一种柔性可离合外骨骼关节致动器制造技术

本实用新型专利技术提供一种柔性可离合外骨骼关节致动器，安装于与人体下肢的平行并联的矫形器外骨骼的大腿和小腿之间，用于提供关节非使能状态时的被动顺应性和单边出线的结构，包括：内部安装有电机定子的电机底座、设置于电机定子内部的电机转子、依次连接的输出部和减速器以及贯穿电机定子、减速器和输出部的旋转部，其中，输出部包括：输出盘、外圈转角反馈板、第一磁环、多个磁编码线性传感、小腿锁紧连接盘、碟簧以及关节绝对转角反馈杆，减速器包括：小腿连接盘、减速器刚轮、减速器柔轮以及减速器波发生器，旋转部包括：转子连接件、轴承组、中空定心轴以及关节绝对运动反馈轴。本实用新型专利技术降低了结构的复杂性和重量，提高了整体安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性可离合外骨骼关节致动器
本技术属于智能机械关节旋转致动器领域，具体涉及一种柔性可离合外骨骼关节致动器。
技术介绍
下肢外骨骼与动力矫形器等智能化下肢辅具是对老年人、残疾人及相关运动功能障碍人士具有辅助行走与助力助行功能的辅助器械。关节致动器是下肢辅具实现辅助功能的重要元器件。目前，这类下肢辅具较为常见的关节驱动形式是电机驱动方式。一方面，为了提高驱动效率和输出扭矩，电机驱动的关节致动器通常采用具有较高减速比的减速机构(如谐波减速器)，这就造成关节体积自重较大，且在关节非使能状态缺乏必要的被动顺应性；另一方面，辅具的控制器需要借助额外安装的扭矩、关节转角传感器模块来感知致动关节的运行状态，但由于缺乏结构一体式设计，会进一步提高关节结构复杂性，而未经优化的传感元件走线，可能造成传感器信息丢失进而降低辅具设备整体的安全性与可靠性。授权号CN209319777U的中国技术授权专利提出了一种可快速分离的外骨骼机器人关节。其采用非中空的驱动电机，通过连接轴驱动谐波减速器使减速器输出法兰转动，并通过离合装置实现减速器输出法兰与输出架板之间的衔接与分离。但该技术提出的关节缺乏冲击保护器件，容易损坏减速机构；整体轴向尺寸较大且缺乏必要的传感反馈器件，不利于外骨骼的运动控制。授权号CN106313104B的中国技术专利提出了一种可分离式串联弹性关节，采用谐波减速器与弹性元件传动，并具有关节角度测量机构。但其关节离合是基于多边型弹性体内外圈的过载分离，其特性依赖于零部件的设计参数，且无法主动分离。综上，需要设计一种能够解决上述问题的关节致动器。
技术实现思路
本技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种柔性可离合外骨骼关节致动器。本技术提供了一种柔性可离合外骨骼关节致动器，安装于与人体下肢的平行并联的矫形器外骨骼的大腿和小腿之间，具有这样的特征，包括：内部安装有电机定子的电机定子底座、设置于电机定子内部的电机转子、依次连接的输出部和减速器以及贯穿电机定子、减速器和输出部的旋转部，其中，输出部包括：输出盘，由输出盘内圈、输出盘外圈以及多条轮辐组成；输出盘外圈转角反馈板，安装于输出盘外圈的外侧；第一磁环，安装于输出盘外圈转角反馈板上；多个磁编码线性传感器，安装于输出盘内圈上，与第一磁环配合，用于检测输出盘内圈和输出盘外圈的转动差异值，进而根据输出盘的扭矩模量计算出施加在输出盘上的扭矩大小；小腿锁紧连接盘，连接于输出盘外圈上；碟簧，设置于输出盘外圈与小腿锁紧连接盘之间；以及关节绝对转角反馈杆，呈人字形，安装于小腿锁紧连接盘上，减速器包括：小腿连接盘，通过小腿锁紧连接盘固定；减速器刚轮，与轴承安装座固定连接；减速器柔轮，设置于小腿连接盘内部；以及减速器波发生器，设置于减速器柔轮内部；旋转部包括：转子连接件，与电机转子固定连接；轴承组，设置于转子连接件内部，用于承担径向载荷和少许轴向载荷；中空定心轴，呈三段阶梯状，设置于轴承组内部，且一端穿过电机定子底座，另一端穿过输出盘内圈内孔通过定心轴紧固螺母固定；以及关节绝对运动反馈轴，设置于中空定心轴内部，一端从电机定子底座的一端穿过，另一端从输出盘内圈的内孔穿过，通过螺钉固定于小腿连接盘上的关节绝对转角反馈杆的凹槽内。在本技术提供的柔性可离合外骨骼关节致动器中，还可以具有这样的特征：其中，电机定子底座的端部设置有端盖，该端盖内安装有轴端磁转角传感器，端盖上开设有用于传感器线穿过的过孔。在本技术提供的柔性可离合外骨骼关节致动器中，还可以具有这样的特征：其中，输出盘外圈的外侧具有挡边、摩擦圆锥面以及末端的螺纹段，挡边朝向摩擦圆锥面方向安装有碟簧，用于对小腿锁紧连接盘施加轴向推离摩擦圆锥面的力，末端螺纹段拧有锁紧螺母，用于压紧碟簧和小腿锁紧连接盘，从而通过调节锁紧螺母的拧紧程度，来调节最大允许摩擦传递扭矩，摩擦圆锥面与小腿锁紧连接盘的内侧圆锥面之间安装有摩擦片，用于增加摩擦圆锥面与小腿锁紧连接盘在受到轴向力后的摩擦力，从而传递扭矩。在本技术提供的柔性可离合外骨骼关节致动器中，还可以具有这样的特征：其中，小腿连接盘为具有悬臂的中空圆盘结构。在本技术提供的柔性可离合外骨骼关节致动器中，还可以具有这样的特征：其中，转子连接件与电机转子之间的连接方式为零件冷装过盈配合固定或通过胶水粘结固定。在本技术提供的柔性可离合外骨骼关节致动器中，还可以具有这样的特征：其中，轴承组为一对反向安装的角推轴承、一对反向安装的圆锥滚子轴承或具有双向轴向力承载能力的单列轴承组合和双列轴承组合。在本技术提供的柔性可离合外骨骼关节致动器中，还可以具有这样的特征：其中，关节绝对运动反馈轴的末端套设有第二磁环，该第二磁环与轴端磁转角传感器配合，用于测量小腿连接盘的实际角度。在本技术提供的柔性可离合外骨骼关节致动器中，还可以具有这样的特征：其中，关节绝对运动反馈轴的外缘设有贯通全轴的走线槽。技术的作用与效果根据本实施例涉及的柔性可离合外骨骼关节致动器，性可离合外骨骼关节致动器，因为输出盘采用的共轴中空轮辐式结构，所以输出盘内圈和输出盘外圈能够在共轴负载扭矩作用下产生旋转角度差，进而能够通过旋转角度计算出实时的输出扭矩；因为输出盘外圈转角反馈板上安装有第一磁环，且输出盘内圈安装有多个与第一磁环配合的磁编码线性传感器，所以能够检测输出盘内圈和输出盘外圈的转动差异值，进而根据输出盘的扭矩模量计算出施加在输出盘上的扭矩大小，以控制电机的电流，从而控制电机扭矩输出，实现真正的力反馈控制；因为旋转部的关节绝对运动反馈轴置于电机转子的内部，且旋转部与其它静止的部件在电机转子的两端处采用滑动摩擦形式，不采用额外的滚动轴承，所以降低了结构的复杂性和重量。因此，本技术的柔性可离合外骨骼关节致动器为通过结构一体化的优化设计，在保证装置输出扭矩和必要反馈器件的前提下，获得的较为紧凑的单侧出线发致动器结构设计，降低了结构的复杂性和重量，优化了传感元件的走线，降低了各传感器信息丢失的可能性，进而提高了装置整体的安全性和可靠性，此外，还利于外骨骼的运动控制，能够进行主动分离。附图说明图1是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的结构示意图；图2是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的爆炸示意图；图3是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的剖面图；图4是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的电机定子底座的结构示意图；图5是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的输出部的结构示意图；图6是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的减速器的结构示意图；图7是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的旋转部的结构示意图；图8是本技术的实施例中柔性可离合外骨骼关节致动器的关节绝对运动反馈轴的示意图；图9是本技术的行星减速器的结构示意图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性可离合外骨骼关节致动器，安装于与人体下肢的平行并联的矫形器外骨骼的大腿和小腿之间，其特征在于，包括：内部安装有电机定子的电机定子底座、设置于所述电机定子内部的电机转子、依次连接的输出部和减速器以及贯穿所述电机定子、所述减速器和所述输出部的旋转部，/n其中，所述输出部包括：/n输出盘，由输出盘内圈、输出盘外圈以及多条轮辐组成；/n输出盘外圈转角反馈板，安装于所述输出盘外圈的外侧；/n第一磁环，安装于所述输出盘外圈转角反馈板上；/n多个磁编码线性传感器，安装于所述输出盘内圈上，与所述第一磁环配合，用于检测所述输出盘内圈和所述输出盘外圈的转动差异值，进而根据所述输出盘的扭矩模量计算出施加在所述输出盘上的扭矩大小；/n小腿锁紧连接盘，连接于所述输出盘外圈上；/n碟簧，设置于所述输出盘外圈与所述小腿锁紧连接盘之间；以及/n关节绝对转角反馈杆，呈人字形，安装于所述小腿锁紧连接盘上，/n所述减速器包括：/n小腿连接盘，通过所述小腿锁紧连接盘固定；/n减速器刚轮，与轴承安装座固定连接；/n减速器柔轮，设置于所述小腿连接盘内部；以及/n减速器波发生器，设置于所述减速器柔轮内内部，/n所述旋转部包括：/n转子连接件，与所述电机转子固定连接；/n轴承组，设置于所述转子连接件内部，用于承担径向载荷和少许轴向载荷；/n中空定心轴，呈三段阶梯状，设置于所述轴承组内部，且一端穿过所述电机定子底座，另一端穿过所述输出盘内圈的内孔通过定心轴紧固螺母固定；以及/n关节绝对运动反馈轴，设置于所述中空定心轴内部，一端从所述电机定子底座的一端穿过，另一端从所述输出盘内圈的内孔穿过，通过螺钉固定于所述小腿连接盘上的关节绝对转角反馈杆的凹槽内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种柔性可离合外骨骼关节致动器，安装于与人体下肢的平行并联的矫形器外骨骼的大腿和小腿之间，其特征在于，包括：内部安装有电机定子的电机定子底座、设置于所述电机定子内部的电机转子、依次连接的输出部和减速器以及贯穿所述电机定子、所述减速器和所述输出部的旋转部，
其中，所述输出部包括：
输出盘，由输出盘内圈、输出盘外圈以及多条轮辐组成；
输出盘外圈转角反馈板，安装于所述输出盘外圈的外侧；
第一磁环，安装于所述输出盘外圈转角反馈板上；
多个磁编码线性传感器，安装于所述输出盘内圈上，与所述第一磁环配合，用于检测所述输出盘内圈和所述输出盘外圈的转动差异值，进而根据所述输出盘的扭矩模量计算出施加在所述输出盘上的扭矩大小；
小腿锁紧连接盘，连接于所述输出盘外圈上；
碟簧，设置于所述输出盘外圈与所述小腿锁紧连接盘之间；以及
关节绝对转角反馈杆，呈人字形，安装于所述小腿锁紧连接盘上，
所述减速器包括：
小腿连接盘，通过所述小腿锁紧连接盘固定；
减速器刚轮，与轴承安装座固定连接；
减速器柔轮，设置于所述小腿连接盘内部；以及
减速器波发生器，设置于所述减速器柔轮内内部，
所述旋转部包括：
转子连接件，与所述电机转子固定连接；
轴承组，设置于所述转子连接件内部，用于承担径向载荷和少许轴向载荷；
中空定心轴，呈三段阶梯状，设置于所述轴承组内部，且一端穿过所述电机定子底座，另一端穿过所述输出盘内圈的内孔通过定心轴紧固螺母固定；以及
关节绝对运动反馈轴，设置于所述中空定心轴内部，一端从所述电机定子底座的一端穿过，另一端从所述输出盘内圈的内孔穿过，通过螺钉固定于所述小腿连接盘上的关节绝对转角反馈杆的凹槽内。


2.根据权利要求1所述的柔性可离合外骨骼关节致动器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡黎明，朱钧，陆寅啸，王晨，耿翔，马昕，
申请(专利权)人：复旦大学，珠海复旦创新研究院，
类型：新型
国别省市：上海;31