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コンプライアントアクチュエータ

国内特許コード P170013750
整理番号 1616
掲載日 2017年3月15日
出願番号 特願2015-018069
公開番号 特開2016-142320
登録番号 特許第6493962号
出願日 平成27年2月2日(2015.2.2)
公開日 平成28年8月8日(2016.8.8)
登録日 平成31年3月15日(2019.3.15)
発明者
  • 菅野 重樹
  • 亀▲崎▼ 允啓
  • アギーレ ゴンザロ
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 コンプライアントアクチュエータ
発明の概要 【課題】応答時間の短縮化を図り、比較的簡易な構成で柔軟性を発揮させること。
【解決手段】アクチュエータ10は、磁性流体の圧力によりピストン19に駆動力を発生させる流体圧シリンダ11と、流体圧シリンダ11の第1及び第2のチャンバ22,23に磁性流体を供給する流体供給手段12と、流体圧シリンダ11の作動及び流体供給手段12による流体圧シリンダ11への磁性流体の供給を制御する制御手段13とを備えている。ピストン19は、第1及び第2のチャンバ22,23を連通する連通流路36と、連通流路36の内部に磁界を発生させる電磁石とを備えている。制御手段13では、流体供給手段12により前記各チャンバ内に供給される磁性流体の流量制御を行うとともに、連通流路36内の磁界制御により、磁性流体の粘性を変化させて連通流路36を通過する磁性流体の流量調整を行うことにより、ピストン19の駆動状態を変化させる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

人間の生活空間で共存するヒューマノイドロボットや介護支援用ロボット、或いは手術支援ロボット等は、その動作中に人間との間で予期しない衝突や接触が発生した際に、これら状況を考慮した駆動を行うコンプライアンス性能(柔軟性)が要求される。従来では、当該コンプライアンス性能を確保するために、サーボシステムが適用されたアクチュエータが用いられている(例えば、特許文献1等参照)。

産業上の利用分野

本発明は、外力に応じた柔軟な駆動を可能にするコンプライアントアクチュエータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
外力に応じた柔軟な駆動を可能にするコンプライアントアクチュエータにおいて、
作動流体の圧力により駆動力を発生させる流体圧シリンダと、当該流体圧シリンダに前記作動流体を供給する流体供給手段と、前記流体圧シリンダの作動及び前記流体供給手段による前記流体圧シリンダへの前記作動流体の供給を制御する制御手段とを備え、
前記流体圧シリンダは、中空のシリンダチューブと、当該シリンダチューブの内部空間を移動可能に設けられ、当該移動によって前記駆動力を発生させるピストンとを備え、
前記シリンダチューブの前記内部空間は、前記ピストンにより第1及び第2のチャンバに仕切られ、これら各チャンバには、作用する磁界の強さに応じて粘性が変化する磁性流体が前記作動流体として収容され、
前記ピストンは、前記第1及び第2のチャンバを連通する連通流路と、当該連通流路の内部に磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、
前記流体供給手段は、前記第1及び第2のチャンバの何れか一方に前記磁性流体を供給可能に設けられ、
前記制御手段では、前記流体供給手段により前記各チャンバ内に供給される前記磁性流体の流量制御と、前記連通流路内に発生する磁界の強さを変化させるように制御することにより、前記磁性流体の粘性を変化させ、前記連通流路を通過する前記磁性流体の流量調整を行う磁界制御とを複数のパターンで行うことにより、外力の作用状況に応じて異なるバリエーションのコンプライアンス性能を有するように前記ピストンの駆動状態を変化させ、
前記制御手段では、前記磁性流体が前記連通流路の通過を不能にする閉塞状態と、前記磁性流体が前記連通流路の通過を許容する解放状態との間で切り換え可能になるように、前記磁界制御を行って、前記磁性流体の粘性を調整し、
前記制御手段では、所望とする前記ピストンの駆動状態に応じ、前記閉塞状態において、前記流体供給手段による前記各チャンバ内への前記磁性流体の供給を停止する受動保持モードと、前記流体供給手段による前記各チャンバ内への前記磁性流体の供給を行うクローズドピストンモードとを選択可能に設けられ、
前記受動保持モードでは、摩擦力を考慮し、予め設定された外力の想定値、若しくは、前記ピストンに伝達される作用外力の大きさに応じて、外力に抗して前記閉塞状態にするための前記磁性流体の最低限の粘度が得られるように、前記磁界制御がなされ、
前記クローズドピストンモードでは、前記ピストンが予め設定された目標速度で移動するように前記流量制御がなされるとともに、前記ピストンの移動により外部に伝達される前記駆動力が予め設定された所望の大きさになるように前記磁界制御がなされることを特徴とするコンプライアントアクチュエータ。

【請求項2】
外力に応じた柔軟な駆動を可能にするコンプライアントアクチュエータにおいて、
作動流体の圧力により駆動力を発生させる流体圧シリンダと、当該流体圧シリンダに前記作動流体を供給する流体供給手段と、前記流体圧シリンダの作動及び前記流体供給手段による前記流体圧シリンダへの前記作動流体の供給を制御する制御手段とを備え、
前記流体圧シリンダは、中空のシリンダチューブと、当該シリンダチューブの内部空間を移動可能に設けられ、当該移動によって前記駆動力を発生させるピストンとを備え、
前記シリンダチューブの前記内部空間は、前記ピストンにより第1及び第2のチャンバに仕切られ、これら各チャンバには、作用する磁界の強さに応じて粘性が変化する磁性流体が前記作動流体として収容され、
前記ピストンは、前記第1及び第2のチャンバを連通する連通流路と、当該連通流路の内部に磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、
前記流体供給手段は、前記第1及び第2のチャンバの何れか一方に前記磁性流体を供給可能に設けられ、
前記制御手段では、前記流体供給手段により前記各チャンバ内に供給される前記磁性流体の流量制御と、前記連通流路内に発生する磁界の強さを変化させるように制御することにより、前記磁性流体の粘性を変化させ、前記連通流路を通過する前記磁性流体の流量調整を行う磁界制御とを複数のパターンで行うことにより、外力の作用状況に応じて異なるバリエーションのコンプライアンス性能を有するように前記ピストンの駆動状態を変化させ、
前記制御手段では、前記磁性流体が前記連通流路の通過を不能にする閉塞状態と、前記磁性流体が前記連通流路の通過を許容する解放状態との間で切り換え可能になるように、前記磁界制御を行って、前記磁性流体の粘性を調整し、
前記制御手段では、所望とする前記ピストンの駆動状態に応じ、前記解放状態において、前記流体供給手段による前記各チャンバ内への前記磁性流体の供給を停止する受動バックドライブモードと、前記流体供給手段による前記各チャンバ内への前記磁性流体の供給を行うオープンピストンモード若しくはエクストラフローモードとを選択可能に設けられ、
前記受動バックドライブモードでは、前記磁界を発生させず、或いは、外力の大きさに応じて前記磁界制御することで、外力による前記ピストンの移動を許容し、
前記オープンピストンモードでは、前記駆動力の作用方向と反対方向の外力が前記ピストンに作用したときに、当該外力の大きさを考慮して、前記駆動力を変更可能に前記流量制御と前記磁界制御が行われ、
前記エクストラフローモードでは、前記駆動力の作用方向と同一方向の外力が前記ピストンに作用したときに、前記作用方向の後側となる何れか一方の前記チャンバ内の前記磁性流体の不足分を何れか他方の前記チャンバ内の前記磁性流体で速やかに補充されるように、前記磁界制御が行われることを特徴とするコンプライアントアクチュエータ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015018069thum.jpg
出願権利状態 登録
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