JPH04797B2 - - Google Patents

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JPH04797B2
JPH04797B2 JP58141027A JP14102783A JPH04797B2 JP H04797 B2 JPH04797 B2 JP H04797B2 JP 58141027 A JP58141027 A JP 58141027A JP 14102783 A JP14102783 A JP 14102783A JP H04797 B2 JPH04797 B2 JP H04797B2
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JP
Japan
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shape memory
output
memory alloy
support
section
Prior art date
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JP58141027A
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JPS6034288A (ja
Inventor
Juji Hosoda
Masakatsu Fuje
Kazuo Pponma
Taro Iwamoto
Koji Kameshima
Yoshuki Nakano
Yoshio Kojima
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、駆動装置、特にロボツトハンド、マ
ニピユレータ等の多事由度機構の駆動に好適な駆
動装置に関する。
〔従来の技術〕
この種の装置としては例えば特開昭57−168891
号公報に記載されているものが有り、産業機械や
ロボツトのアクチユエータ素子として、形状記憶
合金素子を用いたものが記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
他自由度なロボツトシツテム、特に多指ロボツ
トハンド、他関節マニピユレータを構成する場
合、多数のアクチユエータを含む駆動機構をロボ
ツト本体に組み込む必要がある。
しかしながら、上記従来技術では、直接作業対
象を扱う作業機構に形状記憶合金を用いた駆動機
構を組み込む構成をしているが、作業機構の自由
度を増加した場合、作業機構の高出力、コンパク
ト化が困難になり、さらに、駆動機構の組み込み
密度が高くなるため、形状記憶合金の熱制御が難
しくなるという問題があつた。
本発明の目的は、小形、軽量で、狭い空間にも
容易に実装することができる駆動装置を提供する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、形状記憶材料の変形歪に基づいて
動作する駆動装置において、第1の支持体及び該
第1の支持体に一端を結合した形状記憶合金体と
からなる主アクチユエータ部と、第2の支持体及
び該第2の支持体に一端を結合した弾性体とから
なる副アクチユエータ部と、前記第2の支持体に
揺動可能に支持された揺動出力体、前記弾性体の
他端に結合している出力部と、前記第1の支持体
と前記第2の支持体とを結合る曲げ方向に柔軟な
導管及び該導管を貫通して設けられ、一端を前記
形状記憶合金体に他端を前記揺動出力体に接続さ
れた索状体とから構成された連結部とを備えるこ
とによつて達成される。
〔作用〕
形状記憶合金体からなるアクチユエータ部と出
力部とを柔軟な連結部によつて構成している。い
いかえれば、作業機構と駆動機構を上記連結部に
よつて接続しつつ分離しているため、ロボツトに
適用したとき、作業機構が小型で、大出力の出力
を出すことができる。また、形状記憶合金からな
る駆動機構を、作業機構に拘束されず制御が容易
になる。
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第1図は本発明の駆動装置の一実施例の構成を
示すもので、本発明の駆動装置は主アクチユエー
タ部1と副アクチユエータ部2とこの副アクチユ
エータ部2に装設した出力部3と主アクチユエー
タ部1および副アクチユエータ部2を連結する連
結部4とで構成されている。
主アクチユエータ部1は、第1の支持体5と、
これに一端を結合したNiTi等の形状記憶合金体
6とで構成されている。副アクチユエータ部2は
第2の支持体7とこれに一端を結合したばね等の
弾性材8とから構成されている。出力部3は第2
の支持体7のエツジ部7Aに揺動可能に支持され
た揺動出力体9で構成されている。この揺動出力
体9には副アクチユエータ部2における弾性体8
の他端が結合している。連結部4は第1の支持体
5と第2の支持体7とを結合する曲げ方向に柔軟
な密巻ばね等からなる導管10と、この導管10
を貫通して設けられ、一方端を形状記憶合金体6
の他方端に結合され、他方端を揺動出力体9に結
合したワイヤ等からなる柔軟な索状体11とで構
成されている。副アクチユエータ2の弾性体8は
形状記憶合金体6にあらかじめ初期歪を与えるも
のであり、弾性力FCにより形状記憶合金体6を
引伸ばしている。
このように構成したことにより、形状記憶合金
体6を加熱手段(図示せず)によつて加熱する
と、形状記憶合金体6は復元FAを発生し、もと
の長さに収縮しようとする。この復元力FAと弾
性体8の抗力Fcおよび揺動出力体9に作用する
負荷FEとの間には次の関係式が成り立つ。
FA=FC+FE …(1) そして復元力FA、力FC及び揺動出力体9に加
わる負荷の力FEが拮抗した状態で揺動出力体9
は静止する。そして形状記憶合金体6の温度によ
る力FAの変化に伴い揺動出力体は揺動運動する
ことができる。
第2図および第3図は本発明の駆動装置の出力
部の一例を示したもので、この図において第1図
と同符号のものは同一部分である。この一例は回
転形出力部を構成したものである。すなわち、回
転体12はその軸12Aを介して第2の支持体7
に回転可能に支持されており、回転体12には索
状体11が連結している。回転体12の軸12A
と第2の支持体7との間にはねじりばね13から
なる副アクチユエータ部2が装着されている。こ
の副アクチユエータ部2のねじりばね13は、索
状体11の引張りに対抗する回転力を発生する。
このように構成したことにより、軸12Aは回
転出力部として作動する。
第4図は本発明の駆動装置の出力部の他の例を
示したもので、この図において第1図と同符号の
ものは同一部分である。この例は直動形出力部を
構成したものである。すなわち、第2の支持体7
に案内筒14を形成し、この案内筒14に直動形
出力体15を移動可能に設け、この直動形出力体
15に索状体11を連結し、直動形出力体15と
第2の支持体7との間に圧縮ばね16からなる副
アクチユエータ部2を構成したものである。この
副アクチユエータ部2は、索状体11を引張る方
向に力を発生する。
このように構成したことにより、出力部3を直
動形出力部として作動させることができる。
以上述べたように、本実施例によれば、主アク
チユエータ部1を形状記憶合金体6により構成し
たことで、DCモータのように減速機等の特別な
機構を必要とせず、出力当りの重量、体積を小さ
く構成できる。また、主アクチユエータ部2と出
力部3とを、索状体11と導管10とからなる柔
軟な連結部4で結合したため、主アクチユエータ
部2に対して出力部3を自由な位置に設置でき
る。さらに、本実施例において、形状記憶合金体
6の形状は線状、ばね状、板状等どのようなもの
でもよいことは明白である。また、副アクチユエ
ータ部2は、変形歪に対して弾性力を発生するも
のであれば、材質は問わず、形状記憶材料、超弾
性材料等でもよいことは明白である。
第5図は本発明の駆動装置の他の実施例を示す
もので、この図において第1図と同じ番号を記し
た部分は同様なものを表わす。この他の実施例に
おいては、主アクチユエータ部1は、形状記憶合
金体6と索状11との結合部にストツパ17を設
け、このストツパと形状記憶合金体6側の支持体
5との間に圧縮ばね18を装設して構成したもの
である。圧縮ばね18は、収縮方向に初期歪を与
えられており、形状記憶合金体6を引張るように
作用している。
したがつて、主アクチユエータ部1の出力FA
は(2)式に示すように、形状記憶合金体6の復元力
FSMと圧縮ばね18の弾性力FBとの差となる。
FA=FSM−FB …(2) また、揺動出力体9に作用する力関係は、(3)式
に示すようになる。
FA=FC+FE …(3) そして、この(3)式から明らかなように、揺動出
力体9は力FA及び副アクチユエータ部2の弾性
体8の弾性力FC及び揺動出力体9の負荷の力FE
が拮抗した状態で静止し、また形状記憶合金体6
の温度による力FAの変動に伴い揺動運動する。
つぎに、本発明の装置における主アクチユエー
タ部2の他の実施例を説明する。
第6図〜第10図は主アクチユエータ部1の他
の実施例を示すものであり、これらの図中、第5
図と同じ番号を記した部分は、同じものを表わ
す。
第6図に示す実施例は形状記憶合金体6と索状
体11との結合部にストツパ17を設け、このス
トツパと支持体7の反形状記憶合金体6側の部分
との間に、引張ばね19を装設して構成したもの
である。引張ばね19は、伸び方向に初期歪を与
えられており、形状記憶合金体6を引張るように
作用する。
第7図に示す実施例は、コイル状の形状記憶合
金体6の一端を支持体7に結合し、他端をストツ
パ17に結合し、さらに、圧縮ばね20の一端を
支持体7の形状記憶合金体6が接合している面と
対向する面に結合し、その他端をストツパ17に
結合して構成したものである。圧縮ばね20は、
収縮方向に初期歪を与えられており、形状記憶合
金体6を圧縮するように作用する。
第8図に示す実施例はコイル状の形状記憶合金
体6と引張ばね21の一端を支持体7に結合し、
これらの他端を結合部であるストツパ17に結合
して構成したものである。引張ばね21は収縮方
向に初期歪を与えられており、形状記憶合金体6
を圧縮するように作用する。
第9図に示す実施例は板状の形状記憶合金体6
と弾性体22との一端を支持体7に取付け、その
自由端に結合部23を介して索状体11を結合し
て構成したものである。弾性体22は形状記憶合
金体6との間に曲げモーメントの拮抗が生じるよ
う初期曲げ歪を与えられている。
第10図に示す実施例は柱状の形状記憶合金体
6と柱状の弾性体24との一端をそれぞれ支持体
7に結合し、これらの対向する他端を結合部25
で結合し、この結合部25に索状体11を連結し
て構成したものである。弾性体24は形状記憶合
金体6との間にねじりモーメントの拮抗が生じる
よう初期ねじり歪を与えられている。
以上述べた実施例によれば、形状記憶合金体6
に変形歪を与える力を、主アクチユエータ部1内
で形状記憶合金体6に接続された弾性体と副アク
チユエータ部2の弾性体の弾性力で発生している
ので、第1図に示す実施例に比べ、副アクチユエ
ータ部2の出力を軽減できる。そのため、索状体
11に付加される張力による索状体11と導管1
0との間の摩擦力を軽減することができ、エネル
ギー効率が高く、また制御性が良い駆動装置を構
成することができる。
なお、上述の実施例において、圧縮ばね18,
20、引張ばね19,21及び弾性体22,24
はいずれも変形歪に対して弾性力を発生するもの
であれば、材質は問わず、形状記憶材料、超弾性
材料でもよいことは明白である。
第11図は本発明の駆動装置のさらに他の実施
例を示すもので、この図において第1図と同一の
番号を記したものは同じ部分をあらわすものであ
る。この実施例は、副アクチユエータ部2を、主
アクチユエータ部1と同等の構成したものであ
る。すなわち、副アクチユエータ部2は、その支
持体26に形状記憶合金体27と圧縮ばね28と
の一端を接合し、またこれらの他端を結合部29
に結合し、この結合部29に索状体30を連結し
て構成されている。圧縮ばね28は収縮方向に初
期歪を与えられており、形状記憶合金体27を引
張るよう作用している。
索状体30は主アクチユエータ部1の導管10
と同様な構成の導管31を介して出力部3の揺動
出力体9の一方に結合している。
この実施例によれば、主アクチユエータ部1と
副アクチユエータ部2との出力特性を同一に構成
することが可能であり、揺動出力体9の双方向の
動特性を同一にすることができる。
さらに、主アクチユエータ部1、副アクチユエ
ータ部2間の張力をどちらかの出力を零にして消
去できるので、索状体11と導管10との間及び
索状体30と導管31との間の張力による摩擦を
軽減できるので、第5図に示す実施例に比べ、よ
りエネルギー効率が高く、制御性の良い駆動装置
を構成することができる。
本実施例において、副アクチユエータ部2を、
1つ以上設けて出力部3に1自由度以上の動作を
可能にするよう構成してもよいことは明白であ
る。
〔発明の効果〕
本発明によればロボツトの内部等の狭い空間
に、多数実装することが可能で、かつ大出力を容
易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の駆動装置の一実施例の構成を
示す縦断正面図、第2図は本発明の装置を構成す
る出力部の他の例を示す縦断正面図、第3図は第
2図の縦断平面図、第4図は本発明を構成する出
力部のさらに他の実施例を示す縦断正面図、第5
図は本発明の装置の他の実施例を示す縦断正面
図、第6図〜第10図は本発明を構成する主アク
チユエータ部の他の例を示す図、第11図は本発
明の装置のさらに他の実施例を示す縦断正面図で
ある。 1……主アクチユエータ部、2……副アクチユ
エータ部、3……出力部、4……連結部、5……
支持体、6……形状記憶合金体、7……支持体、
8……弾性体、9……揺動出力体、10……導
管、11……索状体、28……形状記憶合金体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 形状記憶材料の変形歪に基づいて動作する駆
    動装置において、第1の支持体及び該第1の支持
    体に一端を結合した形状記憶合金体とからなる主
    アクチユエータ部と、第2の支持体及び該第2の
    支持体に一端を結合した弾性体とからなる副アク
    チユエータ部と、前記第2の支持体に揺動可能に
    支持された揺動出力体、前記弾性体の他端に結合
    している出力部と、前記第1の支持体と前記第2
    の支持体とを結合する曲げ方向に柔軟な導管及び
    該導管を貫通して設けられ、一端を前記形状記憶
    合金体に他端を前記揺動出力体に接続された索状
    体とから構成された連結部とを備えたことを特徴
    とする駆動装置。
JP14102783A 1983-08-03 1983-08-03 駆動装置 Granted JPS6034288A (ja)

Priority Applications (1)

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JP14102783A JPS6034288A (ja) 1983-08-03 1983-08-03 駆動装置

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JP14102783A JPS6034288A (ja) 1983-08-03 1983-08-03 駆動装置

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JPS6034288A JPS6034288A (ja) 1985-02-21
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CN101014449B (zh) 2004-09-01 2011-07-27 松下电器产业株式会社 关节驱动装置
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