[发明专利]一种刚柔切换的串联弹性驱动器

说明书

本发明公开了一种刚柔切换的串联弹性驱动器，包括支撑保护模块、外部输入模块、负载驱动模块、刚柔切换模块；其中支撑保护模块用于安装外部输入模块、负载驱动模块、刚柔切换模块；外部输入模块通过关节球轴承I与第一连接部连接，将第一连接部力传递到外部输入模块中的弹簧I上；负载驱动模块通过关节球轴承II与第二连接部连接，由驱动电机提供输出力矩对第二连接部进行驱动；刚柔切换模块在减速电机驱动下完成弹簧I的锁紧与放松。本发明结构紧凑；实现了刚性模式与柔性模式之间的切换，可以满足为穿戴者提供腰部助力、腰部支撑两种不同的使用需求，并进一步对穿戴者进行紧急保护，有效避免穿戴者在进行恢复训练时二次受伤。

技术领域

本发明涉及一种刚柔切换的串联弹性驱动器，属于机器人的技术领域。

背景技术

对长期从事重体力劳动的身体疲劳程度的调查显示，腰部疼痛是最严重的问题，有67％的就医人员声称自己患有腰痛，在汽车制造业的这一比例为84％；此外，老龄化进程逐渐加快，不能够正常起做的老年偏瘫患者数量在逐年增多，针对偏瘫患者借助起坐训练能够促进患者肢体功能的提升，提高患者生活质量。经过临床研究发现，可以借助腰部助力外骨骼机器人弥补老年患者肌力不足的问题帮助老年患者进行起坐训练。

当前，市场上腰部康复助力外骨骼机器人使用电机作为力矩输出源，输出的转矩需要经过特定机械结构的转换才能成为腰部活动所需要的助力，有着较强的刚性，同时，这种驱动方式在工作时能够提供足够的输出力矩实现助力，但是不能够实现在特定条件对腰部的支撑，不能够同时满足患者使用时需要柔性助力和刚性支撑双重需求而影响康复训练的整体效，因此拥有一款同时兼备具有较大的柔性且能够快速在柔性模式和刚性模式之间切换的驱动器十分必要，串联弹性驱动器就是一个不错的选择。

目前市场上一部分腰部康复助力外骨骼机器人使用的串联弹性驱动器驱动助力腰部康复，但上述技术方案中存在以下技术缺陷：

1、目前大部分适用于腰部助力外骨骼的串联弹性驱动器只能进行柔性驱动，不能够满足在穿戴者在需要支撑时及时切换为刚性模式的需求；

2、目前大部分适用于腰部助力外骨骼的串联弹性驱动器在工作时，当腰部突然受到很大的力时，串联弹性驱动器不能够快速的锁死装置保护穿戴者，大幅增加了穿戴者康复治疗的风险。

发明内容

本发明提供了一种刚柔切换的串联弹性驱动器，可以实现刚柔模式切换。

本发明的技术方案是：一种刚柔切换的串联弹性驱动器，包括支撑保护模块1、外部输入模块2、负载驱动模块3、刚柔切换模块4；其中支撑保护模块1用于安装外部输入模块2、负载驱动模块3、刚柔切换模块4；外部输入模块2通过关节球轴承I21与第一连接部连接，将第一连接部力传递到外部输入模块2中的弹簧I14上；负载驱动模块3通过关节球轴承II38与第二连接部连接，由驱动电机25提供输出力矩对第二连接部进行驱动；刚柔切换模块4在减速电机46驱动下完成弹簧I14的锁紧与放松，实现刚性模式与柔性模式之间的切换。

所述关节球轴承I21的轴向方向与关节球轴承II38轴向方向平行，且两者位于支撑保护模块1对侧。

所述支撑保护模块1包括串联弹性驱动器外壳I5、支撑架7、串联弹性驱动器外壳II8；其中，串联弹性驱动器外壳I5与串联弹性驱动器外壳II8连接且两者之间用于安装支撑架7。

所述外部输入模块2包括弹簧I14、弹簧限位滑块15、双头螺杆18、类齿条机构I19、关节球轴承I21；其中，关节球轴承I21一端与第一连接部连接，关节球轴承I21另一端与双头螺杆18一端固定，双头螺杆18另一端与弹簧限位滑块15一端连接，弹簧I14一端套在弹簧限位滑块15另一端上，弹簧I14另一端通过支撑保护模块1中支撑架7进行轴向方向限位；弹簧限位滑块15与支撑架7滑动配合；双头螺杆18上安装类齿条机构I19，通过刚柔切换模块4的驱动实现刚柔切换模块4中类齿条机构II60与类齿条机构I19的啮合与非啮合。