扭矩混合裝置和用于驅(qū)動(dòng)該扭矩混合裝置的方法
【專利說明】
[0001] 關(guān)聯(lián)申請的交叉引用
[0002] 本申請基于2014年3月18日提交的No. 2014-055558日本專利申請，并要求其優(yōu) 先權(quán)的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容通過引用被并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文中說明的實(shí)施例通常設(shè)及包括扭矩混合裝置的動(dòng)力輔助設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004] 存在一種動(dòng)力輔助設(shè)備，其通過使用馬達(dá)支撐人類使用者的運(yùn)動(dòng)。該種動(dòng)力輔助 設(shè)備包括扭矩混合裝置，其使得由使用者產(chǎn)生的扭矩和由馬達(dá)產(chǎn)生的輔助扭矩混合。在傳 統(tǒng)的扭矩混合裝置中，輔助扭矩具有對于使用者產(chǎn)生的扭矩的低的隨行能力。因此，傳統(tǒng)的 扭矩混合裝置不具有動(dòng)力輔助設(shè)備是使用者的身體的一部分的自然操作感。
【附圖說明】
[0005] 圖1是側(cè)視圖，示出了根據(jù)第一實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備的外型。
[0006] 圖2是沿著圖1所示的線Ii-ir截取的動(dòng)力輔助設(shè)備的截面圖。
[0007]圖3是結(jié)構(gòu)圖，示出了根據(jù)第一實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備的控制系統(tǒng)。
[000引圖4示出了在其中進(jìn)行根據(jù)第一實(shí)施例的扭矩控制的情況下，環(huán)形齒輪的角速度 和載架的角速度之間的關(guān)系。
[0009] 圖5示出了在其中進(jìn)行根據(jù)第一實(shí)施例的扭矩控制的情況下，在環(huán)形齒輪上施加 的扭矩和在載架上施加的扭矩之間的關(guān)系。
[0010] 圖6是局部剖開視圖，示出了根據(jù)第二實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 通常，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，扭矩混合裝置包括行星齒輪單元、第一馬達(dá)和控制器。行 星齒輪單元包括；圍繞第一軸線可旋轉(zhuǎn)的環(huán)形齒輪，該環(huán)形齒輪被從外部施加的扭矩旋轉(zhuǎn)； 配置在該環(huán)形齒輪內(nèi)部的太陽齒輪，該太陽齒輪圍繞第二軸線可旋轉(zhuǎn)；配置在所述環(huán)形齒 輪和所述太陽齒輪之間并且與所述環(huán)形齒輪和所述太陽齒輪曬合的行星齒輪；和，支撐所 述行星齒輪的載架，使得所述行星齒輪圍繞第=軸線可旋轉(zhuǎn)，并且圍繞太陽齒輪能轉(zhuǎn)動(dòng)，所 述載架圍繞第四軸線可旋轉(zhuǎn)，所述第一軸線、第二軸線、第=軸線和第四軸線互相平行，所 述第一軸線、第二軸線和第四軸線共軸。第一馬達(dá)連接到載架上，并且可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)所述載 架?？刂破鞅粯?gòu)造成用于控制第一馬達(dá)，W根據(jù)通過放大環(huán)形齒輪的角速度和載架的角速 度獲得的信號之間的差動(dòng)信號產(chǎn)生扭矩。
[001引下文中，將參照【附圖說明】實(shí)施例。在下面的實(shí)施例中，同樣的元件被分配了同樣的 參考標(biāo)記，并且多余的說明W合適的方式會(huì)被省略。
[001引（第一實(shí)施例）
[0014] 圖1是側(cè)視圖，示意性示出了根據(jù)第一實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備的外型，并且圖2是 沿著圖1所示的線11-11'截取的動(dòng)力輔助設(shè)備的截面圖。圖1示出的動(dòng)力輔助設(shè)備包括 基座1?；?被固定到基座1上。負(fù)載3被安裝到滑軌2上。皮帶4連接到負(fù)載3上，并 且圍繞滑輪6和滑輪8纏繞?；?由固定到基座1上的支架5可旋轉(zhuǎn)地支撐，滑輪8由 固定到基座1上的支架7可旋轉(zhuǎn)地支撐?；?和滑輪8中的每個(gè)包括在其外周上形成的 齒?；?和滑輪8接合皮帶4。當(dāng)使用者在沿著滑軌2的方向上（例如由圖1中的箭頭 所示的方向）施加力時(shí)，負(fù)載3沿著滑軌2運(yùn)動(dòng)，并且滑輪6和滑輪8被通過皮帶4傳輸?shù)?力旋轉(zhuǎn)。
[0015] 如圖2所示，齒也形成在滑輪6的內(nèi)周上。形成在滑輪6的內(nèi)周上的齒對應(yīng)于行 星齒輪單元10的環(huán)形齒輪14。太陽齒輪13配置在環(huán)形齒輪14的內(nèi)部。太陽齒輪13包 括在其外周上形成的齒。太陽齒輪13由支架5可旋轉(zhuǎn)地支撐，并且被連接到馬達(dá)23上，馬 達(dá)23附接到固定到基座1上的支撐腿24上。更具體地，支架5可旋轉(zhuǎn)地支撐太陽齒輪13 的中屯、軸15,并且馬達(dá)23聯(lián)接太陽齒輪13的中屯、軸15。太陽齒輪13能隨著中屯、軸15旋 轉(zhuǎn)。由馬達(dá)23產(chǎn)生的扭矩被施加到太陽齒輪13上。
[0016] 多個(gè)行星齒輪11配置在環(huán)形齒輪14和太陽齒輪13之間。每個(gè)行星齒輪11包括 在其外周上形成的齒，并且曬合環(huán)形齒輪14和太陽齒輪13。行星齒輪11被載架12W該樣 的方式支撐；使得行星齒輪11能圍繞太陽齒輪13轉(zhuǎn)動(dòng)。載架12由支架5可旋轉(zhuǎn)地支撐， 并且連接到馬達(dá)21上，馬達(dá)21附接到固定到基座1上的支撐腿22上。例如，載架12包括 圓盤16、在垂直于圓盤16的方向上從圓盤16的主表面延伸的多個(gè)支撐軸17、和在垂直于 圓盤16的方向上從圓盤16的另一主表面延伸的中屯、軸18。支撐軸17被附接到行星齒輪 11上，使其分別穿過行星齒輪11的中心并且，中屯、軸18聯(lián)接馬達(dá)21。載架12能圍繞中 屯、軸18旋轉(zhuǎn)。每個(gè)行星齒輪11能圍繞對應(yīng)的支撐軸17旋轉(zhuǎn)，并且能圍繞太陽齒輪13轉(zhuǎn) 動(dòng)。由馬達(dá)21產(chǎn)生的扭矩被施加到載架12上。在圖1中，馬達(dá)21和支撐腿22被省略。
[0017] 在行星齒輪單元10中，載架12、太陽齒輪13、環(huán)形齒輪14和行星齒輪11的旋轉(zhuǎn) 軸線互相平行，并且載架12、太陽齒輪13和環(huán)形齒輪14的旋轉(zhuǎn)軸線共軸。太陽齒輪13的 旋轉(zhuǎn)軸線對應(yīng)于中屯、軸15。載架12的旋轉(zhuǎn)軸線對應(yīng)于中屯、軸18。行星齒輪11的旋轉(zhuǎn)軸 線分別對應(yīng)于支撐軸17。
[0018] 圖3示意性示出了根據(jù)本實(shí)施例的動(dòng)力輔助設(shè)備的控制系統(tǒng)。如圖3所示，馬達(dá) 21設(shè)置有角速度檢測器25,其檢測載架12的旋轉(zhuǎn)的角速度《并且馬達(dá)23設(shè)置有角速度 檢測器26,其檢測太陽齒輪13的旋轉(zhuǎn)的角速度《 例如，可W使用旋轉(zhuǎn)編碼器或者測速傳 感器作為角速度檢測器。當(dāng)使用者將力施加到圖1中的負(fù)載3上時(shí)，力通過皮帶4被傳送 到滑輪6上，由此使得滑輪6旋轉(zhuǎn)。目P，扭矩被使用者施加到滑輪6的環(huán)形齒輪14上。隨 著環(huán)形齒輪14的旋轉(zhuǎn)，載架12和太陽齒輪13旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，角速度檢測器25檢測載架12 的角速度并且角速度檢測器26檢測太陽齒輪13的角速度載架12的角速度 和太陽齒輪13的角速度被提供給控制器30?？刂破?0例如W微處理器單元的方式實(shí) 現(xiàn)。
[0019] 控制器30進(jìn)行可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)載架12的馬達(dá)21和可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)太陽齒輪13的馬 達(dá)23的扭矩控制.
[0020] 首先，將說明馬達(dá)21的扭矩控制。控制器30根據(jù)載架12的角速度和太陽齒 輪13的角速度計(jì)算環(huán)形齒輪14的角速度《t。更具體地，控制器30根據(jù)下列方程（1) 計(jì)算環(huán)形齒輪14的角速度用于確定包含在行星齒輪單元10中的環(huán)形齒輪14、載架12 和太陽齒輪13的角速度比。
[0021] 扣r=^ 仍5-^ 仿0 〇r 〇r (1)
[0022] 在方程（1)中，系數(shù)Cf和c。是根據(jù)環(huán)形齒輪14的齒數(shù)和太陽齒輪13的齒數(shù)之間 的比率確定的常數(shù)。例如，當(dāng)環(huán)形齒輪14的齒數(shù)是120,并且太陽齒輪13的齒數(shù)是12時(shí)， Cf=- 10,并且Cc= 11。由增益為1/Cf的信號放大器31、增益為Cc/Cf的信號放大器32和 加法器-減法器33執(zhí)行方程（1)的處理。信號放大器31放大太陽齒輪13的角速度 信號放大器32放大載架12的角速度《加法器-減法器33從信號放大器31的輸出信 號減去信號放大器32的輸出信號。
[0023]根據(jù)下列方程（2)的表達(dá)，控制器30計(jì)算通過放大環(huán)形齒輪14的角速度Of和 載架12的角速度獲得的信號之間的差動(dòng)信號do。
[0024]d? =k?r_?e(2)
[0025] 在方程（2)中，k可W是常數(shù)，或者由轉(zhuǎn)換函數(shù)表達(dá)。由增益為k的信號放大器34 和加法器-減法器35執(zhí)行方程（2)的處理。信號放大器34放大環(huán)形齒輪14的角速度Of。 加法器-減法器35從信號放大器34的輸出信號減去載架12的角速度《
[0026]然后，控制器30放大差動(dòng)信號do，W產(chǎn)生放大的差動(dòng)信號gd?，如下列方程（3) 所表達(dá)，并且將該放大的差動(dòng)信號gd?作為扭矩命令值T。提供給馬達(dá)21。扭矩命令值 T。被信號放大器41放大，并作為電流被提供給馬達(dá)21。
[0027] Tc=gd? (3)
[002引在方程（3)中，g可W是常數(shù)，或者可由轉(zhuǎn)換函數(shù)表達(dá)。由增益為g的信號放大器 36執(zhí)行方程（3)的處理。
[0029]W該樣的方式，控制器30控制馬達(dá)21，W根據(jù)差動(dòng)信號產(chǎn)生扭矩，該差動(dòng)信號是 通過從信號減去載架12的角速度《。獲得的，信號k?t是通過放大由使用者施加的 扭矩旋轉(zhuǎn)的環(huán)形齒