(57)【要約】  本発明は前腕回転機構に関する。この機構は、円弧のガイドトラックを含む手関節を支承する移動取り付け具(2)、前腕の後端を支承する固定取り付け具(4)、移動取り付け具(2)および固定取り付け具(4)に連結され、回転ヒンジリンク(14)によって長手方向軸(Z)の周りの移動取り付け具(2)と固定取り付け具(4)の間の回転を可能にする剛直な細長いロッド(12)、および一端で固定取り付け具(4)に剛体的に連結され、他端でころ軸受に連結された支柱(6)を含み、ころ軸受内でころが移動取り付け具(2)のガイドトラックと転がり接触状態であり、移動取り付け具(2)を長手方向軸(Z)の周りで旋回運動させ、前記軸(Z)の方向がガイドトラックの円弧の中心および固定取り付け具に連結されたロッドの端部によって画定される円の中心を横切る。
2010529874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手関節を支持するように設計された移動ステー(2)であって、円弧形状の少なくとも1つのガイドトラックを含む移動ステー(2)と、前腕の後端を支持するように設計された固定ステー(4)と、長さ方向に剛直なロッド(12)であって、前記移動ステー(2)と前記固定ステー(4)を接続し、前記移動ステー(2)が回転可能な関節式リンク(14、32)によって長手方向軸(Z)の周りで前記固定ステー(4)に対して回転することができるようにするロッド(12)と、端部の1つで前記固定ステー(4)に剛体的に接続され、他方の端部でころ軸受に接続された支柱(6、6')とを含み、前記ころ軸受のころ(8)は前記移動ステー(2)の少なくとも1つのガイドトラックと転がり接触状態であり、前記ころ(8)が前記移動ステー(2)を長手方向軸(Z)の周りで旋回させ、前記長手方向軸(Z)の方向が一方で前記ガイドトラックの前記円弧の中心を通り、他方で前記固定ステーに接続されたロッドの端部によって画定される円の中心を通る、前腕用回転機構。
【請求項２】
各ロッド上の少なくとも1つの関節式リンクが、玉継手リンク、旋回リンクと組み合わせた玉継手、たとえばカルダン継手の中心と一致する旋回リンクと組み合わせたカルダン継手など3軸の周りの3つの回転からなる等価のリンク、または任意の他のリンク、あるいは等価のリンクの組み合わせであり、各ロッドの他の関節式リンクが1点で交わる、もしくは交わらない2本の直交軸の周りの少なくとも2つの回転を可能にするリンクである、請求項1に記載の機構。
【請求項３】
関節式に回転し、前記ロッド(12)を前記移動ステー(2)または前記固定ステー(4)の1つに連結する前記リンクが、玉継手リンク、旋回リンクと組み合わせた玉継手リンク、たとえばカルダン継手の中心と一致する旋回リンクと組み合わせたカルダン継手など3軸の周りの3つの回転からなる等価のリンク、または任意の他のリンク、あるいは等価のリンクの組み合わせであり、前記ロッド(12)を前記固定ステー(4)または前記移動ステー(2)の他のものに連結する前記関節式リンクが1点で交わる、または交わらない2本の直交軸の周りの少なくとも2つの回転を可能にするリンクである、請求項2に記載の機構。
【請求項４】
少なくとも3本の関節式ロッド(12)が存在する、請求項1から3の一項に記載の機構。
【請求項５】
前記支柱(6)が軽いバーのメッシュを使用して作成され、その剛性が移動部分の振れによってユーザが知覚できる望ましくない角運動が生じないものである、請求項1から4の一項に記載の機構。
【請求項６】
前記固定ステー(4)が前記移動ステー(2)の半径よりも半径が大きい円の弧の一部であって、円錐台形状を有する機構を画定し、円錐台形状の母線がロッド(12)である、請求項1から5の一項に記載の機構。
【請求項７】
前記移動ステー(2)の前記長手方向軸(Z)の周りの回転を駆動する作動システムをさらに含む、請求項1から6の一項に記載の機構。
【請求項８】
前記作動システムが前記移動ステー(2)に強固に固定された歯付セグメントと係合するピニオンを含み、前記ピニオンが電動モータによって駆動される、請求項7に記載の機構。
【請求項９】
前記作動システムが、一方でピニオンと係合し、他方で前記移動ステー(2)に強固に固定された歯付セグメントと係合するベルトを含み、前記ピニオンが電動モータによって駆動される、請求項7に記載の機構。
【請求項１０】
前記作動システムが電動モータで駆動される可逆のケーブルアクチュエータを含む、請求項7に記載の機構。
【請求項１１】
前記モータが前記固定ステー(4)に近接するように取り付けられる、請求項7から10の一項に記載の機構。
【請求項１２】
前記支柱(6')が、2本の横方向のロッドおよび1本の中心ロッドであって、3本が全て1つの長手方向の端部で前記固定ステー(4)に、他方の端部で前記ころ軸受を支承する接合プレート(81)に連結され、前記中心ロッドがスプラインシャフト(82)であり、前記ケーブルアクチュエータが前記固定ステー(4)に固定されたモータ(18)を含むロッドと、前記スプラインシャフト(82)に概ね平行であるねじ(88)と、前記ねじに取り付けられたナット(85)と、前記ねじ(88)および前記移動部分(2)に固定されたケーブルであって、前記ナット(85)が前記電動モータ(18)によって回転されるようになされたケーブルと、前記スプラインシャフト(82)上で摺動するように設計されたブッシュ(104)とを含み、前記ブッシュが前記ねじ(88)に強固に固定されてねじの回転が阻止される、請求項10または11と組み合わせた請求項1から4の一項に記載の機構。
【請求項１３】
前記ブッシュ(104)と前記ねじ(88)の強固な取り付けが弾性型のものである、請求項1から12に記載の機構。
【請求項１４】
前記モータ(18)が前記スプラインシャフト(82)の周囲を通る歯付きベルト(86)によって前記ナット(85)を駆動する、請求項12または13に記載の機構。
【請求項１５】
前記ころ軸受が前記接合プレート(81)上に突き出て、前記長手方向軸(Z)に対して横方向にオフセットされる、請求項12から14の一項に記載の機構。
【請求項１６】
前記移動部分(2)が前記ケーブルの端部を案内するための溝を含み、前記溝の形態が前記移動部分(2)の固有の長手方向の並進運動を補償するようになされる、請求項12から15の一項に記載の機構。
【請求項１７】
前記移動部分(2)が前記ケーブルの端部を案内するための溝を含み、前記移動部分(2)が横軸(X)の周りで関節式になされて、前記移動部分(2)の固有の長手方向の並進運動を補償する、請求項12から15の一項に記載の機構。
【請求項１８】
前記手関節の2つの関節を再現するように設計された2つの追加の横方向回転の関節を含み、前記関節が前記移動ステー(2)に配置される、請求項1から17の一項に記載の機構。
【請求項１９】
直交する軸を有する2つの旋回リンクによって前記移動ステー(2)に接続され、玉継手リンク、旋回リンクと組み合わせた玉継手、または、たとえばカルダン継手の中心と一致する旋回リンクと組み合わせたカルダン継手など3軸の周りの3つの回転からなる等価のリンク、あるいは任意の他のリンク、もしくは等価のリンクの組み合わせなどによって前記固定ステー(4)に接続されたプレート(30)を含み、前記プレート(30)が第1のセグメントを前記手関節の横軸(X)の周りで回転させることができる第1のアクチュエータ(40)、および第2のセグメントを前記手関節の横軸(Y)の周りで回転させることができる第2のアクチュエータを支持し、前記第2のセグメントが前記第1のセグメント上で担持される、請求項18に記載の機構。
【請求項２０】
前記第1(40)および第2のアクチュエータが、それぞれループに形成され、それぞれ前記第1および第2のセグメントに対して回転するように強固に固定されたガイドプーリまで前記プレートに沿って通るケーブル(34、58)を含む可逆のケーブルシリンダである、請求項19に記載の機構。
【請求項２１】
前記ケーブルシリンダ(40)が前記固定ステーにできるだけ近接するように前記プレート上に配置されたモータによって作動される、請求項20に記載の機構。
【請求項２２】
前記ケーブルシリンダが前記固定ステー(4)に固定されたモータによって作動され、各モータがそれぞれ可撓性シャフトまたは伸長に耐えるように設計されたカップリングが装備されたシャフトによって前記各シリンダに接続される、請求項20に記載の機構。
【請求項２３】
前記旋回部の1つの軸と同じ軸を有するガイドプーリを含む、請求項19から22の一項に記載の機構。
【請求項２４】
腕に沿って走るように設計されたセグメントに連結された、請求項1から23の一項に記載の機構を含む5本の回転軸を有する腕矯正器。
【請求項２５】
腕に沿って走るように設計されたセグメントに連結された、請求項1から23の一項に記載の機構を含む7本の回転軸を有する腕矯正器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前腕回転機構および該機構を含む矯正器または外骨格に関する。
【背景技術】
【０００２】
矯正器は、電動マニピュレーターと同様の、人の肢の外部に肢に平行に配置された構成部品である。矯正器は、たとえば個人の肢の重量を支持し、必要に応じて追加の力を加えて、個人を助けるために使用される。矯正器を肢用運動センサとして使用し、遠隔操作、臨床研究など様々な作業中に肢のバランスを保持する際に伴う疲労を取り除くこともできる。
【０００３】
しかし、該デバイスの実現には幾つかの問題がある。
【０００４】
一方では、解剖学的回転軸または擬似軸と一致する機械的回転軸の作成によって横方向の回転を再現することは容易であるが、(たとえば腕または前腕などの場合)長手方向軸の実現はそれほど容易ではない。最も広範に使用されている解決法は、その中に操作者の腕が導入される、たとえば玉軸受など環状ガイドを使用するものである。この解決法では、容易な取り付けおよび迅速な取り外しが妨げられ、障害者である個人にとってはさらに著しくなる。拘束されるという心理学印象が該矯正器の開発を遅らせている。また、この解決法は安全面からも実現不可能な恐れがある。
【０００５】
拘束される印象を克服するために、概念的な回転軸が肢の解剖学的軸または擬似軸と一致するように作成された開放円形ガイドが開発された。これは、実質上、レールとして働く固定された円弧を含み、その上をころが取り付けられたキャリッジが移動するものである。
【０００６】
文書、特許文献１には、肩から前腕までの腕用矯正器が記載されており、これは腕用半円形ガイドと前腕用の閉じた円形のガイドを組み合わせたものである。
【０００７】
各ガイドはビームに強固に固定され、互いに関連する関節式の2つのセグメントに区分される。
【０００８】
ビームは大きく、移動部分の質量を支持し、屈曲力に耐えるようになされる。さらに、作動手段がオフセットされず、それによって該セグメントがさらに重くなる。したがって、この矯正器はかなりの質量およびかなりの慣性を有する厄介なものである。また、前腕の拘束がこの解決法の実行を妨げている。
【０００９】
特許文献２には、ビームで支持された開放半円形ガイドで形成された前腕用矯正器が記載されている。この矯正器には拘束される欠点がないが、ガイドを支持するビームがかなりの質量を有して、ガイドの重量を支持し、屈曲力に耐えるようになされている。さらに、円形ガイドによって画定され、補助される肢の軸を再現する回転軸の方向を正確に画定するために、かなりの質量を有するガイドおよびキャリッジを使用しなければならない。実質上、この軸は円形ガイドだけで画定される。したがって、この矯正器はかさばり、重く、かなりの慣性を示すものである。
【００１０】
前の機構では、レバーアームがかなりの曲げモーメントを生成し、それによってガイドレール上に非常に高レベルの局部応力が生じ、したがって運動を妨げる摩擦が生じる。故に、該システムは比較的低い重量制限を有する。本発明の目的の1つは曲げモーメントおよびせん断力を分散し分離する機構を提案することである。
【００１１】
さらに、手関節の2本の横軸用アクチュエータを機構搭載式に統合することができることも望ましい。しかし、現状の技法を使用する設計では、その質量が回転するように作成されており、かなりの慣性を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願第2006/0150753号
【特許文献２】国際公開第2004/058457号
【特許文献３】仏国特許第2809464号
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Handicap 2004の論文「Une nouvelle technologie d'orthese portable(「a new portable orthesis technology」)」、170〜175頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、全体寸法が小さく、質量が小さく、低い慣性を示し、取り付けが迅速かつ容易な矯正器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的は、前部が支柱上の移動ステーによって、後部が支柱に固定されたステーによって境界が画定され、移動および固定ステーが剛直なロッドによって連結された、クレードルの形態の前腕回転機構によって達成される。移動ステーは前腕の長手方向軸に近接するように設計された軸の周りで旋回するように設計された概ね湾曲した形状、および支柱に取り付けられた前部ステーの作動手段を有する。
【００１６】
換言すれば、本発明による機構は、ロッドで互いに連結された移動部分と固定部分の間の長手方向の回転軸を画定し、ロッドは長さ方向に剛直であり、ロッドの端部で関節式になされ、曲げモーメントの大きさに耐える。移動部分は円弧形状のガイドトラックを含み、固定部分および移動部分も固定部分に剛体的に固定された支柱で平行に接続されて、せん断力の大きさに耐えるようになされ、ころが移動部分の円弧形状のガイドトラックと転がり接触状態のころ軸受に連結される。したがって、小さい全体寸法を有する軽い開放円形ガイドを使用して、正確な回転軸が得られる。実質上、全ての力、特に屈曲による力にそれ自体で耐えるように設計された円形ガイドを使用する必要がない。本発明による機構は、回転運動の伝達を最適化し、屈曲力の悪影響をバーの牽引/圧縮力に変換することによって低減する、関節式ロッドの原理を使用するものである。したがって、負荷下の摩擦も低減される。
【００１７】
本発明による機構は、
2つの構成要素であって、1つが固定され、他方が移動することができ、ロッドによって連結され、ロッドは長さ方向に剛直であり、ロッドの両端で玉継手または等価の連結手段を使用して関節式になされて曲げモーメントの大きさのバランスをとり、
湾曲した移動部分が操作者の手関節の保持に適しており、移動部分が円弧形状のガイドトラックを含む、2つの構成要素と、
せん断力の大きさを低減する支柱とを含むことができ、支柱の一端は固定部分に剛体的に固定され、支柱の他端はころ軸受によって移動部分に接続され、ころ軸受は移動部分上で円弧を形成するガイドトラックと少なくとも転がり接触状態の1組の3つのころからなり、移動部分を案内円弧の概念的な中心の周りで回転運動させる。
【００１８】
支柱は、好ましくは、軽いバーのメッシュを使用して作成され、その剛性は移動部分の振れによってユーザが知覚できる望ましくない角運動が生じないものである。
【００１９】
特定の一例では、本発明による機構はさらに、
移動部分に連結された歯付セグメントおよび支柱に固定された軸受内で回転するピニオンで形成された平行の歯車駆動伝動装置、
好ましくは、上流の横方向の関節に向かってオフセットされて、この軸に加えられる重力による慣性およびトルクを最小限に抑えるように配置され、軽いシャフトおよび必要に応じて可撓性カップリングによってピニオンを駆動するモータを含む。
【００２０】
本発明は、非常に少ない拘束で構成要素の形状を最適化する能力を有し、腕を包囲することなく腕を嵌めることができ、腕の長手方向軸を機構の長手方向軸に近接させる、開放された円錐形を有する機構を提供する。閉じた円形ガイドの必要性が回避される。
【００２１】
さらに、肢の横方向の関節に対して本発明によるデバイスの覆いかぶさる質量は、軸受を取り付けたキャリッジが移動するレール、またはころが移動するレールに対するよりも小さい。なぜなら、一方で固定部分がロッドのごく僅かな重量で腕のベースに配置され、他方で、ころによって加えられる応力が、曲げモーメントがほとんどなく小さいため、負の結果を全くもたらさずに、移動部分を軽い材料を使用して作成することができるからである。
【００２２】
本発明の機構は様々な力を分離し、分散させる:せん断力は支柱によって有効に支持され、曲げモーメントはロッドによって有効に支持される。
【００２３】
手関節の軸を制御し、それによって3自由度を提供することができるように、機構を有利に補うことができる。
【００２４】
特定の一例では、したがって、長手方向の回転機構は、ロッドの1つの代わりのプレートを含む。このプレートは2つのケーブルシリンダまたはアクチュエータを支承する。これらは、同じ機能を有し、一方で、交わっても交わらなくてもよい直交する軸を有する2つの旋回リンクによって移動部分、およびそれぞれケーブルが手関節に向かって走ることができるようにする2つのケーブルシリンダまたはアクチュエータと同心の1組のプーレに連結され、他方で、玉継手、玉継手/旋回部の組み合わせ、またはカルダン継手/旋回部の組み合わせによって固定部分に連結される。
【００２５】
したがって、本発明の主題は、手関節を支持するように設計された移動ステーであって、円弧形状の少なくとも1つのガイドトラックを含む移動ステーと、前腕の後端を支持するように設計された固定ステーと、移動ステーと固定ステーを接続し、回転可能な関節式リンクによって移動ステーが固定ステーに対して長手方向軸の周りで回転することができるようにする長さ方向に剛直なロッドと、端部の1つで固定ステーに剛体的に接続され、他方の端部でころ軸受に接続された支柱とを含み、ころ軸受のころは移動ステーの少なくとも1つのガイドトラックと転がり接触状態であり、ころが前記移動ステーを長手方向軸の周りで旋回させ、長手方向軸の方向が一方でガイドトラックの円弧の中心を通り、他方で固定ステーに接続されたロッドの端部によって画定される円の中心を通る、前腕用回転機構である。
【００２６】
有利には、各ロッド上の少なくとも1つの関節式リンクは、玉継手リンク(または、幾つかの方向に可能な移動範囲を拡大するための旋回リンクと組み合わせた玉継手)、あるいは、たとえばカルダン継手の中心と一致する旋回リンクと組み合わせたカルダン継手など、3軸の周りの3つの回転からなる等価のリンク、もしくは任意の他のリンク、または等価のリンクの組み合わせであり、各ロッドの他の関節式リンクは、交わる(カルダン継手)または交わらない2本の直交する軸の周りの少なくとも2つの回転を可能にするリンクである。
【００２７】
一実施形態例では、関節式に回転し、ロッドを移動ステーまたは固定ステーの1つに連結するリンクは、玉継手リンク(または、幾つかの方向に可能な移動範囲を拡大するための旋回リンクと組み合わせた玉継手)、あるいは、たとえばカルダン継手の中心と一致する旋回リンクと組み合わせたカルダン継手など、3軸の周りの3つの回転からなる等価のリンク、もしくは任意の他のリンク、または等価のリンクの組み合わせであり、ロッドを固定ステーまたは移動ステーの他方に連結する関節式リンクは、交わる(カルダン継手)または交わらない2本の直交する軸の周りの少なくとも2つの回転を可能にするリンクである。
【００２８】
関節式ロッドを2つの玉継手によって、または玉継手およびカルダン継手によって望み通りに移動および固定ステーに連結することができる。玉継手を玉継手/旋回部、またはカルダン継手/旋回部の組み合わせと交換することもできる。好ましい一実施形態では、直交する、交わっても交わらなくてもよい軸を有する2つの旋回リンクによって関節式ロッドが移動ステーに接続され、上記の玉継手リンク、またはやはり同一のリンクと組み合わせたリンクによって固定ステーに接続される。したがって、リンクの不均一性から生じる横軸の角度偏差の源が除去される。
【００２９】
長さ方向に剛直の、少なくとも3本のロッドが存在する。ロッドは、軽く、実現すべき小さい全体寸法を有する機構を可能にする。
【００３０】
支柱は、有利には、軽いバーのメッシュを使用して作成され、その剛性は、移動部分の振れによってユーザが知覚できる望ましくない角運動が生じないものである。
【００３１】
固定ステーは、有利には、半径が移動ステーの半径よりも大きい円の弧の一部であって、円錐台形状を有する機構を画定し、円錐台形状の母線がロッドである。この構成は人の前腕の形状に最も良好に一致することができるようにする。
【００３２】
移動ステーは、ロッドの移動の結果として、ころに対して長手方向軸に沿って移動することができる。
【００３３】
本発明のデバイスの長手方向の回転の案内部を、移動ステーを前記長手方向軸の周りで回転させる作動システムに結合することができる;この作動システムは、たとえば移動ステーに強固に固定された歯付セグメントと係合するピニオンを含むことができ、ピニオンは電動モータで駆動される。
【００３４】
他の実施形態例では、作動システムは、一方でピニオンと係合し、他方で移動ステーに強固に固定された歯付セグメントと係合するベルトを含み、ピニオンは電動モータで駆動される。
【００３５】
他の実施形態例では、作動システムは、電動モータで駆動される可逆のケーブルアクチュエータを含む。
【００３６】
一実施形態の変形では、支柱は2本の横方向のロッドおよび1本の中心ロッドを含むことができ、3本が全て長手方向の一端で固定ステーに連結され、他端でころ軸受を支承する接合プレートに連結され、中心ロッドはスプラインシャフトであり、ケーブルアクチュエータは、固定ステーに固定されたモータと、スプラインシャフトに概ね平行のねじと、ねじに取り付けられたナットと、ねじおよび移動部分に固定されたケーブルと、前記ナットは電動モータによって回転されるように駆動され、スプラインシャフト上で摺動するように設計されたブッシュとを含み、ブッシュはねじに強固に固定されて、ねじの回転が阻止される。
【００３７】
ブッシュとねじの固い締結は、有利には弾性タイプである。
【００３８】
モータは、たとえばスプラインシャフトの周囲を通る歯付ベルトによって、ナットを駆動する。
【００３９】
ころ軸受は、有利には、接合プレート上に突き出て、長手方向軸に対して横方向にオフセットされることによって、全体の横方向の寸法を縮小することができる。
【００４０】
一例では、移動部分がケーブルの端部を案内するための溝を含み、溝の形状が移動部分の固有の長手方向の並進運動を補償するようになされることが考えられる。
【００４１】
他の場合では、移動部分がケーブルの端部を案内するための溝を含み、移動部分が横方向のシャフトの周りで関節式になされて、移動部分の固有の長手方向の並進運動を補償することが考えられる。
【００４２】
有利には、モータを固定ステーに近接するように嵌合して、覆いかぶさる質量を低減する。
【００４３】
本発明による機構は、有利には、手関節の2つの関節を再現するように設計された2つの横方向回転の関節を含み、前記関節が移動ステーに位置付けられる。
【００４４】
機構は、たとえば、直交する軸を有する2つの旋回リンクによって移動ステーに接続され、玉継手リンク(または、幾つかの方向に可能な移動範囲を拡大するための旋回リンクと組み合わせた玉継手)、あるいは、たとえばカルダン継手の中心と一致する旋回リンクと組み合わせたカルダン継手など、3軸の周りの3つの回転からなる等価のリンク、もしくは任意の他のリンク、または等価のリンクの組み合わせによって固定ステーに接続されたプレートを含み、前記プレートは第1のセグメントを手関節の軸の周りで回転させることができる第1のアクチュエータ、および第2のセグメントを手関節の軸の周りで回転させることができる第2のアクチュエータを支持し、第2のセグメントは第1のセグメント上で担持される。
【００４５】
第1および第2のアクチュエータは、有利には、それぞれ、ループに形成され、それぞれ前記第1および第2のセグメントに回転するように強固に固定されたガイドプーリまでプレートに沿って通るケーブルを含む可逆のケーブルシリンダでもよい。
【００４６】
有利には、リターンプーリは旋回リンクの1つの軸と同じ軸を有して、ケーブルの長さにおける振動を全て防止する。
【００４７】
有利には、ケーブルシリンダは、固定ステーにできるだけ近接するようにプレート上に配置され、または固定ステーに固定されたモータによって作動され、各モータは各アクチュエータに可撓性シャフトまたは伸長に耐えるように設計されたカップリングが装備されたシャフトによって連結される。
【００４８】
本発明の他の目的は、腕に沿って走るように設計されたセグメントに連結された、本発明による機構を含む5本の回転軸を有する腕矯正器である。
【００４９】
本発明の他の目的は、腕に沿って走るように設計されたセグメントに連結された、本発明による機構を含む7本の回転軸を有する腕矯正器である。
【００５０】
本発明は、以下の説明および添付の図の助けによってより明瞭に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による前腕矯正器のための1自由度を有する長手方向軸の周りの回転案内用機構の一実施形態例を示す概略斜視図である。
【図２】一工業生産実施形態の図1の機構を示す概略斜視図である。
【図３】機構の変形を示す概略図である。
【図４】歯車駆動アクチュエータが装備された図1の機構を示す概略図である。
【図５】ケーブルシリンダアクチュエータが装備された図1の機構を示す概略図である。
【図６Ａ】本発明による5軸矯正器を示す斜視図である。
【図６Ｂ】本発明による矯正器の正面図である。
【図６Ｃ】本発明による矯正器の背面図である。
【図６Ｄ】本発明による矯正器の詳細図である。
【図７】本発明による矯正器用の3自由度を有する前腕の一実施形態例を示す概略図である。
【図８】図7の機構の変形形態を示す概略図である。
【図９】モータが固定された図7の機構の変形形態を示す概略図である。
【図１０Ａ】一工業生産実施形態の図7の機構を示す斜視図である。
【図１０Ｂ】機構が保護カバーを含む、図10Aの実施形態と同じ図である。
【図１１】本発明による7軸矯正器を示す斜視図である。
【図１２Ａ】本発明による機構の実施形態の変形の上からの概略図である。
【図１２Ｂ】本発明による機構の実施形態の変形の横からの概略図である
【図１２Ｃ】上からの4分の3等角斜視図で示した、図12Aおよび12Bの一工業生産の実施形態の変形を示す図である。
【図１２Ｄ】横からの4分の3等角斜視図で示した、図12Aおよび12Bの一工業生産の実施形態の変形を示す図である。
【図１２Ｅ】横からの4分の3等角斜視図で示した、図12Aおよび12Bの一工業生産の実施形態の変形を示す図である。
【図１２Ｆ】横からの4分の3等角斜視図で示した、図12Aおよび12Bの一工業生産の実施形態の変形を示す図である。
【図１３Ａ】XおよびY1軸の周りの駆動手段ケーブルの経路が変更された、本発明による機構の実施形態の変形を示す概略図である。
【図１３Ｂ】XおよびY1軸の周りの駆動手段ケーブルの経路が変更された、本発明による機構の実施形態の変形を示す概略図である。
【図１３Ｃ】XおよびY1軸の周りの駆動手段ケーブルの経路が変更された、本発明による機構の実施形態の変形を示す概略図である。
【図１３Ａ２】図13Aの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
本発明による前腕矯正器のための回転機構は、前腕1を保持するように設計されており、前腕1の長手方向軸は機構の長手方向軸と概ね同じである。
【００５３】
用語「前部」および「後部」は前腕の前部および後部と同様に使用される。したがって、前部は手の端部に存在するように設計された端部に相当し、後部はひじの端部に存在するように設計された端部に相当する。
【００５４】
図1で示した機構は、前部ステー2、後部ステー4、および前部ステー2と後部ステー4を連結する剛直な支柱6を含む。
【００５５】
前部ステー2または移動ステーは、支柱6上で移動するように取り付けられるように設計された円弧の一部の形をとる。移動ステー2は平面P内で旋回するように設計される。平面Pは前腕1の長手方向軸と概ね共直線である長手方向軸Zの周りで前腕の軸に概ね直交する。
【００５６】
移動ステー2は、移動ステー2がころ軸受によって支柱6上で移動するように嵌合される。ころ軸受は、たとえば支柱6に強固に固定された3つのころなど、ころ8で構成され、移動ステー2上に形成された2つの同心の円筒形トラック10内で転がる。たとえば、2つのころ8が移動ステー2の外側トラック10内で転がり、1つのころが他の2つのころ8の反対側の移動ステー2の内側トラック10上で転がる。
【００５７】
ころ8は軸受によって支柱6上に取り付けられ、ころ8の軸は軸Zに概ね平行である。
【００５８】
残りの記載で分かるように、ころ8とトラック10の係合によって移動ステーがZに沿って移動することもできるようになる。
【００５９】
固定ステー4は、たとえば埋め込みなど任意の適した手段を使用して支柱6に剛体的に固定される。
【００６０】
支柱6は、たとえば軽いバーのメッシュの形態に作成され、その剛性は、振れによってユーザが知覚できる望ましくない角運動が生じないものである。支柱は、たとえば鋼または炭素繊維からなるものでもよい。
【００６１】
長さ方向に剛直なロッド12は移動ステー2と固定ステー4を長手方向に接続する。ロッドはそれぞれ長手方向の端部で移動ステー2および固定ステー4に関節式に回転するリンクによって連結される。図で示した例では、この関節式回転リンクは玉継手14である。
【００６２】
ロッドアセンブリ12は、曲げモーメントのバランスをとるものである。
【００６３】
関節式リンクの少なくとも1つは、玉継手リンク(あるいは、幾つかの方向に移動範囲を拡大するための旋回リンクと組み合わせた玉継手)、または、たとえばカルダン継手の中心と一致する旋回リンクと組み合わせたカルダン継手など、3軸の周りの3つの回転からなる等価のリンク、もしくは任意の他のリンク、または等価のリンクの組み合わせである。
【００６４】
他の関節式リンクも玉継手型のものでもよいが、図6Bから図6Dで示したように、1点で交わる(カルダン継手)または交わらない2本の直交する軸の周りの2つの回転を可能にする関節式リンクが単に考えられる。
【００６５】
有利には、旋回リンクと組み合わせたカルダン継手リンクによって移動ステー上で、カルダン継手リンクによって固定ステー上で関節式になされたロッド12が考えられる。したがって、両端にカルダン継手が装備されたロッド12を工業的に製造することができ、製造コストを下げることができる;カルダン継手は実際に広範に使用されているリンクである。旋回部は、たとえば玉継手リンクよりもかさの小さい玉軸受旋回部である。
【００６６】
実際、ロッド12をステー2、4に2つの玉継手リンクで連結する必要はない。この場合は、3本のロッドがロッドの端部で同じステーに連結された玉継手リンク、およびロッドの他端にカルダン継手リンクを有することが好ましい。リンクが各ステー上で均一であって、横軸上に角度偏差を追加する源を除去することが有利である。
【００６７】
ロッド12と固定ステー4と移動ステー2の間に直接作成されたリンクは弾性関節部を使用することが考えられる。
【００６８】
有利には、固定ステー4も円弧形状をとり、移動ステー2の径よりも大きい径を有して、前腕1の外形と同様の内部の円錐台形の空間の境界が画定されるようにする。その場合、矯正器は概ね円錐台の形状を有し、円錐台の母線はロッド12から形成される。
【００６９】
残りの記載では、例外を除いて、ロッド12と前部ステー2と後部ステー4の間のリンクが玉継手リンクであることが考えられる。
【００７０】
機構の回転の長手方向軸Zは、ロッドを移動ステー2および固定ステー4に接続する3つの玉継手リンク14によって画定される移動ステー2および固定ステー4の概念的な中心を通過する。移動リンク2の玉継手リンクの概念的な中心も移動ステー2が作成される円の中心と同じである。概念的な円の中心は一連の玉継手を連結する線分の垂直二等分線の交点によって決定される。さらに、機構が基準位置にある場合、玉継手の固定点または同じロッド上のカルダン継手の固定軸は、その構造によって、機構の概念的な円垂体の半径方向の平面内に存在し、横軸からの角度偏差の源が除去されることになる。
【００７１】
移動ステー2で両方の横方向の回転が阻止されるため、ロッド12は移動ステー2に加わる曲げモーメントのバランスをとり、支柱6は横方向の結果またはせん断力を本質的に伝える。
【００７２】
図2では、矯正器の工業生産の実施形態を見ることができ、具体的には移動ステー2を見ることができる。
【００７３】
支柱6は3本のロッド17で形成され、ロッド17は、1つの長手方向の端部で固定ステー4に連結され、他方の長手方向の端部でころ軸受を担持する接合プレートに固定される。
【００７４】
固定ステー4に連結されたロッド17の端部は、ロッド17がたとえば図1で示した支柱の全般的な形状を再現する三角形を形成するように配置される。
【００７５】
この例では、後者は手関節の形状と概ね一致する内面2.1を含み、したがって、前腕が機構内に配置されると、手関節が横方向に支持され、回転の際は長手方向に支持される。移動ステー2は、ころ8と係合する2つの同心の円筒形ガイドトラック2.2を含む。
【００７６】
本発明によれば、このガイドは、移動ステー2が支柱に対して軸Zに沿って移動することができるようにするものである。
【００７７】
実質上、前腕の長手方向軸の周りの回転中に、前腕の長さが僅かに変わり、人の前腕の場合は、この変化が回転角度120°について数ミリメートルに相当する。本発明は該移動の発生を可能にするものである。
【００７８】
このZに沿った長手方向の移動は、ころおよび円筒形トラックによって提供される案内によって可能になる。
【００７９】
さらに、図3で概略的に示したように、具体的には機械加工の不確実性、かつ/または負荷下での構造の変形により、固定ステー4に対する移動ステー2の偏心が生じるとすぐに、角振動による両横軸の乱れが起こる。
【００８０】
好ましくは、負荷下での支柱の屈曲を制限することによって振動の振幅を最小限に抑えて、
振動がユーザに知覚されない状態のままであり、
ころと移動ステーの間に動作の遊びが必要であることが判明した場合に、振動によって閉塞されないようにし、
たとえば歯車駆動装置が使用される場合に幾何学的条件が厳密に満たされるように、ころと移動ステーの間にプレストレシングが必要な場合に、振動によって機構に過剰な応力が加えられないようにする。その場合、ころ軸受と支柱の間に、ころ軸受と支柱を低応力下で接触状態に保持することができるようにする、たとえば玉継手または等価の可撓性構成要素など玉継手型デバイスが考えられる。
【００８１】
本発明による前腕機構は、Z軸の周りの回転を引き起こす駆動手段15も含む。
【００８２】
有利には、図4で示したように、駆動手段15は、移動ステー2上に固定された歯付セグメント(図示せず)と係合する支柱6上に取り付けられた歯付ピニオン16を含む。したがって、ピニオン16の回転によって移動ステー2がZ軸の周りで回転される。
【００８３】
歯付ピニオン16は固定ステー4に固定された電動モータ18によって回転されるように作成される。有利には、モータ18は支柱6の後端6.1に固定されて、移動ステー2、したがって前腕の前端の方向に張り出す質量を低減するようになされる。
【００８４】
したがって、モータ18と歯付ピニオン16の間の伝達は、可撓性シャフト、および可撓性カップリングまたはカルダンカップリング19によって行われる。
【００８５】
この伝達システムによって、長手方向軸の周りの回転の慣性をさらに低減することができるようになる。
【００８６】
歯付ベルトを使用して、移動ステー2上で担持される歯付セグメントを駆動することもできる。
【００８７】
図5で示したように、ケーブルシリンダを使用して移動ステー2を駆動することもできる。
【００８８】
ケーブルシリンダは中空のねじ付ロッド20を含み、その中にループを形成するケーブル22が嵌められる。モータ24によって回転するように作成されたナットが中空のねじ付ロッド20をZ軸に平行に長手方向に移動させる。ケーブル22は、移動ステー2に堅固に固定された歯付セクタと係合するころ8またはピニオンを回転させる。
【００８９】
ケーブルシリンダの動作は、たとえば非特許文献１並びに特許文献３に詳細に説明されている。
【００９０】
このタイプの駆動装置は、必要とされる軸方向の移動に十分な許容差および十分な力量をもたらすために適している。しかし、この装置は単純な歯車駆動装置よりも大きい体積および重量を有する。
【００９１】
該駆動を行うケーブルキャプスタンも考えられる。
【００９２】
本発明による前腕回転機構は、図6Aから図6Dで示した5軸矯正器の実現に非常に適したものである。
【００９３】
矯正器26は肩27から前腕1まで延在する。矯正器26は、玉継手リンクと同様の3本の肩―腕の関節の軸29、腕と前腕の間の関節の1本の回転軸、本発明による機構によってもたらされる前腕の長手方向の回転軸を再現するために5軸と呼ばれる。
【００９４】
図6Aでは、長さ方向に剛直なロッド12は固定された剛直なステーに玉継手リンク14によって接続される。
【００９５】
支柱6は3本のロッド17で形成され、ロッド17は、1つの長手方向の端部で固定ステー4に連結され、他方の長手方向の端部でころ軸受を担持する接合プレートに固定される。
【００９６】
固定ステー4に連結されたロッド17の端部は、ロッド17がたとえば図1で示した支柱の全般的な形状を再現する三角形を形成するように配置される。
【００９７】
図6Bから図6Dでは、長さ方向に剛直な各ロッド12が、固定ステー4に玉継手リンク14によって、移動ステーにリンク32によって連結される。リンク32は、(図6Dで垂直に示された)回転軸Y1を有する第1の旋回リンク32.1、および(図6Dで水平に示された)回転軸X1を有する第2の旋回リンク32.2によって形成され、軸X1とY1はオフセットされる(交わらない)。
【００９８】
図6Bから図6Dで示した例では、ロッド12は第1の旋回リンク32.1の取り付け具に剛体的に取り付けられる。
【００９９】
この矯正器26は、手関節の2本の末端の軸の角運動が決定的でない幾つかの仕事を行うことができるようにする。この矯正器は、実質上あまり複雑でないために、低コストであり、注目すべき費用効率を有する。
【０１００】
図6Aから図6Dで分かるように、本発明による5軸矯正器は、人体を拘束しない、人体に合った形状を有する。
【０１０１】
矯正器は、有利にはケーブルシリンダを使用して、他の回転軸の周りの少なくとも幾つかの回転を行う。したがって、この矯正器は、ケーブルシリンダ型アクチュエータの技法によって、全体の力フィードバックを提供し、それによって、力と位置のハイブリッド制御、過剰な力に対する保護、および操作者の動きを妨げずに人の腕/矯正器アセンブリのバランスを保つ能力を提供する。
【０１０２】
図7では、手関節の2本の回転軸を持つ手段と組み合わせた前腕回転機構を見ることができる。
【０１０３】
手関節は、互いに直交し、前腕の回転軸に直交する2本の回転軸を有する。機械的観点から、手関節と前腕を手に接続するカルダン継手を比較することができる。
【０１０４】
図7の前腕機構は、ロッド12の1つの代わりにプレート30を含む。プレート30は固定ステーと移動ステー2を接続し、プレート30上に手関節の2本の回転軸を制御する手段が固定される。
【０１０５】
有利には、プレート30が、玉継手リンクではなく、好ましくはリンク32によって移動ステー2に接続される。リンク32は、プレートの長手方向の安定をもたらし、Z軸に沿った長手方向軸上の回転の自由度を除去する直交軸X1、Y1を有する2つの旋回リンクの組み合わせによって形成される。さらに、以下に記載するように、ケーブルシリンダを使用して両方の回転が行われる場合、ケーブルの経路は直交する軸を有する2つの旋回リンクの2本の軸上に同心に取り付けられたガイドプーリ上を通る。
【０１０６】
プレート30は、玉継手リンク、組み合わせた玉継手/旋回リンク、または組み合わせたカルダン継手/旋回リンク、あるいは任意の他のリンク、もしくは等価のリンクの組み合わせによって固定ステー4に機械的に接続される。
【０１０７】
再現すべき手関節の横軸は、以下の記載でXおよびYと称される。該軸X、Yは互いに、かつ長手方向軸Zに直交する。
【０１０８】
最初にX軸の周りの回転を得るために使用される手段を記載する。
【０１０９】
好ましくは、X軸の周りの作動はケーブル34を移動させるケーブルアクチュエータ40を使用して行われる。ケーブル34は、実質的に損失なく単純な戻り角度を与える利点を提供する。さらに、ケーブル34は、慣性が小さく、摩擦が低い。
【０１１０】
ケーブル34は閉ループであり、プレート30に固定されたケーブルアクチュエータ40に強固に取り付けられる。
【０１１１】
ケーブルシリンダは、前腕の形状に適した長い直線的な形状、および以下に記載するように手関節の2本の軸用のガイドプーリの縮小した寸法に対応する大きい力のために、特に有利である。さらに、このタイプのアクチュエータは、低い閾値および高い力の出力を与えることによって、前腕を力フィードバックに完全に適したものにする。
【０１１２】
以下では、順方向は前腕から手関節に向かう方向を指し、戻り方向は手関節から前腕に向かう方向を指す。
【０１１３】
図で示した実施形態例では、ケーブル34は、プーリ36によって順方向にプレート30に沿って軸Y1を有するリターンプーリ37まで通り、次いでガイドプーリ38まで通る。ガイドプーリ38は、ガイドプーリ38が回転するように強固に固定された旋回リンク32.2の軸X1と同軸である。この実施形態の軸X1は軸Xと同じである。
【０１１４】
次いで、戻り方向では、ケーブル34はプーリ38の周りを回った後、軸Y1を有する第2のリターンプーリ37'に巻き付けられ、次いでプーリ36と同軸の他のプーリ36'上を通り、ガイドプーリ39によってアクチュエータの後方に誘導される。
【０１１５】
プーリ38はプレート30の前端に自由に回転するように取り付けられる。
【０１１６】
第1のセグメント42はプーリ38に軸X1に垂直に固定され、図10Aで分かるように、上方に、移動ステー2から離れるように延びる。
【０１１７】
第2のセグメント44は、第1のセグメント42に直交するように固定され、ハンドル46が固定される。
【０１１８】
プーリ37、37'はヨーク48の軸上に嵌合され、プーリ38はプーリ38がヨーク48の1つのプレート50上に回転するように嵌合される。
【０１１９】
図で示した例では、ケーブルアクチュエータ40は、ケーブル34がZ軸に対して概ね水平の軸に沿って伸びるようにプレート30上に嵌合されるが、この構成は決して限定的ではない。実質上、ガイドプーリはケーブルを適切に位置合わせするものである。
【０１２０】
ケーブルアクチュエータ40は、フレーム、フレームに対して回転する軸受に取り付けられたナット52にねじ込まれる中空ねじ53、切欠き付ベルト56で、必要に応じてナットを同心状に駆動する中空モータによって、ナット52を駆動するように設計されたモータ、中空ねじが軸Zに対して長手方向に平行に移動できるようにする中空ねじの回転を阻止する手段を含む。回転を阻止する手段は周知のタイプのものであり、詳細に記載しない。このタイプの長い直線状のアクチュエータに関しては、文書「Une nouvelle technologie d'orthese portable」、Handicap 2004、170〜175頁、並びに仏国特許第2809464号を参照することができる。
【０１２１】
ケーブルの端部はループが形成されるように駆動プーリの溝内に固定され、他方でケーブルは中空ねじの内部の中点付近に位置する点に固定される。したがって、モータの動作によってナットが回転し、中空ねじがZ軸に平行に移動し、それによってケーブル34もZ軸に平行に駆動される。
【０１２２】
Y軸の周りの回転を得るのに使用される手段を次に記載する。
【０１２３】
ケーブル58も使用される。ケーブル58はプーリ36.1に沿って順方向に通過し、ガイドプーリ37.1によって軸Y1の周りを回り、次いでプーリ38の軸に平行の軸を有する他のガイドプーリ60上を通り、次いで第1のセグメント42に沿って通り、ガイドプーリ62の周りを回り、次いで軸Yを有する駆動プーリ64の周囲に巻き付けられ、駆動プーリ64に固定されて、ケーブル58が移動するとプーリ64を回転させ、逆にプーリ64が回転するとケーブル58が移動するようになされる。
【０１２４】
プーリ64は第2のセグメント44の端部に自由に回転するように取り付けられ、第2のセグメント44に第3のセグメント66がZ軸に平行の軸を有して回転するように強固に固定される。Yに概ね平行の軸を有するハンドル46が第3のセグメント66の自由端に固定される。
【０１２５】
ケーブル58はプーリ36.1、37.1、60に対して平行の軸を有するプーリによってケーブルシリンダ30の後方に戻る。ガイドプーリ62に配置されるガイドプーリ63も考えられる。ガイドプーリ63の軸はプーリ62でプーリ62の軸に対して傾斜して、ケーブル58をプーリ60に平行の軸を有するプーリに向かうように搬送する。
【０１２６】
当業者には周知の一般的な方法では、軸X1およびY1を通過するときに、ケーブルの長さが一定に保持されるように、ケーブルの順方向および戻りのストランドがガイドプーリの軸の両側でガイドプーリに担持されることが好ましい。このルーティングは、図13Aから図13C,および図13A2を参照して記載される。
【０１２７】
ケーブル58は、ケーブルアクチュエータ40と同様のケーブルアクチュエータ70の中空ねじ内に固定されるが、それについて詳細に記載しない。
【０１２８】
ケーブルアクチュエータ70はケーブルアクチュエータ40に平行のプレート30上に取り付けられ、ケーブル58はケーブル34の経路に概ね平行の経路上に存在するが、これは限定的条件ではない。実際、ケーブルは機構の構成によって平行でない経路をたどることが考えられる。
【０１２９】
図8では、図7のデバイスの実施形態の変形を見ることができる。図では軸Y1に直交する軸にあるプーリ72が軸Y1を通り、ケーブルを軸Y1と位置合わせする。
【０１３０】
この実施形態の変形は、軸Y1上のトルクを除去するものであるが、ケーブルの長さが僅かに変わるため、ケーブルの引張力が僅かに変わる。
【０１３１】
モータは、好ましくは固定ステーの付近でオフセットされて、回転速度を減速することによって、前腕の回転の慣性に影響を与える。
【０１３２】
図8で示したように、固定ステーに直接取り付けて、慣性をさらに低減する固定されたモータも考えられる。このアセンブリは、ベローズカップリング型またはスプラインシャフト型の伸長に耐えることができるカップリングに嵌合された可撓性シャフト74もしくは剛直なシャフト76が使用される場合に可能である。
【０１３３】
機構の一実施形態の変形は、両方の旋回リンク32を、2つの玉継手、または組み合わせた玉継手/旋回リンク、あるいは組み合わせたカルダン継手/旋回リンク、もしくは任意の他のリンク、または等価のリンクの組み合わせと交換したものである。その場合、リンクの不均一性の結果として角度偏差が生じる可能性があるが、2つの玉継手ロッド12をプレート30から分離することによって十分に防止することができる。
【０１３４】
図10Aでは、機構の工業生産の実施形態を見ることができる。この実施形態は前腕および手関節の3軸を再現するものであり、それぞれケーブルアクチュエータ40、70の周囲のケーブル34および58だけが示されている。
【０１３５】
支柱6は3本のロッド17で形成され、ロッド17は、1つの長手方向の端部で固定ステー4に連結され、他方の長手方向の端部でころ軸受を担持する接合プレートに固定される。
【０１３６】
固定ステー4に連結されたロッド17の端部は、ロッド17がたとえば図9で示した支柱の全般的な形状を再現する三角形を形成するように配置される。
【０１３７】
図10Bでは、前腕に取り付けられた保護カバー78を含む機構を見ることができる。したがって、小さい全体寸法を見ることができる。
【０１３８】
2つの手関節カルダン継手制御ケーブルは、それぞれリンク32からオフセットされた軸X1、Y1上の小さい角度をもたらすロッド12の角運動により結合作用を受ける。その全体作用は、それぞれ軸X1、Y1の角度に比例した作用を組み合わせたものである。作用は、前腕の回転角度に対する角度の幾何学的非線形性のために非線形である。その場合、この作用を多項式で厳密または概算的に実時間で計算される従来の制御等式で容易に補償することができる。
【０１３９】
手関節カルダン継手のY軸を制御するケーブルループ58はガイドプーリによって軸Xと交差し、したがってこの軸に直線的に結合され、直線的遮断(伝送マトリックス)を使用して容易に周知の方法で補償される。
【０１４０】
不均一な構成要素を形成する、ロッド12のプレート30との交換による2本の横軸上の角度の運動学的偏差を低減するには、リンク32の軸X1、Y1のケーブル経路からのオフセットを低減し、2本の玉継手ロッド12をさらに離す。該偏差を人の前腕の体形を有するシステムで約1°制限することができる。ころを使用してZ軸に沿って移動ステーに軸方向ガイドを設けることによって、この不足を許容することができる。
【０１４１】
図12Aから12Fは、本発明によるデバイスの一実施形態の変形を示す。
【０１４２】
この実施形態は、ケーブルシリンダを支柱に組み込んで、機構を比較的かさばらないものにした点が、上記の実施形態と異なる。
【０１４３】
このデバイスは、ロッド12および支柱6'によって共に接続された固定ステー4および移動ステー2を含む。
【０１４４】
支柱6'は、3本のロッドを含み、中心のロッドがスプラインシャフト82で構成される点が上記の支柱と異なる。3本のロッドは長手方向の端部で固定ステー4に直接固定され、他端で接合片81に固定され、接合片81にころ軸受が固定される。
【０１４５】
ケーブルシリンダは、固定ステー4に固定され、モータシャフト84がスプラインシャフト82に平行の電動モータ18、電動モータによって切欠き付ベルト86で駆動されるナット85、ナット85内に嵌合され、スプラインシャフト82に平行の軸を有するねじ88、第1のケーブルストランド90および第2のケーブルストランド92を備えるケーブルループを含む。
【０１４６】
第1のケーブルストランド90は、第1の端部90.1で移動ステー2の方向に位置合わせされたねじの自由端88.1に固定され、第2の端部90.2で移動ステー2に固定される。第2のケーブルストランド92は第1の端部92.1でねじの第2の自由端88.2に固定され、第2の端部92.2で移動ステー2に固定される。
【０１４７】
第1のケーブルストランド90は接合片81の第1の横方向の縁部に嵌合された2つの偏倚プーリ94と96の間を通る。プーリ94、96の軸はX軸に平行である。プーリ94、96の機能は、図12Bで分かるように、第1のケーブルストランドのコースを平行に偏倚させることである。
【０１４８】
次いで第1のケーブルストランドは接合片81に取り付けられたプーリ95によって直角に偏倚される。プーリ95はケーブルが配置される円筒形部分に正接する平面内に存在する。
【０１４９】
移動ステー2からの第2のケーブルストランド92はプーリ97によって直角に偏倚され、次いで接合片81の第1の横方向の縁部に対向する第2の横方向の縁部に取り付けられた2つの偏倚プーリ98と100の間を通る。プーリ98、100の機能は、第2のケーブルストランドの経路を平行に偏倚させることである。プーリ97はケーブルが配置される円筒形部分に正接する平面内に存在する。
【０１５０】
第2のケーブルストランドは、次いで、スプラインシャフト82に沿ってプーリ102まで通り、プーリ102は第2のケーブルストランドをねじ88の第2の端部に戻す。
【０１５１】
図12Cから12Fの機構はプーリ98を1つだけ含む。プーリ94、96、98、100は自動的に不要であり、実施形態によっては、たとえばプーリ100と同様に、幾つかのプーリを省略することができる。
【０１５２】
ケーブルアクチュエータはブッシュ104も含む。ブッシュ104はスプラインシャフト上で並進運動を有するように取り付けられ、好ましくは、再循環する玉軸受け上に取り付けられて、摩擦を低減する。ブッシュ104は、シャフトの周りで長手方向に移動するが、スプライン形のためにシャフトに沿って回転することができないように設計される。
【０１５３】
ブッシュ104は、ねじ88の第1の端88.1にカップリング106によって強固に取り付けられる。カップリング106の手段は、たとえば十分な屈曲の可撓性を提供する金属ベローズ型カップリングである。
【０１５４】
ブッシュは、ねじにX軸に平行のガイドを提供し、ねじの回転を阻止する。
【０１５５】
有利には、ブッシュとねじの間のカップリングは弾性カップリングであり、平行度の不足を補償し、ねじがナットに対して振動できるようにする。カップリングは、特に比較的長さの長いねじの場合に、該構造に悪影響を与える恐れがある平行の位置合わせの不足を全て除去する。さらに、ねじの角振動に関して、スプラインシャフト上で摺動するブッシュは、ころを使用する回転防止システムとは違い、カップリングの屈曲を防ぐ。ブッシュは並進運動の横方向の可撓性だけを可能にする。
【０１５６】
シリンダは、モータに固定され、ベルトの両側に延びる2つのフランジからなるフレーム106も含み、1つのフランジがスプラインシャフトに固定され、他方はナットを担持するハブを案内する回転軸受を支持する。
【０１５７】
ベルト86は、有利には、スプラインシャフト82の周りを通り、それによって全体の大きさを制限する。
【０１５８】
この実施形態では、ロッド12と移動部分の間の連結部がトラック10上に延びることによって、機構の全体の横方向の寸法を縮小できることが考えられる。
【０１５９】
該玉継手リンクと支柱6'の間の相互作用を全て回避するため、ころ軸受を接合片81から突き出るように固定することが考えられる。ころ軸受が、図12Dの左側の最も近い2つのバー12が取り付けられたところに向かって移動され、移動部分2とロッド12の間の連結平面の後方にオフセットされ、ロッド12の移動の範囲を拡大できるようにすることも考えられる。
【０１６０】
上記のように、ケーブルストランドの端部は、たとえば移動部分に固定されたひだによって移動部分に固定される。有利には、移動部分2が移動構成要素2の固有の長手方向の並進運動を補償し、ケーブルを横方向の滑りを最小限に抑えて配置することができるように適切に形付けられた溝(図示せず)を含むことが考えられる。ケーブルは溝内に横方向に保持されて、その長さにおける振動を全て阻止する。実質上、長さの変化は、ケーブルが移動するときにケーブルの引張に不利な変化として現れ、機構の正確さを低減するであろう。
【０１６１】
溝は、たとえばらせん形を有する。
【０１６２】
別法として、移動部片をX軸の周囲に関節式に取り付けることによって、従来の形態の溝を使用できるようになることも考えられる。
【０１６３】
このケーブルアクチュエータにより、周知のケーブルアクチュエータの対の転がりころの対称の溝を省くことによって、アセンブリの全体寸法を縮小することができる。実質上、周知のタイプのケーブルアクチュエータは、一方側でスプラインシャフトよりも広い溝を使用し、他方側でねじに対して対称に加えられた反対側の溝を使用する。したがって、全体寸法はかなり大きくなる。故に、スプラインシャフトは、このケーブルアクチュエータに特に良好に適した非対称の回転阻止システムとして働く。
【０１６４】
図13Aから図13Cは、本発明による機構の実施形態の変形を示す。図13Aから13Cは、移動ステー2をZ軸の周りに案内するのに使用される手段、またはZ軸の周りで移動手段を駆動する手段を示していない。
【０１６５】
上記のデバイスと相違する構成要素だけを記載する。
【０１６６】
図13Aから図13Cのデバイスは、上端で機構に連結されたハンドル46'を含む。
【０１６７】
さらに、それぞれXおよびY1軸の周りで制御するためのケーブルストランド34、58の経路が変更される。
【０１６８】
図13Aから図13C、および図13A2の詳細で分かるように、ケーブルストランド34はプーリ36、37の周囲を順方向に通り、プーリ36'、37'の周囲を戻り、戻る経路は、それぞれプーリ37、36の経路に沿った経路に対して径方向に反対に、プーリ37'、36'に沿って生じる。プーリ36と36'を連結する軸を考えると、ケーブルストランド34は外に出る軸の一方側でプーリ36に沿って通り、戻りでは軸の他方側でプーリ36'に沿って通り、プーリ37、37'に対する軸Y1も同様に考えられる。
【０１６９】
ケーブルストランド58はプーリ36.1、37の周囲を外に移動し、順方向の経路と戻りの間で軸の側部を変えることによって同様にプーリ37'、36.2の周囲を通って戻る。
【０１７０】
図13Aではさらに、各ロッド12が旋回リンクと組み合わせたカルダン継手によって移動ステーに連結されているところを見ることができる。
【０１７１】
図13Cでは、ケーブルアクチュエータは、図9の変形形態として、1つは可撓性伝達シャフト74、他方は可撓性カップリングを有する剛直な伝達シャフト76を含む。
【０１７２】
この前腕および手関節回転機構は以下の利点を提供する:
人の前腕と同等の角変位と組み合わせた人の前腕と運動的に等価の前腕を実現することができる。さらに、長手方向の構成が開放されており、人の解剖学的構造の観点から別個のものである。
扱いにくい突起が全くない円錐形状が人の肢に合う。
アクチュエータの固有の性質により実際的な力フィードバックが提供される。
3つのモータがひじの軸の近くに配置されるため、前腕の横軸、すなわちひじの軸に影響を与える質量(重力および動的結合)が比較的小さい。
2つの可動手関節モータが非常に低速であるため、長手方向軸への慣性が非常に小さい。この利点は、モータが固定される場合、図9で示したように、シリンダへの伝達が可撓性シャフト、または可撓性カップリングを有する剛直なシャフトによって行われる場合にさらに向上する。
【０１７３】
当然、たとえば歯車駆動装置型、またはベルトとピニオン型など、ケーブルアクチュエータ以外のタイプのアクチュエータも考えられる。
【０１７４】
上記の3つの回転前腕機構は、2本の手関節の軸が上記の5軸に加えられた、図11で示した7軸80を有する矯正器を実現できることを示す。
【０１７５】
この矯正器は人の腕と運動的に等価であるため、全身に使用されるものであり、上記の5軸、すなわち包囲せずに個々の形態に合う形態、力フィードバック、および小さい慣性を有する好ましい特性を保有するものである。
【０１７６】
5または7軸の矯正器を、補助または一時的な置換を行うことによって、障害者の補助の分野で使用し、固定あるいは通所の場所でのリハビリテーションの分野で使用することができる。
【０１７７】
操作者が矯正器を着用することができるため、仮想物体を操作する仮想現実の分野で矯正器を使用することもでき、矯正器を使用して集中訓練室での自由な動きを可能にすることもできる。
【０１７８】
遠隔操作の分野では、該矯正器は優れた人間工学および自然な操作を可能にする。さらに、操作者の腕のバランスのとれた重量により、疲労が低減され、作業をモータにより、障害者個人によっても行うことができるようになる。冗長アーム(7軸)の自然な制御および2本のスレーブアームの自然の調整も可能にする。
【０１７９】
矯正器を使用して、職業的な動き、および軍事分野での力の増幅を助けることもできる。
【０１８０】
遠隔操作で使用する場合、把持部用制御レバーを有利に追加することができる。制御レバーに位置センサを、適切な場合は特別の力フィードバックアクチュエータを装備して、把持の感覚を再現することができる。
【０１８１】
当然、用途によって、提案した機構に、たとえば簡素化した「手」などによって遠隔操作の際にグラブ用把持コマンドハンドルなど他の軸を追加することができる。
【符号の説明】
【０１８２】
1  前腕
2  移動ステー
2.1  内面
2.2  ガイドトラック
4  固定ステー
6、6'  支柱
8  ころ
10  トラック
12、17  ロッド
14、32  関節式リンク
15  駆動手段
16  歯付ピニオン
18、24  モータ
19、106  カップリング
20  中空のねじ付ロッド
22  ケーブル
26  矯正器
27  肩
29  肩―腕の関節の軸
30、50  プレート
32  リンク
34、58  ケーブル
36、37、38、39、60、62、63、64、72、94、95、96、97、98、100、102  プーリ
40、70  ケーブルアクチュエータ
42  第1のセグメント
44  第2のセグメント
46  ハンドル
48  ヨーク
52  ナット
53  中空ねじ
56  切欠き付ベルト
66  第3のセグメント
74  可撓性シャフト
76  剛直なシャフト
78  保護カバー
81  接合片
82  スプラインシャフト
84  モータシャフト
85  ナット
86  歯付きベルト
88  ねじ
90  第1のケーブルストランド
92  第2のケーブルストランド
104  ブッシュ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１３Ａ１】
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【図１３Ａ２】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【国際調査報告】
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