專利名稱：彈性體驅動器的控制裝置及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制流體壓力驅動器等利用彈性體的變形驅動的彈性體驅動器的動作的彈性體驅動器的控制裝置及控制方法，另外涉及控制由所述彈性體驅動器驅動的可動機構的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置及控制方法。
背景技術：
近年來，對于寵物機器人等家庭用機器人的開發(fā)正在積極地進行之中，將來可以期待家務輔助機器人等更為實用的家庭用機器人被實用化。家庭用機器人由于需要進入家庭內，與人類共同生活，因此與以往的工業(yè)用機器人等在所必需的樣式方面不同。
工業(yè)用機器人中，使用電動電機或減速器，利用高增益的反饋控制，實現(xiàn)重復精度達到0.1mm等較高的手指尖位置精度。但是，利用此種電動電機驅動的機構經(jīng)常是剛性高、柔性差，在安全性方面有很多問題。
與之相反，家庭用機器人中，不一定需要重復精度0.1mm等這樣的高精度，而是重視在與人類接觸時不會造成危害等安全性。所以，像以往的工業(yè)用機器人那樣利用電動電機驅動的機構不能說適于家庭用機器人等重視安全性的領域，需要柔軟而且安全的機械臂。
針對此種課題，例如提出過利用了MCKIBBEN(マツキベン)型的空氣壓力驅動器的機械臂。MCKIBBEN型的空氣壓力驅動器形成如下的構造，即，在由橡膠材料構成的管狀彈性體的外表面配設有由纖維束構成的束縛裝置，將管狀彈性體的兩個端部用密封構件氣密性地密封。當穿過流體注入流出裝置而利用空氣等壓縮性流體向管狀彈性體的內部空間賦予內壓時，管狀彈性體就會主要向半徑方向膨脹，然而因束縛裝置的作用，被轉換為管狀彈性體的中心軸方向的運動，全長收縮。該MCKIBBEN型的驅動器由于主要由彈性體構成，因此具備如下特征，即，是具有柔軟性，安全并且輕質的驅動器。
但是，MCKIBBEN型的驅動器等利用空氣等的流體壓力動作的流體壓力驅動器中，會有由流體的壓縮性造成的因彈性的性質或流路阻力等影響而使響應性差等彈性體驅動器難以控制的問題。
針對該課題，作為以往技術，在日本專利公報第2583272號公報中，公布有如下的控制裝置，即，對于將伺服電機與流體壓力驅動器組合驅動的機械臂，通過設置延遲電路而可以描繪所需的軌道。
但是，所述具備延遲電路的控制裝置中，由于經(jīng)常發(fā)生相對于目標動作的延遲，因此響應性差，無法執(zhí)行需要實時性的作業(yè)。另外，僅在伺服電機與流體壓力驅動器的組合的情況下發(fā)揮效果，而在僅由流體壓力驅動器構成的機械臂中無法發(fā)揮效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明是在于解決所述以往的問題而做出的，其目的在于提供可以響應性良好并且位置或力的精度優(yōu)良地控制由彈性體驅動器驅動的機械臂等可動機構的彈性體驅動器的控制裝置及控制方法。
為了達成所述目的，本發(fā)明如下所述地構成。
根據(jù)本發(fā)明的方式1，提供一種彈性體驅動器的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的內部狀態(tài)計測裝置、計測所述彈性體驅動器的輸出的輸出計測裝置、通過輸入所述彈性體驅動器輸出的目標值與利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器輸出的計測值而補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、根據(jù)所述彈性體驅動器輸出的目標值及所述彈性體驅動器輸出的計測值來決定因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、通過輸入來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出而補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，
按照如下方式進行控制，即，基于利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償?shù)乃鰞炔繝顟B(tài)誤差而將所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式2，提供一種彈性體驅動器的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的內部狀態(tài)計測裝置、計測所述彈性體驅動器的輸出的輸出計測裝置、通過輸入所述彈性體驅動器輸出的目標值與利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器輸出的計測值而補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、根據(jù)所述彈性體驅動器輸出的目標值及利用所述內部狀態(tài)計測裝置計測的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的計測值，來決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、通過輸入來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出而補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償?shù)乃鰞炔繝顟B(tài)誤差而將所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式11，提供一種彈性體驅動器的控制方法，其中，利用內部狀態(tài)計測裝置計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)，利用輸出計測裝置計測所述彈性體驅動器的輸出，將所述彈性體驅動器輸出的目標值和利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器輸出的計測值輸入輸出誤差補償裝置，利用所述輸出誤差補償裝置補償輸出誤差，根據(jù)所述彈性體驅動器輸出的目標值，利用目標內部狀態(tài)決定裝置決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值，將來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出輸入內部狀態(tài)誤差補償裝置，利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償內部狀態(tài)誤差，控制使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式12，提供一種彈性體驅動器的控制方法，其中，利用內部狀態(tài)計測裝置計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)，利用輸出計測裝置計測所述彈性體驅動器的輸出，將所述彈性體驅動器輸出的目標值和利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器輸出的計測值輸入輸出誤差補償裝置，利用所述輸出誤差補償裝置補償輸出誤差，根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值及所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的計測值，利用目標內部狀態(tài)決定裝置決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值，將來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出輸入內部狀態(tài)誤差補償裝置，利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償內部狀態(tài)誤差，控制使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的控制裝置，通過配設內部狀態(tài)誤差補償裝置，構成將因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋的控制系統(tǒng)，并且配設目標內部狀態(tài)決定裝置，構成將目標內部狀態(tài)前饋的控制系統(tǒng)，而可以實現(xiàn)響應性良好、穩(wěn)態(tài)偏差少、高速·高精度的控制。
另外，根據(jù)本發(fā)明的控制方法，通過利用內部狀態(tài)誤差補償裝置來進行將內部狀態(tài)反饋的控制，并且利用目標內部狀態(tài)決定裝置來進行將目標內部狀態(tài)前饋的控制，就能夠實現(xiàn)響應性良好、穩(wěn)態(tài)偏差少、高速·高精度的控制。
根據(jù)本發(fā)明的方式13，提供一種彈性體驅動器的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置、
計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置、輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值，并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、被輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息的輸出及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出，并且將驅動力誤差補償信息輸出以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置、被輸入來自所述驅動力誤差補償裝置的所述驅動力誤差補償信息的輸出、來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出并且將內部狀態(tài)誤差補償信息輸出以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息而將由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式14，提供一種彈性體驅動器的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置、被輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、被輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息的輸出及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出并且將驅動力誤差補償信息輸出以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置、決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而輸出所述內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、被輸入來自所述驅動力誤差補償裝置的所述驅動力誤差補償信息的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，并且將內部狀態(tài)誤差補償信息輸出以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息而將由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式15，提供一種彈性體驅動器的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置、被輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、被輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出并且將驅動力誤差補償信息輸出以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置、決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而輸出所述內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、被輸入來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出并且將內部狀態(tài)誤差補償信息輸出以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息及由所述驅動力誤差補償裝置補償?shù)乃鲵寗恿φ`差補償信息而將由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式17，提供一種彈性體驅動器的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)所述彈性體驅動器的所述輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，根據(jù)所述驅動力誤差補償信息的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償信息而控制使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式18，提供一種彈性體驅動器的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，
決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而得到所述內部狀態(tài)的目標值，根據(jù)所述驅動力誤差補償信息的輸出、所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于所述內部狀態(tài)誤差補償信息而控制使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式19，提供一種彈性體驅動器的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而得到所述內部狀態(tài)的目標值，根據(jù)所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償信息及所述驅動力誤差補償信息而控制使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式13的控制裝置，通過配設驅動力誤差補償裝置，構成將由所述彈性體驅動器產生的驅動力反饋的驅動力反饋控制系統(tǒng)，并且配設內部狀態(tài)誤差補償裝置，構成將因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋的內部狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少、高精度的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方式14的控制裝置，通過配設驅動力誤差補償裝置，構成將由所述彈性體驅動器產生的驅動力反饋的驅動力反饋控制系統(tǒng)，并且配設內部狀態(tài)誤差補償裝置，構成將因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋的內部狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)，并且配設目標內部狀態(tài)決定裝置，將目標內部狀態(tài)前饋，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少而且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方式15的控制裝置，通過配設驅動力誤差補償裝置，構成將由所述彈性體驅動器產生的驅動力反饋的驅動力反饋控制系統(tǒng)，并且配設內部狀態(tài)誤差補償裝置，構成將因對所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)，并且配設目標內部狀態(tài)決定裝置，將目標內部狀態(tài)前饋，這樣就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少而且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方式17的控制方法，為了能夠進行驅動力誤差補償動作，而構成將由所述彈性體驅動器產生的驅動力反饋的驅動力反饋控制系統(tǒng)，并且為了能夠進行內部狀態(tài)誤差補償動作，而構成將因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋的內部狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)，這樣就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少、高精度的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方式18的控制方法，為了能夠進行驅動力誤差補償動作，而構成將由所述彈性體驅動器產生的驅動力反饋的驅動力反饋控制系統(tǒng)，并且為了能夠進行內部狀態(tài)誤差補償動作，而在所述驅動力反饋控制系統(tǒng)的內部構成將因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋的內部狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)，并且，為了能夠進行目標內部狀態(tài)決定動作，而將目標內部狀態(tài)前饋，這樣就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少而且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方式19的控制方法，為了能夠進行驅動力誤差補償動作，而構成將由所述彈性體驅動器產生的驅動力反饋的驅動力反饋控制系統(tǒng)，并且為了能夠進行內部狀態(tài)誤差補償動作，而與所述驅動力反饋控制系統(tǒng)獨立地構成將因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)反饋的內部狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)，并且，為了能夠進行目標內部狀態(tài)決定動作，而將目標內部狀態(tài)前饋，這樣就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少而且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制。


本發(fā)明的這些及其他的目的與特征將由與針對附圖的優(yōu)選實施方式有關的如下的記述來闡明。在該附圖中，圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的概念的方框圖。
圖2是表示作為本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的控制對象的機械臂的構造的圖。
圖3是表示驅動作為本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的控制對象的機械臂的彈性膨脹收縮構造體的構造及動作的圖。
圖4是表示用于將作為本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的控制對象的機械臂利用作為壓縮性流體的空氣驅動的空氣壓力供給系統(tǒng)的動作的圖。
圖5是表示用于將作為本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的控制對象的機械臂利用作為壓縮性流體的空氣驅動的空氣壓力供給系統(tǒng)的構成的圖。
圖6是表示本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的構造的圖。
圖7是表示利用本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的彈性膨脹收縮構造體的對抗驅動的關節(jié)角度與內部壓力差的關系的圖。
圖8是本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅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9A是表示利用本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置得到的控制結果的圖。
圖9B是表示利用本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置得到的控制結果的圖。
圖10是表示本發(fā)明的實施方式2的彈性體驅動器的控制裝置的構造的圖。
圖11是表示本發(fā)明的實施方式3的彈性體驅動器的控制裝置的構造的圖。
圖12是表示以往的僅進行位置控制的控制裝置的構造的圖。
圖13是表示以往的僅根據(jù)輸出的目標值決定內部狀態(tài)的目標值的控制裝置的構造的圖。
圖14是將本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的構造變形表示的圖。
圖15是表示本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的概念的方框圖。
圖16是表示作為本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的控制對象的機械臂的構造的圖。
圖17是表示本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的構造的圖。
圖18是本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器型可動機構的控制裝置的控制程序的實際的動作步驟的流程圖。
圖19是表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的概念的方框圖。
圖20是表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的構造的圖。
圖21是表示利用本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器的彈性膨脹收縮構造體的對抗驅動的關節(jié)角度與內部壓力差的關系的圖。
圖22是表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的其他的構造的圖。
圖23是表示本發(fā)明的實施方式6的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的概念的方框圖。
圖24是表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的構造的圖。
圖25是表示驗證了本發(fā)明的實施方式5及6的控制裝置的性能的實驗結果的圖。
圖26是表示圖19的實施方式5的控制裝置的更為具體的構成的方框圖。
圖27是表示圖23的實施方式6的控制裝置的更為具體的構成的方框圖。
圖28是表示圖25中以虛線表示的結果中的僅為單純的位置控制的構成的方框圖。
圖29是表示本發(fā)明的實施方式7的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的構造的圖。
圖30是表示作為本發(fā)明的實施方式7的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的控制對象的機械臂的構造的圖。
圖31是表示本發(fā)明的實施方式8的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的構造的圖。
圖32A是表示了本發(fā)明的實施方式8的導電性高分子驅動器的概略情況的剖面圖。
圖32B是表示了本發(fā)明的實施方式8的導電性高分子驅動器的概略情況的剖面圖。
圖32C是表示了本發(fā)明的實施方式8的導電性高分子驅動器的概略情況的剖面圖。
圖33是表示了本發(fā)明的實施方式8的導電性高分子驅動器的概略前饋的外形圖。
圖34是表示用于驅動作為本發(fā)明的實施方式8的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的控制對象的機械臂的電源系統(tǒng)的構成的圖。
具體實施例方式
在繼續(xù)本發(fā)明的記述之前，在附圖中對于相同部件使用相同的參照符號。
在說明本發(fā)明的實施方式之前，首先對于本發(fā)明的各種方式進行說明。
根據(jù)本發(fā)明的方式1，提供一種彈性體驅動器的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的內部狀態(tài)計測裝置、計測所述彈性體驅動器的輸出的輸出計測裝置、通過輸入所述彈性體驅動器的輸出的目標值與利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值而補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值及所述彈性體驅動器的輸出的計測值來決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、通過輸入來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出而補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償?shù)乃鰞炔繝顟B(tài)誤差而將所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式2，提供一種彈性體驅動器的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的內部狀態(tài)計測裝置、計測所述彈性體驅動器的輸出的輸出計測裝置、通過輸入所述彈性體驅動器的輸出的目標值與利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值而補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值及利用所述內部狀態(tài)計測裝置計測的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的計測值來決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、通過輸入來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出而補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償?shù)乃鰞炔繝顟B(tài)誤差而將所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式3，提供如下的方式1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述目標內部狀態(tài)決定裝置將彈性體驅動器的輸出和彈性體驅動器的內部狀態(tài)的關系用多項式近似，利用所述多項式根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值計算所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式4，提供如下的方式1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述目標內部狀態(tài)決定裝置將所述彈性體驅動器的輸出和所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的關系作為表格儲存于存儲器中，利用所述表格根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式5，提供如下的方式1～4中任意一項所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述彈性體驅動器是由流體壓力驅動的流體壓力驅動器。
根據(jù)本發(fā)明的方式6，提供如下的方式5中所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述流體壓力驅動器是具有空心彈性體、進行所述空心彈性體的氣密性密封的1組密封構件、能夠相對于所述空心彈性體的空心內部實現(xiàn)流體的注入或注出的流體通過構件的彈性膨脹收縮構造體。
根據(jù)本發(fā)明的方式7，提供如下的方式5中所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)為流體壓力，計測所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的所述內部狀態(tài)計測裝置為壓力計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方式8，提供如下的方式1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的輸出為位移，計測所述彈性體驅動器的輸出的所述輸出計測裝置為位移計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方式9，提供如下的方式1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的輸出為位移速度，計測所述彈性體驅動器的輸出的所述輸出計測裝置為位移速度計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方式10，提供如下的方式1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的輸出為力，計測所述彈性體驅動器的輸出的所述輸出計測裝置為力計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方式11，提供一種彈性體驅動器的控制方法，利用內部狀態(tài)計測裝置計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)，利用輸出計測裝置計測所述彈性體驅動器的輸出，將所述彈性體驅動器的輸出的目標值和利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值輸入輸出誤差補償裝置，利用所述輸出誤差補償裝置補償輸出誤差，根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值，利用目標內部狀態(tài)決定裝置決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值，將來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出輸入內部狀態(tài)誤差補償裝置，利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償內部狀態(tài)誤差，控制使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式12，提供一種彈性體驅動器的控制方法，其中，利用內部狀態(tài)計測裝置計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)，利用輸出計測裝置計測所述彈性體驅動器的輸出，將所述彈性體驅動器的輸出的目標值和利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值輸入輸出誤差補償裝置，利用所述輸出誤差補償裝置補償輸出誤差，根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值及所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的計測值，利用目標內部狀態(tài)決定裝置決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值，將來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出輸入內部狀態(tài)誤差補償裝置，利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償內部狀態(tài)誤差，控制使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式13，提供一種彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置、被輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值并且將輸出誤差補償信息輸出的輸出誤差補償裝置以補償輸出誤差、被輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息的輸出及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出并且將驅動力誤差補償信息輸出以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置、被輸入來自所述驅動力誤差補償裝置的所述驅動力誤差補償信息的輸出、來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出并且將內部狀態(tài)誤差補償信息輸出以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息而將由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式14，提供一種彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置、
被輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、被輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息的輸出及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出并且將驅動力誤差補償信息輸出以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置、決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而輸出所述內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、被輸入來自所述驅動力誤差補償裝置的所述驅動力誤差補償信息的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出并且將內部狀態(tài)誤差補償信息輸出以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息而將由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式15，提供一種彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，其具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置、被輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置、被輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出并且將驅動力誤差補償信息輸出以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置、決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而輸出所述內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置、被輸入來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出并且將內部狀態(tài)誤差補償信息輸出以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照如下方式進行控制，即，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息及由所述驅動力誤差補償裝置補償?shù)乃鲵寗恿φ`差補償信息而將由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式16，提供如下的方式2或3中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述目標內部狀態(tài)決定裝置被輸入所述輸出的目標值，并且決定所述內部狀態(tài)的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的方式2或3中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述目標內部狀態(tài)決定裝置將所述彈性體驅動器的所述輸出和所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的關系用多項式來近似，利用所述多項式根據(jù)所述彈性體的所述輸出的目標值來計算決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的方式2或3中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述目標內部狀態(tài)決定裝置還具備將所述彈性體驅動器的所述輸出和所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的關系作為表格儲存的存儲器，利用所述表格根據(jù)所述彈性體驅動器的所述輸出的目標值來決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的方式1～所述其他的方式中任意一項所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述彈性體驅動器為由流體壓力驅動的流體壓力驅動器。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的所述其他的方式中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述流體壓力驅動器是具有空心彈性體、進行所述空心彈性體的氣密性密封的1組密封構件、能夠相對于所述空心彈性體的空心內部實現(xiàn)流體的注入或注出的流體通過構件的彈性膨脹收縮構造體。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的所述其他的方式中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)為流體壓力，所述內部狀態(tài)計測裝置為計測所述彈性體驅動器的所述流體壓力的壓力計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的方式1或2或3中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的所述輸出為所述彈性體驅動器的位移，所述輸出計測裝置為計測所述彈性體驅動器的所述位移的位移計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的方式1或2或3中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的所述輸出為所述彈性體驅動器的位移速度，所述輸出計測裝置為計測所述彈性體驅動器的所述位移速度的位移速度計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的其他的方式，提供如下的方式1或2或3中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，即，所述彈性體驅動器的所述輸出為所述彈性體驅動器的力，所述輸出計測裝置為計測所述彈性體驅動器的力的力計測裝置。
根據(jù)本發(fā)明的方式17，提供一種彈性體驅動器驅動型可動機構的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)所述彈性體驅動器的所述輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，根據(jù)所述驅動力誤差補償信息的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，
基于由所述內部狀態(tài)誤差補償信息而控制使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式18，提供一種彈性體驅動器驅動型可動機構的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而得到所述內部狀態(tài)的目標值，根據(jù)所述驅動力誤差補償信息的輸出、所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于所述內部狀態(tài)誤差補償信息而控制使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
根據(jù)本發(fā)明的方式19，提供一種彈性體驅動器驅動型可動機構的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，
根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而得到所述內部狀態(tài)的目標值，根據(jù)所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償信息及所述驅動力誤差補償信息而控制使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值作為所述輸出的目標值。
以下，將基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。
(實施方式1)圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的概念的方框圖。圖1中，101為目標輸出生成裝置，生成作為由流體壓力驅動的流體壓力驅動器的彈性體驅動器102的輸出的目標值。104為與彈性體驅動器102連接的輸出計測裝置，計測彈性體驅動器102的輸出的計測值，將計測值分別輸入目標內部狀態(tài)決定裝置105和輸出誤差補償裝置103。103是被輸入來自目標輸出生成裝置101的目標值的輸出誤差補償裝置，按照使由輸出計測裝置104計測的彈性體驅動器102的輸出的計測值追隨目標值的方式進行控制。105是目標輸出生成裝置101的輸出信息所輸入的目標內部狀態(tài)決定裝置，根據(jù)所述輸出的目標值及所述輸出的計測值，決定作為彈性體驅動器102的內部狀態(tài)(例如壓力狀態(tài)、電荷狀態(tài)、電位狀態(tài)等)的目標值的內部狀態(tài)目標值。該內部狀態(tài)是應當因所述彈性體驅動器102的驅動而變化的，而不是指不因所述彈性體驅動器102的驅動而變化的機構性的構造狀態(tài)。106是被輸入來自輸出誤差補償裝置103的輸出信息、來自目標內部狀態(tài)決定裝置105的內部狀態(tài)目標值和來自內部狀態(tài)計測裝置107的內部狀態(tài)計測值的內部狀態(tài)誤差補償裝置，按照將來自內部狀態(tài)誤差補償裝置106的輸出信息輸入彈性體驅動器102而使彈性體驅動器102的內部狀態(tài)計測值追隨目標值的方式進行控制。107是與各彈性體驅動器102連接的內部狀態(tài)計測裝置，測定作為各彈性膨脹收縮構造體1的內部壓力的內部狀態(tài)計測值，將內部狀態(tài)計測值輸入內部狀態(tài)誤差補償裝置106。
下面，對于實施方式1的彈性體驅動器102的控制裝置的具體的例子，將以機械臂10作為控制對象舉例而進行說明。
圖2是表示成為本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器102的控制裝置的控制對象的機械臂10的構成的圖。圖2中，1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b(它們是針對各個彈性膨脹收縮構造體的參照符號，在代表性地指彈性膨脹收縮構造體時用參照符號1表示。)為彈性膨脹收縮構造體。彈性膨脹收縮構造體1如圖3所示，在用橡膠材料構成而作為驅動部發(fā)揮作用的管狀的空心彈性體2的外表面配設有變形方向限制構件3，其在材料上用難以伸長的樹脂或金屬的纖維絲以網(wǎng)狀編成，被按照將由管狀彈性體2的膨脹造成的半徑方向的變形轉換為軸向的長度的收縮，另一方面，將由管狀彈性體2的收縮造成的半徑方向的變形轉換為軸向的長度的膨脹的方式構成，成為將管狀彈性體2的兩個端部用密封構件4分別氣密性地密封的構造。當穿過在內部具有壓縮性流體所通過的流體的流路，相對于所述彈性體2的空心內部可以實現(xiàn)流體的注入或注出的管狀的流體通過構件5，將空氣等壓縮性流體向彈性膨脹收縮構造體1供給，利用所供給的壓縮性流體向管狀彈性體2的內部空間提供內壓時，則管狀彈性體2就會主要沿半徑方向膨脹，而由于被利用變形方向限制構件3的作用，轉換為管狀彈性體2的中心軸向的運動，全長收縮，因此此種構造的所述彈性膨脹收縮構造體1就可以作為直動驅動的彈性體驅動器102利用。
圖2的機械臂10中，將1組彈性膨脹收縮構造體1、1按照以關節(jié)軸為支點而相面對的方式配設，形成如下的對抗型驅動構造，即，當1組彈性膨脹收縮構造體1、1當中的任意一方的彈性膨脹收縮構造體1收縮并且另一方的彈性膨脹收縮構造體1伸長時，則力借助支點而發(fā)生作用，使關節(jié)軸旋轉，這樣就可以實現(xiàn)利用關節(jié)軸的正逆旋轉運動。具體來說，形成如下的構造，即，利用彈性膨脹收縮構造體1-1a和彈性膨脹收縮構造體1-1b(由于彈性膨脹收縮構造體1-1b位于彈性膨脹收縮構造體1-1a的背后，因此未圖示。)的對抗驅動，將第1關節(jié)軸6-1正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-2a和彈性膨脹收縮構造體1-2b的對抗驅動，將第2關節(jié)軸6-2正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-3a和彈性膨脹收縮構造體1-3b的對抗驅動，將第3關節(jié)軸6-3正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-4a和彈性膨脹收縮構造體1-4b的對抗驅動，將第4關節(jié)軸6-4正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-5a和彈性膨脹收縮構造體1-5b的對抗驅動，將第5關節(jié)軸6-5正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-6a和彈性膨脹收縮構造體1-6b的對抗驅動，將第6關節(jié)軸6-6正逆旋轉驅動。
圖2的9-1a、9-1b、9-2a、9-2b、9-3a、9-3b、9-4a、9-4b、9-5a、9-5b、9-6a、9-6b是作為彈性膨脹收縮構造體1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的各自的內部狀態(tài)計測裝置的一個例子的壓力傳感器，被配設于各個流體通過構件5(流體注入出口)上，計測各個彈性膨脹收縮構造體內的壓力。
具體來說，所述機械臂10是6自由度的機械臂，由相對于固定壁301沿著上下方向軸在沿橫向的平面內正逆旋轉的第1關節(jié)軸6-1、在沿著上下方向的平面內正逆旋轉的第2關節(jié)軸6-2、在第2臂308和第1臂311之間在沿著上下方向的平面內相互地進行正逆旋轉的第3關節(jié)軸6-3、在第2臂308和第1臂311之間在與第3關節(jié)軸6-3正交的軸向進行正逆旋轉的第4關節(jié)軸6-4、在第1臂311和手313之間在沿著上下方向的平面內相互地進行正逆旋轉的第5關節(jié)軸6-5、在第1臂311和手313之間在與第5關節(jié)軸6-5正交的軸向進行正逆旋轉的第6關節(jié)軸6-6構成。
第1關節(jié)軸6-1中，在上下端部被軸承304和305自由旋轉地并且沿著上下方向支撐的旋轉軸303的兩側自由旋轉地連結有圓形支撐體302、302，并且彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b(其中，彈性膨脹收縮構造體1-1b由于被配設于彈性膨脹收縮構造體1-1a的背后，因此未圖示。)的各一個端部被與固定壁301連結，并且各自的另一個端部被與所述各圓形支撐體302的支撐軸314連結。這樣，利用彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b的對抗驅動，就可以繞著第1關節(jié)軸6-1的旋轉軸303的上下軸Z在沿著橫向的平面內使機械臂的第1臂311和第2臂308的手313一體化地正逆旋轉運動。而且，上側的軸承305被用支撐棒306支撐于固定壁301上。
第2關節(jié)軸6-2中，在固定于旋轉軸303的兩側的2個圓形支撐體302、302和被與旋轉軸303的長邊方向正交地固定于旋轉軸303的固定壁301側的支撐體307、307之間，彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b被連結，利用彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b的對抗驅動，繞著第2關節(jié)軸6-2的支撐軸314的橫軸在沿著上下方向的面內，使機械臂10的第1臂311和第2臂308和手313一體化地正逆旋轉。
第3關節(jié)軸6-3中，在一端被固定于2個圓形支撐體302、302上的第2臂用連桿308的圓形支撐體302側，與第2臂用連桿308的長邊方向正交地固定有支撐體309、309，并且在第2臂用連桿308的頭端側，可以旋轉地連結有被與第1臂用連桿311的長邊方向正交地固定于第1臂用連桿311的一端的支撐體310。在第2臂用連桿308的支撐體309、309和固定于第1臂用連桿311的一端的支撐體310之間，連結有彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b，利用彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b的對抗驅動，繞著第3關節(jié)軸6-3的支撐軸315的橫軸，在沿著上下方向的面內，使機械臂10的第1臂311和第2臂308相對地正逆旋轉。
第4關節(jié)軸6-4中，在一端被固定于2個圓形支撐體302、302上的第2臂用連桿308的圓形支撐體302側，并且分別與支撐體309、309和第2臂用連桿308的長邊方向正交地固定有支撐體325、325，在該支撐體325、325和固定于第1臂用連桿311的一端的支撐體310之間，連結有彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b，利用彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b的對抗驅動，繞著與第3關節(jié)軸6-3正交的第4關節(jié)軸6-4，使機械臂10的第1臂311和第2臂308相對地正逆旋轉。
第5關節(jié)軸6-5中，在第1臂311的支撐體310、固定于手313的一端并且被可以旋轉地與第1臂311連結的支撐體312之間，連結有彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b，利用彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b的對抗驅動，繞著第5關節(jié)軸6-5的支撐軸326的橫軸，在沿著上下方向的面內，使手313相對于第1臂311正逆旋轉。
第6關節(jié)軸6-6中，在第1臂311的支撐體310、固定于手313的一端并且被可以旋轉地與第1臂311連結的支撐體312之間，與彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b相差90度的相位地連接有彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b，利用彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b的對抗驅動，繞著與第5關節(jié)軸6-5正交的第6關節(jié)軸6-6，使手313相對于第1臂311正逆旋轉。
在彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b、彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b、彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b、彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b、彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b、彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b的各自上，如后述所示，連接有流量比例電磁閥18，全部的流量比例電磁閥18被與控制計算機19連接，利用控制計算機19的控制，經(jīng)過流量比例電磁閥18，控制彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b、彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b、彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b、彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b、彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b、彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b的各自的收縮·伸長動作。另外，在各關節(jié)軸上配設有作為用作輸出計測裝置的一個例子的位移計測裝置的一個例子的編碼器8，利用編碼器8可以測定關節(jié)軸的關節(jié)角度，在各彈性膨脹收縮構造體1上，配設有作為用作內部狀態(tài)計測裝置107的一個例子的壓力計測裝置的一個例子的壓力傳感器9，利用壓力傳感器9可以測定各彈性膨脹收縮構造體1的內部壓力。如果采用如上所述的構造，則可以形成多自由度，實現(xiàn)物體的把持·搬運等作為機械臂10的基本的功能。
圖4是表示用于驅動作為本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的控制對象的機械臂10的空氣壓力供給系統(tǒng)的構成的圖。圖4中，僅記錄了將機械臂10的第3關節(jié)軸正逆旋轉驅動的部分，將其他的部分省略。圖4中，16例如為壓縮機等空氣壓力源，17為由空氣壓力過濾器17a、空氣壓力減壓閥17b及空氣壓力用潤滑器17c構成一組的空氣壓力調整組件。18為例如通過用電磁鐵的力驅動滑閥等來控制流量的5端口流量控制電磁閥。19是作為控制部分一個例子的例如由一般的個人計算機構成的控制計算機，搭載有D/A板20，通過向5端口流量控制電磁閥18輸出電壓指令值，就能夠獨立地控制流過各個流體通過構件5的各個空氣的流量。另外，在控制計算機19上，搭載有預先儲存機械臂10的動作程序等的存儲器19a。
下面，對圖4所示的空氣壓力供給系統(tǒng)的動作進行說明。利用空氣壓力源16生成的高壓空氣被空氣壓力調整組件17減壓，例如被調整為600kPa這樣的一定壓力，向5端口流量控制電磁閥18供給。5端口流量控制電磁閥18的開度被與由控制計算機19經(jīng)過D/A板20輸出的電壓指令值成比例地控制。在從控制計算機19向5端口流量控制電磁閥18輸入了正的電壓指令值的情況下，就變?yōu)橛每諝鈮毫芈酚浱朅表示的狀態(tài)，從空氣壓力源16側向彈性膨脹收縮構造體1-3a側的流路開通，向彈性膨脹收縮構造體1-3a側供給與電壓指令值的絕對值成比例的流量的空氣。另外，彈性膨脹收縮構造體1-3b側朝向大氣壓側的流路開通，從彈性膨脹收縮構造體1-3b側向大氣中排出與電壓指令值的絕對值成比例的流量的空氣流。所以，如圖4所示，彈性膨脹收縮構造體1-3a的全長縮短，彈性膨脹收縮構造體1-3b的全長伸長，這樣第3關節(jié)軸6-3就以與電壓指令值的絕對值成比例的速度進行右轉運動。另一方面，在從控制計算機19向5端口流量控制電磁閥18輸入了負的電壓指令值的情況下，變?yōu)橐钥諝鈮毫芈酚浱朆表示的狀態(tài)，彈性膨脹收縮構造體的動作相反(即，彈性膨脹收縮構造體1-3a的全長伸長，彈性膨脹收縮構造體1-3b的全長縮短)，這樣第3關節(jié)軸6-3就進行左轉運動。
即，從5端口流量控制電磁閥18向彈性膨脹收縮構造體1側供給的空氣流利用流體通過構件5通過密封構件4，到達管狀彈性體2的內部，產生管狀彈性體2的內壓。雖然管狀彈性體2因產生的內壓而膨脹，然而受到變形方向限制構件3的編織為網(wǎng)狀的纖維絲的束縛作用(限制作用)，由膨脹造成的半徑方向的變形被限制而轉換為軸向的長度的收縮，如圖3的下側所示，彈性膨脹收縮構造體1的全長變短。另一方面，如果從5端口流量控制電磁閥18向大氣中排出空氣，減小管狀彈性體2的內壓，則因管狀彈性體2的彈性力而復原，膨脹被消除，彈性膨脹收縮構造體1的全長如圖3的上側所示地伸長。其結果是，圖3中，當考慮在右端被固定時，則因所述伸縮，在管狀彈性體2的左端就會有距離d的差。所以，通過對空氣壓力進行供給控制，則實施方式1的彈性膨脹收縮構造體1就可以作為直動位移的驅動器發(fā)揮作用。伸長·縮短量由于大致上與彈性膨脹收縮構造體1的內壓成比例，因此如果如圖4所示，利用控制計算機19控制5端口流量控制電磁閥18，來控制向彈性膨脹收縮構造體1供給的空氣流量，就可以控制彈性膨脹收縮構造體1的全長。
圖2所示的機械臂10中，為了實現(xiàn)利用彈性膨脹收縮構造體1-1a和1-1b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-2a和1-2b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-3a和1-3b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-4a和1-4b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-5a和1-5b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-6a和1-6b的對抗驅動，如圖5所示，在對抗的彈性膨脹收縮構造體1上分別配設5端口流量控制電磁閥18而構成相同的空氣壓力供給系統(tǒng)，利用從控制計算機19經(jīng)由D/A板20而向各個5端口流量控制電磁閥18輸出的電壓指令值，就可以同時對機械臂10的全部的關節(jié)軸進行正逆旋轉驅動。
圖6是表示本發(fā)明的實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的構成的圖。其中，圖6中，10是作為彈性體驅動器的控制裝置的控制對象的圖2所示的機械臂。從機械臂10輸出利用各個關節(jié)軸的編碼器8計測的關節(jié)角度的當前值(關節(jié)角度向量)q＝[q1，q2，q3，q4，q5，q6]T、利用各個彈性膨脹收縮構造體1的壓力傳感器9計測的彈性膨脹收縮構造體1的內壓P＝[P1a，P1b，P2a，P2b，P3a，P3b，P4a，P4b，P5a，P5b，P6a，P6b]T。其中，q1，q2，q3，q4，q5，q6分別是第1關節(jié)軸6-1、第2關節(jié)軸6-2、第3關節(jié)軸6-3、第4關節(jié)軸6-4、第5關節(jié)軸6-5、第6關節(jié)軸6-6的關節(jié)角度。另外，P1a，P1b，P2a，P2b，P3a，P3b，P4a，P4b，P5a，P5b，P6a，P6b分別是彈性膨脹收縮構造體1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的內壓。
另外，13是輸入由機械臂10輸出的利用壓力傳感器9計測的彈性膨脹收縮構造體1的內壓P，即計測值P的壓力差計算裝置，根據(jù)壓力傳感器9的計測值P，利用壓力差計算裝置13計算、輸出壓力差ΔP＝[ΔP1，ΔP2，ΔP3，ΔP4，ΔP5，ΔP6]T＝[P1a-P1b，P2a-P2b，P3a-P3b，P4a-P4b，P5a-P5b，P6a-P6b]T。
21是被輸入作為從機械臂10輸出的利用各個關節(jié)軸的編碼器8計測的關節(jié)角度的當前值q的關節(jié)角度向量q的正運動學計算裝置，進行從機械臂10的關節(jié)角度向量q到手指尖位置·姿勢向量r的轉換的幾何學計算。
23a、23b分別是近似逆運動學計算裝置，利用近似式uout＝Jr(q)-1uin，進行逆運動學的近似計算。其中，Jr(q)為雅可比行列式，uin為向近似逆運動學計算裝置23a、23b的輸入，uout為來自近似逆運動學計算裝置23a、23b的輸出，如果將輸入uin設為關節(jié)角度誤差qe，則會如qe＝Jr(q)-1re所示，變?yōu)閺氖种讣馕恢谩ぷ藙菡`差re到關節(jié)角度誤差qe的轉換式。根據(jù)該近似逆運動學計算裝置23a、23b，即使是6自由度以上的多自由度的機械臂等難以實現(xiàn)逆運動學計算的構造，也可以容易地進行逆運動學計算。
在近似逆運動學計算裝置23a中，被輸入在機械臂10中被計測的關節(jié)角度向量的當前值q和由目標軌道生成裝置11輸出的手指尖位置·姿勢目標向量rd的誤差re，輸出關節(jié)角度向量的誤差qe。
在近似逆運動學計算裝置23b中，被輸入在機械臂10中被計測的關節(jié)角度向量的當前值q和來自位置誤差補償裝置12的位置誤差修正輸出ΔPre，輸出關節(jié)誤差修正輸出ΔPqe。
11為目標軌道生成裝置，輸出用于實現(xiàn)作為目標的機械臂10的動作的手指尖位置·姿勢目標向量rd。
12為作為輸出誤差補償裝置103的一個例子的位置誤差補償裝置，被輸入根據(jù)在機械臂10中被計測的關節(jié)角度向量的當前值q利用正運動學計算裝置21計算的手指尖位置·姿勢向量r與由目標軌道生成裝置11輸出的手指尖位置·姿勢目標向量rd的誤差re，向近似逆運動學計算裝置23b輸出位置誤差修正輸出ΔPre。
目標內部狀態(tài)決定裝置105作為一個例子，由目標壓力差計算裝置14和近似逆運動學計算裝置23a構成。向目標壓力差計算裝置14中，作為基于在機械臂10中被計測的關節(jié)角度向量的當前值q和關節(jié)角度向量的誤差qe的目標關節(jié)角度向量qd，輸入qd＝q+Jr(q)-1re，根據(jù)目標關節(jié)角度向量qd，算出目標壓力差(壓力差的目標值)ΔPd＝[ΔP1d，ΔP2d，ΔP3d，ΔP4d，ΔP5d，ΔP6d]T，向壓力差誤差補償裝置15輸出。其中，ΔP1d，ΔP2d，ΔP3d，ΔP4d，ΔP5d，ΔP6d分別是彈性膨脹收縮構造體1-1a和1-1b的、彈性膨脹收縮構造體1-2a和1-2b的、彈性膨脹收縮構造體1-3a和1-3b的、彈性膨脹收縮構造體1-4a和1-4b的、彈性膨脹收縮構造體1-5a和1-5b的、彈性膨脹收縮構造體1-6a和1-6b的壓力差的目標值。
15是作為內部狀態(tài)誤差補正裝置106的一個例子的壓力差誤差補償裝置，被輸入將由目標壓力差計算裝置14輸出的目標壓力差ΔPd和由位置誤差補償裝置12輸出并利用近似逆運動學計算裝置轉換了的關節(jié)誤差修正輸出ΔPqe相加，再減去了來自壓力差計算裝置13的當前的壓力差ΔP的值，將壓力差修正輸出u向機械臂10輸出。壓力差修正輸出u被經(jīng)過D/A板20而作為電壓指令值向5端口流量控制電磁閥18提供，各關節(jié)軸6被正逆旋轉驅動，使得機械臂10動作。
對關于如上所述地構成的控制裝置的動作的原理進行說明。
動作的基本內容為利用位置誤差補償裝置12進行的手指尖位置·姿勢誤差re的反饋控制(位置控制)。作為位置誤差補償裝置12，例如如果使用PID補償器，則會按照使手指尖位置·姿勢誤差re收斂為0的方式進行控制，實現(xiàn)作為目標的機械臂10的動作。
但是，當被彈性體驅動器，例如利用圖2所示的空氣等流體動作的驅動器驅動時，因彈性體驅動器的彈性的要素，即流體的壓縮性或流路阻力等的影響，響應性差，僅利用位置控制無法精度優(yōu)良地進行控制。
用于應對該問題的手段是利用壓力差誤差補償裝置15的壓力差ΔP的反饋控制。由于壓力差誤差補償裝置15中被輸入關節(jié)誤差修正輸出ΔP，因此當產生手指尖位置·姿勢誤差re時，壓力差誤差補償裝置15動作，按照使手指尖位置·姿勢誤差re收斂于0的方式進行壓力差的控制。由于在圖3所示的彈性膨脹收縮構造體1中產生內部壓力的變化后開始產生位移，因此在時間上，與位置的變化(位移)相比，壓力變化的一方被更早地觀測到。所以，如圖6所示的控制系統(tǒng)所示，通過在進行位置控制的位置反饋循環(huán)的內側構成進行壓力差的控制的內部壓力反饋循環(huán)，就可以補償響應性的不足，實現(xiàn)位置控制性能的提高。
但是，僅設置壓力差誤差補償裝置15，雖然響應性被改善，但是還會產生位置的穩(wěn)態(tài)偏差，殘留有無法提高定位精度的問題。這是由如下的因素引起的，即，未將在實現(xiàn)目標關節(jié)角度向量qd中所必需的壓力差作為目標值輸入壓力差誤差補償裝置15。
用于應對該問題的手段是目標壓力差計算裝置14。當進行利用圖3所示的1組彈性膨脹收縮構造體1、1的對抗驅動實現(xiàn)的關節(jié)軸的正逆旋轉驅動時，關節(jié)角度和1組彈性膨脹收縮構造體1的內部壓力差的關系例如如圖7所示。圖7是使用了全長250mm、內徑10mm的彈性膨脹收縮構造體(MCKIBBEN型空氣壓力人工肌肉)時的結果。如圖7中所示，測定結果可以大致用直線來近似。所以，作為計算目標壓力差ΔPd的式子，可以使用表示直線的1次式(式1)ΔPd＝Aqd+b ……(式1)其中，A、b為系數(shù)，可以根據(jù)圖7的測定結果求得。所以，在目標壓力差計算裝置14中，通過利用式(1)根據(jù)目標關節(jié)角度向量qd計算目標壓力差ΔPd，輸入壓力差誤差補償裝置15，就可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差小的高精度的位置控制。
作為以目標內部狀態(tài)決定裝置105作為構成要素的控制系統(tǒng)，可以考慮圖13那樣的構成，該構成中只能與僅可以根據(jù)輸出的目標值決定內部狀態(tài)的目標值的彈性體驅動器對應。與之相反，實施方式1中，由于不僅根據(jù)輸出的目標值，還根據(jù)輸出的當前值(測定值)或內部狀態(tài)的當前值(測定值)來決定內部狀態(tài)，因此可以實現(xiàn)與更多種類的彈性體驅動器的對應。
對于基于以上的原理的控制程序的實際的動作步驟，將基于圖8的流程圖進行說明。
步驟1中，由編碼器8計測的關節(jié)角度數(shù)據(jù)(關節(jié)變量向量或關節(jié)角度向量q)被輸入控制裝置。
步驟2中，利用近似逆運動學計算裝置進行在機械臂10的運動學計算中所必需的雅可比行列式Jr等的計算，步驟3中，根據(jù)來自機械臂10的關節(jié)角度數(shù)據(jù)(關節(jié)角度向量q)，利用正運動學計算裝置21計算機械臂10的當前的手指尖位置·姿勢向量r(利用正運動學計算裝置21的處理)。
步驟4中，基于預先存儲于控制裝置的存儲器19a中的機械臂10的動作程序，利用目標軌道計算裝置11計算機械臂10的手指尖位置·姿勢目標向量rd。
步驟5中，計算作為手指尖位置·姿勢目標向量rd和當前的手指尖位置·姿勢向量r的差的手指尖位置·姿勢的誤差re，步驟6中，根據(jù)手指尖位置·姿勢的誤差re，利用位置誤差補償裝置12計算位置誤差修正輸出ΔPre(利用位置誤差補償裝置12的處理)。作為位置誤差補償裝置12的具體例可以考慮PID補償器。對于PID補償器的情況，在步驟6中，在手指尖位置·姿勢的誤差re上乘以了比例增益的值、在手指尖位置·姿勢的誤差re的微分值上乘以了微分增益的值及在手指尖位置·姿勢的誤差re的積分值上乘以了積分增益的值這3個值的合計值成為位置誤差修正輸出ΔPre。通過對作為常數(shù)的對角行列式的比例、微分、積分的3個增益進行適當?shù)卣{整，就會按照使位置誤差收斂于0的方式進行控制。
步驟7中，通過乘以步驟2中計算的雅可比行列式Jr的逆行列式，利用近似逆運動學計算裝置23b將位置誤差修正輸出ΔPre從有關手指尖位置·姿勢的誤差的值轉換為作為有關關節(jié)角度的誤差的值的關節(jié)誤差修正輸出ΔPqe(利用近似逆運動學計算裝置23b的處理)。
步驟8中，通過乘以雅可比行列式Jr的逆行列式，利用近似逆運動學計算裝置23a將手指尖位置·姿勢的誤差re轉換為關節(jié)角度向量的誤差qe(利用近似逆運動學計算裝置23a的處理)。
步驟9中，利用目標壓力差計算裝置14，以將在步驟8中計算的關節(jié)角度向量的誤差qe和利用編碼器8計測的當前的關節(jié)角度q加和的值作為目標關節(jié)角度向量qd，算出目標壓力差ΔPd。
步驟10中，由作為內部狀態(tài)計測裝置107的一個例子的壓力傳感器9計測的驅動器的內部壓力值被輸入控制裝置，利用壓力差計算裝置13計算被對抗驅動的驅動器的內部壓力間的當前的壓力差ΔP。
步驟11中，從將在步驟7中利用近似逆運動學計算裝置23b計算的關節(jié)誤差修正輸出ΔPqe與在步驟9中利用目標壓力差計算裝置14算出的目標壓力差ΔPd的加和值中，減去在步驟10中利用壓力差計算裝置13計算的當前的壓力差ΔP，利用壓力差誤差補償裝置15計算壓力差誤差ΔPe(利用壓力差誤差補償裝置15的處理)。另外，步驟11中，根據(jù)壓力差誤差ΔPe，利用壓力差誤差補償裝置15計算壓力差誤差修正輸出(利用壓力差誤差補償裝置15的處理)。作為壓力差誤差補償裝置15，例如可以考慮PID補償器。
步驟12中，壓力差誤差修正輸出被從壓力差誤差補償裝置15經(jīng)過D/A板20，提供給各個流量控制閥18，各個流量控制閥18通過改變各個驅動器內的壓力而產生機械臂10的各個關節(jié)軸的旋轉運動。
通過將以上的步驟1～步驟12作為控制的計算循環(huán)反復執(zhí)行，來實現(xiàn)機械臂10的動作的控制。
圖9A及圖9B表示了利用圖12所示的僅進行位置控制的以往的控制裝置及圖11所示的實施方式1的控制裝置使圖2所示的機械臂10進行手指尖位置的軌道追隨控制的情況的結果。圖9A及圖9B的結果表示了全都使用了自然長的長度為250mm、內徑為10mm的彈性膨脹收縮構造體1的情況的6自由度機械臂的手指尖位置的目標值和測定結果。圖9A是利用圖12所示的以往的控制裝置得到的控制結果。圖12的控制裝置中，并未進行壓力差的反饋控制，僅進行位置控制。從圖9A中可以發(fā)現(xiàn)，誤差很大，追隨性不佳。另一方面，圖9B是利用圖11所示的實施方式1的控制裝置得到的控制結果。由于壓力差誤差補償裝置15及目標壓力差計算裝置14的效果，誤差很小，追隨性良好。
如上所示，根據(jù)所述實施方式1的控制裝置，通過配設壓力差誤差補償裝置15，構成將所述彈性體驅動器102的內部狀態(tài)反饋的內部壓力控制系統(tǒng)，并且配設目標壓力差計算裝置14，構成將作為所述彈性體驅動器102的目標內部狀態(tài)的一個例子的目標壓力差前饋的控制系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)響應性良好、穩(wěn)態(tài)偏差小、高精度的機械臂10的控制。
另外，根據(jù)所述實施方式1的控制方法，通過利用壓力差誤差補償裝置15，進行將所述彈性體驅動器102的內部狀態(tài)反饋的內部壓力控制，并且利用目標壓力差計算裝置14，進行將作為所述彈性體驅動器102的目標內部狀態(tài)的一個例子的目標壓力差前饋的控制，就能夠實現(xiàn)響應性良好、穩(wěn)態(tài)偏差小、高精度的機械臂10的控制。
而且，圖6的控制系統(tǒng)中雖然將向目標內部狀態(tài)決定裝置105的輸入設為手指尖位置·姿勢的誤差，然而由于誤差是目標值和計測值的差，如圖14所示(像將根據(jù)在機械臂10中計測的關節(jié)角度向量的當前值q利用正運動學計算裝置21計算的手指尖位置·姿勢向量r與由目標軌道生成裝置11輸出的手指尖位置·姿勢目標向量rd的誤差re輸入近似逆運動學計算裝置23a那樣)方框圖可以變形，因此在輸入目標值的情況下和在輸入誤差的情況下，沒有本質上的不同。
(實施方式2)圖10是表示本發(fā)明的實施方式2的彈性體驅動器的控制裝置的構成的圖。圖10中，201為重力補償裝置。形成如下的控制系統(tǒng)，即，從目標軌道生成裝置11輸出機械臂10的目標關節(jié)角度向量qd，進行補償與由編碼器8計測的當前的關節(jié)角度向量q的差的關節(jié)角度的反饋控制。其他的構成與圖6所示的實施方式1的控制裝置相同，將說明省略。
向重力補償裝置201中輸入由編碼器9計測的當前的關節(jié)角度向量q，利用重力補償裝置201計算機械臂10的各連桿的姿勢，利用重力補償裝置201計算因重力的影響而在各關節(jié)軸中產生的扭矩值。扭矩值被輸入目標壓力差決定裝置14，補正計算目標壓力差ΔPd的式(1)的系數(shù)A、b。
根據(jù)圖10所示的控制裝置，通過在目標內部狀態(tài)決定裝置105中配設重力補償裝置201，就不會因為重力的影響使機械臂10向下方下垂，可以實現(xiàn)更高精度的控制。
(實施方式3)圖11是表示本發(fā)明的實施方式3的彈性體驅動器的控制裝置的構成的圖。圖11中，202為溫度補償裝置。在機械臂10上配設有作為內部狀態(tài)計測裝置107的一個例子溫度傳感器(未圖示)，測定彈性體驅動器102的彈性體的溫度T。其他的構成與圖10所示的實施方式2的控制裝置相同，將說明省略。
當彈性體驅動器102的彈性體的溫度變化時，彈性體的彈性率變化，計算目標壓力差ΔPd的式(1)的系數(shù)A、b變化。為了補償由該彈性體的溫度變化造成的影響，溫度T被輸入溫度補償裝置202，溫度補償裝置202中，以在各種溫度下利用實驗導出的系數(shù)A、b為基礎，將溫度T和系數(shù)A、b的關系利用多項式近似，計算利用這些多項式補正了的系數(shù)A、b。被補正了的系數(shù)A、b被輸入目標壓力差決定裝置14，基于式(1)，輸出被修正了的目標壓力差ΔPd。
如上所示，根據(jù)圖11所示的控制裝置，通過將作為內部狀態(tài)的溫度T輸入目標內部狀態(tài)決定裝置105，在目標內部狀態(tài)決定裝置105中配設溫度補償裝置202，就能夠除去由溫度變化造成的影響，實現(xiàn)更高精度的控制。
而且，雖然在所述各實施方式中，在目標壓力差計算裝置14中將關節(jié)角度和壓力差的關系用1次方程式近似，但是并不限定于此，當然也可以利用2次方程式等多元的多項式來近似。像這樣，在將彈性體驅動器的輸出和彈性體驅動器的內部狀態(tài)的關系用多項式來近似的情況下，所述目標內部狀態(tài)決定裝置105利用所述多項式，根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值計算決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值。另外，也可以不是用多項式來近似，而是形成如下的構成，即，利用所述目標內部狀態(tài)決定裝置105，將所述彈性體驅動器的輸出和所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的關系(例如關節(jié)角度和壓力差的關系)作為表格預先儲存于控制裝置的存儲器19a(參照圖4)中，基于表格，從所述彈性體驅動器的輸出的目標值(例如關節(jié)角度的目標值)中導出所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值(例如壓力差的目標值)。
另外，所述各實施方式中，雖然將輸出設為關節(jié)角度，但是并不限定于此，在將輸出計測裝置設為作為位移速度計測裝置的一個例子的位移速度傳感器，將輸出值設為位移速度而進行位移速度控制的情況下也相同。
另外，所述各實施方式中，雖然將輸出設為關節(jié)角度，但是并不限定于此，在將輸出計測裝置設為作為力計測裝置的一個例子的力傳感器，將輸出值設為力而進行力控制的情況下也相同。
另外，所述各實施方式中，雖然作為內部狀態(tài)計測裝置107的一個例子設置了傳感器，但是在設置觀測器，推定內部狀態(tài)，使用內部狀態(tài)的推定值的情況下也可以發(fā)揮相同的效果。
另外，所述各實施方式中，雖然作為彈性體驅動器，以由流體壓力驅動的流體壓力驅動器為例進行了說明，但是并不限定于此，即使對于利用電刺激來驅動導電性聚合物、電介體聚合物、各種凝膠等彈性體的驅動器的情況，通過采用電場或電荷量等作為內部狀態(tài)，也可以發(fā)揮相同的效果。
以下，將基于附圖對本發(fā)明的實施方式4以后的實施方式進行詳細說明。
以下的實施方式4以后的實施方式是要進一步解決如下的問題的方式。
所述MCKIBBEN型的驅動器在輸出重量比大、質輕的同時，還具有輸出高的特征。所以，就可以在驅動機械臂等可動機構的情況下不使用減速機構，利用連桿機構等直接傳動地驅動，不會有因借助減速機構而帶來的關節(jié)剛性的硬度，還兼有驅動器的柔軟性，可以實現(xiàn)柔性的可動機構。
但是在MCKIBBEN型的驅動器等利用空氣等流體壓力動作的流體壓力驅動器中，因流體的壓縮性造成的彈性的性質或流路阻力等影響，造成響應性差等彈性體驅動器難以控制的問題。
針對該問題，作為以往技術，在所述日本專利公報第2583272號公報中，公布有對于將伺服電機和流體壓力驅動器組合驅動的機械臂，可以通過設置延遲電路而描繪所需的軌道的控制裝置。
另外，當不使用減速機構，利用連桿機構等直接傳動地驅動時，由于無法忽視作用于臂等的構造材料上的重力、慣性力、離心力、科里奧利力等的影響，控制精度變差，因此需要利用計算扭矩法等考慮了動力學的控制閥來控制，另外，為了實現(xiàn)正確的關節(jié)扭矩，需要進行關節(jié)扭矩反饋控制等。
針對該問題，作為以往技術，在日本專利公報第3324298號公報中，公布有如下的控制裝置，即，通過進行如下的扭矩反饋控制，即，對于利用電機驅動的機械臂，使用計算扭矩法，并且將從基于作為扭矩目標值和扭矩當前值的差的扭矩偏差算出的扭矩控制值中減去了基于電機的當前角速度的值的指令值向電機供給，來實現(xiàn)穩(wěn)定并且高精度的扭矩控制，使機械臂能夠進行所需的運動。
但是，在所述日本專利公報第2583272號公報中所公布的具備延遲電路的控制裝置中，由于經(jīng)常發(fā)生相對于目標動作的延遲，因此響應性差，無法執(zhí)行需要實時性的作業(yè)。另外，僅在伺服電機和流體驅動器的組合的情況下發(fā)揮效果，而在僅由流體驅動器構成的機械臂中，無法發(fā)揮效果。
另外，所述日本專利公報第3324298號公報中所公布的具備扭矩反饋控制系統(tǒng)的控制裝置對于由電機驅動的機械臂是有效的，無法直接適用于由彈性體驅動器驅動的機械臂。
所以，本發(fā)明的實施方式4以后的實施方式的目的在于，解決所述以往的問題，提供如下的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置及控制方法，即，可以響應性良好地控制由彈性體驅動器驅動的機械臂等可動機構并且可以沒有重力、慣性力、離心力、科里奧利力等的影響地以高精度控制位置或力。
(實施方式4)圖15是表示本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的概念的方框圖。圖15中，1101為目標輸出生成裝置，生成利用由彈性膨脹收縮構造體1構成的彈性體驅動器驅動的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的位移、產生力等輸出的目標值。1104為與彈性體驅動器驅動型可動機構1102連接的輸出計測裝置，計測彈性體驅動器驅動型可動機構1102的輸出的計測值，將計測值分別向輸出誤差補償裝置1103輸入。1103是被輸入來自目標輸出生成裝置1101的目標值的輸出誤差補償裝置，按照使由輸出計測裝置1104計測的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的輸出的計測值追隨目標值的方式進行控制。1105是按照補償彈性體驅動器1所產生的驅動力的誤差的方式輸出驅動力誤差補償信息的驅動力誤差補償裝置，被輸入輸出誤差補償裝置1103的輸出和由與彈性體驅動器驅動型可動機構1102連接的驅動力計測裝置1107計測的驅動力的差。1106是被輸入來自驅動力誤差補償裝置1105的驅動力誤差補償信息的輸出信息和來自內部狀態(tài)計測裝置1108的內部狀態(tài)計測值的差而輸出內部狀態(tài)誤差補償信息的內部狀態(tài)誤差補償裝置，來自內部狀態(tài)誤差補償裝置1106的內部狀態(tài)誤差補償信息的輸出信息被輸入各個彈性體驅動器1，按照使各個彈性體驅動器1的內部狀態(tài)計測值追隨各個目標值的方式進行控制。1108是被與作為構成彈性體驅動器驅動型可動機構1102的各彈性體驅動器的彈性膨脹收縮構造體1連接的內部狀態(tài)計測裝置，分別測定作為彈性體驅動器驅動型可動機構1102的各彈性膨脹收縮構造體1的內部壓力的內部狀態(tài)計測值，將內部狀態(tài)計測值輸入內部狀態(tài)誤差補償裝置1106。
下面，對于實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的具體的例子，作為控制對象將以作為彈性體驅動器驅動型可動機構1102的一個例子的機械臂10A的控制裝置為例進行說明。
圖16是表示成為本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的控制對象的機械臂10A的構成的圖。圖16中，1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b(它們是針對各個彈性膨脹收縮構造體的參照符號，在代表性地指彈性膨脹收縮構造體時用參照符號1表示。)為彈性膨脹收縮構造體。彈性膨脹收縮構造體1如圖3所示，在用橡膠材料構成而作為驅動部發(fā)揮作用的管狀的空心彈性體2的外表面，配設有變形方向限制構件3，其在材料上被用難以伸長的樹脂或金屬的纖維絲以網(wǎng)狀編成，被按照將由管狀彈性體2的膨脹造成的半徑方向的變形轉換為軸向的長度的收縮，另一方面，將由管狀彈性體2的收縮造成的半徑方向的變形轉換為軸向的長度的膨脹的方式構成，成為將管狀彈性體2的兩個端部用密封構件4分別氣密性地密封的構造。當穿過在內部具有壓縮性流體所通過的流體的流路，相對于所述彈性體2的空心內部可以實現(xiàn)流體的注入或注出的管狀的流體通過構件5，供給空氣等壓縮性流體，利用所供給的壓縮性流體向管狀彈性體2的內部空間提供內壓時，則管狀彈性體2就會主要沿半徑方向膨脹，而由于被利用變形方向限制構件3的作用，轉換為管狀彈性體2的中心軸向的運動，全長收縮，因此可以作為直動驅動的彈性驅動器1102利用。
圖16的機械臂10A，將1組彈性膨脹收縮構造體1、1按照以關節(jié)軸為支點而相面對的方式配設，形成如下的對抗型驅動構造，即，當1組彈性膨脹收縮構造體1、1當中的任意一方的彈性膨脹收縮構造體1收縮并且另一方的彈性膨脹收縮構造體1伸長時，則力借助支點而發(fā)生作用，使關節(jié)軸旋轉，這樣就可以實現(xiàn)利用關節(jié)軸的正逆旋轉運動。具體來說，形成如下的構造，即，利用彈性膨脹收縮構造體1-1a和彈性膨脹收縮構造體1-1b(由于彈性膨脹收縮構造體1-1b位于彈性膨脹收縮構造體1-1a的背后，因此未圖示。)的對抗驅動，將第1關節(jié)軸6-1正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-2a和彈性膨脹收縮構造體1-2b的對抗驅動，將第2關節(jié)軸6-2正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-3a和彈性膨脹收縮構造體1-3b的對抗驅動，將第3關節(jié)軸6-3正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-4a和彈性膨脹收縮構造體1-4b的對抗驅動，將第4關節(jié)軸6-4正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-5a和彈性膨脹收縮構造體1-5b的對抗驅動，將第5關節(jié)軸6-5正逆旋轉驅動，利用彈性膨脹收縮構造體1-6a和彈性膨脹收縮構造體1-6b的對抗驅動，將第6關節(jié)軸6-6正逆旋轉驅動。
圖16的9-1a、9-1b、9-2a、9-2b、9-3a、9-3b、9-4a、9-4b、9-5a、9-5b、9-6a、9-6b是作為彈性膨脹收縮構造體1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的各自的內部狀態(tài)計測裝置的一個例子的壓力傳感器，被配設于各個流體通過構件5(流體注入出口)上，計測各個彈性膨脹收縮構造體內的壓力。
具體來說，所述機械臂10A是6自由度的機械臂，由相對于固定壁301沿著上下方向軸在沿橫向的平面內正逆旋轉的第1關節(jié)軸6-1、在沿著上下方向的平面內正逆旋轉的第2關節(jié)軸6-2、在第2臂308和第1臂311之間在沿著上下方向的平面內相互地進行正逆旋轉的第3關節(jié)軸6-3、在第2臂308和第1臂311之間在與第3關節(jié)軸6-3正交的軸向進行正逆旋轉的第4關節(jié)軸6-4、在第1臂311和手313之間在沿著上下方向的平面內相互地進行正逆旋轉的第5關節(jié)軸6-5、在第1臂311和手313之間在與第5關節(jié)軸6-5正交的軸向進行正逆旋轉的第6關節(jié)軸6-6構成。
第1關節(jié)軸6-1中，在上下端部被軸承304和305自由旋轉地并且沿著上下方向支撐的旋轉軸303的兩側自由旋轉地連結有圓形支撐體302、302，并且彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b(其中，彈性膨脹收縮構造體1-1b由于被配設于彈性膨脹收縮構造體1-1a的背后，因此未圖示。)的各一個端部被與固定壁301連結，并且各自的另一個端部被與所述各圓形支撐體302的支撐軸314連結。這樣，利用彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b的對抗驅動，就可以繞著第1關節(jié)軸6-1的旋轉軸303的上下軸Z在沿著橫向的平面內使機械臂的第1臂311和第2臂308的手313一體化地正逆旋轉運動。而且，上側的軸承305被用支撐棒306支撐于固定壁301上。
第2關節(jié)軸6-2中，在固定于旋轉軸303的兩側的2個圓形支撐體302、302和被與旋轉軸303的長邊方向正交地固定于旋轉軸303的固定壁301側的支撐體307、307之間，彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b被連結，利用彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b的對抗驅動，繞著第2關節(jié)軸6-2的支撐軸314的橫軸在沿著上下方向的面內，使機械臂10的第1臂311和第2臂308和手313一體化地正逆旋轉。
第3關節(jié)軸6-3中，在一端被固定于2個圓形支撐體302、302上的第2臂用連桿308的圓形支撐體302側，與第2臂用連桿308的長邊方向正交地固定有支撐體309、309，并且在第2臂用連桿308的頭端側，可以旋轉地連結有被與第1臂用連桿311的長邊方向正交地固定于第1臂用連桿311的一端的支撐體310。在第2臂用連桿308的支撐體309、309和固定于第1臂用連桿311的一端的支撐體310之間，連結有彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b，利用彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b的對抗驅動，繞著第3關節(jié)軸6-3的支撐軸315的橫軸，在沿著上下方向的面內，使機械臂10的第1臂311和第2臂308相對地正逆旋轉。
第4關節(jié)軸6-4中，在一端被固定于2個圓形支撐體302、302上的第2臂用連桿308的圓形支撐體302側，并且分別與支撐體309、309和第2臂用連桿308的長邊方向正交地固定有支撐體325、325，在該支撐體325、325和固定于第1臂用連桿311的一端的支撐體310之間，連結有彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b，利用彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b的對抗驅動，繞著與第3關節(jié)軸6-3正交的第4關節(jié)軸6-4，使機械臂10的第1臂311和第2臂308相對地正逆旋轉。
第5關節(jié)軸6-5中，在第1臂311的支撐體310、固定于手313的一端并且被可以旋轉地與第1臂311連結的支撐體312之間，連結有彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b，利用彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b的對抗驅動，繞著第5關節(jié)軸6-5的支撐軸326的橫軸，在沿著上下方向的面內，使手313相對于第1臂311正逆旋轉。
第6關節(jié)軸6-6中，在第1臂311的支撐體310、固定于手313的一端并且被可以旋轉地與第1臂311連結的支撐體312之間，與彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b相差90度相位地連接有彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b，利用彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b的對抗驅動，繞著與第5關節(jié)軸6-5正交的第6關節(jié)軸6-6，使手313相對于第1臂311正逆旋轉。
在彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b、彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b、彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b、彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b、彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b、彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b的各自上，如后述所示，連接有流量比例電磁閥18，全部的流量比例電磁閥18被與控制計算機19連接，利用控制計算機19的控制，經(jīng)過流量比例電磁閥18，控制彈性膨脹收縮構造體1-1a及1-1b、彈性膨脹收縮構造體1-2a及1-2b、彈性膨脹收縮構造體1-3a及1-3b、彈性膨脹收縮構造體1-4a及1-4b、彈性膨脹收縮構造體1-5a及1-5b、彈性膨脹收縮構造體1-6a及1-6b的各自的收縮·伸長動作。另外，在各關節(jié)軸上配設有作為用作輸出計測裝置的一個例子的位移計測裝置的一個例子的編碼器8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6及作為驅動力計測裝置的一個例子的扭矩傳感器7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6，利用編碼器8(編碼器8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6的總稱。)可以測定關節(jié)軸的關節(jié)角度，利用扭矩傳感器7(扭矩傳感器7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6的總稱。)可以測定因將彈性膨脹收縮構造體對抗驅動而產生的驅動扭矩。另外，在各彈性膨脹收縮構造體1上配設有作為用作內部狀態(tài)計測裝置107的一個例子的壓力計測裝置的一個例子的壓力傳感器9(壓力傳感器9-1a、9-1b、9-2a、9-2b、9-3a、9-3b、9-4a、9-4b、9-5a、9-5b、9-6a、9-6b的總稱。)，利用壓力傳感器9可以測定因各彈性膨脹收縮構造體1的驅動而變化的所述彈性膨脹收縮構造體1的內部壓力(內部狀態(tài)的一個例子)。
如果采用如上所述的構造，則可以形成多自由度，實現(xiàn)物體的把持·搬運等作為機械臂10A的基本的功能。
圖4是表示用于驅動作為實施方式1的彈性體驅動器的控制裝置的控制對象的機械臂10的空氣壓力供給系統(tǒng)的構成的圖，而所述空氣壓力供給系統(tǒng)的構成與用于驅動作為本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構1103的控制裝置的控制對象的機械臂10A的空氣壓力供給系統(tǒng)的構成相同，基于圖4，對實施方式4的空氣壓力供給系統(tǒng)的構成進行說明。而且，與前面的實施方式1相同，在圖4中僅記錄將機械臂10A的第3關節(jié)軸正逆旋轉驅動的部分，將其他的部分省略。
圖4中，16例如為壓縮機等空氣壓力源，17為由空氣壓力過濾器17a、空氣壓力減壓閥17b及空氣壓力用潤滑器17c構成一組的空氣壓力調整組件。18為例如通過用電磁鐵的力驅動滑閥等來控制流量的5端口流量控制電磁閥。19是作為控制部分一個例子的例如由一般的個人計算機構成的控制計算機，搭載有D/A板20，通過向5端口流量控制電磁閥18輸出電壓指令值，就能夠獨立地控制流過各個流體通過構件5的各個空氣的流量。另外，在控制計算機19上，搭載有預先儲存機械臂10的動作程序等的存儲器19a。
下面，對圖4所示的空氣壓力供給系統(tǒng)的動作進行說明。利用空氣壓力源16生成的高壓空氣被空氣壓力調整組件17減壓，例如被調整為600kPa這樣的一定壓力，向5端口流量控制電磁閥18供給。5端口流量控制電磁閥18的開度被與由控制計算機19經(jīng)過D/A板20輸出的電壓指令值成比例地控制。在從控制計算機19向5端口流量控制電磁閥18輸入了正的電壓指令值的情況下，就變?yōu)橛每諝鈮毫芈酚浱朅表示的狀態(tài)，從空氣壓力源16側向彈性膨脹收縮構造體1-3a側的流路開通，向彈性膨脹收縮構造體1-3a側供給與電壓指令值的絕對值成比例的流量的空氣。另外，彈性膨脹收縮構造體1-3b側朝向大氣壓側的流路開通，從彈性膨脹收縮構造體1-3b側向大氣中排出與電壓指令值的絕對值成比例的流量的空氣流。所以，如圖4所示，彈性膨脹收縮構造體1-3a的全長縮短，彈性膨脹收縮構造體1-3b的全長伸長，這樣第3關節(jié)軸6-3就以與電壓指令值的絕對值成比例的速度進行右轉運動。另一方面，在從控制計算機19向5端口流量控制電磁閥18輸入了負的電壓指令值的情況下，變?yōu)橐钥諝鈮毫芈酚浱朆表示的狀態(tài)，彈性膨脹收縮構造體的動作相反(即，彈性膨脹收縮構造體1-3a的全長伸長，彈性膨脹收縮構造體1-3b的全長縮短)，這樣第3關節(jié)軸6-3就進行左轉運動。
即，從5端口流量控制電磁閥18向彈性膨脹收縮構造體1側供給的空氣流利用流體通過構件5通過密封構件4，到達管狀彈性體2的內部，產生管狀彈性體2的內壓。雖然管狀彈性體2因產生的內壓而膨脹，然而受到變形方向限制構件3的編織為網(wǎng)狀的纖維絲的束縛作用(限制作用)，由膨脹造成的半徑方向的變形被限制而轉換為軸向的長度的收縮，如圖3的下側所示，彈性膨脹收縮構造體1的全長變短。另一方面，如果從5端口流量控制電磁閥18向大氣中排出空氣，減小管狀彈性體2的內壓，則因管狀彈性體2的彈性力而復原，膨脹被消除，彈性膨脹收縮構造體1的全長如圖3的上側所示地伸長。其結果是，圖3中，當考慮在右端被固定時，則因所述伸縮，在管狀彈性體2的左端就會有距離d的差。所以，通過對空氣壓力進行供給控制，則實施方式4的彈性膨脹收縮構造體1就可以作為直動位移的驅動器發(fā)揮作用。伸長·縮短量由于大致上與彈性膨脹收縮構造體1的內壓成比例，因此如果如圖4所示，利用控制計算機19控制5端口流量控制電磁閥18，來控制向彈性膨脹收縮構造體1供給的空氣流量，就可以控制彈性膨脹收縮構造體1的全長。
圖16所示的機械臂10A中，為了實現(xiàn)利用彈性膨脹收縮構造體1-1a和1-1b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-2a和1-2b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-3a和1-3b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-4a和1-4b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-5a和1-5b的對抗驅動、利用彈性膨脹收縮構造體1-6a和1-6b的對抗驅動，如圖5所示，在對抗的彈性膨脹收縮構造體1上分別配設5端口流量控制電磁閥18而構成相同的空氣壓力供給系統(tǒng)，利用從控制計算機19經(jīng)由D/A板20而向各個5端口流量控制電磁閥18輸出的電壓指令值，就可以同時對機械臂10A的全部的關節(jié)軸進行正逆旋轉驅動。
圖17是表示例如設于所述控制計算機19內的本發(fā)明的實施方式4的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的構成的圖。其中，圖17中，10A是作為彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的控制對象的、并且作為彈性體驅動器驅動型可動機構的一個例子的圖16所示的機械臂。從機械臂10A輸出利用各個關節(jié)軸的編碼器8計測的關節(jié)角度的當前值(關節(jié)角度向量)q＝[q1，q2，q3，q4，q5，q6]T、以利用各個關節(jié)軸上的力矩傳感器7計測的驅動力矩的當前值τ＝[τ1，τ2，τ3，τ4，τ5，τ6]T產生的驅動力矩、利用設于各個彈性膨脹收縮構造體1的壓力傳感器9計測的彈性膨脹收縮構造體1的內壓P＝[P1a，P1b，P2a，P2b，P3a，P3b，P4a，P4b，P5a，P5b，P6a，P6b]T。其中，q1，q2，q3，q4，q5，q6分別是第1關節(jié)軸6-1、第2關節(jié)軸6-2、第3關節(jié)軸6-3、第4關節(jié)軸6-4、第5關節(jié)軸6-5、第6關節(jié)軸6-6的關節(jié)角度。另外，τ1，τ2，τ3，τ4，τ5，τ6分別是使第1關節(jié)軸6-1、第2關節(jié)軸6-2、第3關節(jié)軸6-3、第4關節(jié)軸6-4、第5關節(jié)軸6-5、第6關節(jié)軸6-6旋轉的驅動力矩。另外，P1a，P1b，P2a，P2b，P3a，P3b，P4a，P4b，P5a，P5b，P6a，P6b分別是彈性膨脹收縮構造體1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的內壓。
另外，13是被輸入由機械臂10A分別輸出的利用壓力傳感器9計測的彈性膨脹收縮構造體1的各自的內壓P，即計測值P的壓力差計算裝置，根據(jù)壓力傳感器9的計測值P，利用壓力差計算裝置13計算壓力差ΔP＝[ΔP1，ΔP2，ΔP3，ΔP4，ΔP5，ΔP6]T＝[P1a-P1b，P2a-P2b，P3a-P3b，P4a-P4b，P5a-P5b，P6a-P6b]T，從壓力差計算裝置13中輸出。
121是被輸入作為從機械臂10A輸出的利用各個關節(jié)軸的編碼器8計測的關節(jié)角度的當前值q的關節(jié)角度向量q的正運動學計算裝置，利用正運動學計算裝置121進行從機械臂10A的關節(jié)角度向量q到手指尖位置·姿勢向量r的轉換的幾何學計算。
111為目標軌道生成裝置，從目標軌道生成裝置111中輸出用于實現(xiàn)作為目標的機械臂10A的動作的手指尖位置·姿勢目標向量rd。
輸出誤差補償裝置1103作為一個例子由能夠補償所輸出的位置誤差的位置誤差補償裝置112和逆動力學計算裝置124構成。向位置誤差補償裝置112中，輸入根據(jù)在機械臂10A中被計測的關節(jié)角度向量的當前值q利用正運動學計算裝置121計算的手指尖位置·姿勢向量r與由目標軌道生成裝置111輸出的手指尖位置·姿勢目標向量rd的誤差re，從位置誤差補償裝置112向逆動力學計算裝置124輸出位置誤差修正輸出up。在逆動力學計算裝置124中，利用下述的式(2)所示的基于機械臂的運動方程式的式子，計算用于修正手指尖位置·姿勢向量re的位置誤差修正力矩τp，被從逆動力學計算裝置124中作為輸出誤差補償信息輸出。
τp=M(q)Jr-1(q)[-J·r+(q)q·+up]+h(q,q·)+g(q)]]>……………………………式(2)其中，M(q)為慣性行列式，[式3]h(q,q·)]]>……………………………式(3)是表示離心力和科里奧利力的項，g(p)是表示重力負載的項，Jr(q)是雅可比行列式。
125是作為驅動力誤差補償裝置1105的一個例子的驅動力矩誤差補償裝置，作為由逆動力學計算裝置124輸出的位置誤差修正力矩τp與利用力矩傳感器7計測的力矩的當前值τ的差的力矩誤差τe被輸入驅動力矩誤差補償裝置125，從驅動力矩誤差補償裝置125中，按照補償驅動力矩的誤差的方式，作為驅動力誤差補償信息輸出力矩誤差修正壓力差ΔPτ。
115是作為內部狀態(tài)誤差補正裝置1106的一個例子的壓力差誤差補償裝置，從由驅動力矩誤差補償裝置125中輸出的力矩誤差修正壓力差ΔPτ中減去了由壓力差計算裝置113輸出的當前的壓力差ΔP的值(壓力差誤差ΔPe)被輸入壓力差誤差補償裝置115，從壓力差誤差補償裝置115中，按照補償內部壓力狀態(tài)的誤差的方式，向機械臂10A輸出壓力差誤差修正輸出u。壓力差誤差修正輸出u被經(jīng)過D/A板20而作為電壓指令值向各個5端口流量控制電磁閥18提供，各關節(jié)軸6被正逆旋轉驅動，使得機械臂10A動作。
對關于如上所述地構成的控制裝置的控制動作的原理進行說明。
控制動作的基本內容為利用位置誤差補償裝置112進行的手指尖位置·姿勢誤差re的反饋控制(位置控制)。作為位置誤差補償裝置112，例如如果使用PID補償器，則會按照使手指尖位置·姿勢誤差re收斂為0的方式進行控制，實現(xiàn)作為目標的機械臂10A的動作。
另外，由于通過配設逆動力學計算裝置124，來補償在機械臂10A中產生的慣性力或離心力等的動力學的影響，因此即使如圖16所示的機械臂10A那樣，采用在驅動關節(jié)時不使用減速機的直接傳動的驅動方法的情況下，也可以實現(xiàn)精度優(yōu)良的動作。
但是，為了使利用逆動力學計算裝置124獲得的動力學的影響的補償有效地發(fā)揮作用，需要有利用彈性體驅動器1作為關節(jié)驅動力產生所需的力矩的結構。
用于應對該問題的手段是利用驅動力矩誤差補償裝置125的力矩反饋控制。向驅動力矩誤差補償裝置125中，輸入作為位置誤差修正力矩τp和由力矩傳感器7計測的力矩的當前值τ的差的力矩誤差τe，按照使力矩誤差τe變?yōu)?的方式使驅動力矩誤差補償裝置125動作。即，利用驅動力矩誤差補償裝置125，正確地實現(xiàn)作為在修正位置誤差時所必需的力矩的位置誤差修正力矩τp，使利用逆動力學計算裝置124的對動力學的影響的補償有效地發(fā)揮作用。
但是，當被彈性體驅動器，例如利用圖16所示的空氣等流體動作的驅動器1驅動時，因彈性體驅動器1的彈性的要素，即流體的壓縮性或流路阻力等的影響，響應性變差，僅利用力矩反饋控制無法精度優(yōu)良地進行控制。
用于應對該問題的手段是利用壓力差誤差補償裝置115的壓力差ΔP的反饋控制。由于在壓力差誤差補償裝置115中被從驅動力矩誤差補償裝置125輸入力矩誤差修正輸出ΔPτ，因此當產生力矩誤差τe時，壓力差誤差補償裝置115動作，按照使力矩誤差τe收斂于0的方式進行壓力差的控制。所以，如圖17所示的控制系統(tǒng)所示，通過在進行力矩控制的力矩反饋循環(huán)的內側構成進行壓力差的控制的內部壓力反饋循環(huán)，就可以補償響應性的不足，實現(xiàn)力矩控制性能的提高。
對于基于以上的原理的控制程序的實際的動作步驟，基于圖18的流程圖進行說明。
步驟41中，由機械臂10A的各關節(jié)軸的編碼器8計測的關節(jié)角度數(shù)據(jù)(關節(jié)變量向量或關節(jié)角度向量q)被分別輸入所述控制裝置。
然后，在步驟42中，利用逆動力學計算裝置124進行在機械臂10A的運動學計算中所必需的雅可比行列式Jr等的計算，然后，在步驟43中，根據(jù)來自機械臂10A的關節(jié)角度數(shù)據(jù)(關節(jié)角度向量q)，利用正運動學計算裝置121計算機械臂10A的當前的手指尖位置·姿勢向量r(利用正運動學計算裝置121的處理)。
然后，在步驟44中，基于預先存儲于控制裝置的控制計算機19內的存儲器19a中的機械臂10A的動作程序，利用目標軌道計算裝置111計算機械臂10A的手指尖位置·姿勢目標向量rd。
然后，在步驟45中，計算作為手指尖位置·姿勢目標向量rd和當前的手指尖位置·姿勢向量r的差的手指尖位置·姿勢的誤差re，然后，在步驟46中，根據(jù)手指尖位置·姿勢的誤差re，利用位置誤差補償裝置112計算位置誤差修正輸出up(利用位置誤差補償裝置112的處理)。
作為位置誤差補償裝置112的具體例可以考慮PID補償器。對于PID補償器的情況，在步驟46中，在手指尖位置·姿勢的誤差re上乘以了比例增益的值、在手指尖位置·姿勢的誤差re的微分值上乘以了微分增益的值及在手指尖位置·姿勢的誤差re的積分值上乘以了積分增益的值這3個值的合計值成為位置誤差修正輸出up。通過對作為常數(shù)的對角行列式的比例、微分、積分的3個增益進行適當?shù)卣{整，就會按照使位置誤差收斂于0的方式進行控制。
然后，在步驟47中，進行在動力學計算中所必需的慣性行列式M(q)、離心力·科里奧利力項[式4]h(q,q·)]]>………………………………式(4)、重力項g(q)的計算，然后，在步驟48中，使用所述式(2)，計算位置誤差修正力矩τp(利用逆動力學計算裝置124的處理)。
然后，在步驟49中，通過從位置誤差修正力矩τp中減去力矩傳感器7的計測值τ，計算力矩誤差τe。
然后，在步驟50中，根據(jù)力矩誤差τe，利用驅動力矩誤差補償裝置125計算力矩誤差修正壓力差ΔPτ(利用驅動力矩誤差補償裝置125的處理)。作為驅動力矩誤差補償裝置125的具體例可以考慮PID補償器。對于PID補償器的情況，在步驟50中，在力矩誤差τe上乘以了比例增益的值、在力矩誤差τe的微分值上乘以了微分增益的值及在力矩誤差τe的積分值上乘以了積分增益的值這3個值的合計值成為力矩誤差修正壓力差ΔPτ。
然后，在步驟51中，由作為內部狀態(tài)計測裝置107的一個例子的壓力傳感器9分別計測的彈性體驅動器1的各自的內部壓力值被輸入控制裝置，利用壓力差計算裝置113計算被對抗驅動的彈性體驅動器1的內部壓力間的當前的壓力差ΔP。
然后，在步驟52中，利用壓力差誤差補償裝置115，計算從在步驟50中利用驅動力矩誤差補償裝置125計算的力矩誤差修正壓力差ΔPτ中，減去了在步驟51中利用壓力差計算裝置113計算的當前的壓力差ΔP的壓力差誤差ΔPe(利用壓力差誤差補償裝置115的處理)。然后，在步驟53中，根據(jù)壓力差誤差ΔPe，利用壓力差誤差補償裝置115計算壓力差誤差修正輸出u(利用壓力差誤差補償裝置115的處理)。作為壓力差誤差補償裝置115，例如可以考慮PID補償器。
然后，在步驟54中，壓力差誤差修正輸出u被從壓力差誤差補償裝置115提供給機械臂10A，具體來說，是經(jīng)過機械臂10A的控制計算機19內的D/A板20，提供給各個流量控制閥18，各個流量控制閥18通過改變各個彈性體驅動器1內的壓力而產生機械臂10A的各個關節(jié)軸的正逆旋轉運動。
通過將以上的步驟41～步驟54作為控制的計算循環(huán)反復執(zhí)行，來實現(xiàn)機械臂10A的動作的控制。
如上所示，根據(jù)所述實施方式4的控制裝置，通過配設驅動力矩誤差補償裝置125(驅動力矩誤差補償裝置125實際上被作為控制程序的一部分記述，由控制計算機執(zhí)行。)，構成將由所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102產生的驅動力矩反饋的力矩反饋控制系統(tǒng)，并且還在驅動力矩誤差補償裝置125和彈性體驅動器驅動型可動機構1102之間配設壓力差誤差補償裝置115，構成將所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102的各彈性膨脹收縮構造體1的內部狀態(tài)反饋的內部壓力控制系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少的、高精度的機械臂10A的控制。
另外，根據(jù)所述實施方式4的控制方法，通過配設驅動力矩誤差補償裝置125，構成將由所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102產生的驅動力矩反饋的力矩反饋控制系統(tǒng)，并且還在驅動力矩誤差補償裝置125和彈性體驅動器驅動型可動機構1102之間配設壓力差誤差補償裝置115，構成將所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102的各彈性膨脹收縮構造體1的內部狀態(tài)反饋的內部壓力控制系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少的、高精度的機械臂10A的控制。
(實施方式5)圖19是表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的概念的方框圖。圖19中，1101為目標輸出生成裝置，生成由彈性體驅動器1驅動的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的位移、產生力等輸出的目標值。1104為與彈性體驅動器驅動型可動機構1102連接的輸出計測裝置，計測彈性體驅動器驅動型可動機構1102的輸出的計測值，將計測值分別向輸出誤差補償裝置1103輸入。1103是被輸入來自目標輸出生成裝置1101的輸出目標值和來自輸出計測裝置1104的輸出計測值的輸出誤差而將輸出誤差補償信息輸出的輸出誤差補償裝置，其如下進行控制，即，通過利用輸出誤差補償裝置1103補償輸出誤差地將輸出誤差補償信息輸出，來使由輸出計測裝置1104計測的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的輸出的計測值追隨目標值。1105是補償彈性體驅動器1所產生的驅動力的誤差的驅動力誤差補償裝置，來自輸出誤差補償裝置1103的輸出誤差補償信息的輸出和由與彈性體驅動器驅動型可動機構1102連接的驅動力計測裝置1107計測的驅動力的差被輸入驅動力誤差補償裝置115，輸出能夠補償驅動力的誤差的驅動力誤差補償信息。1109是被輸入目標輸出生成裝置1101所生成的輸出目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置，根據(jù)所述輸出的目標值，決定彈性體驅動器驅動型可動機構1102的彈性體驅動器1的內部狀態(tài)目標值。1106是被輸入由驅動力誤差補償裝置1105輸出的驅動力誤差補償信息及由目標內部狀態(tài)決定裝置1109輸出的輸出信息的和、由內部狀態(tài)計測裝置1108輸出的內部狀態(tài)計測值的差，而輸出內部狀態(tài)誤差補償信息的內部狀態(tài)誤差補償裝置，來自內部狀態(tài)誤差補償裝置1106的內部狀態(tài)誤差補償信息的輸出信息被輸入彈性體驅動器驅動型可動機構1102的各個彈性體驅動器1，按照使各個彈性體驅動器1的內部狀態(tài)計測值追隨目標值的方式進行控制。1108是被與彈性體驅動器驅動型可動機構1102的各彈性體驅動器1連接的內部狀態(tài)計測裝置，利用內部狀態(tài)計測裝置測定作為各彈性體驅動器1的內部壓力的內部狀態(tài)計測值1108，將內部狀態(tài)計測值輸入內部狀態(tài)誤差補償裝置1106。
下面，對于實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的具體的例子，作為控制對象以作為彈性體驅動器驅動型可動機構1102的一個例子的機械臂10A的控制裝置為例進行說明。由于機械臂10A的詳細情況與實施方式4相同，因此將詳細情況省略。
圖20是進一步具體表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的構成的圖。
圖20中，126是作為目標內部狀態(tài)決定裝置1109的一個例子的目標壓力差決定裝置。向目標壓力差計算裝置126中，輸入由目標軌道生成裝置111輸出的目標關節(jié)角度向量qd，根據(jù)目標關節(jié)角度向量qd，利用目標壓力差計算裝置126算出目標壓力差(壓力差的目標值)ΔPd＝[ΔP1d，ΔP2d，ΔP3d，ΔP4d，ΔP5d，ΔP6d]T，從目標壓力差計算裝置126向壓力差誤差補償裝置115輸出壓力差的目標值。其中，ΔP1d，ΔP2d，ΔP3d，ΔP4d，ΔP5d，ΔP6d分別是彈性膨脹收縮構造體1-1a和1-1b的、彈性膨脹收縮構造體1-2a和1-2b的、彈性膨脹收縮構造體1-3a和1-3b的、彈性膨脹收縮構造體1-4a和1-4b的、彈性膨脹收縮構造體1-5a和1-5b的、彈性膨脹收縮構造體1-6a和1-6b的壓力差的目標值。
向作為內部狀態(tài)誤差補償裝置1106的一個例子的壓力差誤差補償裝置115中，輸入在由目標壓力差計算裝置126輸出的目標壓力差ΔPd上，加上了來自驅動力矩誤差補償裝置1105的力矩誤差修正壓力差ΔPτ，并減去了來自壓力差計算裝置113的當前的壓力差ΔP的值(壓力差誤差ΔPe)，從壓力差誤差補償裝置15中，按照補償內部壓力狀態(tài)的誤差的方式，向機械臂10A輸出壓力差誤差修正輸出u。壓力差誤差修正輸出u被經(jīng)過D/A板20作為電壓指令值提供給各個5端口流量控制電磁閥18，各關節(jié)軸6被正逆旋轉驅動，使機械臂10A動作。
對關于如上所述地構成的控制裝置的控制動作的原理進行說明。
控制動作的基本內容為利用位置誤差補償裝置112進行的手指尖位置·姿勢誤差re的反饋控制(位置控制)。作為位置誤差補償裝置112，例如如果使用PID補償器，則會按照使手指尖位置·姿勢誤差re收斂為0的方式進行控制，實現(xiàn)作為目標的機械臂10A的動作。
另外，由于通過配設逆動力學計算裝置124，來補償在機械臂10A中產生的慣性力或離心力等的動力學的影響，因此與實施方式1的圖2所示的機械臂10相同，即使采用在驅動關節(jié)時不使用減速機的直接傳動的驅動方法的情況下，也可以實現(xiàn)精度優(yōu)良的動作。
但是，為了使利用逆動力學計算裝置124獲得的動力學的影響的補償有效地發(fā)揮作用，需要有利用彈性體驅動器1作為關節(jié)驅動力產生所需的力矩的結構。
用于應對該問題的手段是利用驅動力矩誤差補償裝置125的力矩反饋控制。向驅動力矩誤差補償裝置125中輸入作為位置誤差修正力矩τp和由力矩傳感器7計測的力矩的當前值τ的差的力矩誤差τe，按照使力矩誤差τe變?yōu)?的方式使驅動力矩誤差補償裝置125動作。即，利用驅動力矩誤差補償裝置125，正確地實現(xiàn)作為在修正位置誤差時所必需的力矩的位置誤差修正力矩τp，使利用逆動力學計算裝置124的對動力學的影響的補償有效地發(fā)揮作用。
但是，當被彈性體驅動器，例如利用圖16所示的空氣等流體動作的驅動器驅動時，因彈性體驅動器1的彈性的要素，即流體的壓縮性或流路阻力等的影響，響應性變差，僅利用力矩反饋控制無法精度優(yōu)良地進行控制。
用于應對該問題的手段是利用壓力差誤差補償裝置115的壓力差ΔP的反饋控制。由于在壓力差誤差補償裝置115中被從驅動力矩誤差補償裝置125輸入力矩誤差修正輸出ΔPτ，因此當產生力矩誤差τe時，壓力差誤差補償裝置115動作，按照使力矩誤差τe收斂于0的方式進行壓力差的控制。所以，如圖20所示的控制系統(tǒng)所示，通過在進行力矩控制的力矩反饋循環(huán)的內側構成進行壓力差的控制的內部壓力反饋循環(huán)，就可以補償響應性的不足，實現(xiàn)力矩控制性能的提高。
但是，僅設置壓力差誤差補償裝置115，雖然響應性被改善，但是還會產生位置的穩(wěn)態(tài)偏差，殘留有無法提高定位精度的問題。這是由如下的因素引起的，即，未將在實現(xiàn)目標關節(jié)角度向量qd中所必需的壓力差作為目標值輸入壓力差誤差補償裝置115。
用于應對該問題的手段是目標壓力差計算裝置126。當進行利用圖3所示的1組彈性膨脹收縮構造體1、1的對抗驅動實現(xiàn)的關節(jié)軸的正逆旋轉驅動時，關節(jié)角度和1組彈性膨脹收縮構造體1的內部壓力差的關系例如如圖21所示。圖21是作為一個例子，使用了全長250mm、內徑10mm的彈性膨脹收縮構造體(MCKIBBEN型空氣壓力人工肌肉)時的結果。如圖21中所示，測定結果可以大致用直線來近似。所以，作為計算目標壓力差ΔPd的式子，可以使用表示直線的1次式(式5)ΔPd＝Aqd+b ……(式5)其中，A、b為系數(shù)，可以根據(jù)圖21的測定結果求得。所以，在目標壓力差計算裝置126中，通過利用式(5)根據(jù)目標關節(jié)角度向量qd計算目標壓力差ΔPd，輸入壓力差誤差補償裝置115，就可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差小的高精度的位置控制。
圖22是表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的其他的構成的圖。
圖22的控制裝置中，目標內部狀態(tài)決定裝置1109，被作為與圖20不同的例子，由目標壓力差計算裝置126和近似逆運動學計算裝置127構成。向近似逆運動學計算裝置127中輸入在機械臂10A中計測的手指尖位置·姿勢向量r與由目標軌道生成裝置111輸出的手指尖位置·姿勢目標向量rd的誤差re、關節(jié)角度向量的當前值q，根據(jù)誤差re、由關節(jié)角度向量的當前值q計算的雅可比行列式Jr，利用qe＝Jr-1re的計算式，近似地算出關節(jié)角度向量的誤差qe。向目標壓力差計算裝置126中，作為基于在機械臂10A中計測的關節(jié)角度向量的當前值q與利用近似逆運動學計算裝置127計算的關節(jié)角度向量的誤差qe的加和的目標關節(jié)角度向量qd，輸入qd＝q+Jr(q)-1re，根據(jù)目標關節(jié)角度向量qd，利用目標壓力差計算裝置126算出目標壓力差(壓力差的目標值)ΔPd＝[ΔP1d，ΔP2d，ΔP3d，ΔP4d，ΔP5d，ΔP6d]T，從目標壓力差計算裝置126向壓力差誤差補償裝置115，輸出壓力差的目標值。
即使是此種圖22所示的構成，也與圖20的構成相同，通過計算目標壓力差ΔPd，輸入壓力差誤差補償裝置115，就可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差小的高精度的位置控制。
圖26是表示本發(fā)明的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的其他的構成的圖。
圖26的控制裝置與作為圖19的控制裝置的具體例的圖20的控制裝置相比，在目標軌道生成裝置111輸出目標關節(jié)角度向量qd方面，沒有正運動學計算裝置121，被輸入關節(jié)角度向量q，將作為目標關節(jié)角度向量qd與關節(jié)角度向量q的差的關節(jié)角度向量的誤差qe輸入位置誤差補償裝置112的方面，向目標壓力差計算裝置126輸入目標關節(jié)向量qd方面不同，其他的部分為相同的構成。所以，根據(jù)圖26的控制裝置，通過提供目標關節(jié)向量qd，就能夠按照使關節(jié)角度向量q變?yōu)槟繕岁P節(jié)向量qd的方式控制。
圖25表示驗證了本發(fā)明的控制裝置的性能的實驗結果。為了容易理解因采用本發(fā)明的控制裝置的構成而獲得的效果，圖25的實驗結果是利用圖26所示的控制裝置，僅使圖2所示的機械臂10A的第6關節(jié)6-6動作，進行了第6關節(jié)6-6的旋轉角q6的控制的結果。驅動第6關節(jié)6-6的彈性膨脹收縮構造體1將管狀彈性體2的全長設為17cm，將內徑設為1cm。關節(jié)軸6-3與6-4的交點及關節(jié)軸6-5與6-6的交點間的距離設為28cm。在把手部附加有錘子，使得繞著關節(jié)軸6-6的慣性動量達到0.0045kgm2。另外，由空氣壓力源16供給的高壓空氣被利用空氣壓力調整組件17將壓力調整為0.6Mpa，向5端口流量控制電磁閥18供給。
圖25中以實線表示的結果是利用圖19的實施方式5的控制裝置，更具體來說，是利用以圖26的構成表示的控制裝置得到的控制結果。目標值是在0°和35°之間每2秒鐘階梯狀變化的目標值。
另一方面，圖25中以虛線表示的結果如圖28的構成所示，是按照使作為由機械臂10A輸出的關節(jié)角度向量的當前值q與利用目標軌道生成裝置111輸出的目標關節(jié)角度向量qd的差的關節(jié)角度向量的誤差qe達到0的方式控制的僅為單純的位置控制的構成的情況的結果。
觀察圖25即可發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本實施方式5的控制裝置的構成，與僅為單純的位置控制的情況相比，控制精度提高。
如上所示，根據(jù)所述實施方式5的控制裝置，通過配設驅動力矩誤差補償裝置125，構成將由所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102產生的驅動力矩反饋的力矩反饋控制系統(tǒng)，并且在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102和驅動力矩誤差補償裝置125之間配設壓力差誤差補償裝置115，構成將所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102的內部狀態(tài)反饋的內部壓力控制系統(tǒng)，并且還配設目標壓力差計算裝置126，將目標壓力差向驅動力矩誤差補償裝置125和壓力差誤差補償裝置115之間輸入而前饋，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少并且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的機械臂10A的控制。
另外，根據(jù)所述實施方式5的控制方法，通過在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102上配設驅動力矩誤差補償裝置125，構成將由所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102產生的驅動力矩反饋的力矩反饋控制系統(tǒng)，并且在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102和驅動力矩誤差補償裝置125之間配設壓力差誤差補償裝置115，構成將所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102的內部狀態(tài)反饋的內部壓力控制系統(tǒng)，并且還配設目標壓力差計算裝置126，將目標壓力差向驅動力矩誤差補償裝置125和壓力差誤差補償裝置115之間輸入而前饋，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少并且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的機械臂10A的控制。
而且，圖22的控制系統(tǒng)中，雖然將向目標內部狀態(tài)決定裝置1109的輸入設為手指尖位置·姿勢的誤差re，然而由于誤差re是目標值和計測值的差，像將根據(jù)在機械臂10A中計測的關節(jié)角度向量的當前值q利用正運動學計算裝置121計算的手指尖位置·姿勢向量r與由目標軌道生成裝置111輸出的手指尖位置·姿勢目標向量rd的誤差re輸入近似逆運動學計算裝置123a那樣，方框圖可以變形，因此在輸入目標值的情況下和在輸入誤差的情況下，沒有本質上的不同。
(實施方式6)圖23是表示本發(fā)明的實施方式6的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的概念的方框圖。
圖23所示的實施方式6的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的構成要素雖然與圖19所示的實施方式5的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置相同，但是各方框的輸入輸出關系不同。圖23的控制裝置中，內部狀態(tài)被向內部狀態(tài)誤差補償裝置1106反饋的循環(huán)并不處于將驅動力向驅動力誤差補償裝置1105反饋的循環(huán)的內部，而是形成獨立存在的構成，成為利用將來自內部狀態(tài)誤差補償裝置1106的內部狀態(tài)誤差補償信息的輸出和來自驅動力誤差補償裝置1105的驅動力誤差補償信息的輸出相加后的信號驅動彈性體驅動器驅動型可動機構1102的構成。
下面，對于實施方式6的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的具體的例子，作為控制對象以作為彈性體驅動器驅動型可動機構1102的一個例子的機械臂10A的控制裝置為例進行說明。機械臂10A的詳細情況由于與實施方式4相同，因此將詳細情況省略。
圖24是進一步具體表示本發(fā)明的實施方式6的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的構成的圖。圖24所示的控制裝置中，向機械臂10A中輸入將壓力差誤差補償裝置115的輸出和驅動力矩誤差補償裝置的輸出相加后的信號。
通過采用此種構成，在目標壓力差計算裝置126中，例如通過利用式(5)根據(jù)目標關節(jié)角度向量qd計算目標壓力差ΔPd，從目標壓力差計算裝置126向壓力差誤差補償裝置115輸入目標壓力差ΔPd，就可以與實施方式5的控制裝置的情況相同地實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差小的高精度的位置控制。
圖27是表示本發(fā)明的實施方式6的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置的其他的構成的圖。
圖27的控制裝置與作為圖23的控制裝置的具體例的圖24的控制裝置相比，在目標軌道生成裝置111輸出目標關節(jié)角度向量qd方面，沒有正運動學計算裝置121，被反饋關節(jié)角度向量q，將作為目標關節(jié)角度向量qd與關節(jié)角度向量q的差的關節(jié)角度向量的誤差qe輸入位置誤差補償裝置112的方面，向目標壓力差計算裝置126輸入目標關節(jié)向量qd方面不同，其他的部分為相同的構成。所以，根據(jù)圖27的控制裝置，通過提供目標關節(jié)向量qd，就能夠按照使關節(jié)角度向量q變?yōu)槟繕岁P節(jié)向量qd的方式控制。
圖25表示驗證了本發(fā)明的控制裝置的性能的實驗結果。實驗的詳細情況由于已經(jīng)在所述實施方式5中說明，因此省略。
圖25中以單點劃線表示的結果是利用圖23的實施方式6的控制裝置，更具體來說，是利用以圖27的構成表示的控制裝置得到的控制結果。
觀察圖25即可發(fā)現(xiàn)，根據(jù)實施方式6的控制裝置的構成，和實施方式5的情況相同，與僅為單純的位置控制的情況相比，控制精度提高。
如上所示，根據(jù)所述實施方式6的控制裝置，通過在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102上配設驅動力矩誤差補償裝置125，構成將由所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102產生的驅動力矩反饋的力矩反饋控制系統(tǒng)，并且與驅動力矩誤差補償裝置125獨立地，在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102上配設目標壓力差計算裝置126及壓力差誤差補償裝置115，構成將所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102的內部狀態(tài)反饋的、與力矩反饋系統(tǒng)獨立的壓力控制系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少并且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的機械臂10A的控制。
另外，根據(jù)所述實施方式6的控制方法，通過在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102上配設驅動力矩誤差補償裝置125，構成將由所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102產生的驅動力矩反饋的力矩反饋控制系統(tǒng)，并且與驅動力矩誤差補償裝置125獨立地，在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102上配設目標壓力差計算裝置126及壓力差誤差補償裝置115，構成將所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102的內部狀態(tài)反饋的、與力矩反饋系統(tǒng)獨立的壓力控制系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少并且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的機械臂10A的控制。
(實施方式7)圖29是具體地表示將圖19所示的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置應用于如下的作業(yè)的情況的控制裝置的構成的圖，即，如圖30所示，利用機械臂1400把持工具1407，沿與固定面1406垂直的方向(xc方向)進行用力F推壓的力控制，同時，沿與固定面1406平行的方向(yc、zc方向)進行位置控制。圖29中，與作為圖19的具體例之一的圖22所示的控制裝置相同的構成的部位使用相同的編號，以下將其說明省略。另外，在圖30中，1405是配置于手313上的力傳感器，測定手指尖所產生的力向量F＝[Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx，My，Mz]T，即工具1407被向固定面1406推壓的力。其中，F(xiàn)x，F(xiàn)y，F(xiàn)z分別表示x方向、y方向、z方向的平動力，Mx，My，Mz分別表示繞x軸的力動量、繞y軸的力動量、繞z軸的力動量。其他的構造由于與圖16所示的機械臂10A相同，因此將詳細的說明省略。
圖29所示的控制裝置中，與圖22所示的控制裝置相比，在如下方面不同，即，輸出誤差補償裝置1103的構成不同，另外，從機械臂1400中作為輸出，除了關節(jié)角度向量q以外，還利用力傳感器1405輸出機械臂1400的手指尖所產生的力向量F。
圖29中，1401為位置誤差提取裝置，被輸入位置誤差re，僅提取進行位置控制的方向(yc、zc方向)的位置誤差rex，向位置誤差補償裝置112輸出。進行位置控制的方向的位置誤差的提取當圖30中所示的坐標軸x與xc、y與yc、z與zc分別平行時，利用下述的式(6)執(zhí)行。
rer=000000010000001000000100000010000001re]]>……式(6)1402為力誤差提取裝置，被輸入作為手指尖所產生的力向量F與由目標軌道生成裝置111輸出的手指尖所產生的目標力向量Fd的誤差的力誤差Fe，僅提取進行力控制的方向(xc方向)的力誤差Fex，向力誤差補償裝置1403輸出。進行力控制的方向的力誤差的提取當圖30中所示的坐標軸x與xc、y與yc、z與zc分別平行時，利用下述的式(7)執(zhí)行。
Fex=100000000000000000000000000000000000Fe]]>……式(7)從力誤差補償裝置1403中向力-力矩轉換裝置1404輸出力誤差修正輸出uF。力-力矩轉換裝置1404被利用下述的式(8)所示的式子，計算并輸出用于修正力誤差Fe的力誤差修正τF。
τF＝JTruF…………………………式(8)從輸出誤差補償裝置1103中，作為輸出誤差補償信息輸出將位置誤差修正τp和力誤差修正力矩τF相加后的值。
控制動作的基本內容是同時地實現(xiàn)利用位置誤差補償裝置112進行的手指尖位置·姿勢誤差re的反饋控制(位置控制)、利用力誤差補償裝置1403進行的手指尖所產生的力F的反饋控制(力控制)的位置和力的復合控制。如果作為位置誤差補償裝置112，例如使用PID補償器，作為力誤差補償裝置1403，例如使用PI補償器，則會按照使手指尖位置·姿勢誤差re收斂于0的方式進行控制，并且，按照使手指尖所產生的力誤差Fe收斂于0的方式進行控制，因此就可以實現(xiàn)作為目標的機械臂1400的動作。
如上所示，通過設置驅動力矩誤差補償裝置125及壓力差誤差補償裝置115，可以進行響應性良好、精度高的力矩反饋控制，因此就能夠實現(xiàn)響應性良好、精度高的力控制。所以，通過將圖30所示的工具1407向作為固定面1406的壁面的推壓控制應用于各種各樣的作業(yè)中，例如就能夠以高安全性實現(xiàn)擦窗動作、桌子的頂面擦拭動作等使用的作業(yè)。
(實施方式8)
下面，作為本發(fā)明的實施方式8，對于圖15所示的彈性體驅動器型可動機構的控制裝置的其他的具體例，以作為彈性體驅動器使用導電性高分子驅動器的情況為例進行說明。機械臂10A的詳細情況由于除了作為彈性體驅動器使用導電性高分子驅動器以外，與實施方式4相同，因此將詳細情況省略。
圖32A～圖32C是表示了作為本發(fā)明的實施方式8的導電性高分子驅動器的一個例子的人工肌肉驅動器1301的概略的剖面圖。另外，圖33中表示了其外形圖。
圖32A～圖32C中，1311是作為伴隨著氧化還原反應而膨脹收縮變形的導電性高分子制的矩形的伸縮體的伸縮板，被配置于充滿由圓筒形的盒體1321、圓板狀的蓋子1322包圍的空間的作為電解質托體層的電解液1313的液體中的大致中央部。作為電解液，可以利用將NaPF6、TBAPF6等電解質溶解于水或碳酸丙烯酯等有機溶劑中的電解液、BMIPF6等離子性液體。特別是，由于作為陰離子含有PF6的電解質因與作為導電性高分子的聚吡咯的組合可以獲得很大的位移，因此優(yōu)選。
作為構成導電性高分子的伸縮板1311的導電性高分子，可以利用聚吡咯、聚苯胺或聚甲氧基苯胺等，但是聚吡咯因位移大而優(yōu)選。另外，導電性高分子的伸縮板1311的厚度優(yōu)選數(shù)十μm左右。當比其更薄時，則強度上較弱，當比其更厚時，則離子無法進出到導電性高分子的伸縮板1311的內部，因此不夠理想。
在導電性高分子的伸縮板1311的長邊方向的兩端連接有桿1323a、1323b，桿1323a貫穿設于蓋子1322上的密封構件1324a，桿1323b貫穿設于盒體1321上的密封構件1324b，分別向蓋子1322及盒體1321的外部突出。
與導電性高分子的伸縮板1311連接的配線被經(jīng)過設于蓋子1322上的密封構件1324c、開關1304、電流測定裝置1326而與電源1303連接。在電源1303的另一方的電極上，連接有對電極1325。對電極1325穿過設于蓋子1322上的密封構件1324d，與填充于盒體1321內的空間中的電解液1313接觸。
另外，電源1303、開關1304被利用未圖示的控制裝置，以電流測定裝置1326的信息為基礎3而適當?shù)剡M行電壓調整、開關，控制人工肌肉驅動器1301的動作。
下面，對該人工肌肉驅動器1301的作用進行說明。
作為導電性高分子的伸縮板1311收縮的原因，有陰離子(anion)的出入、陽離子(cation)的出入、高分子構造的變化等，然而在利用圖32A、圖32B及圖32C的對動作原理的說明中，由于在聚吡咯等材料體系中陰離子的摻雜、未摻雜被作為主要的變形的機理，因此對陰離子的出入進行敘述。
圖32A表示在開關關閉的狀態(tài)下未向導電性高分子的伸縮板1311施加電壓的狀態(tài)，圖32B表示向導電性高分子的伸縮板1311施加了正的電位的情況。當向導電性高分子的伸縮板1311施加電壓時，在未施加電壓時均勻地存在于作為電解質托體層的電解液1313中的陰離子被拉向正電極側的導電性高分子的伸縮板1311側，從而進入導電性高分子的伸縮板1311內。伴隨著該氧化過程，導電性高分子的伸縮板1311伸長，從而能夠利用桿1323a、1323b給出導電性高分子的伸縮板1311的伸長方向的位移。另外，圖32C表示向導電性高分子的伸縮板1311施加了負壓的情況。存在于導電性高分子的伸縮板1311中的陰離子被拉向相面對的對電極1325，從而在作為電解質托體層的電解液1313中脫離，伴隨著該還原過程，導電性高分子的伸縮板1311收縮，從而能夠利用桿1323a、1323b給出收縮方向的位移。
由于已知因如上所述的陰離子的出入而動作的導電性高分子驅動器的位移量或者產生力與所注入的電荷量大致成比例，因此在本實施方式8中，作為計測內部狀態(tài)時的內部狀態(tài)量使用電荷量。
圖34是表示用于驅動作為本發(fā)明的實施方式8的彈性體驅動器驅動性可動機構1102的控制裝置的控制對象的機械臂10A的電源系統(tǒng)的構成的圖。圖34中，僅記錄了將機械臂10A的第3關節(jié)軸6-3正逆旋轉驅動的部分，將其他的部分省略。圖34中，1351-3a、1351-3b為驅動電源，由電壓可變電源1352-3a、1352-3b及電流計1353-3a、1353-3b構成，被與導電性高分子驅動器1301-3a、1301-3b(彈性膨脹收縮構造體1-3a和彈性膨脹收縮構造體1-3b的一個例子)連接，施加電壓。19是由作為控制部的一個例子的例如一般的個人計算機構成的控制計算機，搭載有D/A板20，通過向電壓可變電源1352-3a、1352-3b輸出電壓指令值，就能夠獨立地控制施加在各個導電性高分子驅動器1301-3a、1301-3b上的電壓值，由此就可以驅動導電性高分子驅動器1301-3a、1301-3b。另外，在控制計算機19上搭載有A/D板1354，能夠將由電流計1353-3a、1353-3b計測的電流值輸入控制計算機19。
圖31是表示本發(fā)明的實施方式8的彈性體驅動器驅動型可動機構1102的控制裝置的構成的圖。圖31中，1201是作為內部狀態(tài)誤差補償裝置1106的一個例子的電荷量誤差補償裝置。向電荷量誤差補償裝置1201中，輸入從來自作為驅動力矩誤差補償裝置1105的一個例子的驅動力矩誤差補償裝置125的力矩誤差修正電荷量cτ中，減去了通過將由驅動電源(對于導電性高分子驅動器1301-3a的情況，為驅動電源1351-3a，對于導電性高分子驅動器1301-3b的情況，為驅動電源1351-3b)計測的電流i在電荷量計算裝置1202中積分而得到的當前的電荷量c的值(電荷量誤差ce)，從電荷量誤差補償裝置1201中，按照將向導電性高分子驅動器1301-3a或導電性高分子驅動器1301-3b中注入的電荷量的誤差補正的方式，向機械臂10A輸出電荷量誤差修正輸出u。電荷量誤差修正輸出u被經(jīng)過D/A板20作為電壓指令值提供給各個電源，第3關節(jié)軸6-3被正逆旋轉驅動而使機械臂10A動作。在其他的關節(jié)軸6-1～6-2、6-4～6-6中，對于各個關節(jié)軸，也被利用所述控制裝置的相同的控制，分別正逆旋轉驅動，使機械臂10A動作。
根據(jù)以上的實施方式8的控制裝置，通過配設驅動力矩誤差補償裝置125，構成將由所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102產生的驅動力矩反饋的力矩反饋控制系統(tǒng)，并且在所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102和驅動力矩誤差補償裝置125之間配設電荷差誤差補償裝置1201，構成將所述彈性體驅動器驅動型可動機構1102的內部狀態(tài)反饋的控制系統(tǒng)，就能夠實現(xiàn)響應性良好、動力學的影響少并且穩(wěn)態(tài)偏差也小的高精度的機械臂10A的控制。
而且，所述實施方式5及6中，雖然在目標壓力差計算裝置126中將關節(jié)角度和壓力差的關系用1次方程式近似，但是并不限定于此，當然也可以利用2次方程式等多元的多項式來近似。像這樣，在將彈性體驅動器1的輸出和彈性體驅動器1的內部狀態(tài)的關系用多項式來近似的情況下，所述目標內部狀態(tài)決定裝置1105利用所述多項式，根據(jù)所述彈性體驅動器1的輸出的目標值計算決定所述彈性體驅動器1的內部狀態(tài)的目標值。另外，也可以不是用多項式來近似，而是形成如下的構成，即，利用所述目標內部狀態(tài)決定裝置1105，將所述彈性體驅動器1的輸出和所述彈性體驅動器1的內部狀態(tài)的關系(例如關節(jié)角度和壓力差的關系)作為表格預先儲存于控制裝置的控制計算機19的存儲器19a(參照圖4)中，基于表格，從所述彈性體驅動器1的輸出的目標值(例如關節(jié)角度的目標值)中導出所述彈性體驅動器1的內部狀態(tài)的目標值(例如壓力差的目標值)。
另外，所述實施方式6中，雖然將目標內部狀態(tài)決定裝置1109設為目標壓力差計算裝置126，但是并不限定于此，與圖22的構成的情況相同，在由近似逆運動學計算裝置127和目標壓力差計算裝置126構成的情況下也相同。
另外，所述各實施方式中，雖然將輸出設為關節(jié)角度，但是并不限定于此，在將輸出計測裝置1104設為作為位移速度計測裝置的一個例子的位移速度傳感器，將所述彈性體驅動器的輸出值設為所述彈性體驅動器的位移速度而進行位移速度控制的情況下也相同。
另外，所述各實施方式中，雖然將輸出設為關節(jié)角度，但是并不限定于此，在將輸出計測裝置1104設為作為力計測裝置的一個例子的力傳感器，將所述彈性體驅動器的輸出值設為利用所述彈性體驅動器發(fā)揮的力而進行力控制的情況下也相同。
另外，所述各實施方式中，雖然作為內部狀態(tài)計測裝置1108的一個例子設置了傳感器，但是在設置觀測器，推定內部狀態(tài)，使用內部狀態(tài)的推定值的情況下也可以發(fā)揮相同的效果。
另外，所述各實施方式中，雖然作為驅動力計測裝置1107的一個例子設置了力矩傳感器7，但是在設置觀測器，推定驅動力，使用驅動力的推定值的情況下也可以發(fā)揮相同的效果。
另外，所述實施方式8中，雖然彈性體驅動器設為利用電刺激來驅動的驅動器，以導電性高分子驅動器為例進行了說明，但是并不限定于此，即使在利用電刺激來驅動電介體聚合物、各種凝膠等彈性體的驅動器的情況下，通過采用電位或電荷量等作為內部狀態(tài)，也可以發(fā)揮相同的效果。
而且，通過將所述的各種各樣的實施方式當中的任意的實施方式適當?shù)亟M合，可以起到各自所具有的效果。
本發(fā)明雖然被在參照附圖的同時與優(yōu)選的實施方式關聯(lián)地進行了充分的記述，但是對于該熟悉該技術的人員來說，各種變形或修正是很清楚的。此種變形或修正只要不脫離由所附加的技術方案形成的本發(fā)明的范圍，應當被理解為包含于其中。
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的彈性體驅動器的控制裝置及控制方法作為進行利用彈性體驅動器動作的機械臂的手指尖位置的軌道控制等位置控制的控制裝置及控制方法十分有用。另外，并不限定于機械臂，也可以作為生產設備等的利用彈性體驅動器的旋轉機構的控制裝置及控制方法、線性滑塊或沖壓裝置等的利用彈性體驅動器的直動機構的控制裝置及控制方法使用。
另外，本發(fā)明的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置及控制方法作為進行利用彈性體驅動器動作的機械臂的手指尖位置的軌道控制等位置控制的控制裝置及控制方法十分有用。另外，并不限定于機械臂，也可以作為生產設備等的利用彈性體驅動器的旋轉機構的控制裝置及控制方法、線性滑塊或沖壓裝置等的利用彈性體驅動器的直動機構的控制裝置及控制方法使用。
權利要求
1.一種彈性體驅動器(102)的控制裝置，具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的內部狀態(tài)計測裝置(107，9)、計測所述彈性體驅動器的輸出的輸出計測裝置(104，8)、通過輸入所述彈性體驅動器的輸出的目標值與利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值而補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置(103，12)、根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值及所述彈性體驅動器的輸出的計測值來決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置(105)、通過輸入來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出、及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出而補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置(106，15)，基于利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償?shù)乃鰞炔繝顟B(tài)誤差而進行控制，使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
2.一種彈性體驅動器(102)的控制裝置，具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的內部狀態(tài)計測裝置(107，9)、計測所述彈性體驅動器的輸出的輸出計測裝置(104，8)、通過輸入所述彈性體驅動器的輸出的目標值與利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值而補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置(103，12)、根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值及利用所述內部狀態(tài)計測裝置計測的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的計測值來決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置(105)、通過輸入來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出而補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置(106，15)，基于利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償?shù)乃鰞炔繝顟B(tài)誤差而進行控制，使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
3.根據(jù)權利要求1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述目標內部狀態(tài)決定裝置(105)將彈性體驅動器的輸出和彈性體驅動器的內部狀態(tài)的關系用多項式近似，利用所述多項式根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值計算并決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值。
4.根據(jù)權利要求1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述目標內部狀態(tài)決定裝置(105)將所述彈性體驅動器的輸出和所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的關系作為表格儲存于存儲器(19a)中，利用所述表格根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值。
5.根據(jù)權利要求1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述彈性體驅動器是由流體壓力驅動的流體壓力驅動器。
6.根據(jù)權利要求5中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述流體壓力驅動器是具有空心彈性體(2)、進行所述空心彈性體的氣密性密封的1組密封構件(4)、能夠向所述空心彈性體的空心內部注入或注出流體的流體通過構件(5)的彈性膨脹收縮構造體。
7.根據(jù)權利要求5中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)為流體壓力，計測所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的所述內部狀態(tài)計測裝置為壓力計測裝置(9)。
8.根據(jù)權利要求1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述彈性體驅動器的輸出為位移，計測所述彈性體驅動器的輸出的所述輸出計測裝置為位移計測裝置(8)。
9.根據(jù)權利要求1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述彈性體驅動器的輸出為位移速度，計測所述彈性體驅動器的輸出的所述輸出計測裝置為位移速度計測裝置。
10.根據(jù)權利要求1或2中所述的彈性體驅動器的控制裝置，其中，所述彈性體驅動器的輸出為力，計測所述彈性體驅動器的輸出的所述輸出計測裝置為力計測裝置。
11.一種彈性體驅動器(102)的控制方法，其中，利用內部狀態(tài)計測裝置(107，9)計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)，利用輸出計測裝置(104，8)計測所述彈性體驅動器的輸出，將所述彈性體驅動器的輸出的目標值和利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值輸入到輸出誤差補償裝置(103，12)，利用所述輸出誤差補償裝置補償輸出誤差，根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值，利用目標內部狀態(tài)決定裝置(105)決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值，將來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出輸入到內部狀態(tài)誤差補償裝置(106，15)，利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償內部狀態(tài)誤差，進行控制，使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
12.一種彈性體驅動器(102)的控制方法，其中，利用內部狀態(tài)計測裝置(107，9)計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)，利用輸出計測裝置(104，8)計測所述彈性體驅動器的輸出，將所述彈性體驅動器的輸出的目標值和利用所述輸出計測裝置計測的所述彈性體驅動器的輸出的計測值輸入到輸出誤差補償裝置(103，12)，利用所述輸出誤差補償裝置補償輸出誤差，根據(jù)所述彈性體驅動器的輸出的目標值及所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的計測值，利用目標內部狀態(tài)決定裝置(105)決定所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)的目標值，將來自所述輸出誤差補償裝置的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的輸出輸入到內部狀態(tài)誤差補償裝置(106，15)，利用所述內部狀態(tài)誤差補償裝置補償內部狀態(tài)誤差，進行控制，使所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
13.一種彈性體驅動器(1)的彈性體驅動器驅動型可動機構(1102)的控制裝置，其中，具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)并輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置(1108)、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力并輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置(1107)、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出并輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置(1104)、輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值，并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置(1103)、輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息的輸出及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出，并且輸出驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置(1105)、輸入來自所述驅動力誤差補償裝置的所述驅動力誤差補償信息的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，并且輸出內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置(1106)，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息而進行控制，使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
14.一種彈性體驅動器(1)的彈性體驅動器驅動型可動機構(1102)的控制裝置，其中，具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)并輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置(1108)、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力并輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置(1107)、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出并輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置(1104)、輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值，并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置(1103)、輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息的輸出及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出，并且輸出驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置(1105)、決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值并輸出所述內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置(1109)、輸入來自所述驅動力誤差補償裝置的所述驅動力誤差補償信息的輸出、來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，并且輸出內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置(1106)，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息而進行控制，使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
15.一種彈性體驅動器(1)的彈性體驅動器驅動型可動機構(1102)的控制裝置，其中，具備計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)并輸出所述內部狀態(tài)的計測值的內部狀態(tài)計測裝置(1108)、計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力并輸出所述驅動力的計測值的驅動力計測裝置(1107)、計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出并輸出所述輸出的計測值的輸出計測裝置(1104)、輸入由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和由所述輸出計測裝置計測的所述輸出的計測值，并且將輸出誤差補償信息輸出以補償輸出誤差的輸出誤差補償裝置(1103)、輸入來自所述輸出誤差補償裝置的所述輸出誤差補償信息的輸出及來自所述驅動力計測裝置的所述驅動力的計測值的輸出，并且輸出驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差的驅動力誤差補償裝置(1105)、決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值并輸出所述內部狀態(tài)的目標值的目標內部狀態(tài)決定裝置(1109)、輸入來自所述目標內部狀態(tài)決定裝置的所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及來自所述內部狀態(tài)計測裝置的所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，并且輸出內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差的內部狀態(tài)誤差補償裝置(1106)，基于由所述內部狀態(tài)誤差補償裝置輸出的所述內部狀態(tài)誤差補償信息及由所述驅動力誤差補償裝置補償?shù)乃鲵寗恿φ`差補償信息而進行控制，使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
16.根據(jù)權利要求14或15中所述的彈性體驅動器驅動型可動機構的控制裝置，其中，所述目標內部狀態(tài)決定裝置輸入所述輸出的目標值，并且決定所述內部狀態(tài)的目標值。
17.一種彈性體驅動器(1)的彈性體驅動器驅動型可動機構(1102)的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)所述彈性體驅動器的所述輸出的目標值和所述計測的所述彈性體驅動器的所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，根據(jù)所述驅動力誤差補償信息的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于所述內部狀態(tài)誤差補償信息而進行控制，使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
18.一種彈性體驅動器(1)的彈性體驅動器驅動型可動機構(1102)的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構輸出的目標值和所述計測的所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而得到所述內部狀態(tài)的目標值，根據(jù)所述驅動力誤差補償信息的輸出、所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于所述內部狀態(tài)誤差補償信息而進行控制，使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
19.一種彈性體驅動器(1)的彈性體驅動器驅動型可動機構(1102)的控制方法，其中，計測因所述彈性體驅動器的驅動而變化的所述彈性體驅動器的內部狀態(tài)而得到所述內部狀態(tài)的計測值，計測由所述彈性體驅動器產生的驅動力而得到所述驅動力的計測值，計測由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出而得到所述輸出的計測值，根據(jù)由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的輸出的目標值和所述輸出的計測值，得到輸出誤差補償信息以補償輸出誤差，根據(jù)所述輸出誤差補償信息的輸出及所述驅動力的計測值的輸出，得到驅動力誤差補償信息以補償驅動力誤差，決定所述彈性體驅動器的所述內部狀態(tài)的目標值而得到所述內部狀態(tài)的目標值，根據(jù)所述內部狀態(tài)的目標值的輸出及所述內部狀態(tài)的計測值的輸出，得到內部狀態(tài)誤差補償信息以補償內部狀態(tài)誤差，基于所述內部狀態(tài)誤差補償信息及所述驅動力誤差補償信息而進行控制，使由所述彈性體驅動器驅動的所述可動機構的所述輸出的計測值成為所述輸出的目標值。
全文摘要
本發(fā)明提供彈性體驅動器的控制裝置及控制方法。利用壓力計測裝置(9)計測流體壓力驅動器的內部壓力，計測可動機構的位移量，輸入位移的目標值和計測值而利用位置誤差補償裝置(12)補償位置誤差，根據(jù)目標值利用目標壓力差計算裝置(14)計算被對抗驅動的驅動器的壓力差的目標值，輸入來自位置誤差補償裝置、目標壓力差計算裝置和壓力計測裝置的各輸出，而利用壓力差誤差補償裝置(15)來補償壓力差誤差。
文檔編號F15B15/10GK1852790SQ200480026948
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月22日 優(yōu)先權日2003年9月22日
發(fā)明者岡崎安直, 山本正樹, 足達勇治, 淺井勝彥 申請人:松下電器產業(yè)株式會社