專利名稱：用于傳送運(yùn)動的裝置及其部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來講涉及用于傳送運(yùn)動的裝置(device for transmitting movsm6nt)及其部件。
背景技術(shù)：
對于增強(qiáng)型人機(jī)交互(HCI)的日益增長的需求正迫切需要新型接口， 以允許人機(jī)交換各種各樣的信息。作為這些新型接口中的一個例子的所謂 觸覺裝置(haptic device )有希望成為選擇之一，這種裝置是運(yùn)用觸感和控 制來與計算機(jī)應(yīng)用交互的主動接口裝置。觸覺裝置在他們產(chǎn)生運(yùn)動和/或力 時為用戶提供力反饋信息(force-feedback information )。觸覺交互不僅使困 難的操作任務(wù)變得可能或者更加容易，而且它還使得在模擬和輔助操作人 員領(lǐng)域中的各種新型應(yīng)用成為可能。
從遠(yuǎn)程操作到調(diào)整操作(scaled manipulation),以及模擬器和外科輔助 等，大量應(yīng)用都可以受益于觸覺技術(shù)。此外，力反饋裝置正在向消費(fèi)者市 場邁進(jìn)，并正進(jìn)入游戲行業(yè)以及無法預(yù)料的其他領(lǐng)域。
為了將虛擬模型或者遠(yuǎn)程機(jī)器人定位環(huán)境的準(zhǔn)確感覺提供給用戶，觸 覺裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有低慣性、高剛性，以及低摩擦力和無后沖。并 耳關(guān)運(yùn)動才幾構(gòu)(parallel kinematics mechanism)因其高剛性和^f氐慣性而一皮廣泛 了解，這種機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)大帶寬的力傳送。
然而，已知裝置往往具有復(fù)雜、昂貴和龐大的設(shè)計，并且在同樣情況 下，具有不可靠和不精確的性能。
現(xiàn)在需要提供一種簡單、緊湊和/或廉價的、例如，用于觸覺裝置、操 縱器、測量裝置等等的運(yùn)動傳送裝置(movement transmission device )或組件，以及用于這種裝置的部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第 一 方面涉及一種用于傳送運(yùn)動的裝置的傳送構(gòu)件(transmission member),該用于傳送運(yùn)動的裝置包括致動器和基座構(gòu)^f牛， 所述致動器用于提供待傳送的運(yùn)動。傳送構(gòu)件包括第一臂和至少一個嚙合 機(jī)構(gòu)(engagement means ),所述第 一臂適合于連接到基座構(gòu)件并包括基座 部分和彎曲部分，所述至少一個嚙合機(jī)構(gòu)用于與所述裝置的致動器嚙合以 將運(yùn)動從致動器傳送到傳送構(gòu)件。
本發(fā)明的進(jìn)一步的方面涉及一種用于傳送運(yùn)動的裝置。所述裝置包括 并4關(guān)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)(parallel kinematics transmission structure )，用于4是供相 對于一對稱軸的至少一個自由度。并聯(lián)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)包括基座構(gòu)件、可動 構(gòu)件和至少一個并聯(lián)運(yùn)動鏈(parallel kinematics chain),該并聯(lián)運(yùn)動鏈連 接基座構(gòu)件和可動構(gòu)件。并聯(lián)運(yùn)動鏈具有第一臂，該第一臂可在與所述對 稱軸隔開一段距離而延伸的運(yùn)動平面中運(yùn)動。
本發(fā)明的另 一 方面涉及 一 種觸覺裝置以為用戶提供力反饋信息，其包 括根據(jù)本發(fā)明的第 一 方面的裝置。
本發(fā)明的另 一方面涉及一種操縱器以用于為操縱構(gòu)件提供至少 一個 自由度的運(yùn)動，該操縱器包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的裝置。
本發(fā)明的另 一 方面涉及一種測量系統(tǒng)以用于為傳感元件提供至少一 個自由度，該測量系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的裝置。
本發(fā)明的進(jìn)一步的方面涉及一種用于傳送運(yùn)動的裝置的運(yùn)動鏈，該用 于傳送運(yùn)動的裝置包括提供至少一個自由度的并聯(lián)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)。并聯(lián)運(yùn) 動傳送結(jié)構(gòu)包括基座構(gòu)件和可動構(gòu)件。運(yùn)動鏈包括第一臂，該第一臂適合 于連接到基座構(gòu)件并包括彎曲部分。
本發(fā)明的另 一方面涉及一種用于傳送運(yùn)動的裝置，其包括提供至少三 個自由度的并聯(lián)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)，該至少三個自由度包括三個平移自由度， 該并聯(lián)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)包括基座構(gòu)件、可動構(gòu)件、連接所述基座構(gòu)件和所述可動構(gòu)件的至少一個并聯(lián)運(yùn)動鏈，每一個并聯(lián)運(yùn)動鏈包括作為第一臂的根 據(jù)本發(fā)明的第三方面的傳送構(gòu)件，每一個第一臂可在一運(yùn)動平面內(nèi)運(yùn)動， 其中所述運(yùn)動平面中的至少 一 個以與對稱軸間隔開的關(guān)系而延伸。
其他特征是所公開的方法和產(chǎn)品所固有的，或者是可由本領(lǐng)域技術(shù)人 員根據(jù)以下實(shí)施方式的詳細(xì)說明及其附圖而清楚理解的。


現(xiàn)在將參考附圖，以舉例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中
圖1至12示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
圖1和2圖示出才艮據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的所謂觸覺裝置形式的用于 傳送運(yùn)動的裝置。然而，在對圖1和2進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明之前，先討論 幾項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施方式。
根據(jù)實(shí)施方式，本發(fā)明提供用于傳送運(yùn)動的裝置或作為用于傳送運(yùn)動 的裝置的基礎(chǔ)，優(yōu)選地，所述用于傳送運(yùn)動的裝置包括并耳關(guān)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)， 且本發(fā)明尤其作為象所謂觸覺裝置或力反射控制接口系統(tǒng)這樣的裝置的 基礎(chǔ)，比如計算機(jī)的手動控制器、游戲操縱臺、模擬器或其他系統(tǒng)，且本 發(fā)明還涉及用于并耳關(guān)運(yùn)動才喿縱器(parallel kinematics manipulator)或并耳關(guān)運(yùn) 動觀'J量系統(tǒng)(parallel kinematics measuring system)的運(yùn)動傳送裝置。
在下文中，將簡短闡述根據(jù)本發(fā)明的傳送構(gòu)件的優(yōu)選實(shí)施方式。
至少一個嚙合機(jī)構(gòu)可包括彎曲部分的外表面。
彎曲部分的外表面可形成為齒狀表面，或可具有波形表面。
至少一個嚙合機(jī)構(gòu)可包括至少一個纜索或線。
至少一個纜索或線的一個末端可連接到基座部分，且該至少一個纜索 或線的另 一個末端可連接到彎曲部分。
至少 一個纜索或線可以被彈性張緊裝置張緊。
至少一個纜索或線可以被引導(dǎo)圍繞滑動絞盤(slipping capstan )。
至少一個嚙合機(jī)構(gòu)可包括第一纜索或線和第二纜索或線。
第一纜索或線的一個末端可連接到基座部分，且第一纜索或線的另一 個末端可適合于與致動器連接。
第二纜索或線的一個末端可連接到彎曲部分，且第二纜索或線的另一 個末端可適合于與致動器連接。
彎曲部分可形成環(huán)的 一段，其中心與傳送構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)軸相交。
基座部分可從彎曲部分的第一末端延伸。
基座部分可沿著相對于彎曲部分的徑向方向、從彎曲部分的第一末端 延伸。
基座部分可包括用于旋轉(zhuǎn)地安裝到用于傳送運(yùn)動的裝置的安裝構(gòu)件 的第一末端。
第 一臂的旋轉(zhuǎn)軸可延伸貫穿第 一臂的第 一末端。
在一個實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的傳送構(gòu)件可以作為第一臂而結(jié)合到 上面所提到的運(yùn)動鏈中。
在一個實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的傳送構(gòu)件可以作為第一臂而結(jié)合到 上面所提到的用于傳送運(yùn)動的裝置中。
現(xiàn)在參看圖1和2,描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的所謂觸覺裝置形 式的用于傳送運(yùn)動的裝置。僅僅為了說明性的目的，假定觸覺裝置可以用 作力反射控制接口，比如計算機(jī)的手動控制器。進(jìn)一步的可能應(yīng)用包括用 于游戲操縱臺、模擬器或者其他相當(dāng)系統(tǒng)的力反射控制接口，以及用于并 聯(lián)運(yùn)動操縱器或者并聯(lián)運(yùn)動測量系統(tǒng)的力反射控制接口 。
根據(jù)本優(yōu)選實(shí)施方式的裝置包括基座構(gòu)件或底板2，以及可動構(gòu)件4。 基座構(gòu)件2和可動構(gòu)件4經(jīng)由三個運(yùn)動鏈6而連接起來。
每一個運(yùn)動鏈6包括第一臂或主臂8和第二臂或輔助臂10。下面將參 考圖6和7來更加詳細(xì)地描述該第一臂8、其操作及其功能。
每一個第二臂IO可以被認(rèn)為是包括兩個連接桿(linkingbar) 12的平 行四邊形。在一個末端14處，每一個連接桿12與可動構(gòu)件4通過接頭(joint) 或鉸鏈16連接。在它們的相對末端18處，每一個連接桿12與它的相關(guān) 聯(lián)的第一臂8的一末端20通過連接件或鉸鏈22連接。
每一個第二臂10，特別是每一個連接桿12在兩個末端都具有兩個旋 轉(zhuǎn)自由度。為了提供這種功能，第二臂10與可動構(gòu)件4以及相關(guān)聯(lián)的第 一臂8的連4妄可以通過萬向元件(cardanic element)或者成對的非平4亍可 旋轉(zhuǎn)連接或活接頭(articulation)來實(shí)現(xiàn)，比如滾珠軸承，普通軸承或撓 性鉸鏈。在一個實(shí)施方式中，在非平行可旋轉(zhuǎn)連接或活接頭的情況下，最 好是它們各自的軸垂直，并且它們確實(shí)相交，但在兩個軸之間可容許一段 偏移距離(參見圖12)。每一個連接桿的最靠外側(cè)的可旋轉(zhuǎn)連接，即將桿
第一臂的那個可旋轉(zhuǎn)連接，需要具有彼此平行、并且與第一臂的可旋轉(zhuǎn)連 接的軸相平行的軸。在一個實(shí)施方式中，每一個連接桿的最靠內(nèi)側(cè)的可旋 轉(zhuǎn)連接必須具有彼此平行的軸，優(yōu)選地垂直于最靠外側(cè)的可旋轉(zhuǎn)連接。由 于連接桿中的每一個都必須符合這些條件，因此對于給定側(cè)來說，每一個 連接桿的最靠外側(cè)的可旋轉(zhuǎn)連接必須具有重合的軸，并且進(jìn)行相同的旋 轉(zhuǎn)。因此，如圖12所示，在本實(shí)施方式中，可以使這個最靠外側(cè)的連接 至少為兩個桿所共用。
可替代地，每一個第二臂10，特別是每一個連接桿12,在一側(cè)具有 兩個旋轉(zhuǎn)自由度，而在另一側(cè)具有三個旋轉(zhuǎn)自由度。為了提供這種功能， 可以通過一個末端或兩個末端的球形球接頭來實(shí)現(xiàn)第二臂10與可動構(gòu)件4 以及相關(guān)聯(lián)的第一臂8的連接。因此，連接桿12可以繞著它們自己的軸 來旋轉(zhuǎn)，但是對于操作該裝置來說，這種附加的自由度并不是必需的。
第二臂10到可動構(gòu)件4和相關(guān)聯(lián)的第一臂8的連接還可以包括在朝 向第二臂10的一側(cè)具有公共基座、而在朝向可動構(gòu)件4和/或第一臂8的 一側(cè)具有至少兩個基座的連接。
然而，無論在哪種情形下，優(yōu)選的都是使用撓性鉸鏈或者4交鏈活接頭 來作為接頭22，以便將第二臂10連接到可動構(gòu)件4和相關(guān)聯(lián)的第一臂8，
例如可通過EP1113191A1獲知的例子。
下面參考圖12來說明用于第一臂8、第二臂10、基座構(gòu)件2和可動 構(gòu)件4的撓性連接的優(yōu)選實(shí)施方式。
在每一個第一臂8的、與其相關(guān)聯(lián)的第二臂IO連接的末端20相對的 末端24處，每一個第一臂8與安裝構(gòu)件26連接，而該安裝構(gòu)件26又被 固定地安裝到基座構(gòu)件2，并由此與基座構(gòu)件2連接。安裝構(gòu)件26和基座 構(gòu)件2也可以由整體形成。
每一個第一臂8與它的相關(guān)聯(lián)的安裝構(gòu)件26被連接成使得每一個第 一臂8可以相對于該相關(guān)聯(lián)的安裝構(gòu)件26、并由此相對于該基座構(gòu)件2旋 轉(zhuǎn)或樞軸轉(zhuǎn)動。在本優(yōu)選實(shí)施方式中，每一個第一臂8與它的相關(guān)聯(lián)的安 裝構(gòu)件26通過旋轉(zhuǎn)軸28連接，該旋轉(zhuǎn)軸28延伸貫穿與第一臂8相關(guān)聯(lián) 的安裝構(gòu)件26和第一臂8的末端24。
安裝構(gòu)件26沿著基本垂直于基座構(gòu)件的平面的方向，從基座構(gòu)件2 延伸。在被安裝到基座構(gòu)件2的部位28與相對的自由末端20之間的一部 分處，旋轉(zhuǎn)致動器32被安裝到每一個安裝構(gòu)件26上，其中所述自由末端 20與第一臂8連接。
旋轉(zhuǎn)致動器32可以是例如標(biāo)準(zhǔn)的直流電動機(jī)或無刷電動機(jī)。為了減 少供運(yùn)動鏈6進(jìn)行期望運(yùn)動所必需的輸出扭矩和功率損耗，本發(fā)明使用了 一種新的單級傳送，下面將參考圖6至12對其進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
每一個致動器32包括延伸貫穿其各自的安裝構(gòu)件26的旋轉(zhuǎn)輸出軸 34。每一個輸出軸34與相應(yīng)的一個第一臂8連接，以便移動相應(yīng)的第一 臂8。下面將參考圖8-10來說明關(guān)于輸出軸34和第一臂8的連4妻的優(yōu)選 實(shí)施方式。
優(yōu)選地，使用于第一臂的角度位置檢測的裝置或單元，比如電位計、 光學(xué)編碼器、磁編碼器，與輸出軸34或致動器32的任何其他適合于提供 角度信息的部分(例如，轉(zhuǎn)子)關(guān)聯(lián)起來。
正如可以從圖1中看出的，本優(yōu)選實(shí)施方式包括外殼35。外殼35可 連接到基座構(gòu)件2，或者在其下側(cè)包括基座構(gòu)件2。
外殼35具有三個開口 36,可以通過這些開口 36來導(dǎo)引第一臂8。由 于正如下文將詳細(xì)闡述的第一臂8的設(shè)計和操作，沿著從其中導(dǎo)引相應(yīng)的 第一臂的方向來看，這些開口 36中的每一個的橫截面都僅僅比將要在其 中導(dǎo)引的第一臂的部位的橫截面稍大?？梢砸赃@樣的方式來設(shè)計開口 36 是因?yàn)椋诓僮髦?，在開口 36的區(qū)域中，第一臂8沿著一條幾乎筆直的 直線來運(yùn)動。因此，可以將該開口 36的橫截面設(shè)計成盡可能接近第一臂8 的橫截面。在這里，"盡可能接近"表示第一臂8并不充分嚙合或者并不 接觸開口的所有邊緣(即，界定該開口 36的外殼35的部位)，使得第一 臂8的運(yùn)動受到比如摩擦的影響。
例如，如果第一臂8具有矩形或圓形橫截面，則開口 36也可以分別 具有僅僅稍大一點(diǎn)的矩形或圓形橫截面。這增強(qiáng)了對于外殼35內(nèi)部部件 的覆蓋，使得沒有或者基本沒有可能導(dǎo)致內(nèi)部部件和整個裝置出現(xiàn)故障的 異物(例如，灰塵，濕氣，水分，小顆粒等)可以進(jìn)入外殼35。并由此進(jìn) 一步減少了傷害到用戶的風(fēng)險(例如擠到或夾到手指)。
在圖中沒有示出的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，開口 36具有彈性的、 順從性環(huán)或者涂層，該環(huán)或者涂層與相應(yīng)的第一臂8接觸，使得臂運(yùn)動(基 本)不受影響，卻又可以實(shí)現(xiàn)第一臂8和外殼35之間的流體緊密封。也 可以通過波紋管(bellow)(未示出)來實(shí)現(xiàn)流體緊密封。
參考圖3至5來說明，根據(jù)本發(fā)明的第一臂8、安裝構(gòu)件26和致動器 32的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的布置。
為便于理解，此處先說一些前言。本發(fā)明所涉及的裝置與一些現(xiàn)有技 術(shù)中的用于傳送運(yùn)動的裝置都具有分別相對于其可動構(gòu)件的可能運(yùn)動或 者該可動構(gòu)件的自由度的對稱中心。
在基座構(gòu)件和可動構(gòu)件之間連接的每一個運(yùn)動鏈可以沿著運(yùn)動平面 來運(yùn)動。具體來講，通常，運(yùn)動鏈的第一臂或主臂，即運(yùn)動鏈連接到基座 構(gòu)件的部位，可以沿著各自的運(yùn)動平面來運(yùn)動。
運(yùn)動鏈的第二臂，即運(yùn)動鏈連接到可動構(gòu)件的部位的運(yùn)動可能通常發(fā) 生在不同的平面中或發(fā)生在運(yùn)動空間中。
在一個實(shí)施方式中，對稱中心被定位成使得垂直延伸貫穿基座構(gòu)件中 心的線與該對稱中心相交。僅僅為了簡化起見，在下文中假定優(yōu)選實(shí)施方 式具有這一關(guān)系。然而，對稱軸的任何其他關(guān)系或定位也是可能的。
圖3示出在不是用于本發(fā)明而是為現(xiàn)有技術(shù)裝置所公用的一種布置中的第一臂8。應(yīng)當(dāng)注意到，圖3可以被認(rèn)為是僅僅關(guān)于第一臂的空間布置 的現(xiàn)有技術(shù)方案。但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的第一臂8并不是才艮據(jù)現(xiàn)有技術(shù)而得知的。
每一個第一臂8都可在運(yùn)動平面38中運(yùn)動，運(yùn)動平面38中中的每一 個都通過圖3中的虛線表示。正如已知的，第一臂被布置成使得它們的運(yùn) 動平面38在垂直延伸貫穿基座構(gòu)件，在這里是貫穿基座構(gòu)件的中心42的 公共線或軸40 (被稱為"對稱軸”)處相交。在本實(shí)施方式中，相交或?qū)?稱軸恰好分別穿過相對于可動構(gòu)件4 (未示出)的可能運(yùn)動或可動構(gòu)件的 自由度的對稱中心。
在本發(fā)明中并未使用這一現(xiàn)有技術(shù)方案。而是根據(jù)本發(fā)明，按照如圖 4中所示出的方式來布置第 一臂8以及與之相關(guān)聯(lián)的安裝構(gòu)件26和致動器 32。
具體來講，與圖3中的運(yùn)動平面38相比，第一臂8中的至少一個被 定位成使得其運(yùn)動平面在產(chǎn)生運(yùn)動平面44的垂直方向上偏移。這是通過 圖4中的箭頭46來示出的。
進(jìn)一步來講，第一臂8(多于一個的第一臂8)被定位成使得它的(或 它們各自的)旋轉(zhuǎn)軸(多于一個的旋轉(zhuǎn)軸)沿著向內(nèi)的方向或向著基座構(gòu) 件2的中心42的方向在運(yùn)動平面44中運(yùn)動。這是通過圖4中的箭頭50 來示出的。
以上述方式來定位每一個第一臂8,便得到了圖5中的優(yōu)選實(shí)施方式。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明定位的每一個臂的運(yùn)動平面44沒有和運(yùn)動平面的 公共對稱軸相交，而是以與之間隔開的關(guān)系來延伸，即在運(yùn)動平面44和 對稱軸之間存在距離d>0。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明定位的第一臂8的運(yùn)動平面44與另一個第一
臂的運(yùn)動平面38/44(可能是根據(jù)本發(fā)明來定位的，也可能不是)的相交形成 了 一條與它們的公共對稱軸不相交的線，而是以與之間隔開的關(guān)系來延 伸，即在平面的相交線和對稱軸之間存在距離d>0。因此，在圖5中的實(shí) 施方式中，全部是根據(jù)本發(fā)明來定位的每一個運(yùn)動平面44都按照相互間 隔開的關(guān)系來延伸。
這尤其能夠?qū)崿F(xiàn)更緊湊的設(shè)計，因?yàn)榈谝槐?的旋轉(zhuǎn)軸與基座構(gòu)件2 的中心或?qū)ΨQ軸之間的距離可以被減少。結(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)裝置相比，根 據(jù)本發(fā)明的裝置所占據(jù)的橫向空間減少了 ，并因此允許例如使用更小的外殼。
對于其中第一臂的運(yùn)動的有效半徑大約等于第一臂的徑向長度的觸 覺桌面裝置(haptic desktop device)的典型例子來說，通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的 橫向空間減少在直徑上達(dá)到大約2倍；而對于表面來說，通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn) 的減少達(dá)到大約4倍。
現(xiàn)在將參考圖6和7來解釋第一臂8的優(yōu)選實(shí)施方式以及它們在根據(jù) 本發(fā)明的裝置內(nèi)的布置。
第一臂8包括彎曲部分52,這里是一段環(huán)的形式。無論彎曲部分52 的曲率如何，優(yōu)選的是第一臂8的旋轉(zhuǎn)中心54與連接彎曲部分52的末端 的虛擬線的中點(diǎn)重合或幾乎重合。在圖6和7中示出的實(shí)施方式中，彎曲 部分52的中心進(jìn)一步對應(yīng)于具有該彎曲部分52的曲率的虛擬環(huán)的中心 (中點(diǎn))；對于彎曲部分52的不同曲率也可以存在這一關(guān)系。
第一臂8的基座部分56從彎曲部分52的第一末端58延伸，并可旋 轉(zhuǎn)地連接到安裝構(gòu)件26,其中基座部分56和安裝構(gòu)件26在基座部分上的 連接位置界定第一臂8的旋轉(zhuǎn)中心54。在本優(yōu)選實(shí)施方式中，基座部分 56是筆直部分。然而，基座部分56也可以是彎曲部分。
圖6和7的實(shí)施方式包括第一臂8的從彎曲部分52的第二末端62延 伸的可選末端部分60。末端部分60通過例如4交《連來連接彎曲部分52和相 應(yīng)的第二臂IO。具體來講，在撓性鉸鏈的情況下，末端部分58和鉸鏈可 由整體形成，或者可將它們作為整體形成的構(gòu)件來提供。在不包括末端部
分60的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，可以直接連接彎曲部分52和第二臂10。 在這里，在用于這種連接的鉸鏈的情況下，鉸鏈和彎曲部分52的第二末 端62和/或4交鏈和第二臂10可由整體形成。
圖6示出在第一末端位置中的第一臂8，圖7示出在第二末端位置中 的第一臂8。末端位置之間的轉(zhuǎn)換是通過第一臂8的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的。正如 可從這些圖中得到的，第一臂8的運(yùn)動是這樣的運(yùn)動即彎曲部分52在 穿過外殼34期間的各部位的運(yùn)動可以被認(rèn)為是在該位置的線性運(yùn)動。因 此，外殼34的開口 36可以具有與彎曲部分52的(最大) 一黃截面相適應(yīng) 的尺寸。
在相同的應(yīng)用中，第一臂8、特別是彎曲部分52的優(yōu)選實(shí)施方式可以 實(shí)現(xiàn)第一臂8的次最佳的扭轉(zhuǎn)和連接剛性(binding stiffness )。如果是這樣 的情況，則可以使用彎曲部分52的適當(dāng)橫截面來進(jìn)行補(bǔ)償。用于影響第 二臂的運(yùn)動范圍的進(jìn)一步手段包括將第一臂8和第二臂10之間的連接定 位在小于、等于或大于旋轉(zhuǎn)中心54的距離處。這可以通過末端部分60的 適當(dāng)設(shè)計來實(shí)現(xiàn)，例如朝著旋轉(zhuǎn)中心54、或沿著相反的方向從彎曲部分 54的第二末端62延伸。
下面將描述移動第一臂8的優(yōu)選實(shí)施方式，其中一部分描述將參考圖 8至10。
在一沒有示出的優(yōu)選實(shí)施方式中，致動器32的輸出軸34和彎曲部分 52處于摩擦接觸或摩擦嚙合。優(yōu)選地，輸出軸34和彎曲部分52之間的摩 擦確保輸出軸34的旋轉(zhuǎn)被充分地(優(yōu)選的是始終)傳送到彎曲部分52, 并由此傳送到第一臂8。輸出軸34的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致第一臂8的運(yùn)動，并由此導(dǎo) 致整個運(yùn)動鏈6的運(yùn)動。為了改善輸出軸34和第一臂8的嚙合，輸出軸 34自身或形成在其上的涂層可具有高的摩擦系數(shù)。額外地或可代替地，彎 曲部分52中的為與輸出軸34接觸而設(shè)置的部位或形成在其上的涂層可具 有高的摩擦系數(shù)。
進(jìn)一步的，設(shè)想相對于彼此來偏置輸出軸34和第一臂8。這補(bǔ)償了由 于重力引起的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩?fù)p失，而且也可以例如增強(qiáng)它們的摩擦嚙合。偏 置例如可以通過在輸出軸34上施加沿著朝向第一臂8的方向和/或沿反向
方向作用的力來實(shí)現(xiàn)。這可以例如通過撓性軸承和/或彈性彈簧(elastic spring)元件來實(shí)現(xiàn)。因此，也可以為才艮據(jù)本發(fā)明的任何其他實(shí)施方式來設(shè)想這一點(diǎn)。
在一未示出的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式中，致動器32的輸出軸34被形 成為齒緣輪(toothedwheel)、齒輪(gear)、大齒輪(gearwheel )，或者可 具有波形表面，同時，彎曲部分52的為與輸出軸34接觸而設(shè)置的部位被 形成為具有互補(bǔ)的表面。這將避免第一臂8和輸出軸34之間的打滑或使 打滑最小化。
在圖8至10中示出的優(yōu)選實(shí)施方式中，輸出軸34和第一臂8的連接 是基于纜索或基于線的。
在圖8的優(yōu)選實(shí)施方式中，第一臂8具有纜索64。也可將其設(shè)想為使 用齒形皮帶(toothed belt)或齒輪傳動裝置(gear transmission ),來分別代 替纜索64和下文中將說明的另外的纜索。
以從基座部分56沿著彎曲部分52的外表面向著它的第二末端62的 方向來看，纜索64從基座部分56沿著彎曲部分52延伸到彎曲部分52的 一個超出輸出軸34的位置處。纜索64的兩端66和68都被固定地安裝到 第一臂8上。
為了連接第一臂8和輸出軸34,纜索64至少圍繞輸出軸34巻繞一次， 如圖8中的右側(cè)部分所示。
為了獲得纜索64與輸出軸34的外表面之間的足夠的摩擦，期望拉緊 或張緊纜索64。為此目的，優(yōu)選的是使用夾具70和夾具72以用于將纜索 64的末端66和末端68分別連接到第一臂8。
為了改善輸出軸34和第一臂8的嚙合，輸出軸34自身或形成在其上 的涂層可具有高的摩擦系數(shù)。額外地或可代替地，索纜64中的為與輸出 軸34接觸而設(shè)置的部位或形成在其上的涂層可具有高的摩擦系數(shù)。
除了以下區(qū)別之外，圖9中示出的優(yōu)選實(shí)施方式與圖8中的實(shí)施方式 基本一致，并且不再描述相似的特征。
如圖9中所示，彈簧74 一皮設(shè)置在纜索64的末端66和在第一臂8的基座部分56上提供的支座76之間。彈簧74永久地使纜索64偏置或張緊 到使得纜索64穩(wěn)固地嚙合輸出軸34的程度。這一方面確保了輸出軸34 的牢固連接，另一方面也確保了纜索64的牢固連接，并因此確保了第一 臂8的牢固連接。彈性張緊裝置可以是螺旋形牽引彈簧，如圖9中所示， 但也可以使用任何其他彈性元件(例如，螺旋狀壓縮彈簧，梁式元件(beam element),膜片等等)。
除了以下區(qū)別之外，圖10中示出的優(yōu)選實(shí)施方式與圖8和9中的實(shí) 施方式基本一致，并且不再描述相似的特征。
如圖10 (右側(cè))中所示，纜索64通過例如軟焊(soldering )、焊接 (welding)、粘合劑、夾具等固定或錨固到輸出軸34。這是用于確保輸出 軸34和纜索64穩(wěn)固地連接，并由此確保輸出軸34和第一臂8穩(wěn)固地連 接的進(jìn)一步的手段。
除了以下區(qū)別之外，圖11中示出的優(yōu)選實(shí)施方式與圖8至10中的實(shí) 施方式基本一致，并且不再描述相似的特征。
在圖11圖示出的優(yōu)選實(shí)施方式中(具體在圖11的右側(cè)示出)，使用了 兩根纜索64a和64b,而不是使用纜索64。
類似于圖10和11實(shí)施方式中的纜索64的末端66，纜索64a的一個 末端66a與第一臂8的基座部分56連接，即，彈簧74被設(shè)置在纜索64 的末端66a和在第一臂8的基座部分56上提供的支座76之間。此外，纜 索64a被引導(dǎo)圍繞滑動絞盤77至少一次。從致動器來看，由于絞盤摩擦， 這實(shí)現(xiàn)了明顯更高的纜索剛性，并且允許更小的張力(并因此允許使用更 小的彈性元件)。
還可以設(shè)想將如圖11中所示的絞盤用于圖8至IO的實(shí)施方式。
可替代地，也可以以與圖8至10中的實(shí)施方式相當(dāng)?shù)姆绞?，將末?66a連接到基座部分。
通過例如軟焊、焊接、粘合劑、夾具等將纜索64a的另一末端78固定 地連接到輸出軸34。
纜索64a以巻繞方向圍繞輸出軸34巻繞。
纜索64b中的一個末端68a連接到第一臂8的彎曲部分52，類似于圖 9和10的實(shí)施方式中纜索64的末端68連接到第一臂8。
通過例如軟焊、焊接、粘合劑、夾具等將纜索64b的另一末端80固 定地連接到輸出軸34。
纜索64b也圍繞輸出軸34巻繞，然而是沿著相同的巻繞方向乂人相對 側(cè)開始的。
結(jié)果，輸出軸34的旋轉(zhuǎn)的效果是纜索64a從輸出軸34展開，纜索 64b被巻繞到輸出軸34上，反之亦然。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的裝置 的更窄的設(shè)計。
特別是由于減少了打滑風(fēng)險和改善了摩擦，纜索64a和64b與輸出軸 34的這種連接進(jìn)一步增強(qiáng)了第一臂8和輸出軸34之間的連接質(zhì)量。
作為一種可替代方案，纜索64a和纜索64b的末端78和末端80可以 不必固定到輸出軸34,而是通過如上所述地在輸出軸34上巻繞纜索64a 和纜索64b而將末端78和末端80連接到輸出軸34，以引導(dǎo)纜索64a和纜 索64b中的至少一根纜索經(jīng)過一條沿垂直于其縱軸的方向延伸貫穿輸出軸 34的通路，并將末端78和末端80連接在一起。
對于所有上述實(shí)施方式，還設(shè)想，將已經(jīng)被描述為設(shè)置在基座部分上 的連接裝置設(shè)置在彎曲部分上，將已經(jīng)被描述為設(shè)置在彎曲部分上的連接 裝置設(shè)置在基座部分上。
然而，參考圖8至11解釋的原理不僅僅適用于本發(fā)明所涉及的用于傳 送運(yùn)動的裝置的類型。而是，概括地講，該原理和潛在的教義提供了一種 包括基座部分、彎曲部分和末端部分的用于傳送運(yùn)動的運(yùn)動傳送構(gòu)件。上 文中關(guān)于第一臂的基座部分、彎曲部分和末端部分給出的細(xì)節(jié)同樣適用于 這里。
運(yùn)動傳送構(gòu)件具有延伸貫穿基座構(gòu)件的轉(zhuǎn)動軸，同時末端部分適合于 提供將要被傳送到進(jìn)一步的構(gòu)件，例如第二臂10的運(yùn)動。
彎曲部分與運(yùn)動傳送構(gòu)件的轉(zhuǎn)動軸間隔開，并且經(jīng)由基座部分與轉(zhuǎn)動 軸連接在一起。因此，運(yùn)動傳送構(gòu)件圍繞其轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致彎曲構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)，反之亦然。
彎曲部分適合于被提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的裝置或單元來嚙合，所述提供旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動的裝置或單元比如是旋轉(zhuǎn)致動器、電動機(jī)、輸出軸等等。優(yōu)選的是， 彎曲部分和在上述實(shí)施例之一所結(jié)合的此類裝置的嚙合，涉及到第一臂8和致動器32的連接。
優(yōu)選實(shí)施方式可以是觸覺裝置、操縱器或測量系統(tǒng)的形式。
在觸覺裝置的情況下，可動構(gòu)件4與手柄連接。在操縱器的情況下， 可動構(gòu)件4與操縱構(gòu)件連接。在測量系統(tǒng)的情況下，第一臂與傳感元件連 接，其中可動構(gòu)件的位置是根據(jù)測量結(jié)果來計算的。在圖1中，手柄、操 縱構(gòu)件和傳感元件是通過由附圖標(biāo)記82指定的部件來圖示的。
根據(jù)本發(fā)明的觸覺裝置實(shí)施方式包括上述實(shí)施方式之一中的根據(jù)本 發(fā)明的裝置。這種觸覺裝置可以用作運(yùn)用觸感和控制來與計算機(jī)應(yīng)用等交信息。根據(jù)本發(fā)明的觸覺或力反饋裝置提供三個平移自由度。此外，可以 通過與根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)動傳送裝置串聯(lián)連接的旋轉(zhuǎn)肘節(jié)(wrist)模塊82 提供多達(dá)三個的旋轉(zhuǎn)自由度?？梢酝ㄟ^肘節(jié)模塊82和可動構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)連 接84來提供旋轉(zhuǎn)。用戶可以借助于肘節(jié)模塊82或位于肘節(jié)模塊82頂部 的手柄來與觸覺裝置交互。優(yōu)選的，肘節(jié)模塊適合于提供觸覺反饋。
根據(jù)本發(fā)明的觸覺裝置可以進(jìn)一步包括用于測量每一個第一臂8的孔 徑角的傳感器，和用于根據(jù)測量結(jié)果來計算可動構(gòu)件4的位置的處理器。
還設(shè)想提供控制鍵、控制輪、力抓爪(force gripper)或其他用于人機(jī) 交互的元件，和/或設(shè)置在可動構(gòu)件處、并優(yōu)選地位于肘節(jié)模塊82下面的 力傳感器。
結(jié)合有根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)動傳送裝置的實(shí)施方式的、根據(jù)本發(fā)明的操縱 器提供了對于抓爪的三個平移自由度和一個旋轉(zhuǎn)自由度的運(yùn)動。并聯(lián)運(yùn)動 鏈6將三個平移自由度提供到可動構(gòu)件4。諸如抓爪組件的操縱構(gòu)件82與 可動構(gòu)件4串聯(lián)連接，使得操縱構(gòu)件82可相對于基座構(gòu)件2旋轉(zhuǎn)。這可 通過旋轉(zhuǎn)連接84和/或通過為可動構(gòu)件4提供允許繞整體結(jié)構(gòu)的垂直軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸來實(shí)現(xiàn)。
在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，根據(jù)本發(fā)明的操縱器還可以包括力傳感器， 以便檢測每一方向中的力或扭矩。顯然，根據(jù)本發(fā)明的操縱器可以包括任
何其他種類的抓爪、工具或其他末端執(zhí)行器(end effector )。
例如用于測量坐標(biāo)系的根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的運(yùn) 動傳送裝置，用于將三個平移自由度的運(yùn)動提供到探針或傳感元件82。在 這里，可以省略^:轉(zhuǎn)連4妄84。
圖12示出用于第一臂8和第二臂10以及/或者第二臂10和可動構(gòu)件 4的彈性連接的優(yōu)選實(shí)施方式。在這里，第二臂10包括三個連接桿12, 圖14示出了其末端。連接桿12的末端通過三個彈性鉸鏈或彈性鉸鏈活接 頭86與第一臂8或可動構(gòu)件4連接。彈性鉸鏈86可以形成為分離部件， 或者與連接桿12由整體形成。第二臂10和第一臂10和/或可動構(gòu)件4也 是有可能由整體來形成的。在整體的實(shí)施方式的情況下，彈性4交鏈86可 以以材料錐形(material tapering )的形式來形成。
盡管已經(jīng)在此相對于其特定實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是不應(yīng)該把所附權(quán)利要求書視為局限于這些實(shí)施例，而應(yīng)當(dāng)包括所屬領(lǐng)域普通技術(shù) 人員可能做出的任何修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種用于傳送運(yùn)動的裝置的傳送構(gòu)件，所述裝置包括基座構(gòu)件和致動器，所述致動器用于提供待傳送到可動構(gòu)件的運(yùn)動，所述傳送構(gòu)件包括第一臂，其可相對于一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并包括基座部分和彎曲部分，所述彎曲部分形成環(huán)的一段，其中所述基座部分從所述彎曲部分的第一末端延伸，且所述彎曲部分的第二末端適合于連接到一第二臂，所述第二臂用于將運(yùn)動傳送到所述可動構(gòu)件；以及至少一個嚙合機(jī)構(gòu)，其用于與所述裝置的所述致動器嚙合，以將運(yùn)動從所述致動器傳送到所述傳送構(gòu)件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述至少一個嚙合機(jī)構(gòu)包括 所述彎曲部分的外表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳送構(gòu)件，其中所述彎曲部分的所述外表面 形成為齒狀表面，或具有波形表面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述至少一個嚙合機(jī)構(gòu)包括 至少一個纜索或線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳送構(gòu)件，其中所述至少一個纜索或線的一 個末端連接到所述基座部分，且所述至少一個纜索或線的另一個末端連接 到所述彎曲部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳送構(gòu)件，其中所述至少一個纜索或線被彈 性張緊裝置張緊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳送構(gòu)件，其中所述至少一個纜索或線被引導(dǎo)圍繞滑動絞盤。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述至少一個嚙合機(jī)構(gòu)包括 第一纜索或線和第二纜索或線。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳送構(gòu)件，其中所述第一纜索或線的一個末 端連接到所述基座部分，且所述第一纜索或線的另一個末端待與所述致動 器連接。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳送構(gòu)件，其中所述第二纜索或線的一個 末端連接到所述彎曲部分，且所述第二纜索或線的另一個末端待與所述致 動器連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述基座部分沿相對于所 述彎曲部分的徑向方向、從所述彎曲部分的所述第一末端延伸。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述基座部分包括用于旋 轉(zhuǎn)地安裝到所述運(yùn)動傳送裝置的 一安裝構(gòu)件的第 一末端。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述彎曲部分形成環(huán)的一 段，其中心位于相應(yīng)的所述第一臂的所述旋轉(zhuǎn)軸處。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述第一臂適合于與所述 致動器的旋轉(zhuǎn)軸摩擦嚙合，所述旋轉(zhuǎn)軸從所述致動器的主體延伸并與所述 第一臂摩擦嚙合。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述第二臂適合于連接到 所述可動構(gòu)件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的傳送構(gòu)件，其中所述第二臂包括至少兩個 并聯(lián)連接桿。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳送構(gòu)件，其中所述第一臂的所述彎曲部 分適合于可通過所述用于傳送運(yùn)動的裝置的外殼的開口而運(yùn)動。
18. —種用于傳送運(yùn)動的裝置的運(yùn)動鏈，所述用于傳送運(yùn)動的裝置包 括提供至少一個自由度的并聯(lián)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)，所述并聯(lián)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)具有 基座構(gòu)件和可動構(gòu)件，所述運(yùn)動鏈包括第一臂，其可相對于一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并包括基座部分和彎曲部分，所述 彎曲部分形成環(huán)的一段，其中所述基座部分從所述彎曲部分的第 一末端延 伸，且所述彎曲部分的第二末端適合于與第二臂連接，所述第二臂用于將 運(yùn)動傳送到所述可動構(gòu)件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的運(yùn)動鏈，其中所述第一臂包括用于旋轉(zhuǎn)地 安裝到一安裝構(gòu)件的第 一末端，所述安裝構(gòu)件從所述基座構(gòu)件延伸。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的運(yùn)動鏈，其中所述第一臂適合于與一致動 器嚙合，所述致動器^C所述用于傳送運(yùn)動的裝置包含并被設(shè)置來用于移動 所述第一臂。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的運(yùn)動鏈，其中所述第一臂的所述彎曲部分 適合于與所述致動器嚙合。
22. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的運(yùn)動鏈，包括，所述第二臂適合于連接到 所述可動構(gòu)件。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的運(yùn)動鏈，其中所述第二臂包括至少兩個并 聯(lián)連接桿。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的運(yùn)動鏈，其中所述第二臂的第一末端連接 到所述第一臂，且所述第二臂的第二末端適合于連接到所述可動構(gòu)件。
25. —種用于傳送運(yùn)動的裝置，其包括提供至少一個自由度的并聯(lián)運(yùn) 動傳送結(jié)構(gòu)，所述并聯(lián)運(yùn)動傳送結(jié)構(gòu)包括基座構(gòu)件； 可動構(gòu)件；以及至少一個并聯(lián)運(yùn)動鏈，其連接所述基座構(gòu)件和所述可動構(gòu)件，每一個 并聯(lián)運(yùn)動鏈具有第一臂，所述第一臂可相對于一旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并包括基座部 分和彎曲部分，所述彎曲部分形成環(huán)的一段，其中所述基座部分從所述彎 曲部分的第一末端延伸，且所述彎曲部分的第二末端適合于連接到第二 臂，所述第二臂用于將運(yùn)動傳送到所述可動構(gòu)件，并且所述第一臂可在與 一對稱軸隔開一段距離而延伸的運(yùn)動平面中運(yùn)動。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中相關(guān)聯(lián)于每一并聯(lián)運(yùn)動鏈，設(shè) 動鏈。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述致動器和所述第一臂通過 至少 一 個嚙合機(jī)構(gòu)連接以移動所述第一臂。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述致動器包括輸出軸，所述 輸出軸從所述致動器的主體延伸并摩擦嚙合所述第 一臂的所述至少一個 嚙合一幾構(gòu)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述至少一個纜索或線圍繞所 述輸出軸巻繞至少一次。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述至少一個纜索或線與所述 輸出軸固定地連接。
31. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝置，還包括外殼，對于所述并聯(lián)運(yùn)動鏈 中的每一個，所述外殼具有一開口，所述并聯(lián)運(yùn)動鏈的各自的所述第一臂 的所述彎曲部分可通過所述開口而運(yùn)動。
全文摘要
一種用于傳送運(yùn)動的裝置的傳送構(gòu)件包括用于提供待傳送的運(yùn)動的致動器和基座構(gòu)件，該傳送構(gòu)件包括第一臂，所述第一臂適合于連接到基座構(gòu)件并包括基座部分和彎曲部分，該傳送構(gòu)件還包括至少一個嚙合機(jī)構(gòu)，用于與該裝置的致動器嚙合，以將運(yùn)動從致動器傳送到傳送構(gòu)件。
文檔編號G06F3/08GK101203829SQ200680011576
公開日2008年6月18日 申請日期2006年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月11日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·格蘭哥, 帕特里克·海爾默, 帕特里斯·羅伊勒, 弗朗索瓦·康蒂 申請人:諾文特技術(shù)公司