[0001] 本公开涉及机器人技术领域，尤其涉及机械臂及人形机器人。

[0002] 人形机器人的机械臂通常由五个自由度构成：肩关节三个自由度、肘关节两个自由度。每个自由度通常会由一个执行器进行控制。为实现机械臂的精准动作控制，通常会在
每个执行器的输出端直接或间接连接编码器，通过编码器采集执行器输出端的旋转位置信
息，反馈给控制器，控制器根据旋转位置信息控制执行器的电机旋转，以实现执行器的精准
控制。

[0003] 现有技术通常将多个执行器和对应的编码器进行集成，以实现肩关节或肘关节的多自由度运动，但现有技术中的集成方式存在集成度低、结构复杂、稳定性差等技术问题。
例如申请公布号为CN116512308A的中国发明专利申请，该申请公开了一种人形机器人的机
械臂，包括第一摆动执行器、第二摆动执行器、大臂旋转执行器、小臂旋转执行器以及手肘
执行器。其中，手肘执行器通过手肘输出部连接小臂旋转执行器，手肘输出部为单连杆结
构，仅连接手肘执行器的一端，机器人手臂在运动过程中受力不均衡，机械臂结构稳定性较
差，此外，手肘执行器缺少编码器的安装位置，需要额外增加编码器的固定结构，会导致机
械臂的臂围增加，导致机械臂集成度低、外观臃肿。

[0058] 以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识
到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同
样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

[0059] 本文所使用的所有的技术术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申
请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任
何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0060] 在本申请实施例的描述中，术语“至少一个”指的是一个或多个，“多个”指的是两个以上(包括两个)。

[0061] 在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

[0062] 针对现有技术中人形机器人的机械臂的执行器连接方式复杂，结构不紧凑、稳定性不高的技术问题，本公开提供了一种机械臂。

[0063] 机器人手臂是多关节串行结构，机器人手臂连接在机器人肩部。机器人手臂包括肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节、手部。根据机器人的动力和/或控制信号的传输方向，
对于机器人手臂来说，肩部属于动力和/或控制信号的上游方向，手部属于动力和/或控制
信号的下游方向。或者说，肩部相对地属于动力和/或控制信号的源头侧，肩关节、大臂、肘
关节、小臂、腕关节、手部则相对地属于动力和/或控制信号的执行侧。

[0064] 如图1和图2所示，本实施例中的关节执行器101和连接102可以应用于机械臂的至少一个关节处，例如肩关节和/或肘关节。肩关节和肘关节的执行器和连接件可以采用同样
的结构，包括肩关节执行器101a和对应的肩关节连接件102a，以及肘关节执行器101b和对
应的肘关节连接件102b。

[0065] 如图1所示，关节执行器101a和101b位于动力和/或控制信号的下游方向，连接件102a和102b位于动力和/或控制信号的上游方向。

[0066] 如图2所示，U形结构的位置与图1相比发生了变化。所述关节执行器101a和101b位于动力和/或控制信号的上游方向，所述连接件102a和101b位于动力和/或控制信号的下游
方向。

[0067] 图2所示的连接方式，其优点在于，动力和/或控制信号从上游方向而来，关节执行器与上游而来的动力和/或控制信号直接相连，可以形成较为稳固可靠的线缆连接关系，从
而使得线缆不会频繁活动而造成损坏。

[0068] 如图3和图4所示，所述机械臂包括至少一个关节执行器101和至少一个连接件102，关节执行器101的输出端1011与连接件102的第一端1021连接，关节执行器101的另一
端1012与连接件102的第二端1022连接。

[0069] 连接件102的第一端1021和连接件102的第二端1022之间形成容纳空间，关节执行器101可旋转的设置于容纳空间内。

[0070] 连接件102的第一端1021和连接件102的第二端1022之间形成容纳空间，这种结构可称为U形结构。

[0071] 如图3和图4所示，连接件102为U形结构，其两端之间形成了容纳空间。在一种实施方式中，连接件102的第一端1021和连接件的第二端1022相互平行设置形成对应的容纳空
间，在其他实施方式中，第一端1021和第二端1022可以不平行设置，例如根据其容纳器件的
结构呈一定夹角设置；又例如根据其所在空间的限制而呈一定夹角设置。连接件102的第一
端1021和连接件的第二端1022可以设计为中间可容纳圆盘结构，并且该圆盘结构的圆心位
于关节执行器101所在的旋转轴线上，关节执行器101可以在连接件102的容纳空间内围绕
第一旋转轴线E1旋转。通过连接件将关节执行器101的两端固定，关节执行器101在旋转过
程中，两端受力更均衡，提升了机械臂运动过程中的稳定性，结构简单且紧凑。

[0072] 作为可选的实施方式，如图1或图2所示，每个机械臂还包括：

[0073] 旋转执行器106和对应的第二编码器107；其中，第二编码器107包括第二编码器电路板107a和第二编码器磁铁107b。

[0074] 如图1或图2所示，机械臂还包括大臂旋转执行器106a，小臂旋转执行器106b。

[0075] 如图1所示，关节执行器101位于动力和/或控制信号的下游方向时，旋转执行器106与关节执行器101连接。具体而言，大臂旋转执行器106a与肩关节执行器101a连接。小臂
旋转执行器106b与肘关节执行器101b连接。

[0076] 如图2所示，连接件102位于动力和/或控制信号的下游方向时，旋转执行器106与连接件102连接。具体而言，大臂旋转执行器106a与肩关节连接件102a连接。小臂旋转执行
器106b与肘关节连接件102b连接。

[0077] 作为可选的实施方式，如图4所示，机械臂还包括：

[0078] 关节执行器101对应的第一编码器103，第一编码器103包括第一编码器电路板103a以及第一编码器磁铁103b。

[0079] 第一编码器磁铁103b设置于对应的连接件102上，第一编码器电路板103a设置于关节执行器101上，并且第一编码器电路板103a和第一编码器磁铁103b位于关节执行器101
对应的第一旋转轴线E1(如图3所示)上。

[0080] 具体地，如图4所示，连接件102为U形结构，关节执行器101的输出端1011可以通过第一螺钉117(如图5所示)固定于连接件102的第一端1021，关节执行器101的另一端1012连
接连接件102的第二端1022，该另一端1012上设有第一编码器电路板103a，关节执行器101
的输出端1011转动时，带动第一编码器电路板103a转动，与第一编码器电路板103a对应设
置的第一编码器磁铁103b通过固定件105固定在连接件102的第二端1022，不会随关节执行
器101转动。因此，在关节执行器101旋转过程中，第一编码器磁铁103b和第一编码器电路板
103a产生相对旋转的状态，从而采集关节执行器101的旋转角度信号，根据旋转角度信号控
制和驱动关节执行器101。

[0081] 在如图1所示的U形结构中，本实施例中的连接件102不仅可以用于将关节执行器101与机器人肩部连接，同时可以起到固定第一编码器磁铁103b的作用，无需增加额外的固
定编码器的部件，简化肩关节的结构，使得机器人的肩关节结构上更加紧凑。

[0082] 在如图2所示的U形结构中，本实施例中的连接件102不仅可以用于将关节执行器101与机器人大臂连接，同时可以起到固定第一编码器磁铁103b的作用，无需增加额外的固
定编码器的部件，简化肩关节的结构，使得机器人的肩关节结构上更加紧凑。

[0083] 如图4所示，作为可选的实施方式，每个机械臂还包括轴承104，每个关节执行器101的另一端1012通过对应的轴承104与连接件102连接。

[0084] 如图4所示，在本实施例中，关节执行器101远离输出端1011的另一端1012通过轴承104与连接件102的第二端1022连接，使得关节执行器101的输出端旋转时，带动关节执行
器101的另一端1012在连接件102的U形结构内部旋转。

[0085] 作为可选的实施方式，如图4所示，每个机械臂还包括固定件105，第一编码器磁铁103b通过对应的固定件105固定于连接件102上。

[0086] 作为可选的实施方式，连接件102的两端为圆盘，圆盘的圆心位于第一旋转轴线E1上。固定件105包括连接部105a和突出部105b，连接部105a的长度与连接件102的第二端
1022的直径匹配，突出部105b设置于连接部105a的中心位置，并与连接部105a相互垂直，连
接部105a的中心位置与连接件102的第二端1022的圆心重合，使得第一编码器磁铁103b位
于第一旋转轴线E1上，第一编码器电路板103a、第一编码器磁铁103b与关节执行器101同轴
旋转。

[0087] 作为可选的实施方式，每个旋转执行器106和其对应的第二编码器107的结构如图6和图7所示。

[0088] 第二编码器电路板107a和第二编码器磁铁107b，相对设置于旋转执行器106内，并位于旋转执行器106对应的第二旋转轴线E2上。

[0089] 第二编码器磁铁107b通过第一传动机构连接旋转执行器106的壳体1061。

[0090] 如图6所示，第二编码器电路板107a和第二编码器磁铁107b，相对设置于旋转执行器106内，并位于通过旋转执行器106对应的第二旋转轴线上E2。第二编码器磁铁107b通过
第一传动机构连接旋转执行器106的壳体1061。

[0091] 具体地，如图6和图7所示，旋转执行器106用于驱动大臂结构3旋转，旋转执行器106对应的第二编码器包括第二编码器电路板107a和第二编码器磁铁107b，第二编码器电
路板107a和第二编码器磁铁107b均设置于旋转执行器106的壳体内，并在垂直方向上对应
设置，即第二编码器与旋转执行器106同轴旋转。通过这种垂直方向上设置第二编码器电路
板107a和第二编码器磁铁107b的方式，可以减小旋转执行器106在水平方向上的占用空间，
避免机械臂水平方向上宽度过大，机械臂的臂围过大，使得机械臂结构上更加紧凑。

[0092] 作为可选的实施方式，如图6所示，第一传动机构包括：

[0093] 第一环形结构108，固定于旋转执行器106的旋转部件上，第一环形结构108的内壁设有一圈内齿轮109；

[0094] 第一齿轮110分别连接内齿轮109和第二齿轮111；其中，第二编码器磁铁107b设置于第二齿轮111上。

[0095] 作为可选的实施方式，如图6所示，所述机械臂还包括：

[0096] 第二环形结构112，固定于旋转执行器106的非旋转部件上，第二编码器电路板107a设置于第二环形结构112上。

[0097] 具体地，旋转执行器106的旋转部件可以是旋转执行器106的壳体1061，旋转执行器106的非旋转部件可以是旋转执行器106的输出端1062。其中，第二环形结构112与旋转执
行器的输出端1062通过周向的第二螺钉118(如图7所示)实现固定连接；第一环形结构108
通过周向的第三螺钉119(如图7所示)与旋转执行器的壳体1061实现固定连接。当旋转执行
器106产生旋转运动时，旋转执行器106的壳体1061相对旋转执行器106的输出端1062产生
相对旋转运动，从而带动第一环形结构108旋转。第一环形结构108旋转过程中，其内壁的内
齿轮109带动第一齿轮110旋转，第一齿轮110带动第二齿轮111旋转。

[0098] 第二编码器磁铁107b设置于第二齿轮111的底部，并对应第二编码器电路板107a，第二编码器磁铁107b在第二齿轮111的带动下旋转，从而相对于第二编码器电路板107a旋
转。第二编码器电路板107a通过计算第二编码器磁铁107b的旋转磁场信号来获得旋转执行
器106的旋转部件的旋转角度，从而实现对旋转执行器106的旋转角度的精确测量。

[0099] 本实施例中通过第一传动机构可以将旋转执行器106对应的第二编码器107设置于旋转执行器106的内部，并与旋转执行器106同轴旋转，减小机械臂的臂围，使得机械臂的
结构上更加紧凑。

[0100] 作为可选的实施方式，如图1和图2所示，机械臂还包括：

[0101] 肩部摆动执行器113，围绕第三旋转轴线E3(如图8所示)旋转。

[0102] 如图1所示，肩部摆动执行器113的输出端1131与连接件102的第三端1023连接，该输出端1131分别与连接件102的第一端1021、连接件102的第二端1022连接。

[0103] 如图2所示，肩部摆动执行器113的输出端1131与肩关节执行器101a连接。动力和/或控制信号从上游方向而来，肩关节执行器101a与上游而来的动力和/或控制信号直接相
连，可以形成较为稳固可靠的线缆连接关系，从而使得线缆不会频繁活动而造成损坏。

[0104] 如图8所示，肩部摆动执行器113对应的第三编码器114包括第三编码器电路板114a和第三编码器磁铁114b，其中，第三编码器电路板114a和第三编码器磁铁114b对应设
置于与第三旋转轴线E3平行的第四旋转轴线E4上，并且第三编码器磁铁114b通过第二传动
机构连接肩部摆动执行器113的输出端1131。

[0105] 具体地，第三编码器电路板114a、第三编码器磁铁114b与肩部摆动执行器113的输出端1131不同轴设置，而是与肩部摆动执行器113的输出端1131并列设置，通过第二传动机
构传递肩部摆动执行器113的输出端1131的动力，随着肩部摆动执行器113的输出端1131旋
转而旋转，第三编码器电路板114a通过计算第三编码器磁铁114b的旋转磁场信号来获得第
三编码器磁铁114b的旋转角度，从而实现对第三编码器磁铁114b的旋转角度的精确测量。
从而缩短肩部摆动执行器113的轴向长度，避免机器人的肩部过宽，影响机器人的整体外观
和灵活度，进而提高了机器人肩部的集成度。

[0106] 作为可选的实施方式，如图8所示，第二传动机构包括：

[0107] 旋转组件115，设置于第四旋转轴线E4上，并通过传动皮带或齿轮结构与肩部摆动执行器113的输出端1131连接。

[0108] 传动轴116，分别连接旋转组件115和第三编码器磁铁114b。

[0109] 第三编码器电路板114a固定于肩部摆动执行器113的壳体上。

[0110] 图8所示为齿轮结构，通过在肩部摆动执行器113的输出端1131s和旋转组件115的周向分别设置一圈齿轮，肩部摆动执行器113的输出端1131通过齿轮传动的方式带动旋转
组件115旋转。此外，肩部摆动执行器113的输出端1131和旋转组件115之间也可以采用传动
皮带传动动力。

[0111] 作为可选的实施方式，如图1所示，机械臂还包括大臂结构3和小臂结构4。至少一个关节执行器(101)包括肩关节执行器(101a)和肘关节执行器(101b)；

[0112] 所述至少一个旋转执行器(106)包括大臂旋转执行器(106a)和小臂旋转执行器(106b)；

[0113] 所述大臂旋转执行器(106a)连接大臂结构(3)，所述小臂旋转执行器(106b)连接小臂结构(4)。

[0114] 本公开还提供了一种人形机器人，如图1所示，包括上述实施例中任意一项所述的机械臂，包括：至少一个关节执行器101和至少一个连接件102，关节执行器101的输出端与
连接件102的第一端连接，关节执行器101的另一端1012与连接件102的第二端连接。连接件
102的第一端1021和连接件102的第二端1022之间形成容纳空间，关节执行器101可旋转的
设置于容纳空间内。

[0115] 应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只
要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

[0116] 上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开
的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。