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JP2004089376A - Decelerator for walking assisting device - Google Patents

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JP2004089376A
JP2004089376A JP2002253513A JP2002253513A JP2004089376A JP 2004089376 A JP2004089376 A JP 2004089376A JP 2002253513 A JP2002253513 A JP 2002253513A JP 2002253513 A JP2002253513 A JP 2002253513A JP 2004089376 A JP2004089376 A JP 2004089376A
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gear mechanism
planetary
carrier
gear
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JP2002253513A
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Hiroshi Kudo
工藤 浩
Hisashi Kato
加藤 久
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to US10/526,015 priority patent/US7404782B2/en
Priority to PCT/JP2003/011103 priority patent/WO2004026215A1/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the thickness of a decelerator for a walking assisting device for assisting movement such as walking of a user whose lower limb muscular strength is weakened. <P>SOLUTION: This decelerator 49 for the walking assisting device is provided with first to third planetary gear mechanisms P<SB>1</SB>to P<SB>3</SB>between an input shaft Si and an output shaft So connected to a motor 48. The second gear mechanism P<SB>2</SB>is arranged on the outside in the radial direction of the first gear mechanism P<SB>1</SB>connected to the input shaft Si, and the third gear mechanism P<SB>3</SB>is arranged on the outside in the direction of the shaft L of the first gear mechanism P<SB>1</SB>. Thus, the thickness of the decelerator 49 can be reduced compared with that in the case of arranging all the first to third gear mechanisms P<SB>1</SB>to P<SB>3</SB>so as to overlap in the direction of the shaft L while transmitting the rotation of the input shaft Si to the output shaft So decelerated to be three stages with the first to third gear mechanisms P<SB>1</SB>to P<SB>3</SB>. Thus, the walking assisting device looks better when the user mounts it. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筋力の衰えた老人や傷病者の歩行、階段の昇降、着座姿勢からの起立、起立姿勢からの着座等をアシストすることで、その運動を促進して筋力低下の抑制や歩容形態の矯正を図るための歩行補助装置に関し、特にその歩行補助装置の減速機に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる歩行補助装置は、本出願人の出願に係る特願2001−109046号により既に提案されている。この歩行補助装置は、使用者の脚関節(つまり股関節および膝関節)に電気アクチュエータを装着したもので、使用者が背中に背負ったバックパック内の電源から給電することでアクチュエータを作動させ、各関節を伸展・屈曲させる関節トルクを発生させて使用者の歩行等の運動を補助するようになっている。
【0003】
また複数のプラネタリギヤ機構を軸方向に多段に積み重ねることで、小型で大きな減速比を得られるようにした減速機が、特開平8−247225号公報、特開平11−37226号公報により公知である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来の歩行補助装置はモータおよび減速機を一体に組み込んだアクチュエータを備えているが、その減速機は大きな減速比を必要とするためにアクチュエータ全体が大型化してしまう問題があった。その結果、アクチュエータを使用者の衣服の内側に装着することが難しくなり、アクチュエータが衣服の外側に露出するために体裁が良くなかった。
【0005】
複数のプラネタリギヤ機構を軸方向に多段に積み重ねた上記従来の減速機は、大きな減速比を有する点では優れているが、軸方向の寸法が大型化するために歩行補助装置のアクチュエータに使用するには適していない。
【0006】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、歩行補助装置の減速機の減速比を充分に確保しながら、その薄型化を図ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、使用者の脚関節を伸展・屈曲させて歩行運動を補助すべく、モータにより駆動される入力軸の回転を減速して脚関節に接続された出力軸に伝達する歩行補助装置の減速機であって、軸線上に入力軸、出力軸、第1プラネタリギヤ機構、第2プラネタリギヤ機構および第3プラネタリギヤ機構を同軸に配置するとともに、第1プラネタリギヤ機構の径方向外側に第2プラネタリギヤ機構を概ね重なるように配置し、第1プラネタリギヤ機構および第2プラネタリギヤ機構に対して軸線方向に重なるように第3プラネタリギヤ機構を配置し、入力軸の回転を第1プラネタリギヤ機構、第2プラネタリギヤ機構および第3プラネタリギヤ機構で減速して出力軸に伝達するようにし、第1プラネタリギヤ機構は、入力軸に設けられた第1サンギヤと、第1サンギヤの外周を囲むようにケーシングに固定された第1リングギヤと、第1サンギヤおよび第1リングギヤに同時に噛合する複数個の第1プラネタリギヤと、第1プラネタリギヤを回転自在に支持する第1キャリヤとを備え、第2プラネタリギヤ機構は、第1キャリヤの外周に設けられた第2サンギヤと、第2サンギヤの外周を囲むようにケーシングに固定された第2リングギヤと、第2サンギヤおよび第2リングギヤに同時に噛合する複数個の第2プラネタリギヤと、第2プラネタリギヤを回転自在に支持する第2キャリヤとを備え、第3プラネタリギヤ機構は、第2キャリヤの中央部外周に設けられた第3サンギヤと、第3サンギヤの外周を囲むようにケーシングに固定された第3リングギヤと、第3サンギヤおよび第3リングギヤに同時に噛合する複数個の第3プラネタリギヤと、第3プラネタリギヤを回転自在に支持して出力軸に接続された第3キャリヤとを備えたことを特徴とする歩行補助装置の減速機が提案される。
【0008】
上記構成によれば、歩行補助装置の減速機の軸線上に入力軸、出力軸、第1プラネタリギヤ機構、第2プラネタリギヤ機構および第3プラネタリギヤ機構を同軸に配置し、第1プラネタリギヤ機構の第1リングギヤをケーシングに固定することで、入力軸から第1サンギヤに入力された回転を第1キャリヤから出力し、第2リングギヤをケーシングに固定することで、第1キャリヤと一体の第2サンギヤに入力された回転を第2キャリヤから出力し、第3リングギヤをケーシングに固定することで、第2キャリヤと一体の第3サンギヤに入力された回転を第3キャリヤから出力し、入力軸の回転を第1〜第3プラネタリギヤ機構で3段に減速して出力軸に伝達することが可能となる。また第1プラネタリギヤ機構の径方向外側に第2プラネタリギヤ機構を概ね重なるように配置し、第1、第2プラネタリギヤ機構に対して軸線方向に重なるように第3プラネタリギヤ機構を配置したので、入力軸の回転を第1〜第3プラネタリギヤ機構で3段に減速して出力軸に伝達しながら、第1〜第3プラネタリギヤ機構の全てを軸線方向に重なるように配置する場合に比べて減速機の軸線方向の厚さを減少させることができ、使用者が歩行補助装置を装着したときの体裁を良くすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0010】
図1〜図7は本発明の一実施例を示すもので、図1は歩行補助装置の使用状態を示す図、図2は歩行補助装置の分解斜視図の第1分図、図3は歩行補助装置の分解斜視図の第2分図、図4は歩行補助装置の電気アクチュエータの縦断面図、図5は図4の5−5線断面図、図6は図4の6−6線断面図、図7は歩行補助装置の電気アクチュエータのスケルトン図である。
【0011】
図1〜図3に示すように、本実施例の歩行補助装置は、使用者が背中に背負うバックパック11と、左右の股関節にトルクを付与する左右一対の第1電気アクチュエータ12,12と、左右の膝関節にトルクを付与する左右一対の第2電気アクチュエータ13,13と、使用者の腹部に着脱自在に装着される軟質樹脂製の腹帯14と、使用者の左右の大腿部に着脱自在に装着される前後に2分割された軟質樹脂製の上部脚当て15f,15rと、使用者の左右の脛部に着脱自在に装着される前後に2分割された軟質樹脂製の下部脚当て16f,16rと、腹帯14の前部から使用者の肩を経由して腹帯14の後部に連結される2本の吊りベルト17,17とを備える。尚、図3には左脚用の上部脚当て15f,15rおよび下部脚当て16f,16rが示されいるが、図示せぬ右脚用のものも左右対称な同一構造である。
【0012】
第1リンク18および補強部材19が、腹帯14の左右両側部のそれぞれの外面および内面を挟むようにボルト締めされる。第1リンク18の下端に第1電気アクチュエータ12を介して屈曲自在に連結された第2リンク20が、後側の上部脚当て15rの外側にボルト締めされる。このとき、第1リンク18および第2リンク20の枢支部、つまり第1電気アクチュエータ12は使用者の股関節の外側に位置している。
【0013】
後側の上部脚当て15rの外側および内側にそれぞれ外側第3リンク21および内側第3リンク22がボルト締めされるとともに、後側の下部脚当て16rの外側および内側にそれぞれ外側第4リンク23および内側第4リンク24がボルト締めされる。外側第3リンク21の下端および外側第4リンク23の上端が第2電気アクチュエータ13を介して屈曲自在に連結され、内側第3リンク22の下端および内側第4リンク24の上端がヒンジ25を介して屈曲自在に連結される。このとき、両第3リンク21,22および両第4リンク23,24の枢支部、つまり第2電気アクチュエータ13およびヒンジ25は使用者の膝関節の外側および内側に位置している。
【0014】
吊りベルト17,17に着脱自在に装着されるバックパック11の内部には、第1電気アクチュエータ12,12および第2電気アクチュエータ13,13の作動を制御する電子制御ユニット26と、前記各アクチュエータ12,12;13,13が発生しているトルクの状態を示すインジケータ27と、前記各アクチュエータ12,12;13,13のモータを駆動するモータドライバー28と、そのモータや電子制御ユニット26に電力を供給する電源29(例えばNi−Znバッテリ)とが収納される。
【0015】
第1電気アクチュエータ12,12および第2電気アクチュエータ13,13は共通の構造を有するもので、直流モータと減速機とから構成されており、そのケーシングが第1リンク18の下端にボルト締めされるとともに、その出力軸がボルト30で第2リンク20の上端に結合される。従って、第1電気アクチュエータ12を駆動することで、第1リンク18および第2リンク20を相対回転させるトルクを発生し、使用者の股関節を伸展・屈曲させることができる。また第2電気アクチュエータ13は、そのケーシングが外側第3リンク21の下端にボルト締めされるとともに、その出力軸がボルト30で外側第4リンク23の上端に結合される。従って、第2電気アクチュエータ13を駆動することで、外側第3リンク21および外側第4リンク23を相対回転させるトルクを発生し、使用者の膝関節を伸展・屈曲させることができる。
【0016】
次に、図4〜図7に基づいて第1電気アクチュエータ12の構造を説明する。尚、第2電気アクチュエータ13の構造は第1電気アクチュエータ12の構造と同一である。
【0017】
第1電気アクチュエータ12のケーシング41は、軸線Lを中心とする有底円筒状に形成される。ケーシング41は、第1支持リング42、第2支持リング43、支持プレート44、モータハウジング45およびモータカバー46を積層して複数本のボルト47…で一体に締結してなり、モータハウジング45およびモータカバー46の内部にモータ48が収納され、また第1支持リング42および第2支持リング43の内部に減速機49が収納される。支持プレート44およびモータハウジング45にボールベアリング50,51を介して減速機49の入力軸Siが支持されており、モータ48のロータ52が入力軸Siに固定され、ロータ52の外周を取り囲むステータ53がモータハウジング45に固定される。ロータ52およびステータ53にはそれぞれ永久磁石52aおよびコイル53aが設けられており、コイル53aに通電すると、ロータ52と共に入力軸Siが回転する。
【0018】
減速機49は、第2支持リング43の内側に収納された第1プラネタリギヤ機構P1 および第2プラネタリギヤ機構P2 と、第1支持リング42の内側に収納された第3プラネタリギヤ機構P3 とを備える。第1プラネタリギヤ機構P1 は第2プラネタリギヤ機構P2 の半径方向内側に配置され、第3プラネタリギヤ機構P3 は第1、第2プラネタリギヤ機構P1 ,P2 の軸線L方向外側に配置される。
【0019】
第1プラネタリギヤ機構P1 は、第1サンギヤZS1 と、第1リングギヤZR1 と、複数の第1プラネタリギヤZP1 …と、第1キャリヤC1 とを備える。第1サンギヤZS1 は入力軸Siの軸端に電磁クラッチ54を介して接続される。第1リングギヤZR1 は軸線Lを囲むように支持プレート44に一体に形成される。第1サンギヤZS1 および第1リングギヤZR1 に同時に噛合する第1プラネタリギヤZP1 …を回転自在に支持する第1キャリヤC1 は、軸線Lまわりに回転自在に配置される。従って、第1プラネタリギヤ機構P1 は、第1リングギヤZR1 が固定されて第1キャリヤC1 が回転可能なプラネタリ型であり、入力軸Siに電磁クラッチ54を介して結合された第1サンギヤZS1 が回転すると、その回転は同方向に減速されて第1キャリヤC1 に出力される。
【0020】
第1サンギヤZS1 の入力回転数をns1 とし、第1キャリヤC1 の出力回転数をnc1 とすると、プラネタリ型の第1プラネタリギヤ機構P1 の減速比はnc1 /ns1 で定義される。第1サンギヤZS1 、第1リングギヤZR1 および第1プラネタリギヤZP1 の歯数を、それぞれzs1 ,zr1 ,zp1 で表すと、減速比nc1 /ns1 は、
nc1 /ns1 =zs1 /(zs1 +zr1 )   …(1)
で与えられる。
【0021】
第2プラネタリギヤ機構P2 は、第2サンギヤZS2 と、第2リングギヤZR2 と、複数の第2プラネタリギヤZP2 …と、第2キャリヤC2 とを備える。第2サンギヤZS2 は第1プラネタリギヤ機構P1 の第1キャリヤC1 の外周に形成される。第2リングギヤZR2 はケーシング41に固定された第2支持リング43の内周に一体に形成される。第2サンギヤZS2 および第2リングギヤZR2 に同時に噛合する第2プラネタリギヤZP2 …を回転自在に支持する第2キャリヤC2 は、第2支持リング43の内周にボールベアリング56を介して回転自在に支持される。従って、第2プラネタリギヤ機構P2 は、第2リングギヤZR2 が固定されて第2キャリヤC2 が回転可能なプラネタリ型であり、入力部材となる第2サンギヤZS2 が回転すると、その回転は同方向に減速されて第2キャリヤC2 に出力される。
【0022】
第2サンギヤZS2 の入力回転数をns2 とし、第2キャリヤC2 の出力回転数nc2 とすると、プラネタリ型の第2プラネタリギヤ機構P2 の減速比はnc2 /ns2 で定義される。第2サンギヤZS2 、第2リングギヤZR2 および第2プラネタリギヤZP2 の歯数を、それぞれzs2 ,zr2 ,zp2 で表すと、減速比nc2 /ns2 は、
nc2 /ns2 =zs2 /(zs2 +zr2 )   …(2)
で与えられる。
【0023】
第3プラネタリギヤ機構P3 は、第3サンギヤZS3 と、第3リングギヤZR3 と、複数の第3プラネタリギヤZP3 …と、第3キャリヤC3 とを備える。第3サンギヤZS3 は、第2プラネタリギヤ機構P2 の第2キャリヤC2 の中央部外周に一体に形成される。第3リングギヤZR3 はケーシング41に固定された第1支持リング42の内周に一体に形成される。第3サンギヤZS3 および第3リングギヤZR3 に同時に噛合する第3プラネタリギヤZP3 …を回転自在に支持する第3キャリヤC3 は、第1支持リング42の内周にボールベアリング57を介して回転自在に支持される。従って、第3プラネタリギヤ機構P3 は、第3リングギヤZR3 が固定されて第3キャリヤC3 が回転可能なプラネタリ型であり、入力部材となる第3サンギヤZS3 が回転すると、その回転は同方向に減速されて第3キャリヤC3 と一体の出力軸Soに出力される。
【0024】
第3サンギヤZS3 の入力回転数をns3 とし、第3キャリヤC3 の出力回転数nc3 とすると、プラネタリ型の第3プラネタリギヤ機構P3 の減速比はnc3 /ns3 で定義される。第3サンギヤZS3 、第3リングギヤZR3 および第3プラネタリギヤZP3 の歯数を、それぞれzs3 ,zr3 ,zp3 で表すと、減速比nc3 /ns3 は、
nc3 /ns3 =zs3 /(zs3 +zr3 )   …(3)
で与えられる。
【0025】
しかして、第1プラネタリギヤ機構P1 の出力部材である第1キャリヤC1 の出力回転数nc1 は、第2プラネタリギヤ機構P2 の入力部材である第2サンギヤZS2 の入力回転数ns2 に等しく、また第2プラネタリギヤ機構P2 の出力部材である第2キャリヤZC2 の出力回転数nc2 は、第3プラネタリギヤ機構P3 の入力部材である第3サンギヤZS3 の入力回転数ns3 に等しいため、(1)式に示す第1プラネタリギヤ機構P1 の減速比nc1 /ns1 と、(2)式に示す第2プラネタリギヤ機構P2 の減速比nc2 /ns2 と、(3)式に示す第3プラネタリギヤ機構P3 の減速比nc3 /ns3 との積は、減速機49の入力部材である第1プラネタリギヤ機構P1 の第1サンギヤZS1 の回転数ns1 に対する、減速機49の出力部材である第3プラネタリギヤ機構P3 の第3キャリヤC3 の回転数nc3 の比nc3 /ns1 で与えられる。
【0026】
(nc1 /ns1 )×(nc2 /ns2 )×(nc3 /ns3 )=nc3 /ns1  …(4)
(1)式〜(3)式から、減速機49の減速比nc3 /ns1 は、
nc3 /ns1 ={zs1 /(zs1 +zr1 )}×{zs2 /(zs2 +zr2 )}×{zs3 /(zs3 +zr3 )}    …(5)
で与えられ、実施例では、各ギヤの歯数が、
zs1 =18    zp1 =27    zr1 =72
zs2 =96  zp2 =24  zr2 =144
zs3 =36  zp3 =54  zr3 =144
に設定されているため、上記歯数を(5)式に代入することで得られる減速機49の減速比nc3 /ns1 は、1/62.5となる。つまり、減速機49の入力軸Siが62.5回転すると出力軸Soが同方向に1回転することになる。
【0027】
以上のように、第1〜第3プラネタリギヤ機構P1 〜P3 を連結して減速機49を構成したので、充分な減速比を確保してモータ48のトルクを増加させることができる。また第1プラネタリギヤ機構P1 の半径方向外側に第2プラネタリギヤ機構P2 を重ねて配置したので、第1〜第3プラネタリギヤ機構P1 〜P3 の全てを軸線L方向に重ねて配置する場合に比べて、減速機49の軸線L方向の厚さを減少させることができる。つまり、プラネタリギヤ機構3個分の減速比を確保しながら、減速機49の厚さをプラネタリギヤ機構2個分の厚さに抑え、第1電気アクチュエータ12,12および第2電気アクチュエータ13,13を小型化して使用者の衣服の内側に体裁良く収めることが可能になる。
【0028】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0029】
例えば、実施例では電磁クラッチ54を入力軸Siと第1サンギヤZS1 との間に配置しているが、入力軸Siおよび出力軸So間の任意の位置に電磁クラッチ54を設けることができる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、歩行補助装置の減速機の軸線上に入力軸、出力軸、第1プラネタリギヤ機構、第2プラネタリギヤ機構および第3プラネタリギヤ機構を同軸に配置し、第1プラネタリギヤ機構の第1リングギヤをケーシングに固定することで、入力軸から第1サンギヤに入力された回転を第1キャリヤから出力し、第2リングギヤをケーシングに固定することで、第1キャリヤと一体の第2サンギヤに入力された回転を第2キャリヤから出力し、第3リングギヤをケーシングに固定することで、第2キャリヤと一体の第3サンギヤに入力された回転を第3キャリヤから出力し、入力軸の回転を第1〜第3プラネタリギヤ機構で3段に減速して出力軸に伝達することが可能となる。また第1プラネタリギヤ機構の径方向外側に第2プラネタリギヤ機構を概ね重なるように配置し、第1、第2プラネタリギヤ機構に対して軸線方向に重なるように第3プラネタリギヤ機構を配置したので、入力軸の回転を第1〜第3プラネタリギヤ機構で3段に減速して出力軸に伝達しながら、第1〜第3プラネタリギヤ機構の全てを軸線方向に重なるように配置する場合に比べて減速機の軸線方向の厚さを減少させることができ、使用者が歩行補助装置を装着したときの体裁を良くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】歩行補助装置の使用状態を示す図
【図2】歩行補助装置の分解斜視図の第1分図
【図3】歩行補助装置の分解斜視図の第2分図
【図4】歩行補助装置の電気アクチュエータの縦断面図
【図5】図4の5−5線断面図
【図6】図4の6−6線断面図
【図7】歩行補助装置の電気アクチュエータのスケルトン図
【符号の説明】
41    ケーシング
48    モータ
1     第1キャリヤ
2     第2キャリヤ
3     第3キャリヤ
L     軸線
1     第1プラネタリギヤ機構
2     第2プラネタリギヤ機構
3     第3プラネタリギヤ機構
Si    入力軸
So    出力軸
ZP1    第1プラネタリギヤ
ZP2    第2プラネタリギヤ
ZP3    第3プラネタリギヤ
ZR1    第1リングギヤ
ZR2    第2リングギヤ
ZR3    第3リングギヤ
ZS1    第1サンギヤ
ZS2    第2サンギヤ
ZS3    第3サンギヤ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention assists the walking, stair climbing, rising from a sitting position, sitting from a standing position, etc. of an elderly or injured person with weakened muscles, thereby assisting the exercise to suppress muscle weakness and gait. The present invention relates to a walking assist device for correcting a form, and more particularly to a speed reducer of the walking assist device.
[0002]
[Prior art]
Such a walking assist device has already been proposed in Japanese Patent Application No. 2001-109046 filed by the present applicant. This walking assist device has an electric actuator attached to a user's leg joint (that is, a hip joint and a knee joint), and the user operates the actuator by supplying power from a power source in a backpack carried on the user's back. A joint torque for extending and bending the joint is generated to assist a user in walking and other exercises.
[0003]
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 8-247225 and Hei 11-37226 disclose a reduction gear in which a plurality of planetary gear mechanisms are stacked in multiple stages in the axial direction so that a large reduction ratio can be obtained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-described conventional walking assist device includes an actuator in which a motor and a speed reducer are integrated, but the speed reducer requires a large speed reduction ratio, and thus has a problem that the entire actuator becomes large. As a result, it is difficult to mount the actuator inside the clothes of the user, and the appearance is not good because the actuator is exposed to the outside of the clothes.
[0005]
The above-mentioned conventional reducer in which a plurality of planetary gear mechanisms are stacked in multiple stages in the axial direction is excellent in that it has a large reduction ratio. Is not suitable.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to reduce the thickness of a walking assist device while ensuring a sufficient reduction ratio.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the rotation of an input shaft driven by a motor is reduced to extend and bend a leg joint of a user to assist a walking movement. A reduction gear of a walking assist device for transmitting to an output shaft connected to a leg joint, wherein an input shaft, an output shaft, a first planetary gear mechanism, a second planetary gear mechanism, and a third planetary gear mechanism are coaxially arranged on an axis. At the same time, a second planetary gear mechanism is arranged radially outside of the first planetary gear mechanism so as to substantially overlap with the first planetary gear mechanism, and a third planetary gear mechanism is arranged so as to axially overlap with the first planetary gear mechanism and the second planetary gear mechanism. The rotation of the shaft is reduced by the first planetary gear mechanism, the second planetary gear mechanism and the third planetary gear mechanism and transmitted to the output shaft, The one planetary gear mechanism includes a first sun gear provided on the input shaft, a first ring gear fixed to a casing so as to surround an outer periphery of the first sun gear, and a plurality of first sun gears simultaneously meshing with the first sun gear and the first ring gear. A first carrier rotatably supporting the first planetary gear; a second planetary gear mechanism including a second sun gear provided on an outer periphery of the first carrier, and a casing surrounding the outer periphery of the second sun gear; A second ring gear fixed to the second planetary gear, a plurality of second planetary gears simultaneously meshing with the second sun gear and the second ring gear, and a second carrier rotatably supporting the second planetary gear. The third planetary gear mechanism comprises: A third sun gear provided on the outer periphery of the center of the second carrier, and a casing surrounding the third sun gear. A fixed third ring gear, a plurality of third planetary gears simultaneously meshing with the third sun gear and the third ring gear, and a third carrier rotatably supporting the third planetary gear and connected to the output shaft. A reduction gear for a walking assist device characterized by the above feature is proposed.
[0008]
According to the above configuration, the input shaft, the output shaft, the first planetary gear mechanism, the second planetary gear mechanism, and the third planetary gear mechanism are coaxially arranged on the axis of the speed reducer of the walking assist device, and the first ring gear of the first planetary gear mechanism is arranged. Is fixed to the casing, the rotation input from the input shaft to the first sun gear is output from the first carrier, and by fixing the second ring gear to the casing, the rotation is input to the second sun gear integrated with the first carrier. The rotation input to the third sun gear integrated with the second carrier is output from the third carrier, and the rotation of the input shaft is output to the first carrier by fixing the third ring gear to the casing. -It is possible to reduce the speed to three stages by the third planetary gear mechanism and transmit it to the output shaft. In addition, the second planetary gear mechanism is arranged radially outside of the first planetary gear mechanism so as to substantially overlap with the first planetary gear mechanism, and the third planetary gear mechanism is arranged so as to overlap the first and second planetary gear mechanisms in the axial direction. While the rotation is reduced to three stages by the first to third planetary gear mechanisms and transmitted to the output shaft, the axial direction of the speed reducer is smaller than when all of the first to third planetary gear mechanisms are arranged to overlap in the axial direction. Can be reduced, and the appearance when the user wears the walking assist device can be improved.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
[0010]
1 to 7 show one embodiment of the present invention. FIG. 1 is a view showing a use state of a walking assist device, FIG. 2 is a first partial view of an exploded perspective view of the walking assist device, and FIG. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an electric actuator of the walking assist device, FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 4, and FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG. FIG. 7 is a skeleton diagram of an electric actuator of the walking assist device.
[0011]
As shown in FIGS. 1 to 3, the walking assist device of the present embodiment includes a backpack 11 carried by the user on the back, a pair of left and right first electric actuators 12 for applying torque to the left and right hip joints, A pair of left and right second electric actuators 13 for applying torque to the left and right knee joints, a soft resin abdominal band 14 detachably attached to the abdomen of the user, and detachable to the left and right thighs of the user Upper leg supports 15f and 15r made of a soft resin divided into two parts before and after freely mounted, and lower leg pads made of a soft resin divided into two parts before and after detachably mounted on the left and right shin parts of the user 16f, 16r, and two suspension belts 17, 17 connected from the front of the abdominal band 14 to the rear of the abdominal band 14 via the shoulders of the user. Although FIG. 3 shows the upper leg supports 15f and 15r and the lower leg supports 16f and 16r for the left leg, the right leg (not shown) has the same left-right symmetric structure.
[0012]
The first link 18 and the reinforcing member 19 are bolted so as to sandwich the respective outer and inner surfaces of the left and right sides of the abdominal band 14. A second link 20, which is flexibly connected to the lower end of the first link 18 via the first electric actuator 12, is bolted to the outside of the rear upper leg pad 15r. At this time, the pivot portions of the first link 18 and the second link 20, that is, the first electric actuator 12 are located outside the hip joint of the user.
[0013]
The outer third link 21 and the inner third link 22 are bolted to the outside and the inside of the rear upper leg support 15r, respectively, and the outside fourth link 23 and the outside third link 21 to the outside and the inside of the rear lower leg support 16r respectively. The inner fourth link 24 is bolted. The lower end of the outer third link 21 and the upper end of the outer fourth link 23 are flexibly connected via the second electric actuator 13, and the lower end of the inner third link 22 and the upper end of the inner fourth link 24 are connected via a hinge 25. And bendably connected. At this time, the pivot portions of the third links 21 and 22 and the fourth links 23 and 24, that is, the second electric actuator 13 and the hinge 25 are located outside and inside the knee joint of the user.
[0014]
An electronic control unit 26 for controlling the operation of the first electric actuators 12, 12 and the second electric actuators 13, 13 is provided inside the backpack 11 detachably attached to the suspending belts 17, 17. , 12; 13, and 13, an indicator 27 indicating the state of the torque being generated, a motor driver 28 for driving the motor of each of the actuators 12, 12, 13 and 13, and an electric power for the motor and the electronic control unit 26. The power supply 29 (for example, Ni-Zn battery) to be supplied is stored.
[0015]
The first electric actuators 12 and 12 and the second electric actuators 13 and 13 have a common structure and are composed of a DC motor and a speed reducer, and their casings are bolted to the lower end of the first link 18. At the same time, the output shaft is connected to the upper end of the second link 20 by the bolt 30. Therefore, by driving the first electric actuator 12, a torque for relatively rotating the first link 18 and the second link 20 is generated, and the hip joint of the user can be extended and bent. The casing of the second electric actuator 13 is bolted to the lower end of the outer third link 21, and the output shaft is connected to the upper end of the outer fourth link 23 by a bolt 30. Therefore, by driving the second electric actuator 13, a torque for relatively rotating the outer third link 21 and the outer fourth link 23 is generated, and the knee joint of the user can be extended and bent.
[0016]
Next, the structure of the first electric actuator 12 will be described with reference to FIGS. The structure of the second electric actuator 13 is the same as the structure of the first electric actuator 12.
[0017]
The casing 41 of the first electric actuator 12 is formed in a bottomed cylindrical shape centered on the axis L. The casing 41 includes a first support ring 42, a second support ring 43, a support plate 44, a motor housing 45, and a motor cover 46 stacked on each other and integrally fastened with a plurality of bolts 47. A motor 48 is housed inside the cover 46, and a speed reducer 49 is housed inside the first support ring 42 and the second support ring 43. The input shaft Si of the speed reducer 49 is supported by the support plate 44 and the motor housing 45 via ball bearings 50 and 51, and the rotor 52 of the motor 48 is fixed to the input shaft Si, and a stator 53 surrounding the outer periphery of the rotor 52. Are fixed to the motor housing 45. The rotor 52 and the stator 53 are provided with a permanent magnet 52a and a coil 53a, respectively, and when the coil 53a is energized, the input shaft Si rotates together with the rotor 52.
[0018]
Reducer 49, the first planetary gear mechanism P 1 and the second planetary gear mechanism P 2 housed inside the second support ring 43, and a third planetary gear mechanism P 3 housed inside the first supporting ring 42 Prepare. The first planetary gear mechanism P 1 is disposed radially inward of the second planetary gear mechanism P 2, the third planetary gear mechanism P 3 is arranged in the first, second planetary gear mechanism P 1, the axis L direction outside of P 2.
[0019]
The first planetary gear mechanism P 1 includes a first sun gear ZS 1, a first ring gear ZR 1, a plurality of first planetary gears ZP 1 ..., and a first carrier C 1. The first sun gear ZS 1 is connected via an electromagnetic clutch 54 to the shaft end of the input shaft Si. The first ring gear ZR 1 is integrally formed with the support plate 44 so as to surround the axis L. The first carrier C 1 which rotatably supports the first planetary gears ZP 1 ... simultaneously meshed first sun gear ZS 1 and the first ring gear ZR 1 is rotatably arranged around the axis L. Therefore, the first planetary gear mechanism P 1 is a planetary type in which the first ring gear ZR 1 is fixed and the first carrier C 1 can rotate, and the first sun gear ZS is coupled to the input shaft Si via the electromagnetic clutch 54. When 1 is rotated, the rotation is output to the first carrier C 1 is decelerated in the same direction.
[0020]
The first input rotation speed of the sun gear ZS 1 and ns 1, and the output rotational speed of the first carrier C 1 and nc 1, the first reduction ratio of the planetary gear mechanism P 1 of the planetary type is defined in nc 1 / ns 1 You. When the number of teeth of the first sun gear ZS 1 , the first ring gear ZR 1, and the first planetary gear ZP 1 is represented by zs 1 , zr 1 , and zp 1 , respectively, the reduction ratio nc 1 / ns 1 is:
nc 1 / ns 1 = zs 1 / (zs 1 + zr 1 ) (1)
Given by
[0021]
The second planetary gear mechanism P 2 is provided with a second sun gear ZS 2, a second ring gear ZR 2, a plurality of second planetary gears ZP 2 ..., and a second carrier C 2. The second sun gear ZS 2 is formed in the first outer circumference of the carrier C 1 of the first planetary gear mechanism P 1. The second ring gear ZR 2 is integrally formed on the inner periphery of the second support ring 43 fixed to the casing 41. The second carrier C 2 rotatably supporting the second planetary gears ZP 2 ... Simultaneously meshing with the second sun gear ZS 2 and the second ring gear ZR 2 rotates via the ball bearing 56 on the inner periphery of the second support ring 43. Freely supported. Accordingly, second planetary gear mechanism P 2, when the second carrier C 2 and the second ring gear ZR 2 is fixed is a planetary-type rotatable, the second sun gear ZS 2 as an input member rotates, the rotation is the same is output to the second carrier C 2 is decelerated in the direction.
[0022]
An input rotation speed of the second sun gear ZS 2 and ns 2, when the output speed nc 2 of the second carrier C 2, a second reduction ratio of the planetary gear mechanism P 2 of the planetary type is defined by nc 2 / ns 2 . When the number of teeth of the second sun gear ZS 2 , the second ring gear ZR 2, and the second planetary gear ZP 2 is represented by zs 2 , zr 2 , and zp 2 , respectively, the reduction ratio nc 2 / ns 2 is:
nc 2 / ns 2 = zs 2 / (zs 2 + zr 2 ) (2)
Given by
[0023]
The third planetary gear mechanism P 3 is provided with a third sun gear ZS 3, a third ring gear ZR 3, a plurality of third planetary gears ZP 3 ..., and a third carrier C 3. Third sun gear ZS 3 is formed integrally with the central portion outer periphery of the second carrier C 2 of the second planetary gear mechanism P 2. The third ring gear ZR 3 is integrally formed on the inner periphery of the first support ring 42 fixed to the casing 41. The third carrier C 3 rotatably supporting the third planetary gears ZP 3 ... Simultaneously meshing with the third sun gear ZS 3 and the third ring gear ZR 3 rotates via the ball bearing 57 on the inner periphery of the first support ring 42. Freely supported. Therefore, the third planetary gear mechanism P 3, when the third ring gear ZR 3 is fixed third carrier C 3 is a planetary-type rotatable, the third sun gear ZS 3 as an input member rotates, the rotation is the same is output to the output shaft So of the third carrier C 3 integral is decelerated in a direction.
[0024]
An input rotation speed of third sun gear ZS 3 and ns 3, when the output speed nc 3 of the third carrier C 3, the reduction ratio of the third planetary gear mechanism P 3 of planetary type is defined by nc 3 / ns 3 . When the number of teeth of the third sun gear ZS 3 , the third ring gear ZR 3, and the third planetary gear ZP 3 is represented by zs 3 , zr 3 , and zp 3 , respectively, the reduction ratio nc 3 / ns 3 is:
nc 3 / ns 3 = zs 3 / (zs 3 + zr 3 ) (3)
Given by
[0025]
Thus, the output speed nc 1 of the first carrier C 1 is a first output member of the planetary gear mechanism P 1 is the input rotational speed ns 2 of the second sun gear ZS 2 is an input member of the second planetary gear mechanism P 2 equal, and the output rotational speed nc 2 of the second carrier ZC 2 which is the output member of the second planetary gear mechanism P 2, the third to the input speed ns 3 of the sun gear ZS 3 which is the input member of the third planetary gear mechanism P 3 Since they are equal, the reduction ratio nc 1 / ns 1 of the first planetary gear mechanism P 1 shown in Expression (1), the reduction ratio nc 2 / ns 2 of the second planetary gear mechanism P 2 shown in Expression (2), and (3) the product of the reduction ratio nc 3 / ns 3 of the third planetary gear mechanism P 3 shown in the formula, the number of revolutions ns 1 of the first sun gear ZS 1 of the first planetary gear mechanism P 1 is an input member of the reduction gear 49 To given by the ratio nc 3 / ns 1 rpm nc 3 of the third carrier C 3 of the third planetary gear mechanism P 3 is the output member of the reduction gear 49.
[0026]
(Nc 1 / ns 1 ) × (nc 2 / ns 2 ) × (nc 3 / ns 3 ) = nc 3 / ns 1 (4)
From the expressions (1) to (3), the reduction ratio nc 3 / ns 1 of the reduction gear 49 is
nc 3 / ns 1 = {zs 1 / (zs 1 + zr 1 )} × {zs 2 / (zs 2 + zr 2 )} × {zs 3 / (zs 3 + zr 3 )} (5)
In the embodiment, the number of teeth of each gear is
zs 1 = 18 zp 1 = 27 zr 1 = 72
zs 2 = 96 zp 2 = 24 zr 2 = 144
zs 3 = 36 zp 3 = 54 zr 3 = 144
, The reduction ratio nc 3 / ns 1 of the reduction gear 49 obtained by substituting the number of teeth into the expression (5) is 1 / 62.5. That is, when the input shaft Si of the reduction gear 49 rotates 62.5 times, the output shaft So makes one rotation in the same direction.
[0027]
As described above, since the speed reducer 49 is configured by connecting the first to third planetary gear mechanisms P 1 to P 3 , it is possible to secure a sufficient speed reduction ratio and increase the torque of the motor 48. Also since overlapping the second planetary gear mechanism P 2 is located radially outward of the first planetary gear mechanism P 1, when arranged to overlap all of the first to third planetary gear mechanism P 1 to P 3 in the direction of the axis L In comparison, the thickness of the reduction gear 49 in the direction of the axis L can be reduced. In other words, the thickness of the reduction gear 49 is reduced to the thickness of two planetary gear mechanisms while securing the reduction ratio of three planetary gear mechanisms, and the first electric actuators 12 and 12 and the second electric actuators 13 and 13 are reduced in size. It becomes possible to fit the inside of the user's clothes in style.
[0028]
Although the embodiments of the present invention have been described in detail, various design changes can be made in the present invention without departing from the gist thereof.
[0029]
For example, although in the embodiment are arranged an electromagnetic clutch 54 between the input shaft Si and the first sun gear ZS 1, can be provided an electromagnetic clutch 54 to an arbitrary position between the input shaft Si and the output shaft So..
[0030]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the input shaft, the output shaft, the first planetary gear mechanism, the second planetary gear mechanism, and the third planetary gear mechanism are coaxially arranged on the axis of the speed reducer of the walking assist device. Then, by fixing the first ring gear of the first planetary gear mechanism to the casing, the rotation input from the input shaft to the first sun gear is output from the first carrier, and the second ring gear is fixed to the casing. The rotation input to the second sun gear integrated with the carrier is output from the second carrier, and the third ring gear is fixed to the casing, so that the rotation input to the third sun gear integrated with the second carrier is output from the third carrier. The output and the rotation of the input shaft can be reduced to three stages by the first to third planetary gear mechanisms and transmitted to the output shaft. In addition, the second planetary gear mechanism is arranged radially outside of the first planetary gear mechanism so as to substantially overlap with the first planetary gear mechanism, and the third planetary gear mechanism is arranged so as to overlap the first and second planetary gear mechanisms in the axial direction. While the rotation is reduced to three stages by the first to third planetary gear mechanisms and transmitted to the output shaft, the axial direction of the speed reducer is smaller than when all of the first to third planetary gear mechanisms are arranged to overlap in the axial direction. Can be reduced, and the appearance when the user wears the walking assist device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a use state of a walking assist device. FIG. 2 is a first partial view of an exploded perspective view of the walking assist device. FIG. 3 is a second partial view of an exploded perspective view of the walking assist device. FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 of FIG. 4; FIG. 6 is a sectional view taken along line 6-6 of FIG. 4; FIG. 7 is a skeleton view of an electric actuator of the walking assist device. Description]
41 Casing 48 Motor C 1 First carrier C 2 Second carrier C 3 Third carrier L Axis P 1 First planetary gear mechanism P 2 Second planetary gear mechanism P 3 Third planetary gear mechanism Si Input shaft So Output shaft ZP 1 First planetary gear ZP 2 Second planetary gear ZP 3 Third planetary gear ZR 1 First ring gear ZR 2 Second ring gear ZR 3 Third ring gear ZS 1 First sun gear ZS 2 Second sun gear ZS 3 Third sun gear

Claims (1)

使用者の脚関節を伸展・屈曲させて歩行運動を補助すべく、モータ(48)により駆動される入力軸(Si)の回転を減速して脚関節に接続された出力軸(So)に伝達する歩行補助装置の減速機であって、
軸線(L)上に入力軸(Si)、出力軸(So)、第1プラネタリギヤ機構(P1 )、第2プラネタリギヤ機構(P2 )および第3プラネタリギヤ機構(P3 )を同軸に配置するとともに、第1プラネタリギヤ機構(P1 )の径方向外側に第2プラネタリギヤ機構(P2 )を概ね重なるように配置し、第1プラネタリギヤ機構(P1 )および第2プラネタリギヤ機構(P2 )に対して軸線(L)方向に重なるように第3プラネタリギヤ機構(P3 )を配置し、入力軸(Si)の回転を第1プラネタリギヤ機構(P1 )、第2プラネタリギヤ機構(P2 )および第3プラネタリギヤ機構(P3 )で減速して出力軸(So)に伝達するようにし、
第1プラネタリギヤ機構(P1 )は、入力軸(Si)に設けられた第1サンギヤ(ZS1 )と、第1サンギヤ(ZS1 )の外周を囲むようにケーシング(41)に固定された第1リングギヤ(ZR1 )と、第1サンギヤ(ZS1 )および第1リングギヤ(ZR1 )に同時に噛合する複数個の第1プラネタリギヤ(ZP1 )と、第1プラネタリギヤ(ZP1 )を回転自在に支持する第1キャリヤ(C1 )とを備え、
第2プラネタリギヤ機構(P2 )は、第1キャリヤ(C1 )の外周に設けられた第2サンギヤ(ZS2 )と、第2サンギヤ(ZS2 )の外周を囲むようにケーシング(41)に固定された第2リングギヤ(ZR2 )と、第2サンギヤ(ZS2 )および第2リングギヤ(ZR2 )に同時に噛合する複数個の第2プラネタリギヤ(ZP2 )と、第2プラネタリギヤ(ZP2 )を回転自在に支持する第2キャリヤ(C2 )とを備え、
第3プラネタリギヤ機構(P3 )は、第2キャリヤ(C2 )の中央部外周に設けられた第3サンギヤ(ZS3 )と、第3サンギヤ(ZS3 )の外周を囲むようにケーシング(41)に固定された第3リングギヤ(ZR3 )と、第3サンギヤ(ZS3 )および第3リングギヤ(ZR3 )に同時に噛合する複数個の第3プラネタリギヤ(ZP3 )と、第3プラネタリギヤ(ZP3 )を回転自在に支持して出力軸(So)に接続された第3キャリヤ(C3 )とを備えたことを特徴とする歩行補助装置の減速機。
The rotation of the input shaft (Si) driven by the motor (48) is reduced and transmitted to the output shaft (So) connected to the leg joint in order to assist the walking motion by extending and bending the leg joint of the user. A speed reducer of a walking assist device,
The input shaft (Si), the output shaft (So), the first planetary gear mechanism (P 1 ), the second planetary gear mechanism (P 2 ), and the third planetary gear mechanism (P 3 ) are coaxially arranged on the axis (L). A second planetary gear mechanism (P 2 ) is disposed radially outside the first planetary gear mechanism (P 1 ) so as to substantially overlap with the first planetary gear mechanism (P 1 ), and the first planetary gear mechanism (P 1 ) and the second planetary gear mechanism (P 2 ). The third planetary gear mechanism (P 3 ) is arranged so as to overlap in the direction of the axis (L), and the rotation of the input shaft (Si) is controlled by the first planetary gear mechanism (P 1 ), the second planetary gear mechanism (P 2 ), and the third planetary gear. The speed is reduced by the mechanism (P 3 ) and transmitted to the output shaft (So),
The first planetary gear mechanism (P 1) is first a first sun gear provided on the input shaft (Si) (ZS 1), which is fixed to the casing (41) so as to surround the outer periphery of the first sun gear (ZS 1) One ring gear (ZR 1 ), a plurality of first planetary gears (ZP 1 ) simultaneously meshing with the first sun gear (ZS 1 ) and the first ring gear (ZR 1 ), and the first planetary gear (ZP 1 ) are rotatable. A first carrier (C 1 ) for supporting,
The second planetary gear mechanism (P 2 ) includes a second sun gear (ZS 2 ) provided on the outer periphery of the first carrier (C 1 ) and a casing (41) surrounding the outer periphery of the second sun gear (ZS 2 ). a fixed second ring gear (ZR 2), a second sun gear (ZS 2) and the second ring gear (ZR 2) into a plurality of second planetary gears meshing simultaneously (ZP 2), second planetary gears (ZP 2) And a second carrier (C 2 ) rotatably supporting
The third planetary gear mechanism (P 3 ) includes a third sun gear (ZS 3 ) provided on the outer periphery of the center of the second carrier (C 2 ), and a casing (41) surrounding the outer periphery of the third sun gear (ZS 3 ). ) and the third ring gear fixed to (ZR 3), with the third sun gear (ZS 3) and the third ring gear (ZR 3) a plurality of third planetary gears which mesh simultaneously (ZP 3), the third planetary gear (ZP 3 ) A speed reducer for a walking assist device, comprising: a third carrier (C 3 ) rotatably supporting the third carrier (C 3 ) and rotatably supporting the output shaft (So).
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