JPH01227032A - 粘性弾性可変負荷伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粘性摩擦負荷、弾性負荷等が有する摩擦係数９
弾性係数を随時連続的に変化できる粘性弾性可変負荷伝
達装置に関する。そして、該粘性９弾性可変負荷伝達装
置は例えば、医療分野に於ける人の筋力増強を図る訓練
等に応用することができる。又、ロボット分野に於ける
アクチュエーター等にも応用できる。

〔従来の技術〕

従来、この種、粘性弾性可変負荷伝達装置は存在してお
らず、モータ等の回転体の出力軸に汎用のクラッチ機構
又はフリーホイルハブを連結したものであった。そして
、該負荷伝達装置は負荷の伝達が不連続であり画一的な
機能を有するに止まるものである。

従って、例えばロボットのアクチュエータに於ける負荷
装置の場合は所定の部品や物体を所定圧力で把持しかつ
移動する機能を有するが把持圧力を連続的に変化させた
り、ある特定条件下に微細に変化することはできない構
造であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の技術は叙上した構造を有するので次のような問題
点を具有する。すなわち、モータ等の回転体のトルクを
単純に摩擦要素やクラッチ機能に伝達する構成であるの
で、負荷伝達機能が不連続かつ単なるトルクの伝達を企
図するものである。従って、粘性弾性負荷には適応でき
ず、例えば患者の筋力訓練装置、患者のリハビリテーシ
ョンには応用できなかった。また、ロボット分野に於い
てもそのアクチュエータが把持する部品や物体の如何に
よっては把持力を変化させる必要があるが、これに対処
することができない等、種々の不利不便があった。

本発明はクラッチ機構等の摩擦要素の出力側に軸トルク
、軸角速度、軸角度等の物理量を検出するポテンション
メータやタコゼネレーター等を備え、これからの信号を
粘性信号及び弾性信号として再度摩擦要素にフィードバ
ックして制御する粘性弾性可変負荷伝達装置を提供し、
従来の技術に存在する問題点を解消せんとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は従来の技術に存在する問題点を解決するために
次の手段を採用したゆすなわち、少なくとも１つの回転
駆動体と、該回転駆動体に連結した少なくとも１つの摩
擦要素と、該摩擦要素に連結した負荷伝達レバーと、該
負荷伝達レバーに接続した物理諸量検出器と、該物理諸
量検出器からの出力信号を粘性信号及び弾性信号として
取出す信号成形回路と、該信号成形回路から出力信号で
摩擦要素を制御駆動するドライバー回路とで構成し、前
記負荷伝達レバーに連続して粘弾性負荷を変化させるこ
とを特徴とする粘性弾性可変負荷伝達装置を提供し、所
期の目的を達成せんとするものである。

また、本発明は物理諸量検出器がエンコーダー又はポテ
ンションメータとすると共に該物理諸量検出器の出力回
路にＤ−Ａ変換器及びカウンターを設ける手段を採用し
た。

更に、本発明は前記粘性２弾性信号成形回路の出力側に
回転方向判別回路を設けると共に相反する回転方向を備
えた相対向した回転体を有し正負の負荷を伝達する手段
を採用した。かかる手段により多機能な負荷伝達を図り
１人の筋力訓練装置やロボットのアクチュエーターに利
用できる技術を提供するものである。

〔作　　　用〕

本発明は叙上した手段を備えたので、モータ等で成る回
転駆動体からの出力を摩擦要素に伝動し、この摩擦要素
を介して、例えば１人の筋力訓練用バーやロボットのア
クチュエーターに適用される負荷伝達レバーに伝達され
る。この負荷伝達レバーは軸トルク、軸角速度及び軸角
度の物理的諸量を検出器に出力する。該物理諸量検出器
からの出力信号はＤ−Ａ変換器及び増幅器を介して伝送
され、粘性信号及び弾性信号として分離成形する信号成
形回路に入力し、該信号成形回路からの出力信号をドラ
イバー回路に伝達し、該ドライバー回路ルこよって摩擦
要素の作動制御を司り、粘性２弾性負荷を連続的に負荷
伝達レバーに伝達する特有な作用を奏する。

〔第１実施例〕 第１図は本発明に係る粘性弾性可変負荷伝達装置の第１
実施例を示す回路構成図である。以下、これについて説
明する。

１は回転駆動体であり、例えばモータ等でなる。２は該
回転駆動体１の出力軸に連結した摩擦要素であり、例え
ば、第３図に示すような電磁パウダクラッチでなり、通
電量により連結状態が変化し、前記回転駆動体１からの
回転トルりが伝達される。３は負荷伝達レバーであり、
前記摩擦要素２の出力軸に連結されている。該負荷伝達
レバー３は例えば、人の筋力訓練装置に適用する場合は
腕の把持レバーとして使用すればよい６４は負荷伝達レ
バー３から伝達される軸トルク、軸角速度及び軸角度の
物理量を検出する物理諸量検出器である。該、物理諸量
検出器４は例えば、ポテンションメーター、エンコーダ
又はタコゼネレーター等でなる。５はＤ−Ａ変換器であ
り、物理諸量検出器４．の出力側に接続され、ディジタ
ル信号をアナログ信号に変換するものであり、物理諸量
検出器４が例えばエンコーダでなる場合必要とするもの
で、ポテンションメーター又はタコゼネレーターの場合
、不要である。６は増幅器であり、物理諸量検出器４又
はＤ−Ａ変換器５からの出力信号を増幅する。７は微分
回路であり、前記増幅器６からの信号を導入し、微分波
形信号を成形するもので、粘性信号として取出す。該微
分回路７からの信号をセレクタ８に導入する。

又、一方外部粘性信号入力端子ａからセレクタ８に粘性
信号を導入するので、両者の粘性信号は増幅器９を介し
てセレクタ１０に導入する。

前記外部粘性信号入力端子ａは例えば、ポテンションメ
ーターやタコゼネレーターに接続しており外部から所定
の粘性信号を導入する。一方、前記増幅器６から弾性信
号を取出し、セレクタ１１に導入する。又、該セレクタ
１１は外部弾性信号入力端子すから所定の弾性信号を導
入している。

両者の弾性信号は増幅器１２を介して前記セレクタ１１
に導入している。畝上した増幅器６゜微分回路７．増幅
器９及び増幅器１２で信号成形回路が構成される。そし
て、セレクタ１０は一方から粘性信号を他方から弾性信
号をそれぞれ導入し、この合成信号はドライバー回路１
３に伝達され、該ドライバー回路１３は前記した摩擦要
素２に出力信号を導入し、該摩擦要素２の結合度を制御
かつ駆動する。該摩擦要素２は入力された粘９弾性信号
に応じて連続的に負荷を可変する。従って可変された軸
トルク、軸角速度及び軸角度の物理量は負荷伝達レバー
３に伝送される。従って病院に於ける患者尋人の筋力訓
練が自動的に負荷伝達レバー３によって行なうことがで
きる。

第３図は、第１図に示した摩擦要素２に使用される例え
ば電磁パウダクラッチの構造を示すものである。

２１は入力軸であり、前記回転駆動体１に連結している
。２２は出力軸であり一端は前記負荷伝達レバー３に連
結している。２１ａは入力軸２１に一体形成したコ字状
の駆動クラッチ体である。

２２ａは出力軸２２に一体形成しかつ上記駆動クラッチ
体２１ａの内部に挿装しているＴ字状の被動クラッチ体
である。

２３は前記駆動クラッチ体２１ａの外部に隣接配置した
固定クラッチ体である。該固定クラッチ体２３の内部に
は電磁コイル２４を収容している＠２５は磁束しゃ断リ
ングであり、駆動クラッチ体２１ａ内に介在させ、その
左右部分を磁気的に分離している。

前記第３図に示す電磁パウダクラッチの作動を説明すれ
ば、ドライバー回路１３から電流信号が端子２６ａ　、
　２６ｂを介して電磁コイル２４に通電される。而して
破線ループ２７で示すように磁束経路が形成されパウダ
（磁性体）２７が固体化し、通電量に応じて、被動クラ
ッチ体２２ａと駆動クラッチ体２１ａの結合度が決定さ
れ、入力軸２１から出力軸２２ヘトルクが伝達される。

端子２６ａ、　２６ｂへの通電をしゃ断すれば被動クラ
ッチ体２２ａと駆動クラッチ体２１ａは解放されトルク
は伝達しなくなる。

尚、図中、２９はシール部材である。

次に前述した第１図に示す本発明の第１実施例の動作に
ついて説明する。負荷伝達レバー３が、例えば人の筋力
訓練装置に於ける把持レバーである場合、その動かし方
に応じて軸トルク。

軸角速度及び軸角度の各物理諸量が物理諸量検出器４に
伝達される。該物理諸量検出器４からの出力信号は増幅
器６で増幅され、一方に於いて微分回路７からセレクタ
８へ粘性信号として導入し、この粘性信号は外部粘性信
号入力端子ａからの粘性信号と合成され、増幅器９を介
してセレクタ１０に導入される。他方に於いて、増幅器
６から弾性信号としてセレクタ１１へ導入し、この弾性
信号は外部弾性信号入力端子すからの弾性信号と合成さ
れ、増幅器１２を介してセレクタ１０に導入される。そ
して、粘性信号と弾性信号が合成され、合成信号、すな
わち合成電流がドライバー回路１３に通電する。

ドライバー回路１３は例えば第４図に示すようにオペア
ンプ１３１　を備え、このオペアンプの出力側にｎｐｎ
型トランジスタ１３２のベースを接続し、該トランジス
タ１３２のエミッタは抵抗１３３に、コレクタは摩擦要
素２にそれぞれ接続し、更に、オペアンプ１３１の一方
の入力端子はセレクタ１゜に他方の入力端子は前記トラ
ンジスタ１３２のエミッタと抵抗１３３の接続点にそれ
ぞれ接続している。而して、上記合成電流によりオペア
ンプ１３１が出力し、トランジスタ１３２が導通状態と
なり、摩擦要素２の電磁コイル２４に通電する。

従って回転駆動体１からの回転トルクが負荷伝達レバー
３からの物理的諸量に応じて摩擦要素２の出力軸２２に
伝達される。そして負荷伝達レバー３は連続的に可変さ
れ、人が該負荷伝達レバー３を把持レバーとして使用す
ることにより例えば筋力訓練を行なうことができる。

〔第２実施例〕 第２図は本発明に係る粘性弾性可変負荷伝達装置の第２
実施例を示す回路構成図であり、各構成要素は概ね前記
第１実施例と同一であり、同一構成要素については説明
を省略する。

３０は物理諸量検出器４の出力側に接続したカウンタで
あり、該物理諸量検出器４がエンコーダ等デジタル信号
源の場合必要とされる。３１は該物理諸量検出器４の出
力側に接続した回転方向判別回路であり、この出力信号
をセレクタ３２．３２’　に入力し、ドライバー回路１
３゜１３′を駆動する。そして、回転駆動体１，１′、
の正転、逆転作動を司るものである。該回転駆動体１と
１′は相反する回転方向を有し、従って摩擦要素２と２
′の伝達トルクも又相反している。然るに、負荷伝達レ
バー３は該摩擦要素２と２′との伝達量の差の各物理量
が伝達され、例えば正、負の負荷が付与される。而して
、物理諸量検出器４は両者の軸トルク、軸角速度。

軸角度の差の物理量を検出することとなりこの信号を前
記第１実施例で示すようにフィードバックすることによ
り、負荷伝達レバー３に粘性弾性負荷を連続的に可変し
付与する。そして、該負荷伝達レバー３をロボットのア
クチュエータに応用すれば、このアクチュエータの動き
は、例えば、前後進把持力の強弱等連続的に相反するト
ルクを制御かつ伝達することができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、負荷伝達レバーの動作に
応じた軸トルク、軸角速度及び軸角度の物理諸量を物理
諸量検出器で検出し、この出力信号をフィードバックさ
せ信号成形回路により粘性信号及び弾性信号として取出
し、ドライバー回路を介して摩擦要素に導入することに
より回転駆動体からのトルクを負荷伝達レバーに前記粘
性弾性信号に応じて可変可能に伝達することができるも
のである。従って、上記負荷伝達レバーが例えば治療に
於ける人の筋力訓練装置についての把持レバーに応用す
れば、頗る効果が向上する。

また、負荷伝達レバーがロボットのアクチュエーターに
応用すれば、正、負のトルクを付与することにより更に
粘性９弾性信号に基づき、負荷を連続的に可変すること
ができアクチュエータの微細な制御が可能となる等、既
存のものに比し格段すぐれた性能を有する装置を提供で
きる等著大な効果が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る粘性２弾性可変負荷伝達装置の第
１実施例を示す回路構成図である。 第２図は本発明に係る粘性２弾性可変負荷伝達装置の第
２実施例を示す回路構成図である。 第３図は本発明に係る装置に使用した摩擦要素の一例を
示す断面図である。 第４図は本発明に係る装置に使用したドライバー回路の
一例を示す電気回路である。 １．１′・・・・・・回転駆動体、２，２′・・・・・
・摩擦要素、３・・・・・・負荷伝達レバー、４・・・
・・・物理諸量検出器、５・・・・・・Ｄ−Ａ変換器、
６，９，１２・・・・・・増幅器、７・・・・・・微分
回路、１３．１３’・・・・・・ドライバー回路、３１
・・・・・回転方向判別回路。 以上 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転駆動体と、回転駆動体に連結した摩擦要素と
   、該摩擦要素に連結した負荷伝達レバーと、該負荷伝達
   レバーに接続した物理諸量検出器と、該物理諸量検出器
   からの出力信号を粘、弾性信号として取出す信号成形回
   路と、該信号成形回路から出力信号で摩擦要素を制御駆
   動するドライバー回路とで構成し、前記負荷伝達レバー
   に連続して粘弾性負荷を変化させることを特徴とする粘
   性弾性可変負荷伝達装置。
2. （２）複数かつ相対した回転方向を有する回転駆動体と
   、該回転駆動体に連結し、かつ相対した出力軸を有する
   複数の摩擦要素と、該摩擦要素に連結した負荷伝達レバ
   ーと、該負荷伝達レバーからの物理諸量によって作動す
   る物理諸量検出器と、該物理諸量検出器からの出力信号
   を粘、弾性信号として取出す信号成形回路と、該信号成
   形回路及び上記物理諸量検出器からの出力信号で作動が
   設定される回転方向判別回路からの出力信号で摩擦要素
   を正負に制御駆動する複数のドライバー回路とで構成し
   、前記負荷伝達レバーに連続して正負の粘弾性負荷を変
   化させることを特徴とする粘性弾性可変負荷伝達装置。