JP3925181B2

JP3925181B2 - Flexible actuator

Info

Publication number: JP3925181B2
Application number: JP2001380233A
Authority: JP
Inventors: 毅瀬戸; 邦彦高城
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2021-12-13
Also published as: JP2003184819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、把持する動作、つまむ動作、押す動作を行うことが可能なロボットや、動物的な動作を行うペットロボットの駆動用として使用可能なフレキシブルアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
対象物を把持するアクチュエータとして、例えば、特開平５−１７２１１８号公報、特開平５−１６４１１２号公報などに記載されているように、内部を複数の圧力室に区分した筒状弾性体を備え、各圧力室へ作用する流体圧を調整して筒状弾性体を湾曲変形するアクチュエータが知られている（以下、第１の従来技術と称する）。
【０００３】
また、第１の従来技術と異なるアクチュエータとして、例えば、特開平２−１７２０４号公報に記載されているように、駆動源とポンプとが液圧シリンダに一体化して組み込まれたアクチュエータも知られている（以下、第２の従来技術と称する）。
ロボットの擬似指として動作するアクチュエータは、人間の指のように屈曲し、果物や紙コップのように柔らかいものを包み込んで把持する動作、先端部でネジ等の小さな物体をつまむ動作、屈曲することで先端部においてスイッチ等を押す動作などを行わなければならない。紙コップ等を疑似指全体で把持する場合は、全体の屈曲力が概均一であることが望ましい。一方、先端で物をつまむ等の動作には、モーメントの関係から先端からの距離に比例した屈曲力の発生が望ましい。また、先端の屈曲力を小さくすることで、屈曲に用いる動力を節約できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の従来技術は、全体的に所定の曲率で屈曲することで物を把持しており、適切な屈曲力を部分ごとに発生する構造を設けることができないので、人間の指のように柔らかいものを包み込んで把持する動作、小さな物体をつまむ動作、先端部でスイッチ等を押す動作などを行うといった様々な動作を適切な把持力で行うことが可能なアクチュエータを構成することが難しい。
また、第２の従来技術は、ピストン型であるため柔軟なアクチュエータとするには多くのアクチュエータとそれに伴うセンサ、機構等が必要になり、擬似指として動作させることが難しい。
【０００５】
また、第１及び第２の従来技術を、生き物のような精巧な動きをするペットロボットとして製作しようとしても、多くのセンサや複雑な機構を設けなければならないので外観がシンプルにならない。
そこで、本発明は、適切な屈曲力を部分ごとに発生する構造を設けることで、例えば人間の指のように柔らかいものを把持したり、小さな物体をつまんだり、先端部でスイッチ等を押す動作を確実に行う擬似指として、或いは、特定の屈曲動作を行うことができるアクチュエータとすることができ、さらには、外観がシンプルでありながら生き物のような精巧な動きを行うペットロボットのアクチュエータに適したフレキシブルアクチュエータを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
したがって、請求項１記載のフレキシブルアクチュエータは、主液室へ液体が移動することで屈曲動作を行う長尺な可動部と、前記主液室との間で液体が移動するリザーバ室と、このリザーバ室及び前記主液室の流体移動を行うポンプ部と、このポンプ部の駆動制御を行うポンプ駆動部とを備えたフレキシブルアクチュエータにおいて、前記可動部は、前記主液室を形成する長尺なチューブと、このチューブの長手方向に所定の間隔に並べた複数の骨部材と、これら骨部材の並びを保持する弾性復元可能な心材とを備え、前記チューブは柔軟な弾性素材で形成され、長手方向に所定間隔をあけて設けた複数の偏平形状の膨出中空部と、これら膨出中空部の間を連通する縮径中空部とで構成されており、前記複数の骨部材は、偏平な部材で形成され、前記心材に当接する側に設けた凹部もしくは孔部に前記チューブの縮径中空部を挿入して前記複数の膨出中空部を長手方向から挟み込んでおり、前記可動部に、大きな屈曲力を発生する第１屈曲部分と、小さい屈曲力を発生しながら屈曲する第２屈曲部分を設け、前記第１屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積を大きくし、前記第２屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積を小さくしている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のフレキシブルアクチュエータを擬似指として使用するものであり、前記可動部の最も基端部を前記第１屈曲部分として前記膨出中空部の平面断面積を最も大きくするとともに、前記可動部の先端側に向かうに従い、前記膨出中空部の平面断面積を徐々に小さくしていき、前記可動部の最も先端部を前記第２屈曲部分として前記膨出中空部の平面断面積を最も小さくしている。
【０００８】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記第２屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積を、前記第１屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積に対して、３０％以上であり、８０％以下の断面積比率に設定している。
また、請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記心材は、前記可動部の基端部から先端部に向かうに従い、徐々に弾性復元力が小さくなる部材とした。
【０００９】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記心材は、最も基端部の板幅が大きく、先端部に向かうに従い徐々に板幅が小さくなり、最も先端部の板幅を最も小さくしたテーパ形状の板材である。
また、請求項６記載の発明は、請求項１記載のフレキシブルアクチュエータを肩揉み用アクチュエータとして使用するものであり、前記可動部の長手方向の中央部を前記第１屈曲部分として前記膨出中空部の平面断面積を最も大きくするとともに、前記可動部の長手方向の両端側に向かうに従い、前記膨出中空部の平面断面積を徐々に小さくしていき、前記可動部の両端部を前記第２屈曲部分として前記膨出中空部の平面断面積を最も小さくした。
【００１０】
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記第２屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積を、前記第１屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積に対して、略６０％の断面積比率に設定している。
また、請求項８記載の発明は、請求項６又は７記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記心材は、前記可動部の長手方向の中央部から両端部に向かうに従い、徐々に弾性復元力が小さくなる部材とした。
【００１１】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記心材は、長手方向の中央部の板幅が大きく、両端部に向かうに従い徐々に板幅が小さくなり、最も両端部の板幅を最も小さくした板材である。
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記可動部の端部に一体化したアクチュエータ本体に、前記リザーバ室及び前記ポンプ部が内蔵されている。
【００１２】
さらに、請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０の何れかに記載のフレキシブルアクチュエータにおいて、前記ポンプ部、前記チューブ、前記リザーバ室の何れかに、流体の移動量を検出するセンサを配置し、前記ポンプ駆動部は、前記センサから得た情報に基づいて前記ポンプ部の制御を行うようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るフレキシブルアクチュエータの実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すものは、ロボットの擬似指の一本として使用する第１実施形態のフレキシブルアクチュエータ２である。
このフレキシブルアクチュエータ２は、主液室４へ液体が移動することで屈曲動作を行う長尺な可動部６と、この可動部６の基端部に一体化されているアクチュエータ本体８と、アクチュエータ本体８に内蔵されて前記主液室４との間で液体が移動するリザーバ室１０と、リザーバ室１０及び主液室４の流体移動を行うポンプ部１２と、ポンプ部１２の駆動制御を行うポンプ駆動部１４とを備えている。なお、前記アクチュエータ本体８が擬似指の根元部とされ、図示しないロボットの手の部分に固定されている。
【００１４】
可動部６は、主液室４を形成する長尺なチューブ１６と、このチューブ１６の長手方向に所定の間隔に並べた複数の骨部材１８ａ，１８ｂ…と、これら骨部材１８ａ，１８ｂ…の並びを保持している心材２０とで構成されている。
チューブ１６は、合成樹脂からなる柔軟な半透明の弾性素材で形成されている。図２は、図１で示すチューブ１６を紙面に直交する方向からの断面（図１のII−II）で示したものであるが、この図２で明らかなように、長手方向に所定間隔をあけて設けた偏平形状の膨出中空部２２ａ，２２ｂ……の間を縮径中空部２４が連通している植物のシダ類のような外観を有している。
【００１５】
複数の骨部材１８ａ，１８ｂ…は、合成樹脂からなる平面視略矩形の中空部材である。図３に示す骨部材１８ｈは、心材２０に当接する側に設けた凹部２６にチューブ１６の縮径中空部２４が挿入されており、チューブ１６の膨出中空部２２ｈ，２２ｉ…で上下から挟み込まれている。また、骨部材１８ｈ以外の他の骨部材１８ａ，１８ｂ…も、凹部２６にチューブ１６の縮径中空部２４が挿入され、チューブ１６の膨出中空部２２ａ，２２ｂ…で上下から挟み込まれている。なお、最上段の骨部材１８ｊの上部に配置した部材は、合成樹脂等で形成したキャップ部材３０である。
【００１６】
チューブ１６の膨出中空部２２ａ，２２ｂ……は、最も基端部に位置している膨出中空部２２ａの平面断面積が最も大きく、先端部に向かう膨出中空部２２ｂ、２２ｃ…の平面断面積が徐々に小さくなり、最も先端部に位置している膨出中空部２２ｊの平面断面積が最も小さく設定されている。なお、膨出中空部２２ａが位置している可動部６の最も基端部が、本発明の第１屈曲部分に相当し、膨出中空部２２ｊが位置している可動部６の最も先端部が、本発明の第２屈曲部分に相当する。
【００１７】
また、複数の骨部材１８ａ，１８ｂ…も、最も基端部に位置している骨部材１８ａの平面断面積が最も大きく、先端部に向かう骨部材１８ｂ、１８ｃ…の平面断面積が徐々に小さくなり、最も先端部に位置している骨部材１８ｊの平面断面積が最も小さく設定されている。
また、心材２０は、図４に示すように、弾性変形自在な合成樹脂製等の板状部材であり、複数のビス２８を使用して各骨部材１８ａ，１８ｂ…を上下に間隔をあけて固定しているとともに、下端がアクチュエータ本体８に固定されている。そして、この心材２０は、基端２０ａの板幅Ｈ１が大きく、先端２０ｂに向かうに従い徐々に板幅が小さくなって先端２０ｂの板幅Ｈ２が最も小さいテーパ形状の板状部材を使用している。そして、ビス２８を装着した心材２０の全面には、シート状の柔軟素材（図示せず）が張られている。
【００１８】
ここで、最も先端部に位置している膨出中空部２２ｊの平面断面積は、最も基端部に位置している膨出中空部２２ａの平面断面積に対して３０％以上であり、且つ、８０％以下の断面積比率に設定されている。
また、アクチュエータ本体８は、固定ねじ３２を介してロボットの手の部分に固定されている。このアクチュエータ本体８に内蔵されているポンプ部１２は、例えば、ピエゾ式ダイヤフラムポンプを採用しており、チューブ１６の下端開口部と、液状シリコン等の作動油Ｓを所定量溜めたリザーバ室１０にも接続している。そして、このポンプ部１２は、ポンプ駆動部１４の制御により、リザーバ室１０の作動油Ｓをチューブ１６内に供給する動作、或いは、チューブ１６内の作動油Ｓをリザーバ室１０に戻す動作を行う。
【００１９】
アクチュエータ本体８には、発光ダイオード等の発光素子及びフォトダイオード等の受光素子を備えた受発光部３４が配設されており、この受発光部３４に対して、チューブ１６の膨出中空部２２ａを介して対面している最下部の骨部材１８ａの下面位置に、ミラー等の反射部３６が配設されている。そして、受発光部３４は、反射部３６に向けて発射した光の量（受光量）の検知情報を、随時、ポンプ駆動部１４に送るようになっている。
【００２０】
ポンプ駆動部１４は、受発光部３４からの検出信号を読み込むための入力インタフェース回路と、所定のプログラムにしたがってポンプ部１２を駆動制御するための所定の演算処理を行う演算処理装置と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置と、演算処理装置で得たピエゾ式ダイヤフラムポンプのピエゾ素子等への電圧制御信号を出力する出力インタフェース回路等を備えており、記憶装置には、チューブ１６の主液室４の液圧変化と、受発光部３４から入力する受光量の変化双方の値から可動部６の変位量を推定する記憶テーブルが記憶されている。そして、演算処理装置は、前述した記憶テーブルを参照してポンプ部１２を駆動制御するための所定の演算処理を行うようになっている。
【００２１】
次に、上記構成のフレキシブルアクチュエータ２の動作について図５を参照して説明する。
ポンプ駆動部１４からポンプ部１２に対して制御電流を出力する。ポンプ部１２が、リザーバ室１０の作動油Ｓをチューブ１６内（主液室４）に供給する動作を行うと、作動油Ｓがチューブ１６の各膨出中空部２２ａ，２２ｂ…に流れ込んで容積が増大していく。
【００２２】
チューブ１６内（主液室４）への作動油Ｓの流れ込みにより容積が増大した膨出中空部２２ａ，２２ｂ……は、心材２０を屈曲させながら各骨部材１８ａ，１８ｂ…を変位させていく。
この際、膨出中空部２２ａ，２２ｂ……は、最も基端部の膨出中空部２２ａの平面断面積が最も大きく、最も先端部の膨出中空部２２ｊの平面断面積が最も小さく、基端部から先端部に向かうに従い徐々に平面断面積が小さくなっているので、最も基端部の膨出中空部２２ａは、心材２０を屈曲させる力（以下、屈曲力という）が他の膨出中空部と比較して一番大きくなる。他の膨出中空部２２ｂ，２２ｃ……２２ｊは、徐々に平面断面積が小さくなっているので、先端（膨出中空部２２ｊ側）に向かうに従い屈曲力が徐々に小さくなっていき、最も先端部の膨出中空部２２ｊの屈曲力が最も小さくなる。
【００２３】
各骨部材１８ａ，１８ｂ…を上下に間隔をあけて固定している心材２０は、屈曲していくと、直立状態に戻ろうとする力（以下、弾性復元力と称する）が徐々に大きくなっていき、膨出中空部２２ａ，２２ｂ……の屈曲変位に対する復元力を発生する。ここで、本実施形態の心材２０は、基端２０ａの板幅Ｈ１が大きく、先端２０ｂに向かうに従い徐々に板幅が小さくなって先端の板幅Ｈ２が最も小さいテーパ形状となっており、最も先端部の膨出中空部２２ｊに向かうに従い屈曲変位量が大きくなる動作に対して弾性復元力が徐々に小さくなっているので、先端部に向かうに従って小さくなる屈曲力と弾性復元力が釣り合い無負荷状態では可動部６全体がほぼ均一の曲率で屈曲する。また紙コップ等の柔らかい物を軽く把持する場合においても同様に局部的な屈曲が無く全体を均一に把持できる。
【００２４】
一方、疑似指の指先にあたるキャップ部材３０でネジをつまんで回すといった動作を行う場合、大きな力をキャップ部材３０に発生する必要がある。この動作の反力はキャップ部材３０からの距離に比例するため、アクチュエータの屈曲力は先端部より基端部の方を大きくするほうが望ましい。本発明のアクチュエータは、ある一定以上の屈曲力を発生する場合、弾性復元力の影響が相対的に小さくなり、前述した膨出中空部２２ａ、２２ｂ……の平面断面積の差により、先端部より基端部の屈曲力が大きくなる。その結果、先端部のみ曲率が大きくなることが無く安定したつまみ動作が可能となるのである。
最も先端部に位置している膨出中空部２２ｊの平面断面積は、最も基端部に位置している膨出中空部２２ａの平面断面積に対して３０％以上の断面積比率に設定されているので、柔らかくて円形の物を把持する際に、可動部６が局部的に屈曲せず、円形の物と同一の曲率となるように沿って屈曲し、均一な力で把持する。また、８０％以下の断面積比率に設定されているので、物を把持する際に、基端部を折れ曲げようとする大きな力が作用せず、正常に物を把持する。
【００２５】
さらに、大きな屈曲力の不要な先端側の膨出中空部２２ｊ，２２ｉ，２２ｈ…の平均断面積が小さいため、屈曲に必要な作動油Ｓの総量が減り屈曲動作が機敏に行える。
そして、ポンプ部１２が、チューブ１６内（主液室４）の作動油Ｓをリザーバ室１０に戻す動作を行うと、チューブ１６の膨出中空部２２ａ，２２ｂ……の容積が減少していき、心材２０の弾性復元力によって各骨部材１８ａ，１８ｂ…が元の位置に戻されていく。これにより、図１に示すように、フレキシブルアクチュエータ２は直立した状態となる。この際、平面断面積が小さい先端側の膨出中空部２２ｊ，２２ｉ，２２ｈ…の効果で主液室全体の容積も削減されているため、容積の減少動作が短時間に行われ、フレキシブルアクチュエータ２が短時間に直立状態となる。
【００２６】
したがって、本実施形態のフレキシブルアクチュエータ２は、チューブ１６内に作動油Ｓが流れ込んで膨出中空部２２ａ，２２ｂ……の容積が増大するとき、柔らかいものをそっと把持する動作においては、アクチュエータ全体がほぼ同一の曲率で屈曲するので、柔らかいものを包み込んで把持する動作が可能となる。また小さな物体をつまむ動作、あるいは、先端部でスイッチ等を押す動作などでは、先端部からのモーメントに対応した屈曲力が発生し、指先のみが屈曲することを防止するため、作業を確実に行い、あたかも人間の指のように動作する擬似指として使用することができる。
【００２７】
また、無負荷状態で可動部６が屈曲動作を行う際にも、基端２０ａの板幅を大きくした心材２０が可動部６の基端部に屈曲力が集中するのを防止するので、可動部６全体が均一の曲率で屈曲して人間の指のように動作する。
また、可動部６の基端部に一体化されているアクチュエータ本体８に、主液室４（チューブ１６内）とリザーバ室１０との流体移動を行うポンプ部１２が内蔵されているとともに、アクチュエータ本体８に受発光部３４が配設され、チューブ１６の膨出中空部２２ａを介して受発光部３４対面している最下部の骨部材１８ａに反射部３６が配設されており、駆動部（ポンプ部１２）及びセンサ部（受発光部３４，反射部３６）のコンパクト化を図っているので、外観がシンプルな擬似指とすることができる。
【００２８】
しかも、ポンプ部１２の作動によりチューブ１６の膨出中空部２２ａ，２２ｂ…の容積を増大したり、減少したりすることで各骨部材１８ａ，１８ｂ…を上下方向に移動させ、先端２０ｂに向かうに従い徐々に板幅を小さくした心材２０を屈曲させて可動部６を屈曲変位させるようにしているので、可動部６は把持する物体に沿ってしっかりと把持動作が行える擬似指とすることができる。
次に、図６から図８に示すものは、本発明に係る第２実施形態のフレキシブルアクチュエータ４０である。なお、図１から図５で示した第１実施形態の構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
このフレキシブルアクチュエータ４０は、肩揉み用等のアクチュエータとして使用するものであり、可動部４２と、この可動部４２の基端部に一体化されているアクチュエータ本体８と、ポンプ駆動部１４とを備えている。
アクチュエータ本体８には、リザーバ室１０とポンプ部１２とが内蔵されている。
可動部４２は、主液室を形成する長尺なチューブ４４と、このチューブ４４の長手方向に所定の間隔に並べた複数の骨部材４６ａ，４６ｂ…と、これら骨部材４６ａ，４６ｂ…の並びを保持している心材４８とで構成されている。
【００３０】
チューブ４４は、合成樹脂からなる柔軟な半透明の弾性素材で形成されており、長手方向に所定間隔をあけて設けた偏平形状の膨出中空部５０ａ，５０ｂ……の間を縮径中空部（図示せず）が連通している植物のシダ類の外観を有し、第１実施形態のチューブ１６に類似した形状である。
複数の骨部材４６ａ，４６ｂ…も、合成樹脂からなる平面視略矩形の中空部材であり、第１実施形態の骨部材１８ａ，１８ｂ…に類似した形状である。
【００３１】
ここで、チューブ４４の膨出中空部５０ａ，５０ｂ……は、長手方向の中央部に位置している膨出中空部５０ｇの平面断面積が最も大きく、この膨出中空部５０ｇから先端部及び基端部に向かうに従い平面断面積が徐々に小さくなり、最も先端部に位置している膨出中空部５０ｎの平面断面積と、最も基端部に位置している膨出中空部５０ａの平面断面積とが最も小さく設定されている。なお、膨出中空部５０ｇが位置している可動部４２の長手方向の中央部が、本発明の第１屈曲部分に相当し、膨出中空部５０ｎ，５０ａが位置している可動部４２の基端及び先端部が、本発明の第２屈曲部分に相当する。
【００３２】
また、複数の骨部材４６ａ，４６ｂ…も、長手方向の中央部に位置している骨部材４６ｆ，４６ｇの平面断面積が最も大きく、これら骨部材４６ｆ，４６ｇから先端部及び基端部に向かうに従い平面断面積が徐々に小さくなり、最も先端部に位置している骨部材４６ｎの平面断面積と、最も基端部に位置している骨部材４６ａの平面断面積とが最も小さく設定されている。
また、心材４８は、弾性変形自在な合成樹脂製等の板状部材であり、複数のビス２８を使用して複数の骨部材４６ａ，４６ｂ…を上下に間隔をあけて固定しているとともに、下端がアクチュエータ本体８に固定されている。そして、この心材４８は、長手方向の中央の板幅Ｈ３が大きく、先端４８ａ及び基端４８ｂに向かうに従い徐々に板幅が小さくなり、最も先端４８ａと最も基端４８ｂの板幅Ｈ４が最も小さい板形状となっている。
【００３３】
ここで、最も先端部に位置している膨出中空部５０ｎと、最も基端部に位置している膨出中空部５０ａの平面断面積は、中央部に位置している膨出中空部５０ｇの平面断面積に対して６０％の断面積比率に設定されている。
また、アクチュエータ本体８は、固定ねじ３２を介して握り部５２に固定されている。
次に、上記構成のフレキシブルアクチュエータ４０の動作について図７を参照して説明する。
【００３４】
ポンプ駆動部１４からポンプ部１２に対して制御電流を出力すると、チューブ４４への作動油Ｓの流れ込みにより容積が増大した膨出中空部５０ａ，５０ｂ……は、心材４８を屈曲させながら各骨部材４６ａ，４６ｂ…を変位させていく。この際、膨出中空部５０ａ，５０ｂ……は、長手方向の中央部に位置している膨出中空部５０ｇの平面断面積が最も大きく、この膨出中空部５０ｇから先端部及び基端部に向かうに従い平面断面積が徐々に小さくなり、最も先端部に位置している膨出中空部５０ｎの平面断面積と、最も基端部に位置している膨出中空部５０ａの平面断面積とが最も小さく設定されているので、長手方向の中央に位置する膨出中空部５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ，５０ｈ（図７では５０ＣＴで示す）の屈曲力が他の膨出中空部と比較して大きくなる。
【００３５】
したがって、肩揉み用等のアクチュエータとしてのフレキシブルアクチュエータ４０を、図８に示すように人間の肩に当て、可動部４２を屈曲させる動作を繰り返すことで、長手方向の中央に位置する膨出中空部５０ＣＴの屈曲力が大きくなるので、肩を揉む動作を確実に行うことができる。
また、ポンプ部１２の作動によりチューブ４４の膨出中空部５０ａ，５０ｂ…の容積を増大したり、減少したりすることで各骨部材４６ａ，４６ｂ…を長手方向に移動させ、端部に向かうに従い徐々に板幅を小さくした心材４８を屈曲させて可動部４２を屈曲変位させるようにしているのでフレキシブルアクチュエータ４０の両端でつまむような動作をさせた場合でも両端部に屈曲が集中しない肩揉み用等のアクチュエータを提供することができる。
【００３６】
なお、本発明は、第１実施形態で示した擬似指として使用するフレキシブルアクチュエータ２や、第２実施形態で示した肩揉み用等のアクチュエータとして使用するフレキシブルアクチュエータ４０に限るものではなく、生き物のような精巧な動きをするペットロボットのアクチュエータとしても使用できる。ペットロボットのアクチュエータとして使用する場合にも、駆動部（ポンプ部１２）及びセンサ部（受発光部３４，反射部３６）のコンパクト化を図っているので、外観がシンプルなペットロボットとすることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のフレキシブルアクチュエータによると、可動部の第１屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積を大きくし、第２屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積を小さくすることで、チューブ内に流体が流れ込んで膨出中空部の容積が増大するだけで、第１屈曲部分が大きな屈曲力を発生し、第２屈曲部分が小さい屈曲力を発生するので、従来のアクチュエータと異なる動きを行うことができる。
【００３８】
また、請求項２記載の発明によると、擬似指としてフレキシブルアクチュエータを使用すると、擬似指の根元となる可動部の基端部が大きな屈曲力を発生し、擬似指の指先となる可動部の先端部が小さい屈曲力を発生して屈曲するので、柔らかいものを包み込んで把持する動作、或いは小さな物体をつまむ動作、さらには、先端部でスイッチ等を押す動作などを確実に行い、あたかも人間の指のように動作する。
【００３９】
また、請求項３記載の発明によると、第２屈曲部分に配置した膨出中空部の平面断面積を、第１屈曲部分に配置した膨出中空部の平面断面積に対して、３０％以上であり、８０％以下の断面積比率に設定したことから、物を把持する際に、基端部を折れ曲げようとする大きな力が作用せず、正常に物を把持することができる。
さらに、大きな屈曲力が不要な先端部の平均断面積が小さいため、屈曲に必要な作動油の総量が減り、屈曲、伸展の各動作が機敏となる。
【００４０】
また、請求項４、５記載の発明によると、可動部の屈曲変位に影響を与えることがない。そして、無負荷状態あるいは軽負荷状態で可動部が屈曲動作を行う際にも、心材の基端の板幅を大きくしたことで可動部６の基端部に屈曲力が集中するのを防止し、可動部全体を均一の曲率で屈曲させることができる。
また、請求項６記載の発明によると、肩揉み用等のアクチュエータとしてフレキシブルアクチュエータを人間の肩に当てて使用すると、長手方向の中央に位置する膨出中空部の屈曲力が大きくなるので、肩を揉む動作を確実に行うことができる。
【００４１】
また、請求項７記載の発明によると、第２屈曲部分に配置した膨出中空部の平面断面積を、大きな屈曲力が必要な第１屈曲部分に配置した前記膨出中空部の平面断面積に対して、略６０％の断面積比率に設定したことから、つまむ等の動作時に大きな屈曲力が必要な第１屈曲部分の屈曲力が大きくなるとともに、屈曲力が小さくて第２屈曲部分に必要な作動油の量が少なくなるために集中して、肩を揉む動作が機敏となる。
【００４２】
また、請求項８、９記載の発明によると、駆動部の屈曲力が小さい部分には心材の弾性復元力を小さくしているので、小さな力で揉む動作では、アクチュエータの曲率が一定となり全体を包み込むように揉むことができる肩揉み用等のアクチュエータを提供することができる。
また、請求項１０記載の発明によると、コンパクトな構造となって、コンパクト化を図っているので、外観がシンプルなペットロボットとしても使用することもできる。
【００４３】
さらに、請求項１１記載の発明によると、可動部を高精度に制御することができ、例えば、擬似指として使用するときには人間の指のように動き、ペットロボットとして使用するときには、生き物のような精巧な動きを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の擬似指として使用する第１実施形態のフレキシブルアクチュエータの縦断面図を示す図である。
【図２】第１実施形態の構成部材であるチューブを示す図１のII―II線矢視図である。
【図３】図１のIII−III線矢視図である。
【図4】第１実施形態のフレキシブルアクチュエータを心材側から示した図である。
【図５】第１実施形態のフレキシブルアクチュエータが屈曲している状態を示す図である。
【図６】本発明の肩揉み用等アクチュエータとして使用する第２実施形態のフレキシブルアクチュエータを心材側から示した図である。
【図７】第２実施形態のフレキシブルアクチュエータが屈曲動作を行っている状態を示す図である。
【図８】第２実施形態のフレキシブルアクチュエータを人間の肩に当てて肩揉みをしている状態を示す図である。
【符号の説明】
２，４０フレキシブルアクチュエータ
４主液室
６，４２可動部
８アクチュエータ本体
１０リザーバ室
１２ポンプ部
１４ポンプ駆動部
１６，４４チューブ
１８ａ，１８ｂ… 骨部材
２０心材
２０ｂ心材の先端
２０ａ心材の基端
２２ａ，２２ｂ… 膨出中空部
２４縮径中空部
２６凹部
２８ビス
３４受発光部
３６反射部
４６ａ，４６ｂ…骨部材
４８心材
４８ａ心材の先端
４８ｂ心材の基端
５０ａ，５０ｂ…膨出中空部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot that can perform a gripping operation, a pinching operation, and a pushing operation, and a flexible actuator that can be used for driving a pet robot that performs an animal operation.
[0002]
[Prior art]
As an actuator for gripping an object, for example, as described in JP-A-5-172118, JP-A-5-164112, and the like, a cylindrical elastic body whose interior is divided into a plurality of pressure chambers is provided, There is known an actuator that adjusts a fluid pressure acting on each pressure chamber to bend and deform a cylindrical elastic body (hereinafter referred to as a first prior art).
[0003]
Further, as an actuator different from the first prior art, for example, an actuator in which a drive source and a pump are integrated into a hydraulic cylinder as described in JP-A-2-17204 is also known. (Hereinafter referred to as second prior art).
Actuator acting as a robot's artificial finger bends like a human finger, wraps and holds a soft object such as a fruit or paper cup, or pinches or bends a small object such as a screw at the tip The operation of pushing the switch etc. at the tip must be done. When a paper cup or the like is gripped by the entire pseudo finger, it is desirable that the overall bending force is substantially uniform. On the other hand, for an operation such as pinching an object at the tip, it is desirable to generate a bending force proportional to the distance from the tip due to the moment. Moreover, the power used for bending can be saved by reducing the bending force at the tip.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the first conventional technique grips an object by bending with a predetermined curvature as a whole, and cannot provide a structure that generates an appropriate bending force for each part. It is difficult to construct an actuator that can perform various operations with an appropriate gripping force, such as an operation of wrapping and gripping a soft object, an operation of pinching a small object, an operation of pressing a switch or the like at the tip.
In addition, since the second prior art is a piston type, a flexible actuator requires many actuators and accompanying sensors, mechanisms, etc., and it is difficult to operate as a pseudo finger.
[0005]
Further, even if the first and second conventional technologies are to be manufactured as pet robots that perform elaborate movements such as living creatures, the appearance is not simplified because many sensors and complicated mechanisms must be provided.
Therefore, the present invention provides a structure that generates an appropriate bending force for each part, for example, gripping a soft object such as a human finger, pinching a small object, or pressing a switch or the like at the tip It can be used as a pseudo-finger that performs certain movements, or can be an actuator that can perform a specific bending motion. Furthermore, it is suitable for an actuator of a pet robot that performs elaborate movements like creatures while having a simple appearance. It aims to provide a flexible actuator.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the flexible actuator according to claim 1 includes a long movable portion that performs a bending operation by moving the liquid to the main liquid chamber, a reservoir chamber in which the liquid moves between the main liquid chamber, and the reservoir In a flexible actuator comprising a pump unit that moves a fluid in a chamber and the main liquid chamber, and a pump drive unit that controls driving of the pump unit, the movable unit is a long tube that forms the main liquid chamber And a plurality of bone members arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction of the tube, and an elastically recoverable core material that holds the arrangement of the bone members, the tube is formed of a flexible elastic material, and the longitudinal direction Are formed with a plurality of flat bulging hollow portions provided at predetermined intervals, and a reduced-diameter hollow portion communicating between the bulging hollow portions, and the plurality of bone members are flat members. Formed with The hollow portion having a reduced diameter is inserted into a recess or hole provided on the side in contact with the core material, and the plurality of bulging hollow portions are sandwiched from the longitudinal direction, and a large bending force is applied to the movable portion. And a second bent portion that bends while generating a small bending force, and a planar cross-sectional area of the bulging hollow portion disposed in the first bent portion is increased, and the second bent portion is provided. A planar cross-sectional area of the bulging hollow portion arranged in the portion is reduced.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, the flexible actuator according to the first aspect of the present invention is used as a pseudo finger, and the flattened section of the bulging hollow portion is defined by using the most proximal end portion of the movable portion as the first bent portion. The area is maximized, and the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion is gradually reduced as it goes toward the distal end side of the movable portion, and the bulging portion with the most distal end portion of the movable portion as the second bent portion. The planar cross-sectional area of the exit hollow portion is minimized.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the flexible actuator according to the second aspect, the bulging hollow in which a planar cross-sectional area of the bulging hollow portion disposed in the second bent portion is disposed in the first bent portion. The sectional area ratio is set to 30% or more and 80% or less with respect to the planar sectional area of the portion.
According to a fourth aspect of the present invention, in the flexible actuator according to the second or third aspect, the core material is a member whose elastic restoring force gradually decreases from the proximal end portion to the distal end portion of the movable portion. .
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, in the flexible actuator according to the fourth aspect, the core material has the largest plate width at the proximal end portion, and gradually decreases toward the distal end portion. It is a taper-shaped plate material having the smallest plate width.
According to a sixth aspect of the present invention, the flexible actuator according to the first aspect is used as a shoulder bending actuator, and the bulging hollow portion is formed by using a central portion in the longitudinal direction of the movable portion as the first bent portion. The planar cross-sectional area of the bulging hollow portion is gradually decreased as it goes toward both ends in the longitudinal direction of the movable portion, and both end portions of the movable portion are The planar cross-sectional area of the bulging hollow portion was minimized as the bent portion.
[0010]
According to a seventh aspect of the present invention, in the flexible actuator according to the sixth aspect of the invention, the bulging hollow in which the planar cross-sectional area of the bulging hollow portion disposed in the second bent portion is disposed in the first bent portion. The sectional area ratio is set to approximately 60% with respect to the planar sectional area of the portion.
The invention according to claim 8 is the flexible actuator according to claim 6 or 7, wherein the core member is a member whose elastic restoring force gradually decreases from the longitudinal center of the movable portion toward both ends. It was.
[0011]
The invention according to claim 9 is the flexible actuator according to claim 8, wherein the core material has a large plate width at the center portion in the longitudinal direction and gradually decreases toward the both end portions. This is a plate material with the smallest plate width.
According to a tenth aspect of the present invention, in the flexible actuator according to any one of the first to ninth aspects, the reservoir chamber and the pump portion are incorporated in an actuator body integrated with an end portion of the movable portion. Yes.
[0012]
The eleventh aspect of the present invention is the flexible actuator according to any one of the first to tenth aspects, wherein a sensor for detecting the amount of fluid movement is disposed in any one of the pump section, the tube, and the reservoir chamber. And the said pump drive part controlled the said pump part based on the information obtained from the said sensor.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a flexible actuator according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
What is shown in FIG. 1 is the flexible actuator 2 of 1st Embodiment used as one of the artificial fingers of a robot.
The flexible actuator 2 includes a long movable portion 6 that performs a bending operation by liquid moving to the main liquid chamber 4, an actuator body 8 that is integrated with a base end portion of the movable portion 6, and an actuator body 8, a reservoir chamber 10 in which liquid moves between the main liquid chamber 4, a pump section 12 that moves fluid in the reservoir chamber 10 and the main liquid chamber 4, and a pump that controls driving of the pump section 12. And a drive unit 14. The actuator body 8 is the base of a pseudo finger and is fixed to a robot hand (not shown).
[0014]
The movable portion 6 includes a long tube 16 that forms the main liquid chamber 4, a plurality of bone members 18 a, 18 b, and a plurality of bone members 18 a, 18 b arranged at predetermined intervals in the longitudinal direction of the tube 16. It is comprised with the core material 20 holding the arrangement.
The tube 16 is formed of a flexible translucent elastic material made of synthetic resin. FIG. 2 shows the tube 16 shown in FIG. 1 in a cross section (II-II in FIG. 1) from a direction orthogonal to the paper surface. As is clear from FIG. It has an appearance like a fern of a plant in which a reduced-diameter hollow portion 24 communicates between the flat-shaped bulging hollow portions 22a, 22b,.
[0015]
The plurality of bone members 18a, 18b... Are hollow members made of synthetic resin and having a substantially rectangular shape in plan view. 3 has a reduced-diameter hollow portion 24 of the tube 16 inserted into a concave portion 26 provided on the side in contact with the core material 20, and is sandwiched from above and below by the bulging hollow portions 22h, 22i,. It is. Further, other bone members 18a, 18b... Other than the bone member 18h are also inserted into the recess 26 from the upper and lower sides with the reduced-diameter hollow portion 24 of the tube 16 inserted into the recessed portion 26 and the bulging hollow portions 22a, 22b. . The member disposed on the uppermost bone member 18j is a cap member 30 formed of synthetic resin or the like.
[0016]
The bulging hollow portions 22a, 22b... Of the tube 16 have the largest planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 22a located at the most proximal end, and the planes of the bulging hollow portions 22b, 22c. The cross-sectional area gradually decreases, and the planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 22j located at the most distal end is set to be the smallest. Note that the most proximal end portion of the movable portion 6 where the bulging hollow portion 22a is located corresponds to the first bent portion of the present invention, and the most distal end portion of the movable portion 6 where the bulging hollow portion 22j is located. Corresponds to the second bent portion of the present invention.
[0017]
Also, the plurality of bone members 18a, 18b,... Has the largest plane cross-sectional area of the bone member 18a located at the most proximal end, and the plane cross-sectional areas of the bone members 18b, 18c,. Therefore, the planar cross-sectional area of the bone member 18j located at the most distal end is set to be the smallest.
Further, as shown in FIG. 4, the core material 20 is a plate-like member made of synthetic resin that can be elastically deformed, and a plurality of screws 28 are used to separate the bone members 18a, 18b. The lower end is fixed to the actuator body 8 while being fixed. And this core material 20 uses the taper-shaped plate-shaped member with which the board | plate width H1 of the base end 20a is large, a board width becomes small gradually toward the front-end | tip 20b, and the board | plate width H2 of the front-end | tip 20b is the smallest. . A sheet-like flexible material (not shown) is stretched over the entire surface of the core material 20 to which the screws 28 are attached.
[0018]
Here, the planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 22j located at the most distal end portion is 30% or more with respect to the planar sectional area of the bulging hollow portion 22a located at the most proximal end portion, and , The cross-sectional area ratio is set to 80% or less.
The actuator body 8 is fixed to the hand portion of the robot via a fixing screw 32. The pump unit 12 incorporated in the actuator body 8 employs, for example, a piezo-type diaphragm pump. The pump unit 12 has a lower end opening of the tube 16 and a reservoir chamber 10 in which a predetermined amount of hydraulic oil S such as liquid silicon is accumulated. Is also connected. The pump unit 12 performs an operation of supplying the hydraulic oil S in the reservoir chamber 10 into the tube 16 or an operation of returning the hydraulic oil S in the tube 16 to the reservoir chamber 10 under the control of the pump drive unit 14. .
[0019]
The actuator body 8 is provided with a light receiving / emitting part 34 including a light emitting element such as a light emitting diode and a light receiving element such as a photodiode. A reflecting portion 36 such as a mirror is disposed at the lower surface position of the lowermost bone member 18a facing each other. The light emitting / receiving unit 34 sends detection information of the amount of light emitted toward the reflecting unit 36 (light receiving amount) to the pump driving unit 14 as needed.
[0020]
The pump driving unit 14 includes an input interface circuit for reading a detection signal from the light emitting / receiving unit 34, an arithmetic processing device that performs predetermined arithmetic processing for driving and controlling the pump unit 12 according to a predetermined program, a RAM, A storage device such as a ROM and an output interface circuit for outputting a voltage control signal to the piezoelectric element of the piezoelectric diaphragm pump obtained by the arithmetic processing unit are provided. The storage device includes a main liquid chamber 4 of the tube 16. A storage table for estimating the displacement amount of the movable portion 6 from both values of the hydraulic pressure change and the change in the received light amount input from the light receiving / emitting portion 34 is stored. The arithmetic processing device performs predetermined arithmetic processing for driving and controlling the pump unit 12 with reference to the storage table described above.
[0021]
Next, the operation of the flexible actuator 2 configured as described above will be described with reference to FIG.
A control current is output from the pump drive unit 14 to the pump unit 12. When the pump unit 12 performs an operation of supplying the hydraulic oil S in the reservoir chamber 10 into the tube 16 (main liquid chamber 4), the hydraulic oil S flows into the bulging hollow portions 22a, 22b,. Will increase.
[0022]
The bulging hollow portions 22a, 22b,..., Whose volumes are increased by the flow of the hydraulic oil S into the tube 16 (main fluid chamber 4), displace the bone members 18a, 18b,. .
In this case, the bulging hollow portions 22a, 22b,... Have the largest planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 22a at the base end, and the smallest planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 22j at the distal end. Since the planar cross-sectional area gradually decreases from the end portion toward the distal end portion, the bulging hollow portion 22a at the most proximal end portion has a bulging force (hereinafter referred to as a bending force) that causes the core material 20 to bend. It becomes the largest compared with the hollow part. The other bulging hollow portions 22b, 22c,..., 22j have a gradually reduced planar cross-sectional area, so that the bending force gradually decreases toward the tip (bulging hollow portion 22j side). The bending force of the bulging hollow portion 22j is the smallest.
[0023]
When the core member 20 that fixes the bone members 18a, 18b,... Is spaced apart vertically, the force to return to an upright state (hereinafter referred to as elastic restoring force) gradually increases as the core member 20 is bent. Then, a restoring force against the bending displacement of the bulging hollow portions 22a, 22b... Is generated. Here, the core material 20 of the present embodiment has a taper shape in which the plate width H1 of the base end 20a is large, the plate width gradually decreases toward the tip 20b, and the tip plate width H2 is the smallest. Since the elastic restoring force gradually decreases with respect to the operation in which the amount of bending displacement increases toward the bulging hollow portion 22j at the distal end, the bending force and the elastic restoring force that decrease toward the distal end are balanced and no load is applied. In the state, the entire movable part 6 bends with a substantially uniform curvature. Similarly, when a soft object such as a paper cup is lightly gripped, the entire body can be gripped uniformly without local bending.
[0024]
On the other hand, when an operation of pinching and turning the screw with the cap member 30 corresponding to the fingertip of the pseudo finger, it is necessary to generate a large force on the cap member 30. Since the reaction force of this operation is proportional to the distance from the cap member 30, it is desirable that the bending force of the actuator be larger at the proximal end than at the distal end. In the actuator of the present invention, when a bending force of a certain level or more is generated, the influence of the elastic restoring force becomes relatively small, and due to the difference in the planar cross-sectional areas of the bulging hollow portions 22a, 22b. Further, the bending force at the base end is increased. As a result, only the distal end portion does not have a large curvature, and a stable knob operation is possible.
The planar sectional area of the bulging hollow portion 22j located at the most distal end is set to a sectional area ratio of 30% or more with respect to the planar sectional area of the bulging hollow portion 22a located at the most proximal end. Therefore, when gripping a soft and circular object, the movable part 6 does not bend locally but bends along the same curvature as the circular object and grips with a uniform force. Moreover, since the cross-sectional area ratio is set to 80% or less, when gripping an object, a large force for bending the proximal end portion does not act, and the object is normally gripped.
[0025]
Furthermore, the tip side that does not require a large bending force Swollen Since the average cross-sectional area of the exit hollow portions 22j, 22i, 22h,...
And when the pump part 12 performs the operation | movement which returns the hydraulic oil S in the tube 16 (main liquid chamber 4) to the reservoir | reserver chamber 10, the volume of the bulging hollow part 22a, 22b ... of the tube 16 will reduce. The bone members 18a, 18b,... Are returned to their original positions by the elastic restoring force of the core material 20. Thereby, as shown in FIG. 1, the flexible actuator 2 will be in the upright state. At this time, the volume of the main liquid chamber is reduced by the effect of the bulging hollow portions 22j, 22i, 22h,. 2 becomes upright in a short time.
[0026]
Therefore, when the hydraulic oil S flows into the tube 16 to increase the volume of the bulging hollow portions 22a, 22b,... Since it bends with substantially the same curvature, it becomes possible to wrap and hold a soft object. In addition, when pinching a small object or pressing a switch or the like at the tip, a bending force corresponding to the moment from the tip is generated, preventing only the fingertip from bending. It can be used as a pseudo-finger that acts like a human finger.
[0027]
Further, even when the movable portion 6 performs a bending operation in an unloaded state, the core material 20 having a larger base width 20a prevents the bending force from concentrating on the proximal end portion of the movable portion 6, so that the movable portion 6 is movable. The entire part 6 bends with a uniform curvature and behaves like a human finger.
The actuator body 8 integrated with the base end portion of the movable portion 6 incorporates a pump portion 12 that moves the fluid between the main liquid chamber 4 (in the tube 16) and the reservoir chamber 10, and includes an actuator. A light emitting / receiving unit 34 is disposed on the main body 8, and a reflecting unit 36 is disposed on the lowermost bone member 18 a facing the light emitting / receiving unit 34 via the bulging hollow portion 22 a of the tube 16. Since the (pump unit 12) and the sensor unit (light emitting / receiving unit 34, reflecting unit 36) are downsized, a pseudo finger with a simple appearance can be obtained.
[0028]
Moreover, by increasing or decreasing the volume of the bulging hollow portions 22a, 22b,... Of the tube 16 by the operation of the pump unit 12, the bone members 18a, 18b,. Accordingly, the movable part 6 is bent and displaced by bending the core material 20 whose plate width is gradually reduced, so that the movable part 6 can be a pseudo-finger that can perform a grasping operation firmly along the object to be grasped. .
Next, what is shown in FIGS. 6 to 8 is a flexible actuator 40 according to a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the structure of 1st Embodiment shown in FIGS. 1-5, and the description is abbreviate | omitted.
[0029]
The flexible actuator 40 is used as an actuator for shoulder bending or the like, and includes a movable portion 42, an actuator main body 8 integrated with a base end portion of the movable portion 42, and a pump drive portion 14. ing.
The actuator body 8 includes a reservoir chamber 10 and a pump unit 12.
The movable portion 42 includes a long tube 44 forming a main liquid chamber, a plurality of bone members 46a, 46b,... Arranged in a longitudinal direction of the tube 44, and an arrangement of these bone members 46a, 46b,. And a core material 48 holding the.
[0030]
The tube 44 is formed of a flexible translucent elastic material made of a synthetic resin, and a reduced diameter hollow portion is formed between flat bulging hollow portions 50a, 50b,... Provided at predetermined intervals in the longitudinal direction. It has the appearance of plant ferns (not shown) in communication, and has a shape similar to the tube 16 of the first embodiment.
The plurality of bone members 46a, 46b, etc. are also hollow members having a substantially rectangular shape in a plan view made of synthetic resin, and have a shape similar to the bone members 18a, 18b,.
[0031]
Here, the bulging hollow portions 50a, 50b... Of the tube 44 have the largest planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 50g located at the center in the longitudinal direction. The plane cross-sectional area gradually decreases toward the base end portion, and the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion 50n located at the most distal end portion and the plane of the bulging hollow portion 50a located at the most proximal end portion. The cross-sectional area is set to be the smallest. The central portion in the longitudinal direction of the movable portion 42 where the bulging hollow portion 50g is located corresponds to the first bent portion of the present invention, and the movable portion 42 where the bulging hollow portions 50n and 50a are located. The proximal end and the distal end correspond to the second bent portion of the present invention.
[0032]
Also, the plurality of bone members 46a, 46b,... Have the largest planar cross-sectional areas of the bone members 46f, 46g located at the center in the longitudinal direction, and are directed from the bone members 46f, 46g to the distal end portion and the proximal end portion. Accordingly, the plane cross-sectional area gradually decreases, and the plane cross-sectional area of the bone member 46n located at the most distal end and the plane cross-sectional area of the bone member 46a located at the most proximal end are set to be the smallest. Yes.
The core material 48 is an elastically deformable plate-like member made of synthetic resin or the like, and uses a plurality of screws 28 to fix a plurality of bone members 46a, 46b,. The lower end is fixed to the actuator body 8. The core material 48 has a plate width H3 at the center in the longitudinal direction that is gradually reduced toward the tip 48a and the base end 48b, and the plate width H4 between the tip 48a and the base end 48b is the smallest. It has a plate shape.
[0033]
Here, the planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 50n located at the most distal end and the bulging hollow portion 50a located at the most proximal end portion is the bulging hollow portion 50g located at the central portion. The cross-sectional area ratio is set to 60% with respect to the planar cross-sectional area.
Further, the actuator body 8 is fixed to the grip portion 52 via the fixing screw 32.
Next, the operation of the flexible actuator 40 having the above configuration will be described with reference to FIG.
[0034]
When a control current is output from the pump drive unit 14 to the pump unit 12, the bulging hollow portions 50a, 50b,..., Whose volumes are increased by the flow of the hydraulic oil S into the tube 44, The members 46a, 46b, ... are displaced. At this time, the bulging hollow portions 50a, 50b,... Have the largest planar cross-sectional area of the bulging hollow portion 50g located at the central portion in the longitudinal direction. The plane cross-sectional area gradually decreases as it goes to the plane, the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion 50n located at the most distal end, and the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion 50a located at the most proximal end Is set to the smallest, the bending force of the bulging hollow portions 50e, 50f, 50g, and 50h (indicated by 50CT in FIG. 7) located in the center in the longitudinal direction is larger than that of the other bulging hollow portions. Become.
[0035]
Therefore, the bulging hollow portion located at the center in the longitudinal direction can be obtained by repeatedly applying the flexible actuator 40 as an actuator for shoulder bending or the like to the human shoulder and bending the movable portion 42 as shown in FIG. Since the bending force of 50CT is increased, it is possible to reliably perform the operation of pinching the shoulder.
Further, the volume of the bulging hollow portions 50a, 50b,... Of the tube 44 is increased or decreased by the operation of the pump unit 12, so that the bone members 46a, 46b,. Accordingly, the core material 48 having a gradually reduced plate width is bent so that the movable portion 42 is bent and displaced. Therefore, even when the flexible actuator 40 is pinched at both ends, the bending does not concentrate at both ends. For example, an actuator can be provided.
[0036]
The present invention is not limited to the flexible actuator 2 used as a pseudo finger shown in the first embodiment or the flexible actuator 40 used as an actuator for shoulder massage shown in the second embodiment. It can also be used as an actuator for pet robots that perform such sophisticated movements. Even when used as an actuator for a pet robot, the drive unit (pump unit 12) and the sensor unit (light emitting / receiving unit 34, reflecting unit 36) are made compact, so that the pet robot with a simple appearance can be obtained. it can.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the flexible actuator of the first aspect, the bulging hollow disposed in the second bent portion is increased by increasing the plane sectional area of the bulging hollow portion disposed in the first bent portion of the movable portion. By reducing the planar cross-sectional area of the portion, fluid flows into the tube and the volume of the bulging hollow portion increases, so that the first bending portion generates a large bending force and the second bending portion has a small bending force. Therefore, the movement different from that of the conventional actuator can be performed.
[0038]
According to the second aspect of the present invention, when a flexible actuator is used as the pseudo finger, the base end portion of the movable portion serving as the base of the pseudo finger generates a large bending force, and the distal end of the movable portion serving as the finger tip of the pseudo finger. Since the part bends by generating a small bending force, the action of wrapping and grasping a soft object, the action of pinching a small object, and the action of pushing a switch etc. at the tip part are performed reliably, as if it is a human finger Behaves like
[0039]
According to the invention of claim 3, the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion arranged in the second bent portion is 30% or more with respect to the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion arranged in the first bent portion. Since the cross-sectional area ratio is set to 80% or less, when gripping an object, a large force for bending the base end portion does not act and the object can be gripped normally.
Furthermore, since the average cross-sectional area of the tip portion that does not require a large bending force is small, the total amount of hydraulic oil required for bending is reduced, and each operation of bending and extension becomes agile.
[0040]
Further, according to the fourth and fifth aspects of the invention, the bending displacement of the movable part is not affected. Even when the movable part performs a bending operation in a no-load state or a light load state, it is possible to prevent the bending force from being concentrated on the base end part of the movable part 6 by increasing the plate width of the base end of the core material. The entire movable part can be bent with a uniform curvature.
According to the sixth aspect of the present invention, when a flexible actuator is used as a shoulder bending actuator against a human shoulder, the bending force of the bulging hollow portion located at the center in the longitudinal direction increases. It is possible to reliably perform the operation.
[0041]
According to the invention of claim 7, the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion arranged in the second bent portion is the plane cross-sectional area of the bulging hollow portion arranged in the first bent portion requiring a large bending force. On the other hand, since the cross-sectional area ratio is set to approximately 60%, the bending force of the first bending portion that requires a large bending force during an operation such as pinching is increased, and the bending force is small and the second bending portion is reduced. Concentrates and squeezes shoulders as the amount of hydraulic fluid required decreases.
[0042]
Further, according to the inventions of claims 8 and 9, since the elastic restoring force of the core material is made small in the portion where the bending force of the driving part is small, the curvature of the actuator becomes constant in the operation of rubbing with a small force, and the whole It is possible to provide an actuator such as for shoulder massage that can be wrapped so as to be wrapped.
In addition, according to the invention described in claim 10, since it has a compact structure and is made compact, it can also be used as a pet robot having a simple appearance.
[0043]
Furthermore, according to the eleventh aspect of the present invention, the movable part can be controlled with high accuracy. For example, when used as a pseudo finger, it moves like a human finger, and when used as a pet robot, Can perform elaborate movements.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a longitudinal sectional view of a flexible actuator according to a first embodiment used as a pseudo finger of the present invention.
FIG. 2 is a view taken along the line II-II in FIG. 1 showing a tube that is a constituent member of the first embodiment.
FIG. 3 1 It is a III-III line arrow directional view.
FIG. 4 is a diagram illustrating the flexible actuator of the first embodiment from the core material side.
FIG. 5 is a view showing a state where the flexible actuator of the first embodiment is bent.
FIG. 6 is a view showing a flexible actuator according to a second embodiment used as an actuator for shoulder bending according to the present invention from the core side.
FIG. 7 is a diagram illustrating a state where the flexible actuator of the second embodiment is performing a bending operation.
FIG. 8 is a view showing a state in which the flexible actuator of the second embodiment is put on a human shoulder and is shoulder-grown.
[Explanation of symbols]
2,40 Flexible actuator
4 Main liquid chamber
6,42 Movable parts
8 Actuator body
10 Reservoir chamber
12 Pump part
14 Pump drive
16,44 tubes
18a, 18b ... bone members
20 Heartwood
20b Tip of heartwood
20a Base end of heartwood
22a, 22b ... bulging hollow part
24 Reduced-diameter hollow part
26 recess
28 screws
34 Light emitting / receiving section
36 Reflector
46a, 46b ... bone members
48 Heartwood
48a Tip of heartwood
48b Base end of heartwood
50a, 50b ... bulging hollow part

Claims

A long movable part that performs a bending operation by moving the liquid to the main liquid chamber, a reservoir chamber in which the liquid moves between the main liquid chamber, and fluid movement of the reservoir chamber and the main liquid chamber In a flexible actuator including a pump unit and a pump drive unit that performs drive control of the pump unit,
The movable portion includes a long tube forming the main liquid chamber, a plurality of bone members arranged at a predetermined interval in the longitudinal direction of the tube, and an elastically recoverable core material that holds the arrangement of the bone members. With
The tube is formed of a flexible elastic material, and includes a plurality of flat bulging hollow portions provided at predetermined intervals in the longitudinal direction, and a reduced-diameter hollow portion communicating between the bulging hollow portions. And
The plurality of bone members are formed by flat members, and the reduced-diameter hollow portions of the tubes are inserted into the concave portions or hole portions provided on the side in contact with the core material so that the plurality of bulged hollow portions are formed from the longitudinal direction. Sandwiched between
The movable portion is provided with a first bending portion that generates a large bending force and a second bending portion that generates a small bending force, and the planar cross-sectional area of the bulging hollow portion disposed in the first bending portion is increased. , Reducing the planar cross-sectional area of the bulging hollow portion disposed in the second bent portion,
The central portion of the movable portion in the longitudinal direction is the first bent portion, and the planar cross-sectional area of the bulging hollow portion is maximized, and as it goes toward both ends in the longitudinal direction of the movable portion, A flexible actuator characterized in that a planar cross-sectional area is gradually reduced, and a planar cross-sectional area of the bulging hollow portion is minimized by using both end portions of the movable portion as the second bent portion.

The planar cross-sectional area of the bulging hollow portion disposed in the second bent portion is set to a cross-sectional area ratio of approximately 60% with respect to the planar sectional area of the bulging hollow portion disposed in the first bent portion. The flexible actuator according to claim 1.

The core material is a member whose elastic restoring force gradually decreases as it goes from the central portion in the longitudinal direction of the movable portion toward both ends, and the plate width of the central portion in the longitudinal direction is large and gradually increases toward both ends. The flexible actuator according to claim 1, wherein the flexible actuator is a plate material having a reduced plate width and a minimum plate width at both ends.

4. The flexible actuator according to claim 1, wherein the reservoir chamber and the pump unit are built in an actuator body integrated with an end of the movable unit. 5.

A sensor that detects the amount of fluid movement is disposed in any of the pump unit, the tube, and the reservoir chamber, and the pump drive unit controls the pump unit based on information obtained from the sensor. The flexible actuator according to any one of claims 1 to 4.