JP6858039B2 - 駆動アシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータによる駆動をアシストする駆動アシスト装置に関するものである。

ロボットハンドの関節部や二足又は四足歩行のロボットの膝関節部、或いは人の関節動作を補助する補助動作装置などには、サーボモータなどのアクチュエータを備えた駆動装置が用いられている。このような駆動装置では、アクチュエータの回転方向によって、必要となる駆動力が異なる場合がある。例えば、ロボットハンドの指関節部であれば、握り方向が開き方向より大きな駆動力が必要であり、二足又は四足歩行のロボットの膝関節部であれば、重力に逆らう伸び上がり方向が折り曲げ方向より大きな駆動力が必要になる。

従来、このような駆動装置は、アクチュエータで右回りと左回りの回転駆動を行う際に、大きな駆動力が必要となる側の回転方向に、捻りコイルバネや引っ張りコイルバネによる付勢力が働くようにして、駆動力を付勢力でアシストすることが行われている（例えば、下記特許文献１，２参照）。

国際公開ＷＯ２００９／１０７１６４号公報 特開２０１５−６６２１５号公報

前述した従来の駆動装置は、例えば、二足歩行ロボットの左右の膝関節部に用いる場合、左右対称に駆動装置を設置すると、付勢力を付与すべき回転方向が右側と左側で逆になる。このため、左右の膝関節部に付勢力の付与方向が異なる別の駆動装置を用意することが必要になる。また、駆動装置を四足歩行ロボットにおける左右前後の膝関節部に用いる場合には、前後の膝関節部では、付勢力のアシストが最も必要となる膝曲げ角度が異なるので、前述した左右の違いを含めて、付勢力の設定が異なる４種類の駆動装置を用意することが必要になる。

本発明は、このような問題に対処するために提案されたものである。すなわち、付勢力を付与する駆動アシスト装置であって、様々な設置状況に対応可能な汎用性のある駆動アシスト装置を提供すること、などを課題としている。

このような課題を解決するために、本発明による駆動アシスト装置は、以下の構成を具備するものである。

アクチュエータに駆動される出力軸が突出する筐体と、
前記出力軸を駆動対象に連結する連結部材と、
前記連結部材に一端が固定され、前記出力軸の周りに配置されるアシストバネと、
前記アシストバネの他端が固定され、前記アシストバネの付勢力を調整しながら前記筐体に組み付けることが可能な調整部材とを備え、
前記アシストバネは、前記出力軸の周りに巻回されるように配置された捻りコイルバネであり、
前記調整部材は、前記筐体に組み付けられていない状態では、前記アシストバネが巻回された前記出力軸の周りに回転自在に支持される構造を有する一方で、複数の回転位置で前記筐体に組み付けるための係合手段を有し、
前記筐体は、前記調整部材を複数の回転位置で組み付けるための被係合手段を有し、
このことをもって、前記調整部材は、前記出力軸の回りに回転して前記アシストバネの付勢力が調整された状態で前記筐体に係合されている
ことを特徴とする駆動アシスト装置。
または、アクチュエータに駆動される出力軸が突出する筐体と、
前記出力軸を駆動対象に連結する連結部材と、
前記連結部材に一端が固定され、前記出力軸の周りに配置されるアシストバネと、
前記アシストバネの他端が固定され、前記アシストバネの付勢方向を選択して前記筐体に組み付けることが可能な調整部材とを備え、
前記アシストバネは、前記出力軸の周りに巻回されるように配置された捻りコイルバネであり、
前記調整部材は、前記アシストバネの他端が巻回される方向が異なるいずれのアシストバネにも対応可能なように、前記捻じりコイルばねの端部が当接する２つの側面を備えた係合溝部を有する
ことを特徴とする駆動アシスト装置。

本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置の分解斜視図（上方からみた図）である。 本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置の分解斜視図（下方からみた図）である。 本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置の組み立て説明図（上方からみた斜視図）である。 本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置の組み立て説明図（下方からみた斜視図）である。 本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置の全体図（（ａ）が正面図であり、（ｂ）が（ａ）におけるＡ−Ａ断面図）である。 本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置の利用例を示した説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１〜図５に示すように、駆動アシスト装置１は、出力軸２と、筐体３と、連結部材４と、アシストバネ５と、調整部材６と、カバー部材７とを備えている。

出力軸２は、筐体３に軸支されており、筐体３内に配置されるアクチュエータＭによって回転駆動される。図示の例では、図５（ｂ）に示すように、筐体３内にアクチュエータ（サーボモータ）Ｍを配置して、出力軸２は、筐体３内に配置されたギア列８を介して駆動されている。出力軸２は、これに限らず、筐体３外に配置されたアクチュエータによって回転駆動されるものであってもよい。

筐体３は、出力軸２の周りに、調整部材６を収容する円筒状の調整部材収容部３Ａを備えている。そして、調整部材収容部３Ａ内には、出力軸２の周りに複数の位置決め孔３Ｂが配置されている。

出力軸２には、先端部に係合部２Ａが形成されており、係合部２Ａが、連結部材４の被係合部４Ａに係合することで、連結部材４は、出力軸２と一体に回転駆動される。連結部材４は駆動対象に出力軸２を連結する部材（ホーン）である。連結部材４は、中心に前述した被係合部４Ａを備え、その回りに複数の係合孔４Ｂを備えている。

アシストバネ５は、出力軸２の周りに巻回されるように配置される捻りコイルバネであり、一端部５Ａが出力軸２と同方向に延長されて、連結部材４の係合孔４Ｂの何れかに係合する。アシストバネ５の他端部５Ｂは、出力軸２と交差する方向に延長され、調整部材６に係合される。

調整部材６は、出力軸２及びアシストバネ５を通す中央孔部６Ａを備え、円柱状の外周縁６Ｂを筐体３の調整部材収容部３Ａ内に収めることで、アシストバネ５が巻回された出力軸２の周りに回転自在に支持される。また、調整部材６は、背面側に係合突起６Ｃを備えており、この係合突起６Ｃを、筐体２の調整部材収容部３Ａ内に設けられた位置決め孔３Ｂに係合することで、筐体３に対して位置決め固定される。

調整部材６の裏面側には、中央孔部６Ａに連通する係合溝部６Ｄが形成されており、この係合溝部６Ｄに、アシストバネ５の他端部５Ｂが係合される。更に、調整部材６は、外周面に掴み面６Ｅを備えており、スパナなどの工具で掴み面６Ｅを掴んで、調整部材６を出力軸２周りに回転調整できるようにしている。

駆動アシスト装置１を組み付ける際には、図３及び図４に示すように、調整部材６の中央孔部６Ａ内にアシストバネ５を配置し、調整部材６の上に連結部材４を配置して、アシストバネ５の一端部５Ａを連結部材４の係合孔４Ｂに係合し、アシストバネ５の他端部５Ｂを調整部材６の中央孔部６Ａに連通する係合溝部６Ｄに係合する。そして、この状態で、調整部材６の外周縁６Ｂにカバー部材７を被せて、連結部材４の被係合部４Ａを出力軸２の係合部２Ａに係合させながら、調整部材６の係合突起６Ｃを筐体３の位置決め孔３Ｂに位置決めして、カバー部材７をネジ７Ａで筐体３に取り付ける。

この組み付け時に、調整部材６は、スパナ等で掴み面６Ｅが掴まれた状態で保持されており、連結部材４が出力軸２に係合された段階で、調整部材６を出力軸２の回りに適宜回転することで、アシストバネ５の捻り付勢力を調整しながら、任意の調整状態で筐体３に係合して位置決め固定する。

このような駆動アシスト装置１によると、アクチュエータＭによって回転駆動される出力軸２の駆動力を、一方向のみアシストバネ５の捻り付勢力でアシストすることができる。この際、アシストバネ５の付勢力が出力軸２に常時付与されることで、ギア列８を介して駆動される出力軸２のがたつき（バックラッシュ）を抑止することができる。

また、組み付け時には、調整部材６を回転調整することで、アシストバネ５の付勢力を任意の状態に調整することができる。調整部材６による付勢力の調整は、付勢方向を含めた調整が可能になる。更には、アシストバネ５を巻回し方向が異なるバネに変更することで、アシスト方向が逆方向のものを簡単に得ることができる。このように、本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置１は、１つの駆動アシスト装置１をアシスト力やアシスト方向が異なる各種部位に適用することができる。これによって、様々な設置状況に対応可能な汎用性のある駆動アシスト装置を提供することができる。

図６は、本発明の実施形態に係る駆動アシスト装置１を四足歩行ロボット１０の膝関節部に適用した例を示している。四足歩行ロボット１０の膝関節部に用いられる４つのアクチュエータをアシストするには、前足側は、アシスト方向が左右で互いに逆の駆動アシスト装置１（Ａ），１（Ｂ）を用いる必要があり、後ろ足側は、前足側とは異なるアシスト力が設定され、左右のアシスト方向が互いに逆の駆動アシスト装置１（Ｃ），１（Ｄ）を用いる必要がある。このような設置状況に対して、アシストバネ５の付勢力を調整部材６で調整し、アシストバネ６の巻回し方向を左右で異なるものに代えるだけで、４つの駆動アシスト装置１（Ａ），１（Ｂ），１（Ｃ），１（Ｄ）を１つの装置で対応することが可能になる。このように適用範囲の広い駆動アシスト装置を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：駆動アシスト装置，２：出力軸，２Ａ：係合部，
３：筐体，３Ａ：調整部材収容部，３Ｂ：位置決め孔，
４：連結部材，４Ａ：被係合部，４Ｂ：係合孔，
５：アシストバネ，５Ａ：一端部，５Ｂ：他端部，
６：調整部材，６Ａ：中央孔部，６Ｂ：外周縁，
６Ｃ：係合突起，６Ｄ：係合溝部，６Ｅ：掴み面，
７：カバー部材，７Ａ：ネジ，
８：ギア列，１０：四足歩行ロボット，Ｍ：アクチュエータ

Claims (3)

1. アクチュエータに駆動される出力軸が突出する筐体と、
   前記出力軸を駆動対象に連結する連結部材と、
   前記連結部材に一端が固定され、前記出力軸の周りに配置されるアシストバネと、
   前記アシストバネの他端が固定され、前記アシストバネの付勢力を調整しながら前記筐体に組み付けることが可能な調整部材とを備え、
   前記アシストバネは、前記出力軸の周りに巻回されるように配置された捻りコイルバネであり、
   前記調整部材は、前記筐体に組み付けられていない状態では、前記アシストバネが巻回された前記出力軸の周りに回転自在に支持される構造を有する一方で、複数の回転位置で前記筐体に組み付けるための係合手段を有し、
   前記筐体は、前記調整部材を複数の回転位置で組み付けるための被係合手段を有し、
   このことをもって、前記調整部材は、前記出力軸の回りに回転して前記アシストバネの付勢力が調整された状態で前記筐体に係合されている
   ことを特徴とする駆動アシスト装置。
2. アクチュエータに駆動される出力軸が突出する筐体と、
   前記出力軸を駆動対象に連結する連結部材と、
   前記連結部材に一端が固定され、前記出力軸の周りに配置されるアシストバネと、
   前記アシストバネの他端が固定され、前記アシストバネの付勢方向を選択して前記筐体に組み付けることが可能な調整部材とを備え、
   前記アシストバネは、前記出力軸の周りに巻回されるように配置された捻りコイルバネであり、
   前記調整部材は、前記アシストバネの他端が巻回される方向が異なるいずれのアシストバネにも対応可能なように、前記捻じりコイルばねの端部が当接する２つの側面を備えた係合溝部を有する
   ことを特徴とする駆動アシスト装置。
3. 前記出力軸は、前記筐体内に配備されたギア列を介して駆動されることを特徴とする請求項１又は２記載の駆動アシスト装置。
   

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