CN113167350A - 弹性单元 - Google Patents

Abstract

一种弹性单元，配备有：轴状构件，其连接至外力所作用的力点并且在一个方向上延伸；外部构件，其具有内部空间并且被轴状构件插入通过；轴承，其被设置在轴状构件与外部构件之间的接触区域处，以使得轴状构件能够相对于外部构件移动；板构件，其在外部构件的内部空间内被设置成从轴状构件突出；以及一个或更多个弹性构件，其被夹在外部构件与板构件之间。

Description

弹性单元

技术领域

本公开涉及弹性单元。

背景技术

近年来，随着开发机器人装置的进展，用于驱动机器人装置的各个部件的致动器的开发也在推进。作为这样的致动器的示例，已知在线性运动方向上进行驱动的线性致动器。

线性致动器能够在不使用诸如齿轮的机械变换机构的情况下使进行旋转运动的电机等产生推力，并且因此，线性致动器被高度期望作为具有优良可控性的致动器。

例如，下面的专利文献1公开了串联弹性致动器，在该串联弹性致动器中，为了稳定线性致动器的力控制，在力点与线性运动驱动单元之间还设置有弹性单元。

引用列表

专利文献

专利文献1：US 5650704

发明内容

技术问题

然而，在前述专利文献1中没有充分地研究设置在力点与线性运动驱动单元之间的弹性单元的结构。因此，通过进一步研究串联弹性致动器中使用的弹性单元的具体结构，可以潜在地实现更轻量且具有优良可维护性的弹性单元。

问题的解决方案

根据本公开，提供了一种弹性单元，其包括：轴状构件，其在一个方向上延伸并且连接至外力所作用的力点；外壳构件，其具有内部空间并且被轴状构件贯穿；轴承，其被设置在轴状构件与外壳构件之间的接触点处，使得轴状构件相对于外壳构件能够移动；板构件，其以从轴状构件突出的方式被设置在外壳构件的内部空间内；以及至少一个或更多个弹性构件，其被夹在外壳构件与板构件之间。

附图说明

图1是示意性地示出串联弹性致动器的概貌的说明图。

图2是示出根据本公开的第一实施例的弹性单元的结构的示意图。

图3是示出当将外力施加至力点时弹性单元的操作的示意图。

图4是示出根据比较示例的弹性单元的结构的示意图。

图5是示出根据第一修改示例的弹性单元的结构的示意图。

图6是示出用于改变根据第二修改示例的弹性单元的弹性模量的功能配置的框图。

图7是示出根据第三修改示例的弹性单元的结构的示意图。

图8是示出根据第四修改示例的弹性单元的结构的示意图。

图9是示出根据第五修改示例的弹性单元的结构的示意图。

图10是示出根据第六修改示例的弹性单元的结构的示意图。

图11是示出应用了根据本公开的第一实施例的弹性单元或串联弹性致动器的机器人装置的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。注意，在本说明书和附图中，通过分配相同的附图标记而省略了对具有基本上相同的功能配置的部件的冗余描述。

注意，将按以下顺序给出描述。

1.串联弹性致动器的概述

2.弹性单元的结构

3.修改示例

4.应用示例

<1.串联弹性致动器的概述>

首先，将参照图1描述应用了根据本公开的第一实施例的弹性单元的串联弹性致动器的概貌。图1是示意性地示出串联弹性致动器的概貌的说明图。

如图1所示，串联弹性致动器10例如设置有力点200、弹性单元100、线性运动部300和线性运动驱动单元400。

线性运动驱动单元400是用于产生动力以使线性运动部300在一个方向上移动的驱动装置。线性运动驱动单元400可以是任何公知的驱动装置，只要其能够使线性运动部300在一个方向上移动即可；并且线性运动驱动单元400例如可以是将电磁力变换成线性运动的螺线管，将诸如液压、气压或水压的压力变换成线性运动的动力缸，或使用线性马达的线性致动器等。替选地，线性运动驱动单元400可以是下述驱动装置，利用该驱动装置，借助于诸如齿轮或滚珠丝杠的机械结构将由电机等产生的旋转运动变换为线性运动。

线性运动部300是由于来自线性运动驱动单元400的动力而在一个方向上移动的构件，并且以连接至线性运动驱动单元400的方式设置。更具体地，线性运动部300可以由以下各个部分构造：可扩展部310，其由于来自线性运动驱动单元400的动力而在一个方向上扩展；以及存储部320，其在扩展/压缩期间存储可扩展部310。注意，线性运动部300可以与线性运动驱动单元400集成在一起。

弹性单元100是设置在线性运动部300与力点200之间并且使用弹力吸收施加至力点200的外力的构件。弹性单元100能够防止施加至力点200的外力(即，冲击等)直接传送至线性运动部300，并且因此可以保护线性运动部300免受施加至力点200的冲击等。

此外，弹性单元100能够将施加至力点200的外力的能量变换成弹性变形能，并且因此，通过测量由该变换导致的弹性变形的大小，也可以测量施加至力点200的外力的大小。在该情况下，弹性单元100能够用作力检测传感器。

力点200是由于串联弹性致动器10的驱动而使力外部地作用的构件。因此，外力作为外部作用的反作用力作用在力点200上。在串联弹性致动器10的情况下，施加至力点200的外力被弹性单元100吸收，并且因此，可以减轻由外力引起的对线性运动部300或线性运动驱动单元400的损坏。

对力点200的结构没有特别限制，而是例如，力点200可以是旋转轴承，该旋转轴承使得能够实现绕力点200可旋转地转动的构件的连接。在这样的情况下，串联弹性致动器10能够将力点200的线性运动变换成旋转运动，并且因此能够用作使机器人装置的臂部或腿部的关节旋转的致动器。

根据本公开的技术被应用于串联弹性致动器10，在串联弹性致动器10中，如前面所提及的，弹性单元100被设置在力点200与线性运动驱动单元400之间。根据本公开的技术，可以提供具有更轻量且鲁棒的结构的弹性单元100。在下文中，将更具体地描述根据本公开的第一实施例的弹性单元100。

<2.弹性单元的结构>

接下来，将参照图2来描述根据本实施例的弹性单元100的结构。图2是示出根据本实施例的弹性单元100的结构的示意图。

如图2所示，弹性单元100设置有轴状构件111、外壳构件140、轴承121、轴承122、板构件112、弹性构件131、弹性构件132、编码器检测单元151、编码器单元152和连接部160。

轴状构件111是连接至力点200并且像轴一样在一个方向上延伸的构件。轴状构件111被设置成贯穿外壳构件140(随后描述)，并且被设置成通过轴承121、122而相对于外壳构件140能够移动。因此，轴状构件111能够由于施加至力点200的外力而独立于外壳构件140移动。因此，轴状构件111的延伸方向是施加至力点200的外力的检测方向。

注意，还可以在轴状构件111的设置有力点200的一端的相对侧的另一端设置止动件(未示出)。当轴状构件111由于施加至力点200的外力而过度移动时，止动件与轴承122或外壳构件140接触，从而防止轴状构件111的进一步移动。因此，止动件能够防止由于施加至力点200的外力而导致的弹性单元100上的过度载荷。

外壳构件140是具有内部空间并且在该内部空间中存储弹性单元100的主要构件的构件。外壳构件140的形状例如可以是其高度方向是轴状构件111的延伸方向的圆柱形或棱柱形，或者可以是诸如球形或多面体形的各向同性的形状。如前面所述，轴状构件111被设置成经由轴承121、122贯穿外壳构件140。

轴承121、122各自被设置在轴状构件111与外壳构件140之间的接触点处，并且支承轴状构件111，使得轴状构件111相对于外壳构件140能够移动。更具体地，轴承121被设置在外壳构件140的设置有力点200的那一侧的表面上，并且轴承122被设置在外壳构件140的设置有力点200的那一侧的相对侧的表面上。

轴承121、122用作径向轴承，其支承由于施加至力点200的外力而在一个方向上进行往复运动的轴状构件111的载荷。轴承121、122的结构可以是任何种类的结构、只要其使得轴状构件111能够相对于外壳构件140移动即可，并且可以是任何结构，即，滚动轴承、滑动轴承、磁性轴承或流体轴承的结构。

根据本实施例的弹性单元100能够在不增加与外力作用的方向正交地定向的弹性单元100的尺寸(即，弹性单元100的宽度)的情况下延长轴承121、122之间的距离。因此，根据本实施例的弹性单元100使得能够实现相对于由于施加至力点200的外力而引起的力矩载荷而言更鲁棒的结构。

板构件112是以从轴状构件111突出的方式设置在外壳构件140的内部空间内的构件。更具体地，板构件112可以是与轴状构件111的延伸方向正交地相交的盘形或棱柱形构件。板构件112由于施加至力点200的外力而配合轴状构件111移动，从而使夹在板构件112与外壳构件140之间的弹性构件131、132延伸/压缩。因此，弹性单元100能够将施加至力点200的外力的能量变换成弹性构件131、132的弹性变形能。

弹性构件131、132是在轴状构件111的延伸方向上可弹性变形的构件，并且被设置成夹在板构件112与外壳构件140之间。更具体地，弹性构件131、132分别被设置在板构件112的两个主表面上。例如，弹性构件131可以被设置在板构件112的设置有力点200的那一侧的主表面上，并且弹性构件132可以被设置在板构件112的设置有力点200的那一侧的相对侧的主表面上。注意，弹性构件131、132的弹性模量(在螺旋弹簧的情况下为弹簧常数)可以彼此相同或彼此不同。

这里，弹性构件131、132可以是空心形的，以包围轴状构件111的外周。因此，弹性构件131、132使得轴状构件111能够布置在内部空间中，并且因此，由于更有效地利用了弹性构件与轴状构件111之间的空间，可以使弹性单元100进一步小型化。例如，弹性构件131、132是螺旋弹簧，并且轴状构件111可以被设置成贯穿螺旋弹簧的螺旋形状的中心。因此，弹性构件131、132使得弹性构件与轴状构件111之间的空间能够被更有效地利用，并且因此能够使弹性单元100进一步小型化。

注意，可以理解，上述弹性构件可以是除了螺旋弹簧之外的构件，只要弹性构件131、132是能够在轴状构件111的延伸方向上弹性变形的构件即可。例如，弹性构件131、132可以是多层波环、橡胶或弹性体材料、或卡阻结构体(jamming structural body)等。即使当弹性构件131、132是这样的构件时，弹性构件131、132也被布置成包围轴状构件111的外周，从而使得弹性单元100能够进一步小型化。

编码器检测单元151和编码器单元152检测轴状构件111和板构件112相对于外壳构件140的运动量。更具体地，编码器检测单元151和编码器单元152是所谓的光学线性编码器，其检测板构件112相对于外壳构件140的运动量。例如，编码器单元152是形成有均匀间隔的网格尺度的玻璃基板，并且可以被设置在板构件112的边缘上。此外，编码器检测单元151是将光从预定位置投射到编码器单元152上并且检测来自编码器单元152的反射光的光检测装置，并且可以以位于与编码器单元152相对的方式被设置在外壳构件140的内部空间侧。

因此，因为反射光的量由于编码器单元152的网格尺度而改变，所以编码器检测单元151检测来自编码器单元152的反射光改变的量，由此使得可以检测出编码器单元152的多少网格尺度已经通过光投射位置。因此，编码器检测单元151和编码器单元152能够检测板构件112相对于外壳构件140的运动量。例如，由编码器检测单元151和编码器单元152测量的板构件112相对于外壳构件140的运动量可以用于得出施加至力点200的外力的大小。

连接部160是下述构件：该构件设置在外壳构件140的设置有力点200的那一侧的相对侧，并且将弹性单元100连接至线性运动部300或线性运动驱动单元400。对连接部160的形状或安装位置没有特别限制，只要其使得弹性单元100能够连接至线性运动部300或线性运动驱动单元400即可。

根据本实施例的弹性单元100具有通过连接部160直接连接至线性运动部300的结构。因此，弹性单元100能够有利于连接到线性运动部300或线性运动驱动单元400或者从线性运动部300或线性运动驱动单元400移除，并且因此可以提高串联弹性致动器10的批量生产性和可维护性。

接下来，将参照图3描述当将外力施加至力点200时弹性单元100的操作。图3是示出当将外力施加至力点200时弹性单元100的操作的示意图。

如图3所示，当将外力F施加至力点200时，连接至力点200的轴状构件111和从轴状构件111突出的板构件112在轴状构件111的延伸方向上被推入。因此，在被推入的板构件112与固定的外壳构件140之间的弹性构件131、132中的一个弹性构件被扩展，而这些弹性构件中的另一弹性构件被压缩。

这里，弹性构件131、132是螺旋弹簧，并且其各自的弹簧常数分别是k1和k2。当外力F作用的方向与轴状构件111的延伸方向相同时，整个外力F消散于使弹性构件131、132弹性变形，并且弹性构件131、132分别处于从自然长度状态扩展或压缩的状态。假设自弹性构件131、132处于空载状态的情况起的板构件112的运动量为Δxf，则在外力F与板构件112的运动量Δxf之间建立以下等式1的关系。

F＝(k1+k2)·ΔXf……等式1

因此，可以由编码器检测单元151和编码器单元152测量板构件112的运动量Δxf，并且可以通过使用在设计阶段设置的弹性构件131、132的弹簧常数k1和k2进行计算，来计算施加至力点200的外力F的大小。因此，弹性单元100能够通过将计算的外力F和运动量Δxf反馈至线性运动驱动单元400等，使串联弹性致动器10执行高度准确的力控制或阻尼控制。

接下来，将通过参照图4中示出的根据比较示例的弹性单元900的结构来描述根据本实施例的弹性单元100的优点。图4是示出根据比较示例的弹性单元900的结构的示意图。

如图4所示，根据比较示例的弹性单元900例如设置有力点200、轴承板971、线性运动轴911、底板972、轴承921、板构件912、弹性构件931、弹性构件932、以及连接部961、连接部961。

线性运动轴911分别被设置在来自力点200的外力作用的方向上，并且通过连接至力点200的轴承板971以及底板972彼此联接。线性运动轴911被设置成贯穿板构件912(随后描述)，并且被设置成由于轴承921而相对于板构件912能够移动。因此，线性运动轴911、轴承板971和底板972能够由于施加至力点200的外力而独立于板构件912移动。

轴承921各自被设置在线性运动轴911与板构件912之间的接触点处，并且支承线性运动轴911，使得线性运动轴911相对于板构件912能够移动。即，轴承921用作径向轴承，其支承由于施加至力点200的外力而在一个方向上进行往复运动的线性运动轴911的载荷。

板构件912经由轴承921被线性运动轴911贯穿，并且被设置成平行于轴承板971和板构件912。此外，在线性运动轴911的延伸方向上可弹性变形的弹性构件931、932分别被夹在板构件912与轴承板971和板构件912之间。

连接部961、962分别被设置在板构件912的两侧以将板构件912夹在其间，并且将弹性单元900连接至线性运动部300或线性运动驱动单元400。在弹性单元900的情况下，线性运动轴911、轴承板971和底板972能够由于外力施加至力点200而移动。因此，用于将弹性单元900连接至线性运动部300或线性运动驱动单元400的连接部961、962被连接至甚至在外力施加至力点200时也不能移动的板构件912。

在根据比较示例的弹性单元900的情况下，当将外力施加至力点200时，连接至力点200的轴承板971、线性运动轴911和底板972在线性运动轴911的延伸方向上被推入。由于该构造，在被推入的轴承板971和底板972与固定的板构件912之间的弹性构件931、932中的一个弹性构件被压缩，而这些弹性构件中的另一弹性构件被扩展。因此，根据比较示例的弹性单元900能够将施加至力点200的外力的能量变换成弹性构件931、932的弹性变形能。此外，通过检测轴承板971和底板972相对于板构件912的运动量，根据比较示例的弹性单元900能够计算施加至力点200的外力的大小。

然而，在根据比较示例的弹性单元900的情况下，在与外力作用的方向正交地相交的方向上布置了能够移动地支承线性运动轴911的各轴承921。因此，当延长各轴承921之间的距离以提高对由施加至力点200的外力所施加的力矩载荷的鲁棒性时，弹性单元900在与外力作用的方向正交地相交的方向上的尺寸(即，弹性单元900的宽度)于是增大。

另外，在根据比较示例的弹性单元900的情况下，由于连接部961、962连接至板构件912的侧表面，因此弹性单元900的宽度通过连接部961、962进一步增大。此外，在弹性单元900的情况下，由于因将板构件912夹在连接部961、962之间而在弹性单元900与线性运动部300或线性运动驱动单元400之间形成连接，因此该连接不能被容易地断开。因此，使用根据比较示例的弹性单元900的串联弹性致动器10表现出降低的批量生产性和可维护性。

在参照根据比较示例的弹性单元900时可以看出，尽管根据本实施例的弹性单元100具有更小的宽度并且更紧凑，但是弹性单元100能够表现出对力点200上的力矩载荷的提高的鲁棒性。此外，根据本实施例的弹性单元100使得能够使用更简单的结构实现与线性运动部300或线性运动驱动单元400的连接。因此，根据本实施例的弹性单元100使得能够提高串联弹性致动器10的批量生产性和可维护性。

<3.修改示例>

在下文中，将参照图5至图10描述根据本实施例的弹性单元100的修改示例。

(第一修改示例)

首先，将参照图5描述根据第一修改示例的弹性单元100A的结构。图5是示出根据第一修改示例的弹性单元100A的结构的示意图。

如图5所示，弹性单元100A设置有轴状构件111A、外壳构件140A、轴承122、板构件112、弹性构件131A、弹性构件132、编码器检测单元151、编码器单元152和连接部160。分配了与图2中相同的附图标记的配置与参照图2描述的配置基本相同，并且因此这里省略了对其的描述。

根据第一修改示例的弹性单元100A与图2中示出的弹性单元100的不同之处在于，力点200存在于外壳构件140A的内部空间中。

更具体地，力点200被设置成连接至板构件112，并且轴状构件111A经由板构件112连接至力点200。此外，为了使得外力能够作用在力点200上，在外壳构件140A的一个表面中设置开口，并且弹性构件131A由多个螺旋弹簧构造，并且各自被布置在力点200附近。

在根据第一修改示例的弹性单元100A的情况下，可以使连接至力点200的轴状构件111A的长度更短，并且因此可以进一步减小从力点200作用在轴状构件111A上的力矩载荷。

注意，尽管在图5中示出螺旋弹簧作为弹性构件131A、132，但是弹性构件131A、132不限于该示例或受其限制。如前面所提及的，可以理解，弹性构件131A、132可以是诸如多层波环、或者橡胶或弹性体材料的弹性构件。

(第二修改示例)

接下来，将参照图6描述根据第二修改示例的弹性单元100B。图6是示出用于改变根据第二修改示例的弹性单元100B的弹性模量的功能配置的框图。

在根据第二修改示例的弹性单元100B的情况下，弹性构件131、132使用卡阻结构体来设置。卡阻结构体是下述结构体：该结构体通过利用粉末颗粒的卡阻转变而使得能够根据粉末颗粒的堵塞来控制弹性模量。因此，弹性单元100B控制外壳构件140的内部空间的内部压力，并且使得能够通过改变作为卡阻结构体的弹性构件131、132的粉末颗粒的堵塞而改变弹性构件131、132的弹性模量。

更具体地，调节器20是用于压力调节的阀，并且压缩机30是用于泵送气体的压缩机。根据第二修改示例的弹性单元100B经由调节器20将已经由压缩机30压缩的气体馈送至外壳构件140的内部，并且因此能够控制外壳构件140的内部空间的内部压力并且控制弹性构件131、132的弹性模量。

(第三修改示例)

接下来，将参照图7描述根据第三修改示例的弹性单元100C的结构。图7是示出根据第三修改示例的弹性单元100C的结构的示意图。

如图7所示，弹性单元100C设置有轴状构件111、外壳构件140C、轴承121、轴承122、板构件112、弹性构件131、弹性构件132、反射板153C、测距传感器154C和连接部160。分配了与图2中相同的附图标记的配置与参照图2描述的配置基本相同，并且因此这里省略了对其的描述。

根据第三修改示例的弹性单元100C与图2中示出的弹性单元100的不同之处在于，通过反射板153C和测距传感器154C来检测轴状构件111和板构件112相对于外壳构件140C的运动量。

更具体地，外壳构件140C除了其内部设置有轴状构件111、板构件112和弹性构件131、132的内部空间141C之外，在轴状构件111的另一端侧还设置有其内部设置有测距传感器154C的内部空间142C。测距传感器154C是测量距轴状构件111的另一端的距离的传感器。例如，测距传感器154C可以将光投射到设置在轴状构件111的另一端的反射板153C上，并且基于投射的光被反射板153C反射并返回所花费的时间来测量距轴状构件111的另一端的距离。

在根据第三修改示例的弹性单元100C的情况下，尽管测量准确度低于光学线性编码器的测量准确度，但是可以通过较低成本的测距传感器154C来检测轴状构件111和板构件112的运动量。因此，根据第三修改示例的弹性单元100C使得能够降低串联弹性致动器10的制造成本。

(第四修改示例)

接下来，将参照图8描述根据第四修改示例的弹性单元100D的结构。图8是示出根据第四修改示例的弹性单元100D的结构的示意图。

如图8所示，弹性单元100D设置有轴状构件111、外壳构件140、轴承121、轴承122、板构件112、弹性构件131、弹性构件132、力检测传感器500D和连接部160。分配了与图2中相同的附图标记的配置与参照图2描述的配置基本相同，并且因此这里省略了对其的描述。

根据第四修改示例的弹性单元100D与图2中示出的弹性单元100的不同之处在于，轴状构件111设置有力检测传感器500D，该力检测传感器500D检测施加至力点200的外力的大小。力检测传感器500D例如是使用应变计的力传感器，并且能够直接测量施加至力点200的外力的大小。

根据第四修改示例的弹性单元100D能够直接测量施加至力点200的外力的大小，而不需要弹性构件131、132的参与。因此，弹性单元100D能够测量施加至力点200的外力的大小，而不会由于摩擦等造成损坏，并且因此使得能够提高力的检测准确度。此外，由于根据第四修改示例的弹性单元100D使得施加至力点200的冲击能够被弹性构件131、132吸收，因此能够降低对易受冲击的力检测传感器500D的损坏的可能性。

(第五修改示例)

接下来，将参照图9描述根据第五修改示例的弹性单元100E的结构。图9是示出根据第五修改示例的弹性单元100E的结构的示意图。

如图9所示，弹性单元100E设置有轴状构件111、外壳构件140、轴承121、轴承122、板构件112E、弹性构件131E、弹性构件132E、应变传感器113E和连接部160。分配了与图2中相同的附图标记的配置与参照图2描述的配置基本相同，并且因此这里省略了对其的描述。

根据第五修改示例的弹性单元100E的不同之处在于：板构件112E是挠性的，并且通过使用应变传感器113E检测板构件112E的弯曲量来计算施加至力点200的外力的大小。

更具体地，板构件112E由于形成有薄的结构或者由于由诸如塑料的挠性材料形成而是挠性的。因此，当将外力施加至力点200时，板构件112E然后随着轴状构件111的移动而弯曲并且不会使弹性构件131E、132E弹性变形。因此，通过使用应变传感器113E(其是应变计等)，可以通过检测板构件112E的弯曲量来计算施加至力点200的外力的大小。注意，在根据第五修改示例的弹性单元100E的情况下，不是为了检测外力的大小而设置弹性构件131E、132E，而是为了吸收施加至力点200的冲击而设置这些弹性构件。

根据第五修改示例的弹性单元100E采用挠性的板构件112E和应变传感器113E，并且因此甚至利用更紧凑的构造也能够检测施加至力点200的外力的大小。此外，根据第五修改示例的弹性单元100E利用板构件112E的弯曲来使得能够在不考虑弹性构件131E、132E的滞后的情况下检测施加至力点200的外力的大小。

(第六修改示例)

接下来，将参照图10描述根据第六修改示例的弹性单元100F的结构。图10是示出根据第六修改示例的弹性单元100F的结构的示意图。

如图10所示，弹性单元100F设置有轴状构件111、外壳构件140F、轴承121、轴承122、板构件112、弹性构件131F、弹性构件132F、反射板153F、测距传感器154F和连接部160。分配了与图2中相同的附图标记的配置与参照图2描述的配置基本相同，并且因此这里省略了对其的描述。

根据第六修改示例的弹性单元100F与图2中示出的弹性单元100的不同之处在于：弹性构件131F、132F的尺寸彼此不同，并且反射板153F和测距传感器154F被设置在相当于弹性构件131F、132F的尺寸差的空间中。

更具体地，弹性构件131F、132F具有互不相同的弹性模量，并且因此尺寸彼此不同。因此，在尺寸上小于弹性构件132F的弹性构件131F的周围形成有由于弹性构件131F的小型化而产生的空的空间。在根据第六修改示例的弹性单元100F中，通过在空的空间的外壳构件140F侧设置测距传感器154F并且通过在板构件112侧设置反射板153F来检测轴状构件111和板构件112的运动量。例如，测距传感器154F将光投射到设置在板构件112的一个主侧的反射板153F上，并且能够基于投射的光被反射板153F反射并返回所花费的时间来测量距板构件112的距离。

在根据第六修改示例的弹性单元100F中，弹性构件131F、132F中的任一个的尺寸可以被小型化，从而使得弹性单元100F能够被进一步小型化。此外，在根据第六修改示例的弹性单元100F的情况下，尽管测量准确度低于光学线性编码器的测量准确度，但是可以通过较低成本的测距传感器154F来检测轴状构件111和板构件112的运动量。因此，根据第六修改示例的弹性单元100F使得能够降低串联弹性致动器10的制造成本。

<4.应用示例>

接下来，将参照图11描述根据本实施例的弹性单元100或串联弹性致动器10的应用示例。图11是示出应用了根据本实施例的弹性单元100或串联弹性致动器10的机器人装置1的示意图。

例如，根据本实施例的弹性单元100或串联弹性致动器10可以应用于如图11所示的机器人装置的关节臂机构的多关节连杆机构。

更具体地，串联弹性致动器10可以应用于用于驱动多关节连杆机构的关节的驱动单元。此外，弹性单元100可以应用于设置在多关节连杆机构的连杆中的冲击吸收部或力检测单元。

此外，根据本实施例的弹性单元100或串联弹性致动器10还可以应用于腿式机器人装置的腿的多关节连杆机构。

尽管在上文中已经参照附图详细描述了本公开的优选实施例，但是本公开的技术范围不限于这样的示例或受其限制。对于本公开的技术领域的普通技术人员来说明显的是，在权利要求中描述的技术思想的范围内可以想到各种修改或修订示例，并且自然地理解这样的修改或修订示例落入本公开的技术范围内。

此外，本说明书中描述的效果仅是说明性或示例性的，而不是限制性的。即，除了前述有利效果之外或替代前述有利效果，根据本公开的技术可以提供本领域技术人员根据本说明书的描述将清楚的其他有利效果。

注意，以下配置也属于本公开的技术范围。

(1)

一种弹性单元，包括：

轴状构件，其在一个方向上延伸并且连接至外力所作用的力点；

外壳构件，其具有内部空间并且被所述轴状构件贯穿；

轴承，其被设置在所述轴状构件与所述外壳构件之间的接触点处，使得所述轴状构件相对于所述外壳构件能够移动；

板构件，其以从所述轴状构件突出的方式被设置在所述外壳构件的内部空间内；以及

至少一个或更多个弹性构件，其被夹在所述外壳构件与所述板构件之间。

(2)

根据(1)所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件被设置成包围所述轴状构件的外周。

(3)

根据(2)所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件是螺旋弹簧，并且

其中，所述轴状构件被设置成贯穿所述螺旋弹簧的螺旋形状的中心。

(4)

根据(2)所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件是使弹性模量能够根据所述外壳构件的内部空间的内压而波动的卡阻结构体。

(5)

根据(1)至(4)中任一项所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件分别被设置在所述板构件的两个主侧。

(6)

根据(5)所述的弹性单元，

其中，分别被设置在所述两个主侧的所述弹性构件具有互不相同的弹性模量。

(7)

根据(1)至(6)中任一项所述的弹性单元，还包括：

运动量传感器，其测量所述板构件和所述轴状构件相对于所述外壳构件的运动量。

(8)

根据(7)所述的弹性单元，

其中，所述运动量传感器是光学线性编码器或磁性线性编码器。

(9)

根据(7)所述的弹性单元，

其中，所述运动量传感器是测量所述板构件或所述轴状构件与所述外壳构件之间的距离的测距传感器。

(10)

根据(7)所述的弹性单元，

其中，所述弹性单元基于由所述运动量传感器测量的运动量来计算施加至所述力点的外力的大小。

(11)

根据(1)至(6)中任一项所述的弹性单元，

其中，所述板构件是挠性的，并且

所述弹性单元还包括：应变传感器，其检测所述板构件的弯曲。

(12)

根据(1)至(6)中任一项所述的弹性单元，还包括：

力检测传感器，其被设置至所述轴状构件，并且检测作用在所述力点上的外力。

(13)

根据(1)至(12)中任一项所述的弹性单元，

其中，在所述轴状构件的设置有所述力点的一端的相对侧的另一端，设置有限制所述轴状构件相对于所述外壳构件的运动量的止动件。

(14)

根据(1)至(13)中任一项所述的弹性单元，

其中，所述力点是旋转轴承，绕所述力点可旋转地转动的构件连接至所述旋转轴承。

(15)

根据(1)至(14)中任一项所述的弹性单元，

其中，所述外壳构件还设置有线性运动驱动单元，所述线性运动驱动单元使所述外壳构件在所述轴状构件的延伸方向上线性地移动。

附图标记列表

1 机器人装置

10 串联弹性致动器

20 调节器

30 压缩机

100 弹性单元

111 轴状构件

112 板构件

121，122 轴承

131，132 弹性构件

140 外壳构件

151 编码器检测单元

152 编码器单元

160 连接部

200 力点

300 线性运动单元

310 可扩展部

320 存储部

400 线性运动驱动单元

Claims (15)

1.一种弹性单元，包括：

轴状构件，其在一个方向上延伸并且连接至外力所作用的力点；

外壳构件，其具有内部空间并且被所述轴状构件贯穿；

轴承，其被设置在所述轴状构件与所述外壳构件之间的接触点处，使得所述轴状构件相对于所述外壳构件能够移动；

板构件，其以从所述轴状构件突出的方式被设置在所述外壳构件的内部空间内；以及

至少一个或更多个弹性构件，其被夹在所述外壳构件与所述板构件之间。

2.根据权利要求1所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件被设置成包围所述轴状构件的外周。

3.根据权利要求2所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件是螺旋弹簧，并且

其中，所述轴状构件被设置成贯穿所述螺旋弹簧的螺旋形状的中心。

4.根据权利要求2所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件是使弹性模量能够根据所述外壳构件的内部空间的内压而波动的卡阻结构体。

5.根据权利要求1所述的弹性单元，

其中，所述弹性构件分别被设置在所述板构件的两个主侧。

6.根据权利要求5所述的弹性单元，

其中，分别被设置在所述两个主侧的所述弹性构件具有互不相同的弹性模量。

7.根据权利要求1所述的弹性单元，还包括：

运动量传感器，其测量所述板构件和所述轴状构件相对于所述外壳构件的运动量。

8.根据权利要求7所述的弹性单元，

其中，所述运动量传感器是光学线性编码器或磁性线性编码器。

9.根据权利要求7所述的弹性单元，

其中，所述运动量传感器是测量所述板构件或所述轴状构件与所述外壳构件之间的距离的测距传感器。

10.根据权利要求7所述的弹性单元，

其中，所述弹性单元基于由所述运动量传感器测量的运动量来计算施加至所述力点的外力的大小。

11.根据权利要求1所述的弹性单元，

其中，所述板构件是挠性的，并且

所述弹性单元还包括：应变传感器，其检测所述板构件的弯曲。

12.根据权利要求1所述的弹性单元，还包括：

力检测传感器，其被设置至所述轴状构件，并且检测作用在所述力点上的外力。

13.根据权利要求1所述的弹性单元，

其中，在所述轴状构件的设置有所述力点的一端的相对侧的另一端，设置有限制所述轴状构件相对于所述外壳构件的运动量的止动件。

14.根据权利要求1所述的弹性单元，

其中，所述力点是旋转轴承，绕所述力点可旋转地转动的构件连接至所述旋转轴承。

15.根据权利要求1所述的弹性单元，

其中，所述外壳构件还设置有线性运动驱动单元，所述线性运动驱动单元使所述外壳构件在所述轴状构件的延伸方向上线性地移动。

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