(57)【要約】【課題】  周囲の状況に応じた“柔軟な制御”“柔軟な動作”を行うことができ、 “直線状の動き”と“曲線状の動き”も可能とした２面性を同時に兼ね備えた液圧駆動のアクチュエータやそれらを組み上げたロボットを提供する。【解決手段】  シリンダ室内に液媒体が充填される第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０と、液媒体が充填される中空部３１を備えたピストン体３０と、第１のシリンダ体１０とピストン体３０と第２のシリンダ体２０により形成される液媒体空間内に液圧を供給する液圧供給機構４０を備えた液圧駆動のアクチュエータである。ピストン体３０は可撓性を有した曲がる素材でできており、アクチュエータ１００全体として曲がりながらシリンダ−ピストン駆動により伸縮することができる。なお、伸長を制御する間隔リミッタ５０と弾性体６０も備えた構造とすることが好ましい。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ室内に液媒体が充填される第１のシリンダ体と、
シリンダ室内に液媒体が充填される第２のシリンダ体と、
一端が前記第１のシリンダ体のシリンダ室内に収まり、他端が前記第２のシリンダ体のシリンダ室内に収まり、前記一端から前記他端まで貫通して液媒体が充填される中空部を備えたピストン体と、
前記第１のシリンダ体のシリンダ室と前記ピストン体の中空部と前記第２のシリンダ体のシリンダ室により形成される液媒体空間内に対して制御された液圧を供給する液圧供給機構とを備えた液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項２】
前記ピストン体の少なくとも一部の胴部分が可撓性あるチューブ体により形成されており、前記チューブ体が曲がることにより、前記ピストン体の全体形状が曲がり得るものである請求項１に記載の液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダ間に弾性体を備え、
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダの相対的移動が、前記液圧供給機構から前記液媒体空間へ供給される水圧によって拡がろうとする力と前記弾性体により縮まろうとする力がバランスする位置で停止することによって全体の長さの伸縮制御を可能とした請求項１または２に記載の液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１のシリンダにおいて前記第２のシリンダと対向し合う縁に第１の嵌合縁を備え、前記第２のシリンダにおいて前記第１のシリンダと対向し合う縁に第２の嵌合縁を備え、前記液圧供給機能による液圧が印加されていない状態において前記弾性体による弾性力により前記第１のシリンダ体と前記第２のシリンダ体が当接し、前記第１の嵌合縁と前記第２の嵌合縁が嵌合し合うものである請求項１から３のいずれか１項に記載の液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項５】
前記第１のシリンダ体と前記第２のシリンダ体の最大間隔を制限する間隔リミッタ機構を備え、前記液圧供給機構から前記液媒体空間へ供給される液圧が印加されて前記第１のシリンダ体と前記ピストン体と前記第２のシリンダ体が相互に移動しても前記ピストン体の一端が前記第１のシリンダ体のシリンダ室内から抜け出ず、前記ピストン体の他端が前記第２のシリンダ体のシリンダ室内から抜け出ないように制限したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項６】
前記間隔リミッタ機構が、前記ピストン体の軸に対して平行に前記第１のシリンダ体と前記第２のシリンダ体の間を結ぶように設けられたワイヤーであり、前記ワイヤーが張りきることで前記第１のシリンダ体と前記第２のシリンダ体の相対的移動が制限されるものであることを特徴とする請求項５に記載の液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項７】
前記間隔リミッタ機構が、前記ピストン体の軸に対して斜め方向に前記第１のシリンダ体と前記第２のシリンダ体の間を結ぶように設けられたワイヤーであり、前記ワイヤーが張りきることで前記第１のシリンダ体と前記第２のシリンダ体の相対的移動が制限されるものであることを特徴とする請求項５に記載の液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項８】
前記第１のシリンダ体と前記第２のシリンダ体との間に前記ピストン体の外周を覆う１個又は複数個の外装筒体を備えたものである請求項１から７のいずれか１項に記載の液圧駆動アクチュエータ。
【請求項９】
前記第１のシリンダ体と前記外装筒体と前記第２のシリンダ体との間をそれぞれ蝶番構造で接続し、前記液圧供給機構から前記液媒体空間へ供給される液圧によって前記液媒体空間が膨張した場合に、前記蝶番構造において屈曲可能な方向への屈伸動作が可能である請求項８に記載の液圧駆動のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記アクチュエータを複数個並列に並べ、第１のベース体に各々の前記第１のシリンダ体を取り付け、第２のベース体に各々の前記第２のシリンダ体を取り付けたユニットに組み上げ、
各々の前記液圧供給機構を介して各々の前記アクチュエータの長さの伸縮を独立制御することにより、前記ユニット全体の長さの伸縮制御と前記ユニット全体のあらゆる方向への曲がり制御とを可能とした、請求項３から９のいずれか１項に記載のアクチュエータを組み込んだ液圧駆動のアクチュエータユニット。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のアクチュエータと、請求項９に記載のアクチュエータユニットを構成要素に含む液圧駆動のロボット。
【請求項１２】
先端にグリッパーを設けた請求項１から９のいずれか１項に記載のアクチュエータを対向させた把持機構を少なくとも２つ備え、前記把持機構同士の間を結ぶように請求項１０に記載のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備え、少なくとも１つの前記把持機構により周囲の物体を把持して自重を支えつつ、前記連結機構が伸縮することにより他の少なくとも１つの把持機構を移動させて移動後の周囲の物体を把持することを繰り返すことにより物体の表面または内面を移動する液圧駆動のロボット。
【請求項１３】
先端にサンクション機構と連動した吸盤部を少なくとも２つ備え、前記吸盤部同士を結ぶように請求項１０に記載のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備え、少なくとも１つの前記吸盤部により周囲の壁面に吸着して自重を支えつつ、前記連結機構が伸縮することにより他の少なくとも１つの吸盤部を移動させて移動後の周囲の壁面に吸着することを繰り返すことにより周囲の壁面を移動する液圧駆動のロボット。
【請求項１４】
先端にグリッパーを設けた請求項１から９のいずれか１項に記載のアクチュエータを周囲に配した張り出し機構を少なくとも２つ備え、前記張り出し機構同士の間を結ぶように請求項１０に記載のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備え、少なくとも１つの前記張り出し機構により周囲の壁面間または周囲の物体の内壁面に前記グリッパーを張り出して自重を支えつつ、前記連結機構が伸縮することにより他の少なくとも１つの張り出し機構を移動させて移動後の周囲の壁面間または周囲の物体の内壁面に前記グリッパーを張り出すことを繰り返すことにより周囲の壁面間または周囲の物体の内壁面を移動する液圧駆動のロボット。
【請求項１５】
請求項１０に記載のアクチュエータユニットを設けたアーム機構を少なくとも１つ備え、前記アーム機構の先端に請求項９に記載のアクチュエータを設けたハンド機構を少なくとも１つ備えた液圧駆動のロボット。
【請求項１６】
少なくとも２つの胴部と、前記胴部同士の間を結ぶように請求項１０に記載のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備えた液圧駆動のロボット。
【請求項１７】
少なくとも１つの胴部と、少なくとも２つの足部と、前記胴部と各々の前記足部との間を各々接続するように設けられた請求項１０に記載のアクチュエータユニットを備えた液圧駆動のロボット。
【請求項１８】
少なくとも１つの胴部と、前記胴部から水平に設けられた少なくとも左右一対の足部と、前記胴部と各々の前記足部との間を各々接続するように設けられた請求項１０に記載のアクチュエータユニットを備え、接地した足部の先端部を支点として前記アクチュエータユニットの旋回運動により前記胴部が作用点として前方に移動する第１の動作と、接地した前記胴部を支点として前記アクチュエータユニットの旋回運動により前記足部の先端部が作用点として前方に移動する第２の動作を繰り返すことにより移動する液圧駆動のロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水圧や油圧などの液圧により駆動する液圧駆動のアクチュエータ、それを組み込んだ液圧駆動のアクチュエータユニット、それらを組み上げた液圧駆動のロボットに関する。例えば、アーム型ロボット、管の外壁面を移動するロボット、管内を移動するロボット、垂直壁面を移動するロボット、関節を備えた複数の脚により歩行する歩行型ロボット、複数の体節を備えていわゆる尺取り動作等により移動する体節型ロボットなど多様なロボット分野に関する。一例としては、作業者が立ち入ることが難しい発電設備、工場設備、海中設備、船外設備、災害現場、宇宙空間設備などで作業を行うロボットがある。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電所や工場等の危険性の高い場所において、無人化が推し進められており、これに伴い、作業員に代わって作業を行うロボットやマニピュレータが種々開発されている。従来のロボットやマニピュレータとしては、サーボモータ等の駆動部が各関節に組み込まれたモータ組み込み方式が主流である。
【０００３】
従来のロボットやマニピュレータは数値制御が基本であり、ロボットやマニピュレータの各部位の正確な位置情報や移動量が入力データとして必要となるため、要所要所にセンサを組み込み、ロボットやマニピュレータの各部位の正確な位置情報や移動量を計測し、計測データに基づいてフィードバック制御技術やフィードフォワード制御技術を駆使して正確にプログラミングした通りの動作を完遂させるものであった。
【０００４】
各サーボモータの回転量を正確に制御することで、複雑に組み上げたロボットやマニピュレータの各部位の移動量、移動方向、回転量などを細かく制御することは理論上では可能であるとされている。
【０００５】
また、近年、数値制御とプログラミングによるロボット操作方法やマニピュレータ操作方法に代え、いわゆるマスタ・スレーブ方式で制御するロボット操作やマニピュレータ操作方法がある。マスタ・スレーブ方式によりロボットやマニピュレータを操作する指示入力の手段として、例えば特開平６−３４６５号公報に記載されたようなデータグローブを用いた入力装置がある。このデータグローブは、グローブ形をした入力装置の指の関節部分に導電ゲルを装着し、その導電ゲルの電気抵抗値が指の屈伸状態に応じて変化することを利用して、指の屈伸動作を指示するものである。また、腕部の動作指示を与える従来の腕部操作部としては、人間と同様の大きさの腕部構造として、それを肩から担ぐような操作部がある。
【０００６】
また、従来技術において、原子炉補修ロボットなるものが特開２００３−１６１７９７号公報に開示されている。特開２００３−１６１７９７号公報記載には、水圧シリンダと水中ポンプとを駆動機構として原子炉シュラウドの壁面を吸着しながら移動するロボットが開示されている。
【０００７】
同公報の図１に示すように、原子炉補修ロボットは、縦長ボックス状のボディ２の上部に吊り耳３を有し、ボディ２の中央位置に推進用のプロペラ４を有している。ボディ２には、上下２段の横長なフレーム２ａ，２ｂが設けられている。上部のフレーム２ａには横長配置で水圧シリンダ８が配置され、この水圧シリンダ８の両側に突出するピストン９に吸着機構１０としての吸盤１０ａ，１０ｂがそれぞれ回動式支持機構１４を介して連結されている。下部のフレーム２ｂにも同様に、水圧シリンダ１１が配置され、この水圧シリンダ１１の両側に突出するピストン１２に吸着機構１３としての吸盤１３ａ，１３ｂがそれぞれ回動式支持機構１４を介して連結されている。
【０００８】
なお、同公報の図２に示すように、水圧シリンダ８、１１は、一つのシリンダと一つのピストンでピストン運動するもののみが開示されている。結局、同公報の図１と併せ見れば、４つのシリンダ・ピストンにより４つの吸盤付きの脚を稼働している。また、同公報の図２に示すように、内部のピストン９部分にリニアセンサ１５を具備し、ピストン９の移動量をセンサ用コード１６を介して後述するロボット制御装置２３に表示して確認することができるようになっている。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−３４６５号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の数値制御型のロボットやマニピュレータの第１の問題は、多数配置されたセンサからの入力データとプログラミングした数値制御に依存したいわゆる“硬直型の制御”“硬直した動作”となっている点である。センサにより得た入力データと数値制御を用いれば、理論上はさまざまな操作が正しくできるはずである。しかし、現実には使用に耐え得ないのが実情であることは周知の事実である。なぜならば、従来の数値制御型のロボットやマニピュレータは、寸分たがわない既知のデータまたはセンサによる入力データに基づき、これまた寸分たがわないモータの回転量やギアや部材の移動量の制御が可能であるとの仮定により正しい動作となる、いわゆる“硬直型の制御”“硬直した動作”となっている。また、ロボットの構成要素自体も強い剛性を備えた直線状の動きとなっている。現実には、被操作対象物の大きさや角度には必ず製造誤差や取付誤差があり、ましてや被操作対象物に外力が加わって大きな歪みが存在している場合もある。また、モータの回転量やギアや部材の移動量自体にも誤差があり、いくらセンサの検知精度を高めても操作量には多くの誤差要因がある。そのため、数値制御で決められたプログラム通りの動作を行うと現状には合わない操作量となってしまい、制御に失敗することが多い。
【００１１】
例えば、アーム型ロボットで被操作対象物をつかむと圧がかかり過ぎて被対象物を破壊してしまったり、逆に圧が足りなくて被対象物を落としてしまったりする。また、例えば、２つ以上の把持機構を持ち、それぞれの把持機構で管を交互に掴みつついわゆる尺取り動作で管外壁を掴んで登るという動作であれば、１つの把持機構で管を掴んだ状態で残りの把持機構で管を掴んだときに、想定している管の歪みよりも外壁が歪んでいる場合、管を掴み損ねてしまうか、その管をしっかり掴んだためにその歪みがロボット内部の機構に伝わってしまい、機構内部のフレームや素子などが破損してしまうなどの不具合を起こすおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明のロボットでは、センサと数値制御に依存した硬い制御ではなく、いわゆる“柔軟な制御”“柔軟な動作”を行うものとする。また、ロボットの構成要素自体も、“ある程度の剛性”を持ちつつ“直線状の動き”も可能としつつ、“柔らかい弾力性”を備えて“曲線状の動き”も可能とした“２面性を同時に兼ね備えた”ものとする。
【００１３】
次に、上記のモータ組み込み方式のロボットやマニピュレータの第２の問題は、モータ駆動機構が各関節に組み込まれるので、ロボットやマニピュレータ全体の重量が大きくなり、作業性に欠けるという問題点である。特に移動型のロボットは自らの重量が動作の制限となってしまい、作業性の低下を招くという問題が生じる。
【００１４】
また、モータ組み込み方式のロボットやマニピュレータの第３の問題は、水中ではモータがショートしてしまい使用できないという問題である。なお、従来技術として水中モータがあるが、特殊なものであり、ロボットの各関節のモータ駆動機構を水中モータ化することは事実上困難でありコストも高くなってしまう。
【００１５】
次に、従来技術のマスタ・スレーブ方式のマニピュレータやロボットは、数値制御とは異なり、人間の感覚を活かした優れた制御方式の一つであるが、作業者がその現場にいて五感を働かせる訳ではなく、やはりセンサに頼った制御とならざるを得ないという問題がある。また、常にマスタ側の作業者が付きっきりで制御せざるを得ず、いわゆる自律的に動作することができないという問題がある。また、特開平６−３４６５号公報に記載されたようなデータグローブ型の入力装置を用いることとなり、各指の関節にセンサとしての導電ゲルを取り付けたりしなければならないため、脱着が非常に面倒であり、また、気温の高いとき手袋の中で汗をかいたりして操作者に不快感を与えるという問題点を有していた。また、従来の腕部操作部として考えられる構造のものは、人間が肩から担ぐ構造となっていて重く、操作に困難を来すという問題点を有していた。
【００１６】
次に、特開２００３−１６１７９７号公報に開示された原子炉補修ロボットの問題は、水中で動作するロボットゆえに水圧で駆動するピストン機構が搭載されているものの、多数配置されたセンサからの入力データとプログラミングした数値制御に依存した従来型のいわゆる“硬直型の制御”“硬直した動作”を行うロボットであることである。同公報の図２に示すように、水圧シリンダ８、１１は、それぞれ１つのシリンダと１つのピストンのみから構成され、従来型の単純なピストン運動するもののみが開示されており、水圧シリンダ自体は剛性を持ち直線状の動きしかなし得ないものである。同公報の図１と併せ見れば、４つのピストン機構により４つの吸盤付きの脚を独立に稼働するものである。また、同公報の図２に示すように、内部のピストン９部分にリニアセンサ１５を具備し、ピストン９の移動量をセンサ用コード１６を介して後述するロボット制御装置２３に表示して確認することができるようになっており、センサからの入力データとプログラミングした数値制御に依存した従来型のロボットの一態様である。
【００１７】
上記問題点に鑑み、本発明は、センサと数値制御に依存した硬直型の制御ではなく、いわゆる周囲の状況に応じた柔軟な制御、柔軟な動作を行うものとし、構成要素自体も、ある程度の剛性を備えて“直線状の動き”も可能としつつ、可撓性ある弾力性を備えて“曲線状の動き”も可能とした２面性を同時に兼ね備えた液圧駆動のアクチュエータ、それを組み込んだアクチュエータユニット、それらを組み上げたロボット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】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の液圧駆動のアクチュエータは、シリンダ室内に液媒体が充填される第１のシリンダ体と、シリンダ室内に液媒体が充填される第２のシリンダ体と、一端が前記第１のシリンダ体のシリンダ室内に収まり、他端が前記第２のシリンダ体のシリンダ室内に収まり、前記一端から前記他端まで貫通して液媒体が充填される中空部を備えたピストン体と、前記第１のシリンダ体のシリンダ室と前記ピストン体の中空部と前記第２のシリンダ体のシリンダ室により形成される液媒体空間内に対して制御された液圧を供給する液圧供給機構とを備えた液圧駆動のアクチュエータである。
【００１９】
なお、本発明において“シリンダ”と“ピストン”の組み合わせによるピストン駆動が可能であるが、エンジンのピストン駆動のように激しく単振動を起こすことを目的とした運動ではなく、液圧により移動するアクチュエータの伸縮という動きに合わせた運動が実現できれば良い。
【００２０】
ここで、上記構成において、ピストン体の少なくとも一部の胴部分が可撓性あるチューブ体により形成することが好ましい。ピストン体中のチューブ体が曲がることにより、伸縮駆動をしつつ全体形状を曲げることが可能となる。このようにピストン体が曲がることによりアクチュエータ全体形状が曲がるという優れた特性が得られる。なお、チューブ体は曲がっていてもその中には液媒体が充填されて液圧は伝達されるのでチューブ体がまっすぐでも曲がっても正常な動作が可能である。中に水が充填された可撓性あるチューブ体はある程度の剛性を備えつつ、柔らかい弾力性も備えたものとなり２面性を同時に兼ね備えたものとなる。つまりチューブ体は直線状の動きも可能となり、可撓性があるため曲線状の動きも可能となり“２面性を同時に兼ね備えた”ものとなる。
【００２１】
次に、上記構成において、第１のシリンダと第２のシリンダ間に弾性体を備えた構成が好ましい。弾性体を設けることにより、第１のシリンダと第２のシリンダの相対的移動が、液圧供給機構から液媒体空間へ供給される水圧によって拡がろうとする力と弾性体により縮まろうとする力がバランスする位置で停止することによって全体の長さの伸縮制御を可能となる。つまり、本発明のアクチュエータは、印加した液圧を維持することで、液圧による伸縮と弾性体の弾性力が釣り合った状態で本発明のアクチュエータは姿勢を維持することができる。
なお、弾性体としては、例えばバネ、ゴムがあり得る。バネであれば弾性力が安定しやすい。
【００２２】
また、上記構成において、第１のシリンダにおいて第２のシリンダと対向し合う縁に第１の嵌合縁を備え、第２のシリンダにおいて第１のシリンダと対向し合う縁に第２の嵌合縁を備え、液圧供給機能による液圧が印加されていない状態において弾性体による弾性力により第１のシリンダ体と第２のシリンダ体が当接し、第１の嵌合縁と第２の嵌合縁が嵌合し合うものであるものとすれば、液圧が印加されていない状態でも第１のシリンダ体と第２のシリンダ体が嵌合して支持し合い、アクチュエータが自重で垂れたり曲がったりすることなく、アクチュエータ全体の形状を維持することができる。
【００２３】
また、上記構成において、第１のシリンダ体と第２のシリンダ体の最大間隔を制限する間隔リミッタ機構を備えた構成が好ましい。間隔リミッタ機構を設けることにより、液圧供給機構から液媒体空間へ供給される液圧が印加されて第１のシリンダ体とピストン体と第２のシリンダ体が相互に移動してもピストン体の一端が第１のシリンダ体のシリンダ室内から抜け出ず、ピストン体の他端が第２のシリンダ体のシリンダ室内から抜け出ないように制限することができる。
【００２４】
例えば、上記の間隔リミッタ機構がピストン体の軸に対して平行に第１のシリンダ体と第２のシリンダ体の間を結ぶように設けられたワイヤーであり、当該ワイヤーが張りきることで第１のシリンダ体と第２のシリンダ体の相対的移動が制限されるものとすることが好ましい。このようにピストン軸に対して平行にワイヤーが設けられている場合、第１のシリンダ体と第２のシリンダ体はワイヤーが張りきるまでは移動することができ、ワイヤーが張りきるのは相互に捩じれることなく真っすぐに伸び合った状態である。つまり、第１のシリンダ体と第２のシリンダ体は真っすぐに拡がってゆき、ワイヤーが張りきると制止することとなる。
【００２５】
また、上記の間隔リミッタ機構がピストン体の軸に対して斜め方向に第１のシリンダ体と第２のシリンダ体の間を結ぶように設けられたワイヤーであり、当該ワイヤーが張りきることで第１のシリンダ体と第２のシリンダ体の相対的移動が制限されるものとすることが好ましい。
【００２６】
このように、斜め方向にワイヤーが設けられている場合、第１のシリンダ体と第２のシリンダ体はワイヤーが張りきるまでは移動することができ、ワイヤーが張りきるのは相互に斜め方向に捩じれた状態である。つまり、第１のシリンダ体と第２のシリンダ体はワイヤーの余裕がある方向には伸びることができるので、両者が拡がってゆくと次第に捩じれてゆき、ワイヤーが張りきるまで捩じれて制止することとなる。
【００２７】
次に、第１のシリンダ体と第２のシリンダ体との間にピストン体の外周を覆う１個又は複数個の外装筒体を備えた構成が好ましい。
ピストン体の外周を覆う外装筒体があれば、ピストン体がチューブなど可撓性ある素材である場合、チューブ体が剥き出しになっていると不必要な外力がかかりピストン体が変形してしまうからである。
【００２８】
また、ピストン体の外周を覆う外装筒体があれば、第１のシリンダ体と外装筒体と第２のシリンダ体との間をそれぞれ蝶番構造で接続する構成も可能となる。この蝶番構造により、液圧供給機構から液媒体空間へ供給される液圧によって液媒体空間が膨張した場合に、蝶番構造において屈曲可能な方向が制限される一方、１つのアクチュエータのみへの液圧印加制御のみで一方向への屈曲制御が可能となる。この構成は、例えばロボットアームの指先などのアクチュエータとして適している。
【００２９】
次に、本発明の液圧駆動のアクチュエータを組み込んだアクチュエータユニットは、上記構成のアクチュエータを複数個並列に並べ、第１のベース体に各々の前記第１のシリンダ体を取り付け、第２のベース体に各々の前記第２のシリンダ体を取り付けたユニットに組み上げ、各々の前記液圧供給機構を介して各々の前記アクチュエータの長さの伸縮を独立制御することにより、前記ユニット全体の長さの伸縮制御と前記ユニット全体のあらゆる方向への曲がり制御を可能とするものである。
つまり、本発明の液圧駆動のアクチュエータユニットによれば、個々のアクチュエータが独立して伸縮するが、第１のベース体および第２のベース体に接続されているので、各々のアクチュエータの長さに差があれば第１のベース体と第２のベース体が傾くこととなり、ユニット全体としての伸縮制御やあらゆる方向への曲がり制御が可能となる。
【００３０】
次に、本発明の液圧駆動ロボットは、上記のアクチュエータ、上記のアクチュエータユニットを構成要素に含むものである。例えば、上記のアクチュエータやアクチュエータユニットを直列または並列に組み上げることにより多様な態様のロボットを構成することができる。
【００３１】
例えば、先端にグリッパーを設けた上記構成のアクチュエータを対向させて把持機構を形成し、その把持機構を少なくとも２つ備え、それら把持機構同士の間を結ぶように上記構成のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備えたものとし、少なくとも１つの把持機構により周囲の物体（例えば、パイプ管）を把持して自重を支えつつ、他の把持機構の把持は停止して開放した状態で、連結機構が伸縮することにより開放状態の把持機構が移動して伸縮移動後の周囲の物体（例えば、パイプ管）を把持することによりパイプ管を移動することができる。この把持機構と連結機構の運動を繰り返すことにより物体の表面または内面を移動する液圧駆動のロボットを得ることができる。
【００３２】
また、例えば、先端にサンクション機構と連動した吸盤部を少なくとも２つ備え、それら吸盤部同士を結ぶように上記構成のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備えたものとし、少なくとも１つの吸盤部により周囲の壁面に吸着して自重を支えつつ、他の吸盤部の吸着は停止して開放した状態で、連結機構が伸縮することにより開放状態の吸盤部が移動して伸縮移動後の周囲の壁面に吸着することにより壁面を昇降することができる。この吸盤部の吸着と連結機構の運動を繰り返すことにより周囲の壁面を移動する液圧駆動のロボットを得ることができる。
【００３３】
また、例えば、先端にグリッパーを設けた上記構成のアクチュエータを周囲に配した張り出し機構を形成し、その張り出し機構を少なくとも２つ備え、それら張り出し機構同士の間を結ぶように上記構成のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備えたものとし、少なくとも１つの張り出し機構により周囲の壁面間または物体の内壁面にグリッパーを張り出して自重を支えつつ、他の張り出し機構のグリッパーの張り出しを停止して開放した状態で、連結機構が伸縮することにより開放状態の張り出し機構が移動して伸縮移動後の周囲の壁面間または物体の内壁面にグリッパーを張り出すことにより壁面間または物体の内壁面を移動することができる。この張り出し機構と連結機構の運動を繰り返すことにより周囲の壁面間または物体の内壁面を移動する液圧駆動のロボットを得ることができる。
【００３４】
また、例えば、上記構成のアクチュエータユニットを設けたアーム機構を少なくとも１つ備え、アーム機構の先端に上記構成のアクチュエータを設けたハンド機構を少なくとも１つ備えた構成とすれば、いわゆるロボットアーム型の液圧駆動のロボットを得ることができる。
【００３５】
また、例えば、少なくとも２つの胴部と、前記胴部同士の間を結ぶように上記構成のアクチュエータユニットを設けた連結機構を少なくとも１つ備えた構成とすれば、いわゆる体節が多数あるヘビ型の液圧駆動のロボットを得ることができる。
【００３６】
また、例えば、少なくとも１つの胴部と、少なくとも２つの足部と、胴部と各々の足部との間を各々接続するように設けられた上記構成のアクチュエータユニットを備えた構成とすれば、いわゆる足がたくさんある多足型の液圧駆動のロボットを得ることができる。
【００３７】
また、例えば、少なくとも１つの胴部と、前記胴部から水平に設けられた少なくとも左右一対の足部と、前記胴部と各々の前記足部との間を各々接続するように設けられたアクチュエータユニットを備えた構成とし、接地した足部の先端部を支点として前記アクチュエータユニットの旋回運動により前記胴部が作用点となって前方に移動する第１の動作と、接地した前記胴部を支点として前記アクチュエータユニットの旋回運動により前記足部の先端部が作用点となって前方に移動する第２の動作を繰り返すことにより移動する液圧駆動のロボットとすることができる。
上記例示に限らず、多種多様なロボットの構成が可能である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明にかかる液圧駆動のアクチュエータによれば、ピストン駆動を可能としつつ、ピストン体中のチューブ体が曲がることにより、全体形状を曲げることが可能となる。このようにピストン駆動をするアクチュエータにおいてピストン体が曲がることによりアクチュエータ全体形状が曲がるという優れた特性が得られる。なお、チューブ体は曲がっていてもその中には液媒体が充填されて液圧は印加されるのでチューブ体がまっすぐでも曲がっても正常なピストン駆動が可能である。可撓性あるチューブ体の中には水が充填されているので“ある程度の剛性”を備え、かつ“柔らかい弾力性”も備えたものとなり２面性を同時に兼ね備えたものとなる。また、ある程度剛性もあるチューブ体は“直線状の動き”も可能となり、可撓性があるため“曲線状の動き”も可能となり“２面性を同時に兼ね備えた”ものとなる。
【００３９】
本発明の液圧駆動のアクチュエータユニットによれば、個々のアクチュエータが独立して伸縮するが、第１のベース体および第２のベース体に接続されているので、各々のアクチュエータの長さに差があれば第１のベース体と第２のベース体が傾くこととなり、ユニット全体としての伸縮制御やあらゆる方向への曲がり制御が可能となる。つまり、それぞれのアクチュエータの水圧を制御することで、アクチュエータユニット全体の伸縮、曲がる方向、曲がり量が制御できる。
また、本発明にかかる液圧駆動のロボットは、本発明の液圧駆動のアクチュエータ、アクチュエータユニットを含んだものとすることにより多様な態様のロボットを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の液圧駆動のアクチュエータの実施例を説明する。なお、本発明の技術的範囲は以下の実施形態に示した具体的な用途や形状・寸法などには限定されない。
【実施例１】
【００４１】
以下、本発明に係る液圧駆動のアクチュエータの構成例を、図面を参照しながら説明する。なお、以下、例えば、液媒体は水とし、水圧駆動のものとして説明するが、他の液媒体、例えば、油媒体でいわゆる油圧で駆動するものであっても良い。
【００４２】
図１（ａ）は、本発明の実施例１にかかる液圧駆動のアクチュエータ１００の一構成例を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、液圧駆動のアクチュエータ１００の各構成要素を分解して示した図である。また、図２は、各構成要素の構成が分かるように正面図、平面図、背面図、断面図などを示した図である。
【００４３】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本発明の実施例１にかかる液圧駆動のアクチュエータ１００は、第１のシリンダ体１０、第２のシリンダ体２０、ピストン体３０、液圧供給機構４０、間隔リミッタ機構５０、弾性体６０を備えた構成となっている。なお、弾性体６０は中央にある第１のシリンダ体１０や第２のシリンダ体２０やピストン体３０が分かりやすいように、左右に１つずつ弾性体６０ａ，弾性体６０ｂのみを示しているが、実際には横断面において中央のピストン体３０の周囲に等間隔にｎ本設けた構成となっている。
【００４４】
また、図１ではアクチュエータ１００の外側に被せるカバー類は設けずに中の構造が見えるように示しているが、使用の際にはアクチュエータ１００の外側にカバー類を被せておくこともできる。後述する図５に示すようにアクチュエータ１００の周囲にカバー類を設けておくことができる。
【００４５】
第１のシリンダ体１０は、図２（ａ）に示すように、鍔部分１１、シリンダ筒１２、シリンダ室１３、弾性体接続部１４、第１の嵌合縁１５を備えた構造となっている。つまり、一端が閉鎖された筒状の構造物であり中空部分はシリンダ室１３となっており、後述するようにピストン体３０の一端３２が収まる構造となっている。このシリンダ室１３内には液媒体が充填され、ピストン体３０の摺動によりシリンダ室１３内に充填される液体の体積が変化する。なお、この構成例では、弾性体接続部１４は弾性体６０を取り付けるための輪となっている。また、この構成例では後述するように第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０とが当接する縁に嵌合し合う嵌合形状が設けられており、第１のシリンダ体１０側には第１の嵌合縁１５が設けられた構造となっている。この例では内側に傾きを持った縁となっている。
【００４６】
第２のシリンダ体２０も第１のシリンダ体１０同様、鍔部分２１、シリンダ筒２２、シリンダ室２３、弾性体接続部２４、第２の嵌合縁２５を備えた構造となっており、一端が閉鎖された筒状の構造物であり中空部分はシリンダ室２３となっており、後述するようにピストン体３０の他端３３が収まる構造となっている。このシリンダ室２３内には液媒体が充填され、ピストン体３０の摺動によりシリンダ室２３内に充填される液体の体積が変化する。なお、この構成例では、弾性体接続部２４は弾性体６０を取り付けるための輪となっている。
【００４７】
第１のシリンダ体１０のシリンダ室１３内の液体の体積、第２のシリンダ体２０のシリンダ室２３内の液体の体積は、後述する液媒体空間に印加される液圧と、後述する弾性体により与えられる力が平衡状態となる位置で決まる。
【００４８】
また、この構成例では第２のシリンダ体２０側には、上記したように第１のシリンダ体１０の第１の嵌合縁１５と嵌合する第２の嵌合縁２５が設けられた構造となっている。この例では外側に傾きを持った縁となっており、図３（ａ）に示すように第１の嵌合縁１５の中に第２の嵌合縁２５が入り込んで嵌合するものとなっている。嵌合された後は両者が固定し合い、図３（ａ）において横方向や斜め方向に動かなくなる。
【００４９】
ピストン体３０は、図２（ｃ）に示すように、可撓性を備えたチューブ体３１と、剛性を備えた一端部３２、剛性を備えた他端部３３を備えている。一端部３２が第１のシリンダ体１０のシリンダ室１３内に収まり、他端部３３が第２のシリンダ体２０のシリンダ室２３内に収まる。
【００５０】
ここで、図２（ｃ）の断面図に示すように、一端部３２から他端部３３まで貫通した中空部を備え、この中空部の中には液媒体が充填されている。つまり、第１のシリンダ体１０のシリンダ室１３、ピストン体３０の中空部、第２のシリンダ体２０のシリンダ２３室はつながっており、それらにより液媒体空間が形成される。この液媒体空間はつながっているため、後述する液圧供給機構４０により印加された液圧は液媒体空間内全体に印加されることとなる。このように、従来のシリンダ−ピストン機構の構造においては、第１のシリンダ体１０−ピストン体３０−第２のシリンダ体２０という、１つのピストンの両端にそれぞれシリンダが設けられ、さらに、ピストン内部が中空で、両端のそれぞれのシリンダのシリンダ室内と液媒体が連通しているような構造は従来にはまったくない斬新な構造となっている。
【００５１】
さらに、この構成例では、ピストン体３０の胴部分が、可撓性あるチューブ体３１により形成されている。一例としてチューブ体３１は十分な水圧に耐えられる構造強度があるビニル製で出来ているものとする。このようにピストン胴部であるチューブ体３１が曲がることができることも従来にはまったくない斬新な構造である。
【００５２】
このようにチューブ体３１が曲がり得るものであるため、アクチュエータ１００全体形状としても曲がり得るものとなる。後述するように、チューブ体３１が曲がっても、ピストン３０の胴部であるチューブ体３１の内部には液媒体が充填されて所定の液圧がかかるため、チューブ体３１が曲がらずにまっすぐな場合と同様に正しい駆動ができるものとなっている。
【００５３】
一端部３２は、図２（ｃ）に示すように、チューブ体３１の端部を取り囲んでしっかりと固定する筒体３２ａと、第１のシリンダ体１０とピストン体３０との間で形成される液体空間の密閉性を確保するパッキン３２ｂと、外側の端面３２ｃと、孔３２ｄを備えた構成となっている。なお、外側の端面３２ｃは、第１のシリンダ体１０のシリンダ室１３の液圧を受け、ピストン体３０の押し出し、引き込みを行う押圧力を受ける面となっている。また、孔３２ｄは第１のシリンダ体１０とピストン体３０内部の間で液媒体を導通し、液圧供給機構４０から印加される液圧を伝達するものとなっている。
【００５４】
次に、液圧供給機構４０は、ポンプなど液圧を印加する液圧装置４１と液圧装置から液媒体空間内のいずれかの箇所にまで導通した液体供給管４２を備えている。なお、図１の構成例はアクチュエータ１００が１つのみの基本構造を示す図であるので、液圧供給機構４０は１系統しかないが、後述する実施例のように、アクチュエータユニット２００としてｎ個のアクチュエータ１００を備えた機構となると、ｎ系統の液圧供給機構４０を用意する構成例も可能である。
【００５５】
間隔リミッタ機構５０は、第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０の最大間隔を制限するものであり、例えば、第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０の外壁面間を結ぶ第１のワイヤー機構５０ａと第２のワイヤー機構５０ｂを備えた構成となっている。この構成例では、第１のシリンダ体１０の鍔１１と第２のシリンダ体２０の鍔２１間を結ぶようになっている。
【００５６】
ワイヤーの結び方は特に限定されないが、図２（ｄ）はワイヤーで形成した間隔リミッタ機構５０のリミッタ動作を模式的に示す図である。この例では、第１のワイヤー機構５０ａと第２のワイヤー機構５０ｂは交差している。図２（ｄ）左側の状態は、第１のワイヤー機構５０ａと第２のワイヤー機構５０ｂの間隔がまだ最大間隔に達していない状態で、第１のワイヤー機構５０ａと第２のワイヤー機構５０ｂの交差部分はまだ弛緩している。図２（ｄ）右側の状態は、液圧供給機構４０が印加する液圧が大きくなり、液媒体空間が増大し、ピストン体３０を挟んで第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０が離れて行き、間隔リミッタ機構５０の第１のワイヤー機構５０ａと第２のワイヤー機構５０ｂが交差部分で引っ張り合うために移動が制限された様子を示している。ワイヤーの強度が十分なものであれば、液圧供給機構４０が印加する液圧により拡がろうとする第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０の最大間隔を制限することとなる。
【００５７】
このように、間隔リミッタ機構５０を設けることにより、液圧供給機構４０から液媒体空間１へ供給される液圧が大きく印加されてもピストン体３０の一端部３２が第１のシリンダ体１０のシリンダ室１３内から抜け出ず、また、ピストン体３０の他端部３３が第２のシリンダ体２０のシリンダ室２３内から抜け出ないようにすることができる。
【００５８】
図３は、アクチュエータ１００の伸縮が間隔リミッタ機構５０で制御される様子を説明する図である。
図３（ａ）は、液圧供給機構４０により印加する液圧がゼロであり、液媒体空間１の体積が縮小し、第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔が最小となっている状態を示している。この状態では、弾性体６０の弾性力により第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０が当接する状態となり、第１の嵌合縁１５の内部に第２の嵌合縁２５が嵌り込んで両者が横方向や斜め方向には動かないように固定される。
【００５９】
一方、図３（ｂ）は、液圧供給機構４０により液圧が印加され、第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔が広がり、間隔リミッタ機構５０が作動した状態となっている。
このように、間隔リミッタ機構５０の働きにより、ピストン体３０が第１のシリンダ体１０および第２のシリンダ体２０から抜け出るという事故を防ぐことができる。なお、第１の嵌合縁１５の内部に第２の嵌合縁２５が嵌り込んだ状態から互いに離反する方向であれば嵌合が容易に解け、第１のシリンダ体１０および第２のシリンダ体２０が離れて行く。
【００６０】
弾性体６０は、第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０間に弾性力を与えるものであり、この構成例ではバネとなっている。バネを第１のシリンダ１０の弾性体接続部１４と第２のシリンダ２０の弾性体接続部２４の間に設けることにより、第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔が、液圧供給機構４０から液媒体空間へ供給される水圧によって拡がろうとする力と、弾性体６０により縮まろうとする力がバランスする間隔で平衡状態となり、全体の長さの伸縮制御が可能となる。つまり、弾性体６０のバネがない場合、液媒体空間に流入する液量を正確精密に制御しない限り、液圧供給機構４０から加えられた液圧により間隔リミッタ機構５０により制限される位置まで第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０が拡がることとなる。弾性体６０のバネを設けることにより、液圧供給機構４０で与える液圧の大きさに応じて第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔が決まるので、アクチュエータ１００全体の長さの伸縮の制御が可能となる。
【００６１】
なお、弾性体６０の本数は複数本設けても良いが弾性力のバランスがとれるように本数を選んで配置することが好ましい。例えば、ｎ本設ける場合、ピストン体３０を囲むように均等に、つまり、横断面においてピストン体３０の周りにｎ本を等間隔で配置することが好ましい。
【００６２】
図４は、液圧供給機構４０により印加する液圧と弾性体６０のバネによるアクチュエータ１００の長さの関係を模式的に示す図である。
図４（ａ）は、液圧供給機構４０により印加する液圧がゼロである状態を示している。つまり、液媒体空間の体積が縮小し、第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔が最小となっている。
【００６３】
図４（ｂ）は、液圧供給機構４０により印加する液圧がある値であり、その値に応じて第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔がある大きさとなって静止した状態となっている。液圧供給機構４０が印加する液圧により液媒体空間の体積が膨張して第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔が拡がるが、その一方、弾性体６０であるバネの力が第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔に応じて大きくなり、図４（ｂ）の状態で平衡状態に達して、第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の動きが静止している。この静止状態は、液圧供給機構４０により液圧は印加され続けており、また、弾性体６０であるバネの力がかかり続けているので、いわばテンションがかかった状態となっている。
【００６４】
図４（ｃ）の状態は、液圧供給機構４０により印加する液圧が大きくなり、弾性体６０のバネの力に打ち勝ち、第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔がさらに拡がろうとしたため、間隔リミッタ機構５０により動きが制限された状態を示している。間隔リミッタ機構５０の第１のワイヤー機構５０ａと第２のワイヤー機構５０ｂの交差部分が引っ張り合ってそれ以上第１のシリンダ１０と第２のシリンダ２０の間隔が拡がらないように制限されている。
【００６５】
液圧供給機構４０の印加できる液圧自体にも上限を設けておくことは好ましい。液圧供給機構４０が余りにも強い液圧を印加できるものとすれば、間隔リミッタ機構５０の第１のワイヤー機構５０ａと第２のワイヤー機構５０ｂを引きちぎったり、チューブ体３１の壁面を変形させたり破裂させたりするなど、アクチュエータ１００の機能を破壊するおそれもあるからである。
【００６６】
なお、チューブ体３１はある程度の剛性（チューブ体３１の構造的剛性、水圧のテンション）と、ある程度の柔軟性（チューブ体３１の可撓性、バネの弾性）が兼ね備えられた状態となっており、例えば、人間が押すと、ある程度の剛性を感じるとともに、曲がり得るというある程度の柔軟性を感じる状態となっている。
【００６７】
なお、ここで、本発明のアクチュエータ１００の奏する動きの適応性について説明する。本発明のアクチュエータ１００は上記のように印加する水圧を制御することで第１のシリンダ体１０−ピストン体３０−第２のシリンダ体２０間のピストン機構を押し拡げようとする液圧力と、弾性体６０の弾性力との釣り合いで伸長する長さが調整されるものである。それゆえ、アクチュエータ１００の先に他の物体があったり、壁面があったりしたために外力がかかった場合でも、ピストン機構を押し拡げようとする液圧力と、弾性体６０の弾性力と、外力とが釣り合う位置で安定することができる。つまり、従来の数値制御のように、極めて高い精度を求めて制御するのではなく、被操作対象物への操作において、実際の周囲の環境の変化に応じてその姿勢を安定することができ、被操作対象物との位置関係や印加する力などは概ね合わせる程度の精度で行えば良く、アクチュエータ自身の動作をある程度の剛性と柔軟性を兼ね備えた動作とすることでマージンをその動きの中で吸収してしまうことにより、数値制御では制御し切れない誤差さえもその動きの中で吸収してしまうことができる。なお、これらの効果は、後述する実施例において、本発明のアクチュエータ１００を適用したロボットなどの説明において具体例を挙げつつ説明する。
【００６８】
最後にカバーについて述べておく。図５は本発明のアクチュエータ１００の周囲にカバー類１１０を設けた例である。本発明のアクチュエータ１００は上記のように全体の長さが伸縮したり、後述する実施例２に示すように曲がったりするため、カバーは伸縮・曲がりに対応するものでなければならない。図５（ａ）の例は、いわゆるジャバラ式のカバーの例である。ジャバラ式であれば伸縮、屈伸とも自由に対応できる。図５（ｂ）の例は、周囲にゴム板を巻き、いわゆる摺動式で動かす例である。この構造例でも伸縮、屈伸とも自由に対応できる。
【００６９】
以上、上記構成のアクチュエータ１００において、液圧供給機構４０により供給する液圧を制御することにより、アクチュエータ１００に適切な剛性と適切な柔軟性という２面を同時に兼ね備えさせつつ、アクチュエータ１００の長さの伸縮を制御することが可能であることが理解できよう。
【００７０】
なお、本発明のアクチュエータ１００は、従来の数値制御のように、極めて高い精度を求めて制御するのではなく、被操作対象物への操作において、被操作対象物との位置関係や印加する力などは概ね合わせる程度の精度で行い、アクチュエータ自身の動作をある程度の剛性と柔軟性を兼ね備えた動作とすることでマージンをその動きの中で吸収してしまうことにより、数値制御では制御し切れない誤差さえもその動きの中で吸収してしまう事が可能となる。
【実施例２】
【００７１】
次に、実施例２として、実施例１に示したアクチュエータ１００を複数個並列に並べて、アクチュエータユニット２００として組み上げた構成例について説明する。
【００７２】
アクチュエータユニット２００は、アクチュエータ１００を複数個並列に並べてユニット全体として動きの制御を可能としたものである。複数のアクチュエータ１００をユニット化するメリットは様々ある。
【００７３】
第１のメリットは曲げ制御である。実施例１に示したアクチュエータ１００だけでは周囲からの外力を加えることなく水圧のみでアクチュエータ１００をあらゆる方向に自在に曲げる制御を施すことは困難であるが、アクチュエータ１００を複数本集めてアクチュエータユニット２００としてユニット化すれば、全方向に自在に曲げを制御することが可能となる点である。実施例１に説明したように、各アクチュエータ１００の液圧を制御すれば各アクチュエータ１００の長さは調整できるところ、各々のアクチュエータ１００の長さの制御を通じてアクチュエータユニット２００全体としては屈曲方向と角度が制御できるようになる。
【００７４】
第２のメリットは、ユニット全体としてある程度の剛性を持ちながら、さらに曲げたり伸縮したりすることができる点である。１個のアクチュエータ１００のみでは曲げる方向を大きく変える過程においては一旦液圧を大きく減ずる場合もあり、一時的に十分な剛性が維持できない可能性がある。アクチュエータ１００を複数本集めてユニット化しておけば、複数のアクチュエータ１００のうち幾つかは液圧がかかった状態で剛性を維持しつつ、残りのアクチュエータ１００の液圧を変化させ、アクチュエータユニット２００全体としての曲がる方向や角度を変えたりできるので、ユニット全体としてある程度の剛性を維持しつつ同時に曲がる方向や伸縮を制御することができる。
【００７５】
図６は、本発明のアクチュエータユニット２００の一構成例を模式的に示した図である。図６（ａ）は、本発明の実施例２にかかるアクチュエータユニット２００の一構成例を模式的に示す図である。図６（ｂ）は、アクチュエータユニット２００の各構成要素を分解して示した図である。また、図７は、第１のベース体２１０、第２のベース体２２０の構成が分かるように正面図、平面図、背面図、断面図などを示した図である。
【００７６】
図６に示すように、ｎ本のアクチュエータ１００、アクチュエータ１００の第１のシリンダ体１０を共通化した第１のベース体２１０、アクチュエータ１００の第２のシリンダ体２０を共通化した第２のベース体２２０、ｎ本のアクチュエータ１００の数に対応するｎ系統の液圧供給機構４０、弾性体６０を備えている。この構成例では４本のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを並列に並べた構成となっている。なお、間隔リミッタ機構５０など、実施例１で説明したアクチュエータ１００の各構成は設けられている。また、弾性体６０は第１のベース２１０と第２のベース２２０に接続されている。ここではユニット中央の構成が分かりやすいように手前に位置する弾性体は図示せず、両端に位置する弾性体６０のみを図示した。
【００７７】
第１のベース体２１０はこの構成例では円盤状のものであり、素材としては、アルミニウムやステンレスなどの金属製や、硬質プラスチックなどの樹脂製であっても良い。第１のベース体２１０には４本のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄそれぞれの第１のシリンダ体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが共通して取り付けられるベースとなっている。第１のシリンダ体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと第１のベース２１０は螺子止めや溶接などにより構造的に一体化していても良い。図７（ａ）は第１のベース体２１０の構成が分かりやすいように、正面図、平面図、底面図、Ａ−Ａ線断面図などを示した図である。図７（ａ）に示すように、４つの第１のシリンダ体１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄがベースとなる鍔２１１に対して等間隔に配置されている。
【００７８】
第２のベース体２２０も同様であり、この構成例では円盤状のものであり、第２のベース体２２０には４本のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄそれぞれの第２のシリンダ体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが共通して取り付けられるベースとなっている。素材も同様で良く、アルミニウムやステンレスなどの金属製や、硬質プラスチックなどの樹脂製で良い。第２のシリンダ体２０と第２のベース２２０は螺子止めや溶接などにより構造的に一体化しても良い。図７（ｂ）は第２のベース体２２０の構成が分かりやすいように、正面図、平面図、底面図、Ａ−Ａ線断面図などを示した図である。図７（ｂ）に示すように、４つの第２のシリンダ体２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄがベースとなる鍔２２１に対して等間隔に配置されている。
【００７９】
第１のシリンダ体１０ａ〜１０ｄの縁にはそれぞれ第１の嵌合縁１５ａ〜１５ｄが設けられ、第２のシリンダ体２０ａ〜２０ｄの縁にはそれぞれ第２の嵌合縁２５ａ〜２５ｄが設けられている点は第１の実施例と同様であり、液圧がかかっていない状態では第１の嵌合縁１５ａ〜１５ｄの中に第２の嵌合縁２５ａ〜２５ｄが嵌り込む状態となる。
【００８０】
弾性体６０は、第１のベース体２１０と第２のベース体２２０との間に並列に設けられている。この構成例では４本のバネが設けられた例となっている。なお、図６では正面側にある左右２本の弾性体６０が図示されている。
【００８１】
各々のアクチュエータ１００の液圧供給機構４０はそれぞれ独立しており、この構成例ではアクチュエータ１００は４つ存在しているので、４系統の液圧供給機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが設けられている。図６では正面側から見えるアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃに対応する３つの液体供給機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃが図示されている。
【００８２】
なお、ピストン体３０の長さをある程度長くしつつ、アクチュエータユニット全体としての構造的強度を保つため、第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０との間に外装筒体７０を備えた構成も好ましい。外装筒体７０は例えばリング状の部材である。第１のシリンダ体１０と当接する外装筒体７０の縁に第１の嵌合縁１５、第２のシリンダ体２０と当接する外装筒体７０の縁に第２の嵌合縁２５を設ける構成も可能である。
以上のような構成にて、複数のアクチュエータ１００がアクチュエータユニット２００として組み上げられている。
【００８３】
以上のような構成のアクチュエータユニット２００の伸縮制御や曲げ制御について説明する。
アクチュエータユニット２００は、それぞれの液圧供給機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを介して各々のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄに与える液圧を独立に制御することにより、それらの長さを独立に制御することができるようになっている。
【００８４】
図８および図９は、アクチュエータユニット２００の曲がり制御の原理を説明した図である。図８は各々のアクチュエータの状態と第１のベース体および第２のベース体の様子を分かりやすく示したものであり、他の機構の図示は省略した。
図８（ａ）は第１のベース体２１０に平行な面で切った断面図である。
【００８５】
まず、図８（ａ）において下側に曲げる例を説明する。
図８（ｂ）はアクチュエータ１００ａが上側に来るように示した側面図であり、４つのアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの長さの変化による曲げ制御が分かりやすいように、４つのピストン体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄおよび模式的に描いた第１のベース体２１０の底面と第２のベース体の底面のみが示されている。ただし、奥側に隠れているピストン体３０ｄは示されていない。図８（ｂ）の状態では各々のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの長さはすべてＡ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄであったとする。
【００８６】
ここで、各々の液圧供給機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ（図示せず）の調整により、各々のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの長さはそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄになったとする。ここで、Ｂ＝Ｄであり、Ａ＞Ｂ＞Ｃであるとする。各々のアクチュエータの配列と長さの関係より、図８（ｃ）に示すようにアクチュエータユニット２００が伸縮するとともに下側に曲がることとなる。つまり各々のアクチュエータ１００の長さであるＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて下側へ曲がる角度が調整できる。
【００８７】
なお、ここで、各々の液圧供給機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ（図示せず）の調整により、各々のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの長さを、Ｂ＝Ｄで、Ａ＜Ｂ＜Ｃに変化させると、上記とちょうど逆の関係となり、図８（ｄ）に示すように、アクチュエータユニット２００が伸縮するとともにアクチュエータユニット２００が上側に曲がることとなる。各々のアクチュエータ１００の長さであるＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて上側へ曲がる角度が調整できる。
【００８８】
また、各々の液圧供給機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ（図示せず）の調整により、各々のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの長さを、Ａ＝Ｃで、Ｂ＜Ａ＜Ｄに変化させると、図９（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２００がアクチュエータ１００ｂの方向、つまりアクチュエータユニット２００が左側に曲がることとなる。各々のアクチュエータ１００の長さであるＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて左側へ曲がる角度が調整できる。
【００８９】
また、各々の液圧供給機構４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ（図示せず）の調整により、各々のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄの長さを、Ａ＝Ｃで、Ｄ＜Ａ＜Ｂに変化させると、図９（ｂ）に示すように、アクチュエータユニット２００がアクチュエータ１００ｃの方向、つまりアクチュエータユニット２００が右側に曲がることとなる。各々のアクチュエータ１００の長さであるＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて右側へ曲がる角度が調整できる。
【００９０】
上記は上下左右に曲がる原理を説明したが、各々のアクチュエータ１００の長さであるＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率をもっと自由に変えればあらゆる方向への曲がりが制御できることが理解されよう。
【００９１】
例えば、図１０は第１のベース体２１０に平行な面で切った断面図であるが、図１０（ａ）において、各々のアクチュエータ１００の長さを変化させてＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ、Ａ＜Ｂ＜Ｄ＜Ｃ、Ｂ＜Ａ＜Ｃ＜Ｄ、Ｂ＜Ａ＜Ｄ＜Ｃのいずれかとすると、図１０に示す左斜め上方向の範囲に曲がることとなる。左斜め上方向の具体的にどの方向かはＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて決まってくる。
【００９２】
また、各々のアクチュエータ１００の長さを変化させてＡ＜Ｃ＜Ｂ＜Ｄ、Ａ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｂ、Ｃ＜Ａ＜Ｂ＜Ｄ、Ｃ＜Ａ＜Ｄ＜Ｂとすると、図１０（ｂ）に示す右斜め上方向に曲がることとなる。右斜め上方向の具体的にどの方向かはＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて決まってくる。
【００９３】
また、各々のアクチュエータ１００の長さを変化させてＢ＜Ｄ＜Ａ＜Ｃ、Ｂ＜Ｄ＜Ｃ＜Ａ、Ｄ＜Ｂ＜Ａ＜Ｃ、Ｄ＜Ｂ＜Ｃ＜Ａとすると、図１０（ｃ）に示す左斜め下方向に曲がることとなる。左斜め下方向の具体的にどの方向かはＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて決まってくる。
【００９４】
また、各々のアクチュエータ１００の長さを変化させてＣ＜Ｄ＜Ａ＜Ｂ、Ｃ＜Ｄ＜Ｂ＜Ａ、Ｄ＜Ｃ＜Ａ＜Ｂ、Ｄ＜Ｃ＜Ｂ＜Ａとすると、図１０（ｄ）に示す右斜め下方向に曲がることとなる。右斜め下方向の具体的にどの方向かはＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比率に応じて決まってくる。
【００９５】
このように、アクチュエータユニット２００は液圧供給機構による各アクチュエータ１００の液圧を制御することによりあらゆる方向への曲がり制御を行うことができる。初期状態ではピストン体３０は第１のシリンダ体１０および第２のシリンダ体２０の内部に入り込んでいるため、各々のアクチュエータ１００に対して或る程度の液圧を与えつつ各々のアクチュエータ１００の長さの比率Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄを所定の比率とすれば、弾性体４０とのバランスがとれる或る位置までアクチュエータユニット２００が伸びつつあらゆる方向への曲がり制御が可能となる。
【００９６】
次に、第１の嵌合縁１５と第２の嵌合縁２５による嵌合の効果について説明しておく。図１１は、アクチュエータユニット２００を２つ直列に並べ、第１の嵌合縁１５と第２の嵌合縁２５による嵌合の効果を説明する図である。液圧供給部４０から液圧がかかっている状態ではアクチュエータユニット２００は重力の影響に打ち勝ち、前後左右上下に制御することができる。液圧供給部４０からの液圧がなくなった場合、弾性力６０により第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０が当接するまで引っ張られ、図１１（ａ）に示すように第１の嵌合縁１５の中に第２の嵌合縁２５が嵌り込み、図１１（ａ）において上下方向にずれなくなる。そのため、液圧がかかっていない状態でも図１１（ａ）に示すように水平状態が保たれ、ユニット全体の姿勢が維持・制御される。
【００９７】
一方、第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０の縁に第１の嵌合縁１５や第２の嵌合縁２５が設けられていない場合、液圧供給部４０からの液圧がなくなれば重力に逆らって支える部材や構造がなく、図１１（ｂ）に示すように先端が下方に垂れ下がってしまう。
【００９８】
このように、第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０の縁に第１の嵌合縁１５や第２の嵌合縁２５が設けられている場合、液圧がかかっていない状態でもユニット全体の姿勢が維持・制御されるというメリットが得られる。
【００９９】
次に、捩じり制御が可能なアクチュエータユニットの構成例について述べる。
図６に示したアクチュエータユニット２００の構成であれば、各々のアクチュエータ１００の液圧を制御することによって、図８、図９、図１０に示すようにアクチュエータユニット２００の全体の伸縮制御と曲がり制御は可能である。しかし、いわゆる捩じり制御はできないものである。
【０１００】
発明者門脇氏は、液圧駆動のロボット制御を研究する中、実施例２のアクチュエータユニット２００を改良し、間隔リミッタ機構５０の取り付け方向を斜めにするという工夫によって捩じり制御が可能となることを発明した。
【０１０１】
図１２は、捩じり制御を可能とした本発明のアクチュエータユニット２００’の構成例を模式的に示した図である。各々の構成要素は図６に示したものと同じものとなっている。しかし、間隔リミッタ機構５０が斜めに掛けられている点が異なっている。
【０１０２】
図１２（ａ）はアクチュエータユニット２００’の側面図であるが、４つのバネ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄも示されている。図１２（ｂ）は４つのバネ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄの図示を省略し、間隔リミッタ５０が斜めに掛けられている様子がよく分かるように示した図である。
【０１０３】
図１２（ｂ）に示すように、本発明のアクチュエータユニット２００’は、第１のベース２１０、第２のベース２２０、複数個のアクチュエータ１００が設けられている点は実施例２の構成例と同じである。この構成例では４本のアクチュエータ１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを並列に並べた構成となっている。ここで、間隔リミッタ機構５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄは、第１のシリンダ体１０と第２のシリンダ体２０の間を斜めに結ぶように掛けられている。なお、アクチュエータ１００の弾性体６０は、各々のアクチュエータ１００の軸に対して平行に、第１のベース２１０と第２のベース２２０に接続されている。
【０１０４】
図１３、図１４は、各々のアクチュエータ１００ａ〜１００ｄが伸びたときにアクチュエータユニット２００’全体として捩じりが生じる原理を説明する図である。
図１３に示すように、アクチュエータユニット２００’は或る程度の距離であれば真っすぐに伸縮することが可能である。図１３に示すように、それぞれの間隔リミット５０ａ〜５０ｄのワイヤー同士が当接するまで上下真っすぐに伸びることができる。さらに、図１４に示すように、間隔リミッタ機構５０ａ〜５０ｄのワイヤー同士が引っ張り合い、それ以上、上下方向への移動は制限される。
【０１０５】
しかし、間隔リミッタ機構５０ａ〜５０ｄのワイヤーはまだ斜め方向には移動の余裕がある。そのため、さらに各々のアクチュエータ１００ａ〜１００ｄが伸びたときにアクチュエータユニット２００’に捩じりが生じ始める。図１４に示すように、各々のアクチュエータ１００ａ〜１００ｄが伸びるに従って間隔リミッタ機構５０のワイヤーにより上下方向には移動できないが、まだマージンのある斜め方向に移動が続いていき、アクチュエータユニット２００’が捩じれて行く。最後、間隔リミッタ機構５０ａ〜５０ｄのワイヤーが目一杯伸びきるとそこで完全に間隔リミッタ機構５０によりアクチュエータユニット２００’の動きが制止される。なお、弾性体６０は各々のアクチュエータ１００の軸に対して平行に設けられているため、弾性体６０は斜め方向に弾性力を働かせている。
【０１０６】
なお、アクチュエータユニット２００’の長さが縮まる過程においては、斜めに働いている弾性体６０の弾性力により捩じり運動の逆の動きを辿って戻ってゆき、図１４から図１３に示す動きの逆の動作となり、元の状態に戻る。
【０１０７】
ここで、４本のアクチュエータ１００ａ〜１００ｄの伸縮を個別に制御することにより、それらの長さの比率Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄを変えると単に捩じる運動ではなく、捩じりながら斜め方向に動くような複雑な捩じり運動が可能となる。
【実施例３】
【０１０８】
次に、実施例３として、上記実施例２に示した液圧駆動のアクチュエータユニット２００や捩じり制御が可能なアクチュエータユニット２００’を組み上げて構成した、パイプ管外壁などを移動するパイプ管昇降ロボット３００の構成例を説明する。
【０１０９】
なお、液圧駆動のアクチュエータユニット２００や捩じり制御が可能なアクチュエータユニット２００’を組み合わせてパイプ管外壁を登るロボット３００を製作する組み合わせ方は多様であり、この実施例に示す構成には限定されない。
【０１１０】
図１５および図１６は、実施例３のパイプ管昇降ロボット３００の外観を模式的に示したものである。図１５には正面図、平面図、右側面図が示されている。図１６には背面図、底面図、左側面図が示されている。図１５および図１６に示すように、背面図は正面図と同様、底面図は平面図と同様、左側面図は右側面図と対照になっている。
【０１１１】
図１５に見るように、パイプ管昇降ロボット３００は、中央の連結機構である背骨部３１０、天板３１１、底板３１２、８つの把持機構３２０ａ〜３２０ｈ、１つの把持機構に２つずつ合計１６個のアクチュエータ容器３３０ａ１〜３３０ｈ２（内部にアクチュエータ１００が内蔵されている）、各アクチュエータ１００の先端に設けられている合計１６個のグリップ部３４０ａ１〜３４０ｈ２を備えている。なお、パイプ管昇降ロボット３００に対して液圧を供給する液圧供給機構や液圧を供給する液圧供給パイプなどの図示は省略した。
【０１１２】
連結機構である背骨部３１０は、いわゆるジャバラで覆われているが、その内部には実施例２で説明した液圧駆動のアクチュエータユニット２００’（伸縮、曲がり、捩じりが可能なタイプ）が縦方向に２個直列に組み込まれており、それぞれのアクチュエータユニット２００’ａおよび２００’ｂの内部には実施例２で説明したように４つのアクチュエータ１００が組み込まれており、液圧駆動によりアクチュエータユニット２００’は上下方向に伸縮したり、前後左右に曲がったり、左回りや右回りに捩じったりする動作が可能となっているものとする。なお、この構成例では液圧供給機構４０は、アクチュエータユニット２００’ａについて４系統、アクチュエータユニット２００’ｂについても４系統あるので８系統設けられているものとする。背骨部３１０は上段側の把持機構３２０ａ〜３２０ｄと下段側の把持機構３２０ｅ〜３２０ｈの間を結ぶように設けられている。
【０１１３】
天板３１１と底板３１２と８個の把持機構３２０ａ〜３２０ｈと１６個のアクチュエータ容器３３０ａ１〜３３０ｈ２は一体化されている。素材としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼などの金属やプラスチックなど或る程度の剛性を備えたものが採用されており、ロボット３００の構造的強度が確保されている。
【０１１４】
１６個のアクチュエータ容器３３０ａ１〜３３０ｈ２は、内部にアクチュエータ１００が内蔵されている。アクチュエータ１００の基本的構造は実施例１で説明したアクチュエータ１００で良い。図１７（ａ）は把持機構内のアクチュエータ１００の水平断面構造を分かりやすく示した図である。アクチュエータ容器３３０ａ１〜３３０ｈ２の内部は中空となっており、その中空部分に実施例１に示したアクチュエータ１００が内蔵されている。
【０１１５】
グリッパー３４０はアクチュエータの先端に取り付けられた部材であり、例えば、グリッパー３４０の内面形状は、パイプ等の円筒外壁面に対応する凹型となっており、パイプ管の外壁面をしっかりとグリップできるように適した内面形状となっている。
【０１１６】
対向し合うグリッパー３４０が近づき合うことでパイプ管外壁面をしっかりとグリップし、両者が離れ合うことでパイプ外壁面を解放する。なお、間隔リミッタ５０があるので、グリッパーが近づき合っても衝突することはない。
【０１１７】
図１７（ｂ）は液圧駆動によりアクチュエータ１００を伸縮させてグリップ部３４０ａ１〜３４０ｈ２を押し出した様子を示す図である。つまり、液圧供給機構の液圧制御によりグリップ部３４０ａ１〜３４０ｈ２が押し出されたり引っ込んだりする動きとなる。なお、１６個のアクチュエータ１００それぞれには実施例１に示したように液圧供給機構４０が１つずつ必要であるので１６系統の液圧供給機構４０が設けられている。
【０１１８】
もし、このグリッパー３４０の間にパイプ等が存在する場合、図１７（ｂ）に示すように、各々のグリッパー３４０はパイプ管をしっかり挟持する。なお、パイプ管の外壁面をグリップし始めるとパイプ管外壁面からの抗力を受け始め、弾力体６０の弾性力とパイプの外壁面から受ける抗力の総計がアクチュエータの液圧による押圧力がバランスすると動きが止まる。つまり、パイプの外壁面から受ける抗力Ｆが得られ、パイプの外壁面とグリッパー３３１表面との摩擦係数がμとすると“μＦ”の摩擦力が得られることとなり、しっかりとパイプ外壁面をグリップすることができる。
【０１１９】
以下、パイプ管昇降ロボット３００の動作の概略を説明する。
この例では平行して配設されている２本のパイプＡおよびパイプＢの間をグリップしながら上方へ登ってゆく動作を説明する。
なお、ここでは説明を簡単にするために、液圧駆動機構４０により与えられる液圧は、後述するようにグリッパー３４０でパイプＡまたはパイプＢをしっかりとグリップするに十分な押圧力を生じる液圧“オン”とグリッパー３４０の押圧力がなくなり弾性体６０による弾性力によりグリッパーが引っ込む“オフ”の２値制御として説明する。
【０１２０】
図１８（ａ）〜図２４（ａ）は、実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図である。図１８（ａ）から図２１（ａ）までは１つのパイプ管を左右一方のグリッパー（ここでは左側）によりグリップしつつ上方へ登っていく基本動作を示すものである、図２１（ｂ）から図２４（ａ）までは一方のパイプ管から他方のパイプ管に移動する場合の基本動作を示すものである。各図とも、左側にパイプ昇降ロボット３００を正面から見た図、右上に上段側の把持機構３２０およびグリッパー３４０の状態を平面から見た図、右下に下段側の把持機構３２０およびグリッパー３４０の状態を平面から見た図となっている。
【０１２１】
まず、図１８（ａ）の状態は初期状態であり、上段の把持機構３２０ａから押し出されたグリッパー３４０ａと把持機構３２０ｂから押し出されたグリッパー３４０ｂにより左側にあるパイプ管Ａを挟持し、また、下段の把持機構３２０ｅから押し出されたグリッパー３４０ｅと把持機構３２０ｆから押し出されたグリッパー３４０ｆにより左側にあるパイプ管Ａを挟持して自重を支えた状態となっている。把持機構３２０ａと把持機構３２０ｂと把持機構３２０ｅと把持機構３２０ｆに対応する液圧供給回路から液圧が印加されて“オン”の状態であり、図１８（ａ）の右上及び右下の図に示すように、上下段ともパイプ管Ａをしっかりとグリップしている状態となっている。
【０１２２】
次に、図１８（ｂ）の状態に移る。図１８（ｂ）の状態は、パイプの上方へ進むために上段の把持機構３２０ａのグリッパー３４０ａおよび把持機構３２０ｂのグリッパー３４０ｂのグリップを解放した状態である。つまり、図１８（ｂ）の状態は下段の把持機構３２０ｃから押し出されたグリッパー３４０ｃと把持機構３２０ｄから押し出されたグリッパー３４０ｄのみによりパイプ管を挟持して自重を支えた状態となっている。把持機構３２０ａと把持機構３２０ｂに対応する液圧供給回路の液圧印加が停止されて“オフ”状態となり、把持機構３２０ｅと把持機構３２０ｆに対応する液圧供給回路から液圧が印加された“オン”状態であり、図１８（ｂ）の右上の図に示すように、上段はパイプ管Ａのグリップを解放しており、図１８（ａ）の右下の図に示すように、下段はパイプ管Ａをしっかりとグリップしている状態となっている。なお、この状態では、背骨部３１０内のアクチュエータユニット２００’ａおよびアクチュエータユニット２００’ｂ内のアクチュエータ１００には液圧がかかっていないが、第１の嵌合縁１５の中に第２の嵌合縁２５が嵌り込んでいるので背骨部３１０が横方向や斜め方向に曲がったり垂れたりすることはなく直立した状態が維持される。
【０１２３】
次に、図１９（ａ）の状態に移る。図１９（ａ）の状態は、背骨部３１０内のアクチュエータユニット２００’ａおよびアクチュエータユニット２００’ｂ内のアクチュエータ１００に対する液圧供給機構４０により液圧が均等に加えられ、背骨部３１０が伸びた状態である。アクチュエータユニット２００’ａおよびアクチュエータユニット２００’ｂが液圧供給機構により均等な液圧が印加された場合に真っすぐに伸びる原理は実施例２において説明したとおりである。図１９（ａ）左側の図に示すように、背骨部３１０が伸び、上段側の把持機構の高さが高い位置に到達している。
【０１２４】
次に、図１９（ｂ）は、上段の把持機構３２０ａのグリッパー３４０ａおよび把持機構３２０ｂのグリッパー３４０ｂを押し出してパイプ管Ａをグリップし直した状態である。つまり、背骨３１０が伸びて上段の把持機構が到達した箇所をしっかりとグリップする動作である。把持機構３２０ａと把持機構３２０ｂに対応する液圧供給回路が液圧を供給して“オン”状態となり、グリッパー３４０ａとグリッパー３４０ｂを押し出してパイプ管Ａを挟持した状態となる。
【０１２５】
次に、図２０（ａ）の状態に移る。図２０（ａ）の状態は、パイプの上方へ進むために下段の把持機構３２０ｅのグリッパー３４０ｅおよび把持機構３２０ｆのグリッパー３４０ｆのグリップを解放した状態である。つまり、図２０（ａ）の状態は上段の把持機構３２０ａから押し出されたグリッパー３４０ａと把持機構３２０ｂから押し出されたグリッパー３４０ｂのみによりパイプ管Ａを挟持して自重を支えた状態となっている。つまり把持機構３２０ａと把持機構３２０ｂに対応する液圧供給回路の液圧印加が印加された“オン”状態であり、把持機構３２０ｅと把持機構３２０ｆに対応する液圧供給回路から液圧印加が停止された“オフ”状態であり、図２０（ａ）の右上の図に示すように、上段はパイプ管Ａをしっかりとグリップしている状態となり、図２０（ａ）の右下の図に示すように、下段はパイプ管Ａのグリップを解放している。
【０１２６】
次に、図２０（ｂ）の状態に移る。図２０（ｂ）の状態は、背骨部３１０内のアクチュエータユニット２００’ａおよびアクチュエータユニット２００’ｂ内のアクチュエータ１００に対する液圧供給機構により液圧印加が停止され、背骨部３１０が縮んだ状態である。液圧印加が停止されると弾性体６０の弾性力によりアクチュエータユニット２００’ａおよびアクチュエータユニット２００’ｂが縮む原理は実施例２において説明したとおりである。図２０（ｂ）左側の図に示すように、背骨部３１０が縮んで、下段側の把持機構の高さが上に上がる。なお、アクチュエータユニット２００’ａおよび２００’ｂ内のアクチュエータ１００において第１の嵌合縁１５と第２の嵌合縁２５が嵌合し合う。
【０１２７】
次に、図２１（ａ）の状態に移る。図２１（ａ）の状態は、下段の把持機構３２０ｅから押し出されたグリッパー３４０ｅと把持機構３２０ｆから押し出されたグリッパー３４０ｆにより左側にあるパイプ管Ａを挟持し直し、上段下段両方の把持機構３２０に対する液圧供給機構による液圧が“オン”状態となってグリッパー３４０によりパイプ管Ａを挟持して自重を支えた状態となっている。これは図１８（ａ）の状態と同じ状態である。つまり、パイプ外壁昇降ロボット３００は、図１８（ａ）から図２１（ａ）までが１サイクルとなって、いわゆる“尺取り虫”のように上方に登ってゆくことができる。
【０１２８】
次に、グリップして登っているパイプ管Ａから隣のパイプ管Ｂへの移動動作について説明する。本発明のパイプ外壁昇降ロボット３００に用いている背骨部３１０は実施例２で説明したアクチュエータユニット２００’を採用しており、伸縮制御のみならず、屈曲制御、捩じり制御が可能であるので、グリップしているパイプ管Ａの周囲に他のパイプ管があればそのパイプ管に移動することが可能な場合がある。
【０１２９】
まず、図２１（ｂ）の状態は、パイプの上方へ進むために上段の把持機構３２０ａのグリッパー３４０ａおよび把持機構３２０ｂのグリッパー３４０ｂのグリップを解放した状態である。つまり、図２１（ｂ）の状態は下段の把持機構３２０ｃから押し出されたグリッパー３４０ｃと把持機構３２０ｄから押し出されたグリッパー３４０ｄのみによりパイプ管を挟持して自重を支えた状態となっている。把持機構３２０ａと把持機構３２０ｂに対応する液圧供給回路の液圧印加が停止されて“オフ”状態となり、把持機構３２０ｅと把持機構３２０ｆに対応する液圧供給回路から液圧が印加された“オン”状態であり、図２１（ｂ）の右上の図に示すように、上段はパイプ管Ａのグリップを解放しており、図２１（ｂ）の右下の図に示すように、下段はパイプ管Ａをしっかりとグリップしている状態となっている。なお、この状態では、背骨部３１０内のアクチュエータユニット２００’ａおよび２００’ｂ内のアクチュエータ１００には液圧がかかっていないが、第１の嵌合縁１５の中に第２の嵌合縁２５が嵌り込んでいるので背骨部３１０が横方向や斜め方向に曲がったり垂れたりすることはなく直立した状態が維持される。
【０１３０】
次に、図２２（ａ）の状態に移る。図２２（ａ）の状態は、背骨部３１の２つのアクチュエータユニット２００’ａおよび２００’ｂの屈曲制御を行い、上段の把持機構３２０をパイプ管Ａ側からパイプ管Ｂ側へ移動させる。
【０１３１】
背骨部３１０の下側のアクチュエータユニット２００’ｂにおいて、液圧供給機構によって左側に位置するアクチュエータの液圧の方が右側に位置するアクチュエータの液圧よりも大きくなるように印加すれば、アクチュエータユニット２００’ｂ内のアクチュエータ１００内部において第１の嵌合縁１５と第２の嵌合縁２５の嵌合が解かれた後、実施例２に説明したように右側に向かって屈曲することとなる。また、背骨部３１０の上側のアクチュエータユニット２００’ａにおいて、液圧供給機構によって左側に位置するアクチュエータの液圧よりも右側に位置するアクチュエータの液圧の方が大きくなるように印加すれば、アクチュエータユニット２００’ａ内のアクチュエータ１００内部において第１の嵌合縁１５と第２の嵌合縁２５の嵌合が解かれた後、実施例２に説明したように左側に向かって屈曲することとなる。
【０１３２】
ここで、背骨部３１０の下側のアクチュエータユニット２００’ｂの右側への屈曲量と、背骨部３１０の上側のアクチュエータユニット２００’ａの左側への屈曲量とを調整すれば、背骨部３１０全体の曲がりは図２２（ａ）に示したように制御することは可能であり、上段の把持機構３２０ｃのグリッパー３４０ｃ、把持機構３２０ｄのグリッパー３４０ｄがパイプ管Ｂに対面する位置まで移動する。
【０１３３】
なお、微調整が必要な場合、アクチュエータユニット２００’ａやアクチュエータユニット２００’ａ内部の各アクチュエータの液圧を微調整し、屈曲量を調整すれば良い。なお、アクチュエータ内部の液圧の制御時間やピストン体３０の曲がりのダンパー的な役割により、パイプ壁面昇降ロボット３００の上段全体が緩やかにパイプＢの方に移動し、振り子のように勢いよく移動してパイプＢにぶつかるということはない。
【０１３４】
次に、図２２（ｂ）の状態に移る。図２２（ｂ）の状態は、把持機構３２０ｃ，把持機構３２０ｄの内部にあるアクチュエータの液圧が“オフ”から“オン”に変化し、内部のアクチュエータ１００が伸びてそれぞれのグリッパー３４０ｃ，３４０ｄが前面に押し出され、パイプ管Ｂをしっかりとグリップした状態である。
【０１３５】
次に、図２３（ａ）の状態に移る。図２３（ａ）の状態は、パイプ管Ｂの方へ下段側の把持機構も移動するために下段の把持機構３２０ｅのグリッパー３４０ｅおよび把持機構３２０ｆのグリッパー３４０ｆのグリップを解放した状態である。つまり、図２３（ａ）の状態は上段の把持機構３２０ａから押し出されたグリッパー３４０ａと把持機構３２０ｂから押し出されたグリッパー３４０ｂのみによりパイプ管Ｂを挟持して自重を支えた状態となっている。つまり把持機構３２０ａと把持機構３２０ｂに対応する液圧供給回路の液圧印加が印加された“オン”状態であり、把持機構３２０ｅと把持機構３２０ｆに対応する液圧供給回路から液圧印加が停止された“オフ”状態であり、図２３（ａ）の右上の図に示すように、上段はパイプ管Ｂをしっかりとグリップしている状態となり、図２３（ａ）の右下の図に示すように、下段はパイプ管Ａのグリップを解放している。
【０１３６】
なお、アクチュエータユニット２００’ａおよび２００’ｂ内部の各アクチュエータ１００の液圧は図２２の状態と同じ液圧で維持されている限り、背骨部３１０の屈曲は変化しない。
【０１３７】
次に、図２３（ｂ）の状態に移る。図２３（ｂ）の状態は、背骨部３１０のアクチュエータユニット２００’ａ、２００’ｂの液圧供給機構による液圧供給が停止され、内部の弾性体６０の弾性力によりアクチュエータユニット２００’ａ、２００’ｂが縮んだ状態となっている。背骨部３１０のアクチュエータユニット２００’ａ、２００’ｂは縮むと図２３（ｂ）に示すように短く真っすぐな状態に戻る。なお、アクチュエータ内部の液圧の制御時間やピストン体３０の曲がりのダンパー的な役割により、パイプ壁面昇降ロボット３００の下段全体が緩やかにパイプＢの方に移動し、振り子のように勢いよく移動してパイプＢにぶつかるということはない。
【０１３８】
なお、この状態では、背骨部３１０内のアクチュエータユニット２００’ａおよび２００’ｂ内のアクチュエータ１００において第１の嵌合縁１５の中に第２の嵌合縁２５が嵌り込む。
【０１３９】
最後に図２４（ａ）に示すように、下段の把持機構３２０ｅと把持機構３２０ｆに対する液圧供給機構による液圧供給を“オン”状態とし、下段の把持機構３２０ｅからグリッパー３４０ｅを押し出し、把持機構３２０ｆからグリッパー３４０ｆを押し出して、パイプ管Ｂを挟持する。これで図２１（ｂ）の状態で左側のパイプ管Ａにグリップして自重を支えていたパイプ壁面昇降ロボット３００が、右側のパイプ管Ｂに移動してグリップした状態となる。
【０１４０】
以上、パイプ外壁昇降ロボット３００は、図２１（ｂ）から図２４（ａ）までが１サイクルとなって、パイプＡ側からパイプＢ側へ渡るように移動することができる。
【０１４１】
なお、この例では、パイプＡとパイプＢの間隔が、把持機構３２０の幅よりも広いものであったため、図１８（ａ）から図２１（ｂ）の動作例は、いわゆる片側（左側）のグリップだけでいわゆる“尺取り虫”の把持機構ように登ってゆく例であったが、左側把持機構３２０と右側の把持機構３２０の間隔とパイプＡとパイプＢの間隔が合致し合うもので把持機構あれば、グリッパー３４０ａ，３４０ｂ，３４０ｅ，３４０ｆがパイプ管Ａをグリップし、グリッパー３４０ｃ，３４０ｄ，３４０ｇ，３４０ｈがパイプ管Ｂを掴みながら、いわゆる両側（左右）のグリップで“尺取り虫”のように登ってゆくことができる。
【実施例４】
【０１４２】
実施例４として、本発明の液圧駆動のアクチュエータユニット２００や２００’を組み上げて構成した壁面を吸着しながら移動する壁面移動ロボット４００の構成例を説明する。
【０１４３】
なお、上記の実施例１に示した液圧駆動のアクチュエータ１００や、実施例２に示した液圧駆動のアクチュエータユニット２００や２００’を組み合わせて壁面を移動する壁面移動ロボット４００を製作する組み合わせ方は多様であり、この実施例に示す構成には限定されない。
【０１４４】
図２５および図２６は、実施例４の壁面移動ロボット４００の外観を模式的に示した６面図である。図２５には平面図、正面図、右側面図が示されており、図２６には底面図、背面図、左側面図が示されている。なお、液圧供給機構の図示は省略している。
【０１４５】
図２５および図２６に示すように、壁面移動ロボット４００は、連結機構である背骨部４１０、サンクション機構４２０、吸盤部４３０を備えた構造となっている。
【０１４６】
連結機構である背骨部４１０の内部には実施例２に説明したアクチュエータユニット２００’が組み込まれており、その動きなどは実施例３のパイプ昇降ロボット３００の背骨部３１０と同様で良くここでの説明は省略する。背骨部４１０の上端にはシャーシ４１１、下端にはシャーシ４１２が設けられており、背骨部４１０は上段の吸盤部４３０ａ〜４３０ｂと下段の吸盤部４３０ｃ〜４３０ｄの間に設けられている。
【０１４７】
サンクション機構４２０は内部にエアーを吸引する機構が内蔵されており、図示は簡単に外形のみを示している。この例では円盤形となっている。なお、この構成例ではサンクション機構の駆動はポンプであり、水圧駆動ではない。また、エアーパイプ等のエアーの径路の図示は省略している。
【０１４８】
吸盤部４３０は、例えば、ゴム製の吸盤４３１であり、サンクション機構４２０と連通しており、気密性が確保されている。サンクション機構４２０が吸盤部４３０内部の気圧を調整することができるものとなっている。サンクション機構４２０の吸引により吸盤４３１内部の気圧がさがって生じる吸引力Ｆにより、吸盤４３１と壁面の間には摩擦力が生じることとなる。
【０１４９】
図２５および図２６に示すように、この壁面移動ロボット４００は、上段下段２つのシャーシ４１１、４１２に左右２つずつのサンクション機構４２０ａ〜４２０ｄと、吸盤部４３０ａ〜４３０ｄが設けられており、エアー吸引は少なくとも上段下段の２系統、すべての吸盤を個別に制御する場合、４系統の制御となる。
【０１５０】
サンクション機構４２０と吸盤部４３０により生じる吸引力としては、ロボット４００が壁面を移動するために上段のサンクション機構４２０ａ，４２０ｂの２つの吸盤部４３０ａ，４３０ｂのみ、または、下段のサンクション機構４２０ｃ，４２０ｄの２つの吸盤部４３０ｃ，４３０ｄにより発生する摩擦力でロボット４００の自重を支えられるものであれば良い。後述するように、壁面移動中において一時的に、上段のみのサンクション機構４２０ａ，４２０ｂの２つの吸盤部４３０ａ，４３０ｂのみで自重を支えたり、下段のサンクション機構４２０ｃ，４２０ｄの２つの吸盤部４３０ｃ，４３０ｄのみで自重を支えたりする必要があるからである。
【０１５１】
以下、壁面移動ロボット４００の壁面移動動作の概略を説明する。
この例では垂直な壁面を吸引しながら上方へ登ってゆく動作を説明する。
図２７（Ａ）の左図は、吸盤部４３０ａ〜４３０ｄの内部にあるサンクション機構４２０ａ〜４２０ｄがエアーを吸引し、各吸盤部４３０ａ〜４３０ｄにより壁面をしっかりと吸着している状態である。
【０１５２】
図２７（Ａ）の右図は、上側にある吸盤部４３０ａ，４３０ｂのサンクション機構４３０ａ，４３０ｂが吸引を停止して吸着状態から解放した後、背骨部４１０内部のアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂ内のそれぞれのアクチュエータの液圧が“０”から或る値“Ｙ”になり、背骨部４１０内部のアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂが伸びた状態である。なお、下側にある吸盤部４３０ｃ，４３０ｄの内部にあるサンクション機構４２０ｃ，４２０ｄは吸引を維持しており、壁面をしっかりと吸着しており、ここでは、２つの吸盤部４３０ｃ，４３０ｄの吸着力により壁面移動ロボット４００の自重を支えられる摩擦力が得られる程度の吸着力であるものとする。
【０１５３】
図２７（Ｂ）左図は、図２７（Ａ）右図の後、上段にある吸盤部４３０ａ，４３０ｂのサンクション機構４２０ａ，４２０ｂが吸引を開始して上段にある吸盤部４３０ａ，４３０ｂでしっかりと吸引し、自重を支えられる状態とする。また、下段にある吸盤部４３０ｃ，４３０ｄのサンクション機構４２０ｃ，４２０ｄが吸引を停止して下段にある吸盤部４３０ｃ，４３０ｄを吸着状態から解放した状態である。
【０１５４】
図２７（Ｂ）右図は、背骨部４１０内部のアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂ内のそれぞれのアクチュエータの液圧が“Ｙ”から“０”になり、背骨部４１０内部のアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂが縮んだ状態である。
【０１５５】
この図２７（Ａ）、図２７（Ｂ）のサイクルを繰り返すことにより、いわゆる“尺取り虫”のような動きで上方に進み続けたり、逆の動作を繰り返して下方に降りたりする動作が可能である。
【０１５６】
また、壁面移動ロボット４００は、上方または下方へ進むだけでなく、進行方向を曲げることも可能である。
図２８（Ａ）左図は、図２７（Ａ）の左図と同様、吸盤部４３０ａ〜４３０ｄの内部にあるサンクション機構４２０ａ〜４２０ｄがエアーを吸引し、各吸盤部４３０ａ〜４３０ｄにより壁面をしっかりと吸着している状態である。
【０１５７】
図２８（Ａ）右図は、上段にある吸盤部４３０ａ，４３０ｂのサンクション機構４３２が吸引を停止して吸着状態から解放した後、背骨部４１０内部のアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂ内のそれぞれのアクチュエータ１００において、左側にあるアクチュエータの液圧が図中右側にあるアクチュエータの液圧より大きい値となり、実施例２で説明したようにアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂ全体として右側に曲がった状態である。
【０１５８】
図２８（Ｂ）左図は、上段にある吸盤部４３０ａ，４３０ｂの内部にあるサンクション機構の吸引を開始し、２つの吸盤部４３０ａ，４３０ｂの吸着力により壁面をしっかりとグリップし、ロボット４００の自重を支えることができる状態である。また、下段にある吸盤部４３０ｃ，４３０ｄのサンクション機構４３０ｃ，４３０ｄが吸引を停止して吸着状態から解放した状態である。
【０１５９】
図２８（Ｂ）右図は、背骨部４１０内部のアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂ内のそれぞれのアクチュエータの液圧が“０”になり、背骨部４１０内部のアクチュエータユニット２００’ａ，２００’ｂが縮んだ状態である。
【０１６０】
この図２８（Ａ）、図２８（Ｂ）のサイクルを繰り返すことにより、いわゆる“尺取り虫”のような動きで右側上方や左側上方に曲がって進んだり、逆の動作を繰り返して右側下方や右側下方に曲がって降りたりする動作が可能である。
【０１６１】
なお、背骨部４１０の内部に組み込まれた水圧駆動のアクチュエータユニット２００’は実施例２に示したように捩じり動作も可能である。つまり、背骨部４１０が伸縮・曲がり・捩じり動作を行うことで、理論上、壁面移動ロボット４００は、３次元の凹凸曲面を持つ壁面であっても壁面移動を行うことができる。
【０１６２】
また、背骨部４１０内のアクチュエータユニット２００’ａおよび２００’ｂ内のアクチュエータ１００には液圧がかかっていない状態では、第１の嵌合縁１５の中に第２の嵌合縁２５が嵌り込んでいるので背骨部４１０が横方向や斜め方向に曲がったり垂れたりすることはなく形状が維持されることは実施例３と同様である。
【０１６３】
以上のように、サンクション機構４２０を備えた吸盤部４３０の吸着力を用いて壁面を吸着して自重を支えることができ、また、水圧駆動のアクチュエータユニット２００または２００’が組み込まれた背骨部４１０の伸縮・曲がり・捩じり制御によりロボット４００が変形しつつ壁面を移動してゆく壁面移動ロボットを提供することができる。
【実施例５】
【０１６４】
次に、実施例５として、上記実施例１の液圧駆動のアクチュエータ１００や、上記実施例２のアクチュエータユニット２００や２００’を組み上げて構成したパイプ管内壁を移動するパイプ管内壁移動ロボット５００の構成例を説明する。
なお、上記の実施例１に示した液圧駆動のアクチュエータ１００や、実施例２に示した液圧駆動のアクチュエータユニット２００や２００’を組み合わせてパイプ管内壁移動ロボット５００を製作する組み合わせ方は多様であり、この実施例に示す構成には限定されない。
【０１６５】
図２９および図３０は、実施例５のパイプ管内壁移動ロボット５００の外観を模式的に示したものである。図２９には平面図、正面図、右側面図が示されている。図３０には底面図、背面図、左側面図が示されている。
【０１６６】
図２９および図３０に示すように、パイプ管内壁移動ロボット５００は、連結機構である背骨部５１０、上段の張り出し機構のアクチュエータ５２０ａ〜５２０ｃ、下段の張り出し機構のアクチュエータ５２０ｄ〜５２０ｆ、各々のアクチュエータの先端に設けられているグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆを備えている。
【０１６７】
連結機構である背骨部５１０は、いわゆるジャバラで覆われているが、その内部には実施例２で説明した液圧駆動のアクチュエータユニット２００（伸縮、曲がりが可能なタイプ）が例えば１個組み込まれており、アクチュエータユニット２００の内部には４つのアクチュエータが組み込まれており、液圧駆動によりアクチュエータユニット２００は伸縮したり曲がったりする動作が可能となっている。連結機構である背骨部５１０は、上段の張り出し機構と下段の張り出し機構との間に設けられている。
【０１６８】
上段のシャーシ５１１は、背骨部５１０の上部付近に設けられた部材であり、下段のシャーシ５１２は、背骨部５１０の下部付近に設けられた部材である。後述するようにパイプ内壁移動ロボット５００の自重を支える剛性が必要である。ここでは一例として金属製とし、アルミニウム板材で構成されているものとする。
【０１６９】
上段の張り出し機構のアクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆは、実施例１で説明したアクチュエータ１００が内部に組み込まれたものであり、上段、下段ともアクチュエータが３つずつ配置された構成例となっている。もちろん、アクチュエータの数は３つずつに限定されず４つずつや５つずつ配置した構成も可能である。各アクチュエータの配置角度は限定されないが、例えば、３つの構成時であれば、図２９および図３０に示すようにシャーシ５１１、５１２上にて互いに１２０度ずつの角度開いて設けておく構成がある。
【０１７０】
この構成例では張り出し機構の各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆは、先端のグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆを押し出してパイプ内壁面間に張り出してしっかりとグリップしたり、先端のグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆを引っ込めてパイプ内壁面のグリップを開放したりする動作を行う。ここでは説明を簡単にするために、液圧駆動機構４０により与えられる液圧は、後述するようにグリッパー４３１でパイプ内壁をしっかりとグリップするに十分な押圧力を生じる液圧“Ｘ”と“０”の２値制御とするものとして説明する。
【０１７１】
張り出し機構の各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆの動作として重要な点は、各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆが伸張してグリッパーを張り出した場合、従来の数値制御の機械のように直線的、硬直的な動きしかできないのではなく、可撓性のあるピストン体を液圧で押し出してゆくものであるため、先端のグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆが当接しようとするパイプ内壁面の角度や状態に応じて沿うようにグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆが押圧できる点である。パイプ内壁面に多少の凹凸や歪みがあったり、パイプがカーブしていたりしても、ピストン体の可撓性により壁面の角度や状態に応じて曲がりつつ、かつ液圧でしっかりとパイプ内壁面をグリップするように押圧して自重を支えて移動することができる。これは従来の数値制御の硬直的なロボットではなし得ない駆動方法である。
【０１７２】
なお、この構成例ではグリッッパー５３０の出し入れ動作の制御であるので実施例１に示したアクチュエータ１００のタイプとしたが、実施例２で示したように、曲げや捩りを制御するアクチュエータユニット２００や２００’のタイプを用いても良い。
【０１７３】
グリッッパー５３０ａ〜５３０ｆは、上下３個ずつ設けられており、張り出し機構の各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆの先端に設けられている。グリッッパー５３０ａ〜５３０ｆの形はパイプ内壁面に対応する凸型となっており、パイプの内壁面をしっかりとグリップできるように適した形状となっていることが好ましい。グリップ面積が大きくなり、大きな摩擦力が得やすいからである。
【０１７４】
以下、パイプ管内壁移動ロボット５００の動作の概略を説明する。
図３１はグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆの動きを示す図である。図３１（Ａ）がパイプ上方から見た図、図３１（Ｂ）がパイプ内の様子を正面から見た図となっている。パイプの肉厚の図示は省略している。
【０１７５】
図３１（Ａ）の左図は、液圧駆動機構４０（図示せず）に液圧をかけずに張り出し機構の各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆが収縮している状態である。
【０１７６】
図３１（Ａ）の右図は、液圧駆動機構４０（図示せず）に液圧を印加し、張り出し機構の各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆに圧力を加え、グリッッパー５３０ａが前方に押し出た状態である。今、液圧“Ｘ”を加えると、外力を受けない状態ではアクチュエータがまっすぐ伸びて各グリッッパー５３０ａ〜５３０ｆは図３１（Ａ）から図３１（Ｂ）のようにパイプ内壁面に当接するまで伸びる。なお、各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆが伸張できる範囲はピストン体やシリンダ体の長さや弾性体６０や間隔リミッタ５０との兼ね合いにより限界があるが、ここでは、パイプ内壁移動ロボット５００の横方向の大きさが直径“Ｌ１”ｃｍとし、各アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆが伸張した場合の限界距離が“Ｌ２”ｃｍとした場合、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２の関係にある“Ｌ３”ｃｍのパイプの内部に収められた場合、自然状態ではグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆは“Ｌ２”ｃｍまで伸びようとするが、“Ｌ２”ｃｍに伸びるまでにパイプ内壁があり、パイプ内壁面から強い抗力を受けて“Ｌ３”ｃｍまでしか伸びず、弾力体６０の弾性力とパイプＣの内壁面から受ける抗力の総計が液圧“Ｘ”で発生する押圧力とバランスすることとなる。その際のパイプＣの内壁面から受ける抗力Ｆであり、パイプの内壁面とグリッッパー５３０表面との摩擦係数がμとすると“μＦ”の摩擦力が得られることとなる。
【０１７７】
なお、グリッパー５３０の角度と、当接使用とするパイプ内壁面との角度が異なっている場合、ピストン体の可撓性のよりパイプ内壁面の角度に添う形でグリップすることとなる。これは、背骨部５１０の伸縮の場合も同様であり、背骨部５１０内部のアクチュエータユニット２００や２００’に対して液圧を加えると、外力を受けない状態では背骨部５１０は真っ直ぐ伸びるが、上段（進行方向先端）のアクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆがパイプ内壁からに当たって外力を受けると、背骨部５１０内のアクチュエータユニット２００や２００’が曲がり、背骨具５１０がパイプ経路のいわゆる“道なり”に伸びることとなる。上記の動きが基本動作である。
【０１７８】
次に、パイプ内壁移動ロボット５００の動作例を説明する。この例では屈曲しているパイプの内壁面をグリップしながら移動してゆく動作を説明する。
【０１７９】
図３２（Ａ）は、張り出し機構のアクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆすべてのアクチュエータの液圧が“Ｘ”であり、内部のアクチュエータ１００が伸びてそれぞれのグリッッパー５３０ａ〜５３０ｆが前方に押し出され、パイプの内壁面を上段３箇所、下段３箇所でグリップしている状態である。パイプのような断面が円形の内壁面に対して略等間隔（略１２０度ずつ）の３点で適切に押圧するとしっかりと摩擦力を得ることができ、３点の摩擦力（この場合は前方後方の合計６点）によりパイプ内壁移動ロボット５００の自重を支えることが可能である。
【０１８０】
図３２（Ｂ）は、アクチュエータ５２０ａ〜５２０ｆのうち、前方にある張り出し機構のアクチュエータ５２０ａ〜５２０ｃの液圧が“０”となり、それらが縮んでそれぞれのグリッッパー５３０ａ〜５３０ｃが引き戻され、パイプの内壁面を解放した状態である。なお、後方にあるアクチュエータ５２０ｄ〜５２０ｆの液圧は“Ｘ”のまま維持され、それぞれのグリッッパー５３０ｄ〜５３０ｆはパイプ内壁面をしっかりとグリップしている状態が維持されており、後方の３点の摩擦力によりパイプ内壁移動ロボット５００の自重を支えることが可能である。
【０１８１】
図３３（Ａ）は、背骨部５１０内部のアクチュエータユニット２００または２００’内のそれぞれのアクチュエータ１００の液圧が“０”から“Ｚ”になり、背骨部５１０内部のアクチュエータユニット２００が伸びた状態である。ここで、後方のシャーシ５１２はグリッッパー５３０ｄ〜５３０ｆでしっかりとグリップしているので不動であるが、前方のシャーシ５１１はグリッッパー５３０ａ〜５３０ｃがグリップしていないので、シャーシ５１１は自由に移動し、いわゆるパイプ管の“道なり”に進む。アクチュエータの液圧により張り出し機構の各アクチュエータは伸張するが、パイプ管内壁から大きな外力を受けると、ピストン体には可撓性があるのでアクチュエータ全体が曲がるため“管の道なり”に進むこととなる。この例では、パイプ管が上方へ曲がっており、道なりに進んだ結果、前方のシャーシ５１１はやや斜め上方に進む。
【０１８２】
図３３（Ｂ）は、前方にある張り出し機構のアクチュエータ５２０ａ〜５２０ｃの内部にあるアクチュエータの液圧が“０”から“Ｘ”になり、それぞれのグリッッパー５３０ａ〜５３０ｃが押し出され、パイプ内壁をしっかりとグリップした状態である。なお、前方にあるグリッッパー５３０ａ〜５３０ｃが押し出されるとパイプ内壁面に当接することとなるが、その際、背骨部５１０の先端部分の曲がり具合いがパイプ経路の曲がり具合いと少々ずれている場合であっても、グリッッパー５３０ａ〜５３０ｃがパイプ内壁面に押し付けられると、それぞれのグリップ部がパイプ内壁面に対して正対するようにシャーシ５１１が傾いた状態でしっかりとグリップするように背骨部５１０が曲がる。
【０１８３】
図３４（Ａ）は、後方にある張り出し機構のアクチュエータ５２０ｄ〜５２０ｆの液圧が“Ｘ”から“０”になり、それぞれのグリッッパー５３０ｄ〜５３０ｆが引き込まれ、パイプ内壁面のグリップを解放した状態である。
【０１８４】
図３４（Ｂ）は、背骨部５１０内部のアクチュエータユニット２００または２００’内のそれぞれのアクチュエータ１００の液圧が“Ｚ”から“０”になり、背骨部５１０が縮んだ状態である。ここで、前方のシャーシ５１１はグリッッパー５３０ａ〜５３０ｃでしっかりとグリップしているので不動であるが、後方のシャーシ５１２はグリッッパー５３０ｄ〜５３０ｆがグリップしていないので、シャーシ５１２は自由に移動し、いわゆる“管の道なり”に引かれて行く。
【０１８５】
図３５（Ａ）は、後方にある張り出し機構のアクチュエータ５２０ｄ〜５２０ｆの液圧が“０”から“Ｘ”になり、それぞれのグリッッパー５３０ｄ〜５３０ｆが押し出され、パイプ内壁面をしっかりとグリップした状態である。この状態で図３２（Ａ）と同様、前方後方の合計６点によりパイプ内壁移動ロボット５００の自重を支える状態となっている。
【０１８６】
つまり、実施例５のパイプ内壁移動ロボット５００は、図３２（Ａ）〜図３５（Ａ）が１サイクルとなって、これら動作を繰り返して、いわゆる“尺取り虫”のように道なりに進むことができる。
【０１８７】
なお、図３５（Ｂ）はさらに１サイクル進んだ状態、図３６（Ａ）は２サイクル進んだ状態、図３６（Ｃ）は３サイクル進んだ状態を示す図である。このようにパイプ経路が曲がっていても、事前にその曲率などを考慮した運動制御をしなくても自在にパイプ内壁面を移動することができる。従来の数値制御型のロボットであれば、このようにパイプのカーブ地点を通り抜けるためには正確な曲率などのデータを事前にプログラミングしておかなければ対処できないが、本発明の液圧駆動のアクチュエータを応用したロボットであれば、柔軟に対処することができる。
【０１８８】
以上、実施例５のパイプ管内壁移動ロボット５００は、本発明の液圧駆動のアクチュエータ１００、アクチュエータユニット２００や２００’を組み合わせた張り出し機構の張り出し・引き込み制御と背骨部の伸縮制御により、パイプ管内壁面を摩擦力でグリップしながら、パイプ管を道なりに進んでゆくことができる。
【実施例６】
【０１８９】
次に、実施例６として、本発明の液圧駆動のアクチュエータユニット２００や２００’を組み上げて構成したロボットアーム型のロボット６００の構成例を説明する。また、本実施例６では、アーム機構先端のハンド機構に、一方向に屈曲できる構成のアクチュエータ１００’を採用した例として説明する。なお、上記の実施例２に示した液圧駆動のアクチュエータユニット２００や２００’、一方向にしか屈曲しないアクチュエータ１００’などを組み合わせてロボットアーム型のロボット６００を製作する組み合わせ方は多様であり、この実施例に示す構成には限定されない。
【０１９０】
図３７は、実施例６のロボットアーム型のロボット６００の外観を模式的に示したものである。図３７（Ａ）は左側面図である。表面がやわらかいカバー類で覆われており内部の機構系は見えない状態である。図３７（Ｂ）は表面のカバー類を除いて内部の機構系が見える状態となっている。
【０１９１】
図３７（Ｂ）に見るように、ロボットアーム型のロボット６００は、アーム機構として内部にアクチュエータユニット２００’が２つ直列に配置され、手にあたるハンド機構には、一方向にしか屈曲しないアクチュエータ１００’を備えている。
【０１９２】
アーム機構のアクチュエータユニット２００’は、実施例２で説明したように上下左右あらゆる方向へ曲がるほか、前後方向への伸張、収縮も可能であり、さらに、捩りも可能となっている。このアクチュエータユニット２００’が２段直列に配置されているのでアーム機構先端のハンド機構の到達可能領域が広く確保されている。
【０１９３】
次に、一方向にしか屈曲しないハンド機構のアクチュエータ１００’について説明する。
図３８は、一方向にしか屈曲しないハンド機構のアクチュエータ１００’の概略を簡単に示した図である。第１のシリンダ体１０’、第２のシリンダ体２０’、ピストン体３０’、液圧供給機構４０’（図示せず）の構造を備えている点は実施例１のアクチュエータ１００と同様であるが、実施例１のアクチュエータ１００に設けられていた間隔リミッタ５０、弾性体６０に相当するものは設けられていない。
【０１９４】
実施例６のアクチュエータ１００’には、第１のシリンダ体１０’と第２のシリンダ体２０’には蝶番連結部７０が設けられた構造となっている。この構成例では第１のシリンダ体１０’と第２のシリンダ体２０’の間に連結体７１が設けられ、第１のシリンダ体１０’と連結体７１の間、第２のシリンダ体２０’と連結体７１の間の内側（図中下側）の接合縁２箇所に連結蝶番部７０が設けられている。一方、外側（図中上側）の接合縁には連結蝶番部７０が設けられていない。第１のシリンダ体１０’と第２のシリンダ体２０’は連結蝶番部７０が設けられている点を中心に回動することとなり、内側に向けて曲がるが外側や横側に向けて反ることはできない。つまり、一方向にしか屈曲しないものとなっている。
【０１９５】
このように一方向にしか屈曲しないものとすれば、ロボットアーム型ロボットのハンド部分の指のように掴む、離すという動作は実現できる一方、間隔リミッタ５０や弾性体５０が省略でき、細く小さなアクチュエータが実現できるメリットが得られる。つまり、伸縮したり上下左右に自在に曲がったりという自由な動きは制約されてしまうが、細く小さなアクチュエータが実現できる。
【０１９６】
図３８（Ａ）はアクチュエータ１００’には液圧が印加されず、弛緩した状態である。ほぼ、全体形状は真っ直ぐなものとなっている。
一方、図３８（Ｂ）はアクチュエータ１００’に液圧が印加され、屈曲した状態である。全体が内側に曲がっている。
【０１９７】
次に、ワイヤー機構を設ける工夫について説明する。
上記のように、アクチュエータ１００’には弾性体６０が設けられていないため、全体形状が曲がった後、元の弛緩時の真っ直ぐな形に戻ろうとする力が弱いおそれがある。そこで、液圧印加により曲がった状態から真っ直ぐな状態にすみやかに戻すため、ワイヤー機構を設けておくという工夫がある。
【０１９８】
図３９はワイヤー機構を設けた場合の動きを簡単に説明する図である。図３９に示すように、内部にワイヤー８０が張られ、その先端がいわゆる指先に相当する第２のシリンダ体の端部に接続されて、他端がワイヤー巻取り機構８１に巻きつけられた構造となっている。ワイヤー巻取り機構８１は例えば小型モータで駆動されるホイールなどである。アクチュエータ１００’に液圧を印加する際にはワイヤー巻取り機構８１には駆動力を与えず、図３９（Ａ）に示すように、アクチュエータ１００’の屈曲に応じて従動的にワイヤー８０が繰り出される。一方、液圧印加を止めた際にはワイヤー巻取り機構８１に駆動力を与え、図３９（Ｂ）に示すように、ワイヤー８０を適度なテンションで巻き取ることにより、アクチュエータ１００’の全体形状を弛緩時の真っ直ぐな状態にすみやかに戻すことができるものとなっている。
【０１９９】
次に、ロボットアーム型ロボット６００の全体の動きを簡単に説明する。
図４０（Ａ）（Ｂ）に示すように、内部のアクチュエータユニット２００’の変化に応じてロボットアーム型ロボット６００は上下左右に自在に曲がることができるものとなっている。また、図４０（Ｃ）に示すように、アーム機構のアクチュエータユニット２００’の捩り変化に応じてロボットアーム型ロボット６００は捩り運動が可能となっている。また、図４１（Ａ）（Ｂ）に示すように、アクチュエータユニット２００’の伸張変化や収縮変化に応じてロボットアーム型ロボット６００全体形状も伸張したり収縮したりすることができる。
【０２００】
なお、図４１（Ｂ）のように、アクチュエータユニット２００’に対して液圧供給機構４０からの液圧がかかっていない状態では、各アクチュエータユニット２００’が収縮するが、各アクチュエータユニット２００’のアクチュエータ１００内において、第１のシリンダ体１０の第１の嵌合縁１５内に第２のシリンダ体２０の第２の嵌合縁２５が嵌り込んだ状態となり、図４１（Ｂ）の上下方向には支持されるので、ロボットアームの先端が下方に垂れ下がることはなく、全体が水平に維持される。
【０２０１】
次に、上記のロボットアーム型ロボット６００を搭載した具体的な装置例を示す。図４２（Ａ）は自走式のロボットに対して作業を行うアームとして、実施例６のロボットアーム型ロボット６００を搭載した例である。また、図４２（Ｂ）は、実施例４で示した壁面移動ロボット４００の先端付近に作業を行うアームとして、実施例６のロボットアーム型ロボット６００を搭載した例である。このような装置例に限らず、多種多様な装置に多種多様な形で搭載することができる。
【実施例７】
【０２０２】
次に、実施例７として、本発明の液圧駆動のアクチュエータ１００やアクチュエータユニット２００や２００’を組み上げて構成した多体節ヘビ型ロボット７００の構成例を説明する。
【０２０３】
図４３（Ａ）は、実施例７の多体節ヘビ型ロボット７００の平面図である。多数の体節７１０と、それら体節間を結ぶ関節に相当する部分にアクチュエータユニット２００’が設けられた構造となっている。この構成例では、胴部は４つあり、それぞれ７１０ａ，７１０ｂ，７１０ｃ，７１０ｄとなっており、それらの間が連結機構であるアクチュエータユニット２００’により連結されている。アクチュエータユニット２００’は実施例２に示したように、液圧駆動により上下左右に自在に曲がったり捩じったりする動作ができるものであるので、図４３（Ｂ）に示すように、体節７１０の間のアクチュエータユニット２００’を曲げたり捩じったりしながらヘビや虫のように体をくねらせて進むことができる。なお、図４３（Ｃ）は多体節ヘビ型ロボット７００が体をくねらせて進む様子を右側面から見た図である。
【０２０４】
多体節ヘビ型ロボット７００が体をくねらせて進む制御は、連結機構の各アクチュエータユニット２００’内のアクチュエータ１００に対する液圧の印加を制御することで実現できる。
【０２０５】
なお、地面の凹凸や歪み、前方に障害物が存在する場合などは、従来の数値制御型のロボットであればセンサ類で地面の凹凸の具合いや歪みの大きさや障害物の有無などのデータを取得し、ロボット全体の動きを正確に割り出す必要があるが、本発明の液圧駆動のアクチュエータ１００やアクチュエータユニット２００や２００’を用いる場合、ピストン体３０の可撓性、液圧駆動によるシリンダ−ピストン運動の伸縮により、地面の凹凸の具合いや歪みの大きさや障害物の形に沿いながら、また、外部から受ける抗力などの外力に応じて伸縮・屈曲しながら柔軟に進むことができる。
【実施例８】
【０２０６】
次に、実施例８として、本発明の液圧駆動のアクチュエータ１００やアクチュエータユニット２００や２００’を組み上げて構成した多足型ロボット８００の構成例を説明する。
【０２０７】
図４４は、実施例８の多足型ロボット８００の平面図、正面図、右側面図である。１つの胴８２０と多数の足８１０が設けられている。この例では６本の足８１０ａ〜８１０ｆが設けられており、足８１０と胴８２０のつなぎ目の部分に連結機構であるアクチュエータユニット２００’が設けられた構造となっている。
【０２０８】
アクチュエータユニット２００’は実施例２に示したように、液圧駆動により上下左右に自在に曲がったり捩じったりする動作ができるものであるので、図４５に示すように、足８１０と胴８２０の間のアクチュエータユニット２００’を曲げたり捩じったりしながら虫のように歩行することができる。
【０２０９】
なお、地面の凹凸や歪み、前方に障害物が存在する場合などは、従来の数値制御型のロボットであればセンサ類で地面の凹凸の具合いや歪みの大きさや障害物の有無などのデータを取得し、足８１０の動きを正確に割り出す必要があるが、本発明の液圧駆動のアクチュエータ１００やアクチュエータユニット２００や２００’を連結機構として用いる場合、ピストン体３０の可撓性、液圧駆動によるシリンダ−ピストン運動の伸縮により、地面の凹凸の具合いや歪みの大きさや障害物の形に沿いながら、足を進めることができ、また、外部から受ける抗力などの外力に応じて伸縮・屈曲しながら柔軟に進むことができる。
【実施例９】
【０２１０】
次に、実施例９として、本発明の液圧駆動のアクチュエータ１００やアクチュエータユニット２００や２００’を組み上げて構成したユニバーサル型移動ロボット９００の構成例を説明する。
【０２１１】
図４６は、実施例９のユニバーサル型移動ロボット９００の平面図、正面図、右側面図を示している。１つの胴部９２０と多数の足９１０が設けられている。この例では４本の足９１０ａ〜９１０ｄが設けられており、足９１０と胴部９２０のつなぎ目の部分に連結機構であるアクチュエータユニット２００’が設けられた構造となっている。
【０２１２】
各々の足９１０は、胴部９２０から横方向に略水平に設けられており、足９１０の先端には直方体の先端部９１１が設けられている。
ユニバーサル型移動ロボット９００の移動動作は、接地した足９１０の先端部９２０が支点となりアクチュエータユニット２００’の旋回運動により胴部９２０が作用点として前方に移動する第１の動作と、接地した胴部９２０が支点となりアクチュエータユニット２００’の旋回運動により足９１０が作用点として前方に移動する第２の動作を繰り返すことにより移動するものである。ユニバーサル型移動ロボット９００の移動動作は、この第１の動作と第２の動作を繰り返すことにより、地面の状態や障害物の存在をたやすく乗り越えて行ける動作となっている。
【０２１３】
まず、第１の動作は、図４６の状態から図４８の状態に示すように、接地した足９１０の先端部９１１を支点として、アクチュエータ２００’を下方に押し、胴９２０を持ち上げ、さらにアクチュエータ２００’を旋回させて後方へ押し出し、胴部９２０を前方に押し出す。この場合、胴部９２０は上方からゆっくりと下方に移動するので地面の状態に応じて接地する。
【０２１４】
次に、第２の動作は、図４８の状態から図４９の状態に示すように、接地した胴部９２０を支点として、アクチュエータ２００’を後方から上方を通って前方へ旋回させ、足９１０の先端部９１１を後方から前方に回転させて接地させる。この場合、足９１０の先端部９１１は上方からゆっくりと下方に移動するので地面の状態に応じて接地する。
【０２１５】
この図４６から図４９の第１の動作と第２の動作を１サイクルとして前方に移動する。図４６から図４９の動作を逆にすれば後方へ移動することができる。
図５０は、図４６から図４９のサイクルの動作を繰り返して前方に移動する様子を示す図である。この例では前方に階段状のデコボコ状態となっているが、前方に移動してゆく様子が理解されよう。
【０２１６】
なお、図４６から図４９の動作は左右の足９１０を同じ運動で同時に動かしたが、左右一方の片側の足部９１０のみを動作させれば進行方向を曲げることができ、また、左右の足の一方を前進、他方を後進の動作とすれば、その場で旋回することも可能となる。さらに、図４７のように胴部９２０を持ち上げた状態は、実施例８にかかる多足型ロボット８００のような動作が可能であることは理解されるであろう。
【０２１７】
地面の凹凸や歪み、前方に障害物が存在する場合などは、従来の数値制御型のロボットであればセンサ類で地面の凹凸の具合いや歪みの大きさや障害物の有無などのデータを取得し、足９１０の動きを正確に割り出す必要があるが、本発明の液圧駆動のアクチュエータ１００やアクチュエータユニット２００や２００’を連結機構として用いる場合、ピストン体３０の可撓性、液圧駆動によるシリンダ−ピストン運動の伸縮により、地面の凹凸の具合いや歪みの大きさや障害物の形に沿いながら、足を進めることができ、また、外部から受ける抗力などの外力に応じて伸縮・屈曲しながら柔軟に進むことができる。
【０２１８】
以上、本発明のアクチュエータ、アクチュエータユニット、それらを組み込んだロボットは、液圧駆動により、いわゆる周囲の状況に応じた“柔軟な制御”“柔軟な動作”を行うことができ、構成要素自体も、ある程度の剛性を備えた“直線状の動き”を可能としつつ、可撓性ある弾力性を備えた“曲線状の動き”も可能とした２面性を同時に兼ね備えたものである。 
【０２１９】
限定された狭い搬入路と作業スペースにロボットを搬入して各種作業（研磨、研削、ウォータージェットピニング等）を行う場合に、作業目的に応じてロボットには様々な条件が求められる。例えば、小型でシンプルな構造を持ち、軽量ながらも或る程度の剛性があること、簡単な駆動原理による制御が可能であること、移動機構を備えていること、柔軟な構造部分があり振動吸収ができること、移動機構が柔軟であり外界の環境に合わせた道なり動作、障害物から干渉を受けた際の退避動作などが可能であることなどが求められ得る。本発明の液圧駆動のアクチュエータ、アクチュエータユニットそれらを組み込んだロボットは、上記の各条件を満たすことができる。また、ロボットは作業目的によっては大きな重量のものを持ち上げたり動かしたりする動力を発生することが求められ得るが、本発明の液圧駆動のアクチュエータ、アクチュエータユニットそれらを組み込んだロボットは、供給する液圧を大きくしたりすることで大きな動力を発生させることが可能である。
【０２２０】
また、作業ロボットにおいて、動作不能に陥った場合の非常時回収ということも重要な課題である。原子力プラントや製造プラントの配管内などでは動作不能に陥った場合の非常時回収は容易ではないところ、本発明の液圧駆動のアクチュエータ、アクチュエータユニットそれらを組み込んだロボットは、液圧供給機構から供給する液圧を小さくすれば、ロボット全体が弛緩するため体積が小さくなる上、関節がフレキシブルになり、ケーブルで引っ張れば容易に搬入路を介して引き出すことができ、非常時回収が確実に可能である。
【０２２１】
以上、本発明の液圧駆動のアクチュエータ、アクチュエータユニット、それらを組み込んだロボットの構成例における好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
【産業上の利用可能性】
【０２２２】
本発明の液圧駆動のアクチュエータ、アクチュエータユニットは、ロボットやシステムなどの駆動機構として広く適用することができる。また、様々な組み合わせ方により、本発明のパイプ管昇降ロボットや、壁面移動ロボットや、パイプ内壁移動ロボット、ロボットアーム型ロボット、多体節ヘビ型ロボット、多足型ロボット、災害救助用などのユニバーサル型移動ロボットなど、多様な産業用ロボットに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２３】
【図１】本発明の実施例１にかかる液圧駆動のアクチュエータ１００の一構成例を模式的に示す図
【図２】アクチュエータ１００の各構成要素の構成が分かるように正面図、平面図、背面図、断面図などを示した図
【図３】アクチュエータ１００の伸縮が間隔リミッタ機構５０で制御される様子を説明する図
【図４】液圧供給機構４０により印加する液圧と弾性体６０のバネによるアクチュエータ１００の長さの関係を模式的に示す図
【図５】本発明のアクチュエータ１００の周囲にカバー類１１０を設けた例を示す図
【図６】本発明のアクチュエータユニット２００の一構成例を模式的に示した図
【図７】第１のベース体２１０、第２のベース体２２０の構成が分かるように正面図、平面図、背面図、断面図などを示した図
【図８】アクチュエータユニット２００の曲がり制御の原理を説明した図（その１）
【図９】アクチュエータユニット２００の曲がり制御の原理を説明した図（その２）
【図１０】第１のベース体２１０に平行な面で切った断面において曲がり制御を説明する図
【図１１】アクチュエータユニット２００を２つ直列に並べ、第１の嵌合縁１５と第２の嵌合縁２５による嵌合の効果を説明する図
【図１２】捩じり制御を可能とした本発明のアクチュエータユニット２００’の構成例を模式的に示した図
【図１３】アクチュエータユニット２００’全体として捩じりが生じる原理を説明する図（その１）
【図１４】アクチュエータユニット２００’全体として捩じりが生じる原理を説明する図（その２）
【図１５】実施例３のパイプ管昇降ロボット３００の外観を模式的に示した図（その１）
【図１６】実施例３のパイプ管昇降ロボット３００の外観を模式的に示した図（その２）
【図１７】把持機構内のアクチュエータ１００の水平断面構造を分かりやすく示した図
【図１８】実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図（その１）
【図１９】実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図（その２）
【図２０】実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図（その３）
【図２１】実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図（その４）
【図２２】実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図（その５）
【図２３】実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図（その６）
【図２４】実施例３のロボット３００が、２本平行に並べられたパイプ管の外壁を登る動作の例を示す図（その７）
【図２５】実施例４の壁面移動ロボット４００の外観を模式的に示した６面図（その１）
【図２６】実施例４の壁面移動ロボット４００の外観を模式的に示した６面図（その２）
【図２７】壁面移動ロボット４００の壁面移動動作の概略を説明する図（その１）
【図２８】壁面移動ロボット４００の壁面移動動作の概略を説明する図（その２）
【図２９】実施例５のパイプ管内壁移動ロボット５００の外観を模式的に示した図（その１）
【図３０】実施例５のパイプ管内壁移動ロボット５００の外観を模式的に示した図（その２）
【図３１】グリッッパー５３０ａ〜５３０ｆの動きを示す図
【図３２】パイプ内壁移動ロボット５００の動作例を説明する図（その１）
【図３３】パイプ内壁移動ロボット５００の動作例を説明する図（その２）
【図３４】パイプ内壁移動ロボット５００の動作例を説明する図（その３）
【図３５】パイプ内壁移動ロボット５００の動作例を説明する図（その４）
【図３６】パイプ内壁移動ロボット５００の動作例を説明する図（その５）
【図３７】実施例６のロボットアーム型のロボット６００の外観を模式的に示した図
【図３８】一方向にしか屈曲しないアクチュエータ１００’の概略を簡単に示した図
【図３９】ワイヤー機構を設けた場合の動きを簡単に説明する図
【図４０】内部のアクチュエータユニット２００’の変化に応じてロボットアーム型ロボット６００は上下左右に自在に曲がる様子を示す図
【図４１】アクチュエータユニット２００’の伸張変化や収縮変化に応じてロボットアーム型ロボット６００全体形状も伸張したり収縮したりする様子を示す図
【図４２】ロボットアーム型ロボット６００を搭載した様々なロボットの例を示す図
【図４３】実施例７の多体節ヘビ型ロボットの構成例を示す図
【図４４】実施例８の多足型ロボットの構成例を示す図
【図４５】実施例８の多足型ロボットが動く様子を示す図
【図４６】実施例９のユニバーサル型移動ロボット９００の平面図、正面図、右側面図において、ユニバーサル型移動ロボット９００の移動動作（その１）を示す図
【図４７】ユニバーサル型移動ロボット９００の移動動作（その２）を示す図
【図４８】ユニバーサル型移動ロボット９００の移動動作（その３）を示す図
【図４９】ユニバーサル型移動ロボット９００の移動動作（その４）を示す図
【図５０】ユニバーサル型移動ロボット９００の移動動作例を示す図
【符号の説明】
【０２２４】
１０  第１のシリンダ体
１１  鍔部分
１２  シリンダ筒
１３  シリンダ室
１４  弾性体接続部
１５  第１の嵌合縁
２０  第２のシリンダ体
２１  鍔部分
２２  シリンダ筒
２３  シリンダ室
２４  弾性体接続部
２５  第２の嵌合縁
３０  ピストン体
３１  チューブ体
３２  一端部
３３  他端部３３
４０  液圧供給機構
４１  液圧装置
４２  液体供給管
５０  間隔リミッタ機構
６０  弾性体
７０  連結蝶番部
７１  連結体
８０  ワイヤー
８１  ワイヤー巻取り機構
１００  アクチュエータ
２００  アクチュエータユニット
２００’アクチュエータユニット
２１０  第１のベース体
２２０  第２のベース体
３００  パイプ管昇降ロボット
３１０  背骨部３１０
３１１  天板
３１２  底板
３２０  把持機構
３３０  アクチュエータ容器
３４０  グリップ部
４００  壁面移動ロボット
４１０  背骨部
４２０  サンクション機構
４３０  吸盤部
４３１  吸盤
５００  パイプ管内壁移動ロボット
５１０  背骨部
５２０  アクチュエータ
５３０  グリッッパー
６００  ロボットアーム型ロボット
７００  多体節ヘビ型ロボット
７１０  胴部
８００  多足型ロボット
８１０  足
８２０  胴部
９００  ユニバーサル型移動ロボット
９１０  足
９１１  先端部
９２０  胴部
【図１】
2011106529.tif 000003
【図２】
2011106529.tif 000004
【図３】
2011106529.tif 000005
【図４】
2011106529.tif 000006
【図５】
2011106529.tif 000007
【図６】
2011106529.tif 000008
【図７】
2011106529.tif 000009
【図８】
2011106529.tif 000010
【図９】
2011106529.tif 000011
【図１０】
2011106529.tif 000012
【図１１】
2011106529.tif 000013
【図１２】
2011106529.tif 000014
【図１３】
2011106529.tif 000015
【図１４】
2011106529.tif 000016
【図１５】
2011106529.tif 000017
【図１６】
2011106529.tif 000018
【図１７】
2011106529.tif 000019
【図１８】
2011106529.tif 000020
【図１９】
2011106529.tif 000021
【図２０】
2011106529.tif 000022
【図２１】
2011106529.tif 000023
【図２２】
2011106529.tif 000024
【図２３】
2011106529.tif 000025
【図２４】
2011106529.tif 000026
【図２５】
2011106529.tif 000027
【図２６】
2011106529.tif 000028
【図２７】
2011106529.tif 000029
【図２８】
2011106529.tif 000030
【図２９】
2011106529.tif 000031
【図３０】
2011106529.tif 000032
【図３１】
2011106529.tif 000033
【図３２】
2011106529.tif 000034
【図３３】
2011106529.tif 000035
【図３４】
2011106529.tif 000036
【図３５】
2011106529.tif 000037
【図３６】
2011106529.tif 000038
【図３７】
2011106529.tif 000039
【図３８】
2011106529.tif 000040
【図３９】
2011106529.tif 000041
【図４０】
2011106529.tif 000042
【図４１】
2011106529.tif 000043
【図４２】
2011106529.tif 000044
【図４３】
2011106529.tif 000045
【図４４】
2011106529.tif 000046
【図４５】
2011106529.tif 000047
【図４６】
2011106529.tif 000048
【図４７】
2011106529.tif 000049
【図４８】
2011106529.tif 000050
【図４９】
2011106529.tif 000051
【図５０】
2011106529.tif 000052