JP2020176664A - 流体圧アクチュエータ及び検出ユニット - Google Patents

流体圧アクチュエータ及び検出ユニット Download PDF

Info

Publication number
JP2020176664A
JP2020176664A JP2019078191A JP2019078191A JP2020176664A JP 2020176664 A JP2020176664 A JP 2020176664A JP 2019078191 A JP2019078191 A JP 2019078191A JP 2019078191 A JP2019078191 A JP 2019078191A JP 2020176664 A JP2020176664 A JP 2020176664A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actuator
tube
fluid pressure
length
detection unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019078191A
Other languages
English (en)
Inventor
櫻井 良
Makoto Sakurai
櫻井  良
秀之 桜井
Hideyuki Sakurai
秀之 桜井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bridgestone Corp filed Critical Bridgestone Corp
Priority to JP2019078191A priority Critical patent/JP2020176664A/ja
Priority to EP20790416.0A priority patent/EP3957867A4/en
Priority to US17/603,775 priority patent/US20220196038A1/en
Priority to PCT/JP2020/016363 priority patent/WO2020213583A1/ja
Priority to CN202080028723.6A priority patent/CN113692494A/zh
Publication of JP2020176664A publication Critical patent/JP2020176664A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B7/00Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/06Details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • F15B15/103Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type using inflatable bodies that contract when fluid pressure is applied, e.g. pneumatic artificial muscles or McKibben-type actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2853Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using potentiometers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2869Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using electromagnetic radiation, e.g. radar or microwaves
    • F15B15/2876Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using electromagnetic radiation, e.g. radar or microwaves using optical means, e.g. laser
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2815Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT
    • F15B15/2884Position sensing, i.e. means for continuous measurement of position, e.g. LVDT using sound, e.g. ultrasound
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/857Monitoring of fluid pressure systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2215/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another
    • F15B2215/30Constructional details thereof
    • F15B2215/305Constructional details thereof characterised by the use of special materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Actuator (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

【課題】アクチュエータ本体部の長さを正確かつリアルタイムで検出し得る流体圧アクチュエータ及び検出ユニットを提供する。【解決手段】流体圧アクチュエータ10は、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブの膨張または収縮によって形状が変化するアクチュエータ本体部100と、チューブの長手方向に沿ったアクチュエータ本体部100の長さLを検出する検出ユニット500とを備える。【選択図】図4

Description

本発明は、流体圧アクチュエータに関し、具体的には、いわゆるマッキベン型の流体圧アクチュエータ、及び検出ユニットに関する。
従来、気体または液体を用いてチューブを膨張及び収縮させる流体圧アクチュエータとして、空気圧(または液圧)によって膨張、収縮するゴム製のチューブと、チューブの外周面を覆うスリーブとを有する構造(いわゆるマッキベン型)が広く用いられている。
スリーブは、ポリアミド繊維などの高張力繊維を編み込んだ筒状の構造体であり、チューブの膨張運動を所定範囲に規制する(特許文献1参照)。
国際公開第2017/010304号
ところで、近年、Internet of Things(IoT)が推進されているが、IoTと接続するためには、接続されるデバイスが、様々なセンシング機能を有していること望ましい。
例えば、マッキベン型の流体圧アクチュエータの場合、チューブの膨張及び収縮によって、アクチュエータ本体部が伸縮するため、アクチュエータ本体部の長さを検出できるセンサを有していることが好ましい。
簡易な方法としては、流体圧アクチュエータに供給される流体の圧力に基づいて、アクチュエータ本体部の長さをリアルタイムで推定することが考えられる。しかしながら、マッキベン型の流体圧アクチュエータの場合、流体圧アクチュエータに掛かる負荷の大きさによって、アクチュエータ本体部の長さが異なり得るため、当該流体の圧力からアクチュエータ本体部の長さを正確に検出(推定)することは難しい。
そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、アクチュエータ本体部の長さを正確かつリアルタイムで検出し得る流体圧アクチュエータ及び検出ユニットの提供を目的とする。
本発明の一態様は、流体圧アクチュエータ(例えば、流体圧アクチュエータ10)であって、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブ(チューブ110)を含み、前記チューブの膨張または収縮によって形状が変化するアクチュエータ本体部(アクチュエータ本体部100)と、前記チューブの長手方向に沿った前記アクチュエータ本体部の長さ(長さL)を検出する検出ユニット(検出ユニット500)とを備える。
本発明の一態様は、流体圧アクチュエータ(例えば、流体圧アクチュエータ10)と接続される検出ユニット(検出ユニット500)であって、前記流体圧アクチュエータは、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブ(チューブ110)を含み、前記チューブの膨張または収縮によって形状が変化するアクチュエータ本体部(アクチュエータ本体部100)を備え、前記検出ユニットは、前記チューブの長手方向に沿った前記アクチュエータ本体部の長さ(長さL)を検出する。
上述した流体圧アクチュエータ及び検出ユニットによれば、アクチュエータ本体部の長さを正確かつリアルタイムで検出し得る。
図1は、検出ユニット500を含む流体圧アクチュエータ10の側部外観図である。 図2は、流体圧アクチュエータ10の側面図である。 図3は、アクチュエータ本体部100の分解斜視図である。 図4は、流体圧アクチュエータ10の長さを検出する検出ユニット500の機能ブロック構成図である。 図5は、検出ユニット500によるアクチュエータ本体部100の長さLの推定動作フローを示す図である。 図6は、アクチュエータ本体部100の収縮率(%)と、チューブ110の電気抵抗値(MΩ)の関係を示すグラフである。 図7Aは、チューブ110(アクチュエータ本体部100が収縮していない状態)に含まれるカーボン粒子の分散状態を模式的に示す図である。 図7Bは、チューブ110(アクチュエータ本体部100が収縮している状態)に含まれるカーボン粒子の分散状態を模式的に示す図である。 図8は、変更例に係る流体圧アクチュエータ10Aの側面図である。 図9は、他の変更例に係る流体圧アクチュエータ10Bの側面図である。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。なお、同一の機能や構成には、同一または類似の符号を付して、その説明を適宜省略する。
(1)流体圧アクチュエータ及び検出ユニットの全体概略構成
図1は、本実施形態に係る検出ユニット500を含む流体圧アクチュエータ10の側部外観図である。図1に示すように、流体圧アクチュエータ10は、流体圧を利用したアクチュエータであり、軸方向DAX(図2参照)に沿って伸縮するアクチュエータ本体部100を備える。
流体圧アクチュエータ10は、2つの連結部20を有する。連結部20には、流体圧アクチュエータ10による操作対象の部材25が連結される。例えば、連結部20には、人間型のロボットの体肢(上肢や下肢など)を構成する部材が連結される。
流体圧アクチュエータ10には、ホース180が接続される。ホース180の他端部は、流体(気体または液体)を供給するコンプレッサなどの供給装置(不図示)に接続される。アクチュエータ本体部100の内部には、ホース180を介して流体が流入及び流出する。
また、流体圧アクチュエータ10には、リード線515を用いて検出ユニット500が接続される。検出ユニット500は、流体圧アクチュエータ10の軸方向DAX(長手方向)に沿った長さを検出する。
具体的には、検出ユニット500は、軸方向DAX(長手方向)に沿ったアクチュエータ本体部100の長さを検出する。
(2)流体圧アクチュエータの構成
図2は、流体圧アクチュエータ10の側面図である。図2に示すように、流体圧アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100、封止機構200及び封止機構300を備える。また、流体圧アクチュエータ10の両端には、連結部20がそれぞれ設けられる。
アクチュエータ本体部100は、チューブ110とスリーブ120とによって構成される。アクチュエータ本体部100には、フィッティング400及び通過孔410を介して流体が流入する。
アクチュエータ本体部100は、チューブ110内への流体の流入によって、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおいて収縮し、径方向Dにおいて膨張する。また、アクチュエータ本体部100は、チューブ110から流体の流出によって、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXにおいて膨張し、径方向Dにおいて収縮する。このようなアクチュエータ本体部100の形状変化によって、流体圧アクチュエータ10は、アクチュエータとしての機能を発揮する。
流体圧アクチュエータ10の駆動に用いられる流体は、空気などの気体、または水、鉱物油などの液体のどちらでもよいが、特に、流体圧アクチュエータ10は、アクチュエータ本体部100に高い圧力が掛かる油圧駆動にも耐え得る高い耐久性を有する。
また、このような流体圧アクチュエータ10は、いわゆるマッキベン型であり、人工筋肉用として適用できることは勿論のこと、より高い能力(収縮力)が要求されるロボットの体肢(上肢や下肢など)用としても好適に用い得る。連結部20には、当該体肢を構成する部材などが連結される。
封止機構200及び封止機構300は、軸方向DAXにおけるアクチュエータ本体部100の両端部を封止する。具体的には、封止機構200は、封止部材210及びかしめ部材230を含む。封止部材210は、アクチュエータ本体部100の軸方向DAXの端部を封止する。また、かしめ部材230は、アクチュエータ本体部100を封止部材210とともにかしめる。かしめ部材230の外周面には、治具によってかしめ部材230がかしめられた痕である圧痕231が形成される。
封止部材210としては、ステンレス鋼などの金属を好適に用い得るが、このような金属に限定されず、硬質プラスチック材料などを用いてもよい。
また、かしめ部材230としては、アルミニウム合金、真鍮、及び鉄などの金属を用いることができる。
封止機構200と封止機構300との相違点は、フィッティング400(及び通過孔410)が設けられているか否かである。
フィッティング400は、流体圧アクチュエータ10の駆動圧力源、具体的には、気体や液体の供給装置と接続されたホース180を取り付けられるように突出している。フィッティング400を介して流入した流体は、通過孔410を通過してアクチュエータ本体部100の内部、具体的には、チューブ110の内部に流入する。
図3は、アクチュエータ本体部100の分解斜視図である。上述したように、アクチュエータ本体部100は、チューブ110とスリーブ120とによって構成される。
つまり、アクチュエータ本体部100は、チューブ110を含み、チューブ110の膨張または収縮によって形状が変化する。
チューブ110は、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状の筒状体である。チューブ110は、流体による収縮及び膨張を繰り返すため、ブチルゴムなど弾性材料によって構成される。また、流体圧アクチュエータ10を油圧駆動とする場合には、耐油性が高いNBR(ニトリルゴム)、または水素化NBR、クロロプレンゴム、及びエピクロロヒドリンゴムからなる群より選択される少なくとも一種とすることが好ましい。
また、本実施形態では、チューブ110は、導電性の材料(フィラーと呼ばれてもよい)を含むゴム部材によって形成される。例えば、チューブ110は、カーボン粒子を含むゴム部材によって形成し得る。
スリーブ120は、円筒状であり、チューブ110の外周面を覆う。スリーブ120は、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、配向されたコードが交差することによって菱形の形状が繰り返されている。スリーブ120は、このような形状を有することによって、パンタグラフ変形し、チューブ110の収縮及び膨張を規制しつつ追従する。
スリーブ120を構成するコードとしては、芳香族ポリアミド(アラミド繊維)やポリエチレンテレフタラート(PET)の繊維コードを用いることが好ましい。但し、このような種類の繊維コードに限定されるものではなく、例えば、PBO繊維(ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール)などの高強度繊維のコードでもよい。
(3)検出ユニットの機能ブロック構成
図4は、流体圧アクチュエータ10の長さを検出する検出ユニット500の機能ブロック構成図である。
上述したように、検出ユニット500は、アクチュエータ本体部100への流体の流入、及びアクチュエータ本体部100からの当該流体の流出によって変化する流体圧アクチュエータ10の長さを検出する。
具体的には、検出ユニット500は、アクチュエータ本体部100を構成するチューブ110(図2及び図3参照)の長手方向(軸方向DAX)に沿ったアクチュエータ本体部100の長さLを検出する。
検出ユニット500は、測定部510及び長さ推定部520を備える。
測定部510は、チューブ110の電気的特性を測定する。このため、検出ユニット500は、アクチュエータ本体部100の長手方向(軸方向DAX)におけるチューブ110の両端部分と電気的に接続される。具体的には、チューブ110の両端部分と検出ユニット500とは、リード線515によって接続される。
測定部510は、チューブ110の電気抵抗を測定する。具体的には、測定部510は、リード線515によって接続されたチューブ110の長手方向(軸方向DAX)における端部間の電気抵抗の値(単位:MΩなど)を測定する。
長さ推定部520は、測定部510によって測定された電気的特性に基づいてアクチュエータ本体部100の長さLを推定する。
具体的には、長さ推定部520は、チューブ110の長手方向(軸方向DAX)における端部間の電気抵抗の値に基づいて、長さLを推定する。
より具体的には、長さ推定部520は、測定部510によって測定された電気抵抗が低くなるに連れて、長さLが短くなると推定する。
長さ推定部520は、アクチュエータ本体部100(チューブ110)の長さLと、チューブ110の長手方向(軸方向DAX)における端部間の電気抵抗の値との関係を示す数式(またはテーブル)を用いて長さLを推定する。長さLの推定例については、さらに後述する。
なお、図4では、流体圧アクチュエータ10と検出ユニット500とは、別体として示されているが、検出ユニット500は、流体圧アクチュエータ10に組み付けられるような形態または内蔵されるような形態としてもよい。また、検出ユニット500は、IoTなどの通信ネットワークと接続されることが好ましい。
(4)流体圧アクチュエータ及び検出ユニットの動作
次に、流体圧アクチュエータ10及び検出ユニット500の動作について説明する。具体的には、アクチュエータ本体部100の伸縮に伴うアクチュエータ本体部100の長さLの推定動作について説明する。
図5は、検出ユニット500によるアクチュエータ本体部100の長さLの推定動作フローを示す。
図5に示すように、流体圧アクチュエータ10を作動させるため、流体圧アクチュエータ10に流体が流入、または流体圧アクチュエータ10から流体が流出する(S10)。
検出ユニット500は、チューブ110の電気抵抗を測定する(S20)。具体的には、上述したように、検出ユニット500は、チューブ110の長手方向(軸方向DAX)における端部間の電気抵抗の値を測定する。
検出ユニット500は、測定した電気抵抗の値に基づいて、流体圧アクチュエータ10の長さ、具体的には、アクチュエータ本体部100の長さLを推定する(S30)。
検出ユニット500は、S20及びS30の処理を所定の周期(例えば、0.1秒〜1秒程度)で繰り返す。
図6は、アクチュエータ本体部100の収縮率(%)と、チューブ110の電気抵抗値(MΩ)の関係を示すグラフである。図6に示すように、収縮率と電気抵抗値とは、2次相関係数(R=0.9423)である。
アクチュエータ本体部100の収縮率(%)とは、アクチュエータ本体部100に流体が流入していない、つまり、アクチュエータ本体部100が収縮していない状態における長さLを基準(0.0%)としたアクチュエータ本体部100(具体的には、チューブ110)の収縮の程度を意味する。
なお、負の収縮率が含まれる理由は、流体圧アクチュエータ10の連結部20に連結される部材25の負荷によって、アクチュエータ本体部100が収縮していない状態における長さLよりもアクチュエータ本体部100が引き伸ばされる場合があるためである。
検出ユニット500は、図6のグラフに示したようなアクチュエータ本体部100の長さLを判定可能なパラメータと、アクチュエータ本体部100(チューブ110)電気抵抗値との関係を導出できる数式、またはテーブルなどを用いて、長さLを推定する。
図7A及び図7Bは、チューブ110に含まれるカーボン粒子の分散状態を模式的に示す図である。
具体的には、図7Aは、アクチュエータ本体部100が収縮していない状態(図6に示す収縮率が0.0%の状態)におけるカーボン粒子111の分散状態を示す。
図7Bは、アクチュエータ本体部100が収縮している状態におけるカーボン粒子111の分散状態を示す。
図6に示したように、アクチュエータ本体部100の収縮率が高くなると、アクチュエータ本体部100(チューブ110)電気抵抗値は低くなっている。これは、アクチュエータ本体部100に流体が流入してアクチュエータ本体部100が収縮すると、チューブ110は、スリーブ120によって規制された所定範囲内において軸方向DAXに膨張する際、チューブ110の厚みが薄くなることにより、チューブ110に含まれるカーボン粒子111間の距離Rが狭められる(図7B参照)。
具体的には、アクチュエータ本体部100が収縮する際、チューブ110は拡張するため、チューブ110の膜厚が薄くなる。この結果、カーボン粒子111の膜厚方向における寸法(つまり、距離R)が狭まり、カーボン粒子111(フィラー)が接近する。
すなわち、アクチュエータ本体部100の収縮率が高くなり、長さLが短くなると、カーボン粒子111間の距離Rが狭くなるため、チューブ110の導電率が増大、換言すれば、チューブ110の電気抵抗値が低下する。
(5)作用・効果
上述した実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。具体的には、流体圧アクチュエータ10の検出ユニット500は、チューブ110の膨張または収縮によって形状が変化するアクチュエータ本体部100の長さLを検出する。
このため、流体圧アクチュエータ10に掛かる負荷(部材25)の大きさによって、アクチュエータ本体部100の長さLが異なり得るマッキベン型の流体圧アクチュエータ10の場合でも、長さLを正確かつリアルタイムで検出し得る。
また、流体圧アクチュエータ10によれば、以下のような作用及び効果も見込まれる。具体的には、制御時の応答性向上である。流体圧アクチュエータ10によれば、外部のセンサ(検出ユニット)で検出し、当該検出結果を演算装置(CPU)で演算した後、フィードバック制御する形態ではなく、アクチュエータ本体部100が長さLを検出できるため、制御時の反応速度が向上する。
また、別体のセンサを搭載すると部品点数が多くなり、故障確率が高くなるが、流体圧アクチュエータ10によれば、故障確率を抑制でき、安定した動作が期待できる。
本実施形態では、検出ユニット500は、チューブ110の電気的特性を測定する測定部510と、測定された電気的特性に基づいて長さLを推定する長さ推定部520を含む。
具体的には、測定部510は、チューブ110の電気抵抗を測定し、長さ推定部520は、測定された電気抵抗が低くなるに連れて、長さLが短くなると推定する。
つまり、図7A及び図7Bに示したように、アクチュエータ本体部100が収縮すると、チューブ110に含まれるカーボン粒子111間の距離Rが狭められるため、チューブ110の電気抵抗が低くなる。長さ推定部520は、このような現象を利用して長さLを推定する。
また、流体圧アクチュエータ10によれば、後述する変更例に係る流体圧アクチュエータと比較すると、チューブ110自体を長さLの検出に活用できるため、構成が簡素である。また、アクチュエータ本体部100には、長さLの検出ユニットを内蔵する必要がないため、軽量かつ安価である。
特に、流体圧アクチュエータ10は、人体に装着される場合もあることを考慮すると、極力軽量であることが望ましいが、流体圧アクチュエータ10によれば、このような軽量化の要求にも応えやすい。
本実施形態では、チューブ110は、導電性の材料(カーボン粒子111)を含むゴム部材によって形成される。このため、より正確にアクチュエータ本体部100の長さLを推定し得る。
本実施形態では、スリーブ120は、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、チューブ110の外周面を覆う。このため、スリーブ120は、チューブ110の収縮及び膨張を規制しつつ追従するため、チューブ110は、スリーブ120によって規制された所定範囲内において変形する。このため、チューブ110、つまり、アクチュエータ本体部100の変形範囲が規制されるため、長さLをより正確に測定し得る。
(6)その他の実施形態
以上、実施例に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
例えば、上述した流体圧アクチュエータ10は、次のように変更してもよい。図8は、変更例に係る流体圧アクチュエータ10Aの側面図である。
図8に示すように、流体圧アクチュエータ10Aは、検出ユニット500Aを内蔵する。検出ユニット500Aは、レーザー光送受信部530及び反射部540を含む。
レーザー光送受信部530は、反射部540に向けてレーザー光を照射し、反射部540によって反射したレーザー光が戻ってくるまでの時間に基づいて、アクチュエータ本体部100の長さLを推定する。
図9は、他の変更例に係る流体圧アクチュエータ10Bの側面図である。図9に示すように、流体圧アクチュエータ10Bは、検出ユニット500Bを内蔵する。検出ユニット500Bは、超音波送受信部550及び反射部560を含む。
超音波送受信部550は、反射部560に向けて超音波信号を送出し、反射部560によって反射した超音波信号が戻ってくるまでの時間に基づいて、アクチュエータ本体部100の長さLを推定する。
また、上述した実施形態では、検出ユニット500は、チューブ110の電気抵抗を測定していたが、電気抵抗以外の電気的特性を測定し、長さLを推定してもよい。例えば、検出ユニット500は、チューブ110の静電容量を測定し、測定した静電容量に基づいて長さLを推定してもよい。
また、導電性の材料、つまり、チューブ110を導電ゴムによって形成する場合、上述したようなカーボン粒子111に限定されず、金属粉末を配合した天然ゴム或いは合成ゴムを用いてもよい。
上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
10,10A,10B 流体圧アクチュエータ
20 連結部
25 部材
100 アクチュエータ本体部
110 チューブ
111 カーボン粒子
120 スリーブ
180 ホース
200 封止機構
210 封止部材
230 かしめ部材
231 圧痕
300 封止機構
400 フィッティング
410 通過孔
500,500A,500B 検出ユニット
510 測定部
515 リード線
520 長さ推定部
530 レーザー光送受信部
540 反射部
550 超音波送受信部
560 反射部

Claims (6)

  1. 流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブを含み、前記チューブの膨張または収縮によって形状が変化するアクチュエータ本体部と、
    前記チューブの長手方向に沿った前記アクチュエータ本体部の長さを検出する検出ユニットと
    を備える流体圧アクチュエータ。
  2. 前記検出ユニットは、
    前記チューブの電気的特性を測定する測定部と、
    前記測定部によって測定された前記電気的特性に基づいて前記長さを推定する長さ推定部と
    を含む請求項1に記載の流体圧アクチュエータ。
  3. 前記測定部は、前記チューブの電気抵抗を測定し、
    前記長さ推定部は、前記測定部によって測定された前記電気抵抗が低くなるに連れて、前記長さが短くなると推定する請求項2に記載の流体圧アクチュエータ。
  4. 前記チューブは、導電性の材料を含むゴム部材によって形成される請求項2または3に記載の流体圧アクチュエータ。
  5. 前記アクチュエータ本体部は、所定方向に配向された繊維コードを編み込んだ伸縮性を有する構造体であり、前記チューブの外周面を覆うスリーブを含む請求項1乃至4の何れか一項に記載の流体圧アクチュエータ。
  6. 流体圧アクチュエータと接続される検出ユニットであって、
    前記流体圧アクチュエータは、流体の圧力によって膨張及び収縮する円筒状のチューブを含み、前記チューブの膨張または収縮によって形状が変化するアクチュエータ本体部を備え、
    前記検出ユニットは、前記チューブの長手方向に沿った前記アクチュエータ本体部の長さを検出する検出ユニット。
JP2019078191A 2019-04-16 2019-04-16 流体圧アクチュエータ及び検出ユニット Pending JP2020176664A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019078191A JP2020176664A (ja) 2019-04-16 2019-04-16 流体圧アクチュエータ及び検出ユニット
EP20790416.0A EP3957867A4 (en) 2019-04-16 2020-04-14 HYDRAULIC ACTUATOR AND DETECTION UNIT
US17/603,775 US20220196038A1 (en) 2019-04-16 2020-04-14 Fluid pressure actuator and detection unit
PCT/JP2020/016363 WO2020213583A1 (ja) 2019-04-16 2020-04-14 流体圧アクチュエータ及び検出ユニット
CN202080028723.6A CN113692494A (zh) 2019-04-16 2020-04-14 流体压驱动器和检测单元

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019078191A JP2020176664A (ja) 2019-04-16 2019-04-16 流体圧アクチュエータ及び検出ユニット

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020176664A true JP2020176664A (ja) 2020-10-29

Family

ID=72837918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019078191A Pending JP2020176664A (ja) 2019-04-16 2019-04-16 流体圧アクチュエータ及び検出ユニット

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220196038A1 (ja)
EP (1) EP3957867A4 (ja)
JP (1) JP2020176664A (ja)
CN (1) CN113692494A (ja)
WO (1) WO2020213583A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7377928B1 (ja) 2022-08-26 2023-11-10 ソフトバンク株式会社 トラッキング装置、プログラム、及びトラッキング方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63216691A (ja) * 1987-03-03 1988-09-08 工業技術院長 関節装置
JP2009257573A (ja) * 2008-04-17 2009-11-05 Nara Institute Of Science & Technology 直動伸縮アクチュエータ
JP2015113918A (ja) * 2013-12-11 2015-06-22 コーア株式会社 アクチュエータ
JP2015180829A (ja) * 2014-03-06 2015-10-15 株式会社リコー 流体駆動型アクチュエータ、その製造方法、及びその駆動方法、駆動装置、並びに関節構造
JP2016505790A (ja) * 2013-01-21 2016-02-25 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ 空気圧式感知アクチュエータ
JP2017101809A (ja) * 2015-12-04 2017-06-08 国立大学法人 岡山大学 人工筋

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10210332A1 (de) * 2002-03-08 2003-10-02 Festo Ag & Co Kontraktionseinheit mit Positionssensoreinrichtung
DE10225246A1 (de) * 2002-06-07 2004-01-08 Festo Ag & Co. Kontraktionseinheit mit Positionssensoreinrichtung
DE10225245A1 (de) * 2002-06-07 2004-01-22 Festo Ag & Co. Kontraktionseinheit mit Positionssensoreinrichtung
GB2435308A (en) * 2006-02-18 2007-08-22 Shadow Robot Company Ltd Braided sheath air muscle with substantially fixed perimeter bladder
CN102744726B (zh) * 2007-01-22 2014-12-03 松下电器产业株式会社 压缩性流体压力促动器驱动机构及其驱动方法
JP5906506B1 (ja) * 2014-09-12 2016-04-20 株式会社国際電気通信基礎技術研究所 アクチュエータ装置、パワーアシストロボットおよびヒューマノイドロボット
EP3324054B1 (en) 2015-07-14 2019-11-20 Bridgestone Corporation Hydraulic actuator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63216691A (ja) * 1987-03-03 1988-09-08 工業技術院長 関節装置
JP2009257573A (ja) * 2008-04-17 2009-11-05 Nara Institute Of Science & Technology 直動伸縮アクチュエータ
JP2016505790A (ja) * 2013-01-21 2016-02-25 プレジデント・アンド・フェロウズ・オブ・ハーバード・カレッジ 空気圧式感知アクチュエータ
JP2015113918A (ja) * 2013-12-11 2015-06-22 コーア株式会社 アクチュエータ
JP2015180829A (ja) * 2014-03-06 2015-10-15 株式会社リコー 流体駆動型アクチュエータ、その製造方法、及びその駆動方法、駆動装置、並びに関節構造
JP2017101809A (ja) * 2015-12-04 2017-06-08 国立大学法人 岡山大学 人工筋

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7377928B1 (ja) 2022-08-26 2023-11-10 ソフトバンク株式会社 トラッキング装置、プログラム、及びトラッキング方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020213583A1 (ja) 2020-10-22
US20220196038A1 (en) 2022-06-23
CN113692494A (zh) 2021-11-23
EP3957867A4 (en) 2023-01-04
EP3957867A1 (en) 2022-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020213583A1 (ja) 流体圧アクチュエータ及び検出ユニット
Sfakiotakis et al. An experimental undulating-fin device using the parallel bellows actuator
US20060228225A1 (en) Reciprocating pump performance prediction
JP6234584B2 (ja) 容積型ポンプにおける物理変数の算出方法
US11408271B2 (en) Well pump diagnostics using multi-physics sensor data
EP3158282A1 (en) Sensing method for fiber-driven motion systems
JP2018017396A (ja) アクチュエータ本体およびその制御方法、それを用いた把持ハンド
JP2016529441A (ja) 容積式ポンプの油圧パラメータの決定方法
US20110277545A1 (en) Pressure balancing device
US9366341B2 (en) Displacement level sensor and seal and pivot assembly for displacement level sensor
Muscolo et al. SUAS: A novel soft underwater artificial skin with capacitive transducers and hyperelastic membrane
US20180094617A1 (en) Device and Method to Convert Reciprocating Linear Motion into Linear Fluid Flow
CN109424290B (zh) 气体撑杆力主动监测系统
CN111168723B (zh) 力位触觉结构及力位触觉传感器
US20160201657A1 (en) Method for Improving Metering Profiles of Displacement Pumps
JP4468996B2 (ja) 隔膜式圧力センサ
Akagi et al. Development of a flexible pneumatic actuator with a flexible tube
KR100687261B1 (ko) 차압식 유량계
WO2024048300A1 (ja) アクチュエータ把持力推定装置、アクチュエータ把持力推定方法
KR102230121B1 (ko) 유체 특성 측정 장치
CN211013315U (zh) 力位触觉结构及力位触觉传感器
CN211010230U (zh) 一种耐油聚氨酯螺旋波纹管
JP2023090575A (ja) 流体圧アクチュエータ及びアクチュエータ制御システム
KR102671274B1 (ko) 관절 회전각 측정용 웨어러블 밴드, 메타 구조체를 이용한 관절 회전각 측정 장치 및 관절 회전각 관리 시스템
JP2003176847A (ja) ダンパー装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220927

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221021

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221115

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230509