用于传送运动的装置及其部件的制作方法

专利名称：用于传送运动的装置及其部件的制作方法
技术领域：
本发明一般来讲涉及用于传送运动的装置(device for transmitting movsm6nt)及其部件。
背景技术：
对于增强型人机交互(HCI)的日益增长的需求正迫切需要新型接口， 以允许人机交换各种各样的信息。作为这些新型接口中的一个例子的所谓 触觉装置(haptic device )有希望成为选择之一，这种装置是运用触感和控 制来与计算机应用交互的主动接口装置。触觉装置在他们产生运动和/或力 时为用户提供力反馈信息(force-feedback information )。触觉交互不仅使困 难的操作任务变得可能或者更加容易，而且它还使得在模拟和辅助操作人 员领域中的各种新型应用成为可能。
从远程操作到调整操作(scaled manipulation),以及模拟器和外科辅助 等，大量应用都可以受益于触觉技术。此外，力反馈装置正在向消费者市 场迈进，并正进入游戏行业以及无法预料的其他领域。
为了将虛拟模型或者远程机器人定位环境的准确感觉提供给用户，触 觉装置的机械结构应当具有低惯性、高刚性，以及低摩擦力和无后沖。并 耳关运动才几构(parallel kinematics mechanism)因其高刚性和^f氐惯性而一皮广泛 了解，这种机构能够实现大带宽的力传送。
然而，已知装置往往具有复杂、昂贵和庞大的设计，并且在同样情况 下，具有不可靠和不精确的性能。
现在需要提供一种简单、紧凑和/或廉价的、例如，用于触觉装置、操 纵器、测量装置等等的运动传送装置(movement transmission device )或组件，以及用于这种装置的部件。

发明内容
本发明的第 一 方面涉及一种用于传送运动的装置的传送构件(transmission member),该用于传送运动的装置包括致动器和基座构^f牛， 所述致动器用于提供待传送的运动。传送构件包括第一臂和至少一个啮合 机构(engagement means ),所述第 一臂适合于连接到基座构件并包括基座 部分和弯曲部分，所述至少一个啮合机构用于与所述装置的致动器啮合以 将运动从致动器传送到传送构件。
本发明的进一步的方面涉及一种用于传送运动的装置。所述装置包括 并4关运动传送结构(parallel kinematics transmission structure )，用于4是供相 对于一对称轴的至少一个自由度。并联运动传送结构包括基座构件、可动 构件和至少一个并联运动链(parallel kinematics chain),该并联运动链连 接基座构件和可动构件。并联运动链具有第一臂，该第一臂可在与所述对 称轴隔开一段距离而延伸的运动平面中运动。
本发明的另 一 方面涉及 一 种触觉装置以为用户提供力反馈信息，其包 括根据本发明的第 一 方面的装置。
本发明的另 一方面涉及一种操纵器以用于为操纵构件提供至少 一个 自由度的运动，该操纵器包括根据本发明的第一方面的装置。
本发明的另 一 方面涉及一种测量系统以用于为传感元件提供至少一 个自由度，该测量系统包括根据本发明的第一方面的装置。
本发明的进一步的方面涉及一种用于传送运动的装置的运动链，该用 于传送运动的装置包括提供至少一个自由度的并联运动传送结构。并联运 动传送结构包括基座构件和可动构件。运动链包括第一臂，该第一臂适合 于连接到基座构件并包括弯曲部分。
本发明的另 一方面涉及一种用于传送运动的装置，其包括提供至少三 个自由度的并联运动传送结构，该至少三个自由度包括三个平移自由度， 该并联运动传送结构包括基座构件、可动构件、连接所述基座构件和所述可动构件的至少一个并联运动链，每一个并联运动链包括作为第一臂的根 据本发明的第三方面的传送构件，每一个第一臂可在一运动平面内运动， 其中所述运动平面中的至少 一 个以与对称轴间隔开的关系而延伸。
其他特征是所公开的方法和产品所固有的，或者是可由本领域技术人 员根据以下实施方式的详细说明及其附图而清楚理解的。


现在将参考附图，以举例的方式描述本发明的实施方式，其中
图1至12示出了本发明的优选实施方式。
具体实施例方式
图1和2图示出才艮据本发明优选实施方式的所谓触觉装置形式的用于 传送运动的装置。然而，在对图1和2进行进一步详细说明之前，先讨论 几项优选实施方式。
根据实施方式，本发明提供用于传送运动的装置或作为用于传送运动 的装置的基础，优选地，所述用于传送运动的装置包括并耳关运动传送结构， 且本发明尤其作为象所谓触觉装置或力反射控制接口系统这样的装置的 基础，比如计算机的手动控制器、游戏操纵台、模拟器或其他系统，且本 发明还涉及用于并耳关运动才喿纵器(parallel kinematics manipulator)或并耳关运 动观'J量系统(parallel kinematics measuring system)的运动传送装置。
在下文中，将简短阐述根据本发明的传送构件的优选实施方式。
至少一个啮合机构可包括弯曲部分的外表面。
弯曲部分的外表面可形成为齿状表面，或可具有波形表面。
至少一个啮合机构可包括至少一个缆索或线。
至少一个缆索或线的一个末端可连接到基座部分，且该至少一个缆索 或线的另 一个末端可连接到弯曲部分。
至少 一个缆索或线可以被弹性张紧装置张紧。
至少一个缆索或线可以被引导围绕滑动绞盘(slipping capstan )。
至少一个啮合机构可包括第一缆索或线和第二缆索或线。
第一缆索或线的一个末端可连接到基座部分，且第一缆索或线的另一 个末端可适合于与致动器连接。
第二缆索或线的一个末端可连接到弯曲部分，且第二缆索或线的另一 个末端可适合于与致动器连接。
弯曲部分可形成环的 一段，其中心与传送构件的旋转轴相交。
基座部分可从弯曲部分的第一末端延伸。
基座部分可沿着相对于弯曲部分的径向方向、从弯曲部分的第一末端 延伸。
基座部分可包括用于旋转地安装到用于传送运动的装置的安装构件 的第一末端。
第 一臂的旋转轴可延伸贯穿第 一臂的第 一末端。
在一个实施方式中，根据本发明的传送构件可以作为第一臂而结合到 上面所提到的运动链中。
在一个实施方式中，根据本发明的传送构件可以作为第一臂而结合到 上面所提到的用于传送运动的装置中。
现在参看图1和2,描述根据本发明优选实施方式的所谓触觉装置形 式的用于传送运动的装置。仅仅为了说明性的目的，假定触觉装置可以用 作力反射控制接口，比如计算机的手动控制器。进一步的可能应用包括用 于游戏操纵台、模拟器或者其他相当系统的力反射控制接口，以及用于并 联运动操纵器或者并联运动测量系统的力反射控制接口 。
根据本优选实施方式的装置包括基座构件或底板2，以及可动构件4。 基座构件2和可动构件4经由三个运动链6而连接起来。
每一个运动链6包括第一臂或主臂8和第二臂或辅助臂10。下面将参 考图6和7来更加详细地描述该第一臂8、其操作及其功能。
每一个第二臂IO可以被认为是包括两个连接杆(linkingbar) 12的平 行四边形。在一个末端14处，每一个连接杆12与可动构件4通过接头(joint) 或铰链16连接。在它们的相对末端18处，每一个连接杆12与它的相关 联的第一臂8的一末端20通过连接件或铰链22连接。
每一个第二臂10，特别是每一个连接杆12在两个末端都具有两个旋 转自由度。为了提供这种功能，第二臂10与可动构件4以及相关联的第 一臂8的连4妄可以通过万向元件(cardanic element)或者成对的非平4亍可 旋转连接或活接头(articulation)来实现，比如滚珠轴承，普通轴承或挠 性铰链。在一个实施方式中，在非平行可旋转连接或活接头的情况下，最 好是它们各自的轴垂直，并且它们确实相交，但在两个轴之间可容许一段 偏移距离(参见图12)。每一个连接杆的最靠外侧的可旋转连接，即将杆
第一臂的那个可旋转连接，需要具有彼此平行、并且与第一臂的可旋转连 接的轴相平行的轴。在一个实施方式中，每一个连接杆的最靠内侧的可旋 转连接必须具有彼此平行的轴，优选地垂直于最靠外侧的可旋转连接。由 于连接杆中的每一个都必须符合这些条件，因此对于给定侧来说，每一个 连接杆的最靠外侧的可旋转连接必须具有重合的轴，并且进行相同的旋 转。因此，如图12所示，在本实施方式中，可以使这个最靠外侧的连接 至少为两个杆所共用。
可替代地，每一个第二臂10，特别是每一个连接杆12,在一侧具有 两个旋转自由度，而在另一侧具有三个旋转自由度。为了提供这种功能， 可以通过一个末端或两个末端的球形球接头来实现第二臂10与可动构件4 以及相关联的第一臂8的连接。因此，连接杆12可以绕着它们自己的轴 来旋转，但是对于操作该装置来说，这种附加的自由度并不是必需的。
第二臂10到可动构件4和相关联的第一臂8的连接还可以包括在朝 向第二臂10的一侧具有公共基座、而在朝向可动构件4和/或第一臂8的 一侧具有至少两个基座的连接。
然而，无论在哪种情形下，优选的都是使用挠性铰链或者4交链活接头 来作为接头22，以便将第二臂10连接到可动构件4和相关联的第一臂8，
例如可通过EP1113191A1获知的例子。
下面参考图12来说明用于第一臂8、第二臂10、基座构件2和可动 构件4的挠性连接的优选实施方式。
在每一个第一臂8的、与其相关联的第二臂IO连接的末端20相对的 末端24处，每一个第一臂8与安装构件26连接，而该安装构件26又被 固定地安装到基座构件2，并由此与基座构件2连接。安装构件26和基座 构件2也可以由整体形成。
每一个第一臂8与它的相关联的安装构件26被连接成使得每一个第 一臂8可以相对于该相关联的安装构件26、并由此相对于该基座构件2旋 转或枢轴转动。在本优选实施方式中，每一个第一臂8与它的相关联的安 装构件26通过旋转轴28连接，该旋转轴28延伸贯穿与第一臂8相关联 的安装构件26和第一臂8的末端24。
安装构件26沿着基本垂直于基座构件的平面的方向，从基座构件2 延伸。在被安装到基座构件2的部位28与相对的自由末端20之间的一部 分处，旋转致动器32被安装到每一个安装构件26上，其中所述自由末端 20与第一臂8连接。
旋转致动器32可以是例如标准的直流电动机或无刷电动机。为了减 少供运动链6进行期望运动所必需的输出扭矩和功率损耗，本发明使用了 一种新的单级传送，下面将参考图6至12对其进行更详细的说明。
每一个致动器32包括延伸贯穿其各自的安装构件26的旋转输出轴 34。每一个输出轴34与相应的一个第一臂8连接，以便移动相应的第一 臂8。下面将参考图8-10来说明关于输出轴34和第一臂8的连4妻的优选 实施方式。
优选地，使用于第一臂的角度位置检测的装置或单元，比如电位计、 光学编码器、磁编码器，与输出轴34或致动器32的任何其他适合于提供 角度信息的部分(例如，转子)关联起来。
正如可以从图1中看出的，本优选实施方式包括外壳35。外壳35可 连接到基座构件2，或者在其下侧包括基座构件2。
外壳35具有三个开口 36,可以通过这些开口 36来导引第一臂8。由 于正如下文将详细阐述的第一臂8的设计和操作，沿着从其中导引相应的 第一臂的方向来看，这些开口 36中的每一个的横截面都仅仅比将要在其 中导引的第一臂的部位的横截面稍大。可以以这样的方式来设计开口 36 是因为，在操作中，在开口 36的区域中，第一臂8沿着一条几乎笔直的 直线来运动。因此，可以将该开口 36的横截面设计成尽可能接近第一臂8 的横截面。在这里，"尽可能接近"表示第一臂8并不充分啮合或者并不 接触开口的所有边缘(即，界定该开口 36的外壳35的部位)，使得第一 臂8的运动受到比如摩擦的影响。
例如，如果第一臂8具有矩形或圆形横截面，则开口 36也可以分别 具有仅仅稍大一点的矩形或圆形横截面。这增强了对于外壳35内部部件 的覆盖，使得没有或者基本没有可能导致内部部件和整个装置出现故障的 异物(例如，灰尘，湿气，水分，小颗粒等)可以进入外壳35。并由此进 一步减少了伤害到用户的风险(例如挤到或夹到手指)。
在图中没有示出的进一步的优选实施方式中，开口 36具有弹性的、 顺从性环或者涂层，该环或者涂层与相应的第一臂8接触，使得臂运动(基 本)不受影响，却又可以实现第一臂8和外壳35之间的流体紧密封。也 可以通过波紋管(bellow)(未示出)来实现流体紧密封。
参考图3至5来说明，根据本发明的第一臂8、安装构件26和致动器 32的根据本发明的优选实施方式的布置。
为便于理解，此处先说一些前言。本发明所涉及的装置与一些现有技 术中的用于传送运动的装置都具有分别相对于其可动构件的可能运动或 者该可动构件的自由度的对称中心。
在基座构件和可动构件之间连接的每一个运动链可以沿着运动平面 来运动。具体来讲，通常，运动链的第一臂或主臂，即运动链连接到基座 构件的部位，可以沿着各自的运动平面来运动。
运动链的第二臂，即运动链连接到可动构件的部位的运动可能通常发 生在不同的平面中或发生在运动空间中。
在一个实施方式中，对称中心被定位成使得垂直延伸贯穿基座构件中 心的线与该对称中心相交。仅仅为了简化起见，在下文中假定优选实施方 式具有这一关系。然而，对称轴的任何其他关系或定位也是可能的。
图3示出在不是用于本发明而是为现有技术装置所公用的一种布置中的第一臂8。应当注意到，图3可以被认为是仅仅关于第一臂的空间布置 的现有技术方案。但是应当理解的是，本发明的第一臂8并不是才艮据现有技术而得知的。
每一个第一臂8都可在运动平面38中运动，运动平面38中中的每一 个都通过图3中的虛线表示。正如已知的，第一臂被布置成使得它们的运 动平面38在垂直延伸贯穿基座构件，在这里是贯穿基座构件的中心42的 公共线或轴40 (被称为"对称轴”)处相交。在本实施方式中，相交或对 称轴恰好分别穿过相对于可动构件4 (未示出)的可能运动或可动构件的 自由度的对称中心。
在本发明中并未使用这一现有技术方案。而是根据本发明，按照如图 4中所示出的方式来布置第 一臂8以及与之相关联的安装构件26和致动器 32。
具体来讲，与图3中的运动平面38相比，第一臂8中的至少一个被 定位成使得其运动平面在产生运动平面44的垂直方向上偏移。这是通过 图4中的箭头46来示出的。
进一步来讲，第一臂8(多于一个的第一臂8)被定位成使得它的(或 它们各自的)旋转轴(多于一个的旋转轴)沿着向内的方向或向着基座构 件2的中心42的方向在运动平面44中运动。这是通过图4中的箭头50 来示出的。
以上述方式来定位每一个第一臂8,便得到了图5中的优选实施方式。
结果，根据本发明定位的每一个臂的运动平面44没有和运动平面的 公共对称轴相交，而是以与之间隔开的关系来延伸，即在运动平面44和 对称轴之间存在距离d>0。
换句话说，根据本发明定位的第一臂8的运动平面44与另一个第一
臂的运动平面38/44(可能是根据本发明来定位的，也可能不是)的相交形成 了 一条与它们的公共对称轴不相交的线，而是以与之间隔开的关系来延 伸，即在平面的相交线和对称轴之间存在距离d>0。因此，在图5中的实 施方式中，全部是根据本发明来定位的每一个运动平面44都按照相互间 隔开的关系来延伸。
这尤其能够实现更紧凑的设计，因为第一臂8的旋转轴与基座构件2 的中心或对称轴之间的距离可以被减少。结果，与现有技术装置相比，根 据本发明的装置所占据的横向空间减少了 ，并因此允许例如使用更小的外壳。
对于其中第一臂的运动的有效半径大约等于第一臂的径向长度的触 觉桌面装置(haptic desktop device)的典型例子来说，通过本发明实现的 横向空间减少在直径上达到大约2倍；而对于表面来说，通过本发明实现 的减少达到大约4倍。
现在将参考图6和7来解释第一臂8的优选实施方式以及它们在根据 本发明的装置内的布置。
第一臂8包括弯曲部分52,这里是一段环的形式。无论弯曲部分52 的曲率如何，优选的是第一臂8的旋转中心54与连接弯曲部分52的末端 的虚拟线的中点重合或几乎重合。在图6和7中示出的实施方式中，弯曲 部分52的中心进一步对应于具有该弯曲部分52的曲率的虛拟环的中心 (中点)；对于弯曲部分52的不同曲率也可以存在这一关系。
第一臂8的基座部分56从弯曲部分52的第一末端58延伸，并可旋 转地连接到安装构件26,其中基座部分56和安装构件26在基座部分上的 连接位置界定第一臂8的旋转中心54。在本优选实施方式中，基座部分 56是笔直部分。然而，基座部分56也可以是弯曲部分。
图6和7的实施方式包括第一臂8的从弯曲部分52的第二末端62延 伸的可选末端部分60。末端部分60通过例如4交《连来连接弯曲部分52和相 应的第二臂IO。具体来讲，在挠性铰链的情况下，末端部分58和铰链可 由整体形成，或者可将它们作为整体形成的构件来提供。在不包括末端部
分60的进一步的优选实施方式中，可以直接连接弯曲部分52和第二臂10。 在这里，在用于这种连接的铰链的情况下，铰链和弯曲部分52的第二末 端62和/或4交链和第二臂10可由整体形成。
图6示出在第一末端位置中的第一臂8，图7示出在第二末端位置中 的第一臂8。末端位置之间的转换是通过第一臂8的旋转来实现的。正如 可从这些图中得到的，第一臂8的运动是这样的运动即弯曲部分52在 穿过外壳34期间的各部位的运动可以被认为是在该位置的线性运动。因 此，外壳34的开口 36可以具有与弯曲部分52的(最大) 一黄截面相适应 的尺寸。
在相同的应用中，第一臂8、特别是弯曲部分52的优选实施方式可以 实现第一臂8的次最佳的扭转和连接刚性(binding stiffness )。如果是这样 的情况，则可以使用弯曲部分52的适当横截面来进行补偿。用于影响第 二臂的运动范围的进一步手段包括将第一臂8和第二臂10之间的连接定 位在小于、等于或大于旋转中心54的距离处。这可以通过末端部分60的 适当设计来实现，例如朝着旋转中心54、或沿着相反的方向从弯曲部分 54的第二末端62延伸。
下面将描述移动第一臂8的优选实施方式，其中一部分描述将参考图 8至10。
在一没有示出的优选实施方式中，致动器32的输出轴34和弯曲部分 52处于摩擦接触或摩擦啮合。优选地，输出轴34和弯曲部分52之间的摩 擦确保输出轴34的旋转被充分地(优选的是始终)传送到弯曲部分52, 并由此传送到第一臂8。输出轴34的旋转导致第一臂8的运动，并由此导 致整个运动链6的运动。为了改善输出轴34和第一臂8的啮合，输出轴 34自身或形成在其上的涂层可具有高的摩擦系数。额外地或可代替地，弯 曲部分52中的为与输出轴34接触而设置的部位或形成在其上的涂层可具 有高的摩擦系数。
进一步的，设想相对于彼此来偏置输出轴34和第一臂8。这补偿了由 于重力引起的电动机转矩损失，而且也可以例如增强它们的摩擦啮合。偏 置例如可以通过在输出轴34上施加沿着朝向第一臂8的方向和/或沿反向
方向作用的力来实现。这可以例如通过挠性轴承和/或弹性弹簧(elastic spring)元件来实现。因此，也可以为才艮据本发明的任何其他实施方式来设想这一点。
在一未示出的进一步的优选实施方式中，致动器32的输出轴34被形 成为齿缘轮(toothedwheel)、齿轮(gear)、大齿轮(gearwheel )，或者可 具有波形表面，同时，弯曲部分52的为与输出轴34接触而设置的部位被 形成为具有互补的表面。这将避免第一臂8和输出轴34之间的打滑或使 打滑最小化。
在图8至10中示出的优选实施方式中，输出轴34和第一臂8的连接 是基于缆索或基于线的。
在图8的优选实施方式中，第一臂8具有缆索64。也可将其设想为使 用齿形皮带(toothed belt)或齿轮传动装置(gear transmission ),来分别代 替缆索64和下文中将说明的另外的缆索。
以从基座部分56沿着弯曲部分52的外表面向着它的第二末端62的 方向来看，缆索64从基座部分56沿着弯曲部分52延伸到弯曲部分52的 一个超出输出轴34的位置处。缆索64的两端66和68都被固定地安装到 第一臂8上。
为了连接第一臂8和输出轴34,缆索64至少围绕输出轴34巻绕一次， 如图8中的右侧部分所示。
为了获得缆索64与输出轴34的外表面之间的足够的摩擦，期望拉紧 或张紧缆索64。为此目的，优选的是使用夹具70和夹具72以用于将缆索 64的末端66和末端68分别连接到第一臂8。
为了改善输出轴34和第一臂8的啮合，输出轴34自身或形成在其上 的涂层可具有高的摩擦系数。额外地或可代替地，索缆64中的为与输出 轴34接触而设置的部位或形成在其上的涂层可具有高的摩擦系数。
除了以下区别之外，图9中示出的优选实施方式与图8中的实施方式 基本一致，并且不再描述相似的特征。
如图9中所示，弹簧74 一皮设置在缆索64的末端66和在第一臂8的基座部分56上提供的支座76之间。弹簧74永久地使缆索64偏置或张紧 到使得缆索64稳固地啮合输出轴34的程度。这一方面确保了输出轴34 的牢固连接，另一方面也确保了缆索64的牢固连接，并因此确保了第一 臂8的牢固连接。弹性张紧装置可以是螺旋形牵引弹簧，如图9中所示， 但也可以使用任何其他弹性元件(例如，螺旋状压缩弹簧，梁式元件(beam element),膜片等等)。
除了以下区别之外，图10中示出的优选实施方式与图8和9中的实 施方式基本一致，并且不再描述相似的特征。
如图10 (右侧)中所示，缆索64通过例如软焊(soldering )、焊接 (welding)、粘合剂、夹具等固定或锚固到输出轴34。这是用于确保输出 轴34和缆索64稳固地连接，并由此确保输出轴34和第一臂8稳固地连 接的进一步的手段。
除了以下区别之外，图11中示出的优选实施方式与图8至10中的实 施方式基本一致，并且不再描述相似的特征。
在图11图示出的优选实施方式中(具体在图11的右侧示出)，使用了 两根缆索64a和64b,而不是使用缆索64。
类似于图10和11实施方式中的缆索64的末端66，缆索64a的一个 末端66a与第一臂8的基座部分56连接，即，弹簧74被设置在缆索64 的末端66a和在第一臂8的基座部分56上提供的支座76之间。此外，缆 索64a被引导围绕滑动绞盘77至少一次。从致动器来看，由于绞盘摩擦， 这实现了明显更高的缆索刚性，并且允许更小的张力(并因此允许使用更 小的弹性元件)。
还可以设想将如图11中所示的绞盘用于图8至IO的实施方式。
可替代地，也可以以与图8至10中的实施方式相当的方式，将末端 66a连接到基座部分。
通过例如软焊、焊接、粘合剂、夹具等将缆索64a的另一末端78固定 地连接到输出轴34。
缆索64a以巻绕方向围绕输出轴34巻绕。
缆索64b中的一个末端68a连接到第一臂8的弯曲部分52，类似于图 9和10的实施方式中缆索64的末端68连接到第一臂8。
通过例如软焊、焊接、粘合剂、夹具等将缆索64b的另一末端80固 定地连接到输出轴34。
缆索64b也围绕输出轴34巻绕，然而是沿着相同的巻绕方向乂人相对 侧开始的。
结果，输出轴34的旋转的效果是缆索64a从输出轴34展开，缆索 64b被巻绕到输出轴34上，反之亦然。这使得能够实现根据本发明的装置 的更窄的设计。
特别是由于减少了打滑风险和改善了摩擦，缆索64a和64b与输出轴 34的这种连接进一步增强了第一臂8和输出轴34之间的连接质量。
作为一种可替代方案，缆索64a和缆索64b的末端78和末端80可以 不必固定到输出轴34,而是通过如上所述地在输出轴34上巻绕缆索64a 和缆索64b而将末端78和末端80连接到输出轴34，以引导缆索64a和缆 索64b中的至少一根缆索经过一条沿垂直于其纵轴的方向延伸贯穿输出轴 34的通路，并将末端78和末端80连接在一起。
对于所有上述实施方式，还设想，将已经被描述为设置在基座部分上 的连接装置设置在弯曲部分上，将已经被描述为设置在弯曲部分上的连接 装置设置在基座部分上。
然而，参考图8至11解释的原理不仅仅适用于本发明所涉及的用于传 送运动的装置的类型。而是，概括地讲，该原理和潜在的教义提供了一种 包括基座部分、弯曲部分和末端部分的用于传送运动的运动传送构件。上 文中关于第一臂的基座部分、弯曲部分和末端部分给出的细节同样适用于 这里。
运动传送构件具有延伸贯穿基座构件的转动轴，同时末端部分适合于 提供将要被传送到进一步的构件，例如第二臂10的运动。
弯曲部分与运动传送构件的转动轴间隔开，并且经由基座部分与转动 轴连接在一起。因此，运动传送构件围绕其转动轴的旋转导致弯曲构件的旋转，反之亦然。
弯曲部分适合于被提供旋转运动的装置或单元来啮合，所述提供旋转 运动的装置或单元比如是旋转致动器、电动机、输出轴等等。优选的是， 弯曲部分和在上述实施例之一所结合的此类装置的啮合，涉及到第一臂8和致动器32的连接。
优选实施方式可以是触觉装置、操纵器或测量系统的形式。
在触觉装置的情况下，可动构件4与手柄连接。在操纵器的情况下， 可动构件4与操纵构件连接。在测量系统的情况下，第一臂与传感元件连 接，其中可动构件的位置是根据测量结果来计算的。在图1中，手柄、操 纵构件和传感元件是通过由附图标记82指定的部件来图示的。
根据本发明的触觉装置实施方式包括上述实施方式之一中的根据本 发明的装置。这种触觉装置可以用作运用触感和控制来与计算机应用等交信息。根据本发明的触觉或力反馈装置提供三个平移自由度。此外，可以 通过与根据本发明的运动传送装置串联连接的旋转肘节(wrist)模块82 提供多达三个的旋转自由度。可以通过肘节模块82和可动构件的旋转连 接84来提供旋转。用户可以借助于肘节模块82或位于肘节模块82顶部 的手柄来与触觉装置交互。优选的，肘节模块适合于提供触觉反馈。
根据本发明的触觉装置可以进一步包括用于测量每一个第一臂8的孔 径角的传感器，和用于根据测量结果来计算可动构件4的位置的处理器。
还设想提供控制键、控制轮、力抓爪(force gripper)或其他用于人机 交互的元件，和/或设置在可动构件处、并优选地位于肘节模块82下面的 力传感器。
结合有根据本发明的运动传送装置的实施方式的、根据本发明的操纵 器提供了对于抓爪的三个平移自由度和一个旋转自由度的运动。并联运动 链6将三个平移自由度提供到可动构件4。诸如抓爪组件的操纵构件82与 可动构件4串联连接，使得操纵构件82可相对于基座构件2旋转。这可 通过旋转连接84和/或通过为可动构件4提供允许绕整体结构的垂直轴旋转的旋转轴来实现。
在进一步的实施方式中，根据本发明的操纵器还可以包括力传感器， 以便检测每一方向中的力或扭矩。显然，根据本发明的操纵器可以包括任
何其他种类的抓爪、工具或其他末端执行器(end effector )。
例如用于测量坐标系的根据本发明的测量系统包括根据本发明的运 动传送装置，用于将三个平移自由度的运动提供到探针或传感元件82。在 这里，可以省略^:转连4妄84。
图12示出用于第一臂8和第二臂10以及/或者第二臂10和可动构件 4的弹性连接的优选实施方式。在这里，第二臂10包括三个连接杆12, 图14示出了其末端。连接杆12的末端通过三个弹性铰链或弹性铰链活接 头86与第一臂8或可动构件4连接。弹性铰链86可以形成为分离部件， 或者与连接杆12由整体形成。第二臂10和第一臂10和/或可动构件4也 是有可能由整体来形成的。在整体的实施方式的情况下，弹性4交链86可 以以材料锥形(material tapering )的形式来形成。
尽管已经在此相对于其特定实施方式对本发明进行了描述，但是不应该把所附权利要求书视为局限于这些实施例，而应当包括所属领域普通技术 人员可能做出的任何修改和变更。
权利要求
1.一种用于传送运动的装置的传送构件，所述装置包括基座构件和致动器，所述致动器用于提供待传送到可动构件的运动，所述传送构件包括第一臂，其可相对于一旋转轴旋转并包括基座部分和弯曲部分，所述弯曲部分形成环的一段，其中所述基座部分从所述弯曲部分的第一末端延伸，且所述弯曲部分的第二末端适合于连接到一第二臂，所述第二臂用于将运动传送到所述可动构件；以及至少一个啮合机构，其用于与所述装置的所述致动器啮合，以将运动从所述致动器传送到所述传送构件。
2. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述至少一个啮合机构包括 所述弯曲部分的外表面。
3. 根据权利要求2所述的传送构件，其中所述弯曲部分的所述外表面 形成为齿状表面，或具有波形表面。
4. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述至少一个啮合机构包括 至少一个缆索或线。
5. 根据权利要求4所述的传送构件，其中所述至少一个缆索或线的一 个末端连接到所述基座部分，且所述至少一个缆索或线的另一个末端连接 到所述弯曲部分。
6. 根据权利要求4所述的传送构件，其中所述至少一个缆索或线被弹 性张紧装置张紧。
7. 根据权利要求4所述的传送构件，其中所述至少一个缆索或线被引导围绕滑动绞盘。
8. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述至少一个啮合机构包括 第一缆索或线和第二缆索或线。
9. 根据权利要求8所述的传送构件，其中所述第一缆索或线的一个末 端连接到所述基座部分，且所述第一缆索或线的另一个末端待与所述致动 器连接。
10. 根据权利要求8所述的传送构件，其中所述第二缆索或线的一个 末端连接到所述弯曲部分，且所述第二缆索或线的另一个末端待与所述致 动器连接。
11. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述基座部分沿相对于所 述弯曲部分的径向方向、从所述弯曲部分的所述第一末端延伸。
12. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述基座部分包括用于旋 转地安装到所述运动传送装置的 一安装构件的第 一末端。
13. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述弯曲部分形成环的一 段，其中心位于相应的所述第一臂的所述旋转轴处。
14. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述第一臂适合于与所述 致动器的旋转轴摩擦啮合，所述旋转轴从所述致动器的主体延伸并与所述 第一臂摩擦啮合。
15. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述第二臂适合于连接到 所述可动构件。
16. 根据权利要求15所述的传送构件，其中所述第二臂包括至少两个 并联连接杆。
17. 根据权利要求1所述的传送构件，其中所述第一臂的所述弯曲部 分适合于可通过所述用于传送运动的装置的外壳的开口而运动。
18. —种用于传送运动的装置的运动链，所述用于传送运动的装置包 括提供至少一个自由度的并联运动传送结构，所述并联运动传送结构具有 基座构件和可动构件，所述运动链包括第一臂，其可相对于一旋转轴旋转并包括基座部分和弯曲部分，所述 弯曲部分形成环的一段，其中所述基座部分从所述弯曲部分的第 一末端延 伸，且所述弯曲部分的第二末端适合于与第二臂连接，所述第二臂用于将 运动传送到所述可动构件。
19. 根据权利要求18所述的运动链，其中所述第一臂包括用于旋转地 安装到一安装构件的第 一末端，所述安装构件从所述基座构件延伸。
20. 根据权利要求18所述的运动链，其中所述第一臂适合于与一致动 器啮合，所述致动器^C所述用于传送运动的装置包含并被设置来用于移动 所述第一臂。
21. 根据权利要求20所述的运动链，其中所述第一臂的所述弯曲部分 适合于与所述致动器啮合。
22. 根据权利要求18所述的运动链，包括，所述第二臂适合于连接到 所述可动构件。
23. 根据权利要求22所述的运动链，其中所述第二臂包括至少两个并 联连接杆。
24. 根据权利要求22所述的运动链，其中所述第二臂的第一末端连接 到所述第一臂，且所述第二臂的第二末端适合于连接到所述可动构件。
25. —种用于传送运动的装置，其包括提供至少一个自由度的并联运 动传送结构，所述并联运动传送结构包括基座构件； 可动构件；以及至少一个并联运动链，其连接所述基座构件和所述可动构件，每一个 并联运动链具有第一臂，所述第一臂可相对于一旋转轴旋转并包括基座部 分和弯曲部分，所述弯曲部分形成环的一段，其中所述基座部分从所述弯 曲部分的第一末端延伸，且所述弯曲部分的第二末端适合于连接到第二 臂，所述第二臂用于将运动传送到所述可动构件，并且所述第一臂可在与 一对称轴隔开一段距离而延伸的运动平面中运动。
26. 根据权利要求25所述的装置，其中相关联于每一并联运动链，设 动链。
27. 根据权利要求26所述的装置，其中所述致动器和所述第一臂通过 至少 一 个啮合机构连接以移动所述第一臂。
28. 根据权利要求25所述的装置，其中所述致动器包括输出轴，所述 输出轴从所述致动器的主体延伸并摩擦啮合所述第 一臂的所述至少一个 啮合一几构。
29. 根据权利要求26所述的装置，其中所述至少一个缆索或线围绕所 述输出轴巻绕至少一次。
30. 根据权利要求29所述的装置，其中所述至少一个缆索或线与所述 输出轴固定地连接。
31. 根据权利要求25所述的装置，还包括外壳，对于所述并联运动链 中的每一个，所述外壳具有一开口，所述并联运动链的各自的所述第一臂 的所述弯曲部分可通过所述开口而运动。
全文摘要
一种用于传送运动的装置的传送构件包括用于提供待传送的运动的致动器和基座构件，该传送构件包括第一臂，所述第一臂适合于连接到基座构件并包括基座部分和弯曲部分，该传送构件还包括至少一个啮合机构，用于与该装置的致动器啮合，以将运动从致动器传送到传送构件。
文档编号G06F3/08GK101203829SQ200680011576
公开日2008年6月18日 申请日期2006年2月10日 优先权日2005年2月11日
发明者塞巴斯蒂安·格兰哥, 帕特里克·海尔默, 帕特里斯·罗伊勒, 弗朗索瓦·康蒂 申请人:诺文特技术公司