JP2889279B2 - アクチュエータ - Google Patents
アクチュエータInfo
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- JP2889279B2 JP2889279B2 JP1180298A JP18029889A JP2889279B2 JP 2889279 B2 JP2889279 B2 JP 2889279B2 JP 1180298 A JP1180298 A JP 1180298A JP 18029889 A JP18029889 A JP 18029889A JP 2889279 B2 JP2889279 B2 JP 2889279B2
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- JP
- Japan
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- actuator
- pressure chambers
- cylindrical elastic
- wire
- axial direction
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
- F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
- F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
- F15B15/103—Characterised 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
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Actuator (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は流体のエネルギにより動作するアクチュエー
タに関する。
タに関する。
（従来の技術） 従来、主として繊維強化ゴムによって本体が形成さ
れ、流体圧の制御により、任意方向への湾曲、軸まわり
のねじりなど、複数の自由度をもつアクチュエータが考
案されている（特願昭63−259391号明細書）。
れ、流体圧の制御により、任意方向への湾曲、軸まわり
のねじりなど、複数の自由度をもつアクチュエータが考
案されている（特願昭63−259391号明細書）。
その構成は図7,8に示すように、軸方向29に延設され
た隔壁15,17,19によって内部が３つの圧力室21,23,25に
分離された筒状弾性体３と、各圧力室を各々密封する端
末部5,7と、各圧力室と各々通じたチューブ9,11,13から
なる。筒状弾性体３は繊維強化ゴムで形成され、アクチ
ュエータの外周部には、第８図に示すように軸方向29に
対してα傾いた方向に繊維27（第８図では点線で示す）
が埋設されている。
た隔壁15,17,19によって内部が３つの圧力室21,23,25に
分離された筒状弾性体３と、各圧力室を各々密封する端
末部5,7と、各圧力室と各々通じたチューブ9,11,13から
なる。筒状弾性体３は繊維強化ゴムで形成され、アクチ
ュエータの外周部には、第８図に示すように軸方向29に
対してα傾いた方向に繊維27（第８図では点線で示す）
が埋設されている。
３つのチューブ9,11,13を通じて各圧力室21,23,25の
圧力を調整することによりアクチュエータは３自由度の
動作を行う。例えば圧力室21のみを加圧すると圧力室21
のみが軸方向へ伸びようとするためアクチュエータは54
の方向に湾曲する。また、圧力室21と23を加圧するとア
クチュエータは58の方向へ湾曲する。このように各圧力
室間に差圧を与えることでアクチュエータは任意方向へ
湾曲する。一方、各圧力室を均一に加圧すると、外周面
に螺旋状に埋設された繊維27の働きにより、アクチュエ
ータは軸方向29に伸びながら軸回りの回転30を行う。
圧力を調整することによりアクチュエータは３自由度の
動作を行う。例えば圧力室21のみを加圧すると圧力室21
のみが軸方向へ伸びようとするためアクチュエータは54
の方向に湾曲する。また、圧力室21と23を加圧するとア
クチュエータは58の方向へ湾曲する。このように各圧力
室間に差圧を与えることでアクチュエータは任意方向へ
湾曲する。一方、各圧力室を均一に加圧すると、外周面
に螺旋状に埋設された繊維27の働きにより、アクチュエ
ータは軸方向29に伸びながら軸回りの回転30を行う。
（発明が解決しようとする課題） 上述した如く、外周部が軸方向29に対してα傾いた方
向に繊維強化されたアクチュエータでは、任意方向への
湾曲と、軸まわりの回転の３自由度が実現できる。しか
し、軸回りの回転を行わせると、上述した如く、軸方向
への伸び動作が同時に行われるものとなっていた。
向に繊維強化されたアクチュエータでは、任意方向への
湾曲と、軸まわりの回転の３自由度が実現できる。しか
し、軸回りの回転を行わせると、上述した如く、軸方向
への伸び動作が同時に行われるものとなっていた。
一方、このアクチュエータをマニピュレータ等に適用
する際には、軸方向への伸び動作を伴わない、純粋な回
転動作がしばしば必要となる。例えば人間の手の動作で
いえば、手首をひねって把持物の向きを変えたり、ねじ
を締めたりする動作である。
する際には、軸方向への伸び動作を伴わない、純粋な回
転動作がしばしば必要となる。例えば人間の手の動作で
いえば、手首をひねって把持物の向きを変えたり、ねじ
を締めたりする動作である。
上述した従来のアクチュエータでは、純粋な軸回りの
回転動作ができないため、上記のような作業を行うマニ
ピュレータへの応用には適していなかった。
回転動作ができないため、上記のような作業を行うマニ
ピュレータへの応用には適していなかった。
そこで本発明は、従来と同様の任意方向への湾曲動作
に加えて、軸方向への伸びを伴わずに軸回りの回転が可
能なアクチュエータを提供することを目的とする。
に加えて、軸方向への伸びを伴わずに軸回りの回転が可
能なアクチュエータを提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明においては、軸方
向に延設された隔壁によって内部が複数の圧力室に分離
された筒状弾性体からなり、前記圧力室の各々を調整す
ることにより動作するアクチュエータにおいて、前記ア
クチュエータの軸方向及び周方向と異なる方向が縦弾性
係数の大きい方向となるように前記アクチュエータに異
方性を持たせると共に、前記アクチュエータの内部に、
前記アクチュエータの軸方向の長さを保持するための線
材を配置してなることを特徴とするものである。
向に延設された隔壁によって内部が複数の圧力室に分離
された筒状弾性体からなり、前記圧力室の各々を調整す
ることにより動作するアクチュエータにおいて、前記ア
クチュエータの軸方向及び周方向と異なる方向が縦弾性
係数の大きい方向となるように前記アクチュエータに異
方性を持たせると共に、前記アクチュエータの内部に、
前記アクチュエータの軸方向の長さを保持するための線
材を配置してなることを特徴とするものである。
（作用） このように構成することにより、圧力室を調整してア
クチュエータに軸回りの回転を発生させることができる
が、同時に発生する軸方向の伸び動作は前記線材によっ
て規制されるため、結果として、純粋な回転動作のみを
取り出すことが可能となる。
クチュエータに軸回りの回転を発生させることができる
が、同時に発生する軸方向の伸び動作は前記線材によっ
て規制されるため、結果として、純粋な回転動作のみを
取り出すことが可能となる。
（実施例） 以下図面に示した実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。尚、第７図及び第８図と同一の構成要素には同
一符号を付してある。
明する。尚、第７図及び第８図と同一の構成要素には同
一符号を付してある。
第１図は第１実施例の外観を示す斜視図である。まず
本アクチュエータ１は外壁を形成する筒状弾性体3,上蓋
5,下蓋7,チューブ9,11,13から構成されている。第２図
は第１実施例の分解傾斜図であり、この第２図で明示し
たように筒状弾性体３は同一形状なる３つの筒状弾性体
3a,3b,3cを軸方向に並列に接着することにより一体成形
したものである。このため接着された部位により筒状弾
性体３の軸方向29に弾性隔壁15,17,19が延設され、この
弾性隔壁15,17,19により３つの圧力室21,23,25が形成さ
れる。筒状弾性体３は第３図に示すように、各筒状弾性
体3a,3b,3cがそれぞれ巻装角度α（≠90゜）となるよう
にアラミド繊維（商標）27を螺旋状に巻装し、弾性材料
であるシリコンゴムにより被覆して形成されている。こ
のため、筒状弾性体３は繊維27とゴムの複合による異方
性弾性材料によって形成されることにより、縦弾性係数
の大きい方向は筒状弾性体３の軸方向29からα傾いた方
向と一致し、α傾いた方向には繊維27により縦弾性係数
大のため伸びにくく、（90゜−α）傾いた方向には伸び
易いという性質を有する。なお、α≠90゜であるから、
筒状弾性体３の周方向が縦弾性係数の大きい方向となる
ことはない。
本アクチュエータ１は外壁を形成する筒状弾性体3,上蓋
5,下蓋7,チューブ9,11,13から構成されている。第２図
は第１実施例の分解傾斜図であり、この第２図で明示し
たように筒状弾性体３は同一形状なる３つの筒状弾性体
3a,3b,3cを軸方向に並列に接着することにより一体成形
したものである。このため接着された部位により筒状弾
性体３の軸方向29に弾性隔壁15,17,19が延設され、この
弾性隔壁15,17,19により３つの圧力室21,23,25が形成さ
れる。筒状弾性体３は第３図に示すように、各筒状弾性
体3a,3b,3cがそれぞれ巻装角度α（≠90゜）となるよう
にアラミド繊維（商標）27を螺旋状に巻装し、弾性材料
であるシリコンゴムにより被覆して形成されている。こ
のため、筒状弾性体３は繊維27とゴムの複合による異方
性弾性材料によって形成されることにより、縦弾性係数
の大きい方向は筒状弾性体３の軸方向29からα傾いた方
向と一致し、α傾いた方向には繊維27により縦弾性係数
大のため伸びにくく、（90゜−α）傾いた方向には伸び
易いという性質を有する。なお、α≠90゜であるから、
筒状弾性体３の周方向が縦弾性係数の大きい方向となる
ことはない。
前記上蓋５は、金属により形成され前記筒状弾性体3
a,3b,3cに形成された圧力室21,23,25を封止する扇形状
の上蓋5a,5b,5cと、この上蓋5a,5b,5cの一端を筒状弾性
体3a,3b,3cに挿入して接着した後に上蓋5a,5b,5cをカバ
ーするカバー部材33により構成されている。前記上蓋５
の装着状態は例えば第４図に示す様になっている。前記
カバー部材33は円筒形状を成し内側には上蓋5a,5b,5cを
嵌合させる嵌合部33a,33b,33cが区画形成されている。
このカバー部材33の外形は筒状弾性体３と同様となって
いるものである。
a,3b,3cに形成された圧力室21,23,25を封止する扇形状
の上蓋5a,5b,5cと、この上蓋5a,5b,5cの一端を筒状弾性
体3a,3b,3cに挿入して接着した後に上蓋5a,5b,5cをカバ
ーするカバー部材33により構成されている。前記上蓋５
の装着状態は例えば第４図に示す様になっている。前記
カバー部材33は円筒形状を成し内側には上蓋5a,5b,5cを
嵌合させる嵌合部33a,33b,33cが区画形成されている。
このカバー部材33の外形は筒状弾性体３と同様となって
いるものである。
前記下蓋７は上蓋５と同様なる扇形状の下蓋7a,7b,7c
と、この下蓋7a,7b,7cの一端を筒状弾性体3a,3b,3cに挿
入した接着封止した後、下蓋7a,7b,7cをカバーするカバ
ー部材35により構成されている。
と、この下蓋7a,7b,7cの一端を筒状弾性体3a,3b,3cに挿
入した接着封止した後、下蓋7a,7b,7cをカバーするカバ
ー部材35により構成されている。
下蓋7a,7b,7cの断面形状は第５図に明示したように前
記チューブ9,11,13が挿入固着される挿入穴37,39,41が
それぞれ設けられている。挿入穴37,39,41の先端にはチ
ューブ9,11,13と圧力室21,23,25を連通させる連通孔43,
45,47が設けられている。前記チューブ9,11,13は接着材
により挿入穴37,39,41に密封状に固着されるものであ
る。前記カバー部材35は前記上蓋5a,5b,5cをカバーする
カバー部材33と同様なる外形状を成し、下蓋7a,7b,7cを
嵌合させる嵌合部35a,35b,35cが区画形成されている。
この嵌合部35a,35b,35cにはそれぞれチューブ9,11,13が
挿入される挿入穴55,57,59が形成されている。従って各
圧力室21,23,25の圧力を外部に設けられた圧力制御装置
（図示しない）により作動流体の圧力を調整して送り込
むことにより各々制御できるものである。
記チューブ9,11,13が挿入固着される挿入穴37,39,41が
それぞれ設けられている。挿入穴37,39,41の先端にはチ
ューブ9,11,13と圧力室21,23,25を連通させる連通孔43,
45,47が設けられている。前記チューブ9,11,13は接着材
により挿入穴37,39,41に密封状に固着されるものであ
る。前記カバー部材35は前記上蓋5a,5b,5cをカバーする
カバー部材33と同様なる外形状を成し、下蓋7a,7b,7cを
嵌合させる嵌合部35a,35b,35cが区画形成されている。
この嵌合部35a,35b,35cにはそれぞれチューブ9,11,13が
挿入される挿入穴55,57,59が形成されている。従って各
圧力室21,23,25の圧力を外部に設けられた圧力制御装置
（図示しない）により作動流体の圧力を調整して送り込
むことにより各々制御できるものである。
また、第６図の断面図に明示されるように、アクチュ
エータ１の中心線、つまりここでは軸方向29に沿って形
成される前記各筒状弾性体3a,3b,3cの接合部に、アラミ
ド繊維などからなる線材28が延設されている。線材28は
その長さ方向の引張り力に対して伸び変化が少ないもの
である。
エータ１の中心線、つまりここでは軸方向29に沿って形
成される前記各筒状弾性体3a,3b,3cの接合部に、アラミ
ド繊維などからなる線材28が延設されている。線材28は
その長さ方向の引張り力に対して伸び変化が少ないもの
である。
以上のような構成の本実施例において、各圧力室21,2
3,25の圧力を同じにした場合、巻装された繊維27の影響
によりアクチュエータ１は軸回りの回転動作（ねじれ動
作）を行うが、前記線材28によりアクチュエータ１の軸
方向長さは変化しないように設定されるので、アクチュ
エータ１は伸び動作を伴うことはない。また、圧力室21
の圧力を高めてアクチュエータ１を54方向に湾曲させる
ような動作を行った場合にも、線材28の埋設位置にあた
るアクチュエータ１の中心線の長さは変化しないので、
湾曲動作と同時にその湾曲方向54に伸び動作を行うとい
うことがない。もちろん、繊維27は密に巻装してあり、
31方向への伸び動作は発生しない。
3,25の圧力を同じにした場合、巻装された繊維27の影響
によりアクチュエータ１は軸回りの回転動作（ねじれ動
作）を行うが、前記線材28によりアクチュエータ１の軸
方向長さは変化しないように設定されるので、アクチュ
エータ１は伸び動作を伴うことはない。また、圧力室21
の圧力を高めてアクチュエータ１を54方向に湾曲させる
ような動作を行った場合にも、線材28の埋設位置にあた
るアクチュエータ１の中心線の長さは変化しないので、
湾曲動作と同時にその湾曲方向54に伸び動作を行うとい
うことがない。もちろん、繊維27は密に巻装してあり、
31方向への伸び動作は発生しない。
流体のエネルギにより動作する従来のアクチュエータ
では、軸方向の伸び動作や軸回りの回転動作など多自由
度の動作が可能ではあるが、純粋な回転動作のみを実現
することはできなかった。本発明では線材28を用いるこ
とによりアクチュエータの軸方向の伸び動作を規制して
いるため、純粋な回転動作のみを発生させることができ
る。そのため、例えばこのアクチュエータをロボットの
手首部に用いることにより、把持物の向きを変えたり、
あるいはねじを締めたりする動作を行わせることができ
る。
では、軸方向の伸び動作や軸回りの回転動作など多自由
度の動作が可能ではあるが、純粋な回転動作のみを実現
することはできなかった。本発明では線材28を用いるこ
とによりアクチュエータの軸方向の伸び動作を規制して
いるため、純粋な回転動作のみを発生させることができ
る。そのため、例えばこのアクチュエータをロボットの
手首部に用いることにより、把持物の向きを変えたり、
あるいはねじを締めたりする動作を行わせることができ
る。
本実施例に用いられる線材28はアクチュエータ１の回
転中心に延設されており、このような配置とすることに
より線材28はアクチュエータ１の回転動作を阻害するこ
とがなくなる。但し、必要な回転動作を確保できる範囲
内にて線材28の埋設位置は自由に変えることができるも
のであり、例えば圧力室の内部に線材を延設してもよ
い。もちろん複数の線材を用いてもよい。また、ここで
は線材28としてアラミド繊維を用いているが、例えば金
属製のワイヤなどを用いてもよく、アクチュエータ１の
軸方向に縦弾性係数が大となるような配置により回転動
作のみを行わせることが可能となる。
転中心に延設されており、このような配置とすることに
より線材28はアクチュエータ１の回転動作を阻害するこ
とがなくなる。但し、必要な回転動作を確保できる範囲
内にて線材28の埋設位置は自由に変えることができるも
のであり、例えば圧力室の内部に線材を延設してもよ
い。もちろん複数の線材を用いてもよい。また、ここで
は線材28としてアラミド繊維を用いているが、例えば金
属製のワイヤなどを用いてもよく、アクチュエータ１の
軸方向に縦弾性係数が大となるような配置により回転動
作のみを行わせることが可能となる。
尚、本実施例では圧力室が３つのものについて述べた
が、もちろんこれに限定されるものではなく、２つ、３
つ、４つなど目的に応じて任意に選択すればよく、各圧
力室の容積も同一でなくてよい。また、繊維27の巻装角
度αを変化させることにより、圧力室に与えた流体圧力
に対するアクチュエータの回転量を調節することもでき
る。また、本実施例では弾性隔壁も異方性材料により形
成したが筒状弾性体だけ異方性材料として弾性隔壁は異
方性材料でなくとも実施できる。また筒状弾性体は複数
の筒状弾性体を接着させて一体としたが、まず繊維27に
より骨組みを形成し、ゴムにより被覆し、その後に弾性
隔壁を設けることによって、複数の筒状弾性体を接着さ
せずに成形することも可能である。
が、もちろんこれに限定されるものではなく、２つ、３
つ、４つなど目的に応じて任意に選択すればよく、各圧
力室の容積も同一でなくてよい。また、繊維27の巻装角
度αを変化させることにより、圧力室に与えた流体圧力
に対するアクチュエータの回転量を調節することもでき
る。また、本実施例では弾性隔壁も異方性材料により形
成したが筒状弾性体だけ異方性材料として弾性隔壁は異
方性材料でなくとも実施できる。また筒状弾性体は複数
の筒状弾性体を接着させて一体としたが、まず繊維27に
より骨組みを形成し、ゴムにより被覆し、その後に弾性
隔壁を設けることによって、複数の筒状弾性体を接着さ
せずに成形することも可能である。
以上のように本発明によれば、流体のエネルギを利用
して軸回りの回転動作のみを発生させることのできるア
クチュエータが実現する。
して軸回りの回転動作のみを発生させることのできるア
クチュエータが実現する。
第１図は本発明のアクチュエータの全体斜視図、第２図
は第１図の分解斜視図、第３図は繊維巻装方向を示す斜
視図、第４図は第１図のＢ−Ｂ矢視断面図、第５図は第
１図のＣ−Ｃ矢視断面図、第６図は第１図のＡ−Ａ矢視
断面図、第７図及び第８図は従来例を示す斜視図であ
る。 １……アクチュエータ、３……筒状弾性体 15,17,19……弾性隔壁、21,23,25……圧力室 27……繊維、28……線材
は第１図の分解斜視図、第３図は繊維巻装方向を示す斜
視図、第４図は第１図のＢ−Ｂ矢視断面図、第５図は第
１図のＣ−Ｃ矢視断面図、第６図は第１図のＡ−Ａ矢視
断面図、第７図及び第８図は従来例を示す斜視図であ
る。 １……アクチュエータ、３……筒状弾性体 15,17,19……弾性隔壁、21,23,25……圧力室 27……繊維、28……線材
Claims (1)
- 【請求項１】軸方向に延設された隔壁によって内部が複
数の圧力室に分離された筒状弾性体からなり、前記圧力
室の各々を調整することにより動作するアクチュエータ
において、 前記アクチュエータの軸方向及び周方向と異なる方向が
縦弾性係数の大きい方向となるように前記アクチュエー
タに異方性を持たせると共に、前記アクチュエータの内
部に、前記アクチュエータの軸方向の長さを保持するた
めの線材を配置してなることを特徴とするアクチュエー
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180298A JP2889279B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1180298A JP2889279B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0349578A JPH0349578A (ja) | 1991-03-04 |
| JP2889279B2 true JP2889279B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=16080763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1180298A Expired - Fee Related JP2889279B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2889279B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108274455A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-07-13 | 江南大学 | 一种气动软体执行装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3481254A (en) | 1967-08-14 | 1969-12-02 | United Aircraft Corp | Composite structure |
| US3773034A (en) | 1971-11-24 | 1973-11-20 | Itt Research Institute | Steerable catheter |
-
1989
- 1989-07-14 JP JP1180298A patent/JP2889279B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3481254A (en) | 1967-08-14 | 1969-12-02 | United Aircraft Corp | Composite structure |
| US3773034A (en) | 1971-11-24 | 1973-11-20 | Itt Research Institute | Steerable catheter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0349578A (ja) | 1991-03-04 |
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