JP2016191467A - Actuator device, humanoid type robot, and power assist device - Google Patents

Actuator device, humanoid type robot, and power assist device Download PDF

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佳弘 仲田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small actuator device which achieves high output and enables power control.SOLUTION: An actuator device 1000 includes: an electromagnetic coil member 110 which is provided over a predetermined width at an outer periphery of a cylinder 100; and a movable element 200 which may slide in the cylinder 100 as a piston. The movable element 200 has magnetic members 202 and is moved relative to the electromagnetic coil member 110 by excitation of the electromagnetic coil member 110. A fluid is supplied to a first chamber 106a and a second chamber 106b so as to drive the movable element 200 in the same direction when the movable element 200 is relatively moved by the excitation of the electromagnetic coil member 110.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電磁力および流体圧を利用したアクチュエータ装置、ならびに、これを用いた使用者の行う運動を支援するパワーアシスト装置に関するものである。   The present invention relates to an actuator device using electromagnetic force and fluid pressure, and a power assist device that supports a user's exercise using the actuator device.

電磁力を利用したリニアアクチュエータ(リニアモータ)が知られており、様々な分野で応用されている(たとえば、特許文献1を参照)。   Linear actuators (linear motors) using electromagnetic force are known and applied in various fields (for example, see Patent Document 1).

また、異種のアクチュエータを組み合わせるハイブリッド化のアプローチとして、これまで、回転電磁モータ,ボイスコイルモータやボールねじなどに、マッキベン型空気圧アクチュエータ、エアシリンダやベーンモータなどの作動流体アクチュエータを組み合わせたアクチュエータが提案・研究されている(非特許文献1〜3)。   In addition, as a hybrid approach that combines different types of actuators, we have proposed actuators that combine rotary fluid motors, voice coil motors, ball screws, etc. with working fluid actuators such as McKibben pneumatic actuators, air cylinders, and vane motors. It has been studied (Non-Patent Documents 1 to 3).

さらに、たとえば、エンジンの吸排気バルブの駆動などの用途では、電磁アクチュエータに空気バネを使用する技術がある。この技術では、電磁アクチュエータにおいて使用される機械的なバネの代わりに、空気バネを使用する(特許文献2を参照)。   Furthermore, for example, in applications such as driving of intake and exhaust valves of an engine, there is a technique of using an air spring as an electromagnetic actuator. In this technique, an air spring is used instead of a mechanical spring used in an electromagnetic actuator (see Patent Document 2).

ただし、この場合の空気バネと電磁アクチュエータとの組合せは、あくまでも、単に、弁の開閉ができる程度の可動域を前提とした技術である。また、空気バネは、可動体がストロークエンドに到達する際に反発力を与えて、衝撃を緩和することを目的とするものである。   However, the combination of the air spring and the electromagnetic actuator in this case is a technique based on the premise that the movable range is such that the valve can be opened and closed. The air spring is intended to reduce the impact by applying a repulsive force when the movable body reaches the stroke end.

一方で、たとえば、日本をはじめ多くの国で少子高齢化社会が問題になる中、ロボティクス技術を応用したアシスト機器への要望が高まっている。一方、バランスや歩行が可能なロボットが開発されてきている。例えば、運動に必要な作用力を空間上の任意の複数接触点に最適に配分し,ヒトと同じように各関節のトルクを発生できるロボットが存在する(特許文献3参照)。   On the other hand, for example, in Japan and many other countries, an aging society with a declining birthrate has become a problem, and there is an increasing demand for assist devices that apply robotics technology. On the other hand, robots that can balance and walk have been developed. For example, there is a robot that can optimally distribute an action force necessary for movement to any plurality of contact points in space and generate torque of each joint in the same manner as a human (see Patent Document 3).

また、近年では、下肢・体幹運動の支援をめざした外骨格型ロボットのようなリハビリテーションを支援するロボットの開発をますます要求することとなってきている。たとえば、外骨格型ロボットは、患者の自立生活を促進するリハビリテーションにおいて、脊髄損傷患者のために使用される(特許文献4を参照)。   In recent years, there has been an increasing demand for the development of robots that support rehabilitation such as exoskeleton-type robots that aim to support lower limb and trunk movements. For example, an exoskeleton type robot is used for a patient with spinal cord injury in rehabilitation that promotes a patient's independent life (see Patent Document 4).

そして、特許文献4では、このような用途で使用者のパワーアシストを行うロボットとして、モータの駆動力と、エアーマッスルによる駆動力とを連携させた、いわゆる「空電ハイブリッド式のアクチュエータ」を使用した技術が提案されている。   In Patent Document 4, a so-called “aeroelectric hybrid actuator” in which the driving force of the motor and the driving force of the air muscle are linked is used as a robot for performing the power assist of the user in such an application. Technology has been proposed.

また、ロボットのマニピュレータとして、DCモータによる駆動とエアーマッスルとを組み合わせたハイブリッド駆動については、非特許文献4にも開示がある。   Further, as a robot manipulator, non-patent document 4 also discloses hybrid driving in which driving by a DC motor and air muscle are combined.

一方で、回転運動を駆動するアクチュエータとして、空気圧アクチュエータを電磁アクチュエータとをそれぞれ個別に設けて並列配置し、これらを協働して駆動することにより、低発熱および高トルクと、高速応答性および高精度位置決め制御性とを両立させるロータリーアクチュエータについても提案がある(特許文献5を参照)。   On the other hand, as actuators for driving rotational motion, pneumatic actuators are individually arranged in parallel with electromagnetic actuators, and these are driven in cooperation, so that low heat generation and high torque, high speed response and high speed are achieved. There is also a proposal for a rotary actuator that achieves both accurate positioning controllability (see Patent Document 5).

さらに、空圧のみまたは空気と燃料の混合気体により、連続回転可能なピストンエンジンについても、提案がある(特許文献6を参照)。   Furthermore, there is also a proposal for a piston engine that can be continuously rotated only by air pressure or a mixed gas of air and fuel (see Patent Document 6).

特開2011−214624号公報JP 2011-214624 A 特開2002−147209号公報JP 2002-147209 A WO2007/139135号公報WO2007 / 139135 Publication 特開2012−045194号公報JP 2012-045194 A 特開2010−196777号公報JP 2010-196777 A 米国特許公報第6,868,822号公報US Pat. No. 6,868,822

James K. Mills, ”Hybrid actuator for robot manipulators: design, control and performance,” Proc. of ICRA1990, pp.1872-1878 (1990)James K. Mills, “Hybrid actuator for robot manipulators: design, control and performance,” Proc. Of ICRA1990, pp.1872-1878 (1990) H. Higo et al., ”Dynamic Characteristic and Power Consumption on an Electro-Pneumatic Hybrid Positioning System,” Proc. of the 6th JFPS International Symposium on Fluid Power, pp.363-368 (2005)H. Higo et al., “Dynamic Characteristic and Power Consumption on an Electro-Pneumatic Hybrid Positioning System,” Proc. Of the 6th JFPS International Symposium on Fluid Power, pp.363-368 (2005) 吉岡ら,「ハイブリッドアクチュエータを用いた高トルク高精度回転機構の開発」,第7回生産加工・工作機械部門講演会,pp.207-208 (2008)Yoshioka et al., "Development of high-torque high-accuracy rotating mechanism using hybrid actuator", 7th Production Processing and Machine Tool Division Lecture, pp.207-208 (2008) I,Sardelliti, J.Park, D.Shin and O.Khatib,”Air Muscle Controller Design in the Distributed Macro-Mini(DM2-) Actuation Approach,” Proceedings of the 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems San Diego, CA, USA, Oct 29-Nov 2, 2007, WeB 2.1 p.1822-1827I, Sardelliti, J. Park, D. Shin and O. Khatib, “Air Muscle Controller Design in the Distributed Macro-Mini (DM2-) Actuation Approach,” Proceedings of the 2007 IEEE / RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems San Diego, CA, USA, Oct 29-Nov 2, 2007, WeB 2.1 p.1822-1827

しかしながら、上述したような一般的な電磁アクチュエータでは、高出力にしようとすると、アクチュエータを大型化することが必要となる。   However, in the general electromagnetic actuator as described above, it is necessary to increase the size of the actuator in order to increase the output.

また、従来のハイブリッド型のアクチュエータの場合、2種のアクチュエータをリンクやギアを用いて組み合わせており、用いた機構により応答性や堅牢性が損なわれたり、小型軽量化が困難、または、可動範囲が限られる、などの問題がある。   In the case of conventional hybrid actuators, two types of actuators are combined using links and gears, and the responsiveness and robustness are impaired by the mechanism used, making it difficult to reduce the size and weight, or the movable range. There are problems such as being limited.

また、従来の電磁アクチュエータを外骨格型ロボットのような用途に使用する場合、アクチュエータの運動の可逆性が大きいため、逆に、重力補償などの静的な力制御にも電流励磁が必要となり、発熱が問題となる。   In addition, when using conventional electromagnetic actuators for applications such as exoskeleton robots, the reversibility of actuator movement is large, so conversely, static excitation such as gravity compensation also requires current excitation. Heat generation becomes a problem.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型・高出力で力制御が可能なアクチュエータ装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an actuator device capable of controlling force with a small size and high output.

本発明の他の目的は、小型・高出力で力制御が可能なアクチュエータ装置を用いたパワーアシスト装置を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a power assist device using an actuator device that is compact and capable of force control with high output.

この発明の1つの局面に従うと、アクチュエータ装置であって、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器と、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能な可動子と、可動子の駆動力を気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを備え、可動子は、第2磁力部材を有し、第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により第1磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、気密容器内の第1内面と可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、気密容器内の第2内面と可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを含み、第1チャンバと、第2チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、流体圧供給手段は、1磁力部材または第2磁力部材の励磁により可動子を相対運動させる際に同一の方向へ可動子を駆動するように流体圧の供給を制御する。   According to one aspect of the present invention, an actuator device is an airtight container configured to be able to apply fluid pressure from the outside to the inside, and is housed in the airtight container, and slides in the airtight container according to the fluid pressure. A movable member including a movable member, a driving member for transmitting the driving force of the movable member to the outside of the hermetic container, and a first magnetic member provided outside the hermetic container along a movable path of the movable member. The child has a second magnetic member and moves relative to the first magnetic member by excitation of the first magnetic member or the second magnetic member. The hermetic container has a first inner surface in the hermetic container and one of the movable elements. A first chamber that is a space between the side surface and a second chamber that is a space between the second inner surface of the hermetic container and the other side surface of the mover, and the first chamber and the second chamber Each further comprising fluid pressure supply means for supplying fluid pressure, Body pressure supply unit controls the supply of fluid pressure to drive the movable element in the same direction when moved relative to the movable element by excitation of 1 magnetic member or the second magnetic member.

好ましくは、気密容器は、軸方向に第1端部および第2端部をそれぞれ有するシリンダであり、第1および第2内面は、それぞれ、第1および第2端部のシリンダ内面であり、可動子は、シリンダ内を摺動可能なピストンを含み、駆動部材は、ピストンの往復運動をシリンダの外部に伝達する。   Preferably, the hermetic container is a cylinder having a first end and a second end in the axial direction, and the first and second inner surfaces are cylinder inner surfaces of the first and second ends, respectively, and are movable. The child includes a piston that can slide in the cylinder, and the drive member transmits the reciprocating motion of the piston to the outside of the cylinder.

好ましくは、第1磁力部材は、シリンダ外周に設けられた電磁コイル部材であり、可動子の相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。   Preferably, the first magnetic member is an electromagnetic coil member provided on the outer periphery of the cylinder, and the electromagnetic coil member is excited for the relative movement of the mover.

好ましくは、電磁コイル部材は、シリンダ外周に所定幅にわたって設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、第2磁力部材は、複数個の永久磁石を含み、複数の永久磁石間には、軟磁性材料が設けられ、永久磁石は、それぞれの極性が軸方向に交互に逆極性となるように配置される。   Preferably, the electromagnetic coil member has a plurality of coils that are provided on the outer periphery of the cylinder over a predetermined width and are independently excited, and the second magnetic member includes a plurality of permanent magnets, and is interposed between the plurality of permanent magnets. Is provided with a soft magnetic material, and the permanent magnets are arranged so that their polarities are alternately reversed in the axial direction.

好ましくは、流体供給手段および複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、制御部は、流体圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力により発生する力が、流体圧による発生力を補うように制御する。   Preferably, the apparatus further includes a control unit for controlling excitation of the fluid supply means and the plurality of coils, and the control unit is generated by electromagnetic force during a period until the force generated by the fluid pressure reaches a desired driving force. The force is controlled so as to supplement the generated force due to the fluid pressure.

好ましくは、流体供給手段および複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、制御部は、定常状態となった後には、制御目標からの偏差を補償するように、コイルの励磁を制御する。   Preferably, the apparatus further includes a fluid supply means and a control unit that controls excitation of the plurality of coils, and the control unit controls the excitation of the coil so as to compensate for deviation from the control target after the steady state is reached. To do.

好ましくは、流体は、気体である。   Preferably, the fluid is a gas.

好ましくは、流体は、水または油のいずれかである。   Preferably the fluid is either water or oil.

好ましくは、シリンダは、湾曲した形状を有する。   Preferably, the cylinder has a curved shape.

好ましくは、シリンダおよび第1磁力部材を覆うように設けられた外筒部をさらに備え、外筒部は、外筒部とシリンダとで囲まれる流体伝達路に、所定の流体圧の流体を供給するための吸入孔と、流体伝達路から所定の流体圧の流体を、同種のアクチュエータ装置の吸入孔に供給するための排出孔とを含み、流体伝達路の流体を選択的に流入させて、流体圧を第1チャンバに供給し、第1チャンバ内の流体を選択的に排出するための第1の制御弁部と、流体伝達路の流体を選択的に流入させて、流体圧を第2チャンバに供給し、第2チャンバ内の流体を選択的に排出するための第2の制御弁部とをさらに備え、流体圧供給手段は、第1および第2の制御弁部を制御することにより、第1チャンバおよび第2チャンバへの流体圧の供給を制御する。   Preferably, an outer cylinder part provided so as to cover the cylinder and the first magnetic member is further provided, and the outer cylinder part supplies a fluid having a predetermined fluid pressure to a fluid transmission path surrounded by the outer cylinder part and the cylinder. And a discharge hole for supplying a fluid of a predetermined fluid pressure from the fluid transmission path to the suction hole of the same type of actuator device, and selectively allowing the fluid in the fluid transmission path to flow in, A fluid pressure is supplied to the first chamber, a first control valve part for selectively discharging the fluid in the first chamber, and a fluid in the fluid transmission path are selectively introduced, so that the fluid pressure is reduced to a second value. And a second control valve section for supplying the chamber and selectively discharging the fluid in the second chamber, and the fluid pressure supply means controls the first and second control valve sections. Controlling the supply of fluid pressure to the first chamber and the second chamber .

好ましくは、気密容器は、気密状態を維持可能な円筒であり、駆動部材は、可動子の回転運動を円筒の外部に伝達する出力軸であり、可動子は、円筒内を出力軸と一体となって回転するロータであり、円筒内には、出力軸から円筒の内周にまで延在する隔壁が設けられ、第1および第2内面は、それぞれ、隔壁の一方面および他方面である。   Preferably, the hermetic container is a cylinder capable of maintaining an airtight state, the drive member is an output shaft that transmits the rotational movement of the mover to the outside of the cylinder, and the mover is integrated with the output shaft in the cylinder. In the cylinder, a partition wall extending from the output shaft to the inner periphery of the cylinder is provided, and the first and second inner surfaces are the one surface and the other surface of the partition wall, respectively.

好ましくは、第1磁力部材は、円筒の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、ロータの相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。   Preferably, the first magnetic member is an electromagnetic coil member provided on the bottom surface side of the cylinder, and the electromagnetic coil member is excited for the relative movement of the rotor.

好ましくは、電磁コイル部材は、円筒の底面側に円周方向に設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、第2磁力部材は、ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が出力軸の方向であって交互に逆極性となるように配置される。   Preferably, the electromagnetic coil member has a plurality of coils which are provided in a circumferential direction on the bottom surface side of the cylinder and are independently excited, and the second magnetic member is disposed adjacent to each other in the rotor. A plurality of fan-shaped permanent magnets are included, and the permanent magnets are arranged so that the respective polarities adjacent to each other are in the direction of the output shaft and have opposite polarities alternately.

好ましくは、第1磁力部材は、円筒の外周に沿って設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、第2磁力部材は、ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が出力軸の法線方向で交互に逆極性となるように配置される。   Preferably, the first magnetic member is provided along the outer periphery of the cylinder and has a plurality of coils that are independently excited, and the second magnetic member is a plurality of members disposed adjacent to each other in the rotor. The permanent magnets are arranged so that their adjacent polarities are alternately opposite in the normal direction of the output shaft.

好ましくは、可動子は、気密容器内を連続的に回転するロータであって、ロータの回転軸に垂直な断面は、複数個の頂点を有する定幅図形であり、気密容器は、気密状態を維持可能な筒状形状であり、筒状形状の内面は、定幅図形が接しながら回転可能な形状を有し、駆動部材は、可動子の連続的な回転運動を気密容器の外部に伝達する出力軸であり、第1側面は、ロータの側面のうち、ロータと気密容器内面とが接触する第1接触部分から、第1接触部分に隣接する第2接触部分にいたるロータの側面であり、第2側面は、ロータの側面のうち、ロータと気密容器内面とが接触する第3接触部分から、第3接触部分に隣接する第4接触部分にいたるロータの側面であって、第1側面とは異なる側面である。   Preferably, the mover is a rotor that continuously rotates in the hermetic container, and a cross section perpendicular to the rotation axis of the rotor is a constant width figure having a plurality of vertices, and the hermetic container is in an airtight state. A cylindrical shape that can be maintained, and the inner surface of the cylindrical shape has a shape that can rotate while contacting a fixed-width figure, and the drive member transmits the continuous rotational motion of the mover to the outside of the hermetic container. It is an output shaft, and the first side surface is the side surface of the rotor from the first contact portion where the rotor contacts the inner surface of the airtight container, to the second contact portion adjacent to the first contact portion, among the side surfaces of the rotor, The second side surface is a side surface of the rotor from the third contact portion where the rotor contacts the inner surface of the hermetic container, to the fourth contact portion adjacent to the third contact portion, of the side surfaces of the rotor, Is a different aspect.

好ましくは、第1磁力部材は、気密容器の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、ロータの相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。   Preferably, the first magnetic member is an electromagnetic coil member provided on the bottom surface side of the hermetic container, and the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the rotor.

好ましくは、第1磁力部材は、気密容器の外周に沿って設けられた電磁コイル部材であり、ロータの相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。   Preferably, the first magnetic member is an electromagnetic coil member provided along the outer periphery of the hermetic container, and the electromagnetic coil member is excited for the relative movement of the rotor.

この発明の他の局面に従うと、ヒューマノイド型ロボットであって、上記アクチュエータ装置を用いて骨格を駆動する。   According to another aspect of the present invention, a humanoid robot drives a skeleton using the actuator device.

この発明の他の局面にしたがうと、対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、アシスト対象となる関節ごとに設けられ、関節の運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、アクチュエータ装置は、第1端部および第2端部を有するシリンダと、シリンダ外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材と、シリンダ内に格納され、シリンダ内をピストンとして摺動可能な可動子とを含み、可動子は、磁力部材を有し、電磁コイル部材の励磁により電磁コイル部材に対して相対運動し、シリンダの第1端部と可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、シリンダの第2端部と可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとに、それぞれ、流体を供給する流体供給手段をさらに含み、アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、駆動手段は、電磁コイル部材の励磁により可動子を相対運動させる際に、流体供給手段により同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給を制御する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a power assist device for assisting human musculoskeletal motion as a target, provided for each joint to be assisted, and having a power to assist joint motion. An actuator device for generating the actuator device. The actuator device includes a cylinder having a first end and a second end, an electromagnetic coil member provided on the outer periphery of the cylinder over a predetermined width, and stored in the cylinder. A movable member having a magnetic force member, and moving relative to the electromagnetic coil member by excitation of the electromagnetic coil member, and the first end of the cylinder and one end of the movable member. Fluid supply for supplying fluid to a first chamber that is a space between the second chamber and a second chamber that is a space between the second end of the cylinder and the other end of the mover, respectively. And a drive means for driving the actuator device. The drive means drives the mover in the same direction by the fluid supply means when the mover is relatively moved by the excitation of the electromagnetic coil member. Control fluid supply.

この発明のさらに他の局面にしたがうと、対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、アシスト対象となる関節ごとに設けられ、関節の回転運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、アクチュエータ装置は、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された円筒形状の気密容器と、気密容器内で発生する駆動力を気密容器の外部に伝達する出力軸と、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能で気密容器内を出力軸と一体となって回転する可動子と、気密容器内で、出力軸から円筒の内周にまで延在する隔壁と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを含み、可動子は、第2磁力部材を有し、第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により第1磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、気密容器内の隔壁の一方面と可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、隔壁の他方面と可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとを有し、アクチュエータ装置は、第1チャンバと、第2チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに含み、 アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、駆動手段は、励磁により可動子を相対運動させる際に、流体供給手段により同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給を制御する。   According to still another aspect of the present invention, a power assist device for assisting a target human musculoskeletal motion, which is provided for each joint to be assisted and assists the rotational motion of the joint. An actuator device for generating a force is provided. The actuator device transmits a fluid pressure to a cylindrical airtight container that can be applied from the outside to the inside, and a driving force generated in the airtight container is transmitted to the outside of the airtight container. An output shaft that is housed in the hermetic container, is slidable in accordance with the fluid pressure in the hermetic container, and rotates in the hermetic container integrally with the output shaft, and in the hermetic container, from the output shaft A partition extending to the inner periphery of the cylinder, and a first magnetic member provided outside the hermetic container along the movable path of the mover, the mover having a second magnetic member, Magnetic member or second The airtight container moves relative to the first magnetic member by excitation of the magnetic member, and the airtight container has a first chamber that is a space between one surface of the partition wall in the airtight container and one end of the movable element, and the other surface of the partition wall. And a second chamber which is a space between the other end of the movable element, and the actuator device further includes fluid pressure supply means for supplying fluid pressure to the first chamber and the second chamber, respectively. Drive means for driving the actuator device is further provided, and the drive means controls the supply of fluid so that the mover is driven in the same direction by the fluid supply means when the mover is relatively moved by excitation.

本発明のアクチュエータ装置およびパワーアシスト装置によれば、小型・高出力かつ高応答の力制御が可能である。   According to the actuator device and the power assist device of the present invention, force control with a small size, high output, and high response is possible.

本実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000の断面構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cross-section of the static electricity hybrid type actuator apparatus 1000 of this Embodiment. 空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000のシリンダの手前上部の1/4を取り除いて、内部構造を示した斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the internal structure by removing 1/4 of the front upper part of the cylinder of the pneumatic hybrid actuator device 1000; 可動子200における磁力部材202の配置を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the arrangement of magnetic members 202 in the mover 200. 電磁アクチュエータとしての駆動方式を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the drive system as an electromagnetic actuator. 単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the coil electric current in the case of a single phase drive. 制御部の制御の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating an example of the structure of control of a control part. 制御部の制御の構成の他の例を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the other example of a structure of control of a control part. 図7の制御により発生する力の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the force generate | occur | produced by control of FIG. 制御部の制御の構成のさらに他の例を説明するための機能ブロック図である。It is a functional block diagram for demonstrating the further another example of the structure of control of a control part. 実施の形態1の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000´断面構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the static electricity hybrid type actuator apparatus 1000 'cross-section of the modification of Embodiment 1. FIG. 本実施の形態における外骨格型ロボット1の構成事例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the exoskeleton type robot 1 in this Embodiment. 外骨格型ロボット1の自由度の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the freedom degree of the exoskeleton type robot. 下肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉(アクチュエータ装置)の配置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of arrangement | positioning of the artificial muscle (actuator apparatus) with respect to the exoskeleton type robot with respect to a leg. 上肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉(アクチュエータ装置)の配置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the artificial muscle (actuator apparatus) with respect to the exoskeleton type robot with respect to an upper limb. 電磁アクチュエータの駆動方式の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the drive system of an electromagnetic actuator. 単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the coil electric current in the case of a single phase drive. コイルの発生磁場を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the magnetic field generated of a coil. 実施の形態2の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1100の断面構造を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of an aerodynamic hybrid actuator device 1100 according to a second embodiment. 同種のアクチュエータ装置を、複数個、骨格に対して配置した場合の空気の供給経路を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the supply path | route of the air at the time of arrange | positioning several actuator apparatuses of the same kind with respect to frame | skeleton. 実施の形態3の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1200の断面構造を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of an aerodynamic hybrid actuator device 1200 according to a third embodiment. 実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the static electricity hybrid type actuator apparatus 1300 of Embodiment 4. FIG. 固定子150の内部を説明するための概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the inside of a stator 150. 空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の構成を説明するための斜視図である。FIG. 11 is a perspective view for explaining the configuration of an aeroelectric hybrid actuator device 1300. 空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の動作を説明するための概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining the operation of the pneumatic hybrid actuator device 1300. 電磁コイル112a〜112lとロータ200との配置の関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship of arrangement | positioning with the electromagnetic coils 112a-112l and the rotor 200. FIG. 電磁コイル112a〜112lおよびロータ200内の磁束の流れを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the flow of the magnetic flux in the electromagnetic coils 112a-112l and the rotor 200. FIG. 実施の形態4の変形例1の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300´の構成を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the structure of the static electricity hybrid type actuator apparatus 1300 'of the modification 1 of Embodiment 4. FIG. 実施の形態4の変形例1の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300´の回転軸に対して垂直な断面の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of a cross section perpendicular | vertical with respect to the rotating shaft of the static electricity hybrid type actuator apparatus 1300 'of the modification 1 of Embodiment 4. FIG. 実施の形態4の変形例2の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1302の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the static electricity hybrid type actuator device 1302 of the modification 2 of Embodiment 4. FIG. 実施の形態5の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1400の構成を説明するための概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining a configuration of an aerodynamic hybrid actuator device 1400 of a fifth embodiment.

以下、本発明の実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置の構成について、図に従って説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, the configuration of an aerodynamic hybrid actuator device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, components and processing steps given the same reference numerals are the same or equivalent, and the description thereof will not be repeated unless necessary.

なお、以下では、アクチュエータを駆動する流体として空気を例にとって説明する。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000の断面構造を説明するための図である。
In the following, air will be described as an example of the fluid that drives the actuator.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of an aerodynamic hybrid actuator device 1000 of the present embodiment.

また、図2は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000のシリンダの手前上部の1/4を取り除いて、内部構造を示した斜視図である。   Further, FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure by removing 1/4 of the front upper part of the cylinder of the pneumatic hybrid actuator device 1000.

以下、図1および図2を参照して、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000は、シリンダ100と、シリンダ100内に摺動可能に格納された可動子200とを含む。   Hereinafter, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the pneumatic hybrid actuator device 1000 includes a cylinder 100 and a mover 200 slidably housed in the cylinder 100.

シリンダ100は、電磁アクチュエータの可動案内部および空圧アクチュエータのシリンダとして機能する。可動子200は、電磁アクチュエータの可動子および空圧アクチュエータのピストンとして機能する。すなわち、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000では、電磁相互作用を出力軸へ伝達する要素である可動子と可動子の可動空間とが、空気圧力を出力軸へ伝達する要素であるピストンとピストンの可動空間とに、それぞれ、一体化されている。   The cylinder 100 functions as a movable guide part of an electromagnetic actuator and a cylinder of a pneumatic actuator. The mover 200 functions as a mover of an electromagnetic actuator and a piston of a pneumatic actuator. In other words, in the aeroelectric hybrid actuator device 1000, the movable element that transmits electromagnetic interaction to the output shaft and the movable space of the movable element move the piston and the piston that are elements that transmit air pressure to the output shaft. Each space is integrated.

シリンダ100の外周には、シリンダ100の軸方向に所定幅にわたって配置された電磁コイル部材110が設けられる。電磁コイル部材110は、内部に、複数個のコイル112a〜112lを有する。複数個のコイル112a〜112lは、それぞれ、独立に供給される電流で、独立な極性の方向に励磁される。より特定的には、複数個のコイル112a〜112lは、それぞれ、互いに位相の異なる交流電流が流れるように構成されている。たとえば、複数個のコイル112a〜112lを、3組に分け、各組ついては、互いに(2π/3)だけ位相のずれた交流電流(対称三相交流)を流すなどして、可動子200に推進力を与える。なお、電磁コイル部材110に与えられる交流としては、可動子を駆動できるものであれば、このような「対称三相交流」に限定されるものではない。   On the outer periphery of the cylinder 100, an electromagnetic coil member 110 disposed over a predetermined width in the axial direction of the cylinder 100 is provided. The electromagnetic coil member 110 has a plurality of coils 112a to 112l inside. Each of the plurality of coils 112a to 112l is excited in an independent polarity direction by an independently supplied current. More specifically, each of the plurality of coils 112a to 112l is configured such that alternating currents having different phases flow. For example, a plurality of coils 112a to 112l are divided into three groups, and each group is propelled to the mover 200 by passing alternating currents (symmetric three-phase alternating current) that are out of phase with each other by (2π / 3). Give power. The AC applied to the electromagnetic coil member 110 is not limited to such “symmetric three-phase AC” as long as the movable element can be driven.

また、複数個のコイル112a〜112lの間には、図示されるように、軟磁性材料が挟み込まれ、これにより、軟磁性体材料に磁力線が集中し磁力を高めることができる。なお、ここで、軟磁性材料を挟み込むことは必ずしも必須ではなく、軟磁性体材料を挟まない場合は推力が低下するものの、電流を流さない場合に、推力の脈動が発生しないという利点がある。   Further, as shown in the drawing, a soft magnetic material is sandwiched between the plurality of coils 112a to 112l, whereby magnetic lines of force are concentrated on the soft magnetic material, thereby increasing the magnetic force. Here, it is not always necessary to sandwich the soft magnetic material, and there is an advantage that thrust pulsation does not occur when no current is passed, although the thrust is reduced when the soft magnetic material is not sandwiched.

また、コイルの周囲は、軟磁性体のケースで覆われる。このような構成により、コイル・軟磁性体を通過した磁束はケースを通って再び可動子に帰っていく。ケースにより、周囲への磁束の漏れを抑制し、推力を向上できる。   Further, the periphery of the coil is covered with a soft magnetic case. With such a configuration, the magnetic flux that has passed through the coil / soft magnetic body returns to the mover again through the case. By the case, leakage of magnetic flux to the surroundings can be suppressed and thrust can be improved.

シリンダ100の一方の端部には、中央に開口部102が設けられ、可動子200に接続された出力軸204は、開口部102に挿入される。出力軸204が、可動子200が駆動されることによる駆動力を外部に伝える。また、開口部102と出力軸204とは、摺動可能な状態で、かつ、流体(空気)の気密を保持できるようなシール構造を有している。   An opening 102 is provided at the center at one end of the cylinder 100, and an output shaft 204 connected to the mover 200 is inserted into the opening 102. The output shaft 204 transmits the driving force generated when the mover 200 is driven to the outside. In addition, the opening 102 and the output shaft 204 have a seal structure that is slidable and that can maintain fluid (air) airtightness.

可動子200は、出力軸204の接続される面とは反対側に、複数個のコイル112a〜112lと対向して配置される複数個の磁力部材202a〜202dを有し、複数個のコイル112a〜112lの励磁により電磁コイル部材110に対して相対移動する。   The mover 200 has a plurality of magnetic members 202a to 202d arranged to face the plurality of coils 112a to 112l on the side opposite to the surface to which the output shaft 204 is connected, and the plurality of coils 112a. It moves relative to the electromagnetic coil member 110 by the excitation of ˜112 l.

ここで、「磁力部材」とは、コイルからの磁力に応じて、駆動力を生じるような部材であればよく、典型的には、永久磁石であるが、磁性材料であればよい。以下では、特に断らない限り、「磁力部材」が永久磁石であるものとして説明する。   Here, the “magnetic member” may be a member that generates a driving force in accordance with the magnetic force from the coil, and is typically a permanent magnet, but may be a magnetic material. In the following description, the “magnetic member” is assumed to be a permanent magnet unless otherwise specified.

磁力部材202a〜202dは、それぞれの極性が軸方向に交互に逆極性となるように配置される。したがって、可動子200と複数個のコイル112a〜112lとで、リニアモータが構成される。   The magnetic members 202a to 202d are arranged so that their polarities are alternately reversed in the axial direction. Therefore, the mover 200 and the plurality of coils 112a to 112l constitute a linear motor.

図3は、可動子200における磁力部材202の配置を説明するための図である。   FIG. 3 is a view for explaining the arrangement of the magnetic member 202 in the mover 200.

なお、磁力部材202a〜202dを総称するときは、磁力部材202と呼ぶ。   The magnetic members 202a to 202d are collectively referred to as a magnetic member 202.

図1および図2に加えて、図3(a)および図3(b)に示すように、極性が対抗する磁力部材202a〜202dの間には、中間部材203a〜203cが挿入されて配置される。中間部材203a〜203cは、磁力部材202a〜202dの永久磁石より透磁率が高い軟磁性材料である。透磁率が永久磁石よりも高いため、対抗する永久磁石同士の磁束は、中間部材内において、永久磁石のみで構成された場合よりも高い磁束密度を有する磁場として、中間部材から可動子の中心軸に対して略垂直に抜け、または、その方向に入ることになる。これにより、電磁コイル部材110の位置での磁場の強度を強くすることができる。   In addition to FIGS. 1 and 2, as shown in FIGS. 3A and 3B, intermediate members 203 a to 203 c are inserted and disposed between the magnetic members 202 a to 202 d with which the polarities oppose each other. The The intermediate members 203a to 203c are soft magnetic materials having higher magnetic permeability than the permanent magnets of the magnetic force members 202a to 202d. Since the permeability is higher than that of the permanent magnet, the magnetic flux between the opposing permanent magnets is a magnetic field having a higher magnetic flux density in the intermediate member than that of the permanent magnet alone. Will exit or enter that direction. Thereby, the intensity of the magnetic field at the position of the electromagnetic coil member 110 can be increased.

また、このように構成することで、中間部材203a〜203cおよび磁力部材(永久磁石)202a〜202dを全て、同一半径の円盤状またはリング状の部品で構成することで製作が容易になる。さらに、中間部材203a〜203cおよび磁力部材(永久磁石)202a〜202dの厚さを調整することで、高い磁束密度を容易に実現することが可能となる。   Further, by configuring in this way, the intermediate members 203a to 203c and the magnetic members (permanent magnets) 202a to 202d are all configured by disk-shaped or ring-shaped components having the same radius, thereby facilitating manufacture. Furthermore, it is possible to easily realize a high magnetic flux density by adjusting the thicknesses of the intermediate members 203a to 203c and the magnetic members (permanent magnets) 202a to 202d.

このようなリニアモータとしての駆動の構成については、たとえば、特許第5422175号に詳しい開示がある。   For example, Japanese Patent No. 5422175 has a detailed disclosure on the configuration of driving as such a linear motor.

なお、リニアモータとしての駆動の構成については、たとえば、特開2012−244688号公報に記載されているような「リニアバーニアモータ」の構成とすることも可能である。   In addition, about the drive structure as a linear motor, it is also possible to set it as the structure of a "linear vernier motor" as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-244688, for example.

チャンバ106aは、シリンダ200の一方端と可動子200の出力軸204が接続する一方端面側との間の空間である。チャンバ106bは、シリンダ200の他方端と可動子200の他方端面との間の空間である。チャンバ106aには、制御弁を有する配管108aを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。チャンバ106bには、制御弁を有する配管108bを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。   The chamber 106a is a space between one end of the cylinder 200 and one end face side to which the output shaft 204 of the mover 200 is connected. The chamber 106 b is a space between the other end of the cylinder 200 and the other end surface of the mover 200. Air of a predetermined pressure is supplied to the chamber 106a through a pipe 108a having a control valve, or air is exhausted. A predetermined pressure of air is supplied to the chamber 106b through a pipe 108b having a control valve, or air is exhausted.

以上のようなリニアモータとしての駆動と、チャンバ106aおよびチャンバ106bへの空気の吸排気は、図示しない制御部により制御される。制御部は、目標方向へ可動子を駆動する際には、複数個のコイル112a〜112lの励磁により可動子200が相対移動するのと同一の方向へ可動子200を駆動する駆動力を与えるように空気の吸排気を制御する。   The driving as a linear motor as described above and the intake / exhaust of air to / from the chamber 106a and the chamber 106b are controlled by a control unit (not shown). When driving the mover in the target direction, the control unit applies a driving force for driving the mover 200 in the same direction as the mover 200 relatively moves by excitation of the plurality of coils 112a to 112l. Control air intake and exhaust.

なお、図1〜3では、出力軸204が、シリンダ100の片側のみに設けられる構成を例示しているが、出力軸204は、可動子200の両端に設けられ、シリンダ100の両端部から外部に突き出る構成としてもよい。   1 to 3 exemplify a configuration in which the output shaft 204 is provided only on one side of the cylinder 100, the output shaft 204 is provided on both ends of the mover 200, and is externally connected to both ends of the cylinder 100. It is good also as a structure which protrudes.

また、流体として、圧縮空気のような気体だけではなく、水、油や磁性流体アクチュエータの適用が可能である。水や油を用いればコイル冷却効率が高まり、磁性流体を用いれば、ハードウェアの特性として粘性の制御が実現できる。   Further, not only a gas such as compressed air but also water, oil or a magnetic fluid actuator can be applied as the fluid. When water or oil is used, the coil cooling efficiency is increased, and when magnetic fluid is used, viscosity can be controlled as a hardware characteristic.

図4は、電磁アクチュエータとしての駆動方式を説明するための概念図である。   FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a drive system as an electromagnetic actuator.

図1〜3では、電磁コイル部材110に与えられる交流としては、対称三相交流を例として説明した。図4(a)は、このような三相交流での駆動を示す。   1-3 demonstrated as an example the alternating current given to the electromagnetic coil member 110 by symmetrical three-phase alternating current. FIG. 4A shows such a three-phase AC drive.

これに対して、図4(b)に示すように、可動子200には、磁力部材202aが1つ設けられ、電磁コイル部材110には、コイル112aおよび112bが、直列に接続され、かつ互い巻き方向が逆向きになるように設けられて、単相で駆動する構成とすることも可能である。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, the mover 200 is provided with one magnetic member 202a, and the electromagnetic coil member 110 has coils 112a and 112b connected in series, and connected to each other. A configuration in which the winding direction is reversed and driving in a single phase is also possible.

図5は、図4(b)での単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。   FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the coil current in the case of single-phase driving in FIG.

図5(a)、図5(b)において、クロスの記号(○にX)は、紙面の表側から裏側に向く電流を示し、ドットの記号(○に黒丸)は、紙面の裏側から表側に向く電流を示す。   5A and 5B, the cross symbol (X in the circle) indicates the current from the front side to the back side of the paper surface, and the dot symbol (black circle in the circle) is from the back side of the paper surface to the front side. Indicates the current facing.

図5(a)に示すように、コイル212aおよびコイル212bに電流を流し、単相で駆動すると、可動子は右方向に駆動され、図5(b)に示すように、電流の向きを逆転すると、可動子は左方向に駆動される。   As shown in FIG. 5A, when a current is passed through the coils 212a and 212b and driven in a single phase, the mover is driven in the right direction, and the direction of the current is reversed as shown in FIG. 5B. Then, the mover is driven in the left direction.

図6は、制御部の制御の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。   FIG. 6 is a functional block diagram for explaining an example of a control configuration of the control unit.

図6は、出力軸に発生する力が目標の大きさとなるように制御する力制御の場合の制御部の機能ブロック図である。   FIG. 6 is a functional block diagram of the control unit in the case of force control for controlling the force generated on the output shaft to have a target magnitude.

なお、エアシリンダからの出力については、事前に、圧力指令と出力との関係を計測しておき、これに基づいて算出することが可能である。たとえば、エアシリンダの出力はシリンダ内の圧力から摩擦を引き算して推定することが可能である。   The output from the air cylinder can be calculated based on the relationship between the pressure command and the output measured in advance. For example, the output of the air cylinder can be estimated by subtracting friction from the pressure in the cylinder.

図6を参照して、制御部は、目標となる出力(力)F*を出力指令として受けて、所定のゲイン(1/μS)で変換して、シリンダ100に供給する圧力に対する圧力指令P*を生成するアンプ312を含む。 Referring to FIG. 6, the control unit receives target output (force) F * as an output command, converts it with a predetermined gain (1 / μS), and outputs a pressure command P for the pressure supplied to cylinder 100. An amplifier 312 that generates * is included.

ここで、Sはシリンダの断面積を、μは、エアシリンダ要素の効率を表す。   Here, S represents the cross-sectional area of the cylinder, and μ represents the efficiency of the air cylinder element.

制御部は、さらに、圧力指令P*に応じて、エアシリンダ要素314から出力されるエアシリンダ出力(力)Fpと、出力指令F*との差分をとる差分要素316と、差分要素316の出力である出力指令Fe*を所定のゲイン(1/K)で変換して、リニアモータを駆動する電流値を示す電流指令I*を生成するアンプ318と、電磁アクチュエータを制御する電流制御ループ320とを含む。最終的な出力Fとして、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置からは、エアシリンダ出力(力)Fpと電磁アクチュエータの出力(力)Feとを合成したものが生成される。ここでも、Kは、電磁アクチュエータ要素の推力定数を表す。 The control unit further determines a difference between the air cylinder output (force) Fp output from the air cylinder element 314 and the output command F * in accordance with the pressure command P * , and the output of the difference element 316. An output command Fe * is converted by a predetermined gain (1 / K) to generate a current command I * indicating a current value for driving the linear motor, and a current control loop 320 for controlling the electromagnetic actuator; including. As the final output F, the aeroelectric hybrid actuator device generates a composite of the air cylinder output (force) Fp and the output (force) Fe of the electromagnetic actuator. Again, K represents the thrust constant of the electromagnetic actuator element.

なお、電磁アクチュエータの発生力は、励磁電流に比例するので、電流を制御するだけで良い。ただし,電流を励磁しなくでも発生する力の脈動がある場合があり、この脈動は事前にモデル化しておき、指令電流に補正値として加算する構成とすることも可能である。   Note that the generated force of the electromagnetic actuator is proportional to the excitation current, so it is only necessary to control the current. However, there may be a pulsation of force generated without exciting the current, and this pulsation may be modeled in advance and added to the command current as a correction value.

図7は、制御部の制御の構成の他の例を説明するための機能ブロック図である。   FIG. 7 is a functional block diagram for explaining another example of the control configuration of the control unit.

図7も、出力軸に発生する力が目標の大きさとなるように制御する力制御の場合の制御部の機能ブロック図である。図6の構成と異なる点は、最終的な出力Fが、入力側にフィードバックされる構成となっている点である。   FIG. 7 is also a functional block diagram of the control unit in the case of force control for controlling the force generated on the output shaft to have a target magnitude. The difference from the configuration of FIG. 6 is that the final output F is fed back to the input side.

なお、エアシリンダからの出力については、図6と同様に、事前に、圧力指令と出力との関係を計測しておき、これに基づいて算出することが可能である。最終的な出力Fは、これを計測するセンサが設けられているものとする。このようなセンサとしては、たとえば、ロードセルなどを用いることができる。   Note that the output from the air cylinder can be calculated based on the relationship between the pressure command and the output in advance, as in FIG. Assume that a sensor for measuring the final output F is provided. For example, a load cell can be used as such a sensor.

図8を参照して、制御部では、目標となる出力(力)F*を出力指令として受けて、差分要素332により、最終的な出力(力)Fとの差分をとり、差分要素332の出力をPID制御部334に入力して、このPID制御部334の出力を、アンプ336が、所定のゲイン(1/μS)で変換して、シリンダ100に供給する圧力に対する圧力指令P*を生成する。ここでも、Sはシリンダの断面積を、μは、エアシリンダ要素の効率を表す。 Referring to FIG. 8, the control unit receives target output (force) F * as an output command, takes a difference from final output (force) F by difference element 332, and calculates difference element 332. The output is input to the PID control unit 334, and the output of the PID control unit 334 is converted by the amplifier 336 with a predetermined gain (1 / μS) to generate a pressure command P * for the pressure supplied to the cylinder 100 To do. Again, S represents the cross-sectional area of the cylinder and μ represents the efficiency of the air cylinder element.

制御部は、さらに、圧力指令P*に応じて、エアシリンダ要素338から出力されるエアシリンダ出力(力)Fpと、出力指令F*との差分をとる差分要素340と、差分要素340の出力である出力指令Fe*を所定のゲイン(1/K)で変換して、リニアモータを駆動する電流値を示す電流指令I*を生成するアンプ342と、電磁アクチュエータを制御する電流制御ループ344とを含む。最終的な出力Fとして、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置からは、エアシリンダ出力(力)Fpと電磁アクチュエータの出力(力)Feとを合成したものが生成される。ここでも、Kは、電磁アクチュエータ要素の推力定数を表す。 The control unit further determines a difference between the air cylinder output (force) Fp output from the air cylinder element 338 and the output command F * according to the pressure command P * , and the output of the difference element 340. An output command Fe * is converted by a predetermined gain (1 / K) to generate a current command I * indicating a current value for driving the linear motor, and a current control loop 344 for controlling the electromagnetic actuator. including. As the final output F, the aeroelectric hybrid actuator device generates a composite of the air cylinder output (force) Fp and the output (force) Fe of the electromagnetic actuator. Again, K represents the thrust constant of the electromagnetic actuator element.

このような構成によっても、図6の場合と同様の効果を奏することが可能である。   Even with such a configuration, the same effects as in the case of FIG. 6 can be obtained.

図8は、図6または図7の制御により発生する力の時間変化を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the time change of the force generated by the control of FIG. 6 or FIG.

図6または図7で説明したような制御を行うと、図8に示すように、時間応答が遅い空気圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力によるリニアモータから発生する力が、空気圧による発生力(駆動力)を補うことが可能となる。   When the control described with reference to FIG. 6 or FIG. 7 is performed, as shown in FIG. 8, the period until the force generated by air pressure having a slow time response reaches the desired driving force is from the linear motor due to electromagnetic force. The generated force can supplement the generated force (driving force) due to the air pressure.

すなわち、アクチュエータ装置1000では、力制御の場合、空気圧制御の遅れを改善するため、ハイブリッド型アクチュエータ装置の全体の目標出力とエアシリンダ要素による出力の差分を出力指令とし、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を調整する。十分に時間が経てば,エアシリンダ要素の出力が安定するため、電磁アクチュエータ要素は外乱によるエアシリンダ要素の出力変化に対して即座に対応する役割のみを担う。その結果,コイルの励磁電流が小さくてすみ、発熱が抑制される。
また、定常状態となった後にも、制御目標からの偏差の補償には、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を用いることができる。
That is, in the force control, the actuator device 1000 uses a difference between the overall target output of the hybrid actuator device and the output by the air cylinder element as an output command in order to improve the delay of the air pressure control, and is more time responsive than the air pressure control. Adjust the output of highly efficient electromagnetic actuator elements. Since the output of the air cylinder element stabilizes after a sufficient amount of time, the electromagnetic actuator element only plays a role of responding immediately to changes in the output of the air cylinder element due to disturbance. As a result, the exciting current of the coil is small and heat generation is suppressed.
Even after the steady state is reached, the output of the electromagnetic actuator element having higher time response than the pneumatic control can be used to compensate for the deviation from the control target.

すなわち、定常状態になった後に外力が加わってエアシリンダの圧力センサの値に変化があった場合には、電磁アクチュエータへの出力指令が変化し、直ちに電磁アクチュエータの出力が変化する。   That is, when an external force is applied after the steady state is reached and the value of the pressure sensor of the air cylinder changes, the output command to the electromagnetic actuator changes, and the output of the electromagnetic actuator immediately changes.

この結果、アクチュエータ装置1000においては、力制御の場合も、電磁力による駆動力の発生機構と空気圧による駆動力の発生機構とを一体化することで小型化を実現しつつ、時間応答性に優れた高出力を実現することができる。   As a result, in the force control, the actuator device 1000 is excellent in time responsiveness while realizing miniaturization by integrating the drive force generation mechanism using electromagnetic force and the drive force generation mechanism using air pressure. High output can be realized.

図9は、制御部の制御の構成の他の例を説明するための機能ブロック図である。   FIG. 9 is a functional block diagram for explaining another example of the control configuration of the control unit.

図9は、出力軸の位置を目的位置となるように制御する位置制御の場合の制御部の機能ブロック図である。   FIG. 9 is a functional block diagram of the control unit in the case of position control for controlling the position of the output shaft to be the target position.

なお、可動子200の位置については、たとえば、出力軸204の位置を検出するセンサなどにより検知されるものとする。このようなセンサとしては、たとえば、ホール素子を用いる磁気式のセンサや、スリットの入った板を用いる光学式のセンサを用いることができる。   Note that the position of the mover 200 is detected by, for example, a sensor that detects the position of the output shaft 204. As such a sensor, for example, a magnetic sensor using a Hall element or an optical sensor using a plate with a slit can be used.

図9を参照して、制御部は、可動部200の現在位置xと、駆動する目標位置を示す位置指令x*との差分に基づいて、PID制御により目標となる駆動力を指示する出力指令F*を生成するPID制御部300と、出力指令F*を所定のゲイン(1/μS)で変換して、シリンダ100に供給する圧力に対する圧力指令P*を生成するアンプ302とを含む。 Referring to FIG. 9, the control unit outputs an output command for instructing a target driving force by PID control based on a difference between current position x of movable unit 200 and position command x * indicating a target position to be driven. A PID control unit 300 that generates F * and an amplifier 302 that converts the output command F * with a predetermined gain (1 / μS) and generates a pressure command P * for the pressure supplied to the cylinder 100 are included.

ここで、Sはシリンダの断面積を、μは、エアシリンダ要素の効率を表す。   Here, S represents the cross-sectional area of the cylinder, and μ represents the efficiency of the air cylinder element.

制御部は、さらに、シリンダ100内の可動子200に加える圧力による駆動力Fpと、出力指令F*との差分である出力指令Fe*を所定のゲイン(1/K)で変換して、リニアモータを駆動する電流値を示す電流指令I*を生成するアンプ304と、電磁アクチュエータを制御する電流制御ループ304とを含む。ここで、Kは、電磁アクチュエータ要素の推力定数を表す。 Control unit further converts the driving force Fp due to the pressure applied to the movable member 200 in the cylinder 100, the output command Fe * is the difference between the output command F * by a predetermined gain (1 / K), linear It includes an amplifier 304 that generates a current command I * indicating a current value for driving the motor, and a current control loop 304 that controls the electromagnetic actuator. Here, K represents a thrust constant of the electromagnetic actuator element.

すなわち、アクチュエータ装置1000では、位置制御の場合に、空気圧制御の遅れを改善するため、ハイブリッド型アクチュエータ装置の全体の目標出力とエアシリンダ要素による出力の差分を出力指令とし、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を調整する。十分に時間が経てば、エアシリンダ要素の出力が安定するため、電磁アクチュエータ要素は外乱によるエアシリンダ要素の出力変化に対して即座に対応する役割のみを担う。その結果,コイルの励磁電流が小さくてすみ、発熱が抑制される。また、定常状態となった後にも、制御目標からの偏差の補償には、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を用いることができる。   That is, in the actuator device 1000, in order to improve the delay of the air pressure control in the case of the position control, the difference between the overall target output of the hybrid actuator device and the output by the air cylinder element is used as an output command, and the time is longer than the air pressure control. Adjust the output of highly responsive electromagnetic actuator elements. Since the output of the air cylinder element is stabilized after a sufficient amount of time, the electromagnetic actuator element plays a role of responding immediately to changes in the output of the air cylinder element due to disturbance. As a result, the exciting current of the coil is small and heat generation is suppressed. Even after the steady state is reached, the output of the electromagnetic actuator element having higher time response than the pneumatic control can be used to compensate for the deviation from the control target.

この結果、アクチュエータ装置1000においては、電磁力による駆動力の発生機構と空気圧による駆動力の発生機構とを一体化することで小型化を実現しつつ、時間応答性に優れた高出力を実現することができる。
(実施の形態1の変形例)
図1に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000では、可動子200において、複数個の磁力部材202a〜202dと中間部材203a〜203cとが、シリンダ100の内面を摺動するピストンとしても機能する構成であった。
As a result, the actuator device 1000 realizes high output with excellent time response while realizing miniaturization by integrating the mechanism for generating the driving force by the electromagnetic force and the mechanism for generating the driving force by the air pressure. be able to.
(Modification of Embodiment 1)
In the pneumatic hybrid actuator device 1000 shown in FIG. 1, in the mover 200, a plurality of magnetic members 202 a to 202 d and intermediate members 203 a to 203 c function as pistons that slide on the inner surface of the cylinder 100. Met.

図10は、実施の形態1の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000´断面構造を説明するための図である。   FIG. 10 is a view for explaining a cross-sectional structure of an aerodynamic hybrid actuator device 1000 ′ according to a modification of the first embodiment.

図10においては、複数個の磁力部材202a〜202dと中間部材203a〜203cとを総称して、磁力部材200−1と呼ぶことにする。   In FIG. 10, the plurality of magnetic members 202a to 202d and the intermediate members 203a to 203c are collectively referred to as a magnetic member 200-1.

図10に示すように、可動子200において、シリンダ100の内面を摺動するピストン200−2を別途設けて、このピストン200−2により、チャンバ106aとチャンバ106bとを分離する構成であってもよい。この場合は、複数個の磁力部材202a〜202dおよび中間部材203a〜203cと、シリンダ100の内面との間には、隙間があってもよい。
(パワーアシスト装置)
次に、以上説明したようなアクチュエータ装置1000を外骨格型ロボットの関節を駆動するためのアクチュエータとして使用したパワーアシスト装置の構成について説明する。
As shown in FIG. 10, in the mover 200, a piston 200-2 that slides on the inner surface of the cylinder 100 is separately provided, and the chamber 106a and the chamber 106b are separated by the piston 200-2. Good. In this case, there may be a gap between the plurality of magnetic members 202 a to 202 d and intermediate members 203 a to 203 c and the inner surface of the cylinder 100.
(Power assist device)
Next, a configuration of a power assist device using the actuator device 1000 as described above as an actuator for driving the joint of the exoskeleton robot will be described.

すなわち、以下、本実施の形態において、歩行・姿勢リハビリテーションのためのハイブリッド型のアクチュエータによる外骨格型ロボットについて説明する。   That is, hereinafter, in this embodiment, an exoskeleton robot using a hybrid actuator for walking / posture rehabilitation will be described.

ただし、本発明のハイブリッド型外骨格型ロボットは、下肢の運動をアシストするための外骨格型ロボットに対してだけでなく、上肢の運動をアシストする外骨格型ロボットとしても使用することが可能である。   However, the hybrid exoskeleton robot of the present invention can be used not only as an exoskeleton robot for assisting the movement of the lower limbs but also as an exoskeleton robot for assisting the movement of the upper limbs. is there.

また、以下の説明では、下肢の対としての運動をアシストする外骨格型ロボットについて説明するが、下肢のうちのいずれか一方、または、上肢のうちのいずれか一方の運動をアシストする外骨格型ロボットとして使用することも可能である。   Further, in the following description, an exoskeleton type robot that assists exercise as a pair of lower limbs will be described. However, an exoskeleton type that assists exercise of either one of lower limbs or upper limbs. It can also be used as a robot.

さらに、本発明のハイブリッド型外骨格型ロボットは、対象となる人間の筋骨格系の運動をアシストするのであれば、上述したような「下肢のうちの少なくともいずれか一方、または、上肢のうちの少なくともいずれか一方の運動」に限定されるものではなく、たとえば、対象となる人間の腰の運動のみをアシストするものであってもよいし、歩行または走行時において下肢の運動と連動して腰の運動をアシストするものであってもよい。本明細書では、このような対象となる人間の運動のアシストを総称して、「対象となる人間の筋骨格系運動の支援(アシスト)」と呼ぶことにする。   Furthermore, if the hybrid exoskeleton robot of the present invention assists the movement of the target human musculoskeletal system, the above-described “at least one of the lower limbs or the upper limbs” It is not limited to “at least one of the exercises”. For example, it may assist only the exercise of the subject's hips, or the hips may be linked with the exercises of the lower limbs during walking or running. It may be one that assists the exercise. In the present specification, such assist for human motion as a target is collectively referred to as “support for assisting musculoskeletal motion of a target human (assist)”.

本実施の形態の外骨格型ロボットは、外骨格を有する。「外骨格」とは、人間の骨格構造に対応してロボットが有する骨格構造のことである。より特定的には、「外骨格」とは、外骨格型ロボットを装着する人間の体の一部を、外部から支えるフレーム(枠組み)構造のことをいう。   The exoskeleton type robot of the present embodiment has an exoskeleton. “Exoskeleton” refers to a skeleton structure that a robot has corresponding to a human skeleton structure. More specifically, “exoskeleton” refers to a frame (framework) structure that supports a part of a human body to which an exoskeleton-type robot is mounted from the outside.

このフレーム構造には、さらに、フレーム構造の各部を人間の骨格構造に基づく運動に応じて動かすための関節が設けられる。   The frame structure is further provided with a joint for moving each part of the frame structure in accordance with the movement based on the human skeleton structure.

特に、下肢の運動をアシストする外骨格型ロボットは、ベースと下半身とを有し、足首、膝、腰の左右の位置に、能動6自由度の関節を有するロボットである。また、当該6つの関節は、空電ハイブリッド型のアクチュエータを人工の筋肉としてすることで駆動される関節である。以下、このように、外骨格型ロボットにおいて、ユーザの関節に対してサポート力を与えるためにアクチュエータにより駆動される関節のことを「能動関節」と呼ぶ。   In particular, an exoskeleton-type robot that assists the movement of the lower limbs is a robot having a base and a lower half body, and having joints with 6 degrees of freedom in the left and right positions of the ankle, knee, and waist. The six joints are joints that are driven by using an aerodynamic hybrid actuator as an artificial muscle. Hereinafter, in such an exoskeleton robot, a joint driven by an actuator to give support force to a user's joint is referred to as an “active joint”.

図11は、本実施の形態における外骨格型ロボット1の構成事例を示す図である。本外骨格型ロボット1は、10自由度である。   FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of the exoskeleton robot 1 in the present embodiment. The exoskeleton robot 1 has 10 degrees of freedom.

なお、このような外骨格型ロボットの構成事例については、類似の構成が、上述した特許文献3にも開示されている。   Note that a similar configuration is disclosed in Patent Document 3 described above for the configuration example of such an exoskeleton type robot.

図11において、外骨格型ロボット1は、両脚に対応したフレーム構造、バックパック101、柔軟シート102、HAA拮抗筋103、HFE伸筋104、HFEモータ111、KFE伸筋105、 KFEモータ106、AFE伸筋・AAA拮抗筋107、AFE屈筋108、関節109、フレーム構造に設けられた関節110を備える。   In FIG. 11, the exoskeleton type robot 1 includes a frame structure corresponding to both legs, a backpack 101, a flexible sheet 102, a HAA antagonist muscle 103, an HFE extensor muscle 104, an HFE motor 111, a KFE extensor muscle 105, a KFE motor 106, and an AFE. The extensor / AAA antagonist muscle 107, the AFE flexor muscle 108, the joint 109, and the joint 110 provided in the frame structure are provided.

なお、図11では、バックパック101が運動を支援する構造に直接とりつけられているが、バックパック101は、この構造から取り外されていてもよい。   In FIG. 11, the backpack 101 is directly attached to the structure for supporting exercise, but the backpack 101 may be removed from this structure.

バックパック101には、外骨格型ロボットの駆動制御するための制御装置が設けられる。   The backpack 101 is provided with a control device for controlling the driving of the exoskeleton robot.

また、関節109には、たとえば、光学式エンコーダを回転軸に取り付け、関節角度を計測する。関節110も同様に光学式エンコーダを取り付ける。光学式エンコーダは、軸に取り付けるのではなく、軸に巻かれたベルトの移動方向と移動量を読み取る構成としてもよい。バックパック101の制御装置は、読み取られた関節角に応じて、人工筋肉(アクチュエータ)の駆動力を制御する。   Further, for example, an optical encoder is attached to the rotation shaft of the joint 109, and the joint angle is measured. Similarly, an optical encoder is attached to the joint 110. The optical encoder may not be attached to the shaft, but may be configured to read the moving direction and the moving amount of the belt wound around the shaft. The control device of the backpack 101 controls the driving force of the artificial muscle (actuator) according to the read joint angle.

なお、エンコーダとしては、シャフトに内蔵する構成とすることも可能である。   The encoder can be configured to be built in the shaft.

また、図12は、外骨格型ロボット1の自由度の構成を示す図である。   FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the degree of freedom of the exoskeleton robot 1.

図12において、各関節において、「R_」との表示は、右側の関節であることを示し、「L_」との表示は、左側の関節であることを示す。   In FIG. 12, in each joint, the display “R_” indicates that the joint is on the right side, and the display “L_” indicates that the joint is on the left side.

図11および図12を参照して、全10自由度のうち、左右のAFE関節は伸筋と屈筋による拮抗駆動を採用している。拮抗駆動以外の関節は、パッシブな駆動である。ただし、より多くの関節を拮抗駆動としてもよい。   Referring to FIG. 11 and FIG. 12, the left and right AFE joints of all 10 degrees of freedom employ antagonistic drive by extensors and flexors. The joints other than the antagonistic drive are passive drives. However, more joints may be antagonistic drive.

図11において、両脚が接続する胴体部には姿勢センサを搭載してベース部の姿勢を検出している。また、全ての関節にワイヤ式エンコーダ(またはモータ付属のエンコーダ)を取り付け、関節角度を計測できるようにしている。関節角度ならびに、たとえば、下肢の筋電位を検出することで、各関節に発生させる目標トルクが算出する構成としてもよい。   In FIG. 11, an attitude sensor is mounted on the body part to which both legs are connected to detect the attitude of the base part. In addition, wire type encoders (or encoders attached to motors) are attached to all joints so that joint angles can be measured. A configuration may be adopted in which the target torque generated in each joint is calculated by detecting the joint angle and, for example, the myoelectric potential of the lower limbs.

また、足底部には、床反力センサを搭載し、接触を想定する足底部が実際に接触しているかどうかを判定したり、ヤコビ行列に含まれるモデル誤差を修正するために補助的に使用する構成としてもよい。   In addition, a floor reaction force sensor is mounted on the sole, and it is used as an auxiliary to determine whether the sole that is supposed to touch is actually touching or to correct the model error included in the Jacobian matrix It is good also as composition to do.

また、バックパック101内には制御装置の他、空圧制御ためのバルブおよびリニアモータのドライバを内蔵している。   In addition to the control device, the backpack 101 incorporates a valve for pneumatic control and a driver for a linear motor.

また、バックパック101内に、バッテリーと圧搾した空気ボンベ(またはCOガスボンベでもよい)、レギュレータを搭載し、電源ラインとエア供給が断絶した場合に備え、短時間の自律駆動を可能にする構成であってもよい。 The backpack 101 is also equipped with a battery, a compressed air cylinder (or a CO 2 gas cylinder), and a regulator, and enables a short time autonomous driving in case the power supply line and the air supply are disconnected. It may be.

あるいは、バックパック101は、バッテリーを搭載し、モータ駆動用の電源およびコンプレッサ内蔵する構成であってもよい。   Alternatively, the backpack 101 may include a battery, a power source for driving the motor, and a built-in compressor.

図13は、下肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉(アクチュエータ装置)の配置の他の例を示す図である。   FIG. 13 is a diagram illustrating another example of the arrangement of the artificial muscle (actuator device) with respect to the exoskeleton-type robot with respect to the lower limbs.

図13に示すように、股関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腸骨筋+大殿筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1002が骨格に対して設けられる。   As shown in FIG. 13, an actuator device 1002 having a function corresponding to a human “iliac muscle + gluteal muscle” is provided on the skeleton as an artificial muscle that drives the flexion of the hip joint.

また、股関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「ハムストリングス+大腿直筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1004が骨格に対して設けられる。   In addition, an actuator device 1004 having a function corresponding to a human “hamstrings + stratus thigh muscle” is provided on the skeleton as an artificial muscle that drives the flexion of the hip joint and the extension of the knee joint.

さらに、膝関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「大腿二頭筋短頭+外側広筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1006が骨格に対して設けられる。   Further, as an artificial muscle that drives knee flexion and knee joint extension, an actuator device 1006 having a function corresponding to a human “biceps femoris short head + lateral broad muscle” is provided for the skeleton.

また、膝関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腓腹筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1008が骨格に対して設けられる。   In addition, an actuator device 1008 having a function corresponding to a human “gastrocnemius” is provided on the skeleton as an artificial muscle that drives the bending of the knee joint.

図14は、上肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉(アクチュエータ装置)の配置の例を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the arrangement of artificial muscles (actuator devices) for an exoskeleton robot with respect to the upper limbs.

図14に示すように、肘関節の屈曲および伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「上腕二頭筋+上腕三等筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1012が骨格に対して設けられる。   As shown in FIG. 14, an actuator device 1012 having a function corresponding to a human “biceps brachii muscle + triceps brachii muscle” is provided on the skeleton as an artificial muscle that drives bending and extension of the elbow joint.

また、前腕の回旋を駆動する人工筋肉として、人間の「腕橈骨筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1016,1018が骨格に対して設けられる。   Actuator devices 1016 and 1018 having a function corresponding to a human “arm peroneal muscle” are provided on the skeleton as artificial muscles for driving the rotation of the forearm.

このような構成のより、人間の下肢または上肢の運動をアシストする外骨格型ロボットを構成することが可能である。   With such a configuration, it is possible to configure an exoskeleton robot that assists the movement of the lower limbs or upper limbs of a human.

以上説明したとおり、本実施の形態のアクチュエータ装置によれば、電磁相互作用と流体圧力を出力軸へ伝達する要素と空間を一体化することで、バックドライバブルでありながらも、小型・高出力で力制御が可能である。   As described above, according to the actuator device of the present embodiment, the element that transmits electromagnetic interaction and fluid pressure to the output shaft and the space are integrated, so that it is back-drivable but small and high output. Force control is possible.

可動子とピストン(要素)および可動域とチャンバ(空間)の一体化構造により,同体積の高効率の電磁アクチュエータに比べて、高出力を確保できる。
(駆動方式の他の例)
図15は、電磁アクチュエータの駆動方式の変形例を示す断面図である。
The integrated structure of the mover and the piston (element) and the movable range and the chamber (space) ensures a higher output than a high-efficiency electromagnetic actuator of the same volume.
(Other examples of drive systems)
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a modification of the driving method of the electromagnetic actuator.

図15(a)に示すように、電磁コイル部材110としては、コイル212aのみを設け、可動子200には、シリンダの軸方向に直交する方向に磁場を発生する磁力部材(永久磁石)202aを設ける。単相の交流をコイル212aに励磁することにより駆動する。   As shown in FIG. 15A, only the coil 212a is provided as the electromagnetic coil member 110, and the mover 200 is provided with a magnetic member (permanent magnet) 202a that generates a magnetic field in a direction perpendicular to the axial direction of the cylinder. Provide. A single-phase alternating current is driven by exciting the coil 212a.

あるいは、図15(b)のように、磁力部材として、永久磁石202aの代わりに、軟磁性体205を設ける構成とすることも可能である。   Alternatively, as shown in FIG. 15 (b), a soft magnetic body 205 may be provided as a magnetic member instead of the permanent magnet 202a.

この場合は、電磁アクチュエータは、ソレノイドアクチュエータとして機能して駆動力を生じることになる。たとえば、磁性体205の少なくとも一部がコイル212aの外部にあるときに、コイル212aを励磁することで、コイル内部への引き込み力を生じさせることができる。ここで、コイル212aは、軟磁性体のケースの中に納められる。   In this case, the electromagnetic actuator functions as a solenoid actuator and generates a driving force. For example, when at least a part of the magnetic body 205 is outside the coil 212a, the coil 212a can be excited to generate a pulling force into the coil. Here, the coil 212a is housed in a soft magnetic case.

図15のような構成の場合も、目標方向へ可動子を駆動する際には、電磁コイル部材の励磁により可動子が相対移動するのと同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給が制御される。   Also in the case of the configuration as shown in FIG. 15, when the mover is driven in the target direction, the fluid is supplied so that the mover is driven in the same direction as the mover is relatively moved by excitation of the electromagnetic coil member. Is controlled.

図16は、図15(a)の構成で、単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。   FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining the coil current in the case of single-phase driving with the configuration of FIG.

図16(a)に示すように、コイル212aに電流を流し、単相で駆動すると、可動子は右方向に駆動され、図16(b)に示すように、電流の向きを逆転すると、可動子は左方向に駆動される。   As shown in FIG. 16A, when a current is passed through the coil 212a and driven in a single phase, the mover is driven in the right direction, and as shown in FIG. The child is driven to the left.

図17は、図15(b)の構成で、コイルの発生磁場を説明するための概念図である。   FIG. 17 is a conceptual diagram for explaining the magnetic field generated by the coil in the configuration of FIG.

コイルに電流を励磁すると、図中の矢印のように磁束が流れる。この時チャンバ106bの部分は空気のため透磁率低く、磁気抵抗が高い。この部分の磁気抵抗を小さくするように可動子が右方向に駆動される。   When current is excited in the coil, magnetic flux flows as shown by the arrows in the figure. At this time, the portion of the chamber 106b is air and has low magnetic permeability and high magnetic resistance. The mover is driven in the right direction so as to reduce the magnetic resistance of this portion.

これまでの説明は、シリンダの外周にコイルが設けられ、可動子が永久磁石である構成を基本として、説明してきたが、このような構成に必ずしも限定はされない。たとえば、
i)可動子が電磁コイルであり、シリンダ側に配置される固定子が、所定の異なる方向の磁場を発生させる複数の永久磁石が順次配置された構成であってもよい。
The description so far has been made on the basis of a configuration in which a coil is provided on the outer periphery of the cylinder and the mover is a permanent magnet. However, the configuration is not necessarily limited thereto. For example,
i) The mover may be an electromagnetic coil, and the stator arranged on the cylinder side may have a configuration in which a plurality of permanent magnets that generate magnetic fields in different predetermined directions are sequentially arranged.

ii)また、シリンダも単に単一の円筒の形状であるばかりでなく、外円筒の内部に同一の中心軸を有する内円筒が配置される構成であってもよい。この場合、内円筒の内側および外円筒の外周に所定の異なる方向の磁場を発生させる複数の永久磁石が順次配置され、可動子は、この外円筒と内円筒の間の空間を移動可能な円筒形状の電磁コイルであり、ピストンとしても機能する構成とすることができる。     ii) Further, the cylinder is not only in the shape of a single cylinder, but may be configured such that an inner cylinder having the same central axis is disposed inside the outer cylinder. In this case, a plurality of permanent magnets for generating magnetic fields in predetermined different directions are sequentially arranged on the inner side of the inner cylinder and the outer periphery of the outer cylinder, and the mover is a cylinder that can move in the space between the outer cylinder and the inner cylinder. It is an electromagnetic coil having a shape, and can be configured to function as a piston.

したがって、「磁力部材」との用語は、最も広い意味では、電磁コイルも含むものであってもよい。   Accordingly, the term “magnetic member” may include an electromagnetic coil in the broadest sense.

この構造では、コイルを内外の強力な磁石で挟み込むことで,コイル中に大きな磁束が発生する。また、全てのコイルが常に出力に寄与することができる。さらに、可動子と固定子両方に鉄心を用いるモデルでは電流を励磁しない場合も推力の脈動(ディテント力)が発生するが,可動子がコイルのみであるためこのモデルでは発生しない、という利点がある。   In this structure, a large magnetic flux is generated in the coil by sandwiching the coil between strong magnets inside and outside. Moreover, all the coils can always contribute to the output. Furthermore, in the model using the iron core for both the mover and the stator, thrust pulsation (detent force) is generated even when current is not excited, but this model has the advantage that it does not occur because the mover is only a coil. .

本実施の形態のアクチュエータ装置は、電磁・空気圧の両ダイレクトドライブアクチュエータのバックドライバビリティを維持しつつ、電磁力による力制御と作動流体の粘性・コンプライアンス特性とを組み合わせ、外力にやわらかく応答できるリニア駆動のアクチュエータを実現することが可能である。   The actuator device of this embodiment is a linear drive that combines the force control by electromagnetic force with the viscosity / compliance characteristics of the working fluid while maintaining the back drivability of both electromagnetic and pneumatic direct drive actuators, and can respond flexibly to external forces. It is possible to realize the actuator.

また、本実施の形態の本実施の形態のアクチュエータ装置は、上述したような「対象となる人間の筋骨格系運動の支援(アシスト)」だけでなく、一般的な工業製品の駆動機構への応用することも可能である。   In addition, the actuator device according to the present embodiment of the present embodiment is not limited to the above-described “assistance for the target human musculoskeletal movement (assist)”, but also to the drive mechanism of a general industrial product. Application is also possible.

また、上述したような「対象となる人間の筋骨格系運動の支援(アシスト)」の構成は、ロボット単体としての利用も可能であり、例えばヒューマノイド型ロボットとしても応用できる。
(実施の形態2)
図1に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000では、チャンバ106aには、制御弁を有する配管108aを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われ、チャンバ106bには、制御弁を有する配管108bを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる、との構成を説明した。
In addition, the above-described configuration of “support for assisting human musculoskeletal system movement (assist)” can be used as a single robot, and can be applied as, for example, a humanoid robot.
(Embodiment 2)
In the pneumatic / hybrid actuator device 1000 shown in FIG. 1, air of a predetermined pressure is supplied to the chamber 106a via a pipe 108a having a control valve, or air is exhausted to the chamber 106b. Has described a configuration in which air of a predetermined pressure is supplied or air is exhausted via the pipe 108b having a control valve.

以下に説明する、実施の形態2の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1100では、チャンバ106aとチャンバ106bに、流体圧、たとえば、空気圧を供給する構成の点で、実施の形態1の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000または1000´の構成とは異なる。   In the aeroelectric hybrid actuator device 1100 according to the second embodiment, which will be described below, the hydroelectric hybrid actuator according to the first embodiment is configured to supply fluid pressure, for example, air pressure, to the chamber 106a and the chamber 106b. This is different from the configuration of the apparatus 1000 or 1000 ′.

以下に説明するように、実施の形態2においても、流体として空気を例にして説明する。   As will be described below, Embodiment 2 will also be described using air as an example of fluid.

図18は、実施の形態2の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1100の断面構造を説明するための図である。図18は、図1と対比されるべき図である。   FIG. 18 is a view for explaining a cross-sectional structure of an aerodynamic hybrid actuator device 1100 according to the second embodiment. FIG. 18 is a diagram to be compared with FIG.

以下、主として、図1との相違点を説明することとし、同一部分には、同一符号を付して説明を繰り返さない。   Hereinafter, differences from FIG. 1 will be mainly described, and the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

図18を参照して、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1100では、シリンダ100および電磁コイル部材110とを覆う外筒部400が設けられる。シリンダ100および電磁コイル部材110の外表面と、外筒部400との内表面で囲まれる空間は、気密性を有し、外部からの所定の空気圧の空気を伝送する機能を有する。この点で、この囲まれた空間を「流体伝達路402」と呼ぶことにする。   Referring to FIG. 18, an aerodynamic hybrid actuator device 1100 is provided with an outer cylinder portion 400 that covers cylinder 100 and electromagnetic coil member 110. A space surrounded by the outer surfaces of the cylinder 100 and the electromagnetic coil member 110 and the inner surface of the outer cylindrical portion 400 is airtight and has a function of transmitting air of a predetermined air pressure from the outside. In this respect, the enclosed space is referred to as a “fluid transmission path 402”.

流体伝達路402には、吸入孔410より所定の圧力の空気が供給される。また、流体伝達路402の排気孔420からは、この空気が排出され、後に説明するように、排気孔420から排出された所定の圧力の空気が、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1100と同様の構成を有する他のアクチュエータ装置1100´の吸気孔に供給される。   Air having a predetermined pressure is supplied to the fluid transmission path 402 from the suction hole 410. Further, this air is discharged from the exhaust hole 420 of the fluid transmission path 402, and as described later, the air having a predetermined pressure discharged from the exhaust hole 420 has the same configuration as that of the pneumatic hybrid actuator device 1100. Is supplied to the intake hole of another actuator device 1100 ′ having

制御弁部450aおよび制御弁部450bは、それぞれ、配管108aおよび配管108bに対応して設けられる。   The control valve portion 450a and the control valve portion 450b are provided corresponding to the pipe 108a and the pipe 108b, respectively.

制御弁部450aは、図示しない制御部に制御されて、所定の空気圧の空気を流体伝達路402からチャンバ106aに供給し、あるいは、チャンバ106aからの空気を排気孔452aより排気する。   The control valve unit 450a is controlled by a control unit (not shown) to supply air with a predetermined air pressure from the fluid transmission path 402 to the chamber 106a, or exhaust air from the chamber 106a through the exhaust hole 452a.

制御弁部450bも、同様に、図示しない制御部に制御されて、所定の空気圧の空気を流体伝達路402からチャンバ106bに供給し、あるいは、チャンバ106bからの空気を排気孔452bより排気する。   Similarly, the control valve unit 450b is controlled by a control unit (not shown) to supply air with a predetermined air pressure from the fluid transmission path 402 to the chamber 106b, or exhaust air from the chamber 106b through the exhaust hole 452b.

制御部は、目標方向へ可動子を駆動する際には、複数個のコイル112a〜112lの励磁により可動子200が相対移動するのと同一の方向へ可動子200を駆動する駆動力を与えるように空気の吸排気を制御する。   When driving the mover in the target direction, the control unit applies a driving force for driving the mover 200 in the same direction as the mover 200 relatively moves by excitation of the plurality of coils 112a to 112l. Control air intake and exhaust.

図19は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1100と同種のアクチュエータ装置を、複数個、骨格に対して配置した場合の空気の供給経路を説明するための図である。   FIG. 19 is a view for explaining an air supply path when a plurality of actuator devices of the same type as the aeroelectric hybrid actuator device 1100 are arranged with respect to the skeleton.

図19は、図13と対比される図であり、図13と同様に、下肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉(アクチュエータ装置)の配置の例を示す。   FIG. 19 is a diagram contrasted with FIG. 13, and shows an example of the arrangement of artificial muscles (actuator devices) with respect to the exoskeleton-type robot with respect to the lower limbs, as in FIG. 13.

図19に示すように、股関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「ハムストリングス+大腿直筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1004が骨格に対して設けられ、また、膝関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腓腹筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1008が骨格に対して設けられる。   As shown in FIG. 19, an actuator device 1004 having a function corresponding to human “hamstrings + stratus thigh muscle” is provided on the skeleton as an artificial muscle that drives the flexion of the hip joint and the extension of the knee joint. As an artificial muscle that drives the bending of the knee joint, an actuator device 1008 having a function corresponding to a human “gastrocnemius” is provided for the skeleton.

また、股関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腸骨筋+大殿筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1002が骨格に対して設けられ、さらに、膝関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「大腿二頭筋短頭+外側広筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置1006が骨格に対して設けられる。   In addition, as an artificial muscle that drives the flexion of the hip joint, an actuator device 1002 that has a function corresponding to a human “iliac muscle + gluteal muscle” is provided on the skeleton, and further, the knee joint is bent and the knee joint is extended. As an artificial muscle that drives the human body, an actuator device 1006 that has a function corresponding to a human “biceps femoris short head + lateral broad muscles” is provided for the skeleton.

アクチュエータ装置1004の吸気孔410には、チューブAST1を介して、圧縮空気源(たとえば、ボンベ)から圧縮空気が供給され、排気孔420からチューブAST2を介して、アクチュエータ装置1008の吸気孔410に圧縮空気が供給される。たとえば、アクチュエータ装置1008の排気孔420は、封止されているものとする。   Compressed air is supplied to the intake hole 410 of the actuator device 1004 from a compressed air source (for example, a cylinder) via the tube AST1, and compressed to the intake hole 410 of the actuator device 1008 via the tube AST2 from the exhaust hole 420. Air is supplied. For example, it is assumed that the exhaust hole 420 of the actuator device 1008 is sealed.

同様にして、アクチュエータ装置1002の吸気孔410には、チューブAST3を介して、圧縮空気源(たとえば、ボンベ)から圧縮空気が供給され、排気孔420からチューブAST4を介して、アクチュエータ装置1006の吸気孔410に圧縮空気が供給される。たとえば、アクチュエータ装置1006の排気孔420は、封止されているものとする。   Similarly, compressed air is supplied from a compressed air source (for example, a cylinder) to the intake hole 410 of the actuator device 1002 through the tube AST3, and the intake air of the actuator device 1006 from the exhaust hole 420 through the tube AST4. Compressed air is supplied to the holes 410. For example, the exhaust hole 420 of the actuator device 1006 is sealed.

あるいは、特に限定されないが、たとえば、アクチュエータ装置1004の排気孔420からの空圧を、アクチュエータ装置1002の吸気孔410に供給する構成とし、圧縮空気源からは、チューブAST1のみにより、外骨格型ロボットの一方の下肢に圧縮空気が供給される構成としてもよい。   Alternatively, although not particularly limited, for example, an air pressure from the exhaust hole 420 of the actuator device 1004 is supplied to the intake hole 410 of the actuator device 1002, and the exoskeleton robot is only supplied from the compressed air source by the tube AST1. The compressed air may be supplied to one of the lower limbs.

以上の構成により、複数のアクチュエータ装置に空圧を供給する場合に、アクチュエータ装置に個別に空圧を供給する構成と比べて、圧縮空気源からの空圧の供給経路を簡略化することが可能となる。   With the above configuration, when supplying air pressure to a plurality of actuator devices, it is possible to simplify the air pressure supply path from the compressed air source, compared to a configuration in which air pressure is individually supplied to the actuator devices. It becomes.

また、圧縮空気源からの空気が電磁コイル部材110の外部に供給される構成となるため、電磁コイル部材110を空冷する効果もある。
(実施の形態3)
図20は、実施の形態3の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1200の断面構造を説明するための図である。図20は、図1と対比されるべき図である。
Further, since the air from the compressed air source is supplied to the outside of the electromagnetic coil member 110, the electromagnetic coil member 110 is also air-cooled.
(Embodiment 3)
FIG. 20 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of the aerodynamic hybrid actuator device 1200 according to the third embodiment. FIG. 20 is a diagram to be compared with FIG.

実施の形態3においても、流体として空気を例にして説明する。   Also in the third embodiment, air will be described as an example of the fluid.

実施の形態1では、シリンダ100は、真っ直ぐな円筒形状であるものとして説明した。   In the first embodiment, the cylinder 100 has been described as having a straight cylindrical shape.

ただし、シリンダの形状としては、このようなものに限定されず、たとえば、図20に示すように、シリンダの軸が、円形に湾曲する構成であってもよい。   However, the shape of the cylinder is not limited to this, and for example, as shown in FIG. 20, the cylinder shaft may be circularly curved.

シリンダ形状が湾曲していることを除いては、実施の形態1の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明は繰り返さない。
(実施の形態4)
図21は、実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の外観を示す図である。
Except for the fact that the cylinder shape is curved, the configuration is the same as that of the first embodiment. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(Embodiment 4)
FIG. 21 is a diagram illustrating an external appearance of an aerodynamic hybrid actuator device 1300 according to the fourth embodiment.

空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300は、回転運動を駆動する。   The pneumatic hybrid actuator device 1300 drives rotational movement.

図21を参照して、アクチュエータ装置1300は、互いに同一の径を有する、円筒形のケース101bと円筒形のケース101dとが積層された構成である。ケース101bと101dとの中心部分には、ケース101bの内部の可動子の回転の駆動力を外部に伝達するための出力軸(回転子)201が配置されている。   Referring to FIG. 21, actuator device 1300 has a configuration in which cylindrical case 101b and cylindrical case 101d having the same diameter are stacked. An output shaft (rotor) 201 for transmitting the driving force of rotation of the mover inside the case 101b to the outside is disposed at the center of the cases 101b and 101d.

下部のケース101dの内部には、後に説明するように、複数の扇型の芯部材に線材がそれぞれ巻かれた電磁コイルが、出力軸の回りを囲むように配置される。   Inside the lower case 101d, as will be described later, electromagnetic coils each having a wire core wound around a plurality of fan-shaped core members are arranged so as to surround the output shaft.

下部のケース101dの底部は、磁性材料からなり円盤状であるバックヨーク材101eでふさがれている。また、下部のケース101dの上部開口と上部のケース101bの下部開口とは、円盤状の隔壁101cで隔離されている。上部のケース101bの上部開口は、上蓋101aでふさがれている。上蓋101aの中心部には、出力軸201が貫通するための円形の開口が設けられており、ベアリング102により出力軸201と開口との間がシールされるとともに、出力軸201が回動可能となっている。後に説明するように、ケース101b内に配管108aおよび108bにより、所定の圧力の空気により空圧を印加できるように、ケース101b、隔壁101cおよび上蓋101aにより気密が保たれる構成となっている。   The bottom portion of the lower case 101d is covered with a disk-shaped back yoke material 101e made of a magnetic material. The upper opening of the lower case 101d and the lower opening of the upper case 101b are separated by a disk-shaped partition wall 101c. The upper opening of the upper case 101b is blocked by the upper lid 101a. A circular opening through which the output shaft 201 passes is provided at the center of the upper lid 101a. The bearing 102 seals between the output shaft 201 and the opening, and the output shaft 201 can be rotated. It has become. As will be described later, airtightness is maintained by the case 101b, the partition wall 101c, and the upper lid 101a so that air pressure can be applied to the case 101b by air of a predetermined pressure through the pipes 108a and 108b.

上蓋101a、ケース101b、隔壁101c、ケース101dおよびバックヨーク材101eを総称して、可動子と対比して、固定子150と呼ぶ。   The upper lid 101a, the case 101b, the partition wall 101c, the case 101d, and the back yoke material 101e are collectively referred to as a stator 150 in contrast to the mover.

図22は、固定子150の内部を説明するための概念図である。   FIG. 22 is a conceptual diagram for explaining the inside of the stator 150.

また、図23は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の構成を説明するための斜視図である。   FIG. 23 is a perspective view for explaining the configuration of the pneumatic hybrid actuator device 1300.

図23においては、アクチュエータ装置1300の内部構造が視認しやすいように、仮想的に、上蓋101aが透明であり、隔壁101cが半透明であるものとして図示している。   In FIG. 23, the upper lid 101a is virtually transparent and the partition wall 101c is translucent so that the internal structure of the actuator device 1300 can be easily seen.

図22(a)は、バックヨーク材101eを上面から見た図である。バックヨーク材101eの中央には、出力軸201を回動自在に支持するための軸受け152が設けられる。   FIG. 22A is a view of the back yoke material 101e as viewed from above. A bearing 152 for rotatably supporting the output shaft 201 is provided at the center of the back yoke material 101e.

図22(b)は、ケース101dの内部を上面から見た図である。   FIG. 22B is a view of the inside of the case 101d as viewed from above.

図22(b)および図23に示されるように、上述したとおり、ケース101dの内部には、複数の扇型の芯部材に線材がそれぞれ巻かれた電磁コイル112a〜112lが、出力軸201の回りを囲むように配置される。   As shown in FIG. 22B and FIG. 23, as described above, in the case 101d, electromagnetic coils 112a to 112l each having a wire rod wound around a plurality of fan-shaped core members are provided on the output shaft 201. It is arranged so as to surround it.

電磁コイル112a〜112lには、特に限定はされないが、たとえば、3相交流UVWが印加されて励磁され、可動子を駆動する。   The electromagnetic coils 112a to 112l are not particularly limited. For example, a three-phase alternating current UVW is applied and excited to drive the mover.

図22(c)は、ケース101bの内部を上面から見た図である。   FIG. 22C is a view of the inside of the case 101b as viewed from above.

図22(c)および図23に示されるように、ケース101bの内部には、上面から見た形状が扇型である可動子200(回転運動をすることから、以下「ロータ200」と呼ぶ)が設けられ、ロータ200は出力軸201と一体となって回転するように構成される。ロータ200内には、たとえば、2つの扇形の永久磁石202aと202bが隣り合って設けられる。永久磁石202aと202bは、たとえば、単一の磁性部材に対して、以下に説明するような磁場方向となるように、領域ごとに着磁することで形成されてもよい。永久磁石202aと202bは、出力軸201に平行であって、互いに逆方向となるように着磁されている。図22(c)では、永久磁石202aの上面側がNで、永久磁石202bの上面側がSとなるように着磁されているものとする。永久磁石の個数は、隣接するものが互いに逆方向に着磁されている限り、2つより多くてもよい。なお、図22(c)では、図示省略しているが、図23に示すように、永久磁石202aと202bの上部には、これらを覆う磁性部材158が設けられている。   As shown in FIG. 22C and FIG. 23, in the case 101b, a mover 200 having a fan-shaped shape as viewed from above (hereinafter referred to as “rotor 200” because of its rotational movement). And the rotor 200 is configured to rotate integrally with the output shaft 201. In the rotor 200, for example, two fan-shaped permanent magnets 202a and 202b are provided adjacent to each other. Permanent magnets 202a and 202b may be formed, for example, by magnetizing a single magnetic member for each region so as to have a magnetic field direction as described below. The permanent magnets 202a and 202b are magnetized so as to be parallel to the output shaft 201 and in opposite directions. In FIG. 22C, it is assumed that the upper surface side of the permanent magnet 202a is N and the upper surface side of the permanent magnet 202b is S. The number of permanent magnets may be more than two as long as adjacent ones are magnetized in opposite directions. Although not shown in FIG. 22 (c), as shown in FIG. 23, a magnetic member 158 is provided above the permanent magnets 202a and 202b to cover them.

また、ケース101bの内部には、隔壁154が設けられており、ロータ200の一端面と隔壁154の一方面とで囲まれる空間が、第1のチャンバ106a(空気室とも呼ぶ)として機能し、可動子200の他方端面と隔壁154の他方面とで囲まれる空間が、第2のチャンバ106b(空気室とも呼ぶ)として機能する。   In addition, a partition wall 154 is provided inside the case 101b, and a space surrounded by one end surface of the rotor 200 and one surface of the partition wall 154 functions as a first chamber 106a (also referred to as an air chamber). A space surrounded by the other end surface of the mover 200 and the other surface of the partition wall 154 functions as a second chamber 106b (also referred to as an air chamber).

図22(d)は、上蓋101aを上面から見た図である。上蓋101aの中央には、出力軸201が貫通する円形の開口156が設けられる。   FIG. 22D is a view of the upper lid 101a as viewed from above. A circular opening 156 through which the output shaft 201 passes is provided in the center of the upper lid 101a.

図24は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の動作を説明するための概念図である。   FIG. 24 is a conceptual diagram for explaining the operation of the pneumatic hybrid actuator device 1300.

図24においても、アクチュエータ装置1300の内部構造が視認しやすいように、仮想的に、上蓋101aが透明であるものとして図示している。   Also in FIG. 24, the upper lid 101a is virtually illustrated as being transparent so that the internal structure of the actuator device 1300 can be easily seen.

また、図25は、電磁コイル112a〜112lとロータ200との配置の関係を説明するための図である。   FIG. 25 is a diagram for explaining the arrangement relationship between the electromagnetic coils 112 a to 112 l and the rotor 200.

図25においては、ロータ200と電磁コイルとの位置関係が見やすいように、上蓋101a、ケース101bは、仮想的に取り除き、隔壁101cおよびケース101dは、半透明であるものとして図示している。   In FIG. 25, the upper lid 101a and the case 101b are virtually removed so that the positional relationship between the rotor 200 and the electromagnetic coil can be easily seen, and the partition wall 101c and the case 101d are illustrated as being translucent.

まず、図25を参照して、複数個のコイル112a〜112lは、それぞれ、独立に供給される電流で、独立な極性の方向に励磁される。より特定的には、複数個のコイル112a〜112lは、それぞれ、互いに位相の異なる交流電流が流れるように構成されている。たとえば、図示するように、3個おきに、複数個のコイル112a〜112lを、3組に分け、各組ついては、互いに(2π/3)だけ位相のずれた交流電流(対称三相交流、各位相をU,V,Wで表す)を流すなどして、ロータ200に回転の推進力を与える。   First, referring to FIG. 25, each of the plurality of coils 112a to 112l is excited in an independent polarity direction by an independently supplied current. More specifically, each of the plurality of coils 112a to 112l is configured such that alternating currents having different phases flow. For example, as shown in the figure, every third coil 112a to 112l is divided into three groups, and each group is an alternating current whose phase is shifted by (2π / 3) (symmetric three-phase alternating current, each position). The phase is expressed by U, V, W, etc., and the rotor 200 is given a driving force for rotation.

一方、図24を参照して、第1のチャンバ106aは、隔壁154の一方面とロータ200の一方端面との間の空間である。第2のチャンバ106bは、隔壁154の他方面とロータ200の他方端面との間の空間である。チャンバ106aには、制御弁を有する配管108aを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。チャンバ106bには、制御弁を有する配管108bを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。   On the other hand, referring to FIG. 24, first chamber 106 a is a space between one surface of partition wall 154 and one end surface of rotor 200. The second chamber 106 b is a space between the other surface of the partition wall 154 and the other end surface of the rotor 200. Air of a predetermined pressure is supplied to the chamber 106a through a pipe 108a having a control valve, or air is exhausted. A predetermined pressure of air is supplied to the chamber 106b through a pipe 108b having a control valve, or air is exhausted.

以上のような電磁力による回転の駆動と、チャンバ106aおよびチャンバ106bへの空気の吸排気は、図示しない制御部により制御される。制御部は、目標方向へロータ200を駆動する際には、複数個のコイル112a〜112lの励磁によりロータ200が相対移動するのと同一の方向へロータ200を駆動する駆動力を与えるように空気の吸排気を制御する。   The rotation driving by the electromagnetic force as described above and the intake / exhaust of air to / from the chamber 106a and the chamber 106b are controlled by a control unit (not shown). When driving the rotor 200 in the target direction, the control unit applies air to drive the rotor 200 in the same direction as the rotor 200 moves relatively by excitation of the plurality of coils 112a to 112l. Controls intake and exhaust.

なお、流体として、圧縮空気のような気体だけではなく、水、油や磁性流体アクチュエータの適用が可能である。水や油を用いればコイル冷却効率が高まり、磁性流体を用いれば、ハードウェアの特性として粘性の制御が実現できる。   As a fluid, not only a gas such as compressed air but also water, oil, or a magnetic fluid actuator can be applied. When water or oil is used, the coil cooling efficiency is increased, and when magnetic fluid is used, viscosity can be controlled as a hardware characteristic.

図26は、電磁コイル112a〜112lおよびロータ200内の磁束の流れを説明するための図である。   FIG. 26 is a diagram for explaining the flow of magnetic flux in the electromagnetic coils 112 a to 112 l and the rotor 200.

図26は、図25において、さらに、電磁コイルおよびロータの一部を切り取った断面を仮想的に示す。   FIG. 26 virtually shows a cross section of the electromagnetic coil and a part of the rotor cut out in FIG.

電磁コイル112a〜112lが励磁され、ロータ200が回転すると、たとえば、ある時点では、電磁コイル112cで生成される磁束とロータ200内の永久磁石202aの磁束とが同方向となり、永久磁石202aから出た磁束は磁性材料158内を通り、永久磁石202bの上面に入り、永久磁石202bの磁束と電磁コイル112dで生成される磁束とが同方向となり、電磁コイル112dから出た磁束は、バックヨーク材101eを通り、電磁コイル112cに入るというような、磁束の流れが生じる。   When the electromagnetic coils 112a to 112l are excited and the rotor 200 rotates, for example, at a certain point in time, the magnetic flux generated by the electromagnetic coil 112c and the magnetic flux of the permanent magnet 202a in the rotor 200 are in the same direction and exit from the permanent magnet 202a. The magnetic flux passes through the magnetic material 158 and enters the upper surface of the permanent magnet 202b. The magnetic flux of the permanent magnet 202b and the magnetic flux generated by the electromagnetic coil 112d are in the same direction, and the magnetic flux emitted from the electromagnetic coil 112d is the back yoke material. A magnetic flux flows through 101e and enters the electromagnetic coil 112c.

以上のような構成とすることで、アクチュエータ装置1300においても、実施の形態1と同様にして、電磁力による駆動力の発生機構と空気圧による駆動力の発生機構とを一体化することで小型化を実現しつつ、空圧のみならず電磁力の駆動力も利用することで、時間応答性に優れた高出力を実現することができる。
(実施の形態4の変形例1)
図21〜図26では、ロータ200側に永久磁石を設け、ケース101d内に電磁コイルを設ける構成として説明した。
With the configuration as described above, the actuator device 1300 can also be miniaturized by integrating the drive force generation mechanism using electromagnetic force and the drive force generation mechanism using air pressure, as in the first embodiment. By using not only the air pressure but also the driving force of electromagnetic force, high output with excellent time response can be realized.
(Modification 1 of Embodiment 4)
In FIG. 21 to FIG. 26, the configuration has been described in which a permanent magnet is provided on the rotor 200 side and an electromagnetic coil is provided in the case 101 d.

ただし、ロータ200側に電磁コイルを設け、その上下に、永久磁石を設ける構成とすることも可能である。   However, an electromagnetic coil may be provided on the rotor 200 side, and a permanent magnet may be provided above and below the electromagnetic coil.

図27は、このような実施の形態4の変形例1の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300´の構成を説明するための概念図である。   FIG. 27 is a conceptual diagram for explaining the configuration of an aerodynamic hybrid actuator device 1300 ′ according to Modification 1 of Embodiment 4 described above.

また、図28は、実施の形態4の変形例1の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300´の回転軸に対して垂直な断面の構造を説明するための図である。図28(b)は、図28(a)中の仮想面Vでの断面を示す。   FIG. 28 is a view for explaining the structure of a cross section perpendicular to the rotation axis of the aerodynamic hybrid actuator device 1300 ′ of the first modification of the fourth embodiment. FIG. 28B shows a cross section at the virtual plane V in FIG.

図27(a)を参照して、最下段には、バックヨークを設けることは、実施の形態4と同様である。   Referring to FIG. 27 (a), providing the back yoke at the bottom is the same as in the fourth embodiment.

次に、図27(b)に示すように、バックヨーク上の第1のケース内には、出力軸201のまわりに、複数の扇型の永久磁石を、磁束方向が出力軸方向であって、隣合う永久磁石で交互に着磁方向が反転するように配置する。図27(b)では、例示として、8個の永久磁石が交互に並ぶ構成としている。   Next, as shown in FIG. 27B, in the first case on the back yoke, a plurality of fan-shaped permanent magnets are arranged around the output shaft 201, and the magnetic flux direction is the output shaft direction. The adjacent permanent magnets are arranged so that the magnetization directions are alternately reversed. In FIG. 27B, as an example, eight permanent magnets are alternately arranged.

図27(c)に示すように、この第1のケースのさらに上段の第2のケースには、図23のケース101bと同様に、可動子(ロータ)が回動可能なように設けられる。ロータ内には、UVWの交流が独立に印加可能なように3つの扇型の芯部材にそれぞれ線材を巻いた電磁コイルが設けられている。ただし、電磁コイルの個数は、3個に限られず、より多くの個数であってもよい。   As shown in FIG. 27C, in the second case further above the first case, a mover (rotor) is provided so as to be rotatable, similarly to the case 101b in FIG. In the rotor, electromagnetic coils each having a wire wound around three fan-shaped core members are provided so that UVW alternating current can be applied independently. However, the number of electromagnetic coils is not limited to three and may be larger.

第2のケースは、図23のケース101bと同様に、気密構造となっており、第1および第2の空気室に所定の圧力の空圧を独立に印加する構成となっている。   Similarly to the case 101b of FIG. 23, the second case has an airtight structure and is configured to independently apply a predetermined air pressure to the first and second air chambers.

図27(d)に示すように、第2のケース上の第3のケース内には、出力軸201のまわりに、複数の扇型の永久磁石を、磁束方向が出力軸方向であって、隣合う永久磁石で交互に着磁方向が反転するように配置する。図27(d)では、図27(b)の構成に合わせて、8個の永久磁石が交互に並ぶ構成としている。図27(d)の各永久磁石の着磁方向は、図28に示すように、第1のケース内の対応する位置にある永久磁石とは、同じ方向に着磁されている。   As shown in FIG. 27 (d), in the third case on the second case, there are a plurality of fan-shaped permanent magnets around the output shaft 201, and the magnetic flux direction is the output shaft direction. It arrange | positions so that a magnetizing direction may reverse alternately with the adjacent permanent magnet. In FIG. 27 (d), eight permanent magnets are alternately arranged in accordance with the configuration of FIG. 27 (b). As shown in FIG. 28, the magnetization direction of each permanent magnet in FIG. 27D is magnetized in the same direction as the permanent magnet in the corresponding position in the first case.

図27(e)に示すように、最上段にも、バックヨーク材が上蓋として設けられる。上蓋のバックヨーク材には、中央に出力軸201が貫通する開口が設けられる。   As shown in FIG. 27 (e), a back yoke material is also provided as an upper lid at the uppermost stage. The back yoke material of the upper lid is provided with an opening through which the output shaft 201 passes in the center.

このような構成でも、実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300と同様の効果を奏する。
(実施の形態4の変形例2)
実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300では、ロータ200内の永久磁石に対して駆動力を発生させる電磁コイル112a〜112l(総称して電磁コイル112と呼ぶことにする)は、ロータ200の格納されるケース101bの下層のケース101d内に設けられる構成であった。
Even in such a configuration, the same effect as the aerodynamic hybrid actuator device 1300 of the fourth embodiment is obtained.
(Modification 2 of Embodiment 4)
In the pneumatic hybrid actuator device 1300 according to the fourth embodiment, the electromagnetic coils 112 a to 112 l (generically referred to as the electromagnetic coil 112) that generate a driving force for the permanent magnet in the rotor 200 are the rotor 200. Is provided in the case 101d below the case 101b.

図29は、実施の形態4の変形例2の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1302の構成を説明するための図である。   FIG. 29 is a diagram for explaining a configuration of an aerodynamic hybrid actuator device 1302 according to the second modification of the fourth embodiment.

図29(a)は、斜視図であり、上蓋101aを仮想的に半透明として示している。図29(b)は、図29(a)の構成を上面から見た図である。   FIG. 29A is a perspective view showing the upper lid 101a as virtually translucent. FIG. 29B is a view of the configuration of FIG. 29A as viewed from above.

電磁コイル112は、ロータ200の格納されるケース101bの外周にそって配置される。これに応じて、ロータ200内の永久磁石の着磁方向は、回転軸に垂直な方向(ロータの半径方向)とする。   The electromagnetic coil 112 is arranged along the outer periphery of the case 101b in which the rotor 200 is stored. Accordingly, the magnetization direction of the permanent magnet in the rotor 200 is set to a direction perpendicular to the rotation axis (the radial direction of the rotor).

実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300または実施の形態4の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300´、1302は、実施の形態1と同様の制御を行うことで、電磁・空気圧の両ダイレクトドライブアクチュエータのバックドライバビリティを維持しつつ、電磁力による力制御と作動流体の粘性・コンプライアンス特性とを組み合わせ、外力にやわらかく応答できる回転駆動のアクチュエータを実現することが可能である。   The aeroelectric hybrid actuator device 1300 according to the fourth embodiment or the aeroelectric hybrid actuator devices 1300 ′ and 1302 according to the modification of the fourth embodiment perform the same control as in the first embodiment, thereby While maintaining the back drivability of both direct drive actuators, it is possible to realize a rotationally driven actuator that can respond flexibly to external forces by combining force control by electromagnetic force and viscosity / compliance characteristics of the working fluid.

実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300または実施の形態4の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300´、1302は、図13や図14に示したような外骨格型ロボットの関節部分の回転運動のためのアクチュエータ装置として利用することが可能であり、「対象となる人間の筋骨格系運動の支援(アシスト)」に使用できるだけでなく、一般的な工業製品の駆動機構へ応用することも可能である。   The aerodynamic hybrid actuator device 1300 according to the fourth embodiment or the aerodynamic hybrid actuator devices 1300 ′ and 1302 according to the modification of the fourth embodiment are joint portions of the exoskeleton robot as shown in FIGS. It can be used as an actuator device for the rotational movement of humans, and can be used not only for “assisting the target human musculoskeletal movement (assist)” but also for driving mechanisms of general industrial products. It is also possible.

また、このような「対象となる人間の筋骨格系運動の支援(アシスト)」の構成は、ロボット単体としての利用も可能であり、例えばヒューマノイド型ロボットとしても応用できる。
(実施の形態5)
実施の形態4では、ロータ200は円弧状の運動をするものであった。実施の形態5では、ロータ200が連続回転する構成について、説明する。
In addition, such a configuration of “support for assisting human musculoskeletal system movement (assist)” can be used as a single robot, and can be applied as, for example, a humanoid robot.
(Embodiment 5)
In the fourth embodiment, the rotor 200 moves in an arc shape. In the fifth embodiment, a configuration in which the rotor 200 continuously rotates will be described.

図30は、実施の形態5の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1400の構成を説明するための概念図である。   FIG. 30 is a conceptual diagram for illustrating a configuration of an aerodynamic hybrid actuator device 1400 according to the fifth embodiment.

差渡しの幅が常に一定となる図形は、「定幅図形」と呼ばれる。円は典型的な定幅図形であるが、それ以外にも、定幅図形としては、有名なものに、ルーローの多角形などが知られている。   A figure in which the width of the delivery is always constant is called a “constant width figure”. A circle is a typical constant-width figure, but other than that, famous examples of constant-width figures include the Rouleau polygon.

特に、ルーローの三角形をロータの断面形状とするローターリーエンジンが、知られている。この場合、ロータは、ロータを格納するロータハウジングのトロコイド曲線に内接する3葉の内包絡線で構成される。ロータの中心にはロータベアリングを介してエキセントリックシャフトがはめられる丸い穴部があり、その縁にはサイドハウジングのギヤ部とかみ合う内歯の歯型(インターナルギヤ)が設けられている。ロータハウジングは、内側面が2ノードのペリトロコイド曲線というまゆ型である。   In particular, a rotary engine having a Rouleau triangle having a rotor cross-sectional shape is known. In this case, the rotor is constituted by a three-leaf inner envelope inscribed in the trochoid curve of the rotor housing that houses the rotor. In the center of the rotor, there is a round hole portion into which an eccentric shaft is fitted via a rotor bearing, and an inner tooth type (internal gear) that engages with a gear portion of the side housing is provided at the edge. The rotor housing has an eyebrows shape called a peritrochoidal curve having two inner surfaces.

より一般に、定幅図形の断面形状を有するロータは、そのロータの断面形状に適合する内包絡線形状のハウジング内で、常に、ハウジングの内面と接しながら滑らかに回転することが可能なことが知られている。   More generally, it is known that a rotor having a cross-sectional shape of a constant width figure can always rotate smoothly in contact with the inner surface of the housing in a housing having an inner envelope shape that matches the cross-sectional shape of the rotor. It has been.

図30においては、一例として、五角形をもとにする定幅図形の断面形状を有するロータ200を円回転させた軌道に沿ったペリトロコイド曲線を、その内面の断面形状として有するハウジング101b、および、ロータ200による駆動力を外部に伝達するための回転軸201が設けられる。   In FIG. 30, as an example, a housing 101b having a pertrochoidal curve as a cross-sectional shape of its inner surface along a trajectory obtained by circularly rotating a rotor 200 having a cross-sectional shape of a constant width figure based on a pentagon, and A rotating shaft 201 for transmitting the driving force by the rotor 200 to the outside is provided.

ロータ200の内部には、永久磁石が複数個設けられ、それぞれの永久磁石は隣接する永久磁石とは、着磁方向が逆となるように配置される。   A plurality of permanent magnets are provided in the rotor 200, and each permanent magnet is arranged so that the magnetization direction is opposite to that of the adjacent permanent magnet.

出力軸201は、偏心しているため、たとえば、上蓋101aには、出力軸が偏心して回転可能な開口が設けられ、この開口部分ではロータ200の上面側で気密をシールする構成とする。そして、クランク機構によりロータ200の回転の駆動力を外部に伝達する構成とすることができる。   Since the output shaft 201 is eccentric, for example, the upper lid 101a is provided with an opening in which the output shaft is eccentric and rotatable, and the opening portion is configured to be hermetically sealed on the upper surface side of the rotor 200. And it can be set as the structure which transmits the driving force of rotation of the rotor 200 to the exterior by a crank mechanism.

この結果、ロータ200の回転方向とは同方向に出力軸201は回転することになる。   As a result, the output shaft 201 rotates in the same direction as the rotation direction of the rotor 200.

あるいは、上述したロータリーエンジンの場合と同様に、エキセントリックシャフトにより外部に駆動力を伝達する構成とすることも可能である。   Or similarly to the case of the rotary engine mentioned above, it is also possible to make it the structure which transmits a driving force to the exterior by an eccentric shaft.

このロータ200の回転に合わせて、配管108a〜108bから、それぞれ、所定のタイミングで、所定圧力の空気を供給(給気と呼ぶ)し、あるいは、排気することで、電磁力による駆動力に加えて、空圧による駆動力も生じさせることができる。   In accordance with the rotation of the rotor 200, air of a predetermined pressure is supplied (referred to as air supply) or exhausted from the pipes 108a to 108b at a predetermined timing. Thus, a driving force by pneumatic pressure can also be generated.

たとえば、図30では、ハウジング101bの断面の第1葉に相当する内面とロータ200の外側面とは、第1接触部分で接触している。また、ハウジング101bの断面のこの第1葉に隣接する第2葉に相当する内面とロータ200の外側面とは、第2接触部分で接触している。このようにして、第1接触部分から第2接触部分に至るロータ200の外側面と、対応するハウジング101bの内面によって、空気室106aおよび106bが形成される。このような空気室の体積は、ロータ200の回転に伴って変化する。空気室106a〜106bへ/から、配管108a〜108bにより、所定のタイミングで、給気または排気が行われるように制御される。   For example, in FIG. 30, the inner surface corresponding to the first leaf in the cross section of the housing 101b and the outer surface of the rotor 200 are in contact with each other at the first contact portion. Further, the inner surface corresponding to the second leaf adjacent to the first leaf in the cross section of the housing 101b and the outer surface of the rotor 200 are in contact with each other at the second contact portion. In this way, the air chambers 106a and 106b are formed by the outer surface of the rotor 200 extending from the first contact portion to the second contact portion and the corresponding inner surface of the housing 101b. The volume of such an air chamber changes as the rotor 200 rotates. Control is performed so that air is supplied or exhausted at a predetermined timing to / from the air chambers 106a to 106b by the pipes 108a to 108b.

たとえば、図30に示した時点では、空気室106bから配管108bにより排気する(図中白矢印)タイミングで、配管108aから空気室106aへ給気する動作が行なわれる(図中黒矢印)。給排気のタイミングを制御することで、上述のとおり、電磁力による駆動力に加えて、空圧による駆動力も生じさせることができる。   For example, at the time shown in FIG. 30, the operation of supplying air from the pipe 108a to the air chamber 106a is performed at the timing of exhausting from the air chamber 106b through the pipe 108b (white arrow in the figure) (black arrow in the figure). By controlling the timing of supply / exhaust, as described above, in addition to the driving force by the electromagnetic force, the driving force by the air pressure can also be generated.

ここで、給気および排気を行う配管は、ハウジング101bの断面の他の葉にも対応して設ける構成としてもよく、図30のように、2本に限られるわけではない。   Here, the piping for supplying and exhausting air may be provided corresponding to other leaves of the cross section of the housing 101b, and is not limited to two as shown in FIG.

なお、図30では、図22などと同様に、ロータ200の格納されるハウジング101bの下段に、電磁コイルを設ける構成とする。   In addition, in FIG. 30, it is set as the structure which provides an electromagnetic coil in the lower stage of the housing 101b in which the rotor 200 is accommodated similarly to FIG.

ただし、上述した実施の形態4の変形例2のように、ロータ200の格納されるハウジング101bの外周に沿って電磁コイルが配置される構成であってもよい。この場合は、ロータ200内の永久磁石の着磁方向は、実施の形態4の変形例2と同様に、回転軸に垂直な方向となる。   However, a configuration in which the electromagnetic coil is disposed along the outer periphery of the housing 101b in which the rotor 200 is housed may be used as in the second modification of the fourth embodiment described above. In this case, the magnetization direction of the permanent magnet in the rotor 200 is a direction perpendicular to the rotation axis, as in the second modification of the fourth embodiment.

以上のような実施の形態5の構成により、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置に連続回転動作を行わせ、駆動力を外部に取り出すことが可能である。   With the configuration of the fifth embodiment as described above, it is possible to cause the aeroelectric hybrid actuator device to perform a continuous rotation operation and extract the driving force to the outside.

今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。   Embodiment disclosed this time is an illustration of the structure for implementing this invention concretely, Comprising: The technical scope of this invention is not restrict | limited. The technical scope of the present invention is shown not by the description of the embodiment but by the scope of the claims, and includes modifications within the wording and equivalent meanings of the scope of the claims. Is intended.

1 外骨格型ロボット、10 内部制御装置、11 I/F部、12 外骨格、20 外部制御装置、121 ベース、122 下半身、123 能動関節、124 検出機構、131 記録処理部、132 記憶装置、133 計測装置、100 シリンダ、101a 上蓋、101b ケース、101c 隔壁、101d ケース、101e バックヨーク材、102 開口部、106a,106b チャンバ、108a,108b 吸排気配管、110 電磁コイル部材、112a〜112l コイル、200 可動子、202a〜202d 磁性部材、201,204 出力軸、1000、1100、1200、1300 アクチュエータ装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exoskeleton type robot, 10 Internal controller, 11 I / F part, 12 Exoskeleton, 20 External controller, 121 Base, 122 Lower body, 123 Active joint, 124 Detection mechanism, 131 Recording processing part, 132 Storage device, 133 Measuring device, 100 cylinder, 101a upper lid, 101b case, 101c partition, 101d case, 101e back yoke material, 102 opening, 106a, 106b chamber, 108a, 108b intake / exhaust piping, 110 electromagnetic coil member, 112a-112l coil, 200 Movable element, 202a to 202d magnetic member, 201, 204 output shaft, 1000, 1100, 1200, 1300 actuator device.

この発明の1つの局面に従うと、アクチュエータ装置であって、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器と、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能な可動子と、可動子の駆動力を気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを備え、可動子は、第2磁力部材を有し、第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により第1磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、気密容器内の第1内面と可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、気密容器内の第2内面と可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを含み、第1チャンバと、第2チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、流体圧供給手段は、1磁力部材または第2磁力部材の励磁により可動子を相対運動させる際に同一の方向へ可動子を駆動するように流体圧の供給を制御する。
好ましくは、第1磁力部材は、電磁コイル部材を含み、第1磁力部材は、気密容器内部と第1磁力部材側との間の気密容器の隔壁を介して、気密容器内において可動子を駆動するために流体圧が供給される領域と対向している。
この発明の他の局面に従うと、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器を備え、気密容器は、軸方向に第1端部および第2端部をそれぞれ有し、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能な可動子と、可動子の駆動力を気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた電磁コイル部材である第1磁力部材とをさらに備え、第1磁力部材の可動経路に沿う長さは、可動子自身の可動経路に沿う長さよりも長く、可動子は、第2磁力部材を有し、第1磁力部材の励磁により第1磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、第1端部の気密容器内面と可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、第2端部の気密容器内面と可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを有し、第1磁力部材は、第1および第2チャンバの領域と気密容器の側壁を介して対向する位置に設けられ、第1チャンバと、第2チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、流体圧供給手段は、第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により可動子を相対運動させる際に同一の方向へ可動子を駆動するように流体圧の供給を制御する。
According to one aspect of the present invention, an actuator device is an airtight container configured to be able to apply fluid pressure from the outside to the inside, and is housed in the airtight container, and slides in the airtight container according to the fluid pressure. A movable member including a movable member, a driving member for transmitting the driving force of the movable member to the outside of the hermetic container, and a first magnetic member provided outside the hermetic container along a movable path of the movable member. The child has a second magnetic member and moves relative to the first magnetic member by excitation of the first magnetic member or the second magnetic member. The hermetic container has a first inner surface in the hermetic container and one of the movable elements. A first chamber that is a space between the side surface and a second chamber that is a space between the second inner surface of the hermetic container and the other side surface of the mover, and the first chamber and the second chamber Each further comprising fluid pressure supply means for supplying fluid pressure, Body pressure supply unit controls the supply of fluid pressure to the excitation of the first magnetic member and the second magnetic member to drive the movable element in the same direction when moved relative to the movable element.
Preferably, the first magnetic member includes an electromagnetic coil member, and the first magnetic member drives the mover in the hermetic container via the partition of the hermetic container between the inside of the hermetic container and the first magnetic member. In order to do so, it is opposed to a region where fluid pressure is supplied.
According to another aspect of the present invention, an airtight container configured to be able to apply fluid pressure from the outside to the inside is provided, and the airtight container has a first end and a second end in the axial direction. A movable element housed in the hermetic container and slidable in accordance with the fluid pressure in the hermetic container; a drive member for transmitting the driving force of the movable element to the outside of the hermetic container; A first magnetic member that is an electromagnetic coil member provided outside the container, and the length along the movable path of the first magnetic member is longer than the length along the movable path of the movable element itself. And the second magnetic member is moved relative to the first magnetic member by excitation of the first magnetic member, and the hermetic container is a space between the inner surface of the hermetic container at the first end and one side surface of the mover. Between the first chamber and the inner surface of the hermetic container at the second end and the other side of the mover A first chamber is a space, and the first magnetic member is provided at a position facing the first and second chamber regions through the side wall of the hermetic container, and the first chamber and the second chamber The fluid pressure supply means further supplies fluid pressure, and the fluid pressure supply means drives the mover in the same direction when the mover is relatively moved by excitation of the first magnetic member or the second magnetic member. To control the supply of fluid pressure.

好ましくは、流体は、水または油のいずれかである。
好ましくは、可動子は、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能なピストン部と、気密容器の内面との間に所定の隙間を空けて設けられてピストン部と結合し、第2磁力部材を有する磁力部材部と、を含む。
Preferably the fluid is either water or oil.
Preferably, the mover is provided with a predetermined gap between the piston portion slidable in accordance with the fluid pressure in the hermetic container and the inner surface of the hermetic container, and is coupled to the piston portion, so that the second magnetic force A magnetic member having a member.

この発明の他の局面にしたがうと、対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、アシスト対象となる関節ごとに設けられ、関節の運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、アクチュエータ装置は、第1端部および第2端部を有するシリンダと、シリンダ外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材と、シリンダ内に格納され、シリンダ内をピストンとして摺動可能な可動子とを含み、可動子は、磁力部材を有し、電磁コイル部材の励磁により電磁コイル部材に対して相対運動し、シリンダの第1端部と可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、シリンダの第2端部と可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとに、それぞれ、流体を供給する流体供給手段をさらに含み、アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、駆動手段は、電磁コイル部材の励磁により可動子を相対運動させる際に、流体供給手段により同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給を制御する。
好ましくは、電磁コイル部材は、気密容器内部と電磁コイル部材側との間の気密容器の隔壁を介して、気密容器内において可動子を駆動するために流体圧が供給される領域と対向している。
According to another aspect of the present invention, there is provided a power assist device for assisting human musculoskeletal motion as a target, provided for each joint to be assisted, and having a power to assist joint motion. An actuator device for generating the actuator device. The actuator device includes a cylinder having a first end and a second end, an electromagnetic coil member provided on the outer periphery of the cylinder over a predetermined width, and stored in the cylinder. A movable member having a magnetic force member, and moving relative to the electromagnetic coil member by excitation of the electromagnetic coil member, and the first end of the cylinder and one end of the movable member. fluid pressure supplied to the second chamber, respectively, the fluid is a space between the first chamber is a space, the second end portion and the other end of the movable element of the cylinder between the Further comprising a feed means, further comprising a drive means for driving the actuator device, the drive means, when relatively moving the movable element by excitation of the electromagnetic coil member to drive the movable element in the same direction by the fluid pressure supply means To control the fluid supply.
Preferably, the electromagnetic coil member is opposed to a region to which fluid pressure is supplied in order to drive the mover in the hermetic container via a partition wall of the hermetic container between the inside of the hermetic container and the electromagnetic coil member side. Yes.

この発明のさらに他の局面にしたがうと、対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、アシスト対象となる関節ごとに設けられ、関節の回転運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、アクチュエータ装置は、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された円筒形状の気密容器と、気密容器内で発生する駆動力を気密容器の外部に伝達する出力軸と、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能で気密容器内を出力軸と一体となって回転する可動子と、気密容器内で、出力軸から円筒の内周にまで延在する隔壁と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを含み、可動子は、第2磁力部材を有し、第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により第1磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、気密容器内の隔壁の一方面と可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、隔壁の他方面と可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとを有し、アクチュエータ装置は、第1チャンバと、第2チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに含み、アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、駆動手段は、励磁により可動子を相対運動させる際に、流体供給手段により同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給を制御する。
好ましくは、第1磁力部材は、電磁コイル部材を含み、電磁コイル部材は、気密容器内部と電磁コイル部材側との間の気密容器の隔壁を介して、気密容器内において可動子を駆動するために流体圧が供給される領域と対向している。

According to still another aspect of the present invention, a power assist device for assisting a target human musculoskeletal motion, which is provided for each joint to be assisted and assists the rotational motion of the joint. An actuator device for generating a force is provided. The actuator device transmits a fluid pressure to a cylindrical airtight container that can be applied from the outside to the inside, and a driving force generated in the airtight container is transmitted to the outside of the airtight container. An output shaft that is housed in the hermetic container, is slidable in accordance with the fluid pressure in the hermetic container, and rotates in the hermetic container integrally with the output shaft, and in the hermetic container, from the output shaft A partition extending to the inner periphery of the cylinder, and a first magnetic member provided outside the hermetic container along the movable path of the mover, the mover having a second magnetic member, Magnetic member or second The airtight container moves relative to the first magnetic member by excitation of the magnetic member, and the airtight container has a first chamber that is a space between one surface of the partition wall in the airtight container and one end of the movable element, and the other surface of the partition wall. And a second chamber which is a space between the other end of the movable element, and the actuator device further includes fluid pressure supply means for supplying fluid pressure to the first chamber and the second chamber, respectively. The driving device further includes a driving unit that drives the actuator device, and the driving unit controls the supply of fluid so that the moving unit is driven in the same direction by the fluid pressure supply unit when the moving unit is relatively moved by excitation.
Preferably, the first magnetic member includes an electromagnetic coil member, and the electromagnetic coil member drives the mover in the hermetic container via a partition wall of the hermetic container between the inside of the hermetic container and the electromagnetic coil member side. It faces the area where the fluid pressure is supplied to.

Claims (20)

流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器と、
前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能な可動子と、
前記可動子の駆動力を前記気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、
前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを備え、
前記可動子は、第2磁力部材を有し、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記第1磁力部材に対して相対運動し、
前記気密容器は、前記気密容器内の第1内面と前記可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、前記気密容器内の第2内面と前記可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを含み、
前記第1チャンバと、前記第2チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、
前記流体圧供給手段は、前記1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体圧の供給を制御する、アクチュエータ装置。
An airtight container configured to be able to apply fluid pressure from the outside to the inside;
A mover stored in the hermetic container and slidable in the hermetic container according to the fluid pressure;
A driving member for transmitting the driving force of the mover to the outside of the airtight container;
A first magnetic member provided outside the hermetic container along the movable path of the mover,
The mover has a second magnetic member, and moves relative to the first magnetic member by excitation of the first magnetic member or the second magnetic member,
The airtight container includes a first chamber that is a space between the first inner surface in the airtight container and one side surface of the mover, and a second inner surface in the airtight container and the other side surface of the mover. A second chamber that is a space of
Fluid pressure supply means for supplying the fluid pressure to the first chamber and the second chamber, respectively.
The fluid pressure supply means controls the supply of the fluid pressure so as to drive the mover in the same direction when the mover is relatively moved by excitation of the first magnetic member or the second magnetic member. apparatus.
前記気密容器は、軸方向に第1端部および第2端部をそれぞれ有するシリンダであり、
前記第1および第2内面は、それぞれ、前記第1および前記第2端部のシリンダ内面であり、
前記可動子は、前記シリンダ内を摺動可能なピストンを含み、
前記駆動部材は、前記ピストンの往復運動を前記シリンダの外部に伝達する、請求項1記載のアクチュエータ装置。
The airtight container is a cylinder having a first end and a second end in the axial direction,
The first and second inner surfaces are cylinder inner surfaces of the first and second ends, respectively.
The mover includes a piston that can slide in the cylinder,
The actuator device according to claim 1, wherein the drive member transmits a reciprocating motion of the piston to the outside of the cylinder.
前記第1磁力部材は、前記シリンダ外周に設けられた電磁コイル部材であり、
前記可動子の相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項2記載のアクチュエータ装置。
The first magnetic member is an electromagnetic coil member provided on the outer periphery of the cylinder,
The actuator device according to claim 2, wherein the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the mover.
前記電磁コイル部材は、前記シリンダ外周に前記所定幅にわたって設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、複数個の永久磁石を含み、前記複数の永久磁石間には、軟磁性材料が設けられ、
前記永久磁石は、それぞれの極性が前記軸方向に交互に逆極性となるように配置される、請求項3記載のアクチュエータ装置。
The electromagnetic coil member has a plurality of coils that are provided on the outer periphery of the cylinder over the predetermined width and are independently excited,
The second magnetic member includes a plurality of permanent magnets, and a soft magnetic material is provided between the plurality of permanent magnets,
The actuator device according to claim 3, wherein the permanent magnets are arranged so that their polarities are alternately reversed in the axial direction.
前記流体供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、流体圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力により発生する力が、流体圧による発生力を補うように制御する、請求項3または4記載のアクチュエータ装置。
A controller for controlling excitation of the fluid supply means and the plurality of coils;
5. The control unit controls the force generated by the electromagnetic force to compensate for the generated force due to the fluid pressure during a period until the generated force due to the fluid pressure reaches a desired driving force. Actuator device.
前記流体供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、定常状態となった後には、制御目標からの偏差を補償するように、前記コイルの励磁を制御する、請求項3または4記載のアクチュエータ装置。
A controller for controlling excitation of the fluid supply means and the plurality of coils;
The actuator device according to claim 3, wherein the control unit controls excitation of the coil so as to compensate for a deviation from a control target after the steady state is achieved.
前記流体は、気体である、請求項3〜6のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 3, wherein the fluid is a gas. 前記流体は、水または油のいずれかである、請求項3〜6のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 3, wherein the fluid is water or oil. 前記シリンダは、湾曲した形状を有する、請求項1記載のアクチュエータ装置。   The actuator device according to claim 1, wherein the cylinder has a curved shape. 前記シリンダおよび前記第1磁力部材を覆うように設けられた外筒部をさらに備え、
前記外筒部は、
前記外筒部と前記シリンダとで囲まれる流体伝達路に、所定の流体圧の流体を供給するための吸入孔と、
前記流体伝達路から前記所定の流体圧の流体を、同種のアクチュエータ装置の前記吸入孔に供給するための排出孔とを含み、
前記流体伝達路の流体を選択的に流入させて、前記流体圧を前記第1チャンバに供給し、前記第1チャンバ内の前記流体を選択的に排出するための第1の制御弁部と、
前記流体伝達路の流体を選択的に流入させて、前記流体圧を前記第2チャンバに供給し、前記第2チャンバ内の前記流体を選択的に排出するための第2の制御弁部とをさらに備え、
前記流体圧供給手段は、前記第1および第2の制御弁部を制御することにより、前記第1チャンバおよび前記第2チャンバへの前記流体圧の供給を制御する、請求項1記載のアクチュエータ装置。
An outer cylinder provided to cover the cylinder and the first magnetic member;
The outer cylinder part is
A suction hole for supplying a fluid having a predetermined fluid pressure to a fluid transmission path surrounded by the outer cylinder portion and the cylinder;
A discharge hole for supplying the fluid of the predetermined fluid pressure from the fluid transmission path to the suction hole of the same kind of actuator device;
A first control valve portion for selectively inflowing fluid in the fluid transmission path, supplying the fluid pressure to the first chamber, and selectively discharging the fluid in the first chamber;
A second control valve section for selectively injecting fluid in the fluid transmission path, supplying the fluid pressure to the second chamber, and selectively discharging the fluid in the second chamber; In addition,
2. The actuator device according to claim 1, wherein the fluid pressure supply unit controls supply of the fluid pressure to the first chamber and the second chamber by controlling the first and second control valve portions. 3. .
前記気密容器は、気密状態を維持可能な円筒であり、
前記駆動部材は、前記可動子の回転運動を前記円筒の外部に伝達する出力軸であり、
前記可動子は、前記円筒内を前記出力軸と一体となって回転するロータであり、
前記円筒内には、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁が設けられ、
前記第1および第2内面は、それぞれ、前記隔壁の一方面および他方面である、請求項1記載のアクチュエータ装置。
The airtight container is a cylinder capable of maintaining an airtight state,
The drive member is an output shaft that transmits the rotational movement of the mover to the outside of the cylinder,
The mover is a rotor that rotates integrally with the output shaft in the cylinder,
In the cylinder, a partition wall extending from the output shaft to the inner periphery of the cylinder is provided,
The actuator device according to claim 1, wherein the first and second inner surfaces are one surface and the other surface of the partition wall, respectively.
前記第1磁力部材は、前記円筒の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、
前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項11記載のアクチュエータ装置。
The first magnetic member is an electromagnetic coil member provided on the bottom surface side of the cylinder,
The actuator device according to claim 11, wherein the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the rotor.
前記電磁コイル部材は、前記円筒の底面側に円周方向に設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の方向であって交互に逆極性となるように配置される、請求項12記載のアクチュエータ装置。
The electromagnetic coil member is provided in a circumferential direction on the bottom surface side of the cylinder, and has a plurality of coils that are excited independently.
The second magnetic member includes a plurality of fan-shaped permanent magnets disposed adjacent to each other in the rotor,
The actuator device according to claim 12, wherein the permanent magnets are arranged so that respective polarities adjacent to each other are in the direction of the output shaft and alternately have opposite polarities.
前記第1磁力部材は、前記円筒の外周に沿って設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の法線方向で交互に逆極性となるように配置される、請求項11記載のアクチュエータ装置。
The first magnetic member is provided along the outer periphery of the cylinder and has a plurality of coils that are independently excited,
The second magnetic member includes a plurality of fan-shaped permanent magnets disposed adjacent to each other in the rotor,
The actuator device according to claim 11, wherein the permanent magnets are arranged such that respective polarities adjacent to each other are alternately opposite in the normal direction of the output shaft.
請求項1記載のアクチュエータ装置を用いて骨格を駆動する、ヒューマノイド型ロボット。   A humanoid robot that drives a skeleton using the actuator device according to claim 1. 前記可動子は、前記気密容器内を連続的に回転するロータであって、前記ロータの回転軸に垂直な断面は、複数個の頂点を有する定幅図形であり、
前記気密容器は、気密状態を維持可能な筒状形状であり、前記筒状形状の内面は、前記定幅図形が接しながら回転可能な形状を有し、
前記駆動部材は、前記可動子の連続的な回転運動を前記気密容器の外部に伝達する出力軸であり、
前記第1側面は、前記ロータの側面のうち、前記ロータと前記気密容器内面とが接触する第1接触部分から、前記第1接触部分に隣接する第2接触部分にいたる前記ロータの側面であり、
前記第2側面は、前記ロータの側面のうち、前記ロータと前記気密容器内面とが接触する第3接触部分から、前記第3接触部分に隣接する第4接触部分にいたる前記ロータの側面であって、前記第1側面とは異なる側面である、請求項1記載のアクチュエータ装置。
The mover is a rotor that continuously rotates in the hermetic container, and a cross section perpendicular to the rotation axis of the rotor is a constant width figure having a plurality of vertices,
The airtight container has a cylindrical shape capable of maintaining an airtight state, and the inner surface of the cylindrical shape has a shape that can rotate while contacting with the constant width figure,
The drive member is an output shaft that transmits a continuous rotational motion of the mover to the outside of the airtight container,
The first side surface is a side surface of the rotor that extends from a first contact portion where the rotor contacts the inner surface of the hermetic container to a second contact portion adjacent to the first contact portion, of the side surfaces of the rotor. ,
The second side surface is a side surface of the rotor from a third contact portion where the rotor contacts the inner surface of the airtight container to a fourth contact portion adjacent to the third contact portion. The actuator device according to claim 1, wherein the actuator device is a side surface different from the first side surface.
前記第1磁力部材は、前記気密容器の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、
前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項16記載のアクチュエータ装置。
The first magnetic member is an electromagnetic coil member provided on the bottom side of the hermetic container,
The actuator device according to claim 16, wherein the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the rotor.
前記第1磁力部材は、前記気密容器の外周に沿って設けられた電磁コイル部材であり、
前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項16記載のアクチュエータ装置。
The first magnetic member is an electromagnetic coil member provided along the outer periphery of the hermetic container,
The actuator device according to claim 16, wherein the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the rotor.
対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
第1端部および第2端部を有するシリンダと、
前記シリンダ外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材と、
前記シリンダ内に格納され、前記シリンダ内をピストンとして摺動可能な可動子とを含み、
前記可動子は、磁力部材を有し、前記電磁コイル部材の励磁により前記電磁コイル部材に対して相対運動し、
前記シリンダの前記第1端部と前記可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、前記シリンダの前記第2端部と前記可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとに、それぞれ、流体を供給する流体供給手段をさらに含み、
前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記電磁コイル部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に、前記流体供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。
A power assist device for assisting a target human musculoskeletal movement,
Provided for each joint to be assisted, comprising an actuator device for generating a force to assist the movement of the joint,
The actuator device includes:
A cylinder having a first end and a second end;
An electromagnetic coil member provided on the outer periphery of the cylinder over a predetermined width;
A movable element stored in the cylinder and slidable as a piston in the cylinder;
The mover has a magnetic member, and moves relative to the electromagnetic coil member by excitation of the electromagnetic coil member,
A first chamber that is a space between the first end portion of the cylinder and one end of the mover; and a space that is a space between the second end portion of the cylinder and the other end of the mover. Each further comprising fluid supply means for supplying fluid to the two chambers,
Drive means for driving the actuator device;
The drive means controls the supply of the fluid so as to drive the mover in the same direction by the fluid supply means when the mover is relatively moved by excitation of the electromagnetic coil member. .
対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の回転運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
流体圧を外部から内部に印加可能に構成された円筒形状の気密容器と、
前記気密容器内で発生する駆動力を前記気密容器の外部に伝達する出力軸と、
前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能で前記気密容器内を前記出力軸と一体となって回転する可動子と、
前記気密容器内で、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁と、
前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを含み、
前記可動子は、第2磁力部材を有し、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記第1磁力部材に対して相対運動し、
前記気密容器は、前記気密容器内の前記隔壁の一方面と前記可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、前記隔壁の他方面と前記可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとを有し、
前記アクチュエータ装置は、前記第1チャンバと、前記第2チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに含み、
前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記励磁により前記可動子を相対運動させる際に、前記流体供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。
A power assist device for assisting a target human musculoskeletal movement,
An actuator device is provided for each joint to be assisted, and generates a force for assisting the rotational motion of the joint,
The actuator device includes:
A cylindrical airtight container configured to be able to apply fluid pressure from the outside to the inside;
An output shaft for transmitting a driving force generated in the hermetic container to the outside of the hermetic container;
A mover stored in the hermetic container, slidable in accordance with the fluid pressure in the hermetic container and rotating integrally with the output shaft in the hermetic container;
In the airtight container, a partition wall extending from the output shaft to the inner periphery of the cylinder;
A first magnetic member provided outside the hermetic container along the movable path of the mover,
The mover has a second magnetic member, and moves relative to the first magnetic member by excitation of the first magnetic member or the second magnetic member,
The airtight container includes a first chamber that is a space between one surface of the partition and the one end of the mover in the airtight container, and between the other surface of the partition and the other end of the mover. A second chamber that is a space,
The actuator device further includes fluid pressure supply means for supplying the fluid pressure to the first chamber and the second chamber,
Drive means for driving the actuator device;
The driving means controls the supply of the fluid so as to drive the movable element in the same direction by the fluid supply means when the movable element is relatively moved by the excitation.
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