JP7496113B2 - アクチュエータ及びロボット - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータ及びロボットに関する。

ロボットを動かす動力源には通常モータが使われる。しかし、動力源にモータを用いるロボットでは、形や大きさの異なる物体を自由に把持することが難しい。また、動力源にモータを用いるロボットでは、力加減を繊細に調節することが難しく、柔らかいものを把持することや、人とのインタラクションが苦手である。
一方、人とのインタラクションや異形物体の自由な把持においてエラストマー材料で形成されたソフトロボットに注目が集まっている。ソフトロボットのアクチュエータには、主に空気圧や水圧によるエラストマー材料の膨張を利用したものが用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。

特表２０１８－５２３５８４号公報 特許第６６２０２５７号

しかし、従来のソフトロボットのアクチュエータは複雑な構造を有するため、製造コストが高くなる。また、小型化することが難しい。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低減された製造コストで製造でき小型化可能なアクチュエータを提供する。

本発明は、気体及び液体のうち少なくとも一方で満たされた内部空洞を有する細長いバルーンと、前記バルーンの周囲を覆い前記バルーンの膨張を制限するように設けられたシェルと、前記内部空洞内の気体又は液体に圧力を加えるように設けられた加圧装置とを備え、前記シェルは、第１管部と、第１ヒンジ部と、第１ヒンジ部を介して第１管部に連結された第２管部とを有し、前記バルーンは、前記加圧装置により加えられた圧力により膨張し第１管部に対して第２管部を第１ヒンジ部を支点として回動させるように設けられたことを特徴とするアクチュエータを提供する。

本発明のアクチュエータは、バルーンの膨張を制限するように設けられたシェルでバルーンの周囲を覆うという比較的簡素な構造を有するため、製造コストを低減することや小型化することが可能になる。

本発明の一実施形態のアクチュエータの概略斜視図である。 図１の破線Ａ－Ａにおけるアクチュエータの概略断面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施形態のアクチュエータに含まれるシェルの構成部品の概略斜視図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータに含まれるバルーンの概略図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略断面図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略斜視図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略斜視図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略斜視図である。 本発明の一実施形態のアクチュエータの概略斜視図である。 本発明の一実施形態のロボットの概略図である。 作製したアクチュエータの写真である。 バルーンに加えた空気圧と、アクチュエータの角度との関係を示すグラフである。

本発明のアクチュエータは、気体及び液体のうち少なくとも一方で満たされた内部空洞を有する細長いバルーンと、前記バルーンの周囲を覆い前記バルーンの膨張を制限するように設けられたシェルと、前記内部空洞内の気体又は液体に圧力を加えるように設けられた加圧装置とを備え、前記シェルは、第１管部と、第１ヒンジ部と、第１ヒンジ部を介して第１管部に連結された第２管部とを有し、前記バルーンは、前記加圧装置により加えられた圧力により膨張し第１管部に対して第２管部を第１ヒンジ部を支点として回動させるように設けられたことを特徴とする。

前記シェルは、第２ヒンジ部と、第２ヒンジ部を介して第２管部に連結された第３管部とを有することが好ましく、前記バルーンは、前記加圧装置により加えられた圧力により部分的に膨張し第２管部に対して第３管部を第２ヒンジ部を支点として回動させるように設けられることが好ましい。このことにより、複数の管部を連動して動かすことができる。
前記シェルは、第１管部と第２管部との間に前記バルーンを露出させる開口を有することが好ましく、前記開口は、第１ヒンジ部が配置された側面と反対側の側面に配置されることが好ましい。このことにより、ヒンジ部が配置された側面と反対側の側面においてバルーンが膨張しやすくなり、加圧装置を用いて内部空洞に加えた圧力エネルギーをシェルの機械的な動きに効率的に変換することができる。

第１ヒンジ部は、第１管部から第２管部を取り外すことができるように設けられた連結機構を有することが好ましい。このことにより、アクチュエータの設計を容易に変更することが可能になる。
また、本発明は、本発明のアクチュエータを用いて動くように設けられたロボットも提供する。

以下、複数の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。

第１実施形態
図１は本実施形態のアクチュエータの概略斜視図であり、図２は図１の破線Ａ－Ａにおけるアクチュエータの概略断面図である。図３（ａ）（ｂ）はそれぞれシェルの構成部品の概略斜視図であり、図４はバルーンの概略図である。図５～図８は、それぞれ本実施形態のアクチュエータの概略図である。

本実施形態のアクチュエータ３０は、気体及び液体のうち少なくとも一方で満たされた内部空洞６を有する細長いバルーン２と、バルーン２の周囲を覆いバルーン２の膨張を制限するように設けられたシェル３と、内部空洞６内の気体又は液体に圧力を加えるように設けられた加圧装置７とを備え、シェル３は、第１管部４と、第１ヒンジ部５と、第１ヒンジ部５を介して第１管部４に連結された第２管部４とを有し、バルーン２は、加圧装置７により加えられた圧力により膨張し第１管部４に対して第２管部４を第１ヒンジ部５を支点として回動させるように設けられたことを特徴とする。

アクチュエータ３０は、空気圧、油圧、水圧などのエネルギーを機械的な動きに変換し機器を動かす駆動装置である。アクチュエータ３０は、例えば、空気圧、油圧、水圧などによりバルーン２が膨張することを利用したソフトアクチュエータである。

バルーン２は、細長い形状を有し、気体又は液体のうち少なくとも一方で満たされた内部空洞６を有する。バルーン２は、エラストマー材料（室温でゴム弾性を示す高分子物質）からできている。このことにより、内部空洞６の圧力が高くなるとバルーン２が膨張する。バルーン２の材料は例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどである。また、バルーン２が細長い形状を有することにより、アクチュエータ３０が指や脚などのような形状を有することができ、アクチュエータ３０をロボットハンドや歩行ロボットの駆動装置として利用することが可能になる。内部空洞６を満たす流体は、動力伝達媒体となる。この流体は、空気であってもよく、油であってもよく、水であってもよい。

バルーン２は例えばチューブ形状を有し、内部空洞６を満たした気体又は液体の圧力が高くなるとチューブの管壁が膨らむような構造を有することができる。バルーン２は、円管形状であってもよく、矩形管形状であってもよい。バルーン２は、例えば、図２のように内部空洞６を有する。
例えば、バルーン２は、図４に示したように、チューブ形状の長さ方向の両端部がより厚い壁部を有し、管壁が前記壁部よりも薄い厚さを有することができる。このことにより、内部空洞６の圧力を上昇させることにより管壁を膨張させることができる。また、加圧装置７に接続したチューブ１３がバルーン２の端部の壁部を貫通していてもよい。このことにより、加圧装置７により、内部空洞６の内部圧力を制御することができる。加圧装置７は、例えば、シリンジポンプ、油圧ポンプ、水圧シリンダ、エアコンプレッサなどである。また、アクチュエータ３０は、加圧装置７とバルーン２との間に圧力調整弁を有することができる。このことにより、内部空洞６の圧力を制御することができる。

シェル３は、バルーン２の膨張を制限するための部材である。シェル３はバルーン２よりも高い強度を有し、バルーン２よりも低い伸度を有する。シェル３の材料は、プラスチックであってもよく、金属であってもよく、セラミックスであってもよく、繊維で強化された樹脂フィルムであってもよい。
シェル３は、バルーン２の周囲を覆うように設けられる。例えば、バルーン２がチューブ形状を有する場合、シェル３は、バルーン２とシェル３とが内部空洞６の二重管壁となるように設けることができる。例えば、図２に示したようにバルーン２の周囲を覆うようにシェル３が設けられる。

シェル３は、管部４の開口が隣接するように複数の管部４が連なる構造を有し、隣接する２つの管部４はヒンジ部５を介して連結している。この連なった管部４の内側にバルーン２が位置する。バルーン２が円管形状を有する場合管部４も円管形状を有することができ、バルーン２が矩形管形状を有する場合管部４も矩形管形状を有することができる。また、シェル３は、隣接する２つの管部４が接触するように設けられてもよく、隣接する２つの管部４の間に隙間９が形成されるように設けられてもよい。

シェル３は、隣接する２つの管部４のうち一方の管部４に対しヒンジ部５を支点として他方の管部４が回動するように設けられる。シェル３がこのような構造を有することにより、加圧装置７を用いてシェル３内部に配置されたバルーン２の内部空洞６の圧力を上昇させると、バルーン２は、隣接する２つの管部４の間の隙間９又は開口８を押し広げて部分的に膨張する。シェル３のヒンジ部５が配置された側面は隣接する２つの管部４がヒンジ部５により連結しているため、バルーン２は、ヒンジ部５が配置された側面と反対側の側面の隙間９又は開口８を押し広げて部分的に膨張する。このようにバルーン２が部分的に膨張することにより、隣接する２つの管部４のうち一方の管部４に対しヒンジ部５を支点として他方の管部４が回動しシェル３が曲がる。従って、加圧装置７を用いて内部空洞６に加えた圧力エネルギーをシェル３の機械的な動きに変換することができる。

ヒンジ部５の構造は特に限定されないが、例えば、ヒンジ部５は、隣接する２つの管部４のうち一方の管部４に接続した連結部１０のフック１１が、他方の管部４に接続した連結部１０の穴１２に挿し込まれた構造を有することができる。
シェル３は、隣接する２つの管部４の間にバルーン２を露出させる開口８を有することができる。この開口８は、ヒンジ部５が配置された側面と反対側の側面に配置される。シェル３がこのような開口８を有することにより、ヒンジ部５が配置された側面と反対側の側面においてバルーン２が部分的に膨張しやすくなり、加圧装置７を用いて内部空洞６に加えた圧力エネルギーをシェル３の機械的な動きに効率的に変換することができる。

シェル３は、例えば、図３（ａ）に示したようなシェル３の構成部品１４又は図３（ｂ）に示したような構成部品１４が複数連なった構造を有することができる。これらの構成部品１４は、管部４と連結部１０とを有し、連結部１０は、フック１１と開口１２とを有する。連結部１０は、管部４の一方の側面に配置され、シェル３の長さ方向の一方側にフック１１が配置され、他方側に開口１２が配置されている。また、隣接する２つの構成部品１４のうち一方の構成部品１４のフック１１が他方の構成部品１４の開口１２に挿入されている。このような構造により複数の構成部品１４が連結して連なることができる。また、シェル３の長さ方向における開口１２の幅は、シェル３の長さ方向におけるフック１１の厚さよりも大きいため、フック１１は開口１２中において動くことができる。このため、フック１１が開口１２に挿入された部分がヒンジ部５として機能することができる。また、フック１１が開口１２に挿入された連結構造とすることにより、複数の構成部品１４を自由に組み合わせることが可能になり、シェル３の曲がる方向や曲げ角度を自由に設計することができる。また、アクチュエータ３０の設計を容易に変更することができる。

図１に示したアクチュエータ３０のシェル３では、図３（ａ）に示したような構成部品１４が両端に２個ずつ配置され、図３（ｂ）に示したような構成部品１４が中央部に９個配置されている。そして、図２に示したように、これらの構成部品１４は、開口１２にフック１１が挿入されることにより連結し、管部４ａ～４ｍの内部には、図４に示したようなバルーン２が配置されている。また、バルーン２の端部の壁部に加圧装置７に接続したチューブ１３が挿入され、加圧装置７により内部空洞６に圧力を加えることができる。

図５、図６は、図１に示したようなアクチュエータ３０を模式的に表した概略図である。この図を用いてアクチュエータ３０の動きについて説明する。図５は、加圧装置７によりバルーン２を加圧していない状態である。加圧装置７を用いてバルーン２の内圧を高くすると、バルーン２がシェル３で覆われていない開口８においてバルーン２が部分的に膨張する。そして、この膨らんだ部分１５が開口８を押し広げていき、図６に示したように、管部４ｄに対しヒンジ部５ｃを支点として管部４ｃが回動し、管部４ｃに対しヒンジ部５ｂを支点として管部４ｂが回動し、管部４ｂに対しヒンジ部５ａを支点として管部４ａが回動する。従って、アクチュエータ３０は上向きに曲がる。また、バルーン２の内圧を抜き大気圧に戻すと、バルーン２は縮みアクチュエータ３０は図５の状態に戻る。
このようにバルーン２の内圧を制御することにより、アクチュエータ３０を動かすことができ、圧力エネルギーを機械的な動きに変換しロボットなどを動かすことができる。

図７は、９個の構成部品１４を組み合わせたシェル３を有するアクチュエータ３０を模式的に表した概略図である。管部４ａ～４ｄ、４ｆ～４ｉを有する構成部品１４は、図３（ｂ）に示したような構造を有し、中央の構成部品では、管部４ｅの上側に穴１２を有する連結部１０が配置されており、管部４ｅの下側にフック１１が配置されている。管部４ａから管部４ｅまでは上側に配置された連結部１０により連結し、ヒンジ部５ａ～５ｄは上側に配置されている。また、管部４ｅから管部４ｉまでは下側に配置された連結部１０により連結し、ヒンジ部５ｅ～５ｈは下側に配置されている。また、開口８は、管部４ａ～４ｅの間では下側に配置され、管部４ｅ～４ｉの間では上側に配置されている。また、図７の破線Ｂ－Ｂの断面は、図２に示した断面図と同様の断面となり、バルーン２は１つの内部空洞６を有する。また、図７は、加圧装置７によりバルーン２を加圧していない状態である。

このようなアクチュエータ３０に含まれるバルーン２の内圧を加圧装置７を用いて高くすると、バルーン２がシェル３で覆われていない開口８においてバルーン２が部分的に膨張する。そして、この膨らんだ部分１５が開口８を押し広げていき、図８に示したように、管部４ｉに対しヒンジ部５ｈを支点として管部４ｈが反時計回りに回動し、管部４ｈに対しヒンジ部５ｇを支点として管部４ｇが反時計回りに回動し、管部４ｇに対しヒンジ部５ｆを支点として管部４ｆが反時計回りに回動し、管部４ｆに対しヒンジ部５ｅを支点として管部４ｅが反時計回りに回動し、管部４ｅに対しヒンジ部５ｄを支点として管部４ｄが時計回りに回動し、管部４ｄに対しヒンジ部５ｃを支点として管部４ｃが時計回りに回動し、管部４ｃに対しヒンジ部５ｂを支点として管部４ｂが時計回りに回動し、管部４ｂに対しヒンジ部５ａを支点として管部４ａが時計回りに回動する。従って、アクチュエータ３０はＳ字型に曲がる。また、バルーン２の内圧を抜き大気圧に戻すと、バルーン２は縮みアクチュエータ３０は図７の状態に戻る。

このように構成部品１４を組み換えてヒンジ部５が配置される側面を変えることにより、アクチュエータ３０の曲がる向きを変えることができる。従って、アクチュエータ３０の設計の自由度を向上させることができる。
ここでは、ヒンジ部５をアクチュエータ３０の上側側面と下側側面に配置した例を示しているが、ヒンジ部５は、上側及び下側側面に加えてアクチュエータ３０の右側側面、左側側面などに配置されてもよい。また、ヒンジ部５は、アクチュエータ３０が所望の動きをするように配置することができる。

第２実施形態
第２実施形態のアクチュエータ３０は、バルーン２の長さ方向に伸びる隔壁により分割された２つの内部空洞を有するバルーン２を備える。
第２実施形態のアクチュエータ３０は、例えば、図７に示したような構造を有し、図７の破線Ｂ－Ｂにおける断面は、図９に示したような断面となる。バルーン２は、チューブ形状を有し、隔壁１７で分割された長さ方向に伸びる内部空洞６ａ及び長さ方向に伸びる内部空洞６ｂを有する。内部空洞６ａと内部空洞６ｂは繋がっていない。また、加圧装置７は、内部空洞６ａ、６ｂのそれぞれを加圧できるように設けられる。また、隔壁１７の厚さは、チューブ形状の管壁の厚さよりも厚い。このことにより、チューブ形状の管壁を優先的に膨張させることができる。

加圧装置７を用いて内部空洞６ａの圧力を高くする（内部空洞６ｂの圧力は高くしない）と、バルーン２がシェル３で覆われていない開口８においてバルーン２の上側が部分的に膨張する。そして、この膨らんだ部分１５が開口８を押し広げていき、図１０に示したように、管部４ｉに対しヒンジ部５ｈを支点として管部４ｈが反時計回りに回動し、管部４ｈに対しヒンジ部５ｇを支点として管部４ｇが反時計回りに回動し、管部４ｇに対しヒンジ部５ｆを支点として管部４ｆが反時計回りに回動し、管部４ｆに対しヒンジ部５ｅを支点として管部４ｅが反時計回りに回動する。管部４ａ～４ｄは、アクチュエータ３０の上側にヒンジ部５ａ～５ｄが配置されているため、回動しない。
従って、アクチュエータ３０は右半分だけが下向きに曲がる。また、内部空洞６ａの圧力を大気圧に戻すと、バルーン２は縮みアクチュエータ３０は図７の状態に戻る。

加圧装置７を用いて内部空洞６ｂの圧力を高くする（内部空洞６ａの圧力は高くしない）と、バルーン２がシェル３で覆われていない開口８においてバルーン２の下側が部分的に膨張する。そして、この膨らんだ部分１５が開口８を押し広げていき、図１１に示したように、管部４ｅに対しヒンジ部５ｄを支点として管部４ｄが時計回りに回動し、管部４ｄに対しヒンジ部５ｃを支点として管部４ｃが時計回りに回動し、管部４ｃに対しヒンジ部５ｂを支点として管部４ｂが時計回りに回動し、管部４ｂに対しヒンジ部５ａを支点として管部４ａが時計回りに回動する。管部４ｆ～４ｉは、アクチュエータ３０の下側にヒンジ部５ｅ～５ｈが配置されているため、回動しない。
従って、アクチュエータ３０は左半分だけが上向きに曲がる。また、内部空洞６ｂの圧力を大気圧に戻すと、バルーン２は縮みアクチュエータ３０は図７の状態に戻る。

加圧装置７を用いて内部空洞６ｂの圧力及び内部空洞６ａの圧力の両方を高くすると、図８に示したように、アクチュエータ３０はＳ字型に曲がる（第１実施形態と同様）。
このように、バルーン２が２つの内部空洞６ａ、６ｂを有することにより、アクチュエータ３０を複雑に動かすことが可能になる。
ここでは、バルーン２が２つの内部空洞６ａ、６ｂを有する例を用いて説明したが、バルーン２は、長さ方向に伸びる隔壁により分割された３つの内部空洞６を有してもよく、長さ方向に伸びる隔壁により分割された４つの内部空洞６を有してもよい。このことにより、アクチュエータ３０をより複雑に動かすことが可能になる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。

第３実施形態
図１２は、第３実施形態のアクチュエータ３０の概略斜視図である。このアクチュエータ３０は、シェル３が開口８を有さないこと以外は第１実施形態のアクチュエータ３０と同様の構成を有する。
加圧装置７を用いてシェル３内部に配置されたバルーン２の内部空洞６の圧力を上昇させると、バルーン２は、隣接する２つの管部４の間の隙間９を押し広げて部分的に膨張する。シェル３のヒンジ部５が配置された側面は隣接する２つの管部４がヒンジ部５により連結しているため、バルーン２は、ヒンジ部５が配置された側面と反対側の側面の隙間９を押し広げて部分的に膨張する。このようにバルーン２が部分的に膨張することにより、隣接する２つの管部４のうち一方の管部４に対しヒンジ部５を支点として他方の管部４が回動しシェル３が曲がる。
その他の構成は第１又は第２実施形態と同様である。また、第１又は第２実施形態についての記載は矛盾がない限り第３実施形態についても当てはまる。

第４実施形態
図１３は、第４実施形態のアクチュエータ３０の概略斜視図である。このアクチュエータ３０では、隣接する２つの管部４が蝶番２０（ヒンジ部５）により連結されている。このことにより、連結構造を小型化することができる。
その他の構成は第１～第３実施形態と同様である。また、第１～第３実施形態についての記載は矛盾がない限り第４実施形態についても当てはまる。

第５実施形態
図１４は、第５実施形態のアクチュエータ３０の概略斜視図である。このアクチュエータ３０では、隣接する２つの管部４がテープ２１により連結されている。隣接する２つの管部４の間の隙間９の上部のテープ２１がヒンジ部５として機能する。ヒンジ部５にテープ２１を用いることにより、連結構造を小型化することができる。
テープ２１は、例えば高強度及び低伸度のフレキシブルテープである。テープ２１は例えばフッ素樹脂テープ、繊維強化樹脂テープなどである。テープ２１は、管部４ａ～４ｍにしっかりと接着している。例えば、テープ２１の素材を管部４の素材と同じにし、テープ２１と管部４とが一体化していてもよい（例えば、融着している）。また、テープ２１を管部４に接着層又は粘着層を用いて接着してもよい。
その他の構成は第１～第４実施形態と同様である。また、第１～第４実施形態についての記載は矛盾がない限り第５実施形態についても当てはまる。

第６実施形態
図１５は、第６実施形態のアクチュエータ３０の概略斜視図である。このアクチュエータ３０では、シェル３は、１０本の切込み１８（隙間９）が入れられたチューブ形状を有している。シェル３は、高強度・低伸度のフレキシブルチューブから形成される。例えば、シェル３はフッ素樹脂チューブ又は繊維強化樹脂チューブから形成される。
切込み１８は、チューブの上部を残すようにシェル３に入れられている。この切込み１８の上部の残った部分がヒンジ部５として機能する。また、２つの切込み１８の間の部分が管部４ｂ～４ｊとなる。また、ヒンジ部５の反対側に開口８が設けられる。
また、切込み１８の端に小さな穴を設けることができる。このことにより、切込み１８の端が裂けることを抑制することができる。
このように、ヒンジ部５をチューブ（シェル３）の一部に設けることにより、連結部が不要になる。また、部品数を少なくすることができ、製造コストを低減することができる。
その他の構成は第１～第５実施形態と同様である。また、第１～第５実施形態についての記載は矛盾がない限り第６実施形態についても当てはまる。

第７実施形態
第７実施形態は、第１、第２、第３、第４、第５又は第６実施形態で説明したアクチュエータ３０を用いて動くように設けられたロボットに関する。ロボットは、例えば、ロボットハンド、二足歩行ロボット、四足歩行ロボット、介護ロボット、パワードスーツ（ロボットスーツ、パワーアシストスーツ）、運搬ロボット、癒し系ロボットなどである。
図１６は、ロボットハンド４０（ロボット）の概略図である。このロボットハンド４０は、第２実施形態で説明したようなアクチュエータ３０ａ、３０ｂ（バルーン２が内部空洞６ａ、６ｂを有する）を備えている。ただし、アクチュエータ３０ａ、３０ｂのヒンジ部５は、第５実施形態のアクチュエータ３０のようにテープ２１ａ～２１ｄで構成されている。このアクチュエータ３０ａ、３０ｂがロボットハンド４０の指として機能し、加圧装置７で内部空洞６ａ、６ｂの圧力を調節することにより対象物２５を掴むことができる。このことを以下に説明する。

加圧装置７を用いてアクチュエータ３０ａに含まれるバルーン２ａ及びアクチュエータ３０ｂに含まれるバルーン２ｂに圧力を加えていない場合、アクチュエータ３０ａ、３０ｂは、流路部材２３からまっすぐ下方向に伸びた状態となる。アクチュエータ３０ａ、３０ｂとの間の間隔よりも対象物２５が大きい場合、アクチュエータ３０ａとアクチュエータ３０ｂとの間の間隔が広くなるようにアクチュエータ３０ａ、３０ｂを動かす。具体的には、加圧装置７を用いて、アクチュエータ３０ａに含まれるバルーン２ａの内側の内部空洞に圧力を加えることにより、管部４ａに対し管部４ｂを時計回りに回動させ、管部４ｂに対し管部４ｃを時計回りに回動させ、管部４ｃに対し管部４ｄを時計回りに回動させる。また、加圧装置７を用いて、アクチュエータ３０ｂに含まれるバルーン２ｂの内側の内部空洞に圧力を加えることにより、管部４ｊに対し管部４ｋを反時計回りに回動させ、管部４ｋに対し管部４ｌを反時計回りに回動させ、管部４ｌに対し管部４ｍを反時計回りに回動させる。このことにより、アクチュエータ３０ａとアクチュエータ３０ｂの間隔が広くなりロボットハンド４０が開く。この状態で、アクチュエータ３０ａとアクチュエータ３０ｂとの間に対象物２５が位置するようにロボットハンド４０を動かす。

次に、加圧装置７を用いて、アクチュエータ３０ａに含まれるバルーン２ａの外側の内部空洞に圧力を加えることにより、管部４ｄに対し管部４ｅを反時計回りに回動させ、管部４ｅに対し管部４ｆを反時計回りに回動させ、管部４ｆに対し管部４ｇを反時計回りに回動させ、管部４ｇに対し管部４ｈを反時計回りに回動させ、管部４ｈに対し管部４ｉを反時計回りに回動させる。また、加圧装置７を用いて、アクチュエータ３０ｂに含まれるバルーン２ｂの外側の内部空洞に圧力を加えることにより、管部４ｍに対し管部４ｎを時計回りに回動させ、管部４ｎに対し管部４ｏを時計回りに回動させ、管部４ｏに対し管部４ｐを時計回りに回動させ、管部４ｐに対し管部４ｑを時計回りに回動させ、管部４ｑに対し管部４ｒを時計回りに回動させる。このことにより、ロボットハンド４０が対象物２５を掴むことができる。また、バルーン２ａの外側の内部空洞の圧力を抜き、バルーン２ｂの外側の内部空洞の圧力を抜くことにより、ロボットハンド４０から対象物２５を離すことができる。

このようにアクチュエータ３０を用いたロボットハンド４０を用いると、様々な大きさの対象物２５を掴むことができる。また、バルーン２の内圧を調節することにより掴む力を調節することができるため、柔らかいもの、人、生物などを適切な力で掴むことができる。
ここでは、２本のアクチュエータ３０ａ、３０ｂで対象物２５を掴むロボットハンド４０について説明したが、ロボットハンド４０は、３本、４本、５本又は６本のアクチュエータ３０で対象物２５を掴むように構成されてもよい。
第１～第６実施形態のアクチュエータについての記載は、矛盾がない限り第７実施形態のロボットに含まれるアクチュエータについて当てはまる。

アクチュエータ作製実験
図７、図８に示したようなアクチュエータを作製した。なお、部品４０の数などは異なる。
３Ｄプリンタ（株式会社キーエンス製）を用いて図３（ａ）に示したような部品及び図３（ｂ）に示したような部品を作製した。管部の内径は約２０ｍｍとした。管部の長さは約１２．５ｍｍとした。図３（ａ）に示したような部品はシェルの両端部に用い、図３（ｂ）に示したような部品は両端部の間で連なる部品に用いた。また、これらの部品はフック及び開口を有する連結部を備えている。

シリコーンゴム（Smooth-on社製）を用いて図４に示したようなバルーンを作製した。バルーンの内径は１５ｍｍとし、外径は２０ｍｍとし、長さは１５０ｍｍとした。なお、これらのサイズはバルーンの作製直後のサイズであり、バルーンを管部の内部に入れる際にバルーンを伸ばすと、バルーンは若干塑性変形し長さが長くなる。
そして、連結部が上側に位置するように７個の上記部品の管部の内部に作製したバルーンを入れ、連結部が下側に位置するように７個の上記部品の管部の内部に前記バルーンを入れた。そして、隣接する２つの部品のうち一方の連結部の開口中に他方の連結部のフックを挿入して、連結部が上側に位置する７個の部品を連結し、連結部が下側に位置する７個の部品を連結した。
その後、バルーンの端部の壁にシリンジポンプに接続した針を挿入し、アクチュエータが完成した。シリンジポンプを用いてバルーンの内圧を上昇させたアクチュエータの写真を図１７に示す。

シリンジポンプによりバルーンに加える空気圧を変えて、図１７に示したような曲がったアクチュエータの右の角度θ及び左の角度θを計測した。計測結果を図１８に示す。この計測結果から、バルーンの内圧を変えることによりアクチュエータが曲がる角度を調節することができることが確認された。

２、２ａ、２ｂ：バルーン ３、３ａ、３ｂ：シェル ４、４ａ～４ｒ：管部 ５、５ａ～５ｈ：ヒンジ部 ６、６ａ、６ｂ：内部空洞 ７：加圧装置 ８：開口 ９：隙間（スリット） １０：連結部 １１：フック １２：穴 １３：チューブ １４：シェルの構成部品 １５：膨らんだ部分 １７：隔壁 １８：切込み ２０：蝶番 ２１、２１ａ～２１ｄ：テープ ２３：流路部材 ２５：対象物 ３０、３０ａ、３０ｂ：アクチュエータ ４０：ロボットハンド（ロボット）

Claims (5)

1. 気体及び液体のうち少なくとも一方で満たされた内部空洞を有する細長いバルーンと、前記バルーンの周囲を覆い前記バルーンの膨張を制限するように設けられたシェルと、前記内部空洞内の気体又は液体に圧力を加えるように設けられた加圧装置とを備え、
   前記シェルは、第１管部と、第１ヒンジ部と、第１ヒンジ部を介して第１管部に連結された第２管部とを有し、
   前記バルーンは、前記加圧装置により加えられた圧力により膨張し第１管部に対して第２管部を第１ヒンジ部を支点として回動させるように設けられ、
   前記バルーンは、チューブ形状を有し、前記内部空洞を満たした気体又は液体の圧力が高くなるとチューブの管壁が膨らむような構造を有し、
   前記バルーンは、チューブ形状の長さ方向の両端部がより厚い壁部を有し、管壁が前記壁部よりも薄い厚さを有することを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記シェルは、第２ヒンジ部と、第２ヒンジ部を介して第２管部に連結された第３管部とを有し、
   前記バルーンは、前記加圧装置により加えられた圧力により部分的に膨張し第２管部に対して第３管部を第２ヒンジ部を支点として回動させるように設けられた請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記シェルは、第１管部と第２管部との間に前記バルーンを露出させる開口を有し、
   前記開口は、第１ヒンジ部が配置された側面と反対側の側面に配置された請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 第１ヒンジ部は、第１管部から第２管部を取り外すことができるように設けられた連結機構を有し、
   第１ヒンジ部は、第１及び第２管部のうち一方の管部に接続した連結部のフックが、他方の管部に接続した連結部の穴に挿し込まれた構造を有する請求項１～３のいずれか１つに記載のアクチュエータ。
5. 請求項１～４のいずれか１つのアクチュエータを用いて動くように設けられたロボット。