CN110101551B - 一种打滑部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种打滑部件，包括：至少一个波珠螺丝、打滑连接环、内轴承、外轴承；打滑连接环的表面设置至少一个凹槽，凹槽设计成一边高一边低，形成具有坡度的凹槽，凹槽的位置对应波珠螺丝的弹珠，波珠螺丝通过弹珠卡入凹槽，使波珠螺丝连接打滑连接环；通过波珠螺丝的弹簧发生伸缩形变，波珠螺丝的弹珠收入波珠螺丝的腔体内，波珠螺丝与打滑连接环断开连接，使波珠螺丝与打滑连接环处于打滑状态；打滑连接环的内圈连接内轴承的外圈，打滑连接环的外圈连接外轴承的内圈。本发明结构设计巧妙。

Description

一种打滑部件

技术领域

本发明涉及过载打滑部件，具体地，涉及一种打滑部件。

背景技术

目前助行类和脑卒中康复类下肢外骨骼机器人与人体连接依靠关节电机提供扭矩输出，连接刚性太大，当扭矩过大会产生旋转电机过载发热。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种打滑部件，解决了扭矩过大旋转电机过载发热的问题。

根据本发明提供一种打滑部件包括：至少一个波珠螺丝、打滑连接环、内轴承、外轴承；所述波珠螺丝包括弹珠；

打滑连接环的表面设置至少一个凹槽，凹槽设计成一边高一边低，形成具有坡度的凹槽，凹槽的位置对应波珠螺丝的弹珠，波珠螺丝通过弹珠卡入凹槽，使波珠螺丝连接打滑连接环；当波珠螺丝的弹珠收入波珠螺丝的腔体内，波珠螺丝与打滑连接环断开连接，使波珠螺丝与打滑连接环处于打滑状态；

打滑连接环的内圈连接内轴承的外圈，打滑连接环的外圈连接外轴承的内圈。

上述的打滑部件通过波珠螺丝、打滑连接环的配合，能够巧妙实现旋转打滑状态、圆周运动之间的控制，解决了当扭矩过大造成旋转电机过载发热的问题，保护了电机。

凹槽设计成一边高一边低，形成具有坡度凹槽。具有一定坡度的凹槽便于弹珠进/出凹槽，更容易实现波珠螺丝与打滑连接环的连接与断开。

优选地，波珠螺丝包括壳体和弹簧，壳体的腔体内设置弹簧和弹珠，壳体端部设有一缺口，弹珠通过缺口能部分外露出腔体。弹簧顶住弹珠，通过对弹珠施加力量产生弹簧的伸缩形变，使弹珠通过该缺口能收入腔体内。

本发明进一步设置为，打滑连接环上设置有测量部件，测量部件用于测量扭矩值。优选地，测量部件为压力传感器，压力传感器感应打滑连接环的切线方向的压力，压力传感器将压力转换成扭矩信号。

优选地，打滑连接环外圆周面设置至少一个第一凸起，第一凸起上设有压力传感器安装槽，压力传感器安装槽位于打滑连接环的外周，用于放置压力传感器，方便进行压力测量。

优选地，打滑部件还包括用于与动力部件连接的连接部件，外轴承的外圈连接连接部件，以使打滑部件与外围的动力部件形成连接。

优选地，连接部件外圆周面设置至少一个第二凸起，第二凸起与打滑连接环的第一凸起接触，并与打滑连接环内的压力传感器接触。

优选地，打滑部件连接控制部件，压力传感器将扭矩信号传递给控制部件，控制部件通过扭矩值控制打滑部件中波珠螺丝与打滑连接环的连接，或者波珠螺丝与打滑连接环断开连接，从而实现波珠螺丝与打滑连接环的打滑状态。

本发明上述打滑部件的设计，能准确检测扭矩值，便于精确控制。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种有益效果：

本发明上述打滑部件，结构设计巧妙，操作便捷，通过波珠螺丝、打滑连接环的配合，能够巧妙实现旋转打滑状态、圆周运动之间的控制，解决了当扭矩过大造成旋转电机过载发热的问题，保护了电机。

本发明上述打滑部件用于下肢外骨骼机器人，使机器人具有过载打滑功能，当扭矩超出一定值时则可将髋关节部分进行打滑处理以保护电机并增加和人体运动之间的柔性，解决了现有的助行类和脑卒中康复类下肢外骨骼机器人与人体连接的关节电机会扭矩过大，从而过载发热的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例中打滑部件的结构示意图；

图2为本发明一优选实施例中的外骨骼支架和打滑部件的连接示意图；

图3为本发明一优选实施例中外骨骼支架和打滑部件的连接细节图；

图4为本发明一优选实施例中外骨骼支架和打滑部件的连接剖面图；

图5a、图5b为本发明一优选实施例中外骨骼支架和打滑部件的装配剖面图；

图6为本发明一优选实施例中的负载结构示意图；

图中标记分别表示为：图中：010-外骨骼支架、020-身体绑带、030-打滑部件、031-波珠螺丝、032-打滑连接环、033-内轴承、034-外轴承、035-连接部件、036-压力传感器安装槽、037-压力传感器、038-凹槽、040-旋转动力部件、050-大腿支撑部件、070-控制部件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-2所示，为一种打滑部件的较优实施例的结构示意图，图中包括：四个波珠螺丝031、打滑连接环032、内轴承033、外轴承034。打滑连接环032的表面设置四个凹槽038，凹槽038的位置分别对应波珠螺丝031的弹珠，波珠螺丝031通过弹珠卡入凹槽038，使波珠螺丝031连接打滑连接环032；通过弹簧发生伸缩形变，波珠螺丝031的弹珠收入波珠螺丝031的腔体内时，波珠螺丝031与打滑连接环032断开连接，使波珠螺丝031与打滑连接环032处于打滑状态。凹槽038设计成一边高一边低，形成具有坡度凹槽，便于弹珠进/出凹槽038，更容易实现波珠螺丝031与打滑连接环032的连接与断开。打滑连接环032的内圈连接内轴承033的外圈，打滑连接环032的外圈连接外轴承034的内圈。内轴承033的内圈，起到与连接装置转轴之间的旋转滑动作用。外轴承034的外圈，用于连接旋转电机的输出端。

在一实施例中，波珠螺丝031为一种具备弹力的滚珠。波珠螺丝031包括壳体，壳体的腔体内设置弹簧和弹珠，壳体端部设有一缺口，弹珠通过缺口能部分外露出腔体，弹簧顶住弹珠，并根据外部对弹珠的施加力量产生弹簧的伸缩形变，使弹珠通过该缺口能收入腔体内；打滑弹簧螺丝031的壳体一端通过螺纹固定于旋转电机的连接装置。

在部分优选实施例中，打滑连接环032上设置有测量部件，测量部件用于测量扭矩值。

在部分优选实施例中，测量部件为压力传感器037，压力传感器037感应打滑连接环032的切线方向的压力，压力传感器037将压力转换成扭矩信号。

在部分优选实施例中，打滑连接环032外圆周面设置至少一个第一凸起，第一凸起上设有压力传感器安装槽036，压力传感器安装槽036位于打滑连接环032的外周，用于放置压力传感器037。

在另外的实施例中，打滑部件030还可以包括用于与动力部件连接的连接部件035，连接部件035与上述动力部件的旋转电机的输出端连接，连接部件035的旋转轴的轴心和旋转电机的旋转轴的轴心重合。外轴承的外圈连接连接部件035。且外轴承的外圈与连接部件035形成过盈配合连接，使得打滑连接环和连接部件035之间能旋转滑动。进一步的，在一优选实施例中：连接部件035外圆周面设置至少一个第二凸起，第二凸起与打滑连接环032的第一凸起接触，并与打滑连接环032内的压力传感器037接触。打滑部件030连接控制部件070，压力传感器037将扭矩信号传递给控制部件070。控制部件070通过扭矩值控制打滑部件中波珠螺丝与打滑连接环的连接，或者波珠螺丝与打滑连接环断开连接，从而实现波珠螺丝与打滑连接环的打滑状态。进而实现旋转电机的输出端与连接装置之间的过载打滑。

在基于上述各实施例中打滑部件的结构特征，下述实施例将打滑部件用于下肢外骨骼机器人，结合下肢外骨骼机器人的过载打滑功能进一步说明打滑部件的结构特征和工作过程。

如图6所示，打滑部件030连接机器人的控制部件070、旋转动力部件040和外骨骼支架010。旋转动力部件040，是一个具备旋转力输出的机电部件，用于带动大腿支撑部件050给人的大腿提供辅助力；大腿支撑部件050为一个连杆部件，一端连接旋转动力部件040，另一端固定在人体大腿后侧，并将大腿进行固定，由旋转动力部件040带动大腿进行助力运动，助力的旋转动力部件040的旋转轴和人体髋关节的旋转轴重合；外骨骼支架010，用于包裹人体的躯干，以便将整个机器人与人体固定。外骨骼支架010的左右腿两侧板上分别设置髋关节旋转轴。

如图2和图5a、5b所示，打滑连接环032的内圈和内轴承033的外圈连接，内轴承033的内圈和外骨骼支架010上的髋关节旋转轴外圈连接，起到旋转滑动作用；打滑连接环032的外圈与外轴承034的内圈连接，外轴承034的外圈与连接部件035的内圈连接，使得打滑连接环032和连接部件035之间可以旋转滑动；连接部件035的内圈与旋转动力部件040的输出端连接，连接部件035的旋转轴心和旋转动力部件040的旋转轴心重合。

波珠螺丝031的螺纹固定在外骨骼支架010上，外绕着外骨骼支架010上对应的人体髋关节旋转轴。

如图3所示，打滑连接环032的表面设置四个凹槽038，每个凹槽038对应一个波珠螺丝031的弹珠，弹珠位于凹槽038使滑弹珠螺丝031与打滑连接环032形成连接，波珠螺丝031带动打滑连接环032绕着人体髋关节的旋转轴进行旋转。凹槽038对弹珠起到限位的作用。当弹簧发生伸缩形变时，波珠螺丝031的弹珠收入波珠螺丝031的腔体内时，使外骨骼支架010和旋转动力部件040之间处于打滑状态。上述的打滑部件030通过波珠螺丝031、打滑连接环032的配合，能够巧妙实现旋转打滑状态、圆周运动之间的控制，实现保护电机以及增加和人体运动之间的柔性。

如图4所示，打滑连接环032的凹槽038均设计成一边高一边低，形成具有一定的坡度的凹槽038，便于所述弹珠进/出凹槽038，更容易实现波珠螺丝031与打滑连接环032的连接与断开。

进一步的，打滑部件030还包括压力传感器037，压力传感器037设置于打滑连接环032。打滑连接环032外圆周面设置至少一个第一凸起，第一凸起上设有与打滑连接环032圆周方向的空腔，即压力传感器安装槽036，压力传感器037安装于压力传感器安装槽036。

连接部件035外圆周面设置至少一个第二凸起，连接部件035的第二凸起与打滑连接环032的第一凸起接触，并与打滑连接环032内的压力传感器037接触，压力传感器037将压力转换成扭矩信号，传递给控制部件070。压力传感器037感应打滑连接环032的切线方向的压力，从而计算出大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值，并将该扭矩值传送至控制部件070。

旋转动力部件040还包括：减速器和编码器，减速器的一端连接旋转电机，另一端连接大腿支撑部件；编码器用于检测所述旋转电机的旋转速度，并传给控制部件070。

控制部件070，为一种具有计算能力的处理器，连接旋转动力部件040和打滑部件030，通过用于获取大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩以及通过旋转动力部件040的编码器检测大腿支撑部件050旋转的角度，对当前的检测值进行计算，输出旋转动力部件040上的旋转电机的速度、位置和扭矩。

当大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值低于设定值时，波珠螺丝031的弹珠在打滑连接环032的凹槽038内，由波珠螺丝031带动打滑连接环032绕着人体髋关节的旋转轴进行圆周运动，则使得旋转动力部件040带动大腿支撑部件050绕着外骨骼支架010对应的人体髋关节的旋转轴进行圆周运动，提供行走过程中的助力功效。

当大腿支撑部件050和人体大腿之间的扭矩值超过设定值时，波珠螺丝031的弹珠会收入波珠螺丝031的腔体内并跨过凹槽038，使外骨骼支架010和旋转动力部件040之间处于旋转打滑状态。控制部件070给旋转动力部件040的旋转电机设定一个恒定的转速值，此时旋转动力部件040输出处于低扭矩状态，直到大腿回落。

上述实施例中用于下肢外骨骼机器人的打滑部件，在使用时：通过身体绑带020将使用者和外骨骼支架010、大腿支撑部件050固定连接。打滑部件030检测使用者大腿和大腿支撑部件050之间的扭矩，从而判断使用者行走的意图，当扭矩低于设定值，作为使用者行走意图的标志，大腿支撑部件050带动用于大腿进行行走运行，辅助大腿抬起。当大腿支撑部件050和大腿之间的扭矩超过设定值时，打滑部件030处于打滑状态，控制部件070控制旋转动力部件040的旋转电机输出恒定转速值，直到使用者大腿回落。周而复始，仅在使用者抬腿的时候提供一定扭矩的助力输出。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种打滑部件，其特征在于，用于连接旋转动力部件和外骨骼支架，实现旋转动力部件和外骨骼支架之间的过载打滑或扭矩传递，包括：至少一个波珠螺丝、打滑连接环、内轴承、外轴承；所述波珠螺丝包括弹珠；

所述打滑连接环的表面设置至少一个凹槽，所述凹槽设计成一边高一边低，形成具有坡度的凹槽，所述凹槽的位置对应所述波珠螺丝的弹珠，所述波珠螺丝通过弹珠卡入所述凹槽，使所述波珠螺丝连接所述打滑连接环；当所述波珠螺丝的弹珠收入所述波珠螺丝的腔体内，所述波珠螺丝与所述打滑连接环断开连接，使所述波珠螺丝与所述打滑连接环处于打滑状态；

所述波珠螺丝固定于所述外骨骼支架上，外绕着所述外骨骼支架上对应的人体髋关节旋转轴；

所述打滑连接环的内圈连接所述内轴承的外圈，通过所述内轴承的内圈和所述外骨骼支架连接；所述打滑连接环的外圈连接所述外轴承的内圈，通过所述外轴承与旋转动力部件的旋转轴连接；所述打滑连接环上设置有测量部件，所述测量部件用于测量扭矩值；

所述测量部件为压力传感器，所述压力传感器感应所述打滑连接环的切线方向的压力，所述压力传感器将所述压力转换成扭矩信号；

所述打滑部件连接控制部件，所述压力传感器将所述扭矩信号传递给所述控制部件；

所述控制部件通过扭矩值控制所述打滑部件中所述波珠螺丝与所述打滑连接环的连接或断开，从而实现所述波珠螺丝与所述打滑连接环的打滑状态。

2.根据权利要求1所述的一种打滑部件，其特征在于，所述波珠螺丝还包括壳体和弹簧，所述壳体的腔体内设置所述弹簧和所述弹珠，所述壳体端部设有一缺口，所述弹珠通过所述缺口能部分外露出所述腔体；所述弹簧顶住所述弹珠，通过对所述弹珠施加力量产生所述弹簧的伸缩形变，使所述弹珠通过该缺口能收入所述腔体内。

3.根据权利要求1所述的一种打滑部件，其特征在于，所述打滑连接环外圆周面设置至少一个第一凸起，所述第一凸起上设有压力传感器安装槽，所述压力传感器安装槽位于所述打滑连接环的外周，用于放置所述压力传感器。

4.根据权利要求3所述的一种打滑部件，其特征在于，所述打滑部件还包括用于与动力部件连接的连接部件，所述外轴承的外圈连接所述连接部件。

5.根据权利要求4所述的一种打滑部件，其特征在于，所述连接部件外圆周面设置至少一个第二凸起，所述第二凸起与所述打滑连接环的所述第一凸起接触，并与所述打滑连接环内的所述压力传感器接触。

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