(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-25
(45)【発行日】2024-04-02
(54)【発明の名称】アクチュエータ装置
(51)【国際特許分類】
F15B 15/14 20060101AFI20240326BHJP
F15B 15/10 20060101ALI20240326BHJP
B25J 19/00 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
F15B15/14 Z
F15B15/10 H
B25J19/00 A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2023067581
(22)【出願日】2023-04-18
【審査請求日】2023-06-30
(31)【優先権主張番号】P 2022208640
(32)【優先日】2022-12-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】523232849
【氏名又は名称】ムマス・コンサルティング・グループ合同会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001726
【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】宮澤 昌三
【審査官】藤原 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２２－１７６１００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１５０６６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０５３３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００１－５２０８６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０２６３２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２９５３６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１９１４６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００６－５００８８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－０１７１５４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１５Ｂ １５／００－１５／２８
Ｆ１５Ｂ １１／００－１１／２２
Ｆ１５Ｂ ２１／１４
Ｂ２５Ｊ １９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状部を有するハウジングと、難燃性の作動流体を第１流体と第２流体とに区画しつつ前記筒状部の内側に配されたピストンと、前記筒状部の外側に所定間隔で配されたソレノイドと、前記筒状部の第１端部に配された第１連結管と、前記筒状部の第２端部に配された第２連結管と、前記第１連結管に連結され前記第１流体の圧力によって所定の動作をする第１アクチュエータと、前記第２連結管に連結され前記第２流体の圧力によって前記第１アクチュエータと逆の動作をする第２アクチュエータと、制御回路を備え、前記ソレノイドは、ヨーク外枠とヨーク内枠と前記ヨーク内枠に巻回された電磁コイルを有し、前記ピストンは、ピストン本体とリング状の永久磁石と前記ピストン本体における前記永久磁石の両側位置に配されたＯリングを有し、前記制御回路は、前記電磁コイルのうちの選択されたコイルへの通電によって前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータの駆動制御を同時に行う構成であり、前記ピストンに往動をさせることで前記作動流体における第１分量を前記第１アクチュエータへ移動させるとともに前記第１分量に相当する量を前記第２アクチュエータから移動させる構成であり、かつ、前記ピストンに復動をさせることで前記作動流体における第２分量を前記第２アクチュエータへ移動させるとともに前記第２分量に相当する量を前記第１アクチュエータから移動させる構成であり、
前記ハウジングは、前記筒状部を通る軸線上の前記第１端部に近い位置に前記第１流体の圧力を調整する第１調圧弁が設けられているとともに、前記軸線上の前記第２端部に近い位置に前記第２流体の圧力を調整する第２調圧弁が設けられている構成であること
を特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項2】
前記ハウジングは、前記ソレノイドが樹脂モールドされている構成であり、前記第１分量と前記第２分量とが同量であるときの、前記往動による前記第１アクチュエータの第１仕事量と前記復動による前記第２アクチュエータの第２仕事量とは同じであること
を特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項3】
前記第１アクチュエータは第１バルーンであるとともに前記第２アクチュエータは第２バルーンであり、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを第１骨と第２骨が関節で繋がっている骨格に対応した部位に取付けた状態で前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとで屈曲動作と伸展動作をする構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項4】
前記第１アクチュエータは第１シリンダであるとともに前記第２アクチュエータは第２シリンダであり、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを第１骨と第２骨が関節で繋がっている骨格に対応した部位に取付けた状態で前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとで屈曲動作と伸展動作をする構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アクチュエータ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、パワーアシスト装置や自立歩行型ロボット等に用いるための各種アクチュエータ装置が提案されている（特許文献１：特許第５２４６７１７号公報、特許文献２：特開２０１７－１５０６６３号公報、特許文献３：特開２０２２－１７６１００号公報）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５２４６７１７号公報
【文献】特開２０１７－１５０６６３号公報
【文献】特開２０２２－１７６１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１に記載の構成は、大型のコンプレッサーを用いていることから、電力消費量が過大である。特許文献２に記載の構成は、流体を機外に吸排気して作動するメイン駆動部を用いていることから、作動ロスが大きい。特許文献３に記載の構成は、小型かつ高効率が期待できるものの、より精度の高い制御を実現するためには検討の余地がある。そして、パワーアシスト装置や自立歩行型ロボットが普及するには、汎用性に優れた構成のアクチュエータ装置が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされ、二つのアクチュエータを高精度に同時制御できるとともに、汎用性に優れた構成のアクチュエータ装置を提供することを目的とする。
【0006】
一実施形態として、以下に開示する解決策により、前記課題を解決する。
【0007】
本発明に係るアクチュエータ装置は、筒状部を有するハウジングと、難燃性の作動流体を第１流体と第２流体とに区画しつつ前記筒状部の内側に配されたピストンと、前記筒状部の外側に所定間隔で配されたソレノイドと、前記筒状部の第１端部に配された第１連結管と、前記筒状部の第２端部に配された第２連結管と、前記第１連結管に連結され前記第１流体の圧力によって所定の動作をする第１アクチュエータと、前記第２連結管に連結され前記第２流体の圧力によって前記第１アクチュエータと逆の動作をする第２アクチュエータと、制御回路を備え、前記ソレノイドは、ヨーク外枠とヨーク内枠と前記ヨーク内枠に巻回された電磁コイルを有し、前記ピストンは、ピストン本体とリング状の永久磁石と前記ピストン本体における前記永久磁石の両側位置に配されたＯリングを有し、前記制御回路は、前記電磁コイルのうちの選択されたコイルへの通電によって前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータの駆動制御を同時に行う構成であり、前記ピストンに往動をさせることで前記作動流体における第１分量を前記第１アクチュエータへ移動させるとともに前記第１分量に相当する量を前記第２アクチュエータから移動させる構成であり、かつ、前記ピストンに復動をさせることで前記作動流体における第２分量を前記第２アクチュエータへ移動させるとともに前記第２分量に相当する量を前記第１アクチュエータから移動させる構成であり、前記ハウジングは、前記筒状部を通る軸線上の前記第１端部に近い位置に前記第１流体の圧力を調整する第１調圧弁が設けられているとともに、前記軸線上の前記第２端部に近い位置に前記第２流体の圧力を調整する第２調圧弁が設けられている構成であることを特徴とする。
【0008】
この構成によれば、磁石可動型のリニアモータを駆動源にするとともに第１流体の圧力と第２流体の圧力を同時に用いることで、二つのアクチュエータを高精度に同時制御できる。尚且つ作動流体を持続可能に用いて小型かつ汎用性に優れた構成にできる。
【0009】
一例として、前記ソレノイドは前記ハウジングに樹脂モールドされている構成である。これにより、より安全性の高い構造にできる。一例として、前記作動流体は空気又は不活性ガスである。一例として、前記作動流体は難燃性の作動油である。一例として、前記永久磁石は、ネオジム磁石またはコバルト磁石もしくは異方性フェライト磁石からなる。これにより、ハイパワーで作動流体を押圧することができる。一例として、前記ヨークは、電磁鋼板からなる。これにより、ハイパワーでピストンを動かすことができる。
【0010】
一例として、前記筒状部を通る軸線上の前記第１端部に近い位置に前記第１流体の圧力を調整する第１調圧弁が設けられているとともに、前記軸線上の前記第２端部に近い位置に前記第２流体の圧力を調整する第２調圧弁が設けられている構成である。これにより、筒状部の対称性を維持しつつピストンが中間位置のときの第１流体の圧力と第２流体の圧力を一致させることが容易にできる。
【0011】
一例として、前記第１分量と前記第２分量とが同量であるときの、前記往動による前記第１アクチュエータの第１仕事量と前記復動による前記第２アクチュエータの第２仕事量とは同じである。これにより、屈曲動作と伸展動作や、押出動作と引込動作などの反復作業に好適な構成にできる。
【0012】
一例として、前記第１アクチュエータは第１バルーンであるとともに前記第２アクチュエータは第２バルーンであり、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを第１骨と第２骨が関節で繋がっている骨格に対応した部位に取付けた状態で前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとで屈曲動作と伸展動作をする構成である。これにより、パワーアシスト装置や自立歩行型ロボットに好適な構造にできる。
【0013】
一例として、前記第１アクチュエータは第１シリンダであるとともに前記第２アクチュエータは第２シリンダであり、前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータを第１骨と第２骨が関節で繋がっている骨格に対応した部位に取付けた状態で前記第１アクチュエータと前記第２アクチュエータとで屈曲動作と伸展動作をする構成である。これにより、自立歩行型ロボットやパワーアシスト装置に適した構造にできる。
【0014】
本発明によれば、磁石可動型のリニアモータを駆動源にするとともに第１流体の圧力と第２流体の圧力を同時に用いることで、二つのアクチュエータを高精度に同時制御できるとともに、作動流体を持続可能に用いて小型かつ汎用性に優れた構成のアクチュエータ装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図6】図６Ａは、本実施形態に係るソレノイドのヨーク外枠を模式的に示す概略の片側断面図である。図６Ｂは、前記ソレノイドのヨーク内枠を模式的に示す概略の片側断面図である。図６Ｃは、前記ヨーク外枠に前記ヨーク内枠を組付けた状態を模式的に示す概略の片側断面図である。図６Ｄは、前記ヨーク外枠に前記ヨーク内枠を組付けた状態を模式的に示す概略の平面図である。
【図7】図７Ａは、本実施形態に係る第１例のアクチュエータ装置を身体部位に取付けて歩行のＡ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図７Ｂは、第１例のアクチュエータ装置を身体部位に取付けて歩行のＢ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図７Ｃは、第１例のアクチュエータ装置を身体部位に取付けて屈曲のＣ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の実施形態について図面を参照して、以下に詳しく説明する。本実施形態のアクチュエータ装置１は、リニアモータ２と第１アクチュエータ７ａと第２アクチュエータ７ｂを備えた構成である。リニアモータ２は、筒状部３ｃを有するハウジング３と、筒状部３ｃの内側に配された状態で作動流体９を第１流体９ａと第２流体９ｂとに区画して往復動するピストン５と、筒状部３ｃの軸線Ｐ１方向に所定間隔で配されている複数のソレノイド４を備える。一例として、ハウジング３は、ソレノイド４が樹脂モールドされている構成である。作動流体９は、難燃性である。一例として、作動流体９は窒素ガスなどの不活性ガスである。一例として、作動流体９は難燃性の作動油である。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【0017】
リニアモータ２は、第１端部３ａに第１連結管６ａが配されており、第２端部３ｂに第２連結管６ｂが配されている。第１アクチュエータ７ａは、第１連結管６ａに連結した状態で第１流体９ａの圧力で作動する。第２アクチュエータ７ｂは、第２連結管６ｂに連結した状態で第２流体９ｂの圧力で作動し、第１アクチュエータ７ａと逆方向に作動する。ソレノイド４は、ヨーク外枠４ａとヨーク内枠４ｂと電磁コイル４ｃを有する。一例として、リニアモータ２は、第１ソレノイド４１～第６ソレノイド４６を有する。ピストン５は、ピストン本体５ａと、リング状の永久磁石５ｂとＯリング５ｃを有する。
【0018】
制御回路１７は、リニアモータ２への通電電力の大きさおよび通電電流の向きを制御する。つまり、制御回路１７は、複数の電磁コイル４ｃのうちの選択されたコイルへの通電によって第１アクチュエータ７ａを駆動制御するとともに第２アクチュエータ７ｂを駆動制御する構成である。
【0019】
［第１例］
第１例は、第１アクチュエータ７ａとしての第１シリンダ１２ａと、第２アクチュエータ７ｂとしての第２シリンダ１２ｂを備える。図１は、作動流体９における第１分量Ｍ１を第１シリンダ１２ａへ移動させて仕事をさせる状態を示す図である。図２は、作動流体９における第２分量Ｍ２を第２シリンダ１２ｂへ移動させて仕事をさせる状態を示す図である。
第１例は、第１アクチュエータ７ａとしての第１シリンダ１２ａと、第２アクチュエータ７ｂとしての第２シリンダ１２ｂを備える。図１は、作動流体９における第１分量Ｍ１を第１シリンダ１２ａへ移動させて仕事をさせる状態を示す図である。図２は、作動流体９における第２分量Ｍ２を第２シリンダ１２ｂへ移動させて仕事をさせる状態を示す図である。
【0020】
一例として、第１分量Ｍ１と第２分量Ｍ２とは同じ質量である。一例として、第１分量Ｍ１と第２分量Ｍ２とは同じ体積である。一例として、ピストン５が中間位置からｚ１方向に移動し第１端まで往動することによる第１アクチュエータ７ａの第１仕事量と、ピストン５がｚ２方向に移動し第２端まで復動することによる第２アクチュエータ７ｂの第２仕事量とは同じである。
【0021】
一例として、ハウジング３は、筒状部３ｃを通る軸線Ｐ１上における第１端部３ａに近い位置に、第１流体９ａの圧力を調整する第１調圧弁８ａが設けられている。一例として、ハウジング３は、筒状部３ｃを通る軸線Ｐ１上における第２端部３ｂに近い位置に第２調圧弁８ｂが設けられている。一例として、第１調圧弁８ａとピストン５と第２調圧弁８ｂは軸線Ｐ１上に順に配されている。
【0022】
第１調圧弁８ａは、スクリュ―ねじ８ａ１とコイルスプリング８ａ２とプランジャ８ａ３を組み合わせた構成であり、スクリュ―ねじ８ａ１の押し込み量を大きくすることで第１流体９ａの静止状態の圧力を大きくする方向に調圧する。第２調圧弁８ｂは、スクリュ―ねじ８ｂ１とコイルスプリング８ｂ２とプランジャ８ｂ３を組み合わせた構成であり、スクリュ―ねじ８ｂ１の押し込み量を大きくすることで第２流体９ｂの静止状態の圧力を大きくする方向に調圧する。
【0023】
第１シリンダ１２ａは、ピストンロッドが配された第１ピストン３３と、第１スプリング３５を備える。第２シリンダ１２ｂは、ピストンロッドが配された第２ピストン３４と、第２スプリング３６を備える。第１シリンダ１２ａと第２シリンダ１２ｂとは一対で配されており、互いに逆の動作をする構成である。
【0024】
第１ソレノイド４１～第６ソレノイド４６は、軸線Ｐ１方向に各々所定間隔で配されている。一例として、各ソレノイド４同士の最小距離は、永久磁石５ｂの厚みと同じであるか、または、永久磁石５ｂの厚みよりも大きい。一例として、第１ソレノイド４１と第２ソレノイド４２の最大距離は、ピストン５の全長と同じであるか、または、ピストン５の全長よりも小さい。一例として、隣り合うソレノイド４の最小距離を永久磁石５ｂの厚み以上の大きさにするとともに、隣り合うソレノイド４の最大距離をピストン５の全長以下の大きさにする。これにより、ピストン５を移動させて生じさせる押圧力や吸引力を大きくすることができる。尚且つ、第１アクチュエータ７ａと第２アクチュエータ７ｂの両方を高精度に同時制御できる。
【0025】
図６Ａは、ソレノイド４におけるヨーク外枠４ａを模式的に示す概略の片側断面図である。図６Ｂは、ソレノイド４におけるヨーク内枠４ｂを模式的に示す概略の片側断面図である。図６Ｃは、ヨーク外枠４ａにヨーク内枠４ｂを組付けた状態を模式的に示す概略の片側断面図である。図６Ｄは、ヨーク外枠４ａにヨーク内枠４ｂを組付けた状態を模式的に示す概略の平面図である。
【0026】
ソレノイド４におけるヨーク外枠４ａは、電磁鋼板を筒状にプレス加工しており、軸線Ｐ１上に貫通穴４ａ１が形成されており、円筒形状の外周内側面４ａ２が形成されている。ヨーク内枠４ｂは、電磁鋼板を筒状にプレス加工しており、軸線Ｐ１上に円筒形状の外周側面４ｂ１が形成されており、外周側面４ｂ１の端部に円形状の鍔部４ｂ２が形成されている。電磁コイル４ｃは、ポリウレタン被覆銅線であり、ヨーク内枠４ｂの外周側面４ｂ１に巻回されており、ヨーク外枠４ａの貫通穴４ａ１にヨーク内枠４ｂの外周側面４ｂ１が組付けられている。
【0027】
ピストン５は、電磁軟鋼からなるピストン本体５ａにリング状の永久磁石５ｂとＯリング５ｃが設けられている。一対のＯリング５ｃは、ピストン本体５ａにおける永久磁石５ｂの両側位置に配されている。永久磁石５ｂは、ネオジム磁石またはコバルト磁石もしくは異方性フェライト磁石からなる。永久磁石５ｂは、軸線Ｐ１方向に着磁されている。一例として、永久磁石５ｂは、第１端部３ａに近い位置の軸線方向の第１面がＮ極であり、第２端部３ｂに近い位置の軸線方向の第２面がＳ極である。ピストン５は、ソレノイド４に通電することで、筒状部３ｃの内壁に沿って軸線Ｐ１上を摺動する。電磁コイル４ｃに通電する電流の向きによって、ピストン５の移動方向が決定する。電磁コイル４ｃに通電する電力の大きさによって、ピストン５を移動させて生じさせる押圧力や吸引力が決定する。一例として、永久磁石５ｂは、ネオジム磁石である。
【0028】
一例として、通電によって第１ソレノイド４１を励磁するとともに、第２ソレノイド４２を励磁することで、ピストン５を第１端部３ａに最も近い位置まで筒状部３ｃ内を移動させる。正方向の通電によって、第１ソレノイド４１は、第２ソレノイド４２と向かい合う面がＳ極になり、また、第２ソレノイド４２は、第１ソレノイド４１と向かい合う面がＮ極になる。これにより、第１アクチュエータ７ａにおける第１流体９ａの圧力を最大にするとともに、第２アクチュエータ７ｂにおける第２流体９ｂの圧力を最小にする。
【0029】
一例として、通電によって第３ソレノイド４３を励磁するとともに、第４ソレノイド４４を励磁することで、ピストン５を第１端部３ａと第２端部３ｂの中間になる中間位置まで筒状部３ｃ内を移動させる。正方向の通電によって、第３ソレノイド４３は、第４ソレノイド４４と向かい合う面がＳ極になり、また、第４ソレノイド４４は、第３ソレノイド４３と向かい合う面がＮ極になる。これにより、第１流体９ａと第２流体９ｂの圧力を同じにする。
【0030】
一例として、通電によって第５ソレノイド４５を励磁するとともに、第６ソレノイド４６を励磁することで、ピストン５を第２端部３ｂに最も近い位置まで筒状部３ｃ内を移動させる。正方向の通電によって、第５ソレノイド４５は、第６ソレノイド４６と向かい合う面がＳ極になり、また、第６ソレノイド４６は、第５ソレノイド４５と向かい合う面がＮ極になる。これにより、第２アクチュエータ７ｂにおける第２流体９ｂの圧力を最大にするとともに、第１アクチュエータ７ａにおける第１流体９ａの圧力を最小にする。
【0031】
［第２例］
図３は、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位（骨格）に取付けて屈曲動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図４は、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位（骨格）に取付けて立脚動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図５は、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位（骨格）に取付けて伸展動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。一例として、屈曲動作は、ピストン５が中間位置からｚ１方向に移動することで、第２骨５２の関節５３から離れた位置がｙ１方向に動いた状態になる。一例として、伸展動作は、ピストン５が中間位置からｚ２方向に移動することで、第２骨５２の関節５３から離れた位置がｙ２方向（ｙ１方向の逆方向）に動いた状態になる。
図３は、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位（骨格）に取付けて屈曲動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図４は、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位（骨格）に取付けて立脚動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図５は、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位（骨格）に取付けて伸展動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。一例として、屈曲動作は、ピストン５が中間位置からｚ１方向に移動することで、第２骨５２の関節５３から離れた位置がｙ１方向に動いた状態になる。一例として、伸展動作は、ピストン５が中間位置からｚ２方向に移動することで、第２骨５２の関節５３から離れた位置がｙ２方向（ｙ１方向の逆方向）に動いた状態になる。
【0032】
第２例は、第１アクチュエータ７ａとしての第１人工筋肉部１１ａと、第２アクチュエータ７ｂとしての第２人工筋肉部１１ｂを備える。第１人工筋肉部１１ａは、第１流体９ａの圧力によって膨張し収縮する第１バルーン３１と、第１バルーン３１の外周を覆って身体部位５４に取付ける第１ネット２１とを有する構成である。また、第２流体９ｂの圧力によって膨張し収縮する第２バルーン３２と、第２バルーン３２の外周を覆って身体部位５４に取付ける第２ネット２２とを有する構成である。
【0033】
一例として、ブチルゴム、合成ゴムラテックス、ポリウレタン、シリコーンゴムなどの弾性ゴムを柱状に形成し、膨張・収縮容易な構造の第１バルーン３１並びに第２バルーン３２にする。また、一例として、パラ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維、ＰＢＯ繊維、炭素繊維などの合成繊維の円筒状織物からなり、前記円筒状織物は、それぞれが両端部全周より等間隔に引き出された複数の糸状繊維を有し、前記糸状繊維は、前記円筒状織物と連動可能な構成の第１ネット２１並びに第２ネット２２にする。そして、第１連結管６ａを繋いだ第１バルーン３１に第１ネット２１を被せて、第１バルーン３１と共に膨張・収縮容易な構造にする。同様に、第２連結管６ｂを繋いだ第２バルーン３２に第２ネット２２を被せて、第２バルーン３２と共に膨張・収縮容易な構造にする。そして、第１流体９ａを第１バルーン３１に満たして第１人工筋肉部１１ａにする。同様に、第２流体９ｂを第２バルーン３２に満たして第２人工筋肉部１１ｂにする。
【0034】
［第１例の身体動作例］
図７Ａは、第１例のアクチュエータ装置１Ａを身体部位に取付けて歩行のＡ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図７Ｂは、第１例のアクチュエータ装置１Ａを身体部位に取付けて歩行のＢ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図７Ｃは、第１例のアクチュエータ装置１Ａを身体部位に取付けて屈曲のＣ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。
図７Ａは、第１例のアクチュエータ装置１Ａを身体部位に取付けて歩行のＡ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図７Ｂは、第１例のアクチュエータ装置１Ａを身体部位に取付けて歩行のＢ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図７Ｃは、第１例のアクチュエータ装置１Ａを身体部位に取付けて屈曲のＣ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。
【0035】
一例として、第１連結管６ａにおける第１接続部２５と、第２連結管６ｂにおける第２接続部２６とを、帯状の第１取付具２３によって身体部位５４に取付ける。また、第１シリンダ１２ａにおける第１ピストン３３のピストンロッドと、第２シリンダ１２ｂにおける第２ピストン３４のピストンロッドとを、帯状の第２取付具２４によって身体部位５４に取付ける。第１取付具２３および第２取付具２４は、弾性体バンドや、細幅織物などからなる帯状部材であり、身体部位に巻回して位置固定する。または、衣服を介して、身体部位に巻回して位置固定する。第１取付具２３と第２取付具２４とは関節５３を間にして間隔を設けて身体への影響が比較的少ない位置に、位置ずれしない程度の巻き付け力で取付けられる。
【0036】
一例として、ピストン５の復動に伴う吸引力で第１シリンダ１２ａ内の第１流体９ａをハウジング３内に移動させて第１シリンダ１２ａを動かすとともに、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第２流体９ｂを第２シリンダ１２ｂ内に移動させて第２シリンダ１２ｂを動かすことで、脚を後方に向かわせて身体を前方に進ませる。一例として、ピストン５を原点位置に戻す際の復元力で、脚を前方に向かわせて身体を静止位置に戻す。一例として、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第１流体９ａを第１シリンダ１２ａ内に移動させて、その後、ピストン５の復動に伴う吸引力で第２シリンダ１２ｂ内の第２流体９ｂをハウジング３内に移動させることで、膝曲げ動作をさせる。本構成によれば、パワーアシスト装置に適した構造にできる。上述の動作は一例であり、リニアモータ２を駆動制御することで、歩行運動や屈伸運動など各種の身体運動を所望の速度で行うことが容易にできる。
【0037】
［第２例の身体動作例］
図８Ａは、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位に取付けて歩行のＡ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図８Ｂは、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位に取付けて歩行のＢ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図８Ｃは、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位に取付けて屈曲のＣ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。
図８Ａは、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位に取付けて歩行のＡ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図８Ｂは、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位に取付けて歩行のＢ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図８Ｃは、第２例のアクチュエータ装置１Ｂを身体部位に取付けて屈曲のＣ１動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。
【0038】
一例として、第１連結管６ａにおける第１ネット２１の後端側の第１端部２１ａとの第１接続部２５と、第２連結管６ｂにおける第２ネット２２の後端側の第３端部２２ａとの第２接続部２６とを、帯状の第１取付具２３によって身体部位５４に取付ける。また、第１ネット２１の先端側の第２端部２１ｂと、第２ネット２２の先端側の第４端部２２ｂとを、帯状の第２取付具２４によって身体部位５４に取付ける。第１取付具２３および第２取付具２４は、弾性体バンドや、細幅織物などからなる帯状部材であり、身体部位に巻回して位置固定する。または、衣服を介して、身体部位に巻回して位置固定する。第１取付具２３と第２取付具２４とは関節５３を間にして間隔を設けて身体への影響が比較的少ない位置に、位置ずれしない程度の巻き付け力で取付けられる。
【0039】
一例として、ピストン５の復動に伴う吸引力で第１バルーン３１内の第１流体９ａをハウジング３内に移動させて第１バルーン３１を収縮させるとともに、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第２流体９ｂを第２バルーン３２内に移動させて第２バルーン３２を膨張させることで、脚を後方に向かわせて身体を前方に進ませる。一例として、ピストン５を原点位置に戻す際の復元力で、脚を前方に向かわせて身体を静止位置に戻す。一例として、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第１流体９ａを第１バルーン３１内に移動させて第１バルーン３１を膨張させるとともに、ピストン５の復動に伴う吸引力で第２バルーン３２内の第２流体９ｂをハウジング３内に移動させて第２バルーン３２を収縮させることで、膝曲げ動作をする。本構成によれば、自立歩行型ロボットやパワーアシスト装置に適した構造にできる。上述の動作は一例であり、リニアモータ２を駆動制御することで、歩行運動や屈伸運動など各種の身体運動を所望の速度で行うことが容易にできる。
【0040】
［第１例のリンク動作例］
図９Ａは、第１例のアクチュエータ装置１Ａをリンク１５０に取付けてＡ２動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図９Ｂは、第１例のアクチュエータ装置１Ａをリンク１５０に取付けてＢ２動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。一例として、リンク１５０は、第１ロッド１５１と節１５３と第２ロッド１５２からなる。一例として、ピストン５の復動に伴う吸引力で第１シリンダ１２ａのピストンロッド１２ａ１を引き込むとともに、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第２流体９ｂを第２シリンダ１２ｂ内に移動させて第２シリンダ１２ｂのピストンロッド１２ｂ１を押し出すことで、リンク１５０をＡ２動作させる。一例として、ピストン５を原点位置に戻す際の復元力で、リンク１５０を原点位置に戻す。一例として、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第１流体９ａを第１シリンダ１２ａ内に移動させて第１シリンダ１２ａのピストンロッド１２ａ１を押し出すとともに、ピストン５の復動に伴う吸引力で第２シリンダ１２ｂ内の第２流体９ｂをハウジング３内に移動させて第２シリンダ１２ｂのピストンロッド１２ｂ１を引き込むことで、リンク１５０をＢ２動作させる。本構成によれば、パワーアシスト装置に適した構造にできる。上述の動作は一例であり、リニアモータ２を駆動制御することで、各種の運動を行うことが容易にできる。したがって、自立歩行型ロボットやロボットアームに適した構造にできる。
図９Ａは、第１例のアクチュエータ装置１Ａをリンク１５０に取付けてＡ２動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。図９Ｂは、第１例のアクチュエータ装置１Ａをリンク１５０に取付けてＢ２動作を行った状態を模式的に示す概略の構造図である。一例として、リンク１５０は、第１ロッド１５１と節１５３と第２ロッド１５２からなる。一例として、ピストン５の復動に伴う吸引力で第１シリンダ１２ａのピストンロッド１２ａ１を引き込むとともに、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第２流体９ｂを第２シリンダ１２ｂ内に移動させて第２シリンダ１２ｂのピストンロッド１２ｂ１を押し出すことで、リンク１５０をＡ２動作させる。一例として、ピストン５を原点位置に戻す際の復元力で、リンク１５０を原点位置に戻す。一例として、ピストン５の往動に伴う押圧力でハウジング３内の第１流体９ａを第１シリンダ１２ａ内に移動させて第１シリンダ１２ａのピストンロッド１２ａ１を押し出すとともに、ピストン５の復動に伴う吸引力で第２シリンダ１２ｂ内の第２流体９ｂをハウジング３内に移動させて第２シリンダ１２ｂのピストンロッド１２ｂ１を引き込むことで、リンク１５０をＢ２動作させる。本構成によれば、パワーアシスト装置に適した構造にできる。上述の動作は一例であり、リニアモータ２を駆動制御することで、各種の運動を行うことが容易にできる。したがって、自立歩行型ロボットやロボットアームに適した構造にできる。
【0041】
上述の実施形態によれば、磁石可動型のリニアモータ２を駆動源にするとともに第１流体９ａの圧力と第２流体９ｂの圧力を同時に用いることで、一対の第１アクチュエータ７ａおよび第２アクチュエータ７ｂを高精度に同時制御できるとともに、作動流体９を持続可能に用いて小型かつ汎用性に優れた構成のアクチュエータ装置１にできる。本構成によれば、小型かつ汎用性に優れた構成の自立歩行型ロボットやパワーアシスト装置に適した構造のアクチュエータ装置１にできる。
【0042】
上述の構成以外の構成として、一例として、滑車を用いた運動体に本実施形態を適用できる。また、プーリとベルトを用いた運動体に本実施形態を適用できる。本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。
【符号の説明】
【0043】
１、１Ａ、１Ｂ アクチュエータ装置
２ リニアモータ
３ ハウジング、３ａ 第１端部、３ｂ 第２端部、３ｃ 筒状部
４ ソレノイド、４ａ ヨーク外枠、４ｂ ヨーク内枠、４ｃ 電磁コイル
５ ピストン、５ａ ピストン本体、５ｂ 永久磁石、５ｃ Ｏリング
６ａ 第１連結管、６ｂ 第２連結管
７ａ 第１アクチュエータ、７ｂ 第２アクチュエータ
８ａ 第１調圧弁、８ｂ 第２調圧弁
９ 作動流体、９ａ 第１流体、９ｂ 第２流体
１１ａ 第１人工筋肉部、１１ｂ 第２人工筋肉部
１２ａ 第１シリンダ、１２ｂ 第２シリンダ
１７ 制御回路
２１ 第１ネット、２１ａ 第１端部、２１ｂ 第２端部
２２ 第２ネット、２２ａ 第３端部、２２ｂ 第４端部
２３ 第１取付具
２４ 第２取付具
２５ 第１接続部
２６ 第２接続部
３１ 第１バルーン
３２ 第２バルーン
３３ 第１ピストン
３４ 第２ピストン
３５ 第１スプリング
３６ 第２スプリング
４１ 第１ソレノイド
４２ 第２ソレノイド
５０ 骨格
５１ 第１骨
５２ 第２骨
５３ 関節
５４ 身体部位
Ｍ１ 第１分量
Ｍ２ 第２分量
Ｐ１ 軸線
ｙ１ 屈曲方向
ｙ２ 伸展方向
２ リニアモータ
３ ハウジング、３ａ 第１端部、３ｂ 第２端部、３ｃ 筒状部
４ ソレノイド、４ａ ヨーク外枠、４ｂ ヨーク内枠、４ｃ 電磁コイル
５ ピストン、５ａ ピストン本体、５ｂ 永久磁石、５ｃ Ｏリング
６ａ 第１連結管、６ｂ 第２連結管
７ａ 第１アクチュエータ、７ｂ 第２アクチュエータ
８ａ 第１調圧弁、８ｂ 第２調圧弁
９ 作動流体、９ａ 第１流体、９ｂ 第２流体
１１ａ 第１人工筋肉部、１１ｂ 第２人工筋肉部
１２ａ 第１シリンダ、１２ｂ 第２シリンダ
１７ 制御回路
２１ 第１ネット、２１ａ 第１端部、２１ｂ 第２端部
２２ 第２ネット、２２ａ 第３端部、２２ｂ 第４端部
２３ 第１取付具
２４ 第２取付具
２５ 第１接続部
２６ 第２接続部
３１ 第１バルーン
３２ 第２バルーン
３３ 第１ピストン
３４ 第２ピストン
３５ 第１スプリング
３６ 第２スプリング
４１ 第１ソレノイド
４２ 第２ソレノイド
５０ 骨格
５１ 第１骨
５２ 第２骨
５３ 関節
５４ 身体部位
Ｍ１ 第１分量
Ｍ２ 第２分量
Ｐ１ 軸線
ｙ１ 屈曲方向
ｙ２ 伸展方向
【要約】
【課題】高精度に制御でき汎用性に優れた構成のアクチュエータ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】アクチュエータ装置１は、難燃性の作動流体９を第１流体９ａと第２流体９ｂとに区画しつつ往復動するピストン５と、筒状部３ｃの外側に所定間隔で配されてピストン５を往復動させるソレノイド４と、前記第１流体９ａの圧力によって所定の動作をする第１アクチュエータ７ａと、前記第２流体９ｂの圧力によって前記第１アクチュエータ７ａと逆の動作をする第２アクチュエータ７ｂを備え、ピストン５を往動させることで第１分量Ｍ１を第１アクチュエータ７ａへ移動させるとともに前記第１分量Ｍ１に相当する量を第２アクチュエータ７ｂから移動させる構成であり、かつ、ピストン５を復動させることで第２分量Ｍ２を第２アクチュエータ７ｂへ移動させるとともに前記第２分量Ｍ２に相当する量を第１アクチュエータ７ａから移動させる構成である。
【選択図】図１
【解決手段】アクチュエータ装置１は、難燃性の作動流体９を第１流体９ａと第２流体９ｂとに区画しつつ往復動するピストン５と、筒状部３ｃの外側に所定間隔で配されてピストン５を往復動させるソレノイド４と、前記第１流体９ａの圧力によって所定の動作をする第１アクチュエータ７ａと、前記第２流体９ｂの圧力によって前記第１アクチュエータ７ａと逆の動作をする第２アクチュエータ７ｂを備え、ピストン５を往動させることで第１分量Ｍ１を第１アクチュエータ７ａへ移動させるとともに前記第１分量Ｍ１に相当する量を第２アクチュエータ７ｂから移動させる構成であり、かつ、ピストン５を復動させることで第２分量Ｍ２を第２アクチュエータ７ｂへ移動させるとともに前記第２分量Ｍ２に相当する量を第１アクチュエータ７ａから移動させる構成である。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
