基于齿带结构的集成动力系统以及外骨骼机器人技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于齿带结构的集成动力系统，包括齿轮减速机构、齿带扭转及动力传输机构以及动力输出机构，齿带扭转及动力传输机构包括第一动力传输同步带；齿轮减速机构和动力输出机构通过第一动力传输同步带传输动力，齿带扭转及动力传输机构控制第一动力传输同步带的旋转和动力传输；齿轮减速机构包括伺服电机系统、第一主动轮和第二动力传输同步带，伺服电机系统通过输入传动轴输出动力，使动力通过第二动力传输同步带带动第一从动轮，实现一级减速。同时还涉及一种包括上述集成动力系统的外骨骼机器人。本实用新型专利技术的基于齿带结构的集成动力系统以及外骨骼机器人，能有效解决现有外骨骼动力系统整体机构较大较重，应用不够灵活方便问题。用不够灵活方便问题。用不够灵活方便问题。

【技术实现步骤摘要】
基于齿带结构的集成动力系统以及外骨骼机器人


[0001]本技术涉及外骨骼
，具体涉及一种基于齿带结构的集成动力系统以及外骨骼机器人。

技术介绍

[0002]自20世纪60年代外骨骼开始被研发至今，已由军事领域转向民用市场，多以医疗和工业生产为主要目的，作为帮助工人负荷执行制造、搬运任务的辅助工具，目前正在向负重能力更强、控制力和灵活性能更高的方向研发。目前，大多数国家的科研机构对外骨骼的研究尚处于基础起步阶段，商用产品特别在煤矿作业场景下的产品仍然较少，主要应用领域为军事、民用和医疗，其中，比较领先的国家主要是美国和日本，法、俄、韩、以色列等国也在技术上有所建树，我国各科研机构也在奋起研发。目前外骨骼动力伺服电机动力系统多为齿轮直连或同轴减速形式，整体机构较大较重，应用不够灵活方便。

技术实现思路

[0003]本技术的目的是提供一种基于齿带结构的集成动力系统以及外骨骼机器人，能有效解决现有外骨骼动力系统整体机构较大较重，应用不够灵活方便的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本技术采用了以下技术方案：
[0005]一种基于齿带结构的集成动力系统，包括齿轮减速机构、齿带扭转及动力传输机构以及动力输出机构，所述齿带扭转及动力传输机构包括第一动力传输同步带；所述齿轮减速机构和动力输出机构通过第一动力传输同步带传输动力，所述齿带扭转及动力传输机构控制第一动力传输同步带的旋转和动力传输；
[0006]所述齿轮减速机构包括伺服电机系统、输入传动轴、第一主动轮、第一从动轮和第二动力传输同步带，伺服电机系统通过输入传动轴输出动力，所述输入传动轴刚性连接第一主动轮，并将动力通过第二动力传输同步带带动第一从动轮，实现一级减速。
[0007]进一步地，所述齿轮减速机构还包括第一传动轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一传动轴的一端与第一从动轮刚性连接、另一端与第一从动齿轮刚性连接，所述第一从动齿轮与第二从动齿轮啮合，实现二级、三级减速。
[0008]进一步地，所述齿轮减速机构还包括第二传动轴和第二主动轮，所述第二从动齿轮的一端与第二传动轴刚性连接、另一端与第二主动轮刚性连接；所述动力输出机构还包括输出传动轴和第二从动轮，所述第二从动轮与输出传动轴刚性连接；所述齿带扭转及动力传输机构还包括扭转固定基座，所述第一动力传输同步带的一端与第二主动轮连接、另一端与第二从动轮连接，第一动力传输同步带的中部设有扭转固定基座，所述扭转固定基座上设有扭转及传动从动轮，所述扭转及传动从动轮控制第一动力传输同步带的扭转和方向，第二从动轮将动力传动到输出传动轴，实现四级、五级减速。
[0009]同时还公开一种外骨骼机器人，包括上述基于齿带结构的集成动力系统，还包括集成主体背部结构和助力输出腿部结构；所述集成主体背部结构内设有电池模块、为基于
齿带结构的集成动力系统供电；所述基于齿带结构的集成动力系统设在所述集成主体背部结构的下部、为髋部关节运动输出助力；其动力输出机构的输出端与助力输出腿部结构连接，带动助力输出腿部结构旋转。
[0010]进一步地，所述基于齿带结构的集成动力系统还包括位置控制系统，所述位置控制系统包括相对位置编码系统和绝对位置编码系统，所述伺服电机系统、输入传动轴以及激光读取器及码盘构成所述相对位置编码系统，所述激光读取器及码盘通过固定座与输入传动轴配合；所述输出传动轴以及绝对位置编码器及码盘构成所述绝对位置编码系统，所述绝对位置编码器及码盘通过紧固件与输出传动轴配合；基于齿带结构的集成动力系统通过相对位置编码系统读取电机速度及位置数据，通过绝对位置编码系统读取并判断助力输出腿部结构的位置和速度数据及其推衍数据。
[0011]进一步地，所述齿轮减速机构通过输入固定基座和轴承固定基座固定在集成主体背部结构上，所述扭转固定基座远离扭转及传动从动轮的一面固定在集成主体背部结构上；所述动力输出机构通过输出固定基座与助力输出腿部结构上端相连。
[0012]进一步地，所述集成主体背部结构呈T字型、包括主杆和侧杆，所述主杆构成背部主体，侧杆两端部向前侧弯曲构成髋关节主体；所述基于齿带结构的集成动力系统设有两组，且对称设在背部主体和髋关节主体的相接处。
[0013]更进一步地，所述背部主体的上端对称设有固定背带，髋关节主体前侧设有固定腰带，髋关节主体下方设有臀部固定带，助力输出腿部结构的下端设有腿部固定带；所述固定背带、固定腰带、臀部固定带以及腿部固定带上均设有软包结构。
[0014]上述技术方案中提供的基于齿带结构的集成动力系统，该集成动力系统包括齿轮减速机构、齿带扭转及动力传输机构以及动力输出机构，其中齿轮减速机构与动力输出机构通过齿带扭转及动力传输机构的动力传输同步带传输动力，动力传输同步带扭转角度通过齿带扭转及动力传输机构的扭转及传动从动轮进行控制；本技术刚性齿轮减速机构、齿带扭转及动力传输机构及动力输出机构配合的机构布局形式，可以实现灵活的动力输入、动力传输、扭矩控制及动力输出机构布局，减小外骨骼产品的侧向尺寸，实现包括穿戴式外骨骼产品在内的产品小型化、轻量化；另外，其系统机构耐冲击性能强，可以提高包括穿戴式外骨骼产内在内产品的耐用性；最后，通过固定上述三个主要组成机构中两个机构的绝对位置，即可灵活布置另一机构的相对位置。
[0015]同时，本技术还提供一种包括上述基于齿带结构的集成动力系统的外骨骼机器人，其通过在集成主体背部结构内安装两组上述集成动力系统为髋部关节运动输出助力，助力输出腿部结构与集成动力系统的输出端相连，带动助力输出腿部结构转动，予穿戴者在运动、搬运等动作时的综合助力，以达到减少穿戴者在运动、作业过程中机体承受压力，减少或预防肌肉损伤的直接目的，同时可实现保护穿戴者、提高穿戴者耐力及提升作业效率。另外，该外骨骼机器人中的相对位置编码系统和绝对位置编码系统，能够为外骨骼产品整机系统综合助力输出判断提供实时数据信息。
附图说明
[0016]图1为实施例1基于齿带结构的集成动力系统的整体结构图；
[0017]图2为实施例1基于齿带结构的集成动力系统背面结构示意图；
[0018]图3为实施例1基于齿带结构的集成动力系统正面结构示意图；
[0019]图4为实施例2集成动力系统及电池模块在集成主体背部结构系统中的布局位置图；
[0020]图5为实施例2基于齿带结构的外骨骼的集成动力系统输出轴连接面图；
[0021]图6为实施例2外骨骼机器人的助力输出腿部结构连接面图；
[0022]图7为实施例2外骨骼机器人的正面结构示意图；
[0023]图8为实施例2外骨骼机器人的背面结构示意图；
[0024]图9为实施例2外骨骼机器人的侧面结构示意图；
[0025]图10为实施例2外骨骼机器人的立体结构示意图。
[0026]图中：1.集成主体背部结构；2.集成动力系统；3.助力输出腿部结构；4.可快速拆装电池模块；5.背带固定软包；6.腰带固定软本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于齿带结构的集成动力系统，其特征在于：包括齿轮减速机构、齿带扭转及动力传输机构以及动力输出机构，所述齿带扭转及动力传输机构包括第一动力传输同步带；所述齿轮减速机构和动力输出机构通过第一动力传输同步带传输动力，所述齿带扭转及动力传输机构控制第一动力传输同步带的旋转和动力传输；所述齿轮减速机构包括伺服电机系统、输入传动轴、第一主动轮、第一从动轮和第二动力传输同步带，伺服电机系统通过输入传动轴输出动力，所述输入传动轴刚性连接第一主动轮，并使动力通过第二动力传输同步带带动第一从动轮，实现一级减速。2.根据权利要求1所述的基于齿带结构的集成动力系统，其特征在于：所述齿轮减速机构还包括第一传动轴、第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一传动轴的一端与第一从动轮刚性连接、另一端与第一从动齿轮刚性连接，所述第一从动齿轮与第二从动齿轮啮合，实现二级、三级减速。3.根据权利要求2所述的基于齿带结构的集成动力系统，其特征在于：所述齿轮减速机构还包括第二传动轴和第二主动轮，所述第二从动齿轮的一端与第二传动轴刚性连接、另一端与第二主动轮刚性连接；所述动力输出机构还包括输出传动轴和第二从动轮，所述第二从动轮与输出传动轴刚性连接；所述齿带扭转及动力传输机构还包括扭转固定基座，所述第一动力传输同步带的一端与第二主动轮连接、另一端与第二从动轮连接，第一动力传输同步带的中部设有扭转固定基座，所述扭转固定基座上设有扭转及传动从动轮，所述扭转及传动从动轮控制第一动力传输同步带的扭转和方向，第二从动轮将动力传动到输出传动轴，实现四级、五级减速。4.一种外骨骼机器人，其特征在于：包括权利要求1或2所述的基于齿带结构的集成动力系统，还包括集成主体背部结构和助力输出腿部结构；所述集成主体背部结构内设有电池模块、为基于齿带结构的集成动力系统供电；所述基于齿带结构的集成动力系统设在所述集成主体背部结构的下部、为髋部关节运动输出助力；其动力输出机构的输出端与助力输出腿部结构连接，带动助力输出腿部结构旋转。5.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐振华，
申请(专利权)人：上海傲鲨智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：