(57)【要約】  出力計測手段（８）が異常か否かを判断する異常判断手段（４９）を備えて、出力計測手段の異常を判断し、出力計測手段の異常時には、出力計測手段の計測結果を用いずに、内部状態モデルを利用して出力の目標値を実現できるように目標内部状態情報を生成し、弾性体アクチュエータ（１）を動作制御する。
2012081197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを判断する異常判断手段と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う正常時動作制御手段と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う異常時動作制御手段と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を動作させる制御部とを備え、
上記正常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第１目標出力手段と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクを算出するトルク制御手段と、を備えて、上記正常時動作制御手段は、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行い、
さらに、上記異常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第２目標出力手段と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を取得する目標内部状態情報取得手段とを備えて、上記異常時動作制御手段は、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置。
【請求項２】
上記異常時動作制御手段の上記目標内部状態情報取得手段は、上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して目標内部状態の情報を算出する第１目標内部状態算出手段を備えており、上記目標内部状態算出手段で算出された上記目標内部状態の情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
上記異常時動作制御手段の上記目標内部状態情報取得手段は、
上記内部状態モデルと上記弾性体アクチュエータの内部状態の情報とから上記弾性体アクチュエータの出力を推定する出力推定部と、
上記出力推定部で推定された上記弾性体アクチュエータの出力と上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値とから目標内部状態情報を算出する第２目標内部状態情報算出手段とを備えており、
上記出力推定部で推定された上記弾性体アクチュエータの出力を利用して算出された上記目標内部状態の情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記異常判断手段は、前記出力計測手段からの出力と上記弾性体アクチュエータの内部状態を計測する内部状態計測手段からの内部状態との関係の情報と、上記出力計測手段が正常であるときの内部状態モデルの上記弾性体アクチュエータの出力と上記弾性体アクチュエータの内部状態との関係の情報とを比較して、上記出力計測手段が異常であるか否かを判断する請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
さらに、上記異常時動作制御手段内の上記第２目標出力手段と上記正常時動作制御手段内の上記第１目標出力手段は、上記弾性体アクチュエータの異なる出力の目標値を出力し、上記異常時動作制御手段が動作するときは、上記弾性体アクチュエータが安全な位置まで動作した後、動作停止するように上記異常時動作制御手段により制御を行う、請求項１〜４のいずれか１つに記載の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置。
【請求項６】
上記弾性体アクチュエータは流体圧アクチュエータである請求項１〜４のいずれか１つに記載の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置。
【請求項７】
弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断し、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う一方、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行うとともに、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御部で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御部で動作させ、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力し、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力し、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法。
【請求項８】
弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラムであって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断する機能と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う機能と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行う機能と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御部で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御部で動作させる機能とを備え、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力する機能と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う機能とを備える一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力する機能と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う機能と
をコンピュータに実現させるための、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体圧駆動アクチュエータ等、弾性体の変形により駆動される弾性体アクチュエータによって駆動する駆動機構の動作を制御する、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セル生産工場の広がりなどから、人と協働するロボットの開発が盛んに行われている。このような人と協働するロボットは、従来のように人間の居るエリアとロボット用の作業エリアとを区切って動作するロボットとは異なり、人間と共生する必要があるため、従来の産業用ロボットなどとは、必要とされる仕様が異なる。【０００３】
第一に、従来の産業用ロボットでは、電気モータ又は減速器が用いられ、高ゲインのフィードバック制御により、繰り返し精度０．１ｍｍ等といった、高い手先位置精度が実現されている。しかしながら、このような電気モータにより駆動される機構は、剛性が高く、柔らかさに欠ける場合が多く、安全性という面で問題が多い。【０００４】
これに対し、人と協働するロボットでは、人間との接触時に危害を与えないなど安全性が重視される。したがって、従来の産業用ロボットのように電気モータによる駆動される機構は、家庭用ロボットなど安全性が重視される分野に適しているとは言えず、柔軟で安全なロボットアームが必要とされている。【０００５】
こうした課題に対し、例えば、マッキベン型の空気圧アクチュエータを利用したロボットアームが提案されている。マッキベン型の空気圧アクチュエータは、ゴム材料で構成された管状弾性体の外表面に、繊維コードで構成された拘束手段が配設され、管状弾性体の両端部を封止部材で気密封止する構造となっている。流体注入出手段を通じて空気等の圧縮性流体により内圧を管状弾性体の内部空間に与えると、管状弾性体が主に半径方向に膨張しようとするが、拘束手段の作用により、半径方向に膨張しようとする動きが管状弾性体の中心軸方向の運動に変換され、全長が収縮する。このマッキベン型のアクチュエータは主に弾性体で構成されるため、柔軟性があり、安全で軽量なアクチュエータであるという特徴を有する。【０００６】
第二に、従来の産業用ロボットは、人と隔離された空間で動作しているため、例えばセンサの故障などが起こったとき、即座に動作停止をするのが最も安全と考えられている。【０００７】
これに対し、人と空間を同じくして動くロボットの場合、仮にセンサの故障などが起こった場合に、即座に動作停止をするのが最も安全とは限らない。例えば、人と協調動作を行っているときは、ロボットが突然停止した場合、協調動作を行っていた人は、急に止まることができず、危険な状態なることなどが考えられる。しかし、センサが故障時は、動作制御に必要な情報が入手出来ず、動作を継続するのは難しいという課題があった。【０００８】
こうしたセンサの故障に対し、従来技術は、予め教示して記憶させたデータをセンサ信号の代わりに読み込むことによりロボットを制御する制御装置を開示している（特許文献１）。また、距離センサと複数の移動機構位置検出器とを備えたロボットにおいて、距離センサからのセンサ信号と正常な移動機構位置検出器からの移動機構位置信号とから、故障した移動機構位置検出器が、本来、出力すべき正しい移動機構位置信号と同じ代替信号を求める演算器を備える移動制御装置を開示している（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実公平８−１８１９号公報
【特許文献２】特公平５−５５２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の技術では、センサ信号の代わりとなる教示データが予め必要となるが、ロボットのあらゆる動作を事前に想定するのは困難であり、教示データを用意するのが難しいという課題があった。また、特許文献２の技術では、距離センサを備えていないロボットなどでは、正しい代替信号を演算できないという課題があった。【００１１】
本発明の目的は、上記従来の課題を解決し、教示データを予め用意したり、代替信号を演算できるセンサを備えたりすることなく、センサ異常時でも即座に動作停止せずに、弾性体アクチュエータで駆動されるロボットアーム等の駆動機構の動作を継続させることが出来る、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。【００１３】
本発明の１つの態様によれば、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを判断する異常判断手段と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う正常時動作制御手段と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う異常時動作制御手段と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を動作させる制御手段とを備え、
上記正常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第１目標出力手段と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクを算出するトルク制御手段と、を備えて、上記正常時動作制御手段は、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行い、
さらに、上記異常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第２目標出力手段と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を取得する目標内部状態情報取得手段とを備えて、上記異常時動作制御手段は、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置を提供する。【００１４】
本発明の別の態様によれば、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断し、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う一方、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行うとともに、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御手段で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御手段で動作させ、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力し、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力し、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法を提供する。【００１５】
本発明のまた別の態様によれば、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラムであって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断する機能と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う機能と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行う機能と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御手段で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御手段で動作させる機能とを備え、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力する機能と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う機能とを備える一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力する機能と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う機能と
をコンピュータに実現させるための、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置によれば、制御手段と正常時動作制御手段と異常時動作制御手段とを備え、さらに、正常時動作制御手段内に出力計測手段が故障か否かを判断する異常判断手段を備えて構成している。このような構成により、出力計測手段が正常ではないと異常判断手段で判断したときには、制御手段が正常時動作制御手段から異常時動作制御手段へと動作の切替を行うことができる。この結果、異常時動作制御手段は、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、内部状態モデルを利用して弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行うことができる。よって、出力計測手段が故障した場合にも、弾性体アクチュエータ駆動機構が即座に動作停止せず、動作継続可能な、安全な弾性体アクチュエータ駆動機構の制御が可能となる。【００１７】
また、本発明の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法及び制御プログラムによれば、出力計測手段が故障か否かを判断する異常判断動作を備えている。このような構成により、出力計測手段が正常ではないと異常判断手段で判断したときには、制御手段が正常時動作制御手段から異常時動作制御手段へと動作の切替を行うことができる。この結果、異常時動作制御手段は、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、内部状態モデルを利用して弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行うことができる。よって、出力計測手段が故障した場合にも、弾性体アクチュエータ駆動機構が即座に動作停止せず、動作継続可能な、安全な弾性体アクチュエータ駆動機構の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における弾性体アクチュエータの駆動機構の構造を示す図であり、
【図２】図２は、第１実施形態における弾性体アクチュエータの一例である弾性膨張収縮構造体の構造及び動作を示す図であり、
【図３】図３は、本発明の第１実施形態におけるロボットアームを圧縮性流体である空気により駆動するための空気圧供給系の動作を示す図であり、
【図４】図４は、本発明の第１実施形態における弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置の全体構成を示すブロック図であり、
【図５】図５は、本発明の第１実施形態における主制御部の構成を示すブロック図であり、
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第１実施形態における内部状態モデルの方程式の例を示す図であり、
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の第１実施形態における内部状態モデルの方程式の例を示す図であり、
【図７】図７は、本発明の第１実施形態における主制御部の制御プログラムの動作ステップのフローチャートであり、
【図８】図８は、本発明の第１実施形態における正常時動作制御部の制御ブロック図であり、
【図９】図９は、本発明の第１実施形態におけるトルク制御手段の計算方法の一部を示す図であり、
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態における弾性体アクチュエータの特性の一例を示す図であり、
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態における異常判断手段の内部ブロック図を示す図であり、
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態における正常時動作制御部の制御プログラムの動作ステップのフローチャートであり、
【図１３】図１３は、本発明の第１実施形態における異常時動作制御部の制御ブロック図であり、
【図１４】図１４は、本発明の第１実施形態における目標内部状態決定手段の詳細な構成を示すブロック図であり、
【図１５】図１５は、本発明の第１実施形態における異常時動作制御部の制御プログラムの動作ステップのフローチャートであり、
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態における異常時動作制御部の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００２１】
本発明の第１態様によれば、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを判断する異常判断手段と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う正常時動作制御手段と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う異常時動作制御手段と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を動作させる制御手段とを備え、
上記正常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第１目標出力手段と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクを算出するトルク制御手段と、を備えて、上記正常時動作制御手段は、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行い、
さらに、上記異常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第２目標出力手段と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を取得する目標内部状態情報取得手段とを備えて、上記異常時動作制御手段は、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置を提供する。
【００２２】
本発明の第２態様によれば、上記異常時動作制御手段の上記目標内部状態情報取得手段は、上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して目標内部状態の情報を算出する第１目標内部状態算出手段を備えており、上記目標内部状態算出手段で算出された上記目標内部状態の情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う第１の態様に記載の制御装置を提供する。
【００２３】
本発明の第３態様によれば、上記異常時動作制御手段の上記目標内部状態情報取得手段は、
上記内部状態モデルと上記弾性体アクチュエータの内部状態の情報とから上記弾性体アクチュエータの出力を推定する出力推定部と、
上記出力推定部で推定された上記弾性体アクチュエータの出力と上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値とから目標内部状態情報を算出する第２目標内部状態情報算出手段とを備えており、
上記出力推定部で推定された上記弾性体アクチュエータの出力を利用して算出された上記目標内部状態の情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う第１の態様に記載の制御装置を提供する。
【００２４】
本発明の第４態様によれば、前記異常判断手段は、前記出力計測手段からの出力と上記弾性体アクチュエータの内部状態を計測する内部状態計測手段からの内部状態との関係の情報と、上記出力計測手段が正常であるときの内部状態モデルの上記弾性体アクチュエータの出力と上記弾性体アクチュエータの内部状態との関係の情報とを比較して、上記出力計測手段が異常であるか否かを判断する第１の態様に記載の制御装置を提供する。
【００２５】
本発明の第５態様によれば、さらに、上記異常時動作制御手段内の上記第２目標出力手段と上記正常時動作制御手段内の上記第１目標出力手段は、上記弾性体アクチュエータの異なる出力の目標値を出力し、上記異常時動作制御手段が動作するときは、上記弾性体アクチュエータが安全な位置まで動作した後、動作停止するように上記異常時動作制御手段により制御を行う、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置を提供する。
【００２６】
本発明の第６態様によれば、上記弾性体アクチュエータは流体圧アクチュエータである第１〜５のいずれか１つの態様に記載の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置を提供する。
【００２７】
本発明の第７態様によれば、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断し、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う一方、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行うとともに、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御手段で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御手段で動作させ、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力し、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力し、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法を提供する。
【００２８】
本発明の第８態様によれば、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラムであって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断する機能と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う機能と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行う機能と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御手段で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御手段で動作させる機能とを備え、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力する機能と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う機能とを備える一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力する機能と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う機能と
をコンピュータに実現させるための、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラムを提供する。
【００２９】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（第１実施形態）
第１実施形態の弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御装置３０の具体的な構成の一例について説明を行う。
【００３１】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる弾性体アクチュエータ駆動機構１０の構成を示す図である。弾性体アクチュエータ駆動機構１０は、２自由度のロボットアームであって、直交するｘ軸とｙ軸とを含むｘｙ平面内で正逆回転する第１関節軸６−１と、同じくｘｙ平面内で正逆回転する第２関節軸６−２とを備えて構成されている。図１において、１−１ａ、１−１ｂ、１−２ａ、１−２ｂ（これらは個別の弾性膨張収縮構造体（弾性体アクチュエータ又は流体圧アクチュエータの一例）に対する参照符号であり、代表的に弾性膨張収縮構造体を指し示すときには参照符号１で示す。）は弾性膨張収縮構造体である。第１関節軸６−１と第２関節軸６−２とは、それぞれ、弾性体アクチュエータ駆動機構（本実施形態では弾性膨張収縮構造体駆動機構）１０の第１関節と第２関節との回転軸である。
【００３２】
弾性膨張収縮構造体１は、図２に示すように、ゴム材料で構成され駆動部として機能する、管状の中空弾性体２の外表面に、材料的には伸びにくい樹脂又は金属の繊維コードで網目状に編んだ変形方向規制部材３が配設される。変形方向規制部材３は、管状弾性体２の膨張による半径方向の変形が、半径方向と直交する軸方向の長さの収縮に変換される一方、管状弾性体２の収縮による半径方向の変形が、軸方向の長さの膨張に変換されるように構成される。管状弾性体２の両端部は、封止部材４でそれぞれ気密封止する。弾性膨張収縮構造体１の一方の端部の封止部材４に備えられた管状の流体通過部材５は、内部に圧縮性流体が通過する流体の流路を有し、流体通過部材５を通して中空弾性体２の中空内部に対して流体の注入あるいは注出が可能となる。流体通過部材５を通じて空気等の圧縮性流体が、中空の管状弾性体２に供給される。なお、流体通過部材５は、弾性膨張収縮構造体１の封止部材４の両方の端部にそれぞれ備えられていてもよい。
【００３３】
供給された圧縮性流体により内圧を管状弾性体２の内部空間に与えると、管状弾性体２が主に半径方向に膨張しようとする。しかしながら、変形方向規制部材３の作用により、管状弾性体２の中心軸方向の運動に変換され、全長が収縮するため、直動駆動の弾性体アクチュエータとして利用可能である。
【００３４】
図１に戻り、弾性体アクチュエータ駆動機構１０は、１組の弾性膨張収縮構造体１を関節軸６−１又は６−２を支点に対向するように配設する。１組の弾性膨張収縮構造体１のうちのどちらか一方の弾性膨張収縮構造体１が収縮し、他方の弾性膨張収縮構造体１が伸張する。そして、支点(関節軸６−１又は６−２)を介して力が作用して、関節軸６−１又は６−２の軸が回転する拮抗型駆動構造とすることにより、関節軸６−１又は６−２での正逆回転運動を実現することができる。具体的には、弾性膨張収縮構造体１−１ａと弾性膨張収縮構造体１−１ｂとの拮抗駆動により第１関節軸６−１は、正逆回転駆動する。弾性膨張収縮構造体１−２ａと弾性膨張収縮構造体１−２ｂとの拮抗駆動により第２関節軸６−２は、正逆回転駆動する。
【００３５】
下端が固定面１４に固定された棒状の支持部材１６の上端には、第１関節軸６−１と同心に回転できる、一例として円板型の支持体１９が回転自在に支持されている。支持部材１６の下端部の固定面１４側には、支持部材１６の長手方向と直交して延びる棒状の支持体１８が固定されている。支持体１９と支持体１８との間には、弾性膨張収縮構造体１−１ａ及び１−１ｂのそれぞれの端部が回転自在に連結されている。よって、弾性膨張収縮構造体１−１ａ及び１−１ｂの拮抗駆動により、第１関節軸６−１の支持軸２１の軸回りにｘｙ面内で支持体１９が正逆回転する。この結果、支持体１９（図３では矩形板状部材として図示。）に連結された弾性体アクチュエータ駆動機構１０の前腕支持部材１７を正逆回転できる。
【００３６】
前腕１１７の支持部材１７は、支持体１９（図３に表記）に基端が固定されて、支持体１９と一体的に回転可能となっている。
【００３７】
また、支持部材１７の先端側には、支持部材１７の長手方向に直交して延びるように固定された棒状の支持体２０の中心が第２関節軸６−２の軸芯回りに回転可能に連結されている。支持部材１７の一端が接続されている支持体１９と先端側の支持体２０との間には、弾性膨張収縮構造体１−２ａ及び１−２ｂのそれぞれの端部が回転自在に連結されている。よって、弾性膨張収縮構造体１−２ａ及び１−２ｂの拮抗駆動により、第２関節軸６−２の支持軸２２の軸回りにｘｙ面内で、支持体２０が正逆回転する。この結果、支持体２０に連結された物体把持用のハンド１２を相対的に正逆回転させることができる。
【００３８】
ハンド１２にはハンド開閉用のモータ１３が取り付けられており、このモータ１３を動作させることでハンド１２を閉じて運搬物体１１を把持することができる。このハンド１２の位置及び姿勢を、以下では、手先位置及び姿勢として説明する。
【００３９】
圧力センサ９−１ａ，９−１ｂは、弾性膨張収縮構造体１−１ａ、１−１ｂのそれぞれの内部状態（一例として、内部圧力）を計測する内部状態計測手段の一例である。圧力センサ９−１ａ，９−１ｂは、弾性膨張収縮構造体１−１ａ、１−１ｂのそれぞれの流体通過部材５（流体注入出口）に配設され、それぞれの弾性膨張収縮構造体１−１ａ、１−１ｂ内の圧力を計測する。同じく、弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂにも内部状態計測手段の一例である圧力センサ９−２ａ，９−２ｂが配設されている。
【００４０】
弾性膨張収縮構造体１−１ａ及び１−１ｂと、弾性膨張収縮構造体１−２ａ及び１−２ｂとには、後述するように、３ポート流量比例電磁弁２７（２７Ａ，２７Ｂ）がそれぞれ接続されている。全ての流量比例電磁弁２７は、一般的なパーソナルコンピュータ及び入出力ＩＦ２９により構成された制御コンピュータ２８に接続されている。制御コンピュータ２８は、流量比例電磁弁２７を介して、弾性膨張収縮構造体１−１ａ及び１−１ｂと、弾性膨張収縮構造体１−２ａ及び１−２ｂとのそれぞれの収縮及び伸張動作をそれぞれ独立して制御する。また、各関節軸６−１，６−２には出力計測手段の一例である変位計測手段（本第１実施形態では一例としてのエンコーダ８）が配設されており、各エンコーダ８により各関節軸６−１，６−２の関節角度が測定可能である。各弾性膨張収縮構造体１には内部状態計測手段の一例である圧力計測手段（本第１実施形態では一例として圧力センサ９（９−１ａ，９−１ｂ，９−２ａ，９−２ｂ））が配設され、圧力センサ９により各弾性膨張収縮構造体１の内部圧力が測定可能となっている。
【００４１】
以上のような構造とすれば、多自由度を生かし、物体の把持及び運搬など、弾性体アクチュエータ駆動機構１０として基本的な機能を実現することができる。
【００４２】
図３は、本発明の第１実施形態にかかる弾性体アクチュエータ駆動機構１０を駆動するための空気圧供給系の構成を示す図である。
【００４３】
図３では、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の第２関節軸６−２を正逆回転駆動する部分のみを記し、他の部分は省略している。弾性体アクチュエータ駆動機構１０の第１関節軸６−１を正逆回転駆動する部分も同様な構造であり、同様に作用する。
【００４４】
図３において、２５は例えばコンプレッサー等の空気圧源、２６は空気圧源２５の空気圧を調整して出力する、空気圧調整ユニットである。流量比例電磁弁の一例としての４個の３ポート流量制御電磁弁２７は、電磁石の力でスプール弁などを駆動することで流量を制御する。制御コンピュータ２８は、Ｄ／Ａボードなどの入出力ＩＦ２９を搭載し、４個の３ポート流量制御電磁弁２７にそれぞれ電圧指令値を出力することにより、それぞれの流体通過部材５を流れる各空気の流量を独立して制御可能とする。
【００４５】
次に、図３に示す空気圧供給系の動作について説明する。空気圧源２５により生成された高圧空気は、空気圧調整ユニット２６により減圧され、例えば６００［ｋＰａ］といった一定圧力に調整され、３ポート流量制御電磁弁２７に供給される。３ポート流量制御電磁弁２７の開度は、制御コンピュータ２８より入出力ＩＦ２９を介して出力される電圧指令値に比例して制御される。制御コンピュータ２８から、弾性膨張収縮構造体１−２ａに接続された３ポート流量制御電磁弁２７Ａに正の電圧指令値が入力された場合には、空気圧源２５側から弾性膨張収縮構造体１−２ａ側への流路が開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が弾性膨張収縮構造体１−２ａ側に供給される。同時に、弾性膨張収縮構造体１−２ｂに接続された３ポート流量制御電磁弁２７Ｂに負の電圧指令値が入力されれば、弾性膨張収縮構造体１−２ｂ側は、大気圧側への流路が開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が弾性膨張収縮構造体１−２ｂ側から大気中へ排気される。
【００４６】
したがって、図２に示すように、弾性膨張収縮構造体１−２ａ（図２の下側の弾性膨張収縮構造体に対応。）の全長が縮み、弾性膨張収縮構造体１−２ｂ（図２の上側の弾性膨張収縮構造体に対応。）の全長が伸びることにより、電圧指令値の絶対値に比例した速度で第２関節軸６−２は右回転運動を行う。一方、制御コンピュータ２８から、弾性膨張収縮構造体１−２ａに接続された３ポート流量制御電磁弁２７Ａに負の電圧指令値が入力され、弾性膨張収縮構造体１−２ｂに接続された３ポート流量制御電磁弁２７Ｂに正の電圧指令値が入力された場合には、弾性膨張収縮構造体１−２ａ，１−２ｂの動作は逆となり（すなわち、弾性膨張収縮構造体１−２ａの全長が伸び、弾性膨張収縮構造体１−２ｂの全長が縮むことにより）、第２関節軸６−２は左回転運動を行う。
【００４７】
すなわち、３ポート流量制御電磁弁２７から弾性膨張収縮構造体１側に供給された空気流は、流体通過部材５により封止部材４を通過し、管状弾性体２の内部に到達し、管状弾性体２の内圧を発生させる。管状弾性体２は、発生した内圧により膨張するが、変形方向規制部材３の網目状に組まれた繊維コードの拘束作用（規制作用）により、膨張による半径方向の変形が規制されて軸方向の長さの収縮に変換され、図３の上側（図２の下側）に示すように弾性膨張収縮構造体１の全長が短くなる。一方、３ポート流量制御電磁弁２７から空気を大気中に排気し、管状弾性体２の内圧を減ずれば、管状弾性体２の弾性力により復元して膨張が解消されて、弾性膨張収縮構造体１の全長は図３の下側（図２の上側）に示すように伸張する。
【００４８】
この結果、図２において、右端で固定されていると考えると、上記伸縮により、管状弾性体２の左端では距離ｄの差があることになる。したがって、第１実施形態における弾性膨張収縮構造体１は、空気圧を供給制御することにより、直動変位のアクチュエータとして機能させることが可能である。伸張及び短縮量は弾性膨張収縮構造体１の内圧に概ね比例するので、制御コンピュータ２８で３ポート流量制御電磁弁２７を制御して弾性膨張収縮構造体１に供給される空気流量を制御すれば、弾性膨張収縮構造体１の全長を制御できる。
【００４９】
以上のように、図１に示す弾性体アクチュエータ駆動機構１０では、弾性膨張収縮構造体１−１ａと１−１ｂによる拮抗駆動、及び、弾性膨張収縮構造体１−２ａと１−２ｂによる拮抗駆動のために、拮抗する一対の弾性膨張収縮構造体１のそれぞれに対して３ポート流量制御電磁弁２７が配設されて、図３と同様の空気圧供給系が構成されている。そして、制御コンピュータ２８より入出力ＩＦ２９を介してそれぞれの３ポート流量制御電磁弁２７に出力される電圧指令値により、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の全ての関節軸６−１，６−２が同時に独立して正逆回転駆動できる。
【００５０】
図４は、本発明の第１実施形態にかかる弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御装置３０の全体構成を示す図であり、上記制御装置３０は、例えば、上記制御コンピュータ２８内に備えられている。制御装置３０は、主制御部（制御部又は制御手段の一例）３１と、正常時動作制御部（正常時動作制御手段）３２と、異常時動作制御部（異常時動作制御手段）３３と、を備えて構成している。正常時動作制御部３２と異常時動作制御部３３は、主制御部３１からの制御部動作指令信号を受けて動作し、排他的に動作する（すなわち、一方の動作制御部が動作しているときは、もう一方の動作制御部は動作しない）。主制御部３１は、正常時動作制御部３２から異常検出信号と把持物体情報とが入力される。主制御部３１には、異常時動作制御部３３からは把持物体情報が入力される。また、主制御部３１は、内部状態モデルと制御部動作指令信号とを正常時動作制御部３２と異常時動作制御部３３にそれぞれ出力する。
【００５１】
図５は、主制御部３１の具体的な構成を示す図である。主制御部３１は、内部状態モデルデータベース３４と、データベース選択出力部３５と、制御部切替指令出力部３６と、稼働時間情報記録部３７とを備えて構成している。
【００５２】
内部状態モデルデータベース３４には、拮抗する１対の弾性膨張収縮構造体１の圧力の差であるΔＰと対応する関節の角度ｑとの関係のデータ（内部状態モデル）が格納されている。内部状態モデルとは、エンコーダ８が正常である場合に、弾性体アクチュエータ駆動機構１０が動作プログラムに基づき動作するときの、それぞれの時間でのポイントごとの弾性体アクチュエータ１の圧力差であるΔＰ及び関節角度ｑの関係の情報である基準情報である。
【００５３】
図６Ａ及び図６Ｂは、内部状態モデルデータベース３４に記憶されており圧力差ΔＰと対応する関節の角度ｑとの関係のデータを求めることができる方程式の例を示した図である。図６Ａ及び図６Ｂの例では、グラフによって示される２次方程式を内部状態モデルデータベース３４内に記憶している。弾性膨張収縮構造体１の圧力差ΔＰと対応する関節の角度ｑとの関係は、把持している物体の重量又は経年変化等によって変化するため、複数の方程式を内部状態モデルデータベース３４内に記憶している。本実施形態の例では、把持物体の種類と経年により、データを作成している。図６Ａは、弾性体アクチュエータ駆動機構１０で物体を把持していない場合の方程式の例で、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の１００時間動作前と１００時間動作後との関係の例である。図６Ｂは、弾性体アクチュエータ駆動機構１０で物体を把持している場合の方程式の例で、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の１００時間動作前と１００時間動作後との関係の例である。さらに、このような方程式を各関節別に内部状態モデルデータベース３４内に記憶している。
【００５４】
図５に戻って、稼働時間情報記録部３７は、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の現在までの稼働時間を記録しており、その結果をデータベース選択出力部３５に出力する。ここで言う「現在までの稼働時間」とは、弾性体アクチュエータ駆動機構１０を初めて駆動してからの稼働時間を累積した時間を意味する。
【００５５】
データベース選択出力部３５は、後述する把持物体情報、すなわち、物体を把持しているかどうかの情報と、稼働時間情報記録部３７の出力である稼働時間を入力され、選択に必要な情報に基づき内部状態モデルデータベース３４内の適切なデータを選択し、選択した結果を内部状態モデルとして正常時動作制御部３２又は異常時動作制御部３３のうち稼動しているほうに出力する。
【００５６】
例えば、把持物体情報が入力され物体が把持している状況であり、かつ入力された稼働時間が５０時間の場合、図６Ａにおける「◆」（黒菱形）の点で表される方程式を出力する。また、稼働時間が１５０時間であれば図６Ａの図における「■」（黒四角形）の点で表される方程式を出力する。
【００５７】
制御部切替指令出力部３６は、正常時動作制御部３２からの異常検出信号を入力され、制御部動作指令を出力する対象を正常時動作制御部３２から異常時動作制御部３３に切り替える。異常検出信号は、後述する正常時動作制御部３２が出力検出部の異常を検出したときに正常時動作制御部３２から主制御部３１に向けて出力する。制御部切替指令出力部３６の実際の動作ステップについて、図７のフローチャートに基づいて説明する。
【００５８】
ステップＳ２１では、制御部切替指令出力部３６は、制御部動作指令を正常時動作制御部３２に出力する。すなわち、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の起動開始後、始めは正常時動作制御部３２が制御装置３０（言い換えれば、制御コンピュータ２８）としての制御動作を行う。
【００５９】
次いでステップＳ２２では、正常時動作制御部３２から異常検出信号が主制御部３１に出力されているかどうかの確認を、主制御部３１で行う。
【００６０】
以下、ステップＳ２２において正常時動作制御部３２から異常検出信号が主制御部３１に出力されていないと主制御部３１で判断されたときについて説明する。
【００６１】
この場合には、ステップＳ２２からステップＳ２１に戻り、主制御部３１から正常時動作制御部３２に制御部動作指令を出力する。
【００６２】
以上のステップＳ２１〜Ｓ２２を繰り返すことにより、正常時動作制御部３２が出力計測手段の異常を検出していないときは、制御部切替指令出力部３６は、正常時動作制御部３２に制御部動作指令を出力し続け、正常時動作制御部３２が動作し続けることになる。
【００６３】
以下、ステップＳ２２において、正常時動作制御部３２から異常検出信号が主制御部３１に出力されていると、主制御部３１で判断されたときについて説明する。
【００６４】
この場合には、ステップＳ２２からステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、主制御部３１から異常時動作制御部３３に制御部動作指令を出力する。
【００６５】
さらに、一度、ステップＳ２３が発生したら、弾性体アクチュエータ駆動機構１０が動作終了するまで、ステップＳ２３を繰り返す。
【００６６】
以上のステップを繰り返すことにより、正常時動作制御部３２が出力計測手段の異常を検出したと主制御部３１で判断されたときは、制御部切替指令出力部３６は、異常時動作制御部３３に制御部動作指令を出力し続け、異常時動作制御部３３が動作し続けることになる。
【００６７】
図８は、本発明の第１実施形態にかかる正常時動作制御部３２の具体的な構成を示す図である。正常時動作制御部３２は、目標軌道生成手段（第１目標出力手段の一例）４０と、出力誤差計算部４１と、角度誤差補償手段４２と、目標角加速度計算手段４３と、修正目標角加速度計算部４４と、正常時トルク制御手段４５Ａと、圧力誤差計算部４６と、圧力誤差補償手段４７と、物体把持信号出力手段４８と、異常判断手段４９と、を備えて構成している。ただし、図８において、駆動装置５０は、図１における流量比例電磁弁２７（２７Ａ，２７Ｂ）及び入出力ＩＦ２９であり、１０は弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置２１の制御対象である図１に示す弾性体アクチュエータ駆動機構１０である。弾性体アクチュエータ駆動機構１０からは、それぞれの関節軸６−１，６−２のそれぞれのエンコーダ８により計測される計測値の一例としての関節角の現在値（関節角度ベクトル）ｑ＝［ｑ１，ｑ２］Ｔと、それぞれの弾性膨張収縮構造体１の圧力センサ９により計測される内部状態計測値の一例としての弾性膨張収縮構造体１の内圧Ｐ＝［Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ］Ｔとが出力される。ただし、ｑ１，ｑ２は、それぞれ、エンコーダ８で計測された第１関節軸６−１、第２関節軸６−２の関節角度である。また、Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂはそれぞれ、圧力センサ９（９−１ａ，９−１ｂ，９−２ａ，９−２ｂ）で計測された弾性膨張収縮構造体１−１ａ、１−１ｂ、１−２ａ、１−２ｂの内圧である。ハンド用モータ１３は、ハンド１２の開閉を行うモータであって、物体把持信号の入力（物体把持信号の出力のＯＮ）を受けて、ハンド１２を閉めて物体の把持を行う一方、物体把持信号が出力されないこと（物体把持信号の出力のＯＦＦ）を受けて、ハンド１２を開けて物体の把持解除を行う。
【００６８】
目標軌道生成手段４０は、目標とする弾性体アクチュエータ駆動機構１０の動作を実現するための目標関節角度ベクトル（出力の目標値の一例）ｑｄを、出力誤差計算部４１と、目標角速度計算手段４３と、物体把持信号出力手段４８とに出力する。目標軌道生成手段４０内には、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の動作プログラムが予め記憶されている。目標とする弾性体アクチュエータ駆動機構１０の動作は、目的とする作業に応じて、事前に、それぞれの時間（ｔ＝０、ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２、・・・）でのポイントごとの目標角度ベクトルｑｄｔ＝［ｑｄｔ１，ｑｄｔ２］Ｔ（ｑｄｔ=０、ｑｄｔ=１、ｑｄｔ=２、・・・）が記憶されている。そして、目標軌道生成手段４０は、それぞれの時間（ｔ＝０、ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２、・・・）でのポイントごとの角度（ｑｄｔ=０、ｑｄｔ=１、ｑｄｔ=２、・・・）の情報を基に多項式補間を使用し、各ポイント間の軌道を補完し、目標関節角度ベクトルｑｄ＝［ｑｄ１，ｑｄ２］Ｔを生成する。
【００６９】
出力誤差計算部４１は、目標軌道生成手段４０から出力された目標関節角度ベクトルｑｄとエンコーダ８の出力ｑとが入力され、角度誤差ベクトルｑｅ＝ｑｄ−ｑを計算し、出力誤差の一例として角度誤差ベクトルｑｅを出力する。
【００７０】
角度誤差補償手段４２は、出力誤差計算部４１により出力される角度誤差ベクトルｑｅが入力され、制御指令値の一例として角度誤差修正指令値ΔＰｑｅが修正目標角加速度計算部４４に出力される。
【００７１】
目標角加速度計算手段４３は、目標軌道生成手段４０が出力した目標関節角度ベクトルｑｄが入力され、目標角加速度
【００７２】
【数１】
2012081197.tif 000003
【００７３】
が計算により求められて修正目標角加速度計算部４４に出力される。
【００７４】
修正目標角加速度計算部４４は、目標角加速度計算手段４３の出力である
【００７５】
【数２】
2012081197.tif 000004
【００７６】
と角度誤補償手段４２の出力である角度誤差ベクトルΔＰｑｅとが入力され、制御指令値の一例として修正目標角加速度
【００７７】
【数３】
2012081197.tif 000005
【００７８】
が計算により求められて正常時トルク制御手段４５Ａに出力される。
【００７９】
正常時トルク制御手段４５Ａは、修正目標角加速度計算部４４の出力である修正目標角加速度
【００８０】
【数４】
2012081197.tif 000006
【００８１】
とダイナミクスパラメータとから、目標関節トルクτｄを計算し、さらに目標関節トルクτｄと入力されたエンコーダ８の出力ｑとから、該当の（着目する）関節の弾性膨張収縮構造体１の目標圧力値（目標内部状態情報の一例）Ｐｄを算出する。ダイナミクスパラメータの例としては、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の各リンク（支持部材１６，１７）又は搬送物体１１の質量、重心位置、若しくは、慣性行列などを指す。正常時トルク制御手段４５Ａは、算出した目標圧力値Ｐｄを圧力誤差計算部４６に出力する。目標関節トルクτｄの計算方法の一例としては、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の運動方程式を使って、以下の式で目標関節トルクτｄを算出する。
【００８２】
【数５】
2012081197.tif 000007
【００８３】
【数６】
2012081197.tif 000008
【００８４】
は搬送物体１１及び弾性体アクチュエータ駆動機構１０のダイナミクスパラメータからなる係数行列であり、
【００８５】
【数７】
2012081197.tif 000009
【００８６】
は搬送物体１１及び弾性体アクチュエータ駆動機構１０の質量にかかる重力項である。
【００８７】
求めた目標関節トルクτｄと関節角度ｑより各関節の弾性膨張収縮構造体１の目標圧力値Ｐｄを計算方法の一例を、図９及び図１０を用いて説明する。
【００８８】
図９は、ある関節角度に対する弾性膨張収縮構造体１−ａ，１−ｂの長さを示す図である。図１０は、図９で用いている弾性膨張収縮構造体１−ａ，１−ｂの特性である、引っ張り力Ｆと歪量ε及び圧力Ｐとの関係を示す図である。図９に示す弾性膨張収縮構造体１−ａ，１−ｂの各関節の幾何学パラメータ、及び、図１０に示す弾性膨張収縮構造体１−ａ，１−ｂの特性は、正常時トルク制御手段４５Ａに予め記憶されている。
【００８９】
図９に示すように、まず、関節角度ｑより、該当の（着目する）関節（この例では、第２関節）の拮抗する一対の弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂのそれぞれの長さを正常時トルク制御手段４５Ａにより計算する。図９に示すように２本の弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂ間の距離が２ｎでありかつ関節角度がｑである（弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの軸方向に対して支持体２０が角度ｑだけ傾斜している）場合を例にすると、弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの長さの差は
【００９０】
【数８】
2012081197.tif 000010
【００９１】
となり、ｑ＝０のときの弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの長さがどちらもｌ０とすると、それぞれの弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの長さは、以下の式で、正常時トルク制御手段４５Ａにより、求めることができる。
【００９２】
【数９】
2012081197.tif 000011
【００９３】
さらに、弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの自然長がｌであったとすると、それぞれの歪量はεａ＝ｌａ／ｌ、εｂ＝ｌｂ／ｌ、と正常時トルク制御手段４５Ａにより求めることができる。
【００９４】
また、各関節の弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの引っ張り力Ｆの差をＦｅとすると、目標関節トルクτｄより
【００９５】
【数１０】
2012081197.tif 000012
【００９６】
と正常時トルク制御手段４５Ａにより求めることができる。
【００９７】
以上の条件、すなわち、各弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの歪量ε及び引っ張り力Ｆの差Ｆｅと、さらに、事前に決めておいた１つの条件、（例えば、拮抗する２つの弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの平均圧力が３００ｋＰａとする、弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの圧力差を２００ｋＰａとする等）より、図１０を用いて、各弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの目標圧力値Ｐｄを正常時トルク制御手段４５Ａにより求めることができる。
【００９８】
例えば、図９の例で、εａ＝５[％]、εｂ＝０[％]、Ｆｅ＝２０００[Ｎ]、事前に決めておいた条件を平均圧力２５０[ｋＰａ]とする。
【００９９】
まず、εａ及びεｂより、それぞれの弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの状態は、図１０の矢印ａ及び矢印ｂが示す縦のライン上に、それぞれ、あることが決まる。
【０１００】
次に、引っ張り力Ｆの差Ｆｅより、それぞれの弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの状態は、図１０の縦軸上において、２０００Ｎの距離があることが決まる。
【０１０１】
以上の条件を満たし、かつ、平均圧力が２５０[ｋＰａ]となるそれぞれの弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの圧力を図１０上で正常時トルク制御手段４５Ａにより探索すると、弾性膨張収縮構造体１−２ａの圧力は４００[ｋＰａ]、弾性膨張収縮構造体１−２ｂの圧力は１００[ｋＰａ]と正常時トルク制御手段４５Ａにより求めることができる。これらの求められた圧力が目標圧力値Ｐｄである。
【０１０２】
搬送物体１１に対応したダイナミクスパラメータは、正常時トルク制御手段４５Ａ内に予め記憶されている。ハンド１２からのハンド状態信号により、ハンド１２が閉まっていて物体１１を把持しているときには、正常時トルク制御手段４５Ａが物体把持時のダイナミクスパラメータを用いる一方、ハンド１２が開いていて物体１１を把持していないときには正常時トルク制御手段４５Ａが物体把持なし時のダイナミクスパラメータを用いるため、
【０１０３】
【数１１】
2012081197.tif 000013
【０１０４】
とが変化する。
【０１０５】
圧力誤差計算部４６は、正常時トルク制御部４５Ａから出力された弾性膨張収縮構造体１−２ａ、１−２ｂの目標圧力値Ｐｄから、圧力センサ９から出力される圧力Ｐを減算して、圧力誤差Ｐｅを算出し、算出された圧力誤差Ｐｅを圧力誤差補償手段４７に出力する。
【０１０６】
圧力誤差補償手段４７は、圧力誤差計算部４６から圧力誤差Ｐｅが入力され、圧力差誤差修正出力ＶΔｐｅを算出し、算出した圧力差誤差修正出力ＶΔｐｅを弾性体アクチュエータ駆動機構１０の駆動装置５０に出力する。圧力差誤差修正出力ＶΔｐｅは、駆動装置５０のＤ／Ａボードなどの入出力ＩＦ２９を介して空気圧供給系の３ポート流量制御電磁弁２７（２７Ａ，２７Ｂ）に電圧指令値として与えられ、各関節軸６−１，６−２がそれぞれ独立して正逆回転駆動されて弾性体アクチュエータ駆動機構１０が動作する。
【０１０７】
物体把持信号出力手段４８は、事前に決められた目標位置において物体把持信号をハンド用モータ１３と主制御部３１に出力する。本実施形態では、事前に、ロボットの一例としての弾性体アクチュエータ駆動機構１０のタスクが決められている。そして、ある位置で搬送物体１１をハンド１２で把持して、搬送物体１１を移動し、別のある位置で搬送物体１１を置く（ハンド１２の把持から搬送物体１１を開放する）例を想定している。このため、目標位置によって物体把持信号の出力のＯＮ／ＯＦＦを決めているが、これに限らず、操作者がハンド開閉用ボタンを押して、ハンド１２を閉めて搬送物体１１を把持する一方、操作者がハンド開閉用ボタンを再び押して、ハンド１２を開けて搬送物体１１を把持開放するなどでもよい。
【０１０８】
異常判断手段４９は、エンコーダ８の出力ｑと圧力センサ９の出力Ｐと主制御部３１の内部状態モデルとが入力され、出力計測手段の一例であるエンコーダ８の異常判断手段として働く。
【０１０９】
図１１は、異常判断手段４９の詳細な図であり、異常判断手段４９は、圧力差計算手段５１と、内部状態モデル比較手段５２と、異常判断手段５３とで構成されている。
【０１１０】
圧力差計算手段５１は、各弾性膨張収縮構造体１の圧力Ｐが入力され、拮抗している一対の弾性膨張収縮構造体１の圧力差ΔＰを計算し、内部状態モデル比較手段５２に出力する。
【０１１１】
内部状態モデル比較手段５２は、圧力差計算手段５１の出力である圧力差ΔＰとエンコーダ８の出力である関節角度ｑと、主制御部３１内の内部状態モデルデータベースの出力である内部状態モデルとが入力され、内部状態モデルの圧力差であるΔＰ及び関節角度ｑとの関係を示す方程式と、現在の（比較動作を行うときの）圧力差であるΔＰ及び現在の関節角度ｑとの関係を比較し、エンコーダ８の出力ｑが内部状態モデルの関節角度ｑから何％程ずれているかを求めて、異常判断手段５３に出力する。
【０１１２】
異常判断手段５３は、エンコーダ８の出力ｑが何％程ずれているかを示す内部状態モデル比較手段５２の出力から、エンコーダ８の出力ｑが異常かどうかの判断を行い、異常である場合は異常検出信号を主制御部３１に出力する。異常判断手段５３における異常かどうかの判断は、例えば、エンコーダ８の出力ｑが内部状態モデルの関節角度ｑから５０％以上ずれていた場合は瞬時に異常と異常判断手段５３により判断する、エンコーダ８の出力ｑが内部状態モデルの関節角度ｑから２０％以上５０％未満ずれている状態が１０秒以上続いた場合は、異常と判断するなど、予め決められた条件に基づき判断を行う。１０秒以上続くことは、内蔵タイマーで計測できる。
【０１１３】
以上の原理に基づく正常時動作制御部３２の制御プログラムの実際の動作ステップについて、図１２のフローチャートに基づいて説明する。
【０１１４】
ステップＳ１では、エンコーダ８により計測された、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の出力の計測値（関節角度ｑ）が制御装置３０の正常時動作制御部３２の異常判断手段４９などに取り込まれる。
【０１１５】
次いで、ステップＳ２では、圧力センサ９により計測された、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の内部状態の計測値（圧力Ｐ）が制御装置３０の正常時動作制御部３２の異常判断手段４９などに取り込まれる。
【０１１６】
次いで、ステップＳ３では、異常判断手段４９により、エンコーダ８の出力ｑと圧力センサ９の出力Ｐと主制御部３１の内部状態モデルとに基づき、エンコーダ８が異常かどうか判断を行う。
【０１１７】
以下、ステップＳ３においてエンコーダ８が異常ではない（正常である）と異常判断手段４９により判断されたときについて説明する。この場合は、ステップＳ３からステップＳ４に進む。
【０１１８】
ステップＳ４では、目標軌道生成手段４０内に予め記憶されていた弾性体アクチュエータ駆動機構１０の動作プログラムに基づき、目標軌道生成手段４０は、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の出力の目標値（目標関節角度ベクトルｑｄ）を計算する。
【０１１９】
次いで、ステップＳ５では、目標軌道生成手段４０からの出力とエンコーダ８の出力ｑとを基に、出力誤差計算部４１で角度誤差ベクトルｑｅが求められる。そして、出力誤差計算部４１の角度誤差ベクトルｑｅを基に、角度誤差補償手段４２が角度誤差修正指令値ΔＰｑｅを計算する。
【０１２０】
次いで、ステップＳ６では、目標軌道生成手段４０の目標関節角度ベクトルｑｄを基に目標角加速度計算手段４３が目標角加速度
【０１２１】
【数１２】
2012081197.tif 000014
【０１２２】
を計算する。
【０１２３】
次いで、ステップＳ７では、目標角加速度計算手段４３の目標角加速度
【０１２４】
【数１３】
2012081197.tif 000015
【０１２５】
と角度誤差補償手段４２の角度誤差修正指令値ΔＰｑｅとを基に修正目標角加速度計算部４４により修正目標角加速度
【０１２６】
【数１４】
2012081197.tif 000016
【０１２７】
が求められる。その後、修正目標角加速度計算部４４の修正目標角加速度
【０１２８】
【数１５】
2012081197.tif 000017
【０１２９】
とダイナミクスパラメータとを基に、正常時トルク制御手段４５Ａにおいて目標圧力値Ｐｄの計算を行う。
【０１３０】
次いで、ステップＳ８では、正常時トルク制御手段４５Ａの目標圧力値Ｐｄを基に圧力誤差計算部４６において圧力誤差Ｐｅが計算される。そして、圧力誤差補償手段４７において、圧力誤差計算部４６の圧力誤差Ｐｅより、圧力差誤差修正出力ＶΔｐｅすなわち電圧指令値の計算を行う。
【０１３１】
次いで、ステップＳ９では、圧力誤差補償手段４７において計算された電圧指令値（圧力差誤差修正出力ＶΔｐｅ）が駆動装置５０に出力され、駆動装置５０により弾性体アクチュエータ駆動機構１０が駆動される。
【０１３２】
以上のステップＳ１〜ステップＳ９が制御の計算ループとして繰り返し実行されることにより、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御が実現する。
【０１３３】
一方、ステップＳ３においてエンコーダ８が異常である（正常ではない）と判断されたときについて、以下、説明する。この場合は、ステップＳ３からステップＳ１０に進む。  ステップＳ１０では、異常判断手段４９より異常検出信号を主制御部３１に出力する。
【０１３４】
以上のステップＳ１〜ステップＳ４、ステップ１０、が実行されることによりエンコーダ８の異常が検出された場合には異常検出信号が出力され、主制御部３１に異常検出信号が送られることにより、正常時動作制御部３２から異常時動作制御部３３への制御部の切替が実現する。
【０１３５】
図１３は、本発明の第１実施形態にかかる異常時動作制御部３３の具体的な構成を示す図である。異常時動作制御部３３は、目標軌道生成手段（第２目標出力手段の一例）４０と、目標内部状態決定手段（第１目標内部状態算出手段）６０と、圧力誤差計算部４６と、圧力誤差補償手段４７と、物体把持信号出力手段４８とを備えて構成している。
【０１３６】
目標軌道生成手段４０は、正常時動作制御部３２の目標軌道生成手段４０と同様な作用を行うため、説明を省略する。なお、下記する目標内部状態決定手段（第１目標内部状態算出手段）６０は、目標内部状態情報取得手段１６０の一例として機能している。
【０１３７】
目標内部状態決定手段６０は、目標軌道生成手段４０から目標関節角度ベクトルｑｄが入力され、目標関節角度ベクトルｑｄより目標圧力差（圧力差の目標値）ΔＰｄ＝［ΔＰ１ｄ，ΔＰ２ｄ］Ｔが算出される。さらに、目標圧力差から各弾性体アクチュエータ１の目標圧力値Ｐｄ＝［Ｐ１ａｄ，Ｐ１ｂｄ，Ｐ２ａｄ，Ｐ２ｂｄ］Ｔが目標内部状態決定手段６０により計算されて、目標内部状態決定手段６０から目標内部状態誤差計算部４６に向けて出力される。
【０１３８】
図１４は、目標内部状態決定手段６０の詳細な図であり、内部状態モデル記憶部６１と目標圧力計算手段６２とで構成されている。
【０１３９】
内部状態モデル記憶部６１は、前述のとおり主制御部３１から異常時動作制御部３３に出力されている。この内部状態モデル記憶部６１に記憶された内部状態モデルを用いて、入力された目標関節角度ベクトルｑｄから、各関節の弾性体アクチュエータ１の目標圧力差ΔＰｄを計算して、目標圧力計算手段６２に出力する。
【０１４０】
目標圧力計算手段６２は、内部状態モデル記憶部６１からの目標圧力差ΔＰｄから各弾性体アクチュエータ１の目標圧力値Ｐｄを計算して、物体把持信号出力手段４８と目標内部状態決定手段６０とに出力する。目標圧力差ΔＰｄから各弾性体アクチュエータ１の目標圧力値Ｐｄを計算するために、目標圧力計算手段６２は、事前に決めておいた１つの条件、（例えば、拮抗する２つの弾性体アクチュエータ１の平均圧力が３００ｋＰａとする、弾性体アクチュエータ１の圧力差を２００ｋＰａとする等）を記憶しており、その条件と入力された目標圧力差ΔＰｄとから目標圧力値Ｐｄを計算する。例えば、関節軸６−１において、記憶していた条件が平均圧力が２５０ｋＰａであり、かつ目標圧力差ΔＰｄが４００ｋＰａの場合、それぞれの弾性体アクチュエータ１の目標圧力Ｐ１ａｄ、Ｐ１ｂｄは以下の式を満たす必要がある。
【０１４１】
【数１６】
2012081197.tif 000018
【０１４２】
以上の２式よりＰ１ａｄ＝４５０ｋＰａ、Ｐ１ｂｄ＝５０ｋＰａと求めることができる。
【０１４３】
図１３に戻って、内部状態誤差計算部４６は、目標内部状態決定手段６０から出力された弾性体アクチュエータ１の目標圧力値Ｐｄから、圧力センサ９から出力される圧力Ｐを減算して、圧力誤差ΔＰｅを算出し、算出された圧力誤差ΔＰｅを圧力誤差補償手段４７に出力する。
【０１４４】
以上の原理に基づく制御プログラムの実際の動作ステップについて、図１５の異常時動作制御部のフローチャートに基づいて説明する。
【０１４５】
ステップＳ１１では、目標軌道生成手段４０内に予め記憶されていた弾性体アクチュエータ駆動機構１０の動作プログラムに基づき、目標軌道生成手段４０は、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の出力の目標値（目標角度ｑｄ）を計算する。
【０１４６】
次いで、ステップＳ１２では、圧力センサ９により計測された、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の内部状態の計測値（圧力Ｐ）が制御装置３０の異常時動作制御部３３の圧力誤差計算部４６に取り込まれる。
【０１４７】
次いで、ステップＳ１３では、目標軌道生成手段４０の目標関節角度ベクトルｑｄに基づき目標内部状態決定手段６０により圧力目標値Ｐｄを決定して、内部状態誤差計算部４６に出力される。
【０１４８】
次いで、ステップＳ１４では、目標内部状態決定手段６０の圧力目標値Ｐｄ及び圧力センサ９の現在の圧力Ｐとの差、すなわち、圧力誤差ΔＰｅが、内部状態誤差計算部４６により計算される。そして、圧力誤差補償手段４７において、内部状態誤差計算部４６の圧力誤差ΔＰｅより、圧力差誤差修正出力ＶΔｐｅすなわち電圧指令値の計算を行う。
【０１４９】
次いで、ステップＳ１５では、圧力誤差補償手段４７において計算された電圧指令値（圧力差誤差修正出力ＶΔｐｅ）が駆動装置５０に出力され、駆動装置５０により弾性体アクチュエータ駆動機構が駆動される。
【０１５０】
以上のステップＳ１〜ステップＳ９が制御の計算ループとして繰り返し実行されることにより、弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御が実現する。
【０１５１】
以上のように、上記第１実施形態の上記制御装置３０は、主制御部３１と正常時動作制御部３２と異常時動作制御部３３とを備え、さらに、正常時動作制御部内３１に異常判断手段４９を備えて構成している。このような構成により、エンコーダ８が正常かどうかを異常判断手段４９により判断し、エンコーダ８が正常ではないと異常判断手段４９で判断したときには、主制御部３１が正常時動作制御部３１から異常時動作制御部３２へと動作の切替を行うことにより、エンコーダ８が故障した場合にも、即座に動作停止せず、動作継続可能な、安全な弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御が可能となる。
【０１５２】
さらに、異常時動作制御部３３内の目標軌道生成手段４０に記憶している目標角度ベクトルｑｄｔを、正常時動作制御部３２内の目標軌道生成手段４０に記憶している目標関節角度ベクトルｑｄとは別のものとし、例えば、通常の搬送物体１１の運搬動作の繰り返しではなく、搬送物体１１を安全な位置まで搬送し、搬送物体１１を設置した後、停止するという目標関節角度ベクトルとすると、より安全な弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御となる。
【０１５３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御装置３０の具体的な構成の一例について説明を行う。
【０１５４】
図１６は、本発明の第２実施形態にかかる異常時動作制御部３３の具体的な構成を示す図である。異常時動作制御部３３は、目標軌道生成手段４０と、異常時トルク制御手段（第２目標内部状態情報算出手段）４５Ｂと、目標角加速度計算手段４３と、圧力誤差計算部４６と、圧力誤差補償手段４７と、角度推定手段（出力推定手段(出力推定部)の一例）６５と、物体把持信号出力手段４８とを備えて構成している。なお、下記する角度推定手段(出力推定部)６５と異常時トルク制御手段（第２目標内部状態情報算出手段）４５Ｂとで目標内部状態情報取得手段１６０の別の例として機能している。
【０１５５】
角度推定手段６５は、主制御部３１から出力された内部状態モデルと圧力センサ９から出力された弾性体アクチュエータ１の圧力Ｐとから関節角度の推定値である推定関節角度ｑｅｓｔを求め、異常時トルク制御手段４５Ｂに出力する。推定の方法は、圧力Ｐより関節の圧力差ΔＰを角度推定手段６５により求め、図６Ａ及び図６Ｂの方程式を角度推定手段６５で用いることで、関節角度を角度推定手段６５により推定する。
【０１５６】
例えば、物体を把持していない状態で、かつ、稼働時間が１０時間の場合、角度推定手段６５には、図６Ａの「◆」（黒菱形）の点で表されるグラフによって示される関節角度ｑと圧力差ΔＰとの関係を示す方程式が、内部状態モデルとして入力されている。入力された関節軸６−１の拮抗する一対の弾性体アクチュエータ１−１ａ，１−１ｂのそれぞれの圧力Ｐ１ａ，Ｐ１ｂが５００ｋＰａと３００ｋＰａであった場合、圧力差ΔＰ＝５００−３００＝２００となり、方程式に当てはめて考えると、関節角度ｑは２０ｄｅｇであると角度推定手段６５により推定する。
【０１５７】
異常時トルク制御手段４５Ｂは、目標角加速度計算手段４３の出力である目標角加速度
【０１５８】
【数１７】
2012081197.tif 000019
【０１５９】
とダイナミクスパラメータとから、目標関節トルクτｄを計算し、さらに目標関節トルクτｄと入力された角度推定手段６５の出力とから、該当の（着目する）関節の弾性体アクチュエータ１の目標圧力値Ｐｄを算出する。目標関節トルクτｄと目標圧力値Ｐｄの算出方法は、前述の正常時トルク制御手段４５Ａにおける算出方法において、修正目標角加速度を目標角加速度に、関節角度ｑを推定関節角度ｑｅｓｔにそれぞれ置き換えることで同様に計算する。
【０１６０】
上記異常時トルク制御手段４５Ｂは、入力として、目標角加速度計算手段４３の出力である目標角加速度を用いているが、目標角加速度は目標角加速度計算手段４３において、目標軌道生成手段４０（第２目標出力手段の一例）の出力である出力の目標値から算出される。また、上記角度推定手段６５は、主制御部３１から出力された内部状態モデルを利用して角度を推定している。このことから、角度推定手段(出力推定部)６５と異常時トルク制御手段４５Ｂとで、目標内部状態情報取得手段１６０を構成している。
【０１６１】
以上のように、上記第２実施形態の上記制御装置３０の異常時動作制御手段３３においては、第１実施形態の異常時動作制御手段３３において、関節角度を入力としかつ圧力差を出力とする内部状態モデルとして用い、目標内部状態決定手段６０として用いたのとは異なり、圧力差を入力としかつ関節角度を出力とする内部状態モデルとして用いることで、角度推定手段６５として利用する。また、上記制御装置３０は、主制御部３１と正常時動作制御部３２と異常時動作制御部３３とを備え、さらに正常時動作制御部内３２に異常判断手段４９を備えるように構成している。このような構成により、エンコーダ８が正常かどうかを異常判断手段４９により判断し、エンコーダ８が正常ではないと異常判断手段４９により判断したときには、主制御部３１が正常時動作制御部３２から異常時動作制御部３３へと動作の切替を行う。さらに、異常時動作制御部３３には角度推定手段６５を備えることにより、エンコーダ８が故障した場合にも、即座に動作停止せず、動作継続可能な、安全な弾性体アクチュエータ駆動機構１０の制御が可能となる。
【０１６２】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラムは、弾性体アクチュエータにより動作するロボットアームの手先位置の軌道制御等の位置制御を行う制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラムとして有用である。また、ロボットアームに限らず、生産設備等における弾性体アクチュエータによる回転機構の制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラム、又は、リニアスライダ又はプレス装置等の弾性体アクチュエータによる直動機構の制御装置及び制御方法、並びに、制御プログラムとしても適用が可能である。【０１６４】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【図１】
2012081197.tif 000020
【図２】
2012081197.tif 000021
【図３】
2012081197.tif 000022
【図４】
2012081197.tif 000023
【図５】
2012081197.tif 000024
【図６Ａ】
2012081197.tif 000025
【図６Ｂ】
2012081197.tif 000026
【図７】
2012081197.tif 000027
【図８】
2012081197.tif 000028
【図９】
2012081197.tif 000029
【図１０】
2012081197.tif 000030
【図１１】
2012081197.tif 000031
【図１２】
2012081197.tif 000032
【図１３】
2012081197.tif 000033
【図１４】
2012081197.tif 000034
【図１５】
2012081197.tif 000035
【図１６】
2012081197.tif 000036
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月29日(2012.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを判断する異常判断手段と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う正常時動作制御手段と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う異常時動作制御手段と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を動作させる制御部とを備え、
上記正常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第１目標出力手段と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクを算出するトルク制御手段と、を備えて、上記正常時動作制御手段は、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行い、
さらに、上記異常時動作制御手段は、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を出力する第２目標出力手段と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を取得する目標内部状態情報取得手段とを備えて、上記異常時動作制御手段は、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置。
【請求項２】
上記異常時動作制御手段の上記目標内部状態情報取得手段は、上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して目標内部状態の情報を算出する第１目標内部状態算出手段を備えており、上記目標内部状態算出手段で算出された上記目標内部状態の情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
上記異常時動作制御手段の上記目標内部状態情報取得手段は、
上記内部状態モデルと上記弾性体アクチュエータの内部状態の情報とから上記弾性体アクチュエータの出力を推定する出力推定部と、
上記出力推定部で推定された上記弾性体アクチュエータの出力と上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値とから目標内部状態情報を算出する第２目標内部状態情報算出手段とを備えており、
上記出力推定部で推定された上記弾性体アクチュエータの出力を利用して算出された上記目標内部状態の情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記異常判断手段は、前記出力計測手段からの出力と上記弾性体アクチュエータの内部状態を計測する内部状態計測手段からの内部状態との関係の情報と、上記出力計測手段が正常であるときの内部状態モデルの上記弾性体アクチュエータの出力と上記弾性体アクチュエータの内部状態との関係の情報とを比較して、上記出力計測手段が異常であるか否かを判断する請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
さらに、上記異常時動作制御手段内の上記第２目標出力手段と上記正常時動作制御手段内の上記第１目標出力手段は、上記弾性体アクチュエータの異なる出力の目標値を出力し、上記異常時動作制御手段が動作するときは、上記弾性体アクチュエータが安全な位置まで動作した後、動作停止するように上記異常時動作制御手段により制御を行う、請求項１〜４のいずれか１つに記載の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置。
【請求項６】
上記弾性体アクチュエータは流体圧アクチュエータである請求項１〜５のいずれか１つに記載の弾性体アクチュエータ駆動機構の制御装置。
【請求項７】
弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法であって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断し、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う一方、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行うとともに、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御部で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御部で動作させ、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力し、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力し、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御方法。
【請求項８】
弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラムであって、
弾性体アクチュエータの出力を計測する出力計測手段が異常であるか否かを異常判断手段で判断する機能と、
上記出力計測手段が正常であると上記異常判断手段により判断したときに、上記出力計測手段からの出力を利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を正常時動作制御手段で行う機能と、
上記出力計測手段が異常であると上記異常判断手段により判断したときに、内部状態モデルを利用して上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を異常時動作制御手段で行う機能と、
上記異常判断手段が上記出力計測手段は正常であると判断したときには上記正常時動作制御手段を制御部で動作させる一方、上記異常判断手段が上記出力計測手段は異常であると判断したときには上記正常時動作制御手段から上記異常時動作制御手段へ切り替えて上記異常時動作制御手段を上記制御部で動作させる機能とを備え、
上記正常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第１目標出力手段で出力する機能と、
上記目標出力手段の出力と上記出力計測手段からの出力とを利用して目標関節トルクをトルク制御手段で算出し、上記トルク制御手段で算出された上記目標関節トルクに基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行う機能とを備える一方、
さらに、上記異常時動作制御手段が動作するとき、
上記弾性体アクチュエータの出力の目標値を第２目標出力手段で出力する機能と、
上記第２目標出力手段で出力された上記出力の目標値と上記内部状態モデルとを利用して上記弾性体アクチュエータの目標内部状態情報を目標内部状態情報取得手段で取得し、上記弾性体アクチュエータの出力の計測結果を用いずに、上記目標内部状態情報取得手段で取得された上記目標内部状態情報に基づいて上記弾性体アクチュエータ駆動機構の制御動作を行うことにより、上記弾性体アクチュエータが動作を継続するよう制御を行う機能と
をコンピュータに実現させるための、弾性体アクチュエータ駆動機構の制御プログラム。
【国際調査報告】
2012081197.tif 000037
2012081197.tif 000038
2012081197.tif 000039
2012081197.tif 000040