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アクチュエータシステム

国内特許コード P190015915
整理番号 2182
掲載日 2019年3月25日
出願番号 特願2019-038184
公開番号 特開2020-143686
出願日 平成31年3月4日(2019.3.4)
公開日 令和2年9月10日(2020.9.10)
発明者
  • 亀▲崎▼ 允啓
  • 大槻 健史郎
  • ▲張▼ 裴之
  • 菅野 重樹
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 アクチュエータシステム
発明の概要 【課題】従来の固体シールに対して低い摺動抵抗を実現しつつ、摺動抵抗を変化させてバックドライバビリティを調整可能にする。
【解決手段】アクチュエータシステム10は、作動流体が収容される作動流体室30と、作動流体室30を複数の室空間30A,30Bに分割するとともに、作動流体室30内への作動流体の供給による各室空間30A,30Bの圧力差により、駆動力を外部に伝達する回転ユニット17と、磁場を発生させる磁場発生手段37,38,39とを備える。回転ユニット17は、作動流体室30に対して隙間35を介して摺動可能に設けられ、隙間35には、磁場が作用するとともに、磁場強度に応じて粘性が変化する磁気粘性流体が介装され、磁場発生手段37,38,39は、磁場強度を調整可能に設けられ、隙間35内の磁気粘性流体の粘性を変化させることで、作動流体室30に対する回転ユニット17の摺動抵抗を可変にする。
【選択図】図3
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)。

しかしながら、前記サーボシステムにあっては、システムの複雑性や、制御器固有の周波数応答の限界により、突然の衝撃的入力への対応が不十分である。このため、人間と共存するロボットについては、予期しない外力の付与に対して迅速に応答可能な柔軟性を有する新たなアクチュエータが要請されている。そこで、本発明者らは、このような要請に基づき、流体圧シリンダを用いた直動型のコンプライアントアクチュエータと、ベーン型のロータリアクチュエータを用いた回転型のコンプライアントアクチュエータとを既に提案している(特許文献2、3参照)。

前記直動型のコンプライアントアクチュエータは、磁場強度に応じて粘性が変化する磁気機能性流体の圧力により駆動力を発生させる動作部となる流体圧シリンダと、流体圧シリンダの内部に磁気機能性流体を供給する流体供給手段と、流体圧シリンダの作動を制御するとともに、流体供給手段による流体圧シリンダへの磁気機能性流体の供給を制御する制御手段とを備えている。流体圧シリンダは、中空のシリンダチューブと、シリンダチューブの内部空間を移動可能に配置され、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有する。ここで、シリンダチューブの内部空間は、ピストンにより、それぞれ磁気機能性流体が充填された第1及び第2の室空間に仕切られる。更に、ピストンには、第1及び第2の室空間を連通する連通流路が形成されるとともに、当該連通流路の内部に磁場を発生させる電磁石が設けられている。また、制御手段では、流体供給手段により各室空間内に供給される磁気機能性流体の流量制御を行うとともに、連通流路内の磁場の状態を制御し、磁気機能性流体の粘性を変化させて連通流路を通過する磁気機能性流体の流量調整を行うことにより、ピストンの駆動状態を変化させる。

前記回転型のコンプライアントアクチュエータは、前記磁気機能性流体の圧力により駆動力を発生させる動作部となるロータリアクチュエータと、ロータリアクチュエータに磁気機能性流体を供給する流体供給手段と、ロータリアクチュエータの作動を制御するとともに、流体供給手段によるロータリアクチュエータへの磁気機能性流体の供給を制御する制御手段とを備えている。ロータリアクチュエータは、磁気機能性流体が収容される作動流体室を内部に有するハウジングと、作動流体室内で回転可能に設けられた回転ユニットと、作動流体室内に固定配置されるとともに、回転ユニットの回転を規制するストッパとを備えている。ここで、回転ユニットは、ハウジング内で回転可能に配置されて駆動力を発生させる駆動軸と、駆動軸と一体回転可能に駆動軸に固定され、作動流体室を2つの第1及び第2の室空間に分割するとともに、これら室空間を連通する連通流路が設けられたベーンと、連通流路の内部に集中して磁場を発生させる磁場発生手段とを備えている。また、制御手段では、流体供給手段により各室空間内に供給される磁気機能性流体の流量制御を行うとともに、連通流路内の磁場の状態を制御し、磁気機能性流体の粘性を変化させて連通流路を通過する磁気機能性流体の流量調整を行うことにより、回転ユニットの駆動状態を変化させる。

産業上の利用分野

本発明は、作動流体の流体圧により駆動力を発生させるアクチュエータシステムに係り、更に詳しくは、摺動部分に介装されたシールの耐圧性や摩擦力を調整可能にするアクチュエータシステムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
作動流体の流体圧により駆動力を発生させるアクチュエータ本体と、当該アクチュエータ本体に前記作動流体を供給する流体供給手段とを備えたアクチュエータシステムにおいて、
前記アクチュエータ本体は、前記流体供給手段に繋がって前記作動流体が収容される作動流体室と、当該作動流体室を複数の室空間に分割するとともに、前記作動流体室内への前記作動流体の供給による前記各室空間の圧力差により、前記駆動力を外部に伝達する動作部と、磁場を発生させる磁場発生手段とを備え、
前記動作部は、前記作動流体室に対して隙間を介して摺動可能に設けられ、
前記隙間には、前記磁場が作用するとともに、磁場強度に応じて粘性が変化する磁気機能性流体が介装され、
前記磁場発生手段は、前記磁場強度を調整可能に設けられ、前記隙間内の前記磁気機能性流体の粘性を変化させることで、前記作動流体室に対する前記動作部の摺動抵抗を可変にすることを特徴とするアクチュエータシステム。

【請求項2】
前記作動流体は前記磁気機能性流体であり、
前記隙間は、前記各室空間に対して前記磁気機能性流体を流出入可能に設けられ、前記隙間内の前記磁気機能性流体を前記作動流体とは別の流体シールとして機能させることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータシステム。

【請求項3】
前記アクチュエータ本体は、前記動作部の摺動方向にほぼ直交する向きで前記磁場を前記隙間内に作用させる磁気回路を含むことを特徴とする請求項1又は2記載のアクチュエータシステム。

【請求項4】
前記磁気回路は、前記磁場発生手段から前記室空間への磁場の漏れを抑制し、前記隙間内に集中して磁場を作用させる構造をなすことを特徴とする請求項3記載のアクチュエータシステム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019038184thum.jpg
出願権利状態 公開
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