膝关节制造技术

本发明专利技术提供能效佳、小型且轻量，并能够扩大可动范围的膝关节。另外，本发明专利技术提供较低价的主动式膝关节。驱动部(1)使从动部件(21)移动。弹性部件(22)配置于从动部件(21)与直动部件(23)之间。直动部件(23)经由弹性部件(22)，随着从动部件(21)的移动而至少在一个方向上弹性移动。曲柄机构(3)将直动部件(23)的直线运动转换为旋转运动，由此能够实现膝关节的弯曲或伸展动作。

Knee joint

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膝关节
本专利技术涉及用于假肢的膝关节。
技术介绍
通常，假肢构成为包括：固定于足截面的接受腔；与接受腔的下端连接的膝关节；与膝关节的下端连接且成为接地部分的足部。膝关节与人体膝关节同样地，能够在规定的角度范围内伸展及弯曲。作为膝关节的驱动方式，存在被动式、电子控制式、主动式三种类型。被动式中，穿戴者使假肢运动，与假肢的移动对应地，使用液压或气动缸的阻尼器和弹簧力等，膝关节被动地弯曲/伸展。电子控制式中，能够通过电子控制调整膝关节的弯曲及伸展下的移动阻力，改善膝关节的动作。在下述专利文献1中表示电子控制式膝关节的一例。另外，主动式中，通过使用电动机来主动地控制膝关节的弯曲角度，来辅助上台阶及立起等动作下的膝关节的运动。而现有的主动式膝关节由于构造复杂而价格高昂，不仅如此，还存在由于重而穿戴者容易疲劳之类的问题。特别是，现有的主动式膝关节需要始终使搭载于膝关节的电动机工作，能效差，故而，需要大容量的电池，具有变大并变重的倾向。另一方面，下述非专利文献1中，示出了如下的主动式膝关节：通过带轮将串联弹性驱动器(所谓的“SeriesElasticActuator”)产生的直动转换为旋转运动，以使膝关节转动。在该技术中，通过使用串联弹性驱动器的弹簧来活用步行能量，得到与现有的主动式膝关节的能效相比较高的能效。但是，该技术中，为了将串联弹性驱动器的直动运动转换为膝部的旋转运动，而构成为固定于直动的弹性要素上的带经由两个带轮使膝部旋转的机构。为了防止直动的弹性要素与膝部的干涉，需要将带和带轮配置于膝关节的侧面。于是，为了保持平衡，产生在一个膝关节中使用两个带的必要性。因此，该技术中，存在机构非常复杂、零部件数量多之类的问题。如果想要扩大膝关节的可动角度(可动范围)，则带和带轮大型化，在大小及重量这些点上变得难以使用。另外，用于使带轮旋转的带在耐久性方面存在问题，故而，具有用于维持及更换带的成本容易变高之类的倾向。另外，下述专利文献2中记载了如下结构：将膝部件旋转自如地安装于下肢部件的上端，并在下肢部件的下端安装足部件。在膝部件的侧部一体地形成有突出部，在该突出部与下肢部件的下部之间安装有线性驱动器。该技术中，能够通过该线性驱动器的驱动力，来辅助膝部件的旋转动作。但是，该技术中，由于是线性驱动器未经减速器而与膝部件直接连结的结构，故而存在如下问题：在想要获得高驱动扭矩时，将对线性驱动器施加高负载。现有技术文献专利文献专利文献1：(日本)特开2004－167106号公报专利文献2：国际公开2004/017872号公报非专利文献非专利文献1：ElliottJ.Rouse,LukeM.MooneyandHughM.Herr,"Clutchableseries-elasticactuator:Implicationsforprosthetickneedesign"October9,2014,doi:10.1177/0278364914545673TheInternationalJournalofRoboticsResearchNovember2014vol.33no.131611-1625
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术是基于上述状况而作出的。本专利技术的主要目的在于，提供能效佳、小型且轻量、而且能够扩大可动范围的膝关节。用于解决课题的技术方案解决上述课题的技术方案能够记载为以下项目。(项目1)一种膝关节，其中，具备：驱动部、串联弹性机构、曲柄机构，所述串联弹性机构具备：从动部件、弹性部件、直动部件，所述驱动部构成为使所述从动部件移动，所述弹性部件配置于所述从动部件与所述直动部件之间，所述直动部件构成为，经由所述弹性部件，随着所述从动部件的移动而至少在一个方向上弹性移动，所述曲柄机构构成为将所述直动部件的直线运动转换为旋转运动。(项目2)根据项目1所述的膝关节，其中，还具备用于将接受腔和膝关节连接的上部连接部，所述曲柄机构构成为使所述上部连接部向正反方向旋转运动。(项目3)根据项目1或2所述的膝关节，其中，还具备框架，所述直动部件形成为能够相对于所述框架至少沿一个方向移动。(项目4)根据项目1或2所述的膝关节，其中，还具备框架，所述曲柄机构的旋转轴由所述框架支承。(项目5)根据项目1～4中任一项所述的膝关节，其中，所述驱动部具备：电动机、变速机构、滚珠丝杠副，所述电动机构成为经由所述变速机构使所述滚珠丝杠副向正反方向旋转，所述从动部件构成为根据所述滚珠丝杠副的旋转而直线运动。(项目6)根据项目1～5中任一项所述的膝关节，其中，所述直动部件具备隔着所述从动部件相向配置的第一抵接部和第二抵接部，所述弹性部件具备第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧配置于所述第一抵接部与所述从动部件之间，所述第二弹簧配置于所述第二抵接部与所述从动部件之间。(项目7)一种假肢，其中，具备项目1～6中任一项所述的膝关节。专利技术效果根据本专利技术，能够提供能效佳、小型且轻量、并能够扩大可动范围的膝关节。另外，根据本专利技术，能够提供较低价的主动式膝关节。附图说明图1是本专利技术一实施方式的膝关节(弯曲角度＝0°)的将罩卸除后的状态下的立体图；图2是图1的主视图；图3是图2的左侧视图；图4是图2的俯视图；图5是沿着图3的A－A线的剖视图；图6是图1的膝关节的将罩安装后的状态下的立体图；图7是图6的主视图；图8是图7的左侧视图；图9是图7的俯视图；图10是沿着图8的A－A线的剖视图；图11是图1的膝关节在弯曲角度60°的状态下的立体图；图12是图11的主视图；图13是图12的左侧视图；图14是图12的俯视图；图15是沿着图13的A－A线的剖视图；图16是图1的膝关节在弯曲角度120°的状态下的立体图；图17是图16的主视图；图18是图17的左侧视图；图19是图17的俯视图；图20是沿着图18的A－A线的剖视图；图21是表示使用图1的膝关节构成假肢的例子的概略性说明图；图22是用于说明图21的假肢的动作的说明图；图23是用于说明图1的膝关节中的曲柄机构的动作的说明图；图24是图23的曲柄机构的示意性说明图；图25是表示图24的曲柄机构的一特性例的曲线图，其中，横轴为膝角度(度)，纵轴为减速比；图26是表示步行时膝角度的变化的曲线图，其中，横轴为时间(任意单位)，纵轴为膝角度(度)；图27是表示变更了串联弹性机构相对于曲柄机构旋转轴的偏移量的例子的说明图；图28是将图27的曲柄机构的特性例与图25的特性例重叠表示的曲线图，其中，横轴为膝角度(度)，纵轴为减速比。具体实施方式以下，参照附图(图1～图10)说明本专利技术一实施方式的膝关节。需要说明的是，这些图之中，图1～5表示将框架5的罩51(后述)卸除后的状态，图6～10表示将罩51安装后的状态。如图21(后述)所示，本实施方式的膝关节100能够与接受腔200及足部300组合构成假肢。以下，对本实施方式的膝关节100的结构进行说明。(本实施方式的结构)本实施方式的膝关节100具备：驱动部1、串联弹性机构(SEA)2、曲柄机构3。该膝关节100还具备：上部连接部4、框架5、下部连接部6。(驱动部)驱动部1具备：电动机11、变速机构12、滚珠丝杠副13(参照图5)。电动机11构成为，经由变速机构12使滚珠丝杠副13向正反方向旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膝关节，其中，具备：驱动部、串联弹性机构、曲柄机构，所述串联弹性机构具备：从动部件、弹性部件、直动部件，所述驱动部构成为使所述从动部件移动，所述弹性部件配置于所述从动部件与所述直动部件之间，所述直动部件构成为，经由所述弹性部件，随着所述从动部件的移动而至少在一个方向上弹性移动，所述曲柄机构构成为将所述直动部件的直线运动转换为旋转运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.10 JP 2016-2194961.一种膝关节，其中，具备：驱动部、串联弹性机构、曲柄机构，所述串联弹性机构具备：从动部件、弹性部件、直动部件，所述驱动部构成为使所述从动部件移动，所述弹性部件配置于所述从动部件与所述直动部件之间，所述直动部件构成为，经由所述弹性部件，随着所述从动部件的移动而至少在一个方向上弹性移动，所述曲柄机构构成为将所述直动部件的直线运动转换为旋转运动。2.根据权利要求1所述的膝关节，其中，还具备用于将接受腔和膝关节连接的上部连接部，所述曲柄机构构成为使所述上部连接部向正反方向旋转运动。3.根据权利要求1或2所述的膝关节，其中，还具备框架，所述直动部件形成为能够相对于所述框架至少沿一个方向移动。4.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小军，稻叶雅幸，冈田慧，浅野悠纪，
申请(专利权)人：国立大学法人东京大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP