JP2004314219A - Linear motion artificial muscle actuator and method of manufacturing linear motion artificial muscle actuator - Google Patents

Linear motion artificial muscle actuator and method of manufacturing linear motion artificial muscle actuator Download PDF

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JP2004314219A
JP2004314219A JP2003109575A JP2003109575A JP2004314219A JP 2004314219 A JP2004314219 A JP 2004314219A JP 2003109575 A JP2003109575 A JP 2003109575A JP 2003109575 A JP2003109575 A JP 2003109575A JP 2004314219 A JP2004314219 A JP 2004314219A
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昌毅 山北
Norihiro Kamado
紀浩 釜道
Shii Ra
志偉 羅
Kinshi Azumi
欣志 安積
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Rikogaku Shinkokai
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Rikogaku Shinkokai
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the capacity of an actuator and increase a force generated in the actuator by appropriately combining the membranes forming a polymer actuator to convert curvature motion into linear motion. <P>SOLUTION: A linear motion artificial muscle actuator 1 includes four elements 2a, 2b, 2c, and 2d which are made of IPMC membranes, for example. Flexible members 3a and 3b respectively connect a pair of elements 2a and 2b disposed in the longitudinal direction with a certain space therebetween, and another pair of elements 2c and 2d disposed below them (in the second level). Insulating members 4a and 4b respectively connect both ends of the pair of elements 2c and 2d and the other pair of elements 2a and 2b in the longitudinal direction. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、イオン導電性高分子を用いた直動人工筋アクチュエータおよびこの直動人工筋アクチュエータを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、機械は人間にはできない高速で高出力、高精度な動作を実現し、社会や産業に大きく貢献している。最近では、新たに小型化や柔軟さといった別の側面も要求されている。とくに、人間や人間の生活環境に共存するロボットには、安全でやわらかさを備えたアクチュエータが望ましい。
【0003】
こうした中で注目されているアクチュエータの1つに、高分子アクチュエータがある。高分子アクチュエータは、生物的な柔らかい動作が可能であり、人工筋アクチュエータとして期待されている。
【0004】
1980年代より日本を中心として刺激応答性高分子ゲルの研究が広く行われ、医療、福祉、ロボット、ホビー産業などから大きな関心がもたれている。高分子アクチュエータシステムの駆動方法としては、熱、pH、溶媒交換、電場など様々である。その中でも電場応答性の高分子アクチュエータは制御が容易であり、応答性の高いものとして考えられている。
【0005】
そこで、今日、高分子アクチュエータの1つとして、フッ素系イオン交換樹脂膜の両面に金や白金などの貴金属を無電解メッキ法を用いて接合したIPMC(Ionic Polymer−metal Composites)アクチュエータが提案されている。
【0006】
このIPMCアクチュエータは、1991年には、それまで燃料電池の材料として研究されていたイオン交換樹脂と貴金属の接合体が、1V程度の低電圧に応答して高速に屈曲する現象が発見されている。図10に、その接合体を屈曲させる実験例を示す。図10(中央)の状態で接合体の両側の電極に電圧が加えられると、同図(左側)、(右側)に示したように、接合体は+側に高速に屈曲する。
【0007】
IPMCには、つぎの特性がある。すなわち、
▲1▼低電圧で駆動する(1〜2V程度)。
▲2▼応答速度が速い(>100Hz)。
▲3▼耐久性・化学安定性がある(10万回以上の連続使用可)。
▲4▼柔軟性がある。
▲5▼水中での動作が可能である。
▲6▼動作音がない。
【0008】
IPMCアクチュエータにおいては、膜自体がアクチュエータであるため、小型化および軽量化が可能である。また、膜が乾燥してしまうと、動作しないが、膨潤していて導電性があれば作動させることが可能である。
【0009】
【非特許文献1】
安積欣志、小黒啓介「複合化による刺激応答機能の発見」ケミカルエンジニアリング、2001年、Vol.46、No.10、第20−24頁
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述したIPMCアクチュエータは、現在までに能動カテーテルや生体動作を模倣した小型ロボットに応用されており、実用的なソフトアクチュエータとして期待されている。ところが、上述したIPMCアクチュエータは膜1枚では屈曲運動しかできず、アクチュエータとして発生すべき力は小さくなる。
【0011】
そこで、IPMCアクチュエータにかける電圧を大きくすると、発生する力は大きくなるが、高分子膜が電気分解を発生しない範囲で動作させなければならないといなどの課題がある。
【0012】
本発明の目的は、高分子アクチュエータを構成する膜の組み合わせにより屈曲運動を直動運動に変換することで、アクチュエータとしての変位を大きくとり、かつアクチュエータとして発生する力を大きくすることが可能な直動人工筋アクチュエータを提供することにある。
【0013】
さらに、本発明の他の目的は、ロボットへの適用において、通電による直動運動時と非通電による開放時の組み合わせにより効率的運動を実現し、その際に、メカ的な構造を配置せずに高分子アクチュエータの柔軟性により開放時の動作を実現することが可能な直動人工筋アクチュエータを提供することにある。
【0014】
さらに、本発明の他の目的は、上述した目的を達成できる膜の組み合わせから成る直動人工筋アクチュエータを容易に製造することか可能な直動人工筋アクチュエータの製造方法を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、上記目的を達成するため、請求項1の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、を備え、前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする。
【0016】
請求項2の発明は、上記請求項1の発明において、前記一対の高分子アクチュエータは、前記一対の薄状樹脂膜をイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜により接続させた構造であってもよい。
【0017】
また、請求項3の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有するm(mは2以上の自然数)個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるn(nは2以上の自然数)個の高分子アクチュエータと、前記n個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、を備え、前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする。
【0018】
請求項4の発明は、上記請求項3の発明において、長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う2つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させてもよい。
【0019】
また、請求項5の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、を備えたことを特徴とする。
【0020】
請求項6の発明は、上記請求項5の発明において、前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面と内面の極性を相違させてもよい。
【0021】
請求項7の発明は、上記請求項6の発明において、前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面をプラス極とし、内面をマイナス極としてもよい。
【0022】
また、請求項8の発明に係る直動人工筋アクチュエータは、直動人工筋アクチュエータであって、イオン導電性を有するm(mは2以上の自然数)個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるn(nは2以上の自然数)個の高分子アクチュエータと、前記n個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、を備えたことを特徴とする。
【0023】
請求項9の発明は、上記請求項8の発明において、前記通電手段は、前記隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、外面と内面の極性を相違させてもよい。
【0024】
請求項10の発明は、請求項9の発明において、前記通電手段は、前記隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、外面をプラス極とし、内面をマイナス極としてもよい。
【0025】
請求項11の発明は、上記請求項8、9または10の発明において、長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う2つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させてもよい。
【0026】
また、請求項12の発明に係る直動人工筋アクチュエータ製造方法は、直動人工筋アクチュエータ製造方法であって、矩形状であり、かつ第1の厚みを有する複数の第1薄状樹脂膜を一方向に一定の間隔で配列させ、前記配列された前記複数の第1薄状樹脂膜を前記一方向に2段に配置させ、矩形状であり、かつ前記第1の厚みよりも薄い第2の厚みを有する複数の第2薄状樹脂膜をそれぞれ前記一方向に対して上下に重なり合う2段の前記第1薄状樹脂膜にエッジ部位で挟持させ、その挟持状態でプレス加工により接合し、その接合体をメッキ処理する工程を含んだことを特徴とする。
【0027】
請求項13の発明は、上記請求項12の発明において、前記直動人工筋アクチュエータを前記一方向に対して直交する方向に所定の幅で切断してもよい。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施の形態について詳述する。
【0029】
まず、原理について説明する。図1は本発明の一実施の形態による直動人工筋アクチュエータの原理を説明する概略構成図であり、同図(A),(B)において、1は直動人工筋アクチュエータを示している。
【0030】
直動人工筋アクチュエータ1は、たとえばIPMC膜からなる4枚のエレメント2a,2b,2c,2dと、長手方向に一定の距離だけ離間して並ぶ一対のエレメント2a,2b、その下(2段目)に配置されるもう一対のエレメント2c,2dをそれぞれ接合した柔軟材3a,3bと、2段に配置される一対のエレメント2c,2dともう一対の一対のエレメント2a,2bの長手方向の両端をそれぞれ接合した絶縁部材4a,4bとにより構成される。なお、上述した柔軟材3a,3bは必須の構成ではない。すなわち、1段目と2段目のエレメント間は電場の状態で短絡しないので、直接接触するように接続させたり、クリップ手段により挟持させるようにしてもよい。
【0031】
上記IPMC膜は、フッ素系イオン交換樹脂膜の両面に金や白金などの貴金属を無電解メッキ法で接合した構造を有している。Naflon(登録商標)117(デュポン社)に金を10[mg/cm]程度メッキしたIPMC膜が好適であるが、同様の機能を有していれば本発明はこれに限定されるものではない。また、柔軟材3a,3bは、たとえばエレメント2a,2b,2c,2dと同機能の材質もしくは同材質であり、エレメント2a,2b,2c,2dよりも薄状に設けられていることが好ましい。
【0032】
図1(A)の状態において、一対のエレメント2a,2b、もう一対のエレメント2c,2dに対してそれぞれ外側がプラス(+)極、内側がマイナス(−)極となるように電場が加えられると、同図(B)に示したように、エレメント2a,2b,2c,2dはそれぞれ外側に反りあがるように屈曲する。この屈曲により、直動人工筋アクチュエータ1は、その長手方向において、電場を加える前の状態(図1(A))よりもたとえば距離Sだけ縮小する(同図(B))。このとき、接合部位を構成する柔軟材3a,3aがフリージョイントの役割を果たし、エレメント2a,2b,2c,2dは、IPMC膜の性質が伴って収縮することが可能となる。
【0033】
ここで、直動人工筋アクチュエータ1の特性について説明する。図2は本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの特性を説明するための実験例を示す概略構成図であり、100は実験装置を示している。
【0034】
実験装置100は、たとえば、水槽101、支持部102、移動台103、負荷部104、レーザ変位計測器106、コンピュータ107などにより構成される。
【0035】
水槽101は、所定の水位まで水を溜めている。支持部102は、水槽101に固定されるとともに直動人工筋アクチュエータ1の長手方向の一端を支持する。移動台103は、直動人工筋アクチュエータ1の長手方向の他端を支持するとともに水槽101に浮かべられる。負荷部104は、移動台103に線材の一端を接続させてその他端に一定の負荷を与える。レーザ変位計測器106は、移動台103上に載置された指標105に対して直動人工筋アクチュエータ1の長手方向での変位を計測する。コンピュータ107は、直動人工筋アクチュエータ1に対して電場を与えて長手方向の屈曲運動をさせ、レーザ変位計測器106から変位の位置情報を取得して直動人工筋アクチュエータ1の特性を解析する。
【0036】
ここでは、ステップ電圧やステップ状の負荷を加えたときの応答に関する実験例を説明する。図3は本実施の形態において入力電圧に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフであり、図4、図5はそれぞれ本実施の形態において負荷に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【0037】
まず、電圧値に対する応答変化について図3を用いて説明する。無負荷の状態で1.5、2.0、2.5[V]の順に電圧値を変えてステップ入力を加えて変位および電流値を計測する。入力電圧を大きくすると、変位のピーク値も大きくなっていることが確認できる。
【0038】
エレメント2a,2b,2c,2d(IPMC膜)は電圧を加えると、プラス(+)極側へ高速に屈曲する。また、電流は電圧を加えた瞬間に大きな電流が流れ、その後、指数関数的に減衰していることが確認できる。電流のピーク値も入力電圧を大きくすると、大きくなっていることが確認できる。
【0039】
つづいて負荷に対する応答変化について図4および図5を用いて説明する。図4において、負荷が加えられている状態から、2.5[V]のステップ入力を加える。負荷が大きくなると、変位が小さくなっていることが確認できる。電流値は負荷を加えてもほとんど変わらない。
【0040】
図5において、1.5[V]の入力電圧が加えられている状態で、時刻1[s]のときに負荷を加える。負荷が大きくなると、ほぼ比例して変位が大きくなっていることが確認できる。
【0041】
このように、直動人工筋アクチュエータ1は、適度な入力電圧に応じて変位を調整することが可能である。
【0042】
つぎに、図1に示した直動人工筋アクチュエータ1の原理に基づく応用例について説明する。図6は本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの一応用例を示す概略構成図であり、同図において、200は応用例による直動人工筋アクチュエータを示している。
【0043】
直動人工筋アクチュエータ200は、たとえば、長手方向に4つの直動人工筋アクチュエータを接続させ、その列を4つ設け、両端をそれぞれ支持部材201,202に固持させた構造を有している。本実施の形態では、一例として1列当たり4つの直動人工筋アクチュエータとし、その列を4列設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その用途すなわち直動人工筋アクチュエータを設ける場所や必要とされる力に応じてその数を任意に設定できるものとする。
【0044】
また、直動人工筋アクチュエータ1の配置においては、図6に示したように、隣り合う列との関係でたとえば半分程度ずれた配置とすれば、各直動人工筋アクチュエータの伸縮に伴う柔軟材部分のw2方向の膨らみを絶縁部材部分の領域で吸収することができる。これにより、w2方向で直動人工筋アクチュエータ同士の干渉が生じることは無く、全体のスペース効率を向上させることが可能である。なお、上記柔軟材部分には柔軟材を適用しなくてもよい。すなわち、図1の説明ですでに説明したように、1段目と2段目のエレメント間は電場の状態で短絡しないので、直接接触するように接合したり、クリップ手段により挟持させるようにしてもよい。
【0045】
このように、直動人工筋アクチュエータ1を直列、並列に接続させた組み合わせ構造にすることで、W1方向の伸縮率を変更させたり、W1方向の伸縮時の力を変更させることが可能となる。
【0046】
つぎに、歩行ロボットへの適用例について説明する。図7は本実施の形態による応用例を示す外観斜視図であり、図8は本実施の形態による応用例のヒップジョイントを説明する図である。
【0047】
図7に歩行ロボット300を示す。この歩行ロボット300は、小型のコンパス型2足歩行ロボットを対象としている。この歩行ロボット300は、内側と外側の2本ずつが繋がれており、同期して動くものである。ここでは、2次元平面(サジタル平面)内の運動のみを考える。また、シミュレーションでは、脚と床とは点接点であるとし、床との接地は完全非弾性衝突であると仮定する。そして、この歩行ロボット300は、受動歩行を実現するモデルであり、動力無しに緩やかな傾斜面を歩行することが可能である。
【0048】
この歩行ロボット300の腰関節部301,302には、前述の直動人工筋アクチュエータ1を長手方向に対して直列接続数m(mは自然数)、並列数n(nは自然数)で構成される部位が設けられている。
【0049】
歩行ロボット300について、その腰関節部301,302で駆動させ、斜面や平地で歩行させることを考える。歩行ロボット300の腰関節部301,302の駆動は、半径をrとして、滑車のように収縮の力を腰関節のトルクVhへと変換することにより得られる。
【0050】
一般の歩行ロボットでは、関節部位にはクラッチなどの構成が組み込まれるため、構造的に大きくなる。これは、クラッチにより歩行動作の制御が必要となるためである。これに対して、本実施の形態による直動人工筋アクチュエータによれば、その伸縮自在の特性からクラッチ制御は不要となる。すなわち、人間が歩行する場合には、一方の脚で地面に踏ん張りをきかせて、他方の脚を振り子のように前方に突き出す状態で関節部位が自然に伸びる特性があるが、これと同等の特性を直動人工筋アクチュエータから得ることができるためである。
【0051】
以上説明したように本実施の形態によれば、高分子のアクチュエータを構成するIPMC膜の組み合わせにより、屈曲運動を直動運動に変換してアクチュエータとしての能力を高め、かつアクチュエータとして発生する力を高めることが可能である。
【0052】
また、歩行ロボットへの適用において、通電による直動運動時と非通電による開放時の組み合わせにより効率的運動を実現し、その際に、メカ的な構造を配置せずに高分子のアクチュエータの柔軟性により開放時の動作を実現することが可能である。
【0053】
つぎに、本実施の形態の直動人工筋アクチュエータ製造方法について説明する。図9は本実施の形態による直動人工筋アクチュエータ製造方法を説明する図である。
【0054】
まず、矩形状であり、かつ第1の厚みを有するIPMC膜401,402,403,404を一方向に一定の間隔で配列させ(図9(A))、その配列された4枚のIPCM膜401,402,403,404をIPMC膜401と408の組み合わせやIPCM膜402と409の組み合わせのように一方向に2段に配置させる(図9(B))。
【0055】
そして、矩形状であり、かつ第1の厚みよりも薄い第2の厚みを有する3枚のIPMC膜405,406,407をそれぞれIPCM膜の重なり合うエッジ部位で挟持させ(図9(A),(B))、この積層中間部材をプレス加工で接合する。さらに、その接合体をメッキ処理した後、一方向に対して直交する方向Xに所定の幅で切断する(図9(C))。
【0056】
このようにして得られた接合体を2枚用意して2段に重ね合わせる。そして、矩形状であり、かつ第3の厚みを有する絶縁部材を2段に重なり合う一対の接合体においてたとえばIPMC膜405と406の中間位置、IPMC膜406と407の中間位置に長手方向に直交するように取り付ければよい。
【0057】
このような製造過程を踏むことにより、同素材のIPMC膜間の接着作業が簡略化され、一部分が薄い接続体を備えた直動人工筋アクチュエータの製造が容易になる。また、並列に並び各列をなす直動人工筋アクチュエータの片側からの配線のみで駆動(屈曲運動)を実現することが可能となる。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高分子アクチュエータを構成する膜の組み合わせにより、屈曲運動を直動運動に変換してアクチュエータとしての能力を高め、かつアクチュエータとして発生する力を高めることが可能な直動人工筋アクチュエータを提供できるという効果を奏する。
【0059】
また、ロボットへの適用において、通電による直動運動時と非通電による開放時の組み合わせにより歩行を実現し、その際に、メカ的な構造を配置せずに高分子アクチュエータの柔軟性により開放時の動作を実現することが可能な直動人工筋アクチュエータを提供できるという効果を奏する。
【0060】
さらに、屈曲運動を直動運動に変換してアクチュエータとしての能力を高め、かつアクチュエータとして発生する力を高める直動人工筋アクチュエータを容易に製造することが可能な直動人工筋アクチュエータの製造方法を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による直動人工筋アクチュエータの原理を説明する概略構成図である。
【図2】本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの特性を説明するための実験例を示す概略構成図である。
【図3】本実施の形態において入力電圧に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【図4】本実施の形態において負荷に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【図5】本実施の形態において負荷に対するステップ応答の実験結果の一例を示すグラフである。
【図6】本実施の形態による直動人工筋アクチュエータの一応用例を示す概略構成図である。
【図7】本実施の形態による応用例を示す外観斜視図である。
【図8】本実施の形態による応用例のヒップジョイントを説明する図である。
【図9】本実施の形態による直動人工筋アクチュエータ製造方法を説明する図である。
【図10】従来例を説明する図である。
【符号の説明】
1 直動人工筋アクチュエータ
2a,2b,2c,2d エレメント
3a,3b 柔軟材
4a,4b 絶縁部材
100 実験装置
101 水槽
102 支持部
103 移動台
104 負荷部
105 指標
106 レーザ変位計測器
107 コンピュータ
200 直動人工筋アクチュエータ
201,202 支持部材
300 歩行ロボット
301,302 腰関節部
401,402,403,404,405 IPMC膜
406,407,408,409 IPMC膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a linear motion artificial muscle actuator using an ion conductive polymer and a method for manufacturing the linear motion artificial muscle actuator.
[0002]
[Prior art]
Today, machines realize high-speed, high-output, and high-precision operations that cannot be performed by humans, and greatly contribute to society and industry. Recently, other aspects such as miniaturization and flexibility have been demanded. In particular, for robots that coexist with humans and human living environments, safe and soft actuators are desirable.
[0003]
One of the actuators that have attracted attention among them is a polymer actuator. The polymer actuator is capable of performing a soft biological motion and is expected as an artificial muscle actuator.
[0004]
Research on stimuli-responsive polymer gels has been widely conducted mainly in Japan since the 1980s, and there has been great interest in medical care, welfare, robots, hobby industry, and the like. There are various driving methods for the polymer actuator system, such as heat, pH, solvent exchange, and electric field. Among them, electric field responsive polymer actuators are considered to be easy to control and have high responsiveness.
[0005]
Then, today, as one of the polymer actuators, an IPMC (Ionic Polymer-metal Composites) actuator in which a noble metal such as gold or platinum is bonded to both surfaces of a fluorine-based ion exchange resin membrane by using an electroless plating method has been proposed. I have.
[0006]
In the IPMC actuator, in 1991, a phenomenon was discovered in which a joined body of an ion exchange resin and a noble metal, which had been studied as a material for a fuel cell, bends rapidly in response to a low voltage of about 1V. . FIG. 10 shows an experimental example in which the joined body is bent. When a voltage is applied to the electrodes on both sides of the joined body in the state shown in FIG. 10 (center), the joined body bends to the + side at a high speed as shown in FIGS.
[0007]
IPMC has the following characteristics. That is,
{Circle around (1)} Drive at low voltage (about 1 to 2 V).
(2) The response speed is fast (> 100 Hz).
(3) Durability and chemical stability (continuous use of 100,000 times or more).
(4) There is flexibility.
(5) Operation in water is possible.
(6) There is no operation sound.
[0008]
In the IPMC actuator, since the film itself is the actuator, the size and weight can be reduced. When the film is dried, it does not operate, but it can be operated if it is swollen and conductive.
[0009]
[Non-patent document 1]
Kinji Azumi, Keisuke Oguro, "Discovery of Stimulus Response Function by Complexation," Chemical Engineering, 2001, Vol. 46, no. 10, pp. 20-24
[Problems to be solved by the invention]
The above-described IPMC actuator has been applied to active catheters and small robots that imitate the movements of living bodies so far, and is expected as a practical soft actuator. However, in the above-described IPMC actuator, only one bending motion can be performed with one film, and the force to be generated as the actuator is reduced.
[0011]
Therefore, when the voltage applied to the IPMC actuator is increased, the generated force is increased, but there is a problem that the polymer film must be operated within a range that does not cause electrolysis.
[0012]
An object of the present invention is to convert a bending motion into a linear motion by a combination of films constituting a polymer actuator, thereby increasing displacement as an actuator and increasing a force generated as an actuator. A motion artificial muscle actuator is provided.
[0013]
Further, another object of the present invention is to realize an efficient motion by a combination of a linear motion by energization and a release by non-energization in application to a robot, without using a mechanical structure. Another object of the present invention is to provide a linear motion artificial muscle actuator capable of realizing an opening operation by the flexibility of a polymer actuator.
[0014]
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a linear motion artificial muscle actuator capable of easily manufacturing a linear motion artificial muscle actuator composed of a combination of membranes capable of achieving the above-described objects.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the above object, a linear motion artificial muscle actuator according to the invention of claim 1 is a linear motion artificial muscle actuator, wherein a pair of ion-conductive thin resin films are formed in a longitudinal direction. A pair of polymer actuators connected in series in the direction and the pair of polymer actuators are arranged in parallel in the longitudinal direction, and both ends of the pair of polymer actuators are connected in an insulated state. And a pair of connecting means, wherein when the pair of polymer actuators are energized, at least the thin resin film adjacent to the longitudinal direction is bent in the longitudinal direction.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the pair of polymer actuators have a structure in which the pair of thin resin films are connected by a thin resin film for connection having ionic conductivity. Is also good.
[0017]
A linear motion artificial muscle actuator according to a third aspect of the present invention is a linear motion artificial muscle actuator, wherein m (m is a natural number of 2 or more) thin resin films having ion conductivity are connected in series in the longitudinal direction. N (n is a natural number of 2 or more) polymer actuators in which the thin resin films are connected to each other by a connecting thin resin film having ionic conductivity in the longitudinal direction; Pieces of polymer actuators are arranged in parallel with respect to the longitudinal direction, and for each of two polymer actuators adjacent to each other in the longitudinal direction, the thin resin films facing each other are insulated at a central portion in the longitudinal direction. And a connecting means for connecting to each of the polymer actuators, wherein when the respective polymer actuators are energized, at least the thin resin film adjacent to the longitudinal direction is bent in the longitudinal direction.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, one and the other connecting thin films in the longitudinal direction are combined with respect to the combination of the two adjacent polymer actuators arranged adjacent to each other in the longitudinal direction. It is also possible to displace the positional relationship between the resin films.
[0019]
Further, a linear motion artificial muscle actuator according to the invention of claim 5 is a linear motion artificial muscle actuator, wherein a pair of polymers formed by connecting a pair of thin resin films having ionic conductivity in series in a longitudinal direction. An actuator, a pair of polymer actuators arranged in parallel in a longitudinal direction, a pair of connection means for connecting both ends of the pair of polymer actuators in an insulated state, and the pair of polymer actuators And an energizing means for energizing the thin resin film adjacent at least in the longitudinal direction so as to bend in the longitudinal direction when energized.
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the energizing means may have different polarities between the outer surface and the inner surface of the pair of polymer actuators.
[0021]
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect of the invention, the energizing means may have an outer surface of the pair of polymer actuators as a positive pole and an inner surface as a negative pole.
[0022]
The linear motion artificial muscle actuator according to the invention of claim 8 is a linear motion artificial muscle actuator, wherein m (m is a natural number of 2 or more) thin resin films having ion conductivity are serially connected in the longitudinal direction. N (n is a natural number of 2 or more) polymer actuators in which the thin resin films are connected to each other by a connecting thin resin film having ionic conductivity in the longitudinal direction; Pieces of polymer actuators are arranged in parallel with respect to the longitudinal direction, and for each of two polymer actuators adjacent to each other in the longitudinal direction, the thin resin films facing each other are insulated at a central portion in the longitudinal direction. Connecting means for connecting to each of the polymer actuators, and energizing means for energizing at least the thin resin film adjacent to at least the longitudinal direction so as to bend in the longitudinal direction when the polymer actuators are energized. Characterized by comprising a.
[0023]
According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect of the present invention, the energizing means may have different polarities between an outer surface and an inner surface for each of the two adjacent polymer actuators.
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the present invention, the energizing means may have a positive pole on the outer surface and a negative pole on the inner surface for each of the two adjacent polymer actuators.
[0025]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention of the eighth, ninth, or tenth aspect, a combination of the two adjacent polymer actuators arranged adjacent to each other in the longitudinal direction is one and the other in the longitudinal direction. The thin resin films for connection may be arranged so as to be shifted from each other.
[0026]
A method for manufacturing a linear motion artificial muscle actuator according to a twelfth aspect of the present invention is a method for manufacturing a linear motion artificial muscle actuator, wherein a plurality of first thin resin films each having a rectangular shape and a first thickness are formed. The plurality of first thin resin films arranged in one direction are arranged at two steps in the one direction, and the second thin resin films arranged in the one direction are rectangular, and the second thin resin films are thinner than the first thickness. A plurality of second thin resin films having a thickness of 2 are sandwiched at the edge portion between the two first-stage thin resin films vertically overlapping with each other in the one direction, and are joined by press working in the sandwiched state; The method includes a step of plating the joined body.
[0027]
According to a thirteenth aspect, in the twelfth aspect, the linear motion artificial muscle actuator may be cut at a predetermined width in a direction orthogonal to the one direction.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0029]
First, the principle will be described. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the principle of a linear motion artificial muscle actuator according to an embodiment of the present invention. In FIGS. 1A and 1B, reference numeral 1 denotes a linear motion artificial muscle actuator.
[0030]
The linear motion artificial muscle actuator 1 includes, for example, four elements 2a, 2b, 2c, and 2d made of an IPMC film and a pair of elements 2a and 2b that are arranged at a fixed distance in the longitudinal direction. ), A pair of flexible members 3a, 3b joined to another pair of elements 2c, 2d, and a pair of two-stage elements 2c, 2d and a pair of elements 2a, 2b in the longitudinal direction. And insulating members 4a and 4b, which are respectively joined. The above-mentioned flexible members 3a and 3b are not essential components. That is, since the first-stage and second-stage elements are not short-circuited in the state of an electric field, they may be connected so as to be in direct contact with each other, or may be sandwiched by clip means.
[0031]
The IPMC film has a structure in which a noble metal such as gold or platinum is joined to both surfaces of a fluorine-based ion exchange resin film by an electroless plating method. An IPMC film obtained by plating Naflon (registered trademark) 117 (DuPont) with about 10 [mg / cm 2 ] of gold is suitable, but the present invention is not limited to this as long as it has a similar function. Absent. The flexible members 3a and 3b are made of, for example, a material having the same function or the same material as the elements 2a, 2b, 2c and 2d, and are preferably provided thinner than the elements 2a, 2b, 2c and 2d.
[0032]
In the state of FIG. 1A, an electric field is applied to the pair of elements 2a and 2b and the other pair of elements 2c and 2d such that the outside has a plus (+) pole and the inside has a minus (-) pole. As shown in FIG. 3B, the elements 2a, 2b, 2c, and 2d are bent so as to be warped outward. Due to this bending, the linear motion artificial muscle actuator 1 is reduced in the longitudinal direction by a distance S, for example, from the state before the electric field is applied (FIG. 1A) (FIG. 1B). At this time, the flexible members 3a, 3a constituting the joining portion play a role of a free joint, and the elements 2a, 2b, 2c, 2d can contract with the properties of the IPMC film.
[0033]
Here, characteristics of the linear motion artificial muscle actuator 1 will be described. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an experimental example for explaining the characteristics of the linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment, and 100 indicates an experimental apparatus.
[0034]
The experimental apparatus 100 includes, for example, a water tank 101, a support unit 102, a moving table 103, a load unit 104, a laser displacement measuring device 106, a computer 107, and the like.
[0035]
The water tank 101 stores water up to a predetermined water level. The support part 102 is fixed to the water tank 101 and supports one end in the longitudinal direction of the linear motion artificial muscle actuator 1. The moving table 103 supports the other end of the linear motion artificial muscle actuator 1 in the longitudinal direction and floats on the water tank 101. The load unit 104 connects one end of the wire to the moving base 103 and applies a constant load to the other end. The laser displacement measuring device 106 measures the displacement of the linear motion artificial muscle actuator 1 in the longitudinal direction with respect to the index 105 placed on the movable table 103. The computer 107 applies an electric field to the linear motion artificial muscle actuator 1 to cause the linear motion artificial muscle actuator 1 to bend in the longitudinal direction, obtains displacement position information from the laser displacement measuring device 106, and analyzes the characteristics of the linear motion artificial muscle actuator 1. .
[0036]
Here, an experimental example regarding the response when a step voltage or a step-like load is applied will be described. FIG. 3 is a graph showing an example of an experimental result of a step response to an input voltage in the present embodiment. FIGS. 4 and 5 are graphs showing an example of an experimental result of a step response to a load in the present embodiment. .
[0037]
First, a change in response to a voltage value will be described with reference to FIG. With no load, the voltage value is changed in the order of 1.5, 2.0, and 2.5 [V], and a step input is applied to measure the displacement and the current value. It can be confirmed that when the input voltage is increased, the peak value of the displacement is also increased.
[0038]
When a voltage is applied, the elements 2a, 2b, 2c, 2d (IPMC films) bend to the positive (+) pole side at high speed. Further, it can be confirmed that a large current flows at the moment when the voltage is applied, and thereafter, the current attenuates exponentially. It can be confirmed that the peak value of the current increases as the input voltage increases.
[0039]
Next, the response change to the load will be described with reference to FIGS. In FIG. 4, a step input of 2.5 [V] is applied while the load is being applied. It can be confirmed that when the load increases, the displacement decreases. The current value hardly changes even when a load is applied.
[0040]
In FIG. 5, a load is applied at time 1 [s] with an input voltage of 1.5 [V] applied. It can be confirmed that when the load increases, the displacement increases almost in proportion.
[0041]
Thus, the linear motion artificial muscle actuator 1 can adjust the displacement according to an appropriate input voltage.
[0042]
Next, an application example based on the principle of the linear motion artificial muscle actuator 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing one application example of the linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment. In FIG. 6, reference numeral 200 denotes a linear motion artificial muscle actuator according to the application example.
[0043]
The linear motion artificial muscle actuator 200 has, for example, a structure in which four linear motion artificial muscle actuators are connected in the longitudinal direction, four rows are provided, and both ends are fixed to support members 201 and 202, respectively. In the present embodiment, four linear motion artificial muscle actuators are provided per row as an example, and the four rows are provided. However, the present invention is not limited to this, and its application, that is, the linear motion artificial muscle actuator is used. The number can be set arbitrarily according to the place where the is provided and the required force.
[0044]
Further, in the arrangement of the linear motion artificial muscle actuator 1, as shown in FIG. 6, if the linear motion artificial muscle actuators are arranged so as to be shifted by, for example, about half in relation to the adjacent rows, the flexible material accompanying the expansion and contraction of each linear motion artificial muscle actuator The bulge in the w2 direction of the portion can be absorbed in the region of the insulating member portion. Thus, there is no interference between the linear motion artificial muscle actuators in the w2 direction, and the overall space efficiency can be improved. Note that a flexible material need not be applied to the flexible material portion. That is, as already described in the description of FIG. 1, since the first-stage and second-stage elements are not short-circuited in the state of an electric field, they are joined so as to be in direct contact with each other, or are clamped by clip means. Is also good.
[0045]
In this way, by employing a combination structure in which the linear motion artificial muscle actuators 1 are connected in series and in parallel, it is possible to change the expansion / contraction ratio in the W1 direction or to change the force at the time of expansion / contraction in the W1 direction. .
[0046]
Next, an example of application to a walking robot will be described. FIG. 7 is an external perspective view illustrating an application example according to the present embodiment, and FIG. 8 is a diagram illustrating a hip joint according to the application example according to the present embodiment.
[0047]
FIG. 7 shows a walking robot 300. The walking robot 300 is intended for a small compass-type biped walking robot. The walking robot 300 has two inner and outer robots connected to each other and moves in synchronization. Here, only the motion in the two-dimensional plane (sagittal plane) is considered. In the simulation, it is assumed that the leg and the floor are point contacts, and that the ground contact with the floor is a completely inelastic collision. The walking robot 300 is a model that realizes passive walking, and can walk on a gentle slope without power.
[0048]
In the waist joints 301 and 302 of the walking robot 300, the linear motion artificial muscle actuator 1 described above is configured in the longitudinal direction by a number m (m is a natural number) connected in series and a number n in parallel (n is a natural number). A part is provided.
[0049]
It is assumed that the walking robot 300 is driven by its waist joints 301 and 302 to walk on a slope or flat ground. Driving of the waist joints 301 and 302 of the walking robot 300 is obtained by converting a contraction force into a waist joint torque Vh like a pulley, with a radius of r.
[0050]
In a general walking robot, a structure such as a clutch is incorporated in a joint part, so that it becomes structurally large. This is because the walking operation needs to be controlled by the clutch. On the other hand, according to the linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment, clutch control is not required because of its elasticity. In other words, when a human walks, there is a characteristic in which the joint part naturally extends with one leg standing on the ground and the other leg protruding forward like a pendulum. Can be obtained from the linear motion artificial muscle actuator.
[0051]
As described above, according to the present embodiment, by combining the IPMC film constituting the polymer actuator, the bending motion is converted into the linear motion to enhance the performance as the actuator, and the force generated as the actuator is reduced. It is possible to increase.
[0052]
In addition, in the application to walking robots, efficient motion is realized by a combination of linear motion when energized and open when de-energized, and in that case, the flexibility of the polymer actuator is reduced without disposing a mechanical structure. It is possible to realize the operation at the time of opening due to the nature.
[0053]
Next, a method of manufacturing a linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a method of manufacturing a linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment.
[0054]
First, the rectangular IPMC films 401, 402, 403, and 404 having the first thickness are arranged at regular intervals in one direction (FIG. 9A), and the four arranged IPCM films are formed. The layers 401, 402, 403, and 404 are arranged in two layers in one direction like the combination of the IPMC films 401 and 408 and the combination of the IPCM films 402 and 409 (FIG. 9B).
[0055]
Then, the three IPMC films 405, 406, and 407 having a rectangular shape and a second thickness smaller than the first thickness are respectively sandwiched between overlapping edge portions of the IPCM films (FIGS. 9A and 9B). B)), the laminated intermediate members are joined by press working. Further, after plating the joined body, it is cut at a predetermined width in a direction X orthogonal to one direction (FIG. 9C).
[0056]
Two joined bodies obtained in this way are prepared and superimposed in two stages. Then, in a pair of joined bodies in which insulating members each having a rectangular shape and a third thickness are overlapped in two steps, for example, the longitudinal direction is perpendicular to the intermediate position between the IPMC films 405 and 406 and the intermediate position between the IPMC films 406 and 407. It may be attached as follows.
[0057]
By performing such a manufacturing process, the bonding operation between the IPMC films of the same material is simplified, and it becomes easy to manufacture a linear motion artificial muscle actuator having a connector whose part is thin. In addition, it is possible to realize driving (bending motion) only by wiring from one side of the linear motion artificial muscle actuator which is arranged in parallel and forms each row.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to increase the performance as an actuator by converting a bending motion into a linear motion, and to increase the force generated as an actuator, by a combination of films constituting a polymer actuator. This provides an effect that a simple linear motion artificial muscle actuator can be provided.
[0059]
In addition, in application to robots, walking is realized by a combination of linear motion when energized and open when de-energized. The effect is that a linear motion artificial muscle actuator capable of realizing the above operation can be provided.
[0060]
Further, a method for manufacturing a linear motion artificial muscle actuator capable of easily manufacturing a linear motion artificial muscle actuator that converts a bending motion into a linear motion to enhance the capability as an actuator and enhances the force generated as an actuator. It has the effect that it can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating the principle of a linear motion artificial muscle actuator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an experimental example for explaining the characteristics of the linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment.
FIG. 3 is a graph showing an example of an experimental result of a step response to an input voltage in the present embodiment.
FIG. 4 is a graph showing an example of an experimental result of a step response to a load in the present embodiment.
FIG. 5 is a graph showing an example of an experimental result of a step response to a load in the present embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an application example of a linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment.
FIG. 7 is an external perspective view showing an application example according to the embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a hip joint of an application example according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a method of manufacturing a linear motion artificial muscle actuator according to the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Linear motion artificial muscle actuator 2a, 2b, 2c, 2d Element 3a, 3b Flexible material 4a, 4b Insulation member 100 Experimental device 101 Water tank 102 Supporting part 103 Moving table 104 Load part 105 Index 106 Laser displacement measuring instrument 107 Computer 200 Linear motion Artificial muscle actuators 201, 202 Support member 300 Walking robots 301, 302 Waist joints 401, 402, 403, 404, 405 IPMC films 406, 407, 408, 409 IPMC films

Claims (13)

直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、
前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、
を備え、
前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
A linear motion artificial muscle actuator,
A pair of polymer actuators formed by connecting a pair of thin resin films having ionic conductivity in series in the longitudinal direction,
A pair of connecting means for arranging the pair of polymer actuators in parallel in the longitudinal direction and connecting both ends of the pair of polymer actuators in an insulated state,
With
A linear motion artificial muscle actuator characterized in that when the pair of polymer actuators are energized, at least the thin resin film adjacent to the longitudinal direction is bent in the longitudinal direction.
前記一対の高分子アクチュエータは、前記一対の薄状樹脂膜をイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜により接続させた構造であることを特徴とする請求項1に記載の直動人工筋アクチュエータ。The linear motion artificial muscle actuator according to claim 1, wherein the pair of polymer actuators has a structure in which the pair of thin resin films are connected by a connection thin resin film having ionic conductivity. . 直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有するm(mは2以上の自然数)個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるn(nは2以上の自然数)個の高分子アクチュエータと、
前記n個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、
を備え、
前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲することを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
A linear motion artificial muscle actuator,
M (m is a natural number of 2 or more) thin resin films having ionic conductivity are arranged in series in the longitudinal direction, and the thin resin films between the thin resin films have ionic conductivity in the longitudinal direction. N (n is a natural number of 2 or more) polymer actuators connected by a resin film,
The n polymer actuators are arranged in parallel with respect to the longitudinal direction, and for each of two polymer actuators adjacent to each other in the longitudinal direction, the thin resin films facing each other are arranged at a central portion in the longitudinal direction. Connecting means for connecting in an insulated state;
With
A linear motion artificial muscle actuator, wherein at least the thin resin film adjacent to the longitudinal direction is bent in the longitudinal direction when the respective polymer actuators are energized.
長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う2つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させたことを特徴とする請求項3に記載の直動人工筋アクチュエータ。The combination of the two adjacent polymer actuators adjacent to each other in the longitudinal direction is arranged so that the positional relationship between one and the other thin resin films for connection is shifted with respect to the longitudinal direction. The linear motion artificial muscle actuator according to claim 3. 直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有する一対の薄状樹脂膜を長手方向に直列に接続させてなる一対の高分子アクチュエータと、
前記一対の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、前記一対の高分子アクチュエータ同士について各々の両端部を絶縁状態で接続する一対の接続手段と、
前記一対の高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、
を備えたことを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
A linear motion artificial muscle actuator,
A pair of polymer actuators formed by connecting a pair of thin resin films having ionic conductivity in series in the longitudinal direction,
A pair of connecting means for arranging the pair of polymer actuators in parallel in the longitudinal direction and connecting both ends of the pair of polymer actuators in an insulated state,
When energizing the pair of polymer actuators, energizing means for energizing at least the thin resin film adjacent to at least the longitudinal direction so as to bend in the longitudinal direction,
A linear motion artificial muscle actuator comprising:
前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面と内面の極性を相違させることを特徴とする請求項5に記載の直動人工筋アクチュエータ。6. The linear motion artificial muscle actuator according to claim 5, wherein the energizing unit makes the outer surface and the inner surface of the pair of polymer actuators have different polarities. 前記通電手段は、前記一対の高分子アクチュエータの外面をプラス極とし、内面をマイナス極としたことを特徴とする請求項6に記載の直動人工筋アクチュエータ。7. The linear motion artificial muscle actuator according to claim 6, wherein the energizing means has a positive pole on an outer surface of the pair of polymer actuators and a negative pole on an inner surface. 直動人工筋アクチュエータであって、
イオン導電性を有するm(mは2以上の自然数)個の薄状樹脂膜を長手方向に直列に配置させ、前記薄状樹脂膜間を長手方向に対してイオン導電性を有する接続用薄状樹脂膜で接続させてなるn(nは2以上の自然数)個の高分子アクチュエータと、
前記n個の高分子アクチュエータを長手方向に対して並列に配置させ、長手方向に対して隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、対面する前記薄状樹脂膜同士を長手方向に対して中央部分について絶縁状態に接続する接続手段と、
前記各高分子アクチュエータを通電させた際に、少なくとも長手方向に対して隣り合う前記薄状樹脂膜が長手方向に対して屈曲するように通電させる通電手段と、
を備えたことを特徴とする直動人工筋アクチュエータ。
A linear motion artificial muscle actuator,
M (m is a natural number of 2 or more) thin resin films having ionic conductivity are arranged in series in the longitudinal direction, and the thin resin films between the thin resin films have ionic conductivity in the longitudinal direction. N (n is a natural number of 2 or more) polymer actuators connected by a resin film,
The n polymer actuators are arranged in parallel with respect to the longitudinal direction, and for each of two polymer actuators adjacent to each other in the longitudinal direction, the thin resin films facing each other are arranged at a central portion in the longitudinal direction. Connecting means for connecting in an insulated state;
When energizing each of the polymer actuators, energizing means for energizing at least the thin resin film adjacent to at least the longitudinal direction so as to bend in the longitudinal direction,
A linear motion artificial muscle actuator comprising:
前記通電手段は、前記隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、外面と内面の極性を相違させることを特徴とする請求項8に記載の直動人工筋アクチュエータ。9. The linear motion artificial muscle actuator according to claim 8, wherein the energizing unit changes the polarity of an outer surface and an inner surface of each of the two adjacent polymer actuators. 10. 前記通電手段は、前記隣り合う2つの高分子アクチュエータ毎に、外面をプラス極とし、内面をマイナス極としたことを特徴とする請求項9に記載の直動人工筋アクチュエータ。10. The linear motion artificial muscle actuator according to claim 9, wherein the energizing means has a positive pole on the outer surface and a negative pole on the inner surface for each of the two adjacent polymer actuators. 長手方向に対して隣接して並ぶ前記隣り合う2つの高分子アクチュエータの組み合わせ同士について、長手方向に対して一方と他方の前記接続用薄状樹脂膜の位置関係をずらして配置させたことを特徴とする請求項8、9または10に記載の直動人工筋アクチュエータ。The combination of the two adjacent polymer actuators adjacent to each other in the longitudinal direction is arranged so that the positional relationship between one and the other thin resin films for connection is shifted with respect to the longitudinal direction. The linear motion artificial muscle actuator according to claim 8, 9 or 10. 直動人工筋アクチュエータ製造方法であって、
矩形状であり、かつ第1の厚みを有する複数の第1薄状樹脂膜を一方向に一定の間隔で配列させ、前記配列された前記複数の第1薄状樹脂膜を前記一方向に2段に配置させ、矩形状であり、かつ前記第1の厚みよりも薄い第2の厚みを有する複数の第2薄状樹脂膜をそれぞれ前記一方向に対して上下に重なり合う2段の前記第1薄状樹脂膜にエッジ部位で挟持させ、その挟持状態でプレス加工により接合し、その接合体をメッキ処理する工程を含んだことを特徴とする直動人工筋アクチュエータの製造方法。
A method for manufacturing a linear motion artificial muscle actuator,
A plurality of first thin resin films each having a rectangular shape and a first thickness are arranged at regular intervals in one direction, and the arranged plurality of first thin resin films are aligned in the one direction by two. A plurality of second thin resin films each having a rectangular shape and a second thickness smaller than the first thickness, each of which is vertically arranged in the one direction; A method for manufacturing a linear motion artificial muscle actuator, comprising a step of sandwiching the thin resin film at an edge portion, joining the thin resin film by press working in the sandwiched state, and plating the joined body.
前記直動人工筋アクチュエータを前記一方向に対して直交する方向に所定の幅で切断してなることを特徴とする請求項12に記載の直動人工筋アクチュエータの製造方法。The method for manufacturing a linear motion artificial muscle actuator according to claim 12, wherein the linear motion artificial muscle actuator is cut at a predetermined width in a direction orthogonal to the one direction.
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