JP2022176100A

JP2022176100A - 人工筋肉アクチュエータ装置

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Publication number: JP2022176100A
Application number: JP2022065968A
Authority: JP
Inventors: 昌三宮澤; Shozo Miyazawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2022-04-13
Publication date: 2022-11-25

Abstract

【課題】バルーンの膨張・収縮を一対とし、作動液圧ロスをなくした小型で省電力の動力源にすることで、身体の筋肉に適した構造にできて、ロボットの運動機能を担う装置として適用可能な汎用性に優れた構造の人工筋肉アクチュエータ装置を提供することを目的とする。【解決手段】人工筋肉アクチュエータ装置１は、アクチュエータ部２と第１人工筋肉部１１とが第１連結管８によって接続され、アクチュエータ部２と第２人工筋肉部１２とが第２連結管９によって接続されており、第１人工筋肉部１１と第２人工筋肉部１２を身体部位５４に取付けて、アクチュエータ部２を通電制御することで、身体部位５４における骨格５０の屈曲動作と伸展動作を行う構成である。【選択図】図１

Description

本発明は、人工筋肉アクチュエータ装置に関する。

身体の運動機能を支援する人工筋肉アクチュエータ装置が知られており、人工筋肉にチューブを用いることで身体の動作に近づける取り組みがなされている（特許文献１：特開２０１５－１５７３４６号公報、特許文献２：特許第５２４６７１７号公報）。

特開２０１５－１５７３４６号公報特許第５２４６７１７号公報

従来技術は、大型のコンプレッサーを用いており電力消費量が過大である。また、身体の筋肉とは異なる機械的な形状であり身体への適合性に欠ける。身体の筋肉の形状により近づけることも考えられなくはないが、ロボットの運動機能を担う装置に適用できなくなるなど、汎用性が乏しい、という問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、バルーンの膨張・収縮を一対とし、作動液圧ロスをなくした小型で省電力の動力源にすることで、身体の筋肉に適した構造にできて、ロボットの運動機能を担う装置として適用可能な汎用性に優れた構造の人工筋肉アクチュエータ装置を提供することを目的とする。

一実施形態として、以下に開示する解決策により、前記課題を解決する。

本発明に係る人工筋肉アクチュエータ装置は、第１人工筋肉部と第２人工筋肉部とアクチュエータ部とを備え、第１骨と第２骨とが関節で繋がっている骨格に対応した身体部位に取付けて、前記第１人工筋肉部と前記第２人工筋肉部とで屈曲動作と伸展動作を行う構成であり、前記第１人工筋肉部は、第１作動液の液圧によって膨張し収縮する第１バルーンと、前記第１バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第１連結管と、前記第１バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第１ネットとを有し、前記第２人工筋肉部は、第２作動液の液圧によって収縮し膨張する第２バルーンと、前記第２バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第２連結管と、前記第２バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第２ネットとを有し、前記アクチュエータ部は、前記第１連結管と前記第２連結管とがそれぞれ連結されるハウジングと、前記ハウジングの内部に配されるピストンと、前記ピストンを往復動させるソレノイドとを備え、前記ピストンの往動によって前記第１作動液を前記第１バルーンに向けて押すとともに前記第２作動液を前記第２バルーンから引く第１動作と、前記ピストンの復動によって前記第２作動液を前記第２バルーンに向けて押すとともに前記第１作動液を前記第１バルーンから引く第２動作とを行う構成であることを特徴とする。

この構成によれば、身体の筋肉に適した構造にできるので身体の運動機能を支援することができて、ロボットの運動機能を担う装置として適用可能な汎用性に優れた構造にできる。そして、アクチュエータ部が作動液圧を加圧・減圧する構成にしたことでバルーンの作動液圧ロスをなくした省エネ構造にすることができる。尚且つ、小型化を図ることができて、部品点数が少ない合理的な構成にできる。

本発明に係る人工筋肉アクチュエータ装置は、第１人工筋肉部と第２人工筋肉部とアクチュエータ部とを備え、第１骨と第２骨とが関節で繋がっている骨格に対応した身体部位に取付けて、前記第１人工筋肉部と前記第２人工筋肉部とで屈曲動作と伸展動作を行う構成であり、前記第１人工筋肉部は、第１作動液の液圧によって膨張し収縮する第１バルーンと、前記第１バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第１連結管と、前記第１バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第１ネットとを有し、前記第２人工筋肉部は、第２作動液の液圧によって収縮し膨張する第２バルーンと、前記第２バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第２連結管と、前記第２バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第２ネットとを有し、前記アクチュエータ部は、前記第１連結管と前記第２連結管とがそれぞれ連結されるハウジングと、前記ハウジングの内部に配される第１ピストンと、前記第１ピストンを往復動させる第１ソレノイドと、前記ハウジングの内部に配される第２ピストンと、前記第２ピストンを往復動させる第２ソレノイドとを備え、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを互いに離す動作によって前記第１作動液を前記第１バルーンに向けて押すとともに前記第２作動液を前記第２バルーンから引く第１動作と、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを互いに近づける動作によって前記第２作動液を前記第２バルーンに向けて押すとともに前記第１作動液を前記第１バルーンから引く第２動作とを行う構成であることを特徴とする。

この構成によれば、身体の筋肉に適した構造にできるので身体の運動機能を支援することができて、ロボットの運動機能を担う装置として適用可能な汎用性に優れた構造にできる。そして、アクチュエータ部が作動液圧を加圧・減圧する構成にしたことでバルーンの作動液圧ロスをなくした省エネ構造にすることができる。尚且つ、パワーを増大すること、および、液圧上昇や液圧降下を短時間で行うことができて動作速度をより速くすることができる。

一例として、前記第１人工筋肉部は、前記第１連結管に近い位置の第１端部が前記第１骨における前記関節から離れた位置で前記第２骨の屈曲側の位置に連結され、前記第１連結管から離れた位置の第２端部が前記第１骨における前記関節に近い位置で前記屈曲側の位置に連結されており、前記第２人工筋肉部は、前記第２連結管に近い位置の第３端部が前記第１骨における前記関節から離れた位置で前記第２骨の伸展側の位置に連結され、前記第２連結管から離れた位置の第４端部が前記第１骨における前記関節に近い位置で前記伸展側の位置に連結されている構成である。この構成により、身体部位の最適位置に装置を取付けることができて、効率よく動作させることが容易にできる。

前記第１連結管における前記第１ネットの後端側の第１端部との第１接続部と前記第２連結管における前記第２ネットの後端側の第３端部との第２接続部とを前記身体部位に取付ける第１取付具と、前記第１ネットの先端側の第２端部と前記第２ネットの先端側の第４端部とを前記身体部位に取付ける第２取付具とをさらに備える構成であることが好ましい。この構成により、身体部位への着脱が容易にできて、身体部位の最適位置に位置合わせすることが容易にできる。一例として、前記第１取付具および前記第２取付具は、バルーン端部およびネット端部を取付ける円筒部と、前記身体部位に取付けるＬ字部と、前記円筒部と前記Ｌ字部とを補強するリブ部とを有する構成である。この構成により、人工筋肉部の組立が容易にできて、身体部位への人工筋肉部の取付けが容易にできる。

前記第１バルーンと前記第２バルーンは、いずれも耐油性の弾性ゴムからなり、前記第１ネットと前記第２ネットは、いずれも合成繊維の円筒状織物からなり、前記円筒状織物は、それぞれが両端部より引き出された複数の糸状繊維を有し、前記糸状繊維は、前記円筒状織物と連動可能な構成であることが好ましい。この構成により、膨張・収縮を繰り返す動作が長寿命にできる。より好ましい構成としては、前記第１バルーンおよび前記第２バルーンはシリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムまたは天然ゴムからなり、前記第１ネットおよび前記第２ネットは炭素繊維、ポリエステル繊維またはポリアミド繊維からなる。この構成により、高強度で高い柔軟性を有する構造にできて、膨張・収縮を繰り返す動作がさらに長寿命にできる。

一例として、前記第１作動液および前記第２作動液は難燃性の作動油である。これにより、安全性の高い構造にできる。一例として、前記第１作動液の液圧を調節する調節弁が前記ハウジングに配されている構成である。これにより、第１作動液の液圧と第２作動液の液圧とのバランス調整が容易にできる。つまり、作動油を用いた既知のアクチェーターは気温や気圧による操作圧力の変化が隘路となっていたが、調節弁を設けたことで、所望の駆動圧力を一定に保つことが容易にできる。

一例として、前記第１ネットと前記第２ネットはいずれも平織であり円筒状である。一例として、前記第１ネットと前記第２ネットはいずれも炭素繊維などの強靭な繊維から構成されており、第１バルーンや第２バルーンを外力から保護しつつ身体の筋肉と同様の膨張動作および収縮動作をさせることができる。一例として、前記人工筋肉部は、すべての部材を有機材にすることができるので、身体の筋肉との親和性に優れており、環境負荷も小さくできる。

前記骨格は、人などの骨格の場合があり、ロボットなどの骨格の場合がある。前記連結構造は直接固定の場合があり、被服やベルトなどの介在物を介した間接固定の場合がある。したがって、本発明に係る人工筋肉アクチュエータ装置は、身体の運動機能を支援することができる。また本発明に係る人工筋肉アクチュエータ装置は、ロボットの運動機能を担う装置に適用できる。

一例として、前記アクチュエータ部は、前記第１連結管に第１接続口が連結され、前記第２連結管に第２接続口が連結され、前記第１作動液の液圧を調節する調節弁が配されたハウジングと、前記ハウジング内で第１ピストンを往復動させる第１ソレノイドと、前記ハウジング内で第２ピストンを往復動させる第２ソレノイドとを備え、前記アクチュエータ部が前記第１動作を行うときは、前記第１ピストンが前記第１作動液を加圧するとともに前記第２作動液を減圧する構成、前記第２ピストンが前記第１作動液を加圧するとともに前記第２作動液を減圧する構成のいずれかないしは両方の構成であり、前記アクチュエータ部が前記第２動作を行うときは、前記第１ピストンが前記第１作動液を減圧するとともに前記第２作動液を加圧する構成、前記第２ピストンが前記第１作動液を減圧するとともに前記第２作動液を加圧する構成のいずれかないしは両方の構成であることが好ましい。この構成によれば、複数ソレノイドのいずれかないしは両方の、通電の有無や、通電方向による磁極変換操作により一対のバルーンの一方を膨張・他方を収縮させ、円筒状平織ネット両端部全長の変位で前記骨格又は人工骨格の屈曲・伸展角度を任意に操作できる。

一例として、前記アクチュエータ部は、永久磁石としてのピストンが往復動するソレノイドである。一例として、前記アクチュエータ部は永久磁石であるピストン、または電磁軟鉄が配されたピストンが、ソレノイドコイルに囲まれた状態で往復動する直線型のソレノイドを有する構成である。この構成によれば、高い効率で作動液を送液することが容易にできる。前記永久磁石として、ネオジム磁石を採用することで、特に高出力にできる。

本発明によれば、バルーンの膨張・収縮を一対とした構造にし、作動液圧ロスをなくした小型で省電力の動力源にすることで、身体の筋肉に適した構造で身体の運動機能を支援することができる。尚且つ、ロボットの運動機能を担う装置として適用可能な汎用性に優れた構造の人工筋肉アクチュエータ装置が実現できる。

図１は本発明の実施形態に係る第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位（骨格）に取付けて屈曲動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図２は第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位（骨格）に取付けて伸展動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図３Ａは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて歩行のＡ動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図であり、図３Ｂは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて歩行のＢ動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図４Ａは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて起立動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図であり、図４Ｄは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて膝曲げ動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図５は本発明の実施形態に係る第２例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位（骨格）に取付けて屈曲動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図６は第２例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位（骨格）に取付けて伸展動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図７Ａは本実施形態に係るバルーンの膨張状態を示す側面図であり、図７Ｂは本実施形態に係るバルーンおよびネットの膨張状態を示す側面図であり、図７Ｃは本実施形態に係るバルーンおよびネットの膨張状態を別の方向から示す側面図であり、図７Ｄは図７Ａのバルーンの収縮状態を示す側面図であり、図７Ｆは図７Ｂのバルーンおよびネットの収縮状態を示す側面図である。図８Ａは本実施形態に係る取付板の例を示す側面図であり、図８Ｂは図８Ａの平面図であり、図８Ｃは図８Ａの正面図である。

本発明の実施形態について図面を参照して、以下に詳しく説明する。本実施形態の人工筋肉アクチュエータ装置１は、アクチュエータ部２と第１人工筋肉部１１とが第１連結管８によって接続され、アクチュエータ部２と第２人工筋肉部１２とが第２連結管９によって接続されており、第１人工筋肉部１１と第２人工筋肉部１２を、第１骨５１と第２骨５２とが関節５３で繋がっている骨格５０に対応した身体部位５４に取付けて用いる。そして、制御回路１７によってアクチュエータ部２を通電制御することで、骨格５０の屈曲動作と伸展動作を行う構成である。ここで、屈曲動作は、例えば図１に示すように、第２骨５２の関節５３から離れた位置がｙ１方向に動いた状態になる。ここで、伸展動作は、例えば図２に示すように、第２骨５２の関節５３から離れた位置がｙ２方向（ｙ１方向の逆方向）に動いた状態になる。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施形態は、第１作動液４１の液圧によって膨張し収縮する第１バルーン３１と、第１バルーン３１の外周を覆って身体部位５４に取付ける第１ネット２１とを有する構成である。また、第２作動液４２の液圧によって膨張し収縮する第２バルーン３２と、第２バルーン３２の外周を覆って身体部位５４に取付ける第２ネット２２とを有する構成である。ここで、第１作動液４１および第２作動液４２は、難燃性の作動油である。

図７Ａと図７Ｄに示すように、一例として、シリコーンゴムなどの耐油性の弾性ゴムを柱状に形成し、膨張・収縮容易な構造の第１バルーン３１並びに第２バルーン３２にする。また、図７Ｂと図７Ｅに示すように、一例として、炭素繊維などの合成繊維の円筒状織物からなり、前記円筒状織物は、それぞれが両端部全周より等間隔に引き出された複数の糸状繊維を有し、前記糸状繊維は、前記円筒状織物と連動可能な構成の第１ネット２１並びに第２ネット２２にする。そして、第１連結管８を繋いだ第１バルーン３１に第１ネット２１を被せて、第１バルーン３１と共に膨張・収縮容易な構造にする。同様に、第２連結管９を繋いだ第２バルーン３２に第２ネット２２を被せて、第２バルーン３２と共に膨張・収縮容易な構造にする。そして、第１作動液４１を第１バルーン３１に満たして第１人工筋肉部１１にする。同様に、第２作動液４２を第２バルーン３２に満たして第２人工筋肉部１２にする。

一例として、図７Ｂと図７Ｃ、並びに図８Ａ～図８Ｃに示すように、第１人工筋肉部１１や第２人工筋肉部１２は、円筒部２７ａとＬ字部２７ｂとリブ部２７ｄとを有する取付板２７を設けた構成にしてもよい。一例として、取付板２７は、第１人工筋肉部１１における第１バルーン３１の第１端部２１ａを、円筒部２７ａに形成された貫通穴２７ｃに通して接着剤等によって固定する。また、第１人工筋肉部１１における第１ネット２１の片側端部を、円筒部２７ａの外周に巻き付けて接着剤等によって固定する。取付板２７におけるＬ字部２７ｂは、身体部位５４に位置合わせし、ボルトやネジ等を、Ｌ字部２７ｂに形成された取付穴２７ｅに通して、身体部位５４に固定する。または、後述する第１取付具２３を介して固定する。第２人工筋肉部１２についても同様である。

続いて、第１例の人工筋肉アクチュエータ装置１Ａについて、以下に説明する。

[第１例]
図１と図２に示すように、アクチュエータ部２は、ハウジング３と、ハウジング３内でピストン７ａを往復動させるソレノイド７と、調節弁４とピストン７ａは軸線Ｐ１に沿って直列に配されている。

ソレノイド７は、ピストン７ａの外周位置の外側に筒状で電磁軟鋼のヨーク７ｃが配され、ヨーク７ｃの外周に電磁コイル７ｄが配されている。電磁コイル７ｄに通電する電流の向きによって、ピストン７ａの移動方向が決定する。また、電磁コイル７ｄに通電する電力の大きさによって、ピストン７ａの押圧力や吸引力が決定する。ピストン７ａは、円柱状に形成された電磁軟鋼またはネオジム磁石であり、外周側面の凹部にＯリング７ｂが配されており、ヨーク７ｃの内側位置に設けられたハウジング３の内壁に沿って軸線Ｐ１上を摺動する。

調節弁４は、スクリュ―ねじ４ａとコイルスプリング４ｂとプランジャ４ｃとが軸線Ｐ１に沿って連結された構成であり、スクリュ―ねじ４ａの押し込み量を大きくすることで第１作動液４１の静止状態の液圧を大きくする方向に調節する。

図１と図２に示すように、第１人工筋肉部１１は、第１作動液４１の液圧によって膨張し収縮する第１バルーン３１と第１バルーン３１の外周を覆う第１ネット２１とを有する。また、第２人工筋肉部１２は、第２作動液４２の液圧によって膨張し収縮する第２バルーン３２と第２バルーン３２の外周を覆う第２ネット２２とを有する。第１ネット２１と第２ネット２２はいずれも平織であり円筒状である。第１ネット２１と第２ネット２２はいずれも炭素繊維などの強靭な繊維から構成されている。第１バルーン３１と第２バルーン３２はいずれもシリコーンゴムなどのゴム製の袋体である。第１連結管８と第２連結管９は耐圧チューブである。第１作動液４１と第２作動液４２はいずれも難燃性の作動油である。

第１人工筋肉部１１は、第１連結管８に近い位置の第１端部２１ａが、第１骨５１における関節５３から離れた位置で第２骨５２の屈曲側の位置に連結される。また第１人工筋肉部１１は、第１連結管８から離れた位置の第２端部２１ｂが、第１骨５１における関節５３に近い位置で第２骨５２の屈曲側の位置に連結される。そして、第２人工筋肉部１２は、第２連結管９に近い位置の第３端部２２ａが、第１骨５１における関節５３から離れた位置で第２骨５２の伸展側の位置に連結される。また第２人工筋肉部１２は、第２連結管９から離れた位置の第４端部２２ｂが、第１骨５１における関節５３に近い位置で第２骨５２の伸展側の位置に連結される。

そして、ピストン７ａの往動に伴う押圧力でハウジング３内の第１作動液４１を第１接続口３ａと第１連結管８とを経由して第１バルーン３１内に移動させて第１バルーン３１を膨張させるとともに、ピストン７ａの往動に伴う吸引力で第２バルーン３２内の第２作動液４２を第２連結管９と第２接続口３ｂとを経由してハウジング３内に移動させて第２バルーン３２を収縮させる。

また、ピストン７ａの復動に伴う吸引力で第１バルーン３１内の第１作動液４１を第１連結管８と第１接続口３ａとを経由してハウジング３内に移動させて第１バルーン３１を収縮させるとともに、ピストン７ａの復動に伴う押圧力でハウジング３内の第２作動液４２を第２接続口３ｂと第２連結管９とを経由して第２バルーン３２内に移動させて第２バルーン３２を膨張させる。

ここで、制御回路１７は、アクチュエータ部２への通電電力の大きさおよび通電電流の向きを制御することでアクチュエータ部２を駆動制御する。

骨格５０は、人などの骨格には限定されず、ロボットなどの骨格に適用される場合がある。第１人工筋肉部１１および第２人工筋肉部１２と骨格５０との連結構造は直接固定の場合があり、被服やベルトなどの介在物を介した間接固定の場合がある。したがって、本実施形態に係る人工筋肉アクチュエータ装置１は、身体の運動機能を支援することができる。また本実施形態に係る人工筋肉アクチュエータ装置１は、ロボットの運動機能を担う装置に適用できる。

続いて、大腿四頭筋とハムストリングスの動作をパワーアシストする構成について、以下に説明する。

図３Ａは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて歩行のＡ動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図であり、図３Ｂは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて歩行のＢ動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。

一例として、前記第１連結管８における前記第１ネット２１の後端側の第１端部２１ａとの第１接続部２５と、前記第２連結管９における前記第２ネット２２の後端側の第３端部２２ａとの第２接続部２６とを、前記身体部位５４に取付ける帯状の第１取付具２３を有する。また、前記第１ネット２１の先端側の第２端部２１ｂと、前記第２ネット２２の先端側の第４端部２２ｂとを前記身体部位５４に取付ける帯状の第２取付具２４とをさらに備える。第１取付具２３および第２取付具２４は、弾性体バンドや、細幅織物などからなる帯状部材であり、身体部位に巻回して位置固定する。または、衣服を介して、身体部位に巻回して位置固定する。第１取付具２３と第２取付具２４とは関節５３を間にして間隔を設けて身体への影響が比較的少ない位置に、位置ずれしない程度の巻き付け力で取付けられる。

図３Ａに示す例は、ピストン７ａの復動に伴う吸引力で第１バルーン３１内の第１作動液４１をハウジング３内に移動させて第１バルーン３１を収縮させるとともに、ピストン７ａの復動に伴う押圧力でハウジング３内の第２作動液４２を第２バルーン３２内に移動させて第２バルーン３２を膨張させることで、脚を後方に向かわせて身体を前方に進ませる。図３Ｂに示す例は、ピストン７ａを原点位置に戻す際の復元力で、脚を前方に向かわせて身体を静止位置に戻す。

図４Ａは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて起立動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図であり、図４Ｄは第１例の人工筋肉アクチュエータ装置を身体部位に取付けて膝曲げ動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。

図４Ａに示す例は、ピストン７ａを原点位置からやや複動させて、身体を起立姿勢にする。図４Ｂに示す例は、ピストン７ａの往動に伴う押圧力でハウジング３内の第１作動液４１を第１バルーン３１内に移動させて第１バルーン３１を膨張させるとともに、ピストン７ａの往動に伴う吸引力で第２バルーン３２内の第２作動液４２をハウジング３内に移動させて第２バルーン３２を収縮させることで、膝曲げ動作をする。上述の動作は一例であり、アクチュエータ部２を駆動制御することで、歩行運動や屈伸運動など各種の身体運動を行うことが容易にできる。

続いて、第２例の人工筋肉アクチュエータ装置１Ｂについて、以下に説明する。

[第２例]
図５と図６に示すように、アクチュエータ部２は、ハウジング３と、ハウジング３内で第１ピストン５ａを往復動させる第１ソレノイド５と、ハウジング３内で第２ピストン６ａを往復動させる第２ソレノイド６と、調節弁４とを備える。第１ピストン５ａと第２ピストン６ａは軸線Ｐ１に沿って直列に配されている。また、調節弁４と第１ピストン５ａは軸線Ｐ１に沿って直列に配されている。

第１ソレノイド５は、第１ピストン５ａの外周位置の外側に筒状で電磁軟鋼の第１ヨーク５ｃが配され、第１ヨーク５ｃの外周に第１電磁コイル５ｄが配されている。第１電磁コイル５ｄに通電する電流の向きによって、第１ピストン５ａの移動方向が決定する。また、第１電磁コイル５ｄに通電する電力の大きさによって、第１ピストン５ａの押圧力や吸引力が決定する。第１ピストン５ａは、円柱状に形成された電磁軟鋼またはネオジム磁石であり、外周側面の凹部に第１Ｏリング５ｂが複数配されており、第１ヨーク５ｃの内側位置に設けられたハウジング３の内壁に沿って軸線Ｐ１上を摺動する。

第２ソレノイド６は、第２ピストン６ａの外周位置の外側に筒状で電磁軟鋼の第２ヨーク６ｃが配され、第２ヨーク６ｃの外周に第２電磁コイル６ｄが配されている。第２電磁コイル６ｄに通電する電流の向きによって、第２ピストン６ａの移動方向が決定する。また、第２電磁コイル６ｄに通電する電力の大きさによって、第２ピストン６ａの押圧力や吸引力が決定する。第２ピストン６ａは、円柱状に形成された電磁軟鋼またはネオジム磁石であり、外周側面の凹部に第２Ｏリング６ｂが複数配されており、第２ヨーク６ｃの内側位置に設けられたハウジング３の内壁に沿って軸線Ｐ１上を摺動する。

第１人工筋肉部１１は、第１作動液４１の液圧によって膨張し収縮する第１バルーン３１と第１バルーン３１の外周を覆う第１ネット２１とを有する。また、第２人工筋肉部１２は、第２作動液４２の液圧によって膨張し収縮する第２バルーン３２と第２バルーン３２の外周を覆う第２ネット２２とを有する。第１ネット２１と第２ネット２２はいずれも平織であり円筒状である。第１ネット２１と第２ネット２２はいずれも炭素繊維などの強靭な繊維から構成されている。第１バルーン３１と第２バルーン３２はいずれもシリコーンゴムなどのゴム製の袋体である。第１連結管８と第２連結管９は耐圧チューブである。第１作動液４１と第２作動液４２はいずれも作動油である。

そして、第１ピストン５ａと第２ピストン６ａの押圧力でハウジング３内の第１作動液４１を第１接続口３ａと第１連結管８とを経由して第１バルーン３１内に移動させて、第１バルーン３１を膨張させる。また、第１ピストン５ａと第２ピストン６ａの吸引力で第１バルーン３１内の第１作動液４１を第１連結管８と第１接続口３ａとを経由してハウジング３内に移動させて、第１バルーン３１を収縮させる。そして、第１ピストン５ａと第２ピストン６ａの吸引力で第２バルーン３２内の第２作動液４２を第２連結管９と第２接続口３ｂとを経由してハウジング３内に移動させて、第２バルーン３２を収縮させる。また、第１ピストン５ａと第２ピストン６ａの押圧力でハウジング３内の第２作動液４２を第２接続口３ｂと第２連結管９とを経由して第２バルーン３２内に移動させて、第２バルーン３２を膨張させる。つまり、制御回路１７は、アクチュエータ部２への通電電力の大きさおよび通電電流の向きを制御することでアクチュエータ部２を駆動制御する。

上述の実施形態では、第１人工筋肉部１１と第２人工筋肉部１２とを組み合わせて動作する例を示したが、この構成に限定されず、３つ以上の人工筋肉部を組み合わせて動作することもできる。

本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。

１、１Ａ、１Ｂ人工筋肉アクチュエータ装置
２アクチュエータ部
３ハウジング、３ａ第１接続口、３ｂ第２接続口
４調節弁、４ａスクリュ―ねじ、４ｂコイルスプリング、４ｃプランジャ４
５第１ソレノイド、５ａ第１ピストン、５ｂ第１Ｏリング、５ｃ第１ヨーク、５ｄ第１電磁コイル
６第２ソレノイド、６ａ第２ピストン、６ｂ第２Ｏリング、６ｃ第２ヨーク、６ｄ第２電磁コイル
７ソレノイド、７ａピストン、７ｂＯリング、７ｃヨーク、７ｄ電磁コイル
８第１連結管
９第２連結管
１１第１人工筋肉部
１２第２人工筋肉部
１７制御回路
２１第１ネット、２１ａ第１端部、２１ｂ第２端部
２２第２ネット、２２ａ第３端部、２２ｂ第４端部
２３第１取付具
２４第２取付具
２５第１接続部
２６第２接続部
２７取付板
３１第１バルーン
３２第２バルーン
４１第１作動液
４２第２作動液
５０骨格
５１第１骨
５２第２骨
５３関節
５４身体部位
Ｐ１軸線
ｙ１屈曲方向
ｙ２伸展方向

Claims

第１人工筋肉部と第２人工筋肉部とアクチュエータ部とを備え、第１骨と第２骨とが関節で繋がっている骨格に対応した身体部位に取付けて、前記第１人工筋肉部と前記第２人工筋肉部とで屈曲動作と伸展動作を行う構成であり、
前記第１人工筋肉部は、第１作動液の液圧によって膨張し収縮する第１バルーンと、前記第１バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第１連結管と、前記第１バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第１ネットとを有し、
前記第２人工筋肉部は、第２作動液の液圧によって収縮し膨張する第２バルーンと、前記第２バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第２連結管と、前記第２バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第２ネットとを有し、
前記アクチュエータ部は、前記第１連結管と前記第２連結管とがそれぞれ連結されるハウジングと、前記ハウジングの内部に配されるピストンと、前記ピストンを往復動させるソレノイドとを備え、前記ピストンの往動によって前記第１作動液を前記第１バルーンに向けて押すとともに前記第２作動液を前記第２バルーンから引く第１動作と、前記ピストンの復動によって前記第２作動液を前記第２バルーンに向けて押すとともに前記第１作動液を前記第１バルーンから引く第２動作とを行う構成であること
を特徴とする人工筋肉アクチュエータ装置。
第１人工筋肉部と第２人工筋肉部とアクチュエータ部とを備え、第１骨と第２骨とが関節で繋がっている骨格に対応した身体部位に取付けて、前記第１人工筋肉部と前記第２人工筋肉部とで屈曲動作と伸展動作を行う構成であり、
前記第１人工筋肉部は、第１作動液の液圧によって膨張し収縮する第１バルーンと、前記第１バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第１連結管と、前記第１バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第１ネットとを有し、
前記第２人工筋肉部は、第２作動液の液圧によって収縮し膨張する第２バルーンと、前記第２バルーンと前記アクチュエータ部とを連結する第２連結管と、前記第２バルーンの外周を覆って前記身体部位に取付ける第２ネットとを有し、
前記アクチュエータ部は、前記第１連結管と前記第２連結管とがそれぞれ連結されるハウジングと、前記ハウジングの内部に配される第１ピストンと、前記第１ピストンを往復動させる第１ソレノイドと、前記ハウジングの内部に配される第２ピストンと、前記第２ピストンを往復動させる第２ソレノイドとを備え、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを互いに離す動作によって前記第１作動液を前記第１バルーンに向けて押すとともに前記第２作動液を前記第２バルーンから引く第１動作と、前記第１ピストンと前記第２ピストンとを互いに近づける動作によって前記第２作動液を前記第２バルーンに向けて押すとともに前記第１作動液を前記第１バルーンから引く第２動作とを行う構成であること
を特徴とする人工筋肉アクチュエータ装置。
前記第１バルーンと前記第２バルーンは、いずれも耐油性の弾性ゴムからなり、前記第１ネットと前記第２ネットは、いずれも合成繊維の円筒状織物からなり、前記円筒状織物は、それぞれが両端部より引き出された複数の糸状繊維を有し、前記糸状繊維は、前記円筒状織物と連動可能な構成であること
を特徴とする請求項１または２に記載の人工筋肉アクチュエータ装置。
前記第１作動液および前記第２作動液は難燃性の作動油であり、前記第１バルーンおよび前記第２バルーンはシリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムまたは天然ゴムからなり、前記第１ネットおよび前記第２ネットは炭素繊維、ポリエステル繊維またはポリアミド繊維からなること
を特徴とする請求項３に記載の人工筋肉アクチュエータ装置。
前記第１連結管における前記第１ネットの後端側の第１端部との第１接続部と前記第２連結管における前記第２ネットの後端側の第３端部との第２接続部とを前記身体部位に取付ける第１取付具と、前記第１ネットの先端側の第２端部と前記第２ネットの先端側の第４端部とを前記身体部位に取付ける第２取付具とをさらに備えること
を特徴とする請求項１または２に記載の人工筋肉アクチュエータ装置。