JP4900809B2 - Actuator, drive device and hand device - Google Patents
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Description
本発明は、経年変化による作動特性の劣化を抑制すると共に作動力をダイレクトに発揮できるようにしたメンブレン(membrane)方式のアクチュエータ、そのアクチュエータを用いた駆動装置、及び、その駆動装置を用いたハンド装置に関する。 The present invention relates to a membrane type actuator that suppresses deterioration of operating characteristics due to secular change and can directly exert an operating force, a driving device using the actuator, and a hand using the driving device. Relates to the device.
従来、空気及び液体等の流体をチューブ状の弾性体に供給し、その弾性体の膨張変形により対象物を作動させる流体圧式のアクチュエータが存在する。例えば、下記の特許文献1のFIG.2及びFIG.4等には、回動可能に連結される部材間にチューブ状の弾性体を取り付けて、弾性体を膨張させることで作動対象の部材を回動させる機構が開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a fluid pressure type actuator that supplies fluid such as air and liquid to a tube-like elastic body and operates an object by expansion and deformation of the elastic body. For example, FIG. 2 and FIG. No. 4, etc. discloses a mechanism for rotating a member to be actuated by attaching a tube-like elastic body between members rotatably connected, and expanding the elastic body.
一方、本出願に係る発明者は、図20、21(a)〜(c)に示すように、チューブ状の弾性体ではなく、伸縮変形することが可能なシートを用いた所謂メンブレン方式のアクチュエータ1を特許出願している(特願2005−309110号)。このアクチュエータ1は、板状のベース部材2と枠状部材4との間に伸縮変形可能なシート3を挟み込むと共に、枠状部材4の枠内空間4cに網状の被覆シート5及び線材6を配置し、線材6の一端6aを枠状部材4に固定する一方、他端6bを枠状部材4の外方へ引き出した構成にしている。
On the other hand, the inventors of the present application, as shown in FIGS. 20 and 21 (a) to (c), do not use a tube-like elastic body but a so-called membrane-type actuator using a sheet that can be expanded and contracted. No. 1 has been applied for a patent (Japanese Patent Application No. 2005-309110). The
アクチュエータ1の作動は、図21(a)〜(c)に示すように、ベース部材2を貫通するホース7から流体(例えば、空気)を供給し、シート3をベース部材2から離隔するように膨張変形させる。膨張変形したシート3で線材6を直接的に押し上げることで、アクチュエータ1は、線材6の他端6b側を一端6a側へ引っ張ると云う作動を実現している。
上述したアクチュエータ1は、シート3と線材6との間に網状の被覆シート5を介在させているが(図20参照)、基本的には、膨張したシート3で線材6を、ほぼ直接的に押し上げる構成なので、作動させるごとにシート3の柔らかい表面に細い線材6が食い込むことになる。そのため、このような作動が繰り返されと、シート3の表面が線材6の食い込みにより劣化しやすくなると云う懸念がある。
In the
また、シート3は線材6と線接触するため、シート3が膨張して線材6を押し上げる場合、上述したように線材6がシート3の表面に食い込むため、シート3による線材6を押し上げる力が、食い込みにより分散されてしまい、その結果、線材6の他端6b側をリニア的に且つダイレクトに引っ張ると云う作動状況が幾分、弱められる事態が生じる。
In addition, since the
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、線材をリニア的に且つダイレクトに作動可能にすると共に、使用に伴うシートの劣化進行の抑制を図ったメンブレン方式のアクチュエータ、そのアクチュエータを用いた駆動装置、および、その駆動装置を用いたハンド装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. A membrane-type actuator that enables linear and direct operation of a wire rod and suppresses the progress of deterioration of a sheet accompanying use, and the actuator thereof. It is an object of the present invention to provide a drive device used and a hand device using the drive device.
上記課題を解決するために本発明に係るアクチュエータは、部材表面に流体の供給孔が開口してあるベース部材と、前記供給孔の開口を被って前記ベース部材の前記部材表面に配置してある伸縮変形が可能なシートと、前記シートを介在して前記ベース部材に取り付けてあり、前記供給孔の開口に対向する箇所に空洞部が形成してあると共に、該空洞部から外方へ貫通する貫通孔が形成してあるカバー部材と、前記空洞部に摺動可能に収めてある摺動部材と、一端側が前記ベース部材またはカバー部材に固定されており、前記摺動部材に接するように前記空洞部を横切ると共に、他端側が前記貫通孔を通過して前記カバー部材の外方に位置する線材とを備え、前記供給孔からの流体供給により膨張変形する前記シートの押圧で前記摺動部材が摺動して、前記線材の他端側が前記一端側へ引っ張られるようにしてあることを特徴とする。 In order to solve the above problems, an actuator according to the present invention includes a base member having a fluid supply hole opened on a member surface, and is disposed on the member surface of the base member so as to cover the supply hole. A sheet that can be expanded and contracted, and is attached to the base member with the sheet interposed therebetween, and a cavity is formed at a location facing the opening of the supply hole, and penetrates outward from the cavity. A cover member in which a through hole is formed, a sliding member that is slidably housed in the cavity, and one end side is fixed to the base member or the cover member, and the contact member is in contact with the sliding member. A wire rod that traverses the cavity and has the other end passing through the through-hole and positioned outside the cover member, and the sliding member is pressed by the sheet that is expanded and deformed by fluid supply from the supply hole But And moving, and the other end side of the wire material are to be pulled to the one end side.
本発明にあっては、伸縮変形が可能なシートを介在してベース部材へ取り付けられるカバー部材に空洞部を形成すると共に、その空洞部の内部に摺動可能に摺動部材を収め、その摺動部材に接するように線材を配置するので、線材は、直接的にシートに触れることはなくなり、摺動部材と接触する。そのため、流体が供給された場合、膨張変形したシートは、摺動部材を直接的に押圧することになる。この際、シートにより押圧される箇所は、摺動部材の部材表面となるので、押圧時にはシートと摺動部材は面接触し、細い線材がシート表面に食い込むことが無くなり、その結果、細い線材の食い込みに起因するシート表面の劣化を避けることが可能となる。 In the present invention, the cavity is formed in the cover member that is attached to the base member via a sheet that can be stretched and deformed, and the sliding member is slidably accommodated inside the cavity, and the slide Since the wire is arranged so as to be in contact with the moving member, the wire does not directly touch the sheet but comes into contact with the sliding member. Therefore, when a fluid is supplied, the expanded and deformed sheet directly presses the sliding member. At this time, since the portion pressed by the sheet is the surface of the sliding member, the sheet and the sliding member are in surface contact during pressing, and the thin wire does not bite into the sheet surface. It is possible to avoid deterioration of the sheet surface due to biting.
また、線材は、摺動部材に接するため、膨張変形したシートによる押圧で摺動する摺動部材のシートに比べて硬い部材表面でダイレクトに押し上げられ、線材はシートに食い込むことで生じていたリニア的に且つダイレクトな作動感の欠如が解消され、シートの膨張力を効率良く線材の他端側を一端側へ引っ張る力に変換して、アクチュエータの作動特性の改善および作動レスポンスの向上を達成できる。 In addition, since the wire is in contact with the sliding member, the wire is pushed up directly on the surface of the hard member compared to the sliding member that slides by pressing with the expanded and deformed sheet, and the linear material has been generated by biting into the sheet. In addition, the lack of direct operational feeling is eliminated, and the expansion force of the sheet can be efficiently converted into a force that pulls the other end of the wire to the one end to improve the actuator operating characteristics and the operating response. .
本発明に係るアクチュエータは、前記摺動部材が、前記線材と接する箇所の表面が凸状曲面にしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、前記手動部材の線材と接する箇所の表面が凸状曲面であるため、シートに比べて硬い部材表面に線材が接しても、部材表面の線材と接する箇所は、角(エッジ)などが無いなだらかな凸状曲面であるため、作動時に線材が部材表面に擦れて劣化することを極力抑制でき、長期間にわたりアクチュエータの安定した作動を確保できる。
The actuator according to the present invention is characterized in that the surface of the sliding member in contact with the wire has a convex curved surface.
In the present invention, since the surface of the manual member in contact with the wire is a convex curved surface, even if the wire is in contact with the hard member surface compared to the sheet, the portion in contact with the wire on the member surface is a corner ( Since the curved surface is a gentle convex surface having no edge), it is possible to prevent the wire rod from rubbing against the surface of the member during the operation, and to suppress deterioration as much as possible, and to ensure stable operation of the actuator for a long period of time.
本発明に係るアクチュエータは、前記摺動部材の摺動方向と直交する方向の寸法について、前記線材と接する側の少なくとも一部が、前記シートに押圧される側より大きくしてあり、前記空洞部は、前記摺動部材に応じた形状にしてあることを特徴とする。 The actuator according to the present invention is such that at least a part of a side in contact with the wire is larger than a side pressed against the sheet with respect to a dimension in a direction orthogonal to a sliding direction of the sliding member, Has a shape corresponding to the sliding member.
本発明にあっては、摺動部材の線材と接する側を摺動部材の頭部、反対側のシートに押圧される側を胴部とすれば、摺動部材の形状を胴部に比べて頭部の外径が大きくなるように形成すると共に、このような形状の摺動部材を摺動できるように空洞部を形成するので、頭部と胴部の外径寸法に差が無い摺動部材を用いる場合に比べて、少ない流体供給量で線材の引っ張り長さ(作動量)を大きくすることが可能となる。即ち、頭部が胴部に比べて大きい摺動部材と、頭部が胴部と同じ寸法の摺動部材の2つを比較した場合、両者の胴部が同じ寸法であれば、頭部が胴部に比べて大きい摺動部材の方が線材との接触長さが長くなり、同一量の流体を供給して同じ長さ分だけ両者を摺動させれば、前者の方が線材との接触長さが長い分だけ、線材の押し上げ量も長くなる。その結果、線材の押し上げ量が長い分だけ、アクチュエータとしての作動量も大きくできる。 In the present invention, if the side of the sliding member in contact with the wire is the head of the sliding member and the side pressed by the opposite sheet is the body, the shape of the sliding member is compared to the body. Since the outer diameter of the head is increased and the cavity is formed so that the sliding member having such a shape can be slid, there is no difference in the outer diameter of the head and the trunk. Compared to the case where a member is used, it is possible to increase the pulling length (operation amount) of the wire with a small amount of fluid supply. That is, when comparing two sliding members whose head is larger than the body and a sliding member whose head is the same size as the body, if both body are the same size, the head is The sliding member that is larger than the body part has a longer contact length with the wire, and if the same amount of fluid is supplied and both are slid by the same length, the former is the same as the wire. The longer the contact length is, the longer the wire is pushed up. As a result, the amount of operation as an actuator can be increased by the amount by which the wire is pushed up longer.
本発明に係るアクチュエータは、前記摺動部材の摺動方向と直交する方向の寸法について、前記線材と接する側が、前記シートに押圧される側より小さくしてあることを特徴とする。 The actuator according to the present invention is characterized in that, with respect to a dimension in a direction orthogonal to the sliding direction of the sliding member, a side in contact with the wire is smaller than a side pressed by the sheet.
本発明にあっては、摺動部材の線材と接する側を摺動部材の頭部、反対側のシートに押圧される側を胴部とすれば、摺動部材の形状を胴部に比べて頭部が小さくなるように形成するので、頭部と胴部の寸法に差が無い摺動部材を用いる場合に比べて、流体の供給に応じて線材の引っ張り長さ(作動量)を制御しやすくなる。即ち、頭部が胴部に比べて小さい摺動部材と、頭部が胴部と同じ寸法の摺動部材の2つを比較した場合、両者の胴部が同じ寸法であれば、頭部が胴部に比べて小さい摺動部材の方が線材との接触長さが短くなり、同一量の流体を供給して同じ長さ分だけ両者を摺動させれば、前者の方が線材との接触長さが短い分だけ、線材の押し上げ量も短くなる。そのため、流体の供給に対してアクチュエータの作動量が緩やかになり、流体供給により作動するアクチュエータの作動量の制御が容易になる。 In the present invention, if the side of the sliding member in contact with the wire is the head of the sliding member and the side pressed by the opposite sheet is the body, the shape of the sliding member is compared to the body. Since the head is formed to be smaller, the pulling length (operation amount) of the wire is controlled according to the fluid supply compared to the case of using a sliding member that has no difference in the dimensions of the head and body. It becomes easy. That is, when comparing two sliding members whose head is smaller than the trunk and a sliding member whose head is the same size as the trunk, the head is The sliding member that is smaller than the body part has a shorter contact length with the wire, and if the same amount of fluid is supplied and both are slid by the same length, the former is the same as the wire. As the contact length is shorter, the push-up amount of the wire becomes shorter. Therefore, the operation amount of the actuator becomes moderate with respect to the supply of the fluid, and the control of the operation amount of the actuator that operates by supplying the fluid becomes easy.
本発明に係るアクチュエータは、前記摺動部材に、前記線材が入り込む溝が表面に形成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、摺動部材に線材が入り込む溝が形成してあるので、摺動部材で線材を押し上げられて線材の他端側が一端側へ引っ張られる際に、線材が溝内で位置決めされる。そのため、線材が摺動部材で押し上げられた際、線材の引っ張られる方向に直交する向きへ線材が部材表面上を滑って位置ずれする事態が発生せず、押し上げ力を無駄にすることなく、確実に線材を引っ張る力に変換して、効率良くアクチュエータを作動させることができる。
The actuator according to the present invention is characterized in that a groove into which the wire enters is formed on the surface of the sliding member.
In the present invention, since the groove into which the wire enters the sliding member is formed, the wire is positioned in the groove when the wire is pushed up by the sliding member and the other end of the wire is pulled to one end. Is done. For this reason, when the wire is pushed up by the sliding member, there is no situation where the wire slides on the surface of the member in a direction perpendicular to the direction in which the wire is pulled, and the pushing force is not wasted. The actuator can be efficiently operated by converting the force into a wire pulling force.
本発明に係るアクチュエータは、前記貫通孔の前記空洞部に表出する孔縁が、曲状に形成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、貫通孔の空洞部に表出する孔縁が曲状に形成してあるので、空洞部を横切って貫通孔に入る線材が、摺動部材に押し上げられる際、貫通孔の孔縁に角(エッジ)が無いためスムーズに抵抗無く線材の他端側が引っ張られるようになり、その上、作動時に線材が孔縁に擦れて劣化することを極力抑制することができる。
The actuator according to the present invention is characterized in that a hole edge exposed to the hollow portion of the through hole is formed in a curved shape.
In the present invention, since the hole edge that appears in the cavity portion of the through hole is formed in a curved shape, when the wire rod that enters the through hole across the cavity portion is pushed up by the sliding member, the through hole Since there is no corner (edge) at the hole edge, the other end side of the wire is smoothly pulled without resistance, and it is possible to suppress as much as possible that the wire is rubbed and deteriorated during operation.
本発明に係るアクチュエータは、前記カバー部材が、前記貫通孔を境目にして二分割される第1部材および第2部材で形成してあることを特徴とする。
本発明にあっては、貫通孔を境目にした第1部材および第2部材を組み合わせてカバー部材を形成するので、線材を貫通させるための細い径の貫通孔の加工をドリルで行うことが不要となり、第1部材または第2部材の少なくともいずれかの一方の境界面に溝を形成して両部材を重ね合わせれば、自然と貫通孔が出来上がり、貫通孔の形成が容易になる。しかも、両部材を貼り合わせる際に、溝内に線材を配置しておけば、組合せ後は貫通孔内を線材が通過することになるので、線材を貫通孔に通す作業の容易化も達成できる。
The actuator according to the present invention is characterized in that the cover member is formed of a first member and a second member that are divided into two with the through hole as a boundary.
In the present invention, since the cover member is formed by combining the first member and the second member with the through hole as a boundary, it is not necessary to drill a thin-diameter through hole for penetrating the wire. Thus, if a groove is formed on the boundary surface of at least one of the first member and the second member and the two members are overlapped with each other, the through hole is naturally formed, and the formation of the through hole is facilitated. In addition, if the wires are arranged in the grooves when the two members are bonded together, the wires pass through the through holes after the combination, so that the work of passing the wires through the through holes can also be facilitated. .
本発明に係るアクチュエータは、前記ベース部材には、複数の供給孔が開口してあり、前記カバー部材には、前記複数の供給孔の開口に対応して複数の空洞部が形成してあると共に、各空洞部を連通する連通孔が形成してあり、前記複数の空洞部のそれぞれに前記摺動部材が収めてあり、前記線材は、前記連通孔を通過して前記複数の空洞部を横切るように配置してあることを特徴とする。 In the actuator according to the present invention, the base member has a plurality of supply holes, and the cover member has a plurality of cavities corresponding to the openings of the plurality of supply holes. The communicating holes are formed to communicate with each of the cavities, the sliding member is accommodated in each of the plurality of cavities, and the wire passes through the communicating holes and crosses the cavities. It arrange | positions like this.
本発明にあっては、複数の空洞部のそれぞれに収めた摺動部材を、流体の供給により摺動可能にしてあるので、各空洞部で線材の押し上げが行えるようになり、空洞部の個数分だけ、線材の引っ張り長および引っ張り力が増大し、結果としてアクチュエータの作動ストロークおよび作動力の増大を図れる。なお、全ての供給孔から同時に流体を供給する以外に、一部の供給孔だけで流体を供給するように流体の供給制御を行えば、全ての供給孔から流体を供給した場合に比べて、作動ストロークおよび作動力を抑制でき、使用状況に応じて作動ストロークおよび作動力を調整するような制御も可能となる。そのため、例えば、各供給孔へ順番に流体を供給していけば、作動ストロークおよび作動力を段階的に上げることも可能となる。 In the present invention, the sliding member housed in each of the plurality of cavities is made slidable by supplying fluid, so that the wire can be pushed up in each cavity, and the number of cavities Accordingly, the pulling length and pulling force of the wire increase, and as a result, the operating stroke and operating force of the actuator can be increased. In addition to supplying the fluid from all the supply holes at the same time, if the fluid supply control is performed so that the fluid is supplied by only some of the supply holes, compared to the case of supplying the fluid from all the supply holes, The operation stroke and the operation force can be suppressed, and a control for adjusting the operation stroke and the operation force according to the use situation is also possible. Therefore, for example, if the fluid is sequentially supplied to the supply holes, the operation stroke and the operation force can be increased stepwise.
本発明に係るアクチュエータは、前記線材が、複数であり、前記カバー部材には、複数の貫通孔が形成してあり、各線材は、相異する貫通孔を通過するようにしてあることを特徴とする。
本発明にあっては、複数の貫通孔を相違する線材が通過するので、摺動部材を摺動させると、各線材のいずれもが摺動部材で押し上げられて、各線材の他端側が一端側へ引っ張れるようになり、一つのアクチュエータで複数の線材を同時に引っ張ることが可能になる。そのため、各線材の他端側を、駆動させたい部材に取り付ければ、単一のアクチュエータで複数の部材を同時作動させることが可能となる。
The actuator according to the present invention is characterized in that there are a plurality of the wire rods, a plurality of through holes are formed in the cover member, and each wire rod passes through different through holes. And
In the present invention, since different wires pass through the plurality of through-holes, when the sliding member is slid, each wire is pushed up by the sliding member, and the other end of each wire is one end. It becomes possible to pull a plurality of wires simultaneously with one actuator. Therefore, if the other end side of each wire is attached to a member to be driven, a plurality of members can be operated simultaneously by a single actuator.
また、本発明に係る駆動装置は、上述した中のいずれかのアクチュエータを複数備え、各アクチュエータは、前記貫通孔の貫通方向と直交的な方向でそれぞれが対向するように配置してあると共に、線材の他端側に応じた端部同士が結合してあり、結合箇所に回動可能に取り付けてある回動部材を備え、各アクチュエータの線材の他端が、前記回動部材に取り付けてあることを特徴とする。 The drive device according to the present invention includes a plurality of any of the actuators described above, and each actuator is disposed so as to face each other in a direction orthogonal to the through direction of the through hole, End portions corresponding to the other end side of the wire rod are coupled to each other, and a rotating member that is pivotably attached to the coupling portion is provided, and the other end of the wire rod of each actuator is attached to the rotating member. It is characterized by that.
本発明にあっては、複数のアクチュエータを対向的に配置させた状態で、一方の端部同士を結合し、その結合箇所に回動自在に回動部材を取り付けると共に、各アクチュエータの線材の他端を回動部材に取り付けるので、回動部材をアクチュエータを設けた複数の方向へ(多方向へ)傾くように回動させられる。例えば、2つのアクチュエータを背中合わせに組み合わせた場合では、各アクチュエータを交互に作動させると、回動部材は丁度、首を振るように回動する。さらに2つを越えるアクチュエータを設けた場合は、アクチュエータの数だけ回動方向を増やすことができ、例えば、多数の方向を観察する必要がある装置に適用される回動機構に最適な構成となる。 In the present invention, in a state where a plurality of actuators are arranged to face each other, one end portions are coupled to each other, and a pivoting member is rotatably attached to the coupling portion. Since the end is attached to the rotating member, the rotating member can be rotated so as to incline in a plurality of directions (multi-directional) provided with the actuator. For example, in the case where two actuators are combined back to back, when the actuators are operated alternately, the rotating member rotates just like swinging its head. Further, when more than two actuators are provided, the number of rotation directions can be increased by the number of actuators. For example, the configuration is optimal for a rotation mechanism applied to an apparatus that needs to observe a large number of directions. .
本発明に係る駆動装置は、上述した線材および貫通孔を複数備えるアクチュエータを備え、前記アクチュエータの各貫通孔は、相違する外方向へ貫通するように形成してあり、前記アクチュエータの各貫通孔が外方向へ貫通する箇所に応じた端部のそれぞれに、回動可能に連結してある前記アクチュエータの線材と同数の回動部材を備え、前記アクチュエータの各線材の他端は、各回動部材にそれぞれ取り付けてあることを特徴とする。 A drive device according to the present invention includes an actuator including a plurality of the above-described wire rods and through-holes, and each through-hole of the actuator is formed to penetrate in a different outward direction, and each through-hole of the actuator is Each of the end portions corresponding to locations penetrating outwardly includes the same number of rotating members as the wire rod of the actuator that is rotatably connected, and the other end of each wire rod of the actuator is connected to each rotating member. It is characterized by being attached to each.
本発明にあっては、複数の線材を備えるアクチュエータに、線材と同数の回動部材を、各貫通孔の貫通箇所で回動可能に連結すると共に、各線材の他端を各回動部材に取り付けるので、一つのアクチュエータで複数の回動部材を回動させることができ、簡易且つコンパクトな構成で作動対象を複数にした機構を実現できる。なお、本発明に係る駆動装置は、対象物を保持、挟持するような用途に好適であり、例えば、生産現場のような場面におけるワークのハンドリング等の用途に最適となる。 In the present invention, the same number of rotating members as the wire rods are connected to an actuator including a plurality of wire rods so as to be rotatable at the through portions of the through holes, and the other ends of the wire rods are attached to the rotating members. Therefore, a plurality of rotating members can be rotated by one actuator, and a mechanism with a plurality of operating objects can be realized with a simple and compact configuration. The drive device according to the present invention is suitable for applications such as holding and clamping an object, and is optimal for applications such as workpiece handling in a scene such as a production site.
本発明に係る駆動装置は、上述した中のいずれかのアクチュエータを複数備え、複数のアクチュエータが、直列的に端部同士で回動可能に連結してあり、連結方向で一端側に位置するアクチュエータの端部に回動可能に連結してある回動部材を備え、アクチュエータ同士の連結箇所では、一方のアクチュエータの線材の他端が他方のアクチュエータに取り付けてあり、前記回動部材が連結されるアクチュエータの線材の他端は、該回動部材に取り付けてあることを特徴とする。 The drive device according to the present invention includes a plurality of any of the above-described actuators, and the plurality of actuators are connected in series so as to be rotatable between end portions, and are located on one end side in the connecting direction. A rotating member that is rotatably connected to the end portion of the actuator, and at the connecting portion between the actuators, the other end of the wire of one actuator is attached to the other actuator, and the rotating member is connected The other end of the actuator wire is attached to the rotating member.
本発明にあっては、アクチュエータを直列的に回動自在に連結して、一方のアクチュエータの線材の他端を他方のアクチュエータに取り付けると共に、連結されたアクチュエータの中で一端側に位置するアクチュエータには回動部材を回動自在に連結し、そのアクチュエータの線材の他端を回動部材に取り付けて駆動装置を構成するので、各アクチュエータの作動により装置全体が屈曲する動きを行う駆動装置を実現できる。また、アクチュエータおよび回動部材を細長状に形成した場合は、駆動装置を丁度、人間の指の一部に相当するような形態にでき、ロボットハンドの指部分などへの利用に好適となる。 In the present invention, the actuators are connected in series so as to be freely rotatable, the other end of the wire of one actuator is attached to the other actuator, and the actuator located on one end side of the connected actuators is connected to the actuator. Since the rotating member is pivotally connected, and the other end of the actuator wire is attached to the rotating member to constitute the driving device, a driving device that bends the entire device by the operation of each actuator is realized. it can. In addition, when the actuator and the rotating member are formed in an elongated shape, the drive device can be configured just like a part of a human finger, which is suitable for use in a finger part of a robot hand.
本発明に係る駆動装置は、回動可能に連結してあるもの同士が直線的な姿勢になるように付勢する付勢手段を備えることを特徴とする。
本発明にあっては、連結されたもの同士が直線的な姿勢になるように付勢する付勢手段を備えるので、アクチュエータを作動させない場合(流体を供給しない場合)でも、駆動装置がどのような向きにあっても、各アクチュエータ等を直線的な姿勢にでき、駆動装置の作動前の状態を各アクチュエータ等が直線的に並んだ姿勢を安定して確保でき、アクチュエータの作動と非作動の姿勢変化にメリハリをつけることができる。
The drive device according to the present invention includes an urging unit that urges the devices connected so as to be rotatable so as to have a linear posture.
In the present invention, since the urging means that urges the connected ones to be in a linear posture is provided, even if the actuator is not operated (when no fluid is supplied), the driving device can be operated in any way. Even if the actuator is in any orientation, each actuator, etc. can be in a straight posture, and the actuator can be stably placed in a straight posture in which the actuator is in a linear state before the operation of the drive device. It is possible to sharpen the posture change.
本発明に係るハンド装置は、上述した直列的に複数のアクチュエータが連結される駆動装置を複数備え、各駆動装置のアクチュエータの中で、連結方向で他端側に位置するアクチュエータ同士を結合してあることを特徴とする。 The hand device according to the present invention includes a plurality of drive devices to which a plurality of actuators are connected in series, and the actuators located on the other end side in the connection direction are coupled to each other among the actuators of each drive device. It is characterized by being.
本発明にあっては、各駆動装置に含まれる他端側のアクチュエータ同士を結合するので、結合された部分全体が丁度、人間の掌に相当する部分になり、掌に相当する部分から指状に各駆動装置の残りの部分が突出した形態の駆動装置を実現できる。なお、人間の手と同等な動きを確保するためには、人間の指と同等に5体の駆動装置を配置することが必要であり、このような人間の手と同等な動きを実現できるハンド装置は、人間型ロボットのハンド部又は義手として利用可能になる。 In the present invention, since the actuators on the other end side included in each driving device are coupled together, the entire coupled portion is exactly the portion corresponding to the human palm, and the finger-like shape from the portion corresponding to the palm. In addition, it is possible to realize a drive device in which the remaining portion of each drive device protrudes. In order to ensure movement equivalent to that of a human hand, it is necessary to arrange five drive devices equivalent to human fingers, and such a hand that can realize movement equivalent to that of a human hand. The device can be used as a humanoid robot hand or prosthesis.
本発明にあっては、膨張したシートにより摺動する摺動部材で線材を押し上げてアクチュエータを作動させるので、シートに対する負荷を低減してシートの劣化を抑制できると共に、硬い表面の摺動部材でダイレクトに線材を押し上げるので、アクチュエータの作動量の増大および作動レスポンスの向上を図れる。
また、本発明にあっては、摺動部材を凸状曲面にして線材と接触させるので、作動時に線材が擦れて劣化することを抑制できると共に、線材と摺動部材の接触をスムーズにでき作動レスポンスも一段と向上できる。
In the present invention, the actuator is operated by pushing up the wire rod with the sliding member that slides with the expanded sheet, so that the load on the sheet can be reduced and deterioration of the sheet can be suppressed, and the sliding member with a hard surface can be used. Since the wire is pushed up directly, the operation amount of the actuator can be increased and the operation response can be improved.
In the present invention, since the sliding member is formed into a convex curved surface and brought into contact with the wire, the wire can be prevented from rubbing and deteriorating during operation, and the contact between the wire and the sliding member can be smoothly operated. Response can be further improved.
本発明にあっては、胴部に比べて頭部が大きい形状の摺動部材を用いて、線材との接触寸法を長くするので、胴部と頭部が同じ大きさの摺動部材を用いた場合に比べて、アクチュエータの作動量を大きくできる。
一方、本発明にあっては、胴部に比べて頭部が小さい形状の摺動部材を用いて、線材との接触寸法を短くするので、胴部と頭部が同じ大きさの摺動部材を用いた場合に比べて、アクチュエータの作動量の制御を容易に行える。
In the present invention, since the contact dimension with the wire is increased by using a sliding member having a larger head than the trunk, a sliding member having the same size as the trunk is used. The amount of operation of the actuator can be increased compared to the case where
On the other hand, in the present invention, since the contact size with the wire is shortened by using a sliding member having a smaller head than the trunk, the sliding member having the same size as the trunk and the head. Compared with the case of using, the operation amount of the actuator can be easily controlled.
本発明にあっては、摺動部材に線材が入り込む溝が形成してあるので、摺動部材で線材を押し上げられても、線材が摺動部材の表面から滑り落ちることなく線材の位置を確保してアクチュエータの確実な作動を維持できる。
また、本発明にあっては、貫通孔の空洞部に表出する孔縁が曲面状に形成してあるので、空洞部を横切る線材が、貫通孔の孔縁で擦れて劣化することを防止でき、長期にわたりアクチュエータの安定した作動を確保できる。
さらに、本発明にあっては、カバー部材を、第1部材および第2部材の組み合わせで形成するので、アクチュエータの製作および組み立ての効率化を図れる。
In the present invention, since the groove into which the wire enters the sliding member is formed, even if the wire is pushed up by the sliding member, the position of the wire is secured without sliding down from the surface of the sliding member. Thus, reliable operation of the actuator can be maintained.
Also, in the present invention, the hole edge that appears in the cavity portion of the through hole is formed in a curved shape, so that the wire material crossing the cavity portion is prevented from rubbing and deteriorating at the hole edge of the through hole. And stable operation of the actuator can be secured over a long period of time.
Furthermore, in the present invention, since the cover member is formed by a combination of the first member and the second member, the actuator can be manufactured and assembled efficiently.
本発明にあっては、複数の空洞部のそれぞれに摺動部材を収めると共に、各摺動部材と接するように線材を配置するので、1つの摺動部材で線材を押し上げる場合に比べて、線材に対する引っ張り力および引っ張り長さの両方を増大でき、アクチュエータの作動性能を向上できる。
また、本発明にあっては、複数の貫通孔に相違する線材を通過させるので、駆動させる対象を複数にすること、または一つの駆動対象に複数の線材を取り付けて作動させること等が可能となり、アクチュエータの適用範囲を広げられる。
In the present invention, the sliding member is housed in each of the plurality of cavities, and the wire is disposed so as to be in contact with each sliding member. Therefore, compared to the case where the wire is pushed up by one sliding member, the wire Both the pulling force and the pulling length for the actuator can be increased, and the operating performance of the actuator can be improved.
Further, in the present invention, since different wire rods are passed through a plurality of through-holes, it is possible to make a plurality of objects to be driven or to operate by attaching a plurality of wire rods to one drive object. The range of application of actuators can be expanded.
本発明にあっては、複数のアクチュエータを対向的に配置させた状態で、端部同士を結合し、その結合箇所に回動自在に回動部材を取り付けると共に、各アクチュエータの線材の他端を回動部材に取り付けるので、複数のアクチュエータを切り替えて作動させれば、首を振るような形態で回動部材を駆動できる駆動装置を実現できる。
本発明にあっては、相違する外方向へ貫通する複数の貫通孔を設けたアクチュエータの各貫通孔に応じた箇所のそれぞれに、回動部材を回動可能に連結するので、一つのアクチュエータで複数の回動部材を効率的に駆動できる形態の駆動装置を実現できる。
In the present invention, in a state where a plurality of actuators are arranged to face each other, the end portions are coupled to each other, and a pivot member is attached to the coupling portion so as to be pivotable, and the other ends of the wire rods of the respective actuators are attached. Since it attaches to a rotation member, if it switches and operates several actuators, the drive device which can drive a rotation member in the form which shakes a neck is realizable.
In the present invention, the rotating member is rotatably connected to each of the locations corresponding to each through hole of the actuator provided with a plurality of different through holes penetrating in the outward direction. A drive device that can efficiently drive a plurality of rotating members can be realized.
本発明にあっては、複数のアクチュエータを直列的で回動自在に連結し、連結方向の一端側に位置するアクチュエータには回動部材を回動自在に連結するので、装置全体が伸びた状態から屈曲した状態に変化する形態の駆動装置を実現できる。
また、本発明にあっては、連結されたもの同士が直線的な姿勢になるように付勢する付勢手段を設けるので、流体を供給しない場合には、全体を直線的な姿勢にして、流体を供給した場合の姿勢との差(アクチュエータの作動時と、非作動時の差)を明確にでき、姿勢変化の切替を明白にした使いやすい駆動装置を実現できる。
In the present invention, a plurality of actuators are connected in series and turnable, and a turn member is turnably connected to the actuator located on one end side in the connection direction, so that the entire apparatus is extended. It is possible to realize a drive device that changes from a bent state to a bent state.
Further, in the present invention, since a biasing means for biasing the connected ones in a linear posture is provided, when not supplying fluid, the whole is in a linear posture, A difference between the posture when the fluid is supplied (difference between when the actuator is activated and when it is not activated) can be clarified, and an easy-to-use drive device that clearly changes the posture change can be realized.
さらに、本発明にあっては、複数のアクチュエータを直列的に連結した各駆動装置に含まれる他端側のアクチュエータ同士を結合するので、装置全体として人間の手(ハンド)と同等の形態を実現でき、人間型ロボットのハンド部又は義手として好適に利用できる。 Furthermore, in the present invention, since the actuators on the other end side included in each drive device in which a plurality of actuators are connected in series are coupled to each other, a form equivalent to a human hand as a whole is realized. It can be suitably used as a hand part or a prosthetic hand of a humanoid robot.
図1および図2(a)(b)は、本発明の第1実施形態に係るアクチュエータ10を示している。このアクチュエータ10は、流体の供給を行うことで、図6(a)(b)に示すように線材16の他端16b側を一端16a側へ引っ張る作動形態を実現したものであり、メンブレン(シート13)により摺動するピストン17を内蔵することで、線材16が直接、シート13に接触しないようにして、シート13の劣化を抑制すると共に、線材16をピストン17でダイレクトに押し上げて、リニア的に且つダイレクトな作動特性を発揮できるようにしたことを特徴にしている。
1 and 2 (a) and 2 (b) show an
図1、2等に示すように、アクチュエータ10は、板状のベース部材12に、第1部材14および第2部材15で構成されるブロック状のカバー部材10aを、シート13を介在させて取り付ける共に、カバー部材10aの内部に空洞部11を設け、その空洞部11にピストン17(摺動部材に相当)を摺動可能に収めた構成になっている。さらにアクチュエータ10は、カバー部材10aの空洞部11から外方へ貫通する貫通孔18(図2(b)参照)を形成すると共に、空洞部11を横切り貫通孔18を通過して外方へ抜ける線材16を具備している。以下、アクチュエータ10を構成する各部を詳説する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、各図で示す内容の位置関係および方向等を明確にするため、各図には図1に示すX、Y、Z軸を基準軸として表している。X軸はベース部材12の長辺方向に沿った方向の軸であり、以下、Y軸はベース部材12の短辺方向に沿った方向、Z軸はベース部材12の厚み方向に沿った方向(ピストン17の摺動方向)の軸である。
In order to clarify the positional relationship and direction of the contents shown in each figure, the X, Y, and Z axes shown in FIG. 1 are shown as reference axes in each figure. The X axis is an axis in the direction along the long side direction of the
先ず、図1に示すベース部材12は、所要の剛性を有する合成樹脂製の部材であり、シート14の配置側となる部材表面12aの周囲に計4箇所のネジ穴12fを形成している。また、ベース部材12は、部材表面12aの中央付近に、カバー部材10aの空洞部11の内径と同等の寸法の直径を有する円状(三次元的には、短尺な円柱状)の凹部12cを形成し、その凹部12cの底面12dの中央に流体の供給孔12eを開口させている。この供給孔12eは、ベース部材12の裏面12bまで貫通しており、ベース部材12の裏面12bの供給孔12eの開口には、継ぎ手Tを介して流体供給用のホースHを取り付けている(図2(a)(b)参照)。
First, the
なお、ホースHの図示していない他端部には、流体供給源が接続されることになる。この流体供給源には、流体の供給及び供給した流体の吸い込みを交互に行うシリンジタイプ(注射器タイプ)のものが好適であり、例えば、シリンジ内(注射器のシリンダ内)のピストンをモータ等で往復駆動させる制御が可能な流体供給源が、アクチュエータ10に好適である。
A fluid supply source is connected to the other end of the hose H (not shown). The fluid supply source is preferably a syringe type (syringe type) that alternately supplies the fluid and sucks the supplied fluid. For example, the piston in the syringe (inside the cylinder of the syringe) is reciprocated by a motor or the like. A fluid supply source capable of being driven is suitable for the
また、シート13は、ニトリルゴム等を材料としたシート材を用いており、引張り応力を受けると伸張して変形し、引張り応力を解放すると元の状態に収縮するような特性を有し、本実施形態では流体の供給に伴い膨張するように変形伸張することになる(図6(a)(b)参照)。なお、シート13は、ベース部材12の表面に配置された場合、ベース部材12の各ネジ穴12fとそれぞれ連通する穴13aを周囲に設けている。
Further, the
ブロック状のカバー部材10の下層を構成する第1部材14は、所要の剛性を確保した合成樹脂製の平板状部材であり、シート13を挟んでベース部材12に重ねられた場合にベース部材12の凹部12cと対向する箇所(供給孔12eの開口に対向する箇所)に、円柱状のシリンダ穴14cを形成している。このシリンダ穴14cは、ピストン17の外径d(図5(a))より大きい内径D(D>d)で形成されており、(図3(a)参照)、ピストン17をZ軸方向へ摺動可能に収められるようにしている。
The
また、第1部材14は、シリンダ穴14cからX軸方向に沿って外方向へ延伸する溝部14dを、第2部材15との境界面となる表面14aに凹設している。この溝部14dは、延伸方向に直交する向きの溝断面が半円状であると共に(図3(b)参照)、溝断面の大きさは線材16が通過できる寸法になっている。また、溝部14dは、外方に表出する面14e側の端部14gに、図4(a)(b)に示すように、半円錐状のザグリを形成し、端部14gの周縁にエッジ(角)が生じないようにしている。なお、第1部材14の周囲にも、シート13の穴13aと連通するボルトB用の穴14fを形成している。
Further, the
第1部材14に積層される第2部材15は、第1部材14に比べて厚み寸法が大きい板状部材であり、所要の剛性を確保した合成樹脂製である。第2部材15は、第1部材14の表面14aへ積層した場合、第1部材14のシリンダ穴14cと対向する箇所に、下面15bから窪んだ窪部15cを形成している。窪部15cは、シリンダ穴14cと同等の内径Dで形成された円柱状の窪みであり、天側の部分は半球状に形成されている。
The
さらに、第2部材15は、図3(a)(b)に示すように、第1部材14に積層した状態で、第1部材14の溝部14dのピストン穴14c側の端部14hと対向する裏面15bの箇所に、なだらかな曲面状に切り欠いたテーパ部15fを形成し、窪部15cの端縁における溝部14dとの対向箇所からエッジ(角)を無くしている。さらにまた、第2部材15は、図4(a)(b)に示すように、第1部材14に積層した状態で、第1部材14の溝部14dの外方側の端部14gと対向する箇所にも、円錐状の切り欠いたザグリ部15gを形成して、エッジ(角)が生じないようにしている。なお、第2部材15も、第1部材14へ積層した状態で、穴14fと連通するボルトB用の穴15eを形成すると共に、窪部15cのX軸方向に沿った横方に、裏面15bから表面15aへ貫通する線材用穴15dを穿設している。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
また、本実施形態の線材16は、所定の引っ張り強度に耐え得ると共に、なだらかな表面を有した合成樹脂糸を用いている。なお、このような合成樹脂糸の他にも各種金属、各種合成樹脂、各種繊維で生成された所要の引っ張り強度を確保した糸を、本発明では用いることが可能である。
Further, the
最後に、線材16の押し上げを行うピストン17について説明する。ピストン17は、図1及び図5(a)〜(c)に示すように、円柱状の胴部17a(ピストン17の摺動方向でシート13に押圧される側に相当。以下同様)の上に、半球状の頭部17d(ピストン17の摺動方向で線材16と接する側に相当。以下同様)が存在し、全体としては短尺な砲弾状になっている。ピストン17の胴部17aの外径寸法(底面17cの円の直径寸法に相当)はdであり(図5(a)参照)、頭部17の外径(半球の直径寸法に相当)と同寸法になっている。
Finally, the
また、ピストン17は、頭部17aに溝17dを凹設している。溝17dは、頭部17bの頂点を通過するように形成されており、線材16が入り込めるように、第1部材14の溝部14dと同等の寸法になっている。また、溝17dの溝底面17eは、アクチュエータ10の作動時に線材16と接触して線材16を押し上げる箇所になり、頭部17aの表面と同様の凸状曲面に形成して、線材16に対してエッジ(角)が生じないようにしている。なお、溝17が線材16と接する箇所(本実施形態では溝底面17e)の曲面形状は、円弧的(円柱状の周面形状等も含む)な曲面、曲率が変化する曲面(放物線てきな曲面形状等も含む)などを適用できる。また、ピストン17も合成樹脂で軽量に形成されている。
The
次に、図1、2等に基づいて、アクチュエータ10の組立手順を説明する。先ず、ベース部材12の部材表面12aへ供給孔12eの開口を被うようにシート13を配置し、そのシート13の上に第1部材14を配置する。それから、第1部材14のシリンダ穴14c内にピストン17を配置する。この状態で、第2部材15において、線材用穴15dに裏面15bから表面15aまで線材16の一端16aを挿通させて、一端16aを止め具T(図2(a)参照)で線材用穴15dから抜け落ちないように固定してから、第2部材15を第1部材14の表面14aへ積層する。
Next, the assembly procedure of the
第2部材15を積層する際は、線材16が窪部15cおよびシリンダ穴14cを横切って、シリンダ穴14c内に収められたピストン17の溝17d内に入り込んで溝底面17eに接触させると共に、第1部材14の溝部14dを通過して他端16bが外方に位置するように布設した状態にして、第1部材14の上に第2部材15を重ね合わせる。そして、ボルトBを第2部材15の周囲に設けた穴15dから挿入して、ベース部材12の計4箇所のネジ穴12fに螺合して締結することにより、シート13を挟んだ状態で各部材12、14、15を固定し、アクチュエータ10を完成する。
When laminating the
完成したアクチュエータ10は、第1部材14および第2部材15が一体となってカバー部材10aを形成し、カバー部材10aの内部には、第1部材14のシリンダ穴14cおよび第2部材15の窪部15cが組み合わされて空洞部11(図2(a)(b)参照)が形成されると共に、この空洞部11からは、第1部材14の溝部14dが第2部材15の裏面15bで閉鎖されることで生じる貫通孔18が外方へ向けて貫通している。また、貫通孔18には、空洞部11を横切る線材16が通過することになり、線材16の一端16a側は、空洞部11に表出しない部分では丁度、第1部材14の表面14aと、第2部材15の裏面15bで挟持されてカバー部材10aに取り付けられた状態になっている。
In the completed
このように、本実施形態のアクチュエータ10は、カバー部材10aを、貫通孔18を境目にして二分割される第1部材14および第2部材15の組合せにより形成するので、貫通孔18の形成および空洞部11の形成を容易にでき、さらには、ピストン17の配置および線材16の布設も容易に行うことができ、アクチュエータ10の組み付け作業の効率化を図っている。次に、アクチュエータ10の作動状況について説明する。
Thus, in the
図6(a)は、図2(b)に示す非作動状態のアクチュエータ10から、作動を開始した状況を示している。アクチュエータ10の作動は、ホースHからアクチュエータへ向けて流体(例えば、空気)を供給することで開始し、供給された流体は供給孔12eを抜けて凹部12c内に充満し、シート13に流体圧がかかる。流体圧がかかった状態でシート13は、空洞部11の方へ伸張できるため、供給された流体により空洞部11側へ膨張変形する。
FIG. 6A shows a state in which the operation is started from the
シート13が膨張変形することで、空洞部11内でシート13の上に位置していたピストン17がシート13に押圧され、ピストン17は、空洞部11内をZ軸方向(深さ方向)に沿って(図6(a)中の白矢印方向)へ摺動する。なお、ピストン17は、直径寸法がdである円形の底面17cでシート13により押圧されるので、ピストン17とシート13とは面接触になり、線材16を直接押し上げる場合に比べて、シート13の表面に対する負担は低減されると共に、面接触でダイレクトにピストン17を押し上げるため、シート13の膨張に伴う力をリニア的に且つダイレクトにピストン17へ伝えることができる。
As the
このようにピストン17が上方へ摺動すると、ピストン17の溝17d内に入り込んでいる線材16が押し上げられ、線材16の一端16a側はカバー部材10aに固定されているため、自由端であるカバー部材10aの外方に位置する他端16b側が一端16a側へ引っ張れるようになる(図6(a)中の線材16に対して示す矢印方向へ他端16bが引っ張られる)。
When the
図6(b)は、図6(a)に示す状態から更に流体の供給が進んだ状態を示しており、シート13の更なる膨張(台形状に膨張)によりピストン17が一段と空洞部11の天側へ摺動し、ピストン17に接触する線材16がピストン一層押し上げられて、他端16b側が一端16a側へと引っ張られている。このように、線材16がピストン17に押し上げられても、図3(a)に示すように、貫通孔18の空洞部11内に表出する孔端18aの孔縁18bは、曲面状に切り欠いたテーパ部15fになっているので、線材16がエッジにより擦り切れるような事態も生じない。さらに、線材16は、ピストン17の所定の硬度を有する曲面で押し上げられるため、シート13の押し上げ力が線材16の食い込みにより分散することがなくなり、シート13の押し上げ力を効率良く線材16を引っ張る力に変換できる。しかも、押し上げられる線材16はピストン17の溝17dに入り込んでいるため、押し上げられても線材16がY軸方向へ位置ズレすることもなく、線材16を引っ張ることができる。
FIG. 6B shows a state in which the supply of fluid has further advanced from the state shown in FIG. 6A, and the
よって、アクチュエータ10を作動させると、線材16の他端16b側をカバー部材10aの内部に引き込むように引っ張るため、他端16bを、駆動させたい部材に取り付けることで、その部材をアクチュエータ10の作動により駆動させることができる。
Therefore, when the
なお、図6(b)の状態から、図2(a)の状態へ戻すには、アクチュエータ10へ供給した流体をホースHから外方へ排出することで行い、流体の排出に伴い、膨張していたシート13は、収縮して図6(a)の状態から図2(b)に示すフラットな状態へ変化し、それによりピストン17もベース部材12へ近づくように摺動して、線材16の押し上げを解放する。このような流体の排出は、ホースHの他端に接続した流体供給源で流体の吸い込み動作を行うことで実現できる。よって、流体供給源で流体の供給及び吸い込みを繰り返すと、線材16の他端16b側が往復するように移動し、他端16bに取り付ける対象を自由に動かすことができる。
In order to return from the state shown in FIG. 6B to the state shown in FIG. 2A, the fluid supplied to the
アクチュエータ10が駆動対象を作動させられる力(作動力)、即ち、線材16の他端16bを引っ張る力は、シート13が膨張した容積に関係し、膨張した容積が大きいほど引張り力も大きくなる。そのため、大きい引張り力が必要な場合は、空洞部11の内径寸法(図3(a)に示す内径D)およびピストン17の外径寸法(図5(a)に示す外径d)をともに大きくすることが好適であり、この場合は、線材16とピストン17との接触長さも長くなるので、線材16の引っ張り長さも増大できる。
The force (actuating force) that causes the
なお、上述したアクチュエータ10において、供給する流体としては、気体(空気、希ガス等)を用いる以外に、液体(圧油のような作動液体)を用いることができ、この場合はベース部材12、シート13、及びホースH等には液体に耐え得る材質で作られたものを用いることが重要である。また、上述したアクチュエータ10では、カバー部材10aを第1部材14および第2部材15の組合せで構成しているが、貫通孔18の加工等を工夫することで、一体の部材でカバー部材10aを形成することも勿論可能である。さらに図1、2等に示すようにアクチュエータ10は、第2部材15の線材用穴15dを穿設して線材16の一端16a側をカバー部材10a(第2部材15)に固定するようにしているが、第1部材14、シート13およびベース部材12に線材用穴を穿設して、線材16の一端16aをベース部材12の裏面12bまで通過させ、ベース部材12の裏面12bで上記と同様に一端16a側を固定してもよい。
In the
図7は、上述したアクチュエータ10と同等の構成を有する第1アクチュエータ20、第2アクチュエータ30、及び第3アクチュエータ40を直列的に端部同士で連結すると共に、連結方向で一端側に位置する第4アクチュエータ40の端部に回動部材50を連結した構成の駆動装置19を示している。
FIG. 7 shows a
駆動装置19が具備する各アクチュエータ20、30、40は、ベース部材22、32、42にシート23、33、43を介在させて、カバー部材20a、30a、40aを構成する第1部材24、34、44および第2部材25、35、45を取り付けている。なお、カバー部材20a、30a、40aの内部には、空洞部21、31、41が形成されると共に、ピストン27、37、47が摺動可能に収められており、空洞部21、31、41をピストン27、37、47に接触して横切る線材26、36、46が外方へ延出し、各線材26、36、46の他端が連結先の部材へ取り付けられている。
The
駆動装置19は、各アクチュエータ20〜40を、それぞれ回動可能に連結しており、また、第3アクチュエータ40と回動部材50も回動可能に連結している。さらに、駆動装置19は第1アクチュエータ20に第1ホースH1、第2アクチュエータ30に第2ホースH2、第3アクチュエータ40に第3ホースH3をそれぞれ取り付けて、各アクチュエータ20〜40に流体を独立して供給できるようにしている。以下、駆動装置19の各部を詳説する。
The
先ず、駆動装置19の先端に位置する回動部材50と第3アクチュエータ40は、第3回動軸R3を中心に回動部材50が回動できるように連結されている(図8(b)、図9(b)参照)。第3アクチュエータ40は、ベース部材42における回動部材50との連結端をカバー部材40aより延出し、その延出した箇所の幅方向の中央に凹部42gを形成し、一方、回動部材50は第3アクチュエータ40との連結端部に凸部50aを形成し、この凸部50aをベース部材42の凹部42gに嵌め合わせると共に、第3回動軸R3を貫通させて、第3アクチュエータ40及び回動部材50を回動可能に連結している。
First, the
また、回動部材50は、第3回動軸R3から先端側へ所定の寸法だけ離れた箇所に貫通穴を穿設しており、裏面50bに線材固定用のワッシャを付帯させたボルトKを取り付け、第3アクチュエータ40の線材46の他端を、貫通穴を通過させてボルトKにより回動部材50の裏面50bに取り付けている。
Further, the
また、第3アクチュエータ40と第2アクチュエータ30との連結、及び第2アクチュエータ30と第1アクチュエータ20との連結は、上述した回動部材50と第3アクチュエータ40との連結と同等な構成にしている。
In addition, the connection between the
即ち、第3アクチュエータ40は、ベース部材42における第2アクチュエータ30との連結端をカバー部材40aより延出し、その延出した箇所の幅方向の中央から凸部42hを突設している。また、第2アクチュエータ30は、ベース部材32における第3アクチュエータ40との連結端をカバー部材30aより延出し、その延出した箇所の幅方向の中央に凹部32gを形成している。そして、第2アクチュエータ30は、凹部32gを第3アクチュエータ40の凸部42hに嵌め込み、第2回動軸R2を貫通させて両部材を回動可能に連結する。なお、第2アクチュエータ30の線材36の他端は、第3アクチュエータ40の線材46と同様に、第3アクチュエータ40のベース部材42に形成した貫通穴を通過させてボルトKで取り付けている。
That is, the
また、第2アクチュエータ30は、ベース部材32における第1アクチュエータ20との連結端をカバー部材30aから延出し、その延出した箇所の幅方向の中央から凸部32hを突設している。また、第1アクチュエータ20は、ベース部材22における第3アクチュエータ40との連結端をカバー部材30aより延出し、その延出した箇所の幅方向の中央に凹部22gを形成している。そして、第1アクチュエータ20は、凹部22gを第2アクチュエータ30の凸部32hに嵌め込み、第1回動軸R1を貫通させて両部材を回動可能に連結する。なお、第1アクチュエータ20の線材26の他端も、他の線材36、46と同様に、第2アクチュエータ30のベース部材32に形成した貫通穴を通過させてボルトKで取り付けている。
In addition, the
次に、図8(a)〜(c)および図9(a)(b)に基づいて駆動装置19の駆動状況を説明する。なお、図8(a)〜(c)および図9(a)(b)では、各アクチュエータ20、30、40のシート23、33、43の図示は省略している。まず、図8(a)は各アクチュエータ20、30、40を作動させていない状態を示し、駆動装置19は全体的に直線状の姿勢になっている。
Next, the drive status of the
図8(b)は、第3アクチュエータ40のみを作動させた状態を示している。この場合、第3ホースH3を通じて流体が供給されて第3アクチュエータ40のシート43が膨張変形し、それによりピストン47が空洞部41の天側へ摺動して線材46を押し上げている。その結果、線材46が第3アクチュエータ40側へ引っ張られ、線材46の他端が取り付けられている回動部材50が第3回動軸R3を中心に回動する。
FIG. 8B shows a state where only the
図8(c)は、第2アクチュエータ30のみを作動させた状態を示している。この場合、第2ホースH2を通じて流体が供給されて、第2アクチュエータ30のシート33が膨張変形し、線材36を引っ張るので、線材36の他端が取り付けられた第3アクチュエータ40が第2回動軸R2を中心に回動する。なお、第3アクチュエータ40の先端側に連結されている回動部材50も第3アクチュエータ40と直線状の姿勢を維持したまま、第3アクチュエータ40と共に第2回動軸R2を中心に回動する。
FIG. 8C shows a state where only the
図9(a)は、第1アクチュエータ20のみを作動させた状態を示している。この場合、第1ホースH1を通じて流体が供給されて、第1アクチュエータ20のシート23が膨張変形し、線材26を引っ張るので、線材26の他端が取り付けられた第2アクチュエータ30が第1回動軸R1を中心に回動する。なお、第2アクチュエータ30より先端側に連結されている第3アクチュエータ40および回動部材50も、第2アクチュエータ30に対してそれぞれ直線状の姿勢を維持したまま、第2アクチュエータ30と共に第1回動軸R1を中心に回動する。
FIG. 9A shows a state in which only the
図9(b)は、全アクチュエータ20、30、40を同時に作動させた状態を示している。この場合、同時的に各ホースH1、H2、H3を通じて流体を供給して、各アクチュエータ20、30、40のシート23、33、43を膨張変形させて各線材26、36、46を引っ張っている。それにより、第2アクチュエータ30は第1回動軸R1を中心に回動し、第3アクチュエータ40は第2回動軸R2を中心に回動し、回動部材50は第3回動軸R3を中心に回動し、駆動装置19は全体として丁度、人間の指を曲げたように大きく屈曲している。
FIG. 9B shows a state in which all the
なお、駆動装置19では、第1アクチュエータ20および第2アクチュエータ30に流体を供給して作動を行うこと、第1アクチュエータ20および第3アクチュエータ40に流体を供給して作動を行うこと、並びに、第2アクチュエータ30および第3アクチュエータ40に流体を供給して作動を行うことも勿論可能であり、このように各アクチュエータ20〜30への流体の供給を適宜行うことで様々な屈曲形状へ変形するように駆動装置19を駆動できる。また、各アクチュエータ20〜40への流体供給量を適宜制御することで屈曲程度も調整可能になる。よって、駆動装置19へ流体の供給を行う装置には、各アクチュエータ20〜40への供給切替、供給量制御等を行える仕様にすることが好適である。
The
なお、駆動装置19は、図7乃至図9に示す形態に限定されるものではなく、種々の変形例が存在し、例えば、アクチュエータの数を1個にした最小限の構成として、図7において第3アクチュエータ40及び回動部材50を回動可能に連結したものが考えられる。また、複数のアクチュエータを用いた構成としては、2個のアクチュエータを回動可能に直線状に連結したもの(図7で回動部材50、第3アクチュエータ40、および第2アクチュエータ30を用いた構成)、4個以上のアクチュエータを回動可能に直線状に連結した構成も適用できる。
The
図10(a)(b)は、変形例の駆動装置19′を示している。変形例の駆動装置19′は、アクチュエータ40′のカバー部材40a′の一部を構成する第2部材45′で、回動部材50′(図7の回動部材50に相当する部材)と連結していることが特徴である。即ち、第2部材45′は、回動部材50′との連結端側を、第1部材44′より延出し、その延出した箇所に凹部(図7に示す凹部42gと同等のもの)を設け、その凹部に回動部材50′の凸部を嵌め込み、第3回動軸R3を貫通させて両部材を回動可能に連結している。さらに、第2部材45′の回動部材50′との連結側の箇所には、表面45a′から裏面45b′へ抜ける挿通孔45f′を設け、線材16′の他端16b′を、図7とは逆側の面(表面50c′)で回動部材50′に取り付けている。
10 (a) and 10 (b) show a driving device 19 'according to a modification. A driving device 19 'according to a modified example is a second member 45' constituting a part of a
上述した駆動装置19′に対して、ホースH3から流体を供給すると、図10(b)に示すように、シート43′の膨張変形により、ピストン47′が空洞部41′内を摺動して、線材16′の他端16b′側を一端16a′側へ引っ張るので、回動部材50′が第3回動軸R3を中心に回動することになる。このような変形例の駆動装置19′は、図7に示す駆動装置19に比べて、回動した際に屈曲した内側になる面(表面50c′、45a′)をフラットにできると云うメリットがあり、屈曲させて回動部材50′と第2部材45′で何かを把持するような用途に最適となる。なお、図10(a)(b)では、回動部材50′とアクチュエータ40′との連結だけを示しているが、図10(a)(b)に示す連結構成は、他のアクチュエータ同士の連結にも適用可能である。
When a fluid is supplied from the hose H3 to the driving device 19 'described above, the piston 47' slides in the cavity 41 'due to the expansion deformation of the seat 43' as shown in FIG. 10 (b). Since the
図11は、上述した駆動装置19と同等の構成を有する第1駆動装置65、第2駆動装置66、第3駆動装置67、第4駆動装置68、及び第5駆動装置69を組み合わせて構成したハンド装置60を示している。ハンド装置60は、人間の手(左手)と同等な動きを実現できるように、第1駆動装置65を親指として機能させるように配置し、以下、第2駆動装置66を人差し指、第3駆動装置67を中指、第4駆動装置68を薬指、第5駆動装置69を小指としてそれぞれ機能させるように配置している。
FIG. 11 is configured by combining the
ハンド装置60は、各駆動装置65〜69の根元側(駆動装置に含まれる各アクチュエータの連結方向の他端側に相当)に位置するアクチュエータのベース部材同士を結合し、掌部61を一体的に形成している。掌部61は全体が平板状であり一面61aに各駆動装置65〜69を構成する各部材等を取り付けている。
The
具体的に掌部61は、親指の付け根に該当する箇所を、第1駆動装置65の根元側のアクチュエータを構成するカバー部材65a等を取り付ける第1取付部61bにすると共に、第1取付部61bから図11中で上方となる箇所に切欠部61cを形成して、第1駆動装置65の作動範囲を確保している。また、掌部61は、切欠部61cから図11中で上方となる上端縁を左側から順に第2取付部61d、第3取付部61e、第4取付部61f、及び第5取付部61gにしている。なお、第2取付部61d〜第5取付部61gは、微妙に高さを相異させると共に所定の間隔を開けている。
Specifically, the
掌部61は、第2取付部61dに、第2駆動装置66の根元側のアクチュエータを構成するカバー部材66a等を取り付け、第3取付部61eに、第3駆動装置67の根元側のアクチュエータを構成するカバー部材67a等を取り付け、第4取付部61fに、第4駆動装置68の根元側のアクチュエータを構成するカバー部材68a等を取り付け、第5取付部61gに第5駆動装置69の根元側のアクチュエータを構成するカバー部材69a等を取り付けて、ハンド装置60を形成している。なお、ハンド装置60は、各駆動装置65〜69に含まれるアクチュエータのそれぞれに独立して流体を供給するホース(図11では図示せず)を指の背となる側に取り付けている。
The
完成したハンド装置60は、流体が適宜供給されることにより、各駆動装置65〜69が図8(a)〜(c)及び図9(a)(b)等に示す姿勢になり、人間の手と同様な動きを実現できる。そのため、ハンド装置60は、生産現場での人間による把持の代替、及び人間型ロボットのハンド部に適用できることに加えて、人間の指と同等の動きを確保した義手としても適用できる。なお、ハンド装置60においても、各アクチュエータ等同士の連結箇所には、図10(a)(b)に示す変形例の連結構成を適用することも勿論可能である。
In the completed
図12(a)〜(c)は、図1、2等に示すアクチュエータ10の変形例に係るアクチュエータ70を用いた駆動装置80を示している。変形例のアクチュエータ70は、第1線材76−1及び第2線材76−2を備えることが特徴である。
FIGS. 12A to 12C show a driving
図13(a)は変形例のアクチュエータ70の第2部材75を取り外して、第1部材74を表出させた状態を示している。第1部材74は、空洞部71に応じたシリンダ穴74cの両側から延伸する第1溝部74dおよび第2溝部74gを形成していることが特徴であり、第1溝部74d(図13(a)中、左外方へ貫通する第1貫通孔78−1に相当)に第1線材76−1を通過させ、第2溝部74g(図13(a)中、右外方へ貫通する第2貫通孔78−2に相当)に第2線材76−2を通過させている。
FIG. 13A shows a state in which the
また、両線材76−1、76−2はピストン77の溝77dに入り込むと共に、第1線材76−1の一端76−1aは図2(a)(b)に示す構成と同等に第2部材75に取り付けられている(図12(a)参照)。また、第2部材75は、図示していないが、第2線材76−2を取り付けるための線材用穴を穿設しており、第2線材76−2の一端76−2aも図2(a)(b)と同等の方式で第2部材75に取り付けられている(図12(a)参照)。
Further, both the wires 76-1 and 76-2 enter the
変形例のアクチュエータ70は、作動対象となる第1回動部材81及び第2回動部材82を回動可能に取り付けるために、図12(b)に示すようにベース部材72の長手方向の左端部に第1凹部72a及び右端部に第2凹部72bをそれぞれ凹設している。その他の箇所について、アクチュエータ70は、図1、2等に示すアクチュエータ10と同等の構成にしており、ベース部材72にシート73を挟んで第1部材74を取り付けている。
The
また、変形例のアクチュエータ70を適用した駆動装置80は、アクチュエータ70のベース部材72の一方の凹部72a(第1貫通孔78−1が外方向へ貫通する箇所に応じた端部に相当)に、第1回動部材81の凸部81aを嵌め込んで第1回動軸R5を貫通させて第1回動部材81を回動可能に連結すると共に、他方の凹部72b(第2貫通孔78−2が外方向へ貫通する箇所に応じた端部に相当)には、第2回動部材82の凸部82aを嵌め込んで第2回動軸R6を貫通させて第2回動部材82を回動可能に連結している。また、駆動装置80は図7に示す形態と同様に、第1線材76−1の他端76−1bを第1回動部材81の裏面にボルト81bで取り付けると共に、第2線材76−2の他端76−2bを第2回動部材82の裏面にボルト82bで取り付けている。
Further, the driving
さらに、駆動装置80は、図12(b)に示すように、ベース部材72の凹部72a及び第1回動部材81の凸部81aによる連結箇所の両側を挟んで、ベース部材72の裏面と第1回動部材81の裏面を繋ぐ弾性部材83a、83b(付勢手段に相当)を接着すると共に、他方も同様に凹部72b及び凸部82aによる連結箇所を挟んで弾性部材83c、83dを接着している。各弾性部材83a〜83dは合成ゴムで形成されており、上記のように貼り付けられることで、アクチュエータ70のベース部材72に対して第1回動部材81及び第2回動部材82が直線的な姿勢になるように付勢される。なお、各弾性部材83a〜83dは、合成ゴム製の弾性部材の替わりに、天然ゴム、板バネ、引張りコイルバネ等からなる弾性部材を用いてもよい。また、これらの各種弾性部材(付勢手段)は、図7等に示す駆動装置19の部材同士の連結箇所にも適用可能である。
Further, as shown in FIG. 12B, the driving
上述した構成の駆動装置80にホースHを通じて流体を供給してアクチュエータ70を作動させると、図12(c)に示すように、シート73が膨張して第1線材76−1を引き込むように引っ張るので、第1回動部材81を第1回動軸R5を中心にして弾性部材83a、83bの付勢に抗して回動させる。それと同時に、アクチュエータ70は、第2線材76−2も引き込むように引っ張るので、第2回動部材82を第2回動軸R6を中心にして弾性部材83c、83dの付勢に抗して回動させる。
When a fluid is supplied to the driving
よって、駆動装置80は、一つのアクチュエータ70で第1回動部材81及び第2回動部材82を同時に回動可能にしており、シンプルな構成で複数の部材を作動させられる。しかも、アクチュエータ70を作動させない状態では、各弾性部材83a〜83dの付勢力により各回動部材81、82は直線的な姿勢になるため、アクチュエータ70の作動、非作動で各回動部材81、82の姿勢を明確に変化させることができ、駆動装置80は生産現場におけるワークの把持等に対して好適に適用可能になる。
Therefore, the driving
なお、駆動装置80では、図13(a)に示すように各線材76−1、76−2がピストン77の同一の溝77dに入り込むため、アクチュエータ70の作動時には、両者が擦れることになる。これを避けるためには、図13(b)に示す頭部77b′に第1溝77f′および第2溝77g′を形成した変形例のピストン77′を用いることが好適である。この場合、線材の引っ張り量を適正に確保するためには、両方の溝間隔W1を出来るだけ小さくして、頭部77b′の頂点近くを線材が通過できるようにすることが望ましい。
In the driving
また、図13(c)は、変形例のピストン77′を適用するための第1部材74′の構成を示しており、第1部材74′は、ピストン77の各溝77f′、77g′に合わせて、長手方向の中心線からオフセットさせて第1溝部74d′(第1貫通孔78−1′に相当)および第2溝部74g′(第2貫通孔78−2′に相当)を形成している。なお各溝部74d′、74g′の間隔距離W2は、ピストン77′の溝間隔W1と同等の寸法にしている。
FIG. 13C shows a configuration of a
第1部材74′およびピストン77′を用いた変形例のアクチュエータ70′も、第1溝部74d′に第1線材76−1′を通過させ、第2溝部74g′に第2線材76−2′を通過させている。よって、変形例に係るアクチュエータ70′を用いれば、各線材76−1′、76−2′が接触して擦れることもないため、線材の耐久性を長期にわたり維持できるメリットがある。
The modified actuator 70 'using the first member 74' and the piston 77 'also allows the first wire 76-1' to pass through the
なお、図12(a)〜(c)に示す駆動装置80においても、アクチュエータ70と、各回動部材81、82の連結においては、図10(a)(c)に示す構成(アクチュエータの第2部材と回動部材を回動可能に連結する構成)を適用することが可能であり、この場合、屈曲する側の面が出っ張らない形態を実現できる。
In the
図14(a)(b)は、図1、2等に示すアクチュエータ10と同等の構成を持つ第1アクチュエータ100及び第2アクチュエータ110を用いた駆動装置90を示している。駆動装置90は、各アクチュエータ100、110の貫通孔108、118の貫通方向(図中のX軸方向に相当)と直交的な方向(図中のZ軸方向)で各アクチュエータ100、110同士が所要の隙間91を隔てて対向するように配置され、ベース部材102、112の線材106、116の引出側の端部同士を結合した構成にしている。
FIGS. 14A and 14B show a driving
また、ベース部材102、112の結合箇所94には、多方向に回動できる連結ジョイント96の一部を埋設し、連結ジョイント96の結合箇所94から突出している部分に、回動部材95を取り付けている。回動部材95には、各アクチュエータ100、110の回動部材95側に延出している線材106、116の他端を図7等に示す構成と同様に、一面95a及び他面95bにボルト95c、95dでそれぞれ固定している。なお、回動部材95に取り付けられる線材106、116は、回動部材95が図中の矢印方向のいずれにも回動できるようにテンションを緩めにして、回動部材95へ取り付けられている。また、駆動装置90は、ベース部材102、112同士を対向させている隙間91a内に第1ホースH1および第2ホースH2を配置している。
Further, a part of the connection joint 96 that can be rotated in multiple directions is embedded in the
駆動装置90の作動状況は以下の通りである。先ず、第1ホースH1を通じて第1アクチュエータ100のみに流体の供給を行うと、シート103が膨張変形し、ピストン107が空洞部101内を摺動して線材106を押し上げ、線材106が回動部材95を引っ張る。それにより、回動部材95は図14(b)中に右矢印方向へ連結ジョイント96を中心にして回動する。
The operating status of the driving
上記のように回動部材95が右方向に回動した状態で、第1ホースH1を通じて流体の吸い込みを行うと共に、第2ホースH2を通じて第2アクチュエータ110に流体の供給を行うと、第2アクチュエータ110のシート113が膨張変形し、ピストン117が空洞部111内を摺動して線材116を押し上げ、線材116が回動部材95を引っ張る。それにより、回動部材95は図14(b)中に左矢印方向へ連結ジョイント96を中心にして回動する。
When the fluid is sucked through the first hose H1 and the fluid is supplied to the
この状態で、第2ホースH2を通じて流体の吸い込みを行うと共に、第1ホースH1を通じて第1アクチュエータ110に流体の供給を行うと、回動部材95は再度、右方向に回動した状態となり、以降、各ホースH1、H2で流体の吸い込み及び供給を交互に切り替えることで、回動部材95は左右に首を振るように回動する。よって、駆動装置90は、図7等に示す駆動装置19に比べて回動範囲(回動可能な角度範囲)を大きく確保でき、大きな回動範囲を必要とする用途に好適となる。なお、図14(a)(b)では2つのアクチュエータを対向的に配置して駆動装置90を形成しているが、3個以上のアクチュエータを対向的に配置して駆動装置を形成、回動部材を更に多方向に回動させることも可能である。
In this state, when the fluid is sucked through the second hose H2 and the fluid is supplied to the
図15(a)(b)は、本発明の第2実施形態に係るアクチュエータ120を示し、第2実施形態のアクチュエータ120は、図1、2等に示す第1実施形態のアクチュエータ10と比較して、計3個の空洞部(第1空洞部1211〜第3空洞部1213)を設け、各空洞部内のそれぞれにピストン(第1ピストン1271〜第3ピストン1273)を摺動可能に収めて、各空洞部1211〜1213を連続的に横断するように線材126を配置したことが特徴になっている。
FIGS. 15A and 15B show an
具体的にアクチュエータ120は、ベース部材122に間隔を空けて直線状に計3個の供給孔(第1供給孔1221〜第3供給孔1223)を穿設し、下面側には各供給孔へ継ぎ手を介してホース(第1ホースH1〜第3ホースH3)を接続している。また、アクチュエータ120は、第1部材124および第2部材125から構成されるカバー部材120aに、各供給孔1221〜1223の開口に対向した箇所に空洞部(第1空洞部1211〜第3空洞部1213)設けている。
Specifically, the
カバー部材120aは、第1実施形態のアクチュエータ10と同様に第1空洞部1211から外方へ向けて貫通孔128を形成している。一方、第2実施形態のアクチュエータ120は、第1空洞部1211と第2空洞部1212とを連通する第1連通孔129aをカバー部材120aに形成すると共に、第2空洞部1212と第3空洞部1213とを連通する第2連通孔129bをカバー部材120aに形成している。なお、各連通孔129a、129bは、第1部材124の表面に、貫通孔128に相当する溝部124dと同様な溝部を設けることで形成されていると共に、各連通孔129a、129bの両端部の孔縁は、図3(a)(b)に示す内容と同様に、なだらかな曲面のテーパ状に形成されて、線材126が擦り切れないようにしている。
Similar to the
また、アクチュエータ120は、各空洞部(第1供給孔1221〜第3供給孔1223)内にピストン(第1ピストン1271〜第3ピストン1273)を収め、第3空洞部1213から第2連通孔129b、第2空洞部1212、第1連通孔129a、第1空洞部1211、貫通孔128を順に通過して他端126bが外方へ抜け出るように線材126を配置し、線材126の一端126aはカバー部材120aに固定している。なお、第2実施形態のアクチュエータ120は、上述した箇所以外は図1、2等に示す第1実施形態のアクチュエータ10と基本的に同等の構成になっているので、他の箇所の説明は省略する。
In addition, the actuator 120 houses pistons (
第2実施形態のアクチュエータ120において、全ホースH1〜H3を通じて同時的に流体の供給を行うと、各空洞部(第1空洞部1211〜第3空洞部1213)に対応する3箇所でシート123が伸張して膨張変形する。このように膨張するシート123の押圧により各ピストン(第1ピストン1271〜第3ピストン1273)が摺動して線材126をそれぞれ押し上げる。そのため、第2実施形態のアクチュエータ120は、線材126の他端126b側を一端126a側へ引っ張る量および引っ張る力を、同一サイズのピストン17を有する第1実施形態のアクチュエータ10と単純的に比較すれば約3倍にできる。従って、第2実施形態のアクチュエータ120は、コンパクトな構成で、駆動対象の作動量および作動力を増大させたい時などに好適である。
In the
また、各ホースH1〜H3による流体供給を同時的に行うのではなく、3本のホースH1〜H3の中でいずれか1本又はいずれか2本だけで流体供給を行えば、線材166を持ち上げられるピストンも1個または2個になり、線材166の引込量も細かく制御可能になる。そのため、流体を供給するホースを段階的に増加させれば、線材166の引込量を段階的に増やすことなども可能であり、駆動対象の作動量を切り替えたい時などに第2実施形態のアクチュエータ120は好適となる。 Moreover, if the fluid is supplied by only one or any two of the three hoses H1 to H3 instead of simultaneously supplying the fluid by the hoses H1 to H3, the wire 166 is lifted. The number of pistons to be used is one or two, and the amount of drawing of the wire 166 can be finely controlled. Therefore, if the number of hoses for supplying the fluid is increased stepwise, it is possible to increase the pull-in amount of the wire 166 stepwise, and the actuator according to the second embodiment when it is desired to switch the operation amount of the drive target. 120 is preferred.
図16(a)は、第2実施形態における変形例の一パターンのアクチュエータ130を示している。アクチュエータ130は、カバー部材130aに計6個の空洞部(第1空洞部1311〜第6空洞部1316)を2列の直線状に設けると共に、各空洞部内のそれぞれにピストン(第1ピストン1371〜第6ピストン1376)を収めている。さらに、アクチュエータ130は、一列目の空洞部(第1空洞部1311〜第3空洞部1313)には、図中の左側へ延出するように第1線材1361を配置し、二列目の空洞部(第4空洞部1314〜第3空洞部1316)には、図中の右側へ延出するように第2線材1362を配置している。
FIG. 16A illustrates a pattern of
各空洞部内のピストン(第1ピストン1371〜第6ピストン1376)を押し上げるように、流体を供給すると、アクチュエータ130は、第1線材1361を右方向へ引き込むように引っ張ると共に、第2線材1362を左方向に同時に引き込むように引っ張ることができる。そのため、変形例のアクチュエータ130は、図12(a)〜(c)に示す構成の駆動装置80などのように、アクチュエータの両側に回動部材を連結し、各回動部材の引っ張り量および引っ張り力を増大させたいときに好適となる。なお、図16(a)に示す各空洞部1311〜1316および各ピストン1371〜1376の個数は一例であり、これらの個数は用途に応じて適宜増減できる(以下の他の変形例でも同様)。
When fluid is supplied so as to push up the pistons (
図16(b)は、変形例の他パターンのアクチュエータ140を示している。このアクチュエータ140は、図16(a)のアクチュエータ130と同様に、計6個の空洞部(第1空洞部1411〜第6空洞部1416)をカバー部材140aに設けて、それぞれにピストン(第1ピストン1471〜第6ピストン1476)を収めるが、第1線材1461および第2線材1462を共に同方向(図16(b)の左方向)へ引き出していることが、図16(a)のアクチュエータ130と相違している。そのため、アクチュエータ140は、一つの駆動対象を2本の線材1461、1462で同時的に大きい力で且つ大きいストロークで引っ張る場合に好適となる。
FIG. 16B shows another pattern of
また、図16(c)は、更に別の変形例のパターンであるアクチュエータ150を示しており、アクチュエータ150は、図16(a)に示す構成と同様に計6個の空洞部(第1空洞部1511〜第6空洞部1516)をカバー部材150aに設けているが、丁度、図13(c)に示す構成と同様に、一列目の空洞部1511〜1513に対して、二本の線材(第1線材1561、第2線材1562)をそれぞれ左右反対側に引き出せるように、貫通孔および連通孔を設けている。同様に、アクチュエータ150は、二列目の空洞部1514〜1516に対して、二本の線材(第3線材1563、第4線材1564)をそれぞれ左右反対側に引き出せるように、貫通孔および連通孔を設けている。なお、アクチュエータ150は、各空洞部1511〜1516に収めるピストン1571〜1576には、図13(b)に示すピストン77′と同様に2本の溝を有するタイプを用いている。
Further, FIG. 16C shows an
このアクチュエータ150は、左右両側に駆動対象が存在し、両側の駆動対象を大きい力で且つ大きいストロークで駆動させる必要がある場合などに好適となる。なお、アクチュエータ150の構成は、第1線材1561と第2線材1562、および第3線材1563と第4線材1564をそれぞれ平行的に配置する以外に、図13(a)に示す構成のように、第1線材1561と第2線材1562を同一直線上に配置すると共に、第3線材1563と第4線材1564を同一直線上に配置し、図5(a)〜(c)に示す一つの溝を有するピストンを用いて、各線材1561〜1564を引っ張ることも可能であり、この場合は、各線材1561〜1564がピストンの頂点を通過するため、一段とストローク量を増大させることを簡易な構造で実現できるメリットがある。
This
図17(a)は、別の変形例に係るパターンのアクチュエータ160を示している。アクチュエータ160は、十字状に計五個の空洞部(第1空洞部1611〜第5空洞部1615)設け、それぞれにピストン(第1ピストン1671〜第5ピストン1675)を収めている。中央に位置する第2ピストン1672以外のピストンは、図5(a)〜(c)に示す構造であるが、第2ピストン1672は、相違する構造になっている。
FIG. 17A shows an
図17(b)(c)は、第2ピストン1672を示しており、第2ピストン1672は、十字に交わる第1溝部1672aおよび第2溝部1672bを形成している。第1溝部1672aは、ピストン頂点からの溝深さをL1にする一方、第2溝部1672bは溝深さをL1より深いL2(L2>L1)にしている。このようにすることで、第2空洞部1612で交差する第1線材1661および第2線材1662が共に接触することを防いでいる。
FIGS. 17B and 17C show the
また、アクチュエータ160は、十字状に配置された各空洞部に合わせて連通孔および貫通孔を形成し、それら連通孔および貫通孔を通過するように第1線材1661および第2線材1662を配置している。各ピストン(第1ピストン1671〜第5ピストン1675)が摺動するようにアクチュエータ160へ流体の供給を行うと、第1線材1661は図17(a)中の右方向へ引っ張られ、第2線材1662は図17(a)中の下方へ引っ張られる。そのため、図17(a)のアクチュエータ160は、直交する方向に駆動対象が存在する場合に好適となる。なお、図17(a)のアクチュエータ160の構造を簡略化する場合は、中央の第2空洞部1612および第2ピストン1672を省略して、連通孔に置き換えることも可能である。
In addition, the
上述した第2実施形態に係る各種アクチュエータ120〜160は、図7乃至図10に示す駆動装置19、19′、図11に示すハンド装置60、図12(a)〜(c)に示す駆動装置80、図14(a)(b)に示す駆動装置90等の駆動源として適用することが可能である。第2実施形態に係る各種アクチュエータ120〜160を適用することで、駆動装置の駆動力および駆動ストロークを増大することができる。
The
図18(a)は、本発明の第3実施形態に係るアクチュエータ170を示している。アクチュエータ170は、図18(b)に示すように、溝177dを設けた半球状の頭部177bの最大外径寸法d2(摺動方向と直交する方向の寸法)が円柱状の胴部177aの外径寸法d1に比べて大きい形状のピストン177を用いていることが特徴である。また、アクチュエータ170は、このピストン177の形状に合わせて、空洞部171を形成しており、第1部材174に設けるシリンダ穴174cの内径寸法D1を第2部材175に設ける窪部175cの内径寸法D2より小さくしている。
FIG. 18A shows an
また、空洞部171の下部分171a(ピストン穴174cに相当する部分)を形成するシリンダ穴174cは、ピストン177の胴部177aが摺動できる寸法になっており、詳しくは内径寸法D1を外径寸法d1より大きくすると共に、ピストン177の胴部177aの高さ寸法h1に応じた穴深さを有している。また、空洞部171の上部分171b(窪部175cに相当する部分)は、ピストン177の頭部177bが収まり且つピストン177が自由に摺動できる形状(頭部177bが干渉しない形状)にしている。なお、アクチュエータ170のその他の構造は、第1実施形態のアクチュエータ10と同等であり、ベース部材172とカバー部材170aで、シート173を挟持すると共に、一端176aをカバー部材170aに取り付けた線材176を、貫通孔178を通じて外方へ引き出した構成にしている。
The
第3実施形態のアクチュエータ170は、ピストン170の頭部177bが胴部177aより大きいため、線材176の引っ張り量をアップできると云うメリットがある。例えば、図1、2等に示す第1実施形態のアクチュエータ10と、図18(a)のアクチュエータ170を比較した場合、それぞれの空洞部11、171の下方を形成するピストン穴14c、174cの内径寸法D(図3(a)参照)、D1が同じで且つ、第1部材14、174の厚みも同じとすれば、第3実施形態のピストン177は頭部177bが大きいため、線材176との接触長さが第1実施形態のピストン17に比べて長くなる。そのため、両方のアクチュエータ10、170へ同量の流体を供給したとすれば、両ピストン17、177の摺動量は同じだが、第3実施形態のピストン177は、頭部177bと接触する線材176の距離が第1実施形態に比べて長い分だけ、長い距離範囲で線材176が押し上げられることになる。
The
その結果、同一量の流体を供給しても、第3実施形態のアクチュエータ170は、線材176の他端176b側を一端176a側へ第1実施形態より長い距離で引っ張ることができると云うメリットが生じる。
As a result, even if the same amount of fluid is supplied, the
なお、第3実施形態のアクチュエータ170の構造は、第2実施形態で示した各種アクチュエータ120〜160の形態に利用することも可能であり、これらの第3実施形態に係る各種アクチュエータは、図7乃至図10に示す駆動装置19、19′、図11に示すハンド装置60、図12(a)〜(c)に示す駆動装置80、図14(a)(b)に示す駆動装置90等の駆動源として適用することも勿論可能である。
The structure of the
図19(a)は、本発明の第4実施形態に係るアクチュエータ180を示している。アクチュエータ180は、図19(b)に示すように、溝187dを設けた半球状の頭部187bの最大外径寸法d4(摺動方向と直交する方向の寸法に相当)が円柱状の胴部187aの外径寸法d3に比べて小さい(d3>d4)形状のピストン187を用いていることが特徴であり、空洞部181は、図19(c)に示すように、第1実施形態と同等の形状にして、第1部材184に設けるシリンダ穴184c(空洞部181の下部分181aに相当)の内径寸法D3も、ピストン187が摺動できる寸法関係(D3>d3)にしている。なお、第2部材185に設ける窪部185c(空洞部181の上部分181bに相当)は、第1実施形態と同様の形状にしている。
FIG. 19A shows an
また、アクチュエータ180のその他の構造も、第1実施形態のアクチュエータ10と同等であり、ベース部材182とカバー部材180aで、シート183を挟持すると共に、一端186aをカバー部材180aに取り付けた線材186を、貫通孔188を通じて外方へ引き出した構成にしている。
The other structure of the
第4実施形態のアクチュエータ180は、ピストン180の頭部187bが胴部187aより小さいため、線材186の引っ張り量が短くなり、線材186の引っ張り量を細かく制御できると云うメリットがある。例えば、図1、2等に示す第1実施形態のアクチュエータ10と、図19(a)のアクチュエータ180を比較した場合、それぞれの空洞部11、181の下方を形成するピストン穴14c、184cの内径寸法D(図3(a)参照)、D3が同じで且つ第1部材14、184の厚みが同じとすれば、第4実施形態のピストン187は頭部187bが小さいため、線材186との接触距離が第1実施形態のピストン17に比べて短くなる。そのため、両方のアクチュエータ10、180へ同量の流体を供給しても、両ピストン17、187の摺動量は同じになるが、第4実施形態のピストン187は、頭部187bと接触する線材186の距離が第1実施形態に比べて短い分だけ、短い距離範囲で線材176が押し上げられることになる。
The
その結果、同一量の流体を供給しても、第4実施形態のアクチュエータ180は、線材186の他端186b側を一端186a側へ第1実施形態より短い距離で引っ張ることになる。このことは、線材186の引っ張り量を制御すると云う観点で考えると、制御に関する分解能が向上することになる。そのため、第1実施形態のアクチュエータ10に比べて、供給する流体の量に応じて、線材186の引っ張り量を細かく制御しやすくなると云うメリットが生じる。
As a result, even if the same amount of fluid is supplied, the
なお、第4実施形態のアクチュエータ180の構造は、第2実施形態で示した各種アクチュエータ120〜160の形態に利用することも可能であり、これらの第4実施形態に係る各種アクチュエータは、図7乃至図10に示す駆動装置19、19′、図11に示すハンド装置60、図12(a)〜(c)に示す駆動装置80、図14(a)(b)に示す駆動装置90等の駆動源として適用することも可能である。
The structure of the
10、120、170、180 アクチュエータ
10a、120a、170a、180a カバー部材
11、171、181、1211〜1213 空洞部
12、122、172、182 ベース部材
13、123、173、183 シート
14、124、174、184 第1部材
15、125、175、185 第2部材
16、126、176、186 線材
16a、126a、176a、186a (線材の)一端
16b、126b、176b、186b (線材の)他端
17、177、187、1271〜1273 ピストン
17d、177d、187d (ピストンの)溝
18、128、178、188 貫通孔
19、80、90 駆動装置
50、81、82、95 回動部材
60 ハンド装置
129a、129b 連通孔
10, 120, 170, 180
Claims (14)
前記供給孔の開口を被って前記ベース部材の前記部材表面に配置してある伸縮変形が可能なシートと、
前記シートを介在して前記ベース部材に取り付けてあり、前記供給孔の開口に対向する箇所に空洞部が形成してあると共に、該空洞部から外方へ貫通する貫通孔が形成してあるカバー部材と、
前記空洞部に摺動可能に収めてある摺動部材と、
一端側が前記ベース部材またはカバー部材に固定されており、前記摺動部材に接するように前記空洞部を横切ると共に、他端側が前記貫通孔を通過して前記カバー部材の外方に位置する線材とを備え、
前記供給孔からの流体供給により膨張変形する前記シートの押圧で前記摺動部材が摺動して、前記線材の他端側が前記一端側へ引っ張られるようにしてあることを特徴とするアクチュエータ。 A base member having fluid supply holes open on the member surface;
A sheet capable of expanding and contracting that is disposed on the surface of the base member covering the opening of the supply hole;
A cover that is attached to the base member with the sheet interposed therebetween, and has a cavity formed at a position facing the opening of the supply hole, and a through-hole penetrating outward from the cavity. Members,
A sliding member slidably housed in the cavity,
One end side is fixed to the base member or the cover member, crosses the cavity so as to contact the sliding member, and the other end side passes through the through-hole and is positioned outside the cover member. With
The actuator, wherein the sliding member is slid by the pressing of the sheet that is expanded and deformed by supplying fluid from the supply hole, and the other end side of the wire is pulled toward the one end side.
前記空洞部は、前記摺動部材に応じた形状にしてある請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータ。 The dimension of the direction perpendicular to the sliding direction of the sliding member is such that at least a part of the side in contact with the wire is larger than the side pressed against the sheet,
The actuator according to claim 1, wherein the hollow portion has a shape corresponding to the sliding member.
前記カバー部材には、前記複数の供給孔の開口に対応して複数の空洞部が形成してあると共に、各空洞部を連通する連通孔が形成してあり、
前記複数の空洞部のそれぞれに前記摺動部材が収めてあり、
前記線材は、前記連通孔を通過して前記複数の空洞部を横切るように配置してある請求項1乃至請求項7のいずれか1つに記載のアクチュエータ。 The base member has a plurality of supply holes,
In the cover member, a plurality of cavities are formed corresponding to the openings of the plurality of supply holes, and communication holes that communicate with the cavities are formed.
The sliding member is housed in each of the plurality of cavities,
The actuator according to claim 1, wherein the wire is disposed so as to cross the plurality of cavities through the communication hole.
前記カバー部材には、複数の貫通孔が形成してあり、
各線材は、相異する貫通孔を通過するようにしてある請求項1乃至請求項8のいずれか1つに記載のアクチュエータ。 The wire is plural,
The cover member has a plurality of through holes,
The actuator according to claim 1, wherein each wire passes through different through holes.
各アクチュエータは、前記貫通孔の貫通方向と直交的な方向でそれぞれが対向するように配置してあると共に、線材の他端側に応じた端部同士が結合してあり、
結合箇所に回動可能に取り付けてある回動部材を備え、
各アクチュエータの線材の他端が、前記回動部材に取り付けてあることを特徴とする駆動装置。 A plurality of actuators according to any one of claims 1 to 9 are provided,
Each actuator is arranged so as to face each other in a direction orthogonal to the through direction of the through hole, and ends corresponding to the other end side of the wire are coupled to each other,
It is equipped with a pivoting member that is pivotally attached to the coupling point,
The drive device characterized in that the other end of the wire of each actuator is attached to the rotating member.
前記アクチュエータの各貫通孔は、相違する外方向へ貫通するように形成してあり、
前記アクチュエータの各貫通孔が外方向へ貫通する箇所に応じた端部のそれぞれに、回動可能に連結してある前記アクチュエータの線材と同数の回動部材を備え、
前記アクチュエータの各線材の他端は、各回動部材にそれぞれ取り付けてあることを特徴とする駆動装置。 The actuator according to claim 9,
Each through hole of the actuator is formed to penetrate in a different outward direction,
Each of the through holes of the actuator has rotation members as many as the wire rods of the actuator that are rotatably connected to each of the end portions corresponding to the positions penetrating outward.
The other end of each wire rod of the actuator is attached to each rotating member, respectively.
複数のアクチュエータが、直列的に端部同士で回動可能に連結してあり、
連結方向で一端側に位置するアクチュエータの端部に回動可能に連結してある回動部材を備え、
アクチュエータ同士の連結箇所では、一方のアクチュエータの線材の他端が他方のアクチュエータに取り付けてあり、
前記回動部材が連結されるアクチュエータの線材の他端は、該回動部材に取り付けてあることを特徴とする駆動装置。 A plurality of actuators according to any one of claims 1 to 9 are provided,
A plurality of actuators are connected in series so as to be rotatable between ends,
A rotation member rotatably connected to the end of the actuator located on one end side in the connection direction;
At the connection point between the actuators, the other end of the wire of one actuator is attached to the other actuator,
The other end of the wire rod of the actuator to which the rotating member is connected is attached to the rotating member.
各駆動装置のアクチュエータの中で、連結方向で他端側に位置するアクチュエータ同士を結合してあることを特徴とするハンド装置。 A plurality of drive devices according to claim 12 or claim 13 are provided,
A hand device characterized in that among the actuators of each driving device, the actuators located on the other end side in the connecting direction are coupled to each other.
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