CN106715059B - 设置在类人机器人上的可固定的由发动机驱动的关节部 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可固定的由发动机驱动的关节部,所述可固定的由发动机驱动的关节部将被安装在类人机器人的第一和第二构件之间,其特征在于,所述关节部包括:发动机(21),所述发动机(21)包括固定部分(25)和可移动部分(26),所述固定部分(25)将被连接至所述第一构件,所述可移动部分(26)可相对于所述固定部分(25)移动并预定用于连接至与所述第一构件相关联的所述第二构件;制动器(22),所述制动器(22)能够借助于弹簧作用在所述发动机(21)的可移动部分(26)上施加力,以便防止所述可移动部分(26)相对于所述固定部分(25)移动;以及致动器(23),所述致动器(23)能够通过抵抗弹簧作用来移动所述制动器(22),以便使所述发动机(25)的可移动部分(26)不受所述制动器(22)的力,并使得所述发动机(21)能够相对于所述固定部分(25)移动所述可移动部分(26)。
Description
技术领域
本发明涉及预定用于安装在类人型机器人的两个肢体之间的可固定机动关节。更特别地,其涉及借助于在缺省情况下通过弹簧作用致动的制动器和使得能够使制动器停止作用并释放所述关节的运转的致动器来固定的机动关节。
背景技术
人体包括非常大量的确保身体的骨骼或肢体之间的连接的关节。例如,在人的下肢,从臀部至踝部具有大约四十个关节。这些关节可借助于肌肉移动并呈多种形式,以允许不同的运动。已经在类人型机器人中进行了许多尝试,以最佳地复现人类的行为和运动。多种类型的关节是已知的,其能够借助于电动机使一个肢体相对于另一个肢体根据一个或多个自由度来移动。
一种困难情况是例如可能因计算机故障或者电池充电失败而发生的断电。由于电动机的驱动被中断,所述关节被释放,并且所述机器人易于跌落。当机器人尺寸大且非常重时,该情况更加困难。为了实现满足任意用户的广泛使用,作出了提高类人机器人使用的安全性的努力。
发明内容
本发明的目的是提出对断电这种特殊情况的解决方案,以便提高类人机器人特别是大型机器人使用的安全性,并满足相应的新法规要求。
为此,本发明的主题是一种可固定(固定)机动关节,所述可固定机动关节预定用于安装在类人型机器人的第一肢体和第二肢体之间,其特征在于,所述可固定机动关节包括:
·发动机(马达),所述发动机包括固定部分和可移动部分,所述固定部分预定用于链接至所述第一肢体,所述可移动部分可以相对于所述固定部分移动并预定用于链接至所述第二肢体,
·制动器,所述制动器能够通过弹簧作用在所述发动机的可移动部分上施加力,以防止所述可移动部分相对于所述固定部分移动,
·致动器,所述致动器能够通过抵抗弹簧作用来移动所述制动器,以便使所述发动机的可移动部分不受所述制动器的力,并允许所述发动机相对于所述固定部分移动所述可移动部分。
有利地,所述制动器被配置成防止所述可移动部分相对于所述固定部分移动直至达到预定的临界力,即,在所述发动机的可移动部分和固定部分之间施加大于所述临界力的力使得所述可移动部分相对于所述固定部分移动。
有利地,所述关节被配置成:
·所述发动机是旋转电动机,所述固定部分包括底垫,并且所述可移动部分包括轴和(钟形)外壳,所述轴可以被驱动相对于所述底垫旋转,所述外壳被固定至所述轴,
·所述制动器包括闸瓦(靴部),所述闸瓦可以在固定位置和运转位置之间移动,在固定位置,与所述外壳接触的所述闸瓦在所述外壳上施加力以通过摩擦力防止所述轴相对于所述底垫旋转,而在运转位置,所述闸瓦与所述外壳分开,从而使所述轴不受所述制动器的力。
有利地,所述关节被配置成:
·所述外壳由金属材料构成并具有大体圆柱形的形状,
·所述闸瓦由弹性体材料构成并被配置成沿着所述外壳的径向部段接触所述外壳。
有利地,所述制动器包括:
·固定臂,所述固定臂被固定至所述底垫,
·可移动臂,所述可移动臂通过第一端部、借助于枢转链接部链接至所述固定臂,所述枢转链接部的轴线基本上平行于所述轴的主轴线,所述闸瓦被固定至所述可移动臂,
·螺旋弹簧,所述螺旋弹簧围绕所述枢转链接部的轴线缠绕,并且一方面支承在所述固定臂上,另一方面支承在所述可移动臂上,以便施加倾向于将所述可移动臂与所述固定臂分开的力。
有利地,所述制动器包括:
·固定臂,所述固定臂被固定至所述底垫,
·可移动臂,所述可移动臂通过第一端部、借助于枢转链接部链接至所述固定臂,所述枢转链接部的轴线基本上平行于所述轴的主轴线,所述闸瓦被固定至在所述可移动臂上的球窝接头上安装的垫,
·螺旋弹簧,所述螺旋弹簧围绕所述枢转链接部的轴线缠绕,并且一方面支承在所述固定臂上,另一方面支承在所述可移动臂上,以便施加倾向于将所述可移动臂与所述固定臂分开的力。
有利地,所述致动器是直线型致动器,其包括护套和杆,所述护套被固定至所述底垫,所述杆可在所述护套中平移并被链接至所述可移动臂的第二端部,所述直线型致动器被配置成使得能够通过抵抗弹簧作用、利用所述杆在所述护套中的平移来使所述可移动臂以相对于所述固定臂旋转的方式移动。
有利地,所述关节被配置成:所述可移动臂在其第一端部和第二端部之间呈半月形,从而形成部分覆盖所述外壳的半覆盖件。
有利地,所述关节包括齿轮装置,所述齿轮装置由所述发动机的可移动部分驱动并预定用于链接至所述第二肢体。
有利地,所述关节包括使得能够通过手动干预来移动所述制动器的器件。
有利地,所述关节包括能够检测所述制动器的位移的测量器件。
本发明还涉及包括具有前述特征的机动关节的类人型机器人。
有利地,所述机器人包括通过前述关节相连接的类似于股部的肢体和类似于躯干的肢体。
有利地,所述机器人包括通过前述关节相连接的类似于腿部的肢体和类似于股部(大腿)的肢体。
附图说明
通过阅读以下附图中通过示例给出的实施例的详细说明,本发明将被更好地理解并且其他优点将变得显而易见:
图1a和1b显示了类人机器人的两个示例,其可以装备有根据本发明的可固定关节,
图2a和2b根据第一个立体图显示了分别处于固定位置和运转位置的可固定关节的第一示例,
图3a、3b和3c显示了分别处于固定位置、运转位置以及交叠起来的两个位置的可固定关节的示例的平面图,
图4a和4b根据第二个立体图显示了分别处于运转位置和固定位置的可固定关节的示例,
图5a和5b根据第三个立体图显示了分别处于运转位置和固定位置的可固定关节的示例,
图6显示了可固定关节的第二示例的仰视图。
为了清楚起见,在不同附图中,相同元件将具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1a和1b显示了由ALDEBARAN ROBOTICSTM(阿尔德巴兰机器人TM)公司研发的类人机器人的两个示例。在图1a中示出的类人机器人10包括头部1、躯干2、两个臂部3、两个手部4、两个腿部5以及两个脚部6。在图1b中示出的类人机器人10’包括头部1、躯干2、两个臂部3、两个手部4以及下摆7。这两个机器人包括多个关节,所述多个关节允许机器人的不同肢体的相对运动,从而复现人类的形态及运动。机器人10和10’包括,例如,处于躯干2和每个臂部3之间的关节11。关节11围绕两个旋转轴线机动化,以允许臂部3相对于躯干2以人类肩部能够实现的运动的方式运动。
类人机器人10还包括多个用于移动机器人的腿部并复现行走运动的关节,特别地包括可比作处于躯干和股部(大腿)之间的臀部、处于股部和腿部之间的膝部以及处于腿部和脚部之间的踝部的关节。采用了多种形式的机动关节,从而关于一个或多个旋转自由度移动肢体之一。
类人机器人10’具有不同的架构。为了提高机器人的稳定性并降低其重心,机器人不包括腿部,但包括下摆7,所述下摆7在其底部中包括三脚架14,所述三脚架14能够移动机器人。所述下摆还包括类似于腿部7a和股部7b之间的膝部的第一关节12。类似于臀部的第二关节13被安装在躯干2和股部7b之间。这两个关节12和13是围绕旋转轴线机动化的枢转链接部。关节12的旋转轴线Xa和关节13的旋转轴线Xb基本上平行于将机器人的两个肩部相链接的轴线,从而使得机器人能够向前或者向后倾斜。
类人机器人10’处于站立位置时测得的高度约为1.1至1.2米,总重量约为25至30千克。确保机器人的顶部不能在其自身重量的作用下旋转地驱动关节的措施被提出。根据本发明的可固定(固定)关节的目的在于(即便是在关节断电的情况下)防止机器人顶部跌落,例如,防止从股部至头部的部分通过围绕关节12旋转而跌落。更特别地,根据本发明的关节使得能够在机器人的顶部处于具有竖直轴线和大约10度的角度的锥体中时阻挡关节旋转。
下面对于在与类人机器人10’相似的大尺寸机器人中实施的、具有一个自由度的枢转链接类型的机动关节来描述本发明,并且特别地对于可比作膝部或臀部的关节来描述本发明。显然,本发明不限于该特定应用。更一般地,根据本发明的关节预定用于安装在机器人的第一和第二肢体之间,所述机器人例如是类人型机器人、动物型机器人或者甚至是工业机器人。第一和第二肢体一般是需要相对于彼此移动的机械子部件。“肢体”在下文中应当被理解成是指机器人的机械子部件,例如腿部、股部、躯干、头部、臂部、手部或其组合。还应当指出,虽然以下附图详细显示了具有一个自由度的枢转链接类型的关节的特定示例,但是应当理解本发明在原理上可以应用于任何类型的关节,例如具有两个旋转自由度的关节,或者甚至具有一个或多个平移自由度的关节。一般来说,本发明涉及包括发动机的关节,所述发动机能够相对于第一肢体移动第二肢体。
图2a和2b根据第一个立体图显示了分别处于固定位置和运转位置的可固定关节的示例。关节20预定用于安装在附图中未示出的第一和第二肢体之间。所述关节20包括:
·发动机(马达)21,所述发动机21能够相对于第一肢体移动第二肢体,所述发动机包括固定部分和可移动部分,所述固定部分预定用于链接至第一肢体,所述可移动部分可以相对于所述固定部分移动并预定用于链接至第二肢体,
·制动器22,所述制动器22能够通过弹簧作用在发动机21的可移动部分上施加力,以防止所述可移动部分相对于所述固定部分移动,
·致动器23,所述致动器23能够通过抵抗弹簧作用来移动制动器22,以便使发动机21的可移动部分不受制动器的力并允许发动机21相对于所述固定部分移动所述可移动部分。
发动机21优选是旋转电动机,其包括发动机底垫25以及可以被驱动相对于底垫25围绕轴线X旋转的轴。发动机底垫25形成发动机的固定部分并包括呈圆盘形式的底部,所述底部预定用于借助于六个固定凸耳25a固定至机器人的第一肢体,所述六个固定凸耳25a围绕所述底垫的底部成角度地分布。所述轴(在附图中不可见)形成发动机的可移动部分并被固定至基本上为圆柱形的发动机(钟形)外壳26。所述轴穿过发动机底垫,并预定用于优选地经由齿轮装置(未示出)链接至第二肢体。如此配置,电动机21使得能够驱动所述轴相对于所述底垫旋转,从而驱动第二肢体相对于第一肢体旋转。
关节20还包括制动器22。在图2a中,所述关节显示处于固定位置,在所述固定位置,所述制动器在发动机的可移动部分上施加力,以防止所述轴被驱动旋转。在图2b中,所述关节显示处于运转位置,在所述运转位置,所述制动器被移动,以便使发动机不受制动力并允许所述轴被驱动旋转。在所述固定位置,制动器22经由闸瓦(靴部)在发动机外壳21上施加力,所述发动机外壳21优选由金属材料构成,所述闸瓦优选由弹性体材料构成并与圆柱形外壳沿着其径向部段接触。所述闸瓦在发动机外壳上施加力,以便通过摩擦力防止所述轴相对于所述底垫旋转。
在所示示例中,制动器22包括可移动臂28和固定至发动机底垫25的固定臂27。可移动臂28在第一端部50a和第二端部50b之间呈半月形,从而形成部分覆盖发动机外壳的半覆盖件。可移动臂28通过第一端部50a、借助于枢转链接部29链接至固定臂27,所述枢转链接部29的轴线X’基本上平行于所述轴的旋转轴线X。在关节的该第一示例中,所述闸瓦被固定至可移动臂的内表面,以便在可移动臂围绕其轴线X’旋转时接触外壳26的径向表面。所述闸瓦基本上与可移动臂28的第一端部50a和第二端部50b等距离地固定。制动器22还包括弹簧机构,优选地包括螺旋弹簧45,所述螺旋弹簧45围绕轴线X’缠绕并支承在固定臂27和可移动臂28上以便施加倾向于将可移动臂与固定臂分开的的力。由弹簧在可移动臂和固定臂之间施加的力被传递至与外壳接触的闸瓦,从而使得能够阻挡所述轴旋转。在缺省情况下,所述关节的旋转被阻挡。
所述关节还包括致动器23,所述致动器23能够通过抵抗弹簧作用来移动所述制动器,以便使发动机不受所述制动器的力并允许发动机驱动所述轴旋转。在所示示例中,直线型致动器(未示出)被安装在固定臂27和可移动臂28的第二端部50b之间。所述直线型致动器包括杆,所述杆可在护套内沿着轴线Y在两个位置之间平移。所述护套被固定至支撑件31,所述支撑件31被固定至固定臂27。所述杆在其端部处具有与球形凹部32配合的球形形状,所述球形凹部32在可移动臂28中形成。所述杆在其两个位置之间的行程限定了可移动臂在固定位置和运转位置之间的行程。缺省情况下,例如当所述关节未通电时,所述杆在弹簧的作用下保持在其最大程度延伸的位置。相反,当所述关节通电时,所述致动器可以被控制成通过施加对抗弹簧作用的力来使所述杆缩回护套中。可以设想到直线型致动器的多种实施例,特别是可以通过电磁驱动的直线型致动器。
所述关节还包括用于手动移动所述制动器以释放两个肢体的旋转运动的器件。特别地,倾斜平面40在所述可移动臂上靠近其第二端部地形成,以使得平行于所述轴的旋转轴线X移动并抵靠该倾斜平面40的工具可以通过对抗弹簧作用来将所述可移动臂从固定位置移动至运转位置。并且,在图4a和4b中可见的第二倾斜平面41靠近半月形的可移动臂的中心形成。实际上,附图中所示的机动关节在外套内部结合在机器人中,所述外套在图1a和1b中示出并赋予机器人以外部美观外观。有利地,所述外套包括面向所述关节的倾斜平面形成的孔,从而使得能够插入合适的钥匙来释放所述制动器并使得能够手动地折叠或者展开有关节的肢体。
根据本发明的一个方面,所述关节的固定因此在于,为驱动发动机设置在缺省情况下借助于弹簧机构来致动的制动机构以及通过对抗所述弹簧机构来使所述制动机构停止作用的器件。因此,在与电池充电失败、电脑死机或者有意紧急停机相关联的关节断电的情况下,所述关节被阻挡。用于使所述制动机构停止作用的器件包括可以电子驱动的器件(致动器)以及手动器件(倾斜平面)。
图3a,3b和3c显示了分别处于固定位置、运转位置和交叠起来的两个位置的可固定关节的示例的平面图。在所示示例中,发动机底垫的直径约为90mm,关节的高度约为40mm。在固定位置,可移动臂28按压弹性体闸瓦抵靠发动机外壳26。半月形的可移动臂是有利的。其使得能够紧密地遵循可移动外壳的形状,以使得弹性体闸瓦可以被放置成沿着所述轴的径向部段与外壳接触。所述闸瓦在附图中不可见,其位置借助于附图标记43示出。典型地,具有大约15mm的高度和宽度的大体矩形的闸瓦被保持。半月形还使得能够将所述关节固定在缩小的体积中。典型地,直线型致动器的2.5mm的行程对应于将所述固定位置与所述运转位置分开的大约4度的角度α。还应当指出,所述关节有利地预定用于按照以下方式链接至机器人的两个肢体,即,使得所述半月形的可移动臂被定位在发动机外壳的上部。如此配置,所述制动器的可移动部分不仅通过弹簧作用还自然地通过重力作用按压所述闸瓦。在供电缺失以及使弹簧返回的动力变弱的情况下,所述关节自然地保持被所述闸瓦制动。
只要在所述发动机的可移动部分和固定部分之间施加的外力仍然小于所述制动器在所述发动机上施加的力,所述关节就保持被阻挡。当在所述发动机的可移动部分和固定部分之间施加的力大于所述制动器所施加的力时,所述可移动部分被驱动移动。因为摩擦力不足以使所述外壳相对于所述闸瓦固定,所以尽管所述闸瓦施加了制动,但是所述轴仍可滑动旋转。所述可移动部分被制动但未被固定。换句话说,闸瓦43和外壳26之间的摩擦接触使得能够在不需要停止外壳26的旋转的情况下制动。该特征使得能够可选择地减慢或者停止外壳26。此外,所述接触通过半月形可移动臂28来产生,所述半月形可移动臂28具有在更好的接触的情况下紧密地遵循所述外壳的形状以及将所述关节固定在缩小的体积中的技术效果。
通过合适地设置弹簧和闸瓦的尺寸,能够限定通过弹簧作用施加在所述发动机上的力。换句话说,所述制动器可以被配置成防止可移动部分相对于固定部分移动直至达到预定的临界力,即,在可移动部分和固定部分之间施加大于该临界力的力使得可移动部分相对于固定部分移动。
能够调整该临界力的值是本发明特别有利的特征。其使得能够根据所遇到情况来改变关节的表现。在类人机器人10’的情况下,所述临界力按照以下方式确定,即,只要机器人的顶部(此处包括股部7b、躯干2、臂部3和头部1)处于具有竖直轴线和大约10度的角度的锥体之中,就保持阻挡所述关节的旋转。当处于该锥体之外时,由机器人的上部通过重力作用施加在所述关节上的力大于所述临界力并且所述肢体被驱动旋转,同时所述关节被简单地制动。被制动的旋转的速度有利地可通过设置所述闸瓦和所述弹簧的尺寸来配置。被制动的旋转运动还有利地通过避免破坏承受巨大力的部件来保护所述关节。换句话说,其使得能够保持与所述发动机相随的齿轮链中所含的部件的可移动性。该可移动性使得能够例如承受施加于在其摩擦位置采用所述制动系统的关节上的强烈冲击,因为所述齿轮将能够旋转(即使缓慢地旋转),以便消耗冲击的能量。在相反情况中,即在机械器件与所施加的力无关地阻挡所述关节的情况中,在跌落或者强烈冲击的情况下产生的冲击力会影响所述关节的整个驱动链(反映在所述关节的整个驱动链上),最终导致最脆弱的部件(例如发动机或者齿轮装置)被破坏。
该通过摩擦力来起作用的制动器的实施是有利的,因为其限定了两个范围的使用,在第一范围中,所述关节被阻挡,在肢体之间施加的任何力都不能导致关节移动,而在第二范围中,在肢体之间施加的力驱动肢体移动,同时所述关节被制动。
图4a和4b根据第二个立体图显示了分别处于固定位置和运转位置的可固定关节的示例。该第二个示图显示了发动机底垫25上、靠近可移动臂28的第二端部50b的直线型致动器的位置。所述直线型致动器包括护套和杆,所述护套被固定至在固定臂27中形成的支撑件31上,所述杆的球形端部与在所述可移动臂中形成的球形凹部32配合,以形成球窝链接。在供电缺失或者致动器的控制缺失的情况下,所述杆通过弹簧的作用保持在缩回位置。由所述直线型致动器控制的所述杆沿着轴线Y的平移使得能够对抗弹簧作用并使所述轴不受所述制动器的抓持。
有利地,固定臂27和可移动臂28由(优选PA66-GF35型)玻璃纤维填充热塑性材料构成。各种部件(例如支撑件31)可以通过二次成型类型的方法添加至所述可移动臂。所述闸瓦可以由聚氨酯基弹性体材料构成。所述闸瓦优选地通过双注射型方法固定至所述可移动臂,所述双注射型方法允许产生适合于可施加在所述闸瓦上的力的分子内聚力。
有利地,包括固定臂、可移动臂、闸瓦、螺旋弹簧和致动器的组件在第一步骤中组装。预组装组件进而被安装在发动机底垫25上。为此,发动机底垫和固定臂包括使得能够在借助于三个固定凹部46进行固定之前相对于发动机预定位所述组件的器件,所述三个固定凹部46在固定臂和发动机底垫中形成。
图5a和5b根据第三立体图示出了分别处于固定位置和运转位置的可固定关节的示例。该最后的立体图显示了处于固定臂27和可移动臂28之间的枢转链接部29的细节。弹簧45围绕轴线X’缠绕并支承抵靠所述可移动臂的表面以及所述固定臂的表面,以便施加倾向于将所述固定臂与所述可移动臂分开的力。
有利地,所述固定臂还包括受力器件47,所述受力器件47处于发动机底垫和固定臂之间,并使得能够将弹簧施加在固定臂上的力传递至发动机底垫。
还可以设想到固定的可移动臂位置测量器件,所测得的位置信息被发送至用于驱动机动关节的电控单元。光学测量器件特别地也是可设想到的。为此,所述可移动臂包括端部48,所述端部48在图2b中可见,并被配置成仅仅在固定位置拦截具有平行于轴线X的轴线的光束。
图6显示了可固定关节的第二示例的仰视图。关节的该第二示例与已经描述的第一示例有很多相似之处。如前所述,所述制动器包括固定至底垫的固定臂和通过枢转链接部29链接至所述固定臂的可移动臂28。在图6中仅仅示出了所述制动器的可移动臂28。其他部件(如发动机、致动器或者制动器的固定臂)的定义和运转原理不再系统地详细重复。
关节的该第二示例与第一示例的区别在于,与发动机外壳接触的闸瓦的限定。在该第二示例中,预定用于接触发动机外壳以将其制动的闸瓦50被安装在垫51上,所述垫51被安装在可移动臂28上的球窝接头上。垫51具有被配置成在静态和动态切向摩擦力及压力的共同作用下蠕变的特定形式(形状)。无论发动机外壳的旋转方向如何,该变形能够是对称的。
Claims (14)
1.一种可固定机动关节,所述可固定机动关节预定用于安装在类人型机器人(10’)的第一和第二肢体(7a,7b)之间,其特征在于,所述可固定机动关节包括:
·发动机(21),所述发动机(21)包括固定部分(25)和可移动部分(26),所述固定部分(25)预定用于链接至第一肢体(7a),所述可移动部分(26)可以相对于所述固定部分(25)移动并预定用于链接至第二肢体(7b),
·制动器(22),所述制动器(22)能够通过弹簧作用在所述发动机(21)的可移动部分(26)上施加力,以防止所述可移动部分(26)相对于所述固定部分(25)移动,
·致动器(23),所述致动器(23)能够通过抵抗弹簧作用来移动所述制动器(22),以便使所述发动机(21)的可移动部分(26)不受所述制动器(22)的力,并允许所述发动机(21)相对于所述固定部分(25)移动所述可移动部分(26),
所述发动机(21)是旋转电动机,所述固定部分包括底垫(25),并且所述可移动部分包括轴和外壳(26),所述轴可以被驱动相对于所述底垫(25)旋转,所述外壳(26)被固定至所述轴,所述制动器(22)包括闸瓦(50),所述闸瓦(50)可以在固定位置和运转位置之间移动,在所述固定位置,与所述外壳(26)接触的所述闸瓦在所述外壳(26)上施加力以通过摩擦力防止所述轴相对于所述底垫(25)旋转,而在所述运转位置,所述闸瓦与所述外壳(26)分开,从而使所述轴不受所述制动器(22)的力,
所述外壳(26)由金属材料构成并具有大体圆柱形的形状,所述闸瓦(50)由弹性体材料构成并被配置成沿着所述外壳(26)的径向部段接触所述外壳(26)。
2.根据权利要求1所述的可固定机动关节,其特征在于,所述可固定机动关节的制动器(22)被配置成防止所述可移动部分(26)相对于所述固定部分(25)移动直至达到预定的临界力,即,在所述发动机(21)的可移动部分(26)和固定部分(25)之间施加大于所述临界力的力使得所述可移动部分(26)相对于所述固定部分(25)移动。
3.根据前述权利要求之一所述的可固定机动关节,其特征在于,所述制动器包括:
·固定臂(27),所述固定臂(27)被固定至所述底垫(25),
·可移动臂(28),所述可移动臂(28)通过第一端部、借助于枢转链接部(29)链接至所述固定臂(27),所述枢转链接部(29)的轴线(X’)基本上平行于所述轴的主轴线(X),所述闸瓦被固定至所述可移动臂(28),
·螺旋弹簧(45),所述螺旋弹簧(45)围绕所述枢转链接部的轴线(X’)缠绕,并且一方面支承在所述固定臂(27)上,另一方面支承在所述可移动臂(28)上,以便施加倾向于将所述可移动臂(28)与所述固定臂(27)分开的力。
4.根据权利要求1和2之一所述的可固定机动关节,其特征在于,所述制动器包括:
·固定臂(27),所述固定臂(27)被固定至所述底垫(25),
·可移动臂(28),所述可移动臂(28)通过第一端部、借助于枢转链接部(29)链接至所述固定臂(27),所述枢转链接部(29)的轴线(X’)基本上平行于所述轴的主轴线(X),所述闸瓦(50)被固定至在所述可移动臂(28)上的球窝接头上安装的垫(51),
·螺旋弹簧(45),所述螺旋弹簧(45)围绕所述枢转链接部的轴线(X’)缠绕,并且一方面支承在所述固定臂(27)上,另一方面支承在所述可移动臂(28)上,以便施加倾向于将所述可移动臂(28)与所述固定臂(27)分开的力。
5.根据权利要求3所述的可固定机动关节,其特征在于,所述致动器(23)是直线型致动器,其包括护套和杆,所述护套被固定至所述底垫(25),所述杆可在所述护套中平移并被链接至所述可移动臂(28)的第二端部,所述直线型致动器被配置成使得能够通过抵抗弹簧作用、利用所述杆在所述护套中的平移来使所述可移动臂(28)以相对于所述固定臂(27)旋转的方式移动。
6.根据权利要求4所述的可固定机动关节,其特征在于,所述致动器(23)是直线型致动器,其包括护套和杆,所述护套被固定至所述底垫(25),所述杆可在所述护套中平移并被链接至所述可移动臂(28)的第二端部,所述直线型致动器被配置成使得能够通过抵抗弹簧作用、利用所述杆在所述护套中的平移来使所述可移动臂(28)以相对于所述固定臂(27)旋转的方式移动。
7.根据权利要求5所述的可固定机动关节,其特征在于,所述可移动臂(28)在其第一端部和其第二端部之间呈半月形,从而形成部分覆盖所述外壳(26)的半覆盖件。
8.根据权利要求6所述的可固定机动关节,其特征在于,所述可移动臂(28)在其第一端部和其第二端部之间呈半月形,从而形成部分覆盖所述外壳(26)的半覆盖件。
9.根据权利要求1和2之一所述的可固定机动关节,其特征在于,所述可固定机动关节包括齿轮装置,所述齿轮装置由所述发动机(21)的可移动部分(26)驱动并预定用于链接至所述第二肢体(7b)。
10.根据权利要求1和2之一所述的可固定机动关节,其特征在于,所述可固定机动关节包括使得能够通过手动干预来移动所述制动器(22)的器件(40,41)。
11.根据权利要求1和2之一所述的可固定机动关节,其特征在于,所述可固定机动关节包括能够检测所述制动器(22)的位移的测量器件(48)。
12.一种类人型机器人,所述类人型机器人包括根据前述权利要求之一所述的可固定机动关节(12,13)。
13.根据权利要求12所述的类人型机器人,其特征在于,所述类人型机器人包括通过根据权利要求1至11之一所述的可固定机动关节(13)相铰接的类似于股部(7b)的肢体和类似于躯干(2)的肢体。
14.根据权利要求12或13所述的类人型机器人,其特征在于,所述类人型机器人包括通过根据权利要求1至11之一所述的可固定机动关节(12)相铰接的类似于腿部(7a)的肢体和类似于股部(7b)的肢体。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0176204A1 (en) * | 1984-09-15 | 1986-04-02 | Lamb-Sceptre Design Centre Limited | Joint for a robotic arm |
US4693665A (en) * | 1983-04-09 | 1987-09-15 | Blohm & Voss Ag | Large force multi-axis manipulating arm unit, especially for use as an industrial robot |
CN102626930A (zh) * | 2012-04-28 | 2012-08-08 | 哈尔滨工业大学 | 具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节 |
CN103481293A (zh) * | 2013-10-14 | 2014-01-01 | 哈尔滨工业大学 | 服务机器人的手臂模块化关节 |
Family Cites Families (3)
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EP0176204A1 (en) * | 1984-09-15 | 1986-04-02 | Lamb-Sceptre Design Centre Limited | Joint for a robotic arm |
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