JPH04370407A - アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体の圧力エネルギによ
って湾曲・伸縮などの動作を行うアクチュエータを制御
するためのアクチュエータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】隔壁によって内部が複数の圧力室に分離
された筒状弾性体からなり、この筒状弾性体の圧力室に
流体圧を供給することによって湾曲・伸縮などの任意の
動作を行うアクチュエータとしては、例えば特開平１−
２４７８０９号に記載されたものが知られている。

【０００３】上記アクチュエータは、筒状弾性体内部に
形成される圧力室の任意の１つに大なる圧力を加えるこ
とによりその圧力室が伸長する。つまり、各圧力室に加
える圧力の差によって、筒状弾性体を任意の方向に湾曲
させることができる。また、各圧力室の圧力を同時に大
きくすれば筒状弾性体は伸直し、小さくすれば縮小する
。つまり、筒状弾性体に加える圧力の全体量によって、
筒状弾性体を任意の方向に伸縮させることができる。

【０００４】このようなアクチュエータは弾性部材から
構成されているので、物体に接触しても物体を傷付けた
り無理な力を与えたりすることがないという特徴がある
。しかしながらその反面、アクチュエータが物体と接触
した状態を正確に検出するためにはアクチュエータの先
端に触角センサを取り付けなければならなかった。この
ような場合、物体に対して直接触角センサを当接させる
必要があるので、アクチュエータの弾性特性を生かすこ
とができなくなってしまう恐れがあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のア
クチュエータは弾性部材から構成されているので、物体
に接触しても物体を傷付けたり無理な力を与えたりする
ことがないという特徴がある。しかしながらアクチュエ
ータが物体と接触した状態を正確に検出するためにはア
クチュエータの先端に触角センサを取り付けなければな
らず、このような場合には、物体に対して直接触角セン
サを当接させる必要があるので、アクチュエータの弾性
特性を生かすことができなくなってしまう恐れがあった
。

【０００６】本発明はこういった従来の問題点を解決す
るためになされたものであり、アクチュエータ自体にセ
ンサを取り付けることなく物体との接触状態を検出する
ことのできるアクチュエータの制御装置の提供を目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明においては、隔壁によって内部が複数の圧力
室に分離された筒状弾性体からなるアクチュエータの前
記圧力室の各々の圧力を調整することにより前記アクチ
ュエータを駆動制御するアクチュエータの制御装置にお
いて、前記アクチュエータの変形状態を検出するために
、前記圧力室の少なくとも１つについて、圧力室の圧力
を検出する手段と、圧力室の体積を検出する手段とを設
ける構成とした。

【０００８】

【作用】アクチュエータは弾性部材から構成されている
ので、物体と接触（干渉）していない通常の状態では、
圧力室に供給される流体の圧力Ｐとそれに対応する圧力
室の体積Ｖとの間には一定の相関関係が存在する（図４
参照）。本発明によれば、アクチュエータ動作時の圧力
室の圧力と圧力室の体積とを検出することができるので
、これらと上記相関関係とを比較して両者に差異があれ
ばアクチュエータが物体と接触していることがわかる。 これにより、アクチュエータ自体にセンサを取り付ける
ことなくアクチュエータと物体とが接触していることを
把握できる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明の実施例に係るアクチュエー
タの制御装置を示す構成図であり、図２および図３はア
クチュエータの分解斜視図および断面図、図４はアクチ
ュエータの動作説明図である。まず、図２，図３，図４
を用いて本発明に利用されるアクチュエータ１　につい
て説明する。

【００１０】同図に示すように、アクチュエータ１　は
外壁を形成する筒状弾性体８　、先端封止部９　、根元
封止部１０，チューブ１１から構成されている。そして
、同図からもわかるように、筒状弾性体８　は同一形状
からなる３つの単位筒状弾性体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ
　をその軸方向に並列に接着することにより一体成形し
たものである。このため、接着された部位により筒状弾
性体８　の軸方向に弾性隔壁５，６，７　が延設され、
これら弾性隔壁５，６，７　により２つの圧力室１４，
１５，１６が形成される。前記単位筒状弾性体１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ　は、図３の図面垂直方向を軸としてそ
れぞれ間隔を密にして螺旋状に巻装された繊維１７を、
弾性材料であるシリコーンゴムにより被覆して形成され
ている。このため筒状弾性体８　は繊維１７とゴムとの
複合による異方性弾性材料によって形成されることによ
り剛性の小さい方向は筒状弾性体８　の軸方向１８と略
一致し、この軸方向１８には伸びやすくなっている。ま
た軸方向１８と直交する方向１９には繊維１７により剛
性が大のため伸びにくくなっている。

【００１１】前記先端封止部９　は、金属などにより形
成され前記単位筒状弾性体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　に
形成された圧力室１４，１５，１６を封止する扇形状の
上蓋９ａ，９ｂ，９ｃの一端を単位筒状弾性体１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ　に挿入して接着することにより構成さ
れている。

【００１２】前記根元封止部１０は、先端封止部９　と
同様なる扇形状の下蓋１０ａ，１０ｂ，１０ｃ　と、こ
の下蓋１０ａ，１０ｂ，１０ｃ　の一端を単位筒状弾性
体１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　に挿入して接着封止するこ
とにより構成されている。

【００１３】また、下蓋１０ａ，１０ｂ，１０ｃ　には
、前記チューブ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　が挿入固着さ
れる挿入穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ　がそれぞれ設けら
れている。前記チューブ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　は接
着剤により挿入穴２０ａ，２０ｂ，２０ｃ　に密封状に
固着されるものである。

【００１４】このように構成されたアクチュエータ１　
において、例えばチューブ１１ａ　から作動流体を送り
込んで圧力室１４の圧力を高めたとする。このようにす
ると、圧力室１４は軸方向に伸び、筒状弾性体８　がＡ
方向に湾曲して鎖線で示した状態になる。この状態でさ
らにチューブ１１ｃ　を介して圧力室１６の圧力を高め
れば、筒状弾性体８はＢ方向に湾曲することになる。こ
のようにして３つの圧力室１４，１５，１６に与える圧
力の組み合わせにより、筒状弾性体８　を任意の方向へ
湾曲させることができる。

【００１５】また、３つの圧力室１４，１５，１６の圧
力を等しく増加させれば筒状弾性体８　は軸方向１８に
伸直し、等しく減少させれば軸方向１８に縮小する。つ
まり、筒状弾性体８に加える圧力の全体量によって、筒
状弾性体８　を伸縮させることができる。次に、アクチ
ュエータの制御装置について説明する。

【００１６】図１に示すように、アクチュエータ１　か
ら延設されたチューブ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　は、各
種の計器（後述する）を介してシリンダ２１ａ，２１ｂ
，２１ｃ　とそれぞれ連結している。シリンダ２１ａ，
２１ｂ，２１ｃ　内部にはピストン２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ　が配置され、ロッド２３ａ，２３ｂ，２３ｃ　の
直線駆動によりシリンダ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　内部
を移動することができる。 なお、ピストン２２ａ，２２ｂ，２２ｃ　とシリンダ２
１ａ，２１ｂ，２１ｃ　、およびロッド２３ａ，２３ｂ
，２３ｃ　とシリンダ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　との摺
動部位には、それぞれ十分なシールがなされ、シリンダ
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　の内部は気密に保たれている
。

【００１７】ロッド２３ａ，２３ｂ，２３ｃ　の他端に
はこれらロッド２３ａ，２３ｂ，２３ｃ　を直線駆動す
るための駆動部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ　が配置されて
いる。駆動部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ　は、回転モータ
　２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’と、この回転モータ　
２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’の回転運動を直線運動に
変換するためのボールスクリュー　２４ａ”，２４ｂ”
，２４ｃ”とから構成されている。

【００１８】駆動部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ　の回転モ
ータ　２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’には、回転モータ
　２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’を駆動することにより
アクチュエータ１　を所望の変形状態にするためのドラ
イバ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ　が接続している。ドライ
バ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ　には、コントローラ３１か
らの信号が入力されるようになっている。

【００１９】また、ロッド２３ａ，２３ｂ，２３ｃ　の
軸方向への移動長さを検出するためにポテンショメータ
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ　が配置されており、その出力
がコントローラ３１に入力されるようになっている。ポ
テンショメータ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ　はシリンダ２
１ａ，２１ｂ，２１ｃの容積、言い換えれば圧力室１４
，１５，１６の体積Ｖを検出する手段として動作する。

【００２０】一方、アクチュエータ１　はその大部分が
弾性部材からなっているので、長期間の使用や高頻度の
使用によっては亀裂が発生して流体が漏れてしまうこと
も考えられる。これを防止するためにアクチュエータ１
　とシリンダ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　とを連結するチ
ューブ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　には、それぞれ圧力計
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ　、チェック弁２８ａ，２８ｂ
，２８ｃ　、作動流体溜め２９ａ，２９ｂ，２９ｃ　、
圧力リミット弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ　が介在してい
る。つまり、これらはアククチュエータ１　の機能を保
持するために用いられている。 圧力計２７ａ，２７ｂ，２７ｃ　はチューブ１１ａ，１
１ｂ，１１ｃ　内の流体の圧力、言い換えれば圧力室１
４，１５，１６の圧力Ｐを検出する手段として動作する
。

【００２１】チェック弁２８ａ，２８ｂ，２８ｃ　には
予備の流体が所定の圧力で確保された作動流体溜め２９
ａ，２９ｂ，２９ｃ　が接続しており、アクチュエータ
１　から流体漏れが発生しても、その漏れ分を補給して
圧力を増加させることができるようになっている。なお
、作動流体溜め２９ａ，２９ｂ，２９ｃ　として高圧作
動流体源を接続することもできる。

【００２２】このようにすると、チェック弁２８ａ，２
８ｂ，２８ｃ　が開放されている状態でも圧力室１４，
１５，１６の圧力は圧力計２７ａ，２７ｂ，２７ｃ　で
検出される。そして、圧力室１４，１５，１６の圧力が
所定の圧力に達した場合は、今度は圧力室１４，１５，
１６が過剰に加圧されるのを防止するために、圧力リミ
ット弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ　を開放して作動流体が
排気されるように制御される。以上のような構成からな
る本実施例の動作について説明する。

【００２３】今、図１に示すようにピストン２２ａ，２
２ｂ，２２ｃ　がシリンダ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　内
の軸方向中間位置にあり、この状態でアクチュエータ１
　がその軸方向に伸直しているが湾曲はしていないもの
とする。ここでコントローラ３１を用いてアクチュエー
タ１の任意の変形状態を入力する。コントローラ３１は
この入力信号をドライバ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ　に与
え、回転モータ　２４ａ’，２４ｂ’，２４ｃ’を所定
量だけ回転駆動するための電流を出力する。この回転運
動はボールスクリュー　２４ａ”，２４ｂ”，２４ｃ”
によって直線運動に変換され、結果としてシリンダ２１
ａ，２１ｂ，２１ｃ　内のピストン２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ　が所定量だけ直線移動することになる。ピストン
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ　が直線移動することによって
シリンダ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　内の空間の圧力が変
化すると、この圧力変化がアクチュエータ１　の各圧力
室１４，１５，１６に及ぶことにより、アクチュエータ
１　が湾曲・伸縮動作を行う。つまりコントローラ３１
に湾曲・伸縮量などを入力し、この情報が電気信号，圧
力信号となってアクチュエータ１　の実際の変形状態と
して実現する。

【００２４】アクチュエータ１　の変形状態を変更する
場合は、コントローラ３１への入力を変更する。これに
よってシリンダ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ　内の空間の圧
力が変化し、アクチュエータ１　に異なる変形状態が実
現する。

【００２５】図５には、アクチュエータの通常の状態（
物体と接触していない状態）における圧力室に作用する
圧力Ｐに対する圧力室の体積Ｖの関係を示してある。 （本アクチュエータ１　においては、それぞれの圧力室
１４，１５，１６にて同図に実線で示すような関係が成
り立っている。）なお、同図で原点は大気圧での体積を
示している。このような相関関係は、基準値としてあら
かじめコントローラ３１内に入力され、コントローラ３
１によって実測値Ｐｍ　，Ｖｍ　との比較が行われる。

【００２６】例えばアクチュエータ１　が、圧力Ｐ１　
，体積Ｖ１　の状態から変形して物体に接触したような
場合、図５に鎖線で示すようにＰとＶとの相関関係が崩
れることになる。これは、アクチュエータ１　が物体と
接触することにより、加圧力に対する体積増加の割合が
抑制されてしまうためである。このように、上記圧力計
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ　によりＰｍ　を検出し、上記
ポテンショメータ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ　によりＶｍ
　を検出し、これらの検出結果をもとにしてコントロー
ラ３１内で基準値との比較を行うことにより、アクチュ
エータ１　と物体とが接触したことを知ることができる
。

【００２７】さらに、基準値と実測値との差を利用する
ことにより、アクチュエータと物体との接触圧を求める
こともできる。この場合、両者の差異が大きい場合には
接触圧が大きく、両者の差異が小さい場合には接触圧が
小さいことになる。

【００２８】また、アクチュエータが弾性部材であるこ
とから、圧力室への加圧時と減圧時とではヒステリシス
が影響してＰとＶとの関係が一致しないこともある。こ
のような場合には、加圧時と減圧時とでそれぞれの基準
値曲線（例えば図５で実線および一点鎖線で示されるそ
れぞれの曲線）を用意しておくことが好ましい。

【００２９】なお、上記コントローラ３１には、アクチ
ュエータ１　の変形状態とピストン２２ａ，２２ｂ，２
２ｃ　の駆動量（回転モータ　２４ａ’，２４ｂ’，２
４ｃ’の回転量）との関係をあらかじめプログラムして
おくこともでき、またジョイスティックレバーなどを用
いてアクチュエータ１　を直接操縦することもできる。 また、コントローラ３１が得た検出データを各ドライバ
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ　に与えてアクチュエータ１　
のフィードバック制御をすることもできる。

【００３０】なお、本発明におけるアクチュエータは３
つの圧力室を有しているが、２つもしくは４つ以上の圧
力室を有するアクチュエータを用いることももちろん可
能である。また、上記ポテンショメータ２５ａ，２５ｂ
，２５ｃ　の代わりに流量計などを用いて体積Ｖを検出
することもできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
クチュエータ自体にセンサを取り付けることなくアクチ
ュエータと物体とが接触していることを把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例に係るアクチュエータの制
御装置を示す構成図。

【図２】　　本発明に係るアクチュエータの分解斜視図
。

【図３】　　本発明に係るアクチュエータの断面図。

【図４】　　本発明に係るアクチュエータの動作説明図
。

【図５】　　アクチュエータの圧力室に作用する圧力Ｐ
に対する圧力室の体積Ｖの関係を示す図。

【符号の説明】

１　　アクチュエータ １４，１５，１６　　圧力室 ２１　　シリンダ ２２　　ピストン ２５　　ポテンショメータ ２６　　ドライバ ２７　　圧力計 ３１　　コントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　隔壁によって内部が複数の圧力室に分
   離された筒状弾性体からなるアクチュエータの前記圧力
   室の各々の圧力を調整することにより前記アクチュエー
   タを駆動制御するアクチュエータの制御装置において、
   前記アクチュエータの変形状態を検出するために、前記
   圧力室の少なくとも１つについて、圧力室の圧力を検出
   する手段と、圧力室の体積を検出する手段とを設けてな
   ることを特徴とするアクチュエータの制御装置。
2. 【請求項２】　　隔壁によって内部が複数の圧力室に分
   離された筒状弾性体からなるアクチュエータの前記圧力
   室の各々の圧力を調整することにより前記アクチュエー
   タを駆動制御するアクチュエータの制御装置において、
   前記圧力室の少なくとも１つについて、圧力室の圧力を
   検出する手段と、圧力室の体積を検出する手段と、これ
   らの手段から得られた圧力と体積とを用いて前記アクチ
   ュエータの変形状態を検出する手段とを具備してなるこ
   とを特徴とするアクチュエータの制御装置。
3. 【請求項３】　　前記圧力室と連結する容積室を設け、
   この容積室の容積を検出することによって前記圧力室の
   体積を検出するようにしたことを特徴とする請求項１乃
   至２記載のアクチュエータの制御装置。