JP4410920B2 - 空気圧式ロボット及び空気圧式関節駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロボットや人間の関節を回動させるための空気圧式関節駆動装置及びそれを用いた空気圧式ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動のモータを用いたロボットでは、モータの発熱により長時間の連続した駆動が行えず、またモータ重量が大きくなり、モータを支持する構造体も重量化し、費用が高くなってしまう。
【０００３】
これに対し、図８は例えば特開平７−２４７７１号公報に示された従来の空気圧式のマニプレータ装置を示す構成図である。図において、マニプレータ装置は、関節に設けられた駆動プーリ１、この駆動プーリ１に巻き掛けられたタイミングベルト２、及びこのタイミングベルト２の両端部に接続された一対の弾性膨張体３Ａ，３Ｂを有している。
【０００４】
このようなマニプレータ装置では、弾性膨張体３Ａ，３Ｂに対して空気を供給・排出することにより、弾性膨張体３Ａ，３Ｂが伸縮され、タイミングベルト２を介して駆動プーリ１が回転されて、関節が駆動される。例えば、弾性膨張体３Ａが膨張することにより、弾性膨張体３Ａの長さが縮小され、タイミングベルト２は矢印Ａ方向へ移動される。これにより、駆動プーリ１は矢印Ｂ方向へ回転される。
【０００５】
図９はある重量の荷物を軸の回転により持ち上げる様子を示す説明図である。図において、支持腕４は、軸５を中心に回動される。支持腕４には、吊下腕６を介して重さＷ１の荷物７が吊り下げられている。実線の位置（初期位置）から支持腕４が時計方向に角度θだけ回動されると、荷物７はΔＨ１だけ持ち上げられる（第１持上位置）。その位置から支持腕４がさらに時計方向に角度θだけ回動されると、荷物７はΔＨ２だけ持ち上げられる（第２持上位置）。
【０００６】
このように、同じ角度θだけ支持腕４が回動されても、初期位置から第１持上位置までの持ち上げ量はΔＨ１であり、第１持上位置から第２持上位置までの持ち上げ量はΔＨ２であり、持ち上げ量には差が生じる（ΔＨ１＜ΔＨ２）。
【０００７】
これに対し、図８に示した従来のマニプレータ装置は、単にモータの代わりに弾性膨張体を用いて駆動プーリ１を回転させるものであり、一定のトルクを発生するものである。従って、図９のような仕事を行う場合、初期位置から第１持上位置までの間であっても、第１持上位置から第２持上位置までの間と同じトルクを発生している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のマニプレータ装置は、常に一定のトルクを発生するものであるため、負担の小さな作業を行う際にも最大のトルクを発生しており、エネルギーにロスを生じ、その分だけ弾性膨張体３Ａ，３Ｂや空気給排装置（図示せず）が大形化するとともに、駆動効率が低下する。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、全体を小形化できるとともに、駆動効率を向上させることができる空気圧式ロボット及び空気圧式関節駆動装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る空気圧式関節駆動装置は、複数のリンク体と、これらのリンク体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有するリンク連結体に装着され、関節部で連結された一方のリンク体に対して他方のリンク体が回動するように関節部を駆動するものであって、リンク連結体を被覆する可撓性の被覆体、この被覆体に設けられ、気体を供給・排出されることにより伸縮し、被覆体に引張力を与える複数の伸縮引張体、これらの伸縮引張体に対して気体の供給・排出を行う気体給排部、及びこの気体給排部を制御する制御部を備え、複数の伸縮引張体による引張力の合力により関節部が駆動される。
また、被覆体は、人体の少なくとも下肢を覆うように構成されており、制御部には、人体の歩行を助けるように複数の伸縮引張体を伸縮させるためのデータが記憶されている。
また、被覆体は、布により構成されている。
また、伸縮引張体は、気体が供給されることにより、径が増大し、長さが縮小される弾性膨張体である。
また、この発明に係る空気圧式ロボットは、複数のリンク体と、これらのリンク体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有するリンク連結体、このリンク連結体を被覆する可撓性の被覆体、この被覆体に設けられ、気体を供給・排出されることにより伸縮し、被覆体に引張力を与える複数の伸縮引張体、これらの伸縮引張体に対して気体の供給・排出を行う気体給排部、及びこの気体給排部を制御する制御部を備え、複数の伸縮引張体による引張力の合力により、関節部で連結されている一方のリンク体に対して他方のリンク体が回動されるように関節部が駆動される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による空気圧式ロボットを示す正面図である。図において、ベース１０には、第１のリンク体１１が取り付けられている。第１のリンク体１１の先端部には、関節部１３を介して第２のリンク体１２が連結されている。第２のリンク体１２は、図のＺ軸と平行な軸を中心として回動可能に第１のリンク体１１に連結されている。リンク連結体１４は、一方のリンク体である第１のリンク体１１、他方のリンク体である第２のリンク体１２、及び関節部１３により構成されている。
【００２４】
関節部１３には、第１及び第２の中継部としての第１及び第２の関節リンク１５，１６が回動可能に連結されている。第１及び第２の関節リンク１５，１６は、リンク連結体１４を関節部１３で折り曲げたとき、一方が内側に他方が外側に位置するように配置されている。
【００２５】
第１のリンク体１１の基端部と第１の関節リンク１５と第２のリンク体１２の先端部との間には、第１の引張装置１７が接続されている。第１のリンク体１１の基端部と第２の関節リンク１６と第２のリンク体１２の先端部との間には、第２の引張装置１８が接続されている。
【００２６】
第１の引張装置１７は、第１のリンク体１１と第１の関節リンク１５との間に接続された第１の伸縮引張体としての第１の弾性膨張体１９ａ及び第１の接続ワイヤ２０ａと、第２のリンク体１２と第１の関節リンク１５との間に接続された第１の伝達ワイヤ２１ａとを有している。第２の引張装置１８は、第１のリンク体１１と第２の関節リンク１６との間に接続された第２の伸縮引張体としての第２の弾性膨張体１９ｂ及び第２の接続ワイヤ２０ｂと、第２のリンク体１２と第２の関節リンク１６との間に接続された第２の伝達ワイヤ２１ｂとを有している。
【００２７】
第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂは、伸縮可能なゴム等の材料からなり、気体である空気を供給・排出することにより径が増減されるとともに全長が伸縮される。第１の引張装置１７は、関節部１３を中心として図の時計方向に回動させる力を第２のリンク体１２に与える。第２の引張装置１８は、関節部１３を中心として図の反時計方向に回動させる力を第２のリンク体１２に与える。
【００２８】
弾性膨張体１９ａ，１９ｂには、気体給排部としての空気給排部２３が接続されている。空気給排部２３による弾性膨張体１９ａ，１９ｂへの空気の供給・排出は、制御部２４により制御されている。制御部２４は、弾性膨張体１９ａ，１９ｂ内の圧力により空気給排部２３を制御する。
【００２９】
次に、動作について説明する。例えば、空気給排部２３により第１の弾性膨張体１９ａに空気が供給され、第２の弾性膨張体１９ｂから空気が排出されると、第１の弾性膨張体１９ａは、その径が大きくなるとともに、長さが短くなる。また、第２の弾性膨張体１９ｂは、その径が小さくなるとともに、長さが長くなる。
【００３０】
このような弾性膨張体１９ａ，１９ｂの伸縮により、第２のリンク体１２は、関節部１３を中心として図の時計方向へ回動される。逆に、第１の弾性膨張体１９ａから空気が排出され、第２の弾性膨張体１９ｂに空気が供給されると、第２のリンク体１２は、関節部１３を中心として図の反時計方向へ回動される。従って、第２のリンク体１２により負荷Ｗを上げ下げすることも可能である。即ち、第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂによる引張力の合力により関節部１３が駆動される。
【００３１】
また、空気給排部２３の制御方法は、制御部２４に予めプリセットされたデータにより制御しても、他の操縦装置（図示せず）からの指令信号を制御部２４に入力することにより制御してもよい。この場合、リンク連結体１４と同様の機構を持つ操縦装置を用いることにより、マスタースレーブ方式の制御を行うこともできる。
【００３２】
このような空気圧式ロボットにおいては、例えば負荷Ｗを持ち上げる場合、関節部１３回りのトルクが負荷Ｗの変位量に応じて変化するため、エネルギーのロスが少なく、駆動装置全体を小形化できるとともに、駆動効率を向上させることができる。また、第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂ内の圧力差で負荷Ｗを変位させるため、装置を小形軽量化することができる。
【００３３】
さらに、第１及び第２のリンク体１１，１２は、圧縮部材としてのみ働くため、剛性を小さくすることができ、リンク連結体１４の構造を簡素化しかつ軽量化することができる。例えば、第１及び第２のリンク体１１，１２は、薄肉のパイプ等で構成することもできる。
【００３４】
さらにまた、第１及び第２の引張装置１７，１８は、引張部材としてのみ働くため、圧縮・引張の両方で働く油圧シリンダ等に比べて、構造を簡単にし、軽量化することができる。即ち、第１及び第２の接続ワイヤ２０ａ，２０ｂや第１及び第２の伝達ワイヤ２１ａ，２１ｂのような軽量の材料を使用することができる。
【００３５】
また、関節部１３に第１及び第２の関節リンク１５，１６が設けられており、第１及び第２の引張装置１７，１８は、第１及び第２の関節リンク１５，１６を通して配置されているため、第２のリンク体１２に作用する力の方向を安定させることができ、関節部１３の回動角度の全範囲内で安定して関節部１３を駆動することができる。
【００３６】
なお、実施の形態１では、第２のリンク体１２を図１の時計方向へ回動させるための弾性膨張体１９ａを１個、逆方向へ回動させるための弾性膨張体１９ｂを１個用いたが、それぞれ複数個ずつ用いてもよい。
【００３７】
実施の形態２．
また、実施の形態１では、第１及び第２の中継部として第１及び第２の関節リンク１５，１６を示したが、例えば図２に示すように、第１及び第２の中継部として一対の第１のローラ６１及び一対の第２のローラ６２を関節部１３に設けてもよい。
【００３８】
この場合、弾性膨張体１９ａ，１９ｂと第２のリンク体１２の先端部との間を第１及び第２のベルト６３ａ，６３ｂで連結し、第１のベルト６３ａは一対の第１のローラ６１間に通し、第２のベルト６３ｂは一対の第２のローラ６２間に通せばよい。また、この実施の形態２における第１の引張装置６４は、第１の弾性膨張体１９ａ及び第１のベルト６３ａにより構成され、第２の引張装置６５は、第２の弾性膨張体１９ｂ及び第２のベルト６３ｂにより構成される。
【００３９】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による空気圧式ロボットの要部を示す平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図において、第１のリンク体１１の先端部には、関節部２５を介して第２のリンク体１２が連結されている。第２のリンク体１２は、図のＺ軸及びＹ軸に平行な２つの軸を中心として回動可能に第１のリンク体１１に連結されている。リンク連結体２６は、第１のリンク体１１、第２のリンク体１２及び関節部２５により構成されている。
【００４０】
Ｚ軸回りの関節部２５の駆動は、実施の形態１と同様に第１及び第２の引張装置１７，１８により行われる。関節部２５には、第１及び第２の関節リンク１５，１６に加えて、第３及び第４の関節リンク２７，２８が回動可能に連結されている。
【００４１】
第１のリンク体１１の基端部と第３の関節リンク２７と第２のリンク体１２の先端部との間は、第３の引張装置２９により接続されている。第１のリンク体１１の基端部と第４の関節リンク２８と第２のリンク体１２の先端部との間は、第４の引張装置３０により接続されている。
【００４２】
第３の引張装置２９は、第１のリンク体１１と第３の関節リンク２７との間に接続された第１の伸縮引張体としての第３の弾性膨張体１９ｃ及び第３の接続ワイヤ２０ｃと、第２のリンク体１２と第３の関節リンク２７との間に接続された第３の伝達ワイヤ２１ｃとを有している。第４の引張装置３０は、第１のリンク体１１と第４の関節リンク２８との間に接続された第２の伸縮引張体としての第４の弾性膨張体１９ｄ及び第４の接続ワイヤ２０ｄと、第２のリンク体１２と第４の関節リンク２８との間に接続された第４の伝達ワイヤ２１ｄとを有している。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４３】
このような空気圧式ロボットでは、第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂを用い、Ｚ軸を中心として第２のリンク体１２を回動させることができるとともに、第３及び第４の弾性膨張体１９ｃ，１９ｄを用い、Ｙ軸を中心とした第２のリンク体１２の回動も可能となる。
【００４４】
即ち、第３及び第４の関節リンク２７，２８と第３及び第４の引張装置２９，３０とは、関節部１３のＹ軸回りの駆動に対応する２組目の第１及び第２の中継部と第１及び第２の引張装置とに相当する。
【００４５】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による空気圧式ロボットの弾性膨張体の配置状態を示す断面図である。第１のリンク体１１の周囲には、第１ないし第８の弾性膨張体１９ａ〜１９ｈが配置されている。このように、弾性膨張体１９ａ〜１９ｈの数を増加し、関節部をユニバーサルジョイント等で構成することにより、第２のリンク体１２をあらゆる方向へ回動させることができる。
【００４６】
なお、実施の形態１〜４では、１つの関節部を含むリンク連結体について示したが、関節部の数や駆動方向に対応して引張装置を配置することにより、多関節のリンク連結体にもこの発明を適用することができる。即ち、多関節の空気圧式ロボットを構成することができる。
【００４７】
また、第１のリンク体１１に対して第２のリンク体１２を捻り可能に連結し、引張装置をリンク連結体に螺旋状に配置することにより、第２のリンク体１２を捻り方向にも回動させることができ、動作の自由度を高めることができる。
【００４８】
実施の形態５．
次に、図６はこの発明の実施の形態５による空気圧式ロボットを示す正面図である。図において、支持ボディ６０には、人間の腕に模したリンク連結体３６が支持されている。リンク連結体３６は、リンク体としての上腕部３１、この上腕部３１の先端部に回動可能に連結されているリンク体としての前腕部３２、この前腕部３２の先端部に回動可能に連結されているリンク体としての手部３３、上腕部３１と前腕部３２とを連結している肘関節部３４、及び前腕部３２と手部３３とを連結している手首関節部３５を有している。また、この例のリンク連結体３６は、肘関節部３４及び手首関節部３５以外の関節部を持たないものとする。
【００４９】
肘関節部３４及び手首関節部３５における回動方向及び回動角度の範囲は、人間の腕に対応してそれぞれ制限されている。支持ボディ６０の少なくとも一部及びリンク連結体３６の全体は、可撓性を有する布状の被覆体３７によりぴったりと覆われている。被覆体３７は、例えば合成繊維又は自然繊維の編み物又は織物により構成されている。また、被覆体３７は、不織布や合成樹脂のシート材で構成することも可能である。
【００５０】
被覆体３７には、複数の袋状の収容部３７ａが設けられている。これらの収容部３７ａ内には、伸縮引張体としての弾性膨張体３８がそれぞれ収容されている。弾性膨張体３８は、伸縮可能なゴム等の材料からなり、気体である空気を供給・排出することにより伸縮される。また、弾性膨張体３８は、被覆体３７が弾性膨張体３８により引張されるように収容部３７ａ内に結合されている。従って、弾性膨張体３８が被覆体３７に与える引張力は、弾性膨張体３８の伸縮により変化する。
【００５１】
各弾性膨張体３８は、それぞれ可撓性を有する空気給排管３９を介して気体給排部である空気給排部４０に接続されている。空気給排部４０による弾性膨張体３８への空気の供給・排出は、制御部４１により個別に制御されている。制御部４１は、弾性膨張体３８内の圧力により空気給排部４０を制御する。実施の形態５の空気圧式関節駆動装置は、被覆体３７、弾性膨張体３８、空気給排管３９、空気給排部４０及び制御部４１を有している。また、空気圧式関節駆動装置とリンク連結体３６とにより空気圧式ロボットが構成されている。
【００５２】
また、空気給排部４０の制御方法は、制御部４１に予めプリセットされたデータにより制御しても、他の操縦装置（図示せず）からの指令信号を制御部４１に入力することにより制御してもよい。この場合、リンク連結体３６と同様の機構を持つ操縦装置を用いることにより、マスタースレーブ方式の制御を行うこともできる。
【００５３】
このような空気圧式ロボットでは、複数の弾性膨張体３８による引張力の合力により、対応する関節部３４，３５が駆動される。即ち、各弾性膨張体３８の伸縮量が調整されることにより、被覆体３７にかかる引張力が部分毎に変化し、前腕部３２が肘関節部３４で、手部３３が手首関節部３５でそれぞれ回動される。従って、手部３３により負荷を上げ下げすることも可能である。
【００５４】
基本的な動作原理は、実施の形態１〜３と同様であり、エネルギーのロスが少なく、駆動装置全体を小形化できるとともに、駆動効率を向上させることができる。また、複数の弾性膨張体３８内の圧力差で関節部３４，３５を駆動するため、装置を小形軽量化することができる。
【００５５】
さらに、上腕部３１、前腕部３２及び手部３３は、圧縮部材としてのみ働くため、剛性を小さくすることができ、リンク連結体３６の構造を簡素化しかつ軽量化することができる。
【００５６】
ここで、実施の形態１では、ワイヤ２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂを引張部材として使用しているため、これらのワイヤ２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂの接続部に力が集中的に作用する。これに対し、実施の形態５では、リンク連結体３６を覆う被覆体３７が引張部材として使用されているため、弾性膨張体３８による引張力を広い面積で分散して受けることができ、リンク連結体３６の構成を簡素化することができる。
【００５７】
なお、実施の形態５では、肘関節部３４と手首関節部３５とを駆動する空気圧式関節駆動装置を示したが、リンク連結体３６の肩関節部や指関節部を回動可能に構成し、各関節部に対応する弾性膨張体を追加して、肩関節部や指関節部を駆動するようにしてもよい。
【００５８】
また、弾性膨張体の配置位置、個数、大きさ等は、関節部の動きや必要な力に応じて種々の変更が可能である。また、弾性膨張体の形状は、チューブ状のものに限定されず、必要に応じて円盤状、球状等としてもよい。
【００５９】
さらに、実施の形態５では、空気圧式関節駆動装置とリンク連結体３６とを組み合わせて空気圧式ロボットを構成したが、空気圧式関節駆動装置のみで使用することも可能である。例えば、腕の筋力が衰えた人などが実施の形態５の空気圧式関節駆動装置を着用することにより、腕を動かすことが可能となる。
【００６０】
さらにまた、例えば弾性膨張体をリンク連結体に螺旋状に配置することにより、リンク体を捻り方向に回動させることも可能である。
【００６１】
また、被覆体３７の伸びの許容量及び伸びを許容する方向は、部位毎に適宜設定される。
【００６２】
実施の形態６．
次に、図７はこの発明の実施の形態６による空気圧式関節駆動装置を示す正面図である。実施の形態６の空気圧式関節駆動装置は、リンク連結体である人体５０に着用するタイプのものである。但し、人体５０と同様のリンク構造を持つ人形状のリンク連結体に着用させて空気圧式ロボットとして動かすことも可能である。
【００６３】
人体５０は、上肢及び頭部を除いて、布状の被覆体５１によりぴったりと覆われている。被覆体５１は、実施の形態５の被覆体３７と同様の材料で構成されている。被覆体５１には、複数の袋状の収容部５１ａが設けられている。これらの収容部５１ａ内には、伸縮引張体としての弾性膨張体３８がそれぞれ収容されている。被覆体５１は、弾性膨張体３８により引張されている。弾性膨張体３８が被覆体５１に与える引張力は、弾性膨張体３８の伸縮により変化する。
【００６４】
弾性膨張体３８は、例えば腰の回り、背中、腹部、体側部、臀部、腿、すね等に配置されている。また、各部における弾性膨張体３８の大きさ、個数は、対応する関節部の動きや要求される引張力に応じて適宜設定される。また、弾性膨張体３８の形状は、チューブ状のものに限定されず、必要に応じて円盤状、球状等また、被覆体３７の伸びの許容量及び伸びを許容する方向は、部位毎に適宜設定される。
【００６５】
各弾性膨張体３８は、それぞれ可撓性を有する空気給排管（図示せず）を介して空気給排部４０に接続されている。空気給排部４０による弾性膨張体３８への空気の供給・排出は、制御部４１により個別に制御されている。制御部４１は、弾性膨張体３８の圧力により空気給排部４０を制御する。実施の形態６の空気圧式関節駆動装置は、被覆体５１、弾性膨張体３８、空気給排管、空気給排部４０及び制御部４１を有している。
【００６６】
次に、動作について説明する。空気給排部４０から弾性膨張体３８に対して空気を供給することにより、弾性膨張体３８が被覆体５１に与える引張力は増大する。逆に、弾性膨張体３８から空気を排出させると、弾性膨張体３８が被覆体５１に与える引張力は小さくなる。これらの引張力の合力に応じて人体５０の関節部、即ち腰、股関節、膝、足首等の関節部が駆動される。
【００６７】
従って、実施の形態６の空気圧式関節駆動装置を着用することにより、例えば足の筋力が衰えた人が、車椅子を使わずに歩行したり、ベッドから起きあがったり、さらには立ったり座ったりすることができる。即ち、各弾性膨張体３８が健常な筋肉の代替物として機能し、動作の手助けをしてくれることになる。
【００６８】
このとき、引張部材である被覆体３７により人体５０が覆われているため、弾性膨張体３８による引張力を広い面積で分散して受けることができ、人体５０の一部に集中的に力が作用するのが抑えられ、人体５０に負担をかけずにスムーズに動作させることができる。
【００６９】
空気給排部４０の制御方法は、例えば制御部４１に予めプリセットされたデータにより制御しても、他の操縦装置（図示せず）からの指令信号を制御部４１に入力することにより制御してもよい。例えば、歩くときの各関節の動きを実現するための弾性膨張体３８の伸縮動作をデータとしてプリセットしておけば、そのデータに従って弾性膨張体３８が伸縮し、人体５０を歩かせることができる。例えば歩行、停止、座り、立ち上がり等の複数のデータをプリセットしておき、使用者がデータを選択することにより、種々の動作を行うことができる。
【００７０】
空気給排部４０や制御部４１は、被覆体５１の外側から腰部等にベルトで取り付けたりすればよい。また、空気給排部４０及び制御部４１は別置きとして、空気給排管の長さの範囲で使用者が移動するという使用方法であってもよい。その場合、リモートコントローラを用いて制御部４１をワイヤレス操作することもできる。
【００７１】
なお、実施の形態６では、空気圧式関節駆動装置を人体５０に着用させたが、例えば人体５０の構造を模した人形に着用させることにより、歩行可能な空気圧式ロボットとすることができる。また、実施の形態５のような腕に装着するタイプの空気圧式関節駆動装置を実施の形態６の駆動装置と組み合わせて人形に着用させることにより、腕や足を使ったあらゆる動作が可能な空気圧式ロボットとすることができる。
【００７２】
また、実施の形態１〜６では、気体として空気を用いたが、例えば特殊な環境で使用される場合など、空気以外の気体により弾性膨張体を伸縮させてもよい。
【００７３】
さらに、実施の形態１〜６では、伸縮引張体として、空気を供給することにより径が増大して長さが縮小する弾性膨張体を示したが、空気を供給することにより長さが伸び、内部の空気を吸引することにより長さが縮小するタイプの伸縮引張体を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による空気圧式ロボットを示す正面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による空気圧式ロボットの要部を示す正面図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による空気圧式ロボットの要部を示す平面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態４による空気圧式ロボットの弾性膨張体の配置状態を示す断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態５による空気圧式ロボットを示す正面図である。
【図７】 この発明の実施の形態６による空気圧式関節駆動装置を示す正面図である。
【図８】 従来の空気圧式のマニプレータ装置の一例を示す構成図である。
【図９】 ある重量の荷物を軸の回転により持ち上げる様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ 第１のリンク体、１２ 第２のリンク体、１３ 関節部、１４，３６ リンク連結体、１５ 第１の関節リンク（第１の中継部）、１６ 第２の関節リンク（第２の中継部）、１７，６４ 第１の引張装置、１８，６５ 第２の引張装置、１９ａ 第１の弾性膨張体（第１の伸縮引張体）、１９ｂ 第２の弾性膨張体（第２の伸縮引張体）、２３，４０ 空気給排部（気体給排部）、２４，４１ 制御部、３１ 上腕部（リンク体）、３２ 前腕部（リンク体）、３３ 手部（リンク体）、３４ 肘関節部、３５ 手首関節部、３７，５１ 被覆体、３８ 弾性膨張体（伸縮引張体）、５０ 人体（リンク連結体）、６１ 第１のローラ（第１の中継部）、６２ 第２のローラ（第２の中継部）、６３ａ 第１のベルト、６３ｂ 第２のベルト。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロボットや人間の関節を回動させるための空気圧式関節駆動装置及びそれを用いた空気圧式ロボットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動のモータを用いたロボットでは、モータの発熱により長時間の連続した駆動が行えず、またモータ重量が大きくなり、モータを支持する構造体も重量化し、費用が高くなってしまう。
【０００３】
これに対し、図８は例えば特開平７−２４７７１号公報に示された従来の空気圧式のマニプレータ装置を示す構成図である。図において、マニプレータ装置は、関節に設けられた駆動プーリ１、この駆動プーリ１に巻き掛けられたタイミングベルト２、及びこのタイミングベルト２の両端部に接続された一対の弾性膨張体３Ａ，３Ｂを有している。
【０００４】
このようなマニプレータ装置では、弾性膨張体３Ａ，３Ｂに対して空気を供給・排出することにより、弾性膨張体３Ａ，３Ｂが伸縮され、タイミングベルト２を介して駆動プーリ１が回転されて、関節が駆動される。例えば、弾性膨張体３Ａが膨張することにより、弾性膨張体３Ａの長さが縮小され、タイミングベルト２は矢印Ａ方向へ移動される。これにより、駆動プーリ１は矢印Ｂ方向へ回転される。
【０００５】
図９はある重量の荷物を軸の回転により持ち上げる様子を示す説明図である。図において、支持腕４は、軸５を中心に回動される。支持腕４には、吊下腕６を介して重さＷ１の荷物７が吊り下げられている。実線の位置（初期位置）から支持腕４が時計方向に角度θだけ回動されると、荷物７はΔＨ１だけ持ち上げられる（第１持上位置）。その位置から支持腕４がさらに時計方向に角度θだけ回動されると、荷物７はΔＨ２だけ持ち上げられる（第２持上位置）。
【０００６】
このように、同じ角度θだけ支持腕４が回動されても、初期位置から第１持上位置までの持ち上げ量はΔＨ１であり、第１持上位置から第２持上位置までの持ち上げ量はΔＨ２であり、持ち上げ量には差が生じる（ΔＨ１＜ΔＨ２）。
【０００７】
これに対し、図８に示した従来のマニプレータ装置は、単にモータの代わりに弾性膨張体を用いて駆動プーリ１を回転させるものであり、一定のトルクを発生するものである。従って、図９のような仕事を行う場合、初期位置から第１持上位置までの間であっても、第１持上位置から第２持上位置までの間と同じトルクを発生している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のマニプレータ装置は、常に一定のトルクを発生するものであるため、負担の小さな作業を行う際にも最大のトルクを発生しており、エネルギーにロスを生じ、その分だけ弾性膨張体３Ａ，３Ｂや空気給排装置（図示せず）が大形化するとともに、駆動効率が低下する。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、全体を小形化できるとともに、駆動効率を向上させることができる空気圧式ロボット及び空気圧式関節駆動装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る空気圧式関節駆動装置は、複数のリンク体と、これらのリンク体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有するリンク連結体に装着され、関節部で連結された一方のリンク体に対して他方のリンク体が回動するように関節部を駆動するものであって、リンク連結体を被覆する可撓性の被覆体、この被覆体に設けられ、気体を供給・排出されることにより伸縮し、被覆体に引張力を与える複数の伸縮引張体、これらの伸縮引張体に対して気体の供給・排出を行う気体給排部、及びこの気体給排部を制御する制御部を備え、複数の伸縮引張体による引張力の合力により関節部が駆動される。
また、被覆体は、人体の少なくとも下肢を覆うように構成されており、制御部には、人体の歩行を助けるように複数の伸縮引張体を伸縮させるためのデータが記憶されている。
また、被覆体は、布により構成されている。
また、伸縮引張体は、気体が供給されることにより、径が増大し、長さが縮小される弾性膨張体である。
また、この発明に係る空気圧式ロボットは、複数のリンク体と、これらのリンク体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有するリンク連結体、このリンク連結体を被覆する可撓性の被覆体、この被覆体に設けられ、気体を供給・排出されることにより伸縮し、被覆体に引張力を与える複数の伸縮引張体、これらの伸縮引張体に対して気体の供給・排出を行う気体給排部、及びこの気体給排部を制御する制御部を備え、複数の伸縮引張体による引張力の合力により、関節部で連結されている一方のリンク体に対して他方のリンク体が回動されるように関節部が駆動される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による空気圧式ロボットを示す正面図である。図において、ベース１０には、第１のリンク体１１が取り付けられている。第１のリンク体１１の先端部には、関節部１３を介して第２のリンク体１２が連結されている。第２のリンク体１２は、図のＺ軸と平行な軸を中心として回動可能に第１のリンク体１１に連結されている。リンク連結体１４は、一方のリンク体である第１のリンク体１１、他方のリンク体である第２のリンク体１２、及び関節部１３により構成されている。
【００２４】
関節部１３には、第１及び第２の中継部としての第１及び第２の関節リンク１５，１６が回動可能に連結されている。第１及び第２の関節リンク１５，１６は、リンク連結体１４を関節部１３で折り曲げたとき、一方が内側に他方が外側に位置するように配置されている。
【００２５】
第１のリンク体１１の基端部と第１の関節リンク１５と第２のリンク体１２の先端部との間には、第１の引張装置１７が接続されている。第１のリンク体１１の基端部と第２の関節リンク１６と第２のリンク体１２の先端部との間には、第２の引張装置１８が接続されている。
【００２６】
第１の引張装置１７は、第１のリンク体１１と第１の関節リンク１５との間に接続された第１の伸縮引張体としての第１の弾性膨張体１９ａ及び第１の接続ワイヤ２０ａと、第２のリンク体１２と第１の関節リンク１５との間に接続された第１の伝達ワイヤ２１ａとを有している。第２の引張装置１８は、第１のリンク体１１と第２の関節リンク１６との間に接続された第２の伸縮引張体としての第２の弾性膨張体１９ｂ及び第２の接続ワイヤ２０ｂと、第２のリンク体１２と第２の関節リンク１６との間に接続された第２の伝達ワイヤ２１ｂとを有している。
【００２７】
第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂは、伸縮可能なゴム等の材料からなり、気体である空気を供給・排出することにより径が増減されるとともに全長が伸縮される。第１の引張装置１７は、関節部１３を中心として図の時計方向に回動させる力を第２のリンク体１２に与える。第２の引張装置１８は、関節部１３を中心として図の反時計方向に回動させる力を第２のリンク体１２に与える。
【００２８】
弾性膨張体１９ａ，１９ｂには、気体給排部としての空気給排部２３が接続されている。空気給排部２３による弾性膨張体１９ａ，１９ｂへの空気の供給・排出は、制御部２４により制御されている。制御部２４は、弾性膨張体１９ａ，１９ｂ内の圧力により空気給排部２３を制御する。
【００２９】
次に、動作について説明する。例えば、空気給排部２３により第１の弾性膨張体１９ａに空気が供給され、第２の弾性膨張体１９ｂから空気が排出されると、第１の弾性膨張体１９ａは、その径が大きくなるとともに、長さが短くなる。また、第２の弾性膨張体１９ｂは、その径が小さくなるとともに、長さが長くなる。
【００３０】
このような弾性膨張体１９ａ，１９ｂの伸縮により、第２のリンク体１２は、関節部１３を中心として図の時計方向へ回動される。逆に、第１の弾性膨張体１９ａから空気が排出され、第２の弾性膨張体１９ｂに空気が供給されると、第２のリンク体１２は、関節部１３を中心として図の反時計方向へ回動される。従って、第２のリンク体１２により負荷Ｗを上げ下げすることも可能である。即ち、第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂによる引張力の合力により関節部１３が駆動される。
【００３１】
また、空気給排部２３の制御方法は、制御部２４に予めプリセットされたデータにより制御しても、他の操縦装置（図示せず）からの指令信号を制御部２４に入力することにより制御してもよい。この場合、リンク連結体１４と同様の機構を持つ操縦装置を用いることにより、マスタースレーブ方式の制御を行うこともできる。
【００３２】
このような空気圧式ロボットにおいては、例えば負荷Ｗを持ち上げる場合、関節部１３回りのトルクが負荷Ｗの変位量に応じて変化するため、エネルギーのロスが少なく、駆動装置全体を小形化できるとともに、駆動効率を向上させることができる。また、第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂ内の圧力差で負荷Ｗを変位させるため、装置を小形軽量化することができる。
【００３３】
さらに、第１及び第２のリンク体１１，１２は、圧縮部材としてのみ働くため、剛性を小さくすることができ、リンク連結体１４の構造を簡素化しかつ軽量化することができる。例えば、第１及び第２のリンク体１１，１２は、薄肉のパイプ等で構成することもできる。
【００３４】
さらにまた、第１及び第２の引張装置１７，１８は、引張部材としてのみ働くため、圧縮・引張の両方で働く油圧シリンダ等に比べて、構造を簡単にし、軽量化することができる。即ち、第１及び第２の接続ワイヤ２０ａ，２０ｂや第１及び第２の伝達ワイヤ２１ａ，２１ｂのような軽量の材料を使用することができる。
【００３５】
また、関節部１３に第１及び第２の関節リンク１５，１６が設けられており、第１及び第２の引張装置１７，１８は、第１及び第２の関節リンク１５，１６を通して配置されているため、第２のリンク体１２に作用する力の方向を安定させることができ、関節部１３の回動角度の全範囲内で安定して関節部１３を駆動することができる。
【００３６】
なお、実施の形態１では、第２のリンク体１２を図１の時計方向へ回動させるための弾性膨張体１９ａを１個、逆方向へ回動させるための弾性膨張体１９ｂを１個用いたが、それぞれ複数個ずつ用いてもよい。
【００３７】
実施の形態２．
また、実施の形態１では、第１及び第２の中継部として第１及び第２の関節リンク１５，１６を示したが、例えば図２に示すように、第１及び第２の中継部として一対の第１のローラ６１及び一対の第２のローラ６２を関節部１３に設けてもよい。
【００３８】
この場合、弾性膨張体１９ａ，１９ｂと第２のリンク体１２の先端部との間を第１及び第２のベルト６３ａ，６３ｂで連結し、第１のベルト６３ａは一対の第１のローラ６１間に通し、第２のベルト６３ｂは一対の第２のローラ６２間に通せばよい。また、この実施の形態２における第１の引張装置６４は、第１の弾性膨張体１９ａ及び第１のベルト６３ａにより構成され、第２の引張装置６５は、第２の弾性膨張体１９ｂ及び第２のベルト６３ｂにより構成される。
【００３９】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による空気圧式ロボットの要部を示す平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図において、第１のリンク体１１の先端部には、関節部２５を介して第２のリンク体１２が連結されている。第２のリンク体１２は、図のＺ軸及びＹ軸に平行な２つの軸を中心として回動可能に第１のリンク体１１に連結されている。リンク連結体２６は、第１のリンク体１１、第２のリンク体１２及び関節部２５により構成されている。
【００４０】
Ｚ軸回りの関節部２５の駆動は、実施の形態１と同様に第１及び第２の引張装置１７，１８により行われる。関節部２５には、第１及び第２の関節リンク１５，１６に加えて、第３及び第４の関節リンク２７，２８が回動可能に連結されている。
【００４１】
第１のリンク体１１の基端部と第３の関節リンク２７と第２のリンク体１２の先端部との間は、第３の引張装置２９により接続されている。第１のリンク体１１の基端部と第４の関節リンク２８と第２のリンク体１２の先端部との間は、第４の引張装置３０により接続されている。
【００４２】
第３の引張装置２９は、第１のリンク体１１と第３の関節リンク２７との間に接続された第１の伸縮引張体としての第３の弾性膨張体１９ｃ及び第３の接続ワイヤ２０ｃと、第２のリンク体１２と第３の関節リンク２７との間に接続された第３の伝達ワイヤ２１ｃとを有している。第４の引張装置３０は、第１のリンク体１１と第４の関節リンク２８との間に接続された第２の伸縮引張体としての第４の弾性膨張体１９ｄ及び第４の接続ワイヤ２０ｄと、第２のリンク体１２と第４の関節リンク２８との間に接続された第４の伝達ワイヤ２１ｄとを有している。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４３】
このような空気圧式ロボットでは、第１及び第２の弾性膨張体１９ａ，１９ｂを用い、Ｚ軸を中心として第２のリンク体１２を回動させることができるとともに、第３及び第４の弾性膨張体１９ｃ，１９ｄを用い、Ｙ軸を中心とした第２のリンク体１２の回動も可能となる。
【００４４】
即ち、第３及び第４の関節リンク２７，２８と第３及び第４の引張装置２９，３０とは、関節部１３のＹ軸回りの駆動に対応する２組目の第１及び第２の中継部と第１及び第２の引張装置とに相当する。
【００４５】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による空気圧式ロボットの弾性膨張体の配置状態を示す断面図である。第１のリンク体１１の周囲には、第１ないし第８の弾性膨張体１９ａ〜１９ｈが配置されている。このように、弾性膨張体１９ａ〜１９ｈの数を増加し、関節部をユニバーサルジョイント等で構成することにより、第２のリンク体１２をあらゆる方向へ回動させることができる。
【００４６】
なお、実施の形態１〜４では、１つの関節部を含むリンク連結体について示したが、関節部の数や駆動方向に対応して引張装置を配置することにより、多関節のリンク連結体にもこの発明を適用することができる。即ち、多関節の空気圧式ロボットを構成することができる。
【００４７】
また、第１のリンク体１１に対して第２のリンク体１２を捻り可能に連結し、引張装置をリンク連結体に螺旋状に配置することにより、第２のリンク体１２を捻り方向にも回動させることができ、動作の自由度を高めることができる。
【００４８】
実施の形態５．
次に、図６はこの発明の実施の形態５による空気圧式ロボットを示す正面図である。図において、支持ボディ６０には、人間の腕に模したリンク連結体３６が支持されている。リンク連結体３６は、リンク体としての上腕部３１、この上腕部３１の先端部に回動可能に連結されているリンク体としての前腕部３２、この前腕部３２の先端部に回動可能に連結されているリンク体としての手部３３、上腕部３１と前腕部３２とを連結している肘関節部３４、及び前腕部３２と手部３３とを連結している手首関節部３５を有している。また、この例のリンク連結体３６は、肘関節部３４及び手首関節部３５以外の関節部を持たないものとする。
【００４９】
肘関節部３４及び手首関節部３５における回動方向及び回動角度の範囲は、人間の腕に対応してそれぞれ制限されている。支持ボディ６０の少なくとも一部及びリンク連結体３６の全体は、可撓性を有する布状の被覆体３７によりぴったりと覆われている。被覆体３７は、例えば合成繊維又は自然繊維の編み物又は織物により構成されている。また、被覆体３７は、不織布や合成樹脂のシート材で構成することも可能である。
【００５０】
被覆体３７には、複数の袋状の収容部３７ａが設けられている。これらの収容部３７ａ内には、伸縮引張体としての弾性膨張体３８がそれぞれ収容されている。弾性膨張体３８は、伸縮可能なゴム等の材料からなり、気体である空気を供給・排出することにより伸縮される。また、弾性膨張体３８は、被覆体３７が弾性膨張体３８により引張されるように収容部３７ａ内に結合されている。従って、弾性膨張体３８が被覆体３７に与える引張力は、弾性膨張体３８の伸縮により変化する。
【００５１】
各弾性膨張体３８は、それぞれ可撓性を有する空気給排管３９を介して気体給排部である空気給排部４０に接続されている。空気給排部４０による弾性膨張体３８への空気の供給・排出は、制御部４１により個別に制御されている。制御部４１は、弾性膨張体３８内の圧力により空気給排部４０を制御する。実施の形態５の空気圧式関節駆動装置は、被覆体３７、弾性膨張体３８、空気給排管３９、空気給排部４０及び制御部４１を有している。また、空気圧式関節駆動装置とリンク連結体３６とにより空気圧式ロボットが構成されている。
【００５２】
また、空気給排部４０の制御方法は、制御部４１に予めプリセットされたデータにより制御しても、他の操縦装置（図示せず）からの指令信号を制御部４１に入力することにより制御してもよい。この場合、リンク連結体３６と同様の機構を持つ操縦装置を用いることにより、マスタースレーブ方式の制御を行うこともできる。
【００５３】
このような空気圧式ロボットでは、複数の弾性膨張体３８による引張力の合力により、対応する関節部３４，３５が駆動される。即ち、各弾性膨張体３８の伸縮量が調整されることにより、被覆体３７にかかる引張力が部分毎に変化し、前腕部３２が肘関節部３４で、手部３３が手首関節部３５でそれぞれ回動される。従って、手部３３により負荷を上げ下げすることも可能である。
【００５４】
基本的な動作原理は、実施の形態１〜３と同様であり、エネルギーのロスが少なく、駆動装置全体を小形化できるとともに、駆動効率を向上させることができる。また、複数の弾性膨張体３８内の圧力差で関節部３４，３５を駆動するため、装置を小形軽量化することができる。
【００５５】
さらに、上腕部３１、前腕部３２及び手部３３は、圧縮部材としてのみ働くため、剛性を小さくすることができ、リンク連結体３６の構造を簡素化しかつ軽量化することができる。
【００５６】
ここで、実施の形態１では、ワイヤ２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂを引張部材として使用しているため、これらのワイヤ２０ａ，２０ｂ，２１ａ，２１ｂの接続部に力が集中的に作用する。これに対し、実施の形態５では、リンク連結体３６を覆う被覆体３７が引張部材として使用されているため、弾性膨張体３８による引張力を広い面積で分散して受けることができ、リンク連結体３６の構成を簡素化することができる。
【００５７】
なお、実施の形態５では、肘関節部３４と手首関節部３５とを駆動する空気圧式関節駆動装置を示したが、リンク連結体３６の肩関節部や指関節部を回動可能に構成し、各関節部に対応する弾性膨張体を追加して、肩関節部や指関節部を駆動するようにしてもよい。
【００５８】
また、弾性膨張体の配置位置、個数、大きさ等は、関節部の動きや必要な力に応じて種々の変更が可能である。また、弾性膨張体の形状は、チューブ状のものに限定されず、必要に応じて円盤状、球状等としてもよい。
【００５９】
さらに、実施の形態５では、空気圧式関節駆動装置とリンク連結体３６とを組み合わせて空気圧式ロボットを構成したが、空気圧式関節駆動装置のみで使用することも可能である。例えば、腕の筋力が衰えた人などが実施の形態５の空気圧式関節駆動装置を着用することにより、腕を動かすことが可能となる。
【００６０】
さらにまた、例えば弾性膨張体をリンク連結体に螺旋状に配置することにより、リンク体を捻り方向に回動させることも可能である。
【００６１】
また、被覆体３７の伸びの許容量及び伸びを許容する方向は、部位毎に適宜設定される。
【００６２】
実施の形態６．
次に、図７はこの発明の実施の形態６による空気圧式関節駆動装置を示す正面図である。実施の形態６の空気圧式関節駆動装置は、リンク連結体である人体５０に着用するタイプのものである。但し、人体５０と同様のリンク構造を持つ人形状のリンク連結体に着用させて空気圧式ロボットとして動かすことも可能である。
【００６３】
人体５０は、上肢及び頭部を除いて、布状の被覆体５１によりぴったりと覆われている。被覆体５１は、実施の形態５の被覆体３７と同様の材料で構成されている。被覆体５１には、複数の袋状の収容部５１ａが設けられている。これらの収容部５１ａ内には、伸縮引張体としての弾性膨張体３８がそれぞれ収容されている。被覆体５１は、弾性膨張体３８により引張されている。弾性膨張体３８が被覆体５１に与える引張力は、弾性膨張体３８の伸縮により変化する。
【００６４】
弾性膨張体３８は、例えば腰の回り、背中、腹部、体側部、臀部、腿、すね等に配置されている。また、各部における弾性膨張体３８の大きさ、個数は、対応する関節部の動きや要求される引張力に応じて適宜設定される。また、弾性膨張体３８の形状は、チューブ状のものに限定されず、必要に応じて円盤状、球状等また、被覆体３７の伸びの許容量及び伸びを許容する方向は、部位毎に適宜設定される。
【００６５】
各弾性膨張体３８は、それぞれ可撓性を有する空気給排管（図示せず）を介して空気給排部４０に接続されている。空気給排部４０による弾性膨張体３８への空気の供給・排出は、制御部４１により個別に制御されている。制御部４１は、弾性膨張体３８の圧力により空気給排部４０を制御する。実施の形態６の空気圧式関節駆動装置は、被覆体５１、弾性膨張体３８、空気給排管、空気給排部４０及び制御部４１を有している。
【００６６】
次に、動作について説明する。空気給排部４０から弾性膨張体３８に対して空気を供給することにより、弾性膨張体３８が被覆体５１に与える引張力は増大する。逆に、弾性膨張体３８から空気を排出させると、弾性膨張体３８が被覆体５１に与える引張力は小さくなる。これらの引張力の合力に応じて人体５０の関節部、即ち腰、股関節、膝、足首等の関節部が駆動される。
【００６７】
従って、実施の形態６の空気圧式関節駆動装置を着用することにより、例えば足の筋力が衰えた人が、車椅子を使わずに歩行したり、ベッドから起きあがったり、さらには立ったり座ったりすることができる。即ち、各弾性膨張体３８が健常な筋肉の代替物として機能し、動作の手助けをしてくれることになる。
【００６８】
このとき、引張部材である被覆体３７により人体５０が覆われているため、弾性膨張体３８による引張力を広い面積で分散して受けることができ、人体５０の一部に集中的に力が作用するのが抑えられ、人体５０に負担をかけずにスムーズに動作させることができる。
【００６９】
空気給排部４０の制御方法は、例えば制御部４１に予めプリセットされたデータにより制御しても、他の操縦装置（図示せず）からの指令信号を制御部４１に入力することにより制御してもよい。例えば、歩くときの各関節の動きを実現するための弾性膨張体３８の伸縮動作をデータとしてプリセットしておけば、そのデータに従って弾性膨張体３８が伸縮し、人体５０を歩かせることができる。例えば歩行、停止、座り、立ち上がり等の複数のデータをプリセットしておき、使用者がデータを選択することにより、種々の動作を行うことができる。
【００７０】
空気給排部４０や制御部４１は、被覆体５１の外側から腰部等にベルトで取り付けたりすればよい。また、空気給排部４０及び制御部４１は別置きとして、空気給排管の長さの範囲で使用者が移動するという使用方法であってもよい。その場合、リモートコントローラを用いて制御部４１をワイヤレス操作することもできる。
【００７１】
なお、実施の形態６では、空気圧式関節駆動装置を人体５０に着用させたが、例えば人体５０の構造を模した人形に着用させることにより、歩行可能な空気圧式ロボットとすることができる。また、実施の形態５のような腕に装着するタイプの空気圧式関節駆動装置を実施の形態６の駆動装置と組み合わせて人形に着用させることにより、腕や足を使ったあらゆる動作が可能な空気圧式ロボットとすることができる。
【００７２】
また、実施の形態１〜６では、気体として空気を用いたが、例えば特殊な環境で使用される場合など、空気以外の気体により弾性膨張体を伸縮させてもよい。
【００７３】
さらに、実施の形態１〜６では、伸縮引張体として、空気を供給することにより径が増大して長さが縮小する弾性膨張体を示したが、空気を供給することにより長さが伸び、内部の空気を吸引することにより長さが縮小するタイプの伸縮引張体を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による空気圧式ロボットを示す正面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２による空気圧式ロボットの要部を示す正面図である。
【図３】 この発明の実施の形態３による空気圧式ロボットの要部を示す平面図である。
【図４】 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態４による空気圧式ロボットの弾性膨張体の配置状態を示す断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態５による空気圧式ロボットを示す正面図である。
【図７】 この発明の実施の形態６による空気圧式関節駆動装置を示す正面図である。
【図８】 従来の空気圧式のマニプレータ装置の一例を示す構成図である。
【図９】 ある重量の荷物を軸の回転により持ち上げる様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ 第１のリンク体、１２ 第２のリンク体、１３ 関節部、１４，３６ リンク連結体、１５ 第１の関節リンク（第１の中継部）、１６ 第２の関節リンク（第２の中継部）、１７，６４ 第１の引張装置、１８，６５ 第２の引張装置、１９ａ 第１の弾性膨張体（第１の伸縮引張体）、１９ｂ 第２の弾性膨張体（第２の伸縮引張体）、２３，４０ 空気給排部（気体給排部）、２４，４１ 制御部、３１ 上腕部（リンク体）、３２ 前腕部（リンク体）、３３ 手部（リンク体）、３４ 肘関節部、３５ 手首関節部、３７，５１ 被覆体、３８ 弾性膨張体（伸縮引張体）、５０ 人体（リンク連結体）、６１ 第１のローラ（第１の中継部）、６２ 第２のローラ（第２の中継部）、６３ａ 第１のベルト、６３ｂ 第２のベルト。
Claims (5)
- 複数のリンク体と、これらのリンク体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有するリンク連結体に装着され、上記関節部で連結された一方のリンク体に対して他方のリンク体が回動するように上記関節部を駆動する空気圧式関節駆動装置であって、
上記リンク連結体を被覆する可撓性の被覆体、
この被覆体に設けられ、気体を供給・排出されることにより伸縮し、上記被覆体に引張力を与える複数の伸縮引張体、
これらの伸縮引張体に対して気体の供給・排出を行う気体給排部、及び
この気体給排部を制御する制御部
を備え、上記複数の伸縮引張体による引張力の合力により、上記関節部が駆動されることを特徴とする空気圧式関節駆動装置。 - 被覆体は、人体の少なくとも下肢を覆うように構成されており、
制御部には、人体の歩行を助けるように複数の伸縮引張体を伸縮させるためのデータが記憶されていることを特徴とする請求項１記載の空気圧式関節駆動装置。 - 被覆体は、布により構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空気圧式関節駆動装置。
- 伸縮引張体は、気体が供給されることにより、径が増大し、長さが縮小される弾性膨張体であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の空気圧式関節駆動装置。
- 複数のリンク体と、これらのリンク体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有するリンク連結体、
このリンク連結体を被覆する可撓性の被覆体、
この被覆体に設けられ、気体を供給・排出されることにより伸縮し、上記被覆体に引張力を与える複数の伸縮引張体、
これらの伸縮引張体に対して気体の供給・排出を行う気体給排部、及び
この気体給排部を制御する制御部
を備え、上記複数の伸縮引張体による引張力の合力により、上記関節部で連結されている一方のリンク体に対して他方のリンク体が回動されるように上記関節部が駆動されることを特徴とする空気圧式ロボット。
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