JP2005271183A - 多関節駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直動式アクチュエータのトルク損失を招くことなく、小型化を図ることができる多関節駆動装置を提供する。
【解決手段】支軸11〜13回りに各フレーム3〜5を回動自在に支持する回転部6〜8と、各回転部に対し各フレームを正逆方向に折り曲げるように各一端が連結された一対の第１ないし第３直動式アクチュエータ61a,61b,71a,71b,81a,81bと、各直動式アクチュエータの他端が連結され、各直動式アクチュエータの収縮量を制御して各フレームを正逆方向に折り曲げるコントローラ10とを備える。コントローラにより、各直動式アクチュエータの収縮量制御を行ってそれぞれ回転部とコントローラとの間で弛みを持たせた各直動式アクチュエータを張架してから、一方の直動式アクチュエータをさらに収縮させる一方、その一方の直動式アクチュエータの収縮量に応じた分だけ他方の直動式アクチュエータの収縮を解除するように制御し、一方のフレームを折り曲げる。
【選択図】図２

Description

本発明は直動式アクチュエータで駆動する多関節駆動装置に関し、特に、人間の手に類似した動きを示すロボットハンド等に利用されるものに係わる。

近年、人間の手と類似した動きを示すロボットハンドを、多関節機構で構成した複数の指によって実現したものが開発されている。

この多関節機構の関節部を独立して動かす手段としては、リンク機構を使用したものやボールネジ等を使用したものがあるが、これらは機構が複雑で小型化にも問題があるなどの理由から、各関節をワイヤで駆動する方法が採られている。このように、関節部をワイヤにより駆動する方法は、ガイドプーリにより関節と駆動用モータ間にワイヤを引き回し、その駆動モータによってワイヤを所望方向に引きガイドプーリ等を介して関節を駆動させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、関節部をワイヤで駆動する方法では、適度な発生力を得るためにある程度の大きさを有したモータが必要となってくる。また、関節の数に対応したモータの数が必要となってくるため、ロボットハンドの小型化には限界があり、人間の大きさと等しくするのは非常に困難となっている。

そこで、近年、人工筋肉の開発が盛んになっている。これは、直動式のアクチュエータであり、形状記憶合金などがその代表例である（例えば、非特許文献１参照）。

具体的には、直動式のアクチュエータの駆動力を一方向の回転運動に変換する場合には、図４に示すように、支点ａ回りに回転する回転部ｂに対しその回転方向（図では上端側）に直動式アクチュエータｃの一端を連結する一方、回転部ｂに対しその回転方向とは反対の逆回転方向（図では下端側）にバネｄの一端を連結し、直動式アクチュエータｃの他端およびバネｄの他端を基体ｅに連結しておく。そして、直動式アクチュエータｃに電流を通電させて収縮させると、バネｄを引っ張りながら回転部ｂが支点ａ回りに矢印方向に回転する一方、直動式アクチュエータｃへの電流の通電を遮断して直動式アクチュエータｃが元の長さに戻るときにバネｄの収縮力により回転部ｂが逆回転して元の状態に復帰するようになっている。

また、直動式のアクチュエータの駆動力を両方向（正逆回転方向）の回転運動に変換する場合には、図５に示すように、支点ａ′回りに回転する回転部ｂ′を正逆回転させるように、その回転部ｂ′の正回転方向（図では上端側）に一方の直動式アクチュエータｆの一端を連結する一方、回転部ｂ′の逆回転方向（図では下端側）に他方の直動式アクチュエータｇの一端を連結し、両直動式アクチュエータｆ，ｇの他端を、バネ構造を有する中間操作部ｈに取り付ける。そして、一方の直動式アクチュエータｆに電流を通電させて収縮させると、回転部ｂ′が支点ａ′回りに一方の直動式アクチュエータｆ側（図では時計回り）に回転する一方、他方の直動式アクチュエータｇに電流を通電させて収縮させると、回転部ｂ′が支点ａ′回りに他方の直動式アクチュエータｇ側（図では反時計回り）に回転するようになっている。このとき、片方の直動式アクチュエータｆ（またはｇ）の収縮時にもう片方の直動式アクチュエータｇ（またはｆ）に作用する負荷は、中間操作部ｈにより吸収されるようになっている。
特開平６−８１７８号公報 "バイオメタルについてよくある質問"トキ・コーポレーション株式会社のＨＰ（http://www.toki.co.jp/BioMetal/index.html）

ところが、上述の直動式アクチュエータを用いたものでは、以下に述べるような課題を保有している。

つまり、上記前者のもののように、単一の直動式アクチュエータｃを用いたものでは、直動式アクチュエータｃの駆動力（収縮力）により回転部ｂを一方向に回転運動させる際に、回転部ｂがバネｄの付勢力（引っ張り力）によって逆方向に回転しようとするため、直動式アクチュエータｃの駆動力（トルク）がバネｄの付勢力によって低下することになる。そのため、ロボットハンドの指先などの多関節駆動装置の動きを直動式アクチュエータｃによって再現しようとしても、直動式アクチュエータｃの駆動力（トルク）が低下していると、多関節駆動装置に大きな力を発生させることができず、多関節駆動装置の性能が著しく低下することになる。

また、上記後者のもののように、２つの直動式アクチュエータｆ，ｇを用いたものにおいても、一方の直動式アクチュエータｆ（またはｇ）の駆動力により回転部ｂ′を一方向に回転運動させる際に、他方の直動式アクチュエータｇ（またはｆ）に作用する負荷が中間操作部ｈにより吸収されるため、一方の直動式アクチュエータの駆動力（トルク）が中間操作部ｈによって低下することになる。そのため、多関節駆動装置の動きを直動式アクチュエータｆ，ｇによって再現しようとしても、直動式アクチュエータｆ，ｇの駆動力（トルク）が低下していると、多関節駆動装置に大きな力を発生させることができず、多関節駆動装置の性能が同様に著しく低下することになる。しかも、各直動式アクチュエータｆ，ｇの他端側に中間操作部ｈのような構造を付設する際に、その中間操作部ｈを収容するスペースを確保する必要があり、これでは、多関節駆動装置の小型化を阻む要因となってしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直動式アクチュエータのトルク損失を招くことなく、小型化を図ることができる多関節駆動装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明では、複数の関節を介して順次連結された複数のフレームを駆動部により各関節を支点にして回転駆動させるようにした多関節駆動装置を前提とし、上記駆動部に、各関節の回転支点回りに各フレームをそれぞれ回動自在に支持する回転部と、この各回転部に対し各フレームを正逆方向に折り曲げるように各一端が連結された一対の直動式アクチュエータと、この各直動式アクチュエータの他端がそれぞれ連結され、回転部に対する各直動式アクチュエータの収縮量を制御して各フレームを正逆方向に折り曲げるコントローラとを備える。そして、上記コントローラによる収縮量制御を行う前の状態にあるときに、上記回転部とコントローラとの間を結ぶ最短距離よりも長い弛みを持たせた状態で回転部とコントローラとの間に上記各直動式アクチュエータを連結する。更に、上記コントローラにより、各フレームを正逆方向のいずれか一方に折り曲げる際に各直動式アクチュエータの収縮量制御を行ってそれぞれ回転部とコントローラとの間で各直動式アクチュエータを張架した状態で、折り曲げ方向の一方の直動式アクチュエータをさらに収縮させる一方、その一方の直動式アクチュエータの収縮量に応じた分だけ他方の直動式アクチュエータの収縮を解除するように制御している。

この特定事項により、各フレームを正逆方向のいずれか一方に折り曲げる場合には、各直動式アクチュエータの収縮量制御を行ってそれぞれ回転部とコントローラとの間で各直動式アクチュエータを張架した状態から、折り曲げ方向となる一方の直動式アクチュエータをさらに収縮させると共に、その一方の直動式アクチュエータの収縮量に応じた分だけ他方の直動式アクチュエータの収縮を解除して伸長させるようにしているので、各フレームの入り曲げ方向一方の直動式アクチュエータを収縮させる際の駆動力（トルク）が他方の直動式アクチュエータによって低下することはなく、ロボットハンドの指先などの動きが直動式アクチュエータによって円滑に再現され、このようなロボットハンドの指先などに適用した際の多関節駆動装置に大きな力を発生させることが可能となって、多関節駆動装置の性能を向上させることが可能となる。

しかも、一方の直動式アクチュエータの収縮時に他方の直動式アクチュエータに作用する負荷を吸収するバネを備えた中間操作部を各直動式アクチュエータに付設する構造を採るもののように、中間操作部を収容するスペースを確保する必要がなく、中間操作部を不要にして多関節駆動装置の小型化を図ることが可能となる。

特に、各直動式アクチュエータを特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、各直動式アクチュエータを、その少なくとも一部を伸縮可能な材料により構成している。

この特定事項により、各直動式アクチュエータの全体を伸縮可能な材料により構成する必要がなくなり、各直動式アクチュエータの生産コストを低減させることが可能となる。

また、伸縮可能な材料として、形状記憶合金を適用している場合には、コントローラによる電流の通電により発生する熱によって形状記憶合金が収縮し、各直動式アクチュエータの収縮制御を円滑に行うことが可能となる。

これに対し、伸縮可能な材料として、導電性ポリマーを適用している場合には、コントローラによる電圧の印加により導電性ポリマーが収縮することになり、周囲の温度による影響を受けることなく各直動式アクチュエータの収縮制御をより円滑に行うことが可能となる。

特に、各直動式アクチュエータの長さを特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、回転部とコントローラとの間を結ぶ最短距離Ｈ、回転部の半径ｒ、回転部の回転角レンジ２θ（ｒａｄ）、各直動式アクチュエータの長さＬを、
Ｌ≧ｒ・θ＋Ｈ
の関係を満たすように設定している。

この特定事項により、各直動式アクチュエータの長さＬが、回転部とコントローラとの間を結ぶ最短距離Ｈ、回転部の半径ｒ、回転部の回転角レンジ２θ（ｒａｄ）に基づいて論理的に設定され、多関節駆動装置の性能の向上および多関節駆動装置の小型化を確実に実践させることが可能となる。また、各直動式アクチュエータの長さが適切に設定され、任意の回転角度を有した多関節駆動装置を提供することが可能となる。しかも、多様な直動式アクチュエータに応用することが可能となり、使用用途の多様化を図ることが可能となる。

更に、回転部の回転角レンジ２θ（ｒａｄ）、回転部の半径ｒ、各直動式アクチュエータの収縮量ｍを、
ｍ≧２ｒ・θ
の関係を満たすように設定している場合には、各直動式アクチュエータの収縮量ｍが、回転部の回転角レンジ２θ、回転部の半径ｒに基づいて論理的に設定され、コントローラによる各直動式アクチュエータの収縮制御をより確実に行うことが可能となる。

以上、要するに、各直動式アクチュエータの収縮量制御を行ってそれぞれ回転部とコントローラとの間で各直動式アクチュエータを張架した状態から、一方の直動式アクチュエータをさらに収縮させると共に、その一方の直動式アクチュエータの収縮量に応じた分だけ他方の直動式アクチュエータの収縮を解除して伸長させるようにすることで、一方の直動式アクチュエータを収縮させる際のトルク損失を抑えて多関節駆動装置の性能を向上させることができる上、多関節駆動装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係わる多関節駆動装置の概略構成図を示し、この図１において、多関節駆動装置１は、ベース２とその先端に順次連結された複数の第１ないし第３フレーム３，４，５を備えている。

上記ベース２と、このベース２に連設された基端側の第１フレーム３とは、略円板形状の第１回転部６により回動自在に連結されている。また、上記第１フレーム３と、この第１フレーム３に連設された中央の第２フレーム４とは、略円板形状の第２回転部７により回動自在に連結されている。更に、上記第２フレーム４と、この第２フレーム４に連設された先端側の第３フレーム５とは、略円板形状の第３回転部８により回動自在に連結されている。具体的には、第１回転部６は、第１フレーム３の基端（ベース２側端）に回転一体に連結され、ベース２に立設された回転支点としての第１支軸１１に回転自在に支持されている。また、第２回転部７は、第２フレーム４の基端（第１フレーム３側端）に回転一体に連結され、第１フレーム３の先端（第２フレーム４側端）に立設された回転支点としての第２支軸１２に回転自在に支持されている。更に、第３回転部８は、第３フレーム５の基端（第２フレーム４側端）に回転一体に連結され、第２フレーム４の先端（第３フレーム５側端）に立設された回転支点としての第３支軸１３に回転自在に支持されている。

上記第１支軸１１を通る第１フレーム３の中心軸線上に位置する第１回転部６の外周面上には、紐状の形状記憶合金により全体が構成されてなる一対の第１直動式アクチエータ６１ａ，６１ｂの一端をそれぞれ固定する第１固定部材６１ｃが固設されている。また、上記第２支軸１２を通る第２フレーム４の中心軸線上に位置する第２回転部７の外周面上には、紐状の形状記憶合金により全体が構成されてなる一対の第２直動式アクチエータ７１ａ，７１ｂの一端をそれぞれ固定する第２固定部材７１ｃが固設されている。更に、上記第３支軸１３を通る第３フレーム５の中心軸線上に位置する第３回転部８の外周面上には、紐状の形状記憶合金により全体が構成されてなる一対の第３直動式アクチエータ８１ａ，８１ｂの一端をそれぞれ固定する第３固定部材８１ｃが固設されている。この場合、第１ないし第３回転部６〜８の外周面上には、その各回転部６〜８の固定部材６１ｃ，７１ｃ，８１ｃに対し一端が連結される直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂを案内する案内溝（図示せず）が設けられている。

一方、上記第１ないし第３直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの各他端は、ベース２内に収容されたコントローラ１０にそれぞれ連結されている。このコントローラ１０は、上記第１ないし第３直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂに対しそれぞれ個々に電流の通電量をコントロールして該各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂを発熱させることによって収縮量を制御するようになされている。例えば、図２に示すように、第３フレーム５を第２フレーム４に対し矢印Ｂ方向（図２では上方）に回転させる場合には、その矢印Ｂ方向（図２では上方）となる一方の第３直動式アクチュエータ８１ａに対し電流を通電してアクチュエータ８１ａを発熱させることで収縮させ、第３回転部８を第３支軸１３回りに回転させることによって行われる。一方、第３フレーム５を第２フレーム４に対し矢印Ａ方向（図２では下方）に回転させる場合には、その矢印Ａ方向（図２では下方）となる他方の第３直動式アクチュエータ８１ｂに対し電流を通電してアクチュエータ８１ｂを発熱させることで収縮させ、第３回転部８を第３支軸１３回りに回転させることによって行われる。なお、第１フレーム３をベース２に対し回転させる場合、および第２フレーム４を第１フレーム３に対し回転させる場合も同様の制御が行われる。

そして、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂは、コントローラ１０による電流の通電量のコントロールによって元の長さから収縮させる制御は行えるものの、元の長さ以上には伸長しないため、各回転部６〜８の固定部材６１ｃ，７１ｃ，８１ｃとコントローラ１０との間に連結する際には、各回転部６〜８の固定部材６１ｃ，７１ｃ，８１ｃとコントローラ１０との間で張架された最短距離（図１に示す状態）ではなく、図３に示すように、各回転部６〜８の固定部材６１ｃ，７１ｃ，８１ｃとコントローラ１０との間の最短距離よりも長い弛みを持たせた状態で、各回転部６〜８の固定部材６１ｃ，７１ｃ，８１ｃとコントローラ１０との間に連結されるようになっている。具体的には、第１直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂの長さＬ１は、第１回転部６の第１固定部材６１ｃとコントローラ１０との間を結ぶ最短距離をＨ１、第１回転部６の半径をｒ１、第１回転部６の回転角レンジを２θ（ｒａｄ）とすると、Ｌ１≧ｒ１・θ＋Ｈ１の関係を満たすように設定されている。また、第２直動式アクチュエータ７１ａ，７１ｂの長さＬ２は、第２回転部７の第２固定部材７１ｃとコントローラ１０との間を結ぶ最短距離をＨ２、第２回転部４の半径をｒ２、第２回転部７の回転角レンジを２θ（ｒａｄ）とすると、Ｌ２≧ｒ２・θ＋Ｈ２の関係を満たすように設定されている。更に、第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂの長さＬ３は、第３回転部８の第３固定部材８１ｃとコントローラ１０との間を結ぶ最短距離をＨ３、第３回転部８の半径をｒ３、第３回転部８の回転角レンジを２θ（ｒａｄ）とすると、Ｌ３≧ｒ３・θ＋Ｈ３の関係を満たすように設定されている。この場合、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの長さは、それぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３よりも長く設定されていればよいが、不必要に長く設定すると、絡んだりしてトラブルの発生となるので、なるべくＬ１，Ｌ２，Ｌ３の長さに合わせておくことが望ましい。

また、第１直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂの収縮量ｍ１は、第１回転部６の回転角レンジを２θ（ｒａｄ）、第１回転部６の半径をｒ１とすると、ｍ１≧２ｒ１・θの関係を満たすように設定されている。そして、第２直動式アクチュエータ７１ａ，７１ｂの収縮量ｍ２は、第２回転部７の回転角レンジを２θ（ｒａｄ）、第２回転部７の半径をｒ２とすると、ｍ２≧２ｒ２・θの関係を満たすように設定されている。更に、第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂの収縮量ｍ３は、第３回転部８の回転角レンジを２θ（ｒａｄ）、第３回転部８の半径をｒ３とすると、ｍ３≧２ｒ３・θの関係を満たすように設定されている。

ここで、第１ないし第３フレーム３〜５を回転させる場合のコントローラ１０による制御を図２および図３に基づいて説明する。なお、第１フレーム３をベース２に対し回転させる場合、および第２フレーム４を第１フレーム３に対し回転させる場合も同様の制御が行われるため、第３フレーム５を第２フレーム４に対し回転させる場合についてのみ説明する。

まず、第３フレーム５を矢印Ｂ方向（図２および図３では上方）に回転させて折り曲げる場合には、図３に示すように、第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂの収縮量制御を行って弛みを取り除いてそれぞれ第３回転部８の第３固定部材８１ｃとコントローラ１０との間で第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂを張架しておく。この状態で、図２に二点鎖線で示すように、折り曲げ方向となる一方（図２および図３では上側）の直動式アクチュエータ８１ａにさらに電流を通電してさらに収縮させる一方、その一方の直動式アクチュエータ８１ａの収縮量に応じた分だけ他方（図２および図３では下側）の直動式アクチュエータ８１ｂの収縮を解除するようにコントローラ１０で制御する。これにより、第３回転部８の第３固定部材８１ｃとコントローラ１０との間で張架された一方の第３直動式アクチュエータ８１ａがさらに収縮し始め、これに合わせて他方の第３直動式アクチュエータ８１ｂが元の長さへ復帰し始める。このため、第３回転部８は第２フレーム４先端の支軸１３回りに矢印Ｂ方向に回動し、第３フレーム５を矢印Ｂ方向の限界となる回転角レンジθ（ｒａｄ）まで回動するようになっている。

一方、第３フレーム５を矢印Ａ方向（図２および図３では下方）に回転させて折り曲げる場合には、図３に示すように、第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂの収縮量制御を行って弛みを取り除いてそれぞれ第３回転部８の第３固定部材８１ｃとコントローラ１０との間で第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂを張架しておいた状態から、図２に実線で示すように、折り曲げ方向となる他方（図２および図３では下側）の直動式アクチュエータ８１ｂにさらに電流を通電してさらに収縮させる一方、その他方の直動式アクチュエータ８１ｂの収縮量に応じた分だけ一方（図２および図３では上側）の直動式アクチュエータ８１ａの収縮を解除するようにコントローラ１０で制御する。これにより、第３回転部８の第３固定部材８１ｃとコントローラ１０との間で張架された他方の第３直動式アクチュエータ８１ｂがさらに収縮し始め、これに合わせて一方の第３直動式アクチュエータ８１ａが元の長さへ復帰し始める。このため、第３回転部８は第２フレーム４先端の支軸１３回りに矢印Ａ方向に回動し、第３フレーム５を矢印Ａ方向の限界となる回転角レンジθ（ｒａｄ）まで回動するようになっている。

このように、上記実施形態では、第３フレーム５を矢印Ａ方向または矢印Ｂ方向のいずれか一方に折り曲げる場合には、第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂの収縮量制御を行ってそれぞれ第３回転部８の固定部材１３とコントローラ１０との間で各第３直動式アクチュエータ８１ａ，８１ｂを張架した状態から、折り曲げ方向となる一方の第３直動式アクチュエータ８１ａ（または８１ｂ）をさらに収縮させると共に、その一方の第３直動式アクチュエータ８１ａ（または８１ｂ）の収縮量に応じた分だけ他方の第３直動式アクチュエータ８１ｂ（または８１ａ）の収縮を解除して元の長さに復帰させるようにしているので、第３フレーム８の折り曲げ方向一方の第３直動式アクチュエータ８１ａ（または８１ｂ）を収縮させる際の駆動力（トルク）が他方の第３直動式アクチュエータ８１ｂ（または８１ａ）によって低下することはなく、ロボットハンドの指先などの動きが各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂによって円滑に再現され、このようなロボットハンドの指先などに適用した際の多関節駆動装置１に大きな力を発生させることが可能となって、多関節駆動装置１の性能を向上させることができる。

しかも、一方の第３直動式アクチュエータ８１ａ（または８１ｂ）の収縮時に他方の第３直動式アクチュエータ８１ｂ（または８１ａ）に作用する負荷を吸収するバネを備えた中間操作部を各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂに付設する必要がなく、中間操作部を収容するスペースを確保する必要もなくなって、多関節駆動装置１の小型化を図ることができる。

また、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂを縮縮制御可能な材料として、形状記憶合金が適用されているので、コントローラ１０による電流の通電により発生する熱によって形状記憶合金が収縮し、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの収縮制御を円滑に行うことができる。

そして、第１ないし第３回転部６〜８の各固定部材１１〜１３とコントローラ１０との間を結ぶ最短距離をＨ１，Ｈ２，Ｈ３、各回転部６〜８の半径をｒ１，ｒ２，ｒ３、各回転部６〜８の回転角レンジを２θ（ｒａｄ）としたときに、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、Ｌ１（またはＬ２もしくはＬ３）≧ｒ１（またはｒ２もしくはｒ３）・θ＋Ｈ１（またはＨ２もしくはＨ３）の関係を満たすように設定されしているので、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、第１ないし第３回転部６〜８の各固定部材１１〜１３とコントローラ１０との間を結ぶ最短距離Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３、各回転部６〜８の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３、各回転部６〜８の回転角レンジ２θ（ｒａｄ）に基づいて論理的に設定され、多関節駆動装置１の性能の向上および多関節駆動装置１の小型化を確実に実践させることができる。また、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの長さが適切に設定され、任意の回転角度を有した多関節駆動装置１を提供することができる。しかも、多様な直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂに応用することが可能となり、使用用途の多様化を図ることができる。

更に、第１ないし第３回転部６〜８の回転角レンジ２θ（ｒａｄ）、各回転部６〜８の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの収縮量ｍ１，ｍ２，ｍ３が、ｍ１（またはｍ２もしくはｍ３）≧２ｒ１（または２ｒ２もしくは２ｒ３）・θの関係を満たすように設定されているので、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの収縮量ｍ１，ｍ２，ｍ３が、各回転部６〜８の回転角レンジ２θ、各回転部６〜８の半径ｒ１，ｒ２，ｒ３に基づいて論理的に設定され、コントローラ１０による各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの収縮制御をより確実に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂを紐状の形状記憶合金により構成したが、電圧の印加により収縮する導電性ポリマーにより各直動式アクチュエータが構成されていてもよい。この場合には、コントローラによる電圧の印加により導電性ポリマーが収縮することになり、周囲の温度による影響を受けることなく各直動式アクチュエータの収縮制御をより円滑に行うことが可能となる。

更に、上記実施形態では、各直動式アクチュエータ６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ，８１ａ，８１ｂの全体を紐状の形状記憶合金により構成したが、一部のみが形状記憶合金や導電性ポリマーなどの収縮可能な材料により構成され、残る部分が金属ワイヤや曲げ不能な金属ロッドなどの伸縮不能な材料により構成されていてもよい。この場合には、曲げ不能な金属ロッドなどの伸縮不能な材料に対応する部分は回転部の外周面に対し巻き付けられないためにベース内に位置付ける必要があるが、形状記憶合金や導電性ポリマーなどの収縮可能な材料に対応する部分や金属ワイヤなどの伸縮不能な材料に対応する部分は各フレーム内およびベース内を問わず位置付けられ、多様な材料の直動式アクチュエータを構成することが可能となる。

本発明の実施形態に係わる多関節駆動装置の内部構成の概略を説明する断面図である。 多関節駆動装置の内部構成の概略を第３フレームの折り曲げ状態で説明する断面図である。 多関節駆動装置の内部構成の概略を各直動式アクチュエータの収縮量制御前の状態で説明する断面図である。 従来例に係わる直動式アクチュエータによる回転駆動を実現した概略を説明する断面図である。 その他の従来例に係わる直動式アクチュエータによる回転駆動を実現した概略を説明する断面図である。

符号の説明

１ 多関節駆動装置
３ 第１フレーム（フレーム）
４ 第２フレーム（フレーム）
５ 第３フレーム（フレーム）
１１ 第１支軸（回転支点）
１２ 第２支軸（回転支点）
１３ 第３支軸（回転支点）
６ 第１回転部（回転部）
６１ａ，６１ｂ
第１直動式アクチュエータ（直動式アクチュエータ）
７ 第２回転部（回転部）
７１ａ，７１ｂ
第２直動式アクチュエータ（直動式アクチュエータ）
８ 第３回転部（回転部）
８１ａ，８１ｂ
第３直動式アクチュエータ（直動式アクチュエータ）
１０ コントローラ

Claims (6)

1. 複数の関節を介して順次連結された複数のフレームを駆動部により各関節を支点にして回転駆動させるようにした多関節駆動装置において、
   上記駆動部は、
   各関節の回転支点回りに各フレームをそれぞれ回動自在に支持する回転部と、
   この各回転部に対し各フレームを正逆方向に折り曲げるように各一端が連結された一対の直動式アクチュエータと、
   この各直動式アクチュエータの他端がそれぞれ連結され、回転部に対する各直動式アクチュエータの収縮量を制御して各フレームを正逆方向に折り曲げるコントローラと
   を備え、
   上記各直動式アクチュエータは、上記コントローラによる収縮量制御を行う前の状態にあるときに、上記回転部とコントローラとの間を結ぶ最短距離よりも長い弛みを持たせた状態で回転部とコントローラとの間に連結されていて、
   上記コントローラは、各フレームを正逆方向のいずれか一方に折り曲げる際に各直動式アクチュエータの収縮量制御を行ってそれぞれ回転部とコントローラとの間で各直動式アクチュエータを張架した状態で、折り曲げ方向の一方の直動式アクチュエータをさらに収縮させる一方、その一方の直動式アクチュエータの収縮量に応じた分だけ他方の直動式アクチュエータの収縮を解除するように制御していることを特徴とする多関節駆動装置。
2. 上記請求項１に記載の多関節駆動装置において、
   各直動式アクチュエータは、その少なくとも一部が伸縮可能な材料により構成されていることを特徴とする多関節駆動装置。
3. 上記請求項２に記載の多関節駆動装置において、
   伸縮可能な材料としては、形状記憶合金が適用されていることを特徴とする多関節駆動装置。
4. 上記請求項２に記載の多関節駆動装置において、
   伸縮可能な材料としては、導電性ポリマーが適用されていることを特徴とする多関節駆動装置。
5. 上記請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の多関節駆動装置において、
   回転部とコントローラとの間を結ぶ最短距離Ｈ、回転部の半径ｒ、回転部の回転角レンジ２θ（ｒａｄ）、各直動式アクチュエータの長さＬは、
   Ｌ≧ｒ・θ＋Ｈ
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする多関節駆動装置。
6. 上記請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の多関節駆動装置において、
   回転部の回転角レンジ２θ（ｒａｄ）、回転部の半径ｒ、各直動式アクチュエータの収縮量ｍは、
   ｍ≧２ｒ・θ
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする多関節駆動装置。
   

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