JP2009000366A - Actuator and artificial muscle using actuator - Google Patents

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英典 藪下
Kazuhiro Mima
一博 美馬
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator which uses electromagnets for supplying stable and large driving force by a simple structure. <P>SOLUTION: In the actuator equipped with an axial member, at least two independent sliding members which slide with respect to the axial member, a plurality of electromagnets disposed in series with respect to the sliding direction on the sliding members, and a current supplying part for supplying a current to the electromagnets, the polarity of the plurality of electromagnets is determined in a manner to generate repulsive force or attractive force in the direction to slide the sliding members for at least one of the directions of contracting and of extending the entire length of the actuator. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、電磁石を用い、電流を制御することで駆動力を供給するアクチュエータ、およびアクチュエータを用いた人工筋肉に関するものである。   The present invention relates to an actuator that uses an electromagnet to supply a driving force by controlling an electric current, and an artificial muscle using the actuator.

駆動力を得るための一般的なアクチュエータとして、モータと減速機の組み合わせにより構成されるアクチュエータが知られている。このようなアクチュエータは、比較的簡単な構造を取り得る反面、駆動時に生じる減速機内の歯車の摩擦抵抗により、高いバックドライバビリティ(逆可動性)を実現することが難しい。そのため、駆動時に歯車等の摩擦抵抗を有しない駆動機構として、近年、リニアモータの原理を利用した、電磁石を用いたアクチュエータが開発されつつある。   As a general actuator for obtaining a driving force, an actuator constituted by a combination of a motor and a speed reducer is known. While such an actuator can have a relatively simple structure, it is difficult to realize high back drivability (reverse mobility) due to the frictional resistance of the gears in the speed reducer that occurs during driving. Therefore, in recent years, actuators using electromagnets using the principle of linear motors are being developed as drive mechanisms that do not have frictional resistance such as gears when driven.

このようなアクチュエータとして、例えば特許文献1に記載のような、円筒状の可撓性部材の外部に電磁石を固定し、この可撓性部材の内部に複数の永久磁石を直列に配置した構造を有するものがある。このようなアクチュエータは、外部に配置された電磁石に供給する電流量を制御することで、可撓性部材を伸縮させ、摩擦抵抗を起こすことなく直線的な駆動力を得ることを目的としている。   As such an actuator, for example, as disclosed in Patent Document 1, an electromagnet is fixed to the outside of a cylindrical flexible member, and a plurality of permanent magnets are arranged in series inside the flexible member. There is something to have. Such an actuator is intended to obtain a linear driving force without causing frictional resistance by expanding and contracting a flexible member by controlling the amount of current supplied to an electromagnet arranged outside.

また、特許文献2に記載のアクチュエータは、鎖状に配置した複数の連結子において、隣接する連結子の接触部に電磁石を直列に配置し、これらの電磁石を反発させるように電流を供給する構造を有している。このような構造を有するアクチュエータは、鎖状に構成された複数の連結子の長さを制御することを目的としている。
特開2005−58351号公報 特開平8−182698号公報
In addition, the actuator described in Patent Document 2 has a structure in which electromagnets are arranged in series at the contact portions of adjacent connectors in a plurality of connectors arranged in a chain, and current is supplied so as to repel these electromagnets. have. The actuator having such a structure is intended to control the length of a plurality of connectors configured in a chain.
JP-A-2005-58351 JP-A-8-182698

しかしながら、このようなアクチュエータには、以下のような問題がある。すなわち、このようなアクチュエータは、電磁石の斥力または引力を駆動力として利用するものであるため、電磁石を直列に配置すると、電磁石間に生じた斥力や引力により、局所的に電磁石同士の反発や引き寄せが生じる。そのため、電磁石間に発生する力(引き寄せあう力、または反発する力)が全体とし一様でなくなり、アクチュエータとしての出力が安定せず、大きな駆動力を安定して発生させることが困難になるという問題が生じる。   However, such an actuator has the following problems. That is, since such an actuator uses the repulsive force or attractive force of an electromagnet as a driving force, when the electromagnets are arranged in series, the repulsion or attraction between the electromagnets locally due to the repulsive force or attractive force generated between the electromagnets. Occurs. Therefore, the force generated between the electromagnets (the pulling force or the repulsive force) is not uniform as a whole, the output as the actuator is not stable, and it becomes difficult to stably generate a large driving force. Problems arise.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電磁石を用いたアクチュエータであって、簡単な構造により安定した大きな駆動力を供給可能なアクチュエータ、およびこのようなアクチュエータを用いることにより得られる人工筋肉を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and is an actuator using an electromagnet, which can supply a stable large driving force with a simple structure, and uses such an actuator. It aims at providing the artificial muscle obtained by this.

本発明にかかるアクチュエータは、前述のような課題を解決するためのものであり、軸部材と、該軸部材に対して摺動する少なくとも2つの独立した摺動部材と、前記摺動部材上において、前記摺動方向について直列に配置された複数の電磁石と、前記電磁石に電流を供給する電流供給部と、を備えたアクチュエータにおいて、アクチュエータの全体長が収縮する方向、および伸張する方向の少なくとも一方について、前記摺動部材を摺動させる方向に斥力あるいは引力を発生させるように、前記複数の電磁石の極性を定めたことを特徴としている。   An actuator according to the present invention is for solving the above-described problems, and includes a shaft member, at least two independent sliding members that slide with respect to the shaft member, and the sliding member. An actuator comprising: a plurality of electromagnets arranged in series in the sliding direction; and a current supply unit that supplies current to the electromagnet, and at least one of a direction in which the entire length of the actuator contracts and a direction in which the actuator expands In the above, the polarities of the plurality of electromagnets are determined so that repulsive force or attractive force is generated in a direction in which the sliding member is slid.

このようなアクチュエータによれば、複数の電磁石の斥力あるいは引力が、軸部材に対して摺動部材の摺動する方向に合算される。したがって、電磁石の斥力あるいは引力の合計された大きな力を、駆動力として供給することが可能となる。   According to such an actuator, the repulsive force or attractive force of the plurality of electromagnets is added in the direction in which the sliding member slides relative to the shaft member. Therefore, it is possible to supply a large force, which is the sum of the repulsive force or attractive force of the electromagnet, as the driving force.

なお、このようなアクチュエータにおいては、一方の摺動部材にのみ電磁石を配置し、他方の摺動部材に永久磁石などを配置しても一定の効果が得られるが、前記摺動部材の各々について電磁石を配置し、摺動部材を摺動させる方向に発生する斥力あるいは引力が、これらの電磁石より生じる磁力同士によって発生するように構成することが好ましい。このように電磁石を配置すると、摺動部材に配置された電磁石の磁力の大きさを調整することが可能であるため、駆動力の調整が容易になるとともに、より大きな駆動力を得ることができる。   In such an actuator, even if an electromagnet is arranged only on one sliding member and a permanent magnet is arranged on the other sliding member, a certain effect can be obtained. It is preferable to arrange the electromagnet so that the repulsive force or attractive force generated in the direction of sliding the sliding member is generated by the magnetic forces generated by these electromagnets. When the electromagnet is arranged in this way, it is possible to adjust the magnitude of the magnetic force of the electromagnet arranged on the sliding member, so that the driving force can be easily adjusted and a larger driving force can be obtained. .

また、このようにアクチュエータは、前記摺動部材に配置された前記電磁石に各々1対の極性を備えさせ、対向して配置される電磁石同士の各極性と、背向して配置される電磁石同士の各極性とにより同時に発生する斥力および引力が、アクチュエータの全体長が収縮する方向、または伸張する方向について、前記摺動部材を摺動させるように構成されていると、より好適である。アクチュエータをこのような構成とすることで、電磁石より発生する斥力および引力が合算してアクチュエータの駆動力として用いられるため、より大きな力を駆動力として供給することが可能となる。   Further, in this way, the actuator has the electromagnets arranged on the sliding member each provided with a pair of polarities, the polarities of the electromagnets arranged opposite to each other, and the electromagnets arranged opposite to each other. It is more preferable that the repulsive force and the attractive force generated simultaneously with the respective polarities are configured to slide the sliding member in the direction in which the entire length of the actuator contracts or in the direction in which it extends. By configuring the actuator as described above, the repulsive force and attractive force generated from the electromagnet are combined and used as the driving force of the actuator, so that a larger force can be supplied as the driving force.

また、前記摺動部材は、軸部材に対する摺動方向に沿って複数配置される板状部材と、前記板状部材を支持する支持部材とを備えた櫛歯状に形成されていることが好ましく、さらに、前記電磁石が前記板状部材に固定されていることが好ましい。このようなアクチュエータによると、電磁石に得られる斥力や引力の合計を、摺動部材を摺動させる駆動力に用いることが簡単な構成により実現する。   The sliding member is preferably formed in a comb-like shape including a plurality of plate-like members arranged along the sliding direction with respect to the shaft member and a support member for supporting the plate-like member. Furthermore, it is preferable that the electromagnet is fixed to the plate member. According to such an actuator, the total repulsive force and attractive force obtained by the electromagnet can be used as a driving force for sliding the sliding member with a simple configuration.

なお、前記支持部材は、複数設けられていてもよく、これらの支持部材によって板状部材を両側から支持するような構成をとることが好ましい。このようにすると、板状部材と支持部材との接続部分の強度が増すため、アクチュエータにより大きな駆動力を出力させても、摺動部材が破損し難くなるといった効果が得られる。   Note that a plurality of the supporting members may be provided, and it is preferable that the plate-like member is supported from both sides by these supporting members. In this case, the strength of the connection portion between the plate-like member and the support member is increased, so that the sliding member is less likely to be damaged even when a large driving force is output by the actuator.

また、このようなアクチュエータにおいては、前記板状部材に配置された前記電磁石が各々1対の極性を備えると共に、対向して配置される電磁石同士の各極性と、背向して配置される電磁石同士の各極性とにより同時に発生する斥力および引力が、アクチュエータの全体長が収縮する方向、または伸張する方向について、前記摺動部材を摺動させるように作用するように構成することが好ましい。これによって、板状部材に配置された電磁石について、互いに作用する斥力および引力を全てアクチュエータの駆動力として利用することができる。   Further, in such an actuator, the electromagnets arranged on the plate-like member each have a pair of polarities, and the polarities of the electromagnets arranged opposite to each other and the electromagnets arranged facing away from each other. It is preferable that the repulsive force and the attractive force simultaneously generated by the polarities of each other act so as to slide the sliding member in the direction in which the entire length of the actuator contracts or in the direction in which it extends. As a result, the repulsive force and the attractive force acting on each other can be utilized as the driving force of the actuator for the electromagnet arranged on the plate-like member.

さらに、前記電磁石に備えられる1対の極性を切り換え可能に構成し、極性を切り換えることで、各摺動部材の摺動する方向を反転可能にすると、より好適である。このように構成されるアクチュエータは、各電磁石の極性を同時に切り換えることで、アクチュエータの駆動力を簡単に反転させることが可能となる。   Further, it is more preferable that the pair of polarities provided in the electromagnet is configured to be switchable, and the direction in which each sliding member slides can be reversed by switching the polarity. The actuator configured as described above can easily reverse the driving force of the actuator by simultaneously switching the polarities of the electromagnets.

また、前記摺動部材としては、金属等、ある程度の剛性を備えるものであれば、どのような材質のものを用いてもよいが、好ましくは、磁界を通過可能な非金属材料で形成されるとよい。摺動部材が非金属で形成されたアクチュエータは、電磁石より発生される磁界がアクチュエータを構成する摺動部材により遮られることがなく、電磁石から発生した磁界が無駄なく摺動部材を摺動させる駆動力に利用されるため、高効率に駆動力を得ることが可能となる。   The sliding member may be made of any material as long as it has a certain degree of rigidity, such as metal, but is preferably formed of a non-metallic material that can pass through a magnetic field. Good. Actuators in which the sliding member is made of non-metal do not block the magnetic field generated from the electromagnet by the sliding member constituting the actuator, and the magnetic field generated from the electromagnet slides the sliding member without waste. Since it is used for the force, it becomes possible to obtain the driving force with high efficiency.

また、このようなアクチュエータにおいては、複数の摺動部材を全体的に外部から物理的に遮断するカバーをさらに設けてもよい。このようなアクチュエータは、摺動部材の摺動する動きが外部からの影響を受けないため、屋外や水中などの環境で用いることが可能になる。   In such an actuator, a cover for physically blocking the plurality of sliding members from the outside as a whole may be further provided. Such an actuator can be used in an environment such as outdoors or underwater because the sliding movement of the sliding member is not affected by the outside.

また、このようなアクチュエータは、前記摺動部材間の摺動方向について、その相対距離を測定する距離測定部をさらに備えていてもよい。このように構成すると、距離測定部により得られた摺動部材間の距離に基づいて、電磁石に供給する電流量を調整することができるため、より精密な駆動力の制御を行うことが可能となる。なお、前述のような距離測定部としては、非接触で距離を測定する光学センサや、ロータリーエンコーダなどの既知の測定手段を用いることができる。   Further, such an actuator may further include a distance measuring unit that measures a relative distance in the sliding direction between the sliding members. With this configuration, the amount of current supplied to the electromagnet can be adjusted based on the distance between the sliding members obtained by the distance measuring unit, so that more precise driving force control can be performed. Become. As the distance measuring unit as described above, a known measuring unit such as an optical sensor that measures the distance without contact or a rotary encoder can be used.

また、前記摺動部材に対して、該摺動部材の摺動方向に作用する外力の大きさを検出する力検出部をさらに備えていてもよい。このようなアクチュエータによると、検出した外力に応じて摺動部材を摺動させる力を変化させることができるため、出力する駆動力を必要に応じて適切に制御することが可能となる。   The sliding member may further include a force detection unit that detects the magnitude of an external force acting in the sliding direction of the sliding member. According to such an actuator, since the force for sliding the sliding member can be changed according to the detected external force, the output driving force can be appropriately controlled as necessary.

また、このようなアクチュエータにおいては、前記摺動部材同士の間に少なくともバネ特性を備える弾性体が備えられていてもよい。このような弾性体により、例えば大きな力が摺動部材を引き寄せる方向(すなわち収縮方向)に加わった際に、該力により摺動部材同士が干渉して破損することを防ぐことができる。したがって、このようなアクチュエータを、例えば鉛直方向に駆動力を発生させるように用いた場合、摺動部材(または摺動部材に固定された物体)の重量を弾性体の弾力により支えることができるため、アクチュエータにより消費される電力を抑制することができるといった効果が得られる。   In such an actuator, an elastic body having at least a spring characteristic may be provided between the sliding members. With such an elastic body, for example, when a large force is applied in a direction in which the sliding member is attracted (that is, in the contraction direction), the sliding members can be prevented from interfering with each other and being damaged by the force. Therefore, when such an actuator is used to generate a driving force in the vertical direction, for example, the weight of the sliding member (or an object fixed to the sliding member) can be supported by the elastic force of the elastic body. As a result, it is possible to suppress the power consumed by the actuator.

なお、このような弾性体としては、通常のゴム製の部材などを用いてもよいが、電流によってバネ特性およびダンピング特性が可変に制御されるものであると、より好適である。このようなアクチュエータは、電磁石により発生する摺動部材を摺動させる力と、弾性体のバネ特性およびダンピング特定とによりアクチュエータの出力を制御することができる。したがって、例えば摺動部材に外力が作用した場合や、供給された電流量に対して摺動部材が過度に応答した際に、アクチュエータの振動を抑制し、その動作を安定させることが可能となる。   In addition, although an ordinary rubber member or the like may be used as such an elastic body, it is more preferable that the spring characteristics and the damping characteristics are variably controlled by an electric current. Such an actuator can control the output of the actuator by the force of sliding the sliding member generated by the electromagnet, the spring characteristic of the elastic body, and the damping specification. Therefore, for example, when an external force is applied to the sliding member or when the sliding member responds excessively to the supplied current amount, it is possible to suppress the vibration of the actuator and stabilize its operation. .

また、本発明は、このように構成されたアクチュエータを用いた人工筋肉をも提供するものである。前述のアクチュエータは、摺動部材の摺動方向の切替えが迅速に行うことができるため、このようなアクチュエータを人工筋肉に用いた場合、人工筋肉の伸縮動作を応答性よくかつ大きな力で行うことができる。   The present invention also provides an artificial muscle using the actuator configured as described above. Since the above-mentioned actuator can quickly change the sliding direction of the sliding member, when such an actuator is used for an artificial muscle, the expansion and contraction operation of the artificial muscle should be performed with high response and high force. Can do.

また、このような人工筋肉は、前記アクチュエータを複数含むとともに、該アクチュエータが並列に配置されていてもよい。このようにすると、簡単な構成により筋肉の伸縮動作に必要な大きな駆動力を得ることが可能となる。   Such an artificial muscle may include a plurality of the actuators, and the actuators may be arranged in parallel. If it does in this way, it will become possible to obtain the big driving force required for the expansion-contraction operation | movement of a muscle by simple structure.

以上、説明したように、本発明によると、簡単な構造により安定した大きな駆動力を供給可能なアクチュエータ、およびこのようなアクチュエータを用いることにより得られる人工筋肉を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an actuator capable of supplying a stable and large driving force with a simple structure, and an artificial muscle obtained by using such an actuator.

発明の実施形態1.
以下に、図1から図12を参照しつつ本発明の実施の形態1にかかるアクチュエータについて説明する。
Embodiment 1 of the Invention
The actuator according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1は、本実施形態におけるアクチュエータの外観を示すものであり、図2は、図1に示すアクチュエータ1を矢印P側から見た側面図である。   FIG. 1 shows the appearance of the actuator in the present embodiment, and FIG. 2 is a side view of the actuator 1 shown in FIG.

図1および図2に示すように、アクチュエータ1は、軸部材10と、軸部材に沿って摺動する第1の摺動部材11および第2の摺動部材12と、これらの摺動部材上に配置された複数の電磁石13と、を備えている。なお、電磁石13に対して電流を供給する電流供給部と、該電流供給部より供給する電流量を制御するための制御部は、本実施形態においては図示を省略しているものとする。   As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator 1 includes a shaft member 10, a first sliding member 11 and a second sliding member 12 that slide along the shaft member, and on these sliding members. And a plurality of electromagnets 13 disposed in the. Note that the current supply unit that supplies current to the electromagnet 13 and the control unit that controls the amount of current supplied from the current supply unit are not shown in the present embodiment.

第1の摺動部材11および第2の摺動部材12は、各々略同一形状を備えており、軸部材10を中心に対向して配置される。本実施形態では、第1の摺動部材11の構造について図3を用いて詳細に説明するものとし、第2の摺動部材12の構造についてはその説明を省略する。   The first sliding member 11 and the second sliding member 12 have substantially the same shape, and are disposed so as to face each other with the shaft member 10 as the center. In the present embodiment, the structure of the first sliding member 11 will be described in detail with reference to FIG. 3, and the description of the structure of the second sliding member 12 is omitted.

図3に示すように、第1の摺動部材11は、軸部材と同一方向に伸びる支持部材111と、支持部材111に対して略垂直な方向に伸びるように支持された複数の板状部材121,122,123,124,125とを備える櫛歯状に形成されている。そして、各板状部材は、各々その略中央に貫通孔を有しているとともに、第1の板状部材121以外については、貫通孔の近傍に電磁石13が各々配置されている。板状部材は平面視で略矩形となる形状を有しているが、本発明はこれに限られるものではなく、平面視で略円形となるような形状、その他の形状に構成されていてもよい。また、支持部材および板状部材は、磁界を透過する非金属材料、例えばセラミックなどで構成されており、電磁石から発せられる磁界を効率よく透過させることができる。   As shown in FIG. 3, the first sliding member 11 includes a support member 111 that extends in the same direction as the shaft member, and a plurality of plate-like members that are supported so as to extend in a direction substantially perpendicular to the support member 111. 121, 122, 123, 124, 125 are formed in a comb-teeth shape. Each plate-like member has a through hole at the approximate center thereof, and the electromagnets 13 are arranged in the vicinity of the through-holes except for the first plate-like member 121. The plate-like member has a shape that is substantially rectangular in a plan view, but the present invention is not limited to this, and may be a shape that is substantially circular in a plan view or other shapes. Good. Further, the support member and the plate-like member are made of a non-metallic material that transmits a magnetic field, such as ceramic, and can efficiently transmit the magnetic field generated from the electromagnet.

また、第1の摺動部材11の一方の端部に位置する第1の板状部材121の外側表面には、貫通孔近傍に軸部材10が貫通する空洞を略中央に備えた筒部121aが設けられている。筒部121aは、終端における板状部材121の略中央より外側に略垂直に突出しており、その中心を軸部材10が貫通する。この筒部121aにより、摺動部材が摺動する方向が確実に軸部材に沿ったものとなる。   Further, on the outer surface of the first plate-like member 121 located at one end of the first sliding member 11, a cylindrical portion 121 a provided with a cavity through which the shaft member 10 penetrates in the vicinity of the through hole at the substantially center. Is provided. The cylindrical part 121a protrudes substantially perpendicularly outside the substantially center of the plate-like member 121 at the end, and the shaft member 10 penetrates the center thereof. The cylindrical portion 121a ensures that the sliding member slides along the shaft member.

電磁石13は、前述のように各板状部材上に固定されており、その形状は特に限定されるものではないが、図4に示すように、軸部材を貫通する貫通孔13aを同じく備え、板状部材の貫通孔と周りに固定される略円形の磁界を発生する面(磁界発生面)131,132を備えるものであると好適である。また、板状部材に配置される電磁石13は、図示しない電流供給部から電流を供給されることにより、磁界発生面に対して垂直な方向に磁界を発生する一対の極性(N極、S極)を各々の磁界発生面側に備える。電磁石の内部構造の詳細については説明を省略するが、これらの電磁石の内部においては、電流を流すことで磁界を発生するコイル等の磁界発生手段が備えられており、電流供給部から供給される電流量によって、発生する磁界の強さが可変となるように構成されている。また、磁界発生手段に供給する電流の向きを切り換えることで、磁界発生面に発生する極性を逆に切り換えることができるものとする。   As described above, the electromagnet 13 is fixed on each plate-like member, and the shape thereof is not particularly limited. However, as shown in FIG. 4, the electromagnet 13 is similarly provided with a through-hole 13 a penetrating the shaft member, It is preferable that the plate-like member includes a through hole and surfaces (magnetic field generating surfaces) 131 and 132 that generate a substantially circular magnetic field fixed around the through hole. The electromagnet 13 disposed on the plate-like member is supplied with a current from a current supply unit (not shown) to generate a pair of polarities (N pole, S pole) that generate a magnetic field in a direction perpendicular to the magnetic field generating surface. ) Is provided on each magnetic field generating surface side. Details of the internal structure of the electromagnet will be omitted, but in these electromagnets, a magnetic field generating means such as a coil that generates a magnetic field by supplying a current is provided and supplied from the current supply unit. The strength of the generated magnetic field is variable depending on the amount of current. In addition, by switching the direction of the current supplied to the magnetic field generating means, the polarity generated on the magnetic field generating surface can be switched reversely.

これらの電磁石13の極性は、電流供給部から電流が供給され、電磁石13から磁界が発生することにより、アクチュエータ1の全体長が収縮する方向、および伸張する方向に第1の摺動部材11および第2の摺動部材12を摺動させるように定められる。すなわち、軸部材の伸びる方向についてアクチュエータ1が収縮するように駆動力を与える場合は、図5に示すように、第1の摺動部材11に配置された電磁石13および第2の摺動部材12に配置された電磁石13の極性を、対向して配置される電磁石13が互いに反発するように定める。このようにすると、第1の摺動部材11に配置された電磁石13と、第2の摺動部材12に配置された電磁石13とが、隣接して対向するもの同士については斥力が生じるとともに、隣接して背向するもの同士については引力が生じるため、これらの斥力および引力が、アクチュエータ1の全体長が収縮する方向に第1の摺動部材11および第2の摺動部材12を摺動させるように作用する。すなわち、摺動部材に配置された各電磁石より発生する斥力および引力が、全てアクチュエータ1の全体長が収縮方向についての駆動力として用いられる。   The polarities of the electromagnets 13 are such that when the current is supplied from the current supply unit and a magnetic field is generated from the electromagnets 13, the first sliding member 11 in the direction in which the entire length of the actuator 1 contracts and the direction in which it extends. The second sliding member 12 is determined to slide. That is, when a driving force is applied so that the actuator 1 contracts in the extending direction of the shaft member, the electromagnet 13 and the second sliding member 12 arranged on the first sliding member 11 as shown in FIG. The polarities of the electromagnets 13 arranged in the above are determined so that the electromagnets 13 arranged opposite to each other repel each other. If it does in this way, while the electromagnet 13 arrange | positioned at the 1st sliding member 11 and the electromagnet 13 arrange | positioned at the 2nd sliding member 12 adjoin and oppose, repulsive force arises, Since the adjacent back-facing members generate an attractive force, the repulsive force and the attractive force slide the first sliding member 11 and the second sliding member 12 in the direction in which the entire length of the actuator 1 contracts. It works to let you. That is, the repulsive force and attractive force generated from each electromagnet disposed on the sliding member are all used as the driving force for the entire length of the actuator 1 in the contraction direction.

逆に、軸部材の伸びる方向についてアクチュエータ1が伸張するように駆動力を与える場合は、図6に示すように、第1の摺動部材11に配置された電磁石13および第2の摺動部材12に配置された電磁石13の極性を、対向して配置される電磁石が互いに反発するように定める。   On the contrary, when the driving force is applied so that the actuator 1 extends in the direction in which the shaft member extends, as shown in FIG. 6, the electromagnet 13 and the second sliding member arranged on the first sliding member 11 The polarity of the electromagnet 13 arranged at 12 is determined so that the electromagnets arranged facing each other repel each other.

このようにすると、第1の摺動部材11に配置された電磁石13と、第2の摺動部材12に配置された電磁石13とが、隣接して対向するもの同士については斥力が生じるとともに、隣接して背向するもの同士については引力が生じるため、これらの斥力および引力が、アクチュエータ1の全体長が伸張する方向に第1の摺動部材11および第2の摺動部材12を摺動させるように作用する。これによって、アクチュエータ1の全体長が伸張するように、駆動力を発生させることが可能となる。   If it does in this way, while the electromagnet 13 arrange | positioned at the 1st sliding member 11 and the electromagnet 13 arrange | positioned at the 2nd sliding member 12 adjoin and oppose, repulsive force arises, Since the adjacent back-facing members generate an attractive force, the repulsive force and the attractive force slide the first sliding member 11 and the second sliding member 12 in the direction in which the entire length of the actuator 1 extends. It works to let you. This makes it possible to generate a driving force so that the entire length of the actuator 1 is extended.

このように構成されたアクチュエータは、摺動部材に配置された電磁石により生じる引力および斥力が、アクチュエータ1の駆動力として並列に作用するため、大きな出力を得ることが可能となる。また、このようなアクチュエータは、電磁石より生じる磁力の反発力で直接動作するものであるため、電磁誘導で動作するリニアモータの原理を用いたアクチュエータに比して漏れ磁束が少なく、効率よく大きな出力を得ることが可能である。また、軸部材に沿った収縮方向および伸張方向の双方に駆動力を付与することができるため、アクチュエータとして利用する範囲が広がるという効果も得られる。   In the actuator configured in this manner, the attractive force and repulsive force generated by the electromagnet disposed on the sliding member act in parallel as the driving force of the actuator 1, so that a large output can be obtained. In addition, since such actuators operate directly with the repulsive force of the magnetic force generated by the electromagnet, there is less leakage flux compared to actuators using the principle of linear motors that operate by electromagnetic induction, and large outputs can be efficiently performed. It is possible to obtain In addition, since a driving force can be applied in both the contracting direction and the extending direction along the shaft member, an effect of widening the range of use as an actuator can be obtained.

なお、本実施形態では、各摺動部材に設けられた板状部材および電磁石の数が4つの例を用いて説明しているが、本発明はこれに限られるものではなく、必要とする駆動力の大きさや、必要とするアクチュエータの全体長などに応じて、適宜設計することができるものであることは言うまでもない。   In the present embodiment, the number of plate-like members and electromagnets provided on each sliding member is described using four examples. However, the present invention is not limited to this, and a required drive Needless to say, it can be designed as appropriate according to the magnitude of the force, the overall length of the required actuator, and the like.

また、このように構成されたアクチュエータは、例えば図7に示すように、各摺動部材を外部から物理的に遮断するカバーCをさらに備えるものであってもよい。このようにすると、第1の摺動部材11の板状部材と、第2の摺動部材12の板状部材との間に異物などが混入することがなくなるため、より好適である。このように、各摺動部材を外部から物理的に遮断するカバーをさらに備えるアクチュエータを人工筋肉として用いた様子を図8に示す。   In addition, the actuator configured as described above may further include a cover C that physically blocks each sliding member from the outside, for example, as shown in FIG. This is more preferable because foreign matter or the like is not mixed between the plate-like member of the first sliding member 11 and the plate-like member of the second sliding member 12. FIG. 8 shows a state in which an actuator further including a cover for physically blocking each sliding member from the outside is used as an artificial muscle.

図8に示すように、人工筋肉100は、複数のアクチュエータ(アクチュエータ1a,1b,1c,1d)が並列に配置され、各々の摺動部材における端部(本実施形態では筒部)に、駆動力を作用させる筋肉に相当する被駆動部200,300を接続する。そして、前述のように、各アクチュエータの極性を非駆動部が同一方向に移動するように定めることで、アクチュエータに供給する電流量に応じて、被駆動部を移動させる量を制御することが可能となる。このような人工筋肉は、各アクチュエータにより供給される駆動力が合算して出力されるため、大きな力により収縮を行うことが可能となるとともに、各アクチュエータの駆動量を各々独立して制御することによって、被駆動部の形状を精密に変化させることができるといった効果が得られる。   As shown in FIG. 8, the artificial muscle 100 has a plurality of actuators (actuators 1a, 1b, 1c, 1d) arranged in parallel, and is driven at the end portions (cylindrical portions in the present embodiment) of the respective sliding members. The driven parts 200 and 300 corresponding to muscles to which force is applied are connected. As described above, the amount of movement of the driven part can be controlled according to the amount of current supplied to the actuator by determining the polarity of each actuator so that the non-driving part moves in the same direction. It becomes. In such an artificial muscle, since the driving force supplied by each actuator is added and output, it is possible to contract by a large force and to control the driving amount of each actuator independently. As a result, an effect that the shape of the driven part can be precisely changed is obtained.

なお、このようなアクチュエータを用いた人工筋肉の例としては、前述のような複数のアクチュエータを並列に並べたものに限られるものではなく、図9に示すように、アクチュエータを直列配置したものや、図10に示すように、直列配置したアクチュエータを、さらに並列に配置したものであってもよい。このように、アクチュエータを直列に配置すると、アクチュエータの伸縮する距離を増大させることができるため、より大きな伸縮量を必要とする場合には好適である。   Note that examples of artificial muscles using such an actuator are not limited to those in which a plurality of actuators as described above are arranged in parallel, as shown in FIG. As shown in FIG. 10, the actuators arranged in series may be further arranged in parallel. As described above, when the actuators are arranged in series, the distance that the actuator expands and contracts can be increased, which is preferable when a larger expansion / contraction amount is required.

また、アクチュエータにより得られる伸縮量をより厳密に制御するためには、アクチュエータに備えられる第1の摺動部材11と第2の摺動部材12との相対的な位置関係を厳密にフィードバックする必要がある。すなわち、図11に示すように、一方の摺動部材(例えば第1の摺動部材11)の板状部材(板状部材121)の端部に、距離測定部の一例として、光学的に距離を測定するセンサSを設け、他方の摺動部材との摺動方向についての距離Lを測定し、その測定結果を、供給する電流量を制御する制御部に対して送信するようにしてもよい。このようにすると、アクチュエータにより得られる伸縮量が制御部にフィードバックされるため、より正確にアクチュエータの駆動量を制御することが可能になる。   Further, in order to more strictly control the amount of expansion / contraction obtained by the actuator, it is necessary to strictly feed back the relative positional relationship between the first sliding member 11 and the second sliding member 12 provided in the actuator. There is. That is, as shown in FIG. 11, an optical distance is provided as an example of a distance measuring unit at the end of the plate member (plate member 121) of one slide member (for example, the first slide member 11). May be provided, and a distance L in the sliding direction with respect to the other sliding member may be measured, and the measurement result may be transmitted to a control unit that controls the amount of current to be supplied. . In this way, the amount of expansion / contraction obtained by the actuator is fed back to the control unit, so that the drive amount of the actuator can be controlled more accurately.

なお、前述のセンサSとしては、光学的に距離を測定するものに限られるものではない。例えば、図12に示すように、一方の摺動部材に回転自在に設けられた歯車等の回転部と、他方の摺動部材に固定され、前記回転部に接触する接触部材とにより、アクチュエータの全長が収縮または伸張する量を、回転部の回転量で算出するようなロータリーエンコーダを用いることも可能である。このようなロータリーエンコーダによりアクチュエータの駆動量を制御する場合、光学的に距離を測定するセンサに比して測定誤差が抑制できるため、より正確にアクチュエータの駆動量を制御することができる。   The sensor S described above is not limited to the one that optically measures the distance. For example, as shown in FIG. 12, a rotating part such as a gear provided rotatably on one sliding member and a contact member fixed to the other sliding member and contacting the rotating part, It is also possible to use a rotary encoder that calculates the amount by which the full length contracts or extends by the amount of rotation of the rotating unit. When the drive amount of the actuator is controlled by such a rotary encoder, since the measurement error can be suppressed as compared with a sensor that optically measures the distance, the drive amount of the actuator can be controlled more accurately.

また、図示は省略するが、前述のアクチュエータにおいて、摺動部材に対して摺動方向に作用する外力を検出する力検出部を設けてもよい。力検出器の例としては、圧力センサや加速度センサのような力の大きさを検出するものや、タッチセンサのような外力の有無を検出するものを用いることができる。特に、圧力センサや加速度センサのように外力の大きさを検出できるセンサの場合、力検出部により得られる外力の大きさを電磁石に供給する電流量の制御に用いることによって、アクチュエータをより精密に駆動することが可能となる。   Although not shown in the drawings, in the above-described actuator, a force detection unit that detects an external force acting in the sliding direction on the sliding member may be provided. As an example of the force detector, one that detects the magnitude of a force such as a pressure sensor or an acceleration sensor, or one that detects the presence or absence of an external force such as a touch sensor can be used. In particular, in the case of a sensor that can detect the magnitude of an external force, such as a pressure sensor or an acceleration sensor, the magnitude of the external force obtained by the force detection unit is used for controlling the amount of current supplied to the electromagnet, thereby making the actuator more precise. It becomes possible to drive.

また、前述の実施形態においては、摺動部材に設けられた板状部材が、支持部材により一方の端部のみを支持された構造となっている。このような片持ち梁構造では、摺動部材の構造上の強度が十分得られない場合があるため、次のような実施形態を採用することも可能である。   In the above-described embodiment, the plate-like member provided on the sliding member has a structure in which only one end is supported by the support member. In such a cantilever beam structure, the structural strength of the sliding member may not be sufficiently obtained. Therefore, the following embodiment may be employed.

発明の実施形態2.
図13は、本実施形態(第2の実施形態)におけるアクチュエータの外観を示すものであり、図14は、図13に示すアクチュエータ1'の一方の摺動部材(第1の摺動部材11')のみを側面から表した図である。なお、本実施形態の説明では、前述の実施形態において説明した各構成と同一または同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略するものとする。
Embodiment 2 of the Invention
FIG. 13 shows the appearance of the actuator in the present embodiment (second embodiment), and FIG. 14 shows one sliding member (first sliding member 11 ′) of the actuator 1 ′ shown in FIG. ) Only from the side. In the description of the present embodiment, the same or similar components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図13に示すように、アクチュエータ1'は、第1の摺動部材11'および第2の摺動部材12'を備え、これらの摺動部材が軸部材に沿って摺動自在に構成されている。なお、摺動部材に配置された電磁石の極性等については、前述の実施形態と同様に配置されている。   As shown in FIG. 13, the actuator 1 ′ includes a first sliding member 11 ′ and a second sliding member 12 ′, and these sliding members are configured to be slidable along the shaft member. Yes. In addition, about the polarity of the electromagnet arrange | positioned at a sliding member, it has arrange | positioned similarly to the above-mentioned embodiment.

第1の摺動部材11'は、図14に示すように、第1の支持部材111aおよび第2の支持部材111bを備え、これらの支持部材により板状部材(121,122,123,124,125)を両側から支持する。板状部材は各支持部材から略垂直に伸びるように固定されるか、または一体的に構成される。そして、これらの摺動部材は、図13に示すように、軸部材10の伸びる方向(図13における矢印の方向Q)からみて各々の板状部材が略直交するように構成される。また、各摺動部材については、図示しないストッパが設けられており、軸部材のまわりについては回動せず、各摺動部材が摺動方向以外について相対的に位置を変化しないように構成されている。   As shown in FIG. 14, the first sliding member 11 ′ includes a first support member 111a and a second support member 111b, and plate members (121, 122, 123, 124, 125) is supported from both sides. The plate-like member is fixed so as to extend substantially vertically from each support member, or is configured integrally. As shown in FIG. 13, these sliding members are configured such that the respective plate-like members are substantially orthogonal to each other when viewed from the direction in which the shaft member 10 extends (the arrow direction Q in FIG. 13). Each sliding member is provided with a stopper (not shown) so that the sliding member does not rotate around the shaft member and the relative position of each sliding member is not changed except in the sliding direction. ing.

このように構成されたアクチュエータ1'においては、摺動部材の構造上の強度が十分得られるため、摺動部材の摺動する力、すなわち駆動力を大きく出力できるという効果が得られる。なお、このような実施形態において、摺動部材の構造上の強度をより高めるために、摺動部材の両側から支持するだけでなく、板状部材をより多くの支持部材で支持するようにしてもよい。例えば、摺動部材同士の干渉しない範囲で板状部材の周囲を支持部材で固定するようにしてもよい。   In the actuator 1 ′ configured as described above, sufficient structural strength of the sliding member can be obtained, so that an effect that a sliding force of the sliding member, that is, a driving force can be output greatly can be obtained. In such an embodiment, in order to further increase the structural strength of the sliding member, not only the sliding member is supported from both sides, but also the plate-like member is supported by more supporting members. Also good. For example, the periphery of the plate member may be fixed by the support member within a range where the sliding members do not interfere with each other.

発明の実施形態3.
次に、本発明の第3の実施形態について、図15を用いて説明する。
Embodiment 3 of the Invention
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図15は、本実施形態(第3の実施形態)におけるアクチュエータの外観を示すものであり、前述の第1の実施形態とほぼ同様の構成を備えるものである。なお、本実施形態の説明においても、前述の実施形態において説明した各構成と同一または同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。   FIG. 15 shows the appearance of the actuator according to the present embodiment (third embodiment), and has substantially the same configuration as that of the first embodiment described above. Also in the description of the present embodiment, the same or similar components as those described in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図15に示すように、アクチュエータ1"は、軸部材10と、軸部材10に沿って摺動する第1の摺動部材11および第2の摺動部材12と、これらの摺動部材上に配置された複数の電磁石13と、を備えている。なお、電磁石13に対して電流を供給する電流供給部と、該電流供給部より供給する電流量を制御するための制御部は、本実施形態においては図示を省略しているものとする。   As shown in FIG. 15, the actuator 1 ″ includes a shaft member 10, a first sliding member 11 and a second sliding member 12 that slide along the shaft member 10, and on these sliding members. A plurality of electromagnets 13 are provided, wherein a current supply unit that supplies current to the electromagnet 13 and a control unit that controls the amount of current supplied from the current supply unit are implemented in this embodiment. In the embodiment, the illustration is omitted.

本実施の形態において、第1の摺動部材11および第2の摺動部材12の備える板状部材は、各々その略中央に電磁石13が配置されるとともに、電磁石13の固定側の裏面に弾性体14が固定されている。すなわち、弾性体14は、図15に示すように、アクチュエータ1"の全長が最も収縮した状態で第1の摺動部材11および第2の摺動部材12の接する位置に取り付けられている。この弾性体14は、外部の図示しない電流供給部より電流が供給され、そのバネ特性およびダンピング特性を変化可能に構成されたものであり、既知の電磁ブレーキなどが好適に用いられる。   In the present embodiment, the plate-like members provided in the first sliding member 11 and the second sliding member 12 are each provided with an electromagnet 13 at the approximate center thereof and elastic on the back surface on the fixed side of the electromagnet 13. The body 14 is fixed. That is, as shown in FIG. 15, the elastic body 14 is attached to a position where the first sliding member 11 and the second sliding member 12 are in contact with each other with the entire length of the actuator 1 ″ being most contracted. The elastic body 14 is configured to be supplied with a current from an external current supply unit (not shown) and change its spring characteristics and damping characteristics, and a known electromagnetic brake or the like is preferably used.

このような弾性体を用いることによって、アクチュエータ1"の全長が収縮した状態であっても、各摺動部材が弾性部材に接触することで、アクチュエータ1"の全長を伸張させる方向に力を与えることが可能となる。このようなバネ特性およびダンピング特性を有する弾性体を用いることで、次のような効果が得られる。すなわち、電磁石13に入力された電流量に対して摺動部材が過度に応答するような場合に、電磁石13に対して供給する電流量に加えて、弾性体14に供給する電流量を制御し、バネ特性およびダンピング特性を電磁石13の極性と合わせて制御することで、摺動部材の摺動量を調整することが可能となる。このようにすることで、摺動部材の振動する現象などが抑制され、アクチュエータ全体の動作の安定化が実現できる。   By using such an elastic body, even when the entire length of the actuator 1 "is contracted, a force is applied in a direction in which the entire length of the actuator 1" is extended when each sliding member contacts the elastic member. It becomes possible. By using an elastic body having such spring characteristics and damping characteristics, the following effects can be obtained. In other words, when the sliding member responds excessively to the amount of current input to the electromagnet 13, the amount of current supplied to the elastic body 14 is controlled in addition to the amount of current supplied to the electromagnet 13. By controlling the spring characteristics and damping characteristics in accordance with the polarity of the electromagnet 13, the sliding amount of the sliding member can be adjusted. By doing so, the phenomenon that the sliding member vibrates is suppressed, and the operation of the entire actuator can be stabilized.

また、例えばアクチュエータ1"の摺動部材に外力が加わり、アクチュエータ1"が収縮した場合などにおいても、弾性体14のバネ特性による力を付与することができるため、電磁石13から発生する磁気による引力または斥力に加えて、より大きな駆動力を与えることも可能となる。すなわち、例えばアクチュエータ1"を鉛直方向に摺動させるような形態で用いた場合に、摺動部材(および摺動部材に接続された被駆動対象)の自重が作用するが、この自重に対する反力を弾性体14により得ることが可能となる。このように、自重を支える力を弾性体14のみにより付与することで、自重を支えるのみの状態においては電磁石13に対して電流を供給する必要がなくなるため、電流消費量が抑制されるという効果が得られる。   Further, for example, even when an external force is applied to the sliding member of the actuator 1 "and the actuator 1" contracts, a force due to the spring characteristic of the elastic body 14 can be applied, and hence an attractive force due to magnetism generated from the electromagnet 13 Or, in addition to the repulsive force, a larger driving force can be applied. That is, for example, when the actuator 1 "is used in such a configuration that it slides in the vertical direction, the weight of the sliding member (and the driven object connected to the sliding member) acts, but the reaction force against this weight. Thus, it is necessary to supply a current to the electromagnet 13 in a state where only the weight is supported by applying the force that supports the own weight only by the elastic body 14. As a result, there is an effect that current consumption is suppressed.

なお、このような実施形態の場合、アクチュエータ1"において、摺動部材に作用する外力を検出する力検出器が備えられていると、弾性体14により付与される反力を適切に制御しやすくなるため、より好適である。   In the case of such an embodiment, if the actuator 1 ″ includes a force detector that detects an external force acting on the sliding member, it is easy to appropriately control the reaction force applied by the elastic body 14. Therefore, it is more preferable.

本実施形態においては、摺動部材の干渉する部分にバネ特性およびダンピング特性を備えた弾性体14を設けたアクチュエータ1"を示しているが、このような弾性体14として、単なるバネ部材やゴム部材といった弾性体を用いることも可能である。このような弾性体14を用いた場合であっても、摺動部材の干渉による衝撃をある程度抑制することができる。   In the present embodiment, an actuator 1 ″ is shown in which an elastic body 14 having a spring characteristic and a damping characteristic is provided at a portion where the sliding member interferes. As such an elastic body 14, a simple spring member or rubber is used. It is also possible to use an elastic body such as a member, and even when such an elastic body 14 is used, the impact due to the interference of the sliding member can be suppressed to some extent.

以上、本発明に係るアクチュエータの実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。すなわち、例えば前述の実施形態においては、軸部材として摺動部材を貫通する棒状の部材のみを用いて説明しているが、これに代えて、図16に示すような、筒状のケース15を軸部材として用いてもよい。すなわち、摺動部材の断面(すなわち、板状部材の形状)をケース15の断面と略一致させ、摺動部材の外周面がケース15の内周に沿って移動(摺動)するように構成することもできる。このように構成すると、第1の摺動部材11の板状部材と、第2の摺動部材12の板状部材との間を外部から物理的に遮断することができるとともに、摺動部材や電磁石等に軸部材を貫通させるための孔を設ける必要がなくなり、アクチュエータを製造する際に必要となる工数が低減されるという効果が得られる。   As mentioned above, although the embodiment of the actuator concerning the present invention was described, the present invention is not limited to these embodiments. That is, for example, in the above-described embodiment, only the rod-shaped member that penetrates the sliding member is described as the shaft member, but instead of this, a cylindrical case 15 as shown in FIG. 16 is used. It may be used as a shaft member. That is, the cross section of the sliding member (that is, the shape of the plate-like member) is made to substantially coincide with the cross section of the case 15, and the outer peripheral surface of the sliding member moves (slides) along the inner periphery of the case 15. You can also If comprised in this way, while between the plate-shaped member of the 1st sliding member 11 and the plate-shaped member of the 2nd sliding member 12 can be physically interrupted from the outside, a sliding member and It is not necessary to provide a hole for penetrating the shaft member in the electromagnet or the like, and an effect is obtained that man-hours required when manufacturing the actuator are reduced.

また、前述の実施形態においては、いずれも複数の電磁石からの引力および斥力によって、駆動力を供給するようにしているが、一方の摺動部材に配置する電磁石を、通常の永久磁石に代えて実施することも可能である。このようにすると、駆動する際に用いる電力の省力化や、電気配線などの工数が低減可能である。   In the above-described embodiments, the driving force is supplied by the attractive force and the repulsive force from the plurality of electromagnets, but the electromagnet disposed on one sliding member is replaced with a normal permanent magnet. It is also possible to implement. If it does in this way, labor saving of the electric power used at the time of a drive, and man-hours, such as electrical wiring, can be reduced.

また、本発明に係るアクチュエータには、多くの利用形態が考えられる。例えば、図17に示すような並行リンクを本発明に係るアクチュエータを用いて構成し、リンク形状をアクチュエータの駆動により変化をさせることで、リンクの内力がアクチュエータの駆動力によって制御され、リンクの剛性を仮想的に変化させることが可能になる。   In addition, the actuator according to the present invention can be used in many forms. For example, a parallel link as shown in FIG. 17 is configured using the actuator according to the present invention, and the link shape is changed by driving the actuator, whereby the internal force of the link is controlled by the driving force of the actuator, and the rigidity of the link Can be virtually changed.

さらに、図18に示すような、2つの三角錐形状の剛体について、1つの剛体を固定し、その頂点を他方の剛体の頂点とボールジョイントで接続し、他の剛体のその他の端部を上述のようなアクチュエータで各々接続するような三次元並行リンクを構成することもできる。このような三次元並行リンクは、アクチュエータの長さを変更することで、他方の剛体の底面(出力面)を空間上に対して任意の方向に向けることが可能となる。   Further, for two triangular pyramid shaped rigid bodies as shown in FIG. 18, one rigid body is fixed, its vertex is connected to the vertex of the other rigid body by a ball joint, and the other end of the other rigid body is connected to the above-mentioned one. It is also possible to configure a three-dimensional parallel link that is connected by actuators such as Such a three-dimensional parallel link makes it possible to direct the bottom surface (output surface) of the other rigid body in an arbitrary direction with respect to the space by changing the length of the actuator.

また、本発明にかかるアクチュエータは、高出力および高応答性が得られるため、例えばエンジンバルブの開閉等に用いることもできる。これによって、従来の電動回転モータやリニアモータなどの直動モータでは実現し得なかったエンジンバルブの開閉を電動により実現することが可能となる。   In addition, since the actuator according to the present invention can provide high output and high responsiveness, it can also be used for opening and closing an engine valve, for example. As a result, it is possible to electrically open and close the engine valve, which could not be realized with a direct acting motor such as a conventional electric rotary motor or linear motor.

さらに、本発明に係るアクチュエータは、直動方向のみに利用するのではなく、直動運動を回転運動に変換して用いることも可能である。例えば、脚式歩行型のロボットの脚部、すなわち膝関節や股関節といった大きな負荷が加わる関節部分の駆動にこのようなアクチュエータを用いることもできる。特に、鉛直方向における負荷が常に付与されるような場合は、前述の実施形態3において説明した、弾性体による弾性力の得られるアクチュエータを用いると、アクチュエータの電力消費量が抑制されるため、好適である。また、直動運動を回転運動に変換して用いる例はこれに限られるものではなく、ロボットのアーム部やハンド部のような通常の関節部においても利用可能である。   Furthermore, the actuator according to the present invention can be used by converting a linear motion into a rotational motion instead of using it only in the linear motion direction. For example, such an actuator can be used for driving a leg portion of a legged walking type robot, that is, a joint portion to which a large load such as a knee joint or a hip joint is applied. In particular, when a load in the vertical direction is always applied, it is preferable to use the actuator that can obtain the elastic force by the elastic body described in the third embodiment, because the power consumption of the actuator is suppressed. It is. In addition, an example in which a linear motion is converted into a rotational motion is not limited to this, and can also be used in a normal joint such as a robot arm or hand.

また、前述の実施形態1において説明したように、このようなアクチュエータを複数配置し、伸縮量や駆動力を高めた人工筋肉も、前述のようなロボット関節の駆動手段として利用することができる。   Further, as described in the first embodiment, an artificial muscle in which a plurality of such actuators are arranged and the amount of expansion and contraction and the driving force are increased can also be used as the driving means for the robot joint as described above.

第1の実施の形態に係るアクチュエータの外観を概略的に示す概略図である。It is the schematic which shows roughly the external appearance of the actuator which concerns on 1st Embodiment. 図1に示すアクチュエータを側方から見た様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that the actuator shown in FIG. 1 was seen from the side. 図1および図2に示すアクチュエータを構成する第1の摺動部材の構造を概念的に表す図である。It is a figure which represents notionally the structure of the 1st sliding member which comprises the actuator shown in FIG. 1 and FIG. 本実施形態に係るアクチュエータに用いられる電磁石の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the electromagnet used for the actuator which concerns on this embodiment. 図1に示すアクチュエータに配置された電磁石の極性を、アクチュエータの全長が収縮するように定めた例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which determined the polarity of the electromagnet arrange | positioned at the actuator shown in FIG. 1 so that the full length of an actuator might shrink | contract. 図1に示すアクチュエータに配置された電磁石の極性を、アクチュエータの全長が伸張するように定めた例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which determined the polarity of the electromagnet arrange | positioned at the actuator shown in FIG. 1 so that the full length of an actuator might expand | extend. 図1に示すアクチュエータが、各摺動部材を外部から物理的に遮断するカバーをさらに備えた例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example in which the actuator shown in FIG. 1 further includes a cover that physically blocks each sliding member from the outside. 図1に示すアクチュエータを用いて人工筋肉を構成した例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which comprised the artificial muscle using the actuator shown in FIG. 図1に示すアクチュエータを直列に配置して人工筋肉を構成する例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which arrange | positions the actuator shown in FIG. 1 in series, and comprises an artificial muscle. 図1に示すアクチュエータを直列に配置したものを並列に配置して人工筋肉を構成する例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which comprises what arranged the actuator shown in FIG. 1 in series, arrange | positions in parallel, and comprises an artificial muscle. 図1に示す実施形態において、摺動部材間の摺動方向についての距離を光学的に測定するセンサを設けた例を示す概略図である。In the embodiment shown in FIG. 1, it is the schematic which shows the example which provided the sensor which optically measures the distance about the sliding direction between sliding members. 図11に示すアクチュエータのセンサについて、ロータリーエンコーダを用いた例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which used the rotary encoder about the sensor of the actuator shown in FIG. 第2の実施の形態に係るアクチュエータの外観を概略的に示す概略図である。It is the schematic which shows roughly the external appearance of the actuator which concerns on 2nd Embodiment. 図13に示すアクチュエータの一方の摺動部材を側方から見た様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that one sliding member of the actuator shown in FIG. 13 was seen from the side. 第3の実施の形態に係るアクチュエータの外観を概略的に示す概略図である。It is the schematic which shows roughly the external appearance of the actuator which concerns on 3rd Embodiment. 摺動部材の摺動する軸部材として、外部を覆う筒状のケースを用いたアクチュエータの実施形態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of embodiment of the actuator using the cylindrical case which covers the exterior as a shaft member which a sliding member slides. 本発明に係るアクチュエータを用いて並行リンクを構成した例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which comprised the parallel link using the actuator which concerns on this invention. 本発明に係るアクチュエータを用いて三次元並行リンクを構成した例を示す概略図である。It is the schematic which shows the example which comprised the three-dimensional parallel link using the actuator which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,1',1",1a,1b,1c,1d・・・アクチュエータ
10・・・軸部材
11,11'・・・摺動部材(第1の摺動部材)
12,12'・・・摺動部材(第2の摺動部材)
13・・・電磁石
111・・・支持部材
111a・・・第1の支持部材
111b・・・第2の支持部材
121,122,123,124,125・・・板状部材
121a・・・筒状部材
13a・・・貫通孔
131,132・・・磁界発生面
14・・・弾性体
15・・・カバー
100・・・人工筋肉
S・・・距離測定部(センサ)
1, 1 ', 1 ", 1a, 1b, 1c, 1d ... Actuator 10 ... Shaft member 11, 11' ... Sliding member (first sliding member)
12, 12 '... sliding member (second sliding member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Electromagnet 111 ... Support member 111a ... 1st support member 111b ... 2nd support member 121,122,123,124,125 ... Plate-shaped member 121a ... Cylindrical shape Member 13a ... Through-hole 131, 132 ... Magnetic field generating surface 14 ... Elastic body 15 ... Cover 100 ... Artificial muscle S ... Distance measuring part (sensor)

Claims (14)

軸部材と、該軸部材に対して摺動する少なくとも2つの独立した摺動部材と、前記摺動部材上において、摺動方向について直列に配置された複数の電磁石と、前記電磁石に電流を供給する電流供給部と、を備えたアクチュエータであって、アクチュエータの全体長が収縮する方向、および伸張する方向の少なくとも一方について、前記摺動部材を摺動させる方向に斥力あるいは引力を発生させるように、前記複数の電磁石の極性が定められていることを特徴とするアクチュエータ。   A shaft member, at least two independent sliding members that slide with respect to the shaft member, a plurality of electromagnets arranged in series in the sliding direction on the sliding member, and a current to the electromagnet An at least one of a direction in which the entire length of the actuator contracts and a direction in which the actuator extends, so as to generate a repulsive force or an attractive force in a direction in which the sliding member is slid. The actuator is characterized in that polarities of the plurality of electromagnets are determined. 前記摺動部材の各々について電磁石が配置されており、前記摺動部材を摺動させる方向に発生する斥力あるいは引力が、これらの電磁石より生じる磁力同士によって発生することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。   2. An electromagnet is disposed for each of the sliding members, and repulsive force or attractive force generated in a direction in which the sliding member is slid is generated by magnetic forces generated by these electromagnets. The actuator described. 前記摺動部材が、前記軸部材に対する摺動方向に沿って複数配置される板状部材と、前記板状部材を支持する支持部材とを備えた櫛歯状に形成されており、前記電磁石が、前記板状部材に固定されていることを特徴とする請求項1または2に記載のアクチュエータ。   The sliding member is formed in a comb-like shape including a plurality of plate-like members arranged along the sliding direction with respect to the shaft member, and a support member that supports the plate-like member, and the electromagnet includes The actuator according to claim 1, wherein the actuator is fixed to the plate-like member. 前記支持部材が複数設けられ、前記板状部材を両側から支持することを特徴とする請求項3に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 3, wherein a plurality of the support members are provided to support the plate-like member from both sides. 前記板状部材に配置された前記電磁石が各々1対の極性を備えると共に、対向して配置される電磁石同士の各極性と、背向して配置される電磁石同士の各極性とにより同時に発生する斥力および引力が、アクチュエータの全体長が収縮する方向、または伸張する方向について、前記摺動部材を摺動させるように作用することを特徴とする請求項3または4に記載のアクチュエータ。   The electromagnets arranged on the plate-like member each have a pair of polarities, and are generated simultaneously by the polarities of the electromagnets arranged opposite to each other and the polarities of the electromagnets arranged facing each other. 5. The actuator according to claim 3, wherein the repulsive force and the attractive force act so as to slide the sliding member in a direction in which the entire length of the actuator contracts or a direction in which the actuator extends. 前記電磁石に備えられる1対の極性が切り換え可能であり、極性を切り換えることで、各摺動部材の摺動する方向を反転可能に構成されたことを特徴とする請求項5に記載のアクチュエータ。   6. The actuator according to claim 5, wherein a pair of polarities provided in the electromagnet is switchable, and the sliding direction of each sliding member can be reversed by switching the polarities. 前記摺動部材が、磁界を通過可能な非金属材料で形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the sliding member is made of a non-metallic material capable of passing a magnetic field. 前記複数の摺動部材を外部から物理的に遮断するカバーをさらに備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, further comprising a cover that physically blocks the plurality of sliding members from the outside. 前記摺動部材間の摺動方向についての相対距離を測定する距離測定部をさらに備えていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, further comprising a distance measuring unit that measures a relative distance in a sliding direction between the sliding members. 前記摺動部材に対して、該摺動部材の摺動方向に作用する外力の大きさを検出する力検出部をさらに備えることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 9, further comprising a force detection unit that detects a magnitude of an external force acting on the sliding member in a sliding direction of the sliding member. 前記摺動部材同士が接触する位置に、少なくともバネ特性を備える弾性体が備えられていることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 10, wherein an elastic body having at least a spring characteristic is provided at a position where the sliding members are in contact with each other. 前記弾性体が、電流によってバネ特性およびダンピング特性が可変に制御されるものであることを特徴とする請求項11に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 11, wherein the elastic body has a spring characteristic and a damping characteristic variably controlled by an electric current. 請求項1から12のいずれかに記載のアクチュエータを含み、該アクチュエータにより伸縮動作が行われる人工筋肉。   An artificial muscle comprising the actuator according to any one of claims 1 to 12, wherein an expansion and contraction operation is performed by the actuator. 前記アクチュエータを複数含むとともに、該アクチュエータが並列に配置されることを特徴とする請求項13に記載の人工筋肉。   The artificial muscle according to claim 13, comprising a plurality of the actuators, wherein the actuators are arranged in parallel.
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