JP2022180839A - Actuator device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、アクチュエータ装置に関する。 The present disclosure relates to actuator devices.
特許文献1には、電熱線によって加熱されることで収縮し、放熱することで弛緩するアクチュエータワイヤを備え、アクチュエータワイヤの収縮および弛緩によって動作するアクチュエータ装置が開示されている。アクチュエータワイヤは、複数のコイル状ポリマー繊維が互いに撚り合わされることによって構成されている。また、電熱線は、アクチュエータワイヤの外周面に配置されている。
しかしながら、特許文献1のアクチュエータ装置においては、電熱線がアクチュエータワイヤの外周面に配置されているため、アクチュエータワイヤの放熱が電熱線によって妨げられる。また、電熱線において、アクチュエータワイヤと接触している部位より、アクチュエータワイヤと接触していない部位の面積が大きいと、電熱線からアクチュエータワイヤに伝わる熱量より、電熱線から外気に放出される熱量が多くなる。よって、電熱線がアクチュエータワイヤの外周面に配置されている場合、アクチュエータ装置の応答性の低下が懸念される。
However, in the actuator device of
本開示は、アクチュエータ装置において、応答性を向上させることを目的とする。 An object of the present disclosure is to improve responsiveness in an actuator device.
前記目的を達成するために、本開示におけるアクチュエータ装置は、電熱線と、結晶性高分子を含んで形成されており、電熱線の周りに螺旋状に配置されている少なくとも1本のアクチュエータワイヤと、を備えている。 In order to achieve the above object, the actuator device in the present disclosure includes a heating wire, and at least one actuator wire that includes a crystalline polymer and is spirally arranged around the heating wire. , is equipped with
本開示のアクチュエータ装置によれば、応答性を向上させることができる。 According to the actuator device of the present disclosure, responsiveness can be improved.
以下、本開示のアクチュエータ装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、アクチュエータ装置1を示す模式図である。アクチュエータ装置1は、例えば、ロボットの関節を駆動させるものである。アクチュエータ装置1は、電熱線10、2つの接合具20、および、アクチュエータワイヤ30を備えている。
Hereinafter, the actuator device of the present disclosure will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an
電熱線10は、アクチュエータワイヤ30を加熱するものである。電熱線10は、電力が印加されることにより発熱する。
The
2つの接合具20は、それぞれ、リング状に形成され、アクチュエータワイヤ30の両端に接続されている。
The two
アクチュエータワイヤ30は、加熱されることで収縮し、放熱することで弛緩するものである。アクチュエータ装置1は、アクチュエータワイヤ30を4本備えている。4本のアクチュエータワイヤ30は、それぞれ、電熱線10の周りに螺旋状に配置されている。4本のアクチュエータワイヤ30は、互いに編み合わされる(詳細は後述する)。
The actuator wire 30 contracts when heated and relaxes when heat is released. The
アクチュエータワイヤ30は、それぞれ、図2に示されるように、2本のコイル状ワイヤ31によって構成されている。2本のコイル状ワイヤ31は、側面にて互いに接触するように並列に配置されている。これにより、アクチュエータワイヤ30の幅寸法を大きくできるため、アクチュエータワイヤ30を断面扁平状にすることができる。よって、アクチュエータワイヤ30と電熱線10との接触面積、および、複数のアクチュエータワイヤ30同士の接触面積を増やすことができる。したがって、電熱線10の熱をアクチュエータワイヤ30に効率よく伝えることができる。
Each
また、2本のコイル状ワイヤ31は、並列に配置されたときに、互いに異なる方向に巻かれているように配置される。具体的には、2本のコイル状ワイヤ31の1つ(具体的には第1のコイル状ワイヤ31a)は、右ネジ状に巻かれた形状である。2本のコイル状ワイヤ31の他の1つ(具体的には第2のコイル状ワイヤ31b)は、左ネジ状に巻かれた形状である。これにより、2本のコイル状ワイヤ31が重なることを抑制できる。よって、2本のコイル状ワイヤ31が重なることで、アクチュエータワイヤ30の幅寸法が小さくなることを抑制できる。
Also, the two coiled
2本のコイル状ワイヤ31は、それぞれ、図3に示される直線状のワイヤ32を用いて形成されている。ワイヤ32は、結晶性高分子(例えばナイロン)を含んで形成されている。図3に示されるようにワイヤ32は、両端それぞれをリング状の接続部材40に接続される。さらに、2つの接続部材40の一方がワイヤ32を捩るように回転することで、図4に示される2本のコイル状ワイヤ31の1つが形成される。また、接続部材40の回転方向を反対にすることで、2本のコイル状ワイヤ31の他の1つが形成される。なお、2本のコイル状ワイヤ31の他の1つは、2本のコイル状ワイヤ31の1つの両端を反対にするように配置することで設けられてもよい。
Each of the two coiled
次に、4本のアクチュエータワイヤ30を互いに編み合わせる工程について図5を用いて説明する。はじめに、4本のアクチュエータワイヤ30は、同一の平面(以下、作業面と記載する。)上に互いにおよそ平行となるように並べられる。
Next, the process of weaving the four
続けて、4本のアクチュエータワイヤ30の第1端は、それぞれ、1つの接続部材40に接続される。さらに、4本のアクチュエータワイヤ30の第2端は、それぞれ、互いに異なる4つの接続部材40の1つに接続される。以下、作業面に配置されている4本のアクチュエータワイヤ30を、左から順に、第1のアクチュエータワイヤ30a、第2のアクチュエータワイヤ30b、第3のアクチュエータワイヤ30c、および、第4のアクチュエータワイヤ30dとして、区別する。
Subsequently, the first ends of the four
そして、作業面上において、第2のアクチュエータワイヤ30bと第3のアクチュエータワイヤ30cとの間に電熱線10が配置される。
Then, the
続けて、4本のアクチュエータワイヤ30が互いに編み合わされる手順(1)~(6)について説明する。なお、作業面の手前側と図5の手前側とが一致し、作業面の奥側と図5の奥側とが一致する。4本のアクチュエータワイヤ30および電熱線10は、作業面上(作業面の手前側)に配置されている。なお、図5に示されている4本のアクチュエータワイヤ30は、手順(1)~(6)が複数回繰り返された状態である。
Next, procedures (1) to (6) for weaving the four
手順(1)第1のアクチュエータワイヤ30aの第2端を作業面の奥側に回し、さらに、第3のアクチュエータワイヤ30cと第4のアクチュエータワイヤ30dとの間を通して作業面の手前側に移動させる。
Procedure (1) Turn the second end of the
手順(2)第3のアクチュエータワイヤ30cの第2端を作業面の奥側に回し、さらに、第1のアクチュエータワイヤ30aと第2のアクチュエータワイヤ30bとの間を通して作業面の手前側に移動させる。
Procedure (2) Turn the second end of the
手順(3)第2のアクチュエータワイヤ30bの第2端を作業面の奥側に回し、さらに、第3のアクチュエータワイヤ30cと第4のアクチュエータワイヤ30dとの間を通して作業面の手前側に移動させる。
Step (3) Turn the second end of the
手順(4)第4のアクチュエータワイヤ30dの第2端を作業面の奥側に回し、さらに、第1のアクチュエータワイヤ30aと第2のアクチュエータワイヤ30bとの間を通して作業面の手前側に移動させる。
Step (4) Turn the second end of the
手順(5)改めて、4本のアクチュエータワイヤ30を区別しなおす。具体的には、作業面上において、4本のアクチュエータワイヤ30を、それぞれ、アクチュエータワイヤ30の第2端を目印にして、左から順に、第1のアクチュエータワイヤ30a、第2のアクチュエータワイヤ30b、第3のアクチュエータワイヤ30c、および、第4のアクチュエータワイヤ30dとして、区別する。
Procedure (5) The four
手順(6)上記手順(1)~(5)を繰り返し行う。なお、図5に示されている太矢印は、手順(1)を示すものである。 Procedure (6) Repeat the above procedures (1) to (5). The thick arrow shown in FIG. 5 indicates the procedure (1).
繰り返し回数が所定の回数に到達した場合、または、互いに編み合わされたアクチュエータワイヤ30の長さが所定長さに到達した場合に4本のアクチュエータワイヤ30の編み合わせを終了する。
The knitting of the four
上記のように4本のアクチュエータワイヤ30が互いに編み合わされているため、4本のアクチュエータワイヤ30それぞれは、電熱線10の周りに螺旋状に配置される。つまり、電熱線10は、互いに編み合わされた4本のアクチュエータワイヤ30の中心を通るように配置される。
Since the four
最後に、互いに編み合わされた4本のアクチュエータワイヤ30の両端を、それぞれ、2つの接合具20の1つに接続すると、アクチュエータ装置1が完成する。
Finally, the
アクチュエータ装置1において、電熱線10が印加されると、電熱線10から4本のアクチュエータワイヤ30に熱が伝わり、4本のアクチュエータワイヤ30が収縮する。電熱線10への印加が停止されると、4本のアクチュエータワイヤ30は、放熱することにより弛緩する。
In the
電熱線10が互いに編み合わされている4本のアクチュエータワイヤ30の中心に配置されているため、電熱線10が4本のアクチュエータワイヤ30の外周に配置されている場合に比べて、電熱線10から外気への放熱を抑制することができる。また、電熱線10の印加が停止されたときに、電熱線10がアクチュエータワイヤ30の放熱を妨げない。よって、アクチュエータ装置1の応答性を向上させることができる。
Since the
また、電熱線10が4本のアクチュエータワイヤ30の外周に配置されている場合、4本のアクチュエータワイヤ30に均一に熱を伝えるために、4本のアクチュエータワイヤ30の外周の全周に亘って電熱線10を配置する必要がある。上記のように、電熱線10は、4本のアクチュエータワイヤ30の内側に配置されている。よって、アクチュエータ装置1の小型化を図ることができる。
Further, when the
そして、上記のように4本のアクチュエータワイヤ30が互いに編み合わされているため、4本のアクチュエータワイヤ30はほどけにくい。よって、アクチュエータワイヤ30がほどけないようにするために4本のアクチュエータワイヤ30を固定する部材が不要となる。したがって、アクチュエータ装置1の小型化をさらに図ることができる。なお、アクチュエータワイヤ30の本数が4本に限定されないことは言うまでもないが、アクチュエータワイヤ30がほどけないようにするために、アクチュエータワイヤ30の本数は、3本以上が望ましい。
Since the four
また、アクチュエータワイヤ30の本数が4本すなわち偶数であるため、アクチュエータワイヤ30を電熱線10に対して対称に配置することができる。また、上記のように4本のアクチュエータワイヤ30を互いに編み合わせることで、互いに編み合わせたアクチュエータワイヤ30を断面円状にすることができる。よって、電熱線10の熱を各アクチュエータワイヤ30に均一に伝えることができる。つまり、アクチュエータワイヤ30の本数は、奇数よりも偶数の方が望ましい。
Further, since the number of
次に、アクチュエータ装置1の動作について図6を用いて説明する。アクチュエータ装置1は、ロボット2(例えばマニピュレータ)の関節2dを動作させる。
Next, operation of the
ロボット2は、基部2a、第1,2のリンク2b,2c、関節2d、および、第1,2のアクチュエータ装置1a,1bを備えている。
The
第1のリンク2bの第1端は、基部2aに固定されている。第1のリンク2bの第2端は、関節2dに接続されている。第2のリンク2cの第1端は、関節2dに接続されている。関節2dは、第1のリンク2bと第2のリンク2cとを軸線A回りに相対的に回転可能に接続する。
A first end of the
第1,2のアクチュエータ装置1a,1bは、第1のリンク2bを挟んで、第1のリンク2bとおよそ平行になるように配置されている。第1,2のアクチュエータ装置1a,1bの第1端は、それぞれ、基部2aに接続されている。第1,2のアクチュエータ装置1a,1bの第2端は、それぞれ、関節2dの周側面に、軸線Aを挟むように、かつ、第1,2のアクチュエータ装置1a,1bの第2端を互いに結ぶ線と軸線Aとが互いに直交するように配置されている。
The first and
関節2dを動作させる場合、第1,2のアクチュエータ装置1a,1bの電熱線10が互いに異なる発熱量の発熱を行うように、各電熱線10に電力が印加される。これにより、第1,2のアクチュエータ装置1a,1bのアクチュエータワイヤ30は、収縮量が互いに異なるように収縮する。これにより、関節2dにおいて軸線A回りのトルクが発生するため、関節2dひいては2つのリンクが相対的に軸線A回りに回転する。
When operating the joint 2d, electric power is applied to each
例えば、図6に示されるように、第1のアクチュエータ装置1aの収縮量が第2のアクチュエータ装置1bの収縮量より大きいと、第1のアクチュエータ装置1aの引っ張り力F1の方が第2のアクチュエータ装置1bの引っ張り力F2よりも大きくなる。引っ張り力は、第1,2のアクチュエータ装置1a,1bの収縮によって関節2dの周側面に作用する力である。これにより、軸線A回りにおいて図6の時計回り方向にトルクTが発生し、第2のリンク2cは、矢印Wにて示されるように、第1のリンク2bに対して軸線A回りにおいて図6の時計回り方向に回転する。所望する第2のリンク2cの回転量に応じて、電熱線10に印加される電力が調整される。
For example, as shown in FIG. 6, if the amount of contraction of the
本開示は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、各種変形を本実施の形態に施したものも、本開示の範囲内に含まれる。 The present disclosure is not limited to the embodiments described above. Various modifications to the present embodiment are also included within the scope of the present disclosure as long as they do not depart from the gist of the present disclosure.
例えば、アクチュエータ装置1は、電熱線10を複数備えてもよい。また、アクチュエータ装置1は、アクチュエータワイヤ30を1本または2本備えてもよい。
For example, the
また、アクチュエータワイヤ30を構成する2本のコイル状ワイヤ31は、並列に配置されたときに、互いに同じ方向に巻かれているように配置されてもよい。なお、アクチュエータワイヤ30を構成するコイル状ワイヤ31の本数が2本に限られないことは言うまでもない。
Also, the two
また、アクチュエータワイヤ30は、2本のコイル状ワイヤ31に代えて、1本または複数本のワイヤ32によって構成されてもよい。
Also, the
本発明は、アクチュエータ装置に広く利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is widely applicable to actuator devices.
1 アクチュエータ装置
10 電熱線
30 アクチュエータワイヤ
31 コイル状ワイヤ
32 ワイヤ
Claims (5)
結晶性高分子を含んで形成されており、前記電熱線の周りに螺旋状に配置されている少なくとも1本のアクチュエータワイヤと、を備えている、
アクチュエータ装置。 heating wire and
at least one actuator wire made of a crystalline polymer and spirally arranged around the heating wire;
Actuator device.
前記3本以上の前記アクチュエータワイヤは、互いに編み合わされている、
請求項1に記載のアクチュエータ装置。 the at least one actuator wire comprises three or more actuator wires;
the three or more actuator wires are woven together;
The actuator device according to claim 1.
請求項2に記載のアクチュエータ装置。 the at least one actuator wire comprises an even number of actuator wires;
The actuator device according to claim 2.
前記2本のコイル状ワイヤは、側面にて互いに接触するように並列に配置されている、
請求項1から3の何れか1項に記載のアクチュエータ装置。 The actuator wire is composed of two coiled wires,
The two coiled wires are arranged in parallel so as to contact each other on the sides.
The actuator device according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載のアクチュエータ装置。
One of the two coiled wires has a right-handed screw shape, and the other one of the two coiled wires has a left-handed screw shape.
The actuator device according to claim 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021087558A JP2022180839A (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Actuator device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022180839A true JP2022180839A (en) | 2022-12-07 |
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ID=84327616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2021087558A Pending JP2022180839A (en) | 2021-05-25 | 2021-05-25 | Actuator device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2022180839A (en) |
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2021
- 2021-05-25 JP JP2021087558A patent/JP2022180839A/en active Pending
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