JP6757027B2 - プーリ及びリンク機構 - Google Patents

Description

本発明は、プーリに関する。また、本発明は、リンク機構に関する。

ロボット、又は人体装着式の歩行アシスト装置若しくはパワーアシスト装置などにおいて、関節部を構成するために、少なくとも２つの案内軌道部を有するプーリを備えるリンク機構が用いられる場合がある。そのようなリンク機構は、例えば、第１及び第２の案内軌道部を有するプーリと、第１の案内軌道部に揺動不能に連結された第１のリンクと、第１のリンクに対して揺動軸線を中心として相対的に揺動可能な第２のリンクと、第１の案内軌道部に案内される第１の柔軟伝達要素を牽引することで、第１及び第２のリンクを相対的に揺動させる第１のアクチュエータと、第２の案内軌道部に案内される第２の柔軟伝達要素を牽引することで、第１及び第２のリンクを相対的に揺動させる第２のアクチュエータと、を備えている（例えば、特許文献１参照）。

そのような従来のプーリ又はリンク機構においては、第１の案内軌道部と第２の案内軌道部とが、揺動軸線に沿う方向に互いに間隔をあけて配置されていた。

特開２００８−２７８９２１号公報

しかしながら、このように、第１の案内軌道部と第２の案内軌道部とが、揺動軸線に沿う方向に互いに間隔をあけて配置されていると、その分プーリが大型化してしまう。また、第１の柔軟伝達要素の牽引時及び第２の柔軟伝達要素の牽引時に、第１の案内軌道部と第２の案内軌道部との間に不要なトルクが生じ、適切な動作が妨げられてしまうおそれもある。このような不要なトルクは、第１の案内軌道部と第２の案内軌道部との揺動軸線に沿う方向における間隔の大きさに応じて大きくなる。

本発明は、このような課題を解決するために開発されたもので、不要なトルクの発生を抑制すると共に、小型化、軽量化を可能にできるプーリを提供することを目的とする。

また、本発明は、プーリにおける不要なトルクの発生を抑制すると共に、小型化、軽量化を可能にできるリンク機構を提供することを目的とする。

本発明のプーリは、
揺動軸線を部分的に取り囲み、第１の柔軟伝達要素を案内する第１の案内軌道部と、
前記第１の案内軌道部の径方向内側で前記揺動軸線を少なくとも部分的に取り囲み、第２の柔軟伝達要素を案内する第２の案内軌道部と、を備え、
前記第１及び第２の案内軌道部は、前記揺動軸線に沿う方向において、互いに重複するように配置されていることを特徴とする。

また、本発明のプーリでは、前記第１及び第２の案内軌道部の少なくとも一方は凹溝であるのが好ましい。

また、本発明のプーリでは、前記第１の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円弧状をなしているのが好ましい。

また、本発明のプーリでは、前記第２の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円又は円弧状をなしているのが好ましい。

また、本発明のリンク機構は、
本発明のプーリと、
前記第１の案内軌道部に揺動不能に連結された第１のリンクと、
前記第１のリンクに対して前記揺動軸線を中心として相対的に揺動可能な第２のリンクと、
前記第１の案内軌道部に案内される前記第１の柔軟伝達要素と、
前記第１の柔軟伝達要素を牽引することで、前記第１及び第２のリンクを相対的に揺動させる第１のアクチュエータと、
前記第２の案内軌道部に案内される前記第２の柔軟伝達要素と、
前記第２の柔軟伝達要素を牽引することで、前記第１及び第２のリンクを相対的に揺動させる第２のアクチュエータと、
を備えることを特徴とする。

また、本発明のリンク機構では、
前記第１及び第２の案内軌道部は、相互に揺動不能に連結されており、
前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と反対になるように構成されているのが好ましい。

また、本発明のリンク機構では、
前記第１及び第２の案内軌道部は、相互に揺動不能に連結されており、
前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と同じになるように構成されているのも好ましい。

また、本発明のリンク機構では、
前記第２の案内軌道部は、前記第２のリンクに揺動不能に連結されており、
前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と反対になるように構成されているのも好ましい。

また、本発明のリンク機構では、
前記第２の案内軌道部は、前記第２のリンクに揺動不能に連結されており、
前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と同じになるように構成されているのも好ましい。

また、本発明のリンク機構では、
前記第１の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円弧状をなしており、
前記第２の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円又は円弧状をなしており、
前記第１の案内軌道部の半径をｒａ、前記第２の案内軌道部の半径をｒｂとしたとき、０．７≦ｒｂ／ｒａ≦０．９であるのが好ましい。

また、本発明のリンク機構では、前記第１及び第２のアクチュエータの少なくとも一方は、流体の供給によって径方向に膨張すると共に軸方向に収縮する一方、流体の排出によって径方向に収縮すると共に軸方向に伸長するように構成されているのが好ましい。

本発明によれば、不要なトルクの発生を抑制すると共に、小型化、軽量化を可能にできるプーリを提供することができる。

また、本発明によれば、プーリにおける不要なトルクの発生を抑制すると共に、小型化、軽量化を可能にできるリンク機構を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るプーリを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプーリにおける第１及び第２の案内軌道部の配置を説明するための説明図である。 本発明の第１実施形態に係るリンク機構の一部を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るリンク機構を示す概念図である。 本発明の第２実施形態に係るリンク機構を示す概念図である。 本発明の第３実施形態に係るリンク機構の一部を示す分解斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るリンク機構を示す概念図である。 本発明の第４実施形態に係るリンク機構を示す概念図である。 本発明の第１実施形態に係るリンク機構に関し、第１の案内軌道部と第２の案内軌道部との半径比と、揺動可能角度範囲との関係を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の様々な実施形態に係るプーリ及びリンク機構について、詳細に例示説明する。

まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係るプーリＰ１について、例示説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るプーリＰ１は、揺動軸線Ｏを部分的に取り囲む第１の案内軌道部１ａと、第１の案内軌道部１ａの径方向内側で揺動軸線Ｏを少なくとも部分的に取り囲む第２の案内軌道部１ｂと、を備えている。すなわち、本実施形態では、第２の案内軌道部１ｂの内径が、第１の案内軌道部１ａの内径より小さい。第１の案内軌道部１ａは、図示する場合では、揺動軸線Ｏを中心とする円弧状をなしている。第２の案内軌道部１ｂは、図示する場合では、揺動軸線Ｏを中心とする円状をなしているが、例えば円弧状であってもよい。

図２（ａ）は、図１に示したプーリＰ１の、揺動軸線Ｏを含む断面を示している。図２（ａ）に示すように、第１の案内軌道部１ａは、第１の柔軟伝達要素２ａを案内する軌道を形成する部分からなっている。また、第２の案内軌道部１ｂは、第２の柔軟伝達要素２ｂを案内する軌道を形成する部分からなっている。

ここで、「柔軟伝達要素」とは、プーリＰ１に巻きかけることのできる柔軟性を有し、プーリＰ１に力を伝達可能な部材を意味し、ワイヤ、ケーブル、ロープ、鎖などの索状のものに限られず、平ベルト、Ｖベルト、歯付ベルトなどの帯状のものも含まれる。また、柔軟伝達要素は、金属製のものに限らず、例えば、ゴム製や、金属とゴムの組み合わせによるもの（ワイヤ入りのタイミングベルトなど）等、種々の材料によって構成することができる。また、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、図示する場合では、断面が半円形状をなす凹溝として構成されているが、矩形状など種々の形状に変更が可能である。また、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、第１及び第２の柔軟伝達要素２ａ、２ｂを案内できる限り、凹溝に限られない。

また、第１及び第２の柔軟伝達要素２ａ、２ｂは、それぞれ、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの一端に、例えば、締結手段又は係止手段などによって、固定することができる。図示する場合では、第１及び第２の柔軟伝達要素２ａ、２ｂは、それぞれ、断面が半円形状の凹溝として構成された第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂ内で揺動軸線Ｏに沿う方向に遊びをもって保持される索状物として構成されている。すなわち、第１及び第２の柔軟伝達要素２ａ、２ｂは、それぞれ、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂ内で揺動軸線Ｏに沿う方向に移動できるが、張力の作用によって断面半円形状の凹溝の底部に向けて案内されることにより、脱落が防止されるようになっている。

そして、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、揺動軸線Ｏに沿う方向において、互いに重複するように配置されている。すなわち、本実施形態に係るプーリＰ１は、揺動軸線Ｏに垂直であって、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの双方と当該第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの周方向の全長に亘って交わる仮想平面Ｘが存在するように構成されている。第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、図１及び図２（ａ）に示す場合では、それぞれ、仮想平面Ｘに沿って配置された円又は円弧状をなしている。

なお、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、揺動軸線Ｏに垂直であって、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの双方と当該第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの周方向の全長に亘って交わる仮想平面Ｘが存在する限り、それぞれが、仮想平面Ｘに沿って配置されていなくてもよいし、円又は円弧状をなしていなくてもよい。

また、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、図１及び図２（ａ）に示す場合では、揺動軸線Ｏに沿う方向における位置が相互に一致するように配置されているが、揺動軸線Ｏに垂直であって、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの双方と当該第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの周方向の全長に亘って交わる仮想平面Ｘが存在する限り、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示すように、多少ずらして配置してもよい。

また、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、図１及び図２（ａ）に示す場合では、相互に同一の幅（図２（ａ）における左右方向の長さ）及び断面形状（幅方向に沿う断面形状）を有する構成としているが、相互に異なる幅及び断面形状としてもよい。例えば、第１の柔軟伝達要素２ａを帯状物とし、第２の柔軟伝達要素２ｂは索状物とする場合に、第１の案内軌道部１ａの幅を第２の案内軌道部１ｂの幅の２倍又はそれ以上とし、第２の案内軌道部１ｂを揺動軸線Ｏの方向に２つ又はそれ以上並べて設け、それぞれを、揺動軸線Ｏに沿う方向において、第１の案内軌道部１ａと互いに重複するように配置してもよい。

また、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、図１及び図２（ａ）に示す場合では、相互に揺動不能に連結されている。しかしながら、このような構成に代えて、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂを、揺動軸線Ｏを中心として相対的に揺動可能に構成してもよい（そのような例として、図６参照）。なお、本明細書において、「揺動不能に連結」とは、実質的に揺動不能であればよく、剛性部材を介した連結のみならず、ばねなどの弾性部材を介した連結も含まれる。

以上、説明した本発明の第１実施形態に係るプーリＰ１は、揺動軸線Ｏを部分的に取り囲み、第１の柔軟伝達要素２ａを案内する第１の案内軌道部１ａと、第１の案内軌道部１ａの径方向内側で揺動軸線Ｏを少なくとも部分的に取り囲み、第２の柔軟伝達要素２ｂを案内する第２の案内軌道部１ｂと、を備え、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、揺動軸線Ｏに沿う方向において、互いに重複するように配置されている。

したがって、本発明の第１実施形態に係るプーリＰ１によれば、第１の案内軌道部１ａと第２の案内軌道部１ｂとの、揺動軸線Ｏに沿う方向における間隔を低減することができるので、第１の案内軌道部１ａと第２の案内軌道部１ｂとの間に生じる不要なトルクの発生を抑制すると共に、プーリＰ１の小型化、軽量化を可能にすることができる。

また、本実施形態に係るプーリＰ１によれば、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの少なくとも一方が凹溝である構成とした場合には、第１の柔軟伝達要素２ａ、２ｂの脱落を効果的に阻止することができる。

また、本実施形態に係るプーリＰ１によれば、第１の案内軌道部１ａが、揺動軸線Ｏを中心とする円弧状をなす構成とした場合には、第１の案内軌道部１ａに案内される第１の柔軟伝達要素２ａからの牽引力をプーリＰ１に安定して伝達することができる。

さらに、本実施形態に係るプーリＰ１によれば、第２の案内軌道部１ｂが、揺動軸線Ｏを中心とする円又は円弧状をなす構成とした場合には、第２の案内軌道部１ｂに案内される第２の柔軟伝達要素２ｂからの牽引力をプーリＰ１に安定して伝達することができる。

次に、図３及び図４を参照して、本発明の第１実施形態に係るリンク機構Ｌ１について、例示説明する。

図３に示すように、本実施形態に係るリンク機構Ｌ１は、第１実施形態に係るプーリＰ１を備えている。リンク機構Ｌ１は、図示する場合では、図１及び図２（ａ）に示した構成のプーリＰ１を備えている。第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、基部５によって、相互に揺動不能に連結されている。

また、リンク機構Ｌ１は、第１の案内軌道部１ａに揺動不能に連結された第１のリンク３ａと、第１のリンク３ａに対して揺動軸線Ｏを中心として相対的に揺動可能な第２のリンク３ｂと、を備えている。なお、図示する場合では、第２のリンク３ｂは、軸部材６を介して基部５に軸支されている。

また、リンク機構Ｌ１は、図４に示すように、第１の案内軌道部１ａに案内される第１の柔軟伝達要素２ａと、第１の柔軟伝達要素２ａを牽引することで、第１及び第２のリンク３ａ、３ｂを相対的に揺動させる第１のアクチュエータ４ａと、第２の案内軌道部１ｂに案内される第２の柔軟伝達要素２ｂと、第２の柔軟伝達要素２ｂを牽引することで、第１及び第２のリンク３ａ、３ｂを相対的に揺動させる第２のアクチュエータ４ｂと、を備えている。

なお、図４は概念図であるため、図４においては、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂの溝の深さや、第１及び第２の柔軟伝達要素２ａ、２ｂの厚みなどは示していない。この点は、図５及び図７〜９についても同様である。また、図３では、第２のリンク３ｂの軸部材６と繋がる部分は円板形状をなしているが、図４では、便宜上、二点鎖線を長辺とする略長方形状で示している。この点は、図５、７、８についても同様である。

このように、本発明の第１実施形態に係るリンク機構Ｌ１によれば、第１実施形態に係るプーリＰ１を備えているので、プーリＰ１における不要なトルクの発生を抑制すると共に、リンク機構Ｌ１の小型化、軽量化を可能にすることができる。

また、本実施形態では、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂは、相互に揺動不能に連結されており、第２のアクチュエータ４ｂによる第２の柔軟伝達要素２ｂの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図４中、実線矢印で示す）が、第１のアクチュエータ４ａによる第１の柔軟伝達要素２ａの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図４中、白抜き矢印で示す）と反対になるように構成されている。

したがって、本発明の第１実施形態に係るリンク機構Ｌ１によれば、拮抗配置された第１のアクチュエータ４ａと第２のアクチュエータ４ｂとを制御することにより、第１のリンク３ａと第２のリンク３ｂとを相対的にいずれの方向にも揺動させることができる。

なお、本実施形態では、図示する場合では、第２のリンク３ｂを静止させて第１のリンク３ａを揺動させるものとしているが、その逆に、第１のリンク３ａを静止させて第２のリンク３ｂを揺動させてもよいし、第１のリンク３ａと第２のリンク３ｂの双方を揺動させてもよい。

また、本実施形態で用いられる第１及び第２のアクチュエータ４ａ、４ｂは、第１及び第２の柔軟伝達要素２ａ、２ｂを牽引できる限り、往復駆動式又は回転駆動式の流体圧又は電動アクチュエータなど、任意の形式のものを用いることができる。その中でも、流体の供給によって径方向に膨張すると共に軸方向に収縮する一方、流体の排出によって径方向に収縮すると共に軸方向に伸長するように構成されたもの（このようなアクチュエータは人工筋として用いられることが多いため、以下、人工筋アクチュエータという）を用いることが、リンク機構Ｌ１の軽量化を図る上で好ましい。

ここで、人工筋アクチュエータとしては、弾性筒状体の外側がスリーブ状に編み込まれた繊維コードで覆われた、マッキベン（ＭｃＫｉｂｂｅｎ）型人工筋アクチュエータや、図示する場合のように、弾性筒状体の内部に、該弾性筒状体の軸方向に延在する複数の繊維コードが埋設された、軸方向繊維強化型人工筋アクチュエータなどが挙げられる。

次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係るリンク機構Ｌ２について、例示説明する。

本実施形態に係るリンク機構Ｌ２は、第１実施形態の場合と比較すると、第２の柔軟伝達要素２ｂ及び第２のアクチュエータ４ｂの配置、及び第１の案内軌道部１ａの周方向の配置が異なる点で、構成が異なり、その他の点では同一の構成になっている。

したがって、本発明の第２実施形態に係るリンク機構Ｌ２によれば、第１実施形態の場合と同様に、プーリＰ１における不要なトルクの発生を抑制すると共に、リンク機構Ｌ２の小型化、軽量化を可能にすることができる。

また、本実施形態では、より具体的には、第２のアクチュエータ４ｂによる第２の柔軟伝達要素２ｂの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図５中、白抜き矢印で示す）が、第１のアクチュエータ４ａによる第１の柔軟伝達要素２ａの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図５中、白抜き矢印で示す）と同じになるように構成されている。

したがって、本発明の第２実施形態に係るリンク機構Ｌ２によれば、第１のアクチュエータ４ａと第２のアクチュエータ４ｂとの牽引力を足し合せた、より大きな力により、第１のリンク３ａと第２のリンク３ｂとを相対的に揺動させることができる。

次に、図６及び図７を参照して、本発明の第３実施形態に係るリンク機構Ｌ３について、例示説明する。

本実施形態に係るリンク機構Ｌ３は、第１実施形態の場合と比較すると、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂが揺動軸線Ｏを中心として相対的に揺動可能に構成されている点、第２の案内軌道部１ｂが第２のリンク３ｂに揺動不能に連結されている点、並びに第２の柔軟伝達要素２ｂ及び第２のアクチュエータ４ｂの配置が異なる点で、構成が異なり、その他の点では同一の構成になっている。

すなわち、図６に示すように、本実施形態に係るリンク機構Ｌ３は、第１実施形態に係るプーリＰ１（ただし、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂを、揺動軸線Ｏを中心として相対的に揺動可能に構成したもの）を備えている。第２の案内軌道部１ｂは、第２のリンク３ｂに揺動不能に連結されている。なお、図示する場合では、第２のリンク３ｂは、第１の案内軌道部１ａに連結する基部５に、軸部材６を介して軸支されている。

したがって、本発明の第３実施形態に係るリンク機構Ｌ３によれば、第１実施形態に係るプーリＰ１を備えているので、プーリＰ１における不要なトルクの発生を抑制すると共に、リンク機構Ｌ３の小型化、軽量化を可能にすることができる。

また、本実施形態では、具体的には、図７に示すように、第２のアクチュエータ４ｂによる第２の柔軟伝達要素２ｂの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図７中、実線矢印で示す）が、第１のアクチュエータ４ａによる第１の柔軟伝達要素２ａの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図７中、白抜き矢印で示す）と反対になるように構成されている。

したがって、本発明の第３実施形態に係るリンク機構Ｌ３によれば、拮抗配置された第１のアクチュエータ４ａと第２のアクチュエータ４ｂとを制御することにより、第１のリンク３ａと第２のリンク３ｂとを相対的にいずれの方向にも揺動させることができる。

次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態に係るリンク機構Ｌ４について、例示説明する。

本実施形態に係るリンク機構Ｌ４は、第３実施形態の場合と比較すると、第２の柔軟伝達要素２ｂ及び第２のアクチュエータ４ｂの配置が異なる点で、構成が異なり、その他の点では同一の構成になっている。

したがって、本発明の第４実施形態に係るリンク機構Ｌ４によれば、第３実施形態の場合と同様に、プーリＰ１における不要なトルクの発生を抑制すると共に、リンク機構Ｌ４の小型化、軽量化を可能にすることができる。

また、本実施形態では、具体的には、第２のアクチュエータ４ｂによる第２の柔軟伝達要素２ｂの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図８中、白抜き矢印で示す）が、第１のアクチュエータ４ａによる第１の柔軟伝達要素２ａの牽引によって生じさせられる第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動の方向（図８中、白抜き矢印で示す）と同じになるように構成されている。

したがって、本発明の第４実施形態に係るリンク機構Ｌ４によれば、第１のアクチュエータ４ａと第２のアクチュエータ４ｂとの牽引力を足し合せた、より大きな力により、第１のリンク３ａと第２のリンク３ｂとを相対的に揺動させることができる。

以上、第１〜第４実施形態に係るリンク機構Ｌ１〜４について説明したが、これらは、例えば人体装着式のアシスト装置若しくはパワーアシスト装置に有利に利用することができる。その中でも特に、第１実施形態に係るリンク機構Ｌ１は、人体装着式のアシスト装置若しくはパワーアシスト装置における膝関節部に特に適したものとすることができる。

すなわち、第１実施形態に係るリンク機構Ｌ１は、第１の案内軌道部１ａを、揺動軸線Ｏを中心とする円弧状をなすものとし、第２の案内軌道部１ｂを、揺動軸線Ｏを中心とする円又は円弧状をなすものとし、第１の案内軌道部１ａの半径（内径の１／２）をｒａ、第２の案内軌道部１ｂの半径（内径の１／２）をｒｂとしたとき、０．７≦ｒｂ／ｒａ≦０．９とすることで、膝関節部に特に適したものとすることができる。その理由は以下のとおりである。なお、ｒｂ／ｒａは、図４に示したようにこの範囲から外れたものとしてもよい。

まず、図９に示すように、第１のアクチュエータ４ａによる第１の柔軟伝達要素２ａの牽引力をＦａ、第２のアクチュエータ４ｂによる第２の柔軟伝達要素２ｂの牽引力をＦｂ、第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動可能角度（すなわち、プーリの揺動可能角度範囲）をθとする。そして、所望の動作での伸展側最大トルクをＴａ、屈曲側最大トルクをＴｂとすると、以下の式が成立するように設計することが好ましい。
ｒａ・Ｆａ＝Ｔａ
ｒｂ・Ｆｂ＝Ｔｂ

ここで、Ｆａ＝Ｆｂ（すなわち、第１のアクチュエータ４ａと第２のアクチュエータ４ｂとが同等のものである）と仮定すると、最適な第１の案内軌道部１ａと第２の案内軌道部１ｂとの半径比は、以下のようになる。
ｒｂ／ｒａ＝Ｔｂ／Ｔａ

そのときの第１のリンク３ａの第２のリンク３ｂに対する相対的な揺動可能角度θは、幾何学的関係より、以下のように表せる。
ｒａ・ｓｉｎ（θ−π／２）＝ｒｂ
よって、
ｃｏｓθ＝−ｒｂ／ｒａ

ここで、歩行における膝関節部の運動における伸展側最大トルクＴａは、約５０Ｎｍである。また、屈曲側最大トルクＴｂは、約４０Ｎｍである。

したがって、最適な第１の案内軌道部１ａと第２の案内軌道部１ｂとの半径比は、以下のようになる。
ｒｂ／ｒａ＝４０／５０＝０．８

したがって、０．７≦ｒｂ／ｒａ≦０．９とすることで、リンク機構Ｌ１を膝関節部に特に適したものとすることができる。より好ましくは、０．７５≦ｒｂ／ｒａ≦０．８５とし、さらに好ましくは、０．７８≦ｒｂ／ｒａ≦０．８２とする。

なお、ｒｂ／ｒａ＝０．８のときの揺動可能角度θは、以下のようになる。
θ＝ｃｏｓ^-1（−ｒｂ／ｒａ）≒１４３［ｄｅｇ］
これは、膝関節部の関節可動域（約１３０［ｄｅｇ］）以上であり、膝関節部として有効に用いることができる。

前述したところは本発明の一実施形態を示したにすぎず、特許請求の範囲において、種々の変更を加えてもよいことは言うまでもない。

例えば、前述した各実施形態に係るプーリ及びリンク機構には、第１及び第２の柔軟伝達要素を案内する第１及び第２の案内軌道部が設けられていたが、さらなる案内軌道部を所望の位置に設けてもよい。例えば、三日月形状のさらなる案内軌道部を、第１の案内軌道部の径方向内側で、且つ第２の案内軌道部の径方向外側となる位置に設けてもよい。

また、例えば、図４、５、７、８において、第１の案内軌道部１ａ、第１の柔軟伝達要素２ａ、第１のアクチュエータ４ａと左右対称の位置にさらなる案内軌道部、柔軟伝達要素、アクチュエータを設けて拮抗させてもよいし、それに加えて、又はそれに代えて、第２の柔軟伝達要素２ｂ、第２のアクチュエータ４ｂと左右対称の位置にさらなる柔軟伝達要素、第２のアクチュエータ４ｂを設けて拮抗させてもよい。

また、図４、５、７、８に示した各実施形態では、第１及び第２の柔軟伝達要素２ａ、２ｂは、それぞれ、第１及び第２の案内軌道部１ａ、１ｂに固定されていたが、前述したような拮抗配置とする場合には、必ずしも柔軟伝達要素を案内軌道部に固定する必要はない。例えば、１つの案内軌道部に１つの柔軟伝達要素を巻きかけて、その柔軟伝達要素の両端に一対のアクチュエータを拮抗配置した場合には、柔軟伝達要素を案内軌道部に固定していなくても、柔軟伝達要素から摩擦力によって案内軌道部へ力を伝達することができる。

また、第１の案内軌道部、第２の案内軌道部、さらなる案内軌道部の周方向の延在範囲（角度範囲）は、プーリの揺動時に柔軟伝達要素の干渉が生じないように適宜設定することができる。例えば、平ベルト等の帯状物を案内するように設けた第１の案内軌道部に、周方向に延在するスリットを形成し、第２の案内軌道部に案内される索状の第２の柔軟伝達要素を当該スリットに通して、又は通ることが可能なようにして第２のアクチュエータに接続する構成としてもよい。このような構成によれば、プーリの揺動可能角度範囲を有利に広げることができる。

また、プーリの揺動可能角度範囲は、その用途に応じて適宜設定することができる。

１ａ 第１の案内軌道部
１ｂ 第２の案内軌道部
２ａ 第１の柔軟伝達要素
２ｂ 第２の柔軟伝達要素
３ａ 第１のリンク
３ｂ 第２のリンク
４ａ 第１のアクチュエータ
４ｂ 第２のアクチュエータ
５ 基部
６ 軸部材
Ｐ１ プーリ
Ｌ１〜Ｌ４ リンク機構
Ｏ 揺動軸線
Ｘ 仮想平面

Claims (11)

1. 揺動軸線を部分的に取り囲み、第１の柔軟伝達要素を案内する第１の案内軌道部と、
   前記第１の案内軌道部の径方向内側で前記揺動軸線を少なくとも部分的に取り囲み、第２の柔軟伝達要素を案内する第２の案内軌道部と、を備え、
   前記第１及び第２の案内軌道部は、前記揺動軸線に沿う方向において、互いに間隔をあけずに重複するように配置されていることを特徴とする、プーリ。
2. 前記第１及び第２の案内軌道部の少なくとも一方は凹溝である、請求項１に記載のプーリ。
3. 前記第１の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円弧状をなしている、請求項１又は２に記載のプーリ。
4. 前記第２の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円又は円弧状をなしている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のプーリ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のプーリと、
   前記第１の案内軌道部に揺動不能に連結された第１のリンクと、
   前記第１のリンクに対して前記揺動軸線を中心として相対的に揺動可能な第２のリンクと、
   前記第１の案内軌道部に案内される前記第１の柔軟伝達要素と、
   前記第１の柔軟伝達要素を牽引することで、前記第１及び第２のリンクを相対的に揺動させる第１のアクチュエータと、
   前記第２の案内軌道部に案内される前記第２の柔軟伝達要素と、
   前記第２の柔軟伝達要素を牽引することで、前記第１及び第２のリンクを相対的に揺動させる第２のアクチュエータと、
   を備えることを特徴とする、リンク機構。
6. 前記第１及び第２の案内軌道部は、相互に揺動不能に連結されており、
   前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と反対になるように構成されている、請求項５に記載のリンク機構。
7. 前記第１及び第２の案内軌道部は、相互に揺動不能に連結されており、
   前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と同じになるように構成されている、請求項５に記載のリンク機構。
8. 前記第２の案内軌道部は、前記第２のリンクに揺動不能に連結されており、
   前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と反対になるように構成されている、請求項５に記載のリンク機構。
9. 前記第２の案内軌道部は、前記第２のリンクに揺動不能に連結されており、
   前記第２のアクチュエータによる前記第２の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向が、前記第１のアクチュエータによる前記第１の柔軟伝達要素の牽引によって生じさせられる前記第１のリンクの前記第２のリンクに対する相対的な揺動の方向と同じになるように構成されている、請求項５に記載のリンク機構。
10. 前記第１の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円弧状をなしており、
    前記第２の案内軌道部は、前記揺動軸線を中心とする円又は円弧状をなしており、
    前記第１の案内軌道部の半径をｒａ、前記第２の案内軌道部の半径をｒｂとしたとき、０．７≦ｒｂ／ｒａ≦０．９である、請求項６に記載のリンク機構。
11. 前記第１及び第２のアクチュエータの少なくとも一方は、流体の供給によって径方向に膨張すると共に軸方向に収縮する一方、流体の排出によって径方向に収縮すると共に軸方向に伸長するように構成されている、請求項５〜１０のいずれか一項に記載のリンク機構。
    

Images