摩擦阻尼驱动器及外骨骼

1.本发明涉及一种助力外骨骼的驱动装置，尤其是一种摩擦阻尼驱动器，以及具有该摩擦阻尼驱动器的助力外骨骼。


背景技术：

2.助力外骨骼是一种新型的现代化可穿戴装置，这种装置融合了多种信息、控制系统以及传感系统集于一身,为助力外骨骼的穿戴者提供了相应的控制功能，能够协助穿戴者更高效地完成各项任务(例如，承重、搬运等)。目前，助力外骨骼的驱动方式有液压助力和电机助力等。其中，电机助力技术是目前采用最常用的驱动方式。
3.为了降低外骨骼在执行端(例如踝关节、膝关节或手臂等)质量和惯性，通常在设计外骨骼时，采用拉线形式的柔性力传输部件将电机的转矩转化为拉力并柔性传输至外骨骼执行端。然而，由于拉线(包括钢丝、绳索或编织带等)可高效的传递拉力，却不能传递推力。因此，为了确保拉线可以被可靠的拉出和收回，优选在驱动机构至执行机构中串联弹性元件，例如弹簧，从而得到相应的串联弹性驱动装置。串联弹性驱动装置的优点是驱动装置本身具有机械刚度，电机的助力转矩会通过串联的弹簧柔性的传递至外骨骼执行端，如果人体的运动意图和外骨骼的预定位置不相符，系统固有的允许外骨骼的预定位置和外骨骼执行机构实际位置之间存在偏差。但其缺点是串联机构会降低系统整体的响应频率，当人体需要较大助力时，串联机构始终存在一定的延时。鉴于此，并联弹性驱动器应运而生，其通过在拉线机构的输入端并联设置驱动机构和弹性机构，并在驱动机构和缠绕拉线的绞盘之间设置离心离合器，当驱动机构提供助力时，通过该离心离合器将驱动机构与拉线机构的绞盘相连，当驱动机构停止提供助力时，通过该离心离合器断开驱动机构与拉线机构的绞盘之间的连接。虽然，驱动机构不工作时，驱动机构和拉线机构中缠绕力传输部件，即拉线的绞盘完全解锁，但离心离合器的啮合条件是驱动机构(如电机)的输出端必须要达到足够大的转速，才能够使离心离合器中棘爪的离心力克服棘爪的复位力，从而与绞盘上的棘轮啮合以实现电机到绞盘的转矩传递。这就使得当驱动机构，如电机输出端的转速不高的情况下，离心离合器啮合的时机会有所滞后，并且，由于输出端带有较大转速，因此，离心离合器啮合瞬间会给绞盘带来较大的冲击力。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种助力外骨骼的摩擦阻尼驱动器及外骨骼，部分地解决或缓解现有技术中的上述不足，提高用户体验。
5.为部分地解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明的第一方面，在于提供了一种摩擦阻尼驱动器，包括绞盘以及驱动绞盘旋转的驱动装置，所述绞盘上绕有用于传递助力的力传输部件；其特征在于：还包括设置在所述绞盘上的被锁止部件，设置在所述驱动装置输出端的锁止部件和第一摩擦部件，以及设置在所述锁止部件上，可与所述第一摩擦部件相互作用产生摩擦力的第二摩擦部件；
7.当所述驱动装置不提供驱动力，并相对于所述绞盘反向旋转时，使得所述第二摩擦部件相对于所述第一摩擦部件旋转运动，并在第一摩擦部件和第二摩擦部件之间产生摩擦力，从而在所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件之间摩擦力的作用下，所述锁止部件释放所述被锁止部件，使得所述驱动装置与所述绞盘双向解锁；
8.当所述驱动装置提供驱动力，并带动所述锁止部件正向转动时，使得所述第二摩擦部件相对于所述第一摩擦部件旋转运动，并在所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件之间产生摩擦力，从而在所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件之间所产生的摩擦力作用下，所述锁止部件将所述被锁止部件迅速地单向锁止，从而将所述驱动装置与所述绞盘单向锁止。
9.在一些实施例中，所述第一摩擦部件和所述第二摩擦部件为可相互吸引的磁性元件。
10.在一些实施例中，所述第二摩擦部件为具有磁力的磁性元件，所述第一摩擦部件为可被所述磁性元件的磁力所吸引的极性元件。
11.在一些实施例中，所述第一摩擦部件用于提供摩擦面，所述第二摩擦部件为一通过弹性复位件连接在所述锁止部件上，且可相对于所述第一摩擦部件滑动产生摩擦力的摩擦块。
12.在一些实施例中，所述被锁止部件为棘轮，所述锁止部件为棘爪，且所述棘爪的齿形和所述棘轮齿形均采用正反转对称。
13.在一些实施例中，所述摩擦阻尼驱动器还包括：用于将所述力传输部件导入线管机构中线管内的导入机构，所述导入机构包括：设置在所述线管入口侧的第一校正组件，用于对所述力传输部件的出线方向进行径向校正，使得所述力传输部件在所述绞盘径向方向与所述线管端头切线方向相重合；以及设置在所述线管入口侧的第二校正组件，用于对所述力传输部件的出线方向进行轴向校正，或对所述线管端头进行轴向校正，使得所述线管端头与所述力传输部件的末端缠绕位置相切。
14.在一些实施例中，所述第一校正组件包括安装在绞盘安装座上的至少一个径向导轮。
15.在一些实施例中，所述第二校正组件包括安装在绞盘安装座上的至少两个轴向导轮。
16.在一些实施例中，所述第二校正组件包括：为所述线管提供轴向运动路径的轴向滑轨，可沿所述轴向运动路径运动在所述轴向滑轨上运动的至少两个轴向导轮。
17.在一些实施例中，所述第二校正组件还包括：用于承载线管端头压力，以及将压力分散到所述轴向滑轨上的多个轴向滚针轴承。
18.在一些实施例中，所述摩擦阻尼驱动器还包括与所述驱动装置并联在所述力传输部件力输入端的弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构在拉线被拉出时蓄力，而当驱动装置停止提供驱动力时弹性蓄能机构释放弹性势能驱动绞盘回收拉线。
19.在一些实施例中，所述驱动装置为电机。
20.在一些实施例中，所述力传输部件为金属丝、绳索、编织带中的一种。
21.本发明的第二方面在于，提供了一种助力外骨骼，其包括上述摩擦阻尼驱动器。
22.本发明的有益之处在于：本发明的驱动器，能够在驱动装置不需要工作，也即不提
供驱动力/助力时，通过驱动装置输出端的第一摩擦部件和锁止部件上的第二摩擦部件之间所产生的摩擦力，使得锁止部件将被锁止部件解锁(例如，使得棘爪快速收回)，从而使得驱动装置可完全与绞盘解锁(即正反转方向均解锁)，避免了当驱动装置停止助力时，驱动装置本身转换为阻尼件，而导致穿戴者穿戴助力外骨骼运动(且未提供助力)时感到持续的运动阻尼的问题，进而保证了在不需要助力时，穿戴者相应关节自由运动的顺畅性；而当需要驱动装置与绞盘啮合时，通过驱动装置输出端的第一摩擦部件和锁止部件上的第二摩擦部件之间所产生的摩擦力(例如，通过两个摩擦部件之间的磁力所产生的摩擦力，或者，通过两个摩擦部件之间的压力所产生的摩擦力)，使得锁止部件能够迅速将被锁止部件进行单向锁止(例如，使得棘爪快速伸出，并与绞盘棘轮快速啮合)，从而将驱动装置与绞盘连接，进而实现驱动装置到绞盘的转矩传递。相较于现有的离心离合器并联弹性驱动器，该方案能够避免因棘爪必须要达到较大转速才能在离心力作用下甩出，以实现离合锁死，而导致的棘爪与棘轮啮合的时机滞后，以及啮合瞬间给绞盘带来较大的冲击力等问题。
23.一方面，本发明的驱动器通过柔性力传输部件(如绳索)和线管机构，实现动力的远端柔性传动，从而可以使驱动器和执行机构进行分离设置，将较重部件集中于腰部以上，使得可将具有一定重量，例如驱动装置，以及拉线机构中的绞盘、电池控制系统等置于穿戴者腰部，或者腰部以上，进而避免了现有技术中，因直接将驱动电机安装在执行机构上，而导致穿戴者感觉装置笨重，甚至限制穿戴者运动自由的问题；并且，可通过拉线将驱动装置提供的助力和/或该弹性蓄能机构提供的回收力传递至少一个执行机构，实现了一个驱动装置驱动多个执行机构，避免了现有技术中，针对每个执行机构安装一个驱动装置而导致助力外骨骼系统自重增加，从而影响穿戴者行走步态的负面影响，也即是说本发明的该驱动装置不仅结构更加简单，也降低了助力外骨骼的系统自重，从而减轻了外骨骼装置自重对穿戴者下肢行走步态的负面影响，进而提高了穿戴者的用户体验；并且通过在绞盘端同时并联弹性蓄能部件(如卷簧)和驱动装置(如电机)，使柔性力传输部件(如绳索)在驱动器是否有助力的情况下都能将多余的绳索收回至绞盘端，避免松弛绳索缠绕等问题；通过在电机和绞盘之间设置单向离合器(或单向锁止机构)，可以使弹性蓄能部件(如卷簧机构)只需要克服柔性力传输部件(如绳索)的拉力即可将多余柔性力传输部件(如绳索)收回，这样即便驱动装置(如电机)不工作，驱动装置(如电机)也不会成为卷簧收回绳索的一个阻尼件(由于电机通常采用无刷减速电机，因此电机不工作时，由于无刷电机存在齿槽转矩，并且还带有减速机构，导致电机不工作状态下具有较大的阻尼力)。
24.另一方面，若仅仅在驱动装置和绞盘之间设置离心离合器，或者单向棘爪棘轮机构，1)由于离心离合器需要较大转速才会啮合，进而导致啮合瞬间冲击较大，2)单向棘爪棘轮机构中，当驱动装置，如电机不工作，且绳索没有额外拉力时，虽然卷簧可以用较小转矩实现绳索的收回，但当柔性力传输部件(如绳索)被动拉出时(例如人体关节弯曲导致绳索拉出)，由于单向棘爪只能单向解锁，因此，此时柔性力传输部件(如绳索)需同时克服卷簧蓄能转矩和电机的阻尼力，除非，此时电机主动跟随绞盘送出绳索。基于此，本发明通过在驱动装置和绞盘之间采用摩擦阻尼的棘爪棘轮机构，当电机不需要助力时，只需要电机相对助力方向反向旋转一定角度，锁止部件(例如，棘爪)就会在摩擦力的作用下收回，并且在整个电机不工作期间不会再次啮合绞盘，因此，系统成为了绞盘和卷簧的纯机械收线机构，无论绳索是被拉出还是收回，都不需要克服电机阻尼力；而当需要电机助力时，电机正向旋
转的同时，锁止部件(例如，棘爪)就会在摩擦力的带动下迅速啮合棘轮，进而使电机介入到整个传动系统中，电机的转矩可以高效传递至绞盘，进而收回绳索进行强劲助力。
附图说明
25.图1为本发明一示例性实施例的驱动器的局部剖视图；
26.图2为本发明一示例性实施例的驱动器第一视角的部分部件爆炸示意图；
27.图3为本发明一示例性实施例的驱动器第二视角的部分部件爆炸示意图；
28.图4为反映本发明一示例性实施例的驱动器中棘爪与棘轮未啮合时的示意图；
29.图5为反映本发明一示例性实施例的驱动器中棘爪与棘轮相啮合的示意图；
30.图6为反映本发明一示例性实施例的驱动器中棘爪与棘轮未啮合时部分立体剖视图；
31.图7为反映本发明一示例性实施例的驱动器中棘爪与棘轮啮合时部分立体剖视图；
32.图8为反映本发明一示例性实施例的驱动器中第一校正组件和第二校正组件的装配示意图；
33.图9为反映本发明一示例性实施例的驱动器中轴向导轮与拉线、线管的配合示意图；
34.图10为反映本发明一示例性实施例的驱动器中滑块机构的示意图；
35.图11为反映本发明一示例性实施例的驱动器中滑块机构的部分爆炸示意图；
36.图12为反映本发明一示例性实施例的驱动器中线管端头滑动至底部的示意图；
37.图13为反映本发明一示例性实施例的驱动器中滑块机构中线管端头滑动至顶部的示意图；
38.图14为本发明另一示例性实施例的驱动器中第二校正组件的结构示意图；
39.图15反映图14中第二校正组件中轴线导轮与线管、拉线配合的示意图；
40.图16为本发明一示例性实施例的驱动器中弹性摩擦阻尼机构的示意图；
41.图17为本发明一示例性实施例的驱动器中棘爪朝向逆时针装配的示意图。
42.11-电机，110-输出盘；12-绞盘安装座，120-滑块安装座；139-棘轮，132-棘爪，1320-摩擦块安装孔，133-棘爪安装座，134-磁铁安装孔，135-摩擦块，136-弹簧，137-棘爪端盖，138-轴承安装座；14-拉线(力传输部件)；15-线管，16-绞盘，162-开槽转轴；17-卷簧安装座；18-卷簧，185-卷簧盖，186-磁角度计，187-径向磁铁，188-磁角度计端盖；30-铁片安装座，31-铁片，32-磁铁；40-径向导轮安装轴，41-径向导轮，42-轴向导轮，45-滑块滑轨，46-线管滑块机构，47-滑块端盖，461-滑块，462-线管端头安装座，463-第一圆柱销，464-轴向导轮安装座，465-滚针轴承，466-第二圆柱销，467-安装腔。
具体实施方式
43.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于
解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中如涉及“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。在本发明的描述中，“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。
44.本文中“弹性蓄能机构”：指的是当驱动装置停止提供助力时，向该助力外骨骼中传递助力的拉线提供回收力，以收紧拉线的弹性蓄能机构，例如，卷簧/发条。
45.本文中“执行机构”：指的是在驱动装置的驱动下执行相应动作或实现相应功能的机构，例如，用于助力穿戴者关节的机构，且其在驱动装置的驱动下运动，具体地，如助力外骨骼装置中的膝关节、踝关节、髋关节等。
46.本文中“并联”：是指上述驱动装置和上述弹性蓄能机构的力(例如，助力或回收力)输出端均与绞盘/拉线的输入端相连，以向拉线提供一定作用力(如助力或回收力)。例如，将电机和作为弹性蓄能机构的卷簧与缠绕拉线的绞盘同步转动连接，当电机工作时，电机和卷簧同时拉动拉线，向膝关节外骨骼机构、踝关节外骨骼机构施加助力；当电机停止工作(如电池耗尽或者有意停止电机)时，卷簧依然可以拉住拉线，使拉线在外骨骼机构的运行中始终处于紧绷状态，从而防止了拉线处于自由松弛的状态，引起绞盘处的拉线相互缠绕造成机械故障的风险，进而大大降低了安全事故的发生率。
47.本文中“拉线”：是指各种用于传递动力/拉力的柔性线性部件，也称之为柔性的力传输部件，例如线状或管状的钢丝、绳索，或者丝状，或带状或条状的编织带等等。
48.本文中“线管”：指的是包覆或套设在拉线外的管路，其两端固定，且其不可压缩，其为拉线提供运动路径，从而实现动力/拉力的传递。本文中将驱动器或外骨骼中各个模块之间的管路总称为线管机构。
49.本文中“输入端”：指的是各部件接收力的末端，也称之为力输入端。例如，拉线接收驱动装置输出的助力的末端，或者接收弹性蓄能机构产生/输出的回收力的一端；或者执行机构接收拉线传递来的助力的末端。
50.本文中“输出端”：指的是各部件输出力的一端，也称之为力输出端。例如，拉线与执行机构相连的末端，其将驱动装置所提供的助力输出至该执行机构的输入端(即接收该助力的末端)。
51.本文中“径向”：是指以当以某个部件为参照部件时，垂直于该参照部件的中心线或中心轴方向延伸的方向即为径向，而当沿径向布设的多个对照部件时，每个对照部件的中心线或中心轴平行于该参照部件的中心线或中心轴。例如，以绞盘为参照部件时，垂直于其中心线或中心轴的方向延伸的方向即为径向。又如，以棘爪安装座为参照部件时，垂直于其中心线或中心轴的方向延伸的方向即为径向，而沿径向布设的多个棘爪的中心线或中心轴则均与该棘爪安装座的中心线或中心轴平行。
52.本文中“轴向”：是指当以某个部件为参照部件时，以该参照部件的中心线或中心轴为轴向，而当沿轴向布设的多个对照部件时，每个对照部件的中心线或中心轴平行于该参照部件的中心线或中心轴同轴。例如，以绞盘为参照部件时，其中心线或中心轴方向即为轴向，而沿轴向布设的多个棘爪和棘轮的中心线或中心轴则均与该棘爪安装座的中心线或
中心轴同轴。
53.本文中“单向锁死”：是指动力源(例如，电机的输出盘)和拉线机构的绞盘在一个相对旋转方向的运动是可以自由进行的；而相反相对运动时，两者之间通过棘爪和棘轮啮合，从而将动力源和绞盘连接并锁死。
54.本文中“极性”是指某部件或某元件(或该部件/元件的部分)具有一定的吸引力(如磁力)；或者该部件或元件(或其部分)能够被特定事物(或特定事物的部分)的磁引力(例如磁力)所吸引。相应地，“磁性相吸”是指两个或多个具有磁引力的部件/元件相互吸引，或者，某部件/某元件被具有磁引力的部件/元件所吸引。
55.本文中“磁极相反”是指两个磁性元件/部件的磁极为相互吸引的异名磁极。例如，一个元件/部件的磁极为北极(n极)，另一个元件/部件的磁极为南极(s极)。
56.本文中“末端缠绕位置”是指当拉线缠绕在绞盘上后将要穿出绞盘并进入线管部分所在的位置。
57.本文中“正反转对称设计”是指齿形采用对称结构，使得采用同样的零部件，通过装配方向的调整可以实现驱动器的顺时针助力或逆时针助力方向调整。例如，棘爪朝向顺时针装配时(如图5中棘爪方向所示)，电机的顺时针旋转会使棘爪在摩擦力下被展出，进而啮合绞盘，并带动绞盘顺时针旋转收回柔性绳索，进行高效助力。这种装配模式下，称顺时针旋转为正向旋转(也即助力方向)，逆时针旋转为反向旋转。可以看到当电机反向旋转一定角度后棘爪会在摩擦力(如图5所示，磁力作用所产生的摩擦力)的带动下收回驱动装置，如电机输出盘的中心，进而实现驱动装置，如电机和绞盘端的双向解锁。
58.相反，如果棘爪朝向逆时针装配，(如图17中棘爪方向所示)，电机的逆时针旋转会使棘爪在摩檫力下被展出(或伸出)。因此，该模式下逆时针旋转称为正向旋转(也即助力方向)，顺时针旋转称为反向旋转。
59.为了保证驱动装置停止助力时，穿戴者相应关节自由运动的顺畅性，即能够在驱动装置不需要工作(或不提供助力)时，完全与绞盘解锁(正反转方向均解锁)，而当需要驱动装置与绞盘啮合时，驱动装置与绞盘能够快速啮合。如图1～17所示，本发明提供了一种驱动器，包括：绞盘16以及驱动绞盘16旋转的驱动装置，所述绞盘16上绕有用于传递助力的拉线(或柔性力传输部件)14；还包括与所述驱动装置并联在所述力传输部件力输入端的弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构在拉线14被拉出时蓄力，而当驱动装置停止提供驱动力时弹性蓄能机构释放弹性势能驱动绞盘16回收拉线；所述驱动装置与绞盘16之间设置有摩擦力单向锁止传动机构，所述摩擦力单向锁止传动机构包括：设置在所述绞盘上的被锁止部件，设置在所述驱动装置输出端的锁止部件，以及设置在驱动装置和锁止部件之间的摩擦阻尼组件。
60.在一些实施例中，该摩擦阻尼组件包括设置在驱动装置输出端的第一极性元件(作为第一摩擦部件)；以及设置在所述锁止部件上的第二极性元件(作为第二摩擦部件)；且所述第一极性元件与所述第二极性元件相互吸引，例如，磁性相吸；当所述驱动装置不提供驱动力时，驱动装置沿助力方向的反向旋转一定角度(如图4或图5中，逆时针转动一定角度)，在第一极性元件和第二极性元件磁性相吸的作用下，所述锁止部件释放所述被锁止部件，使得所述驱动装置与所述绞盘双向解锁；当所述驱动装置提供驱动力，并带动所述锁止部件转动时，在第一极性元件和第二极性元件磁性相吸所产生的磁性摩擦力作用下，所述
锁止部件将所述被锁止部件迅速地单向锁止，从而将所述驱动装置与所述绞盘单向锁止。
61.在一些实施例中，该被锁止部件和锁止部件采用棘轮棘爪机构，其中，棘轮棘爪机构中的棘轮139设置在绞盘16上，棘爪132固定在驱动装置输出盘110上，而磁性阻尼组件中的第一极性元件固定在该驱动装置的输出盘外围，第二极性元件固定在棘爪132上，并与第一极性元件相对应。
62.在一些实施例中，棘爪132通过棘爪安装座133与电机11的输出盘110同步转动连接(例如，可通过螺钉等固定件将该棘爪安装座133固定在该电机11的输出盘上)，即由电机11来带动棘爪132转动。为了使得棘轮棘爪在进行传动的时候稳固，棘爪为沿圆周均匀排布的三个，当然，棘爪的数量可根据实际需要进行调整。
63.在一些实施例中，驱动装置优选电机11，拉线14优选金属丝、绳索、编织带中的一种。
64.在一些实施例中，该第一极性元件采用以环形的铁片31(或其他可被磁性元件所吸引的金属件)，其通过铁片安装座30固定在电机11输出盘110的外围(即第一摩擦部件是固定的，其不随驱动装置的输出盘转动而转动)；第二极性元件采用棘爪磁铁32(即磁性元件)，其设置在棘爪132的尖端靠近棘齿的位置，且位于铁片的上方。当然，该磁铁32的安装位置可根据实际需要做出调整，只需要其满足：当电机转动时，其可与该铁片作用产生摩擦阻尼即可。
65.例如，当电机11不提供驱动力时，由于铁片31是固定的，而棘爪磁铁32具有的磁力吸引，因此，一旦电机11反向旋转一定角度，并带动棘爪132反向旋转，此时，在磁力的作用下，棘爪132处于收回状态，也即棘爪132与棘轮139解锁，使得电机11与绞盘16双向解锁(即正反转方向均解锁)；而当电机11提供驱动力，并带动棘爪132转动时，由于铁片31受到棘爪磁铁32的磁力吸引，此时，该磁力转化为磁性摩擦力，使得棘爪132迅速伸出，并与棘轮139快速啮合，从而将棘轮139单向锁止，也即将电机11与绞盘16单向锁止。
66.参见图4和图6，当需要电机11与绞盘16之间解锁时，不论棘爪132与绞盘16上的棘轮139现在是否啮合，只需电机11向图4中逆时针方向(即助力方向的反方向)旋转一定角度(具体角度根据啮合齿形等几何参数决定，例如，电机11进行5～10度逆时针旋转)，由于棘爪132上的棘爪磁铁32与铁片31磁性相吸，因此，棘爪132将跟随电机输出盘110(即电机输出盘110带动棘爪安装座133，棘爪安装座133带动棘爪132旋转)逆时针旋转，此时，棘爪磁铁32沿电机11的旋转方向产生一个磁性摩擦阻尼力f＝μ*n，其中，n为棘爪磁铁32吸附在铁片31上的磁力，μ为棘爪磁铁32和铁片31间的滑动摩擦系数；由于棘爪磁铁32安装在棘爪132前端靠近棘齿位置的棘爪磁铁安装孔134中，因此，该磁性摩擦阻尼力f对棘爪132产生两种分力，一种是通过棘爪132的转动中心o1和棘爪磁铁32中心o2的第一连线方向的第一分力f2，另一个分力是垂直于该第一连线方向的第二分力f1。其中，第二分力f1使得棘爪132绕自身旋转中心o1顺时针旋转，进而将棘爪132的棘齿收回，与绞盘16完全解锁，使得电机11在不需要助力的情况下可以完全保持静止，并且棘爪132在棘爪磁铁32与铁片31的磁力作用下保持收回状态不变，该驱动器此时完全是一个没有电机11介入的无源发条蓄能绳索收回机构。
67.当然，在一些实施例中，每个棘爪132上对应于的棘轮的前端(或尖端)可设置多个棘爪磁铁安装孔134，以安装多个棘爪磁铁，或者，可根据实际需要选择在部分棘爪磁铁安
装孔中安装棘爪磁铁。
68.当然，在另一些实施例中，该第一极性元件也可采用以环形的棘爪磁铁，其通过固定在电机11输出盘110的外围，即第一极性元件和第二极性元件均采用棘爪磁铁(即均采用磁性元件)。
69.在一些实施例中，棘爪的齿形和棘轮齿形均采用正反转对称设计，使得棘轮、棘爪和各自相应的安装座是可以正反共用的，使得棘轮和棘爪不仅可以反向安装，参见图17，加工时也可以棘爪只需要一个模具，棘齿也只需要一个模具，相应的安装座也只需要一个模具，降低了制造成本，也简化了加工工艺，同时降低了装配难度。其中，正反转分别是指驱动装置的助力方向及其反方向，若驱动装置为顺时针助力，即顺时针方向为正向，则逆时针方向即为反转方向，例如，参见图4和图5；若驱动装置为逆时针助力，即逆时针转动为正向转动，则顺时针方向为反转向方向，同理，参见图17，当逆时针转动为正向转动时，顺时针转动为反向转动。
70.参见图5和图7，当需要电机11与绞盘16啮合(即连接)，并带动绞盘16收回拉线14时，只需要电机11向图5中顺时针方向(即助力方向)旋转少量角度(同理，具体角度根据啮合齿形等几何参数决定)，棘爪132便会在棘爪磁铁32与铁片31的阻力作用下逆时针旋转，并将棘爪132的棘齿与绞盘16上的棘轮139进行啮合，从而完成电机11到绞盘16的刚性传动。其中，棘爪磁铁32在铁片31上滑动摩擦所产生的摩擦力为f’，且该摩擦力f’会沿棘爪132转动方向的切向产生一个第三分力f3，正是该第三分力f3使得棘爪132向外张开，并与绞盘16上的棘轮139啮合，从而当电机11进一步顺时针旋转时，电机11的转矩会通过棘爪132的棘齿传递到绞盘16上，并带动绞盘16回收被拉出的拉线14。
71.在一些实施例中，弹性蓄能机构采用卷簧18，其安装方向与棘爪132朝向、拉线14在绞盘16上的缠绕方向密切相关的。如图5所示，当电机11顺时针旋转时，棘爪132与绞盘16上的棘轮139咬合，因此，在图5的视角中，拉线14在绞盘14上的缠绕方向应该是绞盘16顺时针旋转时，会收回多余拉线，拉线14和线管15的出线方向在图5中靠近下端，卷簧18的安装方向也是绞盘16中心轴顺时针旋转时，卷簧18释放能力(卷簧18通过释放能量收回多余拉线)。
72.在一些实施例中，拉线14的缠绕方向、棘爪132朝向、电机11助力时的旋转方向、线管15出线方向，以及卷簧18安装方向需要一致。
73.在一些实施例中，卷簧18作用在绞盘16上；当电机11向拉线14提供驱动力时，卷簧18蓄能；而当电机11停止向拉线14提供驱动力时，卷簧18释放积蓄的弹性势能，拟向拉线14提供回收力。具体地，卷簧18外耳固定在绞盘上。例如，通过螺栓等固定件在绞盘安装座上安装一卷簧安装座17，并将该卷簧18的外耳固定在卷簧安装座17上的外耳固定槽。其内耳固定在该卷簧18的转轴上，具体地，在卷簧安装座17的中心设置一穿孔，以供绞盘16中心设置的开槽转轴162贯穿，并将内耳插入该开槽转轴162上设置的一字槽中，其中，该开槽转轴162也作为该卷簧18的转轴。最后将卷簧盖185扣合在卷簧安装座17上。
74.拉线14一端固定在绞盘16上，并围绕绞盘16数圈后从绞盘安装座12的拉线槽中穿出整体装置，绞盘安装座12上设置有线管15，拉线14需穿过线管15。而线管15的一端插入线管安装座的线管沉槽中。拉线14的末端可以设置铅头140，并将铅头140放入绞盘16中心的铅头沉槽中，进而确保拉线14的端头位置与绞盘16固定。
75.一方面，由于当人体肢体在抵抗弹性蓄能部件和电机阻尼将拉线拉出时，也要付出更大的肌力，从而对人体的运动步态产生负面影响，另一方面，即使在电机不工作时，电机和绞盘可以实现完全解锁，但由电机提供离心力使得棘爪甩出与棘轮啮合的驱动器中棘爪与棘轮啮合的条件是电机的输出端达到一定的转速，使棘爪的离心力能够克服棘爪复位弹簧的拉力，进从而合绞盘上的棘轮实现电机到绞盘的转矩传递。这就会使得棘爪棘轮啮合的时机会有所滞后，并且带有较大转速，啮合瞬间会给绞盘带来较大的冲击力。
76.因此，为解决上述问题，在一些实施例中，通过在驱动装置和棘爪之间设置磁阻尼组件，使得当不需要电机提供助力时，驱动装置只需要沿助力方向的反向旋转一定角度，使得第二摩擦部件相对于第一摩擦部件旋转运动，以在第一摩擦部件和第二摩擦部件之间产生摩擦力，从而在第一摩擦部件和第二摩擦部件之间的摩擦力作用下，使棘爪能够与绞盘上棘轮解锁，进而使得电机与绞盘双向完全解锁，实现了无电机负载的作用；而当电机提供助力时，驱动装置旋转带动棘爪旋转(即沿助力方向正向旋转)，并带动第二摩擦部件相对于第一摩擦部件旋转，使得棘爪能够在两个摩擦部件之间磁性摩擦力的作用下快速地与棘轮啮合，从而实现驱动装置与绞盘的快速啮合，棘轮棘爪机构的咬合时间极短，使得电机11和绞盘16迟滞时间极短，避免了驱动力输出的延迟；并且由于是在磁性摩擦力的作用下啮合，无论是棘轮还是棘爪都不会有较大的转速，进而避免了啮合瞬间给绞盘带来的冲击力。
77.在一些实施例中，该驱动器还包括：用于将拉线14(即力传输部件)导入线管15内的导入机构。该导入机构具体的用于保证拉线的出线方向始终与线管的中心线保持重合，具体地，该导入机构包括：
78.设置在线管15入口侧的径向校正组件，用于对拉线14的从绞盘16中穿出的出线方向进行径向校正的第一校正组件，使得拉线14在绞盘16径向方向上，与线管15端头切线方向相重合，参见图8；
79.设置在线管15入口侧的第二校正组件，用于对拉线14从绞盘16中穿出的出线方向进行轴向校正，或对线管15端头进行轴向校正，使得线管15端头与拉线14的末端缠绕位置相切(或拉线14的出线方向或中心轴与线管中心轴重合)，参见图9。
80.在一些实施例中，参见图2、图3、图8和图14，该第一校正组件包括：安装在绞盘安装座12上的一个径向导轮41，具体地，该径向导轮41通过径向导轮安装轴40安装在绞盘安装座12上，且优选地，设置径向导轮41的位置时，考虑当拉线14在绞盘16上缠绕一圈时，其出线方向(或中心轴)与线管的中心轴相重合。
81.当然，该径向导轮41也可根据实际需要安装多个。例如，若绞盘上缠绕多层拉线时，该径向导轮41的安装位置也可往下移动，但当拉线14被逐渐拉出过程中，绞盘16上的拉线16逐渐减少，为了保证拉线的出线方向与线管15中心轴一致，还可在上方设置一个径向导轮41。同理，也可将径向导轮的安装位置也可以往上移动，相应地，就需要在其下方还设置一个径向导轮；当然，其也可往右移动。
82.在一些实施例中，参见图14和图15，该第二校正组件包括：安装绞盘安装座12上的两个轴向导轮42。当然，该径向导轮41也可根据实际需要安装多个。
83.通过分别在绞盘安装座内设置径向导轮41和轴向导轮42，以对拉线14离开绞盘16后，分别对拉线14在绞盘16的径向方向和轴向方向的偏移量进行纠正，保证进入线管的拉线延展方向(或出线方向或中心轴)正好与线管端头的切向(或中心轴)相吻合，从而避免了
拉线与线管的过度磨损。
84.在另一些实施例中，也可不对拉线14进行轴向校正，而是对线管15的位置进行轴向校正，也即通过第二校正组件来校正线管15，具体地，该第二校正组件采用可相对于绞盘安装座12沿绞盘16的轴向往复运动的滑块机构46来实现，具体地，该滑块机构包括：为线管端头提供轴向运动路径的轴向滑轨43，可沿所述轴向运动路径运动在所述轴向滑轨43上运动的两个轴向导轮42，以及用于承载线管端头压力，以及将压力分散到轴向滑轨上的四个轴向滚针轴承465。
85.参见图9，当绞盘16上的拉线14的缠绕圈数较多时，最外层拉线14的缠绕半径有可能会大于绞盘16的半径，而线管端头的切线方向(或线管端头的中心线)是对准缠绕在绞盘16最内层的拉线14的切线方向的，因此，此时最外层的拉线14与线管15的端头的切线方向会有所偏差，也即两者在绞盘径向上不对应。因此，通过设置径向导轮41先拉线14的出线方向(也即穿出绞盘的穿出方向)进行纠正，保证经过径向导轮41之后的拉线14在绞盘16径向方向与线管15端头的切线方向相重合，以避免拉线14与线管15端头外壁的摩擦而导致拉线或线管的磨损，以及两者摩擦而降低驱动器正常使用时的顺畅性。
86.参见图9-图11，在一些实施例中，由于拉线14在绞盘16上并列缠绕(即拉线一圈一圈缠绕在绞盘上时，是按照绞盘的轴向从上之下，或从下至上一圈一圈并排缠绕的，当一层缠绕满时，再第二层同样的缠绕方式进行缠绕)时，拉线14穿出绞盘16的末端缠绕位置可能与线管15的端头不对应，以及拉线被拉出或被收回的过程中，拉线14的末端缠绕位置也是沿绞盘16轴向变化的，使得拉线14和线管15端头不对应，从而导致拉线与线管端头外壁的摩擦，因此，为了保证两者在轴向上相对应，通过在绞盘安装座12上设置一个可沿绞盘16轴向往复运动的线管滑块机构46(具体地，可在绞盘安装座12上设置一与该线管滑块机构46相配合的滑块安装座120)，并将线管15的端头固定在该线管滑块机构46上，并在该线管滑块机构46上还设置有两个轴向导轮42，以及设置在绞盘安装座上沿绞盘轴向延伸的滑块滑轨45，从而使得在拉线14相互作用力下，带动线管滑块46在滑块滑轨45上沿绞盘轴向往复运动(或如图12和图13中所示的上下运动)，直至线管15的端头与拉线14的末端缠绕位置相切。
87.参见图11，在一些实施例中，线管滑块机构46包括滑块461，设置在该滑块461一侧的线管端头安装座462，以及设置在另一侧的两个轴向导轮42，具体地，两个轴向导轮42通过第一圆柱销463安装在滑块461另一侧设置的轴向导轮安装座464上，从而使得线管滑块机构46在拉线14与轴向导轮42的相互作用力下带动线管滑块机构46上下移动，直至线管端头与拉线的末端缠绕位置相切。其中，该轴向导轮42不仅能够保证线管滑块机构46能够在滑块滑轨45上顺畅地滑动，同时还起到了对拉线14进行准直的作用，进一步保证了拉线能够顺利地进入线管内。
88.参见图8和图11，为了承载线管端头巨大的压力，并将该压力分散到滑块滑轨45上，该线管滑块机构46还包括通过第二圆柱销466对称安装在该滑块461两侧安装腔467内的两组滚针轴承465，其中，每组包括两个滚针轴承465。当然，在另一些实施例中，每组滚针轴承的数量可根据实际需要进行调整。
89.进一步地，该线管滑块机构46还包括用于将该滑块安装在滑块安装座120上的滑块端盖47。
90.当然，在另一些实施例中，也可不设置该轴向导轮，而直接将该线管滑块可滑动地安装在该滑块滑轨上即可，例如，分别在线管滑块和滑块滑轨上设置滑槽和与之相匹配的凸起。
91.参见图17，为棘爪反向安装时的剖视图，相应地，需要把拉线14的缠绕方向和线管15的出线方向进行调整。此时，电机11逆时针旋转时会使棘爪132锁死，并为绞盘16提供助力。
92.参见图16，在另一些实施例中，也可不采用磁性摩擦，而采用弹性摩擦，具体地，其包括上述的各个部件，不同的是，不需要在棘爪132上设置相应的棘爪磁铁，而是在棘爪132对应于铁片31(即提供摩擦面的第一摩擦部件)的第一侧(对应于摩擦面的一侧)设置一弹性摩擦组件。
93.当所述驱动装置不提供驱动力时，在所述弹性摩擦组件和第一摩擦部件之间摩擦力的作用下，所述锁止部件释放所述被锁止部件，使得所述驱动装置与所述绞盘双向解锁；当所述驱动装置提供驱动力，并带动所述锁止部件转动时，所述锁止部件带动所述弹性摩擦组件相对于所述摩擦部件转动，使得在所述弹性摩擦组件和所述摩擦部件之间产生的摩擦力作用下，所述锁止部件将所述被锁止部件迅速地单向锁止，从而将所述驱动装置与所述绞盘单向锁止。
94.在一些实施例中，该弹性摩擦组件包括：一弹性复位件，其一端固定在棘爪的第一侧，另一端固定连接有可在铁片31的摩擦面上滑动的摩擦块135。当然，第一摩擦部件也可不采用铁片，而采用其他可向该摩擦块提供摩擦面的部件。
95.在一些实施例中，该弹性复位件采用弹簧136，其一端固定在棘爪的第一侧所开设一个摩擦块安装孔1320内，另一端固定在摩擦块135上。初始状态时，该弹簧处于被压缩状态，因此，在其弹力作用于摩擦块135上，使得摩擦块仅仅压在铁片31上。
96.当然，在另一些实施例中，该第二摩擦部件也可不采用通过弹性复位件连接在棘爪上的摩擦块，而是直接采用弹性材料制成的摩擦块实现，只需要该摩擦块能够沿垂直于摩擦面的方向给予第一摩擦部件一定的压力即可。
97.当电机11转动或提供助力时，电机的输出盘带动棘爪转动，相应地，摩擦块跟随棘爪转动，此时，摩擦块与铁片之间因压力而产生摩擦力，使得棘爪与棘轮快速啮合。
98.在一些实施例中，为了便于记录回收旋转的圈数，该驱动器还包括：安装在绞盘16的开槽转轴162端头的径向磁铁187，以及用于检测回收旋转角度的角度传感器，其设置在卷簧盖185上。优选地，该角度传感器采用磁角度计186。
99.本发明还提供一种拉线自动回收的外骨骼，包括拉线14以及上述驱动装置。
100.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。