DE60106363T2

DE60106363T2 - Flexibler aktuator mit einer integrierten pumpe

Info

Publication number: DE60106363T2
Application number: DE60106363T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Suwa-shi Seto; Kunihiko Suwa-shi TAKAGI
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-03-03
Also published as: EP1408241A2; EP1408241B1; US6718766B2; CN1280070C; CN1365311A; EP1190819B1; US20020157388A1; DE60106363D1; DE60120231D1; EP1190819A1; EP1408241A3; DE60120231T2; EP1190819A4; WO2001072479A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen flexiblen Aktuator mit integrierter Pumpe zur Verwendung in einem Spielzeug-Roboter, z.B. in Form eines Kuscheltiers, der normalerweise mit Menschen in Kontakt kommt, einem Arbeitsrobotor für landwirtschaftliche Arbeiten zum Greifen von Früchten, die eine unregelmäßige Form besitzen und leicht beschädigt werden, und dgl.
Hintergrundtechnik
Ein bekannter Aktuator zum Halten von Objekten wird beispielsweise in den japanischen nicht geprüften Patentanmeldungen Nr. 5-172118 und 5-164112 offenbart; er hat ein zylindrisches elastisches Element mit einer Mehrzahl Druckkammern, wobei das zylindrische elastische Element durch die Steuerung des auf jede Druckkammer wirkenden Fluiddrucks gekrümmt wird und so die Gegenstände hält oder klemmt (im Folgenden als erster verwandter Stand der Technik bezeichnet).
Ein sich vom Aktuator gemäß dem ersten verwandten Stand der Technik unterscheidender Aktuator wird beispielsweise in der japanischen nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 2-17204 offenbart, bei dem eine Antriebsquelle und eine Pumpe in einem Hydraulikzylinder eingebaut sind (im Folgenden als zweiter verwandter Stand der Technik bezeichnet).
Da das zylindrische elastische Element im Aktuator gemäß dem ersten verwandten Stand der Technik weich ist, kann der Aktuator mit Menschen und Gegenständen sanft in Berührung kommen.
Für diesen Aktuator müssen jedoch eine Pumpe zur Lieferung von Arbeitsfluid und Rohrleitungen zum Fördern dieses Arbeitsfluids an die Druckkammern vorgesehen werden, die außerhalb des zylindrischen elastischen Elements angeordnet sind. Dadurch entsteht das Problem, dass der Aktuator eine größere Baugröße erhält. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Rohrleitungen die Bewegung der Robotergelenke blockieren, wenn der Roboter diesen Aktuator beispielsweise als einen Arm verwendet. Es ist deshalb schwierig, den Roboter als Spielzeug-Roboter oder dgl. zu verwenden, da der Roboter mit einer Reihe Sensoren und komplexer Mechanismen ausgerüstet werden muss, weil ähnlich feine Bewegungen wie bei einem lebendigen Wesen von ihm gefordert werden.
Der Aktuator gemäß der zweiten verwandten Technik, bei dem Pumpe und Rohrleitungen nicht nach außen freiliegen, kann Menschen und Gegenstände nicht sanft berühren, da er Antriebselemente wie eine Kolbenstange hart sind; es ist deshalb schwierig, den Aktuator für einen Spielzeug-Roboter oder einen Roboter für landwirtschaftliche Arbeiten zum Halten von Früchten und dgl. zu verwenden.
Ein Aktuator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 wird in der JP 5-280500 A offenbart. Dieser Aktuator ist mit den oben beschriebenen Problemen behaftet.
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen flexiblen Aktuator mit integrierter Pumpe bereitzustellen, wobei die Größe des Aktuators mit einer einfachen Konfiguration verringert ist, und der Aktuator Menschen sanft berührt, wenn er als Spielzeug-Roboter verwendet wird, und Früchte zuverlässig halten kann, wenn er als Roboter zur Durchführung landwirtschaftlicher Arbeiten eingesetzt wird.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird mit einem Aktuator gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die bewegliche Einheit ist vorzugsweise mit mindestens einem langen und schmalen verformbaren Schlauch, der die Mehrzahl Fluidkammern mit darin abgedichtetem Fluid bildet, und einem parallel zum Schlauch angeordneten flexiblen Kern ausgeführt, der die Ausdehnung des Schlauchs in seiner Längsrichtung beschränkt. Die bewegliche Einheit ist vorzugsweise mit mindestens zwei langen und schmalen Schläuchen ausgeführt, die sich ausdehnen und zusammenziehen können, parallel zueinander angeordnet sind, wobei jeder Schlauch eine Fluidkammer bildet, und ein flexibler Kern ist zwischen den Schläuchen angeordnet, um die Ausdehnung jedes Schlauchs in Längsrichtung zu beschränken. Erfindungsgemäß kann die bewegliche Einheit wie bei einem menschlichen Wesen zuverlässig verformt werden, da der Kern die Ausdehnung jedes Schlauchs in Längsrichtung beschränkt und eine Ausdehnung in Breitenrichtung zulässt, wenn der Kern gebogen wird, wobei die Schläuche parallel zueinander gehalten werden.
Der an der Seite der beweglichen Einheit angeordnete Schlauch, die mit einem Gegenstand in Kontakt zu bringen ist, wenn eine Press- und Haltekraft der beweglichen Einheit auf den Gegenstand wirkt, besteht vorzugsweise aus einem weichen und elastischen Material. Erfindungsgemäß kann der Gegenstand geklemmt und gehalten werden, ohne dass er verkratzt wird, da die aus einem weichen Material bestehenden Schläuche sanft mit dem Gegenstand in einem Zustand in Berührung kommen, in dem mehrere Flächenkontakt-Angriffstellen bereitgestellt werden.
Wenn ein weiches Element die Pumpeneinheit umschließt, wird der Aktuator sicherer, da keine harten Teile an der Außenseite Freiliegen.
Bei dem in den Fluidkammern dicht eingeschlossenen Fluid handelt es sich um eine Flüssigkeit, und gemäß der Erfindung deckt eine äußere Abdeckung mit einer Flüssigkeit absorbierenden Funktion vorzugsweise die bewegliche Einheit an ihrem Außenumfang ab. Erfindungsgemäß tritt die Flüssigkeit, selbst wenn eine Flüssigkeitsleckage aus der beweglichen Einheit auftritt, nicht nach außen aus, da sie von der äußeren Abdeckung absorbiert wird.
Der flexible Aktuator mit integrierter Pumpe weist vorzugsweise ferner einen Druckabbaumechanismus auf, der den Innendruck einer Fluidkammer der Mehrzahl Fluidkammem senkt, indem die Mehrzahl Fluidkammem dazu gebracht werden, miteinander zu kommunizieren, wenn der Innendruck einer Fluidkammer der Mehrzahl Fluidkammern auf einen unzulässigen Pegel ansteigt. Wenn eine übermäßige externe Kraft auf die bewegliche Einheit wirkt und der Druck in einer Fluidkammer der Mehrzahl Fluidkammern dadurch auf einen unzulässigen Pegel ansteigt, verringert erfindungsgemäß der Druckabbaumechanismus den angestiegenen Druck in der Fluidkammer, wodurch ein Platzen der Fluidkammer verhindert und ein ausfallsicherer Mechanismus gegen eine übermäßige externe Kraft bereitgestellt werden kann.
Der Kern besteht vorzugsweise aus elektrischen Leiterdrähten, die zwischen der Pumpeneinheit und dem Pumpentreiber angeschlossen sind. Gemäß der Erfindung sind die elektrischen Drähte vor Beschädigung geschützt, und elektrische Schläge und dgl. werden verhindert.
Der Pumpentreiber ist vorzugsweise in der beweglichen Einheit untergebracht, die die Flüssigkeit abgedichtet einschließt, so dass der Pumpentreiber mit der Flüssigkeit in Kontakt steht. Gemäß der Erfindung wird der Pumpentreiber gekühlt, da die vom Pumpentreiber erzeugte Wärme von der Flüssigkeit aufgenommen wird, und dank des innerhalb der beweglichen Einheit angeordneten Pumpentreibers lässt sich ein kompakterer Aktuator erzielen.
Der flexible Aktuator mit integrierter Pumpe weist vorzugsweise ferner einen Vorratsbehälter zum Speichern einer vorgegebenes Fluidmenge sowie ein Zufuhrelement zum Steuern der Zufuhr des im Vorratsbehälter gespeicherten Fluids zu jeder Fluidkammer der beweglichen Einheit auf. Gemäß der Erfindung wird das Arbeitsfluid im Vorratsbehälter durch die Betätigung des Zufuhrelements gefördert, wodurch sich der Innendruck in den Fluidkammern erhöht und die bewegliche Einheit steif gemacht werden kann. Wird der Aktuator als eine Komponente beispielsweise für einen Spielzeug-Roboter verwendet, kann er bei dieser Anordnung in einen Zustand gebracht werden, in dem der Spielzeug-Roboter steif ist, anders als in dem Zustand, in dem der Aktuator beim Betrieb der Pumpeneinheit gekrümmt wird.
Vorzugsweise sind zwei Pumpeneinheiten in die bewegliche Einheit an entsprechenden Enden in Längsrichtung der beweglichen Einheit integriert, und die beiden Pumpeneinheiten arbeiten vorzugsweise gleichzeitig, um Fluid zwischen der Mehrzahl der Fluidkammern zu fördern. Erfindungsgemäß kann der Aktuator rasch bewegt werden, indem die Biegegeschwindigkeit der beweglichen Einheit erhöht wird, wobei die beiden Pumpeneinheiten das Fluid zwischen der Mehrzahl der Fluidkammern fördern.
Jede Pumpeneinheit ist vorzugsweise mit einem lösbaren Verbindungsteil versehen, so dass dann, wenn ein Paar bewegliche Einheiten miteinander in Reihe verbunden werden, eine bewegliche Einheit mit der anderen beweglichen Einheit an der Pumpeneinheit jeder beweglichen Einheit verbunden ist. Gemäß der Erfindung kann ein Paar flexible Aktuatoren mit einem Handgriff zusammengebaut und voneinander getrennt werden, wodurch ein leicht zu zerlegendes Gerät erzielt werden kann.
Die Pumpeneinheit weist vorzugsweise eine Membran auf, die eine Fluidkammer der Pumpe zwischen einem Ende der bewegliches Einheit und der Pumpeneinheit begrenzt. Ein piezoelektrisches Element ist vorzugsweise auf der Membran in Form einer Schicht aufgebracht. Die Pumpeneinheit ist vorzugsweise mit einem Ventil zur Einstellung der Richtung des Fluidtransports zwischen einem die eine Fluidkammer bildenden Schlauch und einem anderen die andere Fluidkammer bildenden Schlauch über die Fluidkammer der Pumpe ausgeführt.
Gemäß diesen Ausführungsformen kann ein kompakterer Aktuator mit geringerem Gewicht bereitgestellt werden, da die Baugröße der Pumpeneinheit kleiner ist.
Die Pumpeneinheit weist vorzugsweise die gleiche Anzahl einseitig wirkender Pumpen auf wie die Anzahl Fluidkammern, wobei jede Fluidkammer mit einer einseitig wirkenden Pumpe in Verbindung steht, die Fluid von einer Fluidkammer in eine andere fördert, und mit einer anderen einseitig wirkenden Pumpe, die das Fluid von der anderen Fluidkammer in die eine Fluidkammer fördert. Gemäß der Erfindung kann ein Aktuator bereitgestellt werden, mit dem durch Verwendung nur einseitig wirkender Pumpen mit einfacher Konfiguration ein zweiseitig wirkender Betrieb möglich gemacht werden kann, der sonst mit einer zweiseitig wirkenden pumpe und einem Richtungsumschaltventil ermöglicht wird.
Die Mehrzahl der Fluidkammern ist vorzugsweise mit jeweils einem Drucksensor ausgeführt, und der Pumpentreiber berechnet vorzugsweise die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit auf Basis der Erfassungsergebnisse von den Drucksensoren und steuert den Antrieb der Pumpeneinheit. Erfindungsgemäß erfasst der Drucksensor das Fluid in jeder Fluidkammer, und die Betätigungskraft der beweglichen Einheit wird gesteuert, so dass die bewegliche Einheit mit einer optimalen Betätigungskraft gemäß den Druckdaten arbeitet, wodurch die bewegliche Einheit mit hoher Genauigkeit arbeiten kann.
Die Mehrzahl der Fluidkammern ist vorzugsweise jeweils mit einem Schallwellengenerator zum Erzeugen von Schallwellen und einem Schallwellensensor zum Erfassen der Schallwellen ausgeführt, und der Pumpentreiber berechnet vorzugsweise den tatsächlichen Betrag des Versatzes der beweglichen Einheit auf Basis der Erfassungsergebnisse von den Schallwellensensoren und steuert den Antrieb der Pumpeneinheit. Erfindungsgemäß wird die bewegliche Einheit so gesteuert, dass sie um einen optimalen Versatzbetrag auf Basis der Erfassungsergebnisse vom Schallwellensensor, der die Ausbreitungszeit und die Phase der in den Fluidkammern erzeugten Schallwellen erfasst, bewegt wird, wodurch die bewegliche Einheit mit hoher Genauigkeit arbeiten kann.
Die Pumpeneinheit weist vorzugsweise eine Membran auf, die eine Fluidkammer der Pumpe begrenzt; eine Stromänderung, die bei Druckbeaufschlagung der Membran, an die eine Spannung gelegt wird, erzeugt wird, wird vorzugsweise in den Pumpentreiber eingegeben, und der Pumpentreiber berechnet vorzugsweise die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit entsprechend der Bestimmung der Stromänderung zur Steuerung des Antriebs der Pumpeneinheit. Die Pumpeneinheit kann eine Membran aufweisen, die eine Fluidkammer der Pumpe begrenzt; eine Mehrzahl der Fluidkammern kann jeweils mit einem Schallwellensensor zum Erfassen der durch die Membran erzeugten Schallwellen ausgeführt sein, und der Pumpentreiber kann den tatsächlichen Betrag des Versatzes der beweglichen Einheit auf Basis der Erfassungsergebnisse von den Schallwellensensoren zur Steuerung des Antriebs der Pumpeneinheit berechnen.
Gemäß der Erfindung werden die Betätigungskraft und der Versatz der beweglichen Einheit mittels einer Membran gesteuert, womit ein einfacher Steuermechanismus bereitgestellt werden kann.
Der Pumpentreiber weist vorzugsweise eine Tabelle zur Berechnung der Betätigungskraft und des Versatzes der beweglichen Einheit aus den erfassten Schallwellen und dem Druck auf. Die Ausbreitungszeit oder die Phase der Schallwellen, die der akustische Sensor erfasst, ist verschieden, je nachdem, ob die bewegliche Einheit die Betätigungskraft auf die Außenseite aufbringt, oder ob die Betätigungskraft nicht auf die Außenseite aufgebracht wird. Deshalb ist der Pumpentreiber gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Tabelle zur Berechnung der Betätigungskraft und des Betrags des Versatzes der beweglichen Einheit aus den bestimmten Schallwellen und dem Druck ausgeführt. Mit dieser Ausführung kann der Pumpentreiber die bewegliche Einheit anhand der Tabelle steuern, so dass sich die bewegliche Einheit um einen optimalen Versatzbetrag bewegt, wenn die bewegliche Einheit die Betätigungskraft nicht aufbringt und wenn sie die Betätigungskraft aufbringt. Die Betätigungskraft kann deshalb so gesteuert werden, dass sie in jedem Versatzzustand der beweglichen Einheit konstant ist.
Die bewegliche Einheit weist vorzugsweise einen Lichtgenerator und einen Lichtempfänger auf, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, oder ein Lichterzeugungs-/Empfangselement und einen Reflektor, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit wird vorzugsweise gemäß dem Erfassungsergebnis von entweder dem Lichtempfänger oder dem Lichterzeugungs-/Empfangselement berechnet, so dass der Antrieb der Pumpeneinheit gesteuert wird.
Gemäß der Erfindung werden die Betätigungskraft und der Versatz der beweglichen Einheit dadurch gesteuert, indem entweder ein Lichtgenerator und ein Lichtempfänger, oder ein Lichterzeugungs/Empfangselement und ein Reflektor verwendet werden; wodurch ein einfacher Steuermechanismus bereitgestellt werden kann.
Der Pumpentreiber weist vorzugsweise eine Tabelle zur Berechnung der Betätigungskraft und des Versatzes der beweglichen Einheit aus einer bestimmten Lichtmenge auf, die vom Lichtempfänger oder dem Lichterzeugungs-/Empfangselement erfasst wird.
Gemäß der Erfindung weist der Pumpentreiber eine Tabelle zur Berechnung der Betätigungskraft und des Versatzes der beweglichen Einheit aus einer bestimmten Lichtmenge auf, wodurch der Pumpentreiber die bewegliche Einheit so steuern kann, dass ein optimaler Versatz der beweglichen Einheit erreichbar ist, indem er die Tabelle heranzieht, entweder wenn die Betätigungskraft der beweglichen Einheit aufgebracht wird, oder wenn sie nicht aufgebracht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung flexibler Aktuatoren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die künstliche Finger zum Einsatz für landwirtschaftliche Zwecke bilden.
2 ist eine detaillierte Darstellung einer Pumpeneinheit und eines Pumpentreibers gemäß der ersten Ausführungsform.
3 ist eine Darstellung der Funktionsweise der Aktuatoren gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Darstellung eines flexiblen Aktuators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, der in einem Spielzeug-Roboter verwendet wird.
5 ist eine schematische Ansicht eines modifizierten Beispiels des flexiblen Aktuators gemäß der zweiten Ausführungsform.
6 ist eine Schnittansicht eines flexiblen Aktuators gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Darstellung eines kritischen Abschnitts eines flexiblen Aktuators gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Längsschnitt eines flexiblen Aktuators gemäß einer fünften Ausführungsform.
9 ist die Darstellung eines Schlauchs, der eine Komponente des flexiblen Aktuators gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
10 ist eine Schnittansicht entlang der Linie X-X des in 8 dargestellten flexiblen Aktuators.
11 ist eine Seitenansicht des Kerns des flexiblen Aktuators gemäß der fünften Ausführungsform.
12 ist eine Darstellung des flexiblen Aktuators gemäß der fünften Ausführungsform, in der der flexible Aktuator gekrümmt ist.
Beste Art zur Verwirklichung der Erfindung
Ausführungsformen eines flexiblen Aktuators mit integrierter Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt ein Paar flexible Aktuatoren 4 gemäß einer ersten Ausführungsform als künstliche Finger für den Einsatz in der Landwirtschaft, die von einer aus weichem Kautschuk bestehenden Halterung 2 an den unteren Enden der flexiblen Aktuatoren 4 getragen werden.
Jedes der Paare flexibler Aktuatoren 4 enthält eine bewegliche Einheit 6, die in der Lage ist, sich zu krümmen, um einen Gegenstand zu halten, eine Pumpeneinheit 8, die integral mit einem Ende der beweglichen Einheit 6 verbunden ist, zum Steuern der Bewegung eines in der beweglichen Einheit 6 dicht eingeschlossenen Arbeitsfluids niedriger Viskosität und einen Pumpentreiber 10 zum Steuern des Antriebs der Pumpeneinheit 8. Jede bewegliche Einheit 6 besteht aus langen und schmalen Schläuchen 12 und 14 mit Harmonikawänden, einem Kern 16, um die Schläuche 12 und 14 parallel zueinander zu halten, und einer beutelartigen Abdeckung aus einer dünnen Folie 18 zum Abdecken der Schläuche 12 und 14.
Die Schläuche 12 und 14 bestehen aus weichem und flexiblem Material und bilden Fluidkammern 12a bzw. 14a, in denen ein Arbeitsfluid S abgedichtet eingeschlossen ist. Der Kern 16 besteht z.B. aus einem flexiblen Stahlelement, das die Ausdehnung der Schläuche 12 und 14 in ihrer Längsrichtung beschränkt und die Ausdehnung der Schläuche 12 und 14 in Richtung ihrer Breite gestattet. Ein normalerweise geschlossener Schlitz 16a ist an einem Ende des Kerns 16 ausgeformt, wie in der vergrößerten Ansicht kritischer Abschnitte der beweglichen Einheit 6 und der Pumpeneinheit 8 von 2 dargestellt ist. Der Schlitz 16a, der normalerweise durch die Elastizität des Kerns 16 geschlossen ist; öffnet sich, um eine Verbindung zwischen den Fluidkammern 12a und 14a herzustellen, wenn ein vorgegebener Druck erzeugt wird, um den Druck in der Fluidkammer 12a oder 14a unter einen zulässigen Wert zu senken.
Bei der Pumpeneinheit 8 handelt es sich um eine piezoelektrische Membranpumpe. Wie in 2 dargestellt enthält die Pumpeneinheit 8 ein zylindrisches Pumpengehäuse 20, das integral mit einem unteren Teil der beweglichen Einheit 6 verbunden ist, um das Fluid darin abzudichten, ein aktives Ventil 22 als eine im Pumpengehäuse 20 zwischen den Fluidkammern 12a und 14a der Schläuche 12 bzw. 14 angeordnete Ventileinheit, eine eine Fluidkammer 24 der Pumpe unter dem aktiven Ventil 22 begrenzende Membran 26 und ein piezoelektrisches Element 28, das auf der unteren Oberfläche der Membran 26 schichtartig angebracht ist.
Das Pumpengehäuse 20 ist in der Halterung 2 aus weichem Kautschuk eingebettet. Bei dem piezoelektrischen Element 28 handelt es sich um einen bekannten piezoelektrischen Aktuator, der mit einem Element zur Erzeugung des so genannten piezoelektrischen Effekts hergestellt wird. Bleizirkonattitanat (PZT), das eine piezoelektrische Keramikart ist, ist ein typisches Material aus der Reihe verschiedener Materialien von Kristallen bis zu Polymeren, aus denen piezoelektrische Aktuatoren gebildet werden können. Das piezoelektrische Element 28 dehnt sich veränderlich aus, indem die daran angelegte Spannung variiert wird, wodurch sich die Form der Membran 26 und der Innendruck der Fluidkammer 24 der Pumpe ändern.
Das aktive Ventil 22 ist beispielsweise mit einem Magnet-Wahlventil zur Wahl der Strömungsrichtung des Arbeitsfluids S zwischen den beiden Fluidkammern 12a und 14a versehen. Das aktive Ventil 22 arbeitet mit Strom zum Öffnen und Schließen, der vom nachstehend beschrieben Pumpentreiber 10 geliefert wird.
Die Schläuche 12 und 14 sind jeweils mit einem Drucksensor 30 zum Erfassen des Fluiddrucks in der Fluidkammer 12a bzw. 14a ausgeführt. Daten des erfassten Fluiddrucks werden an den Pumpentreiber 10 geschickt.
Wie aus 1 ersichtlich ist ein Schallwellengenerator 32 an der Spitze jeder Fluidkammer 12a und 14a angeordnet. Ein Schallwellensensor 34 ist an der Seite des Pumpengehäuses 20 jeder Fluidkammer 12a und 14a vorgesehen, um Schallwellen zu empfangen, die vom Schallwellengenerator 32 erzeugt werden. Die Signale der von jedem Schallwellensensor 34 erfassten Schallwellen werden an den Pumpentreiber 10 geschickt.
Wie 2 zeigt, enthält der Pumpentreiber 10 eine Eingangs-Schnittstellenschaltung 10a zum Lesen der Signale vom Drucksensor 30 und Schallwellensensor 34 als Detektionswerte, einen Rechenprozessor 10b zur Ausführung einer vorgegebenen Berechnung zur Steuerung des Antriebs der Pumpeneinheit 8 gemäß einem gegebenen Programm, ein Speichergerät 10c mit RAM's, ROM's und dgl., eine Ausgangs-Schnittstellenschaltung 10d zur Ausgabe eines Steuersignals zum Öffnen und Schließen des aktiven Ventils 22 und eines Spannungssteuersignals für das piezoelektrische Element 28, die vom Rechenprozessor 10b erhalten werden, eine Treiberschaltung 10e für das aktive Ventil zur Ausgabe eines Steuerstroms zum Öffnen und Schließen an das aktive Ventil 22 entsprechend dem Steuersignal zum Öffnen und Schließen, das von der Ausgangs-Schnittstellenschaltung 10d ausgegeben wird, und eine Anschlussspannungs-Steuerschaltung 10f zur Ausgabe einer Anschlussspannung an das piezoelektrische Element 28 gemäß dem von der Ausgangs-Schnittstellenschaltung 10d ausgegebenen Spannungssteuersignal.
Im Speichergerät 10c werden Werte der Änderung der Betätigungskraft der beweglichen Einheit 6 (Kräfte der beweglichen Einheit 6, mit denen sie Gegenstände hält), die gemäß den Änderungen des Fluiddrucks in den Fluidkammern 12a und 14a erzeugt werden, als Speicherungstabelle abgelegt. Die Versatzbeträge der beweglichen Einheit 6 (Krümmung der beweglichen Einheit 6 in Grad) als Reaktion auf Änderungen der Ausbreitungszeit oder Phase der Schallwellen werden ebenfalls als Speicherungstabelle abgelegt. Der Rechenprozessor 10b führt anhand der Speicherungstabellen eine vorgegebene Berechnung zur Steuerung des Antriebs der Pumpeneinheit 8 aus.
3 ist eine Darstellung eines Zustands, in dem ein Paar der flexiblen Aktuatoren 4 eine empfindliche Frucht mit unregelmäßiger Form (im Folgenden als im Wesentlichen kugelförmiger Gegenstand B bezeichnet) hält. Die Funktionsweise des Paares flexibler Aktuatoren 4 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3 und die oben erläuterten 1 und 2 kurz beschrieben. Die bewegliche Einheit 6 jedes der flexiblen Aktuatoren 4 enthält den Schlauch 12 mit der Fluidkammer 12a an der Seite der beweglichen Einheit 6, die in Kontakt mit dem Gegenstand B gebracht wird. Ein optimaler Wert M der Betätigungskraft der beweglichen Einheit 6, mit der die bewegliche Einheit 6 den Gegenstand B zuverlässig halten kann, und ein optimaler Wert H des Versatzes der beweglichen Einheit 6 werden zuvor im Speichergerät 10c des Pumpentreibers 10 gespeichert.
Öffnen und Schließen des aktiven Ventils 22 werden vom durch den Pumpentreiber 10 gelieferten Steuerstrom zu Öffnen und Schließen in der Weise gesteuert, dass die Fluidkammern 12a und 14a individuell mit der Fluidkammer 24 der Pumpe in vorgegebenen Intervallen abwechselnd kommunizieren. Gleichzeitig dehnt sich das piezoelektrische Element 28 durch die vom Pumpentreiber 10 ausgegebene Anschlussspannung aus, wenn die Fluidkammer 14a mit der Fluidkammer 24 der Pumpe kommuniziert, und die Membran 26 wird dadurch elastisch nach unten verformt, um den Innendruck der Fluidkammer 24 der Pumpe zu verringern, wodurch das Arbeitsfluid S in der Fluidkammer 14a in die Fluidkammer 24 der Pumpe fließt. Der Ausgang der Anschlussspannung vom Pumpentreiber 10 wird unterbrochen, wenn die Fluidkammer 12a mit der Fluidkammer 24 der Pumpe kommuniziert, wodurch die verformte Membran 26 wieder in ihre Ausgangsform gebracht und der Innendruck der Fluidkammer 24 der Pumpe erhöht wird, so dass das Arbeitsfluid S in der Fluidkammer 24 der Pumpe in die Fluidkammer 12a fließt. Diese Vorgänge werden wiederholt von der Pumpeneinheit 8 ausgeführt, wodurch das Arbeitsfluid S in der Fluidkammer 14a des Schlauchs 14, der nicht mit dem Gegenstand B in Berührung kommen soll, in die Fluidkammer 12a des Schlauchs 12 gefördert wird, der mit dem Gegenstand B in Berührung kommt, so dass sich der Schlauch 14, der nicht mit dem Gegenstand B in Berührung kommen soll, zusammenzieht und sich der Schlauch 12, der mit dem Gegenstand B in Berührung kommt, ausdehnt.
Da die Ausdehnung des Schlauchs 12 in Längsrichtung durch den Kern 16 beschränkt ist, dehnt sich der Schlauch 12 in Richtung seiner Breite, während der Kern 16 gebogen wird, so dass sich die bewegliche Einheit 6 krümmt.
In 3 übt die bewegliche Einheit 6, die sich in einem Zustand krümmt, in dem eine Mehrzahl flächenartiger Angriffstellen (Punkte, an denen Kräfte angreifen) vorhanden ist, allmählich Druck aus, um den Gegenstand B zu halten.
Der Rechenprozessor 10b ermittelt die tatsächliche Betätigungskraft und den Versatzbetrag der beweglichen Einheit 6 anhand des Fluiddrucks in der Fluidkammer 12a des Schlauchs 12, der vom Drucksensor 30 erfasst wird, und den Wert der Ausbreitungszeit oder die Phase der Schallwellen, die vom Schallwellensensor 34 in der Fluidkammer 12a empfangen und in der Speicherungstabelle abgelegt worden sind. In diesem Fall ist die Betätigungskraft gleich der Haltekraft. Ist beispielsweise eine Frucht oder dgl. zu halten, wird ein Zielwert der Haltekraft so eingestellt, dass die Haltekraft zum Halten einer größeren Frucht auf einen Wert eingestellt wird, der etwas über einem bestimmten Wert als Referenzwert liegt, und die Haltekraft zum Halten einer kleineren Frucht wird auf einen Wert etwas unter dem Referenzwert eingestellt. Beim Vorgang des Haltens eines Gegenstands steigt die Betätigungskraft rasch an, nachdem die bewegliche Einheit 6 mit dem Gegenstand in Berührung gekommen ist. Ein Zielwert M der Haltekraft (= Betätigungskraft) ergibt sich aus dem Versatz der beweglichen Einheit 6, wenn diese mit dem Gegenstand in Berührung kommt, und die Pumpeneinheit 8 arbeitet so lang, bis die Betätigungskraft den Zielwert M erreicht hat, womit eine Zielhaltekraft erhalten werden kann. Bei dieser Anordnung des flexiblen Aktuators 4, in dem die. bewegliche Einheit 6 mit der Pumpeneinheit 8, bei der es sich wie oben beschrieben um eine piezoelektrische Membranpumpe handelt, integral verbunden ist, kann ein kompakter und leichter Aktuator bereitgestellt werden.
Der in der beweglichen Einheit 6 enthaltene Kern 16 hält die Schläuche 12 und 14 parallel zueinander, während sich der Kern 16 so krümmt, dass er eine Ausdehnung in Längsrichtung der Schläuche 12 und 14 beschränkt und eine Ausdehnung in Richtung ihrer Breite gestattet, so dass die bewegliche Einheit 6 auf die gleiche Weise wie die Finger eines Menschen zuverlässig gekrümmt werden kann.
Der mit dem Gegenstand B in Berührung gebrachte Schlauch 12 besteht aus einem weichen Material. Die bewegliche Einheit 6 einschließlich des Schlauchs 12 kommt mit dem Gegenstand B in einem Zustand, in dem eine Mehrzahl flach anliegender Funktionsabschnitte gegeben ist, weich in Berührung, ohne ihn zu verkratzen.
Das Pumpengehäuse 20 der Pumpeneinheit 8 ist in der Halterung 2 eingebettet, die aus einem weichen Kautschuk besteht. Deshalb liegen an der Außenseite keine harten Teile frei, wodurch der Gegenstand B sicherer gehalten wird.
Wenn eine übermäßige externe Kraft auf die bewegliche Einheit 6 ausgeübt wird, wodurch der Druck in einer der Fluidkammern 12a und 14a auf einen unzulässigen Pegel ansteigt, nimmt der Innendruck der einen der Fluidkammern 12a und 14a ab, da die Fluidkammern 12a und 14a über den freigegebenen Schlitz 16a des Kerns miteinander kommunizieren, was ein Platzen der Schläuche 12 und 14 verhindert, so dass die bewegliche Einheit 6 mit einem ausfallsicheren System gegen eine übermäßige äußere Kraft ausgestattet werden kann.
Die bewegliche Einheit 6 wird so gesteuert, dass der Gegenstand B mit einer optimalen Kraft (Betätigungskraft) der beweglichen Einheit 6 und mit einem optimalen Krümmungsgrad (Versatzbetrag) gehalten werden kann, indem der Fluiddruck in den Fluidkammern 12a und 14a durch die Drucksensoren 30 und die Ausbreitungszeit oder Phase der in den Fluidkammern 12a und 14a erzeugten Schallwellen durch die Schallwellensensoren 34 erfasst werden. Die bewegliche Einheit 6 kann deshalb mit hoher Genauigkeit arbeiten.
4 zeigt ein Paar flexibler Aktuatoren 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform, die beispielsweise in einem Spielzeug-Roboter oder dgl. verwendet werden. Gleiche Komponenten wie im flexiblen Aktuator 4 der ersten Ausführungsform sind mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Ein Paar der flexiblen Aktuatoren 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind miteinander in Reihe verbunden. Jeder flexible Aktuator 40 enthält eine bewegliche Einheit 6, ein Paar Pumpeneinheiten 8A und 8B, von denen eine jede mit einem Ende der beweglichen Einheit 6 verbunden ist, und einen Pumpentreiber 10 zum gesteuerten Antrieb dieser Pumpeneinheiten 8A und 8B.
Die bewegliche Einheit 6 enthält einen Kern 42, der die beiden langen und schmalen Schläuche 12 und 14 parallel zueinander hält, und eine Polymer-Abdeckung 44, die Flüssigkeit absorbieren kann, flexibel ist und die Schläuche 12 und 14 umhüllt.
Obwohl die Pumpeneinheiten 8A und 8B im Wesentlichen die gleiche Form haben wie die Pumpeneinheit 8 der ersten Ausführungsform, unterscheidet sich die Zylinderform eines Pumpengehäuses 46A oder 46B von der der ersten Ausführungsform. Das Pumpengehäuse 46A ist nämlich mit einem ringförmigen Hohlraum 48 am Innenumfang des Pumpengehäuses 46A ausgeführt und das Pumpengehäuse 46B hat einen in axialer Richtung nach außen ragenden Haken 51. Die flexiblen Aktuatoren 40 werden miteinander an der Pumpeneinheit 8A eines der flexiblen Aktuatoren 40 und der Pumpeneinheit 8B des anderen der flexiblen Aktuatoren 40 auf eine solche Weise verbunden, dass die Pumpeneinheit 8A des einen flexiblen Aktuators 40 der Pumpeneinheit 8B des anderen flexiblen Aktuators 40 gegenüberliegt, und das Pumpengehäuse 46B am Haken 51 des Pumpengehäuses 46B in das Pumpengehäuse 46A eingesetzt wird, wobei der Haken 51 elastisch verformt wird, und der Haken 51 wieder elastisch in seinen Ausgangszustand zurückgeht, damit er in den ringförmigen Hohlraum 48 passt. Ein Verbindungsteil zwischen der Pumpeneinheit 8A und der Pumpeneinheit 8B dient als Anschluss für elektrische Leiter. Der ringförmige Hohlraum 48 und der Haken 51 dienen als lösbare Struktur für den Zusammenbau eines Paares flexibler Aktuatoren 40 und ihre Trennung mit einem Handgriff. Die Pumpengehäuse 46A und 46B sind an ihrem Außenumfang durch die Abdeckung 44 umhüllt.
Der Kern 42 der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Mehrzahl elektrischer Leiter. Die elektrischen Leiter bestehen aus einem flexiblen Material und beschränken die Ausdehnung der Schläuche 12 und 14 in Längsrichtung, gestatten jedoch eine Ausdehnung in Richtung ihrer Breite. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist die Fluidkammer 12a oder 14a der beweglichen Einheit 6 nicht mit einem Drucksensor und einem Schallwellengenerator ausgerüstet, und ein Schallwellensensor 34 ist nur an der Seite der Pumpeneinheit 8B vorgesehen. Vom Schallwellensensor 34 erfasste Schallwellen werden an den Pumpentreiber 10 geschickt.
Der Pumpentreiber 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert die Betätigungskraft und den Versatzbetrag jeder beweglichen Einheit 6 mittels der Membran 26, die jede der Pumpeneinheiten 8A und 8B bildet.
Da sich die Wellenform des Stroms bei einer angelegten Spannung ändert, wenn die Membran 26 mit Druck beaufschlagt wird, werden Signale der Stromschwankungen, die von der Membran 26 erzeugt werden, an die eine gegebene Spannung angelegt wird, in eine Schnittstellenschaltung 10a des Pumpentreibers 10 eingegeben. Ein Speichergerät 10c speichert die Werte der sich ändernden Betätigungskräfte der beweglichen Einheit 6 entsprechend der Änderung der Wellenform des Stroms als eine Speicherungstabelle. Ein Rechenprozessor 10b führt anhand der Speicherungstabelle der Betätigungskräfte der beweglichen Einheiten 6 und der Wellenform des Stroms einen vorgegebenen Rechenprozess zum gesteuerten Antrieb der Pumpeneinheiten 8A und 8B aus.
Schallwellen werden durch die Bewegung der Membran 26 erzeugt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die von der Membran 26 erzeugten Schallwellen vom Schallwellensensor 34 erfasst. Der Rechenprozessor 10b führt anhand der Speicherungstabelle der Ausbreitungszeit oder der Phase der Schallwellen und des Versatzbetrags der beweglichen Einheit 6 einen vorgegebenen Rechenprozess zum gesteuerten Antrieb der Pumpeneinheiten 8A und 8B aus. Die Betätigungskraft und der Versatz der beweglichen Einheit 6 werden durch den auf die Membran 26 aufgebrachten Druck und die von dieser erzeugten Schallwellen gesteuert.
Die Funktionsweise eines Paares der so aufgebauten. flexiblen Aktuatoren 40 wird nachstehend beschrieben.
Der Pumpentreiber 10 gibt einen Steuerstrom zum Öffnen und Schließen und eine Anschlussspannung an jedes Paar Pumpeneinheiten 8A und 8B jedes der flexiblen Aktuatoren 40 aus, wodurch das Arbeitsfluid S zwischen den Fluidkammern 12a und 14a jeder beweglichen Einheit 6 fließt und die bewegliche Einheit 6 gekrümmt wird.
Der Rechenprozessor 10b bestimmt die tatsächliche Betätigungskraft und den Versatz der beweglichen Einheit 6 anhand der durch die Membran 26 verursachten Stromänderung und der Speicherungstabelle der Ausbreitungszeit oder der Phase der vom Schallwellensensor 34 empfangenen Schallwellen, der die von der Membran 26 erzeugten Schallwellen erfasst.
Der Betrieb der Pumpeneinheiten 8A und 8B wird unterbrochen, wenn die Betätigungskraft der beweglichen Einheit 6 den optimalen Wert M und der Versatzbetrag der beweglichen Einheit 6 den optimalen Betrag H erreichen.
Wenn die flexiblen Aktuatoren 40 beispielsweise als Arme eines Spielzeug-Roboters dienen, bewegen sich die beweglichen Einheiten 6, bis ihr Versatzbetrag dem Zielwert M entspricht, ungeachtet des durch die Berührung mit einem Menschen hervorgerufenen Widerstands. Deshalb kann der Betrieb der Pumpeneinheiten 8A und 8B unterbrochen werden, wenn die Betätigungskraft einen vorgegebenen Wert erreicht, der kleiner ist als der Zielwert M.
Jede bewegliche Einheit 6 des flexiblen Aktuators 40 enthält ein Paar Pumpeneinheiten 8A und 8B zum Fördern des Arbeitsfluids S zwischen der Fluidkammer 14a und der Fluidkammer 12a, so dass die flexiblen Aktuatoren 40 erzielt werden, die sich durch die Erhöhung der Biegegeschwindigkeit der beweglichen Einheiten 6 rasch bewegen können.
Der Kern 42 jeder beweglichen Einheit 6 besteht aus elektrischen Leitern, die die Verbindung zwischen den jeweiligen Pumpeneinheiten 8A und 8B und dem Pumpentreiber 10 herstellen, und in der beweglichen Einheit 6 angeordnet sind, wodurch die elektrischen Drähte vor Beschädigung geschützt und elektrische Schläge und dgl. verhindert werden.
Die Pumpeneinheiten 8A und 8B sowie die bewegliche Einheit 6 werden zusammen von einer weichen Abdeckung 44 umhüllt. Die flexiblen Aktuatoren 40 vermitteln so durch die weiche Abdeckung 44 das Gefühl einer weichen Berührung wie von einem Lebewesen. Da die Abdeckung 44 aus einem Polymermaterial besteht, absorbiert sie das Arbeitsfluid S, so dass selbst bei einer Leckage von Arbeitsfluid S aus dem Schlauch 12 oder 14 kein Arbeitsfluid S nach außen austritt.
Der ringförmige Hohlraum 48 und der Haken 51, die als lösbare Struktur dienen, sind an den jeweiligen Enden (der Pumpeneinheiten 8A bzw. 8B) jedes flexiblen Aktuators 40 vorgesehen, so dass ein Paar flexibler Aktuatoren 40 mit einem Handgriff zusammengebaut und getrennt werden kann und ein leicht zerlegbares Gerät bilden.
Die Betätigungskräfte und der Versatz der beweglichen Einheiten 6 werden durch einen Druck gesteuert, der durch die durch den auf die Membran 26 ausgeübten Druck hervorgerufene Änderung des Steuerstroms und die von der Membran 26 erzeugten Schallwellen bestimmt wird. Deshalb lässt sich ein einfacher Steuermechanismus erzielen.
5 ist eine schematische Darstellung eines modifizierten Beispiels der zweiten Ausführungsform.
Gemäß dem modifizierten Beispiel weist ein Gerätekörper (z.B, der Körper eines Haushalt-Roboters) 41 einen Vorratsbehälter 43 auf, der eine vorgegebene Menge des Arbeitsfluids S enthält. Das Arbeitsfluid S im Vorratsbehälter 43 kann an die beiden Fluidkammern 12a und 14a der beweglichen Einheit 6 gefördert werden. Der Vorratsbehälter 43 ist mit den beiden Fluidkammern 12a bzw. 14a über dazwischen verlaufende Leitungen 47a bzw. 47b verbunden, in denen jeweils Pumpeneinheiten 45a bzw. 45b angeordnet sind.
Bei dieser Anordnung wird das Arbeitsfluid S im Vorratsbehälter 43 durch die Betätigung der Pumpeneinheiten 45a bzw. 45b in die Fluidkammern 12a und 14a gefördert, wodurch der Innendruck der Fluidkammern 12a und 14a ansteigt und die bewegliche Einheit 6 steif gemacht werden kann. Die Festigkeit des Aktuators kann durch die oben beschriebene Operation erhöht werden, die sich von derjenigen (Biegebewegung) unterscheidet, bei der die Pumpeneinheiten 8A und 8B arbeiten, und der Aktuator in einen Zustand gebracht werden kann, in dem beispielsweise ein Spielzeug-Roboter steif ist.
6 ist eine Schnittansicht eines flexiblen Aktuators 50 gemäß einer dritten Ausführungsform.
Eine bewegliche Einheit 52 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält einen flexiblen Kern 54, der in einem axialen Teil der beweglichen Einheit 52 eingebettet ist, einen Hohlzylinder 52a aus einem flexiblen elastischen Material, in dem ein Raum um den Umfang des Kerns 54 vorgesehen ist, und drei Trennwände 52b, die sich im Raum des Hohlzylinders 52a in dessen Längsrichtung erstrecken und eine erste, zweite und dritte Fluidkammer 56a, 56b und 56c begrenzen. Das Arbeitsfluid S ist in der ersten, zweiten und dritten Fluidkammer 56a, 56b und 56c abgedichtet eingeschlossen. Der Kern 54 beschränkt die Ausdehnung der beweglichen Einheit 52 in ihrer Längsrichtung.
Die drei Trennwände 52b sind jeweils mit einer ersten, zweiten und dritten Pumpeneinheit 58a, 58b und 58c ausgerüstet Die erste, zweite und dritte Pumpeneinheit 58a, 58b und 58c sind jeweils als einseitig wirkende Pumpe ausgeführt, die das Arbeitsfluid S in einer Richtung fördert. Das heißt, die erste Pumpeneinheit 58a fördert das Arbeitsfluid S von der dritten Fluidkammer 56c zur ersten Fluidkammer 56a, die zweite Pumpeneinheit 58b fördert das Arbeitsfluid S von der ersten Fluidkammer 56a zur zweiten Fluidkammer 56b und die dritte Pumpeneinheit 58c fördert das Arbeitsfluid S von der zweiten Fluidkammer 56b zur dritten Fluidkammer 56c.
Im so aufgebauten flexiblen Aktuator 50 wird die erste Pumpeneinheit 58a durch den gesteuerten Antrieb eines Pumpentreibers (nicht dargestellt) betätigt, um die bewegliche Einheit 52 in Richtung M1 zu krümmen. Im Betrieb der ersten Pumpeneinheit 58a wird das Arbeitsfluid S von der dritten Fluidkammer 56c zur ersten Fluidkammer 56 gefördert, wodurch der Innendruck der ersten Fluidkammer 56a ansteigt; die dritte Pumpeneinheit 58c arbeitet so, dass der Innendruck der zweiten Fluidkammer 56b und der dritten Fluidkammer 56c gleich werden. Durch diese Funktionsweise wird die bewegliche Einheit 52, deren Ausdehnung in Längsrichtung durch den Kern 54 beschränkt ist, in der Richtung M1 gekrümmt, wodurch der Kern 54 gebogen wird.
Um die bewegliche Einheit 52 in der Richtung M2 zu krümmen, arbeitet die zweite Pumpeneinheit 58b so, dass das Arbeitsfluid S von der ersten Fluidkammer 56a zur zweiten Fluidkammer 56b gefördert wird, wodurch der Innendruck der zweiten Fluidkammer 56b ansteigt; und die erste Pumpeneinheit 58a arbeitet so, dass der Innendruck der dritten Fluidkammer 56c und der ersten Fluidkammer 56a gleich werden.
Um die bewegliche Einheit 52 in der Richtung M3 zu krümmen, arbeitet die dritte Pumpeneinheit 58c so, dass das Arbeitsfluid S von der zweiten Fluidkammer 56b zur dritten Fluidkammer 56c gefördert wird, wodurch der Innendruck der dritten Fluidkammer 56c ansteigt; und die zweite Pumpeneinheit 58b arbeitet so, dass der Innendruck der ersten Fluidkammer 56a und der zweiten Fluidkammer 56b gleich werden.
Der flexible Aktuator 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit den drei einseitig wirkenden Pumpeneinheiten 58a, 58b und 58c ausgerüstet, von denen eine jede in der Lage ist, das Arbeitsfluid S zwischen zwei Fluidkammern zu befördern. Der Innendruck einer der Fluidkammern wird erhöht, indem der Innendruck der anderen Fluidkammern durch Betätigen einer dieser Pumpeneinheiten gesenkt wird, wodurch die bewegliche Einheit 52 gekrümmt wird, so dass ein flexibler Aktuator mit einfacher Konfiguration bereitgestellt werden kann.
Ein flexibler Aktuator gemäß einer vierten Ausführungsform ist in 7 dargestellt, bei dem es sich um ein modifiziertes Beispiel des flexiblen Aktuators 50 gemäß der dritten Ausführungsform handelt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine bewegliche Einheit 52 mit einem Pumpentreiber 10 bereitgestellt, der in einer bestimmten Trennwand 52b der beweglichen Einheit 52 eingebettet ist, um den Antrieb einer ersten, zweiten und dritten Pumpeneinheit 58a, 58b und 58c zu steuern.
Bei dieser Anordnung, in der der Pumpentreiber 10 in der beweglichen Einheit 52 angeordnet ist, bleibt das Arbeitsfluid S mit dem Pumpentreiber 10 in Kontakt, so dass die vom Pumpentreiber 10 erzeugte Wärme vom Arbeitsfluid S aufgenommen werden kann, wodurch eine Kühlwirkung des Pumpentreibers 10 bereitgestellt wird. Der flexible Aktuator 50 kann kompakter ausgeführt werden, da der Pumpentreiber 10 in der beweglichen Einheit 52 angeordnet ist.
8 zeigt einen flexiblen Aktuator 60 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Komponenten wie der anderen Ausführungsformen sind mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet, so dass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Der flexible Aktuator 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine bewegliche Einheit 62, eine Basiseinheit 66, die mit der beweglichen Einheit 62 an deren einem unteren Teil verbunden ist und eine Pumpeneinheit 64 sowie einen Pumpentreiber 10 zum Steuern des Antriebs der Pumpeneinheit 64 enthält.
Die bewegliche Einheit 62 enthält einen langen und schmalen Schlauch 68, der eine Mehrzahl Schwellkörper 68a, eine Mehrzahl Trennwände 70, zwischen denen jeder Schwellkörper 68a sandwichartig senkrecht über dem anderen eingeschlossen ist und einen Kern 72, um die Trennwände 70 senkrecht parallel zueinander zu halten.
Der Schlauch 68 besteht aus einem halb durchlässigen, weichen und elastischen Material. Der Schlauch 68 enthält die in Längsrichtung des Schlauchs 68 im vorgegebenen Abstand zueinander angeordneten flachen Schwellkörper 68a, zwischen denen jeweils ein verengtes Teil 68b vorgesehen ist, wie in 9 dargestellt. Jeder Schwellkörper 68a dient als eine Fluidkammer gemäß der vorliegenden Erfindung. Arbeitsfluid S wie Siliconöl ist in dem die Schwellkörper 68a enthaltenden Schlauch 68 abgedichtet eingeschlossen.
Jede Trennwand 70 besteht aus einem Sliconharz oder dgl. und ist ein kastenförmiges Element, das in der Draufsicht ein Rechteck darstellt. In 10 wird jedes verengte Teil 68b des Schlauchs 68 in eine konkave Form 70a an der Seite des Kerns 72 der Trennwand 70 eingeführt, und jeder Schwellkörper 68a des Schlauchs 68 wird von den Trennwänden 70 sandwichartig umschlossen, die jeweils an der oberen und unteren Seite des Schwellkörpers 68a vorgesehen sind. Auf der obersten Trennwand 70 sitzt eine Kappe 73 aus synthetischem Harz.
Wie aus 11 ersichtlich ist, ist der Kern 72 ein ebenes Element, das flexibel ist und beispielsweise aus synthetischem Harz besteht. Die Trennwände 70 sind mit einer Mehrzahl Schrauben 74 so am Kern 72 befestigt, dass die Trennwände 70 senkrecht zueinander beabstandet sind. Der Kern 72 ist an der Basiseinheit 66 am unteren Ende des Kerns 72 befestigt. Eine weiche Folie (nicht dargestellt) umhüllt den gesamten Kern 72 mit den eingesetzten Schrauben 74.
Die Basiseinheit 66 ist mittels Befestigungsschrauben 76 an einer Vorrichtung (nicht dargestellt) befestigt. Die in der Basiseinheit 66 enthaltene Pumpeneinheit 64 hat eine ähnliche Konfiguration wie die das Gerätekörpers 41 von 5. Die Pumpeneinheit 64 ist mit einer unteren Öffnung des Schlauchs 68 und einem Vorratsbehälter 65 verbunden, der eine vorgegebene Menge Arbeitsfluid S speichert. Die Pumpeneinheit 64 fördert das im Vorratsbehälter 65 gespeicherte Arbeitsfluid S in den Schlauch 68 und führt das Arbeitsfluid 5 vom Schlauch 68 zurück in den Vorratsbehälter 65.
Die Basiseinheit 66 ist mit einem Lichterzeugungs-/Empfangselement 80 ausgeführt, das ein Licht erzeugendes Element, z.B. eine Leuchtdiode, und ein Lichtempfangselement, z.B. eine Fotodiode enthält. Ein Reflektor 82 etwa ein Spiegel ist an einem unteren Teil der untersten Trennwand 70 angeordnet, der dem Lichterzeugungs-/Empfangselement 80 über den Schwellkörper 68a des Schlauchs 68 hinweg gegenüberliegt. Das Lichterzeugungs-/Empfangselement 80 sendet dem Pumpentreiber 10 Erfassungsdaten über die Lichtmenge, die zum Reflektor 82 ausgestrahlt worden ist (Menge des empfangenen Lichtes).
Der Pumpentreiber 10 ist mit einer Eingangs-Schnittstellenschaltung, einem Rechenprozessor, einem Speichergerät einer Ausgangs-Schnittstellenschaltung und dgl. ausgerüstet, wobei der Pumpentreiber 10 eine ähnliche Konfiguration wie die des in 2 dargestellten Pumpentreibers hat. Das Speichergerät speichert als Speicherungstabelle Versatzwerte der beweglichen Einheit 62, die sich entsprechend der Änderung des Fluiddrucks im Schlauch 68 (Fluidkammern) ändern. Das Speichergerät speichert außerdem als Speicherungstabelle Versatzwerte der beweglichen Einheit 62 entsprechend der Änderung der empfangenen Lichtmenge, die vom Lichterzeugungs/Empfangselement 80 eingegeben werden. Der Rechenprozessor führt anhand der Speicherungstabellen eine vorgegebene Berechnung zur Steuerung des Antriebs der Pumpeneinheit 64 aus.
Ein Paar der oben beschriebenen flexiblen Aktuatoren 60 arbeitet wie folgt.
Der Pumpentreiber 10 liefert einen Strom zur Steuerung der Pumpeneinheiten 64 der jeweiligen flexiblen Aktuatoren 60. Wenn jede Pumpeneinheit 64 so arbeitet, dass das Arbeitsfluid S vom Vorratsbehälter 65 zum Schlauch 68 gefördert wird, fließt das Arbeitsfluid S in die Schwellkörper 68a des Schlauchs 68, wodurch das Volumen jedes Schwellkörpers 68a zunimmt. Mit zunehmendem Volumen jedes Schwellkörpers 68a bewegen sich die Trennwände 70, die die Schwellkörper 68a sandwichartig umgeben, individuell nach oben und krümmen dadurch den Kern 72 in einen Zustand, in dem jeder flexible Aktuator 60 gekrümmt ist, wie aus 12 zu ersehen ist. Wenn die Pumpeneinheit 64 das Arbeitsfluid S aus dem Schlauch 68 zum Vorratsbehälter 65 zurückführt, nimmt das Volumen jedes Schwellkörpers 68a des Schlauchs 68 ab, und die Trennwände 70 werden durch die elastische Rückholkraft des Kerns 72 einzeln in ihre Ausgangspositionen zurückgebracht, wodurch der flexible Aktuator 60 gerade wird, wie in 8 dargestellt ist.
Wenn sich in diesem Fall die Trennwände 70, die jeden Schwellkörper 68a sandwichartig einschließen, nach oben bewegen, ändern sich der relative Winkel und der Abstand zwischen dem Lichterzeugungs-/Empfangselement 80 und dem Reflektor 82, wodurch die zum Pumpentreiber 10 gesendete Menge des empfangenen Lichtes abnimmt. Der Rechenprozessor des Pumpentreibers 10 bestätigt anhand der Speicherungstabellen für die empfangene Lichtmenge und den Versatzbetrag der beweglichen Einheit 62 den tatsächlichen Versatzbetrag der beweglichen Einheit 62 und bestimmt, ob der Versatzbetrag den Zielwert erreicht hat. Hat der tatsächliche Versatzbetrag der beweglichen Einheit 62 den Zielwert nicht erreicht, wird das Arbeitsfluid S zwischen dem Schlauch 68 und dem Vorratsbehälter 65 durch Betätigen der Pumpeneinheit 64 befördert. Wenn der Versatzbetrag der beweglichen Einheit 62 den Zielwert erreicht, wird der Betrieb der Pumpeneinheit 64 unterbrochen.
Im so aufgebauten flexiblen Aktuator 60 bewegen sich die jeden Schwellkörper 68a sandwichartig senkrecht umgebenden Trennwände 70 in senkrechter Richtung, um das Volumen der Schwellkörper 68a des Schlauchs 68 durch Betätigen der Pumpe 64 zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch der Kern 72 gekrümmt wird, um die bewegliche Einheit 62 zu verformen, womit ein flexibler Aktuator, der durch Erhöhen der Bewegungsgeschwindigkeit der beweglichen Einheit 62 rasch bewegt werden kann, bereitgestellt wird.
Wenn sich die bewegliche Einheit 62 krümmt, gibt das Lichterzeugungs-/Empfangselement 80 Daten der sich ändernden Menge des empfangenen Lichtes in den Pumpentreiber 10 ein und dieser führt die Steuerung entsprechend der Änderung der Menge des empfangenen Lichtes aus, so dass sich die bewegliche Einheit 62 um einen optimalen Versatzbetrag (Krümmungsmaß) krümmt, wodurch die bewegliche Einheit 62 mit hoher Genauigkeit arbeiten kann.
Wenn das in den Druckkammern dicht eingeschlossene Arbeitsfluid S gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform durch ein Heizmittel, z.B. einen Heizdraht, erwärmt wird, kann ein flexibler Aktuator für einen Spielzeug-Roboter bereitgestellt werden, der sich warm anfühlt wie ein lebendiges Wesen.
Wenn der flexible Aktuator mit einer Spracherkennungsfunktion ausgeführt ist (z.B. einer Funktion zur Unterbrechung der Biegebewegung, wenn der Benutzer "Stopp" sagt), kann ein noch sicherer flexibler Aktuator. bereitgestellt werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wenn die bewegliche Einheit Bewegungen einer Roboterhand ausführt, um einen weichen Gegenstand zu halten wie eine Frucht, oder in einem Spielzeug-Roboter eingesetzt wird, der sich gegenüber Menschen wie ein lebendiges Wesen verhält, kann ein Aktuator mit einem weichen einer Hand entsprechenden Endteil eine verbesserte Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Sicherheit und der Haltefunktion haben. Um die Anpassungsfähigkeit hinsichtlich der Sicherheit und der Haltefunktion zu verbessern, ist ein Fluid-Aktuator am besten geeignet. Bei einem bekannten Fluid-Aktuator, der keine integrierte Pumpeneinheit aufwies, mussten jedoch notwendigerweise eine Reihe Druckschläuche zur Spitze des Aktuators geführt werden, so dass sich Arme und dgl. nicht frei bewegen konnten. Obwohl als Fluid vorzugsweise eine Flüssigkeit verwendet wurde, um die Leistungsfähigkeit zu verbessern, da Flüssigkeiten nicht kompressibel sind, bestand das Risiko erheblicher Schäden durch eine Leckage, da sich in den Schlauchleitungen einer bekannten Pumpe des zentralen Typs eine große Flüssigkeitsmenge befand. Insbesondere bestand ein weiteres Risiko darin, dass in einem weichen Aktuator Löcher entstehen konnten, wofür im Stand der Technik keine Gegenmaßnahmen bekannt sind.
Bei einem flexiblen Aktuator mit integrierter Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung dient die bewegliche Einheit zum Klemmen und Halten eines Gegenstandes, ohne diesen zu verkratzen, da die bewegliche Einheit mit einem Schlauch aus weichem und elastischem Material ausgeführt ist, der sich an der Seite der beweglichen Einheit befindet, die in Berührung mit dem Gegenstand kommt, wenn die bewegliche Einheit mit einer Klemm- und Haltekraft auf den Gegenstand wirkt.
Wenn der Aktuator mit einem Vorratsbehälter ausgeführt ist, der eine vorgegebene Menge Fluid speichert, und mit Fördermitteln, um die Zufuhr des im Vorratsbehälter gespeicherten Fluids zu den Fluidkammern der beweglichen Einheit zu steuern, kann die bewegliche Einheit steif gemacht werden, indem der Innendruck durch Zufuhr des im Vorratsbehälter gespeicherten Fluids zu den Fluidkammern durch Betätigen der Fördermittel erhöht wird. Wenn der Aktuator als eine Komponente beispielsweise eines Spielzeug-Roboters verwendet wird, kann deshalb der Spielzeug-Roboter in einen straffen Zustand übergehen, wenn die bewegliche Einheit steif wird, gegenüber einer von einer Pumpeneinheit erzeugten Biegebewegung. Da die bewegliche Einheit von einer Außenabdeckung mit Flüssigkeit absorbierender Funktion umhüllt ist, nimmt die Außenabdeckung die Flüssigkeit auf, so dass diese selbst bei einer Leckage aus der beweglichen Einheit nicht nach außen gelangt.
Wenn eine Mehrzahl der Fluidkammern mit jeweils einem Drucksensor ausgerüstet ist und der Pumpentreiber die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit gemäß der Erfassung durch die Drucksensoren zum Steuern des Antriebs der Pumpeneinheit berechnet, bestimmen die Drucksensoren den Fluiddruck in den Fluidkammern und die bewegliche Einheit wird so gesteuert, dass sie mit einer optimalen Betätigungskraft gemäß der Druckbestimmung arbeitet, wodurch die bewegliche Einheit mit hoher Genauigkeit arbeitet.
Wenn eine Mehrzahl der Fluidkammern mit jeweils einem Schallwellengenerator zum Erzeugen von Schallwellen und einem Schallwellensensor zum Erfassen der Schallwellen ausgerüstet ist und der Pumpentreiber den tatsächlichen Versatzbetrag der beweglichen Einheit gemäß der Erfassung durch die akustischen Sensoren zum Steuern des Antriebs der Pumpeneinheit berechnet, bestimmen die Schallwellensensoren die Ausbreitungszeit oder die Phase der in der Fluidkammer erzeugten Schallwellen und die bewegliche Einheit wird so gesteuert, dass sie mit einem optimalen Versatzbetrag gemäß der Bestimmung durch die Schallwellensensoren arbeitet, wodurch die bewegliche Einheit mit hoher Genauigkeit arbeitet.
Wenn die bewegliche Einheit mit einander gegenüberliegendem Lichtgenerator und Lichtempfänger oder einem Lichterzeugungs-/Empfangselement und einem Reflektor, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, ausgeführt ist und die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit gemäß der Erfassung durch den Lichtempfänger oder das Lichterzeugungs-/Empfangselement zum Steuern des Antriebs der Pumpeneinheit berechnet wird, werden die Betätigungskraft und der Versatzbetrag der beweglichen Einheit mittels des Lichtgenerators und des Lichtempfängers oder des Lichterzeugungs-/Empfangselements und des Reflektors gesteuert, wodurch ein einfacher Steuermechanismus bereitgestellt wird.

Claims

Flexibler Aktuator mit integrierter Pumpe, aufweisend: eine bewegliche Einheit (6) mit einer Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a), in denen eine Flüssigkeit abgedichtet eingeschlossen ist, wobei die bewegliche Einheit (6) mit den Fluidkammern (12a, 14a) beweglich ist, die durch das Fördern der Flüssigkeit zwischen den Fluidkammern (12a, 14a) verformt werden; eine in der beweglichen Einheit (6) integrierte Pumpeneinheit (8) zum Fördern der Flüssigkeit zwischen der Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a); und einen Pumpentreiber (10) zum Steuern des Antriebs der Pumpeneinheit (8), gekennzeichnet durch eine Außenabdeckung (18) mit einer Flüssigkeit absorbierenden Funktion, die die bewegliche Einheit (6) an ihrer Außenseite umhüllt.
Aktuator nach Anspruch 1, bei dem die bewegliche Einheit (6) mit mindestens einem die Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) bildenden langen und schmalen verformbaren Schlauch und einem parallel zu diesem Schlauch angeordneten flexiblen Kern (16) zur Beschränkung der Ausdehnung des Schlauchs in seiner Längsrichtung ausgeführt ist, wobei der Kern (16) mit elektrischen Drähten gebildet ist, die zwischen der Pumpeneinheit (8) und dem Pumpentreiber (10) angeschlossen sind.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Pumpentreiber (10) in der beweglichen Einheit (52) angeordnet ist, in der eine Flüssigkeit abgedichtet eingeschlossen ist, so dass der Pumpentreiber (10) mit der Flüssigkeit in Kontakt steht.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner einen Vorratsbehälter (43), der eine vorgegebene Fluidmenge speichert, und ein Fördermittel zur Steuerung der Zufuhr des im Vorratsbehälter (43) gespeicherten Fluids zu jeder Fluidkammer (12a, 14a) der beweglichen Einheit (6) aufweisend.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem zwei Pumpeneinheiten (8A, 8B) in der beweglichen Einheit (6) an den jeweiligen Enden in Längsrichtung der beweglichen Einheit (6) integriert sind, und die beiden Pumpeneinheiten (8A, 8B) gleichzeitig arbeiten, um Fluid zwischen der Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) zu befördern.
Aktuator nach Anspruch 5, bei dem jede Pumpeneinheit (8A, 8B) mit einem lösbaren Verbindungsteil versehen ist, so dass dann, wenn ein Paar bewegliche Einheiten (6) miteinander in Reihe verbunden werden, eine bewegliche Einheit (6) mit der anderen beweglichen Einheit (6) an der jeweiligen Pumpeneinheit (8A, 8B) jeder beweglichen Einheit (6) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) parallel zueinander angeordnet sind, die bewegliche Einheit (6) durch die Beförderung des Fluids zwischen den Fluidkammern (12a, 14a) verformt wird, die Pumpeneinheit (8) in der beweglichen Einheit (6) integriert ist und Fluid zwischen der Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) befördert wird, und der Pumpentreiber (10) den Antrieb der Pumpeneinheit (8) steuert.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 7, bei dem die bewegliche Einheit (6) mit mindestens zwei parallel zueinander angeordneten fangen und schmalen Schläuchen (12, 14), die in der Lage sind, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, und je eine Fluidkammer (12a, 14a) bilden, und einem flexiblen Kern (16) ausgeführt ist, der zwischen den Schläuchen angeordnet ist, um die Ausdehnung jedes Schlauchs in seiner Längsrichtung zu beschränken.
Aktuator nach Anspruch 8, bei dem der Schlauch (12, 14), der an der Seite der beweglichen Einheit (6) angeordnet ist, die in Berührung mit einem Gegenstand zu bringen ist, wenn eine Press- und Haltekraft der beweglichen Einheit (6) auf den Gegenstand wirkt, aus einem weichen und elastischem Material besteht.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein weiches Element (2) die Pumpeneinheit (8) umhüllt.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner einen Druckabbaumechanismus (16a) aufweisend, der den Innendruck einer Fluidkammer der Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) senkt, indem die Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) dazu gebracht werden, miteinander zu kommunizieren, wenn der Innendruck der einen Fluidkammer (12a, 14a) auf einen anomalen Pegel ansteigt.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Pumpeneinheit (8) eine Membran (26) aufweist, die eine Pumpenfluidkammer (24) zwischen einem Ende der beweglichen Einheit (6) und der Pumpeneinheit (8) begrenzt.
Aktuator nach Anspruch 12, bei dem ein piezoelektrisches Element (28) auf der Membran in Form einer Schicht aufgebracht ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Pumpeneinheit (8) mit einem Ventil (22) zur Einstellung der Richtung des Fluidtransports zwischen einem, eine Fluidkammer (12a) bildenden Schlauch (12) und einem anderen, eine andere Fluidkammer (14a) bildenden Schlauch (14) über die Pumpenfluidkammer (24) ausgeführt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Pumpeneinheit (58a – 58c) die gleiche Anzahl Pumpen mit unidirektionaler Strömung aufweist wie die Anzahl Fluidkammern (56a – 56c), wobei jede Fluidkammer mit einer Pumpe mit unidirektionaler Strömung in Verbindung steht, die Fluid von der einen Fluidkammer in eine andere Fluidkammer fördert, und mit einer anderen Pumpe mit unidirektionaler Strömung, die das Fluid von einer anderen Fluidkammer in die eine Fluidkammer fördert.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) jeweils mit einem Drucksensor (30) ausgerüstet sind, und der Pumpentreiber (10) die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit (6) auf Basis der Erfassungsergebnisse von den Drucksensoren berechnet und den Antrieb der Pumpeneinheit (8) steuert.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Mehrzahl Fluidkammern (12a, 14a) jeweils mit einem Schallwellengenerator (32) zum Erzeugen von Schallwellen und einem Schallwellensensor (34) zum Erfassen der Schallwellen ausgerüstet sind, und der Pumpentreiber (10) den tatsächlichen Versatz der beweglichen Einheit (6) auf Basis der Erfassungsergebnisse von den Schallwellensensoren berechnet und den Antrieb der Pumpeneinheit (8) steuert.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die Pumpeneinheit (8) eine Membran (26) aufweist, die eine Pumpenfluidkammer (24) begrenzt; eine Stromänderung, die bei Druckbeaufschlagung der Membran, an die eine Spannung gelegt wird, erzeugt wird, in den Pumpentreiber (10) eingegeben wird, und der Pumpentreiber (10) die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit (6) entsprechend der Bestimmung der Stromänderung zur Steuerung des Antriebs der Pumpeneinheit (8) berechnet.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die Pumpeneinheit (8) eine Membran (26) aufweist, die eine Pumpenfluidkammer (24) begrenzt; eine Mehrzahl der Fluidkammern (12a, 14a) jeweils mit einem Schallwellensensor (34) zum Erfassen der durch die Membran erzeugten Schallwellen ausgeführt ist, und der Pumpentreiber den tatsächlichen Betrag des Versatzes der beweglichen Einheit (6) auf Basis der Erfassungsergebnisse von den Schallwellensensoren zur Steuerung des Antriebs der Pumpeneinheit (8) berechnet.
Aktuator nach Anspruch 16 und 17, bei dem der Pumpentreiber (10) eine Tabelle zum Berechnen der Betätigungskraft und des Versatzes der beweglichen Einheit (6) aus den erfassten Schallwellen und dem erfassten Druck aufweist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem die bewegliche Einheit (6) einen Lichtgenerator und einen Lichtempfänger aufweist, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, oder ein Lichterzeugungs-/Empfangselement und einen Reflektor, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, und die tatsächliche Betätigungskraft der beweglichen Einheit (6) vorzugsweise gemäß dem Erfassungsergebnis von entweder dem Lichtempfänger oder dem Lichterzeugungs/Empfangselement berechnet wird, so dass der Antrieb der Pumpeneinheit (8) gesteuert wird.
Aktuator nach Anspruch 21, bei dem der Pumpentreiber (10) eine Tabelle zum Berechnen der Betätigungskraft und des Versatzes der beweglichen Einheit (6) aus der Lichtmenge, die vom Lichtempfänger oder dem Lichterzeugungs-/Empfangselement erfasst wird, aufweist.