JPH02125102A - 流体圧駆動型アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、加圧により長軸方向に収縮可能な流体圧駆
動型人工筋を用いた流体圧駆動型アクチュエータに関す
る。

〔従来の技術〕

圧力流体の流入により収縮動作する可撓性のアクチュエ
ータの直線変位を回転変位に変換する流体圧駆動型アク
チュエータは、たとえば特開昭６０−１９６４１０号公
報で知られている。これは第１０図（イ）（ロ）に示す
ように、圧力流体の流入により収縮作動する人工筋とし
ての一対の可撓性のアクチュエータ１．２と、これらア
クチュエータ１．２の一端側を接続したワイヤ３と、こ
のワイヤ３の直線変位を回転変位に変換するプーリ４と
、前記アクチュエータ１．２の他端側に接続した引張り
ばね５．６とから構成されている。

また、アクチュエータ］、２と引張りばね５．６との接
続部にはロックナツト７．８が設けられているとともに
、このロックナツト７．８の移動量はストッパ９によっ
て規制されるようになっている。

したかって、前記アクチュエータ１．２の一方、たとえ
ばアクチュエータ２に圧力流体を供給すると、アクチュ
エータ２は長軸方向に収縮し、この収縮に伴ってワイヤ
３が矢印ａ方向に引張られて直線変位する。ワイヤ３の
直線変位によってブ−リ４は同方向に回転し、直線変位
が回転変位に変換される。つぎに、アクチュエータ２の
圧力流体を抜き、アクチュエータ１に圧力流体を供給す
ると、アクチュエータ２は長軸方向に伸長し、アクチュ
エータ１は長軸方向に収縮する。この収縮に伴ってワイ
ヤ３が矢印す方向に引張られて直線変位する。ワイヤ３
の直線変位によってプーリ４は同方向に回転し、直線変
位が回転変位に変換される。したがって、アクチュエー
タ１．２に交互に圧力流体を供給することによってプー
リ４を正逆回転でき、このブー　リ４に一方向クラッチ
等を設ければ、正回転のみを駆動力として取出すことが
できる。しかも、前記構成によれば、アクチュエータ１
．２が引張りばね５．６によって常時付勢しているため
に、圧力流体の圧力が予め設定した予圧力以下に低下し
た場合でも引張りばね５．６の収縮によって吸収するこ
とができ、アクチュエータ１．２およびワイヤ３、プー
リ４等の動力伝達系の姿勢および配置を正常に保つこと
ができる。

ところが、前述したように、一方のアクチュエータ２が
長軸方向に収縮すると、引張りばね６が引張られ、ロッ
クナツト８がストッパ９に当接する。したがって、ロッ
クナツト８とストッパ９との間の距離０分だけプーリ４
を矢印ａ方向に回転させる量を１貝失する。そのため、
予めロックナツト８をストッパ９に当接してワイヤ３が
矢印ａ方向のみ移動するようにして駆動量の損失を避け
ている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかしながら、前述のように構成された流体圧駆動型ア
クチュエータにおいて、大きな駆動量を得るためにはロ
ックナツトを予めストッパに固定し、引張りばねの作用
をなくす必要があり、他方のアクチュエータを収縮させ
るときには、締めていたロックナツトを緩め、一方のロ
ックナツトを締めなれらばならなかった。したがって、
ロックナツトを使用すると、常にロックナツトを締めた
り、緩めたりする必要があり、遠隔操作に不利であり、
結局、ロックナツトは使用できず、従来は大きな駆動量
は得られなかった。

この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その
目的とするところは、駆動量の損失を防止し、遠隔操作
に有利で大きな駆動量を得ることができる流体圧駆動型
アクチュエータを提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕この発明は、前
記目的を達成するために、拮抗するように配置し加圧に
より長軸方向に収縮可能な複数の流体圧駆動型人工筋の
一端側を駆動伝達部によって接続し、この駆動伝達部を
被駆動部に連結する一方、前記人工筋の他端側に人工筋
を付勢する付勢部材を連結するとともに、前記人工筋が
収縮するときその人工筋の前記付勢部材を拘束する拘束
手段およびこの拘束手段を各々独立に駆動させる制御手
段を設ける。

そして、人工筋の収縮時においては、収縮させる側の付
勢部材を拘束手段によって拘束し、人工筋の駆動力を全
て駆動伝達部へ伝達し、その人工筋の伸長時には付勢部
材の拘束を解除して付勢力が得られるようにしたことに
ある。

〔実施例〕

以下、この発明の各実施例を図面に基づいて説明する。

第１図乃至第５図は第１の実施例を示すもので、第１図
は流体圧駆動型アクチュエータの全体を示すものである
。第１図において、１１．１２は一対の流体圧駆動型人
工筋（以下、人工筋という）であり、拮抗するように平
行に配置されている。

これら人工筋１１．１２は同一構造であり、第２図に示
すように、弾性チューブ１３と、この外周に被覆された
例えば繊維層等の規制用弾性筒状部材１４および両端部
に固着された口金１５．１５とから構成されている。こ
のように構成された人工筋１１．１２の一端側は駆動伝
達部としてのワイヤ１６によって連結されており、この
ワイヤ１６は被駆動部としてのプーリ１７に掛渡されて
いる。前記人工筋１１．１２の他端側にはそれぞれロッ
ド１８．１９が連結され、これらロッド１８．１９の端
部は外壁２０に連結された付勢部材としての引張りばね
２１．２２に連結されてぃる。

さらに、前記ロッド１８．１９の中途部にはそれぞれ拘
束手段としてのエアチャック２３．２４が対向して設け
られている。これらエアチャック２３．２４は第３図に
示すように、一対のエアシリンダ２５によって進退する
抑圧子２６によって形成され、前進時に押圧子２６が前
記ロッド１８．１９に圧接して制動を付与することがで
きるようになっている。

また、第１図において、２７は制御装置であり、２８は
高圧流体としての空気圧を供給するためのコンプレッサ
である。このコンプレッサ２８は管路２９に設けた電磁
弁３０を介して前記人工筋１１．１２の口金１５および
エアチャック２３．２４のエアシリンダ２５に連通して
いる。前記コンプレッサ２８はスイッチ３１によってオ
ン、オフされ、電磁弁３０は前記スイッチ３１と接続す
る制御器３２からの制御信号によって作動するようにな
っている。なお、３３は電磁弁３０の排気口３４と連通
ずる圧力スイッチである。

つぎに、前述のように構成された流体圧駆動型アクチュ
エータの作用を第４図および第５図に基づいて説明する
。

拮抗するように平行に配置された人工筋１１．１２を交
互に収縮させる場合、スイッチ３１によってコンプレッ
サ２８を始動し、さらに収縮させる人工筋１１．１２を
選択する。例として、第４図のタイムチャートに示すよ
うに、まず人工筋１１を収縮させ、つぎに人工筋１２を
収縮させるように、スイッチ３１によって制御器３２の
命令内容を設定した場合について述べる。

エアチャック２Ｂ、２４は制御器３２からの命令がない
ときには、第３図に示すように開いた状態にあるが、第
５図（イ）に示すように、制御器３２の命令により電磁
弁３０が作動すると、エアチャック２３に空気を供給し
、エアシリンダ２５によって押圧子２６を前進させてロ
ッド１８を固定し、引張りばね２１の伸長を防止する。

このように引張りばね２１を拘束した状態で、第５図（
ロ）に示すように、制御器３２の命令によって電磁弁３
０を作動させ、人工筋１１に空気を供給すると、人工筋
１１は長軸方向に収縮する。このとき、エアチャック２
３は閉、２４は開であるため、人工筋１１によってワイ
ヤ１６は矢印方向に引かれる。したがって、拘束されて
いない引張りばね２２は伸長し、ワイヤ１６が直線変位
してプーリ１７を矢印ａ方向に回転させる。

このように人工筋１１に制御器３２によって設定された
空気量を供給したのち、制御器３２によって電磁弁３０
を作動させ、人工筋１１の空気を電磁弁３０の排気口３
４から排気する。人工筋１１の空気が排出されると、引
張りばね２２の復元力によって人工筋１２を原点位置に
戻される。

このとき、排気口３４から排気される排気圧を圧力スイ
ッチ３３によって測定し、排気圧が「０」になったとき
に圧力スイッチ３３は制御器３２に制御信号を人力する
。つぎに、制御器３２の命令によって電磁弁３０が作動
し、エアチャック２３の空気を排気口３４から排気し、
さらに制御器３２の命令により電磁弁３０が作動してエ
アチャック２４に空気を供給する。したがって、第５図
（ハ）に示すように、エアチャック２４が閉となり、ロ
ッド１９を固定して引張りばね２２を拘束する。この状
態で、制御器３２からの命令によって電磁弁３０を作動
させ、第５図（ニ）に示すように、人工筋１２に空気を
供給すると、人工筋１２は長軸方向に収縮する。このと
き、エアチャック２３は開、２４は閉であるため、人工
筋１２によってワイヤ１６は矢印方向に引かれる。した
がって、拘束されていない引張りばね２１は伸長し、ワ
イヤ１６が直線変位してプーリ１７を矢印す方向に回転
させる。

このように人工筋１２に制御器３２によって設定された
空気量を供給したのち、制御器３２によって電磁弁３０
を作動させると、人工筋１２の空気は電磁弁３０の排気
口３４から排気する。人工筋１１の空気が排出されると
、引張りばね２１の復元力によって人工筋１１を原点位
置に戻される。

したがって、前述した動作を繰返すことによってプーリ
１７を正逆回転させることができ、プーリ１７に一方向
クラッチを設ければ、一方向に間欠的に回転させること
もできる。また、制御器３２の命令を変更することによ
ってタイムチャートを任意にプログラムしてプーリ１７
を任意に制御することができる。

このように人工筋１１または１２が収縮するときに、対
応する引張りばね２１．２２をエアチャック２３．２４
によって拘束して引張りばね２１．２２が伸長しないよ
うにすることによって大きな駆動量が得られる。

なお、前記人工筋１１．１２の伸長を検出する装置とし
て電磁弁３０の排気口３４に流速計を接続する方法や人
工筋１１．１２の外周を構成している規制用弾性筒状部
材１４の張力をたとえば歪みゲージ等で測定する方法、
さらに人工筋１１．１２の駆動量をエンコーダ等で測定
する方法がある。また、プーリ１７にエンコーダ等の角
度検出装置を備えて位置制御を行なうこともできる。

第６図（イ）（ロ）は第２の実施例を示すもので、第１
の実施例と同一構成部分については同一番号を付して説
明を省略する。この実施例においては、人工筋１１と引
張りばね２１との間および人工筋１２と引張りばね２２
との間にラック挿入用部材３５．３６が設けられている
。そして、これらラック挿入用部材３５．３６にはそれ
ぞれ上下方向に開口する係合穴３５ａ、３６ａが設けら
れている。一方、前記ラック挿入用部材３５．３６の上
下部にはラックガイド３７．３８が固定的に設置され、
これらラックガイド３７．３８には先端部が前記係合穴
３５ａ、３６ａに係脱自在なラック３９．４０が進退自
在に支持されている。

ラック３９．４０にはビニオン４１．４２が歯合されて
おり、これらビニオン４１．４２はモータ４３．４４の
回転軸に軸支されている。そして、モータ４３．４４の
駆動によってビニオン４１．４２が回転し、このビニオ
ン４１．４２の回転によってラック３９．４０が進退し
、ラック３９．４０の前進時にはその先端部がラック挿
入用部材３５．３６の係合穴３５ａ、３６ａに係合して
引張りばね２１．２２を拘束し、後退時には係合が解除
されるようになっている。そして、前記モータ４３．４
４は制御装置２７の制御器３２に接続されている。

したがって、第１の実施例におけるエアチャック２３．
２４のタイミングと同一タイミングでモータ４３．４４
を作動させた場合、制御器３２の命令によってモータ４
３が駆動する。モータ４３の駆動によってビニオン４１
が回転し、ラック３９が前進してラック挿入用部材３５
の係合穴３５ａに係合する。つぎに、制御器３２の命令
によって人工筋１１を収縮させる。そして、排気圧力が
「０」になることを圧力スイッチ３３が検出したのち、
すなわち人工筋１１が原点位置に復帰したのち、制御器
３２の命令によってモータ４３を逆転させる。モータ４
３の逆転によってラック３９は後退し、係合穴３５ａか
ら抜け、他方のモータ４４が回転してビニオン４２を回
転させる。

したがって、ラック４０は前進して係合穴３６ａに係合
し、つぎに人工筋１２が収縮する。

このようにラック３９．４０を進退させ、ラック挿入用
部材３５．３６の係合穴３５　ａ　ｓ　３６　ａに係脱
させることによって、固定が確実であるとともに、強度
的にも優れている。

第７図は第３の実施例を示すもので、第１の実施例と同
一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。この実
施例においては、第１および第２の引張りばね２１．２
２に代って形状記憶合金製のスプリング４５．４６を設
けたものである。これらスプリング４５．４６は制御器
３２によって制御される通電装置４７に接続されており
、スプリング４５．４６に選択的に通電することによっ
て拘束することができるようになっている。

したがって、第１の実施例のエアチャック２３．２４の
タイミングと同一タイミングで形状記憶合金製のスプリ
ング４５．４６に通電した場合、まず、制御器３２の命
令によって通電装置４７が一方のスプリング４５に通電
する。スプリング４５は通電によって一定温度以上に加
熱されると、あらかじめ記憶された形状、たとえば密巻
状態を維持する。つぎに、制御器３２の命令によって人
工筋１１を収縮させる。このとき、他方のスプリング４
６には通電されていないため、外力に対して容易に変形
する性質を持っており、人工筋１１の収縮に影響を与え
ることはない。そして、排気圧力が「０」になることを
圧力スイッチ３３が検出したのち、すなわち人工筋１１
が原点位置に復帰したのち、制御器３２の命令によって
通電装置４７は、スプリング４５への通電を停止し、ス
プリング４６に通電する。つぎに、第１の実施例と同様
に人工筋１２を収縮させる。

このように形状記憶合金製のスプリング４５．４６を設
けることによって構成が簡単で、小型化が図れる。

第８図は第４の実施例を示すもので、第１の実施例にお
けるアクチュエータを内視鏡の挿入部湾曲機構に適用し
たものであり、第１の実施例と同一構成部分は同一番号
を付して説明を省略する。

内視鏡５０は、操作部５１と挿入部５２とからなり、操
作部５１にはアクチュエータ本体５３が設けられている
。このアクチュエータ本体５３には第１の回転軸５４と
第２の回転軸５５が同軸的に軸支されている。そして、
第１、第２の回転軸５４．５５にはそれぞれ小プーリ５
６と大プーリ５７が嵌着されており、第１の回転軸５４
の小プーリ５６には一方の人工筋１１のワイヤ１３が連
結され、第２の回転軸５５の小プーリ５６には他方の人
工筋１２のワイヤ１３が連結されている。

さらに、前記第１、第２の回転軸５４．５５に嵌着され
た大プーリ５７にはアングルワイヤ５８．５８の一端が
連結され、これらアングルワイヤ５８．５８の他端は挿
入部５２の先端構成部５９に連結されている。

したがって、第１の実施例と同様に人工筋１１．１２を
交互に収縮させることによって小プーリ５６を回転させ
ることができ、この小プーリ５６の回転によって大プー
リ５７の一体的に回転するため、アングルワイヤ５８を
引張って挿入部５２の先端側を湾曲操作することができ
る。

また、制御装置２７のスイッチ３１を内視鏡５０の操作
部５１に設けることによって操作性が向上し、また小プ
ーリ５６と大プーリ５７との直径比を変えることによっ
てアングルワイヤ５８のストロークの増幅ができ、挿入
部５２の湾曲角を大きくすることもできる。

なお、アクチュエータを内視鏡５０の挿入部５２の先端
部に設けることによって、操作部５１からアングルワイ
ヤ押し引き機構では従来不可能とされていた長尺の挿入
部５２のアングル操作を可能にできる。

第９図は第５の実施例を示すもので、第１の実施例と同
一構成部分は同一番号を付して説明を省略する。この実
施例は第１のアクチュエータ６１と第２のアクチュエー
タ６２とから構成したもので、これら第１、第２のアク
チュエータ６１．６２は基本的に第１の実施例と同一で
ある。第１のアクチュエータ６１には第１の連結棒６３
が設けられ、この第１の連結棒６３にはエアチャック２
３．２４およびプーリ１７が支持されている。

さらに、この第１のアクチュエータ６１のプーリ１７に
は連結部材６４が設けられ、この連結部材６４には第２
のアクチュエータ６２の連結棒６５および引張りばね２
１．２２が連結されている。

前記連結棒６５には第２のアクチュエータ６２のエアチ
ャック２３．２４およびプーリ１７が設けられ、このブ
リーリ１７には連結部材６６を介してモータで駆動する
マニピュレータ６７が取付けられている。

このように構成することによって第１のアクチュエータ
６１のプーリ１７を関節として第２のアクチュエータ６
２を回動でき、また第２のアクチュエータ６２のプーリ
１７を関節としてマニピュレータ６７を回動することが
でき、また２組以上のアクチュエータを連結することに
よって多関節ロボットを構成できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、人工筋を収縮
させるとき、その人工筋の付勢部材側を拘束手段によっ
て拘束することによって、人工筋の駆動量の損失防止と
たるみ防止を効果があり、また遠隔操作に有利で大きな
駆動量を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図はこの発明の第１の実施例を示すもの
で、第１図は流体圧駆動型アクチュエータの全体を示す
構成図、第２図は人工筋の一部切欠した側面図、第３図
はエアチャックを拡大して示す一部切欠した側面図、第
４図はタイムチャート、第５図（イ）〜（ニ）は作用説
明図、第６図（イ）（ロ）はこの発明の第２の実施例を
示す流体圧駆動型アクチュエータの全体を示す構成図、
Ｔ５７図はこの発明の第３の実施例を示す流体圧駆動型
アクチュエータの全体を示す構成図、第８図はこの発明
の第４の実施例を示す流体圧駆動型アクチュエータの全
体を示す構成図、第９図はこの発明の第５の実施例を示
す流体圧駆動型アクチュエータの全体を示す構成図、第
１０図（イ）（ロ）は従来の空気圧駆動型アクチュエー
タの説明図である。 １１、．１２・・・流体圧駆動型人工筋、１６・・・ワ
イヤ（駆動伝達部）、１７・・・ブー９（被駆動部）、
・・・引張り ばね （付勢部材） ２４・・・エアチャ ク （拘束手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 拮抗するように配置し加圧により長軸方向に収縮可能な
   複数の流体圧駆動型人工筋と、これら人工筋の一端側を
   接続した駆動伝達部と、この駆動伝達部に連結した被駆
   動部と、前記人工筋の他端側に連結し人工筋を付勢する
   付勢部材と、前記人工筋が収縮するときその人工筋の前
   記付勢部材を拘束する拘束手段と、この拘束手段を各々
   独立に駆動させる制御手段とを具備したことを特徴とす
   る流体圧駆動型アクチュエータ。