JP5512678B2 - 関節を伸ばしたり曲げたりするためのマルチモータアッセンブリを備えたアクチュエータシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、アクチュエータの分野に係り、より詳細には、アクチュエータの分野におけるマルチモータアッセンブリを備えた新規な有用なアクチュエータシステムに係る。

モータ及びアクチュエータは、種々様々な用途に使用されている。ロボット及び能動的矯正器具を含む多くの用途では、人間の筋肉と同様の特性が必要とされる。これらの特性は、強い力を比較的ゆっくりした速度で与え、そして電力を取り去ると、自由に動くことができ、運動サイクルの各部分中に手足を自由に振れるようにする能力を含む。これは、強い力を低い速度で及び弱い力を高い速度で与えると共に、一次駆動入力と出力との間に可変比伝達（ＶＲＴ）を与えることのできるアクチュエータを必要とする。

ＶＲＴは、慣習的に連続可変伝達（ＣＶＴ）として具現化されている。従来のほとんどのＣＶＴの基礎的な原理は、ギアの直径を変えるか、ベルトが円錐プーリーに載る場所を変えるか、又は交点の半径を希望の比に基づいて変えて回転円板間の結合力によって１つ以上のギアの比を変えることである。従来のＣＶＴは、効率及び機械的複雑さに欠点がある。

モータは、種々の用途に使用されているが、典型的に、出力方向ごとに動きを与えるために単一のモータが直接的又は間接的に結合される。単一のモータの使用は、速度／トルクの範囲を制限するか、或いはモータと出力との間に余計なコスト及び複雑さの伝達機構を必要とする。従って、アクチュエータの分野では、強い力を低い速度で及び弱い力を高い速度で供給するが、従来のＣＶＴの欠点を最小限にし又は回避することのできる新規な有用なアクチュエータシステムを提供することが要望される。本発明は、このような新規な有用なアクチュエータシステムを提供する。

ユーザの関節を伸ばしたり曲げたりする矯正器具において好ましい実施形態のアクチュエータシステムを示す。 好ましい実施形態のアクチュエータシステムにおいて、マルチモータアッセンブリの第１の態様と、力位置での回転／直線メカニズムの伸長ストップ及び屈曲ストップの両方を示す。 好ましい実施形態のアクチュエータシステムにおいて、マルチモータアッセンブリの第２の態様を示す。 好ましい実施形態のアクチュエータシステムにおいてパス位置での伸長ストップ及びパス位置での屈曲ストップを示す。 好ましい実施形態のアクチュエータシステムにおいてパス位置での伸長ストップ及びパス位置での屈曲ストップを示す。 好ましい実施形態のアクチュエータシステムにおいてパス位置での伸長ストップ及びパス位置での屈曲ストップを示す。 好ましい実施形態のアクチュエータシステムのコントローラに対する動作モードのフローチャートである。 好ましい実施形態のアクチュエータシステムのコントローラに対する規範的な電流傾斜スキームを示す。 第１のモータサブシステム、第２のモータサブシステム、並びに第１及び第２のモータサブシステムの組み合わせの速度／力プロフィールを示すグラフである。

本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、本発明をそれらの好ましい実施形態に限定するものではなく、アクチュエータシステムの当業者が本発明を利用できるようにするためのものである。

図１及び２に示すように、ユーザの関節１１０を伸ばしたり曲げたりするための好ましい実施形態のアクチュエータシステム１００は、回転出力を与えるマルチモータアッセンブリ１２０と、このマルチモータアッセンブリ１２０からの回転出力を、最終的に関節を伸ばしたり曲げたりする直線運動へと変換する回転／直線メカニズム１５０と、アクチュエータシステム１００を複数の動作モードで動作するコントローラとを備えている。マルチモータアッセンブリ１２０は、大きな力を低速で（ローギア）及び小さな力を高速で（ハイギア）供給できるように２つの異なる動力源からの動力を合成するのが好ましい。アクチュエータは、人間又はロボットの関節１１０（例えば、足首、膝、肘又は肩）を伸ばしたり曲げたりするように特別に設計されている。しかしながら、アクチュエータシステム１００は、適当な動き（直線、回転、等）を通して適当な対象物を動かすように使用できる。

１．マルチモータアッセンブリ
図２に示すように、好ましい実施形態のマルチモータアッセンブリ１２０は、回転／直線メカニズム１５０に回転出力を与えるように機能する。マルチモータアッセンブリ１２０は、駆動シャフト１２２と、第１のモータサブシステム１２４と、第２のモータサブシステム１２６とを備えている。駆動シャフト１２２は、マルチモータアッセンブリ１２０からの回転出力を与えるように機能する。第１のモータサブシステム１２４は、マルチモータアッセンブリ１２０の回転出力の成分を与えるように機能する。第１のモータサブシステム１２４は、第１モータ１２８、第１出力シャフト１３０、及び第１伝達機構１３２を含む。第２のモータサブシステム１２６は、マルチモータアッセンブリ１２０の回転出力の別の成分を与えるように機能する。第２のモータサブシステム１２６は、第１モータ１３４、第２出力シャフト１３６、及び第２伝達機構１３８を含む。

第１のモータサブシステム１２４の第１モータ１２８は、第１動力源をなすように機能し、そして第１出力シャフト１３０は、この動力を第１のモータサブシステム１２４の他の要素へ与えるように機能する。第１モータ１２８は、外部回転子及び７つの極対を伴う三相ブラシレス電気モータであるのが好ましい。好ましくは、ハイペリオン社によりモデル番号Ｇ２２２０‐１４のもとに供給される第１モータ１２８は、ピーク電流が３５Ａで、ピーク電力が３８８Ｗである。もちろん、第１モータ１２８は、アクチュエータシステム１００の設計によっては異なる仕様及びパラメータをもつ異なる形式のものでもよい。

第１のモータサブシステム１２４の第１伝達機構１３２は、第１出力シャフト１３０からの動力を駆動シャフト１２２へ伝達するように機能する。第１伝達機構１３２は、２つのプーリー（その１つは、第１出力シャフト１３０に装着され、そしてもう１つは、駆動シャフト１２２に装着される）と、これら２つのプーリーを接続するベルト又はチェーンとを含むのが好ましい。或いは又、第１伝達機構１３２は、第１出力シャフト１３０からの動力を駆動シャフト１２２へ伝達するギア或いは他の適当な装置又は方法を含んでもよい。又、第１伝達機構１３２は、駆動シャフト１２２の回転と第１出力シャフト１３０の回転との第１ギア比を定義するように機能するのが好ましい。好ましい実施形態では、第１出力シャフト１３０に装着されるプーリー（又はギア）が、駆動シャフト１２２に装着されるプーリー（又はギア）より小さく、第１ギア比が１：１未満（例えば、１：４）となるようにしている。別の実施形態では、アクチュエータシステム１００の設計により、第１ギア比が１：１でもよいし、又は１：１より大きく（例えば、４：１）でもよい。

第２のモータサブシステム１２６の第２モータ１３４は、第２の動力源をなすよう機能し、そして第２出力シャフト１３６は、この動力を第２のモータサブシステム１２６の他の要素へ与えるように機能する。第２モータ１３４は、第１モータ１２８と同様に、外部回転子及び７つの極対を伴う三相ブラシレス電気モータであるのが好ましい。好ましくは、ハイペリオン社によりモデル番号Ｇ２２２０‐１４のもとに供給される第２モータ１３４は、ピーク電流が３５Ａで、ピーク電力が３８８Ｗである。第２モータ１３４は、部品数及び製造上の複雑さを低減する設計及び性能特性が第１モータ１２８と同様であるのが好ましい。しかしながら、第２モータ１３４は、アクチュエータシステム１００の設計によっては異なる仕様及びパラメータをもつ異なる形式のものでもよい。第２出力シャフト１３６は、第２モータ１３４の動力を第２のモータサブシステム１２６の他の要素に与えるように機能する。

第２のモータサブシステム１２６の第２伝達機構１３８は、第２出力シャフト１３６からの動力を駆動シャフト１２２へ伝達するように機能する。第２伝達機構１３８は、２つのプーリー（その１つは、第２出力シャフト１３６に装着され、そしてもう１つは、駆動シャフト１２２に装着される）と、これら２つのプーリーを接続するベルト又はチェーンとを含むのが好ましい。或いは又、第２伝達機構１３８は、第２出力シャフト１３６からの動力を駆動シャフト１２２へ伝達するギア或いは他の適当な装置又は方法を含んでもよい。又、第２伝達機構１３８は、駆動シャフト１２２の回転と第２出力シャフト１３６の回転との第２ギア比を少なくとも一部分定義するように機能するのが好ましい。好ましい実施形態では、第２出力シャフト１３６に装着されるプーリー（又はギア）が、駆動シャフト１２２に装着されるプーリー（又はギア）より小さく、第２ギア比が１：１未満（例えば、１：４）となるようにしている。別の実施形態では、アクチュエータシステム１００の設計により、第２ギア比が１：１でもよいし、又は１：１より大きく（例えば、４：１）でもよい。

第１のモータサブシステム１２４からの動力及び第２のモータサブシステム１２６からの動力は、異なる特性を有していて、マルチモータアッセンブリ１２０が、大きな力を低い速度で（ローギア）及び小さな力を高い速度で（ハイギア）供給できるようにするのが好ましい。これは、第１のモータサブシステム１２４及び第２のモータサブシステム１２６に異なるモータを使用することで達成される。しかしながら、好ましい実施形態では、これは、同じモータを使用するが、第１のモータサブシステム１２４及び第２のモータサブシステム１２６に対して伝達機構が異なるギア比を定義するようにして、達成される。第２のギア比が第１のギア比より低いのが好ましい、アクチュエータシステム１００は、第２のギア比が第１のギア比より高くなるように構成し直すことができる。

第２のモータサブシステム１２６の第２伝達機構１３８は、第２出力シャフト１３６を第１出力シャフト１３０に接続するのが好ましい。この構成では、第２モータ１３４からの動力が、駆動シャフト１２２に到達する前に、第２伝達機構１３８及び第１伝達機構１３２を通して伝達される。従って、第２伝達機構１３８及び第１伝達機構１３２は、第２ギア比を定義するように協働する。モータ１３４から駆動シャフト１２２への有効ギア比は、第１伝達機構１３２と第２伝達機構１３８との積となる。例えば、第１伝達機構１３２及び第２伝達機構１３８の両方のギア比が１：３である場合に、モータ１３４から駆動シャフト１２２への有効ギア比は１：９となる。第１伝達機構１３２をレバレッジすることにより、この変形例は、コンパクトなフォームファクタを与える。この例を使用すると、システムは、大きなプーリー又はギアシステムを必要とせずに、１：９の有効ギア比を与えることができる。

図３に示したように、第２のモータサブシステム２２６の変形例の第２伝達機構２３８は、第２出力シャフト２３６を駆動シャフト１２２へ接続する。この変形例では、第２モータ２３４からの動力は、駆動シャフト１２２に到達する前に第２伝達機構２３８のみを通して伝達される（従って、第２伝達機構２３８が第２ギア比を定義する）。第１モータ１２８及び第２モータ２３８を駆動シャフト１２２に別々に接続することによって、第１ギア比及び第２ギア比をアクチュエータシステム１００に対して特別に調整することができる。

図２に示すように、好ましい実施形態のマルチモータアッセンブリ１２０は、第２モータ１３４と駆動シャフト１２２との間に位置された一方向クラッチ１４０も備えている。この一方向クラッチ１４０は、次のモータモードを促進するように機能する。
・ハイギアモータモード：第１のモータサブシステム１２４が第１方向に動力を与え、第２出力シャフト１３６をスピンしたり第２のモータサブシステム１２６からの抗力を与えたりしない。
・ローギアモータモード：第２のモータサブシステム１２６が第１方向に動力を与える（第１のモータサブシステム１２４からの抗力と共に）。
・合成モータモード：第１のモータサブシステム１２４及び第２のモータサブシステム１２６が第１方向に動力を与える。
・ハイギアモータモード：第１のモータサブシステム１２４が逆方向に動力を与える（第２のモータサブシステム１２６からの抗力と共に）。
上述したマルチモータアッセンブリ１２０の第１の変形例において、一方向クラッチ１４０は、好ましくは、第２伝達機構１３８内に位置され、より詳細には、第１出力シャフト１３０に装着されたプーリーに位置される。他の変形例では、一方向クラッチ１４０は、第２モータ１３４と駆動シャフト１２２との間の適当な位置に装着される。

又、好ましい実施形態のマルチモータアッセンブリ１２０は、電源（図示せず）も備えている。電源は、エマージングパワー社によりモデル番号６０３４６２Ｈ１のもとで供給される６本のリチウムポリマーバッテリセルであるのが好ましい。このバッテリセルは、１１．１Ｖ（公称）の電圧及び２６４０ｍａＨの容量を与えるために直並列（３Ｓ２Ｐ）に配列されるのが好ましい。しかしながら、電源は、アクチュエータシステム１００の設計によって、送電網により供給される電力及び他のポータブル電源（例えば、燃料セル）の両方を含む適当な形式のものでよい。

２．回転／直線メカニズム
好ましい実施形態の回転／直線メカニズム１５０は、マルチモータアッセンブリ１２０からの回転出力を、最終的にユーザの関節を伸ばしたり曲げたりする直線運動へと変換するように機能する。好ましい実施形態では、回転／直線メカニズム１５０は、マルチモータアッセンブリ１２０の回転出力を受け容れるボールスクリュー１５２と、このボールスクリュー１５２に接続されてこのボールスクリュー１５２と協働し、ボールスクリュー１５２の回転運動を直線運動へ変換するボールナット１５４とを備えている。マルチモータアッセンブリ１２０の駆動シャフト１２２及び回転／直線メカニズム１５０のボールスクリュー１５２は、同じシャフトの異なる区分であるのが好ましい。一方の区分は、第１伝達機構１３２からのプーリー（又はギア）を含み、他方の区分は、ボールスクリュー１５２の半円形螺旋溝を含む。しかしながら、駆動シャフト１２２及びボールスクリュー１５２は、プーリー又はギア構成体のような適当な仕方で接続された個別のシャフトでもよい。別の実施形態では、回転／直線メカニズム１５０は、マルチモータアッセンブリ１２０からの回転出力を関節の屈曲及び伸長へと変換する適当な装置又は方法を含んでもよい。

又、好ましい実施形態の回転／直線メカニズム１５０は、屈曲方向及び伸長方向に動く可動レール１５８をもつ直線スライド１５６も備えている。この直線スライド１５６は、関節を完全に曲げたときの支持構造体及び関節を完全に伸ばしたときのコンパクト構造体をなすように機能する。直線スライド１５６は、好ましくは、固定ホイール及び可動ホイールを含むが、可動レール１５８が屈曲及び伸長方向に移動できるようにする適当な装置又は方法を含んでもよい。

図２及び４ａに示すように、直線スライド１５６の可動レール１５８は、伸長方向のボールナット１５４の直線移動を関節の伸長へと変換するように機能する伸長ストップ１６０を含むのが好ましい。好ましい実施形態では、この伸長ストップ１６０は、ボールナット１５４が伸長ストップ１６０に力を加えることができる力位置（図２に示す）と、ボールナット１５４が伸長ストップ１６０に力を加えるのを防止するパス位置（図４ａに示す）との間で動くことができる。伸長ストップ１６０は、好ましくは、Ｕ字型で、可動レール１５８に枢着されるが、力位置からパス位置へ移動できる任意の形状及び装着でよい。別の実施形態では、伸長ストップ１６０は、力位置に永久的に（又は半永久的に）固定され又は留められてもよい。

図２及び４ｂに示す第１の変形例では、直線スライド１５６の可動レール１５８は、屈曲方向のボールナット１５４の直線運動を関節の屈曲へと変換するように機能する屈曲ストップ１６２も含む。好ましい実施形態では、この屈曲ストップ１６２は、ボールナット１５４が屈曲ストップ１６２に力を加えることができる力位置（図２に示す）と、ボールナット１５４が屈曲ストップ１６０に力を加えるのを防止するパス位置（図４ｂに示す）との間で動くことができる。屈曲ストップ１６２は、伸長ストップ１６０と同様に、好ましくは、Ｕ字型で、可動レール１５８に枢着されるが、力位置からパス位置へ移動できる任意の形状及び装着でよい。別の実施形態では、屈曲ストップ１６２は、力位置に永久的に（又は半永久的に）固定され又は留められてもよい。

図４ｃに示す第２の変形例では、直線スライド１５６の可動レール１５８は、それに加えて又はそれとは別に、屈曲及び伸長の両方向におけるボールナット１５４の直線移動を関節の屈曲及び伸長へと変換するように機能するラッチ２６２を含む。好ましい実施形態では、このラッチ２６２は、ボールナット１５４がラッチ２６２及び可動レールを動かせるようにする係合位置（図４ｃに示す）と、ボールナット１５４がラッチ２６２に力を加えるのを防止する解離位置（図示せず）との間で移動することができる。伸長ストップ１６０とは異なり、ラッチ２６２は、ボールナット１５４とスライド係合するように装着されるのが好ましいが、係合位置から解離位置へ移動できるような任意の形状及び装着でよい。

第３の変形では、関節を動力なしに曲げられるように、屈曲ストップ１６２及びラッチ２６２が省略されてもよい。

伸長ストップ１６０及び屈曲ストップ１６２を互いに比較的離れて配置して、ユーザの関節が「自由な動き」を経験できるようにし、ボールナット１５４の移動又はマルチモータアッセンブリ１２０の後方駆動を必要とせずに伸長ストップ１６０と屈曲ストップ１６２との間で本質的に可動レール１５８を前後に移動できるようにするのが好ましい。その変形例では、伸長ストップ１６０及び屈曲ストップ１６２を互いに比較的接近して配置して、ユーザの関節が「自由な動き」をほとんど又は全く経験しないようにする。換言すれば、可動レール１５８の動きがボールナット１５４を移動させ、マルチモータアッセンブリ１２０を後方駆動させる。

図１に示すように、ユーザの関節１１０を伸ばしたり曲げたりするための好ましい実施形態のアクチュエータシステム１００は、可動レールの直線的な動きを、ユーザの関節の伸長及び屈曲（両方とも回転運動）へと変換するように働く回転／直線メカニズムを備えている。他の変形例では、アクチュエータシステム１００は、ギア、プーリー、又はユーザの関節を最終的に屈伸する他の適当なメカニズムを含む。

３．コントローラ
好ましい実施形態のコントローラは、幾つかの動作モードの１つにおいてアクチュエータシステム１００を動作するように機能する。コントローラは、好ましくは、可動レール１５８の位置を推定するためのセンサ（例えば、第１モータ１２８及び第２モータ１３４のエンコーダ）と、マルチモータアッセンブリ１２０により与えられるか又は外部ファクタ（例えば、ユーザの身体への重力）により関節に加えられる力を推定するためにボールナット１５４に設けられるセンサとを含む。又、コントローラは、関節に加えられるか又はマルチモータアッセンブリ１２０に必要とされる将来の力を予想又は決定するための他のセンサを含んでもよい。しかしながら、コントローラは、適当な方法又は装置を使用して、可動レール１５８の位置及びマルチモータアッセンブリ１２０に必要な力を推定してもよい。

可動レール１５８の位置及びマルチモータアッセンブリ１２０に必要な力に基づいて、コントローラは、第１のモータサブシステム１２４、又は第２のモータサブシステム１２６、或いは第１のモータサブシステム１２４及び第２のモータサブシステム１２６の両方に電流を供給する。図５に示すように、コントローラは、アクチュエータシステム１００のマルチモータアッセンブリ１２０を、次の動作モード、即ちハイギア屈曲モード、ハイギア伸長モード、ローギア伸長モード、及び連続的可変伝達伸長モードで動作するのが好ましい。

ハイギア屈曲モードでは、コントローラは、マルチモータアッセンブリ１２０が回転／直線メカニズム１５０に回転出力を与えるように第１のモータサブシステム１２４のみに電流を供給する。ボールスクリュー１５２は、ボールナット１５４が屈曲ストップ１６２に力を加え（力位置に位置された場合に）そして可動レール１５８を屈曲方向に駆動するような方向に駆動される。ハイギア屈曲モードは、ユーザの関節を素早く曲げるために小さな力を高い速度で供給する。

ハイギア伸長モードは、ハイギア屈曲モードに類似しているが、第１のモータサブシステム１２４は、逆方向に駆動される。ハイギア伸長モードでは、コントローラは、マルチモータアッセンブリ１２０が回転／直線メカニズム１５０に回転出力を与え且つボールナット１５４が伸長ストップ１６０に力を加えるように第１のモータサブシステム１２４のみに電流を供給する。ボールスクリュー１５２は、ボールナット１５４が伸長ストップ１６０に力を加え（力位置に位置された場合に）そして可動レール１５８を伸長方向に駆動するような方向に駆動される。ハイギア伸長モードは、ユーザの関節を素早く伸ばすために小さな力を高い速度で供給する。

ローギア伸長モードは、ハイギア伸長モードに類似しているが、第１のモータサブシステム１２４ではなく、第２のモータサブシステム１２６が駆動される。ローギア伸長モードでは、コントローラは、マルチモータアッセンブリ１２０が回転／直線メカニズム１５０に回転出力を与え且つボールナット１５４が伸長ストップ１６０に力を加えるように第２のモータサブシステム１２６のみに電流を供給する。ボールスクリュー１５２は、ボールナット１５４が伸長ストップ１６０に力を加え（力位置に位置された場合に）そして可動レール１５８を伸長方向に駆動するような方向に駆動される。ローギア伸長モードは、ユーザの関節を力強く伸ばすために大きな力を低い速度で供給する。

連続的可変伝達伸長モードでは、コントローラは、マルチモータアッセンブリ１２０が回転／直線メカニズム１５０に回転出力を与え且つボールナット１５４が伸長ストップ１６０に力を加えるように第１のモータサブシステム１２４及び第２のモータサブシステム１２６の両方に電流を供給する。このモードでは、図６に例示するように、コントローラは、第１のモータサブシステム１２４に与えられる電流と、第２のモータサブシステム１２６に与えられる電流との比を変えて、連続的可変伝達伸長モードにおいて望ましい回転出力を達成する。コントローラは、マルチモータアッセンブリ１２０に必要とされる強い力を感知したときに、第１のモータサブシステム１２４への電流を最初に上昇させ（ハイギア又は“ＨＧ”）、次いで、第１のモータサブシステム１２４への電流を下降させる一方、第２のモータサブシステム１２６への電流を上昇させる（ローギア又は“ＬＧ”）のが好ましい。連続的可変伝達伸長モードは、ユーザの関節を素早く伸ばすために小さな力を高い速度で供給する（ハイギア）と共に、ユーザの関節を力強く伸ばすために大きな力を低い速度で供給する（ローギア）ことができる。より重要なことに、図７に示すように、第１のモータサブシステム１２４に与えられる電流と、第２のモータサブシステム１２６に与えられる電流との比を変えることにより、コントローラは、第１モータ１２８又は第２モータ１３４のみにより供給される力及び速度の範囲外の望ましい力及び速度をマルチモータサブシステムから得ることができる。アクチュエータシステム１００は、従来のマルチギア伝達又は従来のＣＴＶ（ギア、円錐プーリー、等を伴う）を設けることなく、これらの効果及び特徴を発揮することができる。

図５に示すように、好ましい実施形態のコントローラは、アクチュエータシステム１００を自由運動モードでも動作する。自由運動モードの１つの変形例では、コントローラは、マルチモータアッセンブリ１２０が回転／直線メカニズム１５０に回転出力を与え且つボールナット１５４が伸長ストップ１６０から離れるように第１のモータサブシステム１２４に電流を供給する。自由運動モードの別の変形例では、コントローラは、マルチモータアッセンブリ１２０が回転／直線メカニズム１５０に回転出力を与え且つボールナット１５４が伸長ストップ１６０にも屈曲ストップ１６２にも接触せずにそれらの間の一般的な位置を維持するように第１のモータサブシステム１２４に電流を供給する。

４．更に別の実施形態
アクチュエータシステム１００の当業者であれば、以上の詳細な説明、添付図面、及び特許請求の範囲から、本発明の好ましい実施形態に対して本発明の範囲から逸脱せずに、変更や修正がなされ得ることが明らかであろう。第１の例として、アクチュエータシステム１００は、第１モータ１２８及び第２モータ１３４を伴うマルチモータアッセンブリ１２０を備えるものとして説明したが、マルチモータアッセンブリ１２０は、付加的なモータ（付加的な一方向クラッチ１４０を伴ったり伴わなかったりして）含んでもよい。又、付加的な例として、アクチュエータシステム１００は、回転／直線メカニズム１５０を含むものとして説明したが、マルチモータアッセンブリ１２０の回転出力は、その回転出力を直線出力へ変換するメカニズムをもたずに使用されることも考えられる。

１００：アクチュエータシステム
１１０：関節
１２０：マルチモータアッセンブリ
１２２：駆動シャフト
１２４：第１のモータサブシステム
１２６：第２のモータサブシステム
１２８：第１モータ
１３０：第１出力シャフト
１３２：第１伝達機構
１３４：第２モータ
１３６：第２出力シャフト
１３８：第２伝達機構
１４０：クラッチ
１５０：回転／直線メカニズム
１５２：ボールスクリュー
１５４：ボールナット
１５６：直線スライド
１５８：可動レール
１６０：伸長ストップ
１６２：屈曲ストップ
２６２：ラッチ

Claims (14)

1. 生物の関節の伸びを補助するためのアクチュエータシステムにおいて、
   回転出力を与えるように動作可能に接続された複数のモータから成るマルチモータアッセンブリを備え、
   前記マルチモータアッセンブリの回転出力を受け容れてその回転出力を直線運動へと変換する回転／直線メカニズムを備え、
   伸長ストップが取り付けられた可動レールを備え、前記回転／直線メカニズムは、前記伸長ストップに力を加えるように構成され、前記伸長ストップは、伸長方向における前記回転／直線メカニズムの直線運動によって駆動されて生物の関節を伸ばすように構成され、
   前記アクチュエータシステムを複数の動作モードで動作するコントローラを備え、前記複数の動作モードは、前記回転／直線メカニズムが前記伸長ストップに接触しない自由運動モードを含む、
   アクチュエータシステム。
2. 前記マルチモータアッセンブリは、
   前記回転／直線メカニズムへ回転出力を与える駆動シャフトと、
   第１出力シャフト、及びこの第１出力シャフトを前記駆動シャフトに接続する第１伝達機構を有する第１のモータサブシステムと、
   第２出力シャフト、及びこの第２出力シャフトを前記駆動シャフトに結合する第２伝達機構を有する第２のモータサブシステムと、
   を含む請求項１に記載のアクチュエータシステム。
3. 前記第１伝達機構は、前記駆動シャフトの回転と前記第１出力シャフトの回転との第１ギア比を定義し、前記第２伝達機構は、前記駆動シャフトの回転と前記第２出力シャフトの回転との第２ギア比を少なくとも一部分定義し、前記第２ギア比は、前記第１ギア比とは異なるものである、請求項２に記載のアクチュエータシステム。
4. 前記第２伝達機構は、前記第２出力シャフトを前記第１出力シャフトに接続し、前記第２伝達機構及び第１伝達機構は、協働して前記第２ギア比を定義する、請求項３に記載のアクチュエータシステム。
5. 前記第２のモータサブシステムは、更に、前記第２出力シャフトの一回転方向を前記第１出力シャフトの回転に連結する一方向クラッチを含む、請求項４に記載のアクチュエータシステム。
6. 前記第２伝達機構は、前記第２出力シャフトを前記駆動シャフトに接続し、そして前記第２伝達機構は、前記第２ギア比を定義する、請求項３に記載のアクチュエータシステム。
7. 前記第１のモータサブシステムは、第１モータを含み、前記第２のモータサブシステムは、第２モータを含み、そして前記第１モータ及び第２モータは、同じ性能特性を有する、請求項６に記載のアクチュエータシステム。
8. 前記コントローラは、前記アクチュエータシステムを、次のモータモード、即ち
   前記マルチモータアッセンブリが前記回転／直線メカニズムに回転出力を与えるように、前記コントローラが、前記第１のモータサブシステム及び第２のモータサブシステムの両方に電流を供給する連続的可変伝達モータモード、及び
   前記マルチモータアッセンブリが前記回転／直線メカニズムに回転出力を与えるように、前記コントローラが、前記第１のモータサブシステムのみに電流を供給するハイギアモータモード、
   において動作させる、請求項２に記載のアクチュエータシステム。
9. 前記回転／直線メカニズムは、前記マルチモータアッセンブリの回転出力を受け容れるスクリューと、このスクリューと協働するナットであって、スクリューの回転運動をナットの直線運動へと変換するナットとを含み、前記伸長ストップは、前記ナットの直線運動によって伸長方向に駆動されて生物の関節を伸ばすようにする、請求項１に記載のアクチュエータシステム。
10. 前記可動レールは、伸長方向に直線運動して生物の関節を伸ばすように構成されている、請求項９に記載のアクチュエータシステム。
11. 前記伸長ストップが患者によって前記ナットを押すように屈曲方向に移動されるときに前記マルチモータアッセンブリを後方に駆動させるように構成されている、請求項１０に記載のアクチュエータシステム。
12. 前記コントローラは、前記ナット又は前記可動レールの位置を検出するように構成されている、請求項１０に記載のアクチュエータシステム。
13. 前記コントローラは、前記ナット又は前記可動レールの検出位置に基づいて前記マルチモータアッセンブリに電流を供給するように構成されている、請求項１２に記載のアクチュエータシステム。
14. 前記アクチュエータシステムは、前記ナットが生物の関節を屈曲方向に駆動できないように屈曲ストップなしで構成されている、請求項９に記載のアクチュエータシステム。

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