JPH11303804A - Actuator using functional fluid - Google Patents

Actuator using functional fluid

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JPH11303804A
JPH11303804A JP11108798A JP11108798A JPH11303804A JP H11303804 A JPH11303804 A JP H11303804A JP 11108798 A JP11108798 A JP 11108798A JP 11108798 A JP11108798 A JP 11108798A JP H11303804 A JPH11303804 A JP H11303804A
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JP
Japan
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cylinder
piston
generating means
actuator
pipe
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Application number
JP11108798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Aoki
英明 青木
Atsushi Ogawa
淳 小川
Kazue Sumiya
和重 角谷
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator capable of being high speedily and sophiscatedly controlled by using a functional fluid as an operating fluid. SOLUTION: An actuator is provided with a cylinder 2 filled an electric viscous fluid 94, a piston 4 for dividing the cylinder 2 into a first and a second parts 21, 22 an electrode pair for acting an electric field on the electric viscous fluid 94, and a motor 7 for pressurizing or depressurizing the electric viscous fluid 94. Furthermore, the actuator has a control part, thereby the movement of the piston 4 is controlled on the basis of a pressure acting on the electric viscous fluid 94 by the motor 7 and the change of viscosity of the electric viscous fluid 94 caused by acting the electric field.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁気的なエネル
ギーにより粘性が変化する機能性流体を動作流体として
使用したアクチュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator using a functional fluid whose viscosity changes by electromagnetic energy as a working fluid.

【0002】[0002]

【従来の技術】動作流体を用いたアクチュエータとして
は、一般に油圧式のものが多く用いられている。この油
圧式のアクチュエータは、圧力源であるモータやポンプ
等からの圧力を、動作流体である油を介して、シリンダ
内に配置されたピストンに伝達し、ピストンを移動させ
るものである。
2. Description of the Related Art As an actuator using a working fluid, a hydraulic actuator is generally used in many cases. This hydraulic actuator transmits pressure from a motor, a pump, or the like, which is a pressure source, to a piston disposed in a cylinder via oil, which is a working fluid, to move the piston.

【0003】そして、ピストンを往復動させるために、
圧力源からピストンに伝達される圧力の方向を切り換え
る弁機構が配備されている。
Then, in order to reciprocate the piston,
A valve mechanism is provided for switching the direction of pressure transmitted from the pressure source to the piston.

【0004】この弁機構としては、通常、複数の電磁弁
を組み合わせて用いることが多く、各電磁弁を開閉制御
することにより、ピストンの移動方向が切り換えられ
る。
As this valve mechanism, a plurality of solenoid valves are usually used in combination, and the moving direction of the piston can be switched by controlling the opening and closing of each solenoid valve.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の油圧式のアクチュエータにおいては、電磁弁
の反応速度が遅いため、高速で駆動されるモータやポン
プの動作に対応することができず、高速、且つ、木目細
かい制御を行うことができないという問題があった。
However, such a conventional hydraulic actuator cannot respond to the operation of a motor or a pump driven at a high speed because the reaction speed of the solenoid valve is low. There is a problem that high-speed and fine-grained control cannot be performed.

【0006】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであって、動作流体として機能性流体を用い
ることにより、高速、且つ、木目細かい制御を可能とし
たアクチュエータを提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an actuator capable of performing high-speed and fine-grained control by using a functional fluid as a working fluid. Aim.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、電磁気的なエ
ネルギーにより粘性が変化する機能性流体を充填したシ
リンダと、そのシリンダを第1及び第2の部分に分割す
るピストンと、機能性流体に電磁気的なエネルギーを印
加するエネルギー発生手段と、機能性流体を加圧または
減圧する圧力発生手段と、を備えたアクチュエータであ
って、圧力発生手段により機能性流体に作用する圧力の
変化と、エネルギー発生手段による機能性流体の粘性の
変化とに基づいてピストンの移動を制御する制御手段を
備えている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a cylinder filled with a functional fluid whose viscosity changes by electromagnetic energy, a piston dividing the cylinder into first and second portions, and a functional fluid. Energy generating means for applying electromagnetic energy to, and pressure generating means for pressurizing or depressurizing the functional fluid, an actuator comprising: a pressure change acting on the functional fluid by the pressure generating means, Control means is provided for controlling the movement of the piston based on the change in the viscosity of the functional fluid by the energy generating means.

【0008】このような構成において、エネルギー発生
手段から電磁気的なエネルギーが機能性流体に印加され
ると、印加された部分の粘性が変化する。機能性流体の
粘性が増加した場合、その部分の流動抵抗が増加して流
動しにくくなり、逆に粘性が減少した場合、その部分の
流動抵抗が減少して流動し易くなる。これにより、圧力
発生手段から機能性流体を介してピストンに印加される
圧力が制御され、ピストンの移動が制御される。
In such a configuration, when electromagnetic energy is applied to the functional fluid from the energy generating means, the viscosity of the applied portion changes. When the viscosity of the functional fluid increases, the flow resistance of the portion increases and the flow becomes difficult to flow. Conversely, when the viscosity decreases, the flow resistance of the portion decreases and the flow becomes easy. Thereby, the pressure applied to the piston from the pressure generating means via the functional fluid is controlled, and the movement of the piston is controlled.

【0009】また、制御手段は、圧力発生手段の動作に
同期して、エネルギー発生手段を動作させるものであ
る。
The control means operates the energy generating means in synchronization with the operation of the pressure generating means.

【0010】このような構成において、圧力発生手段が
機能性流体を加圧または減圧すると、その動作に同期し
てエネルギー発生手段が動作して、ピストンの移動方向
が制御される。
In such a configuration, when the pressure generating means pressurizes or depressurizes the functional fluid, the energy generating means operates in synchronization with the operation to control the moving direction of the piston.

【0011】また、本発明のアクチュエータは、シリン
ダの第1の部分において機能性流体にかかる圧力を検出
する第1の圧力センサと、シリンダの第2の部分におい
て機能性流体にかかる圧力を検出する第2の圧力センサ
と、を備え、制御手段は、第1及び第2の圧力センサの
出力に基づいて、前記エネルギー発生手段を制御するも
のである。
Further, the actuator according to the present invention detects a pressure applied to the functional fluid at a first portion of the cylinder and a pressure sensor applied to the functional fluid at a second portion of the cylinder. And a second pressure sensor, wherein the control means controls the energy generating means based on the outputs of the first and second pressure sensors.

【0012】このような構成とすることにより、第1及
び第2の圧力センサからピストンにかかる外力を検出
し、その外力の作用する方向にピストンが移動すべく、
制御手段にてエネルギー発生手段の動作が制御される。
With such a configuration, the first and second pressure sensors detect an external force applied to the piston, and move the piston in a direction in which the external force acts.
The operation of the energy generating means is controlled by the control means.

【0013】また、圧力発生手段とシリンダとは、その
シリンダより細い配管を介して連繋され、その配管にエ
ネルギー発生手段が配置されている。
The pressure generating means and the cylinder are connected to each other via a pipe smaller than the cylinder, and an energy generating means is arranged in the pipe.

【0014】このような構成において、エネルギー発生
手段により配管内の機能性流体の粘性を変化させると、
配管内の機能性流体の流動抵抗が変化するため、圧力発
生手段から機能性流体を介してピストンに作用する圧力
が変化する。このピストンに作用する圧力の変化によ
り、ピストンの移動が制御される。
In such a configuration, when the viscosity of the functional fluid in the pipe is changed by the energy generating means,
Since the flow resistance of the functional fluid in the pipe changes, the pressure acting on the piston from the pressure generating means via the functional fluid changes. The change in the pressure acting on the piston controls the movement of the piston.

【0015】また、配管は、シリンダの第1の部分及び
圧力発生手段を連繋する第1の配管と、シリンダの第2
の部分及び圧力発生手段を連繋する第2の配管と、両配
管に連通する第3の配管とからなり、第1乃至第3の配
管それぞれにエネルギー発生手段が配置されている。
[0015] Further, the pipe comprises a first pipe connecting the first portion of the cylinder and the pressure generating means, and a second pipe of the cylinder.
And a second pipe communicating with the pressure generating means, and a third pipe communicating with both the pipes, and the energy generating means is arranged in each of the first to third pipes.

【0016】このような構成において、第1乃至第3の
配管それぞれに配置されたエネルギー発生手段の中か
ら、動作させるエネルギー発生手段を切り替えることに
より、ピストンの移動方向が変化する。
In such a configuration, the moving direction of the piston is changed by switching the energy generating means to be operated from among the energy generating means arranged in each of the first to third pipes.

【0017】また、ピストンは、第1及び第2の部分を
連通する貫通孔と、エネルギー発生手段と、を備えてい
る。
Further, the piston has a through-hole communicating the first and second portions, and energy generating means.

【0018】このような構成において、エネルギー発生
手段により貫通孔内の機能性流体の粘性を増加させる
と、圧力発生手段により加圧された機能性流体が、貫通
孔を通過しにくくなるため、ピストンが加圧された方向
に移動し、また、粘性を減少させると、機能性流体が、
貫通孔を通過し易くなるため、ピストンが静止もしくは
移動が減少する。
In such a configuration, when the viscosity of the functional fluid in the through-hole is increased by the energy generating means, the functional fluid pressurized by the pressure generating means becomes difficult to pass through the through-hole. Moves in the direction of pressure and reduces viscosity, the functional fluid becomes
Since the piston easily passes through the through hole, the piston is stationary or the movement is reduced.

【0019】また、本発明のアクチュエータは、ピスト
ンの位置を検出する位置センサを備え、制御部は、位置
センサの出力に基づいて、ピストンが目標位置に到達す
るように制御するものである。
Further, the actuator according to the present invention includes a position sensor for detecting a position of the piston, and the control unit controls the piston to reach a target position based on an output of the position sensor.

【0020】また、圧力発生手段とシリンダとは、その
シリンダより細い配管を介して連繋され、ピストンが、
第1及び第2の部分を連通する貫通孔と、エネルギー発
生手段と、を備えている。
Further, the pressure generating means and the cylinder are connected to each other via a pipe smaller than the cylinder, and the piston is
There is provided a through-hole communicating the first and second portions, and energy generating means.

【0021】また、シリンダの第1の部分及び圧力発生
手段を連繋する第1の配管と、シリンダの第2の部分及
び圧力発生手段を連繋する第2の配管と、両配管に連通
する第3の配管とを備え、その第3の配管にエネルギー
発生手段が配置されている。
Further, a first pipe connecting the first portion of the cylinder and the pressure generating means, a second pipe connecting the second portion of the cylinder and the pressure generating means, and a third pipe connecting the two pipes. And an energy generating means is arranged in the third pipe.

【0022】このような構成において、エネルギー発生
手段からのエネルギーを制御すると、圧力発生手段から
ピストンに作用する圧力が変化する。このため、ピスト
ンの移動方向に抗した外力が作用している場合には、機
能性流体の粘性が増加するようにエネルギー発生手段を
制御して、ピストンを目標位置に到達させる。
In such a configuration, when the energy from the energy generating means is controlled, the pressure acting on the piston from the pressure generating means changes. For this reason, when an external force is acting against the movement direction of the piston, the energy generation means is controlled so that the viscosity of the functional fluid increases, and the piston reaches the target position.

【0023】具体的には、機能性流体が、電界を印加す
ることによって増粘する電気粘性流体であり、また、エ
ネルギー発生手段が、電気粘性流体を挟む電極対であ
る。
Specifically, the functional fluid is an electrorheological fluid whose viscosity is increased by applying an electric field, and the energy generating means is an electrode pair sandwiching the electrorheological fluid.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面に沿って具体的に説明する。 (第1の実施の形態)本実施の形態においては、本発明
のアクチュエータを上肢動作補助装置に適用した場合に
ついて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. (First Embodiment) In this embodiment, a case will be described in which the actuator of the present invention is applied to an upper limb movement assisting device.

【0025】図1は本実施の形態における上肢動作補助
装置の概略構成を表す斜視図、図2はその上肢補助装置
に搭載されたアクチュエータの概略構成を表す断面図、
図3はアクチュエータの制御系を表すブロック図、図4
乃至図6はアクチュエータ装置の動作説明図、図7はア
クチュエータの待機状態におけるモータの駆動方向と各
電極における電圧印加状態との関係を示す表、図8はア
クチュエータの伸長動作状態におけるモータの駆動方向
と各電極における電圧印加状態との関係を示す表、図9
はアクチュエータの短縮動作状態におけるモータの駆動
方向と各電極における電圧印加状態との関係を示す表を
それぞれ示している。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an upper limb movement assisting device according to the present embodiment, FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of an actuator mounted on the upper limb assisting device,
FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the actuator, and FIG.
6 are explanatory diagrams of the operation of the actuator device, FIG. 7 is a table showing a relationship between a driving direction of the motor in a standby state of the actuator and a voltage application state in each electrode, and FIG. FIG. 9 is a table showing the relationship between the voltage and the voltage application state of each electrode.
8 shows a table showing the relationship between the driving direction of the motor and the voltage application state at each electrode in the shortened operation state of the actuator.

【0026】図1において、1は、一端に自由端部を有
する多自由度支持機構であり、自由端部と反対側の端部
には任意の場所に固定可能な固定部14が設けられてい
る。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a multi-degree-of-freedom support mechanism having a free end at one end, and a fixing portion 14 which can be fixed at an arbitrary position is provided at an end opposite to the free end. I have.

【0027】多自由度支持機構1は、L字型の支柱11
と、その支柱11の一端にベアリング12を介して取り
付けられた回動アーム13とを備えている。この回動ア
ーム13は、支柱11との間にベアリング12を介在さ
せることにより、水平面内において回動可能となってい
る。
The multi-degree-of-freedom support mechanism 1 includes an L-shaped support 11
And a turning arm 13 attached to one end of the support 11 via a bearing 12. The rotation arm 13 is rotatable in a horizontal plane by interposing the bearing 12 between the support arm 11 and the support arm 11.

【0028】また、多自由度支持機構1は、回動アーム
13の下面において摺動可能なスライダ(図示省略)
と、そのスライダにボールジョイント15を介して釣下
されたアクチュエータ16とを備えている。このアクチ
ュエータ16は、回動アーム13との間にスライダを介
在させることにより、回動アーム13の長手方向に対し
て摺動可能となり、回動アーム13との間にボールジョ
イント15を介在させることにより、このボールジョイ
ント15を中心に旋回可能となっている。
The multi-degree-of-freedom support mechanism 1 is a slider (not shown) slidable on the lower surface of the rotating arm 13.
And an actuator 16 suspended by the slider via a ball joint 15. By interposing a slider between the actuator 16 and the rotating arm 13, the actuator 16 can slide in the longitudinal direction of the rotating arm 13, and the ball joint 15 can be interposed between the actuator 16 and the rotating arm 13. Thereby, it is possible to turn around the ball joint 15.

【0029】更に、多自由度支持機構1は、アクチュエ
ータ16の先端に取り付けられた手首装具17とを備え
ており、この手首装具17が被補助者の手首付近に装着
される。
Further, the multi-degree-of-freedom support mechanism 1 includes a wrist brace 17 attached to the tip of the actuator 16, and the wrist brace 17 is mounted near the wrist of the assisted person.

【0030】そして、アクチュエータの動作は、コント
ロールボックス18内の制御部8(図3参照)から供給
される電力と駆動信号とによって制御される。
The operation of the actuator is controlled by electric power supplied from the control unit 8 (see FIG. 3) in the control box 18 and a drive signal.

【0031】図1では、テーブル91上に置かれた皿9
2上の食べ物を、被補助者が、スプーン93ですくっ
て、口まで運んでいる。このとき、水平面内の動きにつ
いては、比較的少ない力で上肢を移動させることができ
るが、上下方向については大きな力が必要となるため、
アクチュエータ16の駆動力により、上肢の上下動を補
助している。
In FIG. 1, the plate 9 placed on the table 91 is
2. The helper is carrying the food on 2 with a spoon 93 to the mouth. At this time, for movement in the horizontal plane, the upper limb can be moved with relatively little force, but a large force is required in the vertical direction,
The driving force of the actuator 16 assists the vertical movement of the upper limb.

【0032】アクチュエータ16は、図2に示すよう
に、管状のシリンダ2と、そのシリンダ2内に配置さ
れ、シリンダ2を第1の部分21及び第2の部分22に
分割するピストン4とを備えている。ピストン4には、
ピストンロッド41の一端が固定されており、ピストン
ロッド41の他端には、図1に示す手首装具17が取り
付けられている。
As shown in FIG. 2, the actuator 16 includes a tubular cylinder 2 and a piston 4 disposed in the cylinder 2 and dividing the cylinder 2 into a first portion 21 and a second portion 22. ing. The piston 4 has
One end of the piston rod 41 is fixed, and the wrist orthosis 17 shown in FIG. 1 is attached to the other end of the piston rod 41.

【0033】シリンダ2には、電気粘性流体94が充填
されるとともに、その第1の部分21に第1の圧力セン
サ31が設けられ、また、第2の部分22に第2の圧力
センサ31が設けられている。そして、第1の圧力セン
サ31により、シリンダ2の第1の部分21における電
気粘性流体94の液圧が測定され、第2の圧力センサ3
2により、第2の部分22における電気粘性流体94の
液圧が測定される。
The cylinder 2 is filled with an electrorheological fluid 94, a first pressure sensor 31 is provided in a first portion 21, and a second pressure sensor 31 is provided in a second portion 22. Is provided. Then, the liquid pressure of the electrorheological fluid 94 in the first portion 21 of the cylinder 2 is measured by the first pressure sensor 31 and the second pressure sensor 3
2, the hydraulic pressure of the electrorheological fluid 94 in the second part 22 is measured.

【0034】また、アクチュエータ16は、一端がシリ
ンダ2の第1の部分21に連通し、他端が圧力発生手段
として設けられたモータ7の第1の圧縮室77に連通す
る第1の配管51と、一端がシリンダ2の第2の部分2
2に連通し、他端がモータ7の第2の圧縮室78に連通
する第2の配管52と、一端が第1の配管61に連通
し、他端が第2の配管62に連通する第3の配管63と
を備えている。
The actuator 16 has a first pipe 51 having one end communicating with the first portion 21 of the cylinder 2 and the other end communicating with a first compression chamber 77 of the motor 7 provided as pressure generating means. And one end of the second part 2 of the cylinder 2
2 and a second pipe 52 having the other end communicating with the second compression chamber 78 of the motor 7, and a second pipe 52 having one end communicating with the first pipe 61 and the other end communicating with the second pipe 62. And a third pipe 63.

【0035】第1乃至第3の配管51、52、53に
は、シリンダ2と同様に、電気粘性流体94が充填され
ており、それぞれの配管51、52、53においては、
電気粘性流体94を挟み込むようにエネルギー発生手段
としての第1乃至第3の電極対61、62、63が設け
られている。ここで、電気粘性流体94は、作用させる
電界の強度に応じて、粘性が増加する特性を備えた流体
であるため、電極対61、62、63に電圧を印加する
ことにより、電圧が印可された部分の流動抵抗が増加し
て、電気粘性流体94が流れにくくなる。
The first to third pipes 51, 52, 53 are filled with an electrorheological fluid 94 in the same manner as the cylinder 2.
First to third electrode pairs 61, 62, and 63 are provided as energy generating means so as to sandwich the electrorheological fluid 94 therebetween. Here, since the electrorheological fluid 94 is a fluid having a property of increasing viscosity according to the strength of an electric field to be applied, a voltage is applied by applying a voltage to the electrode pairs 61, 62 and 63. The flow resistance of the part which has been increased increases, making it difficult for the electrorheological fluid 94 to flow.

【0036】一方、モータ7は、第1の圧縮室77内の
電気粘性流体94を加圧または減圧する第1の原動ピス
トン72と、第2の圧縮室78内の電気粘性流体94を
加圧または減圧する第2の原動ピストン73とを備えて
おり、これら第1及び第2の原動ピストン72、73は
一体化されている。一体化されている第1及び第2の原
動ピストン72、73の中心部分には、磁石74が取り
付けられており、その磁石74の周囲には、磁石74を
包囲するようにリング状の第1及び第2の電磁石75、
76が並設されている。
On the other hand, the motor 7 pressurizes the first driving piston 72 for pressurizing or depressurizing the electrorheological fluid 94 in the first compression chamber 77 and pressurizes the electrorheological fluid 94 in the second compression chamber 78. Alternatively, a second driving piston 73 for reducing the pressure is provided, and the first and second driving pistons 72 and 73 are integrated. A magnet 74 is attached to central portions of the integrated first and second driving pistons 72 and 73, and a ring-shaped first ring is provided around the magnet 74 so as to surround the magnet 74. And a second electromagnet 75,
76 are juxtaposed.

【0037】そして、第1の電磁石75に通電すると、
磁石74が第1の電磁石75側に引き寄せられて、第1
の圧縮室77内の電気粘性流体94が第1の原動ピスト
ン72により加圧されるとともに、第2の圧縮室78内
の電気粘性流体94が第2の原動ピストン73により減
圧される。逆に、第2の電磁石76に通電すると、第1
の圧縮室77内の電気粘性流体94が減圧されるととも
に、第2の圧縮室78内の電気粘性流体94が加圧され
る。
When the first electromagnet 75 is energized,
The magnet 74 is attracted to the first electromagnet 75 side,
The electrorheological fluid 94 in the compression chamber 77 is pressurized by the first driving piston 72, and the electrorheological fluid 94 in the second compression chamber 78 is depressurized by the second driving piston 73. Conversely, when the second electromagnet 76 is energized,
The electrorheological fluid 94 in the compression chamber 77 is depressurized, and the electrorheological fluid 94 in the second compression chamber 78 is pressurized.

【0038】次に、アクチュエータ16の制御系につい
て、図3のブロック図を用いて以下に説明する。
Next, the control system of the actuator 16 will be described below with reference to the block diagram of FIG.

【0039】同図において、制御部8は、シリンダ2に
配置された第1及び第2の圧力センサ31、32によっ
て検出された被補助者からの外力を所定周期で読み込む
とともに、第1及び第2の電磁石75、76の駆動電流
を検出することによって両電磁石75、76の動作タイ
ミングを検出している。そして、制御部8は、内蔵する
メモリ(図示省略)にあらかじめ記憶させておいた圧力
センサ31、32の出力と動作する電磁石75、76と
の関係に基づいて、第1乃至第3の電極対61、62、
63の中のどの電極対に電圧を印加するかを選択する。
In the figure, the control unit 8 reads the external force from the assisted person detected by the first and second pressure sensors 31 and 32 disposed on the cylinder 2 at a predetermined cycle, and reads the first and second external force. The operation timing of the two electromagnets 75 and 76 is detected by detecting the drive current of the two electromagnets 75 and 76. Then, the control unit 8 controls the first to third electrode pairs based on the relationship between the outputs of the pressure sensors 31 and 32 and the operating electromagnets 75 and 76 stored in advance in a built-in memory (not shown). 61, 62,
Select which electrode pair in 63 to apply the voltage to.

【0040】選択された電極対には、両電磁石75、7
6の動作タイミングと同期して、所定の電圧が印加さ
れ、その部分の流動抵抗を高くして、電気粘性流体94
の流動が規制される。即ち、電圧が印加された配管は、
弁を閉じたような状態となる。このような構成のアクチ
ュエータ16の動作原理を、図4〜図9を用いて、以下
に説明する。
The selected electrode pair includes both electromagnets 75, 7
6, a predetermined voltage is applied in synchronism with the operation timing, and the flow resistance of that portion is increased, so that the electrorheological fluid 94
Is regulated. That is, the pipe to which the voltage is applied is
It is as if the valve was closed. The operation principle of the actuator 16 having such a configuration will be described below with reference to FIGS.

【0041】図3において、モータ7の第1の電磁石7
5に通電すると、原動ピストン72、73が矢印B1方
向に移動する。このとき、制御部8は、電磁石75に通
電される電流を検出することにより、その電流を検出し
たタイミングに同期して、第1及び第2の電極対61、
62に電圧を印加している。この場合、第1の圧縮室7
7にて加圧された電気粘性流体94は、粘性の高いシリ
ンダ4に向かう第1の配管51側には殆ど流れず、粘性
の低い第3の配管63側(矢印B2)に流れ、その第3
の配管63を経てモータ7の第2の圧縮室78(矢印B
3)に流入する。従って、モータ7の原動ピストンが矢
印B1方向に移動しても、ピストン4は静止したままで
ある(以下、動作Bと称する)。
In FIG. 3, the first electromagnet 7
When power is supplied to 5, the driving pistons 72 and 73 move in the direction of arrow B1. At this time, the control unit 8 detects the current supplied to the electromagnet 75 and synchronizes with the first and second electrode pairs 61,
Voltage is applied to 62. In this case, the first compression chamber 7
The electrorheological fluid 94 pressurized at 7 hardly flows on the first pipe 51 side toward the high-viscosity cylinder 4, but flows on the low-viscosity third pipe 63 side (arrow B2). 3
The second compression chamber 78 of the motor 7 (arrow B)
Flow into 3). Therefore, even if the driving piston of the motor 7 moves in the direction of arrow B1, the piston 4 remains stationary (hereinafter, referred to as operation B).

【0042】逆にモータ7の第1の電磁石76に通電す
ると、原動ピストン72、73が矢印A1方向に移動す
る。このとき、制御部8は、電磁石76に通電される電
流を検出することにより、その電流を検出したタイミン
グに同期して、第1及び第2の電極対61、62に電圧
を印加している。この場合、第2の圧縮室78にて加圧
された電気粘性流体94は、粘性の高いシリンダ4に向
かう第2の配管52側には殆ど流れず、粘性の低い第3
の配管63側(矢印A2)に流れ、その第3の配管63
を経てモータ7の第1の圧縮室77(矢印A3)に流入
する。従って、モータ7の原動ピストン72、73が矢
印A1方向に移動しても、ピストン4は静止したままで
ある(以下、動作Aと称する)。
Conversely, when the first electromagnet 76 of the motor 7 is energized, the driving pistons 72, 73 move in the direction of arrow A1. At this time, the control unit 8 detects the current supplied to the electromagnet 76 and applies a voltage to the first and second electrode pairs 61 and 62 in synchronization with the timing of detecting the current. . In this case, the electrorheological fluid 94 pressurized in the second compression chamber 78 hardly flows to the second pipe 52 side toward the high-viscosity cylinder 4 and the third low-viscosity third fluid
Flows toward the pipe 63 (arrow A2) of the third pipe 63
, And flows into the first compression chamber 77 (arrow A3) of the motor 7. Therefore, even if the driving pistons 72 and 73 of the motor 7 move in the direction of the arrow A1, the piston 4 remains stationary (hereinafter, referred to as operation A).

【0043】また、図5において、モータ7の第1の電
磁石75に通電すると、原動ピストン72、73が矢印
C1方向に移動する。このとき、制御部8は、電磁石7
5に通電される電流を検出することにより、その電流を
検出したタイミングに同期して、第3の電極対63に電
圧を印加している。この場合、第1の圧縮室77にて加
圧された電気粘性流体94は、粘性の高い第3の配管6
3側には殆ど流れず、粘性の低い第1の配管51を経て
シリンダ2の第1の部分21(矢印C2)に流入し、ピ
ストン4が矢印C4方向に移動する。そして、シリンダ
2の第2の部分22にて加圧された電気粘性流体94
は、第2の配管52を経て、モータ7の第2の圧縮室7
8(矢印C3)に流入する。従って、モータ7の原動ピ
ストンが矢印C1方向に移動すると、ピストン4が矢印
C4方向に移動される(以下、動作Cと称する)。
In FIG. 5, when the first electromagnet 75 of the motor 7 is energized, the driving pistons 72 and 73 move in the direction of arrow C1. At this time, the controller 8 controls the electromagnet 7
The voltage applied to the third electrode pair 63 is detected by detecting the current flowing through the fifth electrode pair 5 in synchronization with the timing at which the current is detected. In this case, the electrorheological fluid 94 pressurized in the first compression chamber 77 is supplied to the high viscosity third pipe 6.
The flow hardly flows to the third side and flows into the first portion 21 (arrow C2) of the cylinder 2 via the first pipe 51 having low viscosity, and the piston 4 moves in the direction of arrow C4. Then, the electrorheological fluid 94 pressurized in the second portion 22 of the cylinder 2
Is connected to the second compression chamber 7 of the motor 7 through the second pipe 52.
8 (arrow C3). Accordingly, when the driving piston of the motor 7 moves in the direction of arrow C1, the piston 4 moves in the direction of arrow C4 (hereinafter, referred to as operation C).

【0044】更に、図7において、モータ7の第2の電
磁石76に通電すると、原動ピストン72、73が矢印
D1方向に移動する。このとき、制御部8は、電磁石7
6に通電される電流を検出することにより、その電流を
検出したタイミングに同期して、第3の電極対63に電
圧を印加している。このため、第2の圧縮室78にて加
圧された電気粘性流体94は、粘性の高い第3の配管6
3側には殆ど流れず、粘性の低い第2の配管52を経て
シリンダ2の第2の部分22に流入(矢印D2)し、ピ
ストン4が矢印D4方向に移動する。そして、シリンダ
2の第1の部分21にて加圧された電気粘性流体94
は、第1の配管51を経て、モータ7の第1の圧縮室7
7(矢印D3)に流入する。従って、モータ7の原動ピ
ストン72、73が矢印D1方向に移動すると、ピスト
ン4が矢印D4方向に移動される(以下、動作Dと称す
る)。
In FIG. 7, when the second electromagnet 76 of the motor 7 is energized, the driving pistons 72 and 73 move in the direction of arrow D1. At this time, the controller 8 controls the electromagnet 7
The voltage applied to the third electrode pair 63 is detected by detecting the current flowing through the third electrode pair 63 in synchronization with the timing at which the current is detected. For this reason, the electrorheological fluid 94 pressurized in the second compression chamber 78 is supplied to the third viscous third pipe 6.
The flow hardly flows to the third side, flows into the second portion 22 of the cylinder 2 through the second pipe 52 having low viscosity (arrow D2), and the piston 4 moves in the direction of arrow D4. Then, the electrorheological fluid 94 pressurized in the first portion 21 of the cylinder 2
Is connected to the first compression chamber 7 of the motor 7 through the first pipe 51.
7 (arrow D3). Therefore, when the driving pistons 72 and 73 of the motor 7 move in the direction of arrow D1, the piston 4 moves in the direction of arrow D4 (hereinafter, referred to as operation D).

【0045】そして、このような動作A乃至動作Dを適
切に組み合わせることにより、ピストン4は、所定の方
向に移動される。
By appropriately combining the operations A to D, the piston 4 is moved in a predetermined direction.

【0046】具体的には、図7の表に示すように、動作
Aと動作Bとを繰り返すと、動作Aにおいても動作Bに
おいてもピストン4は移動せず、待機状態となる。
More specifically, as shown in the table of FIG. 7, when the operation A and the operation B are repeated, the piston 4 does not move in the operation A and the operation B, and enters a standby state.

【0047】また、図8の表に示すように、動作Cと動
作Bとを繰り返すと、動作Cにおいてはピストン4が移
動し、動作Bにおいてはピストン4が移動しないため、
ピストン4が、図4中の矢印C4方向に繰り返し移動さ
れる。
As shown in the table of FIG. 8, when the operation C and the operation B are repeated, the piston 4 moves in the operation C and the piston 4 does not move in the operation B.
The piston 4 is repeatedly moved in the direction of arrow C4 in FIG.

【0048】更に、図9の表に示すように、動作Dと動
作Aとを繰り返すと、動作Dにおいてはピストン4が移
動し、動作Aにおいてはピストン4が移動しないため、
ピストン4が、図4中の矢印D4方向に繰り返し移動さ
れる。
Further, as shown in the table of FIG. 9, when the operation D and the operation A are repeated, the piston 4 moves in the operation D and the piston 4 does not move in the operation A.
The piston 4 is repeatedly moved in the direction of arrow D4 in FIG.

【0049】尚、矢印C4と矢印D4とは、互いに逆方
向である。
The arrows C4 and D4 are in opposite directions.

【0050】従って、本実施の形態においては、動作流
体として電気粘性流体94を用いるため、高速、且つ、
木目細かくピストン4の動作を制御することが可能とな
る。
Therefore, in the present embodiment, since the electrorheological fluid 94 is used as the working fluid, the speed is high and the
The operation of the piston 4 can be controlled finely.

【0051】更に、アクチュエータ16に断線、故障等
が発生した場合であっても、アクチュエータ16の動作
が固定されることがないため、上肢動作補助装置等の人
体に装着する装置に適用した場合には、安全性の向上を
図ることが可能となる。
Further, even when the actuator 16 is disconnected or malfunctions, the operation of the actuator 16 is not fixed. Therefore, when the actuator 16 is applied to a device mounted on a human body such as an upper limb motion assisting device. Can improve safety.

【0052】また、本実施の形態においては、モータ7
の動作に同期して、電極対61、62、63へ電圧を印
加しているため、ピストン4の移動量のばらつきが少な
く、ピストン4の移動を制度よく制御することが可能と
なる。
In the present embodiment, the motor 7
Since the voltage is applied to the electrode pairs 61, 62 and 63 in synchronization with the operation described above, the variation in the movement amount of the piston 4 is small, and the movement of the piston 4 can be controlled precisely.

【0053】また、本実施の形態においては、シリンダ
2の第1及び第2の部分21、22に圧力センサ31、
32を設けて、ピストン4に作用する外力を検出し、そ
の外力に基づいていピストン4の動作を制御しているた
め、人体に装着した場合には、違和感なく使用すること
が可能となる。
Further, in the present embodiment, the pressure sensor 31 is provided on the first and second portions 21 and 22 of the cylinder 2.
Since the external force 32 is provided to detect the external force acting on the piston 4 and control the operation of the piston 4 based on the external force, it can be used without discomfort when worn on a human body.

【0054】尚、本実施の形態においては、アクチュエ
ータ16を上肢補助装置に適用した場合について説明し
たが、それに限定されることはなく、ロボットアームを
始めとする種々の装置に適用してもよい。
In this embodiment, the case where the actuator 16 is applied to the upper limb assist device has been described. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to various devices including a robot arm. .

【0055】また、本実施の形態においては、支柱11
と回動アーム13との間にベアリング12を介在させる
構成としたが、モータを介在させて、回動アーム12が
常に最適位置となるようにモータの駆動を制御するよう
に構成してもよい。 (第2の実施の形態)第1の実施の形態においては、シ
リンダ2に連通する配管51、52、53それぞれに電
極対61、62、63を設けた場合について説明した
が、本実施の形態においては、電極対161をピストン
140に設けた場合について説明する。尚、本実施の形
態中、第1の実施の形態と同様の構成については、同一
の図番を付してその説明を省略する。
In the present embodiment, the support 11
Although the bearing 12 is interposed between the rotating arm 13 and the rotating arm 13, a motor may be interposed to control the driving of the motor so that the rotating arm 12 is always at the optimum position. . (Second Embodiment) In the first embodiment, the case where the electrode pairs 61, 62, 63 are provided in the pipes 51, 52, 53 communicating with the cylinder 2, respectively, has been described. In the description, a case where the electrode pair 161 is provided on the piston 140 will be described. In this embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

【0056】図10は、本実施の形態におけるアクチュ
エータ116の概略構成を表す断面図を示している。
FIG. 10 is a sectional view showing a schematic configuration of the actuator 116 in the present embodiment.

【0057】同図に示すように、アクチュエータ116
は、管状のシリンダ2と、そのシリンダ2内に配置さ
れ、シリンダ2を第1の部分21及び第2の部分22に
分割するピストン140とを備えている。ピストン14
0には、ピストンロッド41の一端が固定されており、
ピストンロッド41の他端には、図1に示す手首装具1
7が取り付けられている。
As shown in FIG.
Has a tubular cylinder 2 and a piston 140 arranged in the cylinder 2 and dividing the cylinder 2 into a first part 21 and a second part 22. Piston 14
0, one end of the piston rod 41 is fixed,
At the other end of the piston rod 41, the wrist orthosis 1 shown in FIG.
7 is attached.

【0058】ピストン140は、シリンダ2の第1及び
第2の部分21、22間を連通させる貫通孔141と、
その貫通孔141内の電気粘性流体94に電圧を印加す
るための電極対161とを備えている。ここで、電気粘
性流体94は、作用させる電界の強度に応じて、粘性が
増加する特性を備えた流体であるため、電極対161に
電圧を印加することにより、電圧が印可された部分の流
動抵抗が増加して、電気粘性流体94が流れにくくな
る。
The piston 140 has a through hole 141 communicating between the first and second parts 21 and 22 of the cylinder 2,
An electrode pair 161 for applying a voltage to the electrorheological fluid 94 in the through hole 141 is provided. Here, since the electrorheological fluid 94 is a fluid having a characteristic of increasing viscosity according to the strength of an electric field to be applied, by applying a voltage to the electrode pair 161, the flow of the portion to which the voltage is applied is increased. The resistance increases, making it difficult for the electrorheological fluid 94 to flow.

【0059】また、アクチュエータ116は、一端がシ
リンダ2の第1の部分21に連通し、他端が圧力発生手
段として設けられたモータ7の第1の圧縮室177に連
通する第1の配管151と、一端がシリンダ2の第2の
部分22に連通し、他端がモータ7の第2の圧縮室78
に連通する第2の配管152とを備えている。
The actuator 116 has a first pipe 151 having one end communicating with the first portion 21 of the cylinder 2 and the other end communicating with a first compression chamber 177 of the motor 7 provided as pressure generating means. And one end thereof communicates with the second portion 22 of the cylinder 2, and the other end thereof communicates with the second compression chamber 78 of the motor 7.
And a second pipe 152 communicating with the second pipe 152.

【0060】第1及び第2の配管151、152には、
シリンダ2と同様に、電気粘性流体94が充填されてい
る。
In the first and second pipes 151 and 152,
As with the cylinder 2, it is filled with an electrorheological fluid 94.

【0061】このような構成において、モータ170の
駆動力がリンク機構172を介して原動ピストン171
に伝達され、これによりピストン171が所定の周期で
往復動する。
In such a configuration, the driving force of the motor 170 is transmitted through the link mechanism 172 to the driving piston 171.
, Whereby the piston 171 reciprocates at a predetermined cycle.

【0062】ピストン171が、矢印E1方向に駆動さ
れると、制御部8は、このピストン171の動作に同期
して電極対161に電圧を印加する。この場合、第1の
圧縮室177にて加圧された電気粘性流体94は、ピス
トン140の貫通孔141を殆ど通過せず、ピストン1
40を矢印E2方向に移動させる(以下、動作Eと称す
る)。
When the piston 171 is driven in the direction of the arrow E1, the controller 8 applies a voltage to the electrode pair 161 in synchronization with the operation of the piston 171. In this case, the electrorheological fluid 94 pressurized in the first compression chamber 177 hardly passes through the through hole 141 of the piston 140,
40 is moved in the direction of arrow E2 (hereinafter, referred to as operation E).

【0063】逆にピストン171が、矢印F1方向に駆
動されると、制御部8は、このピストン171の動作に
同期して電極対161に電圧を印加する。この場合、第
2の圧縮室178にて加圧された電気粘性流体94は、
ピストン140の貫通孔141を殆ど通過せず、ピスト
ン140を矢印F2方向に移動させる(以下、動作Fと
称する)。
Conversely, when the piston 171 is driven in the direction of the arrow F1, the controller 8 applies a voltage to the electrode pair 161 in synchronization with the operation of the piston 171. In this case, the electrorheological fluid 94 pressurized in the second compression chamber 178 is
The piston 140 is moved in the direction of the arrow F2 without substantially passing through the through hole 141 of the piston 140 (hereinafter, referred to as operation F).

【0064】また、電極対161に電圧が印加されてい
ない状態では、原動ピストン171の駆動方向に関係な
く、機能性流体は貫通孔141を通過するため、ピスト
ン141は移動しない(以下、動作Gと称する)。
When no voltage is applied to the electrode pair 161, the functional fluid passes through the through hole 141 regardless of the driving direction of the driving piston 171, so that the piston 141 does not move (hereinafter, operation G). ).

【0065】そして、動作Eと動作Gとを繰り返すと、
動作Eにおいてはピストン140が移動し、動作Gにお
いてはピストン140が移動しないため、ピストン14
0が、図10中矢印E方向に繰り返し移動され、また、
動作Fと動作Gとを繰り返すと、動作Fにおいてはピス
トン140が移動し、動作Gにおいてはピストン140
が移動しないため、ピストン140が、図10中矢印F
方向に繰り返し移動される。
When the operations E and G are repeated,
In operation E, the piston 140 moves, and in operation G, the piston 140 does not move.
0 is repeatedly moved in the direction of arrow E in FIG.
When the operation F and the operation G are repeated, the piston 140 moves in the operation F, and the piston 140 moves in the operation G.
Does not move, the piston 140 moves in the direction indicated by the arrow F in FIG.
Moved repeatedly in the direction.

【0066】従って、本実施の形態においては、ピスト
ン140に貫通孔141と電極対161とを配設してい
るため、1組の電極対161に印加する電圧を制御する
だけでよい。これにより、アクチュエータ116の構成
が簡単となり、小型化を図ることが可能となる。更に、
制御部8による電極対116の制御も簡単となり、制御
部8の負荷を軽減することが可能となる。 (第3の実施の形態)第2の実施の形態においては、電
極対161をピストン140に設けた場合について説明
したが、本実施の形態においては、圧力発生手段として
モータ290及び双方向ポンプ271を用いるととも
に、シリンダ2の長手方向に沿って位置センサ233を
設けて、この位置センサ233に基づいてピストン4の
位置制御を行う場合に付いて説明する。尚、本実施の形
態中、第1または第2の実施の形態と同様の構成につい
ては、同一の図番を付してその説明を省略する。
Therefore, in this embodiment, since the through hole 141 and the electrode pair 161 are provided in the piston 140, it is only necessary to control the voltage applied to one set of the electrode pair 161. Thus, the configuration of the actuator 116 is simplified, and the size can be reduced. Furthermore,
The control of the electrode pair 116 by the control unit 8 is also simplified, and the load on the control unit 8 can be reduced. (Third Embodiment) In the second embodiment, the case where the electrode pair 161 is provided on the piston 140 has been described. However, in this embodiment, the motor 290 and the bidirectional pump 271 are used as pressure generating means. The case where the position sensor 233 is provided along the longitudinal direction of the cylinder 2 and the position of the piston 4 is controlled based on the position sensor 233 will be described. In this embodiment, the same components as those of the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

【0067】図11は本実施の形態におけるアクチュエ
ータ216の概略構成を表す断面図を示している。
FIG. 11 is a sectional view showing a schematic configuration of an actuator 216 according to the present embodiment.

【0068】同図に示すように、アクチュエータ216
は、シリンダ2の長手方向に沿って位置センサ233を
備えており、この位置センサ233にて、ピストン4の
位置が検出される。
As shown in FIG.
Has a position sensor 233 along the longitudinal direction of the cylinder 2, and the position sensor 233 detects the position of the piston 4.

【0069】また、アクチュエータ216は、一端がシ
リンダ2の第1の部分21に連通し、他端が圧力発生手
段として設けられた双方向ポンプ271に連通する配管
251と、一端がシリンダ2の第2の部分22に連通
し、他端が双方向ポンプ271に連通する第2の配管2
52と、両配管251、252に連通する第3の配管2
53とを備えている。
The actuator 216 has one end communicating with the first portion 21 of the cylinder 2, the other end communicating with a bidirectional pump 271 provided as a pressure generating means, and one end having the second end with the cylinder 2. The second pipe 2 communicates with the second section 22 and the other end communicates with the bidirectional pump 271.
52 and a third pipe 2 communicating with both pipes 251 and 252.
53.

【0070】双方向ポンプ271は、モータ290によ
って駆動される。第1の配管251には、空気が封入さ
れた空気層254が連通されており、ピストン4に急激
な外力が作用したときに緩衝機能を果たす。第3の配管
253には、電極対261が配置されている。
The bidirectional pump 271 is driven by a motor 290. An air layer 254 filled with air is communicated with the first pipe 251 and performs a buffer function when a sudden external force acts on the piston 4. An electrode pair 261 is arranged in the third pipe 253.

【0071】そして、第1乃至第3の配管251、25
2、253には、シリンダ2と同様に、電気粘性流体9
4が充填されている。
Then, the first to third pipes 251 and 25
2, 253, like the cylinder 2, the electrorheological fluid 9
4 are filled.

【0072】次に、アクチュエータ216の制御系につ
いて、図12のブロック図を用いて以下に説明する。
Next, the control system of the actuator 216 will be described below with reference to the block diagram of FIG.

【0073】同図において、制御部8は、シリンダ2に
配置された第1及び第2の圧力センサ31、32によっ
て検出された被補助者からの外力を所定周期で読み込む
とともに、位置センサ233からピストン4の位置を所
定周期で検出することによって、ピストン4を移動させ
る目標位置を決定する。そして制御部8は、ポンプ27
1の加圧方向を制御する制御信号と、電極対261に印
加する電圧を出力する。
In the figure, the control unit 8 reads the external force from the assisted person detected by the first and second pressure sensors 31 and 32 disposed on the cylinder 2 at a predetermined period, and reads the external force from the position sensor 233. By detecting the position of the piston 4 at a predetermined cycle, a target position for moving the piston 4 is determined. Then, the control unit 8 controls the pump 27
A control signal for controlling the pressing direction and a voltage applied to the electrode pair 261 are output.

【0074】電極対261に印加する電圧を、大きくす
ると、その電圧の大きさに応じて流体抵抗が増加し、電
気粘性流体94の流動が規制される。従って、電極対2
61に印加する電圧を制御すれば、ピストンロッド41
の粘弾性が制御される。また、電極対261に印加する
電圧を充分に大きくすると、その部分において電気粘性
流体94が殆ど流動しなくなり、弁を閉じたような状態
となる。
When the voltage applied to the electrode pair 261 is increased, the fluid resistance increases according to the magnitude of the voltage, and the flow of the electrorheological fluid 94 is regulated. Therefore, electrode pair 2
By controlling the voltage applied to 61, the piston rod 41
Is controlled. When the voltage applied to the electrode pair 261 is sufficiently increased, the electrorheological fluid 94 hardly flows in that portion, and the valve is closed.

【0075】このような構成において、モータ290を
駆動し、双方向ポンプ271により矢印H1方向の電気
粘性流体94を加圧すると、その圧力に応じてピストン
4がH2方向に移動する。ここで、電極対261に電圧
を印加すると、第3の配管253を流動する電気粘性流
体94の流動抵抗が増加するため、ピストン4に作用す
る圧力が増加する。
In this configuration, when the motor 290 is driven and the bi-directional pump 271 pressurizes the electrorheological fluid 94 in the direction of arrow H1, the piston 4 moves in the direction H2 according to the pressure. Here, when a voltage is applied to the electrode pair 261, the flow resistance of the electrorheological fluid 94 flowing through the third pipe 253 increases, so that the pressure acting on the piston 4 increases.

【0076】逆に、モータ290を駆動し、双方向ポン
プ271により矢印J1方向の電気粘性流体94を加圧
すると、その圧力に応じてピストン4がJ2方向に移動
する。ここで、電極対261に電圧を印加すると、第3
の配管253を流動する電気粘性流体94の流動抵抗が
増加するため、ピストン4に作用する圧力が増加する。
Conversely, when the motor 290 is driven and the bi-directional pump 271 pressurizes the electrorheological fluid 94 in the direction of arrow J1, the piston 4 moves in the direction J2 according to the pressure. Here, when a voltage is applied to the electrode pair 261, the third
Since the flow resistance of the electrorheological fluid 94 flowing through the pipe 253 increases, the pressure acting on the piston 4 increases.

【0077】従って、電極対261に印加する電圧の大
きさを制御することにり、粘弾性を制御しながらアクチ
ュエータ216を駆動することが可能となる。
Therefore, by controlling the magnitude of the voltage applied to the electrode pair 261, the actuator 216 can be driven while controlling the viscoelasticity.

【0078】尚、本実施の形態においては、第1乃至第
3の配管251、252、253を設けるともに、第3
の配管253のに電極対261を設けることにより、粘
弾性を制御しながらアクチュエータ216を駆動する構
成としたが、これに限定されることはない。
In this embodiment, the first to third pipes 251, 252, 253 are provided,
By providing the electrode pair 261 in the pipe 253, the actuator 216 is driven while controlling the viscoelasticity. However, the present invention is not limited to this.

【0079】例えば、図13に示すように、シリンダ2
の第1及び第2の部分21、22間を連通する貫通孔1
41と、その貫通孔141内の機能性流体に電圧を印加
する電極対161とを備えたピストン140用いて、電
極対161に印加する電圧の大きさを制御することによ
り、粘弾性を制御しながらアクチュエータ316を駆動
するように構成してもよい。
For example, as shown in FIG.
Through hole 1 communicating between the first and second portions 21 and 22
The viscoelasticity is controlled by controlling the magnitude of the voltage applied to the electrode pair 161 by using the piston 140 having the electrode 41 and the electrode pair 161 for applying the voltage to the functional fluid in the through hole 141. Alternatively, the actuator 316 may be configured to be driven.

【0080】尚、上述した各実施の形態においては、動
作流体として電界によって粘性が変化する電気粘性流体
94を用いたが、それに限定されることなく、例えば、
磁界によって粘性が変化する磁性流体等の機能性流体を
用いてもよい。この場合、エネルギー発生手段として
は、コイル等が使用できる。
In each of the embodiments described above, the electrorheological fluid 94 whose viscosity changes by an electric field is used as the working fluid. However, the working fluid is not limited thereto.
A functional fluid such as a magnetic fluid whose viscosity changes by a magnetic field may be used. In this case, a coil or the like can be used as the energy generating means.

【0081】[0081]

【発明の効果】本発明によれば、アクチュエータの動作
流体として機能性流体を用いているため、高速、且つ、
木目細かくピストンの動作を制御することが可能とな
る。
According to the present invention, since the functional fluid is used as the working fluid of the actuator, it can be operated at high speed and
It becomes possible to control the movement of the piston finely.

【0082】更に、アクチュエータに断線、故障等が発
生した場合であっても、アクチュエータの動作が固定さ
れることがないため、上肢動作補助装置等の人体に装着
する装置に適用した場合には、安全性の向上を図ること
が可能となる。
Further, even if the actuator is disconnected or broken down, the operation of the actuator is not fixed. Therefore, when applied to a device mounted on a human body such as an upper limb motion assist device, It is possible to improve safety.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 第1の実施の形態における上肢動作補助装置
の概略構成を表す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of an upper limb motion assisting device according to a first embodiment.

【図2】 図1の上肢動作補助装置に搭載されたアクチ
ュエータの概略構成を表す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an actuator mounted on the upper limb motion assisting device of FIG.

【図3】 図2のアクチュエータの制御系を表すブロッ
ク図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a control system of the actuator of FIG. 2;

【図4】 図2のアクチュエータの動作を説明する説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an operation of the actuator of FIG. 2;

【図5】 図2のアクチュエータの動作を説明する説明
図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an operation of the actuator of FIG. 2;

【図6】 図2のアクチュエータの動作を説明する説明
図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an operation of the actuator of FIG. 2;

【図7】 待機状態におけるモータの駆動方向と各電極
の電圧印加状態との関係を示す表である。
FIG. 7 is a table showing a relationship between a driving direction of a motor and a voltage application state of each electrode in a standby state.

【図8】 伸長動作におけるモータの駆動方向と各電極
の電圧印加状態との関係を示す表である。
FIG. 8 is a table showing a relationship between a driving direction of a motor and a voltage application state of each electrode in an extension operation.

【図9】 短縮動作におけるモータの駆動方向と各電極
の電圧印加状態との関係を示す表である。
FIG. 9 is a table showing a relationship between a driving direction of a motor and a voltage application state of each electrode in a shortening operation.

【図10】 第2の実施の形態におけるアクチュエータ
の概略構成を表す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view illustrating a schematic configuration of an actuator according to a second embodiment.

【図11】 第3の実施の形態におけるアクチュエータ
の概略構成を表す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view illustrating a schematic configuration of an actuator according to a third embodiment.

【図12】 図11のアクチュエータの制御系を表すブ
ロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a control system of the actuator of FIG.

【図13】 第4の実施の形態におけるアクチュエータ
の概略構成を表す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of an actuator according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

16: アクチュエータ 2 : シリンダ 31: 第1の圧力センサ 32: 第2の圧力センサ 4 : ピストン 41: ピストンロッド 51: 第1の配管 52: 第2の配管 53: 第3の配管 61: 第1の電極対 62: 第2の電極対 63: 第3の電極対 7 : モータ 8 : 制御部 94: 電気粘性流体 16: Actuator 2: Cylinder 31: First pressure sensor 32: Second pressure sensor 4: Piston 41: Piston rod 51: First pipe 52: Second pipe 53: Third pipe 61: First Electrode pair 62: Second electrode pair 63: Third electrode pair 7: Motor 8: Control unit 94: Electro-rheological fluid

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電磁気的なエネルギーにより粘性が変化
する機能性流体を充填したシリンダと、該シリンダを第
1及び第2の部分に分割するピストンと、前記機能性流
体に電磁気的なエネルギーを印加するエネルギー発生手
段と、前記機能性流体を加圧または減圧する圧力発生手
段と、を備えたアクチュエータであって、 前記圧力発生手段により前記機能性流体に作用する圧力
の変化と、前記エネルギー発生手段による前記機能性流
体の粘性の変化とに基づいて前記ピストンの移動を制御
する制御手段、を備えていることを特徴とするアクチュ
エータ。
1. A cylinder filled with a functional fluid whose viscosity changes by electromagnetic energy, a piston dividing the cylinder into first and second portions, and applying electromagnetic energy to the functional fluid. An energy generating means for generating pressure and a pressure generating means for pressurizing or depressurizing the functional fluid, wherein a change in pressure acting on the functional fluid by the pressure generating means, and the energy generating means An actuator comprising: control means for controlling the movement of the piston based on a change in the viscosity of the functional fluid caused by the above.
【請求項2】 前記制御手段は、前記圧力発生手段の動
作に同期して、前記エネルギー発生手段を動作させるこ
とを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。
2. The actuator according to claim 1, wherein the control means operates the energy generating means in synchronization with the operation of the pressure generating means.
【請求項3】 前記シリンダの第1の部分において前記
機能性流体にかかる圧力を検出する第1の圧力センサ
と、前記シリンダの第2の部分において前記機能性流体
にかかる圧力を検出する第2の圧力センサと、を備え、 前記制御手段は、前記第1及び第2の圧力センサの出力
に基づいて、前記エネルギー発生手段を制御することを
特徴とする請求項1または2記載のアクチュエータ。
3. A first pressure sensor for detecting a pressure applied to the functional fluid at a first portion of the cylinder, and a second pressure sensor for detecting a pressure applied to the functional fluid at a second portion of the cylinder. 3. The actuator according to claim 1, further comprising: a pressure sensor, wherein the control unit controls the energy generation unit based on outputs of the first and second pressure sensors. 4.
【請求項4】 前記圧力発生手段と前記シリンダとは、
該シリンダより細い配管を介して連繋され、該配管に前
記エネルギー発生手段が配置されていることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれかに記載のアクチュエータ。
4. The pressure generating means and the cylinder,
The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator is connected to the cylinder via a pipe thinner than the cylinder, and the energy generating means is arranged in the pipe.
【請求項5】 前記配管は、前記シリンダの第1の部分
及び前記圧力発生手段を連繋する第1の配管と、前記シ
リンダの第2の部分及び前記圧力発生手段を連繋する第
2の配管と、前記両配管に連通する第3の配管とからな
り、 前記第1乃至第3の配管それぞれに前記エネルギー発生
手段が配置されていることを特徴とする請求項4記載の
アクチュエータ。
5. The pipe according to claim 1, wherein the first pipe connects the first part of the cylinder and the pressure generating means, and the second pipe connects the second part of the cylinder and the pressure generating means. 5. The actuator according to claim 4, further comprising a third pipe communicating with the two pipes, wherein the energy generating unit is disposed in each of the first to third pipes. 6.
【請求項6】 前記ピストンは、前記第1及び第2の部
分を連通する貫通孔と、前記エネルギー発生手段と、を
備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか
に記載のアクチュエータ。
6. The apparatus according to claim 1, wherein the piston includes a through-hole communicating the first and second portions, and the energy generating unit. Actuator.
【請求項7】 前記ピストンの位置を検出する位置セン
サを備え、前記制御部は、前記位置センサの出力に基づ
いて、前記ピストンが目標位置に到達するように制御す
ることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。
7. The apparatus according to claim 1, further comprising a position sensor for detecting a position of the piston, wherein the control unit controls the piston to reach a target position based on an output of the position sensor. 2. The actuator according to 1.
【請求項8】 前記圧力発生手段と前記シリンダとは、
該シリンダより細い配管を介して連繋され、前記ピスト
ンが、前記第1及び第2の部分を連通する貫通孔と、前
記エネルギー発生手段と、を備えていることを特徴とす
る請求項7記載のアクチュエータ。
8. The pressure generating means and the cylinder,
8. The piston according to claim 7, wherein the piston is provided with a through hole communicating with the first and second portions, and the energy generating means is connected to the cylinder via a pipe thinner than the cylinder. 9. Actuator.
【請求項9】 前記シリンダの第1の部分及び前記圧力
発生手段を連繋する第1の配管と、前記シリンダの第2
の部分及び前記圧力発生手段を連繋する第2の配管と、
前記両配管に連通する第3の配管とを備え、該第3の配
管にエネルギー発生手段を配置したことを特徴とする請
求項7記載のアクチュエータ。
9. A first pipe connecting the first portion of the cylinder and the pressure generating means, and a second pipe of the cylinder.
And a second pipe connecting the pressure generating means,
The actuator according to claim 7, further comprising a third pipe communicating with the two pipes, wherein an energy generating unit is disposed in the third pipe.
【請求項10】 前記機能性流体が、電界を印加するこ
とによって増粘する電気粘性流体であり、また、前記エ
ネルギー発生手段が、前記電気粘性流体を挟む電極対で
あることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載
のアクチュエータ。
10. The method according to claim 1, wherein the functional fluid is an electrorheological fluid whose viscosity is increased by applying an electric field, and the energy generating means is an electrode pair sandwiching the electrorheological fluid. Item 10. The actuator according to any one of Items 1 to 9.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10124365A1 (en) * 2001-05-18 2002-12-05 Fraunhofer Ges Forschung Meat pickling pressure chamber has tap-controlled fluid drain at chamber base
JP2016142320A (en) * 2015-02-02 2016-08-08 学校法人早稲田大学 Compliant actuator

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