一种用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环转让专利
申请号 : CN202011514568.7
文献号 : CN112736606B
文献日 : 2022-05-03
发明人 : 魏巍 , 林西川 , 刘晶晶
申请人 : 迈宝智能科技(苏州)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,包括盒体、驱动模组、转子杆、转子模块和定子模块;
所述驱动模组固设在盒体内侧壁上,所述转子杆连接于驱动模组的输出端,所述转子杆在驱动模组的驱动下具有相对于盒体转动的自由度;
所述转子模块连接于转子杆,包括转子PCB板、若干弹簧针和霍尔传感器,所述转子PCB板固连于转子杆,所述若干弹簧针和霍尔传感器分别安装在转子PCB板远离转子杆侧板面上,所述若干弹簧针布置在转子PCB板板面的同一直线上,并且依次靠近霍尔传感器;
所述定子模块固设在盒体内,位于转子模块远离驱动模组侧,包括定子模块出线端子、定子PCB板和磁柱;所述定子PCB板与转子PCB板板面相对且相互平行,所述定子PCB板远离转子PCB板的板面连接于盒体,所述定子PCB板靠近转子PCB板的板面上嵌设有若干同心的铜片滑环,所述铜片滑环的数量与弹簧针数量相等,并且位于同一直线的若干弹簧针对应抵触于同一径向上的若干铜片滑环,构成若干导电滑环;所述磁柱设置在铜片滑环的圆心位置,磁柱连接于盒体板面,并且磁柱位置对应于霍尔传感器,构成角度检测绝对编码器;
所述定子模块出线端子设置在定子PCB板侧边上,电连接于定子PCB板;
所述盒体上还设置有转子线材出口和定子线材出口,所述转子线材出口用于通过电连接于转子模块的线材,所述定子线材出口用于通过电连接于定子模块的线材。
2.根据权利要求1所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,所述盒体由动力仓和定子盖构成;
所述驱动模组设置在动力仓内,驱动模组的输出端贯穿于动力仓侧壁,所述转子杆安装在动力仓外侧;所述定子盖盖设于动力仓靠近转子杆的侧壁,定子盖的凸缘连接于动力仓侧壁,并与动力仓侧壁构成安装仓;所述转子模块和定子模块分别设置在安装仓内;
所述定子盖靠近动力仓侧的盖面上设置有限位台阶,所述定子PCB板板面设置有限位孔,所述限位孔适配套设在限位台阶上;所述限位台阶上设置有一开口朝向转子模块的沉孔,所述磁柱适配设置在沉孔内;
所述转子杆与转子模块的同心度、定子模块与定子盖的同心度使得所述角度检测导电滑环正常工作时,弹簧针触接于铜片滑环。
3.根据权利要求1所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,所述转子杆上设置有定位孔一,所述转子PCB板上设置有定位孔二,所述定位孔一与定位孔二位置对应,并且位置对应的定位孔一与定位孔二经定位销固连。
4.根据权利要求2所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,所述定子盖的凸缘上设置有一缺口,所述转子杆部分自缺口处延伸至安装仓外侧;所述缺口的大小至少使得转子杆经驱动模组驱动时发生相对于动力仓的旋转角度。
5.根据权利要求4所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,定义转子杆伸出方向为下方;则所述转子线材出口设置在转子杆下方,所述转子线材出口用于通过电连接于转子模块的线材后自缺口处向下延伸;所述定子线材出口设置在动力仓靠近定子盖的侧壁上方,且位置对应于定子模块出线端子,定子线材出口用于通过电连接于定子模块的线材后向上延伸。
6.根据权利要求2所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,当所述角度检测导电滑环为髋关节处的助力模块时,所述角度检测导电滑环的动力仓上远离定子盖的侧壁固连于髋关节处腰部绑缚板。
7.根据权利要求1所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,所述驱动模组的驱动单元为电机。
8.根据权利要求1所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,所述弹簧针包括四根,同心的铜片滑环包括四个,所述转子杆转动,带动转子模块中弹簧针在定子PCB板上与其位置对应的铜片滑环上滑动。
9.根据权利要求2所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,所述转子PCB板和定子PCB板均设置为圆盘状,所述转子PCB板和定子PCB板的轴心位于同一直线上。
10.根据权利要求2所述的用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环,其特征在于,所述定子盖与动力仓之间、转子PCB板与转子杆之间、定子PCB板与定子盖之间均采用螺栓紧固。
说明书 :
一种用于可穿戴外骨骼关节处的角度检测导电滑环
技术领域
背景技术
械装置,穿戴于人体肢体外侧,可以提高人们在行走耐久性、负重能力等特定方面的能力。
其应用领域十分广泛,在军事领域上,可以提高士兵的运动灵活性、机动性、负重能力等;在
医疗领域,可以帮助下肢肌无力或其他残疾患者进行康复训练;在民用领域,可以帮助穿戴
者提高搬运重物能力,提高行走耐久性等。
材需要留有转动余量,这也常常导致线材外露影响外骨骼整体外观。同时,现有外骨骼的
膝、髋关节屈伸转动方向,大部分都会布置角度检测元件,如增量式编码器、绝对编码器等,
以实时测量关节转动角度,这也导致关节处的结构复杂度会提升。因此,对外骨骼的膝、髋
关节等位置进行结构改进以适应走线的难度较大,工序也十分复杂。
发明内容
对编码器,解决外骨骼关节角度检测导致的结构复杂性问题。
板面上,所述若干弹簧针布置在转子PCB板板面的同一直线上,并且依次靠近霍尔传感器;
远离转子PCB板的板面连接于盒体,所述定子PCB板靠近转子PCB板的板面上嵌设有若干同
心的铜片滑环,所述铜片滑环的数量与弹簧针数量相等,并且位于同一直线的若干弹簧针
对应抵触于同一径向上的若干铜片滑环,构成若干导电滑环;所述磁柱设置在铜片滑环的
圆心位置,磁柱连接于盒体板面,并且磁柱位置对应于霍尔传感器,构成角度检测绝对编码
器;所述定子模块出线端子设置在定子PCB板侧边上,电连接于定子PCB板;
仓靠近转子杆的侧壁,定子盖的凸缘连接于动力仓侧壁,并与动力仓侧壁构成安装仓;所述
转子模块和定子模块分别设置在安装仓内;
的沉孔,所述磁柱适配设置在沉孔内;
角度。
出口设置在动力仓靠近定子盖的侧壁上方,且位置对应于定子模块出线端子,定子线材出
口用于通过电连接于定子模块的线材后向上延伸。
体转动的自由度;其中,转子模块包括连接于转子杆的转子PCB板和设置在转子PCB板上的
弹簧针和霍尔传感器,定子模块包括定子PCB板、连接于定子PCB板的定子模块出线端子和
连接于盒体的磁柱;定子PCB板与转子PCB板相对且平行,且定子PCB板靠近转子PCB板的板
面上嵌设有铜片滑环,铜片滑环与弹簧针适配并构成若干导电滑环,磁柱与霍尔传感器适
配构成角度检测绝对编码器;本发明通过结构设置构成能在外骨骼关节处使用的导电滑环
实现本发明结构内部导电,避免了线材从转子杆下方到外骨骼关节处绑缚板上方难以布局
的问题,避免了线材在关节的外部走线,降低了线材外露而导致的破损可能性。
的描述中显见,或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
现在,将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例,其中:
子线材出口;14b‑定子线材出口;15‑定子模块出线端子;16‑定子PCB板;17‑铜片滑环;18‑
磁柱;19‑限位台阶。
具体实施方式
明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术
人员在无需创造性劳动的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。除
非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的
人士所理解的通常意义。
地指明其它情况,否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而
是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面
的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/
或组件, 并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、 操作、元素、组件和/或其集合的存在
或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,
则该相对位置关系也可能相应地改变。
外骨骼整体外观;同时,现有外骨骼转动关节会布置角度检测元件实时测量关节转动角度,
导致关节处的结构复杂度会提升;本发明旨在提出一种用于可穿戴外骨骼关节处的角度检
测导电滑环,该导电滑环通过内部接触导电避免关节外部走线,并将角度检测绝对编码器
集成在滑环内,实现关节角度检测的简易化。
驱动下具有相对于盒体转动的自由度;转子模块8连接于转子杆7,包括转子PCB板10、若干
弹簧针11和霍尔传感器13,转子PCB板10固连于转子杆7,若干弹簧针11和霍尔传感器12分
别安装在转子PCB板10远离转子杆7侧板面上,其中若干弹簧针11布置在转子PCB板10板面
的同一直线上,并且依次靠近霍尔传感器12;定子模块9固设在盒体内,位于转子模块8远离
驱动模组5侧,包括定子模块出线端子15、定子PCB板16和磁柱18,其中,定子PCB板16与转子
PCB板10板面相对且相互平行,定子PCB板16远离转子PCB板10的板面连接于盒体,定子PCB
板16靠近转子PCB板10的板面上嵌设有若干同心的铜片滑环17;铜片滑环17的数量与弹簧
针11数量相等,并且位于同一直线的若干弹簧针11对应抵触于同一径向上的若干铜片滑环
17,构成若干导电滑环;所述磁柱18设置在铜片滑环17的圆心位置,磁柱18连接于盒体板
面,并且磁柱18位置对应于霍尔传感器13,构成角度检测绝对编码器;定子模块出线端子15
设置在定子PCB板16侧边上,电连接于定子PCB板16。
的线材。
动模组5的输出端贯穿于动力仓4侧壁;转子杆7安装在动力仓4外侧,并连接于驱动模组5伸
出动力仓4的端部;在具体实施例中,驱动模组5可选用电机。定子盖6盖设于动力仓4靠近转
子杆7的侧壁,定子盖6的凸缘连接于动力仓4侧壁,并与动力仓4侧壁构成安装仓;转子模块
8和定子模块9分别设置在安装仓内。实施例选用简易快速的固定方式实现定子盖6与动力
仓4之间、转子PCB板10与转子杆7之间、定子模块9与定子盖6之间的固定,即均采用螺栓紧
固。
盖6的同心度;图4中,限位台阶19为圆柱状限位台阶,限位孔为圆形通孔。限位台阶19上设
置有一开口朝向转子模块8的沉孔,磁柱18适配设置在沉孔内,图2中,用于可穿戴外骨骼关
节处的角度检测导电滑环组装完成并正常使用时,磁柱18和霍尔传感器13之间预留有安装
间隙,如1mm。实施例中,转子杆7与转子模块8的同心度、定子模块9与定子盖6的同心度使得
所述角度检测导电滑环正常工作时,弹簧针11触接于铜片滑环17,实现转子模块8和定子模
块9之间的电连接。图3的实施例中,弹簧针11包括四根、同心的铜片滑环17包括四个,转子
杆7转动,带动转子模块8中弹簧针11在定子PCB板16上与其位置对应的铜片滑环17上滑动。
二12,然后采用定位销将位置对应的定位孔一与定位孔二12固连。另外,附图3和图4中,将
转子PCB板10和定子PCB板16均设置为圆盘状,并且转子PCB板10和定子PCB板16的轴心位于
同一直线上,通过轴心位于同一直线的方式确保转子模块8和定子模块9的同心度。一些实
施例中,发现当转子PCB板10和定子PCB板16偏离一些微小角度时,也能实现导电,属于误差
范围内。
环的动力仓4上远离定子盖6的侧壁固连于髋关节处腰部绑缚板3。
子杆7部分自缺口处延伸至安装仓外侧,缺口的大小至少使得转子杆7经驱动模组5驱动时
发生相对于动力仓4的旋转角度,该旋转角度大于零。与大腿进行绑缚的连接件可安装在转
子杆7伸出安装仓的部分上。
于通过电连接于转子模块8的线材后自缺口处向下延伸;定子线材出口14b设置在动力仓4
靠近定子盖6的侧壁上方,且位置对应于定子模块出线端子15,定子线材出口14b用于通过
电连接于定子模块9的线材后向上延伸;避免线材在关节处预留转动余量,进而实现可穿戴
外骨骼整体电导通。
破损可能性;二为角度检测:转子模块8上的霍尔传感器13与定子盖6上的磁柱18组成了角
度检测绝对编码器,其集成于导电滑环上,解决了关节角度检测导致的结构复杂性问题,实
现实时角度检测的简易化。
此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。