JP2017150663A - アクチュエータ装置、ヒューマノイド型ロボットおよびパワーアシスト装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000の断面構造を説明するための図である。
また、定常状態となった後にも、制御目標からの偏差の補償には、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を用いることができる。
(実施の形態1の変形例)
図1に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000では、可動子200において、複数個の磁力部材202a〜202dと中間部材203a〜203cとが、シリンダ100の内面を摺動するピストンとしても機能する構成であった。
(パワーアシスト装置)
次に、以上説明したようなアクチュエータ装置1000を外骨格型ロボットの関節を駆動するためのアクチュエータとして使用したパワーアシスト装置の構成について説明する。
(駆動方式の他の例)
図15は、電磁アクチュエータの駆動方式の変形例を示す断面図である。
i)可動子が電磁コイルであり、シリンダ側に配置される固定子が、所定の異なる方向の磁場を発生させる複数の永久磁石が順次配置された構成であってもよい。
(実施の形態2)
図1に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000では、チャンバ106aには、制御弁を有する配管108aを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われ、チャンバ106bには、制御弁を有する配管108bを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる、との構成を説明した。
(実施の形態3)
図20は、実施の形態3の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1200の断面構造を説明するための図である。図20は、図1と対比されるべき図である。
(実施の形態4)
図21は、実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の外観を示す図である。
(実施の形態4の変形例1)
図21〜図26では、ロータ200側に永久磁石を設け、ケース101d内に電磁コイルを設ける構成として説明した。
(実施の形態4の変形例2)
実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300では、ロータ200内の永久磁石に対して駆動力を発生させる電磁コイル112a〜112l(総称して電磁コイル112と呼ぶことにする)は、ロータ200の格納されるケース101bの下層のケース101d内に設けられる構成であった。
(実施の形態5)
実施の形態4では、ロータ200は円弧状の運動をするものであった。実施の形態5では、ロータ200が連続回転する構成について、説明する。
Claims (20)
- 流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器と、
前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能な可動子と、
前記可動子の駆動力を前記気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、
前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを備え、
前記可動子は、第2磁力部材を有し、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記第1磁力部材に対して相対運動し、
前記気密容器は、前記気密容器内の第1内面と前記可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、前記気密容器内の第2内面と前記可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを含み、
前記第1チャンバと、前記第2チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、
前記流体圧供給手段は、前記1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体圧の供給を制御する、アクチュエータ装置。 - 前記気密容器は、軸方向に第1端部および第2端部をそれぞれ有するシリンダであり、
前記第1および第2内面は、それぞれ、前記第1および前記第2端部のシリンダ内面であり、
前記可動子は、前記シリンダ内を摺動可能なピストンを含み、
前記駆動部材は、前記ピストンの往復運動を前記シリンダの外部に伝達する、請求項1記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記シリンダ外周に設けられた電磁コイル部材であり、
前記可動子の相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項2記載のアクチュエータ装置。 - 前記電磁コイル部材は、前記シリンダ外周に前記所定幅にわたって設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、複数個の永久磁石を含み、前記複数の永久磁石間には、軟磁性材料が設けられ、
前記永久磁石は、それぞれの極性が前記軸方向に交互に逆極性となるように配置される、請求項3記載のアクチュエータ装置。 - 前記流体供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、流体圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力により発生する力が、流体圧による発生力を補うように制御する、請求項3または4記載のアクチュエータ装置。 - 前記流体供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、定常状態となった後には、制御目標からの偏差を補償するように、前記コイルの励磁を制御する、請求項3または4記載のアクチュエータ装置。 - 前記流体は、気体である、請求項3〜6のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。
- 前記流体は、水または油のいずれかである、請求項3〜6のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。
- 前記シリンダは、湾曲した形状を有する、請求項1記載のアクチュエータ装置。
- 前記シリンダおよび前記第1磁力部材を覆うように設けられた外筒部をさらに備え、
前記外筒部は、
前記外筒部と前記シリンダとで囲まれる流体伝達路に、所定の流体圧の流体を供給するための吸入孔と、
前記流体伝達路から前記所定の流体圧の流体を、同種のアクチュエータ装置の前記吸入孔に供給するための排出孔とを含み、
前記流体伝達路の流体を選択的に流入させて、前記流体圧を前記第1チャンバに供給し、前記第1チャンバ内の前記流体を選択的に排出するための第1の制御弁部と、
前記流体伝達路の流体を選択的に流入させて、前記流体圧を前記第2チャンバに供給し、前記第2チャンバ内の前記流体を選択的に排出するための第2の制御弁部とをさらに備え、
前記流体圧供給手段は、前記第1および第2の制御弁部を制御することにより、前記第1チャンバおよび前記第2チャンバへの前記流体圧の供給を制御する、請求項1記載のアクチュエータ装置。 - 前記気密容器は、気密状態を維持可能な円筒であり、
前記駆動部材は、前記可動子の回転運動を前記円筒の外部に伝達する出力軸であり、
前記可動子は、前記円筒内を前記出力軸と一体となって回転するロータであり、
前記円筒内には、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁が設けられ、
前記第1および第2内面は、それぞれ、前記隔壁の一方面および他方面である、請求項1記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記円筒の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、
前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項11記載のアクチュエータ装置。 - 前記電磁コイル部材は、前記円筒の底面側に円周方向に設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の方向であって交互に逆極性となるように配置される、請求項12記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記円筒の外周に沿って設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の法線方向で交互に逆極性となるように配置される、請求項11記載のアクチュエータ装置。 - 請求項1記載のアクチュエータ装置を用いて骨格を駆動する、ヒューマノイド型ロボット。
- 前記可動子は、前記気密容器内を連続的に回転するロータであって、前記ロータの回転軸に垂直な断面は、複数個の頂点を有する定幅図形であり、
前記気密容器は、気密状態を維持可能な筒状形状であり、前記筒状形状の内面は、前記定幅図形が接しながら回転可能な形状を有し、
前記駆動部材は、前記可動子の連続的な回転運動を前記気密容器の外部に伝達する出力軸であり、
前記第1側面は、前記ロータの側面のうち、前記ロータと前記気密容器内面とが接触する第1接触部分から、前記第1接触部分に隣接する第2接触部分にいたる前記ロータの側面であり、
前記第2側面は、前記ロータの側面のうち、前記ロータと前記気密容器内面とが接触する第3接触部分から、前記第3接触部分に隣接する第4接触部分にいたる前記ロータの側面であって、前記第1側面とは異なる側面である、請求項1記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記気密容器の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、
前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項16記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記気密容器の外周に沿って設けられた電磁コイル部材であり、
前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項16記載のアクチュエータ装置。 - 対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
第1端部および第2端部を有するシリンダと、
前記シリンダ外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材と、
前記シリンダ内に格納され、前記シリンダ内をピストンとして摺動可能な可動子とを含み、
前記可動子は、磁力部材を有し、前記電磁コイル部材の励磁により前記電磁コイル部材に対して相対運動し、
前記シリンダの前記第1端部と前記可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、前記シリンダの前記第2端部と前記可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとに、それぞれ、流体を供給する流体供給手段をさらに含み、
前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記電磁コイル部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に、前記流体供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。 - 対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の回転運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
流体圧を外部から内部に印加可能に構成された円筒形状の気密容器と、
前記気密容器内で発生する駆動力を前記気密容器の外部に伝達する出力軸と、
前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能で前記気密容器内を前記出力軸と一体となって回転する可動子と、
前記気密容器内で、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁と、
前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを含み、
前記可動子は、第2磁力部材を有し、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記第1磁力部材に対して相対運動し、
前記気密容器は、前記気密容器内の前記隔壁の一方面と前記可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、前記隔壁の他方面と前記可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとを有し、
前記アクチュエータ装置は、前記第1チャンバと、前記第2チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに含み、
前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記励磁により前記可動子を相対運動させる際に、前記流体供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。
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