JP2013142445A - Electric brake device and assisting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動式ブレーキ装置に係り、特に人の動作や作業を補助するために使用するアシスト機器へ適用されるブレーキ技術に関する。 The present invention relates to an electric brake device, and more particularly to a brake technology applied to an assist device used for assisting human operation and work.
筋力の衰えた高齢者や傷病者の筋力を補助するために、人に装着してその力を補助する器具や装置が開発されている。こうした器具や装置は、筋力の衰えた人に限らず、筋肉に負担をかける作業を行う健常者にとっても、その作業を軽減する目的に使用することができる。最も単純な補助器具としては、サポーターやゴムベルト等を利用して筋肉と同方向の補助力を得るものがある。しかし、このようなパッシブな力を利用したものでは、常に装着者に力がかかっていて目的作業以外の動作に支障が出たり、姿勢によってその力の大きさが決まってしまったりする。そのため、より適切な補助力を与えるために、電動アクチュエータを利用した筋力補助装置がある。 In order to assist the muscular strength of the elderly and the disabled whose muscle strength has declined, instruments and devices that are worn on a person and assist the force have been developed. Such instruments and devices can be used not only for people whose muscle strength has declined, but also for healthy people who perform work that places a burden on muscles, in order to reduce the work. As the simplest auxiliary device, there is a device that uses a supporter or a rubber belt to obtain an auxiliary force in the same direction as the muscle. However, in the case of using such a passive force, a force is always applied to the wearer, and an operation other than the target work is hindered, or the magnitude of the force is determined depending on the posture. Therefore, there is a muscular strength assist device using an electric actuator in order to provide a more appropriate assist force.
たとえば特許文献1に記されているように、下肢に装着するフレームの関節位置に電動モータを配置し、膝や股関節の角度を変えるように動作するものである。このような装置であれば、大きな出力が可能であるために、筋力補助の効果は十分にある一方、電動モータが重いためフレームも堅牢になる結果、全体として装着するには重い。
For example, as described in
一方、軽量なアクチュエータとして期待される電気活性ポリマーを利用したブレーキも提案されている。摩擦力を発生させるために、電気活性ポリマーからなるアクチュエータで、動作するものとしての移動体に摩擦材であるブレーキパッドを押し付ける構成のものである。電気活性ポリマーとは、電気刺激によってその形状を変化させる材料で、電気活性ポリマーからなるアクチュエータは、この材料の変形をアクチュエータとして利用するものである。電気活性ポリマーとしては、導電性高分子、イオン導電性高分子、ゲル、誘電エラストマーからなるものなどが知られている。なかでも、誘電エラストマーを利用したアクチュエータは、応答速度、変形量、発生応力、エネルギー変換効率が高いことが知られている(非特許文献1、非特許文献2参照)。この誘電エラストマーを利用したブレーキとしては、小型かつ高効率で十分な制動力を得られる車両用のブレーキ(特許文献2参照)や、ブレーキ力の提示で触覚を与える触覚装置のなかに使ったものなどがある(特許文献3参照)。
On the other hand, a brake using an electroactive polymer expected as a lightweight actuator has also been proposed. In order to generate a frictional force, an actuator made of an electroactive polymer has a configuration in which a brake pad, which is a friction material, is pressed against a moving body that operates. An electroactive polymer is a material that changes its shape by electrical stimulation. An actuator made of an electroactive polymer uses deformation of this material as an actuator. Known electroactive polymers include those made of conductive polymers, ionic conductive polymers, gels, and dielectric elastomers. Among these, it is known that an actuator using a dielectric elastomer has high response speed, deformation, generated stress, and energy conversion efficiency (see Non-Patent
特許文献1に記載の装置の場合、大きな出力が可能であるために、筋力補助の効果は十分にある一方、全体として装着するには重くなってしまう問題がある。また、モータは回転出力のため、暴走して回転し続けた場合や、出力が大きすぎる場合などには装着者の身体に影響を及ぼす可能性がある。
In the case of the device described in
一方、モータを使って積極的に筋力を補助する装置よりも筋力補助の適用シーンは減るものの、電動式の減速器を使った筋力補助装置は、装着者に過度な力がかからず、より安全に使用できると考えられる。こうした装置は重力に対して体を支えるための筋力の補助として特に効果的と期待される。たとえば、膝周辺の筋力が衰えた人は階段の下降時、自らの筋力のみで自重を支えきれず、足を着地させる速度を十分減速させることができない。そのため、着地した際、足に衝撃が加わり膝を痛める原因になる。そのため、減速器を使った筋力補助装置のようなものがあれば、ゆっくりと足を下ろすように補助することができる。 On the other hand, although the application of muscle strength assistance is less than the device that actively assists muscle strength using a motor, the muscle strength assistance device using an electric speed reducer does not apply excessive force to the wearer, and more It can be used safely. Such devices are expected to be particularly effective as an aid to muscle strength to support the body against gravity. For example, a person whose muscle strength around the knee has weakened cannot fully support his / her own weight with his / her own muscle strength when the stairs are lowered, and the speed at which the foot is landed cannot be sufficiently reduced. For this reason, when landing, an impact is applied to the foot, causing the knee to hurt. Therefore, if there is something like a muscular strength assisting device using a speed reducer, it can be assisted to slowly lower the foot.
このような用途の電動式ブレーキは、装着することを考えると軽量であることが必須である。ブレーキの基本的な機能は、動作するものである移動体に負の力を与えて運動を制動するものである。力の種類として、(1)摩擦力、(2)流体の抵抗力、(3)電磁気力がある。最も一般的なのが(1)の摩擦力を利用するブレーキで、移動体に摩擦材であるブレーキパッドを押しつけて摩擦力を発生させる。ブレーキパッドを押し付けるための方式に、油圧式、機械式、電磁式などがある。油圧式は力が強いものの、配管の必要があり、応答性が悪い。機械式では部品点数が多いため、結果的に重量がかさむことになる。電磁式は電磁石を利用するため、コイル重量が大きく重いものになる。(2)の流体の抵抗力を用いるブレーキでは、電気的に流体の粘性が変化する、磁性流体や電気粘性流体という特殊な液体を使用する。小さいシステムでブレーキを構成できるという利点があるが、多くは流体として微粒子を分散させた液体を用いており、微粒子の沈殿や凝集による性能の変化の可能性がある。また、液体を封じて使用するため、液漏れなどの問題も考えられる。(3)の電磁気力を用いるブレーキでは、渦電流による力を利用するが、装置の構造が大きくなり、装着用途には不向きである。 It is essential that the electric brake for such a use is lightweight in consideration of wearing. The basic function of the brake is to apply a negative force to the moving body that operates and brake the movement. Types of force include (1) frictional force, (2) fluid resistance, and (3) electromagnetic force. The most common is a brake that uses the frictional force (1), and a frictional force is generated by pressing a brake pad, which is a friction material, against the moving body. There are hydraulic, mechanical and electromagnetic methods for pressing the brake pads. Although the hydraulic type is strong, piping is necessary and responsiveness is poor. The mechanical type has a large number of parts, resulting in an increase in weight. Since the electromagnetic type uses an electromagnet, the coil weight is large and heavy. In the brake using the resistance force of the fluid (2), a special liquid such as a magnetic fluid or an electrorheological fluid in which the viscosity of the fluid changes electrically is used. Although there is an advantage that a brake can be configured with a small system, many use a liquid in which fine particles are dispersed as a fluid, and there is a possibility of performance change due to precipitation or aggregation of fine particles. Moreover, since the liquid is sealed and used, problems such as liquid leakage can be considered. In the brake using the electromagnetic force of (3), the force due to the eddy current is used, but the structure of the device becomes large and is not suitable for mounting use.
特許文献2、3で提案されているブレーキ構造では、電気活性ポリマーに電気信号を与えて変形させ、その変形によって摩擦材を制動体に押し付け制動する構成になっている。しかし、摩擦によって発生する熱によって、電気活性ポリマーの物性は変化する。電気活性ポリマーの材料であるエラストマーや樹脂は、金属やセラミックといった材料に比べ熱膨張率が大きい。また、弾性率の温度変化も同様に大きい。こうした材料自体の物性の変化は、ブレーキ力にも変化を生じさせる。そのため、ブレーキ力を的確にモニタして、フィードバックする仕組みを組み込むことが課題となる。
In the brake structures proposed in
本発明の目的は、上記の課題を解決し、ブレーキ力の正確な調整が行える、小型軽量の電動式ブレーキ装置、及び補助装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a small and light electric brake device and an auxiliary device that can accurately adjust a braking force.
上記目的を達成するため、本発明においては、移動体の動きを制動するための電動式ブレーキ装置であって、移動体に押し付けられるブレーキパッドと、ブレーキパッドを押し付けるための、電気信号により変形する材料を含む電動アクチュエータと、アクチュエータよるブレーキ力をモニタするための圧力センサと、圧力センサからの出力を読み取ってブレーキ力を決定するコントローラと、コントローラによって出力する電気信号が制御される電源とからなる電動式ブレーキ装置を提供する。 In order to achieve the above object, in the present invention, an electric brake device for braking the movement of a moving body, which is deformed by a brake pad pressed against the moving body and an electric signal for pressing the brake pad. An electric actuator including a material, a pressure sensor for monitoring the braking force by the actuator, a controller for determining the braking force by reading an output from the pressure sensor, and a power source for controlling an electric signal output by the controller An electric brake device is provided.
また、上記の目的を達成するため、本発明においては、歩行者の補助を行うための補助装置であって、歩行補助用のベルトを巻上げるベルト巻上げ装置と、ベルトに押し付けられるブレーキパッドと、ブレーキパッドを押し付けるための、電気信号により変形する材料を含む電動アクチュエータと、電動アクチュエータよるブレーキ力をモニタするためのセンサとを備える電動式ブレーキ装置と、電動式ブレーキ装置を制御するコントロールボックスを備え、コントロールボックスは、ベルト巻上げ装置からの、ベルト引き出し量に関する信号、及びセンサからの出力信号に基づき、ブレーキ力を決定し、決定した当該ブレーキ力を発生するよう、電動アクチュエータに印加する電気信号を制御する補助装置を提供する。 In order to achieve the above object, in the present invention, an auxiliary device for assisting a pedestrian, a belt hoisting device for winding up a walking assist belt, a brake pad pressed against the belt, An electric brake device including an electric actuator including a material that is deformed by an electric signal for pressing the brake pad, a sensor for monitoring a brake force by the electric actuator, and a control box for controlling the electric brake device The control box determines the braking force based on the signal related to the belt withdrawal amount from the belt hoisting device and the output signal from the sensor, and generates an electric signal to be applied to the electric actuator so as to generate the determined braking force. Provide an auxiliary device to control.
更に、上記の目的を達成するため、本発明においては、歩行者の補助を行うための補助装置であって、固定ディスクと、固定ディスクに対して回転可能な回転ディスクと、回転ディスクに押し付けられるブレーキパッドと、ブレーキパッドを押し付けるための、電気信号により変形する材料を含む電動アクチュエータと、電動アクチュエータよるブレーキ力をモニタするためのセンサとを備える電動式ブレーキ装置と、電動式ブレーキ装置を制御するコントロールボックスを備え、コントロールボックスは、電動式ブレーキ装置からの回転ディスクの回転角度に関する信号、及びセンサからの出力信号に基づき、ブレーキ力を決定し、決定した当該ブレーキ力を発生するよう、電動アクチュエータに印加する電気信号を制御する補助装置を提供する。 Furthermore, in order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an auxiliary device for assisting a pedestrian, which is pressed against a fixed disk, a rotating disk rotatable with respect to the fixed disk, and the rotating disk. An electric brake device including a brake pad, an electric actuator including a material that is deformed by an electric signal for pressing the brake pad, a sensor for monitoring a braking force by the electric actuator, and the electric brake device are controlled. The control box includes a control box, and the control box determines a braking force based on a signal related to the rotation angle of the rotating disk from the electric brake device and an output signal from the sensor, and generates the determined braking force. An auxiliary device that controls the electrical signal applied to the To.
本発明によれば、電動でブレーキ力を正確に制御できる、小型軽量ブレーキ装置が実現でき、人の動作や姿勢維持の補助といったことを目的とする、装着型のアシスト機器に適用可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small and lightweight brake device which can control brake force correctly electrically is implement | achieved, and it becomes applicable to a wearable assist apparatus for the purpose of assisting human movement and posture maintenance.
以下、本発明の実施例について図を用いて説明するに先立ち、本発明の原理について説明する。 Prior to describing the embodiments of the present invention with reference to the drawings, the principle of the present invention will be described below.
本発明の電動式ブレーキ装置の内部基本構造は、移動体の動きを制動するために移動体に押し付けられる摩擦材であるブレーキパッドと、ブレーキパッドを押し付けるための電気活性ポリマーからなるアクチュエータと、ブレーキ力をモニタするための圧力センサからなる。更に、この装置の外部には、圧力センサからの出力を読み取って最適なブレーキ力を決定するコントローラと、コントローラによって出力が制御されるアクチュエータ電源がある。 The internal basic structure of the electric brake device of the present invention includes a brake pad that is a friction material pressed against the moving body to brake the movement of the moving body, an actuator made of an electroactive polymer for pressing the brake pad, and a brake It consists of a pressure sensor for monitoring force. Further, outside the apparatus, there is a controller that reads an output from the pressure sensor to determine an optimum braking force, and an actuator power source whose output is controlled by the controller.
このブレーキパッドを押し付けるアクチュエータを構成する電気活性ポリマーとしては、導電性高分子、イオン導電性高分子、ゲル、誘電エラストマーからなるものなどを用いる。なかでも、誘電エラストマーを利用したアクチュエータは、応答速度、変形量、発生応力、エネルギー変換効率が高いことが知られているので、ここで誘電エラストマーアクチュエータについて説明する。 As the electroactive polymer constituting the actuator for pressing the brake pad, a conductive polymer, an ion conductive polymer, a gel, a dielectric elastomer, or the like is used. In particular, an actuator using a dielectric elastomer is known to have a high response speed, deformation amount, generated stress, and energy conversion efficiency. Therefore, the dielectric elastomer actuator will be described here.
図1に本発明で利用するアクチュエータの原理を示す。同図の(A)は、誘電エラストマーアクチュエータの両面の電極に電圧を印加していない状態、同図の(B)は、誘電エラストマーアクチュエータの両面の電極に電圧を印加して、電極間距離が縮まり、電極面積が広がった状態を示す概念図である。図1の(A)に示すように、誘電エラストマーアクチュエータ1はエラストマー材料2の両面に柔軟電極3および4を付与した構造をしている。図1の(B)に示すように、電極間に電圧を印加すると、クーロン力によって電極が引き合うことで、電極間距離が縮み、電極面内には広がるように全体の形状が変化する。
FIG. 1 shows the principle of an actuator used in the present invention. (A) in the figure shows a state in which no voltage is applied to the electrodes on both sides of the dielectric elastomer actuator, and (B) in the figure shows a state in which a voltage is applied to the electrodes on both sides of the dielectric elastomer actuator, It is a conceptual diagram which shows the state which shrunk and the electrode area expanded. As shown in FIG. 1A, the
図2を用いて、上述のアクチュエータをブレーキとして使用する場合の動作の仕方について説明する。図2は本発明のブレーキ装置の基本的な構造の断面図である。誘電エラストマーアクチュエータ1、ブレーキパッド6、移動体9は、基板25、26の間に配置されている。基板25、26は空間的に固定されている。誘電エラストマーアクチュエータ1は基板25に固定され、この誘電エラストマーアクチュエータ1にブレーキパッド6が固定されている。移動体9は誘電エラストマーアクチュエータ1が固定された基板とは別の基板26の面に沿って移動できるものとする。
With reference to FIG. 2, an operation method when the above-described actuator is used as a brake will be described. FIG. 2 is a sectional view of the basic structure of the brake device of the present invention. The
図2の(A)では、誘電エラストマーアクチュエータ1が電極間方向に伸長することにより、ブレーキパッド6を移動体9に押し付けている。移動体9には誘電エラストマーアクチュエータ1によって垂直抗力Nが与えられ、これにより、ブレーキパッド6と移動体9の間に摩擦力Fが生じる。この摩擦力Fで移動体9の動きを制動している(制動状態)。
In FIG. 2A, the
図2の(B)では、誘電エラストマーアクチュエータ1が電極間方向に収縮することにより、ブレーキパッドが移動体から離れ、移動体9は自由に移動できる(非制動状態)。
In FIG. 2B, when the
次に図3を用いて、誘電エラストマーアクチュエータを用いたブレーキの、ブレーキ力の大きさについて説明する。図3は、誘電エラストマーアクチュエータ1の断面図である。図3の(A)は、誘電エラストマーアクチュエータ1の両面の電極3、4に電圧V1がかかっており、かつ、アクチュエータに力学的負荷がかかっていない状態を示している。この時の電極間距離をz1とする。図3(B)は図3(A)の状態に、上面から力学的な負荷をかけた状態を示している。弾性体であるエラストマーは負荷によって押し込まれ、電極間距離がΔzだけ縮む。このときエラストマーが発生する力は縮み量に近似的に比例した大きさで、かかっている負荷と釣り合う。
Next, the magnitude of the braking force of the brake using the dielectric elastomer actuator will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the
エラストマーが発生する力をf、電極面積をS、エラストマーの弾性率をYとすると、次式(1)であらわされる。
f=(Δz/z1)・Y・S ………(1)
ブレーキとして用いた時、この力fがブレーキパッド6を介して移動体9に垂直抗力としてかかるので、摩擦力F、すなわちブレーキ力は、ブレーキパッド6と移動体9の界面の摩擦係数をμとして、近似的に次式(2)のようにあらわすことができる。
F=μf=(Δz/z1)・μ・Y・S ………(2)
式(2)中のz1は、誘電エラストマーアクチュエータに印加する電圧で調節できるので、ブレーキ力を調節することができる。
When the force generated by the elastomer is f, the electrode area is S, and the elastic modulus of the elastomer is Y, the following equation (1) is obtained.
f = (Δz / z1) · Y · S (1)
When used as a brake, this force f is applied as a vertical drag to the moving
F = μf = (Δz / z1) · μ · Y · S (2)
Since z1 in the formula (2) can be adjusted by the voltage applied to the dielectric elastomer actuator, the braking force can be adjusted.
ここで、エラストマー材料は非圧縮性材料のため、変形に対して体積は一定である。したがって、電極間方向に変形を得ようとした時、電極面を固定して電極面内の変形を阻害すると、電極間方向の変形も抑制される。 Here, since the elastomer material is an incompressible material, the volume is constant with respect to deformation. Therefore, when an attempt is made to obtain deformation in the inter-electrode direction, the deformation in the inter-electrode direction is also suppressed if the electrode surface is fixed and the deformation in the electrode surface is inhibited.
図4はそのような状況の誘電エラストマーアクチュエータの断面を示した模式図である。同図の(A)は、誘電エラストマーアクチュエータの両面の電極に電圧を印加していない状態、同図の(B)は、誘電エラストマーアクチュエータの両面の電極に電圧を印加した状態を表す断面の概念図である。図4の(A)は誘電エラストマーアクチュエータ1の上下を基板5とブレーキパッド6に固定した場合の図である。これに電圧を印加すると、図4の(B)に示すようにビア樽のように膨らむことで多少電極間距離が小さくなるが、電極3、4の面内に自由に広がる場合に比べると、その変形率は小さくなってしまう。その場合、十分な変形を得るために、誘電エラストマーアクチュエータに高い電圧をかけなければならない。
FIG. 4 is a schematic view showing a cross section of the dielectric elastomer actuator in such a situation. (A) of the figure shows a state where no voltage is applied to the electrodes on both sides of the dielectric elastomer actuator, and (B) of the figure shows a concept of a cross section showing a state where a voltage is applied to the electrodes on both sides of the dielectric elastomer actuator. FIG. 4A is a diagram in the case where the upper and lower sides of the
そのため、図5に示すように、アクチュエータの上下を基板ないしはブレーキパッドに全面で固定せず、電極面積に対して十分小さい一部の面積の固定部7で固定するようにする。同図の(A)は、誘電エラストマーアクチュエータの両面の電極に電圧を印加していない状態、同図の(B)は、誘電エラストマーアクチュエータの両面の電極に電圧を印加した状態の断面図を示す。固定部以外のアクチュエータと基板ないしはブレーキパッドとの界面は、アクチュエータが容易に伸縮、変形するように、滑りやすい状態にしておく。たとえば、界面に潤滑油を塗るか、基板やブレーキパッドのアクチュエータに接する表面をテフロン(登録商標)のような滑りやすい材料とすることで実現できる。
Therefore, as shown in FIG. 5, the upper and lower sides of the actuator are not fixed to the entire surface of the substrate or the brake pad, but are fixed by the fixing
図5では潤滑油8を塗布した場合を図示した。この場合、アクチュエータは、基板ないしはブレーキパッド表面を滑ることにより、電極3、4面内にも十分変形することができ、その結果、電極間方向にも大きく変形することができる。このようにすることで、大きな電圧をかけずにアクチュエータを変形させ、ブレーキパッドを移動させることができる。この移動距離が小さいと、非制動時にブレーキパッドが移動体と擦れ合ったままになってしまい、好ましくない。誘電エラストマーアクチュエータには、70%の変形率のものもあるので、ブレーキに組み込んだ時、この移動距離を十分大きくとることができる。
FIG. 5 shows the case where the lubricating
また、エラストマー材料は温度によってその体積、弾性率が変化することが知られている。摩擦力で制動するブレーキの場合、摩擦熱によって容易にブレーキパッドの温度が上昇し、これを押し付けるためのアクチュエータの温度も変化することが考えられる。式(2)に示したように、ブレーキ力は誘電エラストマーアクチュエータの電極間距離やエラストマーの弾性率に依存するため、温度変化によって、エラストマーの体積が変化することでこの電極間距離が変わったり、エラストマーの弾性率が変化したりすることで、所望のブレーキ力が得られなくなる可能性がある。温度をモニタすることによって、材料の特性を評価し、必要な印加電圧を決定することもできるが、エラストマー自体の熱伝導率が低く、温度を正確に見積もることは難しい。 In addition, it is known that the volume and elastic modulus of an elastomer material change with temperature. In the case of a brake that brakes with a frictional force, it is conceivable that the temperature of the brake pad easily rises due to frictional heat, and the temperature of the actuator that presses the brake pad changes. As shown in the equation (2), since the braking force depends on the distance between the electrodes of the dielectric elastomer actuator and the elastic modulus of the elastomer, the distance between the electrodes changes due to a change in the volume of the elastomer due to a temperature change. If the elastic modulus of the elastomer changes, a desired braking force may not be obtained. By monitoring the temperature, the characteristics of the material can be evaluated and the required applied voltage can be determined, but the thermal conductivity of the elastomer itself is low and it is difficult to accurately estimate the temperature.
そこで、ブレーキ力すなわち摩擦力が、摩擦面での垂直抗力に比例することを利用して、この力を圧力センサなどでモニタすればよい。この場合、摩擦熱が圧力センサに影響を与えないよう、ブレーキパッドの摩擦面から熱的に離れた場所にセンサを配置するのが適当である。エラストマーは熱伝導率が低いので、これのブレーキパッドと反対側の面に圧力センサを配置することで、熱が圧力センサに与える影響を最小にすることができる。したがって、図5の誘電エラストマーアクチュエータ1と基板5との間に設置することが適当である。変形するアクチュエータにセンサを固定すると、この部分の変形が阻害されてしまうので、基板5側の誘電エラストマーアクチュエータ1に対する面に圧力センサを固定するのが適当である。
Therefore, this force may be monitored with a pressure sensor or the like by utilizing the fact that the braking force, that is, the frictional force is proportional to the vertical drag on the friction surface. In this case, it is appropriate to arrange the sensor at a location thermally away from the friction surface of the brake pad so that the frictional heat does not affect the pressure sensor. Since the elastomer has low thermal conductivity, the influence of heat on the pressure sensor can be minimized by arranging the pressure sensor on the surface opposite to the brake pad. Therefore, it is appropriate to install between the
圧力センサには様々な種類があるが、フィルム状の感圧センサが、軽量・小型であるため、軽量ブレーキ装置に組み込む目的に適している。このようなセンサにはニッタ社製フレキシフォースやインターリンク社製FSR(Force Sensing Resistor)などがある。これらのセンサは、厚さ数百ミクロンと薄いので、ブレーキ装置に組み込んでもその厚みに影響がない。これらのセンサは、センサ表面にかかる圧力によってセンサの抵抗が変わる仕組みになっている。 Although there are various types of pressure sensors, the film-like pressure sensitive sensor is light and small in size, and is suitable for the purpose of being incorporated in a lightweight brake device. Such sensors include Nitta Flexiforce and Interlink FSR (Force Sensing Resistor). Since these sensors are as thin as several hundred microns, even if they are incorporated in a brake device, their thickness is not affected. These sensors have a mechanism in which the resistance of the sensor changes depending on the pressure applied to the sensor surface.
図6は、フィルム状感圧センサにかけた圧力に対する、感圧センサの抵抗値の逆数を示したものである。従って、センサ抵抗値を測定することで圧力を推定することができる。しかしながら、このフィルム状感圧センサの場合、センサ表面を物体が滑るなどしてセンサ表面に水平方向の力(せん断力)がある場合、正しい力を検出できないことがある。図6で示した、フィルム状感圧センサにかけた圧力に対する、感圧センサの抵抗値の逆数の関係は、センサとその表面に接してセンサに力を及ぼす物体とが互いに滑っていない状態(静止状態)でのものである。したがって、センサ表面を物体が滑っているような場合(滑り状態)に、このグラフを基にセンサ抵抗値から圧力を推定すると、誤った値を得ることがある。 FIG. 6 shows the reciprocal of the resistance value of the pressure sensor with respect to the pressure applied to the film pressure sensor. Therefore, the pressure can be estimated by measuring the sensor resistance value. However, in the case of this film-like pressure sensor, when an object slides on the sensor surface and a horizontal force (shearing force) is present on the sensor surface, a correct force may not be detected. The relationship of the reciprocal of the resistance value of the pressure sensor with respect to the pressure applied to the film-like pressure sensor shown in FIG. 6 is a state in which the sensor and an object that touches the surface and exerts a force on the sensor do not slide on each other (stationary State). Accordingly, when an object is sliding on the sensor surface (sliding state), an incorrect value may be obtained if the pressure is estimated from the sensor resistance value based on this graph.
実際、図7のグラフに示すように、フィルム状感圧センサから推定される力の値は、滑り状態では大きく変動していた。図7の縦軸は、実際にかかっている力の大きさに対する感圧センサから推定された力の大きさの比で、横軸は時間である。感圧センサから推定された力の大きさは、図6の静止状態でのセンサ抵抗値とセンサにかけた圧力との関係から求めている。測定開始から1秒までは静止状態で、実際にかかっている力と感圧センサから推定された力の大きさは一致している。1秒から3秒は滑り状態で、この時、感圧センサから推定された力の大きさは、実際にかかっている力の大きさから大きくずれていた。なお、滑り状態では毎秒5ミリメートルの相対速度で滑っている。 Actually, as shown in the graph of FIG. 7, the force value estimated from the film-like pressure sensor fluctuated greatly in the sliding state. The vertical axis in FIG. 7 is the ratio of the magnitude of the force estimated from the pressure sensor to the magnitude of the actual applied force, and the horizontal axis is time. The magnitude of the force estimated from the pressure-sensitive sensor is obtained from the relationship between the sensor resistance value in a stationary state and the pressure applied to the sensor in FIG. From the start of measurement until 1 second, it is stationary, and the actual force and the force estimated from the pressure-sensitive sensor coincide. From 1 second to 3 seconds was in a slipping state, and at this time, the magnitude of the force estimated from the pressure sensor deviated greatly from the magnitude of the actually applied force. In the sliding state, the vehicle slides at a relative speed of 5 millimeters per second.
軽量ブレーキ装置において、アクチュエータが十分変形するように、図5に示したような構造にした場合、固定部7以外では、アクチュエータが基板の上を滑っている。したがって、基板5の誘電エラストマーアクチュエータ1側に圧力センサを設置するとき、固定部7以外では、滑り状態にあることになる。そのため、圧力センサが正確な力を測定できなくなる。一方、固定部7では静止状態にあるため、圧力センサをこの位置に配置すれば、正確な垂直抗力を検出することができ、その結果、ブレーキ力を正確に測定できることになる。
In the lightweight brake device, when the structure shown in FIG. 5 is used so that the actuator is sufficiently deformed, the actuator slides on the substrate except for the fixing
このようにして、本発明のブレーキ装置の基本構造では、正確なブレーキ力が測定できるので、この値を用いて制御用コントローラがアクチュエータに必要な電圧を決定し、アクチュエータ電源を制御することで、所望のブレーキ力を得ることができる。 In this way, in the basic structure of the brake device of the present invention, an accurate braking force can be measured, and by using this value, the controller for control determines the voltage required for the actuator and controls the actuator power supply. A desired braking force can be obtained.
第1の実施例としてブレーキ装置の基本的な構造の実施例を図8を用いて説明する。図8は、直線的に移動する、ベルト状の移動体を制動する、ブレーキ装置の一構成を示した概念図である。図8の(A)は本実施例のブレーキ装置の外形を斜め上から見た概念図、図8の(B)は制動状態の図8の(A)のブレーキ装置のA―A’における断面図、図8の(C)は非制動状態の図8(A)のブレーキ装置のA―A’における断面図である。 An embodiment of the basic structure of the brake device will be described as a first embodiment with reference to FIG. FIG. 8 is a conceptual diagram showing a configuration of a brake device that brakes a belt-like moving body that moves linearly. FIG. 8A is a conceptual view of the outer shape of the brake device of this embodiment viewed obliquely from above, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the brake device of FIG. 8C is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the brake device of FIG. 8A in the non-braking state.
図8の(A)に示すように、ブレーキ装置10は、ふた15のついたケース11にその部品がおさめられており、ケースの左右に開けられた2つの開口部12、13を通ってベルト状移動体14が貫通するようになっている。ケース11の側面から、誘電エラストマーアクチュエータに電圧を印加するための電源ケーブル16と圧力センサの測定値を出力するための信号ケーブル17が出ていて、図示を省略した外部のアクチュエータ用電源とコントローラに接続されている。
As shown in FIG. 8 (A), the
図8の(B)の断面図に示すように、ケース11の内部には、ブレーキパッド18、誘電エラストマーアクチュエータ1、圧力センサ19が配置されている。圧力センサ19は固定部7の位置において、ケース11内側の底部に埋め込まれ、固定されていて、その表面が底部表面と一致するようになっている。圧力センサ19を埋め込まずに凸部とした状態であると、凸部は他より高い圧力を示すことになるので、正確な圧力が計測できなくなる。凹凸が解消できない場合は、凸部であることによる圧力の計測誤差をあらかじめ測定し校正する必要がある。
As shown in the sectional view of FIG. 8B, the
誘電エラストマーアクチュエータ1は、アクチュエータ両面に配置された柔軟電極3、4の電極面がケース11の底部と平行になる向きに配置されている。誘電エラストマーアクチュエータ1は、ケース11に固定された圧力センサ19と接する固定部7で、圧力センサ19を介してケース11に固定されている。この固定部7の、誘電エラストマーアクチュエータ1をはさんでブレーキパッド側には、ブレーキパッド18と誘電エラストマーアクチュエータ1を固定する固定部20がある。
The
固定部7および20の面積は大きいとアクチュエータ1の動作に影響を及ぼすので、小さいほどよい。しかし、固定部7の面積が圧力センサ19の面積より小さいと、圧力センサの表面の一部をアクチュエータが滑っている状態になるので、圧力の測定に影響を及ぼす。したがって、固定部7は圧力センサ19より大きな面積であることが望ましい。固定部7の面積の下限は圧力センサの大きさ以外に、固定する接着剤の接着力等に依存するが、アクチュエータ1の面積の2%程度あれば一般的な接着剤で固定できる。固定部20については圧力センサが下部に配置されていなければ、アクチュエータ1の面積の2%程度でよい。
If the area of the fixing
上述の通り、アクチュエータ1とケース11の底部表面、および、アクチュエータ1とブレーキパッド18の表面の間には、潤滑油8が塗られている。ブレーキパッド18の上方には、ベルト状移動体14がケース11の外部からケース11の開口部、12、13を通って渡されている。ベルト状移動体14はこの開口部12、13を通ってA―A’方向に移動が可能となっている。ベルト状移動体14の上にはケースのふた15が配置され、このふた15はケース11に固定されている。
As described above, the
図8の(A)のA―A’方向において、ブレーキパッド18は、ケース11の内側にリニアベアリング21を介して接触している。これにより、ブレーキパッド18が抵抗なくケース11内を上下するようになっていると同時に、ベルト状移動体14がA―A’方向に動いた際などに、ブレーキパッド18がベルト移動体14の動く方向と同じ方向に動くことを抑制する構造になっている。
In the A-A ′ direction in FIG. 8A, the
図8の(B)、(C)を用いて、このブレーキ装置の動作を説明する。誘電エラストマーアクチュエータに電圧が印加されていない、あるいは、印加電圧が小さい状態では、図8の(B)のようにブレーキパッド18は押し上げられている。ベルト状移動体14は押し上げられたブレーキパッド18とケースのふた15との間に挟まれるので、その移動速度が減じられる。アクチュエータ1の押し付ける力が強ければ、ベルト状移動体14はケース11に対して固定される。
The operation of the brake device will be described with reference to FIGS. 8B and 8C. When no voltage is applied to the dielectric elastomer actuator or the applied voltage is small, the
誘電エラストマーアクチュエータ1に印加する電圧を大きくしていくと、誘電エラストマーアクチュエータ1の厚みが小さくなるため、ブレーキパッド18は下がった位置にくる。図8の(C)のように、十分誘電エラストマーアクチュエータ1が縮めば、ブレーキパッド18はベルト状移動体14から離れた状態にあり、ベルト状移動体14は抵抗なく移動することができる。アクチュエータ1に印加される電圧を調整することで、ブレーキパッド18とベルト状移動体14の間の摩擦力を調整できるので、ベルト状移動体の減速の程度を調整することができる。
As the voltage applied to the
このような本実施例の構造のブレーキ装置を、長さが50ミリ、幅が25ミリ、厚みが10ミリの誘電エラストマーアクチュエータを用いて作製したところ、ブレーキ力として最大30ニュートンの力を発生させることができた。このとき100Vの電圧を誘電エラストマーアクチュエータ1に印加することで、ブレーキ装置10は非制動状態となり、ベルト状移動体14を動かすことができた。ここで、ベルト状移動体14の移動方向、すなわち図8の(A)のA―A’方向に長さを、柔軟電極3、4の面内でA―A’方向に垂直な方向に幅をとっている。このアクチュエータ1を用いて作製したブレーキ装置10はベルト状移動体14を除けば重さが約150グラムとなり、軽量なブレーキ装置10が実現した。
When the brake device having such a structure of the present embodiment is manufactured using a dielectric elastomer actuator having a length of 50 mm, a width of 25 mm, and a thickness of 10 mm, a maximum 30 Newton force is generated as a brake force. I was able to. At this time, by applying a voltage of 100 V to the
また、70Vの電圧を印加したとき、ブレーキ力は15ニュートンあり、圧力センサ19で検出された垂直抗力は、31ニュートンであった。この状態で温度を50度上昇させると、アクチュエータ1を構成するエラストマーが熱膨張し、かつ弾性率が低下するために、結果的に垂直抗力が減少し、ブレーキ力も低下する。圧力センサ19からの信号を用いた制御をせずにブレーキ力を測定すると、9ニュートンまでブレーキ力が低下していた。そこで、圧力センサ19からの信号を用いた制御を行うと、図示を省略した外部のコントローラが誘電エラストマーアクチュエータ1への電圧をただちに制御し、60Vの電圧を印加することで15ニュートンのブレーキ力を得ることができた。なお、この外部のコントローラの一例については、第二の実施例において例示することとする。
When a voltage of 70 V was applied, the braking force was 15 Newton, and the vertical drag detected by the
図8の実施例では誘電エラストマーアクチュエータ1の表面に柔軟電極3、4がむき出しになっているように表示されているが、むき出しの状態だとアクチュエータ1に印加した電圧がケース11やブレーキパッド18にもかかってしまう。そのため、アクチュエータ1の電極面を柔軟な絶縁体で表面を覆うことが望ましい。アクチュエータ動作を阻害しないという点で、アクチュエータ1を構成するエラストマーかそれより弾性係数の小さい材料で覆われていることが望ましい。また、このようにアクチュエータ表面を覆うほかに、ケース内部やブレーキパッド18のアクチュエータ側を絶縁膜で被覆することが望ましい。また、図8では、誘電エラストマーアクチュエータ1とケース11の底部およびブレーキパッド18との界面の滑りを良くするために潤滑油を塗布したが、ケース11の底部表面、あるいはブレーキパッド18のアクチュエータ側の表面がテフロンのような滑りやすいものとすることにより、界面の滑りを良くしてもよい。
In the embodiment of FIG. 8, the
図8の実施例の構造では、ベルト状移動体18に対し、片面のみに誘電エラストマーアクチュエータ1が配置されたブレーキ装置10を示したが、図9に示すように、ブレーキパッド18とアクチュエータ1を反対側にも配置して、ベルト状移動体14を両面から挟み込む形にしてもよい。このような構造にして上下のアクチュエータ1の動作を的確に行えば、ベルト状移動体14の上下方向の位置がずれることがない。また、片面のみにアクチュエータ1が配置された場合より、ベルト状移動体14がケースのふたと接触する部分を減らせるので、非制動時のベルト状移動体14とケース11のふたとの間の摩擦を軽減できる。
8 shows the
以上説明した、第1の実施例のブレーキ装置10では、アクチュエータ電源やコントローラはケース11の外部に配置したが、オンボード電源やマイコンを用いてケース11内に配置することも可能である。本実施例によれば、軽量小型のブレーキ装置を提供することができる。
In the
実施例2では、実施例1に示した軽量ブレーキ装置を利用した歩行補助装置の実施例について説明する。
階段下降の際、膝関節、股関節を深く曲げる姿勢を保つために、大腿四頭筋や大臀筋などを使う。これらの筋肉が衰えると、この姿勢を保てずに、逆側の足を着地させる際の減速が十分に行えなくなる。その場合、着地した足は減速せずに地面と衝突するため、膝等の関節に衝撃がかかる。これによって関節を痛めたり、痛みを感じたりという不快感を伴う。このような筋肉の衰えを補うように、この歩行補助装置は働く。
In Example 2, an example of a walking assistance device using the lightweight brake device shown in Example 1 will be described.
When descending the stairs, use the quadriceps or greater gluteal muscles to keep your knees and hips bent. If these muscles weaken, this posture cannot be maintained, and the deceleration when landing the opposite foot cannot be performed sufficiently. In that case, since the landing foot collides with the ground without decelerating, a shock is applied to a joint such as a knee. This is accompanied by an uncomfortable feeling that hurts the joint or feels pain. This walking aid works to compensate for such muscle weakness.
図10の(A)、(B)に示したのは実施例1に示した軽量ブレーキ装置10を利用した歩行補助装置100の概略図である。同図の(A)は、電動歩行補助装置を装着した人の下半身を左前方から見た概念図、同図の(B)は電動歩行補助装置を装着した人の下半身を左後方から見た概念図である。
10A and 10B are schematic views of the walking assist
歩行補助装置100は各足に対して、1式の、軽量ブレーキ装置10、ベルト巻上げ装置101、歩行補助装置の制御を行うコントロールボックス102、腰部ベルト103、腰部から膝下までつなぐベルト104、膝下に固定した膝下ベルト105からなる。
The walking
腰部ベルト103には、コントロールボックス102、軽量ブレーキ装置10、ベルト巻上げ装置101が固定されている。軽量ブレーキ装置10はベルト巻上げ装置101と膝下ベルト105の間に配置され、装置内部をベルト104が貫通している。腰部から膝下までつなぐベルト104は、ベルト巻上げ装置101から、軽量ブレーキ装置10および装着者の臀部を通り、膝前を通って膝下ベルト105に固定されている。ベルト巻上げ装置101は内部にベルト104の引き出し量とベルトの速度を検出するための信号を所定周期で出力するためのエンコーダを含んでいる。この引き出し量や速度を検出するための信号は、ベルト巻上げ装置101内に残存するベルトの量を管理することなどにより、エンコーダから出力することができる。
A
また、ベルト巻上げ装置101は内部にばねを有しており、ベルト104を弛まない程度の張力で常に引っ張り上げているため、装着者が直立したときにはベルト104の余分な長さは、内部のばねの作用により、ベルト巻上げ装置101に巻上げられて格納されている。階段を下るときなど、装着者が膝関節や股関節を曲げたとき、ベルト104の必要な分量が装着者の動きによってベルト巻上げ装置101から引き出されるようになっている。
Further, since the
図11は本実施例のコントロールボックス102を中心とした、歩行補助装置100の機能構成の一例を示すブロック図である。ベルト巻上げ装置101のエンコーダ110からの所定のサンプリング周期で出力される信号は、コントロールボックス102内のベルト引き出し量変換部111でベルトの引き出し量に変換される。この引き出し量の値はベルト引き出し速度演算部112およびブレーキ力演算部113に送られる。ベルト引き出し速度演算部112では引き出し量と、予め設定されたサンプリング周期の情報を使って、ベルトの引き出し速度を演算し、ブレーキ力演算部113に送る。ブレーキ力演算部113では、後で説明するように、ベルト引き出し量と引き出し速度を用い、メモリ115に格納された装着者の正常な歩行時のデータを参照して、膝角度と膝角速度を演算し、これらのデータに基づき歩行の状態を判断し、ブレーキ力を決定する。
FIG. 11 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the walking assist
この決定されたブレーキ力に基づき、ブレーキ装置10内にある誘電エラストマーアクチュエータ1に印加する電圧を決定し、小型電源116に制御信号を送る。実際のブレーキ力はブレーキ装置10内の圧力センサ19によって測定され、そのセンサ信号はブレーキ力変換部114でブレーキ力に変換され、ブレーキ力演算部113へ送られる。この値を基に、ブレーキ力演算部113は、先に決定したブレーキ力になるよう小型電源116からアクチュエータ1に印加する電圧を調整する。
Based on the determined braking force, a voltage to be applied to the
なお、このコントロールボックス102は、小型電源116を除き、通常の処理部を構成する中央処理部(CPU)、プログラム等を記憶する記憶部を構成するメモリと、インタフェース部を有するコンピュータ構成とし、CPUが各種のプログラム等を実行することなどにより、上述したベルト引き出し量変換部111、ベルト引き出し速度演算部112、ブレーキ力演算部113、ブレーキ力変換部114を実現することができる。そのため、このコントロールボックス102内の、ベルト引き出し量変換部111、ベルト引き出し速度演算部112、ブレーキ力演算部113、ブレーキ力変換部114を総称して処理部、あるいはコントローラと呼ぶことができる。また、小型電源116は、コントロールボックス102でなく、ブレーキ装置10側に設置しても良い。
The
図12は、本実施例の歩行補助装置100により、階段下降時の歩行補助のためのブレーキ力制御の手順を説明するフローチャートである。ブレーキ力演算部113では、入力されるベルトの引き出し量と引き出し速度を用いて、膝角度と膝角速度を演算する(S100)。膝角速度は膝角度を微分することによって得ることができる。なお、膝角度とベルト引き出し量の関係は、装着者によって違うため、予めメモリ115に格納したデータを参照する。
FIG. 12 is a flowchart for explaining a procedure of brake force control for walking assistance when the stairs are lowered by the
そして、得られた膝角度と膝角速度と、メモリ115に格納されているデータと比較して(S101)、階段下降時かどうかを判断する(S102)。下降時でなければ歩行補助を行わない。下降時である場合、膝角度が設定したしきい値より小さい、すなわち膝が深く曲がっている状態で、かつ、その膝角度に対する膝角速度のしきい値を超えているかを判断する(S103)。 Then, the obtained knee angle and knee angular velocity are compared with the data stored in the memory 115 (S101), and it is determined whether or not the stairs are descending (S102). If it is not descending, walking assistance is not performed. If the knee is descending, it is determined whether the knee angle is smaller than the set threshold value, that is, the knee is bent deeply and whether the knee angular velocity threshold value for the knee angle is exceeded (S103).
なお、図示は省略するが、メモリ115内には、装着者の正常な下降上昇歩行時の、1周期分の左右の膝角度と膝角速度の時間変化データを記憶しておく。通常、階段上昇時は、膝を伸ばすのに時間がかかり、膝を曲げるのには短時間で済むのに対し、下降時はその逆で、膝を伸ばすのにかかる時間は、曲げていくのにかかる時間より短時間である。そのため、膝が伸びる方向を膝角度が大きくなる方向ととると、膝角速度で言えば、階段上昇時は、歩行一周期において、正の値をとる時間が、負の値をとる時関より長くなる。この事実に基づき、階段上昇時か階段下降時かどうかを判断することができる(S102)。
Although illustration is omitted, the
いずれかの条件を満たさない時は歩行補助を行わないので、再び新たな膝角度と膝角速度を演算取得する(S100)。ステップS103を満たす場合は、膝角度と膝角速度を基に、着地までの間に減速できるよう、ブレーキ力が算出される(S104)。大きすぎるブレーキ力によって急激なベルトの減速がおこり、装着者に強い力がかかってしまうことのないように、ブレーキ力の上限はあらかじめ設定されている。算出されたブレーキ力がこの上限以下であるかをステップS105で判断し、上限以上の場合は上限にブレーキ力を設定する(S106)。 When either condition is not satisfied, walking assistance is not performed, so a new knee angle and knee angular velocity are calculated and acquired again (S100). If step S103 is satisfied, the braking force is calculated based on the knee angle and knee angular velocity so that the vehicle can decelerate before landing (S104). The upper limit of the braking force is set in advance so that the belt does not suddenly decelerate due to an excessively large braking force and a strong force is not applied to the wearer. In step S105, it is determined whether the calculated braking force is equal to or lower than the upper limit. If the calculated braking force is equal to or higher than the upper limit, the braking force is set to the upper limit (S106).
ブレーキ力が上限以下であれば、算出値をそのままブレーキ力として設定する(S106)。ステップS106で設定されたブレーキ力の値から、ブレーキ装置10のアクチュエータに印加する電圧を決定し出力する(S107)。これに従いブレーキは動作する。この時のブレーキ力を圧力センサ19により取得し(S108)、ステップS106で設定した値と比較して(S109)、異なる場合はステップS107からS109を繰り返してブレーキ力を調整する。このようにして、必要なブレーキ力がベルト104にかかり、膝角度の減速を補助し、装着者の着地の際の衝撃を緩和する。
If the braking force is below the upper limit, the calculated value is set as it is as the braking force (S106). From the brake force value set in step S106, the voltage applied to the actuator of the
以上説明した本実施例の歩行補助装置では、足を動かすためには装着者の力を利用するため、必要以上の出力のモータ(アクチュエータ)を必要としないので、装着していても安全である。また、ブレーキとして使用している、誘電エラストマーアクチュエータを使用したブレーキ装置は軽量であるため、装着していても負担が少ない。また、サポーターのようなパッシブな補助具では常に張力がかかっているため、関節を曲げるときに必要以上の力がかかってしまい、装着者に負担となる。このような電動式のブレーキを装着することで、必要なときに張力がかけられるため、補助力が不要なときには装着者に負担がないようにすることができる。 In the walking assist device of the present embodiment described above, since the force of the wearer is used to move the foot, a motor (actuator) with an output higher than necessary is not required, and thus it is safe even when worn. . Moreover, since the brake device using the dielectric elastomer actuator used as a brake is lightweight, there is little burden even if it is equipped. In addition, since a passive assisting device such as a supporter is always under tension, an excessive force is applied when the joint is bent, which places a burden on the wearer. By mounting such an electric brake, tension is applied when necessary, so that it is possible to avoid a burden on the wearer when the auxiliary force is unnecessary.
第三の実施例では、回転動作するものとしての移動体の制動を行うディスクブレーキ装置の実施例について説明する。
実施例1では、直線的に移動する移動体の制動を行うブレーキ装置について述べたが、実施例3は、動作するものとしての回転する移動体の制動を、摩擦材であるブレーキパッドで行うディスクブレーキ装置に関するものである。
In the third embodiment, a description will be given of an embodiment of a disc brake device that brakes a moving body that rotates.
In the first embodiment, a brake device that brakes a moving body that moves linearly has been described. In the third embodiment, a disk that brakes a rotating moving body that operates as a brake pad that is a friction material. The present invention relates to a brake device.
図13は、本実施例のディスクブレーキ装置30のブレーキ部分を示す概念図である。このディスクブレーキ装置のブレーキ部は、アーム31とそれに接続された2枚のディスク32、もうひとつのアーム33とそれに接続されたディスク34、これらの間に配置された二つのブレーキ部35、ディスクとブレーキを貫通して固定する回転軸36からなる。アーム31と接続した2枚のディスク32は回転軸36に固定されている。一方、アーム33と接続したディスク34は、回転動作するものとしての移動体であり、回転軸36を中心に回転することができるようになっている。そこで、ディスク32を固定ディスク、ディスク34を回転ディスクと呼ぶ場合がある。
FIG. 13 is a conceptual diagram showing a brake portion of the
ブレーキ部35は回転ディスク34の両面に、固定ディスク32との間に二つ配置されている。ブレーキ部35は固定ディスク32に固定されているので、固定ディスク32に対して、ディスク34が回転しないように働く。ブレーキ部35は、電気的に電源とコントローラ(いずれも図示せず)に接続されている。
Two
図14を用いて、本実施例のディスクブレーキ装置30の詳細な構成を説明する。図14は、図13に示したディスクブレーキ装置30を分解して示した斜視図である。ディスクブレーキ装置30は、アーム31に接続された2枚の固定ディスク32、二つの誘電エラストマーアクチュエータ38、二つのブレーキパッド39、二つのケース37、アーム33をもつ回転ディスク34からなり、回転ディスク34を中心に、図14のように左右対称に構成されている。
The detailed structure of the
ディスク32および34、誘電エラストマーアクチュエータ38、ブレーキパッド39はいずれも円盤状の外形をしており、その中央に円形の貫通穴があいていて、回転軸36が貫通するようになっている。回転軸36は二つの固定ディスク32に固定されている。また、二つのケース37は、円筒状で、それぞれ固定ディスク32に固定されている。これに対し、回転ディスク34は、その中央の貫通穴にベアリング40を有していて、このベアリング40を介して回転軸36に結合されている。したがって、回転ディスク34は回転軸36の周りを低摩擦で回転する。
Each of the
誘電エラストマーアクチュエータ38の貫通穴は、誘電エラストマーアクチュエータ38が回転軸36に触れることはないよう、回転軸36より大きく設定されている。誘電エラストマーアクチュエータ38の両面には、中央の貫通穴に沿った位置にそれぞれ固定部41がある。一方の固定部41を介して、誘電エラストマーアクチュエータ38は、固定ディスク32に固定されている。固定ディスク32の誘電エラストマーアクチュエータ38に対する面には、誘電エラストマーアクチュエータ38と固定する部分に圧力センサ45が、その表面を固定ディスク32の表面と一致するように埋め込まれている。図14では1枚にディスクにつき2つの圧力センサ45が示されているが、一つでもかまわない。圧力センサ45の出力は、図示を省略した回転軸を通る有線等を用いてコントロールボックスへ出力される。
The through hole of the
誘電エラストマーアクチュエータ38からは、外部の電源(図示せず)と電気的に接続するための電源ケーブルが出ている。また、圧力センサ45からは、外部のコントローラ(図示せず)と電気的に接続するためのケーブルが出ている。誘電エラストマーアクチュエータ38が固定された部分で圧力をモニタすることにより、アクチュエータの動きに左右されず、正確な圧力を検出することができる。コントローラではこの圧力値から必要なブレーキ力を決定し、必要なブレーキ力になるよう、誘電エラストマーアクチュエータ38に与える電圧を調整する。
From the
誘電エラストマーアクチュエータ38の、固定ディスク32に対する面とは逆の面に設置された固定部41を介して、誘電エラストマーアクチュエータ38は、ブレーキパッド39に固定されている。実施例1と同様に、誘電エラストマーアクチュエータ38と固定ディスク32ないしはブレーキパッド39との間には潤滑油が塗られていて、誘電エラストマーアクチュエータは低摩擦で伸縮、変形することができる。
The
ブレーキパッド39の中央の貫通穴には円筒状のリニアベアリング42が固定されていて、リニアベアリングの内径を回転軸36が低摩擦で移動できるようになっている。また、ブレーキパッド39には、回転を防ぐためのきりかき43が2か所ある。ここでは2か所ある例を示したが、きりかきの数は少なくとも1か所あればよい。ケース37は、円筒状の外形で、誘電エラストマーアクチュエータ38、ブレーキパッド39を覆うように、固定ディスク32に固定される。
A cylindrical
ケース37は、その内側に爪44を少なくとも一つ有する。この爪44はブレーキパッド39のきりかき43にはめ合わせられるようになっている。そのため、制動時にブレーキパッド39が、回転ディスク34の回転方向と同じ方向に回転することが妨げられるようになっている。ブレーキパッド39が回転しようとすると、誘電エラストマーアクチュエータ38に歪がかかり、固定部41が破断したり、誘電エラストマーアクチュエータ38自身が破断したりして、ブレーキ装置の寿命が縮まる。したがって、ブレーキパッドの回転を抑制することでブレーキ装置の寿命を延ばすことができる。
The
この爪44の、回転軸方向の厚みは、制動時にブレーキパッドが回転軸方向に十分移動できるよう、きりかき43の回転軸方向の深さより十分小さく設定されている。また、制動時にブレーキパッドが回転軸方向に移動する際の妨げとならないよう、きりかき43と爪44の界面には潤滑油を塗ってある。
The thickness of the
ここでは、ブレーキパッドの回転を抑制するために、爪44ときりかき43の形状を選んだが、ブレーキパッド39に固定されたリニアベアリング42が、回転軸36に対して回転しないような構造にすることでも実現できる。このようにすると、ケースやブレーキパッドの形状を簡単にできる。また、リニアベアリング42と同様のベアリングとスライドシャフトを別に設けることでも実現できる。ベアリングを用いると、よりブレーキパッドの移動時の摩擦を低減することができる。
Here, in order to suppress the rotation of the brake pad, the shape of the
図15に、図13のディスクブレーキ装置30のB−B’における断面図を示した。図15の(A)は、ディスクブレーキ装置に電圧がかかっていない状態で、アクチュエータがブレーキパッドを押し上げた、制動状態、図15の(B)は、ディスクブレーキ装置に電圧がかかっている状態で、非制動状態である。
FIG. 15 is a sectional view taken along the line B-B ′ of the
ディスクブレーキ装置30は、2枚の固定ディスク32、回転ディスク34、ブレーキ部を覆うケース37、誘電エラストマーアクチュエータ38、ブレーキパッド39、そしてそれらの中央を貫通する回転軸36からなる。回転ディスク34を中心に、図15に示すような左右対称の構成になっている。
The
2枚の固定ディスク32は回転軸36に固定されている。ケース37は固定ディスク32に固定されている。誘電エラストマーアクチュエータ38は固定部41を介して、固定ディスク32とブレーキパッド39に固定されている。固定ディスク32の、固定部41の位置には、圧力センサ45が埋め込まれている。
The two fixed
図15の(A)に示すように、回転ディスク34の左右に配置された二つの誘電エラストマーアクチュエータ38によって左右それぞれのブレーキパッド39が回転ディスク34の方向に押されると、回転ディスク34を挟み込むので、固定ディスク32に対してディスク34の回転が抑えられる。
As shown in FIG. 15A, when the left and
二つの誘電エラストマーアクチュエータ38に電圧を印加すると、誘電エラストマーアクチュエータ38はその厚みを縮めるので、ブレーキパッド39を押し付ける力が弱まり、十分電圧を印加すれば、図15の(B)に示すようにブレーキパッド39と回転ディスク34が接触しなくなる。このようになれば、回転ディスク34は回転軸36の周りに低摩擦で回転することができる。回転ディスク34と回転軸36の間にはベアリング40があるので、非制動状態である図15の(B)の状態では回転が妨げられないようになっている。
When a voltage is applied to the two
ここでは、誘電エラストマーアクチュエータの表面に柔軟電極がむき出しになっているように表示されているが、アクチュエータの電極面を柔軟な絶縁体で表面を覆うことが望ましい。これにより、アクチュエータに印加した電圧がケースやブレーキパッドにもかかることがなくなり安全である。アクチュエータ動作を阻害しないという点で、アクチュエータを構成するエラストマーかそれより弾性係数の小さい材料で覆われていることが望ましい。また、このようにアクチュエータ表面を覆うほかに、ケース内部やブレーキパッドのアクチュエータ側を絶縁膜で被覆することが望ましい。また、本実施例では、誘電エラストマーアクチュエータとケース底部およびブレーキパッドとの界面の滑りを良くするために潤滑油を塗布したが、ケース底部表面、あるいはブレーキパッドのアクチュエータ側の表面がテフロンのような滑りやすいものでできていてもよい。 Here, it is displayed that the flexible electrode is exposed on the surface of the dielectric elastomer actuator, but it is desirable to cover the electrode surface of the actuator with a flexible insulator. As a result, the voltage applied to the actuator is not applied to the case or the brake pad, which is safe. It is desirable that the actuator is covered with an elastomer constituting the actuator or a material having a smaller elastic modulus in that the actuator operation is not hindered. In addition to covering the actuator surface in this way, it is desirable to cover the inside of the case and the actuator side of the brake pad with an insulating film. In this embodiment, the lubricating oil is applied to improve the slip of the interface between the dielectric elastomer actuator and the case bottom and the brake pad. However, the surface of the case bottom or the actuator side of the brake pad is not like Teflon. It may be made of slippery material.
また、本実施例では誘電エラストマーアクチュエータ38が一組の電極からなっているような図を示したが、これの代わりに誘電エラストマーアクチュエータを多層化したものを用いてもよい。このように多層化したアクチュエータの場合、一層のものと比べ、全体として同じ大きさの場合、各アクチュエータの層が薄い、すなわち電極間距離が小さくなるので、印加する電圧が小さくて済むという利点がある。
In the present embodiment, the
このようにして、本実施例のディスクブレーキ装置では、回転ディスクの回転角度と、圧力センサでモニタした値を基に、誘電エラストマーアクチュエータ38にかける電圧を調整することで、回転ディスク34の、固定ディスク32に対する回転に、必要な制動をかけることができる。
Thus, in the disc brake device of this embodiment, the voltage applied to the
第四の実施例では、実施例3に示した軽量ブレーキ装置を利用した膝装着型の歩行補助装置の一実施例について説明する。
実施例2同様に、階段下降時、脚の筋肉の衰えのため、足の着地の速度を十分に減速できずに、膝等の関節に衝撃がかかることを防ぐように、この歩行補助装置は働く。
In the fourth embodiment, an embodiment of a knee-mounted walking assist device using the lightweight brake device shown in the third embodiment will be described.
As in Example 2, this walking assistance device is designed to prevent the landing of the foot from being sufficiently slowed down due to the weakening of the leg muscles when the stairs are lowered, and to prevent the knees and other joints from being shocked. work.
図16に示したのは実施例3に示した軽量なディスクブレーキ装置30を利用した、膝関節に装着する歩行補助装置200の概略図である。
歩行補助装置200は、軽量ディスクブレーキ装置30、歩行補助装置の制御を行うコントロールボックス202、大腿部に固定される太腿ベルト203、膝下に固定される膝下ベルト205からなる。太腿ベルト203および膝下ベルト205にはソケット206がそれぞれ設置され、軽量ディスクブレーキからのびるアーム31および33を固定できるようになっている。これにより、ディスクブレーキ装置30から伸びるアーム31および33は、それぞれ大腿部、膝下部の動きに追従することができる。
FIG. 16 is a schematic view of a
The walking
本実施例の歩行補助装置における、機能構成を示すブロック図の図示は省略するが、実施例2の図11のブロック図と同様に構成可能であることは言うまでもない。変更点は、ベルト巻上げ装置101の内部に設けられているエンコーダ110に対応するエンコーダが、ディスクブレーキ装置30内部に設けられる点、及びコントロールボックス102内のベルト引き出し量変換部111とベルト引き出し速度演算部112が、膝関節の回転角度変換部、及び膝関節の回転角速度演算部に変更される点、及びメモリ115内のデータが、装着者の膝関節に関するデータに変更される点である。
Although illustration of the block diagram which shows a function structure in the walking assistance apparatus of a present Example is abbreviate | omitted, it cannot be overemphasized that it can comprise similarly to the block diagram of FIG. The changes are that the encoder corresponding to the
図17に示すように、ディスクブレーキ装置30内部、回転ディスク34の内側の部分には、中空軸形状のエンコーダ46が固定されている。ディスクブレーキ装置30の回転軸36はエンコーダ46の回転軸と一致するようはめあわされている。回転軸36は固定ディスク32と固定されているので、アーム31とアーム33の角度、すなわち膝関節角度をモニタすることができる。回転ディスク34はブレーキパッド39により圧力を受けるので、内部のエンコーダ46に力がかからないよう、また、回転ディスク34がひずまないよう、スペーサ47が設置されている。図17では2か所にスペーサを設置しているが、個数や位置はこれに限定するものではない。エンコーダ46で検出される回転ディスク34の回転角度に関する情報は、エンコーダ46から、図示を省略した回転軸を通る有線や、無線手段を用い、所定のサンプリング周期でコントロールボックスへ出力される。
As shown in FIG. 17, a hollow shaft-shaped
太腿ベルト203上には、コントロールボックス202が固定されていて、アーム31に沿って配線されたケーブルを介して、軽量ディスクブレーキ装置30に電気的に接続されている。コントロールボックス内には、アクチュエータに電源を供給する小型電源と、軽量ブレーキ装置に装備された圧力センサ、およびディスクブレーキ装置30内部のエンコーダ46からの信号を受け、適切に電源電圧を制御する制御系が組み込まれている。本実施例におけるエンコーダからの信号は、所定のサンプリング周期で出力される、回転ディスク34の回転角度に関する情報を示している。上述したように、この回転角度により装着者の膝関節角度をモニタすることができるので、膝関節角度に関する情報を簡単に取得することができる。
A
以下、本実施例の歩行補助装置200の動作について説明する。
実施例2の場合と同様に、階段降下の際などに、膝関節を大きく曲げた姿勢を保つ筋肉を助けるように、この歩行補助装置200は働く。階段降下時、ディスクブレーキ装置30内部のエンコーダからの信号によって、膝がある一定角度より深く曲げられ、膝関節角速度がある一定速度以上になったことが観測された時、それ以上膝関節角速度が速くならないようにディスクブレーキ装置に信号が送られ、ディスクの回転を遅くするようブレーキをかける。膝関節を伸ばす時には、ブレーキを切り、装着者自身の力で膝を伸ばすようにする。こうした制御については、実施例2に示したものと同様な制御で行われる。
Hereinafter, operation | movement of the walking
As in the case of the second embodiment, the walking assist
このように、足を動かすためには装着者の力を利用するため、必要以上の出力のアクチュエータを必要としないので、装着者に過大な力が加わる恐れがなく装着していても安全である。また、ブレーキとして使用している、誘電エラストマーアクチュエータを使用したディスクブレーキ装置は軽量であるため、装着していても負担が少ない。また、サポーターのようなパッシブな補助具では、膝関節を曲げることに対して常に抵抗力がかかっているため、必要な関節の曲げ伸ばしにも不要な力がかかってしまい、装着者に負担となる。このような電動式のブレーキを装着することで、必要なときに膝を曲げることに対する抵抗力がかけられるため、補助力が不要なときには装着者に負担がないようにすることができる。 In this way, since the wearer's force is used to move the foot, an actuator with an output greater than necessary is not required, so there is no risk of applying excessive force to the wearer and it is safe even if it is worn. . Moreover, since the disc brake device using the dielectric elastomer actuator used as a brake is lightweight, there is little burden even if it is mounted. In addition, passive assistive devices such as supporters are always resistant to bending the knee joint, so unnecessary force is also applied to the bending and stretching of the necessary joints, placing a burden on the wearer. Become. By mounting such an electric brake, a resistance force against bending the knee can be applied when necessary, so that the burden on the wearer can be avoided when the auxiliary force is unnecessary.
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したのであり、必ずしも説明の全ての構成を備えるものに限定されものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることが可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記のコントロールボックスの各構成、機能、変換部、演算部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment. In addition, each configuration, function, conversion unit, calculation unit, and the like of the control box described above may be realized in hardware by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit.
1…誘電エラストマーアクチュエータ、
2…エラストマー材料、
3、4…柔軟電極、
5…基板、
6…ブレーキパッド、
7…固定部、
8…潤滑油、
9…移動体、
10…ブレーキ装置、
11、37…ケース、
12、13…開口部、
14…ベルト状移動体、
15…ふた、
16…電源ケーブル、
17…信号ケーブル、
18、39…ブレーキパッド、
19…圧力センサ、
20…固定部、
21…リニアベアリング、
25、26…基板、
30…ディスクブレーキ装置、
31、33…アーム、
32、34…ディスク、
35…ブレーキ部、
36…回転軸、
38…誘電エラストマーアクチュエータ、
40…ベアリング、
41…固定部、
42…リニアベアリング、
43…きりかき、
44…爪、
45…圧力センサ、
46、110…エンコーダ、
47…スペーサ、
100…歩行補助装置、
101…ベルト巻上げ装置、
102…コントロールボックス、
103…腰部ベルト、
104…ベルト、
105…膝下ベルト、
111…ベルト引き出し量変換部、
112…ベルト引き出し速度演算部、
113…ブレーキ力演算部、
114…ブレーキ力変換部、
115…メモリ、
116…小型電源、
200…歩行補助装置、
202…コントロールボックス、
203…太腿ベルト、
205…膝下ベルト、
206…ソケット
1 ... Dielectric elastomer actuator,
2. Elastomer material,
3, 4 ... flexible electrode,
5 ... substrate,
6 ... Brake pads
7 ... fixed part,
8 ... Lubricating oil,
9 ... Moving object,
10 ... Brake device,
11, 37 ... case,
12, 13 ... opening,
14 ... Belt-like moving body,
15 ... Lid,
16 ... Power cable,
17 ... Signal cable,
18, 39 ... Brake pads,
19 ... Pressure sensor,
20 ... fixed part,
21 ... Linear bearing,
25, 26 ... substrate,
30 ... Disc brake device,
31, 33 ... arms,
32, 34 ... disk,
35 ... Brake part,
36 ... rotating shaft,
38 ... Dielectric elastomer actuator,
40 ... bearings,
41 ... fixed part,
42 ... Linear bearing,
43 ...
44 ... nails,
45 ... Pressure sensor,
46, 110 ... encoder,
47 ... Spacer,
100 ... walking assist device,
101 ... belt hoisting device,
102 ... Control box,
103 ... waist belt,
104 ... Belt,
105 ... below the knee belt,
111... Belt withdrawal amount conversion unit,
112 ... Belt withdrawal speed calculation unit,
113 ... Brake force calculation unit,
114 ... Brake force conversion unit,
115 ... Memory,
116 ... small power source,
200 ... walking assist device,
202 ... Control box,
203 ... Thigh belt,
205 ... below the knee belt,
206 ... Socket
Claims (15)
前記移動体に押し付けられるブレーキパッドと、前記ブレーキパッドを押し付けるための、電気信号により変形する材料を含む電動アクチュエータと、前記アクチュエータよるブレーキ力をモニタするための圧力センサと、前記圧力センサからの出力を読み取って前記ブレーキ力を決定するコントローラと、前記コントローラによって出力する前記電気信号が制御される電源とからなる
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 An electric brake device for braking movement of a moving body,
A brake pad pressed against the moving body, an electric actuator including a material that is deformed by an electric signal for pressing the brake pad, a pressure sensor for monitoring a braking force by the actuator, and an output from the pressure sensor The electric brake device is characterized by comprising a controller that determines the braking force by reading and a power source that controls the electrical signal output by the controller.
前記電気信号により変形する材料が、前記電気信号によりある一方向に変形した際、それと直交する方向にも変形が生じるような材料である
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 1,
An electric brake device characterized in that when the material deformed by the electrical signal is deformed in a certain direction by the electrical signal, the material is also deformed in a direction orthogonal thereto.
前記電気信号により変形する材料が、少なくとも一か所で当該電動式ブレーキ装置に固定されており、
当該固定位置の少なくとも一つが、前記電気信号により変形する材料が、電気信号によりある一方向に変形した際、当該方向と直交する面にある
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 2,
The material that is deformed by the electrical signal is fixed to the electric brake device in at least one place,
The electric brake device according to claim 1, wherein at least one of the fixed positions is on a surface perpendicular to the direction when the material deformed by the electric signal is deformed in one direction by the electric signal.
前記固定位置の少なくとも一つが、前記電気信号により変形する材料の、前記ブレーキパッドに対抗する側と反対側の面にある
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 3,
The electric brake device according to claim 1, wherein at least one of the fixed positions is on a surface of the material that is deformed by the electric signal, on a side opposite to the side facing the brake pad.
前記ブレーキパッドのブレーキ力をモニタするための前記圧力センサが、前記電気信号により変形する材料の、前記ブレーキパッドと対抗する側とは反対側に配置されている
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 1,
The electric brake device, wherein the pressure sensor for monitoring the brake force of the brake pad is disposed on a side of the material deformed by the electrical signal opposite to the side facing the brake pad. .
前記ブレーキパッドのブレーキ力をモニタするための前記圧力センサが、前記電気信号により変形する材料の、前記ブレーキパッドと対抗する側とは反対側の、前記固定位置に固定される
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 3,
The pressure sensor for monitoring the braking force of the brake pad is fixed to the fixed position on the opposite side of the material deformed by the electrical signal from the side facing the brake pad. Electric brake device.
前記ブレーキパッドが、前記移動体の移動方向と同じ方向に移動することを抑制する構造を備える
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 1,
An electric brake device comprising a structure that suppresses movement of the brake pad in the same direction as the moving direction of the moving body.
前記移動体が、直線的に移動する移動体である
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 1,
The electric brake device, wherein the moving body is a moving body that moves linearly.
前記移動体が、回転する移動体である
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 1,
The electric brake device, wherein the moving body is a rotating moving body.
前記回転する移動体を挟む位置に設置された前記ブレーキパッドの前記回転する移動体とは反対側に設置された前記電動アクチュエータの前記ブレーキパッドとは反対側に設置された、固定ディスクを更に有し、
前記回転する移動体と、前記ブレーキパッドと、前記電動アクチュエータと、前記固定ディスクとは、その中央に回転軸を貫通する穴を備えた円盤形状を有し、前記固定ディスクは、前記回転軸に固定されている
ことを特徴とする電動式ブレーキ装置。 The electric brake device according to claim 9,
The brake pad installed at a position sandwiching the rotating moving body further includes a fixed disk installed on the opposite side of the brake pad of the electric actuator installed on the opposite side of the rotating moving body. And
The rotating moving body, the brake pad, the electric actuator, and the fixed disk have a disk shape with a hole that penetrates the rotation shaft at the center thereof, and the fixed disk is attached to the rotation shaft. An electric brake device characterized by being fixed.
歩行補助用のベルトを巻上げるベルト巻上げ装置と、
前記ベルトに押し付けられるブレーキパッドと、前記ブレーキパッドを押し付けるための、電気信号により変形する材料を含む電動アクチュエータと、前記電動アクチュエータによるブレーキ力をモニタするためのセンサとを備える電動式ブレーキ装置と、
前記電動式ブレーキ装置を制御するコントロールボックスを備え、
前記コントロールボックスは、前記ベルト巻上げ装置からのベルト引き出し量に関する信号、及び前記センサからの出力信号に基づき、前記ブレーキ力を決定し、決定した当該ブレーキ力を発生するよう、前記電動アクチュエータに印加する前記電気信号を制御する
ことを特徴とする補助装置。 An auxiliary device for assisting a pedestrian,
A belt hoisting device for hoisting a walking assist belt;
An electric brake device comprising: a brake pad pressed against the belt; an electric actuator including a material deformed by an electric signal for pressing the brake pad; and a sensor for monitoring a braking force by the electric actuator;
A control box for controlling the electric brake device;
The control box determines the braking force based on a signal relating to a belt withdrawal amount from the belt hoisting device and an output signal from the sensor, and applies the determined braking force to the electric actuator so as to generate the determined braking force. An auxiliary device for controlling the electric signal.
前記コントロールボックスは、前記ベルト巻上げ装置からの前記ベルト引き出し量に関する信号と、前記センサからの前記出力信号に基づき、前記ブレーキ力を算出するコントローラと、前記コントローラが算出した前記ブレーキ力に基づき、前記電動アクチュエータに印加する前記電気信号を出力する電源を備える
ことを特徴とする補助装置。 The auxiliary device according to claim 11,
The control box includes a controller that calculates the braking force based on the signal related to the belt withdrawal amount from the belt winding device and the output signal from the sensor, and the brake force calculated by the controller based on the braking force. An auxiliary device comprising a power source that outputs the electrical signal applied to the electric actuator.
前記コントローラは、
前記ベルト巻上げ装置からの前記ベルトの引き出し量に関する信号に基づき、前記ベルト引き出し量を出力するベルト引き出し量変換部と、前記ベルト引き出し量に基づき、ベルト引き出し速度を算出するベルト引き出し速度演算部を有する
ことを特徴とする補助装置。 An auxiliary device according to claim 12,
The controller is
A belt withdrawal amount converter that outputs the belt withdrawal amount based on a signal related to the belt withdrawal amount from the belt winding device; and a belt withdrawal speed calculation unit that calculates a belt withdrawal speed based on the belt withdrawal amount. Auxiliary device characterized by that.
固定ディスクと、前記固定ディスクに対して回転可能な回転ディスクと、前記回転ディスクに押し付けられるブレーキパッドと、前記ブレーキパッドを押し付けるための、電気信号により変形する材料を含む電動アクチュエータと、前記電動アクチュエータよるブレーキ力をモニタするためのセンサとを備える電動式ブレーキ装置と、
前記電動式ブレーキ装置を制御するコントロールボックスを備え、
前記コントロールボックスは、前記電動式ブレーキ装置からの前記回転ディスクの回転角度に関する信号、及び前記センサからの出力信号に基づき、前記ブレーキ力を決定し、決定した当該ブレーキ力を発生するよう、前記電動アクチュエータに印加する前記電気信号を制御する
ことを特徴とする補助装置。 An auxiliary device for assisting a pedestrian,
A fixed disk, a rotating disk rotatable with respect to the fixed disk, a brake pad pressed against the rotating disk, an electric actuator including a material that is deformed by an electric signal for pressing the brake pad, and the electric actuator An electric brake device comprising a sensor for monitoring the braking force applied;
A control box for controlling the electric brake device;
The control box determines the braking force based on a signal related to a rotation angle of the rotating disk from the electric brake device and an output signal from the sensor, and generates the determined braking force. An auxiliary device that controls the electrical signal applied to the actuator.
前記回転ディスク及び前記固定ディスクはそれぞれアームを有し、
前記回転ディスク及び前記固定ディスクの前記アームはそれぞれ、歩行者の大腿部に固定される大腿ベルト、および膝下に固定される膝下ベルトに固定可能である
ことを特徴とする補助装置。 An auxiliary device according to claim 14,
The rotating disk and the fixed disk each have an arm,
The auxiliary device characterized in that the arm of the rotating disk and the fixed disk can be fixed to a thigh belt fixed to a thigh of a pedestrian and a lower knee belt fixed to a lower knee.
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