充分運用形狀上的優勢,開發出裝有減速器的輕薄短小型執行器
充分運用形狀上的優勢,開發出裝有減速器的輕薄短小型執行器
日本的老年人口不斷增加,預計在2025年將達到總人口的30%。護理設施已出現嚴重的人才短缺,減輕護理工作人員的負擔已成為一項重要的社會課題。在這種狀況下,對能夠輔助身體功能的動力服的需求越來越高。據推算,動力服的市場規模有望達到120億日元,未來五年將實現5倍以上的增長。
關節驅動用執行器是構成動力服不可缺少的部件。該執行器由起到控制作用的減速器和產生驅動力的電機所構成,安裝到人體之后,能結合人體的行動,發揮較大的力量,從而減輕腰部、腿部的負擔。
目前的行情為60~300萬日元。執行器的安裝位置因型號不同而有所差異,大部分是安裝在腰部和膝部,需要兩個軸左右。高級型號具有四個以上的軸。
通過采用“可變形齒輪”結構,實現無縫控制和薄型化。
驅動部件的原理是,如果需要較大的力,則執行器就會變大、變厚。 但是,在護理現場,需要穿過狹窄的通道或門,而且需要格外小心避免傷害到使用者。因此,動力服用執行器需要輕薄、緊湊。
日本電產新寶從2015年起提供的減速器——“FLEXWAVE”就是能滿足這一護理現場需求的薄型減速機構。即使是腰用的中型款,相對于90mm的直徑,厚度也只有20mm。此外,為了實現護理工作人員的正確動作,執行器需要進行非常精密的控制。在這里就出現了一個課題,即齒輪和齒輪之間產生的齒隙(間隙)。FLEXWAVE雖然采用將外齒輪和內齒輪組合的方式,但在內側設置了變形為橢圓形的彈性軸承。另外,通過將具有高延展性的薄型鋼材用于外齒輪并將其與軸承一起變形,作為與內齒輪嚙合的設計,可實現低齒隙。齒輪比的自由度從而也得到改善,并且實現了50~120相差懸殊的無縫控制。
通過與新方式電機組合,實現了薄型及高功率密度。
另一方面,超扁平執行器用“Axial Flat Motor(AFM)”是尼得科的臺灣電機基礎技術研究所開發的、近年來備受矚目的電機結構。為了確保扭矩,常規的Radial Flux Motor(RFM)垂直方向較長,而AFM具有增大直徑以獲得扭矩的優點。
AFM可以通過增大直徑而無需垂直加長來獲得扭矩。
因此,當輸出高達170W時,其厚度約為21mm。
日本電產新寶發揮該集團內的協作效應,企劃設計了將FLEXWAVE與AFM相結合的執行器。厚度相對于上述直徑90mm,為41.5mm。實現了非常扁平且輕量的執行器。本公司推出了輸出功率和尺寸各異的三種產品,根據使用部位和工作性質,以滿足各種動力服的應用。
日本電產新寶的執行器,在功率密度(相對于一定質量的功率)方面遠超其他公司的產品
目前,除了動力服之外,本公司還在商討將其應用于包括電動輪椅在內的個人移動車輛領域。此外,也可向以SCARA機器人為代表的生產設備、自主移動式的多關節機器人等領域推廣。在大街小巷、家庭中,與機器人一同生活的社會離我們絕不遙遠。未來,對小型化且高功率執行器的需求將迅速增長。為此,尼得科集團將進一步加快研發力度。
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