JP2008079371A - Twisted string type actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ駆動義手、ロボットハンド等に応用可能なアクチュエータに関し、詳しくは2本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐とモータとを用いたねじれ紐式アクチュエータに関する。 The present invention relates to an actuator applicable to a motor-driven artificial hand, a robot hand, and the like, and more particularly to a twisted string actuator using a twisted string having a structure in which two strings are twisted together and a motor.
従来、ワイヤとモータを用いたアクチュエータ(以下、ワイヤ式アクチュエータという)として、例えば特許文献1又は2に記載されているようなものが知られている。ワイヤ又は紐(以下、単に紐という)とモータを用いた指関節用の種々のワイヤ式アクチュエータのうち、本発明に近い従来技術と考えられる構成の基本概念を図8に示す。
Conventionally, as an actuator using a wire and a motor (hereinafter referred to as a wire actuator), for example, one described in
図8において、モータ101の回転軸101aに減速機を介してプーリーのような回転体102が接続されている。あるいは、減速機内蔵型モータ101の回転軸101aに回転体102が直接接続されている。回転体102の径方向に対向する2箇所に紐103、104が1本ずつ接続され、それぞれの紐103、104の他端は指関節105に接続されている。
In FIG. 8, a rotating
モータ101の回転軸101aが回転すると、回転体102がゆっくり回転し、2本の紐103、104が互いに逆方向に駆動される。つまり、一方は引っ張られ、他方は緩められる。その結果、指関節105は軸心AXを中心として回転駆動される。
多くの関節を有するモータ駆動義手やロボットハンド等に上記のようなワイヤ式アクチュエータを使用する場合は各関節に1つのモータが必要であり、装置全体の重量を抑えるためには小型モータ又は超小型モータを使用する必要がある。他方、モータ駆動義手やロボットハンド等に要求される一定以上の把持力を確保するためには、モータ及び減速機を含む駆動系に最低限必要な出力トルクが要求される。 When using a wire actuator as described above for a motor-driven prosthetic hand or robot hand having many joints, one motor is required for each joint. It is necessary to use a motor. On the other hand, in order to ensure a certain level of gripping force required for a motor-driven artificial hand, a robot hand, or the like, a minimum output torque is required for a drive system including a motor and a speed reducer.
小さなモータであっても減速機を使用することによって大きなトルクを得ることが可能となるが、減速機それ自体が装置の重量を増加させるので、例えば義手(ハンド)の先端部分が重くなってしまう問題が生ずる。さらに、減速機を組み込むスペースが必要であるので、小形軽量のモータ駆動義手やロボットハンドを実現することが困難になる。 Even with a small motor, it is possible to obtain a large torque by using a speed reducer. However, since the speed reducer itself increases the weight of the device, for example, the tip of the prosthesis (hand) becomes heavy. Problems arise. Furthermore, since a space for incorporating a reduction gear is required, it is difficult to realize a small and lightweight motor-driven artificial hand or robot hand.
また、複数段の減速ギアが組み込まれたギア式の減速機を用いる場合は、その重量及びスペースの問題に加えて、ギアが回転する際にギア同士の噛合部で発生する騒音の問題もある。 In addition, when using a gear type speed reducer incorporating a plurality of speed reduction gears, there is a problem of noise generated at the meshing portion of the gears when the gears rotate in addition to the weight and space problems. .
本発明は、上記のような従来の課題に鑑み、小型モータを用いて軽量かつ省スペースで、低騒音のアクチュエータを実現することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to realize a lightweight, space-saving, low-noise actuator using a small motor.
本発明によるアクチュエータは、2本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐とモータとを用いたねじれ紐式アクチュエータであって、前記ねじれ紐の一端側を駆動対象物に接続し、前記ねじれ紐の他端側を前記モータの回転軸に直接、又は動力伝達機構を介して接続し、前記モータの回転軸が回転すると、その回転方向に応じて前記ねじれ紐を構成する2本の紐のねじれが強められ、又は緩められることにより、前記ねじれ紐の長さが短縮され、又は伸張され、その結果、前記駆動対象物が駆動されるように構成されたことを特徴とする(請求項1)。 The actuator according to the present invention is a twisted string type actuator using a twisted string having a structure in which two strings are twisted together and a motor, wherein one end side of the twisted string is connected to an object to be driven, and the twisted string When the other end side of the motor is connected to the rotating shaft of the motor directly or via a power transmission mechanism and the rotating shaft of the motor rotates, the twist of the two strings constituting the twisted string according to the rotating direction The length of the twisted string is shortened or extended by being strengthened or loosened, and as a result, the driven object is driven (Claim 1). .
このような構成によれば、ねじれ紐は、そのねじれ方向の回転運動(回転力)を長さ方向の直線運動(張力)に変換し、減速機構を含む動力伝達手段として機能する。したがって、多段ギア等を用いた減速機が不要となり、装置全体の小型化及び軽量化に大きく貢献することができる。さらに、多段ギア等を用いた減速機で発生するような騒音の発生が無く、静音アクチュエータを実現することができる。また、一般にねじれ紐は多段ギア等を用いた減速機に比べて安価であるので、アクチュエータのコスト低減が可能になる。 According to such a configuration, the twisted string converts rotational motion (rotational force) in the twist direction into linear motion (tension) in the length direction, and functions as power transmission means including a speed reduction mechanism. Therefore, a speed reducer using a multi-stage gear or the like is not necessary, which can greatly contribute to reducing the size and weight of the entire apparatus. Further, there is no noise generated by a reduction gear using a multistage gear or the like, and a silent actuator can be realized. In general, a twisted string is less expensive than a speed reducer using a multistage gear or the like, so that the cost of the actuator can be reduced.
さらに、ねじれ紐のねじれ方向の回転運動と長さ方向の直線運動との間にある程度の柔軟性(フレキシビリティ)及び弾性が存在するので、バネやエアシリンダ等の弾性付勢手段を用いなくても、いわゆるソフトアクチュエータを実現することが可能である。これにより、例えば人の手のようなコンプライアンス機能を容易に実現することが可能になる。 Furthermore, since there is a certain degree of flexibility (flexibility) and elasticity between the rotational movement in the twist direction of the twisted string and the linear movement in the length direction, it is not necessary to use an elastic biasing means such as a spring or an air cylinder. However, it is possible to realize a so-called soft actuator. Thereby, for example, a compliance function like a human hand can be easily realized.
本発明の好ましい実施形態において、前記駆動対象物の駆動方向及び駆動範囲を規制するために、スライドガイドに沿って所定範囲内で移動可能なスライド部材を備え、前記ねじれ紐の一端側が前記スライド部材を介して前記駆動対象物に接続されている(請求項2)。 In a preferred embodiment of the present invention, in order to regulate the drive direction and drive range of the drive object, the slide member is movable within a predetermined range along a slide guide, and one end side of the twisted string is the slide member. Is connected to the driven object via the (Claim 2).
このような構成によれば、スライドガイド及びスライド部材によって、駆動対象物の駆動方向及び駆動範囲を容易に規制することができる。また、モータと駆動対象物との距離や方向に関する設計上のフレキシビリティを確保することができるので、アクチュエータが実装されるスペースの制限に対応することが容易になると共に、スペースの有効活用が可能になる。 According to such a structure, the drive direction and drive range of a drive target object can be easily controlled with a slide guide and a slide member. In addition, design flexibility regarding the distance and direction between the motor and the object to be driven can be secured, making it easier to meet the restrictions on the space where the actuator is mounted and making effective use of the space possible. become.
本発明の別の好ましい実施形態において、前記駆動対象物は軸心を中心として回転可能な指関節であり、前記ねじれ紐及び前記スライド部材を含むアクチュエータキットが2組備えられ、前記指関節の前記軸心を挟んで対向する2箇所に、前記2組のアクチュエータキットのねじれ紐の一端側が前記スライド部材を介してそれぞれ接続されている(請求項3)。 In another preferred embodiment of the present invention, the drive object is a finger joint rotatable about an axis, and two sets of actuator kits including the twisted string and the slide member are provided, and the finger joint One end sides of the twisted strings of the two sets of actuator kits are respectively connected to the two locations facing each other across the shaft center via the slide member.
このような構成によれば、2組のアクチュエータキットのねじれ紐を互いに逆方向に駆動することにより、つまり、一方のねじれ紐を短縮させる方向に駆動し、かつ、他方を伸張させる方向に駆動することにより、指関節を容易かつ正確に駆動することができる。 According to such a configuration, the twisted strings of the two sets of actuator kits are driven in opposite directions, that is, one of the twisted strings is driven in a shortening direction, and the other is driven in an extending direction. Thus, the finger joint can be driven easily and accurately.
上記の実施形態において更に好ましい構成として、前記2組のアクチュエータキットのねじれ紐の他端側は、前記モータの回転軸に接続された動力伝達機構の互いに異なる2本の出力軸に接続され、前記モータの回転軸が回転すると、前記2本の出力軸のうちの一方はそれに接続されたねじれ紐のねじれを強める方向に回転し、かつ、他方はそれに接続されたねじれ紐のねじれを緩める方向に回転するように構成されている(請求項4)。 As a more preferable configuration in the above embodiment, the other end side of the twisted strings of the two sets of actuator kits is connected to two different output shafts of the power transmission mechanism connected to the rotation shaft of the motor, When the rotating shaft of the motor rotates, one of the two output shafts rotates in a direction to increase the twist of the twisted string connected thereto, and the other in a direction to loosen the twist of the twisted string connected thereto. It is comprised so that it may rotate (Claim 4).
このような構成によれば、1個の指関節について2組のねじれ紐を含むアクチュエータキットを使用しながら、1個のモータでそれらのねじれ紐を駆動することができるので、2個のモータで個別に駆動する場合に比べて駆動制御が簡単になる。また、指関節の迅速な駆動が可能になる。 According to such a configuration, the twist kit can be driven by one motor while using an actuator kit including two sets of twist cords for one finger joint. Drive control is simpler than when individually driven. In addition, the finger joint can be driven quickly.
本発明のねじれ紐式アクチュエータによれば、2本の紐を互いにねじり合わせた構造のねじれ紐が、モータの回転方向に応じて短縮し、又は伸張することにより指関節等を駆動するので、ねじれ紐が減速機構を含む動力伝達手段として機能する。したがって、多段ギア等を用いた減速機が不要となり、装置全体の小型化、軽量化に大きく貢献することができる。さらに、多段ギア等を用いた減速機で発生するような騒音の発生が無く、静音アクチュエータを実現することができる。前述のように、コンプライアンス機能を容易に実現することができる等の効果も得られる。 According to the twisted string actuator of the present invention, a twisted string having a structure in which two strings are twisted together drives a finger joint or the like by shortening or extending in accordance with the rotation direction of the motor. The string functions as power transmission means including a speed reduction mechanism. Therefore, a speed reducer using a multi-stage gear or the like is not necessary, which can greatly contribute to the reduction in size and weight of the entire apparatus. Further, there is no noise generated by a reduction gear using a multistage gear or the like, and a silent actuator can be realized. As described above, the effect that the compliance function can be easily realized is also obtained.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において各部材の位置関係や方向を上下左右で説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を意味し、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を意味するわけではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, when describing the positional relationship and direction of each member vertically and horizontally, it means the positional relationship and direction in the drawings to the last, and it means the positional relationship and direction when incorporated in an actual device. is not.
図1は、本発明によるねじれ紐式アクチュエータの概念を示す模式図である。図1に示すように、本発明によるねじれ紐式アクチュエータは、2本の紐又はワイヤ(以下、単に紐という)11、12を互いに緩くねじり合わせた構造のねじれ紐1とモータ2とを用いて構成される。図1(a)は2本の紐11、12のねじれ合わせが緩められて2本の平行な紐になった状態を模式的に示しており、図1(b)は2本の紐11、12が互いにねじれ合わされた状態を模式的に示している。ねじれ紐1、すなわち2本の紐11、12の一端側は駆動対象物OBに接続(固定)され、他端側はモータ2の回転軸21に接続(固定)されている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the concept of a twisted string actuator according to the present invention. As shown in FIG. 1, the twisted string actuator according to the present invention uses a
図1(a)に示す状態でのねじれ紐1の長さをLとし、この状態からモータ2の回転軸21が回転して、図1(b)に示すように、ねじれ紐1を構成する2本の紐11、12が互いにねじれ合わされた状態になると、ねじれ紐1の長さはL−ΔLとなる。つまり、2本の紐11、12がねじれ合わされることにより、ねじれ紐1の長さがΔLだけ短縮される。その結果、駆動対象物OBには、ねじれ紐1の張力によってモータ2へ引き寄せられる方向(右方向)の駆動力Fが働く。したがって、ねじれ紐1は、そのねじれ方向の回転運動(モータ2の回転力)を長さ方向の直線運動(張力)に変換する機能を有することになる。
The length of the
また、図1(b)の状態からモータ2の回転軸21が上記と逆方向に回転すると、ねじれ紐1を構成する2本の紐11、12のねじれが緩められる。このとき、図1には示していないが、引っ張りバネのような付勢手段で物体OBが左方向に付勢されていると仮定すると、その付勢力によって物体OBはモータ2から遠ざかる方向(左方向)へ移動し、ねじれ紐1の長さが伸張する。2本の紐11、12のねじれ合わせが緩められて2本の平行な紐になった図1(a)の状態で、ねじれ紐1の長さが最も長い値(L)になることが分かる。
When the rotating
したがって、2本の紐11、12を互いに緩くねじり合わせた構造のねじれ紐1とモータ2とを用いた本発明のねじれ紐式アクチュエータによれば、モータ2の回転軸21の回転方向に応じてねじれ紐1を構成する2本の紐11、12のねじれが強められ、又は緩められることにより、ねじれ紐1の長さが短縮され、又は伸張され、その結果、駆動対象物OBを所定の範囲内で駆動することが可能である。
Therefore, according to the twisted string actuator of the present invention using the
ねじれ紐1は減速機構を含む動力伝達手段として機能するので、多段ギア等を用いた減速機が不要となり、装置全体の小型化、軽量化に大きく貢献することができる。また、多段ギア等を用いた減速機で発生するような騒音の発生が無く、静音アクチュエータを実現することができる。また、一般にねじれ紐は多段ギア等を用いた減速機に比べて安価であるので、アクチュエータのコスト低減が可能になる。
Since the
さらに、ねじれ紐1のねじれ方向の回転運動と長さ方向の直線運動との間にある程度の柔軟性(フレキシビリティ)及び弾性が存在するので、バネやエアシリンダ等の弾性付勢手段を用いなくても、いわゆるソフトアクチュエータを実現することが可能である。これにより、例えば人の手のようなコンプライアンス機能を容易に実現することが可能になる。
Further, since there is a certain degree of flexibility and elasticity between the rotational movement in the twist direction and the linear movement in the length direction of the
図2は、本発明によるねじれ紐式アクチュエータの一実施形態を示す模式図である。この実施形態及び後述の実施形態の説明では、軸心AXを中心として回転可能な指関節FJが駆動対象物に相当する。図2に示すように、駆動対象物としての指関節FJの駆動方向及び駆動範囲を規制するために、スライドガイド31に沿って所定範囲内で移動可能なスライド部材32が設けられ、ねじれ紐11の一端側がスライド部材32を介して指関節FJに接続されている。
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a twisted string actuator according to the present invention. In the description of this embodiment and the embodiments described later, the finger joint FJ that can rotate about the axis AX corresponds to the driving object. As shown in FIG. 2, in order to regulate the driving direction and driving range of the finger joint FJ as a driving object, a
また、ねじれ紐1及びスライド部材32を含むアクチュエータキットが2組設けられ、指関節FJの軸心AXを挟んで対向する2箇所P1及びP2に、2組のアクチュエータキットのねじれ紐1の一端側がスライド部材32を介してそれぞれ接続されている。
In addition, two sets of actuator kits including the twisted
本実施形態の構成では、スライドガイド31及びスライド部材32によって、駆動対象物である指関節FJの駆動方向及び駆動範囲を容易に規制することができる。また、モータ2と指関節FJとの距離や方向に関する設計上のフレキシビリティを確保することができるので、アクチュエータが実装されるスペースの制限に対応することが容易になると共に、スペースの有効活用が可能になる。図2では、指関節FJの駆動方向とモータ2の回転軸21の軸心方向とがほぼ一致しているが、例えばプーリー等を用いて柔軟なねじれ紐1を曲げることにより、両者の方向が90度異なるように構成することも可能である。また、指関節FJとモータ2とを互いに近づけたり、離したりすることも可能である。
In the configuration of the present embodiment, the driving direction and driving range of the finger joint FJ that is the driving object can be easily regulated by the
また、2組のアクチュエータキットのねじれ紐1を互いに逆方向に駆動することにより、例えば図2に示すように、上側のねじれ紐1を短縮させる方向に駆動し、かつ、下側のねじれ紐1を伸張させる方向に駆動する。これにより、指関節FJを容易かつ正確に駆動することができる。図2に示す構成では、2個のモータ2を用いて2組のアクチュエータキットのねじれ紐1を個別に駆動している。この構成では、2個のモータ2を同期させて駆動制御することが必要である。また、一方のモータ2のみが動作することを防ぐインターロック回路を設けることが好ましい。そのような制御や回路を簡素化するために、後述の実施形態のように、1個のモータを用いて2組のアクチュエータキットのねじれ紐1を同時に駆動するように構成してもよい。
Further, by driving the
図3は、図2に示したねじれ紐式アクチュエータの複数指関節への適用例を示す模式図である。2個の指関節FJ1及びFJ2が軸心AX1で枢支連結された状態が示されている。指関節FJ1は軸心AX1を中心として回転可能であり、指関節FJ2は軸心AX2を中心として回転可能である。図3では省略しているが、指関節FJ2についても、指関節FJ1と同様に、ねじれ紐1及びスライド部材32を含むアクチュエータキットが2組設けられ、軸心AX2を挟んで対向する2箇所に、2組のアクチュエータキットのねじれ紐1の一端側がスライド部材32を介してそれぞれ接続されるように構成されている。このように、1関節に対して2本のねじれ紐1が使用され、n関節の場合は2n本のねじれ紐1が使用されることになる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an application example of the twisted string actuator shown in FIG. 2 to a plurality of finger joints. A state in which two finger joints FJ1 and FJ2 are pivotally connected by an axis AX1 is shown. The finger joint FJ1 can rotate about the axis AX1, and the finger joint FJ2 can rotate about the axis AX2. Although omitted in FIG. 3, the finger joint FJ2 is also provided with two sets of actuator kits including the twisted
図4は、本発明によるねじれ紐式アクチュエータの別の実施形態を示す模式図である。この実施形態は、図2又は図3に示した構成において、1個のモータを用いて2組のアクチュエータキットのねじれ紐1を同時に駆動するように構成したものである。すなわち、2組のアクチュエータキットのねじれ紐1の他端側(モータ側)が、モータ2の回転軸21に接続された動力伝達機構4の互いに異なる2本の出力軸41、42に接続されている。モータ2の回転軸21が回転すると、上側の第1出力軸41はそれに接続されたねじれ紐1のねじれを強める方向に回転し、かつ、下側の第2出力軸42はそれに接続されたねじれ紐のねじれを緩める方向に回転するように構成されている。
FIG. 4 is a schematic view showing another embodiment of the twisted string actuator according to the present invention. In this embodiment, in the configuration shown in FIG. 2 or FIG. 3, the
この構成では、1個の指関節FJ1について2組のねじれ紐1を含むアクチュエータキットを使用しながら、1個のモータ2でそれらのねじれ紐1を同時に駆動するので、2個のモータで個別に駆動する場合に比べて、駆動制御が簡単になる。また、指関節FJ1の迅速な駆動が可能になる。
In this configuration, while using an actuator kit including two sets of
図4に示した構成では、動力伝達機構4として、3個の平ギア43、44、45を用いた減速反転機構が使用されている。中央の平ギア43はモータ2の回転軸21に固定され、上側の平ギア44は上側のねじれ紐1が接続された第1出力軸41に固定され、下側の平ギア45は、下側のねじれ紐1が接続された第2出力軸42に固定されている。上側の平ギア44と下側の平ギア45は同一方向(共に中央の平ギア43と反対方向)に回転するので、2組のアクチュエータキットのねじれ紐1のねじれ方向を互いに逆の方向にしておく必要がある。
In the configuration shown in FIG. 4, a speed reduction mechanism using three
つまり、モータ2の回転軸21が回転すると、第1出力軸41と第2出力軸42は同一方向(共にモータ2の回転軸21と逆方向)に回転するが、2本のねじれ紐1のねじれ方向が互いに逆の方向であるので、例えば図4に示すように、上側のねじれ紐1はねじれを強める方向(長さが短縮する方向)に駆動され、下側のねじれ紐1はねじれを緩める方向(長さが伸張する方向)に駆動される。
That is, when the rotating
動力伝達機構4を構成するギアの数や組合せを変えることにより、2本の出力軸41、42の回転方向が互いに逆方向になるように動力伝達機構4を構成し、上下2本のねじれ紐1のねじれ方向が互いに同一方向になるようにしてもよい。要するに、モータ2の回転軸21が回転したときに、第1出力軸41及び第2出力軸42の一方はねじれ紐1のねじれを強める方向に回転し、他方はねじれ紐のねじれを緩める方向に回転するように、動力伝達機構4及びねじれ紐1を構成すればよい。但し、第1出力軸41と第2出力軸42の出力トルクが等しくなるように、あるいは両者のバランスがとれるように、動力伝達機構4を構成することが望ましい。
By changing the number and combination of the gears constituting the power transmission mechanism 4, the power transmission mechanism 4 is configured so that the rotation directions of the two
また、ギア同士の噛合部における騒音の発生を回避するために、ギアに代えて、接触面の摩擦力で動力を伝達する複数のローラ、あるいはローラ及びベルトを用いて動力伝達機構4を構成してもよい。また、モータ2として、DCブラシレスモータを使用することにより、モータ2から発生する騒音を低減することも望ましい。
Further, in order to avoid the generation of noise at the meshing portion between the gears, the power transmission mechanism 4 is configured by using a plurality of rollers or rollers and belts that transmit power by the frictional force of the contact surface instead of the gears. May be. It is also desirable to reduce noise generated from the
図5は、図4のねじれ紐式アクチュエータが駆動範囲の一方の限界まで駆動された状態を示す模式図である。前述のように、このねじれ紐式アクチュエータの駆動範囲(つまり指関節FJ1の駆動範囲)は、スライドガイド31に沿って移動可能なスライド部材32の可動範囲によって決まる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which the twisted string actuator of FIG. 4 is driven to one limit of the driving range. As described above, the drive range of the twisted string actuator (that is, the drive range of the finger joint FJ1) is determined by the movable range of the
図5に示す状態では、上側のねじれ紐1に接続されたスライド部材32が可動範囲の右側限界まで移動しており、逆に下側のねじれ紐1に接続されたスライド部材32が可動範囲の左側限界まで移動している。この状態が軸心AX1を中心に回転可能な指関節FJ1の駆動範囲の右回転限界ということになる。
In the state shown in FIG. 5, the
この状態では、上側のねじれ紐1は駆動範囲における最短の長さ(ねじれが最も強い状態)であり、下側のねじれ紐1は駆動範囲における最長の長さ(ねじれが最も緩んだ状態)である。指関節FJ1の駆動範囲の左回転限界では、上記と逆の関係になる。指関節FJ1の必要な回転駆動範囲内で、出力軸41及び42の回転量と上下のねじれ紐1の伸縮量とができるだけリニア(線形)な関係になるように、ねじれ紐1の初期ねじれ量が設定される。
In this state, the upper
図6は、本発明によるねじれ紐式アクチュエータを多関節の指関節アクチュエータとして使用する例を示す模式図である。図5に示したようなねじれ紐1及びスライド部材32を含む2組のアクチュエータキットと1個のモータ2及び動力伝達機構4からなるねじれ紐式アクチュエータ5が、それぞれの指関節FJ1、FJ2、...FJnに1個ずつ接続された状態が模式的に示されている。動かしたい指関節の数nだけねじれ紐式アクチュエータ5を使用すれば、各ねじれ紐式アクチュエータ5のモータ2を駆動制御することによって、それぞれの指関節を個別に駆動することができる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example in which the twisted string actuator according to the present invention is used as a multi-joint finger joint actuator. Two sets of actuator kits including the twisted
図7は、本発明によるねじれ紐式アクチュエータを3個使用して、1つの指を構成する3個の指関節を駆動する場合の例を示す模式図である。3個の指関節FJ1、FJ2、FJ3を個別に駆動する3個のねじれ紐式アクチュエータ5A、5B、5Cが設けられ、各ねじれ紐式アクチュエータのモータ2A、2B、2Cがコントローラ6によって駆動制御される。コントローラ6は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成される。
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of using three twisted string actuators according to the present invention to drive three finger joints constituting one finger. Three twisted string actuators 5A, 5B, and 5C for individually driving the three finger joints FJ1, FJ2, and FJ3 are provided, and the
コントローラ6は、各指関節FJ1、FJ2、FJ3の駆動させたい角度(目標駆動角)θ1、θ2、θ3に応じて、それぞれの指関節にスライド部材32A、32B、32Cを介して接続されたねじれ紐1A、1B、1Cの目標伸縮量ΔLA、ΔLB、ΔLCを算出する。さらにコントローラ6は、算出された各ねじれ紐1A、1B、1Cの目標伸縮量ΔLA、ΔLB、ΔLCに応じて、それぞれのねじれ紐に動力伝達機構4A、4B、4Cを介して接続されたモータ2A、2B、2Cの回転軸21A、21B、21Cの目標回転角φ1、φ2、φ3を算出する。そして、それらの目標回転角に対応する駆動信号を各モータ2A、2B、2Cに出力する。
The controller 6 twists connected to the respective finger joints via
各モータ2A、2B、2Cの回転軸21A、21Bが駆動信号に応じて目標回転角φ1、φ2、φ3だけ回転すると、それに応じてそれぞれの動力伝達機構4A、4B、4Cの一対の出力軸41A及び42A、41B及び42B、41C及び42Cが回転し、各ねじれ紐式アクチュエータ5A、5B、5Cのねじれ紐1A、1B、1Cが目標伸縮量ΔLA、ΔLB、ΔLCだけ伸縮する。その結果、各ねじれ紐式アクチュエータ5A、5B、5Cの一対のスライド部材32A、32B、32Cが互いに逆方向に目標変位量だけ移動し、各指関節FJ1、FJ2、FJ3が目標駆動角θ1、θ2、θ3だけ回転駆動される。
When the
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施することが可能である。また、本発明によるねじれ紐式アクチュエータは、モータ駆動義手、ロボットハンド等の指関節に限らず、手首関節や他の種々の関節に適用可能である。さらに、関節のような回転運動に限らず、往復運動を行う部材のアクチュエータとして本発明のねじれ紐式アクチュエータを使用することも可能である。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to said embodiment, It is possible to implement with a various form. The twisted string actuator according to the present invention is not limited to finger joints such as motor-driven artificial hands and robot hands, but can be applied to wrist joints and other various joints. Furthermore, the present invention is not limited to a rotational motion such as a joint, and the twisted string actuator of the present invention can be used as an actuator for a member that reciprocates.
1 ねじれ紐
2 モータ
4 動力伝達機構
11、12 ねじれ紐を構成する2本の紐
21 モータの回転軸
31 スライドガイド
32 スライド部材
41、42 動力伝達機構の2本の出力軸
OB、FJ、FJ1 駆動対象物(指関節)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ねじれ紐の一端側を駆動対象物に接続し、前記ねじれ紐の他端側を前記モータの回転軸に直接、又は動力伝達機構を介して接続し、
前記モータの回転軸が回転すると、その回転方向に応じて前記ねじれ紐を構成する2本の紐のねじれが強められ、又は緩められることにより、前記ねじれ紐の長さが短縮され、又は伸張され、その結果、前記駆動対象物が駆動されるように構成されたことを特徴とするねじれ紐式アクチュエータ。 A twisted string actuator using a twisted string and a motor having a structure in which two strings are twisted together,
One end side of the twisted string is connected to an object to be driven, and the other end side of the twisted string is connected directly to the rotating shaft of the motor or via a power transmission mechanism,
When the rotation shaft of the motor rotates, the length of the twisted string is shortened or extended by strengthening or loosening the twist of the two strings constituting the twisted string according to the rotation direction. As a result, the twisted string actuator is configured such that the driven object is driven.
請求項1記載のねじれ紐式アクチュエータ。 In order to regulate the drive direction and drive range of the drive object, a slide member that is movable within a predetermined range along a slide guide is provided, and one end side of the twisted string is connected to the drive object via the slide member. The twisted string actuator according to claim 1, wherein the twisted string actuator is connected.
請求項2記載のねじれ紐式アクチュエータ。 The driving object is a finger joint that can rotate around an axis, and two sets of actuator kits including the twisted string and the slide member are provided, and are arranged at two locations facing each other across the axis of the finger joint. The twisted string actuator according to claim 2, wherein one end sides of the twisted strings of the two sets of actuator kits are connected to each other via the slide member.
請求項3記載のねじれ紐式アクチュエータ。 The other ends of the twisted strings of the two sets of actuator kits are connected to two different output shafts of the power transmission mechanism connected to the rotation shaft of the motor, and when the rotation shaft of the motor rotates, the 2 One of the output shafts of the book is configured to rotate in the direction of increasing the twist of the twisted string connected thereto, and the other is configured to rotate in the direction of loosening the twist of the twisted string connected thereto. The twisted string actuator according to claim 3.
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