專利名稱：彈性體致動器的控制裝置及控制方法、控制程序的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及流體壓力驅(qū)動致動器等對通過彈性體的變形而被驅(qū)動的彈性體致動 器的動作進行控制的彈性體致動器的控制裝置及控制方法、控制程序。
背景技術(shù)：
近年來，寵物機器人等家庭用機器人在被積極研發(fā)，將來期待家務支援機器人等 更為實用的家庭用機器人被實用。家庭用機器人需要進入家庭內(nèi)與人類共同生活，所以在 必需的規(guī)格方面與以往產(chǎn)業(yè)用機器人等不同。就產(chǎn)業(yè)用機器人而言，使用電機或減速器，通過高增益的反饋控制，實現(xiàn)了所謂反 復精度0. Imm等的高手尖位置精度。但是，被這樣的電機驅(qū)動的機構(gòu)，其剛性高，大多數(shù)情 況下欠缺柔軟性，在所謂安全性方面問題多。與此相對，就家庭用機器人而言，并不需要所謂反復精度0. Imm等的高精度，在與 人類接觸時不會產(chǎn)生危害等安全性受到重視。因此，不能說像以往產(chǎn)業(yè)用機器人那樣通過 電機來驅(qū)動的機構(gòu)適合家庭用機器人等重視安全性的領域，需要柔軟且安全的機器人手臂。對于這樣的課題，例如提出了利用McKitDben型的氣壓致動器的機器人手臂。關(guān) 于McKitDben型的氣壓致動器的結(jié)構(gòu)，是在橡膠材料構(gòu)成的管狀彈性體的外表面配設纖維 繩構(gòu)成的約束單元，用密封件將管狀彈性體的兩端部氣密密封。在通過流體注入注出單元 利用空氣等壓縮性流體向管狀彈性體的內(nèi)部空間施加內(nèi)壓時，管狀彈性體主要向半徑方向 膨脹，但通過約束單元的作用，轉(zhuǎn)換成管狀彈性體的中心軸方向的運動，全長發(fā)生收縮。該 McKitDben型的致動器的特征在于，其主要由彈性體構(gòu)成，所以是具有柔軟性、安全且量輕的 致動器。但是，就McKitDben型的致動器等通過空氣等的流體壓力進行動作的流體壓力驅(qū) 動致動器而言，因流體的壓縮性所致的彈性性質(zhì)或流路電阻等的影響使得響應性差。為此， 要承擔在以往存在的一般反饋控制中無法實現(xiàn)所希望的精度等在彈性體致動器中難以控 制的課題。對于這樣的課題，作為以往技術(shù)，公開有如下的控制裝置，即配設內(nèi)部狀態(tài)誤差補 償單元，構(gòu)成將上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)反饋的控制系統(tǒng)，此外，配設目標內(nèi)部狀態(tài)決 定單元，構(gòu)成將目標內(nèi)部狀態(tài)前饋的控制系統(tǒng)，響應性良好，靜差少，可以實現(xiàn)高速、高精度 的控制(專利文獻1)。專利文獻1 特開2005-95989號公報但是，關(guān)于上述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，由于用近似多項式等表達事先進行實驗 來計量輸出和內(nèi)部狀態(tài)的關(guān)系得到的結(jié)果，對于事先設想的變動參數(shù)以外的變化，無法變 更目標內(nèi)部狀態(tài)。為此存在如下的課題，在像家庭用機器人那樣難以事先設想全部環(huán)境的 狀況下，輸出和內(nèi)部狀態(tài)的關(guān)系與事先設想的環(huán)境不同，精度降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決上述以往的課題，提供一種即便是事先設想由彈性體致 動器驅(qū)動的機器人手臂等的可動機構(gòu)的環(huán)境以外也能高精度控制位置或力的、彈性體致動 器的控制裝置及控制方法、控制程序。為了解決上述以往的課題，本發(fā)明如下所述構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種彈性體致動器的控制裝置，具備內(nèi)部狀態(tài)計量單元，其對上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量；輸出計量單元，其對上述彈性體致動器的輸出進行計量；輸出誤差補償單元，其通過輸入上述彈性體致動器的輸出的目標值和由上述輸出 計量單元計量的上述彈性體致動器的輸出的計量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過上述彈性體致動器的輸出的目標值來決定上述彈 性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當上述彈性體致動器的輸出的目標值及上述彈性 體致動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生了誤差時按照減小其誤差的方式?jīng)Q定內(nèi)部狀態(tài)的目標 矯正值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過被輸入來自上述輸出誤差補償單元的輸出、從上 述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、從上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元輸 出的內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值、以及來自上述內(nèi)部狀態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差進 行補償；根據(jù)通過上述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)纳鲜鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，按照使上述彈性 體致動器的上述輸出的計量值為上述輸出的目標值的方式進行控制。通過這樣的構(gòu)成，即便在事先設想的環(huán)境以外，也能夠?qū)崿F(xiàn)可以高精度控制位置 或力的彈性體致動器的控制。根據(jù)本發(fā)明的第十三方式，提供一種彈性體致動器的控制方法，具備內(nèi)部狀態(tài)計量單元，其對上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量；輸出計量單元，其對上述彈性體致動器的輸出進行計量；輸出誤差補償單元，其通過被輸入上述彈性體致動器的輸出的目標值和由上述輸 出計量單元計量的上述彈性體致動器的輸出的計量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過上述彈性體致動器的輸出的目標值來決定上述彈 性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當上述彈性體致動器的輸出的目標值及上述彈性 體致動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生了誤差時按照減小其誤差的方式?jīng)Q定內(nèi)部狀態(tài)的目標 矯正值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過被輸入來自上述輸出誤差補償單元的輸出、從上 述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、從上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元輸 出的內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值、以及來自上述內(nèi)部狀態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差進 行補償；根據(jù)通過上述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)纳鲜鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，按照使上述彈性 體致動器的上述輸出的計量值為上述輸出的目標值的方式進行控制。
通過這樣的構(gòu)成，即便在事先設想的環(huán)境以外，也能夠?qū)崿F(xiàn)可以高精度控制位置 或力的彈性體致動器的控制。根據(jù)本發(fā)明的第十四方式，提供一種彈性體致動器的控制裝置的程序，用于使計 算機作為下述單元發(fā)揮功能，即輸出誤差補償單元，其通過被輸入上述彈性體致動器的輸出的目標值和通過對上 述彈性體致動器的輸出進行計量的輸出計量單元所計量的上述彈性體致動器的輸出的計 量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過上述彈性體致動器的輸出的目標值來決定上述彈 性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當上述彈性體致動器的輸出的目標值及上述彈性 體致動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生誤差時，按照減小其誤差的方式來決定內(nèi)部狀態(tài)的目標 矯正值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過被輸入來自上述輸出誤差補償單元的輸出、從上 述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、從上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元輸 出的內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值、以及來自對上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量的內(nèi)部狀 態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差進行補償；根據(jù)通過上述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)纳鲜鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，按照使上述彈性 體致動器的上述輸出的計量值為上述輸出的目標值的方式進行控制。通過這樣的構(gòu)成，即使事先設想的環(huán)境以外，也能夠?qū)崿F(xiàn)可以高精度控制位置或 力的彈性體致動器的控制。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的彈性體致動器的控制裝置及控制方法、以及控制程序，配設內(nèi)部狀 態(tài)誤差補償單元，構(gòu)成對上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行反饋的控制系統(tǒng)，且配設目標 內(nèi)部狀態(tài)決定單元及適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，構(gòu)成對適應性矯正后的目標內(nèi)部狀態(tài)進 行前饋的控制系統(tǒng)，由此響應性良好、靜差少、高速且高精度的控制成為可能。


本發(fā)明的這些和其它目的和特征，由有關(guān)附圖的優(yōu)選實施方式的下列記述而明 確。其附圖如下所示圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式中彈性體致動器的控制裝置的概念的框圖；圖2是表示本發(fā)明的上述第一實施方式中作為上述彈性體致動器的控制裝置的 控制對象的機器人手臂的結(jié)構(gòu)的圖；圖3是表示本發(fā)明的上述第一實施方式中對作為上述彈性體致動器的控制裝置 的控制對象的機器人手臂進行驅(qū)動的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)及動作的圖；圖4是表示本發(fā)明的上述第一實施方式中通過作為壓縮性流體的空氣對作為上 述彈性體致動器的控制裝置的控制對象的機器人手臂進行驅(qū)動的氣壓供給系統(tǒng)的動作的 圖；圖5是表示本發(fā)明的上述第一實施方式中上述彈性體致動器控制裝置的控制框 圖6是表示本發(fā)明的上述第一實施方式中目標壓力差計算的結(jié)構(gòu)的圖；圖7是本發(fā)明的上述第一實施方式中上述彈性體致動器的控制裝置的控制程序 的實際的動作步驟的流程圖；圖8是表示本發(fā)明的第二實施方式中彈性體致動器的控制裝置的適應目標壓力 差矯正單元的結(jié)構(gòu)的圖；圖9A是表示對圖2所示的機器人手臂通過不使用適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元而 僅使用圖6所示的目標壓力差計算單元的以往控制裝置進行手尖位置的軌道隨動控制時 的結(jié)果的圖；圖9B是表示通過圖5所示的本發(fā)明的上述第一實施方式中的彈性體致動器的控 制裝置進行手尖位置的軌道隨動控制時的結(jié)果的圖；圖10是使用了作為本發(fā)明的上述第一實施方式中彈性體致動器控制裝置之一的 導電性聚合物致動器時的控制框圖；圖IlA是表示對作為本發(fā)明的上述第一實施方式中上述彈性體致動器的控制裝 置的控制對象的機器人手臂進行驅(qū)動的導電性聚合物致動器的結(jié)構(gòu)及動作的圖；圖IlB是表示對作為本發(fā)明的上述第一實施方式中上述彈性體致動器的控制裝 置的控制對象的機器人手臂進行驅(qū)動的上述導電性聚合物致動器的結(jié)構(gòu)及動作的圖；圖IlC是表示對作為本發(fā)明的上述第一實施方式中上述彈性體致動器的控制裝 置的控制對象的機器人手臂進行驅(qū)動的上述導電性聚合物致動器的結(jié)構(gòu)及動作的圖；圖12是本發(fā)明的第三實施方式中的上述彈性體致動器控制裝置的控制框圖；圖13是表示基于本發(fā)明的上述第一實施方式中上述彈性體致動器的控制裝置的 控制程序的動作步驟的流程圖。
具體實施例方式以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明涉及的實施方式進行詳細說明。在對本發(fā)明中的實施方式進行詳細說明之前，對本發(fā)明的各種方式進行說明。根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供一種彈性體致動器的控制裝置，其具備內(nèi)部狀態(tài)計量單元，其對上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量；輸出計量單元，其對上述彈性體致動器的輸出進行計量；輸出誤差補償單元，其通過被輸入上述彈性體致動器的輸出的目標值和由上述輸 出計量單元計量的上述彈性體致動器的輸出的計量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過上述彈性體致動器的輸出的目標值來決定上述彈 性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當上述彈性體致動器的輸出的目標值及上述彈性 體致動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生了誤差時按照減小其誤差的方式?jīng)Q定內(nèi)部狀態(tài)的目標 矯正值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過被輸入來自上述輸出誤差補償單元的輸出、及從 上述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、及從上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單 元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值、及來自上述內(nèi)部狀態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差 進行補償；
根據(jù)通過上述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)纳鲜鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，按照使上述彈性 體致動器的上述輸出的計量值為上述輸出的目標值的方式進行控制。根據(jù)本發(fā)明的第二方式，提供一種第一方式記載的彈性體致動器的控制裝置，上 述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元還取得上述彈性體致動器的輸出的計量值，通過上述彈性體致動 器的輸出的目標值及上述彈性體致動器的輸出的計量值來決定上述彈性體致動器的內(nèi)部 狀態(tài)的目標值。根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供一種第一或第二方式記載的彈性體致動器的控制裝 置，還具備加法運算部，其對上述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元的輸出和上述適應目標內(nèi)部狀態(tài) 矯正單元的輸出進行加和，將加和結(jié)果向上述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元輸出。根據(jù)本發(fā)明的第四方式，提供一種第一 第三方式中任一方式記載的彈性體致動 器的控制裝置，上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，算出適應偏移值和適應增益值，使上述適 應增益值與上述輸出的目標值相乘得到的值、和上述適應偏移值加和，將所得到的值作為 上述內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值，所述適應偏移值是對從上述輸出的目標值減去輸出值得到的 值乘以增益得到的值進行積分而得到，所述適應增益值是從上述輸出的目標值減去初始值 得到的值與從上述輸出的目標值減去輸出值得到的值相乘，并將所得到的值乘以增益得到 的值進行積分而得到。根據(jù)本發(fā)明的第五方式，提供一種第一 第四方式中任一方式記載的彈性體致動 器的控制裝置，上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元具備規(guī)范模型，其對上述輸出的目標值、上 述規(guī)范模型的輸出和上述彈性體致動器的輸出之間產(chǎn)生誤差的情況下減小其誤差的增益 乘以上述輸出的目標值和上述規(guī)范模型的狀態(tài)變量得到的值進行加和，作為上述內(nèi)部狀態(tài) 的目標矯正值。根據(jù)本發(fā)明的第六方式，提供一種第一第五方式中任一方式記載的彈性體致動器 的控制裝置，還具備矯正輸出控制單元，其在使用上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的狀態(tài) 或不使用的狀態(tài)或停止來自上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出的更新的狀態(tài)之間進 行切換。根據(jù)本發(fā)明的第七方式，提供一種第一 第六方式中任一方式記載的彈性體致動 器的控制裝置，還具備矯正輸出控制單元，其在將來自上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的 輸出通過低通濾波器的狀態(tài)或不通過狀態(tài)之間進行切換。根據(jù)本發(fā)明的第八方式，提供一種第一 第七方式中任一方式記載的彈性體致動 器的控制裝置，上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元具備判斷單元，由上述適應目標內(nèi)部狀態(tài) 矯正單元從上述目標軌道生成單元接受反復的信號，在由上述判斷單元判斷為以時間序列 排列有上述彈性體致動器的目標值的上述彈性體致動器的軌道為反復時，決定使用上述適 應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元。根據(jù)本發(fā)明的第九方式，提供一種第八方式記載的彈性體致動器的控制裝置，在 使用上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元時，上述矯正輸出控制單元在上述彈性體致動器的輸 出誤差小于預先決定的閾值時，決定停止上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出的更新。根據(jù)本發(fā)明的第十方式，提供一種第六方式記載的彈性體致動器的控制裝置，上 述矯正輸出控制單元，具備對上述彈性體致動器已與物體碰撞進行探測的碰撞探測單元， 在通過上述碰撞探測單元探測出已碰撞時，決定停止上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出的更新。根據(jù)本發(fā)明的第十一方式，提供一種第六方式記載的彈性體致動器的控制裝置， 上述矯正輸出控制單元，決定在彈性體致動器起動時不使用上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單兀。根據(jù)本發(fā)明的第十二方式，提供一種第六方式記載的彈性體致動器的控制裝置， 上述矯正輸出控制單元還具備低通濾波器，其在從不使用上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元 的狀態(tài)向使用的狀態(tài)切換時，或在從不更新上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出而停止 的狀態(tài)向更新的狀態(tài)切換時，通過恒定時間輸出而進行輸出。根據(jù)本發(fā)明的第十三方式，提供一種彈性體致動器的控制方法，具備內(nèi)部狀態(tài)計量單元，其對上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量；輸出計量單元，其對上述彈性體致動器的輸出進行計量；輸出誤差補償單元，其通過被輸入上述彈性體致動器的輸出的目標值和由上述輸 出計量單元計量的上述彈性體致動器的輸出的計量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過上述彈性體致動器的輸出的目標值來決定上述彈 性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當上述彈性體致動器的輸出的目標值及上述彈性 體致動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生了誤差時按照減小其誤差的方式?jīng)Q定內(nèi)部狀態(tài)的目標 矯正值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過被輸入來自上述輸出誤差補償單元的輸出、及從 上述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、及從上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單 元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值、及來自上述內(nèi)部狀態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差 進行補償；根據(jù)通過上述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)纳鲜鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，按照使上述彈性 體致動器的上述輸出的計量值為上述輸出的目標值的方式進行控制。根據(jù)本發(fā)明的第十四方式，提供一種彈性體致動器的控制裝置的程序，用于使計 算機作為下述單元發(fā)揮功能，即輸出誤差補償單元，其通過被輸入上述彈性體致動器的輸出的目標值和通過對上 述彈性體致動器的輸出進行計量的輸出計量單元所計量的上述彈性體致動器的輸出的計 量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過上述彈性體致動器的輸出的目標值來決定上述彈 性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當上述彈性體致動器的輸出的目標值及上述彈性 體致動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生誤差時，按照減小其誤差的方式來決定內(nèi)部狀態(tài)的目標 矯正值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過被輸入來自上述輸出誤差補償單元的輸出、及從 上述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、及從上述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單 元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值、及來自對上述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量的內(nèi)部 狀態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差進行補償；根據(jù)通過上述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)纳鲜鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，按照使上述彈性
10體致動器的上述輸出的計量值為上述輸出的目標值的方式進行控制。以下，使用附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式涉及的彈性體致動器的控制裝置的概念的框 圖。在圖1中，彈性體致動器102是通過流體壓力驅(qū)動的流體壓力驅(qū)動致動器。彈性體致動器102的控制裝置具備目標輸出生成單元101、輸出計量單元104、目 標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105、輸出誤差補償單元103、適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111、內(nèi)部狀 態(tài)計量單元107、內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元106、和輸出誤差計算部108而構(gòu)成。目標輸出生成單元101生成各彈性體致動器102的輸出的目標值113。輸出計量單元104與各彈性體致動器102連接，計量各彈性體致動器102的輸出， 將計量值112向目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105輸入，并借助輸出誤差計算部108向輸出誤差 補償單元103輸入，還向適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111輸入。輸出誤差計算部108由來自目標輸出生成單元101的輸出目標值113和來自輸出 計量單元104的輸出(計算值11 計算輸出誤差114，將計算結(jié)果向輸出誤差補償單元103 輸出。輸出誤差補償單元103按照使從輸出誤差計算部108向輸出誤差補償單元103輸 入的輸出誤差114減小的方式進行矯正，按照使由輸出計量單元104計量的計量值112隨 動于目標輸出生成單元101的輸出目標值113的方式進行控制。目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105被輸入目標輸出生成單元101的輸出目標值113和來 自輸出計量單元104的計量值112，通過輸出目標值113及計量值112來決定各彈性體致動 器102的內(nèi)部狀態(tài)目標值116。適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111被輸入目標輸出生成單元101的輸出目標值113 及來自輸出計量單元104的計量值112，根據(jù)輸出目標值113及計量值112進行使用了適應 算法的信號處理，決定各彈性體致動器102的內(nèi)部狀態(tài)目標矯正值117。更具體而言，在基 于各彈性體致動器102的輸出的目標值及各彈性體致動器102的輸出的計量值，在彈性體 致動器102的內(nèi)部狀態(tài)和彈性體致動器102的輸出的關(guān)系之間產(chǎn)生誤差的情況下，將按照 減小其誤差的方式實施信號合成操作得到的信號決定為內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值117。作為加和部的一例的內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109，由來自輸出誤差補償單元103的 輸出115、來自目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105的輸出(內(nèi)部狀態(tài)目標值)116、來自適應目標內(nèi) 部狀態(tài)矯正單元111的輸出(內(nèi)部狀態(tài)目標矯正值)117、和來自內(nèi)部狀態(tài)計量單元107的 輸出(內(nèi)部狀態(tài)計量值)118，計算內(nèi)部狀態(tài)誤差，向內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元106輸出。內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元106，通過被輸入來自輸出誤差補償單元103的輸出、及來 自目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105的輸出、以及來自適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111的輸出、及 來自內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109的輸出，按照補償內(nèi)部狀態(tài)誤差的方式，即，按照使各彈性體 致動器102的內(nèi)部狀態(tài)計量值隨動于目標值的方式進行控制。內(nèi)部狀態(tài)計量單元107與各彈性體致動器102連接，對各彈性體致動器102的后 述的各彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的作為內(nèi)部壓力的內(nèi)部狀態(tài)計量值118進行測定，向內(nèi)部狀 態(tài)誤差計算部109輸入。關(guān)于基于以上的原理的控制程序的實際動作步驟，根據(jù)圖13的流程圖進行說明。
在步驟SlOl中，被輸出計量單元104計量的、彈性體致動器102的輸出的計量值 被上述控制裝置攝入。接著，在步驟S102中，根據(jù)預先在目標輸出生成單元101內(nèi)存儲的彈性體致動器 102的動作程序，目標輸出生成單元101對彈性體致動器102的輸出目標值進行計算。接著，在步驟S103中，作為由目標輸出生成單元101計算出的輸出目標值和由輸 出計量單元104計量的當前的輸出的計量值之差的輸出誤差，由輸出誤差計算部108來計算。接著，在步驟S104中，根據(jù)由輸出誤差計算部108計算出的輸出誤差，由輸出誤差 補償單元103來計算輸出誤差修正輸出。接著，在步驟S105中，根據(jù)由目標輸出生成單元101計算出的輸出目標值和由輸 出計量單元104計量的當前的輸出的計量值，目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105算出內(nèi)部狀態(tài)目 標值。接著，在步驟S106中，根據(jù)由目標輸出生成單元101計算出的輸出目標值和由輸 出計量單元104計量的當前的輸出的計量值，適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111算出適應目 標內(nèi)部狀態(tài)矯正值。接著，在步驟S107中，由內(nèi)部狀態(tài)計量單元107計量的、彈性體致動器102的內(nèi)部 狀態(tài)的計量值，被上述控制裝置攝入。接著，在步驟S108中，將步驟S104中通過輸出誤差補償單元103計算出的輸出誤 差修正輸出、步驟S105中通過目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105算出的內(nèi)部狀態(tài)目標值和步驟 S106中通過適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111算出的適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正值進行加和，從 所得的加和值中減去在步驟S107中計量得到的內(nèi)部狀態(tài)的計量值，用內(nèi)部狀態(tài)誤差計算 部109計算內(nèi)部狀態(tài)誤差。接著，在步驟S109中，以由內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109計算的內(nèi)部狀態(tài)誤差為基礎， 通過內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元106計算內(nèi)部狀態(tài)誤差修正輸出。接著，在步驟SllO中，由內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元106計算出的內(nèi)部狀態(tài)誤差修正 輸出從內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元106被提供給彈性體致動器102，彈性體致動器102進行驅(qū)動。通過使以上的步驟SlOl 步驟SllO作為控制的計算循環(huán)反復執(zhí)行，實現(xiàn)彈性體 致動器102的控制。接著，關(guān)于第一實施方式的彈性體致動器102的控制裝置的具體例，作為控制對 象，以機器人手臂10為例進行說明。圖2是表示本發(fā)明的第一實施方式涉及的成為彈性體致動器102的控制裝置的控 制對象的機器人手臂10的構(gòu)成的圖。機器人手臂10是2自由度的機器人手臂，具備在含 有正交的χ軸和y軸的xy平面內(nèi)正反旋轉(zhuǎn)的第一關(guān)節(jié)軸6-1、和同樣在xy平面內(nèi)正反旋轉(zhuǎn) 的第二關(guān)節(jié)軸6-2而構(gòu)成。在圖2中，l-la、l-lb、l-2a、l-2b (這些是針對單個的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體而言的 參考符號，在代表性地指示彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體時以參考符號1表示。)是彈性膨脹收縮結(jié) 構(gòu)體。彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1如圖3所示由橡膠材料構(gòu)成，在作為驅(qū)動部發(fā)揮功能的管狀 的中空彈性體2的外表面，配設由在材料上難以伸展的樹脂或金屬的纖維繩編織成網(wǎng)眼狀的變形方向限制構(gòu)件3。變形方向限制構(gòu)件3構(gòu)成為管狀彈性體2的由膨脹所致的半徑方 向的變形轉(zhuǎn)換成軸向的長度的收縮，另一方面，管狀彈性體2的因收縮所致的半徑方向的 變形轉(zhuǎn)換成軸向的長度的膨脹。管狀彈性體2的兩端部分別由密封件4氣密密封。密封件 4所具備的管狀的流體通過構(gòu)件5，具有供壓縮性流體通過內(nèi)部的流體的流路，可以對中空 彈性體2的中空內(nèi)部進行流體的注入或注出?？諝獾葔嚎s性流體經(jīng)由流體通過構(gòu)件5而被 提供給中空的管狀彈性體2。當通過所供給的壓縮性流體將內(nèi)壓施加給管狀彈性體2的內(nèi)部空間時，管狀彈性 體2主要趨向沿半徑方向膨脹。但是，通過變形方向限制構(gòu)件3的作用，轉(zhuǎn)換成管狀彈性體 2的中心軸方向的運動，由于全長發(fā)生收縮，所以可以用作直動(直線動作)驅(qū)動的彈性體 致動器102。在機器人手臂10中，將1組彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體(1、1)配設成以關(guān)節(jié)軸6-1或6-2 為支點對置。1組彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體(1、1)當中任意一方的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1發(fā)生 收縮，另一方的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1伸展。此外，成為力借助支點發(fā)揮作用而軸進行旋轉(zhuǎn) 的對抗型驅(qū)動結(jié)構(gòu)，由此可以實現(xiàn)關(guān)節(jié)軸6-1或6-2的正反旋轉(zhuǎn)運動。具體而言，通過彈性 膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia和彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ib的對抗驅(qū)動，第一關(guān)節(jié)軸6-1進行正反 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。通過彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 和彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體l_2b的對抗驅(qū)動，第二 關(guān)節(jié)軸6-2進行正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。支承軸(第二軸)303的上端的兩側(cè)，以與第一關(guān)節(jié)軸6-1同心的方式支承2個圓 形支承體302、302，并能自由旋轉(zhuǎn)。在支承軸303的下端的固定床301側(cè)，與支承軸303的長 度方向正交固定有支承體307、307。在2個圓形支承體302、302和支承體307、307之間，連 結(jié)有彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia及Ι-lb。由此，通過彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia及I-Ib的對 抗驅(qū)動，2個圓形支承體302、302在xy面內(nèi)繞第一關(guān)節(jié)軸6_1的支承軸314正反旋轉(zhuǎn)。其 結(jié)果，可以使與2個圓形支承體302、302連結(jié)的機器人手臂10的第一臂311和驅(qū)動軸313 一體性地正反旋轉(zhuǎn)。第一臂311的第一臂用連桿(第一軸)308由2個圓形支承體302、302固定一端， 可以與2個圓形支承體302、302 —體旋轉(zhuǎn)。在第一臂用連桿308的圓形支承體302側(cè)，固 定與支承體307、307 —樣的支承體309、309 (參考圖4)，并與第一臂用連桿308的長度方向 正交。另外，在第一臂用連桿308的前端側(cè)，以可以繞第二關(guān)節(jié)軸6-2的軸芯旋轉(zhuǎn)的方式 連結(jié)有與第一臂用連桿311的長度方向正交固定的支承體310。在第一臂用連桿308的圓 形支承體302側(cè)的支承體(未圖示)和前端側(cè)的支承體310之間，連結(jié)有彈性膨脹收縮結(jié) 構(gòu)體1- 及1-沘。由此，通過彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 及1- 的對抗驅(qū)動，可以使機器 人手臂10的驅(qū)動軸313在xy面內(nèi)繞第二關(guān)節(jié)軸6-2的支承軸315相對正反旋轉(zhuǎn)。壓力傳感器9-la、9_lb是對彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體(l_la、l_lb)各自的內(nèi)部狀態(tài) (作為一例為內(nèi)部壓力)進行計量的內(nèi)部狀態(tài)計量單元107的一例，配設在各流體通過構(gòu)件 5 (流體注入注出口)，對各彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體(l-la、l-lb)內(nèi)的壓力進行計量。同樣在 彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體l-2a、l-2b也配設有作為內(nèi)部狀態(tài)計量單元107的一例的壓力傳感器 9-2a、9-2b (省略圖示)。對彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia及Ι-lb、和彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 及l(fā)_2b的每個，如后所述，連接流量比例電磁閥18，所有流量比例電磁閥18，與作為控制部的一例的由 常規(guī)個人電腦構(gòu)成的控制計算機19連接。控制計算機19借助流量比例電磁閥18，對彈性 膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia及Ι-lb、彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 及l(fā)_2b各自的收縮及伸展動作 進行控制。另外，在各關(guān)節(jié)軸6-1、6-2配設有作為輸出計量單元104的一例的位移計量單 元(在本實施方式中為作為位移計量單元的一例的編碼器8)，可以通過各編碼器8來測定 各關(guān)節(jié)軸6-1、6-2的關(guān)節(jié)角度。在各彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1配設有作為內(nèi)部狀態(tài)計量單 元107的一例的壓力計量單元(在本實施方式中，作為壓力計量單元的一例，是壓力傳感器 9)，可以通過壓力傳感器9測定各彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的內(nèi)部壓力。如果成為如上所述的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多自由度，例如代替驅(qū)動軸313，安裝可以把持物 體的手部時，可以實現(xiàn)物體的把持及搬運等、作為機器人手臂10的基本功能。以下將該手 部的位置及姿勢作為手尖位置及姿勢進行說明。圖4是表示用于驅(qū)動本發(fā)明的第一實施方式涉及的機器人手臂10的氣壓供給系 統(tǒng)的構(gòu)成的圖。圖4中僅記載使機器人手臂10的第二關(guān)節(jié)軸6-2進行正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的部 分，其他部分省略。在圖4中，16例如是壓縮機等氣壓源、17是氣壓濾波器17a、氣壓減壓閥 17b、及氣壓用潤滑器17c成為1組的氣壓調(diào)節(jié)單元。18例如是通過以電磁力驅(qū)動滑閥等來 對流量進行控制的作為流量比例電磁閥的一例的5 口流量控制電磁閥。控制計算機19搭 載有D/A板等輸入輸出IF20，向5 口流量控制電磁閥18輸出電壓指令值，由此可以獨立控 制流過各流體通過構(gòu)件5的各空氣的流量。接著，對圖4所示的氣壓供給系統(tǒng)的動作進行說明。由氣壓源16生成的高壓空氣 被氣壓調(diào)節(jié)單元17減壓，例如調(diào)節(jié)成所謂600[kPa]的恒定壓力，供給5 口流量控制電磁閥 18。5 口流量控制電磁閥18的開度通過控制計算機19控制成與借助輸入輸出IF20輸出的 電壓指令值成比例。在從控制計算機19向5 口流量控制電磁閥18輸入正的電壓指令值時， 成為由氣壓回路符號A所示的狀態(tài)，從氣壓源16側(cè)向彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 側(cè)的流路 開通，流量與電壓指令值的絕對值成比例的空氣被提供給彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 側(cè)。另 外，就彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體l_2b側(cè)而言，向大氣壓側(cè)的流路開通，流量與電壓指令值的絕 對值成比例的空氣流從彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體l_2b側(cè)向大氣中排出。因此，如圖4所示，通 過彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 全長收縮，彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體l_2b全長伸展，以與電壓指令 值的絕對值成比例的速度，第二關(guān)節(jié)軸6-2進行右旋轉(zhuǎn)運動。另一方面，在從控制計算機19 向5 口流量控制電磁閥18輸入負的電壓指令值時，成為由氣壓回路符號B所示的狀態(tài)，彈 性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體l-h、l_2b的動作相反(即，通過彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 全長伸展， 彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體l_2b的全長收縮)，第二關(guān)節(jié)軸6-2進行左旋轉(zhuǎn)運動。S卩，從5 口流量控制電磁閥18向彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1側(cè)供給的空氣流，利用流 體通過構(gòu)件5通過密封件4，到達管狀彈性體2的內(nèi)部，產(chǎn)生管狀彈性體2的內(nèi)壓。管狀彈 性體2因所發(fā)生的內(nèi)壓而膨脹，不過，通過變形方向限制構(gòu)件3的編成網(wǎng)眼狀的纖維繩的約 束作用(限制作用)，膨脹所致的半徑方向的變形受到限制，轉(zhuǎn)換成軸向的長度的收縮，如 圖3的下側(cè)所示，彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1全長縮短。另一方面，空氣從5 口流量控制電磁閥 18向大氣中排出，管狀彈性體2的內(nèi)壓減小時，因管狀彈性體2的彈性力而復原，膨脹被消 除，彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的全長如圖3的上側(cè)所示發(fā)生伸展。其結(jié)果，在圖3中，在考慮 右端被固定時，通過上述伸縮而在管狀彈性體2的左端有距離d的差。因此，第一實施方式中的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1通過對氣壓進行供給控制而可以作為直動位移的致動器發(fā)揮 功能。伸展及縮短量與彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的內(nèi)壓大致成比例，如圖4所示利用控制計 算機19對5 口流量控制電磁閥18進行控制，而對提供給彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的空氣流 量進行控制時，可以對彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的全長進行控制。在圖2所示的機器人手臂10中，因為彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia和l_lb所致的對 抗驅(qū)動、及彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 和l_2b所致的對抗驅(qū)動，對于各個對抗的彈性膨脹收 縮結(jié)構(gòu)體1配設5 口流量控制電磁閥18，構(gòu)成了相同的氣壓供給系統(tǒng)。此外，根據(jù)由控制計 算機19借助D/A板20向各5 口流量控制電磁閥18輸出的電壓指令值，可以使機器人手臂 10的全部關(guān)節(jié)軸6-1、6-2同時進行正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。圖5是表示本發(fā)明的第一實施方式涉及的彈性體致動器102的控制裝置的更具體 構(gòu)成的圖，上述控制裝置例如設置在上述控制計算機19內(nèi)。其中，在圖5中，10是作為彈性 體致動器102的控制裝置的控制對象的圖2所示的機器人手臂。從機器人手臂10輸出通 過各關(guān)節(jié)軸6-1、6-2的編碼器8計量的作為計量值112的一例的關(guān)節(jié)角的當前值(關(guān)節(jié)角 度矢量)q = [Q1, q2]T、和通過各彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的壓力傳感器9計量的作為內(nèi)部狀 態(tài)計量值118的一例的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的內(nèi)壓P = [Pla, Plb，P2a，PJt0其中，Q1 > Q2 分別為第一關(guān)節(jié)軸6-1、第二關(guān)節(jié)軸6-2的關(guān)節(jié)角度。另外，Pla, Plb, P2a, P2b分別為彈性膨 脹收縮結(jié)構(gòu)體l-la、l-lb、l-2a、l-2b的內(nèi)壓。壓力差計算單元13被輸入由壓力傳感器9計量的內(nèi)壓P(計量值P)，利用壓力差 計算單元13從壓力傳感器9的計量值P計算壓力差ΔΡ= [ΔΡ1，ΔΡ2]Τ= [Pla-Plb, P2a-P2b] τ，向內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109輸出。就正運動學計算單元21而言，從編碼器8被輸入通過各關(guān)節(jié)軸6-1、6_2的編碼器 8計量的作為關(guān)節(jié)角的當前值q的關(guān)節(jié)角度矢量q，進行從機器人手臂10的關(guān)節(jié)角度矢量 q向手尖位置及姿勢矢量r的轉(zhuǎn)換的幾何科學計算。近似逆運動學計算單元(23a、23b、23c)通過近似式u。ut = J, (q) _、η進行逆運動 學的近似計算。其中，Jr(q)是雅可比矩陣，Uin是向近似逆運動學計算單元23a、23b、23c的 輸入，Uout是從近似逆運動學計算單元23a、23b、23c的輸出，以輸入Uin為手尖位置/姿勢 誤差re,以輸出u。ut為關(guān)節(jié)角度誤差qe時，像qe = Jr(Q)^re那樣成為從手尖位置/姿勢誤 差&向關(guān)節(jié)角度誤差qe的轉(zhuǎn)換式。通過該近似逆運動學計算單元23a、23b、23c，可以容易 地進行近似逆運動學計算。就近似逆運動學計算單元23a而言，被輸入在機器人手臂10計量的關(guān)節(jié)角度矢量 的當前值q、和由作為目標輸出生成單元101的一例的目標軌道生成單元11作為輸出目標 值113的一例而輸出的手尖位置及姿勢目標矢量rd與當前的手尖位置及姿勢矢量r的手 尖位置/姿勢誤差re,輸出關(guān)節(jié)角度矢量的誤差qe。就近似逆運動學計算單元2 而言，被輸入在機器人手臂10計量的關(guān)節(jié)角度矢量 的當前值q、和來自位置誤差補償單元12的位置誤差修正輸出ΔΡΜ，輸出關(guān)節(jié)誤差修正輸
出Δ P明。就近似逆運動學計算單元23c而言，被輸入在機器人手臂10計量的關(guān)節(jié)角度矢量 的當前值q、和由目標軌道生成單元11輸出的手尖位置及姿勢目標矢量rd與當前的手尖位 置及姿勢矢量r的誤差輸出關(guān)節(jié)角度矢量的誤差qe。
目標軌道生成單元11，輸出用于實現(xiàn)目標手臂10的動作的手尖位置及姿勢目標 矢量rd。關(guān)于成為目標的手臂10的動作，對應于目標作業(yè)而事先記錄以各個時間(t = 0、t =、、t = t2、…)計的各點的位置(rdtl、rdl、rd2、…)和是否反復動作的標志，目標軌道生 成單元11基于以各個時間(t = 0、t = ti、t = t2、…)計的各點的位置(rdQ、rdl、rd2、…) 的信息和手尖位置及姿勢矢量r使用多項式插值，對各點間的軌道進行插值，生成手尖位 置及姿勢目標矢量rd。輸出誤差計算部108被輸入手尖位置及姿勢目標矢量。和由正運動學計算單元 21計算出的手尖位置及姿勢矢量r，計算手尖位置/姿勢誤差re = r-rd,作為輸出誤差114 的一例，輸出手尖位置/姿勢誤差作為輸出誤差補償單元103的一例的位置誤差補償單元12，被輸入由輸出誤差計 算部108輸出的手尖位置/姿勢誤差re，作為輸出115的一例，位置誤差修正輸出APre被 輸出給近似逆運動學計算單元23b。關(guān)于目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105，作為一例，由輸出誤差計算部108、目標壓力差 計算單元14和近似逆運動學計算單元23a構(gòu)成。作為以在機器人手臂10計量的關(guān)節(jié)角度 矢量的當前值q和關(guān)節(jié)角度矢量的誤差qe為基礎的目標關(guān)節(jié)角度矢量qd，向目標壓力差計 算單元14輸入qd = q+Jr (q) ^re,通過目標關(guān)節(jié)角度矢量qd算出作為內(nèi)部狀態(tài)目標值116 的一例的目標壓力差(壓力差的目標值)APd= [APld, Δ P2Jt，向目標內(nèi)部狀態(tài)誤差計算 部109輸出。其中，Δ Pld、Δ P2d分別是彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia和I-Ib的、彈性膨脹收縮 結(jié)構(gòu)體1- 和l_2b的壓力差的目標值。關(guān)于適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111，作為一例，由輸出誤差計算部108、適應目 標壓力差矯正單元25和近似逆運動學計算單元23c構(gòu)成。作為以在機器人手臂10計量的 關(guān)節(jié)角度矢量的當前值q和關(guān)節(jié)角度矢量的誤差qe為基礎的目標關(guān)節(jié)角度矢量qd，向適應 目標壓力差矯正單元25輸入qd = q+JJqr1!^，還向其輸入關(guān)節(jié)角度矢量q，目標壓力差的 調(diào)節(jié)矯正值(內(nèi)部狀態(tài)目標矯正值117的一例)APda= [APlda，AP2Jt由適應目標壓力 差矯正單元25算出，所算出的調(diào)節(jié)矯正值△ Pda從適應目標壓力差矯正單元25向內(nèi)部狀態(tài) 誤差計算部109輸出。其中，APlda, ΔP2da分別是彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia和I-Ib的、彈 性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 和l_2b的壓力差的目標值(目標壓力差)的調(diào)節(jié)矯正值。矯正輸出控制單元120，對應于從目標軌道生成單元11輸入的動作開始的信號和 目標軌道的反復信號、從后述的碰撞探測單元121輸入的碰撞探測信號、從輸出誤差計算 部108輸入的輸出誤差，向適應目標壓力差矯正單元25輸出適應目標壓力差矯正單元25 的ON或OFF的指令(ON模式用的指令或OFF模式用的指令)、或輸出值的保持的指令(保 持(更新停止)模式用的指令)、或低通濾波器的ON或OFF的指令。低通濾波器在適應目 標壓力差矯正單元25內(nèi)例如以軟件的方式構(gòu)成。低通濾波器在適應目標壓力差矯正單元 25的OFF模式向ON模式切換時，或在從保持(更新停止)模式向ON模式切換時，用于防止 作為來自適應目標壓力差矯正單元25的輸出的目標壓力差發(fā)生驟變、機器人手臂10的動 作變得不穩(wěn)定。在上述模式的切換時，使來自適應目標壓力差矯正單元25的輸出經(jīng)過低通 濾波器后使其輸出，由此可以使目標壓力差緩緩變化。內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109，對從適應目標壓力差矯正單元25輸出的目標壓力差的 調(diào)節(jié)矯正值APda、從目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105輸出的Δ Pd、從近似逆運動學計算單元23b輸出的Δ 進行加和，從加和得到的值減去從壓力差計算單元13輸出的ΔΡ，將算出的壓 力差誤差(壓力誤差值)△ P6向壓力差誤差補償單元15輸出。作為內(nèi)部狀態(tài)誤差矯正單元106的一例的壓力差誤差補償單元15，從內(nèi)部狀態(tài)誤 差計算部109被輸入壓力差誤差Δ Pe，將壓力差誤差修正輸出u向機器人手臂10輸出。壓 力差誤差修正輸出u作為電壓指令值借助D/A板等輸入輸出IF20提供給5 口流量控制電 磁閥18，對各關(guān)節(jié)軸6-1、6-2進行正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，機器人手臂10進行動作。碰撞探測單元121探測出機器人手臂10已與外部的物體發(fā)生碰撞，將碰撞探測信 號向矯正輸出控制單元120輸出。作為對碰撞進行探測的一例，圖5中使用機器人手臂10 的手尖位置的誤差。這是如下的方法，即對手尖位置的誤差進行微分，在誤差的時間微分的 值大于事先決定的閾值時，推定為已發(fā)生碰撞。碰撞的探測方法除此之外也可以是使用拍 攝機進行探測的方法、或利用接觸傳感器或力傳感器等進行探測的方法。關(guān)于如上所述構(gòu)成的控制裝置，對控制動作的原理進行說明。控制動作的基本是利用位置誤差補償單元12的手尖位置/姿勢誤差^的反饋控 制(位置控制)。作為位置誤差補償單元12，例如只要使用PID補償器，就可以按照使手尖 位置/姿勢誤差re收斂為0的方式進行控制，實現(xiàn)機器人手臂10的目標動作。由于向壓力差誤差補償單元15輸入壓力差誤差Δ Pe，在發(fā)生手尖位置/姿勢誤差 re時，壓力差誤差補償單元15進行動作，按照使手尖位置/姿勢誤差re收斂為0的方式進 行壓力差的控制。在圖3所示的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1發(fā)生內(nèi)部壓力的變化，最初是發(fā)生 位移，所以在時間上與位置的變化(位移)相比更早觀測到壓力變化。因此，在如圖5所示 的控制系統(tǒng)那樣進行位置控制的位置反饋循環(huán)的內(nèi)側(cè)，構(gòu)成進行壓力差的控制的內(nèi)部壓力 反饋循環(huán)，由此對響應性的劣化進行補償，可以實現(xiàn)位置控制性能的提高。接著，對目標壓力差計算單元14進行說明。在進行圖3所示的1組彈性膨脹收縮 結(jié)構(gòu)體1、1的對抗驅(qū)動所致的關(guān)節(jié)軸6-1、6-2的正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的情況下，關(guān)節(jié)角度和1組 彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1的內(nèi)部壓力差的關(guān)系例如如圖6所示。圖6是使用了全長250mm、內(nèi) 徑IOmm的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體(McKibben型氣壓人工肌肉)時的結(jié)果。如圖6中所示，測 定結(jié)果可以近似地大致用直線表示。因此，作為計算目標壓力差APd的式子，可以使用顯 示為直線的1次式。Δ Pd = Aqd+b ……式(1)其中，A、b是系數(shù)，可以由圖6的測定結(jié)果求出。因此，在目標壓力差計算單元14 中，通過式(1)從目標關(guān)節(jié)角度矢量qd計算目標壓力差Δ Pd，借助內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109 向壓力差誤差補償單元15輸入，由此實現(xiàn)靜差小的高精度的位置控制。在這里，用1次方 程式近似表示關(guān)節(jié)角度和壓力差的關(guān)系，但并不限于此，2次方程式等多次多項式也可以進 行近似。另外，構(gòu)成為將上述彈性體致動器102的輸出和上述彈性體致動器102的內(nèi)部狀 態(tài)的關(guān)系(例如關(guān)節(jié)角度和壓力差的關(guān)系)作成表格，存儲在上述控制裝置的存儲部(未 圖示)中，根據(jù)在存儲部中存儲的表格，用內(nèi)部狀態(tài)目標值導出部(未圖示)從上述彈性體 致動器102的輸出的目標值(例如關(guān)節(jié)角度的目標值)導出上述彈性體致動器102的內(nèi)部 狀態(tài)的目標值(例如壓力差的目標值)。目標壓力差計算單元14，用事先的實驗算出關(guān)節(jié)角度和壓力差的關(guān)系，將算出結(jié) 果如上所述在存儲部(未圖示)中存儲。但是，通過對機器人手臂10的前端施加的負荷所致的重力的影響或其他干擾、彈性體致動器102的經(jīng)年變化所致的特性變化，輸出和內(nèi)部 狀態(tài)的關(guān)系(例如關(guān)節(jié)角度和壓力差的關(guān)系)發(fā)生變化。為了對作為其結(jié)果發(fā)生的彈性體 致動器102的輸出誤差進行矯正，適應目標壓力差矯正單元25輸出目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正 值 APda。將適應目標壓力差矯正單元25的一例示于以下的式O) (3)。在適應目標壓 力差矯正單元25從關(guān)節(jié)角度目標值qd和當前的關(guān)節(jié)角度q算出關(guān)節(jié)誤差qe，使用關(guān)節(jié)誤 差I算出目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值APda，由此適應性地使目標壓力差發(fā)生變化(換言之， 在發(fā)生了關(guān)節(jié)誤差1的情況下，按照減小其關(guān)節(jié)誤差qe的方式使目標壓力差發(fā)生變化)。qe = qd_q …… ζ (2)Δ Pda = / KPqedt+qd · f K1 (qd_q。)qedt ……式(3)在這里，Kp和K1是用事先的實驗決定的增益，Q0是對抗的2根彈性體致動器102、 102中立時(初始值)的關(guān)節(jié)角度。式(3)設計成分別對式⑴的系數(shù)A及系數(shù)b進行矯 正。式(3)的前半部分即/ Kpqedt是對關(guān)節(jié)誤差qe乘上增益得到的值進行積分而求出適應偏移(offset) 值，這作為式(1)的系數(shù)b的矯正值發(fā)揮功能。另外，式(3)的后半部分中/ K1 (qd-q0) qedt是適應增益值，作為系數(shù)A的矯正值發(fā)揮功能。比例系數(shù)A的誤 差所致的影響，越是遠離對抗的2本的彈性體致動器102、102的中立點就越是增大，對應于 距中立點的距離對關(guān)節(jié)誤差qe加權(quán)，通過對其值進行積分而可以進行系數(shù)A的矯正。如上所示，通過對應于當前的關(guān)節(jié)誤差1適應性地改變式(3)(換言之，按照減小 當前的關(guān)節(jié)誤差C^的方式使其變化)，可以進行式(1)的矯正，使關(guān)節(jié)誤差C^向減小的方 向起作用。另外，在從矯正輸出控制單元120向適應目標壓力差矯正單元25輸入低通濾波器 為ON的指令的情況下，關(guān)于適應目標壓力差矯正單元25的輸出，是輸出目標壓力差的調(diào)節(jié) 矯正值Δ Pda通過低通濾波器得到的值。在從矯正輸出控制單元120向適應目標壓力差矯 正單元25輸入低通濾波器為OFF的指令的情況下，關(guān)于適應目標壓力差矯正單元25的輸 出，是不通過低通濾波器而直接將目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值△ Pd a輸出。矯正輸出控制單元120對適應目標壓力差矯正單元25進行如下的指令(i)輸出目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值APda的指令或者不輸出的指令、或(ii)通過低通濾波器輸出的指令、或(iii)以某值對APd a的值進行保持的指令。具體而言使用以下的條件的至少一個，由矯正輸出控制單元120對目標壓力差的 調(diào)節(jié)矯正值Δ Pda進行控制。(1)在機器人手臂10起動時，適應目標壓力差矯正單元25不進行動作(未使用)， 在從起動時經(jīng)過了恒定時間之后，開始適應目標壓力差矯正單元25的動作(開始使用)。 這在機器人手臂10起動時，有進行正常起動所需的初始動作的事例，在該初始動作中，與 位置控制的精度相比，例如傳感器的確認等優(yōu)先。另外，直到該初始動作完成為止，也認為 機器人手臂10的動作自身不穩(wěn)定。為此，要想適應性地(按照減小誤差的方式)進行工作 時，存在有損機器人手臂10的穩(wěn)定性的可能性。為此，起動至機器人手臂10的初始動作完 成期間，不使適應目標壓力差矯正單元25動作(換言之，是指適應目標壓力差矯正單元25的OFF模式)。(2)從碰撞探測單元121輸入碰撞探測信號時起，在恒定時間內(nèi)保持適應目標壓 力差矯正單元25的輸出值而不更新。對于通過與外部物體的碰撞而未沿著軌道活動的機 器人手臂10，由于想要對誤差進行矯正，有機器人手臂10或碰撞后的物體發(fā)生破損的可能 性，所以自探測到碰撞開始在恒定時間內(nèi)不對適應目標壓力差矯正單元25的輸出進行更 新，而是保持輸出值。(3)在作為反復軌道的信號(目標軌道的反復信號)已從目標軌道生成單元11到 來時，使適應目標壓力差矯正單元25進行動作(使用適應目標壓力差矯正單元25)(換言 之，是指適應目標壓力差矯正單元25的ON模式)。這是因為適應目標壓力差矯正單元25 的效果最優(yōu)先顯現(xiàn)是在反復動作時，所以為了僅在反復動作時使用適應目標壓力差矯正單 元25而使適應目標壓力差矯正單元25進行動作。為此，例如適應目標壓力差矯正單元25 具備判斷單元25a，由適應目標壓力差矯正單元25從目標軌道生成單元11接受目標軌道的 反復信號，在由判斷單元2 判斷為以時間序列排列有彈性體致動器102的目標值的彈性 體致動器102的軌道是反復時(例如在由判斷單元2 判斷為記錄有在來自目標軌道生成 單元11的信號內(nèi)反復動作時的標志)，決定使用適應目標壓力差矯正單元25。(4)在作為反復軌道的信號(目標軌道的反復信號)從目標軌道生成單元11到來 且機器人手臂10的手尖位置誤差低于閾值時，保持適應目標壓力差矯正單元25的輸出值 而不進行更新。這在由矯正輸出控制單元120判斷為即便適應性地對壓力差進行矯正(即 便按照減小誤差的方式對壓力差進行矯正)，誤差也不過度變小(手尖位置誤差低于閾值) 的情況下，為了停止適應目標壓力差矯正單元25的更新而進行的(換言之，是指適應目標 壓力差矯正單元25的保持(更新停止)模式)。(5)在開始適應目標壓力差矯正單元25的動作時(從OFF模式切換成ON模式 時)，及從已經(jīng)停止更新的狀態(tài)再開始更新時(從保持(更新停止)模式切換成ON模式 時)，在事先決定的時間期間，來自適應目標壓力差矯正單元25的輸出通過適應目標壓力 差矯正單元25的低通濾波器后被輸出。這樣做的目的在于，防止在適應目標壓力差矯正單 元25的上述模式的切換時目標壓力差發(fā)生驟變、機器人手臂10的動作變得不穩(wěn)定。關(guān)于基于以上的原理的控制程序的實際的動作步驟，根據(jù)圖7的流程圖進行說 明。在步驟Sl中，由編碼器8計量的關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)(關(guān)節(jié)變量矢量或關(guān)節(jié)角度矢量q) 被上述控制裝置攝入。接著，在步驟S2中，機器人手臂10的運動學計算所需的雅可比矩陣Jr等的計算， 通過近似逆運動學計算單元(23a、23b、23c)來進行。接著，在步驟S3中，通過正運動學計算單元21，從來自機器人手臂10的關(guān)節(jié)角度 數(shù)據(jù)(關(guān)節(jié)角度矢量q)計算機器人手臂10的當前的手尖位置及姿勢矢量r (利用正運動 學計算單元21的處理)。接著，在步驟S4中，根據(jù)在目標軌道生成單元11內(nèi)預先存儲的機器人手臂10的 動作程序，目標軌道生成單元11計算機器人手臂10的手尖位置及姿勢目標矢量rd。接著，在步驟S5中，由輸出誤差計算部108來計算作為手尖位置及姿勢目標矢量 rd和當前的手尖位置及姿勢矢量r之差的手尖位置/姿勢誤差
接著，在步驟S6中，由位置誤差補償單元12從手尖位置/姿勢誤差&來計算位置 誤差修正輸出Δ Pre (利用位置誤差補償單元12的處理)。作為位置誤差補償單元12的具 體例，考慮PID補償器。在PID補償器的情況下，在步驟S6中，手尖位置/姿勢誤差re與 比例增益相乘得到的值、手尖位置/姿勢誤差re的微分值與微分增益相乘得到的值、及手 尖位置/姿勢誤差re的積分值與積分增益相乘得到的值這3個值的總值，成為位置誤差修 正輸出ΔΡμ。通過適當調(diào)節(jié)作為常數(shù)的對角矩陣的比例、微分、積分的3個增益，進行控制 以使位置誤差收斂成0。接著，在步驟S7中，通過對在步驟S2中計算得到的雅可比矩陣Jr的逆矩陣施以 乘法運算，利用近似逆運動學計算單元2 將位置誤差修正輸出ΔPre從手尖位置的誤差涉 及的值轉(zhuǎn)換成作為關(guān)節(jié)角度的誤差涉及的值的關(guān)節(jié)誤差修正輸出(利用近似逆運動 學計算單元23b的處理)。接著，在步驟S8中，通過對雅可比矩陣J,的逆矩陣施以乘法運算，利用近似逆運 動學計算單元23a、23c將手尖位置/姿勢誤差re轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)角度矢量的誤差qe (利用近似 逆運動學計算單元23a、23c的處理)。接著，在步驟S9中，利用目標壓力差計算單元14，將在步驟S8計算得到的關(guān)節(jié)角 度矢量的誤差qe和由編碼器8計量的當前的關(guān)節(jié)角度q加和得到的值作為目標關(guān)節(jié)角度 矢量qd，算出目標壓力差APd。接著，在步驟SlO中，利用適應目標壓力差矯正單元25，將在步驟S8計算得到的關(guān) 節(jié)角度矢量的誤差qe和由編碼器8計量的當前的關(guān)節(jié)角度q加和得到的值作為目標關(guān)節(jié) 角度矢量qd，算出適應目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值APd a。接著，在步驟Sll中，由作為內(nèi)部狀態(tài)計量單元107的一例的壓力傳感器9計量的 各致動器102的內(nèi)部壓力值被上述控制裝置攝入，由壓力差計算單元13來計算對抗驅(qū)動的 每2根致動器102、102的內(nèi)部壓力之間的當前的壓力差ΔΡ。接著，在步驟S12中，將在步驟S7中由近似逆運動學計算單元2 計算出的關(guān)節(jié) 誤差修正輸出ΔΡ吣在步驟S9中由目標壓力差計算單元14算出的目標壓力差APd和在步 驟SlO中由適應目標壓力差矯正單元25算出的目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值Δ Pd a加和，從得 到的值中減去在步驟Sll中由壓力差計算單元13計算出的當前的壓力差ΔΡ，利用壓力差 誤差補償單元15對壓力差誤差APe進行計算(利用壓力差誤差補償單元15的處理)。進 而在步驟S12中，利用壓力差誤差補償單元15從壓力差誤差Δ Pe計算壓力差誤差修正輸出 (利用壓力差誤差補償單元15的處理)。作為壓力差誤差補償單元15，例如考慮PID補償
ο接著，在步驟S13中，壓力差誤差修正輸出從壓力差誤差補償單元15，通過D/A板 等輸入輸出IF20而作為電壓指令值，被提供給各流量控制電磁閥18，各流量控制電磁閥18 使各致動器102內(nèi)的壓力發(fā)生變化，由此產(chǎn)生機器人手臂10的各關(guān)節(jié)軸6-1、6-2的旋轉(zhuǎn)運動。以上的步驟Sl 步驟S13作為控制的計算循環(huán)被反復執(zhí)行，由此實現(xiàn)機器人手臂 10的動作的控制。圖9Α及圖9Β示出對圖2所示的機器人手臂10通過不使用適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯 正單元111而僅進行圖6所示的目標壓力差計算單元的以往控制裝置，進行了手尖位置的軌道隨動控制時的結(jié)果，及通過圖5所示的第一實施方式的控制裝置進行了手尖位置的軌 道隨動控制時的結(jié)果。作為一例，關(guān)于圖2所示的機器人手臂10，第一軸308、第二軸303 都使用自然長^5mm、內(nèi)徑IOmm的彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1。圖9A及圖9B的結(jié)果表示2自由度機器人手臂的手尖位置的目標值和測定結(jié)果。 在此次的實驗中，作為目標值，提供了手尖位置在xy平面內(nèi)描繪一個邊的長度為0. an的正 方形的軌道。圖9A是利用以往控制裝置的控制結(jié)果。在以往控制裝置中，對于通過事先計量決 定的目標壓力差和角度的關(guān)系，在實際的壓力差和角度的關(guān)系錯位的情況下，如圖9A所示 可知誤差大，隨動性不好。另一方面，圖9B是利用圖5所示的第一實施方式的控制裝置的控制結(jié)果。根據(jù)附 加了適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111的效果可知，誤差小，隨動性優(yōu)異。如上所示，根據(jù)上述第一實施方式的上述控制裝置，配設壓力差誤差補償單元15， 構(gòu)成對上述彈性體致動器102的內(nèi)部狀態(tài)進行反饋的內(nèi)部壓力控制系統(tǒng)，且配設目標壓力 差計算單元14和適應目標壓力差矯正單元25，構(gòu)成對作為上述彈性體致動器102的目標內(nèi) 部狀態(tài)的一例的目標壓力差進行前饋的控制系統(tǒng)，從而，即便在事先設想的環(huán)境以外，響應 性也良好，可以進行靜差少、高精度的機器人手臂10的控制。(第二實施方式)圖8是表示適應目標壓力差矯正單元25的一例的圖。50是機器人手臂10的關(guān)節(jié) 角度應隨動的規(guī)范模型，51a、51b是可變增益。規(guī)范模型50事先由機器人手臂10所希望的 響應性等來決定。規(guī)范模型50以傳遞函數(shù)或狀態(tài)方程式的形式表現(xiàn)，但均是輸入為關(guān)節(jié)角 度目標值qd、輸出為關(guān)節(jié)角度q的模型。由適應目標壓力差矯正單元25算出將關(guān)節(jié)角度目 標值qd作為輸入時規(guī)范模型50的輸出和當前的關(guān)節(jié)角度q之差e,，使用差e,由適應目標 壓力差矯正單元25算出目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值APd a，由此適應性地使目標壓力差發(fā)生 變化(按照減小誤差的方式使目標壓力差發(fā)生變化)?？勺冊鲆?1a、51b基于式(4) 式 (5)算出。Kx(t) = axxmeq+ / bxxmeqdt......式Kq(t) = aqqdeq+ f bqqdeqdt......式(5)在這里， 、a(1、bx和\分別為由事先的實驗決定的固定值。另夕卜，ι表示規(guī)范模 型50的狀態(tài)矢量。式(4)和式(5)是用于通過單純適應控制等隨動于已知的規(guī)范模型50 的前饋項的式子，使關(guān)節(jié)角度目標值qd及規(guī)范模型50的狀態(tài)矢量^cm分別與根據(jù)關(guān)節(jié)角度 的差e,改變的增益相乘，由此當前的關(guān)節(jié)角度的差 可以適應性地變化(按照減小差 的 方式使其變化)。規(guī)范模型50大多選擇在控制對象(彈性體致動器10 使用的頻帶能大 致隨動于目標值的模型，所以根據(jù)關(guān)節(jié)角度的差 適應性地變化與對應于當前的關(guān)節(jié)誤差
適應性地變化相等。由此，根據(jù)式、式(5)，適應目標壓力差矯正單元25按照減小關(guān) 節(jié)誤差1的方式發(fā)揮功能。另外，關(guān)于適應目標壓力差矯正單元25的輸出，在從矯正輸出控制單元120輸入 了低通濾波器為ON的指令的情況下，輸出目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值APd 3通過低通濾波器 后得到的值。其他構(gòu)成與圖5所示的第一實施方式的控制裝置一樣，省略說明。
在上述第二實施方式中，也可以得到與第一實施方式的效果一樣的效果。(第三實施方式)圖12是表示本發(fā)明的第三實施方式涉及的彈性體致動器102的控制裝置的更具 體的構(gòu)成的圖，上述控制裝置例如設置在上述控制計算機19內(nèi)。其中，在圖12中，10是作 為彈性體致動器102的控制裝置的控制對象的圖2所示的機器人手臂。目標軌道生成單元11作為目標輸出生成單元101的一例發(fā)揮功能，輸出用于實現(xiàn) 機器人手臂10的目標動作的目標關(guān)節(jié)角度矢量qd。機器人手臂10的目標動作，對應于目 的作業(yè)事先記錄有以各個時間α = 0、 =、、 = 2、…)計的各點的位置(qdQ、qdl、qd 2、…)和是否反復動作的標志，目標軌道生成單元11，以各個的時間(t = 0、t =、、t = t2、…)計的各點的角度(qdtl、cidl、cid2、…)的信息和關(guān)節(jié)角度矢量q為基礎使用多項式 插值，對各點間的軌道進行插值，生成目標關(guān)節(jié)角度矢量qd。輸出誤差計算部108被輸入關(guān)節(jié)角度目標矢量％和由機器人手臂10輸出的關(guān)節(jié) 角度矢量q，計算關(guān)節(jié)角度誤差qe = q_qd，作為輸出誤差114的一例而輸出關(guān)節(jié)角度誤差
Cle。作為輸出誤差補償單元103的一例的角度誤差補償單元60，被輸入由輸出誤差計 算部108輸出的關(guān)節(jié)角度誤差qe，作為輸出115的一例，將角度誤差修正輸出向內(nèi)部 狀態(tài)誤差計算部109輸出。作為目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105的一例的目標壓力差計算單元14，被輸入作為目 標軌道生成單元11的輸出的目標關(guān)節(jié)角度矢量qd，從目標關(guān)節(jié)角度矢量qd算出作為內(nèi)部狀 態(tài)目標值116的一例的目標壓力差(壓力差的目標值)APd= [APld, AP2d]T，向目標內(nèi)部 狀態(tài)誤差計算部109輸出。其中，APld、ΔP2d分別是彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體I-Ia和I-Ib的 壓力差的目標值、彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 和l_2b的壓力差的目標值。作為適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111的一例的適應目標壓力差矯正單元25，被輸 入在機器人手臂10計量的關(guān)節(jié)角度矢量q和作為目標軌道生成單元11的輸出的目標關(guān)節(jié) 角度矢量qd，由適應目標壓力差矯正單元25算出目標壓力差的調(diào)節(jié)矯正值(內(nèi)部狀態(tài)目標 矯正值117的一例)APda= [APlda，AP2da]T，從適應目標壓力差矯正單元25向內(nèi)部狀態(tài) 誤差計算部109輸出所算出的調(diào)節(jié)矯正值APda。其中，Δ Plda、Δ P2da分別是彈性膨脹收縮 結(jié)構(gòu)體I-Ia和I-Ib的目標值(目標壓力差)的調(diào)節(jié)矯正值、彈性膨脹收縮結(jié)構(gòu)體1- 和 l-2b的壓力差的目標值(目標壓力差)的調(diào)節(jié)矯正值。內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109，對從適應目標壓力差矯正單元25輸出的目標壓力差的 調(diào)節(jié)矯正值APd a、從目標壓力差計算單元14輸出的ΔPd、和從角度誤差補償單元60輸出 的ΔΡ ε加和，從加和得到的值減去從壓力差計算單元13輸出的ΔΡ而算出壓力差誤差(壓 力誤差值)Δ Pe,將算出的壓力差誤差(壓力誤差值)Δ Pe向壓力差誤差補償單元15輸出。碰撞探測單元121探測出機器人手臂10已與外部的物體碰撞，將碰撞探測信號向 矯正輸出控制單元120輸出。作為對碰撞進行探測的一例，在圖12中使用機器人手臂10 的關(guān)節(jié)角度誤差。這是如下的方法，即對關(guān)節(jié)角度誤差進行微分，在誤差的時間微分的值大 于事先決定的閾值時，推定為發(fā)生了碰撞。碰撞的探測方法除此之外還可以是使用拍攝機 進行探測的方法、或利用接觸傳感器或力傳感器等進行探測的方法。其他構(gòu)成與圖5所示的第一實施方式的控制裝置一樣，省略說明。
在上述第三實施方式中，也可以得到與第一實施方式的效果一樣的效果。另外，在上述各實施方式中，以輸出為關(guān)節(jié)角度，但并不限于此，在使輸出計量單 元104采用作為位移速度計量單元的一例的位移速度傳感器，以輸出值為位移速度進行位 移速度控制的情況下，也是一樣的。另外，在上述各實施方式中，以輸出為關(guān)節(jié)角度，但并不限于此，在使輸出計量單 元104采用作為力計量單元的一例的力傳感器，以輸出值為力進行力控制的情況下，也是
一樣的。另外，在上述各實施方式中，作為內(nèi)部狀態(tài)計量單元107的一例設置了傳感器，但 在設置觀測器(observer)并通過觀測器來推定內(nèi)部狀態(tài)并使用內(nèi)部狀態(tài)的推定值的情況 下，也會發(fā)揮一樣的效果。另外，在上述各實施方式中，作為彈性體致動器102，以通過流體壓力驅(qū)動的流體 壓力驅(qū)動致動器為例進行了說明，但并不限于此，即便在通過電刺激對導電性聚合物、電介 質(zhì)聚合物、或各種凝膠等彈性體進行驅(qū)動的致動器的情況下，作為內(nèi)部狀態(tài)采用電場或電 荷量等，由此發(fā)揮相同的效果。圖IlA 圖IlC是作為彈性體致動器102的一例的導電性聚合物致動器的結(jié)構(gòu)和 動作說明圖。該致動器成為由作為導電性高分子膜的聚苯胺膜體80a、80b夾持固體電解質(zhì) 成形體81的結(jié)構(gòu)(參考圖11A)。通過接通開關(guān)83，在電源82設定的電位差被提供給聚苯 胺膜體80a、80b之間，一方的聚苯胺膜體80b被插入陰離子而伸長，陰離子從另一方的聚苯 胺膜體80a脫離而縮小，作為結(jié)果，發(fā)生了撓曲變形(參考圖11B)。此時，一方的聚苯胺膜 體80b相對于另一方的聚苯胺膜體80a，作為借助電解質(zhì)形成體81連接的電極發(fā)揮作用。 在電位差相反的情況下，如圖IlC所示，聚苯胺膜體80a、80b反方向變形。圖10是表示作為機器人手臂IOA的彈性體致動器使用了導電性聚合物致動器時 的彈性體致動器的控制裝置的構(gòu)成的圖。與圖5的構(gòu)成圖的不同點在于，壓力傳感器9、適 應目標壓力差矯正單元25、壓力差計算單元13、目標壓力差計算單元14和壓力差誤差補償 單元15分別換成電流計72、適應目標電荷量矯正單元70、電荷量計算單元73、目標電荷量 計算單元71和電荷量誤差補償單元74。目標電荷量計算單元71是目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105的一例，從目標角度矢量qd 計算目標電荷量cd，向內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109輸出。適應目標電荷量矯正單元70是適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111的一例。適應目 標電荷量矯正單元70，將目標電荷量的矯正值cd a向內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109輸出，以便對 導電性聚合物致動器的輸出誤差進行矯正。電流計72是內(nèi)部狀態(tài)計量單元107的一例，對流過各導電性聚合物致動器的電流 i進行計量。由電流計72計量的電流i在電荷量計算單元73被積分，由此可以計算當前的 電荷量c，將計算出的當前的電荷量c向內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109輸出。位置誤差補償單元12被輸入從輸出誤差計算部108輸出的手尖位置/姿勢誤差 re,向近似逆運動學計算單元2 輸出位置誤差修正輸出Δ cre。近似逆運動學2 被輸入在機器人手臂10計量的關(guān)節(jié)角度矢量的當前值q和來 自位置誤差補償單元12的位置誤差修正輸出Δ、，將關(guān)節(jié)誤差修正輸出Actie向內(nèi)部狀態(tài) 誤差計算部109輸出。在內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109中，將關(guān)節(jié)誤差修正輸出Acae、目標電
23荷量Cd和目標電荷量的矯正值Cd a加和，計算從所述加和得到的值減去由電荷量計算單元 73求出的當前的電荷量c得到的值(電荷量誤差cj，向電荷量誤差補償單元74輸出。電荷量誤差補償單元74，被輸入來自內(nèi)部狀態(tài)誤差計算部109的電荷量誤差ce， 按照對電荷量的誤差進行矯正的方式，將電荷量誤差修正輸出u向機器人手臂10輸出。通過如上所述的構(gòu)成，即便是導電性聚合物致動器，也可以實施本發(fā)明。需要說明的是，通過適當組合上述的各實施方式當中的任意實施方式，可以發(fā)揮 各自具有的效果。另外，通過適應性地進行控制，通常與并非如此(未適應性地進行控制)的情況相 比，會有穩(wěn)定性受損的情況。但是，根據(jù)上述第一實施方式的上述控制裝置，基本的目標壓 力差△ Pd由含有目標壓力差計算單元14的目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元105進行計算，由此無法 修正的誤差通過含有適應目標壓力差矯正單元25的適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元111來補 充。為此，與不存在目標壓力差計算單元14的情況相比，可以減小適應目標壓力差矯正單 元25內(nèi)的固定值(、、 、札、!^，可以不損害穩(wěn)定性且適應性地對目標壓力差進行矯正(可 以按照減小誤差的方式對目標壓力差進行矯正)。進而，通過矯正輸出控制單元120，在不 需要適應目標壓力差矯正單元25的功能時，也可以停止適應目標壓力差矯正單元25的功 能，所以發(fā)揮不損害穩(wěn)定性的效果。需要說明的是，通過適當組合上述的各實施方式當中的任意實施方式，可以發(fā)揮 各自具有的效果。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的彈性體致動器的控制裝置及控制方法、控制程序，有效用于作為進行通 過彈性體致動器進行動作的機器人手臂的手尖位置的軌道控制等的位置控制的控制裝置 及控制方法、以及控制程序。另外，不限于機器人手臂，還可以用作生產(chǎn)設備等中利用彈性 體致動器的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的控制裝置及控制方法、以及控制程序、或線性滑塊或沖壓裝置等利 用彈性體致動器的直動機構(gòu)的控制裝置及控制方法、以及控制程序。本發(fā)明參照附圖對優(yōu)選的實施方式進行了充分記述，但對于熟悉該技術(shù)的人來 說，自然會進行各種變形或修正。這樣的變形或修正只要未超出基于技術(shù)方案的本發(fā)明的 范圍，就可以理解為被本發(fā)明所包含。
2權(quán)利要求
1.一種彈性體致動器的控制裝置，其具備內(nèi)部狀態(tài)計量單元，其對所述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量；輸出計量單元，其對所述彈性體致動器的輸出進行計量；輸出誤差補償單元，其通過輸入所述彈性體致動器的輸出的目標值和由所述輸出計量 單元計量的所述彈性體致動器的輸出的計量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過所述彈性體致動器的輸出的目標值來決定所述彈性體 致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當所述彈性體致動器的輸出的目標值及所述彈性體致 動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生了誤差時按照減小其誤差的方式?jīng)Q定內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正 值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過輸入來自所述輸出誤差補償單元的輸出、從所述目標 內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、從所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元輸出的內(nèi) 部狀態(tài)的目標矯正值、以及來自所述內(nèi)部狀態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差進行補 償，根據(jù)所述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)乃鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，控制使所述彈性體致動器 的所述輸出的計量值成為所述輸出的目標值。
2.如權(quán)利要求1所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，所述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元還取得所述彈性體致動器的輸出的計量值，通過所述彈性 體致動器的輸出的目標值及所述彈性體致動器的輸出的計量值來決定所述彈性體致動器 的內(nèi)部狀態(tài)的目標值。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，還具備加法運算部，其對所述目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元的輸出和所述適應目標內(nèi)部狀態(tài) 矯正單元的輸出進行加和，并將加和結(jié)果向所述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元輸出。
4.如權(quán)利要求1或者2所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，算出適應偏移值和適應增益值，使所述適應增益值 與所述輸出的目標值相乘得到的值、和所述適應偏移值加和，將該加和得到的值作為所述 內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值，所述適應偏移值是對從所述輸出的目標值減去輸出值得到的值再乘以增益得到的值 進行積分而得到，所述適應增益值是從所述輸出的目標值減去初始值得到的值與從所述輸 出的目標值減去輸出值得到的值相乘，并將該相乘得到的值再乘以增益得到的值進行積分 而得到。
5.如權(quán)利要求1或者2所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元具備規(guī)范模型，對所述輸出的目標值、所述規(guī)范模型 的輸出和所述彈性體致動器的輸出之間產(chǎn)生誤差的情況下減小其誤差的增益乘以所述輸 出的目標值和所述規(guī)范模型的狀態(tài)變量得到的值進行加和，作為所述內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正值。
6.如權(quán)利要求1或者2所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，還具備矯正輸出控制單元，其在使用所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的狀態(tài)或不使用 的狀態(tài)或停止來自所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出的更新的狀態(tài)之間進行切換。
7.如權(quán)利要求1或者2所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，還具備矯正輸出控制單元，其在來自所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出通過低通 濾波器的狀態(tài)或不通過狀態(tài)之間進行切換。
8.如權(quán)利要求6所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元具備判斷單元，由所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元從 所述目標軌道生成單元接受反復的信號，在由所述判斷單元判斷以時間序列排列有所述彈 性體致動器的目標值的所述彈性體致動器的軌道為反復時，決定使用所述適應目標內(nèi)部狀 態(tài)矯正單元。
9.如權(quán)利要求8所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，在使用所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元時，所述矯正輸出控制單元在所述彈性體致動 器的輸出誤差小于預先決定的閾值時，決定停止所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出的 更新。
10.如權(quán)利要求6所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，所述矯正輸出控制單元，具備對所述彈性體致動器已與物體碰撞進行探測的碰撞探測 單元，在通過所述碰撞探測單元探測出已碰撞時，決定停止所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單 元的輸出的更新。
11.如權(quán)利要求6所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，所述矯正輸出控制單元，決定在彈性體致動器起動時不使用所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯 正單元。
12.如權(quán)利要求6所述的彈性體致動器的控制裝置，其中，所述矯正輸出控制單元還具備低通濾波器，其在從不使用所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正 單元的狀態(tài)向使用的狀態(tài)切換時，或在從不更新所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元的輸出而 停止的狀態(tài)向更新的狀態(tài)切換時，通過恒定時間輸出而進行輸出。
13.—種彈性體致動器的控制方法，具備內(nèi)部狀態(tài)計量單元，其對所述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量；輸出計量單元，其對所述彈性體致動器的輸出進行計量；輸出誤差補償單元，其通過輸入所述彈性體致動器的輸出的目標值和由所述輸出計量 單元計量的所述彈性體致動器的輸出的計量值來對輸出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過所述彈性體致動器的輸出的目標值來決定所述彈性體 致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其當所述彈性體致動器的輸出的目標值及所述彈性體致 動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生了誤差時按照減小其誤差的方式?jīng)Q定內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正 值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過輸入來自所述輸出誤差補償單元的輸出、從所述目標 內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、從所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元輸出的內(nèi) 部狀態(tài)的目標矯正值、以及來自所述內(nèi)部狀態(tài)計量單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差進行補 償，根據(jù)所述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)乃鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，控制使所述彈性體致動器 的所述輸出的計量值成為所述輸出的目標值。
14. 一種彈性體致動器的控制裝置的程序，用于使計算機作為下述單元發(fā)揮功能，即 輸出誤差補償單元，其通過輸入所述彈性體致動器的輸出的目標值和對所述彈性體致 動器的輸出進行計量的輸出計量單元所計量的所述彈性體致動器的輸出的計量值來對輸 出誤差進行補償；目標內(nèi)部狀態(tài)決定單元，其通過所述彈性體致動器的輸出的目標值來決定所述彈性體 致動器的內(nèi)部狀態(tài)的目標值；適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元，其在所述彈性體致動器的輸出的目標值及所述彈性體致 動器的輸出的計量值之間產(chǎn)生誤差時，按照減小其誤差的方式來決定內(nèi)部狀態(tài)的目標矯正 值；和內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元，其通過輸入來自所述輸出誤差補償單元的輸出、從所述目標 內(nèi)部狀態(tài)決定單元輸出的內(nèi)部狀態(tài)的目標值、從所述適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元輸出的內(nèi) 部狀態(tài)的目標矯正值、以及來自對所述彈性體致動器的內(nèi)部狀態(tài)進行計量的內(nèi)部狀態(tài)計量 單元的輸出來對內(nèi)部狀態(tài)誤差進行補償，根據(jù)所述內(nèi)部狀態(tài)誤差補償單元補償?shù)乃鰞?nèi)部狀態(tài)誤差，控制使所述彈性體致動器 的所述輸出的計量值成為所述輸出的目標值。
全文摘要
用壓力計量單元(9)對致動器內(nèi)部壓力進行計量，對可動機構(gòu)的位移量進行計量，輸入位移的目標值和計量值，用位置誤差補償單元(12)對位置誤差進行補償，利用目標壓力差計算單元(14)計算根據(jù)目標值被對抗驅(qū)動的致動器的壓力差的目標值，利用適應目標內(nèi)部狀態(tài)矯正單元(111)適應性地輸出根據(jù)位移的目標值和計量值對壓力差的目標值進行調(diào)節(jié)矯正而得到的調(diào)節(jié)矯正值，輸入這些單元的輸出，利用壓力差誤差補償單元(15)對壓力差誤差進行補償。
文檔編號F15B15/10GK102132048SQ20108000240
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者岡崎安直, 小松真弓 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社