JP6006403B2 - アクチュエータを有する外骨格アーム - Google Patents
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Description
概して、これらのアームは、それぞれの動力装置と結合される肩、肘及び手首関節を有し、それが、組立体を重量にかつ複雑にする。
更に、動力装置は、関節の軸に連続して延びるトランスバースモーターの形式をとることが多く、これは著しく邪魔になる。
この邪魔を制限するためには、持ち上げることができる荷重を限定するか又はモーターと駆動されるセグメントとの間のダウンギア比を増大すると好都合であるが、これは、関節の透明性を低下させる。
この欠点は、トルクフィードバックによって部分的に克服できるが、そのためには、トルクセンサを使用する必要があり、この解決法の信頼性を減じ、複雑さ及びコストを増大する。
この種の要素は、所与の荷重のために事前に調節する必要があり、これは、この要素の使用範囲を大幅に制限する。
−モーター要素を支える取付け板と、
−使用時に実質的に垂直である第1軸の周りで第1関節によって取付け板に関節式に接続されたショルダー部分と、
−第1軸に対して実質的に直角を成す第2軸の周りで第2関節によってショルダー部分に関節式に接続された近位端を有するアーム部分と、
−第2軸に対して実質的に平行である第3軸の周りで第3関節によってアーム部分の遠位端に関節式に接続された近位端を有するフォアアーム部分と、
を備える。
−モーター要素によって駆動されかつ2本のストランドを形成する少なくとも1本の作動ケーブルであって、2本のストランドが第1軸に平行に延びて、第1関節を貫通し、かつ第2軸の周りで回転するように取り付けられアームと回転式に連結される受容滑車(receiving pulley)の周りを通る、作動ケーブルと、
−ショルダー部分とフォアアーム部分との間に取り付けられ、アーム部分の屈曲がフォアアーム部分の付随的屈曲を導くように配列される、接続手段と、
を備える。
組立体は、非常にコンパクトであり、モーター要素は取付け板に従って操作者の背中に配置できるので、操作者の視界又は補助アームの運動範囲を妨げない。
この配列は、アームの端部の自由な横移動を許容する。
取付け板2は、外骨格100の背部に又は少なくとも操作者が装着する支持構造体に取り付けるための手段を備える。
アーム部分6の遠位端は、第2軸X2に対して実質的に平行である第3軸X3(図において、真向きに見える)の周りでフォアアーム部分8の近位端を関節式に接続できるようにする第3関節7を支える。
フォアアーム部分8は、ハンドレスト9を支える遠位端を有する。
フォアアーム部分8は、2つの小部分8a、8bに分割され、2つの小部分は、第3軸X3に対して実質的に直角を成す第4軸X4の周りで相互に2つの小部分を関節式に接続できるようにする第4関節10によって接続される。
駆動ケーブル21は、取付け板2上で回転するように取付けられた2つの第1滑車23、24の間で引っ張られたストランドを備える。
第1滑車24は、この場合には、駆動ケーブル21の張力を維持するためのテンショナ25aを備える。
第1滑車23、24は、それぞれ第2滑車25、26と回転式に連結される。
第2滑車の直径は、第1滑車23、24の直径より小さい。第2滑車25、26には、第2ケーブル又は作動ケーブル27が取り付けられ、第2ケーブルは、取付け板2上で回転するように取り付けられた2つの復帰滑車28、29の助けで2本のストランド27a、27bを形成し、ストランドは、中空である第1関節3内部を通過するとき、第1軸X1に対して平行に延びる。
2本の平行のストランド27a、27bは、その後分離して、アーム部分6と回転式に連結される一方で第2軸X2の周りで回転するように取り付けられた受容滑車30の周りを通る。
第2ケーブルのストランド27a、27bが第1関節を(自由)通過することによって、アーム部分6の屈曲を生じることなくショルダー部分の自由回転を許容する。
異なる直径を持つ滑車の周りに巻かれた2本のケーブルを使用することによって逓減トルク変換が可能になる。
本事例において、接続手段は、第2軸X2と同心的にショルダー部分に固定された調整滑車31を備える。
第3ケーブル又は調整ケーブル32は、調整滑車31に取り付けられて、ストランドが交差した後に、フォアアーム部分8と回転式に連結される一方で第3軸X3の周りで回転するように取り付けられた駆動滑車33の周りを通る。
この接続手段によって、モーター20によって生じたアーム部分6の屈曲は、同じ方向のフォアアーム部分8の付随的屈曲を誘発する。
調整滑車及び駆動滑車のそれぞれの直径を変動させることによって、アーム部分の屈曲の振幅の関数としてのフォアアーム部分の屈曲の振幅が正確に調節される。
第1に、この種の補助アームは、操作者の背中に配置された単一のモーター要素しか使用しない。
これは、また、下から荷重を持ち上げられるようにする。
さらに、ケーブルアクチュエータによって作動することによって、取付け板(及び使用者の背中)に平らに取り付けられた長いモーターを位置付けることができ、非常に透明性のある伝達力(低い惰性及び摩擦)を持つ非常に薄い補助アームが得られ、トルクセンサによるフィードバックを不要にすることができる。
最後に、アームは自立型であり、外骨格から容易に外すことができる。
この場合、ケーブルアクチュエータは、直接、作動ケーブルに作用する。
Claims (5)
- 外骨格に嵌合されるための補助アームであって、
−モーター要素(20)を支える取付け板(2)と、
−使用者が直立しての使用時に実質的に垂直である第1軸(X1)の周りで第1関節によって前記取付け板に関節式に接続されたショルダー部分(4)と、
−前記第1軸に対して実質的に直角を成す第2軸(X2)の周りで第2関節(5)によって前記ショルダー部分に関節式に接続された近位端を有するアーム部分(6)と、
−前記第2軸に対して実質的に平行である第3軸(X3)の周りで第3関節(7)によって前記アーム部分の遠位端に関節式に接続された近位端を有するフォアアーム部分(8)と、
を具備し、
前記補助アームが、更に、
−前記モーター要素によって駆動されかつ2本のストランド(27a、27b)を形成する少なくとも1本の作動ケーブル(27)であって、前記2本のストランドが前記第1軸に平行に延びて、前記第1関節を貫通し、かつ前記第2軸の周りで回転するように取り付けられ前記アーム部分と回転式に連結される受容滑車(30)の周りに巻き付けられる、作動ケーブル(27)と、
−前記ショルダー部分と前記フォアアーム部分との間に取り付けられ、前記アーム部分の屈曲が前記フォアアーム部分の付随的屈曲を導くように配列される、接続手段(31、32、33)と、
を具備する、
ことを特徴とする補助アーム。 - 前記モーター要素(20)が、前記取付け板(2)上で回転するように取り付けられた2つの第1滑車(23、24)の間で引っ張られた駆動ケーブル(21)を駆動するケーブルアクチュエータ(22)と結合され、一方、
前記作動ケーブル(27)が、それぞれ前記第1滑車(23、24)に連結され前記第1滑車の直径より小さい直径を有する2つの第2滑車(25、26)に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項1に記載の補助アーム。 - 前記フォアアーム部分がハンドレスト(9)を備える遠位端を具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の補助アーム。
- 前記ショルダー部分(4)と前記フォアアーム部分(8)との間の前記接続手段が、
前記第2軸(X2)と同心とされ、かつ前記ショルダー部分に固定された調整滑車(31)と、
前記フォアアーム部分に連結される一方で前記第3軸(X3)の周りで回転するように取り付けられた駆動滑車(33)と、
前記調整滑車及び前記駆動滑車にストランドが交差するように巻き付けられた調整ケーブル(32)と、
を具備する、
ことを特徴とする請求項1に記載の補助アーム。 - 前記フォアアーム部分(8)が、前記第3軸(X3)に対して実質的に直角を成す第4軸(X3)の周りで第4関節によって相互に関節式に接続された2つの小部分(8a、8b)を具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の補助アーム。
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