一种储能驱动模块的制作方法

本实用新型涉及机械技术领域，尤其涉及一种储能驱动模块。

背景技术：

驱动模块是机械系统中常用的动力元件，驱动模块的作用是为系统提供动力源，输出驱动力，驱动模块是靠供电电流进行工作，从而实现系统的驱动，由于系统的工作需要依靠驱动模块供电电流，因此，系统的供电电池消耗很快，由此，应用这种驱动模块会带来大量的电能消耗，且不经济。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种储能驱动模块，在驱动单元工作时可以同时进行储能单元弹性势能的储存和驱动力的输出，在储能单元弹性势能释放时，可以减少驱动单元的做功，从而减少驱动单元的供电，减少电池消耗，由此实现节能。

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种储能驱动模块，包括驱动壳体、驱动单元、第一传动部件、储能单元、减速单元和第二传动部件；

所述驱动壳体，用于安设所述驱动单元；

所述驱动单元的动力输出端与第一传动部件的动力输入端相连接；

所述储能单元包括卷曲部件和储能壳体，所述卷曲部件的内缘端卡接在所述第一传动部件的第一卡槽内，所述卷曲部件的外缘端卡接在所述储能壳体的第二卡槽内；所述储能壳体的一端与所述驱动壳体相连接；

所述减速单元的动力输入端与所述第一传动部件的动力输出端相连接，所述减速单元的动力输出端与所述第二传动部件相连接；

所述驱动单元接收上位机发出的第一控制信号，所述驱动单元产生第一驱动力驱动所述第一传动部件正向旋转，带动所述卷曲部件绕所述第一传动部件正向卷曲，从而储存第一弹性势能，同时所述第一传动部件通过所述减速单元驱动所述第二传动部件正向转动，从而产生第一终端驱动力；或者，

所述驱动单元接收上位机发出的第二控制信号，所述驱动单元产生第二驱动力驱动所述第一传动部件反向旋转，并且所述卷曲部件绕所述第一传动部件反向释放，从而释放所储存的所述第一弹性势能产生第三驱动力，由此在第二驱动力和所述第三驱动力的作用下，通过所述减速单元驱动所述第二传动部件反向转动，从而产生第二终端驱动力。

优选的，所述储能驱动模块还包括底座，所述驱动单元的固定端固定在所述底座上，所述底座安设于所述驱动壳体内。

优选的，所述减速单元包括减速壳体、第一中心齿轮、多个第一从动轮、第一传动盘、第二中心齿轮、多个第二从动轮和第二传动盘；

所述第一中心齿轮的中心轴与第一传动部件的动力输出端相连接，所述第一中心齿轮分别与多个第一从动轮相啮合；

所述第一传动盘的一端设有多个第一连接部，所述多个第一连接部分别与所述多个第一从动轮的中心轴相连接；所述第一传动盘的中心具有第一镂空孔；

所述第二中心齿轮的中心轴与第一镂空孔相连接，所述第二中心齿轮分别与多个第二从动轮相啮合；

所述第二传动盘的一端设有多个第二连接部，所述多个第二连接部分别与所述多个第二从动轮的中心轴相连接；所述第二传动盘的中心具有第二镂空孔，用于连接所述第二传动部件的动力输入端；

所述减速壳体的内壁具有第一齿状结构和第二齿状结构，所述多个第一从动轮均与所述第一齿状结构相啮合，所述多个第二从动轮均与所述第二齿状结构相啮合；所述减速壳体的一端与所述储能壳体的另一端相连接；

在所述第一传动部件转动时，带动所述第一中心齿轮转动，从而带动多个第一从动轮在所述减速壳体内壁的第一齿状结构内绕所述第一中心齿轮转动，通过所述多个第一连接部带动所述第一传动盘转动，进而带动所述第二中心齿轮转动，从而带动多个第二从动轮在所述减速壳体的第二齿状结构内绕所述第二中心齿轮转动，通过所述多个第二连接部带动所述第二传动盘转动，进而带动所述第二传动部件转动。

进一步优选的，所述储能驱动模块还包括盖板，所述盖板的一端与所述减速壳体的另一端固定连接，所述第二传动部件穿射所述盖板，并且通过轴承与所述盖板相连接。

优选的，所述卷曲部件为平面涡卷弹簧。

优选的，驱动单元、储能单元、第一传动部件、减速单元和第二传动部件的中心轴位于同一条直线上。

优选的，所述第一传动部件固定不动，当所述储能壳体受到第一外力正向转动时，所述储能壳体带动所述卷曲部件绕所述第一传动部件正向卷曲，储存第二弹性势能；当所述储能壳体受到第二外力反向转动时，所述卷曲部件绕所述第一传动部件释放所储存的所述第二弹性势能，带动所述储能壳体反向转动。

优选的，所述第一传动部件固定不动，所述储能壳体受到第一外力正向转动时，所述储能壳体带动所述卷曲部件绕所述第一传动部件正向卷曲，储存第二弹性势能；

所述第一传动部件正向转动时，所述卷曲部件绕所述第一传动部件释放所储存的所述第二弹性势能。

本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块，在驱动单元工作时可以同时进行储能单元弹性势能的储存和驱动力的输出，在储能单元弹性势能释放时，可以减少驱动单元的做功，从而减少驱动单元的供电进行节能。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块的爆炸示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种储能单元的爆炸示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种减速单元的局部爆炸示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种第一传动盘的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种减速壳体的爆炸示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种外骨骼的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种外骨骼的爆炸示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块，在驱动单元工作时可以同时进行储能单元弹性势能的储存和驱动力的输出，在储能单元弹性势能释放时，可以减少驱动单元的做功，从而减少驱动单元的供电，由此实现节能。

图1为本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块的爆炸示意图，结合1和图2所示，储能驱动模块包括驱动壳体10、驱动单元1、第一传动部件2、储能单元3、减速单元4和第二传动部件5。

驱动壳体10是指设置在驱动单元1外的壳体，驱动壳体10优选为滚筒状，用于安设驱动单元1。

驱动单元1是指能够提供动力的动力元件，驱动单元1具有固定端和动力输出端，驱动单元1的动力输出端与第一传动部件2的动力输入端相连接。在本例中，驱动单元1优选为电机，电机输出轴即为驱动单元1的动力输出端。

为了保证驱动单元1在工作过程中的稳定性，储能驱动模块还包括底座(图中未示出)，驱动单元1的固定端固定在底座上，具体可以通过螺栓进行固定，底座安设于驱动壳体10内，具体可以通过螺栓进行固定。

第一传动部件2的作用是将驱动单元1输出的驱动力传动到储能单元3和减速单元4，其具体可以通过传动轴实现，第一传动部件2具体可以包括动力输入端、中间部和动力输出端三段，输入端、中间部、动力输出端依次相连，第一传动部件2的动力输入端与驱动单元1的动力输出端相连接，第一传动部件2的中间部具有第一卡槽，用于卡接储能单元3，第一传动部件2的动力输出端与减速单元4的动力输入端相连，由此，第一传动部件2的动力输入是由驱动单元1提供的，第一传动部件2同时向储能单元3和减速单元4进行动力输出。

图3为本实用新型实施例提供的一种储能单元的爆炸示意图，下面具体对储能单元3的结构进行介绍，如图3所示，储能单元3包括卷曲部件31和储能壳体32。

结合图2和图3所示，储能壳体32是指储能单元3的壳体，储能壳体32的一端与驱动壳体10相连接，优选为圆筒状，储能壳体32具有第二卡槽；卷曲部件31是指具有卷曲功能、能够产生和释放弹性势能的部件，本领域技术人员可以根据储能单元3的储存容量需要选择不同参数的弹性卷曲部件31，在本例中卷曲部件31优选为平面涡卷弹簧，卷曲部件31的内缘端卡接在第一传动部件2的第一卡槽上，卷曲部件31的外缘端卡接在储能壳体32的第二卡槽内，从而实现卷曲部件31两端的固定。为了对卷曲部件31的卷曲和释放过程进行限位，在储能壳体32两端优选设有两个挡板，从而将卷曲部件31封装在储能壳体32内，为了保证第一传动部件2的传动，在两个挡板的中心处设有通孔。

在第一传动部件2正向转动时，可以带动卷曲部件31绕第一传动部件2正向卷曲，从而产生并储存弹性势能，在此之后，在第一传动部件2反向转动时，卷曲部件31绕第一传动部件2反向释放，从而释放储存的弹性势能，由此实现能量的储存与释放。

减速单元4动力输入端与第一传动部件2的动力输出端相连接，减速单元4的动力输出端与第二传动部件5相连接，减速单元4是一种减速器，其作用降低转速、增大扭矩，即将驱动单元1输出的高转速的驱动力转化为低转速、大扭矩的驱动力。需要说明的是，本领域技术人员可以根据具体的实际减速需要对减速单元4的结构和参数进行设计和选择。

图4为本实用新型实施例提供的一种减速单元4的局部爆炸示意图，图5为本实用新型实施例提供的一种第一传动盘44的结构示意图，图6为本实用新型实施例提供的一种减速壳体41的爆炸示意图，下面具体对减速单元4的结构进行介绍，如图4至图6所示，减速单元4包括减速壳体41、第一中心齿轮42、多个第一从动轮43、第一传动盘44、第二中心齿轮45、多个第二从动轮46和第二传动盘47。

如图4所示，第一中心齿轮42的中心轴与第一传动部件2的动力输出端相连接，第一中心齿轮42分别与多个第一从动轮43相啮合，优选的，在本例中多个第一从动轮43的大小相同。需要说明的是，本领域技术人员可以根据降速需要对第一中心齿轮42和多个第一从动轮43的齿轮比参数进行选择。

结合图4和图5所示所示，第一传动盘44的一端设有多个第一连接部，第一连接部的数量与第一从动轮43的数量相同，多个第一连接部分别与多个第一从动轮43的中心轴相连接；第一传动盘44的中心具有第一镂空孔，用于连接第二中心齿轮45。

第二中心齿轮45(图中未示出)的中心轴与第一镂空孔相连接，第二中心齿轮45分别与多个第二从动轮46相啮合；优选的，在本例中多个第二从动轮46的大小相同。需要说明的是，本领域技术人员可以根据降速需要对第二中心齿轮45和多个第二从动轮46的齿轮比参数进行选择。

第二传动盘47的结构与第一传动盘44的结构相似，第二传动盘47的一端设有多个第二连接部(图中未示出)，第二连接部的数量与第二从动轮46的数量相同，多个第二连接部分别与多个第二从动轮46的中心轴相连接；第二传动盘47的中心具有第二镂空孔，用于连接第二传动部件5的动力输入端。

结合图4和图6所示，减速壳体41是指减速单元4的壳体，其内壁具有第一齿状结构和第二齿状结构，第一齿状结构和第二齿状结构互相平行，多个第一从动轮43均与第一齿状结构相啮合，多个第二从动轮46均与第二齿状结构相啮合；减速壳体41的一端与储能壳体32的另一端相连接，具体可以通过螺栓固定连接。

在第一传动部件2转动时，带动第一中心齿轮42转动，从而带动多个第一从动轮43在减速壳体41内壁的第一齿状结构内绕第一中心齿轮42转动，通过多个第一连接部带动第一传动盘44转动，由此完成一级减速；第一传动盘44的转动带动第二中心齿轮45转动，从而带动多个第二从动轮46在减速壳体41的第二齿状结构内绕第二中心齿轮45转动，通过多个第二连接部带动第二传动盘47转动，进而带动第二传动部件5转动，由此完成二级减速，将驱动单元1输出的高转速的驱动力转化为低转速、大扭矩的驱动力。

第二传动部件5的作用是进行终端输出，第二传动部件5的动力输入端与减速单元4的动力输出端，即第二镂空孔相连接，本领域技术人员可以根据需要在第二传动部件5的动力出入端连接其他部件。

为了保证储存驱动模块的高效传动和稳定性，上述驱动单元1、储能单元3、第一传动部件2、减速单元4和第二传动部件5的中心轴位于同一条直线上。

优选的，储能驱动模块还包括盖板50，盖板50的一端与减速壳体41的另一端固定连接，第二传动部件5穿射盖板50，并且通过轴承与盖板50相连接。

在对本实用新型实施例提供储能驱动模块的结构进行详细介绍后，下面对本实用新型储能驱动模块的工作模式和工作过程进行详述，本实用新型储能驱动模块的工作模式可以包括以下三种：

第一种是，在弹性势能储存和释放时驱动单元1均做功。

(1)弹性势能的储存

驱动单元1接收上位机发出的第一控制信号，在第一控制信号的作用下驱动单元1正向转动输出高转速，驱动单元1产生第一驱动力驱动第一传动部件2正向旋转，带动卷曲部件31绕第一传动部件2正向卷曲，从而产生并储存第一弹性势能；同时第一传动部件2通过减速单元4驱动第二传动部件5正向转动，从而产生第一终端驱动力，具体的，在第一传动部件2正向转动时，带动第一中心齿轮42正向转动，从而带动多个第一从动轮43在减速壳体41内壁的第一齿状结构内绕第一中心齿轮42正向转动，通过多个第一连接部带动第一传动盘44正向转动，由此完成一级减速，第一传动盘44的转动带动第二中心齿轮45正向转动，从而带动多个第二从动轮46在减速壳体41的第二齿状结构内绕第二中心齿轮45正向转动，通过多个第二连接部带动第二传动盘47正向转动，进而带动第二传动部件5正向转动，由此完成二级减速，将驱动单元1输出的高转速的驱动力转化为低转速、大扭矩的驱动力。

(2)弹性势能的释放

驱动单元1接收上位机发出的第二控制信号，在第二控制信号的作用下驱动单元1反向转动输出高转速，驱动单元1产生第二驱动力驱动第一传动部件2反向旋转，并且卷曲部件31绕第一传动部件2反向释放，从而释放所储存的第一弹性势能产生第三驱动力，由此在第二驱动力和第三驱动力的作用下，通过减速单元4驱动第二传动部件5反向转动，从而产生第二终端驱动力；具体的，第二驱动力和第三驱动力的作用下，在第一传动部件2反向转动时，带动第一中心齿轮42反向转动，从而带动多个第一从动轮43在减速壳体41内壁的第一齿状结构内绕第一中心齿轮42反向转动，通过多个第一连接部带动第一传动盘44反向转动，由此完成一级减速，第一传动盘44的转动带动第二中心齿轮45反向转动，从而带动多个第二从动轮46在减速壳体41的第二齿状结构内绕第二中心齿轮45反向转动，通过多个第二连接部带动第二传动盘47反向转动，进而带动第二传动部件5反向转动，由此完成二级减速，将驱动单元1输出的高转速的驱动力转化为低转速、大扭矩的驱动力，由于储能单元3弹性势能的释放，第二传动部件5受到的力会加倍，也就是说，在弹性势能释放的过程中，由于弹性势能的存在可以降低驱动单元1的供电电流，从而达到节能的作用。

应当理解的是，这里的正向转动和反向转动仅仅是用来说明转动方向相反，本领域技术人员可以根据具体的单元结构设定具体的正向方向和反向方向。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要以及驱动单元1、卷曲部件31和减速单元4的性能参数对驱动单元1的供电电流进行设定，从而根据实际需要通过调整供电电流而调整第二传动部件5输出的终端驱动力和角度。

第二种是，在弹性势能储存和释放时驱动单元1均不做功。

(1)弹性势能的储存

第一传动部件2固定不动，当储能壳体32受到第一外力正向转动时，储能壳体32带动卷曲部件31绕第一传动部件2正向卷曲，从而产生并储存第二弹性势能。

(2)弹性势能的释放

当储能壳体32受到第二外力反向转动时，卷曲部件31绕第一传动部件2释放所储存的第二弹性势能，带动储能壳体32反向转动。

第三种是，在弹性势能储存时驱动单元1不做功，弹性势能释放时驱动单元1反向做功。

(1)弹性势能的储存

第一传动部件2固定不动，储能壳体32受到第一外力正向转动时，储能壳体32带动卷曲部件31绕第一传动部件2正向卷曲，从而产生并储存储存第二弹性势能。

(2)弹性势能的释放

第一传动部件2在驱动单元1、减速单元4的驱动下正向转动时，卷曲部件31绕第一传动部件2释放所储存的第二弹性势能，此时弹性势能产生的驱动力与减速单元4产生的驱动力相互抵消。

需要说明的是，上述三种工作模式中的弹性势能的储存过程与弹性势能的释放过程可以相互交叉组合，使用者可以根据需要选择三种工作模式中的任一弹性势能的储存过程与任一弹性势能的释放过程进行组合。

本实用新型的储能驱动模块的储能单元设置在输入侧，减速单元之前，与驱动单元相连接，所需弹簧的厚度相对薄、圈数少，由此装个系统的抗疲劳性较好，稳定性较高，空间较紧凑，且所需减速单元为标准尺寸。

本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块可以应用在外骨骼系统中，外骨骼系统的作用是助力穿戴者弯腰和直腰动作，尤其适用于物流搬运人员，下面对本实用新型的储能驱动模块在外骨骼系统中的应用进行简要描述。

图7、图8分别为本实用新型实施例提供的一种外骨骼系统的结构示意图和爆炸示意图，结合图7和图8所示，所述外骨骼系统包括背部固定架6、两个储能驱动模块100、两个腿挡7和外壳8。

背部固定架6中设有电控元件(图中未示出)和电池(图中未示出)，电控元件与储能驱动模块100的驱动单元电连接，用于控制驱动单元1，电池用于向驱动单元进行供电。

背部固定架6上还设有肩部固定带(图中未示出)，用于使用者的穿戴。

两个腿挡7分别连接两个储能驱动模块的第二传动部件的输出端，腿挡7随第二传动部件的转动而前后摆动。穿戴者穿戴外骨骼系统时，两个腿挡7分别贴合穿戴者的左右大腿。

外壳8的作用是固定和容置储能驱动模块，并且外壳8与背部固定架6的底部固定连接。

下面具体介绍穿戴者在穿戴外骨骼系统时，弯腰和直腰的具体过程，基于储能驱动模块的工作模式外骨骼系统的工作模式也可以有多种。

第一种是，弯腰和直腰过程中驱动单元1均做功。

当穿戴者弯腰时，驱动单元1接收电控元件发出的第一控制信号开始做功，产生第一驱动力，通过第一传动部件2传输第一驱动力至卷曲部件31和腿挡7(经减速单元4、第二传动部件5传输至腿挡7)，带动卷曲部件31储存弹性势能，由于两个腿挡7压紧穿戴者的大腿，腿挡7、第二传动部件5保持不动，因此通过外壳8带动背部固定架6发生相对运动，即由外壳8带动背部固定架6向靠近腿挡7的方向转动一定角度，肩部绑带带动穿戴者背部向前弯曲，从而助力穿戴者的弯腰动作。在弯腰时，由于驱动单元1克服储能单元3的弹性阻力做功，可以增加缓冲，避免给穿戴者带来不适感。

当穿戴者直腰时，驱动单元1接收上位机发出的第二控制信号开始做功，产生第二驱动力，通过第一传动部件2传输第二驱动力至腿挡7(经减速单元4、第二传动部件5传输至腿挡7)，并且卷曲部件31释放所储存的弹性势能产生第三驱动力，通过第一传动部件2将第三驱动力传输至减速单元4、第二传动部件5、腿挡7，由于两个腿挡7压紧穿戴者的大腿，第二传动部件5保持不动，因此通过外壳8带动背部固定架6发生相对运动，即由外壳8带动背部固定架6向远离腿挡7的方向转动一定角度，肩部绑带带动穿戴者背部向上，从而助力穿戴者的直腰动作。在穿戴者直腰的过程中，由于储能单元3弹性势能的释放可以减少驱动单元1的做功，由此减少电能消耗。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要以及驱动单元1、卷曲部件31和减速单元4的性能参数对驱动单元1的供电电流进行设定，从而根据实际需要调整穿戴者直腰和弯腰过程中的助力力度和角度，另外，穿戴者也可以通过外接控制设备选择所需的助力力度和角度。

第二种是，弯腰和直腰过程中驱动单元1均不做功。

当穿戴者弯腰时，两个腿挡7压紧穿戴者的大腿，穿戴者背部向前，肩部绑带带动背部固定架6、外壳8向前弯曲，穿戴者克服卷曲部件31的阻力做功，卷曲部件31正向卷曲储存弹性势能。

当穿戴者直腰时，当穿戴者直腰时，卷曲部件31释放储存的弹性势能，由于两个腿挡7压紧穿戴者的大腿，腿挡7、第二传动部件5保持不动，因此通过外壳8带动背部固定架6发生相对运动，即由外壳8带动背部固定架6向远离腿挡7的方向转动一定角度，肩部绑带带动穿戴者背部向上，从而助力穿戴者的直腰动作。在穿戴者直腰的过程中，依靠储能单元3弹性势能的释放助力穿戴者直腰，不需要驱动单元1做功，由此减少电能消耗。

第三种是，弯腰时不做功，直腰时驱动单元1反向做功，抵消储能单元3释放的弹性势能。

当穿戴者弯腰时，两个腿挡7压紧穿戴者的大腿，穿戴者背部向前，肩部绑带带动背部固定架6、外壳8向前弯曲，穿戴者克服卷曲部件31的阻力做功，卷曲部件31正向卷曲储存弹性势能。

当穿戴者直腰时，驱动单元1反向做功，即驱动单元1、减速单元4正向转动输出驱动力，储能单元3的卷曲部件31绕释放所储存的弹性势能输出驱动力，减速单元4输出驱动力的方向与储能单元3输出驱动力的方向相反，由此弹性势能产生的驱动力与第一减速单元4产生的驱动力相互抵消，此时不存在助力，也就是说，穿戴者可以根据选择是否需要助力。

需要说明的是，上述三种工作模式中的弯腰过程与直腰过程可以相互交叉组合，使用者可以根据需要选择三种工作模式中的任一弯腰模式与任一直腰模式进行组合。

本实用新型实施例提供的一种储能驱动模块，在驱动单元工作时可以同时进行储能单元弹性势能的储存和驱动力的输出，在储能单元弹性势能释放时，可以减少驱动单元的做功，从而减少驱动单元的供电进行节能。

在本实用新型中，术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本实用新型的限制。

在本说明书中的描述中，术语“一个具体的实施例”、“一些实施例”、“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表达不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。