JPH0979213A

JPH0979213A - アクチュエータ

Info

Publication number: JPH0979213A
Application number: JP7235670A
Authority: JP
Inventors: Koichi Suzumori; 森康一鈴
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-09-13
Filing date: 1995-09-13
Publication date: 1997-03-25
Anticipated expiration: 2015-09-13
Also published as: JP3350309B2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で、かつ比較的大きな荷重を支持
できるアクチュエータを提供する。【解決手段】弾性材料からなるアクチュエータ本体
（１）と、アクチュエータ本体内に所定の配列方向に配
列され、この配列方向と交差する方向に長手の形状を有
する複数の圧力室（２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２ｌ）と、
アクチュエータ本体（１）の表面に前記配列方向に進行
する進行波が形成されるように、複数の圧力室の各々に
選択的に圧力を印可する圧力印可手段（５）と、を備え
ることを特徴とする。アクチュエータ本体（１）の表面
に突起（２ａ・・）が立設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、壁面や管内等に接
して移動する移動機構用あるいは物体を搬送する搬送装
置用のアクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動機構として最も多く理由され
てきたものとして、車輪駆動のものが挙げられる。

【０００３】しかし、車輪機構は機構が複雑で小型化に
適しておらず、例えばプラント内部の細径管内、人間の
血管内、消化管内や、狭い壁間を移動するには適してい
なかった。また、管内のエルボ部等において、例えば移
動機構の一部が管壁に接して車輪がスリップすると推進
力を失い、動けなくなる場合があった。

【０００４】これに対して、図１３に示すように、空気
圧で動作するゴム製アクチュエータを複数接続すること
によって、構造が簡単で小型化に適し、かつ、多くのア
クチュエータで駆動するために安定した水力を得ること
ができる移動機構が提案されている（光造形法によるフ
レキシブルマイクロアクチュエータの試作：第１２回日
本ロボット学会学術講演会予稿集Ｎｏ．３，ｐｐ．１０
１９−１０２０（１９９４））。

【０００５】図１３に示す移動機構は壁間移動用のもの
で、移動機構本体１０１上に構成された複数のフレキシ
ブルマイクロアクチュエータ１０３により移動動作を実
現するものである。各々のフレキシブルマイクロアクチ
ュエータ１０３内には複数の圧力室が形成されており、
これらの圧力室は複数の流体流路１０２によって選択的
に圧力を印可されるようになっている。個々のフレキシ
ブルマイクロアクチュエータ１０３が所望の変形をする
ように制御され、移動機構が構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
に記載されたアクチュエータは、構造が複雑なために小
型化に適していない。また、アクチュエータが座屈しや
すく、比較的大きな荷重に対して十分には対応できない
という問題があった。

【０００７】そこで本発明の目的は、上記従来技術の有
する問題を解消し、移動機構用あるいは物体の搬送機構
用に使用でき、構造が簡単でありかつ比較的大きな荷重
を支持可能なアクチュエータを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるアクチュエータは、弾性材料からなる
アクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体内に所
定の配列方向に配列され、この配列方向と交差する方向
に長手の形状を有する複数の圧力室と、前記アクチュエ
ータ本体の表面に前記配列方向に進行する進行波が形成
されるように、複数の前記圧力室の各々に選択的に圧力
を印加する圧力印加手段と、を備えることを特徴とす
る。

【０００９】好適には、前記アクチュエータ本体の表面
に複数の突起が立設されていることを特徴とする。

【００１０】また、前記突起は、前記圧力室の長手方向
に沿って直線列状に立設されていることを特徴とする。

【００１１】また、前記アクチュエータ本体は平板形状
を有することを特徴とする。

【００１２】また、前記アクチュエータ本体は中空の円
筒形状を有することを特徴とする。

【００１３】また、複数個の前記アクチュエータ本体が
平面上に所定の位置関係で配設されたことを特徴とす
る。

【００１４】本願発明では、アクチュエータ本体内に所
定の配列方向に配列された複数の圧力室に順次加圧する
ことにより、各々の圧力室が順次膨張し、アクチュエー
タ本体の表面に凹凸の進行波が生成される。

【００１５】アクチュエータ本体の表面に複数の突起を
立設しておくと、これらの突起による進行波が増幅され
る。

【００１６】アクチュエータ本体の内部の圧力室を順次
加圧してゆくと、対象物と接するアクチュエータ本体の
表面自体、あるいは突起を形成した場合には形成された
突起が、波打ち動作を行い進行波が生成され、アクチュ
エータ本体自身が移動し、あるいはアクチュエータ本体
の表面と接する対象物が搬送される。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明のアク
チュエータの実施形態例を説明する。

【００１８】図１は第１実施形態例の全体構成を示す斜
視図である。図１において、符号１はゴム材等の弾性材
料からなるアクチュエータ本体を示し、アクチュエータ
本体１の内部には、複数（ここでは１２個）の長方体状
の圧力室２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２ｌが互いに平行に配
列されて形成されている。圧力室２ａ等は互いの配列方
向Ａと直交する方向に長手の形状を有する。アクチュエ
ータ本体１は圧力室２ａ等の配列方向Ａに広がる平板形
状を有する。

【００１９】アクチュエータ本体１の表面には、圧力室
２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２ｌの長手方向に沿った互いに
平行に延びた断面長方形の直線列状の突起物フィン３が
立設されている。突起物フィン３はアクチュエータ本体
１と一体的にゴム材等の弾性材料から形成されている。

【００２０】圧力室２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２ｌは、チ
ューブ４ａ，４ｂ，４ｃ，・・，４ｌを介して圧力印加
手段５に接続されている。圧力印加手段５は各々の圧力
室２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２ｌに選択的に加圧制御でき
るようになっており、後述するようにアクチュエータ本
体１の表面に配列方向Ａに進行する進行波を形成するこ
とができる。

【００２１】以下に、圧力印加手段５による加圧制御の
パターンについて説明する。

【００２２】図２は圧力印加手段５による加圧制御パタ
ーンの第１実施例を示す。図２において、時間ｔの進行
に従って（ａ）において圧力室２ｃを加圧することに始
まって、（ｂ）において圧力室２ｄ，（ｃ）において圧
力室２ｅ、（ｄ）において圧力室２ｆ、（ｅ）において
圧力室２ｇと隣接する圧力室が次々と加圧される。

【００２３】圧力室２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２ｌ等は加
圧されると膨張し、上部にある突起物フィン３が正弦波
状に変形する。所定の時間をおいて次々と隣接する圧力
室が加圧されることにより、アクチュエータ本体１の表
面には、突起物フィン３による配列方向Ａに進行波が形
成される。図２においては、時間の経過とともに、進行
波は紙面右側へ進行する。

【００２４】本実施例では、突起物フィン３上に搬送物
を載置することにより搬送物は右側へ搬送される、アク
チュエータは搬送機構として機能する。また、図２に示
す場合と上下を逆にして突起物フィン３で図示しない床
面上に接することにより、アクチュエータは移動機構と
して機能する。いずれの場合も、構造が簡単であるにも
かかわらず大きな荷重を支持することが可能である。

【００２５】次に、図３を参照して圧力印加手段５によ
る加圧制御パターンの第２実施例について説明する。図
３は、隣合う圧力室２つを時間ｔの経過に従って加圧し
てゆく加圧パターンを示す。ｓｔｅｐ１を示す（ａ）で
は圧力室２ｂと圧力室２ｃが加圧されており、ｓｔｅｐ
２を示す（ｂ）では圧力室２ｃと圧力室２ｄが加圧され
る。同様にして、ｓｔｅｐ５を示す（ｅ）では、圧力室
２ｆと圧力室２ｇが加圧される。

【００２６】図２における場合と同様に加圧される圧力
室の上部の突起物フィン３は正弦波状に変形し、アクチ
ュエータ本体１上に紙面右側へ進行する進行波が形成さ
れる。

【００２７】図４には、図３中に示したアクチュエータ
本体１上のある特定の突起物フィン３ａに着目し、図３
から突起物フィン３ａの変形形状を抽出し突起物フィン
３ａがｓｔｅｐ１からｓｔｅｐ４に至る間にどのような
変形動作を経るかについて示してある。図４から明らか
なように、突起物フィン３ａは、ｓｔｅｐ１からｓｔｅ
ｐ４に至る間で一周期の変形動作を行い、ｓｔｅｐ５か
ら再び次の一周期の変形動作を開始する。

【００２８】本実施例の構成によれば、隣接する複数の
圧力室を同時に加圧制御することにより、より多数の突
起物フィンを一度に動作させることができる。例えば、
図２における場合では一つのｓｔｅｐにおいて変形動作
している突起物フィンの個数が３個であるのに対し、図
３における場合では一つのｓｔｅｐにおいて変形動作し
ている突起物フィンの個数は５個である。一つのｓｔｅ
ｐで動作する突起物フィンの個数を多くすることによ
り、より円滑な移動あるいは搬送を行うことができる。

【００２９】次に、図５を参照して圧力印加手段５によ
る加圧制御パターンの第３実施例について説明する。一
つのｓｔｅｐで加圧する圧力室の個数を２個と１個とで
交互に繰り返した加圧パターンを示す。この加圧パター
ンでは、一つのｓｔｅｐで加圧する圧力室の個数が２個
の場合に形成される進行波と個数が１個の場合に形成さ
れる進行波とが一つのｓｔｅｐの時間間隔をおいて進行
する。この結果、アクチュエータ本体１上には両者の進
行波が重ね合わされて複雑な波形の進行波が形成され
る。

【００３０】図５では、一つのｓｔｅｐで加圧する圧力
室の個数が２個と１個の場合が、同一の周期（または波
長）で繰り返される例を示したが、両者が異なる周期を
有するようにすることにより、さらに他の波形の進行波
を形成することが可能になる。また、一つのｓｔｅｐで
加圧される圧力室の個数の種類を２種類でなくさらに多
数にすることにより、種々の所望な波形を有する進行波
を形成することが可能になる。

【００３１】また、上述の種々の実施例においては、進
行波が一定方向に進行する場合について示したが、進行
方向が時間的に変化するように設定することにより、ア
クチュエータ本体の搬送方向あるいは移動方向を時間的
に任意に制御することができ、種々の往復運動が可能に
なる。

【００３２】次に、図６を参照して本発明の第２実施形
態例について説明する。

【００３３】図６において、図１に示したアクチュエー
タ本体１と同様の複数（ここでは９個）のアクチュエー
タ本体１１ａ，１１ｂ，・・１１ｉが一つの平板１０上
に所定の位置関係で固着されている。図６において、各
アクチュエータ本体上に描かれている複数の直線はそれ
ぞれのアクチュエータ本体の突起物フィン３を示してい
る。アクチュエータ本体１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１
ｇ，１１ｉは、Ｙ軸方向に平行に延びた突起物フィン３
を有し、アクチュエータ本体１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ，
１１ｈは、Ｘ軸方向に平行に延びた突起物フィン３を有
する。

【００３４】従って、アクチュエータ本体１１ａ，１１
ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉは、Ｘ又は−Ｘ方向に進行
する進行波に基づき、この方向に搬送又は移動機能を有
する。一方、アクチュエータ本体１１ｂ，１１ｄ，１１
ｆ，１１ｈは、Ｙ又は−Ｙ方向に進行する進行波に基づ
き、この方向に搬送又は移動機能を有する。

【００３５】このように複数のアクチュエータ本体を平
板１０上に配設することにより、平面内における全方向
への搬送又は移動が可能になり、例えば回転運動等も可
能になる。

【００３６】ここで、アクチュエータ本体上の突起物フ
ィン３を上向けにして搬送動作を行なう場合の例を示
す。アクチュエータ本体１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１
ｇ，１１ｉのみを駆動して他のアクチュエータ本体１１
ｂ，１１ｄ，１１ｆ，１１ｈを駆動しない場合には、突
起物フィン３上に載置された対象物はＸ方向又は−Ｘ方
向に搬送される。逆にアクチュエータ本体１１ｂ，１１
ｄ，１１ｆ，１１ｈを駆動してアクチュエータ本体１１
ａ，１１ｃ，１１ｅ，１１ｇ，１１ｉを駆動しない場合
には、対象物はＹ方向又は−Ｙ方向に搬送される。また
上記２つの動作、すなわちＸ，又は−Ｘ方向への搬送
と、Ｙ，又は−Ｙ方向への搬送を交互に行なえば斜め方
向への搬送も可能となる。

【００３７】一方、たとえばアクチュエータ１１ｂをＹ
方向に、アクチュエータ１１ａと１１ｇをＸ方向に、ア
クチュエータ１１ｈを−Ｙ方向に、アクチュエータ１１
ｉと１１ｃを−Ｘ方向に駆動し、他のアクチュエータ１
１ｄ，１１ｅ，１１ｆを駆動しない場合には対象物は図
中、時計回りの回転を行なうことになる。

【００３８】なお、圧力印加手段５は個々のアクチュエ
ータ本体毎に設け、複数の圧力印加手段５の駆動関係を
制御してもよく、あるいは単一の圧力印加手段５により
複数のアクチュエータ本体内の圧力室を加圧制御しても
よい。

【００３９】本実施形態例の構成によれば、複数のアク
チュエータ本体を平板上に所定の位置関係で配設したの
で、全方向への搬送動作および回転動作を行うことが可
能な搬送機構を形成することができる。また突起物フィ
ンを下向にして同様に各アクチュエータ本体を動作させ
ることにより全方向への移動動作および旋回動作を行う
ことが可能な移動機構を形成することができる。

【００４０】次に、図７乃至図１０を参照して本発明の
第３実施形態例について説明する。

【００４１】本実施形態例におけるアクチュエータ本体
１は、図１に示すアクチュエータ本体を環状にまるめて
形成されたものである。

【００４２】図８において、アクチュエータ本体１は中
空の円筒形状を有し、圧力室２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２
ｌは、この円筒形状のほぼ円周の長さに至る長手の形状
を有する。圧力室２ａ，２ｂ，２ｃ・・，２ｌは、円筒
形状の軸線方向に配列されている。アクチュエータ本体
１本体の円筒面上には、圧力室２ａ等の形成された方向
に直線列状の突起物フィン３が配設されいる。

【００４３】図９はアクチュエータ本体１をまるめた際
の端面の接続の様子を示す断面図である。各圧力室２ａ
等の端面には、Ｔ字型の接続端子７ａ〜７ｌが埋めこま
れ接着される。接続端子７ａ〜７ｌの内部には図９で点
線で示すようなＴ字流路が形成されている。Ｔ字流路の
一端には送気チューブ４ａ〜４ｌが接続されており、図
示しない圧力印加手段５によって圧力室２ａ〜２ｌの圧
力制御が行われる。接続端子７ａ〜７ｌを用いた圧力室
２ａ〜２ｌの封止は各圧力室について行なわれる。

【００４４】アクチュエータ本体１を環状にまるめるこ
とで形成された円筒状の内部のスペース６内には、例え
ば観察用のイメージファイバ、ライトガイドあるいはセ
ンサ用の電気ケーブル，医療用に用いる場合には送水気
チューブや吸引チューブ等を挿通することが可能であ
る。

【００４５】図１０は、図８及び図９に示した例の変形
例を示す。図１０において、突起物フィン３は、図９に
おける場合のような直線状ではなく、断続的な点状に形
成されている。

【００４６】突起物フィンを図１０に示すように形成す
ることにより、直線状の突起物フィンを用いた場合に生
じる円周方向の突っ張りが小さくなるので、圧力印加に
よる圧力室の膨張を容易に行うことができる。

【００４７】上述の実施形態例は、プラント内のパイプ
内部の検査や人体の腸内の検査等に応用することができ
る。一例として、図７はパイプ２０内をアクチュエータ
本体１が移動する場合を示している。

【００４８】次に図１１及び図１２を参照して、環状に
形成された本アクチュエータの第４実施形態例について
説明する。

【００４９】図１１及び図１２は、アクチュエータ１を
側面からみた図（断面図）と、軸方向からみたアクチュ
エータ端面の様子を示している。本アクチュエータで
は、４つの圧力室２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがらせん状に
形成されている。端面には各圧力室２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄの開口部が形成され、各々の圧力室には送気チュー
ブ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが接続される。したがって例
えば送気チューブ４ａに空気を送り込めば、らせん状に
形成された圧力室２ａがふくらむ。加圧する圧力室を順
に切替えてゆけば第３実施形態例と同様に進行波が形成
され、管内を移動することができる。また、送気チュー
ブの数が少なく（本実施形態例では４本）、第３実施形
態例に比べて構成を簡単にすることができる。

【００５０】以上の説明において、アクチュエータ本体
１上に突起物フィン３が形成された例について説明した
が、突起物フィン３を必ずしも設ける必要はない。アク
チュエータ本体１の表面自体に生じる進行波のみを用い
てアクチュエータ本体１を駆動させることも可能であ
る。

【００５１】また、図１においては、アクチュエータ本
体１の片側の表面上に突起物フィン３を形成した場合を
示したが、突起物フィン３を両面に形成してもよい。こ
れにより、アクチュエータ本体１の上下を逆にしなくと
も搬送機能と移動機能との切換を行うことができる。あ
るいは両面で対象物に対して当接することにより、狭い
壁間の移動などを行わせるが可能になる。

【００５２】また、上述の説明において、突起フィン３
が圧力室２ａ等の長手方向に沿って形成された場合につ
いて説明したが、例えば図１１の実施形態例に示したよ
うに、突起フィン３は圧力室２ａ等の長手方向と交差す
る方向、すなわち圧力室の配列方向と交差する方向に形
成されていてもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、アクチュエータ本体内に複数の圧力室を形成し、
これらの圧力室に順次圧力を印加し、アクチュエータ本
体の表面に進行波を形成するようにしたので、比較的大
きな荷重を支持可能で構造が簡単なアクチュエータが実
現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態例を示
す斜視図。

【図２】第１実施形態例における圧力加圧パターンの第
１実施例を示すシーケンス図。

【図３】第１実施形態例における圧力加圧パターンの第
２実施例を示すシーケンス図。

【図４】突起物フィンの変形動作を説明する図。

【図５】第１実施形態例における圧力加圧パターンの第
３実施例を示すシーケンス図。

【図６】本発明のアクチュエータの第２実施形態例にお
けるアクチュエータ本体を説明する平面図。

【図７】本発明のアクチュエータの第３実施形態例にお
けるアクチュエータ本体を説明する斜視図。

【図８】第３実施形態例におけるアクチュエータ本体を
示す切り欠き斜視図。

【図９】第３実施形態例におけるアクチュエータ本体を
示す断面図。

【図１０】アクチュエータ本体の変形例を示す断面図。

【図１１】第４実施形態例におけるアクチュエータ本体
を示す切り欠き斜視図。

【図１２】第４実施形態例におけるアクチュエータ本体
を示す断面図。

【図１３】従来のアクチュエータの一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１アクチュエータ本体２ａ，２ｂ，・・，２ｌ圧力室３，３ａ突起物フィン４ａ，４ｂ，・・，４ｌチューブ５圧力印加手段６スペース７接続端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性材料からなるアクチュエータ本体と、前記アクチュエータ本体内に所定の配列方向に配列さ
れ、この配列方向と交差する方向に長手の形状を有する
複数の圧力室と、前記アクチュエータ本体の表面に前記配列方向に進行す
る進行波が形成されるように、複数の前記圧力室の各々
に選択的に圧力を印加する圧力印加手段と、を備えるこ
とを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】前記アクチュエータ本体の表面に複数の突
起が立設されていることを特徴とする請求項１に記載の
アクチュエータ。
【請求項３】前記突起は、前記圧力室の長手方向に沿っ
て直線列状に立設されていることを特徴とする請求項２
に記載のアクチュエータ。
【請求項４】前記アクチュエータ本体は平板形状を有す
ることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】前記アクチュエータ本体は中空の円筒形状
を有することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエ
ータ。
【請求項６】複数個の前記アクチュエータ本体が平面上
に所定の位置関係で配設されたことを特徴とする請求項
１に記載のアクチュエータ。