KR102309012B1 - 어시스트장치 - Google Patents

Abstract

어시스트장치의 소형화, 비용저감을 도모한다.
인체의 제1 부분과 제2 부분의 사이의 관절의 움직임을 어시스트하는 어시스트장치(10)로서, 제1 부분에 장착되는 제1 부재(21)와, 제2 부분에 장착되는 제2 부재(22)와, 제1 부재(21)와 제2 부재(22)의 사이에 장착되는 감속기(40)를 구비하고, 당해 감속기(40)는 제1 부재(21)에 연결되는 고정부재로서의 하우징(45) 및 모터하우징(48)과, 제2 부재(22)에 연결되는 출력부재로서의 스페이서(46) 및 내치기어(43)와, 고정부재로서의 하우징(45)과 출력부재로서의 내치기어(43)의 사이에 배치되는 주베어링으로서의 제2 베어링(47)을 가지며, 주베어링으로서의 제2 베어링(47)은 1개의 단열식 구름베어링에 의하여 구성되거나, 슬라이딩베어링에 의하여 구성되어 있다.

Description

어시스트장치{Assist device}

본 출원은 2016년 12월 7일에 출원된 일본 특허출원 제2016-237378호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은 관절의 움직임을 어시스트하는 어시스트장치에 관한 것이다.

고령자나 장애자 등의 관절의 움직임을 어시스트하는 어시스트장치의 개발이 진행되고 있다. 종래에는, 유저에게 장착되는 장착식의 어시스트장치가 제안되고 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

이 종래의 어시스트장치는, 유저의 허리에 장착하는 허리체결부재와, 허리체결부재에 관절을 통하여 아래로 늘어진 다리보조프레임을 갖고 있다.

상기 다리보조프레임은 유저의 다리에 장착되고, 관절에는 모터와 감속기가 내장되어 있다.

그리고, 모터로부터 다리보조프레임에 회전운동동작이 부여되고, 유저의 보행동작의 어시스트가 행해지고 있었다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2010-75548호

이와 같은 어시스트장치는, 인체로의 장착을 전제로 하는 점에서, 유저에게 부담이 발생하지 않도록 소형화의 요청이 높았다.

또, 최근 고령자 인구의 증가에 따라 어시스트장치를 보다 널리 보급시킬 필요가 있는 점에서, 비용저감의 요청이 높았다.

본 발명은 어시스트장치의 소형화, 비용저감을 도모하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 인체의 제1 부분과 제2 부분의 사이의 관절의 움직임을 어시스트하는 어시스트장치로서, 상기 제1 부분에 장착되는 제1 부재와, 상기 제2 부분에 장착되는 제2 부재와, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 사이에 장착되는 감속기를 구비하고, 당해 감속기는 상기 제1 부재에 연결되는 고정부재와, 상기 제2 부재에 연결되는 출력부재와, 상기 고정부재와 상기 출력부재의 사이에 배치되는 주(主)베어링을 가지며, 상기 주베어링은 1개의 단열식(單列式) 구름베어링에 의하여 구성된다.

본 발명에 의하면, 어시스트장치의 소형화, 비용저감을 도모하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 어시스트장치의 분해사시도이다.
도 2는 관절유닛의 관절중심선을 따른 단면도이다.
도 3은 감속기의 스페이서를 관절중심선방향에서 본 정면도이다.
도 4는 감속기의 스페이서의 사시도이다.

[어시스트장치의 개략]

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 어시스트장치의 분해 사시도, 도 2는 후술하는 관절유닛의 관절중심선(O)을 따른 단면도이다.

본 발명의 실시형태에 관한 어시스트장치(10)는, 인체의 특정 관절에 있어서의 소정 부위에 대하여 회전운동동작을 행하기 위한 토크를 부여하여, 유저의 관절의 회전운동동작의 보좌를 행하기 위한 것이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 어시스트장치(10)는 좌측 고관절의 움직임을 어시스트한다. 어시스트장치(10)는 제1 부재(21)와, 제2 부재(22)와, 관절유닛(30)을 구비하고 있다.

제1 부재(21)는 인체의 제1 부분으로서의 허리부의 좌측면에 배치된다.

제1 부재(21)는 고정측 환형상부(211)와 제1 연장부(212)와 제1 원호판(213)을 구비하고, 이들은 일체적으로 형성되어 있다.

고정측 환형상부(211)는 원형 환형상이며, 그 외측 가장자리부의 일단으로부터 반경방향 외측을 향하여 상술한 제1 연장부(212)가 연장되어 있다. 고정측 환형상부(211)는, 그 두께방향으로 관통하는 스폿페이싱구멍이 둘레방향을 따라 복수 형성되어 있다. 그리고, 각 스폿페이싱구멍으로 통과된 복수의 볼트(485)에 의하여, 당해 고정측 환형상부(211)와, 후술하는 하우징(45)과, 후술하는 외치기어(42)가, 모두 관절중심선(O)을 중심으로 하는 동심상태에서 모터하우징(48)에 체결고정되어 있다.

제1 연장부(212)는 판형상으로서, 그 연장단부에는 제1 원호판(213)이 마련되어 있다. 어시스트장치(10)의 사용 시에는, 제1 연장부(212)는 그 연장단부가 상방으로 향해진 상태에서 유저의 허리부의 좌측면측에 배치된다.

또, 이 제1 연장부(212)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 그 연장단부가 인체에 접근하도록, 고정측 환형상부(211)측이 되는 근원부분이 크랭크형상으로 굴곡 형성되어 있다.

제1 원호판(213)은 제1 연장부(212)의 연장방향에서 보아 원호형상으로 만곡된 판형상체이다. 제1 연장부(212)를 허리부의 좌측면을 따르게 하면, 이 제1 원호판(213)은 원호의 내측이 허리부에 밀착된다. 그리고, 제1 원호판(213)은 인체의 허리부에 감겨진 허리부벨트(도시하지 않음)에 고정되어, 제1 부재(21)를 장착상태로 할 수 있다.

제2 부재(22)는 인체의 제2 부분으로서의 대퇴부의 좌측면에 배치된다.

제2 부재(22)는 가동측 환형상부(221)와 제2 연장부(222)와 제2 원호판(223)을 구비하고, 이들은 일체적으로 형성되어 있다.

가동측 환형상부(221)는 원형 환형상이며, 그 외측 가장자리부의 일단으로부터 반경방향 외측을 향하여 상술한 제2 연장부(222)가 연장되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 가동측 환형상부(221)는, 그 두께방향으로 관통하는 스폿페이싱구멍이 둘레방향을 따라 복수 형성되어 있다. 그리고, 각 스폿페이싱구멍으로 통과된 복수의 볼트(464)에 의하여, 당해 가동측 환형상부(221)와, 후술하는 스페이서(46)가 관절중심선(O)을 중심으로 하는 동심상태로 연결되어 있다.

제2 연장부(222)는 판형상으로서, 그 연장단부에는 제2 원호판(223)이 마련되어 있다. 어시스트장치(10)의 사용 시에는 제2 연장부(222)는 그 연장단부가 하방으로 향해진 상태에서 유저의 대퇴부의 좌측면측에 배치된다.

또, 이 제2 연장부(222)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상술한 제1 연장부(212)보다 관절중심선(O)을 따른 방향에 대하여 인체측에 배치되어 있기 때문에, 당해 제1 연장부(212)와 같이 크랭크형상으로 굴곡되지 않고 일직선으로 연장되어 있다.

제2 원호판(223)은 제2 연장부(222)의 연장방향에서 보아 원호형상으로 만곡된 판형상체이다. 제2 연장부(222)를 대퇴부의 좌측면을 따르게 하면, 이 제2 원호판(223)은 원호의 내측이 대퇴부에 밀착된다. 그리고, 제2 원호판(223)은 인체의 대퇴부에 감겨진 대퇴부벨트(도시하지 않음)에 고정되어, 제2 부재(22)를 장착상태로 할 수 있다.

[관절유닛의 상세]

상술한 바와 같이, 제1 부재(21)의 고정측 환형상부(211)와 제2 부재(22)의 가동측 환형상부(221)는 모두 관절유닛(30)에 대하여 관절중심선(O)이 중심이 되도록 동심으로 연결되어 있다.

그리고, 관절유닛(30)은, 제2 부재(22)에 대하여, 관절중심선(O)을 중심으로 하는 회전운동동작을 부여한다. 이로써, 어시스트장치(10)를 인체에 장착한 상태에 있어서, 인체의 전후방향으로 제2 부재(22)를 상대회전할 수 있다. 즉, 인체의 좌측 고관절의 상측의 골격부분인 골반에 대하여, 대퇴부의 골격부분이 고관절을 중심으로 하여 전후로 굴곡·신장하는 방향으로, 제1 부재(21)에 대하여 제2 부재(22)를 상대회전시킬 수 있다.

관절유닛(30)은, 상술한 제1 부재(21)와 제2 부재(22)의 상대회전의 토크를 부여하기 위하여, 중공모터(31)와 감속기(40)를 구비하고 있다.

중공모터(31)는 관절중심선(O) 상에 출력축(311)(감속기(40)의 입력축)을 구비하고 있으며, 출력축(311)의 선단부에는 감속기(40)와 연결하기 위한 원판형상의 장착판(312)이 일체적으로 형성되어 있다.

감속기(40)는, 이른바 휨맞물림식 기어장치로 이루어지고, 중공모터(31)의 회전출력을 감속하여 제2 부재(22)에 전달한다.

감속기(40)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 기진체(起振體)로서의 편심캠(41)과, 휨기어장치로서의 외치기어(42)와, 내치기어(43)와, 제1 베어링(44)과, 하우징(45)과, 스페이서(46)와, 주베어링으로서의 제2 베어링(47)과, 모터하우징(48)을 구비하고 있다. 다만, 모터하우징(48)은 감속기(40)가 아니라, 중공모터(31)의 구성부재로 파악할 수도 있다.

모터하우징(48)은, 중공모터(31)를 격납하는 원통형상의 슬리브(481)와, 슬리브(481)의 일단부를 폐색하는 바닥판(482)을 구비하고 있다. 슬리브(481)와 바닥판(482)은 복수의 볼트(483)에 의하여 연결되어 있다.

중공모터(31)는, 바닥판(482)에 대하여 볼트(484)에 의하여 체결고정되어 있다. 그리고, 중공모터(31)의 출력축(311)은, 모터하우징(48)의 개구단측(바닥판(482)과 반대측)으로 향해져 격납되어 있다.

내치기어(43)는 강성(剛性)을 갖는 원통형상의 기어이며, 그 내주에는 전체둘레에 걸쳐 복수의 치부(齒部)가 나란히 형성되어 있다. 내치기어(43)는 내주(기어의 피치원) 및 외주 모두 진원형상이다.

내치기어(43)의 내측에는, 외치기어(42), 제1 베어링(44), 편심캠(41)이 내측을 향하여 차례로 배치되어 있고, 이들은 모두 관절중심선(O)의 선 상에 중심(축심)이 위치하도록 동심으로 되어 있다.

편심캠(41)은 강성을 갖는 플레이트형상의 강체이며, 관절중심선(O)을 중심으로 편심된 캠면을 그 외주에 갖는다. 캠면은 관절중심선(O)을 중심으로 한 둘레방향으로 편심된 곡률을 갖는 한편, 관절중심선(O)의 축방향으로는 곡률을 갖지 않는 형상이다. 캠면의 축직각 단면형상은, 예를 들면 장축과 단축을 갖는 타원에 가까운 형상이다. 장축의 중점과 단축의 중점은 관절중심선(O)의 선 상에서 교차한다. 장축은 외치기어(42)와 내치기어(43)를 맞물리는 길이를 갖는 한편, 단축은 외치기어(42)와 내치기어(43)를 맞물리지 않을 정도로 이간시키는 길이를 갖는다.

편심캠(41)은, 상술한 중공모터(31)의 출력축(311)에 마련된 장착판(312)에 대하여 복수의 볼트(313)에 의하여 연결되어 있다. 이로써, 편심캠(41)은 중공모터(31)로부터 관절중심선(O)을 중심으로 하는 회전 동작이 부여된다.

외치기어(42)는 휨변형되어 내치기어(43)와 맞물리는 휨기어장치가며, 둘레방향의 곡률을 변화시키는 방향으로 휨변형 가능하도록 구성되어 있다. 외치기어(42)는 통형상의 기부(基部)(421)와, 기부(421)의 일단부로부터 반경방향 외측으로 넓어지는 플랜지부(422)와, 플랜지부(422)의 외주에 마련된 환형상의 장착부(423)가 일체적으로 형성되어 있다. 즉, 이 감속기(40)는 외치기어(42)가 실크해트형상을 나타낸, 이른바 실크해트형의 휨맞물림식 기어장치를 구성하고 있다.

기부(421) 및 플랜지부(422)는 박육화(薄肉化)에 의하여 가요성을 구비하고 있고, 장착부(423)는 일정한 두께에 따라 용이하게는 변형되지 않는 강성을 구비하고 있다.

통형상의 기부(421)의 외주에는, 전체둘레에 걸쳐 복수의 치부가 나란히 형성되어 있고, 기부(421)의 내측에는 제1 베어링(44)을 통하여 편심캠(41)이 배치되어 있다. 그리고, 편심캠(41)이 기부(421)의 내측에서 상대적으로 회전을 행하면, 그 장축의 양 단부의 외측 주변에 있는 복수의 치부가 내치기어(43)의 치부와 맞물릴 수 있다. 또, 편심캠(41)의 단축의 양 단부의 외측 주변에 있는 복수의 치부는 내치기어(43)의 치부에 닿지 않아, 맞물릴 수 없다.

장착부(423)는 진원의 환형상으로서, 그 내경 및 외경은, 모터하우징(48)의 슬리브(481)의 내경 및 외경과 대략 일치하고 있다.

이 장착부(423)에는, 그 두께방향을 관통하는 관통구멍이 원주방향을 따라 복수 형성되어 있다. 그리고, 장착부(423)는, 상술한 제1 부재(21)의 고정측 환형상부(211), 하우징(45)과 함께 각 관통구멍으로 통과된 볼트(485)에 의하여, 모터하우징(48)의 슬리브(481)에 체결상태로 고정되어 있다. 즉, 하우징(45) 및 모터하우징(48)은, "제1 부재에 연결되는 고정부재"로서 기능한다.

외치기어(42)의 기부(421)는, 편심캠(41)의 외주형상을 따르도록 휨이 부여되는 한편, 그 장착부(423)는 모터하우징(48)에 고정되어 변형이 발생하지 않는다. 플랜지부(422)는 자체의 가요성에 의하여, 장착부(423)가 기부(421)의 휨을 저해시키지 않도록 작용한다.

제1 베어링(44)은 외치기어(42)와 편심캠(41)의 사이에 개재되어, 외치기어(42)의 기부(421)를 편심캠(41)의 편심된 캠면을 따른 형상으로 규제하면서, 외치기어(42)와 편심캠(41)의 상대적인 회전이동을 작은 저항으로 실현하기 위한 것이다.

제1 베어링(44)은, 예를 들면 깊은 홈 볼베어링이며, 원통형상의 외륜(441)과, 복수의 볼(442)과, 복수의 볼(442)의 간격을 유지하는 유지기(443)를 갖는다. 제1 베어링(44)의 내측에는 편심캠(41)의 외주의 캠면이 맞닿고, 제1 베어링(44)의 외측에는 외치기어(42)의 기부(421)의 내주면이 맞닿아 있다.

외륜(441)은, 두께방향으로 압축하는 힘에 대해서는 높은 경도를 갖는 한편, 둘레방향의 곡률을 변화시키는 방향에는 탄성변형 가능한 부재로 구성되어 있다. 외륜(441)은 외치기어(42)의 기부(421)의 내주면에 접촉하여, 기부(421)와 일체적으로 휨변형되고, 외치기어(42)가 회전할 때에는 외치기어(42)와 일체적으로 회전한다.

다만, 제1 베어링(44)은 복수의 볼(442)과 편심캠(41)의 사이에 탄성변형 가능한 내륜을 갖는 구성으로 해도 된다.

또, 제1 베어링(44)은 깊은 홈 볼베어링에 한정되지 않고, 다른 베어링, 예를 들면 롤러베어링이나 바늘형상 롤러베어링 등이어도 된다.

하우징(45)은 강성을 갖는 원통이며, 모터하우징(48)의 슬리브(481)의 개구단부에 대하여, 먼 쪽으로부터 제1 부재(21)의 고정측 환형상부(211), 하우징(45), 외치기어(42)의 장착부(423)의 순서로 볼트(485)에 의하여 체결고정되어 있다.

이 하우징(45)은, 그 직경방향 내측에 내치기어(43)를 갖고, 1개의 제2 베어링(47)을 통하여 회전 가능하게 지지하고 있다.

제2 베어링(47)은 내륜과 외륜과 복수의 볼과 볼의 유지기(도시 생략)를 구비하는 단열식 깊은 홈 볼베어링으로 구성되어 있다. 내륜과 외륜은, 모두 용이하게는 휘지 않는 적당한 강성을 구비하고 있다. 그리고, 내륜의 내주는 내치기어(43)의 외주에 장착되고, 이들은 모두 회전을 행한다. 또, 외륜의 외주는 하우징(45)의 내주에 장착되고, 이들은 회전방향으로 일체화되어 있다. 따라서, 제2 베어링(47)에 의하여, 하우징(45)에 대한 내치기어(43)의 상대적인 회전이 원활히 행해진다.

또, 하우징(45)과 내치기어(43)의 사이로서, 제2 베어링(47)의 관절중심선(O)을 따른 방향(축방향)의 외측(제2 부재(22)측)에는, 링형상의 오일시일(49)이 개재되어 있다.

도 3은 스페이서(46)를 관절중심선(O)의 방향(중공모터(31)측)에서 본 정면도, 도 4는 사시도이다.

도시와 같이, 스페이서(46)는 일단부가 폐색된 원통형상의 본체부(461)와, 당해 본체부(461)의 일단부로부터 반경방향 외측으로 연장된 플랜지부(462)를 갖고, 이들이 일체적으로 형성되어 있다.

본체부(461)는 스페이서(46)의 중심선방향(축방향)을 따라 관통하는 관통구멍이 둘레방향으로 복수 나란히 형성되어 있고, 각 관통구멍으로 통과된 볼트(463)에 의하여, 스페이서(46)가 내치기어(43)와 동심상태에서 당해 내치기어(43)의 외측(인체측)에 연결되어 있다.

그리고, 플랜지부(462)는 스페이서(46)의 중심선방향(관절중심선(O)의 방향과 일치)을 따라 관통하는 나사구멍이 원주방향으로 복수 나란히 형성되어 있고, 복수의 볼트(464)에 의하여, 제2 부재(22)의 가동측 환형상부(221)가 동심상태에서 플랜지부(462)의 외측(인체측)에 연결되어 있다. 즉, 출력측의 제2 부재(22)와 일체적으로 연결된 스페이서(46) 및 내치기어(43)는, "제2 부재에 연결되는 출력부재"로서 기능한다.

또, 플랜지부(462)의 최내주부에는, 2개의 박육부(465)와 2개의 빼기구멍(466)이 둘레방향으로 교대로 형성되어 있다.

박육부(465)는, 그 주위, 예를 들면 플랜지부(462)의 다른 부분이나 본체부(461)에 비하여, 관절중심선(O)을 따른 방향의 두께가 얇게 형성되어 있다.

빼기구멍(466)은 관절중심선(O)을 따른 방향으로 플랜지부(462)를 관통한 긴 구멍이다.

박육부(465)와 빼기구멍(466)은, 관절중심선(O)으로부터 보아 모두 원호형상이며, 2개의 박육부(465)와 2개의 빼기구멍(466)에 의하여, 본체부(461)의 주위를 둘러싸고 있다.

이들 2개의 박육부(465) 및 2개의 빼기구멍(466)은, "감속기의 다른 부위에 비하여 보다 작은 외부하중으로 파단되기 쉬운 취약부"를 구성하고 있다.

여기에서 말하는 외부하중은, 제2 부재(22)측으로부터 부여되는 스페이서(46)에 작용하는 관절중심선(O)을 중심으로 한 모멘트나 관절중심선(O)을 중심으로 하는 직경방향을 중심으로 하여 작용하는 모멘트를 대상으로 한다.

이들 모멘트에 의하여, 박육부(465) 및 2개의 빼기구멍(466)으로 이루어지는 취약부의 내(耐)하중강도를 넘으면, 박육부(465)가 파손 또는 파단된다. 한편, 감속기(40)의 스페이서(46) 이외의 각 구성은, 모두 상기 모멘트에 근거하는 내하중강도가 높기 때문에, 파손되는 것을 면한다.

[제2 베어링의 기술적 의의]

예를 들면, 산업용 로봇의 로봇암의 관절 등에 장착되는, 일반적인 감속기의 경우, 출력측으로부터 외부하중을 받을 가능성이 높아, 출력측의 구성과 일체적으로 연결되는 부재를 지지하는 베어링은, 외부하중에 내구성을 가질 것이 요구된다.

출력측으로부터의 외부하중에 의하여 베어링에 작용하는 하중으로서는, 레이디얼하중(베어링의 회전반경방향), 액시얼하중(베어링의 회전중심선방향), 모멘트하중(베어링의 회전직경을 축으로 하는 회전운동방향)을 들 수 있다.

모멘트하중의 내구성을 갖게 하기 위해서는, 출력측의 구성과 일체적으로 연결되는 부재를 회전중심선방향에 대하여 이간된 2개소에서 2개의 베어링에 의하여 지지하면 되지만, 그 경우, 감속기는 축방향으로 대형화가 매우 발생한다.

한편, 상기 레이디얼하중, 액시얼하중, 모멘트하중의 모든 하중에 1개의 베어링에 의하여 내구성을 갖게 하기 위해서는, 크로스롤러베어링과 같은 특수종이고 또한 고가의 베어링이 필요해져, 감속기의 비용상승을 피할 수 없다.

로봇암의 경우는, 관절보다 선단부의 중량을 지지할 필요가 있으며, 암선단부로부터는 툴이나 운반대상물의 중량에 근거하는 하중이 발생하고, 암선단의 이동궤적에 따라 관절이 모든 방향이나 자세를 채용할 수 있기 때문에, 레이디얼하중, 액시얼하중, 모멘트하중 모두에 대하여 큰 하중이 발생할 수 있다.

그러나, 어시스트장치(10)의 관절에 장착되는 감속기(40)의 경우에는, 관절보다 선단부측(출력측)에 대해서는 제2 부재(22)의 중량을 지지할 수 있으면 되고, 제2 부재(22)의 선단부에는 중량물이 탑재되지 않아, 관절의 방향이나 자세는 대략 일정한 상태에서 사용된다. 이로 인하여, 베어링에 작용하는 하중은, 오로지 레이디얼하중이며, 이에 비하여 액시얼하중이나 모멘트하중은 매우 작아진다. 또, 그 레이디얼하중도 작다.

상기 감속기(40)에 있어서, "출력측의 구성과 일체적으로 연결되는 부재(출력부재)"로서는 스페이서(46)가 해당하고, 그 "부재를 지지하는 베어링(주베어링)"으로서는 제2 베어링(47)이 해당한다.

상술한 바와 같이, 제2 베어링(47)에 작용하는 하중은 작기 때문에, 주로 회전을 지지할 목적으로 1개의 단열식 구름베어링을 사용할 수 있다. 단열식 구름베어링의 일례로서는, 깊은 홈 볼베어링을 들 수 있다.

다만, 단열식 구름베어링으로서는, 단열의 깊은 홈 볼베어링 외에, 단열의 원통 롤러베어링, 단열의 바늘형상 롤러베어링 등이 적합하다.

대형화하는 복열(複列)의 베어링이나 고가의 앵귤러베어링, 원뿔롤러베어링, 자동조심(調心)베어링, 크로스롤러베어링은 포함되지 않는다. 또, 스러스트베어링 전반도 포함되지 않는다.

또, 단열식 구름베어링 외에, 슬라이딩베어링을 사용해도 된다. 슬라이딩베어링으로서는, 베어링 단일체로서 독립적인 부재인 것은 요구되지 않고, 예를 들면 하우징(45)의 내주면에 내치기어(43)의 외주면이 직접적으로 미끄럼접촉하며, 이들 상호 간에 슬라이딩베어링을 구성하는 경우도 포함된다. 이 경우, 양자의 미끄럼접촉면에, 그리스 등의 윤활제를 도포하는 것이 바람직하다.

[어시스트장치의 동작]

다음으로, 어시스트장치(10)의 동작에 대하여 설명한다.

유저의 허리부의 좌측면측에 있어서, 제1 연장부(212)가 상방으로 향해지고, 제2 연장부(222)가 하방으로 향해진 상태에서, 제1 원호판(213)이 인체의 허리부에 허리부벨트로 고정되며, 제2 원호판(223)이 인체의 대퇴부에 대퇴부벨트로 고정되어 장착된다.

그리고, 관절유닛(30)은, 중공모터(31)의 구동에 의하여, 제2 부재(22)에 대하여, 관절중심선(O)을 중심으로 하는 회전운동동작을 부여한다. 이로써, 제2 부재(22)가 유저의 전후방향으로 회전운동하고, 인체의 골반에 대하여 대퇴부의 골격부분을, 고관절을 중심으로 하여 전후로 굴곡·신장시켜, 유저의 보행동작 등을 어시스트할 수 있다.

이때, 감속기(40)에서는, 중공모터(31)의 구동에 의하여, 편심캠(41)이 회전하면, 제1 베어링(44)을 통하여 편심캠(41)의 운동이 외치기어(42)의 기부(421)에 전달된다. 외치기어(42)의 기부(421)는, 회전하지 않도록 하우징(45) 및 모터하우징(48)에 고정되어 있기 때문에, 편심캠(41)의 회전에 추종하여 외치기어(42)가 회전하지는 않고, 외치기어(42)의 기부(421)는, 회전하는 편심캠(41)의 외주형상을 따라 장축부분에 의한 팽출위치가 주회(周回)하는 운동이 얻어진다. 이 주회의 주기는, 편심캠(41)의 고속의 회전주기에 비례한다.

이와 같이, 편심캠(41)의 회전에 의하여 외치기어(42)의 기부(421)가 변형되면, 편심캠(41)의 장축의 회전에 따라 외치기어(42)와 내치기어(43)의 맞물리는 위치가 회전방향으로 변화한다. 여기에서, 외치기어(42)와 내치기어(43)의 치수(齒數)에 차이가 있으면, 맞물리는 위치가 일주할 때마다 맞물려지는 외치기어(42)의 치부와 내치기어(43)의 치부의 대응관계가 어긋나 가기 때문에, 이로써 외치기어(42)와 내치기어(43)의 사이에 상대적인 회전이 발생한다. 여기에서는, 외치기어(42)가 고정되어 있기 때문에, 내치기어(43)에 회전이 발생한다.

예를 들면, 내치기어(43)의 치수가 102이고, 외치기어(42)의 치수가 100이면, 편심캠(41)의 회전운동은 감속비 102:2로 감속되어 내치기어(43)에 전달된다.

그리고, 이로써, 제2 부재(22)에는 감속된 회전운동동작이 부여된다.

[스페이서의 교환작업]

상술한 바와 같이 감속기(40)의 스페이서(46)는, 취약부인 박육부(465) 및 빼기구멍(466)을 갖기 때문에, 제2 부재(22)로부터 큰 외부하중이 가해지면, 박육부(465)에 있어서 파손이나 파단이 발생한다.

그리고, 박육부(465)가 파단되어 스페이서(46)의 본체부(461)와 플랜지부(462)가 완전하게 분리된 경우에는, 다음 순서에 따라 스페이서(46)의 교환이 행해진다.

(1) 허리부벨트를 풀어 제1 부재(21)를 유저의 허리부으로부터 분리한다. 이로써, 제1 부재(21), 중공모터(31) 및 감속기(40)의 스페이서(46)의 플랜지부(462) 이외의 구성이 분리된다.

(2) 다음으로, 대퇴부벨트를 풀어 제2 부재(22)를 유저의 대퇴부로부터 분리한다. 이로써, 제2 부재(22) 및 스페이서(46)의 플랜지부(462)가 분리된다.

(3) 다음으로, 모든 볼트(464)를 느슨하게 풀어, 제2 부재(22)로부터 스페이서(46)의 플랜지부(462)를 분리한다.

(4) 다음으로, 모든 볼트(463)를 느슨하게 풀어, 내치기어(43)로부터 스페이서(46)의 본체부(461)를 분리한다.

(5) 다음으로, 모든 볼트(463)를 체결하여, 새로운 스페이서(46)를 내치기어(43)에 장착한다.

(6) 다음으로, 모든 볼트(464)를 체결하여, 새로운 스페이서(46)에 제2 부재(22)를 장착한다. 이로써, 스페이서(46)의 교환작업이 완료되고, 다시 어시스트장치(10)를 사용할 수 있다.

또, 박육부(465)가 파손되었지만 파단되지 않고 스페이서(46)의 본체부(461)와 플랜지부(462)가 분리되어 있지 않은 경우에는, 다음 순서에 따라 스페이서(46)의 교환이 행해진다.

(1) 대퇴부벨트를 풀어 제2 부재(22)를 유저의 대퇴부로부터 분리한다. 그러나, 스페이서(46)는 파단되어 있지 않기 때문에, 제2 부재(22)는 아직도 관절유닛(30)에 연결된 상태이다.

(2) 다음으로, 허리부벨트를 풀어 제1 부재(21)를 유저의 허리부으로부터 분리한다. 이로써, 어시스트장치(10)의 전체 구성이 분리된다.

(3) 다음으로, 모든 볼트(463)를 느슨하게 풀어, 내치기어(43)로부터 스페이서(46)를 분리하고, 스페이서(46) 및 제2 부재(22)를 분리한다.

(4) 다음으로, 모든 볼트(464)를 느슨하게 풀어, 제2 부재(22)로부터 파손된 스페이서(46)를 분리한다.

(5) 다음으로, 모든 볼트(464)를 체결하여, 새로운 스페이서(46)를 제2 부재(22)에 장착한다.

(6) 다음으로, 모든 볼트(463)를 체결하여, 새로운 스페이서(46)를 내치기어(43)에 연결하고, 제2 부재(22) 및 스페이서(46)를 장착한다. 이로써, 스페이서(46)의 교환작업이 완료되고, 다시 어시스트장치(10)를 사용할 수 있다.

[어시스트장치의 기술적 효과]

상기 어시스트장치(10)의 감속기(40)는, 제1 부재(21)에 연결되는 고정부재를 구성하는 하우징(45)과, 제2 부재(22)에 연결되는 출력부재를 구성하는 내치기어(43)의 사이에 배치되는 제2 베어링(47)을, 1개의 단열식 구름베어링에 의하여 구성하고 있다.

어시스트장치의 경우, 작용하는 하중이 매우 작기 때문에, 1개의 단열식 구름베어링에 의하여, 안정적으로 회전을 지지할 수 있다.

또한, 제2 베어링(47)을 1개의 단열식 구름베어링에 의하여 구성하고 있기 때문에, 감속기(40)의 소형화, 나아가서는 어시스트장치(10) 전체의 소형화를 도모하는 것이 가능해진다.

또, 제2 베어링(47)을 1개의 단열식 구름베어링에 의하여 구성하기 때문에, 특수종이고 또한 고가의 베어링이 불필요하게 할 수 있어, 어시스트장치(10)의 비용저감을 도모하는 것이 가능해진다. 특히, 제2 베어링(47)을 보다 세상에 널리 보급하는 깊은 홈 볼베어링으로 구성한 경우에는, 추가적인 비용저감 및 입수용이성에 의하여, 어시스트장치(10)의 제조용이성을 향상시킬 수 있다.

또, 제2 베어링(47)을 1개의 슬라이딩베어링으로 구성한 경우에도 상기와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.

또, 상기 어시스트장치(10)의 감속기(40)가 휨맞물림식 기어장치로 구성되어 있기 때문에, 평기어로 이루어지는 감속기와 달리 소형화가 용이하여, 어시스트장치의 추가적인 소형화를 도모하는 것이 가능해진다. 또, 기어에 의하여 백래시를 저감시켜, 고정밀도이고 또한 원활한 어시스트 동작을 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 어시스트장치(10)의 감속기(40)는, 스페이서(46)에 취약부로서의 박육부(465) 및 빼기구멍(466)을 마련하고 있기 때문에, 제2 부재(22)측으로부터 외부하중이 가해진 경우에, 스페이서(46)의 취약부가 우선적으로 파괴된다. 이로 인하여, 외부하중이, 감속기(40)에 있어서의 스페이서(46)보다 내측의 구성에 가해지는 것이 저지되어, 감속기(40)의 각 구성을 보호하는 것이 가능해진다.

특히, 감속기(40)를 휨맞물림식 기어장치로 구성한 경우에는, 내부에 가요성을 갖는 기어를 구비하고, 또 각 기어가 고정밀도의 가공이 실시되고 있는 경우가 있기 때문에, 이들을 스페이서(46)에 취약부에 의하여 외부하중으로부터 효과적으로 보호하는 것이 가능해진다.

또, 상기 어시스트장치(10)의 감속기(40)는, 출력부재가 스페이서(46)와 내치기어(43)의 복수의 부재로 구성되고, 그 중 제2 부재(22)에 직접 연결된 스페이서(46)에 취약부를 마련하고 있다.

이로 인하여, 제2 부재(22)로부터 감속기(40)에 외부하중이 가해진 경우에, 감속기(40)에 있어서 외측 근처에 위치하는 스페이서(46)에 파손 또는 파단이 발생하기 때문에, 그 교환작업을 용이하게 행하는 것이 가능해져, 메인터넌스성의 향상을 도모하는 것이 가능하다.

[그 외]

상기 실시형태에서는, 인체의 좌측 고관절 부분에 사용하는 어시스트장치(10)를 예시했지만, 인체의 적용개소는 이에 한정되지 않고, 인체의 다른 관절 부분에 사용하는 어시스트장치에도 특징적인 감속기(40)를 적용하는 것은 가능하다.

또, 관절유닛(30)의 구동원으로서 중공모터(31)를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 회전 구동을 행하는 다양한 모터를 이용 가능하다.

또, 감속기(40)의 출력부재가 내치기어(43)와 스페이서(46)로 구성되는 경우를 예시했지만, 이들을 일체화하여 1개의 부재로 구성해도 된다. 또, 혹은 내치기어(43)와 스페이서(46)의 사이에 새로운 스페이서를 개재시키고 볼트 등에 의하여 일체적으로 연결하여, 보다 많은 부재에 의하여 출력부재를 구성해도 된다.

마찬가지로, 감속기(40)의 고정부재가 하우징(45)과 모터하우징(48)으로 구성되는 경우를 예시했지만, 이들을 일체화하여 1개의 부재로 구성해도 된다. 그 경우, 일체화한 부재의 내부에 외치기어(42)를 고정하고, 외부에 제1 부재(21)를 고정한다.

또, 모터하우징(48)으로부터 제1 부재(21)의 사이에 새로운 부재(예를 들면 스페이서 등)를 개재하고, 보다 많은 부재에 의하여 고정부재를 구성해도 된다.

다만, 감속기(40)가 휨맞물림식 기어장치로 구성되는 경우를 예시했지만, 중공모터(31)의 회전출력을 감속할 수 있는 모든 감속기를 사용하는 것이 가능하다.

예를 들면, 감속기로서는, 휨맞물림식 기어장치 이외에, 단순유성기어를 이용한 감속기나 편심요동형의 감속기를 이용해도 된다. 또, 휨맞물림식 기어장치여도, 실크해트형에 한정되지 않으며, 컵형이나 통형이어도 된다.

또, 스페이서(46)에 마련하는 취약부의 구조는, 박육부(465)와 빼기구멍(466)으로 구성되는 경우에 한정되지 않는다. 예를 들면, 박육부만으로 구성해도 되고, 빼기구멍만으로 구성해도 된다. 또, 보다 미세한 빼기구멍을 본체부(461)의 주위에 많이 나란히 형성해도 된다.

그 외에, 실시형태에서 나타낸 세세한 부분은, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

10 어시스트장치
21 제1 부재
22 제2 부재
30 관절유닛
31 중공모터
40 감속기(휨맞물림식 기어장치)
41 편심캠
42 외치기어
43 내치기어(출력부재)
44 제1 베어링
45 하우징(고정부재)
46 스페이서(출력부재)
47 제2 베어링(주베어링, 깊은 홈 볼베어링)
48 모터하우징(고정부재)
463, 464 볼트
465 박육부(취약부)
466 빼기구멍(취약부)
O 관절중심선

Claims (5)

1. 인체의 제1 부분과 제2 부분의 사이의 관절의 움직임을 어시스트하는 어시스트장치로서,
   상기 제1 부분에 장착되는 제1 부재와,
   상기 제2 부분에 장착되는 제2 부재와,
   상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 사이에 장착되는 감속기를 구비하고,
   당해 감속기는 상기 제1 부재에 연결되는 고정부재와, 상기 제2 부재에 연결되는 출력부재와, 상기 고정부재와 상기 출력부재의 사이에 배치되는 주베어링을 가지며,
   상기 주베어링은 1개의 단열식 구름베어링에 의하여 구성되거나, 슬라이딩베어링에 의하여 구성되는 어시스트장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 감속기는 기진체와, 상기 기진체에 의하여 휨변형되는 외치기어와, 상기 외치기어와 맞물리는 내치기어를 구비한 휨맞물림식 기어장치인 어시스트장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 단열식 구름베어링은 깊은 홈 볼베어링에 의하여 구성되는 어시스트장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 출력부재는 상기 감속기의 다른 부위에 비하여 보다 작은 외부하중으로 파단되기 쉬운 취약부를 갖는 어시스트장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 출력부재는 복수의 부재를 연결한 구성으로 이루어지고,
   상기 취약부는 상기 출력부재를 구성하는 상기 복수의 부재 중, 상기 제2 부재에 직접 연결되는 부재에 마련되는 어시스트장치.

Images