CN105849427B - 轴向错位的传动联轴器与从动联轴器的横向接合扭矩传递 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在第一单元和第二单元之间传递扭矩，第一单元通常是移动机器或机器人，第二单元通常是固定或静止机器。第一单元和第二单元被布置成，使得被设计用于绕着传动轴传递扭矩的第一单元的传动联轴器可沿着接合方向接合属于第二单元并且具有从动轴的从动轴，接合方向几乎垂直于从动轴的方向。在第一单元中设置横向移位机构，以实现传动轴和从动轴之间的第一级同轴对准。提供诸如依从机构的额外措施来改进本发明的设备和方法中的接合、联接和减少轴向错位的程度。

Description

轴向错位的传动联轴器与从动联轴器的横向接合扭矩传递

技术领域

本申请涉及其传动联轴器和从动联轴器横向地或者沿着与从动联轴器的从动轴基本上正交或垂直的方向接合的机器之间的扭矩传递的设备和方法，更精确地讲，涉及在传动联轴器的传动轴和从动联轴器的从动轴之间存在一定量的轴向错位时的扭矩传递。

背景技术

有众多机构被专门设计用于在机器之间传输扭矩，包括熟知的离合器系统。这些机构和离合器系统中的许多具有接合、脱离和传输扭矩的部件。出于各种原因，包括需要以不同的角速率可靠地传输扭矩，现有的机构尝试固定和保留机器之间的轴向对准。通常，机器通过沿着传输扭矩将围绕的轴提供机器之间的机械接合来实现它。在大多数惯例中，该轴是用于将离合器系统等参数化的机械工程领域中使用的笛卡尔坐标系的Y轴。

在这些现有技术的系统中，通过沿着Y轴致动两个联轴器(传动联轴器或从动联轴器)中的一个来开始操作。这种沿着Y轴的轴向运动常常接合布置在X-Z平面上并且属于传动联轴器和从动联轴器的齿轮齿或其它联接特征。在车辆的动力输出中经常见到这种解决方案，在这些解决方案中，操作人员将第一联接沿着公共轴(轴向地)插入另一个联接中。

现有技术的方法的一个示例见于授予Wilkes的美国专利 No.3,747,966，Wilkes教导了具有从后部纵向延伸的外部花键动力输出轴的农用拖拉机。在前端具有中空的内部花键部分的动力传输轴可连接到外部花键动力输出轴。通过沿着传输扭矩所围绕的轴进行致动来实现这些轴之间的接合和联接。

具有闩锁设备的扭矩传输机构的现有技术方法的另一个示例见于授予Stevenson的美国专利No.7,036,644。这里，通过具有扭矩输出的电机来实施接合扭矩供应源(诸如，车轮)的机构。这些教导确认了沿着传输扭矩将围绕的轴进行扭矩传输机构的线性致动的许多机构。

通过Nayak在美国专利No.6,318,657中的教导提供又一个示例，该专利公开了用于在允许进行便利接合的同时将扭矩从联接传输到带卷盘(tape reel)的机构。这里，提供具有可靠卷盘锁和电机/卷盘联接机构的带筒，卷盘锁和电机/卷盘联接机构的功能都是在带筒相对于传动电机进行的单个运动期间完成的。再者，这是沿着传输扭矩所围绕的轴致动的一个良好范例。

事实上，现有技术充满了应对在扭矩传输设备中的轴向致动的教导。为了选择此设备中的参考教导标准以及许多非标准联接设计，读者参照授予Recker的美国专利No.4,289,414、授予Volle的DE 197 14 605 A1、授予Shea的美国专利No.4,336,870、授予Gadelius的美国专利No.4,635,772和授予Tegtmeyer的WO 2006/082191。

在相对于固定单元或许多这些固定单元横向移动的移动单元之间需要执行扭矩传输的应用中，典型的现有技术方法时常是不切实际的。具体地讲，当移动单元是在工位与工位之间横向移动以将扭矩传递到安装在各工位的机器的机器人时，并不十分适用扭矩传递的传统方法。在这些状况下，难以执行可重复和可靠的轴向致动。

表示如何在这些情形下采用传统扭矩传递设备和方法的示例性教导见于授予Tadayon的美国公开申请2012/01522877。在许多方面之中，这篇参考文献教导了一种用于太阳能电站的机器人，其中，需要将扭矩传输到固定单元，例如，承载太阳能跟踪器的固定单元。在一种情况下，用齿条和齿轮机构实现扭矩传递。在另一种情况下，在被称为“倾斜臂”的机构的辅助下执行将扭矩从机器人传递到跟踪器，“倾斜臂”沿着传输的扭矩将围绕的轴产生运动。

依据以上教导，需要在相对于固定单元(例如，坞站)横向前行的移动单元(例如，机器人)之间进行扭矩传递的新解决方案。

发明内容

本发明的目的

依据现有技术的限制，本发明的目的是提供横向地或沿着与传输的扭矩所围绕的轴基本上正交的接合方向接合的移动单元和固定单元之间的扭矩传递。换句话讲，本发明的目的是提供在不需要控制沿着正传输的扭矩所围绕的轴进行平移的情况下将扭矩从一个机器传递到另一个的设备和方法。

本发明的另一个目的是提供在传动轴和从动轴之间轴向错位的状况下属于这种移动单元和固定单元的传动联轴器和从动联轴器之间横向接合时进行扭矩传递。更精确地讲，目的是提供可适应联轴器错位的扭矩传递。联轴器的设计可使得当传输扭矩并且联轴器错位时，接触力的分量推动联轴器，回到稳定的对准。

在结合附图阅读具体实施方式时，本发明的其它目的和优点将变得清楚。

本发明的概述

本发明的许多有利方面是通过一种用于传递第一单元和第二单元之间的扭矩的设备确保的，所述第一单元通常是移动机器或机器人，所述第二单元通常是固定或静止机器。所述设备具有传动联轴器，所述传动联轴器被安装在所述第一单元上，被设计用于通过绕着传动轴旋转来传递所述扭矩。同时，具有从动轴的从动联轴器被安装在所述第二单元上并且被布置成使得它可沿着与所述从动轴基本上正交或垂直的接合方向与所述传动联轴器接合。设置横向移位装置，以将所述传动联轴器独立地或连同整个第一单元一起移动。在任一种情况下，所述传动联轴器沿着所述接合方向移动，以实现所述传动轴和所述从动轴之间的第一级同轴对准。所述设备还具有扭矩传递驱动器，所述扭矩传递驱动器可用电机来实施，用于在实现所述第一级同轴对准之后，所述传动联轴器绕着所述传动轴旋转，以联接到所述从动联轴器并且绕着所述从动轴传递所述扭矩。以这种方式，所述设备被构造成在每当需要时接合并且传递单元之间的扭矩，但通常不是常态化的。

所述传动联轴器具有第一配合构件并且所述从动联轴器具有对应的第二配合构件。这些构件被设计或成形为表现出相匹配的几何形状。具体地讲，它们相匹配的几何形状使得所述第一配合构件穿过所述第二配合构件而没有物理接触。所述相匹配的几何形状还限定使所述第一配合构件联接到所述第二配合构件的相对联接取向。

在所述设备的优选实施例中，设置依从机构，以适配于第一级同轴对准，即，在传递扭矩的同时的错位程度或传动轴和从动轴之间的高行动轴向对准的缺乏。依从机构本身可承担许多物理实施例并且它可被安装在各种位置。例如，依从机构可被安装在第一单元中并且它可以以适配于轴向错位的传动方机构为代表。更具体地讲，它可由一个或更多个柔性安装元件实施，这些柔性安装元件将扭矩传递驱动器 (例如，电机)以支持电机运动(优选地，平移运动)的方式附接到第一单元。合适的安装元件是弹簧、阻尼器、活塞、柔性垫圈、线性滑块等。另选地或另外地，用于适配于不完美第一级同轴对准的传动方机构可被装入取向的传动轴中并且绕着传动轴转动，以传递转矩。具体地讲，传动轴可装入一个或多个柔性元件(诸如，柔性轴或轴的部分、依从联动件、螺旋联轴器、万向接头、万向节、磁性联轴器等)。

与在第一单元上操作的一个或更多个依从机构相结合地或单独地，一个或更多个依从机构可被安装在第二单元内。再者，这些机构可包括传动方机构，用于适配于由沿着从动轴取向并且装入一个或更多个柔性轴元件(诸如，柔性轴或轴的部分、依从联动件、螺旋联轴器、万向接头、万向节、磁性联轴器等)的从动轴所实施的不完美第一级同轴对准。

为了进行扭矩传输过程而联接的传动联轴器和从动联轴器使用的第一配合构件和第二配合构件优选地设置有特定结构。例如，它们具有接合特征，这些接合特征被设计用于促进构件呈现出三维上受限制的相对接合姿态。优选的，接合特征不仅支持在由于不完美第一级同轴对准而有错位量的联接，而且甚至减少错位，达到第二级同轴对准。可用任一构件上的接合叉、销、突起和其它几何特征来实施接合特征。优选地，在另一个构件上设置可用凹陷、狭槽或脊实施的互补配合特征，以促进构件成为三维上受限制的相对接合姿态，从而也减少轴向错位。当第一级同轴对准很差以致它超过预定容差时，改善错位以达到第二级同轴对准尤为重要。

在一些实施例中，有利的是提供具有一个或更多个碰撞减轻特征的传动联轴器，碰撞减轻特征用于减轻在常规操作期间会出现的与从动联轴器的碰撞冲击。例如，当所述设备还包括轨道使第一单元安装在轨道上并且第一单元沿着轨道在多个第二单元之间移动时，有可能出现碰撞。第二单元可用坞站来实施或者它们可以是固定在这种坞站的机器，用于支持需要从移动的第一单元传递扭矩以执行特定操作的设备。第二单元上的从动轴上的第二配合构件在操作期间可变得以不可预测的方式取向或重新取向。结果，移动的第一单元的传动轴上的配合构件在从一个坞站移动到另一个时会经历许多碰撞。

本发明的发明被设计用于第一单元和第二单元之间的扭矩传递。优选的方法要求将具有传动轴的传动联轴器安装在第一单元上并且将具有从动轴的从动联轴器安装在第二单元上。传动联轴器接着通常连同其整个单元一起沿着与从动轴的取向基本上正交的接合方向移动，以接合从动联轴器。在这个过程中，在传动轴和从动轴之间实现了具有可容忍的一定量的轴向错位的第一级同轴对准。在实现可容忍的第一级同轴对准之后，传动联轴器绕着传动轴旋转，以联接到从动联轴器并且将所需的扭矩从第一单元传递到第二单元。优选的方法在传动联轴器和从动联轴器上部署被设计成相匹配几何形状的第一配合构件和第二配合构件。这种设计确保了穿过取向和使配合构件联接的相对联接取向。

在本发明的有利方法中，在接合之前，从动联轴器设置在相对于传动联轴器的闲置取向。当然，由于从动联轴器没有能力自身旋转，因此优选地，在扭矩传递之后但在脱离从动联轴器之前，传动联轴器将从动联轴器旋转成闲置取向。控制取向应该确保了，从动联轴器保持在通过阻碍角定量的一系列角位置或阻碍地带之外，这些角位置或阻碍地带代表了将造成当传动联轴器靠近从动联轴器以沿着接合方向进行接合时与传动联轴器发生不期望碰撞的从动联轴器取向。

所述方法还提供了通过任何合适的装置适配于传动联轴器和从动联轴器之间的轴向错位并且将联轴器设置成具有被赋予一个或更多个接合特征的配合构件。优选地，接合特征是互补的，并且当施加扭矩时，它们迫使传动联轴器和从动联轴器呈现出所需的三维上受限制的相对接合姿态。当第一级同轴对准差并且超过一定容差水平时，这边的尤为重要。

在下面参照附图进行的详细描述中呈现了本发明的细节，包括其优选实施例。

附图说明

图1A是根据本发明的装配有传动联轴器和从动联轴器的第一单元的一部分和第二单元的一部分的部分透视图。

图1B是当图1A的第一单元和第二单元的传动联轴器和从动联轴器正联接以在第一单元和第二单元之间传递扭矩的第一单元和第二单元的部分透视图。

图2A至图2G是示出传动联轴器和从动联轴器的配合构件之间的接合、旋转和联接的平面图。

图3是按照本发明的第一单元沿着轨道移位的设备的透视图。

图4是当传动联轴器和从动联轴器处于接合位置时图3的设备的部分等轴视图。

图5是图3的设备中的电机和其适配于进行扭矩传递期间的传动联轴器和从动联轴器之间的第一级同轴对准的依从机构的部分等轴视图。

图6是传动侧依从机构包括柔性轴的实施例的部分等轴视图。

图7A至图7C是部署在传动轴上的替代的传动侧依从机构的部分等轴视图。

图7D是部署在从动轴上的从动侧依从机构的部分等轴视图。

图8A至图8B是示出避免碰撞的两种方法的平面图。

图9A至图9E是使用接合特征并且实现三维上受限制的相对接合姿态和第二级同轴对准校正的配合构件之间的接合的有利设计和方法的一系列等轴视图。

图10A是示出正型或爪形离合器的等轴视图，互补接合特征源自该正型或爪形离合器。

图10B是图10A的爪形齿轮的平面图。

图11A是具有有利互补接合特征的配合构件的等轴视图。

图11B至图11C是图11A的配合构件的平面图。

图12是根据本发明的部署互补接合特征的另一组构件的等轴视图。

图13是根据本发明的使用互补接合特征的另一组构件的等轴视图。

图14是根据本发明的使用互补接合特征的又一组构件的等轴视图。

具体实施方式

附图和下面的描述只通过例证的方式涉及本发明的优选实施例。应该注意，本文中公开的结构和方法的替代实施例将容易被识别为是在不脱离要求保护的本发明的原理的情况下可采用的可用选项。参照本发明的许多实施例，在附图中示出这些实施例的示例。在可行的地方，使用类似或相似的参考标号来指示类似或相似功能。只是出于例证的目的，附图描绘了本发明的实施例。

将通过首先查看设备100来最好地理解本发明，设备100用于在第一单元102和第二单元104之间传递扭矩，如图1A的部分透视图中示出的。第一单元102是只在附图中部分示出的移动机器。第二单元104也是只部分示出的机器，但不同于机器102，机器104是固定或静止的。

为了更好地描述本发明，尤其是单元102、104之间的关系，使用坐标系统106将环境参数化。尽管如本领域的任何技术人员将认识到的，可使用任何合适的坐标，在本文中采用具有如图所示取向的坐标轴(X,Y,Z)的右手笛卡尔系统，其中，X-Y平面基本上是水平的并且Z轴基本上是垂直的。在这个惯例中，运动机器102的移动或移位是沿着X轴的正方向或负方向。

运动机器102具有传动联轴器108，传动联轴器108安装于其底盘110。传动联轴器108具有用点划线指明的传动轴112。此外，传动联轴器108还具有扭矩传递传动器114，在当前情况下，用具有沿着传动轴112取向的传动轴体116的电机实施扭矩传递传动器114。电机114被设计成通过将传动轴体116绕着传动轴112旋转来产生传递扭矩τ_D。

为了辅助传递扭矩τ_D，传动联轴器108具有在传动轴体116远端的第一配合构件118。可按许多方式设计配合构件118并且配合构件118可适于各种几何形状。在本实施例中，配合构件118是简单的 T形条。

同时，从动联轴器120(即，将被传动联轴器108驱动的联轴器)被安装在属于静止机器104的底盘122上。从动联轴器120具有沿着用双点划线指示的从动轴126延伸的从动轴体124。联轴器120 被布置成，使得随着传动联轴器108沿着用对应箭头指示的接合方向128移动而与传动联轴器108接合。在本文中限定的坐标系106中，接合方向128是沿着X轴的。

要注意，接合方向128靠近从动轴126并且优选地与从动轴126 限定的方向正交或垂直。因此，根据本发明，传动联轴器108和从动联轴器120被设计成沿着接合方向128横向地而非轴向地(像各种类型的接合器和扭矩传递机构的典型情况一样，沿着轴112或轴126)接合。

为了辅助与传动联轴器108的配合构件118的接合、正确旋转和联接，从动轴体124在其远端具有第二配合构件130。这里，第二配合构件130被选定为具有销或叉头132A、132B形式的两个接合特征的轭件。初始地，轭件130被取向，使得叉头132A、132B几乎垂直地对准。叉头132A、132B的这个对准也是沿着坐标系106的Z轴的，坐标系106的Z轴几乎垂直于接合方向128(即，坐标系106的水平X轴)。

运动机器102具有横向位移机构134，用于将运动机器102沿着接合方向128推进或移动。重要的是，要注意，横向移位机构134可用任何合适机械布置来实施，该机械布置能够确保传动联轴器108沿着接合方向128或者平行于如本文中定义的坐标系106中的X轴可靠地移位或移动。在这种情况下，并且事实上在许多实际实施例中，整个运动机器102为了这个目的进行移动。当然，如本领域的技术人员将理解的，并不是一直需要这样。

在本实施例中，示例性的横向移位机构134包括控制单元136和受到限制以沿着固定轨道140移动的链轮或小齿轮138。事实上，本领域的技术人员将认识到，布置与齿条和齿轮机构类似。轨道140由一系列机械链条组成并且平行于X轴延伸。通过转动小齿轮138，控制单元136施行必要的移位，以将传动联轴器108沿着接合方向128 移动到安装在静止机器104上的从动联轴器120。

控制单元136被设计成转动小齿轮138，直到用T形条实施的第一配合构件118与用轭件实施的第二配合构件130对准。更精确地讲，T形条118一直移动，直到它延伸所遵循的传动轴112实现了与轭件130延伸所遵循的从动轴126的第一级同轴对准。传动轴112和从动轴126之间的第一级同轴对准应该保持轴向错位低于一定容差，因此能够可靠地传输扭矩。以下，将更详细地讨论轴112、126之间的轴向错位的容差和可接受量的度量。

用长虚线示出当创建第一级同轴对准时的T形条118的位置和这个时刻的T形条118的水平取向(即，基本上沿着X轴)。注意的是，可通过任何合适的传感器(未示出)或特征，或者通过得知小齿轮138沿着轨道140的位置，确认第一级同轴对准。所需的位置传感器的操作和相关技术是本领域的技术人员熟知的。

在本实施例中，永磁体被固定在静止机器104上并且线性位置传感器被安装在运动机器102上。使用线性位置传感器所指示的变化的磁通量将传动轴112和从动轴126对准，形成第一级同轴对准。另选地，可部署转动小齿轮138的传动电机上的控制单元136中的编码器辅助进行对准。编码器对小齿轮138的转数进行计数。基于编码器的计数，控制单元136得知运动机器102沿着轨道140的大致位置。现在，由于沿着轨道140的静止机器104的位置也是已知的，因此编码器可用于轴112、126的第一级同轴对准。尽管对准策略可依据其自身来实现，但更稳健的方法是将这二者结合起来。

在实现轴112、126之间的第一级同轴对准之后，T形条118在电机114的作用下旋转，如箭头R所指示的。具体地讲，T形条118 绕着传动轴112旋转，直到它相对于轭件130到达相对联接取向，如短虚线所示的。

为了理解设备100的机器102、104之间的扭矩传递，一旦T形条118在联接取向上联接到轭件130，就可参照图1B提供的设备 100的部分透视图。这里，传动轴112和从动轴126已经被示出在第一级同轴取向所规定的容差内对准。为简便起见，这种状态下的轴 112、126与坐标系106的Y轴几乎是共线的。容差和轴向错位量太小，以致在图1B中未示出，并且以下将更详细描述。

当因此实现T形条118和轭件130之间的联接状态时，可开始将电机114产生的被传送扭矩τ_D传递到轭件130的叉头132A、 132B。当然，在扭矩传递的过程中，轭件130将与作用于T形条118 的相对扭矩τ_O相互作用。注意的是，设备100被构造成在每当有需要时在机器102、104之间进行接合和扭矩τ_D的传递，但通常并不是始终这样。换句话讲，在传递扭矩τ_D达一定时间量之后，T形条118 和轭件130脱离并且机器102沿着方向128进一步移位。

现在，转到图2A至图2G来研究在传动轴112和从动轴126之间的第一级同轴对准的状况下，T形条118与轭件130的接合、旋转和联接。图2A是示出T形条118沿着接合方向128横向靠近轭件 130的平面图。如以上已经评论的，在给定目前采用的坐标系106的情况下，方向128平行于X轴。同时，坐标系106的Y轴正指向图 2A的页面内，如所指示的。为了可视性更佳，T形条118被构造成绕着其旋转的传动轴112也指向页面内。相比之下，轭件130被构造成绕着其旋转的从动轴126指向页面外。当然，本领域的技术人员能够认识到，可根据具体设置和符号惯例，采用其它定义。

优选地，在接合之前，轭件130被取向，使得叉头132A、132B 沿着Z轴相互对准，如图2A中所示。如果轭件130被取向成使其叉头132A、132B沿着X轴相互大体对准，则沿着接合方向128横向靠近的T形条118将碰撞轭件130。这种碰撞是不期望发生的，以下说明用于避免碰撞或减轻碰撞后果的其它措施。同时，叉头132A、 132B沿着Z轴以限制T形条118和轭件130之间的可能碰撞的优选取向将在本文中被称为闲置或通过(pass-through)取向。然而，应该记得，闲置或穿过取向涉及T形条118、轭件130和接合方向128 之间的相对取向，而非坐标系106中的绝对取向。

此外，根据本发明，这里分别用T形条118和轭件130实施的传动联轴器和从动联轴器的第一构件和第二构件应该一直表现出匹配的几何形状。这里要理解，匹配的几何形状使得第一构件和第二构件之间存在至少一个穿过取向。匹配的几何形状因此意指第一和第二构件118、130连同它们所有的接合特征(在这种情况下，只有T形条 118本身和叉头132A、132B的表面)被设计或成形为限定这个穿过取向及其精确参数。在图2A的穿过取向中，沿着方向128移动的T 形条118可通过轭件130，更具体地讲，可通过轭件130的叉头 132A、132B之间，而与轭件130没有任何物理接触。

图2B示出仍是一般沿着X轴取向但现在沿着接合方向128移动到轭件130的叉头132A、132B之间的位置的T形条118。这里，驱动轴112和从动轴126之间的轴向错位是清晰可见的。特别地，T形条118的传动轴112相对于轭件130的从动轴126偏移。这个偏移造成轭件130的从动轴126的左下的轴向错位ε。轴向错位ε的大小低于针对轴112、126之间的第一级同轴对准而规定的容差δ(未示出)。

在轴112、126对准到通过第一级同轴取向规定的容差δ内的情况下，认为传动联轴器108和从动联轴器120(参见图1B)是接合的。现在，传动联轴器108(参见图1B)的电机114旋转T形条 118，如箭头R所指示的。在本实施例中并且从图2B中描绘的有利角度来看，旋转是逆时针的并且其导致T形条118绕着传动轴112 旋转。

图2C示出旋转至其顶表面118A与轭件130的叉头132B建立接触的取向的T形条118。此时，T形条118绕着传动轴112的进一步旋转将迫使底表面118B与叉头132A建立接触。图2D示出被电机114(参见图1B)旋转至使其底表面118B与叉头132A建立接触的T形条118。注意的是，因为顶表面118A和叉头132B之间已经建立接触，所以轭件130可在这个过程中在逆时针方向上稍微旋转。

应该要评论的是，由于这个实施例没有部署依从机构，因此必须考虑将T形条118贴着轭件130的叉头滑动的效应。在该过程的图 2C至图2D中示出的部分期间，T形条118贴着叉头132A、132B滑动将增加磨损，轭件130上的力不均匀将导致高弯曲应力并且有可能甚至会致使叉头132A、132B滑离T形条118。在这些不利效果不可接受的状况(尤其在由于滑离而导致脱开或脱离的情况)下，应该使用依从机构和适宜的接合特征来迫使T形条118尽可能使其自身置于轭件130中心。以下，进一步说明合适的依从机构和接合特征。

图2D中示出的T形条118和轭件130的相对取向是相对联接取向。这是限定第一构件联接第二构件的相对联接取向的匹配的几何形状。在联接状态下，可传递扭矩。

在本实施例中，当以T形条118为代表的第一构件联接到以轭件130为代表的第二构件时，实现联接取向。更精确地讲，T形条 118的承载顶表面118A和底表面118B和轭件130的叉头132B、 132A被分别联接。注意的是，在没有依从机构的情况下，在每个旋转周期的一半内，T形条118的承载表面118A，118B可分别联接到对应的叉头132B、132A。这样可进一步加重以上提到的不利效果并且可表明需要按照本发明部署依从机构。

图2E示出在处于联接状态时电机114绕着传动轴112提供的被传递扭矩τ_D经由T形条118施加到轭件130的结果。在这个图中， T形条118和轭件130已经从图2D中示出的其联接状态逆时针旋转了大约120°。

响应于被传递扭矩τ_D，顶表面118A向叉头132B施加正常力并且底表面118B向叉头132A施加正常力。因此，轭件130的叉头 132A、132B产生如图所示的正常反作用力F_RA和F_RB。在给定轭件 130的几何形状和从动轴126的位置的情况下，这些力代表从动联轴器120(参见图1B)的相对扭矩τ_O。通过旋转以抵抗反作用力F_RA和F_RB或相对扭矩τ_O，T形条118为此将起初绕着传动轴112产生的被传递扭矩τ_D传递到绕着从动轴126旋转的轭件130。当轴112、126之间的轴向错位小并且二者与Y轴都很好地对准时，就可认为出于所有实际目的，扭矩传递是围绕着Y轴的。

一般，只要静止机器104这一侧的从动联轴器120需要扭矩以执行任何功能(参见图1B)，就保持图2E中示出的联接状态下的扭矩传递。该功能可以是机械的，或者不是。例如，可使用静止机器 104的轴124的旋转来移动机械元件或甚至产生电力。根据应用，本领域的技术人员将熟悉所需的角速率和其它参数。

图2F示出一旦完成扭矩传递就执行的脱离的第一步骤。在此时，轭件130优选地停留在其叉头132A、132B再次沿着Z轴对准的取向。这是以上已经定义的轭件130的闲置或穿过取向。然而，应该注意，在一些实施例中，不必将轭件130返回其闲置取向。换句话讲，轭件130可停留在任意取向。

在本实施例中，一旦轭件130被置于闲置取向，T形条118就顺时针旋转，如箭头D所指示的。持续进行顺时针旋转，直到T形条 118到达水平取向(沿着X轴)，该水平取向代表之前定义的T形条118的闲置或穿过取向。在水平取向下，T形条118可完全脱离。

图2G示出完成脱离的步骤的这个步骤。这是通过T形条118沿着接合方向128持续运动来实现的。当T形条118的任意旋转可不再导致与轭件130有任何接触时，实现完全脱离。在此时，T形条 118可沿着接合方向128进一步移动，以接合另一个轭件130'，如用虚线示出的。一旦基于传动轴112和从动轴126'之间的第一级同轴对准的实现确认了接合，就可重复上述步骤，以将扭矩传递到属于不同的静止机器(未示出)的轭件130'。

实际上，轴向错位可以是更多的因素导致的，而不仅仅如图2A 至图2G的平面图中示出的传动轴112和从动轴126之间的偏离。确切地，除了彼此偏离之外，传动轴112和从动轴126有时将与Y轴的对准不好。换句话讲，在一般情况下，轴向错位是由于传动轴112 和从动轴126之间的偏离和角对准差异而导致的。

图3在透视图中给出了设备200，由于偏离和角对准差异二者，导致设备200经受轴向错位。为方便起见，用相同的参考标号指明对应于以上已经描述的类似部件的部分。

设备200具有以移动机器人为代表的第一单元202。移动机器人 202被构造成沿着轨道206移位，轨道206大体与前面实施例中定义的坐标系106的X轴平行地取向。设置由复合元件208A、208B组成的横向移位装置208，以将移动机器人202沿着轨道206推动。在当前情况下，元件208A包括侧面安装设备和移位装置(例如，轮子和电机或发动机(未明确示出))。元件208B包括前方安装的引导元件(例如，辊或其它牵引元件以及有可能是其它电机或发动机(未明确示出))。当然，移位布置208可包括本领域人员已知的用于沿着轨道206提供移动机器人202的推进力的任何合适装置。

靠近轨道206安装用固定或静止坞站实施的第二单元204。当然，可沿着轨道206设置与坞站204类似的许多坞站。坞站204在其保护外壳210内包含需要周期性传递扭矩的机构(未示出)。由于成本和复杂度方面的考虑，坞站204自身不能配备用于产生扭矩的装置。

轨道206被设置成，在轨道206上靠近坞站204的地方有标记或对准基线212。横向移位装置208使用对准基线212来确定移动机器人202何时到达坞站204。另外，在本实施例的优选形式中，使用对准基线212来指示实现了第一级同轴对准的轨道206上的机器人202的位置。当然，可部署另外的传感器(诸如，以上教导的线性位置传感器或事实上确定机器人202相对于坞站204的位置的任何其它装置)。在鲁棒的系统中，除了对准基线212之外，还使用这些传感器来降低出现差错和错位的可能性。

移动机器人202被设计成部署上述的传动联轴器108。传动联轴器108使用之前介绍的部件，即，安装在传动轴体116上并且被电机114驱动以绕着传动轴112旋转的T形条118。在图3中看不到电机 114，因为它位于移动机器人202的保护性外壳214内。然而，图3示出传动轴112上的电机114的中心C。另外，还示出电机114的主体坐标(X_b,Y_b,Z_b)。它们的原点处于中心C并且主体Y_b轴被设置为与传动轴112共线。

坞站204部署上述的从动联轴器120。再者，从动联轴器具有与前一实施例中相同的部件，即，沿着从动轴126取向的从动轴体124 和具有叉头132A、132B的轭件130。轭件130用于联接T形条 118，T形条118以上述方式沿着接合方向128(平行于X轴)移位。

图3引入了许多虚拟元素，以更好地看到传动轴112和从动轴 126之间的轴向错位的主要成因。首先，图3示出包括定义接合方向的矢量128的虚拟接合平面216。原理上，由于这里用矢量128指示的接合方向应该与从动轴126正交，因此矢量128可在虚拟接合平面216上从任何方向靠近从动轴126。实际上，当然，平面216是这里用作辅助的理想化平面。此外，注意的是，在本实施例中，传动轴 112也与虚拟平面216正交。

接下来，图3示出虚拟圆锥218、220，虚拟圆锥218、220限定传动轴112和从动轴126从它们的规定方向(即，与Y轴平行)可能的角对准偏差。具体地讲，虚拟圆锥218、220的圆锥角分别限定轴112、126的最大可允许角偏差。

在操作期间，移动机器人202在横向移位装置208的作用下沿着轨道206移位。在这种推进力下，机器人202沿着轨道206靠近坞站 204。同时，T形条118在水平地或与X轴平行地取向时，沿着接合方向128在虚拟平面216上移动。因此，T形条118靠近安装在坞站 204中的从动联轴器120的轭件130。

一旦T形条118到达其与轭件130的接合位置，机器人202就停止。接合位置是根据对准基线212确定的并且可进一步得到任何额外传感器的支持，如以上指示的。注意的是，轭件130处于闲置或穿过取向(具有沿着Z轴取向的叉头132A、132B)，闲置或穿过取向是与T形条118接合之前的优选取向。如前一实施例中一样，在接合位置，传动轴112和从动轴126之间的第一级同轴对准低于一定容差δ。

本实施例中的轴向错位的第一成因是由于轴112、126之间的偏离。可在虚拟平面216中直接测量这个偏离，因为该偏离正是轴 112、126与虚拟平面216相交的点之间的距离。事实上，该偏离类似于前一实施例中讨论的并且参照图2A至图2G详细评论的偏离。这可由任何数量的因素造成的，包括整个设备200的建造容差、属于移位装置208的轮子的磨损、轨道206或设备200其它部件的安装容差和其它很好理解的机械因素。

本实施例中的轴向错位的第二成因是由于轴112、126之间的角对准差异。换句话讲，轴112、126都可独立地改变方向，不再是它们意图的与坐标系106的Y轴的平行对准。因此，传动轴112以某个未知角在虚拟圆锥218内取向。同样地，从动轴126还以某个未知角在虚拟圆锥220内取向。

当轴向错位的这两个主要成因(即，偏离和角对准差异)相结合时，所得的传动轴112和从动轴126之间的第一级同轴对准可落入相当大的容差内。在图4的部分等轴视图中更好地看到这点，图4示出当T形条118和轭件130处于接合位置时机器人202和坞站204的一部分。事实上，在这个图中，因为保护外壳214被切除了很大一部分，所以还能看到电机114。

显然地，沿着主体Y_b轴延伸的传动轴112和沿着从动轴体124 延伸的从动轴126的错位很大。另外，显然地，在这种情形下，T形条118或轭件130的移位或旋转将不足以适应轴112、126之间的第一级同轴对准。将需要旋转和平移这二者的某种结合来适应轴向错位。因此，在本发明的优选实施例中，设置一个或更多个依从机构来适应第一级同轴对准，即，轴向错位的程度或传动轴112和从动轴 126之间的高精度轴向对准的缺乏。在正在传递扭矩的持续时间内，这种依从尤为重要。

在当前情况下，依从结构222被安装在由移动机器人202实施的第一单元中。依从机构222是用于适应轴112、126之间的轴向错位的传动侧机构。依从结构222由四个柔性安装元件224来实施，柔性安装元件224将电机114附接到移动机器人202的保护外壳214。依从机构222还包括将电机114支承于外壳214的底部的安装元件或平台226。

依从机构222的元件224、226支持电机114的大范围运动。特别地，元件224、226支持电机114在外壳214内的平移和一定的旋转运动。在本实施例中，用弹簧实施安装元件224并且安装元件226 是优选地被支承于多个活塞或阻尼器上的底座或平台。其它合适的安装元件包括柔性垫圈、线性滑块等。事实上，本领域的技术人员将认识到，允许电机114优选地以五个自由度进行平移和旋转的任何安装设备是适用的。

图5是更详细地示出一起构成依从机构222的弹簧224和平台 226的动作的部分等轴视图。具体地讲，图5描绘当弹簧224和平台 226处于它们的平衡状态时电机114处于其原始姿态(位置和取向)。在T形条118绕着旋转轴112接合和旋转以与轭件130联接之前，保持这种状况。然而，作为示出T形条118和轭件130的替代，图5指示T形条118和轭件130在联接之前的取向所遵循的传动轴112和从动轴126。

为了更好地看到依从机构222的动作，接合平面216中的传动轴 112和从动轴126之间的轴向错位被大大夸大。如前面一样，用ε指示传动轴112和从动轴126之间的平移或偏离。另一方面，用角对准差异α指示传动轴112和从动轴126之间的角偏差。偏离ε和角对准差异α联合起来限定第一级同轴对准(或轴向错位)。然而，注意的是，第一级同轴对准需要小于容差δ，在这种情况下，容差δ被定义为偏离ε和角对准差异α。

因为依从机构222，所以随着T形条118旋转并且与轭件130联接(另外参见图2B至图2D)，电机114可适于通过偏离ε和角对准差异α限定的轴112、126之间的第一级同轴对准。在优选实施例中，弹簧224和平台226为电机114提供以五个自由度进行移动的能力。这五个自由度包括三个平移自由度和刚性体可用的三个旋转自由度中的两个。

更精确地讲，弹簧224和平台226允许电机114沿着坐标系106 的所有三个轴(X,Y,Z)平移。用指示电机114平移的三维矢量d来描述实际平移量。再者，注意的是，图5大大夸大了电机114沿着其传动轴112的平移和旋转量。

弹簧224和平台226还允许电机114旋转，但只绕着两个轴旋转。为了更好地理解关于电机114旋转的限制，简要地回顾传统上用三个欧拉角描述的刚性体旋转。具体地讲，欧拉角描述按预先创建的次序应用三个旋转之后，与坐标系106 的轴(X,Y,Z)原始对准的主体轴(X_b,Y_b,Z_b)如何转变。图5描绘按传统次序(即：θ然后ψ)进行全套旋转。出于可视化的原因，旋转角被定义为是顺时针的(而非像更常见的一样是逆时针)。欧拉角的幅度按以上定义的次序限定主体轴(X_b,Y_b,Z_b) 的旋转。本领域的技术人员将精通旋转规则和对其的替代描述。

轴112、126的角对准只需要两个旋转。根据惯例，这些旋转可以是三个欧拉旋转中的两个或按极角和方位角进行的旋转。具体地讲，通过两个旋转，可使固定于电机114的主体坐标并且与主体轴 Y_b共线的传动轴112与从动轴126对准。通过检验如图5中所示的主体轴Y_b按前两个欧拉角进行的旋转来看到。在轴X_b和Z_b按照第一欧拉角旋转的同时，主体轴Y_b旋转第一欧拉角到达一次旋转后的主体轴Y'_b使其取向不变。通过将一次旋转后的主体轴 Y'_b接下来旋转角度θ到达二次旋转后的主体轴Y”_b，完成所需取向。(按照惯例，使用符号“'”来指示执行的旋转次数。)因此，在按旋转角旋转之后，传动轴112处于用112”指代的二次旋转后状态并且与从动轴126对准。

因此，通过按矢量d进行平移并且按欧拉角进行旋转，允许传动侧适配于第一级同轴取向。依从机构222不应该允许电机 114有超出适于角对准差异α所需旋转的任何旋转。特别地，不应该允许电机绕着传动轴112”旋转，因为这是传输扭矩将围绕的轴。应该设计用弹簧224的平台226的组合来完成这个目标。如有需要，平台226可在其活塞元件上包括可选的锁定机构，以防止在由于偏移ε和角对准差异α而导致的适配于第一级同轴取向之后有任何额外的旋转和/或平移。

还应该强调，在本实施例中，从动轴126在整个适配过程期间保持刚性。换句话讲，当T形条118正绕着传动轴112旋转并且与轭件130相互作用时，并且在依从机构222通过允许电机114按矢量d 进行移位并且按旋转角进行旋转的同时，从动轴126保持固定。换句话讲，在本实施例中，在从动联轴器120(参见图3)这一侧或从动侧没有提供机械依从件，当然，在其它实施例中，可在传动侧和从动侧或者只在从动侧部署依从件。

通过适配于第一级同轴取向或轴向错位来完成T形条118和轭件130之间的联接过程。换句话讲，传动轴112在开始传递扭矩之前如112”所指示地定位和取向。包括扭矩传递和脱离的剩余操作部分如之前描述地进行。

图6是处于联接状态的传动联轴器108和从动联轴器120的部分等轴视图。这个图示出传动侧的另一个依从机构300，依从机构300 被适配于传动轴112和从动轴126之间的不完美的第一级同轴对准。更精确地讲，这里，用直接包含在传动轴体116中的柔性轴体元件来实施依从机构300。

优选地，选择柔性轴体元件300的材料，使其表现出高弯曲变形度但表现出低扭转变形度。因此，元件300应该支持针对偏差ε的某种适配和针对角取向差异α的有限适配(即，对按旋转角进行旋转有一定的依从性)。然而，为了支持有效的扭矩传递，元件 300应该在绕着传动轴112的扭力作用下能完全不变形。

在给定这些要求的情况下，本领域的技术人员将认识到，适于被部署为依从元件300的示例性材料包括柔性轴体、万向接头、或螺旋联轴器。另外，技术人员将认识到，设置可以用由钢(例如，编织钢)制成的柔性传动轴体来取代整个传动轴体116。可通过卷曲、钎焊或焊接将柔性轴体装配于刚性元件。此外，尽管可单独使用依从机构300，但如图6中所示，依从机构300还可与依从机构222结合起来使用，或者事实上与以下进一步描述的其它依从机构结合起来使用。

图7A至图7C是部署在传动轴体116上的替代传动侧依从机构的部分等轴视图。图7A绘出了装配有依从联动件302的轴体116。在一些应用中，单个联动件302可足以适配于第一级同轴对准。在其它应用中，甚至可需要使用两个或甚至更多个联动件。

图7B示出使用螺旋联接件304作为传动轴体116上的传动侧依从机构。如本领域的技术人员应该理解的，应该基于容差δ来选择螺旋联接件304的长度。

图7C示出使用万向接头306来适配于轴向错位。再者，根据容差δ，在传动轴体116上会需要两个或更多个万用接头来适配于第一级同轴对准。当然，在这些实施例中的任一个中，可使用诸如万向节或磁性联接件的其它元件作为替代的或额外的依从机构。本领域的技术人员将认识到，将用与已经示出的依从机构相同的方式将它们装入传动轴体116中。

与在传动侧操作的一个或更多个依从机构相结合或单独地，可在第二单元内或在从动方安装一个或更多个依从机构。从动方依从机构可包括与在传动方使用的适配于不完美第一级同轴对准的机构类似的机构。

图7D是用沿着从动轴126取向并且装入依从联动件308的从动轴体124实施的从动侧依从机构的部分等轴视图。然而，本领域的技术人员将理解，可在从动轴体124中使用诸如柔性轴体或轴体的部分、螺旋联接器、万向接头、万向节、磁性联接器等的替代品。事实上，传动侧和从动侧的轴体可部署已经列出的所述元件群组中或任何类似元件群组中的任何依从机构。

依从机构本身可采用许多物理实施例并且它可被安装在各种位置。例如，它可通过安装弹簧的悬架和附接于从动侧元件的其它依从机构来实施，在当前实施例中没有清楚示出这些从动侧元件。如诸如电机的传动侧元件的悬架的情况下，从动侧的安装有弹簧的悬架应该允许进行平移运动，但是依从于旋转是相对刚性的。对于绕着从动轴的旋转，尤其如此。这种选择是为了支持有效的扭矩传递而进行的。

在以上教导的本发明的任一个基础实施例中，可提供许多有利的步骤和机械适配。这些步骤和机构通常落入三个群组内。第一群组包括避免和减轻碰撞。第二群组包括分别属于传动联轴器和从动联轴器的第一配合构件和第二配合构件的有利接合和联接。第三群组与第二群组相关，包括在第一配合构件和第二配合构件上使用特征部件，以将第一级同轴对准提高至更接近理想同轴对准的第二级同轴对准。本领域的技术人员将认识到，这些额外步骤和适配可按各种组合进行使用，因为其中大部分并不是相互排他性的。

图8A示出避免碰撞的方法的侧面平面图。可在上述实施例中的任一个中采用该方法。这里，用以上已经描述的T形条118和轭件 130例证避免碰撞的方法。

T形条118被示出为沿着接合方向128移动。同时，轭件130没有处于如例如图2A中所示的优选的闲置或穿过取向。然而，有利地，轭件130仍然在由阻挡角(keep-out angle)β指定的取向范围之外，在该取向范围内T形条118和轭件130之间将出现碰撞。

为了避免轭件130呈现出的取向在阻挡角β内，有利的是，在扭矩传递之后T形条118旋转轭件130并且验证完成脱离之前的取向在阻挡角β之外。这是重要的，因为从动联轴器没有自己旋转轭件 130的能力。因此，需要由传动联轴器将轭件130旋转成优选闲置取向，或者至少使轭件130的取向处于阻挡角β之外。

图8B用侧平面图示出避免碰撞的另一种方法。这里，T形条 118相对于接合方向128倾斜。因此，随着T形条118靠近轭件130 的叉头132B，T形条118的顶表面118A接合叉头132B，如用虚线示出的。T形条118接着从其电机接收扭矩τ_CA并且逆时针旋转(未示出)。在这样做时，它将力经由叉头132B传输到轭件130。结果，轭件130被推出由阻挡角β限定的取向范围之外。用箭头CA指定轭件130的对应旋转并且用虚线指示被推到超出阻挡角β之外之后的轭件取向。

因轭件130不再处于由阻挡角β限定的取向范围内，T形条118 可被重新取向，以平行于X轴。然后，T形条118移动，接合、联接并且传递其常规传动扭矩τ_D，如上所述。一旦完成了传递，T形条118就可使轭件130保持在阻挡角β内的其初始位置或者将它返回到优选的闲置或穿过取向，以允许在没有所描述的避免碰撞过程的情况下进行接合。

图9A至图9C分别用等轴视图示出传动联轴器和从动联轴器上的第一配合构件400和第二配合构件402的接合和设计的有利方法。构件400、402设置有一定结构，用于减轻碰撞效应并且改进传动轴 404和从动轴406之间的同轴对准。

图9A示出安装在传动轴408上的构件400。构件400具有两个接合叶片410A、410B以及中间空隙或切口412。叶片410A、410B 在其上表面具有接合特征部件414A、414B，在图9A中可看到。特征部件414A、414B是制作在接合叶片410A、410B的上表面中的凹口。另外，接合叶片410A、410B具有呈倒圆外边缘形式的碰撞减轻特征部件416A、416B。

构件402被安装在从动轴418上并且具有起到其接合特征部件作用的两个圆形销420A、420B。销420A、420B可被结构加固，以提供设备从动侧的额外碰撞减轻。注意的是，构件402的构造与之前描述的轭件130相关。

构件400、402被设计成沿着接合方向128横向接合。用虚线指示与构件402的销420A刚开始接触时的构件400。注意的是，接触一般产生碰撞。注意的是，通过以上提到的依从机构和碰撞减轻特征部件来减轻这种碰撞的不利效应。在构件400处于当前取向时，碰撞减轻特征部件416B将构件400向下偏转到销420A下方。

应该注意，在这个实施例中，构件400的传动轴体408优选地依从，以进一步促成构件400的向下或向上偏转。例如，传动轴体408 可由十字型钢网片制成，支持弯曲，但在被施加扭转应力的情况下保持刚性，从而促成有效的扭矩传递。

图9B示出与构件402接合的构件400。此时，建立传动轴404 和从动轴406之间的第一级同轴对准。然而，注意的是，在这种情况下实现的第一级同轴对准并不是如图2C中之前示出的传动联轴器和从动联轴器所期望或所需的对准。销420A、420B位于接合叶片 410A、410B上并且它们压贴接合特征部件414A、414B。

图9C示出构件400开始箭头R所指示的逆时针旋转。当构件 400绕着销420B枢转时，旋转迫使接合叶片410A脱离销420A。绕着销420B进行的枢转动作得到接合特征部件414B(图9C中看不到)的进一步支持。用虚线指示发生枢转所围绕的枢转轴P。此时，变得清楚的是，选择依从传动轴体408是有利的，因为除了接合特征部件414B之外，它进一步促进了枢转动作。

图9D示出抵着销420B旋转和加载构件400。这发生在销420B 和接合叶片410B的特征部件414B之间的静态摩擦力被偏转后的传动轴体408中构建的力超过时，而无论是否还部署了除了依从传动轴体408之外的依从机构(至于其它依从机构，参见上文)。

最后，如图9E中所示，构件400的叶片410B滑离销420B。因为存在切口412，所以销420B能够穿过这个空隙并且构件400能够实现与构件402所需的接合。注意的是，构件400的接合特征部件 414B、415A和构件402的接合特征部件420A、420B还促使构件 400、402呈现出图9E中所示的三维上受限制的相对接合姿态。当构件400从示出的取向旋转180度时，由接合叶片410A、410B另一侧的接合特征部件414A、415B来支持这个姿态的呈现。优选地，接合特征部件415A、415B是被确定尺寸以接合并且容纳销410A、410B 的凹陷。

图9A至图9E中示出的实施例的另一个有利方面在于，由此实现的三维上受限制的相对姿态改进了传动轴404和从动轴406的轴向对准。具体地讲，通过比较图9B中的不完美第一级同轴对准和在构件400执行的“翻动”操纵之后(在图9C-9E中示出了“翻动”)图9E 中的第二级同轴对准，十分清楚的是，第二级同轴对准几乎是精确同轴的。

依据以上实施例，清楚了为什么提供互补接合特征部件是有利的，这些互补接合特征部件促成或促进传动联轴器和从动联轴器的两个配合构件得到三维上受限制的相对接合。更加优选的是得到受限的接合并且还减少错位以达到更准确的第二级同轴对准的互补接合特征部件。在预期第一级同轴对准差或者第一级同轴对准会频繁超过所需容差δ的实施例中，第二级同轴对准更加重要。

如已经指示的，可用凹陷、狭槽、脊等实施适宜的接合特征。这些接合特征可设置在第一配合构件、第二配合构件或这二者上。事实上，还有许多互补接合特征的有利几何形状促成了准确的第二级同轴对准并且还得到相对不受外力影响的受很好限制的接合。

图10A至图10B示出基于爪形离合器500的互补接合特征的这种有利设计背后的原理。图10A是爪形离合器500及其两个配合构件502、504的等轴视图。配合构件502具有三个联接特征506A、 506B和506C。构件504还具有三个联接特征508A、508B和 508C。构件502是传动构件，因此将联接特征508A、508B、508C 与其三个联接特征506A、506B和506C接合，以传递扭矩。

图10B是示出当施加逆时针传动扭矩时由构件502施加到构件 504的联接特征508A、508B和508C的力的平面图。在给定存在三个接合点和对应的限定接合扭矩的三个非平行传动力矢量F1、F2、 F3的情况下，整体接合是非常稳定的。具体地讲，因为任何外力都不能破坏接合，所以接合是稳定的，除非外力的大小超过被合成用于直接对抗外力的传动力矢量F1、F2、F3的矢量和的大小。这个稳定性背后的原理将是本领域的技术人员所熟悉的。

当然，示出的实施例中的爪形离合器500经受不起本发明的检验，这是由于传动联轴器和从动联轴器之间需要横向接合。然而，以图10B中绘出的方式使用三个力F1、F2、F3的原理可直接应用于本发明的设备和方法中可使用的联轴器。

图11A用等轴视图示出配合构件600和602。配合构件600和 602分别设置有互补接合特征604、606和608、610，以创建所需的三个接触点进而三个传动力F1、F2、F3。如在前面实施例中的，用矢量128指示接合方向。

图11B是示出构件600、602的接合的平面图。用虚线指示构件 600的接合前的位置。

图11C是示出在构件600、602之间实现的联接和由于接合特征 604、606和608、610的互补设计而导致在其间产生的三个传动力 F1、F2、F3的另一个平面图。注意的是，同样地，传动力矢量F1、 F2、F3不是平行的，而是取向成它们可合成以抵抗任何取向的面内外力。

图12用等轴视图示出两个构件700、702中的互补接合特征的另一种可能设计。图13和图14提供的等轴视图示出具有互补接合特征的构件800、802和构件900、902的两种其它有利设计。注意的是，在最后两张附图中，对应构件已经被正确联接并且为传输扭矩做好了准备。另外，注意的是，对于这最后两种设计，联接对应构件得到四个接触力，而非之前设计的三个接触力。

本发明的设备和方法允许有许多替代实施例。例如，随着设备预期的速率和尺寸的变化，可在传动方和从动方部署碰撞减轻特征。可在室内和室外环境中部署该设备。移动机器人在轨道上移动的实施例的适宜应用是在太阳能行业。在这种应用中，机器人可在坞站即太阳能跟踪器之间移动并且传递扭矩，以周期性调节它们相对于太阳的取向。

依据以上教导，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神的情况下，可用除了所描述方式之外的许多不同方式来实施本发明的设备和方法。因此，应该依据随附权利要求书及其法律等同物来判断本发明的范围。

Claims (22)

1.一种用于在第一单元和第二单元之间传递扭矩的设备，所述第一单元是具有扭矩传递驱动器的移动机械单元，并且所述第二单元是静止机械单元，所述第二单元适于在向所述第二单元的从动轴体传递扭矩时操作，所述设备包括：

具有第一配合形状的传动联轴器，用于通过绕着传动轴旋转来传递所述扭矩，所述传动联轴器被安装在所述第一单元上，所述第一单元具有横向移位机构，用于将所述第一单元沿着与所述传动轴基本上正交的接合方向移动，并且所述扭矩传递驱动器被配置用于使所述传动联轴器绕着所述传动轴旋转；

具有第二配合形状的从动联轴器，在所述第二单元的所述从动轴体的远端，所述从动轴体具有从动轴并且被安装在所述第二单元上，所述从动联轴器被布置成通过与所述从动轴基本上正交的接合方向上的移动从脱离位置沿着接合方向与所述传动联轴器接合，其中第二配合形状对应于第一配合形状；

其中，所述横向移位机构被配置用于将所述传动联轴器沿着所述接合方向移动，以实现所述传动轴和所述从动轴之间的第一级同轴对准；

其中，所述扭矩传递驱动器被配置用于在实现所述第一级同轴对准之后，使所述传动联轴器绕着所述传动轴旋转，以将所述传动联轴器联接到所述从动联轴器，其中所述传动联轴器与所述从动联轴器的接合还使所述传动联轴器和所述从动联轴器对准以实现第二级同轴对准，然后绕着所述从动轴传递所述扭矩；

其中，所述设备将所述扭矩从所述第一单元传递到所述第二单元。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传动联轴器包括被设计为第一配合形状的第一配合构件并且所述从动联轴器包括被设计为第二配合形状的第二配合构件，所述第一配合构件和所述第二配合构件具有相匹配的几何形状，该相匹配的几何形状限定使所述第一配合构件在没有物理接触的情况下穿过所述第二配合构件的穿过取向。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述相匹配的几何形状还限定所述第一配合构件联接到所述第二配合构件的相对联接取向。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括依从机构，在联接和绕着所述从动轴传递扭矩期间，所述依从机构适配于所述传动轴和所述从动轴之间的所述第一级同轴对准。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述依从机构被安装在所述第一单元内并且包括适配于所述传动轴的取向的传动侧装置。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，适配于所述传动轴的取向的所述传动侧装置包括沿着所述传动轴取向并且包括至少一个依从元件的传动轴体。

7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述依从机构被安装在所述第二单元内并且包括适配于所述从动轴的取向的从动侧装置。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，适配于所述从动轴的取向的所述从动侧装置包括沿着所述从动轴取向并且包括至少一个依从元件的从动轴体。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传动联轴器包括第一配合构件并且所述从动联轴器包括第二配合构件，其中，所述第一配合构件和所述第二配合构件中的至少一个包括至少一个接合部件。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个接合部件包括多个接合表面，所述多个接合表面用于促进所述第一配合构件和所述第二配合构件呈现出三维上受限制的相对接合姿态，在所述相对接合姿态中，将所述第一级同轴对准调节成第二级同轴对准。

11.根据权利要求9所述的设备，其中，所述至少一个接合部件包括在所述第一配合构件上和所述第二配合构件上的互补接合部件，所述互补接合部件用于当所述第一级同轴对准超过预定容差时，促进所述传动联轴器呈现出三维上受限制的相对接合姿态。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述传动联轴器和所述从动联轴器中的至少一个还包括用于减轻碰撞冲击的至少一个碰撞减轻部件。

13.根据权利要求1所述的设备，还包括轨道，所述轨道用于安装所述第一单元，使得所述第一单元沿着所述轨道移动。

14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二单元是坞站。

15.一种用于在第一单元和第二单元之间传递扭矩的方法，所述第一单元是具有扭矩传递驱动器的移动机械单元，并且所述第二单元是静止机械单元，所述第二单元适于在向所述第二单元的从动轴体传递扭矩时操作，所述方法包括以下步骤：

在所述第一单元上安装具有第一配合形状并且具有传动轴的传动联轴器；

在所述第二单元上安装具有第二配合形状并且具有从动轴的从动联轴器，其中第二配合形状对应于第一配合形状；

将具有所述传动联轴器的所述第一单元沿着与所述从动轴基本上正交的接合方向移动，以与所述第二单元上的所述从动联轴器接合，从而实现所述传动轴和所述从动轴之间的第一级同轴对准；

在实现所述第一级同轴对准之后，使所述传动联轴器绕着所述传动轴旋转，以将所述传动联轴器联接到所述从动联轴器，从而通过所述传动联轴器与所述从动联轴器之间的接合来实现第二级同轴对准；以及

绕着所述从动轴将所述扭矩从所述第一单元传递到所述第二单元。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

在所述传动联轴器上设置第一配合构件，第一配合构件被设计为第一配合形状；

在所述从动联轴器上设置第二配合构件，第二配合构件被设计为第二配合形状；

将所述第一配合构件和所述第二配合构件设计成具有相匹配的几何形状，以限定穿过取向，沿所述穿过取向，所述第一配合构件在没有物理接触的情况下穿过所述第二配合构件。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述相匹配的几何形状被进一步设计成限定相对联接取向，沿该相对联接取向所述第一配合构件联接到所述第二配合构件。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，在接合之前，所述从动联轴器被设置成相对于所述传动联轴器成穿过取向。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，在传递所述扭矩之后且在脱离所述从动联轴器之前，所述传动联轴器将所述从动联轴器旋转成所述穿过取向。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括以下步骤：在绕着所述从动轴传递扭矩期间，适配于所述传动轴和所述从动轴之间的所述第一级同轴对准。

21.根据权利要求15所述的方法，还包括：

向所述传动联轴器提供第一配合构件；

向所述从动联轴器提供第二配合构件；以及

在所述第一配合构件和所述第二配合构件中的至少一个上，设置至少一个接合部件。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少一个接合部件包括所述第一配合构件上和所述第二配合构件上的互补接合部件，并且所述方法还包括促进所述传动联轴器呈现出三维上受限制的相对接合姿态，在该相对接合姿态中所述第一级同轴对准被调节成第二级同轴对准。