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JP7217651B2 - actuator - Google Patents
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Description

本発明は、人工筋に適用可能なアクチュエータに関する。 The present invention relates to actuators applicable to artificial muscles.

近年、油空圧技術の一環として、人工筋として動作する流体駆動型のアクチュエータの研究開発が進められている。このアクチュエータは、従来の四方八方に膨らんでしまう葉巻形状のマッキベン型に代えて、低弾性の蛇腹状の膨張体の上面及び下面にプラスチック板を貼り付け、これらプラスチック板の間にスリーブに替えて人工筋としての一対のテグスを付けた構成を備えている。一対のテグスは、先端部が膨張体の伸縮方向(縦方向)と交差する方向(横方向)に反対向きに延び、それぞれの基端部が上下に分岐して、それぞれ膨張体の上面及び下面のプラスチック板に取り付けられる。そして、膨張体が伸長すると、テグスの分岐部が膨張体に近づき、膨張体が収縮すると、テグスの分岐部が膨張体から離れ、これにより一対のテグスの先端同士が横方向に伸縮することで、収縮力を発生することができる構造を備えている。 BACKGROUND ART In recent years, as part of hydraulic and pneumatic technology, research and development of fluid-driven actuators that operate as artificial muscles are underway. In place of the conventional cigar-shaped McKibben type that inflates in all directions, this actuator has plastic plates attached to the upper and lower surfaces of a low-elastic bellows-shaped inflatable body, and an artificial muscle in place of a sleeve between these plastic plates. It has a configuration with a pair of extremities as. A pair of extremities extend in opposite directions (horizontal direction) in a direction (horizontal direction) intersecting with the expansion/contraction direction (longitudinal direction) of the inflatable body, and each base end is branched vertically to form upper and lower surfaces of the inflatable body, respectively. attached to a plastic plate. When the inflatable body expands, the branched part of the extremity approaches the inflatable body, and when the inflatable body contracts, the branched part of the extremity separates from the inflatable body, and as a result, the tips of the pair of extensible extremities expand and contract in the lateral direction. , with a structure capable of generating a contractile force.

三井和幸著、「EHDポンプを駆動源とした人工筋の開発に関する基礎的研究」、平成29年春季フルードパワーシステム講演会論文集、一般社団法人日本フルードパワーシステム学会、平成29年5月25日、p.34-36Kazuyuki Mitsui, "Fundamental Research on the Development of Artificial Muscle Using EHD Pump as a Drive Source", 2017 Spring Fluid Power System Conference Proceedings, Japan Fluid Power System Society, May 25, 2017 , p. 34-36

しかしながら、上記非特許文献1に開示されたアクチュエータでは、膨張体の伸縮動作に連動してプラスチック板の間で横方向に伸縮するテグスにおいて、伸縮動作毎に、テグスの分岐部から、テグスの基端部が取り付けられた上下のプラスチック板の部位までの角度が変わり得る構造となっている。このため、アクチュエータが発生し得る収縮力の設計や収縮率の計算などが非常に煩雑となるため、所望する性能を発揮し得る制御性の高いアクチュエータを製作するには、未だ改善の余地があった。 However, in the actuator disclosed in Non-Patent Document 1, the exfoliation of the extensible extremity in the horizontal direction between the plastic plates in conjunction with the expansion and contraction of the inflatable body causes the extremity of the extremity to move from the bifurcation of the extremity to the proximal end of the extremity. It has a structure in which the angle to the parts of the upper and lower plastic plates to which is attached can be changed. For this reason, the design of the contraction force that can be generated by the actuator and the calculation of the contraction rate become very complicated, so there is still room for improvement in manufacturing an actuator with high controllability that can exhibit the desired performance. rice field.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、収縮力や収縮率の計算が容易で制御性が高く所望する性能を発揮することができるアクチュエータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an actuator that facilitates calculation of contractile force and contraction rate, has high controllability, and can exhibit desired performance.

本発明に係るアクチュエータは、流体が内部に充填されることにより所定方向に伸長し、前記流体が外部に排出されることにより前記所定方向に収縮する膨張体と、前記膨張体の伸縮方向の両端部の少なくとも一方に直接又は間接的にそれぞれの一端が取り付けられ、それぞれの他端が前記伸縮方向と交差する収縮弛緩方向に反対向きにそれぞれ延びる少なくとも一対の人工筋と、前記人工筋を、前記一端から前記他端に向けて、前記膨張体の前記伸縮方向に案内し、前記収縮弛緩方向に方向変換させる方向変換ガイド部材とを備えたことを特徴とする。 An actuator according to the present invention includes an inflatable body that expands in a predetermined direction when a fluid is filled therein and contracts in the predetermined direction when the fluid is discharged to the outside, and both ends of the inflatable body in the expansion and contraction direction. at least one pair of artificial muscles each having one end directly or indirectly attached to at least one of the portions and having the other ends extending in directions opposite to contraction/relaxation directions intersecting the contraction/relaxation direction; and a direction changing guide member that guides the inflatable body in the expansion/contraction direction from one end toward the other end and changes the direction in the contraction/relaxation direction.

本発明の一実施形態において、前記膨張体の前記両端部に設けられた一対のプレート部材を備え、前記人工筋の一端は前記一対のプレート部材の少なくとも一方に取り付けられている。 In one embodiment of the present invention, a pair of plate members are provided at the ends of the inflatable body, and one end of the artificial muscle is attached to at least one of the pair of plate members.

本発明の他の実施形態において、前記方向変換ガイド部材は、前記一対のプレート部材間に配置され前記膨張体が挿通されたリング部材に設けられている。 In another embodiment of the present invention, the direction changing guide member is provided on a ring member disposed between the pair of plate members and through which the inflatable member is inserted.

本発明の更に他の実施形態において、前記方向変換ガイド部材は、前記一対のプレート部材の一方に設けられている。 In still another embodiment of the present invention, the direction changing guide member is provided on one of the pair of plate members.

本発明の更に他の実施形態において、前記膨張体は、ベローズ又はベロフラムからなる。 In yet another embodiment of the invention, the inflatable body comprises a bellows or bellofram.

本発明の更に他の実施形態において、前記流体は、EHDポンプにより前記膨張体へ充填及び排出され、前記膨張体への前記流体の前記入出口は、前記伸縮方向の前記両端部のいずれか一方又は前記両端部間の中間部分に設けられている。 In yet another embodiment of the present invention, the fluid is charged into and discharged from the inflatable body by an EHD pump, and the fluid enters and exits the inflatable body at either one of the ends in the expansion and contraction direction. Alternatively, it is provided in an intermediate portion between the two ends.

本発明によれば、収縮力や収縮率の計算が容易で制御性が高く所望する性能を発揮することができる。 According to the present invention, it is possible to easily calculate the shrinkage force and the shrinkage rate, to achieve high controllability, and to exhibit desired performance.

本発明の一実施形態に係るアクチュエータの全体構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view showing roughly the whole actuator composition concerning one embodiment of the present invention. 図2のA-A’線断面を概略的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section taken along the line A-A' of FIG. 2; 同アクチュエータの最大収縮時の様子を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the state at the time of the maximum contraction of the same actuator. 同アクチュエータの変形例の全体構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the whole structure of the modification of the same actuator. 同アクチュエータの変形例の最大収縮時の様子を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the mode at the time of the maximum contraction of the modification of the same actuator. 本発明の他の実施形態に係るアクチュエータの全体構成を概略的に示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view schematically showing the overall configuration of an actuator according to another embodiment of the invention; 同アクチュエータの最大収縮時の様子を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the state at the time of the maximum contraction of the same actuator. 同アクチュエータの変形例の全体構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the whole structure of the modification of the same actuator.

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態に係るアクチュエータを詳細に説明する。ただし、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。また、図面においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張表現されている場合や、一部の構成要素が省略されている場合がある。 Hereinafter, actuators according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments do not limit the invention according to each claim, and not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of the invention. . Also, in the drawings, the scale and dimensions of each component may be exaggerated, and some components may be omitted.

図1に示すように、本発明の一実施形態に係るアクチュエータ1は、ベローズ11と、上板12と、下板13と、一対の人工筋として機能する紐状部材又はベルト状部材、この例ではテグス14(14a,14b)とを備える。また、アクチュエータ1は、テグス14a,14bがそれぞれ挿通されたガイド18を有するリング19を備える。 As shown in FIG. 1, an actuator 1 according to an embodiment of the present invention includes a bellows 11, an upper plate 12, a lower plate 13, and a pair of string-like or belt-like members functioning as artificial muscles. Then, the extremities 14 (14a, 14b) are provided. The actuator 1 also includes a ring 19 having guides 18 through which the strings 14a and 14b are respectively inserted.

アクチュエータ1は、例えば人工筋肉(Artificial muscles)として用いられ得るもので、動力源(作動流体源)としてのEHD(Electro Hydro Dynamics:電気流体力学)ポンプ30に接続されている。EHDポンプ30は、スイッチ31を切り替えることにより、図1中矢印Fdで示す作動流体の流れの方向Fdを切替可能な双方向EHDポンプを含む。 The actuator 1 can be used as, for example, artificial muscles, and is connected to an EHD (Electro Hydro Dynamics) pump 30 as a power source (working fluid source). The EHD pump 30 includes a bidirectional EHD pump that can switch the direction Fd of the flow of working fluid indicated by the arrow Fd in FIG. 1 by switching the switch 31 .

すなわち、双方向EHDポンプを用いれば、ポンプのみでベローズ11内に圧送した流体を吸引して抜き出すことが可能となり、ポンプ以外の付加装置が不要な構造とすることができる。EHDポンプ30には、高電圧(数kV~数十kV)を印加可能な電源50及び絶縁性液体などの作動流体を貯蔵可能なリザーバ40がそれぞれ接続されている。 That is, if the bidirectional EHD pump is used, the fluid pumped into the bellows 11 can be drawn out by suction only with the pump, and the structure can be made without the need for additional devices other than the pump. The EHD pump 30 is connected to a power source 50 capable of applying a high voltage (several kV to several tens of kV) and a reservoir 40 capable of storing working fluid such as insulating liquid.

なお、アクチュエータ1の動力源はEHDポンプ30に限定されるものではなく、アクチュエータ1を膨張及び収縮し得る気体や液体などの作動流体を、アクチュエータ1に対して供給及び排出可能なものであれば様々な形式の動力源を採用し得る。 It should be noted that the power source of the actuator 1 is not limited to the EHD pump 30, as long as it can supply and discharge a working fluid such as gas or liquid that can expand and contract the actuator 1 to and from the actuator 1. Various types of power sources may be employed.

アクチュエータ1のベローズ11は、流体入出口を有する管状の流体入出部11fを介して作動流体が内部に充填されることにより所定方向(ここでは、図1中矢印Vdで示す伸縮方向)に伸長し、且つ流体入出部11fを介して作動流体が外部に排出されることにより伸縮方向Vdに収縮する膨張体として機能する。ベローズ11は、例えばゴム(エラストマー)のような弾性体よりも弾性力の弱い軟質ポリウレタン等により形成されている。 The bellows 11 of the actuator 1 expands in a predetermined direction (here, the expansion/contraction direction indicated by the arrow Vd in FIG. 1) by filling the inside with working fluid through a tubular fluid inlet/outlet portion 11f having a fluid inlet/outlet. Also, it functions as an inflatable body that contracts in the expansion/contraction direction Vd when the working fluid is discharged to the outside through the fluid inlet/outlet portion 11f. The bellows 11 is made of soft polyurethane or the like having a weaker elastic force than an elastic body such as rubber (elastomer).

なお、EHDポンプ30として上述した双方句EHDポンプを採用し、これにベローズ11を組み合わせることで、人工筋肉の膨張体を弾性体にする必要がなくなるため、従来のマッキベン型の人工筋肉のようにMPaオーダーの高圧力を掛ける必要がなくなるので、アクチュエータ1を低圧駆動にて動作させることが可能となる。 By adopting the above-mentioned dual EHD pump as the EHD pump 30 and combining it with the bellows 11, it is not necessary to make the expanded body of the artificial muscle an elastic body, so that it is possible to use the conventional McKibben type artificial muscle. Since it is no longer necessary to apply a high pressure on the order of MPa, the actuator 1 can be operated at a low pressure.

ベローズ11は、具体的には、例えば上下に連なる2段の山部11a,11bと、これら山部11a,11bの間に存する一つの谷部11cとを有する円筒形構造の蛇腹状に形成されている。なお、ベローズ11の流体入出部11fは、山部11aの上端側から上板12の中心孔12bを通って伸縮方向Vdに沿って延びるように設けられている。このベローズ11は、伸縮方向Vdに伸長及び収縮するように変形するが、この伸縮方向Vdと交差(ここでは、直交)する図1中矢印Hdで示す収縮弛緩方向には伸長及び収縮し難い特性を備えている。 Specifically, the bellows 11 is formed in a bellows-like cylindrical structure having, for example, two tiered ridges 11a and 11b that are vertically connected and one trough 11c that exists between the ridges 11a and 11b. ing. The fluid inlet/outlet portion 11f of the bellows 11 is provided so as to extend along the expansion/contraction direction Vd through the center hole 12b of the upper plate 12 from the upper end side of the peak portion 11a. The bellows 11 is deformed so as to expand and contract in the expansion/contraction direction Vd, but it is difficult to expand/contract in the contraction/relaxation direction indicated by the arrow Hd in FIG. It has

なお、収縮弛緩方向Hdは、テグス14(14a,14b)が人工筋肉として収縮及び弛緩する方向を示している。また、ベローズ11は、円筒形構造に限定されるものではなく、多角形構造等の他の構造のものを採用してもよい。更に、膨張体は、ベローズ11に限定されるものではなく、例えばベロフラム等のように、従来のマッキベン型のような構造と比べて力が分散され難い上記特性を有する構造を備えたものであれば、様々なものを採用し得る。 The contraction/relaxation direction Hd indicates the direction in which the extremities 14 (14a, 14b) contract and relax as artificial muscles. Moreover, the bellows 11 is not limited to a cylindrical structure, and other structures such as a polygonal structure may be employed. Furthermore, the inflatable body is not limited to the bellows 11, and may have a structure, such as a bellofram, which has the above-mentioned characteristic that the force is more difficult to disperse than the structure of the conventional McKibben type. Various things can be adopted.

上板12及び下板13は、ベローズ11の伸縮方向Vdの両端部(山部11aの上端部及び山部11bの下端部)にそれぞれ接着剤等を介して貼り付けられた、例えば円板状の一対のプレート部材として機能する。上板12及び下板13は、できるだけ互いの板面が平行状態を保つように貼り付けられている。この構成により、ベローズ11は、膨張時に上板12及び下板13にそれぞれ力を発生する。これら上板12及び下板13には、それぞれ、所望とする収縮弛緩方向Hdに沿って突出するように形成されたテグス端固定部12a,13aが設けられている。 The upper plate 12 and the lower plate 13 are attached to both ends (the upper end of the peak portion 11a and the lower end portion of the peak portion 11b) of the bellows 11 in the expansion/contraction direction Vd via an adhesive or the like. function as a pair of plate members. The upper plate 12 and the lower plate 13 are attached so that their plate surfaces are kept parallel to each other as much as possible. With this configuration, the bellows 11 generates forces on the upper plate 12 and the lower plate 13 respectively when inflated. The upper plate 12 and the lower plate 13 are provided with wire end fixing portions 12a and 13a, respectively, which are formed so as to protrude along the desired contraction/relaxation direction Hd.

テグス14(14a,14b)は、例えばナイロン等の材料からなる伸び難く引張り強度の高い線材である。テグス14(14a,14b)は、ベローズ11の伸縮方向Vdの両端部の少なくとも一方に直接又はプレート部材等を介して間接的にそれぞれの一端が取り付けられ、且つそれぞれの他端が収縮弛緩方向Hdに反対向きにそれぞれ延びる構造となっている。ここでは、具体的には、テグス14(14a,14b)は、上板12及び下板13の間において、上板12及び下板13にそれぞれ端部が取り付けられた上でベローズ11の伸縮動作に連動して伸縮方向Vdに沿って伸び縮みすると共に、収縮弛緩方向Hdに沿って伸び縮みする。 The extremities 14 (14a, 14b) are wires made of a material such as nylon that are hard to stretch and have high tensile strength. The strings 14 (14a, 14b) each have one end attached directly or indirectly via a plate member or the like to at least one of both end portions of the bellows 11 in the expansion/contraction direction Vd, and each other end is attached in the contraction/relaxation direction Hd. It has a structure extending in opposite directions to each other. Here, specifically, the extremities 14 (14a, 14b) are attached to the upper plate 12 and the lower plate 13 at their ends, respectively, between the upper plate 12 and the lower plate 13, and then the bellows 11 expands and contracts. , it expands and contracts along the expansion/contraction direction Vd and expands/contracts along the contraction/relaxation direction Hd.

アクチュエータ1のテグス14は、具体的には、一つの収縮弛緩方向Hdに沿って、ベローズ11を介して反対方向に向かって伸縮可能な一対のテグス14a,14bにより構成されている。 Specifically, the extremity 14 of the actuator 1 is composed of a pair of extensible extremities 14a and 14b that can extend and contract in opposite directions via the bellows 11 along one contraction/relaxation direction Hd.

そして、テグス14a,14bは、例えば上板12及び下板13の間において、ガイド18にそれぞれ挿通された上で、収縮弛緩方向Hdの外方へ向かって引き出されている。ガイド18は、テグス14a,14bの方向を変換する方向変換ガイド部材として機能する。このガイド18は、具体的には、テグス14a,14bの延伸方向を、伸縮方向Vdから収縮弛緩方向Hdに方向変換可能な構造を有する。 The lines 14a and 14b are inserted into the guides 18 between the upper plate 12 and the lower plate 13, for example, and drawn outward in the contraction/relaxation direction Hd. The guide 18 functions as a direction changing guide member that changes the direction of the lines 14a and 14b. Specifically, the guide 18 has a structure capable of changing the stretching direction of the lines 14a and 14b from the expansion/contraction direction Vd to the contraction/relaxation direction Hd.

ガイド18は、例えばベローズ11の谷部11cの外周側に配置されると共に、ベローズ11が内部に挿通されたリング部材であるリング19の外周側にそれぞれ設けられている。ここで、テグス14の構成を、このテグス14の一部であるテグス14aに着目して説明する。 The guides 18 are arranged, for example, on the outer peripheral side of the trough portion 11c of the bellows 11 and provided on the outer peripheral side of the ring 19, which is a ring member through which the bellows 11 is inserted. Here, the structure of the string 14 will be described by focusing on the string 14a which is a part of the string 14. As shown in FIG.

図2に示すように、テグス14aは、上テグス14a2と下テグス14a3とを有しており、これら上下テグス14a2,14a3の一端と接続固定点14a1を介して接続された構造を備えている。上テグス14a2及び下テグス14a3は、それぞれ他端が上板12及び下板13のテグス端固定部12a,13aに接着等により固定されている。 As shown in FIG. 2, the line 14a has an upper line 14a2 and a lower line 14a3, and has a structure in which one ends of the upper and lower lines 14a2 and 14a3 are connected to each other via a connection fixing point 14a1. The other ends of the upper and lower extremities 14a2 and 14a3 are fixed to the extremity fixing portions 12a and 13a of the upper plate 12 and the lower plate 13 by adhesion or the like.

上テグス14a2及び下テグス14a3は、テグス端固定部12a,13aに固定された上でガイド18に形成された縦断面T字状のガイド孔18aに挿通されて合わせられ、収縮弛緩方向Hdに沿って導き出された上で、接続固定点14a1においてテグス14aと一体となるべく互いに接続されている。 The upper and lower lines 14a2 and 14a3 are fixed to the end fixing portions 12a and 13a of the lines and are inserted into and aligned with a guide hole 18a having a T-shaped vertical cross section formed in the guide 18, along the contraction/relaxation direction Hd. , and are connected to each other at connection fixing points 14a1 so as to be integrated with the extremities 14a.

これにより、テグス14aは、上テグス14a2及び下テグス14a3のガイド18よりもテグス端固定部12a,13a側に現われる部分が、伸縮方向Vdに沿って図中矢印で示すようにそれぞれ伸縮する。また、テグス14aは、上テグス14a2及び下テグス14a3のガイド18よりも収縮弛緩方向Hdの外方に現われる部分が、接続固定点14a1と共に収縮弛緩方向Hdに沿って図中矢印で示すようにそれぞれ伸縮する。 As a result, the portions of the upper and lower lines 14a2 and 14a3 that appear closer to the line end fixing portions 12a and 13a than the guides 18 expand and contract along the direction of expansion and contraction Vd as indicated by the arrows in the drawing. The upper and lower lines 14a2 and 14a3 of the upper and lower lines 14a2 and 14a3 of the upper and lower lines 14a2 and 14a3 of the upper and lower lines 14a2 and 14a3, respectively, appearing outwardly from the guide 18 along the contraction/relaxation direction Hd. Stretch.

なお、このようなテグス14aの構造は、図1及び図3に示すように、他方のテグス14bにおいても、それぞれ上テグス14b2及び下テグス14b3を有し、接続固定点14b1で接続された構造は同様であるため、ここでは説明を省略する。 In addition, as shown in FIGS. 1 and 3, such a structure of the extremity 14a also has an upper extremity 14b2 and a lower extremity 14b3 in the other extremity 14b, and the structure connected at the connection fixing point 14b1 is Since it is the same, the explanation is omitted here.

そして、アクチュエータ1は、ベローズ11が最も膨張したときの状態が図1に示すようになり、ベローズ11が最も収縮したときの状態が図3に示すようになる。一方、テグス14(14a,14b)は、最も収縮したときの状態が図1に示すようになり、最も弛緩したときの状態が図3に示すようになる。 The state of the actuator 1 when the bellows 11 expands the most is shown in FIG. 1, and the state when the bellows 11 contracts the most is shown in FIG. On the other hand, the extremities 14 (14a, 14b) are in the most contracted state as shown in FIG. 1, and the most relaxed state as shown in FIG.

本実施形態に係るアクチュエータ1は、このように構成されることにより、次のような長所を有する。すなわち、ベローズ11が蛇腹状であり軟質ポリウレタンからなるため、伸縮方向Vdには膨張するが収縮弛緩方向Hdには膨張し難い構造を備えると共に、弾性力が小さく膨張するときの抵抗を少なくすることができる。 The actuator 1 according to this embodiment has the following advantages by being configured as described above. That is, since the bellows 11 has a bellows shape and is made of soft polyurethane, it has a structure that expands in the stretching direction Vd but hardly expands in the contracting and relaxing direction Hd, and has a small elastic force to reduce resistance when expanding. can be done.

また、ベローズ11が収縮するときの割合を均一にすることができると共に、上板12及び下板13が端部に貼り付けられているため、ベローズ11との接触面積及びそこの単位面積当たりに掛かる流体の圧力から、パスカルの法則によって収縮力を容易に計算することが可能となる。更に、ベローズ11の収縮の度合いによって発揮可能な力が異なるという不安定さがなく、内部に充填及び排出される流体の圧力だけでこの発揮可能な力を決定することができるため、制御性の高いアクチュエータ1を実現することができる。 In addition, the contraction ratio of the bellows 11 can be made uniform, and since the upper plate 12 and the lower plate 13 are attached to the ends, the contact area with the bellows 11 and the unit area thereof From the applied fluid pressure, Pascal's law makes it possible to easily calculate the contractile force. Furthermore, there is no instability that the force that can be exerted varies depending on the degree of contraction of the bellows 11, and the force that can be exerted can be determined only by the pressure of the fluid that is filled and discharged inside, so the controllability is improved. A high actuator 1 can be realized.

そして、アクチュエータ1は、人工筋としてのテグス14(14a,14b)を有するため、伸縮方向Vdに沿って動作するベローズ11の動作に伴い、収縮弛緩方向Hdに沿って収縮力を発揮するように動作する人工筋肉として収縮弛緩運動することができるので、人工筋肉としての装置全体の小型化を図ることができる。また、テグス14(14a,14b)は、本例では、リング19に設けられたガイド18を介して伸縮方向Vdと収縮弛緩方向Hdとが常時90°を保つように上板12及び下板13間に設けられているため、収縮力や収縮率の計算が容易で、例えば収縮率に拘わらずにテグス14(14a,14b)に力を均一に掛けることが可能となる。例えば、1方向に力を発生させる構造を基準とすれば、2方向に力を発生させる構造は、1方向に力を発生させる構造のものと比べて、収縮力は約1/2程度になると考えられるなど、各種の計算を容易にし得る。更に、人工筋としてのテグス14(14a,14b)が、ガイド18を介して膨張体であるベローズ11の伸縮方向Vdと、これに交差(直交)する収縮弛緩方向Hdとに沿って延びているので、ベローズ11への印加圧力に対するテグス14の収縮力をリニアな特性とすることができる。 Since the actuator 1 has the extremities 14 (14a, 14b) as artificial muscles, the bellows 11 that operates along the stretching direction Vd exerts a contractile force along the contracting and relaxing direction Hd. Since the artificial muscle can contract and relax as a working artificial muscle, it is possible to reduce the overall size of the device as the artificial muscle. Also, in this example, the lines 14 (14a, 14b) are connected to the upper plate 12 and the lower plate 13 through the guides 18 provided on the ring 19 so that the expansion/contraction direction Vd and the contraction/relaxation direction Hd are always kept at 90°. Since it is provided between them, it is easy to calculate the contraction force and contraction rate, and for example, force can be uniformly applied to the threads 14 (14a, 14b) regardless of the contraction rate. For example, if a structure that generates force in one direction is used as a reference, a structure that generates force in two directions will have about half the contractile force of a structure that generates force in one direction. It can facilitate various calculations such as can be considered. Further, the extremities 14 (14a, 14b) as artificial muscles extend along the expansion/contraction direction Vd of the bellows 11, which is the inflatable member, and along the contraction/relaxation direction Hd intersecting (perpendicular to) the bellows 11 via the guide 18. Therefore, the contractile force of the line 14 with respect to the pressure applied to the bellows 11 can be made linear.

このように、本実施形態に係るアクチュエータ1によれば、ベローズ11に対する圧力とテグス14による収縮力とが比例する構造を備えることができる。このため、例えばアクチュエータ1を人工筋肉として用いる場合には、小型化による汎用性及び構造による制御性の高い人工筋肉を実現することができる。 Thus, according to the actuator 1 according to this embodiment, it is possible to provide a structure in which the pressure on the bellows 11 and the contractile force of the extremities 14 are proportional. Therefore, for example, when the actuator 1 is used as an artificial muscle, it is possible to realize an artificial muscle with high versatility due to miniaturization and high controllability due to its structure.

なお、本実施形態に係るアクチュエータ1は、例えば次のように構成することもできる。ここで、先の例のアクチュエータ1と同一又は相当する構成要素については、同一の符号を附し或いは符号を省略して、重複した説明を省略する。
図4及び図5に示すように、変形例のアクチュエータ1Aは、2つのテグス14,15を備え、これらテグス14及び15の2つの異なる収縮弛緩方向Hdが、例えばそれぞれ伸縮方向Vdと交差しつつ水平方向に90°ずつ互いにずれて配置されている点が、先の例のアクチュエータ1ではテグス14が一つの収縮弛緩方向Hdに伸縮するように配置されていた点とは相違している。
The actuator 1 according to this embodiment can also be configured as follows, for example. Here, constituent elements that are the same as or correspond to those of the actuator 1 of the previous example are given the same reference numerals or the reference numerals are omitted to omit redundant description.
As shown in FIGS. 4 and 5, the actuator 1A of the modified example is provided with two lines 14 and 15, and two different contraction/relaxation directions Hd of these lines 14 and 15 intersect the expansion/contraction direction Vd. The fact that they are arranged at 90° intervals in the horizontal direction is different from that in the actuator 1 of the previous example, where the extremities 14 were arranged so as to expand and contract in one contraction and relaxation direction Hd.

この変形例のアクチュエータ1Aのように、テグス14及び15を用いて2つの異なる収縮弛緩方向Hdに人工筋肉が収縮弛緩可能な構造としても、例えばEHDポンプ30を接続してアクチュエータ1Aを作動させれば、先の例のアクチュエータ1と同様の作用効果を奏することが可能となる。なお、アクチュエータ1Aは、2方向以上の多方向に収縮弛緩可能な複数のテグスを備えた構造であってもよい。 As in the actuator 1A of this modified example, even if the artificial muscle can contract and relax in two different contraction and relaxation directions Hd using the strings 14 and 15, the actuator 1A can be operated by connecting an EHD pump 30, for example. For example, it is possible to obtain the same effect as the actuator 1 of the previous example. The actuator 1A may have a structure including a plurality of extremities that can contract and relax in two or more directions.

次に、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータについて説明する。なお、以降において、先の実施形態に係るアクチュエータ1,1Aと同一又は相当する構成要素については、同一の符号を附して重複した説明を省略する場合がある。
図6及び図7に示すように、本発明の他の実施形態に係るアクチュエータ1Bは、リング19が省略されガイド18が上板12に直接設けられている点が、先の例のアクチュエータ1(及び1A)ではガイド18がリング19に設けられていた点と相違している。具体的には、アクチュエータ1Bは、例えば2つの異なる収縮弛緩方向Hdに沿ってそれぞれ伸縮するテグス14(14a,14b)及び15(15a,15b)を有し、各テグス14及び15の一端は、それぞれ下板13のテグス端固定部13aに固定されている。
Next, actuators according to other embodiments of the present invention will be described. In the following description, the same or corresponding components as those of the actuators 1 and 1A according to the previous embodiments may be denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions may be omitted.
As shown in FIGS. 6 and 7, in an actuator 1B according to another embodiment of the present invention, the ring 19 is omitted and the guide 18 is directly provided on the top plate 12, which is the same as the actuator 1 ( and 1A) in that the guide 18 is provided on the ring 19. FIG. Specifically, the actuator 1B has, for example, two different contraction/relaxation directions Hd, each of which stretches and contracts 14 (14a, 14b) and 15 (15a, 15b). It is fixed to the string end fixing portion 13a of the lower plate 13, respectively.

そして、上板12のテグス端固定部12aに相当する部分の下面には、ガイド18が直接固定された状態でそれぞれ設けられている。各テグス14及び15は、下板13からガイド18までの部分が伸縮方向Vdに沿って延びると共に、ガイド18から収縮弛緩方向Hdの外方に向かう部分が収縮弛緩方向Hdに沿って延びている。なお、図示は省略するが、本例のガイド孔18aは、例えば縦断面L字状に形成されている。 Guides 18 are directly fixed to the lower surface of the portion of the upper plate 12 corresponding to the wire end fixing portion 12a. Each of the lines 14 and 15 has a portion extending from the lower plate 13 to the guide 18 extending along the expansion/contraction direction Vd, and a portion extending outward from the guide 18 in the contraction/relaxation direction Hd along the contraction/relaxation direction Hd. . Although illustration is omitted, the guide hole 18a of this example is formed, for example, in an L-shaped longitudinal section.

そして、アクチュエータ1Bは、ベローズ11が最も膨張したときの状態が図6に示すようになり、ベローズ11が最も収縮したときの状態が図7に示すようになる。一方、テグス14及び15は、最も収縮したときの状態が図6に示すようになり、最も弛緩したときの状態が図7に示すようになる。 The state of the actuator 1B when the bellows 11 expands the most is shown in FIG. 6, and the state when the bellows 11 contracts the most is shown in FIG. On the other hand, the extremities 14 and 15 are in the most contracted state as shown in FIG. 6, and the most relaxed state as shown in FIG.

このように構成されたアクチュエータ1Bは、アクチュエータ1Aと比べてテグス14及び15のストローク量がそれぞれ2倍となるが、ベローズ11が下板13にのみ力を発生し上板12は可動しない構造のため、収縮力はそれぞれ1/2になると考えられる。ただし、その他の部分については、先の例のアクチュエータ1Aと同様の作用効果を奏することが可能となる。また、アクチュエータ1Bにおいても、テグスの数を2以上にして多方向に収縮弛緩させることも可能である。 In the actuator 1B constructed in this manner, the strokes of the threads 14 and 15 are doubled compared to the actuator 1A, but the bellows 11 exerts force only on the lower plate 13 and the upper plate 12 is not moved. Therefore, the contractile force is considered to be 1/2. However, other portions can achieve the same effects as the actuator 1A of the previous example. Also, in the actuator 1B, the number of extremities can be set to two or more to allow contraction and relaxation in multiple directions.

なお、アクチュエータ1Bは、例えば次のように構成することもできる。
図8に示すように、変形例のアクチュエータ1Cは、ベローズ11の流体入出部11fが山部11a,11b間の中間部分である谷部11cに、収縮弛緩方向Hdに沿って外方に突出するように設けられている点が、先の例のアクチュエータ1Bでは、流体入出部11fが山部11aの上端側から上板12の中心孔12bを通って、伸縮方向Vdに沿って延びるように設けられている点とは相違している。
The actuator 1B can also be configured as follows, for example.
As shown in FIG. 8, in the modified actuator 1C, the fluid inlet/outlet portion 11f of the bellows 11 protrudes outward along the contraction/relaxation direction Hd into the valley portion 11c, which is the intermediate portion between the peak portions 11a and 11b. In the actuator 1B of the previous example, the fluid inlet/outlet portion 11f is provided so as to extend from the upper end side of the peak portion 11a through the center hole 12b of the upper plate 12 along the expansion/contraction direction Vd. It is different from what is stated.

この変形例のアクチュエータ1Cのように、流体入出部11fをベローズ11の山部11a,11b間の谷部11cに設けてベローズ11を膨張/収縮させるようにすれば、山部11a,11bに対して流体による圧力をより均等に与えることが可能となるので、ベローズ11の動作をより正確に制御することが可能となる。 As in the actuator 1C of this modified example, if the fluid inlet/outlet portion 11f is provided in the valley portion 11c between the peak portions 11a and 11b of the bellows 11 to expand/contract the bellows 11, the peak portions 11a and 11b can be Since it becomes possible to apply the pressure by the fluid more uniformly, it becomes possible to control the operation of the bellows 11 more accurately.

なお、このような流体入出部11fの構造は、先の例のアクチュエータ1,1Aにも適用可能である。その場合は、例えばリング19の一部に孔を設けて谷部11cからの流体入出部11fを通したり、リング19の一部を切り欠いて谷部11cからの流体入出部11fを導いたりすればよい。 It should be noted that such a structure of the fluid inlet/outlet portion 11f can also be applied to the actuators 1 and 1A of the previous examples. In that case, for example, a hole is provided in a part of the ring 19 to allow the fluid inlet/outlet portion 11f from the valley portion 11c to pass therethrough, or a part of the ring 19 is notched to guide the fluid inlet/outlet portion 11f from the valley portion 11c. Just do it.

以上、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。これらの新規な実施形態は、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共に、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。 Although several embodiments of the invention have been described above, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

例えば、上述したアクチュエータ1B,1Cでは、ガイド18を上板12に直接固定した構造としていたが、縦断面L字状のガイド孔18aを有するガイド18が設けられたリング19を、直接上板12の下面に固定してベローズ11の山部11aの上端側に貼り付けるようにしてもよいし、例えばガイド18を上板12側ではなく下板13側に配置するようにしてもよい。 For example, the actuators 1B and 1C described above have a structure in which the guide 18 is directly fixed to the upper plate 12. The guide 18 may be fixed to the lower surface and attached to the upper end side of the mountain portion 11a of the bellows 11, or the guide 18 may be arranged on the lower plate 13 side instead of the upper plate 12 side.

1,1A,1B,1C アクチュエータ
11 ベローズ
11a,11b 山部
11c 谷部
12 上板
12a,13a テグス端固定部
12b 中心孔
13 下板
14,15 テグス
18 ガイド
19 リング
30 EHDポンプ
31 スイッチ
40 リザーバ
50 電源
Reference Signs List 1, 1A, 1B, 1C actuator 11 bellows 11a, 11b peak 11c valley 12 upper plate 12a, 13a wire end fixing portion 12b center hole 13 lower plate 14, 15 wire 18 guide 19 ring 30 EHD pump 31 switch 40 reservoir 50 power supply

Claims (6)

流体が内部に充填されることにより所定方向に伸長し、前記流体が外部に排出されることにより前記所定方向に収縮する膨張体と、
前記膨張体の伸縮方向の両端部の少なくとも一方に直接又は間接的にそれぞれの一端が取り付けられ、それぞれの他端が前記伸縮方向と交差する収縮弛緩方向に反対向きにそれぞれ延びる少なくとも一対の人工筋と、
前記人工筋を、前記一端から前記他端に向けて、前記膨張体の前記伸縮方向に案内し、前記収縮弛緩方向に方向変換させる方向変換ガイド部材と
を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
an inflatable body that expands in a predetermined direction when filled with a fluid and contracts in the predetermined direction when the fluid is discharged to the outside;
At least one pair of artificial muscles each having one end attached directly or indirectly to at least one of both ends in the expansion/contraction direction of the expandable body, and having the other ends extending in directions opposite to contraction/relaxation directions intersecting the expansion/contraction direction. and,
and a direction changing guide member that guides the artificial muscle from the one end to the other end in the expansion/contraction direction of the expandable body and changes the direction in the contraction/relaxation direction.
前記膨張体の前記両端部に設けられた一対のプレート部材を備え、
前記人工筋の一端は前記一対のプレート部材の少なくとも一方に取り付けられている
ことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。
comprising a pair of plate members provided at both ends of the inflatable body,
2. The actuator according to claim 1, wherein one end of said artificial muscle is attached to at least one of said pair of plate members.
前記方向変換ガイド部材は、前記一対のプレート部材間に配置され前記膨張体が挿通されたリング部材に設けられている
ことを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ。
3. The actuator according to claim 2, wherein the direction changing guide member is provided on a ring member arranged between the pair of plate members and through which the expansion body is inserted.
前記方向変換ガイド部材は、前記一対のプレート部材の一方に設けられている
ことを特徴とする請求項2記載のアクチュエータ。
3. The actuator according to claim 2, wherein the direction changing guide member is provided on one of the pair of plate members.
前記膨張体は、ベローズ又はベロフラムからなる
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項記載のアクチュエータ。
The actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the expandable body comprises a bellows or a bellofram.
前記流体は、EHDポンプにより前記膨張体へ充填及び排出され、
前記膨張体への前記流体の入出口は、前記伸縮方向の前記両端部のいずれか一方又は前記両端部間の中間部分に設けられている
ことを特徴とする請求項1~5のいずれか1項記載のアクチュエータ。
the fluid is filled and discharged from the inflatable body by an EHD pump;
6. The inflatable body according to any one of claims 1 to 5, wherein an inlet/outlet for the fluid is provided at either one of the two ends in the expansion/contraction direction or at an intermediate portion between the two ends. Actuator according to paragraph.
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