JP2000002176A - Microactuator - Google Patents

Microactuator

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JP2000002176A
JP2000002176A JP16755298A JP16755298A JP2000002176A JP 2000002176 A JP2000002176 A JP 2000002176A JP 16755298 A JP16755298 A JP 16755298A JP 16755298 A JP16755298 A JP 16755298A JP 2000002176 A JP2000002176 A JP 2000002176A
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JP
Japan
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motion
control information
actuator
movement
exercise
Prior art date
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Withdrawn
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JP16755298A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Akatsuka
浩二 赤塚
Ritsuo Hara
律雄 原
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microactuator which can be embodied in a micro- structure, can generate a smooth motion of high degree of freedom despite its simple construction, and has excellent property against failure. SOLUTION: This microactuator is equipped with a motion actuation part 1 which produces control information for specifying the form of the motion and a motion acting part 2 which has a motion element fixation part 20 where a row 21 of motion elements consisting of a plurality of motion elements is fixed and which moves according to the control information of the motion actuation part 1 in the way, wherein the motion element fixation part 20 is moved by the driven specified motion element belonging to the motion element row 21 in conformity to the control information.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はマクロマシーンに使
用されるマイクロアクチュエータに関し、特にマイクロ
アクチュエータの運動機構を構成する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microactuator used for a macro machine, and more particularly to a technique for forming a microactuator motion mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マイクロマシンに使用されるマイ
クロアクチュエータ(以下、単に「アクチュエータ」と
いう)の多くは、LSI半導体技術を用いて製作され
る。このような従来のアクチュエータの一例を図21に
示す。このアクチュエータは、中央処理プロセッサ5
0、基板53上に配置された複数の運動素子21、複数
の運動素子21のそれぞれに対応して設けられた複数の
運動素子制御プロセッサ51、及び上記中央処理プロセ
ッサ50と複数の運動素子制御プロセッサ51とを接続
する制御情報伝達結線52から構成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, many microactuators (hereinafter simply referred to as "actuators") used in micromachines are manufactured using LSI semiconductor technology. FIG. 21 shows an example of such a conventional actuator. This actuator has a central processing unit 5
0, a plurality of motion elements 21 arranged on a substrate 53, a plurality of motion element control processors 51 provided corresponding to each of the plurality of motion elements 21, the central processing processor 50 and a plurality of motion element control processors The control information transmission connection 52 connects the control information transmission line 51 to the control information transmission line 51.

【0003】中央処理プロセッサ50は、複数の運動素
子制御プロセッサ51のそれぞれに所定の制御情報を送
ることによりこのアクチュエータ全体の動きを制御す
る。即ち、制御情報を受け取った各運動素子制御プロセ
ッサは、各運動素子の運動を規定するための素子制御情
報を生成し、各運動素子に供給する。各運動素子は、受
け取った素子制御情報に応じた運動をする。これによ
り、複数の運動素子が全体として所定の運動を行い、ア
クチュエータとしての機能が達成される。このように、
1つのプロセッサが複数のプロセッサへ情報を伝達し、
複数のプロセッサがそれぞれ1つの運動素子を制御する
ことによりアクチュエータ全体の動きを制御する方式を
集中制御方式という。
The central processing processor 50 controls the movement of the entire actuator by sending predetermined control information to each of the plurality of motion element control processors 51. That is, each motion element control processor that has received the control information generates element control information for defining the motion of each motion element and supplies it to each motion element. Each movement element makes a movement according to the received element control information. Thereby, the plurality of motion elements perform a predetermined motion as a whole, and the function as an actuator is achieved. in this way,
One processor communicates information to multiple processors,
A system in which a plurality of processors each control one motion element to control the movement of the entire actuator is called a centralized control system.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような集中制御
方式を採用する従来のアクチュエータでは、各運動素子
に対応して運動素子制御プロセッサが設けられているの
で、このアクチュエータを使用してマイクロマシンを構
成した場合、運動素子制御プロセッサが相当の空間を占
めることになり、微少化の障害(これを「空間的障害」
という)になる。また、中央処理プロセッサから各運動
素子制御プロセッサへ制御情報を伝達する集中制御方式
では、制御情報を伝達するための結線が必要であるり、
この結線も空間的障害である。
In the conventional actuator employing the above-described centralized control system, a motion element control processor is provided for each motion element. When configured, the motion element control processor occupies a considerable amount of space, and the obstacle of miniaturization (this is called "spatial obstacle")
). Also, in the centralized control method of transmitting control information from the central processing processor to each motion element control processor, a connection for transmitting control information is required,
This connection is also a spatial obstacle.

【0005】更に、上記集中制御方式を採用するアクチ
ュエータでは、運動素子を動作させるための運動素子制
御プロセッサが1つでも故障すると、アクチュエータ全
体が機能しなくなる。従って、耐故障性に劣るという問
題がある。
Further, in the actuator employing the above-mentioned centralized control method, if at least one motion element control processor for operating the motion element fails, the entire actuator does not function. Therefore, there is a problem that the fault tolerance is poor.

【0006】本発明は、上述したような問題を解消する
ためになされたものであり、その目的は、微少化が可能
であり、構造が簡単であるにも拘わらず自由度の高い滑
らかな動きが得られ、しかも耐故障性に優れたマイクロ
アクチュエータを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to achieve smooth movement with a high degree of freedom despite its miniaturization and simple structure. And to provide a microactuator having excellent fault tolerance.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロア
クチュエータは、上記目的を達成するために、運動の形
態を規定するための制御情報を生成する運動起動部と、
複数の運動素子で成る運動素子列が固着された運動素子
固定部を有し、前記運動起動部からの制御情報に従って
該運動素子列の所定の運動素子が駆動されることにより
該運動素子固定部が運動し、以て前記制御情報に応じた
形態で運動する運動作用部、とを備えている。
In order to achieve the above object, a microactuator according to the present invention has a motion starting unit for generating control information for defining a form of motion,
A motion element fixing section to which a motion element row including a plurality of motion elements is fixed, wherein a predetermined motion element of the motion element row is driven in accordance with control information from the motion activation section; And a movement action section that moves in a form according to the control information.

【0008】このマイクロアクチュエータの前記運動作
用部は、前記運動起動部からの制御情報に従って該運動
素子列の先頭の運動素子が運動し、該運動が後続の運動
素子に順次伝播されることにより該運動素子固定部が変
位し、以て前記制御情報に応じた運動パターンで運動す
るように構成できる。この場合、前記運動作用部の運動
素子列における運動の伝播は、各運動素子の動きが、隣
接する運動素子に影響を及ぼすことにより行われるよう
に構成できる。
The motion acting portion of the microactuator is configured such that the first motion element of the motion element row moves according to the control information from the motion activation section, and the motion is sequentially propagated to the subsequent motion elements. The motion element fixing portion is displaced, and thereby can be configured to move in a motion pattern according to the control information. In this case, the propagation of the motion in the motion element array of the motion action section can be performed such that the motion of each motion element affects an adjacent motion element.

【0009】また、このマイクロアクチュエータは、前
記運動作用部に含まれる運動素子間の動きに運動素子の
制御情報をコードするように構成できる。また、前記運
動作用部を構成する前記複数の運動素子の配置と各運動
素子の動きの制御特性によって前記運動素子作用部の機
能が決定されるように構成できる。更に、前記運動作用
部は、複数の運動素子固定部を有し、前記運動起動部
は、各運動素子固定部に制御情報を供給することにより
前記制御情報に応じた形態で運動するように構成でき
る。
Further, the microactuator can be configured to code the control information of the movement element in the movement between the movement elements included in the movement action section. Further, the function of the motion element action section may be determined by the arrangement of the plurality of motion elements constituting the motion action section and the control characteristics of the motion of each motion element. Furthermore, the exercise action section has a plurality of exercise element fixing sections, and the exercise start section is configured to exercise control information to each exercise element fixing section to exercise in a form corresponding to the control information. it can.

【0010】本発明によれば、運動素子の動き自身に運
動素子の制御情報がコードされているため、従来のアク
チュエータのように、各運動素子毎に運動素子制御プロ
セッサを設ける必要がなく且つ中央処理プロセッサから
運動素子制御プロセッサへ制御情報を伝達するための結
線も不要である。従って、空間的な余裕が生じるのでマ
イクロマシンの微少化が図れる。
According to the present invention, since the movement information of the movement element itself is coded in the movement itself of the movement element, it is not necessary to provide a movement element control processor for each movement element as in the conventional actuator, and the central element is not required. There is no need for a connection for transmitting control information from the processing processor to the motion element control processor. Therefore, there is a space margin, so that the micromachine can be miniaturized.

【0011】更に、従来の集中制御方式では、1つの運
動素子制御プロセッサの故障によりアクチュエータ全体
が機能しなくなる。これに対し、本発明によれば、運動
素子の動き自身に制御情報がコードされているため、故
障した運動素子の近傍の運動素子に動きの影響が伝達さ
れれば、近傍の運動素子に動きの情報が伝達されるの
で、たとえ1つの運動素子が故障してもアクチュエータ
全体としての機能を維持できるという利点がある。
Further, in the conventional centralized control system, the failure of one motion element control processor makes the entire actuator inoperative. On the other hand, according to the present invention, since the control information is coded in the motion of the motion element itself, if the influence of the motion is transmitted to the motion element in the vicinity of the failed motion element, the motion is moved to the nearby motion element. Is transmitted, there is an advantage that even if one moving element fails, the function of the entire actuator can be maintained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
アクチュエータを、図面を参照しながら詳細に説明す
る。このアクチュエータは、運動素子分布型アクチュエ
ータと呼ばれ、アクチュエータ全体に配置された微少な
運動素子の運動によってアクチュエータ全体の動きが決
定される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an actuator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. This actuator is called a motion element distribution type actuator, and the motion of the entire actuator is determined by the motion of minute motion elements arranged on the entire actuator.

【0013】図1は、本発明の実施の形態に係るアクチ
ュエータの最も基本的な構成を示す図である。このアク
チュエータは、運動起動部1と運動作用部2とから構成
されている。運動起動部1は、アクチュエータの基部に
運動を起こさせる機能を有する。また、運動作用部2
は、運動起動部1からの制御情報に応じて運動する部分
であり、この運動作用部2の運動によりアクチュエータ
全体の動きが形成される。
FIG. 1 is a diagram showing the most basic configuration of an actuator according to an embodiment of the present invention. This actuator comprises a motion starting unit 1 and a motion acting unit 2. The movement activating unit 1 has a function of causing the base of the actuator to move. In addition, the motion acting part 2
Is a part that moves in accordance with control information from the movement activating unit 1. The movement of the movement acting unit 2 forms the movement of the entire actuator.

【0014】運動起動部1は、図2に示すように、処理
プロセッサ10、基本運動素子11及び運動素子固定部
20の一部で構成されている。基本運動素子11は運動
素子固定部20の一部に固着されている。この基本運動
素子11が固着された運動素子固定部20は運動作用部
2に敷衍されている。処理プロセッサ10は、運動作用
部2の運動の形態を規定する制御情報を生成し、基本運
動素子11に供給する。基本運動素子11は、この制御
情報に応じて駆動されることにより変位を生じる。駆動
原理としては、例えば静電引力、ピエゾ素子、形状記憶
合金の相変態、熱膨張等を用いることができる。
As shown in FIG. 2, the exercise activating unit 1 is composed of a processor 10, a basic exercise element 11, and a part of an exercise element fixing unit 20. The basic motion element 11 is fixed to a part of the motion element fixing part 20. The movement element fixing section 20 to which the basic movement element 11 is fixed is extended to the movement action section 2. The processing processor 10 generates control information that defines the form of movement of the movement action section 2 and supplies the control information to the basic movement element 11. The basic motion element 11 is displaced by being driven according to the control information. As the driving principle, for example, electrostatic attraction, piezo element, phase transformation of shape memory alloy, thermal expansion, and the like can be used.

【0015】運動作用部2は、図2に示すように、運動
素子固定部20と、この運動素子固定部20上に整列し
て固着された複数の運動素子(これを「運動素子列」と
いう)21とから構成されている。処理プロセッサ10
によって駆動されることにより引き起こされた基本運動
素子11の運動は、運動素子列21の最も運動起動部1
に近い側(以下、「上流側」という)に配置されている
運動素子に伝達される。
As shown in FIG. 2, the motion acting section 2 includes a motion element fixing section 20 and a plurality of motion elements aligned and fixed on the motion element fixing section 20 (this is referred to as a “motion element row”). ) 21. Processing processor 10
The motion of the basic motion element 11 caused by being driven by the
(Hereinafter referred to as “upstream side”).

【0016】この運動素子列21の最も上流側の運動素
子に伝達された運動は、運動起動部1から遠い側(以
下、「下流側」という)の隣りの運動素子へ伝達され
る。以下同様にして、運動素子の運動は、順次下流側の
運動素子に伝達される。即ち、運動素子固定部20に配
置された運動素子列21は、1つの運動素子の動きが下
流側の隣接する運動素子に影響を及ぼすことにより運動
を伝達する伝達機構を形成している。
The motion transmitted to the most upstream motion element of the motion element row 21 is transmitted to the next motion element on the far side (hereinafter, referred to as “downstream side”) from the motion starting unit 1. Similarly, the motion of the motion element is sequentially transmitted to the motion element on the downstream side. That is, the motion element row 21 arranged in the motion element fixing unit 20 forms a transmission mechanism that transmits a motion by the motion of one motion element affecting an adjacent motion element on the downstream side.

【0017】この伝達機構は、例えば運動素子間に粘性
の強い液体を充填することにより実現できる。この構成
によれば、ある運動素子の運動が液体を媒体として下流
側の隣の運動素子に機械的刺激として伝わり、この隣の
運動素子の運動が起動される。なお、運動素子間の運動
の伝達は、液体に限らず、例えば運動素子間を直接結合
するリンクを用いて行ってもよい。要は、運動素子間に
機械的刺激を伝播できる構成であれば、如何なる構成で
あってもよい。
This transmission mechanism can be realized, for example, by filling a viscous liquid between the motion elements. According to this configuration, the motion of a certain motion element is transmitted as a mechanical stimulus to the adjacent motion element on the downstream side using the liquid as a medium, and the motion of the adjacent motion element is activated. The movement between the movement elements is not limited to the liquid, and may be transmitted using, for example, a link directly connecting the movement elements. In short, any configuration may be used as long as a mechanical stimulus can be transmitted between the motion elements.

【0018】運動作用部2の各運動素子は、上流側の隣
接する運動素子の影響を受けて、自己の運動形態を決定
する機能を有する。この運動素子が有する機能は、アク
チュエータ全体の運動形態に大きく影響する。この運動
素子が有する機能を、例えば原生動物の繊毛のように自
由に曲がる運動を形成できるアクチュエータを例に挙げ
て説明する。
Each of the motion elements of the motion action section 2 has a function of determining its own motion form under the influence of an adjacent motion element on the upstream side. The function of this motion element greatly affects the motion form of the entire actuator. The function of this movement element will be described by taking an actuator capable of forming a freely bending movement like a protoanimal cilia as an example.

【0019】本発明の第1の実施の形態に係るアクチュ
エータは、2次元的な運動が可能である。図3はこのア
クチュエータの側面図であり、図4は上面図である。こ
のアクチュエータは、1つの運動起動部1と、同一構成
の2つの運動作用部2とから構成されている。2つの運
動作用部2は、図3及び図4に示すように、それぞれの
運動素子列21が並行になるように運動起動部1に固着
されている。
The actuator according to the first embodiment of the present invention is capable of two-dimensional movement. FIG. 3 is a side view of the actuator, and FIG. 4 is a top view. This actuator is composed of one motion starting unit 1 and two motion acting units 2 having the same configuration. As shown in FIGS. 3 and 4, the two motion acting portions 2 are fixed to the motion activation portion 1 such that the respective motion element rows 21 are parallel to each other.

【0020】運動作用部2の運動素子固定部20に配置
された運動素子列21の各運動素子は、上流側の隣の運
動素子の動きによって運動のスイッチがオンになり、あ
る一定時間だけ隣の運動素子固定部20に作用し、この
作用によってアクチュエータ全体を曲げるための屈曲力
が生じる。これにより、例えば図4の矢印で示すよう
な、曲がる運動が形成される。
Each of the motion elements of the motion element row 21 arranged on the motion element fixing section 20 of the motion action section 2 is switched on by the motion of the adjacent motion element on the upstream side, and the motion is switched on for a certain period of time. Act on the motion element fixing portion 20, which generates a bending force for bending the entire actuator. This forms a bending motion, for example, as indicated by the arrow in FIG.

【0021】また、運動素子のスイッチのオン/オフの
みならず、運動素子の動きの情報に運動素子の制御情報
をコードすることも可能である。例えば、上流側の隣の
運動素子の動き、変位の速度、加速度情報に応じて運動
素子の運動起動の速度・加速度を決定する機構を持たせ
れば、運動素子固定部20における運動素子の運動起動
活性の伝搬も制御可能になる。
In addition to turning on / off the switch of the moving element, it is also possible to code the control information of the moving element in the information of the movement of the moving element. For example, if a mechanism for determining the speed / acceleration of motion activation of the motion element according to the motion, displacement speed, and acceleration information of the adjacent motion element on the upstream side is provided, the motion activation of the motion element in the motion element fixing unit 20 is performed. Activity propagation can also be controlled.

【0022】更に、運動作用部2では、アクチュエータ
の運動により生じたアクチュエータ形状の変形に対する
復元機構を必要とするが、このためにアクチュエータの
構成材料にゴム等の弾性体を用いることができる。この
構成によれば、運動素子が力を発生しなくなったとき、
この弾性体の弾性力でアクチュエータ形状が復元され
る。また、アクチュエータの形状の復元のみならず連続
的な反復運動を行わせることもできる。
Further, the motion acting section 2 needs a mechanism for restoring the deformation of the actuator shape caused by the movement of the actuator. For this purpose, an elastic body such as rubber can be used as a material of the actuator. According to this configuration, when the motion element stops generating force,
The actuator shape is restored by the elastic force of the elastic body. Further, not only the shape of the actuator can be restored but also a continuous repetitive motion can be performed.

【0023】次に、運動素子間の情報の伝達機構におい
て、流体を介して各運動素子がどのように動くかについ
て説明する。図5は運動作用部2を構成する運動素子の
運動の様子を示す。この図5に示すように、運動素子の
ヘッドの位置は、素子発生力、素子間相互作用力及び内
部粘性力といった3つの力の釣り合いで決定される。こ
の釣り合いは、下記式(1)で表現される。なお、ここ
では、100個の運動素子が存在するものとしている。
Next, in the information transmission mechanism between the motion elements, how each motion element moves via a fluid will be described. FIG. 5 shows the motion of the motion element constituting the motion action section 2. As shown in FIG. 5, the position of the head of the moving element is determined by the balance of three forces such as an element generating force, an element interaction force, and an internal viscous force. This balance is expressed by the following equation (1). Here, it is assumed that there are 100 motion elements.

【0024】[0024]

【数1】 ここで、xは運動素子のヘッドの位置、Cは粘性係数、
Eは弾性係数、F(x)は運動素子の素子発生力であ
る。この式(1)の左辺は内部粘性力を表し、右辺の第
1項は素子発生力、第2項は素子間相互作用力を表す。
(Equation 1) Here, x is the position of the head of the motion element, C is the viscosity coefficient,
E is the elastic modulus, and F (x) is the element generating force of the motion element. The left side of the equation (1) represents the internal viscous force, the first term on the right side represents the element generating force, and the second term represents the element interaction force.

【0025】ここで、内部粘性力は、ヘッドの移動によ
って生じる力である。また、素子発生力は、運動素子自
身がヘッドの位置に応じて発生する力であり、図6に示
す特性を有する。また、素子間相互作用力は、アクチュ
エータ全体の弾性が関わる素子相互の間で働く力であ
り、図7に示すように運動素子のヘッドの位置を定義す
ると、下記式(2)によって求められる。
Here, the internal viscous force is a force generated by the movement of the head. The element generating force is a force generated by the moving element itself according to the position of the head, and has the characteristics shown in FIG. The element interaction force is a force acting between the elements related to the elasticity of the entire actuator, and is obtained by the following equation (2) when the position of the head of the moving element is defined as shown in FIG.

【数2】 (Equation 2)

【0026】図8(A)〜(G)は、上記式(1)及び
式(2)に従って、運動素子の活性伝播をシミュレーシ
ョンした結果を示す。各図において、縦軸は運動素子の
位置を示し、横軸は運動素子の運動作用部2の運動素子
固定部20上の位置を示す。図8(A)は初期状態を示
し、以下時間の経過に伴って、順次図8(B)から図8
(G)に示すような伝播の状態に変化する。この図8か
ら、運動起動部1から運動作用部2が起動されることに
より、運動作用部2の運動素子固定部20上の各運動素
子のヘッドの位置変化と活性伝播が実現され、素子間の
情報の伝達機構として機能することが分かる。
FIGS. 8A to 8G show the results of simulating the active propagation of the moving element according to the above equations (1) and (2). In each of the drawings, the vertical axis indicates the position of the motion element, and the horizontal axis indicates the position of the motion action section 2 of the motion element on the motion element fixing section 20. FIG. 8A shows the initial state, and FIG. 8B to FIG.
The state changes to a propagation state as shown in FIG. As shown in FIG. 8, when the motion action section 2 is activated from the motion activation section 1, the position change and the active propagation of the head of each motion element on the motion element fixing section 20 of the motion action section 2 are realized. It can be seen that it functions as an information transmission mechanism.

【0027】次に、本発明の第2の実施の形態に係るア
クチュエータについて説明する。このアクチュエータ
は、図9に示すように、1つの運動起動部1と9つの運
動作用部2とから構成されている。なお、図9では、運
動作用部2の一部のみが示されているが、このアクチュ
エータにおける運動作用部2の各運動素子固定部20に
は100個の運動素子が配置されている。そして、図1
3(A)に運動作用部2のみを取り出して模式的に示す
ように、各運動素子固定部20の先端は連結されてい
る。また、運動起動部1は、9つの運動素子固定部20
のそれぞれに運動を起こさせるためのトリガとなる運動
を発生する。
Next, an actuator according to a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 9, this actuator is composed of one motion starting unit 1 and nine motion acting units 2. Although FIG. 9 shows only a part of the motion action section 2, 100 motion elements are arranged in each motion element fixing section 20 of the motion action section 2 in this actuator. And FIG.
As shown schematically in FIG. 3 (A), only the motion acting portion 2 is taken out, the distal ends of the motion element fixing portions 20 are connected. In addition, the movement activating unit 1 includes nine movement element fixing units 20.
Generates a movement that triggers the movement of each of the.

【0028】運動作用部2の各運動素子は、上流の運動
素子の運動に応じて自己の運動を決定する機能、及び隣
の運動素子固定部20に作用してアクチュエータ全体と
して運動形成を行うための活性作用を形成する機能を有
する。
Each of the motion elements of the motion action section 2 has a function of determining its own motion in accordance with the motion of the upstream motion element, and acts on the adjacent motion element fixing section 20 to form motion as a whole actuator. It has the function of forming an active action.

【0029】上流の運動素子の運動に応じて自己の運動
を決定するメカニズムとしては、運動素子の活性時間
と、運動素子の活性が下流の運動素子に伝播する速度と
が、上流の運動素子の変位に応じて変化(制御)される
ことを前提としている。
As a mechanism for determining its own movement according to the movement of the upstream moving element, the activation time of the moving element and the speed at which the activity of the moving element propagates to the downstream moving element are determined by the upstream moving element. It is assumed that it is changed (controlled) according to the displacement.

【0030】この運動素子の活性伝播は、その様子を図
10に示すように、各運動素子固定部20の活性開始時
間(運動起動部1における運動の発生タイミング)、活
性伝播速度及び活性継続時間といった3つのパラメータ
で定義される時空間関数を用いて表されている。以下で
は、簡単のために、活性伝播速度及び活性継続時間は、
各運動素子固定部20で共通の値が用いられ、活性開始
時間のみが変化するものとする。この活性開始時間は、
或る基準時刻からの時間間隔で定義される。
As shown in FIG. 10, the activation propagation time of each exercise element fixing section 20 (timing of the exercise in the exercise start section 1), the activation propagation speed and the activation duration time are shown in FIG. Are represented using a spatio-temporal function defined by three parameters such as In the following, for simplicity, the activity propagation rate and the activity duration are:
It is assumed that a common value is used in each exercise element fixing unit 20 and only the activation start time changes. This activation time is
It is defined by a time interval from a certain reference time.

【0031】図11(A)は、No.1〜No.9とい
った9個の運動素子固定部20の各時空間関数を表した
ものである。各運動素子固定部20の時空間関数を、図
11(A)の矩形で囲ったような時間平面で切ると、図
11(B)に示すように、ある時刻における運動素子の
活性の様子を表すことができる。この各運動素子の活性
に応じて屈曲力が発生する。
FIG. 1 to No. 9 represents each space-time function of nine motion element fixing units 20, such as nine. When the spatiotemporal function of each motion element fixing unit 20 is cut by a time plane surrounded by a rectangle in FIG. 11A, the state of the activity of the motion element at a certain time is obtained as shown in FIG. Can be represented. A bending force is generated according to the activity of each motion element.

【0032】ところで、屈曲力は以下のようにして生じ
る。即ち、図12に示すように、基部が固定された2つ
の運動素子固定部20間の運動素子固定部上において、
活性された運動素子がある部分では、運動素子が隣の運
動素子固定部20に対して作用することによってよじれ
が生じる。この部分的なよじれが運動作用部20全体の
屈曲として反映されることにより屈曲力が生じる。そし
て、この屈曲力に応じて、アクチュエータ全体の形状が
決定される。
The bending force is generated as follows. That is, as shown in FIG. 12, on the motion element fixing portion between the two motion element fixing portions 20 with the base fixed,
In the portion where the activated motion element is located, the motion element acts on the adjacent motion element fixing portion 20 to cause kinking. This partial kinking is reflected as bending of the entire motion acting portion 20 to generate a bending force. Then, the shape of the entire actuator is determined according to the bending force.

【0033】この各運動素子の活性に応じて発生する屈
曲力は以下のようにして求めることができる。即ち、図
13(A)に示したように構成される運動作用部2をそ
れぞれが9個の運動素子を有する100個のセグメント
に分割する。1つのセグメントは、図13(B)に示す
ような構成を有すると考えることができる。各セグメン
トには、運動素子の活性に応じて図13(C)にベクト
ルで示すような屈曲力が生じる。従って、全セグメント
の屈曲力は、図14(A)のように表すことができる。
各セグメントのベクトルを合成すると運動作用部2の各
部で発生する屈曲力が求められ、この屈曲力に応じて運
動作用部2の形状が変化する。例えば、運動作用部2の
形状が図14(B)に示す状態にある場合に、図14
(A)に示すような屈曲力が発生した場合に、その形状
は図14(C)に示す状態に変化する。
The bending force generated according to the activity of each motion element can be obtained as follows. That is, the motion acting section 2 configured as shown in FIG. 13A is divided into 100 segments each having 9 motion elements. One segment can be considered to have a configuration as shown in FIG. Each segment generates a bending force as indicated by a vector in FIG. 13C according to the activity of the motion element. Therefore, the bending forces of all the segments can be represented as shown in FIG.
When the vectors of the respective segments are combined, the bending force generated at each portion of the motion acting portion 2 is obtained, and the shape of the motion acting portion 2 changes according to the bending force. For example, when the shape of the motion acting portion 2 is in the state shown in FIG.
When a bending force as shown in FIG. 14A is generated, the shape changes to a state shown in FIG.

【0034】以上のように構成される第2の実施の形態
に係るアクチュエータは、Aモード及びBモードといっ
た2つの動作モードで動作する。図15は、Aモードに
おける3つのパラメータ(活性開始時間、活性伝播速度
及び活性継続時間)の具体値及びBモードにおける3つ
のパラメータの具体値を示す。活性伝播速度は、Aモー
ドの場合は0.55(L/ms)、Bモードの場合は
1.25(L/ms)である。また、活性継続時間は、
Aモードの場合は5.0(ms)、Bモードの場合は
7.0(ms)である。
The actuator according to the second embodiment configured as described above operates in two operation modes such as A mode and B mode. FIG. 15 shows specific values of three parameters (activation start time, activation propagation speed, and activation duration) in the A mode and specific values of the three parameters in the B mode. The active propagation speed is 0.55 (L / ms) in A mode and 1.25 (L / ms) in B mode. The active duration is
The time is 5.0 (ms) in the case of the A mode, and 7.0 (ms) in the case of the B mode.

【0035】図15の活性開始時間の欄に示された円は
運動周期を表し、時計回りに一周することにより1運動
周期が完結する。運動周期は、Aモードの場合は40m
s、Bモードの場合は25msである。円周上に記され
た数字は、その数字が記載されているタイミング(角
度)で、該数字に対応する運動素子固定部20の運動が
起動されることを意味する。
The circle shown in the column of the activation start time in FIG. 15 represents a movement cycle, and one movement cycle is completed by making a round in the clockwise direction. Exercise cycle is 40m in A mode
In the case of the s and B modes, the time is 25 ms. The number written on the circumference means that the movement of the motion element fixing unit 20 corresponding to the number is started at the timing (angle) at which the number is written.

【0036】図16(A)は、アクチュエータがAモー
ドで動作する場合の運動形態、つまりアクチュエータの
連続的な形状変化の様子を表す。また、図16(B)
は、アクチュエータがBモードで動作する場合の運動形
態を表す。
FIG. 16A shows the form of movement when the actuator operates in the A mode, that is, the state of continuous shape change of the actuator. FIG. 16B
Represents a motion mode when the actuator operates in the B mode.

【0037】このアクチュエータは、運動起動部1から
運動作用部2に供給される制御情報の種類に応じた動作
モードで動作可能であり、従って2種類のアクチュエー
タの運動が生成できる。この運動形態は原生動物が移動
のために用いる繊毛の運動軌道に類似しており、微少な
物体を移動させるための動力源として利用できる。
This actuator is operable in an operation mode corresponding to the type of control information supplied from the motion activating unit 1 to the motion acting unit 2, so that two types of motion of the actuator can be generated. This movement form is similar to the movement trajectory of the cilia used by the protozoa for movement, and can be used as a power source for moving a minute object.

【0038】図17は、このアクチュエータを利用した
微少移動体を示す。この微少移動体は、本体に動力源と
して1つのアクチュエータが付加されて構成されてお
り、アクチュエータの繊毛運動により推進する。この微
少移動体は、例えば、生体内を任意の場所に移動するよ
うなカプセルとして利用できる。
FIG. 17 shows a minute moving body using this actuator. This minute moving body is configured by adding one actuator as a power source to a main body, and is propelled by the ciliary motion of the actuator. This minute moving body can be used, for example, as a capsule that moves to an arbitrary place in a living body.

【0039】また、図18に示すように、本体に3個の
アクチュエータを付加して微少移動体を構成することも
できる。図18(A)は微少移動体の斜視図、同図
(B)は上面図、同図(C)は側面図、同図(D)は後
面図、及び同図(E)は前面図である。各アクチュエー
タは、図示するように、本体の右下にアクチュエータ
A、中央上にアクチュエータB及び左下にアクチュエー
タCが取り付けられている。
Further, as shown in FIG. 18, a small moving body can be formed by adding three actuators to the main body. 18 (A) is a perspective view of the micro movable body, FIG. 18 (B) is a top view, FIG. 18 (C) is a side view, FIG. 18 (D) is a rear view, and FIG. 18 (E) is a front view. is there. As shown in the figure, each actuator has an actuator A attached at the lower right of the main body, an actuator B at the center and an actuator C at the lower left.

【0040】この微少移動体は、図19に示すように、
アクチュエータAをBモードで高速に動作させ、アクチ
ュエータCをAモードで低速に動作させることにより、
微少移動体を左方向に推進させることができる。逆に、
アクチュエータAをBモードで、アクチュエータCをA
モードでそれぞれ動作させると、微少移動体を右方向に
移動させることができる。
As shown in FIG. 19, this minute moving body
By operating the actuator A at high speed in the B mode and operating the actuator C at low speed in the A mode,
The minute moving body can be propelled to the left. vice versa,
Actuator A in B mode and actuator C in A mode
When each of them is operated in the mode, the minute moving body can be moved rightward.

【0041】また、図20に示すように、アクチュエー
タBをAモード、アクチュエータA及びCをBモードで
運動させると、上方向に微少移動体を移動させることが
でき、アクチュエータBをBモード、アクチュエータA
及びCをAモードで動作させると下方向に移動させらる
ことができる。更に3つのアクチュエータの運動モード
を適当に組み合わせれば、任意の方向への移動が可能に
なる。
As shown in FIG. 20, when the actuator B is moved in the A mode and the actuators A and C are moved in the B mode, the minute moving body can be moved upward. A
When C and C are operated in the A mode, they can be moved downward. Further, by appropriately combining the motion modes of the three actuators, movement in an arbitrary direction becomes possible.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
簡単な構成であるにも拘わらず自由度の高い滑らかな動
きが得られ、しかも耐故障性に優れたマイクロアクチュ
エータを提供できる。
As described in detail above, according to the present invention,
Despite its simple configuration, it is possible to provide a microactuator that can achieve smooth movement with a high degree of freedom and that is excellent in fault tolerance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの基
本的な構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an actuator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示したアクチュエータの詳細な構成を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of an actuator shown in FIG.

【図3】本発明の第1の実施の形態に係るアクチュエー
タの構成を示す側面図である。
FIG. 3 is a side view showing the configuration of the actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態に係るアクチュエー
タの構成を示す上面図である。
FIG. 4 is a top view showing a configuration of the actuator according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの運
動素子間の伝達機構を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a transmission mechanism between motion elements of the actuator according to the embodiment of the present invention.

【図6】図5に示した素子発生力の特性を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing characteristics of the element generating force shown in FIG. 5;

【図7】図5に示した素子間相互作用力を説明するため
の図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the interaction force between the elements shown in FIG. 5;

【図8】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの運
動素子の活性伝播のシミュレーション結果を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of active propagation of a motion element of the actuator according to the embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエー
タの構成を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of an actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施の形態に係るアクチュエータに
おける運動素子の活性伝播を規定する時空間関数を説明
するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a spatio-temporal function that defines active propagation of a motion element in the actuator according to the embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータの運動素子の活性伝播を説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining active propagation of a motion element of an actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータの屈曲力を説明するための図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a bending force of an actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータの屈曲力を求める過程を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a process of obtaining a bending force of an actuator according to a second embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータの屈曲力とアクチュエータ形状の関係を説明するた
めの図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between a bending force of an actuator and an actuator shape according to a second embodiment of the present invention.

【図15】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータの各動作モードにおけるパラメータ値の一例を示す
図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of parameter values in each operation mode of the actuator according to the second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータの各動作モードにおける運動形態の一例を示す図で
ある。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a motion mode in each operation mode of the actuator according to the second embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータを微少移動体に利用した第1の例を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a first example in which the actuator according to the second embodiment of the present invention is used for a minute moving body.

【図18】本発明の第2の実施の形態に係るアクチュエ
ータを微少移動体に利用した第2の例を示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a second example in which the actuator according to the second embodiment of the present invention is used for a minute moving body.

【図19】図18に示した微少移動体の左右動作を説明
するための図である。
FIG. 19 is a view for explaining the left and right movement of the minute moving body shown in FIG. 18;

【図20】図18に示した微少移動体の上下動作を説明
するための図である。
20 is a view for explaining the vertical movement of the minute moving body shown in FIG. 18;

【図21】従来のアクチュエータの構成を示す図であ
る。
FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a conventional actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 運動起動部 2 運動作用部 10 処理プロセッサ 11 基本運動素子 20 運動素子固定部 21 複数の運動素子(運動素子列) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exercise starting part 2 Exercise action part 10 Processor 11 Basic exercising element 20 Exercise element fixing part 21 Plural exercising elements (executing element array)

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】運動の形態を規定するための制御情報を生
成する運動起動部と、 複数の運動素子で成る運動素子列が固着された運動素子
固定部を有し、前記運動起動部からの制御情報に従って
該運動素子列の所定の運動素子が駆動されることにより
該運動素子固定部が運動し、以て前記制御情報に応じた
形態で運動する運動作用部、とを備えたマイクロアクチ
ュエータ。
An exercise starter for generating control information for defining a form of exercise, and a movement element fixing section to which a movement element array including a plurality of movement elements is fixed, wherein A motion action section that moves when the predetermined motion element of the motion element row is driven in accordance with the control information, thereby moving the motion element fixing section, and thereby moves in a form corresponding to the control information.
【請求項2】前記運動作用部は、前記運動起動部からの
制御情報に従って該運動素子列の先頭の運動素子が運動
し、該運動が後続の運動素子に順次伝播されることによ
り該運動素子固定部が変位し、以て前記制御情報に応じ
た運動パターンで運動する請求項1に記載のマイクロア
クチュエータ。
2. The motion element according to claim 1, wherein the first motion element in the motion element row moves according to control information from the motion activation section, and the motion is sequentially propagated to a subsequent motion element. The microactuator according to claim 1, wherein the fixed portion is displaced, and thereby moves in a motion pattern according to the control information.
【請求項3】前記運動作用部の運動素子列における運動
の伝播は、各運動素子の動きが、隣接する運動素子に影
響を及ぼすことにより行われる請求項2に記載のマイク
ロアクチュエータ。
3. The microactuator according to claim 2, wherein the propagation of the motion in the motion element array of the motion action section is performed by the motion of each motion element affecting an adjacent motion element.
【請求項4】前記運動作用部に含まれる運動素子間の動
きに運動素子の制御情報をコードする請求項1乃至請求
項3の何れか1項に記載のマイクロアクチュエータ。
4. The micro-actuator according to claim 1, wherein control information of the motion element is encoded in a motion between motion elements included in the motion action section.
【請求項5】前記運動作用部を構成する前記複数の運動
素子の配置と各運動素子の動きの制御特性によって前記
運動素子作用部の機能が決定される請求項1乃至請求項
4の何れか1項に記載のマイクロアクチュエータ。
5. The function of the motion element action section is determined by the arrangement of the plurality of motion elements constituting the motion action section and the control characteristics of the motion of each motion element. 2. The microactuator according to claim 1.
【請求項6】前記運動作用部は、複数の運動素子固定部
を有し、前記運動起動部は、各運動素子固定部に制御情
報を供給することにより前記制御情報に応じた形態で運
動する請求項1に記載のマイクロアクチュエータ。
6. The exercise action section has a plurality of exercise element fixing sections, and the exercise start section exercises control information to each exercise element fixing section to exercise in a form corresponding to the control information. The microactuator according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012517790A (en) * 2009-02-09 2012-08-02 オークランド・ユニサービシス・リミテッド Mechanosensitive actuator array
CN103683967A (en) * 2013-12-10 2014-03-26 华南农业大学 Macro-micro driving power supply of linear driver and control method thereof

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