串联驱动器及外骨骼装置的制作方法

本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种串联驱动器，及应用该串联驱动器的外骨骼装置。

背景技术：

随着科技的发展，越来越多的机械产品应用于对人体的理疗中，例如外骨骼装置，其中外骨骼机器人已广泛应用于对下身瘫痪者的理疗。另外，外骨骼手臂也在正在兴起。

现有的外骨骼装置中串联相邻关节的驱动器大多采用刚性驱动器，而刚性驱动器对控制人机交互力存在一定难度，在使用过程中，存在失去稳定性的隐患，容易对人体造成伤害；少量的外骨骼机械装置采用柔性驱动器，但是目前的柔性驱动器普遍采用丝杠或者传动齿轮等结构，导致局部体积较大，整体重量增加，使用不方便。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本实用新型提供一种结构简单、能够柔性驱动的串联驱动器，以及应用该串联驱动器的外骨骼装置。

一种串联驱动器，用于连接第一构件及第二构件，所述串联驱动器包括架体、动力机构、转轴、第一转动件、第二转动件及至少一柔性驱动件；所述架体、转轴能够设置于第一骨骼结构；所述动力机构设置于所述架体，所述动力机构包括驱动轴，所述驱动轴设有第一轮齿结构；所述第一转动件转动地设置于所述转轴，所述第一转动件设有与所述第一轮齿结构啮合的第二轮齿结构；所述动力机构能够驱动或者制动所述第一转动件绕所述转轴转动；所述第二转动件转动地连接于所述转轴，并能够连接于第二骨骼结构；所述柔性驱动件设置于所述第一转动件与所述第二转动件之间，所述第一转动件通过所述柔性驱动件带动所述第二转动件延时转动。

优选地，所述驱动轴与所述转轴垂直，所述第一轮齿结构为设置于所述驱动轴末端的锥形轮齿结构，所述第二轮齿结构对应地设置为位于所述第一转动件外缘的锥形轮齿结构。

优选地，所述动力机构还包括电机及减速装置，所述电机及所述减速装置连接于所述驱动轴，分别驱动或者制动所述驱动轴。

优选地，所述第一转动件与所述第二转动件沿轴向靠近地设置，所述第一转动件设有至少一第一收容空间，所述第二转动件至少设有与所述第一收容空间对应的一第二收容空间，所述柔性驱动件收容于所述第一收容空间及所述第二收容空间内，所述第一转动件的转动能够通过所述柔性驱动件传递至所述第二转动件，使所述第二转动件延时转动。

优选地，所述第一收容空间及所述第二收容空间均是设置为沿所述第一转动件转动的周向延伸，所述第一收容空间及所述第二收容空间的端面沿径向设置，所述第一收容空间及所述第二收容空间的端面对应地与所述柔性驱动件的端面相抵。

优选地，所述第二转动件于所述第二收容空间的端面分别向内延伸一限位块，所述柔性驱动件设有与所述限位块对应的限位槽，所述限位块收容于对应的限位槽；或者， 所述第一转动件于所述第一收容空间的端面分别向内延伸一限位块，所述柔性驱动件设有与所述限位块对应的限位槽，所述限位块收容于对应的所述限位槽。

优选地，所述第一收容空间、第二收容空间的结构分别沿竖直方向呈左右对称设置，以使所述第一转动件及所述第二转动件在转动时，往不同方向转动的驱动力或者制动力相同。

优选地，串联驱动器还包括连接于所述驱动轴的第一传感机构，用于感测所述驱动轴的转动速度。

优选地，串联驱动器还包括第二传感机构，用于感测所述第二转动件转动的角度及角速度，其中，所述第二传感机构设置为包括与所述第二转动件同轴的主动转轮、与所述主动转动轮带式传动连接的从动转轮以及与所述从动转轮同轴设置的传感器；或者所述第二传感机构设置为位于所述第二转动件的传感器。

一种外骨骼装置，包括人体骨骼结构及关节结构，所述外骨骼装置包括如上所述的串联驱动器，所述串联驱动器设置于关节结构处并连接相邻的骨骼结构，所述关节结构处通过所述串联驱动器实现柔性驱动，以控制通过所述关节结构相连的骨骼结构柔性转动。

上述串联驱动器通过动力机构的驱动轴驱动所述第一转动件转动，通过所述柔性驱动件将所述驱动力传递柔性地传递给所述第二转动件，以使所述第二转动件延时转动，满足柔性转动的需要；驱动轴与第一驱动件通过齿轮配合，动力传输稳定。

应用上述柔性驱动器的外骨骼装置，能够实现骨骼结构柔性地运动，与常规人体的动作更为接近，达到良好的仿真效果。

附图说明

图1是本实用新型提供的较佳实施例的串联驱动器的立体图。

图2是图1中部分元件的立体分解图。

图3是图1中部分元件的立体图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

请参考图1，本实用新型的较佳实施例提供一种串联驱动器100，应用于外骨骼装置（图未示）。所述外骨骼机械装置包括人体骨骼结构及关节结构，所述串联驱动器100设置于关节结构处并连接相邻的骨骼结构，所述关节结构处通过本实用新型的串联驱动器100实现柔性驱动，以控制通过所述关节结构相连的骨骼结构柔性转动。下面对较佳实施例串联驱动器100进行详细描述。

请一并参考图1至图3，所述串联驱动器100包括架体5、动力机构10、转轴20、第一转动件30、第二转动件40及至少一柔性驱动件50。所述架体5、转轴20能够设置于第一骨骼结构（图未示）；所述动力机构10设置于所述架体5，所述动力机构10包括驱动轴12，所述驱动轴12设有第一轮齿结构121；所述第一转动件30转动地设置于所述转轴20，所述第一转动件30设有与所述第一轮齿结构121啮合的第二轮齿结构31；所述动力机构10能够驱动或者制动所述第一转动件30绕所述转轴20转动；所述第二转动件40转动地连接于所述转轴20，并能够连接于第二骨骼结构（图未示）；所述柔性驱动件50设置于所述第一转动件30与所述第二转动件40之间，所述第一转动件30通过所述柔性驱动件50带动所述第二转动件40延时转动。

所述驱动轴12与所述转轴20垂直，所述第一轮齿结构121为设置于所述驱动轴12末端的锥形轮齿结构，所述第二轮齿结构31对应地设置为位于所述第一转动件30外缘的锥形轮齿结构。

所述架体5设有轴承件6，所述驱动轴12穿过所述轴承件6。

所述动力机构10还包括电机13及减速装置14，所述电机13及所述减速装置14连接于所述驱动轴12，分别驱动或者制动所述驱动轴12。

所述第一转动件30与所述第二转动件40沿轴向靠近地设置，所述第一转动件30设有至少一第一收容空间32，所述第二转动件40至少设有与所述第一收容空间32对应的一第二收容空间41，所述柔性驱动件50同时收容于所述第一收容空间32及所述第二收容空间41内。所述第一转动件30发生转动时，使所述柔性驱动件50运动，所述柔性驱动件50将驱动力延时传递至所述第二转动件40，实现延时转动。本实施方式中，所述第一转动件30包括设置上述轮齿结构的转动盘33及设置上述第一收容空间32的驱动盘34，所述驱动盘34固定连接于所述转动盘33。其他实施方式中，所述转动盘33于所述驱动盘34可以设置为一体结构。

所述第一收容空间32及所述第二收容空间41均是沿第一转动件30转动的周向延伸，所述第一收容空间32及所述第二收容空间41的端面沿径向设置，所述第一收容空间32的端面321及所述第二收容空间41的端面412对应地与所述柔性驱动件50的端面相抵。

所述第二转动件40于所述第二收容空间41的端面412分别向内延伸一限位块42，所述柔性驱动件50设有与所述限位块42对应的限位槽51，所述限位块42收容于对应的所述限位槽51。本实施方式中，所述柔性驱动件50设置为弹簧，所述弹簧的两端套设于对应的限位块42。

本实施方式中，所述第一转动件30开设有相邻的两个第一收容空间32，所述第二转动件40开设有与两个所述第一收容空间32对应的两个第二收容空间41。所述第一收容空间32、第二收容空间41的结构沿竖直方向呈对称设置，以使所述第一转动件30及所述第二转动件40在转动时，往不同方向转动的驱动力或者制动力相同。具体地，所述第一收容空间31、第二收容空间41及所述柔性驱动件50的数量设置为左右对称的两个。

所述串联驱动器100还包括连接于所述驱动轴12的第一传感机构60，所述第一传感机构60用于感测所述驱动轴12的转动速度。

请参考图3，所述串联驱动器100还包括第二传感机构70，所述第二传感机构60用于感测所述第二转动件40转动的角度及角速度。具体地，所述第二传感机构70包括与所述第二转动件40同轴的主动转轮71、与所述主动转轮71带式传动连接的从动转轮72以及与所述从动转轮72同轴设置的传感器73。其他实施方式中，所述第二传感机构70还可以设置为直接设置于所述第二转动件40上的传感器。

所述串联驱动器100还包括保护件80，所述保护件80连接于所述第一转动件30，所述第二驱动件40部分收容于所述保护件80，所述柔性驱动件50收容于所述保护件80，以避免受到破坏。

可以理解，所述限位块42的位置可以改变，例如设置于所述第一转动件30，所述柔性驱动件50套设于所述第一转动件30的限位块。

可以理解，所述柔性驱动件50可以设置为由弹性材料制成，例如橡胶或者硅胶等。

可以理解，上述串联驱动器还能够应用于其他装置中，用于连接需要实现相对柔性转动的第一构件与第二构件。

上述串联驱动器通过动力机构的驱动轴驱动所述第一转动件转动，通过所述柔性驱动件将所述驱动力传递柔性地传递给所述第二转动件，以使所述第二转动件延时转动，满足柔性转动的需要；驱动轴与第一驱动件通过齿轮配合，动力传输稳定。

应用上述柔性驱动器的外骨骼装置，能够实现骨骼结构柔性地运动，与常规人体的动作更为接近，达到良好的仿真效果。