JP2016535206A - シート材料からなるソフトデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書に援用される全ての特許、特許出願、および公開は、本明細書に記載される本発明の時点で、当業者に既知の当該技術分野の状況をより詳細に説明するため、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、2013年10月1日に出願された米国仮特許出願61/885,092号に優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
ほとんどのロボットは、いわゆる「硬質(ハード)」のボディ設計、すなわち、剛質(通常は金属)の骨格、電気式または油圧式駆動、電気機械制御、感知、およびフィードバックを用いて構築される。これらのロボットは、それらが目的として設計された作業(例えば、制御環境下における重工業)では非常に成功しているが、より困難な作業(例えば、過酷な環境における安定した運動性)に直面すると、重度の制限を有する。すなわち、車両は蹄脚ほどうまく機能しない。
空気圧ソフトロボットアクチュエータは、次に示すような構造に依存する、非伸張性材料を用いて製造することができる。空気圧式人工筋肉(PMA)としても知られるマッキベンアクチュエータは、作動部の軸方向に非伸張性である、織物シース内での制限された袋の膨張に依存する。結果として起こる変形は、半径方向の膨張および軸方向の収縮をもたらし、印加され得る力は、印加される圧力に比例する。関連するアクチュエータは、ひだ状空気圧式人工筋肉と称される。
歪み制限層;
第1半径方向拘束層;および
第1半径方向拘束層と歪み制限層との間に配置された第1エラストマー層;
ここで第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層は互いに接着して、少なくとも一つの加圧流体を保持するための袋を構成する。
隣接した第1エラストマー層の1つまたは複数の部分が駆動時に通って膨張する、 1つまたは複数の開口部
1つまたは複数の、開口部を有さない、歪み制限セクション。
1つまたは複数の第1エラストマーセクションおよび1つまたは複数の第1半径方向拘束セクションを含む一体型の、第1コンポジット層;および
歪み制限層、
ここで第1コンポジット層および歪み制限層は互いに接着して少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を形成する。
第1流体源に接続している第1ソフトコンポジットアクチュエータ;および
第2流体源に接続している第2ソフトコンポジットアクチュエータ
任意の実施形態のソフトコンポジットアクチュエータの提供;および
袋を、流体を用いて加圧;ここで、ソフトコンポジットアクチュエータが所定の方式で駆動する。
本明細書に記載の任意の実施形態のソフト駆動装置の提供;および
1つまたは複数の袋を、1つまたは複数の流体を用いて加圧;ここで、ソフト駆動装置が所定の方式で駆動する。
任意の本明細書に記載の任意の実施形態のソフト駆動装置の提供;および
交互に第1流体源および第2流体源を作動することによる、交互の第1ソフトコンポジットアクチュエータの袋および第2ソフトコンポジットアクチュエータの袋の加圧。
駆動時、第1ソフトコンポジットアクチュエータは屈曲して、かつ、駆動時、第2ソフトコンポジットアクチュエータは硬化する。
第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層の提供、ここでエラストマー層は半径方向拘束層と歪み制限層の間に配置される;および
少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を定義する封着された周囲部分(sealed parameters)を形成して、第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層の接着。
第1エラストマーの積層体層、歪み制限積層体層、および第1半径方向拘束積層体層を含む予備的に重ねられた積層体の提供;および
重ね合わさった第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層を提供する、積層体の部分の分離。
第1コンポジット層および歪み制限層の提供;および
少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を定義する封着された周囲部分を形成して、第1コンポジット層および歪み制限層の接着。
第1コンポジット積層体層および歪み制限積層体層を含む予備的に重ねられた積層体の提供;および
重ね合わさった第1コンポジット層および歪み制限層を提供する、積層体の部分の分離。
例示のみを目的として提示される、以下の、限定することを意図するものではない図面を参照して本発明が説明される。
本明細書において、二つまたはそれ以上の材料層の接着により作製されるソフトコンポジットアクチュエータが記載される。本明細書で使用される、材料層は、1つもしくは複数のエラストマーセクションおよび1つもしくは複数の半径方向拘束セクションを含む、エラストマー層、歪み制限層、半径方向拘束層、または第1もしくは第2コンポジット層のことを指してもよい。本明細書で使用される、エラストマー層は1つまたは複数の弾性材料からなり、圧力下、屈曲、湾曲、ひねり運動またはその形状および/もしくは配向を変化させる任意の運動にさらされ得る層を指す。弾性材料の非限定的例示は弾性ポリマー(例えばウレタン、シリコーン)、熱可塑性エラストマー(TPEs)、熱可塑性ウレタン(TPUs)などを含む。本明細書で使用される、「エラストマー的」と「弾性的」は交換可能に使用される。
エラストマー層;
歪み制限層;および
半径方向拘束層、
の含有を含み、ここでエラストマー層は半径方向拘束層と歪み制限層の間に配置され;かつ
エラストマー層、歪み制限層、および半径方向拘束層は互いに接着して、加圧流体を保持するための、少なくとも1つの袋を形成する。
図2Hは歪み制限ストリップ251の配向が縦に長く、つまり軸253に沿って、伸びるとき、得られるソフトコンポジットアクチュエータは収縮線形アクチュエータ249(つまり最大変形が収縮性)である。図2Hは、非駆動状態(図2Hの上段左角)および駆動状態(図2Hの下段右角)の収縮線形アクチュエータ249を示す。
1つまたは複数の第1エラストマーセクションおよび1つまたは複数の第1半径方向拘束セクションを含む一体型の、第1コンポジット層;および
歪み制限層、
ここで第1コンポジット層および歪み制限層は互いに接着して少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を形成する。
本明細書に記載の任意の実施形態のソフトコンポジットアクチュエータの提供;および
袋を流体を用いて加圧;ここで、ソフトコンポジットアクチュエータが所定の方式で駆動する。
いくつかの実施形態において、ソフトコンポジットアクチュエータの駆動は、屈曲動作、屈曲とひねりの組合せ動作、線形伸張、線形伸張とひねりの組合せ、線形収縮、線形収縮とひねりの組合せ、およびそれらの任意の組合せから選択された1つまたは複数の動作を達成する。いくつかの特定の実施形態において、ソフトコンポジットアクチュエータは流体加圧により硬化する。袋は異なる圧力が注入されて、調整可能な硬さの表面を達成してもよい。外部加圧流体源によって、異なる圧力が制御されるかまたは調製されてよい。
第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層の提供;ここでエラストマー層は半径方向拘束層と歪み制限層の間に配置される;および
少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を定義する封着された周囲部分を形成して、第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層の接着。
本明細書に記載の第1コンポジット層および歪み制限層の提供;および
少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を定義する封着された周囲部分を形成して、第1コンポジット層および歪み制限層、の部分の接着。いくつかの実施形態において、歪み制限層は本明細書に記載の第2コンポジット層を含む。
Claims (50)
- 歪み制限層;
第1半径方向拘束層;および
第1半径方向拘束層と歪み制限層の間に配置されている、第1エラストマー層;
を含むソフトコンポジットアクチュエータであって、
ここで第1エラストマー層、歪み制限層および第1半径方向拘束層は互いに接着して、加圧流体を保持するための、少なくとも1つの袋を形成している、ソフトコンポジットアクチュエータ。 - 接着が、熱接着、化学接着、機械的接着およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項1に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- ソフトコンポジットアクチュエータがさらに第1エラストマー層に隣接して配置されている第2エラストマー層を含み、かつ歪み制限層が第2半径方向拘束層を含む、請求項1または2に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束層が1つまたは複数の半径方向拘束セクションを含む、請求項1〜3のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束セクションが半径方向拘束層において均等または不均等に分配された半径方向拘束ストリップを含む、請求項4に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束ストリップが半径方向拘束層の縁の1つに対して平行、または半径方向拘束層の縁の1つに対して斜めに配向している、請求項5に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束ストリップが第1エラストマー層に接着している、請求項5または6に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束層が1つまたは複数の開口部のない歪み制限セクションを含む、請求項1〜7のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束層が
隣接した第1エラストマー層の1つまたは複数の部分が駆動時に通って膨張する、1つまたは複数の開口部、および
1つまたは複数の、開口部を有さない、歪み制限セクション
を含む、請求項1〜8のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。 - 第1エラストマー層、歪み制限層および第1半径方向拘束層が互いに接着して、加圧流体を保持するための複数の袋を形成している、請求項1〜9のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- ソフトコンポジットアクチュエータがさらに、歪み制限層に隣接した1つまたは複数の剛質要素を含む、請求項1〜10のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 袋が気体および液体からなる群から選択される加圧流体を収容するようにデザインされている、請求項1〜11のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- エラストマー層、歪み制限層、および半径方向拘束層の1つが、流体の吸収、光の透過、色または発光の変化、ソフトセンサーまたは貼り薬の埋込、少なくとも1つの電気回路または発熱体の部分の埋込、およびこれらの組合せの機能を、有するように構成される、請求項1〜12のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- ソフトコンポジットアクチュエータは、複数の指を含む副木、把持装置、または手袋の部分であるか、もしくは副木、把持装置、または手袋である、請求項1〜13のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 1つまたは複数の第1エラストマーセクションおよび1つまたは複数の第1半径方向拘束セクションを含む一体型の、第1コンポジット層;および
歪み制限層、
(ここで第1コンポジット層および歪み制限層は互いに接着して少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を形成する)
を含むソフトコンポジットアクチュエータ。 - 歪み制限層が、1つまたは複数の第2エラストマーセクションおよび1つまたは複数の第2半径方向拘束セクションを含む、一体型、第2コンポジット層を含む、請求項15に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 第1および/または第2エラストマーセクション、第1および/または第2半径方向拘束セクションならびに第1および/または第2コンポジット層が同じ厚みを有する、請求項15または16に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 第1および/または第2エラストマーセクションおよび第1および/または第2半径方向拘束セクションが異なる厚みを有する、請求項15〜17のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 第1および/または第2半径方向拘束セクションは、第1および/または第2エラストマーセクションに被包されている、請求項18に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 第1および/または第2エラストマーセクションならびに第1および/または第2半径方向拘束セクションは互いに接着している、請求項15〜19のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 接着が、熱的接着、化学接着、機械的接着およびそれらの組合せの群から選択される、請求項15〜20のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束セクションは、コンポジット層の縁の1つに対して平行またはコンポジット層の縁の1つに対してある角度で配向した半径方向拘束ストリップを含んでいる、請求項15〜21のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 半径方向拘束ストリップは、コンポジット層において、均等または不均等に分配されている、請求項22に記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 第1コンポジット層および歪み制限層が、互いに接着して、加圧流体を保持するための複数の袋を形成する、請求項15〜23のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- ソフトコンポジットアクチュエータはさらに、歪み制限層に隣接した1つまたは複数の剛質要素を含む、請求項15〜24のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 袋は、気体および液体からなる群から選択される加圧流体を収容するようにデザインされる、請求項15〜25のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 層の1つが、流体の吸収、光の透過、色または発光の変化、ソフトセンサーまたは貼り薬の埋込、少なくとも1つの電気回路または発熱体の部分の埋込、およびこれらの組合せの機能を、有するように構成される、請求項15〜26のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- ソフトコンポジットアクチュエータは、複数の指を含む副木、把持装置、または手袋の部分であるか、もしくは副木、把持装置、または手袋である、請求項15〜27のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータ。
- 複数の、請求項1〜14のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータを含む、ソフト駆動装置。
- 第1流体源に接続している第1ソフトコンポジットアクチュエータ;および
第2流体源に接続している第2ソフトコンポジットアクチュエータ、
を含む、請求項29に記載のソフト駆動装置。 - 複数の、請求項15〜29のいずれかに記載のソフトコンポジットアクチュエータを含む、ソフト駆動装置。
- 請求項1または15に記載のソフトコンポジットアクチュエータの提供;および
袋を、流体を用いて加圧(ここで、ソフトコンポジットアクチュエータが所定の方式で駆動する)
を含む、駆動の方法。 - ソフトコンポジットアクチュエータの駆動が、屈曲動作、屈曲とひねりの組合せ動作、線形伸張、線形伸張とひねりの組合せ、線形収縮、線形収縮とひねりの組合せ、およびそれらの任意の組合せから選択された1つまたは複数の動作を達成する、請求項32に記載の方法。
- ソフトコンポジットアクチュエータが、切り込みを広げるまたは動く、臓器や筋肉および/または骨を移動させる、関節を補強する、関節の動きを支持するために装着される、物体を形状マッチさせる、既定の屈曲関節部分が折りたたまれて折り紙様構造を生み出す、物体の十分な把持を達成する、または物体に対して共形のパッドされた(padded)層を生み出すように構成される、請求項32〜33のいずれかに記載の方法。
- 加圧流体が温度制御される、請求項32〜34のいずれかに記載の方法。
- ソフトコンポジットアクチュエータが流体加圧により硬化する、請求項32〜35のいずれかに記載の方法。
- 袋が、第1流体圧力下、第1級の硬さにまで膨張するよう、または第1流体圧力とは異なる第2流体圧力下、第2級の硬さにまで膨張するように構成される、請求項32〜36のいずれかに記載の方法。
- アクチュエータが、力の分配、材料の混合、材料のハンドリング、持ち上げ、把持、太陽電池セルまたはミラーのステアリング、表面上での材料のステアリングをなすように駆動される、請求項32〜37のいずれかに記載の方法。
- 請求項29に記載のソフト駆動装置の提供;および
1つまたは複数の袋を、1つまたは複数の流体を用いて加圧(ここで、ソフト駆動装置が所定の方式で駆動する)
を含む、駆動の方法。 - 請求項30に記載のソフト駆動装置の提供;および
交互に第1流体源および第2流体源を作動することによる、交互の第1ソフトコンポジットアクチュエータの袋および第2ソフトコンポジットアクチュエータの袋の加圧、
を含む駆動の方法。 - 駆動時、第1ソフトコンポジットアクチュエータは屈曲して、かつ、駆動時、第2ソフトコンポジットアクチュエータが硬化する、請求項40に記載の方法。
- 第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層の提供(ここでエラストマー層は半径方向拘束層と歪み制限層の間に配置される);および
少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を定義する封着された周囲部分を形成して、第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層の接着
を含む、請求項1に記載のソフトコンポジットアクチュエータの、作製の方法。 - 第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層の提供が
第1エラストマーの積層体層、歪み制限積層体層、および第1半径方向拘束積層体層を含む予備的に重ねられた積層体の提供;および
重ね合わさった第1エラストマー層、歪み制限層、および第1半径方向拘束層を提供する、積層体の部分の分離、
を含む、請求項42に記載の方法。 - 第1コンポジット層および歪み制限層の提供;および
少なくとも1つの加圧流体を保持するための袋を定義する封着された周囲部分を形成して、第1コンポジット層および歪み制限層の接着
を含む、請求項15のソフトコンポジットアクチュエータの、作製の方法。 - 第1コンポジット層および歪み制限層の提供が
第1コンポジット積層体層および歪み制限積層体層を含む予備的に重ねられた積層体の提供;および
重ね合わさった第1コンポジット層および歪み制限層を提供する、積層体の部分の分離
を含む、請求項44に記載の方法。 - 接着が、熱的接着、化学接着、機械的接着およびそれらの組合せの群から選択される、請求項42〜45のいずれかに記載の方法。
- エラストマー層、歪み制限層および半径方向拘束層が1つのパッケージに含まれる、請求項42〜46のいずれかに記載の方法。
- 接着が、パッケージに損傷を及ぼさずに、パッケージングを通る外部熱またはパッケージング内部の発熱体により生成される内部熱により達成される、請求項47に記載の方法。
- エラストマー層または第1コンポジット層が、接着前に予歪みがかかった状態である、請求項42または44に記載の方法。
- 接着前または接着中において層の1つが非平面的形状を有している、請求項42または44に記載の方法。
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