于，所述第一转轮、所述第二转轮、及所述中间转轮均为线轮，所述中间转轮与所述第一转轮和所述第二转轮通过拉线配合。15.一种机器人，其特征在于，包括：权利要求1-14任意一项所述的机械臂；及机器人本体，所述机械臂安装于所述机器人本体。

技术总结
本申请公开一种机械臂和机器人，可应用于人工智能、机器人技术、机电一体化等各种场景。机械臂包括：肩关节、第一机臂、第二机臂、肘关节、解耦机构、手部结构、腕关节、及驱动源。肩关节具有多个旋转自由度。第一机臂与肩关节连接。第二机臂包括第一支臂和第二支臂。肘关节具有一个旋转自由度，肘关节连接第一机臂和第一支臂。解耦机构具有一个旋转自由度，解耦机构连接第一支臂和第二支臂。用于与对象进行交互。腕关节具有两个旋转自由度，腕关节连接手部结构和第二支臂。驱动源设置于肩关节，驱动源通过传动线驱动分别独立控制肘关节、解耦机构、及腕关节的运动。其中，解耦机构中的传动线的长度保持不变。的长度保持不变。的长度保持不变。


技术研发人员：熊坤 刘天亮 于飞
受保护的技术使用者：腾讯科技（深圳）有限公司
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2023/7/22