(57)【要約】【課題】駆動方向や回転速度の制御が容易で、外形を小型にすることが出来る、球面アクチュエータを提供することを目的とする。【解決手段】球状部４と、球状部４の周囲に複数取り付けられ球状部４を所定の角度だけ傾ける駆動部２と、を有し、ロボットの折り曲げ関節部分に用いられる球面アクチュエータ１において、駆動部２は、球状部４の表面に接し、固定台１１に取り付けられた弾性体１２と、電流の印加の有無によって、固定台１１を球状部４方向に押し付けたり遠ざけたりすることにより弾性体１２により球状部４を傾斜させる電気押圧部１０と、を備える。【選択図】      図１
2006204030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状部と、前記球状部の周囲に複数取り付けられ前記球状部を所定の角度だけ傾ける駆動部と、を有し、ロボットの折り曲げ関節部分に用いられる球面アクチュエータにおいて、
前記駆動部は、前記球状表面に接し、固定台に取り付けられた弾性体と、
電流の印加の有無によって、前記固定台を前記球状部方向に押し付けたり遠ざけたりする前記弾性体により前記球状部を傾斜させる電気押圧部と、
を備えたことを特徴とする球面アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は球状のロータをステータの軸心回りに回転駆動させる球面アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度な制御部や各種センサを搭載したロボット製品が開発され、家庭用ロボットの時代が予感されるに至った。しかしながら、多くの関節に多自由度を必要とする人間型ロボットにおける、手、足、その他の関節部、眼球部などに搭載するアクチュエータの出力と自由度はまだ不十分である。特に、従来から使用されている電磁モータは大型で使いにくく、これを小型化すればする程、単位面積あたりの出力が需要を満たさなくなる。
【０００３】
このため、電磁モータを用いない、球面アクチュエータが特許文献１に記載されている。
図５に、この従来の、球面アクチュエータ１０３を示す。球面アクチュエータ１０３は、全体を保持する正三角形ハウジング１００と、正三角形ハウジング１００の内部に固定された３つのステータ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと、これらの３つのステータ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃとによって保持される球形ロータ１０２から構成される。
【０００４】
そして、図５において、３つのステータ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの微小振動によって、３つのステータ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの軸心回りに球形ロータ１０２を回転させる。微小振動は３つのステータ１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃそれぞれに、正三角形ハウジング１００の外側から図示していない超音波発振装置により超音波振動を回転方向に応じて制御しながら加える。
【特許文献１】特開２００３−１７４７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている球面アクチュエータは微小振動を駆動力にしているので、駆動力や駆動方向が不安定であり、このため方向性を修正したり、ブレーキをかけて回転時の暴走を阻止したりしなければならないと言う問題点や、球形ロータ１０２を保持するために三角形のハウジング１００を用いているため、外形が大きくなり、小型化を要求されるロボットの関節に用いることが困難であると言う問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、駆動方向や回転速度の制御が容易で、外形を小型にすることが出来る、球面アクチュエータ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】
【０００７】
本願発明における第１の発明は、球状部と、前記球状部の周囲に複数取り付けられ前記球状部を所定の角度だけ傾ける駆動部と、を有し、ロボットの折り曲げ関節部分に用いられる球面アクチュエータにおいて、前記駆動部は、前記球状表面に接し、固定台に取り付けられた弾性体と、電流の印加の有無によって、前記固定台を前記球状部方向に押し付けたり遠ざけたりする前記弾性体により前記球状部を傾斜させる電気押圧部と、を備えたことを特徴とする球面アクチュエータを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、球状部と、球状部の周囲に複数取り付けられ球状部を所定の角度だけ傾ける駆動部と、を有し、ロボットの折り曲げ関節部分に用いられる球面アクチュエータにおいて、駆動部は、球状表面に接し、固定台に取り付けられた弾性体と、電流の印加の有無によって、固定台を球状部方向に押し付けたり遠ざけたりすることにより弾性体により球状部を傾斜させる電気押圧部と、を備えたことにより、駆動方向や回転速度の制御が容易で、しかも小型形状な球面アクチュエータを得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施形態に係る球面アクチュエータについて図１〜図４を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態における球面アクチュエータの全体の構成を示す図であり、（Ａ）は、球面アクチュエータを構成する部品を示す図であり、（Ｂ）は組み立てられた球面アクチュエータの断面図を示す図である。
図２は、ロボットの腕と脚の関節部に球面アクチュエータを用いた状態を示す図である。
図３は、球面アクチュエータの押圧部の動作を説明するための図であり、（Ａ）は、形状記憶合金部に電流を流さない第１の形状を示す図であり、（Ｂ）は、形状記憶合金部に電流を流し第２の形状とすることにより部材を移動させる状態を示す図であり、（Ｃ）は、形状記憶合金部に電流を流さないで第１の形状に戻す際に、部材は移動状態のままであるのを示す図である。
図４は、押圧部の繊毛と球形ロータの溝を説明するための図であり、（Ａ）は、繊毛が球形ロータの溝に押接されて球形ロータが移動する状態を示す図であり、（Ｂ）は、繊毛の押接が停止されて球形ロータが移動後の状態を保つのを示す図であり、（Ｃ）は、繊毛と格子状の溝との大きさの関係を示す図である。
【００１０】
図１に示すように、本発明の実施形態における球面アクチュエータ１は、球状部４と、球状部４を保持する保持部３と、保持部３に固定され球状部４の表面に複数取り付けられて球状部４を所定の角度だけ傾ける駆動部２と、球状部４と保持部３とを所定の圧力で押圧し保持する板状ばね５と、板状ばね５を保持部３に固定するねじ６と、により構成される。そして、駆動部２は、固定台１１と、球状部４の表面に接し固定台１１に取り付けられた繊毛からなる弾性体１２と、電流の印加の有無によって固定台１１を球状部４方向に押し付けたり遠ざけたりする形状記憶合金からなる弾性体１２により球状部４を傾斜させる電気押圧部１０と、電気押圧部１０と固定台１１とを固定するナットとボルトからなる固定部１３と、電気押圧部１０を保持部３に支持する支持部１４と、により構成される。
【００１１】
次に球面アクチュエータ１の動作を説明する。
図１（Ｂ）のＡ−Ａ断面図に示すように、球状部４は板状ばね５ａ，５ｂにより所定の圧力で保持部３に押圧されている。そして、駆動部２ａ及び２ｂは弾性体１２が球状部４にわずかに接触する程度の状態に保たれている。そして、球状部４を時計方向に回転させる場合は、駆動部２ａの電気押圧部１０に電流を流して電気押圧部１０の形状を変化させ固定台１１を球状部４方向に押し付けることにより弾性体１２を球状部４に押圧密着させる。すると弾性体１２は固定台１１に固定されているから、弾性体１２の先端の位置移動が球状部４の時計方向の回転を伴って行われる。次に電気押圧部１０に流れている電流を停止すれば、電気押圧部１０の形状は元に戻り固定台１１を球状部４方向から離すことにより弾性体１２の位置を元に戻すが球状部４は回転したままの状態に保たれる。
【００１２】
図２に示すように、本発明の実施形態における球面アクチュエータ１は、ロボットの関節部に用いられる。図２において、球面アクチュエータ１ａ，１ｂは脚の関節としたものであり、球面アクチュエータ１ｃ，１ｄは腕の関節としたものである。例えば球面アクチュエータ１ａは、拡大図に示すように上脚１７と球状部４、下脚１８と保持部３が固定されており図示していない駆動部２により脚の屈伸を行う。
【００１３】
次に、図３及び図４を用いて駆動部２の動作を詳細に説明する。
図３（Ａ）はＳＷ０がＯＦＦの状態であり、この状態では電気押圧部１０は常温ｔ０でほぼ平らな第１の形状を保持している。次に図３（Ｂ）に示すようにＳＷ０をＯＮにすると、電源Ｅ０から電気押圧部１０に電流が流され加熱される。そして電気押圧部１０が所定の温度ｔ１に達すると凸状の第２の形状となり、固定台１１を押し下げるから弾性体１２を移動台１５に押し付ける。
【００１４】
移動台１５は、基盤１６の上に載せられているが、図４に示すように移動台１５には格子状の溝２０が形成されているから、図４（ａ）に示すように弾性体１２の先端はこの格子状の溝２０で留まるが、さらに移動台１５に押し付けられると、移動台が弾性体１２により図３（Ａ）の位置Ｐ０から図３（Ｂ）の位置Ｐ１に移動させられる。
【００１５】
そして、図３（Ｃ）に示すように再びＳＷ０をＯＦＦの状態に戻すと、電気押圧部１０は常温ｔ０となりほぼ平らな第１の形状となるがこのとき、図４（Ｂ）に示すように弾性体１２は、格子状の溝２０から離れるため図３（Ｃ）において位置Ｐ１はそのまま保持される。
【００１６】
図４（Ｃ）に示すように格子状の溝２０の間隔Ｐ０及びＰ１は略溝幅Ｗ０，Ｗ１に対しほぼ倍に設定され、弾性体１２はプラスチック或いは金属、羽毛等の繊毛で形成されるが、その幅Ｗ３はＷ３＞Ｐ０，Ｐ１とすることにより、前後左右の移動が可能となる。
【００１７】
以上述べてきたように、このように電流の印加の有無によって、固定台１１を球状部４方向に押し付けたり遠ざけたりすることにより弾性体１２により球状部４を傾斜させる電気押圧部１０と、を備えたことにより、駆動方向や回転速度の制御が容易で、しかも小型形状な球面アクチュエータ１を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態における球面アクチュエータの全体の構成を示す図であり、（Ａ）は、球面アクチュエータを構成する部品を示す図であり、（Ｂ）は組み立てられた球面アクチュエータの断面図を示す図である。
【図２】ロボットの腕と脚の関節部に球面アクチュエータを用いた状態を示す図である。
【図３】球面アクチュエータの押圧部の動作を説明するための図であり、（Ａ）は、形状記憶合金部に電流を流さない第１の形状を示す図であり、（Ｂ）は、形状記憶合金部に電流を流し第２の形状とすることにより部材を移動させる状態を示す図であり、（Ｃ）は、形状記憶合金部に電流を流さないで第１の形状に戻す際に、部材は移動状態のままであるのを示す図である。
【図４】押圧部の繊毛と球形ロータの溝を説明するための図であり、（Ａ）は、繊毛が球形ロータの溝に押接されて球形ロータが移動する状態を示す図であり、（Ｂ）は、繊毛の押接が停止されて球形ロータが移動後の状態を保つのを示す図であり、（Ｃ）は、繊毛と格子状の溝との大きさの関係を示す図である。
【図５】従来の球面アクチュエータの全体の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１・・・球面アクチュエータ、２・・・駆動部、３・・・保持部、４・・・球状部、５・・・板状ばね、６・・・ねじ、１０・・・電気押圧部、１１・・・固定台、１２・・・弾性体１２、１３・・・固定部、１４・・・支持部、１５・・・移動台、１６・・・基盤、１７・・・上脚、１８・・・下脚１８、２０・・・格子状の溝
【図１】
2006204030.tif 000003
【図２】
2006204030.tif 000004
【図３】
2006204030.tif 000005
【図４】
2006204030.tif 000006
【図５】
2006204030.tif 000007