JPH0343184A - 弾性収縮体を用いたマニプレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、柔軟な構造を有する軽量なマニプレータ、
特には、駆動手段として、加圧流体の供給により軸線方
向に収縮力を生起する弾性収縮体を用いたマニプレータ
に関するものである。

（従来の技術） 空間的に可動範囲の大きな人体の上肢のようなマニプレ
ータを提供すべく、従来から種々の構造のものが提案さ
れており、例えば、第３図に示す構造のものにあっては
、各アーム１〜３に内蔵又は併設された直流モータ４〜
６の回転運動を、ウオームギヤ、平歯車そしてカサ歯車
等を用いて方向変換し、互いに相対回転可能に連結され
たアーム１〜３に所望の運動を付与する構造をしたもの
がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、電動モータを用いた従来のマニプレータ
にあっては、通例、歯車列を含む減速機構を必要とする
ことから、重量が重く、且つ占有空間も大きくなり、ま
た作動し得る範囲がそれぞれの軸線周り又は軸線を含む
面内に制限されると言う問題があった。更には、スパー
クの発生が不可避であるため、爆発性雰囲気内での使用
が制限されると言う１．１題もある。

これに対し、油圧モータ又は油圧シリンダーを用いたも
のにあっては、上記問題の他に、作動油の漏洩を完全に
阻止することが困難なことから、周囲への汚染が避けら
れず、清浄な作業環境下で使用することができず、また
、作動油の温度、清浄度を細かに管理する必要がある等
、管理上からも解決すべき多くの問題を有している。

加えて、電動モータ、油圧モータ、そして油圧シリンダ
ーを用いたマニプレータにあっては、それ自身の剛性が
高いため、人体の上肢の如き柔軟さを期待することがで
きず、大きな出力を得ようとすれば、各モータの形状寸
法が必然的に大型化することとなり、小型、軽量なマニ
プレータを提供することができなかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり
、小型、軽量で、取扱が容易であり、環境汚染の心配が
なく、また、柔軟性を有すると共に可動範囲の広いマニ
プレータを提供することをその目的とする。

（課題を達成するための手段） この課題を達成するため、本発明マニプレータは、相互
に離間して配設された一対の固定板及び可動板と、それ
ら固定板及び可動板間に配設され、各端部がそれぞれ固
定板及び可動板に連結された加圧流体の供給により膨径
変形し軸線方向に収縮力を生起する少なくとも二本で一
組の弾性収縮体と、一端が固定板に固着され他端が可動
板に揺動自在に連結された支持手段とを具備する複数の
組立体を直列に連結してなる。

（作　用） 一端が適当な固定部に固着され、直列に配設されたそれ
ぞれの組立体の弾性収縮体への初期設定圧力の作用下で
、関連する固定板及び可動板が初期位置にあるマニプレ
ータは、ある組立体のいずれかの弾性収縮体への加圧流
体の一層の適用により収縮力を増大し、当該組立体の他
の弾性収縮体から加圧流体を排出することにより収縮力
を低減させると、支持手段により固定板に対して揺動自
在に支持された可動板が、関連するそれぞれの弾性収縮
体の収縮力の差に対応して揺動することとなる。

従って、相互に直列に配列されたそれぞれの組立体の弾
性収縮体への加圧流体の給排を適宜に調整することによ
り、各組立体の可動板の揺動運動を調整することができ
、ひいてはマニプレータに所望の運動を付与することが
できる。なお、マニプレータの全方向への運動を担保す
るためには、各組立体の弾性収縮体の数を三本以上とす
れば良い。

一方、各組立体の弾性収縮体に適用される加圧流体の初
期圧力を調整することにより、弾性収縮体の剛性を自在
に変更することができるので、個々の組立体の剛性は勿
論、全体としてのマニプレータの剛性も適宜に変更する
こともできる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明に係るマニプレータの好適
な実施例に付いて説明する。

第１図（ａ）は、本発明に係るマニプレータ１ｏを模式
的に示す図であり、当該マニプレータを構成するそれぞ
れの組立体１２は、同図中）に示したように、剛固な金
属又はエンジニアリングプラスチックよりなる円板が状
をした相互に対をなす固定板１４及び可動板１６が互い
にほぼ平行に離間して配設され、それらの間に、本実施
例では四本で一組とした弾性収縮体１８が相互に平行に
離間して配設されている。なお、第１図（ハ）にあって
は、説明のため、手前側に位置する弾性収縮体を省略し
て示した。

ここで弾性収縮体１８は、第２図にその一部を断面にし
て示すように、加圧流体を透過することなくその内部に
保持することができるゴム又は合成樹脂からなる管状体
２０の外周を、有機又は無機質高張力繊維類、例えば、
芳香族ボリアミド繊維（ケプラー：商品名）、極細金属
ワイヤーのようなフィラメントを撚った束、又は無撚り
の束等を編組んだ補強構造体２２で被覆するとともに、
それら管状体２０及び補強構造体２２の両端開口部を封
止部材２４で封止し、管状体及び補強構造体が封止部材
が外れるのを阻止すべく、かしめリング２６を用いて外
方から封止する構造とした、いわゆるエアーバッグタイ
プのものである。

そして、少なくとも一方の閉鎖部材に形成した連通孔に
装着されたフィッティング２８を介して、その内部空間
３０への加圧流体の適用に伴う、補強構造体２２の初期
編組角度θから、いわゆる静止角（５４°４４′）に至
る拡大、つまりパンタグラフ運動による管状体２０の膨
径と、それに由来した軸線方向の収縮がもたらされるも
のであり、加圧流体の有するエネルギーを効率よく運動
エネルギーに変換することができる軽量で柔軟なアクチ
ュエータである。

本実施例にあっては、このような弾性収縮体１８の一方
の閉鎖部材２４、即ち連通孔が形成された閉鎖部材２４
の端面に、その軸線方向外方に突出させたおねじ部２５
ａを形成し、第１図（Ｃ）に明示したように、弾性収縮
体の一端が連結される固定部材１４に形成されためねじ
部３２に螺着し得る構成とし、固定板１４との連結を容
易なものとする。

これに対し、弾性収縮体の他方の閉鎖部材には、貫通孔
２５ｂが形成されており、第１図（ｄ）に示したように
、当該閉鎖部材に関連して可動板１６に固着された取付
はブラケット３４を挿通する支持ピン３６をその貫通孔
２５ｂにも挿通させることにより、弾性収縮体１８の他
端を可動板１６に回動自在に支持する。なお、本実施例
にあっては、取付はブラケ・ント３４を貫通して外方に
突出する支持ピン３６の両突出部分に係止ピン３８を係
合させ、支持ピン３６が、鎖部材２４に形成した貫通孔
２５ｂから抜は落ちるのを阻止する構成とした。

そして、固定板１４及び可動板１６には、それら板部材
間に配設される弾性収縮体１８の数に応じて、めねじ部
３２及び取付はブラケット３４を、所定間隔離間して形
成配置することは勿論である。

本実施例にあって、円板形状をした固定板１４の中央部
に、第１図（Ｃ）に示したように、めねじ部１４ａを形
成し、棒部材４０の一端部に形成したおねじ部４０ａを
螺合させる。

棒部材４０の他端にもおねじ部４０ｂが形成されており
、可動板１６の固定板に対向する平面部に既知の固定手
段、例えば、固定ボルトを用いて固着された球面軸受け
４２の転動体に形成しためねじ部に螺合する。それゆえ
、これら棒部材４０及び球面軸受け４２は、固定板１４
に対して可動板１６を揺動自在に支持する支持手段を構
成する。そして、このような組立体１０を直列に連結す
ることを考慮し、球面軸受け４２を可動板１６に固着す
る固定ボルトの頭部がその表面から突出しないよう、固
定ボルトが挿通される貫通孔の開口部に座ぐり加工等を
施し、ボルト頭部が可動板の表面から突出しないように
することが好ましい。

なお、支持手段は、この実施例に限定されるものではな
く、既知の他の構成を用いることもできることは勿論で
ある。

次の本発明マニプレータの作動について、第１図を参照
しながら説明する。なお、マニプレータ１０を構成する
各組立体１２には、例えば、適当な給徘弁を具備しエア
ーコンプレッサ等の適当な操作圧力源に連結された管路
を介して、初期設定圧力が適用されているものとする。

また、説明を簡略なものとするため、各組立体の弾性収
縮体の数を二本とする。

いま、マニプレータ１０を構成する組立体Ａに着目して
説明すると、当該組立体Ａの弾性収縮体１８ａに加圧流
体を適用する一方、他の弾性収縮体１８ｂから加圧流体
を排出すると、弾性収縮体１８ａがその軸線方向に収縮
する一方、他の弾性収縮体１８ｂはそれ自身の弾性復原
力作用により、軸線方向に伸張することとなる。

その結果、組立体Ａの可動板１６は、収縮する弾性収縮
体１８ａ側に位置する部分が、固定部４４方向に接近す
るのに対し、伸長する弾性収縮体１８ｂ側に位置する部
分が固定部４４から離間する方向に揺動することとなる
。なお、この揺動運動は、固定板１４に対して可動板１
６を揺動自在に支持する支持手段、具体的にはその球面
軸受けにより担保され、円滑な揺動運動が行われること
となる。

したがって、組立体Ａを除き、固定部４４に接近する側
に位置する組立体は何ら運動することがないに対し、固
定部４４から離間する側に位置する残りの組立体は、組
立体Ａの揺動運動に基づいて新しい位置を取ることとな
る。

上述したところから明らかなように、マニプレ−夕の残
りの組立体のそれぞれの弾性収縮体に適宜に加圧流体を
適用することにより、当該マニプレータ１０に、第１図
（ａ）に示した挙動変位を容易に付与することができる
。

勿論、各組立体の可動板にその傾斜の程度を検知するセ
ンサー手段、又は各組立体のそれぞれの弾性収縮体にそ
の収縮量を測定するセンサー手段を設け、それらセンサ
ーからの検知信号に基づいて、操作圧力源からの圧力を
制御することにより、各組立体の弾性収縮体への加圧流
体の給排量を制御し、各組立体の可動板の傾斜の程度、
ひいてはマニプレータの挙動を調整する構成とすること
もできる。

なお、本発明装置は、上述した実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、各組立体の弾性収縮体の数を四本以
上とすること、更には複数の弾性収縮体を対として複数
組の弾性収縮体を一つの組立体に取付けることもでき、
特許請求の範囲内で種々の変更が可能である。

（発明の効果） か（して、本発明マニプレータによれば、圧縮ばね等を
用いた従来の装置に比して、小型、軽量であり、環境を
汚染することのない、しかも、人の上肢のように柔軟な
マニプレータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明マニプレータを模式的に示す斜
視図、 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のマニプレータを構成す
る組立体を示す斜視図、 第１図（Ｃ）は、第１図（ｂ）に示す組立体を断面にし
て示す図、 第１図（ｄ）は、第１図（ロ）に示す組立体の弾性収縮
体と、可動板との取付は状態を模式的に示す図、第２図
は、本発明マニプレータに好適な弾性収縮体を一部断面
にして示す図、そして 第３図は、従来のマニプレータを示す図である。 １０−マニプレータ　　　１２−組立体１４−固定板　
　　　　　１６−−−可動板１８−・・弾性収縮体 ２２−補強構造体 ２６・・・かしめリング ３４−・取付はブラケット ３８〜・・係止ピン ２０・−管状体 ２４・−・封止部材 ２８・・−フィッティ ３６−・支持ピン ング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、相互に離間して配設された一対の固定板及び可動板
   と、それら固定板及び可動板間に配設され、各端部がそ
   れぞれ固定板及び可動板に連結された加圧流体の供給に
   より膨径変形し軸線方向に収縮力を生起する少なくとも
   二本で一組の弾性収縮体と、一端が固定板に固着され他
   端が可動板に揺動自在に連結された支持手段とを具備す
   る複数の組立体を直列に連結してなることを特徴とする
   弾性収縮体を用いたマニプレータ。