アクチュエータ及び該アクチュエータを用いた跳躍装置
【課題】ばねの性質と空気の性質を有するアクチュエータを提供すること、また、このアクチュエータを用いて、重量物を跳躍させ、跳躍タイミング、跳躍高さ及び方向を制御することも可能な跳躍装置を提供する。
【解決手段】支持端２，２の間に繊維を有した中空ゴム材３が配置された空気圧ゴム人工筋１ａをアクチュエータとして用い、中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら張力を加えて中空ゴム材３を伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことで瞬発力を得る。また、このアクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａ、他の空気圧ゴム人工筋１ｂ、上腿部材１３、下腿部材１６、足部１８を備え、空気圧ゴム人工筋１ａが上腿部材１３と共に上腿部１２を構成し、他の空気圧ゴム人工筋１ｂが下腿部材１６と共に下腿部１５を構成し、跳躍装置１０を人の脚を模した構造とした。
【解決手段】支持端２，２の間に繊維を有した中空ゴム材３が配置された空気圧ゴム人工筋１ａをアクチュエータとして用い、中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら張力を加えて中空ゴム材３を伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことで瞬発力を得る。また、このアクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａ、他の空気圧ゴム人工筋１ｂ、上腿部材１３、下腿部材１６、足部１８を備え、空気圧ゴム人工筋１ａが上腿部材１３と共に上腿部１２を構成し、他の空気圧ゴム人工筋１ｂが下腿部材１６と共に下腿部１５を構成し、跳躍装置１０を人の脚を模した構造とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばねと空気の両方の性質を有するアクチュエータ、及びこのアクチュエータを用いた跳躍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の跳躍装置の多くは、圧縮空気やばねを用いて、力学的エネルギーを蓄積し、この蓄積した力学的エネルギーを解放することにより、跳躍を実現させている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、シリンダの一端にピストン状のロッドが出没可能に収納され、シリンダ内にピストン状のロッドを突出方向に付勢するばねが収納されるとともに、シリンダの他端に軸方向に延出してＴ字状のハンドル軸が設けられ、シリンダの一端側の外周に径方向に延出した足乗せのステップが設けられた跳躍装置（ホッピング）が開示されている。このホッピングによれば、装置に力を与えて空気を圧縮し、この圧縮した空気の反力により、人体を跳躍させることができる。
【０００４】
また、例えば下記特許文献２には、外殻を構成する回転構造体からなるカプセルと、カプセル内に装着された跳躍手段及び回転手段を備えた跳躍装置（跳躍・回転移動体）が開示されている。跳躍手段は、カプセルに対して回転可能に設けたシリンダからなる。また、回転手段は、シリンダをその軸に対して直角なＸ軸廻り及びＹ軸廻りにそれぞれ回転させるＸ軸モータ及びＹ軸モータからなる。この跳躍・回転移動体によれば、空気圧タンクに圧縮空気を蓄積し、空気圧アクチュエータに圧縮空気を一気に加えることにより、跳躍を実現させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３５６２５号公報
【特許文献２】特開２００４−９１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の跳躍装置にうち、上記特許文献１に開示される跳躍装置（ホッピング）は、空気をばねのように扱っていることから、大きな反力が発生して人の体重ほどの重量物を跳躍させることが可能となるが、その反力（特にタイミング）を制御することができず、したがって、反力が発生するタイミングでしか跳躍を行うことができないものであった。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示される跳躍装置（跳躍・回転移動体）は、跳躍タイミングや跳躍高さなどを制御することはできるが、駆動源となる空気圧アクチュエータに流入可能な圧縮空気の流量や、空気圧アクチュエータが発生可能な力に限界があるため、現時点では、重量が数十ｋｇもあるような重量物を跳躍させるには至っていない。
【０００８】
そこで本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、跳躍高さ及び方向が制御可能な空気の性質を有するアクチュエータを提供すること、また、このアクチュエータを用いて、重量物を跳躍させることができ、跳躍タイミング、跳躍高さ及び方向を制御することも可能な跳躍装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明に係る請求項１記載のアクチュエータは、二つの支持端２，２の間に繊維を有した中空ゴム材３が配置され、前記中空ゴム材３の内部に圧縮空気が流入されると該中空ゴム材３の径が拡張してその長さが短縮するとともに、前記中空ゴム材３の圧縮空気が流出されると該中空ゴム材３の径が収縮して元の長さに伸長する空気圧ゴム人工筋１（１ａ）をアクチュエータとして用い、
前記中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、該中空ゴム材３をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、該伸長させた状態から前記張力を取り除くことで瞬発力を得ることを特徴としている。
【００１０】
これまで、空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３が短縮することで得られる力を利用して、主に人の腕などの屈筋を補助する装置などに用いられていた。ところが、この場合は、中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、中空ゴム材３をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことにより、所望のタイミングでばねのような瞬発力を発生させる。
【００１１】
請求項２記載の跳躍装置は、請求項１記載のアクチュエータを用いた跳躍装置であって、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと、他の空気圧ゴム人工筋１ｂと、その一端部が回動自在に設けられた上腿部材１３と、該上腿部材１３の他端部に一端部が回動自在に連結された下腿部材１６と、該下腿部材１６の他端部に一端部が回動自在に連結された足部１８と、を備え、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、前記上腿部材１３の前側に配置され、該上腿部材１３と共に上腿部１２を構成し、一方の前記支持端２が前記上腿部材１３の回動部１４に接続されるとともに、他方の前記支持端２が前記上腿部材１３と前記下腿部材１６の回動連結部１７よりも前側にて該下腿部材１６に接続され、
前記他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、前記下腿部材１６の後側に配置され、該下腿部材１６と共に下腿部１５を構成し、一端が前記上腿部材１３と前記下腿部材１６の回動連結部１７よりも後側にて該上腿部材１３に接続されるとともに、他端が前記下腿部材１６と前記足部１８の回動連結部１９よりも後側にて該足部１８に接続されたことを特徴としている。
【００１２】
すなわち、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａが大腿四頭筋に相当するとともに、他の空気圧ゴム人工筋１ｂが腓腹筋に相当し、全体として、人の脚の構造を模した跳躍装置となる。
【００１３】
アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に圧縮空気が流入されると、中空ゴム材３は短縮する。このとき、中空ゴム材３の内部圧力は上昇する。短縮する中空ゴム材３に張力を加えて、中空ゴム材３を、高い内部圧力を保持したまま伸長させた状態とする。このとき、跳躍装置１０は、人が跳躍しようとして脚を曲げたような姿勢となる。アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に加えた張力を取り除くと、跳躍装置１０は、人が跳躍するような動作で跳躍する。
【００１４】
また、中空ゴム材３に加えた張力を使用者の所望のタイミングで取り除くことができる。
【００１５】
請求項３記載の跳躍装置は、請求項２記載の跳躍装置において、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの前記中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴としている。
【００１６】
大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、跳躍高さが制御可能となる。
【００１７】
請求項４記載の跳躍装置は、請求項２又は３記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋１ｂを構成する中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴としている。
【００１８】
腓腹筋に相当する、他の空気圧ゴム人工筋１ｂの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、（前後の）跳躍方向が制御可能となる。
【００１９】
請求項５記載の跳躍装置は、請求項２又は３記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋１ｂに換えて、伸縮性を有する他の弾性体を備えたことを特徴としている。
【００２０】
他の空気圧ゴム人工筋１ｂに換えて、伸縮性を有する他の弾性体としても、空気圧ゴム人工筋１ｂの場合と同様、この弾性体は人の腓腹筋のように機能する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るアクチュエータによれば、空気圧ゴム人工筋の中空ゴム材に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、中空ゴム材をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことにより、ばねのような瞬発力を発生させる。これにより、空気圧ゴム人工筋は、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、中空ゴム材の内部圧力が制御可能な空気の性質を有するアクチュエータとなる。
【００２２】
また、本発明に係る跳躍装置は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋が大腿四頭筋に相当するとともに、他の空気圧ゴム人工筋が腓腹筋に相当し、全体として、人の脚の構造を模した跳躍装置となる。したがって、本発明に係る跳躍装置によれば、大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋が、上述したように、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、跳躍高さ及び方向が制御可能な空気の性質を有することにより、重量物を跳躍させることができ、跳躍タイミング、跳躍高さ及び方向を制御することも可能となる。
【００２３】
さらに、大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋の中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、跳躍高さが制御可能となる。
【００２４】
また、腓腹筋に相当する、他の空気圧ゴム人工筋の中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、（前後の）跳躍方向が制御可能となる。
【００２５】
さらに、他の空気圧ゴム人工筋に換えて、ばねやワイヤーなどの伸縮性を有する他の弾性体としても、空気圧ゴム人工筋の場合と同様にこの弾性体は人の腓腹筋のように機能し、跳躍装置を跳躍させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ），（ｂ）空気圧ゴム人工筋の説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）本発明に係るアクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋の説明図である。
【図３】アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋と通常用途の空気圧ゴム人工筋の力の発生タイミングを比較する図（グラフ）である。
【図４】本発明に係る跳躍装置の実施の形態を示す図（側面図）である。
【図５】同実施の形態の機能ブロック図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）同実施の形態の跳躍動作を示す図である。
【図７】同実施の形態の跳躍の高さ及び方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
「アクチュエータ」
まず、本発明に係るアクチュエータを図１乃至３を参照して説明する。このアクチュエータには空気圧ゴム人工筋１を用いている。
【００２８】
図１に示すように、空気圧ゴム人工筋１は、二つの支持端２，２の間にナイロンなどの繊維を有した中空ゴム材３が配置されてなる。この例では、ナイロン繊維は、中空ゴム材３に沿って、その内部に配置されているが、例えばマッキベン型人工筋のように、繊維が中空ゴム材３の外部に配置されていてもよい。空気圧ゴム人工筋１は、いずれか一方の支持端２がチューブ４を介してエアー供給源２６に接続されている（図５参照）。特に図１（ｂ）に示すように、エアー供給源２６から中空ゴム材３の内部に圧縮空気が流入されると、中空ゴム材３の径が拡張してその長さが短縮する。また、中空ゴム材３のその長さ方向に外力（張力）が加わると、中空ゴム材３の径が収縮して元の長さに伸長するという特性がある。通常、空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３が短縮することで得られる力を利用して、主に人の腕などの屈筋を補助する装置などに用いられている。
【００２９】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３に圧縮空気が流入されていない状態では、中空ゴム材３の内部圧力は１ａｔｍである。中空ゴム材３に圧縮空気が流入されると、中空ゴム材３の内部圧力は上昇する。なお、図例では、中空ゴム材３の内部圧力は６ａｔｍに上昇する。図２（ｃ）に示すように、空気圧ゴム人工筋１は、短縮する中空ゴム材３に対してその長さ方向に張力を加えると、６ａｔｍの高い内部圧力を保持したまま中空ゴム材３を伸長させることができる。このとき、中空ゴム材３は力学的エネルギーが蓄積された状態にある。中空ゴム材３を伸長させた状態から加えた張力を取り除くと、中空ゴム材３は瞬間的に短縮する。これにより、中空ゴム材３に蓄積された力学的エネルギーは解放され、中空ゴム材３からばねのような瞬発力を発生させることができる。このように、空気圧ゴム人工筋１を通常と異なる方法で用いることにより、空気圧ゴム人工筋１は、瞬発力を発生させるアクチュエータとなる。
【００３０】
図３に実線にて示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３を伸長させた状態から張力を取り除いたタイミングｔ１で瞬間的に高い圧力を得ることができる。すなわち、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１は、ばねと空気の両方の性質を有するようになる。なお、図中の一点鎖線は、比較例として、空気圧ゴム人工筋１を上述した通常の方法で用いて瞬発力を得ようとした場合であるが、この場合は、中空ゴム材３に圧縮空気を流入して所望の圧力に到達するまでに時間がかかり、所望の瞬発力が得られないことがわかる。
【００３１】
上述したアクチュエータによれば、空気圧ゴム人工筋１の中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、中空ゴム材３をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことにより、所望のタイミングでばねのような瞬発力を発生させる。これにより、空気圧ゴム人工筋１は、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、中空ゴム材３の内部圧力が制御可能な空気の性質を有するアクチュエータとなる。
【００３２】
また、空気圧ゴム人工筋１の中空ゴム材３に蓄積された力学的エネルギーは、圧縮空気による圧力エネルギーと、ばねによる弾性エネルギーの総和であり、空気圧ゴム人工筋１は、これらの二つの力学的エネルギーを同時に利用するため、重量物を跳躍させることに適したアクチュエータとなる。
【００３３】
「跳躍装置」
次に、本発明に係る跳躍装置を図４乃至７を参照して説明する。この跳躍装置１０は、そのアクチュエータとして、上述したアクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１を用いている。
【００３４】
図４に示すように、跳躍装置１０は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１（１ａ）と、他の空気圧ゴム人工筋１（１ｂ）と、上腿部１２と、下腿部１５と、足部１８とを備え、全体として、人の脚の構造を模した装置となる。
【００３５】
また、跳躍装置１０の上部には胴部１１が設けられている。胴部１１は、上腿部１２に連結されており、跳躍装置１０を例えば二足歩行ロボットの脚に適用した場合にこのロボットの胴体となる。
【００３６】
上腿部１２は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと、上腿部材１３とを備えている。上腿部材１３は、略矩形の長体からなり、その一端部が、回転ジョイント１４を介して、胴部１１に回動自在に連結されている。回転ジョイント１４は、上腿部材１３の回動部となる。なお、他端部には下腿部１５の下腿部材１６が連結されている。アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、人体における大腿四頭筋に相当するように、胴部１１と下腿部材１６の間にて上腿部材１３の前側に配置されている。アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、一方の支持端２が、上腿部材１３の回動部に接続されている。また、他方の支持端２が、上腿部材１３と下腿部材１５の回動連結部よりも前側にて、下腿部材１５に接続されている。
【００３７】
下腿部１５は、他の空気圧ゴム人工筋１ｂと、下腿部材１６とを備えている。下腿部材１６は、略矩形の長体からなり、その一端部が、回転ジョイント１７を介して、上腿部材１３に回動自在に連結されている。回転ジョイント１７は、上腿部材１３と下腿部材１６の回動連結部となる。なお、他端部には足部１８が連結されている。他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、人体における腓腹筋に相当するように、上腿部材１３と足部１８の間にて下腿部材１６の後側に配置されている。他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、その一端、すなわち、一方の支持端２が、上腿部材１３と下腿部材１６の回動連結部よりも後側にて、上腿部材１３に接続されている。また、その他端、すなわち、他方の支持端２が、下腿部材１６と足部１８の回動連結部よりも後側にて、足部１８に接続されている。
【００３８】
足部１８は、略矩形の長体部材を備えており、人体における足首に相当する一端部が、回転ジョイント１９を介して、下腿部材１６の他端部に回動自在に連結されている。回転ジョイント１９は、下腿部材１６と足部１６の回動連結部となる。また、足部１８の他端部は、つま先に相当するように、前側を向いて配置されている。
【００３９】
なお、胴部１１（胴部材）、上腿部材１３、下腿部材１６及び足部１８（足部材）は、アルミ合金などの軽金属を材料として形成されている。
【００４０】
図４及び５に示すように、人体における膝に相当する、上腿部材１３と下腿部材１６の回動連結部には第一駆動部２０が設けられている。第一駆動部２０は、モータ２１とクラッチ２２からなり、モータ２１の動力がクラッチ２２を介して回転ジョイント１７に伝達されるように構成されている。
【００４１】
また、人体における足首に相当する、下腿部材１６と足部１８の回動連結部には第二駆動部２３が設けられている。第二駆動部２３は、第一駆動部２０と同様に、モータ２４とクラッチ２５からなり、モータ２４の動力がクラッチ２５を介して回転ジョイント１９に伝達されるように構成されている。
【００４２】
図４及び５に示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、チューブ４を介してエアー供給部２６に接続されている。これと同様に、他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、チューブ４を介してエアー供給部２６に接続されている。エアー供給部２６は、二つ設けられて、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂのそれぞれに割り当てるように構成してもよいし、一つだけ設けられて、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂを一つで統括するように構成してもよい。
【００４３】
図４及び５に示すように、跳躍装置１０は、上述した第一駆動部２０、第二駆動部２３及びエアー供給部２６，２６を制御する制御部２７を備えている。また、この制御部２７は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂのそれぞれの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量制御を行う。さらに、制御部２７は、第一駆動部２０と第二駆動部２３のそれぞれのモータ２１，２４及びクラッチ２２，２５を制御し、外力付与手段として、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂのそれぞれの中空ゴム材３，３に外力（張力）を付与する制御を行うとともに、外力解除手段として、中空ゴム材３，３から外力（張力）を取り除くための制御を行う。
【００４４】
ここから、跳躍装置１０の跳躍動作を図６及び７を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、初期状態では、跳躍装置１０は待機姿勢となるが、制御部２７によって、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に所定量の圧縮空気が流入され、中空ゴム材３は短縮する。このとき、中空ゴム材３の内部圧力は、１ａｔｍから６ａｔｍ程度に上昇する。
【００４５】
図６（ｂ）に示すように、制御部２７による第一駆動部２０及び第二駆動部２３の駆動制御を行い、上腿部材１３と下腿部材１６の連結部及び下腿部材１６と足部１８の連結部がそれぞれ所定角度回動し、上腿部材１３と下腿部材１６のなす角度が狭まるとともに、下腿部材１６と足部１８のなす角度が狭まり、人が跳躍しようと脚を曲げた姿勢（跳躍準備姿勢）となる。このとき、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの短縮した中空ゴム材３には、第一駆動部２０により張力が付与され（外力付与）、中空ゴム材３は、６ａｔｍ程度の高い内部圧力を保持したまま伸長される。また、制御部２７による圧縮空気の流入制御を行い、他の空気圧ゴム人工筋１ｂの中空ゴム材３に所定量の圧縮空気が流入される。
【００４６】
跳躍準備姿勢をとった跳躍装置１０に対して、所望の跳躍タイミングで、制御部２７によって第一駆動部２０（モータ２１及びクラッチ２２）を制御し、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に加えた張力を取り除く（外力解除）と、中空ゴム材３は瞬間的に短縮してばねのような瞬発力を発生させる。図６（ｃ）に示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３が瞬発力を発生させると、上腿部材１３と下腿部材１６の回転ジョイント１７及び下腿部材１６と足部１８の回転ジョイント１９はそれぞれ回動し、上腿部材１３と下腿部材１６のなす角度が広がるとともに、下腿部材１６と足部１８のなす角度が広がり、足部１８が地面を蹴るように動作するとともに、上腿部材１３と下腿部材１６が脚を伸ばすように動作する。すなわち、跳躍装置１０は、人が跳躍するような動作で跳躍する。
【００４７】
さらに、他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、上腿部材１３と足部１８の距離を機構的に制限する二関節筋でもあり、跳躍装置１０の重心の動きを直線に近いものにする機能を有する。
【００４８】
図７に示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量制御により、この中空ゴム材３の内部圧力を制御することが可能となる。これにより、跳躍装置１０の跳躍高さＨを制御することができる。
【００４９】
また、図７に示すように、他の空気圧ゴム人工筋１ｂの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量制御により、この中空ゴム材３の内部圧力を制御することが可能となる。これにより、跳躍装置１０の前後の跳躍方向を制御することができる。なお、跳躍装置１０は、他の空気圧ゴム人工筋１ｂが軟らかければ前方へ、硬ければ後方へと跳躍する。
【００５０】
上述した跳躍装置１０によれば、大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａが、ばねと空気の両方の性質を有することにより、重量物を跳躍させることができ、跳躍タイミングを制御することも可能となる。
【００５１】
なお、上述した跳躍装置１０では、他の空気圧ゴム人工筋１ｂを腓腹筋に相当するように配置した構成としているが、他の空気圧ゴム人工筋１ｂに換えて、ばねやワイヤーなどの伸縮性を有する他の弾性体としてもよい。他の弾性体としても、空気圧ゴム人工筋１ｂの場合と同様にこの弾性体は人の腓腹筋のように機能し、跳躍装置１０を跳躍させることができる。他の弾性体を用いた場合、空気圧ゴム人工筋１ｂのように空気を流入させるものではないため、長さや弾性力の制御を行うことはできないが、安価に得られるという利点がある。
【００５２】
また、上述した跳躍装置１０を二足歩行ロボットなどに適用すれば、跳躍高さや跳躍タイミングを更に精緻に制御することにより、このロボットを走行させることも可能となる。さらに、このロボットは、地震などの災害により倒壊した家屋などを移動する場合、あるいは、崖などの急激な段差を移動する場合などのように、障害物が多く存在する地形を移動する必要がある場合に、跳躍や走行を駆使することにより、障害物を乗り越えながら素早く進退させることができるようになる。
【符号の説明】
【００５３】
１…空気圧ゴム人工筋
１ａ…アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋
１ｂ…他の空気圧ゴム人工筋
２…支持端
３…中空ゴム材
１０…跳躍装置
１１…胴部
１２…上腿部
１３…上腿部材
１４…回動部となる回転ジョイント
１５…下腿部
１６…下腿部材
１７…回動連結部となる回転ジョイント
１８…足部
１９…回動連結部となる回転ジョイント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ばねと空気の両方の性質を有するアクチュエータ、及びこのアクチュエータを用いた跳躍装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の跳躍装置の多くは、圧縮空気やばねを用いて、力学的エネルギーを蓄積し、この蓄積した力学的エネルギーを解放することにより、跳躍を実現させている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、シリンダの一端にピストン状のロッドが出没可能に収納され、シリンダ内にピストン状のロッドを突出方向に付勢するばねが収納されるとともに、シリンダの他端に軸方向に延出してＴ字状のハンドル軸が設けられ、シリンダの一端側の外周に径方向に延出した足乗せのステップが設けられた跳躍装置（ホッピング）が開示されている。このホッピングによれば、装置に力を与えて空気を圧縮し、この圧縮した空気の反力により、人体を跳躍させることができる。
【０００４】
また、例えば下記特許文献２には、外殻を構成する回転構造体からなるカプセルと、カプセル内に装着された跳躍手段及び回転手段を備えた跳躍装置（跳躍・回転移動体）が開示されている。跳躍手段は、カプセルに対して回転可能に設けたシリンダからなる。また、回転手段は、シリンダをその軸に対して直角なＸ軸廻り及びＹ軸廻りにそれぞれ回転させるＸ軸モータ及びＹ軸モータからなる。この跳躍・回転移動体によれば、空気圧タンクに圧縮空気を蓄積し、空気圧アクチュエータに圧縮空気を一気に加えることにより、跳躍を実現させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３５６２５号公報
【特許文献２】特開２００４−９１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の跳躍装置にうち、上記特許文献１に開示される跳躍装置（ホッピング）は、空気をばねのように扱っていることから、大きな反力が発生して人の体重ほどの重量物を跳躍させることが可能となるが、その反力（特にタイミング）を制御することができず、したがって、反力が発生するタイミングでしか跳躍を行うことができないものであった。
【０００７】
また、上記特許文献２に開示される跳躍装置（跳躍・回転移動体）は、跳躍タイミングや跳躍高さなどを制御することはできるが、駆動源となる空気圧アクチュエータに流入可能な圧縮空気の流量や、空気圧アクチュエータが発生可能な力に限界があるため、現時点では、重量が数十ｋｇもあるような重量物を跳躍させるには至っていない。
【０００８】
そこで本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、跳躍高さ及び方向が制御可能な空気の性質を有するアクチュエータを提供すること、また、このアクチュエータを用いて、重量物を跳躍させることができ、跳躍タイミング、跳躍高さ及び方向を制御することも可能な跳躍装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明に係る請求項１記載のアクチュエータは、二つの支持端２，２の間に繊維を有した中空ゴム材３が配置され、前記中空ゴム材３の内部に圧縮空気が流入されると該中空ゴム材３の径が拡張してその長さが短縮するとともに、前記中空ゴム材３の圧縮空気が流出されると該中空ゴム材３の径が収縮して元の長さに伸長する空気圧ゴム人工筋１（１ａ）をアクチュエータとして用い、
前記中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、該中空ゴム材３をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、該伸長させた状態から前記張力を取り除くことで瞬発力を得ることを特徴としている。
【００１０】
これまで、空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３が短縮することで得られる力を利用して、主に人の腕などの屈筋を補助する装置などに用いられていた。ところが、この場合は、中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、中空ゴム材３をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことにより、所望のタイミングでばねのような瞬発力を発生させる。
【００１１】
請求項２記載の跳躍装置は、請求項１記載のアクチュエータを用いた跳躍装置であって、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと、他の空気圧ゴム人工筋１ｂと、その一端部が回動自在に設けられた上腿部材１３と、該上腿部材１３の他端部に一端部が回動自在に連結された下腿部材１６と、該下腿部材１６の他端部に一端部が回動自在に連結された足部１８と、を備え、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、前記上腿部材１３の前側に配置され、該上腿部材１３と共に上腿部１２を構成し、一方の前記支持端２が前記上腿部材１３の回動部１４に接続されるとともに、他方の前記支持端２が前記上腿部材１３と前記下腿部材１６の回動連結部１７よりも前側にて該下腿部材１６に接続され、
前記他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、前記下腿部材１６の後側に配置され、該下腿部材１６と共に下腿部１５を構成し、一端が前記上腿部材１３と前記下腿部材１６の回動連結部１７よりも後側にて該上腿部材１３に接続されるとともに、他端が前記下腿部材１６と前記足部１８の回動連結部１９よりも後側にて該足部１８に接続されたことを特徴としている。
【００１２】
すなわち、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａが大腿四頭筋に相当するとともに、他の空気圧ゴム人工筋１ｂが腓腹筋に相当し、全体として、人の脚の構造を模した跳躍装置となる。
【００１３】
アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に圧縮空気が流入されると、中空ゴム材３は短縮する。このとき、中空ゴム材３の内部圧力は上昇する。短縮する中空ゴム材３に張力を加えて、中空ゴム材３を、高い内部圧力を保持したまま伸長させた状態とする。このとき、跳躍装置１０は、人が跳躍しようとして脚を曲げたような姿勢となる。アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に加えた張力を取り除くと、跳躍装置１０は、人が跳躍するような動作で跳躍する。
【００１４】
また、中空ゴム材３に加えた張力を使用者の所望のタイミングで取り除くことができる。
【００１５】
請求項３記載の跳躍装置は、請求項２記載の跳躍装置において、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの前記中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴としている。
【００１６】
大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、跳躍高さが制御可能となる。
【００１７】
請求項４記載の跳躍装置は、請求項２又は３記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋１ｂを構成する中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴としている。
【００１８】
腓腹筋に相当する、他の空気圧ゴム人工筋１ｂの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、（前後の）跳躍方向が制御可能となる。
【００１９】
請求項５記載の跳躍装置は、請求項２又は３記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋１ｂに換えて、伸縮性を有する他の弾性体を備えたことを特徴としている。
【００２０】
他の空気圧ゴム人工筋１ｂに換えて、伸縮性を有する他の弾性体としても、空気圧ゴム人工筋１ｂの場合と同様、この弾性体は人の腓腹筋のように機能する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るアクチュエータによれば、空気圧ゴム人工筋の中空ゴム材に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、中空ゴム材をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことにより、ばねのような瞬発力を発生させる。これにより、空気圧ゴム人工筋は、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、中空ゴム材の内部圧力が制御可能な空気の性質を有するアクチュエータとなる。
【００２２】
また、本発明に係る跳躍装置は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋が大腿四頭筋に相当するとともに、他の空気圧ゴム人工筋が腓腹筋に相当し、全体として、人の脚の構造を模した跳躍装置となる。したがって、本発明に係る跳躍装置によれば、大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋が、上述したように、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、跳躍高さ及び方向が制御可能な空気の性質を有することにより、重量物を跳躍させることができ、跳躍タイミング、跳躍高さ及び方向を制御することも可能となる。
【００２３】
さらに、大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋の中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、跳躍高さが制御可能となる。
【００２４】
また、腓腹筋に相当する、他の空気圧ゴム人工筋の中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御することにより、（前後の）跳躍方向が制御可能となる。
【００２５】
さらに、他の空気圧ゴム人工筋に換えて、ばねやワイヤーなどの伸縮性を有する他の弾性体としても、空気圧ゴム人工筋の場合と同様にこの弾性体は人の腓腹筋のように機能し、跳躍装置を跳躍させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ），（ｂ）空気圧ゴム人工筋の説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）本発明に係るアクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋の説明図である。
【図３】アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋と通常用途の空気圧ゴム人工筋の力の発生タイミングを比較する図（グラフ）である。
【図４】本発明に係る跳躍装置の実施の形態を示す図（側面図）である。
【図５】同実施の形態の機能ブロック図である。
【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）同実施の形態の跳躍動作を示す図である。
【図７】同実施の形態の跳躍の高さ及び方向を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
「アクチュエータ」
まず、本発明に係るアクチュエータを図１乃至３を参照して説明する。このアクチュエータには空気圧ゴム人工筋１を用いている。
【００２８】
図１に示すように、空気圧ゴム人工筋１は、二つの支持端２，２の間にナイロンなどの繊維を有した中空ゴム材３が配置されてなる。この例では、ナイロン繊維は、中空ゴム材３に沿って、その内部に配置されているが、例えばマッキベン型人工筋のように、繊維が中空ゴム材３の外部に配置されていてもよい。空気圧ゴム人工筋１は、いずれか一方の支持端２がチューブ４を介してエアー供給源２６に接続されている（図５参照）。特に図１（ｂ）に示すように、エアー供給源２６から中空ゴム材３の内部に圧縮空気が流入されると、中空ゴム材３の径が拡張してその長さが短縮する。また、中空ゴム材３のその長さ方向に外力（張力）が加わると、中空ゴム材３の径が収縮して元の長さに伸長するという特性がある。通常、空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３が短縮することで得られる力を利用して、主に人の腕などの屈筋を補助する装置などに用いられている。
【００２９】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３に圧縮空気が流入されていない状態では、中空ゴム材３の内部圧力は１ａｔｍである。中空ゴム材３に圧縮空気が流入されると、中空ゴム材３の内部圧力は上昇する。なお、図例では、中空ゴム材３の内部圧力は６ａｔｍに上昇する。図２（ｃ）に示すように、空気圧ゴム人工筋１は、短縮する中空ゴム材３に対してその長さ方向に張力を加えると、６ａｔｍの高い内部圧力を保持したまま中空ゴム材３を伸長させることができる。このとき、中空ゴム材３は力学的エネルギーが蓄積された状態にある。中空ゴム材３を伸長させた状態から加えた張力を取り除くと、中空ゴム材３は瞬間的に短縮する。これにより、中空ゴム材３に蓄積された力学的エネルギーは解放され、中空ゴム材３からばねのような瞬発力を発生させることができる。このように、空気圧ゴム人工筋１を通常と異なる方法で用いることにより、空気圧ゴム人工筋１は、瞬発力を発生させるアクチュエータとなる。
【００３０】
図３に実線にて示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１は、中空ゴム材３を伸長させた状態から張力を取り除いたタイミングｔ１で瞬間的に高い圧力を得ることができる。すなわち、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１は、ばねと空気の両方の性質を有するようになる。なお、図中の一点鎖線は、比較例として、空気圧ゴム人工筋１を上述した通常の方法で用いて瞬発力を得ようとした場合であるが、この場合は、中空ゴム材３に圧縮空気を流入して所望の圧力に到達するまでに時間がかかり、所望の瞬発力が得られないことがわかる。
【００３１】
上述したアクチュエータによれば、空気圧ゴム人工筋１の中空ゴム材３に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、中空ゴム材３をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、伸長させた状態から加えた張力を取り除くことにより、所望のタイミングでばねのような瞬発力を発生させる。これにより、空気圧ゴム人工筋１は、重量物を跳躍させるとともに、跳躍タイミングが制御可能なばねの性質と、中空ゴム材３の内部圧力が制御可能な空気の性質を有するアクチュエータとなる。
【００３２】
また、空気圧ゴム人工筋１の中空ゴム材３に蓄積された力学的エネルギーは、圧縮空気による圧力エネルギーと、ばねによる弾性エネルギーの総和であり、空気圧ゴム人工筋１は、これらの二つの力学的エネルギーを同時に利用するため、重量物を跳躍させることに適したアクチュエータとなる。
【００３３】
「跳躍装置」
次に、本発明に係る跳躍装置を図４乃至７を参照して説明する。この跳躍装置１０は、そのアクチュエータとして、上述したアクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１を用いている。
【００３４】
図４に示すように、跳躍装置１０は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１（１ａ）と、他の空気圧ゴム人工筋１（１ｂ）と、上腿部１２と、下腿部１５と、足部１８とを備え、全体として、人の脚の構造を模した装置となる。
【００３５】
また、跳躍装置１０の上部には胴部１１が設けられている。胴部１１は、上腿部１２に連結されており、跳躍装置１０を例えば二足歩行ロボットの脚に適用した場合にこのロボットの胴体となる。
【００３６】
上腿部１２は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと、上腿部材１３とを備えている。上腿部材１３は、略矩形の長体からなり、その一端部が、回転ジョイント１４を介して、胴部１１に回動自在に連結されている。回転ジョイント１４は、上腿部材１３の回動部となる。なお、他端部には下腿部１５の下腿部材１６が連結されている。アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、人体における大腿四頭筋に相当するように、胴部１１と下腿部材１６の間にて上腿部材１３の前側に配置されている。アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、一方の支持端２が、上腿部材１３の回動部に接続されている。また、他方の支持端２が、上腿部材１３と下腿部材１５の回動連結部よりも前側にて、下腿部材１５に接続されている。
【００３７】
下腿部１５は、他の空気圧ゴム人工筋１ｂと、下腿部材１６とを備えている。下腿部材１６は、略矩形の長体からなり、その一端部が、回転ジョイント１７を介して、上腿部材１３に回動自在に連結されている。回転ジョイント１７は、上腿部材１３と下腿部材１６の回動連結部となる。なお、他端部には足部１８が連結されている。他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、人体における腓腹筋に相当するように、上腿部材１３と足部１８の間にて下腿部材１６の後側に配置されている。他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、その一端、すなわち、一方の支持端２が、上腿部材１３と下腿部材１６の回動連結部よりも後側にて、上腿部材１３に接続されている。また、その他端、すなわち、他方の支持端２が、下腿部材１６と足部１８の回動連結部よりも後側にて、足部１８に接続されている。
【００３８】
足部１８は、略矩形の長体部材を備えており、人体における足首に相当する一端部が、回転ジョイント１９を介して、下腿部材１６の他端部に回動自在に連結されている。回転ジョイント１９は、下腿部材１６と足部１６の回動連結部となる。また、足部１８の他端部は、つま先に相当するように、前側を向いて配置されている。
【００３９】
なお、胴部１１（胴部材）、上腿部材１３、下腿部材１６及び足部１８（足部材）は、アルミ合金などの軽金属を材料として形成されている。
【００４０】
図４及び５に示すように、人体における膝に相当する、上腿部材１３と下腿部材１６の回動連結部には第一駆動部２０が設けられている。第一駆動部２０は、モータ２１とクラッチ２２からなり、モータ２１の動力がクラッチ２２を介して回転ジョイント１７に伝達されるように構成されている。
【００４１】
また、人体における足首に相当する、下腿部材１６と足部１８の回動連結部には第二駆動部２３が設けられている。第二駆動部２３は、第一駆動部２０と同様に、モータ２４とクラッチ２５からなり、モータ２４の動力がクラッチ２５を介して回転ジョイント１９に伝達されるように構成されている。
【００４２】
図４及び５に示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａは、チューブ４を介してエアー供給部２６に接続されている。これと同様に、他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、チューブ４を介してエアー供給部２６に接続されている。エアー供給部２６は、二つ設けられて、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂのそれぞれに割り当てるように構成してもよいし、一つだけ設けられて、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂを一つで統括するように構成してもよい。
【００４３】
図４及び５に示すように、跳躍装置１０は、上述した第一駆動部２０、第二駆動部２３及びエアー供給部２６，２６を制御する制御部２７を備えている。また、この制御部２７は、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂのそれぞれの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量制御を行う。さらに、制御部２７は、第一駆動部２０と第二駆動部２３のそれぞれのモータ２１，２４及びクラッチ２２，２５を制御し、外力付与手段として、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａと他の空気圧ゴム人工筋１ｂのそれぞれの中空ゴム材３，３に外力（張力）を付与する制御を行うとともに、外力解除手段として、中空ゴム材３，３から外力（張力）を取り除くための制御を行う。
【００４４】
ここから、跳躍装置１０の跳躍動作を図６及び７を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、初期状態では、跳躍装置１０は待機姿勢となるが、制御部２７によって、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に所定量の圧縮空気が流入され、中空ゴム材３は短縮する。このとき、中空ゴム材３の内部圧力は、１ａｔｍから６ａｔｍ程度に上昇する。
【００４５】
図６（ｂ）に示すように、制御部２７による第一駆動部２０及び第二駆動部２３の駆動制御を行い、上腿部材１３と下腿部材１６の連結部及び下腿部材１６と足部１８の連結部がそれぞれ所定角度回動し、上腿部材１３と下腿部材１６のなす角度が狭まるとともに、下腿部材１６と足部１８のなす角度が狭まり、人が跳躍しようと脚を曲げた姿勢（跳躍準備姿勢）となる。このとき、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの短縮した中空ゴム材３には、第一駆動部２０により張力が付与され（外力付与）、中空ゴム材３は、６ａｔｍ程度の高い内部圧力を保持したまま伸長される。また、制御部２７による圧縮空気の流入制御を行い、他の空気圧ゴム人工筋１ｂの中空ゴム材３に所定量の圧縮空気が流入される。
【００４６】
跳躍準備姿勢をとった跳躍装置１０に対して、所望の跳躍タイミングで、制御部２７によって第一駆動部２０（モータ２１及びクラッチ２２）を制御し、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に加えた張力を取り除く（外力解除）と、中空ゴム材３は瞬間的に短縮してばねのような瞬発力を発生させる。図６（ｃ）に示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３が瞬発力を発生させると、上腿部材１３と下腿部材１６の回転ジョイント１７及び下腿部材１６と足部１８の回転ジョイント１９はそれぞれ回動し、上腿部材１３と下腿部材１６のなす角度が広がるとともに、下腿部材１６と足部１８のなす角度が広がり、足部１８が地面を蹴るように動作するとともに、上腿部材１３と下腿部材１６が脚を伸ばすように動作する。すなわち、跳躍装置１０は、人が跳躍するような動作で跳躍する。
【００４７】
さらに、他の空気圧ゴム人工筋１ｂは、上腿部材１３と足部１８の距離を機構的に制限する二関節筋でもあり、跳躍装置１０の重心の動きを直線に近いものにする機能を有する。
【００４８】
図７に示すように、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量制御により、この中空ゴム材３の内部圧力を制御することが可能となる。これにより、跳躍装置１０の跳躍高さＨを制御することができる。
【００４９】
また、図７に示すように、他の空気圧ゴム人工筋１ｂの中空ゴム材３に流入される圧縮空気の圧力及び流量制御により、この中空ゴム材３の内部圧力を制御することが可能となる。これにより、跳躍装置１０の前後の跳躍方向を制御することができる。なお、跳躍装置１０は、他の空気圧ゴム人工筋１ｂが軟らかければ前方へ、硬ければ後方へと跳躍する。
【００５０】
上述した跳躍装置１０によれば、大腿四頭筋に相当する、アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋１ａが、ばねと空気の両方の性質を有することにより、重量物を跳躍させることができ、跳躍タイミングを制御することも可能となる。
【００５１】
なお、上述した跳躍装置１０では、他の空気圧ゴム人工筋１ｂを腓腹筋に相当するように配置した構成としているが、他の空気圧ゴム人工筋１ｂに換えて、ばねやワイヤーなどの伸縮性を有する他の弾性体としてもよい。他の弾性体としても、空気圧ゴム人工筋１ｂの場合と同様にこの弾性体は人の腓腹筋のように機能し、跳躍装置１０を跳躍させることができる。他の弾性体を用いた場合、空気圧ゴム人工筋１ｂのように空気を流入させるものではないため、長さや弾性力の制御を行うことはできないが、安価に得られるという利点がある。
【００５２】
また、上述した跳躍装置１０を二足歩行ロボットなどに適用すれば、跳躍高さや跳躍タイミングを更に精緻に制御することにより、このロボットを走行させることも可能となる。さらに、このロボットは、地震などの災害により倒壊した家屋などを移動する場合、あるいは、崖などの急激な段差を移動する場合などのように、障害物が多く存在する地形を移動する必要がある場合に、跳躍や走行を駆使することにより、障害物を乗り越えながら素早く進退させることができるようになる。
【符号の説明】
【００５３】
１…空気圧ゴム人工筋
１ａ…アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋
１ｂ…他の空気圧ゴム人工筋
２…支持端
３…中空ゴム材
１０…跳躍装置
１１…胴部
１２…上腿部
１３…上腿部材
１４…回動部となる回転ジョイント
１５…下腿部
１６…下腿部材
１７…回動連結部となる回転ジョイント
１８…足部
１９…回動連結部となる回転ジョイント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの支持端の間に繊維を有した中空ゴム材が配置され、前記中空ゴム材の内部に圧縮空気が流入されると該中空ゴム材の径が拡張してその長さが短縮するとともに、前記中空ゴム材の圧縮空気が流出されると該中空ゴム材の径が収縮して元の長さに伸長する空気圧ゴム人工筋をアクチュエータとして用い、
前記中空ゴム材に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、該中空ゴム材をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、該伸長させた状態から前記張力を取り除くことで瞬発力を得ることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータを用いた跳躍装置であって、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋と、他の空気圧ゴム人工筋と、その一端部が回動自在に設けられた上腿部材と、該上腿部材の他端部に一端部が回動自在に連結された下腿部材と、該下腿部材の他端部に一端部が回動自在に連結された足部と、を備え、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋は、前記上腿部材の前側に配置され、該上腿部材と共に上腿部を構成し、一方の前記支持端が前記上腿部材の回動部に接続されるとともに、他方の前記支持端が前記上腿部材と前記下腿部材の回動連結部よりも前側にて該下腿部材に接続され、
前記他の空気圧ゴム人工筋は、前記下腿部材の後側に配置され、該下腿部材と共に下腿部を構成し、一端が前記上腿部材と前記下腿部材の回動連結部よりも後側にて該上腿部材に接続されるとともに、他端が前記下腿部材と前記足部の回動連結部よりも後側にて該足部に接続されたことを特徴とする跳躍装置。
【請求項３】
請求項２記載の跳躍装置において、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋の前記中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴とする跳躍装置。
【請求項４】
請求項２又は３又記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋を構成する中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴とする跳躍装置。
【請求項５】
請求項２又は３記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋に換えて、伸縮性を有する他の弾性体を備えたことを特徴とする跳躍装置。
【請求項１】
二つの支持端の間に繊維を有した中空ゴム材が配置され、前記中空ゴム材の内部に圧縮空気が流入されると該中空ゴム材の径が拡張してその長さが短縮するとともに、前記中空ゴム材の圧縮空気が流出されると該中空ゴム材の径が収縮して元の長さに伸長する空気圧ゴム人工筋をアクチュエータとして用い、
前記中空ゴム材に圧縮空気を流入してから又は流入しながら、該中空ゴム材をその長さ方向に張力を加えて伸長させた状態とし、該伸長させた状態から前記張力を取り除くことで瞬発力を得ることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータを用いた跳躍装置であって、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋と、他の空気圧ゴム人工筋と、その一端部が回動自在に設けられた上腿部材と、該上腿部材の他端部に一端部が回動自在に連結された下腿部材と、該下腿部材の他端部に一端部が回動自在に連結された足部と、を備え、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋は、前記上腿部材の前側に配置され、該上腿部材と共に上腿部を構成し、一方の前記支持端が前記上腿部材の回動部に接続されるとともに、他方の前記支持端が前記上腿部材と前記下腿部材の回動連結部よりも前側にて該下腿部材に接続され、
前記他の空気圧ゴム人工筋は、前記下腿部材の後側に配置され、該下腿部材と共に下腿部を構成し、一端が前記上腿部材と前記下腿部材の回動連結部よりも後側にて該上腿部材に接続されるとともに、他端が前記下腿部材と前記足部の回動連結部よりも後側にて該足部に接続されたことを特徴とする跳躍装置。
【請求項３】
請求項２記載の跳躍装置において、
前記アクチュエータとなる空気圧ゴム人工筋の前記中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴とする跳躍装置。
【請求項４】
請求項２又は３又記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋を構成する中空ゴム材に流入される圧縮空気の圧力及び流量を制御可能に設けたことを特徴とする跳躍装置。
【請求項５】
請求項２又は３記載の跳躍装置において、
前記他の空気圧ゴム人工筋に換えて、伸縮性を有する他の弾性体を備えたことを特徴とする跳躍装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１１６８７（Ｐ２０１３−１１１６８７Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９１３３（Ｐ２０１１−２５９１３３）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（３９００１４３０６）防衛省技術研究本部長 (169)
【Ｆターム（参考）】
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