CN113692494A - 流体压驱动器和检测单元 - Google Patents
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Abstract
流体压驱动器(10)包括：驱动器主体部(100)，其形状根据圆筒状的管的膨胀或收缩而变化，该管根据流体的压力而膨胀和收缩；以及检测单元(500)，其检测驱动器主体部(100)的沿着管的长度方向的长度L。
Description
技术领域
本发明涉及流体压驱动器，具体而言，涉及所谓的麦吉本型的流体压驱动器和检测单元。
背景技术
以往，作为使用气体或液体来使管膨胀和收缩的流体压驱动器，广泛使用具有通过气压(或液压)而膨胀、收缩的橡胶制的管和覆盖管的外周面的套筒的构造(所谓的麦吉本型)。
套筒是编入聚酰胺纤维等高张力纤维而得到的筒状的构造体，将管的膨胀运动限制于预定范围(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2017/010304号
发明内容
另外，近年，正在推进Internet of Things(IoT)，为了与IoT连接，期望连接的设备具有各种传感功能。
例如，在麦吉本型的流体压驱动器的情况下，驱动器主体部根据管的膨胀和收缩而伸缩，因此优选具有能够检测驱动器主体部的长度的传感器。
作为简易的方法，可以考虑基于向流体压驱动器供给的流体的压力来实时地估算驱动器主体部的长度。然而，在麦吉本型的流体压驱动器的情况下，驱动器主体部的长度可能根据施加于流体压驱动器的载荷的大小而不同，因此难以根据该流体的压力来准确地检测(估算)驱动器主体部的长度。
于是，本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于，提供能够准确且实时地检测驱动器主体部的长度的流体压驱动器和检测单元。
本发明的一方案是一种流体压驱动器(例如，流体压驱动器10)，其中，该流体压驱动器包括：驱动器主体部(驱动器主体部100)，其包含根据流体的压力而膨胀和收缩的圆筒状的管(管110)，形状根据所述管的膨胀或收缩而变化；以及检测单元(检测单元500)，其检测所述驱动器主体部的沿着所述管的长度方向的长度(长度L)。
本发明的一方案是一种与流体压驱动器(例如，流体压驱动器10)连接的检测单元(检测单元500)，其中，所述流体压驱动器包括驱动器主体部(驱动器主体部100)，该驱动器主体部包含根据流体的压力而膨胀和收缩的圆筒状的管(管110)，形状根据所述管的膨胀或收缩而变化，所述检测单元检测所述驱动器主体部的沿着所述管的长度方向的长度(长度L)。
附图说明
图1是包含检测单元500的流体压驱动器10的侧部外观图。
图2是流体压驱动器10的侧视图。
图3是驱动器主体部100的分解立体图。
图4是检测流体压驱动器10的长度的检测单元500的功能块结构图。
图5是表示由检测单元500进行的驱动器主体部100的长度L的估算动作流程的图。
图6是表示驱动器主体部100的收缩率(％)与管110的电阻值(MΩ)的关系的图表。
图7A是示意性地表示管110(驱动器主体部100未收缩的状态)所包含的碳颗粒的分散状态的图。
图7B是示意性地表示管110(驱动器主体部100收缩的状态)所包含的碳颗粒的分散状态的图。
图8是变更例的流体压驱动器10A的侧视图。
图9是另一变更例的流体压驱动器10B的侧视图。
具体实施方式
以下，基于附图，说明实施方式。此外，对相同的功能、结构标注相同或类似的附图标记，适当省略其说明。
(1)流体压驱动器和检测单元的整体概略结构
图1是本实施方式的包含检测单元500的流体压驱动器10的侧部外观图。如图1所示，流体压驱动器10是利用流体压的驱动器，包括沿着轴向DAX(参照图2)伸缩的驱动器主体部100。
流体压驱动器10具有两个连结部20。在连结部20连结有由流体压驱动器10操作的操作对象的构件25。例如，在连结部20连结有构成人形的机器人的肢体(上肢、下肢等)的构件。
在流体压驱动器10连接有软管180。软管180的另一端部连接于供给流体(气体或液体)的压缩机等供给装置(未图示)。流体经由软管180而相对于驱动器主体部100的内部流入和流出。
另外，在流体压驱动器10使用引线515而连接有检测单元500。检测单元500检测流体压驱动器10的沿着轴向DAX(长度方向)的长度。
具体而言，检测单元500检测驱动器主体部100的沿着轴向DAX(长度方向)的长度。
(2)流体压驱动器的结构
图2是流体压驱动器10的侧视图。如图2所示，流体压驱动器10包括驱动器主体部100、封闭机构200以及封闭机构300。另外，在流体压驱动器10的两端分别设有连结部20。
驱动器主体部100由管110和套筒120构成。流体经由配件400和通过孔410而向驱动器主体部100流入。
驱动器主体部100通过流体向管110内流入而在驱动器主体部100的轴向DAX上收缩并在径向DR上膨胀。另外，驱动器主体部100通过流体自管110流出而在驱动器主体部100的轴向DAX上膨胀并在径向DR上收缩。通过这样的驱动器主体部100的形状变化，流体压驱动器10发挥作为驱动器的功能。
流体压驱动器10的驱动所使用的流体可以是空气等气体或水、矿物油等液体中的任一者，特别是，流体压驱动器10具有连对驱动器主体部100施加较高的压力的液压驱动也能够承受的较高的耐久性。
另外，这样的流体压驱动器10是所谓的麦吉本型，当然能够适用为人工肌肉用，也能够适用为要求更高的能力(收缩力)的机器人的肢体(上肢、下肢等)用。在连结部20连结有构成该肢体的构件等。
封闭机构200和封闭机构300封闭驱动器主体部100的轴向DAX上的两端部。具体而言，封闭机构200包含封闭构件210和铆接构件230。封闭构件210封闭驱动器主体部100的轴向DAX的端部。另外，铆接构件230将驱动器主体部100和封闭构件210一起铆接。在铆接构件230的外周面形成有压痕231，该压痕231是铆接构件230由夹具进行铆接而得到的痕。
作为封闭构件210，能够适当使用不锈钢等金属，但不限定于这样的金属，也可以使用硬质塑料材料等。
另外，作为铆接构件230，能够使用铝合金、黄铜以及铁等金属。
封闭机构200与封闭机构300的不同点为是否设有配件400(和通过孔410)。
配件400突出以安装与流体压驱动器10的驱动压力源，具体而言是气体、液体的供给装置连接的软管180。经由配件400而流入的流体通过通过孔410而向驱动器主体部100的内部，具体而言是管110的内部流入。
图3是驱动器主体部100的分解立体图。如上所述，驱动器主体部100由管110和套筒120构成。
即，驱动器主体部100包含管110，形状根据管110的膨胀或收缩而变化。
管110是根据流体的压力而膨胀和收缩的圆筒状的筒状体。管110由丁基橡胶等弹性材料构成以反复进行由流体引起的收缩和膨胀。另外，在将流体压驱动器10设为液压驱动的情况下，优选采用从由耐液压性较高的NBR(丁腈橡胶)或氢化NBR、氯丁二烯橡胶以及氯醚橡胶组成的组中选择的至少一种。
另外，在本实施方式中，管110由包含导电性的材料(也可以被称为填料)的橡胶构件形成。例如，管110能够由包含碳颗粒的橡胶构件形成。
套筒120为圆筒状，覆盖管110的外周面。套筒120是编入取向于预定方向的纤维帘线而得到的具有伸缩性的构造体，通过取向的帘线交叉而重复得到菱形的形状。套筒120具有这样的形状，从而缩放变形，限制并跟随管110的收缩和膨胀。
作为构成套筒120的帘线，优选使用芳香族聚酰胺(芳纶纤维)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的纤维帘线。不过，不限定于这样的种类的纤维帘线，例如，也可以是PBO纤维(聚对苯撑苯并二噁唑)等高强度纤维的帘线。
(3)检测单元的功能块结构
图4是检测流体压驱动器10的长度的检测单元500的功能块结构图。
如上所述，检测单元500检测根据流体的向驱动器主体部100的流入和该流体的自驱动器主体部100的流出而变化的流体压驱动器10的长度。
具体而言，检测单元500检测驱动器主体部100的沿着构成驱动器主体部100的管110(参照图2和图3)的长度方向(轴向DAX)的长度L。
检测单元500包括测定部510和长度估算部520。
测定部510测定管110的电特性。因此，检测单元500与驱动器主体部100的长度方向(轴向DAX)上的管110的两端部分电连接。具体而言，管110的两端部分和检测单元500由引线515连接。
测定部510测定管110的电阻。具体而言，测定部510测定由引线515连接的管110的长度方向(轴向DAX)上的端部间的电阻的值(单位：MΩ等)。
长度估算部520基于由测定部510测定出的电特性来估算驱动器主体部100的长度L。
具体而言，长度估算部520基于管110的长度方向(轴向DAX)上的端部间的电阻的值来估算长度L。
更具体而言，长度估算部520根据随着由测定部510测定出的电阻变低而长度L变短而进行估算。
长度估算部520使用表示驱动器主体部100(管110)的长度L与管110的长度方向(轴向DAX)上的端部间的电阻的值的关系的数学式(或表格)来估算长度L。关于长度L的估算例，之后进一步说明。
此外，在图4中，流体压驱动器10和检测单元500被表示为分体，但检测单元500也可以设为组装于流体压驱动器10那样的形态或内置于流体压驱动器10那样的形态。另外，优选的是，检测单元500与IoT等通信网络连接。
(4)流体压驱动器和检测单元的动作
接着，说明流体压驱动器10和检测单元500的动作。具体而言，说明随着驱动器主体部100的伸缩而进行的驱动器主体部100的长度L的估算动作。
图5表示由检测单元500进行的驱动器主体部100的长度L的估算动作流程。
如图5所示，为了使流体压驱动器10工作，使流体向流体压驱动器10流入或使流体自流体压驱动器10流出(S10)。
检测单元500测定管110的电阻(S20)。具体而言，如上所述，检测单元500测定管110的长度方向(轴向DAX)上的端部间的电阻的值。
检测单元500基于测定出的电阻的值来估算流体压驱动器10的长度，具体而言是驱动器主体部100的长度L(S30)。
检测单元500以预定的周期(例如，0.1秒～1秒左右)反复进行S20和S30的处理。
图6是表示驱动器主体部100的收缩率(％)与管110的电阻值(MΩ)的关系的图表。如图6所示，收缩率和电阻值为二次相关系数(R2＝0.9423)。
驱动器主体部100的收缩率(％)表示以流体未向驱动器主体部100流入即驱动器主体部100未收缩的状态下的长度L为基准(0.0％)的驱动器主体部100(具体而言是管110)的收缩的程度。
此外，包含负的收缩率的理由是存在如下情况：由于与流体压驱动器10的连结部20连结的构件25的载荷，与驱动器主体部100未收缩的状态下的长度L相比，驱动器主体部100拉伸。
检测单元500使用能够导出图6的图表所示那样的能够判定驱动器主体部100的长度L的参数与驱动器主体部100(管110)电阻值的关系的数学式或表格等来估算长度L。
图7A和图7B是示意性地表示管110所包含的碳颗粒的分散状态的图。
具体而言，图7A表示驱动器主体部100未收缩的状态(图6所示的收缩率为0.0％的状态)下的碳颗粒111的分散状态。
图7B表示驱动器主体部100收缩的状态下的碳颗粒111的分散状态。
如图6所示，当驱动器主体部100的收缩率变高时，驱动器主体部100(管110)电阻值变低。此处，若流体向驱动器主体部100流入而驱动器主体部100收缩，则当管110在被套筒120限制的预定范围内在轴向DAX上膨胀时，管110的厚度变薄，从而管110所包含的碳颗粒111间的距离R变窄(参照图7B)。
具体而言，在驱动器主体部100收缩时，管110扩张，因此管110的膜厚变薄。其结果，碳颗粒111的膜厚方向上的尺寸(即，距离R)变窄，碳颗粒111(填料)靠近。
即，若驱动器主体部100的收缩率变高，长度L变短，则碳颗粒111间的距离R变窄，因此管110的导电率增大，换言之，管110的电阻值降低。
(5)作用、效果
根据上述的实施方式，能够得到以下的作用效果。具体而言，流体压驱动器10的检测单元500检测形状根据管110的膨胀或收缩而变化的驱动器主体部100的长度L。
因此，即使在驱动器主体部100的长度L可能根据施加于流体压驱动器10的载荷(构件25)的大小而不同的麦吉本型的流体压驱动器10的情况下，也能够准确且实时地检测长度L。
另外，根据流体压驱动器10，也可以预期以下这样的作用和效果。具体而言，控制时的响应性提高。根据流体压驱动器10，并非在利用外部的传感器(检测单元)进行检测并利用运算装置(CPU)对该检测结果进行运算之后进行反馈控制的形态，而是驱动器主体部100能够检测长度L，因此控制时的反应速度提高。
另外，若搭载分体的传感器，则部件数量变多，故障概率变高，但根据流体压驱动器10，能够抑制故障概率，能够期待稳定的动作。
在本实施方式中，检测单元500包含测定管110的电特性的测定部510和基于测定出的电特性来估算长度L的长度估算部520。
具体而言，测定部510测定管110的电阻，长度估算部520根据随着测定出的电阻变低而长度L变短而进行估算。
即，如图7A和图7B所示，当驱动器主体部100收缩时，管110所包含的碳颗粒111间的距离R变窄，因此管110的电阻变低。长度估算部520利用这样的现象来估算长度L。
另外，根据流体压驱动器10，与后述的变更例的流体压驱动器相比，能够将管110自身利用于长度L的检测，因此结构简单。另外，由于不需要在驱动器主体部100中内置长度L的检测单元，因此轻量且廉价。
特别是，对于流体压驱动器10而言，若考虑到也存在安装于人体的情况，则期望尽量轻量，但根据流体压驱动器10，也容易满足这样的轻量化的要求。
在本实施方式中，管110由包含导电性的材料(碳颗粒111)的橡胶构件形成。因此，能够更准确地估算驱动器主体部100的长度L。
在本实施方式中，套筒120是编入取向于预定方向的纤维帘线而得到的具有伸缩性的构造体，覆盖管110的外周面。因此，套筒120限制并跟随管110的收缩和膨胀，因此管110在被套筒120限制的预定范围内变形。因此，管110即驱动器主体部100的变形范围被限制，因此能够更准确地测定长度L。
(6)其他实施方式
以上，基于实施例而说明了本发明的内容，但本发明不限定于上述的记载，对于本领域技术人员而言，能够进行各种变形和改进是显而易见的。
例如，上述的流体压驱动器10也可以如以下这样变更。图8是变更例的流体压驱动器10A的侧视图。
如图8所示，流体压驱动器10A内置检测单元500A。检测单元500A包含激光收发部530和反射部540。
激光收发部530朝向反射部540照射激光，基于直到由反射部540反射的激光返回为止的时间来估算驱动器主体部100的长度L。
图9是另一变更例的流体压驱动器10B的侧视图。如图9所示，流体压驱动器10B内置检测单元500B。检测单元500B包含超声波收发部550和反射部560。
超声波收发部550朝向反射部560发送超声波信号，基于直到由反射部560反射的超声波信号返回为止的时间来估算驱动器主体部100的长度L。
另外，在上述的实施方式中，检测单元500测定管110的电阻，但也可以测定电阻以外的电特性来估算长度L。例如，检测单元500也可以测定管110的静电电容并基于测定出的静电电容来估算长度L。
另外，对于导电性的材料而言，即，在由导电橡胶形成管110的情况下，不限定于上述那样的碳颗粒111，也可以使用混合金属粉末的天然橡胶或合成橡胶。
如上所述，记载了本发明的实施方式，但不应理解为构成本公开的一部分的论述和附图限定本发明。根据本公开，本领域技术人员可以明确各种代替实施方式、实施例以及应用技术。
附图标记说明
10、10A、10B、流体压驱动器；20、连结部；25、构件；100、驱动器主体部；110、管；111、碳颗粒；120、套筒；180、软管；200、封闭机构；210、封闭构件；230、铆接构件；231、压痕；300、封闭机构；400、配件；410、通过孔；500、500A、500B、检测单元；510、测定部；515、引线；520、长度估算部；530、激光收发部；540、反射部；550、超声波收发部；560、反射部。
Claims (6)
1.一种流体压驱动器，其中，
该流体压驱动器包括：
驱动器主体部，其包含根据流体的压力而膨胀和收缩的圆筒状的管，形状根据所述管的膨胀或收缩而变化；以及
检测单元，其检测所述驱动器主体部的沿着所述管的长度方向的长度。
2.根据权利要求1所述的流体压驱动器，其中，
所述检测单元包含：
测定部，其测定所述管的电特性；以及
长度估算部，其基于由所述测定部测定出的所述电特性来估算所述长度。
3.根据权利要求2所述的流体压驱动器，其中，
所述测定部测定所述管的电阻，
所述长度估算部根据随着由所述测定部测定出的所述电阻变低而所述长度变短而进行估算。
4.根据权利要求2或3所述的流体压驱动器，其中，
所述管由包含导电性的材料的橡胶构件形成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的流体压驱动器，其中，
所述驱动器主体部包含覆盖所述管的外周面的套筒，该套筒是编入取向于预定方向的纤维帘线而得到的具有伸缩性的构造体。
6.一种检测单元，其与流体压驱动器连接，其中，
所述流体压驱动器包括驱动器主体部，该驱动器主体部包含根据流体的压力而膨胀和收缩的圆筒状的管，形状根据所述管的膨胀或收缩而变化，
所述检测单元检测所述驱动器主体部的沿着所述管的长度方向的长度。
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