(57)【要約】【課題】トルク伝達装置の可撓性ケーブルの伸長を検出可能なトルク伝達装置及び動作補助装置を提供する。【解決手段】トルク伝達装置は、中間部が従動プーリに巻き付けられ、両端側がそれぞれ第１の駆動プーリ及び第２の駆動プーリに固定された可撓性ケーブルと、従動プーリよりも第１の駆動プーリ側に導出された可撓性ケーブルの基準位置に関連する第１の位置情報、及び、従動プーリよりも第２の駆動プーリ側に導出された可撓性ケーブルの基準位置に関連する第２の位置情報を取得する取得部と、第１の位置情報及び第２の位置情報に基づいて可撓性ケーブルの伸長を検出する伸長検出部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間部が従動プーリに巻き付けられ、両端側がそれぞれ第１の駆動プーリ及び第２の駆動プーリに固定された可撓性ケーブルと、
前記従動プーリよりも前記第１の駆動プーリ側に導出された前記可撓性ケーブルの基準位置に関連する第１の位置情報、及び、前記従動プーリよりも前記第２の駆動プーリ側に導出された前記可撓性ケーブルの基準位置に関連する第２の位置情報を取得する取得部と、
前記第１の位置情報及び前記第２の位置情報に基づいて前記可撓性ケーブルの伸長を検出する伸長検出部と、
を備える、トルク伝達装置。
【請求項２】
前記取得部は、前記第１の位置情報として前記第１の駆動プーリの回転角度の情報を取得し、前記第２の位置情報として前記第２の駆動プーリの回転角度の情報を取得する、請求項１に記載のトルク伝達装置。
【請求項３】
前記第１の駆動プーリ及び前記第２の駆動プーリを回転駆動する共通のアクチュエータと、
前記第１の駆動プーリを支持する回転軸に対して、軸回りの一の方向への前記第１の駆動プーリの相対回転を許容し、軸回りの他の方向への前記第１の駆動プーリの相対回転を抑制するワンウェイクラッチと、
を備える、請求項１又は２に記載のトルク伝達装置。
【請求項４】
前記第１の駆動プーリを回転駆動する第１のアクチュエータと、
前記第２の駆動プーリを回転駆動する第２のアクチュエータと、
を備える、請求項１又は２に記載のトルク伝達装置。
【請求項５】
前記伸長検出部は、前記可撓性ケーブルの伸長量が基準値に到達したときに警告動作を行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載のトルク伝達装置。
【請求項６】
両端側がそれぞれ第１の駆動プーリ及び従動プーリに固定された第１の可撓性ケーブルと、
両端側がそれぞれ第２の駆動プーリ及び前記従動プーリに固定された第２の可撓性ケーブルと、
前記第１の可撓性ケーブルの基準位置に関連する第１の位置情報、及び、前記第２の可撓性ケーブルの基準位置に関連する第２の位置情報を取得する取得部と、
前記第１の位置情報及び前記第２の位置情報に基づいて前記第１の可撓性ケーブル及び前記第２の可撓性ケーブルのうちの少なくとも一方の伸長を検出する伸長検出部と、
を備える、トルク伝達装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のトルク伝達装置と、
相対運動可能に連結されて前記トルク伝達装置により相対運動が行われる第１のアーム部材及び第２のアーム部材と、
を備える、動作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プーリ及び可撓性ケーブルを用いたトルク伝達装置、及びそのようなトルク伝達装置を備えた動作補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
健常者あるいは障害者の動作を支援あるいは補助する動作補助装置としての人体装着型ロボットが知られている。人体装着型ロボットは、例えば、ユーザに装着される関節部と、ユーザの意図又は動作状態を検出するためのセンサと、関節部に付与するトルクを発生する駆動ユニットと、駆動ユニットの駆動を制御する制御装置とを備えて構成される。一般的に、駆動ユニットは、電気式のモータと、モータの高速回転を人体の動作に適した低速回転に変換する減速機とを備える。変速機は、例えば、１／５０〜１／２００の変速比で、モータの回転を関節部に伝達する。駆動ユニットは、例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）又はウォームギヤとＤＣモータとを組み合わせて構成される。かかる人体装着型ロボットにおいて、複数のプーリと可撓性ケーブルとを含むトルク伝達装置を用いたロボットがある。プーリ及び可撓性ケーブルを含むトルク伝達装置は、駆動ユニットの配置の自由度を高められるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３２３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、プーリ及び可撓性ケーブルを含むトルク伝達装置においては、可撓性ケーブルの弛み又は伸び（以下、弛み又は伸びを「伸長」ともいう。）が生じると、トルク伝達特性にズレが生じ、伸長が大きくなった場合には可撓性ケーブルの破断に至るという問題がある。このため、可撓性ケーブルの伸長が検出できれば有用であると考えられる。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、トルク伝達装置の可撓性ケーブルの伸長を検出可能なトルク伝達装置及び動作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】
【０００６】
本発明のある観点によれば、中間部が従動プーリに巻き付けられ、両端側がそれぞれ第１の駆動プーリ及び第２の駆動プーリに固定された可撓性ケーブルと、従動プーリよりも第１の駆動プーリ側に導出された可撓性ケーブルの基準位置に関連する第１の位置情報、及び、従動プーリよりも第２の駆動プーリ側に導出された可撓性ケーブルの基準位置に関連する第２の位置情報を取得する取得部と、第１の位置情報及び第２の位置情報に基づいて可撓性ケーブルの伸長を検出する伸長検出部と、を備える、トルク伝達装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の別の観点によれば、両端側がそれぞれ第１の駆動プーリ及び従動プーリに固定された第１の可撓性ケーブルと、両端側がそれぞれ第２の駆動プーリ及び従動プーリに固定された第２の可撓性ケーブルと、第１の可撓性ケーブルの基準位置に関連する第１の位置情報、及び、第２の可撓性ケーブルの基準位置に関連する第２の位置情報を取得する取得部と、第１の位置情報及び第２の位置情報に基づいて第１の可撓性ケーブル及び第２の可撓性ケーブルのうちの少なくとも一方の伸長を検出する伸長検出部と、を備える、トルク伝達装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の観点によれば、上述したいずれかのトルク伝達装置と、相対運動可能に連結されてトルク伝達装置により相対運動が行われる第１のアーム部材及び第２のアーム部材と、を備える、動作補助装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように本発明によれば、トルク伝達装置の可撓性ケーブルの伸長を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るトルク伝達装置の構成例を示す模式図である。
【図２】ケーブル伸長特性データベースの一例を示す説明図である。
【図３】同実施形態の変形例に係るトルク伝達装置の構成例を示す模式図である。
【図４】同実施形態に係るトルク伝達装置を適用した動作補助装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１２】
＜１．トルク伝達装置の全体構成例＞
図１を参照して、本実施形態に係るトルク伝達装置１０について説明する。図１は、トルク伝達装置１０の構成例を示す模式図である。トルク伝達装置１０は、可撓性ケーブル９と、第１の駆動プーリ３と、第２の駆動プーリ５と、従動プーリ１と、第１のアクチュエータ１１と、第２のアクチュエータ２１と、第１の回転センサ１３と、第２の回転センサ２３と、制御装置３０とを備えている。
【００１３】
可撓性ケーブル９の両端側はそれぞれ第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５に固定され、可撓性ケーブル９の中間部は従動プーリ１に巻き付けられている。具体的に、従動プーリ１から導出された可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａは第１の駆動プーリ３に固定され、従動プーリ１から導出された可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂは第２の駆動プーリ５に固定されている。可撓性ケーブル９は、第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５の周囲に複数回巻き付けられて固定されていてもよい。
【００１４】
可撓性ケーブル９としては、例えばスチール製又は合成繊維製のケーブルが用いられる。中でも合成繊維製のケーブルは、スチール製のケーブルに比べて、径が比較的小さなプーリへの巻き付き動作における耐久性に優れていることから、小型化が望まれる装置に適用されるケーブルとしてより好適である。
【００１５】
なお、上記の説明では、可撓性ケーブル９は、一端側の部分９ａから他端側の部分９ｂまで繋がった一本のケーブルであるが、可撓性ケーブル９は、二本に分かれていてもよい。例えば、トルク伝達装置１０は、両端側がそれぞれ第１の駆動プーリ３と従動プーリ１とに固定された第１の可撓性ケーブル９ａと、両端側がそれぞれ第２の駆動プーリ５と従動プーリ１とに固定された第２の可撓性ケーブル９ｂとを備えていてもよい。この場合、可撓性ケーブル９ａ，９ｂは、第１の駆動プーリ３、第２の駆動プーリ５及び従動プーリ１の周囲に複数回巻き付けられて固定されていてもよい。
【００１６】
第１のアクチュエータ１１は、第１の駆動プーリ３を回転駆動する。第２のアクチュエータ２１は、第２の駆動プーリ５を回転駆動する。第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１の駆動は、制御装置３０の駆動制御部３７により制御される。第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１としては、代表的には電気駆動式のロータリーモータが用いられる。この場合、第１のアクチュエータ１１の出力軸１１ａに対して第１の駆動プーリ３が同軸上に固定され、第２のアクチュエータ２１の出力軸２１ａに対して第２の駆動プーリ５が同軸上に固定されている。
【００１７】
第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１は、図示しない減速機構を備えていてもよい。また、第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１は、電気駆動式のリニアモータとリニアモータの直動運動を回転運動に変換するトルク変換機構とを組み合わせたアクチュエータであってもよい。
【００１８】
第１の回転センサ１３は、第１の駆動プーリ３の回転角度θ１を検出する。第２の回転センサ２３は、第２の駆動プーリ５の回転角度θ２を検出する。第１の回転センサ１３及び第２の回転センサ２３としては、例えばロータリーエンコーダが用いられるが、これ以外の回転センサであってもよい。第１の回転センサ１３により検出される回転角度θ１の情報は、可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａの基準位置に関連する第１の位置情報の一態様である。また、第２の回転センサ２３により検出される回転角度θ２の情報は、可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂの基準位置に関連する第２の位置情報の一態様である。
【００１９】
第１の位置情報及び第２の位置情報は、可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａ及び他端側の部分９ｂにそれぞれ適宜設定される基準位置の位置に関連する情報である。可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａの基準位置は、例えば第１の駆動プーリ３に対する可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａの先端の固定位置であってもよい。また、可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂの基準位置は、例えば第２の駆動プーリ５に対する可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂの先端の固定位置であってもよい。ただし、可撓性ケーブル９の各部分９ａ，９ｂの基準位置は適宜設定される不変の位置であれば、先端の固定位置以外の位置であってもよい。
【００２０】
トルク伝達装置１０において、第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１のうちの少なくとも一方の駆動により第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５が回転することで、可撓性ケーブル９を介して回転トルクが従動プーリ１に伝達される。これにより、従動プーリ１は、回転トルクを出力可能になっている。
【００２１】
制御装置３０は、第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１の駆動を制御する。また、本実施形態に係るトルク伝達装置１０において、制御装置３０は、可撓性ケーブル９の伸長を検出する。制御装置３０の一部又は全部は、例えばマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサユニット等で構成されていてもよく、また、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。また、制御装置３０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。
【００２２】
＜２．制御装置の構成例及び動作例＞
次に、制御装置３０の構成例及び動作例について説明する。図１に示したように、制御装置３０は、取得部３１と、伸長検出部３３と、ケーブル伸長特性データベース３５と、駆動制御部３７とを備える。
【００２３】
駆動制御部３７は、第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１の駆動を制御する。駆動制御部３７は、第１のアクチュエータ１１を駆動して第１の駆動プーリ３を回転駆動し、可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａを第１の駆動プーリ３に巻き取る。これにより、従動プーリ１は、可撓性ケーブルの一端側の部分９ａを導出する一方で他端側の部分９ｂを巻き取る。これに伴って、第２の駆動プーリ５は、可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂを導出する。
【００２４】
また、駆動制御部３７は、第２のアクチュエータ２１を駆動して第２の駆動プーリ５を回転駆動し、可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂを第２の駆動プーリ５に巻き取る。これにより、従動プーリ１は、可撓性ケーブルの他端側の部分９ｂを導出する一方で一端側の部分９ａを巻き取る。これに伴って、第１の駆動プーリ３は、可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａを導出する。
【００２５】
第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５から可撓性ケーブル９の各部分９ａ，９ｂが導出される際に、第１の駆動プーリ３に連動する第１のアクチュエータ１１又は第２の駆動プーリ５に連動する第２のアクチュエータ２１の回転抵抗が作用する。このため、駆動制御部３７により第１のアクチュエータ１１又は第２のアクチュエータ２１の駆動が制御されると、可撓性ケーブル９の各部分９ａ，９ｂには一定の張力が発生する。
【００２６】
第１の駆動プーリ３への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ１と第２の駆動プーリ５への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ２とが同一である場合、第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５を同一の回転速度でそれぞれ回転させて可撓性ケーブル９を巻き取ることによって、従動プーリ１はいずれかの方向に略同一の回転速度で軸回転する。換言すると、第１の駆動プーリ３への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ１と第２の駆動プーリ５への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ２とが同一である場合、第１の駆動プーリ３の回転量と第２の駆動プーリ５の回転量とは略同一になる。ただし、可撓性ケーブル９に伸長が生じた場合には、当該伸長量ΔＬに相当する分、回転量に差が生じることになる。
【００２７】
取得部３１は、可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａの基準位置に関連する第１の位置情報、及び、可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂの基準位置に関連する第２の位置情報を取得する。上述のとおり、本実施形態において制御装置３０の取得部３１は、第１の回転センサ１３のセンサ信号に基づいて、第１の位置情報として第１の駆動プーリ３の回転角度θ１の情報を取得する。また、取得部３１は、第２の回転センサ２３のセンサ信号に基づいて、第２の位置情報として第２の駆動プーリ５の回転角度θ２の情報を取得する。
【００２８】
伸長検出部３３は、取得部３１が取得した第１の位置情報及び第２の位置情報に基づいて可撓性ケーブル９の伸長を検出する。例えば第１の駆動プーリ３への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ１と第２の駆動プーリ５への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ２とが同一である場合、伸長検出部３３は、第１の位置情報としての第１の駆動プーリ３の回転角度（以下、「第１の回転角度」ともいう。）θ１と、第２の位置情報としての第２の駆動プーリ５の回転角度（以下、「第２の回転角度」ともいう。）θ２との差Δθ（例えば「θ２−θ１」）に基づいて、可撓性ケーブル９の伸長を検出する。
【００２９】
具体的に、例えばトルク伝達装置１０の使用開始時の適宜の状態における第１の回転角度θ１＿αと第２の回転角度θ２＿αとの差Δθ＿αをゼロとした場合に、その後に生じる可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬは以下の式（１）で表すことができる。
ΔＬ＝［（θ２−θ２＿α）−（θ１−θ１＿α）］×ｒ    ・・・（１）
ｒ：第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５の半径（＝ｒ１＝ｒ２）
【００３０】
例えば第１の駆動プーリ３への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ１と第２の駆動プーリ５への可撓性ケーブル９の巻き付き半径ｒ２とが異なる場合に、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬは、上記式（１）の代わりに、下記式（２）で表すことができる。
ΔＬ＝（θ２−θ２＿α）×ｒ２−（θ１−θ１＿α）×ｒ１    ・・・（２）
【００３１】
伸長検出部３３は、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬを検出する際に、可撓性ケーブル９が有する弾性特性を考慮してもよい。つまり、伸長検出部３３は、可撓性ケーブル９に負荷されている張力を無くしたときに生じる萎縮量を考慮することによって、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬの検出精度を高めることができる。
【００３２】
伸長検出部３３は、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬを検出した場合、ケーブル伸長特性データベース３５を参照して、可撓性ケーブル９の劣化を判定してもよい。ケーブル伸長特性データベース３５は、あらかじめ実験又はシミュレーション等によってトルク伝達装置１０の使用に伴う可撓性ケーブル１３５の伸長量ΔＬの変化を求めたデータであり、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）やＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶素子やＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ等の記憶装置に記憶される。あるいは、ケーブル伸長特性データベース３５は、制御装置３０の内部に格納されていなくてもよく、有線又は無線の通信手段を介して制御装置３０からのアクセスが可能になっていてもよい。
【００３３】
図２は、ケーブル伸長特性データベース３５に格納された特性情報の一例を示している。図２の横軸はトルク伝達装置１０の使用時間を示し、縦軸は可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬを示している。図２に示した例では、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬは、トルク伝達装置１０の使用開始直後に比較的速い増大速度で増大した後、緩やかに増大し続ける。そして、可撓性ケーブル９の使用末期が近付くと、再び伸長量ΔＬの増大速度が速くなり、最終的には可撓性ケーブル９は破断に至る。なお、図２に示した特性情報はあくまでも一例であって、可撓性ケーブル９の特性は図示した例に限られない。
【００３４】
伸長検出部３３は、検出した伸長量ΔＬをケーブル伸長特性データベース３５の特性情報に照らし、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬに応じてユーザへの通知を行ってもよい。例えば、伸長検出部３３は、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬが図２に示す第１の基準値ΔＬ１に到達したときに警告表示、警告ランプ及び警告音のうちの少なくとも一つによる警告を行ってもよい。また、伸長検出部３３は、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬが図２に示す第２の基準値ΔＬ２に到達したときに交換表示、交換通知ランプ及び交換通知音のうちの少なくとも一つによる警告動作を行ってもよい。
【００３５】
これにより、トルク伝達装置１０のユーザ等は、可撓性ケーブル９の交換時期が近付いていることあるいは到来したことを知ることができる。したがって、トルク伝達装置１０の使用中に可撓性ケーブル９が突然破断して、トルク伝達が急停止することを抑制することができる。
【００３６】
＜３．変形例＞
次に、本実施形態に係るトルク伝達装置の変形例について説明する。上記実施形態に係るトルク伝達装置１０が第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１を用いていたのに対して、変形例に係るトルク伝達装置は１つのアクチュエータにより第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５を回転駆動する。
【００３７】
図３は、変形例に係るトルク伝達装置１０Ａの構成を示す模式図である。トルク伝達装置１０Ａは、可撓性ケーブル９と、第１の駆動プーリ３と、第２の駆動プーリ５と、従動プーリ１と、アクチュエータ１７と、第１の回転センサ１３と、第２の回転センサ２３と、ワンウェイクラッチ２７と、トーションばね２９と、制御装置３０とを備えている。可撓性ケーブル９、第１の駆動プーリ３、第２の駆動プーリ５、従動プーリ１、第１の回転センサ１３、第２の回転センサ２３、及び制御装置３０は、上記実施形態に係るトルク伝達装置１０の各構成要素と同様に構成することができる。
【００３８】
変形例に係るトルク伝達装置１０において、第１の駆動プーリ３への可撓性ケーブル９の巻き付き半径と第２の駆動プーリ５への可撓性ケーブル９の巻き付き半径とは同一となっている。また、第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５は共通の回転軸１９により支持されている。回転軸１９は、アクチュエータ１７の出力軸１７ａに連結され、アクチュエータ１７により回転駆動される。アクチュエータ１７は、上記実施形態に係るトルク伝達装置１０と同様に電気駆動式のロータリーモータ、あるいは電気駆動式のリニアモータと動力伝達機構との組み合わせによるものとすることができる。かかるアクチュエータ１７は、回転軸１９を正転及び反転可能になっている。
【００３９】
変形例に係るトルク伝達装置１０Ａにおいて、第２の駆動プーリ５は回転軸１９に対して固定的に支持されている。つまり、第２の駆動プーリ５と回転軸１９とは相対回転しないように構成されている。一方、第１の駆動プーリ３は、ワンウェイクラッチ２７を介して回転軸１９に支持されている。つまり、第１の駆動プーリ３は、回転軸１９に対して軸回りの一の方向への自由な相対回転が可能となっている一方で、軸回りの他の方向への相対回転が抑制されている。
【００４０】
図３に示したトルク伝達装置１０Ａの例では、第２の駆動プーリ５が可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂを巻き付け得る回転方向に回転軸１９が回転する際に、第１の駆動プーリ３と回転軸１９との相対回転が可能になっている。逆に、第１の駆動プーリ３が可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａを巻き付け得る回転方向に回転軸１９が回転する際に、第１の駆動プーリ３と回転軸１９との相対回転が抑制される。ワンウェイクラッチ２７としては、スプラグ式又はカム式等の公知のワンウェイクラッチが適宜用いられる。なお、通常、ワンウェイクラッチにより回転を抑制できる抑制トルクには限度があるため、使用するアクチュエータが生成するトルクに応じて適切な抑制トルクが得られるようにワンウェイクラッチが選択されることが望ましい。
【００４１】
トーションばね２９は、可撓性ケーブル９の伸長により、可撓性ケーブル９が第１の駆動プーリ３、第２の駆動プーリ５又は従動プーリ１から脱離することのないように、可撓性ケーブル９の張力を維持する。トーションばね２９によって、可撓性ケーブル９の張力を手動で調整することなく、可撓性ケーブル９の伸長に応じて自動で張力が維持されるようになっている。
【００４２】
具体的に、トーションばね２９の一端は第１の駆動プーリ３に固定されたワンウェイクラッチ２７に固定され、他端は回転軸１９に固定されている。トーションばね２９の中央部は回転軸１９に巻き付けられている。トーションばね２９は、ワンウェイクラッチ２７を介して、回転軸１９に対して相対回転が許容されている方向へと第１の駆動プーリ３を付勢し、第１の駆動プーリ３に対して、常に引張トルクを作用している。トーションばね２９のばね荷重は、可撓性ケーブル９に生じさせる所望の張力に応じて適切に設定される。なお、可撓性ケーブル９に張力を付与するための構成要素はトーションばねに限られない。
【００４３】
変形例に係るトルク伝達装置１０Ａにおいて、アクチュエータ１７の非駆動時には、可撓性ケーブル９に対してあらかじめ予負荷が与えられ、可撓性ケーブル９の張力が維持される。予負荷は手動で与えられてもよい。一方、アクチュエータ１７により回転軸１９が回転すると、第１の駆動プーリ３及び第２の駆動プーリ５は以下のように回転駆動する。
【００４４】
例えば、図３において、第２の駆動プーリ５が可撓性ケーブル９を巻き付ける回転方向に回転軸１９が回転する場合、ワンウェイクラッチ２７の機能により第１の駆動プーリ３と回転軸１９とは相対回転可能になる。このため、第１の駆動プーリ３は回転軸１９の回転トルクによって回転することはない。一方、第２の駆動プーリ５は回転軸１９の回転に伴って回転するため、可撓性ケーブル９は第２の駆動プーリ５に巻き付けられる。その結果、可撓性ケーブル９の張力により第１の駆動プーリ３は可撓性ケーブル９を導出するようにして回転する。
【００４５】
また、図３において、第１の駆動プーリ３が可撓性ケーブル９を巻き付ける回転方向に回転軸１９が回転する場合、ワンウェイクラッチ２７の機能により第１の駆動プーリ３は回転軸１９の回転トルクにより回転する。したがって、可撓性ケーブル９は、第１の駆動プーリ３に巻き付けられる。このとき、回転軸１０５に固定された第２の駆動プーリ５も回転軸１９の回転トルクにより回転し、可撓性ケーブル９を導出する。
【００４６】
このように、アクチュエータ１７の正転駆動又は反転駆動を繰り返すことによって従動プーリ１が双方向に軸回転されて、回転トルクが出力される。その際に、アクチュエータ１７が、第２の駆動プーリ５が可撓性ケーブル９を巻き付ける回転方向に回転軸１９を回転駆動するごとに、可撓性ケーブル９の張力が略一定に維持されるようになる。
【００４７】
変形例に係るトルク伝達装置１０Ａにおいては、ワンウェイクラッチ２７及びトーションばね２９により、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬに相当する分、第１の駆動プーリ３の回転位相が第２の駆動プーリ５の回転位相からずらされることになる。制御装置３０は、駆動制御部３７が１つのアクチュエータ１７の駆動を制御する点以外、上記の実施形態に係るトルク伝達装置１０の制御装置３０と同様に構成することができる。
【００４８】
変形例に係るトルク伝達装置１０Ａによっても、制御装置３０の伸長検出部３３は、可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬを検出することができる。また、伸長検出部３３が発生した伸長量ΔＬに応じて警告動作又は交換通知動作を行うことによって、ユーザ等は可撓性ケーブル９の交換時期が近付いていることあるいは到来したことを知ることができる。したがって、トルク伝達装置１０の使用中に可撓性ケーブル９が突然破断して、トルク伝達が急停止することを抑制することができる。
【００４９】
＜４．動作補助装置への適用例＞
次に、図４を参照して、上記実施形態に係るトルク伝達装置１０を、動作補助装置としての人体装着ロボット１００に適用した例について説明する。図４は、トルク伝達装置１０の第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１が生成する動力により関節部１２０を回転させる人体装着ロボット１００の一例を示す説明図である。図４は、理解を容易にするために示した模式図であって、トルク伝達装置１０は実際には例えばケースやバック等に収容されて人体の腰や背中に配置されてもよく、あるいは関節部１２０に隣接して配置されてもよい。
【００５０】
図示した人体装着ロボット１００は、関節部１２０と、関節部１２０を中心に回動可能に連結された第１のアーム部１１２及び第２のアーム部１１４を有する。第１のアーム部１１２の上部は、人体の腰に巻き付けられる装着ベルト１０２に固定されている。また、第２のアーム部１１４の下部は、人体の大腿部に巻き付けられる装着ベルト１０４に固定されている。関節部１２０には従動プーリ１が設けられ、関節部１２０を中心とする第１のアーム部１１２と第２のアーム部１１４との相対回転は、可撓性ケーブル９を介して、トルク伝達装置１０の第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１により駆動される。
【００５１】
例えば、関節部１２０の従動プーリ１には２本の可撓性ケーブル９ａ，９ｂが接続され、いずれか一方の可撓性ケーブルを関節部１２０に向けて送り出し、他方の可撓性ケーブルを関節部１２０から後退させることにより、第１のアーム部１１２に対して第２のアーム部１１４が、時計回りあるいは反時計回りに回動する。可撓性ケーブル９ａ，９ｂのそれぞれの端部は、トルク伝達装置１０の第１の駆動プーリ３又は第２の駆動プーリ５に固定又は巻き付けられている。図示した可撓性ケーブル９ａ，９ｂは、ワイヤや樹脂等からなるケーブルをカバー１３１，１３２により被覆したボーデンケーブルとして構成され、カバー１３１，１３２の一端部が第１のアーム部１１２に固定されて可撓性ケーブル９ａ，９ｂの先端が関節部１２０に対して進退可能になっている。可撓性ケーブル９ａ，９ｂは、関節部１２０に巻き付けられて導出された１本の可撓性ケーブル９であってもよい。
【００５２】
かかる人体装着ロボット１００において、例えばユーザ（装着者）が歩行する際に、第２のアーム部１１４を関節部１２０を中心に時計回りに回動させることにより、ユーザによる足を上げる動作が補助される。例えば制御装置３０の駆動制御部３７が、筋電位センサやユーザの足の動きを検出するセンサ等によりユーザが足を上げようとしていることを検出すると、第２のアクチュエータ２１を駆動させることにより可撓性ケーブル９ｂを第２の駆動プーリ５に巻き付ける。これにより、可撓性ケーブル９ｂが関節部１２０から後退する一方、可撓性ケーブル９ａが関節部１２０に向けて送出される。その結果、従動プーリ１が時計回りに回転し、第２のアーム部１１４が関節部１２０を中心に時計回りに回動して、ユーザによる足を上げる動作を補助する力が発生する。
【００５３】
逆に、ユーザが足を下ろそうとしている場合、制御装置３０の駆動制御部３７は、第１のアクチュエータ１１を駆動させることにより可撓性ケーブル９ａを第１の駆動プーリ３に巻き付ける。これにより、可撓性ケーブル９ａが関節部１２０から後退する一方、可撓性ケーブル９ｂが関節部１２０に向けて送出される。その結果、従動プーリ１が反時計回りに回転し、第２のアーム部１１４が関節部１２０を中心に反時計回りに回動して、ユーザによる足を下ろす動作を補助する力が発生する。
【００５４】
本実施形態に係る人体装着ロボット１００において、制御装置３０の伸長検出部３３は、第１のアクチュエータ１１及び第２のアクチュエータ２１が発生する動力を従動プーリ１に伝達する可撓性ケーブル９ａ，９ｂの伸長を検出することができる。また、伸長検出部３３が、可撓性ケーブル９ａ，９ｂの伸長量ΔＬに応じて警告動作又は交換通知動作を行うことにより、ユーザや補助者等は可撓性ケーブル９ａ，９ｂが破損するまでに可撓性ケーブル９ａ，９ｂを交換することができる。したがって、人体装着ロボット１００の使用中に突然補助動作が得られなくなることが抑制される。
【００５５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、トルク伝達装置の適用例として、ユーザの動作の補助力を生成させる動作補助装置が例示されていたが、本発明はかかる例に限定されない。本発明に係るトルク伝達装置は、プーリ及び可撓性ケーブルを用いた種々の装置に適用可能である。
【００５７】
また、上記実施形態では、ロータリーエンコーダ等の回転センサにより検出される回転角度の情報を用いて可撓性ケーブル９の伸長量ΔＬを検出していたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、従動プーリ１から第１の駆動プーリ３に導出された可撓性ケーブル９の一端側の部分９ａ及び従動プーリ１から第２の駆動プーリ５に導出された可撓性ケーブル９の他端側の部分９ｂに基準位置を定める目印を付し、電磁式の位置センサや撮像センサ等を用いて２つの基準位置の移動量のズレを測定してもよい。
【００５８】
また、上記実施形態の変形例では、２つの回転センサを用いて第１の駆動プーリ３の回転角度θ１及び第２の駆動プーリ５の回転角度θ２を検出していたが、本発明は係る例に限定されない。変形例に係るトルク伝達装置１０Ａにおいて第２の駆動プーリ５が回転軸１９に固定される一方、第１の駆動プーリ３が回転軸１９に対して相対回転可能となっている。このため、回転軸１９と第１の駆動プーリ３との相対回転角度Δθを検出する一つの回転センサのみとしても、下記式（３）により可撓性ケーブル１０９の伸長量ΔＬを検出することができる。
ΔＬ＝Δθ×ｒ      ・・・（３）
【符号の説明】
【００５９】
１・・・従動プーリ、３・・・第１の駆動プーリ、５・・・第２の駆動プーリ、９・・・可撓性ケーブル、１０・・・トルク伝達装置、１１・・・第１のアクチュエータ、１３・・・第１の回転センサ、１７・・・アクチュエータ、１９・・・回転軸、２１・・・第２のアクチュエータ、２３・・・第２の回転センサ、２７・・・ワンウェイクラッチ、２９・・・トーションばね、３０・・・制御装置、３１・・・取得部、３３・・・伸長検出部、３５・・・ケーブル伸長特性データベース、３７・・・駆動制御部、１００・・・人体装着ロボット（動作補助装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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