CN215701676U - 一种适用于人体助力装置的驱动执行器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于人体助力装置的驱动执行器，基座通过固定绑带组件固定在人体踝关节处；在基座上，设有具备一定自由旋转角度的输出轴盘和可驱动输出轴盘旋转的轴盘驱动机构；轴盘驱动机构包括直线运动驱动机构和一端固定在输出轴盘侧面的柔性传动缆；直线运动驱动机构可通过牵拉柔性传动缆带动输出轴盘旋转本装置采用输出轴盘和可驱动输出轴盘旋转的轴盘驱动机构，将现有助力装置的直接驱动改为间接驱动；采用柔性传动缆连接输出轴盘和轴盘驱动机构，使得本执行器具备可为使用人体助力装置助力的操作者提供大的自由度的活动空间，使得助力装置只在需要的时候提供助力，在其他情况下不会对穿戴者产生阻力。
Description
技术领域
本实用新型属于管道支撑技术领域，具体涉及一种适用于人体助力装置的驱动执行器。
背景技术
人体的助力装置又称为外骨骼，主要用于人体体能增强，降低运动新陈代谢，提高运动能力，亦或者医疗康复领域，能使失能的残障人士和老年人重新获得运动能力。应用于人体的助力装置从发展角度仍处于早期阶段，受制于传感器技术，驱动技术，控制技术，执行器功率密度等问题，经典助力装置结构设计庞大，质量重，成本高，动作僵硬，导致其助力效果有限，往往是局部省力，整体费力，仅处在概念产品或者科研阶段，并没有成规模市场应用出现。
如专利申请号为：201710484212.5申请名称为：一种外骨使用的踝关节助力，包括电机、减速器、传动力臂组件、传动固定结构、踝关节传动组件、丝杆升降组件、鞋底，所述电机输出的扭矩通过减速器、传动力臂组件驱动踝关节传动组件转动，并可通过具有伸缩功能的丝杆升降组件调节踝关节传动组件与鞋底的距离，以适应不同穿戴者的脚踝高度。
又如专利申请号为：202010046488.7，申请名称为：踝关节助力外骨骼，包括脚部支撑板、底部与脚部支撑板固定相连的脚踝穿戴组件、与脚踝穿戴组件顶部转动连接的腿部穿戴组件和用于驱动脚踝穿戴组件相对于腿部穿戴组件转动的电磁驱动机构；电磁驱动机构包括导向筒、滑动安装于导向筒中的驱动杆、带动驱动杆移动的磁体件和驱动磁体件沿导向筒移动的电磁线圈，电磁线圈套于导向筒的外侧，磁体件位于电磁线圈中，驱动杆的一端置于导向筒中并与磁体件相连，驱动杆的另一端伸出导向筒，通过电磁驱动机构驱动脚踝穿戴组件相对于腿部穿戴组件转动。
在现有设计中，简单的采用弹簧、皮筋等弹性装置进行助力，这种方式驱动力有限，且活动角度固定，无法为装置提供有效的驱动力；采用电机、电磁线圈乃至液压设备，虽然驱动力大小可控，但是由于是直接驱动人体完成相应动作，因此在机器工作时，人体无相应自由度，可自由活动的角度小，甚至无法自由活动。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题：适应人体踝关节结构，具备活动自由度的适用于人体助力装置的驱动执行器。
本实用新型的技术方案：包括符合人体踝关节生物特征，可匹配踝关节处凸起的基座；所述基座通过固定绑带组件固定在人体踝关节处；在所述基座上，设有具备一定自由旋转角度的输出轴盘和可驱动所述输出轴盘旋转的轴盘驱动机构；
所述轴盘驱动机构包括直线运动驱动机构和一端固定在所述输出轴盘侧面的柔性传动缆；所述直线运动驱动机构可通过牵拉所述柔性传动缆带动所述输出轴盘旋转。
进一步的，所述输出轴盘一侧设有导向轮；所述导向轮可绕其轴心自转；所述输出轴盘与所述导向轮间的间隙可容所述柔性传动缆通过；所述输出轴盘上设有用于固定所述柔性传动缆的传动缆固定端；
当所述柔性传动缆未处于绷紧状态时，所述输出轴盘具备逆时针方向旋转至所述柔性传动缆紧贴于所述输出轴盘侧面的自由度；
当所述柔性传动缆未处于绷紧状态时，所述输出轴盘具备顺时针方向旋转至所述传动缆固定端碰触所述导向轮的自由度；
当所述柔性传动缆处于绷紧状态时，所述输出轴盘具备顺时针旋转至所述传动缆固定端碰触所述导向轮的自由度。
进一步的，所述直线运动驱动机构包括电机定子和电机转子；所述电机转子上设有可随所述电机转子同步转动的滚珠丝杆螺母；所述滚珠丝杆螺母可将所述电机转子绕所述电机定子的旋转运动转换为滚珠丝杆相对所述滚珠丝杆螺母的直线运动。
进一步的，还包括电机传感器，所述电机传感器包括用于检测流经所述电机定子的线圈绕组电流的电流传感器和监测所述电机转子旋转角度的角度传感器。
有益效果：
本实用新型与现有技术相比的有益效果：本装置采用输出轴盘和可驱动输出轴盘旋转的轴盘驱动机构，将现有助力装置的直接驱动改为间接驱动；采用柔性传动缆连接输出轴盘和轴盘驱动机构，使得本执行器具备可为使用人体助力装置助力的操作者提供大的自由度的活动空间，使得助力装置只在需要的时候提供助力，在其他情况下不会对穿戴者产生阻力。
附图说明
图1为本实用新型的具体结构示意图；
图2为轴盘驱动机构的具体结构示意图；
图3为驱动执行器的工作状态分析示意图。
具体实施方式
为了加深本实用新型的理解，下面我们将结合附图对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。
如图1-3所示，本实用新型提供一种适用于人体助力装置的驱动执行器，具体包括轴盘驱动机构32包括直线运动驱动机构和一端固定在输出轴盘侧面的柔性传动缆33；
电机传感器35，主要包含电流传感器与角度传感器；电机传感器35与电机定子321及电机转子322相连，用于检测流经电机定子321线圈绕组的电流以及电机转子322的角度。
滚珠丝杠螺母323，与电机转子322及滚珠丝杠324相连，用于将电机转子323的旋转运动转换为滚珠丝杠324的直线移动。
电机定子321，设置在基座30的一侧；电机转子322，与滚珠丝杠螺母323连接
滚珠丝杠324，与滚珠丝杠螺母323及柔性传动缆33相连，可以将滚珠丝杠螺母323的旋转运动转变直线运动，并将动力传递给柔性传动缆33。
柔性传动缆导向轮34可绕其轴心自转，其轴心固定在基座30上。柔性传动缆导向轮34 用于改变柔性传动缆33的传动方向，通过将柔性传动传动缆33压紧在输出盘31的外径上，使柔性传动传动缆33作用在输出轴盘31上的力臂始终保持与输出轴盘31外径切线方向一致。
柔性传动传动缆33，为具有一定强度的柔性线缆，其一端与滚珠丝杠324相连，另一端固定在输出盘输出轴盘31外径上。用于将滚珠丝杠的支线运动，转变为输出轴盘的旋转运动。
驱动执行器有两种工作状态，分别为输出状态F输与自由状态F自。
这种设计使得助力装置只在需要的时候提供助力，在其他情况下不会对穿戴者产生阻力。
驱动执行器3在输出状态时，电机转子322带动滚珠丝杠螺母323旋转，带动滚珠丝杠 324及柔性传动缆33移动，柔性传动缆33带动输出轴盘31旋转，这个过程中，如果输出轴盘31上有来自输出轴盘31旋转方向相反的阻力F1，比如本实用新型的第一支撑臂12传递来的小腿的阻力，会得柔性传动缆33受到张紧力F2，始终处于紧贴输出轴盘31外侧的紧绷状态；此时，电机转子322的旋转在对阻力的来源做功F转子1，此时滚珠丝杆324受到力F丝杆1的作用，沿远离输出轴盘方向运动；此时第二支撑臂21可带动脚掌绕脚踝处旋转，使脚掌产生向地面的作用力。
此时假如如滚珠丝杆导程1mm，输出轴盘外径周长100mm，则电机转子每转动一圈，丝杆行进1mm，输出传动带轮运动1/100圈，从而实现100倍减速比。因为滚珠丝杠传动效率极高一般98％传动效率，使得该减速机构效率极高。
如图3右侧示图，当人体施加与输出状态方向相反的力F3时，或者当直线运动驱动机构反向旋转时，滚珠丝杠324沿箭头F转子2方向旋转，带动滚珠丝杠324沿箭头F丝杠2方向前进，滚珠丝杠324在滚珠丝杆螺母323的带动下，带动柔性传动缆33反向移动，两者都会使柔性传动缆33处于松弛状态；
此时，在柔性传动缆33松弛的范围内，输出轴盘31可以自由旋转，驱动执行器输出轴盘31进入自由状态，此时第一支撑臂11及第二支撑臂21不会对小腿及脚掌施加力，脚掌处于可自由活动状态。
这种设计的优势是，当小腿与脚掌的伸展运动速度超过驱动执行器3最大速度比如人体弹跳瞬间，相当于人体对驱动执行器3施加了反向的阻力，此时驱动执行器3进入自由状态，本助力装置不会对使用者的运动产生限制。
而当脚掌离开地面，驱动执行器3不需要对外做功，第一支撑臂12需要跟随小腿动作，此时直线运动驱动机构反向旋转，驱动执行器3进入自由状态第一支撑臂12可以自由动作。通过电流传感器与角度传感器，采集两者位置角度信息，即可控制直线运动驱动机构跟随输出轴盘31运动，在脚掌离开地面的状态下，使驱动执行器3始终处于自由状态，但当脚掌接触地面，直线运动驱动机构即刻动作，使柔性传动缆33紧绷，驱动执行器3进入输出状态，进行自由状态与输出状态的快速切换。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种适用于人体助力装置的驱动执行器，其特征在于：包括符合人体踝关节生物特征，可匹配踝关节处凸起的基座(30)；所述基座(30)通过固定绑带组件固定在人体踝关节处；在所述基座(30)上，设有具备一定自由旋转角度的输出轴盘(31)和可驱动所述输出轴盘(31)旋转的轴盘驱动机构(32)；
所述轴盘驱动机构(32)包括直线运动驱动机构和一端固定在所述输出轴盘(31)侧面的柔性传动缆(33)；所述直线运动驱动机构可通过牵拉所述柔性传动缆(33)带动所述输出轴盘(31)旋转。
2.根据权利要求1所述的适用于人体助力装置的驱动执行器，其特征在于：所述输出轴盘(31)一侧设有导向轮(34)；所述导向轮(34)可绕其轴心自转；所述输出轴盘(31)与所述导向轮(34)间的间隙可容所述柔性传动缆(33)通过；所述输出轴盘(31)上设有用于固定所述柔性传动缆(33)的传动缆固定端。
3.根据权利要求2所述的适用于人体助力装置的驱动执行器，其特征在于：所述直线运动驱动机构包括电机定子(321)和电机转子(322)；所述电机转子(322)上设有可随所述电机转子(322)同步转动的滚珠丝杆螺母(323)；所述滚珠丝杆螺母(323)可将所述电机转子(322)绕所述电机定子(321)的旋转运动转换为滚珠丝杆(324)相对所述滚珠丝杆螺母(323)的直线运动。
4.根据权利要求3所述的适用于人体助力装置的驱动执行器，其特征在于：还包括电机传感器(35)，所述电机传感器(35)包括用于检测流经所述电机定子(321)的线圈绕组电流的电流传感器和监测所述电机转子(322)旋转角度的角度传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202121766454.1U CN215701676U (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 一种适用于人体助力装置的驱动执行器 |
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| CN202121766454.1U Active CN215701676U (zh) | 2021-07-28 | 2021-07-28 | 一种适用于人体助力装置的驱动执行器 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN215701676U (zh) |
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- 2021-07-28 CN CN202121766454.1U patent/CN215701676U/zh active Active
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