致动器及其驱动方法技术

本公开涉及致动器及其驱动方法。致动器(1A)具备：移位部(25a)；第1～第4人工肌(2a～2d)；使填充于第1、第2人工肌(2a、2b)内的流体的压力变化的压力调整部(20a)；使第3、第4人工肌(2c、2d)的内部的流体流入流出的开闭阀(21a)；和对压力调整部的驱动和开闭阀进行控制的控制部(22a)。第1～第4人工肌分别为，具备卷绕成线圈状的具有弹性的筒体，在筒体的外周面以筒体的轴心为中心轴而螺旋状地设置有槽，在筒体的内部填充有流体，第1人工肌(2a)中,筒体的线圈状的卷绕方向与槽的螺旋状的卷绕方向相反，第2～第4人工肌(2b～2d)中,筒体的线圈状的卷绕方向与槽的螺旋状的卷绕方向相同。

Actuators and their driving methods

The present disclosure relates to an actuator and a driving method. The actuator (1A) has a displacement portion (25a); first ~ fourth artificial muscle (2a ~ 2D); the filling in first, second artificial muscle (2a, 2b) of pressure adjustment pressure changes in the fluid (20a); the third, fourth artificial muscle (2c, 2D) of the internal the fluid flows in and out of the open and close valve (21a); control valve control department and the Department of the driver and the pressure adjustment (22a). First ~ fourth artificial muscle respectively, with flexible tube wound into a coil shape, on the outer peripheral surface of cylinder to cylinder axis as the central axis and spirally arranged in the groove, the inner part of the cylinder is filled with fluid, first artificial muscle (2a) in the direction of the spiral winding the direction of winding coil cylinder and groove on the contrary, second ~ fourth artificial muscle (2B ~ 2D) in the winding direction of spiral coil winding direction of cylinder and the slot of the same.

【技术实现步骤摘要】
致动器及其驱动方法
本公开涉及具备多个人工肌(artificialmuscle，人造肌肉)的致动器(actuator)及其驱动方法。
技术介绍
随着对家庭用机器人等在靠近人类的场所工作的机械的要求的提高，对像人类的肌肉那样具备轻质且柔软的特征的人工肌肉致动器的期待也变大。虽然被称为人工肌肉致动器的致动器存在各种各样的种类，但大多数是使用了易符合轻质且柔软这一特征的橡胶状弹性材料的变形的致动器。作为使用了橡胶状弹性材料的变形的致动器的一例，已知有利用流体的压力来进行伸缩的麦吉本(Mckibben)型致动器(例如参照专利文献1)。专利文献1中记载的麦吉本型致动器包括利用编织构造加强后的橡胶管，用流体对橡胶管的内部加压，一边使编织的角度像缩放仪(pantagraph)那样变化一边将径向上的膨胀变换成轴向上的收缩，由此使致动器伸缩。在对这种致动器安装旋转圆板和/或臂(arm)等移位(变位)部并使移位部活动的情况下，为了实现稳定的双向动作而使用对抗驱动致动器(例如参照非专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭59-197605号公报非专利文献非专利文献1：山下忠及其他3人，“对抗驱动关节的刚性和转矩的控制：基于气动致动器的实验性研究(拮抗駆動関節による剛性とトルクの制御：空気圧アクチュエータによる実験的検討)”，日本机器人学会杂志，Vol.13,No.5,pp.666～673,1995
技术实现思路
然而，专利文献1中记载的麦吉本型致动器具有压力越高则刚性越增加的非线性特性。因此，在使用两个麦吉本型致动器来构成对抗驱动致动器的情况下，存在下述问题：当使致动器的压力变化而改变移位部的位置(例如角度)时，移位部的移动方向的刚性(致动器的刚性)也会变化。于是，本公开的非限定性地例示的一个技术方案提供能够对移位部的位置和刚性独立地进行调节、或者不改变刚性地对移位部的位置进行调节的致动器。本公开的一个技术方案涉及的致动器，包括：移位部，其包括第1部件和第2部件；第1人工肌；以及第2人工肌，使用所述第1人工肌以及所述第2人工肌所产生的力利用所述第1部件向所述第2部件传递，所述被传递的力使所述第2部件向第1方向或者与所述第1方向反向的第2方向移位，所述第1人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第1筒体，所述第1筒体具有设置在所述第1筒体的外周面上的螺旋状的第1槽和设置在所述第1筒体的内周面上的螺旋状的第2槽中的至少一方，所述第1槽的螺旋的中心轴和所述第2槽的螺旋的中心轴是所述第1筒体的轴心，在所述第1筒体的内部填充有第1流体，所述第2人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第2筒体，所述第2筒体具有设置在所述第2筒体的外周面上的螺旋状的第3槽和设置在所述第2筒体的内周面上的螺旋状的第4槽中的至少一方，所述第3槽的螺旋的中心轴和所述第4槽的螺旋的中心轴是所述第2筒体的轴心，在所述第2筒体的内部填充有第2流体，所述第1筒体的线圈状的卷绕方向与所述第1槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第2槽的螺旋状的卷绕方向相反，所述第2筒体的线圈状的卷绕方向与所述第3槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第4槽的螺旋状的卷绕方向相同。另外，本公开的一个技术方案涉及的致动器的驱动方法中，所述致动器具备：移位部，其包括第1部件、第2部件、第3部件；第1人工肌；第2人工肌；以及第3人工肌和第4人工肌，其被使用所述第1部件以及所述第3部件而施加所述第1人工肌和所述第2人工肌的力，所述第1部件配置在连接所述第1人工肌和所述第2人工肌的路径上，所述第3部件配置在连接所述第3人工肌和所述第4人工肌的路径上，所述第1人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第1筒体，所述第1筒体具有设置在所述第1筒体的外周面上的螺旋状的第1槽和设置在所述第1筒体的内周面上的螺旋状的第2槽中的至少一方，所述第1槽的螺旋的中心轴和所述第2槽的螺旋的中心轴是所述第1筒体的轴心，在所述第1筒体的内部填充有第1流体，所述第2人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第2筒体，所述第2筒体具有设置在所述第2筒体的外周面上的螺旋状的第3槽和设置在所述第2筒体的内周面上的螺旋状的第4槽中的至少一方，所述第3槽的螺旋的中心轴和所述第4槽的螺旋的中心轴是所述第2筒体的轴心，在所述第2筒体的内部填充有第2流体，所述第3人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第3筒体，所述第3筒体具有设置在所述第3筒体的外周面上的螺旋状的第5槽和设置在所述第3筒体的内周面上的螺旋状的第6槽中的至少一方，所述第5槽的螺旋的中心轴和所述第6槽的螺旋的中心轴是所述第3筒体的轴心，在所述第3筒体的内部填充有第3流体，所述第4人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第4筒体，所述第4筒体具有设置在所述第4筒体的外周面上的螺旋状的第7槽和设置在所述第4筒体的内周面上的螺旋状的第8槽中的至少一方，所述第7槽的螺旋的中心轴和所述第8槽的螺旋的中心轴是所述第4筒体的轴心，在所述第4筒体的内部填充有第4流体，所述第1筒体的线圈状的卷绕方向与所述第1槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第2槽的螺旋状的卷绕方向相反，所述第2筒体的线圈状的卷绕方向与所述第3槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第4槽的螺旋状的卷绕方向相同，所述第3筒体的线圈状的卷绕方向与所述第5槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第6槽的螺旋状的卷绕方向相同或者相反，所述第4筒体的线圈状的卷绕方向与所述第3筒体的线圈状的卷绕方向相同、并且所述第7槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第8槽的螺旋状的卷绕方向与所述第5槽的螺旋状的卷绕方向相同，或者，所述第4筒体的线圈状的卷绕方向与所述第3筒体的线圈状的卷绕方向相反、并且所述第7槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第8槽的螺旋状的卷绕方向与所述第5槽的螺旋状的卷绕方向相反，所述致动器还包括：压力调整部，其使所述第1流体的压力和所述第2流体的压力变化；开闭阀，其设置在连接所述第3人工肌和所述第4人工肌的配管中，所述配管是所述第3流体流向所述第4筒体的流路，并且是所述第4流体流向所述第3筒体的流路；以及控制部，其控制所述压力调整部的驱动以及所述开闭阀的开闭状态，所述驱动方法包括：根据使所述第2部件的位置向目标位置移动的位置指令，使用所述压力调整部，对所述第1流体的压力以及所述第2流体的压力进行变更的步骤；基于所述位置指令和用于使所述移位部的刚性成为目标刚性的刚性指令，算出所述第3流体与所述第4流体的目标压力差的步骤；以及，对所述第3流体与所述第4流体的实测压力差和所述目标压力差进行比较，控制所述开闭阀的开闭状态，由此，使所述实测压力差接近于所述目标压力差的步骤。此外，这些总括性的或者具体的技术方案可以通过装置、系统、方法来实现，也可以通过装置、系统、方法的任意组合来实现。根据本公开，致动器能够对移位部的位置和刚性独立地进行调节、或者不改变刚性地对移位部的位置进行调节。本公开的一个技术方案的附加的益处及优点可由本说明书及附图来明确。该益处和/或优点可以单独地由本说明书及附图所公开的各种技术方案及特征而得到，无需为了获得这些中的一个以上益处和/或优点而实施所有的技术方案及特征。附图说明图1是示意性表示实施方式1涉及的致动器的图。图2A是表示实施方式1涉及的具有同手性(homochiral)构造的人工肌的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致动器，包括：移位部，其包括第1部件和第2部件；第1人工肌；以及第2人工肌，使用所述第1人工肌以及所述第2人工肌所产生的力利用所述第1部件向所述第2部件传递，所述被传递的力使所述第2部件向第1方向或者与所述第1方向反向的第2方向移位，所述第1人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第1筒体，所述第1筒体具有设置在所述第1筒体的外周面上的螺旋状的第1槽和设置在所述第1筒体的内周面上的螺旋状的第2槽中的至少一方，所述第1槽的螺旋的中心轴和所述第2槽的螺旋的中心轴是所述第1筒体的轴心，在所述第1筒体的内部填充有第1流体，所述第2人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第2筒体，所述第2筒体具有设置在所述第2筒体的外周面上的螺旋状的第3槽和设置在所述第2筒体的内周面上的螺旋状的第4槽中的至少一方，所述第3槽的螺旋的中心轴和所述第4槽的螺旋的中心轴是所述第2筒体的轴心，在所述第2筒体的内部填充有第2流体，所述第1筒体的线圈状的卷绕方向，与所述第1槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第2槽的螺旋状的卷绕方向相反，所述第2筒体的线圈状的卷绕方向，与所述第3槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第4槽的螺旋状的卷绕方向相同。

【技术特征摘要】
2016.08.29 JP 2016-1672721.一种致动器，包括：移位部，其包括第1部件和第2部件；第1人工肌；以及第2人工肌，使用所述第1人工肌以及所述第2人工肌所产生的力利用所述第1部件向所述第2部件传递，所述被传递的力使所述第2部件向第1方向或者与所述第1方向反向的第2方向移位，所述第1人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第1筒体，所述第1筒体具有设置在所述第1筒体的外周面上的螺旋状的第1槽和设置在所述第1筒体的内周面上的螺旋状的第2槽中的至少一方，所述第1槽的螺旋的中心轴和所述第2槽的螺旋的中心轴是所述第1筒体的轴心，在所述第1筒体的内部填充有第1流体，所述第2人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第2筒体，所述第2筒体具有设置在所述第2筒体的外周面上的螺旋状的第3槽和设置在所述第2筒体的内周面上的螺旋状的第4槽中的至少一方，所述第3槽的螺旋的中心轴和所述第4槽的螺旋的中心轴是所述第2筒体的轴心，在所述第2筒体的内部填充有第2流体，所述第1筒体的线圈状的卷绕方向，与所述第1槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第2槽的螺旋状的卷绕方向相反，所述第2筒体的线圈状的卷绕方向，与所述第3槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第4槽的螺旋状的卷绕方向相同。2.根据权利要求1所述的致动器，所述第1人工肌，以与所述第2人工肌相同的材料、相同的线圈卷绕直径以及自然长度相同的线圈节距形成，在分别使所述第1筒体和所述第2筒体为直线状的情况下，所述第1筒体具有与所述第2筒体相同的形状，或者具有相对于所述第2筒体面对称的形状。3.根据权利要求1所述的致动器，还具备：压力调整部，其使所述第1流体的压力和所述第2流体的压力变化；以及控制部，所述控制部在使所述第2部件向所述第1方向移位时，指示所述压力调整部使所述第1流体的压力和所述第2流体的压力增加，由此使所述第1人工肌伸长并使所述第2人工肌收缩，所述控制部在使所述第2部件向所述第2方向移位时，指示所述压力调整部使所述第1流体的压力和所述第2流体的压力减少，由此使所述第1人工肌收缩并使所述第2人工肌伸长。4.根据权利要求3所述的致动器，还具备：第3人工肌和第4人工肌，其被从所述第1人工肌和所述第2人工肌经由所述第1部件施加力；以及开闭阀，其设置在连接所述第3人工肌和所述第4人工肌的配管中，所述第3人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第3筒体，所述第3筒体具有设置在所述第3筒体的外周面上的螺旋状的第5槽和设置在所述第3筒体的内周面上的螺旋状的第6槽中的至少一方，所述第5槽的螺旋的中心轴和所述第6槽的螺旋的中心轴是所述第3筒体的轴心，所述第4人工肌具备卷绕成线圈状的具有弹性的第4筒体，所述第4筒体具有设置在所述第4筒体的外周面上的螺旋状的第7槽和设置在所述第4筒体的内周面上的螺旋状的第8槽中的至少一方，所述第7槽的螺旋的中心轴和所述第8槽的螺旋的中心轴是所述第4筒体的轴心，所述第3筒体的线圈状的卷绕方向，与所述第5槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第6槽的螺旋状的卷绕方向相同或者相反，所述第4筒体的线圈状的卷绕方向与所述第3筒体的线圈状的卷绕方向相同、并且所述第7槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第8槽的螺旋状的卷绕方向与所述第5槽的螺旋状的卷绕方向相同，或者，所述第4筒体的线圈状的卷绕方向与所述第3筒体的线圈状的卷绕方向相反、并且所述第7槽的螺旋状的卷绕方向以及所述第8槽的螺旋状的卷绕方向与所述第5槽的螺旋状的卷绕方向相反，在所述第3筒体的内部填充有第3流体，并且在所述第4筒体的内部填充有第4流体，所述配管是所述第3流体流向所述第4筒体的流路，并且是所述第4流体流向所述第3筒体的流路，所述控制部使所述开闭阀对所述开闭阀的开闭状态进行控制，由此控制所述第3流体从所述第3人工肌向所述第4人工肌的移动量以及所述第4流体从所述第4人工肌向所述第3人工肌的移动量。5.根据权利要求4所述的致动器，所述第3人工肌以及所述第4人工肌彼此为相同的材料并且为相同的形状。6.根据权利要求4所述的致动器，所述第3筒体的线圈状的卷绕方向与所述第3槽的螺旋状的卷绕方向相同。7.根据权利要求4所述的致动器，所述移位部具有旋转轴，所述第1部件以及所述第2部件能够以所述旋转轴为中心进行旋转，所述第1方向的移位是以所述旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅井胜彦，永田贵之，井上和夫，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP