[发明专利]一种用于下肢外骨骼的柔顺变刚度驱动器

摘要

本发明公开了一种用于下肢外骨骼的柔顺变刚度驱动器，所述驱动器包括有支撑组件、外壳体组件、弹簧组件、驱动组件和滚轮组件。其中外壳体组件与滚轮组件保持同步运动。本发明驱动器通过使用一对齿轮结构实现以非线性的方式压缩线性弹簧，从而实现输出力矩的柔顺变刚度特性。本发明驱动器能够应用在下肢外骨骼的髋关节、膝关节中。

主权项

1.一种用于下肢外骨骼的柔顺变刚度驱动器，其特征在于：驱动器包括有支撑组件、外壳体组件、弹簧组件、驱动组件和滚轮组件(8)；弹簧组件置于外壳体组件内；外壳体组件与滚轮组件保持同步运动；支撑组件由基座(11)、AA立柱(12)、AB立柱(13)、AC立柱(14)、AA线缆支座(15)和AB线缆支座(16)构成；其中，AA立柱(12)、AB立柱(13)和AC立柱(14)的结构相同；AA线缆支座(15)和AB线缆支座(16)的结构相同；基座(11)上设有KA通孔(11A)、KB通孔(11B)、KA滑槽(11C)、KB滑槽(11D)；KA通孔(11A)处用于固定AA线缆支座(15)；KB通孔(11B)处用于固定AB线缆支座(16)；KA滑槽(11C)和KB滑槽(11D)上用于固定平行放置的AA立柱(12)、AB立柱(13)和AC立柱(14)；AA立柱(12)为T型结构体，AA立柱(12)的横面板固定在基座(11)上，AA立柱(12)的竖面板上设有L通孔(12A)；AB立柱(13)为T型结构体，AB立柱(13)的横面板固定在基座(11)上，AB立柱(13)的竖面板上设有M轴孔(13A)；AC立柱(14)为T型结构体，AC立柱(14)的横面板固定在基座(11)上，AC立柱(14)的竖面板上设有N轴孔(14A)；AA线缆支座(15)的横面板固定在基座(11)上，AA线缆支座(15)的竖面板上设有O通孔(15A)，O通孔(15A)用于A线缆(500A)的穿线端(500A3)穿过；AB线缆支座(16)的横面板固定在基座(11)上，AB线缆支座(16)的竖面板上设有P通孔(16A)，P通孔(16A)用于B线缆(500B)的穿线端(500B3)穿过；外壳体组件由AA压板(21)、AB压板(22)、上半环板(23)、下半环板(24)、AA连接板(25)和AB连接板(26)构成；其中，上半环板(23)和下半环板(24)的结构相同；AA连接板(25)和AB连接板(26)的结构相同；AA压板(21)的中心部位设有U中心通孔(21A)，AA压板(21)的边上对称设有UA沉头通孔(21B)和UB沉头通孔(21C)；螺钉穿过UA沉头通孔(21B)后螺纹连接在AB连接板(26)的ZA螺纹孔(26A)中；螺钉穿过UB沉头通孔(21C)后螺纹连接在AA连接板(25)的YA螺纹孔(25A)中；AB压板(22)的中心部位设有V中心通孔(22A)，AB压板(22)的边上对称设有VA沉头通孔(22B)和VB沉头通孔(22C)；螺钉穿过VA沉头通孔(22B)后螺纹连接在AB连接板(26)的ZA螺纹孔(26A)中；螺钉穿过VB沉头通孔(22C)后螺纹连接在AA连接板(25)的YA螺纹孔(25A)中；所述V中心通孔(22A)处设有V弧形通孔(22D)，V弧形通孔(22D)用于下轴(6)的一端穿过；AB压板(22)的面板上还设有用于固定弹簧上座(35)的VC沉头通孔(22E)；AB压板(22)的面板上还设有用于固定外部齿轮(2)的VD沉头通孔(22F)；上半环板(23)的两端分别设有WA通孔(23A)和WB通孔(23B)；螺钉穿过WA通孔(23A)后螺纹连接在AB连接板(26)的ZB螺纹孔(26B)中；螺钉穿过WB通孔(23B)后螺纹连接在AA连接板(25)的YB螺纹孔(25B)中；下半环板(24)的两端分别设有XA通孔(24A)和XB通孔(24B)；螺钉穿过XA通孔(24A)后螺纹连接在AB连接板(26)的ZC螺纹孔(26C)中；螺钉穿过XB通孔(24B)后螺纹连接在AA连接板(25)的YC螺纹孔(25C)中；AA连接板(25)的面板上设有YB螺纹孔(25B)和YC螺纹孔(25C)，AA连接板(25)的侧面板上设有YA螺纹孔(25A)；AB连接板(26)的面板上设有ZB螺纹孔(26B)和ZC螺纹孔(26C)，AB连接板(26)的侧面板上设有ZA螺纹孔(26A)；弹簧组件由A弹簧(31)、B弹簧(32)、A弹簧导杆(33)、B弹簧导杆(34)、弹簧上座(35)和弹簧驱动滑块(36)构成；A弹簧导杆(33)上套接有A弹簧(31)，B弹簧导杆(34)上套接有B弹簧(32)；弹簧上座(35)的一面板固定在AB压板(22)的VC沉头通孔(22E)处，弹簧上座(35)的另一面板的下方设有A沉头盲孔(35A)、B沉头盲孔(35B)，A沉头盲孔(35A)用于螺纹连接A弹簧导杆(33)的上端，B沉头盲孔(35B)用于螺纹连接B弹簧导杆(34)的上端；弹簧驱动滑块(36)的一面板上设有开口槽(36C)，开口槽(36C)用于放置传动轮(1)的手柄(1A)；弹簧驱动滑块(36)的另一面板上设有A沉头通孔(36A)、B沉头通孔(36B)，A沉头通孔(36A)用于放置外部套接有A弹簧(31)的A弹簧导杆(33)的下端，B沉头通孔(36B)用于放置外部套接有B弹簧(32)的B弹簧导杆(34)的下端；驱动组件由直流电机(7)、传动轮(1)、外部齿轮(2)、内部齿轮(3)、上轴(4)、连接盘(5)和下轴(6)构成；下轴(6)的FA轴承段(6B)上套接有A轴承(61)、B轴承(62)，且下轴(6)端部连接一螺钉(63)；上轴(4)的DB轴承段(4C)上套接有C轴承(41)；传动轮(1)的中心设有A轴承孔(1B)，A轴承孔(1B)的圆周设有A沉头通孔(1C)，A沉头通孔(1C)用于螺钉穿过，穿过A沉头通孔(1C)的螺钉固定在内部齿轮(3)的A螺纹孔(3C)上；传动轮(1)的面板上设有手柄(1A)，所述手柄(1A)的另一端置于弹簧驱动滑块(36)的开口槽(36C)中；A轴承孔(1B)用于安装B轴承(62)，B轴承(62)套接在下轴(6)的FA轴承段(6B)上；外部齿轮(2)上设有内齿(2A)；内部齿轮(3)上设有外齿(3A)；外部齿轮(2)上的内齿(2A)与内部齿轮(3)上的外齿(3A)在转动过程中啮合；内部齿轮(3)上设有外齿(3A)；内部齿轮(3)的中心设有B轴承孔(3B)，B轴承孔(3B)的圆周设有A螺纹孔(3C)，A螺纹孔(3C)与传动轮(1)上的A沉头通孔(1C)配合，用螺钉实现传动轮(1)与内部齿轮(3)的固定；B轴承孔(3B)用于安装A轴承(61)，A轴承(61)套接在下轴(6)的FA轴承段(6B)上；上轴(4)上设有圆盘(4A)；圆盘(4A)的一端是DA轴承段(4B)，DA轴承段(4B)的端部设有用于放置减速器输出轴的盲孔；圆盘(4A)的另一端是DB轴承段(4C)；DB轴承段(4C)上套接有C轴承(41)；连接盘(5)上设有C轴承孔(5A)、A通孔(5B)；C轴承孔(5A)用于放置C轴承(41)，C轴承孔(5A)的圆周设有B沉头通孔(5C)，B沉头通孔(5C)用于螺钉穿过，穿过B沉头通孔(5C)的螺钉固定在上轴(4)的圆盘(4A)的螺纹孔中；A通孔(5B)的圆周设有C沉头通孔(5D)，C沉头通孔(5D)用于螺钉穿过，穿过C沉头通孔(5D)的螺钉固定在下轴(6)的蝶形面板(6A)的螺纹孔中；下轴(6)上设有蝶形面板(6A)和FA轴承段(6B)，在FA轴承段(6B)的端部设有F螺纹孔(6C)；F螺纹孔(6C)用于放置螺钉(63)；驱动组件中的直流电机(7)输出驱动力，所述驱动力经减速箱的输出轴带动连接盘(5)运动，因传动轮(1)的手柄(1A)插入弹簧驱动滑块(36)的开口槽(36C)中，进而传动轮(1)带着弹簧驱动滑块(36)相对于输出端作直线运动，使得弹簧被压缩，在弹簧压缩下产生的作用力作用到内部齿轮(3)上，通过齿轮传递对外部齿轮(2)产生作用力矩，因外部齿轮(2)固定在AB压板(22)上，致使输出力传递至壳体组件上；滚轮组件(8)由滚轮(81)、编码器(8A)、滚轮转轴(87)、连接轴(88)构成；滚轮(81)是由HA边轮(81A)、HB边轮(81B)和开口辊(81C)构成，HA边轮(81A)与HB边轮(81B)之间开口辊(81C)；开口辊(81C)上安装有轴压板(86)；所述HA边轮(81A)上设有HA线槽(81A1)；所述HA线槽(81A1)中设有HA通孔(81A2)；HA边轮(81A)的面板上设有HB通孔(81A3)、HA螺纹孔(81A4)和HB螺纹孔(81A5)；HA螺纹孔(81A4)处安装有HA护线板(82)；HB螺纹孔(81A5)处安装有HB压线板(85)；所述HB边轮(81B)上设有HB线槽(81B1)；所述HB线槽(81B1)中设有HC通孔(81B2)；HB边轮(81B)的面板上设有HD通孔(81B3)、HC螺纹孔(81B4)和HD螺纹孔(81B5)；HC螺纹孔(81B4)处安装有HA压线板(83)；HD螺纹孔(81B5)处安装有HB护线板(84)；编码器(8A)通过编码器支架(8B)和HA螺钉(8C)、HB螺钉(8D)固定在AC立柱(14)的上端，且HA轴承(8E)安装在AC立柱(14)的N轴孔(14A)中；连接轴(88)的一端固定在滚轮(8)的HA边轮(81A)上，连接轴(88)的另一端穿过HA轴承(8E)、编码器支架(8B)的通孔后固定在编码器(8A)上；编码器(8A)用于记录滚轮(81)转过的角度；滚轮转轴(87)的一端固定在AA压板(21)上，滚轮转轴(87)的另一端穿过HB轴承(8F)、HB边轮(81B)的HE通孔(81B6)后，通过轴压板(86)固定在开口辊(81C)中。