一种舵机驱动的绳束离合装置

1.本发明涉及人工假肢设备技术领域，特别涉及一种舵机驱动的绳束离合装置。


背景技术：

2.踝关节假肢作为踝关节的代偿工具，是改善膝下截肢患者工作与生活的关键，具有重要的理论意义和研究价值。但是现有的踝关节假肢大多采取传统的刚性传动形式，如齿轮传动、丝杠传动、涡轮蜗杆传动等。刚性传动虽然能够实现踝关节假肢的传动需求，但是受限于零件本身的材料、尺寸以及零件布局等因素的影响，所设计的踝关节假肢往往具有较大的重量和尺寸，无法满足截肢患者对穿戴舒适性的要求。
3.为了实现上述目的，本领域技术人员采用柔绳传动代替传统刚性传动，通过动力电机对柔绳的卷扬来驱动另一端的执行机构，不仅取代了传统刚性传动的部分金属零件，同时在踝关节假肢的内部空间布局上也有了更加灵活的设计选择。但是我们在设计过程中发现，为实现不同速度模式下踝关节对柔绳束的刚度需求，需要在使用过程中对柔绳束进行相应的刚度切换。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种舵机驱动的绳束离合装置，该装置通过对连接杆的限位实现柔绳拉伸的锁止，其复位动作由复位弹性绳保证，从而实现运动过程中柔绳束的刚度变化，满足踝关节假肢的设计需求。
5.本发明的目的是提供一种舵机驱动的绳束离合装置，包括：
6.筒体，其一端设有端盖；
7.输入轴，穿设于所述筒体内，其一端与所述端盖转动连接，另一端与所述筒体远离所述端盖的一端转动连接，并延伸至所述筒体外形成延伸端；
8.多个连接杆，一端均穿设于所述端盖上，并延伸至所述筒体内；所述多个连接杆以所述输入轴为中心均布设置，并位于所述输入轴的同一侧；每个所述连接杆与所述端盖滑动连接；其中，每个连接杆位于所述筒体内的一端与所述筒体远离所述端盖的一端之间通过复位弹性绳连接；每个连接杆位于所述筒体外的一端与用于传动的柔绳连接；
9.凸轮，固定套设于靠近所述端盖的所述输入轴上；每个连接杆位于所述筒体内的部分上开设有供所述凸轮远心端嵌入的槽体；
10.驱动机构，与所述输入轴的延伸端传动连接。
11.优选的，每个所述连接杆穿设于所述端盖并延伸至所述筒体内的部分是截面为半圆形的杆体；所述端盖上开设有供每个半圆形的杆体配合连接的半圆形通孔；每个所述连接杆位于所述筒体外的部分是截面为圆形的柱体；其中，每个所述连接杆上，所述圆形的柱体与所述半圆形的杆体之间形成错台。
12.优选的，每个所述连接杆上的槽体处于相同的位置，且均与所述输入轴相对设置；当所述凸轮旋转时其远心端依次嵌入一个或多个连接杆的槽体内，对连接杆进行限位。
13.优选的，连接杆设为四个；每个连接杆的截面圆心处于以输入轴为中心的同一半径上。
14.优选的，所述驱动机构为舵机。
15.优选的，所述输入轴与所述驱动机构之间通过连接件传动连接。
16.优选的，所述筒体的侧壁上等间隔开设有多个条形的通孔。
17.优选的，还包括驱动机构支撑框架以及两端敞开的驱动轴连接筒；
18.所述驱动轴连接筒一端与所述筒体远离所述端盖的一端连接，另一端与所述驱动机构支撑框架连接；
19.所述驱动机构支撑框架内设有所述驱动机构。
20.优选的，所述凸轮其远心端的弧面部分距凸轮中心的距离均相等，其近心端的弧面部分距凸轮中心的距离均相等。
21.优选的，所述筒体远离所述端盖的一端为封闭端，其上开设有与所述输入轴穿设的孔体；所述孔体上设有与所述输入轴转动连接的轴承。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供了一种舵机驱动的绳束离合装置，该离合装置主要通过对连接杆的限位实现柔绳拉伸的锁止，其复位动作由复位弹性绳保证，从而实现运动过程中柔绳束的刚度变化，满足踝关节假肢的设计需求，极大地减小了原有刚性传动假肢的自身重量，并在假肢的内部空间布局上也更加灵活。
附图说明
23.图1为本发明提供的舵机驱动的绳束离合装置结构示意图。
24.图2为本发明提供的舵机驱动的绳束离合装置中筒体结构示意图。
25.图3为图2中a-a位置的截面仰视图。
26.图4为本发明提供的舵机驱动的绳束离合装置中连接杆与凸轮结构示意图。
27.图5为本发明提供的舵机驱动的绳束离合装置中输入轴与驱动机构传动连接示意图。
28.图6为本发明提供的舵机驱动的绳束离合装置中端盖结构示意图。
具体实施方式
29.下面对本发明的几个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
30.实施例
31.一种舵机驱动的绳束离合装置，参见图1～6所示，包括筒体15、输入轴7、多个连接杆13、凸轮9以及驱动机构2。
32.筒体15其一端设有端盖14；输入轴7穿设于筒体15内，其一端与端盖14转动连接，另一端与筒体15远离端盖14的一端转动连接，并延伸至筒体15外形成延伸端；多个连接杆13，一端均穿设于端盖14上，并延伸至筒体15内；多个连接杆13以输入轴7为中心均布设置，并位于输入轴7的同一侧；每个连接杆13与端盖14滑动连接；其中，每个连接杆13位于筒体15内的一端与筒体15远离端盖14的一端之间通过复位弹性绳16连接；每个连接杆13位于筒体15外的一端与用于传动的柔绳连接；凸轮9固定套设于靠近端盖14的输入轴7上；每个连
接杆13位于筒体15内的部分上开设有供凸轮9远心端嵌入的槽体；驱动机构2与输入轴7的延伸端传动连接。其中，筒体与输入轴位于同一轴线。凸轮9受力端通过轴肩定位，非受力端通过挡圈一8定位。为此，通过驱动机构可控性旋转，驱动输入轴的规律性旋转，使输入轴上的凸轮规律性的嵌入一个或多个连接杆13的槽体内，从而完成锁止动作。该离合装置主要通过对连接杆的限位实现柔绳拉伸的锁止，其复位动作由复位弹性绳保证，从而实现运动过程中柔绳束的刚度变化，满足踝关节假肢的设计需求。
33.在本实施例中，设置筒体15远离端盖14的一端为封闭端，其上开设有与输入轴7穿设的孔体；孔体上设有与输入轴7转动连接的轴承6；从而实现了输入轴7与筒体15远离端盖14的一端的转动连接。其中，轴承6为角接触球轴承。同时，输入轴7与端盖14转动连接，主要是在端盖上开设用于与输入轴7连接的通孔，在其端盖的通孔内安装深沟球轴承12配合在端盖14与输入轴7之间，一端由轴肩定位，另一端通过挡圈二11定位。
34.在本实施例中，还包括驱动机构支撑框架3以及两端敞开的驱动轴连接筒1；其中，驱动轴连接筒1一端与筒体15远离端盖14的一端连接，另一端与驱动机构支撑框架3连接；驱动机构支撑框架3内设有驱动机构2。其中，驱动机构2为舵机；驱动轴连接筒1的侧壁均布开设有多个槽型通孔。
35.需要说明的是，驱动机构支撑框架3沿舵机横向和纵向分别呈对称分布，整体套在舵机外围，并通过螺栓与驱动轴连接筒1配合。在包裹舵机外端面的驱动机构支撑框架3的每一侧，预留四个螺栓孔，方便将离合装置整体固定在后期的踝关节假肢结构内部；驱动轴连接筒1整体呈圆柱状结构，为减小零件自重，在驱动轴连接筒上圆周分布六个槽孔。驱动轴连接筒1的一端与驱动机构支撑框架3和舵机通过螺栓配合。
36.在本实施例中，在输入轴7与驱动机构2之间通过连接件4传动连接，进一步实现传动连接。其中，驱动机构主要由舵机、连接件4和圆柱销5组成；连接件4是连接舵机输出轴和输入轴7的连接元件，其与舵机输出轴连接的一端有同舵机输出轴相配合的内齿轮圈，另一端套在输入轴7上，通过所述圆柱销5贯穿连接件4与输入轴7的预留孔实现传动连接。从而实现了舵机通过外接电流的可控性旋转，驱动离合单元输入轴7做规律性旋转，从而完成锁止动作。
37.为了避免每个连接杆通过复位弹性绳16完全拉进筒体15内，设置每个连接杆13穿设于端盖14并延伸至筒体15内的部分是截面为半圆形的杆体；端盖14上开设有供每个半圆形的杆体配合连接的半圆形通孔；每个连接杆13位于筒体15外的部分是截面为圆形的柱体；其中，每个连接杆13上，圆形的柱体与半圆形的杆体之间形成错台，使得连接杆在半圆形通孔内实现有限范围内的滑动。连接杆一端与端盖的半圆孔配合，另一端整圆，依靠几何约束实现有限滑动位移
，
从而避免了每个连接杆通过复位弹性绳16完全拉进筒体15内。
38.需要说明的是，每个连接杆的两端各开设一个通孔，半圆端通孔系着复位弹性绳16的一端；位于筒体外的圆柱端通孔系着驱动柔绳。其中，复位弹性绳16一端穿过连接杆13半圆端的通孔与自身相系，另一端与筒体15远离端盖14的端部通过开设的多面通孔与自身相系。
39.为减小零件自重，在筒体15的侧壁上等间隔开设有多个条形的通孔，同时在驱动轴连接筒1的侧壁均布开设有多个槽型通孔。其筒体远离端盖的一端周向预留螺栓孔，作为固定端与驱动轴连接筒1通过螺栓连接，另一端通过螺栓孔与端盖14连接。
40.本实施例设置四个连接杆的设定使得该款离合装置可实现4根柔绳的顺序锁止，实现运动过程中柔绳束的刚度变化，满足踝关节假肢的设计需求。
41.在本实施例中，连接杆13设为四个；每个连接杆13的截面圆心处于以输入轴7为中心的同一半径上。并且，每个连接杆13上的槽体处于相同的位置，且均与输入轴7相对设置；当凸轮9旋转时其远心端依次嵌入一个或多个连接杆13的槽体内，对连接杆13进行限位。也就是通过凸轮9对其限位来实现连接杆离合运动；复位弹性绳可实现连接杆的初位回复。需要说明的是，参见图4所示，本实施例中采用的凸轮9其远心端的弧面部分距凸轮9中心的距离均相等，同时近心端的弧面部分距凸轮9中心的距离均相等。从而实现当凸轮9旋转时其远心端依次嵌入一个或多个连接杆13的槽体内，对连接杆13进行限位。凸轮的结构也可以认为是有由位于输入轴一侧的第一半圆件和输入轴另一侧的第二半圆件组成；其中，第一半圆件的弧面部分作为凸轮其远心端的弧面部分，第二半圆件的弧面部分作为凸轮其近心端的弧面部分；第一半圆件的弧面半径大于第二半圆件的弧面半径。
42.该装置的工作原理，在使用过程中，通过驱动机构2即舵机带动输入轴7旋转，使得输入轴上的凸轮9远心端嵌入连接杆13靠圆心内侧槽体中，并对连接杆13实现滑动约束，从而完成柔性绳的端面锁止。通过对舵机2旋转的角度控制，实现经由上述动作锁止的柔性绳束的个数，从而改变绳束的总体刚度。
43.为此，本发明提出的一种舵机驱动的绳束离合装置，驱动机构通过外接电流的可控性旋转，驱动输入轴的规律性旋转，从而完成锁止动作；离合单元主要通过对连接杆的限位实现柔绳拉伸的锁止，其复位动作由复位弹性绳保证。四个连接件的设定使得该款离合装置可实现4根柔绳的顺序锁止，实现运动过程中柔绳束的刚度变化，满足踝关节假肢的设计需求。
44.需要说明的是，本发明权利要求书中采用的步骤方法与上述实施例相同，为了防止赘述，本发明的描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
45.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，包括：筒体(15)，其一端设有端盖(14)；输入轴(7)，穿设于所述筒体(15)内，其一端与所述端盖(14)转动连接，另一端与所述筒体(15)远离所述端盖(14)的一端转动连接，并延伸至所述筒体(15)外形成延伸端；多个连接杆(13)，一端均穿设于所述端盖(14)上，并延伸至所述筒体(15)内；所述多个连接杆(13)以所述输入轴(7)为中心均布设置，并位于所述输入轴(7)的同一侧；每个所述连接杆(13)与所述端盖(14)滑动连接；其中，每个连接杆(13)位于所述筒体(15)内的一端与所述筒体(15)远离所述端盖(14)的一端之间通过复位弹性绳(16)连接；每个连接杆(13)位于所述筒体(15)外的一端与用于传动的柔绳连接；凸轮(9)，固定套设于靠近所述端盖(14)的所述输入轴(7)上；每个连接杆(13)位于所述筒体(15)内的部分上开设有供所述凸轮(9)远心端嵌入的槽体；驱动机构(2)，与所述输入轴(7)的延伸端传动连接。2.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，每个所述连接杆(13)穿设于所述端盖(14)并延伸至所述筒体(15)内的部分是截面为半圆形的杆体；所述端盖(14)上开设有供每个半圆形的杆体配合连接的半圆形通孔；每个所述连接杆(13)位于所述筒体(15)外的部分是截面为圆形的柱体；其中，每个所述连接杆(13)上，所述圆形的柱体与所述半圆形的杆体之间形成错台。3.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，每个所述连接杆(13)上的槽体处于相同的位置，且均与所述输入轴(7)相对设置；当所述凸轮(9)旋转时其远心端依次嵌入一个或多个连接杆(13)的槽体内，对连接杆(13)进行限位。4.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，连接杆(13)设为四个；每个连接杆(13)的截面圆心处于以输入轴(7)为中心的同一半径上。5.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，所述驱动机构(2)为舵机。6.根据权利要求5所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，所述输入轴(7)与所述驱动机构(2)之间通过连接件(4)传动连接。7.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，所述筒体(15)的侧壁上等间隔开设有多个条形的通孔。8.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，还包括驱动机构支撑框架(3)以及两端敞开的驱动轴连接筒(1)；所述驱动轴连接筒(1)一端与所述筒体(15)远离所述端盖(14)的一端连接，另一端与所述驱动机构支撑框架(3)连接；所述驱动机构支撑框架(3)内设有所述驱动机构(2)。9.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，所述凸轮(9)其远心端的弧面部分距凸轮(9)中心的距离均相等，其近心端的弧面部分距凸轮(9)中心的距离均相等。10.根据权利要求1所述的舵机驱动的绳束离合装置，其特征在于，所述筒体(15)远离所述端盖(14)的一端为封闭端，其上开设有与所述输入轴(7)穿设的孔体；所述孔体上设有与所述输入轴(7)转动连接的轴承。

技术总结
本发明提供了一种舵机驱动的绳束离合装置，本发明涉及人工假肢设备技术领域。包括：筒体，输入轴，穿设于所述筒体内，其一端与所述端盖转动连接，另一端与所述筒体远离所述端盖的一端转动连接，并延伸至所述筒体外形成延伸端；多个连接杆，凸轮固定套设于靠近所述端盖的所述输入轴上；每个连接杆位于所述筒体内的部分上开设有供所述凸轮远心端嵌入的槽体；驱动机构，与所述输入轴的延伸端传动连接。本发明通过对连接杆的限位实现柔绳拉伸的锁止，其复位动作由复位弹性绳保证，从而实现运动过程中柔绳束的刚度变化，满足踝关节假肢的设计需求。求。求。


技术研发人员：董典彪 杨灏 丁世聪
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/6