CN218504512U - 一种外骨骼动力单元及外骨骼系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种外骨骼动力单元及外骨骼系统，通过设置传动轴以实现驱动机构所输出的扭矩的传递，传动轴能够提供制动器以及离合器的安装位置，从而让制动器与离合器均能够装配在传动轴上，制动器用于停止传动轴的宣传或减低传动轴的转速，离合器能够在接合位置和分离位置之间切换，实现与传动机构的连接，这样，离合器与制动器能够均沿传动轴所延伸的方向配置在动力单元内，让动力单元部件装配关系更加合理，提高其结构的紧凑性，从而缩小动力单元的整体尺寸。在外骨骼系统的应用中，在减小系统整机所占用的空间体积的基础上，还能够减小动力单元对机械关节及人体关节所施加的力矩，提高外骨骼系统及穿戴者的负载能力以及穿戴稳定性。

Description

一种外骨骼动力单元及外骨骼系统

技术领域

本公开涉及机械关节的技术领域，尤其涉及一种外骨骼动力单元及外骨骼系统。

背景技术

机械外骨骼，是一种可让人体穿上的机器装置，机械外骨骼主要用于辅助穿戴者肢体进行运动。

现有的机械外骨骼中，一般采用两活动构件铰接的方式为穿戴者关节提供相应的活动自由度。以有源外骨骼为例，机械关节通过动力单元实现对活动构件之间施加力矩，从而提供穿戴者一定的助力效果。而为了避免机械关节在断电后，减速机增大扭矩以及电机本身的重量使得结构上反驱动力非常大，让穿戴者关节不能灵活转动，目前的外骨骼会通过在动力单元中增设离合器以实现机械外骨骼的助力模式与自由模式的切换。

而为了增加穿戴者在特定动作下的稳定性，动力单元中可以设置制动器，以让活动构件之间在特定情况下能够被相对固定，支撑穿戴者的肢体，为其在特定动作下提供助力。

但是，若动力单元同时采用上述离合器与制动器，会存在动力单元所涉及的物料部件较多的问题，各部件在动力单元内部结构紧凑性较低，从而会导致动力单元整体尺寸较大，体积较大的动力单元还有可能会在机械关节上形成一定的径向力矩，对穿戴者关节或机械关节本身构成影响，也增加了关节组件的装配难度，影响了设备整机的一体性。

实用新型内容

本公开实施例的目的在于：提供一种外骨骼动力单元及外骨骼系统，将制动器与离合器设置在同一传动轴上，以解决外骨骼动力单元体积过大、力臂过长导致的外骨骼系统稳定性较差等相关问题。

为达上述目的，本公开采用以下技术方案：

第一方面，提供一种外骨骼动力单元，包括：

驱动机构，设置有用于传递所述驱动机构扭矩的传动轴；

制动器，其至少部分设置于所述传动轴之上，所述制动器用于停止所述传动轴或减低所述传动轴的转速；

传动机构；以及

离合器，设置在所述传动轴与所述传动机构之间，所述离合器可在接合位置与分离位置之间切换，当所述离合器处于所述接合位置时，所述传动轴与所述传动机构之间通过所述离合器传动连接；当所述离合器处于所述分离位置时，所述传动轴与所述传动机构分离。

作为一种可选的实施方式，还包括：

安装座，所述安装座提供第一构件的安装位置；

所述驱动机构包括可相对运动的固定端以及驱动端，所述固定端被配置为与所述安装座相对固定，所述驱动端连接所述传动轴；

所述传动机构被配置为可相对于所述安装座运动，并提供第二构件的安装位置。

作为一种可选的实施方式，所述传动机构为谐波减速机，所述谐波减速机包括:

波发生器，所述离合器设置在所述波发生器与所述传动轴之间，所述传动轴可通过所述离合器实现与所述波发生器的连接或分离；

柔轮，固定套设于所述波发生器；

钢轮，套设于所述柔轮并与所述柔轮啮合传动，所述钢轮与所述安装座之间活动连接。

作为一种可选的实施方式，所述安装座内形成有容置空间，并且所述容置空间内设置有安装板；

所述安装板的第一侧提供所述制动器的安装位置；

所述安装板的第二侧提供所述离合器的安装位置。

作为一种可选的实施方式，所述安装板上贯通有活动通孔，所述活动通孔提供所述传动轴由所述安装板一侧穿至其另一侧的空间。

作为一种可选的实施方式，所述安装板上贯通有多个散热孔。

作为一种可选的实施方式，所述制动器包括：

制动部，与所述安装板相对固定；

第一活动部，连接于所述传动轴并可随所述传动轴转动；

所述制动器可在制动位置与放松位置之间运动，当所述制动器处于所述制动位置时，所述制动部与所述第一活动部相抵；当所述制动器处于所述放松位置时，所述制动部与所述第一活动部分离。

作为一种可选的实施方式，所述制动部包括：

第一定位座，固定安装于所述安装板；

第一固定板，与所述第一定位座连接，所述第一定位座与所述第一固定板之间形成有第一活动空间，所述第一活动部设置于所述第一活动空间，以使所述第一活动部可在靠近和远离所述第一固定板的方向往复运动；

第一磁吸件，活动设置在第一活动空间内；

第一线圈组件，设置于所述第一定位座内，所述第一线圈组件被配置为在上电状态下吸合所述第一磁吸件，以使所述第一磁吸件处于与所述第一固定板分离的放松位置；

第一弹性复位件，设置于所述第一定位座并作用于所述第一磁吸件，在所述第一线圈组件处于断电状态下，所述第一弹性复位件将所述第一磁吸件抵向所述第一固定板，以使所述第一磁吸件将第一活动部抵紧在所述第一固定板上。作为一种可选的实施方式，所述驱动机构设置在所述容置空间，所述驱动机构与所述制动器位于所述安装板的同一侧，所述驱动机构包括：

电机定子，固设于所述安装座内，所述电机定子限定有中通的通孔；

电机转子，活动设置于所述通孔，所述电机转子与所述传动轴固定连接，并形成有沿所述传动轴轴向延伸的内腔，所述内腔靠近所述安装板的一侧形成有腔口；

所述制动器设置在所述内腔当中。

作为一种可选的实施方式，所述离合器包括：

连接部，连接于所述传动轴并可随所述传动轴转动；

第二活动部，与所述传动机构连接；

当所述离合器处于所述接合位置时，所述连接部与所述第二活动部相抵；当所述离合器处于所述分离位置时，所述连接部与所述第二活动部分离。

作为一种可选的实施方式，所述离合器还包括：

第二定位座，固定安装于所述安装板，所述连接部设置在所述第二定位座与所述第二活动部之间，且所述传动机构与所述连接部之间形成有第二活动空间，以使所述第二活动部可在靠近和远离所述连接部的方向往复运动；

第二线圈组件，设置于所述第二定位座内，所述第二线圈组件被配置为在上电状态下吸合所述第二活动部，以使所述第二活动部处于与所述连接部相抵的接合位置；

第二弹性复位件，设置在所述传动机构与所述第二活动部之间，在所述第二线圈组件处于断电状态下，所述第二弹性复位件作用于所述第二活动部，以带动所述第二活动部复位至脱离所述连接部的分离位置。

作为一种可选的实施方式，所述传动机构与所述第二活动部之间设置有连接块，所述连接块与所述连接部之间围合形成所述第二活动空间；

所述第二弹性复位件设置在所述连接块与所述第二活动部之间。

第二方面，提供一种外骨骼系统，包括：

如上所述的外骨骼动力单元。

本公开的有益效果为：该外骨骼动力单元通过设置传动轴以实现驱动机构所输出的扭矩的传递，传动轴能够提供制动器以及离合器的安装位置，从而让制动器与离合器均能够装配在传动轴上，并沿传动轴所延伸的方向配置在动力单元内，让动力单元部件装配关系更加合理，提高其结构的紧凑性，从而缩小动力单元的整体尺寸。

外骨骼动力单元在外骨骼系统的应用中，在减小系统整机所占用的空间体积的基础上，还能够减小动力单元对机械关节及人体关节所施加的力矩，提高外骨骼系统及穿戴者的负载能力以及穿戴稳定性，也能够避免穿戴者过于臃肿，活动不便的问题。制动器与离合器能够采用单独供电的方式实现独立控制，满足穿戴者在不同情况下的需求。

附图说明

下面根据附图和实施例对本公开作进一步详细说明。

图1为本公开实施例所述外骨骼动力单元整体结构示意图；

图2为本公开实施例所述外骨骼动力单元整体结构剖视图；

图3为本公开实施例所述外骨骼动力单元局部结构剖视图；

图4为本公开实施例所述外骨骼动力单元爆炸图之一；

图5为本公开实施例所述外骨骼动力单元爆炸图之二；

图6为本公开实施例所述制动器爆炸图之一；

图7为本公开实施例所述制动器爆炸图之二。

图中：10、驱动机构；11、电机定子；12、电机转子；121、内腔；20、传动轴；30、制动器；31、第一活动部；32、第一定位座；321、定位槽； 33、第一固定板；331、定位柱；34、第一磁吸件；341、挂置槽；35、第一弹性复位件；40、传动机构；41、波发生器；42、柔轮；43、钢轮；50、离合器；51、连接部；52、第二活动部；521、传动柱；53、第二定位座；54、第二线圈组件；55、第二弹性复位件；56、连接块；561、传动孔；60、安装座；61、安装板；611、活动通孔；612、散热孔；62、开口；63、第一安装腔；64、第二安装腔；70、第一轴承；80、第二轴承；90、第三轴承。

具体实施方式

为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域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，都属于本公开保护的范围。

在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-图3所示，本实施例提供一种外骨骼动力单元，旨意在于减小动力单元体积尺寸，提高其运动过程中的稳定性，以及减小其对外骨骼系统及穿戴者的影响。

本实施方式的外骨骼系统以有源外骨骼为例，其可以配置为穿戴在在穿戴者上身的上肢外骨骼，也可以配置为穿戴在人体下身的下肢外骨骼，外骨骼动力单元能够应用在外骨骼系统中的机械关节中，以其中一机械关节为例，机械关节包括第一构件与第二构件，第一构件与第二构件通过转动连接的方式提供该机械关节的活动自由度，穿戴状态下，机械关节的转动连接处与穿戴者关节相对应。本实施方式中，以机械关节配置在下肢外骨骼系统为例，第一构件与第二构件可分别设置在穿戴者的大腿与小腿、躯干与大腿或小腿与足部之上，从而为穿戴者髋关节、膝关节、踝关节中的任一关节提供相应的活动自由度，并在外骨骼系统的穿戴组件的协同下，确保构件与穿戴者肢体之间的同步性。

可以理解的是，外骨骼系统中，第一构件、第二构件需要具有一定刚性，以达到可供力传递的目的，其可以采用金属材质，例如：铝质材料，铝合金材料、铜质材料、铜合金材料、铁质材料、不锈钢材料，也可以采用塑料、碳纤维材料等一种或多种的结合，一般采用刚性较高，具备一定抵抗切向扭矩能力，质量较小，适用于无源外骨骼的轻便要求的材料。同时，外骨骼系统中还包括有软质材料，软质材料一般用于上述的穿戴组件中，以使穿戴组件能够适于不同身材体型的穿戴者肢体，从而让穿戴者肢体与外骨骼系统之间具有良好的顺应性。

本实施方式的外骨骼动力单元包括驱动机构10，驱动机构10在上电状态下可用于输出助力力矩，从而在外骨骼系统的应用中为穿戴者关节提供助力，而为了让助力力矩能够从驱动机构10传递至机械关节上，驱动机构10设置有传动轴20，传动轴20去驱动机构10的驱动端连接，在外骨骼系统的应用中，驱动机构10的固定端配置为与第一构件相对固定，驱动机构10的驱动端被配置为与第二构件传动连接，在驱动端相对于固定端运动的过程中，达到带动第一构件与第二构件相对运动，以将助力力矩通过各构件传递至穿戴者肢体的效果。

外骨骼系统通过电源为外骨骼动力单元提供电能，并在穿戴状态下，通过检测机构实时检测穿戴者运动意图，在通过控制外骨骼动力单元实现上述运动，实现人机交互协调运动的目的。

而为了增加穿戴者在特定动作下的稳定性，外骨骼动力单元中设置有制动器30，制动器30被配置为部分与驱动机构10的固定端相对固定，另一部分设置于传动轴20，其通过两部分之间的配合能够实现传动轴20的停置或在传动轴 20随驱动端旋转过程中降低其转速，以让第一构件与第二构件之间在特定情况下能够被相对固定或降低偏转速度，如穿戴者在直立状态下利用制动器30抱紧传动轴20，使传动轴20相对于固定端固定，以使第一构件与第二构件之间无法实现偏转，以让外骨骼系统的重量能够顺利地通过第一构件传递至第二构件，也能够为穿戴者的直立状态提供更好的助力效果，或穿戴者在其他姿态下保持传动轴20的固定，有利于穿戴者保持在一个姿态状态下。

在外骨骼动力单元上还设有传动机构40，传动机构40被配置为可相对于驱动机构10的固定端旋转，在外骨骼系统的应用中，传动机构40提供第二构件的安装位置，实现第二构件与第一构件可分别装配在不同的部件上相对旋转的效果。

接上述，为了避免外骨骼系统在断电后(如电源电量耗尽)，穿戴者受外骨骼动力单元增大扭矩以及驱动机构10本身的重量影响，使得结构上反驱动力非常大，让穿戴者不能灵活运动的情况，本实施方式的外骨骼动力单元还包括离合器50，离合器50设置在传动轴20与传动机构40之间，离合器50可在接合位置与分离位置之间进行切换，传动轴20与传动机构40之间根据离合器50 在不同位置状态下的切换实现传动连接或断开连接，具体的，当离合器50处于接合位置时，传动轴20与传动机构40之间通过离合器50传动连接；当离合器 50处于分离位置时，传动轴20与传动机构40分离。在外骨骼系统的应用中，当外骨骼系统处于上电状态下(外骨骼系统电源电量未被耗尽，且设置电源为外骨骼动力单元提供助力用电能的情况)，离合器50可以处于接合位置(传动轴20通过离合器50与传动机构40传动连接)，通过驱动机构10固定端与驱动端的相对运动，能够让第一构件与第二构件相对转动，为穿戴者提供助力效果；当外骨骼系统处于断电状态下(外骨骼系统电源电量耗尽，或设置电源断开对外骨骼动力单元的供电)，离合器50可以处于分离位置(传动轴20与传动机构40之间断开连接)，这样，第一构件与第二构件之间无需通过外骨骼动力单元驱动运动，第一构件与第二构件之间可以直接通过穿戴者肢体反向施加作用力实现相对运动，此状态下，穿戴者在反向驱动外骨骼系统的过程中，作用力不会传递至传动机构40及驱动机构10，这样，穿戴者就不需要克服驱动机构10及传动机构40的阻力矩，在外骨骼系统断电的情况下，相比传统为配置离合器50的外骨骼系统一定程度上能够减小穿戴者体能消耗。

通过实施上述的技术方案，外骨骼动力单元通过设置传动轴20以提供制动器30以及离合器50的安装位置，从而让制动器30与离合器50均能够装配在传动轴20上，并沿传动轴20所延伸的方向配置在动力单元内，让动力单元部件装配关系更加合理，提高其结构的紧凑性，从而缩小动力单元的整体尺寸，并且，制动器30与离合器50均能够通过与传动轴20的连接实现传动轴20停止、减速以及与第二构件之间传动连接的效果，制动器30与离合器50一体的结构也让该外骨骼动力单元能够提供更多满足于穿戴者需求的功能。外骨骼动力单元在外骨骼系统的应用中，在减小系统整机所占用的空间体积的基础上，还能够减小动力单元对机械关节及人体关节所施加的力矩，提高外骨骼系统及穿戴者的负载能力以及穿戴稳定性，也能够避免穿戴者过于臃肿，活动不便的问题。制动器30与离合器50能够采用单独供电的方式实现独立控制，满足穿戴者在不同情况下的需求。

在上述方案中，传动机构40作为传动轴20与第二构件之间的传动件之一，其所起作用除了为离合器50在接合位置状态下提供连接位置以外，还能够将其配置为提供一定功能效果的装置、组件等，如将传动机构40配置为具有提高传动轴20输出扭矩、降低其转速的传动减速机等。

该外骨骼动力单元通过设置传动轴20以实现驱动机构10所输出的扭矩的传递，传动轴20能够提供制动器30以及离合器50的安装位置，从而让制动器 30与离合器50均能够装配在传动轴20上，并沿传动轴20所延伸的方向配置在动力单元内，让动力单元部件装配关系更加合理，提高其结构的紧凑性，从而缩小动力单元的整体尺寸。

外骨骼动力单元在外骨骼系统的应用中，在减小系统整机所占用的空间体积的基础上，还能够减小动力单元对机械关节及人体关节所施加的力矩，提高外骨骼系统及穿戴者的负载能力以及穿戴稳定性，也能够避免穿戴者过于臃肿，活动不便的问题。制动器30与离合器50能够采用单独供电的方式实现独立控制，满足穿戴者在不同情况下的需求。

如图2-图5所示，作为外骨骼动力单元的具体方案，该动力单元还包括安装座60，安装座60提供上述第一构件的安装位置，如上所述，驱动机构10包括可相对运动的固定端以及驱动端，固定端与安装座60相对固定，驱动端连接传动轴20，传动机构40设置在安装座60的外部，其可相对于安装座60运动。这里，安装座60主要作为驱动机构10的固定端与第一构件连接的媒介，其次用于为各部件提供一定的保护作用，本实施方式中，安装座60可以为壳体结构，本实施方式中，为了后续配合机械构件的安装以及其他零部件、电器元件的安装，安装座60大致呈圆筒状结构，安装座60内形成有中通的容置空间，安装座60至少一端开设有与其内部连通的开口62，开口62可便于容置空间中的零部件的拆装，也能够让传动轴20通过开口62与传动机构40实现相连。

进一步的，容置空间内设置有安装板61，本实施方式中，安装板61沿圆筒结构的安装座60内部横置在容置空间内，以将容置空间分隔呈第一安装腔63 以及第二安装腔64，安装板61的第一侧提供制动器30的安装位置，安装板61 的第二侧提供离合器50的安装位置，可以理解的是，为了有利于离合器50与传动机构40的接合与分离，本实施方式中安装板61的第二侧定义为安装板61 靠近上述开口62的一侧。在外骨骼动力单元装配状态下，驱动机构10可根据实际部件的尺寸及部件之间相互配合的关系设置在第一安装腔63或第二安装腔 64内，在上述结构的基础上，如图2-图3所示，若驱动机构10设置在第一安装腔63内，传动轴20则由驱动机构10的一端往第二安装腔64方向延伸至靠近开口62的位置，实现与离合器50的连接，而为了避免安装板61对传动轴20 构成干涉，安装板61上贯通有活动通孔611，活动通孔611能够提供传动轴20 由安装板61第一侧穿至其第二侧的空间；另一实施方式中，若驱动机构10设置在第二安装腔64内，传动轴20则分别往开口62一端及第一安装腔63方向延伸至第一安装腔63内，实现与制动器30的连接，如上所述，为了避免安装板61对传动轴20构成干涉，安装板61上贯通有活动通孔611，活动通孔611 能够提供传动轴20由安装板61第二侧穿至其第一侧的空间。

根据上述驱动机构10设置在第一安装腔63内的实施方式，为了保证传动轴20在随驱动端转动的过程中的稳定性，传动轴20一端按上述描述延伸至靠近开口62的位置，传动轴20的另一端往远离开口62的方向延伸。并且，传动轴20穿过安装板61的位置与活动通孔611之间设置有第一轴承70，传动轴20 远离开口62的一端与安装座60之间设置第二轴承80，第一轴承70与第二轴承 80通过滚动的方式来降低传动轴20转动过程中与安装座60之间的摩擦力，以提高助力矩的传递效率。本实施方式中，第一轴承70与第二轴承80分别采用滚珠轴承，滚珠轴承支持径向和轴向载荷，从而避免传动轴20在传递力矩的过程中发成位移或者形变等情况的发生。

进一步的，安装板61上贯通有多个散热孔612，驱动机构10在运转过程中所产生的热量能够通过各散热孔612去其他安装腔内的空气进行换热，外骨骼动力单元外部的空气也能够在进入安装座60内之后通过散热孔612提高与外骨骼动力单元的换热效率，可以理解的是，在安装座60的外部也同样可开设多个贯通安装座60内外两侧壁的散热孔612，开设在安装座60表面的散热孔612可环绕安装座60的外周面排列设置，进一步提高外骨骼动力单元的散热效率。并且，散热孔612能够让外骨骼动力单元整体更为轻量化，在确保转各构件的结构强度的前提下，尽可能让外骨骼动力单元的加工耗材更少，有效减小外骨骼动力单元在机械关节上形成的力矩，进而让外骨骼系统整机轻量化，也降低了机械关节与穿戴者关节的负担。

本实施方式中，将传动机构40设置为谐波减速机，谐波减速机包括作为谐波减速机输入端的波发生器41，作为谐波减速机输出端的钢轮43，以及设置在波发生器41与钢轮43之间的柔轮42。离合器50设置在波发生器41与传动轴 20之间，传动轴20可通过离合器50实现与波发生器41的连接或分离，柔轮 42固定套设于波发生器41，钢轮43套设于柔轮42并与柔轮42啮合传动，钢轮43与安装座60之间活动连接。

本实施方式中，谐波减速机根据安装座60的结构尺寸及安装座60内部所设部件的位置关系，可选择的至少部分安装在容置空间内或完全设置在安装座 60的外部，可以理解的，谐波减速机具有传动速比大、承载能力高、传动精度高以及传动效率高、运动平稳等特点，其除了用于降低驱动机构10输出转速的同时，还可提高关外骨骼动力单元整体的输出稳定性，让离合器50处于接合位置时，第一构件与第二构件的相对运动更加平稳。

为了进一步提高外骨骼动力单元的输出稳定性，上述钢轮43与安装座60 之前可通过设置第三轴承90，从而提高钢轮43在转动输出过程中的稳定性。本实施方式中，第三轴承90可以采用交叉滚子轴承。

一实施方式中，制动器30包括制动部以及第一活动部31，可以理解的是，为了让制动器30具备放松传动轴20以及抱紧传动轴20让其减速或停止的效果，制动部作为制动器30的固定构件与安装板61相对固定，而第一活动部31则连接于传动轴20，在传动轴20随驱动端转动的过程中，第一活动部31也随传动轴20转动。

为了让制动器30具备制动传动轴20的功能，制动器30被配置为可在制动位置与放松位置之间运动，当制动器30处于制动位置时，制动部与第一活动部 31相抵；当制动器30处于放松位置时，制动部与第一活动部31分离。这里，为了实现制动器30与第一活动部31之间的相抵与分离，制动部和/或第一活动部31之间具有一定可相互移动靠近或相互移动远离的运动自由度，根据以上描述可以理解的是，制动部可在靠近第一活动部31和远离第一固定板33的方向上运动；第二种实施方式中，也可以是第一活动部31可在靠近制动部和远离制动部的方向上运动；第三种实施方式中，还可以为制动部可在靠近第一活动部 31和远离第一活动部31的方向上运动，第一活动部31可在靠近制动部和远离制动部的方向上运动，实现制动部与第一活动部31的同时运动，实现两者的相抵和分离。

如图4-图7所示，本实施方式的制动器30采用电磁式制动器30，当然，本实施方式中的制动器30还可以为机械关节领域中其他常用的制动方式的刹车装置。所示的制动部包括第一定位座32、第一固定板33、第一磁吸件34、第一线圈组件以及第一弹簧复位件，第一定位座32中部形成有贯通的通孔结构，以在安装于安装板61的状态下提供传动轴20活动穿过的空间，反观，第一定位座32采用套设的方式活动套接于传动轴20的外部，也能够让第一定位座32内提供设置第一线圈组件的安装空间。

第一固定板33与第一定位座32连接，第一定位座32与第一固定板33之间形成有第一活动空间，第一活动部31设置于第一活动空间，以使第一磁吸件 34可在靠近和远离所述第一活动部31的方向往复运动，同样，第一磁吸件34 活动设置在第一活动空间内。第一定位座32与第一固定板33之间形成有第一活动空间，第一活动空间提供第一磁吸件34与第一活动部31相互远离和相互靠近第一固定板33的活动位置。并且，第一磁吸件34与第一定位座32的轴向形状类似，均呈近似与环状的结构，与第一定位座32周向固定，从而实现活动套设在传动轴20外周的效果，并且，这里，第一磁吸件34与第一活动部31的总厚度需小于第一活动空间，从而让第一磁吸件34与第一活动部31具有在靠近和远离第一固定板33的方向往复运动的自由度，根据以上描述可以理解的是，第一活动部31与传动轴20处于周向固定的连接方式，第一磁吸件34与第一定位座32以及第一活动部31在常规状态下为相互独立的构件，第一磁吸件34与第一定位座32之间，以及第一磁吸件34与第一活动部31之间均不具备连接关系。

需要说明的是，第一磁吸件34采用磁性材料制作而成，以让第一磁吸件34 在磁场反应下能够作出相应的反应，通过在第一定位座32内设置第一线圈组件，使第一线圈组件在上电状态下能够产生磁场，从而吸合第一磁吸件34，在此状态下，第一磁吸件34抵紧在第一定位座32表面，第一磁吸件34与第一活动部 31之间形成一定的间隙，以使第一活动部31同样与第一固定板33之间处于分离的放松位置，这样，传动轴20则不受制动器30的影响，能够正常地随驱动端转动。

而为了实现第一磁吸件34能够驱动第一活动部31运动至制动位置，与第一固定板33相抵实现制动，第一弹性复位件35设置在第一定位座32内，其具体设置在第一定位座32靠近第一磁吸件34的一侧，从而让第一弹性复位件35 分别并作用于第一定位座32以及第一磁吸件34，并且第一弹性复位件35的作用方向为朝第一活动部31的方向，如图3、图6所示，第一定位座32靠近第一磁吸件34的一侧表面开设有定位槽321，定位槽321用于容纳第一弹性复位件 35，第一弹性复位件35的一端作用于定位槽321的槽底，以实现作用于第一定位座32，第一弹性复位件35的另一端从定位槽321的槽口伸出以实现作用在第一磁吸件34上，这样，在第一线圈组件处于断电状态下，第一磁吸件34在失去第一线圈组件的磁场影响下，被第一弹性复位件35抵向第一固定板33，以将第一活动部31抵向第一固定板33，最终，第一活动部31与第一固定板33处于相抵的制动位置。

本实施方式中，为了让制动位置状态下的制动器30能够让传动轴20在任何转动位置下均能够被其所制动减速/停置，第一活动部31、第一固定板33与第一定位座32、第一磁吸件34的轴向形状类似，均大致呈环状结构。并且，为了提高第一活动部31与传动轴20的连接，第一活动部31与传动轴20之间采用四边轴套连接。

如图2-图7所示，并且，为了提高制动位置下的摩擦力，本实施方式的第一活动部31设置为刹车片(刹车皮)，对应的，第一固定板33靠近第一活动部31的一侧设置为粗糙的摩擦面，从而提高第一活动部31与第一固定板33之间在相抵状态下的摩擦力，通过提高制动状态下的摩擦系数，能够让穿戴者固定在特定动作的状态下进一步提高外骨骼系统的稳定性，提高外骨骼系统对穿戴者的支撑效果。

本实施方式中，由于第一磁吸件34与第一定位座32、第一活动部31之间不具备固定连接的关系，因此，为了避免第一磁吸件34随重力方向下坠，从而与传动轴20之间发生干涉的情况，在第一固定板33的外沿与第一定位座32的外沿之间设置多根环绕传动轴20设置的定位柱331，对应的，第一磁吸件34对应各定位柱331设置多个挂置槽341，通过挂置槽341与定位柱331的配合，以使第一磁吸件34能够被载置在定位柱331上，并且，定位柱331也能提供第一磁吸件34沿靠近或远离第一固定板33方向运动的导向。

为了进一步提高外骨骼动力单元的结构紧凑性，驱动机构10设置在容置空间，驱动机构10与制动器30位于安装板61的同一侧，具体的，驱动机构10 配置为电机，其可以为三相无刷直流电机，从而增加动力单元的扭矩密度。该驱动机构10包括电机定子11以及电机转子12，电机定子11固设于安装座60 内，电机定子11限定有中通的通孔，电机转子12活动设置于通孔，电机转子 12与传动轴20固定连接，并形成有沿传动轴20轴向延伸的内腔121，内腔121 靠近安装板61的一侧形成有腔口。

如图2-图3所示，电机转子12由靠近电机定子11的一侧往远离开口62的方向延伸，从而让电机转子12的前侧与电机定子11的内侧之间形成上述的内腔121，内腔121提供制动器30的安装位置，制动器30设置在内腔121当中，制动器30的周部能够被电机转子12所环绕，节省电机与制动器30均安装在第一安装腔63内的轴向空间。

一实施方式中，离合器50采用电磁式离合器50，当然，离合器50还可以采用其他结构形式的离合器50，如机械离合器50、电机驱动离合器50、电磁离合器50、电磁销离合器50、液压离合器50和/或气动离合器50中的一种。

电磁式驱动的离合器50包括连接部51以及第二活动部52，连接部51连接于传动轴20并可随传动轴20转动，第二活动部52与传动机构40连接。当离合器50处于接合位置时，连接部51与第二活动部52相抵；当离合器50处于分离位置时，连接部51与第二活动部52分离。

如图2-图5所示，可以理解的是，电磁式离合器50的驱动远离与电磁式的制动器30相似，进一步，离合器50还包括第二定位座53，第二定位座53作为离合器50的定子，其固定安装于安装板61，连接部51作为离合器50的转子，其设置在第二定位座53与第二活动部52之间，且谐波减速机与连接部51之间形成有第二活动空间，以使第二活动部52可在靠近和远离连接部51的方向往复运动。

第二线圈组件54，设置于第二定位座53内，可以理解的是，第二定位座 53为了提供第二线圈组件54的安装位置，其同样采用环状结构，以活动套设在传动轴20的外周，并且，第二活动部52采用磁性材料制作，在第二线圈组件 54为上电状态下，第二线圈组件54所产生的磁场吸合第二活动部52，以使第二活动部52处于与连接部51相抵的接合位置。

第二弹性复位件55，设置在传动机构40与第二活动部52之间，在第二线圈组件54处于断电状态下，第二弹性复位件55作用于第二活动部52，以带动第二活动部52复位至脱离连接部51的分离位置。

为了提高离合器50在接合位置下与谐波减速机之间的连接稳定性，本实施方式中的连接部51与第二活动部52均可采用盘状结构的形式，并且，连接部 51与第二活动部52相对的一侧形成粗糙的摩擦面，这样的设置方式能够最大限度提高接合位置状态下连接部51与第二活动部52之间的接触面积，并且提高两者间的摩擦力，并且，由于波发生器41的连接面也大致呈圆形结构，也能够提高第二活动部52与波发生器41之间的传动稳定性，从而让传动轴20所输出的扭矩能够平均地通过连接部51以及第二活动部52传递至波发生器41上。

由于波发生器41与第二活动部52之间不具备固定连接关系，为了让波发生器41既能够提供第二活动部52的活动自由度，也让第二活动部52在远离波发生器41之后能够稳定地传递扭矩至其之上，本实施方式在波发生器41与第二活动部52之间设置连接块56，连接块56一端为连接法兰结构，从而提供与波发生器41稳定固定连接的位置，连接块56的另一侧呈桶状结构，其与连接部51之间围合形成第二活动空间，并且，桶状结构也能够对第二活动部52的运动起到一定的导向作用。

如图4-图5所示，第二活动部52与连接块56之间设置有传动结构，传动结构被配置为提供第二活动部52沿传动轴20轴向运动的活动自由度，并让第二活动部52与连接块56的周向固定。

所述的传动结构包括传动柱521以及传动孔561，传动柱521与传动孔561 分别设置在第二活动部52与连接块56上，并且，传动柱521与传动孔561的中心线与传动轴20的转动轴线相互平行，传动柱521与传动孔561之间间隙配合，以提供第二活动部52沿传动轴20轴向运动的自由度。而不管第二活动部 52处于接合位置还是分离位置，传动柱521与传动孔561之间均保持配合状态，避免两者在脱离配合后，第二活动部52在接合位置上难以再重新与连接块56 之间形成传动配合的关系。

而第二弹性复位件55设置在连接块56与第二活动部52之间，本实施方式的第二弹性复位件55采用具备一定弹性复位性能的金属片，本实施方式中，第二弹性复位件55分别连接连接块56以及第二活动部52，在第二活动部52处于分离状态下，第二弹性复位件55处于扁平的初始状态，当第二活动部52由分离位置运动至接合位置的过程中，第二活动部52会拉扯第二弹性复位件55形变，从而让第二弹性复位件55储蓄弹性复位的弹性作用力，以在第二活动部52 失去磁场磁吸作用后，被第二弹性复位件55往远离连接部51的方向拉扯至分离位置。

综上，通过采用上述方案，能够让外骨骼动力单元同时设置制动器30与离合器50，并且在两个器件同时存在的情况下，保持外骨骼动力单元具有较小的体积尺寸，避免对外骨骼系统及人体关节构成影响。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本公开的技术原理。这些描述只是为了解释本公开的原理，而不能以任何方式解释为对本公开保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本公开的其它具体实施方式，这些方式都将落入本公开的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种外骨骼动力单元，其特征在于，包括：

驱动机构(10)，设置有用于传递所述驱动机构(10)扭矩的传动轴(20)；

制动器(30)，其至少部分设置于所述传动轴(20)之上，所述制动器(30)用于停止所述传动轴(20)或减低所述传动轴(20)的转速；

传动机构(40)；以及

离合器(50)，设置在所述传动轴(20)与所述传动机构(40)之间，所述离合器(50)可在接合位置与分离位置之间切换，当所述离合器(50)处于所述接合位置时，所述传动轴(20)与所述传动机构(40)之间通过所述离合器(50)传动连接；当所述离合器(50)处于所述分离位置时，所述传动轴(20)与所述传动机构(40)分离。

2.根据权利要求1所述的外骨骼动力单元，其特征在于，还包括：

安装座(60)，所述安装座(60)提供第一构件的安装位置；

所述驱动机构(10)包括可相对运动的固定端以及驱动端，所述固定端被配置为与所述安装座(60)相对固定，所述驱动端连接所述传动轴(20)；

所述传动机构(40)被配置为可相对于所述安装座(60)运动，并提供第二构件的安装位置。

3.根据权利要求2所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述传动机构(40)为谐波减速机，所述谐波减速机包括:

波发生器(41)，所述离合器(50)设置在所述波发生器(41)与所述传动轴(20)之间，所述传动轴(20)可通过所述离合器(50)实现与所述波发生器(41)的连接或分离；

柔轮(42)，固定套设于所述波发生器(41)；

钢轮(43)，套设于所述柔轮(42)并与所述柔轮(42)啮合传动，所述钢轮(43)与所述安装座(60)之间活动连接。

4.根据权利要求2所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述安装座(60)内形成有容置空间，并且所述容置空间内设置有安装板(61)；

所述安装板(61)的第一侧提供所述制动器(30)的安装位置；

所述安装板(61)的第二侧提供所述离合器(50)的安装位置。

5.根据权利要求4所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述安装板(61)上贯通有活动通孔(611)，所述活动通孔(611)提供所述传动轴(20)由所述安装板(61)一侧穿至其另一侧的空间。

6.根据权利要求4所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述安装板(61)上贯通有多个散热孔(612)。

7.根据权利要求4所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述制动器(30)包括：

制动部，与所述安装板(61)相对固定；

第一活动部(31)，连接于所述传动轴(20)并可随所述传动轴(20)转动；

所述制动器(30)可在制动位置与放松位置之间运动，当所述制动器(30)处于所述制动位置时，所述制动部与所述第一活动部(31)相抵；当所述制动器(30)处于所述放松位置时，所述制动部与所述第一活动部(31)分离。

8.根据权利要求7所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述制动部包括：

第一定位座(32)，固定安装于所述安装板(61)；

第一固定板(33)，与所述第一定位座(32)连接，所述第一定位座(32)与所述第一固定板(33)之间形成有第一活动空间，所述第一活动部(31)设置于所述第一活动空间，以使所述第一活动部(31)可在靠近和远离所述第一固定板(33)的方向往复运动；

第一磁吸件(34)，活动设置在第一活动空间内；

第一线圈组件，设置于所述第一定位座(32)内，所述第一线圈组件被配置为在上电状态下吸合所述第一磁吸件(34)，以使所述第一磁吸件(34)处于与所述第一固定板(33)分离的放松位置；

第一弹性复位件(35)，设置于所述第一定位座(32)并作用于所述第一磁吸件(34)，在所述第一线圈组件处于断电状态下，所述第一弹性复位件(35)将所述第一磁吸件(34)抵向所述第一固定板(33)，以使所述第一磁吸件(34)将第一活动部(31)抵紧在所述第一固定板(33)上。

9.根据权利要求4-8中任一项所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述驱动机构(10)设置在所述容置空间，所述驱动机构(10)与所述制动器(30)位于所述安装板(61)的同一侧，所述驱动机构(10)包括：

电机定子(11)，固设于所述安装座(60)内，所述电机定子(11)限定有中通的通孔；

电机转子(12)，活动设置于所述通孔，所述电机转子(12)与所述传动轴(20)固定连接，并形成有沿所述传动轴(20)轴向延伸的内腔(121)，所述内腔(121)靠近所述安装板(61)的一侧形成有腔口；

所述制动器(30)设置在所述内腔(121)当中。

10.根据权利要求4所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述离合器(50)包括：

连接部(51)，连接于所述传动轴(20)并可随所述传动轴(20)转动；

第二活动部(52)，与所述传动机构(40)连接；

当所述离合器(50)处于所述接合位置时，所述连接部(51)与所述第二活动部(52)相抵；当所述离合器(50)处于所述分离位置时，所述连接部(51)与所述第二活动部(52)分离。

11.根据权利要求10所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述离合器(50)还包括：

第二定位座(53)，固定安装于所述安装板(61)，所述连接部(51)设置在所述第二定位座(53)与所述第二活动部(52)之间，且所述传动机构(40)与所述连接部(51)之间形成有第二活动空间，以使所述第二活动部(52)可在靠近和远离所述连接部(51)的方向往复运动；

第二线圈组件(54)，设置于所述第二定位座(53)内，所述第二线圈组件(54)被配置为在上电状态下吸合所述第二活动部(52)，以使所述第二活动部(52)处于与所述连接部(51)相抵的接合位置；

第二弹性复位件(55)，设置在所述传动机构(40)与所述第二活动部(52)之间，在所述第二线圈组件(54)处于断电状态下，所述第二弹性复位件(55)作用于所述第二活动部(52)，以带动所述第二活动部(52)复位至脱离所述连接部(51)的分离位置。

12.根据权利要求11所述的外骨骼动力单元，其特征在于，所述传动机构(40)与所述第二活动部(52)之间设置有连接块(56)，所述连接块(56)与所述连接部(51)之间围合形成所述第二活动空间；

所述第二弹性复位件(55)设置在所述连接块(56)与所述第二活动部(52)之间。

13.一种外骨骼系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-12中任一项所述的外骨骼动力单元。

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