JP5433082B2 - バイオニック伸縮基体ユニット - Google Patents
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Description
本発明はマイクロエレクトロニクス技術の領域に関し、特にバイオニック伸縮基体ユニットに関する。
従来の多くの動力機械は主に電動モータ、エンジンまたは液圧モータによって駆動され、特に工場における多くの工業用ロボットはモータによって駆動されるため、ロボットの機械アームの関節可動方式が制限されている。なお、従来のロボットに関する研究では、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの走行平衡を如何に変更又は制御するかなどに関する研究が多く、当該ロボットと生物との類似度が比較的に低く、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの走行などの移動方式が硬くなっており、柔軟性が足りないとの問題があった。
本発明の目的は、バイオニック伸縮基体ユニットであって、動物筋肉組織の伸縮を模倣して運動する機能を果たすことができ、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの技術に充分応用されることで、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの動作が更に柔軟で自由になることができるバイオニック伸縮基体ユニットを提供することにある。
本発明のバイオニック伸縮基体ユニットは、スライド柱、金属導管、弾性伸縮ケースと電磁コイルにより伸縮基体ユニットが構成され、弾性伸縮ケース内で、永久磁石から構成されたスライド柱は金属導管の前端から金属導管内に挿入され、かつ金属導管の内管壁とスライド係合され、導管の後端とスライド柱の前端はそれぞれ前方、後方へ向かって弾性伸縮ケースの前方開口、後方開口を貫通し、かつ弾性伸縮ケースの前方開口端、後方開口端はそれぞれ金属導管の外管壁とスライド柱に固接することで、金属導管とスライド柱が係合されており、弾性伸縮ケースの延伸長さとスライド柱の導管内での往復行程が適合しており、金属導管の外周壁を巻回する電磁コイルは弾性伸縮ケースによって覆われており、電磁コイルの両端と電源の正極、負極が対応して接続されている。
本発明の原理は、各バイオニック伸縮基体ユニットにおいて、永久磁石から構成されたスライド柱は導管の外管壁に巻回されている電磁コイルにより発生する磁力によって導管内でスライド移動し、該バイオニック伸縮基体ユニットの構造は筋肉細胞の伸縮機能に類似し、各筋肉細胞の伸縮原理を模倣することで、各バイオニック伸縮基体ユニット群が同時に連携して往復伸縮することでバイオニック伸縮組織を構成し、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットに応用することができる。本発明は動物筋肉組織の伸縮を模倣して運動する機能を有するため、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットに十分に応用でき、人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの動作を更に柔軟かつ自在にさせることができる。
図1乃至図4に示すように、本発明のバイオニック伸縮基体ユニットにおいて、スライド柱6、金属導管7、弾性伸縮ケース2と電磁コイル3により伸縮基体ユニットが構成され、弾性伸縮ケース2内で、永久磁石により構成されているスライド柱6は金属導管7の前端から金属導管7内に挿入され、かつ金属導管7の内管壁とスライド係合しており、導管7の後端とスライド柱6の前端はそれぞれ前方、後方に向かって弾性伸縮ケース2の前方開口、後方開口を貫通し、かつ弾性伸縮ケース2の前方開口端、後方開口端はそれぞれ金属導管7の外管壁とスライド柱6に固接して、金属導管7とスライド柱6とを係合しており、弾性伸縮ケース2の延伸長さと導管7内でのスライド柱6の往復行程が適合しており、金属導管7の外周壁を巻回する電磁コイル3は弾性伸縮ケース2により覆われ、電磁コイル3の両端と電源の正極、負極が対応して接続されている。
各前記伸縮基体の先端、末端が列をなすように連結され、即ち、隣接する伸縮基体ユニットのスライド柱6の前端と他の伸縮基体の金属導管7の後端が互いに係合してバイオニック伸縮鎖が構成され、バイオニック伸縮鎖が互いに係合してバイオニック伸縮組織を形成し、バイオニック伸縮組織の各伸縮基体ユニットの電磁コイル3は互いに並列に連結されて、該バイオニック伸縮組織への電源入力用の両端を構成しており、該電源入力用の両端が電源に接続されている。当然、隣接する2つのバイオニック伸縮鎖のうち、1個のバイオニック伸縮鎖の伸縮基体鎖ユニットが、他の1個のバイオニック伸縮鎖の伸縮基体ユニットに対して交叉するように排列され、かつ柔軟性の高い人工バイオニック柔軟材料を介して互いに接続されているため、構造が更にコンパクトで、互いに離れないようになる。
１個の伸縮基体ユニットのスライド柱6の前端に設けられている係止ピン10と、他の1個の伸縮基体ユニットの金属導管7の後端の内管壁に設けられている係止穴9が互いに係合する。
金属導管7はチタン合金から構成される。弾性伸縮ケース2は弾性耐摩耗ゴムから構成される。弾性伸縮ケース2の前方開口端、後方開口端はスライド柱6と導管7にそれぞれ設けられている前方止めリング8、後方止めリング4にそれぞれ固着されており、前方止めリング8、後方止めリング4はそれぞれ導管7内でのスライド柱6の往復行程と適合する。電磁コイル3のコイル芯は銅からなる。
金属導管7はチタン合金から構成される。弾性伸縮ケース2は弾性耐摩耗ゴムから構成される。弾性伸縮ケース2の前方開口端、後方開口端はスライド柱6と導管7にそれぞれ設けられている前方止めリング8、後方止めリング4にそれぞれ固着されており、前方止めリング8、後方止めリング4はそれぞれ導管7内でのスライド柱6の往復行程と適合する。電磁コイル3のコイル芯は銅からなる。
図1から図4に示すように、本発明の弾性伸縮ケース2の全体は弾性プラスチックから製造されており、図1は通電していない原始状態を示し、図２は通電後の収縮状態を示しており、多数のバイオニック伸縮基体ユニットが連結されると、筋肉組織に類似するバイオニック伸縮組織が形成される。
上述のように、本発明はバイオニック技術、機械、電磁、電子制御、潤滑構造などの関連領域の発展現状に合せて、現代の高新技術のマイクロエレクトロニクスとマイクロ加工技術を利用することで、最後的に、ミクロンレベル以下のサイズのものを製造することができ、大規模集積回路の製造と同じように、数千万個のバイオニック伸縮基体ユニットを接続することで、総長さが25%を超える機械運動行程を形成することができ、これらの機械式バイオニック伸縮組織を人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットにおけるヒンジ接続されている金属骨格または金属フレーム上に付着することで、前記人間に類似するロボットまたは他の四脚動物に類似するロボットの動作が更に柔軟で、自由度が高くなることができる。
複数束のバイオニック伸縮組織を、ヒンジ接続されている機械アームに付着した場合、バイオニック伸縮基体ユニットの電磁コイルの両端を電源に接続し、電流の大きさにより磁場が生成され、磁場は中央の可動ブロックを吸引して移動させることで、弾性伸縮ケース2に変形が生成し、かつ変位行程が形成される。図2は収縮後の状態を示し、バイオニック伸縮基体ユニットは１つの動作を完成した後に電流を放出するため、バイオニック伸縮基体ユニットが復元され、他の外力が原因で復元できない場合には、もう１つの筋肉組織の延伸または収縮作用を果たすバイオニック伸縮組織を通じて延伸する必要があり、その理由は、機械アームはここでレバーの役割を果たしているからである。図1と図2は伸展状態と収縮状態を示している。
本発明では電流を制御することでいろんな動作を実現し、個別の伸縮基体ユニットに故障が発生しても、全体の動作に影響を及ぼすことがない。電気信号を介して電流を制御することは神経刺激に対する応答に類似しており、図4は多くのバイオニック伸縮基体ユニットが互いに連結されている状態を示し、電力を供給する電源は並列に接続する必要がある。各束のバイオニック伸縮組織はその長さのみを変更することで、加わる力の大きさを正確に制御することができ、相互間では柔性性の高い接続方式を採択しているため、柔軟で、かつ方向を変えることができると同時に、バイオニック伸縮組織は一定比例を保つ属性を有し、いろんな大きさのバイオニック伸縮組織において、そのメカニズムーは全て同じであり、同じバイオニック伸縮組織においても、バイオニック伸縮基体ユニットの数が大幅に増加した場合、機械アームに非常に大きい伸縮力を与えることになる。そのため、電動モータにより駆動される機械を製造することが難しい場合、本発明は革新的なマイクロエレクトロニクス組織として、いろんな生産技術領域に幅広く応用されることができる。
Claims (3)
- バイオニック伸縮基体ユニットにおいて、
スライド柱(6)、金属導管(7)、弾性伸縮ケース(2)と電磁コイル(3)により伸縮基体ユニットが構成され、
弾性伸縮ケース(2)内で、永久磁石から構成されるスライド柱(6)は金属導管(7)の前端から金属導管(7)内へ挿入され、かつ金属導管(7)の内管壁とスライド係合し、導管(7)の後端とスライド柱(6)の前端はそれぞれ前方、後方へ向かって弾性伸縮ケース(2)の前方開口、後方開口に貫通し、かつ弾性伸縮ケース(2)の前方開口端、後方開口端はそれぞれ金属導管(7)の外管壁とスライド柱(6)に固接し、弾性伸縮ケース(2)の延伸長さとスライド柱(6)の導管(7)内での往復行程が適合しており、
金属導管(7)の外周壁を巻回する電磁コイル(3)は弾性伸縮ケース(2)により覆われ、電磁コイル(3)の両端と電源の正極、負極が対応して接続されており、
伸縮基体ユニットのスライド柱(6)の後端には係止ピン(10)が設けられ、金属導管(7)の前端の内管壁には係止ピン(10)と係合する係止孔(9)が設けられ、
前記弾性伸縮ケース(2)は、通電していない時の真円弧状と、通電している時の楕円弧状の間で伸縮可能である、
ことを特徴とするバイオニック伸縮基体ユニット。 - 弾性伸縮ケース(2)は弾性耐摩耗ゴムからなることを特徴とする請求項１に記載のバイオニック伸縮基体ユニット。
- 弾性伸縮ケース(2)の前方開口端、後方開口端は、スライド柱(6)と導管(7)にそれぞれ設けられている前方止めリング(8)、後方止めリング(4)と固接しており、前方止めリング(8)、後方止めリング(4)はそれぞれスライド柱(6)の導管(7)内での往復行程と互いに適合することを特徴とする請求項１に記載のバイオニック伸縮基体ユニット。
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