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 |
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| 申请号 | CN200680043430.5 | 申请日 | 2006-10-11 | 公开(公告)号 | CN101313121B | 公开(公告)日 | 2011-11-09 |
| 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; | 发明人 | 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; | ||||
| 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。 | ||||||
| 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，这些所述端部具有能够分别互相匹配的支承表面，弹性机构(118，131)被提供用于维持这些所述表面之间的接触，该机械装置一方面包含一钩形枢转件(150；250)，该钩形枢转件具有一直线形柄(115；215)，该柄(115；215)可滑动地安装在一属于这些所述刚性元件之一的外壳(109)中，另一方面包含一属于另一这些所述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，其特征为在该弯曲部分的离开该柄(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。 |
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| 说明书全文 | 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技术领域[0002] 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。 [0003] 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，该端具有能够个别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[0004] 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)。 [0005] 在一范围的枢转可能既不需要，也是不想要的。 [0006] 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”。 [0008] 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。 [0009] 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。 [0011] 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。 [0012] 依据欧洲专利EP-A-0886712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本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。 [0013] 法国专利FR-A-2850143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。 [0014] 为了此目的，法国专利FR-A-2850143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。 [0015] 法国专利FR-A-2850143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。 [0017] 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[0018] 本发明的目的是解决此问题。 [0019] 为了此目的，提出了一种机械装置，其如同法国专利FR-A-2850143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-2850143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。 [0020] 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。 [0021] 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。 [0022] 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。 [0023] 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。 [0024] 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。 [0025] 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，且其通常是圆形，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)。 [0026] 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。 [0027] 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啮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。 [0028] 有利地，第二枢转件是一环。 [0029] 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。 [0030] 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。 [0031] 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。 附图说明[0033] 图1a至1c示出依据法国专利FR-A-2850143号的现有技术； [0034] 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； [0035] 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； [0036] 图4是类似于图3的视图，但是在另一位置，且弹簧被省略； [0037] 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； [0038] 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； [0039] 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； [0040] 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； [0041] 图8b是与图8a相同的视图，但是可移动元件的外壳被省略； [0042] 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； [0043] 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； [0044] 图11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； [0045] 图12a-12c描绘在对准(图12a)与错置(图12b-12c)位置的图10a、10b与11的铰链的区域，铰链能够作约10°脱节。 [0046] 主要元件符号说明 [0047] 1 钩 [0048] 3 链节 [0049] 7 第一刚性元件 [0050] 8 第二刚性元件 [0051] 9， 外壳 [0052] 10 分割区 [0053] 11 近部分 [0054] 12 一远部分 [0055] 13 通道 [0056] 14 系杆 [0057] 15 柄部或柄 [0058] 16 止动件 [0059] 17 底部 [0060] 18 线圈弹簧 [0061] 19a 缺口 [0062] 19b 缺口 [0063] 20a 斜坡 [0064] 20b 斜坡 [0065] 23 外壳 [0066] 24 近部分 [0067] 25 远部分 [0068] 26 分割区 [0069] 27 通道 [0070] 28 系杆 [0071] 29 柄 [0072] 30 止动件 [0073] 31 线圈弹簧 [0074] 32 平行六面体块 [0075] 33 支承面 [0076] 34 支承面 [0077] 35 支承面 [0078] 36 支承面 [0079] 39 边缘 [0080] 40 边缘 [0081] 103 互相作用件，环 [0082] 103″ 环 [0083] 107 固定元件 [0084] 107a 端部 [0085] 107a′ 端部 [0086] 107″ 固定元件 [0087] 108 可移动元件 [0088] 108a 端部 [0089] 108a′ 端部 [0090] 108” 可移动元件 [0091] 109 外壳 [0092] 110 分割区 [0093] 111 远部分 [0094] 112 远部分 [0095] 113 通道 [0096] 115 柄 [0097] 118 线圈弹簧 [0098] 119 缺口 [0099] 123 外壳 [0100] 129 系杆 [0101] 131 线圈弹簧 [0102] 134a 支承面 [0103] 134b 支承面 [0104] 136a 支承面 [0105] 136b 支承面 [0106] 150 钩 [0107] 151 端部 [0108] 152 延伸件 [0109] 153 盲孔 [0110] 160 自由面 [0111] 161 界限 [0112] 162 自由面 [0113] 163 肩 [0114] 163″ 顶靠件 [0115] 164 分割区 [0116] 165 端部 [0117] 165″ 沟槽 [0118] 171 圆柱形切除部 [0119] 172 插塞 [0120] 207 固定元件 [0121] 207a 端部 [0122] 208 可移动元件 [0123] 213 通道 [0124] 215 柄 [0125] 250 钩 [0126] 252 延伸件 [0127] 253 盲孔 [0128] 254 轴 [0129] 1109 外壳 [0130] 1111 近部分 [0131] 1113 通道 [0132] 1153 穴 [0133] 1153a 端部 [0134] 1164 分割区 [0135] 1170 共同入口 [0136] F1 箭头 [0137] F2 箭头 [0138] X-X’ 轴线 [0139] α 角 [0140] β 角 具体实施方式[0141] 图1a、1b与1c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-A 2850143号)。 [0142] 如这些图所示，现有技术的关节系统是部分安装在一称为「固定式」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”。 [0143] 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。 [0144] 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，且它由一具有一圆孔的正方形板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。 [0145] 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。 [0146] 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返回的钩1，以致于弹簧31支持块32，以致于它的近面与支承面36齐平。 [0147] 在图1a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。 [0148] 在图1b中，可移动元件8相对于它在图1a所占据的位置系已“错置”，以便能够依据箭头F1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，钩1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。 [0149] 在图1c中，可移动元件8的支承面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1a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。 [0150] 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。 [0151] 虽然在图1a-1c中，钩1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。 [0152] 此问题由本发明解决，如图2至5所示，其中与已参考图1a-1c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。 [0153] 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。 [0154] 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152一旦啮合在盲孔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。 [0155] 延伸件152啮合在盲孔153中明确地防止钩150转动。 [0156] 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90°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。 [0157] 不同于图1a-1c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。 [0158] 除此以外，参考关节的可能位置，本发明与现有技术并无不同： [0159] 在图3中显示一第一稳定位置，其对应于现有技术的图1c的位置，[0160] 在图4中显示一第二稳定位置，其对应于现有技术的图1a的位置，[0161] 在图5中显示一不稳定中间位置，其对应于现有技术的图1b的位置，[0162] 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。 [0163] 再次发现一通道113相当于制造在一分割区110中之图1a-1c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153一方面借由一分割区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。 [0164] 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是长椭圆形，以保持该穴的抗转功能，该穴保留的唯一圆形区段是端部1153a。 [0165] 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。 [0166] 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°。 [0167] 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α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。 [0168] 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。 [0169] 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1a-1c或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增加200。 [0170] 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。 [0171] 此构造允许轴线X-X’任一侧的15°级(见图12a-12c)的角β的错置。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。 |
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