JPS6034288A - 駆動装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、駆動装置、特にロボットハンド、マニピュレ
ータ等の多自由度機構の駆動に好適な駆動装置に関する
ものである。

〔発明の背量〕

多自由度なロボットシステム、特に多相ロボットハンド
、多関接マニピュレータを構成する場合、多数のアクチ
ュエータを含む駆動機構をロボット本体に組込む必要が
ある。

しかしながら、従来ロボット用アクチュエータとして広
く用いられているＤＣモータ等は、出力画シの体積、重
置の軽減に限界があり、また減速機等の動力伝達系を必
要とする。

そのため、アクチュエータを含む駆動機構の小形軽量化
が困難であシ、小形、多自由度のロボットシステムを構
成するのが難かった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、小形、軽量で、狭い空間にも容易に実
装することが可能な駆動装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、変形歪を与えた形状記憶材料の変形回復力が
、温度によって変化することに着目し、形状記憶材料か
らなる主アクチユエータ部と形状記憶材料に変形歪を与
えるためのばね等からなる副アクチユエータ部とを曲げ
方向に柔軟な力伝導系で結合して構成したことを特徴と
する。

〔発明の実施例〕

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、−刃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）によって加熱すると、形状記憶合金
体６は復元Ｆムを発生し、もとの長さに収縮しようとす
る。この復元力Ｆムと弾性体８の抗力Ｆｃおよび揺動出
力体９に作用する負荷Ｆｍとの間には次の関係式が成り
立つ。

Ｆム＝Ｆｃ＋Ｆ勝　・・・（１） そして復元力Ｆム、力Ｐａ及び揺動出力体９に加わる負
荷の力Ｆｌ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Ｆ、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
は同一部分でおる。この−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シ、回転
体１２には素状体１１が連結している。回転体１２の軸
１２Ａと第２の支持体７との間にはねじシばね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９ばね１３は、索状体１１の引
張シ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シ、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に直動形出刀体１５を移動可能に設け、この
直動形出刀体１５に素状体１１を連結し、直動出力体１
５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シ、出力部３を直劾形出力
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によ多構成したことで、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１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に対して出力部を自由な位置に設置できる。

へ 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るる。

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図と同じ番号を起した部分は同様な
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
にストッパ１７を設け、このストッパと形状記憶合金体
６側の支持体５との間に圧縮はね１８を装設して構成し
たものでめる。圧袷ばね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。

したがって、王アクチュエータ部１の出力Ｆムは（２）
式に示すように、形状記憶合金体６の復元力Ｆ’ｌ１Ｍ
と圧縮ばね１８の弾性力Ｆ１との差となる。

Ｆａ”ＦｓＭ　Ｆｍ　・・・（２） また、揺動出力体９に作用する力関係は、（３）式％式
％ （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Ｆｇが拮抗した状態
で靜止し、また形状記憶合金体６の温度による力Ｆムの
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図は王アクチュエータ部１の他の実施例
を示すものであり、これらの図中、第５図と同じ酢号を
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
の結合部にストッパ１７を設け、このストッパと支持体
７０反形状ｌ己憶合金体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−こおり、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
一端を支す芋体７にＷｉ脅し、他端をストッパ１７に結
合し、さらに、圧縮ばね２０の一端を（９） 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、その他端をストッパ１７に結合して構成
したものである。圧縮はね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
結合部であるストッパ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（１０） で結合し、この結合部２５に素状体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２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、素状体１１に付加される張力による索状体１１と
導管１０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（１１） 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れすものである。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
と同等の構成にしたものである。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
であシ、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、副アクチュエータ部２
間の張力をどちらかの出力を零にして消（１２） 去できるので、索状体１１と導管１ｏ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、よシエネルギー効率が
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〕

以上述べたように、本発明によれば、主アクチユエータ
部の駆動力を形状記憶合材金体の変形回復力から得てお
り、従来の減速機付ＤＣモータ等に比べ出力当りの体積
重量が非常に小さな駆動装置を提供することができる。

以上から、本発明の駆動装置は、ロボットの内部等の狭
い空間に、多数実装することが可能であｐｌ特に、多自
由度ロボットハンド、多関接マニピュレータ等を小形、
軽量に構成し得る効果がある。

【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（１３） 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
・・・素状体、２８・・・形状記憶合金体。 代理人　弁理士　高橋明夫 第　２　（２） ｌｌ 第　３　ロ 第　４　口 千　２　図 ７１ 葛　７　図 １ 第　３　口 第　／ρ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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の支持体とこれに設けた形状記憶合金体
   とで構成した主アクチユエータ部と、第２の支持体とこ
   れに少なくとも１つの自由度をもって設けた出力部と、
   出力部と第２の支持体との間に設けた弾性体とからなシ
   あらかじめ弾性歪を与えた副アクチユエータ部と、前記
   出力部と主アクチユエータ部の形状記憶合金体とを連結
   する連結手段とを備えたことを特徴とする駆動装置。 ２、主アクチユエータ部は前記形状記憶合金体に形状変
   形を与えるようにあらかじめ弾性歪を与えた弾性体を備
   えたことを特徴とする特許請求範囲第１項記載の駆動装
   置。 ３、前記弾性体を形状記憶材料で構成したことを特徴と
   する特許請求範囲第２項記載の駆動装置。 ４、前記弾性体を超弾性材料で構成したことを特徴とす
   る特許請求範囲第２項記載の駆動装置。 ５、副アクチユエータ部の弾性体は形状記憶合金体とこ
   れに変形歪を与えるようにあらかじめ弾性歪を与えた弾
   性部とを備えたことを特徴とする特許請求範囲第１項記
   載の駆動装置。 ６、弾性部を形状記憶材料で構成したことを特徴とする
   特許請求範囲第５項記載の駆動装置。 ７、弾性部を超弾性材料で構成したことを特徴とする特
   許諸求範凹第５項記載の駆動装置。 ８、出力部は１つ以上の副アクチユエータ部に接続した
   ことを特徴とする特許請求範囲第１項記載の駆動装置。 ９、連結手段はアクチュエータと出力部とを連結する索
   状体と、この素状体を案内する柔軟な導管とで構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第９項のいず
   れかに記載の駆動装置。