(57)【要約】【課題】進行波により対象物を搬送する上で、十分な搬送性能を実現することができ、構造が簡単であり、かつ小型化に適したアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ基板１１上にフレキシブル基板１４を重ね合わせて固定し、フレキシブル基板１４上に複数の伸縮駆動素子１２を並設して固定し、各伸縮駆動素子１２の上端にシート状の弾性部材１３を載せて係止し、制御駆動部１５をフレキシブル基板１４を通じて各伸縮駆動素子１２に接続している。制御駆動部１５は、フレキシブル基板１４を通じて各伸縮駆動素子１２に電圧を順次印加し、各伸縮駆動素子１２をＺ方向に順次伸縮させて、弾性部材１３を変形させて波打たせ、弾性部材１３に進行方向がＸ方向の進行波を形成する。この弾性部材１３に対象物を載置すると、この弾性部材１３の進行波により対象物がＸ方向とは逆方向に搬送される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列された複数の伸縮駆動素子と、
各伸縮駆動素子に載せられて係止された弾性部材と、
各伸縮駆動素子の伸縮に追従して弾性部材が変形し、この弾性部材に進行波が形成される様に、各伸縮駆動素子にそれぞれの電圧を印加して、各伸縮駆動素子を伸縮させる制御手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
各伸縮駆動素子は、弾性を有する高分子材料を各電極間に挟み込んだ高分子アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
各伸縮駆動素子は、行列方向に配列されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
対象物と弾性部材との接触状態を検出する接触状態検出手段を備え、
制御手段は、接触状態検出手段の検出出力に基づいて、各伸縮駆動素子を伸縮させて、弾性部材を対象物の表面に沿う様に変形させ、この状態で各伸縮駆動素子を伸縮させて、弾性部材に進行波を形成させることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
弾性部材の表面に複数の突起を形成したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
各伸縮駆動素子にそれぞれ接続された複数の電極パターンを備え、
各伸縮駆動素子を複数組に分けて、組毎に、相互に異なる電位に設定される各電極パターンを各伸縮駆動素子に対応させて順次配列し、各組の同一順序に、相互に等しい電位に設定される電極パターンを伸縮駆動素子に対応させて配置したことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
１組における各電極パターンの電位の位相が異なることを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
組毎に、各電極パターンに接続されたそれぞれの伸縮駆動素子により１波長分の進行波が形成されることを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
各伸縮駆動素子は、曲面上に配列されたことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
対象物の把持等を行うロボットハンドにおいて、
請求項１乃至９のいずれかに記載のアクチュエータを、対象物に接触する該ロボットハンドの部位に設けたことを特徴とするロボットハンド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を搬送するアクチュエータ及びロボットハンドに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知の様に搬送装置として、ベルトコンベアなどがある。このベルトコンベアは、無端ベルトを複数のローラに掛け渡して支持し、無端ベルトを回転させて、無端ベルト上に置かれた物体を搬送するという装置である。
【０００３】
しかしながら、このベルトコンベアでは、複数の回転ローラや、各回転ローラの動力源となるモーターなどが必要であり、その構成が複雑であり、また小型化が容易ではなかった。更に、モーターからは電磁波が発生するので、この電磁波を嫌う装置、例えば半導体製造装置等においては、ベルトコンベアは不向きであった。
【０００４】
この様なベルトコンベアに対して、電磁波を発生せず、構成が簡単であるとか、小型化が容易であるという搬送装置が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の振動子を並設し、各振動子上に弾性材料からなる搬送路を載せて支持し、各振動子を振動させて、搬送路表面に進行波を形成し、この進行波により搬送路上の物体を搬送するという搬送装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、図１８に示す様に板状の弾性部材１０１に複数の圧力室１０２を並べて形成し、各圧力室１０２の圧力を制御し、各圧力室１０２を順次膨張させて、板状の弾性部材１０１を変形させ、この板状の弾性部材１０１の表面１０１ａに進行波を形成し、この板状の弾性部材１０１の表面１０１ａ上の物体を搬送するというアクチュエータが開示されている。
【０００６】
更に、特許文献３には、図１９に示す様に複数の固定子１１１を並設し、各固定子１１１上に波動弾性板１１２を載せて支持し、各固定子１１１の印加電圧を制御し、各固定子１１１を静電気力により順次撓ませて、波動弾性板１１２の表面に進行波を形成し、この波動弾性板１１２上の可動子１１３を搬送するというアクチュエータが開示されている。
【特許文献１】特開昭６０−２５８０１３号公報
【特許文献２】特開平９−７９２１３号公報
【特許文献３】特開平９−２５２５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の搬送装置は、小型化に適しているものの、各振動子の撓み量が小さいので、進行波の振幅が小さくて、搬送速度が遅く、また物体が重くなると、搬送に支障を来たした。
【０００８】
また、特許文献２に記載のアクチュエータは、その構成が簡単であっても、板状の弾性部材の各圧力室に空気を圧送する圧力印加手段、及び各圧力室と圧力印加手段を接続する複数のチューブが必要であり、小型化には不向きであった。また、空気圧を利用しているので、進行波の応答性が悪く、周波数の高い進行波の形成が困難であった。更に、各圧力室間の隔壁が、圧力室の変形を阻む要因になっており、板状の弾性部材が変形し難く、搬送速度を上昇させることができなかった。また、アクチュエータの端部と中央部では厚みが異なり、端部の方が厚くて、その剛性が高いので、端部と中央部では進行波の振幅に差異が生じ、搬送性能にムラが生じるという問題があった。
【０００９】
更に、特許文献３に記載のアクチュエータは、小型化に適しているものの、各固定子の撓み量が小さいので、進行波の振幅が小さくて、搬送速度が遅く、また物体が重くなると、搬送に支障を来たした。その上、固定子の端部と中央部では撓み量が異なるので、アクチュエータの端部と中央部では進行波の振幅が異なり、搬送性能にムラが生じるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、進行波により対象物を搬送する上で、十分な搬送性能を実現することができ、構造が簡単であり、かつ小型化に適したアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１１】
また、他の本発明は、上記本発明のアクチュエータを設けたロボットハンドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、配列された複数の伸縮駆動素子と、各伸縮駆動素子に載せられて係止された弾性部材と、各伸縮駆動素子の伸縮に追従して弾性部材が変形し、この弾性部材に進行波が形成される様に、各伸縮駆動素子にそれぞれの電圧を印加して、各伸縮駆動素子を伸縮させる制御手段とを備えている。
【００１３】
また、本発明においては、各伸縮駆動素子は、弾性を有する高分子材料を各電極間に挟み込んだ高分子アクチュエータである。
【００１４】
更に、本発明においては、各伸縮駆動素子は、行列方向に配列されている。
【００１５】
また、本発明においては、対象物と弾性部材との接触状態を検出する接触状態検出手段を備え、制御手段は、接触状態検出手段の検出出力に基づいて、各伸縮駆動素子を伸縮させて、弾性部材を対象物の表面に沿う様に変形させ、この状態で各伸縮駆動素子を伸縮させて、弾性部材に進行波を形成させている。
【００１６】
更に、本発明においては、弾性部材の表面に複数の突起を形成している。
【００１７】
また、本発明においては、各伸縮駆動素子にそれぞれ接続された複数の電極パターンを備え、各伸縮駆動素子を複数組に分けて、組毎に、相互に異なる電位に設定される各電極パターンを各伸縮駆動素子に対応させて順次配列し、各組の同一順序に、相互に等しい電位に設定される電極パターンを伸縮駆動素子に対応させて配置している。そして、１組における各電極パターンの電位の位相が異なっている。また、組毎に、各電極パターンに接続されたそれぞれの伸縮駆動素子により１波長分の進行波が形成される。
【００１８】
更に、本発明においては、各伸縮駆動素子は、曲面上に配列されている。
【００１９】
一方、他の本発明は、対象物の把持等を行うロボットハンドにおいて、上記発明のアクチュエータを、対象物に接触する該ロボットハンドの部位に設けている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のアクチュエータによれば、各伸縮駆動素子にそれぞれの電圧を印加して、各伸縮駆動素子を伸縮させ、各伸縮駆動素子上の弾性部材に進行波を形成している。従って、各伸縮駆動素子に電圧を印加する制御手段及び制御手段と各伸縮駆動素子を接続するそれぞれの配線パターンを必要とするものの、構成が簡単であって、かつ小型化を図ることが可能である。また、各伸縮駆動素子は、相互に離間しており、該各伸縮駆動素子の変形を阻む要因を含まないので、弾性部材の進行波の振幅を大きくすることができ、弾性部材による搬送力並びに搬送速度の上昇や、重い対象物の搬送等が可能になる。
【００２１】
各伸縮駆動素子は、弾性を有する高分子材料を各電極間に挟み込んだ高分子アクチュエータである。この高分子アクチュエータの伸縮駆動素子は、その伸縮量が大きいので、進行波の振幅を大きくすることができる。また、高分子材料及び各電極のいずれも弾性を有し、それらの加工が容易なため、各伸縮駆動素子の長さを長くすることができる。この場合でも、各伸縮駆動素子の中央部と端部間での伸縮量が同じであり、端部と中央部では進行波の振幅に差異がなく、搬送性能にムラが生じることもない。
【００２２】
更に、本発明によれば、各伸縮駆動素子を行列方向に配列している。この場合は、各伸縮駆動素子上の弾性部材に行列方向の進行波は勿論のこと、斜め方向や回転する進行波を形成することができ、対象物の一方向への搬送だけではなく、対象物の前後左右の搬送や回転移動なども可能になる。
【００２３】
また、本発明によれば、対象物と弾性部材との接触状態を検出し、各伸縮駆動素子を伸縮させて、弾性部材を対象物の表面に沿う様に変形させ、この状態で各伸縮駆動素子を伸縮させて、弾性部材に進行波を形成している。これにより、対象物の表面に搬送力を均一に作用させることができ、対象物の安定な搬送が可能になる。
【００２４】
更に、本発明によれば、弾性部材の表面に複数の突起を形成している。この場合は、各伸縮駆動素子の伸縮に伴う弾性部材の変形に際し、各突起先端の移動量が大きくなり、各突起先端に振幅の大きな進行波が形成される。このため、搬送力並びに搬送速度をより上昇させて、搬送性能を向上させることが可能になる。
【００２５】
また、本発明によれば、各伸縮駆動素子にそれぞれ接続された複数の電極パターンを備え、各電極パターンを適宜の順序で配列している。これにより、各伸縮駆動素子が順次伸縮して、弾性部材に進行波が形成される。
【００２６】
更に、本発明によれば、各伸縮駆動素子を曲面上に配列されている。この場合は、各伸縮駆動素子上の弾性部材表面も曲面となり、対象物を弾性部材の曲面に沿って搬送することができる。
【００２７】
一方、他の本発明によれば、上記発明のアクチュエータを、対象物に接触するロボットハンドの部位に設けている。このため、ロボットハンドにより対象物を把持したときには、対象物がアクチュエータに接触することになり、アクチュエータによる対象物の搬送が可能になる。例えば、ロボットハンドの手の平にアクチュエータを設ければ、手の平上で対象物を移動させたり回転させることができ、ロボットハンドによる対象物の微妙な扱いが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す一部分解斜視図である。本実施形態のアクチュエータ１０では、アクチュエータ基板１１上にフレキシブル基板１４を重ね合わせて固定し、フレキシブル基板１４上に複数の伸縮駆動素子１２を並設して固定し、各伸縮駆動素子１２の上端にシート状の弾性部材１３を載せて係止し、制御駆動部１５をフレキシブル基板１４を通じて各伸縮駆動素子１２に接続している。制御駆動部１５は、フレキシブル基板１４を通じて各伸縮駆動素子１２に電圧を順次印加し、各伸縮駆動素子１２をＺ方向に順次伸縮させて、弾性部材１３を変形させて波打たせ、弾性部材１３に進行方向がＸ方向の進行波を形成する。この弾性部材１３に対象物を載置すると、この弾性部材１３の進行波により対象物がＸ方向とは逆方向に搬送される。
【００２９】
各伸縮駆動素子１２は、図２（ａ）に示す様なシート状の高分子材料２１を一対の電極２２、２３間に挟み込んだ高分子アクチュエータを、図３に示す様にロール状に巻回して角棒状に成型してなる。高分子材料２１は、誘電性エラストマ、電歪高分子等とも称され、スピンコーティング法、ディップコーティング法、キャスト法、スプレイ法とにより形成される。また、各電極２２は、柔軟性を有しており、高分子材料２１と同様の製法により形成される。
【００３０】
各電極２２、２３間に電圧を印加すると、各電極２２、２３間に静電力が生じて、この静電力が図２（ｂ）に示す様に高分子材料２１を押し広げる様に作用して、高分子材料２１及び各電極２２、２３が延び、伸縮駆動素子が伸長する。
【００３１】
また、各電極２２、２３間への電圧印加を停止すると、各電極２２間の静電力が消えて、高分子材料２１及び各電極２２、２３が図２（ａ）に示す元の状態に戻り、伸縮駆動素子の長さが元に戻る。
【００３２】
従って、図３に示す様に高分子材料２１及び各電極２２をロール状に巻回して角棒状に成型した伸縮駆動素子１２は、高分子材料２１及び各電極２２、２３が広がるＺ方向に伸縮することになる。
【００３３】
尚、高分子アクチュエータは、技術調査会から出版されている「エレクトロニクス実装技術」の２００１年１月号のＰ３２〜Ｐ３８、及びサイエンス社（ＳＣＩＥＮＣＥ）から出版されている「ＳＣＩＥＮＣＥ」の２０００年４月（ＦＥＢＲＵＡＲＹ）号のＶＯＬ２８７のＰ８３６、Ｐ８３７等に詳しく記載されている。
【００３４】
フレキシブル基板１４は、周知の可撓性もしくは弾性を有するものであり、図４に示す様な配線パターンを有している。ここでは、各伸縮駆動素子１２を、奇数番目と偶数番目を１組として複数組に分け、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２の一方の電極２２をそれぞれの配線パターン２４を通じて制御駆動部１５に共通接続し、各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２の一方の電極２２をそれぞれの配線パターン２５を通じて制御駆動部１５に共通接続している。また、全ての各伸縮駆動素子１２の他方の電極２３を図示しない配線パターンを通じて接地している。
【００３５】
制御駆動部１５は、各配線パターン２４及び各配線パターン２５に一定電圧を交互に出力して、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２に交互に一定電圧を印加し、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２を交互に伸長させる。より具体的には、各配線パターン２４を通じて各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２に一定電圧を印加して、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２を伸長させ、このときに各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２への電圧印加を停止して、各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２を元の長さに戻す。また、制御駆動部１５は、各配線パターン２５を通じて各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２に一定電圧を印加して、各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２を伸長させ、このときに各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２への電圧印加を停止して、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２を元の長さに戻す。これにより、図５（ａ）及び（ｂ）に示す様に各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２が交互に伸長する。
【００３６】
弾性部材１３は、弾性を有する合成樹脂からなり、各伸縮駆動素子１２の上端に係止されている。例えば、各伸縮駆動素子１２の上端を山形に成型して、各伸縮駆動素子１２の上端中央に弾性部材１３を接着している。
【００３７】
従って、図５（ａ）及び（ｂ）に示す様に各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２が交互に伸長すると、弾性部材１３が該各伸縮駆動素子１２の上端に追従して変形し、弾性部材１３が波打つ。
【００３８】
そして、図５（ａ）及び（ｂ）に示す様に弾性部材１３が該各伸縮駆動素子１２の上端に追従して波打つ状態で、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２に印加される電圧と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２に印加される電圧との位相をずらすと、弾性部材１３に進行波が発生する。例えば、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２に印加される電圧の位相を進ませると、弾性部材１３にＸ方向とは逆方向の進行波が生じて、駆動部材１３上の対象物がＸ方向に搬送され、また各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２の電極２２に印加される電圧の位相を進ませると、弾性部材１３にＸ方向の進行波が生じて、駆動部材１３上の対象物がＸ方向とは逆方向に搬送される。
【００３９】
ここで、一般に、進行波が伝播する媒質上の一点のみに着目すると、その点は単なる上下運動ではなく楕円運動をしていることが知られている。例えば、図６に示す様に弾性部材１３表面の点Ｐが楕円運動をする。このとき、弾性部材１３の進行波の進行方向がＸ方向である場合は、進行波の頂点近傍の点Ｐの運動方向Ｐ１が、進行波の進行方向Ｘと逆方向に向く。この弾性部材１３に対象物を置くと、対象物は、進行波の頂点近傍の点Ｐのみに接触して、この頂点近傍の点Ｐの力を受けるので、進行方向Ｘと逆方向に搬送される。
【００４０】
この様に本実施形態のアクチュエータ１０では、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２に交互に一定電圧を印加して、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２が交互に伸長させ、弾性部材１３に進行波を発生させ、駆動部材１３上の対象物を進行波とは逆方向に搬送している。
【００４１】
このアクチュエータ１０では、各伸縮駆動素子１２に電圧を印加する制御駆動部１５、アクチュエータ基板１１、及びフレキシブル基板１４を必要とするものの、その構成が簡単であって、各伸縮駆動素子１２の小型化が容易であることから、このアクチュエータ１０そのものの小型化を図ることが可能である。また、各伸縮駆動素子１２は、相互に離間しており、該各伸縮駆動素子１２の変形を阻む要因を含まないので、弾性部材１３の進行波の振幅を大きくすることができ、弾性部材１３による搬送力並びに搬送速度の上昇や、重い対象物の搬送等が可能になる。
【００４２】
また、伸縮駆動素子１２をＹ方向に長くしても、伸縮行動素子１２全体がＺ方向に一様に伸縮し、伸長伸縮駆動素子１２の中央部と端部間での伸縮量が同じであるので、伸縮駆動素子１２の端部と中央部では進行波の振幅に差異がなく、搬送性能にムラが生じることがない。
【００４３】
更に、アクチュエータ１０は、ベルトコンベアと比較すると、構成が簡単であって、全体を薄くすることができるので、小スペースであっても、搭載することができる。更に、モーター等も必要としないので、電磁波を放出することもなく、電磁波を嫌うような半導体製造装置にも搭載することが可能である。
【００４４】
尚、フレキシブル基板１４をアクチュエータ基板１１と各伸縮駆動素子１２間に設ける代わりに、フレキシブル基板１４を各伸縮駆動素子１２と弾性部材１３間に設け、各伸縮駆動素子１２をフレキシブル基板１４の配線パターンを通じて制御駆動部１４に接続しても良い。また、フレキシブル基板１４を設ける代わりに、複数のラインを各伸縮駆動素子１２の側部に引き回して該各伸縮駆動素子１２の電極に接続し、該各ラインを通じて、各伸縮駆動素子１２と制御駆動部１４を接続しても構わない。
【００４５】
また、各組の奇数番目の伸縮駆動素子１２と各組の偶数番目の伸縮駆動素子１２を交互に伸縮させる代わりに、２つ以上の伸縮駆動素子１２を１組とし、奇数番目の組の各伸縮駆動素子１２と偶数番目の組の各伸縮駆動素子１２を交互に伸縮させても良い。あるいは、図７（ａ）〜（ｅ）に示す様に各伸縮駆動素子１２を１つずつ順次伸長させても良い。あるいは、図８に示す様に３つ以上の伸縮駆動素子１２を１組とし、組毎に、各伸縮駆動素子１２により１波長分の進行波を駆動部材１３に生じさせても良い。ただし、各伸縮駆動素子１２の電極２２を制御駆動部１４に別々に接続して、各伸縮駆動素子１２を別々に制御する必要がある。
【００４６】
更に、各伸縮駆動素子１２を等間隔に並べず、各伸縮駆動素子１２の間隔を故意に変更し、これにより搬送性能を調節しても良い。
【００４７】
また、図９に示す様に駆動部材１３に複数の突起１３ａを設けても良い。各突起１３ａは、駆動部材１３に対してＺ方向に突設され、各伸縮駆動素子１２に沿ってＹ方向に延び、Ｘ方向に等間隔で配置され、それらの先端のみが対象物に接触する。これらの突起１３ａが高くなる程、該各突起１３ａの先端の上下前後の振幅が大きくなって、該各突起１３ａのＸ方向の変位速度が増大する。このため、対象物をより高速で搬送することができ、搬送性能をより向上させることができる。
【００４８】
更に、フレキシブル基板１４だけではなく、アクチュエータ基板１１として可撓性もしくは弾性を有するものを適用し、アクチュエータ１０そのものに可撓性もしくは弾性を持たせても良い。この場合は、アクチュエータ１０を曲面に沿って設けたり、アクチュエータ１０を相対的に移動する２つの箇所に掛け渡して設けることができる。
＜実施形態２＞
図１０は、本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す一部分解斜視図である。本実施形態のアクチュエータ３０では、アクチュエータ基板３１上にフレキシブル基板３４を重ね合わせて固定し、フレキシブル基板３４上に複数の伸縮駆動素子３２を行列方向に配列して固定し、各伸縮駆動素子３２の上端にシート状の弾性部材３３を載せて係止し、制御駆動部３５をフレキシブル基板３４を通じて各伸縮駆動素子３２に接続している。制御駆動部３４は、フレキシブル基板３４を通じて各伸縮駆動素子３２に電圧を選択的に順次印加し、各伸縮駆動素子３２を選択的に順次伸縮させ、弾性部材３３に進行波を形成する。この弾性部材３３に対象物を載置すると、この弾性部材３３の進行波により対象物が進行波の進行方向とは逆方向に搬送される。
【００４９】
各伸縮駆動素子３２は、図１の伸縮駆動素子１２と同様の構成であり、形状及びサイズのみが異なる。
【００５０】
フレキシブル基板３４は、各伸縮駆動素子３２の一方の電極を制御駆動部３４に接続するそれぞれの配線パターン、及び各伸縮駆動素子３２の他方の電極を接地する配線パターンを有している。あるいは、フレキシブル基板３４を設ける代わりに、複数のラインを各伸縮駆動素子３２の側部に引き回して該各伸縮駆動素子３２の電極に接続し、該各ラインを通じて、各伸縮駆動素子３２と制御駆動部３４を接続しても構わない。
【００５１】
制御駆動部３５は、フレキシブル基板３４の各配線パターンを通じて、電圧を各伸縮駆動素子３２に選択的に順次印加して、各伸縮駆動素子３２を選択的に順次伸縮させる。
【００５２】
弾性部材３３は、各伸縮駆動素子３２の上端に係止されており、各伸縮駆動素子３２の伸縮に追従して変形し、その表面に進行波を生じる。
【００５３】
この様な構成のアクチュエータ３０においては、制御駆動部３５の制御により各伸縮駆動素子３２を選択的に順次伸縮させることができる。例えば、各伸縮駆動素子３２の行列において、Ｙ方向の行単位で、各行を選択的に順次伸縮させれば、弾性部材３３にＸ方向又はＸ方向とは逆方向の進行波を生じさせて、駆動部材３３上の対象物をＸ方向とは逆方向又はＸ方向に搬送することができる。また、Ｘ方向の列単位で、各列を選択的に順次伸縮させれば、弾性部材３３にＹ方向又はＹ方向とは逆方向の進行波を生じさせて、駆動部材３３上の対象物をＹ方向とは逆方向又はＹ方向に搬送することができる。
【００５４】
あるいは、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜めの方向についても各伸縮駆動素子３２を選択的に順次伸縮させ、弾性部材３３に斜めの方向又は斜めの方向とは逆方向の進行波を生じさせて、駆動部材３３上の対象物を斜めの方向とは逆方向又は斜めの方向に搬送することができる。
【００５５】
また、図１１に示す様に各伸縮駆動素子３２を２つの領域３６、３７に割り振り、制御駆動部３５の制御により、各領域３６、３７別に、各伸縮駆動素子３２を選択的に順次伸縮させても良い。例えば、領域３６においては、各伸縮駆動素子３２の伸縮に伴う弾性部材３３の進行波の速度Ｎ１を速くし、領域３７においては、各伸縮駆動素子３２の伸縮に伴う弾性部材３３の進行波の速度Ｎ２を遅くする。これにより、各領域３６、３７間で対象物３９の搬送速度に差が生じ、対象物３９が弾性部材３３上で搬送されつつ方向Ｃに回転する。
【００５６】
あるいは、領域３６における進行波の進行方向と領域３７における進行波の進行方向を相互に逆にすれば、対象物３９が弾性部材３３上で回転する。
【００５７】
尚、フレキシブル基板３４をアクチュエータ基板３１と各伸縮駆動素子３２間に設ける代わりに、フレキシブル基板３４を各伸縮駆動素子３２と弾性部材３３間に設け、各伸縮駆動素子３２をフレキシブル基板３４の配線パターンを通じて制御駆動部３４に接続しても良い。
【００５８】
また、図１２に示す様に駆動部材３３に複数の突起３３ａを行列方向に設けても良い。各突起３３ａは、駆動部材３３に対してＺ方向に突設され、ＸＹ方向に等間隔で配置され、それらの先端のみが対象物に接触する。これらの突起３３ａが高くなる程、該各突起３３ａの先端の振幅が大きくなって、該各突起３３ａの先端のＸＹ方向の変位速度が増大する。このため、対象物をより高速で搬送することができ、搬送性能をより向上させることができる。
【００５９】
更に、フレキシブル基板３４だけではなく、アクチュエータ基板３１として可撓性もしくは弾性を有するものを適用し、アクチュエータ３０そのものに可撓性もしくは弾性を持たせても良い。この場合は、図１３に示す様にアクチュエータ３０を曲面Ｓに沿って設けたり、アクチュエータ３０を相対的に移動する２つの箇所に掛け渡して設けることができる。あるいは、ロボットハンドの手の平、指の腹にも設けることができる。近年、ロボットハンドの開発が盛んで、ロボットハンドに複雑な動きをさせようとしている。このためには、多自由度を有する機構と複雑な制御が必要となるが、その開発は極めて困難である。そこで、ロボットハンドの手の平や指の腹に、本発明のアクチュエータを搭載し、ロボットハンドにより把持されている対象物の移動もしくは回転等を行えば、ロボットハンドの構成や制御を複雑化せずに、複雑な作業を行うことが可能となる。
【００６０】
また、各伸縮駆動素子３２の配列パターンもしくは図１２の駆動部材３３の各突起３３ａの配列パターンは、行列方向に限らず、多様に変形しても構わない。また、複数の領域別に、それらの配列パターンを変更しても良い。
＜実施形態３＞
図１４は、本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す一部分解斜視図である。尚、図１４において、図１０と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付す。
【００６１】
本実施形態のアクチュエータ４０では、図１における各伸縮駆動素子３２と弾性部材３３間に、周知のタッチパネル等と同等の座標センサ４１を挿入している。この座標センサ４１は、タッチパネルの様に透明である必要がなく、感圧ゴム等を用いた可撓性もしくは弾性を有するものであり、対象物が弾性部材３３に接触したときに、対象物が接触した位置を弾性部材３３を介して検出する。制御駆動部３５Ａは、座標センサ４１の検出出力に基づいて、弾性部材３３が対象物の表面に沿う形状に変形する様に各伸縮駆動素子３２を伸縮させる。
【００６２】
例えば、図１５（ａ）に示す様に各伸縮駆動素子３２が縮小した状態で、対象物４２が弾性部材３３に接触すると、制御駆動部３５Ａは、座標センサ４１の検出出力に基づいて、対象物４２の接触位置の少なくとも１つの伸縮駆動素子３２を判定し、この接触位置の伸縮駆動素子３２周りの他の各伸縮駆動素子３２を徐々に伸長させる。そして、制御駆動部３５Ａは、他の各伸縮駆動素子３２の伸長に伴い、対象物４２の表面に弾性部材３３の他の位置が接触すると、座標センサ４１の検出出力に基づいて、この接触した他の位置の伸縮駆動素子３２を判定し、この接触位置の伸縮駆動素子３２の伸長を停止させて、このときの伸縮駆動素子３２の長さを維持する。以降同様に、対象物４２の表面に弾性部材３３のいずれかの位置が接触する度に、座標センサ４１の検出出力に基づいて、この接触した位置の伸縮駆動素子３２を判定し、この接触位置の伸縮駆動素子３２の伸長を停止させて、その長さを維持する。
【００６３】
これにより、図１５（ｂ）に示す様に各伸縮駆動素子３２が伸長し、弾性部材３３が対象物の表面に沿う形状に変形して、弾性部材３３が対象物の表面に広い範囲で接触する。
【００６４】
この後、制御駆動部３５は、各伸縮駆動素子３２を選択的に順次伸縮させ、弾性部材３３に進行波を生じさせて、駆動部材３３上の対象物を搬送もしくは回転させる。また、この対象物の搬送もしくは回転に際しても、座標センサ４１の検出出力に基づいて、弾性部材３３が対象物４２の表面に沿う形状に変形する様に各伸縮駆動素子３２を伸縮させた上で、弾性部材３３に進行波を生じさせる。
【００６５】
この結果、弾性部材３３が対象物４２の表面に広い範囲で接触した状態が維持されつつ、弾性部材３３の進行波により対象物４２が搬送もしくは回転されることになり、対象物４２の表面に広い範囲で搬送力が作用して、対象物４２が安定的に搬送もしくは回転される。
【００６６】
尚、座標センサ４１として、タッチパネルだけではなく、他の種類のものを適用しても良い。例えば、図１６に示す様に伸縮駆動素子３２毎に、伸縮駆動素子３２先端に電極５１を設けると共に、弾性部材３３の裏面における該伸縮駆動素子３２先端の対向位置に電極５２を設け、各電極５１、５２間にバネ５３を介在させたものを適用しても構わない。対象物が弾性部材３３に接触したときには、この接触位置の伸縮駆動素子３２に力が作用して、該伸縮駆動素子３２の各電極５１、５２が接近し、各電極５１、５２間の静電容量が変化するので、伸縮駆動素子３２毎に、各電極５１、５２間の静電容量の変化を検出すれば、対象物の表面が弾性部材３３のいずれの位置に接触したかを検出して、この位置の伸縮駆動素子３２を判定することができる。
【００６７】
図１６に示す様な構造のセンサは、ＭＥＭＳ（Microelectoromechanical System）センサとして実現すれば、小型なものを得ることができる。
【００６８】
また、伸縮駆動素子そのものを、センサとしても用いることができる。高分子アクチュエータである伸縮駆動素子は、対象物に接触すると多少の座屈を起こす。この座屈により高分子アクチュエータの伸張が非対称になる。その非対称な伸張を読み取れば、対象物に接触したかどうかを知ることができる。その他にも、高分子アクチュエータそのものを用いたセンシング方法はいろいろと考えられるが、高分子アクチュエータの設置場所や搬送物体に応じて適当な方法を選んでやればよい。
【００６９】
尚、本発明のアクチュエータは、上記各実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、伸縮駆動素子として、図２（ａ）に示す高分子材料２１を一対の電極２２、２３間に挟み込んだ高分子アクチュエータに限らず、他の種類のものを適用しても良い。この他の種類の伸縮駆動素子としては、高分子材料に電極を設け電圧を加えるとイオンを取り込んで膨張するという性質を利用したものもあり、それを用いても構わない。
【００７０】
あるいは、電気的に制御することができ、高分子アクチュエータと同様な性質を有するアクチュエータであれば、どのような駆動素子でも用いることができる。
【００７１】
また、伸縮駆動素子として、超音波を弾性部材の表面に発生させて、対象物を搬送するというものもある。この場合は、進行波の振幅が小さいので、駆動力を得るために対象物が弾性部材の表面にある程度の力で押さえ付けられるか、弾性部材の表面に対する弾性部材の接触面積が広くなければ、十分な駆動力が得られない。このため、複雑な形状の対象物の搬送には向いていない。搬送速度は、超音波のものが速くなる。ただし、高い搬送速度を要求されない場合は、上記の理由から超音波で進行波を形成するより、高分子アクチュエータで進行波を形成した方が良い。
【００７２】
更に、搬送される対象物は、特に限定されない。
＜実施形態４＞
図１７（ａ）及び（ｂ）は、本発明のアクチュエータを適用したロボットハンドの実施形態を概略的に示す側面図及び平面図である。このロボットハンド５１は、複数の関節を有する５本の指５２と、各指５２を支持する手の平部５３と、手の平部５３の内側に設けられたアクチュエータ３０と、手の平部１３の甲側に設けられたハンド制御回路５５とを備えている。
【００７３】
各指５２の駆動機構としては、プーリとワイヤーを組み合わせたものやギヤを組み合わせたもの等、多種多様なものが既に提案されており、いずれの駆動機構を適用しても構わない。また、各指５２の駆動機構は、図示しない信号線を通じてハンド制御回路５５により駆動制御される。
【００７４】
アクチュエータ３０は、図１０に示すものと同様の構成である。
【００７５】
ハンド制御回路５５は、各指５２の駆動機構を駆動制御し、各指５２による対象物の把持等を適確に行わせる。また、ハンド制御回路５５は、アクチュエータ３０を制御する制御駆動部３５を含み、アクチュエータ３０の制御駆動も行って、アクチュエータ３０の弾性部材３３に進行波を生じさせる。
【００７６】
この様な構成のロボットハンドにおいては、各指５２により対象物を把持すると、対象物がアクチュエータ３０の弾性部材３３の表面に接触する。この状態で、ハンド制御回路５５の制御駆動部３５によりアクチュエータ３０の弾性部材３３に進行波を生じさせると、弾性部材３３の進行波により対象物を搬送もしくは回転させることができる。これにより、ロボットハンドの各指５２だけでは到底不可能であった対象物の微妙な扱いが可能になる。
【００７７】
尚、アクチュエータ３０に限定されるものではなく、本発明のアクチュエータであれば、これを適用することができる。また、アクチュエータを設ける箇所を変更したり、複数のアクチュエータを設けても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明のアクチュエータの第１実施形態を示す一部分解斜視図である。
【図２】（ａ）は高分子アクチュエータの構造を示す斜視図であり、（ｂ）は高分子アクチュエータの動作を示す斜視図である。
【図３】高分子アクチュエータをロール状に巻回して角棒状に成型してなる伸縮駆動素子を示す斜視図である。
【図４】図１のアクチュエータにおけるフレキシブル基板等を示す平面図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、図１のアクチュエータにおける各伸縮駆動素子の動作を示す図である。
【図６】図１のアクチュエータにおける弾性部材の進行波を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、図１のアクチュエータにおける各伸縮駆動素子の動作の変形例を示す図である。
【図８】図１のアクチュエータにおける各伸縮駆動素子の動作の他の変形例を示す図である。
【図９】図１のアクチュエータにおける弾性部材の変形例を示す図である。
【図１０】本発明のアクチュエータの第２実施形態を示す一部分解斜視図である。
【図１１】図１０のアクチュエータによる対象物の搬送状態を示す図である。
【図１２】図１０のアクチュエータにおける弾性部材の変形例を示す図である。
【図１３】図１０のアクチュエータの変形例を示す図である。
【図１４】本発明のアクチュエータの第３実施形態を示す一部分解斜視図である。
【図１５】（ａ）及び（ｂ）は、図１４のアクチュエータにおける各伸縮駆動素子の動作を示す図である。
【図１６】図１４のアクチュエータにおける座標センサの変形例を示す図である。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明のアクチュエータを適用したロボットハンドの実施形態を概略的に示す側面図及び平面図である。
【図１８】従来のアクチュエータを示す斜視図である。
【図１９】従来の他のアクチュエータを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０、３０、４０  アクチュエータ
１１、３１  アクチュエータ基板
１２、３２  伸縮駆動素子
１３、３３  弾性部材
１４、３４  フレキシブル基板
１５、３５、３５Ａ  制御駆動部
２１  高分子材料
２２、２３  電極
２４、２５  配線パターン
４１  座標センサ
５１  ロボットハンド
５２  指
５３  手の平部
５５  ハンド制御回路
【図１】
2006159319.tif 000003
【図２】
2006159319.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006159319.tif 000006
【図５】
2006159319.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006159319.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006159319.tif 000017
【図１６】
2006159319.tif 000018
【図１７】
2006159319.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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