JPH0760347B2 - 粘性弾性可変負荷伝達装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は粘性摩擦負荷、弾性負荷等が有する摩擦係数，
弾性係数を随時連続的に変化できる粘性弾性可変負荷伝
達装置に関する。そして、該粘性，弾性可変負荷伝達装
置は例えば、医療分野に於ける人の筋力増強を図る訓練
等に応用することができる。又、ロボット分野に於ける
アクチュエーター等にも応用できる。

〔従来の技術〕

従来、この種、粘性弾性可変負荷伝達装置は存在してお
らず、モータ等の回転体の出力軸に汎用のクラッチ機構
又はフリーホイルハブを連結したものであった。そし
て、該負荷伝達装置は負荷の伝達が不連続であり画一的
な機能を有するに止まるものである。

従って、例えばロボットのアクチュエータに於ける負荷
装置の場合は所定の部品や物体を所定圧力で把持しかつ
移動する機能を有するが把持圧力を連続的に変化させた
り、ある特定条件下に微細に変化することはできない構
造であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の技術は叙上した構造を有するので次のような問題
点を具有する。すなわち、モータ等の回転体のトルクを
単純に摩擦要素やクラッチ機能に伝達する構成であるの
で、負荷伝達機能が不連続かつ単なるトルクの伝達を企
図するものである。従って、粘性弾性負荷には適応でき
ず、例えば患者の筋力訓練装置、患者のリハビリテーシ
ョンには応用できなかった。また、ロボット分野に於い
てもそのアクチュエータが把持する部品や物体の如何に
よっては把持力を変化させる必要があるが、これに対処
することができない等、種々の不利不便があった。

本発明はクラッチ機構等の摩擦要素の出力側に軸トル
ク，軸角速度，軸角度等の物理量を検出するポテンショ
ンメータやタコゼネレーター等を備え、これからの信号
を粘性信号及び弾性信号として再度摩擦要素にフィード
バックして制御する粘性弾性可変負荷伝達装置を提供
し、従来の技術に存在する問題点を解消せんとするもの
である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は従来の技術に存在する問題点を解決するために
次の手段を採用した。すなわち、少なくとも１つの回転
駆動体と、該回転駆動体に連結した少なくとも１つの摩
擦要素と、該摩擦要素に連結した負荷伝達レバーと、該
負荷伝達レバーに接続した物理諸量検出器と、該物理諸
量検出器からの出力信号を粘性信号及び弾性信号として
取出す信号成形回路と、該信号成形回路から出力信号で
摩擦要素を制御駆動するドライバー回路とで構成し、前
記負荷伝達レバーに連続して粘弾性負荷を変化させるこ
とを特徴とする粘性弾性可変負荷伝達装置を提供し、所
期の目的を達成せんとするものである。

また、本発明は物理諸量検出器がエンコーダー又はポテ
ンションメータとすると共に該物理諸量検出器の出力回
路にＤ−Ａ変換器及びカウンターを設ける手段を採用し
た。

更に、本発明は前記粘性，弾性信号成形回路の出力側に
回転方向判別回路を設けると共に相反する回転方向を備
えた相対向した回転体を有し正負の負荷を伝達する手段
を採用した。かかる手段により多機能な負荷伝達を図
り、人の筋力訓練装置やロボットのアクチュエーターに
利用できる技術を提供するものである。

〔作用〕

本発明は叙上した手段を備えたので、モータ等で成る回
転駆動体からの出力を摩擦要素に伝動し、この摩擦要素
を介して、例えば、人の筋力訓練用レバーやロボットの
アクチュエーターに適用される負荷伝達レバーに伝達さ
れる。この負荷伝達レバーは軸トルク，軸角速度及び軸
角度の物理的諸量を検出器に出力する。該物理諸量検出
器からの出力信号はＤ−Ａ変換器及び増幅器を介して伝
送され、粘性信号及び弾性信号として分離成形する信号
成形回路に入力し、該信号成形回路からの出力信号をド
ライバー回路に伝達し、該ドライバー回路によって摩擦
要素の作動制御を司り、粘性，弾性負荷を連続的に負荷
伝達レバーに伝達する特有な作用を奏する。

〔第１実施例〕 第１図は本発明に係る粘性弾性可変負荷伝達装置の第１
実施例を示す回路構成図である。以下、これについて説
明する。

１は回転駆動体であり、例えばモータ等でなる。２は該
回転駆動体１の出力軸に連結した摩擦要素であり、例え
ば、第３図に示すような電磁パウダクラッチでなり、通
電量により連結状態が変化し、前記回転駆動体１からの
回転トルクが伝達される。３は負荷伝達レバーであり、
前記摩擦要素２の出力軸に連結されている。該負荷伝達
レバー３は例えば、人の筋力訓練装置に適用する場合は
腕の把持レバーとして使用すればよい。４は負荷伝達レ
バー３から伝達される軸トルク，軸角速度及び軸角度の
物理量を検出する物理諸量検出器である。該、物理諸量
検出器４は例えば、ポテンションメーター，エンコーダ
又はタコゼネレーター等でなる。５はＤ−Ａ変換器であ
り、物理諸量検出器４の出力側に接続され、ディジタル
信号をアナログ信号に変換するものであり、物理諸量検
出器４が例えばエンコーダでなる場合必要とするもの
で、ポテンションメーター又はタコゼネレーターの場
合、不要である。６は増幅器であり、物理諸量検出器４
又はＤ−Ａ変換器５からの出力信号を増幅する。７は微
分回路であり、前記増幅器６からの信号を導入し、微分
波形信号を成形するもので、粘性信号として取出す。該
微分回路７からの信号をセレクタ８に導入する。

又、一方外部粘性信号入力端子ａからセレクタ８に粘性
信号を導入するので、両者の粘性信号は増幅器９を介し
てセレクタ10に導入する。前記外部粘性信号入力端子ａ
は例えば、ポテンションメーターやタコゼネレーターに
接続しており外部から所定の粘性信号を導入する。一
方、前記増幅器６から弾性信号を取出し、セレクタ11に
導入する。又、該セレクタ11は外部弾性信号入力端子ｂ
から所定の弾性信号を導入している。

両者の弾性信号は増幅器12を介して前記セレクタ11に導
入している。叙上した増幅器6,微分回路7,増幅器９及び
増幅器12で信号成形回路が構成される。そして、セレク
タ10は一方から粘性信号を他方から弾性信号をそれぞれ
導入し、この合成信号はドライバー回路13に伝達され、
該ドライバー回路13は前記した摩擦要素２に出力信号を
導入し、該摩擦要素２の結合度を制御かつ駆動する。該
摩擦要素２は入力された粘，弾性信号に応じて連続的に
負荷を可変する。従って可変された軸トルク，軸角速度
及び軸角度の物理量は負荷伝達レバー３に伝送される。
従って病院に於ける患者等人の筋力訓練が自動的に負荷
伝達レバー３によって行なうことができる。

第３図は、第１図に示した摩擦要素２に使用される例え
ば電磁パウダクラッチの構造を示すものである。

21は入力軸であり、前記回転駆動体１に連結している。
22は出力軸であり一端は前記負荷伝達レバー３に連結し
ている。21aは入力軸21に一体形成したコ字状の駆動ク
ラッチ体である。

22aは出力軸22に一体形成しかつ上記駆動クラッチ体21a
の内部に挿装しているＴ字状の被動クラッチ体である。

23は前記駆動クラッチ体21aの外部に隣接配置した固定
クラッチ体である。該固定クラッチ体23の内部には電磁
コイル24を収容している。25は磁束しゃ断リングであ
り、駆動クラッチ体21a内に介在させ、その左右部分を
磁気的に分離している。

前記第３図に示す電磁パウダクラッチの作動を説明すれ
ば、ドライバー回路13から電流信号が端子26a,26bを介
して電磁コイル24に通電される。而して破線ループ27で
示すように磁束経路が形成されパウダ（磁性体）27が固
体化し、通電量に応じて、被動クラッチ体22aと駆動ク
ラッチ体21aの結合度が決定され、入力軸21から出力軸2
2へトルクが伝達される。端子26a,26bへの通電をしゃ断
すれば被動クラッチ体22aと駆動クラッチ体21aは解放さ
れトルクは伝達しなくなる。

尚、図中、29はシール部材である。

次に前述した第１図に示す本発明の第１実施例の動作に
ついて説明する。負荷伝達レバー３が、例えば人の筋力
訓練装置に於ける把持レバーである場合、その動かし方
に応じて軸トルク，軸角速度及び軸角度の各物理諸量が
物理諸量検出器４に伝達される。該物理諸量検出器４か
らの出力信号は増幅器６で増幅され、一方に於いて微分
回路７からセレクタ８へ粘性信号として導入し、この粘
性信号は外部粘性信号入力端子ａからの粘性信号と合成
され、増幅器９を介してセレクタ10に導入される。他方
に於いて、増幅器６から弾性信号としてセレクタ11へ導
入し、この弾性信号は外部弾性信号入力端子ｂからの弾
性信号と合成され、増幅器12を介してセレクタ10に導入
される。そして、粘性信号と弾性信号が合成され、合成
信号，すなわち合成電流がドライバー回路13に通電す
る。

ドライバー回路13は例えば第４図に示すようにオペアン
プ131を備え、このオペアンプの出力側にnpn型トランジ
スタ132のベースを接続し、該トランジスタ132のエミッ
タは抵抗133に、コレクタは摩擦要素２にそれぞれ接続
し、更に、オペアンプ131の一方の入力端子はセレクタ1
0に他方の入力端子は前記トランジスタ132のエミッタと
抵抗133の接続点にそれぞれ接続している。而して、上
記合成電流によりオペアンプ131が出力し、トランジス
タ132が導通状態となり、摩擦要素２の電磁コイル24に
通電する。従って回転駆動体１からの回転トルクが負荷
伝達レバー３からの物理的諸量に応じて摩擦要素２の出
力軸22に伝達される。そして負荷伝達レバー３は連続的
に可変され、人が該負荷伝達レバー３を把持レバーとし
て使用することにより例えば筋力訓練を行なうことがで
きる。

〔第２実施例〕 第２図は本発明に係る粘性弾性可変負荷伝達装置の第２
実施例を示す回路構成図であり、各構成要素は概ね前記
第１実施例と同一であり、同一構成要素については説明
を省略する。30は物理諸量検出器４の出力側に接続した
カウンタであり、該物理諸量検出器４がエンコーダ等デ
ジタル信号源の場合必要とされる。31は該物理諸量検出
器４の出力側に接続した回転方向判別回路であり、この
出力信号をセレクタ32,32′に入力し、ドライバー回路1
3,13′を駆動する。そして、回転駆動体1,1′の正転，
逆転作動を司るものである。該回転駆動体１と１′は相
反する回転方向を有し、従って摩擦要素２と２′の伝達
トルクも又相反している。然るに、負荷伝達レバー３は
該摩擦要素２と２′との伝達量の差の各物理量が伝達さ
れ、例えば正，負の負荷が付与される。而して、物理諸
量検出器４は両者の軸トルク，軸角速度，軸角度の差の
物理量を検出することとなりこの信号を前記第１実施例
で示すようにフィードバックすることにより、負荷伝達
レバー３に粘性弾性負荷を連続的に可変し付与する。そ
して、該負荷伝達レバー３をロボットのアクチュエータ
に応用すれば、このアクチュエータの動きは、例えば、
前後進把持力の強弱等連続的に相反するトルクを制御か
つ伝達することができる。

〔発明の効果〕

（１）請求項（１）に記載した発明は、負荷伝達レバー
の動作に応じた軸トルク、軸角速度及び軸角度の物理諸
量を物理諸量検出器で検出し、この出力信号を粘性、弾
性入力端子の信号に合成して粘、弾性信号として取出す
信号成形回路によりこの出力信号をドライバー回路を介
して摩擦要素に導入することにより回転駆動体からのト
ルクを負荷伝達レバーに前記粘性、弾性信号に応じて可
変可能に伝達することができる。

（２）請求項（２）に記載した発明は、正負の負荷が付
与される負荷伝達レバーの動作に応じた複数の軸トル
ク、軸角速度及び軸角度の差の物理諸量を物理諸量検出
器で検出し、この出力信号を粘、弾性信号として取出す
信号成形回路及び物理諸量検出器からの出力信号で作動
が設定される回転方向判別回路からの出力信号を複数の
ドライバー回路を介して複数の摩擦要素に導入すること
により複数の回転駆動体からの正負のトルクを負荷伝達
レバーに連続して正負の粘性、弾性負荷を可変可能に伝
達することができる。

（３）請求項（１）及び（２）の発明によれば、負荷伝
達レバーが例えば、治療に於ける人の筋力訓練装置につ
いての把持レバーに応用すれば頗る効果が図れる。ま
た、負荷伝達レバーがロボットのアクチュエータに応用
すれば、正、負のトルクを付与することにより、更に、
粘性、弾性信号に基づき負荷を連続的に可変することが
でき、アクチェータの微細な制御が可能となる等、既存
のものに比し格段すぐれた性能を有する装置を提供でき
る等著大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る粘性，弾性可変負荷伝達装置の第
１実施例を示す回路構成図である。 第２図は本発明に係る粘性，弾性可変負荷伝達装置の第
２実施例を示す回路構成図である。 第３図は本発明に係る装置に使用した摩擦要素の一例を
示す断面図である。 第４図は本発明に係る装置に使用したドライバー回路の
一例を示す電気回路である。 1,1′……回転駆動体、2,2′……摩擦要素、３……負荷
伝達レバー、４……物理諸量検出器、５……Ｄ−Ａ変換
器、6,9,12……増幅器、７……微分回路、13,13′……
ドライバー回路、31……回転方向判別回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転駆動体と、回転駆動体に連結した摩擦
   要素と、該摩擦要素に連結した負荷伝達レバーと、該負
   荷伝達レバーに接続した物理諸量検出器と、該物理諸量
   検出器からの出力信号を粘性、弾性入力端子の信号とに
   合成して粘性、弾性信号として取出す信号成形回路と、
   該信号成形回路から出力信号で摩擦要素を制御駆動する
   ドライバー回路とで構成し、前記負荷伝達レバーに連続
   して粘、弾性負荷を変化させることを特徴とする粘性弾
   性可変負荷伝達装置。
2. 【請求項２】複雑かつ相対した回転方向を有する回転駆
   動体と、該回転駆動体に連結し、かつ相対した出力軸を
   有する複数の摩擦要素と、該摩擦要素に連結した負荷伝
   達レバーと、該負荷伝達レバーからの物理諸量によって
   作動する物理諸量検出器と、該物理諸量検出器からの出
   力信号を粘、弾性信号として取出す信号成形回路と、該
   信号成形回路及び上記物理諸量検出器からの出力信号で
   作動が設定される回転方向判別回路からの出力信号で摩
   擦要素を正負に制御駆動する複数のドライバー回路とで
   構成し、前記負荷伝達レバーに連続して正負の粘、弾性
   負荷を変化させることを特徴とする粘性弾性可変負荷伝
   達装置。