CN101310116A

CN101310116A - 流体压式促动器及使用该促动器的运动装置

Info

Publication number: CN101310116A
Application number: CNA2006800425448A
Authority: CN
Inventors: 松下泰介; 佐藤裕
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-11-19
Also published as: WO2007058107A1; US20090223361A1; EP1950425A4; JPWO2007058107A1; EP1950425A1

Abstract

本发明的目的在于获得一种能够将动作速度高速化的流体压式促动器及使用该促动器的运动装置。这种流体压式促动器具备两端用栓构件(2、3)密封、随着流体的供给·排出而膨胀·收缩的膨胀收缩体(1)；覆盖该膨胀收缩体(1)外周且其两端压紧固定在栓构件(2、3)上的网状覆膜体(7)；设置在栓构件(2、3)上的流体给排口，该流体压式促动器具备填埋膨胀收缩体(1)内至少一部分空间的空间缩小体(4、5)。

Description

流体压式促动器及使用该促动器的运动装置

技术领域

本发明涉及一种通过例如空气等流体的给排而被驱动的流体压式促动器及使用该促动器的运动装置。

背景技术

现有的流体压式促动器中，是在橡胶制管的外周，覆盖没有伸缩性的网状被覆体，通过供给空气使管膨胀从而增大被覆体的直径。被覆体直径的增大被转换成长度尺寸的缩小，基于该缩小而得到驱动力(例如参照专利文献1)。

专利文献1：特开2003-301807号公报

如上所述现有的流体压式促动器，在供给空气前的管中有多余的空间，从而，在该空间中也供给空气而使管不得不膨胀。因而，从开始向管内供给空气之后到实际作为流体压式促动器开始动作为止的时间很长。例如，将该流体压式促动器适用于CPM装置(运动装置)时，从起动后到开始活动患者关节之前有时需要1分钟左右的时间，期待着动作速度的提高。

发明内容

本发明即是为了解决如上所述的课题而产生的，其目的在于提供一种能够将动作速度高速化的流体压式促动器及使用该促动器的运动装置。

为了实现本目的，流体压式促动器具备：两端用栓构件密封、随着流体供给·排出而膨胀·收缩的膨胀收缩体；覆盖该膨胀收缩体外周且其两端压紧固定在所述栓构件上的网状覆膜体；和设置在所述栓构件上的流体给排口，在这种流体压式促动器中，具备填埋所述膨胀收缩体内至少一部分空间的空间缩小体。另外，配置在所述膨胀收缩体内的所述空间缩小体由第一空间缩小体和第二空间缩小体构成，第一空间缩小体和第二空间缩小体分别与所述栓构件连结，沿所述膨胀收缩体的长轴方向相互隔开间隔地配置。第一空间缩小体和第二空间缩小体的截面积从基端部向前端部逐渐缩小。第一空间缩小体和第二空间缩小体的前端部呈球面状。所述膨胀收缩体膨胀·收缩的长度等于所述膨胀收缩体膨胀时第一空间缩小体和第二空间缩小体之间的长度。

另外，本发明的运动装置，具备：第一框体、能够相对于所述第一框体转动的第二框体和使所述第二框体相对于所述第一框体相对转动的所述流体压式促动器，通过使所述第二框体相对于所述第一框体转动而使人体的一部分进行运动。

附图说明

图1是表示根据本发明实施方式1产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图2是表示图1的流体压式促动器的膨胀状态的截面图。

图3是表示根据本发明实施方式2产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图4是表示根据本发明实施方式3产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图5是表示根据本发明实施方式4产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图6是表示根据本发明实施方式5产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图7是表示根据本发明实施方式6产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图8是表示根据本发明实施方式7产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图9是表示根据本发明实施方式8产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图10是表示根据本发明实施方式9产生的流体压式促动器的收缩状态的截面图。

图11是表示本发明的运动装置的图。

具体实施方式

以下参照附图，关于用以实施本发明的最佳方式进行说明。

[实施方式1]

图1是表示根据本发明实施方式1产生的流体压式促动器的内管1的收缩状态的截面图，图2是表示图1的流体压式促动器的内管1的膨胀状态的截面图。图中，作为膨胀收缩体的内管1的两端部由截面圆形的第一及第二橡胶栓2、3密封。该橡胶栓2、3的至少一方具有流体给排口。内管1由例如丁基橡胶等弹性体构成。

在第一及第二橡胶栓2、3上分别一体设有第一及第二空间缩小体4、5。第一及第二空间缩小体4、5位于内管1内，通过填埋内管1内的一部分空间从而使收缩时内管1的空间缩小。即，空间缩小体4、5减少收缩时内管1的实质上的容积。

另外，第一及第二空间缩小体4、5沿内管1的长轴方向相互隔开间隔配置，以避免促动器收缩时相互抵接。再有，第一及第二空间缩小体4、5的截面积从基端部向前端部逐渐缩小。从而，在内管1收缩时能够使内管1沿着空间缩小体11，减小内管1中央部的空间。

另外，空间缩小体4、5的前端面呈球面状。从而，能够防止由于内管1和空间缩小体11接触而造成内管1损伤。

第一橡胶栓2中贯通插入有用以将作为流体的空气相对于内管1内供给排出的给排管6。给排管6连接空气给排装置(没有图示)。

内管1的外周被网状被覆体即网状套筒7覆盖。网状套筒7由例如高张力纤维等线材构成。内管1及网状套筒7的长轴方向的两端部分别重合，由多个紧固件(没有图示)和橡胶栓2、3夹持、固定。

在这样的流体压式促动器中，通过对内管1供给压缩空气而使内管1膨胀，不过，网状套筒7的原材料不被伸长，内管1直径的增大转换为流体压式促动器全长的缩小。另外，通过从内管1排出空气而使内管1的直径变小，流体压式促动器的全长复原。

通过向内管1供给流体，从而使内管1内的压力均匀增加，使内管1膨胀。另外，通过从内管1排出流体，从而使内管1内的压力均匀减少，使内管1收缩。

此时，由于在内管1内设有空间缩小体4、5，因此，能够减小内管1内的需要压力增减的体积。因而，能够减少向内管1供给·排出的流体的量。从而，能够缩短起动时升高内管1内压力所需要的时间，能够使流体压式促动器的动作高速化。另外，能够削减动作时所需要的流体量，能够谋求压缩机的小型化、耗电的削减。

例如，当向内管1供给足够压缩空气时，流体压式促动器的可动部向轴方向的收缩量是可动部的3成左右，因而，如果设定空间缩小体4、5轴方向的总长度为可动部的7成左右的长度，则内管1膨胀时第一及第二空间缩小体4、5不会相互干涉。并且，促动器驱动时所需要的压缩空气量与现有相比能够削减七成左右。

另外，也可以设定内管1的长度以使在向内管1供给足够空气时，空间缩小体4、5位于相接的位置。具体地说，设定内管1的长度以使假定在内管1的膨胀中流体压式促动器的全长收缩3cm，则流体压式促动器收缩状态时的空间缩小体4和空间缩小体5之间为3cm。也就是说，设定时使内管1收缩的长度等于内管1膨胀时空间缩小体4和空间缩小体5之间的长度。

另外，空间缩小体4、5的外形对照内管1收缩时的形状，成为前端变细的形状，因而不妨碍内管1的收缩，能够效率良好地填埋内管1内的空间。再有，空间缩小体4、5一体设置在橡胶栓2、3上，因此能够防止部件数的增加。再有，通过使第一及第二空间缩小体4、5的外形相同，从而能够利用相同的模具制造它们，能够抑制成本上升。

[实施方式2]

接下来，图3是表示根据本发明实施方式2产生的流体压式促动器的内管1的收缩状态的截面图。在第一及第二橡胶栓2、3上分别一体设有半球状的第一及第二空间缩小体8、9(第二橡胶栓3及第二空间缩小体9显示的不是截面而是侧面)。其他构成及动作与实施方式1同样。

内管1具有收缩性，而流体压式促动器两端部的第一及第二橡胶栓2、3不具有收缩性，因而，当流体压式促动器的内管1收缩时，内管1成为向内侧凹陷的状态。在流体压式促动器的两端部附近产生不必要的空间，因而，相应地升压时间变长。在该实施方式中，利用半球状的第一及第二空间缩小体8、9填埋在流体压式促动器两端部附近形成的收缩状态时的空间，能够减小内管1内的需要压力增减的体积。因而，能够减少向内管1供给·排出的流体的量。从而，能够缩短起动时升高内管1内压力所需要的时间，能够使流体压式促动器的动作高速化。

这样，空间缩小体8、9的形状、大小、向内管1内的突出量等并没有特别限定，利用图3所示的空间缩小体8、9也能够缩短起动时升高内管1内压力所需要的时间，能够使动作高速化。

[实施方式3]

接下来，图4是表示根据本发明实施方式3产生的流体压式促动器的截面图。在第二橡胶栓3上一体设有截面圆形的棒状空间缩小体10。另外，在第一橡胶栓2上没有设置空间缩小体。其他构成及动作与实施方式1同样。

这样，可以只在一方橡胶栓3上设置空间缩小体10，能够缩短起动时升高内管1内压力所需要的时间，能够使动作高速化。还有，在密封膨胀收缩体端部的栓上一体设置空间缩小体的情况中，栓及空间缩小体的材料并不限定于橡胶。

[实施方式4]

接下来，图5是表示根据本发明实施方式4产生的流体压式促动器的截面图。在内管1内收容截面圆形的棒状空间缩小体11。空间缩小体11与第一及第二橡胶栓2、3分离，能够在内管1内沿内管1的轴向位移。另外，空间缩小体11由例如聚缩醛(POM)或聚氨酯等树脂构成。其他构成及动作与实施方式1同样。

这样一来，可以采用能够在内管1内位移的空间缩小体11，能够缩短起动时升高内管1内压力所需要的时间，能够使动作高速化。

[实施方式5]

接下来，图6是表示根据本发明实施方式5产生的流体压式促动器的截面图。在内管1内收容空间缩小体12。空间缩小体12是将实施方式4的空间缩小体11形成中空的结构。其他构成及动作与实施方式1同样。根据这样的构成，能够使空间缩小体12轻量化，能够抑制促动器整体的重量化。

[实施方式6]

接下来，图7是表示根据本发明实施方式6产生的流体压式促动器的截面图。在内管1内收容空间缩小体13。空间缩小体13由具有可挠性的软质树脂构成，能够与内管1一体地弯曲。其他构成及动作与实施方式1同样。根据这样的构成，空间缩小体13不会妨碍促动器整体的弯曲，能够扩展促动器的用途。

[实施方式7]

接下来，图8是表示根据本发明实施方式7产生的流体压式促动器的截面图。在内管1内收容空间缩小体14。空间缩小体14通过将例如水等流体封入袋内而构成。其他构成及动作与实施方式1同样。根据这样的构成，能够对应于由于内管1的膨胀·收缩而产生的形状变化，将空间缩小体14变形，能够更加效率良好地填埋内管1内的空间。例如，若内管1初始状态(收缩状态)的尺寸为φ20mm×300mm、膨胀状态的尺寸为φ50mm×210mm，则体积分别为30πcm³、131.25πcm³。该初始状态的内管1内的空间几乎全部由空间缩小体14充满，从而能够使促动器起动后到动作开始所需要的压缩流体几乎为零。此外，空间缩小体可以将例如胶状的材料、粉体或粒子等封入袋中而成。

[实施方式8]

接下来，图9是表示根据本发明实施方式8产生的流体压式促动器的截面图。在内管1内收容由相比内管1的内径足够小径的粒子状固体构成的多个空间缩小体15。其他构成及动作与实施方式1同样。这样一来，采用粒子状空间缩小体15时也能够更加效率良好地填埋内管1内的空间。

[实施方式9]

接下来，图10是表示根据本发明实施方式9产生的流体压式促动器的截面图。在内管1内收容空间缩小体11。在空间缩小体11和内管1之间设置相对于内管1的摩擦系数小于空间缩小体11的低摩擦体16。该例中，在袋状的低摩擦体16内收容空间缩小体11。换言之，空间缩小体11由低摩擦体16覆盖。作为低摩擦体16的材料，能够采用例如长袜(stocking)等中使用的可伸缩的布料。另外，这样的布料由例如在聚氨酯芯纤维中混合了尼龙纤维的合成纤维构成。其他构成及动作与实施方式1同样。

根据这样的构成，在内管1膨胀·收缩之际，能够防止由于内管1和空间缩小体11直接接触而造成的内管1损伤。还有，用低摩擦体覆盖空间缩小体的观点也能够适用于所述实施方式1～8。

另外，上述例中，作为流体压式促动器例示了空气压式促动器，不过，向膨胀收缩体供给的流体并不限定于空气，能够对应于用途采用各种气体或液体。再有，上述例中，只例示了细长管状的促动器，不过，能够通过改变膨胀收缩体的形状从而实现各种流体压式促动器，关于那些流体压式促动器也能够适用本发明。

再有，本发明的流体压式促动器能够用作康复用设备(例如，CPM装置)等医疗设备及监护设备等的促动器。还有，也能够用作用于驱动人们穿戴的穿戴用机械手的促动器、即人工肌肉。再有，也能够作为用以驱动工业用机器人和建设机械等的促动器使用。即，本发明的流体压式促动器能够适用于所有领域的设备。

图11表示适用了实施方式1～9中说明的流体促动器的运动装置。放置使用者的手臂的运动装置21具有：第一框体22、能够相对于第一框体22相对转动(能够弯曲)的第二框体23和配置在第一框体22和第二框体23之间的关节部24。第一及第二框体22、23具有布制的外包装件25和配置在外包装件25内的多个空气管26。

各空气管26由橡胶或塑料等可挠性材料构成，相互平行排列。另外，空气管26沿着运动装置21厚度方向的配置层数是与运动装置21宽度方向的中央相比，在宽度方向的两端部变多。即，在运动装置21的宽度方向的两端部，各配置2层空气管26，在其他部位各配置1层空气管26。所有的空气管26由连接管(没有图示)相互连接，以使能够从共通的供给口供给·排出空气。

关节部24具有布制的外包装件25和埋设在外包装件25内的缓冲构件27。缓冲构件27由例如海绵等构成。在使用时，使用者的上臂抵住第一框体22，使用者的前臂抵住第二框体23，使用者的肘抵住关节部24。

第一及第二框体22、23通过向空气管26内以规定压力供给空气而成为具有规定刚性的状态，在从空气管26排出空气的状态下是柔软的。所谓规定的刚性是足够支撑作为驱动对象的人体部分的负载、在此是手臂的负载，不会因该负载而变形这种程度的刚性(强度)。

在第一框体22和第二框体23之间，设置产生驱动力的作为促动器的一对流体压式促动器28，用以使第二框体23相对于第一框体22相对转动。该流体压式促动器为实施方式1～9所述的促动器。具体地说，流体压式促动器28配置在第一及第二框体22、23的宽度方向两侧。

流体压式促动器28通过空气的供给·排出而使其长度缩小·伸长，缩小时产生驱动力(拉伸力)。流体压式促动器28的一端部固定在第一框体22上，流体压式促动器28的另一端部固定在第二框体23上。

空气管26及流体压式促动器28通过电缆30连接可搬运类型的控制箱29。在控制箱29中内置空气供给部、压力控制器、输出选择器及控制计算机等。

从空气供给部向空气管26及流体压式促动器28供给的空气的压力和供给·排出的定时，由控制计算机控制。控制计算机中存储有1个或多个动作程序。

控制箱29根据上述实施方式中说明的空间缩小体的大小，能够改变向流体压式促动器28供给的空气的压力和供给·排出的量。具体地说，实施方式1中，在内管1的膨胀中流体压式促动器的全长收缩3cm，流体压式促动器收缩状态时空间缩小体4和空间缩小体5之间为2.5cm时，控制箱29能够改变空气的压力和供给·排出的量，以使空间缩小体4和空间缩小体5不接触，使流体压式促动器在2.5cm以内进行收缩。另外，控制箱29分别设定向多个流体压式促动器28供给的空气的压力和量。当多个流体压式促动器28中所设置的空间缩小体不同时，能够改变向各个流体压式促动器28供给的空气压力和量，以使空间缩小体4和空间缩小体5不接触。

由以上可知，将实施方式1～9中说明的流体压式促动器适用于运动装置21，从而能够使运动装置21的动作高速化。另外，通过控制箱29设定向流体压式促动器28供给的空气压力和量，从而能够最大限度地发挥运动装置21的运动功能。

Claims

1.一种流体压式促动器，具备：两端用栓构件密封、随着流体的供给·排出而膨胀·收缩的膨胀收缩体；覆盖该膨胀收缩体的外周且其两端压紧固定在所述栓构件上的网状覆膜体；以及设置在所述栓构件上的流体给排口，所述流体压式促动器的特征在于，

具备填埋所述膨胀收缩体内至少一部分空间的空间缩小体。

2.根据权利要求1所述的流体压式促动器，其特征在于，

配置在所述膨胀收缩体内的所述空间缩小体由第一空间缩小体和第二空间缩小体构成，第一空间缩小体和第二空间缩小体分别与所述栓构件连结，沿所述膨胀收缩体的长轴方向相互隔开间隔地配置。

3.根据权利要求2所述的流体压式促动器，其特征在于，

第一空间缩小体和第二空间缩小体的截面积从基端部向前端部逐渐缩小。

4.根据权利要求2所述的流体压式促动器，其特征在于，

第一空间缩小体和第二空间缩小体的前端部呈球面状。

5.根据权利要求2所述的流体压式促动器，其特征在于，

所述膨胀收缩体膨胀·收缩的长度等于所述膨胀收缩体膨胀时第一空间缩小体和第二空间缩小体之间的长度。

6.根据权利要求1所述的流体压式促动器，其特征在于，

所述膨胀收缩体为管状，所述膨胀收缩体的端部由第一橡胶栓及第二橡胶栓密封，所述空间缩小体与所述第一橡胶栓或第二橡胶栓设置成一体。

7.根据权利要求6所述的流体压式促动器，其特征在于，

在所述第一橡胶栓或第二橡胶栓上具有所述空间缩小体。

8.根据权利要求6所述的流体压式促动器，其特征在于，

所述空间缩小体与所述第一橡胶栓或第二橡胶栓分离。

9.根据权利要求1所述的流体压式促动器，其特征在于，

所述空间缩小体为中空。

10.根据权利要求1所述的流体压式促动器，其特征在于，

所述空间缩小体具有可挠性，能够与所述膨胀收缩体一体地弯曲。

11.根据权利要求1所述的流体压式促动器，其特征在于，

所述空间缩小体通过将流体封入袋内而构成。

12.根据权利要求1所述的流体压式促动器，其特征在于，

所述空间缩小体为相比所述膨胀收缩体的内径足够小的粒子状固体。

13.根据权利要求1所述的流体压式促动器，其特征在于，

在所述空间缩小体和所述膨胀收缩体之间设有相对于所述膨胀收缩体的摩擦系数小于所述空间缩小体的低摩擦体。

14.一种运动装置，具备：第一框体、能够相对于所述第一框体转动的第二框体和使所述第二框体相对于所述第一框体相对转动的所述权利要求1～13所述的流体压式促动器，通过使所述第二框体相对于所述第一框体转动而使人体的一部分进行运动。