JPH057565B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 放射性物質の貯蔵、詰め替え、配分、その他実
験や加工に際し放射能汚染からの防護壁で囲われ
た、いわゆるホツトセルの遮へい壁を介して操作
に利用するために開発されたマニプレータ（マジ
ツクハンド）は、その後ロボツト技術の発展によ
り人力作業の代替を含む広範用途において、その
使途の拡大がめざましい。

かようなマニプレータまたはその類似物の操作
部として適切な、とくに微細角度変位を的確に導
くためのトルク・アクチユエータの改良に関して
以下のべるところは、ロボツト工学系技術の分野
に、位置づけられる。

（従来の技術） 上記ホツトセルに設備されるマニプレータ用ア
クチユエータの型式は種々あるが、一般にモータ
とくに電気式のものは、スパークが不可避なので
暴爆上の必要あるとき、好んで流体圧操作方式の
ものが多く用いられ、この場合に使途は勿論汎用
である。

しかし従来のこの種アクチユエータは、いわゆ
るエアーシリンダタイプのものが多いが、そのシ
リンダ−ピストン組立体は鉄製とされるを通例と
するので、操作部としてその自重が操作力の割り
には過大となるきらいがあるほか、とくに回転出
力を必要とするトルクアクチユエータでは往復運
動家らの変換伝動系が複雑になる。

一方で、エアーバツグタイプもまた既知であ
り、この場合エアーバツクの制御圧力適用による
膨径に基く軸方向の収縮力を、往復変位の操作力
として利用するので、エアーバツク自体軽量なほ
か、摺動部分を含まず事実上摩擦力の影響がない
などの利点に加え、それ自体撓曲自在であり、し
かも彎曲姿勢のもとでも収縮力を生起させること
ができ有利である。

（発明が解決しようとする問題点） かようなエアーバツクを典型例とする、流体圧
式アクチユエータにおける利点を、有利にトル
ク・アクチユエータの作動に採り込んでとくに微
細な角度変位も簡便、的確に回転出力として導き
得る簡素な構成のとるくアクチユエータを提案し
ようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的は、次の事項を骨子とする構想により
有利に充足される。

保持ロツドの端部にて軸受け支持をした回転胴
と、この回転胴の外周に沿い、その周長に対応す
る長さにわたつて配置した弾性収縮筒体及び回転
胴の内部に同心支持して、回転胴内部に仕組んだ
増速歯車列を介し回転胴と伝動連結した出力軸を
有し、上記弾性収縮筒体は有機質又は無機質高張
力繊維のフイラメントからなる補強素子の対を交
差つる巻き状に編組した外周補強をもつゴム又は
ゴム状弾性対材料の管状体よりなるものとしてそ
の全長を２分する位置で管状体内部に塞栓を緊密
適合することともにこの塞栓に対して管状体の長
さの中央を回転胴の外周に固定する一方管状体の
両端は上記保持ロツドから回転胴の外周上に張出
し形成した保持アームの挿込にニツプルにそれぞ
れ緊密適合させ、保持アームには管状体の両側各
内部を圧力操作源と選択的に導通する配管を接続
して成るトルク・アクチユエータ。

ここに弾性収縮体は、その内部に制御圧力Ｐを
適用して次式 ここに Ｐ：制御圧力 ｄ：管状体の内径 θ：編組角；添字０は初期値、添字ｘは変形時
の角度値 に従う弾性収縮力を生じる。

上記補強素子の対についての交差つる巻き状編
組は、例えば耐圧ゴムホースにおける編組補強で
慣用されているところに準じるが、その場合に、
いわゆる静止角（55°44′）に近い編組角とされる
のに反してこの発明では管状体の内圧充てんによ
る最大膨径（長さ最短）において上記静止角に至
るように、のぞましくは編組角の初期値θ_pを20°
程度において、常用の歪みεがほぼ0.3程度に達
する間に使用条件を定めるを可とする。

この編組に用いる補強素子は、有機又は無機質
高張力繊維類、たとえば芳香族ポリアミド繊維
（ケブラー：商品名）や、極細金属ワイヤの如き
フイラメントの撚り又は無撚りの束などが適合す
る。

上記所期値20°のようにかなりに低い角度配列
の下では、管状体の外周における編上げ操作が必
ずしも容易でないけれども、たとえば通常のゴム
ホース用ブレード編上げ機にて得られる編組体を
上記所期値に適合するように軸方向に延伸した状
態にて、管状体の外周補強として役立てると、簡
便であり、この際、管状体の外周に適宜接着を施
してもよい。

さらにこの編組の外周には、耐候性、耐外傷性
保護皮膜の外皮を適宜に設けるを可とする。

（実施例） さて第１図にこの発明に従い、作動流体として
空気を用いるトルク・アクチユエータの好適実施
例を外観について示し、第２図は要部断面、また
第３図にて回転胴の内部構成をあらわした。

図中１は保持ロツド、２は回転胴、３は弾性収
縮体、４は出力軸である。

この例では保持ロツド１の端部にサンギア５を
リーマボルト６によつて同軸上に取付け、このサ
ンギア５のボスに転り軸受７を介して回転胴２を
支持させる。８は抑止輪である。

弾性収縮体３は、さきに述べて編組になる外周
補強を施したゴム又はゴム状弾性材料の管状体
で、恰も耐圧ゴムホースに似た外観において回転
胴２をほぼ一まわりする全長を有し、その長さの
中央で管状体の内周に緊密適合してその両側相互
を気密に封止独立させる塞栓（図にあらわれな
い）をそなえ、この塞栓に対し管状体の長さの中
央にて回転胴２の外周頂部に固定する。

すなわち９はこの固定のため受台、１０は押え
金具で、恰もプレーン軸受けに似た外観の二つ合
わせの半円孔を形成して、これらに弾性収縮体を
挟着しボルト止めする。

弾性収縮体３の両端は、保持ロツドから回転胴
２の外周上に張り出し形成した保持アーム１１の
先端両側にて、接続孔をもつ閉鎖部材として役立
つ挿込みニツプツ１２に緊密適合した上で口金１
３によりかしめ止めする。

挿込みニツプル１２はその導気孔１４を、保持
アーム１１に穿つた通気孔１５を通して圧力操作
源Ｓと通じる配管１６（第１図）に連結するので
あり、１７はその接続口、１８は操作バルブであ
る。

回転胴２内には、サンギア５にかみ合つてその
まわりに転動する遊星ピニオン１９を伝動ギア２
０とともに中間軸２１にくさび止めして、軸受け
支持し、また伝動ギア２０にかみ合う中間ギア２
２とかみ合う被動ギア２３を出力軸４にくさび止
めし、出力軸４は保持ロツド１に対し転り軸受２
４により軸支する。

図中２５は回転胴２の蓋板で、中間軸２１、出
力軸４の軸支に役立つ軸受け２６，２７を有す
る。蓋板２５は回転胴２に形成した受座２８（第
３図）上にてねじ止め固定する。

（作用） いま作用バルブ１８から弾性収縮体３のたとえ
ば右側に作動エアーを導入することにより、その
矢印αに示す向きの収縮を生じて同じ向きに回転
胴２が回動し、従つて遊星ピニオン１９がサンギ
ア５のまわりに矢印βのように公転するので、被
動ギア２３ひいては出力軸４は矢印γのように回
転する。また逆に弾性収縮体３の右側から排気
し、左側に制御圧力を適用することにより逆向き
の回転出力が得られるのが明らかである。

第２図に示すように、この回転中たとえばロー
タリエンコーダの回転位置検出計２８を、出力軸
４から歯車仕掛け29−30にて数倍に回転数を増加
させるように回転胴２内に設けて微小回転角を検
出するように適用することにより、出力軸４の回
転角度変位の位置制御がとくに有利かつ適切に行
われる。それというのは、上掲(1)式から明らかな
ように、弾性収縮体３の収縮力が変位の増加に対
し漸減傾向を示すからである。

この出力軸４には、たとえば真空吸着盤とか、
エアーシリンダなどによる推力をパンタグラフ運
動にてジヨーを開閉させるクランプとかの把持機
構のごとき設け、これにつかみ持ちした操作対象
物の必要な回転角度変位を導くように用いる。

また保持ロツド１の方は適宜な関節アームを連
結して、その屈伸、回動運動を保持ロツド１に導
いて、この発明によるトルク・アクチユエータに
よる回転出力とともに、マニプレータの操作に利
用するわけである。

なお上に述べた実施例で歯車列５，１９，２
０，２２および２３につき、遊星歯車機構を用い
る場合につき説明をしたが、その代りにたとえば
回転胴２の内周に沿つて出力軸４と同心をなる内
歯のセクタギアを固定し、アイドルを介して従動
歯車２３に伝動するような歯車列の如きを、回転
胴２内に仕組んでもよい。

（発明の効果） この発明によれば弾性収縮体に生じる弾性収縮
力による回転胴の角度変位を、回転胴の内部に組
込んだ増速歯車列を介して微細な角度変位まで的
確な回転出力として、簡素な構成のもとに適切に
導けるのでマニプレータ操作のためのトルク発生
に便宜を与え得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は外観斜視図、第２図は断面図、第３図
は回転胴の内面図である。 １……保持ロツド、２……回転胴、３……弾性
収縮体、４……出力軸、１１……保持アーム、
５，１９，２０，２２，２３……歯車列。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 保持ロツドの端部にて軸受け支持をした回転
   胴と、この回転胴の外周に沿い、その周長に対応
   する長さにわたつて配置した弾性収縮筒体及び回
   転胴の内部に同心支持して、回転胴内部に仕組ん
   だ増速歯車列を介し回転胴と伝動連結した出力軸
   を有し、上記弾性収縮筒体は有機質又は無機質高
   張力繊維のフイラメントからなる補強素子の対を
   交差つる巻き状に編組した外周補強をもつゴム又
   はゴム状弾性体材料の管状体よりなるものとして
   その全長を２分する位置で管状体内部に塞栓を緊
   密適合することともにこの塞栓に対して管状体の
   長さの中央を回転胴の外周に固定する一方管状体
   の両端は上記保持ロツドから回転胴の外周上に張
   出し形成した保持アームの挿込みニツプルにそれ
   ぞれ緊密適合させ、保持アームには管状体の両側
   各内部を圧力操作源と選択的に導通する配管を接
   続して成るトルク・アクチユエータ。