JP2993506B2 - Actuator - Google Patents
ActuatorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は流体のエネルギにより動作するアクチュエー
タに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to an actuator that operates by the energy of a fluid.
（従来の技術） 従来より流体のもつエネルギにより動作するアクチュ
エータとして、油空圧シリンダや油空圧モータ等が広く
用いられている。(Prior Art) Conventionally, hydraulic and pneumatic cylinders, hydraulic and pneumatic motors, and the like have been widely used as actuators operated by the energy of a fluid.
これらのアクチュエータは一般に摺動部（例えばピス
トンとシリンダ間）を有するため作動流体が漏れ易く、
摺動摩擦のため滑らかな動作や精密な位置決めが難しい
といった欠点があった。Since these actuators generally have a sliding portion (for example, between a piston and a cylinder), the working fluid is easily leaked,
There were drawbacks that smooth operation and precise positioning were difficult due to sliding friction.
これに対し従来、ゴムの弾性変形を利用した空気圧ア
クチュエータが考案されている。例えば商品名ニューマ
ティックフィンガー,Pat,DEPS 2426086−C3,US 39815
28のようなものがある。On the other hand, conventionally, a pneumatic actuator utilizing elastic deformation of rubber has been devised. For example, trade name Pneumatic Finger, Pat, DEPS 2426086-C3, US 39815
There is something like 28.
この主たる構成は第８図，第９図に示すように半円筒
状を成しゴムにより形成された弾性体91を有し、この弾
性体91の軸方向の一部には蛇腹部92が設けられている。
前記弾性体91の一側端には空気を送り込むためのポート
93が設けられているものである。従って、弾性体91内の
圧力をポート93から空気圧Ｐを送り込むことにより高め
ると、蛇腹部92が押し広げられることにより弾性体91全
体は第８図91bのように弾性変形する。このため弾性体9
1内の圧力を調整することにより第８図に示した先端の
位置量A,V及び作動力Ｆを制御することができアクチュ
エータとして利用できる。よって従来のシリンダのよう
に作動流体の漏れはなく且つ滑らかに作動することがで
きる。As shown in FIGS. 8 and 9, this main structure has a semi-cylindrical elastic member 91 made of rubber, and a bellows portion 92 is provided on a part of the elastic member 91 in the axial direction. Have been.
A port for sending air into one end of the elastic body 91
93 are provided. Accordingly, when the pressure in the elastic body 91 is increased by sending the air pressure P from the port 93, the bellows portion 92 is expanded and the entire elastic body 91 is elastically deformed as shown in FIG. For this reason, the elastic body 9
By adjusting the pressure in 1, the position amounts A and V and the operating force F of the tip shown in FIG. 8 can be controlled and can be used as an actuator. Therefore, unlike the conventional cylinder, the working fluid can be operated smoothly without leakage of the working fluid.
しかしながら、前記アクチュエータをそのまま利用し
て細い小型のロボットアームを構成する場合には、多自
由度を実現するために蛇腹部のスペースが必要なため、
極端な細径化が不可能であった。However, when a thin and small robot arm is configured by using the actuator as it is, a space for a bellows portion is required to realize multiple degrees of freedom.
Extremely small diameter was not possible.
（発明が解決しょうとする課題） 上記した如く蛇腹部を設けた弾性体の変形を利用した
アクチュエータはシリンダのように作動流体の漏れはな
く且つ滑らかに作動することができる。しかし蛇腹部を
必要とする分だけ直径が大きくなってしまい、ロボット
アームとして使用するには細径化が不可能なため適して
いない。(Problem to be Solved by the Invention) As described above, an actuator utilizing deformation of an elastic body provided with a bellows portion can operate smoothly without leakage of working fluid unlike a cylinder. However, the diameter is increased by the amount required for the bellows, and it is not suitable for use as a robot arm because the diameter cannot be reduced.
そこで本発明は、円滑な動作が可能であり細径化も容
易で構造の簡単なアクチュエータの提供を目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide an actuator that can operate smoothly, can be easily reduced in diameter, and has a simple structure.
（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明においては、弾性
変形可能な第１の部材と、第１の部材に比べて弾性変形
しにくい第２の部材とからなり、前記第１の部材と前記
第２の部材とが軸方向に沿って並設され全体として断面
非円形の筒体が形成されるように一体化し、前記筒体の
内部の圧力を調整することによって湾曲動作を行うアク
チュエータとした。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention comprises a first member that is elastically deformable and a second member that is less elastically deformable than the first member. Integrating the first member and the second member so as to form a cylindrical body having a non-circular cross-section as a whole and being arranged side by side in the axial direction, and adjusting the pressure inside the cylindrical body. Thus, the actuator performs a bending operation.
（作用） 以上のようにすれば、筒体の内部の圧力を調整するこ
とにより、筒体を構成する第１、の部材がその断面形状
により湾曲方向に関して指向性を持つため、筒体が一方
向に湾曲動作を行う。このように蛇腹部を設けなくても
湾曲動作が可能であるため、動作が円滑でしかも細径化
も容易で構造の簡単なアクチュエータが実現する。(Operation) According to the above, by adjusting the pressure inside the cylindrical body, the first member constituting the cylindrical body has directivity in the bending direction due to its cross-sectional shape. Perform a bending operation in the direction. As described above, since the bending operation can be performed without providing the bellows portion, an actuator having a simple structure in which the operation is smooth and the diameter can be easily reduced is realized.
（実施例） 以下、図面に従って本発明を説明する。Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明第１の実施例を示すアクチュエータの
断面図及び動作を示す斜視図である。本アクチュエータ
１は、ゴムなどからなる第１の部材、及び筒体である断
面略長方形筒状弾性体２、上蓋３、下蓋４、チューブ
５、そして筒状弾性体２より可撓性が低く弾性変形もほ
とんど伴わない部材（金属板やプラスチックなど）から
なる第２の部材である補強部材６とから構成されてい
る。補強部材６は筒状弾性体２の底面を完全に覆う大き
さのものであり、底面にしっかりと固着されている。ま
た、上蓋３、下蓋４は筒状弾性体２の両端部付近に固着
されており、これによってアクチュエータ１内部には中
空の圧力室７が形成されている。圧力室７には流体（こ
こでは空気）が充填されているが、外部との流体の流通
はチューブ５のみによって行われるようになっており、
上蓋３、下蓋４と筒状弾性体２との接続部からの流体の
漏れはない。FIG. 1 is a sectional view of an actuator showing a first embodiment of the present invention and a perspective view showing an operation. The actuator 1 has lower flexibility than a first member made of rubber or the like, and a tubular elastic body 2 having a substantially rectangular cross section, an upper cover 3, a lower cover 4, a tube 5, and a tubular elastic body. The reinforcing member 6 is a second member made of a member (a metal plate, a plastic, or the like) that hardly undergoes elastic deformation. The reinforcing member 6 is large enough to completely cover the bottom surface of the tubular elastic body 2 and is firmly fixed to the bottom surface. The upper lid 3 and the lower lid 4 are fixed near both ends of the cylindrical elastic body 2, thereby forming a hollow pressure chamber 7 inside the actuator 1. The pressure chamber 7 is filled with a fluid (here, air), but the fluid is communicated with the outside only by the tube 5.
There is no leakage of fluid from the connection between the upper lid 3, the lower lid 4 and the cylindrical elastic body 2.
以上のように構成されたアクチュエータ１とすれば、
ここでは図示しない外部の圧力制御装置によりチューブ
５を通じて圧力室７内の圧力を変化させることにより、
アクチュエータ１を任意の量だけ湾曲させることができ
る。第１図（ｃ）は圧力室７の圧力を高めた場合のアク
チュエータ１の湾曲動作を点線で示したものである。ア
クチュエータ１は、第１の部材が断面略長方形に形成さ
れているために、その長辺方向に湾曲しやすいという特
性を持っている。また、アクチュエータ１の底面即ち補
強部材６で覆われた側は、その他の部分より弾性変形し
にくい。したがって、アクチュエータ１全体が補強部材
６の側へ湾曲する。そして圧力室７内の圧力を元の圧力
まで減圧すれば、アクチュエータ１は再び元の形状に復
元する。With the actuator 1 configured as described above,
Here, by changing the pressure in the pressure chamber 7 through the tube 5 by an external pressure control device (not shown),
The actuator 1 can be bent by an arbitrary amount. FIG. 1 (c) shows the bending operation of the actuator 1 when the pressure in the pressure chamber 7 is increased by a dotted line. Since the first member is formed in a substantially rectangular cross section, the actuator 1 has a characteristic that it is easily curved in the long side direction. Further, the bottom surface of the actuator 1, that is, the side covered with the reinforcing member 6, is less likely to be elastically deformed than other portions. Therefore, the entire actuator 1 bends toward the reinforcing member 6. When the pressure in the pressure chamber 7 is reduced to the original pressure, the actuator 1 is restored to the original shape.
このようなアクチュエータ１を用いれば、従来のよう
に蛇腹部を設けて湾曲動作を実現するものに比べて十分
に細径化が図れ、しかも動作は円滑に行われる。もちろ
ん構造は簡単なものとなる。また前述したように、湾曲
量は圧力を変化させるだけで自由に行えるため、任意の
湾曲量が自在に達成される。If such an actuator 1 is used, the diameter can be sufficiently reduced as compared with a conventional one in which a bellows portion is provided to realize a bending operation, and the operation is performed smoothly. Of course, the structure is simple. Further, as described above, since the amount of bending can be freely set only by changing the pressure, an arbitrary amount of bending can be achieved freely.
以下、同一部には同一符号を付し、説明を省略する。 Hereinafter, the same portions are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
第２図は本発明の第２の実施例を示すアクチュエータ
の断面図である。本実施例は第１の実施例と比べ、構成
要素は同じであるが、断面形状つまり筒状弾性体12の形
状は断面略半円形となっており、この点で本アクチュエ
ータ11はアクチュエータ１と異なる。このようなアクチ
ュエータ11とすれば、筒状弾性体の隅に圧力が作用する
ことによる、必要外の膨張を防止することができ、効率
よい湾曲動作が実現する。FIG. 2 is a sectional view of an actuator showing a second embodiment of the present invention. This embodiment has the same components as the first embodiment, but the cross-sectional shape, that is, the shape of the tubular elastic body 12 is substantially semicircular in cross-section. different. With such an actuator 11, unnecessary expansion due to pressure acting on the corners of the cylindrical elastic body can be prevented, and an efficient bending operation is realized.
第３図は本発明の第３の実施例を示すアクチュエータ
の断面図である。本実施例は第２の実施例と比べ、形状
は同じであるが、筒状弾性体22を異方性弾性材料にて形
成しており、この点で本アクチュエータ21はアクチュエ
ータ11と異なる。異方性弾性材料として、ここでは螺旋
状に巻回されたアラミド繊維（商標）28を弾性材料であ
るシリコンゴムにて被覆したものを用いており、そして
縦弾性係数の小さい方向がアクチュエータ21の軸方向と
なるように配置している。このようなアクチュエータ21
とすれば、筒状弾性体の必要外の膨張を極力防止するこ
とができ、非常に効率のよい湾曲動作が実現する。FIG. 3 is a sectional view of an actuator showing a third embodiment of the present invention. The present embodiment has the same shape as the second embodiment, but the cylindrical elastic body 22 is formed of an anisotropic elastic material, and the present actuator 21 differs from the actuator 11 in this point. Here, as the anisotropic elastic material, a spirally wound aramid fiber (trademark) 28 coated with silicon rubber, which is an elastic material, is used. They are arranged to be in the axial direction. Such an actuator 21
Then, unnecessary expansion of the tubular elastic body can be prevented as much as possible, and a very efficient bending operation is realized.
第４図は本発明の第４の実施例を示すアクチュエータ
の断面図である。本実施例ではこれまでの実施例のよう
に補強部材６を用いておらず、筒状弾性体32の底面に係
る部分のみに異方性を与えている。その方法は前述した
第３の実施例の場合と同じ材料を用いてのものである
が、縦弾性係数の大きい方向をアクチュエータ31の軸方
向としている点で第３の実施例と異なる。このようなア
クチュエータ31とすれば、底面の弾性係数が他の部分に
比べて大きいため、前述した３つのアクチュエータ1,1
1,21と同様な湾曲動作が実現する。FIG. 4 is a sectional view of an actuator showing a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the reinforcing member 6 is not used unlike the previous embodiments, and only the portion related to the bottom surface of the tubular elastic body 32 is anisotropic. This method uses the same material as that of the third embodiment described above, but differs from the third embodiment in that the direction in which the longitudinal elastic modulus is large is the axial direction of the actuator 31. With such an actuator 31, since the elastic modulus of the bottom surface is larger than that of the other portions, the three actuators 1, 1
A bending operation similar to that of 1, 21 is realized.
第５図は本発明の第５の実施例を示すアクチュエータ
の断面図及び斜視図である。本実施例ではアクチュエー
タ51が略Ｓ字に湾曲するように、アラミド繊維を筒状弾
性体52の上面と底面に配置しており、第４の実施例に係
るアクチュエータを上下逆にして連結したものに近い構
造をなしている。このようにすれば、瞬時に複雑な形状
に変化するアクチュエータ51となる。FIG. 5 is a sectional view and a perspective view of an actuator showing a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the aramid fibers are arranged on the top and bottom surfaces of the tubular elastic body 52 so that the actuator 51 is bent substantially in an S shape, and the actuator according to the fourth embodiment is connected upside down. It has a structure close to. By doing so, the actuator 51 changes into a complicated shape instantly.
以上の実施例においては、筒状弾性体と上蓋、下蓋と
を固着一体化させることによってアクチュエータを成形
しているが、筒状弾性体と上蓋、下蓋の材質は同じもの
であっても異なるものであってもよい。In the above embodiments, the actuator is formed by fixing and integrating the cylindrical elastic body and the upper lid and the lower lid. However, the material of the cylindrical elastic body, the upper lid, and the lower lid may be the same. It may be different.
第６図は本発明のアクチュエータの変形例を示す側断
面図である。このように、アクチュエータ61製作時に同
図（ａ）のように予め図面上方に向って湾曲した状態で
成形し、圧力室７を加圧することによって同図（ｂ）の
ように図面下方に湾曲させるようにすれば、両方向湾曲
が可能のアクチュエータ61となる。もちろんこの場合
も、構造は他のものを用いてよい。FIG. 6 is a side sectional view showing a modification of the actuator of the present invention. As described above, when the actuator 61 is manufactured, the actuator 61 is molded in a state of being curved upward in the drawing in advance as shown in FIG. By doing so, the actuator 61 can be bent in both directions. Of course, in this case, another structure may be used.
第７図は本発明のアクチュエータをロボットのハンド
部として応用したものを示す側面図である。この図のよ
うにアクチュエータ71を、断面略Ｌ字形状をなした金属
などの硬質部材からなる保持部80に固定することにより
ハンド型アクチュエータ81を構成すれば、物体のつかみ
動作を実現することができる。また、物体との接触面を
比較的柔らかな部材にて形成すれば、物体に無理な力を
与えることもなくなる。尚、本応用例においても、前述
した他のアクチュエータを利用することはもちろん可能
である。FIG. 7 is a side view showing an actuator of the present invention applied as a hand part of a robot. As shown in this figure, if the hand-held actuator 81 is configured by fixing the actuator 71 to a holding portion 80 made of a hard member such as a metal having a substantially L-shaped cross section, a grasping operation of an object can be realized. it can. Further, if the contact surface with the object is formed of a relatively soft member, the object will not be given an excessive force. In this application example, it is of course possible to use the other actuators described above.
以上のように本発明によれば、動作が円滑でしかも細
径化も容易で構造の簡単なアクチュエータが実現する。As described above, according to the present invention, an actuator having a simple structure, which operates smoothly and can be easily reduced in diameter, is realized.
第１図乃至第６図は本発明のアクチュエータを示す図、
第７図は本発明のアクチュエータをロボットのハンド部
に応用した例を示す図、第８図と第９図は従来のアクチ
ュエータを示す図である。 1,11,21,31,51,61,71……アクチュエータ、 2,12,22,32,52……筒状弾性体（筒体、第１の部材）、 ６……補強部材（第２の部材）、 ７……圧力室、 28……アラミド繊維（筒状弾性体との組合せにより第２
の部材を形成）、1 to 6 are views showing an actuator of the present invention,
FIG. 7 is a view showing an example in which the actuator of the present invention is applied to a hand portion of a robot, and FIGS. 8 and 9 are views showing a conventional actuator. 1,11,21,31,51,61,71 ... actuator, 2,12,22,32,52 ... cylindrical elastic body (cylindrical body, first member), 6 ... reinforcing member (second member) 7) Pressure chamber, 28 Aramid fiber (second in combination with cylindrical elastic body)
Of the member),
Claims (1)
からなり、 前記第１の部材と前記第２の部材とが軸方向に沿って並
設され全体として筒体が形成されるように一体化すると
ともに、 前記第１の部材の断面形状を、前記第２の部材が配置さ
れる面側の長さがこれと直交する方向の長さよりも長く
なるように形成し、 前記筒体の内部の圧力を調整することにより、前記第１
の部材を前記第２の部材が配置される方向に湾曲動作さ
せることを特徴とするアクチュエータ。A first member that is elastically deformable; and a second member that is less elastically deformable than the first member, wherein the first member and the second member are in an axial direction. And are integrated so as to form a cylindrical body as a whole, and the cross-sectional shape of the first member is perpendicular to the length of the surface on which the second member is disposed. The length of the first direction is adjusted by adjusting the pressure inside the cylindrical body.
An actuator for bending the member in a direction in which the second member is arranged.
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