CN114932575A - 用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，属于医疗设备技术领域，包括前端盖、后端盖、谐波减速器、驱动板以及驱动电机；所述前端盖和所述后端盖连接内部形成安装空间；所述谐波减速器嵌入式放置于驱动电机内；所述驱动电机设于前端盖和后端盖之间的安装空间内；驱动板安装于所述前端盖和后端盖之间的安装空间内，且位于所述驱动电机的径向端面上。本发明结构紧凑、扭矩大；将减速器嵌入电机定子内的空间，并且通过将驱动板放置在径向上，使关节模组的空间排列更加紧凑，进一步减小了关节模组的轴向尺寸；在装配时先使用配合环装配减速器与电机定子，再将配合环装配到前端盖上，装配更加方便；结构简单紧凑，质量较轻。

Description

用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组。

背景技术

外骨骼是近几年的研究热门方向。它能够通过在人体外部提供强大动力的方式让操作者完成自身无法完成的任务。而下肢外骨骼作为一种辅助行走装置，它将外骨骼的机械结构和人的双脚耦合在一起，通过人体控制、外部供能的方式使自身不便或无法行走的操作者可以自主行走。并可以设计不同的步态、步速以适应不同的病人，从而提高治疗效果。

关节驱动器作为外骨骼的动力源机构，需要达到稳定性好、安全性高、能效比大、输出力和速度可控以及防止对穿戴者造成二次伤害等关键技术，为了使驱动器更具便携性，现有的关节驱动通常做成关节驱动器模组。

目前市场上也有许多出售的关节电机模组，能够应用于外骨骼关节驱动控制。其结构多采用行星减速器与无框电机的组合。由于行星减速器的底减速比，关节模组不能提供较大的输出扭矩，不能很好的满足下肢外骨骼性能要求。同时由于减速器与电机之间所采用排列方式为前后排列方式，导致关节模组的厚度较大。该类关节模组适合用于小型四足机器人的控制，若用在外骨骼关节控制上则不太方便。

另外，现有的刚性外骨骼装备上的关节模组多采用电机搭配减速器的结构。为了使关节模组更具便携性，通常将其做成一体。传统的关节驱动器的排列方式依次为减速器、电机和驱动板，这种排列方式在轴向上过于拥挤，致使轴向尺寸较大，不满足外骨骼关节驱动器厚度较薄的需求，不便应用于外骨骼关节驱动领域。零件数目较多，且由于结构复杂，造成了装配困难，结构不够紧凑，零件尺寸较大，进而导致关节模组质量过大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，包括：前端盖、后端盖、谐波减速器、驱动板以及驱动电机；所述前端盖和所述后端盖连接内部形成安装空间；所述谐波减速器嵌入式放置于驱动电机内；所述驱动电机设于前端盖和后端盖之间的安装空间内；驱动板安装于所述前端盖和后端盖之间的安装空间内，且位于所述驱动电机的径向端面上。

优选的，所述驱动电机包括与所述前端盖连接的电机定子，以及与所述后端盖可转动连接的电机转子。

优选的，所述电机定子与连接在所述前端盖上的配合环的外端面过盈配合连接，所述谐波减速器可转动的位于所述配合环内。

优选的，所述电机转子通过转子套连接在所述后端盖上，所述转子套上设有与所述电机转子同轴的安装轴，所述安装轴的中部设有通孔，所述通孔内设有磁铁。

优选的，所述后端盖上安装有轴承，所述轴承的内圈过盈配合连接安装轴的外壁，所述电机转子的内壁过盈配合连接在所述转子套上。

优选的，所述谐波减速器的一侧设于与所述安装轴对应的凹槽，所述安装轴的外侧面通过凹槽与所述谐波减速器过盈配合连接。

优选的，所述前端盖和后端盖通过第三螺丝连接；所述配合环通过第一螺丝连接在所述前端盖上。

优选的，所述驱动板通过第二螺丝连接在所述后端盖上；所述电机转子通过第六螺丝与所述转子套连接；所述谐波减速器通过第七螺丝连接所述转子套。

优选的，所述后端盖的外侧通过第五螺丝连接有编码器感应板。

优选的，所述编码器感应板的外侧设有感应板盖，所述感应板盖通过第四螺丝连接在所述后端盖上。

本发明有益效果：结构紧凑、扭矩大，克服了现有关节驱动器模组轴向尺寸大、装配困难、结构复杂和质量大的缺点；将减速器嵌入电机定子内的空间，并且通过将驱动板放置在径向上，使关节模组的空间排列更加紧凑，进一步减小了关节模组的轴向尺寸；在装配时先使用配合环装配减速器与电机定子，再将配合环装配到前端盖上，装配更加方便；结构简单紧凑，质量较轻，更满足外骨骼关节驱动的需要。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，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为本发明实施例所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组立体结构图。

图2为本发明实施例所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组结构分解图。

图3为本发明实施例所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组剖视结构图。

图4为本发明实施例所述的电机转子和转子套装配结构剖视图。

图5为本发明实施例所述的配合环剖视结构图。

图6为本发明实施例所述的转子套剖视结构图。

其中：1-第一螺丝；2-前端盖；3-谐波减速器；4-配合环；5-电机定子；6-电机转子；7-转子套；8-第二螺丝；9-驱动板；10-后端盖；11-第三螺丝；12-编码器感应板；13-感应板盖；14-第四螺丝；15-第五螺丝；16-磁铁；17-轴承；18-第六螺丝；19-第七螺丝；20-安装轴；21-通孔。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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技术和简化描述，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技术的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例

如图1至图6所示，本实施例中，提供的一种用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，包括：前端盖2、后端盖10、谐波减速器3、驱动板9以及驱动电机；所述前端盖2和所述后端盖10连接内部形成安装空间；所述谐波减速器3嵌入式放置于驱动电机内；所述驱动电机设于前端盖2和后端盖10之间的安装空间内；驱动板9安装于所述前端盖2和后端盖10之间的安装空间内，且位于所述驱动电机的径向端面上。

具体的，所述驱动电机包括与所述前端盖2连接的电机定子5，以及与所述后端盖10可转动连接的电机转子6。所述电机定子5与连接在所述前端盖2上的配合环4的外端面过盈配合连接，所述谐波减速器3可转动的位于所述配合环4内。

具体的，所述电机转子6通过转子套7连接在所述后端盖10上，所述转子套7上设有与所述电机转子6同轴的安装轴20，所述安装轴20的中部设有通孔21，所述通孔21内设有磁铁16。

所述后端盖10上安装有轴承17，所述轴承17的内圈过盈配合连接安装轴20的外壁，所述电机转子6的内壁过盈配合连接在所述转子套7的外壁上。所述谐波减速器3的一侧设于与所述安装轴2对应的凹槽，所述安装轴20的外侧面与凹槽过盈配合。

所述前端盖2和后端盖10通过第三螺丝11连接；所述配合环4通过第一螺丝1连接在所述前端盖2上。所述驱动板9通过第二螺丝8连接在所述后端盖10上；所述电机转子6通过第六螺丝18与所述转子套7连接；所述谐波减速器3通过第七螺丝19连接所述转子套7。

所述后端盖10的外侧通过第五螺丝15连接有编码器感应板12。所述编码器感应板12的外侧设有感应板盖13，所述感应板盖13通过第四螺丝14连接在所述后端盖10上。

结合图1至图6，对本实施例的大扭矩关节模组的工作原理进项详细描述如下：

如图2所示，谐波减速器3外圈第一配合面与配合环4内圈第一配合面对应配合，谐波减速器3右端第二配合面与配合环4内侧第二配合面重合。配合环4外圈中间台阶第三配合面与电机定子5内圈第一配合面过盈配合，并用销轴固定防止径向相对移动。配合环4外圈左侧第二轴肩是第四配合面，电机定子5内圈左侧端面是第二配合面，两者重合。

转子套7外圈小径面作为第一配合面与电机转子6内圈第一配合面过盈配合。转子套7外圈阶梯面作为第二配合面与电机转子6右端面重合。多个第六螺丝18组成螺丝组用于联接电机转子6与转子套7。转子套7中间轴外侧作为第三配合面与谐波减速器3波发生器内圈过盈配合。

多个第七螺丝19组成的螺丝组用于联接转子套7与谐波发生器3。转子套7右侧轴外圈第四配合面与轴承17内圈第一配合面过盈配合。转子套7右侧孔壁作为第五配合面与磁铁16外壁配合。

前端盖2内侧第一配合面与配合环4左侧端面重合，并用由多个第一螺丝1组成螺丝组联接。前端盖2右端面作为第二配合面与后端盖10最左侧端面第一配合面重合，并用多个第三螺丝11组成的螺丝组联接。

后端盖10中间内侧第二配合面与轴承17外圈过盈配合，内侧第三配合面与轴承17右端面重合。后端盖10上部分第四配合面与驱动板9右侧端面重合，并用多个第二螺丝8组成的螺丝组联接。后端盖10右侧第五配合面与编码器感应板12左侧面重合，并用多个第五螺丝15组成的螺丝组联接。后端盖10右侧第六配合面与感应板盖13左侧端面重合，并用由多个第四螺丝组成的螺丝组联接。

使用时，通过驱动板9控制电机定子5通电，从而控制电机转子6转动。而由于电机转子6与转子套7联接，因此电机转子6带动转子套7一起转动。由于转子套7与谐波减速器3输入端波发生器联接，因此转子套7带动谐波减速器3输入端一起转动。谐波减速器3输入端的转动经过减速后成为输出端的转动。由于转子套7与磁铁16过盈配合，因此转子套7转动会带动磁铁16转动。而编码器感应板12上搭配有霍尔传感器，能实时监测磁铁16旋转角度并将信号返回给驱动板9，从而控制电机旋转的角度与角速度。

综上所述，本发明实施例所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑式大扭矩关节模组，通过将所述谐波减速器与所述电机做嵌入式放置、将所述驱动板做径向放置来减小轴向尺寸。并通过所述配合环的使用来减小装配难度。所选用的谐波减速器外壁直径小于所述选用的电机定子的内壁直径，安装时可以将所述谐波减速器嵌入到所述电机定子内部，无需在轴向上分开放置，因此，极大减小了所述关节模组的轴向尺寸。将所述驱动板与所述编码器感应板分开，分别制作两个安装板。所述驱动板安装在所述关节模组的径向上，所述编码器感应板安装则在轴向上，由于所述编码器感应板功能简单，尺寸较薄，因此进一步减小了所述关节模组的轴向尺寸。在装配时，可以将谐波减速器、电机定子、电机转子、转子套、轴承和磁铁这些关键部分先装配完毕，再装配其他部分，极大降低装配难度。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，包括：前端盖(2)、后端盖(10)、谐波减速器(3)、驱动板(9)以及驱动电机；所述前端盖(2)和所述后端盖(10)连接内部形成安装空间；所述谐波减速器(3)嵌入式放置于驱动电机内；所述驱动电机设于前端盖(2)和后端盖(10)之间的安装空间内；驱动板(9)安装于所述前端盖(2)和后端盖(10)之间的安装空间内，且位于所述驱动电机的径向端面上。

2.根据权利要求1所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述驱动电机包括与所述前端盖(2)连接的电机定子(5)，以及与所述后端盖(10)可转动连接的电机转子(6)。

3.根据权利要求2所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述电机定子(5)与连接在所述前端盖(2)上的配合环(4)的外端面过盈配合连接，所述谐波减速器(3)可转动的位于所述配合环(4)内。

4.根据权利要求3所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述电机转子(6)通过转子套(7)连接在所述后端盖(10)上，所述转子套(7)上设有与所述电机转子(6)同轴的安装轴(20)，所述安装轴(20)的中部设有通孔(21)，所述通孔(21)内设有磁铁(16)。

5.根据权利要求4所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述后端盖(10)上安装有轴承(17)，所述轴承(17)的内圈过盈配合连接安装轴(20)的外壁，所述电机转子(6)的内壁过盈配合连接在所述转子套(7)的外壁上。

6.根据权利要求5所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述谐波减速器(3)的一侧设于与所述安装轴(20)对应的凹槽，所述安装轴(20)的外侧面与凹槽过盈配合。

7.根据权利要求6所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述前端盖(2)和后端盖(10)通过第三螺丝(11)连接；所述配合环(4)通过第一螺丝(1)连接在所述前端盖(2)上。

8.根据权利要求7所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述驱动板(9)通过第二螺丝(8)连接在所述后端盖(10)上；所述电机转子(6)通过第六螺丝(18)与所述转子套(7)连接；所述谐波减速器(3)通过第七螺丝(19)连接所述转子套(7)。

9.根据权利要求6所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述后端盖(10)的外侧通过第五螺丝(15)连接有编码器感应板(12)。

10.根据权利要求9所述的用于外骨骼关节驱动的紧凑型大扭矩关节模组，其特征在于，所述编码器感应板(12)的外侧设有感应板盖(13)，所述感应板盖(13)通过第四螺丝(14)连接在所述后端盖(10)上。

Images