CN205924412U - 动作辅助装置用致动器和动作辅助装置 - Google Patents

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Abstract

【课题】本实用新型能够同时实现大转矩化、外部干涉的避免和齿隙的去除。【解决手段】动作辅助装置用致动器(10)对用于辅助佩戴者(M)的四肢的任意关节的转动动作的动作辅助装置(1)进行驱动，其具有：蜗轮主体(22)，该蜗轮主体构成为，在辅助对象的关节的附近，该蜗轮主体的驱动轴(22a)与转动轴大致同轴；以及2个驱动马达(12)，它们构成为分别以设有蜗杆齿轮(23)的输出轴朝向彼此大致相同方向的配置与蜗轮主体(22)啮合，2个驱动马达(12)以与通过辅助对象的关节(膝关节)而相互转动的2处身体部位中的任意一方(大腿部)大致平行的配置固定于动作辅助装置。

Description

动作辅助装置用致动器和动作辅助装置
技术领域
本实用新型公开的实施方式涉及动作辅助装置用致动器和动作辅助装置。
背景技术
专利文献1记载了一种动力安装器具，其将驱动马达固定于佩戴者的躯干部，将驱动马达输出的旋转驱动力经由挠性轴而传递给设置于关节附近的减速机等的驱动机构以进行驱动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-213671号公报
实用新型内容
实用新型欲解决的课题
然而，在将挠性轴在较长的范围内配设于身体的外部的情况下，由于容易与外部的障碍物干涉而在动作性能方面存在改善的余地。此外，在将驱动马达设置于关节附近的情况下，设置了能够输出所要求的转矩的大型的驱动马达时，由于其外径较大而依然会从佩戴者的身体向外部的侧方大幅突出，容易与其他障害物干涉。此外，为了提高动作精度，优选在驱动机构所具备的减速机中尽量去除齿隙。
本实用新型就是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种能够同时实现大转矩化、外部干涉的避免和齿隙的去除的动作辅助装置用致动器和动作辅助装置。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本实用新型的一个方面应用一种动作辅助装置用致动器，其对用于辅助佩戴者的四肢的任意关节的转动动作的动作辅助装置进行驱动，该动作辅助装置用致动器具有：蜗轮主体，该蜗轮主体构成为，在辅助对象的关节附近，该蜗轮主体的驱动轴与所述转动轴大致同轴；以及2个驱动马达，它们构成为分别以设有蜗杆齿轮的输出轴朝向彼此大致相同方向的配置与所述蜗轮主体啮合。
此外，本实用新型的另一个方面应用一种动作辅助装置用致动器，其对用于辅助佩戴者的四肢的任意关节的转动动作的动作辅助装置进行驱动，该动作辅助装置用致动器具有：蜗轮主体，该蜗轮主体构成为在辅助对象的关节附近，该蜗轮主体的驱动轴与所述转动轴大致同轴；以及2个驱动马达，它们构成为分别以设有蜗杆齿轮的输出轴朝向彼此大致相同方向的配置与所述蜗轮主体啮合，所述2个驱动马达构成为，以与通过所述辅助对象的关节而相互转动的2处身体部位中的任意一方大致平行的配置固定于所述动作辅助装置。
此外，本实用新型的另一个方面应用一种动作辅助装置，该动作辅助装置具有上述各方面中的任一方面所述的动作辅助装置用致动器，通过所述动作辅助装置用致动器的驱动对佩戴者的四肢的任意关节的转动动作进行辅助。
实用新型的效果
根据本实用新型，能够同时实现大转矩化、外部干涉的避免和齿隙的去除。
附图说明
图1是表示将动作辅助装置佩戴于左膝的佩戴者的全身的图。
图2是膝关节用致动器的放大平面图和箭头IIb-IIb方向的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对一个实施方式进行说明。另外，以下的说明中的前方、后方、上方、下方、左方、右方分别指的是图1所示的通过“前方”、“后方”、“上方”、“下方”、“左方”、“右方”标记出的方向。这些方向与从以通常的起立姿态佩戴有动作辅助装置的佩戴者观察到的方向对应起来统一使用，例如在佩戴者转动四肢的情况下根据该姿态适当变更即可。
作为具备本实施方式的动作辅助装置用致动器的动作辅助装置的一例，存在对佩戴者M的膝关节的转动动作进行辅助的方式，图1表示将动作辅助装置佩戴于左膝的佩戴者M的全身。该图1中，动作辅助装置1具有躯干部用安装器具2、股关节用铰链3、大腿部用臂4、大腿部用安装器具5、胫部用安装器具6、胫部用臂7、脚踝关节用铰链8、靴部9和膝关节用致动器10。
躯干部用安装器具2是以卷绕安装于佩戴者M的躯干部的周围的方式安装的安装器具，其稳定地安装于该佩戴者M的腰围最细的腰部位置。
股关节用铰链3是设置于上述躯干部用安装器具2与后述的大腿部用臂4之间的铰链，其根据佩戴者M自身的股关节的转动动作而转动。此外，在图示的例子中，该股关节用铰链3上未设置有能动地辅助转动动作的驱动机构。
大腿部用臂4是梁状的结构物，其上端固定于上述股关节用铰链3，下端固定于后述的大腿部用安装器具5。
大腿部用安装器具5是以卷绕安装于佩戴者M的大腿部的周围的方式安装的安装器具，在图示的例子中稳定安装于膝关节的紧上方的位置。
胫部用安装器具6是以卷绕安装于佩戴者M的胫部的周围的方式安装的安装器具，在图示的例子中稳定安装于膝关节的紧下方的位置。
胫部用臂7是梁状的结构物，其上端固定于上述胫部用安装器具6，下端固定于后述的脚踝关节用铰链8。
脚踝关节用铰链8是设置于上述胫部用臂7与后述的靴部9之间的铰链，其根据佩戴者M自身的脚踝关节的转动动作而转动。此外，在图示的例子中，该脚踝关节用铰链8未设置有能动地辅助转动动作的驱动机构。
靴部9是以将佩戴者M的腿部插入内部的方式安装的靴状的安装器具，其以约束脚的姿态的方式稳定地安装。另外，该靴部9的脚踝骨附近固定于上述脚踝关节用铰链8。
膝关节用致动器10(动作辅助装置用致动器)如后述的图2所示，具有内部设置有蜗轮的减速机11和2个驱动马达12，本例中，减速机11的主体在膝关节的外侧面侧固定于上述大腿部用安装器具5(第1安装器具)，减速机11的驱动轴固定于上述胫部用安装器具6(第2安装器具)。2个驱动马达12被设置成，以在减速机11的前后方向被夹住的配置，在任一旋转轴都朝向上述大腿部用臂4的延伸设置方向(图中的状态的大致上方)的方向上使各自的下端与减速机11连接。即，2个驱动马达12以与通过作为本例的辅助对象的膝关节而相互转动的大腿部和胫部(2处身体部位)中的大腿部大致平行的配置固定于该动作辅助装置1。
这2个驱动马达12的旋转驱动力通过减速机11减速而增加转矩后被输出给驱动轴。由此，胫部用安装器具6和胫部用臂7相对于大腿部用安装器具5和大腿部用臂4进行以驱动轴为中心的相对的转动动作。通过配置为该驱动轴的位置与佩戴者M的膝关节大致一致，从而膝关节用致动器10能够对佩戴者M的膝关节同轴地辅助转动动作。另外，虽然没有特别图示，然而也可以是，减速机11固定于上述胫部用安装器具6，驱动轴固定于上述大腿部用安装器具5。这种情况下，相对转动动作的方向相反，只要相反地控制驱动马达12的正转与反转的切换即可。
详细说明该膝关节用致动器10的结构。图2(a)表示膝关节用致动器10的放大平面，图2(b)表示图2(a)中的箭头IIb-Iib方向的剖面，这些附图都透视表示出减速机11的内部。该图2中，膝关节用致动器10具有减速机主体21、蜗轮主体22、2个蜗杆齿轮23和2个驱动马达12。
蜗轮主体22是蜗轮的从动侧的齿轮，蜗轮的大部分以能够旋转的方式收纳于减速机主体21的内部，仅作为其旋转中心的驱动轴22a从减速机主体21的右方侧面突出。由此，该蜗轮主体22被配置为，在本例的辅助对象的膝关节的转动轴附近，该驱动轴22a和转动轴各自的轴向彼此大致平行。
2个蜗杆齿轮23是蜗轮的主动侧的齿轮，分别与后述的2个驱动马达12的输出轴结合，并且在减速机主体21的内部与上述蜗轮主体22的外周齿轮齿啮合。这2个蜗杆齿轮23在彼此相反的旋转方向上形成有齿面，并且以如下配置与蜗轮主体22啮合：按照以驱动轴22a为中心的大致180°的相位差对置。另外，由减速机主体21、上述蜗轮主体22和2个蜗杆齿轮23构成减速机11。
2个驱动马达12在本实施方式的例子中由直流马达构成，各自的输出轴在减速机主体21的内部与上述2个蜗杆齿轮23结合。这2个驱动马达12分别以设置有上述蜗杆齿轮23的输出轴朝向彼此大致相同的方向(图示的姿态的下方)的配置与上述蜗轮主体22啮合。此外，相当于2个驱动马达12的主体的定子以朝向彼此大致相同方向(图2(a)中的上方)的配置而分别固定于减速机主体21。此外，减速机主体和2个驱动马达12的主体(定子)都被设定为使得驱动轴22a的轴向(图2(b)中的上下方向)上的厚度尺寸大致相同。
如上构成的膝关节用致动器10通过来自未特别图示的控制部的供电控制而对2个驱动马达12在彼此相反的方向上进行旋转控制，从而能够对蜗轮主体22的驱动轴22a以期望的转矩、期望的旋转方向进行旋转驱动。此外，通过协调2个驱动马达12的旋转驱动，能够去除蜗轮的齿隙。
根据以上说明的实施方式，可获得如下的效果。即，本实施方式的膝关节用致动器10中，在减速机11使用蜗轮，并利用2个驱动马达12对其进行驱动。具体而言，该膝关节用致动器10具有：蜗轮主体22，该蜗轮主体22在辅助对象的膝关节的转动轴附近，被配置为其驱动轴22a与转动轴大致同轴；以及2个驱动马达12，它们分别以设置有蜗杆齿轮23的输出轴朝向彼此大致相同方向的配置与蜗轮主体22啮合。
通过这种结构，2个驱动马达12被配置为，使它们的输出轴的方向(旋转轴方向)在与膝关节的转动轴大致垂直的平面上朝向大致相同的方向，因此能够减小膝关节用致动器10整体的设置空间区域。此外，由于能够通过2个驱动马达12分担必要的驱动转矩，因此能够减小各自的外径。因此，能够减小(薄型化)膝关节的转动轴方向(图中的左右方向)上的膝关节用致动器10整体的厚度尺寸，可避免与外部的障碍物的干涉以实现顺畅的动作。
此外，各驱动马达12在不增大外径的情况下，通过延长转子和定子在轴向上的长度(在图中的箭头E方向上延长)也能够提高驱动转矩，因而在使致动器整体在左右方向上变薄的同时能够提高驱动力。此外，2个驱动马达12通过蜗杆齿轮23而啮合于同一个蜗轮主体22，因此通过对它们的协调控制能够去除蜗轮的齿隙。以上的结果是，可实现一种能够同时达到大转矩化、外部干涉的避免和齿隙的去除的动作辅助装置用致动器。
此外，本实施方式中，特别地，2个驱动马达12以与通过辅助对象的膝关节而相互转动的2处身体部位(大腿部和胫部)中的任意一方(图示例的大腿部)大致平行的配置固定于动作辅助装置1。由此，无论膝关节以何种角度转动，2个驱动马达12在与膝关节的转动轴垂直的平面上都不会从佩戴者M的身体部位突出，因此能够避免与外部的障碍物的干涉而确保顺畅的动作。
此外，在上述实施方式中，将2个驱动马达12以与大腿部大致平行的配置固定，然而不限于此。例如，2个驱动马达12还可以通过与胫部大致平行的配置固定。这种情况下，减速机11固定于胫部用安装器具6，驱动轴22a固定于大腿部用安装器具5，从而能够避免2个驱动马达12的突出。
此外，本实施方式特别地，并非用于例如股关节或肩关节那样多轴转动的关节，而是特别适用于转动轴确定为一个方向的膝关节。另外，动作辅助装置用致动器的应用不限于膝关节，同样能够应用于转动轴确定为一个方向的脚踝关节或肘关节的转动动作的辅助。此外，例如对于股关节那样能够在2轴方向(前后方向和左右方向)上转动的关节而言，也可以以限定为一个轴向上的转动(例如通常的步行动作中的前后方向的转动)而对该转动动作进行辅助的方式应用动作辅助装置用致动器。
此外，本实施方式特别地，将膝关节用致动器10配置于膝关节的外侧面而非内侧面，从而能够避免两腿之间的干涉。
此外，本实施方式特别地，2个驱动马达12由直流马达构成。一般的直流马达构成为，在其外周侧的定子内部，相对于旋转轴中心而将2个永磁体对置配置(图示省略)。因此，能够使各驱动马达12的轴垂直截面整体变得扁平(图示姿态中的前后方向上直径变大，而在左右方向上直径变小的扁平化)，使得容易实现薄型化。另外，如果外径足够小，则也可以将直流马达以外的其他种类的马达用于驱动马达12。
此外，本实施方式特别地，动作辅助装置1具有在通过辅助对象的膝关节而相互转动的大腿部和胫部上分别安装的大腿部用安装器具和胫部用安装器具6。此外，膝关节用致动器10具有减速机主体21，减速机主体21固定于大腿部用安装器具5，驱动轴22a固定于胫部用安装器具6。由此，膝关节用致动器10通过驱动马达12的驱动而使减速机主体21与驱动轴22a相对旋转，从而能够对大腿部与胫部之间的膝关节的转动动作可靠地进行辅助。
此外，本实施方式特别地，大腿部用安装器具5和胫部用安装器具6以分别卷绕安装于身体部位(大腿部和胫部)的周围的方式安装。由此，大腿部用安装器具5和胫部用安装器具6分别固定安装于身体部位，膝关节用致动器10对大腿部与胫部之间的膝关节的转动动作能够可靠地进行辅助。另外，如上所述将动作辅助装置用致动器应用于脚踝关节的转动动作的辅助的情况下，借助该脚踝关节的一个身体部位是佩戴者M的脚部。这种情况下，靴部9以将脚部插入其内部的方式进行收纳，从而被固定安装好，由此能够对脚踝关节的转动动作可靠地进行辅助。
另外，上述实施方式的动作辅助装置1可用于膝关节具有麻痹障碍情况下的康复训练，并且在健康者佩戴的情况下能够用于搬运重物等的作业辅助。
此外，除了上述内容以外，还可以适当组合上述实施方式和各变形例中的手法进行使用。
此外，虽然没有逐一举例示出，然而上述实施方式和各变形例可以在不脱离其主旨的范围内施加各种变更来实施。
标号说明
1：动作辅助装置，2：躯干部用安装器具，3：股关节用铰链，4：大腿部用臂，5：大腿部用安装器具(第1安装器具)，6：胫部用安装器具(第2安装器具)，7：胫部用臂，8：脚踝关节用铰链，9：靴部，10：膝关节用致动器(动作辅助装置用致动器)，11：减速机，12：驱动马达，21：减速机主体，22：蜗轮主体，22a：驱动轴，23：蜗杆齿轮，M：佩戴者。

Claims (9)

1.一种动作辅助装置用致动器，其对用于辅助佩戴者的四肢的任意关节的转动动作的动作辅助装置进行驱动，其特征在于，
该动作辅助装置用致动器具有：
蜗轮主体，该蜗轮主体构成为，在辅助对象的关节附近，该蜗轮主体的驱动轴与所述关节的转动轴为同轴；以及
2个驱动马达，它们构成为分别以设有蜗杆齿轮的输出轴朝向彼此大致相同方向的配置与所述蜗轮主体啮合。
2.根据权利要求1所述的动作辅助装置用致动器，其特征在于，
所述2个驱动马达构成为，以与通过所述辅助对象的关节而相互转动的2处身体部位中的任意一方平行的配置固定于所述动作辅助装置。
3.根据权利要求2所述的动作辅助装置用致动器，其特征在于，
所述动作辅助装置构成为，对所述佩戴者的膝关节的转动动作进行辅助。
4.根据权利要求3所述的动作辅助装置用致动器，其特征在于，
该动作辅助装置用致动器构成为，配置于所述膝关节的外侧面。
5.根据权利要求4所述的动作辅助装置用致动器，其特征在于，
所述2个驱动马达由直流马达构成。
6.根据权利要求5所述的动作辅助装置用致动器，其特征在于，
该动作辅助装置用致动器还具有减速机主体，
所述蜗轮主体仅使所述驱动轴从所述减速机主体突出，并按照能够以该驱动轴为中心旋转的方式收纳于所述减速机主体的内部，
2个所述蜗杆齿轮在彼此相反的旋转方向上形成有齿面，并且以如下配置与所述蜗轮主体的外周齿轮齿啮合：按照以所述驱动轴为中心的180°的相位差对置，
所述2个驱动马达各自的所述输出轴与对应的所述蜗杆齿轮轴连接，并且所述2个驱动马达各自的定子以朝向彼此相同方向的配置固定于所述减速机主体，
所述减速机主体和所述2个驱动马达的所述定子都被设定为所述驱动轴的轴向上的厚度尺寸相同。
7.一种动作辅助装置，其特征在于，
该动作辅助装置具有权利要求1至6中的任意一项所述的动作辅助装置用致动器，
通过所述动作辅助装置用致动器的驱动对佩戴者的四肢的任意关节的转动动作进行辅助。
8.根据权利要求7所述的动作辅助装置，其特征在于，
该动作辅助装置还具有在通过所述辅助对象的关节而相互转动的2处身体部位中的任意一方安装的第1安装器具和安装于另一方的第2安装器具，
所述动作辅助装置用致动器具有减速机主体，
所述减速机主体和所述驱动轴中的任意一方被固定于所述第1安装器具，另一方被固定于所述第2安装器具。
9.根据权利要求8所述的动作辅助装置，其特征在于，
所述第1安装器具和所述第2安装器具分别以卷绕安装于所述身体部位的周围或者收纳所述身体部位的方式安装。
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