CN104723342B - 柔索驱动自动机械 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种柔索驱动自动机械，包括臂部件对，其包括随穿戴者的运动而移动的肩关节、肘关节和腕关节；连接到该对肩关节的肩柔索；通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开肩柔索，对肩关节施加旋转力的肩驱动单元；连接到该对肘关节的肘柔索；通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开肘柔索，对肘关节施加旋转力的肘驱动单元；连接到该对腕关节的腕柔索；以及通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开腕柔索，对腕关节施加旋转力的腕驱动单元。

Description

柔索驱动自动机械

技术领域

本发明涉及柔索驱动自动机械，且更特别地涉及能够使用少量驱动装置通过柔索驱动多个关节的柔索驱动自动机械。

背景技术

在自动机械结构中，关节数目与自动机械的重量成比例。在关目节数增加时，用于驱动每个关节的驱动装置的数目增加，结果自动机械的总重量增加。特别地，可穿戴自动机械以在工人亲自穿戴自动机械时工人通过操作自动机械执行工作的方式设计，并且在自动机械的重量增加时，穿戴者需要承受的负载增加，结果穿戴者可遭受疲劳，且在可穿戴自动机械长时间执行工作时工作效率恶化。

相关领域中的自动机械具有用于驱动的多个关节，然而，驱动装置为每个关节设置，结果自动机械的总重量增加，由此降低工人的工作效率。

作为本发明的相关技术在上面提供的描述仅用于帮助理解本发明的背景技术，并且不应解释为包括在本领域技术人员已知的现有技术中。

发明内容

本发明提供与多个关节连接的柔索(而不是为每个关节提供驱动装置)，并且提供缠绕或松开柔索的驱动装置以向每个关节施加旋转力而不为每个关节驱动驱动装置。

在一个方面中，本发明提供柔索驱动自动机械，其包括：臂部件对，其包括随穿戴者的运动而移动的肩关节、肘关节和腕关节；连接到该对肩关节的肩柔索；通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开肩柔索，对肩关节施加旋转力的肩驱动单元；连接到该对肘关节的肘柔索；通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开肘柔索，对肘关节施加旋转力的肘驱动单元；连接到该对腕关节的腕柔索；以及通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开腕柔索，对腕关节施加旋转力的腕驱动单元。

每条柔索的两端可分别连接到与之对应的一对关节，并且各驱动单元可连接到与之对应的柔索的两端之间，以缠绕或松开与之对应的柔索。

柔索驱动自动机械还可包括支承体，其两侧与一对臂部件可旋转地连接，并且每个驱动单元可固定到支承体上。

当穿戴者在与对应柔索的缠绕方向相反的方向上旋转对应于每个驱动单元的关节时，每个驱动单元可松开对应柔索。

当穿戴者在与对应柔索的缠绕方向一致的方向上旋转对应于每个驱动单元的关节时，每个驱动单元可缠绕对应柔索。

柔索驱动自动机械还可包括：张力检测单元，其在每条柔索的一端与另一端之间为每条柔索设置，并且检测对应柔索的张力；以及控制器，其致动对应驱动单元以缠绕或松开对应柔索，从而在与每个张力检测单元对应的柔索所连接的关节枢转以改变对应柔索的张力时，允许对应柔索保持预定的参考张力。

每个张力检测单元可包括驱动单元侧悬挂部分，其一端连接到对应于每个张力检测单元的驱动单元；臂部件侧悬挂部分，其一端在对应于每个张力检测单元的柔索的两端之间连接，并且另一端悬挂且与对应驱动单元侧悬挂部分连接；以及压力传感器，其设置在驱动单元侧悬挂部分和臂部件侧悬挂部分彼此接触的部分，以检测施加到接触面的压紧力。

在另一方面中，本发明进一步提供柔索驱动自动机械系统，其中臂部件对包括随着穿戴者的运动而移动的肩关节、肘关节和腕关节；肩柔索连接到该对肩关节；肩驱动单元与穿戴者的运动相关联，以便通过缠绕或松开肩柔索而对肩关节施加旋转力；肘柔索连接到该对肘关节；肘驱动单元与穿戴者的运动相关联，以便通过缠绕或松开肘柔索而对肘关节施加旋转力；腕柔索连接到该对腕关节；并且腕驱动单元与穿戴者的运动相关联，以便通过缠绕或松开腕柔索而对腕关节施加旋转力。

根据具有上述结构的柔索驱动自动机械，可通过减少用于驱动自动机械的驱动单元的数目来减小自动机械总重量，结果工人负担减少，由此提高工人的工作效率。

进一步地，驱动单元的数目减少以节省成本。

附图说明

现在将参考对附图进行说明的示例性实施方式描述本发明的上面和其他特征，在下文中给出的附图仅用于举例说明，因此不限制本发明，其中：

图1是根据本发明的实施方式驱动柔索驱动自动机械的肩柔索的示意图；

图2是根据本发明的实施方式驱动柔索驱动自动机械的肘柔索的示意图；

图3是根据本发明的实施方式驱动柔索驱动自动机械的腕柔索的示意图；且

图4是根据本发明的实施方式的张力检测单元的示意图。

应理解附图不必按比例绘制，如在本文中所披露，仅呈现本发明的各种优选特征的稍微简化的表示，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状的本发明的各种优选特征将部分地由特别的既定用途和使用环境确定。

在附图中，参考数字在整个附图的数图中指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施方式，其示例在附图中示出且在下面描述。虽然本发明将结合示例性的实施方式描述，但是应当理解本描述不旨在将本发明限制到那些示例性的实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性的实施方式，而且涵盖可包括在所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内的各种替代、修改、等同方式和其他实施方式。

应理解，在本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语一般包括机动车辆，如客车，包括运动型多功能车(SUV)、公交车、货车、各类商用车，船舶，包括各种船和艇，飞行器等，并包括混合动力车、电动车、插电式混合动力电动车、氢动力汽车和其他替代燃料汽车(例如，来自石油以外的能源的燃料)。如在本文所提及的，混合动力车是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅用于描述特定的实施方式，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文明确表明以外。进一步要理解的是，术语“包括”和/或“含有”在本说明书中使用时，特指存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组分，但不排除存在或加入一个或多个其他的特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或其集合。如在此使用，本文使用的术语“和/或”包括关联的列举条目中的一个或多个的任何与全部组合。

在下文中，参考附图描述根据本发明的优选实施方式的柔索驱动自动机械。

图1到3是根据本发明的实施方式的柔索驱动自动机械的示意图，并示出臂部件对100，其包括随穿戴者的运动来操作的肩关节110、肘关节130和腕关节150；连接到该对肩关节110的肩柔索211；通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开肩柔索211，对肩关节110施加旋转力的肩驱动单元510；连接到该对肘关节130的肘柔索231；通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开肘柔索231，对肘关节130施加旋转力的肘驱动单元530；连接到该对腕关节150的腕柔索251；以及通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开腕柔索251，对腕关节150施加旋转力的腕驱动单元550。

更详细地，柔索驱动自动机械进一步包括支承体170，其两侧与该对臂100可旋转地连接，并且每个驱动单元510、530或550优选配置为固定到支承体170上。

定位于穿戴者的后侧以面向穿戴者的背部的支承体170由穿戴者承载，并且该对臂100与支承体170的两上端连接以与穿戴者的手臂一起操作。在此，该对臂100彼此独立地移动，且每个臂部件100的关节110、130和150形成为可在臂部件100中设置的多个联杆之中相对旋转，并且可由穿戴者握持的把手部(图中未示出)在臂部件100的腕关节150的末端设置，结果，随着穿戴者通过握持把手部移动手臂，臂部件100可一起移动。

其间，驱动单元510、530和550在支承体170中设置，结果，重量集中在穿戴者的背部上，且驱动单元510、530和550不在臂部件100中安装，由此减小臂部件100的重量。因此穿戴者在移动臂部件100中感到较少疲劳。

其间，每条柔索211、231或251的两端分别连接到与之对应的一对关节，并且优选分别的驱动单元510、530和550在与之对应的柔索211、231和251的两端之间连接，以缠绕或松开与之对应的柔索211、231和251。

特别地，肩柔索211的两端经支承体170的顶部分别连接到一对肩关节110；肘柔索231的两端经支承体170的顶部和肩关节110连接到一对肘关节130；且腕柔索251的两端经支承体170的顶部、肩关节110和肘关节130连接到一对腕关节150。

通过缠绕柔索211、231或251作用于关节方向的旋转力可根据每条柔索211、231或251所以连接的对应关节的位置而改变，结果连接位置优选根据自动机械的使用和工人的工作模式决定。

然而，通常由于可穿戴自动机械被制造为在工人举起重物时添加辅助力，每条柔索211、231或251优选根据工人的关节的旋转方向连接到对应关节。例如在肘关节的情况下，由于在工人举起重物时关节向上旋转，即朝向肩部旋转，因此肘柔索231的末端优选连接到向上移动的肘关节130。

其间，其末端与对应柔索211、231和251连接的肩驱动单元柔索213、肘驱动单元柔索233和腕驱动单元柔索253分别在驱动单元510、530和550中设置，并且肩驱动单元510、肘驱动单元530和腕驱动单元550分别连接到驱动单元柔索213、233和253，以用来缠绕或松开对应驱动单元柔索213、233和253。每个驱动单元510、530或550优选成为具有旋转轴的电动机。

例如，肩驱动单元柔索213的一端在肩柔索211的两端之间连接，并且肩驱动单元柔索213的另一端连接到肩驱动单元510，结果随着肩驱动单元柔索213缠绕或松开，肩柔索211缠绕或释放。

各柔索211、231和251以悬挂结构分别与对应驱动单元柔索213、233和253的末端连接，以优选相对于驱动单元柔索213、233和253可移动。结果，一对关节110、130和150可彼此不同地移动。悬挂结构将在后面描述。

其间，当穿戴者在与柔索211、231和251的缠绕方向一致的方向上旋转与各驱动单元510、530和550对应的关节时，各驱动单元510、530和550优选驱动关节以缠绕对应的柔索211、231和251。

为此，在张力增大或减小时，检测每条柔索211、231或251的张力以感测对应关节110、130和150的旋转方向，并且优选设置控制器600以通过关节110、130和150的旋转来控制驱动单元510、530和550。。

进一步地，张力检测单元301、302和303可在各柔索211、231和251连接到各对应的驱动单元柔索213、233和253末端的部分中设置，以便检测张力。张力检测单元301、302和303由检测肩柔索211的张力的肩张力检测单元301、检测肘柔索231的张力的肘张力检测单元302和检测腕柔索251的张力的腕张力检测单元303构成

当张力检测单元301、302和303参考图4描述时，张力检测单元301、302和303设置为包括驱动单元侧悬挂部分330，其一端连接到驱动单元柔索213、233和253；臂部件侧悬挂部分310，其一端连接到柔索211、231和251，且另一端悬挂且与驱动单元侧悬挂部分330连接；以及压力传感器350，其在其中驱动单元侧悬挂部分330和臂部件侧悬挂部分310接触的部分设置，以检测施加到接触面的压紧力。

弯曲为四边环形的板件的驱动单元侧悬挂部分330和臂部件侧悬挂部分310优选设置为彼此垂直交叉，并以彼此面对的各另一端的内表面的部件形成悬挂结构。由于环经悬挂而彼此交叉，因此即使柔索211、231和251放松，柔索211、231和251仍可在彼此不连接的情况下布置，并且悬挂部分由板件构成，结果悬挂部分配置有大的接触尺寸，由此实现稳定连接。

其间，作为检测施加到压力传感器350的一个表面上的压力的传感器，压力传感器350可以是测压元件。

压力传感器350在驱动单元侧悬挂部分330或臂部件侧悬挂部分310的另一端的内表面上安装，以测量施加到驱动单元柔索213、233和253与柔索211、231和251的张力，并且由于驱动单元柔索213、233和253与柔索211、231和251通过连接各悬挂部分310和330来连接，因此驱动单元柔索213、233和253与柔索211、231和251具有相同的张力，并且由于当在柔索211、231和251中产生张力时，个悬挂部分310和330的另一端的内表面彼此接触，因此设置在接触位置的压力传感器350与张力成比例地加压，以检测柔索211、231和251的张力。

其间，在臂部件侧悬挂部分310的一端设置辊313，并且可设置在每条柔索211、231或251的两端之间的空间以在辊313上悬挂。在辊313的外周表面的中心形成凹槽以优选防止柔索移出。

由于每条柔索211、231或251的两端连接到不同的臂部件100，因此相同致动力可通过驱动单元510、530和550施加到不同关节110、130和150。

进一步地，每个张力检测单元301、302或303优选安装在支承体170中，并且使得臂部件侧悬挂部分310能够连接和移动的轨道410在支承体170中对应于臂部件侧悬挂部分310的位置设置，且轨道410在臂部件侧悬挂部分310的移动方向中设置，并且当驱动单元柔索213、233和253在对应驱动单元510、530和550上缠绕和松开时，驱动单元柔索213、233和253在轨道410上移动。

在下文中将描述在图2中图解的肘关节130和肘柔索231的情况以便描述操作过程。相同操作过程可应用到每条柔索211、231或251与每个驱动单元510、530或550以及每个关节110、130或150。

在穿戴者弯曲肘部时，即在肘部向上旋转时，肘关节130随之向上旋转以弯曲，并且连接到肘关节130的肘柔索231放松。因此，肘柔索231的张力减小，并且从压力传感器350接收张力值的控制器600驱动肘驱动单元530以缠绕肘驱动单元柔索233。因此，缠绕力作用在肘柔索231上，并且向上缠绕力作用在肘关节130上，结果施加辅助力以允许工人容易举起重物。肘柔索231的缠绕力以相同量值的力作用在一对肘关节130上。

其间，当穿戴者在与柔索211、231和251的缠绕方向相反的方向旋转与各驱动单元510、530和550对应的关节时，各驱动单元510、530和550可优选地致动关节以松开对应的柔索211、231和251。

再次返回肘柔索231和肘关节130的情况，在肘关节130不弯曲时，即在肘关节130向下旋转时，肘柔索231受拉动并且张力增大。因此，控制器600通过致动肘驱动单元530松开肘驱动单元柔索233，结果肘柔索231放松。因此，有可能减少穿戴者在旋转肘关节130中感觉到的疲劳。

在控制器600中设定参考张力，结果驱动单元510、530和550优选致动，以使当柔索211、231和251的张力变得大于或小于参考张力值时，柔索211、231和251的张力恢复到参考张力。参考张力可根据工人的工作环境和工作的特性改变。

根据具有上述结构的柔索驱动自动机械，可通过减少用于驱动自动机械的驱动单元的数目来减小自动机械总重量，结果工人负担减少，由此提高工人的工作效率。

进一步地，驱动单元的数目减少以节省成本。

本发明已参考其优选的实施方式详细描述。然而，本领域技术人员将认识到可在这些实施方式中做出改变而不背离本发明的原理和精神，本发明的保护范围在所附权利要求及其等同方式中定义。

Claims (7)

1.一种柔索驱动自动机械，包括：

臂部件对，其包括配置为随穿戴者的运动而移动的肩关节、肘关节和腕关节；

肩柔索，其连接到所述一对肩关节；

肩驱动单元，其通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开所述肩柔索，对所述肩关节施加旋转力；

肘柔索，其连接到所述一对肘关节；

肘驱动单元，其通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开所述肘柔索，对所述肘关节施加旋转力；

腕柔索，其连接到所述一对腕关节；

腕驱动单元，其通过与穿戴者的运动相关联地缠绕或松开所述腕柔索，对所述腕关节施加旋转力；以及张力检测单元，其在每条柔索的一端与另一端之间设置用于检测对应柔索的张力，

每个张力检测单元包括：

驱动单元侧悬挂部分，其一端连接到对应于每个张力检测单元的驱动单元柔索；

臂部件侧悬挂部分，其一端连接到对应于每个张力检测单元的柔索的两端之间，并且另一端悬挂且与对应驱动单元侧悬挂部分连接；以及

压力传感器，其设置在所述驱动单元侧悬挂部分与所述臂部件侧悬挂部分彼此接触的部分，以检测施加到接触面的压紧力。

2.根据权利要求1所述的柔索驱动自动机械，其中每条柔索的两端分别连接到与之对应的一对关节，并且各驱动单元连接到与之对应的柔索的两端之间，以缠绕或松开与之对应的柔索。

3.根据权利要求1所述的柔索驱动自动机械，还包括：

支承体，其两侧与所述臂部件对可旋转地连接，

其中每个驱动单元固定到所述支承体。

4.根据权利要求1所述的柔索驱动自动机械，其中当穿戴者在与对应柔索的缠绕方向相反的方向上旋转对应于每个驱动单元的关节时，每个驱动单元松开对应柔索。

5.根据权利要求1所述的柔索驱动自动机械，其中当穿戴者在与对应柔索的缠绕方向一致的方向上旋转对应于每个驱动单元的关节时，每个驱动单元缠绕对应柔索。

6.根据权利要求1所述的柔索驱动自动机械，还包括：

控制器，所述控制器致动对应驱动单元以缠绕或松开对应柔索，从而在与每个张力检测单元对应的柔索所连接的关节枢转以改变对应柔索的张力时，其允许对应柔索保持预定的参考张力。

7.一种柔索驱动自动机械系统，其中臂部件对包括随穿戴者的运动而移动的肩关节、肘关节和腕关节；肩柔索连接到所述一对肩关节；肩驱动单元与穿戴者的运动相关联，以便通过缠绕或松开所述肩柔索而对所述肩关节施加旋转力；肘柔索连接到所述一对肘关节；肘驱动单元与穿戴者的运动相关联，以便通过缠绕或松开所述肘柔索而对所述肘关节施加旋转力；腕柔索连接到所述一对腕关节；且腕驱动单元与穿戴者的运动相关联，以便通过缠绕或松开所述腕柔索而对所述腕关节施加旋转力；张力检测单元设置在每条柔索的一端与另一端之间，用于检测对应柔索的张力，

每个张力检测单元包括：

驱动单元侧悬挂部分，其一端连接到对应于每个张力检测单元的驱动单元柔索；

臂部件侧悬挂部分，其一端连接到对应于每个张力检测单元的柔索的两端之间，并且另一端悬挂且与对应驱动单元侧悬挂部分连接；以及

压力传感器，其设置在所述驱动单元侧悬挂部分与所述臂部件侧悬挂部分彼此接触的部分，以检测施加到接触面的压紧力。