KR101122348B1 - 동작보조장치 및 동작보조장치의 보수관리시스템 - Google Patents

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고쿠리쯔 다이가쿠 호징 츠쿠바 다이가쿠
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Abstract

본 발명의 장착식 동작보조장치(1)는, 어깨, 팔꿈치 등의 관절의 동작을 보조하는 어깨 관절기구(5), 팔꿈치 관절기구(6)와, 어깨 관절기구(5), 팔꿈치 관절기구(6)의 구동유닛(11)을 제어하는 제어회로를 가지는 제어유닛(100)으로 구성되어 있다. 제어유닛(100)은, 각도센서, 토크센서 및 생체신호 검출센서에 의해 검출된 물리량 및 생체신호에 근거하여 구동유닛(11)을 제어한다. 구동유닛(11)의 제어부는, 모터의 동작상황을 감시하는 모터 감시부와, 모터 감시부의 감시결과에 근거하여, 모터가 과부하 상태가 되지 않도록 모터에 대한 구동신호를 제한하는 모터 제어부를 갖는다.

Description

동작보조장치 및 동작보조장치의 보수관리시스템{MOTION ASSISTING DEVICE AND MOTION ASSISTING DEVICE MAINTENANCE/MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 동작보조장치 및 동작보조장치의 보수관리시스템에 관한 것으로, 특히 구동유닛의 동작상황을 관리하는 동작보조장치 및 동작보조장치의 보수관리시스템에 관한 것이다.
최근, 신체장해자나 고령자의 동작을 보조하기 위해 다양한 보조장치의 개발이 진행되고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 예컨대 특허문헌 1에 기재된 장착식 동작보조장치는, 복수의 아암을 서로 회전 가능하게 접속하는 조인트와, 한쪽의 아암을 다른 쪽의 아암에 대하여 회동시키는 엑추에이터와, 그 아암의 회전각도를 검출하는 각도센서를 구비한다.
예컨대 회전축의 지름방향으로 검출소자를 배치한 회전각도 검출장치가 제공된 바 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조). 특허문헌 2에 기재된 회전각도 검출장치는, 회전축의 둘레면에 나선형상으로 반사 테이프를 고정하고 있다. 상기 반사 테이프를 가로지르는 방향으로 광을 투사하고, 반사 테이프로부터의 반사광을 상기 검출소자로 포착한다. 그리고 검출장치는, 회전축의 회전에 따른 반사 테이프로부터의 반사광의 입사위치의 변위량에 근거하여, 회전축의 회전각도를 검출한다.
예컨대 모터의 동작상태를 감시하는 감시 시스템이 제공된 바 있다(예컨대, 특허문헌 3 참조). 특허문헌 3에 기재된 감시 시스템은, 복수의 센서를 사용하여 모터의 동작상태를 감시하고, 동작상태에 관한 데이터가 문턱치를 초과하고 있으면, 경보가 표시된다.
[특허문헌 1] 일본특허공개공보 제2005-95561호
[특허문헌 2] 일본특허공개공보 H9(1997)-14941호
[특허문헌 3] 일본특허공개공보 제2005-25751호
그러나, 상기 동작보조장치에서는 구동력을 발생시키는 구동유닛이 장기간 사용되면, 모터가 고장나거나 또는 경년(經年)변화로 인해 구동유닛에 구동신호가 입력되어도 마찬가지로 구동력을 발생할 수 없거나 또는 모터에 과부하가 걸려 모터가 과열된다는 문제를 생각할 수 있다.
또한, 동작보조장치가 장착되는 장착자에 따라서는, 관절을 구동하는 구동유닛을 체내에 매립하는 경우가 있다. 이렇게, 구동유닛이 체내에 매립된 경우에는, 모터의 동작상태를 체외로부터 조사하기가 어려울 뿐만 아니라, 모터에 어떠한 고장이 의심되는 경우라도 간단히 수리할 수 없는 문제가 생길 수 있다.
따라서, 본 발명의 과제는 모터가 고장나거나 또는 모터에 과부하가 걸리는 상황인지의 여부를 판별하여, 모터의 상황에 따라 모터의 구동을 제어하는 데 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 수단을 갖는다.
(1) 본 발명은, 관절의 동작을 보조하거나 또는 대행하는 구동유닛과, 상기 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 가지는 동작보조장치로서,
상기 구동유닛은,
입력된 구동력을 부여하는 모터와,
상기 제어유닛으로부터의 제어신호에 근거하여 상기 모터에 구동신호를 생성하는 제어하는 제어부가 탑재된 회로기판을 가지고,
상기 제어부는,
상기 모터의 동작상황을 감시하는 모터감시수단과,
상기 모터감시수단의 감시결과에 근거하여, 상기 모터가 과부하 상태가 되지 않도록 상기 모터의 구동신호를 제한하는 모터제어수단을 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(2) 본 발명은, 청구항 1에 기재된 동작보조장치로서,
상기 관절의 동작에 관한 물리량을 검출하는 물리량 검출수단과,
상기 관절을 동작시킬 때에 발생하는 생체신호를 검출하는 생체신호 검출수단을 구비하고,
상기 제어유닛은, 상기 물리량 검출수단 및 상기 생체신호 검출수단에 의해 검출된 물리량 및 생체신호에 근거하여 상기 구동유닛을 제어함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(3) 본 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 동작보조장치로서,
상기 모터제어수단은,
상기 모터에 입력된 전류값의 총 적산치가 미리 설정된 문턱치를 초과하였는지의 여부를 판정하는 판정수단과,
상기 판정수단에 의해 상기 전류값의 총 적산치가 미리 설정된 문턱치를 초과하였다고 판정된 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 서서히 감소시키는 모터억제수단을 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(4) 본 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 동작보조장치로서,
상기 모터제어수단은,
상기 제어부의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였는지의 여부를 판정하는 판정수단과,
상기 판정수단에 의해 상기 제어부의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였다고 판정된 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 서서히 감소시키는 모터억제수단을 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(5) 본 발명은, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 동작보조장치로서,
상기 모터제어수단은,
상기 모터의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였는지의 여부를 판정하는 판정수단과,
상기 판정수단에 의해 상기 회로기판의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였다고 판정된 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 서서히 감소시키는 모터억제수단을 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(6) 본 발명은, 관절의 동작을 보조하거나 또는 대행하는 구동유닛과, 상기 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 가지는 동작보조장치로서,
상기 구동유닛은,
입력된 구동력을 부여하는 모터와,
상기 제어유닛으로부터의 제어신호에 근거하여 상기 모터에 구동신호를 생성하는 제어하는 제어부를 가지고,
상기 제어부는,
상기 모터의 수명시간으로부터 현재까지의 총 작동시간을 감산하여 잔여수명시간을 연산하는 모터감시수단과,
상기 모터감시수단에 의해 연산된 상기 모터의 잔여수명시간이 미리 설정된 값에 도달한 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 서서히 감소시키는 모터제어수단을 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(7) 본 발명은, 청구항 3에 기재된 동작보조장치로서,
상기 제어부는,
상기 모터에 공급되는 전류값에 대한 제 1 허용치와 상기 제 1 허용치보다 높은 값으로 설정된 제 2 허용치를 기억하는 기억수단과,
상기 제 1 허용치를 초과한 만큼의 전류값을 적분하는 연산수단과,
상기 연산수단에 의해 연산된 적분치가 상기 문턱치를 초과한 경우, 상기 모터에 공급되는 전류값을 소정의 비율로 서서히 감소시키는 모터억제수단을 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(8) 본 발명은, 청구항 7에 기재된 동작보조장치로서,
상기 모터제어수단은,
상기 모터에 대한 전류값이 상기 제 2 허용치를 초과한 경우, 상기 모터에 공급되는 전류값을 상기 제 1 허용치 이하가 되도록 서서히 감소시킴으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(9) 본 발명은, 청구항 1 또는 청구항 6에 기재된 동작보조장치로서,
상기 구동유닛은,
모터와,
상기 모터를 수납하는 케이스와,
상기 케이스에 수용되는 동시에, 상기 모터가 구동하였을 때 상기 케이스에 대하여 상대적으로 회동(回動)하는 둘레면을 가지는 회동체와,
상기 회동체의 둘레면을 따라 형성되는 동시에, 상기 회동체의 둘레방향에 대하여 기울어져 연장되는 형광띠와,
상기 형광띠(螢光帶)에 광을 조사하는 발광부와,
상기 케이스에 대하여 상대적으로 정지하는 동시에, 상기 형광띠에 대향하는 수광면을 가지고, 상기 형광띠가 발하는 광을 수광하여 상기 회동체의 축방향을 따르는 상기 형광띠의 위치정보를 검출하는 검출부와,
상기 검출부에 의해 검출되는 상기 형광띠의 위치정보에 근거하여 상기 케이스와 상기 회동체와의 상대적인 회전각도를 산출하는 연산부를 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(10) 본 발명은, 청구항 9에 기재된 동작보조장치로서,
상기 발광부는, 점멸하여 상기 형광띠에 광을 조사하고,
상기 검출부는, 상기 발광부의 멸등시에 상기 형광띠가 발하는 광을 수광하여 상기 형광띠의 위치정보를 검출함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(11) 본 발명은, 청구항 1 또는 청구항 6에 기재된 동작보조장치로서,
상기 구동유닛은,
모터와,
상기 모터를 수납하는 케이스와,
상기 케이스에 수용되는 동시에, 상기 모터가 구동하였을 때 상기 케이스에 대하여 상대적으로 회동하는 둘레면을 가지는 회동체와,
상기 회동체의 둘레면을 따라 형성되는 동시에, 상기 회동체의 둘레방향에 대하여 기울어져 연장되는 반사띠(反射帶)와,
상기 반사띠에 광을 조사하는 제 1 발광부와,
상기 제 1 발광부에 대하여 상기 회동체 축방향으로 떨어져 형성되는 동시에, 상기 반사띠에 광을 조사하는 제 2 발광부와,
상기 케이스에 대하여 상대적으로 정지하는 동시에, 상기 반사띠에 대향하는 수광면을 가지고, 상기 반사띠에서 반사된 제 1 발광부의 광 및 상기 반사띠에서 반사된 제 2 발광부의 광을 수광하여 상기 회동체의 축방향을 따르는 상기 반사띠의 위치정보를 검출하는 검출부와,
상기 검출부에 의해 검출되는 상기 반사띠의 위치정보에 근거하여 상기 케이스와 상기 회동체와의 상대적인 회전각도를 산출하는 연산부를 가짐으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(12) 본 발명은, 청구항 11에 기재된 동작보조장치로서,
상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부는, 서로 교대로 점등하고,
상기 검출부는, 상기 제 1 발광부가 발광하였을 때에 검출되는 반사광의 분포와 상기 제 2 발광부가 발광하였을 때에 검출되는 반사광의 분포에 근거하여, 상기 반사띠의 위치정보를 검출함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(13) 본 발명은, 청구항 9에 기재된 동작보조장치로서,
상기 회동체는, 그 내부에 1개 또는 복수개의 기어를 수용하는 기어 케이스인 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
(14) 본 발명은, 청구항 13에 기재된 동작보조장치로서,
상기 회동체의 축방향을 따르는 슬릿이 형성되는 동시에, 상기 검출부와 상기 회동체의 사이에 배치되는 슬릿부재를 구비함으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(15) 본 발명은, 청구항 1 또는 청구항 6에 기재된 동작보조장치로서,
상기 구동유닛은,
상기 모터의 구동상태의 이력을 포함하는 정보를 송신하는 통신수단을 가짐으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(16) 본 발명은, 청구항 15에 기재된 동작보조장치와,
상기 동작보조장치의 동작상황을 관리하는 센터에 설치되어, 상기 구동유닛으로부터 상기 통신수단 및 통신 네트워크를 통해 송신된 상기 모터의 구동상태의 이력정보를 수신하는 수신수단과,
상기 수신수단을 통해 입력된 상기 모터의 구동상태의 이력정보를 저장하는 데이터 베이스와,
상기 데이터 베이스에 저장된 이력정보를 분석하여 상기 구동유닛의 수명이나 과부하 상태의 유무 등의 정보를 작성하는 분석수단과,
상기 분석수단에 의해 얻어진 분석결과로부터 상기 모터의 메인터넌스가 필요하다고 판정된 경우, 상기 구동유닛에 대하여 메인터넌스 정보를 송신하는 송신수단을 가짐으로써, 상기 과제를 해결하는 것이다.
(발명의 효과)
본 발명에 따르면, 구동유닛에 모터의 동작상황을 감시하는 모터감시수단과, 모터감시수단의 감시결과에 근거하여, 모터가 과부하 상태가 되지 않도록 모터의 구동신호를 제한하는 모터제어수단을 구비하기 때문에, 예컨대, 모터의 성능이 저하되어 있는데도 모터가 무리하게 구동되거나, 또는 모터나 회로기판이 과열된다고 하는 문제를 해소할 수 있게 된다. 이에 따라, 예컨대, 경년변화 등으로 인해 모터의 성능저하가 생긴 상태에서 당초와 동일하게 구동신호를 모터에 입력하면 모터가 과부하 상태가 되는 경우에는, 구동신호가 서서히 감소하여 모터에 의한 구동력이 작게 억제되어, 모터의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 특히, 구동유닛이 장착자의 체내에 매립되는 구성의 경우에는, 간단히 모터를 교환할 수 없으므로, 모터의 수명을 연장시킴으로써 장착자에 대한 부담을 경감할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 모터의 잔여수명시간이 미리 설정된 값에 도달한 경우, 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 서서히 감소시킴으로써, 구동신호에 대한 모터의 성능저하가 급격하게 발생하는 것을 방지하여, 모터가 갑자기 정지하여 모터의 구동력이 장착자의 의사에 반해서 전혀 얻을 수 없게 되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 동작보조장치의 동작상황을 관리하는 센터의 데이터 베이스에, 구동유닛으로부터 통신수단 및 통신 네트워크를 통해 송신된 모터의 구동상태의 이력정보를 저장하고, 데이터 베이스에 저장된 이력정보를 분석하여 해당 구동유닛의 수명이나 과부하 상태의 유무 등의 정보에 근거하여 얻어진 분석결과로부터 해당 구동유닛에 대하여 메인터넌스 정보를 송신함으로써, 구동유닛이 정상인지의 여부를 항상 분석할 수 있게 되는 동시에, 구동유닛에서 어떠한 이상이 발생한 경우에는 즉시 경보를 발하여 장착자에게 알릴 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치의 사시도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 따른 구동유닛의 사시도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 따른 구동유닛의 단면도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 따른 검출용 부재의 평면도이다.
도 5는 제 1 실시형태에 따른 구동유닛을 일부 단면으로 나타낸 측면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 구동유닛의 F6-F6선에 따른 단면도이다.
도 7은 제 1 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치의 보수관리시스템을 나타 낸 도면이다.
도 8은 제 1 실시형태에 따른 구동유닛의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 제 1 실시형태에 따른 회전각도검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 제 1 실시형태에 따른 온도검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 제 1 실시형태에 따른 왜곡·진동검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12A는 제 1 실시형태에 따른 전류정보검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12B는 모터(31)의 구동전류의 변화와 시간과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 13A는 제 1 실시형태에 따른 구동유닛의 제어부(45)가 실행하는 메인 제어처리의 흐름의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 13B는 제 1 실시형태에 따른 구동유닛의 제어부(45)가 실행하는 메인터넌스 처리의 흐름의 일례를 나타낸 플로우차트이다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치의 구동유닛을 일부 단면으로 나타낸 측면도이다.
도 15는 도 14에 나타낸 구동유닛의 F15-F15선에 따른 단면도이다.
도 16은 제 2 실시형태에 따른 회전각도검출부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치의 구동유닛의 측면도이다.
도 18은 도 17에 나타낸 구동유닛의 F18-F18선에 따른 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치의 구동유닛의 측면도이다.
도 20은 도 19에 나타낸 구동유닛의 F20-F20선에 따른 단면도이다.
도 21은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치의 구동유닛을 일부 단면으로 나타낸 측면도이다.
도 22는 도 21에 나타낸 구동유닛의 F22-F22선에 따른 단면도이다.
도 23은 제 6 실시형태에 따른 매립식 동작보조장치(200)를 나타낸 측면도이다.
도 24는 제 7 실시형태에 따른 매립식 동작보조장치(500)를 나타낸 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 91, 101, 111, 121 : 장착식 동작보조장치
2 : 체간(體幹)부재
3 : 상완(上腕)부재
4 : 전완(前腕)부재
5 : 어깨 관절기구
6 : 팔꿈치 관절기구
11, 92, 102, 112, 122, 290, 550 : 구동유닛
23, 24 : 플랜지부재
31 : 모터
34 : 이너 케이스
35 : 아우터 케이스
41 : 회로기판
45 : 제어부
51, 93, 103, 113, 123 : 회전각도검출부
52 : 온도검출부
53 : 왜곡·진동검출부
54 : 전류정보검출부
61, 94 : 검출용 부재
62, 95, 96 : 발광부
63 : 위치검출부
63a : 수광면
64 : 각도연산부
66 : 슬릿부재
68 : 본체부
69 : 형광띠
83 : 통신 네트워크
84 : 정보관리장치
85 : 통신장치
86 : 기억장치
87 : 분석장치
88 : 데이터 베이스
97 : 반사띠
100 : 제어유닛
200, 500 : 매립식 동작보조장치
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 장착식 동작보조장치와 그 구동유닛에 적용한 도면에 근거하여 설명한다.
도 1 내지 도 13은, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(1)를 개시하고 있다. 도 1은 장착자(P)의 오른팔(右腕) 둘레에 대응하는 장착식 동작보조장치(1)의 우측 상반부에 대해서 대표적으로 나타낸다. 장착식 동작보조장치(1)는, 체간부재(2), 상완부재(3) 및 전완부재(4)를 구비한다. 체간부재(2)는, 장착자(P)의 몸체에 장착된다. 상완부재(3)는, 장착자(P)의 상완부를 따라 연장되어 장착자(P)의 상완부에 장착된다. 전완부재(4)는, 장착자(P)의 전완부를 따라 연장되어 장착자(P)의 전완부에 장착된다.
장착식 동작보조장치(1)는, 어깨, 팔꿈치 등의 관절의 동작에 관한 물리량을 검출하는 각도센서(물리량 검출수단)와, 어깨, 팔꿈치 등의 관절을 동작시킬 때에 발생하는 근전위(筋電位) 신호(생체신호)를 검출하는 생체센서(생체신호 검출수단)와, 모터로부터 관절에 전달되는 구동력을 검출하는 토크센서를 구비하고 있다.
체간부재(2)와 상완부재(3)의 사이에는 어깨 관절기구(5)가 설치되어, 체간부재(2)와 상완부재(3)가 어깨 관절기구(5)를 통해 서로 회동 가능하게 연결되어 있다. 상완부재(3)와 전완부재(4)의 사이에는 팔꿈치 관절기구(6)가 설치되어, 상완부재(3)와 전완부재(4)가 팔꿈치 관절기구(6)를 통해 서로 회동 가능하게 연결되어 있다. 장착식 동작보조장치(1)는, 그 좌측 상반부에도 우측 상반부와 동일한 구성을 가진다.
장착식 동작보조장치(1)는, 어깨, 팔꿈치 등의 관절의 동작을 보조하는 어깨 관절기구(5), 팔꿈치 관절기구(6)와, 어깨 관절기구(5), 팔꿈치 관절기구(6)의 구동유닛(11)을 제어하는 제어회로를 가지는 제어유닛(100)으로 구성되어 있다. 제어유닛(100)은, 각도센서, 토크센서 및 생체신호 검출센서에 의해 검출된 물리량 및 생체신호에 근거하여 구동유닛(11)을 제어한다.
제어유닛(100)에 의한 구동유닛(11)의 제어방식은, 자율적 제어수단(100A)과 수의적(隨意的) 제어수단(100B)을 조합한 제어이다. 자율적 제어수단(100A)은, 각 센서에 의해 검출된 센서 신호(물리정보신호)가 공급되면, 각 센서의 검출값과 데이터 베이스에 저장된 기준 파라미터를 비교함으로써, 장착자의 태스크 및 페이즈를 추정하여, 추정된 페이즈에 따른 구동력을 구동유닛(11)에 발생시키기 위한 자율적 제어신호를 생성한다. 수의적 제어수단(100B)은, 생체전위센서(310)에서 검출되는 생체전위신호에 근거하여 수의적 제어신호를 생성한다. 또한, 제어신호 합성수단(100C)은, 수의적 제어수단(100B)으로부터의 수의적 제어신호 및 자율적 제어수단(100A)으로부터의 자율적 제어신호를 합성하여 구동유닛(11)에 대한 제어신호를 생성한다.
이하, 어깨 관절기구(5)를 들어 상세히 설명한다. 또, 팔꿈치 관절기구(6) 는 어깨 관절기구(5)와 대략 동일한 구성을 가지므로, 동일한 기능을 가지는 구성에 동일 부호를 부여하여 그에 대한 설명을 생략한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 어깨 관절기구(5)는, 구동유닛(11)과, 제 1 및 제 2 연결부재(12, 13)를 구비한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 연결부재(12)의 일단은, 체간부재(2)에 부착되어 있다. 제 2 연결부재(13)의 일단은, 상완부재(3)에 부착되어 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 구동유닛(11)은, 구동부(21), 기어 헤드부(22), 및 서로 상대적으로 회동하는 제 1 및 제 2 플랜지부재(23, 24)를 구비한다. 구동부(21)는, 구동원으로서의 모터(31)를 가진다. 모터(31)는, 모터 본체(31a)와 구동축(31b)을 가진다. 도 3에 도시한 바와 같이, 구동축(31b)은, 기어 헤드부(22)의 내부에 연장되어 있다. 구동축(31b)의 선단에는, 유성(遊星)기어기구(32)의 일부를 구성하는 태양기어(32a)가 부착되어 있다.
기어 헤드부(22)는, 이너(inner) 케이스(34)와 아우터(outer) 케이스(35)의 2개의 하우징을 갖는다. 이너 케이스(34)는 본 발명에서 말하는 회동체의 일례이면서, 제 1 부품의 일례이다. 이너 케이스(34)는 한쪽이 개방된 원통형상으로 형성되는 동시에, 그 내부에 유성기어기구(32)을 수용하고 있다. 유성기어기구(32)는, 전술한 태양기어(32a)에 덧붙여, 상기 태양기어(32a)에 맞물리는 예컨대 복수개의 유성기어(32b)와, 상기 유성기어(32b)에 맞물리는 내측 기어(32c; 소위 링기어(ring gear))를 갖는다. 유성기어기구(32)는 감속기구의 일례이며, 기어 헤드부(22)는 다른 감속기구를 채용해도 된다. 이너 케이스(23)는, 복수개의 기어를 내포할 필요가 없고, 예컨대 1개의 기어를 수용해도 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제 1 플랜지부재(23)는, 모터 본체(31a)에 고정되고, 모터(31)에 열적(熱的)으로 접속되어 있다. 유성기어기구(32)는, 유성기어(32b)를 지지하는 지지부재(36)를 갖는다. 지지부재(36)의 일례는 볼트이다. 상기 지지부재(36)는, 예컨대 제 1 플랜지부재(23)에 고정된다. 또한 제 1 플랜지부재(23)에는, 이너 케이스(34)가 고정되어 있다. 따라서 이너 케이스(34)는, 모터(31)에 대하여 상대적으로 정지한다.
아우터 케이스(35)는, 한쪽이 개방된 원통형상으로 형성되는 동시에, 그 내부에 이너 케이스(34)를 수용하고 있다. 아우터 케이스(35)와 이너 케이스(34)의 사이에는, 예컨대 복수개의 베어링부재(37)가 배치되어 있다. 제 2 플랜지부재(24)는, 예컨대 유성기어기구(32)의 내측 기어(32c)와 일체로 성형되어 있다. 아우터 케이스(35)는, 제 2 플랜지부재(24)에 고정되어, 제 2 플랜지부재(24)와 일체로 회동한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제 1 연결부재(12)는, 링형상으로 형성된 고정부(12a)와, 고정부(12a)로부터 연장되는 연장부(12b)를 갖는다. 상기 연장부(12b)의 선단은 체간부재(2)에 부착되어 있다. 고정부(12a)는, 예컨대 복수개의 볼트(38)에 의해 제 1 플랜지부재(23)에 고정되어 있다. 제 2 연결부재(13)는, 링형상으로 형성된 고정부(13a)와, 고정부(13a)로부터 연장되는 연장부(13b)를 갖는다. 상기 연장부(13b)의 선단은 상완부재(3)에 부착되어 있다. 고정부(13a)는, 예컨대 복수개의 볼트(38)에 의해 제 2 플랜지부재(24)에 고정되어 있다.
다음에, 구동유닛(11)의 작용에 대해서 설명한다.
모터(31)가 구동되면, 태양기어(32a) 및 유성기어(32b)를 통해, 내측 기어(32c)가 회동한다. 이에 따라, 제 2 플랜지부재(24)가 제 1 플랜지부재(23)에 대하여 상대적으로 회동한다. 제 2 플랜지부재(24)가 제 1 플랜지부재(23)에 대하여 회동하면, 아우터 케이스(35)의 내주면(35a)이 이너 케이스(34)의 외주면(34a)에 대하여 상대적으로 회동한다. 또, 본 실시형태에서 말하는 「A에 대한 B의 상대적인 회동」이란, A를 기준으로 하였을 때에 B가 A에 대하여 회동하고 있는 것을 가리키며, 정지되어 있는 B에 대하여 A가 회동하는 것도 포함한다.
제 1 플랜지부재(23)가 제 2 플랜지부재(24)에 대하여 회동하면, 상완부재(3)가 체간부재(2)에 대하여 회동한다. 이에 따라, 장착자(P)의 상완부를 어깨 둘레로 돌리는 운동이 어시스트된다. 마찬가지로, 팔꿈치 관절기구(6)의 구동유닛(11)은, 전완부재(4)를 상완부재(3)에 대하여 상대적으로 회동시켜, 장착자(P)의 전완부를 팔꿈치 둘레로 돌리는 운동이 어시스트된다.
또 본 실시형태에서는, 정지되어 있는 이너 케이스(34)의 둘레를 아우터 케이스(35)가 회동함으로써, 이너 케이스(34)가 아우터 케이스(35)에 대하여 상대적으로 회동된다. 본 발명의 실시형태는 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 제 1 연결부재(12)를 상완부재(3)에 고정하는 동시에, 제 2 연결부재(13)를 체간부재(2)에 고정해도 된다. 이렇게 하면, 정지되어 있는 아우터 케이스(35)의 내부에서 이너 케이스(34)가 회동하게 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 구동유닛(11)은 모터(31)를 제어하는 회로기 판(41)을 갖는다. 회로기판(41)은, 모터 본체(31a)의 외형보다 한단계 큰 링형상으로 형성되어 있다. 회로기판(41)은, 제 1 플랜지부재(23)에 탑재되어, 제 1 플랜지부재(23)에 열적으로 접속된다. 회로기판(41)은, 제 1 플랜지부재(23)를 방열을 위한 히트싱크로서 이용한다. 제 1 플랜지부재에는 회로기판(41)을 덮도록 하여 패킹(42)이 부착된다. 이에 따라 회로기판(41)이 외부로 노출되지 않는다. 도 8에 도시한 바와 같이, 회로기판(41)은, 구동유닛(11)의 제어를 통괄하는 제어부(45), 모터(31)를 제어하는 모터 드라이버(46), 기억부(47), 및 데이터 베이스(48)를 갖는다.
구동유닛(11)은, 예컨대 회전각도검출부(51), 온도검출부(52), 왜곡 ·진동검출부(53), 및 전류정보검출부(54)를 갖는다.
도 3 및 도 9에 도시한 바와 같이, 회전각도검출부(51)는, 검출용 부재(61), 발광부(62), 위치검출부(63), 각도연산부(64), 컨트롤러(65), 및 슬릿부재(66)를 구비한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 검출용 부재(61)는, 본체부(68)와, 상기 본체부(68)에 형성된 형광띠(69)를 갖는다. 본체부(68)의 일례는, 가늘고 긴 띠형상으로 형성된 가요(可撓)성을 가지는 부재이다. 본체부(68)의 재질은, 수지, 고무, 종이 등 어떤 것이라도 무방하며, 형광성이 작은 것이면 특별히 그 종류는 상관없다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본체부(68)는, 이너 케이스(34)의 외주면(34a)의 둘레방향을 따라, 그 외주면(34a)에 감겨진다. 본 실시형태에 따른 본체부(68)는, 이너 케이스(34)의 외주면(34a)을 한바퀴 둘러싸는 폐쇄루프형상으로 형성된다. 또, 본체부(68)는 미리 링형상으로 형성된 것이어도 된다. 또한 본체부(68)는, 폐쇄루프형상으로 형성될 필요는 없으며, 필요한 검출범위의 회전각도에 맞추어 원호형상으로 형성되어도 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 형광띠(69)는, 본체부(68)의 길이방향에 대하여 경사져 연장되어 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본체부(68)를 이너 케이스(34)에 둘러 감았을 때, 형광띠(69)는, 이너 케이스(34)의 둘레방향에 대하여 나선형상으로 경사져 연장된다. 이에 따라 이너 케이스(34)가 상대적으로 회동함으로써, 외측에서 이너 케이스(34)의 외주면(34a)의 한 점을 보면 이너 케이스(34)의 축방향(도 5의 가로방향)을 따르는 형광띠(69)의 위치가 변화된다.
또, 본 실시형태에서 말하는 「이너 케이스(34)의 둘레방향」이란, 상대적인 회동운동을 하는 이너 케이스(34)의 회동방향을 따르는 방향을 말한다. 즉 본 실시형태에서는, 원통형상으로 형성된 이너 케이스(34)의 원주방향이다. 말하자면, 형광띠(69)는, 이너 케이스(34)의 회동방향으로 진행함에 따라서 이너 케이스(34)의 회동방향과 교차하는 방향으로 위치가 변화되도록 연장되어 있다.
형광띠(69)는, 형광성의 테이프를 본체부(68)에 붙여도 되고, 본체부(68)에 형광성의 도료로 그려도 된다. 형광띠(69)는, 이너 케이스(34)의 외주면(34a)에 직접 형성되어도 된다. 또 여기서 말하는 「형광」이란, 빛을 받으면 발광하는 물질의 총칭을 가리키며, 빛을 제거해도 그 후 잠시동안 발광하는 인광을 포함한다. 형광띠(69)의 폭의 일례는 10㎛ ～20㎛이다. 단 형광띠(69)의 폭은 이것에 한정되지 않는다.
도 6에 도시한 바와 같이 발광부(62)는, 예를 들면 아우터 케이스(35)에 고정되어 있다. 발광부(62)는 검출용 부재(61)에 광을 조사한다. 발광부(62)의 일례는 LED로 이루어진 점(点)광원이다.
컨트롤러(65)는, 발광부(62)의 조사(照射) 타이밍을 제어한다. 컨트롤러(65)는, 발광부(62)에 대하여 예컨대 펄스형상의 제어신호를 보낸다. 이에 따라, 발광부(62)는 점등시와 멸등시를 교대로 반복하며, 검출용 부재(61)에 대하여 단속적(斷續的)으로 광을 조사한다. 발광부(62)의 점멸 주기의 일례는 1kHz이다. 단 점멸의 주기는 이것에 한정되지 않는다.
위치검출부(63)는, 예컨대 1차원 위치검출소자를 포함한다. 1차원 위치검출소자의 일례는, PSD(Position Sensitive Detector)이다. 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 위치검출부(63)는, 예컨대 아우터 케이스(35)에 부착되어 있다. 즉 위치검출부(63)는, 아우터 케이스(35)에 대하여 상대적으로 정지되어 있다. 위치검출부(63)는 수광(受光)면(63a)를 갖는다. 상기 수광면(63a)은 검출용 부재(61)에 대향되어 있다.
위치검출부(63)는, 그 1차원의 검출라인을 이너 케이스(34)의 축방향을 따르게 하여 배치되어 있다. 위치검출부(63)에 스폿광이 입사되었을 때, 위치검출부(63)는, 이너 케이스(34)의 축방향의 어느 위치부터 스폿광이 입사되었는지를 검출할 수 있다. 이에 따라 위치검출부(63)는, 상기 수광면(63a)이 대향하는 영역내에 있어서 형광띠(69)가 어디에 있는지(즉 이너 케이스(34)의 축방향을 따른 형광띠(69)의 위치정보)를 검출한다.
컨트롤러(65)는, 위치검출부(63)에 대하여 발광부(62)에 보내는 제어신호와 동기한 제어신호를 보낸다. 컨트롤러(65)는, 위치검출부(63)에 대하여 발광부(62)의 멸등시(즉 발광부(62)가 조사를 멈추었을 때)에, 형광띠(69)의 위치검출처리를 수행하도록 위치검출부(63)를 제어한다.
위치검출부(63)에 의해 검출된 형광띠(69)의 위치정보는, 각도연산부(64)로 보내진다. 각도연산부(64)는, 형광띠(69)의 경사각도에 관한 정보나 기준위치(회전각도 0°)에서의 형광띠(69)의 위치정보 등의 정보에 근거하여, 형광띠(69)의 위치정보로부터 아우터 케이스(35)와 이너 케이스(34)와의 상대적인 회전각도를 산출하는 처리를 수행한다. 각도연산부(64)는, 산출한 회전각도에 관한 정보를 제어부(45)로 보낸다.
슬릿부재(66)는, 위치검출부(63)와 이너 케이스(34)의 사이에 형성되어 있다. 슬릿부재(66)는, 예컨대 아우터 케이스(35)에 고정되고 아우터 케이스(35)와 일체로 움직인다. 슬릿부재(66)는, 위치검출부(63)의 수광면(63a)에 대향하는 슬릿(66a)을 갖는다. 슬릿(66a)은, 이너 케이스(34)의 축방향을 따라 연장되어 있다.
다음으로, 회전각도검출부(51)의 작용에 대해서 설명한다.
컨트롤러(65)로부터 발광부(62)에 조사(照射) 타이밍에 관한 제어신호가 보내지면, 발광부(62)는, 그 조사 타이밍에 따라 검출용 부재(61)에 대하여 광을 단속적으로 조사한다. 또한 컨트롤러(65)는, 위치검출부(63)에 대하여 발광부(62)의 점등시에는 대기하고, 발광부(62)의 멸등시에 검출처리를 수행하도록 제어한다.
발광부(62)의 점등시에는, 검출용 부재(61)에 광이 조사되어 형광띠(69)에 광에너지가 충전된다. 발광부(62)의 멸등시에는, 형광띠(69)가 광을 발한다. 위치검출부(63)의 검출라인 상에 위치하는 형광띠(69)가 발하는 광은, 슬릿(66a)을 통과하여 위치검출부(63)에 입사된다. 검출라인을 벗어난 영역에 위치하는 형광띠(69)가 발하는 광은, 슬릿부재(66)에 차단되어 위치검출부(63)에 입사되지 않는다.
위치검출부(63)는, 광의 입사위치로부터 위치검출부(63)에 대향하는 형광띠(69)의 위치정보를 검출하는 처리를 수행한다. 각도연산부(64)는, 위치검출부(63)가 검출한 형광띠의 위치정보에 근거하여 회전각도를 산출하는 처리를 수행한다. 각도연산부(64)는, 산출한 회전각도에 관한 정보를 제어부(45)에 보낸다.
다음에, 온도검출부(52)에 대해서 설명한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 온도검출부(52)는, 제어부(45)가 탑재된 회로기판(41)의 온도를 검출하는 온도센서(71)와 모터온도 연산부(72)를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 온도센서(71)는 회로기판(41)에 접해 있다. 온도센서(71)는 회로기판(41)의 온도를 직접 검출한다. 온도센서(71)는, 검출한 온도에 관한 정보를 제어부(45)로 보내는 처리를 수행하는 동시에, 검출한 온도에 관한 정보를 모터온도 연산부(72)로 보낸다.
모터온도 연산부(72)는, 온도센서(71)로부터 보내진 검출온도에 근거하여, 1차원의 전열(傳熱)방정식을 푸는 것으로 모터(31)의 온도를 산출하는 처리를 수행한다. 모터온도 연산부(72)는, 산출한 모터(31)의 온도에 관한 정보를 제어부(45) 로 보낸다. 회로기판(41)의 온도와 모터(31)의 온도의 검출처리는, 구동유닛(11)의 동작중 연속해서 이루어진다. 또 도 3에 2점 쇄선으로 도시한 바와 같이, 온도검출부(52)는, 모터온도 연산부(72) 대신에 모터(31)의 온도를 직접 검출하는 다른 온도센서(71a)를 구비해도 된다.
다음으로, 왜곡·진동검출부(53)에 대해서 설명한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 왜곡 ·진동검출부(53)는, 왜곡·진동센서(73)를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 왜곡·진동센서(73)는 제 1 플랜지부재(23)에 부착되어 있다. 왜곡·진동센서(73)는 제 1 플랜지부재(23)의 왜곡량을 검출하는 동시에, 제 1 플랜지부재(23)의 진동상태(예컨대 채터진동(chatter vibration)의 유무)를 검출한다. 상기 왜곡량과 진동상태의 검출처리는, 구동유닛(11)의 동작중 연속해서 이루어진다.
다음으로, 전류정보검출부(54)에 대해서 설명한다.
도 12A에 도시한 바와 같이, 전류정보검출부(54)는, 전류검출부(75)와 연산부(76)를 갖는다. 전류검출부(75)는, 예를 들어 모터 드라이버(46)를 흐르는 전류를 측정함으로써, 모터(31)에 흐르는 전류값을 검출한다. 전류검출부(75)는, 검출한 전류값에 관한 정보를 연산부(76)로 보낸다. 연산부(76)는, 모터(31)에 흐르는 전류값을 구동유닛(11)의 첫회 기동시로부터 시간 적분하고, 구동유닛(11)의 첫회 기동시에서 현재까지 모터(31)에 어느 정도의 양의 전류가 흘렀는지를 산출한다. 연산부(76)는, 산출한 전류값의 시간 적분의 값(총 작동시간)을 제어부(45)로 보낸다.
데이터 베이스(48)에는, 오작동을 일으키지 않는 회로기판(41)의 허용 온도, 오작동을 일으키지 않는 모터(31)의 허용 온도, 결함에 이르지 않는 제 1 플랜지부재(23)의 허용 왜곡량, 및 모터(31)의 수명 등에 관한 데이터가 저장되어 있다.
제어부(45)는, 모터(31)의 동작상황을 감시하는 모터 감시부(45A)와, 모터 감시부(45A)의 감시결과에 근거하여, 모터(31)가 과부하 상태가 되지 않도록 모터(31)에 대한 구동신호를 제한하는 모터 제어부(45B)를 갖는다. 또한, 모터 감시부(45A)는, 모터(31)에 입력된 전류값의 총 적산치가 미리 설정된 문턱치를 초과하였는지의 여부를 판정하는 판정부(45C)와, 잔여수명 연산부(77)를 갖는다. 또한, 모터 제어부(45B)는, 판정부(45C)에 의해 전류값의 총 적산치가 미리 설정된 문턱치를 초과하였다고 판정된 경우, 모터(31)에 공급되는 구동신호를 소정의 비율(예컨대, 매초(每秒) 최대출력의 5%～10%)로 서서히 감소시키도록 모터(31)를 제어한다.
제어부(45)는, 온도검출부(52)로부터 보내지는 회로기판(41) 및 모터(31)의 온도, 모터(31)의 총 작동시간에 관한 정보를 데이터 베이스(48)에 저장된 허용치나 모터(31)의 평균적인 수명과 비교한다. 제어부(45)는, 회로기판(41)의 온도 및 모터(31)의 온도 중 어느 한쪽이 허용치를 초과할 것 같을 때에는 모터(31)를 저속회전으로 전환하는 등 모터(31)의 구동을 완화 또는 정지한다. 제어부(45)는, 왜곡 ·진동검출부(53)로부터 보내져 온 왜곡량 또는 진동의 상태를 데이터 베이스에 저장되어 있는 허용치와 비교하여, 필요에 따라 모터(31)의 구동을 완화 또는 정지한다.
이와 같이, 구동유닛(11)은, 예컨대 모터(31)의 성능이 저하되어 있는데도 모터(31)가 무리하게 구동되거나, 또는 모터(31)가 과열된다고 하는 문제를 해소할 수 있게 된다. 이에 따라, 예컨대, 경년변화 등으로 인해 모터(31)의 성능저하가 생긴 상태에서 당초와 동일하게 구동신호를 모터(31)에 입력하면 모터(31)나 회로기판(41)이 과부하 상태가 되는 경우에는, 구동신호가 서서히 감소하여 모터(31)에 의한 구동력이 작게 억제되어, 모터(31)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 특히, 구동유닛(11)이 장착자의 체내에 매립되는 구성의 경우(도 23, 도 24 참조)에는, 간단히 모터를 교환할 수 없으므로, 모터(31)의 수명을 연장시킴으로써 장착자에 대한 부담을 경감할 수 있게 된다.
또한, 모터(31)의 잔여수명시간이 미리 설정된 값에 도달한 경우, 모터(31)에 공급되는 구동신호를 소정의 비율(예컨대, 매초 최대출력의 5% ～10%)로 서서히 감소시킴으로써, 구동신호에 대한 모터(31)의 성능저하가 급격히 발생하는 것을 방지하고, 모터(31)가 갑자기 정지하여 모터(31)의 구동력이 장착자의 의사에 반해서 전혀 얻어질 수 없게 되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 12A에 도시한 바와 같이 제어부(45)는, 잔여수명 연산부(77)를 갖는다. 잔여수명 연산부(77)는, 전류정보검출부(54)로부터 모터(31)에 흐른 전류값의 시간 적분의 값에 관한 정보를 받는다. 한편, 데이터 베이스(48)에는, 실험 또는 실제 사용에 의해 구해진 모터가 수명에 도달하는 전류의 시간 적분의 값에 관한 정보(예컨대 미리 설정된 수명판단의 기준치)가 저장되어 있다. 잔여수명 연산부(77)는, 전류정보검출부(54)로부터 받은 전류값의 시간 적분의 값을 데이터 베이스에 저장된 정보와 비교함으로써, 모터(31)의 잔여수명을 산출한다. 제어부(45)는, 예를 들면 모터(31)를 흐르는 전류값의 시간 적분의 값이 소정의 기준치를 초과하면 교환시기라고 판단한다. 이 잔여수명의 검출처리는, 구동유닛(11)의 동작 중 연속해서 이루어진다.
도 8에 도시한 바와 같이 구동유닛(11)은, 통신부(78)를 갖는다. 기억부(47)에는, 온도검출부(52), 왜곡·진동검출부(53), 전류정보검출부(54), 및 제어부(45)에서 검출 또는 산출된 각종 정보가 보내져, 이들 정보의 이력을 기억한다. 통신부(78)는, 예컨대 무선식 통신장치이다. 통신부(78)는, 온도검출부(52), 왜곡·진동검출부(53), 전류검출부(75) 및 제어부(45)에서 검출 또는 산출된 각종 정보를 예를 들어 정기적으로 외부에 송신한다.
도 12B는 모터(31)의 구동전류의 변화와 시간과의 관계를 나타낸 그래프이다. 도 12B에 도시한 바와 같이, 모터(31)의 구동전류는 어깨 또는 팔꿈치의 관절을 구동할 때의 각도 및 토크에 의해 점차 변화되고 있다. 본 실시형태에서는, 구동전류의 제 1 허용치(IA)와 제 2 허용치(IB)가 데이터 베이스(48)에 미리 설정되어 있다((IA < IB ).
구동유닛(11)은, 모터(31)에 공급되는 전류값에 대한 제 1 허용치(IA)와 제 1 허용치(IA)보다 높은 값으로 설정된 제 2 허용치(IB)를 기억하는 데이터 베이스(기억수단; 48)를 갖는다. 또한, 잔여수명 연산부(77)는 제 1 허용치(IA)를 초과한 만큼의 전류값을 적분하여 모터(31)에 평균 수명으로부터 현재까지의 총 사용 시간을 뺀 잔여수명을 연산한다. 그리고, 모터 제어부(45B)는, 연산된 적분치가 문턱치를 초과한 경우, 모터(31)로 공급되는 전류값을 소정의 비율(예컨대, 매초 제 1 허용치(IA)의 5% ～10%)로 서서히 감소시키도록 모터(31)를 제어한다.
또한, 모터 제어부(45B)는 구동전류가 제 2 허용치(IB)를 초과하는 경우에는, 모터(31)로 공급되는 전류값을 소정의 비율로 서서히 감소시키도록 모터(31)를 제어한다. 모터에 공급되는 전류값을 감소시키는 비율은, 다음과 같이 설정할 수 있다. 예컨대, 제 2 허용치(IB)를 초과하는 전류값을 순간(예컨대 1초 이내)에 제 2 허용치(IB)까지 감소시킨다. 또는, 수 초 이내에 제 1 허용치까지 감소시킨다. 여기서, 구동전류를, 예컨대 시그모이드(sigmoid) 함수나 베지에 곡선(Bezier Curve), 또는 스플라인 곡선(spline curves) 등을 적용하여 매끄럽게 감소시키면 된다.
또한, 이와 같이 구동전류가 제 2 허용치(IB)를 초과한 것이 반복해서 검지된 경우에는, 제어유닛(100)은, 어시스트율(장착자 자신이 발생하는 토크와 구동유닛이 발생하는 토크의 비율)을 자동적으로 낮게 변경한다. 또한, 상기 소정의 비율은 임의의 값으로 설정하는 것이 가능하며, 예를 들면, 상황에 따라 매초 최대출력의 0.1% ～1%와 같이 구동전류를 감소시켜 모터(31)를 정지시키도록 해도 된다.
다음으로, 도 13A를 참조하여 구동유닛(11)의 제어부(45)가 실행하는 모 터(31)의 메인 제어처리에 대해서 설명한다.
제어유닛(100)으로부터 구동유닛(11)에 구동지령이 내려지면, 제어부(45)는 제 1 공정(S1)으로서 모터(31)의 구동을 개시한다. 제 1 공정(S11)에 계속해서, 제 2 공정(S12)으로서 전류정보검출부(54)에 의해 모터(31)를 흐르는 전류값이 검출되어, 그 시간 적분의 값이 산출된다(감시수단). 제 3 공정(S13)으로서 온도검출부(52)에 의해 회로기판(41)의 온도가 검출되어, 모터(31)의 온도가 산출된다(감시수단). 제 4 공정(S14)으로서 왜곡·진동검출부(53)에 의해 제 1 플랜지부재(23)의 왜곡량이 검출되어, 진동의 상태가 검출된다(감시수단). 또, 본 실시형태에서는, 상기 제 2 내지 제 4 공정(S2, S3, S4)은 동시에 이루어진다. 단 이들 공정은 순서대로 이루어져도 되고, 이 경우 이루어지는 순서는 어느 것부터라도 무방하다.
제 5 공정(S5)으로서 제어부(45)는, 제 2 내지 제 4 공정(S2, S3, S4)에서 검출된 각종 정보를 데이터 베이스(48)에 저장되어 있는 허용치나 기준값과 비교하여, 구동유닛(11)의 동작상태가 정상(正常)인지의 여부를 판단한다(판정수단). 제어부(45)는, 예를 들면 모터(31)에 흐른 전류의 시간 적분의 값이 소정량 이하인지, 회로기판(41)의 온도가 허용치 이하인지, 모터(31)의 온도가 허용치 이하인지, 제 1 플랜지부재(23)의 왜곡량이 허용치 이하인지, 진동상태로부터 판단되는 채터진동의 징후가 보여지는지 등을 판단한다.
모든 값이 허용치 이하이면, 제 6 공정(S6)으로서 회전각도검출부(51)가 제 1 및 제 2 플랜지부재(23, 24)의 상대적인 회전각도를 검출한다. 제 7 공정(S7)으 로서 제어부(45)는, 검출된 회전각도에 근거하여 정지위치인지의 여부를 판단한다. 제어부(45)가 아직 정지위치에 도달되어 있지 않다고 판정된 경우, 다시 제 2 공정(S2)으로부터 순서대로 개시된다. 제어부(45)가 정지위치에 도달되어 있다고 판정된 경우, 제 8 공정(S8)으로서 모터(31)가 정지된다. 이로써 일련의 처리가 종료된다.
제 5 공정(S5)에 있어서, 모터(31)에 흐른 전류값의 시간 적분의 값, 회로기판(41)의 온도, 모터(31)의 온도, 및 제 1 플랜지부재(23)의 왜곡량 중 어느 하나 이상이 허용치 또는 기준값을 초과하고 있거나, 채터진동의 징후가 보여지는 경우, 제 9 공정(S9)으로 들어간다. 제 9 공정(S9)에서는, 모터(31)가 예컨대 저속운전으로 들어가는 등 모터(31)의 구동이 완화된다(모터억제수단). 따라서, S5에 있어서 허용치를 초과한 경우에는, S9에서 모터(31)를 소정의 비율로 저속회전으로 전환하는 등 모터(31)의 구동을 완화하도록 감속 제어를 수행한다.
제 10 공정(S10)에서는, 각종 검출부에 의해 검출된 정보가 통신부(78)에 의해 외부로 송신된다. 제 10 공정(S10)과 전후해서 모터(31)의 구동이 정지된다.
다음으로, 도 13B를 참조하여 구동유닛(11)의 제어부(45)가 실행하는 모터(31)의 메인터넌스 제어처리에 대해서 설명한다. 또, 상기 메인터넌스 제어처리는, 전술한 메인 제어처리(도 13A에 도시)와 병렬처리되어 있고, 미리 설정된 임의의 시간간격(예컨대, 1분～10분 간격)마다 인터럽트 처리된다.
도 13B에 있어서, 제 1 공정(S11) ～ 제 6 공정(S16)은, 전술한 도 13A의 제 1 공정(S1) ～ 제 5 공정(S5), 제 9 공정(S9)과 동일하므로 그에 대한 설명은 생략 한다.
도 13B에 있어서, 도 13A와 다른 처리는 제 7 공정(S17)이다. 제 7 공정(S17)에서는, 제어부(45)는 모터(31)의 동작상태(예컨대 모터(31)에 흐른 전류의 시간 적분의 값이 소정량 이하인지, 회로기판(41)의 온도가 허용치 이하인지, 모터(31)의 온도가 허용치 이하인지, 제 1 플랜지부재(23)의 왜곡량이 허용치 이하인지, 진동상태로부터 판단되는 채터진동의 징후가 보여지는지 등)를 센터의 정보관리장치(84; 도 7 참조)로 통신 네트워크(83)를 통해 송신한다. 이에 따라, 정보관리장치(84)에서는, 센터의 데이터 베이스(88)에 근거하여 각 장착식 동작보조장치(1)의 동작상태를 분석할 수 있게 된다.
마지막으로, 장착식 동작보조장치(1)의 보수관리시스템(81)에 대해서 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 보수관리시스템(81)은, 사용자측에 배치되는 장착식 동작보조장치(1) 및 무선단말(82), 그리고 공급자측에 배치되는 동시에 상기 사용자측의 무선단말(82)에 인터넷 등의 통신 네트워크(83)를 통해 접속된 정보관리장치(84)를 갖는다.
정보관리장치(84)는, 장착식 동작보조장치(1)의 동작상황을 관리하는 센터에 설치되어 있고, 통신 네트워크(83)에 접속된 통신장치(85)와, 통신장치(85)로부터 입력된 각 장착식 동작보조장치(1)의 동작상황의 정보(모터(31)의 이력정보를 포함함)를 순차 저장하는 데이터 베이스(88)를 가지는 기억장치(기억수단; 86)와, 기억장치(86)에 저장된 각 동작상황의 정보로부터 해당 장착식 동작보조장치(1)에 대한 분석을 수행하는 분석장치(분석수단; 87)를 갖는다.
또한, 분석장치(87)는 데이터 베이스(88)에 저장된 이력정보를 분석하여 해당 구동유닛(11)의 수명이나 과부하 상태의 유무 등의 분석정보를 작성하는 동시에, 분석결과의 중요도가 높은 경우에 그 분석정보를 해당 장착식 동작보조장치(1)에 송신한다.
통신장치(85)는, 구동유닛(11)으로부터 통신부(78) 및 통신 네트워크(83)를 통해 송신된 모터(31)의 구동상태의 이력정보를 수신하는 수신부(85A)와, 분석수단에 의해 얻어진 분석결과로부터 모터(3)의 메인터넌스가 필요하다고 판정된 경우, 해당 구동유닛(11)에 대하여 메인터넌스 정보를 송신하는 송신부(85B)를 갖는다.
장착식 동작보조장치(1)는, 상술한 바와 같이 각 구동유닛(11) 마다 통신부(78)를 구비한다. 즉 장착식 동작보조장치(1)는, 어깨 관절기구(5)의 구동유닛(11)에 설치된 통신부(78), 팔꿈치 관절기구(6)의 구동유닛(11)에 설치된 통신부(78) 등 복수의 통신부(78)를 구비한다. 상기 복수의 통신부(78)로부터 각각의 구동유닛(11)의 동작상태에 관한 정보가 무선단말(82)을 통해서 통신 네트워크(83) 상에 예컨대 정기적으로 보내진다. 또한 다른 사용자가 사용하고 있는 다른 장착식 동작보조장치(1)도 마찬가지로 구동유닛(11)에 관한 정보를 통신 네트워크(83) 상에 보낸다. 공급자측에 배치된 정보관리장치(84)는, 통신 네트워크(83) 상에 보내진 각 사용자마다의 정보를 수취하여, 데이터 베이스(88) 상에서 일괄 관리한다.
이와 같이, 동작보조장치의 동작상황을 관리하는 센터의 데이터 베이스(88)에, 구동유닛(11)으로부터 통신수단 및 통신 네트워크(83)를 통해 송신된 모터(31) 의 구동상태의 이력정보를 저장하고, 데이터 베이스(88)에 저장된 이력정보를 분석하여 해당 구동유닛(11)의 수명이나 과부하 상태의 유무 등의 정보에 근거하여 얻어진 분석결과로부터 해당 구동유닛(11)에 대하여 메인터넌스 정보를 송신함으로써, 구동유닛(11)이 정상인지의 여부를 상시 분석할 수 있게 되는 동시에, 구동유닛(11)에서 어떠한 이상이 발생한 경우에는 즉시 경보를 무선신호에 의해 발하여 장착자에게 알릴 수 있게 된다.
이러한 구성의 장착식 동작보조장치(1) 또는 구동유닛(11)에 따르면, 회전각도검출부(51)에서의 광의 산란에 의한 영향이 억제되어, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 즉 본 실시형태에 따른 회전각도검출부(51)에는 형광띠(69)가 이용되고 있다. 형광띠(69)는 스스로 광을 발하므로, 형광띠(69)의 엣지부에서는 광의 난반사의 문제는 생기지 않고, 위치검출부(63)에는 산란이 억제된 광이 입사된다. 즉 형광띠(69)를 이용하면 광의 산란에 기인하는 오차가 생기기 어려워, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다.
발광부(62)가 단속적으로 광을 조사하는 동시에, 위치검출부(63)가 발광부(62)의 멸등시에 형광띠(69)가 발하는 광을 수광하면, 발광부(62)가 발하는 광에 방해받지 않고, 형광띠(69)가 발하는 광을 확실하게 검출할 수 있다.
검출용 부재(61)는, 형광띠(69)가 부착되는 본체부(68)를 가지며, 형광띠(69)를 직접적으로 회동체에 부착하는 것보다, 둘레방향에 대한 경사각도를 정확하게 설정할 수 있다. 형광띠(69)의 부착도 간편해진다.
일반적으로 많은 각도검출부는, 모터축에 연결된 회전축에 각도검출용 부위 를 설치하고 있다. 이 때문에 각도검출부를 구비한 구동유닛은, 그 축방향으로 커진다. 한편, 본 실시형태에 따른 검출용 부재(61)는, 기어 케이스인 이너 케이스(34)의 외주면(34a)에 부착된다. 검출용 부재(61)를 이너 케이스(34)에 부착하면, 회전축에 설치되는 각도검출용 부위를 생략할 수 있게 되어, 구동유닛(11)을 소형화할 수 있다.
예컨대 전위차계(potentiometer)와 같은 각도검출기를 이용하면, 전위차계의 축과 회전축간의 어긋남이나 왜곡으로부터 검출에 오차가 생길 우려가 있다. 한편, 본 실시형태와 같이 회전각도검출부(51)가 기어·모터 시스템에 직접 조립되어 있으면, 검출에 오차가 생기기 어렵고, 매우 신뢰성이 높은 검출을 실현할 수 있다.
슬릿부재(66)는 반드시 필요한 것이 아니며 생략가능하다. 슬릿부재(66)가 설치되어 있으면, 검출라인의 전후의 영역으로부터 발해지는 여분의 광이 차단된다. 이것은 회전각도의 검출 정밀도의 향상에 기여한다.
예컨대 특허문헌 3에 기재된 감시 시스템은, 센서를 사용하여 모터의 동작상태를 감시하는 동시에, 동작상태에 관한 데이터가 문턱치를 초과하고 있으면 경보를 발한다. 이러한 감시 시스템을 구비한 구동유닛이 사용자에 의해 사용되고 있으면, 구동유닛의 공급자는 경보가 발해질 때마다 각각에 대응할 필요가 있다.
본 발명의 실시형태의 하나의 측면은, 모터(31)의 동작상태를 감시하는 동시에, 그 동작상태를 적정화하기 위해서 스스로 능동적으로 대응할 수 있는 구동유닛을 제공하는 것에 있다.
제 1 플랜지부재(23)는, 모터(31)에 열적으로 접속되어 있기 때문에, 모터(31)가 구동되면 온도가 상승한다. 이러한 플랜지부재에 마찬가지로 발열체인 회로기판을 탑재하면, 회로기판이 고온이 될 우려가 있다. 이 때문에 일반적으로는 회로기판은 모터로부터 떨어져 설치된다.
한편, 본 실시형태에 따른 구동유닛(11)은, 회로기판(41)은 제 1 플랜지부재(23)에 탑재된다. 구동유닛(11)은, 회로기판(41)의 온도를 검출하는 온도검출부(52)를 갖는다. 상기 온도검출부(52)에 의해 회로기판(41)의 온도를 항상 감시한다. 그리고 그 온도가 허용치를 초과할 것 같을 때에는 모터(31)의 구동을 완화시키거나 하여, 모터(31)로부터 제 1 플랜지부재(23)에 흐르는 열의 양을 감소시킨다. 그러면 제 1 플랜지부재(23)가 회로기판(41)의 히트싱크로서 기능을 발휘하여, 회로기판(41)의 온도상승이 억제된다. 이와 같이 회로기판(41)의 온도상태를 감시하면서 모터(31)를 제어하는 제어부(45)를 가짐으로써, 회로기판(41)을 모터(31)에 열적으로 접속된 제 1 플랜지부재(23)에 탑재할 수 있게 된다. 회로기판(41)을 모터(31)에 인접한 위치에 배치할 수 있으면, 구동유닛(11)의 소형화를 도모할 수 있다.
예를 들면 온도검출부(52)가 모터(31)의 온도를 감시하는 동시에, 모터(31)의 온도 및 회로기판(41)의 온도 중 어느 한쪽이 허용치를 초과할 것 같을 때에 모터(31)의 구동이 완화되면, 제 1 플랜지부재(23)가 모터(31) 또는 회로기판(41)의 히트싱크로서 기능하기 때문에, 온도의 상승이 억제된다. 이러한 제어부(45)를 가지면, 구동유닛(11)의 소형화가 더욱 도모되는 동시에 그 신뢰성이 높아진다.
장착식 동작보조장치(1)에 사용되는 모터(31)는, 일생에 그다지 많이 회전되는 경우가 없는 한편, 예를 들면 무거운 짐을 지지하는 등 과부하 상태로 사용되는 경우가 많다. 모터(31)의 수명을 검출하는 방법으로서는 예컨대 모터의 총 회전수를 기준으로 하는 방법이 있지만, 장착식 동작보조장치(1)용 모터(31)에는 적합하지 않다.
한편, 본 실시형태에 따른 구동유닛(11)은, 모터(31)에 흐르는 전류값을 초기 가동시부터 시간 적분하고, 그 적분치에 근거하여 모터(31)의 수명을 판단하는 제어부(45)를 갖는다. 모터(31)의 과부하 상태는, 모터(31)에 흐르는 전류값의 크기에 비례한다. 따라서 전류값의 시간적분을 산출함으로써, 상기 모터(31)가 얼마나 과부하 상태에 놓여졌는지를 어림(槪算)할 수 있다. 즉 이러한 구동유닛(11)에 따르면, 과부하 상태에 놓여지는 모터(31)의 수명을 적절하게 판단할 수 있다.
구동유닛(11)이 각종 검출정보 등을 기억한 기억부(47)을 가지면, 그 구동유닛(11)이 현재까지 어떤 환경하에서 어떻게 사용되었는지에 대한 정보를 얻을 수 있어, 예컨대 메인터넌스의 효율화를 도모할 수 있다.
구동유닛(11)이 각종 검출정보 등을 외부로 송신하는 통신부(78)를 가지면, 외부에서도 각 구동유닛(11)의 동작상태 및 잔여수명 등을 파악할 수 있다. 이에 따라 공급자측으로부터 예컨대 교환시기를 제시하거나, 머지않아 교환시기에 도달하는 구동유닛(11)에 대해서는 교환부품을 미리 준비할 수 있게 된다.
복수의 구동유닛(11)이 각각 각종 검출부(52, 53, 54), 제어부(45)를 포함하는 회로기판(41), 및 통신부(78) 등을 가지고 각각 1개의 독립된 유닛으로서 구성 되면, 각 구동유닛(11)의 사이를 연결하는 케이블은 예컨대 전원케이블만으로 이루어지고, 장착식 동작보조장치(1)의 편리성이 향상된다.
또 본 실시형태에서는, 이너 케이스(34)에 형광띠(69)를 형성하는 동시에 아우터 케이스(35)에 위치검출부(63)를 설치하였지만, 아우터 케이스(35)에 형광띠(69)를 형성하는 동시에 이너 케이스(34)에 위치검출부(63)을 설치해도 된다.
또 위치검출부(63)는, 발광부(62)의 멸등시에 광을 검출하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 형광띠(69)가 발하는 광의 주파수와 발광부(62)가 발하는 광의 주파수가 서로 다른 것을 채용하는 동시에, 형광띠(69)의 주파수에 반응하는 위치검출부(63)을 이용하면, 위치검출부(63)는 발광부(62)의 점등시에 있어서도 형광띠(69)가 발하는 광으로부터 위치검출처리를 수행할 수 있다. 단 위치검출부(63)가 발광부(62)의 멸등시에 검출처리를 수행하면, 위치검출부(63)의 선정이나 조정이 용이해지고, 검출 오차가 더욱 생기기 어렵다.
다음으로, 도 14 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(91)에 대해서 설명한다. 또 제 1 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(1)와 동일한 기능을 가지는 구성은, 동일 부호를 부여하여 그에 대한 설명을 생략한다.
장착식 동작보조장치(91)의 어깨 관절기구(5) 및 팔꿈치 관절기구(6)는, 각각 구동유닛(92)을 갖는다. 구동유닛(92)은, 회전각도검출부(93)의 구조가 제 1 실시형태에 따른 회전각도검출부(51)와 다를 뿐이고, 다른 구성은 제 1 실시형태와 동일하다. 즉 구동유닛(92)은, 제어부(45), 모터 드라이버(46), 기억부(47), 데이 터 베이스(48), 온도검출부(52), 왜곡·진동검출부(53) 및 전류정보검출부(54)를 갖는다.
회전각도검출부(93)는, 검출용 부재(94), 제 1 발광부(95), 제 2 발광부(96), 위치검출부(63), 각도연산부(64), 컨트롤러(65), 및 슬릿부재(66)를 구비한다.
검출용 부재(94)는, 본체부(68)와, 상기 본체부(68)에 형성된 반사띠(97)를 갖는다. 본체부(68)의 일례는, 광의 반사성을 작게 하기 위해서 흑색으로 도포되어 있다.
반사띠(97)는, 본체부(68)의 길이방향에 대하여 경사져 연장되어 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 본체부(68)를 이너 케이스(34)에 둘러 감았을 때, 반사띠(97)는, 이너 케이스(34)의 둘레방향에 대하여 나선형상으로 경사져 연장된다. 이에 따라 이너 케이스(34)를 상대적으로 회동함에 따라, 이너 케이스(34)의 축방향을 따르는 반사띠(97)의 위치가 변화된다.
반사띠(97)는, 광의 반사성이 높은 재질로 형성되며, 예컨대 광의 반사성을 가지는 테이프를 본체부(68)에 붙여도 되고, 광의 반사성의 높은 도료로 그려도 된다. 또한 반사띠(97)는, 이너 케이스(34)의 외주면에 직접 형성되어도 된다. 반사띠(97)의 폭의 일례는 10㎛～20㎛이다. 단 반사띠(97)의 폭은 이것에 한정되지 않는다.
도 14에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 예컨대 아우터 케이스(35)에 고정되어 있다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 이너 케이스(34)의 축방향을 따라 서로 떨어져 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 예컨대 이너 케이스(34)의 축방향을 따라 검출용 부재(94)의 중심으로부터 서로 반대 방향으로 같은 거리만큼 떨어져 있다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 검출용 부재(94)에 광을 조사한다.
컨트롤러(65)는, 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)의 조사 타이밍을 제어한다. 컨트롤러(65)는, 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)에 예컨대 펄스형상의 제어신호를 보낸다. 컨트롤러(65)는, 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)가 서로 교대로 점등하도록 제어한다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)의 점멸 주기의 일례는 1kHz이다. 단 점멸의 주기는 이것에 한정되지 않는다.
위치검출부(63)는, 제 1 발광부(95)가 발광하였을 때, 반사띠(97)에서 반사되는 제 1 발광부(95)의 광을 수광한다. 또 위치검출부(63)는, 제 2 발광부(96)가 발광하였을 때, 반사띠(97)에서 반사되는 제 2 발광부(96)의 광을 수광한다. 위치검출부(63)는, 제 1 발광부(95)가 발광하였을 때에 검출되는 반사광의 분포와 제 2 발광부(96)가 발광하였을 때에 검출되는 반사광의 분포에 근거하여 이너 케이스(34)의 축방향을 따르는 반사띠(97)의 위치정보를 검출한다.
예컨대 위치검출부(63)는, 제 1 발광부(95)가 발광하였을 때에 검출되는 반사광 분포의 피크(이후, 제 1 피크) 위치와, 제 2 발광부(96)가 발광하였을 때에 검출되는 반사광 분포의 피크(이후, 제 2 피크) 위치를 검출하고, 제 1 피크 및 제 2 피크의 예컨대 중간 위치를 그 때의 반사띠(97)의 위치정보로서 검출한다.
예컨대 위치검출부(63)는, 기준위치(예컨대 회전각도 0°） 및 소정위치(예 컨대 회전각도 180°）에서 각각 제 1 및 제 2 피크를 검출하고, 각각 그 중간 위치를 기준위치에서의 반사띠(97)의 위치정보, 소정위치에서의 반사띠(97)의 위치정보로서 검출해 둔다. 그리고 이들 검출된 정보는, 각도연산부(64)에 기억된다.
각도연산부(64)는, 위치검출부(63)에서 검출된 임의 각도에서의 반사띠(97)의 위치정보를 위치검출부(63)로부터 수취하고, 기준위치 및 소정위치에서의 반사띠(97)의 위치정보 등에 근거하여, 아우터 케이스(35)와 이너 케이스(34)와의 상대적인 회전각도를 산출하는 처리를 수행한다.
단 반사띠(97)의 위치정보를 검출하는 방법은, 제 1 및 제 2 피크의 중간위치를 취하는 방법에 한정되지 않고, 제 1 발광부(95)에 의한 반사광 분포와 제 2 발광부(96)에 의한 반사광 분포로부터 회전각도에 대응하는 위치를 특정하는 방법이면 적절히 채용할 수 있다.
이러한 구성의 장착식 동작보조장치(91) 또는 구동유닛(92)에 따르면, 회전각도검출부(93)에서의 광의 산란에 의한 영향이 억제되어, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 즉, 제 1 발광부(95)에 의한 반사광의 분포와 제 2 발광부(96)에 의한 반사광의 분포는 서로 다르다. 이것은, 제 1 발광부(95)가 발광하였을 때에 반사띠(97)의 엣지부에서 생기는 난반사와, 제 2 발광부(96)가 발광하였을 때에 반사띠(97)의 엣지부에서 생기는 난반사가 서로 다르고, 양쪽의 산란 특성에 차이가 생기기 때문이다.
즉 본 실시형태에 따른 구동유닛(11)은, 이러한 서로 산란 특성이 다른 2개의 반사광 분포에 근거하여 반사띠(97)의 위치정보를 검출함으로써, 하나하나의 광 분포를 나타내는 산란에 의한 영향이 검출결과에 미치는 여지를 적게 할 수 있다. 이에 따라, 반사띠(97)의 엣지부에서 생기는 광의 산란에 의한 영향이 억제되어, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다.
반사띠(97)의 양측의 엣지부는, 이너 케이스(34)의 축방향을 따라 나열되어 있다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)가, 이너 케이스(34)의 축방향을 따라 서로 설치되면, 제 1 발광부(95)에 의한 반사광의 분포와 제 2 발광부(96)에 의한 반사광의 분포가 서로 다른 것이 되기 쉽다. 이에 따라, 엣지부에서의 광의 산란에 영향을 더욱 억제할 수 있어, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)가, 이너 케이스(34)의 축방향을 따라 검출용 부재(94)로부터 서로 반대 방향으로 같은 거리만큼 떨어져 있으면, 오차가 더욱 생기기 어려워, 검출 정밀도가 향상된다.
제 1 및 제 2 발광부(95, 96)가 교대로 발광하면, 서로 다른 2개의 광분포를 확실히 수광할 수 있다. 즉 제 1 발광부(95)의 반사광을 수광할 때에, 제 2 발광부(96)가 꺼져 있으면, 제 1 발광부(95)의 반사광이 제 2 발광부(96)의 반사광에 섞이지 않고 위치검출부(63)에 의해 수광된다.
또, 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 반드시 교대로 점등하는 것에 한정되지 않는다. 예컨대 서로 광의 주파수가 다른 제 1 발광부(95)와 제 2 발광부(96)를 이용하면, 동시에 점등하는 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)에 의한 2개의 반사광 분포로부터 반사띠(97)의 위치정보를 검출할 수 있다.
또 본 실시형태에서는, 이너 케이스(34)에 반사띠(97)를 형성하는 동시에 아 우터 케이스(35)에 위치검출부(63)을 설치하였지만, 아우터 케이스(35)에 반사띠(97)를 형성하는 동시에 이너 케이스(34)에 위치검출부(63)을 설치해도 된다.
다음에, 도 17 및 도 18을 참조하여 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(101)에 대해서 설명한다. 또 제 1 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(1)와 동일한 기능을 가지는 구성은, 동일 부호를 부여하여 그에 대한 설명을 생략한다.
장착식 동작보조장치(101)의 어깨 관절기구(5) 및 팔꿈치 관절기구(6)는, 각각 구동유닛(102)을 갖는다. 구동유닛(102)은, 회전각도검출부(103)의 구조가 제 1 실시형태에 따른 회전각도검출부(51)와 다를 뿐이고, 다른 구성은 제 1 실시형태와 동일하다.
회전각도검출부(103)는, 형광띠(69), 발광부(62), 위치검출부(63), 각도연산부(64), 컨트롤러(65), 및 슬릿부재(66)를 구비한다. 본 실시형태에서는, 제 1 플랜지부재(23)가 본 발명에서 말하는 제 1 부품의 일례이며, 제 2 플랜지부재(24)가 제 2 부품의 일례이다.
도 18에 도시한 바와 같이 형광띠(69)는, 제 1 플랜지부재(23)의 단면(23a)에 형성되고, 제 2 플랜지부재(24)에 대향하는 동시에, 소용돌이형상으로 연장되어 있다. 즉, 형광띠(69)는, 제 2 플랜지부재(24)의 회동방향(즉 둘레방향)으로 진행함에 따라 제 2 플랜지부재(24)의 회동방향과 교차하는 방향(본 실시형태에서는 제 1 플랜지부재(23)의 지름방향)으로 위치가 변화되도록 연장되어 있다. 이에 따라 제 2 플랜지부재(24)가 회동함으로써, 제 2 플랜지부재(24)의 지름방향을 따르는 형광띠(69)의 위치가 변화된다.
발광부(62)는, 예컨대 제 2 플랜지부재(24)에 고정되어 있다. 발광부(62)는 점등시와 멸등시를 교대로 반복하며, 형광띠(69)에 대하여 단속적으로 광을 조사한다.
도 17에 도시한 바와 같이, 위치검출부(63)는, 예컨대 제 2 플랜지부재(24)에 부착되어, 형광띠(69)에 대향되어 있다. 위치검출부(63)는, 그 1차원의 검출라인을 제 1 플랜지부재(23)의 지름방향을 따르게 해서 배치되어 있다. 위치검출부(63)는, 그 수광면(63a)이 대향하는 영역내에 있어서 형광띠(69)가 어디에 있는 지(즉 제 1 플랜지부재(23)의 지름방향을 따르는 형광띠(69)의 위치정보)를 검출한다.
각도연산부(64)는, 형광띠(69)의 소용돌이형상에 관한 정보나 기준위치(회전각도 0°）에서의 형광띠(69)의 위치정보 등의 정보에 근거하여, 형광띠(69)의 위치정보로부터 제 1 플랜지부재(23)와 제 2 플랜지부재(24)와의 상대적인 회전각도를 산출한다.
슬릿부재(66)는, 위치검출부(63)와 제 1 플랜지부재(23)의 사이에 형성되어 있다. 슬릿부재(66)는, 슬릿(66a)을 제 1 플랜지부재(23)의 지름방향을 따르게 하는 동시에, 위치검출부(63)에 대하여 상대적으로 정지되어 있다. 단 슬릿부재(66)는, 반드시 필요한 것이 아니다.
이러한 구성의 장착식 동작보조장치(101) 또는 구동유닛(102)에 따르면, 회전각도검출부(103)에서의 광의 산란(散亂)에 의한 영향이 억제되어, 회전각도의 검 출 정밀도가 향상된다. 즉 형광띠(69)는 스스로 광을 발하므로, 형광띠(69)의 엣지부에서는 광의 난반사(亂反射)의 문제는 생기지 않고, 위치검출부(63)에는 산란이 억제된 광이 입사된다. 즉 형광띠(69)를 이용하면 광의 산란에 기인하는 오차가 생기기 어려워, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 또, 형광띠(69)를 제 2 플랜지부재(24)에 형성하는 동시에, 위치검출부(63)를 제 1 플랜지부재(23)에 설치해도 된다.
다음으로, 도 19 및 도 20을 참조하여 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(111)에 대해서 설명한다. 또 제 1 내지 제 3 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(1, 91, 101)와 동일한 기능을 가지는 구성은, 동일 부호를 부여하여 그에 대한 설명을 생략한다.
장착식 동작보조장치(111)의 어깨 관절기구(5) 및 팔꿈치 관절기구(6)는, 각각 구동유닛(112)을 갖는다. 구동유닛(112)은, 회전각도검출부(113)의 구조가 제 1 실시형태에 따른 회전각도검출부(51)와 다를 뿐이고, 다른 구성은 제 1 실시형태와 동일하다.
회전각도검출부(113)는, 반사띠(97), 제 1 발광부(95), 제 2 발광부(96), 위치검출부(63), 각도연산부(64), 컨트롤러(65), 및 슬릿부재(66)를 구비한다.
도 20에 도시한 바와 같이, 반사띠(97)는, 제 1 플랜지부재(23)의 단면(23a)에 형성되어, 제 2 플랜지부재(24)에 대향하는 동시에, 소용돌이형상으로 연장되어 있다. 즉, 반사띠(97)는, 제 2 플랜지부재(24)의 회동방향(즉 둘레방향)으로 진행함에 따라 제 2 플랜지부재(24)의 회동방향과 교차하는 방향(본 실시형태에서는 제 1 플랜지부재(23)의 지름방향)으로 위치가 변화되도록 연장되어 있다. 이에 따라 제 2 플랜지부재(24)가 회동함으로써, 제 2 플랜지부재(24)의 지름방향을 따르는 반사띠(97)의 위치가 변화된다.
제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 예컨대 제 2 플랜지부재(24)에 고정되어 있다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 제 2 플랜지부재(24)의 지름방향을 따라 서로 떨어져 설치되어 있다. 제 1 및 제 2 발광부(95, 96)는, 예컨대 서로 교대로 점등한다.
도 20에 도시한 바와 같이, 위치검출부(63)는, 예컨대 제 2 플랜지부재(24)에 부착되어, 반사띠(97)에 대향되어 있다. 위치검출부(63)는, 그 1차원의 검출라인을 제 1 플랜지부재(23)의 지름방향을 따르게 해서 배치되어 있다. 예컨대 위치검출부(63)는, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 제 1 발광부(95)가 발광하였을 때에 검출되는 반사광 분포의 피크(이후, 제 1 피크) 위치와, 제 2 발광부(96)가 발광하였을 때에 검출되는 반사광 분포의 피크(이후, 제 2 피크) 위치를 검출하고, 제 1 피크 및 제 2 피크의 예컨대 중간 위치를 그 때의 반사띠(97)의 위치정보로서 검출한다. 단 위치검출부(63)의 검출방법은 이것에 한정되지 않는다.
각도연산부(64)는, 반사띠(97)의 소용돌이형상에 관한 정보나 기준위치(회전각도 0°）에서의 반사띠(97)의 위치정보 등의 정보에 근거하여, 반사띠(97)의 위치정보로부터 제 1 플랜지부재(23)와 제 2 플랜지부재(24)와의 상대적인 회전각도를 산출한다.
슬릿부재(66)는, 위치검출부(63)와 제 1 플랜지부재(23)의 사이에 설치되어 있다. 슬릿부재(66)는, 슬릿(66a)을 제 1 플랜지부재(23)의 지름방향을 따르게 하는 동시에, 위치검출부(63)에 대하여 상대적으로 정지되어 있다. 단 슬릿부재(66)는, 반드시 필요한 것은 아니다.
이러한 구성의 장착식 동작보조장치(111) 또는 구동유닛(112)에 따르면, 회전각도검출부(113)에서의 광의 산란에 의한 영향이 억제되어, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 즉 본 실시형태에 따른 회전각도검출부(113)는, 서로 산란 특성이 다른 2개의 반사광 분포에 근거하여 반사띠(97)의 위치정보를 검출함으로써, 하나하나의 광분포를 나타내는 산란에 의한 영향이 검출결과에 미치는 여지를 적게 할 수 있다. 따라서 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 또, 반사띠(97)를 제 2 플랜지부재(24)에 형성하는 동시에, 위치검출부(63)를 제 1 플랜지부재(23)에 설치해도 된다.
다음으로, 도 21 및 도 22를 참조하여 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(121)에 대해서 설명한다. 또 제 1 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(1)와 동일한 기능을 가지는 구성은, 동일 부호를 부여하여 그에 대한 설명을 생략한다.
장착식 동작보조장치(121)의 어깨 관절기구(5) 및 팔꿈치 관절기구(6)는, 각각 구동유닛(122)을 갖는다. 구동유닛(122)은, 회전각도검출부(123)의 구조가 제 1 실시형태에 따른 회전각도검출부(51)와 다를 뿐이고, 다른 구성은 제 1 실시형태와 동일하다.
회전각도검출부(123)는, 형광띠(69)를 가지는 검출용 부재(61), 발광부(62), 위치검출부(63), 각도연산부(64), 컨트롤러(65), 및 슬릿부재(66)를 구비한다. 본 실시형태에서는, 이너 케이스(34)가 본 발명에서 말하는 제 1 부품의 일례이고, 아우터 케이스(35)가 제 2 부품의 일례이다.
도 22에 도시한 바와 같이, 검출용 부재(61)의 본체부(68)는, 이너 케이스(34)의 둘레방향으로 진행함에 따라 그 두께가 서서히 두꺼워지도록 형성되어 있다. 형광띠(69)는 본체부(68)의 표면에 형성되어 있다. 따라서 형광띠(69)는, 이너 케이스(34)의 회동방향(즉 둘레방향)으로 진행함에 따라 이너 케이스(34)의 회동방향과 교차하는 방향(본 실시형태에서는 이너 케이스(34)의 지름방향)으로 위치가 변화되도록 연장되어 있다. 이에 따라 이너 케이스(34)와 아우터 케이스(35)가 상대적으로 회동함으로써, 이너 케이스(34)의 지름방향을 따르는 형광띠(69)의 위치가 변화된다.
발광부(62)는, 예컨대 제 2 플랜지부재(24)에 고정되어 있다. 발광부(62)는 점등시와 멸등시를 교대로 반복하며, 형광띠(69)에 대하여 단속적으로 광을 조사한다.
도 17에 도시한 바와 같이, 위치검출부(63)는, 예컨대 아우터 케이스(35)에 부착되어, 형광띠(69)에 대향되어 있다. 위치검출부(63)는, 그 수광면(63a)에 입사되는 광량의 크기를 검출할 수 있다. 위치검출부(63)는, 수광면(63a)으로부터 입사되는 광량의 크기에 근거하여, 그 수광면(63a)이 대향하는 영역내에 있어서 형광띠(69)가 어디에 있는지(즉 이너 케이스(34)의 지름방향을 따르는 형광띠(69)의 위치정보)를 검출한다.
각도연산부(64)는, 검출용 부재(61)의 두께 변화에 관한 정보나 기준위치(회전각도 0°）에서의 형광띠(69)의 위치정보 등에 근거하여, 형광띠(69)의 위치정보로부터 아우터 케이스(35)와 이너 케이스(34)와의 상대적인 회전각도를 산출한다.
이러한 구성의 장착식 동작보조장치(121) 또는 구동유닛(122)에 따르면, 회전각도검출부(123)에서의 광의 산란에 의한 영향이 억제되어, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 즉 형광띠(69)는 스스로 광을 발하므로, 이너 케이스(34)의 둘레방향을 따르는 형광띠(69)의 앞뒤영역에서의 광의 난반사의 문제는 생기지 않기 때문에, 회전각도의 검출 정밀도가 향상된다. 또, 검출용 부재(61)를 아우터 케이스(35)에 설치하는 동시에, 위치검출부(63)를 이너 케이스(34)에 설치해도 된다.
다음에 제 6 실시형태에 따른 매립식 동작보조장치(200)에 대해서 설명한다.
도 23은 제 6 실시형태에 따른 매립식 동작보조장치(200)를 나타낸 측면도이다.
도 23에 도시한 바와 같이, 매립형 동작보조장치(200)는, 관절의 동작을 보조하는 장치이며, 장착자의 관절(220)에 장착되는 동작보조유닛(230)과, 무선에 의해 체외로부터 동작보조유닛(230)을 제어하는 제어회로를 가지는 제어유닛(100)으로 구성되어 있다.
동작보조유닛(230)은, 팔꿈치 관절(220)의 상완골로 이루어진 제 1 골(骨)(222)에 결합되는 제 1 림(limb, 250)과, 관절(220)의 팔꿈치보다 하방에 있는 엄지 손가락쪽의 요골(橈骨) 및 새끼 손가락쪽의 척골(尺骨)로 이루어지는 제 2 골(224)에 결합되는 제 2 림(260)과, 제 1 림(250)과 제 2 림(260)의 사이에 설치되어, 제 1 림(250)에 대해 제 2 림(260)을 관절의 회동방향으로 구동하는 구동유 닛(290)을 갖는다. 제 1 림(250)의 상단에는, 제 1 골(222)에 결합되는 결합부(252)가 돌출되어 있고, 제 2 림(260)의 하단에는, 제 2 골(224)에 결합되는 결합부(262)가 돌출되어 있다.
제 1 림(250) 및 제 2 림(60)의 결합부(252, 262)는, 뼈에 직접 결합되기 때문에, 예컨대, 티타늄, 티타늄 합금 또는 세라믹스 등의 잘 부식되지 않는 재질에 의해 형성되어 있다. 또한, 결합부(252, 262)와 뼈의 결합방법으로서는, 예컨대, 티타늄, 티타늄 합금 또는 세라믹스 등의 잘 부식되지 않는 재질에 의해 형성된 나사나 리벳 등의 체결부재에 의해 체결되는 방법이 이용된다.
또한, 구동유닛(290)의 측면에는 구동정보신호를 체외로 송신하고, 체외로부터의 제어신호를 수신하는 무선송수신기와, 구동유닛(290)에 구동전류를 공급하는 제어부가 형성되어 있다.
또한, 구동유닛(290)은, DC 모터 또는 AC 모터 또는 초음파 모터 등의 모터(292)를 갖는다. 모터(292)는, 고정자와 회전자를 조합한 구성이며, 고정자 또는 회전자의 한쪽이 코일이고, 다른 쪽이 영구자석이다. 모터(292)에 의한 구동력은, 고정자와 회전자간의 상대적인 회전을 감속기어 등의 감속기구를 통해 제 2 림(260)에 전달된다.
그리고, 구동유닛(290)의 제어부(45)는 구동전류를 생성하고, 상기 구동전류를 모터(292)의 코일에 공급함으로써 제 1 림(250)에 대하여 제 2 림(260)을 회동시킨다.
또한, 구동유닛(290)의 제어부(45)에는, 상완부의 생체전위를 검출하는 생체 전위센서(310)가 접속되어 있다. 장착자가 팔을 동작시키고자 하면, 신경전달신호나 근전위신호를 포함하는 생체전위신호가 발생한다. 생체전위센서(310)는, 상완의 근육에 매립되기 때문에, 생체전위신호를 피부를 통하지 않고 검출할 수 있게 되어, 상완의 피부 표면에 점착되는 것보다 생체전위신호를 정확히 검출할 수 있다.
제 1 림(250) 및 제 2 림(260)의 내부에는, 각각 충전식 배터리 유닛(320)이 수납되어 있다. 충전식 배터리 유닛(320)은, 외부로부터의 전자유도작용에 의해 충전을 수행하는 충전유닛(322)과 충전식 배터리(324)로 이루어진다. 충전식 배터리 유닛(320)은, 한 쌍씩 설치되어 있으며, 한쪽이 메인 전원이고 다른 쪽이 예비전원이다. 이에 따라, 동작보조유닛(230)에서는, 한쪽의 충전식 배터리(324)의 전압이 저하되어도 다른 쪽의 충전식 배터리(324)로 자동적으로 전환되어, 갑자기 정지하는 것이 방지된다. 또한, 충전식 배터리 유닛(320)은, 체내에 장착된 상태 그대로 충전할 수 있으므로, 충전수명이 다 될 때까지 장시간(충전가능회수의 범위내) 체내에 장착한 채 사용하는 것이 가능하다. 또, 충전식 배터리 유닛(320)은, 제 1 림(250) 및 제 2 림(260)의 각각에 설치해도 되고, 또는 어느 한쪽의 림 내부에 설치하도록 해도 된다.
또한, 구동유닛(290)은 공급된 구동전류에 의해 발생한 토크(T)를 검출하는 토크센서(물리량센서; 294)와, 제 1 림(250)과 제 2 림(260)의 회전각(θ)을 검출하는 각도센서(물리량센서; 296)를 갖는다. 토크센서(294) 및 각도센서(296)는, 검출한 토크 및 각도의 검출신호를 구동유닛(290)에 출력한다. 토크센서(294)로서 는, 회전 구동력을 전달하는 축의 왜곡을 검출하는 자왜(磁歪)식 토크센서, 또는 모터(292)의 구동측 기어와 부하측 기어의 위상 차이를 전자적으로 검출하는 전자식 토크센서 등이 이용된다. 또한, 각도센서(296)로서는, 예컨대, 회전각에 따른 수의 펄스를 출력하는 로터리 인코더나 회전각에 따른 저항치에 가변하는 전위차계 등이 이용된다.
또한, 제 1 림(250) 및 제 2 림(260)의 외주에는, 모터 구동시에 작용하는 응력(왜곡)을 검출하는 응력센서(물리량센서; 330)가 설치되어 있다. 상기 응력센서(330)는, 왜곡 게이지로 이루어지고, 제 1 림(250) 및 제 2 림(260)에 작용한 응력에 따른 검출신호를 구동유닛(290)의 제어부(45)에 출력한다.
제어부(45)는, 토크센서(294), 각도센서(296), 생체전위센서(310), 응력센서(330)에 의해 검출된 각 검출신호를 무선송수신기를 통해 제어유닛(100)에 무선으로 송신한다. 또한, 제어유닛(100)은, 제어부(45)로부터 얻어진 구동유닛(290)의 동작상태의 정보를 전술한 센터의 정보관리장치(84)에 통신 네트워크(83)를 통해 송신한다.
이에 따라, 정보관리장치(84)는, 수신한 구동유닛(290)의 동작상태의 정보를 데이터 베이스(88)에 저장하고, 분석장치(87)에 있어서, 구동유닛(290)의 동작상태가 분석되는 동시에, 분석결과가 통신 네트워크(83)를 통해 제어유닛(100)에 알려진다. 이로써, 제어유닛(100)은 구동유닛(290)의 동작상황에 따라 모터 토크 및 회전각을 완화(감소)하도록 하여 과부하 상태가 되지 않도록 제어한다.
상기 무선송수신기(280), 모터(292), 토크센서(294), 각도센서(296)는, 구동 유닛(290)의 케이스에 수용되어 있다. 또한, 관절(220)의 내부에 장착된 구동유닛(290)은, 체액이 케이스 내측에 침입되지 않는 방수구조로 되어 있고, 체액에 의해 모터(292)가 작동 불량을 일으키지 않도록 구성되어 있다. 또, 상기 매립식 동작보조장치(200)에서의 제어처리는, 전술한 각 플로우차트와 같은 순서로 실행되기 때문에, 그에 대한 설명은 생략한다.
또, 구동유닛(290)은 상기 제어유닛(100)을 가지는 구성으로 됨으로써, 직접 센터의 정보관리장치(84)에 대하여 동작상태의 정보를 송신하는 구성으로 해도 된다.
다음으로 제 7 실시형태에 따른 매립식 동작보조장치(500)에 대해서 설명한다.
도 24는 제 7 실시형태에 따른 매립식 동작보조장치(500)를 나타낸 사시도이다. 도 24에 도시한 바와 같이, 매립식 동작보조장치(500)는, 관절(510)의 외측에 장착되어 있다. 관절(510)은, 상완골(520)과 요골(530) 및 척골(540)을 연결하는 부분이며, 그 좌우 양측에 구동유닛(550)이 밀착되어 있다. 구동유닛(550)은, 박형화된 모터를 가지고 있고, 방수구조로 된 케이스내에 모터가 수납되어 있다. 또한, 구동유닛(550)의 내측은, 관절(510)의 형상에 따라 곡선형상으로 형성되어 있고, 또한 관절(510)과의 마찰을 줄이기 위해, 마찰 계수가 작은 저(低)마찰재에 의해 형성되어 있다.
구동유닛(550)의 상측에는 제 1 림(560)이 연결되어 있다. 제 1 림(560)은, 상완골(520)에 체결부재에 의해 고정되어 있고, 내부에는 박형화된 전자유도식의 충전 유닛과 충전식 배터리가 수납되어 있다. 또한, 구동유닛(550)의 상방에는 제 2 림(570)이 연결되어 있다. 제 2 림(570)은, 요골(530) 및 척골(540)에 체결부재에 의해 고정되어 있고, 내부에는 박형화된 전자유도식의 충전유닛과 충전식 배터리가 수납되어 있다.
구동유닛(550)은, 전술한 실시예와 마찬가지로 무선신호를 통해 제어유닛(100)에 의해 제어된다. 또, 상기 매립식 동작보조장치(500)에서의 제어처리는, 전술한 각 플로우차트와 동일한 순서로 실행되기 때문에, 그에 대한 설명은 생략한다.
이와 같이, 매립식 동작보조장치(500)를 관절(510)의 외측에 장착하는 구성으로 한 경우라도, 구동유닛(550), 제 1 림(560), 제 2 림(570)을 박형화함으로써, 외관상 장착되어 있음을 알 수 없으며, 장치의 탈부착작업이 불필요하므로, 손발이 부자유스러운 신체장해자에게 있어 편리성이 향상한다.
또한, 구동유닛(550)은, 동작상태의 정보를 전술한 센터의 정보관리장치(84)에 통신 네트워크(83)를 통해 송신한다.
이에 따라, 정보관리장치(84)는, 수신한 구동유닛(550)의 동작상태의 정보를 데이터 베이스(88)에 저장하고, 분석장치(87)에 있어서, 구동유닛(550)의 동작상태가 분석되는 동시에, 분석결과가 통신 네트워크(83)를 통해 제어유닛(100)에 알려진다. 따라서, 제어유닛(100)은, 구동유닛(550)의 동작상황에 따라 모터 토크 및 회전각을 완화(감소)하도록 하여 과부하 상태가 되지 않도록 제어한다.
또, 구동유닛(550)은, 상기 제어유닛(100)을 가지는 구성으로 됨으로써, 직 접 센터의 정보관리장치(84)에 대하여 동작상태의 정보를 송신하는 구성으로 해도 된다.
이상, 제 1 내지 제 7 실시형태에 따른 장착식 동작보조장치(1, 91, 101, 111, 121), 매립식 동작보조장치(200, 500) 그리고 제 1 및 제 2 실시형태에 따른 구동유닛(11, 92, 102, 112, 122, 290, 550)에 대해서 설명하였으나, 이들은 본 발명의 실시형태의 예시에 지나지 않으며, 물론 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
본 국제출원은, 2006년 10월 3일에 출원한 일본국 특허출원 2006-272223호와 2007년 9월 19일에 출원한 일본국 특허출원 2007-242648호에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본국 특허출원 2006-272223호와 일본국 특허출원 2007-242648호의 전체 내용을 본 국제출원에 원용한다.

Claims (16)

  1. 관절의 동작을 보조하거나 또는 대행하는 구동유닛과, 상기 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 가지는 동작보조장치로서,
    상기 구동유닛은,
    입력된 구동력을 부여하는 모터와,
    상기 제어유닛으로부터의 제어신호에 근거하여 상기 모터에 구동신호를 생성하는 제어부가 탑재된 회로기판을 가지고,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 동작상황을 감시하는 모터감시수단과,
    상기 모터감시수단의 감시결과에 근거하여, 상기 모터가 과부하 상태가 되지 않도록 상기 모터에 대한 구동신호를 제한하는 모터제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관절의 동작에 관한 물리량을 검출하는 물리량 검출수단과,
    상기 관절을 동작시킬 때에 발생하는 생체신호를 검출하는 생체신호 검출수단을 구비하고,
    상기 제어유닛은, 상기 물리량 검출수단 및 상기 생체신호 검출수단에 의해 검출된 물리량 및 생체신호에 근거하여 상기 구동유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 모터제어수단은,
    상기 모터에 입력된 전류값의 총 적산치가 미리 설정된 문턱치를 초과하였는지의 여부를 판정하는 판정수단과,
    상기 판정수단에 의해 상기 전류값의 총 적산치가 미리 설정된 문턱치를 초과하였다고 판정된 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 감소시키는 모터억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 모터제어수단은,
    상기 회로기판의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였는지의 여부를 판정하는 판정수단과,
    상기 판정수단에 의해 상기 제어부의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였다고 판정된 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 감소시키는 모터억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치 .
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 모터제어수단은,
    상기 모터의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였는지의 여부를 판정하는 판정수단과,
    상기 판정수단에 의해 상기 제어부의 온도가 미리 설정된 문턱치를 초과하였다고 판정된 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 감소시키는 모터억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치 .
  6. 관절의 동작을 보조하거나 또는 대행하는 구동유닛과, 상기 구동유닛을 제어하는 제어유닛을 가지는 동작보조장치로서,
    상기 구동유닛은,
    입력된 구동력을 부여하는 모터와,
    상기 제어유닛으로부터의 제어신호에 근거하여 상기 모터에 구동신호를 생성하는 제어부를 가지고,
    상기 제어부는,
    상기 모터의 수명시간으로부터 현재까지의 총 작동시간을 감산하여 잔여수명시간을 연산하는 모터감시수단과,
    상기 모터감시수단에 의해 연산된 상기 모터의 잔여수명시간이 미리 설정된 값에 도달한 경우, 상기 모터에 공급되는 구동신호를 소정의 비율로 감소시키는 모터제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 모터에 공급되는 전류값에 대한 제 1 허용치와 상기 제 1 허용치보다 높은 값으로 설정된 제 2 허용치를 기억하는 기억수단과,
    상기 제 1 허용치를 초과한 만큼의 전류값을 적분하는 연산수단과,
    상기 연산수단에 의해 연산된 적분치가 상기 문턱치를 초과한 경우, 상기 모터에 공급되는 전류값을 소정의 비율로 감소시키는 모터억제수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 모터제어수단은,
    상기 모터에 대한 전류값이 상기 제 2 허용치를 초과한 경우, 상기 모터에 공급되는 전류값을 상기 제 1 허용치 이하가 되도록 감소시키는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  9. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 구동유닛은,
    모터와,
    상기 모터를 수납하는 케이스와,
    상기 케이스에 수용되는 동시에, 상기 모터가 구동하였을 때 상기 케이스에 대하여 상대적으로 회동하는 둘레면을 가지는 회동체와,
    상기 회동체의 둘레면을 따라 형성되는 동시에, 상기 회동체의 둘레방향에 대하여 경사져 연장되는 형광띠와,
    상기 형광띠에 광을 조사하는 발광부와,
    상기 케이스에 대하여 상대적으로 정지하는 동시에, 상기 형광띠에 대향하는 수광면을 가지고, 상기 형광띠가 발하는 광을 수광하여 상기 회동체의 축방향을 따르는 상기 형광띠의 위치정보를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부에 의해 검출되는 상기 형광띠의 위치정보에 근거하여 상기 케이스와 상기 회동체와의 상대적인 회전각도를 산출하는 연산부를 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 발광부는, 점멸하여 상기 형광띠에 광을 조사하고,
    상기 검출부는, 상기 발광부의 멸등시에 상기 형광띠가 발하는 광을 수광하여 상기 형광띠의 위치정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  11. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 구동유닛은,
    모터와,
    상기 모터를 수납하는 케이스와,
    상기 케이스에 수용되는 동시에, 상기 모터가 구동하였을 때 상기 케이스에 대하여 상대적으로 회동하는 둘레면을 가지는 회동체와,
    상기 회동체의 둘레면을 따라 형성되는 동시에, 상기 회동체의 둘레방향에 대하여 경사져 연장되는 반사띠와,
    상기 반사띠에 광을 조사하는 제 1 발광부와,
    상기 제 1 발광부에 대하여 상기 회동체의 축방향으로 떨어져 형성되는 동시에, 상기 반사띠에 광을 조사하는 제 2 발광부와,
    상기 케이스에 대하여 상대적으로 정지하는 동시에, 상기 반사띠에 대향하는 수광면을 가지고, 상기 반사띠에서 반사된 제 1 발광부의 광 및 상기 반사띠에서 반사된 제 2 발광부의 광을 수광하여 상기 회동체의 축방향을 따르는 상기 반사띠의 위치정보를 검출하는 검출부와,
    상기 검출부에 의해 검출되는 상기 반사띠의 위치정보에 근거하여 상기 케이스와 상기 회동체와의 상대적인 회전각도를 산출하는 연산부를 가지는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부는, 서로 교대로 점등하고,
    상기 검출부는, 상기 제 1 발광부가 발광하였을 때에 검출되는 반사광의 분포와 상기 제 2 발광부가 발광하였을 때에 검출되는 반사광의 분포에 근거하여, 상기 반사띠의 위치정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 회동체는, 그 내부에 1개 또는 복수개의 기어를 수용하는 기어 케이스인 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 회동체의 축방향을 따르는 슬릿이 형성되는 동시에, 상기 검출부와 상기 회동체의 사이에 배치되는 슬릿부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  15. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 구동유닛은,
    상기 모터의 구동상태의 이력을 포함하는 정보를 송신하는 통신수단을 가지는 것을 특징으로 하는 동작보조장치.
  16. 제 15항에 기재된 동작보조장치와,
    상기 동작보조장치의 동작상황을 관리하는 센터에 설치되어, 상기 구동유닛으로부터 상기 통신수단 및 통신 네트워크를 통해 송신된 상기 모터의 구동상태의 이력정보를 수신하는 수신수단과,
    상기 수신수단을 통해 입력된 상기 모터의 구동상태의 이력정보를 저장하는 데이터 베이스와,
    상기 데이터 베이스에 저장된 이력정보를 분석하여 상기 구동유닛의 수명이나 과부하 상태의 유무 등의 정보를 작성하는 분석수단과,
    상기 분석수단에 의해 얻어진 분석결과로부터 상기 모터의 메인터넌스가 필요하다고 판정된 경우, 상기 구동유닛에 대하여 메인터넌스 정보를 송신하는 송신수단을 가지는 것을 특징으로 하는 동작보조장치의 보수관리시스템.
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