具有弹性响应的扭转传递元件的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 根据第287894号资助协议，取得本发明成果的研究工作收到了来自CYBERLEG课 题内的欧盟第屯框架计划（FP7/2007-2013)的资金。
[0002] 本发明有关于一种扭转弹黃的新构造，其能特别地用作链节，链节适于通过弹性 响应来传递扭转致动。
【背景技术】
[0003] 在机器人领域中，并且特别地在可穿戴机器人领域中，常常使用弹性致动器 ([2]，[3]，[4]，[引），弹性元件布置于致动器与被致动的机械元件[1]之间。例如，如在美 国专利US5910720中所描述，由于多种原因，特别地在机器人中使用运种类型的致动。其明 确地意味着一系列优点，运些优点可W总结为W下几点：
[0004]-在整个频谱上的低出射阻抗；
[0005]-能通过软件来控制出射阻抗；
[000引-减少能量消耗；
[0007]-高力/质量比；
[0008]-高功率/质量比；
[0009] -在冲击情况下的固有柔性。
[0010] 运些类型的致动器可W是线性的或旋转的。可W利用弹性线性或扭转元件（通常 为弹黃或者包括弹黃的组装装置）来实施两种类型的致动器。
[0011] 当实施运种类型的致动器时关键因素之一在于选择和构造或者弹性元件。
[0012] 主要规格根据致动器用于的具体应用不同，表征将用于弹性致动器中的弹性元 件，运些主要规格为：
[001引-刚性；
[0014]-最大可允许的负载；
[0015]-可允许的旋转或移位；
[001引-重量；
[0017]-总尺寸（形状）。
[001引参考旋转致动器（旋转致动器的领域是本发明的更具体的目的）和因此弹性元件 (其中执行扭转应力的传递）的情况，现有技术提供了各种实施例。
[0019] 一般而言，可W通过使用W下元件之一来获得扭转弹性元件：
[0020] -金属线螺旋扭转弹黃；
[0021] -(自一体式块）机械加工的螺旋扭转弹黃；
[00过-盘旋扭转弹黃；
[0023]-W扭转响应转换线性弹黃作用的机构；
[0024] -扭转响应定制元件；
[00巧]使用线螺旋扭转弹黃意味着W下问题：
[0026] -关于机器人应用设置的要求的低刚性；
[0027] -难W与串联的元件形成接口连接。通过在元件与弹黃金属线之间的接触来传递 扭矩，在高度可变形的情况下，弹黃金属线在与元件接触的表面上滑动；
[0028] -难W获得双向响应。为了获得能在两个旋转方向上作用的元件，需要形成一种机 构，运种机构设有至少两个弹黃，因而导致复杂性、质量和尺寸增加；
[0029] -在运动期间在线圈之间的接触；
[0030] -由于弹黃杠杆臂存在造成的显著总体积。
[0031] 用作扭转弹黃的机械加工的弹黃[10]克服了前文提到的缺陷中的某些缺陷。具 体而言，它们是金属圆柱，其中根据一种或多种原理形成螺旋凹部，使得圆柱呈现螺旋形 状。
[0032] 运种类型的弹黃的主要优点之一在于能在其端部（W变成与它们所固定的元件 的接口区域）设有不同形状和固定系统，其允许形成各种联接部（螺纹孔、螺纹端部、缺口 轮廓等）。
[0033] 然而，不同于金属线弹黃，运些弹黃具有优先旋转方向并且运使得它们不适用于 预期要在两个旋转方向上施加扭矩和需要在两个方向上相同扭转响应的应用。
[0034] 而且，使用盘旋弹黃允许克服金属线螺旋弹黃的某些缺陷，但不能在不需要多于 一个弹黃和连接机构的情况下获得双向响应。
[0035] 通过在组装的装置中使用线性弹黃，组装装置将弹黃的线性响应转变为扭转输出 响应，可W获得具有所希望的刚性和可传递的扭矩特征的双向响应。与运种类型的解决方 案有关的缺陷主要在于实施整个组件所需的较大总尺寸。
[0036] 已知始于合适机械加工的金属元件形成的扭转弹黃的已知示例中，目的在于赋予 元件所希望的性质，公开于[6]中的扭转弹黃是用于步行康复的弹性致动器。在致动器中 使用的弹性元件从板状钢主体获得，其中，形成两个盘旋凹部。元件表现出与滞后、限制可 施加的负载的线圈之间的接触W及在利用FEM分析模拟的刚性与实际刚性之间存在相对 较高差异有关的某些问题。
[0037] 在[7]中是与上文所描述的实施例类似的实施例。弹性元件的形状大体上类似于 先前的弹性元件，但具有增加的扭转刚性，并且试图克服应之间的接触和滞后的问题。文献 [引公开了类似于先前的弹黃、用于上肢康复的液体弹性致动器中所用的弹黃。
[0038] 通过对钢元件进行机械加工获得的另一类型的扭转弹黃描述于巧]中；在此情况 下，金属盘被挖空W便获得层状线圈形状的福条，运些福条联结轮穀和外边沿。运种圆盘形 元件具有高直径/高度比。可施加的最大扭矩受到线圈之间发生接触的限制。
[0039] 专利公告W02008US61560公开了一种扭转元件，其中，通过用S形元件联结两个平 行凸缘而获得弹性响应。用于联结两个凸缘的元件是折叠并且固定到元件上W在该系统中 输入和输出扭矩的杆。根据在US20070698811中示出的简化的变型，在用于输入和输出扭 矩的凸缘之间的连接通过使用直杆和并非S形的杆而实现。运些是需要组装多个零件的复 杂系统，因此意味着各种复杂情况。在运些元件之间的连接必须是稳定的并且无游隙，从而 避免不重复或者与所希望的模式不同的扭矩转移模式（角/扭矩特征），并且意外的应力发 生可能给该结构造成损坏。此外，对所有元件的机械加工应极为准确从而在组装之后避免 残余应力发生，运可能会修改弹性元件的特征或者减小其阻力。
[0040] 同样，前文提到的专利US5910720示出了扭转弹黃，扭转弹黃被形成为具有十字 形截面的元件，并且因此将板用作基本扭矩转移元件。然而，十字形表示基本上"并行"工 作的板构造，因此为了获得高可传递的扭矩/刚度比，即高可传递扭矩但有限刚性（高可变 形性），需要使用很薄的板（过大应力）或者目标纵向尺寸增加（过大总尺寸）。
[0041] 另一种已知的扭转响应元件公开于专利公告EP1244817中。在此情况下，通过在 负责输入元件与输出元件之间传递扭矩的圆柱形环上形成一系列凹部来获得扭转性质，凹 部W径向展开部限定多个区段，运些区段根据经过枢转轴线的径向平面展开。整个装置被 实现为多个零件，零件需要刚性并且精确的相互连接。此外，在径向方向上实现凹部需要在 环主体上执行多个切口，由于需要主体与切割工具之间的对换和相互放置而造成构造复杂 性。而且，传递部段布置于环状主体中，它们保持从扭转轴线移位，并且因此它们倾向于变 得晓曲变形，实现了在可传递的扭矩与刚性之间的令人不满意的比例。
【发明内容】
[0042]本发明的目的在于提供一种紧凑扭转弹性元件，运种扭转弹性元件具有不受旋转 方向影响的线性角和/或扭矩特征，并且实现起来比较简单，从而允许避免在其零件之间 不希望的接触，具有与其应当连接的元件形成接口连接的较强能力，并且能够实现相对于 其重量和总尺寸较高的可传递的扭矩。
[0043] 由根据本发明的扭转弹黃实现了运些和其它目的，在权利要求中的第一权利要求 中限定了运种扭转弹黃的基本特征。由附属权利要求限定了另外的重要特征。
【附图说明】
[0044] 参考附图，通过仅W非限制性示例给出的本发明的实施例的下文的描述，根据本 发明的扭转弹黃的特征和优点将更加显然，在附图中：
[0045]-图1 W轴测图示出了本发明的概念结构，其也表示第一和基本实施例；
[0046]-图2 W轴测图示出了根据本发明的弹黃的第二实施例；
[0047]-图3是图2的弹黃的侦U视图；
[004引-图4是沿着图3的线IV-IV所截取的弹黃的截面图拟及
[0049]-图5是沿着图4的线V-V所截取的弹黃的截面图。
【具体实施方式】
[0050] 参考上述图，W典型金属元件表示根据本发明的弹性元件，由于合适的机械加工， 典型金属元件呈现具有所希望的刚度和可传递的扭矩性质的特征。通常，始于实屯、块一体 式主体，去掉材料W便获得凹部的分布，如在下文中所描述。
[0051]特别地，现仅参考图1，在此情况下，主体1是平行六面体形状，并且具有轴线X，轴 线X在中央横穿主体并且表示意图使用主体本身（在致动器与负载之间）传递的扭矩或扭 转力矩的中屯、轴线。运个轴线将物理地定义为如下的线：联结形成于主体中或者与主体相 关联的两个相对的附接件（在此情况下未示出），W将主体联接到致动器和被致动的元件 (未表示）。借助于合适轴承执行连接，隔离主体与不同于扭转应力的任何应力。对应于附 接件的侧部的相对侧部WIa和化指示。
[0052] 根据本发明，主体I具有凹部2、3,凹部2、3大致根据平面A相对于轴线XW平行 关系展开，在主体是平行六面体形状的情况下，它们也可W被认为相对于彼此W及相对于 平行六面体的侧面平行、在旁边。优选地，凹部2、3的分布相对于正交于平面A并且经过轴 线X的平面对称，并且也从尺寸的观点而言，相对于正交于平面A并且与主体1的中点（相 对于沿着扭转轴线X的伸长部预期为中点）交叉的平面基本上对称。
[0053] 仍参考优选方案，凹部2、3是贯通凹部，即，在=个侧部上敞开，其中，对于各种平 行和叠加的凹部而言，闭合侧不时地并且交替地在附接表面Ia和化的任一个上。凹部2是 在侧部Ia闭合的类型的凹部，而凹部3是在相对侧上闭合的类型。实际上，由于运种构造， 主体1呈现蛇形展开形状，在正交于平面A和两个面la、化截取的情况下，由凹部2、3的厚 度（在正交于平面A的方向上测量）间隔开的板状区段11确定。由12表示在侧部IaUb 上闭合凹部的区段11之间的接合部。
[0054] 所造成的扭转行为明确地类似于板的扭转行为，板的长度等同于各种板状区段11 的长度（沿着X的大小）之和，但差异在于接合部12相对于等同板加强了该结构。响应的 另一个差异在于在使用单个板制成的假设等同弹黃中，材料完全跨在扭转轴线上，而在蛇 形的情况下，最外围板状区段呈非纯扭转应力的状态并且它们造成更为刚性的总体响应。
[0055] 所获得结构的紧凑性，特别是在轴向方向上，是非常重要的优点，可W通过调整各 种几何参数，诸如特别地区段11的厚度、即其高度方向上的尺寸，即其在正交于X的平面A 上的大小，W及长度方向上的尺寸，即平行于X的平面A上的大小来优化所希望的刚度。特 别地，元件的刚性随着厚度和高度增加而增加并且随着整个结构的轴向长度增加而减小。
[0056] 显然，用于获得所希望的特征的基本变型在于所用的材料；最合适的材料为机械 构造中常用的金属。它们包括钢、侣合金和铁合金。主要地，它们可W根据所选材料的杨氏 模数确定，杨氏模数是用于获得元件的所希望的刚性特征的基本参数。除了所希望的刚性 之外，待使用的材料选择直接根据弹黃应能承载的负载量和待获得的尺寸紧凑程度。在板 状区段11之间的肘形接合部12表示张力集中区域；材料阻力越高，在