转动型串联弹性致动器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112041129A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号201980022053.4(74)专利代理机构永新专利商标代理有限公司(22)申请日2019.03.2272002代理人李隆涛(30)优先权数据62/649,0342018.03.28US(51)Int.Cl.B25J13/08(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日B25J17/02(2006.01)2020.09.25B25J19/00(2006.01)(86)PCT国际申请的申请数据B25J19/06(2006.01)PCT/US2019/0236052019.03.22G01L3/14(2006.01)(87)PCT国际申请的公布数据WO2019/190921EN2019.10.03(71)申请人林克丁机器人公司地址美国得克萨斯州(72)发明人B·金姆J·D·小德巴克权利要求书3页说明书11页附图23页(54)发明名称转动型串联弹性致动器(57)摘要适于机器人应用的转动型串联弹性致动器(SEA)。SEA包括电机、齿轮传动组件、弹簧组件及传感器。在一个实例中，机器人接头包括SEA、和在接头组件处相互耦合的两个连杆。所述两个连杆被指定为输入连杆和输出连杆。每个连杆具有接头壳体，接头壳体通过接头轴承同心地连接，以使得每个连杆相对于彼此自由地转动。SEA的壳体框架固定在输入连杆的接头壳体处，SEA的弹簧组件的输出安装座与输出连杆的接头壳体同心地耦合。电机转子的转动使输出连杆相对输入连杆的转动叠加弹簧组件的弹簧形变。当在两个连杆之间施加外力或转矩时，控制回路的控制动作引起电动机的转动和起动力，使弹簧组件的形变平衡自和连杆一同移动的体质量产生的外力/转矩及惯性力。CN112041129ACN112041129A权利要求书1/3页1.一种转动型串联弹性致动器(SEA)，包括：齿轮传动组件；电机，所述电机与所述齿轮传动组件相耦合，所述电机用于将转矩或动力传送至所述齿轮传动组件；弹簧组件，所述弹簧组件与所述齿轮传动组件相耦合，所述弹簧组件包括：第一扭簧，所述第一扭簧包括第一组可弹性变形的螺线；第二扭簧，所述第二扭簧包括第二组可弹性变形的螺线，所述第一扭簧通过间隔件与所述第二扭簧相耦合；以及内部机构，所述内部机构位于所述第一扭簧和所述第二扭簧之间，所述内部机构被配置为检测所述弹簧组件的转动形变并将所述转动形变作为测得的转矩输入值提供给所述电机的控制器。2.根据权利要求1所述的串联弹性致动器，其中，所述齿轮传动组件是谐波驱动装置，所述谐波驱动装置包括：波发生器、柔轮、以及刚轮。3.根据权利要求1所述的串联弹性致动器，进一步包括传感器，并且其中所述内部机构包括：基臂；传感器；摆臂，所述摆臂可移动地与所述基臂相耦合，所述摆臂的形状为弧形，并且所述摆臂包括第一臂和第二臂；第一滑轮，所述第一滑轮与所述基臂的第一端相耦合；第二滑轮，所述第二滑轮与所述基臂的第二端相耦合，所述第二端与所述第一端是相反的；以及线材，所述线材与所述摆臂的所述第一臂和所述摆臂的所述第二臂相耦合，并且所述线材绕所述第一滑轮、所述第二滑轮、以及所述传感器的转动轴张紧。4.根据权利要求3所述的串联弹性致动器，其中，所述内部机构还包括与所述第一臂相耦合的至少一个第一螺钉、以及与所述第二臂相耦合的至少一个第二螺钉，所述至少一个第一螺钉与所述至少一个第二螺钉用于拧紧所述线材。5.根据权利要求3所述的串联弹性致动器，其中，所述摆臂的相对转动的放大系数成比例于所述摆臂处的所述弧形的半径与所述传感器的所述转动轴的半径之间的比率。6.根据权利要求5所述的串联弹性致动器，其中，所述摆臂的相对转动的放大系数介于1:5与1:30之间。7.根据权利要求1所述的串联弹性致动器，其中，所述测得的转矩输入值至少部分地基于所述串联弹性致动器的输出连杆上的负载。8.根据权利要求1所述的串联弹性致动器，其中，所述弹簧组件的刚度在大约200Nm/rad至大约900Nm/rad之间。9.根据权利要求1所述的串联弹性致动器，进一步包括：输出连杆，所述输出连杆通过转动接头与接头壳体相耦合并且所述输出连杆与所述弹簧组件相耦合，使得所述弹簧组件与所述输出连杆一同相对于所述转动接头转动；壳体框架，所述壳体框架与所述齿轮传动组件相关联；以及2CN112041129A权利要求书2/3页输入连杆，所述输入连杆与所述壳体框架相耦合。10.一种用于转动型串联弹性致动器的弹簧组件的盘状扭簧，包括：圆形内部安装座；圆形外部安装座；以及一组可弹性变形的螺线，所述可弹性变形的螺线中的每一个包括与所述圆形内部安装座相耦合的内部厚段、与所述圆形外部安装座相耦合的外部厚段、以及连接在所述内