CN110748623A - 一种柔性丝驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性丝驱动装置，包括减速电机机构、离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置，柔性丝轮机构包括柔性丝轮，该柔性丝轮用于固定柔性丝的一端，该柔性丝轮固定在所述离合器机构的离合轴上，由离合轴驱动旋转；离合器机构与减速电机机构的输出端啮合连接，由离合器机构的离合器的通断控制所述离合器机构与减速电机机构的啮合与否，从而控制所述减速电机机构与柔性丝轮扭矩传递的通断；弹性预紧装置为扭力弹性装置，该弹性预紧装置的扭转中心固定，该弹性预紧装置的扭转外部与柔性丝轮固定连接。本发明能保证所驱动的执行机构不自锁，且能使柔性丝能被预紧不缠绕，并进一步能够调整执行机构的行程范围。

Description

一种柔性丝驱动装置

技术领域

本发明涉及柔性丝驱动技术领域，具体涉及一种柔性丝驱动装置。

背景技术

对于大多数来说，作为执行机构部分的康复设备及机器人设备重量轻、体积小和复杂性低。针对该类型的康复设备，一般要求设备一旦出问题，断电后能保证系统不是自锁的，进而可由患者自行动作，以确保人身安全。另外，针对不同患者的康复设备或者穿戴外骨骼设备，需要针对不同的人肢体长度调整执行机构的行程范围。

柔性丝驱动方式可将驱动机构远程放置，动力通过柔性丝传导至执行机构，这样执行机构可以做到重量轻，体积小，结构简单，维护方便。相对应的，需要配套的柔性丝驱动机构。然而，柔性丝驱动存在柔性丝极易缠绕的问题，在安全性要求较高的场合，影响系统的使用安全度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种柔性丝驱动装置，以能保证所驱动的执行机构不自锁，且能使柔性丝能被预紧不缠绕，并进一步能够调整执行机构的行程范围。

本发明提供一种柔性丝驱动装置，所述装置主要包括减速电机机构、离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置，其中，所述柔性丝轮机构包括柔性丝轮，该柔性丝轮用于固定柔性丝的一端，该柔性丝轮固定在所述离合器机构的离合轴上，由所述离合轴驱动旋转；所述离合器机构外圈与所述减速电机机构的输出端啮合连接，由所述离合器机构的离合器的通断控制所述离合器机构的离合轴与外圈的啮合与否，从而控制所述减速电机机构与所述柔性丝轮扭矩传递的通断；所述弹性预紧装置为扭力弹性装置，该弹性预紧装置的扭转中心固定，该弹性预紧装置的扭转弹性元件外部与所述柔性丝轮固定连接。柔性丝轮机构上柔性丝的输出端可连接执行机构，当减速电机机构驱动时，在离合器啮合状态下，离合器机构的离合轴上固定的柔性丝轮连接的执行机构可随动；离合器脱开状态下，柔性丝轮可由弹性预紧装置的扭力带动旋转，从而预紧柔性丝。而且当断电后，离合器断开，柔性丝轮不会被局限在之前的位置不能移动，也就是保证了所驱动的执行机构不会被自锁，从而保证了系统的使用安全。

上述的柔性丝驱动装置，所述弹性预紧装置主要包括涡卷恒力弹簧和扭簧壳，所述涡卷恒力弹簧的中心固定，所述涡卷恒力弹簧的外圈与所述扭簧壳固定连接，所述扭簧壳与所述柔性丝轮固定连接。

进一步地，所述弹性预紧装置还包括扭簧支架，所述扭簧支架设有凸出的扭簧轴，该扭簧轴上设有槽，该槽用于卡住所述涡卷恒力弹簧的中心，所述扭簧轴与所述柔性丝轮的中心同心；所述扭簧壳的端面固定在所述柔性丝轮的端面，所述扭簧壳的侧面设有槽，用于卡住所述涡卷恒力弹簧的外圈。

上述的柔性丝驱动装置，所述减速电机机构主要包括电机减速单元、扭矩转接板、主动齿轮和转接圈，所述电机减速单元通过所述转接圈转接固定，所述电机减速单元的输出端设有所述扭矩转接板，所述主动齿轮与所述扭矩转接板固定连接，所述主动齿轮与所述离合器机构的离合齿轮啮合连接。

上述的柔性丝驱动装置，所述柔性丝轮机构还包括柔性丝护罩和柔性丝压盖，所述柔性丝的一端通过所述柔性丝压盖压装在所述柔性丝轮的安装槽中；所述柔性丝护罩设于所述柔性丝轮的周面安装槽上并被固定在安装件上，用于防止柔性丝从柔性丝轮的安装槽中脱出；所述柔性丝轮与所述离合轴通过键连接。

上述的柔性丝驱动装置，所述柔性丝驱动装置还包括减速限位机构，所述减速电机机构的输出端上设有碰块，所述减速限位机构上设有限位块，所述减速限位机构上的限位块位置能够调节，所述限位块用于限制所述碰块的运动，从而限制所述减速电机机构的驱动。

上述的柔性丝驱动装置，所述减速限位机构主要包括限位轴、蜗轮蜗杆减速器和所述限位块，所述限位块固定在所述限位轴的端部，所述限位轴穿入所述蜗轮蜗杆减速器的中心轴并与所述中心轴固定连接；所述减速电机机构的输出端为主动齿轮，在所述主动齿轮的轮辐盘面上设有所述碰块，当所述主动齿轮转动时，所述碰块会与所述限位块相碰，从而达到限位的目的。

上述的柔性丝驱动装置，所述离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置各自为多套，多套所述离合器机构分别与所述减速电机机构连接，所述柔性丝轮机构和弹性预紧装置的数量均与所述离合器机构的数量相匹配。如此设计，可同时对一个或多个执行器进行驱动。

上述的柔性丝驱动装置，多套所述柔性丝轮机构上柔性丝安装槽的柔性丝缠绕方向相同或不同。

优选地，所述离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置各自为两套，两套所述柔性丝轮机构上柔性丝安装槽的柔性丝缠绕方向不同，其中一套所述柔性丝轮机构输出的柔性丝用于连接执行机构的首端，另一套所述柔性丝轮机构输出的柔性丝用于连接所述执行机构的末端。如此设计，可同时对一个执行器进行驱动，而且可对执行器进行两个相反方向的驱动。

本发明可通过离合器机构控制减速电机机构与所述柔性丝轮扭矩传递的通断，从而能保证所驱动的执行机构不自锁，通过弹性预紧装置能使柔性丝被预紧不缠绕，并进一步可通过减速限位机构能够调整执行机构的行程范围，使得本发明的柔性丝驱动装置安全可靠，可适于人体康复设备及机器人等高要求的应用场合，其灵活性高，适用性强。

本发明进一步可通过多离合器实现多柔性丝的单独控制，采用多台与驱动部位连接的电磁齿式离合器，通过电动控制离合器的啮合和释放，从而实现对多根柔性丝各自的两个状态下(收紧或放松)的自动化控制。

本发明中所设计的驱动机构可与执行机构相对分离，驱动机构与执行机构之间使用柔性丝传递动力，执行机构可以精简掉一些额外的机械结构件、省去一部分复杂的传动系统，结构得以大大简化，对于相同行程，总体结构程度短，重量轻，可大大减少末端重量。相对同体积的执行机构，其驱动功率大，力矩大。执行机构选材通用性和工艺性强，也可以很大程度上降低成本。如此设计满足了执行器现场需要机构精简布置的要求。

进一步地，本发明采用蜗轮蜗杆减速器来调节驱动机构中机械限位的位置，可以实现驱动行程范围内的无级精密调节，而且蜗轮蜗杆具有自锁的特点，因而限位可靠不会被随意误改。本发明可进一步并集成角度传感器，从而可以读出机械限位的实时位置。

进一步地，本发明可通过涡卷恒力弹簧预紧柔性丝轮，可以在柔性丝不被驱动的情况下预紧柔性丝，柔性丝在单向驱动状态不会产生脱离丝轮的现象，保证了柔性丝的正常使用，延长了柔性丝绳的使用寿命。

本发明的驱动机构中可设有各种传感器，如力矩传感器、角度传感器、拉力传感器等等，利用这些传感器可以对执行机构的运动状态进行实时反馈。

附图说明

图1为本发明一实施例柔性丝驱动装置的整体结构示意图；

图2是本发明一实施例柔性丝驱动装置另一个视角的整体结构示意图；

图3是本发明一实施例柔性丝驱动装置的整体结构爆炸示意图；

图4是本发明一实施例减速电机机构和离合器机构的结构示意图；

图5是本发明一实施例柔性丝弹性预紧装置和离合器机构的结构示意图；

图6是本发明减速电机机构结构示意图；

图7是本发明一实施例扭矩转接板的结构示意图；

图8是本发明一实施例扭簧支架的结构示意图；

附图标号说明：

101总安装板、102电路板安装架、103安装柱；104机架板；

200减速电机机构、201电机减速单元、202扭矩转接板、204主动齿轮、2041碰块、205转接圈；

300离合器机构、301电磁齿式离合器、302离合轴、303离合齿轮、304离合安装板、305离合器压块、306编码器压块、307编码器压圈、308深沟球轴承、309轴承盖、310轴承、离合安装柱311；

400柔性丝轮机构、401柔性丝轮、402柔性丝压盖、403左柔性丝、404柔性丝护罩、405右柔性丝、4051小圈；

500弹性预紧装置、501涡卷恒力弹簧、502扭簧壳、503扭簧支架、504耐磨垫片；

600减速限位机构、601限位块、602限位轴、603蜗轮蜗杆减速器、604限位传感转接板、605传感压板、606编码器、607滑环、608隔套、609编码器轴转接器。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明针对柔性丝设计了专门的驱动结构，采用电机减速器驱动，利用离合器和弹簧收卷机构组合，能够使用一套电机减速器实现多柔性丝单独控制驱动的高扭矩传输，驱动装置使用寿命长，功能稳定性高，电机正反方向的速度、行程、扭矩都可以单独设置，分别可对应于多条柔性丝，使得驱动装置整体功能强，集成度高。同时，在断电情况下，可实现柔性丝自由滑动，能够确保执行机构侧的安全。另外，针对实际应用中对于安全行程的要求，设计了可调整行程的限位系统。

本发明可以应用于因对执行器要求扭矩大、体积小、重量轻的各种场合而采用柔性丝驱动的设备上，比如人体康复设备、助力设备、各种灵巧机器人等。

本发明的具体实施如下所述。

本发明提供一种柔性丝驱动装置，该装置主要包括减速电机机构、离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置。

其中，所述柔性丝轮机构包括柔性丝轮，该柔性丝轮用于固定柔性丝的一端，该柔性丝轮固定在所述离合器机构的离合轴上，由所述离合轴驱动旋转。具体地，所述柔性丝轮与所述离合轴可通过键连接。

所述离合器机构外圈与所述减速电机机构的输出端啮合连接，由所述离合器机构的离合器的通断控制离合器机构外圈与离合轴的啮合与否，从而控制所述减速电机机构与所述柔性丝轮扭矩传递的通断。

离合器机构可具体包括离合齿轮转接套、离合齿轮、离合器、离合轴、离合安装板、编码器压块。离合齿轮与离合器外圈连接，离合器中间可穿有离合轴，离合器内孔与离合轴可通过键连接。离合器外圈与离合器内孔之间分别有齿圈结构，通电啮合，断电脱开啮合，该结构为标准的离合器结构。离合齿轮与离合轴之间可安装深沟球轴承，其可通过轴承盖固定。

离合器机构一端可通过离合轴穿过总安装板，通过轴承定位，另外一端通过离合器压块固定在离合安装板上，离合安装板可固定在总安装板上，实现离合器的定位。离合器下部安装可设有编码器作为角度传感器。

离合器机构与减速电机机构可共同安装在总安装板上。

所述弹性预紧装置为扭力弹性装置，该弹性预紧装置的扭转中心固定，该弹性预紧装置的扭转外部与所述柔性丝轮固定连接。如此设计，当柔性丝轮被驱动转动时，弹性预紧装置会产生扭力，当减速电机机构不驱动时，离合器脱开，柔性丝轮可由弹性预紧装置的扭力带动旋转，进而使缠绕在丝轮上的柔性丝预紧，不会产生缠绕的问题。本发明采用上述扭力弹性结构设计，使得结构紧凑占用空间小，使用安全性高。

柔性丝轮机构上柔性丝的输出端可连接执行机构，当减速电机机构驱动时，执行机构可随动，当减速电机机构不驱动时，离合器脱开，柔性丝轮可由弹性预紧装置的扭力带动旋转，从而预紧柔性丝。而且当断电后，离合器脱开，柔性丝轮不会被局限在之前的位置不能移动，也就是保证了所驱动的执行机构不会被自锁，从而保证了系统的使用安全。

所述弹性预紧装置主要包括涡卷恒力弹簧和扭簧壳，所述涡卷恒力弹簧的中心固定，所述涡卷恒力弹簧的外圈与所述扭簧壳固定连接，所述扭簧壳与所述柔性丝轮固定连接。弹簧也可以为普通的涡卷弹簧。当然涡卷恒力弹簧也可换作扭簧等其他相类似功能的结构件。

进一步地，所述弹性预紧装置还包括扭簧支架，所述扭簧支架设有凸出的扭簧轴，该扭簧轴上可设有槽，该槽用于卡住所述涡卷恒力弹簧的中心，所述扭簧轴与所述柔性丝轮的中心同心。

所述扭簧壳的端面固定在所述柔性丝轮的端面，所述扭簧壳的侧面可设有槽，用于卡住所述涡卷恒力弹簧的外圈。

当然扭簧壳的结构外形可根据需要设计，卡紧结构设计也不局限于槽，可使用其他常用的紧固连接方式，比如螺纹连接、销钉连接等方式。

上述的柔性丝驱动装置，所述减速电机机构主要包括电机减速单元、扭矩转接板、主动齿轮和转接圈，所述电机减速单元通过所述转接圈转接固定，所述电机减速单元外圈固定，内圈为输出端，输出端设有所述扭矩转接板，所述主动齿轮与所述扭矩转接板固定连接，所述主动齿轮与所述离合器机构的离合齿轮啮合连接。

在所述电机减速单元内部可已经包含了直流电机、谐波减速器、编码器等部件。

在所述扭矩转接板上还可安装扭矩传感器，主动齿轮可通过螺栓与扭矩传感器锁紧连接，从而与扭矩转接板固定。扭矩转接板和主动齿轮上可设有止口槽和定位销孔作为定位，以保证主动齿轮与电机减速单元的同轴。在所述减速电机机构工作时，主动齿轮的扭转力矩可通过传感器检测。

所述柔性丝轮的外周面可设有用于通过柔性丝的导向槽道，柔性丝一端固定在柔性丝轮的安装槽上，另外一端绕制在导向槽道中。柔性丝绳的使用数量可以根据需要增加或减少。如需增加柔性丝时，可在柔性丝轮的外周面上增加额外的一道导向槽。

上述的柔性丝驱动装置，所述柔性丝轮机构还可包括柔性丝护罩和柔性丝压盖，所述柔性丝的一端通过所述柔性丝压盖压装在所述柔性丝轮的安装槽中；所述柔性丝护罩罩设于所述柔性丝轮的周面安装槽(或导向槽)上并被固定在安装件上，用于防止柔性丝从柔性丝轮的安装槽中脱出。

为了对执行机构的行程进行限定与调整，所述柔性丝驱动装置还包括减速限位机构，上述的减速电机机构的输出端上设有碰块，所述减速限位机构上设有限位块，所述减速限位机构上的限位块位置能够调节，所述限位块用于限制所述碰块的运动，从而限制所述减速电机机构的驱动，并使得执行机构的行程可调。

具体地，所述减速限位机构主要包括限位轴、蜗轮蜗杆减速器和所述限位块，所述限位块固定在所述限位轴的端部，所述限位轴穿入所述蜗轮蜗杆减速器的中心轴孔并与所述中心轴孔采用键连接；所述减速电机机构的输出端为主动齿轮，在所述主动齿轮的轮辐盘面上设有所述碰块，当所述主动齿轮转动时，所述碰块会与所述限位块相碰，从而达到限位的目的。

当然，上述的减速限位机构的驱动调节部分可不限于蜗轮蜗杆减速器，可采用手动锁紧的滑槽，也可采用其他自动调节的方式，其他自动调节的方式可包括电机驱动调节或减速电机驱动调节或液压驱动调节或气动驱动调节等。然而，在本发明的优选实施方式中采用上述的蜗轮蜗杆减速器驱动调节的方式，因该种结构可实现无极精密调节且可使调节位置形成自锁。

进一步，所述减速限位机构还可包括限位传感转接板、传感压板、编码器、滑环、隔套、编码器轴转接器。限位块固定在限位轴的下端部，限位轴插入蜗轮蜗杆减速器的中心轴，与中心轴通过键连接。该中心轴优选为空心轴。隔套设置在限位轴上位于限位块与减速器空心轴端面之间，通过隔套和限位块限制限位机构的轴向位置。在限位轴的上端使轴与编码器的中心固定，编码器的外圈可通过传感压板固定在限位传感转接板上，限位传感转接板可固定在减速机壳上。编码器作为角度传感器可实时测量限位块的旋转角度。

进一步地，限位轴可为中空的，下方电机减速组件引出的传感器电缆从轴中间穿过，限位轴下端轴中可安装有微型导电滑环。所述主动齿轮和所述限位轴两部件相对转动时，导电滑环可保证不会对数据线造成缠线的问题，同时保证数据进行无损的传输。导电滑环也可以更换为别的防止电缆缠绕的机构，比如微型扭转拖链。

在蜗轮蜗杆减速器的输入轴处可通过安装手轮进行旋转或者直接旋转轴，就可以无级调节限位轴的旋转角度，也就是限位块的角度位置，从而调节减速电机机构的旋转行程。也可以通过电机驱动输入轴实现限位轴的电动调节。

为了发挥本发明的结构优势，使得本发明的驱动装置功能更强大，使用更灵活，本发明的所述离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置各自可为多套，多套所述离合器机构分别与所述减速电机机构连接，所述柔性丝轮机构和弹性预紧装置的数量均与所述离合器机构的数量相匹配。如此设计，可同时对一个或多个执行器进行驱动。

在结构设计中，可根据不同执行机构的实际需求，使多套所述柔性丝轮机构上柔性丝安装槽的柔性丝缠绕方向相同或不同。

当然如果使用相同结构的柔性丝轮，柔性丝轮可通过上下面相反安装，以改变柔性丝的缠绕方向。

优选地，所述离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置各自为两套，两套所述柔性丝轮机构上柔性丝安装槽的柔性丝缠绕方向不同，其中一套所述柔性丝轮机构输出的柔性丝用于连接执行机构的首端，另一套所述柔性丝轮机构输出的柔性丝用于连接所述执行机构的末端。如此设计，可同时对一个执行器进行驱动，而且可对执行器进行两个相反方向的驱动。当然，也可使两套柔性丝轮机构输出的柔性丝连接两个执行机构。

当哪个离合器闭合时，减速电机机构通过齿轮及闭合的离合器，带动固定在该离合器中的离合轴旋转，柔性丝轮固定在离合轴上，从而带动柔性丝伸缩。编码器分别能够检测连接在离合轴上的各个柔性丝轮的角度位置。多个离合器可以同时闭合，此时，减速电机机构可带动多根柔性丝同步收缩或放松。也可以闭合部分离合器，另外的离合器打开，此时，减速电机机构转动时，带动部分柔性丝收缩或放松，另外的柔性丝为自由状态。此时，弹簧预紧机构会把对应的自由状态的柔性丝预紧。当多组离合器都打开时，柔性丝均为自由转动状态，弹簧预紧机构会把多组柔性丝都预紧。

本发明中柔性丝可以使用鲍登线的配置，即类似自行车刹车线的结构，将柔性丝拉力传导至末端执行器。

本发明中柔性丝可以是任意适于传动的丝绳，可以是金属的如柔性丝等，也可以是非金属的如尼龙绳等。

本发明中所设计的驱动机构可与执行机构相对分离，驱动机构与执行机构之间使用柔性丝传递动力，执行机构可以精简掉一些额外的机械结构件、省去一部分复杂的传动系统，结构得以大大简化，对于相同行程，总体结构程度短，重量轻，可大大减少末端重量。相对同体积的执行机构，其驱动功率大，力矩大。执行机构选材通用性和工艺性强，也可以很大程度上降低成本。如此设计满足了执行器现场需要机构精简布置的要求。

进一步地，本发明采用蜗轮蜗杆减速器来调节驱动机构中机械限位的位置，可以实现驱动行程范围内的无级精密调节，而且蜗轮蜗杆具有自锁的特点，因而限位可靠不会被随意误改。本发明可进一步并集成角度传感器，从而可以读出机械限位的实时位置。

进一步地，本发明可通过涡卷恒力弹簧预紧柔性丝轮，可以在柔性丝不被驱动的情况下预紧柔性丝，柔性丝在单向驱动状态不会产生脱离丝轮的现象，保证了柔性丝的正常使用，延长了柔性丝的使用寿命。

本发明的驱动机构中可设有各种传感器，如力矩传感器、角度传感器、拉力传感器等等，利用这些传感器可以对执行机构的运动状态进行实时反馈。

实施例

本实施例的柔性丝采用柔性丝。

如图1、图2所示，本装置是一种带离合器的，双柔性丝可单独控制的，采用弹性装置预紧的，可调整行程的柔性丝驱动装置的柔性丝驱动装置，主要包括减速电机机构200、离合器机构300、柔性丝绳轮机构400、弹性预紧装置500、减速限位机构600、总安装板101。

如图4所示，所述减速电机机构200包括电机减速单元201、扭矩转接板202、主动齿轮204和转接圈205。在所述电机减速单元201内部已经包含了直流电机，谐波减速器，编码器等部件。电机减速单元201通过转接圈205转接固定在总安装板101上。电机减速单元201输出端装有扭矩转接板202。在所述扭矩转接板202上安装扭矩传感器203，主动齿轮204通过螺栓与扭矩传感器203锁紧连接。

如图7所示，扭矩转接板202和主动齿轮204(图中未示出)上可设有止口槽和定位销孔作为定位，保证主动齿轮204与电机减速单元201的同轴。

在所述减速电机机构200工作时，主动齿轮204的扭转力矩通过传感器检测。在所述减速电机机构200中的主动齿轮204上设有碰块2041。碰块与减速限位机构600配合用来调节整体装置的驱动行程。

如图4所示，所述离合器机构300主要包括轴承盖309、离合齿轮303、电磁齿式离合器301、离合轴302、离合安装板304、离合器压块305、编码器压块306。电磁齿式离合器301中间穿有离合轴302，离合器301与离合轴302通过键连接。离合齿轮303与离合轴302之间安装深沟球轴承308，其通过轴承盖309固定，轴承盖309与齿式离合器的外圈固定。

图中的两组离合器机构300一端通过离合轴302穿过所述总安装板101，通过轴承310定位，另外一端通过离合器压块305固定在离合安装板304上。离合安装板304通过离合安装柱311固定在总安装板101上，实现离合器的定位。

离合器下部安装有编码器306作为角度传感器。编码器306外圈采用编码器压圈307固定，中心与离合轴302锁紧固定。

如图5所示，所述柔性丝轮机构400主要包括柔性丝轮401、柔性丝护罩404、柔性丝压盖402。柔性丝403、405的一端通过两个柔性丝压盖402分别压装在两个所述柔性丝轮401的安装槽中。所述柔性丝轮401与所述离合轴302通过键连接。离合轴302的轴头与柔性丝轮401的端面压紧固定。柔性丝护罩404固定在总安装板101上，与柔性丝轮同轴。柔性丝护罩404用于防止柔性丝从柔性丝轮401的槽中脱出。

本实施例中两个柔性丝轮为相反方向安装，柔性丝轮本身具有同样的设计结构，这样使得柔性丝的缠绕方向相反。当电机减速机构200同时带动2个柔性丝轮转动时，能带动1根柔性丝收缩，另一根柔性丝放松。

如图5所示，所述弹性预紧装置500包括涡卷恒力弹簧501、扭簧壳502、扭簧支架503、耐磨垫片504。如图8所示，扭簧支架503带有凸出的扭簧轴，扭簧轴中间有槽，用于卡住涡卷恒力弹簧501的中心。扭簧轴分别与两个柔性丝轮401中心同心。扭簧壳502分别固定在两个柔性丝轮401的端面，侧面有槽与涡卷恒力弹簧外圈卡住。扭簧壳随柔性丝轮旋转，扭簧支架503固定在总安装板101上。当柔性丝轮处于非驱动状态时，扭簧可以带着柔性丝轮旋转，以很小的扭力将柔性丝预紧，防止柔性丝脱离。

如图6所示，减速限位机构600包括限位块601、限位轴602、蜗轮蜗杆减速器603、限位传感转接板604、传感压板605、编码器606、滑环607、隔套608、编码器轴转接609。限位块601固定限位轴602的端部，限位轴602插入蜗轮蜗杆减速器603的中心轴，以键槽连接，通过隔套608和限位块601限制其轴向位置。在限位轴602的上端与编码器606的中心固定，编码器的外圈通过传感压板605固定在限位传感转接板604上，限位传感转接板604固定在减速机壳上。编码器作为角度传感器实时测量限位块601的旋转角度。

在主动齿轮204轮辐盘面有碰块2041，当主动齿轮204转动时，碰块2041会与限位块601相碰，从而达到限位。

在减速机输入轴处可安装手轮或者直接旋转该轴，就可以无级调节限位轴的旋转角度，也就是限位块601的角度位置，从而调节减速电机机构200的旋转行程。

限位轴为中空的，下部中心安装滑环607，可将减速电机机构的传感器线引入，防止其缠绕。

如图1、图2所示，所述电路板安装架102单头铜螺柱固定在机架上，上面放置控制所需的电路板，包括驱动传感板、嵌入式NT板、电源板、驱动器、传感采集板等。如图1、图3所示，驱动装置整体通过安装柱103固定在机架板104上，机架板104可以固定在框架上，以支撑驱动装置整体。机架板104也可以做成框架结构作为整体支撑件。

整个机构的运行原理如下：

整个装置的输出包括2条柔性丝，端头分别固定在所述柔性丝轮机构400的2个柔性丝轮401上，柔性丝轮401分别固定在2套离合器机构300的离合轴302上，所述离合器机构300与减速电机机构200共同安装在总安装板101上，离合器机构300连接齿轮303，与减速电机机构200输出端的齿轮204啮合，由离合器的通断控制电机减速驱动机构与柔性丝轮的扭矩传递的通断，实现电机正反转动对两根柔性丝的独立驱动。

当哪个离合闭合时，减速电机机构200通过齿轮及闭合的离合器，带动固定在该离合器中的离合轴302旋转，柔性丝轮固定在离合轴上，从而带动柔性丝伸缩。两个编码器分别能够检测连接在离合轴上的两个柔性丝轮的角度位置。

两个离合器可以同时闭合，此时，减速电机机构200顺时针转动时，带动1根柔性丝收缩，另一根柔性丝放松。也可以闭合一个离合器，另外一个离合器打开，此时，减速电机机构200转动时，带动1根柔性丝收缩，另外1根柔性丝为自由转动状态。此时，弹簧预紧机构500会把对应的柔性丝轮预紧。当2组离合器都打开时，柔性丝均为自由转动状态，弹簧预紧机构500会把2组柔性丝轮都预紧。

减速电机机构200逆时针转动时，会放松一根柔性丝，此时，离合闭合对应的柔性丝运动会与上述方向相反，离合打开对应的柔性丝会被预紧。

减速电机机构200的转动行程可以由减速限位机构600调节，对应于柔性丝绳的转动范围。

进一步地，所述减速限位机构600的减速器输入轴处可以加上电机，实现自动控制行程。

进一步地，所述限位轴602为中空的，下方电机减速组件200引出的传感器电缆从轴中间穿过，限位轴602下端轴中安装有微型导电滑环607。所述主动齿轮204和所述限位轴602两部件相对转动时，导电滑环607保证不会对数据线造成缠线的问题，同时保证数据进行无损的传输。导电滑环也可以更换为别的防止电缆缠绕的机构，比如微型扭转拖链。

进一步地，如图5所示，柔性丝由柔性丝压盖402将柔性丝端头压在柔性丝轮上固定，也可以使用预压了圆头或者圆柱头的柔性丝，直接将柔性丝圆头或者圆柱头卡在柔性丝轮上。

进一步地，如图5所示，2个柔性丝轮左右为上下面也可以相同面安装，此时如果离合都闭合时，左右两根柔性丝同时收缩或同时放松。

进一步地，柔性丝可以使用鲍登线的配置，即自行车刹车线类似的结构，将柔性丝拉力传导到末端执行器。

进一步地，所述柔性丝轮机构400中柔性丝轮401设有用于固定柔性丝的槽，柔性丝405头部缠绕成一小圈4051，将柔性丝装入沟槽内，并用柔性丝压盖402和螺钉进行紧固。

进一步地，所述柔性丝轮401的外圆设有用于通过柔性丝的导向槽道，柔性丝的一端固定，柔性丝的另外一端绕制在导向槽道中。柔性丝的使用要求可以根据需要增加或减少。如需增加柔性丝时，可在柔性丝轮401的外圆上增加额外的一道导向槽。

进一步地，如图5所示，图示使用的是涡卷恒力弹簧，弹簧拉紧力需要根据系统的摩擦力进行合理的选用，同时在对拉力影响不大的情况下，弹簧可以为普通的涡卷弹簧，或者进一步的，使用扭簧实现同样的功能。

进一步地，当使用在膝关节康复治疗过程中时，驱动装置两根柔性丝输出端头与执行器相连接，进而实现对膝关节功能障碍者的屈曲伸展腿部姿态的康复训练动作。

由上述实施例可看出，本发明的驱动装置功能强大，使用灵活，可通过离合器机构控制减速电机机构与所述柔性丝轮扭矩传递的通断，从而能保证所驱动的执行机构不自锁，通过弹性预紧装置能使柔性丝被预紧不缠绕，并进一步可通过减速限位机构能够调整执行机构的行程范围，使得本发明的柔性丝驱动装置安全可靠，可适于人体康复设备及机器人等高要求的应用场合。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种柔性丝驱动装置，其特征在于，所述装置包括减速电机机构、离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置，其中，

所述柔性丝轮机构包括柔性丝轮，该柔性丝轮用于固定柔性丝的一端，该柔性丝轮固定在所述离合器机构的离合轴上，由所述离合轴驱动旋转；

所述离合器机构与所述减速电机机构的输出端啮合连接，由所述离合器机构的离合器的通断控制所述离合器机构与所述减速电机机构的啮合与否，从而控制所述减速电机机构与所述柔性丝轮扭矩传递的通断；

所述弹性预紧装置为扭力弹性装置，该弹性预紧装置的扭转中心固定，该弹性预紧装置的扭转外部与所述柔性丝轮固定连接。

2.根据权利要求1所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述弹性预紧装置包括涡卷恒力弹簧和扭簧壳，所述涡卷恒力弹簧的中心固定，所述涡卷恒力弹簧的外圈与所述扭簧壳固定连接，所述扭簧壳与所述柔性丝轮固定连接。

3.根据权利要求2所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述弹性预紧装置还包括扭簧支架，所述扭簧支架设有凸出的扭簧轴，该扭簧轴上设有槽，该槽用于卡住所述涡卷恒力弹簧的中心，所述扭簧轴与所述柔性丝轮的中心同心；所述扭簧壳的端面固定在所述柔性丝轮的端面，所述扭簧壳的侧面设有槽，用于卡住所述涡卷恒力弹簧的外圈。

4.根据权利要求1至3任一项所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述减速电机机构包括电机减速单元、扭矩转接板、主动齿轮和转接圈，所述电机减速单元通过所述转接圈转接固定，所述电机减速单元的输出端设有所述扭矩转接板，所述主动齿轮与所述扭矩转接板固定连接，所述主动齿轮与所述离合器机构的离合齿轮啮合连接。

5.根据权利要求1至3任一项所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述柔性丝轮机构还包括柔性丝护罩和柔性丝压盖，所述柔性丝的一端通过所述柔性丝压盖压装在所述柔性丝轮的安装槽中；所述柔性丝护罩设于所述柔性丝轮的周面安装槽上并被固定在安装件上，用于防止柔性丝从柔性丝轮的安装槽中脱出；所述柔性丝轮与所述离合轴通过键连接。

6.根据权利要求1至3任一项所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述柔性丝驱动装置还包括减速限位机构，所述减速电机机构的输出端上设有碰块，所述减速限位机构上设有限位块，所述减速限位机构上的限位块位置能够调节，所述限位块用于限制所述碰块的运动，从而限制所述减速电机机构的驱动。

7.根据权利要求6所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述减速限位机构包括限位轴、蜗轮蜗杆减速器和所述限位块，所述限位块固定在所述限位轴的端部，所述限位轴穿入所述蜗轮蜗杆减速器的中心轴并与所述中心轴固定连接；所述减速电机机构的输出端为主动齿轮，在所述主动齿轮的轮辐盘面上设有所述碰块，当所述主动齿轮转动时，所述碰块会与所述限位块相碰，从而达到限位的目的。

8.根据权利要求1至3或7任一项所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置各自为多套，多套所述离合器机构分别与所述减速电机机构连接，所述柔性丝轮机构和弹性预紧装置的数量均与所述离合器机构的数量相匹配。

9.根据权利要求8所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，多套所述柔性丝轮机构上柔性丝安装槽的柔性丝缠绕方向相同或不同。

10.根据权利要求8所述的柔性丝驱动装置，其特征在于，所述离合器机构、柔性丝轮机构和弹性预紧装置各自为两套，两套所述柔性丝轮机构上柔性丝安装槽的柔性丝缠绕方向不同，其中一套所述柔性丝轮机构输出的柔性丝用于连接执行机构的首端，另一套所述柔性丝轮机构输出的柔性丝用于连接所述执行机构的末端。

Images