JP2023506286A

JP2023506286A - 長さ調整可能な下肢構造、および該下肢構造を使用する外骨格ロボット

Info

Publication number: JP2023506286A
Application number: JP2022537006A
Authority: JP
Inventors: 帥梅
Original assignee: BEIJING AI-ROBOTICS TECHNOLOGY CO., LTD.
Current assignee: BEIJING AI-ROBOTICS TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-05-21
Publication date: 2023-02-15
Also published as: CN113002656A; AU2020408469A1; US20230293380A1; EP4079276A4; CN113002656B; CA3162145A1; EP4079276A1; KR20220113770A; WO2021120515A1

Abstract

本発明は、下肢構造および該下肢構造を備える外骨格ロボットを提供する。下肢構造は、股関節支持部、股関節支持部に固定される股関節駆動部および股関節駆動部により駆動される股関節伝達桿を備える股関節アセンブリと、股関節伝達桿に接続され、股関節駆動部により駆動される太もも桿と、膝関節ホルダー、膝関節ホルダーに固定される膝関節駆動部及び膝関節駆動部により駆動される膝関節伝達桿を備える膝関節アセンブリと、膝関節伝達桿に接続され、膝関節駆動部により駆動されるふくらはぎ桿とを備え、そのうち膝関節ホルダーは、スリーブ部および膝関節駆動部に接続される接続部を備え、スリーブ部は、太もも桿の伸長方向に沿って太もも桿に摺動可能に固定され、太もも桿は、股関節駆動部と膝関節駆動部の中心線と重ならないように構成され、太もも桿調整機構における膝関節の動作範囲をより大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、下肢構造に関し、特に、長さが調整可能であり且つロボットの下肢に適用可能な下肢構造、及び該下肢構造を使用する外骨格ロボットに関する。

本発明は、慢性の骨関節疾患患者、脊椎股損傷患者及び脳損傷患者の歩行能力を回復および改善させることを目的とする。現在、下肢機能障害者において多くが骨関節疾患に起因し、残りの一部が主に脊椎股損傷や脳損傷に起因する。そこで、かような患者の下肢運動能力を回復させるため、これらの患者に適用可能な外骨格ロボットも市販されている。

従来の外骨格ロボットは、下肢構造が概ね固定長さと長さ調整可能な２つのタイプに分けられる。固定長さの下肢構造は、簡易に製造できるが、固定長さのためロボットの下肢が身長の異なる患者に対応できない問題が存在する。また、固定長さの下肢構造は、患者が外してから調整可能になっており、調整を遂行するための繰り返しの着用によって、患者は相当な時間や精力を費やす。一方、長さ調整可能な下肢構造の場合、通常、伸縮スリーブの形態でスリーブの調整を実現するが、長さの調整可能な範囲が制限されている。長さ調整可能な下肢構造は、例えば、最小長さが最大長さの約半分になっており、多重伸縮スリーブの設計を取ることもできるが、多重伸縮スリーブの場合に下肢構造の強度が低下する問題を抱える。

そこで、上述した欠点を解消し、下肢構造の長さをより広い範囲で調整することができ、同時に所望の強度を有する下肢構造を開発することが急務になっている。

本発明は、ロボットの下肢に適用され且つ長さ調整可能な下肢構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、ロボットの下肢に適用され且つ長さ調整可能な下肢構造を提供し、前記下肢構造は、
股関節支持部、前記股関節支持部に固定される股関節駆動部、および前記股関節駆動部により駆動される股関節伝達桿を備える股関節アセンブリ、
前記股関節伝達桿に接続され、前記股関節駆動部により駆動される太もも桿、
膝関節ホルダー、膝関節ホルダーに固定される膝関節駆動部、および膝関節駆動部により駆動される膝関節伝達桿を備える膝関節アセンブリ、及び
前記膝関節伝達桿に接続され、前記膝関節駆動部により駆動されるふくらはぎ桿を備え、
そのうち前記膝関節ホルダーは、スリーブ部および前記膝関節駆動部に接続される接続部を備え、前記スリーブ部は、前記太もも桿の伸長方向に沿って前記太もも桿に摺動可能に固定され、前記太もも桿は、前記股関節駆動部と膝関節駆動部の中心線と重ならないように構成される。

本発明の好適な実施形態において、前記太もも桿は、さらに第１位置決め柱を有する太もも桿位置決めアセンブリを備え、
前記太もも桿は、その伸長方向に複数の第１位置決め孔が設けられ、前記スリーブ部に第１位置決め開口が形成され、前記第１位置決め開口の位置は、前記複数の第１位置決め孔のうち１つに合致し、前記第１位置決め柱は、前記第１位置決め開口を貫通して前記複数の第１位置決め孔のうち１つに嵌入される。

本発明の好適な実施形態において、前記太もも桿位置決めアセンブリは、さらに調整スリーブ及び止めナットを備え、
前記太もも桿は、前記調整スリーブを貫通して前記調整スリーブのねじ山に噛み合うことにより、前記太もも桿の伸長方向における前記調整スリーブの位置を変化可能にし、かつ前記調整スリーブを前記スリーブ部の下方に位置させ、前記調整スリーブの上端面が前記スリーブ部の下端面に接するようにし、
前記止めナットは、前記調整スリーブの上端面及び前記スリーブ部の下端面を囲むことにより、前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面を接触させ、または前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面とが一定の軸方向距離を置いて隔てるようにする。

本発明の好適な実施形態において、前記太もも桿位置決めアセンブリは、複数のボール軸受を更に備え、前記複数のボール軸受は、前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面の間に設けられ、前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面が前記複数のボール軸受を介して回転自在に接するようにする。

本発明の好適な実施形態において、前記太もも桿位置決めアセンブリは、さらに前記複数のボール軸受を保持するためのボール軸受保持器を備える。

本発明の好適な実施形態において、前記太もも桿は、その伸長方向に沿って溝部が形成され、前記複数の第１位置決め孔は、前記溝部に設けられ、
前記スリーブ部の内表面には、ランド部が形成され、前記太もも桿が前記スリーブ部を貫通するとき、前記ランド部が前記溝部に嵌入される。

本発明の好適な実施形態において、前記下肢構造は、さらに前記ふくらはぎ桿の下端に接続される足底アセンブリを備える。

本発明の好適な実施形態において、前記ふくらはぎ桿は、上端が前記膝関節伝達桿に接続される中空のふくらはぎ固定桿、および前記ふくらはぎ固定桿に摺動可能に装着されるふくらはぎ調整桿を備える。

本発明の好適な実施形態において、前記ふくらはぎ桿は、さらに第２位置決め柱を有するふくらはぎ位置決めアセンブリを備え、
前記ふくらはぎ調整桿は、その伸長方向に沿って複数の第２位置決め孔が設けられ、前記ふくらはぎ固定桿に第２位置決め開口が形成され、前記第２位置決め開口は、前記複数の第２位置決め孔のうち１つに合致し、
前記第２位置決め柱は、前記第２位置決め開口を貫通して前記複数の第２位置決め孔の中のうち１つに嵌入される。

本発明の好適な実施形態において、前記ふくらはぎ桿位置決めアセンブリは、さらに位置決めスリーブ及び前記位置決めスリーブの内表面に固定される調整ナットを備え、
前記位置決めスリーブは、前記ふくらはぎ固定桿の下端を囲むことにより、前記ふくらはぎ固定桿の下端を前記調整ナットに当接させ、前記位置決めスリーブは、前記ふくらはぎ固定桿に対して回転可能に構成され、
前記調整ナットは、前記ふくらはぎ桿の外表面を囲み且つ前記ふくらはぎ調整桿のねじ山に噛み合うことにより、前記ふくらはぎ調整桿が前記ふくらはぎ固定桿に引き込み、又は前記ふくらはぎ固定桿から伸び出すようにする。

本発明の好適な実施形態において、前記ふくらはぎ桿の下端にフランジ部が形成され、前記位置決めスリーブの内表面に内陥階段が形成され、前記フランジ部は、前記内陥階段と前記調整ナットの間に位置する。

本発明の好適な実施形態において、前記ふくらはぎ位置決めアセンブリは、前記フランジ部と前記内陥階段の間に設けられる複数のボール軸受、および前記複数のボール軸受を保持するためのボール軸受保持器を更に備える。

本発明は、さらに外骨格ロボットを提供し、前記外骨格ロボットは、
上記何れか１つの実施形態に記載の下肢構造を有する下肢、腰部支持装置および吊下げ装置を備え、
前記腰部支持装置に前記下肢が取り付けられ、前記吊下げ装置に前記腰部支持装置が取り付けられる。

本発明の好適な実施形態において、前記吊下げ装置は、吊下げ枠、吊り下げ機構および補助機構を備え、
前記吊り下げ機構は、前記吊下げ枠に取り付けられ、前記吊り下げ機構に前記腰部支持装置が取り付けられ、
前記補助機構は、前記吊下げ枠に取り付けられ且つ前記吊下げ機構に接続され、補助力を出力することにより、前記吊下げ機構に協力して前記腰部支持装置および前記下肢を吊上げる。

本発明の好適な実施形態において、前記腰部支持装置が所定の位置に吊り上げられると、前記吊下げ機構がロックされ、
前記腰部支持装置がユーザの前記下肢の動きに追従して前記所定の位置に対して上下に移動するとき、前記補助機構は、さらに前記下肢の動きに協力する補助力を出力する。

本発明の好適な実施形態において、前記吊下げ枠は、吊下げ荷重桿および前記吊下げ荷重桿の両側に平行して設けられる２つの縦滑り棒を備え、
前記吊下げ機構および前記補助機構は、前記吊下げ荷重桿に取り付けられる。

本発明の好適な実施形態において、前記吊下げ機構は、少なくとも１つの滑車、およびロープを備え
前記滑車は、前記吊下げ荷重桿に取付けられ、
前記ロープは、前記少なくとも１つの滑車に取り付けられ、かつ一端が前記補助機構に接続され、
前記被吊上げ部材が前記ロープに取り付けられ、前記ロープの他端を引っ張ることで前記被吊上げ部材を吊り上げる。

本発明の好適な実施形態において、前記吊下げ荷重桿に貫通孔が設けられ、前記ロープの一部が前記貫通孔を貫通し、前記被吊上げ部材は、前記ロープの前記貫通孔を貫通した部分に取付けられる。

本発明の好適な実施形態において、前記補助機構は、ホルダー及びバネを備え
前記ホルダーは、前記吊下げ荷重桿の端部に固定接続され、前記バネの一端が前記ホルダーに接続され、他端が前記ロープの一端に接続される。

本発明の好適な実施形態において、前記吊下げ装置は、さらに前記ロープの他端に接続されるウインチを備え、
前記ウインチを回転させると、前記ロープがそれに追従して前記少なくとも１つの滑車の間において滑走することで前記被吊上げ部材を吊り上げ、
前記被吊上げ部材が前記所定の位置に吊り上げられると、前記ウインチがロックされる。

本発明によれば、従来に比べ、太もも桿を股関節駆動アセンブリと膝関節駆動アセンブリの中心線に対して横方向にシフトさせて設置することにより、太もも桿における膝関節駆動アセンブリの位置を調整するだけで太もも桿の実際長さを調整し、下肢構造の長さの調整範囲を大きくすることができる。同時に、調整機構単独のみでより広い範囲の長さ調整を実現することができるため、多重伸縮スリーブを用いる長さ調整機構に比べてより優れた強度が得られる。

本発明の実施形態に係る下肢構造を示す模式図である。図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示す下肢構造の局部分解図である。図１に示す下肢構造の局部断面図である。図１に示す下肢構造の局部分解図である。図１に示す下肢構造の局部断面図である。本発明の実施形態に係る外骨格ロボットの構造を示す模式図である。図６に示す外骨格ロボットの吊下げ装置の構造を示す模式図である。

以下、好適な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。言うまでもないが、本発明は、以下に制限されない。

図１は、本発明の実施形態に係る下肢構造１の模式図である。図１に示すように、下肢構造１は、股関節アセンブリ１０、太もも桿１１、膝関節アセンブリ１２及びふくらはぎ桿１３を備える。太もも桿１１は、一端が股関節アセンブリ１０に固定接続され、股関節アセンブリ１０は、人間の股関節をシミュレートして回転できるように形成され、太もも桿１１は、人走行時の足の踏み出し動きをシミュレートして股関節アセンブリ１０の回転につれて回転することができる。太もも桿１１の他端は、膝関節アセンブリ１２に固定接続され、太もも桿１１が回転すると、膝関節アセンブリ１２も太もも桿１１の回転について同時に移動する。ふくらはぎ桿１３は、一端が膝関節アセンブリ１２に接続され、膝関節アセンブリ１２は、人間の膝関節をシミュレートして回転できるように構成されるため、ふくらはぎ桿１３が膝関節アセンブリ１２の回転につれて回転することができる。故に、股関節アセンブリ１０は制御を受けて回転し、股関節アセンブリ１０に接続された太もも桿１１も股関節アセンブリ１０の回転に追従して回転するようになる。太もも桿１１は、さらに、太もも桿１１に接続された膝関節アセンブリ１２を駆動して移動させ、同時に膝関節アセンブリ１２自体も回転し、それに追従してふくらはぎ桿１３が回転するようになる。股関節アセンブリ１０、太もも桿１１、膝関節アセンブリ１２およびふくらはぎ桿１３が協力して連携することにより、下肢構造１は、人間の歩行動作をシミュレートすることができる。

図１に示すように、下肢構造１は、さらにふくらはぎ桿１３に接続される足底アセンブリ１４を備えることができ、下肢構造１は、さらに人間の歩行動作をシミュレートすることができる。

図１に示すように、下肢構造１は、さらに太もも桿位置決めアセンブリ１５を備えることができる。太もも桿１１は、太もも桿位置決めアセンブリ１５を介して膝関節アセンブリ１２に接続され、太もも桿位置決めアセンブリ１５は、膝関節アセンブリ１２に固定接続され、太もも桿位置決めアセンブリ１５は、太もも桿１１に摺動可能に接続されて太もも桿位置決めアセンブリ１５が太もも桿１１の長さに沿って摺動できるようにする。よって、太もも桿１１に対する太もも桿位置決めアセンブリ１５の位置を調整し、太もも桿１１に対する膝関節アセンブリ１２の位置を調整することができる。このとき、太もも桿位置決めアセンブリ１５から太もも桿１１の股関節アセンブリ１０側の一端までの距離は、実際使用される太もも桿１１の長さである。したがって、太もも桿１１に対する太もも桿位置決めアセンブリ１５の位置を調整することにより、下肢構造１における太もも桿１１の実際長さを実現して長さ調整を実現することができる。

本実施形態において、太もも桿１１は、股関節アセンブリ１０と膝関節アセンブリ１２の中心線Ａと重ならないように形成される。例えば、図１に示すように、太もも桿１１は、中心線Ａから距離ｄ分をずれて形成することができる。図１は、太もも桿１１が中心線Ａに対して進行方向（図２ａの右側から左側への方向）に距離ｄ分をずれていることを示しているが、本発明はこれらに特に制限されない。例えば、太もも桿１１は、中心線Ａに対して後退方向（図２ａの左側から右側への方向）にずれてもよく、又は中心線Ａに対して他の方向（図２ａの紙面から進出する方向）にずれてもよく、太もも桿１１が中心線Ａと重ならないようにすることができれば、本発明はこれらについて特に制限がない。そのため、伸縮スリーブを太もも桿に適用する長さ調節可能な下肢構造に比べ、本実施形態に係る下肢構造１は、太もも桿１１全体の長さ範囲において太もも桿１１の実際使用長さを調整することができ、太もも桿１１の長さ調整範囲を顕著に増大させ、下肢構造１が様々な人の使用需要に対応できるようにする。

図２Ａ及び図２Ｂは、図１に示す下肢構造１の局部分解図であり、図３は、図１に示す下肢構造１の局部断面図である。

図２Ａに示すように、股関節アセンブリ１０は、股関節支持部１００、股関節支持部１００に固定される股関節駆動部１０１（例えば、モーター）、および股関節駆動部１０１により駆動される股関節伝達桿１０２を備える。股関節伝達桿１０２は、股関節駆動部１０１に固定接続されるホルダー１０３、および太もも桿１１に接続されるスリーブ部１０４を備える。太もも桿１１は、一端がスリーブ部１０４に挿入され、かつネジなどの固定部材を用いて太もも桿１１とスリーブ部１０４を固定接続する。

太もも桿１１は、太もも桿１１の長さ方向に沿って設けられる溝部１１１（例えば、Ｖ字形の溝部）、および太もも桿１１の長さ方向に沿って形成される複数の位置決め孔１１２を備える。これらの位置決め孔１１２は、溝部１１１に形成されてもよく、等間隔を隔てて設置することができる。本発明の一部の実施形態において、位置決め孔１１２は、太もも桿１１の長さの一部に限って形成されてもよく、太もも桿１１の全長に亘って形成されてもよい。

図２Ｂ及び図３に示すように、膝関節アセンブリ１２は、膝関節駆動部１２１（例えば、モーター）および膝関節ホルダー１２２を備え、そのうち膝関節ホルダー１２２は、膝関節駆動部１２１に接続される接続部１２３および太もも桿１１に接続されるスリーブ部１２４を備える。太もも桿１１は、スリーブ部１２４に装着され、このとき中心線Ａとは、実に股関節駆動部１０１と膝関節駆動部１２１の中心線である。

本発明の一部の実施形態において、スリーブ部１２４にランド部１２６が形成され、ランド部１２６の形成位置は、太もも桿１１の溝部１１１の位置に対応する。そのため、太もも桿１１がスリーブ部１２４に装着されると、ランド部１２６が溝部１１１に正確に嵌入され、太もも桿１１および膝関節ホルダー１２２が太もも桿１１の軸線を囲んで相対的に回転しないようにする。

スリーブ部１２４に開口が形成され（図示せず）、スリーブ部１２４の開口と太もも桿１１の位置決め孔１１２が合致すると、位置決め柱１２５は、開口と位置決め孔１１２を通ってスリーブ部１２４および太もも桿１１を固定する。これにより、スリーブ部１２４を太もも桿１１の長さ方向に沿って滑らせて太もも桿１１の実際使用長さを調整することができる。太もも桿１１の実際使用長さを調整した後、スリーブ部１２４の開口と太もも桿１１の相応位置の位置決め孔１１２を合致させ、かつ位置決め柱１２５を用いてスリーブ部１２４と太もも桿１１を固定する。本発明の一部の実施形態において、位置決め孔１１２の近傍に目盛り線やサイズ標識を更に設け、太もも桿１１の長さを迅速に決めて調整できるようにする。

本発明の一部の実施形態において、位置決め柱１２５の一端にハンドルが設けられ、他端に円錐形の尖りが設けられ、位置決め柱１２５の外周面とスリーブ部１２４の開口の内周面に互いに噛み合うねじ山が設けられ、かつ太もも桿１１の位置決め孔１１２は錐孔に形成される。そのため、操作時にはハンドルを用いて位置決め柱１２５をスリーブ部１２４の開口にねじ込み、かつ位置決め柱１２５の尖りを位置決め孔１１２に当接させて、太もも桿１１に径方向の付勢力を加え、位置を決めた後に太もも桿１１が径方向において左右に揺動しないようにする。

図２Ｂ及び図３に示すように、位置決めアセンブリ１５は、調整スリーブ１５１及び止めナット１５２を備える。太もも桿１１は、同じく調整スリーブ１５１に装着され、調整スリーブ１５１がスリーブ部１２４の下方に位置するようにし、かつ調整スリーブ１５１の上端面とスリーブ部１２４の下端面が接するように構成される。本発明の一部の実施形態では、調整スリーブ１５１の上端にフランジ部１５６を有してもよく、フランジ部１５６の上端面とスリーブ部分１２４の下端面が接するように構成される。本発明の一部の実施形態において、太もも桿１１の外表面と調整スリーブ１５１の内表面に互いに噛み合うねじ山が形成され、調整スリーブ１５１がねじ山に噛み合って太もも桿１１において所定の位置までに旋回できるようにする。調整スリーブ１５１の上端面とスリーブ部１２４の下端面が接するため、調整スリーブ１５１が移動すると、スリーブ部１２４が調整スリーブ１５１の移動に追従して太もも桿１１における所望の位置に移動する。そのため、調整スリーブ１５１を旋回することにより、太もも桿１１におけるスリーブ部１２４の位置を調整し、さらに膝関節アセンブリ１２と股関節アセンブリ１０の距離、すなわち太もも桿１１の実際使用長さを調整することができる。

止めナット１５２は、調整スリーブ１５１とスリーブ部１２４の接触位置を囲んで形成され、すなわち調整スリーブ１５１の上端面とスリーブ部１２４の下端面を囲んで形成される。本発明の一部の実施形態において、止めナット１５２の内表面とスリーブ部１２４の外表面に互いに噛み合うねじ山が形成され、止めナット１５２の下端に段階部１５７が形成されることにより、フランジ部１５６が段階部１５７に嵌入されるようにし、太もも桿１１の長さ方向における調整スリーブ１５１の位置を制限する。使用時に、止めナット１５２は、調整スリーブ１５１とスリーブ部１２４を一体に保持するために用いられ、調整スリーブ１５１及びスリーブ部１２４を太もも桿１１の所望の位置に調整した後、止めナット１５２を回して堅固に締め付け、止めナット１５２によって調整スリーブ１５１とスリーブ部１２４が緊密に接するようにし、又は調整スリーブ１５１とスリーブ部１２４が常に一定の軸方向距離を置いて隔てるようにする。このように、太もも桿１１、スリーブ部１２４、調整スリーブ１５１および止めナット１５２を堅固に締め付ける。

本発明の一部の実施形態において、位置決めアセンブリ１５は、さらに、止めナット１５２とスリーブ部１２４の間に設けられるワッシャ１５３を備える。ワッシャ１５３は、止めナット１５２とスリーブ部１２４の軸方向における相対位置を調整することにより、両者の間にあるねじ山に補強固定力を加え、ねじ山をより堅固に締め付ける。

本発明の一部の実施形態において、位置決めアセンブリ１５は、調整スリーブ１５１の上端面とスリーブ部１２４の下端面の間に設けられるボール軸受１５４（例えば、鋼球）を更に備え、ボール軸受１５４は、保持器１５５を利用して調整スリーブ１５１の上端面とスリーブ部１２４の下端面の間に保持され、ボール軸受１５４が径方向において揺動しないようにする。スリーブ部１２４（又は膝関節ホルダー１２２）の重力及びスリーブ部１２４が負荷する太もも桿１１の長さ方向の力は、ボール軸受１５４を介して調整スリーブ１５１に伝達され、かつ調整スリーブ１５１が旋回されると、ボール軸受１５４の転がりによってスリーブ部１２４（又は、膝関節ホルダー１２２）が太もも桿１１の長さ方向に沿って上下に移動するようになる。

本発明の一部の実施形態において、太もも桿１１の底端に更に仕切り板１１３を設けることにより、調整スリーブ１５１の太もも桿１１の長さ方向における調整範囲を制限する。

以下、図４及び図５を参照しながらふくらはぎ桿１３の構造を説明する。図４は、ふくらはぎ桿１３及びふくらはぎ桿位置決めアセンブリ１６の分解図であり、図５は、ふくらはぎ桿１３及びふくらはぎ桿位置決めアセンブリ１６の断面図である。

ふくらはぎ桿１３は、ふくらはぎ固定桿１３１及びふくらはぎ調整桿１３２を備える。ふくらはぎ固定桿１３１の一端は膝関節伝達桿１２７に固定接続され、膝関節伝達桿１２７は膝関節駆動部１２１に接続されることにより、ふくらはぎ桿１３が膝関節アセンブリ１２に駆動されて回転するようにする。ふくらはぎ固定桿１３１が中空状になっているため、その中にふくらはぎ調整桿１３２を嵌入することができ、ふくらはぎ調整桿１３２は、ふくらはぎ固定桿１３１においてふくらはぎ固定桿１３１の長さに沿って摺動することができる。

ふくらはぎ調整桿１３２は、その長さ方向に沿って複数の位置決め孔１３３（例えば、錐孔）が形成され、これらの位置決め孔１３３は、等間隔を置いて設けることができ、ふくらはぎ固定桿１３１に開口が形成されている。ふくらはぎ調整桿１３２をふくらはぎ固定桿１３１に装着すると、ふくらはぎ固定桿１３１の開口は、複数の位置決め孔１３３のうち１つに合致し、ふくらはぎ固定桿１３１の開口を異なる位置決め孔１３３に合わせることでふくらはぎ桿１３の長さを調整することができる。そして、これらの開口と位置決め孔１３３に位置決め柱１６１を挿通することにより、ふくらはぎ調整桿１３２とふくらはぎ固定桿１３１の両者を一体に固定し、調整済みのふくらはぎ桿１３の長さを一定に維持することができる。本発明の一部の実施形態において、位置決め孔１３３の近傍に更に目盛り線及びサイズ標識が設けられ、ふくらはぎ桿１３の長さを迅速に決めて調整できるようにする。

本発明の一部の実施形態において、ふくらはぎ調整桿１３２の外表面には、その長さ方向に沿って溝部１３４（例えば、Ｖ字形の溝部）が形成され、位置決め孔１３３を溝部１３４の中に設けることができる。一方、上述の構成に対応してふくらはぎ固定桿１３１の内表面にランド部１３５を設けることができる。ふくらはぎ調整桿１３２をふくらはぎ固定桿１３１に装着すると、ランド部１３５が溝部１３４に嵌入され、ふくらはぎ調整桿１３２及びふくらはぎ固定桿１３１がふくらはぎ桿１３の軸線を囲んで相対的に回転しないようにする。

ふくらはぎ桿位置決めアセンブリ１６は、位置決め柱１６１を備える。ふくらはぎ固定桿１３１の開口を複数の位置決め孔１３３のうち１つに合致させると、位置決め柱１６１が開口と位置決め孔１３３を貫通して嵌入され、ふくらはぎ調整桿１３２とふくらはぎ固定桿１３１を一体に固定する。本発明の一部の実施形態において、位置決め柱１６１の一端にハンドルが設けられ、他端に円錐形の尖りが設けられる。位置決め柱１６１の外周面とふくらはぎ固定桿１３１の開口の内周面に互いに噛み合うねじ山が設けられ、ハンドルを利用して位置決め柱１６１をふくらはぎ固定桿１３１の開口にねじ込み、位置決め柱１６１の尖りを位置決め孔１３３内に当接させて、ふくらはぎ調整桿１３２に径方向の付勢力を加えることで、位置を決めた後にふくらはぎ調整桿１３２が径方向において左右に揺動しないようにする。

ふくらはぎ桿位置決めアセンブリ１６は、さらに、位置決めスリーブ１６２及び位置決めスリーブ１６２に固定接続される調整ナット１６３を備える。調整ナット１６３は、例えば、位置決めネジ１６４を介して位置決めスリーブ１６２に固定される。

位置決めスリーブ１６２は、ふくらはぎ固定桿１３１の下端を囲んで形成され、位置決めスリーブ１６２は、ふくらはぎ固定桿１３１の軸線を囲んで回転することができるが、ふくらはぎ固定桿１３１の長さ方向における位置決めスリーブ１６２とふくらはぎ固定桿１３１の相対位置は、一定に維持される。本発明の一部の実施形態において、ふくらはぎ固定桿１３１の下端にフランジ部１３６が形成され、かつ位置決めスリーブ１６２には内部へ向かって凹む階段１６７が形成され、フランジ部１３６と階段１６７が協力して階段１６７の下表面とフランジ部１３６の上表面が接するようにする。

調整ナット１６３は、位置決めスリーブ１６２の下端に固定され、調整ナット１６３の上端面は、ふくらはぎ固定桿１３１の下端面（フランジ部１３６の下端面）に接して形成される。そのため、位置決めスリーブ１６２と調整ナット１６３の組み合わせがフランジ部１３６に一体に係合され、かつフランジ部１３６によってふくらはぎ固定桿１３１の長さ方向における位置決めスリーブ１６２および調整ナット１６３の位置が制限されることにより、ふくらはぎ固定桿１３１の長さ方向における位置決めスリーブ１６２（および調整ナット１６３）とふくらはぎ固定桿１３１の相対位置を一定に保持する。本発明の一部の実施形態において、階段１６７とフランジ部１３６の間にボール軸受１６５（例えば、鋼球）を更に設けて面接触を回転接触に変えることにより、回転摩擦力を低減させ、調整スリーブ１６２が回転する際に必要なトルクを低下させる。ボール軸受１６５は、例えば、保持器１６６によって保持される構成を取ることができる。

調整ナット１６３の内表面とふくらはぎ調整桿１３２の外表面に互いに噛み合うねじ山が形成され、位置決めスリーブ１６２を回すと、調整ナット１６３もそれに追従して回転する。そして、調整ナット１６３とふくらはぎ調整桿１３２のねじ山が噛み合って連動することにより、ふくらはぎ調整桿１３２をふくらはぎ固定桿１３１に引っ込ませ、又はふくらはぎ調整桿１３２をふくらはぎ固定桿１３１から伸び出させる。これら一連の動きにより、ふくらはぎ桿１３の長さ調整が実現される。

図６は、外骨格ロボットの構造を示す模式図である。図６に示すように、外骨格ロボットは、２つの下肢１、腰部支持装置２及び吊下げ装置３を備える。腰部支持装置２は吊下げ装置３に接続され、２つの下肢１は腰部支持装置２に接続される。本発明の一好適な実施形態において、下肢１は、上述の下肢構造を備え、以下では重複説明を省略する。

図７は、外骨格ロボットの吊下げ装置３の構造を示す模式図である。図７に示すように、外骨格ロボットの吊下げ装置３は、吊下げ枠３１、吊下げ機構３２及び補助機構３３を備える。

図６及び図７に示すように、吊下げ機構３２は吊下げ枠３１に取付けられ、腰部支持装置２は吊下げ機構３２に取付けられ、補助機構３３は吊下げ枠３１に取付けられる。補助機構３３は、吊下げ機構３２に接続され、補助機構３３は、補助力を出力することにより、吊下げ機構３２に協力して下肢１が接続されている腰部支持装置２を吊り上げる。腰部支持装置２が所定の位置に吊り上げられると、吊下げ機構３２がロックされ、腰部支持装置２が所定の位置に対して移動するとき、補助機構３３は、さらに補助力を出力して腰部支持装置２及び下肢１の動きに協力する。

さらに、吊下げ枠３１は、平行に設けられる２つの縦滑り棒３１１及び吊下げ荷重桿３１２を備える。吊下げ荷重桿３１２は、２つの縦滑り棒３１１の一端に垂直に接続される。吊下げ荷重桿３１２に荷重溝３１２１が設けられ、荷重溝３１２１は、吊下げ荷重桿３１２の一端から他端まで延在して設けられ、荷重溝３１２１に貫通孔が設けられる。吊下げ機構３２は、４つの滑車３２１及びロープ３２２を備える。４つの滑車３２１は、荷重溝３１２１に平行して取付けられ、ロープ３２２は、４つの滑車３２１に取付けられる。ロープ３２２の一端は補助機構３３に接続され、ロープ１２２の一部Ｓが貫通孔を貫通し、腰部支持装置２は、ロープ１２２の貫通孔を貫通した一部Ｓに取り付けられ（例えば、腰部支持装置２に滑車が設けられ、ロープ１２２の一部Ｓは、該滑車に接続される）、ロープ１２２の他端を引っ張ることで腰部支持装置２を吊り上げる。

そして、補助機構３３は、ホルダー３３１及びバネ３３２を備え、ホルダー３３１は、荷重溝３１２１の端部に固定接続され、バネ３３２は、一端がホルダー３３１に接続され、他端がロープ３２２の一端に接続される。吊下げ荷重桿３１２に複数の目盛りが設けられ、複数の目盛りに基づいてバネ３３２の張力を調整することにより、補助機構３３が患者の体重に応じて異なる補助力を出力するようにする。

なお、吊下げ装置３は、ロープ３２２の他端に接続されるウインチ３４を更に備え、ウインチ３４を回転させると、ロープ３２２が４つの滑車３２１の間において滑走して腰部支持装置２及び下肢１を吊り上げる。本発明の一好適な実施形態によれば、４つの滑車３２１を設ける構成になっているが、本発明はこれらに特に制限されない。

以上では本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに特に制限されない。なお、本発明の趣旨から逸脱しない限り上述の実施形態に対して適宜変更、変化を加えることができ、これらの変更、変化も本発明の範囲内に含まれる。

Claims

ロボットの下肢に適用され且つ長さ調整可能な下肢構造であって、
股関節支持部、前記股関節支持部に固定される股関節駆動部、および前記股関節駆動部により駆動される股関節伝達桿を備える股関節アセンブリ、
前記股関節伝達桿に接続され、前記股関節駆動部により駆動される太もも桿、
膝関節ホルダー、膝関節ホルダーに固定される膝関節駆動部及び膝関節駆動部により駆動される膝関節伝達桿を備える膝関節アセンブリ、および
前記膝関節伝達桿に接続され、前記膝関節駆動部により駆動されるふくらはぎ桿を備え、
そのうち前記膝関節ホルダーは、スリーブ部および前記膝関節駆動部に接続される接続部を備え、前記スリーブ部は、前記太もも桿の伸長方向に沿って前記太もも桿に摺動可能に固定され、前記太もも桿は、前記股関節駆動部と膝関節駆動部の中心線と重ならないように構成されることを特徴とする、下肢構造。
前記太もも桿は、さらに第１位置決め柱を有する太もも桿位置決めアセンブリを備え、
前記太もも桿は、その伸長方向に複数の第１位置決め孔が設けられ、前記スリーブ部に第１位置決め開口が形成され、前記第１位置決め開口の位置は、前記複数の第１位置決め孔のうち１つに合致し、前記第１位置決め柱は、前記第１位置決め開口を貫通して前記複数の第１位置決め孔のうち１つに嵌入される、請求項１に記載の下肢構造。
前記太もも桿位置決めアセンブリは、さらに調整スリーブ及び止めナットを備え、
前記太もも桿は、前記調整スリーブを貫通して前記調整スリーブのねじ山に噛み合うことにより、前記太もも桿の伸長方向における前記調整スリーブの位置を変化可能にし、かつ前記調整スリーブを前記スリーブ部の下方に位置させ、前記調整スリーブの上端面が前記スリーブ部の下端面に接するようにし、
前記止めナットは、前記調整スリーブの上端面及び前記スリーブ部の下端面を囲むことにより、前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面を接触させ、または前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面とが一定の軸方向距離を置いて隔てるようにする、請求項２に記載の下肢構造。
前記太もも桿位置決めアセンブリは、複数のボール軸受を更に備え、前記複数のボール軸受は、前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面の間に設けられ、前記調整スリーブの上端面と前記スリーブ部の下端面が前記複数のボール軸受を介して回転自在に接するようにする、請求項３に記載の下肢構造。
前記太もも桿位置決めアセンブリは、さらに前記複数のボール軸受を保持するためのボール軸受保持器を備える、請求項４に記載の下肢構造。
前記太もも桿は、その伸長方向に沿って溝部が形成され、前記複数の第１位置決め孔は、前記溝部に設けられ、
前記スリーブ部の内表面には、ランド部が形成され、前記太もも桿が前記スリーブ部を貫通するとき、前記ランド部が前記溝部に嵌入される、請求項２に記載の下肢構造。
さらに、前記ふくらはぎ桿の下端に接続される足底アセンブリを備える、請求項１に記載の下肢構造。
前記ふくらはぎ桿は、上端が前記膝関節伝達桿に接続される中空のふくらはぎ固定桿、および前記ふくらはぎ固定桿に摺動可能に装着されるふくらはぎ調整桿を備える、請求項１に記載の下肢構造。
前記ふくらはぎ桿は、さらに第２位置決め柱を有するふくらはぎ位置決めアセンブリを備え、
前記ふくらはぎ調整桿は、その伸長方向に沿って複数の第２位置決め孔が設けられ、前記ふくらはぎ固定桿に第２位置決め開口が形成され、前記第２位置決め開口は、前記複数の第２位置決め孔のうち１つに合致し、
前記第２位置決め柱は、前記第２位置決め開口を貫通して前記複数の第２位置決め孔の中のうち１つに嵌入される、請求項８に記載の下肢構造。
前記ふくらはぎ桿位置決めアセンブリは、さらに位置決めスリーブ及び前記位置決めスリーブの内表面に固定される調整ナットを備え、
前記位置決めスリーブは、前記ふくらはぎ固定桿の下端を囲むことにより、前記ふくらはぎ固定桿の下端を前記調整ナットに当接させ、前記位置決めスリーブは、前記ふくらはぎ固定桿に対して回転可能に構成され、
前記調整ナットは、前記ふくらはぎ桿の外表面を囲み且つ前記ふくらはぎ調整桿のねじ山に噛み合うことにより、前記ふくらはぎ調整桿が前記ふくらはぎ固定桿に引き込み、又は前記ふくらはぎ固定桿から伸び出すようにする、請求項９に記載の下肢構造。
前記ふくらはぎ桿の下端にフランジ部が形成され、前記位置決めスリーブの内表面に内陥階段が形成され、前記フランジ部は、前記内陥階段と前記調整ナットの間に位置する、請求項１０に記載の下肢構造。
前記ふくらはぎ位置決めアセンブリは、前記フランジ部と前記内陥階段の間に設けられる複数のボール軸受、および前記複数のボール軸受を保持するためのボール軸受保持器を更に備える、請求項１１に記載の下肢構造。
請求項１～１２の何れか１項に記載の下肢構造を有する下肢、腰部支持装置および吊下げ装置を備え、
前記腰部支持装置に前記下肢が取り付けられ、前記吊下げ装置に前記腰部支持装置が取り付けられることを特徴とする、外骨格ロボット。
前記吊下げ装置は、吊下げ枠、吊り下げ機構および補助機構を備え、
前記吊り下げ機構は、前記吊下げ枠に取り付けられ、前記吊り下げ機構に前記腰部支持装置が取り付けられ、
前記補助機構は、前記吊下げ枠に取り付けられ且つ前記吊下げ機構に接続され、補助力を出力することにより、前記吊下げ機構に協力して前記腰部支持装置および前記下肢を吊上げる、請求項１３に記載の外骨格ロボット。
前記腰部支持装置が所定の位置に吊り上げられると、前記吊下げ機構がロックされ、
前記腰部支持装置がユーザの前記下肢の動きに追従して前記所定の位置に対して上下に移動するとき、前記補助機構は、さらに前記下肢の動きに協力する補助力を出力する、請求項１４に記載の外骨格ロボット。
前記吊下げ枠は、吊下げ荷重桿および前記吊下げ荷重桿の両側に平行して設けられる２つの縦滑り棒を備え、
前記吊下げ機構および前記補助機構は、前記吊下げ荷重桿に取り付けられる、請求項１５に記載の外骨格ロボット。
前記吊下げ機構は、少なくとも１つの滑車、およびロープを備え
前記滑車は、前記吊下げ荷重桿に取付けられ、
前記ロープは、前記少なくとも１つの滑車に取り付けられ、一端が前記補助機構に接続され、
前記被吊上げ部材が前記ロープに取り付けられ、前記ロープの他端を引っ張ることで前記被吊上げ部材を吊り上げる、請求項１６に記載の外骨格ロボット。
前記吊下げ荷重桿に貫通孔が設けられ、前記ロープの一部が前記貫通孔を貫通し、前記被吊上げ部材は、前記ロープの前記貫通孔を貫通した一部に取付けられる、請求項１７に記載の外骨格ロボット。
前記補助機構は、ホルダー及びバネを備え
前記ホルダーは、前記吊下げ荷重桿の端部に固定接続され、
前記バネの一端が前記ホルダーに接続され、他端が前記ロープの一端に接続される、請求項１７に記載の外骨格ロボット。
前記吊下げ装置は、さらに前記ロープの他端に接続されるウインチを備え、
前記ウインチを回転させると、前記ロープがそれに追従して前記少なくとも１つの滑車の間において滑走することで前記被吊上げ部材を吊り上げ、
前記被吊上げ部材が前記所定の位置に吊り上げられると、前記ウインチがロックされる、請求項１７に記載の外骨格ロボット。