JP2003184818A - フレキシブルアクチュエータ - Google Patents
フレキシブルアクチュエータInfo
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- JP2003184818A JP2003184818A JP2001380234A JP2001380234A JP2003184818A JP 2003184818 A JP2003184818 A JP 2003184818A JP 2001380234 A JP2001380234 A JP 2001380234A JP 2001380234 A JP2001380234 A JP 2001380234A JP 2003184818 A JP2003184818 A JP 2003184818A
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Abstract
液体移動量が変化するのを回避し、姿勢変化しても屈曲
変形量を一定にするフレキシブルアクチュエータを提供
する。 【解決手段】 主液室4へ液体が移動して屈曲動作を行
う長尺な可動部6と、主液室との間で液体が移動するリ
ザーバ室10と、リザーバ室及び主液室の流体移動を行
うポンプ部12とを備える。可動部は、互いに長手方向
に沿って配置した主液室及びリザーバ室を形成する第1
チューブ16及び第2チューブ17と、これら第1チュ
ーブ及び第2チューブの長手方向に等間隔に並べた複数
の骨部材18a,18b…とを備える。第1チューブ及
び第2チューブは、長手方向に所定間隔をあけて設けた
膨出中空部22a,22b…、23a,23b…を備
え、第1チューブの膨出中空部は、第2チューブの膨出
中空部に対して長手方向に交互に重なり合うように配置
されている。
Description
い物を把持する動作を行うことができるロボットや、動
物的な動作を行うペットロボットとして使用可能なフレ
キシブルアクチュエータに関する。
て、例えば、特開平5−172118号公報、特開平5
−164112号公報などに記載されているように、内
部を複数の圧力室に区分した筒状弾性体を備え、各圧力
室へ作用する動作流体の圧力を調整して筒状弾性体を屈
曲変形するアクチュエータが知られている(以下、従来
技術と称する)。
技術は、圧力室に動作流体を供給し、或いは圧力室から
動作流体を排出するポンプ部を流体管(従来技術の公報
では操作チューブと称している)を介して外部に配置し
なければならないので、小型のアクチュエータとはなら
ない。したがって、例えば、外観がシンプルで、生き物
のような精巧な動きをするペットロボットとして使用す
ることが難しい。
には、ポンプ部とともに液体を溜めるリザーバ室が外部
に配置されるが、筒状弾性体の姿勢変化によって、リザ
ーバ室が圧力室(以下、主液室と言う)の上方に位置す
る場合と、リザーバ室が主液室の下方に位置する場合と
では、重力の影響により液体が主液室に供給される量
や、液体が主液室から排出される量が変化する。そのた
め、筒状弾性体の姿勢が変わるごとに、屈曲変形量が異
なってしまうという不都合が発生しやすい。
使用しても、重力の影響によってリザーバ室及び主液室
間の液体移動量が変化するのを回避することで、アクチ
ュエータが姿勢変化しても屈曲変形量を一定にすること
ができるとともに、小型化を図ることで生き物のような
精巧な動きを行うペットロボットとして使用することが
できるフレキシブルアクチュエータを提供することを目
的としている。
載のフレキシブルアクチュエータは、主液室へ液体が移
動することで屈曲動作を行う長尺な可動部と、前記主液
室との間で液体が移動するリザーバ室と、このリザーバ
室及び前記主液室の流体移動を行うポンプ部と、このポ
ンプ部の駆動制御を行うポンプ駆動部とを備えたフレキ
シブルアクチュエータにおいて、前記可動部は、互いに
長手方向に沿って配置した前記主液室及び前記リザーバ
室と、これら前記主液室及び前記リザーバ室の長手方向
に所定の間隔に並べた複数の骨部材と、これら骨部材の
並びを保持する弾性復元可能な心材とを備えている。
向に沿って主液室及びリザーバ室を配置したので、可動
部の姿勢が変化しても、重力の影響によって流体がリザ
ーバ室から主液室に供給される流体量や、流体が主液室
からリザーバ室に排出される流体量が変化しない。ま
た、主液室及びリザーバ室を長手方向に沿って配置した
ことで、小型化が図られる。
載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記リザー
バ室を、膨張・収縮自在な弾性素材のチューブで形成
し、長手方向に所定間隔をあけて設けた複数の偏平形状
の膨出中空部と、これら膨出中空部の間を連通する縮径
中空部とで構成している。この発明によると、多数のリ
ザーバ室をチューブで連結して大容量のリザーバ室を構
成する構造が1つのチューブのみで構成でき、構造が簡
単でローコスト化が可能となる。
載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記主液室
を、膨張・収縮自在な弾性素材のチューブで形成し、長
手方向に所定間隔をあけて設けた複数の偏平形状の膨出
中空部と、これら膨出中空部の間を連通する縮径中空部
とで構成しているとともに、前記主液室の各膨出中空部
を、前記リザーバ室の各膨出中空部に対して長手方向に
交互に重なり合うように配置している。
チューブの各膨出中空部を、リザーバ室の各膨出中空部
に対して長手方向に交互に重なり合うように配置してい
るので、さらに、小型化が図られる。また、請求項4記
載の発明は、請求項2又は3に記載のフレキシブルアク
チュエータにおいて、前記複数の骨部材を、内部に空洞
部を設けた中空部材とし、前記リザーバ室の各膨出中空
部を、前記複数の骨部材の空洞部内に配置している。
空洞部に、リザーバ室の各膨出中空部を配置したこと
で、長手方向の長さが短い小型のアクチュエータとする
ことができる。また、リザーバ室の膨出中空部は主液室
の膨出中空部からの圧力を受けないため、効率の良い屈
曲動作が可能となる。また、請求項5記載の発明は、請
求項2乃至4の何れかに記載のフレキシブルアクチュエ
ータにおいて、前記リザーバ室を形成しているチューブ
を、このチューブの各膨出中空部が空洞部の全域に膨張
可能となるように柔軟な弾性素材で形成した。
いるチューブの容量を空洞部のほぼ等しい容積まで使え
るため、空間的な無駄が無くなり、小型のアクチュエー
タを構成できる。また、請求項6記載の発明は、請求項
4又は5に記載のフレキシブルアクチュエータにおい
て、前記複数の骨部材に、前記空洞部内と外気とを連通
する空気孔を設けた。
いるチューブの膨出中空部が骨部材の空洞部内で膨張し
ていく際に、空洞部内の空気が空気孔を通過して外気に
抜けるので、空洞部内の空気は、リザーバ室を形成して
いるチューブの膨出中空部の膨張に影響を与えない。ま
た、請求項7記載の発明は、請求項1乃至6の何れかに
記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記可動
部の端部に一体化したアクチュエータ本体に、前記ポン
プ部を内蔵した。
したアクチュエータ本体に前記ポンプ部を内蔵したこと
からコンパクト化が図られる さらに、請求項8記載の発明は、請求項1乃至7の何れ
かに記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記
ポンプ部、前記主液室、前記リザーバ室の何れかに、流
体の移動量を検出するセンサを配置し、前記ポンプ駆動
部は、前記センサから得た情報に基づいて前記ポンプ部
の制御を行うようにした。
することができ、例えば、ペットロボットとして使用す
るとき際には、生き物のような精巧な動きを行うことが
できる。
アクチュエータの実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、ロボットの擬似指の一本として使用するフレキ
シブルアクチュエータ2を示す図であり、図2は、図1
の平面図であり、図3は、図1のIII―III線矢視図であ
り、図4は、図1のIV―IV線矢視図である。
2は、図1及び図3に示すように、主液室4へ液体が移
動することで屈曲動作を行う長尺な可動部6と、この可
動部6の基端部に一体化されているアクチュエータ本体
8と、主液室4との間で液体が移動するリザーバ室10
と、リザーバ室10及び主液室4の流体移動を行うポン
プ部12と、ポンプ部12の駆動制御を行うポンプ駆動
部14とを備えている。なお、前記アクチュエータ本体
8が擬似指の根元部とされ、図示しないロボットの手の
部分に固定されている。
1チューブ16と、この第1チューブ16に沿って配置
され、リザーバ室10を形成する長尺な第2チューブ1
7と、これら第1、第2チューブ16、17の長手方向
に等間隔に並べた複数の骨部材18a,18b…と、こ
れら骨部材18a,18b…の並びを保持している心材
20とで構成されている。主液室4を形成する第1チュ
ーブ16は、合成樹脂からなる膨張・収縮する弾性素材
で形成されている。図5は、心材20が配置されている
側から第1チューブ16及び第2チューブ17の形状を
示したものであるが、第1チューブ16は、長手方向に
所定間隔をあけて設けた偏平形状の膨出中空部22a,
22b……の間を縮径中空部24が連通している植物の
シダ類のような外観を有している。
7は、第1チューブ16より薄肉の合成樹脂からなる膨
張・収縮する弾性素材で形成されており、長手方向に所
定間隔をあけて設けた偏平形状の膨出中空部23a,2
3b……の間を縮径中空部25が連通している植物のシ
ダ類のような外観を有している。そして、第2チューブ
17の膨出中空部23a,23b……は、第1チューブ
17の膨出中空部22a,22b……と長手方向に交互
に重なり合うように配置されている。
略矩形の外観を有し、内部に空洞部を設けた部材であ
り、全ての骨部材18a,18b…には、空洞部と外気
とを連通する空気孔19が形成されている。図4に示す
骨部材18gは、心材20に当接する側に2箇所の凹部
26a,26bを設けており、そのうちの一方の凹部2
6aに、第1チューブ16の縮径中空部24を挿入した
状態で膨出中空部22g,22hに上下から挟み込まれ
ている。また、骨部材18g以外の他の骨部材も、凹部
26aに第1チューブ16の縮径中空部24を挿入し、
第1チューブ16の膨出中空部に上下から挟み込まれて
いる。
う一つの凹部26bには、第2チューブ17の縮径中空
部25が挿入されているとともに、この縮径中空部25
の近くで膨出している第2チューブ17の膨出中空部2
3gが、骨部材18gの空洞部内に配置されている。ま
た、膨出中空部23g以外の他の第2チューブ17の膨
出中空部も、他の骨部材の空洞部材内に配置されてい
る。なお、図2にも示す最上段の骨部材18jの上部に
配置した部材は、キャップ部材30である。
32を介してロボットの手の部分に固定されている。こ
のアクチュエータ本体8に内蔵されているポンプ部12
は、例えば、ピエゾ式ダイヤフラムポンプを採用してお
り、このポンプ部12に、主液室4を形成している第1
チューブ16の下端開口部と、液状シリコン等の作動油
Sを所定量溜めたリザーバ室10を形成している第2チ
ューブ17の下端が接続している。そして、このポンプ
部12は、ポンプ駆動部14の制御により、リザーバ室
10の作動油Sを主液室4内に供給する動作、或いは、
主液室4内の作動油Sをリザーバ室10に戻す動作を行
う。
ド等の発光素子及びフォトダイオード等の受光素子を備
えた受発光部34が配設されており、この受発光部34
に対して、第1チューブ16の膨出中空部22aを介し
て対面している最下部の骨部材18aの下面位置に、ミ
ラー等の反射部36が配設されている。そして、受発光
部34は、反射部36に向けて発射した光の量(受光
量)の検知情報を、随時、ポンプ駆動部14に送るよう
になっている。
検出信号を読み込むための入力インタフェース回路と、
所定のプログラムにしたがってポンプ部12を駆動制御
するための所定の演算処理を行う演算処理装置と、RA
M、ROM等の記憶装置と、演算処理装置で得たピエゾ
式ダイヤフラムポンプのピエゾ素子等への電圧制御信号
を出力する出力インタフェース回路等を備えており、記
憶装置には、主液室4の液圧と、受発光部34から入力
する受光量の関係に対応した可動部6の変位量も記憶テ
ーブルとして記憶されている。
ーブルを参照してポンプ部12を駆動制御するための所
定の演算処理を行うようになっている。次に、上記構成
のフレキシブルアクチュエータ2の動作について図6及
び前述した図3を参照して説明する。ポンプ駆動部14
からポンプ部12に対して制御電流を出力する。ポンプ
部12が、リザーバ室10の作動油Sを主液室4に供給
する動作を行うと、作動油Sが第1チューブ16の各膨
出中空部22a,22b…に流れ込んで容積が増大して
いく。
積が増大した膨出中空部22a,22b……は、心材2
0を屈曲させながら各骨部材18a,18b…を変位さ
せていき、可動部6全体が特定の曲率で曲がった状態と
なる。この際、骨部材18a,18b…の空洞部内にそ
れぞれ配置されている第2チューブ17の膨出中空部2
3a,23b…は収縮した状態となる。逆に、ポンプ部
12が、主液室4の作動油Sをリザーバ室10に戻す動
作を行うと、第1チューブ16の膨出部22a,22b
…の容積が減少していき、心材20の弾性復元力を受け
ながら各骨部材18a,18b…が元の位置に戻されて
いく。これにより、図3に示すように、可動部6は直立
した状態となる。
a,22b…の容積が減少していくと、第2チューブ1
7の膨出中空部23a,23b…は、骨部材18a,1
8b…の空洞部内で膨張していくが、骨部材18a,1
8b…には、空洞部と外気とを連通する空気孔19が形
成されているため空洞内での空気の圧縮は発生せず、第
2チューブ17の膨出中空部23a,23b…の膨張は
阻害されない。したがって、本実施形態のフレキシブル
アクチュエータ2によると、第1チューブ16の膨出中
空部22a,22b…と、第2チューブ17の膨出中空
部23a,23b…とを長手方向に交互に重なり合うよ
うに配置されており、しかも、この可動部6の基端部に
一体化されているアクチュエータ本体8内にポンプ部1
2が内蔵されているので、小型のアクチュエータとする
ことができる。
6と、リザーバ室10を形成する第2チューブ17とが
可動部6内で互いに沿った状態で配置されており、可動
部6が姿勢変化しても、主液室4及びリザーバ室10の
一方が上方或いは下方に位置することがなく、しかも主
液室4及びリザーバ室10は近接位置に配置されている
ので、重力の影響によって作動油Sが主液室4に供給さ
れる量や、作動油Sが主液室4から排出される量が変化
することがない。このため、可動部6の姿勢が変わるこ
とでポンプ駆動部6の屈曲変形量が異なってしまうとい
う不都合が発生しない。
チューブ17は、長手方向に所定間隔をあけて設けた偏
平形状の膨出中空部23a,23b……の間を縮径中空
部25が連通した形状であるため、第2チューブ17の
みで複数のリザーバ室をチューブで繋いだ機能が達成さ
れ簡単で安価にアクチュエータが構成できる。また、第
2チューブ17の膨出中空部23a,23b…が骨部材
18a,18b…の空洞部内で膨張していく際に、空洞
部内の空気が空気孔19を通過して外気に抜けるので、
空洞部内の空気は、膨出中空部23a,23b…の膨張
に影響を与えることがない。
素材で形成されているので各膨出中空部23a,23b
…は骨部材18a,18b…の空洞部内の空間を有効に
利用して小型のアクチュエータを構成できる。なお、本
発明は、上記実施形態で示したロボットの擬似指として
使用するフレキシブルアクチュエータ2に限るものでは
なく、生き物のような精巧な動きをするペットロボット
としても使用できる。ペットロボットとして使用する場
合にもコンパクト化が図られるので、外観がシンプル
で、生き物のような精巧な動きをするペットロボットと
することができる。
レキシブルアクチュエータによると、可動部に互いに長
手方向に沿って主液室及びリザーバ室を配置したので、
可動部の姿勢が変化しても、重力の影響によって流体が
リザーバ室から主液室に供給される流体量や、流体が主
液室からリザーバ室に排出される流体量が変化すること
がない。このため、可動部の姿勢が変わることでポンプ
駆動部の屈曲変形量が異なってしまうという不都合が発
生しない。また、主液室及びリザーバ室を長手方向に沿
って配置したことで、小型のアクチュエータとすること
ができる。
ーバ室を、長手方向に所定間隔をあけて設けた複数の偏
平形状の膨出中空部と、これら膨出中空部の間を連通す
る縮径中空部とを備えたチューブで構成しているので、
複数のリザーバ室をチューブで接続して大容量の一つの
リザーバ室を構成することが簡単な構造で実現でき安価
なアクチュエータが提供できる。また、請求項3記載の
発明によると、主液室を、長手方向に所定間隔をあけて
設けた複数の偏平形状の膨出中空部と、これら膨出中空
部の間を連通する縮径中空部とを備えたチューブで構成
し、各膨出中空部を、リザーバ室の各膨出中空部に対し
て長手方向に交互に重なり合うように配置しているの
で、さらに、小型のアクチュエータとすることができ
る。
の骨部材を、内部に空洞部を設けた中空部材とし、リザ
ーバ室の各膨出中空部を複数の骨部材の空洞部内に配置
したことで、長手方向の長さが短い小型のアクチュエー
タとすることができる。また、リザーバ室の膨出中空部
が骨部材の空洞部内に配置されていることで、リザーバ
室の膨出中空部に溜まっている流体は、可動部が屈曲動
作してもその圧力の影響を受けない。
ーバ室を形成しているチューブは、各膨出中空部が空洞
部の全域に膨張可能となるように柔軟な弾性素材で形成
されているので、骨部材の空洞部内の空間がリザーバ室
として有効に利用でき小型のアクチュエータを構成でき
る。また、請求項6記載の発明によると、複数の骨部材
に、これらの空洞部内と外気とを連通する空気孔をそれ
ぞれ設けているので、リザーバ室を形成しているチュー
ブの膨出中空部が骨部材の空洞部内で膨張していく際
に、空洞部内の空気が空気孔を通過して外気に抜けるの
で、空洞部内の空気は、リザーバ室を形成しているチュ
ーブの膨出中空部の膨張に影響を与えることがない。
部の端部に一体化したアクチュエータ本体に前記ポンプ
部を内蔵したことからコンパクト化を図っているので、
外観がシンプルなペットロボットとしても使用すること
もできる。さらに、請求項8記載の発明によると、可動
部を高精度に制御することができ、例えば、ペットロボ
ットとして使用するときには、生き物のような精巧な動
きを行うことができる。
クチュエータを心材側から示した図である。
ある。
1及び第2チューブを示す図である。
ている状態を示す図である。
を形成するチューブの膨出中空部) 23a,23b… 第2チューブの膨出中空部(リザー
バ室を形成するチューブの膨出中空部) 24 縮径中空部(主液室を形成するチューブの縮径中
空部) 25 縮径中空部(リザーバ室を形成するチューブの縮
径中空部) 26a,26b 凹部 28 ビス 34 受発光部 36 反射部
Claims (8)
- 【請求項1】 主液室へ液体が移動することで屈曲動作
を行う長尺な可動部と、前記主液室との間で液体が移動
するリザーバ室と、このリザーバ室及び前記主液室の流
体移動を行うポンプ部と、このポンプ部の駆動制御を行
うポンプ駆動部とを備えたフレキシブルアクチュエータ
において、 前記可動部は、互いに長手方向に沿って配置した前記主
液室及び前記リザーバ室と、これら前記主液室及び前記
リザーバ室の長手方向に所定の間隔に並べた複数の骨部
材と、これら骨部材の並びを保持する弾性復元可能な心
材とを備えていることを特徴とするフレキシブルアクチ
ュエータ。 - 【請求項2】 前記リザーバ室は、膨張・収縮自在な弾
性素材のチューブで形成され、長手方向に所定間隔をあ
けて設けた複数の偏平形状の膨出中空部と、これら膨出
中空部の間を連通する縮径中空部とで構成されているこ
とを特徴とする請求項1記載のフレキシブルアクチュエ
ータ。 - 【請求項3】 前記主液室は、膨張・収縮自在な弾性素
材のチューブで形成され、長手方向に所定間隔をあけて
設けた複数の偏平形状の膨出中空部と、これら膨出中空
部の間を連通する縮径中空部とで構成されており、前記
主液室の各膨出中空部は、前記リザーバ室の各膨出中空
部に対して長手方向に交互に重なり合うように配置され
ていることを特徴とする請求項2記載のフレキシブルア
クチュエータ。 - 【請求項4】 前記複数の骨部材は、内部に空洞部を設
けた中空部材であり、前記リザーバ室の各膨出中空部
は、前記複数の骨部材の空洞部内に配置されていること
を特徴とする請求項2又は3に記載のフレキシブルアク
チュエータ。 - 【請求項5】 前記リザーバ室を形成しているチューブ
は、このチューブの各膨出中空部が空洞部の全域に膨張
可能となるように柔軟な弾性素材で形成されていること
を特徴とする請求項2乃至4の何れかに記載のフレキシ
ブルアクチュエータ。 - 【請求項6】 前記複数の骨部材に、前記空洞部内と外
気とを連通する空気孔を設けたことを特徴とする請求項
4又は5に記載のフレキシブルアクチュエータ。 - 【請求項7】 前記可動部の端部に一体化したアクチュ
エータ本体に、前記ポンプ部を内蔵したことを特徴とす
る請求項1乃至6の何れかに記載のフレキシブルアクチ
ュエータ。 - 【請求項8】 前記ポンプ部、前記主液室、前記リザー
バ室の何れかに、流体の移動量を検出するセンサを配置
し、前記ポンプ駆動部は、前記センサから得た情報に基
づいて前記ポンプ部の制御を行うことを特徴とする請求
項1乃至7の何れかに記載のフレキシブルアクチュエー
タ。
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