一种机械臂的制作方法

1.本说明书涉及机械臂领域，特别涉及一种机械臂。


背景技术：

2.机械臂作为一种新型人机交互途径被广泛应用于工业、医疗等领域。例如，平行联动机构设计的机械臂被普遍应用于手术机器人(例如，单孔手术机器人或多孔手术机器人)。然而，在机械臂的使用中，机械臂的重力通常会对机械臂的运动(例如，运动精度、灵巧性、安全性、可靠性等)以及对操作者的力反馈造成负面影响。因此，在机械臂的设计和使用中，通常需要考虑对机械臂的重力进行平衡的问题，以消除机械臂自身重力所造成的负面影响。目前，对机械臂的重力进行平衡通常可以采用电机补偿、配重设计或气缸等方式。但电机补偿的方式会产生电机负载过大的问题，存在安全隐患。而配重设计或气缸的方式则会造成机械臂过于笨重的问题。
3.因此，如何合理设计机械臂的重力平衡方式是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本说明书实施例提供一种机械臂，包括：机械臂本体和重力平衡组件；所述机械臂本体包括支座和连杆组件；所述支座和所述连杆组件通过第一转动轴转动连接；所述重力平衡组件包括弹簧和平衡绳，所述弹簧的一端与所述支座连接，所述弹簧的另一端与所述平衡绳的一端连接，所述平衡绳的另一端连接于所述连杆组件上；所述弹簧的弹力能够通过所述平衡绳作用于所述连杆组件以至少部分平衡所述连杆组件的重力相对于所述第一转动轴产生的重力矩。
5.在一些实施例中，所述连杆组件包括第一连杆和第二连杆；所述支座和所述第一连杆通过所述第一转动轴转动连接，所述第一连杆和所述第二连杆通过第二转动轴转动连接；所述支座、所述第一连杆和所述第二连杆形成平行联动机构；所述平衡绳的所述另一端固定连接于所述第一连杆上。
6.在一些实施例中，所述第一连杆上设置有连接机构，所述连接机构与所述平衡绳的所述另一端固定连接。
7.在一些实施例中，所述重力平衡组件还包括设置在所述支座上的滑轮，所述平衡绳从所述滑轮上绕过后其所述另一端与所述连接机构固定连接；所述连接机构与所述第一转动轴之间的距离和所述滑轮与所述第一转动轴之间的距离相同，并且所述弹簧的变形量与所述滑轮和所述连接机构之间的距离相同。
8.在一些实施例中，所述弹簧的弹簧刚度系数和所述连接机构与所述第一转动轴之间的距离满足如下关系：其中，k为所述弹簧的弹簧刚度系数，g1为所述第一连杆的重力，l1为所述第一连杆的长度，g2为所述第二连杆的重力，l2为所述连接机构与所述第一转动轴之间的距离。
9.在一些实施例中，所述第一连杆设置有位置调节结构，所述位置调节结构用于调
节所述连接机构在所述第一连杆的长度方向上的位置。
10.在一些实施例中，所述平衡绳的所述一端设置有平衡绳张紧装置，所述弹簧的所述另一端设置有连接座，所述平衡绳通过所述平衡绳张紧装置与所述连接座连接，从而实现与所述弹簧的所述另一端连接；当所述连杆组件绕所述第一转动轴相对于所述支座进行转动时，所述连接座能够在所述平衡绳和所述弹簧的作用下沿所述支座的长度方向运动。
11.在一些实施例中，所述连接座上设置有滑块，所述支座上设置有与所述滑块适配的导轨。
12.在一些实施例中，所述机械臂还包括力矩传感器，所述力矩传感器设置在所述第一转动轴上，用于检测所述第一转动轴受到的转动力矩。
13.在一些实施例中，所述机械臂还包括伺服电机，所述伺服电机与所述力矩传感器电连接，并且与所述第一转动轴传动连接；当所述力矩传感器检测到所述第一转动轴受到的所述转动力矩时，所述伺服电机能够基于所述转动力矩向所述第一转动轴输出对应的补偿力矩，以对所述转动力矩进行平衡。
附图说明
14.本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
15.图1是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的整体结构示意图；
16.图2是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的背面结构示意图；
17.图3是图2的x-x剖视结构示意图；
18.图4是图2所示的机械臂局部剖切后的背面结构示意图；
19.图5是图2所示的连杆组件绕第一转动轴的轴线方向相对于支座转动一定角度时的受力示意图；
20.图6是根据本说明书一些实施例所示的实现平衡转动力矩的控制系统的框图；
21.图7是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的部分的结构示意图；
22.图8是图7所示的p区域的局部放大图。
具体实施方式
23.为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
24.如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
25.机械臂作为工业机器人、手术机器人等机器人系统中的重要组成部分，可以被用
于工业生产、手术治疗等。例如，手术机器人大多采用的是平行联动机构设计的机械臂，在进行手术治疗时，医生可以通过操作机械臂来控制手术机器人的末端执行器械完成剪切、打结和缝合等动作。
26.在机械臂的设计和使用中，通常需要考虑机械臂的重力平衡问题，以保证机械臂运动的灵巧性、安全性或可靠性，以及对操作者的力反馈准确，使操作者对机械臂的操作较为省力等。其中，机械臂的重力平衡可以理解为机械臂在其运动空间内的任意姿态下，例如，机械臂中的运动构件(例如，连杆)转动到某一位置且其所受到的驱动力消失时，运动构件的重力均能被平衡，使运动构件不会因自身重力而再发生转动，以使得运动构件可以保持在当前位置，从而使得机械臂在驱动其运动的驱动力消失后可以保持住相应姿态。具体地，重力平衡可以通过平衡机械臂中连杆的重力相对于其转动关节(例如，转动轴)产生的重力矩来实现，而平衡机械臂中连杆的重力相对于转动轴产生的重力矩则可以通过相对于同一转动轴产生的与重力矩大小相等、方向相反的力矩来抵消重力矩来实现。
27.本说明书实施例提供一种机械臂，该机械臂通过使弹簧处于变形状态(例如，伸长状态或压缩状态)产生弹力，然后弹力通过平衡绳作用于机械臂的运动构件(例如，连杆)以至少部分平衡机械臂中需要平衡的重力矩，即弹力可以通过平衡绳作用于机械臂的运动构件上相对于其转动轴产生平衡力矩，该平衡力矩可以平衡机械臂的运动构件的重力相对于其转动轴产生的重力矩的部分或全部，以此实现机械臂的重力平衡。其中，当需要平衡的重力矩随机械臂相关运动构件(例如，连杆)的转动角度的变化而变化时，平衡力矩也会随机械臂相关运动构件的转动角度的变化而发生同样变化，以保证机械臂在相关运动构件转动任意角度时均能实现重力平衡，从而保证机械臂的运行安全可靠，运动灵巧，对操作者的力反馈准确，使操作者手动操作机械臂时省力方便。除此之外，本说明书实施例提供的机械臂通过使弹簧处于变形状态来实现重力平衡，结构简单、紧凑，弹簧重量较轻，不会增加过多的惯性力而影响到机械臂的操作精度和操作舒适性，并且对机械臂的运动也不会造成干涉。
28.下面将结合附图对本说明书实施例提供的机械臂以及其重力平衡的原理进行详细说明。
29.图1是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的整体结构示意图。图2是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的背面结构示意图；图3是图2的x-x剖视结构示意图；图4是图2所示的机械臂局部剖切后的背面结构示意图。
30.结合图1、图2、图3以及图4所示，机械臂100包括机械臂本体10和重力平衡组件 20。机械臂本体10可以包括支座11和连杆组件12，支座11和连杆组件12可以通过第一转动轴13转动连接，使得连杆组件12可以绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11进行转动。重力平衡组件20可以包括弹簧21和平衡绳22(例如，钢丝绳)，弹簧21的一端与支座 11连接，弹簧21的另一端与平衡绳22的一端连接，平衡绳22的另一端连接于连杆组件12 上。弹簧21的弹力能够通过平衡绳22作用于连杆组件12以至少部分平衡连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩。
31.在一些实施例中，当连杆组件12绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11转动一定角度时，连杆组件12能够通过平衡绳22带动弹簧21处于变形状态(例如，伸长状态或压缩状态)，弹簧21处于变形状态时的弹力能够通过平衡绳22反作用于连杆组件12，使得弹力能
够相对于第一转动轴13产生平衡力矩，该平衡力矩能够至少部分平衡连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩。在一些实施例中，该平衡力矩可以与连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩方向相反，且该平衡力矩大于或等于连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩，以平衡(或称为抵消)连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩。在一些实施例中，该平衡力矩可以与连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩方向相反，且该平衡力矩小于连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩，以平衡(或抵消)部分连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩。在一些实施例中，当平衡力矩大于或小于连杆组件12的重力相对于第一转动轴 13产生的重力矩时，第一转动轴13上还存在有转动力矩(即平衡力矩与连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩的差值)，转动力矩可以通过调整平衡力矩的大小或电机补偿的方式来平衡。关于平衡力矩大于或小于连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩时，如何对第一转动轴13上的转动力矩进行平衡的描述可以在本说明书其他地方(例如，图5及其相关描述)找到。
32.在一些实施例中，机械臂100可以为平行联动机构的机械臂。具体地，结合图1、图 2、图3以及图4所示，连杆组件12可以包括第一连杆121和第二连杆122。支座11与第一连杆121可以通过第一转动轴13转动连接，第一连杆121和第二连杆122可以通过第二转动轴123连接，使得第一连杆121和第二连杆122可以绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座 11进行转动，并且第二连杆122可以绕第二转动轴123的轴线方向相对于第一连杆121进行转动。其中，支座11、第一连杆121和第二连杆122可以形成平行联动机构，以使得连杆组件12绕第一转动轴13转动的过程中，第二连杆122能够与支座11始终平行。仅作为示例，支座11、第一连杆121和第二连杆122形成的平行联动机构可以通过带传动或链传动的方式控制第一转动轴13和第二转动轴123同步转动相同角度来形成，即第一连杆121绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11转动一定角度时，第二连杆122绕第二转动轴123相对于第一连杆121转动了相同角度。通过这样设置，机械臂100需要平衡的重力矩就可以包括第一连杆121和第二连杆122的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩。
33.在一些实施例中，参见图1、图3或图4所示，平衡绳22的另一端可以固定连接于第一连杆121上。在一些实施例中，第一连杆121上可以设置有连接机构1211，连接机构 1211可以与平衡绳22的另一端固定连接。需要说明的是，本说明书实施例对连接机构1211 的具体结构不作限制，连接机构1211可以是任何能够实现与平衡绳22的另一端实现固定连接的机构。例如，连接机构1211可以是设置在第一连杆121上的凸台(或凸柱)，平衡绳22 的另一端可以系在凸台上以实现固定连接。又例如，平衡绳22的另一端可以设置有连接件，连接件可以通过卡接、胶接或焊接等方式与连接机构1211或直接与第一连杆121进行固定连接。
34.在一些实施例中，参见图3以及图4所示，重力平衡组件20还可以包括设置在支座 11上的滑轮23，平衡绳22从滑轮23上绕过后其另一端与连接机构1211固定连接。其中，连接机构1211与第一转动轴13之间的距离相同，并且弹簧21的变形量与滑轮23和连接机构1211之间的距离(或平衡绳22在连接机构1211和第一转动轴13之间的长度)相同。即在连杆组件12绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11进行转动的过程中，支座11与第一连杆121之间的夹角会发生变化，使得滑轮23和连接机构1211之间的距离也发生变化，而连杆组件12(第一连杆121)通过平衡绳22带动弹簧21处于变形状态时的变形量始终与滑轮23和连接机
构1211之间的距离保持相同。
35.通过使弹簧21的变形量与滑轮23和连接机构1211之间的距离相同，可以将弹簧21 所产生的弹力与变形量的线性关系转换为弹力与第一连杆121绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11转动的角度的三角函数关系(例如，正弦关系)，使得弹力能够按第一连杆121 绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11转动的角度的三角函数关系进行变化，进而使弹力相对于第一转动轴13产生的平衡力矩按第一连杆121绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11转动的角度的三角函数关系进行变化，而机械臂100需要平衡的力矩(即连杆组件12 的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩)也是按第一连杆121第一转动轴13的轴线方向相对于支座11转动的角度的三角函数关系变化的。进一步地，可以使得连杆组件12在转动任意角度时，弹力相对于第一转动轴13所产生的平衡力矩均能平衡连杆组件12相对于第一转动轴13产生的重力矩(或其部分)。
36.在一些实施例中，结合图2、图3以及图4所示，平衡绳22的一端可以设置有平衡绳张紧装置221，弹簧21的另一端设置有连接座211。平衡绳22的一端可以通过平衡绳张紧装置221(例如，张紧轮)与连接座211连接，从而实现与弹簧21的另一端连接。其中，平衡绳张紧装置221可以使平衡绳22始终保持在张紧状态，以保证弹簧21的弹力能够通过平衡绳22充分作用于连杆组件12。当连杆组件12绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11 进行转动时，连接座211能够在平衡绳22和弹簧21的作用下沿支座11的长度方向运动，以使得弹簧21的变形量发生改变。例如，在图4中，当第一连杆121沿逆时针方向相对于支座 11进行转动时，平衡绳22在第一连杆121的作用下拉动连接座211沿支座11的长度方向向上运动，使得弹簧21处于压缩状态，而当第一连杆121沿顺时针方向相对于支座11进行转动时，弹簧21在弹力的作用下恢复变形以带动连接座211沿支座11的长度方向下向下运动，在这个过程中，弹簧21的压缩量始终与滑轮23和连接机构1211之间的距离保持相同。
37.在一些实施例中，参见图2或图4所示，连接座211上可以设置有滑块2111，支座 11上可以设置有与滑块2111适配的导轨111。当连接座211能够在平衡绳22和弹簧21的作用下沿支座11的长度方向运动时，滑块2111在导轨111上运动，这样可以使得连接座211 的运动较为平稳，不会和支座11发生碰撞，也使得连接组件12的转动更为安全可靠。
38.在一些实施例中，参见图2、图3或图4所示，重力平衡组件20还可以包括设置在支座11上的导向轮24，平衡绳22的另一端依次从导向轮24、滑轮23上绕过后与连接机构 1211固定连接。需要说明的是，弹簧21所产生的弹力可以由弹簧21的伸长或压缩来产生的，本说明书主要以弹簧21压缩产生弹力来进行说明。在一些实施例中，可以根据弹簧21的类型和/或导向轮24的位置来设置弹簧21弹力产生的方式。例如，当弹簧21为压缩弹簧时，可以将导向轮24设置在弹簧21的一端(与支座11连接的一端)的上方，当第一连杆121绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11进行转动时，弹簧21在平衡绳22的作用下处于压缩状态以产生弹力。又例如，当弹簧21为伸长弹簧时，可以将导向轮24设置在弹簧21的另一端(与平衡绳22的一端连接的一端)的下方，当第一连杆121绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11进行转动时，弹簧21在平衡绳22的作用下处于伸长状态以产生弹力。
39.下面将结合图4对机械臂100中重力平衡组件20是如何产生平衡力矩来对连杆组件 12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩进行平衡进行详细说明。
40.图5是图2所示的连杆组件绕第一转动轴的轴线方向相对于支座转动一定角度时
的受力示意图。
41.如图5所示，设连杆组件12(第一连杆121)绕第一转动轴13的轴线方向相对于支座11转动的角度为θ；第一连杆121和第二连杆122的重力分别为g1和g2；第一连杆121的长度为l1；连接机构1211与第一转动轴13之间的距离以及滑轮23与第一转动轴之间的距离为l2；第一连杆121和第二连杆122的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩分别为t1和 t2；a、b、c分别代表第一转动轴13、连接机构1211、滑轮23的位置。需要说明的是，在本说明书实施例中，连接机构1211的位置可以用来表示平衡绳22的另一端与第一连杆121 的连接点。
42.机械臂100需要平衡的重力矩t为：
43.t＝t1+t2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
44.经计算可得，t1和t2分别为：
[0045][0046]
t2＝g2×
l1×
sinθ；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0047]
进而可以得出：
[0048][0049]
设弹簧21所产生的弹力为f；弹簧21的弹簧刚度系数为k；弹簧21的变形量为δ
x
；弹簧21所产生的弹力为f相对于第一转动轴13的力臂为l3；滑轮23与连接机构1211之间的距离为l4。
[0050]
进一步地，弹簧21的弹力对第一转动轴13产生的平衡力矩t
′
为：
[0051]
t
′
＝f
×
l3＝k
×
δ
x
×
l3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0052]
由于连接机构1211与第一转动轴13之间的距离与滑轮23与第一转动轴13之间的距离相同，并且弹簧21的变形量与滑轮23与连接机构1211之间的距离为l4的距离相同，所以第一转动轴13的位置a、连接机构1211的位置b、滑轮23的位置c之间的连线可以构成一个等腰三角形δ
abc
，等腰三角形的三条边的长度分别为l2、l2、l4；其中，δ
x
＝l4；
[0053]
在等腰三角形δ
abc
中，具有以下关系：
[0054]
l
42
＝l
22
+l
22-2
×
l2×
l2×
cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0055][0056]
因此，滑轮23与连接机构1211之间的距离l4为：
[0057][0058]
进一步地，弹簧21的弹力对第一转动轴13产生的平衡力矩t
′
为：
[0059][0060]
要想弹簧21的弹力对第一转动轴13产生的平衡力矩t
′
能够平衡机械臂100需要平衡的重力矩t；则需要t
′
与t的方向相反，大小相等，即t
′
＝t，即可实现机械臂100的重力平衡。进而可以得出：
[0061][0062]
根据式(10)可知，在对机械臂100进行设计时，在g1、l1、g2已经确定好的情况下，可以根据式(10)选择合适的弹簧作为弹簧21。具体地，弹簧21的弹簧刚度系数k可以与连接机
构1211与第一转动轴13之间的距离满足以下关系：
[0063][0064]
因此，可以根据式(11)为弹簧21选择合适的弹簧刚度系数，以使得弹簧21的弹力相对于第一转动轴13产生的平衡力矩t
′
能够平衡机械臂100需要平衡的重力矩t。
[0065]
在一些实施例中，在g1、l1、g2、k已经确定好的情况下，也可以根据式(11)合理设置连接机构1211与第一转动轴13之间的距离l2，以使得弹簧21的弹力相对于第一转动轴 13产生的平衡力矩t
′
能够平衡机械臂100需要平衡的重力矩t。
[0066]
在一些实施例中，设置连接机构1211与第一转动轴13之间的距离l2可以通过调整连接机构1211在第一连杆121长度方向的位置(即位置b)来实现。
[0067]
在一些实施例中，连杆组件12可以仅包括一个连杆(例如，第一连杆121)。当连杆组件12仅包括第一连杆121时，弹簧21的弹簧刚度系数k可以与连接机构1211与第一转动轴13之间的距离满足以下关系：
[0068][0069]
在一些情况下，由于弹簧力的不准确，以及在机械臂100的设计当中没有考虑到摩擦力等外力对机械臂100的重力平衡的影响，可能导致机械臂100根据理论计算出来(例如，根据式(11)计算)的弹簧21的弹簧刚度系数和/或连接机构1211在第一连杆121的长度方向上的位置所设计出来的重力平衡组件20，其产生的平衡力矩与平衡机械臂100需要平衡的重力矩存在一定偏差，即出现t
′
》t或t
′
《t的情况，导致第一转动轴13上的驱动力矩(驱动第一转动轴13正常转动的力矩)消失的情况下还受到有转动力矩，而无法实现机械臂100 的重力平衡。
[0070]
在一些实施例中，为了在上述情况下，能够更好地实现机械臂100的重力平衡，机械臂100还可以包括力矩传感器(图中未示出)，力矩传感器可以设置在第一转动轴13上，以用于检测第一转动轴13受到的转动力矩。其中，转动力矩可以包括弹簧21的弹力相对于第一转动轴13产生的平衡力矩、连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩或者两者之间的差值。通过在第一转动轴13设置力矩传感器，可以实时监测机械臂100是否实现了重力平衡。当力矩传感器检测到第一转动轴13还受到有转动力矩(例如，转动力矩可以包括弹簧21的弹力相对于第一转动轴13产生的平衡力矩以及连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩之间的差值)时，则可以基于转动力矩调节平衡力矩大小或对转动力矩平衡的方式，来实现机械臂100的重力平衡。
[0071]
在一些实施例中，可以通过伺服电机输出额外力矩来平衡转动力矩的方式，实现机械臂100的重力平衡。在一些实施例中，机械臂100还可以包括伺服电机，伺服电机能够与力矩传感器电连接，并且与第一转动轴13传动连接，当力矩传感器检测到第一转动轴13受到的转动力矩时，伺服电机额能够基于转动力矩向第一转动轴13输出对应的补偿力矩，以对转动力矩进行平衡。
[0072]
进一步地，图6是根据本说明书一些实施例所示的实现平衡转动力矩的控制系统的框图。如图6所示，通过伺服电机输出额外力矩来平衡转动力矩的控制系统200可以包括伺服电机210、力矩传感器220以及力矩控制器230，伺服电机210可以通过力矩控制器230与力矩传感器220电连接，当力矩传感器220检测到第一转动轴13受到的转动力矩(例如，转动
力矩可以包括弹簧21的弹力相对于第一转动轴13产生的平衡力矩t
′
和连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩t之间的差值)时，转动力矩可以传递到力矩控制器230，力矩控制器230则可以基于转动力矩控制伺服电机210输出与转动力矩对应的补偿力矩，以平衡转动力矩。在一些实施例中，当t
′
》t时，伺服电机输出的补偿力矩与连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩t的方向相同。在一些实施例中，当t
′
《t时，伺服电机输出的补偿力矩与连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩t的方向相反。其中，补偿力矩的大小与弹簧21的弹力相对于第一转动轴13产生的平衡力矩t
′
和连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩t之间的差值的相同。
[0073]
在一些实施例中，也可以通过调节平衡力矩大小的方式来实现机械臂100的重力平衡。在一些实施例中，由式(9)可知，平衡力矩与连接机构1211和第一转动轴13之间的距离相关。因此，可以通过调节连接机构1211和第一转动轴13之间的距离来调节平衡力矩的大小。在一些实施例中，可以通过调节连接机构1211在第一连杆121长度方向上的位置来调节连接机构1211和第一转动轴13之间的距离，以此实现对平衡力矩的调节。
[0074]
在一些实施例中，为了便于调节连接机构1211在第一连杆121长度方向上的位置，第一连杆121上可以设置有位置调节机构，位置调节机构可以用于调节连接机构1211在第一连杆121的长度方向上的位置。
[0075]
进一步地，图7是根据本说明书一些实施例所示的机械臂的部分结构示意图。图8是图7所示的p区域的局部放大图。
[0076]
结合图7和图8所示，第一连杆121上设置有位置调节机构124，位置调节机构124 可以包括开设在第一连杆121上的活动槽1241以及转动安装在活动槽内的螺栓1242。其中，连接机构1211上开设有与螺栓1242适配的螺纹通孔，以与螺栓1242螺纹连接。通过使螺栓 1242旋转，便可以使得连接机构1211能够在活动槽1241内沿第一连杆121的长度方向运动，从而实现连接机构1211在第一连杆121的长度方向的位置调节，以达到调节平衡力矩的目的。在一些实施例中，调节后的平衡力矩和连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩大小相同，以实现机械臂100的重力平衡。关于位置调节机构1242是如何实现连接机构1211的位置调节的详细细节可以参考丝杠螺母的传动方式，在此不再赘述。
[0077]
在一些实施例中，操作者可以基于力矩传感器的检测结果(例如，转动力矩的大小和方向)来调节连接机构1211在第一连杆121长度方向上的位置来调节连接机构1211和第一转动轴13之间的距离，以此实现对平衡力矩的调节，也可以根据自身的判断(例如，第一转动轴13在驱动力矩消失后是否还在转动以及其转动的方向)来反复调节连接机构1211在第一连杆121长度方向上的位置来调节连接机构1211和第一转动轴13之间的距离，以此将平衡力矩的大小调节到与连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩较为接近或相同，以最大限度地平衡或完全平衡连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩。仅作为示例，当力矩传感器检测到平衡力矩小于连杆组件12的重力相对于第一转动轴13产生的重力矩时，或者操作者观察到第一转动轴13在驱动力矩消失的情况下还在朝重力矩的方向转动时，由式(9)可得，平衡力矩与连接机构1211和第一转动轴13之间的距离成正比。因此，操作者可以通过将连接机构1211的位置沿第一连杆121的长度方向向远离第一转动轴13的方向调节，以此增大连接机构1211和第一转动轴13之间的距离，从而达到增大平衡力矩的目的。
[0078]
本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)本说明书实施例提供的机械臂通过弹簧的弹力相对于相应转动轴产生平衡力矩，以平衡机械臂需要平衡的重力矩，以此来实现机械臂的重力平衡，结构简单、紧凑，重量轻且安装方便，能够保证机械臂的运行安全可靠，以及运动的灵巧性，不会影响对操作者的力反馈，使操作者对机械臂的操作较为省力方便；(2)本说明书实施例中的连杆组件相对于支座转动任意角度时，弹簧的弹力相对于第一转动轴产生的平衡力矩均能平衡连杆组件相对于第一转动轴产生的重力矩，从而使得机械臂在其运动空间的任意姿态(或任意时刻)均能实现重力平衡；(3)当弹簧的弹力相对于第一转动轴产生的平衡力矩与连杆组件相对于第一转动轴产生的重力矩存在差值时，本说明书实施例通过设置力矩传感器和伺服电机，力矩传感器可以检测第一转动轴受到的转动力矩，伺服电机可以基于转动力矩向第一转动轴输出补偿力矩，以此平衡转动力矩，达到机械臂的重力平衡的目的；(4)当弹簧的弹力相对于第一转动轴产生的平衡力矩与连杆组件相对于第一转动轴产生的重力矩存在差值时，本说明书实施例通过设置位置调节机构来调节连接机构在第一连杆上的位置，从而实现对弹簧的弹力相对于第一转动轴产生的平衡力矩的大小进行调节，以此更好地实现机械臂的重力平衡。
[0079]
需要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。
[0080]
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
[0081]
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
[0082]
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
[0083]
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。