特許 7655608 駆動ユニット

(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】2025-03-25

(45)【発行日】2025-04-02

(54)【発明の名称】駆動ユニット

(51)【国際特許分類】

   F16H 33/02 20060101AFI20250326BHJP

   A61H 3/00 20060101ALN20250326BHJP

【ＦＩ】

F16H33/02 B

A61H3/00 B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024527974

(86)(22)【出願日】2022-06-15

(86)【国際出願番号】 JP2022023878

(87)【国際公開番号】W WO2023242976

(87)【国際公開日】2023-12-21

【審査請求日】2024-10-23

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、ムーンショット型研究開発事業「（１）活力ある社会を創る適応自在ＡＩロボット群／（２）Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＩ－Ｒｏｂｏｔ Ｅｎａｂｌｅｒｓ」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100152272

【弁理士】

【氏名又は名称】川越 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100181722

【弁理士】

【氏名又は名称】春田 洋孝

(72)【発明者】

【氏名】タフリシ セイエド アミル

(72)【発明者】

【氏名】平田 泰久

【審査官】金田 直之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－９３３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１０９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１２４１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１７５６９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１１９０１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ３３／０２

Ａ６１Ｈ ３／００

Ｂ２５Ｊ １１／００，１７／００，１９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの渦巻型バネを含む弾性構造体と、
前記渦巻型バネに回転駆動力を与えるモータと、
前記モータの本体部に対して固定された第１リンクと、
前記渦巻型バネに対して着脱可能な第２リンクと、を備える、駆動ユニット。

【請求項2】

前記渦巻型バネが有する渦巻状の隙間に配置された膨張可能なチューブをさらに備える、請求項１に記載の駆動ユニット。

【請求項3】

前記弾性構造体は、前記渦巻型バネを含む２つの渦巻型バネを含み、
前記２つの渦巻型バネは、互いに巻き方向が異なっており、
前記第２リンクは、前記２つの渦巻型バネに対して着脱可能である、請求項１に記載の駆動ユニット。

【請求項4】

前記２つの渦巻型バネがそれぞれ有する渦巻状の隙間に配置された、膨張可能な２つのチューブをさらに備える、請求項３に記載の駆動ユニット。

【請求項5】

前記モータを含む２つのモータを備え、
前記２つのモータは、前記２つの渦巻型バネにそれぞれ回転駆動力を与える、請求項３に記載の駆動ユニット。

【請求項6】

前記第２リンクに固定された着脱部をさらに備え、
前記着脱部は、前記弾性構造体を収容可能な環状部と、前記環状部の内周面に形成されて前記モータの軸方向に延びるリブと、を有し、
前記渦巻型バネは、前記リブと嵌合する溝を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動ユニット。

【請求項7】

前記第２リンクに固定された着脱部と、
前記着脱部を前記弾性構造体に対して接近および離隔させることが可能な着脱用モータと、をさらに備え、
前記弾性構造体の外周面には永久磁石が配置され、
前記着脱部は、前記永久磁石との間で吸引力を生じさせることが可能な電磁ロックを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、駆動ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ユーザの身体にかかる負担を軽減可能な歩行補助装置が開示されている。この歩行補助装置では、モータの駆動により、大腿部装着具に対して下腿部装着具を揺動させることで、歩行の補助を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１０６９５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術における駆動ユニットは、特許文献１のモータのように、歩行補助等の特定の目的にのみ用いられることが殆どであった。
本願発明者は、鋭意検討の末、より多様な目的に用いることが可能な駆動ユニットに想到するに至った。

【0005】

すなわち本開示は、より多様な目的に用いることが可能な駆動ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示に係る駆動ユニットの一つの態様は、少なくとも１つの渦巻型バネを含む弾性構造体と、前記渦巻型バネに回転駆動力を与えるモータと、前記モータの本体部に対して固定された第１リンクと、前記渦巻型バネに対して着脱可能な第２リンクと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、より多様な目的に用いることが可能な駆動ユニットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る駆動ユニット（ジョイントモード）の斜視図である。

【図2】本実施形態に係る駆動ユニット（ホイールモード）の斜視図である。

【図3】図１に示す駆動ユニットの分解斜視図である。

【図4】図３に示す着脱部を単体で軸方向から見た図である。

【図5】図４のリブ周辺を拡大した斜視図である。

【図6】図１の駆動ユニットを、ジョイントモードからホイールモードへと転換する手順を説明する図である。

【図7】本実施形態に係る駆動ユニットの制御系を説明するブロック図である。

【図8】本実施形態に係る駆動ユニットの用途の一例を説明する図である。

【図9】本実施形態に係る駆動ユニットの用途の一例を説明する図である。

【図10】本実施形態に係る駆動ユニットの用途の一例を説明する図である。

【図11】本実施形態に係る駆動ユニットの用途の一例を説明する図である。

【図12】本実施形態に係る駆動ユニットの用途の一例を説明する図である。

【図13】本実施形態に係る駆動ユニットの用途の一例を説明する図である。

【図14】変形例に係る駆動ユニット（ホイールモード）の斜視図である。

【図15】図１４に示す駆動ユニットを、異なるアングルから見た斜視図である。

【図16】図１４に示す駆動ユニットの分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

【0010】

図１、図２は、本実施形態に係る駆動ユニット１を示す斜視図である。図１は駆動ユニット１が「ジョイントモード」である場合を示し、図２は駆動ユニット１が「ホイールモード」である場合を示す。すなわち、本実施形態の駆動ユニット１は、ジョイントモードとホイールモードとの間で、モードの転換が可能である。

【0011】

図１、図２に示すように、駆動ユニット１は、弾性構造体１０と、２つのモータ（第１のモータ３１および第２のモータ３２）と、第１リンク６０と、第２リンク５０と、着脱部４０と、を備えている。モータ３１、３２としては、例えばＤＣモータを採用してもよいし、その他の種類のモータを採用してもよい。図１に示すジョイントモードでは、第１リンク６０と第２リンク５０とが、中心軸線Ｏを中心として揺動する。図２に示すホイールモードでは、第１リンク６０および第２リンク５０の相対位置が保たれたまま、弾性構造体１０が中心軸線Ｏを中心として回転する。中心軸線Ｏは、モータ３１、３２の回転中心と一致している。

【0012】

（方向定義）
本明細書では、中心軸線Ｏに沿った方向を「軸方向」という。軸方向から見て、中心軸線Ｏに交差する方向を径方向といい、中心軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。

【0013】

図３は、駆動ユニット１の分解斜視図である。図３に示すように、弾性構造体１０は、２つの渦巻型バネ（第１の渦巻型バネ１１および第２の渦巻型バネ１２）を含んでいる。２つの渦巻型バネ１１、１２は、軸方向において並べて配置されている。２つの渦巻型バネ１１、１２は、巻き方向が互いに異なっている。すなわち、中心軸線Ｏに沿う方向から見たとき、２つの渦巻型バネ１１、１２のうち一方はＣＷ方向に巻かれており、他方はＣＣＷ方向に巻かれている。

【0014】

渦巻型バネ１１、１２は、例えば金属の薄板によって形成されている。ただし、渦巻型バネ１１、１２の材質は変更してもよい。駆動ユニット１は、第１の連結部材１３（図６（ａ）参照）と、第２の連結部材１４と、を有している。渦巻型バネ１１の径方向における内側の端部（すなわち、渦巻の中心部）は、連結部材１３に固定されている。渦巻型バネ１２の径方向における内側の端部は、連結部材１４に固定されている。連結部材１３、１４は、軸方向に延びる筒状である。連結部材１３、１４は軸方向に並べて配置されている。

【0015】

連結部材１３、１４がそれぞれ有する穴部はいわゆるＤカット形状であり、モータ３１、３２の回転軸３１ｂ、３２ｂとそれぞれ嵌合する。回転軸３１ｂ、３２ｂの先端もそれぞれＤカット形状を有している。このため、モータ３１、３２の回転駆動力は、連結部材１３、１４を介して、渦巻型バネ１１、１２にそれぞれ伝達される。すなわち、連結部材１３は渦巻型バネ１１とモータ３１とを連結しており、連結部材１４は渦巻型バネ１２とモータ３２とを連結している。モータ３１、３２と渦巻型バネ１１、１２との連結状態は、駆動ユニット１がジョイントモードであるかホイールモードであるかに関わらず不変である。

【0016】

図３に示すように、駆動ユニット１は、２つの膨張可能なチューブ（第１のチューブ２１および第２のチューブ２２）を備えている。チューブ２１は、渦巻型バネ１１が有する渦巻状の隙間の内側に配置されている。チューブ２２は、渦巻型バネ１２が有する渦巻状の隙間の内側に配置されている。チューブ２１、２２はそれぞれ管状である。図３等では図示を省略するが、チューブ２１、２２の端部はポンプ５（図７参照）に接続されている。チューブ２１、２２は弾性を有していることが、より好ましい。

【0017】

ポンプ５がチューブ２１、２２に空気を供給すると、チューブ２１、２２が膨らむ。なお、駆動ユニット１が２つのポンプ５を有し、それぞれのポンプ５が個別にチューブ２１、２２に接続されていてもよい。あるいは、１つのポンプ５に対して２つのチューブ２１、２２が接続されていてもよい。ポンプ５に代えて、他の形式の空気供給装置を、チューブ２１、２２に接続してもよい。膨らんだ状態のチューブ２１、２２は、力を減衰させて伝達するダンパとして機能する。

【0018】

図３に示すように、第２リンク５０は、着脱部４０に固定されている。第２リンク５０と着脱部４０とは一体として形成されていてもよい。第１リンク６０は、接続部材６１と、第１支持部材６２と、第２支持部材６３と、を有している。詳細な説明は省略するが、接続部材６１、第１支持部材６２、および第２支持部材６３は、ネジなどによって互いに固定されている。なお、第１リンク６０は２つ以下または４つ以上の部材で構成されていてもよい。また、ネジ以外の固定手段によって、第１リンク６０の各部材を互いに固定してもよい。

【0019】

第１支持部材６２は、第１側壁部６２ａと、第１支持部６２ｂと、を有している。第２支持部材６３は、第２側壁部６３ａと、第２支持部６３ｂと、を有している。第１側壁部６２ａおよび第２側壁部６３ａはそれぞれ板状である。図１に示すように、第１側壁部６２ａおよび第２側壁部６３ａは軸方向において互いに向き合っている。第１側壁部６２ａと第２側壁部６３ａとの間に、弾性構造体１０および着脱部４０が位置している。

【0020】

第１支持部６２ｂは第１側壁部６２ａの径方向内側の端部に位置し、第２支持部６３ｂは第２側壁部６３ａの径方向内側の端部に位置している。第１支持部６２ｂおよび第２支持部６３ｂは軸方向に延びる円筒状である。第１支持部６２ｂの内側に、モータ３１の本体部３１ａが固定されている。第２支持部６３ｂの内側に、モータ３２の本体部３２ａが固定されている。このため、モータ３１、３２は、各本体部３１ａ、３２ａが第１支持部６２ｂ、第２支持部６３ｂに支持された状態で、各回転軸３１ｂ、３２ｂを回転させることができる。

【0021】

接続部材６１は、第１側壁部６２ａの径方向外側の端部と、第２側壁部６３ａの径方向外側の端部と、を接続している。接続部材６１、第１支持部材６２、および第２支持部材６３により、第１リンク６０は全体としてＣ字状を有している。

【0022】

図４に示すように、着脱部４０は、環状部４１と、複数のリブ４２と、複数の保持部４３と、突出部４４と、を有する。環状部４１は軸方向から見て環状である。駆動ユニット１がジョイントモードである場合、環状部４１の内側に、弾性構造体１０、チューブ２１、２２等が配置される。複数のリブ４２および複数の保持部４３は、環状部４１の内周面に、周方向に間隔を空けて形成されている。突出部４４は環状部４１から径方向外側に突出している。突出部４４には、第２リンク５０が固定される。

【0023】

図５に示すように、リブ４２は軸方向に延びている。また、保持部４３は、フランジ部４３ａと、対向部４３ｂと、を有している。フランジ部４３ａは、リブ４２から径方向内側に延びている。対向部４３ｂは、フランジ部４３ａの径方向内側の端部から、軸方向に延びている。対向部４３ｂと環状部４１とは、径方向において対向している。環状部４１のうち、対向部４３ｂと対向する部分に、リブ４２が配置されている。

【0024】

対向部４３ｂと環状部４１との間には隙間が設けられており、この隙間に、渦巻型バネ１１、１２のそれぞれの最外周部が収容される。渦巻型バネ１１の最外周部には、複数のリブ４２にそれぞれ嵌合する複数の溝１１ａが形成されている（図３参照）。同様に、渦巻型バネ１２の最外周部にも、複数のリブ４２にそれぞれ嵌合する複数の溝１２ａが形成されている。溝１１ａ、１２ａは、渦巻型バネ１１、１２の外周面から径方向内側に窪むとともに、軸方向に延びている。渦巻型バネ１１の溝１１ａおよび渦巻型バネ１２の溝１２ａは、共通のリブ４２に対して嵌合していてもよい。あるいは、溝１１ａ、１２ａは、それぞれ異なるリブ４２に対して嵌合していてもよい。

【0025】

駆動ユニット１がジョイントモード（図１）のとき、リブ４２と溝１１ａ、１２ａとが嵌合する。一方、駆動ユニット１がホイールモード（図２）のとき、リブ４２と溝１１ａ、１２ａとの嵌合が解除される。

【0026】

本明細書では、渦巻型バネ１１、１２、連結部材１３、１４、チューブ２１、２２、第１リンク６０、第２リンク５０、および着脱部４０を合わせて、「転換機構Ｍ」と呼ぶ場合がある。転換機構Ｍは、ホイールモードとジョイントモードとの間で駆動ユニット１が転換することを可能としている。
図６を用いて、駆動ユニット１をジョイントモード(図１）からホイールモード（図２）に転換する際の手順を説明する。

【0027】

まず、図６（ａ）に示すように、着脱部４０および第２リンク５０を軸方向（図６（ａ）の矢印方向）にスライドさせる。これにより、渦巻型バネ１１、１２の溝１１ａ、１２ａから、着脱部４０のリブ４２が離脱する。次に図６（ｂ）に示すように、着脱部４０および第２リンク５０を中心軸線Ｏ回りに回転させる。これにより、駆動ユニット１は図２に示すホイールモードとなる。第２リンク５０と第１リンク６０との相対位置（中心軸線Ｏ周りの相対的な角度）が安定するように、第２リンク５０および第１リンク６０を留め具等で固定してもよい。特に、弾性構造体１０を車椅子等の車輪として用いる場合は、第２リンク５０および第１リンク６０の相対位置を固定するとよい。
駆動ユニット１をホイールモードに転換した後、渦巻型バネ１１、１２の外周（すなわち弾性構造体１０の外周）に、弾性を有する環状部材を嵌めてもよい。環状部材には、タイヤのように、衝撃を吸収する機能や、走行面との間のスリップを抑止する機能などを付加することができる。環状部材の材質としては、例えばゴム、シリコンなどが挙げられる。ホイールモードからジョイントモードへと転換する際には、上記説明と逆の手順を行えばよい。

【0028】

以下、ジョイントモードの場合およびホイールモードの場合における、各部の動作を説明する。

【0029】

＜ジョイントモードの場合＞
ジョイントモードでは、着脱部４０のリブ４２と、渦巻型バネ１１、１２の溝１１ａ、１２ａと、が嵌合している。この状態では、少なくとも嵌合している部分において、渦巻型バネ１１、１２と着脱部４０とが固定される。渦巻型バネ１１、１２のそれぞれの最外周部は、環状部４１と保持部４３との間で挟まれるため、リブ４２と溝１１ａ、１２ａとが嵌合している状態が保持される。つまり保持部４３は、リブ４２および溝１１ａ、１２ａの嵌合状態を保持する役割を有する。

【0030】

モータ３１、３２が回転すると、その回転は連結部材１３、１４を介して渦巻型バネ１１、１２の中心部に伝わる。渦巻型バネ１１、１２は弾性を有するため、リブ４２と嵌合している部分から離れた箇所では、渦巻型バネ１１、１２が着脱部４０に対して相対移動することができる。例えば、モータ３１が渦巻型バネ１１の巻き方向と反対方向に回転した場合、渦巻型バネ１１の中心部は連結部材１３の外周に巻き取られる。このとき、モータ３１による回転力の少なくとも一部は、渦巻型バネ１１を介して、着脱部４０にも伝わる。なお「巻き方向」とは、渦巻形状の中心から外側に向かうときにおける、その渦巻の周回方向である。

【0031】

モータ３１と同様に、モータ３２の回転力の少なくとも一部も、着脱部４０に伝わる。着脱部４０は第２リンク５０に固定されている。つまり、駆動ユニット１がジョイントモードの場合には、モータ３１、３２の回転によって、第２リンク５０と第１リンク６０とが中心軸線Ｏを中心に揺動することになる。モータ３１、３２の回転という入力が、第２リンク５０および第１リンク６０の揺動という出力となって現れる際の応答性（回転力の伝達率、応答速度等）は、チューブ２１、２２に供給される空気の圧力によって制御できる。

【0032】

例えば、チューブ２１、２２に空気を供給すると、チューブ２１、２２が渦巻型バネ１１、１２が有する隙間の内側で膨張する。チューブ２１、２２が膨張して渦巻型バネ１１、１２に密接すると、弾性構造体１０の見かけ上の剛性が高まる。これにより、入力（モータ３１、３２の回転）から出力（第２リンク５０および第１リンク６０の揺動）までの回転力の伝達率および応答速度が上昇する。弾性構造体１０の見かけ上の剛性は、チューブ２１、２２内の空気の圧力と相関がある。つまり、チューブ２１、２２内の空気の圧力を高めると回転力の伝達率および応答速度が上昇し、空気の圧力を低下させると回転力の伝達率および応答速度が低下する。

【0033】

＜ホイールモードの場合＞
ホイールモードでは、図２に示すように、渦巻型バネ１１、１２が着脱部４０の環状部４１の内側に収容されていない。言い換えると、弾性構造体１０が露出している。この状態でモータ３１、３２を回転させると、渦巻型バネ１１、１２が中心軸線Ｏ回りに回転する。したがって、弾性構造体１０を一つのホイールとみなすことができる。また、チューブ２１、２２に供給する空気の圧力およびモータ３１、３２の回転方向を制御することで、弾性構造体１０の外径を変化させることも可能である。

【0034】

例えば、チューブ２１、２２に供給する空気の圧力を高めると、チューブ２１、２２が膨張し、弾性構造体１０の外径が大きくなる。逆に、チューブ２１、２２に供給する空気の圧力を低下させると、チューブ２１、２２が収縮し、弾性構造体１０の外径が小さくなる。また、例えばモータ３１を渦巻型バネ１１の巻き方向とは逆方向に回転させると、渦巻型バネ１１の外径が大きくなる。逆に、モータ３１を渦巻型バネ１１の巻き方向と同じ方向に回転させると、渦巻型バネ１１の外径は小さくなる。図２では、弾性構造体１０の外径を、着脱部４０における環状部４１の外径よりも大きくした状態を示している。

【0035】

駆動ユニット１は、少なくとも６つ（モータ３１の回転方向、モータ３１の回転速度、モータ３２の回転方向、モータ３２の回転速度、チューブ２１の圧力、およびチューブ２２の圧力）の制御パラメータを有する。これら６つの制御パラメータを用いて、ホイールとしての弾性構造体１０の外径、回転方向、回転速度を制御することが可能である。

【0036】

次に、駆動ユニット１の制御系について、図７を用いて説明する。図７に示すように、駆動ユニット１は制御ユニットＣによって制御される。本明細書では、駆動ユニット１および制御ユニットＣを合わせて「駆動システムＳ」と呼ぶ場合がある。
図７に示すように、駆動ユニット１には、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）センサ４が含まれている。ＩＭＵセンサ４は、転換機構Ｍの姿勢または回転速度等の物理量を計測可能となっている。「転換機構Ｍの姿勢」には、例えば、駆動ユニット１がジョイントモードである場合に、第１リンク６０と第２リンク５０とがなす角度が含まれる。「回転速度」には、例えば、駆動ユニット１がホイールモードである場合の、弾性構造体１０の回転速度が含まれる。上記以外の物理量を、ＩＭＵセンサ４によって計測してもよい。ＩＭＵセンサ４による計測結果は制御ユニットＣに入力される。制御ユニットＣは、ＩＭＵセンサ４による計測結果に基づき、駆動ユニット１のフィードバック制御を実行してもよい。

【0037】

制御ユニットＣには、コントローラ２、組み込みシステム３、圧力センサ６、モータセンサ７、ドライバ８等が含まれる。ポンプ５がチューブ２１、２２に空気を供給すると、チューブ２１、２２内の圧力が高まる。この圧力は圧力センサ６によって計測される。モータセンサ７は、モータ３１、３２に流れる電流を計測する電流センサ、モータ３１、３２の回転角を計測するエンコーダ、等を含む。圧力センサ６およびモータセンサ７による計測データは、組み込みシステム３に入力される。

【0038】

コントローラ２は、組み込みシステム３から情報を受け取るとともに、駆動ユニット１を制御するための制御信号を生成する。制御信号は、フィードバック制御における演算結果を反映したものであってもよい。制御信号は、組み込みシステム３を介して、ドライバ８に入力される。ドライバ８は、制御信号に基づき、電流および電圧をモータ３１、３２およびポンプ５に供給する。これにより、モータ３１、３２は弾性構造体１０を回転させ、ポンプ５はチューブ２１、２２に空気を供給する。

【0039】

コントローラ２、組み込みシステム３等の各機能は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め記憶装置（不図示）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。

【0040】

次に、駆動ユニット１の用途の例について説明する。なお、図８～図１３では、駆動ユニット１の各部材を模式的に示している。
図８に示すように、駆動ユニット１は、歩行補助装置の一部として用いることができる。具体的には、駆動ユニット１をジョイントモードとして、第２リンク５０および第１リンク６０をそれぞれ、歩行補助装置の外骨格の一部とする。第２リンク５０および第１リンク６０の揺動により、使用者の歩行を補助することができる。

【0041】

図９に示すように、駆動ユニット１は、車椅子の一部として用いることができる。具体的には、駆動ユニット１をホイールモードとして、弾性構造体１０を車輪として用い、第２リンク５０および第１リンク６０を椅子の支持骨格として用いる。弾性構造体１０の外径を変化させることで、使用者の体型に合わせた車輪の大きさとすることができる。また、図８に示す歩行補助装置と、図９に示す車椅子と、を同一の駆動ユニット１を用いて実現することも可能である。

【0042】

図１０に示すように、駆動ユニット１は、使用者の立ち上がり動作をアシストする装置に用いることができる。具体的には、図１０（ａ）に示すように、車椅子の一部として用いられている駆動ユニット１（ホイールモード）において、図１０（ｂ）に示すように、弾性構造体１０の外径を小さく変形させる。このとき、渦巻型バネ１１、１２には、弾性エネルギーが蓄えられる。この弾性エネルギーを開放させつつ、弾性構造体１０の外径を大きく変形させることで、図１０（ｃ）に示すように、使用者の立ち上がりをアシストすることができる。

【0043】

図１１に示すように、駆動ユニット１は、車輪の外径が変化する車椅子の一部として用いることができる。具体的には、２つの駆動ユニット１がそれぞれ有する弾性構造体１０を車椅子の両輪として用いる。図１１（ａ）～（ｃ）に示すように、一方の車輪が段差を乗り越える際に、その車輪（弾性構造体１０）の外径を小さくし、他方の車輪の外径は一定とする。この場合、車椅子が段差を乗り越える際に、使用者の姿勢が崩れることを回避することができる。

【0044】

図１２に示すように、駆動ユニット１は、自動ブレーキ機能を実装した車椅子の一部として用いることができる。具体的には、車椅子に、４つの駆動ユニット１を設ける。前方に位置する２つの駆動ユニット１の各弾性構造体１０を、前方車輪Ｗｆとする。後方に位置する２つの駆動ユニット１の各弾性構造体１０を、後方車輪Ｗｒとする。図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、走行中の車椅子が障害物に接近したとき、後方車輪Ｗｒの外径を小さくし、前方車輪Ｗｆの外径を大きくする。これにより、車椅子の重心Ｇが後方車輪Ｗｒに向けて移動するとともに、重心Ｇと地面との間の距離が小さくなる。この状態では、車椅子が急停車したときに使用者が体感する力の大きさが、より小さくなる。車椅子に前方の障害物を検知する障害物センサを搭載し、障害物センサを駆動システムＳ（図７参照）に組み入れることで、自動ブレーキ機能を実現してもよい。また、車椅子における異なる複数の箇所に、慣性力センサを設けて、車椅子システムの位置、状態等を把握してもよい。

【0045】

図１３に示すように、駆動ユニット１は、車両用の車輪として用いることができる。車両の前輪および後輪としてそれぞれ用いられる弾性構造体１０の外径を変化させることで、車両の姿勢を高い自由度で制御することが可能となる。

【0046】

なお、本実施形態における弾性構造体１０は、２つの渦巻型バネ１１、１２を含んでいる。しかしながら、渦巻型バネの数は１つであってもよい。また、チューブ２１、２２は無くてもよい。これらの場合も、駆動ユニット１はジョイントモードとホイールモードとの間でモードの切り替えが可能であり、多様な用途に用いることができる。渦巻型バネの数に合わせて、駆動ユニット１が備えるチューブおよびモータの数を１つとしてもよい。

【0047】

以上説明したように、本開示に係る駆動ユニット１は、少なくとも１つの渦巻型バネ（第１の渦巻型バネ１１または第２の渦巻型バネ１２）を含む弾性構造体１０と、渦巻型バネに回転駆動力を与えるモータ（第１のモータ３１または第２のモータ３２）と、モータの本体部に対して固定された第１リンク６０と、渦巻型バネに対して着脱可能な第２リンク５０と、を備える。本開示によれば、多様な目的に用いることが可能な駆動ユニット１を提供できる。

【0048】

また、駆動ユニット１は、渦巻型バネが有する渦巻状の隙間に配置された膨張可能なチューブ（第１のチューブ２１または第２のチューブ２２）をさらに備えてもよい。この場合、チューブに供給する空気の圧力を制御することで、チューブが有する減衰性能を変化させたり、弾性構造体１０の見かけ上の剛性を変化させたりすることができる。

【0049】

また、弾性構造体１０は、２つの渦巻型バネ１１、１２を含み、２つの渦巻型バネ１１、１２は互いに巻き方向が異なっており、第２リンク５０は２つの渦巻型バネ１１、１２に対して着脱可能であってもよい。このように２つの渦巻型バネ１１、１２を用いることで、駆動ユニット１の制御の自由度が高まり、より多様な用途に用いることが可能となる。

【0050】

また、駆動ユニット１は、２つの渦巻型バネ１１、１２がそれぞれ有する渦巻状の隙間に配置された、膨張可能な２つのチューブ２１、２２を備えてもよい。この場合、２つのチューブ２１、２２にそれぞれ供給する空気の圧力を制御パラメータとして用いることで、駆動ユニット１の制御の自由度をさらに高めることができる。

【0051】

また、駆動ユニット１は、２つのモータ３１、３２を備え、２つのモータ３１、３２は、２つの渦巻型バネ１１、１２にそれぞれ回転駆動力を与えてもよい。この場合、２つのモータ３１、３２の回転方向および回転速度を制御パラメータとして用いることで、駆動ユニット１の制御の自由度をさらに高めることができる。

【0052】

また、駆動ユニット１は、第２リンク５０に固定された着脱部４０をさらに備え、着脱部４０は、弾性構造体１０を収容可能な環状部４１と、環状部４１の内周面に形成されてモータ３１、３２の軸方向（中心軸線Ｏに沿う方向）に延びるリブ４２と、を有し、渦巻型バネ１１、１２は、リブ４２と嵌合する溝１１ａ、１２ａを有してもよい。この場合、ジョイントモードにおいてリブ４２と溝１１ａ、１２ａとを嵌合させて、モータ３１、３２の駆動力を、渦巻型バネ１１、１２および着脱部４０を介して第２リンク５０に伝えることができる。したがって、第１リンク６０と第２リンク５０とを揺動させることができる。また、ホイールモードにおいて、溝１１ａ、１２ａからリブ４２を離脱させることで、弾性構造体１０が第１リンク６０および第２リンク５０に対して回転可能な状態とし、弾性構造体１０を車輪として用いることができる。そして、着脱部４０を弾性構造体１０に対して軸方向にスライドさせることで、ジョイントモードとホイールモードとの間で駆動ユニット１を転換することが可能である。

【0053】

（変形例）
次に、前記実施形態の変形例について説明する。変形例に係る駆動ユニット１Ａを図１４に示す。なお、駆動ユニット１Ａにおいて、駆動ユニット１と同様の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

【0054】

図１４に示すように、駆動ユニット１Ａは、着脱部４０Ａと、第２リンク５０Ａと、一対の着脱用モータ３３と、一対の揺動アーム７０と、一対のベアリング８０と、を有している。揺動アーム７０の一方の端部は、ベアリング８０を介して第１リンク６０に接続されている。また、ベアリング８０は中心軸線Ｏと同軸上に配置されている。このため、揺動アーム７０は、中心軸線Ｏを中心として揺動することができる。ただし、ベアリング８０は電磁ロック機能を有しており、揺動アーム７０が揺動可能な状態と、揺動不可能な状態と、を切り替えることができる。各着脱用モータ３３は、各揺動アーム７０の他方の端部に固定されている。第２リンク５０Ａは、着脱部４０Ａに固定されている。また、第２リンク５０Ａは、一対のモータ接続部５１を有している。各モータ接続部５１は、第２リンク５０Ａから、各着脱用モータ３３に向けて延びている。モータ接続部５１は、着脱用モータ３３に直接または間接的に接続されている。モータ接続部５１は、着脱用モータ３３の回転駆動力を、第２リンク５０Ａおよび着脱部４０Ａに伝えるための部位である。

【0055】

着脱部４０Ａは、円弧状部４１Ａを有している。円弧状部４１Ａは半円弧状である。駆動ユニット１Ａがジョイントモード（図示は省略）のとき、弾性構造体１０に対して、円弧状部４１Ａが径方向外側から当接または近接する。また、駆動ユニット１Ａがホイールモード（図１４）のとき円弧状部４１Ａは弾性構造体１０に対して離隔する。

【0056】

図１５に示すように、円弧状部４１Ａの内周面には、複数の電磁ロック４２Ａが設けられている。これらの電磁ロック４２Ａと対応するように、弾性構造体１０の外周面（つまり渦巻型バネ１１、１２の各外周面）には、複数の永久磁石１５が固定されている。

【0057】

駆動ユニット１Ａがジョイントモードのとき、電磁ロック４２Ａは電力が供給されて電磁石として機能し、永久磁石１５との間で吸引力（磁力）を生じさせる。この吸引力によって、着脱部４０Ａが弾性構造体１０の外周面に固定される。したがって、モータ３１、３２が駆動すると、回転駆動力は弾性構造体１０を介して着脱部４０Ａに伝わる。また、着脱部４０Ａは、第２リンク５０Ａを介して、揺動アーム７０に接続されている。結果として、モータ３１、３２が駆動すると、第２リンク５０Ａと第１リンク６０とが中心軸線Ｏ回りに相対的に揺動する。なお、第２リンク５０Ａと第１リンク６０とを相対的に揺動させる際は、ベアリング８０の電磁ロックをオフにする。第２リンク５０Ａおよび第１リンク６０の相対角度を固定したい場合、ベアリング８０の電磁ロックをオンにすればよい。

【0058】

駆動ユニット１Ａをジョイントモードからホイールモードに切り替える場合、着脱部４０Ａの電磁ロック４２Ａをオフにする。また、着脱用モータ３３を駆動させて、第２リンク５０Ａを、着脱用モータ３３の中心軸線Ｏ１回りに回転させる。これにより、着脱部４０Ａが弾性構造体１０から離隔し、ホイールモードとなる。

【0059】

駆動ユニット１Ａをホイールモードからジョイントモードに切り替える場合、着脱用モータ３３を駆動させて、第２リンク５０Ａを、着脱用モータ３３の中心軸線Ｏ１回りに回転させる。これにより、着脱部４０Ａが弾性構造体１０に接近する。さらに、着脱部４０Ａの電磁ロック４２Ａをオンにする。これにより、電磁ロック４２Ａと永久磁石１５との間で吸引力が作用し、着脱部４０Ａと弾性構造体１０とが固定され、ホイールモードとなる。

【0060】

以上説明したように、変形例に係る駆動ユニット１Ａは、第２リンク５０Ａに固定された着脱部４０Ａと、着脱部４０Ａを弾性構造体１０に対して接近および離隔させることが可能な着脱用モータ３３と、を備える。弾性構造体１０の外周面には永久磁石１５が配置され、着脱部４０Ａは、永久磁石１５との間で吸引力を生じさせることが可能な電磁ロック４２Ａを有する。このような構成のよれば、電磁ロック４２Ａおよび着脱用モータ３３の制御によって、ジョイントモードとホイールモードとの間の転換が可能である。したがって、モードの転換がより容易な駆動ユニット１Ａを提供することができる。

【0061】

なお、本開示の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

【0062】

例えば、前記実施形態では、第２リンク５０は着脱部４０とともに渦巻型バネ１１、１２に対して着脱可能であった。しかしながら、着脱部４０と第２リンク５０とが一体に形成され、第２リンク５０自体が環状部４１等を有する構成を採用してもよい。

【0063】

その他、上記した実施の形態あるいは変形例を、適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１、１Ａ…駆動ユニット １０…弾性構造体 １１、１２…渦巻型バネ １１ａ、１２ａ…溝 １５…永久磁石 ２１、２２…チューブ ３１、３２…モータ ３３…着脱用モータ ４０、４０Ａ…着脱部 ４１…環状部 ４２…リブ ４２Ａ…電磁ロック ５０、５０Ａ…第２リンク ６０…第１リンク

【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】

【図14】

【図15】

【図16】