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公開番号2025030037
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023134995
出願日2023-08-22
発明の名称アクチュエータ
出願人国立大学法人東海国立大学機構,国立大学法人電気通信大学,国立大学法人大阪大学
代理人個人
主分類F15B 15/12 20060101AFI20250228BHJP(流体圧アクチュエータ;水力学または空気力学一般)
要約【課題】高出力かつ高精度で接触剛性の低いアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ100は、可動子122と、n個(n≧3)の永久磁石116およびコイル114を含み、電磁トルクを可動子122に与えて可動子122を多自由度回転させることが可能な電磁トルク発生部106と、n個の流体圧シリンダ124を含み、流体圧トルクを可動子122に与えて可動子122を多自由度回転させることが可能な流体圧トルク発生部108と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
可動子と、
ｎ個（ｎ≧３）の永久磁石およびコイルを含み、電磁トルクを前記可動子に与えて前記可動子を多自由度回転させることが可能な電磁トルク発生部と、
ｎ個の流体圧シリンダを含み、流体圧トルクを前記可動子に与えて前記可動子を多自由度回転させることが可能な流体圧トルク発生部と、
を備えるアクチュエータ。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記可動子は、回転中心が拘束された球状の部材である請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記流体圧シリンダは、
シリンダチューブと、
前記シリンダチューブ内に配置されるピストンと、
前記ピストンを挟み込むように前記シリンダチューブ内に配置され、内部に供給される流体の圧力に応じて伸縮する２つの伸縮部材と、
を含む請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記可動子、前記電磁トルク発生部および前記流体圧トルク発生部は、ｎ回回転対称に配置される請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
可動子と、
ｎ個（ｎ≧３）の流体圧シリンダを含み、流体圧トルクを前記可動子に与えて前記可動子を多自由度回転させることが可能な流体圧トルク発生部と、
を備え、
前記流体圧シリンダは、
シリンダチューブと、
前記シリンダチューブ内に配置されるピストンと、
前記ピストンを挟み込むように前記シリンダチューブ内に配置され、内部に供給される流体の圧力に応じて伸縮する２つの伸縮部材と、
を含むアクチュエータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクチュエータに関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットや工作機械などの装置には、サーボモータを用いた多自由度駆動機構が用いられるが、減速機を有するため高トルクかつ高精度駆動が可能な一方で、接触剛性が高く、人との予期せぬ接触時に安全性を確保することが困難であった。これに対し、非特許文献１には、３つの空圧（蛇腹）アクチュエータを１２０°間隔で配置して２自由度の回転運動を生成する構造が提案されている。この構造によれば、接触剛性が比較的低いため、人との予期せぬ接触時の安全性を確保することができる。また、空気圧によるため、高出力を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
M. Hofer et al., Design, fabrication, modeling and control of a fabric-based spherical robotic arm，Mechatronics, vol. 68, 102369, 2020
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら非特許文献１に記載される構造では、空気の圧縮性に起因した応答遅れや摩擦特性を補償することが困難であり、高精度化を実現できない。あるいはまた、可動子の回転中心が大きくずれるため、高精度化を実現できない。
【０００５】
本開示は、このような課題に鑑みてなされ、そのある態様の例示的な目的の１つは、高出力かつ高精度で接触剛性の低い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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のアクチュエータは、可動子と、ｎ個（ｎ≧３）の永久磁石およびコイルを含み、電磁トルクを可動子に与えて可動子を多自由度回転させることが可能な電磁トルク発生部と、ｎ個の流体圧シリンダを含み、流体圧トルクを可動子に与えて可動子を多自由度回転させることが可能な流体圧トルク発生部と、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、アクチュエータである。このアクチュエータは、可動子と、ｎ個（ｎ≧３）の流体圧シリンダを含み、流体圧トルクを可動子に与えて可動子を多自由度回転させることが可能な流体圧トルク発生部と、を備える。流体圧シリンダは、シリンダチューブと、シリンダチューブ内に配置されるピストンと、ピストンを挟み込むようにシリンダチューブ内に配置され、内部に供給される流体の圧力に応じて伸縮する２つの伸縮部材と、を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、高出力かつ高精度で接触剛性の低いアクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施の形態に係るアクチュエータの斜視図である。
図１の電磁トルク発生部の斜視図である。
図１の流体圧トルク発生部の斜視図である。
図１の流体圧トルク発生部の斜視図である。
図５（ａ）～（ｃ）は、図１の電磁トルク発生部の動作原理を説明する図である。
図３の流体圧シリンダの縦断面図である。
図７（ａ）～（ｃ）は、図１の流体圧トルク発生部の動作原理を説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は、図１の電磁トルク発生部による電磁トルク特性を説明する図である。
図９（ａ）、（ｂ）は、図１の流体圧トルク発生部による流体圧トルク特性を説明する図である。
図１０（ａ）、（ｂ）は、電磁トルクと流体圧トルクとの合成のトルク特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１～４を参照する。実施の形態に係るアクチュエータ１００は、多自由度の回転を生成可能な電磁アクチュエータと、多自由度の回転を生成可能な流体圧アクチュエータと、を並列に組み合わせたアクチュエータである。アクチュエータ１００は、ロボットや工作機械をはじめとする様々な装置に利用できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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