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JP5457112B2 - Fluid pressure actuator - Google Patents

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JP5457112B2 JP2009208932A JP2009208932A JP5457112B2 JP 5457112 B2 JP5457112 B2 JP 5457112B2 JP 2009208932 A JP2009208932 A JP 2009208932A JP 2009208932 A JP2009208932 A JP 2009208932A JP 5457112 B2 JP5457112 B2 JP 5457112B2
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Description

本発明は、第1の流体圧シリンダにより生成された流体圧を第2の流体圧シリンダに付与することにより第2の流体圧シリンダから駆動力を出力する流体圧アクチュエータに関する。   The present invention relates to a fluid pressure actuator that outputs a driving force from a second fluid pressure cylinder by applying a fluid pressure generated by a first fluid pressure cylinder to a second fluid pressure cylinder.

例えば、人間の手を模倣したハンド装置等においては、屈伸機能を有する複数の指機構を備えている。そして、従来、各指機構の屈伸動作を駆動するために、流体圧アクチュエータを用いたものが知られている(例えば下記特許文献1参照)。この流体圧アクチュエータは、第1の流体圧シリンダにより生成された流体圧を第2の流体圧シリンダに付与し、第2の流体圧シリンダから出力された駆動力により指機構の屈曲動作を行う。即ち、第1の流体圧シリンダと第2の流体圧シリンダとを流体圧伝達管を介して接続し、第2の流体圧シリンダを指機構が備える関節に付設させる。そして、第1の流体圧シリンダをハンド装置の外部に配設することにより、ハンド装置をコンパクトに構成している。   For example, a hand device or the like that imitates a human hand includes a plurality of finger mechanisms having a bending and stretching function. Conventionally, in order to drive the bending / extending operation of each finger mechanism, one using a fluid pressure actuator is known (for example, see Patent Document 1 below). The fluid pressure actuator applies the fluid pressure generated by the first fluid pressure cylinder to the second fluid pressure cylinder, and performs the bending operation of the finger mechanism by the driving force output from the second fluid pressure cylinder. That is, the first fluid pressure cylinder and the second fluid pressure cylinder are connected via the fluid pressure transmission pipe, and the second fluid pressure cylinder is attached to the joint provided in the finger mechanism. And the hand apparatus is comprised compactly by arrange | positioning the 1st fluid pressure cylinder outside the hand apparatus.

また、第1の流体圧シリンダは、ピストンの後端に連設されたボールねじと、このボールねじに螺合するナットとを備え、モータでナットを回転駆動することによりボールねじと共にピストンが往復動するように構成されている。   The first fluid pressure cylinder includes a ball screw connected to the rear end of the piston and a nut screwed into the ball screw, and the piston reciprocates together with the ball screw by rotating the nut with a motor. It is configured to move.

特開平8−126984号公報JP-A-8-126984

ところで、第1の流体圧シリンダは、ピストンによりシリンダ本体内部に形成される圧力室で流体圧を効率良く発生させるため、シリンダ本体内面に対してピストンを気密に摺接させて圧力室への外気の侵入等を防止する必要がある。そこで、ピストンの長さを大とし、ピストンの外径を略全長にわたってシリンダ本体の内径に対応させ、シリンダ本体の内面へのピストンの接触面積を大とすることで圧力室の気密性を得ることが考えられる。そして、ピストンの長さは、少なくともシリンダ本体内部の全長と同等とすることが好ましい。   By the way, in the first fluid pressure cylinder, in order to efficiently generate the fluid pressure in the pressure chamber formed inside the cylinder body by the piston, the piston is hermetically slidably contacted with the inner surface of the cylinder body, and the outside air to the pressure chamber is It is necessary to prevent intrusion of Therefore, the airtightness of the pressure chamber can be obtained by increasing the piston length, making the outer diameter of the piston correspond to the inner diameter of the cylinder body over almost the entire length, and increasing the contact area of the piston with the inner surface of the cylinder body. Can be considered. The length of the piston is preferably at least equivalent to the entire length inside the cylinder body.

しかし、上記従来のようにピストンの後端にボールねじを連設した構成では、ピストンの長さをシリンダ本体内部の全長と同等とした場合に、ボールねじが極めて長い距離にわたってピストンの後方に延出する。このため、第1の流体圧シリンダをコンパクトに構成することができない。   However, in the configuration in which a ball screw is connected to the rear end of the piston as in the conventional case, when the length of the piston is equal to the total length inside the cylinder body, the ball screw extends to the rear of the piston over a very long distance. Put out. For this reason, a 1st fluid pressure cylinder cannot be comprised compactly.

本発明は、かかる課題に鑑み、第1の流体圧シリンダにおいて流体圧を効率良く発生させることができ、しかも第1の流体圧シリンダをコンパクトに構成することができる流体圧アクチュエータを提供することを目的とする。   In view of such problems, the present invention provides a fluid pressure actuator that can efficiently generate fluid pressure in a first fluid pressure cylinder and that can be configured compactly. Objective.

本発明は、第1の流体圧シリンダにより生成された流体圧を第2の流体圧シリンダに付与することにより第2の流体圧シリンダから駆動力を出力する流体圧アクチュエータにおいて、前記第1の流体圧シリンダは、第1のシリンダ本体と、該第1のシリンダ本体の一方端から挿入されて進退自在の中空の第1のピストンと、該第1のピストンの進退移動を許容しつつ前記第1のシリンダ本体を閉塞するシール部材と、該第1のピストンの軸線に沿って該ピストン内に挿入されるボールねじと、該ボールねじに螺合し且つ前記第1のピストンに固設されたナットと、前記ボールねじを回転駆動することにより前記ナットを介して前記第1のピストンを進退させる回転駆動手段とを備え、前記第2の流体圧シリンダは、前記第1の流体圧シリンダからの作動用流体が供給される第2のシリンダ本体と、該第2のシリンダ本体内を往復動自在の第2のピストンと、該第2のピストンに連設され、該第2のピストンの往復動に伴う進退動作を駆動力として出力するピストンロッドとを備え、液状流体を前記作動用流体として用いてこの液状流体を貯留する流体貯留タンクを設け、前記第1の流体圧シリンダを、前記第1のシリンダ本体の前記一方端を上方として前記第1のピストンの後退方向が上方向となる姿勢に設け、該第1のシリンダ本体の上端部に、後退した前記第1のピストンの先端を非接触状態で収容する収容部を設け、該収容部に、前記流体貯留タンクに接続されて液状流体を導通させる導通孔と、該導通孔の上方に形成されて前記第1のシリンダ本体内部のエアを導出するエア抜き孔とを設けたことを特徴とする。 The present invention provides a fluid pressure actuator that outputs a driving force from a second fluid pressure cylinder by applying a fluid pressure generated by the first fluid pressure cylinder to the second fluid pressure cylinder. The pressure cylinder includes a first cylinder main body, a hollow first piston that is inserted from one end of the first cylinder main body and is freely movable back and forth, and the first piston is allowed to move forward and backward. A sealing member that closes the cylinder body of the cylinder, a ball screw inserted into the piston along the axis of the first piston, and a nut screwed into the ball screw and fixed to the first piston And a rotation drive means for advancing and retracting the first piston through the nut by rotating the ball screw, and the second fluid pressure cylinder is the first fluid pressure cylinder. A second cylinder body to which the working fluid is supplied, a second piston capable of reciprocating in the second cylinder body, a second piston connected to the second piston, A piston rod that outputs a forward / backward movement accompanying reciprocation as a driving force, a fluid storage tank is provided for storing the liquid fluid using the liquid fluid as the working fluid, and the first fluid pressure cylinder is The one end of the first cylinder body is set upward and the first piston is set in a posture in which the retracting direction of the first piston is upward, and the tip of the retracted first piston is attached to the upper end of the first cylinder body. A housing portion that is housed in a non-contact state is provided, and in the housing portion, a conduction hole that is connected to the fluid storage tank and conducts the liquid fluid, and is formed above the conduction hole and is disposed inside the first cylinder body. D to derive air Characterized by providing the vent hole.

上記構成により、回転駆動手段がボールねじを回転駆動すると、ボールねじの回転方向に応じてナットが移動する。ナットは第1のピストンに固設されているので、ナットと共に第1のピストンが移動する。第1のピストンの移動により第1のシリンダ本体で流体圧が生成され、この流体圧が前記第2の流体圧シリンダの第2のシリンダ本体に供給されて第2のピストンが作動する。   With the above configuration, when the rotation driving means rotates the ball screw, the nut moves according to the rotation direction of the ball screw. Since the nut is fixed to the first piston, the first piston moves together with the nut. As the first piston moves, fluid pressure is generated in the first cylinder body, and this fluid pressure is supplied to the second cylinder body of the second fluid pressure cylinder to operate the second piston.

そして、本発明においては、第1のピストンが中空に形成されていてその内部にボールねじが挿入するようになっているので、第1のピストンが後退したときにはボールねじが第1のピストンの内部に収容される。これによって、従来のようにボールねじをピストンに連設した構成とは異なり、第1の流体圧シリンダをコンパクトに構成しながら、第1のピストンを第1のシリンダ本体内部の全長と同等とすることができる。しかも、前記シール部材が設けられていることによって、第1のピストンが進退する際に、前記第1のシリンダ本体を閉塞した状態を確実に維持することができ、第1のシリンダ本体の気密性を向上して流体圧を効率良く発生させることができる。   In the present invention, since the first piston is formed hollow and the ball screw is inserted therein, the ball screw is inserted into the first piston when the first piston moves backward. Is housed in. Thus, unlike the conventional configuration in which the ball screw is continuously connected to the piston, the first piston is made equal to the total length inside the first cylinder body while the first fluid pressure cylinder is compactly configured. be able to. In addition, since the seal member is provided, when the first piston moves back and forth, the state in which the first cylinder body is closed can be reliably maintained, and the airtightness of the first cylinder body can be maintained. Thus, fluid pressure can be generated efficiently.

なお、前記作動用流体として採用されるものとして、エア等の気体や油等の液状流体が挙げられるが、第1の流体圧シリンダに対する第2の流体圧シリンダの応答性を考慮すると、非圧縮性流体である油等の液状流体を前記作動用流体として採用するのが望ましい。   Note that examples of the working fluid include a gas such as air and a liquid fluid such as oil. In consideration of the responsiveness of the second fluid pressure cylinder to the first fluid pressure cylinder, non-compression It is desirable to employ a liquid fluid such as oil as a working fluid as the working fluid.

ここで、前記作動用流体として液状流体を採用した場合に、第1のシリンダ本体内部の液状流体にエアが混入していると、第1の流体圧シリンダに対する第2の流体圧シリンダの応答性が低下するおそれがある。第1のシリンダ本体は、前記シール部材により閉塞されているためエアの混入は防止できる反面、万一他部から侵入したエアが液状流体に混入した場合には第1のシリンダ本体の内部からエアを抜くことが困難となる。   Here, when a liquid fluid is adopted as the working fluid, if air is mixed in the liquid fluid inside the first cylinder body, the response of the second fluid pressure cylinder to the first fluid pressure cylinder May decrease. Since the first cylinder body is closed by the sealing member, it is possible to prevent air from entering, but in the unlikely event that air that has entered from other parts enters the liquid fluid, the air is introduced from the inside of the first cylinder body. It becomes difficult to pull out.

さらに、本発明によれば、万一作動用流体たる液状流体に混入したエアが第1のシリンダ本体の内部に侵入しても、第1のピストンを後退させてその先端を前記収容部に収容するだけで、容易にエアを抜くことができる。即ち、前記第1のシリンダ本体がその一方端(第1のピストンの挿入側)を上方として前記第1のピストンの後退方向が上方向となる姿勢に設けられていることにより、第1のシリンダ本体内部のエアは上方側に向かう。第1のピストンを上方に後退させて、前記第1のシリンダ本体の上端部にある収容部に第1のピストンの先端を収容すると、収容部と第1のピストンの先端との間にエアが入り込む。そして、収容部と第1のピストンの先端との間に入り込んだエアは収容部に形成された前記エア抜き孔から第1のシリンダ本体の外部に導出される。 Further, according to the present invention , even if the air mixed in the liquid fluid as the working fluid enters the inside of the first cylinder body, the first piston is retracted and the tip thereof is accommodated in the accommodating portion. By simply doing, air can be easily removed. That is, the first cylinder main body is provided in a posture in which the one end (the first piston insertion side) is upward and the retracting direction of the first piston is the upward direction. The air inside the main body goes upward. When the first piston is retracted upward and the leading end of the first piston is accommodated in the accommodating portion at the upper end of the first cylinder body, air is generated between the accommodating portion and the leading end of the first piston. Get in. And the air which entered between the accommodating part and the front-end | tip of a 1st piston is derived | led-out outside the 1st cylinder main body from the said air vent hole formed in the accommodating part.

また、収容部には前記流体貯留タンクに接続された導通孔が形成されている。これによれば、第1のピストンを下方に前進させてその先端が前記収容部から脱出する際に、収容部が負圧となって流体貯留タンクの液状流体が収容部内に引き込まれるので、収容部のエアと液状流体とを置換して収容部に液状流体を充填することができる。従って、エアが抜けたことによる第1のシリンダ本体内部の液状流体の充填量の減少を防止することができる。   In addition, a conduction hole connected to the fluid storage tank is formed in the accommodating portion. According to this, when the first piston is moved downward and its tip escapes from the housing portion, the housing portion becomes negative pressure, and the liquid fluid in the fluid storage tank is drawn into the housing portion. The air in the part and the liquid fluid can be replaced to fill the container with the liquid fluid. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the filling amount of the liquid fluid inside the first cylinder body due to the air being released.

本発明の流体圧アクチュエータを採用した実施形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows embodiment which employ | adopted the fluid pressure actuator of this invention. 本実施形態の流体圧アクチュエータにより駆動する指機構を示す説明的断面図。Explanatory sectional drawing which shows the finger mechanism driven by the fluid pressure actuator of this embodiment. 流体圧アクチュエータの要部の説明的断面図。Explanatory sectional drawing of the principal part of a fluid pressure actuator. 流体圧アクチュエータの作動を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the action | operation of a fluid pressure actuator.

図1は、本発明の流体圧アクチュエータを駆動手段として採用したハンド装置1を示している。ハンド装置1は、人間の手を模倣したハンド本体2と、ハンド本体2を駆動する流体圧アクチュエータ3とにより構成され、所謂ヒューマノイドロボットに好適に用いることができるものである。   FIG. 1 shows a hand device 1 that employs the fluid pressure actuator of the present invention as a driving means. The hand device 1 includes a hand main body 2 imitating a human hand and a fluid pressure actuator 3 that drives the hand main body 2, and can be suitably used for a so-called humanoid robot.

ハンド本体2は、基部4と、5本の指に夫々対応する屈伸機能を有した5つの指機構である拇指機構5、示指機構6、中指機構7、環指機構8、及び小指機構9とを備えている。基部4は、各指機構を連結支持するフレーム10を備え、基部4の表側が手の甲とされ裏側が手の平とされる。図1においては、ハンド本体2の手の平側を示している。各指機構は、各関節を露出させて指表皮部材11により被覆され、基部4は基部表皮部材12により被覆されている。   The hand body 2 includes a base part 4, a thumb mechanism 5, an indicating finger mechanism 6, a middle finger mechanism 7, a ring finger mechanism 8, and a little finger mechanism 9, which are five finger mechanisms each having a bending and stretching function corresponding to five fingers. It has. The base 4 includes a frame 10 that connects and supports each finger mechanism, and the front side of the base 4 is the back of the hand and the back side is the palm. In FIG. 1, the palm side of the hand main body 2 is shown. Each finger mechanism is covered with a finger skin member 11 with each joint exposed, and the base portion 4 is covered with a base skin member 12.

流体圧アクチュエータ3は、拇指機構5、示指機構6、中指機構7、環指機構8、及び小指機構9の屈伸動作を駆動する。   The fluid pressure actuator 3 drives the bending / extending operation of the thumb mechanism 5, the index finger mechanism 6, the middle finger mechanism 7, the ring finger mechanism 8, and the little finger mechanism 9.

ここで、示指機構6の構成について説明する。示指機構6は、図2に示すように、指先側から順に、DIP関節13(遠位指節間関節)、PIP関節14(近位指節間関節)、MP1関節15、及びMP2関節16を備えて、各関節毎に回動自在とされている。   Here, the configuration of the index finger mechanism 6 will be described. As shown in FIG. 2, the index finger mechanism 6 includes a DIP joint 13 (distal interphalangeal joint), a PIP joint 14 (proximal interphalangeal joint), an MP1 joint 15 and an MP2 joint 16 in this order from the fingertip side. In addition, each joint is rotatable.

DIP関節13は1軸で回動し、PIP関節14はDIP関節13と平行の軸線回りに1軸で回動する。MP1関節15及びMP2関節16は2軸で回動する中手指節関節を構成するものであって、MP1関節15はPIP関節14と平行の軸線回りに回動し、MP2関節16はMP1関節15に交差する軸線回りに回動する。   The DIP joint 13 rotates about one axis, and the PIP joint 14 rotates about one axis parallel to the DIP joint 13. The MP1 joint 15 and the MP2 joint 16 constitute a metacarpophalangeal joint that rotates about two axes. The MP1 joint 15 rotates about an axis parallel to the PIP joint 14, and the MP2 joint 16 is an MP1 joint 15. It rotates around an axis that intersects with.

DIP関節13と、PIP関節14と、MP1関節15とは、基部4の手の平側に向かう方向に回動して握り動作等の屈伸運動が行えるようになっている。MP2関節16は、各指機構同士が近接・離間する方向に各指機構を揺動させ、例えば手を広げる動作等が行えるようになっている。   The DIP joint 13, the PIP joint 14, and the MP1 joint 15 are configured to rotate in a direction toward the palm side of the base 4 to perform bending and stretching movements such as a gripping operation. The MP2 joint 16 can swing each finger mechanism in a direction in which each finger mechanism approaches or separates, for example, an operation of spreading a hand.

図2に示すように、示指機構6は、MP1関節15の回動軸151を回動させる第1の従動流体圧シリンダ23(第2の流体圧シリンダ)と、PIP関節14の回動軸141を回動させる第2の従動流体圧シリンダ24(第2の流体圧シリンダ)とを備えている。   As shown in FIG. 2, the finger mechanism 6 includes a first driven fluid pressure cylinder 23 (second fluid pressure cylinder) that rotates the rotation shaft 151 of the MP1 joint 15 and a rotation shaft 141 of the PIP joint 14. And a second driven fluid pressure cylinder 24 (second fluid pressure cylinder).

第1の従動流体圧シリンダ23のシリンダ本体231(第2のシリンダ本体)は、人間の中手骨に相当し、MP2関節16の回動軸161により回動自在に前記基部4のフレーム10(図1参照)に支持されている。第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241(第2のシリンダ本体)は、人間の基節骨に相当し、MP1関節15の回動軸151を介して第1の従動流体圧シリンダ23に回動自在に連結されている。   A cylinder main body 231 (second cylinder main body) of the first driven fluid pressure cylinder 23 corresponds to a human metacarpal bone, and can be freely rotated by a rotation shaft 161 of the MP2 joint 16 in the frame 10 ( (See FIG. 1). The cylinder body 241 (second cylinder body) of the second driven fluid pressure cylinder 24 corresponds to a human proximal phalanx, and is connected to the first driven fluid pressure cylinder 23 via the rotation shaft 151 of the MP1 joint 15. It is pivotally connected.

第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241に作動用流体である作動油を供給する配管244は、MP1関節15の回動軸151の内部に収容されている。これにより、MP1関節15の回動時に配管244が邪魔にならず、示指機構6の屈伸動作を円滑に行うことができる。   A pipe 244 that supplies hydraulic oil, which is a working fluid, to the cylinder body 241 of the second driven fluid pressure cylinder 24 is housed inside the rotation shaft 151 of the MP1 joint 15. Thereby, the piping 244 does not get in the way when the MP1 joint 15 is rotated, and the bending operation of the index finger mechanism 6 can be performed smoothly.

また、第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241を示指機構6の長手方向に沿ってMP1関節15とPIP関節14との間に配設することにより、示指機構6をコンパクトに構成することができる。   In addition, by arranging the cylinder body 241 of the second driven fluid pressure cylinder 24 between the MP1 joint 15 and the PIP joint 14 along the longitudinal direction of the finger mechanism 6, the finger mechanism 6 can be configured in a compact manner. Can do.

PIP関節14には、人間の中節骨に相当する連結部材25を介してDIP関節13が連結されている。DIP関節13の回動軸131には、指先部材22が回動自在に連結されている。連結部材25は、その一端がPIP関節14の回動軸141に回動自在に連結され、他端がDIP関節13の回動軸131に連結されている。更に、PIP関節14とDIP関節13との間には、リンク部材27が設けられている。リンク部材27は、第2の従動流体圧シリンダ24のシリンダ本体241と指先部材22とを連結する。   The DIP joint 13 is connected to the PIP joint 14 via a connecting member 25 corresponding to a human middle phalanx. The fingertip member 22 is rotatably connected to the rotation shaft 131 of the DIP joint 13. One end of the connecting member 25 is rotatably connected to the rotating shaft 141 of the PIP joint 14, and the other end is connected to the rotating shaft 131 of the DIP joint 13. Further, a link member 27 is provided between the PIP joint 14 and the DIP joint 13. The link member 27 connects the cylinder body 241 of the second driven fluid pressure cylinder 24 and the fingertip member 22.

第1の従動流体圧シリンダ23は、シリンダ本体231内部に作動油が供給されることによりピストン232(第2のピストン)が摺動し、ピストンロッド233が伸縮してMP1関節15を回動させる。これにより、示指機構6がMP1関節15を介して屈伸する。   In the first driven fluid pressure cylinder 23, when the hydraulic oil is supplied into the cylinder body 231, the piston 232 (second piston) slides, and the piston rod 233 expands and contracts to rotate the MP1 joint 15. . Thereby, the index finger mechanism 6 bends and stretches via the MP1 joint 15.

第2の従動流体圧シリンダ24は、シリンダ本体241内部に作動油が供給されることによりピストン242(第2のピストン)が摺動し、ピストンロッド243が伸縮してPIP関節14を回動させる。このとき、PIP関節14とDIP関節13とが、連結部材25とリンク部材27とにより連結されているので、第2の従動流体圧シリンダ24によるPIP関節14の回動に追従してDIP関節13が回動する。   In the second driven fluid pressure cylinder 24, when the hydraulic oil is supplied into the cylinder body 241, the piston 242 (second piston) slides and the piston rod 243 expands and contracts to rotate the PIP joint 14. . At this time, since the PIP joint 14 and the DIP joint 13 are connected by the connecting member 25 and the link member 27, the DIP joint 13 follows the rotation of the PIP joint 14 by the second driven fluid pressure cylinder 24. Rotate.

DIP関節13は、第2の従動流体圧シリンダ24によるPIP関節14の回動に連動するように構成されているので、人間の指の動きに近い動作が得られるだけでなく、DIP関節13を駆動するためのシリンダ等が不要となり、示指機構6を軽量に構成することができる。   Since the DIP joint 13 is configured to be interlocked with the rotation of the PIP joint 14 by the second driven fluid pressure cylinder 24, not only can the operation be similar to the movement of a human finger, A cylinder or the like for driving becomes unnecessary, and the index finger mechanism 6 can be configured to be lightweight.

以上の構成により、示指機構6は、第1の従動流体圧シリンダ23及び第2の従動流体圧シリンダ24のピストンロッド231,241を伸長させることにより折り曲げ状態となり、ピストンロッド231,241を収縮させることにより延ばし状態となる。なお、示指機構6のMP2関節16は、図外の第3の従動流体圧シリンダにより回動される。   With the above configuration, the finger mechanism 6 is bent by extending the piston rods 231 and 241 of the first driven fluid pressure cylinder 23 and the second driven fluid pressure cylinder 24 and contracts the piston rods 231 and 241. It will be in an extended state. The MP2 joint 16 of the finger mechanism 6 is rotated by a third driven fluid pressure cylinder (not shown).

以上、示指機構6の構成を詳しく述べたが、他の指機構も略同様の構成を備えているのでその説明を省略する。   Although the structure of the index finger mechanism 6 has been described in detail above, the other finger mechanisms have substantially the same structure, and thus description thereof is omitted.

流体圧アクチュエータ3は、図1に示すように、ハンド本体2の外部に設けられた駆動シリンダユニット35と、この駆動シリンダユニット35を介してハンド本体2を制御するコントローラ36と、前述した示指機構6の従動流体圧シリンダ23,24を従動流体圧シリンダ含む各指機構の従動流体圧シリンダにより構成される。   As shown in FIG. 1, the fluid pressure actuator 3 includes a drive cylinder unit 35 provided outside the hand body 2, a controller 36 for controlling the hand body 2 via the drive cylinder unit 35, and the above-described finger mechanism. 6 driven fluid pressure cylinders 23 and 24 are constituted by driven fluid pressure cylinders of each finger mechanism including the driven fluid pressure cylinders.

駆動シリンダユニット35は、図1に示すように、複数の駆動流体圧シリンダ37を備えている。駆動シリンダユニット35の各駆動流体圧シリンダ37は、ハンド本体2に内蔵されている前述の従動流体圧シリンダ23,24に、1つずつ対応して設けられ、駆動シリンダユニット35の各駆動流体圧シリンダ37とハンド本体2の各従動流体圧シリンダ23,24とは夫々が流体圧伝達管45を介して各別に接続される。即ち、駆動流体圧シリンダ37は本発明の第1の流体圧シリンダであり、従動流体圧シリンダ23,24は本発明の第2の流体圧シリンダである。   As shown in FIG. 1, the drive cylinder unit 35 includes a plurality of drive fluid pressure cylinders 37. Each drive fluid pressure cylinder 37 of the drive cylinder unit 35 is provided corresponding to each of the driven fluid pressure cylinders 23 and 24 built in the hand body 2, and each drive fluid pressure of the drive cylinder unit 35 is provided. The cylinder 37 and each driven fluid pressure cylinder 23, 24 of the hand body 2 are connected to each other via a fluid pressure transmission pipe 45. That is, the driving fluid pressure cylinder 37 is the first fluid pressure cylinder of the present invention, and the driven fluid pressure cylinders 23 and 24 are the second fluid pressure cylinder of the present invention.

駆動流体圧シリンダ37は、図3に示すように、内部に作動用流体としての作動油を収容するシリンダ本体371(第1のシリンダ本体)と、シリンダ本体371の内部に作動油による圧力室37aを形成して往復動自在のピストン372(第1のピストン)とを備えている。ピストン372は、先端が閉塞され、基端が開放された中空の胴部372aを備えている。胴部372aは、シリンダ本体371の全長に相当する長さを有し、その周壁がシリンダ本体371の内径に摺接する外径に形成されている。胴部372aの先端には、ゴム製のガスケット372bが設けられている。   As shown in FIG. 3, the driving fluid pressure cylinder 37 includes a cylinder main body 371 (first cylinder main body) that stores hydraulic oil as an operating fluid therein, and a pressure chamber 37 a made of hydraulic oil in the cylinder main body 371. And a reciprocating piston 372 (first piston). The piston 372 includes a hollow body 372a having a distal end closed and a proximal end opened. The body portion 372a has a length corresponding to the entire length of the cylinder body 371, and a peripheral wall thereof is formed to have an outer diameter that is in sliding contact with the inner diameter of the cylinder body 371. A rubber gasket 372b is provided at the tip of the body portion 372a.

また、ピストン372の胴部372aの開放された一方端からは、胴部372aの軸線に沿ってボールねじ38が挿入され、ボールねじ38に螺合するナット39が胴部372aに固設されている。ボールねじ38は、モータ40(回転駆動手段)により回転駆動され、これによりナット39を介してピストン372が進退される。また、モータ40には、作動量を検出するためのエンコーダ41が設けられている。   Also, a ball screw 38 is inserted along the axis of the body 372a from the open end of the body 372a of the piston 372, and a nut 39 screwed to the ball screw 38 is fixed to the body 372a. Yes. The ball screw 38 is rotationally driven by a motor 40 (rotation drive means), and thereby the piston 372 is advanced and retracted via the nut 39. The motor 40 is provided with an encoder 41 for detecting the operation amount.

モータ40は、プーリ42,43に掛けわたされたベルト44を介してボールねじ38を回転駆動する。これにより、モータ40の出力軸401とピストン372の胴部372aとの軸線が平行となり、モータ40をシリンダ本体371に隣設することができてコンパクトに形成される。   The motor 40 rotationally drives the ball screw 38 via a belt 44 hung on the pulleys 42 and 43. Thereby, the axis line of the output shaft 401 of the motor 40 and the trunk | drum 372a of the piston 372 becomes parallel, and the motor 40 can be provided adjacent to the cylinder main body 371, and it forms compactly.

駆動流体圧シリンダ37は、シリンダ本体371の前記一方端を上方としてのピストン372の後退方向が上方向となる姿勢(即ち、圧力室37aが下側に位置する姿勢)に設けられている。駆動流体圧シリンダ37には、上方に後退したピストン372を回転不能の状態で上下方向に案内するガイド部材373が連設され、ガイド部材373の上端にはベアリング45を介してボールねじ38を回転自在に支持する支持部材46が連設されている。   The driving fluid pressure cylinder 37 is provided in a posture in which the retreating direction of the piston 372 is upward with the one end of the cylinder body 371 as the upper side (that is, a posture in which the pressure chamber 37a is located on the lower side). The driving fluid pressure cylinder 37 is continuously provided with a guide member 373 for vertically guiding the piston 372 retracted upward in a non-rotatable state. A ball screw 38 is rotated via a bearing 45 at the upper end of the guide member 373. A support member 46 that is freely supported is provided continuously.

ガイド部材373とシリンダ本体371との間には、ピストン372の外周に接してシールする環状のシール部材47を備えてガイド部材373とシリンダ本体371とを連結する連結ブロック374が一体に設けられている。こうすることにより、ピストン372の進退動作時であってもシール部材47によりシリンダ本体371の閉塞された状態が確実に維持され、シリンダ本体371の気密性を向上して作動油圧を効率良く発生させることができる。   Between the guide member 373 and the cylinder body 371, an annular seal member 47 that seals in contact with the outer periphery of the piston 372 is provided, and a connecting block 374 that connects the guide member 373 and the cylinder body 371 is integrally provided. Yes. By doing so, even when the piston 372 is moving forward and backward, the cylinder body 371 is reliably kept closed by the seal member 47, and the air tightness of the cylinder body 371 is improved and the operating hydraulic pressure is efficiently generated. be able to.

また、連結ブロック374の内周面には、シリンダ本体371よりも内径が大とされてシリンダ本体371の上端側に後退したピストン372の先端部を収容する収容部374aが形成されており、シリンダ本体371の上端にはシリンダ本体371の圧力室37aから次第に各径して収容部374aに連続するテーパ部37bが形成されている。収容部374aは、ピストン372との間に空隙sを形成し、収容部374aにピストン372の先端部が収容されたときには、シリンダ本体371の圧力室37aがテーパ部37bを介して収容部374aとピストン372との間の空隙sに連通する。   Further, the inner peripheral surface of the connecting block 374 is formed with an accommodating portion 374a that accommodates the tip portion of the piston 372 having an inner diameter larger than that of the cylinder body 371 and retracted toward the upper end side of the cylinder body 371. At the upper end of the main body 371, a tapered portion 37b is formed which gradually increases in diameter from the pressure chamber 37a of the cylinder main body 371 and continues to the accommodating portion 374a. The accommodating portion 374a forms a gap s between the piston 372, and when the distal end portion of the piston 372 is accommodated in the accommodating portion 374a, the pressure chamber 37a of the cylinder body 371 is connected to the accommodating portion 374a via the tapered portion 37b. The air gap s communicates with the piston 372.

また、駆動シリンダユニット35は、各駆動流体圧シリンダ37に接続される流体貯留タンク48を備えている。流体貯留タンク48は、作動用流体として用いる作動油(液状流体)を貯留する。そして、前記収容部374aには、流体貯留タンク48に第1配管481を介して接続されて作動油を導通させる導通孔374bと、該導通孔374bの上方に形成されてシリンダ本体371内部のエアを収容部374aから導出するエア抜き孔374cとが形成されている。エア抜き孔374cは、第2配管482を介して流体貯留タンク48に接続されている。なお、第1配管481は流体貯留タンク48内の作動油の貯留位置に接続され、第2配管482は流体貯留タンク48の作動油上のエア溜まりの位置に接続されている。   In addition, the drive cylinder unit 35 includes a fluid storage tank 48 connected to each drive fluid pressure cylinder 37. The fluid storage tank 48 stores hydraulic oil (liquid fluid) used as an operating fluid. The accommodating portion 374a is connected to the fluid storage tank 48 via the first pipe 481 and has a conduction hole 374b through which the hydraulic oil is conducted, and is formed above the conduction hole 374b so that the air inside the cylinder body 371 is formed. And an air vent hole 374c leading out from the housing portion 374a. The air vent hole 374 c is connected to the fluid storage tank 48 via the second pipe 482. The first pipe 481 is connected to a hydraulic oil storage position in the fluid storage tank 48, and the second pipe 482 is connected to an air reservoir position on the hydraulic oil in the fluid storage tank 48.

以上の構成により、図4(a)及び(b)に模式的に示すように、駆動流体圧シリンダ37の内部に流体を送出・吸入すれば、それに対応して各従動流体圧シリンダ23(24)では流体が圧入・排出され、従動流体圧シリンダ37による指機構6の駆動が行われる。このとき、コントローラ36がモータ40を介して駆動流体圧シリンダ37における流体の送出量及び吸入量を制御することにより、従動流体圧シリンダ23(24)によって指機構6に所望の屈伸作動を行わせることができる。なお、指機構6だけでなく、指機構6と同様の構成を有する他の指機構5,7,8,9においても同様に動作させることができる。   With the above configuration, as shown schematically in FIGS. 4 (a) and 4 (b), if the fluid is sent and sucked into the driving fluid pressure cylinder 37, each of the driven fluid pressure cylinders 23 (24) corresponds to that. ), The fluid is press-fitted and discharged, and the finger mechanism 6 is driven by the driven fluid pressure cylinder 37. At this time, the controller 36 controls the fluid delivery amount and the suction amount in the driving fluid pressure cylinder 37 via the motor 40, thereby causing the finger mechanism 6 to perform a desired bending and stretching operation by the driven fluid pressure cylinder 23 (24). be able to. Note that not only the finger mechanism 6 but also other finger mechanisms 5, 7, 8, 9 having the same configuration as the finger mechanism 6 can be operated similarly.

更に、図3に示すように、駆動流体圧シリンダ37のシリンダ本体371は、圧力室37aが下側に位置する姿勢に設けられていることにより、万一作動油に混入したエアがシリンダ本体371の内部に侵入しても、エアはシリンダ本体371の上方に向かう。従って、ピストン372を後退させてその先端を収容部374aに収容することによって、シリンダ本体371の圧力室37aのエアがテーパ部37bを介して収容部374aとピストン372との間の空隙sに入り込み、エア抜き孔374cから流体貯留タンク48のエア溜まりに排出される。   Further, as shown in FIG. 3, the cylinder main body 371 of the driving fluid pressure cylinder 37 is provided in a posture in which the pressure chamber 37a is positioned on the lower side, so that air mixed into the hydraulic oil should be prevented from being generated. Even if it enters the interior of the cylinder, air is directed upward of the cylinder body 371. Therefore, by retracting the piston 372 and accommodating the tip of the piston 372 in the accommodating portion 374a, the air in the pressure chamber 37a of the cylinder body 371 enters the gap s between the accommodating portion 374a and the piston 372 via the tapered portion 37b. The air is discharged from the air vent hole 374c to the air reservoir of the fluid storage tank 48.

そして、ピストン372が下方に移動すると、ピストン372の先端がテーパ部37bを経てシリンダ本体371の圧力室37aに入り、エアが排出された圧力室37aにより確実に作動油圧を得ることができる。しかも、ピストン372がテーパ部37bから圧力室37aに侵入するとき、収容部374aが負圧となって流体貯留タンク48の作動油が収容部374a内に引き込まれるので、収容部374aに作動油を充填することができる。従って、エアが抜けたことによるシリンダ371本体内部の作動油の充填量の減少を防止することができる。   When the piston 372 moves downward, the tip of the piston 372 enters the pressure chamber 37a of the cylinder body 371 through the taper portion 37b, and the operating hydraulic pressure can be reliably obtained by the pressure chamber 37a from which the air is discharged. Moreover, when the piston 372 enters the pressure chamber 37a from the tapered portion 37b, the accommodating portion 374a becomes negative pressure, and the hydraulic oil in the fluid storage tank 48 is drawn into the accommodating portion 374a. Can be filled. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the amount of hydraulic oil filled in the cylinder 371 main body due to the release of air.

なお、本実施形態においては、本発明の流体圧アクチュエータを人間の手を模倣した指機構に採用した例を示したが、これに限るものではなく、例えば、他の屈曲機構等の駆動源として本発明の流体圧アクチュエータを好適に採用することができる。   In the present embodiment, the fluid pressure actuator of the present invention is applied to a finger mechanism imitating a human hand. However, the present invention is not limited to this. For example, as a drive source for other bending mechanisms or the like. The fluid pressure actuator of the present invention can be suitably employed.

3…流体圧アクチュエータ、23,24…従動流体圧シリンダ(第2の流体圧シリンダ)、231,241…シリンダ本体(第2のシリンダ本体)、232,242…ピストン(第2のピストン)、233,243…ピストンロッド、37…駆動流体圧シリンダ(第1の流体圧シリンダ)、371…シリンダ本体(第1のシリンダ本体)、372…ピストン(第1のピストン)、374a…収容部、374b…導通孔、374c…エア抜き孔、38…ボールねじ、39…ナット、40…モータ(回転駆動手段)、47…シール部材、48…流体貯留タンク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Fluid pressure actuator, 23, 24 ... Driven fluid pressure cylinder (2nd fluid pressure cylinder), 231, 241 ... Cylinder main body (2nd cylinder main body), 232, 242 ... Piston (2nd piston), 233 , 243 ... Piston rod, 37 ... Driving fluid pressure cylinder (first fluid pressure cylinder), 371 ... Cylinder body (first cylinder body), 372 ... Piston (first piston), 374a ... Housing, 374b ... Conduction hole, 374c ... Air vent hole, 38 ... Ball screw, 39 ... Nut, 40 ... Motor (rotation drive means), 47 ... Seal member, 48 ... Fluid storage tank.

Claims (1)

第1の流体圧シリンダにより生成された流体圧を第2の流体圧シリンダに付与することにより第2の流体圧シリンダから駆動力を出力する流体圧アクチュエータにおいて、
前記第1の流体圧シリンダは、第1のシリンダ本体と、該第1のシリンダ本体の一方端から挿入されて進退自在の中空の第1のピストンと、該第1のピストンの進退移動を許容しつつ前記第1のシリンダ本体を閉塞するシール部材と、該第1のピストンの軸線に沿って該第1のピストン内に挿入されるボールねじと、該ボールねじに螺合し且つ前記第1のピストンに固設されたナットと、前記ボールねじを回転駆動することにより前記ナットを介して前記第1のピストンを進退させる回転駆動手段とを備え、
前記第2の流体圧シリンダは、前記第1の流体圧シリンダからの作動用流体が供給される第2のシリンダ本体と、該第2のシリンダ本体内を往復動自在の第2のピストンと、該第2のピストンに連設され、該第2のピストンの往復動に伴う進退動作を駆動力として出力するピストンロッドとを備え
液状流体を前記作動用流体として用いてこの液状流体を貯留する流体貯留タンクを設け、
前記第1の流体圧シリンダを、前記第1のシリンダ本体の前記一方端を上方として前記第1のピストンの後退方向が上方向となる姿勢に設け、
該第1のシリンダ本体の上端部に、後退した前記第1のピストンの先端を非接触状態で収容する収容部を設け、
該収容部に、前記流体貯留タンクに接続されて液状流体を導通させる導通孔と、該導通孔の上方に形成されて前記第1のシリンダ本体内部のエアを導出するエア抜き孔とを設けたことを特徴とする流体圧アクチュエータ。
In the fluid pressure actuator that outputs the driving force from the second fluid pressure cylinder by applying the fluid pressure generated by the first fluid pressure cylinder to the second fluid pressure cylinder,
The first fluid pressure cylinder allows a first cylinder main body, a hollow first piston inserted from one end of the first cylinder main body to freely advance and retreat, and a forward and backward movement of the first piston. However, a seal member that closes the first cylinder body, a ball screw inserted into the first piston along the axis of the first piston, and screwed into the ball screw and the first A nut fixed to the piston, and rotation drive means for rotating the first screw through the nut by driving the ball screw to rotate.
The second fluid pressure cylinder includes a second cylinder body to which the working fluid from the first fluid pressure cylinder is supplied, a second piston capable of reciprocating in the second cylinder body, A piston rod that is connected to the second piston and outputs a forward / backward movement accompanying the reciprocating motion of the second piston as a driving force ;
Providing a fluid storage tank for storing the liquid fluid using the liquid fluid as the working fluid;
The first fluid pressure cylinder is provided in a posture in which the one end of the first cylinder body is upward and the retreating direction of the first piston is upward.
An upper end portion of the first cylinder main body is provided with an accommodating portion for accommodating the retracted tip of the first piston in a non-contact state,
The accommodating portion is provided with a conduction hole that is connected to the fluid storage tank and conducts the liquid fluid, and an air vent hole that is formed above the conduction hole and leads the air inside the first cylinder body. A fluid pressure actuator.
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