阅读说明：本技术 可调扭力的自动旋转开合装置 (Automatic rotating opening and closing device with adjustable torsion ) 是由 游文隆 朱安雨 刘延文 于 2020-05-17 设计创作，主要内容包括：本发明属于阻尼转轴技术领域,具体涉及一种可调扭力的自动旋转开合装置,包括电机,用于驱动转轴转动；启动模块,主要用以检测输入信息以启动电机；减速箱,与电机的输出轴连接；扭力调节装置,用以调整不同需求的扭力；角度传感器,用于检测转轴的转动角度,记录第一壳体打开时的角度数据,并将该数据传输至控制器,控制打开与关闭角度；控制器,用于控制各个电力类模块和传感器；电源,用于各个设备提供电力；减速箱两侧出轴,其一侧轴连接第一壳体连接,扭力调节装置连接在第二侧轴与减速箱壳体间,减速箱壳体与第二壳体连接,本方案用于笔记本通过指纹识别即可实现笔记本的自行打开和关闭,无需手动按压或输入密码,更加自动化和智能化。(The invention belongs to the technical field of damping rotating shafts, and particularly relates to an automatic rotating opening and closing device with adjustable torsion, which comprises a motor, a driving device and a control device, wherein the motor is used for driving a rotating shaft to rotate; the starting module is mainly used for detecting input information to start the motor; the reduction box is connected with an output shaft of the motor; the torque adjusting device is used for adjusting torques with different requirements; the angle sensor is used for detecting the rotation angle of the rotating shaft, recording angle data when the first shell is opened, transmitting the data to the controller and controlling the opening and closing angles; the controller is used for controlling each power module and the sensor; a power supply for each device to provide power; the output shaft of reducing gear box both sides, its one side shaft is connected first casing and is connected, and torsion adjusting device connects between second side shaft and reducing gear box casing, and the reducing gear box casing is connected with the second casing, and this scheme is used for the notebook to open and close by oneself that can realize the notebook through fingerprint identification, need not manually to press or input the password, and is more automatic and intelligent.)

可调扭力的自动旋转开合装置

技术领域

本发明属于阻尼转轴技术领域，具体涉及一种可调扭力的自动旋转开合装置。

背景技术

阻尼转轴是一种常见的铰接装置，通常用来实现两个转动部件的旋转开合连接，常用于笔记本电脑、马桶盖、垃圾筒盖均通过阻尼转轴与下部的主体部分相连，以实现稳定的开合。以笔记本电脑为例，其屏幕部分位于需要打开的第一壳体上，键盘等其它硬件系统集成在第二壳体上，第一壳体和第二壳体通过转轴相连接，笔记本电脑在未使用的状态下，第一壳体和第二壳体折叠对合，以减小占用面积。当用户使用笔记本电脑时，需要手动向上翻转屏幕所在的第一壳体，使得第一壳体和第二壳体之间具有一定的夹角，便于用户浏览第一壳体上的屏幕，同时利用第二壳体上的键盘和触摸板来对笔记本电脑进行操作，使用过程中需要转轴保持足够的阻尼，以便于第一壳体和第二壳体之间夹角的稳定。

正是为了保证足够的阻尼，目前的笔记本电脑在使用过程中，大都在一手向上翻动第一壳体的同时，另一手还需要按住第二壳体才能顺利打开，打开后还需要手动输入保护密码，这给用户带来了体验上的不便。此外由于第一壳体自身有一定的重量同时其重心也远离铰接部位，这使得用户在关闭第一壳体时，常常用于惯性的原因导致第一壳体冲击第二壳体，造成壳体中附件的损坏，可见传统的阻尼转轴存在的开重关轻问题以及大量的手动操作问题有必要及时解决以提升产品的体验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适应不同扭力需求的旋转开合装置，同时解决常见的开重关轻和双手打开，打开后还需手动输入保护密码的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种可调扭力的自动旋转开合装置，具体包括铰接第一壳体和第二壳体的开合装置，开合装置主要包括：电机、启动模块、减速箱、角速度传感器、控制器和电池，其中，

电机，用于驱动转轴转动；

启动模块，主要用以检测输入信息以启动电机，所述启动模块包括用于识别指纹的指纹传感器，或者用于识别人脸的红外摄像头；

减速箱，与电机的输出轴连接，降低转轴的转速提升扭矩，所述减速箱为两侧出轴，其第一侧轴连接或者作为转轴与第一壳体连接；所述扭力调节装置连接在第二侧轴与减速箱壳体间，所述减速箱壳体与第二壳体连接；

角度传感器，用于检测转轴的转动角度，记录第一壳体打开时的角度数据，并将该数据传输至控制器，控制打开与关闭角度，也可设为下次开合装置的关闭和打开角度，也可以直接按照所需要的角度直接编程确定常用打开角度；

扭力调节装置，用以调整不同需求扭力；

电源，用于各个设备提供电力；

控制器，用于控制以上电力类模块和传感器，调节开合速度和开合角度，按照所需要的开启角度编程控制开合角度，检测输入信息以启动上述电器，或拓展其他功能。

本方案的原理和有益效果在于：

以笔记本为例，将上述具有可调扭力的自动旋转开合装置安装代替传统笔记本的转轴部件，当需要打开笔记本时，触发启动模块，启动模块可采用常见的指纹模块，指纹模块感应并对比指纹成功后，为笔记本电脑系统开机并解锁操作系统启动电机，在角度传感器的实时反馈下电机的输出轴驱动第一壳体旋转到指定角度。需要关闭笔记本电脑时，长触指纹传感器并比对指纹成功后，控制器控制电机启动，在角度传感器实时反馈下转动第一壳体，直至关闭。

与传统的笔记本电脑相比，本方案通过验证和触发启动模块即可自动实现笔记本的打开和关闭，无需手动按压和翻转笔记本电脑的壳体，也无需手动输入密码，从而更加的自动化和科技化，整个过程由控制器控制电机，电机的输出经过减速箱减速后的第一侧轴带动第一壳体实现自动旋转，有效避免了人工双手操作，以及人工操作时容易出现的开重关轻的现象。

进一步，还包括人体热释电传感器，所述人体热释电传感器固定在第二壳体上，用于检测第一壳体在关闭的行程范围内是否有人体。人体热释电传感器与控制器连接，实时监测第一壳体关闭行程范围内是否有人体，一旦有感应到人体，立即暂停关闭，防止人体被夹伤。

进一步，所述人体热释电传感器还可额外设置一个，固定在第一壳体上，用于检测第一壳体在打开的行程范围内是否有人体。

进一步，还包括第一红外线传感器，所述第一红外线传感器固定在第二壳体上，并与控制器连接，用以实时监测第一壳体关闭行程范围内是否有异物，一旦有感应到异物，立即暂停关闭，防止第一壳体被损伤。

进一步，还包括第二红外线传感器，第二红外线传感器与控制器连接并固定在第一壳体上，用于检测第一壳体在打开的行程范围内是否有异物。

优选的，所述控制器上还设置有检测电机驱动电流的电流检测模块，通过在控制器检测电机驱动电流是否超过预设值来判断电机是否发生堵转，进而判断第一壳体在打开和关闭的过程中可能被阻挡，进而采取切断电机驱动电流的方式保护上述组件，这种方式可以作为替代人体热释电传感器及红外线传感器的简易措施，从而降低成本，当然其也可以与人体热释电传感器和\或红外线传感器联用，以进一步提升检测的可靠性。

进一步扭力调节装置可以采用固定在减速箱壳体上的簧管或分别连接第二壳体和第二侧轴的扭力调节组件，可通过搭配不同扭力大小和数量的簧管来控制减速箱第二侧轴的扭力，也可以通过调节扭力调节组件间的锁紧力来控制减速箱第二侧轴的扭力。

进一步，所述减速箱的减速比为1:200～1:400，优选减速比为1:320，以更好的降低速度来获得较大扭力，此外扭力调节组件中设计有相互贴合的凹凸轮，闭合到零度时有自动闭合的夹持力，消除闭合后第一壳体与第二壳体的反作用力。

进一步，本专利还提供一种马桶，马桶的马桶盖与马桶本体通过所述开合装置铰接。通过开合装置实现不同形状和重量的马桶盖自动开合，操作方便。

进一步，本专利还提供一种垃圾桶，垃圾桶的桶盖与垃圾桶本体通过所述开合装置铰接，通过开合装置实现不同形状和重量的桶盖自动开合，操作方便。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中包括，电机1，减速箱2，第一侧轴21，扭力调节装置22，启动模块3，角度传感器4，控制器5，电源6，人体热释电传感器7，红外传感器8。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。

本实施例中的可调扭力的自动旋转开合装置如图1所示，为方便描述，本实施例以应用到笔记本电脑为例，来详细解释实施方式，主要包括铰接第一壳体和第二壳体的开合装置，其中第一壳体即为笔记本的上盖，上盖上设置显示屏，第二壳体为笔记本的下盖，下盖上通常设置电池、主板等笔记本电脑的核心部件，开合装置主要包括以下部分：

电机1，本方案优选采用无铁芯马达，采用三角形绕组接法，可以使得能量密度大幅提高，高效率的能量转换装置用于驱动转轴转动，实现较小体积输出功率加大的效果，本实施例中电机1优选伺服电机，以便于同等空间实现输出功率提高的目的；

减速箱2，与电机1的输出轴连接，用以降低电机转速同时提升输出的扭矩，减速箱2的减速比可根据需要在1:200～1:400调节，优选的减速比为1:320，由于需要传递的扭矩较大，为避免减速箱2中的齿轮炸齿，本方案中减速箱的齿轮采用特种合金钢SUS416，热处理工艺改为真空热处理，最终实现在齿轮模数缩小情况下，能够持续输出超大扭矩的同时齿轮不会炸齿，提高产品的使用寿命。减速箱设有两个输出轴，其中，第一侧轴21作为转轴直接与笔记本电脑的上盖固定连接，以便带动笔记本上盖翻转扣合，当然作为另一种选择，也可以采用第一侧轴21带动一根单独的转轴的方式，用转轴带动笔记本上盖翻转扣合；第二侧轴与减速箱壳体间设置有扭力调节装置22，减速箱固定在笔记本电脑下盖中；扭力调节装置3优选采用固定在减速箱壳体上的簧管，通过搭配不同扭力大小和数量的簧管来控制减速箱第二侧轴的扭力。

启动模块3，主要用以检测输入信息以启动上述电机；作为笔记本电脑优选的启动模块是用于识别指纹的指纹传感器，或者用于识别人脸的红外摄像头，本实施例采用指纹识别模块；

角度传感器4，用于检测转轴的转动角度，记录第一壳体打开时的角度数据，并将该数据传输至控制器，作为下次开合装置的关闭和打开角度，也可以直接按照所需要角度的编程确定常用的打开角度；优选的方式是在笔记本上盖和笔记本下盖上均安装一个角度传感器，通过二者的差值来精确判断夹角。

控制器5，用于控制上述各个电力设备和模块，优化设计提高位置刷新率，控制器采用了高频MCU型号STM32F429和采样分辨率更高的高精度ADC芯片，控制器具有2路电位器角度传感器，4路io传感器接口。

电源6，用于各个设备提供电力，电源6优选为笔记本自身的AC电源或者锂电池；

一般为了笔记本上盖和笔记本下盖的连接稳定性，开合装置通常左右同轴对称设置两个或以上。

开合装置优选的方式是继续加入人体热释电传感器7，人体热释电传感器固定在第二壳体上，用于检测第一壳体在关闭的行程范围内是否有人体。人体热释电传感器与控制器连接，实时监测第一壳体关闭行程范围内是否有人体，一旦有感应到人体，立即暂停关闭，防止人体被夹伤。进一步，人体热释电传感器还可额外设置一个，固定在第一壳体上，用于检测第一壳体在打开的行程范围内是否有人体。

还可以加入与控制器连接的红外传感器8，红外传感器8的优选方式是至少设置两个，其中第一红外线传感器和第二红外线传感器，第一红外线传感器固定在第二壳体上，用于检测第一壳体在关闭的行程范围内是否有异物；第二红外线传感器固定在第一壳体上，用于检测第一壳体在打开的行程范围内是否有异物。

工作逻辑为：笔记本电脑系统上电后开启LCD显示屏：启LCD显示屏位于第一壳体，当指纹识别模块感应并对比指纹成功后，为笔记本电脑系统开机，并解锁操作系统启动电机，在角度传感器的实时反馈下第一侧轴驱动笔记本上盖旋转到指定角度，第一红外线传感器和第二红外线传感器实时工作，检测LCD是否被阻挡，一旦被阻挡控制器立即切断动力输出，以保护LCD，LCD可在系统运行的任何时间手动调节至任意角度。

关闭LCD：当LCD处于非闭合角度时，长触指纹识别模块，控制器启动电动机，在角度传感器实时反馈下关闭LCD，第一红外线传感器和第二红外线传感器实时工作，检测LCD是否被阻挡，一旦被阻挡控制器立即切断动力输出，以保护LCD人体热释电传感器实时监测LCD关闭行程范围内是否有人体，一旦有感应到人体，立即暂停关闭，防止人体被夹伤。过程中是否夹到异物，如有夹到，同样暂停关闭动作。直至人体/异物移出LCD关闭运动范围，继续关闭LCD至终点。

当然也可以尝试用电流检测的方法替代人体热释电传感器和\或红外线传感器检测异物的方法，具体来说可以通过在控制器上设置电流检测模块用以检测伺服电机的驱动电流是否超过设定值，而来判断伺服电机是否发生堵转，超过设定值即可以判断第一壳体在打开和关闭的过程被阻挡了，从而控制器可以采取切断电机驱动电流的方式保护伺服电机以及第一和第二壳体的组件，相比于人体热释电传感器及红外线传感器的采用，电流检测模块虽然检测异物的精度不够高，但措施更简易，成本更低廉，其也可以与人体热释电传感器和\或红外线传感器联用，这样可进一步提升检测的可靠性，采用电流检测模块后，工作逻辑也可以简化为：笔记本电脑系统上电后开启LCD显示屏：启LCD显示屏位于第一壳体，当指纹识别模块感应并对比指纹成功后，为笔记本电脑系统开机，并解锁操作系统启动电机，在角度传感器的实时反馈下第一侧轴驱动笔记本上盖旋转到指定角度，控制器上的电流检测模块检测伺服电机驱动电流是否正常，判断LCD是否被阻挡，一旦被阻挡则电流加大，控制器立即切断动力输出，以保护LCD，LCD可在系统运行的任何时间手动调节至任意角度。此处正常电流的数值通常可以设为正常使用的最大值，一般是伺服电机刚驱动打开第一壳体时的启动电流，

关闭LCD：当LCD处于非闭合角度时，长触指纹识别模块，控制器启动电动机，在角度传感器实时反馈下关闭LCD，控制器上的电流检测模块检测伺服电机驱动电流是否正常，判断LCD是否被阻挡，一旦被阻挡电流加大，控制器立即切断动力输出，以保护LCD，LCD可在系统运行的任何时间手动调节至任意角度，同样暂停关闭动作。直至人体/异物移出LCD关闭运动范围，继续关闭LCD至终点。

作为另外一种优选的实施方式，扭力调节装置还可以采用分别连接第二壳体和第二侧轴的扭力调节组件，也可以通过调节扭力组件间的锁紧力来控制减速箱第二侧轴的扭力。

除了笔记本外，本开合装置还可以用于马桶盖、垃圾桶等需要上下旋转开合的装置，通过可调扭力的自动旋转开合装置不仅实现电力驱动转轴，更快在可调扭力的作用下实现第一壳体的缓降，从而有效保护第一和第二壳体。其原理与上述实施例相同，一次不再赘述。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。