[发明专利]具有弹性响应的扭转传递元件

说明书

本发明关于扭转弹簧的构造，扭转弹簧可以特别地用作接头，接头适于利用弹性响应来传递扭转致动。

技术领域

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课题内的欧盟第七框架计划(FP7/2007-2013)的资金。

本发明有关于一种扭转弹簧的新构造，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

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],[5])，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这种类型的致动。其明确地意味着一系列优点，这些优点可以总结为以下几点：

-在整个频谱上的低出射阻抗；

-能通过软件来控制出射阻抗；

-减少能量消耗；

-高力/质量比；

-高功率/质量比；

-在冲击情况下的固有柔性。

这些类型的致动器可以是线性的或旋转的。可以利用弹性线性或扭转元件(通常为弹簧或者包括弹簧的组装装置)来实施两种类型的致动器。

当实施这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。

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，这些主要规格为：

-刚性；

-最大可允许的负载；

-可允许的旋转或移位；

-重量；

-总尺寸(形状)。

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。

一般而言，可以通过使用以下元件之一来获得扭转弹性元件：

-金属线螺旋扭转弹簧；

-(自一体式块)机械加工的螺旋扭转弹簧；

-盘旋扭转弹簧；

-以扭转响应转换线性弹簧作用的机构；

-扭转响应定制元件；

使用线螺旋扭转弹簧意味着以下问题：

-关于机器人应用设置的要求的低刚性；

-难以与串联的元件形成接口连接。通过在元件与弹簧金属线之间的接触来传递扭矩，在高度可变形的情况下，弹簧金属线在与元件接触的表面上滑动；

-难以获得双向响应。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，这种机构设有至少两个弹簧，因而导致复杂性、质量和尺寸增加；

-在运动期间在线圈之间的接触；

-由于弹簧杠杆臂存在造成的显著总体积。

用作扭转弹簧的机械加工的弹簧[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。

这种类型的弹簧的主要优点之一在于能在其端部(以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)。