CN101522138A - 动作辅助装置以及动作辅助装置的维护管理系统 - Google Patents

动作辅助装置以及动作辅助装置的维护管理系统 Download PDF

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Abstract

佩带式动作辅助装置1由辅助肩、肘等关节的动作的肩关节机构5、肘关节机构6和具有控制肩关节机构5、肘关节机构6的驱动单元11的控制回路的控制单元100构成。控制单元100根据通过角度传感器、扭矩传感器以及生物信号检测传感器检测到的物理量以及生物信号,控制驱动单元11。驱动单元11的控制部具有监视马达的动作状况的马达监视部和根据马达监视部的监视结果,限制对马达的驱动信号,以便马达不会成为过负荷状态的马达控制部。

Description

动作辅助装置以及动作辅助装置的维护管理系统
技术领域
本发明涉及动作辅助装置以及动作辅助装置的维护管理系统,特别是涉及对驱动单元的动作状态进行管理的动作辅助装置以及动作辅助装置的维护管理系统。
背景技术
近年,为了辅助身体障碍者、高龄者的动作,进行了各种辅助装置的开发(例如,参照专利文献1)。例如,专利文献1记载的佩带式动作辅助装置具备将多个臂相互旋转自由地连接的接头、使一方的臂相对于另一方的臂转动的执行器、检测该臂的旋转角度的角度传感器。
例如,提供一种在旋转轴的径向配置了检测元件的旋转角度检测装置(例如,参照专利文献2)。专利文献2记载的旋转角度检测装置在旋转轴的周面螺旋状地固定反射带。将光向横切该反射带的朝向投射,由上述检测元件捕捉来自反射带的反射光。然后,检测装置根据与旋转轴的旋转相伴的来自反射带的反射光的入射位置的位移量,检测旋转轴的旋转角度。
例如,提供一种监视马达的动作状态的监视系统(例如,参照专利文献3)。专利文献3记载的监视系统使用多个传感器,监视马达的动作状态,在有关动作状态的数据超过了阈值时,显示警报。
专利文献1:特开2005-95561号公报
专利文献2:特开平9-14941号公报
专利文献3:特开2005-25751号公报
但是,在上述动作辅助装置中,能够想到若长期使用产生驱动力的驱动单元,则由于马达故障或者长年变化,即使向驱动单元输入驱动信号,也不能同样产生驱动力,或者对马达施加了过负荷,马达过热的问题。
另外,有根据佩带动作辅助装置的佩带者,而将驱动关节的驱动单元埋入体内的情况。象这样,在驱动单元被埋入体内的情况下,产生了难以从体外检查马达的动作状态,而且即使在怀疑马达有某种故障的情况下,也不能简单地修理的问题。
因此,本发明的课题是判别马达故障或者是否是给马达施加过负荷的状况,根据马达的状况,控制马达的驱动。
发明内容
为了解决上述课题,本发明具有下述手段。
(1)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置具有辅助或者替代关节的动作的驱动单元和控制上述驱动单元的控制单元,
上述驱动单元具有
施加被输入的驱动力的马达和
搭载着根据来自上述控制单元的控制信号,在上述马达生成并控制驱动信号的控制部的回路基板,
上述控制部具备
监视上述马达的动作状况的马达监视构件、
根据该马达监视构件的监视结果,限制对上述马达的驱动信号,以便上述马达不会成为过负荷状态的马达控制构件。
(2)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置是权利要求1所述的动作辅助装置,具备
检测有关上述关节的动作的物理量的物理量检测构件和
检测使上述关节动作时产生的生物信号的生物信号检测构件,
上述控制单元根据由上述物理量检测构件以及上述生物信号检测构件检测到的物理量以及生物信号,控制上述驱动单元。
(3)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置是如权利要求1或2所述的动作辅助装置,
上述马达控制构件具备
判定输入到上述马达的电流值的总累加值是否超过预先设定的阈值的判定构件和
在通过该判定构件判定为上述电流值的总累加值超过了预先设定的阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
(4)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置是如权利要求1或2所述的动作辅助装置,
上述马达控制构件具备
判定上述控制部的温度是否超过预先设定的阈值的判定构件和
在通过该判定构件判定为上述控制部的温度超过了预先设定的阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
(5)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置是如权利要求1或2所述的动作辅助装置,
上述马达控制构件具备
判定上述马达的温度是否超过预先设定的阈值的判定构件和
在通过该判定构件判定为上述回路基板的温度超过了预先设定的阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
(6)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置具有辅助或者替代关节的动作的驱动单元和控制上述驱动单元的控制单元,
上述驱动单元具有
施加被输入的驱动力的马达和
根据来自上述控制单元的控制信号,在上述马达生成并控制驱动信号的控制部,
上述控制部具备
从上述马达的寿命时间减去截止到现在的总动作时间,演算剩余寿命时间的马达监视构件和
在通过上述马达监视构件演算的上述马达的剩余寿命时间达到了预先设定的值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
(7)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置是如权利要求3所述的动作辅助装置,
上述控制部具备
存储针对供给上述马达的电流值的第一允许值和设定得比该第一允许值高的值的第二允许值的存储构件、
对超过了上述第一允许值的量的电流值进行积分的演算构件和
在通过该演算构件演算的积分值超过了上述阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的电流值的马达抑制构件。
(8)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,所述动作辅助装置是如权利要求7所述的动作辅助装置,
上述马达控制构件
在向上述马达的电流值超过了上述第二允许值的情况下,使向上述马达供给的电流值逐渐减少到上述第一允许值以下。
(9)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置是如权利要求1或6所述的动作辅助装置,
上述驱动单元具备
马达、
收纳该马达的箱、
被收容在上述箱,并且具有在上述马达驱动时,相对于上述箱相对地转动的周面的转动体、
沿上述转动体的周面设置,并且相对于上述转动体的周方向倾斜地延伸的荧光带、
向该荧光带照射光的发光部、
相对于上述箱相对地静止,并且具有与上述荧光带相对的受光面,接收上述荧光带发出的光,检测沿着上述转动体的轴方向的上述荧光带的位置信息的检测部以及
根据通过该检测部检测的上述荧光带的位置信息,算出上述箱和上述转动体的相对的旋转角度的演算部。
(10)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,所述动作辅助装置是如权利要求9所述的动作辅助装置,
上述发光部亮熄,向上述荧光带照射光,
上述检测部在上述发光部熄灭时,接收上述荧光带发出的光,检测上述荧光带的位置信息。
(11)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,
所述动作辅助装置是如权利要求1或6所述的动作辅助装置,
上述驱动单元具有
马达、
收纳该马达的箱、
被收容在该箱,并且具有在上述马达驱动时,相对于上述箱相对地转动的周面的转动体、
沿该转动体的周面设置,并且相对于上述转动体的周方向倾斜地延伸的反射带、
向该反射带照射光的第一发光部、
相对于该第一发光部离开地设置在上述转动体的轴方向,并且向上述反射带照射光的第二发光部、
相对于上述箱相对地静止,并且具有与上述反射带相对的受光面,接收由上述反射带反射的第一发光部的光以及由上述反射带反射的第二发光部的光,检测沿着上述转动体的轴方向的上述反射带的位置信息的检测部以及
根据通过上述检测部检测的上述反射带的位置信息,算出上述箱和上述转动体的相对的旋转角度的演算部。
(12)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,所述动作辅助装置是在如权利要求11所述的动作辅助装置中,
上述第一发光部以及上述第二发光部相互交互地点亮,
上述检测部根据上述第一发光部发光时检测的反射光的分布和上述第二发光部发光时检测的反射光的分布,检测上述反射带的位置信息。
(13)本发明是一种动作辅助装置,所述动作辅助装置是在如权利要求9所述的动作辅助装置中,
其特征在于,上述转动体是在其内部收容一个或者多个齿轮的齿轮箱。
(14)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,所述动作辅助装置是在如权利要求13所述的动作辅助装置中,
具备形成有沿上述转动体的轴方向的狭缝,并且被配置在上述检测部和上述转动体之间的狭缝部件。
(15)本发明是通过一种动作辅助装置解决上述课题,所述动作辅助装置是如权利要求1或6所述的动作辅助装置,
上述驱动单元
具有传输包含上述马达的驱动状态的资料的信息的通信构件。
(16)本发明通过具有权利要求15记载的动作辅助装置、
设置在对上述动作辅助装置的动作状况进行管理的中心,接收从上述驱动单元经由上述通信构件以及通信网络传输的上述马达的驱动状态的资料信息的受信构件、
储存经由该受信构件输入的上述马达的驱动状态的资料信息的数据库、
分析储存在该数据库的资料信息,作成该驱动单元的寿命、有无过负荷状态等信息的分析构件、
在根据通过上述分析构件得到的分析结果,判定为上述马达需要保养的情况下,相对于该驱动单元传输保养信息的传输构件,来解决上述课题。
发明效果
根据本发明,因为具备在驱动单元监视马达的动作状况的马达监视构件和根据马达监视构件的监视结果,限制马达的驱动信号,以便马达不会成为过负荷状态的马达控制构件,所以,能够消除例如马达的性能已经降低,但马达仍然被强行驱动,或者马达、回路基板过热这样的问题。据此,例如当在由于长年变化等产生了马达的性能降低的状态下,与当初同样地向马达输入驱动信号,马达成为过负荷状态的情况下,能够逐渐减少驱动信号,将马达产生的驱动力抑制得小,能够延长马达的寿命。特别是,在为驱动单元被埋入佩带者的体内的构成的情况下,因为不能简单地更换马达,所以,通过延长马达的寿命,可以减轻对佩带者的负担。
另外,根据本发明,通过在马达的剩余寿命时间达到了预先设定的值的情况下,以规定的比率逐渐减少向马达供给的驱动信号,能够防止急剧产生针对驱动信号的马达的性能降低,能够预先防止马达突然停止,违背佩带者的意思,完全不能得到马达的驱动力的情况。
另外,根据本发明,在对动作辅助装置的动作状况进行管理的中心的数据库,储存从驱动单元经由通信构件以及通信网络传输的马达的驱动状态的资料信息,对储存在数据库的资料信息进行分析,从根据该驱动单元的寿命、有无过负荷状态等信息得到的分析结果中,相对于该驱动单元传输保养信息,据此,能够总是分析驱动单元是否正常,同时在驱动单元产生了某种异常的情况下,能够立即发出警报,告知佩带者。
附图说明
图1是有关本发明的第一实施方式的佩带式动作辅助装置的立体图。
图2是有关第一实施方式的驱动单元的立体图。
图3是有关第一实施方式的驱动单元的剖视图。
图4是有关第一实施方式的检测用部件的俯视图。
图5是通过一部分剖面表示有关第一实施方式的驱动单元的侧视图。
图6是沿图5中所示的驱动单元的F6-F6线的剖视图。
图7是表示有关第一实施方式的佩带式动作辅助装置的维护管理系统的图。
图8是表示有关第一实施方式的驱动单元的构成的图。
图9是表示有关第一实施方式的旋转角度检测部的构成的图。
图10是表示有关第一实施方式的温度检测部的构成的图。
图11是表示有关第一实施方式的应变·振动检测部的构成的图。
图12A是表示有关第一实施方式的电流信息检测部的构成的图。
图12B是表示马达31的驱动电流的变化和时间的关系的图表。
图13A是表示有关第一实施方式的驱动单元的控制部45执行的主控制处理的流程的一个例子的流程图。
图13B是表示有关第一实施方式的驱动单元的控制部45执行的保养处理的流程的一个例子的流程图。
图14是通过一部分剖面表示有关本发明的第二实施方式的佩带式动作辅助装置的驱动单元的侧视图。
图15是沿图14中所示的驱动单元的F15-F15线的剖视图。
图16是表示有关第二实施方式的旋转角度检测部的构成的图。
图17是有关本发明的第三实施方式的佩带式动作辅助装置的驱动单元的侧视图。
图18是沿图17中所示的驱动单元的F18-F18线的剖视图。
图19是有关本发明的第四实施方式的佩带式动作辅助装置的驱动单元的侧视图。
图20是沿图19中所示的驱动单元的F20-F20线的剖视图。
图21是通过一部分剖面表示有关本发明的第五实施方式的佩带式动作辅助装置的驱动单元的侧视图。
图22是沿图21中所示的驱动单元的F22-F22线的剖视图。
图23是表示有关第六实施方式的埋入式动作辅助装置200的侧视图。
图24是表示有关第七实施方式的埋入式动作辅助装置500的立体图。
符号说明
1,91,101,111,121  佩带式动作辅助装置
2  体干部件
3   上臂部件
4   前臂部件
5   肩关节机构
6肘关节机构
11,92,102,112,122,290,550  驱动单元
23,24  突缘部件
31  马达
34  内箱
35  外箱
45  控制部
41  回路基板
51,93,103,113,123  旋转角度检测部
52  温度检测部
53  应变·振动检测部
54  电流信息检测部
61,94  检测用部件
62,95,96  发光部
63  位置检测部
63a 受光面
64  角度演算部
66  狭缝部件
68  主体部
69  荧光带
83  通信网络
84  信息管理装置
85  通信装置
86  存储装置
87  分析装置
88  数据库
97  反射带
100 控制单元
200,500  埋入式动作辅助装置
具体实施方式
下面,根据适用佩带式动作辅助装置及其驱动单元的附图,说明本发明的实施方式。
图1至图13是开示有关本发明的第一实施方式的佩带式动作辅助装置1。图1是针对与佩带者P的右臂周围对应的佩带式动作辅助装置1的右上半部代表性地表示。佩带式动作辅助装置1具备体干部件2、上臂部件3以及前臂部件4。体干部件2被佩带在佩带者P的躯干。上臂部件3沿佩带者P的上臂部延伸,被佩带在佩带者P的上臂部。前臂部件4沿佩带者P的前臂部延伸,被佩带在佩带者P的前臂部。
佩带式动作辅助装置1具备检测有关肩、肘等关节的动作的物理量的角度传感器(物理量检测构件)、检测在使肩、肘等关节动作时产生的筋电位信号(生物信号)的生物传感器(生物信号检测构件)以及检测从马达向关节传递的驱动力的扭矩传感器。
在体干部件2和上臂部件3之间设置肩关节机构5,体干部件2和上臂部件3通过肩关节机构5可相互转动地连结。在上臂部件3和前臂部件4之间设置肘关节机构6,上臂部件3和前臂部件4通过肘关节机构6可相互转动地连结。佩带式动作辅助装置1在其左上半部也具有与右上半部同样的构成。
佩带式动作辅助装置1由辅助肩、肘等关节的动作的肩关节机构5、肘关节机构6和具有控制肩关节机构5、肘关节机构6的驱动单元11的控制回路的控制单元100构成。控制单元100根据由角度传感器、扭矩传感器以及生物信号检测传感器检测到的物理量以及生物信号,控制驱动单元11。
控制单元100对驱动单元11的控制方式是将自主的控制构件100A和可选的控制构件100B组合的控制。自主的控制构件100A若被供给了通过各传感器检测到的传感器信号(物理信息信号),则通过对各传感器的检测值和储存在数据库的基准参数进行比较,来推定佩带者的任务以及相位,生成用于使与推定的相位相应的驱动力在驱动单元11产生的自主的控制信号。可选的控制构件100B根据由生物电位传感器310检测的生物电位信号,生成可选的控制信号。另外,控制信号合成构件100C将来自可选的控制构件100B的可选的控制信号以及来自自主的控制构件100A的自主的控制信号合成,生成针对驱动单元11的控制信号。
下面,提出肩关节机构5,详细说明。另外,因为肘关节机构6具有与肩关节机构5大致相同的构成,所以,对具有相同功能的构成标注相同的符号,省略其说明。
如图2以及图3所示,肩关节机构5具备驱动单元11、第一以及第二连结部件12、13。如图1所示,第一连结部件12的一端安装在体干部件2。第二连结部件13的一端安装在上臂部件3。
如图3所示,驱动单元11具备驱动部21、齿轮头部22以及相互相对地转动的第一以及第二突缘部件23、24。驱动部21具有作为驱动源的马达31。马达31具有马达主体31a和驱动轴31b。如图3所示,驱动轴31b在齿轮头部22的内部延伸。在驱动轴31b的前端安装着构成行星齿轮机构32的一部分的太阳齿轮32a。
齿轮头部22具有内箱34和外箱35这两个壳体。内箱34是本发明中所述的转动体的一个例子,并且是第一零件的一个例子。内箱34被形成为一方开放的圆筒状,同时,在其内部收容行星齿轮机构32。行星齿轮机构32在上述的太阳齿轮32a的基础上,还具有与该太阳齿轮32a啮合的例如多个行星齿轮32b、与该行星齿轮32b啮合的内齿轮32c(所谓的环形齿轮)。行星齿轮机构32是减速机构的一个例子,齿轮头部22也可以采用其它的减速机构。内箱23没有必要内包多个齿轮,例如也可以收容一个齿轮。
如图3所示,第一突缘部件23固定在马达主体31a,与马达31热连接。行星齿轮机构32具有支撑行星齿轮32b的支撑部件36。支撑部件36的一个例子是螺栓。该支撑部件36例如固定在第一突缘部件23。再有,在第一突缘部件23固定内箱34。因此,内箱34相对于马达31相对地静止。
外箱35被形成为一方开放的圆筒状,同时,在其内部收容内箱34。在外箱35和内箱34之间例如配置多个轴承部件37。第二突缘部件24例如与行星齿轮机构32的内齿轮32c一体成型。外箱35固定在第二突缘部件24,与第二突缘部件24一体转动。
如图2所示,第一连结部件12具有形成为环状的固定部12a和从固定部12a延伸的延伸部12b。该延伸部12b的前端安装在体干部件2。固定部12a例如由多个螺栓38固定在第一突缘部件23。第二连结部件13具有形成为环状的固定部13a和从固定部13a延伸的延伸部13b。该延伸部13b的前端安装在上臂部件3。固定部13a例如由多个螺栓38固定在第二突缘部件24。
接着,说明驱动单元11的作用。
若马达31被驱动,则内齿轮32c通过太阳齿轮32a以及行星齿轮32b转动。据此,第二突缘部件24相对于第一突缘部件23相对地转动。若第二突缘部件24相对于第一突缘部件23转动,则外箱35的内周面35a相对于内箱34的外周面34a相对地转动。另外,在本实施方式中所述的“B相对于A的相对地转动”是指以A为基准时B相对于A转动的情况,也包含相对于静止的B,A转动的情况。
若第一突缘部件23相对于第二突缘部件24转动,则上臂部件3相对于体干部件2转动。据此,使佩带者P的上臂部围绕肩环绕的运动得到辅助。同样,肘关节机构6的驱动单元11使前臂部件4相对于上臂部件3相对地转动,辅助使佩带者P的前臂部围绕肘的环绕的运动。
另外,在本实施方式中,通过外箱35围绕静止的内箱34转动,使内箱34相对于外箱35相对地转动。本发明的实施方式不限于此,例如,也可以将第一连结部件12固定在上臂部件3,同时,将第二连结部件13固定在体干部件2。若是这样,则在静止的外箱35的内部,内箱34转动。
如图2所示,驱动单元11具有控制马达31的回路基板41。回路基板41形成为比马达主体31a的外形大一圈的环状。回路基板41搭载于第一突缘部件23,与第一突缘部件23热连接。回路基板41将第一突缘部件23作为用于散热的散热器利用。在第一突缘部件安装填料42,覆盖回路基板41。据此,回路基板41不会露出于外部。如图8所示,回路基板41具有将驱动单元11的控制集成的控制部45、控制马达31的马达驱动器46、存储部47以及数据库48。
驱动单元11具有例如旋转角度检测部51、温度检测部52、应变·振动检测部53以及电流信息检测部54。
如图3以及图9所示,旋转角度检测部51具备检测用部件61、发光部62、位置检测部63、角度演算部64、控制器65以及狭缝部件66。
如图4所示,检测用部件61具有主体部68和设置在该主体部68的荧光带69。主体部68的一个例子是形成为细长的带状的具有柔性的部件。主体部68的材质为树脂、橡胶、纸等任意均可,若是荧光性小,则不必特别关注其种类。
如图5以及图6所示,主体部68沿内箱34的外周面34a的周方向卷绕在该外周面34a。有关本实施方式的主体部68被形成为卷绕内箱34的外周面34a一圈的闭环状。另外,主体部68也可以是预先形成为环状的部件。再有,主体部68没有必要形成闭环状,也可以与必要的检测范围的旋转角度相吻合,形成为圆弧状。
如图4所示,荧光带69相对于主体部68的长度方向倾斜延伸。如图5所示,在将主体部68卷绕在内箱34时,荧光带69相对于内箱34的周方向螺旋状地倾斜延伸。据此,若伴随着内箱34相对地转动,从外侧观察内箱34的外周面34a的一点,则荧光带69的沿着内箱34的轴方向(图5中横向)的位置变化。
另外,在本实施方式中所述的“内箱34的周方向”是指沿着进行相对地转动运动的内箱34的转动方向的方向。即,在本实施方式中,是形成为圆筒状的内箱34的圆周方向。进而言之,荧光带69以随着向内箱34的转动方向前进,位置向与内箱34的转动方向交叉的方向变化的方式延伸。
荧光带69可以将荧光性的带粘贴在主体部68,也可以用荧光性的涂料描绘在主体部68。荧光带69也可以直接设置在内箱34的外周面34a。另外,在这里所述的“荧光”是指若碰到光就发光的物质的总称,也包含即使除去了光,也在其后不久发光的磷光。荧光带69的宽度的一个例子是10μm~20μm。但是,荧光带69的宽度并不局限于此。
如图6所示,荧光部62例如被固定在外箱35。发光部62向检测用部件61照射光。发光部62的一个例子是由LED构成的点光源。
控制器65控制发光部62的照射时刻。控制器65对发光部62例如传送脉冲状的控制信号。据此,发光部62交互反复点亮时和熄灭时,对检测用部件61间歇地照射光。发光部62的亮熄的周期的一个例子是1kHz。但是,亮熄的周期并不局限于此。
位置检测部63例如包含有一维位置检测元件。一维位置检测元件的一个例子是PSD(Position Sensitive Detector)。如图5以及图6所示,位置检测部63例如安装在外箱35。即,位置检测部63相对于外箱35相对地静止。位置检测部63具有受光面63a。该受光面63a与检测用部件61相对。
位置检测部63配置成使其一维的检测线沿着内箱34的轴方向。在点光入射到了位置检测部63时,位置检测部63能够检测点光是从内箱34的轴方向的哪个位置入射的。据此,位置检测部63能够在其受光面63a相对的区域内,检测荧光带69在哪里(即,沿着内箱34的轴方向的荧光带69的位置信息)。
控制器65相对于位置检测部63传送与向发光部62传送的控制信号同步的控制信号。控制器65控制位置检测部63,以便在相对于位置检测部63发光部62熄灭时(即,发光部62停止照射时),进行荧光带69的位置检测处理。
由位置检测部63检测到的荧光带69的位置信息被传送到角度演算部64。角度演算部64根据有关荧光带69的倾斜角度的信息、基准位置(旋转角度0°)的荧光带69的位置信息等信息,进行从荧光带69的位置信息算出外箱35和内箱34的相对的旋转角度的处理。角度演算部64将算出的有关旋转角度的信息向控制部45传送。
狭缝部件66设置在位置检测部63和内箱34之间。狭缝部件66例如被固定在外箱35,与外箱35一体运动。狭缝部件66具有与位置检测部63的受光面63a相对的狭缝66a。狭缝66a沿内箱34的轴方向延伸。
接着,说明旋转角度检测部51的作用。
若从控制器65向发光部62传送有关照射时刻的控制信号,则发光部62按照其照射时刻,相对于检测用部件61断续地照射光。再有,控制器65以在相对于位置检测部63发光部62点亮时待机,在发光部62熄灭时进行检测处理的方式进行控制。
发光部62点亮时,光向检测用部件61照射,光能注入荧光带69。在发光部62熄灭时,荧光带69发出光。位于位置检测部63的检测线上的荧光带69发出的光通过狭缝66a入射到位置检测部63。位于离开检测线的区域的荧光带69发出的光被狭缝部件66遮蔽,没有入射到位置检测部63。
位置检测部63进行从光的入射位置检测与位置检测部63相对的荧光带69的位置信息的处理。角度演算部64进行根据位置检测部63检测的荧光带的位置信息,算出旋转角度的处理。角度演算部64将有关算出的旋转角度的信息向控制部45传送。
接着,说明温度检测部52。
如图10所示,温度检测部52具有检测搭载了控制部45的回路基板41的温度的温度传感器71和马达温度演算部72。如图3所示,温度传感器71连接于回路基板41。温度传感器71直接检测回路基板41的温度。温度传感器71进行将有关检测到的温度的信息向控制部45传送的处理,同时,将有关检测到的温度的信息向马达温度演算部72传送。
马达温度演算部72进行根据从温度传感器71传送的检测温度,通过解一维的传热方程式来算出马达31的温度的处理。马达温度演算部72将有关算出的马达31的温度的信息向控制部45传送。回路基板41的温度和马达31的温度的检测处理在驱动单元11的动作中连续进行。另外,如图3双点划线所示,温度检测部52也可以替代马达温度演算部72,具备直接检测马达31的温度的其它的温度传感器71a。
接着,说明应变·振动检测部53。
如图11所示,应变·振动检测部53具有应变·振动传感器73。如图3所示,应变·振动传感器73安装在第一突缘部件23。应变·振动传感器73检测第一突缘部件23的应变量,同时,检测第一突缘部件23的振动的状态(例如,有无颤动)。该应变量和振动状态的检测处理在驱动单元11的动作中连续进行。
接着,说明电流信息检测部54。
如图12A所示,电流信息检测部54具有电流检测部75和演算部76。电流检测部75例如通过测定在马达驱动器46流动的电流,检测向马达31流动的电流值。电流检测部75将有关检测出的电流值的信息向演算部76传送。演算部76从驱动单元11的初次起动时开始,对向马达31流动的电流值进行时间积分,算出从驱动单元11的初次起动时到现在向马达31流动了多少量的电流。演算部76将算出的电流值的时间积分的值(总动作时间)向控制部45传送。
在数据库48储存有与不引起误动作的回路基板41的允许温度、不引起误动作的马达31的允许温度、不会导致故障的第一突缘部件23的允许应变量以及马达31的寿命等相关的数据。
控制部45具有监视马达31的动作状况的马达监视部45A和根据马达监视部45A的监视结果,限制向马达31的驱动信号,避免马达31成为过负荷状态的马达控制部45B。再有,马达监视部45A具有判定输入到马达31的电流值的总累加值是否超过了预先设定的阈值的判定部45C和剩余寿命演算部77。另外,马达控制部45B在通过判定部45C判定电流值的总累加值超过了预先设定的阈值的情况下,控制马达31,以便以规定的比例(例如,每秒最大输出的5%~10%),逐渐减少向马达31供给的驱动信号。
控制部45将有关从温度检测部52传送的回路基板41以及马达31的温度、马达31的总动作时间的信息与储存在数据库48的允许值、马达31的平均的寿命进行比较。控制部45在回路基板41的温度以及马达31的温度的任意一个要超过允许值时,将马达31转换到低速旋转等,缓和或者停止马达31的驱动。控制部45将由应变·振动检测部53传送来的应变量或者振动的状态与储存在数据库的允许值进行比较,根据需要,缓和或者停止马达31的驱动。
象这样,驱动单元11能够克服例如虽然马达31的性能降低,但仍然过分地去驱动马达31,或者马达31过热这样的问题。据此,例如当在由于长年变化等产生了马达31的性能降低的状态下,若与当初同样地向马达31输入驱动信号,则马达31、回路基板41成为过负荷状态的情况下,驱动信号逐渐减少,能够将马达31的驱动力抑制得小,能够延长马达31的寿命。特别是在将驱动单元11埋入了佩戴者的体内构成的情况下(参照图23、图24),因为不能简单地进行马达的更换,所以,通过延长马达31的寿命,能够减轻对佩戴者的负担。
另外,在马达31的剩余寿命时间达到了预先设定的值的情况下,通过以规定的比例(例如,每秒最大输出的5%~10%),逐渐减少向马达31供给的驱动信号,能够防止急剧产生针对驱动信号的马达31的性能降低的情况,能够预先防止马达31突然停止,违背佩带者的意思,完全不能得到马达31的驱动力的情况。
如图12A所示,控制部45具有剩余寿命演算部77。剩余寿命演算部77从电流信息检测部54接收有关向马达31流动的电流值的时间积分的值的信息。另一方面,在数据库48储存通过实验或者实际的使用求出的有关马达达到寿命的电流的时间积分的值的信息(例如,预先设定的寿命判断的基准值)。剩余寿命演算部77通过将从电流信息检测部54接收的电流值的时间积分的值与储存在数据库的信息进行比较,算出马达31的剩余寿命。控制部45例如在马达31流动的电流值的时间积分的值超过规定的基准值时,判断为是更换时期。该剩余寿命的检测处理在驱动单元11的动作中,连续进行。
如图8所示,驱动单元11具有通信部78。由温度检测部52、应变·振动检测部53、电流信息检测部54以及控制部45检测或者算出的各种信息向存储部47传送,存储这些信息资料。通信部78例如是无线式的通信装置。通信部78例如定期地将由温度检测部52、应变·振动检测部53、电流检测部75以及控制部45检测或者算出的各种信息向外部传输。
图12B是表示马达31的驱动电流的变化和时间的关系的图表。如图12B所示,马达31的驱动电流根据驱动肩或者肘的关节时的角度以及扭矩逐次变化。在本实施方式中,驱动电流的第一允许值IA和第二允许值IB预先被设定于数据库48(IA<IB)。
驱动单元11具有存储针对向马达31供给的电流值的第一允许值IA和设定为比第一允许值IA高的值的第二允许值IB的数据库(存储构件)48。另外,剩余寿命演算部77将超过了第一允许值IA的量的电流值积分,演算马达31的从平均寿命减去截止到现在的总使用时间的剩余寿命。然后,马达控制部45B在被演算的积分值超过了阈值的情况下,控制马达31,以便以规定的比例(例如,每秒第一允许值IA的5%~10%),逐渐减少向马达31供给的电流值。
另外,马达控制部45B在驱动电流超过第二允许值IB的情况下,控制马达31,以便以规定的比例,逐渐减少向马达31供给的电流值。使向马达供给的电流值减少的比例可以以下述方式设定。例如,使超过第二允许值IB的电流值瞬间(例如一秒以内)减少到第二允许值IB。或者在几秒以内减少到第一允许值。在这里,也可以应用例如S函数(双弯曲函数、sigmoid function)、贝兹曲线(Bézier Curve)或者样条曲线等,使驱动电流平滑地减少。
再有,在象这样反复检测到驱动电流超过了第二允许值IB的情况下,控制单元100将辅助率(佩带者自身产生的扭矩和驱动单元产生的扭矩的比率)自动地变更得低。另外,上述规定的比例可以设定为任意的值,例如,也可以根据状况,以每秒最大输出的0.1%~1%的方式减少驱动电流,使马达31停止。
接着,参照图13A,说明驱动单元11的控制部45执行的马达31的主控制处理。
若从控制单元100向驱动单元11下达驱动指令,则控制部45作为第一工序S1开始马达31的驱动。接着第一工序S11,作为第二工序S12,通过电流信息检测部54检测在马达31流动的电流值,算出其时间积分的值(监视构件)。作为第三工序S13,通过温度检测部52,检测回路基板41的温度,算出马达31的温度(监视构件)。作为第四工序S14,通过应变·振动检测部53,检测第一突缘部件23的应变量,检测振动的状态(监视构件)。另外,在本实施方式中,上述第二到第四工序S2、S3、S4同时进行。但是,这些工序也可以依次进行,在该情况下进行的顺序从哪个开始都可以。
作为第五工序S5,控制部45将在第二到第四工序S2、S3、S4中检测到的各种信息与储存在数据库48的允许值、基准值进行比较,判断驱动单元11的动作状态是否正常(判定构件)。控制部45例如判断在马达31流动的电流的时间积分的值是在规定量以下吗?回路基板41的温度是在允许值以下吗?马达31的温度是在允许值以下吗?第一突缘部件23的应变量是在允许值以下吗?发现了从振动状态判断的颤振的征兆吗等。
若所有的值在允许值以下,则作为第六工序S6,旋转角度检测部51检测第一以及第二突缘部件23、24的相对的旋转角度。作为第七工序S7,控制部45根据被检测出的旋转角度,判断是否为停止位置。在控制部45判定为仍未达到停止位置的情况下,从第二工序S2开始再次依次开始。在控制部45判定为达到停止位置的情况下,作为第八工序S8,停止马达31。据此,结束一系列的处理。
在第五工序S5中,当在马达31流动的电流值的时间积分的值、回路基板41的温度、马达31的温度以及第一突缘部件23的应变量的任意一个以上超过允许值或者基准值,或者发现颤振的征兆的情况下,进入第九工序S9。在第九工序S9中,马达31例如进入低速运转等,马达31的驱动被缓和(马达抑制构件)。因此,当在S5中超过了允许值的情况下,在S9中进行减速控制,以便以规定的比例,将马达31转换到低速旋转等,缓和马达31的驱动。
在第十工序S10中,通过各种检测部检测到的信息由通信部78向外部传输。在第十工序S10的前后,马达31的驱动停止。
接着,参照图13B,说明驱动单元11的控制部45执行的马达31的保养控制处理。另外,该保养控制处理与上述的主控制处理(图13A所示)并列处理,按照每个预先设定的任意的时间间隔(例如1分钟~10分钟间隔)被中断处理。
在图13B中,由于第一工序S11~第六工序S16与上述的图13A的第一工序S1~第五工序S5、第九工序S9相同,所以,省略其说明。
在图13B中,与图13A不同的处理是第七工序S17。在第七工序S17中,控制部45经由通信网络83,将马达31的动作状态(例如,在马达31流动的电流的时间积分的值是在规定量以下吗?回路基板41的温度是在允许值以下吗?马达31的温度是在允许值以下吗?第一突缘部件23的应变量是在允许值以下吗?发现了从振动状态判断的颤振的征兆吗等)向中心的信息管理装置84(参照图7)传输。据此,在信息管理装置84中,能够以中心的数据库88为基础,分析各佩戴式动作辅助装置1的动作状态。
最后,说明佩戴式动作辅助装置1的维护管理系统81。
如图7所示,维护管理系统81具有配备在使用者侧的佩戴式动作辅助装置1以及无线终端82和配备在供给者侧,同时,经由互联网等通信网络83,与上述使用者侧的无线终端82连接的信息管理装置84。
信息管理装置84设置在对佩戴式动作辅助装置1的动作状况进行管理的中心,具有与通信网络83连接的通信装置85、具有对从通信装置85输入的各佩戴式动作辅助装置1的动作状况的信息(包含有马达31的资料信息)逐一储存的数据库88的存储装置(存储构件)86、进行从储存在存储装置86的各动作状况的信息,针对该佩戴式动作辅助装置1分析的分析装置(分析构件)87。
另外,分析装置87分析储存在数据库88的资料信息,作成该驱动单元11的寿命、有无过负荷状态等分析信息,同时,在分析结果的重要度高的情况下,将该分析信息向该佩戴式动作辅助装置1传输。
通信装置85具有接收从驱动单元11经由通信手部78以及通信网络83传输来的马达31的驱动状态的资料信息的接收部85A、在从通过分析构件得到的分析结果判定为需要进行马达3的保养的情况下,相对于该驱动单元11传输保养信息的传输部85B。
佩戴式动作辅助装置1如上所述,在各驱动单元11具备通信部78。即,佩戴式动作辅助装置1具备设置在肩关节机构5的驱动单元11的通信部78和设置在肘关节机构6的驱动单元11的通信部78等多个通信部78。从该多个通信部78通过无线终端82,将有关各个驱动单元11的动作状态的信息例如定期地传送到通信网络83上。另外,其它的使用者使用的其它的佩戴式动作辅助装置1也同样将有关驱动单元11的信息传送到通信网络83上。配备在供给者侧的信息管理装置84获取传送到通信网络83上的各使用者的信息,在数据库88上综合管理。
象这样,在对动作辅助装置的动作状况进行管理的中心的数据库88,储存从驱动单元11经由通信构件以及通信网络83传输来的马达31的驱动状态的资料信息,分析储存在数据库88的资料信息,从以该驱动单元11的寿命、有无过负荷状态等信息为基础得到的分析结果,相对于该驱动单元11传输保养信息,据此,能够总是分析驱动单元11正常与否,同时,在驱动单元11发生某种异常的情况下,能够立即通过无线信号,发出警报,告知佩带者。
根据这样的构成的佩戴式动作辅助装置1或者驱动单元11,旋转角度检测部51的光的散射造成的影响得到抑制,提高了旋转角度的检测精度。即,有关本实施方式的旋转角度检测部51使用荧光带69。因为荧光带69本身发出光,所以,在荧光带69的缘部不会产生光的漫反射的问题,散射被抑制的光入射到位置检测部63。即,若使用荧光带69,则以光的散射为起因的误差难以进入,提高了旋转角度的检测精度。
若发光部62断续地照射光,同时,位置检测部63接收发光部62熄灭时荧光带69发出的光,则不会被发光部62发出的光妨碍,能够切实地检测荧光带69发出的光。
检测用部件61具有安装着荧光带69的主体部68,荧光带69直接安装在转动体,据此,能够正确地设定相对于周方向的倾斜角度。荧光带69的安装也简便。
一般大多数角度检测部都在与马达轴连结的旋转轴设置角度检测用的部位。因此,具备角度检测部的驱动单元在其轴方向大。另一方面,有关本实施方式的检测用部件61被安装在作为齿轮箱的内箱34的外周面34a。若将检测用部件61安装在内箱34,则能够省略设置在旋转轴的角度检测用的部位,能够使驱动单元11小型化。
例如,若使用电位计那样的角度检测器,则存在由于电位计的轴和旋转轴之间的偏移、松旷,误差进入检测的可能性。另一方面,若象本实施方式这样,将旋转角度检测部51直接组装入齿轮·马达系统,则误差难以进入检测,能够实现可靠性极高的检测。
狭缝部件66并非必需,可以省略。若设置狭缝部件66,则从检测线的前后的区域发出的富余的光被遮蔽。这有助于提高旋转角度的检测精度。
例如,专利文献3记载的监视系统使用传感器,监视马达的动作状态,同时,在有关动作状态的数据超过了阈值时,发出警报。若由使用者使用具备这样的监视系统的驱动单元,则驱动单元的供给者有必要在每次发出警报时逐个对应。
本发明的实施方式的一个侧面是提供一种监视马达31的动作状态,并且为了使其动作状态恰当化而能够自我主动地对应的驱动单元。
因为第一突缘部件23热连接于马达31,所以,若马达31被驱动,则温度上升。若同样将作为发热体的回路基板搭载于这样的突缘部件,则存在回路基板成为高温的可能性。因此,一般是将回路基板设置成离开马达。
另一方面,有关本实施方式的驱动单元11中,回路基板41搭载于第一突缘部件23。驱动单元11具有检测回路基板41的温度的温度检测部52。通过该温度检测部52,总是监视回路基板41的温度。这样,在其温度要超过允许值时,缓和马达31的驱动等,减少从马达31流向第一突缘部件23的热的量。这样一来,第一突缘部件23作为回路基板41的散热器发挥功能,抑制回路基板41的温度上升。象这样,通过具有监视回路基板41的温度状态并且控制马达31的控制部45,能够将回路基板41搭载于与马达31热连接的第一突缘部件23。若能够将回路基板41配置在与马达31相邻的位置,则能够谋求驱动单元11的小型化。
例如,若在温度检测部52监视马达31的温度,同时,马达31的温度以及回路基板41的温度的任意一个要超过允许值时,缓和马达31的驱动,则第一突缘部件23作为马达31或者回路基板41的散热器发挥功能,因此,温度的上升得到抑制。若具有这样的控制部45,则能够进一步谋求驱动单元11的小型化,同时,提高其可靠性。
佩带式动作辅助装置1中使用的马达31在使用期限并非旋转很多,另一方面,例如在支撑重的负重等过负荷状态下使用的情况很多。作为检测马达31的寿命的方法,例如有以马达的总转数为基准的方法,但不适合佩带式动作辅助装置1用的马达31。
另一方面,有关本实施方式的驱动单元11具有从初期工作时对在马达31流动的电流值进行时间积分,根据该积分值判断马达31的寿命的控制部45。马达31的过负荷状态与在马达31流动的电流值的大小成比例。因此,通过算出电流值的时间积分,能够概算出其马达31仅处于怎样的过负荷状态。即,根据这样的驱动单元11,能够恰当地判断处于过负荷状态的马达31的寿命。
若驱动单元11具有存储各种检测信息等的存储部47,则能够得到该驱动单元11截止到现在在怎样的环境下被怎样使用这样的信息,例如能够谋求保养的效率化。
若驱动单元11具有将各种检测信息等向外部传输的通信部78,则还能够从外部掌握各驱动单元11的动作状态以及剩余寿命等。据此,能够从供给者侧例如提示更换时期,或者针对就要达到更换时期的驱动单元11预先准备更换的零件。
若多个驱动单元11具有分别包含有各种检测部52、53、54、控制部45的回路基板41以及通信部78等,分别作为一个独立的单元构成,则连结各驱动单元11之间的线缆例如仅仅为电源线缆,提高了佩带式动作辅助装置1的方便性。
另外,在本实施方式中,虽然是在内箱34设置了荧光带69,同时,在外箱35设置了位置检测部63,但是,也可以在外箱35设置荧光带69,同时,在内箱34设置位置检测部63。
另外,位置检测部63不限于在发光部62熄灭时检测光的位置检测部。例如,若采用荧光带69发出的光的频率与发光部62发出的光的频率相互不同的荧光带和发光部,同时,使用对荧光带69的频率有反应的位置检测部63,则即使是位置检测部63在发光部62点亮时,也能够根据荧光带69发出的光进行位置检测处理。但是,若位置检测部63在发光部62熄灭时进行检测处理,则位置检测部63的选定、调整容易,再有,检测误差难以进入。
接着,参照图14至图16,说明有关本发明的第二实施方式的佩带式动作辅助装置91。另外,对具有与有关第一实施方式的佩带式动作辅助装置1相同的功能的构成标注相同的符号,省略其说明。
佩带式动作辅助装置91的肩关节机构5以及肘关节机构6分别具有驱动单元92。驱动单元92仅仅是旋转角度检测部93的构造与有关第一实施方式的旋转角度检测部51不同,其它的构成与第一实施方式相同。即,驱动单元92具有控制部45、马达驱动器46、存储部47、数据库48、温度检测部52、应变·振动检测部53以及电流信息检测部54。
旋转角度检测部93具备检测用部件94、第一发光部95、第二发光部96、位置检测部63、角度演算部64、控制器65以及狭缝部件66。
检测用部件94具有主体部68、设置在该主体部68的反射带97。主体部68的一个例子是为了减小光的反射性而涂抹成黑色。
反射带97相对于主体部68的长度方向倾斜延伸。如图14所示,在将主体部68卷绕到内箱34时,反射带97相对于内箱34的周方向螺旋状地倾斜延伸。据此,伴随着相对地转动内箱34,沿着内箱34的轴方向的反射带97的位置变化。
反射带97由光的反射性高的材质形成,例如也可以将具有光的反射性的带粘贴在主体部68,还可以用光的反射性高的涂料描绘。再有,反射带97也可以直接设置在内箱34的外周面。反射带97的宽度的一个例子是10μm~20μm。但是,反射带97的宽度不限于此。
如图14所示,第一以及第二发光部95、96例如固定在外箱35。第一以及第二发光部95、96设置成沿内箱34的轴方向相互离开。第一以及第二发光部95、96例如沿内箱34的轴方向从检测用部件94的中心向相互相反方向仅离开相同的距离。第一以及第二发光部95、96向检测用部件94照射光。
控制器65控制第一以及第二发光部95、96的照射时刻。控制器65例如将脉冲状的控制信号传送到第一以及第二发光部95、96。控制器65以第一以及第二发光部95、96相互交互点亮的方式进行控制。第一以及第二发光部95、96的亮熄的周期的一个例子是1kHz。但是,亮熄的周期不限于此。
位置检测部63在第一发光部95发出了光时,接收由反射带97反射的第一发光部95的光。另外,位置检测部63在第二发光部96发出了光时,接收由反射带97反射的第二发光部96的光。位置检测部63根据在第一发光部95发光时检测的反射光的分布和在第二发光部96发光时检测的反射光的分布,检测沿着内箱34的轴方向的反射带97的位置信息。
例如,位置检测部63检测在第一发光部95发光时检测的反射光分布的峰值(以后称为“第一峰值”)的位置和在第二发光部96发光时检测的反射光分布的峰值(以后称为“第二峰值”)的位置,将第一峰值以及第二峰值的例如中间的位置作为此时的反射带97的位置信息进行检测。
例如,位置检测部63在基准位置(例如旋转角度0°)以及规定位置(例如旋转角度180°)分别检测第一以及第二峰值,分别将其中间的位置作为在基准位置的反射带97的位置信息、在规定位置的反射带97的位置信息进行检测。然后,这些检测到的信息被存储在角度演算部64。
角度演算部64从位置检测部63获取通过位置检测部63检测到的在任意角度的反射带97的位置信息,进行根据在基准位置以及规定位置的反射带97的位置信息等算出外箱35和内箱34的相对的旋转角度的处理。
但是,检测反射带97的位置信息的方法不限于选取第一以及第二峰值的中间位置的手法,若为从基于第一发光部95的反射光分布和基于第二发光部96的反射光分布,将与旋转角度相对应的位置作为特定的方法,则可以恰当采用。
根据这样的构成的佩带式动作辅助装置91或者驱动单元92,旋转角度检测部93的光的散射造成的影响得到抑制,提高了旋转角度的检测精度。即,基于第一发光部95的反射光的分布和基于第二发光部96的反射光的分布相互不同。这是因为,第一发光部95发光时在反射带97的缘部产生的漫反射和第二发光部96发光时在反射带97的缘部产生的漫反射相互不同,两者的散射特性产生了差别。
即,有关本实施方式的驱动单元11通过根据该散射特性相互不同的两个反射光分布,检测反射带97的位置信息,能够减少显现一个一个光分布的散射带来的影响进入检测结果的余地。据此,在反射带97的缘部产生的光的散射造成的影响得到抑制,提高了旋转角度的检测精度。
反射带97的两侧的缘部沿内箱34的轴方向并列。若第一以及第二发光部95、96沿内箱34的轴方向相互设置,则容易使基于第一发光部95的反射光的分布和基于第二发光部96的反射光的分布相互不同。据此,能够进一步抑制在缘部的光的散射造成的影响,提高旋转角度的检测精度。若第一以及第二发光部95、96沿内箱34的轴方向从检测用部件94相互向相反方向仅离开相同距离,则误差更加难以进入,检测精度提高。
若第一以及第二发光部95、96交互地发光,则能够切实地接收相互不同的两个光分布。即,在接收第一发光部95的反射光时,若第二发光部96熄灭,则第一发光部95的反射光不会混入第二发光部96的反射光,由位置检测部63接收。
另外,第一以及第二发光部95、96并非一定被限定为交互地点亮。例如,若使用光的频率相互不同的第一发光部95和第二发光部96,则能够从基于同时点亮的第一以及第二发光部95、96的两个反射光分布检测反射带97的位置信息。
另外,在本实施方式中,虽然是在内箱34设置了反射带97,同时,在外箱35设置了位置检测部63,但是,也可以在外箱35设置反射带97,同时,在内箱34设置位置检测部63。
接着,参照图17以及图18,说明有关本发明的第三实施方式的佩带式动作辅助装置101。另外,对具有与有关第一实施方式的佩带式动作辅助装置1相同的功能的构成标注相同的符号,省略其说明。
佩带式动作辅助装置101的肩关节机构5以及肘关节机构6分别具有驱动单元102。驱动单元102仅仅是旋转角度检测部103的构造与有关第一实施方式的旋转角度检测部51不同,其它的构成与第一实施方式相同。
旋转角度检测部103具备荧光带69、发光部62、位置检测部63、角度演算部64、控制器65以及狭缝部件66。在本实施方式中,第一突缘部件23是本发明所述的第一零件的一个例子,第二突缘部件24是第二零件的一个例子。
如图18所示,荧光带69设置在第一突缘部件23的端面23a,与第二突缘部件24相对,同时,涡旋状延伸。即,荧光带69以随着向第二突缘部件24的转动方向(即,周方向)行进,位置在与第二突缘部件24的转动方向交叉的方向(在本实施方式中为第一突缘部件23的径向)变化的方式延伸。据此,伴随着第二突缘部件24的转动,沿着第二突缘部件24的径向的荧光带69的位置变化。
发光部62例如固定在第二突缘部件24。发光部62交互反复点亮时和熄灭时,相对于荧光带69断续地照射光。
如图17所示,位置检测部63例如安装在第二突缘部件24,与荧光带69相对。位置检测部63将其一维的检测线沿第一突缘部件23的径向配置。位置检测部63检测在其受光面63a相对的区域内,荧光带69位于哪里(即,沿第一突缘部件23的径向的荧光带69的位置信息)。
角度演算部64根据有关荧光带69的涡旋形状的信息、在基准位置(旋转角度0°)的荧光带69的位置信息等信息,从荧光带69的位置信息算出第一突缘部件23和第二突缘部件24的相对的旋转角度。
狭缝部件66设置在位置检测部63和第一突缘部件23之间。狭缝部件66使狭缝66a沿着第一突缘部件23的径向,同时,相对于位置检测部63相对地静止。但是,狭缝部件66并非必需。
根据这样的构成的佩带式动作辅助装置101或者驱动单元102,旋转角度检测部103的光的散射造成的影响得到抑制,提高了旋转角度的检测精度。即,因为荧光带69本身发出光,所以,在荧光带69的缘部不会产生光的漫反射的问题,散射被抑制的光入射到位置检测部63。即,若使用荧光带69,则以光的散射为起因的误差难以进入,提高了旋转角度的检测精度。另外,也可以在第二突缘部件24设置荧光带69,同时,在第一突缘部件23设置位置检测部63。
接着,参照图19以及图20,说明有关本发明的第四实施方式的佩带式动作辅助装置111。另外,对具有与有关第一至第三实施方式的佩带式动作辅助装置1、91、101相同的功能的构成标注相同的符号,省略其说明。
佩带式动作辅助装置111的肩关节机构5以及肘关节机构6分别具有驱动单元112。驱动单元112仅仅是旋转角度检测部113的构造与有关第一实施方式的旋转角度检测部51不同,其它的构成与第一实施方式相同。
旋转角度检测部113具备反射带97、第一发光部95、第二发光部96、位置检测部63、角度演算部64、控制器65以及狭缝部件66。
如图20所示,反射带97设置在第一突缘部件23的端面23a,与第二突缘部件24相对,同时,涡旋状延伸。即,反射带97以随着向第二突缘部件24的转动方向(即,周方向)行进,位置在与第二突缘部件24的转动方向交叉的方向(在本实施方式中为第一突缘部件23的径向)变化的方式延伸。据此,伴随着第二突缘部件24的转动,沿着第二突缘部件24的径向的反射带97的位置变化。
第一以及第二发光部95、96例如固定在第二突缘部件24。第一以及第二发光部95、96沿第二突缘部件24的径向相互离开地设置。第一以及第二发光部95、96例如相互交互点亮。
如图20所示,位置检测部63例如安装在第二突缘部件24,与反射带97相对。位置检测部63将其一维的检测线沿第一突缘部件23的径向配置。例如,位置检测部63与第二实施方式同样,检测在第一发光部95发光时检测的反射光分布的峰值(以后称为“第一峰值”)的位置和在第二发光部96发光时检测的反射光分布的峰值(以后称为“第二峰值”)的位置,将第一峰值以及第二峰值的例如中间的位置,作为此时的反射带97的位置信息进行检测。但是,位置检测部63的检测方法并不限于此。
角度演算部64根据有关反射带97的涡旋形状的信息、在基准位置(旋转角度0°)的反射带97的位置信息等信息,从反射带97的位置信息算出第一突缘部件23和第二突缘部件24的相对的旋转角度。
狭缝部件66设置在位置检测部63和第一突缘部件23之间。狭缝部件66使狭缝66a沿着第一突缘部件23的径向,同时,相对于位置检测部63相对地静止。但是,狭缝部件66并非必需。
根据这样的构成的佩带式动作辅助装置111或者驱动单元112,旋转角度检测部113的光的散射造成的影响得到抑制,提高了旋转角度的检测精度。即,有关本实施方式的旋转角度检测部113通过根据散射特性相互不同的两个反射光分布,检测反射带97的位置信息,能够减少显现一个一个光分布的散射带来的影响进入检测结果的余地。因此,旋转角度的检测精度提高。另外,也可以在第二突缘部件24设置反射带97,同时,在第一突缘部件23设置位置检测部63。
接着,参照图21以及图22,说明有关本发明的第五实施方式的佩带式动作辅助装置121。另外,对具有与有关第一实施方式的佩带式动作辅助装置1相同的功能的构成标注相同的符号,省略其说明。
佩带式动作辅助装置121的肩关节机构5以及肘关节机构6分别具有驱动单元122。驱动单元122仅仅是旋转角度检测部123的构造与有关第一实施方式的旋转角度检测部51不同,其它的构成与第一实施方式相同。
旋转角度检测部123具备具有荧光带69的检测用部件61、发光部62、位置检测部63、角度演算部64、控制器65以及狭缝部件66。在本实施方式中,内箱34是本发明所述的第一零件的一个例子,外箱35是第二零件的一个例子。
如图22所示,检测用部件61的主体部68以随着向内箱34的周方向行进,其壁厚逐渐增厚的方式形成。荧光带69设置在主体部68的表面。因此,荧光带69以随着向内箱34的转动方向(即,周方向)行进,位置在与内箱34的转动方向交叉的方向(在本实施方式中为内箱34的径向)变化的方式延伸。据此,伴随着内箱34和外箱35相对地转动,沿着内箱34的径向的荧光带69的位置变化。
发光部62例如固定在第二突缘部件24。发光部62交互反复点亮时和熄灭时,相对于荧光带69断续地照射光。
如图17所示,位置检测部63例如安装在外箱35,与荧光带69相对。位置检测部63能够检测入射到其受光面63a的光量的大小。位置检测部63根据从受光面63a入射的光量的大小,检测在其受光面63a相对的区域内,荧光带69位于哪里(即,沿内箱34的径向的荧光带69的位置信息)。
角度演算部64根据有关检测用部件61的壁厚的变化的信息、在基准位置(旋转角度0°)的荧光带69的位置信息等,从荧光带69的位置信息算出外箱35和内箱34的相对的旋转角度。
根据这样的构成的佩带式动作辅助装置121或者驱动单元122,旋转角度检测部123的光的散射造成的影响得到抑制,提高了旋转角度的检测精度。即,因为荧光带69本身发出光,所以,不会产生在沿内箱34的周方向的荧光带69的前后的区域的光的漫反射的问题,因此,旋转角度的检测精度提高。另外,也可以在外箱35设置检测用部件61,同时,在内箱34设置位置检测部63。
接着,说明有关第六实施方式的埋入式动作辅助装置200。图23是表示有关第六实施方式的埋入式动作辅助装置200的侧视图。
如图23所示,埋入型动作辅助装置200是辅助关节的动作的装置,由佩带在佩带者的关节220上的动作辅助单元230和具有通过无线从体外控制动作辅助单元230的控制回路的控制单元100构成。
动作辅助单元230具有与由肘的关节220的上臂骨构成的第一骨222结合的第一肢250、与处于关节220的肘的下方的由拇指侧的桡骨以及小指侧的尺骨构成的第二骨224结合的第二肢260、设置在第一肢250和第二肢260之间,相对于上述第一肢250向关节的转动方向驱动第二肢260的驱动单元290。与第一骨222结合的结合部252在第一肢250的上端突出,与第二骨224结合的结合部262在第二肢260的下端突出。
因为第一肢250以及第二肢60的结合部252、262直接与骨头结合,所以,例如由钛、钛合金或者陶瓷等难以腐蚀的材质形成。另外,作为结合部252、262和骨头的结合方法,例如使用通过由钛、钛合金或者陶瓷等难以腐蚀的材质形成的螺钉、铆钉等连结部件连结的方法。
另外,在驱动单元290的侧面,设置将驱动信息信号向体外传输,接收来自体外的控制信号的无线传输接受机和向驱动单元290供给驱动电流的控制部。
再有,驱动单元290具有DC马达或者AC马达或者超声波马达等马达292。马达292是将定子和转子组合的构成,定子或者转子的一个是线圈,另一个是永久磁铁。马达292产生的驱动力经由对定子和转子之间的相对的旋转进行减速的减速齿轮等减速机构,向第二肢260传递。
这样,驱动单元290的控制部45生成驱动电流,通过将该驱动电流向马达292的线圈供给,使第二肢260相对于第一肢250转动。
另外,在驱动单元290的控制部45连接着检测上臂部的生物电位的生物电位传感器310。若佩带者想要使臂动作,则产生包含神经传递信号、筋电位信号的生物电位信号。生物电位传感器310被埋入上臂的肌肉,所以,能够不经由皮肤,检测生物电位信号,与粘贴在上臂的皮肤表面相比,能够正确地检测生物电位信号。
在第一肢250以及第二肢260的内部分别收纳充电式电池单元320。充电式电池单元320由通过来自外部的电磁感应作用进行充电的充电单元322和充电式电池324构成。充电式电池单元320各设置一对,一个是主电源,另一个是预备电源。因此,在动作辅助单元230中,即使一个充电式电池324的电压降低,也自动切换到另一个充电式电池324,防止紧急停止的情况。另外,充电式电池单元320因为能够在佩带于体内的状态下进行充电,所以,截止到充电寿命结束,能够长时间(能充电次数的范围内)在佩带于体内的状态下使用。另外,充电式电池单元320也可以分别设置在第一肢250以及第二肢260,或者也可以设置在任意一个肢内部。
另外,驱动单元290具有检测由供给的驱动电流产生的扭矩T的扭矩传感器(物理量传感器)294和检测第一肢250以及第二肢260的旋转角θ的角度传感器(物理量传感器)296。扭矩传感器294以及角度传感器296向驱动单元290输出检测到的扭矩以及角度的检测信号。作为扭矩传感器294,使用检测传递旋转驱动力的轴的应变的磁致伸缩式扭矩传感器或者电磁检测马达292的驱动侧齿轮和负荷侧齿轮的相位差的电磁式扭矩传感器等。另外,作为角度传感器296,例如,使用输出与旋转角相应的数量的脉冲的旋转编码器、使与旋转角相应的阻值可变的电位计等。
再有,在第一肢250以及第二肢260的外周,设置检测马达驱动时发挥作用的应力(应变)的应力传感器(物理量传感器)330。该应力传感器330由应变仪构成,向驱动单元290的控制部45输出与作用于第一肢250以及第二肢260的应力相应的检测信号。
控制部45经由无线传输接受机,通过无线向控制单元100传输由扭矩传感器294、角度传感器296、生物电位传感器310、应力传感器330检测到的各检测信号。再有,控制单元100经由通信网络83,向上述的中心的信息管理装置84传输从控制部45得到的驱动单元290的动作状态的信息。
据此,信息管理装置84将接收的驱动单元290的动作状态的信息储存在数据库88,在分析装置87,分析驱动单元290的动作状态,同时,经由通信网络83,向控制单元100告知分析结果。因此,控制单元100进行控制,与驱动单元290的动作状况相应地缓和(减少)马达扭矩以及旋转角,以便不会成为过负荷状态。
上述无线传输接受机280、马达292、扭矩传感器294、角度传感器296被收容在驱动单元290的箱。另外,佩带在关节220的内部的驱动单元290是体液不会浸入箱内侧的防水构造,被构成为不会因体液引起马达292动作不良。另外,因为该埋入式动作辅助装置200的控制处理以与上述的各流程图相同的顺序执行,所以,省略其说明。
另外,驱动单元290由于是具有上述控制单元100的构成,所以,也可以是相对于中心的信息管理装置84直接传输动作状态的信息的构成。
接着,说明有关第七实施方式的埋入式动作辅助装置500。
图24是表示有关第七实施方式的埋入式动作辅助装置500的立体图。如图24所示,埋入式动作辅助装置500佩带在关节510的外侧。关节510是连结上臂骨520和桡骨530、尺骨540的部分,在其左右两侧紧靠着驱动单元550。驱动单元550具有薄型化的马达,在防水构造的箱内收纳马达。另外,在驱动单元550的内侧,与关节510的形状相应地形成为曲线状,并且,为了减少与关节510的摩擦,由摩擦系数小的低摩擦材料形成。
在驱动单元550的上方连结着第一肢560。第一肢560通过连结部件固定于上臂骨520,在内部收纳薄型化的电磁感应式的充电单元和充电式电池。另外,在驱动单元550的上方连结着第二肢570。第二肢570通过连结部件固定于桡骨530、尺骨540,在内部收纳薄型化的电磁感应式的充电单元和充电式电池。
驱动单元550与上述的实施例同样,通过无线信号由控制单元100控制。另外,因为该埋入式动作辅助装置500的控制处理以与上述的各流程图相同的顺序执行,所以,省略其说明。
象这样,即使是在将埋入式动作辅助装置500佩带在关节510的外侧而构成的情况下,通过使驱动单元550、第一肢560、第二肢570薄型化,从外观上也看不出佩带,不需要佩带和脱下作业,因此,对手脚不方便的身体残疾者而言提高了方便性。
另外,驱动单元550经由通信网络83向上述的中心的信息管理装置84传输动作状态的信息。
据此,信息管理装置84将接收的驱动单元550的动作状态的信息储存在数据库88,在分析装置87,分析驱动单元550的动作状态,同时,经由通信网络83向控制单元100告知分析结果。因此,控制单元100进行控制,与驱动单元550的动作状况相应地缓和(减少)马达扭矩以及旋转角,以便不会成为过负荷状态。
另外,驱动单元550由于是具有上述控制单元100的构成,所以,也可以是相对于中心的信息管理装置84直接传输动作状态的信息的构成。
上面,对有关第一至第七实施方式的佩带式动作辅助装置1、91、101、111、121、埋入式动作辅助装置200、500以及有关第一以及第二实施方式的驱动单元11、92、102、112、122、290、550进行了说明,但是,这些仅仅是本发明的实施方式的范例,本发明当然不限于此。
本国际申请主张以2006年10月3日申请的日本国专利申请2006-272223号和2007年9月19日申请的日本国专利申请2007-242648号为基础的优先权,日本国专利申请2006-272223号和日本国专利申请2007-242648号的全部内容包含在本国际申请中。

Claims (16)

1.一种动作辅助装置,所述动作辅助装置具有辅助或者替代关节的动作的驱动单元和控制上述驱动单元的控制单元,
其特征在于,
上述驱动单元具有
施加被输入的驱动力的马达和
搭载着根据来自上述控制单元的控制信号,在上述马达生成驱动信号的控制部的回路基板,
上述控制部具备
监视上述马达的动作状况的马达监视构件、
根据该马达监视构件的监视结果,限制对上述马达的驱动信号,以便上述马达不会成为过负荷状态的马达控制构件。
2.如权利要求1所述的动作辅助装置,其特征在于,具备
检测有关上述关节的动作的物理量的物理量检测构件和
检测使上述关节动作时产生的生物信号的生物信号检测构件,
上述控制单元根据由上述物理量检测构件以及上述生物信号检测构件检测到的物理量以及生物信号,控制上述驱动单元。
3.如权利要求1或2所述的动作辅助装置,
其特征在于,
上述马达控制构件具备
判定输入到上述马达的电流值的总累加值是否超过预先设定的阈值的判定构件和
在通过该判定构件判定为上述电流值的总累加值超过了预先设定的阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
4.如权利要求1或2所述的动作辅助装置,
其特征在于,
上述马达控制构件具备
判定上述回路基板的温度是否超过预先设定的阈值的判定构件和
在通过该判定构件判定为上述控制部的温度超过了预先设定的阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
5.如权利要求1或2所述的动作辅助装置,
其特征在于,
上述马达控制构件具备
判定上述马达的温度是否超过预先设定的阈值的判定构件和
在通过该判定构件判定为上述控制部的温度超过了预先设定的阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
6.一种动作辅助装置,所述动作辅助装置具有辅助或者替代关节的动作的驱动单元和控制上述驱动单元的控制单元,
其特征在于,
上述驱动单元具有
施加被输入的驱动力的马达和
根据来自上述控制单元的控制信号,在上述马达生成驱动信号的控制部,
上述控制部具备
从上述马达的寿命时间减去截止到现在的总动作时间,演算剩余寿命时间的马达监视构件和
在通过上述马达监视构件演算的上述马达的剩余寿命时间达到了预先设定的值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的驱动信号的马达抑制构件。
7.如权利要求3所述的动作辅助装置,
其特征在于,
上述控制部具备
存储针对供给上述马达的电流值的第一允许值和设定得比该第一允许值高的值的第二允许值的存储构件、
对超过了上述第一允许值的量的电流值进行积分的演算构件和
在通过该演算构件演算的积分值超过了上述阈值的情况下,以规定的比率,逐渐减少向上述马达供给的电流值的马达抑制构件。
8.如权利要求7所述的动作辅助装置,
其特征在于,
上述马达控制构件
在向上述马达的电流值超过了上述第二允许值的情况下,使向上述马达供给的电流值逐渐减少到上述第一允许值以下。
9.如权利要求1或6所述的动作辅助装置,
其特征在于,
上述驱动单元具备
马达、
收纳该马达的箱、
被收容在上述箱,并且具有在上述马达驱动时,相对于上述箱相对地转动的周面的转动体、
沿上述转动体的周面设置,并且相对于上述转动体的周方向倾斜地延伸的荧光带、
向该荧光带照射光的发光部、
相对于上述箱相对地静止,并且具有与上述荧光带相对的受光面,接收上述荧光带发出的光,检测沿着上述转动体的轴方向的上述荧光带的位置信息的检测部以及
根据通过该检测部检测的上述荧光带的位置信息,算出上述箱和上述转动体的相对的旋转角度的演算部。
10.如权利要求9所述的动作辅助装置,其特征在于,
上述发光部亮熄,向上述荧光带照射光,
上述检测部在上述发光部熄灭时,接收上述荧光带发出的光,检测上述荧光带的位置信息。
11.如权利要求1或6所述的动作辅助装置,
其特征在于,
上述驱动单元具有
马达、
收纳该马达的箱、
被收容在该箱,并且具有在上述马达驱动时,相对于上述箱相对地转动的周面的转动体、
沿该转动体的周面设置,并且相对于上述转动体的周方向倾斜地延伸的反射带、
向该反射带照射光的第一发光部、
相对于该第一发光部离开地设置在上述转动体的轴方向,并且向上述反射带照射光的第二发光部、
相对于上述箱相对地静止,并且具有与上述反射带相对的受光面,接收由上述反射带反射的第一发光部的光以及由上述反射带反射的第二发光部的光,检测沿着上述转动体的轴方向的上述反射带的位置信息的检测部以及
根据通过上述检测部检测的上述反射带的位置信息,算出上述箱和上述转动体的相对的旋转角度的演算部。
12.如权利要求11所述的动作辅助装置,其特征在于,
上述第一发光部以及上述第二发光部相互交互地点亮,
上述检测部根据上述第一发光部发光时检测的反射光的分布和上述第二发光部发光时检测的反射光的分布,检测上述反射带的位置信息。
13.如权利要求9所述的动作辅助装置,其特征在于,
上述转动体是在其内部收容一个或者多个齿轮的齿轮箱。
14.如权利要求13所述的动作辅助装置,其特征在于,
具备形成有沿上述转动体的轴方向的狭缝,并且被配置在上述检测部和上述转动体之间的狭缝部件。
15.如权利要求1或6所述的动作辅助装置,其特征在于,
上述驱动单元
具有传输包含上述马达的驱动状态的资料的信息的通信构件。
16.一种动作辅助装置的维护管理系统,其特征在于,具有
权利要求15记载的动作辅助装置、
设置在对上述动作辅助装置的动作状况进行管理的中心,接收从上述驱动单元经由上述通信构件以及通信网络传输的上述马达的驱动状态的资料信息的受信构件、
储存经由该受信构件输入的上述马达的驱动状态的资料信息的数据库、
分析储存在该数据库的资料信息,作成该驱动单元的寿命、有无过负荷状态等信息的分析构件、
在根据通过上述分析构件得到的分析结果,判定为上述马达需要保养的情况下,相对于该驱动单元传输保养信息的传输构件。
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