JP6030737B2 - 関節の駆動装置 - Google Patents
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Description
入力リンク、前記2つの構造体のうち一方に設けられた固定リンク、中間リンク、前記2つの構造体のうち他方に設けられた出力リンクおよび媒介リンクの5つのリンクが順次回転可能に連結されて成る五節リンク機構と、
前記固定リンクと前記中間リンクの相対変位と前記中間リンクと前記出力リンクの相対変位とを所定の比率に拘束することにより前記五節リンク機構の自由度を1に制限する自由度制限機構と、
前記入力リンクに対し前記固定リンクとの連結部回りの回転駆動力を与えるアクチュエータとを備えていることを特徴としている。
まず、本発明の一実施形態に係る関節の駆動装置について、図1および図2を参照しながら説明する。図1は本発明に係る関節の駆動装置の概略構成を示す図であり、図2は図1の関節の駆動装置の出力リンク角を増大させた状態を示す図である。図1に示すように、関節の駆動装置8は、五節リンク機構10と、五節リンク機構10へ動力を与えるアクチュエータ9とを備えている。
続いて、上記関節の駆動装置8を備えた装着型動作支援装置(以下、単に動作支援装置という)について説明する。本実施の形態に係る動作支援装置30は下半身外骨格形状を有しており、高齢者、身体障害者および健常者を問わず人間の身体に装着されて、装着者の主に下肢部の筋力を補助又は代行することにより装着者の動作を支援するものである。
腰部フレーム40は、装着者の腰(骨盤)の後側および左右両側を覆うことができるように、平面視で略U字形をなしている。具体的には、腰部フレーム40は、左右方向に長尺であって装着者の腰の背側に位置する基部45と、基部45の左右両端から前方へ突出するサイド部46,46とを備えている。腰部フレーム40は、装着者の腰周りへ係留させるためのベルトやフックなどの係止具(図示略)を備えており、腰部フレーム40は装着者の腰に係留される。
左右の下肢フレーム42,42はほぼ同一の構成であって、腰部フレーム40の左右中央を対称軸として左右線対称に設けられている。よって、以下では一方(左側)の下肢フレーム42の構造についてのみ詳細に説明し、他方の説明を省略する。下肢フレーム42は、大腿装着部である大腿アーム51と、膝関節近傍に配置される中間アーム52と、下腿装着部である下腿アーム53と、足装着部である足下アーム54とを備えている。大腿アーム51、下腿アーム53および足下アーム54は、装着者の身体へ係留させるためのベルトやフックなどの係止具(図示略)を備えている。
背部フレーム41は、いわゆる背負子である。背部フレーム41は、装着者の肩や胸に係留させるための脇ベルト、肩紐およびフックなどの係止具(図示略)を備えている。背部フレーム41には、バックパック32が積載される。バックパック32に格納されたバッテリ33は、股関節用アクチュエータ61、膝関節用アクチュエータ63、および制御器34へ電気を供給する。また、バックパック32に格納された制御器34は、装着具31の各部に設けたセンサ(図示略)からの検出信号を受けて、装着具31が装着者の動作を補助又は代行するように股関節用アクチュエータ61および膝関節用アクチュエータ63を制御する。なお、上記センサは、部材の重心の変化量や部材に加わる負荷量などの物理量を検出するセンサであるが、これらに代えて又はこれらに加えて装着者の生体信号を検出する生体信号センサを用いても良い。生体信号センサを用いれば、装着者の意思に従った動力をアクチュエータ61,63に発生させることができる。
9 アクチュエータ
10 五節リンク機構
11 入力リンク
12 固定リンク
13 中間リンク
14 出力リンク
15 媒介リンク
16 入力軸
17,18,19,20 連結軸
21,22 歯車
23 自由度制限機構
30 動作支援装置
31 装着具
32 バックパック
33 バッテリ
34 制御器
40 腰部フレーム
41 背部フレーム
42 下肢フレーム
51 大腿アーム
52 中間アーム
53 下腿アーム
54 足下アーム
63 膝関節用アクチュエータ
Claims (5)
- 屈曲する関節によって連接された2つの構造体における前記関節の駆動装置であって、
入力リンク、前記2つの構造体のうち一方に設けられた固定リンク、中間リンク、前記2つの構造体のうち他方に設けられた出力リンク、および、媒介リンクの5つのリンクが順次回転可能に連結されて成る五節リンク機構と、
前記固定リンクと前記中間リンクの相対変位と前記中間リンクと前記出力リンクの相対変位とを所定の比率に拘束することにより前記五節リンク機構の自由度を1に制限する自由度制限機構と、
前記入力リンクに前記固定リンクとの連結部回りの回転駆動力を与えるアクチュエータとを備えている、
関節の駆動装置。 - 前記自由度制限機構は、前記固定リンクと前記中間リンクとの連結部に設けられた前記固定リンクと共に回動する歯車と、前記出力リンクと前記中間リンクとの連結部に設けられた前記出力リンクと共に回動する歯車との、噛合し合う歯車である、請求項1に記載の関節の駆動装置。
- 前記入力リンク、前記固定リンク、前記中間リンク、前記出力リンクおよび前記媒介リンクのリンク長比は、前記固定リンクに相対する前記出力リンクの角度が0°から140°までの範囲において、前記出力リンクの角度の増大に伴ってトルク伝達比が増大する関係を有している、請求項1又は2に記載の関節の駆動装置。
- 前記入力リンク、前記固定リンク、前記中間リンク、前記出力リンクおよび前記媒介リンクのリンク長比は、前記固定リンクに相対する前記出力リンクの角度が0°から140°までの範囲において、0°のときにトルク伝達比が1より小さく、90°以上でトルク伝達比が1以上となる関係を有している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の関節の駆動装置。
- 前記固定リンクと前記出力リンクが同一平面上に配置されている、請求項1から4のいずれか一項に記載の関節の駆動装置。
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