一种人形机器人的上肢结构及人形机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种人形机器人的上肢结构及人形机器人。

背景技术：

如图1和图2所示，其分别是市面上常见的机器人的两种手臂设计。

在图1中，手臂的自由度一般简化为：肩部具有2个自由度，分别为肩部第一自由度R1a和肩部第二自由度R2a，以及肘部具有1个自由度，具体为肘部第一自由度R3a。其中，肩部第一自由度R1a的方向是以x轴方向为轴，在y-z平面上旋转；肩部第二自由度R2a的方向是以y轴方向为轴，在x-z平面上旋转。肘部第一自由度R3a的方向是以x轴方向为轴，使得上前臂P4a在y-z平面上折叠。图1的结构无法实现需要双臂/单臂放在胸前位置的一切动作，举例来说，拍手，拍胸脯等等，这是由肘部的自由度决定的，其使得上前臂P4a只可能在身侧运动。

而在图2中，手臂的自由度一般简化为：肩部具有2个自由度，分别为肩部第一自由度R1b和肩部第二自由度R2b，以及肘部具有1个自由度，具体为肘部第一自由度R3b。其中，肩部第一自由度R1b的方向是以x轴方向为轴，在y-z平面上旋转；肩部第二自由度R2b的方向是以y轴方向为轴，在x-z平面上旋转。肘部第一自由度R3b的方向是以y轴方向为轴，使得上前臂P4b在x-z平面上折叠。图2的结构无法实现需要双臂/单臂弯曲伸向前方的一切动作，举例来说，上下握手，拍胸脯等等，这是由肘部的自由度决定的，其使得上前臂P4b只可能在胸前运动。

上述两种机器人的上肢结构的自由度都具有局限性，使其不能模仿人类完成常见的动作。而高度模拟人类动作的机器人的造价非常高，不利于市场上的推广和普及，使得机器人变成昂贵物品的代名词。

有鉴于此，为了设计出既经济又能做出多个动作的机器人，本实用新型的发 明人设计出一种人形机器人的上肢结构及人形机器人。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种人形机器人的上肢结构及人形机器人，其结构简单、成本低廉，并且可以作出多个动作。

为达上述目的，本实用新型提供一种人形机器人的上肢结构，其包括：肩臂、上前臂以及连接所述肩臂和上前臂的肘部，所述肩臂在肘部处设有枢轴，所述上前臂能够旋转地连接在该枢轴上，所述枢轴与x轴方向成一角度α，并且枢轴与y轴方向成一角度β，其中α为锐角，β＝90°-α。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，所述枢轴与z轴方向成90°。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，40°≤α≤50°。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，α为45°，并且β为45°。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，所述肩臂上设置有多个不同方向的用于安装枢轴的安装槽。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，所述枢轴与安装槽通过卡接的方式进行连接。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，所述枢轴的两端设置弹性件。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，还包括肩部，所述肩部具有2个自由度，分别为肩部第一自由度和肩部第二自由度，肩部第一自由度的方向是以x轴方向为轴，在y-z平面上旋转；肩部第二自由度的方向是以y轴方向为轴，在x-z平面上旋转。

所述的人形机器人的上肢结构，其中，所述肘部和肩部处均设置有舵机。

本实用新型还提供一种人形机器人，其包括所述上肢结构。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的人形机器人的上肢结构仅仅是在肘部做了变动，即改变了肩臂与上前臂之间的枢轴的方向，即可使人形机器人的上肢模拟人的多种姿势，而不需要设置复杂的结构，因此不仅生产、装配更为简易，并且可大大降低产品的成本，因此会更加受到消费者的欢迎。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其 中：

图1为市面上常见的机器人的上肢结构的示意图；

图2为市面上常见的另一机器人的上肢结构的示意图；

图3为根据本实用新型的人形机器人的上肢结构的示意图。

附图标记说明：R1a、R1b、R1c-肩部第一自由度；R2a、R2b、R2c-肩部第二自由度；R3a、R3b、R3c-肘部自由度；P1a、P1b、P1c-身体躯干；P2a、P2b、P2c-肩膀；P3a、P3b、P3c-肩臂；P4a、P4b、P4c-上前臂。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图3，其为根据本实用新型的人形机器人的上肢结构的示意图。其中，上肢结构具有能够活动的肩部和肘部。

肩部具有2个自由度，分别为肩部第一自由度R1c和肩部第二自由度R2c。肩部第一自由度R1c的方向是以x轴方向为轴，在y-z平面上旋转；肩部第二自由度R2c的方向是以y轴方向为轴，在x-z平面上旋转。

肘部具有1个自由度，具体为肘部第一自由度R3c。其中肘部第一自由度R3c的方向是与x轴方向成一预定角度α(0°<α<90°)，并且与y轴方向成一角度β(β＝90°-α)，使得上前臂P4c能够在x-y-z的空间内折叠，而不仅限于身前或身侧。具体而言，肩臂P3c在肘部处设有一根枢轴(图中未详示)，上前臂P4c可旋转地连接在该枢轴上，并且该枢轴分别与x轴方向成一预定角度α(0°<α<90°)，并且与y轴方向成一角度β(β＝90°-α)。肘部的1个自由度配合肩部的2个自由度以及身体躯干P1c，可以自由组合成多种姿势或动作。

优选地，所述枢轴与x轴方向成40～50度，与y轴方向呈40～50度，并且与z轴方向呈90度(即沿水平方向延伸)。

再优选地，所述枢轴与x轴方向成45度，与y轴方向呈45度，并且与z轴方向呈90度(即沿水平方向延伸)。

每个枢转关节(例如肩部、肘部)上都设置有舵机(图中未示出)，从而驱动上肢结构的肩部和肘部运动，并且可在选定的位置上停止。

如此一来，当上前臂P4c下垂并且肩部处于初始位置时，上前臂P4c与肩臂 P3c呈180度，此时可以模拟人的站立姿势。

当两条上前臂P4c向上折叠时，上前臂P4c靠近手部(图中未示出)的部位会一边升高一边逐渐向躯干P1c的胸前靠拢，同时肩部第一自由度R1c向躯干P1c前方旋转一定角度，当手部置于胸前时，可模拟人的拍手姿势。需要说明的是，此时两只手仍有一定距离，并不会真的触碰，防止撞击损伤。

当其中一条手臂的肩部第二自由度R2c从初始位置绕着y轴旋转到与躯干P1c约90度夹角，同时肩部第一自由度R1c绕x轴正方向旋转一定角度，使得上前臂P4c约呈竖直状态，这时肘部重复弯曲伸展，可模拟人的招手姿势。

当两条手臂自然下垂，通过在肘部沿着其枢轴前后摆动约30度，肩部第一自由度R1c沿轴正方向转动，肩部第二自由度保持与躯干P1c约30度夹角，两个肩部沿反方向旋转，可模拟人的摆臂姿势。

当肩部第一自由度R1c沿轴向后转动约30度，肩部第二自由度R2c保持与躯干P1c约30度，两条上前臂P4c向上转动，并使手部置于腰间，可模拟人的叉腰姿势。

当肩部第二自由度R2从保持与躯干P1c呈90度(即肩臂P3c成水平状态)，上前臂P4c与肩臂P3c约呈160度，可模拟人在舞蹈中的飞翔姿势。

由此可见，本实用新型的人形机器人的上肢结构仅仅是在肘部做了变动，即改变了肩臂P3c与上前臂P4c之间的枢轴的方向，即可使人形机器人的上肢模拟人的多种姿势，而不需要设置复杂的结构，因此不仅生产、装配更为简易，并且可大大降低产品的成本，因此会更加受到消费者的欢迎。

此外，优选地，所述枢轴是可拆卸的，并且枢轴的方向是可变的。具体而言，所述肩臂P3c上设置有多个不同方向的用于安装枢轴的安装槽，例如使得安装后的枢轴的方向可以是与x轴呈40度，与y轴呈50度；或者枢轴的方向可以是与x轴呈50度，与y轴呈40度。具体角度可根据实际情况确定。其中，枢轴与安装槽的安装形式可以有多种，比如卡接。或者在枢轴的两端设置弹性件，当安装枢轴时，可先将弹性件压缩到极限，而后将枢轴放置在安装槽内，而后弹性件复位即可使枢轴固定在安装槽内。

再优选地，所述肩臂P3c在接近肘部的位置设置有可绕着z轴方向旋转的转动部，所述枢轴固定连接在所述转动部上，这样，只需旋转转动部，即可改变枢轴的方向，进一步满足人形机器人的上肢结构模拟人的更多种姿势，而且该设计 同样满足易于生产、装配、价格低廉的目的。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。