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的手臂。本實用新型還涉及包括這種手臂的人形機器人。

背景技術：

現代的人形機器人是人工智能的一種重要產品。人形機器人具有從形態上大體類似于人體的頭部、軀干和四肢。通過與相應的控制系統配合，機器人可以完成多種動作。

然而，為了降低機器人的生產成本，通常將機器人的四肢、特別是手臂設計成固定在某一慣用的角度，導致不能完成一些動作，例如向前伸手的同時翻轉手掌。由此，這種人形機器人的體驗效果并不好。

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手臂，其包括：上臂和通過活動關節與上臂的遠端部相連的前臂。前臂能相對于上臂進行折疊運動和沿著前臂的縱軸進行旋轉運動。

根據本實用新型的機器人手臂，前臂具有折疊運動自由度和旋轉運動自由度，這樣即使上臂不作任何運動，前臂也能帶動安裝在前臂上的手實現向前伸出同時翻轉手掌的運動。由此，這種機器人手臂能實現與人類的手臂更加類似的功能，由此可以提高使用這種機器人手臂的人形機器人的體驗效果。

在一個實施例中，活動關節包括與上臂活動連接的連接框和與連接框轉動連接的轉軸，轉軸與前臂固定相連。這種活動關節的結構非常簡單，有助于降低其生產成本，而且極大地降低了機器人手臂的重量。特別是，當活動關節由剛度很大的輕質材料例如鋁合金制成時，情況更是如此。

在一個實施例中，上臂與連接框為鉸鏈連接，鉸鏈連接的鉸接軸在冠狀面內延伸并且與前臂的軸線垂直。這樣，上臂可以相對于前臂做折疊運動。

在一個實施例中，在連接框的中部構造有承接環，轉軸延伸穿過承接環并且與承接環轉動地接合在一起。通過這種結構，轉軸可沿其縱軸在承接環內轉動，由此實現了前臂的轉動。

在一個實施例中，在承接環的內側壁上構造有滑槽，在轉軸的側壁上構造有與滑槽配合的凸起。通過凸起與滑槽的配合，可以防止轉軸與承接環脫開，從而能提高前臂與上臂的連接穩定性。

在一個優選的實施例中，在滑槽內設置有擋體而使滑槽在周向上僅延伸0到180度。換句話說，滑槽并不形成完整的圓，而僅僅是圓的一部分。這樣，轉軸的轉動角度就會小于360度，并且因此前臂的轉動角度小于360度。實際上，人類的手臂也不能轉動360度。由此，通過這種設計的滑槽，使得前臂的轉動運動更加類似于人類，從而進一步提高了體驗效果。

在一個實施例中，在轉軸和連接框之間連接有復位彈簧。在一個實施例中，復位彈簧的數量為兩個并且安裝在滑槽內，兩個復位彈簧分別連接在凸起與擋體的兩個端部之間。在另一個實施例中，復位彈簧連接在轉軸的端部和連接框之間。通過設置復位彈簧，在前臂發生轉動后，在解除外力的情況下，還可以自動復位到初始狀態。由此，在機器人使用后，人員無需手動操作機器人手臂以使其復位，而且可以等待其自動復位，這對于收納機器人而言是非常有利的，這是由于在此期間人員可以騰出時間收拾其他物品。

在一個優選的實施例中，在滑槽內填充有阻尼液體。阻尼液體可以減緩前臂的轉動運動。對于能自動回位的前臂而言，這是非常重要的，這是由于阻尼液體的阻力會抵抗彈簧的拉力，由此使得前臂以較慢的速度回位，這可防止自動運動的前臂激烈碰撞其他物品而造成損害。

在一個實施例中，在上臂內設置有第一伺服器，在前臂內設置有第二伺服器，連接框與第一伺服器連接，轉軸與第二伺服器連接。根據這種設置，第一伺服器用于驅動連接框的樞軸運動，從而使前臂相對于上臂發生折疊運動。第二伺服器用于驅動轉軸轉動，從而使前臂相對于上臂發生轉動。由于轉動不需要克服重力做功，第二伺服器可以比第一伺服器更加小型化。這樣前臂的周向尺寸可小于上臂的周向尺寸，這也更加符合人手臂的形狀。

本實用新型還提出了一種機器人，其包括軀干和根據上文所述的機器人手臂。該機器人手臂的上臂的近端部與軀干相連，并且上臂能相對于軀干前后擺動或上下運動。根據這種機器人，即使上臂不能像人類手臂那樣相對于軀干靈活運動，而是僅能前后擺動或上下運動，前臂的轉動運動也彌補了這種缺憾。另外，這樣還可以避免上臂的多余動作消耗電能。

與現有技術相比，本實用新型的優點至少在于：(1)根據本實用新型的機器人手臂，能實現與人類的手臂更加類似的功能，由此可以提高使用這種機器人手臂的人形機器人的體驗效果。(2)根據本實用新型的機器人，即使上臂不能像人類手臂那樣相對于軀干靈活運動，而是僅能前后擺動或上下運動，前臂的轉動運動也彌補了這種缺憾。另外，這樣還可以避免上臂的多余動作消耗電能。

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示意性地顯示了一些解剖學用語。

圖2示意性地顯示了根據本實用新型的活動關節的結構。

圖3示意性地顯示了承接環與轉軸的連接結構。

圖4示意性地顯示了根據本實用新型的機器人。

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。

為了更方便地描述本實用新型的實施例，首先根據圖1解釋一些解剖學用語。冠狀面1是沿左右方向將人體縱切為前后兩部分的面。近端部是指肢體的更接近于軀干的端部。遠端部是指肢體的更遠離于軀干的端部。

圖2示意性地顯示了本實用新型的活動關節20的結構。活動關節20安裝在手臂45上，并且連接在上臂41和前臂42之間，以使得前臂42能相對于上臂41進行折疊運動和相應于其自身的縱軸y而轉動。從圖4可知，上臂41的近端部43與機器人46的軀干44活動式相連，以使得手臂45能夠相對于軀干44做出動作，如上下運動，前后擺動。

返回到圖2，來看活動關節20的結構。活動關節20包括連接框21和與連接框21轉動連接的轉軸22。連接框21構造為大體呈矩形框狀。在該矩形框的一條邊與上臂41鉸鏈連接在一起，并且該鉸鏈連接的鉸鏈軸23在冠狀面1內延伸并且與前臂的縱軸y大體垂直。轉軸22則與前臂42固定連接在一起。這樣，通過活動關節20的鉸鏈連接，可使得前臂42能夠相對于上臂41作折疊運動。此外，通過轉軸22與連接框21的轉動連接，可使得前臂42能相對于上臂41作旋轉運動。

為了實現轉軸22與連接框21的轉動連接，在連接框21上構造有一個承接環31，轉軸22則延伸穿過承接環31并且與承接環31活動地接合在一起。例如，將轉軸22的端部221橫向尺寸構造為大于承接環31的直徑，就可以防止轉軸22與承接環31脫開。

圖3以俯視圖示意性地顯示了轉軸22與承接環31連接的一個實施例。如圖3所示，在承接環31的內壁上構造有滑槽32，并且在轉軸22的側壁上構造有與滑槽32配合的凸起33。這樣，通過將凸起33安裝到滑槽32內，就可以使轉軸22與承接環31能轉動地連接在一起。此外，凸起33與滑槽32的配合可以防止轉軸22沿著前臂42的縱軸y的方向發生竄動，由此前臂42與上臂41可以穩定地連接在一起。優選地，滑槽32并不是一個完整的圓，而是通過擋體321形成在周向上延伸角度為0到180之間的圓弧。在一個實施例中，圓弧的延伸角度可以為30度、45度、60度、90度、120度、150度。本領域的技術人員還可以根據需要設計具有其他延伸角度的圓弧。這樣，前臂42就只能在一定角度范圍內轉動，而不是在整個圓周上轉動。這與人的前臂的轉動角度非常類似，從而提高了產品的體驗效果。

此外，還可以在轉軸22和連接框21之間連接復位彈簧，以使得在前臂42轉動一定角度后能自動復位。如圖2所示，可以在轉軸22的端部221與連接框21之間設置復位彈簧222。當轉軸22在外力作用下轉動時，復位彈簧222被拉伸。當撤去外力時，復位彈簧222收縮而使轉軸22反轉到其初始狀態。此外，還可以如圖3所示的那樣，在凸起33和滑槽32的兩端之間分別安裝復位彈簧222’和222”。同樣，當轉軸22在外力作用下順時針轉動時，復位彈簧222’被擠壓，而復位彈簧222”被拉伸。當撤去外力時，復位彈簧222’和222”同時作用而使轉軸22反轉到其初始狀態。本領域的技術人員可根據需要而在活動關節20內設置圖2所示的復位彈簧222或圖3所示的復位彈簧222’和222”，也可以設置這兩種形式的復位彈簧。

優選地，在設置復位彈簧的情況下，在滑槽32內填充阻尼液體，例如阻尼油。阻尼油是本領域的技術人員所熟知的，這里不再贅述。阻尼油可降低轉軸22在復位彈簧的作用下的轉動速度，這可以極大地提高產品的體驗效果和安全程度。另外，阻尼油還可以對凸起33在滑槽32內的運動起到潤滑作用，減小磨損。對于圖3所示的在滑槽32內安裝復位彈簧的情況，在滑槽32內填充阻尼油也是有益的。這是由于，阻尼油會防止復位彈簧被氧化，從而提高其使用壽命。還應理解的是，在填充阻尼油后，滑槽32應當密封，以防止阻尼油泄露。對于本領域的技術人員，可以采用常規的密封手段，這里不再贅述。

再來看圖2，可在上臂41內設置有第一伺服器50，在前臂32內設置有第二伺服器51。連接框21與第一伺服器50鉸鏈連接在一起，轉軸22與第二伺服器51固定連接。第一伺服器50和第二伺服器51可以選擇為電機。

當第一伺服器50工作時，通過連接框21與第一伺服器50的鉸鏈連接，前臂42會相對于上臂41進行折疊運動或保持在某一折疊角度處。當第二伺服器51工作時，通過轉軸與連接框21的轉動連接，前臂42會相對于上臂41進行轉動運動或保持在某一轉動角度處。當然，第一伺服器50和第二伺服器51也可以同時工作，使得前臂42在相對于上臂41進行折疊運動的同時還進行轉動。這些運動方式可以通過后臺的控制來實現(這是本領域的技術人員易于實現的)，第一伺服器50和第二伺服器51的類型也是本領域的技術人員所熟知的，這里不再贅述。

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。