特許 6971938 アクチュエータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6971938

(24)【登録日】2021年11月5日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】アクチュエータ

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/10 20060101AFI20211111BHJP

   B25J 17/00 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   F15B15/10 Z

   B25J17/00 A

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2018-159446(P2018-159446)

(22)【出願日】2018年8月28日

(65)【公開番号】特開2020-34048(P2020-34048A)

(43)【公開日】2020年3月5日

【審査請求日】2020年6月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】後藤 達彦

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 独国特許出願公開第１０２００９００８１２８（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０８３４０４００（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５２６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−００３８５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １５／００−１５／２８

Ｂ２５Ｊ １／００−２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースと、
前記ベースに回転可能に支持された回転部材と、
前記回転部材に同一径で巻き付けられたマッキベン型の第１および第２の人工筋肉とを備え、
前記第１および第２の人工筋肉は拮抗して配置され、前記第１および第２の人工筋肉の一端は前記回転部材に固定され、前記第１および第２の人工筋肉の他端は、前記ベースに固定された第１および第２の流体継手にそれぞれ連結されており、
前記回転部材は、前記第１の人工筋肉を受ける溝を有しており、
前記回転部材と協働して前記第１の人工筋肉を収容する空間を形成する前記回転部材に取り付けられたカバーと、
前記カバーと前記回転部材の一部と前記ベースの少なくとも一部とを収容するケースとをさらに備えている、アクチュエータ。

【請求項2】

前記溝は、前記第１の人工筋肉の最大径以上の幅を有している、請求項１に記載のアクチュエータ。

【請求項3】

前記カバーと前記溝の間隔は、前記第１の人工筋肉の最大径以上である、請求項２に記載のアクチュエータ。

【請求項4】

前記カバーから前記回転部材までの最短距離は、前記第１の人工筋肉の最小径未満である、請求項３に記載のアクチュエータ。

【請求項5】

ベースと、
前記ベースに回転可能に支持された回転部材と、
前記回転部材に同一径で巻き付けられたマッキベン型の第１および第２の人工筋肉とを備え、
前記第１および第２の人工筋肉は拮抗して配置され、前記第１および第２の人工筋肉の一端は前記回転部材に固定され、前記第１および第２の人工筋肉の他端は、前記ベースに固定された第１および第２の流体継手にそれぞれ連結されており、
前記回転部材は、前記第１の人工筋肉を受ける螺旋溝を有している、アクチュエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、アクチュエータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、人工筋肉を用いて柔軟関節の回転を実現するアクチュエータが知られている。このアクチュエータでは、一対の人工筋肉がそれぞれ作動筋と拮抗筋として互いに平行に設置され、作動筋に接続されたワイヤと拮抗筋に接続されたワイヤが互いに反対回りに回転軸に巻き付けられ固定される。作動筋の収縮力が拮抗筋の収縮力よりも大きい場合、作動筋が拮抗筋よりも縮み、作動筋の取り付け側に回転軸が回転される。反対に、拮抗筋の収縮力が作動筋の収縮力よりも大きい場合、拮抗筋が作動筋よりも縮み、拮抗筋の取り付け側に回転軸が回転される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８−３５９３６号公報

【特許文献2】特開２０１２−１２５８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述したアクチュエータは、人工筋肉の設置スペースやワイヤの設置スペースを必要とするため、省スペース化に難がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、省スペース化に好適な構成の柔軟関節用のアクチュエータを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態のアクチュエータは、ベースと、前記ベースに回転可能に支持された回転部材と、前記回転部材に同一径で巻き付けられたマッキベン型の第１および第２の人工筋肉とを備えている。前記第１および第２の人工筋肉は拮抗して配置されている。前記第１および第２の人工筋肉の一端は前記回転部材に固定されている。前記第１および第２の人工筋肉の他端は、前記ベースに固定された第１および第２の流体継手にそれぞれ連結されている。前記回転部材は、前記第１の人工筋肉を受ける溝を有している。アクチュエータはさらに、前記回転部材と協働して前記第１の人工筋肉を収容する空間を形成する前記回転部材に取り付けられたカバーと、前記カバーと前記回転部材の一部と前記ベースの少なくとも一部とを収容するケースとを備えている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態に係るアクチュエータの図である。

【図2】図１に示されたアクチュエータの縦断面図である。

【図3】図１に示されたベースの斜視図である。

【図4】図１に示された流体流路の図である。

【図5】実施形態に係る別のアクチュエータの要部の図である。

【図6】実施形態に係る別のアクチュエータの全体の図である。

【図7】図１および図６に示されたアクチュエータにおいて、作動筋の筋長ｌ１、拮抗筋の筋長ｌ２、作動筋・拮抗筋の自然長Ｌ０、作動筋・拮抗筋の取り付け長Ｌの関係を示した図である。

【図8】図６に示されたアクチュエータを駆動するための人工筋肉の圧力調整機構の図である。

【図9】図６に示されたアクチュエータが組み込まれた三軸アームロボットの図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係るアクチュエータ１００の図である。図２は、図１に示されたアクチュエータ１００の縦断面図である。図３は、図１に示されたベースの斜視図である。図４は、図３に示された流体流路の図である。

【0009】

アクチュエータ１００は、柔軟関節用のアクチュエータである。ここで、柔軟関節とは、関節の動きに柔軟性のある関節をいう。つまり、柔軟関節は、決まった角度に固定されてはいるが、外力によって多少は動き得る関節である。

【0010】

図１に示されるように、アクチュエータ１００は、ベース１１０と、ベース１１０に回転可能に支持された回転部材１４０と、回転部材１４０に巻き付けられた一対のマッキベン型の人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂとを備えている。

【0011】

ベース１１０は、たとえば、円板状の外観形状を有している。回転部材１４０は、本体部１４４と、本体部１４４から突出した回転軸１４２を有している。本体部１４４と回転軸１４２はいずれも、円柱状の外観形状を有している。

【0012】

図２に示されるように、回転部材１４０は、軸受１１２を介して、ベース１１０に取り付けられている。たとえば、回転部材１４０は、回転軸１４２を有する中心部材１５２と、中心部材１５２の周囲に配される一対のスリーブ１５４Ａ，１５４Ｂとから構成されている。スリーブ１５４Ａ，１５４Ｂは、それらの間に軸受１１２を挟み込むようにして、中心部材１５２に固定されている。

【0013】

図２に示された回転部材１４０の構造は、ひとつの例示であり、これに限定されるものではない。図２に示された例では、回転部材１４０の本体部１４４は、ベース１１０の軸受１１２の部分において径が低減されているが、これに限らず、一定の径を有する円柱体で構成されてもよい。

【0014】

マッキベン型の人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、内部に流体たとえば空気を流通可能なチューブ状の構造をしており、内部の流体の圧力の変化に応じて膨張収縮する。具体的には、マッキベン型の人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、内部の流体の圧力の上昇に伴って、径方向に太くなりながら軸方向に縮んでいく。また、その後の流体の圧力の下降に伴って、マッキベン型の人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、元の形状に戻ろうと、径方向に細くなりながら軸方向に伸びていく。

【0015】

図１に示されるように、一対の人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは拮抗して配置されている。すなわち、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、互いに反対回りに、回転部材１４０の本体部１４４に巻き付けられている。詳しくは、人工筋肉１６２Ａは、第１の周方向に回転部材１４０に螺旋状に巻き付けられている。一方、人工筋肉１６２Ｂは、第１の周方向とは逆方向である第２の周方向に回転部材１４０に螺旋状に巻き付けられている。ここで、第１の周方向および第２の周方向は、たとえば、回転部材１４０の本体部１４４の周面上に位置するひとつの円周に沿った方向を意味している。たとえば、回転部材１４０の中心軸すなわち回転軸に沿った一方向から見たとき、第１の周方向は右回りの方向であり、第２の周方向は左回りの方向である。

【0016】

人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの一端は、それぞれ、止め部１６４Ａ，１６４Ｂによって、回転部材１４０の本体部１４４に固定されている。また、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの他端は、それぞれ、ベース１１０に固定された止め部１１４Ａ，１１４Ｂに固定されている。

【0017】

本実施形態では、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは回転部材１４０に螺旋状に巻き付けられているが、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの巻き付け数が１未満であれば、各人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは回転部材１４０に同一円周上に巻き付けられてもよい。

【0018】

図１と図３に示されるように、流体継手１２６Ａ，１２６Ｂがベース１１０に固定されている。流体継手１２６Ａ，１２６Ｂは、図１に示されるように、それぞれ、ベース１１０内を延びる管路１２４Ａ，１２４Ｂを介して、止め部１１４Ａ，１１４Ｂと流体的に連絡している。

【0019】

たとえば、止め部１１４Ａには、図４に示されるように、流体継手１２２Ａが固定されており、流体継手１２２Ａは、止め部１１４Ａと管路１２４Ａを介して、流体継手１２６Ａと流体的に連絡している。流体継手１２２Ａには、人工筋肉１６２Ａが流体的に連結される。流体継手１２２Ａは、好ましくは、人工筋肉１６２Ａが回転部材１４０に巻き付けられやすくするため、止め部１１４Ａから引いた回転部材１４０の接線の方向に突出している。ここでは、代表的に、止め部１１４Ａについて述べたが、止め部１１４Ｂも同様である。

【0020】

前述したように、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、互いに反対回りに、回転部材１４０の本体部１４４に巻き付けられている。このため、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、互いに拮抗している。たとえば、人工筋肉１６２Ａが作動筋として作用し、人工筋肉１６２Ｂが拮抗筋として作用する。人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂに供給する流体たとえば空気の圧力を調整することによって回転部材１４０が回転される。

【0021】

以上の説明からわかるように、アクチュエータ１００は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの一端が回転部材１４０に固定され、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂが回転部材１４０の本体部１４４に巻き付けられているため、省スペース化に好適な構成となっている。

【0022】

また、回転部材１４０が人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂによって駆動されるため、バックラッシュが生じることがなく、また、回転部材１４０の回転角を無段階で調整することができる。

【0023】

図５は、実施形態に係る別のアクチュエータ１００Ａの要部の図である。図６は、実施形態に係る別のアクチュエータ１００Ａの全体の図である。これらの図において、図１に示された部材と同一の参照符号が付された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。以下、相違部分に重点をおいて説明する。つまり、以下の説明において触れられない部分は、アクチュエータ１００Ａと同様である。

【0024】

アクチュエータ１００Ａにおいては、図５に示されるように、回転部材１４０Ａは、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂをそれぞれ受ける溝たとえば螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂを有している。螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂは、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最大径以上の幅を有している。ここで、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最大径は、通常の使用状態において流体の圧力が最大となったときの人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの直径である。

【0025】

本実施形態では、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂをそれぞれ受ける溝が螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂで構成されているが、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの巻き付け数が１未満であれば、回転部材１４０Ａを一周する溝で構成されてもよい。

【0026】

人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂが螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂに受けられることによって、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは回転部材１４０Ａに安定して巻き付けられる。具体的には、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂが均一なピッチで回転部材１４０Ａに巻き付けられる。

【0027】

また、螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂの幅が人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最大径以上であることによって、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、隣接部分に邪魔されることなく、最大径まで太くなることができる。

【0028】

アクチュエータ１００Ａは、図６に示されるように、回転部材１４０Ａに取り付けられたカバー１７２Ａ，１７２Ｂをさらに備えている。たとえば、カバー１７２Ａ，１７２Ｂは、回転部材１４０Ａの本体部１４４Ａの上面と下面にそれぞれ固定されている。カバー１７２Ａ，１７２Ｂはいずれも有底円筒形状をしている。ただし、カバー１７２Ａは、回転軸１４２が通る貫通穴を底部に有している。

【0029】

カバー１７２Ａ，１７２Ｂは、回転部材１４０Ａと協働して、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂを収容する空間を形成している。カバー１７２Ａ，１７２Ｂと螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂの間隔は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最大径以上である。

【0030】

また、カバー１７２Ａ，１７２Ｂから回転部材１４０Ａまでの最短距離は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最小径未満である。ここで、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最小径は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂに圧力が印加されていない状態つまり圧力非印加時の人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの直径である。

【0031】

回転部材１４０Ａにカバー１７２Ａ，１７２Ｂが取り付けられていることによって、流体の圧力が低いときに、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂにたわみが発生し、回転部材１４０Ａから人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂが不所望に浮いてしまうことが防がれる。

【0032】

また、カバー１７２Ａ，１７２Ｂと螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂの間隔が人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最大径以上であることによって、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂは、カバー１７２Ａ，１７２Ｂに邪魔されることなく、最大径まで太くなることができる。

【0033】

さらに、カバー１７２Ａ，１７２Ｂから回転部材１４０Ａまでの最短距離が人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最小径未満であるによって、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂが螺旋溝１４６Ａ，１４６Ｂから不所望に外れてしまうことが防がれる。

【0034】

アクチュエータ１００Ａは、図６に示されるように、ベース１１０と回転部材１４０Ａの本体部１４４Ａとカバー１７２Ａ，１７２Ｂを収容するケース１８０をさらに備えている。ケース１８０は、回転軸１４２が通る貫通穴を有し、回転軸１４２とケース１８０の間には軸受１８２が設けられている。ケース１８０はまた、流体継手１２６Ａ，１２６Ｂを露出させる貫通穴を有している。ケース１８０は、たとえば、円筒状の外観形状を有している。

【0035】

図６に示された構成例では、ケース１８０は、ベース１１０の全体を収容しているが、ケース１８０は、ベース１１０の一部を収容する構成であってもよい。たとえば、ケース１８０は、ベース１１０の上面と下面にそれぞれ固定される二つの部材で構成されてもよい。

【0036】

ケース１８０は、回転軸１４２と流体継手１２６Ａ，１２６Ｂを除いて、アクチュエータ１００Ａを取り囲んでいるため、アクチュエータ１００Ａの取り付け性を高める働きをする。

【0037】

以下、アクチュエータ１００，１００Ａの回転原理について説明する。

【0038】

作動筋たとえば人工筋肉１６２Ａへの印加圧力をＰ１、拮抗筋たとえば人工筋肉１６２Ｂへの印加圧力をＰ２とする。ここで、回転軸１４２の回転角θと印加圧力の関係は、力のつり合いより、
θ＝｛（Ｌ−Ｃ２）／Ｒ｝・（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２） …（１）
となる。ここで、Ｒは、回転部材１４０，１４０Ａの半径である。Ｃ２は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの特性により定まる定数である。Ｌは、中立角（θ＝０度）におけるベース１１０の止め部１１４Ａ，１１４Ｂと回転部材１４０，１４０Ａ上の止め部１６４Ａ，１６４Ｂとの間の人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの取り付け長である。

【0039】

（１）式より、印加圧力比（０．５−α）＜｛Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）｝＜（０．５＋α）を変えることにより、回転角θを−（２α）・｛（Ｌ−Ｃ２）／Ｒ｝〜（２α）・｛（Ｌ−Ｃ２）／Ｒ｝ｒａｄの間で変えることができる。αは、印加圧力の調整幅である。

【0040】

また、式（１）は、
θ≒｛（Ｌ−Ｌ０／２）／Ｒ｝・（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２） …（２）
と近似可能なため、回転角量を大きくとる場合は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの自然長Ｌ０を長くとる必要がある。ここで、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの自然長Ｌ０は、Ｌ０＞Ｌ、具体的には、｛２／（２−εｍａｘ）｝Ｌ以上とする。ε＝（Ｌ０−ｌ）／Ｌ０は収縮率である。

【0041】

作動筋たとえば人工筋肉１６２Ａの筋長ｌ１、拮抗筋たとえば人工筋肉１６２Ｂの筋長ｌ２、作動筋・拮抗筋すなわち人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの自然長Ｌ０、作動筋・拮抗筋すなわち人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの取り付け長Ｌの関係は、図７に示されるようになる。作動筋の筋長ｌ１がＲθ減少すると、反対に、拮抗筋の筋長ｌ１がＲθ増加する。

【0042】

回転量に関連する巻き付け数ｎは、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最大収縮率をεｍａｘとした場合、一巻にて、最大２π・εｍａｘ回転するため、巻き付け数ｎは、最大回転角をθｍａｘとした場合、少なくとも
ｎ＝θｍａｘ／（２π・εｍａｘ） …（３）
以上とする。この場合、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの取り付け長Ｌは、Ｌ＝ｄ＋２πＲｎである。ｄは、止め部１１４Ａ，１１４Ｂから回転部材１４０，１４０Ａまでの距離である。式（３）から、回転量を要する場合、巻き付け数ｎを増やす必要があることがわかる。

【0043】

次に、関節剛性に関して説明する。力のつり合い角からδθ角度変化した際に発生するトルクτは、
τ≒−（Ｐ１＋Ｐ２）・Ｃ３・Ｒ^２・（ｄ０^２／Ｌ０）・δθ＝ｋａ・δθ …（４）
と近似される。ここで、ｄ０は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの圧力非印加時の筋径である。ｋａは、関節剛性である。Ｃ３は、Ｃ３＝３π／｛２（ｔａｎθ０）^２｝であり、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂに固有のパラメータである。θ０は、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの巻き付け角である。

【0044】

したがって、関節剛性ｋａを変更する場合は、印加圧力和Ｐａ＝（Ｐ１＋Ｐ２）を調整すればよい。

【0045】

また、式（４）より、関節剛性ｋａを高くする場合，人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの筋径を太くする必要があることがわかる。ただし、この場合、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの曲げ半径が大きくなるため、回転部材１４０，１４０Ａの半径Ｒは大きくとる必要がある。

【0046】

以下、アクチュエータ１００，１００Ａの設計手順について説明する。

【0047】

半径Ｒの回転部材１４０，１４０Ａを用いる場合において、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの回転部材１４０，１４０Ａへの巻き付け数ｎ，人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの自然長Ｌ０、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの取り付け長Ｌ、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの圧力非印加時の筋径ｄ０を以下に示す。ここで、使用する人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの最大収縮率をεｍａｘ，印加圧力和の最大値を（Ｐａ）ｍａｘとし、仕様として、回転角の最大値をθｍａｘ，関節剛性の最大値を（ｋａ）ｍａｘとする。

【0048】

式（３）より、回転部材への巻き付け数ｎは、ｎ＞θｍａｘ／（２π・εｍａｘ）となる。人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの取り付け長Ｌは、Ｌ＝ｄ＋２πＲｎとなり、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの自然長は、Ｌ０＞｛２／（２−εｍａｘ）｝・Ｌとする。

【0049】

式（４）より、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの圧力非印加時の筋径ｄ０は、ｄ０＝｛（ｋａ）ｍａｘ・Ｌ０／（（Ｐａ）ｍａｘ・Ｃ３・Ｒ^２）｝^１／２となる。実際は上記値に近い使用可能な筋径を選択する。

【0050】

「設計例」
（１）Ｒ＝０．０３ｍ、θｍａｘ＝３π／４、（ｋａ）ｍａｘ＝０．０５Ｎｍ／ｒａｄ、（Ｐａ）ｍａｘ＝０．５ｍｐａ、εｍａｘ＝０．１５の場合、巻き付け数ｎ＞２．５のため、ｎ＝３とする。

【0051】

人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの取り付け長Ｌは、ｄ＝１．５Ｒとすると、Ｌ＝ｄ＋２πＲｎ＝０．６１となり、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの自然長Ｌ０は、Ｌ０＞（２／（２−εｍａｘ））Ｌ＝０．６６のため、Ｌ０＝０．７とする。

【0052】

人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの圧力非印加時の筋径ｄ０は、Ｃ３＝４．５とすると、ｄ０＝｛（ｋａ）ｍａｘ・Ｌ０／（（Ｐａ）ｍａｘ・Ｃ３・Ｒ^２）｝^１／２＝０．００４２となり、４ｍｍ直径の人工筋肉を使用すればよいこととなる。

【0053】

（２）Ｒ＝０．０１５、θｍａｘ＝３π／４、（ｋａ）ｍａｘ＝０．０５Ｎｍ／ｒａｄ、（Ｐａ）ｍａｘ＝０．５ｍｐａ、εｍａｘ＝０．１５の場合、巻き付け数ｎ＞２．５のため、ｎ＝３とする。

【0054】

人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの取り付け長Ｌは、ｄ＝１．５Ｒとすると、Ｌ＝ｄ＋２πＲｎ＝０．３０５となり、人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの自然長Ｌ０は、Ｌ０＞（２／（２−εｍａｘ））Ｌ＝０．３３のため、Ｌ０＝０．３５とする。

【0055】

人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの圧力非印加時の筋径ｄ０は、Ｃ３＝４．５とすると、ｄ０＝｛（ｋａ）ｍａｘ・Ｌ０／（（Ｐａ）ｍａｘ・Ｃ３・Ｒ^２）｝^１／２＝０．００５７となり、６ｍｍ直径の人工筋肉を使用すればよいこととなる。

【0056】

図８は、アクチュエータ１００Ａを駆動するための人工筋肉１６２Ａ，１６２Ｂの圧力調整機構２００の図である。圧力調整機構２００は、コンプレッサ２１０と、圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂと、演算部２３０とから構成されている。

【0057】

コンプレッサ２１０は、チューブ２１２を介して、圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂと流体的に接続されている。各圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂは、圧力を調整するレギュレータを含んでいる。圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂは、それぞれ、チューブ２２２Ａ，２２２Ｂを介して、流体継手１２６Ａ，１２６Ｂと流体的に接続されている。

【0058】

コンプレッサ２１０は、流体たとえば空気を媒体として、圧力Ｐｓｕｐを供給する。コンプレッサ２１０から供給される圧力Ｐｓｕｐは、フィルタ（図示せず）と減圧弁（図示せず）を通して、圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂに供給される。

【0059】

演算部２３０は、角度指令値と剛性指令値から、圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂへの指令電圧Ｖ１，Ｖ２を演算する。演算部２３０はまた、演算した指令電圧Ｖ１，Ｖ２を、たとえばＤ／Ａ変換器やパルス幅変調器を介して、それぞれ、圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂへ出力する。

【0060】

圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂは、それぞれ、入力される指令電圧Ｖ１，Ｖ２に従って、コンプレッサ２１０から供給される圧力Ｐｓｕｐを調整して出力する。圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂの出力圧力Ｐ１，Ｐ２は、それぞれ、入力される指令電圧Ｖ１，Ｖ２と比例関係にある。

【0061】

演算部２３０は、角度指令値θｒｅｆと剛性指令値（Ｋａ）ｒｅｆから、圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂの出力圧力Ｐ１，Ｐ２に対応する指令電圧Ｖ１，Ｖ２を演算する。具体的には、式（１）より、θｒｅｆ＝｛２（Ｌ−Ｃ２）／Ｒ｝・｛Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）−１／２｝となる。ここで、２（Ｌ−Ｃ２）／Ｒ＝Ｃ４とすると、θｒｅｆ＝Ｃ４｛Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）−１／２｝となり、ｘ＝Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ２）＝θｒｅｆ／Ｃ４＋１／２となる。また、式（４）より、ｙ＝（Ｐ１＋Ｐ２）＝（Ｋａ）ｒｅｆ／（Ｃ３・Ｒ^２・ｄ０^２／Ｌ０）＝（Ｋａ）ｒｅｆ／Ｃ５となる。したがって、Ｐ１＝ｘｙ、Ｐ２＝ｙ（１−ｘ）と演算する。指令電圧Ｖ１，Ｖ２は、出力圧力Ｐ１，Ｐ２と圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂの特性から演算する。

【0062】

なお、回転軸１４２にエンコーダーやポテンショメータを取り付け、回転軸１４２の回転角θを演算部２３０にフォードバックし、指令電圧Ｖ１，Ｖ２を決定してもよい。

【0063】

図８は、一つのアクチュエータ１００Ａを駆動する例を示しているが、複数のアクチュエータ１００，１００Ａを駆動する場合、コンプレッサ２１０は共通に用いられてよい。

【0064】

図９は、アクチュエータ１００Ａが組み込まれた三軸アームロボットの図である。図９に示される三軸アームロボットでは、ベース２５０にアクチュエータ１００Ａが組み込まれ、その回転軸１４２が、回転させる対象であるアーム２６０Ａに固定されている。さらに、アーム２６０Ａにアクチュエータ１００Ａが組み込まれ、その回転軸１４２が、回転させる対象であるアーム２６０Ｂに固定されている。図示されていないが、同様に、アーム２６０Ｂにアクチュエータ１００Ａが組み込まれ、その回転軸１４２が、回転させる対象であるアーム２６０Ｃに固定されている。

【0065】

アクチュエータ１００Ａへの配管は、前述した圧力比例電磁弁２２０Ａ，２２０Ｂを含む電磁弁ボックス２７０から各アクチュエータ１００Ａへ延びるチューブ２７２のみであるため、センサケーブル（アーム２６０Ａ，２６０Ｂ，２６０Ｃに取り付けられた手先センサなどのケーブル）などとまとめてとりまわすことができ、従来のアームロボットと比較し、省スペース化が図られる。

【0066】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0067】

１００，１００Ａ…アクチュエータ、１１０…ベース、１１２…軸受、１１４Ａ，１１４Ｂ…止め部、１２２Ａ…流体継手、１２４Ａ，１２４Ｂ…管路、１２６Ａ，１２６Ｂ…流体継手、１４０，１４０Ａ…回転部材、１４２…回転軸、１４４，１４４Ａ…本体部、１４６Ａ，１４６Ｂ…螺旋溝、１５２…中心部材、１５４Ａ，１５４Ｂ…スリーブ、１６２Ａ，１６２Ｂ…人工筋肉、１６４Ａ，１６４Ｂ…止め部、１７２Ａ，１７２Ｂ…カバー、１８０…ケース、１８２…軸受、２００…圧力調整機構、２１０…コンプレッサ、２１２…チューブ、２２０Ａ，２２０Ｂ…圧力比例電磁弁、２２２Ａ，２２２Ｂ…チューブ、２３０…演算部、２５０…ベース、２６０Ａ，２６０Ｂ，２６０Ｃ…アーム、２７０…電磁弁ボックス、２７２…チューブ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】