(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身の中心軸の周りの回転に抵抗する平面状湾曲部材であって、前記湾曲部材は、
複数の取り付け点を含む中心部分と、
平面内で前記中心部分から反対側にかつ対称的に延在している少なくとも２つの蛇行した湾曲アームであって、前記アームの各々は、弓形の搭載レールにおいて終結しており、前記搭載レールの各々は、複数の取り付け点を含み、かつ、互いに対して反対側に配置されていることにより、前記中心部分から半径方向に変位されているがしかし前記中心部分を包囲している平面状円形エンベロープを部分的に規定し占拠しており、前記蛇行したアームの一部分は、実質的に、前記搭載レールによって占拠されていない前記エンベロープまで延在している、少なくとも２つの蛇行した湾曲アームと
を含む、湾曲部材。
【請求項２】
前記蛇行したアームは、前記エンベロープにおいて前記蛇行したアームの最薄部分を有する可変厚さを有する、請求項１に記載の湾曲部材。
【請求項３】
前記アームおよび前記中心部分は、統一高さを有する、請求項１に記載の湾曲部材。
【請求項４】
前記高さは、少なくとも、前記アームの最狭部分において前記アームの幅に等しい、請求項３に記載の湾曲部材。
【請求項５】
前記アームの幅に対する前記高さの比は、少なくとも２である、請求項３に記載の湾曲部材。
【請求項６】
前記アームおよび前記中心部分は、非統一高さを有する、請求項１に記載の湾曲部材。
【請求項７】
前記湾曲部材は、チタンから作製されている、請求項１に記載の湾曲部材。
【請求項８】
前記アームの少なくとも一部分は、Ｉビーム断面を有する、請求項１に記載の湾曲部材。
【請求項９】
前記アームの少なくとも一部分は、前記アームの屈曲の中立軸に沿って空隙を有する、請求項１に記載の湾曲部材。
【請求項１０】
回転アクチュエータであって、
作動軸の周りの回転のために構成されたモータと、
負荷に機械的に結合された中心部分と、平面内で前記中心部分から反対側にかつ対称的に延在している少なくとも２つの蛇行した湾曲アームとを有する、平面状湾曲部材であって、前記アームの各々は、前記モータに対する搭載のための複数の取り付け点を有する弓形の搭載レールにおいて終結しており、前記搭載レールは、互いに対して反対側に配置されていることにより、前記中心部分から半径方向に変位されているがしかし前記中心部分を包囲している平面状円形エンベロープを部分的に規定し占拠しており、前記蛇行したアームの一部分は、実質的に、前記搭載レールによって占拠されていない前記エンベロープまで延在している、平面状湾曲部材と
を含む、回転アクチュエータ。
【請求項１１】
前記蛇行したアームは、前記エンベロープにおいて前記蛇行したアームの最薄部分を有する可変厚さを有する、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記アームおよび前記中心部分は、統一高さを有し、前記高さは、少なくとも、前記アームの最狭部分において前記アームの幅に等しい、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記アームおよび前記中心部分は、統一高さを有し、前記アームの幅に対する前記高さの比は、少なくとも２である、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記アームおよび前記中心部分は、非統一高さを有する、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記湾曲部材は、チタンから作製されている、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記アームの少なくとも一部分は、Ｉビーム断面を有する、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記アームの少なくとも一部分は、前記アームの屈曲の中立軸に沿って空隙を有する、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弾性湾曲要素、および、例えばロボット用途における使用のためにこれらを採用するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボットは、様々な対象物の移動および操作を含む種々のタスクを実行する。例えば製造環境において用いられるもののような、典型的な産業用ロボットは、ロボットが対象物をピックアップすること、輸送すること、および操作することを可能にする把持部を装備した１つ以上のアームを有し得る。産業のための主要な機械的要件は、全体の制御安定性を維持しながらも、大きいがしかし正確な力およびトルクを生成する能力である。これらのトルクおよび力は、アクチュエータによって生成される。アクチュエータとは、すなわち、制御信号に応答して、指令されたトルクを適用するモータをいい、適用されたトルクは、直接的に（回転的な作動が要求される場合）または線形変換要素（例えば、リードスクリュー）を介して（線形的な力が要求される場合）のいずれかで、負荷へと機械的に伝達される。
【０００３】
剛なアクチュエータは、小さなジョイント変位から大きな力を働かせることができ、高帯域幅の力制御および正確な位置制御が可能である。しかしながら、剛性は、制御を困難にしている。ロボット用途における力制御の重要性により、剛性および付随帯域幅は、典型的には、より良好な力制御を達成するために犠牲にされている。１つのアプローチは、アクチュエータと直列な弾性要素を利用することである。弾性は、剛なアクチュエータロボットに対して所与の力を働かせるためにはより大きな変形が必要とされることから、力制御をより容易にするという効果を有している。事実上、弾性は、直接的にというよりもむしろ位置を介して力が制御されることを可能にし、これは、精度および安定性を向上させ、ノイズを低減させる。
【０００４】
ロボット用途のための一連の弾性要素を設計することは、空間的制約、滑りまたはふらつきなしで大きくかつ繰り返し適用されるトルクに耐えることの必要性、および、再現可能であるが経済的な製造のための必要性に起因して、困難な課題であり得る。例えば、回転弾性要素においては、設計は、所望の弾性を提供するために十分な長さを有する構成要素を組み込む必要がある（なぜなら、剛性は、構成要素の長さの３乗に反比例して変動するため）が、滑りを回避する堅固な搭載フレームを提供する必要もある。フレームは、典型的には、弾性要素の外部エンベロープを規定するので、フレームは、採用され得る内部の長さの量に制限を課している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（概要）
本発明は、様々な実施形態において、自身の中心軸の周りの回転に抵抗する平面状湾曲部材であって、従来の設計と比べてより大きなコンプライアンスを付与する、平面状湾曲部材を提供する。様々な実施形態において、湾曲部材は、複数の取り付け点を含む中心部分と、平面内で中心部分から反対側にかつ対称的に延在している少なくとも２つの蛇行した湾曲アームであって、アームの各々は、弓形の搭載レールにおいて終結しており、搭載レールの各々は、複数の取り付け点を含み、かつ、互いに対して反対側に配置されていることにより、中心部分から半径方向に変位されているがしかし前記中心部分を包囲している平面状円形エンベロープを部分的に規定し占拠しており、蛇行したアームの一部分は、実質的に、搭載レール間でエンベロープまで延在している、少なくとも２つの蛇行した湾曲アームと、を含む。
【０００６】
いくつかの実施形態において、蛇行したアームは、エンベロープにおいて蛇行したアームの最薄部分を有する可変厚さを有する。アームおよび中心部分は、少なくとも、アームの最狭部分においてアームの幅に等しい統一高さを有し得る。例えば、幅に対する高さの比は、少なくとも２であり得る。その他の実施形態において、アームおよび中心部分は、非統一高さを有する。
【０００７】
湾曲部材は、チタンまたはその他の適切な金属（またはその他の材料）から作製され得る。いくつかの実装において、アーム（またはその部分）は、Ｉビーム断面を有する。アームは、代替的にまたは追加的に、アームの中立屈曲軸に沿って空隙を含み得る。
【０００８】
別の局面において、本発明は、自身の中心軸の周りの回転に抵抗する平面状湾曲部材に関する。様々な実施形態において、湾曲部材は、複数の取り付け点を含む中心部分と、平面内で中心部分から延在しており、かつ複数の取り付け点を有する弓形の搭載レールにおいて終結している、少なくとも１つの蛇行した湾曲アームと、を含む。
【０００９】
なおも別の実施形態において、本発明は、回転アクチュエータに関する。様々な実施形態において、アクチュエータは、作動軸の周りの回転のために構成されたモータと、負荷に機械的に結合された中心出力部分と、平面内で中心部分から反対側にかつ対称的に延在している少なくとも２つの蛇行した湾曲アームとを有する、平面状湾曲部材であって、アームの各々は、モータに対する搭載のための複数の取り付け点を有する弓形の搭載レールにおいて終結しており、搭載レールは、互いに対して反対側に配置されていることにより、中心部分から半径方向に変位されているが中心部分を包囲している平面状円形エンベロープを部分的に規定し占拠しており、蛇行したアームの一部分は、実質的に、搭載レール間でエンベロープまで延在している、平面状湾曲部材と、を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態において、蛇行したアームは、エンベロープにおいて蛇行したアームの最薄部分を有する可変厚さを有する。アームおよび中心部分は、少なくとも、アームの最狭部分においてアームの幅に等しい統一高さを有し得る。例えば、幅に対する高さの比は、少なくとも２であり得る。その他の実施形態において、アームおよび中心部分は、非統一高さを有する。湾曲部材は、チタンまたはその他の適切な金属（またはその他の材料）から作製され得る。いくつかの実装において、アーム（またはその部分）は、Ｉビーム断面を有する。アームは、代替的にまたは追加的に、アームの中立屈曲軸に沿って空隙を含み得る。
【００１１】
いくつかの実施形態において、アクチュエータは、出力軸と共軸の作動軸を有する。その他の実施形態において、アクチュエータは、出力軸に平行であり、かつそれに対してオフセットされた作動軸、または、出力軸に対して傾斜している作動軸を有する。
【００１２】
用語「実質的に」または「ほぼ」は、±１０％（例えば、重量で、または、体積で）を意味し、いくつかの実施形態においては、±５％を意味する。用語「から本質的に構成されている」は、そこで規定されていない限り、機能に貢献するその他の材料を除外することを意味する。しかしながら、そのようなその他の材料は、集合的にまたは個別的に、微量で存在し得る。「一実施例」、「実施例」、「一実施形態」、または「実施形態」に対する本明細書を通しての参照は、実施例に関連して記載されている特定の特徴、構造、または特性が、本技術の少なくとも位置実施例に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通しての様々な場所における「一実施例において」、「実施例において」、「一実施形態」、または「実施形態」というフレーズの出現は、必ずしも、全てが同じ実施例を参照しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、ルーチン、ステップ、または特性は、本技術の１つ以上の実施例において、任意の適切な態様で組み合わされ得る。本明細書中に提供されている見出しは、便宜上のものに過ぎず、クレームされている技術の範囲または意味を限定または解釈することは意図されていない。
本明細書は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
自身の中心軸の周りの回転に抵抗する平面状湾曲部材であって、上記湾曲部材は、
複数の取り付け点を含む中心部分と、
平面内で上記中心部分から反対側にかつ対称的に延在している少なくとも２つの蛇行した湾曲アームであって、上記アームの各々は、弓形の搭載レールにおいて終結しており、上記搭載レールの各々は、複数の取り付け点を含み、かつ、互いに対して反対側に配置されていることにより、上記中心部分から半径方向に変位されているがしかし上記中心部分を包囲している平面状円形エンベロープを部分的に規定し占拠しており、上記蛇行したアームの一部分は、実質的に、上記搭載レール間で上記エンベロープまで延在している、少なくとも２つの蛇行した湾曲アームと
を含む、湾曲部材。
（項目２）
上記蛇行したアームは、上記エンベロープにおいて上記蛇行したアームの最薄部分を有する可変厚さを有する、上記項目に記載の湾曲部材。
（項目３）
上記アームおよび上記中心部分は、統一高さを有し、上記高さは、少なくとも、上記アームの最狭部分において上記アームの幅に等しい、上記項目のいずれかに記載の湾曲部材。
（項目４）
上記幅に対する上記高さの比は、少なくとも２である、上記項目のいずれかに記載の湾曲部材。
（項目５）
上記アームおよび上記中心部分は、非統一高さを有する、上記項目のいずれかに記載の湾曲部材。
（項目６）
上記湾曲部材は、チタンから作製されている、上記項目のいずれかに記載の湾曲部材。
（項目７）
上記アームの少なくとも一部分は、Ｉビーム断面を有する、上記項目のいずれかに記載の湾曲部材。
（項目８）
上記アームの少なくとも一部分は、上記アームの中立屈曲軸に沿って空隙を有する、上記項目のいずれかに記載の湾曲部材。
（項目９）
自身の中心軸の周りの回転に抵抗する平面状湾曲部材であって、上記湾曲部材は、
複数の取り付け点を含む中心部分と、
平面内で上記中心部分から延在しており、かつ複数の取り付け点を有する弓形の搭載レールにおいて終結している、少なくとも１つの蛇行した湾曲アームと
を含む、湾曲部材。
（項目１０）
回転アクチュエータであって、
作動軸の周りの回転のために構成されたモータと、
負荷に機械的に結合された中心出力部分と、平面内で上記中心部分から反対側にかつ対称的に延在している少なくとも２つの蛇行した湾曲アームとを有する、平面状湾曲部材であって、上記アームの各々は、上記モータに対する搭載のための複数の取り付け点を有する弓形の搭載レールにおいて終結しており、上記搭載レールは、互いに対して反対側に配置されていることにより、上記中心部分から半径方向に変位されているがしかし上記中心部分を包囲している平面状円形エンベロープを部分的に規定し占拠しており、上記蛇行したアームの一部分は、実質的に、上記搭載レール間で上記エンベロープまで延在している、平面状湾曲部材と
を含む、回転アクチュエータ。
（項目１１）
上記蛇行したアームは、上記エンベロープにおいて上記蛇行したアームの最薄部分を有する可変厚さを有する、上記項目に記載のアクチュエータ。
（項目１２）
上記アームおよび上記中心部分は、統一高さを有し、上記高さは、少なくとも、上記アームの最狭部分において上記アームの幅に等しい、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目１３）
上記幅に対する上記高さの比は、少なくとも２である、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目１４）
上記アームおよび上記中心部分は、非統一高さを有する、項目１０に記載のアクチュエータ。
（項目１５）
上記湾曲部材は、チタンから作製されている、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目１６）
上記アームの少なくとも一部分は、Ｉビーム断面を有する、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目１７）
上記アームの少なくとも一部分は、上記アームの中立屈曲軸に沿って空隙を有する、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目１８）
上記湾曲部材は、チタンから作製されている、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目１９）
上記アクチュエータは、出力軸と共軸の作動軸を有する、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目２０）
上記アクチュエータは、出力軸に対して平行であり、かつそれに対してオフセットされている作動軸を有する、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（項目２１）
上記アクチュエータは、出力軸に対して傾斜している作動軸を有する、上記項目のいずれかに記載のアクチュエータ。
（摘要）
自身の中心軸の周りの回転に抵抗する平面状湾曲部材は、様々な実施形態においては、複数の取り付け点を含む中心部分と、平面内で中心部分から延在している少なくとも１つの蛇行した湾曲アームとを含む。アームは、一連の取り付け点を含む弓形の搭載レールにおいて終結している。レールは、互いに対して反対側に配置されていることにより、湾曲部材の中心部分から半径方向に変位されているがしかし前記中心部分を包囲している平面状円形エンベロープを部分的に規定し占拠している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以上の事項は、図面と併せて解釈したときに、以下における本発明の詳細な説明からより容易に理解され得る。
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態を採用する代表的なアクチュエータシステムを例証する概略図である。
【００１５】
【図２Ａ】図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態に従う平面状湾曲部材の透視図および立面図である。
【００１６】
【図２Ｂ】図２Ａおよび図２Ｂは、それぞれ、本発明の実施形態に従う平面状湾曲部材の透視図および立面図である。
【００１７】
【図３Ａ】図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、図２Ａおよび図２Ｂに示されている湾曲部材の代表的配備の平面図および断面図である。いくつかの構成要素が図３Ａにおいて明確性のために省略されている。
【００１８】
【図３Ｂ】図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ、図２Ａおよび図２Ｂに示されている湾曲部材の代表的配備の平面図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（詳細な説明）
図１は、本発明に従う湾曲要素を組み込んでいるアクチュエータシステム１００の基本的構成要素を例証している。システム１００は、トルク生成デバイス（すなわち、モータ１１０）を含み、該トルク生成デバイスは、オプションとして、ギアボックス１１２を介してギアが入れられ得る（これは、高速で動作する小型モータ１１０の使用を促進することにより、システムを軽量化する）。ギアボックス１１２は、モータ１１０と一体的であり得るか、またはモータ１１０とは別個であり得る。トーションバネ要素１１４が、ギアボックス１１２の出力と直列にリンクされているか、または、ギアボックスが一切採用されない場合においては、モータ１１０に直接的にリンクされている。アクチュエータシステム１００によって作動されるべき負荷１１６が、バネ要素１１４の他端部に直列にリンクされている。バネ要素１１４は、したがって、アクチュエータ１００と負荷１１６との間のインターフェースにおいて、一連の弾性を導入し、該一連の弾性は、負荷に適用される力の正確な制御を付与する。バネ要素１１４は、必要に応じて、低反発伝達要素（不図示）を通して負荷１１６にリンクされ得る。
【００２０】
ロボット環境において、アクチュエータシステム１００と負荷１１６との間の軸方向距離は、厳しく制約され得、バネ要素１１４の厚さを制限し得る。アクチュエータシステム１００の半径方向の広がりもまた、非常に制約され得、バネ要素のエンベロープ直径を制限し得る。したがって、所望の剛性の程度を小さな空間領域に詰め込み、その一方で同時に、ギアボックス１１２および負荷１１６（またはその他の機械的出力）に対するバネ要素１１４の十分に堅固な搭載を提供して、滑りおよびふらつきを回避することが本質的である。
【００２１】
これらの相容れない制約を満たす代表的な弾性要素が、図２Ａおよび図２Ｂに示されている。湾曲部材２００は、略平坦対向表面を有する平面状構造であり、そのうちの視認可能な１つが、２０５で示されている。中心部分２１５は、複数の取り付け点２１７（すなわち、略円形構成に配列され、かつ、典型的には、均等に間隔を空けて離された搭載穴）を含む。取り付け点２１７は、上述されたように湾曲部材２００をアクチュエータのモータまたはギアボックスに固定するネジまたはその他の締結具を収容する。
【００２２】
中心部分２１５から発しているのは、一対の蛇行した湾曲アーム２２０ａ、２２０ｂであり、これらは、平面内で中心部分２１５から反対側にかつ対称的に延在している。２つのアーム２２０が示されているが、単一のアーム２２０を利用する構成ならびに２つよりも多くのアーム２２０を利用する構成が、本発明の範囲内であることが理解されるべきである。例証された実施形態において、アーム２２０ａ、２２０ｂの各々は、弓形の搭載レール２２５ａ、２２５ｂにおいて終結する。搭載レール２２５の各々は、複数の取り付け点２１７（やはり例証された実施形態における搭載穴）を含み、該取り付け点は、負荷または駆動部に対する湾曲部材２００の取り付けを促進する。図３に最も良く見ることができ、以下においてより詳細に記載されているように、回転力の伝達の安定性および対称性のために、搭載レール２２５は、反対方向に配置されていることにより、湾曲アーム２２０の外側湾曲セグメントとともに、実質的に円形の外部エンベロープを規定している。搭載レール２２５は、円形エンベロープの一部分のみを占拠しているので、湾曲アームは、外側湾曲縁部がエンベロープと合流するかまたは接近するように、外向きに延在し得る。このようにして、湾曲アーム２２０の長さは、制限された円形エリア内で最大化され得る（すなわち、それらの長さは、完全に円形の搭載カラーの内部にフィットするようには制約されない）。
【００２３】
図２Ｂを参照すると、湾曲部材２００は、高さｈを有しており、これは、様々な実施形態においては、アクチュエータのサイズに依存する。さらに、湾曲部材２００は平面状であるが、高さｈは変動し得る（すなわち、湾曲部材２００の異なる領域は、異なる厚さを有し得る）。高さの代表的な範囲は、２．５ｍｍ〜９ｍｍである。高さが変動する場合、典型的な構成は、アーム２２０の最薄（最小のｈ）部分をそのアームの外側縁部に有する。アーム２２０、中心部分２１５、およびレール２２５が統一高さを有する場合、その高さは、少なくとも、そのアームの最狭部分（代表的に２３０で示されている）においてアームの幅に等しくあり得、一例証的実装においては、幅に対する高さの比は２：１である。
【００２４】
アーム２２０は、湾曲部材２００の弾性を提供する。すなわち、中心部分２１５が回転されると、回転力は、アーム２２０に伝達される。湾曲部材２００の外側が、ギアボックス１１２に取り付けられている（図１を参照）。アーム２２０は、中心部分２１５に適用されるトルクおよび負荷の反力に依存する程度まで弾性的に変形する。湾曲部材２００の弾性は、湾曲部材が製造される材料係数ならびにアーム２２０の長さおよび厚さに依存する。特に、アーム２２０の各々は、片持ち梁としてほぼモデル化され得、剛性ｋは、次式
【数１】
0006366650.tif 000002
によって与えられ、ここに、Ｅは湾曲部材２００のＹｏｕｎｇ係数であり、ｈは図２Ｂに示されているアームの断面の幅（半径方向の寸法）であり、ｂはアームの高さ（ｚ軸）であり、Ｌはアームの長さ（中心部分２１５から搭載レール２２５まで）である。
【００２５】
この関係により、ｚ軸アーム厚さｈは、湾曲部材２００のｘｙ平面におけるアーム幅に対してトレードオフされ得る。換言すると、厚さが空間の制限または機械加工性によって制約されている場合、同じ剛性を維持するために、厚さの所与の低減がアーム幅の３乗の増加によって補償され得る。この３乗の関係は、厚さ低減を達成するためのアームの占有面積における大きな面積という観点での増加を示唆するが、実際に、この増加は、蛇行した構成によって容易に適応され、該構成は、湾曲部材２００のエンベロープ内に実質的な開放空間（制限された外周の搭載レール２２５によってさらに増加される空間）を残し、これは、アーム２２０の外側縁部が中心部分２１５から最大限に離されることを可能にする。その他の重量低減戦略もまた、採用され得る。例えば、アームは、所与の剛性を達成するために必要な材料の量を低減するためにＩビーム断面で成形され得るか、または、材料が屈曲の中立軸に沿って除去され得る（例えば、空隙または穴が、中立軸に沿って形成され得る）。
【００２６】
事実、より幅広のアームは、製造可能性を補助し得る。なぜなら、幅狭の特徴は製造が困難であり得るからである。平面状湾曲部の製造において用いられる典型的なアプローチは、スタンピング、ウォータージェット切断、レーザ切断、および機械加工を含む。スタンピングされた部分は、低い縁部品質ひいては耐久性の限界を呈し、熱処理後に複雑な特徴の形状を保つことが困難であり得、それ故、細く湾曲したアームセグメントは、製造オプションとして、スタンピングと両立しないものであり得る。ウォータージェット切断／レーザ切断は、概して、本明細書中で考慮されているような湾曲部材のために適した材料に対して、約０．００５”の低級の寸法制御を有し、小さな動作トルクのために設計された湾曲部に対して、この変動は、非常に大きな剛性の変動につながる。なぜなら、剛性は、寸法誤差の３乗で変動するからである。さらに、ウォータージェット切断／レーザ切断のコストは、押し出し加工およびスライス加工のようなプロセスと比較すると、非常に高く、容易には大量生産につながらない。必要に応じて、湾曲部材２００の最終的な機械的特性を調整するために、仕上げ技術が、採用され得る。例えば、ピーニング（例えば、ショットピーニング）が、表面の残留圧縮応力を導入し、これにより、金属部品の耐久性を増大させるために、頻繁に用いられる。
【００２７】
概して、押し出しプロセスに続いてスライス加工を行って平面状湾曲要素にすることが、コスト効率が良く、本発明の実施形態に良く適している。湾曲要素２００のための好適な材料は、特に湾曲要素がアルミニウムの負荷および／またはロータに添着される場合には、チタンである。アルミニウムとチタンとの間の摩擦係数は、鉄鋼とアルミニウムとの間のものよりも高く、ボルト接合が滑脱する可能性を低減する。チタンの湾曲部は、より多くの材料を必要とするが、体積のオフセットは、チタンが提供する密度の低減を上回らず、最終結果は、軽量な湾曲部となる。チタンは、鉄鋼がそうであるのと同じような（しかしその他の多くの材料とは異なる）自然な耐久限界を有し、それ故、弾性用途に対して十分に適している。チタンは、鉄鋼の剛性の６０％を有しており、これは、湾曲部アームが、鉄鋼に対して僅かに厚くなる必要があり、許容範囲の変動に対するそれらの感度を低減することを意味する。本発明に従う１つよりも多くの湾曲部は、バランスのとられた荷重および必要なトルク変位を達成するための様々な構成でスタックされ得ることが理解されるべきである。
【００２８】
図３Ａおよび図３Ｂは、代表的な機械環境において負荷に結合された湾曲要素２００を示している。負荷そのもの（不図示であるが、例えば、ロボットアーム等であり得る）は、湾曲要素２００の中心搭載穴を通過するボルト３１５を介して結合される。円形フレーム３２０は、クロスローラーベアリングまたは類似のシステムを介して湾曲要素２００の中心部分に機械的に結合される。当該技術分野において十分に理解されているように、クロスローラーベアリングは、外側リング、内側リング、および回転要素を含み、これらはまた、金属スペーサであり得る。回転要素の交差配列に起因して、このようなベアリングは、両方向からの軸方向力、ならびに、半径方向力、傾斜モーメント負荷、および、負荷と単一のベアリング位置との組み合わせをサポートし得る。湾曲要素２００の外側レール３２５は、回転動力の供給源（例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）３３０）に固定されている。したがって、湾曲要素２００は、駆動部３３０からシステム出力へトルクを伝達し、それらの間のバネとして機能する。
【００２９】
本明細書中で採用されている用語および表現は、限定ではなく説明のための用語および表現として用いられており、そのような用語および表現の使用において、示され記載されている特徴の任意の均等物またはその部分を排除することは意図されない。さらに、本発明の特定の実施形態を記載してきたが、当業者にとっては、本明細書中に開示されている概念を組み込んでいるその他の実施形態が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなしに用いられ得ることは明白であり得る。特に、本発明の実施形態は、本明細書中に記載されている特徴の全てを含むこと、または、利点の全てを有することを、必ずしも意図されていない。むしろ、それらは、特徴および利点の任意の部分集合または組み合わせを有し得る。したがって、記載されている実施形態は、あらゆる点において、例証的にすぎないと考えられるべきであり、制限的であるとは考えられるべきではない。
【図１】
0006366650.tif 000003
【図２Ａ】
0006366650.tif 000004
【図２Ｂ】
0006366650.tif 000005
【図３Ａ】
0006366650.tif 000006
【図３Ｂ】
0006366650.tif 000007