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Figure AI 人形機器人「貫穿孔布線」怎麼做：一篇專利講透執行器內部走線
公開了一種用於人形機器人的各種先進布線元件。該布線元件包括一個第一執行器印製電路板（PCB），其位於第一執行器的第一側附近，并包括一個第一 PCB 端子。第一執行器的第二側包括：一個輸出端，一個耦合到該輸出端的執行器蓋且蓋上形成有線束開口，以及貫穿第二側的一定範圍形成的執行器開口。該布線元件包括一個線束，該線束具有：一個耦合到第一 PCB 端子的第一端連接器，一個耦合到第二 PCB 端子的第二端連接器，以及在第一端連接器和第二端連接器之間延伸的多根導線；其中，所述多根導線延伸穿過第一執行器第二側的執行器開口和在執行器蓋中形成的線束開口。翻譯而來供參考，英文原文、更多資料，請加入知識星球獲取（方式見文末）。
技術領域
[0003] 本公開涉及一種具備先進布線元件的人形機器人，其中所述布線元件包括多條線束，這些線束在所公開執行器的部分範圍內延伸。
背景技術
[0004] 當代工業與商業領域面臨顯著的營運挑戰，其根源在於長期的勞動力短缺。據估計，僅在美國就有超過一千萬個崗位仍未被填補，這些崗位往往被歸類為不安全、體力要求高或不受歡迎。此類崗位空缺普遍存在於製造業（包括汽車裝配）、建築業、物流業（例如包裹分揀、倉儲與末端配送）、農業以及醫療支援等關鍵行業。與這些崗位相關的任務經常涉及重複動作、重物搬運、接觸危險材料或危險工況，以及長時間的單調活動，從而使其對可用的人類勞動力缺乏吸引力。這種持續的勞動力缺口直接阻礙生產率，抑制經濟增長，加劇供應鏈脆弱性，並可能危及工作場所安全標準。
[0005] 為緩解這些挑戰，能夠承擔此類需求任務的先進機器人系統的開發與部署已成為一種戰略必需。通用人形機器人尤其提供了一種有前景的解決範式。其擬人化設計使其有望在主要為人類設計的環境中作業，使用為人類而設的工具，並在複雜、非結構化空間中導航，其靈巧性優於許多專用機器人平台。要實現人形機器人所需的功能性、適應性與魯棒性，就必須在機器人技術方面取得超越當前最先進水平的重大進展。
[0006] 現有機器人解決方案往往難以滿足這些應用需求。許多工業機器人高度專用，面向在結構化、可預測環境（例如裝配線）中進行重複任務。儘管在各自細分場景中有效，它們仍缺乏處理建築或動態物流等領域中多樣任務與不可預測條件所需的通用性與運動學複雜度。其有限的適應性會限制其在任務頻繁變化或需要與可變環境互動的場景中的實用性。因此，企業可能需要投資多套彼此獨立的機器人系統，從而增加資本支出、整合複雜度與營運開銷。
[0007] 此外，以人為中心的工作空間本身的複雜性帶來重大挑戰。施工現場、倉庫乃至製造車間等環境通常雜亂且動態變化，並要求系統能夠與人類人員安全共存並互動。在此類場景中實現有效作業，需要遠超典型工業機器人的先進感知、複雜運動規劃以及高靈巧度操作能力。現有系統往往難以匹配人類水平的情境感知、精細運動控制與自適應決策能力。與既有基礎設施的整合也帶來障礙，因為許多設施並非為機器人自動化而設計，可能需要代價高昂的改造並造成工作流程中斷。
[0008] 一個限制先進機器人（尤其是具有大量自由度（DOF）的複雜人形平台）性能、可靠性與可維護性的關鍵子系統，是其內部電力與資料傳輸架構——具體而言即布線元件。一個具備功能的人形機器人需要大量分佈式部件中的多種執行器（例如電機、伺服）、感測器（例如位置、力、視覺、接近）以及處理單元，分佈在其結構各處（包括四肢、關節、軀幹與末端執行器）。這些部件中的每一個都需要可靠的供電與高頻寬資料通訊通道。
[0009] 傳統布線方式通常採用沿肢體或關節外部敷設的外部線束，在本場景下存在顯著缺點。此類線束可能體積龐大，限制機器人運動範圍，並可能干擾環境或機器人的自身動作。反覆的彎曲、伸展與旋轉會使外部導線承受持續的機械應力，導致疲勞、磨損、潛在絕緣失效以及最終電氣中斷。這會損害系統可靠性並增加維護需求。此外，將大量導線外部走線會使裝配更複雜且重量分佈不佳，並增加布線遭受環境損傷（例如勾掛、撞擊、污染物）的風險。當電源線與資料線在外部捆紮且缺乏足夠遮蔽或分離時，訊號完整性也可能因電磁干擾（EMI）而受損。
[0010] 因此，針對通用人形機器人複雜架構，迫切且尚未滿足的需求是：一種專門設計的先進布線元件。該元件應能夠高效管理向大量分佈式部件分配電力與資料，同時克服傳統布線方法的侷限。具體而言，需要一種布線方案：儘量減小體積，保護導體免受機械應力與環境危害，允許關節高自由度旋轉而不損害導線完整性，簡化裝配與維護，並確保穩健的訊號傳輸。所公開的先進布線元件滿足上述及其他尚未滿足的需求，其專門面向通用人形機器人的複雜架構而設計。
發明概述
[0011] 本公開主題旨在提供一種人形機器人，其包括：具有第一側的第一執行器；設定在所述第一執行器第一側附近并包含第一 PCB 端子的第一執行器印刷電路板（PCB）；以及與所述第一側相對的第二側。所述第二側包括：(i) 輸出部；(ii) 與輸出部連接並具有線束開口的執行器端蓋；以及 (iii) 貫穿第二側部分範圍形成的執行器開口。所述人形機器人還包括：具有第一側的第二執行器；以及設定在所述第二執行器第一側附近并包含第二 PCB 端子的第二執行器 PCB。所述人形機器人還包括一條線束，所述線束具有與第一 PCB 端子連接的第一端連接器、與第二 PCB 端子連接的第二端連接器，以及在第一端連接器與第二端連接器之間延伸的多根導線，其中所述多根導線穿過第一執行器第二側的執行器開口，並穿過執行器端蓋中形成的線束開口。
[0012] 在一些實施例中，第一執行器的執行器開口形成於第一平面內，而執行器端蓋中的線束開口形成於相對於第一平面成角度的第二平面內。第一平面與第二平面之間形成的角度介於 30 度與 190 度之間。此外，第一執行器的第一側固定於機器人的第一殼體內，而第二執行器的第一側固定於機器人的第二殼體內。進一步地，第一執行器具有第一旋轉軸，而第二執行器的輸出繞第二執行器的第二旋轉軸旋轉；其中第一旋轉軸基本與第二旋轉軸垂直。
[0013] 在一些實施例中，第一執行器與第二執行器設定於機器人的一條手臂內。此外，第二執行器包括第二側，其中第二執行器的第一側相對於其第二側更靠近第一執行器。進一步地，第一 PCB 端子包括：(i) 多個訊號針腳，(ii) 第一正電壓針腳，以及 (iii) 接地針腳。並且，第一正電壓針腳為高電壓針腳。此外，該人形機器人還包括第二正電壓針腳，其中所述第二正電壓針腳為較低電壓針腳。在一些實施例中，第一正電壓針腳被配置為傳導 48 伏，而第二正電壓針腳被配置為傳導 24 伏。在其他實施例中，所述訊號針腳被配置為通過第一對絞線傳輸第一組資料訊號，並通過第二對絞線傳輸第二組資料訊號。最後，第一 PCB 端子包括第一組針腳，第二 PCB 端子包括第二組針腳；其中第一組針腳的針腳數量大於第二組針腳的針腳數量。
[0014] 在一些實施例中，所述多根導線包括位於第一執行器內部的第一部分，以及位於執行器外部的第二部分。此外，當第一執行器的輸出運動時，第一部分在第一執行器內部發生扭轉。並且，當所述第一執行器運動時，第二部分相對於輸出並不發生實質性移動。此外，所述多根導線的第一部分包括按第一一般形狀佈置的部分範圍，而第二部分包括按不同於第一一般形狀的第二一般形狀佈置的部分範圍。在一些實施例中，第一一般形狀包括圓形範圍，而第二一般形狀為矩形。在其他實施例中，所述執行器開口基本位於第一執行器的中心。在進一步的實施例中，所述線束開口為非圓形、所述執行器開口為圓形，和/或 所述輸出僅包括輸出板。
[0015] 在一些實施例中，所述輸出可包括：(i) 圓柱部，以及 (ii) 與圓柱部連接的板部。此外，所述線束可線上束開口附近具有矩形橫截面輪廓。並且，應力釋放件可與線束及輸出連接。此外，第一端連接器可拆卸地連接至第一 PCB 端子。在一些實施例中，第二端連接器可拆卸地連接至第二 PCB 端子。在其他實施例中，第一 PCB 端子具有曲線延伸部分與平面延伸部分。最後，第一端連接器包括第一導線耦合件，其用於促成線束第一端與第一執行器輸出的連接。
[0016] 在一些實施例中，所述第一導線耦合件通過螺紋螺母連接至第一執行器 PCB。此外，線束可以不包覆於基本包覆全部導線的外部護套中。並且，該人形機器人還包括設定在第一端與第二端之間的可拆卸連接器。進一步地，可拆卸連接器的部分範圍可與第一執行器第二端的部分範圍相連接。在一些實施例中，第一執行器印刷電路板還可進一步包括第三執行器耦合件。最後，第三執行器耦合件被配置為連接至第二條線束，並且第二條線束的部分範圍為第三執行器。
[0017] 本公開主題旨在提供一種人形機器人，其包括：具有長度的第一執行器，并包括第一側；設定在所述第一執行器第一側附近并包含第一 PCB 端子的第一執行器印刷電路板（PCB）；與所述第一側相對的第二側，其包括輸出以及與輸出連接並具有線束開口的執行器端蓋；以及貫穿第二側部分範圍並沿第一執行器長度的大部分形成的執行器開口。所述人形機器人還包括一條線束，所述線束具有與第一 PCB 端子連接的第一端連接器、第二端連接器，以及在第一端連接器與第二端連接器之間延伸的多根導線，其中所述多根導線穿過第二側的執行器開口並沿第一執行器長度的大部分延伸，並且第二端連接器與多根導線的部分範圍中至少一者與執行器端蓋相連接。
[0018] 本公開主題旨在提供一種人形機器人，其包括：具有第一側、第二側以及在第一側與第二側之間延伸的長度、并包含執行器開口的第一執行器。所述人形機器人還包括一條線束，所述線束具有與第一執行器部分範圍電連接的第一端連接器，以及多根導線，其中：(i) 第一部分與第一端連接器電連接並沿執行器開口長度的大部分延伸，其中所述第一部分具有第一一般形狀；以及 (ii) 第二部分從第一部分延伸并包括位於執行器開口外部的部分範圍，其中所述第二部分具有不同於第一一般形狀的第二一般形狀。
[0019] 本公開主題旨在提供一種人形機器人，其包括：軀幹；與軀幹連接的手臂元件，所述手臂元件包括沿運動學鏈佈置的多個執行器，其中每個執行器包括中心開孔；設定在軀幹內並被配置為向多個執行器供電的配電元件；以及用於在運動學鏈中將相鄰執行器電連接的執行器布線元件。所述執行器布線元件包括：設定在運動學鏈中第一執行器第一側附近的第一執行器印刷電路板（PCB）；設定在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近的第二執行器 PCB；以及用於將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接的線束，其中線束包括穿過第一執行器中心開孔的通孔段，以及在第一執行器與第二執行器之間延伸的相鄰執行器線束段，其中所述相鄰執行器線束段相對於通孔段具有扁平形狀。
[0020] 本公開主題旨在提供一種用於為人形機器人組裝執行器布線元件的方法，該方法包括：將第一執行器印刷電路板（PCB）定位在第一執行器第一側附近，其中第一執行器包括貫穿第一執行器的中心開孔；將第二執行器 PCB 定位在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近；準備一條包含多根導線的線束，其中所述多根導線包括第一線規的電源線以及線規小於第一線規的第二線規的訊號線；將線束第一端插入第一執行器的中心開孔；將線束第一端連接至第一執行器 PCB；將線束第二端連接至第二執行器 PCB；並將線束的相鄰執行器線束段塑形為具有矩形橫截面輪廓的扁平化構型。
[0021] 本公開主題旨在提供一種用於人形機器人的執行器布線元件，其包括：設定在第一執行器第一側附近的第一執行器印刷電路板（PCB），其中第一執行器包括貫穿第一執行器的中心開孔；設定在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近的第二執行器 PCB；以及用於將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接的線束。所述線束包括：穿過第一執行器中心開孔的通孔段，其中通孔段具有基本圓形橫截面；在第一執行器與第二執行器之間延伸的相鄰執行器線束段，其中相鄰執行器線束段具有扁平矩形橫截面；以及設定在通孔段與相鄰執行器線束段之間的應力釋放件，其中所述應力釋放件包括用於固定線束導線的粘合劑。
[0022] 本公開主題旨在提供一種人形機器人手臂元件，其包括：沿運動學鏈佈置的多個執行器，其中每個執行器包括貫穿執行器的中心開孔；以及用於在運動學鏈中將相鄰執行器電連接的執行器布線元件。所述執行器布線元件包括：設定在運動學鏈中第一執行器第一側附近的第一執行器印刷電路板（PCB）；設定在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近的第二執行器 PCB；以及用於將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接的線束，其中線束包括與線束第一端連接並被配置為與第一執行器 PCB 進行機械與電氣連接的第一端連接器，所述第一端連接器包括底盤銷，所述底盤銷具有外螺紋部分以及旋接在該外螺紋部分上的螺母，用於將第一端連接器固定到第一執行器 PCB。
[0023] 本公開主題旨在提供一種製造人形機器人的方法，其包括：組裝軀幹；將手臂元件連接至軀幹，所述手臂元件包括沿運動學鏈佈置的多個執行器，其中每個執行器包括貫穿執行器的中心開孔；在軀幹內安裝配電元件；並使用執行器布線元件將運動學鏈中的相鄰執行器電連接。對相鄰執行器進行電連接包括：將第一執行器印刷電路板（PCB）定位在運動學鏈中第一執行器第一側附近；將第二執行器 PCB 定位在運動學鏈中與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近；準備一條線束，所述線束包括第一線規的多根電源線以及線規小於第一線規的第二線規的多根訊號線；並使用線束將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接，其中線束包括穿過第一執行器中心開孔且具有基本圓形橫截面的通孔段。
[0024] 本公開主題旨在提供一種用於人形機器人的執行器，其包括：具有第一端與第二端的殼體；設定於殼體內的電機；從第一端貫穿至第二端並穿過殼體的中心開孔；設定在殼體第一端附近的印刷電路板（PCB），所述 PCB 包括與殼體中心開孔對齊的開孔；以及線束。所述線束包括穿過中心開孔並具有基本圓形橫截面的通孔段，以及與 PCB 連接的連接器，所述連接器包括底盤銷，底盤銷具有穿過 PCB 開孔的外螺紋部分，以及旋接在外螺紋部分上的螺母，用於將連接器固定到 PCB；其中線束被配置為在該人形機器人的運動學鏈中將該執行器與相鄰執行器電連接。
[0025] 本公開主題旨在提供一種為人形機器人布線的方法，其包括識別人形機器人中的執行器運動學鏈，其中每個執行器包括貫穿執行器的中心開孔，並且針對運動學鏈中每一對相鄰執行器：將第一執行器印刷電路板（PCB）定位在第一執行器第一側附近，所述第一執行器 PCB 包括與第一執行器中心開孔對齊的開孔；將第二執行器 PCB 定位在第二執行器第一側附近；準備一條線束，所述線束包括第一線規的多根電源線以及線規小於第一線規的第二線規的多根訊號線；將線束第一端插入第一執行器中心開孔；使用第一端連接器將線束第一端連接至第一執行器 PCB，所述第一端連接器具有底盤銷，底盤銷具有穿過第一執行器 PCB 開孔的外螺紋部分；並將線束第二端連接至第二執行器 PCB。
[0026] 本公開主題旨在提供一種人形機器人，其包括：軀幹；與軀幹連接的手臂元件，所述手臂元件包括沿運動學鏈佈置的多個執行器；設定在軀幹內並被配置為向多個執行器供電的配電元件；以及用於在運動學鏈中將相鄰執行器電連接的執行器布線元件。所述執行器布線元件包括：設定在運動學鏈中第一執行器第一側附近的第一執行器印刷電路板（PCB）；設定在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近的第二執行器 PCB；以及用於將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接的線束，其中線束包括穿過第一執行器中心開孔的通孔段。
[0027] 本公開主題旨在提供一種用於為人形機器人組裝執行器布線元件的方法，該方法包括：將第一執行器印刷電路板（PCB）定位在第一執行器第一側附近；將第二執行器 PCB 定位在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近；準備一條包含多根導線的線束；將線束第一端插入第一執行器的中心開孔；將線束第一端連接至第一執行器 PCB；並將線束第二端連接至第二執行器 PCB。
[0028] 本公開主題旨在提供一種用於人形機器人的執行器布線元件，其包括：設定在第一執行器第一側附近的第一執行器印刷電路板（PCB）；設定在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近的第二執行器 PCB；以及用於將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接的線束。所述線束包括穿過第一執行器中心開孔的通孔段，以及在第一執行器與第二執行器之間延伸的相鄰執行器線束段。
[0029] 本公開主題旨在提供一種人形機器人手臂元件，其包括：沿運動學鏈佈置的多個執行器；以及用於在運動學鏈中將相鄰執行器電連接的執行器布線元件。所述執行器布線元件包括：設定在運動學鏈中第一執行器第一側附近的第一執行器印刷電路板（PCB）；設定在與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近的第二執行器 PCB；以及用於將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接的線束，其中線束包括穿過第一執行器中心開孔的通孔段，以及在第一執行器與第二執行器之間延伸的相鄰執行器線束段。
[0030] 本公開主題旨在提供一種製造人形機器人的方法，其包括：組裝軀幹；將手臂元件連接至軀幹，所述手臂元件包括沿運動學鏈佈置的多個執行器；在軀幹內安裝配電元件；並使用執行器布線元件將運動學鏈中的相鄰執行器電連接。對相鄰執行器進行電連接包括：將第一執行器印刷電路板（PCB）定位在運動學鏈中第一執行器第一側附近；將第二執行器 PCB 定位在運動學鏈中與第一執行器相鄰的第二執行器第一側附近；並使用線束將第一執行器 PCB 與第二執行器 PCB 電連接，其中線束包括穿過第一執行器中心開孔的通孔段。
[0031] 本公開主題旨在提供一種用於人形機器人的執行器，其包括：殼體；設定於殼體內的電機；貫穿殼體的中心開孔；設定在殼體第一端附近的印刷電路板（PCB）；以及線束。所述線束包括穿過中心開孔的通孔段，以及與 PCB 相連接的連接器，其中線束被配置為在該人形機器人的運動學鏈中將該執行器與相鄰執行器電連接。
[0032] 本公開主題旨在提供一種為人形機器人布線的方法，其包括識別人形機器人中的執行器運動學鏈，並且針對運動學鏈中每一對相鄰執行器：將第一執行器印刷電路板（PCB）定位在第一執行器第一側附近；將第二執行器 PCB 定位在第二執行器第一側附近；準備一條包含多根導線的線束；將線束第一端插入第一執行器中心開孔；將線束第一端連接至第一執行器 PCB；並將線束第二端連接至第二執行器 PCB。
[0033] 本公開主題旨在提供一種人形機器人布線系統，其包括：沿運動學鏈佈置的多個執行器；多個印刷電路板（PCB），其中每個 PCB 設定在相應執行器第一側附近；以及多條線束，其中每條線束將一對相鄰 PCB 電連接。每條線束包括：穿過該對相鄰執行器中的一個執行器中心開孔的通孔段，以及在該對相鄰執行器之間延伸的相鄰執行器線束段。
[0034] 本公開主題旨在提供一種用於人形機器人的執行器布線套件，其包括：多個印刷電路板（PCB），被配置為設定在該人形機器人運動學鏈中各執行器的第一側附近；以及多條線束，其中每條線束被配置為將一對相鄰 PCB 電連接。每條線束包括：被配置為穿過一對相鄰執行器中的一個執行器中心開孔的通孔段；被配置為在該對相鄰執行器之間延伸的相鄰執行器線束段；以及設定在該線束兩端並被配置為與 PCB 連接的連接器。
[0035] 本公開主題旨在提供一種升級人形機器人的方法，其包括識別人形機器人中既有執行器的運動學鏈，並且針對運動學鏈中每一對相鄰執行器：移除連接該對相鄰執行器的既有布線元件；在第一執行器第一側附近安裝第一執行器印刷電路板（PCB）；在第二執行器第一側附近安裝第二執行器 PCB；準備一條包含多根導線的線束；將線束第一端插入第一執行器中心開孔；將線束第一端連接至第一執行器 PCB；並將線束第二端連接至第二執行器 PCB。
[0036] 在各種實施例中，公開了用於為相鄰執行器布線的系統與方法，例如用於機器人元件內部。線束被配置為電連接與第一執行器及第二執行器相關的部件，通常是它們各自的印刷電路板（PCB）。線束具有不同的部分：通孔段（through-bore portion），其通常具有基本圓形橫截面，設計為穿過第一執行器的中心開孔；以及在第一執行器與第二執行器之間走線的相鄰執行器線束段。關鍵在於，該相鄰執行器線束段被塑形為扁平化構型，可能為扁平矩形橫截面，這與通孔段不同。為管理這些不同形狀部分之間的過渡並保護內部導線（其可包括不同線規的電源線與訊號線），在通孔段與相鄰執行器線束段之間設定應力釋放件。該應力釋放件可包含粘合劑以進一步固定導線。線束終止於第一端與第二端連接器，所述連接器被配置為與相應執行器 PCB 進行機械與電氣連接。連接器到 PCB 的機械固定可通過整合於連接器中的底盤銷實現，該底盤銷具有穿過 PCB 開孔的外螺紋部分，並由螺母固定。
附圖簡要說明
[0037] 附圖示出了按照本公開教導的一個或多個實施方式，所示僅為示例而非限制。在附圖中，相同的附圖示記指代相同或相似的元件。
[0038] 圖 1A-1B 為機器人處於直立的中性姿態 P1 的透檢視，所述機器人包括：(i) 頭頸元件，(ii) 軀幹，(iii) 左右手臂，每條手臂包括肩部、上肱部、下肱部、前臂上段、前臂下段以及腕部，其中肘部執行器連接下肱部與前臂上段，(iv) 雙手，(v) 左右腿，每條腿包括髖部、上大腿、下大腿、脛部以及距骨，其中膝部執行器連接下大腿與脛部，以及 (vi) 左右腳，且各部件的殼體內包含多個執行器；
[0039] 圖 2 為圖 1A-1B 所示機器人軀幹與左臂內，用於對多個相鄰執行器進行布線耦合的第一實施例的透檢視，示出臂部執行器、肩部執行器、上臂扭轉執行器、肘部執行器以及下部扭轉執行器，並且這些執行器包括連接 PCB 元件的通孔布線；
[0040] 圖 3 為圖 1A 所示肘部元件的後側透檢視，示出肘部執行器被下肱部與前臂上段包覆、相鄰執行器之間的布線，以及下肱部殼體與前臂上段殼體為透明，從而示出相應的可更換可變形構件；
[0041] 圖 4 為圖 3 所示肘部元件的前側透檢視；
[0042] 圖 5 為圖 3 所示肘部元件的剖檢視，示出肘部執行器中的通孔布線；
[0043] 圖 6 為肘部執行器線束的透檢視，示出圖 3 所示肘部元件中與相鄰執行器的布線連接；
[0044] 圖 7 為圖 1A 所示機器人的透檢視，其中機器人的各殼體被設定為半透明且省略了內部部件，以便示出該機器人內各執行器所對應的通孔布線；
[0045] 圖 8 為圖 7 所示機器人的正檢視；
[0046] 圖 9 為圖 7 所示機器人的側檢視；
[0047] 圖 10A 為圖 5 所示肘部執行器內通孔布線的端檢視，示於初始狀態或第一狀態（S1）下，此時肘部執行器處於圖 1A-1B 所示的中性位置，其中與通孔布線導線相關的多個第一連接器相對於多個第二連接器呈角向排列；
[0048] 圖 10B 為圖 10A 所示通孔布線的端檢視，示於第二狀態（S2）下，此時肘部執行器旋轉約 90 度；
[0049] 圖 11 為圖 1A 所示機器人右臂內，用於對多個相鄰執行器進行布線耦合的第二實施例的透檢視，示出上臂扭轉執行器、肘部執行器以及下部扭轉執行器，並且這些執行器包括 PCB 元件以及用於將該 PCB 元件與相鄰執行器的 PCB 元件電連接的線束；
[0050] 圖 12 為圖 11 所示執行器部分範圍的透檢視，其中省略了執行器的大部分結構，以便進一步示出用於耦合所述執行器的線束；
[0051] 圖 13 為圖 12 所示執行器的俯檢視；
[0052] 圖 14 為沿圖 13 中剖切線 14-14 所取執行器及其相關線束的剖檢視的透視取向圖；
[0053] 圖 15 為沿圖 13 中剖切線 15-15 所取執行器及其相關線束的剖檢視的透視取向圖；
[0054] 圖 16 為圖 12 所示肘部執行器的 PCB 與上臂扭轉執行器的 PCB 之間的線束耦合的第一透檢視；
[0055] 圖 17 為圖 16 所示 PCB 與線束的第二透檢視；
[0056] 圖 18 為圖 16 所示 PCB 與線束的俯檢視；
[0057] 圖 19 為沿圖 18 中 19-19 線所取肘部執行器 PCB 與 J3/J4 線束的剖檢視；
[0058] 圖 20 為肘部執行器 PCB 部分範圍的放大透檢視，示出第一 PCB 端子以及與其相連接的執行器線束第一端連接器的部分範圍；
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詳細說明
[0072] 在以下詳細說明中，為了對相關教導提供透徹理解，通過示例給出了大量具體細節。然而，本領域技術人員應當理解，本公開教導可在不具備這些細節的情況下實施。在其他情況下，眾所周知的方法、流程、部件和/或 電路以相對高層次且不展開細節的方式描述，以避免不必要地遮蔽本公開的某些方面。
[0073] 雖然本公開包含多種不同形式的若干實施例，但附圖中示出並將在本文中詳細描述這些實施例，並應理解：本公開旨在作為所公開方法與系統原理的示例說明，而非意在將所公開概念的廣泛方面限定於所示實施例。應當認識到，所公開的方法與系統能夠採用其他不同構型，且若干細節可在不脫離所公開方法與系統範圍的情況下被修改。例如，以下一個或多個實施例可在部分或整體上與所公開方法與系統一致地進行組合。因此，附圖中的流程圖步驟或部件可被選擇性省略和/或 組合，以與所公開方法與系統保持一致。此外，流程圖中的一個或多個步驟，或組裝肩部與上臂的方法中的一個或多個步驟，也可以以不同順序執行。因此，附圖、流程圖以及詳細說明應被視為示意性的，而非限制性或限定性的。
A. 引言
[0074] 當前的工作場所格局呈現前所未有的勞動力短缺，尤其體現在美國超過一千萬個不安全或不受歡迎的崗位上。為應對這一不斷擴大的勞動力缺口，需要能夠執行不討喜且危險的工作場所任務的先進機器人。然而，傳統機器人在以人為中心的環境中有效運行的能力可能存在侷限。這就產生了以下需求：(i) 能夠處理不受歡迎且危險任務的先進機器人，或 (ii) 能夠生成資料以用於開發前沿人工智慧模型（例如 LLMs、WLMs、VLAs 和/或 BAMs）的先進機器人，從而使這些機器人能夠在以人為中心的環境中自主運行。
[0075] 下述不受歡迎且危險的任務可以包括長距離行走以及從料箱中取出物體等（以及為作業環境定義的其他通用或特定任務）。這些機器人任務可以是在總體以人為中心的環境中的單一機器人任務或多個機器人任務，並且可能是危險的、例行的和/或重複性的。不同於傳統自動化系統，人形機器人的任務可以是要求高水平運動技能、環境適應性與決策過程的靈巧、類人任務。此類機器人任務的示例包括但不限於：在生產線上裝配部件（例如汽車零部件）、銲接、噴塗、精密加工或操作重型機械。任務還可以包括從儲物料箱中揀取與打包物品、在儲存區與暫存區之間搬運物品，或在客戶服務崗位上為人類客戶提供即時協助，例如指路、回答詢問並協助結帳流程。在其他商業或零售場景中，機器人還可以執行諸如卸貨運輸車輛、進行庫存檔點、重新陳列展示、以及對高頻接觸區域進行清潔消毒等任務。在非工業場景中，機器人任務可以包括整理空間、收納雜貨、清潔、疊衣服、鋪床、準備餐食、整理衣櫥和/或擺放餐桌。
[0076] 這些機器人可以包括專門為以人為中心的環境定製的通用型人形機器人。通用型人形機器人可以模擬人類的形態與功能，具有兩條腿、兩隻手臂以及一個螢幕。這種模擬可能需要將機器人內部的各類執行器整合起來，以近似複製人的動作與能力。執行器使機器人能夠操控其手臂、腿部以及其他元件，從而在複雜環境中與多樣化物體實現無縫互動。因此，優選對零件、元件和/或部件進行最佳化佈置，以最大化機器人系統的利用，並使其能夠按機器人系統設計者的設定執行儘可能多的任務。
[0077] 為了給機器人內部包含的各類執行器供電並對其進行控制，機器人包含一種先進布線方案，用於將電源分配元件與佈置在機器人內部的全身控製器電耦合到所述執行器。全身控製器可以包括佈置在機器人各個部位內部的一個或多個處理器，其中一個或多個處理器以電耦合方式連接並進行資料通訊。例如，全身控製器可以包括執行器控製器、感測器監視器以及本申請未詳細描述的其他控制功能。特別地，全身控製器可以被配置為在一個或多個處理器上執行指令，以控制機器人內部的執行器、感測器以及其他系統。例如，每個執行器可以與一個或多個包含處理器和/或其他電子部件的印刷電路板（PCB）電耦合。
[0078] 使人形機器人能夠執行人類動作與能力的挑戰，可能會因機器人在動態運行環境中可能佔據的潛在位置、地點和狀態的巨大數量而更加複雜。因此，可能有益的是對零件、元件與部件的佈置進行最佳化，尤其是在機器人的運動鏈（kinematic chains）中，以確保人形機器人能夠複製人類動作並執行廣泛任務。若無此類最佳化的運動學構型，先進機器人可能無法滿足運行要求。因此，至少一個最佳化部件或元件（例如單個執行器、手或手臂）的引入可能是可取的。
[0079] 在此背景下，機器人內部執行器的佈置在功能性、外形尺寸與運動範圍之間提供平衡，以確保機器人能夠執行被分配的任務。所公開機器人中使用的電動執行器中的絕大多數包括執行器線束，這些線束具有一段內部布線部分，該部分穿過執行器的某個區域，例如利用貫穿孔布線穿過所述執行器的中心。特別地，各種執行器內的貫穿孔布線或內部布線部分減少了在機器人部件或部件殼體（例如肘部、膝部等）內容納執行器所需的內部體積。所公開機器人中的執行器布線被配置為電耦合相鄰執行器，使得用於連接、供電並控制執行器的單根導線或導線組/線束不會跨越多個執行器。換言之，所述單根導線或導線組/線束不會跨越多個自由度。該構型有助於確保每個執行器的電源線與控制線不會因所述執行器的運動而被意外夾住、切斷或損壞。
[0080] 在各種實施例中，與執行器相對兩側耦合的貫穿孔布線或內部布線部分，會限制執行器內部需要隨輸出端運動的導線長度。這界定了布線的兩個部分：(i) 位於特定位置（即貫穿孔）且被設計為可旋轉（例如螺旋構型）的第一導線部分，以及 (ii) 可固定在相關殼體延伸部上並隨其一起運動的第二導線部分。該布線方案降低了布線成本及其他複雜性。基於上述原因，執行器及其各種支撐部件的設計與佈置使機器人 1 相較傳統機器人具有顯著優勢。
[0081] 各種執行器被佈置成在機器人的某個元件（例如手臂元件、腿部元件）內形成運動鏈。運動鏈中的各個執行器提供預定的運動範圍，並被佈置為為該元件提供特定的自由度。例如，示例機器人手臂元件在軀幹與手之間包含六個執行器，並且手臂元件還與一個位於軀幹內的手臂執行器相耦合。手臂元件中的每個執行器都與前一個執行器電耦合。在該佈置中，位於軀幹內的手臂執行器與電源分配元件（即電池）以及執行器控製器相耦合。手臂元件中的每個執行器被配置為至少從運動鏈中串聯的前一個執行器接收電力與控制訊號。
[0082] 所公開的執行器布線的各種實施例被設計為：(i) 在執行器之間接收與傳輸電力和控制訊號，(ii) 確保單根導線不會跨越超過一個自由度，以及 (iii) 消除沿所述執行器的端部或外圍繞行布設導線的需要。該構型有助於消除夾點，並有助於簡化機器人 1 內執行器的封裝（例如工業設計）。基於上述原因，執行器及其各種支撐部件的設計與佈置使所公開機器人相較傳統機器人具有顯著優勢。
B. 機器人
[0083] 參見圖 1A-1B，人形機器人 1 可以包括如下系統、元件、部件和/或零件：(i) 上部區域 2，包括頭/頸部 10、軀幹 16、左右手臂 5 以及左右手 56；(ii) 中部區域 3，包括脊柱 60、骨盆 64 以及左右上腿元件，每個上腿包括髖部 70、大腿上段 76 與大腿下段 80；以及 (iii) 下部區域 4，包括左右小腿元件，每個小腿包括小腿脛部 84 與距骨 88，以及腳 92。每條手臂 5 包括肩部 26、上臂肱骨上段 30、上臂肱骨下段 36、前臂上段 40、前臂下段 46 以及腕部 50。每條腿 6 包括髖部 70、大腿上段 76、大腿下段 80、小腿脛部 84 以及距骨 88。
[0084] 如至少在圖 1B 中所示，實體機器人 1 內的執行器包括安裝在機器人 1 的各元件或部件中的執行器（J1-J16），用於驅動所述機器人 1 各元件的運動。在示例實施例中，左右手臂 5 從機器人 1 的軀幹 16 延伸。上臂元件 24 中的執行器包括：(i) 肩部執行器（J2）280，被配置為使手臂相對於機器人軀幹 16 運動；(ii) 上臂扭轉執行器（J3）320，被配置為使手臂 5 相對於機器人軀幹 16 旋轉；以及 (iv) 肘部執行器（J4）374，被配置為彎曲機器人 1 的肘部或手臂。下臂包括下臂扭轉執行器（J5）468、腕部俯仰執行器（J6）484，以及腕部轉動（pivot）執行器（J7）520。軀幹 16 內的手臂執行器（J1）190，以及手臂元件 5 內的執行器（J2-J7）280、320、374、468、484、520 協同作用，以定位與腕部 50 相連的手 56。頭部 10 的運動由頭部執行器（J8.1、J8.2）120、140 控制，這些執行器協同工作並與軀幹 16 的上部相耦合。
[0085] 此外，軀幹 16 通過位於脊柱 60 內的軀幹扭轉執行器（J10）620 與骨盆 64 相耦合，並被配置為扭轉軀幹 16 及機器人 1 的上部。軀幹側傾執行器（J9）680 位於骨盆 64 內，使軀幹 16 及機器人 1 的上部向左或向右側傾。左右腿 6 從機器人 1 的骨盆 64 延伸。上腿元件 6.1 中的執行器包括：(i) 髖部前後擺（flex）執行器（J11）720，被配置為使腿 6 相對於機器人軀幹 16 向前或向後運動；(ii) 髖部橫向擺（pivot）執行器（J12）768，被配置為使腿 6 相對於機器人軀幹 16 橫向運動（例如向左或向右）；(iii) 腿部扭轉執行器（J13）782，被配置為使腿 6 相對於機器人軀幹 16 旋轉；以及 (iv) 膝部執行器（J14）820，被配置為彎曲機器人 1 的膝部或腿部。小腿元件 6.2 包括足部俯仰（flex）執行器（J15）860，被配置為改變足部 92 的俯仰角；以及足部滾轉（roll）執行器（J16）900，被配置為使足部 92 發生滾轉。
[0086] 下表為彙總表，給出了機器人 1 內各執行器對應的參考名稱/標註以及各自的軸，其中每個軸由相應執行器的旋轉軸定義。應理解，在其他實施例中，這些系統、元件、部件和/或零件中的某些可以被省略、組合，或用替代系統、元件、部件和/或零件替換。在一些實施例中，下列一個或多個執行器可以採用替代布線方案與相鄰執行器耦合。
表 1（執行器—名稱—執行器軸）
a. 執行器佈置
[0087] 在圖 1A-1B 所示的示例機器人 1 中，各種執行器（J1-J16）被佈置在機器人 1 內，以在不同機器人部件元件（例如手臂元件 5、腿部元件 6）內形成運動鏈。運動鏈中的各個執行器提供預定的運動範圍，並被佈置為為該元件提供特定的自由度。例如，示例機器人 1 的手臂元件 5 在軀幹 16 與手 56 之間包括六個執行器（J2-J7），其中手臂元件 5 還進一步與一個位於軀幹 16 內的手臂執行器（J1）190 相耦合。手臂元件 5 中的每個執行器（J2-J7）都分別與前一個執行器（J1-J6）電耦合。在該佈置中，位於軀幹 16 內的手臂執行器（J1）與電源分配元件（例如電池）以及執行器控製器相耦合。手臂元件 5 中的每個執行器（J2-J6）被配置為至少從運動鏈中串聯的前一個執行器（J1-J6）接收電力與控制訊號。
[0088] 例如，每條手臂 5 的運動鏈的高層級構型包括從軀幹 16 到腕部 50 的七個旋轉軸（A1–A7），為手臂 5 提供七個自由度（DoF）以定位機器人 1 的手 56，其中軸 A1 位於軀幹 16 內，而軸 A2–A7 與手臂 5 內各個執行器的位置相關聯。每隻手還進一步至少包括十六個自由度，以進一步抓取或操控物體。每條腿 6 的運動鏈的高層級構型包括從髖部 60 到足部 92 的六個旋轉軸（A11–A16），為足部 92 的定位提供六個自由度。此外，中心旋轉軸（A9–A11）提供三個自由度，用於相對於腿部 6 定位軀幹 16，其中一對髖部旋轉軸（A11）兼具在髖部 60 處驅動各條腿旋轉以及軀幹 16 的屈伸的雙重用途。最後，頭部 10 包括兩個自由度所對應的旋轉軸（A8.1、A8.2）。
b. 執行器
[0089] 此處公開的各種執行器為電動旋轉執行器，其包括：(i) 電機，(ii) 齒輪箱，(iii) 扭矩單元（torque cell），(iv) 編碼器和/或旋變（resolver），以及 (v) 至少一個 PCB 元件。所述機器人 1 的電動旋轉執行器可以採用多種先進電機類型中的一種或多種組合，包括無刷直流電機、步進電機、伺服電機、空心杯直流電機、同步交流電機、非同步感應電機、直線電機、壓電電機、直驅電機、開關磁阻電機、永磁同步電機（PMSM）、軸向磁通電機以及混合步進電機。這些電機可採用稀土永磁體，例如釹鐵硼（NdFeB）合金、釤鈷（SmCo）磁體、鐵氧體磁體、鋁鎳鈷磁體、柔性磁體、粘結稀土磁體以及耐高溫永磁體，以實現高扭矩密度與高能效。電機繞組可以包括高導電銅線，並配以先進陶瓷或聚酰亞胺絕緣，以獲得優異的熱性能與電性能。
[0090] 執行器電機可以與多種高減速比齒輪箱或齒輪機構相耦合，這些齒輪箱或齒輪機構被設計用於高精度與承載處理，例如應變波齒輪箱（例如 Harmonic drives®）、擺線減速器、行星齒輪箱、傘齒輪系統、蝸桿齒輪、平行軸斜齒輪機構、直齒輪元件、交錯斜齒輪系統、雙包絡蝸桿、人字齒輪、准雙曲面齒輪、齒條-齒輪系統、傘准雙曲面齒輪、行星齒輪系以及差速齒輪系統。此外，某些實現方式可以採用針對扭矩傳遞效率、回程間隙降低與噪聲最小化進行最佳化的定製齒形。並且，齒輪箱的減速比可以是任意減速比，包括 1:1.1 至 1:150。特別地，所述減速比可以是 1:10、1:20、1:30、1:50 和/或 1:100。換言之，所述減速比可以小於 1:1.1。在其他實施例中，所述減速比可以大於 1:150。進一步地，所述執行器可以包括制動器或離合器，以保護齒輪箱和/或允許在不導致機器人 1 倒地的情況下切斷執行器供電。
[0091] 此外，為實現卓越的位置精度並確保可靠運行，執行器的每個電機都可以配備至少一個 PCB 元件，該 PCB 元件與扭矩單元、先進編碼器和/或旋變相耦合。所述先進編碼器或旋變可以是光學式、磁式、電容式、電感式、電阻式、壓電式、霍爾效應式、電位計式或超聲式。這些編碼器或旋變可實現亞毫米級精度，這對需要精細運動控制的應用至關重要。為補充編碼器或旋變提供的位置資訊，所述執行器 PCB 可以包含或關聯整合式扭矩感測器，例如帶應變片的感測器、壓阻式感測器、磁彈性感測器、電容式感測器、光纖感測器或旋轉變壓器。此外或替代地，執行器還可以包括電流感測器，例如霍爾效應感測器、分流電阻、磁通門感測器、羅氏線圈或磁阻式感測器。進一步地，系統可以整合微機電系統（MEMS）陀螺儀和/或加速度計，以提供與姿態、角速度與線加速度相關的額外感測資料。這種感測融合增強了機器人在複雜環境中導航並在運行期間保持穩定性的能力。
[0092] 進一步地，執行器或執行器輸出端可以包括採用先進材料製造的軸承座/軸承殼體，例如碳纖維增強聚合物（CFRP）、玻璃纖維增強聚合物（FRP）、金屬合金、聚醚醚酮（PEEK）、熱塑性複合材料以及超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。此外，CFRP 的製造工藝（例如纖維纏繞或自動鋪絲）允許對纖維取向進行精確控制，從而進一步最佳化殼體的力學性能。軸承本體可以由高等級鋼合金（例如 AISI 52100、M50 或 440C 不鏽鋼）製造/包含/加工，也可以由高性能鎳基高溫合金（例如 Inconel 718 或 Hastelloy®）、鈷基合金（例如 Stellite™）、先進陶瓷（例如氧化鋁或氧化鋯基複合材料）以及由碳纖維或芳綸纖維增強的聚合物基複合材料製造/包含/加工。這些材料還可受益於先進熱處理（例如真空淬硬或深冷處理）、表面工程工藝（例如離子注入或物理氣相沉積）或專用塗層。
[0093] 為進一步最佳化性能，軸承的滾動體可以由先進陶瓷材料（例如氮化矽、碳化鎢或氧化鋯）、藍寶石或將陶瓷與金屬或聚合物基體相結合的複合材料構成。在另一實施例中，該元件可以採用圓柱滾子軸承、角接觸球軸承或將鋼製滾道與陶瓷滾動體結合的混合軸承。此外，還可以使用球面滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承、磁懸浮軸承，或其混合/組合。包括增材製造在內的前沿製造技術（例如選擇性雷射熔化（SLM））可用於製造複雜軸承幾何結構。這些幾何結構可以整合諸如內部冷卻通道、潤滑儲液腔或紋理化表面等特徵，以增強潤滑保持並減少磨損。
[0094] 引入此類特徵可改善熱管理、降低摩擦，並在具有挑戰性的工況下實現一致的潤滑分配。增材製造還可在材料浪費最小的情況下生產定製化軸承設計，從而契合可持續製造實踐。除增材製造外，精密機加工、雷射淬火或化學氣相沉積（CVD）塗層等其他先進工藝也可用於增強軸承的表面性能。這些技術可提高耐磨性、降低摩擦並提供抗腐蝕保護，從而進一步延長部件的使用壽命。在軸承座內整合智能感測器也是一種潛在增強方式，可對溫度、振動與載荷等參數進行即時監測。這些資料可用於預測維護需求並防止意外故障，確保最佳性能與可靠性。
c. 執行器供電
[0095] 機器人 1 的軀幹 16 內設定有電子元件 200。例如，電子元件 200 可以包括電池包 202、電源分配元件 204 以及計算裝置 206。電池包 202 與電源分配元件 204 被配置為向包括分佈在機器人各處的執行器在內的多個部件供電。電源分配元件 204 被配置為將電池包 202 的電力分配至執行器、感測器以及機器人 1 內的其他機器人系統。電源分配元件 204 與軀幹計算裝置 206 通訊連接。計算裝置 206 還可以包括資料連接埠，例如乙太網路口和/或 USB 口，以實現對資料的高速訪問，其連接速度快於 10G 乙太網路。安裝在軀幹 16 內的計算裝置 206 可與機器人 1 內的其他計算裝置以及某一計算環境進行通訊連接。例如，計算裝置 206 也可以與機器人 1 內的執行器與感測器進行通訊連接。
[0096] 在各種實施例中，電源分配元件 204 可被配置為通過多個通道供電。例如，電池包 202 可產生高電壓，電源分配元件 204 可通過兩個獨立通道（例如 48V）向各系統供電。電源分配元件 204 還可以通過獨立通道提供低電壓（例如 24V）。
d. 執行器布線
[0097] 機器人 1 提供計算環境 201，該計算環境包括一個或多個在機器人 1 內進行資料通訊的計算裝置。例如，機器人 1 的計算環境 201 包括安裝在軀幹 16 內的計算裝置 206，以及分佈在機器人 1 各處的其他計算裝置（例如處理器、CPU、GPU、MCU 等）。全身控製器 950 在計算環境 201 中運行，以控制機器人 1 的運動與位置等功能。全身控製器 950 包括執行器控製器 952 以及本申請未詳細說明的其他特性。例如，多個執行器（例如手臂執行器（J1）190、軀幹扭轉執行器（J10）620 等）可以各自包括與全身控製器 950 的執行器控製器 952 進行資料通訊的處理器。全身控製器 950 還可以接收來自多個感測器（例如執行器編碼器、攝影機等）的感測器資料。例如，每個執行器 PCB 元件可以包括與軀幹計算裝置 206 進行資料通訊的處理器。在計算環境 201 上運行的部件包括全身控製器 950，以及本文未詳細討論的其他應用、服務、過程、系統、引擎或功能。
[0098] 在各種實施例中，各個執行器元件（J1-J16）可以包括或耦合一個或多個與相應執行器相關聯的 PCB 元件。例如，與某個執行器相關聯的 PCB 元件可以包括處理器以及用於資料通訊的連接能力。特別地，與某個執行器相關聯的 PCB 元件可以被配置為從執行器控製器 952 接收控制指令，並向執行器控製器 952 傳送執行器資料和/或感測器資料。例如，在各種實施例中，各個執行器元件可以包括扭矩感測器、位置感測器或溫度感測器等，且這些感測器與 PCB 元件通訊連接。所述 PCB 元件還被配置為從電源分配元件 204 接收電力。
[0099] 本文所述的線束促進了執行器控製器通訊與電力分配。運動鏈（例如手臂元件 5、腿部元件 6）中的每個執行器可以包括一個 PCB 元件，該 PCB 元件與前一個相鄰執行器相耦合，以從運動鏈中的前一個執行器接收控制資料與電力。在圖 2 所示示例中，位於軀幹 16 內的手臂執行器（J1）190 可從電源分配元件 204 與計算裝置 206 接收控制訊號與電力。相鄰的肩部執行器（J2）280 可通過布線 294 與手臂執行器（J1）190 相耦合。接著，上臂扭轉執行器（J3）320 可通過布線 334 與肩部執行器（J2）280 相耦合。在各種實施例中，運動鏈中後續的一個或多個執行器（例如 J4-J7）也可以類似方式耦合。例如，上臂扭轉執行器元件（J3）320 包括 PCB 元件 322，該 PCB 元件被配置為接收資料與電力連接，並被配置為與相鄰肘部執行器元件（J4）374 的 PCB 元件 376 相耦合。
[0100] 機器人 1 中使用的電動執行器（J1-J16）中的絕大多數包括穿過執行器某一區域的導線或引線，例如利用貫穿孔布線穿過所述執行器的中心。特別地，所述執行器包括一個 PCB 元件，該 PCB 元件 (i) 從第一組導線或線束接收電流與控制訊號，其中線束的至少一部分穿過執行器的開口孔道或導線通道；並且 (ii) 被配置為與從該 PCB 延伸至相鄰執行器的第二組導線或線束相耦合。在一些實施例中，所述第一組或線束可以包括兩組線束，它們與執行器的中間 PCB 元件相耦合。在一些實施例中，相鄰執行器之間的線束可以是一組線束，其中一部分被配置為穿過開口孔道。這些導線組或線束被設計為：(i) 在執行器之間接收與傳輸電力和控制訊號，(ii) 確保單根導線不會跨越超過一個自由度，(iii) 將需要運動的導線長度限製為僅限於包含在執行器中心內的導線，以及 (iv) 消除沿所述執行器外圍布設導線的需要。該構型有助於消除夾點，減少當機器人 1 運動時需要隨動的導線長度，並有助於簡化機器人 1 內執行器的封裝（例如工業設計）。此外，將需要隨機器人 1 運動而移動的導線長度加以約束，使設計者能夠：(i) 在特定位置（即貫穿孔）佈置被設計為可旋轉（例如螺旋構型）的導線，並且 (ii) 排除在其他位置（即與輸入或輸出 PCB 耦合處）被設計為旋轉的導線。該布線方案降低了布線成本及其他複雜性。基於上述原因，執行器及其各種支撐部件的設計與佈置使機器人 1 相較傳統機器人具有顯著優勢。
C. 第一實施例
[0101] 參見圖 2-10B，示例機器人 1 包括執行器布線元件 960 的第一種實施例，該布線元件適用於機器人 1 內的大多數執行器（即 J1-J4 與 J9-J14）。機器人 1 內的大多數執行器包括一個通過執行器中心形成的執行器開口，本文將其稱為貫穿孔開口。執行器開口或貫穿孔開口從執行器的第一側延伸至第二側，並且至少部分由執行器的旋轉軸限定。在該實施例中，機器人 1 的選定執行器包括穿過執行器某一區域的導線或引線。更具體地，這些執行器採用穿過執行器中心的貫穿孔布線。儘管這些執行器的尺寸可能不同（例如驅動尺寸、扭矩等），所述執行器包含共同要素，並具有相似或相同的部件佈置。執行器之間的這種共通性有利地降低成本、縮短裝配時間、減少所需獨特零件數量、降低偵錯時間，並提高模組化與可維護性。一般而言，每個旋轉執行器包括靜止的、固定的或不運動的部分，以及繞中心軸旋轉的輸出或運動部分。在該實施例中，所述執行器的共同要素包括：(i) 執行器開口或中心貫穿孔，(ii) 第一（或輸入）PCB，以及 (iii) 第二（或輸出）PCB，其中第一與第二 PCB 佈置在執行器的相對兩側。為便於討論，左臂的上臂執行器（J2-J4）280、320、374 及其相關布線（例如布線 294、334、386）被用作示例實施例，並可適用於其他尺寸、且具有中心貫穿孔的執行器。
[0102] 在圖 2 中示出了肩部與上臂元件中的執行器與布線佈置示例。具體而言，執行器布線 294、334、386 將以下執行器彼此電耦合：(i) 位於軀幹 16 內的手臂執行器元件（J1）190，(ii) 位於肩部殼體 270 內、並與手臂執行器元件（J1）190 相耦合的肩部執行器元件（J2）280，(iii) 位於上肱骨殼體 302 內的上肱骨執行器元件或手臂扭轉執行器元件（J3）320，以及 (iv) 下肱骨執行器元件或肘部執行器元件（J4）374。因此，左臂 5 的上臂執行器（J2-J4）280、320、374 被示為與位於軀幹 16 內的手臂執行器（J1）190 串聯耦合。在該佈置中，上臂扭轉執行器（J3）320 與肘部執行器（J4）374 被佈置為其各自軸（A3、A4）彼此垂直，以實現手臂旋轉與肘部彎曲。
[0103] 如上所述，位於軀幹 16 內的手臂執行器（J1）190 與電源分配元件 204（例如電源或電池）以及執行器控製器 952 相耦合，且後續的手臂執行器（J2-J4）280、320、374 通過執行器布線 294、334、386 串聯耦合，從而在相鄰執行器之間（例如 J1-J2、J2-J3、J3-J4）提供電力與資料通訊。用於連接、供電並控制執行器（J2-J4）280、320、374 的布線 294、334、386 不會跨越多個執行器。換言之，所述布線 294、334、386 不會跨越多個自由度。這有助於確保每個執行器（例如執行器 J1-J4）的電源線與控制線不會因所述執行器的運動而被意外夾住、切斷或損壞。
a. 執行器布線元件
[0104] 在該實施例中，執行器布線 294、334、386 包括：(i) 相鄰執行器線束 294.2、334.2、386.2，以及 (ii) 內部線束 284.4、324.4、378.4。如圖 2-6 最清楚示出，利用相鄰執行器線束 294.2、334.2、386.2 將每個執行器與前一個執行器相耦合。其方式為：將各執行器元件（J2）280、（J3）320、（J4）374 的輸入 PCB 元件 282、322、376 與手臂元件中前一個執行器（分別為 J1、J2、J3）的輸出 PCB 元件 196、286、326 相耦合。具體而言，手臂執行器元件（J1）190 的輸出 PCB 196 通過手臂-肩部線束 294.2 與肩部執行器元件（J2）280 的輸入 PCB 282 相耦合。此外，肩部執行器元件（J2）280 的輸出 PCB 286 通過肩部-上肱骨線束 334.2 與上臂扭轉執行器元件（J3）320 的輸入 PCB 322 相耦合。進一步地，上臂扭轉執行器元件（J3）320 的輸出 PCB 326 通過上肱骨-下肱骨線組/線束 386.2 與肘部執行器元件（J4）374 的輸入 PCB 376 相耦合。
[0105] 在該示例性實施例中，肘部執行器元件（J4）374 位於下臂 36 與上前臂 40 之間。因此，如圖 2 所示，上臂–下臂導線束 386.2 將肘部執行器元件（J4）374 耦接至相鄰的上臂扭轉執行器元件（J3）320；內部導線束 378.4 將肘部執行器元件（J4）374 的第一 PCB 和第二 PCB（376、380）相互耦接；而下臂–上前臂導線束 430.2 耦接至肘部執行器元件（J4）374 的第二 PCB 380，並延伸進入上前臂 40。如圖 3–6 所示，上臂–下臂導線束 386.2 穿過上臂殼體 362 延伸至肘部執行器元件（J4）374。
[0106] 應理解的是，每個導線束可以包括多根導線（例如 294.2、334.2、386.2）。在另一替代實施例中，所述導線束可以包括多根導線彼此以長度方向串聯配置。在其他實施例中，包含於導線束中的單根導線可由多股導線製成（例如 1 至 10 股導線彼此連接）。此外，應理解，每根包含於導線束中的導線可以包括單根導電線或多根導電線股。所述導電線可包覆於非導電護套內，並可彼此線性排列。應理解，相鄰執行器線束中的導線組被設計為在機器人 1 中固定於位，在機器人 1 運動時不相對於部件移動。因此，相鄰執行器線束被固定，不需要更複雜的配置來允許其扭轉或彎曲。因此，相鄰執行器線束中的導線可以採用成本更低的材料，或採用製造成本更低的構型（例如導線數量更少），從而減少機器人 1 中導線組的整體數量。減少導線組數量可能是有益的，因為這可以提高可靠性。
b. 貫通孔線束
[0107] 在該實施例中，每個臂部執行器元件（J2）280、（J3）320、（J4）374 均包括一個執行器 284、324、378，其具有貫通孔開口或接收器 284.8、324.8、378.8，第一（或輸入）PCB 元件 282、322、376，以及第二（或輸出）PCB 元件 286、326、380。布線 294、334、386 包括：(i) 內部線束 284.4、324.4、378.4；以及 (ii) 相鄰執行器線束部分 294.2、334.2、386.2。具體而言，各執行器元件（J2）280、（J3）320、（J4）374 的第一（輸入）PCB 元件 282、322、376 通過相鄰執行器線束部分 294.2、334.2、386.2 與前一執行器元件（分別為 J1）190、（J2）280、（J3）320 相耦合，並通過內部線束 284.4、324.4、378.4 在執行器內部與第二（輸出）PCB 元件 286、326、380 相連接。 (AI工業)