CN213054820U - 一种集成式扁平动力模块及其行走助力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成式扁平动力模块及其行走助力装置，所述集成式扁平动力模块包括主框架、内盖板、外盖板、电机、齿系、输出盘及驱动电路；所述电机包括定子和转子；所述齿系包括平行轴齿系和行星齿系，所述平行轴齿系包括若干级相互啮合的齿轮；所述行星齿系包括太阳轮、若干个行星轮以及齿圈，所述太阳轮和所述平行轴齿系的末级齿轮同轴传递扭矩，所述太阳轮和所述若干个行星轮啮合，所述若干个行星轮和所述齿圈啮合，所述若干个行星轮和输出盘形成旋转联接，所述齿圈固定设置在所述主框架的尾端开孔上；所述驱动电路与所述电机电连接。本实用新型的扁平动力模块设计紧凑贴身，模块化、集成化程度高，整体结构更简单。

Description

一种集成式扁平动力模块及其行走助力装置

技术领域

本实用新型涉及可穿戴外骨骼装置领域，尤其涉及一种集成式扁平动力模块及其行走助力装置。

背景技术

人类在日常工作生活中常常遇到希望增强人体上肢或下肢力量和耐力的情况，可穿戴外骨骼装置是满足这一类应用的装置，包括髋关节助力外骨骼装置、膝关节助力外骨骼装置以及上肢助力外骨骼装置等，现有很多文献披露了这类装置的实现机构。

可穿戴外骨骼装置对于动力模块的重量体积要求很高，尤其是要求轻薄贴身。传统动力模块大多为圆柱状的电机及减速机一体化的结构，用于外骨骼装置上会比较突兀、体积过大且笨重；近些年采用谐波减速机结构的动力模块相对较为轻便，但厚度较大，比较突兀。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种集成式扁平动力模块及其行走助力装置，旨在解决现有动力模块厚度较大、比较突兀、妨碍人体正常活动的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例第一方面提出一种集成式扁平动力模块，包括主框架、内盖板、外盖板、电机、齿系、输出盘及驱动电路；

所述主框架为板状结构，其外侧和内侧均带有凹腔，所述主框架下端带有尾端开孔；

所述内盖板和外盖板均为板状结构，所述内盖板与主框架内侧固联并围合成内腔体；所述外盖板和所述主框架外侧固联，并与所述尾端开孔一并围合成外腔体；

所述电机包括定子和转子，所述定子与所述主框架内侧固联，所述转子与所述定子转动联接；

所述齿系容纳于所述外腔体内，所述齿系包括平行轴齿系和行星齿系，所述平行轴齿系包括若干级相互啮合的齿轮，所述平行轴齿系的首级齿轮与所述转子传动联接；所述行星齿系包括太阳轮、若干个行星轮以及齿圈，所述太阳轮和所述平行轴齿系的末级齿轮传递扭矩，所述太阳轮和所述若干个行星轮啮合，所述若干个行星轮和所述齿圈啮合，所述若干个行星轮和输出盘形成旋转联接，所述齿圈固定设置在所述主框架的尾端开孔上；

所述驱动电路与所述电机电连接，用于驱动电机的转子转动；所述驱动电路与所述电机位置相对，并与所述电机共同容纳在所述内腔体内。

本实用新型实施例第二方面提出了一种行走助力装置，包括背盒、腰杆、集成式动力模块以及腿杆，所述背盒内部带有用于容纳主控电路及电池的空腔，所述主控电路电连接电池，所述背盒设置于穿戴者后腰部；所述腰杆的上端从背盒两侧伸出，沿着穿戴者腰部向两侧髋部延伸，所述腰杆的下端与所述集成式动力模块固联；所述腿杆的上端与所述集成式动力模块的输出盘传动联接，所述腿杆的下端向内弯曲与穿戴者大腿固定，所述集成式动力模块为如第一方面所述的集成式扁平动力模块。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：所述集成式扁平动力模块设计紧凑贴身，模块化、集成化程度高，让使用该装置的外骨骼设备整体结构更加简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型集成式扁平动力模块实施例1的剖面示意图；

图2为本实用新型集成式扁平动力装置实施例1中主框架的立体视图；

图3为本实用新型集成式扁平动力装置实施例1中主框架的另一立体视图；

图4为采用本实用新型行走助力装置实施例1的正视示意图；

图5为采用本实用新型行走助力装置实施例1中腰杆的三维示意图。

附图标记如下：

1—集成式扁平动力模块；11—主框架；111—外腔体；112—内腔体；113—尾端开孔；12—外盖板；121—角度传感开孔；13—内盖板；131—导线开孔；14—电机；141—定子；142—转子；1421—转子轴；15—齿系；151—首级齿轮；152—次级齿轮；153—三级齿轮；154—末级齿轮；155—行星齿系；1551—太阳轮；1552—行星轮；1553—齿圈；16—输出盘；161—输出轴承；162—行星凸轴；17—驱动电路；171—磁编码器；1711—编码磁体；1712—编码传感电路；172—PCB转接件；173—连接电缆；18—角度传感器；181—角度磁体；182—角度传感电路；

2—腰杆；21—通孔；

3—背盒；

4—腿杆；

5—主控电路；

6—电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，本文中提到的联接也指连接，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型实施例。如在本实用新型实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

图1为本实用新型集成式扁平动力模块实施例1的剖面示意图。如图所示，所述集成式扁平动力模块1，其竖直设置于穿戴者髋部附近，贴紧人体一侧为内侧，远离人体的一侧为外侧，所述集成式扁平动力模块1包括主框架11、外盖板12、内盖板13、电机14、齿系15、输出盘16及驱动电路17。

如图2、图3所示，所述主框架11为板状结构，其外侧和内侧均带凹腔，所述主框架11下端带有尾端开孔113。

所述外盖板12、内盖板13均为板状结构，其中，所述外盖板12和所述主框架11外侧固联，所述外盖板12与主框架11外侧凹腔和尾端开孔113一起围合成外腔体111。另外，所述内盖板13与主框架11内侧上半部固联，从而与主框架11内侧凹腔围合成内腔体112。

所述电机14包括定子141与转子142，所述定子141与转子142容纳于所述内腔体112内；所述定子141与所述主框架11上端固联，所述转子142带有一个长的转子轴1421，所述转子轴1421穿过所述主框架11并延伸至外腔体111内。

所述齿系15包括平行轴齿系和行星齿系155，所述齿系15容纳于所述外腔体111内。其中，所述平行轴齿系包括若干级相互啮合的齿轮(如减速齿轮)，所述平行轴齿系具体包括首级齿轮151、次级齿轮152、三级齿轮153、末级齿轮154，其中，所述转子轴1421与所述首级齿轮151固联，所述首级齿轮151和次级齿轮152啮合传递扭矩，所述次级齿轮152设置于三级齿轮153上，所述次级齿轮152和三级齿轮153同轴紧配联接实现力矩传递，所述三级齿轮153和末级齿轮154啮合传递扭矩。

所述行星齿系155包括：太阳轮1551、若干个行星轮1552(后续实施例以3个为例进行说明)以及齿圈1553，所述太阳轮1551和3个行星轮1552啮合，所述3个行星轮1552再和所述齿圈1553啮合；所述太阳轮1551和末级齿轮154为一体结构，同轴传递扭矩；所述齿圈1553设置在主框架11的尾端开孔113上，所述齿圈1553居于尾端开孔113的中部并与所述主框架11传动联接，所述行星齿系155中的行星轮1552为动力输出齿轮。

所述输出盘16带有输出轴承161，所述输出轴承161固联于所述主框架11的尾端开孔113内侧，所述输出盘16与所述主框架11通过所述输出轴承161旋转联接。

所述3个行星轮1552和输出盘16形成旋转联接。具体的，所述输出盘16带有3个行星凸轴162，所述3个行星轮1552通过对应的3个行星凸轴162和输出盘16形成旋转联接，所述3个行星轮1552的转动会带动所述输出盘16转动，输出动力。

所述集成式扁平动力模块的工作原理如下：当电机14的转子142转动时，其上的转子轴1421带动与所述转子轴1421固联的首级齿轮151转动，进而带动次级齿轮152、三级齿轮153、末级齿轮154转动，进而带动太阳轮1551、行星轮1552转动，由于所述齿圈1553与所述主框架11固定无法转动，所述行星轮1552围绕太阳轮1551公转，与所述行星轮1552传动联接的所述输出盘16相对主框架11转动。

所述驱动电路17与所述电机14电连接，可以驱动电机14转动(即转子142转动)；所述驱动电路17通过PCB转接件172与所述主框架11固联，所述驱动电路17与所述电机14位置相对，并与所述电机14共同容纳在所述内腔体112内。

所述驱动电路17上设置有磁编码器171；所述磁编码器171包括编码磁体1711和编码传感电路1712，所述编码传感电路1712设置在所述驱动电路17之上，所述编码磁体1711固定于所述转子142或其延伸体上(如直接设置于所述转子142的中心)，并与所述编码传感电路1712位置相对；所述转子142相对于所述主框架11转动，从而带动所述编码磁体1711相对于所述编码传感电路1712转动，所述编码传感电路1712从而可以感知所述编码磁体1711的位置，因所述定子141与所述主框架11固定，所述编码传感电路1712进而感知所述转子142相对于定子141的相对位置。

本实用新型集成式扁平动力模块1中外盖板12、内盖板13、电机14、输出盘14以及驱动电路17均通过与所述主框架11固联在一起，其中所述外盖板12及齿系15分布在所述主框架11的外侧，所述内盖板13、电机14及驱动电路17分布在所述主框架11的内侧(如内侧上端)，所述输出盘16分布在所述主框架11的内侧(如内侧下端)。

本实用新型集成式扁平动力模块1的结构实现了机电分离，对齿系15进行维护保养只需分离主框架11与外盖板12即可拆除齿系15实施维护，而不需要拆除电机14和驱动电路17；而且，所述转子142靠近所述驱动电路17，所述转子142的转动可带动气流流动，有利于驱动电路17散热。

如图1所示，本实用新型集成式扁平动力模块还包括角度传感器18，所述角度传感器18包括角度磁体181和角度传感电路182，所述外盖板12下端带有角度传感开孔121，所述角度传感电路182固定于所述角度传感开孔121内；因所述末级齿轮154靠近所述角度传感电路182，故可将所述末级齿轮154设定其为传感齿轮，具体的，将所述角度磁体181固定于所述末级齿轮154中心外侧，并与所述角度传感电路182位置相对，这样，所述角度磁体181和角度传感电路182构成角度传感器18，所述末级齿轮154转动会带动所述输出盘16相对于所述主框架11转动，所述角度传感器18通过感知所述末级齿轮154相对外盖板12的转动，即可计算所述输出盘16相对于所述主框架11的转动。

如图1所示，所述内盖板13带有导线开孔131，所述驱动电路17带有若干连接电缆173，所述连接电缆173穿过导线开孔131向外引出。

图4为采用本实用新型集成式扁平动力模块1的行走助力装置的结构示意图。如图4所示，所述行走助力装置采用了本实用新型集成式扁平动力模块1，此外还包括背盒3、腰杆2、腿杆4、主控电路5以及电池6。其中，所述背盒3为空腔结构，其内容纳所述主控电路5及电池6，所述主控电路5电连接电池6，所述背盒3设置于穿戴者后背处，其两侧与所述腰杆2传动联接。所述腰杆2从穿戴者后腰延伸至两侧髋部，并与所述集成式扁平动力模块1固联；所述腿杆4设置于穿戴者大腿两侧，与所述集成式扁平动力模块1中输出盘16传动联接。

图5所示为腰杆2的三维结构图，所述腰杆2为中空结构，带有贯通的通孔21，所述腰杆2的下端和所述内盖板13固联或形成一体结构，所述内盖板13上的导线开孔131和腰杆2内的通孔21贯通，用于容纳所述连接电缆173，所述连接电缆173从导线开孔131引出后沿着所述通孔21连接至所述主控电路5。

图4所示的行走助力装置中，所述主控电路5根据感应到的人体运动数据控制所述驱动电路17驱动电机14转动或输出力矩，从而驱动所述腿杆4相对于所述背盒3及腰杆4相对转动或产生力矩，进而适时地带动与其固定的穿戴者腰背相对于大腿转动或输出力矩，减轻穿戴者行走负荷，或者弯腰负荷。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，尚且本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种集成式扁平动力模块，包括主框架、内盖板、外盖板、电机、齿系、输出盘及驱动电路；

其特征在于，所述主框架为板状结构，其外侧和内侧均带有凹腔，所述主框架下端带有尾端开孔；

所述内盖板和外盖板均为板状结构，所述内盖板与主框架内侧固联并围合成内腔体；所述外盖板和所述主框架外侧固联，并与所述尾端开孔一并围合成外腔体；

所述电机包括定子和转子，所述定子与所述主框架内侧固联，所述转子与所述定子转动联接；

所述齿系容纳于所述外腔体内，所述齿系包括平行轴齿系和行星齿系，所述平行轴齿系包括若干级相互啮合的齿轮，所述平行轴齿系的首级齿轮与所述转子传动联接；所述行星齿系包括太阳轮、若干个行星轮以及齿圈，所述太阳轮和所述平行轴齿系的末级齿轮传递扭矩，所述太阳轮和所述若干个行星轮啮合，所述若干个行星轮和所述齿圈啮合，所述若干个行星轮和输出盘形成旋转联接，所述齿圈固定设置在所述主框架的尾端开孔上；

所述驱动电路与所述电机电连接，用于驱动电机的转子转动；所述驱动电路与所述电机位置相对，并与所述电机共同容纳在所述内腔体内。

2.根据权利要求1所述的集成式扁平动力模块，其特征在于，所述平行轴齿系包括首级齿轮、次级齿轮、三级齿轮、末级齿轮，所述转子上设置有转子轴，所述转子轴与所述首级齿轮固联，所述首级齿轮和次级齿轮啮合传递扭矩，所述次级齿轮设置于三级齿轮上，所述次级齿轮和三级齿轮同轴紧配联接实现力矩传递，所述三级齿轮和末级齿轮啮合传递扭矩。

3.根据权利要求2所述的集成式扁平动力模块，其特征在于，所述太阳轮和末级齿轮为一体结构，所述太阳轮和所述末级齿轮同轴传递扭矩。

4.根据权利要求3所述的集成式扁平动力模块，其特征在于，所述外盖板下端带有角度传感开孔，所述角度传感开孔内固定有角度传感电路，所述末级齿轮上带有角度磁体，且所述角度磁体与所述角度传感电路位置相对。

5.根据权利要求1所述的集成式扁平动力模块，其特征在于，所述驱动电路带有磁编码器，所述磁编码器包括编码磁体与编码传感电路，所述编码传感电路设置于所述驱动电路之上；所述编码磁体设置于所述转子或其延伸体上，且与所述编码传感电路位置相对。

6.根据权利要求1所述的集成式扁平动力模块，其特征在于，所述输出盘带有输出轴承，所述输出轴承固联于所述尾端开孔内侧，所述输出盘与所述主框架通过所述输出轴承旋转联接。

7.根据权利要求1所述的集成式扁平动力模块，其特征在于，所述输出盘带有数量与所述行星轮相同的若干个行星凸轴，所述若干个行星轮均通过对应的行星凸轴和输出盘形成旋转联接。

8.根据权利要求1所述的集成式扁平动力模块，其特征在于，所述内盖板带有导线开孔，所述驱动电路带有若干连接电缆，所述连接电缆穿过导线开孔向外引出。

9.一种行走助力装置，其特征在于，包括背盒、腰杆、集成式动力模块以及腿杆，所述背盒内部带有用于容纳主控电路及电池的空腔，所述主控电路电连接电池，所述背盒设置于穿戴者后腰部；所述腰杆的上端从背盒两侧伸出，沿着穿戴者腰部向两侧髋部延伸，所述腰杆的下端与所述集成式动力模块固联；所述腿杆的上端与所述集成式动力模块的输出盘传动联接，所述腿杆的下端向内弯曲与穿戴者大腿固定，所述集成式动力模块为权利要求1-8任一项所述的集成式扁平动力模块。

10.根据权利要求9所述的行走助力装置，其特征在于，所述腰杆为带有通孔的中空结构，所述腰杆的下端与所述集成式动力模块的内盖板固联或为一体结构，所述内盖板上的导线开孔与所述腰杆的通孔贯通，所述驱动电路上带有的若干连接电缆沿着所述通孔向上连接至所述主控电路。

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