JP5545052B2

JP5545052B2 - 電動アクチュエーター

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Publication number: JP5545052B2
Application number: JP2010132605A
Authority: JP
Inventors: 啓佐敏竹内; 寛二五味
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: JP2011255467A

Description

本発明は、物をつかむ動きができるロボットハンド装置に適用可能な電動アクチュエーターに関する。

物をつかむ動きができるロボットハンド装置としては、例えば、特許文献１や下記のＵＲＬに記載されたものが知られている。

特開２００９−２７４２０４号公報

http://www.aomori-u.ac.jp/staff/yahagi/lab/CW_2007/fujita/

非特許文献１に記載のロボットハンド装置では、バネの収縮力により握力を出していたため、バネの収縮力以上の握力を出すことはできなかった。

本発明は、電動アクチュエーターの握力トルクを高めることを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、電動アクチュエーターが提供される。この電動アクチュエーターは、回転運動をする電動駆動部と、前記電動駆動部と接続された第１のネジ部と、前記第１のネジ部と嵌合する第２のネジ部と、前記第１のネジ部に加えられる回転運動を前記第２のネジ部の直線運動に変換する直進運動機構と、１つ以上の関節部と前記１つ以上の関節部で回動可能に順次連結された複数の骨部材とを有して屈曲可能な屈曲機構と、前記屈曲機構と前記第２のネジ部とを連結し、前記第２のネジ部の直線運動に応じて前記屈曲機構を屈曲させる連結機構と、を備え、前記連結機構は、連結部材のワイヤーと前記屈曲機構に固定されたワイヤーホルダーと、前記ワイヤーが貫通するフレキシブルさや管と、を有する。この形態の電動アクチュエーターによれば、直進運動機構が第２のネジ部を介して連結部材を移動させることによって、関節部で連結された前記複数の骨部材の屈曲及び伸展を行うので、電動アクチュエーターの握力トルクを高めることが可能となる。

［適用例１］
電動アクチュエーターであって、回転運動をする電動駆動部と、前記電動駆動部と接続された第１のネジ部と、前記第１のネジ部と嵌合する第２のネジ部とを有し、前記第１のネジ部に加えられる回転運動を前記第２のネジ部の直線運動に変換する直進運動機構と、屈曲可能な屈曲機構と、前記屈曲機構と前記第２のネジ部とを連結し、前記第２のネジ部の直線運動に応じて前記屈曲機構を屈曲させる連結機構と、を備える、電動アクチュエーター。
この適用例によれば、直進運動機構が第２のネジ部を介して連結部材を移動させ、屈曲機構を屈曲させるので、電動アクチュエーターの握力トルクを高めることが可能となる。

［適用例２］
適用例１に記載の電動アクチュエーターにおいて、前記屈曲機構は、１つ以上の関節部と、前記１つ以上の関節部で回動可能に順次連結された複数の骨部材と、を有し、前記連結機構は、前記複数の骨部材に沿って配設された可撓性の連結部材であって、前記連結部材の遠位端が前記複数の骨部材の遠位端で固定されているとともに、前記連結部材の近位端が前記第２のネジ部に連結されており、前記電動駆動部が前記直進運動機構を介して前記連結部材を移動させることによって、前記関節部で連結された前記複数の骨部材の屈曲及び伸展を行うことにより前記屈曲機構を屈曲、伸展させる、電動アクチュエーター。
この適用例によれば、直進運動機構が第２のネジ部を介して連結部材を移動させることによって、関節部で連結された前記複数の骨部材の屈曲及び伸展を行うので、電動アクチュエーターの握力トルクを高めることが可能となる。

［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の電動アクチュエーターにおいて、前記直進運動機構と前記連結部材との間に、前記第２のネジ部に接続されたピストンを有するピストン−シリンダ機構と、前記ピストン−シリンダ機構と、前記連結機構と、に接続された圧力伝達パイプと、を備える、電動アクチュエーター。
この適用例によれば、ピストン−シリンダ機構により、圧力を高めることが出来るので、電動アクチュエーターの握力トルクを高めることが可能となる。また、直進運動機構と屈曲機構との配置位置に制限がない。

［適用例４］
適用例１に記載の電動アクチュエーターであって、前記屈曲機構は、１つ以上の関節部と、前記１つ以上の関節部で回動可能に順次連結された複数の骨部材と、を有し、前記連結機構は、前記第２のネジ部に接続されたピストンを有するピストン−シリンダ機構と、前記各骨部材に設けられた膨張収縮部と、前記ピストン−シリンダ機構と前記膨張収縮部とを繋ぐ圧力伝達パイプと、を有し、前記電動駆動部が前記直進運動機構を介して前記ピストン−シリンダ機構の前記ピストンを移動させることにより、前記圧力伝達パイプを介して前記膨張収縮部を膨張、収縮させて、前記関節部で連結された前記複数の骨部材の屈曲及び伸展を行って前記屈曲機構を屈曲、伸展させる、電動アクチュエーター。
この適用例によれば、圧力媒体アクチュエーターにより、圧力を高めることが出来るので、電動アクチュエーターの握力トルクを高めることが可能となる。また、直進運動機構と屈曲機構との配置位置に制限がない。

［適用例５］
適用例１から適用例４までのうちのいずれか一項に記載の電動アクチュエーターにおいて、さらに、基部と、前記基部に配置され、回転運動をする第２の電動駆動部と、前記第２の電動駆動部と接続された第３のネジ部と、前記第３のネジ部と嵌合する第４のネジ部とを有し、前記第３のネジ部に加えられる回転運動を前記第４のネジ部の直線運動に変換する第２の直進運動機構と、前記第４のネジ部と前記屈曲機構とを繋ぐ梃子と、を備え、前記第２の電動駆動部が前記第２の直進運動機構を介して前記梃子を移動させることによって、前記屈曲機構を前記基部に対して旋回運動させる、電動アクチュエーター。
この適用例によれば、電動アクチュエーターの屈曲機構を基部に対して旋回させることができるので、物を握る角度を変えることが出来る。その結果、物の形状に合わせて、握力トルクを高めることが出来る。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電動アクチュエーターの他、ロボットハンド装置、ロボットハンド装置の駆動方法等様々な形態で実現することができる。

第１の実施例にかかるロボットハンド装置の構成を示す説明図である。第１の実施例の変形例を示す説明図である。第１の実施例の変形例を示す説明図である。第１の実施例の変形例を示す説明図である。第２の実施例を示す説明図である。第２の実施例の変形例を示す説明図である。第２の実施例の変形例を示す説明図である。第２の実施例の変形例を示す説明図である。第３の実施例を示す説明図である。第３の実施例の変形例を示す説明図である。第４の実施例を示す説明図である。第５の実施例を示す説明図である。第５の実施例の変形例を示す説明図である。第６の実施例を示す説明図である。第７の実施例を示す説明図である。第８の実施例を示す説明図である。

［第１の実施例］
図１は、第１の実施例にかかるロボットハンド装置の構成を示す説明図である。ロボットハンド装置１０は、第１骨１０１〜第４骨１０４と、第１関節１１１〜第３関節１１３と、第１ワイヤーホルダー１２１〜第３ワイヤーホルダー１２３と、ワイヤー１３０と、フレキシブルさや管１４１〜１４３と、モーター２００と、回転軸２２０と、ネジ２３０と、ナット２４０と、ガイドレール２５０と、ブラケット２５５と、を備える。

第１骨１０１〜第４骨１０４は、直列に接続されており、人間の手の骨で言えば、それぞれ、中手骨、基節骨、中節骨、末節骨に対応し、第１骨１０１が指の付け根側であり、第４骨１０４が指先側である。第１骨１０１と第２骨１０２の間には第１関節１１１が設けられ、第２骨１０２と第３骨１０３の間には第２関節１１２が設けられ、第３骨１０３と第４骨１０４の間には第３関節１１３が設けられている。なお、第１関節１１１〜第３関節１１３の回転軸は平行である。したがって、第１骨１０１を固定したときに、第２骨１０２〜第４骨１０４は、同じ方向に折れ曲がる。第１〜第３関節１１１〜１１３にはそれぞれ、ワイヤーホルダー１２１〜１２３が取り付けられている。ワイヤーホルダー１２１〜１２３には、フレキシブルさや管１４１〜１４３が取り付けられている。

第１骨１０１には、モーター２００が取り付けられている。モーター２００には回転軸２２０が接続され、回転軸２２０には、ネジ２３０が取り付けられている。スクリュー歯車２３０には、ナット２４０が噛み合っている。なお、一般にネジ２３０とナットを合わせてボールねじ機構とも呼ぶ。ナット２４０には、ブラケット２５５が設けられている。電動モーター２００には、ネジ２３０と平行なガイドレール２５０が取り付けてあり、ガイドレール２５０は、ブラケット２５５を貫通している。モーター２００が動作すると、回転軸２２０及びネジ２３０が回転する。このとき、ガイドレール２５０及びブラケット２５５は、ナット２４０がネジ２３０と一緒に回転することを抑制する。その結果、ナット２４０は、ネジ２３０が回転すると、ネジ２３０と平行な方向に移動する。

ナット２４０と、第４骨１０４との間は、ワイヤー１３０により接続されており、ワイヤー１３０は、ワイヤーホルダー１２１〜１２３及びフレキシブルさや管１４１〜１４３を貫通している。ナット２４０とワイヤー１３０との接続点、第４骨１０４とワイヤー１３０との接続点を、それぞれ接続点１３１、１３２と呼ぶ。なお、ワイヤー１３０は、ワイヤーホルダーを１２１〜１２３を貫通しているだけであり、ワイヤーホルダー１２１〜１２３とは固定されていない。ワイヤー１３０は、例えば、鉄などの金属や、樹脂（テフロン（登録商標）、ガラス繊維、カーボン繊維）を用いて形成されることができる。

図１（Ｂ）は、ナット２４０をもっとも図面右側（指先側）に移動した状態を示す。図１（Ｂ）に示す場合、ナット２４０がワイヤーホルダー１２１に近づくので、接続点１３１とワイヤーホルダー１２１の間の距離が短くなる。一方、ワイヤー１３０の長さは変わらないので、ワイヤーホルダー１２１とワイヤーホルダー１２２の間の距離及びワイヤーホルダー１２２とワイヤーホルダー１２３の間の距離が長くなる。なお、ワイヤーホルダー１２３と、接続点１３２の間の距離は変わらない。その結果、第１骨１０１〜第４骨１０４は、ワイヤー１３０を外側にして、第１関節１１１〜第３関節１３１を反りの軸として、反るように曲がる。

図１（Ｃ）は、ナット２４０をもっとも図面左側（指の付け根側）に移動した状態を示す。図１（Ｃ）に示す場合、ナット２４０がワイヤーホルダー１２１から遠ざかるので、接続点１３１とワイヤーホルダー１２１の間の距離が長くなる。一方、ワイヤー１３０の長さは変わらないので、ワイヤーホルダー１２１とワイヤーホルダー１２２の間の距離及びワイヤーホルダー１２２とワイヤーホルダー１２３の間の距離が短くなる。なお、ワイヤーホルダー１２３と、接続点１３２の間の距離は変わらない。その結果、第１骨１０１〜第４骨１０４は、ワイヤー１３０を内側にして、第１関節１１１〜第３関節１３１を反りの軸として、反るように曲がる。

本実施例では、モーター２００と、ワイヤー１３０との間に、ボールねじ機構（ネジ２３０、ナット２４０）を用いている。そのため、モーター２００と、ワイヤー１３０との間に、ハーモニックスギアや遊星ギアを用いる場合に比べ、大トルクをワイヤー１３０に伝達することが可能である。すなわち、本実施例によれば、ロボットハンド装置１０の握力を高め、高トルク化を実現することが可能となる。また、ボールねじ機構の摩擦が大きいので、モーター２００の電源を切った場合であっても、ワイヤー１３０に掛かったトルクが抜けにくい。したがって、ロボットハンド装置１０が物を握って持ち上げている場合において、モーター２００の電源を切った場合であっても、物が落下しにくい。

また、非特許文献１に記載の方法では、屈曲側内側にバネを備え、当該バネの収縮力により握力を出している。したがって、バネの力以上の握力を出すことは出来ないが、本実施例によれば、直進アクチュエーター（ボールねじ機構）によりワイヤー１３０に引っ張り張力を発生させて握力を出しているので、非特許文献１に記載の方法よりも強い握力を出すことができる。さらに、小型・軽量な直進アクチュエーターを容易に実現できる。

本実施例ではワイヤー１３０を用いたが、ワイヤー１３０の代わりに、剛性の高い板や棒を用いてもよい、一般に、ワイヤーは、引っ張りには強いが、押した場合、座屈する場合がある。本実施例では、さや管１４１〜１４３を用いることにより、押したときのワイヤー１３０の座屈を抑制している。ここで、ワイヤー１３０の代わりに、剛性の高い板を用いた場合、ナット２４０が第２〜第４骨１０２〜１０４に近い側に移動したときでも、板は座屈しにくいため、さや管１４１〜１４３を用いなくとも板を外側にしてハンドロボットを反らせることが可能となる。なお、ワイヤー１３０の代わりに用いる部材は、押しに対して座屈し難ければよく、例えば、剛性が高い棒であってもよい。この場合、棒と棒の接続部で折れ曲がる可能性があるが、２つの棒の接合部をさや管で覆っておけば、この折れ曲がりを抑制できる。また、図１の第１骨１０１〜第３骨１０３は、図１の（Ｂ）の状態以上の反ったバネ状態によっても図１の（Ａ）及び（Ｃ）を実現できる。

図２は、第１の実施例の変形例である。この変形例では、ワイヤー１３０に加えて、ワイヤー１３５及びワイヤーホルダー１２６〜１２８を備える。ワイヤーホルダー１２６〜１２８は、関節１１１〜１１３のワイヤーホルダー１２１〜１２３と反対側に配置されている。ワイヤー１３０は、ナット２４０から左方に伸び、電動モーター２００近傍で反転し、第１骨１０１〜第４骨１０４の上側及びワイヤーホルダー１２６〜１２８を通って第４骨１０４と点１３６で接続されている。この変形例の場合、図２（Ｂ）のように、ナット２４０が右に移動したときには、ワイヤーホルダー１２６−１２７間、及びワイヤーホルダー１２７−１２８間がそれぞれ縮み、ワイヤーホルダー１２１−１２２間、及びワイヤーホルダー１２２−１２３間を伸ばすようにする。一方、図２（Ｃ）のように、ナット２４０が左に移動したときには、ワイヤーホルダー１２１−１２２間、及びワイヤーホルダー１２２−１２３間がそれぞれ縮み、ワイヤーホルダー１２６−１２７間、及びワイヤーホルダー１２７−１２８間を伸ばすようにする。したがって、いずれの場所においても伸び側のワイヤー１３０あるいは１３５が座屈しない。

図３は、第１の実施例の変形例を示す説明図である。図３においては、さや管１４１〜１４３（図１）を省略して図示している。この変形例にかかるロボットハンド装置１０は、モーター２００と回転軸２２０との間に減速機２１０を備えている。減速機２１０として、例えば、遊星ギア機構を用いることができる。このロボットハンド装置によれば、減速機により回転軸２２０の回転数が減少した分、回転軸２２０のトルクを大きくすることが可能となる。そのため、ロボットハンド装置１０の握力をさらに高め、さらに高トルク化を実現することが可能となる。

図４は、第１の実施例の変形例を示す説明図である。この変形例にかかるロボットハンド装置１１は、図３に示すロボットハンド装置１０を３台、並列に接続している。３台のロボットハンド装置１０は、人の手に例えれば、それぞれ、人指し指、中指、薬指に相当する。この変形例によれば、３本の指（ロボットハンド）で握るので、１本の指で握るよりも握力を大きくすることが可能となる。なお、各ロボットハンド装置１０の握力（トルク）は異なっていてもよく、同じであっても良い。なお、本実施例では３台のロボットハンド装置を用いているが、２台あるいは４台以上としてもよい。

［第２の実施例］
図５は、第２の実施例を示す説明図である。第２の実施例のロボットハンド装置１２は、屈曲方向と垂直な方向に第１〜第４の骨部１０１〜１０４を回転する回転機構を備えている。なお、図３と同様にワイヤーのさや管１４１〜１４３（図１）を、省略して図示している（以後の図においても同様にさや管の図示を省略する。）。また、第２骨１０２（図１）よりも右方は省略している。この回転機能は、基台３８０と、電動モーター３００と減速機３１０と、回転軸３２０と、ネジ３３０と、ナット３４０と、ガイドレール３５０と、ブラケット３５５と、支点軸３６０と、ピン３７０と、穴３７５と、を備える。

第１骨基台３８０の上に電動モーター３００及び減速機３１０が配置されている。減速機３１０の出力である回転軸３２０には、ネジ３３０が取り付けられている。ネジ３３０には、ナット３４０が噛み合っている。ナット３４０には、ブラケット３５５が設けられている。電動モーター３００及び減速機３１０には、ネジ３３０と平行なガイドレール３５０が取り付けてあり、ガイドレール３５０は、ブラケット３５５を貫通している。

第１骨１０１は、回転していない状態では、第２骨（図１）と反対側は、ネジ３３０とほぼ平行であり、第２骨（図１）と反対側は、Ｌ字に折れ曲がっている。Ｌ字に折れ曲がった部分には、穴３７５が形成されており、穴３７５には、ナット３４０から伸びるピン３７０が通っている。なお、穴３７５は、ピン３７０よりも大きく遊びを有している。また、第１骨１０１は、折れ曲がった付け根部分において、支点軸３６０により基台３８０と接続している。これにより、第１骨１０１のＬ字型に折れ曲がった部分は支点軸３６０を中心とした梃子の機能を有する。すなわち、電動モーター３００が回転すると、回転軸３２０も回転し、ネジ３３０も回転する、これにより、ナット３４０及びピン３７０が移動する。ピン３７０は、穴３７５の内壁を左又は右に押す。そうすると、第１骨１０１は、梃子の原理により、支点軸３６０を中心に、時計回りあるいは反時計回りに回転する。なお、穴３７５に遊びを設けずに、ピン３７０と第１骨１０１をがっちり固定してしまうと、ピン３７０と、スクリュー歯車機構と、支点軸３６０と、が３点で固定されてしまうので、ナット３４０を動かすことができなくなり、第１骨１０１の回転が出来なくなる。本実施例では、穴３７５は遊びを有しているので、ピン３７０と、ボールねじ機構と、支点軸３６０と、が３点で固定されてしまうことはなく、ナット３４０を動かし、第１骨１０１を回転することができる。

以上のように、第２の実施例によれば、物の形状に合わせて、ロボットハンド装置１０の、物を握る角度を変えることが可能となる。そのため、物を効率的に持つことが可能となる。

図６は、第２の実施例の変形例を示す説明図である。この変形例は、第２の実施例のロボットハンド装置１２を３台、並列に接続している。この変形例によれば、３本のロボットハンド装置１２で握るので、１本のロボットハンド装置１２で握るよりも握力を大きくすることが可能となる。なお、各ロボットハンド装置１２の握力（トルク）は異なっていてもよく、同じであっても良い。また、各ロボットハンド装置１２の第１骨１０１の回転方向は異なっていてもよい。なお、本実施例では３台のロボットハンド装置１２を用いているが、２台あるいは４台以上としてもよい。

図７は、第２の実施例の変形例を示す説明図である。図６に示す変形例では、第１骨１０１を回転するためのボールねじ機構を各ロボットハンド装置１２が有しているが、この変形例では、第１骨１０１を回転するためのボールねじ機構は全体で１つである。すなわち、本変形例では、１つのナット３４０に各第１骨１０１に対応する複数の接合点３４２を有する部材３４１が取り付けられている。また、各第１骨１０１のＬ字に折れ曲がった部分には、それぞれ接合点３７６が形成されている。そして、接合点３７６と対応する接合点３４２との間は、剛性の高い棒３７１により接続されている。図７に示す例では、ナット３４０が右に移動すると、部材３４１も右に移動する。棒３７１も右に移動し、接合点３７６を右に移動する。その結果。各第１骨１０１は、支点軸３６０を中心に時計回りに回転する。この変形例では、３つの第１骨１０１は、同じ方向に回転する。この変形例によれば、スクリュー歯車機構１つで、複数の第１骨１０１を回転することが可能となる。また、この変形例では、部材３４１は平行移動するので、ナット３４０と部材３４１は遊びを設けずに固定されていてもよい。

図８は、第２の実施例の変形例を示す説明図である。この変形例では、図７に示す変形例と比較すると、ガイドレール３５０、ブラケット３５５を備えない代わりに、ボールねじ機構を２つ備えている。２つのボールねじ機構及び電動モーター、減速機等は、図面上では、＊＊＊Ａ、＊＊＊Ｂの符合を付して区別している。＊＊＊部分は、従前の実施例と同じ符合番号である。この変形例では、ナット３４０Ａ、Ｂと部材３４１の接合部は、ピン３７０と遊びのある穴３７５により形成されている。２つのナット３４０が同量同じ方向に移動する場合の動作は、部材３４１が図７に示す場合と同じように平行移動するため、図７で説明した動作と同じである。２つのナット３４０Ａ、Ｂが異なる方向に移動する場合、部材３４１が時計回りまたは反時計回りに回転する。なお、ナット３４０Ａ、Ｂと部材３４１の接合部が、ピン３７０と遊びのある穴３７５により形成されていないと、２つのナット３４０を異なる方向に移動させることはできない。例えば、ナット３４０Ａが右に移動し、ナット３４０Ｂが左に移動する場合。部材３４１は時計回りに回る。その結果、第１骨１０１Ａは、時計回りに回り、第１骨１０１Ｃは、反時計回りに回る。なお、第１骨１０１Ｂは、２つのナット３４０Ａ、Ｂの移動量にしたがって、時計回りあるいは反時計回りをする。なお、ナット３４０Ａ、Ｂの移動方向は同じで、移動量のみを異ならせてもよい。この場合、２つの移動量の中間まで同方向にナット３４０Ａ、Ｂ移動して、その後ナット３４０Ａ、Ｂを異なる方向に移動する事と同じである。

以上、本変形例によれば、２つのナット３４０Ａ、Ｂの移動量、移動方向を変えることにより、第１骨１０１Ａ〜１０１Ｃの回転角度を様々に変更することが可能となる。なお、３つの接続点３４２の位置、３本の棒３７１の長さにより、２つのナット３４０Ａ、Ｂの移動量、移動方向を変えたときの、第１骨１０１Ａ〜１０１Ｃの回転角度の挙動を様々に変更することが可能である。

［第３の実施例］
図９は、第３の実施例を示す説明図である。第２の実施例では、ボールねじ機構を用いて、第１骨１０１を回転させていたが、第３の実施例では、電動モーターの回転の回転軸と、第１骨１０１の回転の回転軸が同じである。図９では、ワイヤー１３０（図１）から右方は図示を省略している。第３の実施例のロボットハンド装置１３は、第１の実施例のロボットハンド装置１０に加えて、電動モーター４００と、減速機４１０と、回転軸４２０と、基台３８０と、を備える。電動モーター４００は、基台３８０上に設置され、電動モーター４００の出力には、減速機４１０が接続されている。減速機の出力である回転軸４２０は、第１骨１０１に接続されている。電動モーター４００が回転すると、回転軸４２０が回転し、第１骨１０１を回転させる。なお、電動モーター４００はサーボモーターであってもよい。この実施例によれば、第１骨１０１は、実施的にダイレクトに電動モーターに接続されているので、第１骨１０１の回転制御が容易となる。

図１０は、第３の実施例の変形例を示す説明図である。この変形例では、基台３８０に３つのロボットハンド装置１３が配置されている。この変形例によれば、３本のロボットハンド装置１３握るので、１本のロボットハンド装置１３で握るよりも握力を大きくすることが可能となる。なお、各ロボットハンド装置１３の握力（トルク）は異なっていてもよく、同じであっても良い。また、各ロボットハンド装置１３の第１骨１０１の回転方向は異なっていてもよい。なお、本実施例では３台のロボットハンド装置１３を用いているが、２台あるいは４台以上としてもよい。

［第４の実施例］
図１１は、第４の実施例を示す説明図である。第４の実施例は、第１の実施例のロボットハンド装置１０に、皮膚に相当するものを設けたものである。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＢ−Ｂ切断線で切ったときの断面図である。第４の実施例は、第１の実施例の構成に加えて、軟皮材１５１〜１５４と、流体材１６２を備えている。なお、図１１（Ａ）においては、流体材の図示を省略している。このように、ロボットハンド装置１０に、皮膚に相当するものを設けてもよい。

［第５の実施例］
図１２は、第５の実施例を示す説明図である。第１〜第４の実施例では、ワイヤー１３０の張力を用いて握力を出しているが、第５の実施例では、油圧を用いて圧力を出している。ロボットハンド装置１５は、電動モーター４００Ａ、Ｂと回転軸４２０Ａ、Ｂと、ネジ４３０Ａ、Ｂと、ナット４４０Ａ、Ｂと、油圧媒体アクチュエーター４６０Ａ、Ｂと、圧力伝達パイプ４７１Ａ〜４７２Ｂ、４７３と、圧力膨張変換部４８１Ａ〜４８２Ｂ、４８３と、膨張抑制部４９１Ａ〜４９２Ｂ、４９３と、を備える。

本実施例では、圧力膨張変換部４８１Ａ〜４８２Ｂ、４８３として、収縮繊維をシリコンゴムで覆った風船状のものを用いている。圧力膨張変換部４８１Ａ、４８１Ｂは、第２骨１０２を挟むように、第２骨１０２と平行に配置され、第１関節１１１及び第２関節１１２において、第１骨１０１及び第３骨１０３と接続されている。圧力膨張変換部４８２Ａ、４８２Ｂは、第３骨１０３を挟むように、第３骨１０３と平行に配置され、第２関節１１２及び第３関節１１３において、第２骨１０２及び第４骨１０４と接続されている。圧力膨張変換部４８３は、第４骨１０４と第３骨１０３と接続されている。圧力膨張変換部４８１Ａ、４８２Ａ、４８３は、それぞれ圧力伝達パイプ４７１Ａ、４７２Ａ、４７３により、油圧媒体アクチュエーター４６０Ａのピストン室４６５Ａと接続されている。圧力膨張変換部４８１Ｂ、４８２Ｂは、それぞれ圧力伝達パイプ４７１Ｂ、４７２Ｂにより、油圧媒体アクチュエーター４６０Ｂのピストン室４６５Ｂと接続されている。油圧媒体アクチュエーター４６０Ａ、Ｂのピストン４５５Ａ、４５５Ｂは、それぞれ、ナット４４０Ａ、Ｂと接続されている。また、圧力膨張変換部４８１Ａ〜４８２Ｂ、４８３は、膨張抑制部４９１Ａ〜４９２Ｂ、４９３に覆われている。膨張抑制部４９１Ａ〜４９２Ｂ、４９３は、圧力膨張変換部４８１Ａ〜４８２Ｂ、４８３が膨張するときに、太る方向ではなく長くなる方向に膨張させるように、圧力膨張変換部４８１Ａ〜４８２Ｂ、４８３の膨張を規制する。

図１２（Ａ）に示すように、ロボットハンド装置１５が伸びた状態にするときは、電動モーター４００Ａは、回転して、ナット４４０Ａを左方に移動させる。そうすると、ピストン４５５Ａも左方に移動するので、ピストン室４６５Ａの圧力が下がり、圧力伝達パイプ４７１Ａ、４７２Ａ、４７３を介して、圧力膨張変換部４８１Ａ、４８２Ａ、４８３の油圧を下げる。その結果、圧力膨張変換部４８１Ａ、４８２Ａ、４８３が長さ方向に収縮し、ロボットハンド装置１５を伸ばすように引っ張る。一方、電動モーター４００Ｂは、ナット４４０Ｂを右方に移動させる。そうすると、ピストン４５５Ｂも右方に移動するので、ピストン室４６５Ｂの圧力が上がり、圧力伝達パイプ４７１Ｂ、４７２Ｂを介して、圧力膨張変換部４８１Ｂ、４８２Ｂの油圧を上げる。その結果、圧力膨張変換部４８１Ｂ、４８２Ｂが長さ方向に膨張し、ロボットハンド装置１５を伸ばす。

一方、図１２（Ｂ）に示すようにロボットハンド装置１５を曲げる場合には、電動モーター４００Ａは、回転して、ナット４４０Ａを右方に移動させる。そうすると、ピストン４５５Ａも右方に移動するので、ピストン室４６５Ａの圧力が上がり、圧力伝達パイプ４７１Ａ、４７２Ａ、４７３を介して、圧力膨張変換部４８１Ａ、４８２Ａ、４８３の油圧を上げる。その結果、圧力膨張変換部４８１Ａ、４８２Ａ、４８３が長さ方向に膨張し、ロボットハンド装置１５を伸ばす。一方、電動モーター４００Ｂは、ナット４４０Ｂを左方に移動させる。そうすると、ピストン４５５Ｂも左方に移動するので、ピストン室４６５Ｂの圧力が下がり、圧力伝達パイプ４７１Ｂ、４７２Ｂを介して、圧力膨張変換部４８１Ｂ、４８２Ｂの油圧を下げる。その結果、圧力膨張変換部４８１Ｂ、４８２Ｂが長さ方向に収縮し、ロボットハンド装置１５を曲げ方向に引っ張る。

以上、この実施例によれば、圧力膨張を利用して、ロボットハンド装置１５を動作させることができる。モーター４００Ｂの変位量をＬｍ、ピストン４５５Ｂの面積をＳｍ、圧力膨張部４８１Ｂ、４８２Ｂの断面積をＳｆとすると、指先変位量をＬｆとすると、
Ｖｘ＝Ｌｍ＊Ｓｍ＝Ｌｆ＊Ｓｆ（Ｖｘは定数）
の関係があるため、指先変位量Ｌｆ＝Ｖｘ／Ｓｆをゲインとしてトルク増幅が可能となる。また、この実施例では、油圧で握りあるいは開きを制御する。したがって、指先の握り圧（握力）や開放圧を均一のトルクで設定制御できる。そのため、指先トルク制御、指先応答速度制御が設計しやすいという利点がある。

図１３は、第５の実施例の変形例を示す説明図である。この変形例は、第５の実施例の電動モーター、回転軸４２０、ネジ、ナット、油圧媒体アクチュエーターを１つとし、油圧アクチュエーター４５０のピストン４５５のピストン裏側の部屋４６７に圧力伝達パイプ４７１Ｂと、４７２Ｂとを接続している。第５の実施例では、ピストン室４６５Ａの体積が増えるときは、ピストン室４６５Ｂの体積が減り、ピストン室４６５Ａの体積が減るときは、ピストン室４６５Ｂの体積が増える。ピストン室４６５Ａと４６５Ｂの体積の和はほとんど変わらない。一般に、ピストン室４６５とピストン裏側の部屋の体積の和は同じである。したがって、この変形例のように圧力伝達パイプ４７１Ｂと、４７２Ｂを接続してもよい。電動モーター、回転軸４２０、ネジ、ナット、油圧媒体アクチュエーターの数を削減できる。

［第６の実施例］
図１４は、第６の実施例を示す説明図である。第１の実施例では、ナット２４０に、ワイヤー１３０が直接接続されているが、この実施例では、スクリュー歯車と、ワイヤー１３０との間に、油圧装置を挟んでいる。すなわち、本実施例では、電動モーター５００と、回転軸５２０と、ネジ５３０と、ナット５４０と、第１の実施例の構成に加えて、圧力アクチュエーター５５０、５８０と、圧力伝達パイプ５７０と、を備える。電動モーター５００と、回転軸５２０と、ネジ５３０と、ナット５４０の構成は、第１の実施例の電動モーター２００と、回転軸２２０と、ネジ２３０と、ナット２４０の構成と同じである。圧力アクチュエーター５５０（「ピストンーシリンダ機構」とも呼ぶ。）は、ピストン５５５と、シリンダ５６０と、を有し、圧力アクチュエーター５８０は、ピストン５８５と、シリンダ５９０と、を有する。

ナット５４０と、ピストン５５５と、が接続されており、ピストン５８５とワイヤー１３０と、が接続されている。圧力アクチュエーター５５０と５８０とは、圧力伝達パイプ５７０により接続されている。圧力アクチュエーター５５０と５８０のピストン室と圧力伝達パイプ５７０の中には、油が封入されている。

電動モーター５００が回転し、ナット５４０が右方に移動すると、ピストン５５５も右方に移動する。圧力アクチュエーター５５０内のピストン室を小さくするように圧力がかかる。この圧力は、圧力伝達パイプ５７０により圧力アクチュエーター５８０に伝達される。そして、ピストン５８５は右方に移動し、ワイヤー１３０を押す。この場合、図１４（Ａ）に示すように、指が伸びる。一方、ナット５４０が左方に移動すると、ピストン５５５も左方に移動する。圧力アクチュエーター５５０内のピストン室を大きくするように圧力（負圧）がかかる。この圧力は、圧力伝達パイプ５７０により圧力アクチュエーター５８０に伝達される。そして、ピストン５８５は左方に移動し、ワイヤー１３０を引っ張る。この場合、図１４（Ｂ）に示すように、指が曲がる。

この実施例において、ピストン５５５の面積をＳｍ、移動量をＬｍ、ピストン５８５の面積をＳｆ、移動量をＬｆとする。ピストン５５５の移動量は、電動モーター５００の変位量に等しく、ピストン５８５の移動量は指先の変位量に等しい。そして、これらの４つの変数の間には、以下の関係がある。
Ｖｘ＝Ｌｍ＊Ｓｍ＝Ｌｆ＊Ｓｆ（Ｖｘは定数）

したがって、この実施例によれば、指先変位量Ｌｆ＝Ｖｘ／Ｓｆをゲインとして、トルク増幅ができる。また、指先の握り圧（握力）や開放圧を均一のトルクで設定制御できる。そのため、指先トルク制御、指先応答速度制御が設計しやすいという利点がある。

［第７の実施例］
図１５は、第７の実施例を示す説明図である。上記説明した技術は、ハンドロボット装置以外にも適用可能である。この実施例は、車両のメカ制動装置を駆動させるブレーキブースターに応用したものである。この車両は、ブレーキペダルトランスデューサー６００と、ＣＰＵシステム６１０と、ブレーキブースターアクチュエーター６２０と、伝達軸６３０と、伝達サポーター６３５と、主軸モーター６４０と、メカ制動機構６５０と、ホイール＆タイヤ６６０と、を備える。ブレーキペダルトランスデューサー６００は、車両のブレーキペダル（図示せず）の踏力を信号に変換してＣＰＵシステム６１０に送る。ＣＰＵシステム６１０は、この信号に基づいて、ブレーキブースターアクチュエーター６２０に対し、制動信号を送る。

ブレーキブースターアクチュエーター６２０は、図１に示すのと同様な、電動モーターと、回転軸と、ネジと、ナットと、を有する（図示せず）。ナットには、伝達軸６３０が接続されている。伝達サポーター６３５は、さや管の役割を果たしている。ブレーキブースターアクチュエーター６２０は、制動信号を受けると、内部の電動モーターを回転させて、伝達軸６３０を引っ張る。伝達軸６３０は、メカ制動機構６５０に接続されており、伝達軸６３０が引っ張られると、メカ制動機構６５０が制動動作を行い、ホイール＆タイヤ６６０の回転を止める。

以上、本実施例によれば、スクリュー歯車機構により、伝達軸６３０を強く引っ張れるので、メカ制動機構６５０に対し、より強い制動力を掛けることが可能となる。

［第８の実施例］
図１６は、第８の実施例を示す説明図である。この実施例は、これまでに説明した技術を、パラレルリンクロボットに適用したものである。なお、パラレルリンクロボットの「パラレル」は、「平行」ではなく「並列」の意である。パラレルリンクロボットは、３つのリンク７００と、上部支持体７５０と、下部支持体７６０と、マニピュレーター部７９０と、を備える。３つのリンク７００と、上部支持体７５０とは、ユニバーサルジョイント７７０により接続され、３つのリンク７００と、下部支持体７６０とは、ユニバーサルジョイント７８０により接続されている。なお、パラレルリンクロボットの「パラレル」は、「平行」ではなく「並列」の意である。したがって、リンク７００は平行でなくても良い。また、本実施例ではユニバーサルジョイントを用いたが、代わりにボールジョイントを用いても良い。

各リンク７００は、アクチュエーター部７１０と、ワイヤー７２０と、ワイヤー受部７３０と、アーム部７４０と、を備える。アクチュエーター部７１０の内部は図示しないが、図１に示すような、電動モーターと、回転軸と、ネジと、ナットと、を有する。ナットは、ワイヤー７２０と接続されている。ワイヤー７２０は、ワイヤー受部７３０に接続されており、ワイヤー受部７３０は、アーム部７４０に接続されている。ワイヤー受部７３０と、アーム部７４０は、一体であってもよい。

このパラレルリンクロボットでは、アクチュエーター部７１０を制御することにより、３本のリンクで有りながら、マニピュレーター部７９０の位置決めを自由に行うことが出来、従前のパラレルリンクロボットに比べ、リンク数が少なくて済む。また、従前は、リンクの回転を計算していたたが、本実施例では、リンク数が少なくなることにより計算量が少なくなることに加えて、回転の計算ではなくリンク７００の長さによる計算を行うため、計算速度が向上する。その結果、リンク７００の応答速度が向上させることができ、制御が容易となる。また、電源が遮断しても、停止時の状態を維持するため、マニピュレーター部７９０が落下することが発生し難くできる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０〜１３、１５…ロボットハンド装置
１０１〜１０４…骨
１１１〜１１３…関節
１２１〜１２３、１２６〜１２８…ワイヤーホルダー
１３０、１３５…ワイヤー
１３１、１３２…接続点
１３６…点
１４１から１４３…さや管
１５１…軟皮材
１６２…流体材
２００、３００、４００、４００Ａ、４００Ｂ、５００…電動モーター
２１０、３１０、４１０、４１０Ａ、４１０Ｂ、５１０…減速機
２２０、３２０、４２０、４２０Ａ、４２０Ｂ、５２０…回転軸
２３０、３３０、４３０、４３０Ａ、４３０Ｂ、５３０…ネジ
２４０、３４０、４４０、４４０Ａ、４４０Ｂ、５４０…ナット
２５０、３５０…ガイドレール
２５５、３５５…ブラケット
３４１…部材
３４２…接続部
３６０…支点軸
３７０…ピン
３７１…棒
３７５…穴
３７６…接合点
３８０…基台
４５０…油圧アクチュエーター
４６５Ａ、４６５Ｂ…ピストン室
４５５…ピストン
４５５Ａ、４５５Ｂ…ピストン
４６０Ａ、４６０Ｂ…油圧媒体アクチュエーター
４６７…ピストンの裏側の部屋
４７１Ａ、４７１Ｂ、４７２Ａ、４７２Ｂ、４７３…圧力伝達パイプ
４８１Ａ、４８１Ｂ、４８２Ａ、４８２Ｂ、４８３…圧力膨張変換部
４９１Ａ、４９１Ｂ、４９２Ａ、４９２Ｂ、４９３…膨張抑制部
５５０…圧力アクチュエーター
５５５…ピストン
５６０…シリンダ
５７０…圧力伝達パイプ
５８０…圧力アクチュエーター
５８５…ピストン
５９０…シリンダ
６００…ブレーキペダルトランスデューサー
６２０…ブレーキブースターアクチュエーター
６３０…伝達軸
６３５…伝達サポーター
６４０…主軸モーター
６５０…メカ制動機構
６６０…タイヤ
７００…リンク
７１０…アクチュエーター部
７２０…ワイヤー
７３０…ワイヤー受部
７４０…アーム部
７５０…上部支持体
７６０…下部支持体
７７０…ユニバーサルジョイント
７８０…ユニバーサルジョイント
７９０…マニピュレーター部

Claims

電動アクチュエーターであって、
回転運動をする電動駆動部と、
前記電動駆動部と接続された第１のネジ部と、前記第１のネジ部と嵌合する第２のネジ部とを有し、前記第１のネジ部に加えられる回転運動を前記第２のネジ部の直線運動に変換する直進運動機構と、
１つ以上の関節部と前記１つ以上の関節部で回動可能に順次連結された複数の骨部材とを有して屈曲可能な屈曲機構と、
前記屈曲機構と前記第２のネジ部とを連結し、前記第２のネジ部の直線運動に応じて前記屈曲機構を屈曲させる連結機構と、
を備え、
前記連結機構は、
連結部材のワイヤーと
前記屈曲機構に固定されたワイヤーホルダーと、
前記ワイヤーが貫通するフレキシブルさや管と、
を有する、電動アクチュエーター。
請求項１に記載の電動アクチュエーターにおいて、
前記ワイヤーの遠位端が前記複数の骨部材の遠位端で固定されているとともに、前記連結部材の近位端が前記第２のネジ部に連結されており、
前記電動駆動部が前記直進運動機構を介して前記ワイヤーを移動させることによって、前記関節部で連結された前記複数の骨部材の屈曲及び伸展を行うことにより前記屈曲機構を屈曲、伸展させる、電動アクチュエーター。
請求項１または請求項２に記載の電動アクチュエーターにおいて、
前記直進運動機構と前記連結部材との間に、
前記第２のネジ部に接続されたピストンを有するピストン−シリンダ機構と、
前記ピストン−シリンダ機構と、前記連結機構と、に接続された圧力伝達パイプと、
を備える、電動アクチュエーター。
請求項１に記載の電動アクチュエーターであって、
前記屈曲機構は、
１つ以上の関節部と、
前記１つ以上の関節部で回動可能に順次連結された複数の骨部材と、を有し、
前記連結機構は、
前記第２のネジ部に接続されたピストンを有するピストン−シリンダ機構と、
前記各骨部材に設けられた膨張収縮部と、
前記ピストン−シリンダ機構と前記膨張収縮部とを繋ぐ圧力伝達パイプと、を有し、
前記電動駆動部が前記直進運動機構を介して前記ピストン−シリンダ機構の前記ピストンを移動させることにより、前記圧力伝達パイプを介して前記膨張収縮部を膨張、収縮させて、前記関節部で連結された前記複数の骨部材の屈曲及び伸展を行って前記屈曲機構を屈曲、伸展させる、電動アクチュエーター。
請求項１から請求項４までのうちのいずれか一項に記載の電動アクチュエーターにおいて、さらに、
基部と、
前記基部に配置され、回転運動をする第２の電動駆動部と、
前記第２の電動駆動部と接続された第３のネジ部と、前記第３のネジ部と嵌合する第４のネジ部とを有し、前記第３のネジ部に加えられる回転運動を前記第４のネジ部の直線運動に変換する第２の直進運動機構と、
前記第４のネジ部と前記屈曲機構とを繋ぐ梃子と、を備え、
前記第２の電動駆動部が前記第２の直進運動機構を介して前記梃子を移動させることによって、前記屈曲機構を前記基部に対して旋回運動させる、電動アクチュエーター。