JP2008079371A - Twisted string type actuator - Google Patents

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JP2006252672A
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Itsuo Murata
五雄 村田
Hiroshi Yokoi
浩史 横井
Makoto Yamashita
誠 山下
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Nippon Densan Corp
日本電産株式会社
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H19/00Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/06Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member
    • F16H19/0654Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member using twisting movement of flexible members to modify the axial length of the mechanism

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize a light-weight, space-saving and low noise actuator using a small motor. <P>SOLUTION: The twisted string type actuator is constituted of a twisted string 1 having a structure of loosely twisting two strings 11, 12 together and a motor 2. One end side of the twisted string 1 is connected to a knuckle FJ1 and the other end side is connected to the rotary shaft 21 of the motor 2 via a power transmission mechanism 4. When the rotary shaft 21 of the motor 2 is rotated, the twisting strength of the two strings 11, 12 constituting the twisted string 1 is strengthened or loosened corresponding to the rotating direction, to shorten or increase the length of the twisted string 1, resultantly causing the knuckle FJ1 to rotate centering around the axial center AX1. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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 Patent Document 1 or 2 is known. FIG. 8 shows a basic concept of a configuration that is considered to be a related art close to the present invention among various wire actuators for a finger joint using a wire or string (hereinafter simply referred to as a string) and a motor.

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 body 102 such as a pulley is connected to a rotating shaft 101a of a motor 101 via a speed reducer. Alternatively, the rotating body 102 is directly connected to the rotating shaft 101a of the motor 101 with a built-in reducer. One string 103, 104 is connected to each of two locations facing the radial direction of the rotating body 102, and the other end of each string 103, 104 is connected to the finger joint 105.

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。
特開平06−008178号公報 特開平07−096485号公報
When the rotating shaft 101a of the motor 101 rotates, the rotating body 102 rotates slowly, and the two strings 103 and 104 are driven in opposite directions. That is, one is pulled and the other is loosened. As a result, the finger joint 105 is driven to rotate about the axis AX.
Japanese Patent Laid-Open No. 06-008178 Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-096485

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 twisted string 1 and a motor 2 having a structure in which two strings or wires (hereinafter simply referred to as strings) 11 and 12 are loosely twisted together. Composed. FIG. 1A schematically shows a state in which the twisting of the two cords 11 and 12 is loosened to form two parallel cords, and FIG. 12 schematically shows a state in which 12 are twisted together. One end side of the twisted string 1, that is, the two strings 11, 12 is connected (fixed) to the driving object OB, and the other end side is connected (fixed) to the rotating shaft 21 of the motor 2.

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 twisted cord 1 in the state shown in FIG. 1 (a) is L, and the rotating shaft 21 of the motor 2 rotates from this state to constitute the twisted cord 1 as shown in FIG. 1 (b). When the two cords 11 and 12 are twisted together, the length of the twisted cord 1 is L−ΔL. That is, when the two cords 11 and 12 are twisted together, the length of the twisted cord 1 is shortened by ΔL. As a result, the driving force F in the direction (right direction) attracted to the motor 2 by the tension of the twisted string 1 acts on the driving object OB. Therefore, the twisted string 1 has a function of converting the rotational motion in the twisted direction (the rotational force of the motor 2) into the linear motion (tension) in the lengthwise direction.

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 shaft 21 of the motor 2 rotates in the direction opposite to the above from the state of FIG. 1B, the twist of the two cords 11 and 12 constituting the twisted cord 1 is loosened. At this time, although not shown in FIG. 1, if it is assumed that the object OB is urged leftward by an urging means such as a tension spring, the object OB moves away from the motor 2 by the urging force (left Direction) and the length of the twisted string 1 is extended. It can be seen that the length of the twisted cord 1 is the longest value (L) in the state of FIG. 1A in which the twisting of the two cords 11 and 12 is loosened to form two parallel cords. .

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 twisted string 1 and the motor 2 having a structure in which the two strings 11 and 12 are loosely twisted together, according to the rotation direction of the rotating shaft 21 of the motor 2. The twist of the two cords 11 and 12 constituting the twisted cord 1 is strengthened or loosened, so that the length of the twisted cord 1 is shortened or extended, and as a result, the drive object OB is set within a predetermined range. It is possible to drive within.

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 twisted string 1 functions as power transmission means including a speed reduction mechanism, a speed reducer using a multi-stage gear or the like is not required, and can greatly contribute to reduction in size and weight of the entire apparatus. In addition, 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 twisted string 1, 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.

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 slide member 32 that is movable within a predetermined range along the slide guide 31 is provided, and the twisted string 11 is provided. Is connected to the finger joint FJ through the slide member 32.

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 string 1 and the slide member 32 are provided, and one end side of the twisted string 1 of the two sets of actuator kits is connected to two locations P1 and P2 facing each other across the axis AX of the finger joint FJ. Each is connected via a slide member 32.

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 slide guide 31 and the slide member 32. In addition, since design flexibility regarding the distance and direction between the motor 2 and the finger joint FJ can be secured, it becomes easy to cope with the limitation of the space where the actuator is mounted, and the effective use of the space is facilitated. It becomes possible. In FIG. 2, the driving direction of the finger joint FJ and the axial center direction of the rotating shaft 21 of the motor 2 are substantially the same. However, by bending the flexible twisted string 1 using, for example, a pulley or the like, both directions are changed. It is also possible to configure it to be 90 degrees different. It is also possible to bring the finger joint FJ and the motor 2 closer to or away from each other.

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 twisted cords 1 of the two sets of actuators in opposite directions, for example, as shown in FIG. 2, the upper twisted cord 1 is driven in a shortening direction, and the lower twisted cord 1 is driven. Is driven in the direction of stretching. Thereby, the finger joint FJ can be driven easily and accurately. In the configuration shown in FIG. 2, two motors 2 are used to individually drive the twisted strings 1 of two sets of actuator kits. In this configuration, it is necessary to control driving of the two motors 2 in synchronization. It is also preferable to provide an interlock circuit that prevents only one motor 2 from operating. In order to simplify such control and circuit, the twisted string 1 of two sets of actuator kits may be driven simultaneously using one motor as in the embodiment described later.

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 string 1 and the slide member 32 in two positions opposite to each other with the axis AX2 interposed therebetween, similarly to the finger joint FJ1. One end side of the twisted string 1 of the two sets of actuator kits is configured to be connected via a slide member 32. In this way, two twisted strings 1 are used for one joint, and in the case of n joints, 2n twisted strings 1 are used.

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 twisted cords 1 of two sets of actuator kits are driven simultaneously using one motor. That is, the other end side (motor side) of the twisted string 1 of the two sets of actuator kits is connected to two different output shafts 41 and 42 of the power transmission mechanism 4 connected to the rotating shaft 21 of the motor 2. Yes. When the rotating shaft 21 of the motor 2 rotates, the upper first output shaft 41 rotates in a direction to increase the twist of the twisted string 1 connected thereto, and the lower second output shaft 42 twists connected thereto. It is comprised so that it may rotate in the direction which loosens the twist of a string.

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 twisted cords 1 for one finger joint FJ1, the twisted cords 1 are simultaneously driven by one motor 2, so that the two motors individually Drive control is simpler than in the case of driving. In addition, the finger joint FJ1 can be driven quickly.

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 spur gears 43, 44 and 45 is used as the power transmission mechanism 4. The central flat gear 43 is fixed to the rotating shaft 21 of the motor 2, the upper flat gear 44 is fixed to the first output shaft 41 to which the upper twisted string 1 is connected, and the lower flat gear 45 is The twisted string 1 is fixed to the second output shaft 42 connected thereto. Since the upper flat gear 44 and the lower flat gear 45 rotate in the same direction (both directions opposite to the central flat gear 43), the twisting directions of the twisted cords 1 of the two sets of actuator kits are opposite to each other. It is necessary to keep.

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 shaft 21 of the motor 2 rotates, the first output shaft 41 and the second output shaft 42 rotate in the same direction (both directions opposite to the rotating shaft 21 of the motor 2). Since the twisting directions are opposite to each other, for example, as shown in FIG. 4, the upper twisted string 1 is driven in a direction to increase the twist (the direction in which the length is shortened), and the lower twisted string 1 is twisted. Driven in the loosening direction (the direction in which the length extends).

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 output shafts 41 and 42 are opposite to each other, and two upper and lower twisted strings One twist direction may be the same as each other. In short, when the rotating shaft 21 of the motor 2 rotates, one of the first output shaft 41 and the second output shaft 42 rotates in a direction to increase the twist of the twisted string 1, and the other in a direction to loosen the twist of the twisted string. What is necessary is just to comprise the power transmission mechanism 4 and the twisted string 1 so that it may rotate. However, it is desirable to configure the power transmission mechanism 4 so that the output torques of the first output shaft 41 and the second output shaft 42 are equal to each other, or so that both are balanced.

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 motor 2 by using a DC brushless motor as the motor 2.

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 slide member 32 that can move along the slide guide 31.

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 slide member 32 connected to the upper twisted string 1 has moved to the right limit of the movable range, and conversely, the slide member 32 connected to the lower twisted string 1 is within the movable range. It has moved to the left limit. This state is the right rotation limit of the driving range of the finger joint FJ1 that can rotate around the axis AX1.

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 twisted string 1 has the shortest length in the driving range (the most twisted state), and the lower twisted string 1 has the longest length in the driving range (the most untwisted state). is there. At the left rotation limit of the driving range of the finger joint FJ1, the relationship is opposite to the above. Within the required rotational drive range of the finger joint FJ1, the initial twist amount of the twisted cord 1 so that the rotation amount of the output shafts 41 and 42 and the amount of expansion / contraction of the upper and lower twisted cords 1 are as linear as possible. Is set.

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 string 1 and the slide member 32 as shown in FIG. 5 and the twisted string type actuator 5 including one motor 2 and the power transmission mechanism 4 are respectively connected to the finger joints FJ1, FJ2,. . . A state in which FJn is connected one by one is schematically shown. If the twisted string actuators 5 are used by the number n of the finger joints to be moved, the respective finger joints can be individually driven by controlling the motors 2 of the twisted string actuators 5.

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 motors 2A, 2B, and 2C of the twisted string actuators are driven and controlled by the controller 6. The The controller 6 is configured using, for example, a microcomputer.

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 slide members 32A, 32B, and 32C in accordance with angles (target drive angles) θ1, θ2, and θ3 that the finger joints FJ1, FJ2, and FJ3 are to be driven. The target expansion / contraction amounts ΔLA, ΔLB, ΔLC of the strings 1A, 1B, 1C are calculated. Further, the controller 6 controls the motor 2A connected to each twisted string via the power transmission mechanisms 4A, 4B, 4C according to the calculated target expansion / contraction amounts ΔLA, ΔLB, ΔLC of the twisted strings 1A, 1B, 1C. The target rotation angles φ1, φ2, and φ3 of the rotation axes 21A, 21B, and 21C of 2B and 2C are calculated. And the drive signal corresponding to those target rotation angles is output to each motor 2A, 2B, 2C.

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 rotation shafts 21A, 21B of the motors 2A, 2B, 2C are rotated by the target rotation angles φ1, φ2, φ3 according to the drive signal, the pair of output shafts 41A of the respective power transmission mechanisms 4A, 4B, 4C are accordingly transmitted. And 42A, 41B and 42B, 41C and 42C rotate, and the twisted strings 1A, 1B and 1C of the twisted string actuators 5A, 5B and 5C expand and contract by the target expansion / contraction amounts ΔLA, ΔLB and ΔLC. As a result, the pair of slide members 32A, 32B, and 32C of the twisted string actuators 5A, 5B, and 5C move in the opposite directions by the target displacement amount, and the finger joints FJ1, FJ2, and FJ3 have the target drive angles θ1, θ2 , Θ3.

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.

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。It is a schematic diagram which shows the concept of the twisted string type actuator by this invention. 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。It is a mimetic diagram showing one embodiment of a twisted string type actuator by the present invention. 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。It is a schematic diagram which shows the example of application to the multiple finger joint of the twisted string type actuator shown in FIG. 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。It is a schematic diagram which shows another embodiment of the twisted string type actuator by this invention. 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。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a state in which the twisted string actuator of FIG. 4 is driven to one limit of a driving range. 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。It is a schematic diagram which shows the example which uses the twisted string type actuator by this invention as a multi-joint finger joint actuator. 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。It is a schematic diagram which shows the example in the case of using the three twisted string type actuators by this invention and driving the three finger joints which comprise one finger. 従来例に係るワイヤ式アクチュエータの構成の基本概念を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the basic concept of the structure of the wire type actuator which concerns on a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 Twist string 2 Motor 4 Power transmission mechanism 11, 12 Two strings which comprise a twist string 21 Motor rotating shaft 31 Slide guide 32 Slide member 41, 42 Two output shafts OB, FJ, FJ1 of a power transmission mechanism Object (finger joint)

Claims (4)

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.
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ことを特徴とする
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.
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ことを特徴とする
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.
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ことを特徴とする
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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