JP6877521B2 - アクチュエータユニット及びそれを組み込んだ筋肉ロボット - Google Patents
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Description
液圧駆動移動機構22の動作各部も、後述する本発明の特徴を有する後述する液圧駆動筋肉アクチュエータユニット又は液圧駆動筋肉アクチュエータで構成される。
以下の図面において、基本的には、同機能・同構造を果たすものは同じ符号を用いている。
(水圧駆動筋肉アクチュエータの実施例3A)
図4、図5は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニットの最小構成を示す水圧駆動筋肉アクチュエータ3の第1の実施例3Aを示す。図4は、水圧駆動筋肉アクチュエータ3Aの構成部品を(a)、(b)、(c)に分解して示した図で、図5は、水圧駆動筋肉アクチュエータ3Aとして構成部品を一体形成したときの側面断面図(a)と、側面外観図(b)を示した図である。
次に、水圧駆動筋肉アクチュエータユニットの最小単位である水圧駆動筋肉アクチュエータ3の第2の実施例3Bを、図6を用いて説明する。図6の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータ3Bの側面断面図であり、図6の(b)は、図6の(a)における断面A−Aからの矢視図である。
本実施例3Bによれば、付与荷重とバランスをとる弾性体の本数を増やしたことにより、更に負荷荷重を増強することができる。実施例3Bにおいて、実施例3Aと同様に、コイル状の基本弾性体1の対角位置に配置された上下の端板4との接続部1a、1bが設けられているが、伸縮式シリンダ2の内側に設けられたシリンダ内弾性体13の対角位置に、上下の端板4との接続部13a、13bが設けられている。また、実施例3Aと同様に、水圧駆動筋肉アクチュエータ3Bの姿勢を柔軟に傾斜させるために、接続部13aは接続部1aに隣接する位置に、接続部13bは接続部1bに隣接して設けている。シリンダ内弾性体13は、負荷荷重を増強する増強手段である。
(水圧駆動筋肉アクチュエータユニットの実施例10A)
図7は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニットの第1の実施例10Aを示す図である。図7の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Aの側面外観図であり、図7の(b)は、図7の(a)における断面A−Aからの矢視図である。
一方、本実施例10Aでは、伸縮式シリンダ2の周囲を囲むように設けられた基本弾性体1によって周囲の全方向で釣り合いをとることができる。その結果、4本の伸縮式シリンダ2の水圧を細かく規定することで全方向に曲げることができる。例えば、図7の(b)に示す4本の伸縮式シリンダ2の水圧を3Aa=3Ac>3Ab=3Adとすることにより、隣接する2本の水圧駆動筋肉アクチュエータ3Aを結ぶ線に直交方向であるG方向に曲げることができる。また、3Aa>3Ac=3Ab>3Adとすることにより、対角にある2本の水圧駆動筋肉アクチュエータ3Aを結ぶ線に直交方向であるH方向にも曲げることできる。
図8は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10の第2の実施例10Bを示す図である。図8の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Bの側面外観図であり、図8の(b)は、図8の(a)における断面A−Aからの矢視図である。
図9は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10の第3の実施例10Cを示す図である。図9の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Cの側面外観図であり、図9の(b)は、図9の(a)における断面A−Aからの矢視図である。
なお、図9においては、外周用弾性体5Aと内側用弾性体8とを設けたが、どちらか一方でもよい。また、本実施例10Cの特徴は、図8で示す水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Bにも適用できる。
この構造を用いることによって、更に大きな負荷荷重を扱うことができる。
図10は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Cに本実施例の特徴を更に付加した第4、5の実施例10D、10Eを示す図である。図10の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータの実施例3Aを用いた水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Dの第4の実施例3Dの側面外観図である。図10の(b)は、図10の(a)における断面A−Aからの矢視図である。図10の(c)は、水圧駆動筋肉アクチュエータの実施例3Bを用いた水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Eの第5の実施例3Eの図10の(a)の断面に対応する位置における断面A−Aからの矢視図である。
伸縮袋6の中身は、例えば、ゲル状の物質でもよいし、水圧駆動筋肉アクチュエータ3A、3Bで用いた水圧駆動体でもよい。ゲル状物質であれば、水圧駆動筋肉アクチュエータ3A、3Bのダンパとしての役割を担い、伸縮式シリンダ2のような水圧駆動体であれば増強手段として液体付与時に生じる負荷荷重を増やすことができる。
図11は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10の第6の実施例10Fを示す図である。図11の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Fの側面外観図であり、図11の(b)は、図11の(a)における断面A−Aからの矢視図である。
なお、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Cと同様に、ゴム状の外周用弾性体5Bを、水圧駆動筋肉アクチュエータ3Aの周囲全体を囲むように一体として設けてもよいし、逆に、実施例10Cにおいて、コイル状のバネの基本弾性体1を離散的に設けてもよい。また、本実施例10Fに実施例10D、10Eで説明した特徴を付加してもよい。
図12は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10の第7の実施例10Gを示す図である。図12の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Gの初期位置における側面外観図であり、図12の(b)は、図12の(a)における断面A−Aからの矢視図である。
一方、仕切り板の紙面上側の水圧を高くすることによって伸縮式シリンダ2が縮み、その水圧差に釣り合うように圧縮バネである基本弾性体1が縮み、水圧駆動筋肉アクチュエータ3Cも縮む。最終的には、4本の水圧駆動筋肉アクチュエータ3Cの縮め具合に基づいて、4本の圧縮バネである基本弾性体1とともに、4本の伸縮式シリンダ2の水圧と釣り合うように、4本の板バネ状の外周用弾性体5Cがそれぞれ外側に膨らみ、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Gは所定の姿勢をとることができる。なお、伸縮式シリンダ2としては、ジャバラ形式の他、シリンダロッドを有する形式でもよい。
なお、板バネ状の外周用弾性体5Cでは、一体にして周囲全体を囲むことはできないが、複数に分割して設けてもよい。また、実施例10Gに実施例10D、10Eで説明した特徴を付加してもよい。
図13は、水圧駆動筋肉アクチュエータ3Aを複数本連結する際に、図9に示す水圧駆動筋肉アクチュエータユニットの実施例10Cの特徴を適用した水圧駆動アーム20の第1、第2の実施例20A、20Bを示す図である。図13の(a)は、連結部分に接続用弾性体7を設けた実施例20Aを示す図である。図13の(b)は、図9に示す水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Cを単にボルト・ナット(図示せず)で固定連結した水圧駆動アーム20の実施例20Bを示す図である。
水圧駆動アームの実施例20A、20Bによれば、水圧駆動アーム20A、20Bを水平にしても、水圧駆動アーム20A、20Bの先端が重さで垂下することなく、水圧駆動アーム20A、20Bの姿勢を維持することができる。
また、本実施例20Aは、外周用弾性体5A及び内側用弾性体8の構成と共に、接続用弾性体7の作用により、本実施例20Bに比べ、全体の姿勢を滑らかな姿勢に制御できる。
図14は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10を複数本連結した水圧駆動アーム20の第3、第4の実施例20C、20Dを示す図である。図14の(a)は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Dを連結する際に、図9に示す水圧駆動筋肉アクチュエータユニットの実施例10Cの特徴を適用した水圧駆動アーム20の実施例20Cを示す図である。図14の(b)は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Eを連結する際に、図9に示す水圧駆動筋肉アクチュエータユニットの実施例10Cの特徴を適用した水圧駆動アーム20の実施例20Dを示す図である。
また、本実施例20Dでは、2本の水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Eを、例えば、ゴムブッシュのような接続用弾性体7で接続している。
また、本実施例20C、20Dは、外周用弾性体5A及び内側用弾性体8の構成と共に、接続用弾性体7の作用により、固定連結する実施例に比べ、全体の姿勢を滑らかな姿勢に制御できる。
図15は、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10を複数本連結した水圧駆動アーム20の第5、第6の実施例20E、20Fを示す図である。図15の(a)は、図11に示す水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Fを連結する際に、その実施例10Fの特徴を適用した水圧駆動アーム20の実施例20Eを示す図である。図15の(b)は、図12に示す水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Gを連結する際に、その実施例10Gの特徴を適用した水圧駆動アーム20の実施例20Fを示す図である。
また、本実施例20F、20Gは、外周用弾性体5B、5C及び内側用弾性体8の構成と共に、接続用弾性体7の作用により、固定連結する実施例に比べ、全体の姿勢を滑らかな姿勢に制御できる。
図16は、水圧駆動アーム20Dの周囲を伸縮性シート9で覆う例を示し、水圧駆動アーム20の例として実施例20Dで示した図である。図16の(a)は、その他の実施例1の外観側面図を、図16の(b)は、実施例20Dを構成する水圧駆動筋肉アクチュエータ3Bの図10の(a)に相当する位置の断面A−Aからの矢視図である。
この結果、基本弾性体1、伸縮式シリンダ2、外周用弾性体5A等の各水圧駆動筋肉アクチュエータの砂や埃等の噛み込みを防止できる。
図17は、上述説明した水圧駆動筋肉アクチュエータ3B、水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10D、水圧駆動アーム20D及び水圧駆動移動機構22を駆動する水圧用ケーブル15、必要ならば制御ケール、位置情報ケーブル等をそれらの中央部の空間に配設した例を示す図である。図17の(a)は、その他の実施例2の外観側面図を、図17の(b)は、図17の(a)における断面A−Aからの矢視図である。
なお、図17の(a)において、解りやすいように、上側の水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Dにおいては、内側用弾性体8と水圧用ケーブル15のみを表示し、下側の水圧駆動筋肉アクチュエータユニット10Dは全体を表示している。
図17では、水圧用ケーブル15を図14の(b)に示した水圧駆動アーム20Dの中央部の内側用弾性体8の空間部に配設した例である。内側用弾性体8を用いない場合は、単に中央部に配設してもよいし、さらに、内側用弾性体8との噛み合わせが生じないように水圧用ケーブル15を囲むチューブを設けてもよい。
この結果、動作時に外部との干渉もなく、安定した動作を行うことができる。
次に、本発明の関節型マニピュレータを沸騰水型原子力プラントにおける燃料デブリ搬出に適用した適用例3を図18から図20を用いて説明する。
場合によっては、副旋回テーブル80を旋回させることなく、水圧駆動多関節型マニピュレータ21の動作範囲で、燃料デブリ28を全て解体することも可能である。
適用例1では、原子炉圧力容器RPVの炉底部に存在すると推定される燃料デブリ28の解体に本発明の水圧駆動多関節型マニピュレータ21を適用した。適用例2では、燃料デブリ28の解体・搬送後、原子炉圧力容器RPVを図1、図2に示したような作業ロボット100’でその上部から順次解体・搬出する例である。
固定脚部22bは、固定脚部22bが床から離間したときに伸び床に接触し、本体部24を含めた全体の姿勢を維持する。そのために固定脚部22bの接触部は広い面積を有する。2組の水圧駆動移動機構22の動作と固定脚部22bの床への接地動作を所定のシーケンスで行うことにより、作業ロボット100’を所定の方向に移動させる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
Claims (11)
- 伸縮可能なシリンダと、該シリンダに設けられた弾性体と、前記シリンダと前記弾性体を支持する端板とから成り、前記シリンダと弾性体とから成るアクチュエータがマトリクス状に複数配置されて構成されたアクチュエータユニットであって、
マトリクス状に複数配置された前記アクチュエータ間の外周側に伸縮袋を有し、
前記伸縮袋には液体又は空気が封入され、前記伸縮袋に封入された液体は、ゲル状物質又は前記アクチュエータで用いた圧力駆動体であることを特徴とするアクチュエータユニット。 - 請求項1に記載のアクチュエータユニットであって、
前記アクチュエータで用いた圧力駆動体の供給源は、水圧、油圧、空圧のいずれかであることを特徴とするアクチュエータユニット。 - 請求項1又は2に記載のアクチュエータユニットであって、
前記複数のアクチュエータの中心に内側用弾性体が配置されていることを特徴とするアクチュエータユニット。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のアクチュエータユニットであって、
前記複数のアクチュエータの外周に外周用弾性体が配置されていることを特徴とするアクチュエータユニット。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のアクチュエータユニットであって、
前記複数のアクチュエータの外周に伸縮自在シートが配置されていることを特徴とするアクチュエータユニット。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットに制御された液体又は気体を供給し、前記アクチュエータユニットの姿勢を制御する制御部と、を有することを特徴とする筋肉ロボット。 - 伸縮可能なシリンダと、該シリンダに設けられた弾性体と、前記シリンダと前記弾性体を支持する端板とから成り、前記シリンダに圧力を付与することにより、前記弾性体の戻ろうとする力と釣り合うことで伸長するアクチュエータを備え、
前記アクチュエータがマトリクス状に複数配置されて構成され、マトリクス状に複数配置されて構成されたアクチュエータユニットであって、
マトリクス状に複数配置された前記アクチュエータ間の外周側に液体又は空気が封入された伸縮袋を有するアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットに制御された液体又は気体を供給し、前記アクチュエータユニットの姿勢を制御する制御部とを有し、
前記アクチュエータユニットには、液体又は気体用ケーブル、制御ケーブル、位置情報ケーブルの少なくとも1つが配置され、
前記伸縮袋に封入された液体は、ゲル状物質又は前記アクチュエータで用いた圧力駆動体であることを特徴とする筋肉ロボット。 - 請求項7に記載の筋肉ロボットであって、
前記複数のアクチュエータの中心に内側用弾性体を有し、前記内側用弾性体の内側空間には、前記液体又は気体用ケーブル、制御ケーブル、位置情報ケーブルの少なくとも1つが配置されていることを特徴とする筋肉ロボット。 - 請求項7又は8に記載の筋肉ロボットであって、
前記アクチュエータで用いた圧力駆動体の供給源は、水圧、油圧、空圧のいずれかであることを特徴とする筋肉ロボット。 - 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の筋肉ロボットであって、
前記複数のアクチュエータの外周に外周用弾性体が配置されていることを特徴とする筋肉ロボット。 - 請求項7乃至10のいずれか1項に記載の筋肉ロボットであって、
前記複数のアクチュエータの外周に伸縮自在シートが配置されていることを特徴とする筋肉ロボット。
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