JPH033791A - 弾性収縮体を用いたマニプレータ - 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、柔軟な構造を有する軽量なマニプレータ、
特には、駆動手段として弾性収縮体を用いたマユブレー
クに関するものである。

（従来の技術） 人体の上肢のように、空間的に可動範囲の太きなマニプ
レータは、従来から種々の構造のものが提案されており
、例えば、第３図に示す構造のものにあっては、各アー
ム１〜３に内蔵又は併設された直流モータ４〜６の回転
運動を、ウオームギヤ、平歯車そしてカザ歯車等を用い
て方向変換し、互いに相対回転可能に連結されたアーム
１〜３に所望の運動を付与する構造をしたものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、電動モータを用いた従来のマニプレータ
にあっては、通例、歯車列を含む減速機構を必要とする
ことから、重量が重く、且つ占有空間も大きくなり、ま
た作動し得る範囲が制限を受ける場合が多かった。更に
は、スハークの発生が不可避であるので、爆発性雰囲気
内での使用が制限されると言う問題もある。

これに対し、油圧モータ又は油圧シリンダーを用いたも
のにあっては、上記問題の他に、作動油の漏洩を完全に
阻止することが困難なことから、周囲への汚染が避けら
れないので、清浄な作業環境下で使用することができず
、また、作動油の温度、清浄度を細かに管理する必要が
ある等、管理上からも解決すべき多くの問題を有してい
る。

加えて、電動モータ、油圧モータ、そして油圧シリンダ
ーを用いたマユブレークにあっては、それ自身、剛固な
材料で形成されていることから、必然的に剛性が高くな
らざるを得す、人の」二肢の如き柔軟さを期待すること
ができず、また、大きな出力のものを得ようとすれば、
各モータの形状寸法が必然的に大型化することとなり、
小型、軽量なマユブレークを提供することは、極めて困
難な問題であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり
、小型、軽量で、取扱が容易であり、環境汚染の心配が
なく、かつ柔軟性を有するマユブレークを提供すること
をその目的とする。

（課題を達成するだめの手段） この課題を達成するため、本発明マユブレークは、相互
に離間して配設された一対の連結部材と、それら連結部
材に各端部がそれぞれ取りつけられ、加圧流体の供給に
より膨径変形し軸線方向に収縮力を生起する少なくとも
二本で−・糺の弾性収縮体と、連結部材間に配設され、
それら弾性収縮体の収縮力に対抗する弾性力を生起する
弾性部材とを具備する組立体を複数個、直列に連結して
なる。

（作　用） 適当な固定部に一端部が固着され、各組立体のそれぞれ
の弾性収縮体がそこへの初期設定圧力の適用下で軸線方
向に収縮力を生起し初期位置を取るマユブレークの、例
えば、一つの組立体のある弾性収縮体は、加圧流体の一
層の適用に際し、連結部材間に配設された弾性部材の圧
縮変形下で軸線方向に収縮する一方、加圧流体が排出さ
れる当該組立体の他の弾性収縮体は、それ自身及び弾性
部材の弾性復原力により伸張されることとなる。

これに対し、マユブレークが固着された固定部側に位置
する、当該組立体の連結部材及び加圧流体の給排が行わ
れなかったその他の組立体が、それらが直列に連結され
ていることを考慮すれば、実質的に運動することな（初
期位置に保持されることから、固定部から離間する、当
該組立体の他の連結部材が、関連するそれぞれの弾性収
縮体の収縮量の差に対応して揺動運動することとなる。

したがって、当該組立体を含むそれぞれの組立体への加
圧流体の給排を適宜調整することにより、所望の運動を
マユブレークに伺与することができる。

一方、各組立体の弾性収縮体に適用される加圧流体の圧
力を調整することにより、弾性収縮体の剛さを変更する
ことができ、個々の組立体にあっば、勿論、全体として
のマユブレークの剛性を適宜に変更することもできる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明に係るマユブレークの好適
な実施例に付いて説明する。

第１図（ａ）は、本発明に係るマユブレーク１ｏを模式
的に示す図であり、当該マユブレークを構成するそれぞ
れの組立体１２は、同図（ｂ）に示したように、連結部
材１４としての剛固な金属又はエンジニアリングプラス
チックよりなる円板形状をした一対の板部材が、互いに
ほぼ平行に離間して配設され、それら連結部材１４間に
は、本実施例では、木で一組とした弾性収縮体１６が相
互に平行に離間して配設されている。

ここで弾性収縮体１６は、その一部を断面にして示す第
１図（Ｃ）に明示したように、加圧流体を透過すること
なく保持することができるゴム又は合成樹脂からなる管
状体１８の外周を、有機又は無機質高張力繊維類、例え
ば、芳香族ポリアミド繊維（ケブラー：商品名）、極細
金属ワイヤーのようなフィラメン１〜を撚った束、又は
無撚りの束等を編組んだ補強構造体２０で被覆するとと
もに、それら管状体１８及び補強構造体２０の両端開口
部を閉鎖部材２２で閉じ、それら部材が抜は落ちないよ
う、更にその外方から、かしめリング２４を用いて封止
した、いわゆるエアーバッグタイプのものである。

そして、少なくとも一方の閉鎖部材に形成した給排孔に
装着されたフィッティング２６を介して、その内部空間
２８への加圧流体の適用に伴う、補強構造体２０の初期
編組角度θから、いわゆる静止角（５イ°イ４′）に至
る拡大、つまりパンタグラフ運動による管状体１８の膨
径と、それに由来した軸線方向の収縮がもたらされるも
のであり、加圧流体の有するエネルギーを効率よく運動
エネルギーに変換することができるとともに、柔軟なア
クチュエータであって、その内部空間に適用された加圧
流体の圧力を調整することにより、その変形に要する力
の大きさ、言い換えれば、その剛性を自由に変更するこ
とができる。

本実施例にあっては、このような弾性収縮体１６の一方
の閉鎖部材２２、即ち給期孔が形成された閉鎖部材の端
面には、ねじ孔２２ａが形成されており、第１図（ｂ）
に示したように、設置される弾性収縮体の閉鎖部材位置
に対応して一方の連結部材１４に形成された貫通孔３０
に挿通された止めねじ３２を、ねじ孔２２ａに螺合する
ことにより、弾性収縮体１６を、連結部材１４に固着す
ることができる。

勿論、連結部材１４には、それら連結部材間に配設され
る弾性収縮体の数に応じて、貫通孔３０がそれぞれ形成
されているものとする。

これに対し、弾性収縮体の他方の閉鎖部材には、貫通孔
２２ｂが形成されており、この閉鎖部材に関連して連結
部材１４に固着された取付はブラケット３４を挿通する
支持ピン３６を介して、弾性収縮体１６の他端を回動自
在に支持することができる。

なお、本実施例にあっては、閉鎖部材２２に形成した貫
通孔２２ｂから支持ピン３６が抜は落ちるのを阻止する
ため、取付はブラケット３４を貫通する支持ピン３６の
各突出部分に係止ピン３８をそれぞれ取りつけた。

一方、対をなす連結部材１４間には、弾性部材としての
圧縮ばね４０が、弾性収縮体を囲繞するよう配設されて
おり、圧縮ばね４０ば、加圧流体の適用に伴う弾性収縮
体１６の収縮により圧縮変形し、方、弾性収縮体からの
加圧流体の排出による収縮力の低減に伴って弾性復帰し
、可動板１４を初期位置にもたらすべく機能するもので
ある。

本実施例にあっては、単一の圧縮ばねを用いたが、複数
のばねを用いることもでき、また、弾性収縮体にほぼ平
行に複数の圧縮ばねを配置する構成としても良い。

更に、本実施例にあっては、圧縮ばね４ｏの両端部を、
連結部材１４にそれぞれ一体的に固着する構成としたが
、弾性収縮体への初期設定圧力の適用により初めて、そ
の両端部が連結部材１４のそれぞれにに当接する構成と
しても良く、このような組立体１２は、その両端部の連
結部材１４を、従来既知の締結手段、例えば、ボルト及
びナツトを用いることにより、必要に応じた数だけ直列
に容易に連結することができる。第１図（ａ）に示すマ
ニプレータ１０もそのようにして構成されたものである
。

また、第１図（ｅ）に示すように連結部材１４の両端部
に、その周方向に螺旋状に収容溝をそれぞれ形成し、そ
れら各溝に各組立耐の関連する弾性部材としての圧縮ば
ね４０の端部を螺合させて固着することもでき、ボルト
及びナツトを用いる必要がないので、組立体、ひいては
マニプレータを一段と軽量なものとすることができる。

この際、貫通孔３０は、各組立耐に交互に配設するもの
とする。第１図（ａ）に示すマニプレータ１ｏも、この
ようにして構成されたものである。

なお、第１図（ａ）においては、符号４２は、各組立体
１２に加圧流体を給排する給排管を示し、４４はマユブ
レークの一端が固着される固定部をそれぞれ示している
。

次の本発明マニプレータの作動について、第１図（ａ）
を参照して説明する。なお、マニプレータ１０の各組立
体１２には、例えば、エアーコンプレッサの如き、適当
な操作圧力源に連結され、三方弁の如き給排弁を有する
管路を介して、初期設定圧力が適用されているものとす
る。

いま、マニプレータ１０を構成する組立体Ａに着目して
説明すると、当該組立体Ａの弾性収縮体１６ａに加圧流
体を適用する一方、他の弾性収縮体１６ｂから加圧流体
を排出すると、弾性収縮体１６ａは、圧縮ばね４０に抗
してその軸線方向に収縮するのに対し、他の弾性収縮体
１６ｂは、それ自身の弾性復原力及ぶ圧縮ばね４０の弾
性復原力の作用により、軸線方向に伸張することとなる
。

その結果、組立体Ａの一方の連結部材１４ａば、その弾
性収縮体１６ａ側に位置する部分が、固定部０ ４４側に接近するよう、矢印りで示す方向に、初期位置
用りに揺動運動することとなる。

したがって、組立体Ａを除き、固定部４／ｌに接近する
側に位置する組立体は何ら運動することがないに対し、
固定部４４から離間する側に位置する残りの組立体は、
組立体Ａの揺動運動に基づいて新しい位置を取ることと
なる。

上述したところから明らかなように、マユブレークの残
りの組立体のそれぞれの弾性収縮体に適宜に加圧流体を
適用することにより、第１図（ａ）に示した挙動変位を
、当該マニプレータ１０に付与することができる。

勿論、例えば、各組立体の連結部材の少なくとも一方に
、その傾斜の程度を検知するセンサー手段をそれぞれ設
け、各組立体からのセンサーからの検知信号に基づいて
、操作圧力源からの圧力を制御する弁手段を調整して各
組立体への弾性収縮体の加圧流体の給排量を制御するこ
とにより、各組立体の連結部材の傾斜の程度、ひいては
マニプレータの挙動をを調整する構造としても良い。

更には、第２図に示したように、マニプレータ］０を構
成する各組立体の連結部＋４’　１４の、その半径方向
外方に突出するフランジ部に、好ましくは周方向に等間
隔離間させて貫通孔を形成し、各組立体の貫通孔を整列
して配置すると共に、それら貫通孔に、ワイヤーを螺旋
状に巻回して形成された円筒状のワイヤーチューブ４６
をそれぞれ挿通ずる一方、各ワイヤーチューブにそれぞ
れワイヤー４７を挿通し、マユブレークの自由端側に位
置するワイヤー４７の一端を、自由端を形成する組立体
の連結部材に固定すると共に、ワイヤー４７の他端を、
固定部４４に固着されたばね等の弾性部材４８の一端に
連結し、弾性収縮体１６への加圧流体の給排によるマニ
プレータの変形に起因するワイヤー４７の長さの変化を
、固定部４４に一体的に固着された支持部材５０に取り
つけられた、検出手段としての一例のポテンショメータ
５２により検知する構成としても良く、勿論、ポテンシ
ョメータ以外の適当な検出手段を用いることもできる。

これと異なり、各組立体の弾性収縮体のそれぞれの収縮
量を検知する検知手段からの各信号に応じて、それぞれ
の弾性収縮体への加圧流体の給排量を調整する構成とし
ても同様な動作を行うことができることは勿論である。

ここで、注意することは、そのような場合にあっても、
組立体の各弾性収縮体に適用する圧力を調整し、その剛
性を変更することにより、マニプレータとしての剛性を
自在に変更することができ、したがって、柔軟なマニプ
レータを提供することができる。しかも、本発明マニプ
レータにあっては湾曲変形ばかりでなく、各組立体を同
時に伸縮させることにより、マニプレータ全体の長さを
調整することもできる。

なお、本発明装置は、上述した実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、各組立体の連結部材の一方に固着さ
れた剛固な支持部材を介して、他方の連結部材を、球面
軸受等の連結部材の揺動運動を許容する手段を用いて自
在に支持することにより、横方向に作用する外力に対し
て十分なる剛性を持ったマユブレークを提供することが
でき、特許請求の範囲内で種々の変更が可能である。

（発明の効果） かくして、本発明マニプレータによれば、従来の装置に
比して、小型、軽量であり、環境を汚染することのない
、しかも、人の上肢のように柔軟なマユブレークを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明マニプレータを模式的に示す斜
視図、 第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のマニプレータを構成す
る組立体を示す正面図、 第１図（Ｃ）は、本発明マニプレータに好適な弾性収縮
体を、一部断面にして示す図、 第１図（ｄ）は、第１図（ｂ）に示す組立体の弾性収縮
体と、一方の連結部材との取付は状態を模式的に示す図
、そして、 第１図（ｅ）は、連結部材と圧縮ばねとの結合の様子を
示す図、 第２図は本発明マユブレークの他の実施例を示す模式図
、そして、 ３ ■４ 第３図は、従来構造をしたマニプレータを示す図である
。 １〜３−アーム　　　　４〜６−モータ１０−マニプレ
ータ　　　１２−組立体１４一連結部材　　　　　１６
−弾性収縮体１８−管状体　　　　　　２〇−補強構造
２２−閉鎖部材　　　　　３０−貫通孔３２−止めねじ
　　　　　３４−取イマＪけブラケッ１−３６−係止ピ
ン　　　　　４０−圧縮ばね４２−給排管　　　　　　
４４−固定部４６−　ワイヤーチューブ　４８−弾性部
材５〇−支持部材　　　　　５２−ポテンショメータ■ 第１図 （ａ） 特開平３ ３７９１　（６）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、相互に離間して配設された一対の連結部材と、それ
   ら連結部材に各端部がそれぞれ取りつけられ、加圧流体
   の供給により膨径変形し軸線方向に収縮力を生起する少
   なくとも二本で一組の弾性収縮体と、連結部材間に配設
   され、それら弾性収縮体の収縮力に対抗する弾性力を生
   起する弾性部材とを具備する組立体を複数個、直列に連
   結してなることを特徴とする弾性収縮体を用いたマニプ
   レータ。