JP2020039237A - アクチュエータおよびアクチュエータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アクチュエータを小型化する。【解決手段】第1可動子13は、第1固定子11に移動可能に取り付けられ、第1固定子11に対して駆動される。第2可動子23は、第2固定子21に移動可能に取り付けられ、第2固定子21に対して駆動される。固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が移動可能となるように第1固定子11と第2固定子21とを接続する。第1可動子13は、第1固定子11に対して駆動されたときに、第1固定子11に対して第2固定子21を移動させる。第2可動子23は、第2固定子21に対して駆動されたときに、第2固定子21に対して第1固定子11を移動させる。【選択図】図1A
Description
本発明は、アクチュエータおよびアクチュエータ装置に関する。
例えば特許文献1などに、従来のアクチュエータが記載されている。同文献の図9に記載の技術では、駆動力を出力する出力部(同文献における電動人工筋肉)と、駆動力が入力される入力部(同文献における足部)と、が設けられる。
同文献に記載の技術では、出力部と入力部とが別々に(独立して)構成される。そのため、各部の小型化に限界があり、さらなる小型化が望まれる。
そこで、本発明は、従来よりも小型化できるアクチュエータおよびアクチュエータ装置を提供することを目的とする。
アクチュエータは、第1固定子と、第1可動子と、第2固定子と、第2可動子と、固定子接続部と、を備える。前記第1可動子は、前記第1固定子に移動可能に取り付けられ、第1固定子に対して駆動される。前記第2可動子は、前記第2固定子に移動可能に取り付けられ、第2固定子に対して駆動される。前記固定子接続部は、前記第1固定子に対して前記第2固定子が移動可能となるように前記第1固定子と前記第2固定子とを接続する。前記第1可動子は、前記第1固定子に対して駆動されたときに、前記第1固定子に対して前記第2固定子を移動させる。前記第2可動子は、前記第2固定子に対して駆動されたときに、前記第2固定子に対して前記第1固定子を移動させる。
上記構成により、アクチュエータを従来よりも小型化できる。
(第1実施形態)
図1A〜図1Eを参照して、第1実施形態のアクチュエータ1aについて説明する。
図1A〜図1Eを参照して、第1実施形態のアクチュエータ1aについて説明する。
アクチュエータ1aは、図1Aに示すように、第1駆動部10に対して第2駆動部20を移動させる装置である。アクチュエータ1aは、例えば、ロボットに用いられてもよく、ロボットのマニプレータに用いられてもよい。アクチュエータ1aは、例えば、ドローンに用いられてもよく、バイオミメティックドローン(例えば鳥や昆虫のように羽ばたくドローン、例えばイルカやエイのようにヒレを動かすドローンなど)に用いられてもよい。アクチュエータ1aは、産業機械、その他の機械に用いられてもよい。アクチュエータ1aは、第1駆動部10と、第2駆動部20と、固定子接続部30と、可動子伝達部40と、を備える。
第1駆動部10は、第1固定子11に対して第1可動子13が駆動されるものである。第1駆動部10は、例えば電動アクチュエータである。
第1固定子11は、第1可動子13を移動可能に支持する。第1固定子11は、長手方向を有する形状を有し、例えば、棒状でもよく、柱状でもよく、直方体状でもよい(第1可動子13、第2固定子21、および第2可動子23も同様)。なお、第1固定子11は、長手方向を有する形状を有さなくてもよい。
第1可動子13は、第1固定子11に移動可能に取り付けられ、第1固定子11に対して駆動される。第1可動子13は、第1固定子11に対して直線移動可能である(第1駆動部10はリニアモータである)。第1可動子13は、第1固定子11にガイドされる。第1可動子13は、例えば、第1固定子11の長手方向などに移動可能である。第1可動子13は、第1固定子11に対して電磁気力により駆動されるように構成される。具体的には、図1Bに示すように、第1駆動部10は、電機子15と、磁極子17と、を備える。
電機子15は、コイル15cを有する。磁極子17は、永久磁石を備えてもよく、かご型導体(図示なし)を備えてもよい。磁束線Mが、電機子15および磁極子17を通る。電機子15、磁極子17、第1固定子11、および第1可動子13、の組み合わせには、図1Bおよび図1Cに示すパターンが考えられる。図1Bに示すパターンでは、第1固定子11が磁極子17であり、第1可動子13が電機子15である。この場合、第1駆動部10は、例えば直流モータなどである。この場合、電機子15への給電が、ブラシ(図示なし)を用いて行われる。電源や制御を簡単にしたい場合や、安価に構成したい場合などに、図1Bに示すパターンが、図1Cに示すパターンよりも有効である。図1Cに示すパターンでは、第1固定子11が電機子15であり、第1可動子13が磁極子17である。なお、図1Cではコイル15c(図1B参照)を省略した。この場合、第1駆動部10は、例えばブラシレスモータや誘導モータなどである。第1駆動部10がブラシレスモータである場合は、ブラシを用いた場合に比べ、整備性を向上させることができる。
第2駆動部20は、図1Aに示すように、第1駆動部10と同様に構成される。第2駆動部20は、第2固定子21と、第2可動子23と、を備える。第2可動子23は、第2固定子21に移動可能に取り付けられ、第2固定子21に対して駆動される。なお、第1固定子11と第2固定子21とを1つの固定子と考えれば、一つの固定子で複数の可動子(第1可動子13および第2可動子23)を駆動(いわばマルチ駆動)する構成となる。このように考えた場合、アクチュエータ1aは、例えば、いわばマルチ駆動リニアモータである。
固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が移動可能となるように、第1固定子11と第2固定子21とを接続する。固定子接続部30は、第1固定子11と第2固定子21とを、1以上の自由度で接続する。[接続の例1]固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が回転可能となるように、第1固定子11と第2固定子21とを接続する(固定子接続部30は関節である)。この場合、第1固定子11と第2固定子21とが回転対偶となる。第1固定子11に対する第2固定子21の回転軸Aの数は、図1Aに示す例では1であり、2以上でもよい(例えば図10Aに示す固定子接続部1030を参照)。固定子接続部30は、例えばユニバーサルジョイント(自在継手)でもよく、ピロボールでもよく、球体関節でもよい。[接続の例2]固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が直線移動可能となるように、第1固定子11と第2固定子21とを接続してもよい(例えば図10Bに示す固定子接続部1030を参照)。この場合、第1固定子11と第2固定子21とが滑り対偶となる。[接続の例3]固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が、回転移動および直線移動可能となるように、第1固定子11と第2固定子21とを接続してもよい。この場合、第1固定子11と第2固定子21とが、回転対偶かつ滑り対偶となる。固定子接続部30は、弾性部材(例えば、ばねやゴムなど)によって第1固定子11と第2固定子21とを接続するものでもよい。以下では、主に、第1固定子11に対して第2固定子21が回転可能である場合について説明する。
(方向)
第1固定子11に対する第1可動子13の移動方向を、X1方向とする。X1方向において、第1固定子11から固定子接続部30に向かう側をX1a側とし、その逆側をX1b側とする。第2固定子21に対する第2可動子23の移動方向を、X2方向とする。X2方向において、第2固定子21から固定子接続部30に向かう側をX2a側とし、その逆側をX2b側とする。第1固定子11に対する第2固定子21の回転軸Aが延びる方向を、Y方向とする。X1方向およびY方向のそれぞれに直交する方向を、Z方向とする。Z方向において、回転軸A(さらに詳しくは回転軸AのZ方向における位置)から第1可動子13(さらに詳しくは第1可動子13のZ方向における位置)に向かう側をZa側とし、その逆側をZb側とする。回転軸Aまわりの回転方向をR2方向とする。X1a側とX2b側とが同じ向きの状態(図1Aに示すような状態)から、回転軸Aを中心としてZa側に移動するように第2駆動部20が回転するときの、第2駆動部20の回転の向きを、R2方向におけるR2a側とする。R2方向において、R2a側の逆側を、R2b側とする。説明の便宜上、回転軸Aまわりの回転方向(R2方向)を、R1方向ともいい、R2a側をR1b側ともいい、R2b側をR1a側ともいう。
第1固定子11に対する第1可動子13の移動方向を、X1方向とする。X1方向において、第1固定子11から固定子接続部30に向かう側をX1a側とし、その逆側をX1b側とする。第2固定子21に対する第2可動子23の移動方向を、X2方向とする。X2方向において、第2固定子21から固定子接続部30に向かう側をX2a側とし、その逆側をX2b側とする。第1固定子11に対する第2固定子21の回転軸Aが延びる方向を、Y方向とする。X1方向およびY方向のそれぞれに直交する方向を、Z方向とする。Z方向において、回転軸A(さらに詳しくは回転軸AのZ方向における位置)から第1可動子13(さらに詳しくは第1可動子13のZ方向における位置)に向かう側をZa側とし、その逆側をZb側とする。回転軸Aまわりの回転方向をR2方向とする。X1a側とX2b側とが同じ向きの状態(図1Aに示すような状態)から、回転軸Aを中心としてZa側に移動するように第2駆動部20が回転するときの、第2駆動部20の回転の向きを、R2方向におけるR2a側とする。R2方向において、R2a側の逆側を、R2b側とする。説明の便宜上、回転軸Aまわりの回転方向(R2方向)を、R1方向ともいい、R2a側をR1b側ともいい、R2b側をR1a側ともいう。
可動子伝達部40は、第1可動子13と第2可動子23との間で力を伝達させる。可動子伝達部40は、第1固定子11に対して第1可動子13が移動したときに、第1固定子11に対して第2固定子21を移動(本実施形態では回転移動)させる。可動子伝達部40は、第2固定子21に対して第2可動子23が移動したときに、第2固定子21に対して第1固定子11を移動(本実施形態では回転移動)させる。可動子伝達部40は、固定子接続部30よりもZa側に配置される。可動子伝達部40は、ベース部40bと、第1接触部41と、第2接触部42と、を備える。
ベース部40bは、Y方向から見て三角形状などである。図1Dに示すように、ベース部40bは、第1固定子11および第2固定子21に対して、回転軸Aを中心に回転可能である。ベース部40bは、固定子接続部30に接続される。ベース部40bは、固定子接続部30に固定されてもよく、固定子接続部30に回転可能に接続されてもよい。
第1接触部41は、第1可動子13に接触可能である。第1接触部41は、ベース部40bのうち第1可動子13側を向いた部分(面)である。第1接触部41は、第1可動子13に接続されておらず、第1可動子13から離れることが可能である。第2接触部42は、第2可動子23に接触可能である。第2接触部42と第2可動子23との関係は、第1接触部41と第1可動子13との関係と同様である。
(作動)
図1Aに示すアクチュエータ1aは、次のように作動するように構成される。以下では、X1a側とX2b側とが同じ向きである状態を初期状態として説明する(以下の他の実施形態における作動の説明についても同様)。なお、X1a側とX2b側とが同じ向きである状態から、アクチュエータ1aの作動が開始される必要はない。
図1Aに示すアクチュエータ1aは、次のように作動するように構成される。以下では、X1a側とX2b側とが同じ向きである状態を初期状態として説明する(以下の他の実施形態における作動の説明についても同様)。なお、X1a側とX2b側とが同じ向きである状態から、アクチュエータ1aの作動が開始される必要はない。
図1Dに示す第1駆動部10は、次のように駆動される。第1可動子13が、第1固定子11に対してX1a側に移動し、第1接触部41に接触し、可動子伝達部40をX1a側に押す。すると、可動子伝達部40は、R2b側に回転する。すると、第2接触部42は、第2可動子23をR2b側に押す。すると、第2駆動部20は、R2b側に回転する。したがって、図1Eに示すように、アクチュエータ1a全体が、回転軸Aを中心に変形(駆動)し、さらに詳しくは、回転軸Aを中心に曲がる(折れ曲がる)。
図1Dに示す第2駆動部20は、次のように駆動される。第1駆動部10と同様に、第2可動子23が、第2固定子21に対してX2a側に移動すると、第1駆動部10は、R1b側に回転する。第1駆動部10および第2駆動部20を駆動させた場合は、いずれか一方のみを駆動させた場合に比べ、アクチュエータ1aを大きい力(推力)で駆動できる。
(出入力の兼用)
図1Aに示す第1駆動部10は、出力部と入力部とを兼ねる。その詳細は次の通りである。第1駆動部10が駆動すると、第1固定子11に対して第1可動子13が駆動し、この駆動力が第2固定子21に伝わり、第1固定子11に対して第2固定子21が移動(例えば回転)する。よって、第1駆動部10は、第2駆動部20に駆動力を出力する、出力部である。また、第2駆動部20が駆動すると、第2固定子21に対して第1固定子11(第1駆動部10の一部)が移動(例えば回転)する。よって、第1駆動部10は、第2駆動部20の駆動力が入力される入力部でもある。よって、第1駆動部10は、出力部と入力部とを兼ねる。よって、第1駆動部10で、出力部と入力部とが兼ねられない場合に比べ、アクチュエータ1aを小型化できる。アクチュエータ1aを小型化できる結果、アクチュエータ1aを軽量化できる。また、第1駆動部10と同様に、第2駆動部20も、出力部と入力部とを兼ねる。よって、アクチュエータ1aをより小型化できる。また、第1駆動部10は、固定子接続部30を介して第2駆動部20を支持する支持機構であると言える。この場合、第1駆動部10は、支持機構と、出力部と、入力部と、を兼ねる。
図1Aに示す第1駆動部10は、出力部と入力部とを兼ねる。その詳細は次の通りである。第1駆動部10が駆動すると、第1固定子11に対して第1可動子13が駆動し、この駆動力が第2固定子21に伝わり、第1固定子11に対して第2固定子21が移動(例えば回転)する。よって、第1駆動部10は、第2駆動部20に駆動力を出力する、出力部である。また、第2駆動部20が駆動すると、第2固定子21に対して第1固定子11(第1駆動部10の一部)が移動(例えば回転)する。よって、第1駆動部10は、第2駆動部20の駆動力が入力される入力部でもある。よって、第1駆動部10は、出力部と入力部とを兼ねる。よって、第1駆動部10で、出力部と入力部とが兼ねられない場合に比べ、アクチュエータ1aを小型化できる。アクチュエータ1aを小型化できる結果、アクチュエータ1aを軽量化できる。また、第1駆動部10と同様に、第2駆動部20も、出力部と入力部とを兼ねる。よって、アクチュエータ1aをより小型化できる。また、第1駆動部10は、固定子接続部30を介して第2駆動部20を支持する支持機構であると言える。この場合、第1駆動部10は、支持機構と、出力部と、入力部と、を兼ねる。
(アクチュエータ1aの小型化など)
上記のように、第1駆動部10および第2駆動部20を駆動させた場合は、いずれか一方のみを駆動させた場合に比べ、アクチュエータ1aを大きい力で駆動できる。第1駆動部10および第2駆動部20を駆動させた場合は、いずれか一方のみを駆動させた場合に比べ、第1駆動部10および第2駆動部20のそれぞれの必要な駆動力を小さくできる。よって、第1駆動部10、および第2駆動部20のそれぞれを小型化できる。よって、アクチュエータ1aを小型化できる。
上記のように、第1駆動部10および第2駆動部20を駆動させた場合は、いずれか一方のみを駆動させた場合に比べ、アクチュエータ1aを大きい力で駆動できる。第1駆動部10および第2駆動部20を駆動させた場合は、いずれか一方のみを駆動させた場合に比べ、第1駆動部10および第2駆動部20のそれぞれの必要な駆動力を小さくできる。よって、第1駆動部10、および第2駆動部20のそれぞれを小型化できる。よって、アクチュエータ1aを小型化できる。
一般に、系(ここではアクチュエータ1a)に生じる力(出力)を増加させるには、力を発生させる面の面積(力の発生に寄与する部分の面積)を増加させる必要がある。アクチュエータ1aでは、第1駆動部10および第2駆動部20が設けられるので、いずれか一方のみが設けられる場合に比べ、力を発生させる面を広くできる。一方、力を発生させる面は、系の外形に制約される。そのため、力を発生させる面の広さには限界がある。そこで、第1駆動部10および第2駆動部20を扁平に構成すれば、できるだけ体積を増やさずに、力を発生させる面を増やせる。その結果、アクチュエータ1aの体積あたりの発生力を増加させることができる。よって、第1駆動部10および第2駆動部20の少なくともいずれかを扁平に構成した場合は、アクチュエータ1aをより小型化できる。なお、第1固定子11と第1可動子13とが対向する方向(例えばZ方向)における第1駆動部10の寸法(厚さ)よりも、他の方向における第1駆動部10の寸法が大きい場合、第1駆動部10は扁平である(第2駆動部20についても同様)。
アクチュエータ1aが、例えばパーソナルロボットや、人との協業を行う協業ロボットなどに用いられる場合は、ロボットを狭いスペースに配置できるように、また、人を傷つけることを抑制するために、アクチュエータ1aの小型化が特に望まれる。よって、アクチュエータ1aは、これらのロボットに用いられた場合に特に有利である。
上記の特許文献1の図9に記載の技術では、関節部分(かかと部)よりも上側部分に対して、関節部分よりも下側部分(同文献における足部)を移動させるための駆動部(同文献における電動人工筋肉)は、関節部分よりも上側にのみ設けられている。そのため、力を発生させる面を十分確保できない問題がある。一方、本実施形態では、固定子接続部30の両側(図1Aでは左右)に、駆動部(第1駆動部10および第2駆動部20)が設けられる。よって、従来よりも、力を発生させる面を広くでき、アクチュエータ1aの小型化に有利である。
(回転モータでリンクを曲げる場合との対比)
上記実施形態では、リニアモータを用いて、アクチュエータ1aを曲げた。一方、関節部分(本実施形態では固定子接続部30)またはその近傍に回転モータを配置し、この回転モータを用いてリンク(本実施形態では、第1固定子11および第2固定子21)を曲げる場合について検討する。回転モータで、より大きい力を得るには、モータを大型化する必要がある。減速機が用いられる場合は、さらに減速機も大型化する必要がある。そのため、関節部分またはその近傍部分が大型化するおそれがある。また、回転モータを用いてリンクを曲げる構成が、例えばパーソナルロボットや、協業ロボットなどに用いられる場合は、バックドライバビリティ(人にぶつかったなど外乱の影響を検出し対応できる能力)が必要となるため、減速機が設けられないことが多い。減速機が設けられない場合、回転モータのみで駆動に必要な力を出力する必要がある。そのため、減速機が設けられる場合に比べ、モータを大型化する必要がある。一方、本実施形態では、固定子接続部30およびその周辺部(関節部分)に、回転モータを設ける必要がない。よって、関節部分を小型化できる。また、関節部分の大きさで、駆動部(第1駆動部10、第2駆動部20)の大きさが制約されない(関節部分を小型化することを目的として駆動部を小さくする必要がない)。よって、本実施形態では、関節部分の大きさで駆動部(回転モータ)の大きさが制約される場合に比べ、駆動部(第1駆動部10、第2駆動部20)を大きくできる。よって、アクチュエータ1aにより発生可能な力の大きさを大きくできる。なお、本実施形態では、上記の各作用効果のうち、一部のみが得られてもよい。
上記実施形態では、リニアモータを用いて、アクチュエータ1aを曲げた。一方、関節部分(本実施形態では固定子接続部30)またはその近傍に回転モータを配置し、この回転モータを用いてリンク(本実施形態では、第1固定子11および第2固定子21)を曲げる場合について検討する。回転モータで、より大きい力を得るには、モータを大型化する必要がある。減速機が用いられる場合は、さらに減速機も大型化する必要がある。そのため、関節部分またはその近傍部分が大型化するおそれがある。また、回転モータを用いてリンクを曲げる構成が、例えばパーソナルロボットや、協業ロボットなどに用いられる場合は、バックドライバビリティ(人にぶつかったなど外乱の影響を検出し対応できる能力)が必要となるため、減速機が設けられないことが多い。減速機が設けられない場合、回転モータのみで駆動に必要な力を出力する必要がある。そのため、減速機が設けられる場合に比べ、モータを大型化する必要がある。一方、本実施形態では、固定子接続部30およびその周辺部(関節部分)に、回転モータを設ける必要がない。よって、関節部分を小型化できる。また、関節部分の大きさで、駆動部(第1駆動部10、第2駆動部20)の大きさが制約されない(関節部分を小型化することを目的として駆動部を小さくする必要がない)。よって、本実施形態では、関節部分の大きさで駆動部(回転モータ)の大きさが制約される場合に比べ、駆動部(第1駆動部10、第2駆動部20)を大きくできる。よって、アクチュエータ1aにより発生可能な力の大きさを大きくできる。なお、本実施形態では、上記の各作用効果のうち、一部のみが得られてもよい。
(発電駆動)
第1駆動部10および第2駆動部20は、電動機として駆動するだけでなく、発電機として駆動してもよい。第1駆動部10では、第1可動子13が第1固定子11に対して駆動可能であればよく、第1固定子11に対して第1可動子13を駆動させることを目的としなくてもよい(第2駆動部20についても同様)。さらに詳しくは、上記のように、アクチュエータ1aは、第1固定子11に対して第1可動子13が駆動したときに、第1固定子11に対して第2固定子21を移動させるように構成される。この構成では、第1固定子11に対して第2固定子21を移動させると、第1固定子11に対して第1可動子13が移動する。すると、第1駆動部10で発電できる。同様に、第2駆動部20でも発電できる。アクチュエータ1aが発電機として駆動する場合は、例えば風力や揚力により発電する発電機として、アクチュエータ1aが用いられてもよい。また、アクチュエータ1aが発電した電力を検出し、検出値を利用して制振を行う制振装置として、アクチュエータ1aが用いられてもよい。
第1駆動部10および第2駆動部20は、電動機として駆動するだけでなく、発電機として駆動してもよい。第1駆動部10では、第1可動子13が第1固定子11に対して駆動可能であればよく、第1固定子11に対して第1可動子13を駆動させることを目的としなくてもよい(第2駆動部20についても同様)。さらに詳しくは、上記のように、アクチュエータ1aは、第1固定子11に対して第1可動子13が駆動したときに、第1固定子11に対して第2固定子21を移動させるように構成される。この構成では、第1固定子11に対して第2固定子21を移動させると、第1固定子11に対して第1可動子13が移動する。すると、第1駆動部10で発電できる。同様に、第2駆動部20でも発電できる。アクチュエータ1aが発電機として駆動する場合は、例えば風力や揚力により発電する発電機として、アクチュエータ1aが用いられてもよい。また、アクチュエータ1aが発電した電力を検出し、検出値を利用して制振を行う制振装置として、アクチュエータ1aが用いられてもよい。
(第1の発明の効果)
図1Aに示すアクチュエータ1aによる効果は次の通りである。アクチュエータ1aは、第1固定子11と、第1可動子13と、第2固定子21と、第2可動子23と、固定子接続部30と、を備える。
図1Aに示すアクチュエータ1aによる効果は次の通りである。アクチュエータ1aは、第1固定子11と、第1可動子13と、第2固定子21と、第2可動子23と、固定子接続部30と、を備える。
[構成1−1]第1可動子13は、第1固定子11に移動可能に取り付けられ、第1固定子11に対して駆動される。
[構成1−2]第2可動子23は、第2固定子21に移動可能に取り付けられ、第2固定子21に対して駆動される。
[構成1−3]固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が移動可能となるように第1固定子11と第2固定子21とを接続する。
[構成1−4]第1可動子13は、第1固定子11に対して駆動されたときに、第1固定子11に対して第2固定子21を移動させる。
[構成1−5]第2可動子23は、第2固定子21に対して駆動されたときに、第2固定子21に対して第1固定子11を移動させる。
上記[構成1−1]では、第1固定子11および第1可動子13(第1駆動部10)は、発生させた力を出力する、出力部として機能する。上記[構成1−2]では、第2固定子21および第2可動子23(第2駆動部20)は、発生させた力を出力する、出力部として機能する。上記[構成1−3]および[構成1−4]では、第2固定子21(第2駆動部20の一部)は、第1固定子11および第1可動子13(第1駆動部10)により駆動される。よって、第2駆動部20は、第1駆動部10が発生させた力が入力される、入力部として機能する。同様に、上記[構成1−3]および[構成1−5]により、第1駆動部10は、第2駆動部20が発生させた力が入力される、入力部として機能する。よって、第1駆動部10は、出力部と入力部とを兼ね、第2駆動部20は、出力部と入力部とを兼ねる。よって、出力部と入力部とが別々に設けられる場合に比べ、アクチュエータ1aを小型化できる。アクチュエータ1aを小型化できる結果、アクチュエータ1aを軽量化できてもよい。
(第2の発明の効果)
[構成2]固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が回転可能となるように第1固定子11と第2固定子21とを接続する。
[構成2]固定子接続部30は、第1固定子11に対して第2固定子21が回転可能となるように第1固定子11と第2固定子21とを接続する。
上記[構成2]では、第1固定子11に対して第2固定子21が回転可能なアクチュエータ1aを、小型化できる。具体的には例えば、第1固定子11に対して第2固定子21を回転させるために、固定子接続部30にモータ(回転モータなど)を設ける必要がある場合などに比べ、アクチュエータ1aを小型化できる(詳細は上記の通り)。
(第2実施形態)
図2A〜図2Bを参照して、第2実施形態のアクチュエータ201aについて、第1実施形態のアクチュエータ1a(図1A参照)との相違点を説明する。なお、アクチュエータ201aのうち、第1実施形態との共通点については、第1実施形態と同一の符号を付すなどして、説明を省略した。共通点の説明を省略する点については、後述する他の実施形態の説明も同様である。相違点は、可動子伝達部40のベース部240bの形状である。
図2A〜図2Bを参照して、第2実施形態のアクチュエータ201aについて、第1実施形態のアクチュエータ1a(図1A参照)との相違点を説明する。なお、アクチュエータ201aのうち、第1実施形態との共通点については、第1実施形態と同一の符号を付すなどして、説明を省略した。共通点の説明を省略する点については、後述する他の実施形態の説明も同様である。相違点は、可動子伝達部40のベース部240bの形状である。
図1Aに示す例では、ベース部40bは、Y方向から見て三角形状であった。一方、図2Aに示すベース部240bは、Y方向から見てT字状である。なお、ベース部240bの形状は、三角形状やT字状でなくてもよい。
(第3実施形態)
図3A〜図3Dを参照して、第3実施形態のアクチュエータ301aについて、第1実施形態との相違点を説明する。図3Aに示すように、本実施形態のアクチュエータ301aは、可動子伝達部40(図1A参照)に代えて可動子接続部350を備える。アクチュエータ301aは、接続部連結部360を備えてもよい。
図3A〜図3Dを参照して、第3実施形態のアクチュエータ301aについて、第1実施形態との相違点を説明する。図3Aに示すように、本実施形態のアクチュエータ301aは、可動子伝達部40(図1A参照)に代えて可動子接続部350を備える。アクチュエータ301aは、接続部連結部360を備えてもよい。
可動子接続部350は、第1可動子13と第2可動子23との間で力を伝達可能に、第1可動子13と第2可動子23とを接続する。可動子接続部350は、第1固定子11に対して第1可動子13が駆動したときに、第1固定子11に対して第2固定子21を移動(本実施形態では回転移動)させる。また、可動子接続部350は、第2固定子21に対して第2可動子23が駆動したときに、第2固定子21に対して第1固定子11を移動(本実施形態では回転移動)させる。可動子接続部350は、第1実施形態の可動子伝達部40(図1A参照)よりも、第1可動子13および第2可動子23の移動の制約を多くする。可動子接続部350は、1以上の自由度を持った状態で、第1可動子13と第2可動子23とを接続する。可動子接続部350は、第1可動子13が第2可動子23を引くことが可能に、第1可動子13と第2可動子23とを接続する。可動子接続部350は、第2可動子23が第1可動子13を引くことが可能に、第1可動子13と第2可動子23とを接続する。可動子接続部350は、可動子接続リンク部351と、可動子接続関節部353と、を備える。
可動子接続リンク部351は、可動子接続関節部353を介して第1可動子13と第2可動子23とを接続する部材である。可動子接続リンク部351は、図3Aに示す例ではY方向から見て略直線状(例えば棒状、板状など)であり、略直線状でなくてもよい。可動子接続リンク部351は、第1可動子13に対して回転可能に接続されてもよく(第2可動子23に対しても同様)、第1可動子13に対して固定されてもよい(第2可動子23に対しても同様)。可動子接続関節部353は、可動子接続リンク部351を折り曲げ可能にする部材である。可動子接続リンク部351の折り曲げの回転軸の数は、図3Cに示す例では1であり、2以上でもよい。図3Aに示す可動子接続リンク部351の折り曲げの回転軸の方向(回転軸が複数の場合は少なくとも1つの回転軸の方向)は、Y方向である。
接続部連結部360は、固定子接続部30と可動子接続関節部353とを連結する。接続部連結部360は、回転軸Aを中心に可動子接続関節部353が回転可能となるように、固定子接続部30と可動子接続関節部353とを接続する。
(作動)
第1実施形態のアクチュエータ1a(図1A参照)に対する、アクチュエータ301aの作動の相違点は、次の通りである。図3Bに示すように、第1可動子13がX1a側に移動すると、第1可動子13は、可動子接続リンク部351を介して可動子接続関節部353をX1a側に押す。すると、可動子接続関節部353は、回転軸Aを中心にR1a側(R2b側)に回転し、可動子接続リンク部351を介して第2可動子23をR2b側に押す。すると、第2固定子21は、R2b側に回転する。よって、図3Cに示すように、アクチュエータ301a全体が、回転軸Aを中心に変形する(折れ曲がる)。同様に、第2可動子23がX2a側に移動すると、第1固定子11は、R1b側に回転する。
第1実施形態のアクチュエータ1a(図1A参照)に対する、アクチュエータ301aの作動の相違点は、次の通りである。図3Bに示すように、第1可動子13がX1a側に移動すると、第1可動子13は、可動子接続リンク部351を介して可動子接続関節部353をX1a側に押す。すると、可動子接続関節部353は、回転軸Aを中心にR1a側(R2b側)に回転し、可動子接続リンク部351を介して第2可動子23をR2b側に押す。すると、第2固定子21は、R2b側に回転する。よって、図3Cに示すように、アクチュエータ301a全体が、回転軸Aを中心に変形する(折れ曲がる)。同様に、第2可動子23がX2a側に移動すると、第1固定子11は、R1b側に回転する。
図3Dに示す第1可動子13がX1b側に移動すると、第1可動子13は、可動子接続部350を介して第2可動子23をX2a側に引く。すると、第2固定子21は、R2a側に回転する。同様に、第2可動子23がX2b側に移動すると、第2固定子21がR1a側に回転する。このように、第1可動子13が第2可動子23を引く力、および、第2可動子23が第1可動子13を引く力を利用して、アクチュエータ301aを変形させることができる。
(第3の発明の効果)
図3Aに示すアクチュエータ301aによる効果は次の通りである。
図3Aに示すアクチュエータ301aによる効果は次の通りである。
[構成3]アクチュエータ301aは、可動子接続部350を備える。可動子接続部350は、第1可動子13と第2可動子23との間で力を伝達可能に、第1可動子13と第2可動子23とを接続する。
上記[構成3]により、第1可動子13から、可動子接続部350を介して、第2駆動部20に力を伝えることができる。また、第2可動子23から、可動子接続部350を介して、第1駆動部10に力を伝えることができる。よって、第1可動子13と第2可動子23とが接続されない場合(例えば図1A参照)に比べ、第1駆動部10に対する第2駆動部20の移動(駆動)可能な方向を増やすことができる。
(第4実施形態)
図4Aおよび図4Bを参照して、第4実施形態のアクチュエータ401aについて、第1実施形態のアクチュエータ1a(図1A参照)との相違点を説明する。図4Aに示すように、第4実施形態のアクチュエータ401aは、可動子伝達部40(図1A参照)を備えず、ガイド部460を備える。
図4Aおよび図4Bを参照して、第4実施形態のアクチュエータ401aについて、第1実施形態のアクチュエータ1a(図1A参照)との相違点を説明する。図4Aに示すように、第4実施形態のアクチュエータ401aは、可動子伝達部40(図1A参照)を備えず、ガイド部460を備える。
ガイド部460は、第1可動子13の移動(位置)をガイドする。ガイド部460は、第1可動子13の移動に制約を設けるものである。ガイド部460は、例えば、ピン461と、レール463と、を備える。ピン461は、第1可動子13に設けられる。ピン461は、例えば、第1可動子13からY方向外側に突出する。レール463は、例えばアクチュエータ401aの外部(フレームなど)に対して固定されてもよく、例えば第2固定子21に対して固定されてもよい。レール463は、例えばレール接続部463aを介して第2固定子21に対して固定される。レール463は、ピン461を支持可能に構成される。レール463は、ピン461の移動をガイドし、例えば、ピン461をレール463の内面に沿って移動させる。
(作動)
第1実施形態のアクチュエータ1aの作動に対する、本実施形態のアクチュエータ401aの作動の相違点は、次の通りである。図4Bに示すように、第1可動子13は、ガイド部460にガイドされながら第1固定子11に対して移動する。これにより、第1可動子13は、第2固定子21に対して第1固定子11を回転させる。具体的には例えば、第1可動子13がX1b側に移動するのにしたがって、第1可動子13は、R1b側に回転する。第1可動子13のR1b側への回転に伴い、第1固定子11もR1b側に回転する。ここで、第2固定子21に対する第1固定子11のR1b側への回転は、第1固定子11を固定して考えれば、第1固定子11に対する第2固定子21のR2b側への回転である。よって、第1固定子11に対して第1可動子13が移動することで、第1固定子11に対して第2固定子21が回転すると言える。
第1実施形態のアクチュエータ1aの作動に対する、本実施形態のアクチュエータ401aの作動の相違点は、次の通りである。図4Bに示すように、第1可動子13は、ガイド部460にガイドされながら第1固定子11に対して移動する。これにより、第1可動子13は、第2固定子21に対して第1固定子11を回転させる。具体的には例えば、第1可動子13がX1b側に移動するのにしたがって、第1可動子13は、R1b側に回転する。第1可動子13のR1b側への回転に伴い、第1固定子11もR1b側に回転する。ここで、第2固定子21に対する第1固定子11のR1b側への回転は、第1固定子11を固定して考えれば、第1固定子11に対する第2固定子21のR2b側への回転である。よって、第1固定子11に対して第1可動子13が移動することで、第1固定子11に対して第2固定子21が回転すると言える。
なお、第2駆動部20は、ガイド部460と同様のガイド部460−2(ピン461−2およびレール463−2)により、第2固定子21に対して第1固定子11を回転させてもよい。また、第2駆動部20は、図1Aや図2Aなどに示す構成と同様の構成により、第2固定子21に対して第1固定子11を回転させてもよい。
(第5実施形態)
図5A〜図5Dを参照して、第5実施形態のアクチュエータ装置501について、主に第3実施形態のアクチュエータ301aとの相違点を説明する。図5Aに示すように、アクチュエータ装置501は、複数のアクチュエータ501aを備える。また、可動子接続部550は、可動子接続部350(図3A参照)とは異なる構成を備える。
図5A〜図5Dを参照して、第5実施形態のアクチュエータ装置501について、主に第3実施形態のアクチュエータ301aとの相違点を説明する。図5Aに示すように、アクチュエータ装置501は、複数のアクチュエータ501aを備える。また、可動子接続部550は、可動子接続部350(図3A参照)とは異なる構成を備える。
アクチュエータ装置501に設けられるアクチュエータ501aの数は、図5Aに示す例では2であり、3以上でもよい(図9Aなどを参照)。アクチュエータ装置501は、第1アクチュエータ501a1と、第2アクチュエータ501a2と、を備える。図5Aに示すZ方向およびR2方向は、第1アクチュエータ501a1におけるZ方向およびR2方向である。以下では、Z方向およびR2方向については、第1アクチュエータ501a1における方向とする。第1固定子11から第1可動子13に向かう向きは、第1アクチュエータ501a1と第2アクチュエータ501a2とで互いに逆向きであり(図5Aでは左右逆向きであり)、互いに逆向きでなくてもよい。以下では、第1固定子11から第1可動子13に向かう向きが、第1アクチュエータ501a1と第2アクチュエータ501a2とで互いに逆向きである場合について説明する。
複数のアクチュエータ501aの第1駆動部10は、次のように構成される。複数のアクチュエータ501aの第1固定子11どうしは、互いに接続される。複数のアクチュエータ501aの第1固定子11どうしは、図5Aに示す例のように直接的に接続(一体的に構成される場合を含む)されてもよく、部材(図示なし)を介して間接的に接続されてもよい。複数のアクチュエータ501aの第1可動子13の移動方向(X1方向)は、互いに平行である。複数のアクチュエータ501aの第1可動子13は、いわばパラレルリンク機構を構成する。図5Bに、第1固定子11が磁極子17であり、第1可動子13が電機子15である場合の例を示す。図5Cに、第1固定子11が電機子15であり、第1可動子13が磁極子17である場合の例を示す。なお、図5Bおよび図5Cでは、電機子15のコイル15c(図1B参照)を省略した。
複数のアクチュエータ501aの第2駆動部20は、図5Aに示すように、次のように構成される。第2固定子21どうしは、互いに接続される。複数のアクチュエータ501aの第2可動子23の移動方向は、互いに平行である。
可動子接続部550は、図5Dに示すように、第1可動子13および第2可動子23のそれぞれに対して回転可能である。なお、可動子接続部550は、可動子接続部350(図3A参照)と同様に、第1可動子13と第2可動子23との間の位置で折り曲げ可能に構成されてもよく、折り曲げ不可能に構成されてもよい。固定子接続部30は、図5Dに示すように複数のアクチュエータ501aで共用されてもよく、複数のアクチュエータ501aごとに別々に設けられてもよい(図示なし)。
なお、複数のアクチュエータ501aが設けられる場合は、可動子接続部550が、固定子接続部30として機能してもよい。さらに詳しくは、可動子接続部550は、第1可動子13および第2可動子23を介して、第1固定子11に対して第2固定子21が移動可能となるように第1固定子11と第2固定子21とを接続する。そのため、例えば図5Dに示す固定子接続部30が設けられなくても、第1固定子11と第2固定子21とは、可動子接続部550によって接続されることになる。例えば図14に示す例では、可動子接続部550と固定子接続部30とが兼用される。
(作動)
図3Aに示すアクチュエータ301aの作動に対する、本実施形態の図5Dに示すアクチュエータ装置501の作動の相違点は、次の通りである。第1アクチュエータ501a1では、第1可動子13はX1b側に移動し、第2可動子23はX2b側に移動する。また、第2アクチュエータ501a2では、第1可動子13はX1a側(第1アクチュエータ501a1の第1可動子13の移動と逆側)に移動し、第2可動子23はX2a側(第2アクチュエータ501a2の第2可動子23の移動と逆側)に移動する。すると、第2固定子21がR2a側に回転する。
図3Aに示すアクチュエータ301aの作動に対する、本実施形態の図5Dに示すアクチュエータ装置501の作動の相違点は、次の通りである。第1アクチュエータ501a1では、第1可動子13はX1b側に移動し、第2可動子23はX2b側に移動する。また、第2アクチュエータ501a2では、第1可動子13はX1a側(第1アクチュエータ501a1の第1可動子13の移動と逆側)に移動し、第2可動子23はX2a側(第2アクチュエータ501a2の第2可動子23の移動と逆側)に移動する。すると、第2固定子21がR2a側に回転する。
アクチュエータ装置501では、複数のアクチュエータ501aの駆動により、第1固定子11に対して第2固定子21を移動(例えば回転)させる。よって、アクチュエータ装置501では、アクチュエータ501aが1つのみ設けられる場合に比べ、力を発生させる面を広くできる。よって、1つのアクチュエータ501aのみの駆動により第1固定子11に対して第2固定子21を移動させる場合に比べ、第1固定子11に対して第2固定子21を大きい力で移動させることができる。よって、第1駆動部10および第2駆動部20のそれぞれの必要な駆動力を小さくできる結果、各アクチュエータ501aをより小型化できる。なお、複数のアクチュエータ501aのうちの一部のアクチュエータ501aを、他のアクチュエータ501aの駆動に従動させてもよい。
(第4の発明の効果)
図5Aに示すアクチュエータ装置501による効果は次の通りである。
図5Aに示すアクチュエータ装置501による効果は次の通りである。
[構成4]アクチュエータ装置501は、アクチュエータ501aを複数備える。複数の第1固定子11どうしが接続される。
上記[構成4]により、アクチュエータ501aを複数備える場合に、複数の第1固定子11どうしが接続されない場合に比べ、アクチュエータ装置501を小型化できる。
(第6実施形態)
図6を参照して、第6実施形態のアクチュエータ装置601について、第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5D参照)との相違点を説明する。図5Dに示すアクチュエータ装置501では、複数のアクチュエータ501aの第2固定子21どうしが接続された。一方、図6に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置601では、複数のアクチュエータ501aの第2固定子21どうしは接続されない。よって、第1アクチュエータ501a1の第2固定子21と第2アクチュエータ501a2の第2固定子21とを、異なる方向に移動(例えば回転)させることができる。
図6を参照して、第6実施形態のアクチュエータ装置601について、第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5D参照)との相違点を説明する。図5Dに示すアクチュエータ装置501では、複数のアクチュエータ501aの第2固定子21どうしが接続された。一方、図6に示すように、本実施形態のアクチュエータ装置601では、複数のアクチュエータ501aの第2固定子21どうしは接続されない。よって、第1アクチュエータ501a1の第2固定子21と第2アクチュエータ501a2の第2固定子21とを、異なる方向に移動(例えば回転)させることができる。
(第7実施形態)
図7Aおよび図7Bを参照して、第7実施形態のアクチュエータ装置701について、第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。
図7Aおよび図7Bを参照して、第7実施形態のアクチュエータ装置701について、第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。
アクチュエータ装置701は、図7Aに示すように、3つのアクチュエータ501aを備える。アクチュエータ装置701は、第1アクチュエータ501a1と、第2アクチュエータ501a2と、第3アクチュエータ501a3と、を備える。各アクチュエータ501aの、第1固定子11から第2可動子23に向かう向きは、互いに異なる向きである。
各アクチュエータ501aの第1固定子11は、ヨーク711aを共有する。ヨーク711aは、各アクチュエータ501aの磁束(磁束線Mを参照)が通ることが可能に構成される。各アクチュエータ501aの第1固定子11は、互いに一体でもよく、磁束を通すことが可能な部材(図示なし)を介して互いに接続されてもよい。ヨーク711aは、柱状である。ヨーク711aは、第1固定子11の長手方向(例えばX1方向)に延びる。ヨーク711aは、孔711a1(さらに詳しくは孔の内面)を備える。孔711a1は、ヨーク711aの中央部に形成される。上記「ヨーク711aの中央部」は、第1固定子11の長手方向(例えばX1方向)から見たヨーク711aの中央部である。孔711a1は、第1固定子11の長手方向(例えばX1方向)に延びる。ヨーク711aの中央部には磁束(磁束線Mを参照)が通らないので、ヨーク711aの中央部に孔711a1が設けられても磁力を確保できる。ヨーク711aに孔711a1が形成されることで、ヨーク711aを軽量化できる。また、例えば、孔711a1の中に人などが入れるようにアクチュエータ装置701を構成することで、アクチュエータ装置701をパワードスーツなどに用いることができる。ヨーク711aは、X1方向から見たとき、図7Aに示す例では三角形状(略三角形状を含む)であり、三角形以外の多角形状(略多角形状を含む)でもよく、円形状(略円形状を含む)でもよい。
(磁束の詳細)
図7Bに、各アクチュエータ501aの第1固定子11のヨーク711aBが互いに接続されないアクチュエータ装置701Bを示す。電動のアクチュエータ501aでは、第1固定子11と第1可動子13との間での磁束の相互作用により推進力が得られる。アクチュエータ装置701Bでは、第1アクチュエータ501a1の磁束は、第1アクチュエータ501a1の第1固定子11および第1可動子13を通り(磁束線Mを参照)、第2アクチュエータ501a2および第3アクチュエータ501a3を通らない。ここで、アクチュエータ501aをできるだけ小型化にするには、ヨーク711aBをできるだけ小さく(薄く)構成する必要がある。しかし、ヨーク711aBが薄すぎると磁気飽和が生じることで、アクチュエータ501aで発生する力(発生させることが可能な力)が低下する。一方、アクチュエータ501aで発生する力を確保しようとすると、ヨーク711aBが大型化する(小型化が制約される)。そこで、図7Aに示すように、アクチュエータ装置701では、各アクチュエータ501aの第1固定子11が、ヨーク711aを共有する。よって、第1アクチュエータ501a1の磁束は、第1アクチュエータ501a1とは別のアクチュエータ501a(第2アクチュエータ501a2、および第3アクチュエータ501a3)の、第1固定子11(ヨーク711a)を通る。これにより、図7Bに示すように各アクチュエータ501aの第1固定子11ごとにヨーク711aBを設けた場合よりも、磁気飽和を低減できる。よって、図7Aに示すヨーク711aを小型化でき、かつ、アクチュエータ501aで発生する力を確保できる。
図7Bに、各アクチュエータ501aの第1固定子11のヨーク711aBが互いに接続されないアクチュエータ装置701Bを示す。電動のアクチュエータ501aでは、第1固定子11と第1可動子13との間での磁束の相互作用により推進力が得られる。アクチュエータ装置701Bでは、第1アクチュエータ501a1の磁束は、第1アクチュエータ501a1の第1固定子11および第1可動子13を通り(磁束線Mを参照)、第2アクチュエータ501a2および第3アクチュエータ501a3を通らない。ここで、アクチュエータ501aをできるだけ小型化にするには、ヨーク711aBをできるだけ小さく(薄く)構成する必要がある。しかし、ヨーク711aBが薄すぎると磁気飽和が生じることで、アクチュエータ501aで発生する力(発生させることが可能な力)が低下する。一方、アクチュエータ501aで発生する力を確保しようとすると、ヨーク711aBが大型化する(小型化が制約される)。そこで、図7Aに示すように、アクチュエータ装置701では、各アクチュエータ501aの第1固定子11が、ヨーク711aを共有する。よって、第1アクチュエータ501a1の磁束は、第1アクチュエータ501a1とは別のアクチュエータ501a(第2アクチュエータ501a2、および第3アクチュエータ501a3)の、第1固定子11(ヨーク711a)を通る。これにより、図7Bに示すように各アクチュエータ501aの第1固定子11ごとにヨーク711aBを設けた場合よりも、磁気飽和を低減できる。よって、図7Aに示すヨーク711aを小型化でき、かつ、アクチュエータ501aで発生する力を確保できる。
なお、各アクチュエータ501aの第1固定子11のヨーク711aが共有される場合に、第2固定子21(図5A参照)は、第1固定子11と同様に構成されてもよく、第1固定子11とは異なる構成でもよい。なお、変形例として、図7Bに示すように、各第1固定子11のヨーク711aBどうしが接続されなくてもよい。
(第5の発明の効果)
図7Aに示すアクチュエータ装置701による効果は次の通りである。
図7Aに示すアクチュエータ装置701による効果は次の通りである。
[構成5−1]複数の第1可動子13のそれぞれは、第1固定子11に対して電磁気力により駆動されるように構成される。複数の第1固定子11は、ヨーク711aを共有する。
[構成5−2]ヨーク711aは、柱状であり、ヨーク711aの中央部に形成された孔711a1を備える。
アクチュエータ装置701は、上記[構成5−1]を備える。よって、あるアクチュエータ501a(例えば第1アクチュエータ501a1)の第1固定子11および第1可動子13を通る磁束が、他のアクチュエータ501a(例えば第2アクチュエータ501a2など)の第1固定子11を通ることができる。よって、複数のアクチュエータ501aのそれぞれが個別のヨーク711aB(図7B参照)を有する場合に比べ、ヨーク711aを小型化できる。よって、アクチュエータ装置701をより小型化できる。また、上記[構成5−2]の孔711a1により、ヨーク711aをより軽量化できる。よって、アクチュエータ装置701をより軽量化できる。
(第8実施形態)
図8A〜図8Dを参照して、第8実施形態のアクチュエータ装置801について、主に図5Aに示す第5実施形態のアクチュエータ装置501との相違点を説明する。第5実施形態のアクチュエータ装置501の複数のアクチュエータ501aの配置に対して、図8Aに示す本実施形態のアクチュエータ装置801の複数のアクチュエータ501aの配置は異なる。
図8A〜図8Dを参照して、第8実施形態のアクチュエータ装置801について、主に図5Aに示す第5実施形態のアクチュエータ装置501との相違点を説明する。第5実施形態のアクチュエータ装置501の複数のアクチュエータ501aの配置に対して、図8Aに示す本実施形態のアクチュエータ装置801の複数のアクチュエータ501aの配置は異なる。
複数のアクチュエータ501aの第1可動子13のそれぞれは、図8Bに示すように、複数の第1固定子11に囲まれた領域B内に配置される。領域Bは、3つの第1固定子11に囲まれた領域でもよく、図8Cに示すように4つの第1固定子11に囲まれた領域でもよく、5以上の第1固定子11に囲まれた領域(図示なし)でもよく、2つの第1固定子11に挟まれた領域(図示なし)でもよい。X1方向から見たとき、領域Bを形成する複数の第1固定子11は、図8Bに示す例ではC字状に配置され、図8Cに示す例では四角形状に配置され、その他の形状に配置されてもよい。領域Bを形成する複数の第1固定子11どうしは、直接的に接続(一体的に形成)されてもよく、間接的に(部材を介して)接続されてもよい。
第1可動子13が領域B内に配置されることで、第1可動子13が、第1固定子11の外に露出しない、または、露出を抑制できる。その結果、第1固定子11の外部の物が、第1固定子11と干渉することを抑制できる。例えば、第1固定子11の外部の物が、第1固定子11に巻き込まれることや、第1固定子11以外の部材と第1固定子11との間に挟まれることなどを抑制できる。また、第1可動子13が領域B内に配置される結果、第1固定子11に対して第1可動子13を移動させる部分(駆動部分)を、複数の第1固定子11で覆う、または略覆うことができる。よって、第1固定子11に対する第1可動子13の駆動部分の、防塵性や防水性を向上させることができる。その結果、第1駆動部10を容易に保護でき、各アクチュエータ501aを容易に保護できる。なお、第1固定子11とは別に、第1可動子13を覆う物(覆い部)が設けられてもよい。覆い部が設けられる場合でも、第1可動子13が領域B内に配置されることにより、覆い部を減らすことができる。
なお、第1固定子11に囲まれた領域B内に第1可動子13が配置される場合に、図8Aに示すように、第2固定子21に囲まれた領域内に第2可動子23が配置されてもよく、配置されなくてもよい。また、図8Dに、アクチュエータ装置801が曲がった状態を示す。図8Dでは、第3アクチュエータ501a3(図8A参照)を省略した。
(第6の発明の効果)
図8Bに示すアクチュエータ装置801による効果は次の通りである。
図8Bに示すアクチュエータ装置801による効果は次の通りである。
[構成6]複数の第1可動子13のそれぞれは、複数の第1固定子11に囲まれた領域B内に配置される。
上記[構成6]により、第1可動子13が、第1固定子11の外部に露出しないようにできる、または露出しにくくできる。よって、第1可動子13を覆う物(覆い部)を、第1固定子11とは別に設けなくてもよい、または、覆い部を減らすことができる。よって、アクチュエータ装置801をより小型化できる。
(第9実施形態)
図9Aおよび図9Bを参照して、第9実施形態のアクチュエータ装置901について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。
図9Aおよび図9Bを参照して、第9実施形態のアクチュエータ装置901について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。
アクチュエータ装置901は、図9Aに示すように、複数のアクチュエータ501aを備える。アクチュエータ装置901は、図9Aに示す例では、第5実施形態のアクチュエータ装置501と同様の装置を6つ備え、12のアクチュエータ501aを備える。アクチュエータ装置901が備えるアクチュエータ501aの数は、11以下または13以上でもよい。アクチュエータ装置901を構成する複数のアクチュエータ501aのうち、少なくとも一部のアクチュエータ501aが、一体的に構成された装置(第5実施形態のアクチュエータ装置501と同様の装置など)を構成してもよい。アクチュエータ装置901を構成する複数のアクチュエータ501aのそれぞれが、別々に設けられてもよい(図示なし)。アクチュエータ装置901を構成するアクチュエータ501aの数を増やすほど、力を発生させる面を広くでき、大きな力を得ることができる。一方、アクチュエータ501aの数を増やすほど、アクチュエータ装置901は大きくなる。そのため、多数のアクチュエータ501aを備える構成は、大きな機械などに用いやすい。上記「大きな機械など」は、具体的には例えば、1つの第1駆動部10を構成する永久磁石の大きさ(厚み)などに対して、アクチュエータ装置901が設けられる系の外形が比較的大きいものなどである。
複数の第1可動子13は、図9Bに示すように、周状に並ぶように配置される(配列される)。複数の第1可動子13は、X1方向から見たときに、周状に並ぶように配置される。上記「周状」は、円周状(略円周状を含む)でもよく、楕円周状(略楕円周状を含む)でもよく、多角形状でもよい。なお、図7Aに示すアクチュエータ装置701および図8Bに示すアクチュエータ装置801も、複数の第1可動子13が周状に並ぶように配置されたものである。図9Bに示すように、複数の第1可動子13と同様に、複数の第1固定子11も、周状に並ぶように配置される。図9Bに示す例では、X1方向から見たとき、複数の第1固定子11は、アクチュエータ装置901の中心位置Cから放射状に広がる仮想線Lと交わる位置に配置される。第1固定子11は、いわば放射状に配置される。図9Aに示すように、各アクチュエータ501aの第1可動子13は、互いに平行または略平行に配置される(第1固定子11についても同様)。なお、各アクチュエータ501aの第2固定子21および第2可動子23は、各アクチュエータ501aの第1固定子11および第1可動子13と同様に構成(配置)されてもよく、同様に構成されなくてもよい。
(第7の発明の効果)
図9Bに示すアクチュエータ装置901による効果は次の通りである。
図9Bに示すアクチュエータ装置901による効果は次の通りである。
[構成7]複数の第1可動子13は、周状に並ぶように配置される。
上記[構成7]により、例えば各アクチュエータ501aの第1可動子13を直線状に並ぶように配置した場合などに比べ、複数の第1可動子13全体の大きさ(外形)を小さくできる。よって、アクチュエータ装置901を小型化できる。
(第10実施形態)
図10Aおよび図10Bを参照して、第10実施形態のアクチュエータ装置1001について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。図5Aに示す固定子接続部30に対して、図10Aに示す固定子接続部1030は異なる。なお、図10Aおよび図10Bにおいて、固定子接続部1030の周囲を二点鎖線で囲うことで、固定子接続部1030の範囲を示した。
図10Aおよび図10Bを参照して、第10実施形態のアクチュエータ装置1001について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。図5Aに示す固定子接続部30に対して、図10Aに示す固定子接続部1030は異なる。なお、図10Aおよび図10Bにおいて、固定子接続部1030の周囲を二点鎖線で囲うことで、固定子接続部1030の範囲を示した。
固定子接続部1030は、図10Aに示す第1固定子11に対して、第2固定子21を直線移動可能に接続する。固定子接続部1030は、第1固定子11に対して第2固定子21を、例えばX1方向に移動可能に接続する。固定子接続部1030は、例えば、スライド可能なリンクを備えるものでもよく、弾性部材(ばねやゴムなど)により構成されたものなどでもよい。アクチュエータ装置1001では、第1固定子11と第2固定子21とが滑り対偶となる。固定子接続部1030は、第1実施形態の固定子接続部30と同様に、第1固定子11に対して、第2固定子21を回転移動可能に接続する。固定子接続部1030の回転軸Aは、第1固定子11側および第2固定子21側のそれぞれに設けられてもよく、1つのみ設けられてもよく(図1Aの固定子接続部30を参照)、3以上設けられてもよい(図示なし)。
この固定子接続部1030が、第1固定子11に対して第2固定子21を、直線移動可能かつ回転移動可能に接続する場合は、第1固定子11および第2固定子21は、滑り対偶および回転対偶となる。この場合、第1固定子11に対して第2固定子21が、直線移動のみ可能である場合や、回転移動のみ可能である場合に比べ、第1固定子11に対する第2固定子21の自由度が高い。よって、第1固定子11に対して第2固定子21が移動できない方向の力(外乱)が第2固定子21にかかることによる、間接(例えば固定子接続部1030、可動子接続部550)の破損(例えば破壊)を抑制できる。また、アクチュエータ装置1001を用いて、例えば動物の関節などを再現しやすい。なお、回転軸Aは、設けられなくてもよい。さらに詳しくは、固定子接続部1030は、第1固定子11に対して、第2固定子21を、直線移動可能かつ、回転不可能に接続してもよい。
(作動)
第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)の作動に対する、本実施形態のアクチュエータ装置1001の作動の相違点は、次の通りである。図10Bに示すように、第1可動子13が、X1a側に移動する。このとき、第1可動子13を固定して考えると、第1固定子11が、X1b側に移動することになる。よって、第1固定子11は、第2固定子21に対して、X1b側に移動する(第2固定子21から離れる)。その結果、アクチュエータ装置1001は伸びる。なお、ここでは、第1可動子13と第2可動子23との距離は一定である。上記の動作とは逆の動作により、アクチュエータ装置1001が縮む。同様に、第2可動子23がX2方向に移動すると、第1固定子11に対して第2固定子21がX2方向に移動し、アクチュエータ装置1001が伸縮する。
第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)の作動に対する、本実施形態のアクチュエータ装置1001の作動の相違点は、次の通りである。図10Bに示すように、第1可動子13が、X1a側に移動する。このとき、第1可動子13を固定して考えると、第1固定子11が、X1b側に移動することになる。よって、第1固定子11は、第2固定子21に対して、X1b側に移動する(第2固定子21から離れる)。その結果、アクチュエータ装置1001は伸びる。なお、ここでは、第1可動子13と第2可動子23との距離は一定である。上記の動作とは逆の動作により、アクチュエータ装置1001が縮む。同様に、第2可動子23がX2方向に移動すると、第1固定子11に対して第2固定子21がX2方向に移動し、アクチュエータ装置1001が伸縮する。
(第11実施形態)
図11を参照して、第11実施形態のアクチュエータ装置1101について、主に第10実施形態のアクチュエータ装置1001(図10A参照)との相違点を説明する。
図11を参照して、第11実施形態のアクチュエータ装置1101について、主に第10実施形態のアクチュエータ装置1001(図10A参照)との相違点を説明する。
アクチュエータ装置1101は、第1固定子11に対する第2固定子21の回転を規制可能に構成される。具体的には、第1固定子11および第2固定子21が、2つの第1可動子13の間に挟まれることで、第1固定子11に対する第2固定子21の回転が規制される。第1固定子11に対する第2固定子21の回転が規制されることで、第1固定子11に対する第2固定子21の位置保持が容易になる。
(作動)
第10実施形態のアクチュエータ装置1001(図10A参照)の作動に対する、アクチュエータ装置1101の作動の相違点などは、次の通りである。第1可動子13が、第1固定子11から固定子接続部1030に向かう側(X1a側)に移動する。第2可動子23は、固定子接続部1030から第2固定子21に向かう側(X2b側)に移動する。このとき、X1方向とX2方向とが同じ方向であるため、第1可動子13と第2可動子23とが同じ方向に移動する。この作動が、第1アクチュエータ501a1および第2アクチュエータ501a2で行われる。すると、第1固定子11および第2固定子21(および固定子接続部1030)が、2つの第1可動子13の間に挟まれることで、第1固定子11に対する第2固定子21の回転が規制される。このように、2つの第1可動子13を利用して、第1固定子11に対する第2固定子21の回転を規制できる。よって、第1固定子11に対する第2固定子21の回転を規制するために、第1駆動部10(または第2駆動部20)とは別の部材を用いる場合に比べ、アクチュエータ装置1101を小型化できる。
第10実施形態のアクチュエータ装置1001(図10A参照)の作動に対する、アクチュエータ装置1101の作動の相違点などは、次の通りである。第1可動子13が、第1固定子11から固定子接続部1030に向かう側(X1a側)に移動する。第2可動子23は、固定子接続部1030から第2固定子21に向かう側(X2b側)に移動する。このとき、X1方向とX2方向とが同じ方向であるため、第1可動子13と第2可動子23とが同じ方向に移動する。この作動が、第1アクチュエータ501a1および第2アクチュエータ501a2で行われる。すると、第1固定子11および第2固定子21(および固定子接続部1030)が、2つの第1可動子13の間に挟まれることで、第1固定子11に対する第2固定子21の回転が規制される。このように、2つの第1可動子13を利用して、第1固定子11に対する第2固定子21の回転を規制できる。よって、第1固定子11に対する第2固定子21の回転を規制するために、第1駆動部10(または第2駆動部20)とは別の部材を用いる場合に比べ、アクチュエータ装置1101を小型化できる。
なお、上記とは逆の作動により、第1固定子11および第2固定子21(および固定子接続部1030)が、2つの第2可動子23の間に挟まれる。この場合も、第1固定子11に対する第2固定子21の回転が規制される。また、固定子接続部1030の回転軸Aは、少なくとも1つ設けられる。第1固定子11に対する第2固定子21の回転の規制が解除された場合、第1固定子11に対して第2固定子21が回転可能となる(例えば図5Aに示すアクチュエータ装置501などと同様)。
(第12実施形態)
図12A〜図12Cを参照して、第12実施形態のアクチュエータ装置1201Aなどについて、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。
図12A〜図12Cを参照して、第12実施形態のアクチュエータ装置1201Aなどについて、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。
アクチュエータ装置1201A(図12A参照)は、次のように構成される。図12Aに示すように、第1アクチュエータ501a1および第2アクチュエータ501a2の第1固定子11(互いに一体または接続された固定子)を、第1固定子1211とする。第1固定子1211では、第1アクチュエータ501a1のX1方向(第1可動子13の移動方向)に対して、第2アクチュエータ501a2のX1方向が傾斜する。第1固定子1211を挟む2つの第1可動子13どうしが、互いに傾斜する(平行に配置されない)。図12Aに示す例では、第1固定子1211のZ方向の幅は、X1b側ほど広くなる。図12Aに示す例では、初期状態で、第1アクチュエータ501a1および第2アクチュエータ501a2のそれぞれで、X2方向に対してX1方向が傾斜する。
アクチュエータ装置1201Aでは、複数のアクチュエータ501aのうち少なくとも一部のアクチュエータ501aにおいて、第1可動子13と第2可動子23とが互いに傾斜するように(一直線上に並ばないように)配置できる。これにより、例えば第1固定子11に対して第2固定子21が回転しやすくなる場合がある。また、アクチュエータ装置1201Aの周囲の物の配置など(搭載要件)によっては、第1固定子11を挟む2つの第1可動子13どうしに傾斜を設ける必要が生じる場合があり、この様な場合にアクチュエータ装置1201Aを用いることができる。
アクチュエータ装置1201Aに対する、図12Bに示す変形例のアクチュエータ装置1201Bの相違点は次の通りである。第1固定子1211のZ方向の幅は、X1b側ほど狭くなる。
アクチュエータ装置1201A(図12A参照)に対する、図12Cに示す変形例のアクチュエータ装置1201Cの相違点は次の通りである。初期状態で、第1アクチュエータ501a1ではX1方向とX2方向とが同じ方向であり、第2アクチュエータ501a2ではX2方向に対してX1方向が傾斜する。
(第13実施形態)
図13を参照して、第13実施形態のアクチュエータ装置1301について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。アクチュエータ装置1301に設けられる複数のアクチュエータ501aの大きさ(発生させる力)は、均一でない。例えば図13に示す例では、第1アクチュエータ501a1の大きさは、第2アクチュエータ501a2の大きさとは異なり(不均一であり)、第2アクチュエータ501a2よりも小さい。
図13を参照して、第13実施形態のアクチュエータ装置1301について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)との相違点を説明する。アクチュエータ装置1301に設けられる複数のアクチュエータ501aの大きさ(発生させる力)は、均一でない。例えば図13に示す例では、第1アクチュエータ501a1の大きさは、第2アクチュエータ501a2の大きさとは異なり(不均一であり)、第2アクチュエータ501a2よりも小さい。
例えば、アクチュエータ装置1301に作用する重力(自重)の向きや、固定子接続部30の可動域などによっては、アクチュエータ501aが発生させる必要のある力が、アクチュエータ501aごとに相違する場合がある。また、例えば、複数のアクチュエータ501aの搭載スペースが互いに異なる(不均一である)場合などがある。このような場合に、複数のアクチュエータ501aの大きさを相違させたアクチュエータ装置1301を用いることができる。なお、複数のアクチュエータ501aの大きさを相違させるのと同様に、第1駆動部10と第2駆動部20との大きさを相違させてもよい。
(第14実施形態)
図14を参照して、第14実施形態のアクチュエータ装置1401について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)などとの相違点を説明する。アクチュエータ装置1401は、アクチュエータ501aを例えば3つ備える(3つでなくてもよい)。アクチュエータ装置1401は、動物を模したロボットに用いられる。例えば、鳥の翼(羽根)や魚のヒレ(図示なし)の駆動などにアクチュエータ装置1401を利用できる。また、モーフィング翼(変形可能な翼)(図示なし)などにアクチュエータ装置1401が用いられてもよい。動物の関節や腕などを模倣した装置などにアクチュエータ装置1401が用いられてもよい。
図14を参照して、第14実施形態のアクチュエータ装置1401について、主に第5実施形態のアクチュエータ装置501(図5A参照)などとの相違点を説明する。アクチュエータ装置1401は、アクチュエータ501aを例えば3つ備える(3つでなくてもよい)。アクチュエータ装置1401は、動物を模したロボットに用いられる。例えば、鳥の翼(羽根)や魚のヒレ(図示なし)の駆動などにアクチュエータ装置1401を利用できる。また、モーフィング翼(変形可能な翼)(図示なし)などにアクチュエータ装置1401が用いられてもよい。動物の関節や腕などを模倣した装置などにアクチュエータ装置1401が用いられてもよい。
(変形例)
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、互いに異なる実施形態の構成要素どうしが組み合わされてもよい。例えば、各構成要素の配置や形状が変更されてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、構成要素どうしの固定や連結などは、直接的でも間接的でもよい。例えば、互いに異なる複数の構成要素として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい。例えば、一つの部材や部分として説明したものが、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、互いに異なる実施形態の構成要素どうしが組み合わされてもよい。例えば、各構成要素の配置や形状が変更されてもよい。例えば、構成要素の数が変更されてもよく、構成要素の一部が設けられなくてもよい。例えば、構成要素どうしの固定や連結などは、直接的でも間接的でもよい。例えば、互いに異なる複数の構成要素として説明したものが、一つの部材や部分とされてもよい。例えば、一つの部材や部分として説明したものが、互いに異なる複数の部材や部分に分けて設けられてもよい。
例えば、関節の種類(直線移動可能、回転移動可能、ねじり可能)、アクチュエータ501aの数、複数のアクチュエータ501aどうしの方向や大きさの相違、第1駆動部10と第2駆動部20との方向や大きさの相違などは、様々に変更されてもよい。例えば、上記の説明における第1駆動部10(第1固定子11および第1可動子13)と第2駆動部20(第2固定子21および第2可動子23)とを読み替えてもよい。第1駆動部10に関するものとして説明した事項を、第2駆動部20に適用してもよい(逆も同様)。可動子伝達部40(図1A参照)と、可動子接続部350(可動子接続部550でもよい)とが組み合わされてもよい。具体的には例えば、図1Aに示すように、第1可動子13が可動子伝達部40に接触可能であり、図3Aに示すように、第2可動子23が可動子接続部350に接続されてもよい。
1a、201a、301a、401a、501a アクチュエータ
11、1211 第1固定子
13 第1可動子
21 第2固定子
23 第2可動子
30、1030 固定子接続部
350、550 可動子接続部
501、601、701、701B、801、801B、901、1001、1101、1201A、1201B、1201C、1301、1401 アクチュエータ装置
711a ヨーク
B 領域
11、1211 第1固定子
13 第1可動子
21 第2固定子
23 第2可動子
30、1030 固定子接続部
350、550 可動子接続部
501、601、701、701B、801、801B、901、1001、1101、1201A、1201B、1201C、1301、1401 アクチュエータ装置
711a ヨーク
B 領域
Claims (7)
- 第1固定子と、
前記第1固定子に移動可能に取り付けられ、前記第1固定子に対して駆動される第1可動子と、
第2固定子と、
前記第2固定子に移動可能に取り付けられ、前記第2固定子に対して駆動される第2可動子と、
前記第1固定子に対して前記第2固定子が移動可能となるように前記第1固定子と前記第2固定子とを接続する固定子接続部と、
を備え、
前記第1可動子は、前記第1固定子に対して駆動されたときに、前記第1固定子に対して前記第2固定子を移動させ、
前記第2可動子は、前記第2固定子に対して駆動されたときに、前記第2固定子に対して前記第1固定子を移動させる、
アクチュエータ。 - 請求項1に記載のアクチュエータであって、
前記固定子接続部は、前記第1固定子に対して前記第2固定子が回転可能となるように前記第1固定子と前記第2固定子とを接続する、
アクチュエータ。 - 請求項1または2に記載のアクチュエータであって、
前記第1可動子と前記第2可動子との間で力を伝達可能に、前記第1可動子と前記第2可動子とを接続する可動子接続部を備える、
アクチュエータ。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の前記アクチュエータを複数備え、
複数の前記第1固定子どうしが接続される、
アクチュエータ装置。 - 請求項4に記載のアクチュエータ装置であって、
複数の前記第1可動子のそれぞれは、前記第1固定子に対して電磁気力により駆動されるように構成され、
複数の前記第1固定子は、ヨークを共有し、
前記ヨークは、柱状であり、前記ヨークの中央部に形成された孔を備える、
アクチュエータ装置。 - 請求項4または5に記載のアクチュエータ装置であって、
複数の前記第1可動子のそれぞれは、複数の前記第1固定子に囲まれた領域内に配置される、
アクチュエータ装置。 - 請求項4〜6のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置であって、
複数の前記第1可動子は、周状に並ぶように配置される、
アクチュエータ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018166284A JP2020039237A (ja) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | アクチュエータおよびアクチュエータ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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- 2018-09-05 JP JP2018166284A patent/JP2020039237A/ja active Pending
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