專利名稱：流體壓式促動器及使用該促動器的運動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過例如空氣等流體的給排而被驅(qū)動的流體壓式促 動器及使用該促動器的運動裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的流體壓式促動器中，是在橡膠制管的外周，覆蓋沒有伸縮性的 網(wǎng)狀被覆體，通過供給空氣使管膨脹從而增大被覆體的直徑。被覆體直徑 的增大被轉(zhuǎn)換成長度尺寸的縮小，基于該縮小而得到驅(qū)動力(例如參照專 利文獻l)。
專利文獻l:特開2003—301807號公報
如上所述現(xiàn)有的流體壓式促動器，在供給空氣前的管中有多余的空 間，從而，在該空間中也供給空氣而使管不得不膨脹。因而，從開始向管 內(nèi)供給空氣之后到實際作為流體壓式促動器開始動作為止的時間很長。例 如，將該流體壓式促動器適用于CPM裝置(運動裝置)時，從起動后到開 始活動患者關節(jié)之前有時需要l分鐘左右的時間，期待著動作速度的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即是為了解決如上所述的課題而產(chǎn)生的，其目的在于提供一種 能夠?qū)幼魉俣雀咚倩牧黧w壓式促動器及使用該促動器的運動裝置。
為了實現(xiàn)本目的，流體壓式促動器具備兩端用栓構(gòu)件密封、隨著流 體供給 排出而膨脹 收縮的膨脹收縮體；覆蓋該膨脹收縮體外周且其兩 端壓緊固定在所述栓構(gòu)件上的網(wǎng)狀覆膜體；和設置在所述栓構(gòu)件上的流體 給排口，在這種流體壓式促動器中，具備填埋所述膨脹收縮體內(nèi)至少一部 分空間的空間縮小體。另外，配置在所述膨脹收縮體內(nèi)的所述空間縮小體 由第一空間縮小體和第二空間縮小體構(gòu)成，第一空間縮小體和第二空間縮小體分別與所述栓構(gòu)件連結(jié)，沿所述膨脹收縮體的長軸方向相互隔開間隔 地配置。第一空間縮小體和第二空間縮小體的截面積從基端部向前端部逐 漸縮小。第一空間縮小體和第二空間縮小體的前端部呈球面狀。所述膨脹 收縮體膨脹，收縮的長度等于所述膨脹收縮體膨脹時第一空間縮小體和第 二空間縮小體之間的長度。
另外，本發(fā)明的運動裝置，具備第一框體、能夠相對于所述第一框 體轉(zhuǎn)動的第二框體和使所述第二框體相對于所述第一框體相對轉(zhuǎn)動的所 述流體壓式促動器，通過使所述第二框體相對于所述第一框體轉(zhuǎn)動而使人 體的一部分進行運動。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式1產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖2是表示圖1的流體壓式促動器的膨脹狀態(tài)的截面圖。 圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式2產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式3產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式4產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式5產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式6產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖8是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式7產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖9是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式8產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀態(tài) 的截面圖。
圖10是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式9產(chǎn)生的流體壓式促動器的收縮狀 態(tài)的截面圖。圖11是表示本發(fā)明的運動裝置的圖。
具體實施例方式
以下參照附圖，關于用以實施本發(fā)明的最佳方式進行說明。 [實施方式l]
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式1產(chǎn)生的流體壓式促動器的內(nèi)管1的
收縮狀態(tài)的截面圖，圖2是表示圖1的流體壓式促動器的內(nèi)管1的膨脹狀 態(tài)的截面圖。圖中，作為膨脹收縮體的內(nèi)管l的兩端部由截面圓形的第一 及第二橡膠栓2、 3密封。該橡膠栓2、 3的至少一方具有流體給排口。內(nèi) 管1由例如丁基橡膠等彈性體構(gòu)成。
在第一及第二橡膠栓2、 3上分別一體設有第一及第二空間縮小體4、 5。第一及第二空間縮小體4、 5位于內(nèi)管1內(nèi)，通過填埋內(nèi)管1內(nèi)的一部 分空間從而使收縮時內(nèi)管1的空間縮小。即，空間縮小體4、 5減少收縮 時內(nèi)管1的實質(zhì)上的容積。
另外，第一及第二空間縮小體4、 5沿內(nèi)管1的長軸方向相互隔開間 隔配置，以避免促動器收縮時相互抵接。再有，第一及第二空間縮小體4、 5的截面積從基端部向前端部逐漸縮小。從而，在內(nèi)管1收縮時能夠使內(nèi) 管l沿著空間縮小體ll，減小內(nèi)管l中央部的空間。
另外，空間縮小體4、 5的前端面呈球面狀。從而，能夠防止由于內(nèi) 管1和空間縮小體11接觸而造成內(nèi)管1損傷。
第一橡膠栓2中貫通插入有用以將作為流體的空氣相對于內(nèi)管1內(nèi)供 給-排出的給排管6。給排管6連接空氣給排裝置(沒有圖示)。
內(nèi)管1的外周被網(wǎng)狀被覆體即網(wǎng)狀套筒7覆蓋。網(wǎng)狀套筒7由例如高 張力纖維等線材構(gòu)成。內(nèi)管1及網(wǎng)狀套筒7的長軸方向的兩端部分別重合， 由多個緊固件(沒有圖示)和橡膠栓2、 3夾持、固定。
在這樣的流體壓式促動器中，通過對內(nèi)管1供給壓縮空氣而使內(nèi)管1 膨脹，不過，網(wǎng)狀套筒7的原材料不被伸長，內(nèi)管l直徑的增大轉(zhuǎn)換為流 體壓式促動器全長的縮小。另外，通過從內(nèi)管1排出空氣而使內(nèi)管1的直 徑變小，流體壓式促動器的全長復原。
通過向內(nèi)管l供給流體，從而使內(nèi)管1內(nèi)的壓力均勻增加，使內(nèi)管l膨脹。另外，通過從內(nèi)管l排出流體，從而使內(nèi)管1內(nèi)的壓力均勻減少， 使內(nèi)管1收縮。
此時，由于在內(nèi)管1內(nèi)設有空間縮小體4、 5，因此，能夠減小內(nèi)管l 內(nèi)的需要壓力增減的體積。因而，能夠減少向內(nèi)管l供給，排出的流體的 量。從而，能夠縮短起動時升高內(nèi)管l內(nèi)壓力所需要的時間，能夠使流體 壓式促動器的動作高速化。另外，能夠削減動作時所需要的流體量，能夠 謀求壓縮機的小型化、耗電的削減。
例如，當向內(nèi)管l供給足夠壓縮空氣時，流體壓式促動器的可動部向 軸方向的收縮量是可動部的3成左右，因而，如果設定空間縮小體4、 5
軸方向的總長度為可動部的7成左右的長度，則內(nèi)管1膨脹時第一及第二 空間縮小體4、 5不會相互干涉。并且，促動器驅(qū)動時所需要的壓縮空氣 量與現(xiàn)有相比能夠削減七成左右。
另外，也可以設定內(nèi)管l的長度以使在向內(nèi)管l供給足夠空氣時，空 間縮小體4、 5位于相接的位置。具體地說，設定內(nèi)管l的長度以使假定 在內(nèi)管1的膨脹中流體壓式促動器的全長收縮3cm，則流體壓式促動器收 縮狀態(tài)時的空間縮小體4和空間縮小體5之間為3cm。也就是說，設定時 使內(nèi)管1收縮的長度等于內(nèi)管1膨脹時空間縮小體4和空間縮小體5之間 的長度。
另外，空間縮小體4、 5的外形對照內(nèi)管1收縮時的形狀，成為前端 變細的形狀，因而不妨礙內(nèi)管1的收縮，能夠效率良好地填埋內(nèi)管1內(nèi)的 空間。再有，空間縮小體4、 5—體設置在橡膠栓2、 3上，因此能夠防止 部件數(shù)的增加。再有，通過使第一及第二空間縮小體4、 5的外形相同， 從而能夠利用相同的模具制造它們，能夠抑制成本上升。 [實施方式2]
接下來，圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式2產(chǎn)生的流體壓式促動器的 內(nèi)管1的收縮狀態(tài)的截面圖。在第一及第二橡膠栓2、 3上分別一體設有 半球狀的第一及第二空間縮小體8、 9 (第二橡膠栓3及第二空間縮小體9 顯示的不是截面而是側(cè)面)。其他構(gòu)成及動作與實施方式1同樣。
內(nèi)管1具有收縮性，而流體壓式促動器兩端部的第一及第二橡膠栓2、3不具有收縮性，因而，當流體壓式促動器的內(nèi)管1收縮時，內(nèi)管l成為 向內(nèi)側(cè)凹陷的狀態(tài)。在流體壓式促動器的兩端部附近產(chǎn)生不必要的空間， 因而，相應地升壓時間變長。在該實施方式中，利用半球狀的第一及第二 空間縮小體8、 9填埋在流體壓式促動器兩端部附近形成的收縮狀態(tài)時的 空間，能夠減小內(nèi)管1內(nèi)的需要壓力增減的體積。因而，能夠減少向內(nèi)管 1供給*排出的流體的量。從而，能夠縮短起動時升高內(nèi)管1內(nèi)壓力所需 要的時間，能夠使流體壓式促動器的動作高速化。
這樣，空間縮小體8、 9的形狀、大小、向內(nèi)管1內(nèi)的突出量等并沒 有特別限定，利用圖3所示的空間縮小體8、 9也能夠縮短起動時升高內(nèi) 管l內(nèi)壓力所需要的時間，能夠使動作高速化。 [實施方式3]
接下來，圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式3產(chǎn)生的流體壓式促動器的 截面圖。在第二橡膠栓3上一體設有截面圓形的棒狀空間縮小體10。另外， 在第一橡膠栓2上沒有設置空間縮小體。其他構(gòu)成及動作與實施方式1同樣。
這樣，可以只在一方橡膠栓3上設置空間縮小體10，能夠縮短起動時 升高內(nèi)管l內(nèi)壓力所需要的時間，能夠使動作高速化。還有，在密封膨脹 收縮體端部的栓上一體設置空間縮小體的情況中，栓及空間縮小體的材料 并不限定于橡膠。 [實施方式4]
接下來，圖5是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式4產(chǎn)生的流體壓式促動器的 截面圖。在內(nèi)管1內(nèi)收容截面圓形的棒狀空間縮小體11。空間縮小體11 與第一及第二橡膠栓2、 3分離，能夠在內(nèi)管1內(nèi)沿內(nèi)管1的軸向位移。 另外，空間縮小體11由例如聚縮醛(POM)或聚氨酯等樹脂構(gòu)成。其他 構(gòu)成及動作與實施方式1同樣。
這樣一來，可以采用能夠在內(nèi)管1內(nèi)位移的空間縮小體11，能夠縮短 起動時升高內(nèi)管1內(nèi)壓力所需要的時間，能夠使動作高速化。 [實施方式5]
接下來，圖6是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式5產(chǎn)生的流體壓式促動器的 截面圖。在內(nèi)管1內(nèi)收容空間縮小體12?？臻g縮小體12是將實施方式4的空間縮小體11形成中空的結(jié)構(gòu)。其他構(gòu)成及動作與實施方式1同樣。 根據(jù)這樣的構(gòu)成，能夠使空間縮小體12輕量化，能夠抑制促動器整體的 重量化。
接下來，圖7是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式6產(chǎn)生的流體壓式促動器的
截面圖。在內(nèi)管1內(nèi)收容空間縮小體13?？臻g縮小體13由具有可撓性的
軟質(zhì)樹脂構(gòu)成，能夠與內(nèi)管l一體地彎曲。其他構(gòu)成及動作與實施方式1
同樣。根據(jù)這樣的構(gòu)成，空間縮小體13不會妨礙促動器整體的彎曲，能
夠擴展促動器的用途。
接下來，圖8是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式7產(chǎn)生的流體壓式促動器的 截面圖。在內(nèi)管1內(nèi)收容空間縮小體14?？臻g縮小體14通過將例如水等 流體封入袋內(nèi)而構(gòu)成。其他構(gòu)成及動作與實施方式1同樣。根據(jù)這樣的構(gòu) 成，能夠?qū)谟捎趦?nèi)管l的膨脹，收縮而產(chǎn)生的形狀變化，將空間縮小 體14變形，能夠更加效率良好地填埋內(nèi)管1內(nèi)的空間。例如，若內(nèi)管1 初始狀態(tài)(收縮狀態(tài))的尺寸為())20mmx300mm、膨脹狀態(tài)的尺寸為 (j)50mmx210mm，則體積分別為30兀cm3、 131.25兀cm3。該初始狀態(tài)的內(nèi)管 1內(nèi)的空間幾乎全部由空間縮小體14充滿，從而能夠使促動器起動后到動 作開始所需要的壓縮流體幾乎為零。此外，空間縮小體可以將例如膠狀的 材料、粉體或粒子等封入袋中而成。 [實施方式8]
接下來，圖9是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式8產(chǎn)生的流體壓式促動器的 截面圖。在內(nèi)管1內(nèi)收容由相比內(nèi)管1的內(nèi)徑足夠小徑的粒子狀固體構(gòu)成 的多個空間縮小體15。其他構(gòu)成及動作與實施方式1同樣。這樣一來，采 用粒子狀空間縮小體15時也能夠更加效率良好地填埋內(nèi)管1內(nèi)的空間。 [實施方式9]
接下來，圖10是表示根據(jù)本發(fā)明實施方式9產(chǎn)生的流體壓式促動器 的截面圖。在內(nèi)管1內(nèi)收容空間縮小體11。在空間縮小體11和內(nèi)管1之 間設置相對于內(nèi)管1的摩擦系數(shù)小于空間縮小體11的低摩擦體16。該例 中，在袋狀的低摩擦體16內(nèi)收容空間縮小體11。換言之，空間縮小體ll
9由低摩擦體16覆蓋。作為低摩擦體16的材料，能夠采用例如長襪 (stocking)等中使用的可伸縮的布料。另外，這樣的布料由例如在聚氨 酯芯纖維中混合了尼龍纖維的合成纖維構(gòu)成。其他構(gòu)成及動作與實施方式 1同樣。
根據(jù)這樣的構(gòu)成，在內(nèi)管1膨脹 收縮之際，能夠防止由于內(nèi)管1和 空間縮小體11直接接觸而造成的內(nèi)管1損傷。還有，用低摩擦體覆蓋空
間縮小體的觀點也能夠適用于所述實施方式1 8。
另外，上述例中，作為流體壓式促動器例示了空氣壓式促動器，不過， 向膨脹收縮體供給的流體并不限定于空氣，能夠?qū)谟猛静捎酶鞣N氣體 或液體。再有，上述例中，只例示了細長管狀的促動器，不過，能夠通過 改變膨脹收縮體的形狀從而實現(xiàn)各種流體壓式促動器，關于那些流體壓式 促動器也能夠適用本發(fā)明。
再有，本發(fā)明的流體壓式促動器能夠用作康復用設備(例如，CPM
裝置)等醫(yī)療設備及監(jiān)護設備等的促動器。還有，也能夠用作用于驅(qū)動人 們穿戴的穿戴用機械手的促動器、即人工肌肉。再有，也能夠作為用以驅(qū) 動工業(yè)用機器人和建設機械等的促動器使用。g卩，本發(fā)明的流體壓式促動 器能夠適用于所有領域的設備。
圖11表示適用了實施方式1 9中說明的流體促動器的運動裝置。放 置使用者的手臂的運動裝置21具有第一框體22、能夠相對于第一框體 22相對轉(zhuǎn)動(能夠彎曲)的第二框體23和配置在第一框體22和第二框體 23之間的關節(jié)部24。第一及第二框體22、 23具有布制的外包裝件25和 配置在外包裝件25內(nèi)的多個空氣管26。
各空氣管26由橡膠或塑料等可撓性材料構(gòu)成，相互平行排列。另外， 空氣管26沿著運動裝置21厚度方向的配置層數(shù)是與運動裝置21寬度方 向的中央相比，在寬度方向的兩端部變多。g卩，在運動裝置21的寬度方 向的兩端部，各配置2層空氣管26，在其他部位各配置1層空氣管26。 所有的空氣管26由連接管(沒有圖示)相互連接，以使能夠從共通的供 給口供給，排出空氣。
關節(jié)部24具有布制的外包裝件25和埋設在外包裝件25內(nèi)的緩沖構(gòu) 件27。緩沖構(gòu)件27由例如海綿等構(gòu)成。在使用時，使用者的上臂抵住第一框體22，使用者的前臂抵住第二框體23，使用者的肘抵住關節(jié)部24。第一及第二框體22、 23通過向空氣管26內(nèi)以規(guī)定壓力供給空氣而成 為具有規(guī)定剛性的狀態(tài)，在從空氣管26排出空氣的狀態(tài)下是柔軟的。所 謂規(guī)定的剛性是足夠支撐作為驅(qū)動對象的人體部分的負載、在此是手臂的 負載，不會因該負載而變形這種程度的剛性(強度)。在第一框體22和第二框體23之間，設置產(chǎn)生驅(qū)動力的作為促動器的 一對流體壓式促動器28，用以使第二框體23相對于第一框體22相對轉(zhuǎn)動。 該流體壓式促動器為實施方式1 9所述的促動器。具體地說，流體壓式促 動器28配置在第一及第二框體22、 23的寬度方向兩側(cè)。流體壓式促動器28通過空氣的供給 排出而使其長度縮小 伸長， 縮小時產(chǎn)生驅(qū)動力(拉伸力)。流體壓式促動器28的一端部固定在第一框 體22上，流體壓式促動器28的另一端部固定在第二框體23上?？諝夤?6及流體壓式促動器28通過電纜30連接可搬運類型的控制 箱29。在控制箱29中內(nèi)置空氣供給部、壓力控制器、輸出選擇器及控制 計算機等。從空氣供給部向空氣管26及流體壓式促動器28供給的空氣的壓力和 供給，排出的定時，由控制計算機控制?？刂朴嬎銠C中存儲有1個或多個 動作程序?？刂葡?9根據(jù)上述實施方式中說明的空間縮小體的大小，能夠改變 向流體壓式促動器28供給的空氣的壓力和供給 排出的量。具體地說， 實施方式1中，在內(nèi)管1的膨脹中流體壓式促動器的全長收縮3cm，流體 壓式促動器收縮狀態(tài)時空間縮小體4和空間縮小體5之間為2.5cm時，控 制箱29能夠改變空氣的壓力和供給 排出的量，以使空間縮小體4和空 間縮小體5不接觸，使流體壓式促動器在2.5cm以內(nèi)進行收縮。另外，控 制箱29分別設定向多個流體壓式促動器28供給的空氣的壓力和量。當多 個流體壓式促動器28中所設置的空間縮小體不同時，能夠改變向各個流 體壓式促動器28供給的空氣壓力和量，以使空間縮小體4和空間縮小體5 不接觸。由以上可知，將實施方式1~9中說明的流體壓式促動器適用于運動裝 置21，從而能夠使運動裝置21的動作高速化。另外，通過控制箱29設定向流體壓式促動器28供給的空氣壓力和量，從而能夠最大限度地發(fā)揮運動裝置21的運動功能。
權利要求
1.一種流體壓式促動器，具備兩端用栓構(gòu)件密封、隨著流體的供給·排出而膨脹·收縮的膨脹收縮體；覆蓋該膨脹收縮體的外周且其兩端壓緊固定在所述栓構(gòu)件上的網(wǎng)狀覆膜體；以及設置在所述栓構(gòu)件上的流體給排口，所述流體壓式促動器的特征在于，具備填埋所述膨脹收縮體內(nèi)至少一部分空間的空間縮小體。
2. 根據(jù)權利要求1所述的流體壓式促動器，其特征在于， 配置在所述膨脹收縮體內(nèi)的所述空間縮小體由第一空間縮小體和第二空間縮小體構(gòu)成，第一空間縮小體和第二空間縮小體分別與所述栓構(gòu)件連結(jié)，沿所述膨脹收縮體的長軸方向相互隔開間隔地配置。
3. 根據(jù)權利要求2所述的流體壓式促動器，其特征在于， 第一空間縮小體和第二空間縮小體的截面積從基端部向前端部逐漸縮小。
4. 根據(jù)權利要求2所述的流體壓式促動器，其特征在于， 第一空間縮小體和第二空間縮小體的前端部呈球面狀。
5. 根據(jù)權利要求2所述的流體壓式促動器，其特征在于， 所述膨脹收縮體膨脹，收縮的長度等于所述膨脹收縮體膨脹時第一空間縮小體和第二空間縮小體之間的長度。
6. 根據(jù)權利要求1所述的流體壓式促動器，其特征在于， 所述膨脹收縮體為管狀，所述膨脹收縮體的端部由第一橡膠栓及第二橡膠栓密封，所述空間縮小體與所述第一橡膠栓或第二橡膠栓設置成一 體。
7. 根據(jù)權利要求6所述的流體壓式促動器，其特征在于， 在所述第一橡膠栓或第二橡膠栓上具有所述空間縮小體。
8. 根據(jù)權利要求6所述的流體壓式促動器，其特征在于， 所述空間縮小體與所述第一橡膠栓或第二橡膠栓分離。
9. 根據(jù)權利要求1所述的流體壓式促動器，其特征在于， 所述空間縮小體為中空。
10. 根據(jù)權利要求1所述的流體壓式促動器，其特征在于，所述空間縮小體具有可撓性，能夠與所述膨脹收縮體一體地彎曲。
11. 根據(jù)權利要求1所述的流體壓式促動器，其特征在于， 所述空間縮小體通過將流體封入袋內(nèi)而構(gòu)成。
12. 根據(jù)權利要求1所述的流體壓式促動器，其特征在于， 所述空間縮小體為相比所述膨脹收縮體的內(nèi)徑足夠小的粒子狀固體。
13. 根據(jù)權利要求1所述的流體壓式促動器，其特征在于， 在所述空間縮小體和所述膨脹收縮體之間設有相對于所述膨脹收縮體的摩擦系數(shù)小于所述空間縮小體的低摩擦體。
14. 一種運動裝置，具備第一框體、能夠相對于所述第一框體轉(zhuǎn)動 的第二框體和使所述第二框體相對于所述第一框體相對轉(zhuǎn)動的所述權利 要求1 13所述的流體壓式促動器，通過使所述第二框體相對于所述第一 框體轉(zhuǎn)動而使人體的一部分進行運動。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于獲得一種能夠?qū)幼魉俣雀咚倩牧黧w壓式促動器及使用該促動器的運動裝置。這種流體壓式促動器具備兩端用栓構(gòu)件(2、3)密封、隨著流體的供給·排出而膨脹·收縮的膨脹收縮體(1)；覆蓋該膨脹收縮體(1)外周且其兩端壓緊固定在栓構(gòu)件(2、3)上的網(wǎng)狀覆膜體(7)；設置在栓構(gòu)件(2、3)上的流體給排口，該流體壓式促動器具備填埋膨脹收縮體(1)內(nèi)至少一部分空間的空間縮小體(4、5)。
文檔編號F15B15/10GK101310116SQ20068004254
公開日2008年11月19日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權日2005年11月15日
發(fā)明者佐藤裕, 松下泰介 申請人:株式會社日立醫(yī)藥