本實用新型涉及人工智能領域，特別是涉及一種人形機器人上肢。本實用新型還涉及包括這種機器人上肢的機器人。

背景技術：

隨著科學技術的發展和進步，人們越來越希望將人形機器人(尤其是人工智能人形機器人)應用到生活、工業生產中。

然而，礙于現有技術，人形機器人僅能做到具有在形態上大體類似于人體的上肢的部件，然而令這些部件像人類上肢一樣地活動一直是難以實現的。尤其是，對于人類的上肢而言，手部是非常靈活也非常重要的器官，人們的很多活動和表達都要依賴于手部和手部與臂部之間的配合來完成。但是，現有技術中的人形機器人的上肢還不能實現手部與臂部之間的活動配合，手部僅能與臂部之間固定連接，以作為人們識別上肢的形狀的一個裝飾物。這對于人形機器人模擬人類以及其應用和發展都十分不利。

因此，需要一種能更好地模擬人類的上肢的機器人上肢。

技術實現要素：

針對上述問題，本實用新型提出了一種機器人上肢，該機器人上肢能夠更好地模擬人類的上肢。本實用新型還提出了一種使用這種機器人上肢的機器人。

根據本實用新型的第一方面，提出了一種機器人上肢，包括：臂部；以及手部，所述手部與所述臂部旋轉式連接以使所述手部能圍繞所述臂部的軸線進行旋轉。

通過這種機器人上肢，能夠使手部與臂部相對于臂部的軸線而旋轉，以使手部能相對于臂部轉動到不同的角度處。由此，該機器人上肢能夠實現更多的擬人動作(例如，像人類那樣轉動手腕)，從而更好地模擬了人類的上肢。

在一個實施例中，在所述手部上固定連接有旋轉軸桿，所述旋轉軸桿的末端沿所述臂部的軸線延伸到所述臂部內，所述臂部構造有包圍所述末端的容納部，所述容納部與所述旋轉軸桿可旋轉式配合，其中，所述旋轉軸桿能圍繞所述臂部的軸線方向相對于所述容納部旋轉以實現所述手部圍繞所述臂部的軸線進行旋轉。

通過這種結構，能夠在實現手部與臂部之間的相對旋轉的同時，簡化機器人上肢的結構、降低機器人上肢的重量并減少機器人上肢的制造成本。

在一個實施例中，在所述旋轉軸桿的末端上構造有徑向向外延伸的限位凸起，在所述容納部上構造有徑向向內延伸的限位擋件，其中，通過所述限位擋件限定有旋轉通道，所述限位凸起容納于所述旋轉通道內并能在所述旋轉通道內圍繞所述臂部的軸線旋轉移動，所述限位凸起徑向向外延伸的最遠端與所述臂部的軸線之間的距離大于所述限位擋件徑向向內延伸的最遠端與所述臂部的軸線之間的距離。

通過這種結構，能夠在手部相對于臂部相對轉動的同時，令限位凸起與限位擋件相對移動。在手部相對于臂部轉動到一定的相對位置時，限位凸起與限位擋件相接觸、甚至相抵，以防止限位凸起繼續沿該方向旋轉，進而防止了手部相對于臂部沿該方向進一步旋轉。由此，使得該機器人上肢能夠更好地模擬人類上肢。

在一個實施例中，所述旋轉通道相對于所述臂部的軸線形成的夾角最小為90°。也就是說，限位凸起與限位擋件之間的活動范圍最小呈90°夾角。通過這種結構，機器人上肢能夠更好地模擬人類上肢。

在一個實施例中，在所述限位凸起與所述限位擋件之間構造有彈性件。在限位凸起靠近限位擋件時，會壓縮彈性件。這樣一來，限位凸起越靠近限位擋件，手部轉動所需要克服的阻力越大。通過這種結構，機器人上肢能夠更好地模擬人類上肢。

在一個實施例中，在所述限位凸起的周向兩側均設置有所述限位擋件，在所述限位凸起與兩側的限位擋件之間均設置有所述彈性件，所述彈性件構造成在所述限位凸起和所述限位擋件之間始終處于壓縮狀態。通過這種結構，能夠有效實現手部旋轉過程中的受阻和受限。另外，通過兩側的彈性件，能夠確定限位凸起的自然方向，并由此確定手部的自然方向。

在一個實施例中，在所述臂部內安裝有電機，所述電機的轉子與所述旋轉軸桿固定相連。通過這種結構，能經由電機帶動旋轉軸桿旋轉，并由此帶動手部旋轉。

在一個實施例中，所述電機構造成在其通電狀態下，所述轉子能夠圍繞所述臂部的軸線旋轉或者固定不動。由此，在電機的作用下，能夠實現手部相對于臂部的旋轉、或者相對于臂部固定在某一角度上。

在一個實施例中，電機構造成在其通電狀態下，所述轉子能夠圍繞所述臂部的軸線、以設定的角速度旋轉設定的角度。通過這種設置，手部能夠以所期望的速度轉動所期望的角度，以此來根據需要使機器人上肢實現各種活動或運動。

根據本實用新型的第二方面，提出了一種機器人，其包括軀干，以及根據權利要求1到9中任一項所述的機器人上肢，所述臂部背離所述手部的端部與所述軀干活動式相連。

與現有技術相比，本實用新型的優點在于：通過這種機器人上肢，能夠使手部與臂部相對于臂部的軸線而旋轉，以使手部能相對于臂部轉動到不同的角度處。由此，該機器人上肢能夠實現更多的擬人動作(例如，像人類那樣轉動手腕)，從而更好地模擬了人類的上肢。

附圖說明

在下文中將基于實施例并參考附圖來對本實用新型進行更詳細的描述。其中：

圖1是根據本實用新型的機器人上肢的一個實施例的結構示意圖；

圖2是根據本實用新型的機器人上肢中的一部分的一個實施例的結構示意圖；

圖3是根據本實用新型的機器人上肢中的一部分的另一個實施例的結構示意圖；以及

圖4是根據本實用新型的機器人上肢的另一個實施例的結構示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。

圖1示意性地顯示出了本實用新型的機器人上肢1的結構。機器人上肢1包括臂部10和手部20，其中手部20與臂部10旋轉式連接，以使得手部20能夠繞臂部10的軸線旋轉。如圖1所示，手部20可與臂部10同軸式設置。此時，也可理解為手部20繞其自身的軸線旋轉。

將手部20制成模擬人手的形狀，例如可使手部20具備手背和手面的形狀和/或結構，或類似于手背和手面的形狀和/或結構。由此，通過手部20與臂部10之前的相對轉動，以使手部20能相對于臂部10轉動到不同的角度處。由此，上肢1能夠實現更多的擬人動作(例如，像人類那樣轉動手腕)，從而更好地模擬了人類的上肢。

如圖1所示，在手部20上固定連接有旋轉軸桿31。旋轉軸桿31的一端與手部20固定連接，另一端(即，末端)沿臂部10的軸線延伸到臂部10內。在臂部10上構造有包圍該末端并與該末端可旋轉式配合的容納部32。通過這種結構，實現了上述手部20與臂部10之間的旋轉式連接。這種結構能簡化機器人的上肢結構、降低機器人的上肢重量，并且減少上肢的制造成本。

優選地，旋轉軸桿31的末端與容納部32之間相配合的結構如圖2或圖3所示的那樣。

在圖2中，在旋轉軸桿31的末端上構造有徑向向外延伸的限位凸起311，在容納部32上構造有徑向向內延伸的限位擋件321。限位擋件321設置有缺口，即限位擋件321并不覆蓋整個圓周，由此在該缺口處形成了供限位凸起311容納其中的旋轉通道322。為了使限位擋件321與限位凸起311能相互配合以限制手部20與臂部10之間的轉動關系，令限位凸起311徑向向外延伸的最遠端311A與臂部的軸線之間的距離大于限位擋件321徑向向內延伸的最遠端321A與臂部10的軸線之間的距離。由此，在旋轉軸桿31相對于容納部32轉動一定角度時，限位凸起311能與限位擋件321相接觸，并防止旋轉軸桿31相對于容納部32沿同一方向進一步旋轉。這樣一來，與旋轉軸桿31相連的手部20和與容納部32相連的臂部10之間的相對轉動也能夠被限制住。

優選地，旋轉通道322相對于臂部的軸線形成的夾角最小為90°。也就是說，限位凸起311沿一個方向(圖中的順時針或逆時針方向)相對于限位擋件321旋轉，最多不能超過90°。

由于人類的臂部和手部之間的轉動是有角度限制的，所以上述設置能夠使上肢1更好地模擬人類的上肢。

優選地，在限位凸起311的周向兩側均設置有限位擋件321。這可通過在限位凸起311的周向兩側分別設置兩個限位擋件來實現，也可通過設置一較大的限位塊來實現。在后者的情況下，該限位塊的周向末端邊緣分別形成位于限位凸起311兩側的限位擋件。

如圖3所示，可以在限位凸起311與限位擋件321之間構造有彈性件。根據需要可以僅設置彈性件41或彈性件42，但優選地在限位凸起311的兩側同時設置彈性件41、42。這樣一來，在限位凸起311沿設置有彈性件的方向旋轉時，彈性件會受到壓縮。在彈性件受到壓縮的過程中，臂部10相對于手部20轉動所需克服的阻力增大了。這一方面可以起到限位的作用，另一方面還更加真實地模擬了人類的上肢，從而使得上肢1能夠更好地模擬人類上肢。

另外還優選地，可令彈性件41、42在限位凸起311和限位擋件321之間始終處于壓縮狀態。通過這種結構，能夠有效實現手部旋轉過程中的受阻和受限。另外，通過兩側的彈性件，能夠確定限位凸起的自然方向，并由此確定手部的自然方向。此外，還可通過這種方式來防止限位凸起311在遠離其中一個限位擋件321時，因受到其間的彈性件的拉扯而以過快的速度復位。

這里的“自然方向”指的是，在手部及與其相連或相配合的部件不受外力的條件下，限位凸起相對于限位擋件所呈的方向，或理解為手部相對于臂部所呈的方向。

在一個實施例中，彈性件41、42與限位凸起311和限位擋件321中之一相連。通過這種一端相連的結構，使得彈性件41、42在限位凸起311與限位擋件321之間設置得更加穩定。另外，只與限位凸起311和限位擋件321中之一相連也能夠避免限位凸起311在遠離限位擋件321時，因受到兩者之間彈性件的強力拉扯而以過快的速度歸位。通過這樣的結構，能夠減少手部20與臂部10、旋轉軸桿31與容納部32以及限位凸起311與限位擋件321之間的磨損，由此提高了上肢1的使用壽命。

如圖4所示，在臂部10內安裝有電機50，所述電機的轉子與旋轉軸桿31固定相連。通過這種結構，能經由電機50的轉子的旋轉來帶動旋轉軸桿31旋轉，并由此帶動手部20旋轉。

應理解的是，根據需要也可將電機50安裝在手部20內。然而，將電機50安裝在臂部10內可有效地降低臂部以遠離手部的一端為軸轉動時所產生的扭矩，從而可使上肢1更加地輕便，并且使上肢1活動時的能耗更低。另外，由此還在手部20內空出了多余的空間。在該空間內可設置其他的結構，以使手部更加接近人類的手部。例如，可設置類似于人類手指的結構以及相應的動力部件。

在一個實施例中，電機50構造成在其通電狀態下，轉子能夠圍繞臂部10的軸線旋轉或者固定不動。由此，在電機的作用下，能夠實現手部相對于臂部的旋轉、或者相對于臂部固定在某一角度上。由此，能夠使該上肢1進行更多的活動。例如，該電機50可選用根據實際生產需要的適配電機，并不局限。該電機50本身的結構為本領域的技術人員所熟知的。

優選地，在電機50的通電狀態下，轉子能夠圍繞臂部的軸線、以設定的角速度旋轉設定的角度。通過這種設置，手部能夠以所期望的速度轉動所期望的角度，以此來根據需要使機器人上肢實現各種活動或運動。

上述上肢1能夠更好地模擬人類的上肢。

另外，本實用新型中的機器人包含軀干以及上述上肢1。其中，臂部10的遠離手部20的一端與軀干可活動式相連，以使該機器人能夠更好地模擬人類。

雖然已經參考優選實施例對本實用新型進行了描述，但在不脫離本實用新型的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本實用新型并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內的所有技術方案。