致動器的製作方法

2023-06-08 05:14:21

專利名稱：致動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及致動器，尤其涉及通過流體流動而被驅動的致動器。
背景技術：
作為機器人等的動力，有利用施加於空氣的壓力使該空氣流動從而被驅動的空氣致動器的動力。此種空氣致動器具有由工作缸和活塞構成的如注射器的構造，並具備用於向工作缸送出壓縮空氣的氣罐及壓縮機。當從壓縮機經由氣罐向工作缸送入壓縮空氣時， 作為可動部的活塞動作。作為此種結構的致動器，例如有下述的專利文獻1等。但是，上述結構的致動器需要氣罐及壓縮機，從而變成大規模的結構。因此，下述專利文獻2公開了如下的致動器利用形狀記憶合金，通過對該形狀記憶合金加熱並使其收縮，從而使與形狀記憶合金連接的活塞滑動。專利文獻1特開2005-230949號公報專利文獻2特開2001-M8601號公報在上述專利文獻2記載的致動器中，確實構成了比上述專利文獻1小規模的結構， 但需要使用形狀記憶合金這樣比較高價的部件。此外，因為需要對致動器進行加熱，因此在能效方面也存在問題。進而，在利用形狀記憶合金使可動部即活塞動作的情況下，與利用流體的流動來驅動可動部的現有技術相比，存在動作僵硬的問題。

發明內容
本發明的一方式的目的之一在於提供至少能夠解決上述任一問題的致動器。為了解決上述問題，本發明的一方式的致動器具備第一可動部，其利用第一流體的流入量的變動來動作；第一工作缸，其包含所述第一流體，且構成為能夠向所述第一可動部供給所述第一流體；活塞，其構成為向所述第一工作缸內的所述第一流體施加壓力；電動機，其產生旋轉力；動力變換器，其將所述旋轉力變換為使所述活塞動作的力。根據所述結構的致動器，不需要使用如壓縮機或氣罐這樣的大型的部件，能夠提供小型的致動器。此外，當使致動器動作時不需要加熱，因此能夠提供能效優良的致動器。 進而，通過使空氣等流體流動，從而使可動部動作，因此能夠提供可進行比較柔順平滑動作的致動器。此外，還可使上述致動器具備安全裝置，該安全裝置構成為，當利用施加於所述第一可動部的力而對所述第一流體施加了壓力時，能夠使所述第一流體的一部分流入。根據所述結構的致動器，當對第一可動部施加由外部因素產生的力並對第一流體施加壓力時，安全裝置吸收該壓力，因此能夠防止包括第一可動部的致動器被破壞。此外，還可使所述安全裝置設置在所述第一可動部和所述第一工作缸之間且構成為能夠膨脹。此外，還可使所述致動器具備壓力傳感器和電動機控制部，所述壓力傳感器對施加於所述第一流體的壓力進行測定，所述電動機控制部根據由所述壓力傳感器測定的壓力來控制由所述電動機產生的旋轉力。根據所述結構，能夠提供可控制應施加於第一流體的壓力，從而可更精密地動作的致動器。此外，還可使本發明的一方式的致動器具備第二可動部和第二工作缸，所述第二可動部利用第二流體的流入量的變動來動作，所述第二工作缸包含所述第二流體且構成為能夠向所述第二可動部供給所述第二流體，所述活塞構成為也向所述第二工作缸內的所述第二流體施加壓力。根據所述結構的致動器，能夠提供可使多個可動部同時動作的致動器。此外，若使用可使多個可動部同時動作且具有一方伸展而一方收縮的關係的致動器，則在進行與人的臂部的肌肉等類似的動作時有效。即，由於人的臂部的肌肉以當一側的肌肉伸展時另一側的肌肉收縮的方式動作，因此上述致動器能夠進行與人的臂部的肌肉的動作類似的動作。


圖1是表示本發明的致動器的結構的圖。圖2是表示使可動部動作的狀態的致動器的圖。圖3是表示安全裝置動作的狀態的致動器的圖。圖4是表示具備電動機控制部的致動器的結構的圖。圖5是表示具有多個可動部的致動器的結構的第一圖。圖6是表示具有多個可動部的致動器的結構的第二圖。符號說明100……電動機、110……螺紋構件、120……滑動螺母、130……活塞、131……活
塞、140......工作缸、141......工作缸、150......流體管、151......流體管、160......可動部、
161……可動部、170……安全裝置、171……安全裝置、180……壓力傳感器、190……電動機控制部
具體實施例方式對於本發明涉及的實施方式，根據以下的結構，參照附圖並具體說明。但是，以下說明的實施方式只不過是本發明的一例，並不是限定本發明的技術範圍。另外，在各附圖中，對同一部件標註同一符號，有時省略其說明。1.實施方式1(1)致動器的結構(2)致動器的動作(3)包括壓力傳感器及電動機控制部的結構(4)實施方式1的特徵2.實施方式2(1)具備多個可動部的致動器的結構(2)具備多個可動部的致動器的動作(3)實施方式2的特徵3.本發明的可應用性
<(1)致動器的結構〉圖1是表示本實施方式1涉及的致動器的結構的圖。如圖1所示，本實施方式1 的致動器包括電動機100、螺紋構件110、滑動螺母120、活塞130、工作缸140、流體管150、 可動部160及安全裝置170。電動機100構成為利用來自外部的控制來產生旋轉力。由電動機100產生的旋轉力輸送到螺紋構件110。另外，也可在電動機100和螺紋構件110之間具備減速機，該減速機將由電動機100產生的旋轉力進行調整之後輸送到螺紋構件110。螺紋構件110構成為，將來自電動機100的旋轉力變換為使滑動螺母120及活塞 130沿直線方向動作的力。S卩，螺紋構件110為將電動機100的旋轉力變換為直線方向的力的動力變換器的一種。滑動螺母120及活塞130構成為利用從螺紋構件110輸送的力而沿直線方向動作。具體來說，通過螺紋構件110旋轉而使滑動螺母120滑動，並使與該滑動螺母120連接的活塞130動作。由此，活塞130能夠在工作缸140內前後運動。活塞130通過該前後運動而向工作缸140內的空氣施加壓力。另外，前後運動是指圖1中上下方向且活塞130在工作缸140內滑動時的運動。另外，本實施方式1中具備滑動螺母120，但滑動螺母120並不是必需的，也可將螺紋構件110與活塞130直接連接。工作缸140例如包含空氣，且當活塞130對該空氣施加壓力時，包含在工作缸140 中的空氣被壓縮。工作缸140構成為能夠將該壓縮後的空氣經由流體管150供給到可動部 160。流體管150構成為將工作缸140、可動部160及安全裝置170之間連通，從而能夠
輸送空氣。可動部160構成為空氣能夠流入。此外，當施加規定以上的壓力時，該可動部160 的側面能夠膨脹，並通過膨脹而收容大量的空氣。此外，可動部160構成為其側面膨脹，但上表面及下表面不膨脹。可動部160的上表面連接並固定於流體管150，但下表面可以變位。從而，可動部160根據流入的空氣的量而膨脹，並通過膨脹而使該可動部160的下表面產生變位，從而產生直線運動。安全裝置170連接配置於流體管150，並構成為當由外部因素產生的力施加於可動部160而使壓力施加於空氣時，該安全裝置170吸收該壓力。具體來說，安全裝置170構成為當對流體管150施加一定以上的壓力時，安全裝置170膨脹，並能夠使流體管150的流體暫時流入(待避)該膨脹的安全裝置170中。<(2)致動器的動作〉接著，參照圖2及圖3，對本實施方式1的致動器的動作進行說明。圖2是表示可動部160膨脹後的狀態的圖。電動機100產生規定的旋轉力而使螺紋構件110旋轉，從而使可動部160動作。螺紋構件110利用從電動機100施加的旋轉力來旋轉，並將該旋轉變換為直線方向的力而輸送到滑動螺母120。滑動螺母120變位圖2中由a表示的量。此外，當滑動螺母120移動時，活塞130也同樣移動。當活塞130向圖2的上方向移動時，工作缸140內的空氣被壓縮。由工作缸140壓縮後的空氣經由流體管150 送出到可動部160。可動部160在其中的空氣達到一定的壓力之前不膨脹，但當超過一定的壓力時開始膨脹。於是，達到一定以上的壓力的空氣流入膨脹的可動部160。由此，可動部 160的下表面變位b。圖3是表示可動部160及安全裝置170膨脹後的狀態的圖。在如圖2所示的可動部160膨脹後的狀態下，有時對可動部160的下表面施加由外部因素產生的力。此時，如圖 3所示，可動部160的下表面變位了 C。利用該變位，對包含於可動部160的空氣施加壓力。 在此，當由於外部因素而施加於空氣的壓力達到一定以上時，安全裝置170膨脹，能夠使流體管150中包含的流體的一部分流入。由此，能夠防止空氣的壓力達到一定以上，從而將致動器內的空氣壓抑制在一定的範圍內。上面對簡單結構的致動器進行了說明，但本實施方式1的致動器也可具備壓力傳感器及電動機控制部。圖4是表示具備壓力傳感器180及電動機控制部190的致動器的結構的圖。壓力傳感器180例如在工作缸140內連接配置於活塞130。壓力傳感器180構成為能夠對施加於工作缸140內的空氣的壓力進行測定。電動機控制部190將由壓力傳感器180測定的壓力的信號作為輸入信號來接收， 並根據該信號來控制電動機100需產生的旋轉。例如，電動機控制部190帶有表示施加於空氣的壓力和可動部160的變位之間的關係的表，並能夠控制電動機100的旋轉，調整施加於空氣的壓力，以使可動部160的變位達到期望的值。如上所述，本實施方式1中記載的致動器具備利用空氣的流入量的變動而動作的可動部160、包含空氣且構成為能夠根據施加於空氣的壓力而向可動部160供給空氣的工作缸140、構成為向工作缸140內的空氣施加壓力的活塞130。進而，致動器具備產生旋轉力的電動機100、將該旋轉力變換為使活塞130動作的力的螺紋構件110及滑動螺母 120。另外，空氣被封入可動部160、工作缸140及流體管150。根據上述結構的致動器，不需要使用如壓縮機或氣罐這樣的大型的部件，能夠提供小型的致動器。此外，能夠僅由空氣的流動來使致動器動作，不需要加熱致動器的一部分等，能夠提供能效優良的致動器。進而，由於通過使空氣流動而使可動部動作，因此能夠提供可進行接近人的動作的自然動作的致動器。此外，本實施方式1的致動器還具備安全裝置170，當由於施加於可動部160的外部因素所產生的力而使壓力施加於空氣時，該安全裝置170通過使該空氣流入而能夠吸收施加在空氣上的壓力。根據上述結構的致動器，當對可動部160施加由外部因素產生的力，並使壓力施加於空氣時，安全裝置170吸收該壓力，因此能夠防止包含可動部160的致動器被破壞。另外，安全裝置170設置在可動部160和工作缸140之間，並且構成為能夠膨脹。此外，本實施方式1的致動器還具備壓力傳感器180，其設置於工作缸140內且對施加於空氣的壓力進行測定；電動機控制部190，其根據由該壓力傳感器180測定的壓力來控制由電動機100產生的旋轉力。根據此種結構的致動器，能夠提供可動態控制應施加於空氣的壓力，從而可更精密地動作的致動器。
另外，本實施方式1中，作為包含在工作缸140、流體管150及可動部160中的物質以空氣為例進行了說明，但並不限定於此。即，也可使用氣體或液體來代替空氣。使用空氣是由於在低成本和容易實現自然的動作等方面具有優點。使用液體具有在例如周圍的壓力高的水中等也可使用的優點。此外，若使用氣體的比重輕的氣體，則能夠使自重輕量化。此外，在本實施方式1中，作為使活塞130運動的動力使用了電動機100、螺紋構件 110及滑動螺母120，但並不限定於此。例如也可使用電動機和齒輪等，也可使用其他對於本領域技術人員來說可想到的方法來代替。此外，在本實施方式1中，例示了在工作缸140內配置有壓力傳感器180，但只要在包含空氣的部位，壓力傳感器180可以配置在任何部分。接著，對於具備多個可動部的致動器簡單地進行說明。另外，在本實施方式2的致動器中，有時對於與實施方式1的致動器同樣的結構省略說明。圖5是表示具有兩個可動部的致動器的結構的圖。如圖5所示，致動器具備可動部160及可動部161。通過比較圖5與圖1可知，本實施方式2的致動器對於實施方式1的致動器增加了活塞131、工作缸141、流體管151、可動部161及安全裝置171。活塞131、工作缸141、流體管151、可動部161及安全裝置171分別具有與活塞130、工作缸140、流體管 150、可動部160及安全裝置170同樣的結構及功能。電動機100、螺紋構件110及滑動螺母 120在上述兩組結構中共用。接著，對於本實施方式2的致動器的動作簡單地進行說明。電動機100產生規定的旋轉力而使螺紋構件110旋轉。螺紋構件110利用從電動機100施加的旋轉力來旋轉，並將該旋轉變換為直線方向的力而輸送到滑動螺母120。在此，滑動螺母120使活塞130及131同時向相互反方向變位。由此，工作缸140內的空氣的壓力升高時，工作缸141內的空氣的壓力降低，工作缸140內的空氣的壓力降低時，工作缸 141內的空氣的壓力升高。於是，在可動部160和161之間，膨脹和收縮相反，若一方向膨脹方向變位，則另一方向收縮方向變位。如上所述，本實施方式2的致動器中，除了實施方式1的致動器的結構以外，還具備可動部161、工作缸141及活塞131。活塞131構成為向工作缸141的空氣施加壓力，且空氣被封入可動部161和工作缸141。另外，被封入可動部161和工作缸141的空氣相對於被封入可動部160和工作缸140的空氣是獨立的。根據本實施方式2的致動器，能夠提供使多個可動部同時動作的致動器。此外，此種能夠使多個可動部同時動作且處在一方伸展而一方收縮的關係中的致動器在進行與人的臂部的肌肉等類似的動作時有效。即，由於人的臂部的肌肉以當一側的肌肉伸展時另一側的肌肉收縮的方式動作，因此上述致動器能夠進行與該人的臂部的肌肉的動作類似的動作。另外，在本實施方式2中，對每個工作缸分別使用活塞的例進行了說明，但上述活塞也可為一個活塞。即，活塞由活塞的一部分130及活塞的一部分131構成，活塞的一部分130和活塞的一部分131可以分別對包含於工作缸140和工作缸141的空氣施加壓力。另外，在本實施方式2中，以具有兩個可動部的致動器為例進行了說明，但其也可作為具有三個以上的可動部的致動器來使用。此外，兩個可動部並不必須向反方向變位，例如也可向相同方向變位。此外，通過改變活塞和工作缸的組合的大小，也可在一可動部和另一可動部之間設置變位的差。具體來說，可設置成當可動部160變位Icm時可動部161變位2cm等。在該情況下，能夠利用一個電動機100使變位量帶有一定關係的兩個可動部動作。<3.本發明的可應用性〉上述實施方式只不過是本發明的一方式，本發明包括本領域技術人員根據上述的實施方式可想到的範圍內的發明。例如，可以是具備多個可動部及工作缸且在各個工作缸內設置壓力傳感器的結構等。另一方面，也可是具備多個可動部及工作缸但僅在一個工作缸內設置壓力傳感器的結構。在該情況下，多個工作缸內包含的空氣的壓力通常具有相關關係，因此能夠通過一組壓力傳感器及電動機控制部來控制空氣的壓力。由此，致動器內不需要設置多個壓力傳感器， 使成本降低。此外，在上述實施方式中說明的致動器可以應用於機器人、FA設備及康復用具等設備，本發明也包含上述設備。
權利要求
1 一種致動器，其特徵在於，具備第一可動部，其利用第一流體的流入量的變動來動作；第一工作缸，其包含所述第一流體，且構成為能夠向所述第一可動部供給所述第一流體；活塞，其構成為向所述第一工作缸內的所述第一流體施加壓力； 電動機，其產生旋轉力；動力變換器，其將所述旋轉力變換為使所述活塞動作的力。
2.根據權利要求1所述的致動器，其特徵在於，所述致動器還具備安全裝置，該安全裝置構成為，當利用施加於所述第一可動部的力而對所述第一流體施加了壓力時，能夠使所述第一流體的一部分流入。
3.根據權利要求2所述的致動器，其特徵在於，所述安全裝置設置在所述第一可動部和所述第一工作缸之間且構成為能夠膨脹。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的致動器，其特徵在於， 所述致動器還具備壓力傳感器和電動機控制部，所述壓力傳感器對施加於所述第一流體的壓力進行測定，所述電動機控制部根據由所述壓力傳感器測定的壓力來控制由所述電動機產生的旋轉力。
5.根據權利要求1 4中任一項所述的致動器，其特徵在於， 所述致動器還具備第二可動部和第二工作缸，所述第二可動部利用第二流體的流入量的變動來動作，所述第二工作缸包含所述第二流體且構成為能夠向所述第二可動部供給所述第二流體，所述活塞構成為也向所述第二工作缸內的所述第二流體施加壓力。
全文摘要
本發明提供一種小規模且低價的致動器。本發明的一方式的光電變換裝置具備根據空氣的流入量的變動而動作的可動部(160)、包含空氣且根據施加於空氣的壓力而向可動部(160)送出空氣的工作缸(140)、對工作缸(140)內的空氣施加壓力的活塞(130)。進而，致動器具備產生旋轉力的電動機(100)、將該旋轉力變換為使活塞(130)動作的力的螺紋構件(110)及滑動螺母(120)。而且，空氣被封入可動部(160)、工作缸(140)及流體管(150)。
文檔編號F15B7/00GK102162474SQ20111004237
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月18日 優先權日2010年2月19日
發明者松本哲郎 申請人:精工愛普生株式會社