JP2015517338A - アクチュエータを有する外骨格アーム - Google Patents

Abstract

本発明は、外骨格の背部に有利に固定できる単一のアクチュエータを有する外骨格アームに関し、モーター要素（２０）を支える取付け板（２）と、使用時に実質的に垂直である第１軸の周りで第１関節によって前記取付け板に関節式に接続されたショルダー部分（４）と、ショルダー部分に関節式に接続された近位端を有するアーム部分（６）と、アーム部分の遠位端に関節式に接続された近位端を有するフォアアーム部分（８）と、モーター要素によって駆動されかつ２本のストランド（２７ａ、２７ｂ）を形成する少なくとも１本の作動ケーブル（２７）であって、２本のストランドが第１軸に平行に延びて、第１関節を貫通し、かつ第２軸の周りで回転するように取り付けられアームと回転式に連結される受容滑車（３０）の周りに巻き付けられる、作動ケーブル（２７）と、ショルダー部分とフォアアーム部分との間に取り付けられ、アーム部分の屈曲が前記フォアアーム部分の付随的屈曲を導くように配列される、接続手段（３１、３２、３３）と、を具備する。

Description

本発明は、外骨格の背部に有利に固定できる単一のアクチュエータを有する外骨格アームに関する。

外骨格に嵌合できかつ特に砂袋又は患者などの荷重を下から持ち上げるために使用できる様々な既知の補助アームがある。
概して、これらのアームは、それぞれの動力装置と結合される肩、肘及び手首関節を有し、それが、組立体を重量にかつ複雑にする。
更に、動力装置は、関節の軸に連続して延びるトランスバースモーターの形式をとることが多く、これは著しく邪魔になる。
この邪魔を制限するためには、持ち上げることができる荷重を限定するか又はモーターと駆動されるセグメントとの間のダウンギア比を増大すると好都合であるが、これは、関節の透明性を低下させる。
この欠点は、トルクフィードバックによって部分的に克服できるが、そのためには、トルクセンサを使用する必要があり、この解決法の信頼性を減じ、複雑さ及びコストを増大する。

他の解決法、例えば、外骨格に嵌合できアクチュエータの代わりにばねバランスを備えるリフト要素がある。
この種の要素は、所与の荷重のために事前に調節する必要があり、これは、この要素の使用範囲を大幅に制限する。

本発明の目的は、外骨格のための単純化された補助アームを提供することであり、そのコンパクトさは、Ｒｂ３ｄ社製ＨＥＲＣＵＬＥ外骨格などの歩行用外骨格と結合しやすくする。

この目的を達成するために、外骨格に嵌合するための補助アームを提供する。補助アームは、
−モーター要素を支える取付け板と、
−使用時に実質的に垂直である第１軸の周りで第１関節によって取付け板に関節式に接続されたショルダー部分と、
−第１軸に対して実質的に直角を成す第２軸の周りで第２関節によってショルダー部分に関節式に接続された近位端を有するアーム部分と、
−第２軸に対して実質的に平行である第３軸の周りで第３関節によってアーム部分の遠位端に関節式に接続された近位端を有するフォアアーム部分と、
を備える。

本発明によれば、補助アームは、更に、
−モーター要素によって駆動されかつ２本のストランドを形成する少なくとも１本の作動ケーブルであって、２本のストランドが第１軸に平行に延びて、第１関節を貫通し、かつ第２軸の周りで回転するように取り付けられアームと回転式に連結される受容滑車（receiving pulley）の周りを通る、作動ケーブルと、
−ショルダー部分とフォアアーム部分との間に取り付けられ、アーム部分の屈曲がフォアアーム部分の付随的屈曲を導くように配列される、接続手段と、
を備える。

従って、取付け板に取り付けられた（従って取付け板が外骨格に取り付けられたとき操作者の背中に位置付けられる）単一のモーター要素の助けを受けて、前腕を用いて荷重を持ち上げることができる。
組立体は、非常にコンパクトであり、モーター要素は取付け板に従って操作者の背中に配置できるので、操作者の視界又は補助アームの運動範囲を妨げない。

使用時の方向は、外骨格が操作者によって装着されたときの関節接続の方向に関するものであり、操作者の腕は、身体に沿って休息位置に在る補助アームと協働する。

特定の実施形態によれば、フォアアームは第３軸に対して実質的に直角を成す第４軸の周りで第４関節によって相互に関節式に接続された２つの小部分を備える。
この配列は、アームの端部の自由な横移動を許容する。

本発明は、添付図面を参照する特定の実施形態の以下の詳細な説明からより良く理解できる。

本発明に係る補助アームの概略図である。 使用者が装着した本発明の補助アームと嵌合された外骨格の図である。

図を参照すると、本発明の補助アーム１は、まず、使用時に垂直である第１軸Ｘ１の周りでショルダー部分４を関節式に接続できるようにする第１関節３を支える取付け板２を備える。
取付け板２は、外骨格１００の背部に又は少なくとも操作者が装着する支持構造体に取り付けるための手段を備える。

ショルダー部分４は、第１軸Ｘ１に対して実質的に直角を成す第２軸Ｘ２（図において、真向きに見える）の周りでアーム部分６の近位端を関節式に接続できるようにする第２関節５を支える。
アーム部分６の遠位端は、第２軸Ｘ２に対して実質的に平行である第３軸Ｘ３（図において、真向きに見える）の周りでフォアアーム部分８の近位端を関節式に接続できるようにする第３関節７を支える。
フォアアーム部分８は、ハンドレスト９を支える遠位端を有する。
フォアアーム部分８は、２つの小部分８ａ、８ｂに分割され、２つの小部分は、第３軸Ｘ３に対して実質的に直角を成す第４軸Ｘ４の周りで相互に２つの小部分を関節式に接続できるようにする第４関節１０によって接続される。

本発明の補助アーム１は、取付け板２によって支えられ、ケーブルアクチュエータ２２によって第１ケーブル又は駆動ケーブル２１を駆動できるモーター要素２０（この場合には電動モーター）を備える。
駆動ケーブル２１は、取付け板２上で回転するように取付けられた２つの第１滑車２３、２４の間で引っ張られたストランドを備える。
第１滑車２４は、この場合には、駆動ケーブル２１の張力を維持するためのテンショナ２５を備える。
第１滑車２３、２４は、それぞれ第２滑車２５、２６と回転式に連結される。
第２滑車の直径は、第１滑車２３、２４の直径より小さい。第２滑車２５、２６には、第２ケーブル又は作動ケーブル２７が取り付けられ、第２ケーブルは、取付け板２上で回転するように取り付けられた２つの復帰滑車２８、２９の助けで２本のストランド２７ａ、２７ｂを形成し、ストランドは、中空である第１関節３内部を通過するとき、第１軸Ｘ１に対して平行に延びる。
２本の平行のストランド２７ａ、２７ｂは、その後分離して、アーム部分６と回転式に連結される一方で第２軸Ｘ２の周りで回転するように取り付けられた受容滑車３０の周りを通る。

従って、電動モーター２０が作動されると、モーターは駆動ケーブル２１をいずれかの方向へ移動させ、それによって、作動ケーブル２７を移動させ、これがアーム部分６の屈曲を誘発する。
第２ケーブルのストランド２７ａ、２７ｂが第１関節を（自由）通過することによって、アーム部分６の屈曲を生じることなくショルダー部分の自由回転を許容する。
異なる直径を持つ滑車の周りに巻かれた２本のケーブルを使用することによって逓減トルク変換が可能になる。

本発明のアームは、更に、アーム部分６の屈曲に反応してフォアアーム部分８の屈曲を生じさせることができる接続手段を備える。
本事例において、接続手段は、第２軸Ｘ２と同心的にショルダー部分に固定された調整滑車３１を備える。
第３ケーブル又は調整ケーブル３２は、調整滑車３１に取り付けられて、ストランドが交差した後に、フォアアーム部分８と回転式に連結される一方で第３軸Ｘ３の周りで回転するように取り付けられた駆動滑車３３の周りを通る。
この接続手段によって、モーター２０によって生じたアーム部分６の屈曲は、同じ方向のフォアアーム部分８の付随的屈曲を誘発する。
調整滑車及び駆動滑車のそれぞれの直径を変動させることによって、アーム部分の屈曲の振幅の関数としてのフォアアーム部分の屈曲の振幅が正確に調節される。

このような補助アームは、いくつかの利点を有する。
第１に、この種の補助アームは、操作者の背中に配置された単一のモーター要素しか使用しない。
これは、また、下から荷重を持ち上げられるようにする。
さらに、ケーブルアクチュエータによって作動することによって、取付け板（及び使用者の背中）に平らに取り付けられた長いモーターを位置付けることができ、非常に透明性のある伝達力（低い惰性及び摩擦）を持つ非常に薄い補助アームが得られ、トルクセンサによるフィードバックを不要にすることができる。
最後に、アームは自立型であり、外骨格から容易に外すことができる。

本発明は、上に説明したことに限定されず、特許請求の範囲によって画定される範囲内に属する変形を包含する。

特に、ショルダー部分とフォアアーム部分との間の接続要素は、この場合には、２つの滑車と、関連する調整ケーブルとを備えるが、他の接続要素例えばショルダー部分とフォアアーム部分との間に取り付けられたリンクロッドなどを使用できる。

この場合、作動は、２本のケーブルを持つ二重ループケーブルアクチュエータを採用し、無視できるほどのエネルギー損失でシリンダの力を増大できるようにするが、単一ケーブル作動も使用できる。
この場合、ケーブルアクチュエータは、直接、作動ケーブルに作用する。

本発明の補助アーム１は、取付け板２によって支えられ、ケーブルアクチュエータ２２によって第１ケーブル又は駆動ケーブル２１を駆動できるモーター要素２０（この場合には電動モーター）を備える。
駆動ケーブル２１は、取付け板２上で回転するように取付けられた２つの第１滑車２３、２４の間で引っ張られたストランドを備える。
第１滑車２４は、この場合には、駆動ケーブル２１の張力を維持するためのテンショナ２５ａを備える。
第１滑車２３、２４は、それぞれ第２滑車２５、２６と回転式に連結される。
第２滑車の直径は、第１滑車２３、２４の直径より小さい。第２滑車２５、２６には、第２ケーブル又は作動ケーブル２７が取り付けられ、第２ケーブルは、取付け板２上で回転するように取り付けられた２つの復帰滑車２８、２９の助けで２本のストランド２７ａ、２７ｂを形成し、ストランドは、中空である第１関節３内部を通過するとき、第１軸Ｘ１に対して平行に延びる。
２本の平行のストランド２７ａ、２７ｂは、その後分離して、アーム部分６と回転式に連結される一方で第２軸Ｘ２の周りで回転するように取り付けられた受容滑車３０の周りを通る。

Claims (5)

1. 外骨格に嵌合されるための補助アームであって、
   −モーター要素（２０）を支える取付け板（２）と、
   −使用時に実質的に垂直である第１軸（Ｘ１）の周りで第１関節によって前記取付け板に関節式に接続されたショルダー部分（４）と、
   −前記第１軸に対して実質的に直角を成す第２軸（Ｘ２）の周りで第２関節（５）によって前記ショルダー部分に関節式に接続された近位端を有するアーム部分（６）と、
   −前記第２軸に対して実質的に平行である第３軸（Ｘ３）の周りで第３関節（７）によって前記アーム部分の遠位端に関節式に接続された近位端を有するフォアアーム部分（８）と、
   を具備し、
   前記補助アームが、更に、
   −前記モーター要素によって駆動されかつ２本のストランド（２７ａ、２７ｂ）を形成する少なくとも１本の作動ケーブル（２７）であって、前記２本のストランドが前記第１軸に平行に延びて、前記第１関節を貫通し、かつ前記第２軸の周りで回転するように取り付けられ前記アームと回転式に連結される受容滑車（３０）の周りに巻き付けられる、作動ケーブル（２７）と、
   −前記ショルダー部分と前記フォアアーム部分との間に取り付けられ、前記アーム部分の屈曲が前記フォアアーム部分の付随的屈曲を導くように配列される、接続手段（３１、３２、３３）と、
   を具備する、
   ことを特徴とする補助アーム。
2. 前記モーター要素（２０）が、前記取付け板（２）上で回転するように取り付けられた２つの第１滑車（２３、２４）の間で引っ張られた駆動ケーブル（２１）を駆動するケーブルアクチュエータ（２２）と結合され、一方、
   前記作動ケーブル（２７）が、それぞれ前記第１滑車（２３、２４）に連結され前記第１滑車の直径より小さい直径を有する２つの第２滑車（２５、２６）に取り付けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の補助アーム。
3. 前記フォアアーム部分がハンドレスト（９）を備える遠位端を具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の補助アーム。
4. 前記ショルダー部分（４）と前記フォアアーム部分（８）との間の前記接続手段が、
   前記第２軸（Ｘ２）と同心であるが前記ショルダー部分に固定された調整滑車（３１）と、
   前記フォアアーム部分に連結される一方で前記第３軸（Ｘ３）の周りで回転するように取り付けられた駆動滑車（３３）と、
   前記調整滑車及び前記駆動滑車にストランドが交差するように巻き付けられた調整ケーブル（３２）と、
   を具備する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の補助アーム。
5. 前記フォアアーム部分（８）が、前記第３軸（Ｘ３）に対して実質的に直角を成す第４軸（Ｘ３）の周りで第４関節によって相互に関節式に接続された２つの小部分（８ａ、８ｂ）を具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の補助アーム。