JPH0871978A - Manipulator - Google Patents

Manipulator

Info

Publication number
JPH0871978A
JPH0871978A JP15930495A JP15930495A JPH0871978A JP H0871978 A JPH0871978 A JP H0871978A JP 15930495 A JP15930495 A JP 15930495A JP 15930495 A JP15930495 A JP 15930495A JP H0871978 A JPH0871978 A JP H0871978A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
actuator
manipulator
strain sensor
gel
deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP15930495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidenori Uchiyama
秀紀 内山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP15930495A priority Critical patent/JPH0871978A/en
Publication of JPH0871978A publication Critical patent/JPH0871978A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE: To carry out positional control with a high degree of accuracy with a highly accurate sensor even though an actuator which has a low frictional resistance and is small-sized, which is made of shape memory alloy or chemomechanical gel, and which causes a large strain value. CONSTITUTION: A manipulator comprises a curved structure 11 composed of a plurality of hard parts 13 and soft flexible parts 14 provided between the adjacent hard parts 14, an actuator 15 for curving the soft parts, strain sensors 22 for drive control, attached to the structure and electrical connected, and a control circuit. The strain sensors 22 for drive control, are laid in the soft parts 14 of the curved structure 11, and the control circuit is arranged in the hard part 14, and the sensors 22 and the control circuit are connected together, electrically.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、内視鏡など
に用いられる、湾曲可能なマニピュレータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bendable manipulator used in, for example, an endoscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、マイクロマシン技術に関心が集ま
ってきており特に、この技術を産業用及び医療用マイク
ロロボット等へ応用することが期待されている。このた
めには、グリッパ等を任意の部位にアクセスするための
マイクロマニピュレータの実現が必須である。これに関
しては、特に、LSI製造技術を応用したシリコンマイ
クロマシニングについて様々な研究が報告されている。
そして、これらの中にはマイクロマニピュレータに関す
るものも多いが、駆動体としてシリコンを用いたアクチ
ュエータは、いずれも変形量と発生量において十分なも
のではなかった。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been focused on micromachine technology, and in particular, it is expected to apply this technology to industrial and medical microrobots and the like. For this purpose, it is essential to realize a micromanipulator for accessing the gripper or the like to any part. In this regard, various studies have been reported especially on silicon micromachining using LSI manufacturing technology.
Although many of them are related to micromanipulators, none of the actuators using silicon as a driving body is sufficient in the amount of deformation and the amount of generation.

【0003】一方、変位量と発生力量において優れてい
る形状記憶合金アクチュエータを用いたマイクロマニピ
ュレータとしては、例えば特開平6−91582号公報
に開示されているものが知られている。この公知例に
は、リンク構造を有する多関節構造体の各関節に、アク
チュエータやアクチュエータに設けられた歪みセンサー
やそれを制御する制御回路が一体化されたマニピュレー
タが示されている。また、変形量において優れているケ
モメカニカルゲルアクチュエータを利用したマニピュレ
ータについても知られている。
On the other hand, as a micromanipulator using a shape memory alloy actuator which is excellent in displacement amount and generated force amount, there is known one disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-91582. This known example shows a manipulator in which each joint of a multi-joint structure having a link structure is integrated with an actuator, a strain sensor provided in the actuator, and a control circuit for controlling the strain sensor. Further, a manipulator using a chemo-mechanical gel actuator that is excellent in the amount of deformation is also known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術に示されている構造のマニピュレータを更に小型化、
高効率化、高機能化するためには幾つかの問題点があ
る。例えば、特開平6−91582号に示されているよ
うな、リンク構造を有する関節構造体を用いたマニピュ
レータの場合は、リンク部の摺動摩擦抵抗が問題とな
り、特に小型化に伴いマニピュレータで発生する力量に
対する摺動摩擦抵抗の割合が大きくなるために駆動の妨
げとなる恐れがある。また、形状記憶合金などの大きな
歪み量を発生するアクチュエータを用いたマニピュレー
タにおいては、アクチュエータに設けられた歪みセンサ
ーによって位置制御を行う場合、歪みセンサーにも大き
な歪みが加わるために、高感度なピエゾ抵抗素子や感圧
ダイオードなどの歪みセンサーは半導体の延性が小さい
ので適用は困難である。また、金属箔などの抵抗変化を
利用した金属歪みゲージではゲージ率が小さいので高精
度の歪み測定は困難である。
However, the manipulator having the structure shown in the prior art is further miniaturized,
There are some problems in achieving high efficiency and high functionality. For example, in the case of a manipulator using a joint structure having a link structure as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-91582, sliding frictional resistance of the link part becomes a problem, and the manipulator is generated particularly with miniaturization. Since the ratio of the sliding frictional resistance to the amount of force becomes large, there is a risk of hindering driving. Further, in a manipulator using an actuator that generates a large amount of strain such as shape memory alloy, when position control is performed by the strain sensor provided in the actuator, a large strain is also applied to the strain sensor, so a highly sensitive piezo Strain sensors such as resistance elements and pressure-sensitive diodes are difficult to apply because the ductility of semiconductors is low. In addition, a metal strain gauge using resistance change of a metal foil or the like has a small gauge factor, and thus it is difficult to measure strain with high accuracy.

【0005】したがって、この発明はこれらの問題を克
服し、摩擦抵抗が小さく、小型で、形状記憶合金やケモ
メカニカルゲルなどのような大きな歪み量を発生するア
クチュエータを用いながら高精度な半導体歪みセンサー
のような駆動制御用歪みセンサーを利用して高精度な位
置制御ができるマニピュレータを提供することを目的と
する。
Therefore, the present invention overcomes these problems, has a small frictional resistance, is small, and uses a high-precision semiconductor strain sensor while using an actuator that generates a large amount of strain such as a shape memory alloy or chemo-mechanical gel. It is an object of the present invention to provide a manipulator capable of performing highly accurate position control by using a strain sensor for drive control as described above.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明に係わるマニピ
ュレータは、少なくとも2つの硬性部と、この硬性部間
に設けられた可撓性を有する軟性部とからなる湾曲構造
体と、この軟性部を湾曲させるアクチュエータと、前記
構造体に配置され、互いに電気的に接続された駆動制御
用歪みセンサーと制御回路とを有し、前記アクチュエー
タの駆動を制御するデバイスと、このアクチュエータに
駆動エネルギーを供給して前記軟性部を屈曲させるエネ
ルギー供給手段とを具備するマニピュレータにおいて、
前記駆動制御用歪みセンサーは、前記湾曲構造体の軟性
部に配置され、前記制御回路は、硬性部に配置されてい
ることを特徴とする。
A manipulator according to the present invention includes a curved structure comprising at least two hard parts and a flexible soft part provided between the hard parts, and the soft part. A device that has a bending actuator, a drive control strain sensor that is arranged in the structure, and is electrically connected to each other and a control circuit, and that controls the drive of the actuator, and that supplies drive energy to the actuator. In the manipulator provided with an energy supply means for bending the soft part,
The drive control strain sensor is disposed in a flexible portion of the bending structure, and the control circuit is disposed in a rigid portion.

【0007】[0007]

【作用】この発明に係わるマニピュレータにいおいて、
アクチュエータにエネルギーを供給することにより、ア
クチュエータは湾曲構造体を軟性部の所で湾曲させる。
そして、この湾曲度合は駆動制御用歪みセンサーによっ
て検出され、この検出信号に応じた信号が制御回路に送
られ、この制御回路によりアクチュエータに供給される
エネルギーが制御される。このようにして、アクチュエ
ータをフイードバック制御することにより、湾曲構造体
は所定の度合に湾曲される。
In the manipulator according to the present invention,
By supplying energy to the actuator, the actuator causes the bending structure to bend at the flexible portion.
Then, the bending degree is detected by the drive control strain sensor, a signal corresponding to the detection signal is sent to the control circuit, and the energy supplied to the actuator is controlled by the control circuit. In this way, the bending structure is bent to a predetermined degree by controlling the feedback of the actuator.

【0008】[0008]

【実施例】次に、図1ないし図3を参照してこの発明の
第1実施例に係わるマニピュレータを説明する。このマ
ニピュレータは、軸方向に貫通した透孔を有する細長い
円筒状の湾曲構造体11を有する。この湾曲構造体11
は、夫々円形空腔12を有する硬性部13と軟性部14
とを軸方向に沿って同軸的に交互に配置させた構成を持
つ。即ち、隣り合う2つの硬性部13間に1つの軟性部
14が接続されている。このような湾曲構造体11とし
ては、軟性部14は伸縮性を有するプラスチックなど高
分子材料から構成されているが、軟性部14に一部分硬
性部の部材を補強材として延在させた構造としても良
い。特に、軟性部14として、円周方向には伸縮量が小
さく水平方向に伸縮しやすい異方性伸縮材料などを用い
ることが望ましい。このような異方性伸縮材料として
は、例えば、ゴム状高分子材料にコイルバネを埋設した
ような複合材料などが使用される。また、硬性部13
は、金属射出成形などの方法で形成される金属構造体
や、熱により軟化しにくい樹脂、例えば、熱硬化性樹脂
などの材料からなる構造体が用いられる。また、この構
造体11は、硬性部を剛性の高い樹脂で、光造形法で形
成した後、樹脂を入れ替えて剛性の低い樹脂を用いて軟
性部を光造形法で形成する、複合光造形法を用いて製作
することができる。なお、この複合光造形法について
は、例えば、特開平7−60843に詳細に開示されて
いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a manipulator according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This manipulator has an elongated cylindrical curved structure 11 having a through hole extending axially therethrough. This curved structure 11
Is a rigid part 13 and a flexible part 14 each having a circular cavity 12.
It has a configuration in which and are coaxially arranged alternately along the axial direction. That is, one soft part 14 is connected between two adjacent hard parts 13. In such a curved structure 11, the flexible portion 14 is made of a polymer material such as plastic having elasticity, but the flexible portion 14 may have a structure in which a member of a partially rigid portion is extended as a reinforcing material. good. In particular, as the soft portion 14, it is desirable to use an anisotropic stretchable material or the like which has a small amount of stretching in the circumferential direction and easily stretches in the horizontal direction. As such an anisotropic stretchable material, for example, a composite material in which a coil spring is embedded in a rubber-like polymer material is used. Also, the hard part 13
A metal structure formed by a method such as metal injection molding or a structure made of a material such as a resin that is not easily softened by heat, for example, a thermosetting resin is used. Further, in this structure 11, the hard part is formed of a resin having a high rigidity by the stereolithography method, and then the resin is replaced to form the soft part by the stereolithography method using a resin of a low rigidity. Can be manufactured using. This composite stereolithography method is disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-60843.

【0009】前記湾曲構造体11の外面には、少なくと
も1つ(図1に示す実施例では2つ)のアクチュエータ
15が構造体11の長手方向に沿って延出するように配
設されている。このアクチュエータ15は、TiNi合
金などからなる形状記憶合金でできたストリップ形状を
なし、この両端が軟性部14の両端から、硬性部13に
向かって延出するように中央部が軟性部14に設けられ
ている。この形状記憶合金には、温度変化により2方向
性の屈曲変形をする全方向形状記憶処理が予め施されて
いる。そして、このアクチュエータ15の両端部は、硬
性部13の外面に設けられた支持部材16により支持さ
れている。この支持部材16は、支持部材16と硬性部
13の外面との間にアクチュエータ15の一端部が挿入
されるように中央が硬性部13の表面から離間した板状
に形成されている。尚、このアクチュエータ15の端部
は、少なくとも一方が支持部材16に対して長手方向に
移動可能なように、支持部材16に支持されている。こ
の支持部材は、湾曲構造体とは別体のものをこれに取着
することにより形成しても、構造体の一部を変形するこ
とにより形成しても良い。
At least one (two in the embodiment shown in FIG. 1) actuators 15 are arranged on the outer surface of the curved structure 11 so as to extend along the longitudinal direction of the structure 11. . The actuator 15 has a strip shape made of a shape memory alloy such as a TiNi alloy, and has a central portion provided on the flexible portion 14 so that both ends thereof extend from both ends of the flexible portion 14 toward the hard portion 13. Has been. This shape memory alloy is preliminarily subjected to an omnidirectional shape memory treatment in which bidirectional bending deformation is caused by a temperature change. Both ends of the actuator 15 are supported by support members 16 provided on the outer surface of the rigid portion 13. The support member 16 is formed in a plate shape whose center is separated from the surface of the hard portion 13 so that one end of the actuator 15 is inserted between the support member 16 and the outer surface of the hard portion 13. The end portion of the actuator 15 is supported by the support member 16 such that at least one end of the actuator 15 can move in the longitudinal direction with respect to the support member 16. This support member may be formed by attaching a member different from the curved structure to this, or by deforming a part of the structure.

【0010】このようにアクチュエータとして形状記憶
合金を使用すると、アクチュエータの変形量及び変形力
を大きく設定することができるので、湾曲変形量及び変
形力の大きいマニピュレータを制御することができる。
When the shape memory alloy is used as the actuator as described above, the deformation amount and the deformation force of the actuator can be set to be large, so that the manipulator having the large bending deformation amount and the large deformation force can be controlled.

【0011】前記湾曲構造体11の外表面には、テバイ
ス17が接着又は熱溶着などにより取着されている。こ
のデバイス17は、所定の形状にパターン化された可撓
性薄膜の内部または表面に形成された制御回路21、駆
動制御用歪みセンサー22、電熱変換素子25、マニピ
ュレータを動作させる外部のコントローラに接続するた
めの電極パッド26、並びに、これらを電気的に接続す
る配線24により構成されている。このデバイス17
は、例えば、以下のようなプロセスによって形成され
る。
A tevice 17 is attached to the outer surface of the curved structure 11 by adhesion or heat welding. This device 17 is connected to a control circuit 21 formed inside or on the surface of a flexible thin film patterned into a predetermined shape, a drive control strain sensor 22, an electrothermal conversion element 25, and an external controller for operating a manipulator. Electrode pad 26 for wiring, and wiring 24 for electrically connecting these. This device 17
Is formed by the following process, for example.

【0012】まず、P型で(100)の面方位を有する
単結晶シリコン基板の所定の領域に、電子回路を形成す
る深いN型拡散層と半導体歪みセンサーとして機能させ
る浅いN型拡散層とを形成し、次に、この深いN型拡散
層の領域に通常の半導体製造技術を用いてCMOS構成
の電子回路を形成する。この深いN型拡散層と浅いN型
拡散層とは、図2における電子回路21と歪みセンサー
22とにそれぞれ該当する。
First, a deep N-type diffusion layer forming an electronic circuit and a shallow N-type diffusion layer functioning as a semiconductor strain sensor are provided in a predetermined region of a P-type single crystal silicon substrate having a (100) plane orientation. Then, an electronic circuit having a CMOS structure is formed in the region of the deep N-type diffusion layer by using a normal semiconductor manufacturing technique. The deep N-type diffusion layer and the shallow N-type diffusion layer correspond to the electronic circuit 21 and the strain sensor 22 in FIG. 2, respectively.

【0013】続いて、シリコン異方性エッチングのエッ
チングストッパー層であるシリコン窒化膜を成膜し、こ
の膜の制御回路21及び駆動制御用歪みセンサー22に
対応する箇所にリソグラフィ方法によりコンタクトホー
ルを形成する。
Then, a silicon nitride film, which is an etching stopper layer for anisotropic silicon etching, is formed, and contact holes are formed by lithography in the film at locations corresponding to the control circuit 21 and the drive control strain sensor 22. To do.

【0014】次に、この上に膜厚2μmのポリイミドを
成膜し、そして必要な箇所にリソグラフィ方法によりコ
ンタクトホールを形成する。この後、このポリイミド膜
の上にアルミニウム等からなる配線24、及び電熱変換
素子25をリソグラフィ方法により形成する。更に、こ
の上にもう一度、膜厚2μmのポリイミドを成膜し、さ
らにこのポリイミド膜の電極パッド26となる箇所にリ
ソグラフィ方法によりコンタクトホールを形成する。こ
うして、配線24、及び電熱変換素子25を内部に埋設
した構成のポリイミド膜からなる絶縁性を有する可撓性
薄膜23を形成する。
Next, a polyimide film having a film thickness of 2 μm is formed on this, and a contact hole is formed at a necessary portion by a lithographic method. Thereafter, the wiring 24 made of aluminum or the like and the electrothermal conversion element 25 are formed on the polyimide film by a lithography method. Further, a polyimide film having a film thickness of 2 .mu.m is formed again thereon, and a contact hole is formed by a lithographic method at a portion of the polyimide film which will be the electrode pad 26. In this way, the flexible thin film 23 having an insulating property and formed of the polyimide film having the wiring 24 and the electrothermal conversion element 25 embedded therein is formed.

【0015】最後に、アルミニウム等からなる電極パッ
ド26を可撓性薄膜23上にリソグラフィ方法により形
成する。このように、シリコン基板に一体形成されたデ
バイス17は、制御回路21及び駆動制御用歪みセンサ
ー22が形成されているN型拡散領域を陽極に、また水
酸化カリウム水溶液等のエッチング液中に浸した白金等
の電極を陰極として数ボルトの電圧を印加しながら異方
性エッチングを行う電気化学エッチング法を使用して、
N型拡散領域及びシリコン窒化膜等で保護されない部分
のシリコンを除去する加工を施す。この異方性エッチン
グを行う前に、可撓性薄膜23や配線24、及び電熱変
換素子25等が形成されているシリコン基板の表面側を
エッチング液に侵されないように保護しており、シリコ
ン基板の裏面側の異方性エッチングを施さないところを
シリコン窒化膜等で保護している。
Finally, the electrode pad 26 made of aluminum or the like is formed on the flexible thin film 23 by a lithographic method. As described above, in the device 17 integrally formed on the silicon substrate, the N-type diffusion region in which the control circuit 21 and the drive control strain sensor 22 are formed is immersed in the anode and in an etching solution such as an aqueous potassium hydroxide solution. Using an electrochemical etching method that performs anisotropic etching while applying a voltage of several volts with the electrode such as platinum as a cathode,
Processing is performed to remove the silicon in the portion not protected by the N-type diffusion region and the silicon nitride film. Before performing this anisotropic etching, the surface side of the silicon substrate on which the flexible thin film 23, the wiring 24, the electrothermal conversion element 25, etc. are formed is protected from being attacked by the etching solution. A portion of the back surface of the substrate which is not subjected to anisotropic etching is protected by a silicon nitride film or the like.

【0016】異方性エッチングの後は、不要なエッチン
グストッパーを反応性イオンエッチング法等で除去し、
その後、可撓性薄膜23をシリコン基板から切り出し、
薄膜化されたデバイス17を得る。
After the anisotropic etching, the unnecessary etching stopper is removed by the reactive ion etching method or the like,
After that, the flexible thin film 23 is cut out from the silicon substrate,
A thinned device 17 is obtained.

【0017】この可撓性薄膜23は、図2に示すよう
に、共通直線部23aと、この直線部23aの途中か
ら、これに直交し、かつ互いに異なる方向に分岐した第
1の分岐部23b並びに第2の分岐部23cとからな
る。各第1の分岐部23bは、硬性部13の所で前記支
持部材16に向かって分岐し、この支持部材16の所で
直角に折曲して隣の支持部材16の所まで軟性部14上
を通って軸方向に延出している。一方、前記第2の分岐
部23cは軟性部14のほぼ中間の所で分岐し、所定長
さ直線状に延出し軟性部14の中央部の所で終端してい
る。そして、この配線24は、各線を互いに絶縁するよ
うに分離して形成された電源線、グランド線、信号線、
及び同期信号線により構成されている。この制御回路2
1は、共通直線部23a上の前記第1の分岐部23bの
分岐する箇所に、前述の電気化学エッチングによって選
択的に残存させられた深いN型拡散領域内の回路領域と
して配置されている。なお、この手法の詳細について
は、特開平6−91582に開示されている。一方、前
記歪みセンサー22は、第2の分岐部23cの終端部に
配置された、前述の電気化学エッチングによって選択的
に残存させられた浅いN型拡散領域であり、ピエゾ抵抗
効果による半導体歪みゲージとして機能する。また、前
記電熱変換素子25は、アクチュエータ15の下に、こ
れに沿って延出するようにして、前記第1の分岐部23
bの支持部材16間の部分に取着されている。そして、
前記電極パッド26は、通常の半導体集積回路と同様な
形態で、共通直線部23aの一端に形成される。また、
このデバイス17は、マニピュレータの湾曲変形により
伸び変形もしくは破断などしないように、湾曲構造体に
配置する際に適当なたるみを持たせるように、複数の箇
所において湾曲構造体に接着もしくは熱溶着などの方法
で固定される。固定部位としては、電熱変換素子の領域
25がアクチュエータ15の表面又は裏面のほぼ全域で
接着もしくは溶着により張り付けられ、制御回路21と
その近傍領域が湾曲構造体の硬性部14に、全面もしく
は部分的な溶着によって固定される。位置的に軟性部1
3に沿って配置される配線24の領域は、適度なたるみ
をもって、硬性部に対応する両端で支持された状態で湾
曲構造体から遊離しているか、もしくは離散的ないくつ
かの箇所において部分的に接着もしくは溶着されてい
る。但し、センサー22の部分については、マニピュレ
ータの湾曲量を検出するために、軟性部14に対して接
着もしくは溶着によって固定されていることが必要であ
ることは言うまでもない。尚、前記電熱変換素子25と
しては、形状記憶合金の大きな変形量によって塑性変形
や破断しないように、超弾性を有する金属材料を、半導
体構造技術などを利用して所定形状に加工したものが使
用されている。また、この電熱変換素子は、アクチュエ
ータ15に対しては、熱が伝えやすいように、上述のよ
うに張り付けて配置しているが、前記湾曲構造体11の
軟性部に対しては、歪みの影響をさけるため、離間して
配置することが好ましい。
As shown in FIG. 2, the flexible thin film 23 has a common straight line portion 23a and a first branch portion 23b branched from the middle of the straight line portion 23a in a direction orthogonal to and perpendicular to the common straight line portion 23a. And a second branch portion 23c. Each first branch portion 23b branches toward the support member 16 at the rigid portion 13 and is bent at a right angle at the support member 16 to reach the adjacent support member 16 on the flexible portion 14. Extending axially through. On the other hand, the second branch portion 23c branches at a substantially middle portion of the flexible portion 14, extends linearly for a predetermined length, and terminates at a central portion of the flexible portion 14. The wiring 24 includes a power line, a ground line, a signal line, which are formed by separating each line so as to insulate each other from each other.
And a synchronization signal line. This control circuit 2
1 is arranged as a circuit region in a deep N-type diffusion region selectively left by the above-described electrochemical etching at a branching point of the first branching section 23b on the common straight line section 23a. The details of this method are disclosed in JP-A-6-91582. On the other hand, the strain sensor 22 is a shallow N-type diffusion region that is selectively left by the above-mentioned electrochemical etching and is disposed at the end of the second branch portion 23c, and is a semiconductor strain gauge due to a piezoresistive effect. Function as. In addition, the electrothermal conversion element 25 extends under the actuator 15 and extends along the same, so that the first branch portion 23 is formed.
It is attached to the portion between the support members 16 of b. And
The electrode pad 26 is formed at one end of the common straight line portion 23a in the same manner as a normal semiconductor integrated circuit. Also,
This device 17 is provided with adhesive or heat welding at a plurality of points so as to have an appropriate slack when arranged in the curved structure so as not to be stretched or broken by the bending deformation of the manipulator. Fixed in the way. As the fixing portion, the region 25 of the electrothermal conversion element is adhered or welded to almost the entire front surface or the back surface of the actuator 15, and the control circuit 21 and its vicinity are entirely or partially attached to the rigid portion 14 of the curved structure. It is fixed by simple welding. Positionally flexible part 1
The region of the wiring 24 arranged along the line 3 is free from the curved structure while being supported at both ends corresponding to the rigid portion with appropriate slack, or is partially separated at some discrete points. Is glued or welded to. However, it goes without saying that the portion of the sensor 22 needs to be fixed to the flexible portion 14 by adhesion or welding in order to detect the bending amount of the manipulator. As the electrothermal conversion element 25, a metal material having superelasticity processed into a predetermined shape by using a semiconductor structure technology or the like is used so as not to be plastically deformed or broken by a large deformation amount of the shape memory alloy. Has been done. Further, this electrothermal converting element is arranged so as to be adhered to the actuator 15 as described above so that heat can be easily transmitted, but the soft portion of the bending structure 11 is affected by strain. In order to avoid this, it is preferable to arrange them separately.

【0018】前記歪みセンサー22は、前記配線24に
より制御回路21に電気的に接続され、電極パッド26
に接続されたマニピュレータのコントローラに信号を伝
達し、コントローラ内で歪みセンサーの歪み量からマニ
ピュレータの屈曲角を計算し、アクチュエータのフィー
ドバック制御する。
The strain sensor 22 is electrically connected to the control circuit 21 by the wiring 24, and has an electrode pad 26.
A signal is transmitted to the controller of the manipulator connected to the, the bending angle of the manipulator is calculated from the strain amount of the strain sensor in the controller, and the feedback control of the actuator is performed.

【0019】前記電熱変換素子25は、上述したように
アクチュエータ15の下にこれに沿って配設されてお
り、また配線24を介して制御回路21に電気的に接続
されている。この結果、この電熱変換素子25には、制
御回路21から制御された電流が供給され発熱して、こ
の供給電流値に対応した度合でアクチュエータ15を湾
曲させる。このように、アクチュエータ15は、電熱変
換素子25に対して、熱伝達を受けられるように配置さ
れており、電熱変換素子25に接合されていても、電熱
変換素子25に対して摺動可能に設けられていても良
い。
The electrothermal converting element 25 is disposed below the actuator 15 and along with it, as described above, and is electrically connected to the control circuit 21 via the wiring 24. As a result, a current controlled by the control circuit 21 is supplied to the electrothermal conversion element 25 to generate heat, and the actuator 15 is bent to a degree corresponding to the supplied current value. In this way, the actuator 15 is arranged so as to be able to receive heat transfer to the electrothermal conversion element 25, and even if it is joined to the electrothermal conversion element 25, it can slide with respect to the electrothermal conversion element 25. It may be provided.

【0020】上記構成のマニピュレータの作用を以下に
説明する。まず、電極パッド26を外部コントローラに
接続すると共に、図示しない電源をONにする。この結
果、外部コントローラから電力が、電極パッド26並び
に制御回路21を介して電熱変換素子25に与えられ
る。この電熱変換素子25は通電により加熱し、形状記
憶合金からなるアクチュエータ15に熱を伝え、形状記
憶合金の変態温度以上に加熱された時点で形状記憶させ
た形状に屈曲変形をする。このときのアクチュエータ1
5によって発生した変形量及び変形力は、支持部材16
によって、硬性部13に伝達し、更に硬性部13を介し
て軟性部14に伝達され、それに応じて軟性部14は変
形して、図3に示したようにマニピュレータは湾曲変形
される。また、この軟性部14の変形によって、駆動制
御用歪みセンサー22に歪みが与えられ、それに応じた
出力信号を歪みセンサー22は制御回路21に出力す
る。この歪みセンサー22の出力に応じて、外部コント
ローラは制御回路21に電熱変換素子25に供給する電
力を制御するための信号を送り、それによりアクチュエ
ータ15の屈曲角を制御するといったフィードバック制
御を行う。
The operation of the manipulator having the above structure will be described below. First, the electrode pad 26 is connected to an external controller, and a power source (not shown) is turned on. As a result, electric power is applied from the external controller to the electrothermal conversion element 25 via the electrode pad 26 and the control circuit 21. The electrothermal conversion element 25 is heated by energization to transfer the heat to the actuator 15 made of a shape memory alloy, and when it is heated to the transformation temperature of the shape memory alloy or higher, the electrothermal conversion element 25 is bent and deformed into a shape that is memorized. Actuator 1 at this time
The deformation amount and the deformation force generated by
Is transmitted to the hard portion 13 and is further transmitted to the soft portion 14 via the hard portion 13, the soft portion 14 is deformed accordingly, and the manipulator is curved and deformed as shown in FIG. Further, due to the deformation of the soft portion 14, the drive control strain sensor 22 is strained, and the strain sensor 22 outputs an output signal corresponding to the strain to the control circuit 21. In response to the output of the strain sensor 22, the external controller sends a signal for controlling the electric power supplied to the electrothermal conversion element 25 to the control circuit 21, thereby performing feedback control such as controlling the bending angle of the actuator 15.

【0021】このように本実施例は、軟性部14が変形
することによりマニピュレータが湾曲変形する構成であ
るので、湾曲部分の摺動抵抗がなく、アクチュエータ1
5で発生した変形量及び変形力を低減することなくマニ
ピュレータの湾曲動作に作用させることができる。ま
た、制御回路21が硬性部13に配置しているために、
制御回路21の変形による回路特性の変動を回避するこ
とができるので、常に正常に制御することができる。そ
して、大きな変形量を発生する形状記憶合金を用いたア
クチュエータ15においても、軟性部14にこの歪みセ
ンサー22が配置されているために加わる歪みが小さ
く、高感度な半導体歪みセンサー22を使用できる。
As described above, in this embodiment, since the manipulator is bent and deformed by the deformation of the flexible portion 14, there is no sliding resistance of the bent portion, and the actuator 1
It is possible to act on the bending operation of the manipulator without reducing the deformation amount and the deformation force generated in 5. Further, since the control circuit 21 is arranged in the rigid portion 13,
Since it is possible to avoid fluctuations in circuit characteristics due to deformation of the control circuit 21, it is possible to always perform normal control. Even in the actuator 15 using a shape memory alloy that generates a large amount of deformation, since the strain sensor 22 is arranged in the flexible portion 14, the strain applied is small and the semiconductor strain sensor 22 having high sensitivity can be used.

【0022】なお、本実施例の各構成は、当然、各種の
変形、変更が可能である。例えば、駆動制御用歪みセン
サー22において、複数の半導体抵抗体を用い、温度補
償などの補償を可能とするためのブリッジ回路を形成す
ることが可能である。
Naturally, each structure of this embodiment can be modified and changed in various ways. For example, in the drive control strain sensor 22, it is possible to use a plurality of semiconductor resistors to form a bridge circuit for enabling compensation such as temperature compensation.

【0023】次に、図4を参照してにこの発明の第2の
実施例に係わるマニピュレータを説明する。この実施例
のマニピュレータは、第1の実施例とほぼ同じ構成を持
つが、軟性部14並びにアクチュエータ15に代わっ
て、これらを兼用する手段として電気応答型ケモメカニ
カルゲル51が使用されている。このケモメカニカルゲ
ル51は、硬性部13と同形状の円筒状をなし、隣接す
る1対の硬性部13間に同軸的に挟持されている。ま
た、前記第1の分岐部23bは、1つの制御回路21に
対して、互いに反対方向に延びるようにして2つ形成さ
れている。そして、これら第1の分岐部23bの終端部
上には、即ち、ケモメカニカルゲル51上には、前記電
熱変換素子25に代えて、このゲル51に電圧を印加す
るためのストリップ形状の電極52が、制御回路21と
電気的に接続し、互いに対向するように取着されてい
る。これら電極52は、軸方向に延びたストリップ形状
をなし、導電性薄膜、例えば、白金薄膜により形成され
ている。そして、この電極はゲル表面もしくは表層部
に、このゲルの変形を妨げにくいように、好ましくは摺
動可能に配置されている。この電極の配置位置について
は、マニピュレータが湾曲変形するように設定されてい
る。また、好ましくは、図示のように、一方の電極52
の近くに前記駆動制御用歪みセンサー22が配設されて
いる。
Next, a manipulator according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The manipulator of this embodiment has substantially the same configuration as that of the first embodiment, but instead of the flexible portion 14 and the actuator 15, an electro-responsive chemo-mechanical gel 51 is used as a means that also serves as these. The chemo-mechanical gel 51 has a cylindrical shape having the same shape as the rigid portion 13 and is coaxially sandwiched between a pair of adjacent rigid portions 13. Further, two first branch portions 23b are formed in one control circuit 21 so as to extend in mutually opposite directions. Then, on the end portion of the first branch portion 23b, that is, on the chemo-mechanical gel 51, instead of the electrothermal conversion element 25, a strip-shaped electrode 52 for applying a voltage to this gel 51. Are electrically connected to the control circuit 21 and are attached so as to face each other. The electrodes 52 have a strip shape extending in the axial direction and are formed of a conductive thin film, for example, a platinum thin film. The electrode is preferably slidably arranged on the surface of the gel or on the surface layer so as not to hinder the deformation of the gel. The arrangement position of the electrodes is set so that the manipulator is bent and deformed. Also, preferably, as shown, one electrode 52
The drive control strain sensor 22 is disposed near the.

【0024】前記電気応答型ケモメカニカルゲルは、電
気刺激に対して変形をするもので、例えば、ポリビニル
アルコールとポリアクリル酸ナトリウムの共重合体(P
VA−PAA)ゲルや、ポリ−2−アクリルアミド−−
2−メチルプロバンスルホン酸(PAMPS)ゲル、ア
クリルニトリルゲル、アクリルアミドゲルなどの高分子
ゲルであり、また、パーフルオロスルホン酸、ポリエチ
レンスルホン酸といったイオン交換樹脂なども含む。
The electro-responsive chemo-mechanical gel is one that is deformed by an electric stimulus, for example, a copolymer of polyvinyl alcohol and sodium polyacrylate (P
VA-PAA) gel and poly-2-acrylamide ---
It is a polymer gel such as 2-methylprobansulfonic acid (PAMPS) gel, acrylonitrile gel, and acrylamide gel, and also includes ion exchange resins such as perfluorosulfonic acid and polyethylenesulfonic acid.

【0025】この第2の実施例において、電極52より
このゲル51に電圧を印加することにより、この当ゲル
は屈曲変形を起こし、マニピュレータは湾曲変形する。
このように、この実施例によれば、ケモメカニカルゲル
51が、湾曲構造体の軟性部とアクチュエータとを兼ね
るので、構成が簡略化され、小型化が可能となる。ま
た、ケモメカニカルゲルは、変形量が大きいので、マニ
ピュレータの湾曲量を大きくすることが可能である。さ
らに、応答性及び制御性が良い効果もある。
In the second embodiment, when a voltage is applied to the gel 51 from the electrode 52, the gel causes bending deformation and the manipulator bends.
As described above, according to this embodiment, the chemo-mechanical gel 51 serves as both the flexible portion of the curved structure and the actuator, so that the configuration is simplified and the size can be reduced. Further, since the chemo-mechanical gel has a large deformation amount, it is possible to increase the bending amount of the manipulator. Further, there is an effect that the responsiveness and controllability are good.

【0026】次に、この発明の第3実施例を説明する。
この実施例のマニピュレータは、特に図示しないが、以
下のように構成されている。第1の実施例とほぼ同じ構
成を持つが、図1における軟性部14に該当する部分が
熱応答型ケモメカニカルゲルで構成され、この部位が加
熱・冷却によって湾曲動作する。即ち、軟性部自体がア
クチュエータとして機能するので、図1におけるアクチ
ュエータ15及び支持部材16に該当する部分は不要と
なる。本実施例においては、アチュエータを動作させる
ために熱応答型ケモメカニカルゲルで構成された軟性部
を加熱する機構が必要となるが、これは図2に示された
可撓性薄膜の電熱変換素子25が直接軟性部を加熱する
ように配置することによって容易に実現できる。本実施
例においても、第1の実施例と同様に、センサーの歪み
量からマニピュレータの屈曲角を計算し、アクチュエー
タをフィードバック制御する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
Although not particularly shown, the manipulator of this embodiment has the following configuration. Although it has almost the same configuration as the first embodiment, the portion corresponding to the flexible portion 14 in FIG. 1 is made of a thermoresponsive chemo-mechanical gel, and this portion bends by heating and cooling. That is, since the flexible portion itself functions as an actuator, the portions corresponding to the actuator 15 and the support member 16 in FIG. 1 are unnecessary. In the present embodiment, a mechanism for heating the soft part made of a thermo-responsive chemo-mechanical gel is required to operate the actuator, which is a flexible thin film electrothermal conversion element shown in FIG. This can be easily achieved by arranging 25 so as to directly heat the flexible portion. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the bending angle of the manipulator is calculated from the strain amount of the sensor, and the actuator is feedback-controlled.

【0027】前記熱応答型ケモメカニカルゲルは、熱の
変化に対応して変形をするもので、例えば、ポリビニル
メチルエーテル(PVME)ゲルやN置換アクリルアミ
ドゲルなどの高分子ゲルである。
The thermoresponsive chemo-mechanical gel deforms in response to changes in heat, and is, for example, a polymer gel such as polyvinyl methyl ether (PVME) gel or N-substituted acrylamide gel.

【0028】また、この当ゲルを加熱するための電熱変
換素子は、超弾性材料などの金属材料を、半導体製造技
術などを利用して所定形状に加工して、通電によりジュ
ール熱を発生させるものである。そして、この電熱変換
素子は、このゲルの表面もしくは表層部に、このゲルの
変形を妨げにくいように摺動可能、且つ、熱を伝えやす
いように配置されている。
The electrothermal converting element for heating the gel is one in which a metal material such as a superelastic material is processed into a predetermined shape by utilizing a semiconductor manufacturing technique or the like, and Joule heat is generated by energization. Is. The electrothermal conversion element is arranged on the surface or surface layer of the gel so as to be slidable so as not to hinder the deformation of the gel and to easily transfer heat.

【0029】この実施例においては、電熱変換素子に制
御された電流を供給することによりこれが加熱し、この
素子に近いゲルの部分を加熱して収縮変形を起こさせ
る。かくして、このゲルからなる軟性部は収縮変形を起
こした方向に屈曲変形する。また、加熱を停止すること
により、このゲルの温度が低下し、それに応じて膨潤変
形して元の形状に戻る。このようにして、マニピュレー
タは湾曲変形することができる。
In this embodiment, a controlled current is applied to the electrothermal conversion element which causes it to heat and heat the portion of the gel near the element to cause contractive deformation. Thus, the soft part made of this gel is bent and deformed in the direction in which the contraction deformation occurs. Further, by stopping the heating, the temperature of this gel is lowered, and accordingly, the gel is swollen and deformed to return to the original shape. In this way, the manipulator can be bent and deformed.

【0030】尚、この第3の実施例のマニピュレータ
は、前記第2の実施例のものと同様の効果を奏する。次
に、図5を参照してこの発明の第4実施例を説明する。
The manipulator of the third embodiment has the same effect as that of the second embodiment. Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0031】この実施例は。各軟性部14に2つの駆動
制御用歪みセンサーが設けられている点を除けば、第1
の実施例と実質的に同じなので、以下に相違点のみ説明
する。
In this embodiment, Except for the point that each flexible part 14 is provided with two drive control strain sensors,
Since it is substantially the same as the embodiment described above, only the differences will be described below.

【0032】この実施例では、共通直線部23aから、
1つの軟性部14に対して2本の第2の分岐部23cが
互いに平行に延出されている。これら第2の分岐部23
cは、各軟性部14の軸方向の前部並びに後部に沿って
(第1の実施例では1本の第2の分岐部23cが軟性部
14のほぼ中心に延びている)延びており適当な箇所で
終端している。そして、これら第2の分岐部23cの終
端部上には歪みセンサー22が夫々取着されている。ま
た、これら歪みセンサー22は可撓性薄膜23上に配設
された配線24により制御回路21に電気的に接続され
ている。尚、各配線24に設けられた1対の歪みセンサ
ー22は、等価のセンサーであり、配置位置のみが一方
は軸方向前方に、また他方が軸方向後方にと、配置位置
が相違しているだけである。
In this embodiment, from the common straight line portion 23a,
Two second branch portions 23c are extended in parallel with each other with respect to one flexible portion 14. These second branch portions 23
c is suitable for extending along the axial front and rear portions of each flexible portion 14 (in the first embodiment, one second branch portion 23c extends substantially in the center of the flexible portion 14). It ends at a certain point. The strain sensors 22 are attached to the end portions of the second branch portions 23c, respectively. The strain sensor 22 is electrically connected to the control circuit 21 by a wiring 24 provided on the flexible thin film 23. It should be noted that the pair of strain sensors 22 provided on each wiring 24 are equivalent sensors, and only the arrangement positions are different, that is, one is axially forward and the other is axially rearward. Only.

【0033】このように、各軟性部14に、1対の歪み
センサー22が配置されていることにより、本実施例の
マニピュレータが外部から力を受け、軟性部14が変形
した場合に、同一の軟性部に配置された1対のこの歪み
センサー22出力信号の強度差や強度の大きさによっ
て、外力が加わっている部位や強さが推測することがで
きる。このために、外力の影響に応じた駆動制御がで
き、より高精度な位置決めが可能となる。
As described above, since the pair of strain sensors 22 are arranged in each of the flexible portions 14, the manipulator of this embodiment receives the force from the outside, and when the flexible portion 14 is deformed, the same. The portion and the strength to which the external force is applied can be estimated from the strength difference and the magnitude of the strength of the output signals of the pair of strain sensors 22 arranged in the soft part. Therefore, drive control can be performed according to the influence of external force, and more accurate positioning can be performed.

【0034】上記歪みセンサー22は、各軟性部14に
対して2つに限定されるものではなく、多ければ多いほ
ど湾曲の正確な制御ができるが、構造が複雑かつ大型化
するので、使用する歪みセンサー22の数は、使用目的
に応じて適宜選定すれば良い。
The number of strain sensors 22 is not limited to two for each flexible portion 14. The more the strain sensors 22 are, the more accurately the bending can be controlled. However, the structure is complicated and the size is large. The number of strain sensors 22 may be appropriately selected according to the purpose of use.

【0035】尚、上記第2並びに第4の実施例を示す第
4図並びに第5図には、配線22を省略しているが、図
3と同様の配線が各電気部品を電気的に接続するために
配線が可撓性薄膜23に形成されている。
Although the wiring 22 is omitted in FIGS. 4 and 5 showing the second and fourth embodiments, the same wiring as in FIG. 3 electrically connects the electric parts. For this purpose, the wiring is formed on the flexible thin film 23.

【0036】以上説明した第1ないし第4の実施例にお
ける湾曲構造体は、管状をなし内部に前端から他端に連
続した空腔が形成され、光ファイバや、カメラ、グリッ
パなどの機能要素を挿入することができる。これによ
り、空腔内に挿入したグリッパなどを任意の部位にアク
セスすることのできるマニピュレータが可能となる。し
かし、この発明の湾曲構造体は、管状のものに限定され
るものではなく、詰まっていても良く、また、外形も円
形に限定されることはなく、例えば、矩形やフイラメン
ト状など他の形態をしていても良い。
The curved structures according to the first to fourth embodiments described above are tubular and have a continuous cavity formed from the front end to the other end in the inside thereof, and have functional elements such as an optical fiber, a camera and a gripper. Can be inserted. As a result, a manipulator capable of accessing a desired part, such as a gripper inserted in the cavity, becomes possible. However, the curved structure of the present invention is not limited to a tubular structure, may be clogged, and the outer shape is not limited to a circular shape. For example, other shapes such as a rectangular shape and a filament shape are possible. You may be

【0037】また、各アクチュエータの変形方向を任意
に設定して配置すした場合は、各軟性部ごとに複数の自
由度を持たせることができる。前記駆動制御用歪みセン
サーとしては、これに限定されるものではないが、軟性
部の変形による歪みに応じた電気信号を出力するピエゾ
抵抗素子や感圧ダイオードなどの半導体歪みセンサーが
好ましい。このような半導体歪みセンサーは、金属歪み
センサーに比べてゲージ率が大きいために、歪みセンサ
ーの配置位置をアクチュエータではなく軟性部に配置で
きることにより、軟性部の歪みを直接歪みゲージにより
測定できるので、より正確な湾曲角を求めることができ
る。
Further, when the deformation directions of the actuators are arbitrarily set and arranged, each flexible portion can have a plurality of degrees of freedom. The drive control strain sensor is not limited to this, but a semiconductor strain sensor such as a piezoresistive element or a pressure sensitive diode that outputs an electric signal according to the strain due to the deformation of the soft portion is preferable. Since such a semiconductor strain sensor has a larger gauge factor than a metal strain sensor, the strain sensor can be directly arranged by a strain gauge because the strain sensor can be arranged at a soft portion instead of an actuator. A more accurate bending angle can be obtained.

【0038】前記湾曲構造体においては、少なくとも2
つの硬性部と、これらの間に設けられた1つの軟性部と
があれば、所定の湾曲機能を奏することができるが、複
数の軟性部を設けることにより、マニピュレータの湾曲
変形がスムースに行われる。また、各軟性部を同一方向
に変形させることにより、マニピュレータの湾曲角を大
きくすることができる。
In the curved structure, at least 2
If there are one hard portion and one soft portion provided between them, a predetermined bending function can be achieved, but by providing a plurality of soft portions, the bending deformation of the manipulator can be performed smoothly. . Further, the bending angle of the manipulator can be increased by deforming the respective soft parts in the same direction.

【0039】以上各実施例に基づいて、本発明を説明し
たが、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能で
ある。
Although the present invention has been described based on the respective embodiments, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications and applications are possible within the scope of the gist of the present invention. .

【0040】ここで、本発明の要旨をまとめると以下の
ようになる。この発明の第1の態様に係わるマニピュレ
ータは、少なくとも2つの硬性部と、この硬性部間に設
けられた可撓性を有する軟性部とからなる湾曲構造体
と、この軟性部を湾曲させるアクチュエータと、前記構
造体に配置され、互いに電気的に接続された駆動制御用
歪みセンサーと制御回路とを有し、前記アクチュエータ
の駆動を制御するデバイスと、このアクチュエータに駆
動エネルギーを供給して前記軟性部を屈曲させるエネル
ギー供給手段とを具備するマニピュレータにおいて、
前記駆動制御用歪みセンサーは、前記湾曲構造体の軟性
部に配置され、前記制御回路は、硬性部に配置されてい
ることを特徴とする。
Here, the summary of the present invention is summarized as follows. A manipulator according to a first aspect of the present invention includes a bending structure including at least two hard parts and a flexible soft part provided between the hard parts, and an actuator that bends the soft part. A device having a drive control strain sensor and a control circuit arranged in the structure and electrically connected to each other, the device controlling drive of the actuator, and the flexible portion for supplying drive energy to the actuator. In a manipulator having an energy supply means for bending
The drive control strain sensor is disposed in a flexible portion of the bending structure, and the control circuit is disposed in a rigid portion.

【0041】この第1の態様は、全ての図に対応するも
のであり、以下のような作用並びに効果を奏する。湾曲
構造体としては、軟性部は伸縮性を有するプラスチック
など高分子材料から構成されているが、軟性部に一部分
硬性部を補強材として延在させた構造も含む。特に、軟
性部として円周方向には伸縮量が小さく水平方向に伸縮
しやすい異方性伸縮材料などを用いることが望ましい。
前記異方性伸縮材料としては、例えば、ゴム状高分子材
料にコイルバネを埋設したような複合材料などが考えら
れる。また、硬性部は、金属射出成形などの方法で形成
される金属構造体や、熱により軟化しにくい樹脂、例え
ば、熱硬化性樹脂などの材料からなる構造体が用いられ
る。
The first mode corresponds to all the drawings and has the following actions and effects. As the curved structure, the soft portion is made of a polymer material such as plastic having elasticity, but also includes a structure in which the hard portion is partially extended as a reinforcing member. In particular, it is preferable to use an anisotropic stretchable material or the like that has a small amount of stretch in the circumferential direction and is easily stretched in the horizontal direction as the soft portion.
The anisotropic stretchable material may be, for example, a composite material in which a coil spring is embedded in a rubber-like polymer material. For the hard part, a metal structure formed by a method such as metal injection molding or a resin structure that is not easily softened by heat, such as a thermosetting resin, is used.

【0042】制御回路については、硬性部に配置され、
駆動制御用歪みセンサーは軟性部に配置される。該歪み
センサーは、軟性部の歪みを受ける部位に配置する。こ
こで歪みセンサーは軟性部に接着などの方法で固定され
る訳であるが、歪みセンサーと軟性部の剛性を適切に選
ぶことによって、アクチュエータの屈曲角に対する歪み
センサーの歪み量を最適化できる。
The control circuit is arranged in the rigid part,
The drive control strain sensor is arranged in the flexible portion. The strain sensor is arranged at a portion of the soft portion that receives strain. Here, the strain sensor is fixed to the flexible portion by a method such as adhesion. By appropriately selecting the rigidity of the strain sensor and the flexible portion, the strain amount of the strain sensor with respect to the bending angle of the actuator can be optimized.

【0043】前記アクチュエータについては、軟性部を
変形することのできる変形量及び変形力を有するもので
あれば特に限定されるものではない。湾曲構造体として
硬性部と軟性部を交互に配置したことによって、アクチ
ュエータの変形量及び変形力が軟性部に作用し、アクチ
ュエータの変形に応じて軟性部が湾曲変形する。
The actuator is not particularly limited as long as it has a deformation amount and a deformation force capable of deforming the flexible portion. By alternately arranging the hard portion and the soft portion as the bending structure, the deformation amount and the deformation force of the actuator act on the soft portion, and the soft portion is bent and deformed according to the deformation of the actuator.

【0044】前記硬性部に配置された制御回路は、硬性
部が変形しないために制御回路部に歪みを与えないの
で、アクチュエータの駆動によって回路特性が変動する
ことはない。 また、軟性部に配置された駆動制御用歪
みセンサーについては、軟性部の変形によりピエゾ抵抗
素子や感圧ダイオードなどの半導体歪みセンサーに歪み
が加わり、歪み量の計測ができる。こうして、該歪みセ
ンサーは制御回路に接続され、マニピュレータのコント
ローラに信号を伝達し、コントローラ内で歪みセンサー
の歪み量からマニピュレータの屈曲角を計算し、アクチ
ュエータのフィードバック制御する。
Since the control circuit disposed in the rigid portion does not deform the rigid portion and thus does not distort the control circuit portion, the circuit characteristics do not change when the actuator is driven. Further, regarding the drive control strain sensor arranged in the flexible portion, the strain of the semiconductor strain sensor such as the piezoresistive element or the pressure sensitive diode is applied by the deformation of the flexible portion, and the strain amount can be measured. In this way, the strain sensor is connected to the control circuit, transmits a signal to the controller of the manipulator, calculates the bending angle of the manipulator from the strain amount of the strain sensor in the controller, and feedback-controls the actuator.

【0045】このように、制御回路が硬性部に配置して
いるために、制御回路部の変形による回路特性の変動が
なく、常にアクチュエータを正常に制御することができ
る。更に、大きな変形量を発生するアクチュエータを用
いた場合においても、軟性部に該歪みセンサーが配置さ
れているために加わる歪みを小さくできるので、高感度
な半導体歪みセンサーを使用できる。また、該歪みセン
サーが軟性部自体に配置されているために、軟性部の歪
みを直接測定することができる。
As described above, since the control circuit is arranged in the rigid portion, there is no change in the circuit characteristics due to the deformation of the control circuit portion, and the actuator can always be controlled normally. Furthermore, even when an actuator that generates a large amount of deformation is used, since the strain sensor is arranged in the soft portion, the strain applied can be reduced, so that a highly sensitive semiconductor strain sensor can be used. Further, since the strain sensor is arranged on the flexible portion itself, the strain of the flexible portion can be directly measured.

【0046】それぞれの軟性部に対して複数のアクチュ
エータを配置することも可能である。複数のアクチュエ
ータを配置する場合は、各アクチュエータの変形方向を
同一にして構造体に配置する構成や、変形方向を任意に
設定して配置する構成などがある。
It is also possible to arrange a plurality of actuators for each soft part. When arranging a plurality of actuators, there is a configuration in which the deformation directions of the actuators are the same and the actuators are arranged in the structure, or a structure in which the deformation directions are arbitrarily set and arranged.

【0047】第2の態様に係わるマニピュレータは、第
1の態様に係わるマニピュレータにおいて、前記湾曲構
造体は、3つ以上の硬性部と、隣合う硬性部間に夫々設
けられた2つ以上の軟性部とが連節した構成を持ち、各
軟性部に対応して、前記アクチュエータと前記駆動制御
用歪みセンサーと前記制御回路とが設けられていること
を特徴とする。
The manipulator according to the second aspect is the manipulator according to the first aspect, wherein the curved structure has three or more rigid portions and two or more flexible portions provided between adjacent rigid portions. The actuator, the drive control strain sensor, and the control circuit are provided corresponding to each flexible portion.

【0048】この第2の態様は、全ての図に示す実施例
に対応するものであり、以下のような作用並びに効果を
奏する。上記複数のアクチュエータは、各アクチュエー
タの変形方向を同一にして構造体に配置したり、変形方
向を任意に設定して配置したりする。
The second mode corresponds to all the embodiments shown in the drawings and has the following actions and effects. The plurality of actuators are arranged in the structure with the same deformation direction of each actuator, or arranged with the deformation direction set arbitrarily.

【0049】複数の軟性部がそれぞれアクチュエータ及
び駆動制御用歪みセンサー及び制御回路を有することに
よって、各軟性部ごとにアクチュエータの変形量及び変
形力が軟性部に作用し、アクチュエータの変形に応じて
軟性部が湾曲変形する。
Since each of the plurality of flexible portions has an actuator, a strain sensor for drive control, and a control circuit, the deformation amount and the deformation force of the actuator act on the flexible portion for each flexible portion, and the flexible portion responds to the deformation of the actuator. The part is bent and deformed.

【0050】また、各軟性部ごとに歪みセンサーの信号
によって、アクチュエータをフィードバック制御する。
このように、複数の軟性部を有することにより、マニピ
ュレータの湾曲変形がスムースに行われる。また、各軟
性部を同一方向に変形させることにより、マニピュレー
タの湾曲角を大きくすることができる。
Further, the actuator is feedback-controlled by the signal of the strain sensor for each soft portion.
In this way, by having the plurality of soft portions, the bending deformation of the manipulator is smoothly performed. Further, the bending angle of the manipulator can be increased by deforming the respective soft parts in the same direction.

【0051】第3の態様に係わるマニピュレータは、前
記第1もしくは第2の態様に係わるマニピュレータにお
いて、前記アクチュエータは、隣接した2つの硬性部に
より両端が夫々支持された形状記憶合金アクチュエータ
を有し、また、前記エネルギー供給手段は前記形状記憶
合金アクチュエータを加熱するための電熱変換素子を有
することを特徴とする。
A manipulator according to a third aspect is the manipulator according to the first or second aspect, wherein the actuator has a shape memory alloy actuator whose both ends are respectively supported by two adjacent hard portions. Further, the energy supplying means has an electrothermal conversion element for heating the shape memory alloy actuator.

【0052】この第3の態様は、図1ないし図3並びに
図5の実施例に対応するものであり、以下のような作用
並びに効果を奏する。前記形状記憶合金アクチュエータ
は、例えばTiNi合金などからなり、これの支持につ
いては、図1に示したように硬性部に設けた固定支持部
材による支持以外に、長手方向に伸縮性のある物質で被
覆したり、硬性部に設けた孔にアクチュエータを挿入し
たりする方法等でも良い。この形状記憶合金アクチュエ
ータは、両端もしくは一端が摺動可能なように指示部材
に支持されている。そして、形状記憶合金は温度変化に
より、2方向性の屈曲変形をする全方向形状記憶処理が
施されている。
This third mode corresponds to the embodiment of FIGS. 1 to 3 and FIG. 5, and has the following actions and effects. The shape memory alloy actuator is made of, for example, a TiNi alloy or the like, and is supported by a material having elasticity in the longitudinal direction in addition to the support by the fixed support member provided in the rigid portion as shown in FIG. Alternatively, a method of inserting an actuator into a hole provided in the rigid portion may be used. This shape memory alloy actuator is supported by the indicating member so that both ends or one end can slide. Then, the shape memory alloy is subjected to an omnidirectional shape memory treatment that causes bidirectional bending deformation due to temperature change.

【0053】前記形状記憶合金アクチュエータを加熱す
るための電熱変換素子は、形状記憶合金の大きな変形量
によって塑性変形や破断しないように、超弾性を有する
金属材料を、半導体構造技術などを利用して所定形状に
加工されている。また、この電熱変換素子は、熱が伝え
やすいように、アクチュエータ15に対して、張り付
け、または、沿うようにして配置するとともに、軟性部
の変形による歪みの影響をさけるため、前記湾曲構造体
11の軟性部に対しては、離間して配置することが好ま
しい。
The electrothermal conversion element for heating the shape memory alloy actuator is made of a metal material having superelasticity by using a semiconductor structure technology or the like so as not to be plastically deformed or broken by a large deformation amount of the shape memory alloy. It is processed into a predetermined shape. In addition, this electrothermal converting element is arranged so as to be attached to or along the actuator 15 so that heat can be easily transmitted, and in order to avoid the influence of distortion due to the deformation of the soft portion, the curved structure 11 is provided. It is preferable that the flexible portion of the above-mentioned item is separated from the flexible portion.

【0054】前記電熱変換素子に通電することによりジ
ュール熱を発生して、形状記憶合金を加熱し、形状記憶
合金が変態温度に達した時点で形状記憶処理を施した形
状に変形する。形状記憶合金は硬性部によって支持され
ているので、形状記憶合金アクチュエータによって発生
した変形力及び変形量は硬性部に伝達されるが、硬性部
は変形しないために、隣接した硬性部間に配置された軟
性部にアクチュエータの変形力及び変形量が硬性部を介
して作用し、軟性部が変形する。
By energizing the electrothermal converting element, Joule heat is generated to heat the shape memory alloy, and when the shape memory alloy reaches the transformation temperature, the shape memory alloy is transformed into the shape subjected to the shape memory treatment. Since the shape memory alloy is supported by the hard part, the deforming force and the amount of deformation generated by the shape memory alloy actuator are transmitted to the hard part, but the hard part is not deformed, so it is placed between the adjacent hard parts. The deforming force and the amount of deformation of the actuator act on the soft portion via the hard portion, and the soft portion is deformed.

【0055】かくして、変形量及び変形力の大きい形状
記憶合金をアクチュエータとして使用できるために、湾
曲変形量及び変形力の大きいマニピュレータを制御する
ことができる。また、形状記憶合金の加熱を電熱変換素
子にしたことにより、制御性が向上する。
Thus, since the shape memory alloy having a large deformation amount and a large deformation force can be used as the actuator, the manipulator having a large bending deformation amount and a large deformation force can be controlled. Further, the controllability is improved by using the electrothermal conversion element for heating the shape memory alloy.

【0056】第4の態様に係わるマニピュレータは、前
記第1もしくは第2の態様に係わるマニピュレータにお
いて、前記湾曲構造体の硬性部と軟性部とは光硬化性樹
脂で形成されていることを特徴とする。
A manipulator according to a fourth aspect is the manipulator according to the first or second aspect, characterized in that the hard portion and the soft portion of the curved structure are made of a photocurable resin. To do.

【0057】この第4の態様は、全ての図に示す実施例
に対応するものであり、以下のような作用並びに効果を
奏する。前記湾曲構造体の硬性部と軟性部が、特性の異
なった光硬化性樹脂からなる構成であり、硬性部と軟性
部を光造形法及び犠牲層エッチング技術などを利用して
一体成形される。また、同時にアクチュエータの支持部
材を一体成形することや、可撓性薄膜からなる配線など
が配置される部位を一部窪ませるようにしても良い。
The fourth mode corresponds to all the embodiments shown in the drawings and has the following actions and effects. The hard portion and the soft portion of the curved structure are made of a photo-curable resin having different characteristics, and the hard portion and the soft portion are integrally molded by using a stereolithography method and a sacrifice layer etching technique. At the same time, the support member of the actuator may be integrally formed, or a portion where the wiring made of a flexible thin film is arranged may be partially recessed.

【0058】この態様のマニピュレータでは、軟性部に
アクチュエータによって発生した変形量及び変形力が作
用し、軟性部はアクチュエータの変形に応じた変形をし
て、マニピュレータを湾曲変形させる。
In the manipulator of this aspect, the deformation amount and the deformation force generated by the actuator act on the soft portion, and the soft portion deforms according to the deformation of the actuator, and causes the manipulator to bend and deform.

【0059】かくして、光造形法により軟性部と硬性部
からなる湾曲構造体が一体成形されることにより、組立
工程が省略でき、より高精度で、小さいマニピュレータ
を得ることができる。
Thus, by integrally molding the curved structure composed of the soft portion and the hard portion by the optical molding method, the assembling process can be omitted, and a highly precise and small manipulator can be obtained.

【0060】第5の態様に係わるマニピュレータは、前
記第1もしくは第2の態様に係わるマニピュレータにお
いて、前記軟性部はケモメカニカルゲルで構成され、こ
のケモメカニカルゲルが前記アクチュエータを構成して
いることを特徴とする。
A manipulator according to a fifth aspect is the manipulator according to the first or second aspect, wherein the soft portion is made of chemo-mechanical gel, and the chemo-mechanical gel constitutes the actuator. Characterize.

【0061】この第5の態様は、図4に示す実施例に対
応するものであり、以下のような作用並びに効果を奏す
る。このマニピュレータでは、前記軟性部がケモメカニ
カルゲルからなり、該ケモメカニカルゲルがアクチュエ
ータの機能を有する。すなわち、該当ケモメカニカルゲ
ルに、熱変化やpH変化、イオン濃度変化、電気刺激、
光刺激及び溶媒変換などの外部刺激を加えることによ
り、該ケモメカニカルゲルが膨潤や収縮などの形状を変
化を起こし、アクチュエータとして作用させる。
The fifth mode corresponds to the embodiment shown in FIG. 4 and has the following actions and effects. In this manipulator, the soft part is made of a chemo-mechanical gel, and the chemo-mechanical gel has a function of an actuator. That is, the relevant chemo-mechanical gel is subjected to heat change, pH change, ion concentration change, electrical stimulation,
By applying an external stimulus such as a light stimulus and a solvent conversion, the chemo-mechanical gel changes its shape such as swelling or contraction and acts as an actuator.

【0062】かくして、軟性部がアクチュエータの機能
を有することにより、構成が簡略化され、小型化が可能
となる。また、ケモメカニカルゲルは、変形量が大きい
ので、マニピュレータの湾曲量が大きくできる。
Thus, since the flexible portion has the function of the actuator, the structure is simplified and the size can be reduced. Further, since the chemo-mechanical gel has a large deformation amount, the bending amount of the manipulator can be increased.

【0063】第6の態様に係わるマニピュレータは、前
記第4の態様に係わるマニピュレータにおいて、前記軟
性部は電気応答型ケモメカニカルゲルで構成され、ま
た、エネルギー供給手段は、この電気応答型ケモメカニ
カルゲルに電圧を印加する電極を有することを特徴とす
る。
A manipulator according to a sixth aspect is the manipulator according to the fourth aspect, wherein the soft portion is composed of an electro-responsive chemo-mechanical gel, and the energy supply means is the electro-responsive chemo-mechanical gel. It is characterized by having an electrode for applying a voltage to.

【0064】この第6の態様は、図4に示す実施例に対
応するものであり、以下のような作用並びに効果を奏す
る。このマニピュレータにおいては、前記湾曲構造体の
軟性部が、電気応答型ケモメカニカルゲルからなり、ア
クチュエータを兼ねる。該ゲルは、電気刺激に対して変
形をするもので、例えば、ポリビニルアルコールとポリ
アクリル酸ナトリウムの共重合体(PVA−PAA)ゲ
ルや、ポリ−2−アクリルアミド−−2−メチルプロバ
ンスルホン酸(PAMPS)ゲル、アクリルニトリルゲ
ル、アクリルアミドゲルなどの高分子ゲルであり、パー
フルオロスルホン酸、ポリエチレンスルホン酸といった
イオン交換樹脂なども含む。
The sixth mode corresponds to the embodiment shown in FIG. 4 and has the following actions and effects. In this manipulator, the flexible portion of the bending structure is made of an electro-responsive chemo-mechanical gel and also serves as an actuator. The gel deforms in response to electrical stimulation, and for example, a copolymer of polyvinyl alcohol and sodium polyacrylate (PVA-PAA) gel or poly-2-acrylamido-2-methylprobansulfonic acid ( It is a polymer gel such as PAMPS) gel, acrylonitrile gel, and acrylamide gel, and also includes ion exchange resins such as perfluorosulfonic acid and polyethylene sulfonic acid.

【0065】また、該ゲルの駆動エネルギーを供給する
電極は、白金などの金属材料からなり、ゲル表面もしく
は表層部に、該ゲルの変形を妨げにくいように摺動可能
に配置される。該電極の配置位置については、マニピュ
レータが湾曲変形するように設定されている。
The electrode for supplying the driving energy of the gel is made of a metal material such as platinum and is slidably arranged on the surface of the gel or on the surface layer so as not to hinder the deformation of the gel. The positions of the electrodes are set so that the manipulator is curved and deformed.

【0066】かくして、軟性部兼アクチュエータである
電気応答型ケモメカニカルゲルに電圧を印加することに
より、電極の配置及び極性に応じて該ゲルが変形をし、
それによって、マニピュレータが湾曲変形する。
Thus, by applying a voltage to the electro-responsive chemo-mechanical gel, which is also the soft part and actuator, the gel is deformed according to the arrangement and polarity of the electrodes,
As a result, the manipulator is bent and deformed.

【0067】第7の態様に係わるマニピュレータは、前
記第5の態様に係わるマニピュレータにおいて、前記軟
性部は熱応答型ケモメカニカルゲルで構成され、また、
前記エネルギー供給手段はケモメカニカルゲルを加熱す
るための電熱変換素子を有することを特徴とする。
A manipulator according to a seventh aspect is the manipulator according to the fifth aspect, wherein the soft portion is composed of a thermoresponsive chemo-mechanical gel, and
The energy supply means has an electrothermal conversion element for heating the chemo-mechanical gel.

【0068】この第7の態様は、図4に示す実施例に対
応するものであり、以下のような作用並びに効果を奏す
る。このマニピュレータでは、湾曲構造体の軟性部が、
熱応答型ケモメカニカルゲルからなり、アクチュエータ
を兼ねる。該ゲルは、熱の変化に対応して変形をするも
ので、例えば、ポリビニルメチルエーテル(PVME)
ゲルやN置換アクリルアミドゲルなどの高分子ゲルであ
る。
The seventh mode corresponds to the embodiment shown in FIG. 4 and has the following actions and effects. In this manipulator, the flexible part of the curved structure is
It consists of a thermo-responsive chemo-mechanical gel and doubles as an actuator. The gel deforms in response to changes in heat, for example, polyvinyl methyl ether (PVME)
Polymer gels such as gels and N-substituted acrylamide gels.

【0069】また、該当ゲルを加熱するための電熱変換
素子は、超弾性材料などの金属材料を、半導体製造技術
などを利用して所定形状に加工して、通電によりジュー
ル熱を発生する。電熱変換素子は、該ゲルの表面もしく
は表層部に、該ゲルの変形を妨げにくいように摺動可
能、且つ、熱を伝えやすいように配置されている。
Further, the electrothermal conversion element for heating the corresponding gel is produced by processing a metal material such as a super elastic material into a predetermined shape by utilizing a semiconductor manufacturing technique or the like, and generating Joule heat when energized. The electrothermal conversion element is arranged on the surface or surface layer of the gel so as to be slidable so as not to hinder the deformation of the gel and to easily transfer heat.

【0070】電熱変換素子により軟性部が加熱されるこ
とにより、加熱された部分のゲルが伸縮変形をする。例
えば、高温収縮型のゲルの場合は収縮する。これによ
り、該ゲルの変形に応じて、マニピュレータが湾曲変形
をする。
When the soft portion is heated by the electrothermal converting element, the gel in the heated portion is stretched and deformed. For example, a high-temperature shrinkable gel shrinks. As a result, the manipulator is bent and deformed according to the deformation of the gel.

【0071】かくして、熱応答型ケモメカニカルゲル
が、湾曲構造体の軟性部及びアクチュエータを兼ねるの
で、構成が簡略化され、小型化が可能となる。第8の態
様に係わるマニピュレータは、前記いずれかの態様に係
わるマニピュレータにおいて、前記硬性部及び軟性部
は、互いに接続された管状であることを特徴とする。
Thus, since the thermo-responsive chemo-mechanical gel also serves as the flexible portion of the curved structure and the actuator, the structure is simplified and the size can be reduced. A manipulator according to an eighth aspect is the manipulator according to any one of the above aspects, characterized in that the hard portion and the soft portion are tubular shapes connected to each other.

【0072】この第8の態様は、全ての図に示す実施例
に対応するものであり、以下のような作用並びに効果を
奏する。このマニピュレータにおいては、湾曲構造体が
管状であることによって、空腔を有する。
The eighth mode corresponds to all the embodiments shown in the drawings and has the following actions and effects. In this manipulator, the curved structure has a tubular shape and thus has a cavity.

【0073】この結果、管状の湾曲構造体の空腔内に、
光ファイバや、カメラ、グリッパなどの機能要素を挿入
することができる。これにより、空腔内に挿入したグリ
ッパなどを任意の部位にアクセスすることのできるマニ
ピュレータが可能となる第9の態様に係わるマニピュレ
ータは、前記いずれかの態様に係わるマニピュレータに
おいて、前記駆動制御用歪みセンサーは、湾曲構造体の
軟性部に、複数配置されたことを特徴とする。
As a result, in the cavity of the tubular curved structure,
Optical fibers and functional elements such as cameras and grippers can be inserted. As a result, the manipulator according to the ninth aspect, which enables a manipulator capable of accessing a desired part such as a gripper inserted in the cavity, is the manipulator according to any one of the aspects. A plurality of sensors are arranged in the flexible portion of the curved structure.

【0074】この第9の態様は、図5に示す実施例に対
応するものであり、以下のような作用並びに効果を奏す
る。このマニピュレータにおいては、軟性部の変形量を
計測するために、例えば半導体よりなる駆動用制御歪み
センサーが、軟性部に複数配置されている。
The ninth mode corresponds to the embodiment shown in FIG. 5 and has the following actions and effects. In this manipulator, in order to measure the amount of deformation of the soft part, a plurality of drive control strain sensors made of, for example, a semiconductor are arranged in the soft part.

【0075】軟性部の複数の駆動制御用歪みセンサーを
配置したことにより、外部から力を受けるような場合
に、外力が作用している方向及び部位を、該歪みセンサ
ーの出力信号により推測できる。該歪みセンサーの個数
が多ければ、外力の分布を求めることができる。また、
該歪みセンサーの出力信号の強度により、外力の大きさ
も推測できる。
By disposing a plurality of drive control strain sensors in the soft portion, the direction and site where the external force is acting can be estimated from the output signal of the strain sensor when a force is applied from the outside. If the number of strain sensors is large, the distribution of external force can be obtained. Also,
The magnitude of the external force can also be estimated by the strength of the output signal of the strain sensor.

【0076】かくして、マニピュレータに及ぼす外力の
強さ、及び外力が作用している方向及び部位の推測が可
能であるために、外力の影響に応じた駆動制御ができる
ため、より高精度な位置決めができる。
In this way, since the strength of the external force exerted on the manipulator and the direction and site where the external force is acting can be estimated, drive control can be performed according to the influence of the external force, and more accurate positioning can be performed. it can.

【0077】第10の態様に係わるマニピュレータは、
前記いずれかの態様に係わるマニピュレータにおいて、
前記駆動制御用歪みセンサーは、半導体歪みセンサーで
あることを特徴とする。
The manipulator according to the tenth aspect is
In the manipulator according to any one of the above aspects,
The drive control strain sensor is a semiconductor strain sensor.

【0078】この第10の態様は、全ての図に示す実施
例に対応するものであり、以下のような作用並びに効果
を奏する。このマニピュレータにおいては、前記駆動制
御用歪みセンサーが、ピエゾ抵抗素子や感圧ダイオード
などの半導体歪みセンサーである。
The tenth aspect corresponds to all the embodiments shown in the drawings, and has the following actions and effects. In this manipulator, the drive control strain sensor is a semiconductor strain sensor such as a piezoresistive element or a pressure sensitive diode.

【0079】前記軟性部の歪みを受ける部位に配置され
た駆動制御用歪みセンサーにより、軟性部の変形により
歪みセンサーに歪みが加わり、これによる半導体の抵抗
値の変化によって歪み量の計測をする。
The strain sensor for drive control arranged at the portion of the soft portion where the strain is applied applies strain to the strain sensor due to the deformation of the soft portion, and the strain amount is measured by the change in the resistance value of the semiconductor.

【0080】この半導体歪みセンサーは、金属歪みセン
サーに比べてゲージ率が大きいために、歪みセンサーの
配置位置をアクチュエータではなく軟性部に配置できる
ことにより、軟性部の歪みを直接歪みゲージにより測定
できるので、より正確な湾曲角を求めることができる。
Since this semiconductor strain sensor has a larger gauge factor as compared with the metal strain sensor, the strain sensor can be directly arranged by the strain gauge because the strain sensor can be arranged not on the actuator but on the soft portion. , A more accurate bending angle can be obtained.

【0081】第11の態様に係わるマニピュレータは、
前記いずれかの態様に係わるマニピュレータにおいて、
前記配線は可撓性薄膜に形成されていることを特徴とす
る。
The manipulator according to the eleventh aspect is
In the manipulator according to any one of the above aspects,
The wiring is formed as a flexible thin film.

【0082】この第11の態様は、全ての図に示す実施
例に対応するものであり、以下のような作用並びに効果
を奏する。前記配線は、可撓性薄膜により、汚染、機械
的衝撃から保護されていると共に、湾曲構造体に対して
電気的に絶縁されている。
The eleventh aspect corresponds to all the embodiments shown in the drawings and has the following actions and effects. The wiring is protected from contamination and mechanical impact by the flexible thin film, and is electrically insulated from the curved structure.

【0083】第12の態様に係わるマニュビレータは、
前記第1、第2の態様に係わるマニュピレータにおい
て、前記駆動制御用歪みセンサーと前記制御回路とが、
これらを接続する配線とともに可撓性薄膜に一体形成さ
れており、この可撓性薄膜の配線保持部分が、前記湾曲
構造体に対して、遊離しているか、もしくは、離散的な
いくつかの箇所において部分的に接着もしくは溶着等に
より取着さていることを特徴とする。
The manipulator according to the twelfth aspect is
In the manipulator according to the first and second aspects, the drive control strain sensor and the control circuit are
It is integrally formed with the flexible thin film together with the wiring connecting them, and the wiring holding portion of this flexible thin film is separated from the curved structure, or several points are discrete. It is characterized in that it is partially attached by adhesion or welding.

【0084】この第12の態様は、全ての実施例に対応
するものであり、以下のような作用効果を奏する。歪み
センサー、制御回路とともに可撓性薄膜に一体形成され
た配線部は、湾曲構造体に対して、遊離しているか、も
しくは、離散的ないくつかの箇所において部分的に接着
もしくは溶着等により取り着けられているので、構造体
の湾曲動作による歪みを受けにくく疲労による破断など
がおこりにくく、安定した制御ができる。
The twelfth aspect corresponds to all the embodiments and has the following operational effects. The wiring part, which is integrally formed with the strain sensor and the control circuit on the flexible thin film, is separated from the curved structure or is separated by some adhesion or welding at some discrete points. Since it is worn, the structure is less likely to be distorted by the bending operation, and is less likely to be broken due to fatigue, so that stable control can be performed.

【0085】第13の態様に係わるマニュビレータは、
前記第2の態様に係わるマニュピレータにおいて、前記
可撓性薄膜に、さらに、前記エネルギー供給手段が一体
形成されていることを特徴とする。
The manipulator according to the thirteenth aspect is
The manipulator according to the second aspect is characterized in that the flexible thin film is further integrally formed with the energy supply means.

【0086】この第13の態様は全ての実施例に対応す
るものであり、以下のような作用効果を奏する。可撓性
薄膜に歪みセンサー、制御回路、アクチュエータへのエ
ネルギー供給手段、これらを接続する配線部が一体形成
されているので、アクチュエータの駆動制御とそれに伴
う構造体の湾曲動作を円滑に行うことができる。
The thirteenth mode corresponds to all the embodiments, and has the following operational effects. Since the strain sensor, the control circuit, the means for supplying energy to the actuator, and the wiring portion connecting them are integrally formed on the flexible thin film, the actuator drive control and the accompanying bending operation of the structure can be smoothly performed. it can.

【0087】[0087]

【発明の効果】本発明のマニピュレータにおいては、軟
性部が変形することによりマニピュレータが湾曲変形す
る構成であるので、駆動制御用歪みセンサーを湾曲構造
体の軟性部に配置することにより、軟性部の変形に応じ
たアクチュエータの制御ができる。また、制御回路が硬
性部に配置されているので、制御回路の変形による回路
特性の変動を回避することができ、常に正常に制御する
ことができる。そして、大きな変形量を発生する形状記
憶合金を用いたアクチュエータにおいても、軟性部に駆
動制御用歪みセンサーが配置されているために加わる歪
みが小さく、半導体歪みセンサーのような高感度の歪み
センサーを使用することが可能となる。
In the manipulator of the present invention, since the manipulator is bent and deformed by the deformation of the soft portion, by disposing the drive control strain sensor in the soft portion of the bending structure, The actuator can be controlled according to the deformation. Further, since the control circuit is arranged in the rigid portion, it is possible to avoid fluctuations in the circuit characteristics due to deformation of the control circuit, and always perform normal control. Even in an actuator using a shape memory alloy that generates a large amount of deformation, a strain sensor for driving control is arranged in the soft portion, so that the strain applied is small, and a strain sensor with high sensitivity such as a semiconductor strain sensor is used. Can be used.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の第1の実施例にかかわるマニピュレ
ータを示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a manipulator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すマニピュレータで使用されている配
線を展開して示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an expanded wiring used in the manipulator shown in FIG.

【図3】図1に示すマニピュレータの湾曲された状態を
示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a curved state of the manipulator shown in FIG.

【図4】この発明の第2の実施例にかかわるマニピュレ
ータを示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a manipulator according to a second embodiment of the present invention.

【図5】この発明の第4の実施例にかかわるマニピュレ
ータを示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a manipulator according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…湾曲構造体、13…硬性部、14…軟性部、15
…アクチュエータ、21…制御回路、22…駆動制御用
歪みセンサー、24…配線。
11 ... Curved structure, 13 ... Hard part, 14 ... Soft part, 15
... actuator, 21 ... control circuit, 22 ... drive control strain sensor, 24 ... wiring.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも2つの硬性部と、この硬性部
間に設けられた可撓性を有する軟性部とからなる湾曲構
造体と、この軟性部を湾曲させるアクチュエータと、前
記構造体に配置され、互いに電気的に接続された駆動制
御用歪みセンサーと制御回路とを有し、前記アクチュエ
ータの駆動を制御するデバイスと、このアクチュエータ
に駆動エネルギーを供給して前記軟性部を屈曲させるエ
ネルギー供給手段とを具備するマニピュレータにおい
て、 前記駆動制御用歪みセンサーは、前記湾曲構造体の軟性
部に配置され、前記制御回路は、硬性部に配置されてい
ることを特徴とするマニピュレータ。
1. A bending structure comprising at least two hard parts and a flexible soft part provided between the hard parts, an actuator for bending the soft part, and a bending structure arranged on the structure. A device having a drive control strain sensor and a control circuit electrically connected to each other, for controlling the drive of the actuator, and energy supply means for supplying drive energy to the actuator to bend the flexible portion. The manipulator comprising: the manipulator, wherein the drive control strain sensor is arranged in a soft part of the bending structure, and the control circuit is arranged in a hard part.
JP15930495A 1994-06-27 1995-06-26 Manipulator Withdrawn JPH0871978A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15930495A JPH0871978A (en) 1994-06-27 1995-06-26 Manipulator

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6-144652 1994-06-27
JP14465294 1994-06-27
JP15930495A JPH0871978A (en) 1994-06-27 1995-06-26 Manipulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0871978A true JPH0871978A (en) 1996-03-19

Family

ID=26476004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15930495A Withdrawn JPH0871978A (en) 1994-06-27 1995-06-26 Manipulator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0871978A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017538187A (en) * 2014-10-30 2017-12-21 ビーボップ センサーズ、インコーポレイテッド Sensor system integrated with globe
GB2560354A (en) * 2017-03-09 2018-09-12 Rolls Royce Plc Continuum robots
CN111333019A (en) * 2018-12-19 2020-06-26 湖南早晨纳米机器人有限公司 Nanometer robot and nanometer robot motion control system
US10802641B2 (en) 2012-03-14 2020-10-13 Bebop Sensors, Inc. Piezoresistive sensors and applications
US10884496B2 (en) 2018-07-05 2021-01-05 Bebop Sensors, Inc. One-size-fits-all data glove
US11147510B2 (en) 2014-06-09 2021-10-19 Bebop Sensors, Inc. Flexible sensors and sensor systems
US11480481B2 (en) 2019-03-13 2022-10-25 Bebop Sensors, Inc. Alignment mechanisms sensor systems employing piezoresistive materials

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10802641B2 (en) 2012-03-14 2020-10-13 Bebop Sensors, Inc. Piezoresistive sensors and applications
US11204664B2 (en) 2012-03-14 2021-12-21 Bebop Sensors, Inc Piezoresistive sensors and applications
US11147510B2 (en) 2014-06-09 2021-10-19 Bebop Sensors, Inc. Flexible sensors and sensor systems
JP2017538187A (en) * 2014-10-30 2017-12-21 ビーボップ センサーズ、インコーポレイテッド Sensor system integrated with globe
GB2560354A (en) * 2017-03-09 2018-09-12 Rolls Royce Plc Continuum robots
EP3372353A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-12 Rolls-Royce plc Continuum robots
US20180257235A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-13 Rolls-Royce Plc Continuum robots
US10884496B2 (en) 2018-07-05 2021-01-05 Bebop Sensors, Inc. One-size-fits-all data glove
CN111333019A (en) * 2018-12-19 2020-06-26 湖南早晨纳米机器人有限公司 Nanometer robot and nanometer robot motion control system
CN111333019B (en) * 2018-12-19 2023-07-14 湖南早晨纳米机器人有限公司 Nano robot and nano robot motion control system
US11480481B2 (en) 2019-03-13 2022-10-25 Bebop Sensors, Inc. Alignment mechanisms sensor systems employing piezoresistive materials

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0687190B1 (en) A spatially distributed sma actuator film
JP4364434B2 (en) Thin film shape memory alloy actuator and manufacturing method thereof
CN105074899B (en) Mass transfer tool control device assembly and the miniature pickup array bearing with integrated displacement sensor
Takizawa et al. Development of a microfine active bending catheter equipped with MIF tactile sensors
US5679216A (en) Method of manufacturing a multi-degree-of-freedom manipulator
JP4562782B2 (en) Gripper and driving method thereof
US20110179786A1 (en) Shape memory alloy actuation apparatus
JP3477570B2 (en) Active conduit and method of manufacturing the same
PT1221180E (en) Electroactive polymers
NZ336850A (en) Microminiaturized minimally invasive intravascular micro-mechanical systems powered and controlled via fiber-optic cable
JPH0871978A (en) Manipulator
CN111396274B (en) Perception-drive integrated thin plate driver based on shape memory alloy
JPWO2018083763A1 (en) Variable stiffness actuator
Leester-Schädel et al. Micro actuators on the basis of thin SMA foils
JP2013251942A (en) Polymeric actuator, actuator device, method of manufacturing polymeric actuator, and method of manufacturing actuator device
EP1840080B1 (en) Polymer linear actuator for MEMS and for a micro manipulator for measurement device of cranial nerve signals
Lim et al. Multi-link active catheter snake-like motion
US20210404452A1 (en) Mechanical actuator system and eoat device having such an actuator system
Sassa et al. Flexible thermal actuator film for monolithic soft micro robot process
US10150665B2 (en) In-plane-strain-actuated out-of-plane actuator
US7918789B2 (en) Longitudinally-steerable structure and endoscope comprising said structure
US9165734B2 (en) Electro-mechanical actuator device and apparatus incorporating such device
JPH08252792A (en) Shape memory alloy manipulator
JPH05261061A (en) Microactuator
Asaka et al. Active microcatheter and biomedical soft devices based on IPMC actuators

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020903