单向离合器及柔性外骨骼的制作方法

本发明涉及离合器技术领域，尤其涉及一种单向离合器及柔性外骨骼。

背景技术：

柔性外骨骼是指一种能够增强人体肢体的可穿戴系统，在穿戴者的控制下能够辅助肢体完成一定的功能和任务，给人提供保护、额外的动力和能力。柔性外骨骼是用单向离合器来完成柔性外骨骼的弯折和锁死。然而，现有的单向离合器只能朝一个方向转动，而朝另一个方向锁死，可控制性弱。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种单向离合器及柔性外骨骼。

本发明提供一种单向离合器，其包括舵机、传动组件、抵靠元件和转动元件。所述传动组件与所述舵机连接。所述抵靠元件与所述传动组件连接。所述舵机用于通过所述传动组件驱动所述抵靠元件在第一位置及第二位置之间运动。其中，所述抵靠元件位于所述第一位置时，所述抵靠元件抵靠所述转动元件以防止所述转动元件沿第一方向转动。所述抵靠元件位于所述第二位置时，所述抵靠元件与所述转动元件分离以使所述转动元件能够沿所述第一方向及与所述第一方向相反的第二方向转动。

本发明实施方式的单向离合器通过舵机来驱动传动组件转动，既可以使抵靠元件能够抵靠转动元件来防止转动元件沿第一方向转动，又可以使抵靠元件与转动元件分离以使转动元件能够沿第一方向及与第一方向相反的第二方向转动。也即是说，转动元件能够自由转动，也能够只朝一个方向转动。使得单向离合器的转动方向是可控的，提升单向离合器的可控性。

在某些实施方式中，所述传动组件包括第一齿轮和第二齿轮。所述第一齿轮与所述舵机的输出轴连接。所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。所述抵靠元件与所述第二齿轮固定连接。所述抵靠元件与所述第二齿轮绕同一转轴转动。

在某些实施方式中，所述第一齿轮为扇形齿轮，和/或所述第二齿轮为扇形齿轮。

在某些实施方式中，所述抵靠元件和所述第二齿轮分别设置在所述转轴相背的两侧。

在某些实施方式中，所述单向离合器包括连接所述舵机的输出轴及所述第一齿轮的止动件，所述止动件用于限制所述输出轴与所述第一齿轮相对转动。

在某些实施方式中，所述转动元件包括棘轮结构。所述棘轮结构上设有多个齿槽。所述抵靠元件包括棘爪。所述抵靠元件位于所述第一位置时，所述棘爪抵靠在所述齿槽中以防止所述转动元件沿第一方向转动。所述抵靠元件位于所述第二位置时，所述棘爪与所述齿槽分离所述转动元件能够沿所述第一方向及与所述第一方向相反的所述第二方向转动。

在某些实施方式中，所述单向离合器还包括支架，所述支架包括第一支撑板和与所述第一支撑板相对的第二支撑板，所述舵机设置在所述第二支撑板，所述传动组件、所述抵靠元件及所述转动元件均架设在所述第一支撑板与所述第二支撑板之间。

在某些实施方式中，所述舵机设于所述第二支撑板背离所述第一支撑板的一侧。

在某些实施方式中，所述转动元件还包括转动部，所述转动部设有第一轮轴和第二轮轴，所述第一轮轴与所述第二轮轴在转动部的两侧对立设置，所述第一轮轴与所述第一支撑板转动连接，所述第二轮轴与所述第二支撑板转动连接。

本发明提供一种柔性外骨骼，其包括第一摆动件、第二摆动件和上述任一项实施方式的所述单向离合器。所述单向离合器连接所述第一摆动件及所述第二摆动件，所述第一摆动件通过所述单向离合器相对于所述第二摆动件转动。

本发明实施方式的柔性外骨骼的单向离合器通过舵机来驱动传动组件转动，既可以使抵靠元件能够抵靠转动元件来防止转动元件沿第一方向转动，又可以使抵靠元件与转动元件分离以使转动元件能够沿第一方向及与第一方向相反的第二方向转动。也即是说，转动元件能够自由转动，也能够只朝一个方向转动。使得单向离合器的转动方向是可控的，提升单向离合器的可控性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施方式的单向离合器的结构示意图；

图2是本发明实施方式的单向离合器的又一结构示意图；

图3是本发明实施方式的单向离合器的去除第一支撑板的结构示意图；

图4是本发明实施方式的单向离合器的第一齿轮和输出轴的连接示意图；

图5是本发明实施方式的单向离合器的第一齿轮和输出轴的又一连接示意图；

图6是本发明实施方式的单向离合器的转动元件的结构示意图；

图7是本发明实施方式的单向离合器的转动部的结构示意图；

图8是本发明实施方式的单向离合器的棘轮结构的结构示意图；

图9是本发明实施方式的单向离合器的转动元件的又一结构示意图；

图10是本发明实施方式的单向离合器的转动元件与第二支撑板的连接示意图；

图11是本发明实施方式的柔性外骨骼的结构示意图。

主要元件符号说明：柔性外骨骼100；第一摆动件101；第二摆动件102；单向离合器10；舵机11；输出轴111；第二固定孔1111；第一螺孔1112；传动组件12；第一齿轮121；凹槽1211；第二螺孔12111；第一固定孔1212；第二齿轮122；抵靠元件123；棘爪124；转动元件13；棘轮结构131；齿槽1311；通孔1312；缺口13121；转动部132；第一轮轴1321；第二轮轴1322；凸缘1323；凸起13231；第四固定孔1324；止动件14；支架15；第一支撑板151；第一轴承1511；第三螺孔1512；第三轴承1513；第二支撑板152；第二轴承1521；第四螺孔1522；第四轴承1523；第三固定孔1524；转轴16；第二弹簧17。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1至图3，本发明提供一种单向离合器10，其包括舵机11、传动组件12、抵靠元件123和转动元件13。传动组件12与舵机11连接。抵靠元件123与传动组件12连接。舵机11用于通过传动组件12驱动抵靠元件123在第一位置及第二位置之间运动。其中，抵靠元件123位于第一位置时，抵靠元件123抵靠转动元件13以防止转动元件13沿第一方向转动。抵靠元件123位于第二位置时，抵靠元件123与转动元件13分离以使转动元件13能够沿第一方向及与第一方向相反的第二方向转动。

本发明实施方式的单向离合器10通过舵机11来驱动传动组件12转动，既可以使抵靠元件123能够抵靠转动元件13来防止转动元件13沿第一方向转动，又可以使抵靠元件123与转动元件13分离以使转动元件13能够沿第一方向及与第一方向相反的第二方向转动。也即是说，转动元件13能够自由转动，也能够只朝一个方向转动。使得单向离合器10的转动方向可以灵活控制，提升单向离合器10的可控性。

具体地，舵机11用于驱动传动组件12转动，由于抵靠元件123与传动组件12连接，在传动组件12转动的时候，抵靠元件123也会相应转动，如此使得抵靠元件123能够在第一位置及第二位置之间运动。其中，第一位置指的是抵靠元件123抵靠转动元件13，第二位置指的是抵靠元件123与转动元件13分离。

在抵靠元件123未抵靠在转动元件13时候，转动元件13能够自由转动，即转动元件13能沿第一方向转动也能沿与第一方向相反的第二方向转动。需要指出的是，上述所说的第一方向可以是顺时针转动，也可以是逆时针转动。

本实施方式中，定义第一方向为逆时针转动，第二方向为顺时针转动。在抵靠元件123抵靠在转动元件13时候，转动元件13不能沿第一方向转动，此时转动元件13只能沿着第二方向转动，即是说转动元件13此时只能顺时针转动不能逆时针转动，如此能够更好地控制转动元件13的转动方向。

请参阅图3及图4，在某些实施方式中，传动组件12包括第一齿轮121和第二齿轮122。第一齿轮121与舵机11的输出轴111连接。第二齿轮122与第一齿轮121啮合。抵靠元件123与第二齿轮122固定连接。抵靠元件123与第二齿轮122绕同一转轴16转动。

输出轴111和第一齿轮121连接，输出轴111转动时可以带动第一齿轮121转动，由于第二齿轮122与第一齿轮121啮合，当第一齿轮121转动时候，带动第二齿轮122转动，抵靠元件123与第二齿轮122固定连接，第二齿轮122转动能够使得抵靠元件123相应转动，如此实现抵靠元件123能够抵靠在转动元件13或抵靠元件123能够与转动元件13分离。

如图3的示例中，抵靠元件123位于第一位置，此时，抵靠元件123抵靠转动元件13，第二齿轮122逆时针转动后，抵靠元件123转至第二位置，抵靠元件123与转动元件13分离。

具体地，第一齿轮121和第二齿轮122可以采用硬质塑料制成，硬质塑料不易形变，并且重量较轻，如此能够降低单向离合器10的重量，方便用户使用单向离合器10。可以理解的是，第一齿轮121和第二齿轮122不仅仅可以采用硬质塑料制成，可以根据不同的情况采用不同的材料制成。在此不作限定。

在某些实施方式中，第一齿轮121为扇形齿轮，和/或第二齿轮122为扇形齿轮。也即是说，第一齿轮121为扇形齿轮；或，第二齿轮122为扇形齿轮；或，第一齿轮121和第二齿轮122均为扇形齿轮。

第一齿轮121和/或第二齿轮122为扇形齿轮，如此，第一齿轮121和/或第二齿轮122的尺寸较小，能够减小单向离合器10的体积，使得单向离合器10能够更加轻巧，方便单向离合器10的使用。如若采用圆形齿轮，单向离合器10需要有更多的去放置圆形齿轮，如此会导致单向离合器10的体积变大，并且会导致单向离合器10的重量增加，并且会增加单向离合器10的制造成本，不方便单向离合器10的大规模生产。

需要指出的是，扇形齿轮指的是齿轮的轮齿呈弧形排布。

在某些实施方式中，抵靠元件123和第二齿轮122分别设置在转轴16相背的两侧。

如此设置，方便抵靠元件123抵靠转动元件13。

例如，舵机11带动第一齿轮121顺时针转动，由于第二齿轮122和第一齿轮121啮合，因此第二齿轮122进行逆时针转动，由于第二齿轮122与抵靠元件123固定连接，因此抵靠元件123也会逆时针转动。舵机11带动第一齿轮121逆时针转动，由于第二齿轮122和第一齿轮121啮合，因此第二齿轮122进行顺时针转动，由于第二齿轮122与抵靠元件123固定连接，因此抵靠元件123也会顺时针转动。如此使得抵靠元件123能够在第一位置及第二位置之间运动。如若抵靠元件123与第二齿轮122同侧设置，在第二齿轮122转动过程中可能会出现第二齿轮122与转动元件13接触，可能会导致转动元件13的损坏。

请参阅图4和图5，在某些实施方式中，单向离合器10包括止动件14，止动件14连接舵机11的输出轴111及第一齿轮121，止动件14用于限制输出轴111与第一齿轮121相对转动。

止动件14的设置能够防止输出轴111和第一齿轮121发生相对转动，提高第一齿轮121转动效率，从而提高单向离合器10的工作效率。

具体地，第一齿轮121上设有凹槽1211，凹槽1211可为圆形，输出轴111嵌于凹槽1211内使得第一齿轮121与输出轴111连接。

进一步地，请参阅图4，止动件14可以为第一弹簧，第一弹簧的一端与输出轴111固定连接，第一弹簧的另一端与第一齿轮121固定连接，利用第一弹簧来将输出轴111和第一齿轮121固定，如此在输出轴111转动过程中，不会出现第一齿轮121相对输出轴111发生相对转动或者第一齿轮121相对输出轴111发生轴向移动的情况。

具体地，第一齿轮121上设有第一固定孔1212，输出轴111上设有第二固定孔1111，第一弹簧的两端分别固定在第一固定孔1212和第二固定孔1111，如此来固定第一齿轮121和输出轴111，从而防止第一齿轮121相对输出轴111发生相对转动或者第一齿轮121相对输出轴111发生轴向移动的情况。

请参阅图5，在其他实施方式中，输出轴111上可以设置第一螺孔1112，凹槽1211内设有第二螺孔12111，将螺丝穿过第一螺孔1112和第二螺孔12111来实现第一齿轮121和输出轴111的固定。可以理解的是，第一齿轮121和输出轴111的连接方式不仅仅可以采用第一弹簧固定或者是螺丝固定的方式，还可以采用其他的方式进行连接。例如还可以通过粘胶粘接的方式使得第一齿轮121和输出轴111固定连接。

请参阅图6至图8，在某些实施方式中，转动元件13包括棘轮结构131。棘轮结构131上设有多个齿槽1311。抵靠元件123包括棘爪124。抵靠元件123位于第一位置时，棘爪124抵靠在齿槽1311中以防止转动元件13沿第一方向转动。抵靠元件123位于第二位置时，棘爪124与齿槽1311分离转动元件13能够沿第一方向及与第一方向相反的第二方向转动。

棘轮结构131和棘爪124的结构简单，并且棘爪124和棘轮结构131能够更好的控制转动元件13的转动，提升单向离合器10的工作效率，且方便单向离合器10大规模的制造。

请进一步参阅图2，在某些实施方式中，单向离合器10还包括支架15，支架15包括第一支撑板151和与第一支撑板151相对的第二支撑板152，舵机11设置在第二支撑板152，传动组件12、抵靠元件123及转动元件13均架设在第一支撑板151与第二支撑板152之间。

支架15的设置能够保护传动组件12、抵靠元件123及转动元件13，如此，传动组件12、抵靠元件123及转动元件13不会与外部物体接触，防止外部坚硬物体与传动组件12、抵靠元件123及转动元件13碰撞导致传动组件12、抵靠元件123及转动元件13的损坏，提升单向离合器10的使用年限。

具体地，请参阅图1和图2，第一支撑板151上设有第一轴承1511，第二支撑板152上设有第二轴承1521，第一轴承1511与第二轴承1521对应设置，转轴16与第一轴承1511以及第二轴承1521连接，如此设置，能够使得转轴16能够在第一支撑板151与第二支撑板152之间转动，从而使得第二齿轮122和抵靠元件123能够在第一支撑板151与第二支撑板152之间转动。

进一步地，第一支撑板151上设有多个第三螺孔1512，第二支撑板152上设有多个第四螺孔1522，第一支撑板151与第二支撑板152通过第三螺孔1512和第四螺孔1522进行固定。可以理解是的，第一支撑板151和第二支撑板152不仅仅可以通过螺丝进行固定，还可以通过其他方式进行固定。例如，第一支撑板151和第二制成板可以通过卡接的方式进行固定。

在某些实施方式中，舵机11设于第二支撑板152背离第一支撑板151的一侧。

如此设置，方便舵机11与外部控制设置连接。

具体地，舵机11通过螺丝固定在第二支撑板152上。值得注意的是，舵机11与第二支撑板152的连接方式不仅仅可以采用螺丝固定，可以根据不同情况采用不同的固定方式。例如，舵机11可以通过粘胶粘接在第二支撑板152上。

请参阅图7至图9，在某些实施方式中，转动元件13还包括转动部132，，转动部132设有第一轮轴1321和第二轮轴1322，第一轮轴1321与第二轮轴1322在转动部132的两侧对立设置，第一轮轴1321与第一支撑板151转动连接，第二轮轴1322与第二支撑板152转动连接。

通过第一轮轴1321和第二轮轴1322与支架15转动设置，使得转动部132在第一支撑板151和第二支撑板152之间进行转动，从而使得转动元件13能够在第一支撑板151和第二支撑板152之间进行转动。第一轮轴1321与第二轮轴1322在转动部132的两侧对立设置，即，第一轮轴1321和第二轮轴1322同轴设置，如此满足第一轮轴1321和第二轮轴1322的轴心之间的轴向要求，使得转动元件13转动更加充分。

具体地，第一支撑板151上设有第三轴承1513，第二支撑板152上设有第四轴承1523，第三轴承1513与第四轴承1523对应设置，第一轮轴1321和第三轴承1513连接，第二轮轴1322和第四轴承1523连接，如此能够使得转动部132能够在第一支撑板151和第二支撑板152之间转动。

进一步地，请参阅图7和图8，转动部132上设有凸缘1323，凸缘1323的边缘设有多个凸起13231，棘轮结构131设有通孔1312，通孔1312的边缘设有与多个凸起13231对应的多个缺口13121，棘轮结构131穿过凸缘1323且凸起13231嵌与缺口13121中以使棘轮结构131与转动部132固定连接。第一轮轴1321位于凸起13231上。如此，能够使得转动元件13与第一支撑板151连接时候不会出现由于转动元件13与第一支撑板151接触导致转动元件13转动不够充分或者是导致转动元件13的损坏的问题。提升单向离合器10的使用年限。

请参阅图10，在一个例子中，转动部132与第二支撑板152之间设有第二弹簧17，第二支撑板152上设有第三固定孔1524，转动部132面向第二支撑板152的一侧设有第四固定孔1324，第二弹簧17的一端固定设于第三固定孔1524中，第二弹簧17的另一端固定设于第四固定孔1324中。第二弹簧17的设置使得转动元件13在转动之后能够自动回复，不需要外力驱使转动元件13回复，使得转动元件13能够进行往复运动。

例如，转动元件13在外力的驱使下沿着第二方向转动，即转动元件13顺时针转动，此时，第二弹簧17被拉伸，在除去外力时且需要转动元件13回复在转动前的状态时，由于第二弹簧17需要回复原来的状态。因此会拉动转动元件13逆时针转动，如此使得转动元件13能够在不需要外力驱使下回复原状。如此，使得转动元件13能够进行往复运动。

请参阅图11，本发明提供一种柔性外骨骼100，其包括第一摆动件101、第二摆动件102和上述任一项实施方式的单向离合器10。单向离合器10连接第一摆动件101及第二摆动件102，第一摆动件101通过单向离合器10相对于第二摆动件102转动。

本发明实施方式的柔性外骨骼100的单向离合器10通过舵机11来驱动传动组件12转动，既可以使抵靠元件123能够抵靠转动元件13来防止转动元件13沿第一方向转动，又可以使抵靠元件123与转动元件13分离以使转动元件13能够沿第一方向及与第一方向相反的第二方向转动。也即是说，转动元件13能够自由转动，也能够只朝一个方向转动。使得单向离合器10的转动方向是可控的，提升单向离合器10的可控性。

其中，第一摆动件101和单向离合器10的第一轮轴1321固定连接，第二摆动件102与第一支撑板151固定连接，如此设置，第一摆动件101能够跟随转动元件13一起转动。

具体地，第二摆动件102通过螺丝固定在第一支撑板151上，可以理解的是，第二摆动件102与第一支撑板151连接的方式不仅仅可以是螺丝固，可以根据具体情况采用不同的方式进行固定。

在一个例子中，第一摆动件101和第二摆动件102可以是可穿戴式柔性外骨骼100，如此，用户能够通过上述单向离合器10来实现第一摆动件101和第二摆动件102转动和锁死的功能。提升第一摆动件101和第二摆动件102的可控性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。