JP2003343513A - フレキシブルアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ロボットの擬似指として使用する際に、小さな
対象物に対しても正確な把持動作を行うことができるフ
レキシブルアクチュエータを提供する。 【解決手段】特定方向に屈曲する第１アクチュエータＡ
Ｃ１と、この第１アクチュエータの屈曲方向と異なる方
向に基端側に第１アクチュエータを傾斜させる第２アク
チュエータＡＣ２とを備えている。第１アクチュエータ
は、チューブ２０と、チューブの長手方向に並べた複数
の骨部材１１ａ…及び先端骨部材１２と、隣接した骨部
材及び先端骨部材を相互に揺動自在に保持する接続部材
４０とを備えている。第２アクチュエータは、最も基端
側の骨部材及び基部骨部材の間を所定の間隔に保持する
接続部材５０と、最も基端側の骨部材の下面及び基部骨
部材の上面の間に挟み込んだ膨出中空部６２と、膨出中
空部６２を圧縮する方向にバネ力が発生するバネ部材６
３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、把持する動作、つ
まむ動作、押す動作を行うことが可能なロボットや、動
物的な動作を行うペットロボットの駆動用として使用可
能なフレキシブルアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】対象物を把持するアクチュエータとし
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流体
圧を調整して筒状弾性体を湾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)。

【０００３】ロボットの擬似指として動作するアクチュ
エータは、人間の指のように大きく屈曲し、果物や紙コ
ップのように柔らかいものを包み込んで把持する動作な
どを行わなければならない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術は、
大きく屈曲することができないので、人間の指のように
柔らかいものを包み込んで把持する動作や、ペットロボ
ットのように動物的な動きを行うことが難しい。そこ
で、本発明は、大きく屈曲することが可能な構造とする
ことで、人間の指のように柔らかいものを把持したり、
生き物のような精巧な動きを行うペットロボットのアク
チュエータに適した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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】したがって、請求項1記
載のフレキシブルアクチュエータは、柔軟な弾性素材で
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、これら複数の膨出中空部同士を
連通して長手方向に延在する接続管で液室を形成する長
尺なチューブと、このチューブの長手方向に所定の間隔
に並べられ、前記チューブの複数の膨出中空部を長手方
向から面接触させて挟み込んでいる複数の偏平な骨部材
と、隣接した前記骨部材を相互に揺動自在に保持する接
続部とを備えるフレキシブルアクチュエータにおいて、
前記骨部材相互の揺動を復元する、少なくともひとつの
バネ部材を有し、当該バネ部材は、隣接する前記骨部材
によって前記チューブの膨出中空部を圧縮する方向にバ
ネ力を発生するように配置されていることを特徴とする
ものである。

【０００６】また、請求項２記載のフレキシブルアクチ
ュエータは、特定方向に屈曲する第１アクチュエータ
と、この第１アクチュエータの基端側に連設した第２ア
クチュエータとで構成されており、前記第１アクチュエ
ータは、柔軟な弾性素材で形成され、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
ら複数の膨出中空部同士を連通して長手方向に延在する
接続管で液室を形成する長尺なチューブと、このチュー
ブの長手方向に所定の間隔に並べられ、前記チューブの
複数の膨出中空部を長手方向から面接触させて挟み込ん
でいる複数の偏平な骨部材と、隣接した前記骨部材を相
互に揺動自在に保持する接続部とを備えており、前記第
２アクチュエータは、前記第１アクチュエータの最も基
端側の前記骨部材と前記アクチュエータ取付け部との間
に配置され、前記第１アクチュエータの屈曲方向と異な
る方向に該第１アクチュエータ全体を傾斜させる構造と
した。

【０００７】また、請求項３記載の発明は、請求項２記
載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記第１ア
クチュエータは、前記骨部材相互の揺動を復元する、少
なくともひとつのバネ部材を有し、当該バネ部材は、隣
接する前記骨部材によって前記チューブの膨出中空部を
圧縮する方向にバネ力を発生するように配置されてい
る。

【０００８】また、請求項４記載の発明は、請求項1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
記バネ部材は、並んでいる前記骨部材の両端に端部が固
定されている。また、請求項５記載の発明は、請求項４
記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記骨部
材には、前記バネ部材の伸縮を案内する案内部が設けら
れている。

【０００９】さらに、請求項６記載の発明は、請求項1
乃至５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、前記骨部材及び前記接続部は、樹脂による一体
成型体により形成されている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るフレキシブル
アクチュエータの実施形態について図面を参照して説明
する。図１に示すものは、例えばロボットの擬似指の一
本として使用する第１実施形態のフレキシブルアクチュ
エータ１０の断面図、図２は、フレキシブルアクチュエ
ータ１０の背面図、図３はフレキシブルアクチュエータ
１０の側面図である。

【００１１】本実施形態のフレキシブルアクチュエータ
１０は、第１アクチュエータＡＣ１と、この第１アクチ
ュエータＡＣ１の基端側に連設した第２アクチュエータ
ＡＣ２とで構成されている。第１アクチュエータＡＣ１
は、液室を形成するチューブ２０と、このチューブ２０
の長手方向に所定の間隔に並べた複数の骨部材１１ａ，
１１ｂ…及び先端骨部材１２と、これら隣接した骨部材
１１ａ，１１ｂ…及び先端骨部材１２を相互に揺動自在
に保持する接続部材４０とを備えている。

【００１２】チューブ２０は、図1に示すように、合成
樹脂からなる柔軟な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２２
ａ，２２ｂ…と、これら膨出中空部２２ａ，２２ｂ…を
連通する接続管２１とを備えており、接続管２１は、各
膨出中空部２２ａ、２２ｂ…の緑部に設けられている。

【００１３】複数の骨部材１１ａ，１１ｂ…及び先端骨
部材１２は、合成樹脂からなる平面視略矩形の部材であ
り、最も基端側の骨部材１１ａの上面、骨部材１１ｂ，
１１ｃ…の上面及び下面、先端骨部材１２の上面は平坦
に形成されている。そして、骨部材１１ａの上面、骨部
材１１ｂ，１１ｃ…の上面及び下面、先端骨部材１２の
下面は、平坦部をチューブ２０の膨出中空部２２ａ，２
２ｂ…のそれぞれに面接触させながら挟み込んでいる。

【００１４】ここで、チューブ２０の接続管２１は、互
いに面接触した状態で配置されている各膨出中空部２２
ａ，２２ｂ…及び骨部材１１ａ，１１ｂ…から離れた位
置で長手方向に延在しており、２本の接続部材４０によ
って挟み込まれた状態で配置されている。２本の接続部
材４０は、図３に示すように、弾性変形自在な合成樹脂
製等の板状部材であり、複数のビス４３を使用して各骨
部材１１ａ，１１ｂ…及び先端骨部材１２を上下に間隔
をあげて固定している。接続部材４０の各骨部材の中間
点は、各骨部材を相互に揺動自在に保持するため、薄肉
部が設けられヒンジ４２ａ，４２ｂ…を形成している。

【００１５】また、図２に示すように、各骨部材１１
ａ，１１ｂ及び先端骨部材１２のヒンジ４２ａ，４２ｂ
…に対向する面には案内溝（案内部）１４ａ，１４ｂ
…，１２ａが形成されており、これら案内溝１４ａ，１
４ｂ…，１２ａ内にバネ部材３１が収容されている。そ
して、バネ部材３１の両端は骨部材１１ａと先端骨部材
１２にビス３２で固定されており、チューブ２０の膨出
中空部２２ａ，２２ｂ…を圧縮する方向にバネ力が発生
するようになっている。

【００１６】一方、第２アクチュエータＡＣ２は、図２
及び図３に示すように、最も基端側の骨部材１１ａ及び
基部骨部材（アクチュエータ取付け部）１３の間を所定
の間隔に保持するようにそれらをビス５３によって固定
した接続部材５０と、平坦に加工した最も基端側の骨部
材１１ａの下面及び基部骨部材１３の上面の間に挟み込
まれているチューブ６０の膨出中空部６２と、最も基端
側の骨部材１１ａ及び基部骨部材１３に両端部が図示し
ないビスによって固定され、チューブ６０の膨出中空部
６２を圧縮する方向にバネ力が発生するようになってい
るバネ部材６３とを備えている。ここで、膨出中空部６
２が膨出する位置は、第１アクチュエータＡＣ１の接続
部材４０及びバネ部材３１が配設されていない側面側に
設定されている。また、前記接続部材５０の中央部は、
接続部材４０と同様、接続部材として両骨部材を相互に
揺動自在に保持するため、薄肉部が設けられヒンジ５２
を形成している。

【００１７】次に、上記構成の第１実施形態のフレキシ
ブルアクチュエータ１０の動作及び作用効果について図
４及び図５を参照して説明する。なお、第１アクチュエ
ータＡＣ１を構成するチューブ２０及び第２アクチュエ
ータＡＣ２を構成するチューブ６０の下端開口部には、
図示しない流体供給制御装置が接続されており、この流
体供給制御装置によりチューブ２０及び６０内の液室へ
の流体の供給、或いは液室から流体を戻す操作が行われ
る。

【００１８】流体供給制御装置によりチューブ２０内に
流体を供給する動作を行うと、チューブ２０の各膨出中
空部２２ａ，２２ｂ…は、流体の流れ込みにより容積が
増大していく。チューブ２０内への流体の流れ込みによ
り容積が増大、すなわち膨張した膨出中空部２２ａ，２
２ｂ…は、接続部材４０のヒンジ４２ａ，４２ｂ…を屈
曲させながら各骨部材１１ｂ、１１ｃ…及び先端骨部材
１２を変位させていく。この際、各膨出中空部２２ａ，
２２ｂ…は、骨部材１１ａ，１１ｂ…及び先端骨部材１
２に接触面積を大きくして挟み込まれているので、各膨
出中空部２２ａ，２２ｂ…の膨張は、ヒンジ４２ａ，４
２ｂ…を屈曲させる力(以下、屈曲力という)が大きくな
り、図４に示すように、第１アクチュエータＡＣ１は大
きく屈曲した状態となる。

【００１９】また、流体供給制御装置により流体をチュ
ーブ２０内から戻す動作を行うと、バネ部材３１はチュ
ーブ２０の膨出中空部２２ａ，２２ｂ…を圧縮する方向
にバネ力を発生するようなっているため、バネ部材３１
の復元力により、第１アクチュエータＡＣ１は元の直立
した状態に戻る。一方、流体供給制御装置によりチュー
ブ６０に流体を供給する動作を行うと、チューブ６０の
膨出中空部６２は、流体の流れ込みにより容積が増大し
ていく。チューブ６０内への流体の流れ込みにより容積
が増大、すなわち膨張した膨出中空部６２は、接続部材
５０のヒンジ５２を屈曲させながら第１アクチュエータ
ＡＣ１の屈曲方向と異なる方向から骨部材１１ａを変位
させていき、第１アクチュエータＡＣ１全体を傾斜させ
ていく。

【００２０】また、流体供給制御装置により流体をチュ
ーブ６０内から戻す動作を行うと、バネ部材６３が膨出
中空部６２を圧縮する方向にバネ力を発生するため、バ
ネ部材６３の復元力により第１アクチュエータＡＣ１全
体の傾斜が元に戻される。したがって、本実施形態のフ
レキシブルアクチュエータ１０は、第１アクチュエータ
ＡＣ１のバネ部材３１を適宜選択するだけで、弾性復元
力を自由に調整することができるため、バネの反発力に
より屈曲が制限されることがない。

【００２１】また、第１アクチュエータＡＣ１のバネ部
材３１の固定は、両端のみであるため、あるヒンジが部
分的に深い屈曲状態になってもバネ部材３１は全体の伸
びの中で吸収し、部分的に過大に伸張されることがない
ため、耐久性を高めることができる。また、骨部材１１
ａ，１１ｂ…および先端骨部材１２の案内溝１４ａ，１
４ｂ…，１２ａ内にバネ部材３１を収容してため、第１
アクチュエータＡＣ１の屈曲時に位置がずれることがな
い。

【００２２】さらに、本実施形態のフレキシブルアクチ
ュエータ１０をロボットの擬似指の一本として使用した
場合、第１アクチュエータＡＣ１の屈曲動作によって、
人間の指のように大きく屈曲し、果物や紙コップのよう
に柔らかいものを包み込んで把持する動作などを確実に
行うことができる。同時に、特性方向に屈曲する第１ア
クチュエータＡＣ１と、この第１アクチュエータＡＣ１
の屈曲方向と異なる方向に第１アクチュエータＡＣ１全
体を傾斜させる第２アクチュエータＡＣ２とを備えてい
るので、ロボットの指先にあたる先端骨部材１２の位置
を適宜変更することができ、小さな対象物に対しても正
確な把持動作を行うことができる。

【００２３】ここで、本実施形態の第１アクチュエータ
ＡＣ１が、本発明の請求項１に相当するとともに、本発
明の請求項２に記載の第１アクチュエータに相当してい
る。次に、本発明に係る第２実施形態のフレキシブルア
クチュエータについて図６及び図７を参照して説明す
る。なお、第１実施形態と同一構成部分には、同一符号
を付してその説明を省略する。

【００２４】本実施形態のフレキシブルアクチュエータ
７０は、液室を形成するチューブ２０と、このチューブ
２０の長手方向に所定の間隔に並べた複数の骨部材７１
ａ，７１ｂ…及び先端骨部材７３と、これら隣接した骨
部材７１ａ，７１ｂ…及び先端骨部材７３を相互に揺動
自在に保持する接続部７２ａ，７２ｂ…とを備えてい
る。

【００２５】ここで、骨部材７１ａ，７１ｂ…及び先端
骨部材７３、並びに接続部７２ａ，７２ｂ…はポリプロ
ピレン等の屈曲に対して耐久性の高い樹脂素材で一体に
成型されており、接続部７２ａ，７２ｂ…７２ｇは薄肉
でヒンジを形成している。また、各接続部７２ａ，７２
ｂ…のバネ部材３１に対向する面側には、それぞれ長穴
７４が設けられている。

【００２６】本実施形態のフレキシブルアクチュエータ
７０を組み立る際には、チューブ２０の膨出中空部２２
ａ、２２ｂ…を、各接続部７２ａ，７２ｂ…７２ｇの長
穴７４を通過させ、骨部材７１ａ，７１ｂ…側に配置す
るだけである。チューブ２０の膨出中空部２２ａ，２２
ｂ…は、柔軟かつ薄肉なため、図示のように細長い長穴
７４でも容易に変形させて通過させることが可能であ
る。本実施形態の動作に関しては、第１実施形態と同様
である。

【００２７】本実施形態によると、第１実施形態の第１
アクチュエータＡＣ１の効果と同様の効果を奏すること
ができるとともに、骨部材７１ａ，７１ｂ…及び先端骨
部材７３、並びに接続部７２ａ，７２ｂ…を樹脂素材で
一体に成型しているので、部品点数が少なく、軽量で、
組み立ても容易なフレキシブルアクチュエータを構成す
ることができる。

【００２８】なお、上述した第１、第２実施形態では、
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
エータについて説明したが、本発明の要旨がこれに限定
されるものではなく、生き物のような精巧な動きをする
ペットロボットのアクチュエータとしても使用できる。
また、第１及び第２実施形態では、各骨部材１１ａ，１
１ｂ及び先端骨部材１２に案内溝１４ａ，１４ｂ…，１
２ａを形成したが、屈曲時にバネ部材がずれる構造でな
ければ、案内溝に変えて、互いに連通する案内穴を各骨
部材１１ａ，１１ｂ及び先端骨部材１２に設け、これら
案内穴にバネ部材３１を収容するようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１のフレキ
シブルアクチュエータによると、骨部材相互の揺動を復
元する、少なくともひとつのバネ部材を有しており、こ
のバネ部材が複数の膨出中空部を圧縮する方向にバネ力
を発生しているため流体がチューブから戻されることに
より直立の状態に復元することができる。しかも独立し
たバネ部材であるため、弾性復元力の調整が容易である
ため、復元力による大きな屈曲時の反発を最小限にする
ことができる。

【００３０】また、請求項２記載のフレキシブルアクチ
ュエータによると、特性方向に屈曲する第１アクチュエ
ータと、この第１アクチュエータの屈曲方向と異なる方
向に第１アクチュエータ全体を傾斜させる第２アクチュ
エータとを備えているので、ロボットの擬似指として使
用する際に、指先にあたる先端骨部材の位置を適宜変更
することができ、小さな対象物に対しても正確な把持動
作を行うことができる。

【００３１】また、請求項３記載の発明によると、請求
項２の効果に加えて、第１アクチュエータは、骨部材相
互の揺動を復元する、少なくともひとつのバネ部材を有
しており、このバネ部材が複数の膨出中空部を圧縮する
方向にバネ力を発生しているため流体がチューブから戻
されることにより直立の状態に復元することができる。
しかも、第１アクチュエータのバネ部材は、独立したバ
ネ部材であるため、弾性復元力の調整が容易であり、復
元力による大きな屈曲時の反発を最小限にすることがで
きる。

【００３２】また、請求項４記載の発明によると、バネ
部材が、並んでいる骨部材の両端に端部を固定されてい
るため、局部的な深い屈曲状態が生じても、バネ部材が
局部的に過大に伸張することがなく耐久性を高めること
ができる。また、請求項５記載の発明によると、骨部材
にバネ部材の伸縮を案内する案内部を設けているため、
フレキシブルアクチュエータの屈曲時にバネ部材がずれ
ることがない。

【００３３】さらに、請求項６の発明によると、骨部材
と接続部とを樹脂による一体成型体で形成しているた
め、部品点数が少なく、軽量で、組み立ても容易なフレ
キシブルアクチュエータを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロボットの擬似指として使用する第１
実施形態のフレキシブルアクチュエータを示す断面図で
ある。

【図２】第１実施形態のフレキシブルアクチュエータを
示す背面図である。

【図３】第１実施形態のフレキシブルアクチュエータを
示す側面図である。

【図４】第１実施形態のフレキシブルアクチュエータが
屈曲している状態を示す断面図である。

【図５】第１実施形態のフレキシブルアクチュエータの
方向が変更されている状態を示す背面図である。

【図６】本発明のロボットの擬似指として使用する第２
実施形態のフレキシブルアクチュエータを示す側面図で
ある。

【図７】第２実施形態のフレキシブルアクチュエータを
構成している骨部材及び接続部材が、一体成形体である
ことを示す図である。

【符号の説明】

１０：フレキシブルアクチュエータ、１１ａ，１１ｂ：
骨部材、１２：先端骨部材、１３：基部骨部材（アクチ
ュエータ取付け部）、１４ａ，１４ｂ：案内溝（案内
部）、２０ チューブ、２１：接続管、２２ａ，２２
ｂ：膨出中空部、３１：バネ部材、４０：接続部材、５
０：接続部材、６０：チューブ、６２：膨出中空部、６
３：バネ部材、７０：フレキシブルアクチュエータ、７
１ａ，７１ｂ：骨部材、７２ａ，７２ｂ：接続部、７
３：先端骨部材、７４：長穴、ＡＣ１：第１アクチュエ
ータ、ＡＣ２：第２アクチュエータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柔軟な弾性素材で形成され、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、これら複数の膨出中空部同士を連通して長手方向に
   延在する接続管で液室を形成する長尺なチューブと、こ
   のチューブの長手方向に所定の間隔に並べられ、前記チ
   ューブの複数の膨出中空部を長手方向から面接触させて
   挟み込んでいる複数の偏平な骨部材と、隣接した前記骨
   部材を相互に揺動自在に保持する接続部とを備えるフレ
   キシブルアクチュエータにおいて、前記骨部材相互の揺
   動を復元する、少なくともひとつのバネ部材を有し、当
   該バネ部材は、隣接する前記骨部材によって前記チュー
   ブの膨出中空部を圧縮する方向にバネ力を発生するよう
   に配置されていることを特徴とするフレキシブルアクチ
   ュエータ。
2. 【請求項２】 特定方向に屈曲する第１アクチュエータ
   と、この第１アクチュエータの基端側に連設した第２ア
   クチュエータとで構成されており、 前記第１アクチュエータは、柔軟な弾性素材で形成さ
   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、これら複数の膨出中空部同士を連通し
   て長手方向に延在する接続管で液室を形成する長尺なチ
   ューブと、このチューブの長手方向に所定の間隔に並べ
   られ、前記チューブの複数の膨出中空部を長手方向から
   面接触させて挟み込んでいる複数の偏平な骨部材と、隣
   接した前記骨部材を相互に揺動自在に保持する接続部と
   を備えており、 前記第２アクチュエータは、前記第１アクチュエータの
   最も基端側の前記骨部材と前記アクチュエータ取付け部
   との間に配置され、前記第１アクチュエータの屈曲方向
   と異なる方向に該第１アクチュエータ全体を傾斜させる
   構造であることを特徴とするフレキシブルアクチュエー
   タ。
3. 【請求項３】 前記第１アクチュエータは、前記骨部材
   相互の揺動を復元する、少なくともひとつのバネ部材を
   有し、当該バネ部材は、隣接する前記骨部材によって前
   記チューブの膨出中空部を圧縮する方向にバネ力を発生
   する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。
4. 【請求項４】 前記バネ部材は、並んでいる前記骨部材
   の両端に端部が固定されていることを特徴とする請求項
   1又は３に記載のフレキシブルアクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記骨部材には、前記バネ部材の伸縮を
   案内する案内部が設けられていることを特徴とする請求
   項４記載のフレキシブルアクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記骨部材及び前記接続部は、樹脂によ
   る一体成型体により形成されていることを特徴とする請
   求項1乃至５の何れかに記載のフレキシブルアクチュエ
   ータ。