(57)【要約】【課題】パワーアシストを実現するための技術を提供する。【解決手段】アクチュエータユニット３０は、ＴＣＰＡ２０、第１部材２２、第２部材２４、ニクロム線２６を含む。第１部材２２と第２部材２４は、互いに離間して配置される。ＴＣＰＡ２０は、第２部材２４と第１部材２２との間を結ぶように配置される。また、ＴＣＰＡ２０は、加熱により収縮する。さらに、ＴＣＰＡ２０は、糸状の形状を有する。ニクロム線２６は、ＴＣＰＡ２０を加熱可能である。【選択図】図２
2019002302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、
前記第１部材から離間して配置される第２部材と、
前記第２部材と前記第１部材との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の連結部材と、
前記連結部材を加熱可能な加熱部と、
を備えることを特徴とするアクチュエータユニット。
【請求項２】
前記連結部材の両端は、前記第１部材と前記第２部材に固定されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータユニット。
【請求項３】
前記第２部材から前記第１部材とは別の方向に延びる糸状の延長部材をさらに備え、
前記連結部材の一端は、前記第１部材に固定され、
前記連結部材の他端は、前記第２部材において前記延長部材に接続されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータユニット。
【請求項４】
前記第１部材に配置され、かつ前記連結部材を冷却する冷却部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータユニット。
【請求項５】
前記連結部材は、前記第２部材と前記第１部材との間に複数並べられて配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータユニット。
【請求項６】
前記複数の連結部材は、太さが異なることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータユニット。
【請求項７】
前記加熱部は、前記複数の連結部材をまとめて加熱可能であることを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータユニット。
【請求項８】
前記加熱部は、前記複数の連結部材を個別に加熱可能であることを特徴とする請求項５または６に記載のアクチュエータユニット。
【請求項９】
支持部材と、
前記支持部材の回転軸を中心に回転可能であり、かつ回転軸を挟んで配置される第１接続部と第２接続部を有する回転部材と、
前記第１接続部と外部との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の第１連結部材と、
前記第２接続部と外部との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の第２連結部材と、
前記第１連結部材を加熱可能な第１加熱部と、
前記第２連結部材を加熱可能な第２加熱部と、
を備えることを特徴とするアクチュエータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクチュエータユニットに関し、特に熱による収縮を利用するアクチュエータユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
人が行う作業を補助するためのパワーアシストに期待が寄せられている。その駆動のためのアクチュエータには、人と接触しながらパワーアシストを行うため、高出力かつ柔軟であることが求められる。非特許文献１による釣糸人工筋肉（Ｔｗｉｓｔｅｄ  ａｎｄ  Ｃｏｉｌｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ａｃｔｕａｔｏｒ，ＴＣＰＡ）は、そのようなアクチュエータのひとつである。ＴＣＰＡは、ナイロンなどの高分子繊維を捩ってコイル化したアクチュエータであり、加熱することでコイル化の方法にもよるが最大で５０％近い収縮を示す。そのコイル化の方法は、捩りを過剰に加えてコイル化させる方法と、捩りを加えた後に芯棒に巻き付けてコイル化する方法の２つに大別できる。例えば、前者はオーバーツイスト型と呼ばれ、後者はマンドレル型と呼ばれる。同径のナイロンから各ＴＣＰＡを作成した場合、同温において発生力は前者の方が大きく、ストロークは後者の方が大きくなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｃ．Ｓ．Ｈａｉｎｅｓ  ｅｔ  ａｌ．、「Ａｒｔｉｃｉａｌ  Ｍｕｓｃｌｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｆｉｓｈｉｎｇ  Ｌｉｎｅ  ａｎｄ  Ｓｅｗｉｎｇ  Ｔｈｒｅａｄ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｆｅｂ．  ２０１４、ｖｏｌ．  ３４３、ｎｏ．  ６１７３、ｐ．８６８−８７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＴＣＰＡによって収縮する動作を実現できるが、ＴＣＰＡだけでは、人が行う作業を補助するためのパワーアシストを実現するための構成として不十分である。
【０００５】
本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの１つは、パワーアシストを実現するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示のある態様のアクチュエータユニットは、第１部材と、第１部材から離間して配置される第２部材と、第２部材と第１部材との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の連結部材と、連結部材を加熱可能な加熱部と、を備える。
【０００７】
本開示の別の態様もまた、アクチュエータユニットである。このアクチュエータユニットは、支持部材と、支持部材の回転軸を中心に回転可能であり、かつ回転軸を挟んで配置される第１接続部と第２接続部を有する回転部材と、第１接続部と外部との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の第１連結部材と、第２接続部と外部との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の第２連結部材と、第１連結部材を加熱可能な第１加熱部と、第２連結部材を加熱可能な第２加熱部と、を備える。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、パワーアシストを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）−（ｃ）は、実施例１に係るＴＣＰＡの製造工程を示す図である。
【図２】実施例１に係るアクチュエータユニットの構成を示す図である。
【図３】実施例１に係る測定系の構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）−（ｂ）は、図３の測定系による測定結果を示す図である。
【図５】図５（ａ）−（ｂ）は、実施例２に係るアクチュエータユニットの構成を示す図である。
【図６】図５（ａ）−（ｂ）の第２部材の内部構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）−（ｂ）は、実施例３に係る制御系の動作概要を示す図である。
【図８】実施例３に係る制御系の構成を示す図である。
【図９】実施例３に係る測定系の構成を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）−（ｂ）は、図９の測定系におけるパラメータを示す図である。
【図１１】図１１（ａ）−（ｃ）は、図９の測定系における信号を示す図である。
【図１２】図９の測定系による測定結果を示す図である。
【図１３】実施例４に係るアクチュエータユニットの構成を示す斜視図である。
【図１４】図１４（ａ）−（ｂ）は、図１３のアクチュエータユニットの構成の概要を示す上面図である。
【図１５】図１３のアクチュエータユニットの制御系の構成を示す図である。
【図１６】図１６（ａ）−（ｃ）は、図１５の制御系によるアクチュエータユニットの動作を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施例１）
本実施例を具体的に説明する前に、本実施例の概要を説明する。ロボティクス技術の発展はこれまで、機械工学や電気工学、情報学の進歩と共に、特に産業界を主な活動の場とし、人の労働力の代替リソースとして力強さや速さ、精密さを求め、発展してきた。しかしながら、これらの技術は金属を主体とした構造を基盤としており、固く、大きく、重いため、自動車や電子機器等の製造現場に限られて利用されてきた。一方で、少子高齢社会となり様々な社会的課題が山積する中、医療や福祉など、生活空間において我々の日常活動を補助するために、小さく、軽く、柔らかいロボティクス技術が望まれている。上記のような背景を踏まえ、人間の運動、特に手指部分を対象とした運動補助を行うためのサポートデバイスの開発と、それへの適用を目的とした高分子人工筋肉アクチュエータの基盤技術確立、およびさらなる応用の可能性探索が必要とされる。
【００１２】
ナイロンコイルアクチュエータ、いわゆる釣糸人工筋アクチュエータは、ＴＣＰＡとも呼ばれ、新しいタイプの高分子アクチュエータの一種である。ＴＣＰＡは、一般的に市販されている容易に入手可能なナイロン製の釣糸を利用して製作される。具体的な製作方法は、まず、糸に荷重を加えた状態で十分に捻ることで座屈し、コイルが生成される。その状態で全体を加熱して焼入れ（アニーリング）することにより形状が安定し、アクチュエータとして完成する。駆動するための入力は熱であり、アクチュエータ全体を加熱・冷却することにより伸縮し、アクチュエータとして機能する。近年、世界各地で本アクチュエータに関する検討が盛んに行われるようになりつつあるが、新しいアクチュエータであるので、詳細な情報が乏しく、材料・構造やモデル化、制御方法など、実用化するためには多くの技術的課題が残されている。
【００１３】
ＴＣＰＡは、オーバーツイスト型、マンドレル型に分類される。同径のナイロンから各ＴＣＰＡを作成した場合、同温において発生力は前者が大きく、ストロークは後者が大きい。これまでに、より大きな発生力を得るために、複数本のＴＣＰＡを並列化し同時に用いる方法が提案されている。しかしながら、これらはオーバーツイスト型を用いているので、そのストロークは小さい。大きな発生力と大ストロークを得る方法として、太い径のナイロン糸を用いてマンドレル型を作成することが挙げられる。しかしながら、径が太いために熱容量が大きくなり、加熱および冷却に時間を要する。加熱および冷却の時間を短縮するために、本実施例では、市販のナイロン糸から作成したマンドレル型ＴＣＰＡを束にして用いた１自由度アクチュエータユニットを提案する。ストロークの大きいマンドレル型ＴＣＰＡを複数用いることで、大きな発生力と大ストロークの両立が可能であるとともに、熱容量が減少する。
【００１４】
図１（ａ）−（ｃ）は、実施例１に係るＴＣＰＡ２０の製造工程を示す。ＴＣＰＡ２０はマンドレル型である。図１（ａ）では、ナイロン線１０の上端がＤＣモータ１２に取り付けられ、ナイロン線１０の下端がおもり１４に取り付けられる。例えば、ナイロン線１０は直径０．３３ｍｍであり、おもり１４は１５０ｇである。ここで、ＤＣモータ１２を回転させることによって、ナイロン線１０は、図１（ｂ）のごとく、コイル化直前まで捩られる。捩ったナイロン線は、図１（ｃ）のごとく、直径０．５５ｍｍの針金１６に巻き付けられて、コイル化される。コイル化されたナイロン線１０は、定温乾燥器によって１８０℃で１時間加熱される。このような熱処理によってＴＣＰＡ２０が生成される。
【００１５】
図２は、実施例１に係るアクチュエータユニット３０の構成を示す。アクチュエータユニット３０は、ＴＣＰＡ２０、第１部材２２、第２部材２４、ニクロム線２６、冷却ファン２８を含む。ここでは、第１部材２２が上方に配置され、第１部材２２から離間した下方に第２部材２４が配置されるが、配置はこれに限定されない。第１部材２２と第２部材２４は、上下方向に延びる柱形状あるいは筒形状に形成される。第１部材２２と第２部材２４は、例えば、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂により形成される。
【００１６】
第２部材２４と第１部材２２との間を結ぶように、複数のＴＣＰＡ２０が配置される。具体的には、８本のＴＣＰＡ２０が並べられているが、ＴＣＰＡ２０の数は「８」に限定されない。各ＴＣＰＡ２０の第１部材２２側端はねじにより第１部材２２に固定されるとともに、各ＴＣＰＡ２０の第２部材２４側端もねじにより第２部材２４に固定される。このようなＴＣＰＡ２０は、加熱により収縮する糸状の連結部材といえる。
【００１７】
ニクロム線２６は、複数のＴＣＰＡ２０を束ねた状態でその周囲に巻き付けられる。ニクロム線２６は、例えば、直径０．２ｍｍである。ニクロム線２６は、図示しない電源に接続され、電源から流される電流により、ジュール熱を発生させる。その結果、ニクロム線２６は、複数のＴＣＰＡ２０をまとめて加熱可能である。このような加熱を高速化させるために、ニクロム線２６により、複数のＴＣＰＡ２０は密集させられる。
【００１８】
一方、第１部材２２の内部には、冷却ファン２８が配置される。冷却ファン２８は、図示しない電源により駆動されて、上方から下方に、つまり第１部材２２の外側から複数のＴＣＰＡ２０およびニクロム線２６の方に風を送る。これにより、冷却ファン２８は、複数の第１部材２２およびニクロム線２６を冷却する。冷却ファン２８は、冷却速度を向上するために取り付けられる。このような構成において、ニクロム線２６を発熱させることによって、複数のＴＣＰＡ２０は加熱により収縮する。一方、ニクロム線２６の発熱を停止させ、冷却ファン２８を動作させることによって、複数のＴＣＰＡ２０は冷却により伸展する。
【００１９】
図３は、実施例１に係る測定系の構成を示す。これは、アクチュエータユニット３０に荷重をかけた際のストロークの特性を調べるためになされる。測定系は、アクチュエータユニット３０、支柱４０、板４２、レーザ変位計４４、赤外線サーモグラフィカメラ４６、制御装置５０、電源６０、モータドライバ６２を含む。また、制御装置５０は、ＩＦ５２、ＡＤ変換部５４、ＤＡ変換部５６を含む。
【００２０】
制御装置５０は、例えば、コンピュータであり、アクチュエータユニット３０を加熱させるか否かを制御するための制御信号を生成する。ＤＡ変換部５６は、制御装置５０において生成した制御信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、変換した制御信号（以下、これもまた「制御信号」という）をモータドライバ６２に出力する。モータドライバ６２は、制御信号にしたがって、電源６０からの電力の大きさを調節してアクチュエータユニット３０に出力する。また、制御装置５０は、図示しない冷却ファン２８を制御するための制御信号を生成してもよい。
【００２１】
支柱４０は、アクチュエータユニット３０の上端部を支持する。アクチュエータユニット３０は、制御装置５０による加熱制御あるいは冷却制御によって伸縮する。このアクチュエータユニット３０の下端部に配置される板４２は、支柱４０に取り付けられる。さらに、支柱４０には、板４２の下方にレーザ変位計４４も取り付けられる。レーザ変位計４４は、アクチュエータユニット３０の下端部までの距離を測定する。レーザ変位計４４における測定には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。レーザ変位計４４は測定値をＡＤ変換部５４に出力する。ＡＤ変換部５４は、受けつけた測定値をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換結果を制御装置５０に出力する。一方、赤外線サーモグラフィカメラ４６は、アクチュエータユニット３０の代表温度として、ＴＣＰＡ２０の最高温度を測定する。赤外線サーモグラフィカメラ４６は測定値をＩＦ５２に出力する。ＩＦ５２は、受けつけた測定値を制御装置５０に出力する。
【００２２】
図４（ａ）−（ｂ）は、測定系による測定結果を示す。図４（ａ）の横軸が温度を示し、縦軸がストロークを示す。ここで、強制冷却７０は、ニクロム線２６への電流供給を停止し、かつ冷却ファン２８を駆動して、ＴＣＰＡ２０を冷却させる場合を示し、自然冷却７２は、ニクロム線２６への電流供給を停止するだけでＴＣＰＡ２０を冷却させる場合を示す。強制冷却７０、自然冷却７２によらず、１００℃においてストロークが少なくとも１０％を超える。一方、オーバーツイスト型では、一般的に１００℃においてストロークが１０％を超えないので、マンドレル型では、オーバーツイスト型に比べて大きなストロークが実現される。図４（ｂ）の横軸が時間を示し、縦軸がストロークを示す。ニクロム線２６による加熱によって、時間「０」から時間が経過すると、強制冷却７０と自然冷却７２のいずれの場合であっても、ストロークが上昇する。これに続いて、強制冷却７０では、自然冷却７２よりもストロークがもとの値に早く戻る。
【００２３】
これまでの説明では、複数のＴＣＰＡ２０は均等な太さを有し、かつニクロム線２６は複数のＴＣＰＡ２０をまとめて加熱可能である。一方、複数のＴＣＰＡ２０において太さが異なり、かつニクロム線２６は、複数のＴＣＰＡ２０を個別に加熱可能であってもよい。この場合、伸縮させるＴＣＰＡ２０を選択して制御することによって、発生力を調節できる。
【００２４】
本実施例によれば、第２部材と第１部材との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状のＴＣＰＡが加熱可能であるので、第１部材と第２部材との間の長さを可変に調節できる。また、第２部材と第１部材との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状のＴＣＰＡが加熱可能であるので、ＴＣＰＡからの発生力の大きさを調節できる。また、ＴＣＰＡからの発生力の大きさが調節されるので、パワーアシストを実現できる。また、ＴＣＰＡの両端が第１部材と第２部材に固定されるので、ＴＣＰＡの伸縮によって、第１部材と第２部材との間の距離を調節できる。
【００２５】
また、冷却ファンによってＴＣＰＡを冷却するので、ＴＣＰＡの冷却を高速化できる。また、ＴＣＰＡの冷却が高速化されるので、ＴＣＰＡの応答を高速化できる。また、複数のＴＣＰＡが並べられるので、発生力を増加できる。また、複数のＴＣＰＡの太さが異なるので、発生力の大きさを調節できる。また、複数のＴＣＰＡをまとめて加熱可能であるので、複数のＴＣＰＡを一体的に収縮できる。また、複数のＴＣＰＡが並べられるので、大きな発生力と大ストロークを両立できる。また、マンドレル型を使用するので、オーバーツイスト型に比べて大きなストロークを実現できる。
【００２６】
（実施例２）
次に、実施例２を説明する。人の運動補助装具や義肢のような福祉分野へロボット技術を応用することが期待されており、その対象のひとつとして日常生活で重要となる指先運動の補助が挙げられる。そのためのアクチュエータとして、アクチュエータ自身は軽量でありながら大きな力を発生可能な空気圧アクチュエータがよく用いられている。しかしながら、空気圧アクチュエータはコンプレッサのような外部機器が必要であるため装置全体が大型化しやすく、日常生活での利用が難しい。手指全体を使った把持（Ｐｏｗｅｒ  Ｇｒａｓｐ，Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｇｒａｓｐ）のみについては、劣駆動の装具でも運動補助を行うことが可能である。
【００２７】
一方、指先などを用いた繊細な把持・操作（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｇｒｉｐ，Ｐｉｎｃｈｉｎｇ）については、すべての自由度を網羅するような運動を十分に補助することは困難である。特に高齢者、病気や事故等により指先の運動能力を部分的に失った人は、指先の繊細な把持・操作能力が健常者と比較して十分でない場合があり、日常において指先を使った把持や操作へのストレスは大きい。これらの能力回復・向上が、ＱｏＬ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｌｉｆｅ）の向上に大きく寄与することは明白である。空気圧アクチュエータと同様の特性をもつアクチュエータとして、ＴＣＰＡが注目を集めている。前述のごとく、ＴＣＰＡは加熱により収縮し、その加熱はジュール熱により行えるため、装置全体を小型化可能である。実施例２では、ＴＣＰＡを用いた指先運動補助装具を説明する。
【００２８】
図５（ａ）−（ｂ）は、実施例２に係るアクチュエータユニット３０の構成を示す。図５（ａ）は、アクチュエータユニット３０の斜視図を示し、図５（ｂ）は、腕に装着した場合の上面図を示す。第１部材２２と第２部材２４は箱形の形状を有するとともに、第１部材２２が手側に配置され、第２部材２４が肘側に配置される。これらの前腕部への固定には面ファスナーが使用される。また、これらは、実施例１と同様にＡＢＳ樹脂により形成される。
【００２９】
第１部材２２と第２部材２４とを結ぶように、複数のシリコンチューブ８０が配置される。ここでは、３本のシリコンチューブ８０が配置されるが、シリコンチューブ８０の数は３に限定されない。各シリコンチューブ８０は、シリコンで形成された筒状のチューブであり、内側に配置されたＴＣＰＡ２０（図示せず）を囲むことによって覆う。これは、加熱により高温になったＴＣＰＡ２０が肌に直接触れることを防ぐためである。
【００３０】
このような構成により、アクチュエータユニット３０は、３本のＴＣＰＡ２０を用いた前腕部装着型の指先運動補助装具試作機であるといえる。ＴＣＰＡ２０は、人への装着を考慮して、安全性の観点から比較的低温でも大きな収縮が行えるマンドレル型である。ここでは、直径０．９１ｍｍのナイロン線に直径０．２ｍｍのニクロム線を巻き付けた後、これらをコイル化が起きる直前まで捩る。また、捩ったナイロンを１．６ｍｍの針金に巻き付けて、強制対流方式定温乾燥器により１８０℃まで加熱して熱処理を行うことによって、ＴＣＰＡ２０が作成される。ＴＣＰＡ２０に含まれたニクロム線は電源（図示せず）に接続され、電源から流される電流により、ジュール熱を発生させる。そのため、ニクロム線は発熱部に相当する。ジュール熱による加熱によって、ＴＣＰＡ２０は収縮する。
【００３１】
各ＴＣＰＡ２０の第１部材２２側端は第１部材２２に固定される。また、ＴＣＰＡ２０をシリコンチューブ８０で覆ったことによる冷却性能低下を補うため、第１部材２２には冷却ファン２８が備えられる。冷却ファン２８は、第１部材２２の外側からＴＣＰＡ２０の方に風を送ることによって、ＴＣＰＡ２０を冷却する。各ＴＣＰＡ２０の第２部材２４側端は第２部材２４に挿入される。第２部材２４の構成を説明するために、ここでは図６を使用する。
【００３２】
図６は、第２部材２４の内部構成を示す。第２部材２４におけるシリコンチューブ８０側の面には、ＴＣＰＡ２０を通すためのＴＣＰＡ用孔部８４が設けられる。ＴＣＰＡ２０は、ＴＣＰＡ用孔部８４を介して第２部材２４の内部に入って、接続部材８８に接続される。接続部材８８は、一端側にＴＣＰＡ２０を接続し、他端側にナイロン線８２を接続する。第２部材２４において、ＴＣＰＡ用孔部８４が設けられた面と反対側の面には、ナイロン線８２を通すためのナイロン線用孔部８６が設けられる。
【００３３】
ナイロン線８２は、ナイロン線用孔部８６を介して第２部材２４から第１部材２２とは別の方向に延びて、図５（ｂ）のごとく指、例えば、人差し指に取り付けられる。このようなナイロン線８２は、糸状の延長部材といえる。前述のごとく、アクチュエータユニット３０には３本のＴＣＰＡ２０が含まれるので、図５（ｂ）のごとく、アクチュエータユニット３０には３本のナイロン線８２が含まれる。３本のナイロン線８２のうちの２本のナイロン線８２が指の屈曲動作の補助に利用され、１本のナイロン線８２が指の伸展動作の補助に利用される。
【００３４】
つまり、指の屈曲動作の補助に利用すべきナイロン線８２に接続されたＴＣＰＡ２０が加熱によって圧縮されることによって、指の屈曲動作がなされる。その際、指の伸展動作の補助に利用すべきナイロン線８２に接続されたＴＣＰＡ２０は加熱されない。一方、指の伸展動作の補助に利用すべきナイロン線８２に接続されたＴＣＰＡ２０が加熱によって圧縮されることによって、指の伸展動作がなされる。その際、指の屈曲動作の補助に利用すべきナイロン線８２に接続されたＴＣＰＡ２０は加熱されない。ＴＣＰＡ２０による運動補助のための方法として、指にＴＣＰＡ２０を沿わせて固定することで直接変位を伝えてもよいが、ここでは、安全性の観点から、前腕に配置したＴＣＰＡ２０をナイロン線８２に接続し、ナイロン線８２のみを指に取り付けて変位を伝達する。
【００３５】
接続部材８８は、第２部材２４の内部において、ナイロン線８２からの力とＴＣＰＡ２０からの力とを受けて移動可能である。また、接続部材８８のサイズは、ＴＣＰＡ用孔部８４およびナイロン線用孔部８６のサイズよりも大きなサイズを有する。
【００３６】
本実施例によれば、ＴＣＰＡの他端を第２部材においてナイロン線に接続するので、ナイロン線を動かすことができる。また、各ＴＣＰＡがナイロン線を動かすので、指先の運動を補助できる。また、複数のＴＣＰＡを個別に加熱可能であるので、ＴＣＰＡを個別に収縮できる。また、ＴＣＰＡをシリコンチューブで覆うので、人体との接触を防止できる。また、人体との接触が防止されるので、安全性を向上できる。
【００３７】
（実施例３）
次に、実施例３を説明する。ＴＣＰＡはナイロン繊維に熱を加えることで長手方向に収縮し、冷却されもとの温度に戻ると初期長さに戻るアクチュエータである。ＴＣＰＡは、ナイロン製であるので、軽量・柔軟であり、変形量も大きい。また、極めて安価である。これらの特長からＴＣＰＡにはアクチュエータとしての期待が高まっている。ロボティクス応用を目指し、電気をＴＣＰＡに印加しジュール熱でＴＣＰＡが駆動する。しかしながら、冷却により初期長さに戻る時は自然冷却に依存している。そのため、冷却時の応答性が加熱時に比べて遅い。本実施例では、電圧駆動ＴＣＰＡの電圧駆動システムに加えて、冷却ファンを用いた強制空冷システムを付加する。これまで、常に強制空冷を行っているものはあるが、駆動時に空冷を行うとエネルギー消費が大きくなってしまう。そこで本実施例では、加熱時は無風中で電圧を印加し加熱するが、冷却時は室温の空気を電圧駆動ＴＣＰＡに当て強制的に冷やすことで冷却時の応答性を向上させる。
【００３８】
図７（ａ）−（ｂ）は、実施例３に係る制御系の動作概要を示す。制御系は、電圧駆動ＴＣＰＡ１００、おもり１０２、増幅器１０４、冷却ファン１０６を含む。これらの構成は、これまでの実施例と同様であってもよい。図７（ａ）は、加熱時の動作を示す。この場合、冷却ファン１０６を停止させ、増幅器１０４に電圧を印加させることによって、電圧駆動ＴＣＰＡ１００は無風中で加熱される。一方、図７（ｂ）は、冷却時の動作を示す。電圧駆動ＴＣＰＡ１００の加熱・冷却制御において、特に冷却の際に自然放熱による冷却を行う場合、自然放熱では冷却に時間がかかり、伸展時の応答特性が十分ではない。そのため、ここでは、増幅器１０４に電圧を印加させず、冷却ファン１０６を動作させることによって、電圧駆動ＴＣＰＡ１００が強制的に冷却される。
【００３９】
図８は、実施例３に係る制御系の構成を示す。制御系は、第１要素１１０、第２要素１１２、第３要素１１４、第４要素１１６、第５要素１１８、第６要素１２０、第７要素１２２、第８要素１２４、電圧駆動ＴＣＰＡ−冷却ファン１２６を含む。電圧駆動ＴＣＰＡ−冷却ファン１２６は、電圧駆動ＴＣＰＡ１００、冷却ファン１０６を含む。電圧駆動ＴＣＰＡ１００の変形率がｙと示され、目標値がｙｄと示され、制御器である第４要素１１６からの出力がｕｄと示される。
【００４０】
このような構成において、制御入力が過大になることを防ぐために、制御器として微分先行型ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）フィードバック制御器が使用される。また、制御対象への入力が２種類用意される。１つ目は電圧駆動ＴＣＰＡ１００の印加電力になる制御入力ｕ１である。なお、実際には電圧が電圧駆動ＴＣＰＡ１００に入力される。そのため、電圧駆動ＴＣＰＡ１００の抵抗値Ｒを用いて印加電圧がＶ１とされる。２つ目は冷却ファン１０６の駆動電圧のもととなる制御入力ｕ２である。なお、後述する測定系では冷却ファン１０６を駆動させるためにマイコンボードが使用される。マイコンボードへの入力は、ｕＦａｎと示される。
【００４１】
ここでは、比例ゲイン、微分ゲイン、積分ゲインを順に設計する。まず、比例ゲインはクロスオーバー周波数が１［ｒａｄ／ｓ］になるように決定する。微分ゲインはＰＤフィードバック制御での閉ループ伝達関数の根が重根になるように設定する。積分ゲインはシミュレーションのステップ応用から試行錯誤で決定する。第４要素１１６からの出力ｕｄは次のように示される。
【数１】
2019002302.tif 000003
【００４２】
加熱の際にはｕ１だけが出力され、冷却の際にはｕ２だけが出力されるように切り替える２つの制御入力は、第４要素１１６からの出力を用いて次のように示される。
【数２】
2019002302.tif 000004
【数３】
2019002302.tif 000005
ただし、ｕ１ｍａｘは電圧駆動ＴＣＰＡ１００に印加可能な最大電力である。またｕ２の下限は冷却ファン１０６を駆動させるマイコンボードへの最大入力が５［Ｖ］になるように設定される。なお、測定の際には図８に示すような飽和関数を用いて実装される。また、ＫＦａｎの値は１．２４６９に設定される。
【００４３】
図９は、実施例３に係る測定系の構成を示す。測定系は、電圧駆動ＴＣＰＡ１００、おもり１０２、増幅器１０４、冷却ファン１０６、ＣＰＵ１３０、ＤＳＰ１３２、インタフェースボード１３４、ファンクションジェネレータ１３６、変位センサ１３８、温度計１４０、マイコンボード１４２を含む。電圧駆動ＴＣＰＡ１００は、ナイロン製のモノフィラメント釣糸にニクロム線を巻き付けて作製される。図１０（ａ）−（ｂ）は、測定系におけるパラメータを示す。図１０（ａ）は、電圧駆動ＴＣＰＡ１００を作製する際のパラメータを示し、図１０（ｂ）は、電圧駆動ＴＣＰＡ１００に巻き付けたニクロム線である加熱部の詳細を示す。図９に戻る。
【００４４】
図８の制御系は、ＤＳＰ１３２にコンピュータプログラムによって実装される。ＣＰＵ１３０は、ＤＳＰ１３２におけるコンピュータプログラムを実行する。その際、サンプリング間隔は０．２[ｍｓｅｃ]に設定する。ファンクションジェネレータ１３６は、目標値、例えば、２［％］を設定し、０．０１２５［Ｈｚ］で出力する。増幅器１０４は、ＤＳＰ１３２による制御によって電圧を電圧駆動ＴＣＰＡ１００に印加し、電圧駆動ＴＣＰＡ１００を加熱する。
【００４５】
また、マイコンボード１４２は、ＤＳＰ１３２による制御によって、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で冷却ファン１０６を駆動させる。例えば、冷却ファン１０６の最大風量は１．０３[ｍ３／ｍｉｎ] であり、フレームサイズは８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］である。また、デューティ比が１００［％］の時の定速回転速度は２９００［ｒｐｍ］である。マイコンボード１４２への入力が５［Ｖ］である場合、出力されるＰＷＭのデューティ比が１００［％］になるような設定がなされる。冷却ファン１０６は、例えば、電圧駆動ＴＣＰＡ１００から５５［ｍｍ］離して設置される。
【００４６】
変位センサ１３８は、例えば、レーザ変位計であり、電圧駆動ＴＣＰＡ１００の変位を測定する。変位センサ１３８は、測定した変位をＤＳＰ１３２にフィードバックする。また温度計１４０は、例えば、放射温度計であり、電圧駆動ＴＣＰＡ１００の上昇温度を測定する。ここで、制御系の比例ゲインは４．６１６６、微分ゲインは５．５６０２、積分ゲインは０．１０２６にそれぞれ設定される。オープンループ応答計測での印加電圧は、定常状態の変位率がおおよそ同じになるように調整される。
【００４７】
図１１（ａ）−（ｃ）は、測定系における信号を示す。図１１（ａ）は、ＤＳＰ１３２から出力を示し、図１１（ｂ）は、電圧駆動ＴＣＰＡ１００に入力される電力を示す。いずれも、横軸が時間を示し、縦軸が電力を示す。図１１（ｃ）は、マイコンボード１４２に入力される電圧を示す。これらより、加熱時には電圧駆動ＴＣＰＡ１００に電力が印加され、冷却時には冷却ファン１０６が駆動していることが明らかである。
【００４８】
図１２は、測定系による測定結果を示す。横軸が時間を示し、縦軸が変形率を示す。冷却ファン−電力制御１６０は、冷却ファン１０６を使用して電圧駆動ＴＣＰＡ１００を強制的に冷却する場合を示し、電力制御１６２は、冷却ファン１０６を使用せずに電圧駆動ＴＣＰＡ１００を冷却する場合を示す。冷却ファン−電力制御１６０と電力制御１６２のいずれもにおいて、加熱されてから冷却がなされる。冷却時の定常状態に到達する時間が、電力制御１６２と比較して冷却ファン−電力制御１６０において約３０秒短縮される。
【００４９】
本実施例によれば、電圧駆動ＴＣＰＡの冷却時に冷却ファンを用いて強制空冷するので、電圧駆動ＴＣＰＡの応答性を向上できる。また、加熱時の印加電力と冷却ファンの駆動電圧に対応する２種類の制御入力を切り替えるので、加熱と冷却を調節できる。また、加熱時は無風中であるので、消費電力が過大になることなく冷却時の応答性を向上できる。
【００５０】
（実施例４）
次に、実施例４を説明する。ロボットによって人間の動作が模擬される。例えば、人間の関節の動きを模擬するために、ロボットには回転動作が求められる。これに対応するため、ＴＣＰＡを使用することが有効である。ＴＣＰＡは、ナイロン糸を捩ることで作られ、温度が上昇すると収縮する性質をもつ。このＴＣＰＡには、ソフトアクチュエータの特性である柔軟性に加えて軽量、安価、静音という利点がある。ＴＣＰＡは収縮方向にのみ力を発揮するため、直動関節は１方向にしか力を発揮できない。そこで実施例４では、ＴＣＰＡを複数本用いた拮抗配置型回転関節を利用した機構を示す。
【００５１】
また、ロボットは人間と接触しない環境での使用から、人間と接触しうる環境での使用へ拡張することが期待されている。人と共存するロボットには、従来のロボットに要求されるような正確で力強い作業を行うための高剛性に加え、人と接触した際に衝撃を和らげるための柔軟性が求められる。高剛性と柔軟性の相反する要求に応えるために、可変剛性が求められる。可変剛性の１つの方法は、制御により外力に対して柔軟な動きを行わせる方法である。しかしながら、撃力など、制御周期を超えるような速さの外力への対応ができないといった問題がある。別の方法として、機構的に剛性を変化させる方法がある。これは、非線形ばねなどを用いて、衝撃に対しても柔軟性を発揮できる。しかしながら、重量が大きくなりがちであるため、接触時の十分な安全性を確保することが困難になる。そのため、ばねなどの柔軟な構成部品を用いた軽量な可変剛性機構が求められる。可変剛性機構の重量化は、モータが重量であることと、アクチュエータ自体に柔軟性がないために、剛性を変化させる機構が必要になることが原因である。
【００５２】
軽量で柔軟なソフトアクチュエータを用いることで、軽量な可変剛性機構が実現可能だと考えられる。そのようなアクチュエータとして前述のＴＣＰＡが有効である。特に、ＴＣＰＡを複数本使用し、駆動させる本数を変更することで、関節の剛性を変更することが可能である。また、ＴＣＰＡを複数本使用することで、ＴＣＰＡ単体の発揮する力の増加が可能になる。実施例４では、回転関節の位置制御と、ＴＣＰＡの駆動本数変更による剛性の変更を実現する。
【００５３】
図１３は、実施例４に係るアクチュエータユニット２００の構成を示す斜視図である。図１４（ａ）−（ｂ）は、アクチュエータユニット２００の構成の概要を示す上面図である。図１３、図１４（ａ）に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系が規定される。ｘ軸、ｙ軸は、アクチュエータユニット２００の底面内において互いに直交する。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に垂直であり、アクチュエータユニット２００の高さ方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１３、図１４（ａ）における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。ｚ軸の正方向側を「上側」あるいは「上方」と呼び、ｚ軸の負方向側を「下側」あるいは「下方」と呼ぶ。
【００５４】
アクチュエータユニット２００は、土台部材２１０と総称される第１土台部材２１０ａ、第２土台部材２１０ｂ、脚部材２１２と総称される第１脚部材２１２ａ、第２脚部材２１２ｂ、支持面部材２１４、支持部材２１６と総称される第１支持部材２１６ａ、第２支持部材２１６ｂ、回転部材２１８と総称される第１回転部材２１８ａ、第２回転部材２１８ｂ、回転軸２２０と総称される第１回転軸２２０ａ、第２回転軸２２０ｂ、第１接続部２２２と総称される第１−第１接続部２２２ａ、第２−第１接続部２２２ｂ、第２接続部２２４と総称される第１−第２接続部２２４ａ、第２−第２接続部２２４ｂを含む。
【００５５】
第１土台部材２１０ａと第２土台部材２１０ｂは、いずれも板形状を有するとともに、ｘ軸方向に離間して配置される。特に、第１土台部材２１０ａはｘ軸の正方向側に配置され、第２土台部材２１０ｂはｘ軸の負方向側に配置される。第１土台部材２１０ａのｘ軸の負方向側には、壁形状の第１脚部材２１２ａが立設される。また、第２土台部材２１０ｂのｘ軸の正方向側には、壁形状の第２脚部材２１２ｂが立設される。第１脚部材２１２ａと第２脚部材２１２ｂのｚ軸の正方向側端は支持面部材２１４に接続される。支持面部材２１４は、ｘ−ｙ平面に広がる板形状を有する。
【００５６】
第１支持部材２１６ａは、支持面部材２１４からｚ軸の正方向に延びてからｘ軸の負方向に屈曲して延びる。第１回転部材２１８ａは、第１回転軸２２０ａを介して第１支持部材２１６ａに接続する。第１回転部材２１８ａは、第１回転軸２２０ａからｘ軸の負方向に延びる。また、第１回転部材２１８ａおいて、第１回転軸２２０ａからｙ軸の負方向に延びた端部に第１−第１接続部２２２ａが配置され、ｙ軸の正方向に延びた端部に第１−第２接続部２２４ａが配置される。そのため、第１−第１接続部２２２ａと第１−第２接続部２２４ａは、第１回転軸２２０ａを挟んで配置される。このような第１回転部材２１８ａは、第１回転軸２２０ａを中心に、ｘ−ｙ平面内において回転可能である。
【００５７】
第２支持部材２１６ｂは、第１回転部材２１８ａからｚ軸の正方向に延びてからｘ軸の負方向に屈曲して延びる。そのため、第２支持部材２１６ｂは、第１回転部材２１８ａの回転に合わせて、ｘ−ｙ平面内において回転する。第２回転部材２１８ｂは、第２回転軸２２０ｂを介して第２支持部材２１６ｂに接続する。第２回転部材２１８ｂは、第２回転軸２２０ｂからｘ軸の負方向に延びる。また、第２回転部材２１８ｂおいて、第２回転軸２２０ｂからｙ軸の負方向に延びた端部に第２−第１接続部２２２ｂが配置され、ｙ軸の正方向に延びた端部に第２−第２接続部２２４ｂが配置される。そのため、第２−第１接続部２２２ｂと第２−第２接続部２２４ｂは、第２回転軸２２０ｂを挟んで配置される。このような第２回転部材２１８ｂは、第２回転軸２２０ｂを中心に、ｘ−ｙ平面内において回転可能である。
【００５８】
アクチュエータユニット２００のｘ軸の正方向側には壁部２３０が配置される。第１−第１ＴＣＰＡ２２６ａは、第１−第１接続部２２２ａと壁部２３０のそれぞれに固定され、第１−第１接続部２２２ａと壁部２３０の間を結ぶように配置される。第１−第２ＴＣＰＡ２２８ａは、第１−第２接続部２２４ａと壁部２３０のそれぞれに固定され、第１−第２接続部２２４ａと壁部２３０の間を結ぶように配置される。このように、第１−第１ＴＣＰＡ２２６ａと第１−第２ＴＣＰＡ２２８ａは、第１回転部材２１８ａに接続される。
【００５９】
第２−第１ＴＣＰＡ２２６ｂは、第２−第１接続部２２２ｂと壁部２３０のそれぞれに固定され、第２−第１接続部２２２ｂと壁部２３０の間を結ぶように配置される。第２−第２ＴＣＰＡ２２８ｂは、第２−第２接続部２２４ｂと壁部２３０のそれぞれに固定され、第２−第２接続部２２４ｂと壁部２３０の間を結ぶように配置される。このように、第２−第１ＴＣＰＡ２２６ｂと第２−第２ＴＣＰＡ２２８ｂは、第２回転部材２１８ｂに接続される。
【００６０】
第１ＴＣＰＡ２２６と第２ＴＣＰＡ２２８は、加熱により収縮する糸状の連結部材といえる。第１ＴＣＰＡ２２６と第２ＴＣＰＡ２２８は、電圧により駆動させることが可能である、銀メッキされたナイロン糸を用いて製作される。これらを作成する際、ナイロン糸におもりをつり下げることで、例えば、荷重１１６［ｇ］の荷重がナイロン糸に加えられる。次に、ナイロン糸に捩りを加える。ナイロン糸に捩りを加え続けることでコイル形状が現れるので、ナイロン糸すべてがコイル形状になるまで捩りを加える。コイル形状になったナイロン糸を、定温乾燥機を用いて外気温を１８０［℃］に１５分以上維持することで焼入れがなされる。これらにより、第１ＴＣＰＡ２２６と第２ＴＣＰＡ２２８が製作される。焼入れを行った直後の第１ＴＣＰＡ２２６と第２ＴＣＰＡ２２８には、捩れを戻そうとする回転力が発生しているので、回転力を取り除くために、第１ＴＣＰＡ２２６と第２ＴＣＰＡ２２８に荷重をかけていない状態で１２時間以上放置する。
【００６１】
第１ＴＣＰＡ２２６における銀メッキは、第１ＴＣＰＡ２２６を加熱可能であるので、第１加熱部とも呼ばれる。一方、第２ＴＣＰＡ２２８における銀メッキは、第２ＴＣＰＡ２２８を加熱可能であるので、第２加熱部とも呼ばれる。このような構成を有するアクチュエータユニット２００は、２自由度の拮抗配置型関節アームを形成する。図１４（ｂ）はアクチュエータユニット２００のパラメータを示す。
【００６２】
図１５は、アクチュエータユニット２００の制御系の構成を示す。制御系は、アクチュエータユニット２００、角度センサ２５０、ＡＤ変換部２５２、制御装置２５４、ＤＡ変換部２５６、電源２５８、モータドライバ２６０を含む。制御装置２５４は、第１回転部材２１８ａと第２回転部材２１８ｂを回転させるために、第１−第１ＴＣＰＡ２２６ａ、第１−第２ＴＣＰＡ２２８ａ、第２−第１ＴＣＰＡ２２６ｂ、第２−第２ＴＣＰＡ２２８ｂのそれぞれに電圧を印加するためのパターンを生成する。制御装置２５４は、パターンを制御信号としてＤＡ変換部２５６に出力する。ＤＡ変換部２５６は、制御信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する。ＤＡ変換部２５６は、アナログ信号に変換された制御信号（以下、これもまた「制御信号」という）をモータドライバ２６０に出力する。モータドライバ２６０は、制御信号にしたがって、電源２５８からの電圧の大きさを調節し、それを第１−第１ＴＣＰＡ２２６ａ、第１−第２ＴＣＰＡ２２８ａ、第２−第１ＴＣＰＡ２２６ｂ、第２−第２ＴＣＰＡ２２８ｂに印加する。角度センサ２５０は、回転部材２１８の角度を測定する。角度センサ２５０は測定結果をＡＤ変換部２５２に出力する。ＡＤ変換部２５２は、測定結果をアナログ信号からデジタル信号に変換して、制御装置２５４に出力する。
【００６３】
図１６（ａ）−（ｃ）は、制御系によるアクチュエータユニット２００の動作を示す上面図である。図１６（ａ）において、第１−第１ＴＣＰＡ２２６ａと第２−第２ＴＣＰＡ２２８ｂは、加熱されることによって収縮する。一方。第２−第１ＴＣＰＡ２２６ｂと第１−第２ＴＣＰＡ２２８ａは、加熱されない。その結果、第１−第１ＴＣＰＡ２２６ａと第２−第２ＴＣＰＡ２２８ｂの収縮に応じて、第１回転部材２１８ａと第２回転部材２１８ｂは回転する。
【００６４】
図１６（ｃ）において、第２−第１ＴＣＰＡ２２６ｂと第１−第２ＴＣＰＡ２２８ａは、加熱されることによって収縮する。一方。第１−第１ＴＣＰＡ２２６ａと第２−第２ＴＣＰＡ２２８ｂは、加熱されない。その結果、第２−第１ＴＣＰＡ２２６ｂと第１−第２ＴＣＰＡ２２８ａの収縮に応じて、第１回転部材２１８ａと第２回転部材２１８ｂは回転する。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）と図１６（ｃ）との間の状態を示す。
【００６５】
これまでの説明において、アクチュエータユニット２００では、第１接続部２２２と第２接続部２２４のそれぞれに、１本のＴＣＰＡが接続されている。そのため、アクチュエータユニット２００において４本のＴＣＰＡが使用される。しかしながら、第１接続部２２２と第２接続部２２４のそれぞれに、２本のＴＣＰＡが接続されてもよい。これによって、８本のＴＣＰＡを用いた拮抗配置型可変剛性関節アームであるアクチュエータユニット２００が構成されてもよい。１本のＴＣＰＡのみに熱を加え、張力を発揮している場合、残りの１本のＴＣＰＡは緩んで張力を出力しない。しかしながら、両方のＴＣＰＡに熱を加えた場合、両方のＴＣＰＡから張力が出力され、剛性もその分増えることになる。また、出力が増えることから、拮抗側のＴＣＰＡがもつ受動的ばね力に対する抗力が増えることになり、その結果、関節駆動範囲が増すことになる。小型・軽量で安価であることから、複数本を容易にコンパクトなスペースで利用できるＴＣＰＡの特徴を活かした構造であるといえる。
【００６６】
本実施例によれば、第１ＴＣＰＡと第２ＴＣＰＡの少なくとも１つを加熱可能であるので、回転部材を回転できる。また、１つの接続部に複数のＴＣＰＡを接続して、各ＴＣＰＡを制御するので、回転関節の剛性を変化できる。
【００６７】
本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様のアクチュエータユニットは、第１部材と、第１部材から離間して配置される第２部材と、第２部材と第１部材との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の連結部材と、連結部材を加熱可能な加熱部と、を備える。
【００６８】
この態様によると、第２部材と第１部材との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の連結部材が加熱可能であるので、パワーアシストを実現できる。
【００６９】
連結部材の両端は、第１部材と第２部材に固定されてもよい。この場合、連結部材の両端が第１部材と第２部材に固定されるので、連結部材の伸縮によって、第１部材と第２部材との間の距離を調節できる。
【００７０】
第２部材から第１部材とは別の方向に延びる糸状の延長部材をさらに備えてもよい。連結部材の一端は、第１部材に固定され、連結部材の他端は、第２部材において延長部材に接続されてもよい。この場合、連結部材の他端を第２部材において延長部材に接続するので、延長部材を動かすことができる。
【００７１】
第１部材に配置され、かつ連結部材を冷却する冷却部材をさらに備えてもよい。この場合、冷却部材によって連結部材を冷却するので、連結部材の冷却を高速化できる。
【００７２】
連結部材は、第２部材と第１部材との間に複数並べられて配置されてもよい。この場合、複数の連結部材が並べられるので、発生力を増加できる。
【００７３】
複数の連結部材は、太さが異なってもよい。この場合、複数の連結部材の太さが異なるので、発生力の大きさを調節できる。
【００７４】
加熱部は、複数の連結部材をまとめて加熱可能であってもよい。この場合、複数の連結部材をまとめて加熱可能であるので、複数の連結部材を一体的に収縮できる。
【００７５】
加熱部は、複数の連結部材を個別に加熱可能であってもよい。この場合、複数の連結部材を個別に加熱可能であるので、連結部材を個別に収縮できる。
【００７６】
本開示の別の態様もまた、アクチュエータユニットである。このアクチュエータユニットは、支持部材と、支持部材の回転軸を中心に回転可能であり、かつ回転軸を挟んで配置される第１接続部と第２接続部を有する回転部材と、第１接続部と外部との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の第１連結部材と、第２接続部と外部との間を結ぶように配置され、かつ加熱により収縮する糸状の第２連結部材と、第１連結部材を加熱可能な第１加熱部と、第２連結部材を加熱可能な第２加熱部と、を備える。
【００７７】
この態様によると、第１連結部材と第２連結部材の少なくとも１つを加熱可能であるので、回転部材を回転できる。
【００７８】
以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７９】
実施例１から４の任意の組合せも有効である。本変形例によれば、任意の組合せによる効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０  ナイロン線、  １２  ＤＣモータ、  １４  おもり、  １６  針金、  ２０  ＴＣＰＡ、  ２２  第１部材、  ２４  第２部材、  ２６  ニクロム線、  ２８  冷却ファン、  ３０  アクチュエータユニット、  ４０  支柱、  ４２  板、  ４４  レーザ変位計、  ４６  赤外線サーモグラフィカメラ、  ５０  制御装置、  ５２  ＩＦ、  ５４  ＡＤ変換部、  ５６  ＤＡ変換部、  ６０  電源、  ６２  モータドライバ、  ８０  シリコンチューブ、  ８２  ナイロン線、  ８４  ＴＣＰＡ用孔部、  ８６  ナイロン線用孔部、  ８８  接続部材、  １００  電圧駆動ＴＣＰＡ、  １０２  おもり、  １０４  増幅器、  １０６  冷却ファン、  １１０  第１要素、  １１２  第２要素、  １１４  第３要素、  １１６  第４要素、  １１８  第５要素、  １２０  第６要素、  １２２  第７要素、  １２４  第８要素、  １２６  電圧駆動ＴＣＰＡ−冷却ファン、  １３０  ＣＰＵ、  １３２  ＤＳＰ、  １３４  インタフェースボード、  １３６  ファンクションジェネレータ、  １３８  変位センサ、  １４０  温度計、  １４２  マイコンボード、  ２００  アクチュエータユニット、  ２１０  土台部材、  ２１２  脚部材、  ２１４  支持面部材、  ２１６  支持部材、  ２１８  回転部材、  ２２０  回転軸、  ２２２  第１接続部、  ２２４  第２接続部、  ２２６  第１ＴＣＰＡ、  ２２８  第２ＴＣＰＡ、  ２３０  壁部、  ２５０  角度センサ、  ２５２  ＡＤ変換部、  ２５４  制御装置、  ２５６  ＤＡ変換部、  ２５８  電源、  ２６０  モータドライバ。
【図１】
2019002302.tif 000006
【図２】
2019002302.tif 000007
【図３】
2019002302.tif 000008
【図４】
2019002302.tif 000009
【図５】
2019002302.tif 000010
【図６】
2019002302.tif 000011
【図７】
2019002302.tif 000012
【図８】
2019002302.tif 000013
【図９】
2019002302.tif 000014
【図１０】
2019002302.tif 000015
【図１１】
2019002302.tif 000016
【図１２】
2019002302.tif 000017
【図１３】
2019002302.tif 000018
【図１４】
2019002302.tif 000019
【図１５】
2019002302.tif 000020
【図１６】
2019002302.tif 000021