JPH0680321B2 - 二重構造弾性収縮体 - Google Patents

二重構造弾性収縮体

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JPH0680321B2
JPH0680321B2 JP4804785A JP4804785A JPH0680321B2 JP H0680321 B2 JPH0680321 B2 JP H0680321B2 JP 4804785 A JP4804785 A JP 4804785A JP 4804785 A JP4804785 A JP 4804785A JP H0680321 B2 JPH0680321 B2 JP H0680321B2
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裕二 坂口
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • F15B15/103Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type using inflatable bodies that contract when fluid pressure is applied, e.g. pneumatic artificial muscles or McKibben-type actuators

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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Actuator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は主にロボツトの操作力として作動するエアバツ
ク式アクチユエータである弾性収縮体の改良に関するも
のである。
(従来の技術) 近年、危険作業からの防護を目的として開発されたマニ
プレータ(マジツクハンド)は、その後のロボツト技術
の発展および省エネ、高生産性の思想と相伴い人力作業
の代替を含む広範囲な用途に拡大されつつあるのは周知
の通りである。
このようなロボツト技術の展開にとつて、マニプレータ
又はその類似物の操作部としていかに優れたアクチユエ
ータを得るかが重要なポイントを握つていると言つても
過言ではない。事実、マニプレータ用アクチユエータと
して各種のものが提案、実用化されているが、各々いく
つかの問題点を含んでいる。そこで出願人は先に、これ
らの問題点を改良した新しいエアバツク式のアクチユエ
ータである弾性収縮体を開発し、特許出願を行なつてい
る〔特願昭58-71,404、特願昭58-160,544〕。この弾性
収縮体は、ゴム又はゴム状弾性体による管状部材として
の内筒と、この内筒の外周を覆う編組構造体とからな
り、両端を封鎖し内部空間に圧力を加えた際編組構造体
のパンタグラフ運動により径方向の膨張に伴つて軸線方
向に収縮する構造をしており、この際に生起される収縮
力によつてアクチユエータに連結した部材又は装置(例
えばロボツトの関節など)を動かす仕組みとなつてい
る。この場合、内筒の径変化に対する抵抗力が発生しな
いようにするために編組構造体と内筒とは結合されてい
ない。
このような弾性収縮体を第3図に示す。
第3図において、1は弾性収縮体全体を示し、2はゴム
又はゴム状弾性体よりなる管状体、3はその外周に設け
た編組構造体、4は両端の閉鎖部材、5はかしめキヤツ
プである。
閉鎖部材4は、管状体2の両端開口に緊密に、好ましく
は接着剤を用い得る封止合着に供するニツプル6と、位
置定めを司るフランジ7、さらには連結ピン孔をあけた
アイ又はクレビス端8とからなり、ニツプル6の外周に
は、その先端に向う緩テーパーを、反対向きの急テーパ
ーとともに形成する抜け止め用の環状突条9を設けるを
可とする。閉鎖部材4の一方は少くとも片側で、ニツプ
ル6の長さ方向に形成した孔10を介し管状体2の内部空
洞11と連通する接続孔12をあけ、ここにフイツテイング
13を取付ける。
かしめキヤツプ5は、フランジ7と係合して管状体2の
端部外周にかぶさり、とくに端縁にフレアー14を形成し
た円筒状金物より成り、ニツプル6に向けて半径方向に
局部押圧して閉鎖部材4を管状体2に封止合着する。
このような構造の弾性収縮体に対し外部の操作圧力源と
してのエアコンプレツサーを3方弁を含む管路により接
続し、管状体2の内部空洞11内に制御圧力を適用するこ
とにより、編組構造体3の編組角θのθに至る拡大
つまり、パンタグラフ運動によつて、管状体2の膨径
と、それに由来した軸方向の収縮すなわち閉鎖部材4の
連結ピン孔間距離の縮少をもたらす。この距離の縮少を
利用して所定の部材を引張るようにしている。
このような弾性収縮体1をロボツトアーム等に用いる際
には第4図に示すように2本を組にして用いる場合が多
い。第4図において弾性収縮体1,1′はプーリ15に巻回
したワイヤ16によつて相互に連結している。プーリ15に
は回動アーム17を連結し、先端に質量体18を取付けてい
る。アーム17および質量体18は2個の弾性収縮体1,1′
に供給する流体圧の差圧によりプーリ15を回動させるこ
とに回動移動させるようにしていた。この際プーリの回
転角は位置センサにより回転位置を検出しフイードバツ
ク制御して所定位置に正確に停止させるようにしてい
る。
(発明が解決しようとする問題点) ところでこのような構造の弾性収縮体にあつては駆動流
体として空気を用いるが弾性収縮体2の内部空洞11の容
積が大きいため空気の消費量が多く、これによりエネル
ギーを多く消費するとともに、第4図に示したように2
本対にしてロボツトハンドの駆動装置として用いた場合
に応答が悪くなり、また圧縮空気の弾性によりアーム17
および質量体18が振動するので位置制御が難かしいとい
う問題点があつた。
(問題点を解決するための手段) 本発明の目的はこのような従来の弾性収縮体における問
題点を解決し、エネルギー消費量が少なく、応答性が良
く、正確な位置制御の可能な弾性収縮体を得ることであ
る。
この目的を達成するため本発明の弾性収縮体はゴム又は
ゴム状弾性体より成る第1管状体と、この第1管状体の
外周を覆う第1編組構造体と、この第1編組構造体の外
周を、第1編組構造体から所定空間をおいて包囲する、
ゴム又はゴム状弾性体から成る第2管状体と、この第2
管状体の外周を覆う第2編組構造体と、前記第1管状体
及び第1編組構造体と前記第2管状体及び第2編組構造
体の両端をそれぞれ閉鎖する共通の閉鎖部材と、前記第
1管状体内に流体を供給する第1流体供給口と、前記第
2管状体と第1管状体との間に流体を供給する第2流体
供給口とを具え、前記第1流体供給口または第2流体供
給口の一方を非圧縮性流体の供給口とし、他方を圧縮性
流体の供給口としたことを特徴とするものである。
(作用) この構成によれば第1管状体内または、第2管状体と第
1管状体との間のいずれか一方に非圧縮性流体を供給充
填することにより、他方の囲繞空間内へ供給される圧縮
性流体の量が、弾性収縮体全体の容積に対して少なくな
るので、従来技術に比して、圧縮性流体に個有の弾性作
用による、弾性収縮体の振動が少なくなるとともに応答
性が良くなり、かつ非圧縮性流体が管状体内に出入りす
ることにより減衰作用が得られるので正確な位置制御が
可能になる。
(実施例) 以下に図面を参照して本発明の二重構造弾性収縮体を詳
述する。
第1図は本発明の一実施例を示す断面図である。第1図
において20は弾性収縮体全体を示す。21はゴム又はゴム
状弾性体から成る第1管状体、22はこの第1管状体21の
外周を覆う第1編組構造体であり、第1管状体21及び第
1編組構造体22の両端はかしめキヤツプ23,24により閉
鎖部材25,26に固定する。第1編組構造体22の外周を、
その第1編組構造体22から所定空間を隔てて包囲する、
ゴムもしくはゴム状弾性体製の第2管状体27と、この第
2管状体27の外周を覆う第2編組構造体28との両端もそ
れぞれかしめキヤツプ29,30により閉鎖部材25,26に固定
する。一方の閉鎖部材25には、第1管状体21の内部空洞
31に通ずる孔32を設け、この孔32を外部に連通させる接
続孔33に第1流体供給口34を形成したフイツテイング35
を螺着する。他方の閉鎖部材26には、第2管状体27と第
1管状体21との間の内部空洞36に通ずる孔37を設け、こ
の孔37を外部に連通させる接続孔38に第2流体供給口39
を形成したフイツテイング40を螺着する。この弾性収縮
体20では、たとえば、第1流体供給口34を非圧縮性流体
の供給口とし、第2流体供給口39を圧縮性流体の供給口
とすることにより、第1管状体21内の内部空洞31に非圧
縮性流体を収容し、第2管状体27と第1管状体21との間
の内部空洞36に圧縮性流体を収容する。第1流体供給口
34は所定の管路を経て図示してない非圧縮性流体源に接
続する。第2流体供給口39は所定の管路を経て図示して
ない圧縮性流体源に接続する。
第2図は第1図に示した弾性収縮体を2本用いてロボツ
トアームの駆動装置とした実施例を示している。20,2
0′は第1図のものと同様の弾性収縮体であり、弾性収
縮体20,20′はプーリ41に巻回したワイヤ42によつて相
互に連結しており、それぞれの閉鎖部材25に設けたフイ
ツテイング35は管43により連結し、管43には可変絞り43
aを設け、管43を通過する非圧縮性流体量を制御させ
る。閉鎖部材26に設けたフイツテイング40には管44を通
して図示してない圧縮性流体源を連結する。プーリ41に
は回動アーム45を連結し、先端に質量体46を取付けてい
る。
次にこの駆動装置の作用を説明する。
両弾性収縮体20,20′の内部空洞31内へ非圧縮性流体を
予め収容した状態の下で、管44を通して一方の弾性収縮
体20側の内部空洞36の内圧を圧縮性流体によって高め、
他方の弾性収縮体20′側の内部空洞36の内圧を低くする
と、一方の弾性性収縮体20が収縮し、他方の弾性収縮体
20′が伸びる。この時弾性収縮体20の容積が増え、弾性
収縮体20′の容積が減るため非圧縮性流体は伸長側の弾
性収縮体20′から収縮側の弾性収縮体20へと移動する。
この時非圧縮性流体の流動抵抗により減衰力が得られる
がこの減衰力は可変絞り43aにより制御できる。弾性収
縮体20,20′にそれぞれ初期に内圧P0が加えてあり、弾
性収縮体20の内圧がP0+ΔPとなり、弾性収縮体20′の
内圧がP0−ΔPとなつたとすれば運動方程式は J+C+P0K1θ−KΔP と近似出来る。ここでJは慣性モーメント、Cは粘性係
数、K1は圧力を一定にした時の弾性収縮体個有のばね
力、Kは2本の弾性収縮体の差圧によつて生ずる力であ
る。
上式の粘性係数Cは可変絞り43aを制御することにより
変化し、これにより減衰割合が変えられる。このように
この実施例では二重構造弾性収縮体を2本用いたことに
よつて圧縮性流体を収容する内部空洞の圧力制御だけを
行なえば非圧縮性流体を収容した内部空洞には、他方の
弾性収縮体の伸張時に自動的に非圧縮性流体が供給され
るので、実際に流体圧を供給する流体量が少なくなっ
て、エネルギー消費量が少なくなるとともに応答性が良
くなる。また可変絞り43aにより減衰力が調節出来るの
で応答速度を損ねることなくロボツトハンドの位置決め
制御を正確に行い得る適切な減衰力が得られる。
(効果) 以上詳述したように本発明の二重構造弾性収縮体は同心
に設けた2本の管状体にて区画される一方の内部空洞に
非圧縮性流体を収容し、他方の内部空洞に圧縮性流体を
収容し得る構成とすることにより、弾性収縮体全体の容
積に対する、圧縮性流体の所要供給量が少なくなるの
で、圧縮性流体の弾性作用に起因する弾性収縮体の揺動
が少なくなるとともに応答性が良くなり、かつ非圧縮性
流体が管状体内に出入りすることにより減衰作用が得ら
れるので正確な位置制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の弾性収縮体の一実施例の構成を示す断
面図、 第2図は第1図に示した弾性収縮体を2本用いてロボツ
トアームの駆動装置とした実施例を示す平面図、 第3図は従来の弾性収縮体の一部断面平面図、 第4図は第3図に示した弾性収縮体を2本用いたロボツ
トアームの駆動装置を示す平面図である。 20…弾性収縮体、21…第1管状体 22…第1編組構造体、23,24…かしめキヤツプ 25,26閉鎖部材、27…第2管状体 28…第2編組構造体、29,30…かしめキヤツプ 31…内部空洞、32……孔 33…接続孔、34…第1流体供給口 35…フイツテイング、36…内部空洞 37…孔、38…接続孔 39…第2流体供給口、40…フイツテイング 41…プーリ、42…ワイヤ 43,44…管、43a…可変絞り 45…回動アーム、46…質量体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゴム又はゴム状弾性体より成る第1管状体
    と、この第1管状体の外周を覆う第1編組構造体と、こ
    の第1編組構造体の外周を、第1編組構造体から所定空
    間をおいて包囲する、ゴム又はゴム状弾性体より成る第
    2管状体と、この第2管状体の外周を覆う第2編組構造
    体と、前記第1管状体及び第1編組構造体と、前記第2
    管状体及び第2編組構造体の両端をそれぞれ閉鎖する共
    通の閉鎖部材と、前記第1管状体内に流体を供給する第
    1流体供給口と、前記第2管状体と第1管状体との間に
    流体を供給する第2流体供給口とを具え、 前記第1流体供給口または第2流体供給口の一方を非圧
    縮性流体の供給口とし、他方を圧縮性流体の供給口とす
    ることを特徴とする二重構造弾性収縮体。
JP4804785A 1985-03-11 1985-03-11 二重構造弾性収縮体 Expired - Lifetime JPH0680321B2 (ja)

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JP6854504B2 (ja) * 2016-11-02 2021-04-07 学校法人 中央大学 流体装置

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