(57)【要約】密閉潤滑可能のバイオニック関節装置において、本体バイオニック骨格(1)、受動バイオニック骨格(4)、弾性伸縮容易ハウジング(2)、キャビティー密閉締め具(3)、弾性免震材料(5)、高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)、強力非弾性位置制限連結部(7)を含む。弾性伸縮容易ハウジング(2)内にはグリース(8)が充填されている。本発明による装置はロボット領域と人造関節領域に用いる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体バイオニック骨格(1)、受動バイオニック骨格(4)、弾性伸縮容易ハウジング(2)、キャビティー密閉締め具(3)、弾性免震材料(5)、高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)、強力非弾性位置制限連結部(7)から構成された密閉潤滑可能のバイオニック関節装置において、
弾性伸縮容易ハウジング(2)内にグリース(8)を充填することで高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)の潤滑要求を満たし、グリース（8）によって本体バイオニック骨格(1)と受動バイオニック骨格(4)の間の潤滑作用を維持しており、弾性伸縮容易ハウジング(2)、グリース(8)は高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)を保持すると同時に、関節装置の良好な湾曲こじりと摺動を保証し、弾性伸縮容易ハウジング(2)が湾曲、延伸された状態でも同じくキャビティー内の潤滑とキャビティー内でのグリースが流失されないように保持し、キャビティー密閉締め具(3)は本体バイオニック骨格(1)と受動バイオニック骨格(4)の係止溝によって弾性伸縮容易ハウジング(2)を密閉すると同時に、接触面も接着剤を用い弾性伸縮容易ハウジング(2)内のグリース（8）が流失されないように保持することを特徴とする密閉潤滑可能のバイオニック関節装置。
【請求項２】
前記弾性免震材料(5)は外部の衝撃と振動を緩和し、高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)は接触面の摩擦力を低減しかつ耐久性を延長し、強力非弾性位置制限連結部(7)は湾曲方向の需要に基づいて円周に沿って複数位置に設けられて関節装置の湾曲を制限し、強力非弾性位置制限連結部(7)は本体バイオニック骨格(1)と受動バイオニック骨格(4)の2つの部材の間の間隙サイズを制御することを特徴とする請求項１に記載の密閉潤滑可能のバイオニック関節装置。
【請求項３】
回転機能付き球状股関節に適用されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の密閉潤滑可能のバイオニック関節装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロボット領域と人造関節領域における関節装置の新しい装置に属し、特に潤滑機能を増加しかつ多方向へ湾曲こじりが可能であると同時に、位置制限制御ができる密閉潤滑可能のバイオニック関節装置に関する。装置の外形とサイズを変化することで人体または他の動物の各部位の関節に用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
従来の多くのバイオニック関節は金属によりヒンジ接続され、及びいろんな複雑なねじ、ピンなどを用いて位置制限制御を行っている。複雑な機械構造を利用するため、サイズと外形に対する要求が厳しく、サイズの変化する関節機構と人体に適応されにくくなっている。そのため、人体骨格の形状を模倣することができず、ロボットの機械関節と生物のバイオニック関節への応用が制限されていた。更に、従来のバイオニック関節の研究では接合と制御のみをどのように改善するかを考えているため、そのバイオニック程度が低く、特に生物人造バイオニック関節領域では潤滑が制限されて、その普及と発展が制限されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は密閉潤滑可能のバイオニック関節装置を提供する。それは動物関節組織を模倣して多方向へ湾曲こじりを行うと同時に、運動の位置制限制御機能を果たすことができ、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似する機械技術に充分応用されて、ロボットの他の四脚動物に類似するロボット活動が更に自在になっている。また、医療用人造バイオニック関節領域で好ましい撥油性シリコーンゴムなどのバイオニック材料を用いる場合、人体人造関節でグリースまたは人体に無害なグリースを使用して人造関節の潤滑問題を解決することで、人造関節を幅広く普及させることができる。義足に使用される場合、コストを削減することができ、更に製造が容易になっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は下記のように実現される。
閉鎖潤滑可能のバイオニック関節装置において、本体バイオニック骨格(1)、受動バイオニック骨格(4)、弾性伸縮容易ハウジング(2)、チャンバー密閉締め具(3)、弾性防振材料(5)、高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)と強力非弾性位置制限連結部(7)から構成されている。弾性伸縮容易ハウジング(2)内にはグリース(8)が充填されて、高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)の潤滑要求を満たし、グリース（ 8 ）によって本体バイオニック骨格(1)と受動バイオニック骨格(4)の間の潤滑作用を維持し、弾性伸縮容易ハウジング(2)、グリース(8)は高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)を保護すると同時に、関節装置の良好な湾曲こじりと摺動を保証する。弾性伸縮容易ハウジング(2)が湾曲、及び延伸された状態でも同じくチャンバー内のグリースを流失させずチャンバー内の潤滑を保持し、チャンバー密閉締め具(3)は本体バイオニック骨格(1)と受動バイオニック骨格(4)の係止溝を用いて弾性伸縮容易ハウジング(2)を密閉すると同時に、接触面でも接着剤を用いて、弾性伸縮容易ハウジング(2)内のグリース（ 8 ）を流失させないようにする。これにより、装置の外形とサイズを変化することで、人体または他の動物の各部位の関節に用いることができる。
【０００５】
前記弾性防振材料(5)は外部からの衝撃と振動を緩衝し、高強度耐摩耗自動潤滑材料(6)は接触面の摩擦力を低減しかつ耐用年数を延長する。強力非弾性位置制限連結部(7)は湾曲方向の需要に基づいて円周の複数箇所に設けられて、関節装置の湾曲を制限する。強力非弾性位置制限連結部(7)は本体バイオニック骨格(1)と受動バイオニック骨格(4)の2つ部品の間の間隙サイズを制御する。例えば、関節の前面に比較的長い位置制限連結部を設置して湾曲角度を制御することができ、または両辺に比較的長い位置制限連結部を設置して位置を制限、離脱を防止、安全保護作用を果たすこともできる。関節接触面の形状を変更して関節の湾曲方向を変更することができ、例えば、２つの支点の前、後湾曲する膝関節と回転機能付き球状股関節などが存在する。弾性伸縮容易ハウジングの延伸変形によりチャンバー内のグリースを流失させず良い潤滑作用を果たすようにして、本体バイオニック骨格、受動バイオニック骨格の2つ関節の耐磨耗材料の潤滑を保証する。更に、設けられている弾性免震材料によっていろんな衝撃を緩和して、緩衝作用を果たし、関節の完全を保護し、他の器官に対する衝撃を緩和する。
【０００６】
密閉潤滑可能のバイオニック関節装置は回転機能付き球状関節の股関節に適切し、股関節は回転可能でかつ複数方向の運行が可能である。本体関節はねじ連結9により圧着密封して、キャビティーの密封を保証する。
本発明の原理として、各密閉潤滑可能の軟性延伸容易の弾性保護キャビティー内のバイオニック形状の関節は、外部作用力の方向によって湾曲こじりと摺動を行うことができ、該バイオニック関節の基本構造は人間関節の構造と湾曲こじり摺動性能に完全に類似し、サイズと外形を変更すれば、人体と他の動物の各部位の関節を模倣することができ、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの技術分野に用いられる。本発明は動物関節の湾曲、伸縮、こじり、位置制限のいろんな性能を模倣し、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボット技術に充分に応用されて、ロボットまたは他の四脚動物機械の活動を更に柔軟で自在にする。本発明によれば、材料の科学的進歩に従って医療用人造バイオニック関節領域の人体に用いられて関節を代替することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明の密閉潤滑可能のバイオニック関節装置の断面構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明のバイオニック関節弾性伸縮キャビティーにおける関節被覆状態を示す図である。
【図３】図３は、本発明の膝関節の２つ接触点の前後湾曲する関節の端面構造を示す図である。
【図４】図４は、本発明の回転機能付き球状股関節の断面構造を示す図である。
【図５】図５は、本発明のバイオニック関節弾性伸縮キャビティーにおける関節収縮状態を示す図で、関節非弾性位置制限連結部の位置を示し、該位置は湾曲需要によって円周方向に沿って設けられている。
【図６】図６は、関節収縮状態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
密閉潤滑可能のバイオニック関節装置において、図1に示されたように、本体バイオニック骨格1、受動バイオニック骨格4、弾性伸縮容易ハウジング2（図2、図５、図６では断面を示している）、キャビティー密閉締め具3、弾性免震材料5、高強度耐摩耗自動潤滑材料6と、及び強力非弾性位置制限連結部7（図2、図５、図６を参照、弾性伸縮キャビティー内に配置、または外部に配置されて固接に用いる）により密閉潤滑可能のバイオニック関節装置が構成されている。密閉潤滑可能のバイオニック関節装置内にグリース8が充填されて、高強度耐磨耗自動潤滑材料6を潤滑することで、本体バイオニック骨格1、受動バイオニック骨格4の間の潤滑と摩擦作用を保持する。高強度耐摩耗自動潤滑材料6を保護・潤滑して優れる湾曲こじりと摺動を保証し、弾性伸縮容易ハウジング2が湾曲、延伸された状態でもキャビティー内のグリースを流失させず、キャビティー内が摩擦潤滑されるように保持する。キャビティー密閉締め具3は本体バイオニック骨格1、受動バイオニック骨格4の係止溝を用いて弾性伸縮容易ハウジング2を緊密に密閉すると同時に、接触面も接着剤を用いてキャビティー内からの漏れを防止して潤滑を保持する。弾性免震材料5は外部からの衝撃と振動を緩和し 、高強度耐磨耗自動潤滑材料6は接触面の摩擦を保証し、耐摩耗寿命を長くし、強力非弾性位置制限連結部7は湾曲方向の需要に基づいて、前方外部がキャビティー密閉締め具3の下部に配置されている。弾性伸縮容易ハウジング2の長さより長い強力非弾性位置制限連結部7は、後部へ湾曲する角度を制御し、後部には弾性伸縮容易ハウジング2の長さと同様の強力非弾性位置制限連結部7が配置されて、前部へ湾曲する角度が180°より小さくなるように制御する。円周左右に沿う両側には強力非弾性位置制限連結部7が設けられて、本体バイオニック骨格1と受動バイオニック骨格4の２つ部材の間の間隙サイズを制御し、及び本体バイオニック骨格1と受動バイオニック骨格4が、外部からの引張力で弾性伸縮容易ハウジング2を引張ることにより発生する脱臼を防止すると同時に、縦方向の変位による脱落を防止し、堅固な接続作用を保証する。円周の45°部位には、強力非弾性位置制限連結部7と弾性伸縮容易ハウジング2とが同じ長さで位置制限連結できるように設けられ、これにより、後部へ湾曲する角度を制御すると同時に、安全制限を果たすことができる。これにより、円周の各部位に沿って設置されることができるため、需要によるいろんな制限機能を果たすことができる。
【０００９】
上述により、本体バイオニック骨格1、受動バイオニック骨格4、接触面の接触点を変更することで、関節の運動方向と運動方式を変更することができる。球面の接触面においても複数の方向と回転運動を行うことができる。図4は本発明の回転機能付き球状股関節の断面構造を示す図で、その構造は図1に示されている原理と同様で回転と多方向運動を行うことができ、本体関節にはねじ連結9を用いて圧着密封して、キャビティーの密封を保証する。２つ接触面を有する関節は前後のみ湾曲活動を行い、例えば、図3は本発明の膝関節の２つ接触点を有する前後湾曲する関節の端面構造を示す図で、雌凹部を有することで関節が脱落しないように保証して、支持作用を果たし、他の構造は同様である。3つ以上の接触面を有する場合、非常に小さい湾曲とこじりのみを有し、例えば、人体のせき柱関節の接続のようで、いろんな変形とサイズ変化により、全ての動物関節と類人ロボットの応用に適用されることができる。
【００１０】
上述の関節の運動方式により、バイオニック作用を果たせるため、人体の各骨格関節または他の動物及び人間に類似するロボットの需要に基づいて大きさと外形サイズを変更して、バイオニック関節の各部位の需要に適応して人類の他の動物と人間に類似するロボットの関節連結活動を満たすことで、作動が更に柔軟で自在になると同時に、小型機械の発展に従って非常に小さい動物に該装置を使用することができる。軟性と弾性材料によって運動と骨格の連結を非常に良く保証し、いろんな衝撃振動を減少して緩衝させることができる。
【００１１】
上述により、本発明はバイオニック技術、機械、潤滑構造などの関連領域の発展現状を合わせて、大きいサイズでも容易に加工することができる。マイクロサイズの関節に近代のマイクロ加工技術を利用し、最終的には各領域に用いられ、該機械式バイオニック関節がロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットにおけるヒンジ接続される金属骨格または金属フレームに装着されることで、前記人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの動作が更に柔軟になって、自由度が高くなる。同時に、機械加工におけるいろんなロボットアームなどに用いられることができる。
本発明は閉鎖潤滑可能のバイオニック関節装置によっていろんな関節運動を実現し、構造が簡単で、コストが低く、容易に製造することができる。損傷された場合でも容易に交換することができる。閉鎖潤滑によりバイオニック関節の湾曲運動を満たしている。同時に、非弾性位置制限連結部を通じて湾曲を制限、制御して、縦方向への変位を防止し、脱落を防止し、堅固接続作用を安全保護し、関節の安定性と安全性を保証する。本発明は新しい接続装置を各種の機械とロボットの生産技術分野に幅広く応用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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