特許 7605549 運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットとその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットとその制御方法

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20241217BHJP

【ＦＩ】

B25J11/00 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2024185177

(22)【出願日】2024-10-21

【審査請求日】2024-10-21

(31)【優先権主張番号】202410129584.6

(32)【優先日】2024-01-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516333551

【氏名又は名称】東莞理工学院

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】劉 亜

(72)【発明者】

【氏名】盧 文娟

(72)【発明者】

【氏名】曽 達幸

(72)【発明者】

【氏名】侯 雨雷

(72)【発明者】

【氏名】范 徳斌

(72)【発明者】

【氏名】何 国林

【審査官】杉山 悟史

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５０６２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１４６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０５８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００７１８１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２５Ｊ １／００ ～ ２１／０２

Ａ６１Ｈ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線補償手段、ロープ巻出・巻取手段、滑車偏向手段、支持手段及びロープを含み、
軸線補償手段は、支柱、固定部、両アーム機構、転回フレーム、ばね、踏み板接続フレーム、踏み板スライドレール、踏み板、つまみ及び姿勢センサーを含み、支柱が支持手段内に対称的に設置され、支柱における第一端面が支持手段の底板に接続され、固定部が支柱における第二端面に接続され、転回フレームが両側に、共に両アーム機構を介して固定部に転回するように接続され、ばねは、第一端が転回フレームに固定するように接続される一方、第二端が踏み板接続フレームの支持アームに転回するように接続され、踏み板接続フレームにおける支持板は、両側において踏み板スライドレールに対称的に設置され、踏み板が踏み板スライドレールに摺動するように接続され、つまみが踏み板スライドレールを貫通して踏み板にネジ接続され、姿勢センサーが踏み板に接続されており、
ロープ巻出・巻取手段は、底板に設置され、ロープ巻出・巻取手段は、モーター、巻き胴軸、巻き胴、第一ギア、ギアフレーム、第二ギア、ギア軸、第三ギア、カム部、第四ギア、案内棒及び同期ブロックを含み、巻き胴軸の第一回転軸が継手を介してモーターの出力軸に接続され、巻き胴が巻き胴軸の案内軸に摺動するように接続され、巻き胴軸の第二回転軸が軸受座を介して底板に転回するように接続され、第一ギアが巻き胴軸の第一回転軸に接続され、ギアフレームが巻き胴の一方側の位置に設置され、第二ギアがギア軸を介してギアフレームに転回するように接続され共に、第二ギアが第一ギアにかみ合うように転動し、第三ギアがギア軸に接続され、カム部のカム軸がギアフレームに転回するように接続され、第四ギアがカム軸に接続されると共に第四ギアが第三ギアにかみ合うように転動し、案内棒がカム部の一方側の位置に設置されると共に案内棒の両端がギアフレームに接続され、同期ブロックのスライドブロックが案内棒に摺動するように接続され、同期ブロックの柱状案内ブロックがカム部のカム溝に摺動するように接続され、同期ブロックの駆動ブロックが巻き胴に摺動するように接続されており、
滑車偏向手段は、支持座、軸受ブロック、揺動部、揺動滑車、ラック、引きばね座及び引きばねを含み、軸受ブロックが支持座の第一端面に接続され、揺動部が軸受ブロックに転回するように接続され、揺動部が支持座の摺動溝が摺動するように接続、揺動滑車は、揺動部の中央位置に設置され、ラックがラック座を介して支持座に設置されると共に、ラックがラック座に摺動するように接続され、ラックが揺動部にかみ合うように転動され、引きばねの第一端が引きばね座を介してラックに接続され、引きばねの第二端がラック座に接続される、ことを特徴とする運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項2】

支持手段は、底板、フレームワーク、上面板、腿部フレーム、腿部装具及びユニバーサルホイールを含み、フレームワークの第一端面が底板の第一端面に接続され、上面板の第一端面がフレームワークの第二端面に接続され、腿部フレームが上面板の第二端面に接続され、腿部装具が腿部フレームに接続され、ユニバーサルホイールが底板の第二端面の四つの隅部に設置される、ことを特徴とする請求項１に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項3】

両アーム機構は、アーム支持座、第一アーム、第二アーム、移動座及びダンパーを含み、アーム支持座が固定部に接続され、第一アームと第二アームとの第一端が共に、アーム支持座に転回するように接続され、第一アームと第二アームとの第二端が共に、移動座に転回するように接続され、第一アームと第二アームとが平行するように設置され、ダンパーの第一端がアーム支持座に転回するように接続、ダンパーの第二端が移動座に転回するように接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項4】

滑車偏向手段、ロープ巻出・巻取手段及びロープは、それらの数が同じであり、底板における四つの隅部は、それぞれ、四つのロープ巻出・巻取手段が設置され、少なくとも二つのロープ巻出・巻取手段が底板に対称的に斜めで設置され、滑車偏向手段は、上面板に少なくとも四つだけ設置され、少なくとも二つだけの滑車偏向手段が底板に対称的に設置され、底板における四つの隅部に定滑車がさらに設置されており、少なくとも四つのロープの第一端が四つの隅部に位置するロープ巻出・巻取手段の巻き胴と巻かれ、四つのロープの第二端が順に定滑車を巻き回してから、上面板に位置する滑車偏向手段の揺動滑車及び踏み板接続フレームの支持板に接続され、少なくとも二つだけのロープの第一端が、斜めで設置されているロープ巻出・巻取手段の巻き胴と巻かれ、二つのロープの第二端が底板に設置されている滑車偏向手段の揺動滑車を巻き回してから踏み板接続フレームの支持板に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項5】

巻き胴軸は、回転盤、案内軸、第一回転軸及び第二回転軸を含み、案内軸は、円周に回って二つの回転盤間に分布し、第一回転軸と第二回転軸とが共に回転盤に接続され、回転盤、案内軸、第一回転軸及び第二回転軸は、それらの軸線が共に同じである、ことを特徴とする請求項１に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項6】

カム部は、カム、カム溝及びカム軸を含み、カム溝は、カムに回って設置され、カム軸がカムの両端に設置される、ことを特徴とする請求項１に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項7】

同期ブロックは、スライドブロック、柱状案内ブロック及び駆動ブロックを含み、柱状案内ブロックがスライドブロックの第一端面に設置されると共に、カム部におけるカム溝との接触端が半球形とされ、駆動ブロックがスライドブロックの第二端面に設置され、巻き胴における一方側の位置が円弧状凹溝に設置され、駆動ブロックが円弧状凹溝に摺動するように接続される、ことを特徴とする請求項５に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項8】

揺動部は、揺動ブロック、第五ギア及び転回軸を含み、揺動ブロックが支持座の摺動溝に摺動するように接続され、第五ギアが揺動ブロックの一方側の位置に設置されると共に第五ギアがラックにかみ合うように転動され、転回軸が揺動ブロックにおける第二端面の中央位置に設置され、転回軸が軸受ブロックに転回するように接続され、転回軸の軸線と揺動滑車の滑車とは、接線が重なり合う、ことを特徴とする請求項１に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項9】

踏み板接続フレームは、支持アームと支持板を含み、支持アームと支持板が垂直的に設置され、支持アームは、末端に貫通穴が設置され軸線補償手段の軸受に接続され、支持板における四つの隅部に溝穴が設けられ、ロープは、溝穴を介して支持板に接続され、転回フレームは、両側の末端位置に空心柱体が対称的に設置され、移動座にソリッド柱体が設置され、空心柱体の内側がソリッド柱体に転回しながら摺動するように接続される、ことを特徴とする請求項１に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット。

【請求項10】

請求項１～９のいずれか一項に記載の運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットの制御方法であって、
足部を踏み板に置き、包帯により踏み板に固定、つまみにより踏み板と転回フレームとの距離を調節し、足関節の軸線と転回フレームの転回軸線とが重なり合うようにして、腿部をバンドリングにより腿部装具と共に固定するステップＳ１と、
全体座標系と局所座標系とをそれぞれ作成し、両側の支柱の底部における接続線の中心点を原点Ｏとして全体座標系ＯＸｂＹｂＺｂを作成し、踏み板の半円の円心を座標原点Ｑとして局所座標系ＱＸａＹａＺａを作成し、転回フレームの転回軸線と軸受の軸線との交差点を座標原点Ｐとして局所座標系ＰＸＹＺを作成し、ＡｉがロープＬｉと運動プラットフォームとの接続点であり、ＢｉがロープＬｉと揺動滑車との接続点であり、そのうち、ｉ＝１、２、３、４、５、６である、ステップＳ２と、
局所座標系、及び、踏み板につき、Ｘ軸に対する回転角度α、Ｙ軸に対する回転角度β、Ｚ軸に対する回転角度γに基づいて、ＺＹＸオイラー角により踏み板の姿勢を表現すると、局所座標系ＰＸＹＺに対する局所座標系ＱＸａＹａＺａの回転行列がＰＲＱになるステップＳ３と、
幾何特性及びベクトル平行四角形に従って、各ロープの長さｌｉをロープ接続点と座標点との間の関係により表現すると、具体的な表現式が

各パラメーター点をロープ長さｌｉの表現式に代入すると、各ロープの長さと踏み板転回角度との間の具体的な関係値を取得するステップＳ５と、
踏み板が転回することに必要な角度に基づいて、計算により各モーターの転回角度を取得し、コントローラーにより、各モーターの転回角度を制御し、各ロープの伸縮を実現することにより、軸線に対する踏み板の転回を実現し、姿勢センサーにより踏み板の姿態データをリアルタイムで検知してコントローラーにフィードバックすることにより各モーターの伸縮量をリアルタイムで調整するステップＳ６と、を含む、ことを特徴とする運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、運動ロボットの技術分野に関し、特に、運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット及びその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

足関節が運動をしている過程に損傷が発生してしまうということを避けるために、現在、数多くの足関節の運動ロボットが、固定される転回軸線に基づいて研究されている。生体の回転中心とロボットの回転中心とが合致するように実現することが難しい。足関節が運動をしている過程に、運動軸線が常に変化しているので、簡単な剛性等の効果により、人体運動軸線との重なり合いを実現することが難しい。また、剛性機構は、慣性による衝突が大きく、従順性が弱く、運動や訓練をしている過程に、剛性接続棒が、有害な衝突を生じやすい。

【0003】

中国特許出願であるＣＮ２０１２１０５５５８１６．１は、下腿運動訓練に用いられる外骨格ロボット及びその運動制御方法を開示しており、ロボットは、支持バランスフレーム、外骨格機械腿、トレッドミル及び制御システムを含み、運動制御方法は、被動歩行運動モードと主動歩行運動モードをそれぞれ提供し、被動歩行運動モードでは、制御ロボットにより、操作者が特定の運動を完了し又は正確な生理学歩行姿態の軌跡に従って運動するように連動しており、主動歩行運動モードでは、間接的に修正が終わり、又は、自己適応コントローラーにより、操作者に望ましい歩行訓練軌跡が発生するまで、ロボットにより操作者に限った異常運動を抑制し、ロボットにより歩行運動に補助力や抵抗力をかけるという目的を間接的に実現する。しかしながら、同出願は、運動をしている過程に足関節に現れる変化に完全的に備えることができず、ロボットの運動軸線と生体運動軸線との重なり合いを完全に実現することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

故に、軸線を自動的に補償し、軸線を運動過程における変化に自己適応させる、運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット及びその制御方法を提供することが必要になる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

従来技術に存在している問題に対しては、本発明が運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット及びその制御方法を提供しており、両アーム機構とばねにより、足関節の運動軸線とロボットの運動軸向をあてはめるように実現し、運動をしている過程に損傷が発生してしまうということを避け、ロープ巻出・巻取手段により、モーターの転回角度に従ってロープの伸縮を正確に制御し、滑車偏向手段によりロープと滑車との摩擦を抑制し、ロープの方向を変えることが一層易くなり、各手段を互いに組み合わせることにより、足関節における背屈・底屈、内反・外反、内外旋を実現して、足関節の運動や訓練ができる。

【0006】

本発明は、軸線補償手段、ロープ巻出・巻取手段、滑車偏向手段、支持手段及びロープを含み、軸線補償手段は、支柱、固定部、両アーム機構、転回フレーム、ばね、踏み板接続フレーム、踏み板スライドレール、踏み板、つまみ及び姿勢センサーを含み、支柱が支持手段内に対称的に設置され、支柱の第一端面が支持手段の底板に接続され、固定部が支柱の第二端面に接続され、転回フレームは、両側に、共に、両アーム機構を介して、固定部に転回するように接続され、ばねの第一端が転回フレームに固定するように接続され、ばねの第二端が踏み板接続フレームの支持アームに転回するように接続され、踏み板接続フレームの支持板は、両側に、踏み板スライドレールが対称的に設置され、踏み板が踏み板スライドレールに摺動するように接続、つまみ、踏み板スライドレールを貫通して踏み板にネジ接続され、姿勢センサーが踏み板に接続され、ロープ巻出・巻取手段が底板に設置され、ロープ巻出・巻取手段は、モーター、巻き胴軸、巻き胴、第一ギア、ギアフレーム、第二ギア、ギア軸、第三ギア、カム部、第四ギア、案内棒及び同期ブロックを含み、巻き胴軸の第一回転軸が継手を介して、モーターの出力軸に接続され、巻き胴が巻き胴軸の案内軸に摺動するように接続され、巻き胴軸の第二回転軸が軸受座を介して底板に転回するように接続、第一ギアが巻き胴軸の第一回転軸に接続され、ギアフレームが巻き胴の一方側の位置に設置され、第二ギアがギア軸を介して、ギアフレームに転回するように接続されると共に、第二ギアが第一ギアにかみ合うように転動され、第三ギアがギア軸に接続され、カム部のカム軸がギアフレームに転回するように接続され、第四ギアがカム軸に接続されると共に第四ギアが第三ギアにかみ合うように転動され、案内棒がカム部の一方側の位置に設置され、案内棒の両端がギアフレームに接続され、同期ブロックのスライドブロックが案内棒に摺動するように接続され、同期ブロックの柱状案内ブロックがカム部のカム溝に摺動するように接続され、同期ブロックの駆動ブロックが巻き胴に摺動するように接続され、滑車偏向手段は、支持座、軸受ブロック、揺動部、揺動滑車、ラック、引きばね座及び引きばねを含み、軸受ブロックが支持座の第一端面に接続され、揺動部が軸受ブロックに転回するように接続され、揺動部が支持座の摺動溝に摺動するように接続され、揺動滑車が揺動部の中央位置に設置され、ラックがラック座を介して、支持座に設置されると共にラックがラック座に摺動するように接続され、ラックが揺動部にかみ合うように転動され、引きばねの第一端が引きばね座を介して、ラックに接続され、引きばねの第二端がラック座に接続される、運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットを提供する。

【0007】

好ましくは、支持手段は、底板、フレームワーク、上面板、腿部フレーム、腿部装具及びユニバーサルホイールを含み、フレームワークの第一端面が底板の第一端面に接続され、上面板の第一端面がフレームワークの第二端面に接続され、腿部フレームが上面板の第二端面に接続され、腿部装具が腿部フレームに接続され、ユニバーサルホイールが底板における第二端面四つの隅部に設置される。

【0008】

好ましくは、両アーム機構は、アーム支持座、第一アーム、第二アーム、移動座及びダンパーを含み、アーム支持座が固定部に接続され、第一アームと第二アームとの第一端が共にアーム支持座に転回するように接続され、第一アームと第二アームとの第二端が共に移動座に転回するように接続され、第一アームと第二アームとが平行するように設置され、ダンパーの第一端がアーム支持座に転回するように接続され、ダンパーの第二端が移動座に転回するように接続される。

【0009】

好ましくは、滑車偏向手段、ロープ巻出・巻取手段及びロープは、それらの数が同じであり、底板における四つの隅部にそれぞれ四つのロープ巻出・巻取手段が設置され、少なくとも二つだけのロープ巻出・巻取手段が対称的に底板に斜め設置され、滑車偏向手段は、上面板に少なくとも四つだけ設置され、少なくとも二つの滑車偏向手段が底板に対称的に設置され、底板における四つの隅部に定滑車がさらに設置されており、少なくとも四つのロープの第一端が四つの隅部に位置するロープ巻出・巻取手段の巻き胴と巻かれ、四つのロープの第二端が順に定滑車を巻き回して上面板に位置する滑車偏向手段の揺動滑車と踏み板接続フレームの支持板に接続され、少なくとも二つのロープの第一端が、斜め手設置されているロープ巻出・巻取手段の巻き胴と巻かれ、二つのロープの第二端が底板に設置されている滑車偏向手段の揺動滑車と踏み板接続フレームの支持板に接続される。

【0010】

好ましくは、巻き胴軸は、回転盤、案内軸、第一回転軸及び第二回転軸を含み、案内軸は、円周に回って二つの回転盤間に分布し、第一回転軸と第二回転軸とが共に回転盤に接続され、回転盤、案内軸、第一回転軸及び第二回転軸は、それらの軸線が共に同じである。

【0011】

好ましくは、カム部は、カム、カム溝及びカム軸を含み、カム溝は、カムに回って設置され、カム軸がカムの両端に設置される。

【0012】

好ましくは、同期ブロックは、スライドブロック、柱状案内ブロック及び駆動ブロックを含み、柱状案内ブロックがスライドブロックの第一端面に設置されると共に、カム部におけるカム溝との接触端が半球形とされ、駆動ブロックがスライドブロックの第二端面に設置され、巻き胴における一方側の位置が円弧状凹溝に設置され、駆動ブロックが円弧状凹溝に摺動するように接続される。

【0013】

好ましくは、揺動部は、揺動ブロック、第五ギア及び転回軸を含み、揺動ブロックが支持座の摺動溝に摺動するように接続され、第五ギアが揺動ブロックの一方側の位置に設置されると共に第五ギアがラックにかみ合うように転動され、転回軸が揺動ブロックにおける第二端面の中央位置に設置され、転回軸が軸受ブロックに転回するように接続され、転回軸の軸線と揺動滑車の滑車とは、接線が重なり合う。

【0014】

好ましくは、踏み板接続フレームは、支持アームと支持板を含み、支持アームと支持板が垂直的に設置され、支持アームは、末端に貫通穴が設置され軸線補償手段の軸受に接続され、支持板における四つの隅部に溝穴が設けられ、ロープは、溝穴を介して支持板に接続され、転回フレームは、両側の末端位置に空心柱体が対称的に設置され、移動座にソリッド柱体が設置され、空心柱体の内側がソリッド柱体に転回しながら摺動するように接続される。

【0015】

本発明の第二態様によると、前記運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットの制御方法であって、
足部を踏み板に置き、包帯により踏み板に固定、つまみにより踏み板と転回フレームとの距離を調節し、足関節の軸線と転回フレームの転回軸線とが重なり合うようにして、腿部をバンドリングにより腿部装具と共に固定するステップＳ１と、
全体座標系と局所座標系とをそれぞれ作成し、両側支柱底部における接続線の中心点を原点Ｏとして全体座標系ＯＸｂＹｂＺｂを作成し、踏み板の半円の円心を座標原点Ｑとして局所座標系ＱＸａＹａＺａを作成し、転回フレームの転回軸線と軸受の軸線との交差点を座標原点Ｐとして局所座標系ＰＸＹＺを作成し、ＡｉがロープＬｉと運動プラットフォームとの接続点であり、ＢｉがロープＬｉと揺動滑車との接続点であり、そのうち、ｉ＝１、２、３、４、５、６である、ステップＳ２と、
局所座標系、及び、踏み板につき、Ｘ軸に対する回転角度α、Ｙ軸に対する回転角度β、Ｚ軸に対する回転角度γに基づいて、ＺＹＸオイラー角により踏み板の姿勢を表現すると、局所座標系ＰＸＹＺに対する局所座標系ＱＸａＹａＺａの回転行列がＰＲＱになるステップＳ３と、
幾何特性及びベクトル平行四角形に従って、各ロープの長さｌｉをロープ接続点と座標点との間の関係により表現すると、具体的な表現式が

各パラメーター点をロープ長さｌｉの表現式に代入すると、各ロープの長さと踏み板転回角度との間の具体的な関係値を取得するステップＳ５と、
踏み板が転回することに必要な角度に基づいて、算出により各モーターの転回角度を取得し、コントローラーにより各モーターの転回角度を制御し、各ロープの伸縮を実現することにより、軸線に対する踏み板の転回を実現し、姿勢センサーにより踏み板の姿態データをリアルタイムで検知してコントローラーにフィードバックすることにより各モーターの伸縮量をリアルタイムで調整するステップＳ６と、を含む、運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットの制御方法を提供する。

【発明の効果】

【0016】

本発明の特性と有益な効果が以下の通りである。

【0017】

本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットは、軸線補償手段における両アーム機構により、運動軸線をリアルタイムで補償し、足関節の運動軸線とロボット的運動軸線をあてはめるように実現し、運動をしている過程において足関節に損傷が発生してしまうということを避けることができる。

【0018】

本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットは、ロープ巻出・巻取手段により、動力を提供することにより、ロープが踏み板の転回を牽引し、慣性による衝突が小さくなり、腿部装具により人体腿部を固定し、各手段を互いに組み合わせることにより、足関節における背屈・底屈、内反・外反、内旋・外旋を実現して、足関節の運動や訓練が実現できる。

【0019】

本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットは、ロープ巻出・巻取手段により、巻き胴が転回しながら移動するように実現し、ロープが巻き胴を均一で巻くことにより、ロープが巻くときに生じる振動によりロープに混乱が生じてしまうことを避け、モーターの転回角度に従ってロープの伸縮を正確で算出しながら制御することができる。

【0020】

本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットは、滑車偏向手段により、駆動ロープが踏み板を転回させるときに、定滑車が適当的に転回し、ロープ方向を自己適応させ、ロープと滑車との摩擦を抑制し、ロープの方向を変えることが一層なりやすい。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットの構成全体を示すモード図である。

【図2】本発明に係る軸線補償手段の構成を示すモード図である。

【図3】本発明に係る両アーム機構の構成を示すモード図である。

【図4】本発明に係るロープ巻出・巻取手段の構成を示すモード図である。

【図5】本発明に係る滑車偏向手段を正面から示すモード図である。

【図6】本発明に係る滑車偏向手段の構成を示すモード図である。

【図7】本発明に係るロープ巻出・巻取手段の位置を示すモード図である。

【図8】本発明に係る滑車偏向手段に力を受けられる分析を示すモード図である。

【図9】本発明に係る全体に力を受けられる分析を示すモード図である。

【図10】本発明に係る全体に力を受けられる分析を左側から示すモード図である。

【図11】本発明に係る幾何モデルを示すモード図である。

【図12a】本発明に係る各ロープと踏み板角度との変化グラフを示すモード図である。

【図12b】本発明に係る各ロープと踏み板角度との変化グラフを示すモード図である。

【図12c】本発明に係る各ロープと踏み板角度との変化グラフを示すモード図である。

【図13a】本発明に係る各駆動ロープとＸ軸、Ｙ軸に対する踏み板の複合運動との変化グラフを示すモード図である。

【図13b】本発明に係る各駆動ロープとＸ軸、Ｙ軸に対する踏み板の複合運動との変化グラフを示すモード図である。

【図13c】本発明に係る各駆動ロープとＸ軸、Ｙ軸に対する踏み板の複合運動との変化グラフを示すモード図である。

【図13d】本発明に係る各駆動ロープとＸ軸、Ｙ軸に対する踏み板の複合運動との変化グラフを示すモード図である。

【図13e】本発明に係る各駆動ロープとＸ軸、Ｙ軸に対する踏み板の複合運動との変化グラフを示すモード図である。

【図13f】本発明に係る各駆動ロープとＸ軸、Ｙ軸に対する踏み板の複合運動との変化グラフを示すモード図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の技術内容、構成特徴や達成しようとする目的と効果を明確に説明するためには、以下、明細書と共に図面を参照しながら、以下の通り、詳しく説明する。

【0023】

本発明が提供する運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットは、図１に示すように、軸線補償手段１、ロープ巻出・巻取手段２、滑車偏向手段３、支持手段４、定滑車５及びロープ６を含み、軸線補償手段１、ロープ巻出・巻取手段２、滑車偏向手段３、定滑車５及びロープ６は、共に、支持手段４に設置され、ロープ巻出・巻取手段２、滑車偏向手段３及び定滑車５は、軸線補償手段１の両側に対称的に設置される。支持手段４は、底板４１、フレームワーク４２、上面板４３、腿部フレーム４４、腿部装具４５及びユニバーサルホイール４６を含み、フレームワーク４２における第一端面が底板４１の第一端面に接続され、上面板４３における第一端面がフレームワーク４の第二端面に接続され、腿部フレーム４４が上面板４３の第二端面に接続され、腿部装具４５が腿部フレーム４４に接続され、ユニバーサルホイール４６が底板４１における第二端面の四つの隅部に設置される。

【0024】

図２と図３に示すように、軸線補償手段１は、支柱１０１、固定部１０２、両アーム機構１０３、転回フレーム１０４、ばね１０５、ばね座１０６、軸受１０７、係合リング１０８、踏み板接続フレーム１０９、踏み板スライドレール１１０、踏み板１１１、つまみ１１２及び姿勢センサー１１３を含み、支柱１０１は、支持手段４に対称的に設置され、支柱１０１の第一端面が支持手段４の底板４１に接続され、固定部１０２が支柱１０１の第二端面に接続され、転回フレーム１０４は、両側に、共に、両アーム機構１０３を介して、固定部１０２に転回するように接続され、ばね１０５の第一端が転回フレーム１０４に固定するように接続され、ばね１０５の第二端がばね座１０６に接続され、ばね座１０６が軸受１０７と係合リング１０８とを介して、踏み板接続フレーム１０９の支持アーム１０９１に転回するように接続され、踏み板接続フレームの支持板は、両側に、踏み板スライドレールが対称的に設置され、踏み板スライドレール１１０が踏み板接続フレーム１０９における支持板１０９２の両側に対称的に設置され、踏み板１１１が踏み板スライドレール１１０に摺動するように接続され、つまみ１１２が踏み板スライドレール１１０を貫通して踏み板１１１にネジ接続され、姿勢センサー１１３が踏み板１１１に接続される。両アーム機構１０３は、アーム支持座１０３１、第一アーム１０３２、第二アーム１０３３、移動座１０３４及びダンパー１０３５を含み、アーム支持座１０３１が固定部１０２に接続され、第一アーム１０３２と第二アーム１０３３との第一端が共に、アーム支持座１０３１に転回するように接続され、第一アーム１０３２と第二アーム１０３３との第二端が共に、移動座１０３４に転回するように接続され、第一アーム１０３２と第二アーム１０３３とが平行するように設置され、ダンパー１０３５の第一端がアーム支持座１０３１に転回するように接続され、ダンパー１０３５の第二端が移動座１０３４に転回するように接続される。踏み板接続フレーム１０９は、支持アーム１０９１と支持板１０９２とを含み、支持アーム１０９１と支持板１０９２とが垂直に設置され、支持アーム１０９１は、末端に軸受１０７と接続される貫通穴が設置され、支持板１０９２における四つの隅部に溝穴が設けられ、ロープ６が溝穴を介して、支持板１０９２に接続される。転回フレーム１０４は、両側の末端位置に、空心柱体が対称的に設置され、移動座１０３４にソリッド柱体が設置され、空心柱体の内側がソリッド柱体に転回しながら摺動するように接続される。

【0025】

図４に示すように、ロープ巻出・巻取手段２は、底板４１に設置される。ロープ巻出・巻取手段２は、モーターフレーム２０１、モーター２０２、巻き胴２０３、継手２０４、巻き胴２０５、軸受座２０６、第一ギア２０７、ギアフレーム２０８、第二ギア２０９、ギア軸２１０、第三ギア２１１、カム部２１２、第四ギア２１３、案内棒２１４及び同期ブロック２１５を含み、モーターフレーム２０１が支持手段４の底板４１に接続され、モーター２０２の取り付け端がモーターフレーム２０１に接続され、巻き胴２０３の第一回転軸２０３３が継手２０４を介して、モーター２０２の出力軸に接続され、巻き胴２０５が巻き胴２０３の案内軸２０３２に摺動するように接続され、巻き胴の第二回転軸が軸受座を介して、底板に転回するように接続され、つまり、軸受座２０６が巻き胴２０３の第二回転軸２０３４に転回するように接続され、軸受座２０６の固定端が底板４１に接続され、第一ギア２０７が巻き胴２０３の第一回転軸２０３３に接続され、ギアフレーム２０８が巻き胴２０５の一方側の位置に設置されると共に底板４１に接続され、第二ギア２０９は、ギア軸２１０を介して、ギアフレーム２０８に転回するように接続されると共に第二ギア２０９が第一ギア２０７にかみ合うように転動され、第三ギア２１１がギア軸２１０に接続され、カム部２１２のカム軸２１２３がギアフレーム２０８に転回するように接続され、第四ギア２１３がカム軸２１２３に接続されると共に第四ギア２１３が第三ギア２１１にかみ合うように転動され、案内棒２１４がカム部２１２の一方側の位置に設置されると共に、案内棒２１４の両端がギアフレーム２０８に接続され、同期ブロック２１５のスライドブロック２１５１が案内棒２１４に摺動するように接続され、同期ブロック２１５の柱状案内ブロック２１５２がカム部２１２のカム溝２１２２に摺動するように接続され、同期ブロック２１５の駆動ブロック２１５３が巻き胴２０５に摺動するように接続される。巻き胴２０３は、回転盤２０３１、案内軸２０３２、第一回転軸２０３３及び第二回転軸２０３４を含み、案内軸２０３２が円周に回って二つの回転盤２０３１の間に分布され、第一回転軸２０３３と第二回転軸２０３４とが共に回転盤２０３１に接続され、回転盤２０３１、案内軸２０３２、第一回転軸２０３３及び第二回転軸２０３４は、それらの軸線が共に同じである。カム部２１２は、カム２１２１、カム溝２１２２及びカム軸２１２３を含み、カム溝２１２２は、カム２１２１に回って設置され、カム軸２１２３がカム２１２１の両端に設置される。同期ブロック２１５は、スライドブロック２１５１、柱状案内ブロック２１５２及び駆動ブロック２１５３を含み、柱状案内ブロック２１５２がスライドブロック２１５１の第一端面に設置されると共に、カム部２１２におけるカム溝２１２２との接触端が半球形とされ、駆動ブロック２１５３がスライドブロック２１５１の第二端面に設置され、巻き胴２０５は、一方側の位置に円弧状凹溝が設置され、駆動ブロック２１５３が円弧状凹溝に摺動するように接続される。

【0026】

図５と図６に示すように、滑車偏向手段３は、支持座３１、軸受ブロック３２、揺動部３３、揺動滑車３４、ラック座３５、ラック３６、引きばね座３７及び引きばね３８を含み、軸受ブロック３２が支持座３１の中央位置に設置されると共に、軸受ブロック３２が支持座３１の第一端面に接続され、揺動部３３の転回軸３３３が軸受ブロック３２に転回するように接続され、揺動部３３の揺動ブロック３３１が支持座３１の摺動溝に摺動するように接続され、揺動滑車３４が揺動部３３における第一端面の中央位置に設置され、ラックがラック座を介して、支持座に設置され、つまり、ラック座３５が支持座３１の第一端面に対称的に設置され、ラック３６がラック座３５に摺動するように接続されると共に、ラック３６が揺動部３３の第五ギア３３２にかみ合うように転動され、引きばね座３７がラック３６の両端に対称的に設置され、引きばねの第一端が引きばね座を介して、ラックに接続され、つまり、引きばね３８の第一端が引きばね座３７に接続され、引きばね３８の第二端がラック座３５に接続される。揺動部３３は、揺動ブロック３３１、第五ギア３３２及び転回軸３３３を含み、揺動ブロック３３１が支持座３１の摺動溝に摺動するように接続され、第五ギア３３２が不完全ギアであり、第五ギア３３２が揺動ブロック３３１の一方側の位置に設置されると共に、第五ギアがラックにかみ合うように転動される。転回軸３３３は、揺動ブロック３３１における第二端面の中央位置に設置され、転回軸が軸受ブロックに転回するように接続され、転回軸３３３の軸線と揺動滑車３４の滑車接線とが重なり合う。

【0027】

滑車偏向手段、ロープ巻出・巻取手段及びロープは、それらの数が同じであり、ロープ巻出・巻取手段２は、六つだけ設置され、底板における四つの隅部に、それぞれ、四つだけのロープ巻出・巻取手段が設置され、つまり、その四つのロープ巻出・巻取手段２が底板４１における第一端面の四つの隅部に対称的に設置され、そのうち、少なくとも二つだけのロープ巻出・巻取手段２が底板４１の第一端面に対称的に斜めで設置され。滑車偏向手段３は、六つだけ設置される。滑車偏向手段は、上面板に少なくとも四つだけ設置され、つまり、上面板４３の第一端面に、そのうちの少なくとも四つだけ対称的に設置され、少なくとも二つだけの滑車偏向手段が底板４１の第一端面に対称的に設置される。底板は、四つの隅部に、定滑車がさらに設置され、つまり、定滑車５が底板４１における第一端面四つの隅部に設置される。ロープ６は、六つだけ設置され、そのうちの少なくとも四つだけのロープは、第一端が四つの隅部におけるロープ巻出・巻取手段２の巻き胴２０５を巻き、第二端が順に定滑車５を巻き回してから上面板に位置する滑車偏向手段３の揺動滑車３４と踏み板接続フレーム１０９の支持板１０９２とに接続される。そのうち、少なくとも二つだけのロープは、第一端が、斜めで設置されているロープ巻出・巻取手段２の巻き胴２０５を巻き、第二端が底板４１における滑車偏向手段３の揺動滑車３４に巻き回すように設置され、踏み板接続フレーム１０９の支持板１０９２に接続される。

【0028】

図７に示すように、ロープ巻出・巻取手段 Ａ ２１、ロープ巻出・巻取手段Ｂ ２２、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、及び、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４は、底板４１における第一端面の四つの隅部に対称的に設置されている四つのロープ巻出・巻取手段であり、ロープ巻出・巻取手段Ｅ ２５、ロープ巻出・巻取手段Ｆ ２６は、底板４１における第一端面に対称的に斜めで設置されている二つのロープ巻出・巻取手段である。

【0029】

図８に示すように、Ｔｉは、それぞれ、六つのロープの引き力であり、そのうち、ｉ＝１、２、３、４、５、６であり、Ｔｉ１が揺動滑車の転回軸線と平行するロープの分力、Ｔｉ２が揺動滑車の転回軸線と垂直する分力、Ｆ２がラック３６に対する揺動部３３の作用力、Ｆ３がラック３６に対する引きばね３８の作用力、Ｌが支持座３１の中心線、θがロープと中心線Ｌとの間の夾角、Ｏが揺動部３３の転回軸の円心である。ロープが偏向した場合には、揺動滑車３４にロープの分力Ｔｉ１を受けられ、揺動滑車３４がＯ点に回して偏向になり、揺動部３３がラック３６に対して作用力Ｆ２を発生し、ラック３６がΔｘだけ移転になり、左側引きばねが伸びる。フックの法則Ｆ＝ｋΔｘによるとわかるように、引きばねによる引き力Ｆ３が増える。ロープ６と中心線Ｌとの間の角度θが増えると、Ｔｉ１が増え、Ｆ２が増え、しかも、Ｆ２がＦ３よりも大きく、ラック３６が左側に移動し、揺動滑車３４がＯ点に回して時計回り偏向する。ロープ６と中心線Ｌとの間の角度θが大きい値から小さい値へ変えると、Ｔｉ１が小さくなり、Ｆ２が小さくなり、Ｆ３がＦ２よりも大きいことから、ラック３６が向右に移動する。揺動部３３の第五ギア３３２とラック３６とのかみ合いにより、揺動部３３がＯ点に回って反時計回りに転回し、揺動滑車３４が反時計回りに転回し、揺動滑車３４が常にロープ６の揺動方向と同じであるように保持する。

【0030】

図９と図１０に示すように、ＦＧが人体足部の重力、ＦＧ１が人体足部の重力における踏み板１１１と平行する分力、ＦＧ２が踏み板１１１に対する人体足部の作用力、Ｆｄがダンパー１０３５の抵抗力、Ｆｄ１が鉛直方向におけるダンパー１０３５の抵抗力の分力、Ｆｄ２が水平方向におけるダンパー１０３５の抵抗力の分力である。初期状態では、六つのロープの引き力Ｔｉとダンパー１０３５の抵抗力Ｆｄは、踏み板１１１に対する人体足部の圧力ＦＧと釣り合うように保持する。足関節が運動している場合には、六つのロープの引き力Ｔｉに変化が発生し、足関節の運動軸線が鉛直方向において上へ移転すると、ダンパー１０３５の抵抗力が小さくなり、移動座１０３４が上へ運動し、転回フレーム１０４の回転軸線が鉛直方向において上へ位移し、足関節の運動軸線と重なるようになる。足関節が背屈の運動をしている場合には、人体足部の重力ＦＧに、踏み板１１１と平行する分力ＦＧ１が発生し、ばね１０５を圧縮して足関節の運動軸線を補償する。

【0031】

本発明における他の態様によると、運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットの制御方法を図１１に示すように提供し、以下のステップを含む。
ステップＳ１は、足部を踏み板１１１に置き、包帯により踏み板１１１に固定し、つまみ１１２により踏み板１１１と転回フレーム１０４との距離を調節し、足関節軸線と転回フレーム１０４の転回軸線とが重なり合うようにして、腿部をバンドリングにより腿部装具４５と共に固定する。
ステップＳ２は、それぞれ、全体座標系と局所座標系を作成し、両側の支柱１０１の底部における接続線の中心点を原点Ｏとして全体座標系ＯＸｂＹｂＺｂを作成し踏み板１１１の半円の円心を座標原点Ｑとして局所座標系ＱＸａＹａＺａを作成し、転回フレーム１０４の転回軸線と軸受１０７の軸線との交点を座標原点Ｐとして局所座標系ＰＸＹＺを作成しＡｉがロープＬｉと運動プラットフォームとの接続点であり、ＢｉがロープＬｉと揺動滑車３４との接続点であり、そのうち、ｉ＝１、２、３、４、５、６である。
ステップＳ３は、局所座標系、Ｘ軸に対する踏み板１１１の回転角度α、Ｙ軸に対する踏み板１１１の回転角度β、Ｚ軸に対する踏み板１１１の回転角度γに基づいて、ＺＹＸオイラー角により、踏み板１１１の姿勢を表現すると、局所座標系ＰＸＹＺに対する局所座標系ＱＸａＹａＺａの回転行列がＰＲＱになる。
ステップＳ４は、幾何特性とベクトル平行四角形とに従って、各ロープ長さｌｉをロープ接続点と座標点との間の関係により表現すると、具体的な表現式が

ステップＳ５は、各パラメーター点をロープの長さｌｉの表現式に代入すると、各ロープの長さと踏み板の転回角度との具体的な関係値を求めることができる。
ステップＳ６は、踏み板１１１が転回することに必要な角度に基づいてモーターの回転角度を算出し、コントローラーにより各モーターの転回角度を制御し各ロープの伸縮を実現することにより、軸線に対する踏み板１１１の転回をさらに実現する。踏み板１１１が軸線回りに回転している場合には、姿勢センサー１１３により、踏み板１１１の姿態データをリアルタイムで検知し、コントローラーにフィードバックし、各モーターの伸縮量をリアルタイムで調整するように実現する。

【0032】

好ましい形態では、図１２ａ～図１３ｆに示すように、図１２ａ～図１２ｃは、それぞれ、ロープの第一から第六までの長さが踏み板１１１における転回角度の変化に伴い伸縮を行うことを示すものであり、図１３ａ～図１３ｆは、それぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸に回り、足関節の背屈・底屈、内反・外反、内外旋の複合運動を行うとともに、Ｚ軸に回り内転・外転が運動しない場合に、各ロープの長さが転回角度の変化に伴い変化することを示すものである。

【0033】

以下、実施例に基づいて本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット及びその制御方法をさらに説明する。本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットを使用する過程が以下の通りである。

【0034】

まず、使用者が調節可能チェアに座ると、使用者の足部を踏み板１１１に置き、包帯により踏み板１１１に固定し、つまみ１１２により踏み板１１１と転回フレーム１０４との距離を調節し、足関節軸線と転回フレーム１０４の転回軸線とが重なり合うようにし、使用者の腿部をバンドリングにより腿部装具４５と共に固定する。

【0035】

使用者が背屈の運動をしている場合には、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４におけるモーター２０２が回転することにより、巻き胴２０５が転回するようにし、巻き胴２０５が転回すると同時に、各ギアとカムとの組み合わせにより、巻き胴２０５が移動になり、ロープ６が巻き胴２０５を均一で巻き、ロープ巻出・巻取手段であるロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４の巻き胴に巻かれたロープ６が収縮になり、それと同時に、ロープ巻出・巻取手段Ａ ２１、ロープ巻出・巻取手段Ｂ ２２におけるモーター２０２が回転することにより巻き胴２０５が転回になり、ロープ巻出・巻取手段Ａ ２１、ロープ巻出・巻取手段Ｂ ２２の巻き胴２０５に巻かれたロープ６が長く伸び、それと同時に、両アーム機構１０３におけるダンパー１０３５が伸縮を行うことにより、使用者の足関節の運動軸線に被動適用し、ロープ６の収縮や伸びと伴い、踏み板１１１が転回フレーム１０４の転回軸線回りに運動する。そして、使用者の足関節が背屈の運動を行い、同様に、使用者が底屈の運動を行う場合に、ロープ巻出・巻取手段Ａ ２１、ロープ巻出・巻取手段Ｂ ２２、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４におけるモーター２０２の回転方向が背屈の運動のほうと逆になる。

【0036】

使用者が内反の運動をしている場合には、ロープ巻出・巻取手段Ａ ２１、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４におけるモーター２０２が回転することにより、巻き胴２０５が転回になり、ロープ巻出・巻取手段Ａ ２１、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４の巻き胴２０５に巻かれたロープ６が収縮になり、ロープ巻出・巻取手段Ｂ ２２、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３におけるモーター２０２が回転することにより、巻き胴２０５が転回になり、ロープ巻出・巻取手段Ｂ ２２、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３の巻き胴２０５に巻かれたロープ６が長く伸び、それと同時に、ばね１０５が変形になり、使用者の足関節の運動軸線に被動適用し、ロープ６の収縮と伸びと伴い、踏み板１１１がばね座１０６回りに運動し、使用者の足関節が内反の運動を行い、同様に、使用者が外反の運動をしている場合に、ロープ巻出・巻取手段Ａ ２１、ロープ巻出・巻取手段Ｂ ２２、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４におけるモーター２０２の回転方向が内反の運動のほうと逆になる。

【0037】

使用者が内転の運動をしている場合には、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、ロープ巻出・巻取手段Ｆ ２６におけるモーター２０２が回転することにより、巻き胴２０５が転回になり、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、ロープ巻出・巻取手段Ｆ ２６の巻き胴２０５に巻かれたロープ６が収縮になり、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４、ロープ巻出・巻取手段Ｅ ２５におけるモーター２０２が回転することにより、巻き胴２０５が転回になり、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４、ロープ巻出・巻取手段Ｅ ２５の巻き胴２０５に巻かれたロープ６が長く伸び、それと同時に、ばね１０５が変形になり、使用者の足関節の運動軸線に被動適用し、ロープ６の収縮と伸びと伴い、ばね１０５により位置制限を行うことにより、使用者の足関節が内転の運動をするようにし、同様に、使用者が外転の運動をしている場合には、ロープ巻出・巻取手段Ｃ ２３、ロープ巻出・巻取手段Ｄ ２４、ロープ巻出・巻取手段Ｅ ２５、ロープ巻出・巻取手段Ｆ ２６におけるモーター２０２の回転方向が内転の運動のほうと逆になる。

【0038】

本発明に係る運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボットは、両アーム機構１０３とばね１０５により、足関節の運動軸線とロボットの運動軸向をあてはめるように実現し、足関節が運動をしている過程に損傷が発生してしまうということを避け、ロープ巻出・巻取手段により、モーター２０２の転回角度に従ってロープ６の伸縮を正確で制御するように実現し、滑車偏向手段３により、ロープ６と滑車との摩擦を抑制し、ロープ６の方向を変えることが一層なりやすく、各手段を互いに組み合わせることにより、足関節における背屈・底屈、内反・外反、内旋・外旋を実現して、足関節の運動や訓練が実現できる。

【0039】

以上に説明した実施例は、本発明における好ましい実施形態を説明したものに過ぎず、本発明の範囲を限定するためのものではなく、本発明の趣旨を超えない限り、当業者が本発明の技術手段について様々な変更や改良が可能であり、それらの変更や改良があれば、いずれも、本発明の特許請求の範囲による保護範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0040】

１ 軸線補償手段
１０１ 支柱
１０２ 固定部
１０３ 両アーム機構
１０３１ アーム支持座
１０３２ 第一アーム
１０３３ 第二アーム
１０３４ 移動座
１０３５ ダンパー
１０４ 転回フレーム
１０５ ばね
１０６ ばね座
１０７ 軸受
１０８ 係合リング
１０９ 踏み板接続フレーム
１０９１ 支持アーム
１０９２ 支持板
１１０ 踏み板スライドレール
１１１ 踏み板
１１２ つまみ
１１３ 姿勢センサー
２ ロープ巻出・巻取手段
２１ ロープ巻出・巻取手段Ａ
２２ ロープ巻出・巻取手段Ｂ
２３ ロープ巻出・巻取手段Ｃ
２４ ロープ巻出・巻取手段Ｄ
２５ ロープ巻出・巻取手段Ｅ
２６ ロープ巻出・巻取手段Ｆ
２０１ モーターフレーム
２０２ モーター
２０３ 巻き胴
２０３１ 回転盤
２０３２ 案内軸
２０３３ 第一回転軸
２０３４ 第二回転軸
２０４ 継手
２０５ 巻き胴
２０６ 軸受座
２０７ 第一ギア
２０８ ギアフレーム
２０９ 第二ギア
２１０ ギア軸
２１１ 第三ギア
２１２ カム部
２１２１ カム
２１２２ カム溝
２１２３ 輪軸
２１３ 第四ギア
２１４ 案内棒
２１５ 同期ブロック
２１５１ スライドブロック
２１５２ 柱状案内ブロック
２１５３ 駆動ブロック
３ 滑車偏向手段
３１ 支持座
３２ 軸受ブロック
３３ 揺動部
３３１ 揺動ブロック
３３２ 第五ギア
３３３ 転回軸
３４ 揺動滑車
３５ ラック座
３６ ラック
３７ 引きばね座
３８ 引きばね
４ 支持手段
４１ 底板
４２ フレームワーク
４３ 上面板
４４ 腿部フレーム
４５ 腿部装具
４６ ユニバーサルホイール
５ 定滑車
６ ロープ

【要約】

本発明は、運動軸線を自己適応させる足関節の運動ロボット及びその制御方法を提供ており、運動ロボットの分野に関し、運動ロボットは、軸線補償手段、ロープ巻出・巻取手段、滑車偏向手段、支持手段、定滑車及びロープを含み、軸線補償手段、ロープ巻出・巻取手段、滑車偏向手段、定滑車和ロープは、いずれも、支持手段に設置され、ロープ巻出・巻取手段、滑車偏向手段及び定滑車は、共に、軸線補償手段の両側に対称的に設置される。本発明では、両アーム機構とばねにより、足関節の運動軸線とロボットの運動軸向をあてはめるように実現し、運動過程において損害が発生してしまうことを避けることができ、ロープ巻出・巻取手段により、モーターの転回角度に基づいてロープの伸縮を正確で制御するように実現し、滑車偏向手段によりロープと滑車との摩擦を抑制、ロープ方向の変更がなりやすく、各手段を互いに組み合わせることにより足関節の各種の運動を実現することができる。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図12c】

【図13a】

【図13b】

【図13c】

【図13d】

【図13e】

【図13f】