JP2020056437A - Compound type mckibben artificial muscle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は複合型マッキベン人工筋に関し、特に、複数の細径人工筋糸を用いる複合型マッキベン人工筋に関する。 The present invention relates to a composite McKibben artificial muscle, and more particularly to a composite McKibben artificial muscle using a plurality of small-diameter artificial muscle threads.
マッキベン人工筋は、流体圧アクチュエータを用いた人工筋であり、流体圧の変化を用いて駆動するものである。これらは、電磁アクチュエータ等と比べて、重量に対する出力が大きい。例えば、空気圧を用いたマッキベン人工筋としては、特許文献１がある。これは、中空の筒状の弾性チューブと、弾性チューブを覆う補強層である編組被覆体とを有する構造からなる。このような構造のマッキベン人工筋にコンプレッサから空気を導入すると、弾性チューブが径方向に膨張し、長さ方向には収縮して収縮力が発生する。 The McKibben artificial muscle is an artificial muscle using a fluid pressure actuator, and is driven using a change in fluid pressure. These have a greater output with respect to weight than electromagnetic actuators and the like. For example, there is Patent Document 1 as a McKibben artificial muscle using air pressure. This has a structure having a hollow cylindrical elastic tube and a braided cover which is a reinforcing layer covering the elastic tube. When air is introduced from a compressor into the McKibben artificial muscle having such a structure, the elastic tube expands in the radial direction and contracts in the length direction to generate a contracting force.
また、複数の細径人工筋糸を用いる複合型マッキベン人工筋としては、本願の出願人と同一出願人による特許文献２がある。これは、細径人工筋糸を平面上に織り上げることで能動織布が形成されるものである。 Further, as a composite type McKibben artificial muscle using a plurality of small-diameter artificial muscle threads, there is Patent Document 2 by the same applicant as the present applicant. In this method, an active woven fabric is formed by weaving a small-diameter artificial muscle thread on a plane.
従来のマッキベン人工筋は、収縮力を高めるためには、例えば弾性チューブの径を大きくする必要がある。しかしながら、弾性チューブの径が大きくなると、しなやかさに欠ける場合があった。また、収縮力については、複数のマッキベン人工筋を束ねることでも不足分を補うことは可能である。しかしながら、収縮率については大きくすることは難しかった。 In the conventional McKibben artificial muscle, for example, it is necessary to increase the diameter of the elastic tube in order to increase the contraction force. However, when the diameter of the elastic tube is increased, the elastic tube may lack flexibility. As for the contraction force, it is also possible to compensate for the shortage by bundling a plurality of McKibben artificial muscles. However, it was difficult to increase the shrinkage.
また、特許文献２のような複合型マッキベン人工筋は、複数の細径人工筋糸を平面上に織り込んで形成された能動織布のため、織布の端部と中央部で収縮率が均一とならず偏ってしまう可能性もあった。 In addition, the composite McKibben artificial muscle as disclosed in Patent Document 2 is an active woven fabric formed by weaving a plurality of small-diameter artificial muscle yarns on a plane, so that the shrinkage rate is uniform at the end and the center of the woven fabric. There was also the possibility that it would be biased.
本発明は、斯かる実情に鑑み、均一に収縮すると共に収縮率や収縮力を簡単に調整可能な複合型マッキベン人工筋を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a composite McKibben artificial muscle capable of uniformly shrinking and easily adjusting a shrinkage ratio and a shrinking force.
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による複合型マッキベン人工筋は、中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体が弾性チューブの外壁の上で移動自在に製紐により組紐状に構成される編組チューブと、からなる細径人工筋糸を、４本以上の偶数本具備し、４本以上の偶数本の細径人工筋糸が、製紐により組紐状に構成されるものであれば良い。 In order to achieve the above-described object of the present invention, a composite McKibben artificial muscle according to the present invention includes an elastic tube formed of an elastic body formed in a hollow cylindrical shape, and a thread-like body movable on an outer wall of the elastic tube. A braided tube formed into a braided shape by a braid; and at least four even-numbered small-diameter artificial muscle yarns comprising: What is necessary is just to be comprised in a shape.
ここで、４本以上の偶数本の細径人工筋糸は、その本数の増減により複合型マッキベン人工筋の収縮力を調整可能であるものであれば良い。 Here, the four or more even-numbered small-diameter artificial muscle yarns may be any as long as the contraction force of the composite McKibben artificial muscle can be adjusted by increasing or decreasing the number.
また、４本以上の偶数本の細径人工筋糸は、その編組角により複合型マッキベン人工筋の収縮率を調整可能であるものであれば良い。 Further, the four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads may be any as long as the contraction rate of the composite McKibben artificial muscle can be adjusted by the braid angle.
また、細径人工筋糸の編組チューブの糸状体編組角よりも、４本以上の偶数本の細径人工筋糸の編組角のほうが小さいものであれば良い。 The braid angle of four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads may be smaller than the braid angle of the braided tube of the braided tube of the small-diameter artificial muscle thread.
また、組紐状に構成される４本以上の偶数本の細径人工筋糸からなるユニットが、複数組み合わせられて構成されるものであっても良い。 Further, a unit composed of a plurality of units each composed of four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads formed in a braided shape may be used.
また、複数のユニットは、平面上に配置され面状に構成されるものであれば良い。 Further, the plurality of units may be any unit as long as they are arranged on a plane and configured in a plane.
また、複数のユニットは、同軸上に配置され多重構造に構成されるものであっても良い。 Further, the plurality of units may be arranged coaxially and configured in a multiplex structure.
本発明の複合型マッキベン人工筋には、均一に収縮すると共に収縮率や収縮力を簡単に調整可能であるという利点がある。さらに、細径人工筋糸を製造する製紐工程と同一ラインを用いて複合型マッキベン人工筋を製造できるという利点もある。 Advantageous Effects of Invention The composite McKibben artificial muscle of the present invention has the advantage that it contracts uniformly and the contraction rate and contraction force can be easily adjusted. Further, there is an advantage that a composite McKibben artificial muscle can be manufactured using the same line as the string manufacturing process for manufacturing a small-diameter artificial muscle thread.
以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の複合型マッキベン人工筋を説明するための概略側面図であり、図１（ａ）が複合型マッキベン人工筋の全体像であり、図１（ｂ）が細径人工筋糸の拡大概略側面図である。図示の通り、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、細径人工筋糸１０を用いるものである。細径人工筋糸１０は、細径のマッキベン人工筋であれば良い。細径とは、例えば外径１ｍｍ−３ｍｍ程度の細い人工筋を意味する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、より細いもの、又はより太いものであっても構わない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic side view for explaining the composite McKibben artificial muscle of the present invention. FIG. 1A is an overall image of the composite McKibben artificial muscle, and FIG. 1B is a small-diameter artificial muscle. It is an expansion schematic side view of a thread. As shown in the figure, the composite McKibben artificial muscle 1 of the present invention uses a small-diameter artificial muscle thread 10. The small-diameter artificial muscle thread 10 may be any small-diameter McKibben artificial muscle. The small diameter means, for example, a thin artificial muscle having an outer diameter of about 1 mm to 3 mm. However, the present invention is not limited to this, and may be thinner or thicker.
図１（ｂ）に示されるように、細径人工筋糸１０は、弾性チューブ１１と、編組チューブ１２とからなる。弾性チューブ１１は、中空の筒状に形成される弾性体からなる。弾性チューブ１１の中空内部には、例えば送気チューブを介してコンプレッサ（図示せず）から空気が送り込まれる。なお、弾性チューブ１１内に送り込まれる流体は、空気に限定されるものではなく、例えば油等の液体であっても良い。弾性体としては、ゴムチューブやシリコンチューブ等、従来のマッキベン人工筋等で用いられていたものや、今後開発されるべきあらゆる弾性体が適用可能である。 As shown in FIG. 1B, the small-diameter artificial muscle thread 10 includes an elastic tube 11 and a braided tube 12. The elastic tube 11 is made of an elastic body formed in a hollow cylindrical shape. Air is sent into the hollow interior of the elastic tube 11 from a compressor (not shown) via, for example, an air supply tube. The fluid sent into the elastic tube 11 is not limited to air, but may be a liquid such as oil. As the elastic body, those used in conventional McKibben artificial muscles, such as a rubber tube and a silicon tube, and any elastic bodies to be developed in the future can be applied.
編組チューブ１２は、糸状体が弾性チューブ１１の外壁の上で移動自在に製紐により組紐状に構成されるものである。具体的には、編組チューブ１２は、例えば製紐機を用いてスパイラル状に糸状体を弾性チューブ１１上に巻回し、これにクロスするように反対巻で別の糸状体を巻回することで、所定の編組角φで袋編みされたものである。編組チューブ１２は、径方向（長さ方向に垂直な方向）に膨張しつつ、長さ方向に収縮する所謂パンタグラフ構造を用いれば良い。編組チューブ１２の糸状体の編組角φは、一般的なマッキベン人工筋に用いられる編組チューブの糸状体の編組角と同様であり、例えば編組角φは１５度から３０度、好ましくは例えば１９度であれば良い。これにより、例えばコンプレッサから弾性チューブ１１に空気が送り込まれると、弾性チューブ１１が膨張した際に、編組チューブ１２により動きが制限され、弾性チューブ１１が長さ方向に短くなる方向に収縮することになる。なお、図示例の糸状体の角度や本数、ピッチは、単に説明上の都合によるものであり、本発明は図示例に限定されるものではない。 The braided tube 12 is configured such that the thread-like body is movable on the outer wall of the elastic tube 11 into a braid shape by a braid. Specifically, the braided tube 12 is formed by winding a filament in a spiral shape on the elastic tube 11 using, for example, a lacing machine, and winding another filament in an opposite winding so as to cross the filament. , With a predetermined braid angle φ. The braided tube 12 may use a so-called pantograph structure that expands in the radial direction (direction perpendicular to the length direction) and contracts in the length direction. The braid angle φ of the filament of the braided tube 12 is the same as the braid angle of the filament of the braided tube used for general McKibben artificial muscle. For example, the braid angle φ is 15 to 30 degrees, preferably 19 degrees, for example. Is fine. Thereby, for example, when air is sent from the compressor to the elastic tube 11, when the elastic tube 11 expands, the movement is restricted by the braided tube 12, and the elastic tube 11 contracts in the lengthwise direction. Become. It should be noted that the angle, number, and pitch of the filaments in the illustrated example are merely for convenience in explanation, and the present invention is not limited to the illustrated example.
本発明の複合型マッキベン人工筋１は、このようにして構成される細径人工筋糸１０を、４本以上の偶数本用いるものである。図１（ａ）に示されるように、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、４本以上の偶数本の細径人工筋糸１０が、製紐により組紐状に構成されている。ここで、４本以上の偶数本とは、４本、６本、８本、１０本、１２本、１４本、１６本・・・という意味である。本発明の複合型マッキベン人工筋１において組紐状に構成される細径人工筋糸１０の本数（打ち数）は、使用用途等に応じて適宜選択されれば良い。打ち数は製紐機に依存するため、製紐機に合わせて打ち数を決定しても良い。 The composite-type McKibben artificial muscle 1 of the present invention uses an even number of four or more small-diameter artificial muscle threads 10 configured as described above. As shown in FIG. 1A, the composite McKibben artificial muscle 1 of the present invention is composed of four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads 10 formed in a braided shape by a cord. Here, an even number of four or more means four, six, eight, ten, twelve, fourteen, sixteen,.... The number (strike count) of the small-diameter artificial muscle thread 10 configured in a braided shape in the composite-type McKibben artificial muscle 1 of the present invention may be appropriately selected according to the intended use. Since the number of hits depends on the stringing machine, the number of hits may be determined according to the stringing machine.
細径人工筋糸１０は、複合型マッキベン人工筋１が径方向に膨張し長さ方向に収縮して収縮力が得られるような編組角θで袋編みされている。細径人工筋糸１０の編組角θを調整することで、複合型マッキベン人工筋１の収縮率を調整可能である。即ち、編組角θを小さくする程、収縮率を高くすることが可能である。なお、本発明の複合型マッキベン人工筋では、複数の細径人工筋糸を組紐状に用いるため、それぞれの細径人工筋糸が干渉し合う。このため、細径人工筋糸の編組チューブの糸状体の編組角φよりも、４本以上の偶数本の細径人工筋糸の編組角θのほうが小さいことが望ましい。具体的には、細径人工筋糸の編組角θは、５度から１５度、好ましくは例えば７度から１３度であれば良い。 The small-diameter artificial muscle thread 10 is bag-knitted at a braid angle θ such that the composite-type McKibben artificial muscle 1 expands in the radial direction and contracts in the length direction to obtain a contracting force. By adjusting the braid angle θ of the small-diameter artificial muscle thread 10, the contraction rate of the composite McKibben artificial muscle 1 can be adjusted. That is, the smaller the braid angle θ, the higher the shrinkage ratio. In the composite McKibben artificial muscle of the present invention, since a plurality of small-diameter artificial muscle threads are used in a braided shape, the small-diameter artificial muscle threads interfere with each other. For this reason, it is desirable that the braid angle θ of four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads be smaller than the braid angle φ of the filamentous body of the braided tube of the small-diameter artificial muscle thread. Specifically, the braid angle θ of the small-diameter artificial muscle thread may be 5 to 15 degrees, preferably, for example, 7 to 13 degrees.
そして、例えば図示の通り、複合型マッキベン人工筋１の一方の端末部２０には、例えばドーム状キャップが設けられたり、シリコーン接着剤等が固着されたり、動きを他の部材に伝達させるための金具や紐等が取り付けられている。また、他方の端末部３０には、送気チューブ３１が接続され、コンプレッサ等（図示せず）からすべての細径人工筋糸１０に空気が送り込まれるように構成されれば良い。また、必要により、個々の細径人工筋糸１０それぞれの圧力を制御できるようにしても良い。これにより、直線的な収縮だけでなく、例えば曲がるような収縮制御も可能となる。 For example, as shown in the figure, one end portion 20 of the composite type McKibben artificial muscle 1 is provided with, for example, a dome-shaped cap, a silicone adhesive or the like is fixed, and the movement is transmitted to another member. Brackets and strings are attached. Further, an air supply tube 31 may be connected to the other terminal portion 30 so that air may be sent into all the small-diameter artificial muscle threads 10 from a compressor or the like (not shown). If necessary, the pressure of each of the small-diameter artificial muscle threads 10 may be controlled. This enables not only linear contraction but also contraction control such as bending.
ここで、細径人工筋糸１０の本数を４本以上の偶数本とする理由を説明する。本発明の複合型マッキベン人工筋では、複数の細径人工筋糸１０を用い、これらが個々に径方向に膨張して長さ方向に収縮するものである。図２に、本発明の複合型マッキベン人工筋の細径人工筋糸が８本の場合の横断面図を示す。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図２（ａ）が送気前の状態の図１上の２ａ−２ａ断面図、図２（ｂ）が送気後の状態の図１上の２ａ−２ａ断面図、図２（ｃ）が送気前の状態の図１上の２ｃ−２ｃ断面図、図２（ｄ）が送気後の状態の図１上の２ｃ−２ｃ断面図である。図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるように、２ａ−２ａ断面では、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、すべての細径人工筋糸１０が同一円状に並び、互いに接している。ここで、細径人工筋糸１０が互いに接している接点を通る円を仮想直径とする。送気後には、細径人工筋糸１０がそれぞれ径方向に膨張しつつ、複合型マッキベン人工筋１自体も径方向に膨張することになる。即ち、仮想直径も大きくなっている。一方、図２（ｃ）、図２（ｄ）に示されるように、２ｃ−２ｃ断面では、仮想直径の内側の細径人工筋糸１０は互いに接さず、仮想直径の内側と外側の細径人工筋糸１０が互いに接している。送気後には、細径人工筋糸１０がそれぞれ径方向に膨張するが、仮想直径の内側の細径人工筋糸１０と外側の細径人工筋糸１０が互いに押し合うため、お互いの接点は仮想直径上で釣り合っている。即ち、各細径人工筋糸は、仮想直径上で均衡が保たれた状態となっている。 Here, the reason why the number of the small-diameter artificial muscle threads 10 is an even number of four or more will be described. In the composite McKibben artificial muscle of the present invention, a plurality of small-diameter artificial muscle threads 10 are used, each of which expands in the radial direction and contracts in the length direction. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the composite McKibben artificial muscle of the present invention in the case where the number of small-diameter artificial muscle threads is eight. In the figure, portions denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 represent the same items. FIG. 2A is a cross-sectional view of 2a-2a on FIG. 1 in a state before air supply, FIG. 2B is a cross-sectional view of 2a-2a on FIG. 1 in a state after air supply, and FIG. FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line 2c-2c in FIG. 1 before air supply, and FIG. 2D is a cross-sectional view taken along the line 2c-2c in FIG. 1 after air supply. As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), in the cross section 2a-2a, the composite McKibben artificial muscle 1 of the present invention has all the small-diameter artificial muscle threads 10 arranged in the same circle. In contact. Here, a circle passing through a contact point where the small-diameter artificial muscle thread 10 is in contact with each other is defined as a virtual diameter. After the air supply, the composite McKibben artificial muscle 1 itself expands in the radial direction while the small-diameter artificial muscle thread 10 expands in the radial direction. That is, the virtual diameter is also large. On the other hand, as shown in FIGS. 2 (c) and 2 (d), in the cross section 2c-2c, the small-diameter artificial muscle threads 10 inside the virtual diameter do not contact each other, and the thin inside and outside the virtual diameter are thin. The artificial artificial diameter yarns 10 are in contact with each other. After the air supply, the small-diameter artificial muscle thread 10 expands in the radial direction, respectively. However, since the small-diameter artificial muscle thread 10 inside the virtual diameter and the small-diameter artificial muscle thread 10 outside press against each other, the contact points of each other are Balanced on virtual diameter. That is, each of the small-diameter artificial muscle threads is in a state of being balanced on the virtual diameter.
一方、例えば７本や９本等、細径人工筋糸１０が奇数本だった場合、仮想直径上で均衡が崩れてしまい、細径人工筋糸１０が径方向に膨張して長さ方向に収縮した際に、複合型マッキベン人工筋１全体が曲がったりねじれたりして収縮する可能性がある。本発明の複合型マッキベン人工筋１では、４本以上の偶数本の細径人工筋糸１０が、常に均衡を保った状態であるため、均一にまっすぐ収縮するように構成可能である。 On the other hand, if the number of the small-diameter artificial muscle threads 10 is an odd number, for example, seven or nine, the equilibrium is broken on the virtual diameter, and the small-diameter artificial muscle threads 10 expand in the radial direction and contract in the length direction. When doing so, the entire composite McKibben artificial muscle 1 may be bent or twisted and contracted. In the composite-type McKibben artificial muscle 1 of the present invention, four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads 10 are always in a balanced state, so that they can be configured to contract uniformly and straightly.
また、本発明の複合型マッキベン人工筋１は、編組チューブ１２の糸状体も、細径人工筋糸１０も、共に製紐機により組紐状に袋編みされるものである。即ち、細径人工筋糸を製造する製紐工程と同一ラインを用いて複合型マッキベン人工筋を製造可能となる。したがって、編組チューブ１２の糸状体を製紐して細径人工筋糸１０を製造する製紐工場と同じ工場で、細径人工筋糸１０を製紐しつつ、複合型マッキベン人工筋１を製造することが可能となる。このため、複合型マッキベン人工筋とする前の段階の細径人工筋糸を運搬する等の必要がなく、より安価に製造することが可能となる。なお、編組チューブ１２の糸状体と細径人工筋糸１０は、同じ製紐機を用いても良いし、その直径に合わせて異なる製紐機を用いても良い。 In the composite McKibben artificial muscle 1 of the present invention, both the thread-shaped body of the braided tube 12 and the small-diameter artificial muscle thread 10 are braided into a braided shape by a braiding machine. That is, it is possible to manufacture a composite McKibben artificial muscle using the same line as the string manufacturing process for manufacturing a small-diameter artificial muscle thread. Therefore, the composite type McKibben artificial muscle 1 is manufactured while the small-diameter artificial muscle thread 10 is tied at the same factory as the string-making factory that manufactures the small-diameter artificial muscle thread 10 by string-forming the filamentous material of the braided tube 12. It is possible to do. For this reason, there is no need to transport the small-diameter artificial muscle thread at the stage before the composite-type McKibben artificial muscle is formed, and it is possible to manufacture the artificial muscle at lower cost. In addition, the thread-shaped body of the braided tube 12 and the small-diameter artificial muscle thread 10 may use the same cording machine or different cording machines according to their diameters.
以下、本発明の複合型マッキベン人工筋において組紐状に構成される細径人工筋糸の本数（打ち数）の収縮率への影響について説明する。図３は、本発明の複合型マッキベン人工筋へ送り込まれる空気の圧力に対する収縮率の変化特性を表すグラフである。細径人工筋糸の本数Ｎを８本、１２本、１６本でそれぞれ製紐することで構成された本発明の複合型マッキベン人工筋について、それぞれ収縮率を測定した。また、比較例として１本の細径人工筋糸の収縮率も測定した。また、シミュレーションモデルによる変化特性も記載した。なお、図示の通り、細径人工筋糸は、弾性チューブと編組チューブの間の摩擦等の影響でヒステリシスを持つことが知られている。測定した細径人工筋糸は、弾性チューブの素材がシリコーン（硬さ４０）、外径１．３ｍｍ、内径０．８６ｍｍのものである。また、編組チューブは、その糸状体の本数が２４、編組角φが１９度のものである。そして、複合型マッキベン人工筋の編組角θは、１０度のものを用いた。図示の通り、収縮率については、比較例の１本の細径人工筋糸では最大２５％程度であるが、本発明の複合型マッキベン人工筋では、最大３５％程度に増加していることが分かる。即ち、本発明の複合型マッキベン人工筋のように、細径人工筋糸を組紐状に構成することにより、収縮率が１．３倍程大きくなったことが分かる。一方、組紐状に構成される細径人工筋糸の本数（打ち数）が変化しても、収縮率は変わらないことが分かる。 Hereinafter, the influence of the number (number of hits) of the small-diameter artificial muscle threads formed in a braided shape on the composite McKibben artificial muscle of the present invention on the contraction rate will be described. FIG. 3 is a graph showing a change characteristic of a contraction rate with respect to a pressure of air sent into the composite McKibben artificial muscle of the present invention. The contraction rate was measured for each of the composite McKibben artificial muscles of the present invention, which was constructed by tying the number N of the small-diameter artificial muscle threads to 8, 12, and 16 respectively. Further, as a comparative example, the contraction rate of one small-diameter artificial muscle thread was also measured. Also, the change characteristics by the simulation model are described. As shown in the figure, it is known that the small-diameter artificial muscle thread has hysteresis due to the influence of friction between the elastic tube and the braided tube. The measured small-diameter artificial muscle thread is a material in which the elastic tube is made of silicone (hardness 40), the outer diameter is 1.3 mm, and the inner diameter is 0.86 mm. The braided tube has 24 filaments and a braid angle φ of 19 degrees. The braid angle θ of the composite McKibben artificial muscle was 10 degrees. As shown in the figure, the contraction rate is about 25% at the maximum for one small-diameter artificial muscle thread of the comparative example, but is increased to about 35% at the maximum for the composite McKibben artificial muscle of the present invention. I understand. That is, like the composite McKibben artificial muscle of the present invention, the contraction rate was increased by about 1.3 times by forming the small-diameter artificial muscle thread into a braided shape. On the other hand, it can be seen that the shrinkage ratio does not change even if the number (number of hits) of the small-diameter artificial muscle thread formed in the braid shape changes.
次に、本発明の複合型マッキベン人工筋において組紐状に構成される細径人工筋糸の本数（打ち数）の収縮力への影響について説明する。図４は、本発明の複合型マッキベン人工筋へ送り込まれる空気の圧力に対する１本当たりの収縮力の変化特性を表すグラフである。細径人工筋糸の本数Ｎを８本、１２本、１６本でそれぞれ製紐することで構成された本発明の複合型マッキベン人工筋について、それぞれ収縮率を測定した。また、比較例として１本の細径人工筋糸の収縮率も測定した。また、シミュレーションモデルによる変化特性も記載した。測定した細径人工筋糸は、上述と同様のものであり、弾性チューブの素材がシリコーン（硬さ４０）、外径１．３ｍｍ、内径０．８６ｍｍのものである。また、編組チューブは、その糸状体の本数が２４、編組角φが１９度のものである。そして、複合型マッキベン人工筋の編組角θは、１０度のものを用いた。図示の通り、収縮力については、比較例の１本の細径人工筋糸と比較して、本発明の複合型マッキベン人工筋では、１本当たり３０％程度の収縮力の低下が確認できる。これは、細径人工筋糸同士の干渉による摩擦の影響であると考えられる。細径人工筋糸の本数Ｎを増やすと１本当たりの収縮力は小さくなるが、先の図３の結果から分かる通り、収縮率については本数Ｎを増やしても最大約３５％で変わらない。したがって、収縮力の合計を増やすためには、細径人工筋糸の本数Ｎを増やして補えば良い。例えば、細径人工筋糸の本数Ｎを８本から１２本にした場合には、収縮率は最大約３５％一定であり、収縮力は約１．５倍となるため、１本当たり約３０％の収縮力の低下分を打ち消すことが可能となる。このように、本発明の複合型マッキベン人工筋では、細径人工筋糸の本数の増減により収縮力を調整可能である。 Next, the effect of the number (number of hits) of the small-diameter artificial muscle yarns formed into a braid in the composite-type McKibben artificial muscle of the present invention on the contraction force will be described. FIG. 4 is a graph showing a change characteristic of a contraction force per one with respect to a pressure of air fed into the composite McKibben artificial muscle of the present invention. The contraction rate was measured for each of the composite McKibben artificial muscles of the present invention, which was constructed by tying the number N of the small-diameter artificial muscle threads to 8, 12, and 16 respectively. Further, as a comparative example, the contraction rate of one small-diameter artificial muscle thread was also measured. Also, the change characteristics by the simulation model are described. The measured small-diameter artificial muscle yarn was the same as described above, and the material of the elastic tube was silicone (hardness 40), the outer diameter was 1.3 mm, and the inner diameter was 0.86 mm. The braided tube has 24 filaments and a braid angle φ of 19 degrees. The braid angle θ of the composite McKibben artificial muscle was 10 degrees. As shown in the figure, the composite McKibben artificial muscle of the present invention has a contraction force of about 30% lower than that of the single small-diameter artificial muscle yarn of the comparative example. This is considered to be the effect of friction due to interference between the small diameter artificial muscle threads. When the number N of the small-diameter artificial muscle yarns is increased, the contraction force per one yarn is reduced. However, as can be seen from the results in FIG. Therefore, in order to increase the total contraction force, the number N of the small-diameter artificial muscle threads may be increased to compensate. For example, when the number N of the small-diameter artificial muscle threads is changed from 8 to 12, the contraction rate is constant at a maximum of about 35% and the contraction force is about 1.5 times. % Of the contraction force can be canceled. As described above, in the composite McKibben artificial muscle of the present invention, the contraction force can be adjusted by increasing or decreasing the number of small-diameter artificial muscle threads.
人間の筋肉の収縮率は最大約２５％であり、１本の細径人工筋糸の収縮率も最大約２５％であり略同様である。パワーアシストスーツ等に人工筋を用いる場合、人間の筋肉の収縮率よりも高い必要がある。したがって、細径人工筋糸を単に平行に束ねたものでは、収縮率が足りない状態となる。本発明の複合型マッキベン人工筋では、上述の通り収縮率を最大約３５％まで向上させることが可能であるため、パワーアシストスーツ等、収縮率が高い必要のある用途にも応用可能である。 The contraction rate of human muscle is up to about 25%, and the contraction rate of one small-diameter artificial muscle thread is up to about 25%, which is almost the same. When an artificial muscle is used for a power assist suit or the like, the contraction rate of the muscle must be higher than that of a human muscle. Therefore, in the case where the small-diameter artificial muscle threads are simply bundled in parallel, the contraction rate is insufficient. The composite McKibben artificial muscle of the present invention can improve the contraction rate up to about 35% as described above, and therefore can be applied to applications requiring a high contraction rate such as power assist suits.
上述の図示例では、複合型マッキベン人工筋が、細径人工筋糸を製紐により組紐状に構成して成るものについて説明した。しかしながら、本発明はこのように構成された単体の複合型マッキベン人工筋には限定されず、このような複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いても良い。 In the illustrated example described above, the composite type McKibben artificial muscle has been described in which a small-diameter artificial muscle thread is formed in a braid shape by a cord. However, the present invention is not limited to a single composite McKibben artificial muscle having such a configuration, and a plurality of such composite McKibben artificial muscles may be used in combination.
図５は、本発明の複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いる例を説明するための概略平面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。この例では、組紐状に構成される４本以上の偶数本の細径人工筋糸１０からなる複合型マッキベン人工筋１を、ユニットと称する。即ち、１本の複合型マッキベン人工筋１を１ユニットとする。本発明の複合型マッキベン人工筋では、このユニットを、複数組み合わせて構成することが可能である。図５に示される例では、複数の複合型マッキベン人工筋１からなる複数のユニット（図示例では５ユニット）が、平面上に配置され面状に構成されている。このように構成することで、面状の複合型マッキベン人工筋とすることが可能となるため、布地等への応用も可能である。 FIG. 5 is a schematic plan view for explaining an example in which a plurality of composite McKibben artificial muscles of the present invention are used in combination. In the figure, portions denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 represent the same items. In this example, the composite McKibben artificial muscle 1 including four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads 10 configured in a braided shape is referred to as a unit. That is, one composite McKibben artificial muscle 1 is defined as one unit. In the composite McKibben artificial muscle of the present invention, it is possible to configure a plurality of these units in combination. In the example shown in FIG. 5, a plurality of units (five units in the illustrated example) composed of a plurality of composite-type McKibben artificial muscles 1 are arranged on a plane and configured in a plane. With such a configuration, a planar composite McKibben artificial muscle can be obtained, and therefore, application to a cloth or the like is also possible.
また、図６は、本発明の複合型マッキベン人工筋を複数組み合わせて用いる他の例を説明するための概略横断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。この例では、複数のユニットが、同軸上に配置され２重構造に構成されている。本発明の複合型マッキベン人工筋は、組紐状に構成されているため、内部には筒状の空間ができる。したがって、この空間に同軸上に別のユニットを配置することが可能となる。即ち、複数ユニットによる多重構造が実現できる。なお、図示例では２重構造のものを示したが、本発明はこれに限定されず、さらに多くのユニットを同軸上に配置して多重構造に構成されても良い。また、図示例では内側のユニットと外側のユニットで細径人工筋糸１０の本数を異ならせたものを示したが、同一の本数で構成しても良い。上述の図３を用いて説明したように、本発明の複合型マッキベン人工筋では、細径人工筋糸の本数が異なっていても収縮率は変わらない。したがって、同軸上に配置されたユニットのそれぞれの細径人工筋糸の本数が異なっていたとしても、内側と外側で収縮率の違いによる干渉もない。このように構成することで、１本のコンパクトな形状でありながら収縮力を向上させた複合型マッキベン人工筋が実現可能である。 FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining another example in which a plurality of combined McKibben artificial muscles of the present invention are used in combination. In the figure, portions denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 represent the same items. In this example, a plurality of units are arranged coaxially and have a double structure. Since the composite McKibben artificial muscle of the present invention is configured in a braided shape, a cylindrical space is formed inside. Therefore, another unit can be arranged coaxially in this space. That is, a multiplex structure with a plurality of units can be realized. In the illustrated example, a double structure is shown, but the present invention is not limited to this, and more units may be arranged coaxially to form a multiplex structure. In the illustrated example, the number of the small-diameter artificial muscle threads 10 is different between the inner unit and the outer unit. However, the same number may be used. As described with reference to FIG. 3 described above, in the composite McKibben artificial muscle of the present invention, the contraction rate does not change even if the number of small-diameter artificial muscle threads is different. Therefore, even if the number of the small-diameter artificial muscle yarns of the units arranged coaxially is different, there is no interference due to the difference in the contraction rate between the inside and the outside. With this configuration, it is possible to realize a composite McKibben artificial muscle having a single compact shape and improved contraction force.
なお、本発明の複合型マッキベン人工筋は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the composite McKibben artificial muscle of the present invention is not limited to the illustrated example described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
１ 複合型マッキベン人工筋
１０ 細径人工筋糸
１１ 弾性チューブ
１２ 編組チューブ
２０，３０ 端末部
３１ 送気チューブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite-type McKibben artificial muscle 10 Fine-diameter artificial muscle thread 11 Elastic tube 12 Braided tube 20, 30 Terminal part 31 Air supply tube
Claims (7)
中空の筒状に形成される弾性体からなる弾性チューブと、糸状体が前記弾性チューブの外壁の上で移動自在に製紐により組紐状に構成される編組チューブと、からなる細径人工筋糸を、４本以上の偶数本具備し、
前記４本以上の偶数本の細径人工筋糸が、製紐により組紐状に構成される、
ことを特徴とする複合型マッキベン人工筋。 A composite McKibben artificial muscle using a plurality of McKibben artificial muscles, wherein the composite McKibben artificial muscle is
A small-diameter artificial muscle thread comprising: an elastic tube formed of an elastic body formed in a hollow cylindrical shape; and a braided tube formed by a cord made of a braid movably on an outer wall of the elastic tube. Has an even number of four or more,
The four or more even-numbered small-diameter artificial muscle threads are configured in a braided shape by a cord.
A composite McKibben artificial muscle characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018186322A JP2020056437A (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Compound type mckibben artificial muscle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018186322A JP2020056437A (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Compound type mckibben artificial muscle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2020056437A true JP2020056437A (en) | 2020-04-09 |
Family
ID=70106841
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018186322A Pending JP2020056437A (en) | 2018-10-01 | 2018-10-01 | Compound type mckibben artificial muscle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2020056437A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022195946A1 (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | 株式会社コガネイ | Assistive suit |
-
2018
- 2018-10-01 JP JP2018186322A patent/JP2020056437A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022195946A1 (en) * | 2021-03-16 | 2022-09-22 | 株式会社コガネイ | Assistive suit |
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