专利名称：假肢驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用动力使假手、假腿等假肢动作的假肢驱动装置。
背景技术：
以往，作为这样的假肢的驱动装置的驱动方式，我们知道有液压式(参照日本专利公报特公昭62-13017号)、直线电动机式(参照日本专利公报特开昭63-3855号)和气压式(参照日本专利公报实开昭63-102420号)等。
但是，虽然不论采用上述哪一种形式的驱动装置，以往，其动力源大多使用电池，但，由于现在的电池其能量密度是50～100wh/kg左右，因此，没有达到使其长时间运转的目的。因此，虽然研究过依靠内燃机进行发电的方案，但排气声或振动等，使其使用踌躇不定。
发明内容
本发明是鉴于这种情况而提出的，其目的是提供一种能长时间、舒适地使用的新的假肢的驱动装置。
为了达到上述目的，本发明的假肢驱动装置，驱动通过关节相互连接着的第1和第2假肢体相互屈伸，其第1特征是由安装在上述两假肢体以外的任意地方的置换装置和安装在上述两假肢体之间、能使它们相互屈伸的动力缸装置构成斯特林发动机，通过柔性的压力导管连接置换装置的压缩室和动力缸装置的工作室之间，在上述置换装置的置换缸体的头部设有加热其内部的膨胀室的燃烧器，同时，将燃料供给装置连接在该燃烧器上，在置换装置的置换活塞上，连接有能任意地驱动它的执行元件。而且，上述第1和第2假肢体与后述的本发明的实施例中的、构成假腿的大腿部2和下腿部4相对应，上述燃料供给装置与燃料盒38相对应。
根据该第1特征，由于用执行元件能将置换活塞的动作速度控制在从零到任意的值，所以，能将第1和第2假肢体相互屈伸的速度控制在从零到任意的值，能照使用者的意思使假肢动作。
而且，由于置换装置的燃烧器的燃烧形式是连续燃烧，所以，燃烧效率高且没有燃烧波动，而且，由于采用了燃料供给装置，所以能使假肢长时间地屈伸运动。
再有，仅在第1和第2假肢体上设置动力缸装置，比较重的置换装置和燃料供给装置配设在第1和第2假肢体以外的任意的地方，所以，能减轻两假肢体的重量以及微型化，能确保两假肢体平稳地屈伸运动。
另外，本发明除了第1特征之外，其第2特征是在上述压缩室和压力导管之间设置将压缩室的压力变换成液压，传递至上述动力缸装置的工作室的液压变换器。
根据第2特征，由于由液压变换器将置换装置的压缩室的压力变换成液压，传递至动力缸缸体的工作室，所以，在压力导管和工作室不会产生像工作气体一样的弹性压缩，能提高压力传递效率。
再有，本发明，除了第1特征之外，其第3特征是在用于控制上述执行元件的电子控制装置和电池上连接有由第2斯特林发动机驱动的发电装置。而且，上述发电装置与上述本发明的实施例中的发电线圈73相对应。
根据该第3特征，通过第2斯特林发动机的运转，发电装置动作，因此，始终能自动且充分地给蓄电池充电，能始终准确地使电子控制装置和执行元件动作，能使动力缸装置进一步长时间地运转。
再有，本发明的第4特征是在第1～第3特征的任意一个特征的基础上，将上述置换装置和执行元件安装在使用者佩带的腰带上。
根据该第4特征，使用者通过戴上或摘下身体上的腰带，能容易、迅速且简单地戴上或摘下置换装置。
再有，本发明的第5特征是在第1～第3特征的任意一个特征的基础上，将上述第1和第2假肢体作为构成假腿的大腿部和下腿部，将置换装置收容在与该下腿部的下端连接的足部的中空部。
根据该第5特征，能将假腿的足部内的无用空间有效地用于置换装置的设置。
图1是佩带有本发明的第1实施例的假肢驱动装置的使用者的正面图。
图2是该使用者的背面图。
图3是纵向剖切上述假肢的整个驱动装置的主要部位的图。
图4是表示本发明的第2实施例的简图。
图5是表示本发明的第3实施例的简图。
图6是表示本发明的第4实施例的简图。
发明的实施形式以下，依据附图所示的本发明的一实施例对本发明的实施形式进行说明。
图1是佩带有本发明的第1实施例的假肢驱动装置的使用者的正面图，图2是其背面图，图3是纵向剖切上述假肢的整个驱动装置的主要部位的图，图4是表示本发明的第2实施例的简图，图5是表示本发明的第3实施例的简图，图6是表示本发明的第4实施例的简图。
首先，从图1～3所示的本发明的第1实施例的说明开始。
在图1和图2中，假腿1由以下部分构成一体地具备插入使用者的残存的大腿部的承口2a的大腿部2；通过关节3能屈伸地与该大腿部2的下端相连接的下腿部4；与该下腿部4的下端连接的足部5。由于该大腿部2和下腿部4能相互屈伸运动，所以，能应用本发明的假肢的驱动装置A。该驱动装置A由以下部分构成安装在使用者佩带在腰部的腰带B上的置换装置6和控制部7；安装在假腿1上的动力缸装置8；将在置换装置6产生的压力传递给动力缸装置8的压力导管22，参照图3对此详细地进行说明。
置换装置6由以下部分构成置换缸体10；能自如滑动地嵌装在该置换缸体10中、将该置换缸体10内部划分为头部侧的膨胀室11和底部侧的压缩室12的置换活塞13；设置在置换缸体10的头部、加热膨胀室11的燃烧器14；设置在置换缸体10的底部、冷却压缩室12的放热器15；介装在连接膨胀室11和压缩室12之间的连通孔16上的热再生器17；通过贯通置换缸体10的底部的杆18、驱动置换活塞13的电动式执行元件20。在该执行元件20上，设有检测置换活塞13的位置的置换活塞传感器21。
上述燃烧器14是催化剂式的结构，燃烧用催化剂26填充在于置换缸体10的头部外面形成的燃烧器外壳25中，同时，在该外壳25的一端设有燃料、空气混合器27，而且在另一端设有排气管28。
在燃烧器外壳25的周围，与其一起形成有覆盖排气管28的基部的热交换壁29。另外，在该热交换壁29的周围形成有覆盖它的护罩30，该护罩30所具有的空气取入口31通过在上述燃烧器外壳25、热交换壁29和护罩30之间弯弯曲曲行进的空气通路32，与燃料、空气混合器27的空气入口相连通。
另外，在护罩30上附设有接近热交换壁29的热发电元件34，将从热交换壁29接受的热变换成电能，给蓄电池(トル蓄电池)39充电。再有，在护罩30中收容有上述执行元件20，且连设有支承其固定部的支承壁35。
控制部7具备电子控制装置37；燃料盒38；成为电子控制装置37的电源的蓄电池39和任意操纵电子控制装置37的手动控制器40。电子控制装置37、燃料盒38和蓄电池39收容在控制盒41中。在燃料盒38中填充的燃料可以是汽油、酒精、丁烷等。
燃料盒38的燃料出口通过燃料导管42与上述燃料、空气混合器27的燃料入口相连接，在燃料导管42上设有调整燃料流量的燃料调整器44。火花塞45靠近混合器27设置在燃烧器外壳25内。
动力缸装置8与上述置换装置6一起构成斯特林发动机E。该动力缸装置8由与大腿部2和下腿部4之一枢轴连接的动力缸缸体47以及与大腿部2和下腿部4的另一方枢轴连接，同时，能滑动地嵌装在动力缸缸体47内的动力缸活塞48构成，由该动力缸活塞48在动力缸缸体47内划分出的工作室49通过压力导管22与上述置换装置6的压缩室12相连通。这样一来，动力缸装置8与上述置换装置6一起构成自由活塞式的斯特林发动机E。
在大腿部2和下腿部4之间，安装有检测其两部2、4的屈伸角度的屈伸传感器51，该屈伸传感器51的输出信号、以及上述手动控制器40和置换活塞传感器21的输出信号输入给上述电子控制装置37，电子控制装置37依据这些信号对上述执行元件20和燃料调整器44进行控制。
以下，对该第1实施例的作用进行说明。
若将从燃料盒38输送的、由燃料调整器44调整的燃料供给到燃料、空气混合器27，则与从空气取入口31经空气通道32流入到燃料、空气混合器27的空气混合。如果一旦用火花塞45给该混合气点火，则由催化剂26继续促进燃烧，从置换缸体10的头部将膨胀室11加热至规定的高温状态，随着其燃烧产生的废气从排气管28排放到外部。
另一方面，放热器15将压缩室12保持在低温状态，热再生器17在工作气体通过连通孔16从膨胀室11向压缩室12、或向与其相反的方向移动时，与该气体进行热的交换。
现在，若执行元件20依据电子控制装置37的指令进行动作，使置换活塞13作往复运动的话，能使压缩室12产生压力波动，该压力通过柔性的压力导管22传递至动力缸缸体47的工作室49，使动力缸活塞48往复运动，由此使大腿部2和下腿部4相互屈伸，辅助使用者步行。
此时，电子控制装置37根据屈伸传感器51的信号知道动力缸活塞48的位置，如果使执行元件20动作，将置换活塞13的位置换算成弯曲角度、且使其相对动力缸活塞48前90°角的话，则能高效地驱动动力缸活塞48，另外，由于能将置换活塞13的动作速度控制在从零到任意值，所以，能将大腿部2和下腿部4的屈伸速度控制在从零到任意值，因此，能照使用者的意思使假肢1运动。
根据实验，在燃料(液化丁烷)为30cc、用催化剂26使其发出相当于60W的热的场合，能运转6小时。
但，由于催化式燃烧器14的燃烧形式是连续燃烧，所以，燃烧效率高且没有燃烧波动，而且，由于采用了燃料盒38，加上能迅速补充燃料，所以，能长时间动转，即能步行。
另外，除了电子控制装置37的电源—蓄电池39的电力消耗极少之外，由于在燃烧器14产生的热的一部分，由热发电元件34变换成电能，储存到上述蓄电池39，所以，蓄电池39的耐用时也长。
而且，由于在假腿1上仅设置了动力缸装置8，比较重的置换装置6和燃料盒38、电子控制装置37等安装在佩带在使用者的腰部的腰带B上，在置换装置6和动力缸装置8之间用压力导管22连接，所以，能确保假腿1平稳地屈伸运动，且能减轻重量和微型化。另外，使用者，通过戴上或摘下腰部的腰带，能容易、迅速且简单地戴上或摘下置换装置6。
图4所示的本发明的第2实施例，在置换装置6上设有将其压缩室12的压力变换成液压的液压变换器53，用压力导管22连接该液压变换器53的输出口和动力缸缸体47的工作室49之间，由于其它结构与上述第1实施例相同，所以，在图4中，在与上述第1实施例对应的部分标同一参考符号，且省略其说明。
根据该第2实施例，由于置换装置6的压缩室12的压力由液压变换器53变换成液压，传递至动力缸缸体47的工件室49，所以，在压力导管22和工作室49不会产生像工作气体那样的弹性压缩，能提高压力传递效率。
图5所示的本发明的第3实施例，在假腿1的足部5的中空部5a，收容有置换装置6、燃料盒38、电子控制装置37和蓄电池39、与电子控制装置37连接的通信装置54b，另一方面，在腰带B上，安装有手动控制器40、处理该手动控制器40的输出信号的总控制装置55、发射与该总控制装置55的输出信号相对应的电波的通信装置54a，通过接收或发射两通信装置54a、54b之间的电波，而使动力缸装置8动作。由于其它结构与上述第2实施例相同，所以，图5中，在与上述第2实施例相对应的部分标同一参考符号，且省略其说明。
根据该第3实施例，能将假腿1足部5内的无用空间有效地用于置换装置6等的设置。
最后对图6所示的本发明的第4实施例进行说明。
在腰带B上安装有第1和第2置换装置6、60。第1置换装置6具有与上述第1实施例的置换装置6同样的结构，其压缩室12通过压力导管22与假腿1的动力缸装置8的工作室49相连接。
在嵌装于第2置换装置60的置换缸体61中的置换活塞62上附设有永久磁铁63，与该永久磁铁63共同作用、驱动置换活塞62的驱动线圈64固设在置换缸体61的底部。另外，在置换缸体61的底部，同轴地连设有动力缸缸体65，在该动力缸缸体65上，可滑动地嵌装有保持永久磁铁72的动力缸活塞66。由该动力缸活塞66将动力缸缸体65划分为头部侧的工作室67和相反一侧的弹簧室68，该工作室67与置换缸体61的压缩室77相连通。弹簧室68中收容有使动力缸活塞66具有向工作室67一侧运动的趋势的弹簧69。
在置换缸体61的头部，设有与第1置换装置6共同使用的燃烧器14，在置换缸体61的底部附设有放热器80。在连通膨胀室76和压缩室77之间的连通孔78上设有热再生器79。
在动力缸缸体65的外周，配设有与附设在动力缸活塞66上的永久磁铁72共同作用进行发电的发电线圈73。在连接该发电线圈73和上述驱动线圈64之间的电路74上插入有置换装置驱动电路75，而且与蓄电池39相连接。上述动力缸缸体65和动力缸活塞66，与第2置换装置60共同构成第2斯特林发动机E2。
由于其它结构与上述第1实施例相同，所以，在图6中，与上述第1实施例对应的部分标同一参考标号，且省略其说明。
根据该第4实施例，由于如果由置换装置驱动电路75驱动驱动线圈64，一旦使置换活塞62往复运动，在压缩室77产生的压力波动会波及到动力缸缸体65的工作室67，与弹簧69共同作用使保持永久磁铁72的动力缸活塞66自由振动，所以，能从发电线圈73取出电能，供给蓄电池39和电子控制装置37。
这样一来，蓄电池39总是能自动地充分地充电，能始终准确地使电子控制装置37和第1置换装置6的执行元件20动作，动力缸装置8能更进一步长时间地运转，即，能步行。
本发明，并不限于上述实施例，不脱离其主要意思的范围能进行各种设计变更。例如，本发明也能应用于假手的驱动。另外，将第1和第2假肢体安装在进行病人的看护或重体力作业的健康人的上肢或下肢上，也能用本发明的驱动装置对其进行驱动，这样有助于减轻作业者的劳动强度。
如以上所述，根据本发明的第1特征，是一种驱动通过关节相互连接着的第1和第2假肢体相互屈伸的假肢的驱动装置，由于由安装在上述两假肢体以外的任意地方的置换装置和安装在上述两假肢体之间、能使它们相互屈伸的动力缸装置构成斯特林发动机，通过柔性的压力导管连接置换装置的压缩室和动力缸装置的工作室之间，在上述置换装置的置换缸体的头部设有加热其内部的膨胀室的燃烧器，同时，将燃烧供给装置连接在该燃烧器上，在置换装置的置换活塞上，连接有能任意地驱动它的执行元件，所以，由于能用执行元件将置换活塞的动作速度控制在从零到任意值，所以，能将第1和第2假肢体相互的屈伸速度控制在从零到任意值，能按照使用者的意思使假肢运动。而且，由于置换装置的燃烧器的燃烧形式是连续燃烧，所以，燃烧效率高且没有燃烧波动，加之由于采用燃料供给装置，能使假肢做长时间的屈伸运动。再有，由于仅在第1和第2假肢体上设置动力缸装置，比较重的置换装置和燃料供给装置配设在第1和第2假肢体以外的任意地方，所以，能减轻两假肢体的重量和微型化，能确保两假肢体的平稳地屈伸运动。
另外，根据本发明的第2特征，由于在上述压缩室和压力导管之间设置将压缩室的压力变换成液压、传递至上述动力缸装置的工作室的液压变换器，所以，在压力导管和工作室不会产生像工作气体那样的弹性压缩，能提高压力传递效率。
再有，根据本发明的第3特征，由于在用于控制上述执行元件的电子控制装置和蓄电池上连接有由第2斯特林发动机驱动的发电装置，所以，由通过第2斯特林发动机的运转而动作的发电装置，能始终自动且充分地对蓄电池进行充电，能始终准确地使电子控制装置和执行元件动作，能使动力缸装置更长时间地运转。
再有，根据本发明的第4特征，由于将上述置换装置和执行元件安装在使用者佩带的腰带上，所以，使用者通过戴上或摘下身体上的腰带，能容易、迅速且简单地戴上或摘下置换装置。
再有，根据本发明的第5特征，由于假设上述第1和第2假肢体是构成假腿的大腿部和下腿部，在与其下腿部的下端相连接的足部的中空部收容有置换装置，所以，能将假腿的足部内的无用空间有效地用于置换装置的设置。
权利要求
1.一种假肢驱动装置，相互屈伸地驱动通过关节(3)相互连接着的第1和第2假肢体(2、4)，其特征是由安装在上述两假肢体(2、4)以外的任意地方的置换装置(6)和安装在上述两假肢体(2、4)之间、能使该两假肢体相互屈伸的动力缸装置(8)构成斯特林发动机(E)，通过柔性的压力导管(22)连接置换装置(6)的压缩室(12)和动力缸装置(8)的工作室(49)，在上述置换装置(6)的置换缸体(10)的头部设有加热其内部的膨胀室(11)的燃烧器(14)，同时，将燃料供给装置(38)连接在该燃烧器(14)上，在置换装置(6)的置换活塞(13)上，连接有能任意地驱动它的执行元件(20)。
2.如权利要求1所记载的假肢驱动装置，其特征是在上述压缩室(12)和压力导管(22)之间设置将压缩室(12)的压力变换成液压、传递至上述动力缸装置(8)的工作室(49)的液压变换器(53)。
3.如权利要求1所记载的假肢驱动装置，其特征是在用于控制上述执行元件(20)的电子控制装置(37)和蓄电池(39)上连接有由第2斯特林发动机(E′)驱动的发电装置(73)。
4.如权利要求1～3的任意一项所记载的假肢驱动装置，其特征是将上述置换装置(6)和执行元件(20)安装在使用者佩带的腰带(B)上。
5.如权利要求1～3任意一项所记载的假肢驱动装置，其特征是将上述第1和第2假肢体作为构成假腿(1)的大腿部(2)和下腿部(4)，将置换装置(6)收容在与该下腿部(4)的下端连接的足部(5)的中空部(5a)。
全文摘要
一种能长时间、舒适地使用的假肢驱动装置,其中,由安装在能相互屈伸地连接着的第1和第2假肢体2、4以外的任意地方的置换装置6和安装在两假肢体2、4之间、能使它们相互屈伸的动力缸装置8构成斯特林发动机E,通过柔性的压力导管22连接置换装置6的压缩室12和动力缸装置8的工作室49之间,在置换装置6的置换缸体10的头部设有加热其内部的膨胀室11的燃烧器14,同时,将燃料供给装置38连接在该燃烧器14上,在置换装置6的置换活塞13上,连接有能任意地驱动它的执行元件20。
文档编号A61H3/00GK1366868SQ02101878
公开日2002年9月4日 申请日期2002年1月16日 优先权日2001年1月26日
发明者浅井正裕, 坂正树 申请人:本田技研工业株式会社