CN102756380A

CN102756380A - 顺应性机构

Info

Publication number: CN102756380A
Application number: CN2011101121705A
Authority: CN
Inventors: 陈哲坚; 易子民; 张宜平; 董成伟
Original assignee: FINE MACHINERY RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER
Current assignee: FINE MACHINERY RESEARCH AND DEVELOPMENT CENTER; Precision Machinery Research and Development Center
Priority date: 2011-04-26
Filing date: 2011-04-26
Publication date: 2012-10-31

Abstract

一种顺应性机构，包含有一第一单元、一第二单元、至少一弹性件，以及一驱动器用来驱转该弹性件，该第二单元连接于该第一单元能以该通道为中心相对该第一单元转动，且该第一单元与该第二单元共同形成有一通道，该弹性件是于一板体的二相对端连接同轴对应的一第一及一第二轴杆，该弹性件能以该些轴杆为中心而转动，且该第一及第二轴杆分别能相对转动地设于该第一单元及该第二单元，当该第二单元转动时能使该弹性件弹性变形；由此，该弹性件可由转动而改变对于该第二单元转动的阻值，使得该机构兼具承受负载的功能及安全性，更重要的是，该顺应性机构的应用性十分良好。

Description

顺应性机构

技术领域

本发明与顺应性机构有关，特别是关于一种模块化的顺应性机构，具有广泛的应用性。

背景技术

服务型机器人在近年来的发展快速，其发展方向已不只在于功能，更在于安全性，尤其是在与使用者接触、互动及提供服务时，机器人可能对使用者造成的任何伤害都必须被避免。因此，具有反应速度快及无电子组件损坏问题等优点的顺应性机构已被应用于机器人中，用以吸收并减缓外部力量的冲击，进而提升机器人的安全性。

详而言之，顺应性机构可安装于机器人的关节处，或者安装于用以与使用者或物品接触的负载部位，在需承受高负载时调高其刚性，而在承受低负载或者与使用者或脆弱物品接触时调低其刚性，以使得机器人兼具其功能及安全性。

然而，公知顺应性机构都具有特殊的形状、复杂的构造，或庞大的体积，较不易随着不同的应用而更改设计，因此应用性较差。换言之，公知顺应性机构仍有其不便之处，而有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种顺应性机构，具有模块化与中空结构，其应用性较佳。

为实现上述目的，本发明提供的顺应性机构，包含有：

一第一单元；

一第二单元，可转动地连接该第一单元，且该第一单元与该第二单元共同形成有一通道；

至少一弹性件，具有一板体，以及位于该板体的二相对端且同轴对应的一第一轴杆及一第二轴杆，该第一轴杆及该第二轴杆分别能相对转动地设于该第一单元及该第二单元，使该弹性件能以该第一轴杆及该第二轴杆为中心而转动，当该第二单元转动时能使该弹性件弹性变形；以及

一驱动器，用以驱转该至少一弹性件。

所述的顺应性机构，其中，该弹性件的第一轴杆是与一蜗轮连接，该蜗轮是与一连接该驱动器的蜗杆啮合。

所述的顺应性机构，其中，该第二单元能以该通道为中心而相对该第一单元转动。

所述的顺应性机构，其中，该至少一弹性件的数量为二，其中一该弹性件的第一轴杆及第二轴杆是与另一该弹性件的第一轴杆及第二轴杆同轴对应。

所述的顺应性机构，包含有至少一轴承、一固设于该轴承的一内缘的内固定环，以及一固设于该轴承的一外缘的外固定环，该内固定环是与该第一单元连接，该外固定环是与该第二单元连接。

所述的顺应性机构，其中，该第二单元包含有一转盘，该转盘具有一朝向该第一单元的内侧，该第二单元包含有至少一设于该转盘的内侧的连接件，该弹性件的第二轴杆设于该连接件。

所述的顺应性机构，其中，该第一单元包含有一基座，该基座具有一朝向该第二单元的内侧，该第一单元包含有一设于该基座内侧的轴管，且该驱动器设于该基座设置。

所述的顺应性机构，其中，该第一单元包含有一基座，该基座具有一朝向该第二单元的内侧，该基座内侧设有一轴管，该第二单元包含有一转盘，该转盘具有一朝向该第一单元的内侧，该第二单元包含有二设于该转盘的内侧的连接件，二该弹性件的第二轴杆是分别设于该二连接件，该轴管是位于该二连接件之间，该二弹性件的第一轴杆是穿入该轴管并分别通过一该传动组件而能受一该驱动器驱转。

所述的顺应性机构，其中，该弹性件的转动轴心方向与该第二单元的转动轴心方向相交。

所述的顺应性机构，其中，该弹性件的转动轴心方向垂直于该第二单元的转动轴心方向。

由于本发明采用模块化的设计，该顺应性机构只需要在该第一单元及该第二单元的部分形状进行更改，即可适用于不同的使用环境及载具，意即其应用性十分良好；另外，该顺应性机构具有中空的通道则可用以安装线路，而可以方便线路的配置，使得应用该机构的产品在外型设计上更具弹性。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例所提供的顺应性机构的立体组合图；

图2为本发明该较佳实施例所提供的顺应性机构的立体分解图；

图3为本发明该较佳实施例所提供的顺应性机构的剖视图；

图4为本发明该较佳实施例所提供的顺应性机构的顶视图，其中一转盘及一轴承组件被移除以便说明；以及

图5类同于图4，惟显示该顺应性机构的二弹性件转动90度后的态样。

附图中主要组件符号说明：

顺应性机构10；通道12；第一单元20；基座22；内侧222；外侧224；轴管24；第二单元30；转盘32；内侧322；外侧324；连接件34；驱动器40；传动组件50；蜗杆52；蜗轮54；轴承组件60；第一轴承62；内固定环64；外固定环66；弹性件70；板体72；第一轴杆74；第二轴杆76；第二轴承78；最大阻值位置P1；最小阻值位置P2。

具体实施方式

本发明所提供的顺应性机构，包含有一第一单元、可转动地连接该固定单位的一第二单元、至少一弹性件，以及一用以驱转该至少一弹性件的驱动器，其中，该第一单元与该第二单元共同形成有一通道，该至少一弹性件具有一板体与位于该板体的二相对端且同轴对应的一第一轴杆及一第二轴杆，且该第一轴杆及该第二轴杆分别能相对转动地设于该第一单元及该第二单元，使该弹性件能以该第一轴杆及该第二轴杆为中心而转动，且该弹性件的转动轴心方向与该第二单元的转动轴心方向相交，当该第二单元转动时能使该弹性件弹性变形。

由此，该弹性件可受该驱动器驱转，由以该第一及第二轴杆为中心转动而改变该板体与该第二单元的转动方向的相对角度，进而调变对于该第二单元相对该第一单元转动的阻值，如此一来，该顺应性机构的刚性即可随该弹性件的阻值改变。当该机构呈低刚性状态时，若该第二单元受外力而转动，该弹性件可缓冲外力，以避免该机构所搭载的载具对所接触的物品或使用者产生伤害；当该机构呈高刚性状态时，该弹性件即可抵抗外力，使得该机构所搭载的载具可执行如搬运重物的高负载功能。

此外，本发明可将该弹性件的转动轴心方向与该第二单元的转动轴心方向设定为相交，可以提供较佳的阻值调整效果，亦可进一步使该弹性件的转动轴心方向与该第二单元的转动轴心方向相互垂直，为最佳的设计。

有关本发明所提供的顺应性机构的详细构造、特点、组装或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，在本发明领域中具有通常知识者应能了解，该些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请范围。

以下将结合实施例并配合附图，详细说明本发明的技术内容及特征，其中：

图3为本发明该较佳实施例所提供的顺应性机构的剖视图；

请先参阅图1至图3，本发明一较佳实施例所提供的顺应性机构10包含有一第一单元20、一第二单元30、二驱动器40、二传动组件50、一轴承组件60，以及二弹性件70。

该第一单元20主要包含有一基座22及一轴管24，该基座22具有一朝向该第二单元30的内侧222及一朝向该机构10外部的外侧224。该二驱动器40分别为一马达，固设于该基座22的内侧222，且分别与该二传动组件50连接。各该传动组件50包含有一与该驱动器40连接的蜗杆52，以及一与该蜗杆52啮合的蜗轮54。该轴管24固设于该基座22的内侧222，且该二传动组件50位于该轴管24内部。

该第二单元30包含有一转盘32及二连接件34，该转盘32具有一朝向该第一单元20的内侧322及一朝向该机构10外部的外侧324，该二连接件34固设于该转盘32的内侧322并接近该转盘32的外缘，且该轴管24位于该二连接件34之间。

该轴承组件60包含有一第一轴承62，在本实施例中为一交叉滚柱轴承，可视情况改用其它型式或者改由多个轴承来取代，该轴承组件60还具有分别紧配合地固设于该第一轴承62的内缘及外缘的一内固定环64及一外固定环66，该内固定环64及该外固定环66分别与该轴管24及该转盘32固接。由于该转盘32、该轴承组件60及该第一单元20均呈中空状且依序连通，该机构10具有一通过该第一单元20及该第二单元30的通道12。由此，该第二单元30能以该通道12为中心相对该第一单元20转动。

各该弹性件70具有一板体72，以及分别连接于该板体72的二相对端且相互同轴对应的一第一轴杆74及一第二轴杆76，该二弹性件70的第一轴杆74分别由一第二轴承78而可相对转动地穿设于该轴管24，并分别固接于该二蜗轮54的中心，该二弹性件70的第二轴杆76分别由一第二轴承78而可相对转动地设于该第二单元30的连接件34，由此，该二弹性件70可分别受该二驱动器40驱动而以该第一及第二轴杆74、76为中心转动，且该些第一及第二轴杆74、76是相互同轴对应且与该通道12相互垂直，意即，该二弹性件70受驱动器40驱转的轴心方向是与该第二单元20的转动轴心方向相互垂直。

在此说明的是，该二弹性件70的转动轴心方向与第二单元30的转动轴心方向相交且垂直的设计仅为一较佳实施例，只要该弹性件70能够转动即可发挥调整阻值的功效。

由前述本发明所提供的顺应性机构10，该二弹性件70可受驱动器40驱动而于一最大阻值位置P1(如图4所示)及一最小阻值位置P2(如图5所示)之间转动，意即，由改变该二弹性件70的板体72与该第二单元30的转动方向的相对角度，可调变该二弹性件70对于该第二单元30转动的阻值，使得该机构10的刚性可随的改变。当该机构10呈低刚性状态时，例如该二弹性件70位于该最小阻值位置P2时，若一外力转动该第二单元30，该二弹性件70可由弹性变形缓冲该外力，以避免该机构10所搭载的载具(图中未示)对所接触的物品或使用者产生伤害。

当该机构10呈高刚性状态时，例如该二弹性件70位于该最大阻值位置P1时，该二弹性件70即可抵抗外力而不易产生变形，此时，该机构10所搭载的载具即可执行如搬运重物的高负载功能。

更重要的是，本发明所提供的顺应性机构10只需要在该转盘32及该基座22的形状进行小幅度更改，即可适用于不同的使用环境及载具，意即其应用性十分良好；另外，该机构10的通道12可用以安装线路，使得应用该机构10的产品在外型设计上更具弹性。

值得一提的是，各该传动组件50主要是用以于驱动器40及弹性件70之间产生减速作用，本实施例所采用的蜗杆蜗轮组合不但可使弹性件70的转动方向与驱动器40所输出的转动方向垂直，更具有高转速比及传动方向不可逆的特性，且各该驱动器40可以采用伺服马达而可对各该弹性件70的阻值快速地作最佳化的调整，然而，各该驱动器40及各该传动组件50并不以伺服马达及蜗杆蜗轮组合为限。另外，该二位置相对应的弹性件70使得该机构10在受力时较可维持平衡，但弹性件70的主要作用系产生可调变的阻值，因此其数量并无限制。再者，该机构10主要是以其整体呈管状的中空结构提升其安装线路的便利性及应用性，其细部形状特征并不以本实施例为限。

最后，必须再次说明，本发明于前述实施例中所揭示的构成组件，仅为举例说明，并非用来限制本发明的范围，其它等效组件的替代或变化，亦应为本发明申请的权利要求范围所涵盖。

Claims

1.一种顺应性机构，包含有：

一第一单元；

一驱动器，用以驱转该至少一弹性件。

2.根据权利要求1所述的顺应性机构，其中，该弹性件的第一轴杆是与一蜗轮连接，该蜗轮是与一连接该驱动器的蜗杆啮合。

3.根据权利要求1所述的顺应性机构，其中，该第二单元能以该通道为中心而相对该第一单元转动。

4.根据权利要求1所述的顺应性机构，其中，该至少一弹性件的数量为二，其中一该弹性件的第一轴杆及第二轴杆是与另一该弹性件的第一轴杆及第二轴杆同轴对应。

5.根据权利要求1所述的顺应性机构，包含有至少一轴承、一固设于该轴承的一内缘的内固定环，以及一固设于该轴承的一外缘的外固定环，该内固定环是与该第一单元连接，该外固定环是与该第二单元连接。

6.根据权利要求1所述的顺应性机构，其中，该第二单元包含有一转盘，该转盘具有一朝向该第一单元的内侧，该第二单元包含有至少一设于该转盘的内侧的连接件，该弹性件的第二轴杆设于该连接件。

7.根据权利要求1所述的顺应性机构，其中，该第一单元包含有一基座，该基座具有一朝向该第二单元的内侧，该第一单元包含有一设于该基座内侧的轴管，且该驱动器设于该基座设置。

8.根据权利要求4所述的顺应性机构，其中，该第一单元包含有一基座，该基座具有一朝向该第二单元的内侧，该基座内侧设有一轴管，该第二单元包含有一转盘，该转盘具有一朝向该第一单元的内侧，该第二单元包含有二设于该转盘的内侧的连接件，二该弹性件的第二轴杆是分别设于该二连接件，该轴管是位于该二连接件之间，该二弹性件的第一轴杆是穿入该轴管并分别通过一该传动组件而能受一该驱动器驱转。

9.根据权利要求1至8其中任何一项所述的顺应性机构，其中，该弹性件的转动轴心方向与该第二单元的转动轴心方向相交。

10.根据权利要求9所述的顺应性机构，其中，该弹性件的转动轴心方向垂直于该第二单元的转动轴心方向。