用于交互作用工作及快速运动的双差动半主动致动器制造技术

本发明专利技术是一种用于与机械负载交互作用的机械差动致动器。该机械差动致动器包括第一及第二半主动次致动器、速度来源以及具有三个交互作用端口的第一及第二机械差动。第一机械差动包括连结至速度来源的第一交互作用端口以及连结至第一半主动次致动器的第二交互作用端口及第三交互作用端口。第二机械差动包括连结至速度来源的第一交互作用端口以及连结至第二半主动次致动器的第二交互作用端口及第三交互作用端口。最后，第一及第二机械差动的第二交互作用端口连结在一起而形成配置成连结至负载的输出。

【技术实现步骤摘要】
用于交互作用工作及快速运动的双差动半主动致动器本申请是依据申请日为2009年03月26日、申请号为200980111064.6、专利技术名称为“用于交互作用工作及快速运动的双差动半主动致动器”在答复第二次审查意见通知书时所提交的修改文本而提出的分案申请。
本专利技术是有关一种用于交互作用工作及快速运动的双差动半主动致动器。尤其是，本专利技术是有关一种适合机器人交互作用工作、力量控制工作或快速运动工作的双差动半主动致动器。
技术介绍
大部分现代的机器人系统是快速且可重复定位控制的机器。然而，虽然投入昂贵的研发努力，大多还受限于执行特定程序化动作的控制区。此外，在工作中仍会有受限的性能，比如研磨、抛光、表面跟随及复杂组装。此外，即使已经参与许多经济性的人机交互作用应用(物理治疗、训练辅助、手术辅助、手动工作教导、运动训练、矫正器及义肢动力化、触觉、交互作用机器的远距操作等等)，但是已经成功实现的却很少。在过去超过25年中，一些研究人员试图辨识并修改设计范例，其在心中的目的是：创作出能安全且多样交互作用的机器人系统，因而导致交互作用控制原理。不幸的是，已证实传统的致动器无法适合其使用且不适合安全且多样交互作用，主要是因为高输出阻抗(惯性及摩擦)以及因为当力量回馈被实现时感测与致动换能器的一般非并列配置。适合许多交互作用工作的安全且多样致动器必须具有至少四项基本特性：(1)高力量或力矩密度；(2)足够的力量频宽；(3)很低的输出阻抗；以及(4)高真实度的力量显示能力。然而，没有传统致动器同时展现所有这些特点。
技术实现思路
依据本专利技术，提供一种用于与机械负载交互作用的机械差动致动器，包括：第一半主动次致动器；第二半主动次致动器；速度来源；第一机械差动，具有三个交互作用端口，包括连结至该速度来源的第一交互作用端口，以及连结至该第一半主动次致动器的第二交互作用端口以及第三交互作用端口；以及第二机械差动，具有三个交互作用端口，包括连结至该速度来源的第一交互作用端口，以及连结至该第二半主动次致动器的第二交互作用端口以及第三交互作用端口；其中该第一机械差动的第二交互作用端口以及该第二机械差动的第二交互作用端口是连结在一起以形成一输出，该输出是配置成连结至负载。在阅读以下只是以实例方式而已的示范性实施例的非限制性说明以及参考所附图式后，本专利技术的上述及其它目的、优点及特点将变得更加显而易见。附图说明图1为简化多叶片磁性流变(MR)刹车器的剖示图；图2为用以示意性表示如MR刹车器或MR离合器的半主动致动器的符号；图3为MR刹刹车器的典型力矩曲线的曲线图；图4为使用图1简化多叶片MR刹车器观念的相反半主动次致动器的剖示图；图5a及图5b分别为具有及不具有惯性效应的机械差动观念的示意杠杆模拟图；图6为双机械差动观念的可能配置的示意杠杆模拟图；图7为双机械差动半主动致动器的第一配置的示意杠杆模拟图；图8为双机械差动半主动致动器的第二配置的示意杠杆模拟图；图9为双机械差动半主动致动器的第三配置的示意杠杆模拟图；图10为与图7所示相对配置中使用二周转圆齿轮级的第一实施例双机械差动半主动致动器的剖面立体图；图11为图10双机械差动半主动致动器实施例的次系统的详细分解图；图12为图11减速及反向级的速度方向示意图；图13为图10双机械差动半主动致动器的MR刹车器的剖面立体图；图14为图10双机械差动半主动致动器的MR刹车器的分解图；图15为图10双机械差动半主动致动器的双差动机构的简化立体图；图16为与图8所示相对配置中使用二谐波驱动齿轮级的第二实施例双机械差动半主动致动器的立体图；图17为图16双机械差动半主动致动器的分解图；图18为图16双机械差动半主动致动器的双差动机构的简化立体图；图19为当作图16双机械差动半主动致动器的二MR刹车器中输入电压函数的力矩输出的曲线图；图20为与图16双机械差动半主动致动器使用的电压前向馈入力矩控制器的实例的示意图；图21为图20控制器对慢正弦指令的力矩响应的曲线图；图22为相对等于图9所示配置中使用二周转圆齿轮级的第三双差动机构实施例的立体图；以及图23a及图23b为相对等于图8所示的配置中使用二周转圆传动循环链的第四实施例双差动机构的二种变化的示意图。主要组件符号说明10MR旋转刹车器12转子13间隙14定子16电磁线圈20系统40半主动次致动器系统42半主动致动器(SAA)43第一方向44SAA45第二方向46输出组件52机械差动(杠杆)54机械差动(杠杆)56MR刹车器58MR刹车器60外部机构102外壳102a外壳本体102b外壳端部102c外壳端部104EM马达106小齿轮108齿轮110小齿轮112齿轮114齿轮116小齿轮118齿轮120太阳齿轮122转轴124轴承126轴承128中空转轴130太阳齿轮132行星齿轮134前端136后端138、140套管齿轮142行星承载转轴144轴承146连杆148、150MR刹车器152转子叶片154转子隔物156螺帽158定子叶片160定子隔物161套环162、164电磁线圈166、168、170、172磁通量导引部174间隙176、178、180、182密封组件184控制及驱动电子装置186译码器188输出转轴190轴承192输入速度194刹车力矩196输入速度198刹车力矩188输出转轴200输出力矩202EM马达204支撑座206支撑板208支撑架210MR刹车器212MR刹车器216双差动机构218输出转轴220滑轮222滑轮224皮带226滑轮228滑轮230皮带232滑轮234滑轮239四点接触轴承236皮带238译码器240连杆241连杆242连杆O1输入速度端口O4输入速度端口O3支轴O5支轴O2支轴O6支轴具体实施方式现在将说明依据本专利技术致动器的非限制性示范实施例。一般而言，依据本专利技术非限制性示范实施例的致动器是有关于新式的致动机构，使用连结至输入速度来源以及连结至使用二机械差动的输出的二半主动致动器。这种配置使得致动器的输出力量(或力矩)是控制在结合半主动致动器的刹车力的二方向上。这种观念会达成：(1)高力量及力矩密度；(2)高频宽；(3)很低的输出阻抗；以及(4)高真实度力量显示能力。除了安全及多样机器人交互作用以外，这些特性还能达到精确力量控制、快速的速度控制。致动器原理简介致动器是一种以可控制方式将特定形式的能量(热能、电能、化学能、水力能、机械能等等)转换成机械动力或相反的机构。在本专利技术中，致动器可为数种次系统的集合，尤其是但非排除性，例如包括：控制电子学；动力电子学；换能器；状态传感器；以及传输机构。n个自由度的机器人系统是经由n个动力交换(交互作用)端口而连结至负载。每个交互作用端口的状态是经由二变量而定义；一般化力量及一般化速度。不可能独立控制某一给定端口的二交互作用状态变量。传统控制是专注于该二变量的其中之一。针对速度(或位置)控制，理想上致动器是当作与力量负载交互作用的速度来源。致动器必须控制传送至负载的速度，不论遇到任何力量。设计以达成接近理想速度来源的性能的真实致动器常使用高机械阻抗(惯性、摩擦、刚性)组件而实现。这种阻抗很容易排除力量扰动。流控水力换能器及高齿轮比电磁(EM)马达都是很好的实例。高性能速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2008.03.27 US 61/064,8131.一种用于与机械负载交互作用的机械差动致动器，包括：第一半主动次致动器；第二半主动次致动器；速度来源；第一机械差动，具有三个交互作用端口，是包括连结至该速度来源的第一交互作用端口，以及连结至该第一半主动次致动器的第二交互作用端口及第三交互作用端口；以及第二机械差动，具有三个交互作用端口，是包括连结至该速度来源的第一交互作用端口，以及连结至该第二半主动次致动器的第二交互作用端口及第三交互作用端口；其中，该第一机械差动的第二交互作用端口以及该第二机械差动的第二交互作用端口是连结在一起以形成输出，该输出是配置成连结至负载；其特征在于，该第一及第二机械差动包括各自的第一及第二速度减降机构，用以实现机械差动功能，该速度来源是连结至该第一及第二速度减降机构。2.如权利要求1所述的机械差动致动器，其特征在于，该第一机械差动的第一交互作用端口是连结至该速度来源，以便在第一方向上移动，而且该第二机械差动的第一交互作用端口是连结至该速度来源，以便在与该第一方向相反的第二方向上移动。3.如权利要求2所述的机械差动致动器，其特征在于，该第一机械差动的第一、第二、第三交互作用端口及该第二机械差动的第一、第二、第三交互作用端口具有相对应功能。4.一种用于与机械负载交互作用的机械差动致动器，包括：第一半主动次致动器；第二半主动次致动器；速度来源；第一机械差动，具有三个交互作用端口，是包括连结至该速度来源的第一交互作用端口，以及连结至该第一半主动次致动器的第二交互作用端口及第三交互作用端口；以及第二机械差动，具有三个交互作用端口，是包括连结至该速度来源的第一交互作用端口，以及连结至该第二半主动次致动器的第二交互作用端口及第...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·福托，米歇尔·劳里亚，马克安特万·莱戈，弗朗克斯·米萧，马克安德烈·拉沃伊，
申请(专利权)人：麦克森发电机股份公司，
类型：发明
国别省市：