WO2015182634A1 - アクチュエータ装置、ヒューマノイド型ロボットおよびパワーアシスト装置 - Google Patents

アクチュエータ装置、ヒューマノイド型ロボットおよびパワーアシスト装置 Download PDF

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mover
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fluid
rotor
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智之 野田
佳弘 仲田
石黒　浩
森本　淳
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株式会社国際電気通信基礎技術研究所
国立大学法人大阪大学
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    • F15B2015/206—Combined actuation, e.g. electric and fluid actuated

Definitions

  • the present invention relates to an actuator device utilizing electromagnetic force and fluid pressure, and a power assist device for assisting a user's exercise using the same.
  • a linear actuator (linear motor) using an electromagnetic force is known and applied in various fields (see, for example, Patent Document 1).
  • actuators that combine rotary electromagnetic motors, voice coil motors, ball screws, etc. with working fluid actuators such as McKibben pneumatic actuators, air cylinders, vane motors, etc. It has been studied (non-patent documents 1 to 3).
  • the combination of the air spring and the electromagnetic actuator in this case is a technology based on the premise that the movable range is such that the valve can be opened and closed.
  • the air spring is intended to reduce the impact by providing a repulsive force when the movable body reaches the stroke end.
  • an exoskeleton robot is used for patients with spinal cord injuries in rehabilitation that promotes the patient's independent living (see Patent Document 4).
  • Non-Patent Document 4 also discloses a hybrid drive in which a drive by a DC motor and an air muscle are combined.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a compact, high-output, force-controllable actuator device.
  • Another object of the present invention is to provide a power assist device using a compact, high-power, force-controllable actuator device.
  • an actuator device which is an airtight container configured to be capable of applying fluid pressure from the outside to the inside, is housed in the airtight container, and slides according to the fluid pressure in the airtight container.
  • a movable member a drive member for transmitting the driving force of the movable member to the outside of the airtight container, and a first magnetic member provided along the movable path of the movable member outside the airtight container;
  • the mover has a second magnetic force member and moves relative to the first magnetic force member by the excitation of the first magnetic force member or the second magnetic force member, and the airtight container comprises a first inner surface in the airtight container and the mover.
  • a first chamber which is a space between one side and a second chamber which is a space between a second inner surface in the hermetic container and the other side of the mover, the first chamber and the second chamber
  • fluid pressure supply means for supplying fluid pressure, respectively.
  • the fluid pressure supply unit controls the supply of fluid pressure to the excitation of the first magnetic member and the second magnetic member to drive the movable element in the same direction when moved relative to the movable element.
  • the hermetic container is a cylinder having a first end and a second end in the axial direction, respectively, and the first and second inner surfaces are the cylinder inner surfaces of the first and second ends, respectively, which are movable
  • the armature includes a piston slidable within the cylinder, and the drive member transmits the reciprocating motion of the piston to the outside of the cylinder.
  • the first magnetic force member is an electromagnetic coil member provided on the cylinder outer periphery, and the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the mover.
  • the electromagnetic coil member has a plurality of coils provided over the cylinder outer periphery over a predetermined width and excited independently, and the second magnetic member includes a plurality of permanent magnets, and a plurality of permanent magnets are interposed between A soft magnetic material is provided on the and the permanent magnets are arranged such that their respective polarities alternate in the axial direction.
  • the apparatus further includes a control unit that controls excitation of the fluid supply unit and the plurality of coils, and the control unit generates an electromagnetic force during a period until the force generated by the fluid pressure reaches a desired driving force.
  • the force is controlled to compensate for the force generated by the fluid pressure.
  • the apparatus further comprises a control unit that controls excitation of the fluid supply means and the plurality of coils, and the control unit controls excitation of the coil so as to compensate for deviation from the control target after the steady state is reached. Do.
  • the fluid is a gas.
  • the fluid is either water or oil.
  • the cylinder has a curved shape.
  • the fuel cell system further includes an outer cylinder portion provided to cover the cylinder and the first magnetic force member, and the outer cylinder portion supplies a fluid of a predetermined fluid pressure to the fluid communication path surrounded by the outer cylinder portion and the cylinder. And a discharge port for supplying a fluid of a predetermined fluid pressure from the fluid communication path to the suction port of the same actuator device, and the fluid in the fluid communication path is selectively made to flow
  • the fluid pressure is supplied to the first chamber, the first control valve unit for selectively discharging the fluid in the first chamber, and the fluid in the fluid communication path selectively introduced to cause the fluid pressure to be second
  • a second control valve unit for supplying the chamber and selectively discharging the fluid in the second chamber, wherein the fluid pressure supply means controls the first and second control valve units. Control the supply of fluid pressure to the first and second chambers That.
  • the airtight container is a cylinder capable of maintaining an airtight state
  • the drive member is an output shaft for transmitting the rotational movement of the mover to the outside of the cylinder
  • the mover is integral with the output shaft in the cylinder.
  • a partition extending from the output shaft to the inner periphery of the cylinder is provided, and the first and second inner surfaces are one surface and the other surface of the partition, respectively.
  • the first magnetic force member is an electromagnetic coil member provided on the bottom side of the cylinder, and the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the rotor.
  • the electromagnetic coil member has a plurality of coils provided circumferentially on the bottom side of the cylinder and excited independently, and the second magnetic members are arranged adjacent to each other in the rotor
  • a plurality of fan-shaped permanent magnets are included, and the permanent magnets are arranged such that their respective adjacent polarities are in the direction of the output shaft and alternately in reverse polarity.
  • the first magnetic force member has a plurality of coils provided along the outer periphery of the cylinder and excited independently, and the second magnetic force members are arranged adjacent to each other in the rotor.
  • the permanent magnets are arranged in such a way that adjacent ones of the permanent magnets alternately have opposite polarities in the normal direction of the output shaft.
  • the mover is a rotor that continuously rotates in the airtight container, and a cross section perpendicular to the rotation axis of the rotor is a fixed width figure having a plurality of apexes, and the airtight container is airtight.
  • the first side surface is a side surface of the rotor from a first contact portion of the side surface of the rotor where the rotor and the inner surface of the hermetic container contact each other to a second contact portion adjacent to the first contact portion;
  • the second side surface is a side surface of the rotor from the third contact portion where the rotor and the inner surface of the hermetic container contact among the side surfaces of the rotor to the fourth contact portion adjacent to the third contact portion
  • the first magnetic force member is an electromagnetic coil member provided on the bottom side of the airtight container, and the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the rotor.
  • the first magnetic force member is an electromagnetic coil member provided along the outer periphery of the hermetic container, and the electromagnetic coil member is excited for relative movement of the rotor.
  • a humanoid robot is used to drive a framework using the actuator device.
  • a power assist device for assisting musculoskeletal motion of a target human, wherein the power assist device is provided for each joint to be assisted and assists the motion of the joint.
  • the actuator device is provided with an actuator device for generating, the actuator device is stored in a cylinder having a first end and a second end, an electromagnetic coil member provided over a predetermined width around the cylinder, and housed in the cylinder
  • the mover has a magnetic force member and moves relative to the electromagnetic coil member by excitation of the electromagnetic coil member, and the first end of the cylinder and one end of the mover Fluid to be supplied to the first chamber, which is the space between them, and the second chamber, which is the space between the second end of the cylinder and the other end of the mover, respectively
  • the apparatus further includes feed means, and further comprises drive means for driving the actuator device, the drive means driving the mover in the same direction by the fluid supply means when moving the mover relative to each other by excitation of the electromagnetic coil member. Control the fluid supply.
  • a power assist apparatus for assisting musculoskeletal motion of a human subject, the power assist apparatus being provided for each joint to be assisted and assisting rotational motion of the joint.
  • the actuator device includes an actuator device for generating a force, and the actuator device transmits a cylindrical airtight container configured to be able to apply fluid pressure from the outside to the inside and a driving force generated in the airtight container to the outside of the airtight container.
  • An output shaft a mover housed in the airtight container, slidable according to fluid pressure in the airtight container, and integrally rotating with the output shaft in the airtight container, and from the output shaft in the airtight container.
  • the mover has a second magnetic force member, and includes a partition extending to the inner periphery of the cylinder and a first magnetic force member provided outside the airtight container along the movable path of the mover.
  • the magnetic container moves relative to the first magnetic member by the excitation of the magnetic member
  • the airtight container is a first chamber which is a space between one surface of the partition in the airtight container and one end of the mover
  • the actuator device further includes a fluid pressure supply means for supplying fluid pressure to the first chamber and the second chamber, the second chamber having a space between the face and the other end of the mover.
  • the apparatus further includes drive means for driving the actuator device, and the drive means controls the supply of fluid so as to drive the mover in the same direction by the fluid supply means when the mover is moved relative to it by excitation.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an internal structure in which a front upper quarter of a cylinder of the static hybrid type actuator device 1000 is removed.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the arrangement of magnetic force members 202 in mover 200. It is a conceptual diagram for demonstrating the drive system as an electromagnetic actuator. It is a conceptual diagram for demonstrating the coil current in the case of single phase drive. It is a functional block diagram for explaining an example of control composition of a control part. It is a functional block diagram for demonstrating the other example of a control structure of a control part. It is a figure which shows the time change of the force which generate
  • FIG. It is a functional block diagram for demonstrating the further another example of a control structure of a control part. It is a figure for demonstrating the cross-section of static hybrid type
  • FIG. It is a figure showing an example of composition of exoskeleton type robot 1 in this embodiment. It is a figure which shows the structure of the freedom degree of exoskeleton type robot 1.
  • FIG. It is a figure which shows the other example of arrangement
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a cross-sectional structure of a static hybrid type actuator device 1100 according to a second embodiment. It is a figure for demonstrating the supply path
  • FIG. 18 is a view for explaining a cross-sectional structure of a static hybrid type actuator device 1200 of a third embodiment.
  • FIG. 18 is a view showing an appearance of a static hybrid type actuator device 1300 of a fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram for explaining the inside of a stator 150.
  • FIG. 16 is a perspective view for describing a configuration of a static hybrid type actuator device 1300.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining the operation of the electrostatic hybrid actuator device 1300. It is a figure for demonstrating the relationship of arrangement
  • FIG. 16 is a diagram for describing the flow of magnetic flux in the electromagnetic coils 112a to 112l and the rotor 209.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram for describing a configuration of a static hybrid actuator device 1300 ′ of Modification 1 of Embodiment 4.
  • FIG. 35 is a diagram for describing the structure of a cross section perpendicular to the rotation axis of a static hybrid type actuator device 1300 ′ of Modification 1 of Embodiment 4.
  • FIG. 35 is a diagram for describing a configuration of a static hybrid type actuator device 1302 according to a second modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a conceptual diagram for describing a configuration of a static hybrid type actuator device 1400 of Embodiment 5.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the cross-sectional structure of the electrostatic hybrid actuator device 1000 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an internal structure by removing 1 ⁇ 4 of the front upper portion of the cylinder of the electrostatic hybrid type actuator device 1000.
  • electrostatic hybrid actuator apparatus 1000 includes a cylinder 100 and a mover 200 slidably stored in the cylinder 100.
  • the cylinder 100 functions as a movable guide of an electromagnetic actuator and a cylinder of a pneumatic actuator.
  • the mover 200 functions as a mover of an electromagnetic actuator and a piston of a pneumatic actuator. That is, in the electrostatic hybrid actuator device 1000, the mover as an element transmitting electromagnetic interaction to the output shaft and the movable space of the mover transmit an air pressure to the output shaft. Each is integrated with the space.
  • an electromagnetic coil member 110 disposed over a predetermined width in the axial direction of the cylinder 100 is provided.
  • the electromagnetic coil member 110 internally includes a plurality of coils 112a to 112l. Each of the plurality of coils 112a to 112l is excited in the direction of the independent polarity by the current supplied independently. More specifically, the plurality of coils 112a to 112l are configured such that alternating currents having different phases flow therethrough. For example, the plurality of coils 112a to 112l are divided into three groups, and each group is promoted to the mover 200 by passing alternating current (symmetrical three-phase alternating current) having a phase difference of (2 ⁇ / 3). Give power.
  • the alternating current supplied to the electromagnetic coil member 110 is not limited to such “symmetrical three-phase alternating current” as long as the mover can be driven.
  • the soft magnetic material is sandwiched between the plurality of coils 112a to 112l, whereby the magnetic force lines can be concentrated on the soft magnetic material to increase the magnetic force.
  • sandwiching the soft magnetic material is not necessarily essential.
  • the thrust is reduced when the soft magnetic material is not sandwiched, there is an advantage that the pulsation of the thrust is not generated when the current is not supplied.
  • the periphery of the coil is covered with a soft magnetic case.
  • a soft magnetic case With such a configuration, the magnetic flux that has passed through the coil and soft magnetic material returns to the mover again through the case.
  • the case can suppress the leakage of magnetic flux to the surroundings and improve the thrust.
  • An opening 102 is provided at the center of one end of the cylinder 100, and an output shaft 204 connected to the mover 200 is inserted into the opening 102.
  • the output shaft 204 transmits the driving force by driving the mover 200 to the outside. Further, the opening 102 and the output shaft 204 have a seal structure capable of sliding and keeping the fluid (air) airtight.
  • the mover 200 has a plurality of magnetic force members 202a to 202d disposed opposite to the plurality of coils 112a to 112l on the side opposite to the surface to which the output shaft 204 is connected, and the plurality of coils 112a It moves relative to the electromagnetic coil member 110 by the excitation of ⁇ 112 l.
  • the “magnetic member” may be a member that generates a driving force according to the magnetic force from the coil, and typically is a permanent magnet, but may be a magnetic material. In the following, unless otherwise specified, the “magnetic member” is described as a permanent magnet.
  • the magnetic members 202a to 202d are arranged such that their polarities alternate in the axial direction. Therefore, the linear motor is configured by the mover 200 and the plurality of coils 112a to 112l.
  • FIG. 3 is a view for explaining the arrangement of the magnetic force members 202 in the mover 200. As shown in FIG. 3
  • magnetic members 202a to 202d When the magnetic members 202a to 202d are collectively referred to, they are referred to as a magnetic member 202.
  • intermediate members 203a to 203c are inserted and arranged between magnetic members 202a to 202d of opposite polarity. Ru.
  • the intermediate members 203a to 203c are soft magnetic materials having higher magnetic permeability than the permanent magnets of the magnetic members 202a to 202d. Since the magnetic permeability is higher than that of the permanent magnet, the magnetic flux between the opposing permanent magnets is a magnetic field having a magnetic flux density higher in the intermediate member than in the case where only the permanent magnet is formed. Withdraw substantially perpendicular to or enter in the direction. Thereby, the strength of the magnetic field at the position of the electromagnetic coil member 110 can be increased.
  • manufacturing can be facilitated by configuring all the intermediate members 203a to 203c and the magnetic members (permanent magnets) 202a to 202d with disk-shaped or ring-shaped parts having the same radius. Furthermore, by adjusting the thicknesses of the intermediate members 203a to 203c and the magnetic members (permanent magnets) 202a to 202d, it is possible to easily realize a high magnetic flux density.
  • the configuration of the drive as a linear motor may be, for example, the configuration of a “linear vernier motor” as described in JP-A-2012-244688.
  • the chamber 106 a is a space between one end of the cylinder 100 and one end face side to which the output shaft 204 of the mover 200 is connected.
  • the chamber 106 b is a space between the other end of the cylinder 100 and the other end surface of the mover 200.
  • the chamber 106a is supplied with air at a predetermined pressure or is exhausted through a pipe 108a having a control valve.
  • the chamber 106b is supplied with air at a predetermined pressure or is exhausted through a pipe 108b having a control valve.
  • the drive as a linear motor as described above and the intake and exhaust of air to the chambers 106a and 106b are controlled by a control unit (not shown).
  • the control unit applies a drive force to drive the mover 200 in the same direction as the mover 200 moves relatively by excitation of the plurality of coils 112a to 112l. Control air intake and exhaust.
  • FIGS. 1 to 3 illustrate the configuration in which the output shaft 204 is provided only on one side of the cylinder 100, the output shaft 204 is provided on both ends of the mover 200. It is good also as composition which sticks out.
  • the fluid not only gas such as compressed air, but also water, oil and magnetic fluid actuators can be applied. If water or oil is used, coil cooling efficiency is enhanced, and if magnetic fluid is used, viscosity control can be realized as a characteristic of hardware.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a drive system as an electromagnetic actuator.
  • FIGS. 1 to 3 as the alternating current applied to the electromagnetic coil member 110, a symmetric three-phase alternating current has been described as an example.
  • FIG. 4 (a) shows such a three-phase AC drive.
  • the mover 200 is provided with one magnetic force member 202a, the electromagnetic coil member 110 is connected in series with the coils 212a and 212b, and each other. It is also possible to provide a configuration in which the winding direction is reversed so as to drive in a single phase.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining the coil current in the case of single phase drive in FIG. 4 (b).
  • the cross symbol (o in X) shows the current from the front side to the back side of the paper
  • the dot symbol (o in black) shows the current from the back side of the paper to the front side. Indicates the current to turn.
  • FIG. 6 is a functional block diagram for explaining an example of a control configuration of the control unit.
  • FIG. 6 is a functional block diagram of a control unit in the case of force control in which the force generated on the output shaft is controlled to a target size.
  • the output from an air cylinder it is possible to measure in advance the relationship between a pressure command and an output, and to calculate based on this.
  • the output of the air cylinder can be estimated by subtracting the friction from the pressure in the cylinder.
  • control unit receives a target output (force) F * as an output command, converts it with a predetermined gain (1 / ⁇ S), and applies a pressure command P to the pressure supplied to cylinder 100.
  • a target output (force) F * as an output command
  • S represents the cross-sectional area of the cylinder and ⁇ represents the efficiency of the air cylinder element.
  • the control unit further calculates a difference element 316 which takes a difference between the air cylinder output (force) Fp output from the air cylinder element 314 and the output command F * according to the pressure command P * , and an output of the difference element 316
  • a final output F a combination of the air cylinder output (force) Fp and the output (force) Fe of the electromagnetic actuator is generated from the electrostatic hybrid type actuator device.
  • K represents the thrust constant of the electromagnetic actuator element.
  • the generated force of the electromagnetic actuator is in proportion to the excitation current, so it is sufficient to control the current. However, there may be a pulsation of force generated without exciting the current, and this pulsation can be modeled in advance and added to the command current as a correction value.
  • FIG. 7 is a functional block diagram for explaining another example of the control configuration of the control unit.
  • FIG. 7 is also a functional block diagram of a control unit in the case of force control in which the force generated on the output shaft is controlled to a target size.
  • the difference from the configuration of FIG. 6 is that the final output F is configured to be fed back to the input side.
  • the output from the air cylinder can be calculated based on the relationship between the pressure command and the output in advance, as in the case of FIG.
  • the final output F is assumed to be provided with a sensor that measures this.
  • a sensor a load cell etc. can be used, for example.
  • the target output (force) F * is received as an output command, and a difference with the final output (force) F is obtained by difference element 332.
  • the output is input to the PID control unit 334, and the output of the PID control unit 334 is converted by the amplifier 336 with a predetermined gain (1 / ⁇ S) to generate a pressure command P * for the pressure supplied to the cylinder 100 Do.
  • S represents the cross-sectional area of the cylinder and ⁇ represents the efficiency of the air cylinder element.
  • the control unit further outputs a difference element 340 which takes a difference between the air cylinder output (force) Fp output from the air cylinder element 338 in accordance with the pressure command P * and the output command F *, and an output of the difference element 340
  • An amplifier 342 for converting the output command Fe * which is at a predetermined gain (1 / K), to generate a current command I * indicating a current value for driving the linear motor, and a current control loop 344 for controlling the electromagnetic actuator.
  • a final output F a combination of the air cylinder output (force) Fp and the output (force) Fe of the electromagnetic actuator is generated from the electrostatic hybrid type actuator device. Again, K represents the thrust constant of the electromagnetic actuator element.
  • FIG. 8 is a diagram showing time change of force generated by the control of FIG. 6 or 7.
  • the generated force by the air pressure whose time response is slow reaches the desired driving force.
  • the generated force can compensate for the generated force (driving force) by the air pressure.
  • the difference between the target output of the entire hybrid actuator device and the output by the air cylinder element is used as an output command. Adjust the output of the highly sensitive electromagnetic actuator element. As the output of the air cylinder element stabilizes after a sufficient time, the electromagnetic actuator element only plays an immediate role in responding to the change in the output of the air cylinder element due to the disturbance. As a result, the exciting current of the coil can be small, and heat generation can be suppressed. In addition, even after the steady state is reached, the output of the electromagnetic actuator element that is more time-responsive than air pressure control can be used to compensate for deviation from the control target.
  • the actuator device 1000 also in the case of force control, while the miniaturization is realized by integrating the generation mechanism of the driving force by the electromagnetic force and the generation mechanism of the driving force by the pneumatic pressure, the time response is excellent. High output can be realized.
  • FIG. 9 is a functional block diagram for explaining another example of the control configuration of the control unit.
  • FIG. 9 is a functional block diagram of a control unit in the case of position control in which the position of the output shaft is controlled to be the target position.
  • the position of the mover 200 is detected by, for example, a sensor that detects the position of the output shaft 204.
  • a sensor for example, a magnetic sensor using a Hall element or an optical sensor using a plate having a slit can be used.
  • the control unit is an output command for instructing a target driving force by PID control based on a difference between current position x of movable section 200 and position command x * indicating a target position to be driven. It includes a PID control unit 300 that generates F *, and an amplifier 302 that converts the output command F * with a predetermined gain (1 / ⁇ S) and generates a pressure command P * for the pressure supplied to the cylinder 100.
  • S represents the cross-sectional area of the cylinder and ⁇ represents the efficiency of the air cylinder element.
  • the control unit further outputs an output that is a difference between an air cylinder output (driving force) Fp output from air cylinder element 304 in response to pressure command P * applied to mover 200 in cylinder 100 and output command F *.
  • It includes an amplifier 306 for converting the command Fe * with a predetermined gain (1 / K) to generate a current command I * indicating a current value for driving the linear motor, and a current control loop 308 for controlling the electromagnetic actuator.
  • K represents the thrust constant of the electromagnetic actuator element.
  • the difference between the overall target output of the hybrid actuator device and the output by the air cylinder element is used as the output command. Adjust the output of the highly responsive electromagnetic actuator element. After sufficient time, the output of the air cylinder element becomes stable, so the electromagnetic actuator element only plays an immediate role in responding to the output change of the air cylinder element due to the disturbance. As a result, the exciting current of the coil can be small, and heat generation can be suppressed. In addition, even after the steady state is reached, the output of the electromagnetic actuator element that is more time-responsive than air pressure control can be used to compensate for deviation from the control target.
  • the actuator device 1000 while the miniaturization is realized by integrating the generation mechanism of the driving force by the electromagnetic force and the generation mechanism of the driving force by the pneumatic pressure, a high output with excellent time response is realized. be able to.
  • FIG. 10 is a view for explaining a cross-sectional structure of a static hybrid type actuator device 1000 'according to a modification of the first embodiment.
  • the plurality of magnetic force members 202a to 202d and the intermediate members 203a to 203c are collectively referred to as a magnetic force member 200-1.
  • piston 200-2 sliding on the inner surface of cylinder 100 is additionally provided, and chamber 106a and chamber 106b are separated by this piston 200-2. Good. In this case, there may be a gap between the plurality of magnetic force members 202a to 202d and the intermediate members 203a to 203c and the inner surface of the cylinder 100.
  • an exoskeleton robot using a hybrid actuator for walking and posture rehabilitation will be described below.
  • the hybrid exoskeleton robot of the present invention can be used not only for exoskeleton robots for assisting the motion of the lower limbs, but also as exoskeleton robots for assisting the motion of the upper limbs. is there.
  • an exoskeleton type robot that assists in the movement of the lower extremity as a pair is described.
  • an exoskeleton type that assists in the motion of either one of the lower extremities or any one of the upper extremities It is also possible to use as a robot.
  • the hybrid exoskeleton robot of the present invention assists in the motion of the musculoskeletal system of a human subject
  • “the at least one of the lower limbs or the upper limbs as described above is used.
  • the present invention is not limited to “at least one of the exercises,” for example, it may assist only the exercise of the hips of the subject human being, or it may be linked to the exercise of the lower legs during walking or running. It may assist the exercise of In the present specification, such a target of human motion assistance is collectively referred to as “target human musculoskeletal motion assistance (assist)”.
  • exoskeleton robot of the present embodiment has an exoskeleton.
  • Exoskeleton is a skeletal structure that a robot has corresponding to the human skeletal structure. More specifically, “exoskeleton” refers to a frame structure that externally supports a part of a human body wearing an exoskeleton robot.
  • the frame structure is further provided with joints for moving parts of the frame structure in response to movement based on human skeletal structure.
  • the exoskeleton robot assisting the motion of the lower limbs is a robot having a base and a lower body, and joints having active six degrees of freedom at the left, right, ankles, knees, and hips.
  • the six joints are joints driven by making a static hybrid type actuator as an artificial muscle.
  • a joint driven by an actuator to provide a support force to a joint of a user is referred to as an “active joint”.
  • FIG. 11 is a view showing a configuration example of the exoskeleton type robot 1 in the present embodiment.
  • the exoskeleton robot 1 has 10 degrees of freedom.
  • Patent Document 3 A similar configuration is also disclosed in the above-mentioned Patent Document 3 as to a configuration example of such an exoskeleton type robot.
  • the exoskeleton robot 1 has a frame structure corresponding to both legs, a backpack 101, a flexible sheet 113, an HAA antagonist muscle 103, an HFE extensor 104, an HFE motor 111, and a KFE extensor 105, It comprises a KFE motor 106, an AFE extensor / AAA antagonist muscle 107, an AFE flexor 108, a joint 109, and a joint 114 provided on a frame structure.
  • the backpack 101 may be removed from this structure.
  • the backpack 101 is provided with a control device for controlling the drive of the exoskeleton robot.
  • an optical encoder is attached to the rotation axis to measure the joint angle.
  • the joint 114 also mounts an optical encoder.
  • the optical encoder may be configured to read the moving direction and the moving amount of the belt wound around the shaft, instead of attaching the shaft to the shaft.
  • the controller of the backpack 101 controls the driving force of the artificial muscle (actuator) according to the read joint angle.
  • an encoder it is also possible to set it as the structure incorporated in a shaft.
  • FIG. 12 is a view showing the configuration of the degree of freedom of the exoskeleton type robot 1.
  • the indication “R_” indicates that the joint is on the right side
  • the indication “L_” indicates that the joint is on the left side.
  • the left and right AFE joints adopt antagonistic drive by extensors and flexors. Joints other than antagonistic drive are passive drive. However, more joints may be antagonistically driven.
  • a posture sensor is mounted on the torso portion to which both legs are connected to detect the posture of the base portion.
  • wire type encoders or encoders attached to motors
  • the target torque to be generated in each joint may be calculated by detecting the joint angle and, for example, the myoelectric potential of the lower leg.
  • a floor reaction force sensor is mounted on the sole, and it is used supplementary to determine whether the sole intended to be in contact is actually in contact or to correct a model error included in the Jacobian matrix. It may be configured to
  • the backpack 101 incorporates a valve for air pressure control and a driver of a linear motor.
  • a battery, compressed air cylinder (or CO 2 gas cylinder may be used), and a regulator are mounted in the backpack 101, and a configuration that enables short-term autonomous drive in case the power supply line and air supply are disconnected. It may be
  • the backpack 101 may have a battery, and may be configured to include a motor drive power source and a compressor.
  • FIG. 13 is a diagram showing another example of the arrangement of the artificial muscle (actuator device) with respect to the exoskeleton type robot with respect to the lower limbs.
  • an actuator device 1002 having a function equivalent to human “iliac muscle + gluteus maximus muscle” is provided to the skeleton.
  • an actuator device 1004 having a function equivalent to "hamstrings + rectus femoris" of a human is provided to the skeleton.
  • an actuator device 1006 having a function equivalent to human "short biceps femoris + lateral broad muscle" is provided to the skeleton as an artificial muscle for driving the flexion of the knee joint and the extension of the knee joint.
  • an actuator device 1008 having a function equivalent to that of human's "stomach muscle" is provided to the skeleton.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the arrangement of an artificial muscle (actuator device) with respect to the exoskeleton-type robot with respect to the upper limbs.
  • an actuator device 1012 having a function equivalent to human "biceps + triceps" is provided to the skeleton as an artificial muscle to drive flexion and extension of the elbow joint.
  • actuator devices 1016 and 1018 are provided to the skeleton, which have functions equivalent to human's "armbone muscles".
  • the actuator device of the present embodiment by integrating the space and the element that transmits the electromagnetic interaction and the fluid pressure to the output shaft, although it is a back drivable, it is compact and high output. Force control is possible.
  • the integrated structure of the mover and the piston (element) and the movable area and the chamber (space) ensures high output compared to the same volume of high efficiency electromagnetic actuator.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a modification of the drive system of the electromagnetic actuator.
  • the coil 212a is provided as the electromagnetic coil member 110, and the mover 200 is provided with a magnetic member (permanent magnet) 202a that generates a magnetic field in the direction orthogonal to the axial direction of the cylinder.
  • a magnetic member permanent magnet
  • a soft magnetic body 205 may be provided as a magnetic force member instead of the permanent magnet 202a.
  • the electromagnetic actuator functions as a solenoid actuator to generate a driving force.
  • the coil 212a can be excited to generate a pull-in force inside the coil.
  • the coil 212a is housed in a soft magnetic case.
  • FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining the coil current in the case of single-phase drive with the configuration of FIG. 15 (a).
  • FIG. 17 is a conceptual diagram for explaining the generated magnetic field of the coil in the configuration of FIG.
  • the mover may be an electromagnetic coil, and the stator disposed on the cylinder side may have a configuration in which a plurality of permanent magnets that generate magnetic fields in predetermined different directions are sequentially disposed.
  • the cylinder is not only in the form of a single cylinder, but may be configured such that an inner cylinder having the same central axis is disposed inside the outer cylinder.
  • a plurality of permanent magnets for generating magnetic fields in predetermined different directions are sequentially arranged on the inner side of the inner cylinder and the outer periphery of the outer cylinder, and the mover moves the space between the outer cylinder and the inner cylinder
  • It is a shaped electromagnetic coil and can be configured to function as a piston.
  • electromagnetic member may, in the broadest sense, also include an electromagnetic coil.
  • the actuator device of this embodiment combines the force control by electromagnetic force and the viscosity / compliance characteristics of the working fluid while maintaining the back drivability of both the electromagnetic and pneumatic direct drive actuators, and enables linear response with soft response to external force. It is possible to realize an actuator of
  • the actuator device according to the present embodiment can be applied not only to “support for human musculoskeletal exercise as a target (assist)” as described above, but also to a drive mechanism of a general industrial product. It is.
  • support for the musculoskeletal system of a target human (assist) can also be used as a robot alone, and can also be applied as, for example, a humanoid robot.
  • air of a predetermined pressure is supplied to the chamber 106a through the pipe 108a having a control valve, or the air is exhausted, and the chamber 106b is In the above-described configuration, air at a predetermined pressure is supplied or exhaust of air is performed via the pipe 108b having a control valve.
  • the electrostatic hybrid actuator device 1100 according to the second embodiment is configured to supply fluid pressure, for example, air pressure, to the chamber 106 a and the chamber 106 b according to the second embodiment. It differs from the configuration of the device 1000 or 1000 ′.
  • air will be described as an example of the fluid.
  • FIG. 18 is a diagram for explaining the cross-sectional structure of the electrostatic hybrid actuator device 1100 according to the second embodiment.
  • FIG. 18 is to be compared with FIG.
  • FIG. 1 the difference from FIG. 1 will be mainly described, and the same parts will be denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
  • an outer cylinder portion 400 covering the cylinder 100 and the electromagnetic coil member 110 is provided.
  • the space enclosed by the outer surfaces of the cylinder 100 and the electromagnetic coil member 110 and the inner surface of the outer cylinder portion 400 has air tightness and has a function of transmitting air of a predetermined air pressure from the outside. At this point, this enclosed space will be referred to as "fluid communication channel 402".
  • the fluid communication path 402 is supplied with air of a predetermined pressure from the air intake hole 410. Further, this air is exhausted from the exhaust hole 420 of the fluid communication path 402, and as described later, the air having a predetermined pressure exhausted from the exhaust hole 420 has the same configuration as the electrostatic hybrid actuator device 1100. Are supplied to the intake port of another actuator device 1100 '.
  • the control valve unit 450a and the control valve unit 450b are provided corresponding to the pipe 108a and the pipe 108b, respectively.
  • the control valve unit 450a is controlled by a control unit (not shown) to supply air of a predetermined air pressure from the fluid communication path 402 to the chamber 106a or exhaust the air from the chamber 106a from the exhaust hole 452a.
  • control valve unit 450b is controlled by a control unit (not shown) to supply air of a predetermined air pressure from the fluid transmission path 402 to the chamber 106b or exhaust the air from the chamber 106b from the exhaust hole 452b.
  • control unit When driving the mover in the target direction, the control unit applies a drive force to drive the mover 200 in the same direction as the mover 200 moves relatively by excitation of the plurality of coils 112a to 112l. Control air intake and exhaust.
  • FIG. 19 is a view for explaining the air supply path when a plurality of actuator devices of the same type as the electrostatic hybrid actuator device 1100 are arranged with respect to the skeleton.
  • FIG. 19 is a view contrasted with FIG. 13 and shows an example of arrangement of an artificial muscle (actuator device) with respect to the exoskeleton type robot with respect to the lower limbs, similarly to FIG.
  • an actuator device 1004 having a function equivalent to human "hamstrings + rectus femoris muscle” is provided to the skeleton, and
  • an actuator device 1008 having a function equivalent to that of human 's gastrocnemius' is provided to the skeleton.
  • an actuator device 1002 having a function equivalent to human "iliac muscle + gluteus maximus muscle" is provided to the skeleton, and flexion of the knee joint or extension of the knee joint
  • An actuator device 1006 is provided with respect to the skeleton as an artificial muscle for driving the motor, which functions as human short biceps femoris + lateral broad muscle.
  • Compressed air is supplied from a compressed air source (for example, a cylinder) to the intake hole 410 of the actuator device 1004 via the tube AST1, and intake air for the actuator device 1008 is delivered from the exhaust hole 420 (FIG. 18) via the tube AST2. Compressed air is supplied to the hole 410 (FIG. 18).
  • a compressed air source for example, a cylinder
  • intake air for the actuator device 1008 is delivered from the exhaust hole 420 (FIG. 18) via the tube AST2.
  • Compressed air is supplied to the hole 410 (FIG. 18).
  • the exhaust hole 420 of the actuator device 1008 is sealed.
  • compressed air is supplied from a compressed air source (for example, a cylinder) to the intake hole 410 of the actuator device 1002 via the tube AST3, and intake air for the actuator device 1006 is sent from the exhaust hole 420 via the tube AST4.
  • the holes 410 are supplied with compressed air.
  • the exhaust hole 420 of the actuator device 1006 is sealed.
  • the air pressure from the exhaust hole 420 of the actuator device 1004 is supplied to the intake hole 410 of the actuator device 1002, and from the compressed air source, the exoskeleton type robot is provided only by the tube AST1.
  • the configuration may be such that compressed air is supplied to one of the lower legs.
  • the supply path of air pressure from the compressed air source can be simplified as compared with a configuration in which air pressure is individually supplied to the actuator devices. It becomes.
  • FIG. 20 is a view for explaining the cross-sectional structure of the static hybrid type actuator device 1200 of the third embodiment.
  • FIG. 20 is to be compared with FIG.
  • the cylinder 100 has been described as having a straight cylindrical shape.
  • the shape of the cylinder is not limited to this.
  • the axis of the cylinder may be curved in a circle.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment except that the cylinder shape is curved, so the same reference numerals are given to the same portions, and the description will not be repeated.
  • FIG. 21 is a view showing an appearance of a static hybrid type actuator device 1300 according to the fourth embodiment.
  • the electrostatic hybrid actuator device 1300 drives rotational motion.
  • actuator device 1300 has a configuration in which cylindrical case 101 b and cylindrical case 101 d having the same diameter are stacked.
  • An output shaft (rotor) 201 for transmitting the driving force of the rotation of the mover inside the case 101 b to the outside is disposed at the central portion of the cases 101 b and 101 d.
  • electromagnetic coils in which wire members are respectively wound around a plurality of fan-shaped core members are disposed so as to surround the output shaft.
  • the bottom of the lower case 101d is closed with a back yoke material 101e made of a magnetic material and disc-like. Further, the upper opening of the lower case 101d and the lower opening of the upper case 101b are separated by a disk-shaped partition wall 101c. The upper opening of the upper case 101b is closed by the upper lid 101a.
  • a central opening of the upper cover 101a is provided with a circular opening for the output shaft 201 to pass through, and the bearing 206 seals between the output shaft 201 and the opening, and the output shaft 201 is rotatable. It has become.
  • air tightness is maintained by the case 101b, the partition wall 101c and the upper lid 101a so that air pressure can be applied by air of a predetermined pressure in the case 101b by the pipes 108a and 108b.
  • stator 150 The upper cover 101a, the case 101b, the partition wall 101c, the case 101d, and the back yoke material 101e are collectively referred to as a stator 150 in contrast to the mover.
  • FIG. 22 is a conceptual diagram for explaining the inside of the stator 150. As shown in FIG.
  • FIG. 23 is a perspective view for describing the configuration of the electrostatic hybrid type actuator device 1300.
  • the upper cover 101a is virtually illustrated as being transparent and the partition wall 101c being translucent so that the internal structure of the actuator device 1300 can be easily viewed.
  • FIG. 22A is a view of the back yoke material 101 e as viewed from the top.
  • a bearing 152 for rotatably supporting the output shaft 201 is provided at the center of the back yoke material 101e.
  • FIG. 22 (b) is a view of the inside of the case 101 d as viewed from above.
  • the electromagnetic coils 112 a to 112 l in which the wire is wound around a plurality of fan-shaped core members are provided inside the case 101 d. It is arranged to surround it.
  • electromagnetic coils 112a to 112l for example, a three-phase alternating current UVW is applied and excited to drive the mover.
  • FIG. 22 (c) is a view of the inside of the case 101b as viewed from above.
  • a movable element 209 whose shape seen from the upper surface is a fan (hereinafter referred to as “rotor 209” because it performs rotational movement)
  • the rotor 209 is configured to rotate integrally with the output shaft 201.
  • two fan-shaped permanent magnets 202a and 202b are provided adjacent to each other.
  • the permanent magnets 202a and 202b may be formed, for example, by magnetizing each single magnetic member in each region so as to have a magnetic field direction as described below.
  • the permanent magnets 202 a and 202 b are magnetized in parallel to the output shaft 201 and in opposite directions to each other.
  • the permanent magnet 202a is magnetized so that the upper surface side thereof is N and the upper surface side of the permanent magnet 202b is S.
  • the number of permanent magnets may be more than two as long as adjacent ones are magnetized in opposite directions.
  • a magnetic member 158 covering the permanent magnets 202a and 202b is provided above the permanent magnets 202a and 202b.
  • a partition 154 is provided inside the case 101b, and a space surrounded by one end surface of the rotor 209 and one surface of the partition 154 functions as a first chamber 106a (also referred to as an air chamber), A space surrounded by the other end surface of the rotor 209 and the other surface of the partition wall 154 functions as a second chamber 106 b (also referred to as an air chamber).
  • FIG. 22D is a view of the upper lid 101a as viewed from the top. At the center of the upper lid 101a, a circular opening 156 through which the output shaft 201 passes is provided.
  • FIG. 24 is a conceptual diagram for explaining the operation of the electrostatic hybrid actuator device 1300.
  • the upper cover 101a is virtually illustrated as being transparent so that the internal structure of the actuator device 1300 can be easily viewed.
  • FIG. 25 is a diagram for explaining the relationship between the arrangement of the electromagnetic coils 112a to 112l and the rotor 209.
  • the upper cover 101a and the case 101b are virtually removed, and the partition 101c and the case 101d are illustrated as being translucent so that the positional relationship between the rotor 209 and the electromagnetic coil can be easily seen.
  • the plurality of coils 112a to 112l are excited in the direction of the independent polarity by the current supplied independently. More specifically, the plurality of coils 112a to 112l are configured such that alternating currents having different phases flow therethrough. For example, as shown in the figure, a plurality of coils 112a to 112l are divided into three groups every three coils, and for each group, alternating current (symmetrical three-phase alternating current, each order) shifted in phase by (2 ⁇ / 3). The rotor 209 is given a driving force of rotation by flowing the phases U, V, and W).
  • first chamber 106 a is a space between one surface of partition wall 154 and one end surface of rotor 209.
  • the second chamber 106 b is a space between the other surface of the partition wall 154 and the other end surface of the rotor 209.
  • the chamber 106a is supplied with air at a predetermined pressure or is exhausted through a pipe 108a having a control valve.
  • the chamber 106b is supplied with air at a predetermined pressure or is exhausted through a pipe 108b having a control valve.
  • the driving of the rotation by the electromagnetic force as described above and the intake and exhaust of air to the chambers 106a and 106b are controlled by a control unit (not shown).
  • the control unit drives the rotor 209 in the target direction
  • the excitation of the plurality of coils 112a to 112l causes the air to supply the driving force for driving the rotor 209 in the same direction as the rotor 209 moves relatively.
  • the fluid not only gas such as compressed air but also water, oil or magnetic fluid actuator can be applied. Coil cooling is possible by compressed air, and further, if water or oil is used, coil cooling efficiency is enhanced, and if magnetic fluid is used, control of viscosity can be realized as a characteristic of hardware.
  • FIG. 26 is a diagram for explaining the flow of magnetic flux in the electromagnetic coils 112a to 112l and the rotor 209.
  • FIG. 26 virtually shows a cross section of FIG. 25 with a part of the electromagnetic coil and the rotor cut away.
  • the magnetic flux generated by the electromagnetic coil 112c and the magnetic flux of the permanent magnet 202a in the rotor 209 are in the same direction, and come out of the permanent magnet 202a
  • the magnetic flux passes through the inside of the magnetic member 158 and enters the upper surface of the permanent magnet 202b, and the magnetic flux of the permanent magnet 202b and the magnetic flux generated by the electromagnetic coil 112d are in the same direction, and the magnetic flux emitted from the electromagnetic coil 112d is a back yoke material
  • a flow of magnetic flux occurs such as passing through 101e and entering the electromagnetic coil 112c.
  • the actuator device 1300 is also downsized by integrating the generation mechanism of the driving force by the electromagnetic force and the generation mechanism of the driving force by the air pressure as in the first embodiment.
  • the actuator device 1300 is also downsized by integrating the generation mechanism of the driving force by the electromagnetic force and the generation mechanism of the driving force by the air pressure as in the first embodiment.
  • FIG. 27 is a conceptual diagram for illustrating the configuration of the electrostatic hybrid actuator device 1300 'of the first modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 28 is a view for explaining the structure of a cross section perpendicular to the rotation axis of the electrostatic hybrid type actuator device 1300 'of the first modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 28 (b) shows a cross section at an imaginary plane V in FIG. 28 (a).
  • providing the back yoke at the lowermost stage is the same as that of the fourth embodiment.
  • a plurality of fan-shaped permanent magnets are arranged around the output shaft 201, and the magnetic flux direction is the output shaft direction.
  • the adjacent permanent magnets are alternately arranged so that the magnetization directions are reversed.
  • eight permanent magnets are alternately arranged as an example.
  • the mover (rotor) is rotatably provided in the second case of the upper stage of the first case as in the case 101b of FIG.
  • the rotor is provided with an electromagnetic coil in which a wire is wound around three fan-shaped core members so that an alternating current of UVW can be applied independently.
  • the number of electromagnetic coils is not limited to three, but may be more.
  • the second case has an airtight structure, and is configured to independently apply an air pressure of a predetermined pressure to the first and second air chambers.
  • a plurality of fan-shaped permanent magnets are arranged around the output shaft 201, and the magnetic flux direction is the output shaft direction, It arranges so that a magnetization direction may reverse alternately by the adjacent permanent magnet.
  • eight permanent magnets are alternately arranged in accordance with the configuration of FIG. 27 (b).
  • the magnetization direction of each permanent magnet in FIG. 27 (d) is, as shown in FIG. 28, the same direction as the permanent magnet at the corresponding position in the first case.
  • a back yoke material is also provided as the upper lid at the uppermost stage.
  • the back yoke material of the upper lid is provided at the center with an opening through which the output shaft 201 passes.
  • the electromagnetic coils 112 a to 112 l (collectively referred to as electromagnetic coils 112) for generating driving force to the permanent magnets in the rotor 209 are the rotor 209. Is provided in the lower case 101d of the case 101b to be stored.
  • FIG. 29 is a diagram for describing a configuration of a static hybrid actuator device 1302 according to the second modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 29A is a perspective view, and the upper lid 101a is virtually illustrated as semitransparent.
  • Fig. 29 (b) is a view of the configuration of Fig. 29 (a) viewed from the top.
  • the electromagnetic coil 214 is disposed along the outer periphery of the case 101 b in which the rotor 213 is stored.
  • the magnetization direction of the permanent magnet in the rotor 213 is a direction perpendicular to the rotation axis (radial direction of the rotor).
  • the electrostatic hybrid actuator device 1300 of the fourth embodiment or the electrostatic hybrid actuator devices 1300 'and 1302 of the modification of the fourth embodiment performs the same control as in the first embodiment, thereby achieving electromagnetic and pneumatic control. While maintaining the back drivability of both direct drive actuators, it is possible to realize a rotationally driven actuator that can respond flexibly to external forces by combining force control by electromagnetic force and viscosity / compliance characteristics of the working fluid.
  • the electrostatic hybrid actuator device 1300 of the fourth embodiment or the electrostatic hybrid actuator devices 1300 'and 1302 of the modification of the fourth embodiment is the joint portion of the exoskeleton robot as shown in FIG. 13 and FIG. It can be used as an actuator device for the rotational movement of the body, and can be used not only for “support for the musculoskeletal movement of the target human body (assist)” but also for the drive mechanism of general industrial products. It is also possible.
  • support for the musculoskeletal system of a human subject can be used as a robot alone, and can also be applied, for example, as a humanoid robot.
  • the rotors 209 and 213 perform circular motion.
  • a configuration in which the rotor rotates continuously will be described.
  • FIG. 30 is a conceptual diagram for illustrating the configuration of a static hybrid type actuator device 1400 according to the fifth embodiment.
  • a graphic whose passing width is always constant is called a "fixed-width graphic".
  • a circle is a typical fixed-width figure, but besides that, as a fixed-width figure, a Reuleaux polygon etc. is known as a famous thing.
  • the Rouro triangle is the cross-sectional shape of the rotor.
  • the rotor is constituted by an inner envelope of three leaves inscribed in a trochoid curve of a rotor housing that houses the rotor.
  • At the center of the rotor there is a round hole into which an eccentric shaft is fitted via a rotor bearing, and at the edge thereof, an internal gear (internal gear) is provided which meshes with the gear of the side housing.
  • the rotor housing is a cocoon-shaped, two-node, peritrochoid curve on the inner side.
  • a rotor having a cross-sectional shape of a constant width figure can always rotate smoothly while being in contact with the inner surface of the housing within an inner envelope-shaped housing that conforms to the cross-sectional shape of the rotor. It is done.
  • a housing 216 having, as a cross-sectional shape of an inner surface thereof, a politrochoid curve along a track obtained by rotating a rotor 215 having a cross-sectional shape of a fixed width figure based on a pentagon.
  • An output shaft 217 for transmitting the driving force of the rotor 215 to the outside is provided.
  • a plurality of permanent magnets are provided inside the rotor 215, and each permanent magnet is arranged such that the magnetization direction is opposite to that of the adjacent permanent magnet.
  • the upper cover 101a is provided with an opening in which the output shaft can be rotated eccentrically, and in the opening portion, the upper surface side of the rotor 215 seals airtight. Then, the driving force of the rotation of the rotor 215 can be transmitted to the outside by the crank mechanism.
  • the eccentric shaft may be configured to transmit the driving force to the outside.
  • air of a predetermined pressure is supplied (referred to as air supply) or evacuated at predetermined timing from the pipes 108a to 108b in accordance with the rotation of the rotor 215.
  • the driving force can also be generated by air pressure.
  • the inner surface corresponding to the first leaf of the cross section of the housing 216 and the outer surface of the rotor 215 are in contact at the first contact portion. Further, the inner surface corresponding to the second leaf adjacent to the first leaf of the cross section of the housing 216 and the outer surface of the rotor 215 are in contact at the second contact portion.
  • the air chambers 106a and 106b are formed by the outer surface of the rotor 215 from the first contact portion to the second contact portion and the corresponding inner surface of the housing 216. The volume of such an air chamber changes as the rotor 215 rotates.
  • the air chambers 106a to 106b are controlled by the pipes 108a to 108b to supply or discharge the air at predetermined timings.
  • the operation of supplying air from the pipe 108a to the air chamber 106a is performed (black arrow in the drawing) at the timing of exhausting the air chamber 106b by the pipe 108b (white arrow in the drawing).
  • the timing of air supply and exhaust as described above, in addition to the driving force by the electromagnetic force, the driving force by the air pressure can also be generated.
  • the pipes for supplying and discharging air may be provided correspondingly to the other leaves of the cross section of the housing 216, and are not limited to two as shown in FIG.
  • an electromagnetic coil is provided on the lower side of the housing 216 in which the rotor 215 is stored.
  • the electromagnetic coil may be disposed along the outer periphery of the housing 216 in which the rotor 215 is stored.
  • the magnetization direction of the permanent magnet in the rotor 215 is perpendicular to the rotation axis.
  • the static hybrid actuator device it is possible to cause the static hybrid actuator device to perform a continuous rotation operation and to extract the driving force to the outside.
  • the present invention can be applied to an actuator device for driving various mechanical parts and a power assist device for assisting a user's exercise using the same.
  • Reference Signs List 1 Exoskeleton robot, 100 cylinder, 101a upper lid, 101b case, 101c partition wall, 101d case, 101e back yoke material, 102 opening, 106a, 106b chamber, 108a, 108b intake and exhaust piping, 110 electromagnetic coil member, 112a to 112l Coils, 200 movers, 202a to 202d magnetic members, 201, 204, 217 output shafts, 206 bearings, 209, 215 rotors, 216 housings, 1000, 1100, 1200, 1300 actuator devices.

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Abstract

【課題】小型・高出力で力制御が可能なアクチュエータ装置を提供する。 【解決手段】アクチュエータ装置１０００は、シリンダ１００の外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材１１０と、シリンダ１００内をピストンとして摺動可能な可動子２００とを備える。可動子２００は、磁力部材２０２を有し、電磁コイル部材１１０の励磁により相対移動する。第１チャンバ１０６ａと第２チャンバ１０６ｂとには、電磁コイル部材１１０の励磁により、可動子２００を相対移動させる際に同一の方向へ可動子２００を駆動するように流体が供給される。

Description

アクチュエータ装置、ヒューマノイド型ロボットおよびパワーアシスト装置
　本発明は、電磁力および流体圧を利用したアクチュエータ装置、ならびに、これを用いた使用者の行う運動を支援するパワーアシスト装置に関するものである。
　電磁力を利用したリニアアクチュエータ（リニアモータ）が知られており、様々な分野で応用されている（たとえば、特許文献１を参照）。
　また、異種のアクチュエータを組み合わせるハイブリッド化のアプローチとして、これまで、回転電磁モータ，ボイスコイルモータやボールねじなどに、マッキベン型空気圧アクチュエータ、エアシリンダやベーンモータなどの作動流体アクチュエータを組み合わせたアクチュエータが提案・研究されている（非特許文献１～３）。
　さらに、たとえば、エンジンの吸排気バルブの駆動などの用途では、電磁アクチュエータに空気バネを使用する技術がある。この技術では、電磁アクチュエータにおいて使用される機械的なバネの代わりに、空気バネを使用する（特許文献２を参照）。
　ただし、この場合の空気バネと電磁アクチュエータとの組合せは、あくまでも、単に、弁の開閉ができる程度の可動域を前提とした技術である。また、空気バネは、可動体がストロークエンドに到達する際に反発力を与えて、衝撃を緩和することを目的とするものである。
　一方で、たとえば、日本をはじめ多くの国で少子高齢化社会が問題になる中、ロボティクス技術を応用したアシスト機器への要望が高まっている。一方、バランスや歩行が可能なロボットが開発されてきている。例えば、運動に必要な作用力を空間上の任意の複数接触点に最適に配分し，ヒトと同じように各関節のトルクを発生できるロボットが存在する（特許文献３参照）。
　また、近年では、下肢・体幹運動の支援をめざした外骨格型ロボットのようなリハビリテーションを支援するロボットの開発をますます要求することとなってきている。たとえば、外骨格型ロボットは、患者の自立生活を促進するリハビリテーションにおいて、脊髄損傷患者のために使用される（特許文献４を参照）。
　そして、特許文献４では、このような用途で使用者のパワーアシストを行うロボットとして、モータの駆動力と、エアーマッスルによる駆動力とを連携させた、いわゆる「空電ハイブリッド式のアクチュエータ」を使用した技術が提案されている。
　また、ロボットのマニピュレータとして、ＤＣモータによる駆動とエアーマッスルとを組み合わせたハイブリッド駆動については、非特許文献４にも開示がある。
　一方で、回転運動を駆動するアクチュエータとして、空気圧アクチュエータを電磁アクチュエータとをそれぞれ個別に設けて並列配置し、これらを協働して駆動することにより、低発熱および高トルクと、高速応答性および高精度位置決め制御性とを両立させるロータリーアクチュエータについても提案がある（特許文献５を参照）。
　さらに、空圧のみまたは空気と燃料の混合気体により、連続回転可能なピストンエンジンについても、提案がある（特許文献６を参照）。
特開２０１１－２１４６２４号公報 特開２００２－１４７２０９号公報 ＷＯ２００７／１３９１３５号公報 特開２０１２－０４５１９４号公報 特開２０１０－１９６７７７号公報 米国特許公報第６，８６８，８２２号公報
James K. Mills, "Hybrid actuator for robot manipulators: design, control andperformance，" Proc. of ICRA1990, pp.1872-1878 (1990) H. Higo et al.，"DynamicCharacteristic and Power Consumption on an Electro-Pneumatic Hybrid PositioningSystem，" Proc. of the 6th JFPS International Symposium on Fluid Power,pp.363-368 (2005) 吉岡ら，「ハイブリッドアクチュエータを用いた高トルク高精度回転機構の開発」，第7回生産加工・工作機械部門講演会，pp.207-208 (2008) I,Sardelliti, J.Park, D.Shin and O.Khatib，"Air MuscleController Design in the Distributed Macro-Mini(DM2-) Actuation Approach，" Proceedings ofthe 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and SystemsSan Diego, CA, USA, Oct 29-Nov 2, 2007, WeB 2.1 p.1822-1827
　しかしながら、上述したような一般的な電磁アクチュエータでは、高出力にしようとすると、アクチュエータを大型化することが必要となる。
　また、従来のハイブリッド型のアクチュエータの場合、２種のアクチュエータをリンクやギアを用いて組み合わせており、用いた機構により応答性や堅牢性が損なわれたり、小型軽量化が困難、または、可動範囲が限られる、などの問題がある。
　また、従来の電磁アクチュエータを外骨格型ロボットのような用途に使用する場合、アクチュエータの運動の可逆性が大きいため、逆に、重力補償などの静的な力制御にも電流励磁が必要となり、発熱が問題となる。
　本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、小型・高出力で力制御が可能なアクチュエータ装置を提供することである。
　本発明の他の目的は、小型・高出力で力制御が可能なアクチュエータ装置を用いたパワーアシスト装置を提供することである。
　この発明の１つの局面にしたがうと、アクチュエータ装置であって、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器と、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能な可動子と、可動子の駆動力を気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた第１磁力部材とを備え、可動子は、第２磁力部材を有し、第１磁力部材または第２磁力部材の励磁により第１磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、気密容器内の第１内面と可動子の一側面との間の空間である第１チャンバと、気密容器内の第２内面と可動子の他側面との間の空間である第２チャンバとを有し、第１チャンバと、第２チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、流体圧供給手段は、第１磁力部材または第２磁力部材の励磁により可動子を相対運動させる際に同一の方向へ可動子を駆動するように流体圧の供給を制御する。
　好ましくは、気密容器は、軸方向に第１端部および第２端部をそれぞれ有するシリンダであり、第１および第２内面は、それぞれ、第１および第２端部のシリンダ内面であり、可動子は、シリンダ内を摺動可能なピストンを含み、駆動部材は、ピストンの往復運動をシリンダの外部に伝達する。
　好ましくは、第１磁力部材は、シリンダ外周に設けられた電磁コイル部材であり、可動子の相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。
　好ましくは、電磁コイル部材は、シリンダ外周に所定幅にわたって設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、第２磁力部材は、複数個の永久磁石を含み、複数個の永久磁石間には、軟磁性材料が設けられ、永久磁石は、それぞれの極性が軸方向に交互に逆極性となるように配置される。
　好ましくは、流体供給手段および複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、制御部は、流体圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力により発生する力が、流体圧による発生力を補うように制御する。
　好ましくは、流体供給手段および複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、制御部は、定常状態となった後には、制御目標からの偏差を補償するように、コイルの励磁を制御する。
　好ましくは、流体は、気体である。
　好ましくは、流体は、水または油のいずれかである。
　好ましくは、シリンダは、湾曲した形状を有する。
　好ましくは、シリンダおよび第１磁力部材を覆うように設けられた外筒部をさらに備え、外筒部は、外筒部とシリンダとで囲まれる流体伝達路に、所定の流体圧の流体を供給するための吸入孔と、流体伝達路から所定の流体圧の流体を、同種のアクチュエータ装置の吸入孔に供給するための排出孔とを含み、流体伝達路の流体を選択的に流入させて、流体圧を第１チャンバに供給し、第１チャンバ内の流体を選択的に排出するための第１の制御弁部と、流体伝達路の流体を選択的に流入させて、流体圧を第２チャンバに供給し、第２チャンバ内の流体を選択的に排出するための第２の制御弁部とをさらに備え、流体圧供給手段は、第１および第２の制御弁部を制御することにより、第１チャンバおよび第２チャンバへの流体圧の供給を制御する。
　好ましくは、気密容器は、気密状態を維持可能な円筒であり、駆動部材は、可動子の回転運動を円筒の外部に伝達する出力軸であり、可動子は、円筒内を出力軸と一体となって回転するロータであり、円筒内には、出力軸から円筒の内周にまで延在する隔壁が設けられ、第１および第２内面は、それぞれ、隔壁の一方面および他方面である。
　好ましくは、第１磁力部材は、円筒の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、ロータの相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。
　好ましくは、電磁コイル部材は、円筒の底面側に円周方向に設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、第２磁力部材は、ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が出力軸の方向であって交互に逆極性となるように配置される。
　好ましくは、第１磁力部材は、円筒の外周に沿って設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、第２磁力部材は、ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が出力軸の法線方向で交互に逆極性となるように配置される。
　好ましくは、可動子は、気密容器内を連続的に回転するロータであって、ロータの回転軸に垂直な断面は、複数個の頂点を有する定幅図形であり、気密容器は、気密状態を維持可能な筒状形状であり、筒状形状の内面は、定幅図形が接しながら回転可能な形状を有し、駆動部材は、可動子の連続的な回転運動を気密容器の外部に伝達する出力軸であり、第１側面は、ロータの側面のうち、ロータと気密容器内面とが接触する第１接触部分から、第１接触部分に隣接する第２接触部分にいたるロータの側面であり、第２側面は、ロータの側面のうち、ロータと気密容器内面とが接触する第３接触部分から、第３接触部分に隣接する第４接触部分にいたるロータの側面であって、第１側面とは異なる側面である。
　好ましくは、第１磁力部材は、気密容器の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、ロータの相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。
　好ましくは、第１磁力部材は、気密容器の外周に沿って設けられた電磁コイル部材であり、ロータの相対運動のために電磁コイル部材が励磁される。
　この発明の他の局面にしたがうと、ヒューマノイド型ロボットであって、上記アクチュエータ装置を用いて骨格を駆動する。
　この発明の他の局面にしたがうと、対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、アシスト対象となる関節ごとに設けられ、関節の運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、アクチュエータ装置は、第１端部および第２端部を有するシリンダと、シリンダ外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材と、シリンダ内に格納され、シリンダ内をピストンとして摺動可能な可動子とを含み、可動子は、磁力部材を有し、電磁コイル部材の励磁により電磁コイル部材に対して相対運動し、シリンダの第１端部と可動子の一方端との間の空間である第１チャンバと、シリンダの第２端部と可動子の他方端との間の空間である第２チャンバとに、それぞれ、流体を供給する流体供給手段をさらに含み、アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、駆動手段は、電磁コイル部材の励磁により可動子を相対運動させる際に、流体供給手段により同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給を制御する。
　この発明のさらに他の局面にしたがうと、対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、アシスト対象となる関節ごとに設けられ、関節の回転運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、アクチュエータ装置は、流体圧を外部から内部に印加可能に構成された円筒形状の気密容器と、気密容器内で発生する駆動力を気密容器の外部に伝達する出力軸と、気密容器内に格納され、気密容器内において流体圧に応じて摺動可能で気密容器内を出力軸と一体となって回転する可動子と、気密容器内で、出力軸から円筒の内周にまで延在する隔壁と、可動子の可動経路に沿って気密容器の外部に設けられた第１磁力部材とを含み、可動子は、第２磁力部材を有し、第１磁力部材または第２磁力部材の励磁により第１磁力部材に対して相対運動し、気密容器は、気密容器内の隔壁の一方面と可動子の一方端との間の空間である第１チャンバと、隔壁の他方面と可動子の他方端との間の空間である第２チャンバとを有し、アクチュエータ装置は、第１チャンバと、第２チャンバとに、それぞれ、流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに含み、　アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、駆動手段は、励磁により可動子を相対運動させる際に、流体供給手段により同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給を制御する。
　本発明のアクチュエータ装置およびパワーアシスト装置によれば、小型・高出力かつ高応答の力制御が可能である。
本実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００の断面構造を説明するための図である。 空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００のシリンダの手前上部の１／４を取り除いて、内部構造を示した斜視図である。 可動子２００における磁力部材２０２の配置を説明するための図である。 電磁アクチュエータとしての駆動方式を説明するための概念図である。 単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。 制御部の制御の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。 制御部の制御の構成の他の例を説明するための機能ブロック図である。 図７の制御により発生する力の時間変化を示す図である。 制御部の制御の構成のさらに他の例を説明するための機能ブロック図である。 実施の形態１の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００´の断面構造を説明するための図である。 本実施の形態における外骨格型ロボット１の構成事例を示す図である。 外骨格型ロボット１の自由度の構成を示す図である。 下肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉（アクチュエータ装置）の配置の他の例を示す図である。 上肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉（アクチュエータ装置）の配置の例を示す図である。 電磁アクチュエータの駆動方式の変形例を示す断面図である。 単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。 コイルの発生磁場を説明するための概念図である。 実施の形態２の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１１００の断面構造を説明するための図である。 同種のアクチュエータ装置を、複数個、骨格に対して配置した場合の空気の供給経路を説明するための図である。 実施の形態３の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１２００の断面構造を説明するための図である。 実施の形態４の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００の外観を示す図である。 固定子１５０の内部を説明するための概念図である。 空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００の構成を説明するための斜視図である。 空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００の動作を説明するための概念図である。 電磁コイル１１２ａ～１１２ｌとロータ２０９との配置の関係を説明するための図である。 電磁コイル１１２ａ～１１２ｌおよびロータ２０９内の磁束の流れを説明するための図である。 実施の形態４の変形例１の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００´の構成を説明するための概念図である。 実施の形態４の変形例１の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００´の回転軸に対して垂直な断面の構造を説明するための図である。 実施の形態４の変形例２の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３０２の構成を説明するための図である。 実施の形態５の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１４００の構成を説明するための概念図である。
　以下、本発明の実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置の構成について、図にしたがって説明する。なお、以下の実施の形態において、同じ符号を付した構成要素および処理工程は、同一または相当するものであり、必要でない場合は、その説明は繰り返さない。
　なお、以下では、アクチュエータを駆動する流体として空気を例にとって説明する。
　（実施の形態１）
　図１は、本実施の形態の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００の断面構造を説明するための図である。
　また、図２は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００のシリンダの手前上部の１／４を取り除いて、内部構造を示した斜視図である。
　以下、図１および図２を参照して、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００は、シリンダ１００と、シリンダ１００内に摺動可能に格納された可動子２００とを含む。
　シリンダ１００は、電磁アクチュエータの可動案内部および空圧アクチュエータのシリンダとして機能する。可動子２００は、電磁アクチュエータの可動子および空圧アクチュエータのピストンとして機能する。すなわち、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００では、電磁相互作用を出力軸へ伝達する要素である可動子と可動子の可動空間とが、空気圧力を出力軸へ伝達する要素であるピストンとピストンの可動空間とに、それぞれ、一体化されている。
　シリンダ１００の外周には、シリンダ１００の軸方向に所定幅にわたって配置された電磁コイル部材１１０が設けられる。電磁コイル部材１１０は、内部に、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌを有する。複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌは、それぞれ、独立に供給される電流で、独立な極性の方向に励磁される。より特定的には、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌは、それぞれ、互いに位相の異なる交流電流が流れるように構成されている。たとえば、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌを、３組に分け、各組ついては、互いに（２π／３）だけ位相のずれた交流電流（対称三相交流）を流すなどして、可動子２００に推進力を与える。なお、電磁コイル部材１１０に与えられる交流としては、可動子を駆動できるものであれば、このような「対称三相交流」に限定されるものではない。
　また、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌの間には、図示されるように、軟磁性材料が挟み込まれ、これにより、軟磁性体材料に磁力線が集中し磁力を高めることができる。なお、ここで、軟磁性材料を挟み込むことは必ずしも必須ではなく、軟磁性体材料を挟まない場合は推力が低下するものの、電流を流さない場合に、推力の脈動が発生しないという利点がある。
　また、コイルの周囲は、軟磁性体のケースで覆われる。このような構成により、コイル・軟磁性体を通過した磁束はケースを通って再び可動子に帰っていく。ケースにより、周囲への磁束の漏れを抑制し、推力を向上できる。
　シリンダ１００の一方の端部には、中央に開口部１０２が設けられ、可動子２００に接続された出力軸２０４は、開口部１０２に挿入される。出力軸２０４が、可動子２００が駆動されることによる駆動力を外部に伝える。また、開口部１０２と出力軸２０４とは、摺動可能な状態で、かつ、流体（空気）の気密を保持できるようなシール構造を有している。
　可動子２００は、出力軸２０４の接続される面とは反対側に、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌと対向して配置される複数個の磁力部材２０２ａ～２０２ｄを有し、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌの励磁により電磁コイル部材１１０に対して相対移動する。
　ここで、「磁力部材」とは、コイルからの磁力に応じて、駆動力を生じるような部材であればよく、典型的には、永久磁石であるが、磁性材料であればよい。以下では、特に断らない限り、「磁力部材」が永久磁石であるものとして説明する。
　磁力部材２０２ａ～２０２ｄは、それぞれの極性が軸方向に交互に逆極性となるように配置される。したがって、可動子２００と複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌとで、リニアモータが構成される。
　図３は、可動子２００における磁力部材２０２の配置を説明するための図である。
　なお、磁力部材２０２ａ～２０２ｄを総称するときは、磁力部材２０２と呼ぶ。
　図１および図２に加えて、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、極性が対抗する磁力部材２０２ａ～２０２ｄの間には、中間部材２０３ａ～２０３ｃが挿入されて配置される。中間部材２０３ａ～２０３ｃは、磁力部材２０２ａ～２０２ｄの永久磁石より透磁率が高い軟磁性材料である。透磁率が永久磁石よりも高いため、対抗する永久磁石同士の磁束は、中間部材内において、永久磁石のみで構成された場合よりも高い磁束密度を有する磁場として、中間部材から可動子の中心軸に対して略垂直に抜け、または、その方向に入ることになる。これにより、電磁コイル部材１１０の位置での磁場の強度を強くすることができる。
　また、このように構成することで、中間部材２０３ａ～２０３ｃおよび磁力部材（永久磁石）２０２ａ～２０２ｄを全て、同一半径の円盤状またはリング状の部品で構成することで製作が容易になる。さらに、中間部材２０３ａ～２０３ｃおよび磁力部材（永久磁石）２０２ａ～２０２ｄの厚さを調整することで、高い磁束密度を容易に実現することが可能となる。
　このようなリニアモータとしての駆動の構成については、たとえば、特許第５４２２１７５号に詳しい開示がある。
　なお、リニアモータとしての駆動の構成については、たとえば、特開２０１２－２４４６８８号公報に記載されているような「リニアバーニアモータ」の構成とすることも可能である。
　チャンバ１０６ａは、シリンダ１００の一方端と可動子２００の出力軸２０４が接続する一方端面側との間の空間である。チャンバ１０６ｂは、シリンダ１００の他方端と可動子２００の他方端面との間の空間である。チャンバ１０６ａには、制御弁を有する配管１０８ａを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。チャンバ１０６ｂには、制御弁を有する配管１０８ｂを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。
　以上のようなリニアモータとしての駆動と、チャンバ１０６ａおよびチャンバ１０６ｂへの空気の吸排気は、図示しない制御部により制御される。制御部は、目標方向へ可動子を駆動する際には、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌの励磁により可動子２００が相対移動するのと同一の方向へ可動子２００を駆動する駆動力を与えるように空気の吸排気を制御する。
　なお、図１～３では、出力軸２０４が、シリンダ１００の片側のみに設けられる構成を例示しているが、出力軸２０４は、可動子２００の両端に設けられ、シリンダ１００の両端部から外部に突き出る構成としてもよい。
　また、流体として、圧縮空気のような気体だけではなく、水、油や磁性流体アクチュエータの適用が可能である。水や油を用いればコイル冷却効率が高まり、磁性流体を用いれば、ハードウェアの特性として粘性の制御が実現できる。
　図４は、電磁アクチュエータとしての駆動方式を説明するための概念図である。
　図１～３では、電磁コイル部材１１０に与えられる交流としては、対称三相交流を例として説明した。図４（ａ）は、このような三相交流での駆動を示す。
　これに対して、図４（ｂ）に示すように、可動子２００には、磁力部材２０２ａが１つ設けられ、電磁コイル部材１１０には、コイル２１２ａおよび２１２ｂが、直列に接続され、かつ互い巻き方向が逆向きになるように設けられて、単相で駆動する構成とすることも可能である。
　図５は、図４（ｂ）での単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。
　図５（ａ）、図５（ｂ）において、クロスの記号（○にＸ）は、紙面の表側から裏側に向く電流を示し、ドットの記号（○に黒丸）は、紙面の裏側から表側に向く電流を示す。
　図５（ａ）に示すように、コイル２１２ａおよびコイル２１２ｂに電流を流し、単相で駆動すると、可動子は右方向に駆動され、図５（ｂ）に示すように、電流の向きを逆転すると、可動子は左方向に駆動される。
　図６は、制御部の制御の構成の一例を説明するための機能ブロック図である。
　図６は、出力軸に発生する力が目標の大きさとなるように制御する力制御の場合の制御部の機能ブロック図である。
　なお、エアシリンダからの出力については、事前に、圧力指令と出力との関係を計測しておき、これに基づいて算出することが可能である。たとえば、エアシリンダの出力はシリンダ内の圧力から摩擦を引き算して推定することが可能である。
　図６を参照して、制御部は、目標となる出力（力）Ｆ*を出力指令として受けて、所定のゲイン（１／μＳ）で変換して、シリンダ１００に供給する圧力に対する圧力指令Ｐ*を生成するアンプ３１２を含む。
　ここで、Ｓはシリンダの断面積を、μは、エアシリンダ要素の効率を表す。
　制御部は、さらに、圧力指令Ｐ*に応じて、エアシリンダ要素３１４から出力されるエアシリンダ出力（力）Ｆpと、出力指令Ｆ*との差分をとる差分要素３１６と、差分要素３１６の出力である出力指令Ｆe*を所定のゲイン（１／Ｋ）で変換して、リニアモータを駆動する電流値を示す電流指令Ｉ*を生成するアンプ３１８と、電磁アクチュエータを制御する電流制御ループ３２０とを含む。最終的な出力Ｆとして、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置からは、エアシリンダ出力（力）Ｆpと電磁アクチュエータの出力（力）Ｆeとを合成したものが生成される。ここでも、Ｋは、電磁アクチュエータ要素の推力定数を表す。
　なお、電磁アクチュエータの発生力は、励磁電流に比例するので、電流を制御するだけで良い。ただし，電流を励磁しなくでも発生する力の脈動がある場合があり、この脈動は事前にモデル化しておき、指令電流に補正値として加算する構成とすることも可能である。
　図７は、制御部の制御の構成の他の例を説明するための機能ブロック図である。
　図７も、出力軸に発生する力が目標の大きさとなるように制御する力制御の場合の制御部の機能ブロック図である。図６の構成と異なる点は、最終的な出力Ｆが、入力側にフィードバックされる構成となっている点である。
　なお、エアシリンダからの出力については、図６と同様に、事前に、圧力指令と出力との関係を計測しておき、これに基づいて算出することが可能である。最終的な出力Ｆは、これを計測するセンサが設けられているものとする。このようなセンサとしては、たとえば、ロードセルなどを用いることができる。
　図７を参照して、制御部では、目標となる出力（力）Ｆ*を出力指令として受けて、差分要素３３２により、最終的な出力（力）Ｆとの差分をとり、差分要素３３２の出力をＰＩＤ制御部３３４に入力して、このＰＩＤ制御部３３４の出力を、アンプ３３６が、所定のゲイン（１／μＳ）で変換して、シリンダ１００に供給する圧力に対する圧力指令Ｐ*を生成する。ここでも、Ｓはシリンダの断面積を、μは、エアシリンダ要素の効率を表す。
　制御部は、さらに、圧力指令Ｐ*に応じて、エアシリンダ要素３３８から出力されるエアシリンダ出力（力）Ｆpと、出力指令Ｆ*との差分をとる差分要素３４０と、差分要素３４０の出力である出力指令Ｆe*を所定のゲイン（１／Ｋ）で変換して、リニアモータを駆動する電流値を示す電流指令Ｉ*を生成するアンプ３４２と、電磁アクチュエータを制御する電流制御ループ３４４とを含む。最終的な出力Ｆとして、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置からは、エアシリンダ出力（力）Ｆpと電磁アクチュエータの出力（力）Ｆeとを合成したものが生成される。ここでも、Ｋは、電磁アクチュエータ要素の推力定数を表す。
　このような構成によっても、図６の場合と同様の効果を奏することが可能である。
　図８は、図６または図７の制御により発生する力の時間変化を示す図である。
　図６または図７で説明したような制御を行うと、図８に示すように、時間応答が遅い空気圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力によるリニアモータから発生する力が、空気圧による発生力（駆動力）を補うことが可能となる。
　すなわち、アクチュエータ装置１０００では、力制御の場合、空気圧制御の遅れを改善するため、ハイブリッド型アクチュエータ装置の全体の目標出力とエアシリンダ要素による出力の差分を出力指令とし、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を調整する。十分に時間が経てば，エアシリンダ要素の出力が安定するため、電磁アクチュエータ要素は外乱によるエアシリンダ要素の出力変化に対して即座に対応する役割のみを担う。その結果，コイルの励磁電流が小さくてすみ、発熱が抑制される。また、定常状態となった後にも、制御目標からの偏差の補償には、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を用いることができる。
　すなわち、定常状態になった後に外力が加わってエアシリンダの圧力センサの値に変化があった場合には、電磁アクチュエータへの出力指令が変化し、直ちに電磁アクチュエータの出力が変化する。
　この結果、アクチュエータ装置１０００においては、力制御の場合も、電磁力による駆動力の発生機構と空気圧による駆動力の発生機構とを一体化することで小型化を実現しつつ、時間応答性に優れた高出力を実現することができる。
　図９は、制御部の制御の構成の他の例を説明するための機能ブロック図である。
　図９は、出力軸の位置を目的位置となるように制御する位置制御の場合の制御部の機能ブロック図である。
　なお、可動子２００の位置については、たとえば、出力軸２０４の位置を検出するセンサなどにより検知されるものとする。このようなセンサとしては、たとえば、ホール素子を用いる磁気式のセンサや、スリットの入った板を用いる光学式のセンサを用いることができる。
　図９を参照して、制御部は、可動部２００の現在位置ｘと、駆動する目標位置を示す位置指令ｘ*との差分に基づいて、ＰＩＤ制御により目標となる駆動力を指示する出力指令Ｆ*を生成するＰＩＤ制御部３００と、出力指令Ｆ*を所定のゲイン（１／μＳ）で変換して、シリンダ１００に供給する圧力に対する圧力指令Ｐ*を生成するアンプ３０２とを含む。
　ここで、Ｓはシリンダの断面積を、μは、エアシリンダ要素の効率を表す。
　制御部は、さらに、シリンダ１００内の可動子２００に加える圧力指令Ｐ*に応じてエアシリンダ要素３０４から出力されるエアシリンダ出力（駆動力）Ｆpと、出力指令Ｆ*との差分である出力指令Ｆe*を所定のゲイン（１／Ｋ）で変換して、リニアモータを駆動する電流値を示す電流指令Ｉ*を生成するアンプ３０６と、電磁アクチュエータを制御する電流制御ループ３０８とを含む。ここで、Ｋは、電磁アクチュエータ要素の推力定数を表す。
　すなわち、アクチュエータ装置１０００では、位置制御の場合に、空気圧制御の遅れを改善するため、ハイブリッド型アクチュエータ装置の全体の目標出力とエアシリンダ要素による出力の差分を出力指令とし、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を調整する。十分に時間が経てば、エアシリンダ要素の出力が安定するため、電磁アクチュエータ要素は外乱によるエアシリンダ要素の出力変化に対して即座に対応する役割のみを担う。その結果，コイルの励磁電流が小さくてすみ、発熱が抑制される。また、定常状態となった後にも、制御目標からの偏差の補償には、空気圧制御よりもより時間応答性の高い電磁アクチュエータ要素の出力を用いることができる。
　この結果、アクチュエータ装置１０００においては、電磁力による駆動力の発生機構と空気圧による駆動力の発生機構とを一体化することで小型化を実現しつつ、時間応答性に優れた高出力を実現することができる。
　（実施の形態１の変形例）
　図１に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００では、可動子２００において、複数個の磁力部材２０２ａ～２０２ｄと中間部材２０３ａ～２０３ｃとが、シリンダ１００の内面を摺動するピストンとしても機能する構成であった。
　図１０は、実施の形態１の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００´の断面構造を説明するための図である。
　図１０においては、複数個の磁力部材２０２ａ～２０２ｄと中間部材２０３ａ～２０３ｃとを総称して、磁力部材２００－１と呼ぶことにする。
　図１０に示すように、可動子２００において、シリンダ１００の内面を摺動するピストン２００－２を別途設けて、このピストン２００－２により、チャンバ１０６ａとチャンバ１０６ｂとを分離する構成であってもよい。この場合は、複数個の磁力部材２０２ａ～２０２ｄおよび中間部材２０３ａ～２０３ｃと、シリンダ１００の内面との間には、隙間があってもよい。
　（パワーアシスト装置）
　次に、以上説明したようなアクチュエータ装置１０００を外骨格型ロボットの関節を駆動するためのアクチュエータとして使用したパワーアシスト装置の構成について説明する。
　すなわち、以下、本実施の形態において、歩行・姿勢リハビリテーションのためのハイブリッド型のアクチュエータによる外骨格型ロボットについて説明する。
　ただし、本発明のハイブリッド型外骨格型ロボットは、下肢の運動をアシストするための外骨格型ロボットに対してだけでなく、上肢の運動をアシストする外骨格型ロボットとしても使用することが可能である。
　また、以下の説明では、下肢の対としての運動をアシストする外骨格型ロボットについて説明するが、下肢のうちのいずれか一方、または、上肢のうちのいずれか一方の運動をアシストする外骨格型ロボットとして使用することも可能である。
　さらに、本発明のハイブリッド型外骨格型ロボットは、対象となる人間の筋骨格系の運動をアシストするのであれば、上述したような「下肢のうちの少なくともいずれか一方、または、上肢のうちの少なくともいずれか一方の運動」に限定されるものではなく、たとえば、対象となる人間の腰の運動のみをアシストするものであってもよいし、歩行または走行時において下肢の運動と連動して腰の運動をアシストするものであってもよい。本明細書では、このような対象となる人間の運動のアシストを総称して、「対象となる人間の筋骨格系運動の支援（アシスト）」と呼ぶことにする。
　本実施の形態の外骨格型ロボットは、外骨格を有する。「外骨格」とは、人間の骨格構造に対応してロボットが有する骨格構造のことである。より特定的には、「外骨格」とは、外骨格型ロボットを装着する人間の体の一部を、外部から支えるフレーム（枠組み）構造のことをいう。
　このフレーム構造には、さらに、フレーム構造の各部を人間の骨格構造に基づく運動に応じて動かすための関節が設けられる。
　特に、下肢の運動をアシストする外骨格型ロボットは、ベースと下半身とを有し、足首、膝、腰の左右の位置に、能動６自由度の関節を有するロボットである。また、当該６つの関節は、空電ハイブリッド型のアクチュエータを人工の筋肉としてすることで駆動される関節である。以下、このように、外骨格型ロボットにおいて、ユーザの関節に対してサポート力を与えるためにアクチュエータにより駆動される関節のことを「能動関節」と呼ぶ。
　図１１は、本実施の形態における外骨格型ロボット１の構成事例を示す図である。本外骨格型ロボット１は、１０自由度である。
　なお、このような外骨格型ロボットの構成事例については、類似の構成が、上述した特許文献３にも開示されている。
　図１１において、外骨格型ロボット１は、両脚に対応したフレーム構造、バックパック１０１、柔軟シート１１３、ＨＡＡ拮抗筋１０３、ＨＦＥ伸筋１０４、ＨＦＥモータ１１１、ＫＦＥ伸筋１０５、
ＫＦＥモータ１０６、ＡＦＥ伸筋・ＡＡＡ拮抗筋１０７、ＡＦＥ屈筋１０８、関節１０９、フレーム構造に設けられた関節１１４を備える。
　なお、図１１では、バックパック１０１が運動を支援する構造に直接とりつけられているが、バックパック１０１は、この構造から取り外されていてもよい。
　バックパック１０１には、外骨格型ロボットの駆動制御するための制御装置が設けられる。
　また、関節１０９には、たとえば、光学式エンコーダを回転軸に取り付け、関節角度を計測する。関節１１４も同様に光学式エンコーダを取り付ける。光学式エンコーダは、軸に取り付けるのではなく、軸に巻かれたベルトの移動方向と移動量を読み取る構成としてもよい。バックパック１０１の制御装置は、読み取られた関節角に応じて、人工筋肉（アクチュエータ）の駆動力を制御する。
　なお、エンコーダとしては、シャフトに内蔵する構成とすることも可能である。
　また、図１２は、外骨格型ロボット１の自由度の構成を示す図である。
　図１２において、各関節において、「Ｒ＿」との表示は、右側の関節であることを示し、「Ｌ＿」との表示は、左側の関節であることを示す。
　図１１および図１２を参照して、全１０自由度のうち、左右のＡＦＥ関節は伸筋と屈筋による拮抗駆動を採用している。拮抗駆動以外の関節は、パッシブな駆動である。ただし、より多くの関節を拮抗駆動としてもよい。
　図１１において、両脚が接続する胴体部には姿勢センサを搭載してベース部の姿勢を検出している。また、全ての関節にワイヤ式エンコーダ（またはモータ付属のエンコーダ）を取り付け、関節角度を計測できるようにしている。関節角度ならびに、たとえば、下肢の筋電位を検出することで、各関節に発生させる目標トルクが算出する構成としてもよい。
　また、足底部には、床反力センサを搭載し、接触を想定する足底部が実際に接触しているかどうかを判定したり、ヤコビ行列に含まれるモデル誤差を修正するために補助的に使用する構成としてもよい。
　また、バックパック１０１内には制御装置の他、空圧制御ためのバルブおよびリニアモータのドライバを内蔵している。
　また、バックパック１０１内に、バッテリーと圧搾した空気ボンベ（またはＣＯ２ガスボンベでもよい）、レギュレータを搭載し、電源ラインとエア供給が断絶した場合に備え、短時間の自律駆動を可能にする構成であってもよい。
　あるいは、バックパック１０１は、バッテリーを搭載し、モータ駆動用の電源およびコンプレッサ内蔵する構成であってもよい。
　図１３は、下肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉（アクチュエータ装置）の配置の他の例を示す図である。
　図１３に示すように、股関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腸骨筋＋大殿筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００２が骨格に対して設けられる。
　また、股関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「ハムストリングス＋大腿直筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００４が骨格に対して設けられる。
　さらに、膝関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「大腿二頭筋短頭＋外側広筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００６が骨格に対して設けられる。
　また、膝関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腓腹筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００８が骨格に対して設けられる。
　図１４は、上肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉（アクチュエータ装置）の配置の例を示す図である。
　図１４に示すように、肘関節の屈曲および伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「上腕二頭筋＋上腕三頭筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１０１２が骨格に対して設けられる。
　また、前腕の回旋を駆動する人工筋肉として、人間の「腕橈骨筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１０１６，１０１８が骨格に対して設けられる。
　このような構成のより、人間の下肢または上肢の運動をアシストする外骨格型ロボットを構成することが可能である。
　以上説明したとおり、本実施の形態のアクチュエータ装置によれば、電磁相互作用と流体圧力を出力軸へ伝達する要素と空間を一体化することで、バックドライバブルでありながらも、小型・高出力で力制御が可能である。
　可動子とピストン（要素）および可動域とチャンバ（空間）の一体化構造により，同体積の高効率の電磁アクチュエータに比べて、高出力を確保できる。
（駆動方式の他の例） 
　図１５は、電磁アクチュエータの駆動方式の変形例を示す断面図である。
　図１５（ａ）に示すように、電磁コイル部材１１０としては、コイル２１２ａのみを設け、可動子２００には、シリンダの軸方向に直交する方向に磁場を発生する磁力部材（永久磁石）２０２ａを設ける。単相の交流をコイル２１２ａに励磁することにより駆動する。
　あるいは、図１５（ｂ）のように、磁力部材として、永久磁石２０２ａの代わりに、軟磁性体２０５を設ける構成とすることも可能である。
　この場合は、電磁アクチュエータは、ソレノイドアクチュエータとして機能して駆動力を生じることになる。たとえば、磁性体２０５の少なくとも一部がコイル２１２ａの外部にあるときに、コイル２１２ａを励磁することで、コイル内部への引き込み力を生じさせることができる。ここで、コイル２１２ａは、軟磁性体のケースの中に納められる。
　図１５のような構成の場合も、目標方向へ可動子を駆動する際には、電磁コイル部材の励磁により可動子が相対移動するのと同一の方向へ可動子を駆動するように流体の供給が制御される。
　図１６は、図１５（ａ）の構成で、単相駆動の場合のコイル電流を説明するための概念図である。
　図１６（ａ）に示すように、コイル２１２ａに電流を流し、単相で駆動すると、可動子は右方向に駆動され、図１６（ｂ）に示すように、電流の向きを逆転すると、可動子は左方向に駆動される。
　図１７は、図１５（ｂ）の構成で、コイルの発生磁場を説明するための概念図である。
　コイルに電流を励磁すると、図中の矢印のように磁束が流れる。この時チャンバ１０６ｂの部分は空気のため透磁率低く、磁気抵抗が高い。この部分の磁気抵抗を小さくするように可動子が右方向に駆動される。
　これまでの説明は、シリンダの外周にコイルが設けられ、可動子が永久磁石である構成を基本として、説明してきたが、このような構成に必ずしも限定はされない。たとえば、
　　ｉ）可動子が電磁コイルであり、シリンダ側に配置される固定子が、所定の異なる方向の磁場を発生させる複数の永久磁石が順次配置された構成であってもよい。
　　ｉｉ）また、シリンダも単に単一の円筒の形状であるばかりでなく、外円筒の内部に同一の中心軸を有する内円筒が配置される構成であってもよい。この場合、内円筒の内側および外円筒の外周に所定の異なる方向の磁場を発生させる複数の永久磁石が順次配置され、可動子は、この外円筒と内円筒の間の空間を移動可能な円筒形状の電磁コイルであり、ピストンとしても機能する構成とすることができる。
　したがって、「磁力部材」との用語は、最も広い意味では、電磁コイルも含むものであってもよい。
　この構造では、コイルを内外の強力な磁石で挟み込むことで，コイル中に大きな磁束が発生する。また、全てのコイルが常に出力に寄与することができる。さらに、可動子と固定子両方に鉄心を用いるモデルでは電流を励磁しない場合も推力の脈動（ディテント力）が発生するが，可動子がコイルのみであるためこのモデルでは発生しない、という利点がある。
　本実施の形態のアクチュエータ装置は、電磁・空気圧の両ダイレクトドライブアクチュエータのバックドライバビリティを維持しつつ、電磁力による力制御と作動流体の粘性・コンプライアンス特性とを組み合わせ、外力にやわらかく応答できるリニア駆動のアクチュエータを実現することが可能である。
　また、本実施の形態のアクチュエータ装置は、上述したような「対象となる人間の筋骨格系運動の支援（アシスト）」だけでなく、一般的な工業製品の駆動機構への応用することも可能である。
　また、上述したような「対象となる人間の筋骨格系運動の支援（アシスト）」の構成は、ロボット単体としての利用も可能であり、例えばヒューマノイド型ロボットとしても応用できる。
　（実施の形態２）
　図１に示した空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００では、チャンバ１０６ａには、制御弁を有する配管１０８ａを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われ、チャンバ１０６ｂには、制御弁を有する配管１０８ｂを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる、との構成を説明した。
　以下に説明する、実施の形態２の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１１００では、チャンバ１０６ａとチャンバ１０６ｂに、流体圧、たとえば、空気圧を供給する構成の点で、実施の形態１の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１０００または１０００´の構成とは異なる。
　以下に説明するように、実施の形態２においても、流体として空気を例にして説明する。
　図１８は、実施の形態２の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１１００の断面構造を説明するための図である。図１８は、図１と対比されるべき図である。
　以下、主として、図１との相違点を説明することとし、同一部分には、同一符号を付して説明を繰り返さない。
　図１８を参照して、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１１００では、シリンダ１００および電磁コイル部材１１０とを覆う外筒部４００が設けられる。シリンダ１００および電磁コイル部材１１０の外表面と、外筒部４００との内表面で囲まれる空間は、気密性を有し、外部からの所定の空気圧の空気を伝送する機能を有する。この点で、この囲まれた空間を「流体伝達路４０２」と呼ぶことにする。
　流体伝達路４０２には、吸気孔４１０より所定の圧力の空気が供給される。また、流体伝達路４０２の排気孔４２０からは、この空気が排出され、後に説明するように、排気孔４２０から排出された所定の圧力の空気が、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１１００と同様の構成を有する他のアクチュエータ装置１１００´の吸気孔に供給される。
　制御弁部４５０ａおよび制御弁部４５０ｂは、それぞれ、配管１０８ａおよび配管１０８ｂに対応して設けられる。
　制御弁部４５０ａは、図示しない制御部に制御されて、所定の空気圧の空気を流体伝達路４０２からチャンバ１０６ａに供給し、あるいは、チャンバ１０６ａからの空気を排気孔４５２ａより排気する。
　制御弁部４５０ｂも、同様に、図示しない制御部に制御されて、所定の空気圧の空気を流体伝達路４０２からチャンバ１０６ｂに供給し、あるいは、チャンバ１０６ｂからの空気を排気孔４５２ｂより排気する。
　制御部は、目標方向へ可動子を駆動する際には、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌの励磁により可動子２００が相対移動するのと同一の方向へ可動子２００を駆動する駆動力を与えるように空気の吸排気を制御する。
　図１９は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１１００と同種のアクチュエータ装置を、複数個、骨格に対して配置した場合の空気の供給経路を説明するための図である。
　図１９は、図１３と対比される図であり、図１３と同様に、下肢に対する外骨格型ロボットに対する人工筋肉（アクチュエータ装置）の配置の例を示す。
　図１９に示すように、股関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「ハムストリングス＋大腿直筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００４が骨格に対して設けられ、また、膝関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腓腹筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００８が骨格に対して設けられる。
　また、股関節の屈曲を駆動する人工筋肉として、人間の「腸骨筋＋大殿筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００２が骨格に対して設けられ、さらに、膝関節の屈曲や膝関節の伸展を駆動する人工筋肉として、人間の「大腿二頭筋短頭＋外側広筋」に相当する機能をはたすアクチュエータ装置１００６が骨格に対して設けられる。
　アクチュエータ装置１００４の吸気孔４１０には、チューブＡＳＴ１を介して、圧縮空気源（たとえば、ボンベ）から圧縮空気が供給され、排気孔４２０（図１８）からチューブＡＳＴ２を介して、アクチュエータ装置１００８の吸気孔４１０（図１８）に圧縮空気が供給される。たとえば、アクチュエータ装置１００８の排気孔４２０は、封止されているものとする。
　同様にして、アクチュエータ装置１００２の吸気孔４１０には、チューブＡＳＴ３を介して、圧縮空気源（たとえば、ボンベ）から圧縮空気が供給され、排気孔４２０からチューブＡＳＴ４を介して、アクチュエータ装置１００６の吸気孔４１０に圧縮空気が供給される。たとえば、アクチュエータ装置１００６の排気孔４２０は、封止されているものとする。
　あるいは、特に限定されないが、たとえば、アクチュエータ装置１００４の排気孔４２０からの空圧を、アクチュエータ装置１００２の吸気孔４１０に供給する構成とし、圧縮空気源からは、チューブＡＳＴ１のみにより、外骨格型ロボットの一方の下肢に圧縮空気が供給される構成としてもよい。
　以上の構成により、複数のアクチュエータ装置に空圧を供給する場合に、アクチュエータ装置に個別に空圧を供給する構成と比べて、圧縮空気源からの空圧の供給経路を簡略化することが可能となる。
　また、圧縮空気源からの空気が電磁コイル部材１１０の外部に供給される構成となるため、電磁コイル部材１１０を空冷する効果もある。
　（実施の形態３）
　図２０は、実施の形態３の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１２００の断面構造を説明するための図である。図２０は、図１と対比されるべき図である。
　実施の形態３においても、流体として空気を例にして説明する。
　実施の形態１では、シリンダ１００は、真っ直ぐな円筒形状であるものとして説明した。
　ただし、シリンダの形状としては、このようなものに限定されず、たとえば、図２０に示すように、シリンダの軸が、円形に湾曲する構成であってもよい。
　シリンダ形状が湾曲していることを除いては、実施の形態１の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して、説明は繰り返さない。
　（実施の形態４）
　図２１は、実施の形態４の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００の外観を示す図である。
　空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００は、回転運動を駆動する。
　図２１を参照して、アクチュエータ装置１３００は、互いに同一の径を有する、円筒形のケース１０１ｂと円筒形のケース１０１ｄとが積層された構成である。ケース１０１ｂと１０１ｄとの中心部分には、ケース１０１ｂの内部の可動子の回転の駆動力を外部に伝達するための出力軸（回転子）２０１が配置されている。
　下部のケース１０１ｄの内部には、後に説明するように、複数の扇型の芯部材に線材がそれぞれ巻かれた電磁コイルが、出力軸の回りを囲むように配置される。
　下部のケース１０１ｄの底部は、磁性材料からなり円盤状であるバックヨーク材１０１ｅでふさがれている。また、下部のケース１０１ｄの上部開口と上部のケース１０１ｂの下部開口とは、円盤状の隔壁１０１ｃで隔離されている。上部のケース１０１ｂの上部開口は、上蓋１０１ａでふさがれている。上蓋１０１ａの中心部には、出力軸２０１が貫通するための円形の開口が設けられており、ベアリング２０６により出力軸２０１と開口との間がシールされるとともに、出力軸２０１が回動可能となっている。後に説明するように、ケース１０１ｂ内に配管１０８ａおよび１０８ｂにより、所定の圧力の空気により空圧を印加できるように、ケース１０１ｂ、隔壁１０１ｃおよび上蓋１０１ａにより気密が保たれる構成となっている。
　上蓋１０１ａ、ケース１０１ｂ、隔壁１０１ｃ、ケース１０１ｄおよびバックヨーク材１０１ｅを総称して、可動子と対比して、固定子１５０と呼ぶ。
　図２２は、固定子１５０の内部を説明するための概念図である。
　また、図２３は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００の構成を説明するための斜視図である。
　図２３においては、アクチュエータ装置１３００の内部構造が視認しやすいように、仮想的に、上蓋１０１ａが透明であり、隔壁１０１ｃが半透明であるものとして図示している。
　図２２（ａ）は、バックヨーク材１０１ｅを上面から見た図である。バックヨーク材１０１ｅの中央には、出力軸２０１を回動自在に支持するための軸受け１５２が設けられる。
　図２２（ｂ）は、ケース１０１ｄの内部を上面から見た図である。
　図２２（ｂ）および図２３に示されるように、上述したとおり、ケース１０１ｄの内部には、複数の扇型の芯部材に線材がそれぞれ巻かれた電磁コイル１１２ａ～１１２ｌが、出力軸２０１の回りを囲むように配置される。
　電磁コイル１１２ａ～１１２ｌには、特に限定はされないが、たとえば、３相交流ＵＶＷが印加されて励磁され、可動子を駆動する。
　図２２（ｃ）は、ケース１０１ｂの内部を上面から見た図である。
　図２２（ｃ）および図２３に示されるように、ケース１０１ｂの内部には、上面から見た形状が扇型である可動子２０９（回転運動をすることから、以下「ロータ２０９」と呼ぶ）が設けられ、ロータ２０９は出力軸２０１と一体となって回転するように構成される。ロータ２０９内には、たとえば、２つの扇形の永久磁石２０２ａと２０２ｂが隣り合って設けられる。永久磁石２０２ａと２０２ｂは、たとえば、単一の磁性部材に対して、以下に説明するような磁場方向となるように、領域ごとに着磁することで形成されてもよい。永久磁石２０２ａと２０２ｂは、出力軸２０１に平行であって、互いに逆方向となるように着磁されている。図２２（ｃ）では、永久磁石２０２ａの上面側がＮで、永久磁石２０２ｂの上面側がＳとなるように着磁されているものとする。永久磁石の個数は、隣接するものが互いに逆方向に着磁されている限り、２つより多くてもよい。なお、図２２（ｃ）では、図示省略しているが、図２３に示すように、永久磁石２０２ａと２０２ｂの上部には、これらを覆う磁性部材１５８が設けられている。
　また、ケース１０１ｂの内部には、隔壁１５４が設けられており、ロータ２０９の一端面と隔壁１５４の一方面とで囲まれる空間が、第１のチャンバ１０６ａ（空気室とも呼ぶ）として機能し、ロータ２０９の他方端面と隔壁１５４の他方面とで囲まれる空間が、第２のチャンバ１０６ｂ（空気室とも呼ぶ）として機能する。
　図２２（ｄ）は、上蓋１０１ａを上面から見た図である。上蓋１０１ａの中央には、出力軸２０１が貫通する円形の開口１５６が設けられる。
　図２４は、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００の動作を説明するための概念図である。
　図２４においても、アクチュエータ装置１３００の内部構造が視認しやすいように、仮想的に、上蓋１０１ａが透明であるものとして図示している。
　また、図２５は、電磁コイル１１２ａ～１１２ｌとロータ２０９との配置の関係を説明するための図である。
　図２５においては、ロータ２０９と電磁コイルとの位置関係が見やすいように、上蓋１０１ａ、ケース１０１ｂは、仮想的に取り除き、隔壁１０１ｃおよびケース１０１ｄは、半透明であるものとして図示している。
　まず、図２５を参照して、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌは、それぞれ、独立に供給される電流で、独立な極性の方向に励磁される。より特定的には、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌは、それぞれ、互いに位相の異なる交流電流が流れるように構成されている。たとえば、図示するように、３個おきに、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌを、３組に分け、各組ついては、互いに（２π／３）だけ位相のずれた交流電流（対称三相交流、各位相をＵ，Ｖ，Ｗで表す）を流すなどして、ロータ２０９に回転の推進力を与える。
　一方、図２４を参照して、第１のチャンバ１０６ａは、隔壁１５４の一方面とロータ２０９の一方端面との間の空間である。第２のチャンバ１０６ｂは、隔壁１５４の他方面とロータ２０９の他方端面との間の空間である。チャンバ１０６ａには、制御弁を有する配管１０８ａを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。チャンバ１０６ｂには、制御弁を有する配管１０８ｂを介して、所定の圧力の空気が供給され、または、空気の排気が行われる。
　以上のような電磁力による回転の駆動と、チャンバ１０６ａおよびチャンバ１０６ｂへの空気の吸排気は、図示しない制御部により制御される。制御部は、目標方向へロータ２０９を駆動する際には、複数個のコイル１１２ａ～１１２ｌの励磁によりロータ２０９が相対移動するのと同一の方向へロータ２０９を駆動する駆動力を与えるように空気の吸排気を制御する。
　なお、流体として、圧縮空気のような気体だけではなく、水、油や磁性流体アクチュエータの適用が可能である。圧縮空気によりコイル冷却が可能であり、さらに、水や油を用いればコイル冷却効率が高まり、磁性流体を用いれば、ハードウェアの特性として粘性の制御が実現できる。
　図２６は、電磁コイル１１２ａ～１１２ｌおよびロータ２０９内の磁束の流れを説明するための図である。
　図２６は、図２５において、さらに、電磁コイルおよびロータの一部を切り取った断面を仮想的に示す。
　電磁コイル１１２ａ～１１２ｌが励磁され、ロータ２０９が回転すると、たとえば、ある時点では、電磁コイル１１２ｃで生成される磁束とロータ２０９内の永久磁石２０２ａの磁束とが同方向となり、永久磁石２０２ａから出た磁束は磁性部材１５８内を通り、永久磁石２０２ｂの上面に入り、永久磁石２０２ｂの磁束と電磁コイル１１２ｄで生成される磁束とが同方向となり、電磁コイル１１２ｄから出た磁束は、バックヨーク材１０１ｅを通り、電磁コイル１１２ｃに入るというような、磁束の流れが生じる。
　以上のような構成とすることで、アクチュエータ装置１３００においても、実施の形態１と同様にして、電磁力による駆動力の発生機構と空気圧による駆動力の発生機構とを一体化することで小型化を実現しつつ、空圧のみならず電磁力の駆動力も利用することで、時間応答性に優れた高出力を実現することができる。
　（実施の形態４の変形例１）
　図２１～図２６では、ロータ２０９側に永久磁石を設け、ケース１０１ｄ内に電磁コイルを設ける構成として説明した。
　ただし、ロータ２０９側に電磁コイルを設け、その上下に、永久磁石を設ける構成とすることも可能である。
　図２７は、このような実施の形態４の変形例１の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００´の構成を説明するための概念図である。
　また、図２８は、実施の形態４の変形例１の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００´の回転軸に対して垂直な断面の構造を説明するための図である。図２８（ｂ）は、図２８（ａ）中の仮想面Ｖでの断面を示す。
　図２７（ａ）を参照して、最下段には、バックヨークを設けることは、実施の形態４と同様である。
　次に、図２７（ｂ）に示すように、バックヨーク上の第１のケース内には、出力軸２０１のまわりに、複数の扇型の永久磁石を、磁束方向が出力軸方向であって、隣合う永久磁石で交互に着磁方向が反転するように配置する。図２７（ｂ）では、例示として、８個の永久磁石が交互に並ぶ構成としている。
　図２７（ｃ）に示すように、この第１のケースのさらに上段の第２のケースには、図２３のケース１０１ｂと同様に、可動子（ロータ）が回動可能なように設けられる。ロータ内には、ＵＶＷの交流が独立に印加可能なように３つの扇型の芯部材にそれぞれ線材を巻いた電磁コイルが設けられている。ただし、電磁コイルの個数は、３個に限られず、より多くの個数であってもよい。
　第２のケースは、図２３のケース１０１ｂと同様に、気密構造となっており、第１および第２の空気室に所定の圧力の空圧を独立に印加する構成となっている。
　図２７（ｄ）に示すように、第２のケース上の第３のケース内には、出力軸２０１のまわりに、複数の扇型の永久磁石を、磁束方向が出力軸方向であって、隣合う永久磁石で交互に着磁方向が反転するように配置する。図２７（ｄ）では、図２７（ｂ）の構成に合わせて、８個の永久磁石が交互に並ぶ構成としている。図２７（ｄ）の各永久磁石の着磁方向は、図２８に示すように、第１のケース内の対応する位置にある永久磁石とは、同じ方向に着磁されている。
　図２７（ｅ）に示すように、最上段にも、バックヨーク材が上蓋として設けられる。上蓋のバックヨーク材には、中央に出力軸２０１が貫通する開口が設けられる。
　このような構成でも、実施の形態４の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００と同様の効果を奏する。
　（実施の形態４の変形例２）
　実施の形態４の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００では、ロータ２０９内の永久磁石に対して駆動力を発生させる電磁コイル１１２ａ～１１２ｌ（総称して電磁コイル１１２と呼ぶことにする）は、ロータ２０９の格納されるケース１０１ｂの下層のケース１０１ｄ内に設けられる構成であった。
　図２９は、実施の形態４の変形例２の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３０２の構成を説明するための図である。
　図２９（ａ）は、斜視図であり、上蓋１０１ａを仮想的に半透明として示している。図２９（ｂ）は、図２９（ａ）の構成を上面から見た図である。
　電磁コイル２１４は、ロータ２１３の格納されるケース１０１ｂの外周にそって配置される。これに応じて、ロータ２１３内の永久磁石の着磁方向は、回転軸に垂直な方向（ロータの半径方向）とする。
　実施の形態４の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００または実施の形態４の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００´、１３０２は、実施の形態１と同様の制御を行うことで、電磁・空気圧の両ダイレクトドライブアクチュエータのバックドライバビリティを維持しつつ、電磁力による力制御と作動流体の粘性・コンプライアンス特性とを組み合わせ、外力にやわらかく応答できる回転駆動のアクチュエータを実現することが可能である。
　実施の形態４の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００または実施の形態４の変形例の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１３００´、１３０２は、図１３や図１４に示したような外骨格型ロボットの関節部分の回転運動のためのアクチュエータ装置として利用することが可能であり、「対象となる人間の筋骨格系運動の支援（アシスト）」に使用できるだけでなく、一般的な工業製品の駆動機構へ応用することも可能である。
　また、このような「対象となる人間の筋骨格系運動の支援（アシスト）」の構成は、ロボット単体としての利用も可能であり、例えばヒューマノイド型ロボットとしても応用できる。
　（実施の形態５）
　実施の形態４では、ロータ２０９及び２１３は円弧状の運動をするものであった。実施の形態５では、ロータが連続回転する構成について、説明する。
　図３０は、実施の形態５の空電ハイブリッド型アクチュエータ装置１４００の構成を説明するための概念図である。
　差渡しの幅が常に一定となる図形は、「定幅図形」と呼ばれる。円は典型的な定幅図形であるが、それ以外にも、定幅図形としては、有名なものに、ルーローの多角形などが知られている。
　特に、ルーローの三角形をロータの断面形状とするローターリーエンジンが、知られている。この場合、ロータは、ロータを格納するロータハウジングのトロコイド曲線に内接する３葉の内包絡線で構成される。ロータの中心にはロータベアリングを介してエキセントリックシャフトがはめられる丸い穴部があり、その縁にはサイドハウジングのギヤ部とかみ合う内歯の歯型（インターナルギヤ）が設けられている。ロータハウジングは、内側面が２ノードのペリトロコイド曲線というまゆ型である。
　より一般に、定幅図形の断面形状を有するロータは、そのロータの断面形状に適合する内包絡線形状のハウジング内で、常に、ハウジングの内面と接しながら滑らかに回転することが可能なことが知られている。
　図３０においては、一例として、五角形をもとにする定幅図形の断面形状を有するロータ２１５を円回転させた軌道に沿ったペリトロコイド曲線を、その内面の断面形状として有するハウジング２１６、および、ロータ２１５による駆動力を外部に伝達するための出力軸２１７が設けられる。
　ロータ２１５の内部には、永久磁石が複数個設けられ、それぞれの永久磁石は隣接する永久磁石とは、着磁方向が逆となるように配置される。
　出力軸２１７は、偏心しているため、たとえば、上蓋１０１ａには、出力軸が偏心して回転可能な開口が設けられ、この開口部分ではロータ２１５の上面側で気密をシールする構成とする。そして、クランク機構によりロータ２１５の回転の駆動力を外部に伝達する構成とすることができる。
　この結果、ロータ２１５の回転方向とは同方向に出力軸２１７は回転することになる。
　あるいは、上述したロータリーエンジンの場合と同様に、エキセントリックシャフトにより外部に駆動力を伝達する構成とすることも可能である。
　このロータ２１５の回転に合わせて、配管１０８ａ～１０８ｂから、それぞれ、所定のタイミングで、所定圧力の空気を供給（給気と呼ぶ）し、あるいは、排気することで、電磁力による駆動力に加えて、空圧による駆動力も生じさせることができる。
　たとえば、図３０では、ハウジング２１６の断面の第１葉に相当する内面とロータ２１５の外側面とは、第１接触部分で接触している。また、ハウジング２１６の断面のこの第１葉に隣接する第２葉に相当する内面とロータ２１５の外側面とは、第２接触部分で接触している。このようにして、第１接触部分から第２接触部分に至るロータ２１５の外側面と、対応するハウジング２１６の内面によって、空気室１０６ａおよび１０６ｂが形成される。このような空気室の体積は、ロータ２１５の回転に伴って変化する。空気室１０６ａ～１０６ｂへ／から、配管１０８ａ～１０８ｂにより、所定のタイミングで、給気または排気が行われるように制御される。
　たとえば、図３０に示した時点では、空気室１０６ｂから配管１０８ｂにより排気する（図中白矢印）タイミングで、配管１０８ａから空気室１０６ａへ給気する動作が行なわれる（図中黒矢印）。給排気のタイミングを制御することで、上述のとおり、電磁力による駆動力に加えて、空圧による駆動力も生じさせることができる。
　ここで、給気および排気を行う配管は、ハウジング２１６の断面の他の葉にも対応して設ける構成としてもよく、図３０のように、２本に限られるわけではない。
　なお、図３０では、図２２などと同様に、ロータ２１５の格納されるハウジング２１６の下段に、電磁コイルを設ける構成とする。
　ただし、上述した実施の形態４の変形例２のように、ロータ２１５の格納されるハウジング２１６の外周に沿って電磁コイルが配置される構成であってもよい。この場合は、ロータ２１５内の永久磁石の着磁方向は、実施の形態４の変形例２と同様に、回転軸に垂直な方向となる。
　以上のような実施の形態５の構成により、空電ハイブリッド型アクチュエータ装置に連続回転動作を行わせ、駆動力を外部に取り出すことが可能である。
　今回開示された実施の形態は、本発明を具体的に実施するための構成の例示であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の技術的範囲は、実施の形態の説明ではなく、請求の範囲によって示されるものであり、請求の範囲の文言上の範囲および均等の意味の範囲内での変更が含まれることが意図される。
　本発明は、様々な機械部品を駆動するアクチュエータ装置、及び、これを用いた使用者の行う運動を支援するパワーアシスト装置に利用できる。
　１　外骨格型ロボット、１００　シリンダ、１０１ａ　上蓋、１０１ｂ　ケース、１０１ｃ　隔壁、１０１ｄ　ケース、１０１ｅ　バックヨーク材、１０２　開口部、１０６ａ，１０６ｂ　チャンバ、１０８ａ，１０８ｂ　吸排気配管、１１０　電磁コイル部材、１１２ａ～１１２ｌ　コイル、２００　可動子、２０２ａ～２０２ｄ　磁性部材、２０１，２０４，２１７　出力軸、２０６　ベアリング、２０９，２１５　ロータ、２１６　ハウジング、１０００，１１００，１２００，１３００　アクチュエータ装置。

Claims (20)

  1. 　流体圧を外部から内部に印加可能に構成された気密容器と、
    　前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能な可動子と、
    　前記可動子の駆動力を前記気密容器の外部に伝達するための駆動部材と、
    　前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第１磁力部材とを備え、
    　　前記可動子は、第２磁力部材を有し、前記第１磁力部材または第２磁力部材の励磁により前記第１磁力部材に対して相対運動し、
    　　前記気密容器は、前記気密容器内の第１内面と前記可動子の一側面との間の空間である第１チャンバと、前記気密容器内の第２内面と前記可動子の他側面との間の空間である第２チャンバとを有し、
    　前記第１チャンバと、前記第２チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに備え、
    　前記流体圧供給手段は、前記１磁力部材または第２磁力部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体圧の供給を制御する、アクチュエータ装置。
  2. 　前記気密容器は、軸方向に第１端部および第２端部をそれぞれ有するシリンダであり、
    　前記第１および第２内面は、それぞれ、前記第１および前記第２端部のシリンダ内面であり、
    　前記可動子は、前記シリンダ内を摺動可能なピストンを含み、
    　前記駆動部材は、前記ピストンの往復運動を前記シリンダの外部に伝達する、請求項１記載のアクチュエータ装置。
  3. 　前記第１磁力部材は、前記シリンダ外周に設けられた電磁コイル部材であり、
    　前記可動子の相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項２記載のアクチュエータ装置。
  4. 　前記電磁コイル部材は、前記シリンダ外周に前記所定幅にわたって設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
    　前記第２磁力部材は、複数個の永久磁石を含み、前記複数個の永久磁石間には、軟磁性材料が設けられ、
    　前記永久磁石は、それぞれの極性が前記軸方向に交互に逆極性となるように配置される、請求項３記載のアクチュエータ装置。
  5. 　前記流体供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、流体圧による発生力が、所望の駆動力に到達するまでの期間は、電磁力により発生する力が、流体圧による発生力を補うように制御する、請求項３または４記載のアクチュエータ装置。
  6. 　前記流体供給手段および前記複数個のコイルの励磁を制御する制御部をさらに備え、
    　前記制御部は、定常状態となった後には、制御目標からの偏差を補償するように、前記コイルの励磁を制御する、請求項３または４記載のアクチュエータ装置。
  7. 　前記流体は、気体である、請求項３～６のいずれか１項に記載のアクチュエータ装置。
  8. 　前記流体は、水または油のいずれかである、請求項３～６のいずれか１項に記載のアクチュエータ装置。
  9. 　前記シリンダは、湾曲した形状を有する、請求項１記載のアクチュエータ装置。
  10. 　前記シリンダおよび前記第１磁力部材を覆うように設けられた外筒部をさらに備え、
    　前記外筒部は、
    　　前記外筒部と前記シリンダとで囲まれる流体伝達路に、所定の流体圧の流体を供給するための吸入孔と、
    　　前記流体伝達路から前記所定の流体圧の流体を、同種のアクチュエータ装置の前記吸入孔に供給するための排出孔とを含み、
    　前記流体伝達路の流体を選択的に流入させて、前記流体圧を前記第１チャンバに供給し、前記第１チャンバ内の前記流体を選択的に排出するための第１の制御弁部と、
    　前記流体伝達路の流体を選択的に流入させて、前記流体圧を前記第２チャンバに供給し、前記第２チャンバ内の前記流体を選択的に排出するための第２の制御弁部とをさらに備え、
    　前記流体圧供給手段は、前記第１および第２の制御弁部を制御することにより、前記第１チャンバおよび前記第２チャンバへの前記流体圧の供給を制御する、請求項１記載のアクチュエータ装置。
  11. 　前記気密容器は、気密状態を維持可能な円筒であり、
    　前記駆動部材は、前記可動子の回転運動を前記円筒の外部に伝達する出力軸であり、
    　前記可動子は、前記円筒内を前記出力軸と一体となって回転するロータであり、
    　前記円筒内には、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁が設けられ、
    　前記第１および第２内面は、それぞれ、前記隔壁の一方面および他方面である、請求項１記載のアクチュエータ装置。
  12. 　前記第１磁力部材は、前記円筒の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、
    　前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項１１記載のアクチュエータ装置。
  13. 　前記電磁コイル部材は、前記円筒の底面側に円周方向に設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
    　前記第２磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
    　前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の方向であって交互に逆極性となるように配置される、請求項１２記載のアクチュエータ装置。
  14. 　前記第１磁力部材は、前記円筒の外周に沿って設けられ、独立に励磁される複数個のコイルを有し、
    　前記第２磁力部材は、前記ロータ内に相互に隣接して配置される複数個の扇型の永久磁石を含み、
    　前記永久磁石は、隣合うそれぞれの極性が前記出力軸の法線方向で交互に逆極性となるように配置される、請求項１１記載のアクチュエータ装置。
  15. 　請求項１記載のアクチュエータ装置を用いて骨格を駆動する、ヒューマノイド型ロボット。
  16. 　前記可動子は、前記気密容器内を連続的に回転するロータであって、前記ロータの回転軸に垂直な断面は、複数個の頂点を有する定幅図形であり、
    　前記気密容器は、気密状態を維持可能な筒状形状であり、前記筒状形状の内面は、前記定幅図形が接しながら回転可能な形状を有し、
    　前記駆動部材は、前記可動子の連続的な回転運動を前記気密容器の外部に伝達する出力軸であり、
    　前記第１側面は、前記ロータの側面のうち、前記ロータと前記気密容器内面とが接触する第１接触部分から、前記第１接触部分に隣接する第２接触部分にいたる前記ロータの側面であり、
    　前記第２側面は、前記ロータの側面のうち、前記ロータと前記気密容器内面とが接触する第３接触部分から、前記第３接触部分に隣接する第４接触部分にいたる前記ロータの側面であって、前記第１側面とは異なる側面である、請求項１記載のアクチュエータ装置。
  17. 　前記第１磁力部材は、前記気密容器の底面側に設けられた電磁コイル部材であり、
    　前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項１６記載のアクチュエータ装置。
  18. 　前記第１磁力部材は、前記気密容器の外周に沿って設けられた電磁コイル部材であり、
    　前記ロータの相対運動のために前記電磁コイル部材が励磁される、請求項１６記載のアクチュエータ装置。
  19. 　対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
    　アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
    　前記アクチュエータ装置は、
    　　第１端部および第２端部を有するシリンダと、
    　　前記シリンダ外周に所定幅にわたって設けられた電磁コイル部材と、
    　　前記シリンダ内に格納され、前記シリンダ内をピストンとして摺動可能な可動子とを含み、
    　　　前記可動子は、磁力部材を有し、前記電磁コイル部材の励磁により前記電磁コイル部材に対して相対運動し、
    　　前記シリンダの前記第１端部と前記可動子の一方端との間の空間である第１チャンバと、前記シリンダの前記第２端部と前記可動子の他方端との間の空間である第２チャンバとに、それぞれ、流体を供給する流体供給手段をさらに含み、
    　前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
    　前記駆動手段は、前記電磁コイル部材の励磁により前記可動子を相対運動させる際に、
    前記流体供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。
  20. 　対象となる人間の筋骨格系運動のアシストを行うためのパワーアシスト装置であって、
    　アシスト対象となる関節ごとに設けられ、前記関節の回転運動をアシストする力を発生するためのアクチュエータ装置を備え、
    　前記アクチュエータ装置は、
    　　　流体圧を外部から内部に印加可能に構成された円筒形状の気密容器と、
    　　　前記気密容器内で発生する駆動力を前記気密容器の外部に伝達する出力軸と、
    　　　前記気密容器内に格納され、前記気密容器内において前記流体圧に応じて摺動可能で前記気密容器内を前記出力軸と一体となって回転する可動子と、
    　　　前記気密容器内で、前記出力軸から前記円筒の内周にまで延在する隔壁と、
    　　　前記可動子の可動経路に沿って前記気密容器の外部に設けられた第１磁力部材とを含み、
    　　　　　前記可動子は、第２磁力部材を有し、前記第１磁力部材または第２磁力部材の励磁により前記第１磁力部材に対して相対運動し、
    　　　　　前記気密容器は、前記気密容器内の前記隔壁の一方面と前記可動子の一方端との間の空間である第１チャンバと、前記隔壁の他方面と前記可動子の他方端との間の空間である第２チャンバとを有し、
    　　　前記アクチュエータ装置は、前記第１チャンバと、前記第２チャンバとに、それぞれ、前記流体圧を供給する流体圧供給手段をさらに含み、
    　前記アクチュエータ装置を駆動する駆動手段をさらに備え、
    　前記駆動手段は、前記励磁により前記可動子を相対運動させる際に、前記流体供給手段により同一の方向へ前記可動子を駆動するように前記流体の供給を制御する、パワーアシスト装置。
     
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105476822A (zh) * 2016-02-29 2016-04-13 河北工业大学 一种肌电控制的外骨骼助行机器人
EP3335841A3 (de) * 2016-10-26 2018-09-26 WIKA Schweiz AG Manipulator-system für montagesysteme
CN110326199A (zh) * 2017-02-06 2019-10-11 自由活塞式发动机有限公司 磁流体线性致动器
CN111102264A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 丰田自动车工程及制造北美公司 具有可密封边缘区域的致动器
CN111516004A (zh) * 2020-05-19 2020-08-11 苏州市永睿特伦机械有限公司 助力机械手通用型气动平衡控制装置

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3046099B1 (fr) * 2015-12-24 2017-12-22 Sagem Defense Securite Structure d'exosquelette pour l'assistance a l'effort d'un utilisateur
DE102016008783A1 (de) 2016-07-22 2018-01-25 Knf Flodos Ag Oszillierende Verdrängerpumpe mit elektrodynamischem Antrieb und Verfahren zu deren Betrieb
JP2018046732A (ja) * 2016-09-12 2018-03-22 薫 岡田 補助空圧機能付きリニヤモーター
US10203475B2 (en) * 2016-10-20 2019-02-12 Raytheon Company Curved magnetic actuators, and systems, and methods for mounting tilt platforms
JP7073620B2 (ja) * 2016-10-31 2022-05-24 ヤマハ株式会社 アクチュエータの駆動制御装置
JP6863562B2 (ja) * 2016-11-05 2021-04-21 学校法人早稲田大学 回転型コンプライアント駆動装置
KR20180094576A (ko) * 2017-02-16 2018-08-24 삼성전자주식회사 운동 보조 장치
CN106945475A (zh) * 2017-03-08 2017-07-14 陈明森 一种铰接机构电磁助力装置
US10710237B2 (en) * 2017-03-22 2020-07-14 Jtekt Corporation Assist device
US11967871B2 (en) * 2017-09-15 2024-04-23 University Of Utah Research Foundation Cogging-torque actuator
CN107989851B (zh) * 2017-12-05 2019-05-28 重庆大学 一种基于磁流变技术的气缸结构及可控投掷机器人
CN108098741A (zh) * 2018-01-12 2018-06-01 水逸阳 一种下肢外骨骼助力装置及其控制方法
CN108392387A (zh) * 2018-04-13 2018-08-14 卓德邦科技（深圳）有限公司 一种磁性高速往复伸缩式按摩器
CN108498287A (zh) * 2018-04-25 2018-09-07 京东方科技集团股份有限公司 康复训练装置和康复训练系统
DE102018111234B3 (de) * 2018-05-09 2019-08-29 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Orthopädisches Hilfsmittel
CN109098772A (zh) * 2018-08-04 2018-12-28 安徽盛美金属科技有限公司 一种转子式气压动力装置
DE102018222784A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen Fluidgetriebener Antrieb
JP2020195751A (ja) * 2019-06-03 2020-12-10 良 朱 下肢関節緩衝装置
CN112104186A (zh) * 2019-06-18 2020-12-18 高明铁企业股份有限公司 具重力补偿之线性驱动装置的预载结构
KR102228527B1 (ko) * 2019-07-15 2021-03-16 건국대학교 산학협력단 착용형 로봇을 위한 제어 방법 및 장치
JP7137162B2 (ja) * 2019-10-29 2022-09-14 Smc株式会社 流体圧シリンダ
CN112049786B (zh) * 2020-09-04 2022-07-26 佛山聚辉森林液压科技有限公司 一种机器人直连旁通式液压泵控制装置
CN112643655B (zh) * 2020-12-21 2021-11-19 重庆三峡学院 一种用于智能机械臂取料的移动轨道结构
CN113002739A (zh) * 2021-03-28 2021-06-22 西北工业大学 一种仿生蠕动爬行水下航行器及运动控制方法
JP7484799B2 (ja) 2021-04-06 2024-05-16 トヨタ自動車株式会社 動作補助装置
WO2022265601A1 (en) * 2021-06-14 2022-12-22 Manisa Celal Bayar Universitesi Strateji Gelistirme Daire Baskanligi A drive mechanism
CN113553703A (zh) * 2021-07-14 2021-10-26 中国海洋大学 基于连通结构的人工肌肉气压供给结构及其设计方法
FR3127797B1 (fr) 2021-10-04 2023-09-29 Emfi Actionneur à double commande électrique et pneumatique
CN114123639A (zh) * 2021-11-26 2022-03-01 意力(广州)电子科技有限公司 一种电动力缸

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6415509A (en) * 1987-07-09 1989-01-19 Hitachi Metals Ltd Oscillating actuator
JPH11153103A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Smc Corp ベーン形揺動アクチュエータ
JP2001136728A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Smc Corp 速度調整機能付き電動アクチュエーター
JP2004282957A (ja) * 2003-03-18 2004-10-07 Yaskawa Electric Corp 電動シリンダ
WO2007139135A1 (ja) * 2006-05-30 2007-12-06 Japan Science And Technology Agency ロボット及び制御装置
US20090013862A1 (en) * 2007-06-15 2009-01-15 Airbus Deutschland Gmbh Dual linear actuator
JP2010517505A (ja) * 2007-01-26 2010-05-20 スマック インコーポレーティッド 空気圧および電気を併用するリニアアクチュエータ
JP2011193641A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Koganei Corp リニアモータおよび往復動ロッドの製造方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51130637A (en) 1975-05-08 1976-11-13 Kubota Ltd Method of simultaneously producing multiple rolls by centrifugal force casting
US4546960A (en) * 1983-06-20 1985-10-15 Gould Inc. Vibration isolation assembly
US5166563A (en) * 1990-03-02 1992-11-24 Stuart Bassine Magnetically actuated linear displacement compressor
EP0594757B1 (en) * 1991-07-12 1998-06-17 Denne Developments Limited Electromagnetic apparatus for producing linear motion
WO1995016253A1 (en) 1993-12-09 1995-06-15 Denne Developments Limited Motion control systems
CN1276894A (zh) 1997-09-17 2000-12-13 高级运动技术有限责任公司 改进的作动装置
US6268667B1 (en) 1998-02-20 2001-07-31 Advanced Motion Technologies, Llc Apparatus for producing linear motion
US6442534B1 (en) * 1999-02-23 2002-08-27 Rockwell Automation Technologies, Inc. Hydraulic controller using multiple regime specific controllers combined with fuzzy logic
AUPQ164799A0 (en) 1999-07-15 1999-08-05 Di Pietro, Angelo Engine
JP2002147209A (ja) 2000-11-14 2002-05-22 Aisan Ind Co Ltd 電磁アクチュエータ
JP2006108615A (ja) * 2004-09-07 2006-04-20 Toshiba Corp 電磁アクチュエータ
CN2865125Y (zh) * 2005-11-23 2007-01-31 李海潮 活塞式永磁无刷电机
DE102006060147B4 (de) * 2006-12-18 2009-05-14 Andreas Hofer Hochdrucktechnik Gmbh Fluidarbeitsmaschine
JP5164062B2 (ja) * 2007-11-20 2013-03-13 国立大学法人大阪大学 多自由度電磁アクチュエータ
JP2010265805A (ja) * 2009-05-14 2010-11-25 Kaneko Fumiko 磁力増強電磁式駆動装置
JP5569922B2 (ja) 2009-02-25 2014-08-13 国立大学法人東京工業大学 ロータリアクチュエータ
WO2011011440A2 (en) * 2009-07-22 2011-01-27 Vbox, Incorporated Method of controlling gaseous fluid pump
CN101716102B (zh) * 2009-12-16 2012-01-18 重庆大学 基于磁流变效应的四连杆假肢膝关节
ATE557464T1 (de) * 2010-01-15 2012-05-15 Maxon Motor Ag Linear-antrieb
JP2011156171A (ja) * 2010-02-01 2011-08-18 Univ Of Tsukuba 装着式動作補助装置
JP5467436B2 (ja) 2010-03-31 2014-04-09 日立オートモティブシステムズ株式会社 リニアアクチュエータ
JP2012045194A (ja) * 2010-08-27 2012-03-08 Advanced Telecommunication Research Institute International 外骨格型ロボット
JP5812680B2 (ja) 2011-05-17 2015-11-17 三菱重工業株式会社 リニアバーニアモータ
JP6059870B2 (ja) * 2011-12-08 2017-01-11 Juki株式会社 リニアアクチュエータおよび電子部品実装装置
US9831727B2 (en) 2012-10-15 2017-11-28 Regal Beloit America, Inc. Permanent magnet rotor and methods thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6415509A (en) * 1987-07-09 1989-01-19 Hitachi Metals Ltd Oscillating actuator
JPH11153103A (ja) * 1997-11-21 1999-06-08 Smc Corp ベーン形揺動アクチュエータ
JP2001136728A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Smc Corp 速度調整機能付き電動アクチュエーター
JP2004282957A (ja) * 2003-03-18 2004-10-07 Yaskawa Electric Corp 電動シリンダ
WO2007139135A1 (ja) * 2006-05-30 2007-12-06 Japan Science And Technology Agency ロボット及び制御装置
JP2010517505A (ja) * 2007-01-26 2010-05-20 スマック インコーポレーティッド 空気圧および電気を併用するリニアアクチュエータ
US20090013862A1 (en) * 2007-06-15 2009-01-15 Airbus Deutschland Gmbh Dual linear actuator
JP2011193641A (ja) * 2010-03-15 2011-09-29 Koganei Corp リニアモータおよび往復動ロッドの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3151399A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105476822A (zh) * 2016-02-29 2016-04-13 河北工业大学 一种肌电控制的外骨骼助行机器人
EP3335841A3 (de) * 2016-10-26 2018-09-26 WIKA Schweiz AG Manipulator-system für montagesysteme
CN110326199A (zh) * 2017-02-06 2019-10-11 自由活塞式发动机有限公司 磁流体线性致动器
CN111102264A (zh) * 2018-10-25 2020-05-05 丰田自动车工程及制造北美公司 具有可密封边缘区域的致动器
CN111516004A (zh) * 2020-05-19 2020-08-11 苏州市永睿特伦机械有限公司 助力机械手通用型气动平衡控制装置

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