JPH08145007A - アクチュエータの作動方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置制御と力制御とを切り換えるにおいて、
外部環境の位置情報がなくても負荷に応じて適切に切り
換えることができるアクチュエータの作動方法及び装置
を提供する。 【構成】 油圧で作動するアクチュエータ１０でワーク
２４を外部環境２５と接する目標位置まで移動した後、
所定の力でワーク２４を外部環境２５に押圧するアクチ
ュエータの作動方法において、ワーク２４を目標位置ま
で移動する目標速度を（ｘr'）、外部環境からの外力を
ｆ、外力ｆを速度に変換するアドミッタンスをＢとした
とき、アクチュエータ速度（ｘ' ）が、ｘ' ＝ｘr'＋Ｂ
ｆとなるようにアクチュエータを制御し、かつ、そのア
クチュエータ速度（ｘ' ）で所望のフィードフォワード
速度信号（ｖr ）を作ってアクチュエータ１０を制御す
ると共にアクチュエータ１０からの位置信号でフィード
バック制御を行うことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧シリンダ等のアク
チュエータの作動方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧シリンダ等のアクチュエータは、そ
のサイズに比べて大きな出力を取り出すことができるの
で、建設等の重量物を扱う場面で広く用いられている。
これらの機械では、パワーショベル等の土木機器に見ら
れるような開ループ型の制御や、流量制御弁を用いた速
度制御に用いられるものがほとんどで、アクチュエータ
の発生する力を高精度で制御することはなされていな
い。

【０００３】近年、クローズドループ制御を用いて高精
度で位置決め制御と速度制御が行える電気・油圧サーボ
アクチュエータ（ディジタルサーボシリンダ）が開発さ
れ、位置制御に用いられるようになってきている。

【０００４】この電気・油圧サーボアクチュエータは、
図８に示すように、油圧シリンダ１０のポート１１，１
２に油圧制御弁１３が接続され、その油圧制御弁１３の
ソレノイド１４に、図示していないサーボドライバから
前進及び後進のパルス信号１５を入力することで、油圧
ポンプ１６からの圧油を、前進側シリンダ室１７Ｆや後
進側シリンダ室１７Ｂに供給してロッド１８をパルス信
号１５に応じて進退させるものである。

【０００５】アクチュエータ１０のロッド１８の位置
は、アブソリュート式測長センサ１９とディジタル測長
センサ２０とで検出され、このセンサ１９，２０の検出
信号を基にしてアクチュエータ１０の位置制御と速度制
御を高精度で行えるようになっており、また前進側シリ
ンダ室１７Ｆや後進側シリンダ室１７Ｂの圧力は、それ
ぞれ圧力センサ２１Ｆ，２１Ｂで検出され、その検出値
を基に、アクチェータ１０が設定された押圧（引張）力
を発揮できるようになっている。

【０００６】この電気・油圧サーボアクチュエータは、
種々の環境に使用され、例えば、射出成形機やアルミダ
イキャスト成形機、薄膜成形装置、シールド掘進機のセ
グメント組立装置等で位置決めと力制御に使用されてい
る。また、使用する環境に応じて、単独（シリアルリン
ク機構）で、或いは複数本同時に駆動（パラレルリンク
機構）するように作動される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来アクチ
ュエータによる位置制御系と力制御系とは別々に構成さ
れ、環境条件に応じてどちらか一方を切り換えて使用し
ていた。

【０００８】すなわち、位置制御においては、変位セン
サにより目標位置との変位を制御系にフィードバックし
て速度指令を出力して目標位置になるように、アクチュ
エータに圧油を供給する流量弁を制御し、力制御におい
ては、力センサで、環境に作用している力を検出し、そ
の検出値を基にして設定した力が得られるようにアクチ
ュエータを制御するように構成したものであり、制御系
が相違するため、それぞれ別個に制御する必要がある。
従って、制御を切り換えるには、先ず、位置制御でアク
チュエータを目標位置の近くまで作動（微調位置決め作
業）した後に、位置制御を停止して、力制御に切り換え
アクチュエータで設定の力で押圧（押付作業）するよう
に制御している。これを図９により説明する。

【０００９】図９において、電気・油圧サーボアクチュ
エータ１０は、そのロッド１８でセグメントなどのワー
ク２４をその軸方向に外部環境２５と接する位置まで移
動した後、所定の力でワーク２４を外部環境２５に押圧
する場合、先ず速度指令生成部２６が速度サーボアンプ
２７に速度指令を出力し、その指令に基づいて速度サー
ボアンプ２７はアクチュエータ１０にロッド１８が速度
ｘ' で伸長するように油圧を制御するように出力２８す
る。このストローク変位は、上述したアブソリュート式
測長センサ１９とディジタル測長センサ２０からなる変
位センサ２９で検出され、その位置信号３０が速度指令
生成部２６と速度サーボアンプ２７にフィードバックさ
れて、指令した速度ｘ' となるように出力２８が制御さ
れる。次に、ワーク２４が外部環境２５に接する位置ま
で移動したならば、速度制御から力制御に切り換え、外
部環境２５からの反力（−Ｆ）を圧力センサ３１で検出
して所定の押圧力でアクチュエータ１０が外部環境２５
を押圧するように力制御する。

【００１０】しかしながら、位置制御系と力制御系を切
り換える際には、外部環境に応じた切り換え位置の情報
が必要であり、そのためのセンシングや制御が別途必要
となる。また、これらの情報で切り換えるようにしても
外部環境の位置情報が常に得られる保障はなく、例えば
速度制御中にワークが外部環境に当たって、それ以上移
動できない状況でも位置制御を続けるなどの不具合を生
じ、このため、ワークを破損するなどの問題がある。

【００１１】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、位置制御と力制御とを切り換えるにおいて、外部環
境の位置情報がなくても負荷に応じて適切に切り換える
ことができるアクチュエータの作動方法及び装置を提供
することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、油圧で作動するアクチュエータ
でワークを外部環境と接する目標位置まで移動した後、
所定の力でワークを外部環境に押圧するアクチュエータ
の作動方法において、ワークを目標位置まで移動する目
標速度を（ｘr'）、外部環境からの外力をｆ、外力ｆを
速度に変換するアドミッタンスをＢとしたとき、アクチ
ュエータ速度（ｘ' ）が、ｘ' ＝ｘr'＋Ｂｆとなるよう
にアクチュエータを制御し、かつ、そのアクチュエータ
速度（ｘ' ）で所望のフィードフォワード速度信号（ｖ
r ）を作ってアクチュエータを制御すると共にアクチュ
エータからの位置信号でフィードバック制御を行うこと
を特徴とするアクチュエータの作動方法である。

【００１３】請求項２の発明は、油圧で作動する複数本
のアクチュエータでベースとプラットフォームを連結し
てパラレルリンク機構を構成し、そのプラットフォーム
で、ワークを外部環境と接する目標位置まで移動した
後、所定の力でワークを外部環境に押圧するためのアク
チュエータの作動方法において、上記プラットフォーム
の目標軌道における目標速度ベクトル（ｘd'）を定め、
外部環境からの外力をＦ、外力Ｆを速度に変換するアド
ミッタンスをＢとしたとき、プラットフォーム速度ベク
トル（ｘp'）が、ｘp'＝ｘd'＋ＢＦとなるように各アク
チュエータを制御することを特徴とするアクチュエータ
の作動方法である。

【００１４】請求項３の発明は、プラットフォーム座標
における位置制御と力制御を行う制御方向を予め選択
し、位置制御方向では、目標速度ベクトル｛ｘd'｝_p を
プラットフォーム速度ベクトル｛ｘp'｝_p とし、その速
度ベクトルに対して、制御方向を選択した運動ベクトル
成分に基づいて各アクチュエータを位置制御し、力制御
方向では、プラットフォーム速度ベクトル｛ｘp'｝
_f が、｛ｘp'｝_f ＝｛ｘd'｝_f ＋｛ＢＦ｝_f となるよう
に制御方向を選択した運動ベクトル成分に基づいて各ア
クチュエータを力制御する請求項２記載のアクチュエー
タの作動方法である。但し、ここで｛ｖ｝_i はベクトル
ｖのｉ番目成分を表す。

【００１５】請求項４の発明は、油圧で作動するアクチ
ュエータでワークを外部環境と接する目標位置まで移動
した後、所定の力でワークを外部環境に押圧するアクチ
ュエータの作動装置において、油圧シリンダと油圧制御
弁を有するアクチュエータと、アクチュエータの変位を
検出する変位センサと、アクチュエータの油圧力を検出
する圧力センサと、ワークを目標位置まで移動する目標
速度（ｘr'）を生成すると共に圧力センサからの圧力信
号より、外部環境からの外力ｆを速度に変換するアドミ
ッタンスをＢとしたとき、アクチュエータ速度（ｘ' ）
が、ｘ' ＝ｘr'＋Ｂｆとなる速度指令を出力する速度指
令生成部と、変位センサの検出値が入力され、その検出
値と速度指令生成部からの速度指令よりアクチュエータ
の油圧制御弁を制御する速度サーボ部とを備えたことを
特徴とするアクチュエータの作動装置である。

【００１６】請求項５の発明は、油圧で作動する複数本
のアクチュエータでベースとプラットフォームを連結し
てパラレルリンク機構を構成し、そのプラットフォーム
で外部環境を目標位置に移動するためのアクチュエータ
の作動装置において、パラレルリンク機構を構成すべく
ベースとプラットフォーム間に連結される複数の油圧シ
リンダとその各油圧シリンダに設けられた油圧制御弁と
からなる複数のアクチュエータと、各アクチュエータの
変位を検出する変位センサと、各アクチュエータの油圧
力を検出する圧力センサと、上記プラットホームの目標
軌道を定め、その目標軌道に対して目標速度を生成する
と共に、各圧力センサからの圧力信号より、外部環境か
らの外力Ｆを速度に変換するアドミッタンスをＢとした
とき、位置制御と力制御を行うべく各プラットフォーム
速度（ｘp'）が、ｘp'＝ｘd'＋ＢＦとなる速度指令を出
力する速度指令生成部と、速度指令生成部からの速度指
令を基に各アクチュエータの目標軌道に対して運動ベク
トルに分解する運動分解部と、各変位センサの検出値が
入力され、その検出値と上記運動ベクトルに基く速度指
令より各アクチュエータの油圧制御弁を制御する速度サ
ーボアンプとを備えたことをことを特徴とするアクチュ
エータの作動装置である。

【００１７】

【作用】上記の構成によれば、ｘ' ＝ｘr'＋Ｂｆ（ｘp'
＝ｘd'＋ＢＦ）となるようにアクチュエータを制御する
ことで、ワークが外部環境と接していない時には位置制
御が実践され、ワークが外部環境に接触するとアクチュ
エータ速度がゼロとなるため、外部環境からアクチュエ
ータにかかる圧力のみで力制御が行えるので、目標速度
をセットするだけで制御が可能となる。またこの際、フ
ィードフォワード制御を行うことで、応答性の良い制御
が行える。さらにアクチュエータの作動をパラレルリン
ク機構に適用することで、１軸方向の制御のみならず６
軸方向に自在な制御が行える。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１９】図１、図２は本発明の基本構成を示したも
ので、図１は装置の概略構成を示し、図２は制御ブロッ
ク図を示したものである。

【００２０】図１、図２において、アクチュエータ１０
の構成は図８で説明した通りである。

【００２１】このアクチュエータ１０には、アブソリュ
ート式測長センサとディジタル測長センサからなる変位
センサ２９が設けられると共に圧力センサ２１が設けら
れる。

【００２２】アクチュエータ１０は、ワーク２４を、外
部環境２５の位置まで移動した後、所定の力で外部環境
２５に押圧（引張）するもので、例えばシールド掘進機
でトンネルを構築する際のセグメントを、先に取り付け
たセグメントに接合するように移動した後、所定の力で
押圧して、そのセグメント同士を接続する際に使用され
る。

【００２３】さて図１、図２において、変位センサ２９
は、アクチュエータ１０のロッド１８の進退位置を検出
し、これを位置信号３５として速度指令生成部４０に送
ると共に速度サーボ部４１にフィードバック信号として
送る。また圧力センサ２１の検出圧力は速度指令生成部
４０に入力される。

【００２４】速度指令生成部４０は、変位センサ２９か
らの位置信号３５を基に軌道生成部４２で目標速度（ｘ
r'）を生成し、同時に、圧力センサ２１の検出圧力（−
ｆ）、または、外部環境２５から反力Ｆとして伝わる外
力（−ｆ）を基にアドミッタンス設定部４３で、その外
力ｆをアドミッタンスＢで速度信号（Ｂｆ）に変換する
と共に、これらを加算器４４にて、アクチュエータ速度
（ｘ' ）を、ｘ' ＝ｘr'＋Ｂｆとなるようにして速度サ
ーボ部４１に出力する。

【００２５】この設定部４３でのアドミッタンスＢは、
そのアクチュエータの最大押し付け力の逆数と最大速度
の乗算値を基に設定され、圧力センサ２１の検出圧に応
じて速度信号（Ｂｆ）を作り出すようになっている。

【００２６】速度指令生成部４０で生成されたアクチュ
エータ速度（ｘ' ）は、速度サーボ部４１に入力される
と、先ず、速度サーボ部４１は、アクチュエータ速度
（ｘ'）に基づいて、フィードフォワード速度信号ｖr
を作り、これを加算器４５を介して速度指令値４６をサ
ーボアンプ４７に出力し、サーボアンプ４７が制御電流
４８を作ってこれをアクチュエータ１０に出力するよう
になっている。

【００２７】またアクチュエータ速度（ｘ' ）は、積分
器４９で、位置信号ｘr にされて比較器５０に入力さ
れ、そこで変位センサ２９からフィードバックされた位
置（ｘ）信号３５と比較されて位置補償制御部５１に入
力され、その位置補償制御部５１にて速度信号にされ、
加算器４５にてフィードフォワード速度信号ｖr と加算
されてアクチュエータ１０を作動する速度指令４６が作
られる。

【００２８】以上において、速度指令生成部４０では、
アクチュエータ速度（ｘ' ）が、 ｘ' ＝ｘr'＋Ｂｆ となるように制御する。

【００２９】ここで、ｆは、力制御を行っている座標に
加わる力であり、Ｂは、アドミッタンスである。

【００３０】このように制御を行うことを考えると、自
由空間では、ｆ＝０であるので、 ｘ' ＝ｘr' となって速度を制御することができる。

【００３１】また拘束されたときには、ｘ' ＝０となる
ので、 ｘr'＝−Ｂｆ ｆ＝−ｘr'／Ｂ となり、アクチュエータ１０の力を制御することができ
る。

【００３２】このアドミッタンスＢは、アクチュエータ
最大速度をｘ'max、最大押し付け力をｆ0 と仮定する
と、自由に運動が可能でその方向に拘束されていない
時、つまりｆ＝０の時にその速度ｘ' が最大速度ｘ'max
になり、力学的に拘束された時、すなわち速度が０にな
ったときに拘束力ｆが最大押し付け力ｆ0 となるように
アドミッタンスと目標速度を求めることで、以下のよう
にして求めることができる。

【００３３】ｘ'max＝ｘ' ０＝ｘ' ＋Ｂｆ0 から、 Ｂ＝１／ｆ0 ・ ｘ'max となり、アドミッタンスＢを求めることができる。

【００３４】このようにアクチュエータ速度ｘ' を作り
だしこれを速度サーボ部４１及びサーボアンプ４７を介
してアクチュエータ１０を制御することで位置制御と力
制御の双方を自動的に切り換えて制御することができ
る。

【００３５】また、位置制御の際に、速度サーボ部４１
では、アクチュエータ速度ｘ' から任意の速度信号ｖr
を作り、フィードフォワード制御でアクチュエータ１０
を作動することで、立ち上がり速度が良好なものが得ら
れる。

【００３６】このように、本制御は、ダンピング制御系
を基にした位置決め制御のため、位置決め制御を行って
いる最中にもダンピングが働いているため、負荷条件が
変わった場合でも即座に目標となる力制御を行うことが
できる。またフィードバックループ及びフィードフォワ
ードの双方を取り入れることで、応答性の良い制御が可
能となる。

【００３７】図３は、図１、図２に示した制御系で制御
したときの軸荷重の経時変化を示したもので、アクチュ
エータの目標速度ｘr'＝５ｃｍ／ｓｅｃ、アドミッタン
スＢ＝６０ｋｇｆ・ｓｅｃ／ｃｍ、アクチェータの押し
付け力を３００ｋｇｆに設定して実験したときの例を示
したものである。

【００３８】図３より、制御開始から、３．２秒まで
は、軸荷重が０で、位置制御がなされ、アクチュエータ
１０が目標位置まで進んだ時点で、力制御に切り換り、
ほぼ瞬時に設定の３００ｋｇｆの軸荷重を加えることが
できた。

【００３９】次にパラレルリンク機構の実施例を説明す
る。

【００４０】先ず、パラレルリンク機構は、本出願人が
提案したパラレルリンク機構の運動姿勢演算装置（特願
平４−５２６４５号）と同じであり、図６に示すよう
に、固定側のベース６０とプラットフォーム６１間に複
数本のアクチュエータ１０，１０が連結されてパラレル
リンク機構６２が構成され、各アクチュエータ１０の進
退でプラットフォーム６１を、６自由度方向（ｘ，ｙ，
ｚ，α，β，γ）に移動できるようになっている。

【００４１】このパラレルリンク機構６２で図７に示す
ようにセグメント（ワーク２４）を外部環境２５に押し
当てて組み立てる作業に用いる場合、直交座標系で速度
制御と力制御を行うと、座標軸の各方向について力が干
渉しあう作業では制御系に設計が複雑となる。

【００４２】そこで、セグメント（ワーク２４）で構築
されるトンネルを中心Ｏの円筒座標系として制御系を構
成する方が、ヨーイング、旋回微調、ローリング、ピッ
チング、ヒービング修正などの作業を無理なく記述する
ことができる。

【００４３】さて図４はパラレルリンク機構の装置概略
を示し、図５は制御ブロック図を示したものである。

【００４４】図４において、パラレルリンク機構６２の
各アクチュエータ１０は、プラットフォーム６１を介し
てワーク２４を、目標軌道としてｘ方向（ベクトル成
分）に位置制御すると共にワーク２４が外部環境２５に
当たった時、力制御を行うとする。

【００４５】先ず速度指令生成部７０は、プラットホー
ム６１の目標軌道における目標速度（ｘd'）を生成し、
これを運動分解部７１で各アクチュエータ１０ごとのベ
クトル成分に分解して各アクチュエータ１０の速度信号
を速度サーボアンプ７２に出力するが、この場合、目標
軌道に対して位置制御（位置と姿勢）のみ行うアクチュ
エータ１０と力制御を行うアクチュエータ１０を選択
し、力制御を選択したアクチュエータ１０に対しては、
目標軌道における速度ベクトルと、外部環境２５からの
外力（ベクトル）をＦ、外力Ｆを速度に変換するアドミ
ッタンスをＢとしたとき、プラットフォーム速度ベクト
ル（ｘp'）が、ｘp'＝ｘd'＋ＢＦとなるように各アクチ
ュエータ１０を制御するようになっている。

【００４６】これをさらに詳しく説明すると、作業座標
系において、図１，図２で説明した位置制御と力制御を
設計する場合、実際制御できるのは各アクチュエータ１
０の速度なので、作業座標系における速度指令値（Ｘ
ｄ' ）をアクチュエータの速度に変換しなければならな
い。

【００４７】基本的には座標系間の速度関係であるので
ヤコビアンを計算すれば良い。

【００４８】ａ．パラレルリンク機構と運動学 パラレルリンク機構は図６に示したように、ベースとベ
ースに対し相対的に運動するプラットフォーム、ベース
とプラットフォームを結合するアクチュエータから構成
され、各アクチュエータは、油圧シリンダのように、ア
クチュエータが結合されているベース上にある点とプラ
ットフォーム上にある点の相対運動（力も含む）を直接
調整するものや、簡単な機構によって間接的に調整する
ものがある。

【００４９】表現を簡単にするために、ここでは、アク
チュエータによって調節することができる、２点間の距
離を、アクチュエータの長さと呼び、それをまとめて、
ベクトル ｌ＝（ｌ1 ，ｌ2 …ｌ6 ）^T で表すことにする。

【００５０】今プラットフォームの位置・姿勢を表す変
数を６次元ベクトルｘp で表すと、ｌとｘp の間には、 ｌ＝ ｆ（ｘp ）＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ，α，β，γ） の関係が成り立つ。ｆ（ｘp ）は、ｘp の関数で、ｘp
が与えられると、ｌを計算することができる。これを、
逆運動学の計算という。

【００５１】上式の両辺を時間で微分することにより次
式を得る。

【００５２】ｌ' ＝Ｊｘp' ただし、Ｊは、 Ｊ＝∂ｆ／∂ｘp で定義される。

【００５３】パラレルリンク機構では、シリアルリンク
機構と違って、逆運動学の計算は容易である。

【００５４】ただし、与えられた、アクチュエータの長
さｌ＝（ｌ1 ，ｌ2 …ｌ6 ）Ｔから、プラットフォーム
の位置・姿勢ｘp を求める順運動学の計算は、解析的に
は求まらないという性質を持つ。

【００５５】そこで、目標軌道に対するプラットフォー
ム速度ｘp'は、プラットフォーム目標速度をｘd 、外部
環境２５に働く力（外力）をＦとしアドミッタンスをＢ
とすると、 ｘp'＝ｘd'＋ＢＦ となるように各アクチュエータを制御すれば良い。

【００５６】この与えられたプラットフォームの速度ｘ
p'を実現するようなアクチュエータの速度ｌ' は上記式
（ｌ' ＝Ｊｘp'）から計算できるので、制御系のブロッ
ク図は図５のように構成できる。

【００５７】図５において、速度指令生成部７０で生成
されるプラットフォーム目標速度ｘd'が軌道生成部７５
で生成し、これを位置制御選択行列（Ｉ−Ｓ）７６と加
算器７７を介して力制御行列（Ｓ）７８に出力する。こ
こでＩは単位行列、Ｓは選択行列で、それぞれその要素
が１または０の対角行列であり、１は、それに対応する
座標でアドミッタンス行列（Ｂ）７９を基に力制御をす
ることを意味し、０は、位置制御を行うことを意味して
いる。

【００５８】力制御する座標ｘs は、 ｘs ＝Ｓｘp 位置制御する座標ｘｉ-s（接触する可能性のない方向で
位置制御を精度よく実現したい座標）は、 ｘｉ-s＝（Ｉ−Ｓ）ｘp で与えられる。

【００５９】これらは、加算器８０にて加算され、ヤコ
ビ行列８１にてそれぞれアクチュエータごとの運動ベク
トルに分解される。

【００６０】制御の開始時には、反力Ｆ＝０であり、位
置行列選択７６で生成される座標ｘｉ-sがヤコビ行列８
１より、ゲイン制御器８２にて各アクチュエータ１０の
速度信号ｖr が生成され、加算器８３を介してフィード
フォワード速度信号としてアクチュエータ１０に出力さ
れる。一方ヤコビ行列８１にて分解された運動ベクトル
は積分器８４で、各アクチュエータのシリンダ位置信号
８５にされて比較器８６に入力され、そこで各アクチュ
エータ１０からフィードバックされたシリンダ変位信号
（Ｉ）８７と比較されて位置補償制御部８８に入力さ
れ、その位置補償制御部８８にて速度信号にされ、加算
器８３にてフィードフォワード速度信号ｖr と加算され
て各アクチュエータ１０を作動する速度指令８９が作ら
れ、その速度指令８９に基づいてプラットフォーム６１
が、目標軌道Ｘに沿ったプラットフォームの速度ｘp'で
移動して外部環境２５に接触するまで位置制御する。

【００６１】次に外部環境２５にワーク２４が当たり移
動が停止して、速度ｘp'が０となると、各アクチュエー
タ１０の圧力センサからシリンダ発生力（Ｆｌ）９０
が、転置ヤコビ行列９１に送られて外力Ｆに変換され、
アドミッタンス行列７９により外力Ｆが速度ベクトル
（ＢＦ）にされ、力制御選択行列７８により力制御に切
り換えられ、プラットフォーム６１に設定の力が加えら
れることなる。

【００６２】このようにパラレルリンク機構のアクチュ
エータ作動において、位置制御と力制御のハイブリッド
制御が可能となり、位置制御から力制御の切り換え動作
が不要となり、制御の簡素化が図れる。

【００６３】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものでなく、例えば外力を圧力センサ２１で検出するよ
うにしたが、ワークとアクチュエータのロッド間に設け
た力センサで検出するようにしてもよい、またパラレル
リンク機構において、図５のブロック図で、プラットフ
ォーム座標に対して位置制御と力制御をする制御方向を
選択して位置制御選択行列と力制御選択行列とに分けた
制御系で説明したが、これらを一緒にして単一の単位行
列で制御するように構成してもよい、さらにパラレルリ
ンク機構のアクチュエータに、図８で説明した電気・油
圧サーボアクチュエータを全て使用する代わりに１部他
の形式のアクチュエータ、例えば電動アクチュエータで
一部を構成するようにしてもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、ｘ' ＝ｘ
r'＋Ｂｆ（ｘp ’＝ｘd'＋ＢＦ）となるようにアクチュ
エータを制御することで、アクチュエータを位置制御し
ている際には、反力はゼロであり、ワークが外部環境に
当たり目標位置に達して力制御に移行する際には、速度
がゼロとなるため、外部環境からアクチュエータにかか
る圧力のみで力制御が行えるので目標速度をセットする
だけで制御が可能となる。またこのアクチュエータの作
動をパラレルリンク機構に適用することで、１軸方向の
制御のみならず６軸方向に自在な制御が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において、シリアルリンクの一実施例を
示す装置の概略図である。

【図２】図１の制御ブロックを示す図である。

【図３】図１，図２の実施例における実験例を示す図で
ある。

【図４】本発明において、パラレルリンク機構の一実施
例を示す装置の概略図である。

【図５】図４の制御ブロックを示す図である。

【図６】本発明において、パラレルリンク機構の概略を
示す斜視図である。

【図７】本発明において、パラレルリンク機構の座標系
を説明するための図である。

【図８】本発明に用いるアクチュエータの詳細を示す図
である。

【図９】従来例を示す図である。

【符号の説明】

１０ アクチュエータ ２１ 圧力センサ ２４ ワーク ２５ 外部環境 ２９ 変位センサ ４０ 速度指令生成部 ４１ 速度サーボ部 ４３ アドミッタンス設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小菅 一弘 愛知県名古屋市緑区鳴海町黒石２−10 合 同宿舎滝ノ水住宅５−103 (72)発明者 村上 弘記 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 竹内 暢人 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内 (72)発明者 北山 仁志 愛知県知多市北浜町11番１号 石川島播磨 重工業株式会社愛知工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧で作動するアクチュエータでワーク
   を外部環境と接する目標位置まで移動した後、所定の力
   でワークを外部環境に押圧するアクチュエータの作動方
   法において、ワークを目標位置まで移動する目標速度を
   （ｘr'）、外部環境からの外力をｆ、外力ｆを速度に変
   換するアドミッタンスをＢとしたとき、アクチュエータ
   速度（ｘ' ）が、ｘ' ＝ｘr'＋Ｂｆとなるようにアクチ
   ュエータを制御し、かつ、そのアクチュエータ速度
   （ｘ' ）で所望のフィードフォワード速度信号（ｖr ）
   を作ってアクチュエータを制御すると共にアクチュエー
   タからの位置信号でフィードバック制御を行うことを特
   徴とするアクチュエータの作動方法。
2. 【請求項２】 油圧で作動する複数本のアクチュエータ
   でベースとプラットフォームを連結してパラレルリンク
   機構を構成し、そのプラットフォームで、ワークを外部
   環境と接する目標位置まで移動した後、所定の力でワー
   クを外部環境に押圧するためのアクチュエータの作動方
   法において、上記プラットフォームの目標軌道における
   目標速度ベクトル（ｘd'）を定め、外部環境からの外力
   をＦ、外力Ｆを速度に変換するアドミッタンスをＢとし
   たとき、プラットフォーム速度ベクトル（ｘp'）が、ｘ
   p'＝ｘd'＋ＢＦとなるように各アクチュエータを制御す
   ることを特徴とするアクチュエータの作動方法。
3. 【請求項３】 プラットフォーム座標における位置制御
   と力制御を行う制御方向を予め選択し、位置制御方向で
   は、目標速度ベクトル｛ｘd'｝_p をプラットフォーム速
   度ベクトル｛ｘp'｝_p とし、その速度ベクトルに対し
   て、制御方向を選択した運動ベクトル成分に基づいて各
   アクチュエータを位置制御し、力制御方向では、プラッ
   トフォーム速度ベクトル｛ｘp'｝_f が、｛ｘp'｝_f ＝
   ｛ｘd'｝_f ＋｛ＢＦ｝_f となるように制御方向を選択し
   た運動ベクトル成分に基づいて各アクチュエータを力制
   御する請求項２記載のアクチュエータの作動方法。
4. 【請求項４】 油圧で作動するアクチュエータでワーク
   を外部環境と接する目標位置まで移動した後、所定の力
   でワークを外部環境に押圧するアクチュエータの作動装
   置において、油圧シリンダと油圧制御弁を有するアクチ
   ュエータと、アクチュエータの変位を検出する変位セン
   サと、アクチュエータの油圧力を検出する圧力センサ
   と、ワークを目標位置まで移動する目標速度（ｘr'）を
   生成すると共に圧力センサからの圧力信号より、外部環
   境からの外力ｆを速度に変換するアドミッタンスをＢと
   したとき、アクチュエータ速度（ｘ' ）が、ｘ' ＝ｘr'
   ＋Ｂｆとなる速度指令を出力する速度指令生成部と、変
   位センサの検出値が入力され、その検出値と速度指令生
   成部からの速度指令よりアクチュエータの油圧制御弁を
   制御する速度サーボ部とを備えたことを特徴とするアク
   チュエータの作動装置。
5. 【請求項５】 油圧で作動する複数本のアクチュエータ
   でベースとプラットフォームを連結してパラレルリンク
   機構を構成し、そのプラットフォームで外部環境を目標
   位置に移動するためのアクチュエータの作動装置におい
   て、パラレルリンク機構を構成すべくベースとプラット
   フォーム間に連結される複数の油圧シリンダとその各油
   圧シリンダに設けられた油圧制御弁とからなる複数のア
   クチュエータと、各アクチュエータの変位を検出する変
   位センサと、各アクチュエータの油圧力を検出する圧力
   センサと、上記プラットホームの目標軌道を定め、その
   目標軌道に対して目標速度を生成すると共に、各圧力セ
   ンサからの圧力信号より、外部環境からの外力Ｆを速度
   に変換するアドミッタンスをＢとしたとき、位置制御と
   力制御を行うべく各プラットフォーム速度（ｘp'）が、
   ｘp ’＝ｘd'＋ＢＦとなる速度指令を出力する速度指令
   生成部と、速度指令生成部からの速度指令を基に各アク
   チュエータの目標軌道に対して運動ベクトルに分解する
   運動分解部と、各変位センサの検出値が入力され、その
   検出値と上記運動ベクトルに基く速度指令より各アクチ
   ュエータの油圧制御弁を制御する速度サーボアンプとを
   備えたことを特徴とするアクチュエータの作動装置。