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静态平衡的制动器摘要传统制动器需要一个强大的驱动力，导致其又大又重，大多数情况下是耗能制动器。本文介绍了一个根本不同的制动概念，称为静态平衡制动器（SBB）。SBB不需要任何驱动力来维持制动转矩，而只需要移动一个小的质量来改变扭矩。因此，他们的能源消耗潜力很小。在SBB中，两个摩擦表面中的一个通过弹簧连接到制动块。该制动块通过机构连接到第二组弹簧，其另一侧连接到地面。两组弹簧中的总能量是恒定的，这在制动块处产生零力特性。该静态平衡制动块的位置确定第一组弹簧的位移，从而确定摩擦表面之间的法向力。我们分别可用于SBB中的机构，并显示两个实施例：一个具有负刚度的位置范围的板簧，一个具有扭转弹簧和非线性凸轮机构的机构。结果表明，与常规制动器相比，制动力可以降低大约95-97。这表明在SBB中，制动力几乎可以消除，因此显示出SBB的小，重量轻和节能的优点。目录1介绍.32平衡制动器的概念.53可能的实施例.83.1刚体机构：连接.83.1.1平移输入-平移输出.93.1.2平移输入-旋转输出.103.1.3旋转输入-平移输出.113.1.4旋转输入-旋转输出.113.2刚体：凸轮.113.2.1平移弹簧-平移凸轮.133.2.2平移弹簧-旋转凸轮.143.2.3旋转弹簧-平移凸轮.143.2.4旋转弹簧-旋转凸轮.143.2.5凸轮机构示例（RRR）.143.3符合SBB的机制.154实例1：符合机制：双稳叶蝉.164.1静态平衡.164.2详细设计.174.3Stiffnesstuning.184.4减少制动力.194.5制动特性.195实例2：凸轮机构：RRR.205.1详细设计.205.2制动力减速.205.3制动特性.216讨论.226.1性能.226.2机构选择.236.3不完全平衡的机制.236.4能源消耗.246.5应用.247结论.251介绍传统制动器需要一个强大的驱动器，在两个摩擦表面之间产生法向力1,2。制动器的法向力，摩擦系数和几何形状的振幅一起决定了制动力矩。由于尺寸和重量限制或其（潜在的高）能量消耗，有些制动器不再适用。因此，研究人员已经设计出需要较少制动力的制动器。关于减少所需制动力的研究可以分为三类，这些在最近的关于锁定机制的综述论文中也有描述3。首先，已经开发了使用摩擦表面之间的相对运动将摩擦表面拉在一起并减少所需的制动力的自动接合制动器4-7。这种制动器的缺点是它们仅在一个制动方向上工作，并且它们只能在相反的接合方向脱离。其次，弹簧制动器（也称为安全制动器或停车制动器）使用弹簧来保持制动器的啮合而不需要执行力2,8-10。然而，这些制动器仍然需要制动力以保持制动器分离。这在第三类解决了：双稳态制动器11,12。这种制动器具有双稳态元件（例如双稳态弹簧），为制动器提供两种稳定状态：接合状态和分离状态。然而，这两种状态之间的切换仍然需要很高的制动力。其他研究人员专注于实施高强度密度和低能耗的执行器。最好的例子是压电制动制动器13-17。由于它们的强度密度和能耗低，它们在解决上述问题上可能是非常有效的。然而，它们需要高电压（可能不可用），非常精确的制造（因为它们具有非常小的行程）并且是昂贵的。此外，制动器结构必须非常硬，否则结构将变形，这降低了压电执行器的有效性。最先进的制动器的问题是，执行器必须能够产生等于摩擦片之间的法向力的力。本文的目的是引入一种制动概念，其中法向力和制动力被解耦。这个概念潜在地将制动力降低了100。这种新的制动概念与目前的制动概念截然不同，称为静态制动器（SBB，见图1）。SBB不需要驱动力来保持一定的制动力矩，并且仅需要小的制动力改变扭矩。此外，通过小的调整，SBB可以被改变以结合上述三种不同的功能（即常规，弹簧和双稳态性质）中的任何一种，同时仍然只需要小的制动力。静态平衡机制也被用于本质安全的机器人臂18,19，外骨骼20，假体21和微观和精确机制22,23。图1本文的其余部分结构如下。首先，第2节更详细地解释了SBB的概念。然后，第3节描述了相对简单且因此小而轻的SBB的所有可能实施例。第4和第5部分则展示了SBB的两个原型及其性能。这些结果将显示，模型中的制动力减少了95-97。最后，本文结束于第6节的讨论和第7节的结论。2平衡制动器的概念在本节中，我们更详细地说明SBB的概念。首先，我们给出一般的公式，而不设线性弹簧。然后，我们计算出线性弹簧系统的方程式。图2表示出了SBB的概念的示意图，图3显示了线性弹簧SBB的工作原理。通过将两个摩擦表面相互推压来接合制动器，表面之间的摩擦被认为是库仑型摩擦：（1）nmaxfF是库仑摩擦系数，|Ff|max是表面开始滑动之前的最大绝对摩擦力，Fn是法向力。图中的制动器2由两组弹簧静止平衡。该组正常力弹簧被放置在制动块和左摩擦表面之间。这组弹簧中的能量等于En（xn），其中xn是弹簧的位移，如图3所示。这些弹簧（Fn）中的力等于摩擦表面之间的法向力。将Fn乘以制动器的有效半径r，给出制动力矩：（2）xErFTnnmax这意味着制动块的位置决定了制动力矩的幅度。现在如果这是唯一的弹簧组，执行机构仍然必须产生力Fn以将制动块保持在一定位置。为了将这种正常的力与制动力分离，使用第二弹簧系统：补偿弹簧。补偿弹簧位于地面和与制动块连接的机构之间。该机制如图1所示。图2图3图2作为机构方程Xc=H（Xn）。这个方程假设整体机制有一度自由度（DOF）。在第3节中，我们将介绍这一部分，并讨论可能的机制。在这里我们将从能源的角度分析机制的静态平衡。补偿弹簧组的能量为Ec（xc），xc为弹簧的位移，如图2所示。现在当E=En+Ec时，系统是静态平衡的，对于系统的所有位置是不变的。从法向力弹簧到位置Xn的补偿弹簧的传递比h等于：ncnnxxh）（H（3）我们现在可以写静态平衡的条件:0nXE（4）(5)0xhxnnn）（）（）（E现在给出了两个弹簧的特征，这个系统对于它所持有的所有Xn是静态平衡的：(6)补偿弹簧施加在制动块上的力可以表示为：(7)Fc=-Fn是合乎逻辑的，因为这导致强制平衡，这是考虑静态平衡的另一种方式。现在假设法向力弹簧和补偿弹簧都是线性的：其中kn和kc是弹簧刚度，最大运算符返回两个输入的最大值，并模拟摩擦表面的脱离。式（6）现在变成：从等式（10），则h（xn0）=0。这意味着机构处于单个位置，或者机构包含一个使两个运动分离的离合器。从等式（8）和（9）以及E=En+Ec恒定的要求，对于直线弹簧，机构应满足:使用方程（3），传递函数变为：图3表示出了作为制动块的位置的功能的这种机构中的力的示意说明。该图显示，对于Xn0，总体特性等于零，而在这些位置处的法向力线性地取决于位置。这意味着执行器不必施加任何力来在摩擦表面之间保持一定的法向力。请注意，在这个例子中，H（Xn0）0，这意味着系统不是静态平衡Xn0。SBB的概念取决于两个摩擦表面之间的法向力的解耦和与制动器接合或分离所需的力。没有静态平衡，移动制动块的执行器也必须传递将摩擦表面推到一起的力。通过静态平衡，制动块可以通过不需要抵抗任何弹簧力的制动器来移动（等式（7）。该控制位置决定制动转矩（方程（2）图43可能的实施例前一节介绍了SBB机制的要求。理论上，当满足这些要求时，可以实现100的制动力的降低。为了设计满足这些要求的机制，在本节中我们对适用于SBB的机制进行分类。其中两个概念被构建，结果将在接下来的两个部分中显示。分类受到三个限制，这些限制将导致有潜力小而轻量级的机制。首先，我们只考虑一个自由度机制。SBB的更多DOF机制也是可能的，但这需要额外的部件和额外的执行器，从而增加制动器的尺寸和质量。其次，用作法向力弹簧或补偿弹簧的弹簧类型应与其所连接的DOF类型相匹配。例如，我们不考虑平移弹簧连接到旋转连杆的机构。这样的结构不允许弹簧和自由度的对准，因此会导致尺寸的增加。第三，我们只考虑组件数量最少的机制。例如，考虑四杆机构，但不考虑具有一个DOF的八杆机构。一般来说，机制可以分为刚体机构和顺应机制。在刚体机构中，除了平移或旋转的弹簧之外，所有部件都是刚性的。为了本文的目的，我们将刚体机构分为联动机构和凸轮机构。机构的整体分类如图4所示。这也已经显示哪些类别是可行的。本节首先分析刚体机构，然后分析顺应机制。这个分析结果列出了不合理的概念和描述，以构建它们。3.1刚体机构：连接SBB的第一类刚体机构是联动机制。为了进一步分类一个自由度联系，我们必须认识到，该机制至少应该具有一个单一的位置。这从公式（10），其中传递函数在位置xn=0处变为零。该位置应可达到完全卸载法向力弹簧以获得零制动力矩。因此，我们通过对不同的机制进行分类，进一步对联动和凸轮机构进行分类。有关于单一机制的文献和如何对它们进行分类24-26。然而，这些分类是基于不同类型的机械奇点，并不会导致完整的机制清单。在这里我们介绍一个新的分类，提供这样一个列表，只包括简单的单一机制，导致小而轻便的设计。我们的关键机制的分类是基于所有一个DOF正弦机制都有一个输入运动和一个输出运动的概念。在简单的奇异机制中，这些输入和输出运动是平移或旋转运动。在联系中，这导致四个类别：1.平移输入-平移输出（见图5a），2.平移输入-旋转输出（见图5b），3.旋转输入-平移输出（见图5b），4.旋转输入-旋转输出（见图5c）。图5所有机制使用相同的符号。xn和xc表示弹簧的位移，可以是旋转的或平移的。xi和xo表示输入和输出转换或旋转的位置。l和分别指恒定的距离和角度。kn和kc表示法向力弹簧和补偿弹簧的刚度。最后d和指的是当机构位置改变时变化的距离和角度。下面将讨论四类机制。在讨论之前，应该注意的是，平移法向力弹簧的放置在旋转和平移时变得不切实际;看到例如左边的弹簧指向与弹簧一致的滑块。这也确保了在某一位置，法向力弹簧中的力变为零。3.1.1平移输入-平移输出该机制的一般化版本如图5a所示。它由两个与O相交的滑块组成.3表示两个滑块之间角度，xo和xi表示从O测量的位置。两个滑块之间的连接长度l3，每个滑块连接一根弹簧。对方弹簧以距离l1和l2从地面连接起来O在1和2的角度。因为左边的弹簧应该在一起使用左滑块，给定1=0。系统中的能量可以通过应用余弦规则获得：其中C1是常数项：我们可以得到Xo作为Xi的函数。（13）并将其填充到等式（14）。现在静态平衡，方程式（4）应该适用于所有的Xi，即只有当2=3=0.5时，l1=0，kn=kc。这样的机制如图5d所示。地面可以自由移动虚线。正常力拉力弹簧变成在该示例中为压缩弹簧并与摩擦相连接这个类别导致一个可行的解决方案的事实是，如图所示。这个类别的可行机制不是新的机制27。但是，这里我们证明了这个机制其实在这个类别中唯一可行的机制。3.1.2平移输入-旋转输出这种机制的一般化版本如图5B所示。它包括一个在O处具有零位置xi=0的滑块和具有长度l1和l2的连杆的曲柄机构。一个弹簧放置在滑块和地面之间，另一个弹簧放置在曲柄和地面之间。由于左边的弹簧应该与左边的滑块一致，所以这个系统的能量可以推导出如下。首先，我们将d2定义为连接曲柄的两个杆和d1线的接头之间的距离：其中xc，0是旋转弹簧的平衡位置。对于静态平衡，等式（4）应该适用于所有的xi，这仅在kn=kc=0时才是这样。由于刚度应该大于零，所以不可能将这种机制用于完全静态平衡的制动器，如图4所示。第6.3节将讨论使用完全静态平衡的机制。3.1.3旋转输入-平移输出该系统与具有平移输入和旋转输出的系统相同。不同之处在于输入和输出被切换。系统中的能量现在可以通过以下方式计算：由于不可能满足方程式（4）具有非零刚度，不可能完美地平衡该系统，如图4所示。3.1.4旋转输入-旋转输出该机制的一般化版本如图5C所示。输入和输出链接之间的链接形成四个长度为l1，l2，l3和l4的杆机构。一个旋转弹簧被放置在链路1和地面之间。第二旋转弹簧被放置在连杆2和地面之间。能量可以通过以下方法计算：然而，这种机制不能完全静态平衡，如图4所示。这导致了SBBs唯一可行的简单连接机制如图5D所示。3.2刚体：凸轮第二类刚体机构是凸轮机构。凸轮可以根据与用于分类连接的原理相同的原则进行分类。因此，法向力弹簧和补偿弹簧可以平移或旋转。然而，在凸轮机构中，凸轮本身也可以是旋转的或平移的，分为八个类别（见图4）。为了继续讨论这些类别，我们讨论可以构建这些类别的构建块（参见图6a-d）。由于卡片的设计自由度，所有八个类别都会导致可行的解决方案（如图4所示），尽管有些具有明显的优点或缺点。图6e示出了八个等级之一：旋转凸轮，旋转补偿弹簧和旋转法向力弹簧。这里我们讨论这些机制的组件，可以分为：1.平移凸轮上的平移弹簧（图6a），2.2.旋转凸轮上的平移弹簧（图6b），3.平移凸轮上的旋转弹簧（图6c），4.旋转凸轮上的旋转弹簧（图6d）。在分析中，为了简单起见，我们做出三个假设。首先，我们假设凸轮上的滚轮的半径为零。28中描述了非零半径的分析变化。其次，我们假设弹簧的连接处与旋转凸轮的中心水平放置（见图6b和d）。不成行的边界也是可能的，并且会增加方程的偏移。第三，我们假设平移弹簧水平放置。在某种角度上的平移脉冲也是可能的，但会使分析变得不必要。使用的符号如下。弹簧的长度由法向力弹簧的xn表示，补偿弹簧的xc表示。Xn，0和Xc，0表示弹簧的平衡位置，这意味着弹簧的位移为Xn-Xn0和Xc-Xc0。Xcam表示凸轮的位置，其是平移的或旋转的。在主体固定工作空间坐标y1和y2中获得凸轮的表面。l1和l3表示两个地面和凸轮中心之间的距离。最后，l2和l4表示连接到旋转弹簧（当存在时）的连杆的长度。图6在静态平衡的凸轮机构中，凸轮确定关系Xc=H（Xn）。现在，可以自由选择Xn作为凸轮位置的功能。然后，通过填写方程式（11），我们得到：使用公式（18），可以发现xc（xcam）的轨迹，作为轨迹xn（xcam）的函数。现在设计一个凸轮分为三个步骤。首先，选择位移函数xn（xcam）。其次，使用该函数可以计算位移函数xc（xcam）。最后，当已知xn（xcam）和xc（xcam）时，可以在主体固定工作空间坐标y1和y2中获得凸轮表面。现在我们将介绍方程来获得具有图4中四个构件的所需跟随器行为的凸轮表面。之后，我们将举一个例子，采取三个步骤。3.2.1平移弹簧-平移凸轮这种子机构的例子如图6A所示。现在可以通过以下方式获得工作空间坐标y1和y2中法向力弹簧的凸轮表面的形状：这定义了具有法向力弹簧的侧面的凸轮表面。补偿弹簧的一侧工作相同。3.2.2平移弹簧-旋转凸轮这种子机构的例子如图6B所示。凸轮形状可以通过以下方式获得：3.2.3旋转弹簧-平移凸轮该子机构如图6C所示。主体固定工作台坐标中的凸轮形状可以通过以下方式获得：3.2.4旋转弹簧-旋转凸轮该子机构的示意图如图6d所示。凸轮形状可以使用以下方程式获得：其中R（Xcam）表示Xcam旋转的旋转矩阵。3.2.5凸轮机构示例（RRR）例如，图6e示出了具有两个旋转弹簧和旋转凸轮的机构。初步研究表明，这个概念在紧实性方面是所有刚体机构中最有希望的。因此，我们也建立了这个概念的原型（见第5节）。对于分析，我们必须首先选择位移函数xn（xcam），刚度和平衡位置：从等式（18）可知，位移函数xc（xcam）等于：这里我们选择正弦作为法向力弹簧的弹簧位移函数，这导致补偿弹簧的位移函数中的余弦。对于弹簧位移函数的每个选择，存在补偿弹簧的位移函数，导致完全静态平衡的机构。正弦的选择将证明可以产生360旋转的凸轮。两个弹簧的凸轮轨迹是通过填充方程式22得到：创建此凸轮表面有两个选项。首先，凸轮可以分成两半，一半连接到法向力弹簧，另一半连接到补偿弹簧。其次，补偿弹簧的位置可以改变并垂直放置在图6E中。通过这样做，对于补偿弹簧轨迹，在xcam中获得0.5相移。由于sin（xcam）=cos（xcam-0.5），所以可以使用与法向力弹簧和补偿弹簧相同的凸轮面。因此，在整个360时，凸轮是静态平衡的。这个概念在实施例中实现，将在章节5中进行说明.3.3符合SBB的机制代替在其间具有旋转或平移弹簧和刚体机构，可以使用柔性机构。应用柔性机构的不同之处在于使用具有负刚度的位置范围的弹簧使整个机构脱离一部分。本节前面的刚体机制难以分类。在他们的兼容机制手册中29以两种方式分类兼容机制：基于所使用的组件并根据其应用程序。在这里，我们只表示SBB与一个符合机械功能的功能有区别，这些机构满足法向力弹簧和补偿弹簧的功能如图2所示和SBB弹簧具有负刚度的位置范围，用于与两个弹簧系统的配置。后一种选择将在第4节的实施例中被利用。已知具有负刚度位置范围的能力的两种常见类型的弹簧是板簧30和盘弹簧（也称为贝氏弹簧）31。图74实例1：符合机制：双稳叶蝉本节介绍了两个原型的第一个，以验证SBB的性能。本节中的原型具有作为正常力弹簧和叶簧的压缩弹簧，具有负刚度的位置范围作为补偿弹簧（见图7）。这个概念具有第三组弹簧，称为反作用弹簧，用于补偿由于方程式中的摩擦表面脱离引起的非线性特性。（8）。我们选择构建这个类别的原型，以说明这种类型的可能性和问题。本节的结果将显示，与常规制动器相比，制动力降低了95。4.1静态平衡法向力弹簧中的能量由公式（8）。具有负刚度的位置范围的板簧是本实施例中的补偿弹簧。在负刚度的范围内，它们的能量可以近似为其中kc为负，E0为常数。当正常力弹簧脱离时，该实施例中的第三组弹簧（即反向弹簧）接合。这个弹簧系统的能量等于最小运算符返回两个输入的最低值。现在如果kn=kctr=-kc和xn=xc=xctr，系统中的总能量是常数：图84.2详细设计图8示出了该实施例的剖视图CAD图。两组压缩弹簧的正刚度的量被手动调节，这将在下一节中说明。摩擦材料是专用摩擦材料VulkaSF-001和橡胶。这导致几乎0.8的摩擦系数，并且不会导致粘附行为。橡胶的使用具有这样的缺点：当在施加法向力时摩擦表面存在相对运动时，橡胶趋于快速磨损。然而，在离合器中，当设备接合时，不应有相对移动。如果预期在接合期间发生大量的相对运动，则SF-001应用于两个摩擦表面，这导致摩擦系数为0.5。请注意，该原型的设计不包括执行器，因为原型的主要目的是验证SBB的性能，而不是在应用程序中直接实现。为了测试目的，我们将这个原型机连接到包括电机和称重传感器的标准测试设备。第5节中的原型相同。表14.3Stiffnesstuning三组弹簧的刚度必须平衡。因此，我们在软件包ANSYSTM中使用了一个弹簧模型，其正确性在30中被验证。所使用的板簧由不锈钢制成，具有E模量200GPa，泊松比为0.3。弹簧的宽度为7.5mm，厚度0.1mm，长10mm。角度在板簧和垂直之间（见图7）是=10。该选择长度和宽度以装配在制动器的壳体中。选择厚度使得最大应力略小于屈服强度。为了测试特性对制造不准确度的敏感性，我们得出了一对具有七个稍微不同的参数组的弹簧的特性（见表1）。第一种使用了预期的参数。在案例2-5中，长度，厚度，角度和张力变化。预张力意味着制动块和地面之间的距离减小。然后，在第6和第7例中，测试了最大和最佳情况下的最大力。图9显示了七个特征。这表明特征对于某些制造不准确性非常敏感。特别是，预张力显着地改变了特性。不同的参数变化影响最大力，弹簧行程和刚度。由于最后的特点对不精确度非常敏感，我们决定手动调整最终设计中的刚度。这个调整包括三个步骤。首先，我们测量了板簧组的特性，以确定应该加上的正刚度kn和kctr的量，其结果是kn=66.8N/m，kctr=54.0N/m。两组弹簧具有不同的总刚度，以便更好地匹配板簧的正弦曲线特征。其次，我们添加了正刚度并再次测量了特征，以确定xn和xctr中的偏移。最后，我们相应地调整了xn和xctr的偏移量，并通过测量整体特征来验证了平衡。此调整的结果将在下一节中介绍。图94.4减少制动力图10a示出了板簧的特性，三大弹簧系统的特点相结合。最大制动力为5.9N，最大法向力为109.6N。因此，与常规制动器相比，制动力降低了95。制动行程中的平均制动力为1.83N，与常规制动器相比，其提高了97。图104.5制动特性我们通过施加扭矩在12个位置手动测量制动力矩，直到制动器开始滑动，从而测量静摩擦力。图10b示出了作为位置的函数和通过数据拟合的制动转矩。结果表明，制动转矩是制动块位置的分段线性函数。最大制动力矩为1.08Nm。5实例2：凸轮机构：RRR本节展示了我们基于刚体方法的概念的原型。刚体机构的优点在于它们比顺应性机构更容易建模。我们选择用旋转凸轮表面构建原型，扭力弹簧连接到旋转输入和输出（见图6e）。图中的机制6e实施两次，共导致四个扭簧。一个初步的案例研究表明，这个概念在转矩密度方面是最有希望的，本节的结果将显示与常规制动器相比，制动转矩降低了97。5.1详细设计图11图11a示出了该原型的CAD图。凸轮轴是制动器可以连接到的制动块。当凸轮轴旋转时，四个跟随器跟踪由凸轮表面引起的运动，并且扭转弹簧相应地偏转。穿过跟随者的车轴连接到两个部件：两个连接到制动臂，另外两个连接到地面。该连接在图11b中被阐明。轴通过扭转弹簧连接到跟随者，单个刚度为0.64Nm/rad。弹簧由3mm厚的RVS301弹簧钢激光切割，其弹性模量为18GPa。弹簧的壁厚为1.4mm，为1.75转。图11b描绘了具有制动臂和机器人轴的摩擦面盘的机构的制动侧。摩擦面盘的半径为16mm。显然，机器人轴可以通过整个制动装置，而无障碍物。这样做的优点在于，这种类型的制动器也可以在轴的中间使用。二手摩擦材料是摩擦系数为0.8的专用摩擦材料VulkaSF-001和橡胶（与实施例1相同）。5.2制动力减速图12示出了连接到制动臂的两个扭转弹簧中的凸轮轴的制动扭矩和估计扭矩。每个90度，系统具有单个构造，其中制动器完全制动或分离。在这些单一构造中，制动扭矩为0Nm，这是弹簧中的扭矩减少100。在非奇异结构中，凸轮轴上的最大制动扭矩为0.04Nm，这是连接到制动臂的扭转弹簧中的组合的制动扭矩的97。图125.3制动特性图13示出了作为凸轮位置的函数的制动转矩。顺时针方向的最大制动力矩为0.83Nm，逆时针方向的最大制动力矩为0.75Nm。造成这种差异的原因尚不清楚。部分差异可以通过类似于5中的自我接合的效果来解释。为了说明完全不同的自我效能效应，摩擦力矢量应该通过制动臂轴线的中心距离为0.8mm。可以通过比预期稍厚的摩擦表面和制造不准确来解释0.2mm。当制动盘上施加力时，可以通过制动臂的弯曲来解释另外0.1mm。对于其余的差异，我们没有解释。图13图12示出了当仅连接两个法向力弹簧时该实施例的制动转矩。所得到的制动扭矩可用于估计扭簧的实际刚度。计算出的最大输入扭矩为0.29Nm，实际最大输入扭矩为0.24Nm。得出结论，弹簧的刚度低于模型预期的20，弹簧产生的最大扭矩为每弹簧0.64Nm，而不是计算的0.80Nm。然而，请注意，尽管弹簧的模型不具有相同的刚度，但只要弹簧是线性的，制动器仍然是静态平衡的。表26讨论本文介绍了SBB的概念，对SBB中可以使用的所有相对简单的机制进行分类，并展示了两个实施例。结果表明，与常规制动器相比，制动力/转矩可以降低95-97。我们现在将讨论性能，机制选择，不完全平衡机制的使用，SBB的能耗和应用。6.1性能表2总结了两个实施例在制动转矩，制动力/扭矩，双向性，尺寸，质量方面的性能。我们现在分别讨论这些绩效标准。3中提供了SBB和其他锁定机制的完全比较。实施例的制动力矩为1.08Nm，0.83Nm。增加制动力矩有两种选择。第一个选择是增加摩擦表面的半径，并且选项是增加弹簧的刚度。对于两个实施例，最大制动力和扭矩为5.9N和0.035Nm。由于一个实施例具有制动力并且另一个具有制动转矩，所以这两个数字难以比较。然而，在实施例1中，制动力仅为法向力弹簧中的力的5，在实施例2中，制动扭矩仅为法向力弹簧中的扭矩的3。这意味着与常规制动器相比，制动器可以减少95和97。在这两种情况下，制动力不为零的事实是由于滞后和不完美的平衡。两者都占最大制动力/扭矩的约50。对于双向性，我们使用3的定性评分，其中+表示完美的双向性，表示仅在一个方向上锁定。具有板簧的原型在两个方向具有相同的制动力矩，从而得到一个+。该具有旋转凸轮的原型具有略大的制动力矩在一个方向，因此它得分+。实施例1的尺寸和质量显着大于实施例2的尺寸和质量。两种设计中的挑战是使补偿弹簧的机构小型化。在实施例1中，板簧及其安装对质量和尺寸贡献最大。降低质量和尺寸的一种可能性是用Belleville弹簧（也称为碟形弹簧）代替板簧31。通过优化设计可以节省更多的空间和质量。例如，制动块，摩擦表面和外壳没有针对质量和尺寸进行优化。在实施例2中，凸轮机构和弹簧都在一个平面内，使得设计更加紧凑。6.2机构选择在第3节中，我们分类了可以在制动块和补偿弹簧之间使用的所有比较简单的机构。没有严格的规则，当遵循时，会自动导致最好的设计。然而，在这里我们提供了三个选择合适的机制的考虑。首先，结合常规弹簧的刚体机构比顺应机构更容易建模。如第4节所示，合规机制对制造不准确性可能非常敏感。另一方面，顺应机制可能非常紧凑，因为整个机制可以由一部分组成。其次，当弹簧，执行器和输入和输出相匹配时，刚体设计通常较小。例如，当使用线性制动器时，将其连接到旋转DOF是不方便的。第三，执行器不应放置在可以达到单一位置的接头上。例如在图1中。如图5b所示，将线性制动器放置在垂直滑块上不是一个好主意，因为它不能离开杆垂直的位置。相反，旋转制动器可以放置在杆和其中一个滑块之间。6.3不完全平衡的机制3.1节讨论了不能完全平衡的三个链接机制。因此，我们没有认为它们是适用的。然而，当大致静态平衡的机构就足够时，可以使用这些机制。此外，采用不完全平衡的机构，可以获得引言中提到的不同功能：
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