[0001] 本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种多自由度转动机构、机器手、机器人的控制方法及系统、计算机可读存储介质。

[0002] 随着机器人技术的发展，机器人得到广泛应用。机器人是自动执行工作的机器装置，主要由机械身体、记忆或程序功能和核心零件等组成。它既可以接受人类指挥控制，又可以运行预先编排的程序进行控制，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领进行控制。它的任务是协助或取代人类的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人可以具有多个可以活动的肢体，通过肢体来执行相应任务和完成工作。

[0003] 机器人的肢体通过转动展现不同姿态，从而执行多种不同任务。现有技术中，机器人的肢体通常采用单向转动控制，例如，公开号为CN109808791A的专利文献中，连接体通过转轴连接，实现两个相邻连接体的单向转动，并通过液压缸进行转动控制，虽然运动精度高，但是肢体的适应性较差，难以执行多种不同任务。

[0004] 因此，现有技术还有待于改进和发展。

[0036] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0037] 请同时参阅图1‑图15，本发明提供了一种多自由度转动机构的一些实施例。

[0038] 如图1所示，本发明的多自由度转动机构，包括：基座10；
活动组件20，与所述基座10活动连接；
第一驱动器30和第二驱动器40，均设置于所述基座10，并与所述活动组件20连接；
第一肢体50，设置于所述活动组件20；
其中，所述第一驱动器30用于驱动所述活动组件20活动，并带动所述第一肢体50
沿第一方向转动；所述第二驱动器40用于驱动所述活动组件20活动，并带动所述第一肢体
50沿第二方向转动。

[0039] 具体地，活动组件20实现第一肢体50相对于基座10活动，可以通过第一驱动器30实现第一肢体50沿第一方向转动，通过第二驱动器40实现第一肢体50沿第二方向转动。第一驱动器30与活动组件20连接，并驱动活动组件20活动；第二驱动器40与活动组件20连接，并驱动活动组件20活动。第一驱动器30和第二驱动器40分别独立驱动活动组件20活动，改变活动组件20的形态，第一驱动器30改变活动组件20的形态和第二驱动器40改变活动组件20的形态可以是互不影响的，第一肢体50在第一方向上的转动和在第二方向上的转动也可以是独立且互不影响的。第一驱动器30和第二驱动器40可以同时驱动也可以先后驱动，则第一肢体50转动轨迹会有不同，具体根据多自由度转动机构所执行的任务确定。

[0040] 第一方向和第二方向为不同方向，例如，第一方向和第二方向可以形成一夹角，该夹角可以是90°或其他角度值。该角度为90°时，第一方向和第二方向可以是相互垂直的两个方向。第一肢体50可以在三维空间内改变位置和朝向。

[0041] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1、图2、图3以及图4所示，所述活动组件20包括：第一转动架21和第二转动架22，均转动设置于所述基座10；
第三转动架23，与所述第二转动架22转动连接；
连接杆24，两端分别与所述第一转动架21、所述第三转动架23转动连接；
其中，所述第一转动架21与所述第一驱动器30连接，所述第二转动架22与所述第
二驱动器40连接；所述第一肢体50设置于所述第三转动架23。

[0042] 具体地，第一转动架21相对于基座10转动，第二转动架22相对于基座10转动，第二转动架22的转动方向为第二方向。第三转动架23相对于第二转动架22转动，连接杆24相对于第一转动架21转动且相对于第三转动架23转动。第一转动架21由第一驱动器30驱动实现转动，第二转动架22由第二驱动器40驱动实现转动。第一肢体50设置于第三转动架23。

[0043] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1、图4、图5以及图6所示，所述多自由度转动机构还包括：第二肢体60，与第一肢体50转动连接；
第三驱动器70，设置于所述第一肢体50；
转动轮80，转动设置于所述第一肢体50；
其中，所述转动轮80抵靠于所述第二肢体60；所述第三驱动器70用于驱动所述转
动轮80转动。

[0044] 具体地，第二肢体60与第一肢体50转动连接，转动轮80可以转动，转动轮80设置于第一肢体50，并相对于第一肢体50转动。第三驱动器70是指驱动转动轮80转动的结构。转动轮80可以抵靠于第二肢体60，并在第三驱动器70的驱动下，转动轮80转动并推动第二肢体60转动。转动轮80并不与第二肢体60固定连接，转动轮80可以与第二肢体60接触，也可以与第二肢体60分离，可见，转动轮80与第二肢体60的状态分为：接触状态和分离状态。当转动轮80与第二肢体60处于接触状态时，通过第三驱动器70驱动转动轮80转动，转动轮80可以推动第二肢体60转动或推动转动轮80与第二肢体60分离。当转动轮80与第二肢体60处于分离状态时，通过第三驱动器70驱动转动轮80转动，可以使得转动轮80与第二肢体60保持分离状态，可以使得转动轮80与第二肢体60接触以及进一步推动第二肢体60转动。

[0045] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图4‑图6所示，所述转动轮80上设置有抵靠部81和若干个蜗齿82，所述抵靠部81抵靠于所述第二肢体60，所述第三驱动器70的输出轴上设置有蜗杆71，所述蜗杆71与所述蜗齿82啮合。

[0046] 具体地，转动轮80上设置有抵靠部81，抵靠部81用于抵靠第二肢体60，抵靠部81用于与第二肢体60抵靠接触，并能推动第二肢体60。转动轮80上还设置有蜗齿82，蜗齿82与蜗杆71啮合，第三驱动器70驱动蜗杆71转动，并带动转动轮80转动。

[0047] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1、图4以及图6所示，所述多自由度转动机构还包括：第三肢体90，与所述第二肢体60转动连接；
连接件91，两端分别与所述第一肢体50、所述第三肢体90连接。

[0048] 具体地，第三肢体90与第二肢体60转动连接，连接件91的两端分别与第一肢体50、第三肢体90转动连接，那么第二肢体60以及第三肢体90形成联合转动。如图6、图14以及图15所示，当转动轮80推动第二肢体60相对于第一肢体50转动时，第三肢体90也会相对于第二肢体60转动。

[0049] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图4‑图6所示，所述转动轮80上设置有间隙部83，位于蜗齿82和抵靠部81之间，间隙部83不与第二肢体60接触。所述多自由度转动机构还包括：弹性元件92，用于伸展第二肢体60和第三肢体90。

[0050] 具体地，当第二肢体60与抵靠部81分离时，第二肢体60转动至间隙部83对应位置，且第二肢体60与间隙部83之间存在间隙，两者互不接触，则第一肢体50、第二肢体60以及第三肢体90呈弯曲状态。弹性元件92将第二肢体60和第三肢体90伸展开呈伸展状态。

[0051] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述多自由度转动机构还包括：扭矩传感器，用于检测所述转动轮80或所述第三驱动器70的扭矩；
控制器，分别与所述扭矩传感器、所述第一驱动器30、所述第二驱动器40、所述第三驱动器70电连接。

[0052] 具体地，扭矩传感器可以设置于转动轮80、第三驱动器70的输出轴或者蜗杆71。控制器可以获取扭矩传感器采集的扭矩以及控制第一驱动器30、第二驱动器40以及第三驱动器70。转动轮80与第二肢体60接触时，扭矩传感器采集的扭矩较大；转动轮80不与第二肢体60接触时，扭矩传感器采集的扭矩较小。因此，通过扭矩传感器采集的扭矩大小，确定转动轮80与第二肢体60接触状态。

[0053] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图7‑图13所示，所述活动组件20的活动方式包括：第一种独立转动、第二种独立转动以及联合转动；其中，所述第一种独立转动下，所述第一转动架21、所述连接杆24以及所述第三转动架23均转动，且所述第二转动架22不转动；所述第二种独立转动下，所述第二转动架22、所述连接杆24以及所述第三转动架23均转动，且所述第一转动架21不转动；所述联合转动下，所述第一转动架21、所述第二转动架22、所述连接杆24以及所述第三转动架23均转动。

[0054] 具体地，活动组件20中各转动架和连接杆24可以形成独立转动和联合转动，例如，如图7、图8、图9以及图13所示，第一转动架21相对于第二转动架22独立转动（记为第一种独立转动），如图7、图10、图11以及图12所示，第二转动架22相对于第一转动架21独立转动（记为第二种独立转动），活动组件20中各转动架和连接杆24联合转动（记为联合转动）。在第一种独立转动中，第一转动架21转动，并带动第三转动架23和连接杆24转动，而第二转动架22保持不动，实现第一转动架21相对于第二转动架22独立转动，以及实现第一肢体50沿第一方向转动。在第二种独立转动中，第二转动架22转动，并带动第三转动架23和连接杆24转动，而第一转动架21保持不动，实现第二转动架22相对于第一转动架21独立转动，以及实现第一肢体50沿第二方向转动。在联合转动中，第一转动架21、第二转动架22、第三转动架23以及连接杆24均转动，实现第一肢体50在三维空间的转动。

[0055] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1‑图3所示，所述第一转动架21包括：第一基部211，与所述第一驱动器30的输出轴连接；
第一延伸部212，设置于所述第一基部211，并与所述连接杆24的第一端转动连接。

[0056] 具体地，第一基部211转动设置于基座10，第一延伸部212倾斜设置于第一基部211，第一延伸部212与第一基部211之间形成钝角。连接杆24的第一端与第一延伸部212转动连接。第一驱动器30驱动第一基部211转动，并带动第一延伸部212转动，则连接杆24的第一端相对于第一延伸部212转动。

[0057] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1‑图3所示，所述第二转动架22包括：第二基部221，与所述第二驱动器40的输出轴连接；
第二延伸部222，设置于所述第二基部221。

[0058] 具体地，第二基部221转动设置于基座10，第二延伸部222垂直设置于第二基部221。第三转动架23转动设置于第二延伸部222。第二驱动器40驱动第二基部221转动，并带动第二延伸部222转动，则第三转动架23相对于第二延伸部222转动。

[0059] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图1‑图3所示，所述第三转动架23包括：第三基部231，与所述连接杆24的第二端转动连接；
第三延伸部232，设置于所述第三基部231；
其中，所述第三延伸部232与所述第二延伸部222转动连接。

[0060] 具体地，第三基部231与连接杆24的第二端转动连接，第三延伸部232转动设置于第三基部231。第三延伸部232垂直设置于第三基部231。

[0061] 在本发明实施例的一个较佳实现方式中，如图2‑图4所示，所述连接杆24包括：相互连接的第一连接部241和第二连接部242；
其中，第一连接部241和第二连接部242之间形成夹角。

[0062] 具体地，第一连接部241与第一延伸部212转动连接，第二连接部242与第三基部231转动连接。连接杆24和第三转动架23是关联转动的。

[0063] 基于上述任意一实施例所述的多自由度转动机构，本发明还提供了一种多自由度转动机构的控制方法的较佳实施例：如图16所示，本发明实施例的多自由度转动机构的控制方法，包括以下步骤：
步骤S100、确定多自由度转动机构的目标姿态；
步骤S200、根据所述目标姿态，确定所述第一驱动器的第一驱动参数和所述第二
驱动器的第二驱动参数；
步骤S300、根据所述第一驱动参数控制所述第一驱动器和/或根据所述第二驱动
参数控制所述第二驱动器，以实现所述第一肢体的转动。

[0064] 具体地，通过控制多自由度转动机构，使得多自由度转动机构呈现不同姿态，从而执行不同目标任务。多自由度转动机构的目标姿态具体通过第一肢体、第二肢体以及第三肢体呈现。第一肢体的转动由第一驱动器和第二驱动器控制，由于第一驱动器和第二驱动器均可以独立转动第一肢体，可以根据多自由度转动机构的目标姿态，确定第一驱动器的第一驱动参数和第二驱动器的第二驱动参数。然后根据第一驱动参数控制第一驱动器，根据第二驱动参数控制第二驱动器，以实现第一肢体的转动。在控制第一驱动器和第二驱动器时，可以仅控制第一驱动器，也可以仅控制第二驱动器，也可以同时或先后控制第一驱动器和第二驱动器。

[0065] 驱动参数可以采用转动角度表示，所述第一驱动参数为所述第一转动架的第一转动角度，所述第二驱动参数为所述第二转动架的第二转动角度。第一转动角度也即第一驱动器的输出轴所转动的角度，第二转动角度也即第二驱动器的输出轴所转动的角度。

[0066] 本申请通过目标姿态，确定第一驱动器和第二驱动器的驱动参数，并根据驱动参数分别控制第一驱动器和/或第二驱动器，实现第一肢体沿不同方向转动，呈现多种不同的目标姿态，从而完成多种不同的任务。

[0067] 步骤S200具体包括：步骤S210、根据所述目标姿态，确定所述第一转动角度和所述第二转动角度。

[0068] 具体地，根据目标姿态，确定第一转动角度和第二转动角度。通常多自由度转动机构位于初始位置，呈现初始姿态。在执行目标任务时，需要转动至目标位置，呈现目标姿态。根据目标姿态和初始姿态的差异确定第一转动角度和第二转动角度。

[0069] 多自由度转动机构的目标姿态可以根据所执行的目标任务确定，第一肢体的目标姿态表示为不同方向上的角度，例如，目标姿态包括沿第一方向的第一角度和沿第二方向的第二角度，第一角度是目标姿态相对于初始姿态在第一方向上的角度，第二角度是目标姿态相对于初始姿态在第二方向上的角度。根据第一角度确定第一转动角度，根据第二角度确定第二转动角度。

[0070] 所述控制方法还包括：步骤S400、根据所述目标姿态，确定所述第三驱动器的第三驱动参数；
步骤S500、根据所述第三驱动参数，控制所述第三驱动器，以转动所述第二肢体。

[0071] 具体地，根据目标姿态，还可以确定第三驱动器的第三驱动参数，然后根据第三驱动参数控制第三驱动器，以实现第二肢体和第三肢体的转动。第三驱动器可以与第一驱动器（或第二驱动器）同时控制或者先后控制。

[0072] 第三驱动参数为第三驱动器的输出轴的第三转动角度，根据目标姿态确定第三转动角度，则可以根据第三转动角度控制第三驱动器。目标姿态还包括沿卷曲方向的第三角度，第三角度是目标姿态相对于初始姿态在卷曲方向的角度，根据第三角度确定第三转动角度。

[0073] 所述控制方法还包括：步骤S600、获取所述扭矩传感器采集的扭矩值；
步骤S700、根据所述扭矩值，控制所述第三驱动器驱动所述转动轮转动。

[0074] 具体地，通过扭矩传感器采集扭矩值，并根据采集的扭矩值控制第三驱动器驱动转动轮转动，使第二肢体呈现或维持卷曲状态。由于第二肢体可能存在受到外力或误碰而卷曲的情况，为了避免第二肢体受损，可以控制第三驱动器驱动转动轮转动，使得第二肢体进一步卷曲或者维持卷曲状态。

[0075] 步骤S600具体包括：步骤S610、控制第三驱动器以额定扭矩驱动转动轮转动，并通过扭矩传感器采集
扭矩值。

[0076] 具体地，扭矩传感器采集扭矩时，可以控制第三驱动器以额定扭矩（或额定功率）驱动转动轮转动，并通过扭矩传感器采集扭矩。在第三驱动器以额定扭矩输出时，额定扭矩可以是足以驱动转动轮转动但无法带动第二肢体转动的扭矩，也可以是足以驱动转动体转动并带动第二肢体转动的扭矩，那么额定扭矩可以是一个或多个，多个额定扭矩的扭矩大小可以是不同的。虽然第三驱动器以额定扭矩输出，但是转动轮与第二肢体的接触状态不同，转动轮的转动状态以及第二肢体的转动状态也可能不同，扭矩传感器采集的扭矩也会不同。步骤S610实现了扭矩值的采集，具体控制第三驱动器以额定扭矩驱动转动轮转动，并通过扭矩传感器采集扭矩值，可以采用预设间隔时间来进行，也就是说，每隔预设间隔时间执行步骤S610，并得到扭矩传感器采集的扭矩值。可以根据具体情况调整预设间隔时间。

[0077] 步骤S700具体包括：步骤S710、当所述扭矩值小于或等于第一预设扭矩值时，控制所述第三驱动器驱
动所述转动轮转动第一预设角度。

[0078] 具体地，第一预设扭矩值较小，例如，可以接近于零的预设扭矩值，当采集的扭矩值小于或等于第一预设扭矩值时，第二肢体与转动轮可能出现分离，第二肢体已经被动呈现卷曲状态，表明多自由度转动机构受到外力或误碰。为了避免多自由度转动机构受损，控制第三驱动器驱动转动轮转动第一预设角度，使得第二肢体维持卷曲状态。第一预设角度可以是第二肢体（或转动轮）的最大转动角度，控制第三驱动器驱动转动轮转动第一预设角度，则第二肢体可以处于完全卷曲状态，无法继续卷曲。控制第三驱动器驱动转动轮转动第一预设角度的时间小于第一预设时间，实现第二肢体（或转动轮）的快速卷曲。

[0079] 步骤S700还包括：步骤S720、当所述扭矩值大于或等于第二预设扭矩值时，控制所述第三驱动器驱
动所述转动轮逐渐转动；其中，所述第二预设扭矩值大于所述第一预设扭矩值。

[0080] 具体地，第二预设扭矩值为较大的预设扭矩值，当采集的扭矩值大于或等于第二预设扭矩值时，第二肢体对转动轮的挤压力增大，第二肢体已经呈现完全伸展状态，有可能是受到外力、接触到目标（该目标为执行目标任务中的目标）或误碰其它物体，则控制第三驱动器转动轮逐渐转动。控制第三驱动器驱动转动轮逐渐转动的时间大于第二预设时间，实现第二肢体（或转动轮）的逐渐缓慢地卷曲，第二预设时间大于第一预设时间。由于第二肢体可能基础到目标或其他物体，缓慢卷曲可以避免多自由度转动机构和目标受损。

[0081] 步骤S700还包括：步骤S730、当所述扭矩值达到最大预设扭矩值时，控制所述第三驱动器停止驱动
所述转动轮转动。

[0082] 具体地，采集的扭矩值达到最大预设扭矩值时，表明肢体已经抓牢目标或其他物体了，则需要控制第三驱动器停止驱动转动轮转动。

[0083] 所述控制方法还包括：步骤S800、根据所述扭矩值，控制所述第一驱动器驱动所述第一肢体转动。

[0084] 具体地，除了通过控制第三驱动器驱动转动轮转动之外，还可以通过第一驱动器驱动第一肢体转动。第一肢体的卷曲主要由第一驱动器实现，因此，可以仅控制第一驱动器驱动第一肢体卷曲。

[0085] 步骤S800具体包括：步骤S810、当所述扭矩值小于或等于第一预设扭矩值时，控制所述第一驱动器驱
动所述第一肢体转动第二预设角度。

[0086] 具体地，当采集的扭矩值小于或等于第一预设扭矩值时，可以通过第一驱动器驱动第一肢体转动第二预设角度，使得第一肢体呈现卷曲状态。第二预设角度可以是第一肢体的最大转动角度，控制第一驱动器驱动第一肢体转动第二预设角度，则第一肢体处于完全卷曲状态，无法继续卷曲。控制第一控制器驱使第一肢体转动第二预设角度的时间小于第一预设时间，实现第一肢体的快速卷曲。

[0087] 步骤S800还包括：步骤S820、当所述扭矩值大于或等于第二预设扭矩值时，控制所述第一驱动器和/或所述第二驱动器驱动所述第一肢体逐渐活动。

[0088] 具体地，当采集的扭矩值大于或等于第二预设扭矩值时，第一肢体已经呈现完全伸展状态，有可能是受到外力、接触目标或误碰其它物体，则控制第一驱动器和/或第二驱动器驱使第一肢体组件逐渐活动。控制第一驱动器和/或第二驱动器驱使第一肢体逐渐活动的时间大于第二预设时间，实现第一肢体的逐渐缓慢地活动。由于多自由度转动机构可能接触到目标或其他物体了，缓慢活动可以避免多自由度转动机构和目标受损。

[0089] 步骤S800还包括：步骤S830、当所述扭矩值达到最大预设扭矩值时，控制所述第一驱动器和所述第
二驱动器停止驱动所述第一肢体活动。

[0090] 具体地，当采集的扭矩值达到最大预设扭矩值时，表明多自由度转动机构已经抓牢目标或其他物体了，则需要控制第一驱动器和第二驱动器停止驱动第一肢体活动。

[0091] 基于上述任意一实施例所述的多自由度转动机构的控制方法，本发明还提供了一种多自由度转动机构的控制系统的实施例：本发明的多自由度转动机构的控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储
有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一实施例所述的控制方法的步骤。

[0092] 基于上述任意一实施例所述的多自由度转动机构的控制方法，本发明还提供了一种计算机可读存储介质的实施例：本发明的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理
器执行时实现如上述任意一实施例所述的控制方法的步骤。

[0093] 基于上述任意一实施例所述的多自由度转动机构，本发明还提供了一种机器手的实施例，机器手包括：基座；
活动组件，与所述基座活动连接；
第一驱动器和第二驱动器，均设置于所述基座，并与所述活动组件连接；
第一肢体，设置于所述活动组件；
其中，所述第一驱动器用于驱动所述活动组件活动，并带动所述第一肢体沿第一
方向转动；
所述第二驱动器用于驱动所述活动组件活动，并带动所述第一肢体沿第二方向转
动。

[0094] 基于上述实施例所述的机器手，本发明还提供了一种机器手的控制方法的实施例，控制方法包括如下步骤：确定机器手的目标姿态；
根据所述目标姿态，确定所述第一驱动器的第一驱动参数和所述第二驱动器的第
二驱动参数；
根据所述第一驱动参数控制所述第一驱动器和/或根据所述第二驱动参数控制所
述第二驱动器，以实现所述第一肢体的转动。

[0095] 基于上述任意一实施例所述的多自由度转动机构，本发明还提供了一种机器人的实施例，机器人包括：基座；
活动组件，与所述基座活动连接；
第一驱动器和第二驱动器，均设置于所述基座，并与所述活动组件连接；
第一肢体，设置于所述活动组件；
其中，所述第一驱动器用于驱动所述活动组件活动，并带动所述第一肢体沿第一
方向转动；
所述第二驱动器用于驱动所述活动组件活动，并带动所述第一肢体沿第二方向转
动。

[0096] 基于上述实施例所述的机器人，本发明还提供了一种机器人的控制方法的实施例，控制方法包括如下步骤：确定机器人的目标姿态；
根据所述目标姿态，确定所述第一驱动器的第一驱动参数和所述第二驱动器的第
二驱动参数；
根据所述第一驱动参数控制所述第一驱动器和/或根据所述第二驱动参数控制所
述第二驱动器，以实现所述第一肢体的转动。

[0097] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。