一种紧凑型外骨骼动力单元的制作方法

本发明涉及外骨骼机构领域，特别是一种紧凑型外骨骼动力单元。

背景技术：

外骨骼助力机器人将会提高人体的行走和活动的能力，使劳动人们的工作强度下降。制造、物流行业工人每天面临着大量机械式反复搬运重物的操作，腰部、肩部等部位承受巨大的负重压力，易产生腰椎间盘突出等职业病，同时工作效率不高。本方案提供一款外骨骼助力机器人，方便在工人工作过程中使用，减轻工作中身体的负重压力。

外骨骼本质便是一种能够固定在人体上的结构，它能够把人体做出的行为和机械系统的动能紧密联系起来，与此同时，可以为人提供需要的额外动力和运动能力，进而实现增强人体机能的效果。目前为止，外骨骼提供帮助的人群主要可以包括两类：一是在运动过程中具有障碍的人，如老年人、身体残疾的人、偏瘫的患者等，外骨骼技术给了这些人第二次如同正常人运动的机会，二是在运动能力方面需要提高的人，如医院抢救病人时，需要对病人实施心肺复苏的医生、在工作中，从事体力劳动的工人、医院里护理瘫痪病人的护士等。

外骨骼为人体穿戴式设备，体积、重量、驱动能力、承载强度是几个关键性的指标，但是目前的外骨骼的动力单元普遍偏大，且缺少闭环控制所需的传感器。目前的外骨骼机器人关节动力单元主要存在以下缺陷；

1、体积大，特别是采用谐波结构的关节转动轴向的长度，严重影响使用；

2、重量大，不少单个关节重量就超过2kg；

3、传动效率低，不少采用行星传动的效率只有50%多；

4、受到安装结构或尺寸限制，很多动力单元都没有绝对位置反馈；

5、限位结构大或没有限位结构，影响使用安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种紧凑型外骨骼动力单元。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种紧凑型外骨骼动力单元，包括电机、和固定臂和转动臂，所述的固定臂的一端设置有安装腔，所述的电机设置在固定臂的安装腔内，所述的电机的输出轴连接谐波减速器，所述的谐波减速器输出端连接转动臂。

具体地，所述的固定臂的底部设置有限位挡块，相应地转动臂上外围设置有弧形限位槽，所述的限位挡块置于弧形限位槽内进行旋转限位。

具体地，所述的转动臂的底部设置有编码器。

具体地，所述的转动臂连接谐波减速器的一端为中空结构，所述中空结构内安装有绝对式编码器动盘，所述的固定臂的底部设置有编码器安装盘板，编码器安装板顶部设置有绝对式编码器静盘，且绝对式编码器静盘位于转动臂的中空结构内。

具体地，所述的电机通过法兰盘固定安装在固定臂上。

具体地，所述的电机上集成有增量式编码器。

本发明具有以下优点：本发明最大限度利用单元的内部空间，做到小型化轻量化和高集成化，以紧凑的结构提供外骨骼关节必要的承载强度；缩短动力单元的轴向长度；在不影响功能性能的前提下减少一切不必要的结构，做到高集成化。

附图说明

图1为本发明的第一爆炸结构示意图；

图2为本发明的第二爆炸结构示意图；

图3为本发明的限位结构示意图；

图4为本发明的装配结构示意图；

图中：1-电机，2-谐波减速器，3-固定臂，4-转动臂，5-绝对式编码器动盘，6-绝对式编码器静盘，7-编码器安装板，8-限位挡块，9-弧形限位槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1～4所示，一种紧凑型外骨骼动力单元，包括电机1、和固定臂3和转动臂4，所述的固定臂3的一端设置有安装腔，所述的电机1设置在固定臂3的安装腔内，所述的电机1的输出轴连接谐波减速器2，本发明的电机1与谐波减速器2采用集成化设计，电机1直接与谐波减速器1的钢轮和柔轮集成在一起，这样设计使传动结构更紧凑，减小了装置的体积和重量，所述的谐波减速器2输出端连接转动臂4。

进一步地，所述的固定臂3的底部设置有限位挡块8，相应地转动臂4上外围设置有弧形限位槽9，所述的限位挡块8置于弧形限位槽9内进行旋转限位，转动臂4上的弧形限位槽9可以根据使用需求，调整分布角度，从而调整限位角度，电机1带动转动臂4只能在弧形限位槽内转动，这种结构的优势在于能够最大限度的利用动力单元轴向及径向的空间，机械限位机构不会占用任何体积空间，结构简单，安全可靠。

进一步地，所述的转动臂4的底部设置有编码器。

进一步地，所述的转动臂4连接谐波减速器2的一端为中空结构，所述中空结构内安装有绝对式编码器动盘5，将绝对式编码器用于反馈的动盘固定在转动臂4的中空结构内，其优势是不会占用关节轴向及径向上的空间，结构合理，所述的固定臂3的底部设置有编码器安装盘板7，编码器安装板7顶部设置有绝对式编码器静盘6，且绝对式编码器静盘6位于转动臂4的中空结构内，绝对式编码器静盘6安装位位于转动臂4的中空结构内，但固定在编码器安装板7上，编码器安装板7与固定臂3相连，从而在关节转动时绝对式编码器动盘5和绝对式编码器静盘6相互转动，测得关节位置，其优势同样为不会占用轴向空间。

进一步地，所述的电机1通过法兰盘固定安装在固定臂3上。

进一步地，所述的电机1上集成有增量式编码器。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及外骨骼机构领域，公开了一种紧凑型外骨骼动力单元，包括电机（1）、和固定臂（3）和转动臂（4），所述的固定臂（3）的一端设置有安装腔，所述的电机（1）设置在固定臂（3）的安装腔内，所述的电机（1）的输出轴连接谐波减速器（2），所述的谐波减速器（2）输出端连接转动臂（4），所述的固定臂（3）的底部设置有限位挡块（8），相应地转动臂（4）上外围设置有弧形限位槽（9），所述的限位挡块（8）置于弧形限位槽（9）内进行旋转限位，所述的转动臂（4）的底部设置有编码器。本发明的优点是最大限度利用单元的内部空间，做到小型化轻量化和高集成化，以紧凑的结构提供外骨骼关节必要的承载强度。

技术研发人员：程洪;殷紫光;陈靖涛
受保护的技术使用者：布法罗机器人科技（成都）有限公司
技术研发日：2019.07.04
技术公布日：2019.11.12