JP6163646B2 - アクチュエータ装置、ヒューマノイド型ロボットおよびパワーアシスト装置 - Google Patents
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Description
この発明の他の局面に従うと、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器を備え、気密容器は、軸方向に第1端部および第2端部をそれぞれ有し、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能な可動子と、可動子の駆動力を気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた電磁コイル部材である第1磁力部材とをさらに備え、第1磁力部材の可動経路に沿う長さは、可動子自身の可動経路に沿う長さよりも長く、可動子は、第2磁力部材を有し、第1磁力部材の励磁により第1磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、第1端部の気密容器内面と可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、第2端部の気密容器内面と可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを有し、第1磁力部材は、第1および第2チャンバの領域と気密容器の側壁を介して対向する位置に設けられ、第1チャンバと、第2チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、流体圧供給手段は、第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により可動子を相対運動させる際に同一の方向へ可動子を駆動するように流体圧の供給を制御する。
好ましくは、可動子は、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能なピストン部と、気密容器の内面との間に所定の隙間を空けて設けられてピストン部と結合し、第2磁力部材を有する磁力部材部と、を含む。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000の断面構造を説明するための図である。
また、定常状態となった後にも、制御目標からの偏差の補償には、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を用いることができる。
(実施の形態1の変形例)
図1に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000では、可動子200において、複数個の磁力部材202a〜202dと中間部材203a〜203cとが、シリンダ100の内面を摺動するピストンとしても機能する構成であった。
(パワーアシスト装置)
次に、以上説明したようなアクチュエータ装置1000を外骨格型ロボットの関節を駆動するためのアクチュエータとして使用したパワーアシスト装置の構成について説明する。
(駆動方式の他の例)
図15は、電磁アクチュエータの駆動方式の変形例を示す断面図である。
i)可動子が電磁コイルであり、シリンダ側に配置される固定子が、所定の異なる方向の磁場を発生させる複数の永久磁石が順次配置された構成であってもよい。
(実施の形態2)
図1に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1000では、チャンバ106aには、制御弁を有する配管108aを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われ、チャンバ106bには、制御弁を有する配管108bを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる、との構成を説明した。
(実施の形態3)
図20は、実施の形態3の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1200の断面構造を説明するための図である。図20は、図1と対比されるべき図である。
(実施の形態4)
図21は、実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300の外観を示す図である。
(実施の形態4の変形例1)
図21〜図26では、ロータ200側に永久磁石を設け、ケース101d内に電磁コイルを設ける構成として説明した。
(実施の形態4の変形例2)
実施の形態4の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置1300では、ロータ200内の永久磁石に対して駆動力を発生させる電磁コイル112a〜112l(総称して電磁コイル112と呼ぶことにする)は、ロータ200の格納されるケース101bの下層のケース101d内に設けられる構成であった。
(実施の形態5)
実施の形態4では、ロータ200は円弧状の運動をするものであった。実施の形態5では、ロータ200が連続回転する構成について、説明する。
Claims (18)
- 流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器と、
前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能な可動子と、
前記可動子の駆動力を前記気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、
前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを備え、
前記第1磁力部材は、電磁コイル部材を含み、
前記第1磁力部材は、前記気密容器内部と前記第1磁力部材側との間の前記気密容器の隔壁を介して、前記気密容器内において前記可動子を駆動するために前記流体圧が供給される領域と対向し、
前記可動子は、第2磁力部材を有し、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記第1磁力部材に対して相対運動し、
前記気密容器は、前記気密容器内の第1内面と前記可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、前記気密容器内の第2内面と前記可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを含み、
前記第1チャンバと、前記第2チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、
前記流体圧供給手段は、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体圧の供給を制御する、アクチュエータ装置。 - 流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器を備え、
前記気密容器は、軸方向に第1端部および第2端部をそれぞれ有し、
前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能な可動子と、
前記可動子の駆動力を前記気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、
前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた電磁コイル部材である第1磁力部材とをさらに備え、
前記第1磁力部材の前記可動経路に沿う長さは、前記可動子自身の前記可動経路に沿う長さよりも長く、
前記可動子は、第2磁力部材を有し、前記第1磁力部材の励磁により前記第1磁力部材に対して相対運動し、
前記気密容器は、前記第1端部の気密容器内面と前記可動子の一側面との間の空間である第1チャンバと、前記第2端部の気密容器内面と前記可動子の他側面との間の空間である第2チャンバとを有し、
前記第1磁力部材は、前記第1および第2チャンバの領域と前記気密容器の側壁を介して対向する位置に設けられ、
前記第1チャンバと、前記第2チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、
前記流体圧供給手段は、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体圧の供給を制御する、アクチュエータ装置。 - 前記気密容器は、軸方向に第1端部および第2端部をそれぞれ有するシリンダであり、
前記第1および第2内面は、それぞれ、前記第1および前記第2端部のシリンダ内面であり、
前記可動子は、前記シリンダ内を摺動可能なピストンを含み、
前記駆動部材は、前記ピストンの往復運動を前記シリンダの外部に伝達する、請求項1または2記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記シリンダ外周に設けられた電磁コイル部材であり、
前記可動子の相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項3記載のアクチュエータ装置。 - 前記電磁コイル部材は、前記シリンダ外周に所定幅にわたって設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、複数個の永久磁石を含み、前記複数の永久磁石間には、軟磁性材料が設けられ、
前記永久磁石は、それぞれの極性が前記軸方向に交互に逆極性となるように配置される、請求項4記載のアクチュエータ装置。 - 前記流体圧供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、流体圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力により発生する力が、流体圧による発生力を補うように制御する、請求項5記載のアクチュエータ装置。 - 前記流体圧供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、定常状態となった後には、制御目標からの偏差を補償するように、前記コイルの励磁を制御する、請求項5記載のアクチュエータ装置。 - 前記流体は、気体である、請求項4〜7のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。
- 前記流体は、水または油のいずれかである、請求項4〜7のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。
- 前記可動子は、
前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能なピストン部と、
前記気密容器の内面との間に所定の隙間を空けて設けられて前記ピストン部と結合し、前記第2磁力部材を有する磁力部材部と、を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載のアクチュエータ装置。 - 前記シリンダは、湾曲した形状を有する、請求項3記載のアクチュエータ装置。
- 前記気密容器は、気密状態を維持可能な円筒であり、
前記駆動部材は、前記可動子の回転運動を前記円筒の外部に伝達する出力軸であり、
前記可動子は、前記円筒内を前記出力軸と一体となって回転するロータであり、
前記円筒内には、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁が設けられ、
前記第1および第2内面は、それぞれ、前記隔壁の一方面および他方面である、請求項1記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記円筒の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、
前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項12記載のアクチュエータ装置。 - 前記電磁コイル部材は、前記円筒の底面側に円周方向に設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の方向であって交互に逆極性となるように配置される、請求項13記載のアクチュエータ装置。 - 前記第1磁力部材は、前記円筒の外周に沿って設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
前記第2磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の法線方向で交互に逆極性となるように配置される、請求項12記載のアクチュエータ装置。 - 請求項1または2に記載のアクチュエータ装置を用いて骨格を駆動する、ヒューマノイド型ロボット。
- 対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
第1端部および第2端部を有するシリンダと、
前記シリンダ外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材と、
前記シリンダ内に格納され、前記シリンダ内をピストンとして摺動可能な可動子とを含み、
前記可動子は、磁力部材を有し、前記電磁コイル部材の励磁により前記電磁コイル部材に対して相対運動し、
前記シリンダの前記第1端部と前記可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、前記シリンダの前記第2端部と前記可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとに、それぞれ、流体を供給する流体圧供給手段をさらに含み、
前記電磁コイル部材は、前記シリンダ内部と前記電磁コイル部材側との間の前記シリンダの隔壁を介して、前記シリンダ内において前記可動子を駆動するために前記流体により流体圧が供給される領域と対向し、
前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記電磁コイル部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に、前記流体圧供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。 - 対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の回転運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
流体圧を外部から内部に印加可能に構成された円筒形状の気密容器と、
前記気密容器内で発生する駆動力を前記気密容器の外部に伝達する出力軸と、
前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能で前記気密容器内を前記出力軸と一体となって回転する可動子と、
前記気密容器内で、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁と、
前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第1磁力部材とを含み、
前記可動子は、第2磁力部材を有し、前記第1磁力部材または第2磁力部材の励磁により前記第1磁力部材に対して相対運動し、
前記気密容器は、前記気密容器内の前記隔壁の一方面と前記可動子の一方端との間の空間である第1チャンバと、前記隔壁の他方面と前記可動子の他方端との間の空間である第2チャンバとを有し、
前記アクチュエータ装置は、前記第1チャンバと、前記第2チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに含み、
前記第1磁力部材は、電磁コイル部材を含み、
前記電磁コイル部材は、前記気密容器内部と前記電磁コイル部材側との間の前記気密容器の隔壁を介して、前記気密容器内において前記可動子を駆動するために前記流体圧が供給される領域と対向し、
前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記駆動手段は、前記励磁により前記可動子を相対運動させる際に、前記流体圧供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。
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