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COMPLIANT ACTUATOR

Patent code P170013750
File No. 1616
Posted date Mar 15, 2017
Application number P2015-018069
Publication number P2016-142320A
Patent number P6493962
Date of filing Feb 2, 2015
Date of publication of application Aug 8, 2016
Date of registration Mar 15, 2019
Inventor
  • (In Japanese)菅野 重樹
  • (In Japanese)亀▲崎▼ 允啓
  • (In Japanese)アギーレ ゴンザロ
Applicant
  • (In Japanese)学校法人早稲田大学
Title COMPLIANT ACTUATOR
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a responding time and realize flexibility by a relative easy configuration.
SOLUTION: An actuator 10 comprises a fluid pressure cylinder 11 for generating a driving force at a piston 19 with a pressure of magnetic fluid; fluid supply means 12 for supplying magnetic fluid to first and second chambers 22, 23 of the fluid pressure cylinder 11; and control means 13 for controlling an operation of the fluid pressure cylinder 11 and supplying of magnetic fluid to the fluid pressure cylinder 11 with the fluid supply means 12. The piston 19 comprises a communication flow passage 36 communicating with the first and second chambers 22, 23 and an electric magnet for generating a magnetic field in the communicating flow passage 36. The control means 13 controls flow rate of the magnetic fluid supplied by the fluid supply means 12 into each of the chambers, viscosity of magnetic fluid is changed under control of the magnetic field in the communicating flow passage 36 to adjust the flow rate of the magnetic fluid passing through the communication flow passage 36 to change a driving state of the piston 19.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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)。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015018069thum.jpg
State of application right Registered
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