CN113236772A - 一种变挡装置及其组成的助力器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变挡装置及其组成的助力器械，变挡装置包括齿轮、挡位模块和入挡模块，挡位模块包括壳体和至少两个推杆结构，推杆结构包括杆体，推杆结构均活动安装在壳体中，壳体的顶面上设有顶孔，各推杆结构沿第一预设方向间隔布置；入挡模块包括升降块和动力件，升降块的顶面可支承至少一个推杆结构，升降块的顶面沿第二预设方向逐渐升高，动力件与升降块连接。先沿第一预设方向驱动壳体使所需的推杆结构与齿轮相对以选挡，然后动力件驱动升降件沿第二预设方向运动，升降件的顶面逐渐升高以抬升相应的推杆结构，使推杆结构的杆体与齿轮相接以入挡。本发明结构简单，易于控制，且采用动力件以入挡，变挡时更省力。

Description

一种变挡装置及其组成的助力器械

技术领域

本发明涉及挡控制器械领域中的一种变挡装置及其组成的助力器械。

背景技术

人机交互设计逐渐成为科研的热门，其中，机构的研究设计也随之向着智能化、自动化、舒适化、多功能化等方向发展。而市面上一些机构对方向与模式的控制设计并不完善，因此在机构设计中增加变挡机构有助于实现对功能的控制。现有的变速机构大多是双排滑移齿轮变速机构，零件包括滑移拨叉、花键轴、定位钢球组、拨销、转轴、导向键等数十种零件。在安装上零件种类繁多、复杂，因此不适用于安装在小型机械设备上。不仅如此，复杂的零件加重变速机构的重量，在小型机械设备上将构成累赘，不利于助力机构的轻量化和结构简化的实现。再者，换挡机构的控制装置中设置防齿轮倒转装置，使得控制机构与换挡机构中的联动复杂。类似的，齿轮个数多、零件复杂、多舵机驱动的换挡机构往往体积庞大。在此情况下，现有的换挡机构难以满足助老仪器等体积较小的机械设备对于零件大小的要求。此外，目前部分装置采用手动换挡的模式，在手动换挡的过程中，使用者完成换挡所需的力量较大，不易于操作。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种变挡装置及其组成的助力器械，结构简单，易于控制。

根据本发明的第一方面实施例，提供一种变挡装置，包括齿轮；挡位模块，所述挡位模块包括壳体和至少两个可沿自身轴向活动的推杆结构，所述推杆结构包括弹簧和用于与所述齿轮相接的杆体，所述杆体的底部设有底座，所述弹簧套设在所述杆体外侧，所述弹簧的一端与所述壳体的内顶面相接，所述弹簧的另一端与所述底座相接，所述推杆结构均活动安装在所述壳体中，所述壳体的顶面上设有可容所述推杆结构伸出的顶孔，各所述推杆结构沿第一预设方向间隔布置；入挡模块，所述入挡模块包括升降块和动力件，所述升降块的顶面可支承至少一个所述推杆结构，所述升降块的顶面沿第二预设方向逐渐升高，所述动力件与所述升降块连接，所述动力件用于驱动所述升降块沿第二预设方向运动。

根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述第二预设方向呈环向。

根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述升降块的横剖面呈环形，所述升降块顶面的第一端高于所述升降块顶面第二端，所述升降块顶面的第一端与所述升降块顶面的第二端之间形成阶梯状结构。

根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述第一预设方向呈环向。

根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述推杆结构的数量为四个，四个所述推杆结构分别为正向推杆结构、反向推杆结构、阻尼推杆结构和卡死推杆结构，任一所述推杆结构处于入挡工位时，该所述推杆结构的杆体与所述齿轮相接。

根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述正向推杆结构的杆体顶端具有第一斜面，所述反向推杆结构的顶端具有第二斜面，所述第一斜面与所述第二斜面分别可与所述齿轮的齿面相对，处于入挡工位的正向推杆结构第一斜面的倾斜方向与处于入挡工位的反向推杆结构第二斜面的倾斜方向相反。

根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述卡死推杆结构的杆体顶端两侧分别具有卡紧面，所述卡死推杆结构处于入挡工位时，所述卡死推杆结构的杆体端部伸入所述齿轮的卡槽中，两个所述卡紧面分别与所述齿轮的各齿面接合。

根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述阻尼推杆结构的杆体顶端设有弹性端头，所述阻尼推杆结构处于入挡工位时，所述弹性端头与所述齿轮的齿部相抵接。

根据本发明的第二方面实施例，提供一种助力器械，包括上述的变挡装置。

本发明的有益效果是：先沿第一预设方向驱动壳体使所需的推杆结构与齿轮相对以选挡，然后动力件驱动升降件沿第二预设方向运动，升降件的顶面逐渐升高以抬升相应的推杆结构，使推杆结构的杆体与齿轮相接以入挡。本发明结构简单，易于控制，且采用动力件以入挡，变挡时更省力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本发明实施例的示意图；

图2是本发明中升降块与推杆结构配合的示意图；

图3是本发明中正向推杆结构的示意图；

图4是本发明中阻尼推杆结构的示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1～图2，本发明实施例中的变挡装置，包括齿轮10、挡位模块和入挡模块，挡位模块包括壳体21和至少两个可沿自身轴向活动的推杆结构，推杆结构包括用于与齿轮10相接的杆体22，推杆结构均活动安装在壳体21中，壳体21的顶面上设有可容推杆结构伸出的顶孔，各推杆结构沿第一预设方向间隔布置。入挡模块包括升降块31和动力件32，挡位模块位于升降块31的上方，升降块31的顶面可支承至少一个推杆结构，升降块31的顶面沿第二预设方向逐渐升高，动力件32与升降块31连接，动力件32用于驱动升降块31沿第二预设方向运动。先沿第一预设方向驱动壳体21，带动其中的推杆结构沿第一预设方向运动，使其中一个推杆结构与齿轮10相对，然后动力件32驱动升降块31沿第二预设方向运动，升降块31的顶面逐渐升高，从而抬起该推杆结构，推杆结构升起后与齿轮10相接，此时推杆结构入挡。可选地，挡位模块中推杆结构的数量为两个以上，各推杆结构分别为正向推杆结构、反向推杆结构、阻尼推杆结构和卡死推杆结构中的至少两种类型。变挡装置还包括台架11，台架11呈L型，齿轮10转动安装在台架11的第一端，入挡模块中的升降块31则活动安装在台架11的第二端上，台架11用于支撑齿轮10、挡位模块及升降块31，另外，台架11第二端的下方可设有底壳，动力件32安装在底壳内，底壳可保护动力件32。

在一些实施例中，作为一种可选的实施方式，第二预设方向呈直线状，升降块31水平横移时，能至少带动与齿轮10相对的推杆结构提升；作为另一种可选的的实施方式，第二预设方向呈环向，升降块31绕其轴向方向自转时，能至少带动与齿轮10相对的推杆结构提升。第二预设方向为环向时能有效节省空间。可以理解地，升降块31的顶面呈螺旋上升状，升降块31的横剖面呈环形，升降块31顶面的第一端高于升降块31顶面第二端，升降块31顶面的第一端与升降块31顶面的第二端之间形成阶梯状结构。具体地，动力件32可为舵机，舵机启动带动升降块31沿顺时针方向转动，从而抬升了齿轮10正下方的推杆结构，使推杆结构能与齿轮10接触，相应地，当需要快速退挡位时，舵机可带动升降块31继续沿顺时针方向转动，推杆结构的底面从与升降块31顶面的第一端，在重力作用下，转至与升降块31顶面的第二端接触，推杆结构的高度快速下降，从而可实现快速退挡位。

在一些实施例中，作为一种可选的实施方式，第一预设方向呈直线状，水平移动壳体21即可选择各推杆结构位于齿轮10的下方以与齿轮10相对；作为另一种可选的实施方式，第一预设方向呈环向，通过带动壳体21绕其轴向方向自转，可切换不同的推杆结构以与齿轮10相对。可选地，第一预设方向平行于第二预设方向，从而升降块31可支承所有推杆结构，无需在壳体21内设置额外结构支承推杆结构，简化了结构。另外，由于升降块31的顶面上形成有阶梯部，当升降块31逆转时，推杆结构的推杆会与阶梯状结构的台肩面相抵接，从而阻止升降块31继续逆转动，起到防止入挡模块逆转动的作用。

进一步地，为保证推杆结构能快速复位，避免推杆结构卡在齿轮10上，推杆结构还包括弹簧23，弹簧23用于向推杆结构施加压向升降块31的作用力。具体地，杆体22的底部设有底座25，弹簧23的一端抵接在壳体21的内顶面上，弹簧23的另一端抵接在底座25的顶面上。当升降块31提升推杆结构时，弹簧23被压缩在壳体21内顶面与底座25的顶面之间，弹簧23具有一定的弹性势能；随着升降块31运动，升降块31的顶面高度逐渐下降，弹簧23在弹性势能的驱动下逐渐伸张，从而向底座25施加压向升降块31的作用力。弹簧23与壳体21抵接的一端可设有抵接板24，以增大弹簧23与壳体21内顶面的接触面积，保证弹簧23的弹力方向基本平行于其自身的轴向方向。容易理解地，弹簧23套设在杆体22外，即节省了空间，也能避免弹簧23在伸缩时弯折变形，延长弹簧23的使用寿命。

推杆结构的数量为四个，四个推杆结构分别为正向推杆结构、反向推杆结构、阻尼推杆结构和卡死推杆结构，任一推杆结构处于入挡工位时，该推杆结构的杆体22与齿轮10相接。通过选择不同的推杆结构入挡，可调节至不同的挡位，实现换挡的功能。

参照图3，正向推杆结构的杆体22顶端具有第一斜面，反向推杆结构的顶端具有第二斜面，第一斜面与第二斜面分别可与齿轮10的齿面相对，处于入挡工位的正向推杆结构第一斜面的倾斜方向与处于入挡工位的反向推杆结构第二斜面的倾斜方向相反。当正向推杆结构处于入挡工位时，正向推杆结构的杆体22伸入齿轮10的齿槽中，正向挡入挡；同理，当反向推杆结构处于入挡工位时，反向推杆结构的杆体22伸入齿轮10的齿槽中，反向挡入挡。本实施例中，当正向推杆结构的杆体22伸入齿槽时，第一斜面与位于杆体22右侧的齿面相对，从而齿轮10可沿顺时针方向转动，当齿轮10有沿逆时针方向转动的趋势时，杆体22能阻挡齿轮10转动；相应地，当反向推杆结构的杆体22伸入齿槽时，第二斜面与位于杆体22左侧的齿面相对，从而齿面可沿逆时针方向转动，当齿轮10有沿顺时针方向转动的趋势时，杆体22能阻止齿轮10转动。当然，在另一些实施例中，亦可是以下的转动方式：当正向推杆结构的杆体22伸入齿槽时，齿轮10可沿逆时针方向转动；当反向推杆结构的杆体22伸入齿槽时，齿轮10可沿顺时针方向转动。

卡死推杆结构的杆体22顶端两侧分别具有卡紧面，卡死推杆结构处于入挡工位时，卡死推杆结构的杆体22端部伸入齿轮10的卡槽中，两个卡紧面分别与齿轮10的各齿面接合，卡死挡入挡。由于两个卡紧面与齿槽中两个相对的齿面分别接合，因此阻挡了齿轮10沿顺时针方向或逆时针方向转动，齿轮10被卡死无法转动。

参照图4，阻尼推杆结构的杆体22顶端设有弹性端头26，阻尼推杆结构处于入挡工位时，弹性端头26与齿轮10的齿部相抵接，阻尼挡入挡。可选地，弹性端头26为橡胶构件。当齿轮10旋转时，弹性端头26与齿轮10的齿部齿部相抵接，齿轮10与弹性端头26发生相对运动，且齿轮10与弹性端头26之间产生摩擦阻力，从而能达到减缓齿轮10速度的效果。可选地，弹性端头26的宽度大于齿槽的最大宽度，避免弹性端头26卡入齿槽中，到时齿轮10被卡紧无法转动。

本变挡装置的使用方法如下：

转动壳体21，使所需挡位的推杆结构位于齿轮10的下方，以选定挡位。选挡完毕后，启动舵机，舵机驱动升降块31转动，位于齿轮10下方的升降块31顶面的高度逐渐提高，从而抬升相应的推杆结构的杆体22也逐渐上升，杆体22贯穿顶孔与齿轮10相接，当升降块31顶面的第一端处于齿轮10下方时，推杆结构入挡，舵机暂停。当要退挡时，舵机再次启动，升降块31沿原方向继续转动，该推杆结构的杆体22下降，升降块31的顶面第二端处于齿轮10的下方，在实现退挡的同时也便于后续再次选挡。

本发明第二方面实施例中的助力器械，包括上述的变挡装置。本实施例中，助力器械可为机械手，助力于病患者及老年人的手臂进行抬降动作。具体地，机械手包括支撑部、升降动力件32和电源件，支撑部用于支撑使用者的手臂，升降动力件32则用于抬降支撑部。其中升降动力件32与变挡装置连接，当选用正向挡或反向挡时，可实现缓慢上抬或下放手臂的操作；当选用阻尼挡时，则可减缓使用者的手臂的运动速度；当选用卡死挡时，可将手臂固定在一个位置上，此时助力器械充当固定保护的作用。

当然，助力器械也可为其他需要进行换挡操作的机械装置。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种变挡装置，其特征在于，包括：

齿轮；

挡位模块，所述挡位模块包括壳体和至少两个可沿自身轴向活动的推杆结构，所述推杆结构包括弹簧和用于与所述齿轮相接的杆体，所述杆体的底部设有底座，所述弹簧套设在所述杆体外侧，所述弹簧的一端与所述壳体的内顶面相接，所述弹簧的另一端与所述底座相接，所述推杆结构均活动安装在所述壳体中，所述壳体的顶面上设有可容所述推杆结构伸出的顶孔，各所述推杆结构沿第一预设方向间隔布置；

入挡模块，所述入挡模块包括升降块和动力件，所述升降块的顶面可支承至少一个所述推杆结构，所述升降块的顶面沿第二预设方向逐渐升高，所述动力件与所述升降块连接，所述动力件用于驱动所述升降块沿第二预设方向运动。

2.根据权利要求1所述的变挡装置，其特征在于：所述第二预设方向呈环向。

3.根据权利要求2所述的变挡装置，其特征在于：所述升降块的横剖面呈环形，所述升降块顶面的第一端高于所述升降块顶面第二端，所述升降块顶面的第一端与所述升降块顶面的第二端之间形成阶梯状结构。

4.根据权利要求1或2所述的变挡装置，其特征在于：所述第一预设方向呈环向。

5.根据权利要求1所述的变挡装置，其特征在于：所述推杆结构的数量为四个，四个所述推杆结构分别为正向推杆结构、反向推杆结构、阻尼推杆结构和卡死推杆结构，任一所述推杆结构处于入挡工位时，该所述推杆结构的杆体与所述齿轮相接。

6.根据权利要求5所述的变挡装置，其特征在于：所述正向推杆结构的杆体顶端具有第一斜面，所述反向推杆结构的顶端具有第二斜面，所述第一斜面与所述第二斜面分别可与所述齿轮的齿面相对，处于入挡工位的正向推杆结构第一斜面的倾斜方向与处于入挡工位的反向推杆结构第二斜面的倾斜方向相反。

7.根据权利要求5所述的变挡装置，其特征在于：所述卡死推杆结构的杆体顶端两侧分别具有卡紧面，所述卡死推杆结构处于入挡工位时，所述卡死推杆结构的杆体端部伸入所述齿轮的卡槽中，两个所述卡紧面分别与所述齿轮的各齿面接合。

8.根据权利要求5所述的变挡装置，其特征在于：所述阻尼推杆结构的杆体顶端设有弹性端头，所述阻尼推杆结构处于入挡工位时，所述弹性端头与所述齿轮的齿部相抵接。

9.一种助力器械，其特征在于：包括权利要求1～8中任一项所述的变挡装置。

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