特許 7182394 アクチュエータ及びこれを含む運動補助装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-24

(45)【発行日】2022-12-02

(54)【発明の名称】アクチュエータ及びこれを含む運動補助装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 1/32 20060101AFI20221125BHJP

   A61H 3/00 20060101ALI20221125BHJP

   F16H 1/46 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

F16H1/32 B

A61H3/00 B

F16H1/46

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2018148376

(22)【出願日】2018-08-07

(65)【公開番号】P2019074202

(43)【公開日】2019-05-16

【審査請求日】2021-08-06

(31)【優先権主張番号】10-2017-0133966

(32)【優先日】2017-10-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】李 鍾 源

(72)【発明者】

【氏名】朴 永 珍

(72)【発明者】

【氏名】李 演 白

(72)【発明者】

【氏名】金 廷 勳

(72)【発明者】

【氏名】盧 世 坤

(72)【発明者】

【氏名】李 ▲みん▼ 炯

(72)【発明者】

【氏名】崔 炳 浚

(72)【発明者】

【氏名】崔 ▲ひょん▼ ▲ど▼

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０６３４２０１２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ １／３２

Ａ６１Ｈ ３／００

Ｆ１６Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

順次動力を伝達する複数の動力伝達要素であって、前記複数の動力伝達要素は、同軸の回転運動を行う隣接する第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を含む、複数の動力伝達要素と、
前記第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を連結する弾性要素と、
前記第１動力伝達要素の第１回転角度を測定する第１角度センサと、
前記第２動力伝達要素の第２回転角度を測定する第２角度センサと、
前記第１回転角度及び前記第２回転角度に基づいて前記第１動力伝達要素及び前記第２動力伝達要素の間に作用するトルクを決定するための制御部と、
を含むアクチュエータ。

【請求項2】

前記制御部は、前記第１回転角度と前記第２回転角度との差に基づいて前記トルクを決定する、請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記複数の動力伝達要素に動力を伝達するためのモータと、
前記モータを収容するモータ収容部と、前記モータの駆動軸に垂直な方向を基準として前記モータ収容部に少なくとも一部がオーバラップされるメイン収容部を含むケースであって、前記メイン収容部は、前記第１動力伝達要素、前記第２動力伝達要素、及び前記弾性要素を収容する、ケースと、
をさらに含む、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記ケースは、前記モータ収容部及び前記メイン収容部それぞれの一側に脱着自在に結合されるカバーをさらに含む、請求項３に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

前記第１動力伝達要素は内部に中空部分を有し、
前記弾性要素は、前記第１動力伝達要素の内壁及び前記第２動力伝達要素の外壁の間に配置される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項6】

前記第１動力伝達要素、前記弾性要素、及び前記第２動力伝達要素は一体に形成される、請求項５に記載のアクチュエータ。

【請求項7】

前記弾性要素は、
ボディ部と、
一端は前記第１動力伝達要素の内壁に固定され、他端は前記第２動力伝達要素の外壁に隣接する第１連結部と、
一端は前記第２動力伝達要素の外壁に固定され、他端は前記第１動力伝達要素の内壁に隣接する第２連結部と、
を含む、請求項５又は６に記載のアクチュエータ。

【請求項8】

前記ボディ部は円形状であり、
前記第１連結部は、前記ボディ部の第１部分を取り囲む湾曲形状を有し、
前記第２連結部は、前記ボディ部の第２部分を取り囲む湾曲形状を有する、請求項７に記載のアクチュエータ。

【請求項9】

前記弾性要素は、前記第１動力伝達要素及び前記第２動力伝達要素が共有する回転軸を基準として同じ間隔で複数が離隔配置される、請求項５乃至８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項10】

前記第１動力伝達要素及び前記第２動力伝達要素のいずれか１つの動力伝達要素が他の１つの動力伝達要素に対して設定の角度だけ回転する場合、複数の前記弾性要素のうち隣接する２つの前記弾性要素は互いに接触する、請求項９に記載のアクチュエータ。

【請求項11】

前記複数の動力伝達要素は、
前記第１動力伝達要素に回転自在に固定される回転軸を有し、前記第１動力伝達要素の回転軸を中心に公転する第１遊星歯車と、
前記第１遊星歯車に動力を伝達するための第１太陽歯車と、
前記第２動力伝達要素の外周面に噛み合って、前記第２動力伝達要素の回転軸を中心に公転する第２遊星歯車と、
前記第２遊星歯車が回転自在に設置され、前記第２動力伝達要素と同軸の回転運動を行うキャリアと、
前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車に噛み合うリング歯車と、
を含む、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項12】

前記複数の動力伝達要素を駆動するための動力を生成するモータをさらに含み、
前記複数の動力伝達要素は、前記モータ及び前記第１太陽歯車を連結する歯車トレインをさらに含む、請求項１１に記載のアクチュエータ。

【請求項13】

前記モータ、前記第１動力伝達要素、前記第２動力伝達要素、及び前記弾性要素は、前記歯車トレインを基準として同じ側に配置される、請求項１２に記載のアクチュエータ。

【請求項14】

前記第１動力伝達要素及び前記リング歯車のいずれか１つを選択的に固定させることで、前記第１太陽歯車及び前記キャリアの間の減速比を変更できるストッパモジュールをさらに含む、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項15】

前記ストッパモジュールは、
前記第１動力伝達要素を固定可能な第１ストッパと、
前記リング歯車を固定可能な第２ストッパと、
を含む、請求項１４に記載のアクチュエータ。

【請求項16】

前記第２動力伝達要素は楕円状であり、
前記複数の動力伝達要素は、
前記第２動力伝達要素の回転によって弾性変形されるフレクスプラインと、
前記フレクスプラインを取り囲み、前記フレクスプラインの外周面のうち少なくとも一部に噛み合う内歯歯車形状を有するサーキュラスプラインと、
を含む、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアクチュエータ。

【請求項17】

順次動力を伝達する複数の動力伝達要素であって、前記複数の動力伝達要素は、同軸の回転運動を行う隣接する第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を含む、複数の動力伝達要素と、前記第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を連結する弾性要素と、前記複数の動力伝達要素の入力端に動力を伝達するモータと、を含むアクチュエータと、
前記複数の動力伝達要素の出力端から動力が伝達され、ユーザに動力を伝達する駆動フレームと、
を含み、
前記アクチュエータは、前記第１動力伝達要素の第１回転角度を測定する第１角度センサと、前記第２動力伝達要素の第２回転角度を測定する第２角度センサと、前記第１回転角度及び前記第２回転角度に基づいて前記モータ及び前記駆動フレームの間に作用するトルクを決定するための制御部と、をさらに含む、
運動補助装置。

【請求項18】

前記第１角度センサは、前記モータに連結され、前記モータの駆動軸の回転角度を測定し、
前記第２角度センサは、前記駆動フレームに連結され、前記駆動フレームの回転角度を測定する、請求項１７に記載の運動補助装置。

【請求項19】

前記複数の動力伝達要素は、第１遊星歯車セット及び第２遊星歯車セットを含み、
前記第１遊星歯車セットは、第１遊星歯車及び前記第１遊星歯車から動力が伝達されるキャリアを含み、
前記第２遊星歯車セットは、第２遊星歯車及び前記第２遊星歯車から動力が伝達される太陽歯車を含み、
前記制御部は、
前記キャリア及び前記太陽歯車それぞれの歯車比に基づいて、前記第１回転角度及び前記第２回転角度を決定し、
前記第１回転角度と前記第２回転角度との差、前記弾性要素の弾性係数に基づいて前記弾性要素に作用するトルクを決定する、請求項１７又は１８に記載の運動補助装置。

【請求項20】

前記制御部は、前記弾性要素の変形による反作用として作用するトルクを決定する、請求項１９に記載の運動補助装置。

【請求項21】

前記弾性要素は、
ボディ部と、
一端は前記第１動力伝達要素の内壁に固定され、他端は前記第２動力伝達要素の外壁に隣接する第１連結部と、
一端は前記第２動力伝達要素の外壁に固定され、他端は前記第１動力伝達要素の内壁に隣接する第２連結部と、
を含む、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の運動補助装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アクチュエータ及びこれを含む運動補助装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アクチュエータは動力を用いて機械を動作させる駆動装置であって、ロボット又は産業設備などの様々な装置を駆動させるために使用される。例えば、アクチュエータは、関節の不自由な老人や患者などの人々の歩行を補助する運動補助装置の各関節部を駆動させることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明の目的は、アクチュエータ及びこれを含む運動補助装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一実施形態によれば、アクチュエータは、順次動力を伝達する複数の動力伝達要素であって、同軸の回転運動を行う隣接する第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を含む、複数の動力伝達要素と、前記第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を連結する弾性要素とを含む。

【0005】

前記アクチュエータは、前記第１動力伝達要素の第１回転角度を測定する第１角度センサと、前記第２動力伝達要素の第２回転角度を測定する第２角度センサと、前記第１回転角度及び第２回転角度に基づいて前記第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素の間に作用するトルクを決定するための制御部とをさらに含み得る。

【0006】

前記制御部は、前記第１回転角度と第２回転角度との差に基づいて前記トルクを決定し得る。

【0007】

前記アクチュエータは、前記複数の動力伝達要素に動力を伝達するためのモータと、前記モータを収容するモータ収容部と、前記モータの駆動軸に垂直な方向を基準として前記モータ収容部に少なくとも一部がオーバラップされるメイン収容部を含むケース（前記メイン収容部は、前記第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を収容する）とをさらに含み得る。

【0008】

前記ケースは、前記モータ収容部及び前記メイン収容部それぞれの一側に脱着自在に結合されるカバーをさらに含み得る。

【0009】

前記第１動力伝達要素は内部に中空部分を有し、前記弾性要素は、前記第１動力伝達要素の内壁及び前記第２動力伝達要素の外壁の間に配置され得る。

【0010】

前記第１動力伝達要素、弾性要素、及び第２動力伝達要素は一体に形成され得る。

【0011】

前記弾性要素は、ボディ部と、一端は前記第１動力伝達要素の内壁に固定され、他端は前記第２動力伝達要素の外壁に隣接する第１連結部と、一端は前記第２動力伝達要素の外壁に固定され、他端は前記第１動力伝達要素の内壁に隣接する第２連結部とを含み得る。

【0012】

前記ボディ部は円形状であり、前記第１連結部は、前記ボディ部の第１部分を取り囲む湾曲形状を有し、前記第２連結部は、前記ボディ部の第２部分を取り囲む湾曲形状を有し得る。

【0013】

前記弾性要素は、前記第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素が共有する回転軸を基準として同じ間隔で複数が離隔配置され得る。

【0014】

前記第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素のいずれか１つの動力伝達要素が他の１つの動力伝達要素に対して設定の角度だけ回転する場合、前記複数の弾性要素のうち隣接する２つの弾性要素は互いに接触し得る。

【0015】

前記複数の動力伝達要素は、前記第１動力伝達要素に回転自在に固定される回転軸を有し、前記第１動力伝達要素の回転軸を中心に公転する第１遊星歯車と、前記第１遊星歯車に動力を伝達するための第１太陽歯車と、前記第２動力伝達要素の外周面に噛み合って、前記第２動力伝達要素の回転軸を中心に公転する第２遊星歯車と、前記第２遊星歯車が回転自在に設置され、前記第２動力伝達要素と同軸の回転運動を行うキャリアと、前記第１遊星歯車及び第２遊星歯車に噛み合うリング歯車とを含み得る。

【0016】

前記アクチュエータは、前記複数の動力伝達要素を駆動するための動力を生成するモータをさらに含み得る。前記複数の動力伝達要素は、前記モータ及び前記第１太陽歯車を連結する歯車トレインをさらに含み得る。

【0017】

前記モータ、第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素は、前記歯車トレインを基準として同じ側に配置され得る。

【0018】

前記アクチュエータは、前記第１動力伝達要素及び前記リング歯車のいずれか１つを選択的に固定させることで、前記第１太陽歯車及び前記キャリアの間の減速比を変更できるストッパモジュールをさらに含み得る。

【0019】

前記ストッパモジュールは、前記第１動力伝達要素を固定可能な第１ストッパと、前記リング歯車を固定可能な第２ストッパとを含み得る。

【0020】

前記第２動力伝達要素は楕円状であり、前記複数の動力伝達要素は、前記第２動力伝達要素の回転によって弾性変形されるフレクスプラインと、前記フレクスプラインを取り囲み、前記フレクスプラインの外周面のうち少なくとも一部に噛み合う内歯歯車形状を有するサーキュラスプラインとを含み得る。

【0021】

一実施形態に係る運動補助装置は、順次動力を伝達する複数の動力伝達要素であって、同軸の回転運動を行う隣接する第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を含む、複数の動力伝達要素と、前記第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素を連結する弾性要素と、前記複数の動力伝達要素の入力端に動力を伝達するモータと、を含むアクチュエータと、前記複数の動力伝達要素の出力端から動力が伝達され、ユーザに動力を伝達する駆動フレームとを含む。

【0022】

前記アクチュエータは、前記第１動力伝達要素の第１回転角度を測定する第１角度センサと、前記第２動力伝達要素の第２回転角度を測定する第２角度センサと、前記第１回転角度及び第２回転角度に基づいて前記モータ及び駆動フレームの間に作用するトルクを決定するための制御部とをさらに含み得る。

【0023】

前記第１角度センサは、前記モータに連結され、前記モータの駆動軸の回転角度を測定し、前記第２角度センサは、前記駆動フレームに連結され、前記駆動フレームの回転角度を測定し得る。

【0024】

前記複数の動力伝達要素は、第１遊星歯車セット及び第２遊星歯車セットを含み、前記第１遊星歯車セットは、第１遊星歯車及び前記第１遊星歯車から動力が伝達されるキャリアを含み、前記第２遊星歯車セットは、第２遊星歯車及び前記第２遊星歯車から動力が伝達される太陽歯車を含み、前記制御部は、前記キャリア及び前記太陽歯車それぞれの歯車比に基づいて、前記第１回転角度及び第２回転角度を決定し、前記第１回転角度と第２回転角度との差、前記弾性要素の弾性係数に基づいて前記弾性要素に作用するトルクを決定し得る。

【0025】

前記制御部は、前記弾性要素の変形による反作用として作用するトルクを決定し得る。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、アクチュエータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】一実施形態に係るアクチュエータ及び駆動フレームを示すブロック図である。

【図2】一実施形態に係るアクチュエータ及び駆動フレームのより具体的なブロック図である。

【図3】一実施形態に係るアクチュエータ及び駆動フレームを示す斜視図である。

【図4】一実施形態に係るアクチュエータの分解斜視図である。

【図5】図３に示すＩ－Ｉの切断線に沿って切断したアクチュエータの断面図である。

【図6】一実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を示す平面図であり、弾性要素が弾性変形されていない状態を示す。

【図7】一実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を示す平面図であり、弾性要素が弾性変形された状態を示す。

【図8】一実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を示す正面図である。

【図9】他の実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を示す正面図である。

【図10】更なる実施形態に係るモータの駆動軸、複数の動力伝達要素及び弾性要素示す正面図である。

【図11】更なる実施形態に係るアクチュエータ及び駆動フレームを示すブロック図である。

【図12】更なる実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、弾性要素、フレクスプライン、及びサーキュラスプラインを示す平面図であり、弾性要素が弾性変形されていない状態を示す。

【図13】更なる実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、弾性要素、フレクスプライン、及びサーキュラスプラインを示す平面図であり、弾性要素が弾性変形された状態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、実施形態を例示的な図面によって詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同じ構成要素に対して、たとえ他の図面上に表示されていても、可能な限り同じ符号にすることを留意しなければならない。また、実施形態の説明において、関連する公知構成又は機能に対する具体的な説明が実施形態に対する理解を妨害するものと判断される場合は、その詳細な説明は省略する。

【0029】

また、実施形態の構成要素を説明することにおいて、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することがある。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するだけのものであり、その用語によって当該の構成要素の本質や順序などが限定されることはない。いずれかの構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」、又は「接続」されと記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に「連結」、「結合」、又は「接続」されてもよいが、各構成要素の間に更なる構成要素が「連結」、「結合」、又は「接続」され得ることを理解しなければならないのであろう。

【0030】

図１は、一実施形態に係るアクチュエータ及び駆動フレームを示すブロック図である。

【0031】

図１を参照すれば、アクチュエータ１００は駆動フレーム９００を駆動させる。駆動フレーム９００は、ロボット又は産業設備などに適用され得る。例えば、駆動フレーム９００はユーザの体の一側を支持し、ユーザの関節運動を補助する運動補助装置の動力伝達部材であり得る。アクチュエータ１００は、モータ１１０、減速機１２０、第１角度センサ１９１、及び第２角度センサ１９２を含む。

【0032】

モータ１１０は、駆動フレーム９００に伝えられる動力を生成する。モータ１１０から生成された動力は減速機１２０を通過する間に減速され、駆動フレーム９００に伝えられる。モータ１１０の出力端は、減速機１２０の入力端と連結される。

【0033】

減速機１２０は、モータ１１０から生成された動力を減速させて駆動フレーム９００に伝達する。減速機１２０は、順次動力を伝達する複数の動力伝達要素を含み得る。例えば、減速機１２０は、直列に連結される第１動力伝達要素１３０、弾性要素１４０、及び第２動力伝達要素１５０を含む。

【0034】

第１動力伝達要素１３０は、モータ１１０から動力が伝達されて回転する。例えば、第１動力伝達要素１３０は、モータ１１０の出力端に直接連結される減速機１２０の入力端、又は、減速機１２０の入力端から動力が伝達される動力伝達要素である。言い換えれば、第１動力伝達要素１３０及びモータ１１０の間には、他の動力伝達要素が連結される。

【0035】

第２動力伝達要素１５０は、第１動力伝達要素１３０から動力が伝達され、駆動フレーム９００に動力を伝達する。例えば、第２動力伝達要素１５０は、減速機１２０の出力端、又は、減速機１２０の出力端に動力を伝達する動力伝達要素である。言い換えれば、第２動力伝達要素１５０及び駆動フレーム９００の間には他の動力伝達要素が連結される。

【0036】

第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０は、同軸の回転運動を行う。言い換えれば、第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０それぞれの回転軸は一致する。

【0037】

弾性要素１４０は、同軸の回転運動を行う隣接する第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０の間を直列に連結する。駆動フレーム９００上に印加される外力がない場合、モータ１１０で生成される動力の全ては、第１動力伝達要素１３０から第２動力伝達要素１５０に伝えられる。一方、駆動フレーム９００上に印加される外力がある場合、モータ１１０で生成される動力の一部は、弾性要素１４０を変形させるために使用され、残りは第２動力伝達要素１５０に伝えられる。例えば、駆動フレーム９００が運動補助装置のフレームであるとき、駆動フレーム９００上に印加される外力は駆動フレーム９００及びユーザ間の相互作用トルクであり得る。このような相互作用トルクが増加する場合、弾性要素１４０を変形させるトルクの大きさが増加する。

【0038】

第１角度センサ１９１は、第１動力伝達要素１３０の回転角度を測定し得る。例えば、第１角度センサ１９１は、第１動力伝達要素１３０の一側に連結され、直接的に第１動力伝達要素１３０の回転角度を測定する。異なる例として、第１角度センサ１９１は、モータ１１０の駆動軸の回転角度を測定することにより、モータ１１０から第１動力伝達要素１３０までの減速比を考慮して間接的に第１動力伝達要素１３０の回転角度を測定し得る。第１角度センサ１９１は、測定された第１動力伝達要素１３０の回転角度に関する情報を制御部８００に送信する。

【0039】

第２角度センサ１９２は、第２動力伝達要素１５０の回転角度を測定し得る。例えば、第２角度センサ１９２は、第２動力伝達要素１５０の一側に連結され、直接的に第２動力伝達要素１５０の回転角度を測定する。異なる例として、第２角度センサ１９２は、駆動フレーム９００の一側に連結され、第２動力伝達要素１５０から駆動フレーム９００までの減速比を考慮して間接的に第２動力伝達要素１５０の回転角度を測定し得る。第２角度センサ１９２は、測定された第２動力伝達要素１５０の回転角度に関する情報を制御部８００に送信する。

【0040】

制御部８００は、メモリ（図示せず）及びプロセシング回路（図示せず）を含む。

【0041】

メモリは、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、及び光学ディスクドライブのうち少なくとも１つを含む。

【0042】

プロセシング回路は、プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、算術論理演算装置（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ：ＡＬＵ）、デジタルシグナルプロセッサ、マイクロ・コンピュータ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、システムオンチップ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－Ｃｈｉｐ）及びマイクロ・プロセッサ又は定義された方式で動作を実行する任意の異なる装置であり得る。また、プロセシング回路は、ユーザの歩行状態を検出し、その結果に基づいてストッパモジュールを駆動して歯車比を変更するよう構成される。

【0043】

したがって、プロセシング回路は、別途の力又はトルクセンサと力増幅器を使用することなく、弾性要素１４０を通した相互作用力を測定することで、アクチュエータそのものの機能を向上させ、弾性要素１４０が衝撃を吸収してアクチュエータの耐久性を向上させ得る。弾性要素２４０は、第１キャリア２３３及び第２太陽歯車２５１の間に印加されるトルクによって変形される。弾性要素２４０は、駆動フレーム９００に加えられた衝撃を吸収してアクチュエータの耐久性を向上させることができる。

【0044】

制御部８００は、第１角度センサ１９１及び第２角度センサ１９２で測定された値に基づいて、第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０の間に作用するトルクを決定する。例えば、制御部８００は、第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０それぞれの回転角度の差と、弾性要素１４０の弾性係数値に基づいてトルクを決定する。制御部８００は、アクチュエータ１００とは物理的に離れていてもよいが、空間が許せばアクチュエータの一部になっていてもよい。

【0045】

弾性要素１４０の弾性係数値が変形角度とは関係なく一定である場合、制御部８００は、第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０それぞれの回転角度の差を弾性要素１４０の変形角度として決定し、変形角度に弾性要素１４０の弾性係数値を乗算し、第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０の間に作用するトルクを決定できる。言い換えれば、第１動力伝達要素１３０及び第２動力伝達要素１５０それぞれの回転角度の差をΔθとし、弾性要素１４０の弾性係数をｋとすれば、制御部８００は、相互作用トルクＴ（ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｒｑｕｅ）を下記の数式（１）により決定する。

【0046】

Ｔ＝ｋΔθ （１）
一方、実験又は計算によって決定された弾性要素１４０の変形角度による相互作用トルクＴを予め格納し、変形角度及び格納されたデータに基づいて相互作用トルクＴを決定してもよい。この場合、弾性要素１４０の弾性係数が変形角度に応じて非線形的に変わる場合にも相互作用トルクＴを決定できる。

【0047】

制御部８００は、相互作用トルクＴに基づいて、アクチュエータ１００が駆動フレーム９００に伝達する動力の大きさを制御する。

【0048】

図２は、一実施形態に係るアクチュエータ及び駆動フレームのより具体的なブロック図であり、図３及び図４は、それぞれ斜視図及び分解斜視図であり、図５は、図３に示すＩ－Ｉの切断線に沿って切断した断面図である。

【0049】

図２～図５を参照すれば、一実施形態に係るアクチュエータ２００は、モータ２１０、歯車トレイン２２０、第１遊星歯車セット２３０、弾性要素２４０、第２遊星歯車セット２５０、ストッパモジュール２６０、ケース２７０、第１角度センサ２９１、及び第２角度センサ２９２を含む。アクチュエータ２００は、駆動フレーム９００と連結される。図２～図５における制御部は、図面を簡略に示すために省略する。

【0050】

第１動力伝達要素及び第２動力伝達要素は、歯車トレイン２２０、第１遊星歯車セット２３０、第２遊星歯車セット２５０を構成している複数の動力伝達要素のうち互いに隣接するように配置され、同軸の回転運動を行う動力伝達要素であり得る。例えば、第１動力伝達要素は、第１遊星歯車セット２３０の第１キャリア２３３であってもよく、第２動力伝達要素は、第２遊星歯車セット２５０の第２太陽歯車２５１であってもよい（図２及び図４参照）。異なる例として、第１動力伝達要素は、歯車トレイン２２０の出力端である平歯車２２３であってもよく、第２動力伝達要素は、第１遊星歯車セット２３０の入力端である第１太陽歯車２３１であってもよい。説明の便宜のために、図２～図５では、第１動力伝達要素が第１キャリア２３３であり、第２動力伝達要素が第２太陽歯車２５１である場合を例示的に説明する。

【0051】

歯車トレイン２２０は、複数の平歯車２２１、２２２、２２３を含む。複数の平歯車は、直列に連結される第１平歯車２２１、第２平歯車２２２、及び第３平歯車２２３を含む。歯車トレイン２２０を構成している複数の平歯車の個数は例示的に３個と示したが、平歯車の個数はこれに制限されないことを明らかにする。

【0052】

第１平歯車２２１は、モータ２１０の駆動軸２１１に装着及び分離自在に連結されている。第１平歯車２２１は、モータ２１０の駆動軸２１１によって回転する。

【0053】

第２平歯車２２２は、第１平歯車２２１の一側と噛み合う。第２平歯車２２２の直径は第１平歯車２２１の直径よりも大きく、第２平歯車２２２の歯数は第１平歯車２２１の歯数よりも多い。動力は、第１平歯車２２１から第２平歯車２２２まで伝えられる過程で減速される。

【0054】

第３平歯車２２３は、第２平歯車２２２の一側と噛み合う。第３平歯車２２３の直径は第２平歯車２２２の直径よりも大きく、第３平歯車２２３の歯数は第２平歯車２２２の歯数よりも多い。動力は、第２平歯車２２２から第３平歯車２２３まで伝えられる過程で減速される。

【0055】

第１遊星歯車セット２３０は、歯車トレイン２２０から動力が伝達され、伝達された動力を減速させて第２遊星歯車セット２５０に伝達する。第１遊星歯車セット２３０は、第１太陽歯車２３１、第１遊星歯車２３２、第１キャリア２３３、第１リング歯車２３４、及び回転プレート２３８を含む。

【0056】

第１太陽歯車２３１は、第３平歯車２２３の一側に連結される。第１太陽歯車２３１及び第３平歯車２２３は同軸の回転運動を行う。

【0057】

第１遊星歯車２３２は、第１太陽歯車２３１及び第１リング歯車２３４に同時に噛み合う。例えば、第１遊星歯車２３２は、第１太陽歯車２３１の外周面に噛み合い、第１リング歯車２３４の内周面に噛み合う。第１遊星歯車２３２は、第１太陽歯車２３１から動力が伝達されて自転（ｒｏｔａｔｉｏｎ）又は公転（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）する。ここで、公転は、第１太陽歯車２３１の回転中心を基準にして行われる。第１遊星歯車セット２３０が安定的に動作できるよう、第１遊星歯車２３２は、第１太陽歯車２３１の回転中心を基準として放射状に同じ角度だけ離隔配置される。図４は、合計３個の第１遊星歯車２３２が１２０度の間隔で離隔配置された状態を示している。

【0058】

第１キャリア２３３は、第１遊星歯車２３２の自転軸（ｒｏｔａｔｉｏｎ ａｘｉｓ）に連結され、第１太陽歯車２３１の回転中心を基準として回転（ｒｏｔａｔｅ）する。第１キャリア２３３は、第１遊星歯車２３２の公転速度で回転する。言い換えれば、第１キャリア２３３は、第１遊星歯車２３２が公転運動するとき回転する。例えば、第１キャリア２３３は、内部に中空部分が形成されたドーナツ状であり得る。

【0059】

回転プレート２３８は、第１遊星歯車２３２それぞれの回転軸を固定させる。第１遊星歯車２３２は、回転プレート２３８及び第１キャリア２３３の間に配置される。回転プレート２３８は、第１キャリア２３３と同軸の回転運動を行う。回転プレート２３８は、中央部分に第１太陽歯車２３１を通過させるためのホールを含む。回転プレート２３８は、外周面上にストッパモジュール２６０の第１ストッパ２６１に噛み合うための外歯（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｔｅｅｔｈ）を含む。

【0060】

第１リング歯車２３４は、第１遊星歯車２３２の外側を取り囲むリング状の歯車であって、第１遊星歯車２３２の外周面に形成された歯と噛み合う内歯（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｅｅｔｈ）が形成された内周面を含む。第１リング歯車２３４は、内歯の他にも、ストッパモジュール２６０の第２ストッパ２６２に噛み合うための外歯を含み得る。

【0061】

第１キャリア２３３及び第１リング歯車２３４は、選択的に第１遊星歯車セット２３０の動力出力端として機能する。

【0062】

第２遊星歯車セット２５０は、第１遊星歯車セット２３０から動力が伝達され、伝達された動力を減速させて駆動フレーム９００に伝達する。第２遊星歯車セット２５０は、第２太陽歯車２５１、第２遊星歯車２５２、第２キャリア２５３、及び第２リング歯車２５４を含む。

【0063】

第２太陽歯車２５１は、第１遊星歯車セット２３０の第１キャリア２３３から動力が伝達されて第２遊星歯車２５２に伝達する。第２太陽歯車２５１は、第２遊星歯車２５２の公転中心に配置される。

【0064】

第２リング歯車２５４は、第２太陽歯車２５１と同様に、第２遊星歯車セット２５０の複数の動力入力端の１つとして機能する。第２リング歯車２５４は、第１リング歯車２３４から動力が伝達されて第２遊星歯車２５２に伝達する。第２リング歯車２５４は、第２遊星歯車２５２に噛み合う内歯の他にも、ストッパモジュール２６０の第２ストッパ２６２に噛み合うための外歯を含んでもよい。図４に示すように、第２リング歯車２５４は、第１リング歯車２３４と一体に形成される。例えば、第１リング歯車２３４及び第２リング歯車２５４は、それぞれ統合リング歯車２０４の上部及び下部を構成している。この場合、第１リング歯車２３４及び第２リング歯車２５４の回転速度は同一である。

【0065】

第２遊星歯車２５２は、第２太陽歯車２５１及び第２リング歯車２５４の間で噛み合う。第２遊星歯車２５２は、第２太陽歯車２５１又は第２リング歯車２５４から動力が伝達されて自転又は公転する。ここで、公転は、第２太陽歯車２５１の回転中心を基準として行われる。

【0066】

第２キャリア２５３は、第２遊星歯車２５２の自転軸に連結され、第２太陽歯車２５１の回転中心を基準として回転する。第２キャリア２５３は、第２遊星歯車２５２の公転速度で回転する。このように、第２キャリア２５３は、第２遊星歯車セット２５０の動力出力端として機能し、駆動フレーム９００に動力を伝達する。

【0067】

弾性要素２４０は、第１キャリア２３３（第１動力伝達要素）及び第２太陽歯車２５１（第２動力伝達要素）の間を連結する。弾性要素２４０は、駆動フレーム９００上に印加される外力によって変形される。第１キャリア２３３及び第２太陽歯車２５１の間に作用するトルクにより弾性要素２４０は変形される。弾性要素２４０は、駆動フレーム９００に加えられる衝撃を吸収することにより、アクチュエータ２００の耐久性を向上させ得る。

【0068】

ストッパモジュール２６０は、回転プレート２３８を固定できる第１ストッパ２６１と、統合リング歯車２０４を固定できる第２ストッパ２６２と、第１ストッパ２６１及び第２ストッパ２６２を駆動するストッパモータ２６３を含む。

【0069】

第１ストッパ２６１が回転プレート２３８の外歯と噛み合う場合、第１キャリア２３３及び第２太陽歯車２５１の回転が拘束され、動力は、順次に第１太陽歯車２３１、第１遊星歯車２３２、第１リング歯車２３４、第２リング歯車２５４、第２遊星歯車２５２、及び第２キャリア２５３を介して駆動フレーム９００に伝えられる。

【0070】

第２ストッパ２６２が統合リング歯車２０４の外歯と噛み合う場合、第１リング歯車２３４及び第２リング歯車２５４の回転が拘束され、動力は、順次に第１太陽歯車２３１、第１遊星歯車２３２、第１キャリア２３３、弾性要素２４０、第２太陽歯車２５１、第２遊星歯車２５２、及び第２キャリア２５３を介して駆動フレーム９００に伝えられる。

【0071】

ストッパモータ２６３は、第１ストッパ２６１及び第２ストッパ２６２のいずれか１つのストッパを対応する動力伝達要素に結合させ、他の１つのストッパを対応する動力伝達要素から離隔させる。例えば、ストッパモータ２６３は、第１ストッパ２６１を回転プレート２３８の外歯に噛み合うよう固定させ、第２ストッパ２６２を統合リング歯車２０４から離隔させることで低減速モードを実現できる。異なる例として、ストッパモータ２６３は、第１ストッパ２６１を回転プレート２３８から離隔させ、第２ストッパ２６２を統合リング歯車２０４の外歯に噛み合うよう固定させることで高減速モードを実現できる。言い換えれば、ストッパモジュール２６０は、第１動力伝達要素２３３（第１キャリア）及び統合リング歯車２０４のいずれか１つを選択的に固定させることで、第１太陽歯車２３１から第２キャリア２５３までの減速比を変更し得る。

【0072】

ストッパモータ２６３は、ユーザの歩行位相を検出するセンサに電気的に接続され、第１ストッパ２６１及び第２ストッパ２６２を駆動する。例えば、ユーザが平地歩行の段階である場合、ストッパモータ２６３は、第１ストッパ２６１を回転プレート２３８の外歯に噛み合わせることで低減速モードを実現できる。異なる例として、ユーザが座った状態で立ち上がる動作を行う場合、ストッパモータ２６３は、第２ストッパ２６２を統合リング歯車２０４の外歯に噛み合わせることで高減速モードを実現できる。

【0073】

ケース２７０は、複数の動力伝達要素を収容する。ケース２７０は、外部の衝撃から複数の動力伝達要素を保護する。ケース２７０は、モータ収容部２７１、メイン収容部２７２、及びカバー２７３を含む。

【0074】

モータ収容部２７１は、モータ２１０を収容する。例えば、モータ２１０は、ドーナツ状の固定子と、固定子の内壁で回転するローター（ｒｏｔｏｒ）を含み、モータ収容部２７１は、モータ２１０を収容するために円柱状の内部中空部分を備えてもよい。

【0075】

メイン収容部２７２は、複数の動力伝達要素を収容する。例えば、メイン収容部２７２は、円柱状の内部中空部分を備え、第１遊星歯車セット２３０、弾性要素２４０、第２遊星歯車セット２５０、及びストッパモジュール２６０はメイン収容部２７２の内部中空部分に配置される。

【0076】

カバー２７３は、モータ収容部２７１及びメイン収容部２７２それぞれの一側に脱着自在に結合される。例えば、カバー２７３は、モータ収容部２７１及びメイン収容部２７２それぞれの開口を閉鎖してアクチュエータ２００の内部に水の浸透を防止する。カバー２７３は、複数の結合手段、例えば、ボルト及びナットによってモータ収容部２７１及びメイン収容部２７２のそれぞれに結合される。ユーザはカバー２７３を分離し、複数の動力伝達要素及び弾性要素２４０を容易に交替できる。

【0077】

モータ収容部２７１及びメイン収容部２７２は、モータの駆動軸２１１に垂直な方向を基準にして少なくとも一部がオーバラップする。モータ収容部２７１及びメイン収容部２７２それぞれの内部中空部分は互いに平行で隣接している。この場合、相対的に高さの高いモータ２１０が、複数の動力伝達要素、すなわち、第１遊星歯車セット２３０、弾性要素２４０、及び第２遊星歯車セット２５０と平行に隣接して配置されるため、全体アクチュエータ２００の高さを低く形成することによりユーザから突出される高さを減らすことができる。

【0078】

第１角度センサ２９１はモータ２１０に連結され、モータ２１０の駆動軸２１１の回転角度を測定する。一方、第２角度センサ２９２は、複数の動力伝達要素の出力端である第２キャリア２５３に連結され、第２キャリア２５３の回転角度を測定する。制御部（図示せず）は、第１角度センサ２９１及び第２角度センサ２９２で測定された角度に基づいて、弾性要素２４０に印加されるトルクを決定する。

【0079】

例えば、制御部は、動力伝達要素間の減速比を考慮して、第１キャリア２３３及び第２太陽歯車２５１それぞれの回転角度を決定し、それぞれの回転角度の差と弾性要素２４０の弾性係数値を乗算して、弾性要素２４０に印加されるトルクを決定する。

【0080】

駆動フレーム９００は、ユーザの一部分の運動を補助するフレームである。例えば、駆動フレーム９００はユーザの太ももの一側に連結され、ユーザの股関節の曲げ（ｆｌｅｘｉｏｎ）及び伸長（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）を補助する。なお、駆動フレーム９００が連結される位置はこれに制限されないことを明らかである。

【0081】

図６は、一実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を示す平面図であり、弾性要素が弾性変形されていない状態を示す。図７は、一実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を示す平面図であり、弾性要素が弾性変形された状態を示す。図８は、一実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、及び弾性要素を示す正面図である。

【0082】

図６～図７を参照すれば、一実施形態に係る第１動力伝達要素２３３、第２動力伝達要素２５１、及び弾性要素２４０は一体に形成される。第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１は同軸の回転運動を行い、第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１それぞれの回転角度の差によって弾性要素２４０は変形される。

【0083】

第１動力伝達要素２３３は、内部に中空部分が形成されたドーナツ状を有する。第１動力伝達要素２３３は、放射状で同じ角度だけ離隔配置されるホールを含む。ホールは、複数の第１遊星歯車２３２それぞれの回転軸が固定されている。

【0084】

弾性要素２４０は、第１動力伝達要素２３３の内壁及び第２動力伝達要素２５１の外壁の間に配置される。このような構造によれば、アクチュエータ２００の高さは減少する。弾性要素２４０は、ボディ部２４１、第１連結部２４２、及び第２連結部２４３を含む。

【0085】

ボディ部２４１は、第１動力伝達要素２３３の内壁に沿って放射状に同じ角度だけ離隔配置される。図６及び図７を参照すれば、８個のボディ部２４１が第１動力伝達要素２３３の内壁に沿って４５度の間隔で配置される。ボディ部２４１の個数は、これに制限されないことは明らかである。

【0086】

第１連結部２４２の一端は第１動力伝達要素２３３の内壁に固定され、他端はボディ部２４１のうちボディ部２４１の中心を基準にして第２動力伝達要素２５１の外壁に近い部分に固定される。例えば、第１連結部２４２は、ボディ部２４１の第１部分を取り囲む湾曲形状である。第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１が相対的に回転するとき、第１連結部２４２及びボディ部２４１の間の間隔は増加したり減少する。例えば、図６及び図７を参照すれば、第１動力伝達要素２３３が時計回りに回転する間に、相互作用力により第２動力伝達要素２５１は、第１動力伝達要素２３３の回転角度よりも小さい角度で回転し、第１連結部２４２及びボディ部２４１の間の間隔は増加する。

【0087】

第２連結部２４３は一端が第２動力伝達要素２５１の外壁に固定され、他端がボディ部２４１のうちボディ部２４１の中心を基準にして第１動力伝達要素２３３の内壁に近い部分に固定される。例えば、第２連結部２４３は、ボディ部２４１の第２部分を取り囲む湾曲形状である。前記第１部分及び第２部分は、ボディ部２４１の中心を基準にして互いに対向する部分である。第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１が相対的に回転するとき、第２連結部２４３及びボディ部２４１の間の間隔は増加したり減少する。例えば、図６及び図７を参照すれば、第１動力伝達要素２３３が時計回りに回転する間に、相互作用力により第２動力伝達要素２５１は、第１動力伝達要素２３３の回転角度よりも小さい角度で回転し、第２連結部２４３及びボディ部２４１の間の間隔は増加する。

【0088】

弾性要素２４０は、相互作用力により第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１の回転軸を基準にして同じ間隔で複数が離隔配置される。このような構造によれば、第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１の間の相対的な回転角度の範囲を制限し得る。

【0089】

複数の弾性要素２４０のうち、隣接する２つの弾性要素２４０Ａ、２４０Ｂは第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１が設定の角度だけ相対的に回転する場合、互いに接触する。例えば、隣接する２つの弾性要素２４０Ａ、２４０Ｂのいずれか１つの弾性要素２４０Ａの第１連結部２４２Ａは、他の１つの弾性要素２４０Ｂの第２連結部２４３Ｂと接触し、第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１の相対的な回転角度を制限する。例えば、関節の弱い老人の場合、関節の可動角度の範囲が大き過ぎないよう、相対的に多くの個数の弾性要素２４０を使用し、相対的な回転角度の上限値を低く設定する。

【0090】

モータ２１０が逆方向に駆動される場合、第１動力伝達要素２３３は、反時計回りに回転して相互作用力により第２動力伝達要素２５１は、第１動力伝達要素２３３の回転角度よりも小さい角度で反時計回りに回転する。この場合、ボディ部２４１及び第１連結部２４２の間の距離と、ボディ部２４１及び第２連結部２４３の間の距離は減少し、相互作用力が設定の大きさ以上である場合、ボディ部２４１は、第１連結部２４２又は第２連結部２４３に接触する。言い換えれば、ボディ部２４１、第１連結部２４２、及び第２連結部２４３は、第１動力伝達要素２３３及び第２動力伝達要素２５１の相対的な回転角度を制限する。ボディ部２４１は、湾曲形状を有する第１連結部２４２及び第２連結部２４３に面接触可能な円形状であり得る。

【0091】

図９は、他の実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素及び弾性要素を示す正面図である。

【0092】

図９を参照すれば、弾性要素３４０は、歯車トレインの出力端である平歯車３２３と、遊星歯車セットの入力端である太陽歯車３５１との間に配置される。第１角度センサは、平歯車３２３の回転角度を直接的又は間接的に測定し、第２角度センサは、太陽歯車３５１の回転角度を直接的又は間接的に測定する。制御部は、第１角度センサ及び第２角度センサで測定された角度情報に基づいて弾性要素３４０の変形角度を決定し、変形角度に基づいてアクチュエータ及び外部の間の相互作用の力を決定できる。

【0093】

図１０は、更なる実施形態に係るモータの駆動軸、複数の動力伝達要素、及び弾性要素示す正面図である。

【0094】

図１０を参照すれば、弾性要素４４０は、複数の平歯車で構成された歯車トレイン４２０内に配置される。例えば、歯車トレイン４２０は、モータの駆動軸４１１に連結されて動力が伝達される第１平歯車４２１と、第１平歯車４２１に噛み合って回転する第２平歯車４２２と、第２平歯車４２２と同軸の回転運動を行う第３平歯車４２３と、第３平歯車４２３に噛み合って回転する第４平歯車４２４を含む。

【0095】

弾性要素４４０は、同軸の回転運動を行う第２平歯車４２２と第３平歯車４２３との間に配置される。第１角度センサは、第２平歯車４２２の回転角度を直接的又は間接的に測定し、第２角度センサは、第３平歯車４２３の回転角度を直接的又は間接的に測定する。制御部は、第１角度センサ及び第２角度センサで測定された角度情報に基づいて弾性要素４４０の変形角度を決定し、変形角度に基づいてアクチュエータ及び外部の間の相互作用力を決定できる。

【0096】

図１１は、更なる実施形態に係るアクチュエータ及び駆動フレームを示すブロック図である。図１２は、更なる実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、弾性要素、フレクスプライン、及びサーキュラスプラインを示す平面図であり、弾性要素が弾性変形されていない状態を示す。図１３は、更なる実施形態に係る第１動力伝達要素、第２動力伝達要素、弾性要素、フレクスプライン、及びサーキュラスプラインを示す平面図であり、弾性要素が弾性変形された状態を示す。

【0097】

図１１～図１３を参照すれば、アクチュエータ５００は、モータ５１０、減速機５２０、第１角度センサ５９１、及び第２角度センサ５９２を含む。減速機５２０は、直列に動力を伝達する歯車トレイン５３０、弾性要素５４０、及びハーモニックドライブ（登録商標）５５０を含む。ハーモニックドライブ５５０は、ウェーブジェネレータ５５１、フレクスプライン５５２、及びサーキュラスプライン５５３を含む。

【0098】

ウェーブジェネレータ５５１は楕円状である。ウェーブジェネレータ５５１の外周面には複数のボールベアリングが備えられる。ウェーブジェネレータ５５１は、弾性要素５４０から動力が伝達されて回転する。ウェーブジェネレータ５５１は、ハーモニックドライブ５５０の入力端である。

【0099】

フレクスプライン５５２は、金属の弾性体である。フレクスプライン５５２は、楕円状を有するウェーブジェネレータ５５１の回転によって弾性変形される。フレクスプライン５５２は、ハーモニックドライブ５５０の出力端である。フレクスプライン５５２は、外周面上に外歯を備える。

【0100】

サーキュラスプライン５５３は、リング状である。サーキュラスプライン５５３は、内周面上にフレクスプライン５５２の外歯と噛み合う内歯を備える。サーキュラスプライン５５３の内歯の個数は、フレクスプライン５５２の外歯の個数よりも多い。フレクスプライン５５２の長軸の両端部は、サーキュラスプライン５５３の内周面に噛み合い、フレクスプライン５５２の短軸の両端部は、サーキュラスプライン５５３の内周面から離隔される。

【0101】

弾性要素５４０は、同軸の回転運動を行う歯車トレイン５３０の出力端である平歯車５３１と、ハーモニックドライブ５５０の入力端であるウェーブジェネレータ５５１（ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の間に配置される。弾性要素５４０は、アクチュエータ５００と駆動フレーム９００との間の相互作用力によって変形する。

【0102】

上述したように、図面に基づいて実施形態が説明されたが、当該の技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記の記載から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順に実行されたり、及び／又は説明された構造、装置などの構成要素が説明された方法と異なる形態に結合又は組み合わせられたり、他の構成要素又は均等物によって置換されても適切な結果が達成できる。したがって、実施形態修正及び変形並びに特許請求の範囲と均等なものなども後述する特許請求の範囲に属する。

【符号の説明】

【0103】

１００、２００：アクチュエータ
１３０：第１動力伝達要素
１５０：第２動力伝達要素
１４０、２４０：弾性要素
１１０、２１０：モータ
９００：駆動フレーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】