(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の駆動力を発生するリニア型のダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータによる軸方向の駆動力を駆動対象に伝達するスラストワイヤとを備え、
前記スラストワイヤは、可撓性を有する筒状のアウター部材と、可撓性を有して前記アウター部材内に軸方向に移動可能に配置され且つ軸方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材と、からなる２重構造で構成され、
前記インナー部材の両端部は前記ダイレクトドライブモータ及び前記駆動対象に結合され、
前記インナー部材が合成樹脂繊維で被覆され、前記アウター部材がポリマーで被覆されていること、
を特徴とするフレキシブルアクチュエータ。
【請求項２】
軸回転方向の駆動力を発生する回転型のダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータによる軸回転方向の駆動力を駆動対象に伝達するトルクワイヤとを備え、
前記トルクワイヤは、可撓性を有する筒状のアウター部材と、可撓性を有して前記アウター部材内に軸回転可能に配置され且つ軸回転方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材と、からなる２重構造で構成され、
前記インナー部材の両端部は前記ダイレクトドライブモータ及び前記駆動対象に結合されていること、
を特徴とするフレキシブルアクチュエータ。
【請求項３】
請求項２において、前記インナー部材が合成樹脂繊維で被覆され、前記アウター部材がポリマーで被覆されていること、を特徴とするフレキシブルアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１または３において、前記インナー部材はステンレス等の金属製芯線にポリアミド系繊維をコーティングして構成され、前記アウター部材は、硬鋼線を合成樹脂でコーティングし、さらにポリエチレンチューブで被覆した三層構造で構成されていること、を特徴とするフレキシブルアクチュエータ。
【請求項５】
軸方向の駆動力を発生するリニア型のダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータによる軸方向の駆動力を駆動対象に伝達するスラストワイヤとを備え、
前記スラストワイヤは、可撓性を有する筒状のアウター部材と、可撓性を有して前記アウター部材内に軸方向に移動可能に配置され且つ軸方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材と、からなる２重構造で構成され、
前記インナー部材の両端部は前記ダイレクトドライブモータ及び前記駆動対象に結合され、
前記ダイレクトドライブモータの変位を前記インナー部材の挙動とは無関係に直接計測するエンコーダを備えたこと、
を特徴とするフレキシブルアクチュエータ。
【請求項６】
請求項５において、前記駆動対象の変位を計測するエンコーダを備えたこと、を特徴とするフレキシブルアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブルアクチュエータに係り、特にダイレクトドライブモータの駆動力を駆動対象に伝達するフレキシブルアクチュエータに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ロボットに用いられるアクチュエータの一つに、ダイレクトドライブモータを用いたものがある。ダイレクトドライブモータを用いたロボットにはハンドロボットや鉗子ロボットがある。回転型またはリニア型のダイレクトドライブモータは、摩擦の少ない、力伝達に適したモータであり、歯車などの伝達機構なしに駆動対象に力を伝達できるといったメリットがある。ダイレクトドライブモータの伝達機構には、従来、ワイヤを用いた駆動方式、もしくはロッドを用いた駆動方式が用いられてきた。関連する従来技術として、特開２００３−３１１６６７公報（特許文献１）が挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３１１６６７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ロッド駆動は剛性が高いため、力の伝達特性に優れているが、柔軟性がないためアクチュエータの設置位置の自由度が低くなるといった課題がある。
【０００５】
また、ワイヤ駆動は柔軟性を有しているため、アクチュエータを空間的に自由に配置できるものの、剛性が低いため精度良く力を伝達することができないという課題がある。さらに、ワイヤ駆動には、引く動作はできるが押す動作ができないといった課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ダイレクトドライブモータと駆動対象とを空間的に任意に配置することを可能としつつ、駆動対象に作用する双方向の力をダイレクトドライブモータから正確に伝えることができるフレキシブルアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、軸方向の駆動力を発生するリニア型のダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータによる軸方向の駆動力を駆動対象に伝達するスラストワイヤとを備え、前記スラストワイヤは、可撓性を有する筒状のアウター部材と、可撓性を有して前記アウター部材内に軸方向に移動可能に配置され且つ軸方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材と、からなる２重構造で構成され、前記インナー部材の両端部は前記ダイレクトドライブモータ及び前記駆動対象に結合され、前記インナー部材が合成樹脂繊維で被覆され、前記アウター部材がポリマーで被覆されていることことにある。
【０００８】
また、本発明の第２の態様は、軸回転方向の駆動力を発生する回転型のダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータによる軸回転方向の駆動力を駆動対象に伝達するトルクワイヤとを備え、前記トルクワイヤは、可撓性を有する筒状のアウター部材と、可撓性を有して前記アウター部材内に軸回転可能に配置され且つ軸回転方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材と、からなる２重構造で構成され、前記インナー部材の両端部は前記ダイレクトドライブモータ及び前記駆動対象に結合されていることにある。
【０００９】
係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記インナー部材はステンレス等の金属製芯線にポリアミド系繊維をコーティングして構成され、前記アウター部材は、硬鋼線を合成樹脂でコーティングし、さらにポリエチレンチューブで被覆した三層構造で構成されていること。
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記インナー部材が合成樹脂繊維で被覆され、前記アウター部材がポリマーで被覆されていること。
（２）前記インナー部材はステンレス等の金属製芯線にポリアミド系繊維をコーティングして構成され、前記アウター部材は、硬鋼線を合成樹脂でコーティングし、さらにポリエチレンチューブで被覆した三層構造で構成されていること。
また、本発明の第３の態様は、軸方向の駆動力を発生するリニア型のダイレクトドライブモータと、前記ダイレクトドライブモータによる軸方向の駆動力を駆動対象に伝達するスラストワイヤとを備え、前記スラストワイヤは、可撓性を有する筒状のアウター部材と、可撓性を有して前記アウター部材内に軸方向に移動可能に配置され且つ軸方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材と、からなる２重構造で構成され、前記インナー部材の両端部は前記ダイレクトドライブモータ及び前記駆動対象に結合され、前記ダイレクトドライブモータの変位を前記インナー部材の挙動とは無関係に直接計測するエンコーダを備えたことにある。
係る本発明の第３の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記駆動対象の変位を計測するエンコーダを備えたこと。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のフレキシブルアクチュエータによれば、ダイレクトドライブモータと駆動対象とを空間的に任意に配置することを可能としつつ、駆動対象に作用する双方向の力をダイレクトドライブモータから正確に伝えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のフレキシブルアクチュエータを図１から図３を用いて説明する。図１は本実施形態のフレキシブルアクチュエータの全体構成を示す斜視図、図２は本実施形態に用いられるスラストワイヤの説明図、図３は本実施形態のフレキシブルアクチュエータを用いた力制御結果の一例を示す図である。なお、図２（ａ）はスラストワイヤの全体図、図２（ｂ）はスラストワイヤのインナー部材単体を示す図、図２（ｃ）はスラストワイヤのアウター部材単体を示す図である。
【００１２】
フレキシブルアクチュエータは、図１に示すように、軸方向の駆動力を発生するリニア型のダイレクトドライブモータ１０１と、このダイレクトドライブモータ１０１による軸方向の駆動力を駆動対象１０３に伝達するスラストワイヤ１０２とを備えて構成されている。即ち、ダイレクトドライブモータ１０１は、スラストワイヤ１０２によって駆動力を駆動対象１０３に伝達して、駆動対象１０３を駆動する。また、駆動対象１０３にかかる力は、スラストワイヤ１０２によってダイレクトドライブモータ１０１に伝達される。
【００１３】
スラストワイヤ１０２は、図２に示すように、可撓性を有する筒状のアウター部材２０１と、可撓性を有してアウター部材２０１内に軸方向に移動可能に配置され且つ軸方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材２０３とからなる２重構造で構成されている。
【００１４】
インナー部材２０３は合成樹脂繊維で被覆され、アウター部材２０１はポリマーで被覆されている。具体的には、インナー部材２０３は、ステンレスの芯線を合成繊維、例えばポリアミド系繊維でコーティングしたものである。また、アウター部材２０１は、硬鋼線を合成樹脂でコーティングし、さらにポリエチレンチューブで被覆した三層構造のものである。かかる構成によって、インナー部材２０３は軸方向に高い剛性を持ち、軸に直交する方向には柔軟性を持ちつつ、アウター部材２０１の摩擦を低減することができる。そして、スラストワイヤ１０２は、押す場合も、引く場合も力を双方向に正確に伝えることができる。
【００１５】
ここで、インナー部材２０３の外径は、アウター部材２０１の内径よりも小さい範囲で、インナー部材２０３の曲げ曲率の条件下でアウター部材２０１との摩擦力が許容内になる範囲で、できるだけ太くすることが望ましい。また、インナー部材２０３には、取付け用に金具２０２、２０４が装着されており、それぞれがダイレクトドライブモータ１０１及び駆動対象１０３に結合して取付けられる。図示例では、取付け用に金具２０２、２０４の端部に雄ネジ部が形成されており、このネジ部がダイレクトドライブモータ１０１及び駆動対象１０３の雌ネジ部にねじ込まれて結合される。
【００１６】
上述した構成のフレキシブルアクチュエータを用いることにより、ダイレクトドライブモータ１０１と駆動対象１０３とを空間的に任意に自由に配置できる。図１では、ダイレクトドライブモータ１０１と駆動対象１０３とをほぼ１８０度の角度のスラストワイヤ１０２により接続した例を示したが、他の角度、位置関係でも配置できる。
【００１７】
また、本実施形態では、図１に示すように、リニアエンコーダ１０４がダイレクトドライブモータ１０１の変位を測定し、リニアエンコーダ１０５が駆動対象１０３の変位を測定し、力センサ１０６が駆動対象１０３にかかる力を測定するように構成されている。これらの測定値をダイレクトドライブモータ１０１の制御に用いることにより、より制御性を向上することができる。このとき、リニアエンコーダ１０４は、ダイレクトドライブモータ１０１の変位を直接計測できるように取付けられているので、ダイレクトドライブモータ１０１の変位フィードバック制御はスラストワイヤ１０２の影響を受けない効果がある。
【００１８】
このようなフレキシブルアクチュエータにおいて、駆動対象１０３をダイレクトドライブモータ１０１によって力制御した結果の一例を図３に示す。図３より、駆動対象１０３にかかる力（応答）３０２は、力制御指令値３０１に良く一致していることがわかる。即ち、本実施形態によるフレキシブルアクチュエータを用いることにより、スラストワイヤ１０２は柔軟性を損なわないまま、高い剛性を維持しているので、ダイレクトドライブモータ１０１と駆動対象１０３とを空間的に任意に自由に配置することができるといった長所に加え、力の伝達特性に優れており、駆動対象１０３とダイレクトドライブモータ１０１との間で作用する力を双方向に、摩擦が少なく、周波数特性が良く、正確に伝えることができる効果がある。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態のフレキシブルアクチュエータについて説明する。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００１９】
第１実施形態ではスラストワイヤ１０２の軸方向に力を伝える例であるが、第２実施形態では軸回転方向にトルクを伝達させる例である。即ち、第２実施形態では、ダイレクトドライブモータ１０１の代わりに回転型のダイレクトドライブモータを用い、さらに、スラストワイヤ１０２の代わりにトルクワイヤを用いている。具体的には、第２実施形態のフレキシブルアクチュエータは、軸回転方向の駆動力を発生する回転型のダイレクトドライブモータと、このダイレクトドライブモータによる軸回転方向の駆動力を駆動対象に伝達するトルクワイヤとを備えて構成されている。このトルクワイヤは、可撓性を有する筒状のアウター部材と、可撓性を有してアウター部材内に軸回転可能に配置され且つ軸回転方向の剛性が軸に垂直な方向の剛性より高いインナー部材とからなる２重構造で構成されている。
【００２０】
この第２実施形態では、ダイレクトドライブモータと駆動対象とを空間的に任意に自由に配置することができるといった長所に加え、トルクの伝達特性に優れており、駆動対象とダイレクトドライブモータとの間で作用するトルクを双方向に、摩擦が少なく、周波数特性が良く、正確に伝えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態のフレキシブルアクチュエータの全体構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態に用いられるスラストワイヤの説明図である。
【図３】本実施形態のフレキシブルアクチュエータを用いた力制御結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０１…ダイレクトドライブモータ、１０２…スラストワイヤ、１０３…駆動対象、１０４，１０５…リニアエンコーダ、１０６…力センサ、２０１…アウター部材、２０２，２０４…金具、２０３…インナー部材、３０１…力制御指令値、３０２…駆動対象にかかる力。
【図１】
0004838576.tif 000002
【図２】
0004838576.tif 000003
【図３】
0004838576.tif 000004