JP7733982B2 - Coupling Device - Google Patents
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Description
本発明は、継手装置に関する。 The present invention relates to a coupling device.
従来、2つの部材を連接する連接部に用いられる継手装置として、2つの部材の成す角を変更可能な伸縮装置を備えるものが知られている。このような継手装置として、例えば、膝関節に用いられる義足がある。特許文献1には、切断脚の断端部に装着される義足の大腿ソケット内に切断脚の断端部の筋肉の収縮運動を検知するセンサーを設け、膝継手部の屈曲及び伸展の抵抗を調整する液圧シリンダーの可変バルブの絞り具合を、センサーからの検知情報により制御することが記載されている。 Conventionally, joint devices used at the joint connecting two components include an extension device that can change the angle between the two components. One example of such a joint device is a prosthetic leg used at the knee joint. Patent Document 1 describes a method in which a sensor is installed in the femoral socket of a prosthetic leg attached to the stump of an amputated leg to detect the contraction movement of the muscles in the stump of the amputated leg, and the detection information from the sensor is used to control the throttle of a variable valve in a hydraulic cylinder that adjusts the resistance of flexion and extension of the knee joint.
しかしながら、特許文献1に記載の義足では、屈曲又は伸展の抵抗を発生させることはできても、膝継手部を屈曲又は伸展させることはできなかった。 However, while the prosthetic limb described in Patent Document 1 was able to generate resistance to flexion or extension, it was not able to flex or extend the knee joint.
本発明は、連接部を屈曲又は伸展させることができるとともに、連接部が伸展又は屈曲する際に抵抗を発生させることが可能な継手装置を提供する。 The present invention provides a joint device that can bend or extend a joint and generate resistance when the joint is extended or bent.
本発明は、
第1部材と、
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との成す角を変更可能に連接する連接部と、
伸縮することにより前記第1部材と前記第2部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置と、を備える継手装置であって、
前記伸縮装置は、
動力源と、
前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、を備え、
前記動力伝達部は、
前記動力源の前記動力を伝達する動力伝達路と、
前記動力伝達路と接続されるよう設けられ、前記動力伝達路の運動を減衰する減衰部と、を備え、
前記動力源は回転動力を発生するもので、
前記減衰部は、前記動力伝達路に伝達される前記回転動力を減衰するように設けられるとともに、ダンパ本体とロータリー軸とを備え、前記ダンパ本体と前記ロータリー軸との相対回転に所定の回転抵抗を与えるよう設けられるロータリーダンパである。
The present invention provides
A first member;
A second member;
a connecting portion that connects the first member and the second member so as to change the angle between the first member and the second member;
A joint device including an extension and contraction device that can change the angle formed between the first member and the second member by extending and contracting,
The telescopic device is
A power source and
a power transmission unit that transmits power from the power source,
The power transmission unit is
a power transmission path that transmits the power of the power source;
a damping unit that is connected to the power transmission path and damps the movement of the power transmission path ,
The power source generates rotational power,
The damping section is a rotary damper that is configured to damp the rotational power transmitted to the power transmission path, and includes a damper body and a rotary shaft, and is configured to provide a predetermined rotational resistance to the relative rotation between the damper body and the rotary shaft .
本発明によれば、動力源により連接部を屈曲又は伸展させることができるとともに、減衰部により連接部が伸展又は屈曲する際に抵抗を発生させることが可能となる。 According to the present invention, the connecting portion can be bent or extended using a power source, and the damping portion can generate resistance when the connecting portion is extended or bent.
以下、本発明の継手装置の一例としての電動義足の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、電動義足の使用者を基準に前後方向、左右方向、上下方向を定義する。図面には、電動義足の前方をFr、後方をRr、左側をL、右側をR、上方をU、下方をDとして示す。 Embodiments of an electric prosthetic leg, which is an example of a joint device of the present invention, will be described below with reference to the drawings. In the following description, the front-to-back, left-to-right, and up-to-down directions will be defined based on the user of the electric prosthetic leg. In the drawings, the front of the electric prosthetic leg is indicated as Fr, the rear as Rr, the left side as L, the right side as R, the top as U, and the bottom as D.
<第1実施形態>
[電動義足]
本実施形態の電動義足1は、図1~図3に示すように、ひざのない人のための義足であり、ひざの下側に位置する膝下側部材10と、ひざの上側に位置する膝上側部材20と、膝下側部材10と膝上側部材20との成す角を変更可能に連接する膝関節機構30と、伸縮することにより膝下側部材10と膝上側部材20との成す角を変更可能な伸縮装置40と、を備える。
First Embodiment
[Electric prosthetic limb]
As shown in Figures 1 to 3, the electric prosthetic leg 1 of this embodiment is a prosthetic leg for people without knees, and comprises a below-knee member 10 located below the knee, an above-knee member 20 located above the knee, a knee joint mechanism 30 that connects the below-knee member 10 and the above-knee member 20 so that the angle between them can be changed, and an extension/retraction device 40 that can change the angle between the below-knee member 10 and the above-knee member 20 by extending and retracting.
膝上側部材20は、不図示のソケットに連結されるアダプター21が設けられた上壁部22と、上壁部22の左右両端から下方に延びる一対の上側側壁部23と、を備え、前後方向から見て下方が開口する略U字形状を有する。 The above-knee component 20 has an upper wall 22 equipped with an adapter 21 that connects to a socket (not shown), and a pair of upper side walls 23 that extend downward from both the left and right ends of the upper wall 22. When viewed from the front to back, it has a roughly U-shaped configuration that opens downward.
膝下側部材10は、脚部11が設けられた下壁部12と、下壁部12の左右両端から上方に延びる一対の下側側壁部13と、を備え、前後方向から見て上方が開口する略U字形状を有する。 The knee-below component 10 comprises a lower wall 12 on which the leg 11 is mounted, and a pair of lower side walls 13 extending upward from both the left and right ends of the lower wall 12. When viewed from the front-to-back direction, it has a generally U-shaped configuration that opens upward.
膝上側部材20の一対の上側側壁部23間には、膝下側部材10の一対の下側側壁部13が回動部35を中心に回転可能に連結される。この機構により、膝下側部材10と膝上側部材20との成す角が変更可能に連接され、膝関節機構30が構成される。 A pair of lower side walls 13 of the below-knee member 10 are rotatably connected between a pair of upper side walls 23 of the above-knee member 20 around the pivot 35. This mechanism allows the angle between the below-knee member 10 and the above-knee member 20 to be changed, thereby forming the knee joint mechanism 30.
膝上側部材20と膝下側部材10との間に形成された空間には、膝下側部材10と膝上側部材20との成す角を変更可能な伸縮装置40が設けられる。 An extension device 40 is provided in the space formed between the above-knee member 20 and the below-knee member 10, allowing the angle formed between the below-knee member 10 and the above-knee member 20 to be changed.
伸縮装置40は、図4も参照して、回転動力を出力するモータMと、モータMの動力を伝達する動力伝達部と、を備える。動力伝達部は、変速機Tと、変速機Tに動力伝達可能に接続され、変速機Tから出力される回転動力を並進運動に変換する第1スピンドルユニットSP1と、モータMと後述する変速機Tの第1変速機構T1及び第2変速機構T2との間に介装される断続機構50と、モータMから出力される回転動力を、断続機構50の作動子55の並進運動に変換する第2スピンドルユニットSP2と、を備える。なお、モータMから見て第1スピンドルユニットSP1の下流側にギア等の動力伝達部材が設けられる場合、動力伝達部にはこれら動力伝達部材も含まれ、全ての動力伝達部材が動力伝達路を構成する。 Referring also to FIG. 4, the telescoping device 40 comprises a motor M that outputs rotational power and a power transmission unit that transmits the power of the motor M. The power transmission unit comprises a transmission T, a first spindle unit SP1 that is connected to the transmission T so that power can be transmitted and that converts the rotational power output from the transmission T into translational motion, a disconnecting mechanism 50 that is interposed between the motor M and the first and second speed change mechanisms T1 and T2 of the transmission T, which will be described later, and a second spindle unit SP2 that converts the rotational power output from the motor M into translational motion of the actuator 55 of the disconnecting mechanism 50. Note that if power transmission members such as gears are provided downstream of the first spindle unit SP1 from the motor M, these power transmission members are also included in the power transmission unit, and all of the power transmission members constitute the power transmission path.
変速機Tは、天板部61と、底板部62と、これら天板部61及び底板部62の左右両端を連結する一対の側板部63と、を備え、前後方向から見て矩形形状を有する変速機ケース60を備える。変速機ケース60は、底板部62から下方に延びる一対の回動翼64が膝下側部材10の下壁部12から上方に延びる回動支持壁14に下揺動部70を中心に揺動可能且つ移動不能に支持される。 The transmission T is equipped with a transmission case 60 that has a rectangular shape when viewed from the front-to-rear direction and includes a top plate 61, a bottom plate 62, and a pair of side plates 63 connecting the left and right ends of the top plate 61 and bottom plate 62. The transmission case 60 has a pair of rotating wings 64 extending downward from the bottom plate 62, which are supported by a rotating support wall 14 extending upward from the lower wall 12 of the knee-below member 10 so as to be able to swing but not move about a lower swing part 70.
モータMは、出力軸71が天板部61を貫通して変速機ケース60の内部に突出するように変速機ケース60の天板部61の前方且つ上方に配置される。第1スピンドルユニットSP1は、前後方向において断続機構50を挟んでモータMとは反対側に配置される。言い換えると、モータMは、断続機構50よりも前後方向において前方に配置され、第1スピンドルユニットSP1は、断続機構50よりも前後方向において後方に配置されている。これにより、電動義足1にモータMを搭載しても、前後方向のバランスを保持しながら、電動義足1が幅方向に大きくなるのを抑制できる。 The motor M is positioned above and in front of the top plate 61 of the transmission case 60 so that the output shaft 71 passes through the top plate 61 and protrudes into the interior of the transmission case 60. The first spindle unit SP1 is positioned on the opposite side of the motor M in the front-to-rear direction, sandwiching the interrupter mechanism 50 therebetween. In other words, the motor M is positioned forward of the interrupter mechanism 50 in the front-to-rear direction, and the first spindle unit SP1 is positioned rearward of the interrupter mechanism 50 in the front-to-rear direction. This makes it possible to prevent the electric prosthetic leg 1 from becoming larger in the width direction while maintaining balance in the front-to-rear direction, even when the motor M is mounted on the electric prosthetic leg 1.
モータMから出力される回転動力を、断続機構50の作動子55の並進運動に変換する第2スピンドルユニットSP2は、前後方向においてモータMと第1スピンドルユニットSP1との間に配置される。モータMの出力軸71、第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73、第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75は、互いに平行に配置され、膝関節機構30が完全に伸展した状態において、上下方向を向くように配置されている。 The second spindle unit SP2, which converts the rotational power output from the motor M into translational motion of the actuator 55 of the interrupter mechanism 50, is positioned between the motor M and the first spindle unit SP1 in the front-to-rear direction. The output shaft 71 of the motor M, the first spindle 73 of the first spindle unit SP1, and the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 are positioned parallel to one another and face up and down when the knee joint mechanism 30 is fully extended.
第1スピンドルユニットSP1は、雄ねじ73aが形成された第1スピンドル73と、雌ねじ74aが形成されたスリーブ74と、を有し、第1スピンドル73の回転によりスリーブ74が第1スピンドル73の軸心に沿って並進運動する。本実施形態では、第1スピンドル73は、変速機Tによって伝達されたモータMの回転動力を受けて回転運動を行う。一方、スリーブ74は、膝上側部材20の上壁部22から下方に延びる一対の内側側壁部24に上揺動部25を中心に揺動可能且つ移動不能に取り付けられる。したがって、変速機Tによって伝達されたモータMの回転動力を受けて第1スピンドル73が一方側(図5Aの矢印D1方向)に回転すると、スリーブ74が変速機Tから離れるように並進移動し、第1スピンドル73が他方側(図5Bの矢印D2方向)に回転すると、スリーブ74が変速機Tに近づくように並進移動する。 The first spindle unit SP1 has a first spindle 73 formed with a male thread 73a and a sleeve 74 formed with a female thread 74a. Rotation of the first spindle 73 causes the sleeve 74 to translate along the axis of the first spindle 73. In this embodiment, the first spindle 73 receives rotational power from the motor M transmitted by the transmission T to perform rotational motion. Meanwhile, the sleeve 74 is immovably attached to a pair of inner side walls 24 extending downward from the upper wall 22 of the above-knee member 20, pivoting about the upper pivot portion 25. Therefore, when the first spindle 73 rotates to one side (in the direction of arrow D1 in FIG. 5A) in response to the rotational power of the motor M transmitted by the transmission T, the sleeve 74 translates away from the transmission T. When the first spindle 73 rotates to the other side (in the direction of arrow D2 in FIG. 5B), the sleeve 74 translates toward the transmission T.
即ち、第1スピンドル73の回転方向に応じてスリーブ74と変速機Tとの距離が伸縮する。スリーブ74は、前述したように膝上側部材20に移動不能に取り付けられているため、第1スピンドル73の回転方向に応じてスリーブ74と変速機Tとの距離が伸縮することで、変速機Tが取り付けられた膝下側部材10とスリーブ74が取り付けられた膝上側部材20とが、回動部35を中心に回転する。これにより、膝上側部材20と膝下側部材10との成す角が変わる。 In other words, the distance between the sleeve 74 and the transmission T expands or contracts depending on the rotation direction of the first spindle 73. Because the sleeve 74 is immovably attached to the above-knee member 20 as described above, the distance between the sleeve 74 and the transmission T expands or contracts depending on the rotation direction of the first spindle 73, causing the below-knee member 10, to which the transmission T is attached, and the above-knee member 20, to which the sleeve 74 is attached, to rotate around the pivot 35. This changes the angle formed between the above-knee member 20 and the below-knee member 10.
変速機Tは、図4に示すように、モータMの出力軸71に設けられる出力ギヤ72と、第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75の略中央部に設けられ、出力ギヤ72と噛み合う入力ギヤ77と、第1変速機構T1と、第2変速機構T2と、を備える。 As shown in FIG. 4, the transmission T includes an output gear 72 provided on the output shaft 71 of the motor M, an input gear 77 provided approximately in the center of the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 and meshing with the output gear 72, a first transmission mechanism T1, and a second transmission mechanism T2.
第1変速機構T1は、第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75の上側に移動不能に設けられた第1駆動ギヤ78と、第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73に第1スピンドル73と一体回転するように設けられ、第1駆動ギヤ78と噛み合う第1従動ギヤ79とから構成される。 The first transmission mechanism T1 is composed of a first drive gear 78 that is immovably mounted above the second spindle 75 of the second spindle unit SP2, and a first driven gear 79 that is mounted on the first spindle 73 of the first spindle unit SP1 so as to rotate integrally with the first spindle 73 and that meshes with the first drive gear 78.
第2変速機構T2は、第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75の下側に移動不能に設けられた第2駆動ギヤ80と、第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73に第1スピンドル73と一体回転するように設けられ、第2駆動ギヤ80と噛み合う第2従動ギヤ81とから構成される。 The second transmission mechanism T2 is composed of a second drive gear 80 that is immovably mounted below the second spindle 75 of the second spindle unit SP2, and a second driven gear 81 that is mounted on the first spindle 73 of the first spindle unit SP1 so as to rotate integrally with the first spindle 73 and that meshes with the second drive gear 80.
第1変速機構T1は、モータMの動力を第1変速比で伝達する。第2変速機構T2は、モータMの動力を第1変速比とは異なる第2変速比で伝達する。変速比の異なる2つの動力伝達路を備えることで、膝関節機構30における伸展と屈曲の動作スピード及び発生動力を切り替えることができる。第1変速比及び第2変速比は異なっていればよく、第1変速機構T1と第2変速機構T2とは、いずれか一方が減速機構で他方が増速機構であってもよく、いずれか一方が等速機構で他方が減速機構又は増速機構であってもよく、両方が減速機構であってもよく、両方が増速機構であってもよい。 The first transmission mechanism T1 transmits the power of the motor M at a first transmission ratio. The second transmission mechanism T2 transmits the power of the motor M at a second transmission ratio different from the first transmission ratio. By providing two power transmission paths with different transmission ratios, it is possible to switch the movement speed and generated power of the extension and flexion in the knee joint mechanism 30. As long as the first transmission ratio and the second transmission ratio are different, either the first transmission mechanism T1 or the second transmission mechanism T2 may be a speed-reduction mechanism and the other a speed-up mechanism, or one may be a constant speed mechanism and the other a speed-reduction or speed-up mechanism, or both may be speed-reduction mechanisms, or both may be speed-up mechanisms.
第1変速比を、第1変速機構T1におけるモータM側の回転数である変速前回転数に対する、第1変速機構T1における反モータM側(第1スピンドルユニットSP1側)の回転数である変速後回転数の比率とし、第2変速比を、第2変速機構T2におけるモータM側の回転数である変速前回転数に対する、第2変速機構T2における反モータM側(第1スピンドルユニットSP1側)の回転数である変速後回転数の比率としたとき、第1変速比は、第2変速比よりも小さくなるよう構成されることが好ましい。 When the first gear ratio is defined as the ratio of the post-shift rotation speed, which is the rotation speed on the anti-motor M side (first spindle unit SP1 side) of the first transmission mechanism T1, to the pre-shift rotation speed, which is the rotation speed on the motor M side of the first transmission mechanism T1, and the second gear ratio is defined as the ratio of the post-shift rotation speed, which is the rotation speed on the anti-motor M side (first spindle unit SP1 side) of the second transmission mechanism T2, to the pre-shift rotation speed, which is the rotation speed on the motor M side of the second transmission mechanism T2, it is preferable that the first gear ratio be configured to be smaller than the second gear ratio.
例えば、第1変速機構T1の第1変速比が1より小さい場合、反モータM側(第1スピンドルユニットSP1側)の回転数はモータM側の回転数よりも減少し、トルクが増加する。第2変速機構T2の第2変速比が1より大きい場合、反モータM側(第1スピンドルユニットSP1側)の回転数はモータM側の回転数よりも増加し、トルクが減少する。この場合、第1駆動ギヤ78は、第2駆動ギヤ80よりも小径となり、第1駆動ギヤ78とモータMとを近接配置することができる。本実施形態では、第1変速機構T1が第2変速機構T2よりもモータMの近くに配置されている。より具体的には、モータMが、第1駆動ギヤ78の前方に第1駆動ギヤ78と上下方向でオーバーラップするように配置されている。 For example, when the first speed change ratio of the first transmission mechanism T1 is less than 1, the rotation speed on the side opposite the motor M (the side opposite the first spindle unit SP1) decreases compared to the rotation speed on the motor M side, resulting in an increase in torque. When the second speed change ratio of the second transmission mechanism T2 is greater than 1, the rotation speed on the side opposite the motor M (the side opposite the first spindle unit SP1) increases compared to the rotation speed on the motor M side, resulting in a decrease in torque. In this case, the first drive gear 78 has a smaller diameter than the second drive gear 80, allowing the first drive gear 78 and the motor M to be positioned closer to each other. In this embodiment, the first transmission mechanism T1 is positioned closer to the motor M than the second transmission mechanism T2. More specifically, the motor M is positioned forward of the first drive gear 78 so as to overlap the first drive gear 78 in the vertical direction.
第1変速機構T1と第2変速機構T2とは、断続機構50により切り替えられる。断続機構50は、モータMと第1変速機構T1との間に介装される上側クラッチ50Uと、モータMと第2変速機構T2との間に介装される下側クラッチ50Dと、入力ギヤ77と一体に回転する作動子55と、を備える。 The first transmission mechanism T1 and the second transmission mechanism T2 are switched by the interrupting mechanism 50. The interrupting mechanism 50 includes an upper clutch 50U interposed between the motor M and the first transmission mechanism T1, a lower clutch 50D interposed between the motor M and the second transmission mechanism T2, and an actuator 55 that rotates integrally with the input gear 77.
上側クラッチ50Uは、モータM側の係合子である第1係合子51と、第1変速機構T1側の係合子である第2係合子52と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第1係合子51は、入力ギヤ77と一体に回転するように作動子55及び入力ギヤ77の上方に設けられる。第2係合子52は、第1係合子51と係合可能に第1駆動ギヤ78の下方に第1駆動ギヤ78と一体に回転するように設けられる。第2係合子52及び第1駆動ギヤ78は、第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75の上方に、第2スピンドル75に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。 The upper clutch 50U is a mesh clutch that includes a first engaging element 51 on the motor M side and a second engaging element 52 on the first transmission mechanism T1 side. More specifically, the first engaging element 51 is provided above the actuator 55 and input gear 77 so as to rotate integrally with the input gear 77. The second engaging element 52 is provided below the first drive gear 78 so as to be engageable with the first engaging element 51 and rotate integrally with the first drive gear 78. The second engaging element 52 and first drive gear 78 are attached above the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 so as to be rotatable but immovable relative to the second spindle 75.
下側クラッチ50Dは、モータM側の係合子である第3係合子53と、第2変速機構T2側の係合子である第4係合子54と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第3係合子53は、入力ギヤ77と一体に回転するように作動子55及び入力ギヤ77の下方に設けられる。第4係合子54は、第3係合子53と係合可能に第2駆動ギヤ80の上方に第2駆動ギヤ80と一体に回転するように設けられる。第4係合子54及び第2駆動ギヤ80は、第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75の下方に、第2スピンドル75に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。 The lower clutch 50D is a mesh clutch that includes a third engaging element 53 on the motor M side and a fourth engaging element 54 on the second transmission mechanism T2 side. More specifically, the third engaging element 53 is provided below the actuator 55 and input gear 77 so as to rotate integrally with the input gear 77. The fourth engaging element 54 is provided above the second drive gear 80 so as to be engageable with the third engaging element 53 and to rotate integrally with the second drive gear 80. The fourth engaging element 54 and second drive gear 80 are attached below the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 so as to be rotatable but immovable relative to the second spindle 75.
作動子55は、上記したように入力ギヤ77と一体回転するように入力ギヤ77に取り付けられるとともに、その上部と下部に第1係合子51及び第3係合子53が一体回転するように取り付けられている。作動子55は、第2スピンドル75の略中央、即ち、上下方向で第1駆動ギヤ78と第2駆動ギヤ80との間に介装されている。ここで、作動子55は、第2スピンドルユニットSP2のスクリューナット76である。第2スピンドルユニットSP2は、雄ねじが形成された第2スピンドル75と、雌ねじが形成されたスクリューナット76(作動子55)と、を有し、入力ギヤ77の回転に伴って、スクリューナット76(作動子55)が第2スピンドル75の軸心に沿って回転しながら並進運動する。 As described above, the actuator 55 is attached to the input gear 77 so as to rotate integrally with it, and the first engaging element 51 and third engaging element 53 are attached to the upper and lower parts of the actuator 55 so as to rotate integrally with it. The actuator 55 is mounted approximately in the center of the second spindle 75, i.e., between the first drive gear 78 and the second drive gear 80 in the vertical direction. Here, the actuator 55 is the screw nut 76 of the second spindle unit SP2. The second spindle unit SP2 has a second spindle 75 with an external thread and a screw nut 76 (actuator 55) with an internal thread. As the input gear 77 rotates, the screw nut 76 (actuator 55) moves in translation while rotating along the axis of the second spindle 75.
スクリューナット76(作動子55)は、モータMが第1方向(図5Aの矢印D1方向)に回転するときに、並進運動の移動方向である上下方向において上方に移動し、モータMが第1方向とは反対側の第2方向(図5Bの矢印D2方向)に回転するときに、上下方向において下方に移動する。このように、モータMの回転方向を変えることで、作動子55の移動方向を変えることができる。 When the motor M rotates in a first direction (the direction of arrow D1 in Figure 5A), the screw nut 76 (actuator 55) moves upward in the vertical direction, which is the direction of translational motion, and when the motor M rotates in a second direction (the direction of arrow D2 in Figure 5B), which is opposite the first direction, the screw nut 76 (actuator 55) moves downward in the vertical direction. In this way, the direction of movement of the actuator 55 can be changed by changing the direction of rotation of the motor M.
断続機構50は、作動子55が第2スピンドル75の軸心に沿って並進運動することで第1変速状態、第2変速状態、フリー状態の3つの状態を取りうる。 The interrupter mechanism 50 can be in three states: a first speed change state, a second speed change state, and a free state, as the actuator 55 translates along the axis of the second spindle 75.
第1変速状態では、図5Aに示すように、モータMが第1方向(図5Aの矢印D1方向)に回転し、スクリューナット76(作動子55)が上方に移動することで、第1係合子51と第2係合子52とが接続状態となり且つ第3係合子53と第4係合子54とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ50Uが締結され、下側クラッチ50Dが解放される。第1変速状態では、モータMの動力が、出力ギヤ72、入力ギヤ77、作動子55、第1係合子51、第2係合子52、第1駆動ギヤ78、第1従動ギヤ79、第1スピンドルユニットSP1へと伝達される。 In the first speed change state, as shown in FIG. 5A, the motor M rotates in the first direction (the direction of arrow D1 in FIG. 5A), and the screw nut 76 (actuator 55) moves upward, causing the first engaging element 51 and the second engaging element 52 to be connected and the third engaging element 53 and the fourth engaging element 54 to be disconnected. In other words, the upper clutch 50U is engaged and the lower clutch 50D is disengaged. In the first speed change state, the power of the motor M is transmitted to the output gear 72, input gear 77, actuator 55, first engaging element 51, second engaging element 52, first drive gear 78, first driven gear 79, and first spindle unit SP1.
第2変速状態では、図5Bに示すように、モータMが第2方向(図5Bの矢印D2方向)に回転し、スクリューナット76(作動子55)が下方に移動することで、第1係合子51と第2係合子52とが遮断状態となり且つ第3係合子53と第4係合子54とが接続状態となる。言い換えると、上側クラッチ50Uが解放され、下側クラッチ50Dが締結される。第2変速状態では、モータMの動力が、出力ギヤ72、入力ギヤ77、作動子55、第3係合子53、第4係合子54、第2駆動ギヤ80、第2従動ギヤ81、第1スピンドルユニットSP1へと伝達される。 In the second speed change state, as shown in FIG. 5B, the motor M rotates in the second direction (the direction of arrow D2 in FIG. 5B) and the screw nut 76 (actuator 55) moves downward, disengaging the first and second engagers 51 and 52 and connecting the third and fourth engagers 53 and 54. In other words, the upper clutch 50U is disengaged and the lower clutch 50D is engaged. In the second speed change state, the power of the motor M is transmitted to the output gear 72, input gear 77, actuator 55, third engager 53, fourth engager 54, second drive gear 80, second driven gear 81, and first spindle unit SP1.
フリー状態では、図5Cに示すように、第1係合子51と第2係合子52とが遮断状態となり且つ第3係合子53と第4係合子54とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ50Uが解放され、下側クラッチ50Dが解放される。フリー状態では、モータMが停止し、第1スピンドルユニットSP1の回転によって第1従動ギヤ79及び第2従動ギヤ81が回転するが、第1スピンドルユニットSP1の回転が、第1従動ギヤ79、第1駆動ギヤ78、第2係合子52に伝達されるものの第1係合子51へは伝達されない。同様に、第1スピンドルユニットSP1の回転が、第2従動ギヤ81、第2駆動ギヤ80、第4係合子54に伝達されるものの第3係合子53へは伝達されない。 In the free state, as shown in FIG. 5C, the first engaging element 51 and the second engaging element 52 are disengaged, and the third engaging element 53 and the fourth engaging element 54 are disengaged. In other words, the upper clutch 50U is disengaged, and the lower clutch 50D is disengaged. In the free state, the motor M is stopped, and the rotation of the first spindle unit SP1 rotates the first driven gear 79 and the second driven gear 81. However, the rotation of the first spindle unit SP1 is transmitted to the first driven gear 79, the first drive gear 78, and the second engaging element 52, but not to the first engaging element 51. Similarly, the rotation of the first spindle unit SP1 is transmitted to the second driven gear 81, the second drive gear 80, and the fourth engaging element 54, but not to the third engaging element 53.
なお、図4~図5C中、符号Dは、ロータリーダンパであり、モータMの回転時に、スクリューナット76(作動子55)が確実に並進移動できるように第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75に適度な抵抗を与える。ロータリーダンパDは、ロータリーダンパDの回転軸に設けられる第1ダンパーギヤ86と、第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75に第2スピンドル75と一体回転するように設けられ、第1ダンパーギヤ86と噛み合う第2ダンパーギヤ87とから構成される。ロータリーダンパDは、変速機ケース60の底板部62の前方且つ上方であって、モータMの下方に配置されている。 In Figures 4 to 5C, the symbol D denotes a rotary damper that provides appropriate resistance to the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 to ensure translational movement of the screw nut 76 (operator 55) when the motor M rotates. The rotary damper D is composed of a first damper gear 86 that is attached to the rotary shaft of the rotary damper D, and a second damper gear 87 that is attached to the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 so as to rotate integrally with the second spindle 75 and that meshes with the first damper gear 86. The rotary damper D is located above and in front of the bottom plate portion 62 of the transmission case 60, and below the motor M.
このように構成された電動義足1では、これまでの受動ダンパーを備える受動義足では、非義足側の足で一段ずつ上がらざるをえなかった階段の昇段動作をスムーズに行うことが可能となる。 With the electrically powered prosthetic leg 1 configured in this way, it is possible to smoothly ascend stairs, whereas with conventional passive prosthetic legs equipped with passive dampers, the user had to ascend one step at a time with the non-prosthetic leg.
具体的に説明すると、図6に示すように、電動義足1を前に出して階段を昇る際に電動義足1に荷重がかかった状態で、膝関節機構30を屈曲した状態から伸展するとき大きな動力が必要となる。 Specifically, as shown in Figure 6, when the electric prosthetic leg 1 is extended forward to climb stairs and a load is applied to the electric prosthetic leg 1, a large amount of power is required to extend the knee joint mechanism 30 from a bent position.
このとき、図5Aに示すように、モータMを第1方向(図5Aの矢印D1方向)に回転させることで、モータMの動力が出力ギヤ72から入力ギヤ77に伝達される。入力ギヤ77が第2方向(図5Aの矢印D2方向)に回転することで、作動子55は第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75周りを回転しつつ第2スピンドル75に案内されて上方に移動する。そして、作動子55及び入力ギヤ77の上方に設けられた第1係合子51が第1駆動ギヤ78の下方に設けられた第2係合子52と係合し、断続機構50が第1変速状態となる。 At this time, as shown in FIG. 5A, by rotating the motor M in the first direction (the direction of arrow D1 in FIG. 5A), the power of the motor M is transmitted from the output gear 72 to the input gear 77. By rotating the input gear 77 in the second direction (the direction of arrow D2 in FIG. 5A), the actuator 55 rotates around the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 and moves upward while being guided by the second spindle 75. Then, the first engaging element 51 provided above the actuator 55 and input gear 77 engages with the second engaging element 52 provided below the first drive gear 78, and the interrupting mechanism 50 enters the first speed change state.
断続機構50が第1変速状態のとき、モータMの動力が、出力ギヤ72、入力ギヤ77、作動子55、第1係合子51、第2係合子52、第1駆動ギヤ78、第1従動ギヤ79、第1スピンドルユニットSP1へと伝達される。第1駆動ギヤ78が入力ギヤ77とともに第2方向(図5Aの矢印D2方向)に回転することで、第1従動ギヤ79が第1方向(図5Aの矢印D1方向)に回転し、第1従動ギヤ79が第1方向(図5Aの矢印D1方向)に回転することで、第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73が第1方向(図5Aの矢印D1方向)に回転する。これにより、スリーブ74が変速機Tから離れるように並進移動し、変速機Tが取り付けられた膝下側部材10に対し、スリーブ74が取り付けられた膝上側部材20が回動部35を中心に回転して、膝関節機構30が伸展する。 When the interrupter mechanism 50 is in the first speed change state, the power of the motor M is transmitted to the output gear 72, input gear 77, actuator 55, first engager 51, second engager 52, first drive gear 78, first driven gear 79, and first spindle unit SP1. The rotation of the first drive gear 78 together with the input gear 77 in the second direction (the direction of arrow D2 in FIG. 5A) causes the first driven gear 79 to rotate in the first direction (the direction of arrow D1 in FIG. 5A), and the rotation of the first driven gear 79 in the first direction (the direction of arrow D1 in FIG. 5A) causes the first spindle 73 of the first spindle unit SP1 to rotate in the first direction (the direction of arrow D1 in FIG. 5A). As a result, the sleeve 74 moves in translation away from the transmission T, and the above-knee member 20 to which the sleeve 74 is attached rotates around the rotating part 35 relative to the below-knee member 10 to which the transmission T is attached, thereby extending the knee joint mechanism 30.
一方、階段の昇段動作をスムーズに行うためには、図7に示すように、健常足に荷重がかかった状態で、膝関節機構30が伸展した状態から屈曲させる(持ち上げる)必要がある。膝関節機構30が伸展した状態から屈曲させる際には、大きな動力は必要ないが素早い動作が必要となる。 On the other hand, to smoothly ascend stairs, the knee joint mechanism 30 needs to be bent (lifted) from an extended position while weight is being applied to the healthy leg, as shown in Figure 7. Bending the knee joint mechanism 30 from an extended position does not require a large amount of power, but requires a quick movement.
このとき、図5Bに示すように、モータMを第2方向(図5Bの矢印D2方向)に回転させることで、モータMの動力が出力ギヤ72から入力ギヤ77に伝達される。入力ギヤ77が第1方向(図5Bの矢印D1方向)に回転することで、作動子55は第2スピンドルユニットSP2の第2スピンドル75周りを回転しつつ第2スピンドル75に案内されて下方に移動する。そして、作動子55及び入力ギヤ77の下方に設けられた第3係合子53が第2駆動ギヤ80の上方に設けられた第4係合子54と係合し、断続機構50が第2変速状態となる。 At this time, as shown in FIG. 5B, by rotating the motor M in the second direction (the direction of arrow D2 in FIG. 5B), the power of the motor M is transmitted from the output gear 72 to the input gear 77. As the input gear 77 rotates in the first direction (the direction of arrow D1 in FIG. 5B), the actuator 55 rotates around the second spindle 75 of the second spindle unit SP2 and moves downward, guided by the second spindle 75. Then, the third engaging element 53 provided below the actuator 55 and input gear 77 engages with the fourth engaging element 54 provided above the second drive gear 80, and the interrupting mechanism 50 enters the second speed change state.
断続機構50が第2変速状態のとき、モータMの動力が、出力ギヤ72、入力ギヤ77、作動子55、第3係合子53、第4係合子54、第2駆動ギヤ80、第2従動ギヤ81、第1スピンドルユニットSP1へと伝達される。第2駆動ギヤ80が入力ギヤ77とともに第1方向(図5Bの矢印D1方向)に回転することで、第2従動ギヤ81が第2方向(図5Bの矢印D2方向)に回転し、第2従動ギヤ81が第2方向(図5Bの矢印D2方向)に回転することで、第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73が第2方向(図5Bの矢印D2方向)に回転する。これにより、スリーブ74が変速機Tに近づくように並進移動し、スリーブ74が取り付けられた膝上側部材20に対し、変速機Tが取り付けられた膝下側部材10が回動部35を中心に回転して、膝関節機構30が屈曲する。 When the interrupter mechanism 50 is in the second speed change state, the power of the motor M is transmitted to the output gear 72, input gear 77, actuator 55, third engager 53, fourth engager 54, second drive gear 80, second driven gear 81, and first spindle unit SP1. As the second drive gear 80 rotates together with the input gear 77 in the first direction (the direction of arrow D1 in Figure 5B), the second driven gear 81 rotates in the second direction (the direction of arrow D2 in Figure 5B), and as the second driven gear 81 rotates in the second direction (the direction of arrow D2 in Figure 5B), the first spindle 73 of the first spindle unit SP1 rotates in the second direction (the direction of arrow D2 in Figure 5B). As a result, the sleeve 74 moves in translation closer to the transmission T, and the below-knee member 10, to which the transmission T is attached, rotates around the rotating part 35 relative to the above-knee member 20, to which the sleeve 74 is attached, thereby bending the knee joint mechanism 30.
階段を降りる際及び平地を歩行する際には、モータMの動力は必要ないのでモータMが停止される。 When descending stairs or walking on flat ground, motor M is stopped because power is not required.
しかし、モータMが停止した状態で電動義足1に外部から加重されると、進展した状態の膝関節機構30が加重に耐えかねて屈曲してしまう、いわゆる膝折れが発生する虞がある。そこで、電動義足1には、階段の降段時及び平地歩行時などに膝折れを防止するため、減衰部100及び減衰作動部200が設けられている。減衰部100及び減衰作動部200の詳細は後述する。 However, if an external load is applied to the electric prosthetic leg 1 while the motor M is stopped, the knee joint mechanism 30 in its extended position may be unable to withstand the load and may bend, resulting in so-called knee bending. Therefore, the electric prosthetic leg 1 is provided with a damping unit 100 and a damping actuator 200 to prevent knee bending when descending stairs or walking on level ground. Details of the damping unit 100 and the damping actuator 200 will be described later.
このように構成された電動義足1では、モータMの動力を伝達する変速機Tを介して膝関節機構30を伸展及び屈曲させることができる。膝関節機構30の回動範囲は180°以下に制限されており、膝関節機構30が伸展した状態では膝下側部材10と膝上側部材20との成す角は約180°であり、膝関節機構30が屈曲した状態ではこの成す角が180°未満となる。 In the electric prosthetic leg 1 configured in this manner, the knee joint mechanism 30 can be extended and flexed via the transmission T, which transmits the power of the motor M. The rotation range of the knee joint mechanism 30 is limited to 180° or less; when the knee joint mechanism 30 is extended, the angle between the below-knee member 10 and the above-knee member 20 is approximately 180°, and when the knee joint mechanism 30 is flexed, this angle is less than 180°.
変速機Tは、変速比の異なる2つの動力伝達路を備えるので、膝関節機構30における伸展と屈曲の動作スピード及び発生動力を切り替えることができる。特に、階段の昇る際に膝関節機構30の屈曲時と伸展時とでは求められる動作スピード及び発生動力が異なるところ、膝関節機構30の屈曲時と伸展時とで動力伝達路を変えることができる。 The transmission T has two power transmission paths with different gear ratios, making it possible to switch between the extension and flexion movement speeds and generated power of the knee joint mechanism 30. In particular, when climbing stairs, the required movement speed and generated power differ between flexion and extension of the knee joint mechanism 30, and the power transmission path can be changed between flexion and extension of the knee joint mechanism 30.
また、モータMと変速機Tとの間に介装される断続機構50が、モータMと第1変速機構T1との間に介装される上側クラッチ50Uと、モータMと第2変速機構T2との間に介装される下側クラッチ50Dと、を有するので、2つの動力伝達路を適切に切り替えることができる。 In addition, the interrupting mechanism 50 interposed between the motor M and the transmission T has an upper clutch 50U interposed between the motor M and the first transmission mechanism T1, and a lower clutch 50D interposed between the motor M and the second transmission mechanism T2, allowing appropriate switching between the two power transmission paths.
特に、伸縮装置40は、モータMから出力される回転動力を、作動子55の並進運動に変換する第2スピンドルユニットSP2を備えるので、1つのモータMで作動子55の制御と膝関節機構30における伸展と屈曲の制御とを実現できる。さらに、1つの作動子55によって、変速機Tを第1変速状態と、第2変速状態と、フリー状態とに切り替え可能に構成されるので、2つの動力伝達路が同時に接続されることを回避できる。 In particular, the telescopic device 40 is equipped with a second spindle unit SP2 that converts the rotational power output from the motor M into translational motion of the actuator 55, allowing a single motor M to control the actuator 55 and the extension and flexion of the knee joint mechanism 30. Furthermore, the single actuator 55 is configured to be able to switch the transmission T between the first speed change state, the second speed change state, and a free state, preventing two power transmission paths from being connected simultaneously.
また、膝関節機構30が伸展した状態において、膝関節機構30の回動部35の回動軸に沿って電動義足1を見たとき、膝下側部材10と膝上側部材20との成す角が180°未満である領域(図3の回動部35と下揺動部70とを結んだ線よりも後方(脹脛)側の領域)を挟角領域と呼び、成す角が180°以上である領域(図3の回動部35と下揺動部70とを結んだ線よりも前方(脛)側の領域)を広角領域と呼ぶと、第1スピンドルユニットSP1は挟角領域に配置される。一方、モータMは広角領域に配置される。このように第1スピンドルユニットSP1を挟角領域に配置し、モータMを広角領域に配置することで、膝関節機構30の回動部35を挟んで第1スピンドルユニットSP1とモータMとをバランスよく配置することができる。さらに、変速機T及び断続機構50は、モータMと第1スピンドルユニットSP1との間に配置される。したがって、これらモータM、変速機T、断続機構50及び第1スピンドルユニットSP1を集約して配置することができる。 Furthermore, when the knee joint mechanism 30 is extended and the electric prosthetic leg 1 is viewed along the rotation axis of the rotating unit 35 of the knee joint mechanism 30, the region where the angle between the below-knee member 10 and the above-knee member 20 is less than 180° (the region behind (calf) side of the line connecting the rotating unit 35 and the lower swinging unit 70 in Figure 3) is called the narrow-angle region, and the region where the angle is 180° or more (the region ahead (shin) side of the line connecting the rotating unit 35 and the lower swinging unit 70 in Figure 3) is called the wide-angle region. The first spindle unit SP1 is positioned in the narrow-angle region. On the other hand, the motor M is positioned in the wide-angle region. By positioning the first spindle unit SP1 in the narrow-angle region and the motor M in the wide-angle region in this way, the first spindle unit SP1 and the motor M can be positioned in a balanced manner, sandwiching the rotating unit 35 of the knee joint mechanism 30. Furthermore, the transmission T and the interrupting mechanism 50 are disposed between the motor M and the first spindle unit SP1. Therefore, the motor M, transmission T, interrupting mechanism 50, and first spindle unit SP1 can be disposed together.
<第2実施形態>
第2実施形態の電動義足1は、伸縮装置40の構成が第1実施形態の電動義足1と異なるものである。より具体的に説明すると、第1実施形態の伸縮装置40では、作動子55の並進運動は、モータMから出力される回転動力が第2スピンドルユニットSP2によって変換されることで実現された。これに対し、第2実施形態の伸縮装置40では、作動子55の並進運動は、モータMとは異なる駆動源であるクラッチアクチュエータACTと、クラッチアクチュエータACTの動力を作動子55に伝達するクラッチフォーク90と、により実現される。以下の説明では、第2実施形態の電動義足1の伸縮装置40について図8及び図9を参照しながら説明するが、第1実施形態の電動義足1の伸縮装置40と同一又は同等の構成について図中に同一の符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
Second Embodiment
The electric prosthetic leg 1 of the second embodiment differs from the electric prosthetic leg 1 of the first embodiment in the configuration of the extension device 40. More specifically, in the extension device 40 of the first embodiment, the translational motion of the actuator 55 is realized by converting the rotational power output from the motor M by the second spindle unit SP2. In contrast, in the extension device 40 of the second embodiment, the translational motion of the actuator 55 is realized by a clutch actuator ACT, which is a drive source different from the motor M, and a clutch fork 90 that transmits the power of the clutch actuator ACT to the actuator 55. In the following explanation, the extension device 40 of the electric prosthetic leg 1 of the second embodiment will be explained with reference to Figures 8 and 9, but configurations that are the same as or equivalent to those of the extension device 40 of the electric prosthetic leg 1 of the first embodiment will be assigned the same reference numerals in the figures and explanations will be omitted, and only the differences will be explained.
第2実施形態の伸縮装置40は、図8及び図9に示すように、回転動力を出力するモータMと、モータMの動力を伝達する変速機Tと、変速機Tに動力伝達可能に接続され、変速機Tから出力される回転動力を並進運動に変換する第1スピンドルユニットSP1と、モータMと変速機Tの第1変速機構T1及び第2変速機構T2との間に介装される断続機構50と、モータMの出力軸71及び第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73と平行に配置され断続機構50を支持するサポートシャフト95と、並進運動を行うクラッチアクチュエータACTと、クラッチアクチュエータACTの動力を断続機構50の作動子55に伝達するクラッチフォーク90と、を備える。 As shown in Figures 8 and 9, the extension/contraction device 40 of the second embodiment comprises a motor M that outputs rotational power, a transmission T that transmits the power of the motor M, a first spindle unit SP1 that is connected to the transmission T so that power can be transmitted and that converts the rotational power output from the transmission T into translational motion, a disconnecting mechanism 50 that is interposed between the motor M and the first and second transmission mechanisms T1 and T2 of the transmission T, a support shaft 95 that is positioned parallel to the output shaft 71 of the motor M and the first spindle 73 of the first spindle unit SP1 and supports the disconnecting mechanism 50, a clutch actuator ACT that performs translational motion, and a clutch fork 90 that transmits the power of the clutch actuator ACT to the actuator 55 of the disconnecting mechanism 50.
クラッチアクチュエータACTは、モータMとは異なる動力源であり、図8中の矢印Y1で示すように、サポートシャフト95の軸心方向(上下方向)に沿って並進運動を行う。 The clutch actuator ACT is a power source different from the motor M, and performs translational motion along the axial direction (up and down direction) of the support shaft 95, as shown by arrow Y1 in Figure 8.
クラッチフォーク90は、クラッチフォーク90の一端部がクラッチアクチュエータACTに連結され、且つ中間部が揺動軸65に支持されることで、図8中の矢印Y2で示すように、揺動軸65を中心に揺動自在に構成される。クラッチフォーク90の他端部には、揺動軸65に対しクラッチアクチュエータACTとは反対側に位置する分岐部91から二又に分岐し、円弧状に互いに反対方向に延びるアーム92が設けられる。各アーム92の先端部には、後述するスライドクラッチ56に嵌合する連結ピン93が設けられる。従って、クラッチアクチュエータACTが並進運動を行うことで、クラッチフォーク90は揺動軸65を中心に揺動し、クラッチフォーク90の連結ピン93が上下に揺動する。 One end of the clutch fork 90 is connected to the clutch actuator ACT, and the middle portion is supported by the pivot shaft 65, allowing it to pivot freely around the pivot shaft 65, as shown by arrow Y2 in Figure 8. The other end of the clutch fork 90 is provided with arms 92 that branch off from a branch portion 91 located on the opposite side of the pivot shaft 65 from the clutch actuator ACT, and extend in opposite arc-shaped directions. A connecting pin 93 that engages with the slide clutch 56, described below, is provided at the tip of each arm 92. Therefore, when the clutch actuator ACT performs translational motion, the clutch fork 90 pivots around the pivot shaft 65, causing the connecting pin 93 of the clutch fork 90 to pivot up and down.
変速機Tは、モータMの出力軸71に設けられる出力ギヤ72と、サポートシャフト95の略中央部に設けられ、出力ギヤ72と噛み合う第1入力ギヤ77A及び第2入力ギヤ77Bと、第1変速機構T1と、第2変速機構T2と、を備える。第1入力ギヤ77A及び第2入力ギヤ77Bは、入力ギヤ77を構成する。 The transmission T includes an output gear 72 mounted on the output shaft 71 of the motor M, a first input gear 77A and a second input gear 77B mounted approximately in the center of the support shaft 95 and meshing with the output gear 72, a first transmission mechanism T1, and a second transmission mechanism T2. The first input gear 77A and the second input gear 77B constitute the input gear 77.
第1変速機構T1は、サポートシャフト95の上側に移動不能に設けられた第1駆動ギヤ78と、第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73に第1スピンドル73と一体回転するように設けられ、第1駆動ギヤ78と噛み合う第1従動ギヤ79とから構成される。 The first transmission mechanism T1 is composed of a first drive gear 78 that is immovably mounted on the upper side of the support shaft 95, and a first driven gear 79 that is mounted on the first spindle 73 of the first spindle unit SP1 so as to rotate integrally with the first spindle 73 and that meshes with the first drive gear 78.
第2変速機構T2は、サポートシャフト95の下側に移動不能に設けられた第2駆動ギヤ80と、第1スピンドルユニットSP1の第1スピンドル73に第1スピンドル73と一体回転するように設けられ、第2駆動ギヤ80と噛み合う第2従動ギヤ81とから構成される。 The second transmission mechanism T2 is composed of a second drive gear 80 that is immovably mounted below the support shaft 95, and a second driven gear 81 that is mounted on the first spindle 73 of the first spindle unit SP1 so as to rotate integrally with the first spindle 73 and that meshes with the second drive gear 80.
なお、第1変速機構T1及び第2変速機構T2の変速比については第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。第1変速機構T1と第2変速機構T2とは、断続機構50により切り替えられる。断続機構50は、モータMと第1変速機構T1との間に介装される上側クラッチ50Uと、モータMと第2変速機構T2との間に介装される下側クラッチ50Dと、作動子55と、を備える。 The gear ratios of the first and second transmission mechanisms T1 and T2 are the same as those in the first embodiment, so a description thereof will be omitted here. The first and second transmission mechanisms T1 and T2 are switched by an interrupting mechanism 50. The interrupting mechanism 50 includes an upper clutch 50U interposed between the motor M and the first transmission mechanism T1, a lower clutch 50D interposed between the motor M and the second transmission mechanism T2, and an actuator 55.
上側クラッチ50Uは、モータM側の係合子である第1係合子51と、第1変速機構T1側の係合子である第2係合子52と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第1係合子51は、第1入力ギヤ77Aと一体に回転するように第1入力ギヤ77Aの上方に設けられる。第2係合子52は、第1係合子51と係合可能に第1駆動ギヤ78の下方に第1駆動ギヤ78と一体に回転するように設けられる。第2係合子52及び第1駆動ギヤ78は、サポートシャフト95の上方に、サポートシャフト95に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。 The upper clutch 50U is a mesh clutch that includes a first engaging element 51 on the motor M side and a second engaging element 52 on the first transmission mechanism T1 side. More specifically, the first engaging element 51 is provided above the first input gear 77A so as to rotate integrally with the first input gear 77A. The second engaging element 52 is provided below the first drive gear 78 so as to be engageable with the first engaging element 51 and to rotate integrally with the first drive gear 78. The second engaging element 52 and first drive gear 78 are attached above the support shaft 95 so as to be rotatable but immovable relative to the support shaft 95.
下側クラッチ50Dは、モータM側の係合子である第3係合子53と、第2変速機構T2側の係合子である第4係合子54と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第3係合子53は、第2入力ギヤ77Bと一体に回転するように第2入力ギヤ77Bの下方に設けられる。第4係合子54は、第3係合子53と係合可能に第2駆動ギヤ80の上方に第2駆動ギヤ80と一体に回転するように設けられる。第4係合子54及び第2駆動ギヤ80は、サポートシャフト95の下方に、サポートシャフト95に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。 The lower clutch 50D is a mesh clutch that includes a third engaging element 53 that is an engaging element on the motor M side, and a fourth engaging element 54 that is an engaging element on the second transmission mechanism T2 side. More specifically, the third engaging element 53 is provided below the second input gear 77B so as to rotate integrally with the second input gear 77B. The fourth engaging element 54 is provided above the second drive gear 80 so as to be engageable with the third engaging element 53 and to rotate integrally with the second drive gear 80. The fourth engaging element 54 and second drive gear 80 are attached below the support shaft 95 so as to be rotatable but immovable relative to the support shaft 95.
作動子55は、クラッチフォーク90の連結ピン93と常時係合する円環状のスライドクラッチ56と、スライドクラッチ56とともに並進運動を行う軸受57と、を備え、上下方向において第1入力ギヤ77Aと第2入力ギヤ77Bとの間に配置されている。 The actuator 55 includes an annular slide clutch 56 that is constantly engaged with the connecting pin 93 of the clutch fork 90, and a bearing 57 that performs translational motion together with the slide clutch 56. The actuator 55 is positioned vertically between the first input gear 77A and the second input gear 77B.
スライドクラッチ56には、クラッチフォーク90の連結ピン93が係合する連結孔が設けられ、連結孔は、クラッチフォーク90の揺動を吸収しスライドクラッチ56の上下方向の並進運動に変換する。 The slide clutch 56 has a connecting hole that engages with the connecting pin 93 of the clutch fork 90. The connecting hole absorbs the oscillation of the clutch fork 90 and converts it into vertical translational movement of the slide clutch 56.
軸受57は、スライドクラッチ56に回転不能に支持された外輪57aと、第1係合子51が設けられた第1入力ギヤ77Aと第3係合子53が設けられた第2入力ギヤ77Bと一体回転するように構成された内輪57bと、外輪57aと内輪57bとの間に配置され、外輪57aと内輪57bとの相対回転を許容する転動体57cと、を備える。 The bearing 57 comprises an outer ring 57a supported non-rotatably by the slide clutch 56, an inner ring 57b configured to rotate integrally with the first input gear 77A provided with the first engaging element 51 and the second input gear 77B provided with the third engaging element 53, and a rolling element 57c disposed between the outer ring 57a and the inner ring 57b, allowing relative rotation between the outer ring 57a and the inner ring 57b.
内輪57bは、第1入力ギヤ77A及び第2入力ギヤ77Bとともにサポートシャフト95にキー連結されたサポートフランジ96の外周部に上下方向に並進移動可能に支持されている。 The inner ring 57b, together with the first input gear 77A and the second input gear 77B, is supported on the outer periphery of a support flange 96 that is key-connected to a support shaft 95 so as to be able to translate vertically.
スライドクラッチ56及び軸受57(作動子55)は、クラッチアクチュエータACTによってクラッチフォーク90の一端部が下方に移動するときに、サポートシャフト95に沿って上方に移動し、クラッチアクチュエータACTによってクラッチフォーク90の一端部が上方に移動するときに、サポートシャフト95に沿って下方に移動する。なお、スライドクラッチ56及び外輪57aと、第1入力ギヤ77Aとの間には上下方向に所定の隙間が設けられ、非回転部材であるスライドクラッチ56及び外輪57aに対し、第1入力ギヤ77Aが干渉しないように構成される。同様に、スライドクラッチ56及び外輪57aと、第2入力ギヤ77Bとの間には上下方向に所定の隙間が設けられ、非回転部材であるスライドクラッチ56及び外輪57aに対し、第2入力ギヤ77Bが干渉しないように構成される。 The slide clutch 56 and bearing 57 (actuator 55) move upward along the support shaft 95 when one end of the clutch fork 90 moves downward due to the clutch actuator ACT, and move downward along the support shaft 95 when one end of the clutch fork 90 moves upward due to the clutch actuator ACT. A predetermined vertical gap is provided between the slide clutch 56 and outer ring 57a and the first input gear 77A, so that the first input gear 77A does not interfere with the slide clutch 56 and outer ring 57a, which are non-rotating members. Similarly, a predetermined vertical gap is provided between the slide clutch 56 and outer ring 57a and the second input gear 77B, so that the second input gear 77B does not interfere with the slide clutch 56 and outer ring 57a, which are non-rotating members.
断続機構50は、スライドクラッチ56及び軸受57(作動子55)がサポートシャフト95の軸心に沿って上下方向に並進運動することで第1変速状態、第2変速状態、フリー状態の3つの状態を取りうる。 The interrupter mechanism 50 can be in three states: a first speed change state, a second speed change state, and a free state, as the slide clutch 56 and bearing 57 (operator 55) move in a vertical translational motion along the axis of the support shaft 95.
第1変速状態では、スライドクラッチ56及び軸受57(作動子55)が上方に移動することで、図5Aと同様に、第1係合子51と第2係合子52とが接続状態となり且つ第3係合子53と第4係合子54とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ50Uが締結され、下側クラッチ50Dが解放される。第1変速状態では、モータMの動力が、出力ギヤ72、第1入力ギヤ77A(内輪57b及び第2入力ギヤ77B)、第1係合子51、第2係合子52、第1駆動ギヤ78、第1従動ギヤ79、第1スピンドルユニットSP1へと伝達される。 In the first speed change state, the slide clutch 56 and bearing 57 (operator 55) move upward, so that the first engager 51 and second engager 52 are connected and the third engager 53 and fourth engager 54 are disconnected, as in FIG. 5A. In other words, the upper clutch 50U is engaged and the lower clutch 50D is disengaged. In the first speed change state, the power of the motor M is transmitted to the output gear 72, the first input gear 77A (inner ring 57b and second input gear 77B), the first engager 51, the second engager 52, the first drive gear 78, the first driven gear 79, and the first spindle unit SP1.
第2変速状態では、スライドクラッチ56及び軸受57(作動子55)が下方に移動することで、図5Bと同様に、第1係合子51と第2係合子52とが遮断状態となり且つ第3係合子53と第4係合子54とが接続状態となる。言い換えると、上側クラッチ50Uが解放され、下側クラッチ50Dが締結される。第2変速状態では、モータMの動力が、出力ギヤ72、第2入力ギヤ77B(内輪57b及び第1入力ギヤ77A)、第3係合子53、第4係合子54、第2駆動ギヤ80、第2従動ギヤ81、第1スピンドルユニットSP1へと伝達される。 In the second speed change state, the slide clutch 56 and bearing 57 (operator 55) move downward, disengaging the first and second engagers 51 and 52 and engaging the third and fourth engagers 53 and 54, as in FIG. 5B. In other words, the upper clutch 50U is disengaged and the lower clutch 50D is engaged. In the second speed change state, the power of the motor M is transmitted to the output gear 72, the second input gear 77B (inner ring 57b and first input gear 77A), the third engager 53, the fourth engager 54, the second drive gear 80, the second driven gear 81, and the first spindle unit SP1.
フリー状態では、図5Cと同様に、第1係合子51と第2係合子52とが遮断状態となり且つ第3係合子53と第4係合子54とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ50Uが解放され、下側クラッチ50Dが解放される。フリー状態では、モータMが停止し、第1スピンドルユニットSP1の回転によって第1従動ギヤ79及び第2従動ギヤ81が回転するが、第1スピンドルユニットSP1の回転が、第1従動ギヤ79、第1駆動ギヤ78、第2係合子52に伝達されるものの第1係合子51へは伝達されない。同様に、第1スピンドルユニットSP1の回転が、第2従動ギヤ81、第2駆動ギヤ80、第4係合子54に伝達されるものの第3係合子53へは伝達されない。 In the free state, as in FIG. 5C, the first engaging element 51 and the second engaging element 52 are disengaged, and the third engaging element 53 and the fourth engaging element 54 are disengaged. In other words, the upper clutch 50U is disengaged, and the lower clutch 50D is disengaged. In the free state, the motor M is stopped, and the rotation of the first spindle unit SP1 rotates the first driven gear 79 and the second driven gear 81. However, the rotation of the first spindle unit SP1 is transmitted to the first driven gear 79, the first drive gear 78, and the second engaging element 52, but not to the first engaging element 51. Similarly, the rotation of the first spindle unit SP1 is transmitted to the second driven gear 81, the second drive gear 80, and the fourth engaging element 54, but not to the third engaging element 53.
このように構成された電動義足1では、第1実施形態と同様に、モータMの動力を伝達する変速機Tを介して膝関節機構30を伸展及び屈曲させることができるとともに、第1実施形態の電動義足1で説明した作用効果が得られる。また、第2実施形態の電動義足1では、膝関節機構30を伸展及び屈曲させるためのモータMとは異なる動力源であるクラッチアクチュエータACTを利用して作動子55を切り替えるので、より安定的に作動子55を切り替えることができる。 In the electric prosthetic leg 1 configured in this manner, as in the first embodiment, the knee joint mechanism 30 can be extended and flexed via the transmission T, which transmits the power of the motor M, and the effects described for the electric prosthetic leg 1 of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the electric prosthetic leg 1 of the second embodiment, the actuator 55 is switched using a clutch actuator ACT, which is a power source different from the motor M used to extend and flex the knee joint mechanism 30, allowing for more stable switching of the actuator 55.
[減衰部及び減衰作動部]
つぎに、各実施形態の電動義足1に設けられる減衰部100及び減衰作動部200について、図1~図4、及び図10~図12を参照して説明する。
[Damping section and damping operating section]
Next, the damping unit 100 and the damping operation unit 200 provided in the electric prosthetic leg 1 of each embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and 10 to 12.
図3及び図4に示すように、電動義足1には、モータMの動力を伝達する動力伝達路に接続されるように設けられ、動力伝達路の運動を減衰可能な減衰部100と、減衰部100を所定のタイミングで作動させる減衰作動部200と、を備える。 As shown in Figures 3 and 4, the electric prosthetic leg 1 is equipped with a damping unit 100 that is connected to a power transmission path that transmits the power of the motor M and is capable of damping the movement of the power transmission path, and a damping operation unit 200 that operates the damping unit 100 at a predetermined timing.
図3、図4及び図10に示すように、減衰部100は、変速機Tの天板部61にベアリング101を介して回転可能に支持され、第1スピンドル73と平行に配置される回転軸102と、回転軸102の外周部に一体回転可能に設けられ、第1スピンドル73と一体回転する第1ギヤ103と噛み合う第2ギヤ104と、回転軸102の上端部に一体回転可能に設けられるダンパホルダ105と、ダンパホルダ105に一体的に保持されるダンパ本体106a、及びダンパ本体106aから上方に突出するロータリー軸106bを備えるロータリーダンパ106と、回転軸102、第1ギヤ103、第2ギヤ104、ダンパホルダ105及びロータリーダンパ106を収容し、天板部61に固定される減衰部ケース120(図4にのみ記載)と、減衰部ケース120の上面部に配置され、ロータリー軸106bと一体回転可能に連結される第1クラッチ部材107と、第1クラッチ部材107の上方に対向して設けられる第2クラッチ部材108と、減衰部ケース120から上方に突設し、第2クラッチ部材108のフランジ部108aを貫通することで、第2クラッチ部材108を上下動可能、且つ回転不能に支持する複数のガイドピン109と、各ガイドピン109の上端部に螺着され、第2クラッチ部材108を抜け止めする複数のナット110と、各ガイドピン109の外周部に配置され、第2クラッチ部材108を第1クラッチ部材107から離間する方向に付勢する複数のバネ111と、を備える。 3, 4 and 10, the damping unit 100 is rotatably supported on the top plate portion 61 of the transmission T via a bearing 101 and includes a rotary shaft 102 arranged parallel to the first spindle 73, a second gear 104 provided on the outer periphery of the rotary shaft 102 so as to be integrally rotatable therewith and meshing with a first gear 103 that rotates integrally with the first spindle 73, a damper holder 105 provided on the upper end of the rotary shaft 102 so as to be integrally rotatable therewith, a rotary damper 106 including a damper main body 106a held integrally by the damper holder 105 and a rotary shaft 106b protruding upward from the damper main body 106a, and a damping unit 106a that houses the rotary shaft 102, the first gear 103, the second gear 104, the damper holder 105 and the rotary damper 106 and is fixed to the top plate portion 61. The damping section case 120 (shown only in FIG. 4 ), a first clutch member 107 arranged on the upper surface of the damping section case 120 and connected to the rotary shaft 106b so as to be rotatable together with the rotary shaft 106b, a second clutch member 108 arranged above and facing the first clutch member 107, a plurality of guide pins 109 protruding upward from the damping section case 120 and penetrating the flange portion 108a of the second clutch member 108 to support the second clutch member 108 so that it can move up and down but cannot rotate, a plurality of nuts 110 threadedly attached to the upper end of each guide pin 109 to prevent the second clutch member 108 from coming off, and a plurality of springs 111 arranged on the outer periphery of each guide pin 109 to urge the second clutch member 108 in a direction away from the first clutch member 107.
ロータリーダンパ106は、ダンパ本体106aとロータリー軸106bとの間の相対回転に所定の回転抵抗を与える。ロータリーダンパ106のダンパ本体106aは、ダンパホルダ105、回転軸102、第2ギヤ104及び第1ギヤ103を介して、第1スピンドル73に接続され、ロータリーダンパ106のロータリー軸106bは、第1クラッチ部材107及び第2クラッチ部材108からなるクラッチ機構を介して、固定部である減衰部ケース120に接続されている。 The rotary damper 106 applies a predetermined rotational resistance to the relative rotation between the damper body 106a and the rotary shaft 106b. The damper body 106a of the rotary damper 106 is connected to the first spindle 73 via the damper holder 105, the rotary shaft 102, the second gear 104, and the first gear 103, and the rotary shaft 106b of the rotary damper 106 is connected to the damping unit case 120, which is the fixed part, via a clutch mechanism consisting of the first clutch member 107 and the second clutch member 108.
第1クラッチ部材107と第2クラッチ部材108とが離間したクラッチ遮断状態では、第1クラッチ部材107が空回りするため、ロータリーダンパ106は作動せず、第1スピンドル73の運動は減衰されない。一方、第2クラッチ部材108を下方に押圧し、第1クラッチ部材107と第2クラッチ部材108とが噛み合ったクラッチ接続状態では、第1クラッチ部材107の回転が規制されるため、ダンパ本体106aとロータリー軸106bとの間に発生する回転抵抗が、ダンパホルダ105、回転軸102、第2ギヤ104及び第1ギヤ103を介して、第1スピンドル73に伝達され、第1スピンドル73の運動が減衰される。 In the clutch-disengaged state where the first clutch member 107 and the second clutch member 108 are separated, the first clutch member 107 spins freely, so the rotary damper 106 does not operate and the movement of the first spindle 73 is not damped. On the other hand, in the clutch-engaged state where the second clutch member 108 is pressed downward and the first clutch member 107 and the second clutch member 108 are engaged, the rotation of the first clutch member 107 is restricted, so the rotational resistance generated between the damper body 106a and the rotary shaft 106b is transmitted to the first spindle 73 via the damper holder 105, the rotary shaft 102, the second gear 104, and the first gear 103, damping the movement of the first spindle 73.
このような減衰部100によれば、膝関節機構30が伸展又は屈曲する際に機械的に抵抗を発生させることができる。また、減衰部100は、モータMの動力を伝達する動力伝達路と接続されるように設けられるので、膝関節機構30に設けられるよりも減衰機能を高めることができる。即ち、ロータリーダンパ106の減衰機能は、速度に比例するため、膝関節機構30の回転数に比べて高い回転数で回転する動力伝達路にロータリーダンパ106を接続することで、ロータリーダンパ106の減衰機能を有効に活用することができる。 This type of damping unit 100 can generate mechanical resistance when the knee joint mechanism 30 extends or bends. Furthermore, because the damping unit 100 is connected to a power transmission path that transmits the power of the motor M, it can provide a higher damping function than if it were provided in the knee joint mechanism 30. In other words, because the damping function of the rotary damper 106 is proportional to speed, connecting the rotary damper 106 to a power transmission path that rotates at a higher rotational speed than the knee joint mechanism 30 can effectively utilize the damping function of the rotary damper 106.
また、ロータリーダンパ106の減衰機能をさらに有効に活用するためには、第1ギヤ103の回転数に対する第2ギヤ104の回転数の比率が、1より大きいことが好ましい。これにより、第1スピンドル73と一体回転する第1ギヤ103に比べて高い回転数で回転する第2ギヤ104にロータリーダンパ106を接続することができる。 In addition, to more effectively utilize the damping function of the rotary damper 106, it is preferable that the ratio of the rotation speed of the second gear 104 to the rotation speed of the first gear 103 be greater than 1. This allows the rotary damper 106 to be connected to the second gear 104, which rotates at a higher rotation speed than the first gear 103, which rotates integrally with the first spindle 73.
また、本実施形態のように、モータMを上流側として、ロータリーダンパ106が変速機Tよりも下流側に接続されるよう設けられる場合、変速機Tは増速機構であることが好ましい。逆に、モータMを上流側として、ロータリーダンパ106が変速機Tよりも上流側(モータM側)に接続されるよう設けられる場合、変速機Tは減速機構であることが好ましい。 Furthermore, when the motor M is located upstream and the rotary damper 106 is connected downstream of the transmission T, as in this embodiment, it is preferable that the transmission T be a speed-increasing mechanism. Conversely, when the motor M is located upstream and the rotary damper 106 is connected upstream of the transmission T (on the motor M side), it is preferable that the transmission T be a speed-reducing mechanism.
本実施形態の減衰部100は、モータMと第1スピンドルユニットSP1との間に配置されている。これにより、減衰部100が外部に張り出すことを防止できる。 In this embodiment, the damping unit 100 is positioned between the motor M and the first spindle unit SP1. This prevents the damping unit 100 from protruding outward.
減衰作動部200は、図12に示すように、歩行時に踵Hが着地した際に発生するモーメントNを利用して減衰部100を機械的に作動させる。具体的に説明すると、膝下側部材10の一対の下側側壁部13は、図1、図2及び図12に示すように、下壁部12の左右両端から上方に延びる一対の下側側壁部本体13aと、下側側壁部本体13aの上部且つ前部に左右方向に沿うように設けられた揺動軸13bを介して前後揺動可能に連結され、且つ回動部35を介して膝上側部材20に連結される一対の揺動側壁部13cと、を備える。一対の揺動側壁部13cは、連結壁部13dを介して一体的に連結されるとともに、減衰部100の第2クラッチ部材108の上方に位置する作動レバー13e(図3参照)を一体的に備える。 As shown in FIG. 12, the damping actuation unit 200 mechanically actuates the damping unit 100 by utilizing the moment N generated when the heel H lands during walking. Specifically, as shown in FIGS. 1, 2, and 12, the pair of lower sidewalls 13 of the knee-underside member 10 includes a pair of lower sidewall bodies 13a extending upward from both the left and right ends of the lower wall 12, and a pair of swinging sidewalls 13c connected to the above-knee member 20 via a swing shaft 13b provided at the top and front of the lower sidewall bodies 13a along the left-right direction. The pair of swinging sidewalls 13c are integrally connected via a connecting wall 13d and integrally include an actuation lever 13e (see FIG. 3) located above the second clutch member 108 of the damping unit 100.
図11に示すように、電動義足1を装着して平地歩行を行う際、電動義足1には、図11の(A)に示す着地開始時から、図11の(D)に示す着地終了時までの間、外部からの加重として地面から反力(圧縮荷重)を受ける。特に、図11の(A)に示す着地開始時は、地面から受ける反力が急激に増加するため、膝関節機構30が意図せずに屈曲してしまう、いわゆる膝折れが発生する虞がある。本実施形態の電動義足1では、着地開始時に踵Hから着地することに着目し、図12に示すように、踵Hと膝関節機構30の回動部35とを結ぶ仮想直線L1に対し、前方に離間する位置に揺動軸13bを配置している。 As shown in Figure 11, when walking on flat ground while wearing the electric prosthetic leg 1, the electric prosthetic leg 1 receives a reaction force (compressive load) from the ground as an external load from the start of landing as shown in Figure 11(A) to the end of landing as shown in Figure 11(D). In particular, at the start of landing as shown in Figure 11(A), the reaction force received from the ground increases rapidly, which may cause the knee joint mechanism 30 to bend unintentionally, resulting in so-called knee bending. In the electric prosthetic leg 1 of this embodiment, focusing on the heel H landing at the start of landing, the swing axis 13b is positioned forward and away from the imaginary line L1 connecting the heel H and the rotating part 35 of the knee joint mechanism 30, as shown in Figure 12.
このようにすると、歩行時に踵Hが着地した際に揺動軸13b回りのモーメントNが発生し、揺動側壁部13cが下側側壁部本体13aに対して相対的に揺動するので、作動レバー13eが減衰部100の第2クラッチ部材108を押下し、減衰部100を機械的に作動させることが可能になる。これにより、膝関節機構30の運動を減衰して着地時の意図しない屈曲を抑制できる。また、仮想直線L1上に位置する回動部35にはモーメントが発生しにくくなるので、着地時の意図しない屈曲をより確実に抑制できる。 In this way, when the heel H lands during walking, a moment N is generated around the pivot axis 13b, causing the pivoting side wall 13c to pivot relative to the lower side wall main body 13a. This causes the operating lever 13e to press down on the second clutch member 108 of the damping unit 100, mechanically operating the damping unit 100. This damps the movement of the knee joint mechanism 30, preventing unintended bending during landing. Furthermore, because a moment is less likely to be generated at the rotating unit 35 located on the imaginary line L1, unintended bending during landing can be more reliably prevented.
また、揺動軸13bは、図12に示すように、つま先Tが着地した際につま先Tと回動部35とを結ぶ仮想直線L2上又は仮想直線L2の近傍に位置する。このようにすると、つま先Tが着地した際にはモーメントNが発生せず又は小さなモーメントNしか発生せず減衰部100が機能しないので、図11の(D)の状態から(E)の状態への移行するため電動義足1を振り上げる際に膝関節機構30の屈曲動作をスムーズに行うことができる。 Furthermore, as shown in Figure 12, the swing axis 13b is located on or near the imaginary line L2 connecting the toe T and the rotating unit 35 when the toe T lands. In this way, when the toe T lands, no moment N or only a small moment N is generated, and the damping unit 100 does not function. This allows for a transition from state (D) to state (E) in Figure 11, allowing for smooth bending of the knee joint mechanism 30 when the electric prosthetic leg 1 is swung up.
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Although various embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to these examples. Those skilled in the art will clearly be able to conceive of various modifications and alterations within the scope of the claims, and it will be understood that these naturally fall within the technical scope of the present invention. Furthermore, the components of the above embodiments may be combined in any manner as long as they do not deviate from the spirit of the invention.
例えば、上記実施形態では、本発明の継手装置の一実施形態としての電動義足を例示したが、これに限らず、上肢(腕関節)に適用してもよく、人間以外の他の動物に適用してもよく、ロボットに適用してもよい。 For example, in the above embodiment, an electric prosthetic leg was used as an example of one embodiment of the joint device of the present invention, but the invention is not limited to this and may also be applied to the upper limb (arm joint), to animals other than humans, or to robots.
また、上記実施形態では、1つのモータMの動力が断続機構50を介して第1変速機構T1及び第2変速機構T2に伝達されるように構成されたが、これに限らず、2つの動力源と第1変速機構T1及び第2変速機構T2との間にそれぞれ断続機構を設けてもよい。 In addition, in the above embodiment, the power of one motor M is transmitted to the first and second speed change mechanisms T1 and T2 via the interrupter mechanism 50, but this is not limited to this. Intermittent mechanisms may also be provided between the two power sources and the first and second speed change mechanisms T1 and T2, respectively.
また、断続機構50は、噛み合いクラッチに限らず、摩擦クラッチ、遠心クラッチ等の他のクラッチ機構でもよく、連続変速比切替機構等のクラッチレス機構でもよい。 Furthermore, the on-off mechanism 50 is not limited to a dog clutch, but may be other clutch mechanisms such as a friction clutch or centrifugal clutch, or may be a clutchless mechanism such as a continuous gear ratio change mechanism.
また、上記実施形態では、減衰部100を第1スピンドル73に接続したが、変速機Tに接続してもよい。 In addition, in the above embodiment, the damping unit 100 is connected to the first spindle 73, but it may also be connected to the transmission T.
また、上記実施形態では、減衰部100及び減衰作動部200により減衰力を発生させる構成を例示したが、これに限らず、減衰部100は電気機械であってもよい。即ち、電気機械を回生駆動することで減衰力を発生させてもよく、電気機械を逆方向、即ち外部からの加重による回転動力を減少する方向に力行駆動することで減衰力を発生させてもよい。 In addition, while the above embodiment illustrates a configuration in which the damping force is generated by the damping unit 100 and the damping actuation unit 200, the configuration is not limited to this, and the damping unit 100 may be an electric machine. That is, the damping force may be generated by regeneratively driving the electric machine, or by power driving the electric machine in the reverse direction, i.e., in a direction that reduces the rotational power due to external load, to generate the damping force.
また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。 This specification also describes at least the following items. Note that the elements in parentheses correspond to those in the above-mentioned embodiments, but are not limited to these.
(1) 第1部材(膝下側部材10)と、
第2部材(膝上側部材20)と、
前記第1部材と前記第2部材との成す角を変更可能に連接する連接部(膝関節機構30)と、
伸縮することにより前記第1部材と前記第2部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置(伸縮装置40)と、を備える継手装置(電動義足1)であって、
前記伸縮装置は、
動力源(モータM)と、
前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、を備え、
前記動力伝達部は、
前記動力を伝達する動力伝達路と接続されるよう設けられ、前記動力伝達路の運動を減衰する減衰部(減衰部100)を備える、継手装置。
(1) a first member (the lower-knee member 10);
a second member (above-knee member 20);
a connecting portion (knee joint mechanism 30) that connects the first member and the second member so as to be able to change the angle between them;
A joint device (electric prosthetic leg 1) including an extension/retraction device (extension device 40) that can change the angle between the first member and the second member by extending and contracting,
The telescopic device is
a power source (motor M);
a power transmission unit that transmits power from the power source,
The power transmission unit is
A coupling device comprising a damping section (damping section 100) that is connected to a power transmission path that transmits the power and that damps the movement of the power transmission path.
(1)によれば、動力源により連接部を屈曲又は伸展させることができるとともに、動力伝達路の運動を減衰する減衰部により、連接部が伸展又は屈曲する際に抵抗を発生させることができる。 According to (1), the connecting portion can be bent or extended by the power source, and the damping portion, which damps the movement of the power transmission path, can generate resistance when the connecting portion is extended or extended.
(2) (1)に記載の継手装置であって、
前記動力源は回転動力を発生するもので、
前記動力伝達部は、前記動力源の回転を変速する変速部(変速機T)をさらに備え、
前記減衰部は、前記変速部に接続されるよう設けられる、継手装置。
(2) The coupling device according to (1),
The power source generates rotational power,
The power transmission unit further includes a transmission unit (transmission T) that changes the speed of rotation of the power source,
The damping portion is provided to be connected to the transmission portion.
(2)によれば、減衰機能は速度に比例するため、連接部に設けるよりも動力源の回転を変速する変速部に設けることで、減衰機能を高めることができる。 According to (2), since the damping function is proportional to the speed, the damping function can be improved by providing it in the speed-changing section that changes the rotation speed of the power source rather than providing it in the connecting section.
(3) (2)に記載の継手装置であって、
前記変速部は、前記動力源の回転を増速する増速機構を備え、
前記減衰部は、前記動力源を上流側とした場合に、前記動力伝達路における前記変速部よりも下流側に接続されるよう設けられる、継手装置。
(3) The coupling device according to (2),
the transmission unit includes a speed increasing mechanism that increases the rotation speed of the power source,
The coupling device is configured so that the damping unit is connected to the power transmission path downstream of the speed change unit when the power source is located upstream.
(3)によれば、減衰機能は速度に比例するため、増速機構の下流側に設けることで、減衰機能をより高めることができる。 According to (3), the damping function is proportional to the speed, so by placing it downstream of the speed-increasing mechanism, the damping function can be further improved.
(4) (1)~(3)のいずれかに記載の継手装置であって、
前記減衰部は、前記動力源と前記動力伝達路を構成する部材(第1スピンドル73)との間に配置される、継手装置。
(4) The coupling device according to any one of (1) to (3),
The damping portion is a coupling device disposed between the power source and a member (first spindle 73) that constitutes the power transmission path.
(4)によれば、減衰部が外部に張り出すことを防止できる。 (4) prevents the damping section from protruding outward.
(5) (1)~(4)のいずれかに記載の継手装置であって、
前記継手装置は、義足であって、
前記第1部材は、踵(踵H)が着地した際に前記踵と前記連接部の回動部(回動部35)とを結ぶ仮想直線(仮想直線L1)に対し、前方に離間して配置された揺動軸(揺動軸13b)を備える、継手装置。
(5) The coupling device according to any one of (1) to (4),
The joint device is a prosthetic leg,
The first member is a coupling device having a swing shaft (swing shaft 13b) that is positioned forward and spaced apart from a virtual line (virtual line L1) that connects the heel (heel H) and the pivoting part (rotating part 35) of the connection part when the heel lands.
(5)によれば、歩行時に踵が着地した際に揺動軸回りのモーメントを利用して、減衰部を機械的に作動させることができる。これにより、踵が着地して義足に大きな圧縮荷重が作用するときに減衰機能を発生させることができる。 According to (5), when the heel lands during walking, the moment around the swing axis can be used to mechanically activate the damping section. This allows the damping function to be generated when the heel lands and a large compressive load acts on the prosthetic leg.
(6) (5)に記載の継手装置であって、
前記揺動軸は、つま先(つま先T)が着地した際に前記つま先と前記連接部とを結ぶ他の仮想直線(仮想直線L2)上又は該他の仮想直線の近傍に位置する、継手装置。
(6) The coupling device according to (5),
The coupling device is configured such that the swing axis is located on or in the vicinity of another imaginary straight line (imaginary straight line L2) that connects the toe and the connecting portion when the toe (toe T) lands.
(6)によれば、つま先が着地した際にはモーメントが発生せず減衰部が機能しないので、義足を振り上げる際に膝の屈曲をスムーズに行うことができる。 According to (6), when the toe lands, no moment is generated and the damping section does not function, allowing the knee to bend smoothly when swinging up the prosthetic leg.
1 電動義足
10 膝下側部材(第1部材)
13b 揺動軸
20 膝上側部材(第2部材)
30 膝関節機構(連接部)
35 回動部
40 伸縮装置
73 第1スピンドル(動力伝達部)
100 減衰部
M モータ(動力源)
T 変速機(動力伝達部)
L1 仮想直線
L2 仮想直線(他の仮想直線)
1 Electric prosthetic leg 10 Knee-side member (first member)
13b Swing shaft 20 Upper-knee member (second member)
30 Knee joint mechanism (articulation part)
35 Rotating portion 40 Expansion device 73 First spindle (power transmission portion)
100 Damping section M Motor (power source)
T Transmission (power transmission part)
L1 Virtual line L2 Virtual line (another virtual line)
Claims (9)
第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材との成す角を変更可能に連接する連接部と、
伸縮することにより前記第1部材と前記第2部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置と、を備える継手装置であって、
前記伸縮装置は、
動力源と、
前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、を備え、
前記動力伝達部は、
前記動力源の前記動力を伝達する動力伝達路と、
前記動力伝達路と接続されるよう設けられ、前記動力伝達路の運動を減衰する減衰部と、を備え、
前記動力源は回転動力を発生するもので、
前記減衰部は、前記動力伝達路に伝達される前記回転動力を減衰するように設けられるとともに、ダンパ本体とロータリー軸とを備え、前記ダンパ本体と前記ロータリー軸との相対回転に所定の回転抵抗を与えるよう設けられるロータリーダンパである、
継手装置。 A first member;
A second member;
a connecting portion that connects the first member and the second member so as to change the angle between the first member and the second member;
A joint device including an extension device that can change the angle formed between the first member and the second member by extending and contracting,
The telescopic device is
A power source and
a power transmission unit that transmits power from the power source,
The power transmission unit is
a power transmission path that transmits the power of the power source;
a damping unit that is connected to the power transmission path and that damps the movement of the power transmission path,
The power source generates rotational power,
the damping unit is a rotary damper that is provided to damp the rotational power transmitted to the power transmission path, includes a damper body and a rotary shaft, and is provided to apply a predetermined rotational resistance to relative rotation between the damper body and the rotary shaft.
Coupling device.
前記動力伝達部は、前記動力伝達路上に設けられるとともに前記動力源の前記回転動力を変速する変速部をさらに備え、
前記減衰部は、前記変速部に接続されるよう設けられる、継手装置。 2. The coupling device of claim 1,
the power transmission unit further includes a speed change unit that is provided on the power transmission path and changes the speed of the rotational power of the power source,
The damping portion is provided to be connected to the transmission portion.
前記変速部は、前記動力源の前記回転動力を増速する増速機構を備え、
前記減衰部は、前記動力源を上流側とした場合に、前記動力伝達路における前記変速部よりも下流側に接続されるよう設けられる、継手装置。 3. The coupling device according to claim 2,
the transmission unit includes a speed increasing mechanism that increases the rotational power of the power source,
The coupling device is configured so that the damping unit is connected to the power transmission path downstream of the speed change unit when the power source is located upstream.
前記減衰部は、前記動力源と前記動力伝達路を構成する部材との間に配置される、継手装置。 The coupling device according to any one of claims 1 to 3,
The damping portion is disposed between the power source and a member that constitutes the power transmission path.
前記継手装置は、義足であって、
前記第1部材は、踵が着地した際に前記踵と前記連接部の回動部とを結ぶ仮想直線に対し、前方に離間して配置された揺動軸を備える、継手装置。 The coupling device according to any one of claims 1 to 4,
The joint device is a prosthetic leg,
The first member is provided with a swing shaft that is disposed forward and spaced apart from an imaginary line that connects the heel and the pivoting portion of the connecting portion when the heel lands.
前記揺動軸は、つま先が着地した際に前記つま先と前記連接部とを結ぶ他の仮想直線上又は該他の仮想直線の近傍に位置する、継手装置。 6. The coupling device according to claim 5,
The joint device, wherein the swing axis is located on or in the vicinity of another imaginary straight line connecting the toe and the connecting portion when the toe lands.
前記動力伝達部は前記減衰部を所定のタイミングで作動させる減衰作動部をさらに備える、
継手装置。 7. A coupling device according to any one of claims 1 to 6,
The power transmission unit further includes a damping operation unit that operates the damping unit at a predetermined timing.
Coupling device.
前記ロータリー軸は、第1クラッチ部材及び第2クラッチ部材からなるクラッチ機構を介して固定部に接続され、
前記第1クラッチ部材と前記第2クラッチ部材とが離間したクラッチ遮断状態では前記回転動力は減衰されず、
前記第1クラッチ部材と前記第2クラッチ部材とが噛み合ったクラッチ接続状態では前記回転動力は減衰される、よう設けられる、
継手装置。 A coupling device according to any one of claims 1 to 7,
the rotary shaft is connected to a fixed portion via a clutch mechanism including a first clutch member and a second clutch member;
In a clutch disengaged state in which the first clutch member and the second clutch member are separated, the rotational power is not attenuated,
The rotational power is attenuated in a clutch engagement state in which the first clutch member and the second clutch member are engaged .
Coupling device.
前記継手装置は、義足であって、
前記減衰作動部は、前記義足が直立した状態で前記第2クラッチ部材の上方に位置する作動レバーを備え、
前記作動レバーは、前記義足の踵が着地した際に前記第2クラッチ部材を押下し、前記減衰部を機械的に作動させることが可能に設けられる、
継手装置。 A coupling device according to claim 8 dependent on claim 7,
The joint device is a prosthetic leg,
The damping actuation unit includes an actuation lever located above the second clutch member when the prosthetic leg is upright,
The operating lever is provided so as to be able to press down the second clutch member when the heel of the prosthetic leg lands and mechanically operate the damping unit.
Coupling device.
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