CN109667894A - 致动器和包括致动器的运动辅助设备 - Google Patents

Abstract

公开一种致动器和包括致动器的运动辅助设备。一种致动器包括：多个力传送器，被配置为顺序地传送力；弹性元件，被配置为连接所述多个力传送器之中的彼此相邻并执行同轴旋转运动的第一力传送器和第二力传送器。

Description

致动器和包括致动器的运动辅助设备

本申请要求于2017年10月16日提交到韩国知识产权局的第10-2017-0133966号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的全部内容通过整体引用包含于此。

技术领域

至少一个示例实施例涉及一种致动器以及包括致动器的运动辅助设备。

背景技术

致动器是使用动力来操作机器的驱动设备，并且可用于驱动各种设备(诸如，机器人和工业设施)。例如，致动器可驱动使具有关节问题的老年人和/或病人使用更少的力气步行的运动辅助设备的关节部分。

发明内容

一些示例实施例涉及一种致动器。

在一些示例实施例中，所述致动器包括：多个动力传送器，被配置为顺序地传送动力，其中，所述多个动力传送器包括第一动力传送器和第二动力传送器，第一动力传送器和第二动力传送器是所述多个动力传送器中的相邻的动力传送器，并且第一动力传送器和第二动力传送器被配置为执行同轴旋转运动；弹性元件，被配置为连接第一动力传送器和第二动力传送器。

在一些示例实施例中，致动器还包括：第一角度传感器，被配置为测量第一动力传送器的第一旋转角度；第二角度传感器，被配置为测量第二动力传送器的第二旋转角度；控制器，被配置为第一旋转角度和第二旋转角度来确定用于施加在第一动力传送器与第二动力传送器之间的转矩。

在一些示例实施例中，控制器被配置为基于第一旋转角度与第二旋转角度之间的差来确定所述转矩。

在一些示例实施例中，致动器还包括：电机，被配置为将动力传送到所述多个动力传送器；外壳，包括电机容纳器和主容纳器，使得电机容纳器沿与电机的驱动轴垂直的方向与主容纳器的至少一部分重叠，其中，电机容纳器被配置为容纳电机，主容纳器被配置为容纳第一动力传送器、第二动力传送器和弹性元件。

在一些示例实施例中，外壳还包括：盖，可拆卸地结合到电机容纳器和主容纳器中的每一个的一侧。

在一些示例实施例中，第一动力传送器是环状的，弹性元件在第一动力传送器的内壁与第二动力传送器的外壁之间。

在一些示例实施例中，第一动力传送器、弹性元件和第二动力传送器是一个整体。

在一些示例实施例中，弹性元件包括：主体；第一连接器，具有固定到第一动力传送器的内壁的第一端和固定到主体的与第二动力传送器的外壁相邻的部分的第二端；第二连接器，具有固定到第二动力传送器的外壁的第一端和固定到主体的与第一动力传送器的内壁相邻的部分的第二端。

在一些示例实施例中，主体具有圆形形状，第一连接器具有包围主体的第一部分的弯曲形状，第二连接器具有包围主体的第二部分的弯曲形状。

在一些示例实施例中，弹性元件包括围绕由第一动力传送器和第二动力传送器所共享的旋转轴以相等的间隔彼此隔开的多个弹性元件。

在一些示例实施例中，当第一动力传送器和第二动力传送器相对于彼此旋转设定的角度时，所述多个弹性元件中的两个相邻弹性元件彼此接触。

在一些示例实施例中，所述多个动力传送器包括：第一行星齿轮，具有可旋转地固定到第一动力传送器的旋转轴，其中，第一行星齿轮被配置为围绕第一动力传送器的旋转轴绕转；第一太阳齿轮，被配置为将动力传送到第一行星齿轮；第二行星齿轮，被配置为与第二动力传送器的外圆周表面啮合，并围绕第二动力传送器的旋转轴绕转；行星架，第二行星齿轮可旋转地安装到该行星架，其中，行星架被配置为执行与第二动力传送器的同轴旋转运动；齿圈，被配置为与第一行星齿轮和第二行星齿轮啮合。

在一些示例实施例中，致动器还包括：电机，被配置为产生用于驱动所述多个动力传送器的动力，其中，所述多个动力传送器还包括：齿轮系，被配置为连接电机和第一太阳齿轮。

在一些示例实施例中，齿轮系具有第一侧和第二侧，电机、第一动力传送器、第二动力传送器和弹性元件在齿轮系的第一侧和第二侧中的相同的一侧上。

在一些示例实施例中，所述致动器包括：至少一个止动器，被配置为通过选择性地固定第一动力传送器和齿圈中的一个来改变第一太阳齿轮与托支架之间的齿轮比。

在一些示例实施例中，所述至少一个止动器包括：第一止动器，被配置为固定第一动力传送器；第二止动器，被配置为固定齿圈。

在一些示例实施例中，第二动力传送器具有椭圆形形状，所述多个动力传送器包括：柔性齿轮，被配置为响应于第二动力传送器的旋转而弹性变形；刚性齿轮，被配置为包围柔性齿轮，其中，刚性齿轮具有与柔性齿轮的外周围表面的至少部分啮合的齿形。

一些示例实施例涉及一种运动辅助设备。

在一些示例实施例中，所述运动辅助设备包括致动器和驱动支架。致动器包括：多个动力传送器，被配置为顺序地传送动力，其中，所述多个动力传送器包括第一动力传送器和第二动力传送器，第一动力传送器和第二动力传送器是所述多个动力传送器中的相邻的动力传送器，并且第一动力传送器和第二动力传送器被配置为执行同轴旋转运动；弹性元件，被配置为连接第一动力传送器和第二动力传送器；电机，被配置为将动力传送到所述多个动力传送器的输入端；驱动支架被配置为从所述多个动力传送器的输出端接收动力并将动力传送到用户。

在一些示例实施例中，致动器包括：第一角度传感器，被配置为测量第一动力传送器的第一旋转角度；第二角度传感器，被配置为测量第二动力传送器的第二旋转角度；控制器，被配置为基于第一旋转角度和第二旋转角度来确定将被施加在电机与驱动支架之间的转矩。

在一些示例实施例中，第一角度传感器连接到电机，使得由第一角度传感器测量的第一旋转角度是电机的驱动轴的旋转角度，第二角度传感器连接到驱动支架，使得由第二角度传感器测量的第二旋转角度是驱动支架的旋转角度。

在一些示例实施例中，所述多个动力传送器包括第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，其中，第一行星齿轮组包括托支架和第一行星齿轮，托支架被配置为从第一行星齿轮接收动力，第二行星齿轮组包括太阳齿轮和第二行星齿轮，太阳齿轮被配置为将动力传送到第二行星齿轮，控制器被配置为：基于针对托支架和太阳齿轮的齿轮比，分别确定第一旋转角度和第二旋转角度；基于第一旋转角度与第二旋转角度之间的差以及弹性元件的弹性系数，确定用于施加到弹性元件的转矩。

在一些示例实施例中，控制器被配置为确定所述转矩，使得所述转矩抵消弹性元件的变形。

示例实施例的额外的方面将在下面的描述中部分阐述，并且部分从该描述将是清楚的，或者可通过本公开的实践而获知。

附图说明

从以下结合附图对示例实施例进行的描述，这些和/或其他方面将变得清楚和更容易理解，其中：

图1是示出根据至少一个示例实施例的致动器和驱动支架的框图；

图2是示出根据至少一个示例实施例的致动器和驱动支架的框图；

图3是示出根据至少一个示例实施例的致动器和驱动支架的立体图；

图4是示出根据至少一个示例实施例的致动器的分解立体图；

图5是示出沿图3的线I-I切割的致动器的剖视图；

图6是示出根据至少一个示例实施例的第一力传送器、第二力传送器和尚未弹性变形的弹性元件的平面图；

图7是示出根据至少一个示例实施例的第一力传送器、第二力传送器和弹性变形的弹性元件的平面图；

图8是示出根据至少一个示例实施例的第一力传送器、第二力传送器和弹性元件的主视图；

图9是示出根据至少一个示例实施例的第一力传送器、第二力传送器和弹性元件的主视图；

图10是示出根据至少一个示例实施例的电机的驱动轴、多个力传送器和弹性元件的主视图；

图11是示出根据至少一个示例实施例的致动器和驱动支架的框图；

图12是示出根据至少一个示例实施例的第一力传送器、第二力传送器、尚未弹性变形的弹性元件、柔性齿轮和刚性齿轮的俯视图；

图13是示出根据至少一个示例实施例的第一力传送器、第二力传送器、弹性变形的弹性元件、柔性齿轮和刚性齿轮的俯视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述一些示例实施例。关于分配给附图中的元件的参考标号，应注意，在任何可能的情况下，即使相同的元件在不同的附图中被示出，相同的元件也将由相同的参考标号指定。此外，在示例实施例的描述中，当认为与公知相关的结构或功能的详细描述将导致本公开的解释模糊时，将省略与公知相关的结构或功能的详细描述。

此外，可在此使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语来描述组件。这些术语中的每个术语不用于限定相应组件的本质、顺序或次序，而仅用于将相应组件与其他组件进行区分。应注意，如果在说明书中描述了一个组件“连接”、“结合”或“接合”到另一组件，则尽管第一组件可直接连接、结合或接合到第二组件，但第三组件可“连接”、“结合”或“接合”在第一组件与第二组件之间。

图1是示出根据至少一个示例实施例的致动器和驱动支架的框图。

参照图1，致动器100可驱动驱动支架900。

驱动支架900可应用于机器人或工业设施。例如，驱动支架900可以是支撑用户的身体的一侧或多侧并辅助用户的关节的运动的运动辅助设备的力传送构件。致动器100可包括：电机110、减速器120、第一角度传感器191和第二角度传感器192。

电机110可产生将被传送到驱动支架900的动力。由电机110产生的动力可在经过减速器120时被减小并且被传送到驱动支架900。电机110的输出端可连接到减速器120的输入端。

减速器120可减小由电机110产生的动力并将减小的动力传送到驱动支架900。减速器120可包括被配置为顺序地传送动力的多个动力传送器。例如，减速器120可包括串联连接的第一动力传送器130、弹性元件140和第二动力传送器150。

第一动力传送器130可使用从电机110接收的动力进行旋转。第一动力传送器130可以是减速器120的直接连接到电机110的输出端的的输入端，或者是从减速器120的输入端接收动力的动力传送器。也就是说，另一动力传送器可连接在第一动力传送器130与电机110之间。

第二动力传送器150可从第一动力传送器130接收力，并且将动力传送到驱动支架900。第二动力传送器150可以是减速器120的输出端，或者是将动力传送到减速器120的输出端的动力传送器。也就是说，另一动力传送器可连接在第二动力传送器150与驱动支架900之间。

第一动力传送器130和第二动力传送器150可执行同轴旋转运动。也就是说，第一动力传送器130和第二动力传送器150可具有同一旋转轴。

弹性元件140可串联连接第一动力传送器130与第二动力传送器150。第一动力传送器130和第二动力传送器150可彼此相邻，并执行同轴旋转运动。在外力未施加到驱动支架900的情况下，由电机110产生的全部动力可从第一动力传送器130传送到第二动力传送器150。相反地，当外力被施加到驱动支架900时，由电机110产生的动力的一部分可用于使弹性元件140变形，由电机110产生的动力的剩余部分可被传送到第二动力传送器150。例如，在驱动支架900是运动辅助设备的支架的情况下，施加到驱动支架900的外力可以是驱动支架900与用户之间的相互作用转矩。当相互作用转矩增大时，用于使弹性元件140变形的转矩也可增大。

第一角度传感器191可测量第一动力传送器130的旋转角度。第一角度传感器191可连接到第一动力传送器130的一侧，并直接测量第一动力传送器130的旋转角度。在另一示例中，第一角度传感器191可通过测量电机110的驱动轴的旋转角度，基于从电机110到第一动力传送器130的传动比(诸如，齿轮比)来间接测量第一动力传送器130的旋转角度。第一角度传感器191可将与测量的第一动力传送器130的旋转角度相关的信息传送到控制器800。

第二角度传感器192可测量第二动力传送器150的旋转角度。第二角度传感器192可连接到第二动力传送器150的一侧，并直接测量第二动力传送器150的旋转角度。在另一示例中，第二角度传感器192可连接到驱动支架900的一侧，并基于从第二动力传送器150到驱动支架900的齿轮比来间接测量第二动力传送器150的旋转角度。第二角度传感器192可将与测量的第二动力传送器150的旋转角度相关的信息传送到控制器800。

控制器800可包括存储器和处理电路(未示出)。

存储器(未示出)可包括以下项中的至少一个：易失性存储器、非易失性存储器、随机存取存储器(RAM)、闪存、硬盘驱动器和光盘驱动器。

处理电路可以是(但不限于)：处理器、中央处理器(CPU)、控制器、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器或能够以限定的方式执行操作的任何其他装置。

处理电路可通过布图设计或存储在存储器(未示出)中的计算机可读指令的执行被配置为专用计算机，其中，该专用计算机用于基于由第一角度传感器191和第二角度传感器192测量的旋转角度来确定第一动力传送器130与第二动力传送器150之间施加的转矩。此外，处理电路可被配置为感测用户的步态阶段，并基于用户的步态阶段驱动止动器模块以改变齿轮比。

因此，处理电路可在不使用单独的动力/转矩传感器和动力放大器的情况下通过根据弹性元件140测量相互作用力来提高致动器100自身的功能，从而允许弹性元件140吸收冲击以提高致动器的耐用性的同时减小了致动器的大小。

诸如附图2中弹性元件240的弹性元件可通过施加在诸如附图2中的第一行星架233的第一动力传送器与诸如图2中的第二太阳齿轮251的第二动力传送器之间的转矩而变形。弹性元件可吸收施加到驱动支架的冲击，从而提高致动器的耐用性。

例如，控制器800可基于第一动力传送器130的旋转角度与第二动力传送器150的旋转角度之间的差以及弹性元件140的弹性系数，来确定转矩。控制器800可与致动器100物理上分开，或者如果空间足够，则控制器800可以是致动器100的一部分。

在弹性元件140具有与变形角度无关的恒定的弹性系数的情况下，控制器800可将第一动力传送器130的旋转角度与第二动力传送器150的旋转角度之间的差确定为弹性元件140的变形角度，并且通过将变形角度乘以弹性元件140的弹性系数来确定将被施加在第一动力传送器130与第二动力传送器150之间的转矩。也就是说，当Δθ表示第一动力传送器130的旋转角度与第二动力传送器150的旋转角度之间的差，k表示弹性元件140的弹性系数时，控制器800可使用等式1来确定相互作用转矩T。

[等式1]

T＝kΔθ

同时，控制器800可预先存储针对通过实验或计算测量的弹性元件140的变形角度的转矩信息。控制器800可基于转矩信息来确定针对变形角度的相互作用转矩T。在这个示例中，虽然弹性元件140的弹性系数基于变形角度非线性地改变，但是相互作用转矩T可被确定。

控制器800可基于相互作用转矩T来控制将从致动器100传送到驱动支架900的动力的大小。

参照图2至图5，致动器200可包括电机210、齿轮系220、第一行星齿轮组230、弹性元件240、第二行星齿轮组250、止动器模块260、外壳270、第一角度传感器291和第二角度传感器292。致动器200可连接到驱动支架900。从图2至图5省略控制器以简化附图。

图2是示出根据至少一个示例实施例的致动器和驱动支架的框图，图3是致动器的立体图，图4是致动器的分解立体图，图5是沿图3的线I-I切割的致动器的剖视图。

第一动力传送器和第二动力传送器可以是彼此相邻并在构成齿轮系220、第一行星齿轮组230和第二行星齿轮组250的多个动力传送器之中执行同轴旋转运动的动力传送器。例如，第一动力传送器可与第一行星齿轮组230的第一行星架(first carrier)233对应，第二动力传送器可以是第二行星齿轮组250的第二太阳齿轮251(参照图2和图4)。在另一示例中，第一动力传送器可以是作为齿轮系220的输出端的正齿轮(spur gear)223，第二动力传送器可以是第一行星齿轮组230的输入端的第一太阳齿轮231。为了便于描述，将基于第一动力传送器是第一行星架233，第二动力传送器是第二太阳齿轮251的情况来描述图2至图5。在此，第一动力传送器233和第一行星架233可互换使用，第二动力传送器251和第二太阳齿轮251可互换使用。

齿轮系220可包括多个正齿轮221、222和223。多个正齿轮可包括串联连接的第一正齿轮221、第二正齿轮222和第三正齿轮223。虽然图2至图5示出构成齿轮系220的三个正齿轮，但是正齿轮的数量不限于此。

第一正齿轮221可被可拆卸地连接到电机210的驱动轴211。第一正齿轮221可通过电机210的驱动轴211而旋转。

第二正齿轮222可与第一正齿轮221的一侧啮合。第二正齿轮222的直径可大于第一正齿轮221的直径，第二正齿轮222的齿数可大于第一正齿轮221的齿数。因此，动力可在从第一正齿轮221传送到第二正齿轮222时减小。

第三正齿轮223可与第二正齿轮222的一侧啮合。第三正齿轮223的直径可大于第二正齿轮222的直径，第三正齿轮223的齿数可大于第二正齿轮222的齿数。因此，动力可在从第二正齿轮222传送到第三正齿轮223时减小。

第一行星齿轮组230可从齿轮系220接收动力，减小接收的动力，并将减小的动力传送到第二行星齿轮组250。第一行星齿轮组230可包括：第一太阳齿轮231、第一行星齿轮232、第一行星架233、第一齿圈234和旋转盘238。

第一太阳齿轮231可连接到第三正齿轮223的一侧。第一太阳齿轮231和第三正齿轮223可执行同轴旋转运动。

第一行星齿轮232可同时与第一太阳齿轮231和第一齿圈234啮合。例如，第一行星齿轮232可与第一太阳齿轮231的外圆周表面啮合，并与第一齿圈234的内圆周表面啮合。第一行星齿轮232可使用从第一太阳齿轮231接收的动力进行旋转和/或绕转(revolve)。在这个示例中，第一行星齿轮232可围绕第一太阳齿轮231的旋转中心绕转。为了第一行星齿轮组230的稳定操作，第一行星齿轮232可围绕第一太阳齿轮231的旋转中心彼此以相等角度径向隔开。图4示出以120度的间隔隔开的总共三个第一行星齿轮232。

第一行星架233可连接到第一行星齿轮232的旋转轴，并关于第一太阳齿轮231的旋转中心而旋转。第一行星架233可以以第一行星齿轮232的绕转速度旋转。也就是说，第一行星架233可在第一行星齿轮232绕转时旋转。例如，第一行星架233可以是环状的。

旋转盘238可固定第一行星齿轮232的旋转轴。第一行星齿轮232可位于旋转盘238与第一托架233之间。旋转盘238可与第一托架233执行同轴旋转运动。旋转盘238可在它的中心处包括孔，使得第一太阳齿轮231可穿过该孔。旋转盘238可在它的外圆周表面上包括与止动器模块260的第一止动器261啮合的外齿。

第一齿圈234可以是包围第一行星齿轮232的外侧的环状的齿轮，并可具有带有与第一行星齿轮232的外圆周表面上的齿啮合的内齿的内圆周表面。除了内齿之外，第一齿圈234还可包括与止动器模块260的第二止动器262啮合的外齿。

第一行星架233和第一齿圈234中的一个可选择性地用作第一行星齿轮组230的动力输出端。

第二行星齿轮组250可从第一行星齿轮组230接收动力，减小接收的动力，并将减小的动力传送到驱动支架900。第二行星齿轮组250可包括第二太阳齿轮251、第二行星齿轮252、第二行星架253和第二齿圈254。

第二太阳齿轮251可从第一行星齿轮组230的第一行星架233接收动力，并将动力传送到第二行星齿轮252。第二太阳齿轮251可位于第二行星齿轮252的绕转中心。

与第二太阳齿轮251类似，第二齿圈254可用作第二行星齿轮组250的多个动力输入端中的一个。第二齿圈254可从第一齿圈234接收动力，并将动力传送到第二行星齿轮252。第二齿圈254可包括与第二行星齿轮252啮合的内齿以及与止动器模块260的第二止动器262啮合的外齿。如图4中所示，第一齿圈234和第二齿圈254可被设置为一个整体。例如，第一齿圈234和第二齿圈254可分别形成集成齿圈204的上部和下部。在这个示例中，第一齿圈234和第二齿圈254可具有相同的旋转速度。

第二行星齿轮252可位于第二太阳齿轮251与第二齿圈254之间，并与第二太阳齿轮251和第二齿圈254二者啮合。第二行星齿轮252可使用从第二太阳齿轮251或第二齿圈254接收的动力进行旋转或绕转。在这个示例中，第二行星齿轮252可围绕第二太阳齿轮251的旋转中心绕转。

第二行星架253可连接到第二行星齿轮252的旋转轴，并围绕第二太阳齿轮251的旋转中心旋转。第二行星架253可以以第二行星齿轮252的绕转速度旋转。如上所述，第二行星架253可用作第二行星齿轮组250的动力输出端，从而将动力传送到驱动支架900。

弹性元件240可连接第一行星架233(例如，第一动力传送器)和第二太阳齿轮251(例如，第二动力传送器)。弹性元件240可通过施加到驱动支架900的外力而变形。弹性元件240可通过施加在第一行星架233与第二太阳齿轮251之间的转矩而变形。弹性元件240可吸收施加到驱动支架900的冲击，从而提高致动器200的耐用性。

止动器模块260可包括被配置为固定旋转盘238的第一止动器261、被配置为固定集成齿圈204的第二止动器262以及被配置为驱动第一止动器261和第二止动器262的止动电机263。

当第一止动器261与旋转盘238的外齿啮合时，第一行星架233和第二太阳齿轮251的旋转可被限制，动力可顺序地通过第一太阳齿轮231、第一行星齿轮232、第一齿圈234、第二齿圈254、第二行星齿轮252和第二行星架253传送到驱动支架900。

当第二止动器262与集成齿圈204的外齿啮合时，第一齿圈234和第二齿圈254的旋转可被限制，动力可顺序地通过第一太阳齿轮231、第一行星齿轮232、第一行星架233、弹性元件240、第二太阳齿轮251、第二行星齿轮252和第二行星架253传送到驱动支架900。

止动器电机263可将第一止动器261和第二止动器262中的一个连接到相应的动力传送器，并将另一止动器与相应的动力传送器断开连接。例如，止动电机263可固定第一止动器261以与旋转盘238的外齿啮合，并将第二止动器262与集成齿圈204分离，从而实现低减速模式。在另一示例中，停止电机263可将第一止动器261与旋转盘238分离，并固定第二止动器262以与集成齿圈204的外齿啮合，从而实现高减速模式。也就是说，止动器模块260可选择性地固定第一动力传送器233(例如，第一行星架233)和集成齿圈204中的一个，从而改变从第一太阳齿轮231到第二行星架253的传动比(诸如，齿轮比)。

止动器电机263可电连接到被配置为感测用户的步态阶段的传感器(未示出)，从而驱动第一止动器261和第二止动器262。例如，在用户的水平行走阶段，止动器电机263可固定第一止动器261以与旋转盘238的外齿啮合，从而实现低减速模式。在另一示例中，当用户站立时，止动器电机263可固定第二止动器262以与集成齿圈204的外齿啮合，从而实现高减速模式。

外壳270可容纳多个动力传送器。外壳270可保护多个传送器免受外部冲击。外壳270可包括电机容纳器271、主容纳器272和盖273。

电机容纳器271可容纳电机210。电机210可包括环状的定子以及被配置为在定子的内壁中旋转的转子，电机容纳器271可具有带有用于容纳电机210内部空腔的圆柱形形状。

主容纳器272可容纳多个动力传送器。主容纳器272可具有带有内部空腔的圆柱形形状，第一行星齿轮组230、弹性元件240、第二行星齿轮组250和止动器模块260可位于主容纳器272的内部空腔中。

盖273可以可拆卸地结合到电机容纳器271和主容纳器272中的至少一个的一侧。盖273可封闭电机容纳器271和主容纳器272的开口，从而防止水侵入到致动器200。盖273可通过多个联结装置(例如，螺栓和螺母)结合到电机容纳器271和主容纳器272中的每个。用户可分开盖273，并且容易地对多个动力传送器和弹性元件240进行替换。

电机容纳器271可沿与电机210的驱动轴211垂直的方向与主容纳器272的至少一部分重叠。电机容纳器271和主容纳器272的内部空腔可彼此平行。在这个示例中，具有相对高的高度的电机210可与多个动力传送器(例如，第一行星齿轮组230、弹性元件240和第二行星齿轮组250)平行，使得致动器200的总高度可被减小，因此可减小致动器200从用户突出的高度。

第一角度传感器291可连接到电机210，并测量电机210的驱动轴211的旋转角度。第二角度传感器292可连接到作为多个动力传送器的输出端的第二行星架253，并测量第二行星架253的旋转角度。控制器(未示出)可基于由第一角度传感器291和第二角度传感器292测量的旋转角度来确定将被施加到弹性元件240的转矩。

控制器可基于多个动力传送器之间的齿轮比来确定第一行星架233和第二太阳齿轮251的旋转角度，并通过将旋转角度之间的差乘以弹性元件240的弹性系数来确定将被施加到弹性元件240的转矩。

驱动支架900可以是被配置为辅助用户的身体部分的运动的支架。例如，驱动支架900可附着到用户的大腿的一侧，并辅助用户的髋关节的弯曲运动和伸展运动。然而，驱动支架900的连接位置不限于此。

图6是示出根据至少一个示例实施例的第一动力传送器、第二动力传送器和尚未弹性变形的弹性元件的俯视图。图7是示出根据至少一个示例实施例的第一动力传送器、第二动力传送器和弹性变形的弹性元件的俯视图。图8是示出根据至少一个示例实施例的第一动力传送器、第二动力传送器和弹性元件的主视图。

参照图6和图7，第一动力传送器233、第二动力传送器251和弹性元件240可被设置为整体。第一动力传送器233和第二动力传送器251可执行同轴旋转运动。弹性元件240可以与第一动力传送器233的旋转角度与第二动力传送器251的旋转角度之间的差成比例地变形。

第一动力传送器233可以是环状的。第一动力传送器233可包括彼此相等角度径向隔开的孔。孔可固定多个第一行星齿轮232的旋转轴。

弹性元件240可位于第一动力传送器233的内壁与第二动力传送器251的外壁之间。以上结构可减小致动器200的高度。弹性元件240可包括主体241、第一连接器242和第二连接器243。

主体241可沿第一动力传送器233的内壁彼此相等角度径向隔开。参照图6和图7，八个主体241可以是沿第一动力传送器233的内壁的45度的间隔。然而，主体241的数量不限于此。

第一连接器242的第一端可固定到第一动力传送器233的内壁，第一连接器242的第二端可固定到主体241的从主体241的中心相对靠近第二动力传送器251的外壁的部分。例如，第一连接器242可具有包围主体241的第一部分的弧形形状。当第一动力传送器233和第二动力传送器251相对旋转时，第一连接器242与主体241之间的距离可增加或减小。在图6和图7的示例中，当第一动力传送器233逆时针旋转时，第二动力传送器251可由于相互作用力而旋转小于第一动力传送器233的旋转角度的角度，因此，第一连接器242与主体241之间的距离可增大。

第二连接器243的第一端可固定到第二动力传送器251的外壁，第二连接器243的第二端可固定到主体241的从主体241的中心相对靠近第一动力传送器233的内壁的部分。例如，第二连接器243可具有包围主体241的第二部分的弯曲形状。主体241的第一部分和第二部分可以在相对于主体241的中心的相反侧上。当第一动力传送器233和第二动力传送器251相对旋转时，第二连接器243与主体241之间的距离可增大或减小。在图6和图7的示例中，当第一动力传送器233逆时针旋转时，第二动力传送器251可由于相互作用力而旋转小于第一动力传送器233的旋转角度的角度，第二连接器243与主体241之间的距离可增大。

多个弹性元件240可关于第一动力传送器233和第二动力传送器251的旋转轴以相等的间隔彼此隔开。以上结构可限制第一动力传送器233与第二动力传送器251之间的相对旋转角度的范围。

当第一动力传送器233和第二动力传送器251相对旋转设定的角度时，多个弹性元件240中的两个相邻弹性元件(例如，弹性元件240A和弹性元件240B)可彼此接触。详细地讲，两个相邻弹性元件240A和240B中的一个弹性元件240A的第一连接器242A可与另一弹性元件240B的第二连接器243B接触，借此，第一动力传送器233和第二动力传送器251的相对旋转角度可被限制。例如，在老年人具有关节问题的情况下，可使用相对多的弹性元件240来设置相对旋转角度的相对低的上限，从而减小关节的工作角度的范围的过度增加。

当电机210沿相反方向驱动时，第一动力传送器233可顺时针旋转，第二动力传送器251可由于相互作用力而顺时针旋转小于第一动力传送器233的旋转角度的角度。在这个示例中，主体241与第一连接器242之间的距离以及主体241与第二连接器243之间的距离可减小。当相互作用力大于或等于设定的大小时，主体241可与第一连接器242或第二连接器243接触。也就是说，主体241、第一连接器242和第二连接器243可限制第一动力传送器233与第二动力传送器251之间的相对旋转角度。主体241可具有圆形形状，以便与具有弯曲形状的第一连接器242和第二连接器243面接触。

图9是示出根据至少一个示例实施例的第一动力传送器、第二动力传送器和弹性元件的主视图。

参照图9，弹性元件340可在作为齿轮系的输出端的正齿轮323与作为行星齿轮组的输入端的太阳齿轮351之间。第一角度传感器可直接或间接测量正齿轮323的旋转角度，并且第二角度传感器可直接或间接测量太阳齿轮351的旋转角度。控制器可基于通过第一角度传感器和第二角度传感器测量的旋转角度来确定弹性元件340的变形角度，并基于变形角度来确定致动器与致动器的外部之间的相互作用力。

图10是示出根据至少一个示例实施例的电机的驱动轴、多个动力传送器和弹性元件的主视图。

参照图10，弹性元件440可在包括多个正齿轮的齿轮系420中。例如，齿轮系420可包括：连接到电机的驱动轴411以接收动力的第一正齿轮421、被配置为在与第一正齿轮421啮合时进行旋转的第二正齿轮422、被配置为执行与第二正齿轮422的同轴旋转运动的第三正齿轮423、以及被配置为在与第三正齿轮423啮合时进行旋转的第四正齿轮424。

弹性元件440可在执行同轴旋转运动的第二正齿轮422与第三正齿轮423之间。第一角度传感器可直接或间接测量第二正齿轮422的旋转角度，第二角度传感器可直接或间接测量第三正齿轮423的旋转角度。控制器可基于由第一角度传感器和第二角度传感器测量的旋转角度来确定弹性元件440的变形角度，并基于变形角度来确定致动器与致动器的外部之间的相互作用力。

图11是示出根据至少一个示例实施例的致动器和驱动支架的框图。图12是示出根据至少一个示例实施例的第一动力传送器、第二动力传送器、尚未弹性变形的弹性元件、柔性齿轮和刚性齿轮的俯视图。图13是示出根据至少一个示例实施例的第一动力传送器、第二动力传送器、弹性变形的弹性元件、柔性齿轮和刚性齿轮的俯视图。

参照图11至图13，致动器500可包括：电机510、减速器520、第一角度传感器591和第二角度传感器592。减速器520可包括被配置为串联传送动力的齿轮系530、弹性元件540和谐波传动件550。谐波传动件550可包括波发生器551、柔性齿轮552和刚性齿轮553。

波发生器551可具有椭圆形形状。多个球轴承可在波发生器551的外圆周表面上。波发生器551可使用从弹性元件540接收的动力进行旋转。波发生器551可以是谐波传动件550的输入端。

柔性齿轮552可以是金属弹性体。柔性齿轮552可响应于具有椭圆形形状的波发生器551的旋转而弹性变形。柔性齿轮552可以是谐波传动件550的输出端。柔性齿轮552可在它的外圆周表面上包括外齿。

刚性齿轮553可以是环状的。刚性齿轮553可在它的内圆周表面上包括与柔性齿轮552的外齿啮合的内齿。刚性齿轮553的内齿的数量可大于柔性齿轮552的外齿的数量。柔性齿轮552的长轴的两端可与刚性齿轮553的内圆周表面啮合，柔性齿轮552的短轴的两端可与刚性齿轮553的内圆周表面隔开。

弹性元件540可在作为齿轮系530的输出端的正齿轮531与作为谐波传动件550的输入端的波发生器551之间，其中，正齿轮531和波发生器551执行同轴运动。弹性元件540可通过致动器500与驱动支架900之间的相互作用力而变形。

上面已描述了一些示例实施例。然而，应理解，可对这些示例实施例做出各种修改。例如，如果描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果描述的系统、构架、装置或电路中的组件以不同的方式被组合和/或被其他组件或它们的等同物替换或补充，则可获得合适的结果。因此，其他实施方式在权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种致动器，包括：

多个动力传送器，被配置为顺序地传送动力，其中，所述多个动力传送器包括第一动力传送器和第二动力传送器，第一动力传送器和第二动力传送器是所述多个动力传送器中的相邻的动力传送器，并且第一动力传送器和第二动力传送器被配置为执行同轴旋转运动；

弹性元件，被配置为连接第一动力传送器和第二动力传送器。

2.根据权利要求1所述的致动器，还包括：

第一角度传感器，被配置为测量第一动力传送器的第一旋转角度；

第二角度传感器，被配置为测量第二动力传送器的第二旋转角度；

控制器，被配置为基于第一旋转角度和第二旋转角度来确定用于施加在第一动力传送器与第二动力传送器之间的转矩。

3.根据权利要求2所述的致动器，其中，控制器被配置为基于第一旋转角度与第二旋转角度之间的差来确定所述转矩。

4.根据权利要求1所述的致动器，还包括：

电机，被配置为将动力传送到所述多个动力传送器；

外壳，包括电机容纳器和主容纳器，使得电机容纳器沿与电机的驱动轴垂直的方向与主容纳器的至少一部分重叠，其中，电机容纳器被配置为容纳电机，主容纳器被配置为容纳第一动力传送器、第二动力传送器和弹性元件。

5.根据权利要求4所述的致动器，其中，外壳还包括：盖，可拆卸地结合到电机容纳器和主容纳器中的每一个的一侧。

6.根据权利要求1所述的致动器，其中，

第一动力传送器是环状的，

弹性元件在第一动力传送器的内壁与第二动力传送器的外壁之间。

7.根据权利要求6所述的致动器，其中，第一动力传送器、弹性元件和第二动力传送器是一个整体。

8.根据权利要求6所述的致动器，其中，弹性元件包括：

主体；

第一连接器，具有固定到第一动力传送器的内壁的第一端和固定到主体的与第二动力传送器的外壁相邻的部分的第二端；

第二连接器，具有固定到第二动力传送器的外壁的第一端和固定到主体的与第一动力传送器的内壁相邻的部分的第二端。

9.根据权利要求8所述的致动器，其中，

主体具有圆形形状，

第一连接器具有包围主体的第一部分的弯曲形状，

第二连接器具有包围主体的第二部分的弯曲形状。

10.根据权利要求6所述的致动器，其中，弹性元件包括关于由第一动力传送器和第二动力传送器所共享的旋转轴以相等的间隔彼此隔开的多个弹性元件。

11.根据权利要求10所述的致动器，其中，当第一动力传送器和第二动力传送器相对于彼此旋转设定的角度时，所述多个弹性元件中的两个相邻弹性元件彼此接触。

12.根据权利要求1所述的致动器，其中，所述多个动力传送器还包括：

第一行星齿轮，具有可旋转地固定到第一动力传送器的旋转轴，其中，第一行星齿轮被配置为围绕第一动力传送器的旋转轴绕转；

第一太阳齿轮，被配置为将动力传送到第一行星齿轮；

第二行星齿轮，被配置为与第二动力传送器的外圆周表面啮合，并围绕第二动力传送器的旋转轴绕转；

行星架，第二行星齿轮可旋转地安装到该行星架，其中，行星架被配置为执行与第二动力传送器的同轴旋转运动；

齿圈，被配置为与第一行星齿轮和第二行星齿轮啮合。

13.根据权利要求12所述的致动器，还包括：

电机，被配置为产生用于驱动所述多个动力传送器的动力，

其中，所述多个动力传送器还包括被配置为连接电机和第一太阳齿轮的齿轮系。

14.根据权利要求13所述的致动器，其中，齿轮系具有第一侧和第二侧，电机、第一动力传送器、第二动力传送器和弹性元件在齿轮系的第一侧和第二侧中的相同的一侧上。

15.根据权利要求12所述的致动器，还包括：

至少一个止动器，被配置为通过选择性地固定第一动力传送器和齿圈中的一个来改变第一太阳齿轮与行星架之间的齿轮比。

16.根据权利要求15所述的致动器，其中，所述至少一个止动器包括：

第一止动器，被配置为固定第一动力传送器；

第二止动器，被配置为固定齿圈。

17.根据权利要求1所述的致动器，其中，第二动力传送器具有椭圆形形状，

所述多个动力传送器还包括：

柔性齿轮，被配置为响应于第二动力传送器的旋转而弹性变形；

刚性齿轮，被配置为包围柔性齿轮，其中，刚性齿轮具有与柔性齿轮的外周围表面的至少一部分啮合的齿形。

18.一种运动辅助设备，包括：

致动器，包括：

多个动力传送器，被配置为顺序地传送动力，其中，所述多个动力传送器包括第一动力传送器和第二动力传送器，第一动力传送器和第二动力传送器是所述多个动力传送器中的相邻的动力传送器，并且第一动力传送器和第二动力传送器被配置为执行同轴旋转运动；

弹性元件，被配置为连接第一动力传送器和第二动力传送器；

电机，被配置为将动力传送到所述多个动力传送器的输入端；

驱动支架，被配置为从所述多个动力传送器的输出端接收动力并将动力传送到用户。

19.根据权利要求18所述的运动辅助设备，其中，致动器还包括：

第一角度传感器，被配置为测量第一动力传送器的第一旋转角度；

第二角度传感器，被配置为测量第二动力传送器的第二旋转角度；

控制器，被配置为基于第一旋转角度和第二旋转角度来确定将被施加在电机与驱动支架之间的转矩。

20.根据权利要求19所述的运动辅助设备，其中，

第一角度传感器连接到电机，使得由第一角度传感器测量的第一旋转角度是电机的旋转轴的旋转角度，

第二角度传感器连接到驱动支架，使得由第二角度传感器测量的第二旋转角度是驱动支架的旋转角度。

21.根据权利要求19所述的运动辅助设备，其中，所述多个动力传送器包括第一行星齿轮组和第二行星齿轮组，其中，第一行星齿轮组包括行星架和第一行星齿轮，行星架被配置为从第一行星齿轮接收动力，第二行星齿轮组包括太阳齿轮和第二行星齿轮，太阳齿轮被配置为将动力传送到第二行星齿轮，

控制器被配置为：

基于针对行星架和太阳齿轮的齿轮比，分别确定第一旋转角度和第二旋转角度；

基于第一旋转角度与第二旋转角度之间的差以及弹性元件的弹性系数，确定用于施加到弹性元件的转矩。

22.根据权利要求21所述的运动辅助设备，其中，控制器被配置为确定所述转矩，使得所述转矩抵消弹性元件的变形。