[发明专利]用于串联式弹性致动器的弯曲元件及相关方法

权利要求书

1.一种机器人系统中的致动器，包括：

用于驱动负载的马达；

用于从该马达向该负载传递力的齿轮传动机构；和

用于检测该力并响应该力而发生变形的弧形金属元件。

2.根据权利要求1所述的致动器，还包括限定出关节的构件，其中所述关节是弯曲关节或扭转关节。

3.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述弧形金属元件包括对向角大于180°的C形开口环。

4.根据权利要求1所述的致动器，其中，在施加力时，所述弧形金属元件的变形沿其长度是均匀的。

5.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述弧形金属元件包括变化的横截面尺寸。

6.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述弧形金属元件终止于第一端部和第二端部，所述第一端部和第二端部中的每个均包括用于帮助夹紧该元件的机构。

7.根据权利要求6所述的致动器，其中，所述弧形金属元件被如此构造，以使得在第一端部和第二端部之间的部段是悬空的、不与任何其它构件接触。

8.根据权利要求1所述的致动器，还包括第二弧形金属元件，其用于检测力并响应于该力而发生变形，其中所述元件是叠置的。

9.根据权利要求8所述的致动器，其中，所述第二弧形金属元件具有沿其长度变化的横截面尺寸并且也响应于所述力而发生均匀变形。

10.一种弯曲元件，其包括单个平面弧形部段，其终止于第一端部和第二端部并限定出开口环，并且被构造为响应于对至少其中一个所述端部施加平面内的旋转力而基本在平面内位移。

11.根据权利要求10所述的弯曲元件，其中，所述开口环的对向角大于180°。

12.根据权利要求10所述的弯曲元件，其中，每个所述端部包括用于帮助夹紧所述弯曲元件的机构。

13.根据权利要求10所述的弯曲元件，其中，所述弧形部段具有长度和在所述长度上非均匀的横截面尺寸，以在位移期间消除应力集中。

14.根据权利要求13所述的弯曲元件，其中，所述横截面尺寸从所述第一端部和第二端部向它们之间的中间部单调递减。

15.根据权利要求14所述的弯曲元件，其中，单调递减是60％。

16.根据权利要求10所述的弯曲元件，其中，所述弯曲元件基本由弹簧钢构成。

17.一种检测在机器人系统内的从马达传递到负载的力的方法，该方法包括：

响应于所述力而在弧形元件上产生变形；和

至少部分基于所述变形计算出该力。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述弧形元件的变形沿其长度是均匀的。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，该弧形元件具有长度和在所述长度上非均匀的横截面尺寸，借此在因所述力而产生位移期间消除应力集中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，该横截面尺寸从该弧形元件的第一端部和第二端部向它们之间的中间部单调递减。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，该单调递减是60％。