CN111037537A - 一种机械离合传动装置以及外骨骼机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机械离合传动装置，包括：丝杠螺母机构；电机，与丝杠螺母机构连接；连接件，与丝杠螺母机构连接，并且连接件能够在丝杠螺母机构驱动下做直线来回运动；线盘螺旋件，与连接件转动连接，能够随连接件做直线移动，也能够在外力作用下相对连接件转动；支撑杆，连接件、线盘螺旋件可移动连接在支撑杆上；和主动旋转件，转动连接在支撑杆上，主动旋转件一直相对支撑杆转动；其中，线盘螺旋件在连接件的带动下逐渐靠近主动旋转件移动，并最终与主动旋转件结合在一起，随着主动旋转件转动，进而使得线盘旋转件转动而拨动预设部件；或者与线盘螺旋件朝远离主动旋转件移动。本申请还提供包括上述机械离合传动装置的外骨骼机器人。

Description

一种机械离合传动装置以及外骨骼机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机械离合传动装置以及外骨骼机器人。

背景技术

随着科技的进步，人工智能尚未发展到能够促使机器人独立运行的程度。当前机器人需要人机交互或预先编程的程序以完成任务，因此诞生外骨骼机器人。外骨骼机器人具有良好人机交互的机器人，例如外骨骼机器人可应用在军队野外行走，医疗康复领域。外骨骼机器人通过对关节施加扭矩，从而对人体的行动提供辅助动作，然而现有的外骨骼机器人不够轻便。

发明内容

本申请提供一种机械离合传动装置以及外骨骼机器人。

本申请采用的一个技术方案是：提供一种机械离合传动装置，包括：

丝杠螺母机构；

电机，与所述丝杠螺母机构连接；

连接件，与所述丝杠螺母机构连接，并且能够在所述丝杠螺母机构驱动下做直线来回运动；

线盘螺旋件，与所述连接件转动连接，能够随所述连接做直线移动，也能够在外力作用下相对所述连接件转动；

支撑杆，所述连接件、所述线盘螺旋件可移动连接在所述支撑杆上；和

主动旋转件，转动连接在所述支撑杆上，所述主动旋转件一直相对所述支撑杆转动；其中，所述线盘螺旋件在所述连接件的带动下可靠近所述主动旋转件移动，并最终与所述主动旋转件结合在一起，随着所述主动旋转件转动，进而使得所述线盘旋转件转动而拨动预设部件；或者与所述线盘螺旋件朝远离所述主动旋转件移动。

本申请还提供一种外骨骼机器人，所述外骨骼机器人包括驱动装置以及根据如上所述的机械离合传动装置，其中，所述驱动装置用于驱动所述主动旋转件在所述支撑杆上转动；所述线盘螺旋件靠近所述主动旋转件方向移动，所述线盘螺旋件与所述主动旋转件结合在一起，所述线盘螺旋件随着所述主动旋转件转动，进而使得所述线盘旋转件转动而拨动预设部件。

本申请提供的机械离合传动装置的所述线盘螺旋件在所述连接件的带动下可靠近所述主动旋转件移动，并最终与所述主动旋转件结合在一起，随着所述主动旋转件转动，进而使得所述线盘旋转件转动而拨动预设部件；或者与所述线盘螺旋件朝远离所述主动旋转件移动。采用以上结构，机械离合传动装置能够通过所述线盘螺旋件与所述主动旋转件结合在一起，所述线盘螺旋件随着所述主动旋转件转动，进而使得所述线盘旋转件转动而拨动预设部件，使得机械离合传动装置更加轻便、响应速度。另外采用该机械离合传动装置的外骨骼机器人同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例中机械离合传动装置的结构示意图；

图2是本申请一实施例中主动旋转件的主视结构示意图；

图3是本申请一实施例中主动旋转件的立体结构示意图；

图4是本申请一实施例中线盘螺旋件的结构示意图；

图5是本申请一实施例中线盘螺旋件的分解结构示意图；

图6是本申请一实施例中电机与丝杠螺母机构的结构示意图；

图7是本申请一实施例中支撑架与支撑杆的装配结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1，本申请提供一种机械离合传动装置100，以及包括该机械离合传动装置100的外骨骼机器人(图未示)。参见图1，图1为本申请机械离合传动装置100一实施例的结构示意图；

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

该机械离合传动装置100包括丝杠螺母机构10、电机20、连接件 30、线盘螺旋件40、支撑杆50和主动旋转件60。

电机20与丝杠螺母机构10连接；连接件30与丝杠螺母机构10连接，并且连接件30能够在丝杠螺母机构10驱动下做直线来回运动。线盘螺旋件40与连接件30转动连接，能够随连接件30做直线移动，也能够在外力作用下相对连接件30转动。连接件30、线盘螺旋件40可移动连接在支撑杆50上。主动旋转件60转动连接在支撑杆50上，主动旋转件60一直相对支撑杆50转动。线盘螺旋件40在连接件30的带动下逐渐靠近主动旋转件60移动，并最终与主动旋转件60结合在一起，随着主动旋转件60转动，进而使得线盘旋转件转动而拨动预设部件，或者与线盘螺旋件40朝远离主动旋转件60移动。具体的，预设部件为需要在外力作用下产生转动的部件，例如为柔性外骨骼机器人上的手臂。

具体地，丝杠螺母机构10又称为滚珠丝杠机构，丝杠螺母机构10 是一种能够在将电机20的旋转运动转化为直线的运动。电机20与丝杠螺母机构10连接。连接件30与丝杠螺母机构10连接，电机20能够驱动丝杠螺母机构10转动而带动连接件30做直线来回运动。线盘螺旋件 40与连接件30之间通过转动连接，线盘螺旋件40能够在连接件30带动下随连接件30做直线来回运动。连接件30、线盘螺旋件40和主动旋转件60同轴设置，并且连接件30、线盘螺旋件40可移动连接在支撑杆 50上。主动旋转件60转动连接在支撑杆50上，主动旋转件60能够在外力的驱动下一直相对支撑杆50转动。

电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝靠近主动旋转件60 方向移动，连接件30带动线盘螺旋件40逐渐靠近主动旋转件60方向移动，最终线盘螺旋件40与主动旋转件60结合在一起，并且线盘螺旋件40随着主动旋转件60转动，进而使得线盘旋转件转动而拨动预设部件。或者，电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝远离主动旋转件60方向移动，连接件30带动线盘螺旋件40逐渐远离主动旋转件 60方向移动，线盘螺旋件40与主动旋转件60分离。

一并参阅图1至图5，一实施例中，主动旋转件60的侧面上设置主动啮合件61，相应地，线盘螺旋件40朝向主动旋转件60一侧设置线盘啮合件41，其中线盘螺旋件40靠近主动旋转件60移动使得线盘啮合件 41与主动旋转件60上的主动啮合件61啮合，使得线盘啮合件41跟随主动啮合件61一起转动，并带动线盘螺旋件40一起转动。

具体地，主动旋转件60的侧面上设置主动啮合件61，线盘螺旋件 40朝向主动旋转件60一侧设置线盘啮合件41。电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝靠近主动旋转件60方向移动，并且连接件30 带动线盘螺旋件40逐渐靠近主动旋转件60方向移动，促使线盘螺旋件 40上的线盘啮合件41与主动旋转件60上的主动啮合件61啮合，使得线盘啮合件41跟随主动啮合件61一起转动，并带动线盘螺旋件40一起转动。

在参照图1，另一实施例中，电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝远离主动旋转件60方向移动，连接件30带动线盘螺旋件40 逐渐远离主动旋转件60方向移动，使得线盘啮合件41与主动旋转件60 分离。

一并参阅图1至图5，一实施例中，机械离合传动装置100包括主动旋转件60两侧均设置主动啮合件61，电机20、丝杠螺母机构10、连接件30、线盘螺旋件40均包括两个，两个线盘螺旋件40分别位于主动旋转件60两侧，每个线盘螺旋件40上均设置一个线盘啮合件41，分别与主动旋转件60上的主动啮合件61相对设置。

具体地，机械离合传动装置100包括设置在主动旋转件60两侧的第一主动啮合件61、第二主动啮合件61以及与第一主动啮合件61、第二主动啮合件61分别对应设置的第一线盘啮合件41、第二线盘啮合件 41。其中，电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝靠近主动旋转件60方向移动，并且连接件30带动线盘螺旋件40逐渐靠近主动旋转件60方向移动，促使线盘螺旋件40上的第一线盘啮合件41与主动旋转件60上的第一主动啮合件61啮合，使得第一线盘啮合件41跟随第一主动啮合件61一起转动，并带动线盘螺旋件40一起转动。

在参照图1，另一实施例中，电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝远离主动旋转件60方向移动，连接件30带动线盘螺旋件40 逐渐远离主动旋转件60方向移动，使得第一线盘啮合件41与主动旋转件60分离。第二主动啮合件61与第二线盘啮合件41可参照第一主动啮合件61与第一线盘啮合件41相同设置，第一主动啮合件61与第二主动啮合件61沿垂直于支撑杆50轴线方向翻转180度设置，故主动旋转件60的第一主动啮合件61与第二主动啮合件61能够分别驱动第一线盘啮合件41与第二线盘啮合件41间歇动作，在此不再一一赘述。

一实施例中，主动啮合件61与线盘啮合件41的啮合部的形状可呈互补设置。也就是说，主动啮合件61可具有凹部，线盘啮合件41可具有凸部。或者，主动啮合件61可具有凸部，线盘啮合件41可具有凹部。或者，主动啮合件61与线盘啮合件41呈柱形或圆筒形，主动啮合件61 与线盘啮合件41相对一侧分别设有第一缺口611、第二缺口411，并且第一缺口611与第二缺口411的形状呈互补，以使得线盘啮合件41与主动啮合件61啮合形成一体。主动啮合件61与线盘啮合件41相对一侧呈螺旋形，第一缺口611、第二缺口411分别设置主动啮合件61与线盘啮合件41上，第一缺口611、第二缺口411远离主动旋转件60的最远点与最近点位于支撑杆50轴线方向。

参阅图6，丝杠螺母机构10包括丝杆12，电机20通过一联轴器11 与丝杠连接，连接件30连接丝杠上，并且电机20驱动丝杠转动而带动连接件30沿丝杠长度方向来回移动。上述实施例中，电机20与丝杠螺母机构10连接，并且电机20驱动驱动丝杠转动而带动连接件30做直线来回运动，可理解的是，直线电机或电缸也能够实现上述功能。

参阅图7，一实施例中，机械离合传动装置100包括相对设置的两个支撑架70以及限位件80，两个支撑架70均开设第一贯穿孔71和第二贯穿孔72，丝杠的端部穿设第一贯穿孔71连接在支撑架70上，支撑杆50的两个端部分别穿设连接在两个支撑架70的第二贯穿孔72上。限位件80设置在第二贯穿孔72中，用于将支撑杆50固定连接在支撑架70上，避免支撑杆50相对支撑架70转动。

具体地，限位件80(图未示)可为轴套。支撑杆50可为轴。支撑架70开设第一贯穿孔71和第二贯穿孔72。丝杠的端部穿设第一贯穿孔 71，并且丝杠与支撑架70活动连接，支撑杆50的两个端部分别穿设两个支撑架70的第二贯穿孔72，并且支撑杆50的两个端部分别与支撑架 70之间固定连接。支撑杆50与支撑架70的第二贯穿孔72之间还设有限位件80，限位件80用于将支撑杆50固定连接在支撑架70上，避免支撑杆50相对支撑架70转动。

继续参照图2和图3，一实施例中，主动旋转件60包括旋转件62 以及套设在旋转件62上外周的齿轮63，其中主动啮合件61与旋转件 62的侧面固定连接。旋转件62为第一轴承，第一轴承的两侧分别设置一轴套64夹紧固定，且轴套64通过固定件穿设轴套64和支撑杆50固定在支撑杆50上，旋转件62套设在第一轴承上。

具体地，主动旋转件60包括旋转件62以及套设在旋转件62外周的齿轮63，主动啮合件61与旋转件62的侧面固定连接。第一轴承的两侧分别设置一轴套64夹紧固定第一轴承的内圈，且轴套64通过固定件穿设轴套64和支撑杆50固定在支撑杆50上。旋转件62套设在第一轴承上，并且齿轮63能够在外力作用下转动。整个机械离合传动装置工作的过程中，齿轮63在外力的作用下一直转动，同时不会在相对支撑杆做直线运动，仅做转动。第一轴承可为深沟球轴承。固定件可为销钉。可理解的是，固定件也可为卡簧，上述实施例中，在轴套64远离第一轴承一侧分别设置一卡簧(图未示)，同样也能够将轴套64和支撑杆 50固定在支撑杆50上，进而第一轴承固定在支撑杆50上。

继续参照图4和图5，一实施例中，线盘螺旋件40包括直线轴承 42、轴承安装件43、第二轴承44、轴承套45和线盘46，轴承安装件 43套设在直线轴承42上，第二轴承44套设在轴承安装件43上，轴承套45固设在直线轴承42上并且轴承套45与第二轴承44的内圈抵顶设置，线盘46套设在第二轴承44上，线盘啮合件41固定在线盘46上，直线轴承42套设在支撑杆50上。

具体地，线盘螺旋件40还包括线盘盖47。轴承安装件43套设在直线轴承42上，第二轴承44套设在轴承安装件43上，轴承套45固设在直线轴承42上并且轴承套45与第二轴承44的内圈抵顶设置，线盘46 套设在第二轴承44上，线盘盖47固定在线盘46上。线盘盖47用于与第二轴承44的外圈抵顶设置，以将第二轴承44固定在线盘46内。线盘啮合件41固定在线盘46上，直线轴承42套设在支撑杆50上，以使得线盘螺旋件40能够在支撑杆50上来回移动。第二轴承44可为深沟球轴承。

一实施例中，外骨骼机器人(图未示)包括驱动装置(图未示)以及根据如上的机械离合传动装置100，其中，驱动装置用于驱动主动旋转件60在支撑杆50上转动；线盘螺旋件40靠近主动旋转件60方向移动，线盘螺旋件40与主动旋转件60结合在一起，线盘螺旋件40随着主动旋转件60转动，进而使得线盘旋转件转动而拨动预设部件，预设部件为外骨骼机器人的手臂上的部件。

具体地，驱动装置用于驱动主动旋转件60在支撑杆50上转动。驱动装置驱动主动旋转件60的齿轮在支撑杆50上转动。主动旋转件60 两侧分别设有两个主动啮合件61以及与主动啮合件61对应设置的两个线盘啮合件41。两个主动啮合件61之间沿垂直于支撑杆50轴线方向翻转180度设置。电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝靠近主动旋转件60方向移动，并且连接件30带动线盘螺旋件40逐渐靠近主动旋转件60方向移动，促使线盘螺旋件40上的线盘啮合件41与主动旋转件60上的主动啮合件61啮合，使得线盘啮合件41跟随主动啮合件61一起转动，并带动线盘螺旋件40一起转动。采用上述方式，两个主动啮合件61之间沿垂直于支撑杆50轴线方向翻转180度设置，故主动啮合件61能够驱动线盘啮合件41一起转动，并带动线盘螺旋件40 一起转动而拨动预设部件间歇动作。驱动装置可为电机。

另一实施例中，电机20通过丝杠螺母机构10驱动连接件30朝远离主动旋转件60方向移动，连接件30带动线盘螺旋件40逐渐远离主动旋转件60方向移动，使得线盘啮合件41与主动旋转件60分离而预设部件动作停止。

本申请采用以上结构，机械离合传动装置100能够通过线盘螺旋件 40与主动旋转件60结合在一起，线盘螺旋件40随着主动旋转件60转动，进而使得线盘旋转件40转动而拨动预设部件，使得机械离合传动装置100更加轻便、响应速度，在需要线盘旋转件40转动拨动预设部件的时候，电机20正向工作通过丝杠螺母机构10带动线盘螺旋件40 靠近齿轮63方向移动，最后跟随齿轮63做转动，而拨动预设部件。而不需要拨动预设部件的时候，则电机20反向工作通过丝杠螺母机构10 带动线盘螺旋件40远离齿轮63方向移动，响应速度非常快。而且相比采用液压或者气压驱动的方式大大减小了整个机械离合传动装置100的重量，对于采用该机械离合传动装置的外骨骼机器人，对于穿戴者几乎没有没什么束缚，使得外骨骼机器人的关节能够更为自由的活动。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种机械离合传动装置，其特征在于，包括：

丝杠螺母机构；

电机，与所述丝杠螺母机构连接；

连接件，与所述丝杠螺母机构连接，并且所述连接件能够在所述丝杠螺母机构驱动下做直线来回运动；

线盘螺旋件，与所述连接件转动连接，能够随所述连接件做直线移动，也能够在外力作用下相对所述连接件转动；

支撑杆，所述连接件、所述线盘螺旋件可移动连接在所述支撑杆上；和

主动旋转件，转动连接在所述支撑杆上，所述主动旋转件一直相对所述支撑杆转动；其中，所述线盘螺旋件在所述连接件的带动下逐渐靠近所述主动旋转件移动，并最终与所述主动旋转件结合在一起，随着所述主动旋转件转动，进而使得所述线盘旋转件转动而拨动预设部件；或者与所述线盘螺旋件朝远离所述主动旋转件移动。

2.根据权利要求1所述的机械离合传动装置，其特征在于，所述主动旋转件的侧面上设置主动啮合件，相应地，所述线盘螺旋件朝向所述主动旋转件一侧设置线盘啮合件，其中所述线盘螺旋件靠近所述主动旋转件移动使得所述线盘啮合件与所述主动旋转件上的主动啮合件啮合，使得所述线盘啮合件跟随所述主动啮合件一起转动，并带动所述线盘螺旋件一起转动。

3.根据权利要求2所述的机械离合传动装置，其特征在于，包括所述主动旋转件两侧均设置主动啮合件，所述电机、所述丝杠螺母机构、所述连接件、所述线盘螺旋件均包括两个，所述两个线盘螺旋件分别位于所述主动旋转件两侧，每个所述主动旋转件上均设置一个所述线盘啮合件，分别与所述主动旋转件上的主动啮合件相对设置。

4.根据权利要求1所述的机械离合传动装置，其特征在于，所述丝杠螺母机构包括丝杆，所述电机通过一联轴器与所述丝杠连接，所述连接件连接所述丝杠上，并且所述电机驱动所述丝杠转动而带动所述连接件沿所述丝杠长度方向来回移动。

5.根据权利要求4所述的机械离合传动装置，其特征在于，包括相对设置的两个支撑架，两个所述支撑架均开设第一贯穿孔和第二贯穿孔，所述丝杠的端部穿设所述第一贯穿孔连接在所述支撑架上，所述支撑杆的两个端部分别穿设连接在两个所述支撑架的第二贯穿孔上。

6.根据权利要求5所述的机械离合传动装置，其特征在于，包括限位件，所述限位件设置在所述第二贯穿孔中，用于将所述支撑杆固定连接在所述支撑架上，避免所述支撑杆相对所述支撑架转动。

7.根据权利要求2所述的机械离合传动装置，其特征在于，主动旋转件包括旋转件以及套设在所述旋转件外周的齿轮，其中所述主动啮合件与所述齿轮的侧面固定连接。

8.根据权利要求7所述的机械离合传动装置，其特征在于，所述旋转件为第一轴承，所述第一轴承的两侧分别设置一轴套夹紧固定，且所述轴套通过固定件穿设所述轴套和所述支撑杆固定在所述支撑杆上，所述旋转件套设在所述第一轴承上。

9.根据权利要求2所述的机械离合传动装置，其特征在于，所述线盘螺旋件(缺少直线轴承，故重写权9)包括套设在所述支撑杆上的轴承安装件、套设在所述轴承安装件上的第二轴承、安装在轴承安装件的端部用于将第二轴承固定在轴承安装件上的轴承套以及与所述轴承安装件连接的线盘，所述线盘啮合件固定在所述线盘上。

10.根据权利要求2所述的机械离合传动装置，其特征在于，所述线盘螺旋件包括直线轴承、轴承安装件、第二轴承、轴承套和线盘，所述轴承安装件套设在所述直线轴承上，所述第二轴承套设在所述轴承安装件上，所述轴承套固设在所述直线轴承上并且所述轴承套与第二轴承的内圈抵顶设置，所述线盘套设在所述第二轴承上，所述线盘啮合件固定在所述线盘上，所述直线轴承套设在所述支撑杆上。

11.一种外骨骼机器人，其特征在于，所述外骨骼机器人包括驱动装置以及根据权利要求1-10任一项所述的机械离合传动装置，其中，所述驱动装置用于驱动所述主动旋转件在所述支撑杆上转动；所述线盘螺旋件靠近所述主动旋转件方向移动，所述线盘螺旋件与所述主动旋转件结合在一起，所述线盘螺旋件随着所述主动旋转件转动，进而使得所述线盘旋转件转动而拨动预设部件。

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