JP2023104147A

JP2023104147A - joint mechanism

Info

Publication number: JP2023104147A
Application number: JP2022004966A
Authority: JP
Inventors: 修士中川; Shuji Nakagawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-01-17
Filing date: 2022-01-17
Publication date: 2023-07-28

Abstract

To provide a joint mechanism which can easily restrict rotation of arm members.SOLUTION: A joint mechanism includes a flexible electrode 10 having flexibility, a base electrode 20 having an opposite surface 23 to the flexible electrode 10 formed on an insulation layer 22, a power source 71 for applying a voltage between the flexible electrode 10 and the base electrode 20, and switching switches 81A to 81D for switching application and release of application of a voltage between the electrodes by the power source 71. The base electrode 20 is composed of an arm 20A to which first and second arm members 21A and 21B are rotatably connected. The flexible electrode 10 is arranged astride the first and second connected arm members 21A and 21B in a longitudinal direction of an arm 20A, and the flexible electrode 10 is adsorbed to the arm 20A by application of the voltage between the electrodes.SELECTED DRAWING: Figure 2A

Description

本発明は、複数のアーム部材が回動自在に連接されたアームを備えた関節機構に関する。 The present invention relates to a joint mechanism having an arm in which a plurality of arm members are rotatably connected.

この種の技術として、例えば、特許文献１には、複数のリンク（アーム部材）を連接したアームを備えた関節機構が開示されている。この関節機構は、連接されたアーム部材を総田的に回動させるモータを備えており、各アーム部材の回動範囲の制限は、アーム部材を駆動するモータを制御することにより行われている。 As a technique of this type, for example, Patent Literature 1 discloses a joint mechanism having an arm connecting a plurality of links (arm members). This joint mechanism has a motor that rotates the articulated arm members in a general manner, and the limitation of the rotation range of each arm member is performed by controlling the motor that drives the arm members. .

特開２０１８－０８９７３６号公報JP 2018-089736 A

しかしながら、特許文献1に係る関節機構によれば、連接された２つのアーム部材の回動の制限を、モータのトルク制御により、行うものであり、モータおよびその制御装置を設けなければならず、装置構成が複雑なものとなる。 However, according to the joint mechanism according to Patent Document 1, the rotation of the two articulated arm members is restricted by torque control of the motor, and the motor and its control device must be provided. The device configuration becomes complicated.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アーム部材同士の回動の制限をより簡単に行うことができる関節機構を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a joint mechanism that can more easily restrict the rotation of arm members.

前記課題を鑑みて、本発明に係る関節機構は、可撓性を有するフレキシブル電極と、前記フレキシブル電極との対向面が絶縁層で形成されたベース電極と、前記フレキシブル電極と前記ベース電極との電極間に電圧を印加する電源と、前記電源による前記電極間の電圧の印加と印加の解除の切換えを行う切換えスイッチと、を備え、前記ベース電極は、複数のアーム部材が回動自在に連接されたアームからなり、前記フレキシブル電極は、前記アームの長手方向に沿って、連接された前記アーム部材同士を跨ぐように配置され、前記フレキシブル電極は、前記電極間の電圧の印加により、前記アームに吸着することを特徴とする。 In view of the above problems, a joint mechanism according to the present invention includes a flexible electrode having flexibility, a base electrode having an insulating layer formed on a surface facing the flexible electrode, and the flexible electrode and the base electrode. A power source for applying a voltage between the electrodes, and a changeover switch for switching between application and cancellation of the application of the voltage between the electrodes by the power source, and the base electrode is rotatably connected to a plurality of arm members. The flexible electrode is arranged along the longitudinal direction of the arm so as to straddle the connected arm members. It is characterized by being adsorbed to.

本発明によれば、切換えスイッチにより電極間の電圧の印加がされているときには、フレキシブル電極とベース電極（アーム）との間に電圧が印加され、クーロン力により、フレキシブル電極がアームに吸着される。フレキシブル電極は、アーム部材同士を跨ぐように配置されているので、回動自在に連接されたアーム部材同士の回動抵抗が高まる。一方、切換えスイッチにより電極間の電圧の印加が解除されると、アーム部材同士の回動の制限が解除される。このような結果、アーム部材同士の回動の制限をより単純な構造で行うことができる。なお、本明細書でいう「アーム部材同士の回動の制限」とは、アーム部材同士を回動させ難い状態にすることいい、アーム部材同士の回動抵抗を高めることをいう。 According to the present invention, when a voltage is applied between the electrodes by the switch, a voltage is applied between the flexible electrode and the base electrode (arm), and the flexible electrode is attracted to the arm by Coulomb force. . Since the flexible electrode is arranged so as to straddle the arm members, the rotational resistance between the arm members that are rotatably connected increases. On the other hand, when the application of the voltage between the electrodes is canceled by the changeover switch, the restriction on the rotation of the arm members is released. As a result, it is possible to restrict the rotation of the arm members with a simpler structure. In this specification, "restriction of rotation between the arm members" means to make it difficult to rotate the arm members, and to increase the resistance to rotation between the arm members.

ここで、切換えスイッチによる切換え動作を、たとえば、手動で行ってもよいが、より好ましい態様としては、前記関節機構は、前記アーム部材が回動した前記アームの特定の姿勢において、または、前記アーム部材の特定の回動動作において、前記切換えスイッチの切換えを制御する制御装置を備える。 Here, the switching operation by the changeover switch may be performed manually, for example, but as a more preferable aspect, the joint mechanism is operated in a specific posture of the arm in which the arm member is rotated, or in a specific posture of the arm. A control device is provided for controlling switching of the change-over switch in a specific pivotal movement of the member.

この態様によれば、アーム部材が回動したアームの特定の姿勢において、または、アーム部材の特定の回動動作（アームの特定の動作）において、制御装置が、切換えスイッチの切換えを制御し、電極間の電圧の印加および印加の解除を行うことができる。これにより、アームの特定の姿勢において、または、アームの特定の動作において、アーム部材同士を回動するための回動抵抗を変化させることができる。 According to this aspect, in a specific posture of the arm in which the arm member is rotated, or in a specific rotational motion of the arm member (specific motion of the arm), the control device controls switching of the switch, A voltage can be applied and removed between the electrodes. This makes it possible to change the rotation resistance for rotating the arm members in a specific posture of the arm or in a specific motion of the arm.

たとえば、アーム部材同士が特定の回動角度になってから（すなわち、アームが特定の屈曲した姿勢になってから）、電極間の電圧を印加し、それ以上の回動角度で、電圧の印加を継続し、さらに回動しようとする際のアーム部材同士の回動抵抗を高めてもよい。また、アームがさらに屈曲しようとする場合には、電極間の電圧の印加を継続し、屈曲したアームが延びる方向の動作（すなわち、アーム部材の回動角度が減少する回動動作）の際に、電極間の電圧の印加を解除し、アーム部材同士の回動抵抗を低減してもよい。なお、本明細書でいう「回動角度」とは、延びた状態から、アームが屈曲する方向のアーム部材の回動する角度を正とする角度である。 For example, after the arm members reach a specific rotation angle (that is, after the arm reaches a specific bent posture), a voltage is applied between the electrodes, and at a rotation angle beyond that, the voltage is applied. may be continued, and the resistance to rotation between the arm members may be increased when the arm members are about to rotate. Further, when the arm attempts to bend further, the application of the voltage between the electrodes is continued, and during the movement in the direction in which the bent arm extends (that is, the rotation movement in which the rotation angle of the arm member decreases), , the application of the voltage between the electrodes may be canceled to reduce the rotational resistance between the arm members. As used herein, the term "rotation angle" refers to an angle at which the arm member rotates in the direction in which the arm bends from the extended state.

さらに好ましい態様としては、前記関節機構は、電極間に印加する電圧の大きさを調整する電圧調整装置をさらに備える。この電圧調整装置は、たとえば、可変抵抗器の形態で、電源の内部に設けられていてもよく、電源とフレキシブル電極との間、または電源とベース電極との間に設けられていてもよい。電極間に印加する電圧の大きさを調整することにより、絶縁層とフレキシブル電極との間に発生するクーロン力の大きさを調整し、結果、アーム部材同士の回動抵抗を調整することができる。 As a further preferred aspect, the joint mechanism further includes a voltage adjuster that adjusts the magnitude of the voltage applied between the electrodes. This voltage regulation device, for example in the form of a variable resistor, may be provided inside the power supply, between the power supply and the flexible electrode, or between the power supply and the base electrode. By adjusting the magnitude of the voltage applied between the electrodes, the magnitude of the Coulomb force generated between the insulating layer and the flexible electrode can be adjusted, and as a result, the rotational resistance between the arm members can be adjusted. .

さらに好ましい態様としては、前記フレキシブル電極は、前記アームが屈曲するように前記アーム部材同士が回動する回動方向において、前記アームの回動方向の外側の表面を前記対向面として、配置されており、前記長手方向に沿った前記フレキシブル電極の両端のうち一端は、前記アームに固定されており、前記両端のうち他端は、前記複数のアーム部材が回動する範囲において、前記長手方向に沿って、前記アームの端部からはみ出している。 In a further preferred embodiment, the flexible electrode is arranged with the outer surface of the arm in the rotation direction as the facing surface in the rotation direction in which the arm members rotate so that the arm bends. One of both ends of the flexible electrode extending in the longitudinal direction is fixed to the arm, and the other end of the both ends extends in the longitudinal direction within a range in which the plurality of arm members rotate. along the edge of the arm.

この態様によれば、アームの端部からフレキシブル電極がはみ出ており、電極間の電圧の印加時に、アームが屈曲するようにアーム部材同士を回動させようとすると、アーム（ベース電極）に対するフレキシブル電極の接触面積が増加し、電極間に蓄積される電荷が増加する。この結果、アームをより屈曲するようにアーム部材同士を回動させるに従って、アーム部材同士の回動抵抗を増加させることができる。 According to this aspect, the flexible electrode protrudes from the end of the arm, and when an attempt is made to rotate the arm members so as to bend the arm when a voltage is applied between the electrodes, the flexible electrode with respect to the arm (base electrode) is The contact area of the electrodes increases and the charge accumulated between the electrodes increases. As a result, the rotation resistance between the arm members can be increased as the arm members are rotated so as to bend the arm more.

さらに好ましい態様としては、前記アーム部材は２つであり、前記関節機構は、演算装置をさらに備えており、前記演算装置は、前記切換えスイッチにより前記電極間の電圧の印加した状態で、前記電極間に蓄積された電荷量を推定し、推定された前記電荷量に基づいて、前記アーム部材の回動角度を推定する。 As a further preferred aspect, the number of arm members is two, and the joint mechanism further includes an arithmetic device, and the arithmetic device is configured to operate the electrodes while a voltage is applied between the electrodes by the change-over switch. A charge amount accumulated between the arm members is estimated, and a rotation angle of the arm member is estimated based on the estimated charge amount.

この態様によれば、上述した如く、アームが屈曲するようにアーム部材同士を回動させようとすると、アーム（ベース電極）に対するフレキシブル電極の接触面積が増加し、電極間に蓄積される電荷が増加するので、この電荷量に基づいて、アームの姿勢を簡単に推定することができる。ここでアームの姿勢とは、アームの屈曲の程度のことであり、特に、複数のアーム部材が、２つのアーム部材である、すなわち、アームが２つのアーム部材で構成されている場合には、２つのアーム部材の回動角度を正確に推定することができる。 According to this aspect, as described above, when the arm members are rotated so as to bend the arm, the contact area of the flexible electrode with respect to the arm (base electrode) increases, and the charge accumulated between the electrodes increases. Since it increases, the posture of the arm can be easily estimated based on this amount of charge. Here, the posture of the arm refers to the degree of bending of the arm. The rotation angles of the two arm members can be accurately estimated.

本発明によれば、アーム部材同士の回動の制限をより簡単に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to more easily restrict the rotation of the arm members.

本発明の第１実施形態に係る関節機構の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the joint mechanism which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図１Ａに示す関節機構においてアームが屈曲した状態の要部斜視図である。FIG. 1B is a perspective view of a main part of the joint mechanism shown in FIG. 1A with an arm bent; 図１Ａに示す関節機構においてアームが伸びた状態の関節機構の模式図である。FIG. 1B is a schematic diagram of the joint mechanism shown in FIG. 1A with an arm extended. 図２Ａに示す関節機構においてアームが屈曲した状態で、電極間の電圧が印加された関節機構の模式図である。FIG. 2B is a schematic diagram of the joint mechanism shown in FIG. 2A in which a voltage is applied between the electrodes while the arm is bent. 図２Ｂに示す関節機構においてアームが屈曲した状態から、電極間の電圧の印加を解除し、電極間に蓄積した電荷を取り除いた関節機構の模式的断面図である。FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of the joint mechanism shown in FIG. 2B in which the application of the voltage between the electrodes is canceled and the charge accumulated between the electrodes is removed from the state in which the arm is bent; 第２実施形態に係る関節機構においてアームが伸びた状態の関節機構の模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a joint mechanism according to a second embodiment with an arm extended. 図３Ａに示す関節機構においてアームが屈曲した状態で、電極間の電圧が印加された関節機構の模式図である。FIG. 3B is a schematic diagram of the joint mechanism shown in FIG. 3A in which a voltage is applied between the electrodes while the arm is bent. 図３Ｂに示す関節機構においてアームが屈曲した状態から、電極間の電圧の印加を解除し、電極間に蓄積した電荷を取り除いた関節機構の模式図である。FIG. 3B is a schematic diagram of the joint mechanism shown in FIG. 3B in which the application of the voltage between the electrodes is canceled and the charge accumulated between the electrodes is removed from the state in which the arm is bent.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。各実施形態において同一の符号を付された構成については、特に言及しない限り、各実施形態において同様の機能を有し、その説明を省略する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Components denoted by the same reference numerals in each embodiment have the same function in each embodiment unless otherwise specified, and the description thereof will be omitted.

［第１実施形態］
図１Ａ～図２Ｃを用いて、第１実施形態の関節機構１について説明する。図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る関節機構の要部斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す関節機構１においてアームが屈曲した状態の要部斜視図である。図２Ａは、図１Ａに示す関節機構１においてアーム２０Ａが伸びた状態の関節機構の模式図である。図２Ｂは、図２Ａに示す関節機構においてアーム２０Ａが屈曲した状態で、電極間の電圧が印加された関節機構１の模式図である。図２Ｃは、図２Ｂに示す関節機構１においてアーム２０Ａが屈曲した状態から、電極間の電圧が印加を解除し、電極間に蓄積した電荷を取り除いた関節機構１の模式的断面図である。 [First embodiment]
A joint mechanism 1 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 2C. 1A is a perspective view of a main part of a joint mechanism according to a first embodiment of the present invention; FIG. FIG. 1B is a perspective view of the essential parts of the joint mechanism 1 shown in FIG. 1A with the arms bent. FIG. 2A is a schematic diagram of the joint mechanism 1 in which the arm 20A is extended in the joint mechanism 1 shown in FIG. 1A. FIG. 2B is a schematic diagram of the joint mechanism 1 shown in FIG. 2A with the arm 20A bent and a voltage applied between the electrodes. FIG. 2C is a schematic cross-sectional view of the joint mechanism 1 shown in FIG. 2B in which the arm 20A is bent and the voltage applied between the electrodes is released to remove the charge accumulated between the electrodes.

１．関節機構１のアーム２０Ａについて
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、第１実施形態に係る関節機構１は、アーム２０Ａを備えており、このアーム２０Ａが、後述するベース電極２０を構成している。本実施形態では、アーム２０Ａは、アーム２０Ａの長手方向に沿って、回動自在に連接された２つのアーム部材２１Ａ、２１Ｂからなる。 1. Arm 20A of Joint Mechanism 1 As shown in FIGS. 1A and 1B, the joint mechanism 1 according to the first embodiment includes an arm 20A, which constitutes a base electrode 20, which will be described later. . In this embodiment, the arm 20A is composed of two arm members 21A and 21B that are rotatably connected along the longitudinal direction of the arm 20A.

２つのアーム部材２１Ａ、２１Ｂは、アーム２０Ａの基端側となる第１アーム部材２１Ａと、アーム２０Ａの先端側となる第２アーム部材２１Ｂと、で構成されている。第１アーム部材２１Ａと第２アーム部材２１Ｂとは、ヒンジ結合により連接されている。具体的には、第１アーム部材２１Ａと第２アーム部材２１Ｂには、それぞれ連接用の貫通孔２１ａが形成されており、これらの貫通孔２１ａに連結ピン２４を挿入することにより、第１アーム部材２１Ａと第２アーム部材２１Ｂは、連結ピン２４を介して、回動自在（枢動自在）に連結されている。 The two arm members 21A and 21B are composed of a first arm member 21A on the proximal end side of the arm 20A and a second arm member 21B on the distal end side of the arm 20A. The first arm member 21A and the second arm member 21B are connected by a hinge connection. Specifically, through holes 21a for connection are formed in the first arm member 21A and the second arm member 21B, respectively. The member 21A and the second arm member 21B are rotatably (pivotally) connected via a connecting pin 24 .

本実施形態では、図１Ａに示すように、アーム２０Ａは、第１アーム部材２１Ａと第２アーム部材２１Ｂが直線状に配置された状態である伸びた姿勢から、図１Ｂに示すように、第１アーム部材２１Ａと第２アーム部材２１Ｂとが回動し、一方向に屈曲した姿勢まで変形自在となっている。ここで、アーム２０Ａが伸びた状態から、一方向に屈曲するアーム２０Ａの屈曲方向（回動方向）の外側の表面（後述する対向面２３）には、後述する絶縁層２２が形成されている。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、この絶縁層２２は、アーム２０Ａが屈曲することにより、アーム２０Ａから露出する外側の表面にも、形成されている。したがって、本実施形態では、第２アーム部材２１Ｂのうち、上述した貫通孔２１ａが形成された半円筒状の基端部２１ｂの外周面２１ｄまで、絶縁層２２が形成されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the arm 20A moves from the extended posture in which the first arm member 21A and the second arm member 21B are linearly arranged to the extended posture as shown in FIG. 1B. The 1st arm member 21A and the 2nd arm member 21B rotate, and can be deformed to a bent posture in one direction. Here, an insulating layer 22, which will be described later, is formed on the outer surface (the facing surface 23, which will be described later) of the arm 20A that bends in one direction in the bending direction (rotating direction) from the extended state of the arm 20A. . As shown in FIGS. 2A and 2B, the insulating layer 22 is also formed on the outer surface exposed from the arm 20A when the arm 20A is bent. Therefore, in the present embodiment, the insulating layer 22 is formed up to the outer peripheral surface 21d of the semi-cylindrical base end portion 21b of the second arm member 21B in which the through hole 21a is formed.

２．フレキシブル電極１０とベース電極２０とについて
図２Ａ～図２Ｃに示すように、本実施形態では、可撓性を有するフレキシブル電極１０と、フレキシブル電極１０との対向面２３が絶縁層２２で形成されたベース電極２０と、を備えている。なお、ベース電極２０は、上述したアーム２０Ａからなる。本実施形態では、フレキシブル電極１０とベース電極２０とに、電源７１からの電圧が印加される。 2. Regarding Flexible Electrode 10 and Base Electrode 20 As shown in FIG. a base electrode 20; In addition, the base electrode 20 consists of the arm 20A mentioned above. In this embodiment, a voltage from a power source 71 is applied to the flexible electrode 10 and the base electrode 20 .

２－１．フレキシブル電極１０について
フレキシブル電極１０は、可撓性を有する導電体によって形成されたシート状の電極である。フレキシブル電極１０は、ベース電極２０との間に電圧が印加されることにより発生するクーロン力の作用によって、ベース電極２０に吸着するように変形する可撓性を有している。ただし、電極間への電圧の印加を解除し、クーロン力が消失すると、ベース電極２０への吸着も解除される。たとえば、図１Ｂに示すように、ベース電極２０に相当するアーム２０Ａが、水平方向に沿って延在する姿勢から、下方に向かって屈曲させると、フレキシブル電極１０は、フレキシブル電極１０の自重により、第２アーム部材２１Ｂに追従するように変形してもよい。 2-1. Flexible Electrode 10 The flexible electrode 10 is a sheet-like electrode made of a flexible conductor. The flexible electrode 10 has flexibility to be deformed so as to be attracted to the base electrode 20 by the action of Coulomb force generated by applying a voltage between the flexible electrode 10 and the base electrode 20 . However, when the application of the voltage between the electrodes is released and the Coulomb force disappears, the adsorption to the base electrode 20 is also released. For example, as shown in FIG. 1B, when an arm 20A corresponding to the base electrode 20 is bent downward from a posture extending along the horizontal direction, the flexible electrode 10 is bent downward by its own weight. It may be deformed so as to follow the second arm member 21B.

フレキシブル電極１０は、ベース電極２０の絶縁層２２に対向するように、配置されている。具体的には、フレキシブル電極１０は、アーム２０Ａが屈曲するように第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士が回動する回動方向において、アーム２０Ａの回動方向の外側の表面（対向面２３）に対向して配置されている。具体的には、フレキシブル電極１０は、アーム２０Ａの長手方向に沿って、連接された第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士を跨ぐように配置されている。 The flexible electrode 10 is arranged so as to face the insulating layer 22 of the base electrode 20 . Specifically, the flexible electrode 10 is formed on the outer surface (facing surface) of the arm 20A in the rotation direction in which the first and second arm members 21A and 21B rotate so that the arm 20A is bent. 23). Specifically, the flexible electrode 10 is arranged along the longitudinal direction of the arm 20A so as to straddle the connected first and second arm members 21A and 21B.

具体的には、アーム２０Ａの長手方向に沿ったフレキシブル電極１０の両端のうち基端１１Ａは、接合部材５０を介してアーム２０Ａ（具体的には、第１アーム部材２１Ａ）に固定されている。フレキシブル電極１０の両端のうち固定された基端１１Ａから先端１１Ｂまでは、フレキシブル電極１０は、電極間に電圧を印加しない状態で、アーム２０Ａに対して非拘束の状態にある。したがって、電極間に電圧を印加する前には、アーム２０Ａは、フレキシブル電極１０の吸着による抵抗無く回動自在となる。電極間に電圧が印加されると、フレキシブル電極１０は、アーム２０Ａに吸着し、アーム２０Ａは、フレキシブル電極１０の吸着により、アーム２０Ａの回動に対する抵抗が発生する。 Specifically, of the two ends of the flexible electrode 10 along the longitudinal direction of the arm 20A, the proximal end 11A is fixed to the arm 20A (specifically, the first arm member 21A) via a joint member 50. . From the fixed proximal end 11A to the distal end 11B of both ends of the flexible electrode 10, the flexible electrode 10 is in an unrestrained state with respect to the arm 20A in a state in which no voltage is applied between the electrodes. Therefore, before a voltage is applied between the electrodes, the arm 20A is rotatable without resistance due to adsorption of the flexible electrode 10. FIG. When a voltage is applied between the electrodes, the flexible electrode 10 is attracted to the arm 20A, and due to the attraction of the flexible electrode 10, the arm 20A generates resistance against rotation of the arm 20A.

なお、図１Ｂ、図２Ｂに示す状態から、アーム２０Ａがさらに屈曲すると、アーム２０Ａの屈曲が進むに従って、第２アーム部材２１Ｂの外周面２１ｄの露出する部分が増加する。これにより、第２アーム部材２１Ｂの外側の表面のうち、露出した外周面２１ｄにも、フレキシブル電極１０が吸着されるので、フレキシブル電極１０が、第２アーム部材２１Ｂに吸着した状態を維持することができる。なお、アーム２０Ａの屈曲が進むに従って、フレキシブル電極１０の先端１１Ｂは、基端１１Ａ側に移動する。 When the arm 20A is further bent from the state shown in FIGS. 1B and 2B, the exposed portion of the outer peripheral surface 21d of the second arm member 21B increases as the bending of the arm 20A progresses. As a result, the flexible electrode 10 is also attracted to the exposed outer peripheral surface 21d of the outer surface of the second arm member 21B, so that the flexible electrode 10 can maintain the state of being attracted to the second arm member 21B. can be done. Note that the distal end 11B of the flexible electrode 10 moves toward the proximal end 11A as the bending of the arm 20A progresses.

フレキシブル電極１０は、導電ゴム又は導電ゲル等を用いて形成されてもよい。この導電ゴムとしては、例えば、導電材を混ぜ合わせて成形されたエラストマが挙げられる。この導電材としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック若しくはカーボンナノチューブの微粉末、銀若しくは銅の金属微粉末、又は、シリカ若しくはアルミナ等の絶縁体にスパッタ等によって金属をコートしたコアシェル構造の導電体微粉末等が挙げられる。上記の導電ゲルとしては、例えば、３次元ポリマーマトリックスの中に、水若しくは保湿剤等の溶媒、電解質及び添加剤等を保持させた機能性ゲル材料等が挙げられる。この機能性ゲル材料としては、例えば、積水化成品工業株式会社のテクノゲル（登録商標）が挙げられる。 The flexible electrode 10 may be formed using conductive rubber, conductive gel, or the like. As this conductive rubber, for example, an elastomer molded by mixing a conductive material can be used. Examples of the conductive material include fine powder of carbon black, acetylene black or carbon nanotubes, fine metal powder of silver or copper, or a conductor having a core-shell structure in which an insulator such as silica or alumina is coated with a metal by sputtering or the like. fine powder and the like. Examples of the conductive gel include a functional gel material in which a solvent such as water or a humectant, an electrolyte, an additive, and the like are held in a three-dimensional polymer matrix. Examples of this functional gel material include ST-gel (registered trademark) of Sekisui Plastics Co., Ltd.

２－２．ベース電極２０について
ベース電極２０は、上述したアーム２０Ａに相当し、金属材料などの導電性材料からなる電極部２５と、電極部２５の表面を覆う絶縁層２２と、を備えている。本実施形態では、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂは、ともに、電極部２５と絶縁層２２とを有している。具体的には、ベース電極２０の表面のうち、フレキシブル電極１０との対向面２３には、絶縁層２２が形成されている。ベース電極２０は、接合部材５０に固定されており、接合部材５０には、フレキシブル電極１０の基端１１Ａが固定されている。 2-2. About Base Electrode 20 The base electrode 20 corresponds to the arm 20</b>A described above, and includes an electrode portion 25 made of a conductive material such as a metal material, and an insulating layer 22 covering the surface of the electrode portion 25 . In this embodiment, both the first and second arm members 21A and 21B have the electrode portion 25 and the insulating layer 22 . Specifically, an insulating layer 22 is formed on a surface 23 of the surface of the base electrode 20 that faces the flexible electrode 10 . The base electrode 20 is fixed to the joint member 50 , and the proximal end 11A of the flexible electrode 10 is fixed to the joint member 50 .

本実施形態では、アーム２０Ａは、第１アーム部材２１Ａと第２アーム部材２１Ｂが直線状に配置された状態である伸びた姿勢から、図１Ｂに示すように、第１アーム部材２１Ａと第２アーム部材２１Ｂとが回動し、一方向に屈曲した姿勢に変形自在となっている。 In the present embodiment, the arm 20A moves from the extended posture in which the first arm member 21A and the second arm member 21B are linearly arranged to the first arm member 21A and the second arm member 21B as shown in FIG. 1B. The arm member 21B rotates and can be deformed into a bent posture in one direction.

電極部２５は、鉄、銅、またはアルミニウムのような導電性を有した金属材料を用いて形成されており、ベース電極２０の保形性を確保している。第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの電極部２５同士は導通しているが、これが導通しない場合には、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの電極部２５のそれぞれに、電源７１の負極を接続すればよい。第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの絶縁層２２は、フレキシブル電極１０とベース電極２０との間への電圧の印加によってベース電極２０に蓄積された電荷が確実に維持されるよう、セラミックスからなる強誘電体を用いて形成される。 The electrode portion 25 is formed using a conductive metal material such as iron, copper, or aluminum to ensure the shape retention of the base electrode 20 . The electrode portions 25 of the first and second arm members 21A and 21B are electrically connected to each other. The negative electrode should be connected. The insulating layers 22 of the first and second arm members 21A and 21B are made of ceramics so that the electric charge accumulated in the base electrode 20 is reliably maintained by applying a voltage between the flexible electrode 10 and the base electrode 20. is formed using a ferroelectric material.

特に、絶縁層２２は、ペロブスカイト構造を有する強誘電体を用いて形成される。ペロブスカイト構造を有する強誘電体としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、チタン酸バリウムストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３）、又は、ニオブ酸カリウムナトリウム（（ＮａＫ）ＮｂＯ_３）等が挙げられる。チタン酸バリウムには、ＣａＺｒＯ_３やＢａＳｎＯ_３等の物質が固溶されていてもよい。 In particular, the insulating layer 22 is formed using a ferroelectric having a perovskite structure. Examples of ferroelectrics having a perovskite structure include barium titanate (BaTiO ₃ ), lead titanate (PbTiO ₃ ), lead zirconate titanate (Pb(Zr,Ti)O ₃ ), and lead lanthanum zirconate titanate. ((Pb, La) (Zr, Ti) O ₃ ), strontium titanate (SrTiO ₃ ), barium strontium titanate ((Ba, Sr) TiO ₃ ), or potassium sodium niobate ((NaK)NbO ₃ ) etc. A substance such as CaZrO ₃ or BaSnO ₃ may be dissolved in barium titanate.

また、絶縁層２２の形成に用いられる材料としては、フレキシブル電極１０を変形させるクーロン力が発生し得るような高い比誘電率を有する材料であることが好適である。絶縁層２２の比誘電率は、例えば、セラミックス（ファインセラミックス）が採用されることによって１０００以上であってもよい。チタン酸バリウムは、比誘電率が１０００～１００００前後である。チタン酸ジルコン酸鉛は、比誘電率が５００～５０００である。チタン酸ストロンチウムは、比誘電率が２００～５００である。これらのペロブスカイト構造を有する強誘電体は、高い比誘電率を有する材料である。 Moreover, the material used for forming the insulating layer 22 is preferably a material having a high relative permittivity that can generate a Coulomb force that deforms the flexible electrode 10 . The dielectric constant of the insulating layer 22 may be 1000 or more by using ceramics (fine ceramics), for example. Barium titanate has a dielectric constant of about 1,000 to 10,000. Lead zirconate titanate has a dielectric constant of 500-5000. Strontium titanate has a dielectric constant of 200-500. Ferroelectrics with these perovskite structures are materials with high dielectric constants.

２－３．電源７１と切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄについて
本実施形態では、関節機構１は、電源７１による電極間の電圧の印加と印加の解除の切換えを行う切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄを備えている。ここで、本明細書でいう「電極間の電圧の印加」とは、電極間に電荷が蓄電され、これが保持された状態までのことをいい、「電極間の電圧の印加の解除」とは、電極間に保持された電荷が取り除かれた状態のことをいう。 2-3. Power Supply 71 and Changeover Switches 81A to 81D In this embodiment, the joint mechanism 1 includes changeover switches 81A to 81D for switching between application and cancellation of the voltage application between the electrodes by the power supply 71 . Here, the term "application of voltage between electrodes" as used in this specification refers to a state in which an electric charge is accumulated between electrodes and this is held, and "release of application of voltage between electrodes" means , the state in which the charge held between the electrodes is removed.

本実施形態では、電源７１は、フレキシブル電極１０とベース電極２０との電極間に電圧を印加するものであり、切換えスイッチ８１Ａ、８１Ｂを介して、フレキシブル電極１０とベース電極２０とに接続されている。本実施形態では、電源７１の正極とフレキシブル電極１０とが、切換えスイッチ８１Ａを介して接続されており、電源７１の負極とベース電極２０とが、切換えスイッチ８１Ｂを介して接続されている。 In this embodiment, the power supply 71 applies a voltage between the electrodes of the flexible electrode 10 and the base electrode 20, and is connected to the flexible electrode 10 and the base electrode 20 via switches 81A and 81B. there is In this embodiment, the positive electrode of the power source 71 and the flexible electrode 10 are connected via a changeover switch 81A, and the negative electrode of the power source 71 and the base electrode 20 are connected via a changeover switch 81B.

さらに、本実施形態では、切換えスイッチ８１Ａよりも、フレキシブル電極１０側の配線において、フレキシブル電極１０は、除電用の切換えスイッチ８１Ｃを介してアースに接続されている。同様に、切換えスイッチ８１Ｂよりも、ベース電極２０側の配線において、ベース電極２０は、除電用の切換えスイッチ８１Ｄを介してアースに接続されている。 Furthermore, in the present embodiment, the flexible electrode 10 is connected to the ground via the static elimination changeover switch 81C in the wiring on the flexible electrode 10 side of the changeover switch 81A. Similarly, in the wiring closer to the base electrode 20 than the changeover switch 81B, the base electrode 20 is grounded through a changeover switch 81D for static elimination.

２－４．制御装置８０と電圧調整装置７５について
本実施形態では、切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄは、制御装置８０に接続されており、切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄの切換え動作は、制御装置８０の制御により制御される。具体的には、制御装置８０は、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが回動したアーム２０Ａの特定の姿勢において、切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄの切換えを制御する。 2-4. Controller 80 and Voltage Adjuster 75 In this embodiment, the switches 81A to 81D are connected to the controller 80, and the switching operations of the switches 81A to 81D are controlled by the controller 80. Specifically, the control device 80 controls switching of the switches 81A to 81D in a specific posture of the arm 20A in which the first and second arm members 21A and 21B are rotated.

この切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄの制御として、制御装置８０は、図２Ａに示すように、アーム２０Ａを使用しないときには、切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄは、ＯＦＦの状態に維持される。その後、外力を作用させることにより、図１Ｂおよび図２Ｂに示すように、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが所定の回動角度で相対的に回動したとき、すなわち、アーム２０Ａが特定の回動姿勢となったときに、制御装置８０は、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＮに制御する。第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが、この回動角度以上でさらに回動する場合には、制御装置８０による切換え制御は行わず、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢのＯＮ状態が継続される。 As a control of the changeover switches 81A to 81D, the control device 80 maintains the changeover switches 81A to 81D in an OFF state when the arm 20A is not used, as shown in FIG. 2A. After that, by applying an external force, as shown in FIGS. 1B and 2B, when the first and second arm members 21A and 21B are relatively rotated at a predetermined rotation angle, that is, the arm 20A is identified. , the control device 80 turns on the switches 81A and 81B. When the first and second arm members 21A, 21B are further rotated beyond this rotation angle, the switching control by the control device 80 is not performed, and the switches 81A, 81B are kept ON.

ここで、本実施形態において、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動角度を、連結ピン２４にエンコーダ（図示せず）を設けることにより測定してもよく、アーム２０Ａの姿勢を特定の位置から撮像装置で撮像することにより、測定してもよい。なお、後述する第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動動作を、同上の方法で測定してもよい。これらの測定結果に基づいて、制御装置８０は、回動角度を推定し、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＮに切換えるよう制御してもよい。この他にも、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが所定の回動角度となったときに、接触式の検知スイッチ（図示せず）が作動するように、アーム２０Ａに検知スイッチを取付け、この検知スイッチの作動した信号に基づいて、制御装置８０が、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＮに制御してもよい。 Here, in this embodiment, the rotation angles of the first and second arm members 21A and 21B may be measured by providing an encoder (not shown) on the connecting pin 24, and the posture of the arm 20A may be determined. You may measure by imaging with an imaging device from the position of . Note that the rotation motions of the first and second arm members 21A and 21B, which will be described later, may be measured by the method described above. Based on these measurement results, the control device 80 may estimate the rotation angle and control the switches 81A and 81B to turn on. In addition, when the first and second arm members 21A and 21B reach a predetermined rotation angle, a contact-type detection switch (not shown) is attached to the arm 20A. , the control device 80 may turn on the changeover switches 81A and 81B based on the signal that the detection switch is activated.

制御装置８０により、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＮに制御すると、電源７１の正極に接続されたフレキシブル電極１０は正の電荷を帯び、電源７１の負極に接続された電極部２５は負の電荷を帯びる。これにより、電極部２５の対向面を被覆する絶縁層２２は、誘電分極する。電極部２５の絶縁層２２は、電極部２５との界面付近が正の電荷を帯び、当該界面の反対側の表面付近が負の電荷を帯びる。絶縁層２２とフレキシブル電極１０との間には、クーロン力が発生する。当該クーロン力によって、フレキシブル電極１０は、絶縁層２２に引き付けられ、フレキシブル電極１０は、電極間の電圧の印加により、アーム２０Ａに吸着する。 When the control device 80 turns on the switches 81A and 81B, the flexible electrode 10 connected to the positive electrode of the power source 71 is positively charged, and the electrode portion 25 connected to the negative electrode of the power source 71 is negatively charged. take on As a result, the insulating layer 22 covering the facing surface of the electrode portion 25 is dielectrically polarized. The insulating layer 22 of the electrode portion 25 is positively charged near the interface with the electrode portion 25 and negatively charged near the surface opposite to the interface. Coulomb force is generated between the insulating layer 22 and the flexible electrode 10 . Flexible electrode 10 is attracted to insulating layer 22 by the Coulomb force, and flexible electrode 10 is attracted to arm 20A by application of a voltage between the electrodes.

本実施形態では、フレキシブル電極１０は、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士を跨ぐように配置されているので、フレキシブル電極１０の吸着により、回動自在に連接された第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士の回動抵抗を高めることができる。したがって、外力を作用させることにより、第１アーム部材２１Ａに対して、第２アーム部材２１Ｂをさらに回動させようとすると、これまで以上の回動力を要する。 In this embodiment, the flexible electrode 10 is arranged to straddle the first and second arm members 21A and 21B. Rotational resistance between the arm members 21A and 21B can be increased. Therefore, if an external force is applied to further rotate the second arm member 21B with respect to the first arm member 21A, a larger rotating force than before is required.

一方、図２Ｃに示すように、制御装置８０により、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＦＦにし、切換えスイッチ８１Ｃ、８１ＤをＯＮにすると、フレキシブル電極１０およびベース電極２０（アーム２０Ａ）に蓄電した電荷は、取り除かれる。たとえば、本実施形態では、制御装置８０は、切換えスイッチ８１Ｃ、８１ＤがＯＮの状態で、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが所定の回動角度で相対的に回動したとき（すなわち、アーム２０Ａが特定の回動姿勢となったときに）、制御装置８０は、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＦＦに制御する。 On the other hand, as shown in FIG. 2C, when the control device 80 turns off the switches 81A and 81B and turns on the switches 81C and 81D, the charge accumulated in the flexible electrode 10 and the base electrode 20 (arm 20A) is removed. For example, in the present embodiment, the control device 80 operates when the first and second arm members 21A and 21B rotate relatively at a predetermined rotation angle with the switches 81C and 81D turned on (that is, When the arm 20A assumes a specific rotational posture), the control device 80 turns off the switches 81A and 81B.

すなわち、この状態では、屈曲していたアーム２０Ａが伸びようとするため、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが、この回動角度以下でさらに回動する場合には、制御装置８０による切換え制御は行わず、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢのＯＦＦ状態が継続される。さらに、再度、アーム２０Ａを屈曲しようとした場合には、図２Ｂにおいて、説明した制御と同様の切換え制御を、制御装置８０が行う。 That is, in this state, since the bent arm 20A tries to extend, if the first and second arm members 21A and 21B further rotate below this rotation angle, switching by the control device 80 No control is performed, and the switches 81A and 81B are kept in the OFF state. Furthermore, when the arm 20A is to be bent again, the control device 80 performs switching control similar to the control described in FIG. 2B.

また、この他にも、本実施形態では、制御装置８０は、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの特定の回動動作において、制御装置８０は、切換えスイッチ８１Ａ～８１Ｄの切換えを制御してもよい。 In addition to this, in the present embodiment, the control device 80 controls the switching of the changeover switches 81A to 81D in specific rotational motions of the first and second arm members 21A and 21B. may

たとえば、アーム２０Ａが、所定の回動角度からさらに屈曲しようとする動作において、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＮに切換える制御を行い、それ以上の回動角度の回動動作において、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢのＯＮ状態を継続してもよい。さらに、屈曲したアーム２０Ａが延びる方向の動作（すなわち、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動角度が減少する回動動作）の際に、図２Ｃに示すように、電極間の電圧の印加を解除し、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士の回動抵抗を低減してもよい。 For example, when the arm 20A bends further from a predetermined rotation angle, the switches 81A and 81B are controlled to be turned on, and when the arm 20A rotates beyond the predetermined rotation angle, the switches 81A and 81B are turned on. may continue to be ON. Furthermore, when the bent arm 20A moves in the direction in which it extends (that is, when the rotation angle of the first and second arm members 21A and 21B decreases), the voltage between the electrodes increases as shown in FIG. 2C. may be released to reduce the rotational resistance between the first and second arm members 21A and 21B.

なお、上述した一連の制御における回動角度では、図１Ａに示す、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士が延びた状態をゼロとし、この延びた状態から、アーム２０Ａが屈曲する方向の第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動する角度を正とする。 In the above-described series of control, the rotation angle is set to zero when the first and second arm members 21A and 21B are extended as shown in FIG. 1A. The angles of rotation of the first and second arm members 21A and 21B are assumed to be positive.

関節機構１は、電極間に印加する電圧の大きさを調整する電圧調整装置７５をさらに備えてもよい。電極間の電圧の印加時に、電極間に印加する電圧の大きさを調整することにより、絶縁層２２とフレキシブル電極１０との間に発生する、クーロン力の大きさを調整し、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士の回動抵抗を調整することができる。 The joint mechanism 1 may further include a voltage adjuster 75 that adjusts the magnitude of the voltage applied between the electrodes. By adjusting the magnitude of the voltage applied between the electrodes when applying the voltage between the electrodes, the magnitude of the Coulomb force generated between the insulating layer 22 and the flexible electrode 10 can be adjusted, Rotational resistance between the two arm members 21A and 21B can be adjusted.

本実施形態では、電圧調整装置７５による電圧の調整の制御を、制御装置８０により行う。具体的には、制御装置８０は、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動角度が大きくなるに従って、印加する電圧が大きくなるように、電圧調整装置７５による電圧の調整を制御してもよい。これにより、例えば、関節機構１を、手の甲（具体的には指の関節）に装着し、手を握り込もうとすると、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動抵抗が上昇するため、ボールなどの弾性体を掴む感覚を再現することができる。 In this embodiment, the controller 80 controls the voltage adjustment by the voltage regulator 75 . Specifically, the control device 80 controls the voltage adjustment by the voltage adjustment device 75 so that the applied voltage increases as the rotation angles of the first and second arm members 21A and 21B increase. good too. As a result, for example, when the joint mechanism 1 is attached to the back of the hand (specifically, the joints of the fingers) and the hand is grasped, the rotational resistance of the first and second arm members 21A and 21B increases. , the feeling of grasping an elastic body such as a ball can be reproduced.

これに加えて、さらに回動角度が上述した所定の回動角度（第１の回動角度）からさらに増加し、別の所定の角度（第１の回動角度よりも大きい第２の回動角度）を超えた場合に、制御装置８０が、電極間の電圧の印加を解除してもよい。これにより、突然、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動抵抗が無くなるため、物体を握り潰して破裂させたような感覚を指に再現することができる。 In addition to this, the rotation angle further increases from the predetermined rotation angle (first rotation angle) described above, and another predetermined angle (second rotation angle larger than the first rotation angle) is obtained. angle) is exceeded, the controller 80 may release the voltage application between the electrodes. As a result, the rotation resistance of the first and second arm members 21A and 21B suddenly disappears, so that the feeling of squeezing and breaking an object can be reproduced in the fingers.

この他にも、制御装置８０は、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂにおける回動速度に応じて、印加すべき電圧値を予め設定しており、この設定された電圧値に応じて、電圧調整装置７５の電圧を制御してもよい。たとえば、制御装置８０は、回動速度が速くなるに従って、印加すべき電圧値を大きくしてもよい。 In addition, the control device 80 presets voltage values to be applied according to the rotational speeds of the first and second arm members 21A and 21B, and according to the set voltage values, The voltage of voltage regulator 75 may be controlled. For example, control device 80 may increase the voltage value to be applied as the rotational speed increases.

このようにして、切換えスイッチ８１Ａ、８１Ｂにより電極間の電圧の印加することにより、より単純な構造および制御で、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士の回動抵抗を高めることができる。 In this way, by applying the voltage between the electrodes by the selector switches 81A and 81B, it is possible to increase the rotational resistance between the first and second arm members 21A and 21B with a simpler structure and control.

［第２実施形態］
図３Ａ～図３Ｃを用いて、第２実施形態の関節機構１について説明する。本実施形態が、第１実施形態のものと相違する点は、フレキシブル電極１０の長手方向の長さと、電圧調整装置７５の代わりに、電流計７７と演算装置９０をさらに設けた点である。以下の詳細な説明を行う。 [Second embodiment]
A joint mechanism 1 of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 3A to 3C. This embodiment differs from the first embodiment in that the length of the flexible electrode 10 in the longitudinal direction and that an ammeter 77 and an arithmetic device 90 are further provided instead of the voltage regulator 75 . A detailed description is provided below.

本実施形態では、図３Ａに示すように、フレキシブル電極１０は、アーム２０Ａが屈曲するように第１及び第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂ同士が回動する回動方向において、アーム２０Ａの回動方向の外側の表面を対向面２３として、配置されている。アーム２０Ａの長手方向に沿ったフレキシブル電極１０の両端のうち基端１１Ａは、接合部材５０を介してアーム２０Ａに固定されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the flexible electrode 10 is arranged in the rotation direction of the arm 20A in the rotation direction in which the first and second arm members 21A and 21B rotate so that the arm 20A is bent. is arranged with the outer surface of the . A proximal end 11A of both ends of the flexible electrode 10 along the longitudinal direction of the arm 20A is fixed to the arm 20A via a joint member 50 .

第２実施形態では、さらに、フレキシブル電極１０の両端のうち先端１１Ｂは、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが回動する範囲において、長手方向に沿って、アーム２０Ａの端部（先端部）からはみ出している。なお、アーム２０Ａの屈曲が進むに従って、フレキシブル電極１０の先端１１Ｂは、基端１１Ａ側に移動するが、アーム２０Ａの屈曲の程度に拘わらず、フレキシブル電極１０の先端は、アーム２０Ａの端部からはみ出した状態が維持されている。 In the second embodiment, the tip 11B of both ends of the flexible electrode 10 extends along the longitudinal direction in the range in which the first and second arm members 21A and 21B rotate. ). As the bending of arm 20A progresses, distal end 11B of flexible electrode 10 moves toward proximal end 11A. The protruding state is maintained.

第１実施形態と同様に、図３Ｂに示す状態から、アーム２０Ａがさらに屈曲すると、アーム２０Ａの屈曲が進むに従って、第２アーム部材２１Ｂの外周面２１ｄの露出する部分が増加する。ここで、本実施形態では、フレキシブル電極１０の両端のうち先端１１Ｂは、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂが回動する範囲において、アーム２０Ａの端部（先端部）からはみ出すような長さであるので、アーム２０Ａの屈曲が進むに従って、露出する外周面２１ｄが増加し、フレキシブル電極１０の吸着面積は増加する。このような結果、アーム２０Ａの屈曲が進むに従って、クーロン力が増加し、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動抵抗を増加させることができる。 As in the first embodiment, when the arm 20A is further bent from the state shown in FIG. 3B, the exposed portion of the outer peripheral surface 21d of the second arm member 21B increases as the bending of the arm 20A progresses. Here, in the present embodiment, the tip 11B of both ends of the flexible electrode 10 is long enough to protrude from the end (tip) of the arm 20A within the range in which the first and second arm members 21A and 21B rotate. Therefore, as the bending of the arm 20A progresses, the exposed outer peripheral surface 21d increases, and the adsorption area of the flexible electrode 10 increases. As a result, as the bending of the arm 20A progresses, the Coulomb force increases, and the rotational resistance of the first and second arm members 21A and 21B can be increased.

ここで、アーム２０Ａの屈曲が進むにしたがって、フレキシブル電極１０の吸着面積が増加し、その結果、電極間に蓄積される電荷量が増加する。したがって、関節機構１は、電源７１から流れる電流量を測定する電流計７７と、アーム２０Ａの屈曲角度を推定する演算装置９０をさらに備えてもよい。 Here, as the bending of the arm 20A progresses, the adsorption area of the flexible electrode 10 increases, and as a result, the amount of charge accumulated between the electrodes increases. Therefore, the joint mechanism 1 may further include an ammeter 77 that measures the amount of current flowing from the power source 71, and an arithmetic device 90 that estimates the bending angle of the arm 20A.

具体的には、電流計７７は、フレキシブル電極１０と電源７１との間に配置されており、電源７１からフレキシブル電極１０に流れる電流を測定する。演算装置９０は、この電流計７７で測定した電流値に基づいて、電荷量として算出し、切換えスイッチ８１Ａ、８１Ｂにより電極間の電圧を印加した状態で、電極間に蓄積された電荷量を推定する。具体的には、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢがＯＮ状態になってから、電流計７７を流れる電流値を積算する。演算装置９０は、この積算した電流から、電極間に蓄積された電荷量を推定する。 Specifically, the ammeter 77 is arranged between the flexible electrode 10 and the power source 71 and measures the current flowing from the power source 71 to the flexible electrode 10 . Arithmetic device 90 calculates the amount of electric charge based on the current value measured by ammeter 77, and estimates the amount of electric charge accumulated between the electrodes with the voltage applied between the electrodes by selector switches 81A and 81B. do. Specifically, the value of the current flowing through the ammeter 77 is integrated after the switches 81A and 81B are turned on. Arithmetic device 90 estimates the amount of charge accumulated between the electrodes from the integrated current.

次に、演算装置９０は、推定された電荷量に基づいて、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動角度を推定する。具体的には、推定された電荷量から、アーム２０Ａに接触したフレキシブル電極１０の接触面積が推定でき、この接触面積から、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動角度を簡単に推定することができる。また、推定された電荷量と回動角度との関係を満たす式または表などを準備し、これらを用いて、第１および第２アーム部材２１Ａ、２１Ｂの回動角度を推定してもよい。 Next, the arithmetic device 90 estimates the rotation angles of the first and second arm members 21A and 21B based on the estimated charge amount. Specifically, the contact area of the flexible electrode 10 in contact with the arm 20A can be estimated from the estimated charge amount, and the rotation angles of the first and second arm members 21A and 21B can be easily estimated from this contact area. can do. Alternatively, a formula or a table that satisfies the relationship between the estimated amount of charge and the rotation angle may be prepared and used to estimate the rotation angles of the first and second arm members 21A and 21B.

なお、電極間の電荷を取り除く場合には、第１実施形態と同様に、図３Ｃに示すように、制御装置８０により、切換えスイッチ８１Ａ、８１ＢをＯＦＦにし、切換えスイッチ８１Ｃ、８１ＤをＯＮにすればよい。 When removing the electric charges between the electrodes, as in the first embodiment, as shown in FIG. Just do it.

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができる。本発明は、或る実施形態の構成を他の実施形態の構成に追加したり、或る実施形態の構成を他の実施形態と置換したり、或る実施形態の構成の一部を削除したりすることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims. Changes can be made. The present invention adds features of one embodiment to features of other embodiments, replaces features of one embodiment with others, or deletes portions of features of one embodiment. can be

なお、本実施形態では、ベース電極として、第１アーム部材と第２アーム部材の２つの部材を連接したアームを例示したが、たとえば、ベース電極２０として、３以上のアーム部材をアームの長手方向に連接したアーム部材であってもよい。この場合には、連接されたアーム部材同士ごとに、これらを跨ぐようにフレキシブル電極１０が設けられていてもよく、すべてのアーム部材を跨ぐように１つのフレキシブル電極が設けられていてもよい。 In the present embodiment, an arm formed by connecting two members, the first arm member and the second arm member, is exemplified as the base electrode. It may be an arm member connected to. In this case, the flexible electrode 10 may be provided so as to straddle each of the articulated arm members, or one flexible electrode may be provided so as to straddle all the arm members.

本実施形態に係る関節機構を、バーチャルリアリティー（ＶＲ）におけるハンドラッキングに用いてもよい。これらの関節機構を、指５本の手の甲側に配置することで、仮想空間上で、物を掴むといった感覚を指にフィードバックすることができる。さらに、第２実施形態に係る演算装置を持ちレバ、指の角度を検出することも同時にできる。 The joint mechanism according to this embodiment may be used for hand tracking in virtual reality (VR). By arranging these joint mechanisms on the back side of the five fingers, it is possible to feed back the feeling of grasping an object to the fingers in the virtual space. Furthermore, it is possible to simultaneously detect the angle of the lever and the finger by using the computing device according to the second embodiment.

１：関節機構、１０：フレキシブル電極、２０：ベース電極、２０Ａ：アーム、２１Ａ：第１アーム部材（アーム部材）、２１Ｂ：第２アーム部材（アーム部材）、２３：対向面、７１：電源、７５：電圧調整装置、７７：電流計、８０：制御装置、８１Ａ～８１Ｄ：切換えスイッチ、９０：演算装置 1: joint mechanism, 10: flexible electrode, 20: base electrode, 20A: arm, 21A: first arm member (arm member), 21B: second arm member (arm member), 23: facing surface, 71: power supply, 75: Voltage adjusting device, 77: Ammeter, 80: Control device, 81A to 81D: Switch, 90: Arithmetic device

Claims

a flexible electrode having flexibility;
a base electrode having a surface facing the flexible electrode formed of an insulating layer;
a power supply that applies a voltage between the flexible electrode and the base electrode;
a changeover switch for switching between application and cancellation of application of the voltage between the electrodes by the power source,
the base electrode comprises an arm in which a plurality of arm members are rotatably connected,
The flexible electrode is arranged along the longitudinal direction of the arm so as to straddle the articulated arm members,
The joint mechanism, wherein the flexible electrode is attracted to the arm by applying a voltage between the electrodes.

The joint mechanism is characterized by comprising a control device for controlling switching of the changeover switch in a specific posture of the arm in which the arm member is rotated or in a specific rotational movement of the arm member. A joint mechanism according to claim 1 .

3. The joint mechanism according to claim 1, further comprising a voltage adjuster that adjusts the magnitude of the voltage applied between the electrodes.

The flexible electrode is arranged with the outer surface in the rotation direction of the arm as the facing surface in the rotation direction in which the arm members rotate so that the arm is bent,
One of both ends of the flexible electrode along the longitudinal direction is fixed to the arm, and the other end of the both ends is arranged along the longitudinal direction within a range in which the plurality of arm members rotate. , protruding from the end of the arm.

There are two arm members,
The joint mechanism further comprises an arithmetic device,
The computing device estimates the amount of charge accumulated between the electrodes while the voltage is applied between the electrodes by the changeover switch, and calculates the rotation angle of the arm member based on the estimated amount of charge. 5. The joint mechanism according to claim 4, wherein is estimated.