专利名称：容许二刚性元件间的相对运动的装有抗转构件的机械装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以将二零件接合在一起且允许它们互相具有一定的 枢转能力的机械装置，此机械装置特别可以应用在使用于机器人学与眼镜框 架的装备。
此机械装置可以不具有实质的转动轴，在该状况将意指关节，或可包含 此一实质的转动轴，在该状况将意指铰链。
更精确地，本发明关于设在第 一 刚性元件的 一端与第二刚性元件的 一端 之间的前述型式的机械装置，该端具有能够个別互相配合的支承表面，且设 有弹性装置，以维持该表面之间的接触。
背景技术：
使用于机器人学(行走机器人、模组机器人、制造机器人学、医疗机器 人学、微机器人学等)的大部分装备具有关节，其允许在一连续角范围及通 常在多个平面中的枢转。此关节允许装备在可到达的空间中执行各种活动与 移动。然而，这些关节的机械装置本质上不稳定，或在停止位置时单向稳定， 因而装备的这些零件恒常施加张力在它们的致动器上(例如，控制缸)，以使 它们保持在所选择的位置上(当此位置不是它们的停止位置时)。
在一范围的枢转可能既不需要，也是不想要的。
于是，在医疗机器人学中，使用在连续范围的可变视野光学系统令外科 医生产生不了实际的兴趣。类似地，多关节内诊镜的余隙在它们实际使用时 系接近于"不是全有就是全无"。
在制造机器人学中，枢转范围的连续性也损害关于时间的定位的精密度 与重复性。
至于行走机器人，它们不一定需要可到达的空间是连续的腿部。 简言之，分离式关节的观念将减少成本、限制致动器或众致动器的应变， 及在制造机器人学中将确保相关时间的精密定位。
在眼镜制造的领域与其他领域(例如，机车的开启部分、家具上的玻璃门)中，有时候利用称为"弹性铰链"的铰链，其适用于将移动部分保持于 一或二稳定位置(例如，目艮镜的侧臂的关闭与开启位置)。
这些"弹性"铰链大部分具有一转动轴，其限制移动部分于一既定平面 中的移动。
依据欧洲专利EP-A-0 886 712号，也已知眼镜铰链，它的移动与固定部 分经由一弹性链节而连接，允许移动部分在任何平面中于固定界限之间的移 动这些铰链一定具有吸引人的效果，但是它们的制造与微小化是复杂的， 且它们的相对脆性只是由倾向于玩弄侧臂的佩戴者测试。这些铰链不适于使 它们杏身保持在若干平面中的若干稳定位置及/或不适于具备一导致能够自
一稳定位置移动至另一位置的致动装置。
法国专利FR-A-2 850 143号建议一种关节，其能够允许二刚性元件(分 别是固定与移动的)占据不同的稳定及/或不稳定的相对角位置，可移动元件 的离开关节的端部沿着个别的直线轨道移动，不需施加应变于关节可能具备 的任何致动装置。
为了此目的，法国专利FR-A-2 850 143号提出了 一种前述型式的关节系 统，其包含二枢转件，各枢转件具有一由一至少部分曲线形表面限制的凹部 区，各该枢转件分别属于该刚性元件之一，该枢转件实质上互相正交，且由 它们的个别凹部区的贯穿互相啮合，以便能够彼此互相枢转，如同链条的链 节。
法国专利FR-A-2 850 143号指出枢转件之一有利地系闭合的(环、环圈 等)，而另一枢转件是开启的(钩)，因为其可使组装或拆卸更容易。
然而，实际上，除非是不可变形的，钩不能够在组装以后保持开启，且 必须借由焊接关闭，这是辛苦与耗时的操作。结果是产品成本的增加。此外， 不可能拆卸关节而不毁坏此焊接点。
一不可变形所以可在张力下不开启的关节的使用，就其部分而言需要使 用足够粗的丝线，其带来空间需求与使用上的问题，因为当使用时以一不可 变形的钩作结束的时候，丝线实际上必须是可变形的，以便能够制造钩。
发明内容
本发明的目的是解决此问题。
为了此目的，提出了 一种机械装置，其如同法国专利FR-A-2 850 143号一方面包含一钩形枢转件，其具有一直线形柄，柄可滑动地安装在一属于所 述这些刚性元件之一的外壳中，另 一方面包含一属于另 一刚性元件的互相作 用件，该枢转件与该互相作用件大致上系互相正交的，且互相作用件啮合在
由钩的弯曲部分围绕的的凹部区中，然而，该机械装置与法国专利FR-A-2 850 143号的差异是在它的离开该柄的另一端，钩的该弯曲部分包含一直线 形且平行于该柄的延伸件及一适用于套接该延伸件的护套，该延伸件能够平 移，其是直线形且平行于该柄，且保持永久啮合在该护套中。
由于此种配置，不再需要制造在使用时不可变形的钩或以一焊接点闭合 钩，此闭合是借由直线形延伸件穿入用于此目的的护套而达成。
在一第一实施例中，护套由该外壳制造在其内的刚性元件的端部的一部 分所构成，该护套决定一穴，其邻接于该外壳且能够套接该延伸件。
此穴可以是一贯穿孔，但是较佳地，为了整体的强度与外观的因素，其 为盲孔。
直线形延伸件可以借由被迫进入护套的穴中而锁在定位。然而，在一较 佳实施例中，钩的柄由弹性装置压迫于直线形延伸件插入的方向，其使延伸 件保持啮合在它的护套中。
此外及有利地，钩的柄形成该外壳的一套住系杆，该系杆与该弹性装置 互相作用，以迫使该刚性元件的支承面保持互相接触，同时使该延伸件保持 啮合在其护套中。
护套的穴的剖面的几何形状对应于直线形延伸件的剖面几何形状，且其 通常是圓形，但是如果刚性元件是模制而成，则未排除是其他形状(正方形、 矩形等)。
在本发明之一特殊实施例中，该外壳包含由一分割区分离的一近部分 (该钩被套住在其中)及一远部分，该护套决定一长椭圆形剖面的穴，其纵向 连通于该外壳的近部分。该外壳与该护套穴制造于其中的刚性元件-因而较 容易制造，此二中空部分能够同时被加工制成，而不需要设置一薄而脆弱的 分割区于它们之间。
在本发明的第一实施例中，形成一关节，与前述枢转件互相作用件同样 是一枢转件，其具有一由一至少部分弯曲表面限制的凹部区，该钩借由穿入 它的凹部区而。齿合在该第二枢转件中，以致于二枢转件可彼此互相枢转，如 同链条的链节。有利地，第二枢转件是一环。
在本发明的第二实施例中，形成一铰链，与钩形枢转件互相作用的该零 件是一轴。
在本发明的一特殊应用中，该刚性元件分别是眼镜的一侧臂与一面。 在本发明的另一特殊应用中，该刚性元件属于一使用在机器人学的关节 系列。
现在将参考附图，更详细说明本发明。
图la至lc示出依据法国专利FR-A-2 850 143号的现有技术；
图2是依据本发明的机械装置的各种部件的描绘，其应用于能够作90
°脱节(disarticulation)的关节的生产；
图3是图2所示零件的组装所致的关节的一剖面，关节是在第一位置；
图4是类似于图3的视图，但是在另一位置，且弹簧被省略；
图5是图3与4的关节的立体图，而固定元件的一部分被省略，以显示
它含有的弹簧；
图6a与6b以纵向剖面与立体图分别描绘图3至5的实施例的固定元件 的端部；
图7a与7b以纵向剖面与立体图分别描绘图3至5的实施例的固定元件 端部的一变形实施例；
图8a是依据本发明的机械装置的一变形的立体图，其应用于能够作45 °脱节的关节的生产；
图8b是与图8a相同的视图，但是可移动元件的外壳被省略；
图9a-9c是依据本发明的机械装置的一变形的立体图，其应用于能够作 约25°脱节的关节的生产；
图10a与10b分别示出在组装期间与组装以后应用本发明于一铰链，为 了图式清楚起见，只描绘本发明应用于彼之刚性元件之一；
图ll是在图10b的轴向平面P所作的剖面，其描绘二刚性元件的一部
分；
图12a-12c描绘在对准(图12a)与错置(图12b-12c)位置的图10a、 10b与 ll的铰链的区域，铰链能够作约10°脱节。主要元件符号说明
1钩
3链节
7第一刚性元件
8第二刚性元件
9,外壳
10分割区
11近部分
12一远部分
13通道
14系杆
15柄部或柄
16止动件
17底部
18线圈弹簧
19a缺口
19b缺口
20a斜坡
20b斜坡
23外壳
24近部分
25远部分
26分割区
27通道
28系杆
29柄
30止动件
31线圈弹簧
32平行六面体块
33支岸义面34支7 义面
35支承面
36支承面
39边缘
40边缘
103互相作用件，环
103"环
107固定元件
107a端部
107a'端部
107"固定元件
108可移动元件
108a端部
108a'端部
108"可移动元件
109外壳
110分割区
111远部分
112远部分
113通道
115柄
118线圈弹簧
119缺口
123外壳
129系杆
131线圈弹簧
134a
134b支承面
136a支承面
136b支岸义面
150钩151端部
152延伸件
153盲孔
160自由面
161界限
162自由面
163肩
163"顶靠件
164分割区
165端部
165"沟槽
171圓柱形切除部
172插塞
207固定元件
207a端部
208可移动元件
213通道
215柄
250钩
252延伸件
253盲孔
254轴
1109外壳
1111近部分
1113通道
1153穴
1153a端部
1164分割区
1170共同入口
Fl箭头
F2箭头X-X' 轴线
OC 角 P 角
具体实施例方式
图la、 lb与lc图示了分别在第一稳定位置、在不稳定位置与在第二稳 定位置的依赖一钩1与一链节3的互相作用的现有技术的关节，该关节是在 钩1的平面中被观察(进一步的细节请参考法国专利FR-A2 850 143号)。
如这些图所示，现有技术的关节系统是部分安装在一称为r固定式J的 第一刚性元件7中，且部分安装在一称为"可移动式"的第二刚性元件8中。 相当了解的是"可移动式"元件与"固定式"元件之间的区别可以是人为的， 因为在某些状况，各元件可以视为相对于另一元件"可移动的"。
固定元件7界定一外壳9，其由一分割区10分割成为一近部分11(相对 于关节是近的)及一远部分12。 一通道13制造在分割区10中，以用于一系 杆14。系杆14由一柄部或柄15构成，它的近端形成钩1,且它的远端具有 一止动件16。此止动件16可以是一螺锁入钩1的柄15中的螺丝的头， 一未 显示的通道设在外壳9的底部17中，以用于此螺丝及一螺丝起子的端部的 插入。 一线圈弹簧18螺合在柄15上，其一方面支承在止动件16上，另一 方面支承在分割区10上。外壳9的近部分11的壁具有二坐落在钩1的平面 中的缺口 19a与19b,各缺口延伸至一斜坡20a与20b中。
可移动元件8同样包含一外壳23,其由一分割区26分割成为一近部分 24及一远部分25。 一通道27制造在分割区26中，以用于一系杆28。系杆 28由一柄29构成，它的近端固定至一形成抗转构件的平行六面体块32,它 的尺寸大致上是类似于外壳23的近部分24的尺寸，且它由一具有一圓孔的 正方形板3延伸，该板此后称为链节3。柄29的远端具有一止动件30,其 如同止动件16，可以是一螺丝头。 一线圈弹簧31螺合在柄29上，且一方面 支承在止动件30上，另一方面支承在分割区26上。
固定元件7的近端具有三支承面33、 34与35，且可移动元件8的近端 具有一支承面36。固定元件7与可移动元件8的近端的边缘39与40被圆角 化，使二元件之间的相对移动更容易。
弹簧的张力选择为俾使在一稳定位置，弹簧18支持自支承面33返回的钩l，以致于弹簧31支持块32,以致于它的近面与支承面36齐平。
在图la中，总成占据一第一稳定位置，其中固定元件7与可移动元件8 互相对准，可移动元件8的支承面36压顶于固定元件的支承面33。在此位 置，钩1相对于支承面33系退回，且链节3套接于固定元件7的外壳9的 近部分11中。
在图lb中，可移动元件8相对于它在图la所占据的位置系已"错置"， 以便能够依据箭头Fl枢转。此错置是借由抗拒弹簧18与31的力的钩1的 链节3所施加的张力而成为可行，弹簧18与31因而压缩。可以看到，钩l 现在与支承面33齐平，且块32自可移动元件8稍微突出。枢转作用也借由 允许链节3与块32通过的缺口 19a的存在而成为可行。
在图lc中，可移动元件8的支^R面36现在压顶于固定元件7的支承面 34。钩1与块32已回到它们在图la的位置，且弹簧18与31也已返回它们 的初始伸张程度。链节3经由它的不可见的区段接触斜坡20a,而它的可见 的区段接触不可见的与斜坡20a对称的另 一斜坡。
所了解的是固定元件7包含一与缺口 19a对立的第二缺口 19b，可移动 元件8可以被带入第三稳定位置，即，它的支承面36压顶于固定元件7的 支承面35。
虽然在图la-lc中，钩l显示成为开启，但是实际上， 一旦锁入链节3， 它必须由一焊接点关闭，这是困难的操作，因为所涉及的零件的尺寸很小， 且其增加劳力成本。如果不是焊接，则钩必须制造成为不可变形，此具有上
述空间需求与实现的问题。
此问题由本发明解决，如图2至5所示，其中与已参考图la-lc说明于 上者相同的零件或类似的零件标示为相同的参考标号增加100。
图2再显示固定元件107、可移动元件108、线圈弹簧118与131及装 配至固定元件107的系杆的柄115。然而，依据本发明的关节与现有技术的 关节的差异在于钩150的构造，它的端部151在离开柄115的另一端包含一 平行于该柄的延伸件152。
又如图3与4所示(其中也显示可移动元件的系杆129，且可以看到外壳 109与123)，外壳109的远部分111制造于其内之固定元件107的端部107a 包含一盲孔153,延伸件152系套接于其中。因为弹簧118(图3)永久压迫总 成115、 150、 152于箭头F2的方向，所以延伸件152 —旦啮合在盲孔153中就会保持在其内，然而，所了解的是依在与箭头F2相反的方向施加于钩 150的力而定，其可进入些或退出些地插入于其内。盲孔153的长度与延伸 件152的长度显然必须考虑总成115、 150、 152在固定元件107中的滑动， 以致于任何时候及无关于固定元件107与108的个别位置，延伸件152系啮 合在盲孔153中的。
延伸件152啮合在盲孔153中明确地防止钩150转动。 特别如图2所示，端部107a具有一缺口 119,以当元件108相对于元件 107错置在卯。时(图3),允许环103通过。图3也显示在此位置，可移动 元件108的端部108a的支承面136a顶住固定元件107的端部107a的支承 面134a。
不同于图la-lc示出的现有技术的关节的实施例，在图2至5的实施例 中，可移动元件108不能采用与它在图3的位置对称的90°错置位置。此之 原因是借由端部108a的支承面136b顶住端部107a的支承面134b而防止。 除此以外，参考关节的可能位置，本发明与现有技术幷无不同 在图3中显示一第一稳定位置，其对应于现有技术的图lc的位置， 在图4中显示一第二稳定位置，其对应于现有技术的图la的位置， 在图5中显示一不稳定中间位置，其对应于现有技术的图lb的位置， 图6a与6b详细显示适于匹配可移动元件108的端部108a之固定元件 107的端部107a之结构。
再次发现一通道113相当于制造在一分割区110中之图la-lc的通道13, 该分割区110将外壳109分割成为一近部分111与一远部分112。可以看到， 形成一护套的圆柱形盲孔153 —方面借由一分割区164而与适用于套接钩 150的外壳的近部分111分隔开，另一方面与通道113分隔开。
然而，在一由图7a与7b描绘的变形实施例中，护套的穴1153与外壳 1109的近部分1111沿着它们的全部长度而相连通，且只有一部分的分割区 1164留在通道1113。可以看到，穴1153与外壳1109的近部分1111的共同 入口 1170是长椭圓形，以保持该穴的抗转功能，该穴保留的唯一圓形区段 是端部1153a。
来到图8a与8b，此显示依据本发明的实施例的一变形实施例，其中与 已参考图2至5而说明的零件相同或类似的零件标示为相同的参考标号后接 加撇符号。此变形与前述关节的差异只在于端部107a'与108a'的自由面的构造。可 以看到，端部107a'的自由面160具有二平行突出界限161,该端部108a'的 自由面162可以容纳于其间。在端面162的任一侧，该端部108a'界定二肩 163,当元件107'与108'对准，肩163压迫在界限161的顶面上，且当元件 108'枢转时，端部165顶住该顶面，于是限制错置为45。。
图9a-9c描绘一变形实施例，其中与已参考图2至5而说明的零件相同 或类似的零件标示为相同的参考标号后接两点符号。图9a-9c的变形允许轴 线X-X，任一侧的约25°角a的枢转，此枢转由到达沟槽165"中的突出顶靠 件163"的可移动元件108"限制，该沟槽165"系被制造在固定元件107"中。
在此实施例中，可移动元件108"具有一适用于套接一插塞172的圆柱形 切除部171，该插塞172使可移动元件108"中的环103"不动。
现在转到图10a并继续，此图示应用本发明于一铰链，其中与已参考图
200。
图10a显示固定元件207,它的端部207a包含一用于钩250的柄215的 通道213，及一适用于套接钩250的延伸件252的盲孔253，在图11中更清 楚可见的通道与盲孔也描绘可移动元件208。不同于图2至5显示的实施例， 钩250未啮合一环，而是啮合一轴254。
此构造允许轴线X-X，任一侧的15°级(见图12a-12c)的角(3的4晉置。应 可相当了解到本发明不限于所说明与显示的实施例。所以，特别地，参考一 关节而示出在图7a-7b的护套的实施例可以同样应用于 一铰链。
权利要求
1. 一种允许一第一刚性元件(107;207)的一端部与一第二刚性元件 (108;208)的一端部间的相对枢转的机械装置，所述这些端部具有能够分别互 相匹配的支岸义表面，弹性机构(118，131)被提供用于维持所述这些表面之间的 接触，该机械装置一方面包含一钩形枢转件(150;250),其具有一直线形柄 (115;215)，该柄(115;215)可滑动地安装在一属于所述这些刚性元件之一的外 壳(109)中，另 一方面包含一属于另 一所述这些刚性元件的互相作用件 (103;254),该枢转件与该互相作用件大致上是互相正交，且该互相作用件啮 合在该钩(150;250)的弯曲部分围绕的凹部区中，其特征为在它的离开该柄 (115;215)的另一端，该钩的弯曲部分包含一直线形且平行于该柄的延伸件 (152;252),且一护套(153;253)适用于套接该延伸件，该延伸件(152;252)能够 平移，其是直线形且平行于该柄(115;215)，且保持永久啮合在该护套(153;253) 中。
2. 如权利要求1所述的机械装置，其特征在于所述护套由所述外壳 (109;209)制造于其内的所述刚性元件的端部的一部分所构成，所述护套决定 一穴(153;253),其邻接所述外壳，且能够套接所述延伸件(152;252)。
3. 如权利要求2所述的机械装置，其特征在于所述穴是一盲孔(153;253)。
4. 如权利要求2所述的机械装置，其特征在于所述穴的剖面是圓形。
5. 如权利要求1所述的机械装置，其特征在于所述外壳(1.09)包含由一 分割区(11"所分隔开的一近部分(111)及一远部分(112),所述钩(150;"0)被套 住在所述近部分中，其中所述护套决定一长椭圓形剖面的穴，该穴纵向地与 所述外壳的近部分(lll)相连通。
6. 如权利要求1所述的机械装置，其特征在于所述互相作用件是一第二 枢转件(103)，其具有一由一至少部分弯曲的表面限制的凹部区，所述钩(150) 借由穿入它的凹部区而啮合在该第二枢转件中，以致于该二枢转件(150,103) 可相对彼此枢转，如同一链条的链节。
7. 如权利要求6所述的机械装置，其特征在于所述互相作用件是一第二 枢转件(103)，其是一环，所述钩(150)借由穿入它的凹部区而啮合在该第二 枢转件中，以致于该二枢转件(150,103)可相对彼此枢转，如同一链条的链节。
8. 如权利要求1所述的机械装置，其特征在于所述互相作用件是一轴
9. 如权利要求1所述的机械装置，其特征在于所述这些刚性元件(7,8)分 别为眼镜的 一侧臂与眼镜的 一面。
10. 如权利要求1所述的机械装置，其特征在于所述这些刚性元件属于一 使用在机器人学的关节系列。
全文摘要
本发明涉及一种机械装置，该机械装置包含一钩(150)，该钩(150)设置有一直线形柄(115)，该柄(115)可滑动地安装在一属于刚性元件之一(10)的外壳(109)中，还包含一属于另一(108)刚性元件的互相作用件(103)，该互相作用件(103)啮合在钩(150)的凹部区中。钩的弯曲部分在其离开所述柄的另一端包含一直线形且平行于该柄的延伸件(152)，且一护套(153)是适用于接收所述延伸件，所述延伸件能够作直线形且平行于所述柄(115)的平移，同时保持永久啮合在所述护套(153)中。
文档编号F16C11/10GK101313121SQ200680043430
公开日2008年11月26日 申请日期2006年10月11日 优先权日2005年10月20日
发明者多米尼克·德拉穆尔, 奥利维尔·罗迪, 理查德·切尼, 阿兰·米克利塔里安 申请人:理查德·切尼;多米尼克·德拉穆尔;阿兰·米克利塔里安;奥利维尔·罗迪