(57)【要約】【課題】流体が供給されることによって駆動するアクチュエータを備え、アクチュエータの動作を減衰させる機能と共に振動現象の発生を抑制する機能を有するアクチュエータ装置を提供する。【解決手段】アクチュエータ装置１は、油が供給されることによって駆動するアクチュエータである油圧シリンダ２と、油圧シリンダ２に油を供給する油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３と油圧シリンダ２とをつなぐ第１管路５および第２管路６と、油圧ポンプ３を駆動するモータ４と、第１管路５および第２管路６を流れる油の流量を低減可能な第１絞り機構７および第２絞り機構８の両方もしくはどちらか一方と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が供給されることによって駆動するアクチュエータと、
前記アクチュエータに流体を供給するポンプと、
前記ポンプと前記アクチュエータとをつなぐ管路と、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記管路に設けられ、前記管路を流れる前記流体の流量を低減可能な絞り機構と、
を備えたアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記絞り機構は、前記管路を流れる前記流体の流量を低減させる絞り状態と、前記管路を流れる前記流体の流量を実質的に低減させない非絞り状態とに切り換え自在であり、
前記アクチュエータの動作を検出するセンサと、
前記モータへ指令を与えることで前記ポンプを介して前記アクチュエータを操作するための操作装置と、
前記操作装置から前記モータに与えられる指令と前記アクチュエータの動作とに基づいて前記絞り機構を前記絞り状態もしくは前記非絞り状態に設定する制御装置と、
をさらに備えた請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記操作装置から前記モータに与えられる指令と前記アクチュエータの動作とに基づいて前記アクチュエータの動作が安定か否かを判定し、安定している場合には前記絞り機構を前記非絞り状態に設定し、安定していない場合には前記絞り機構を前記絞り状態に設定する、
請求項２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記操作装置から正の指令が与えられたときに前記アクチュエータに発生すべき駆動力の方向を正方向とし、前記操作装置から負の指令が与えられたときに前記アクチュエータに発生すべき駆動力の方向を負方向としたときに、
前記制御装置は、
前記操作装置が与えようとしている指令（以下、当初指令という。）の符号と前記センサによって検出される前記アクチュエータの速度の符号とを比較し、
前記当初指令と前記アクチュエータの速度との符号が異なっている場合には、前記操作装置から前記モータに実際に与えられる指令の絶対値を０または前記当初指令の絶対値よりも小さくするとともに、前記絞り機構を前記絞り状態に設定し、
前記当初指令と前記アクチュエータの速度との符号が同じである場合には、前記当初指令を前記操作装置から前記モータに実際に与えられる指令とし、前記絞り機構を前記非絞り状態に設定する、
請求項２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内を第１圧力室と第２圧力室とに区画すると共に、前記第２圧力室内を通って前記シリンダ本体外に延びるピストンロッドと、を有する流体圧シリンダからなり、
前記管路は、前記ポンプと前記第１圧力室とを連通する第１管路と、前記ポンプと前記第２圧力室とを連通する第２管路とを有し、
前記ピストンロッドが伸びると、前記ポンプから前記第１圧力室に向かって流体が流れる前記第１管路に流体を補給し、前記ピストンロッドが縮むと、前記ポンプから前記第２圧力室に向かって流れる前記第２管路の流体の一部を回収する貯留手段をさらに備えた、
請求項１〜４のいずれか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記絞り機構は、絞り量を任意に調整可能に構成されている、
請求項１〜５のいずれか一つに記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載のアクチュエータ装置を搭載したパワーアシスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が供給されることによって駆動するアクチュエータを備えたアクチュエータ装置およびそれを搭載したパワーアシスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、人の力を増幅させて出力するアクチュエータ装置として、油圧シリンダ等の流体圧シリンダと、流体圧シリンダに流体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、を備えたアクチュエータ装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
図７に、そのようなアクチュエータ装置の一例を示す。このアクチュエータ装置１００は、油圧シリンダ１０１と、油圧ポンプ１０２と、油圧ポンプ１０２を駆動するモータ１０３とを備えている。油圧シリンダ１０１はシリンダ本体１０１ａとピストンロッド１０１ｂとを備えている。シリンダ本体１０１ａの内部は、ピストンロッド１０１ｂによって第１圧力室１１１と第２圧力室１１２とに区画されている。油圧ポンプ１０２と第１圧力室１１１とは、管路１０４を介して連通している。油圧ポンプ１０２と第２圧力室１１２とは、管路１０５を介して連通している。
【０００４】
モータ１０３は双方向に回転可能である。モータ１０３が図７における時計回り方向に回転すると、第１圧力室１１１内の油が管路１０４を通じて油圧ポンプ１０２に吸入される一方、油圧ポンプ１０２から管路１０５を通じて第２圧力室１１２に油が供給される。その結果、第２圧力室１１２の推力（なお、推力＝受圧面積×圧力である。）が第１圧力室１１１の推力よりも高くなり、ピストンロッド１０１ｂは左方向に移動し、収縮する。逆に、モータ１０３が図７における反時計回り方向に回転すると、第２圧力室１１２内の油が管路１０５を通じて油圧ポンプ１０２に吸入される一方、油圧ポンプ１０２から管路１０４を通じて第１圧力室１１１に油が供給される。その結果、第１圧力室１１１の推力が第２圧力室１１２の推力よりも大きくなり、ピストンロッド１０１ｂは右方向に移動し、伸長する。なお、モータ１０３の回転方向とピストンロッド１０１ｂの移動方向の関係は上記関係に限定されるわけではなく、上記関係と逆の関係であってもよい。すなわち、モータ１０３が時計回り方向に回転するとピストンロッド１０１ｂが右方向に移動し、逆に、モータ１０３が反時計回り方向に回転するとピストンロッド１０１ｂが左方向に移動してもよい。
【０００５】
上記アクチュエータ装置１００では、ピストンロッド１０１ｂの伸縮の速度は、油圧ポンプ１０２の回転速度によって定まり、油圧ポンプ１０２の回転速度は、モータ１０３の回転速度に依存する。したがって、ピストンロッド１０１ｂは、モータ１０３を制御することによって制御される。
【０００６】
ところで、例えば、慣性が大きくなりがちな大型の装置や、機敏な操作が行われる装置等においては、人もしくはコントローラからの操作入力とピストンロッド１０１ｂの動作との間に何らかの応答遅れが生じ、人もしくはコントローラが指示する方向と逆向きにピストンロッド１０１ｂが移動してしまう状況が発生する場合がある。上記アクチュエータ装置１００では、そのような場合には、モータ１０３を制御することによって、ピストンロッド１０１ｂの移動を減衰させることとしていた。すなわち、速度情報のフィードバックなどにより、モータ１０３に対して逆方向に回転する成分の駆動信号を付加することによって、ピストンロッド１０１ｂの移動をソフトウェア的にかつアクティブに減衰させることとしていた。
【特許文献１】特開平１−２４７８０５号公報
【特許文献２】特開平７−１１０００６号公報
【特許文献３】特開平７−１９０００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の方式では、制御の不安定化を招くおそれがある。例えば、モータ１０３へ駆動信号を付加したとしても、実際にピストンロッド１０１ｂの駆動力が発生するまでに遅れがある場合などに、不安定化を引き起こすおそれがある。次に、図８を参照しながら、そのような不安定現象について説明する。
【０００８】
図８において、符号Ｖ１、Ｓ１、Ｄ１は、ピストンロッド１０１ｂの速度、モータ１０３へ付加される駆動信号、ピストンロッド１０１ｂに発生する駆動力をそれぞれ表している。図８（ａ）に示すように、例えばピストンロッド１０１ｂが正の方向に動いているときに、人もしくはコントローラがこれを止めようと操作する場合、人若しくはコントローラは負の方向の駆動信号Ｓ１をモータ１０３に付加することとなる。これにより、ピストンロッド１０１ｂは減速していく。しかし、図８（ｂ）に示すように、速度Ｖ１が０に達して駆動信号Ｓ１の付加を止めても、遅れが生じると、ピストンロッド１０１ｂの負の方向への駆動力Ｄ１が出続けて、ピストンロッド１０１ｂは減速状態から負の方向への加速へと転じることになる（図８（ｂ）の領域ＤＬ１参照）。これを受け、人もしくはコントローラは、今度は反対に正の方向の駆動信号Ｓ１をモータ１０３へ付加し、負の方向の速度を減速させ、速度が０になるまで加速するが、やはりピストンロッド１０１ｂの駆動力の遅れによって、正の方向への加速に転じてしまう（領域ＤＬ２参照）。このようなことを繰り返すことにより、不安定な振動現象が発生することがある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アクチュエータの動作を減衰させる機能と共に振動現象の発生を抑制する機能を有するアクチュエータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るアクチュエータ装置は、流体が供給されることによって駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータに流体を供給するポンプと、前記ポンプと前記アクチュエータとをつなぐ管路と、前記ポンプを駆動するモータと、前記管路に設けられ、前記管路を流れる前記流体の流量を低減可能な絞り機構とを備えたものである。
【００１１】
上記アクチュエータ装置によれば、絞り機構が前記管路を流れる流体の流量を低減させることにより、アクチュエータの動作を減衰させる減衰機能を発揮することができる。また、前記絞り機構は、モータの制御を工夫することによってアクチュエータの動作を速度情報のフィードバックなどによりソフトウェア的かつアクティブに減衰させる従来技術と異なり、アクチュエータをアクティブに作動させるものではない。そのため、アクチュエータを減衰させるつもりが振動させてしまうといったおそれはない。したがって、アクチュエータに振動現象を発生させることなく減衰させることができる。
【００１２】
前記絞り機構は、前記管路を流れる前記流体の流量を低減させる絞り状態と、前記管路を流れる前記流体の流量を実質的に低減させない非絞り状態とに切り換え自在であり、前記アクチュエータ装置は、前記アクチュエータの動作を検出するセンサと、前記モータへ指令を与えることで前記ポンプを介して前記アクチュエータを操作するための操作装置と、前記操作装置から前記モータに与えられる指令と前記アクチュエータの動作とに基づいて前記絞り機構を前記絞り状態もしくは前記非絞り状態に設定する制御装置と、をさらに備えていてもよい。
【００１３】
前記制御装置は、前記操作装置から前記モータに与えられる指令と前記アクチュエータの動作とに基づいて前記アクチュエータの動作が安定か否かを判定し、安定している場合には前記絞り機構を前記非絞り状態に設定し、安定していない場合には前記絞り機構を前記絞り状態に設定するものであってもよい。
【００１４】
上記アクチュエータ装置によれば、アクチュエータの動作が安定していない場合には、絞り機構が絞り状態に設定されることにより、管路を流れる油の流量が低減される。これにより、アクチュエータの動作が減衰され、それに伴い不安定動作も抑えられる。一方、アクチュエータの動作が安定している場合には、絞り機構が非絞り状態に設定されることにより、管路を流れる油の流量は実質的に低減されない。これにより、アクチュエータの動作に関して、絞り機構がない場合と同等の性能が得られる。
【００１５】
前記操作装置から正の指令が与えられたときに前記アクチュエータに発生すべき駆動力の方向を正方向とし、前記操作装置から負の指令が与えられたときに前記アクチュエータに発生すべき駆動力の方向を負方向としたときに、前記制御装置は、前記操作装置が与えようとしている指令（以下、当初指令という。）の符号と前記センサによって検出される前記アクチュエータの速度の符号とを比較し、前記当初指令と前記アクチュエータの速度との符号が異なっている場合には、前記操作装置から前記モータに実際に与えられる指令の絶対値を０または前記当初指令の絶対値よりも小さくするとともに、前記絞り機構を前記絞り状態に設定し、前記当初指令と前記アクチュエータの速度との符号が同じである場合には、前記当初指令を前記操作装置から前記モータに実際に与えられる指令とし、前記絞り機構を前記非絞り状態に設定するものであってもよい。
【００１６】
前記アクチュエータは、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内を第１圧力室と第２圧力室とに区画すると共に、前記第２圧力室内を通って前記シリンダ本体外に延びるピストンロッドと、を有する流体圧シリンダからなり、前記管路は、前記ポンプと前記第１圧力室とを連通する第１管路と、前記ポンプと前記第２圧力室とを連通する第２管路とを有し、前記ピストンロッドが伸びると、前記ポンプから前記第１圧力室に向かって流体が流れる前記第１管路に流体を補給し、前記ピストンロッドが縮むと、前記ポンプから前記第２圧力室に向かって流れる前記第２管路の流体の一部を回収する貯留手段をさらに備えていてもよい。
【００１７】
このことにより、管路における流体の過不足がなくなり、アクチュエータとしていわゆる片ロッド型の流体圧シリンダを用いた場合であっても、円滑な動作を行うことができる。
【００１８】
前記絞り機構は、絞り量を任意に調整可能に構成されていてもよい。
【００１９】
このことにより、例えば操作者が絞り機構の絞り量を任意に調整することで、アクチュエータの動作速度を適宜に制限することができる。
【００２０】
本発明に係るパワーアシスト装置は、前記アクチュエータ装置を搭載したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アクチュエータの動作を振動させることなく減衰させる機能を有するアクチュエータ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
図１は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、アクチュエータ装置１は、アクチュエータとしての油圧シリンダ２と、油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３を駆動するモータ４とを備えている。油圧シリンダ２は、シリンダ本体２ａと、シリンダ本体２ａに挿入されたピストンロッド２ｂとを有している。シリンダ本体２ａの内部は、ピストンロッド２ｂにより、第１圧力室１１と第２圧力室１２とに区画されている。ピストンロッド２ｂは、第２圧力室１２内を通ってシリンダ本体２ａ外に延びている。本油圧シリンダ２は、いわゆる片ロッド型の油圧シリンダである。油圧ポンプ３は双方向に回転可能であり、一端３ａから油を吐出しかつ他端３ｂから油を吸入する運転と、一端３ａから油を吸入しかつ他端３ｂから油を吐出する運転とを実行可能である。モータ４は双方向に回転可能なモータであり、油圧ポンプ３に連結されている。
【００２３】
油圧ポンプ３の一端３ａは、第１管路５を介して油圧シリンダ２の第１圧力室１１に連通している。一方、油圧ポンプ３の他端３ｂは、第２管路６を介して油圧シリンダ２の第２圧力室１２に連通している。第１管路５には第１絞り機構７が設けられ、第２管路６には第２絞り機構８が設けられている。第１絞り機構７は第１管路５を流れる油の流量を低減可能な機構であり、第２絞り機構８は第２管路６を流れる油の流量を低減可能な機構である。また、絞り機構７，８は、それぞれ管路５，６を流れる油の流量を実質的に低減させない状態にも設定可能である。すなわち、第１絞り機構７および第２絞り機構８は、油の流量を低減させる状態である絞り状態と、油の流量を実質的に低減させない状態である非絞り状態とに切り換え自在である。第１絞り機構７および第２絞り機構８は、絞り量を任意に調整可能に構成されていてもよい。第１絞り機構７および第２絞り機構８の具体的構成は何ら限定されないが、例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８として、比例電磁式流量調整弁、比例電磁式減圧弁等を好適に用いることができる。
【００２４】
第１管路５における油圧ポンプ３と第１絞り機構７との間には、第１パイロットチェック弁２１を介してタンク２３が接続されている。また、第２管路６における油圧ポンプ３と第２絞り機構８との間には、第２パイロットチェック弁２２を介してタンク２３が接続されている。片ロッド型の油圧シリンダ２と油圧ポンプ３とを第１管路５および第２管路６により接続すると、油圧シリンダ２のロッドの体積差に応じた油の過不足が生じる。そこで、タンク２３には、これを補うことができるだけの量の油が貯留されている。
【００２５】
アクチュエータ装置１は、操作装置１４を備えている。操作装置１４は、操作者もしくはコントローラによって操作される装置である。操作装置１４の具体的構成は何ら限定されない。操作装置１４として、例えば、操作レバーや操作ハンドル等を好適に利用することができる。また、操作装置１４として、例えば、パーソナルコンピュータ等からの制御指令が入力できる装置を用いてもよい。
【００２６】
また、アクチュエータ装置１は、制御装置１５を備えている。制御装置１５は、操作装置１４に対する操作入力に基づいてモータ４を駆動する。すなわち、操作者が操作装置１４を操作すると（言い換えると操作装置１４に操作入力が与えられると）、制御装置１５が操作装置１４の操作入力に応じてモータ４を駆動し、油圧シリンダ２のピストンロッド２ｂを伸縮させる。
【００２７】
モータ４が図１における時計回り方向に回転すると、油圧ポンプ３の一端３ａから油が吸入され、他端３ｂから油が吐出される。すると、油圧シリンダ２の第１圧力室１１内の油は第１圧力室１１から流出し、第１管路５を通じて油圧ポンプ３に流入する。その結果、第１圧力室１１の油圧は低下する。一方、油圧ポンプ３の他端３ｂから吐出された油は、第２管路６を通じて第２圧力室１２に流れ込む。その結果、第２圧力室１２の油圧は増加する。これにより、第２圧力室１２の推力は第１圧力室１１の推力よりも大きくなり、その推力差によってピストンロッド２ｂが図１の左側に移動する。つまり、ピストンロッド２ｂが収縮する。なお、この際、第２管路６から導入されるパイロット圧により第１パイロットチェック弁２１が開かれ、余剰の油がタンク２３に排出される。
【００２８】
一方、モータ４が図１における反時計回り方向に回転すると、油圧ポンプ３の一端３ａから油が吐出され、他端３ｂから油が吸入される。すると、油圧シリンダ２の第２圧力室１２内の油は第２圧力室１２から流出し、第２管路６を通じて油圧ポンプ３に流入する。その結果。第２圧力室１２の油圧は低下する。一方、油圧ポンプ３の一端３ａから吐出された油は、第１管路５を通じて第１圧力室１１に流れ込む。その結果、第１圧力室１１の油圧は増加する。これにより、第１圧力室１１の推力は第２圧力室１２の推力よりも大きくなり、その推力差によってピストンロッド２ｂが図１の右側に移動する。つまり、ピストンロッド２ｂが伸長する。なお、この際、第１管路５から導入されるパイロット圧により第２パイロットチェック弁２２が開かれ、タンク２３内の油が第２管路６に補給される。
【００２９】
本実施形態では、アクチュエータ装置１は、ピストンロッド２ｂの伸縮動作を検出するセンサ１６を備えている。センサ１６は、ピストンロッド２ｂがどれくらい収縮しているのか、あるいはどれくらい伸長しているのかを検出可能である。なお、センサ１６の具体的構成は何ら限定されない。例えば、センサ１６は、ピストンロッド２ｂの先端の位置を検出する位置センサ等であってもよい。そして、センサ１６により得られた位置情報は、制御装置１５によって、ピストンロッド速度に演算されてもよい。
【００３０】
本実施形態では、制御装置１５は、操作装置１４に対する操作入力とピストンロッド２ｂの動作とに基づいて、油圧シリンダ２の動作が安定しているか否かを判定する。なお、ここで安定とは、シリンダ２が操作者もしくはコントローラの意図通りに動作している状態を言い、逆に、不安定とは、シリンダ２が操作者もしくはコントローラの意図していない動作をしている状態を言う。
【００３１】
制御装置１５は、油圧シリンダ２の動作が安定している場合には、第１絞り機構７および第２絞り機構８を非絞り状態に設定する。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が流量調整弁によって構成されている場合に、それらの弁を全開状態に設定する。一方、制御装置１５は、油圧シリンダ２の動作が安定していない場合には、第１絞り機構７または第２絞り機構８を絞り状態に設定する。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が流量調整弁によって構成されている場合、少なくとも一方の弁を所定開度に絞り、第１管路５、第２管路６、またはその両方を流れる油の流量を低減させる。これにより、油圧シリンダ２の第１圧力室１１と第２圧力室１２とにおける推力差は、緩やかに変化することになる。その結果、第１絞り機構７または第２絞り機構８がいわゆるダンパとして機能し、ピストンロッド２ｂの収縮動作または伸長動作が緩やかになる。なお、第１管路５と第２管路６とを同時に絞る場合は、図２に示すような回路構成を採用することがより好ましい。図２に示す回路では、チェック弁２５を有する通路が絞り機構７，８と並列に配置されている。
【００３２】
油圧シリンダ２の動作が安定か否かを判定する方法は、何ら限定される訳ではないが、ここでは、いわゆる仮想パワーモニタを備え、当該仮想パワーモニタによって動作の安定性を判断するものを例に示す（特許第３８０９６１４号公報参照）。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ装置１は、人の力を増幅して出力するパワーアシスト装置２０のアクチュエータ装置である。
【００３４】
図３において、記号Ｋusrは力の増幅率（パワーアシストゲイン）を表している。記号Ｕｈは操作者から与えられる操作力（操作入力ともいう）、記号Ｕusrは増幅後の力をそれぞれ表している。本実施形態では、油圧シリンダ２のピストンロッド２ｂが上記増幅後の力Ｕusrを出力するように、モータ４が制御される。
【００３５】
本パワーアシスト装置２０では、制御系（以下、単にシステムという）の入出力（なお、ここでは操作者の操作力Ｕｈをシステムの入力とし、センサ１６の出力をシステムの出力としている。）を仮想パワーモニタ３１で観測し、下記式に示すように、観測結果Ｐｖから計算される仮想エネルギＥｖによってシステムの安定性を評価する。
【数１】
2010038316.tif 000003
【００３６】
不安定挙動（例えば、Ｅｖ＜０などであるが、不安定／安定の判断基準は、これに限られず、システムの特性などにより任意に決めてよい。）を検知すると、システムにおける重み（本実施形態では第１絞り機構７および第２絞り機構８の絞り具合）を調整し、ピストンロッド２ｂの動きを減衰させることにより、システムの安定化を図る。安定性の評価は、観測結果Ｐｖから計算される仮想エネルギＥｖによって行い、仮想パワーリミッタ３２が上記仮想エネルギＥｖに基づいて、第１絞り機構７および第２絞り機構８の重みＷｖ１、Ｗｖ２を調整する。すなわち、第１絞り機構７および第２絞り機構８の絞りの程度（言い換えると、第１管路５および第２管路６の油の流量）を調整する。
【００３７】
仮想パワーモニタ３１によりシステムが安定していると判定されると、第１絞り機構７および第２絞り機構８は、油の流量を実質的に低減させない非絞り状態に設定される。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が比例電磁式流量調整弁の場合には、全開状態に設定される。一方、仮想パワーモニタ３１によりシステムが安定していないと判定されると、安定度合いに応じて第１絞り機構７および第２絞り機構によって油の流量が絞られる。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が比例電磁式流量調整弁の場合には、油の流量を低減させるべくそれぞれ所定の開度に設定される。
【００３８】
本実施形態においても、システムが安定状態にあるときには、第１絞り機構７および第２絞り機構８が非絞り状態に設定されるので、油圧シリンダ２のピストンロッド２ｂは円滑に伸縮する。一方、システムが不安定状態にあるときには、第１絞り機構７または第２絞り機構８によって、ピストンロッド２ｂの動作を減衰させることができるとともに、振動現象の発生を抑制することができる。
【００３９】
本実施形態では、システムが安定しているか否かを仮想パワーモニタ３１によって検知することとした。そのため、システムの安定性を、より高度に検知することができる。
【００４０】
＜実施形態２＞
実施形態１は、システムが安定か否かに基づいて絞り機構７，８を制御するものであった。しかし、絞り機構７，８の制御は、システムが安定か否かに基づくものに限られる訳ではない。実施形態２は、操作装置１４が与えようとしている指令（以下、当初指令という。）とピストンロッド２ｂの速度との符号が一致するか否かに基づいて、絞り機構７，８を制御するものである。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る制御ブロック図である。実施形態１と同様、アクチュエータ装置１は、油圧シリンダ２と、油圧ポンプ３と、モータ４とを備えている。また、油圧ポンプ３と油圧シリンダ２の第１圧力室１１とをつなぐ第１管路５には、第１絞り機構７が配置されている。油圧ポンプ３と油圧シリンダ２の第２圧力室１２とをつなぐ第２管路６には、第２絞り機構８が配置されている。その他、実施形態１と同様の部分には同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４２】
以下の説明では、記号ｙｄは操作入力を表し、記号Ｕusrは操作装置１４がモータ４に与えようとしている電流指令、すなわち当初指令を表す。また、記号ｕは、判定部３０による制御の結果としてモータ４に与えられる電流指令、すなわちモータ４に実際に与えられる電流指令を表す。記号ｙは、アクチュエータ速度を表す。記号Ｗｕは、判定部３０による重みを表し、記号Ｗｖ１は第１絞り機構７の重みを表し、記号Ｗｖ２は第２絞り機構８の重みを表す。
【００４３】
アクチュエータの動作を絞り機構７，８で減衰させるか否かは、例えば、当初指令Ｕusrの符号とアクチュエータ速度ｙの符号とを比較し、それらの符号が同じか異なっているかに基づいて判定することができる。具体的には、判定部３０は、それらの符号が同符号の場合は、減衰不要と判定することができる。それらの符号が異なっている場合は、減衰させる必要があると判定することができる。
【００４４】
図５は、制御の一例を示すタイミングチャートである。本例では、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとが同符号の場合は、重みＷｕ＝１、Ｗｖ１＝Ｗｖ２＝０とする。すなわち、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が同じである場合には、当初指令Ｕusrを操作装置１４からモータ４に実際に与えられる指令とする（ｕ＝Ｕusr）。また、第１絞り機構７および第２絞り機構８を非絞り状態に設定する。一方、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとが異符号の場合は、重みＷｕ＝０とする。すなわち、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が異なっている場合には、モータ４を駆動するための信号を与えない（ｕ＝０）。また、第１絞り機構７および第２絞り機構８の少なくとも一方を絞り状態に設定する。具体的には、第１絞り機構７の重みＷｖ１または第２絞り機構８の重みＷｖ２を、当初指令Ｕusrに見合った値とする。すなわち、０＜Ｗｖ１≦１、または、０＜Ｗｖ２≦１とする。なお、ここで１は最大絞り状態を表す。
【００４５】
なお、第１絞り機構７または第２絞り機構８は、絞り量をアナログ的に（言い換えると、絞り量を任意に設定可能なように連続的に）変更可能なように構成されていてもよく、絞り量をデジタル的に（言い換えると、絞り量を段階的に設定可能なように非連続的に）変更可能なように構成されていてもよい。
【００４６】
このように、本実施形態に係るアクチュエータ装置１によれば、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致していない場合には、第１絞り機構７または第２絞り機構８によって、第１管路５または第２管路６の油の流量を低減させることとしている。よって、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致していないときには、油圧シリンダ２の動作（厳密には、ピストンロッド２ｂの伸縮動作）を減衰させることができる。また、モータ４の制御を工夫することによってピストンロッド２ｂの移動をソフトウェア的にかつアクティブに減衰させる従来技術と異なり、第１絞り機構７および第２絞り機構８は、ピストンロッド２ｂをアクティブに移動させるものではない。そのため、原理的に、ピストンロッド２ｂを減衰させる動作しか行わない。したがって、従来の問題点であったような、油圧シリンダの動作を減衰させようとして反対方向に加速してしまうことはない。よって、本実施形態によれば、動作を減衰させる機能と共に振動現象の発生を抑制する機能を有するアクチュエータ装置１を得ることができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致している場合には、第１絞り機構７および第２絞り機構８を非絞り状態に設定することとしている。そのため、第１絞り機構７および第２絞り機構８が設けられているにも拘わらず、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致している場合には、第１管路５および第２管路６における油の流動抵抗が抑えられる。したがって、ピストンロッド２ｂを円滑に伸縮させることができる。また、ピストンロッド２ｂの動作を不必要に減衰させることはない。
【００４８】
なお、上記実施形態では、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が異なる場合には、重みＷｕ＝０とした（図５参照）。しかし、図６に示すように、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が異なる場合に、０＜Ｗｕ＜１としてもよい。すなわち、操作装置１４からモータ４に実際に与えられる指令ｕの絶対値を、零よりも大きくかつ当初指令Ｕusrの絶対値よりも小さな値としてもよい。これにより、省エネルギー化を図ることもできる。なお、この場合にも、第１絞り機構７および第２絞り機構８の少なくとも一方は絞り状態に設定される。
【００４９】
＜変形例＞
なお、前記各実施形態において、第１絞り機構７、第２絞り機構８を絞ったときに、それぞれ第１管路５、第２管路６の内部圧力が上昇する場合がある。そこで、第１管路５または第２管路６の内部圧力が予め定めた所定圧力以上になると、モータ４のトルクを規制するようにしてもよい。すなわち、モータ４にトルクリミッタを設けるようにしてもよい。また、第１管路５および第２管路６に、所定圧力以上になると開放されるリリーフ弁を配置するようにしてもよい。
【００５０】
前記各実施形態では、第１管路５に第１絞り機構７を設け、第２管路６に第２絞り機構８を設けていた。しかし、第１絞り機構７および第２絞り機構８のいずれか一方を省略することも可能である。すなわち、油圧ポンプ３と第１圧力室１１との間にのみ絞り機構を設けるようにしてもよく、油圧ポンプ３と第２圧力室１２との間にのみ絞り機構を設けるようにしてもよい。
【００５１】
前記各実施形態では、アクチュエータとして油圧シリンダ２が用いられていた。しかし、本発明に係るアクチュエータは、油圧シリンダ以外の流体圧シリンダ、例えば、水圧シリンダ、エアシリンダ等であってもよい。また、流体圧シリンダ以外のアクチュエータ、例えば油圧モータ等であってもよい。
【００５２】
前記各実施形態では、アクチュエータとして片ロッド型の油圧シリンダ２が用いられ、第１管路５および第２管路６には、油圧シリンダ２の伸縮動作に伴う油の過不足を解消するために、貯留手段としてタンク２３が設けられていた。しかし、貯留手段は、タンク２３に限られず、例えばアキュムレータ等の他の手段であってもよいことは勿論である。貯留手段として、例えば配管内に組み込まれたアキュムレータを用いることとすれば、タンクを配管以外の土台等に固定する場合と異なり、アクチュエータ装置１の姿勢を変更させることが可能となり、ひいてはアクチュエータ装置１に任意の姿勢をとらせることができるようになる。このことにより、アクチュエータ装置１を含む装置を設計する際、取付方向に自由度が大きいため、設計を容易にできるようになる。
【００５３】
アクチュエータの動作の安定性を判定する手法は、前記実施形態１の手法に限定される訳ではなく、他の手法を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明は、例えば、機械装置における振動抑制や安全性の確保、パワーアシストシステム等に好適なアクチュエータ装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１に係るアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】変形例に係るアクチュエータ装置のブロック図である。
【図３】実施形態１に係る制御ブロック図である。
【図４】実施形態２に係るパワーアシスト装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態１に係る制御のタイミングチャートである。
【図６】変形例に係る制御のタイミングチャートである。
【図７】従来のパワーアシスト装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来のパワーアシスト装置において、動作の減衰時に振動現象が発生することを説明する図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      アクチュエータ装置
２      油圧シリンダ（アクチュエータ）
２ａ    シリンダ本体
２ｂ    ピストンロッド
３      油圧ポンプ
４      モータ
５      第１管路
６      第２管路
７      第１絞り機構
８      第２絞り機構
１４    操作装置
１５    制御装置
１６    センサ
２０    パワーアシスト装置
【図１】
2010038316.tif 000004
【図２】
2010038316.tif 000005
【図３】
2010038316.tif 000006
【図４】
2010038316.tif 000007
【図５】
2010038316.tif 000008
【図６】
2010038316.tif 000009
【図７】
2010038316.tif 000010
【図８】
2010038316.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月7日(2008.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が供給されることによって駆動するアクチュエータを備えたアクチュエータ装置およびそれを搭載したパワーアシスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、人の力を増幅させて出力するアクチュエータ装置として、油圧シリンダ等の流体圧シリンダと、流体圧シリンダに流体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、を備えたアクチュエータ装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
図７に、そのようなアクチュエータ装置の一例を示す。このアクチュエータ装置１００は、油圧シリンダ１０１と、油圧ポンプ１０２と、油圧ポンプ１０２を駆動するモータ１０３とを備えている。油圧シリンダ１０１はシリンダ本体１０１ａとピストンロッド１０１ｂとを備えている。シリンダ本体１０１ａの内部は、ピストンロッド１０１ｂによって第１圧力室１１１と第２圧力室１１２とに区画されている。油圧ポンプ１０２と第１圧力室１１１とは、管路１０４を介して連通している。油圧ポンプ１０２と第２圧力室１１２とは、管路１０５を介して連通している。
【０００４】
モータ１０３は双方向に回転可能である。モータ１０３が図７における時計回り方向に回転すると、第１圧力室１１１内の油が管路１０４を通じて油圧ポンプ１０２に吸入される一方、油圧ポンプ１０２から管路１０５を通じて第２圧力室１１２に油が供給される。その結果、第２圧力室１１２の推力（なお、推力＝受圧面積×圧力である。）が第１圧力室１１１の推力よりも高くなり、ピストンロッド１０１ｂは左方向に移動し、収縮する。逆に、モータ１０３が図７における反時計回り方向に回転すると、第２圧力室１１２内の油が管路１０５を通じて油圧ポンプ１０２に吸入される一方、油圧ポンプ１０２から管路１０４を通じて第１圧力室１１１に油が供給される。その結果、第１圧力室１１１の推力が第２圧力室１１２の推力よりも大きくなり、ピストンロッド１０１ｂは右方向に移動し、伸長する。なお、モータ１０３の回転方向とピストンロッド１０１ｂの移動方向の関係は上記関係に限定されるわけではなく、上記関係と逆の関係であってもよい。すなわち、モータ１０３が時計回り方向に回転するとピストンロッド１０１ｂが右方向に移動し、逆に、モータ１０３が反時計回り方向に回転するとピストンロッド１０１ｂが左方向に移動してもよい。
【０００５】
上記アクチュエータ装置１００では、ピストンロッド１０１ｂの伸縮の速度は、油圧ポンプ１０２の回転速度によって定まり、油圧ポンプ１０２の回転速度は、モータ１０３の回転速度に依存する。したがって、ピストンロッド１０１ｂは、モータ１０３を制御することによって制御される。
【０００６】
ところで、例えば、慣性が大きくなりがちな大型の装置や、機敏な操作が行われる装置等においては、人もしくはコントローラからの操作入力とピストンロッド１０１ｂの動作との間に何らかの応答遅れが生じ、人もしくはコントローラが指示する方向と逆向きにピストンロッド１０１ｂが移動してしまう状況が発生する場合がある。上記アクチュエータ装置１００では、そのような場合には、モータ１０３を制御することによって、ピストンロッド１０１ｂの移動を減衰させることとしていた。すなわち、速度情報のフィードバックなどにより、モータ１０３に対して逆方向に回転する成分の駆動信号を付加することによって、ピストンロッド１０１ｂの移動をソフトウェア的にかつアクティブに減衰させることとしていた。
【特許文献１】特開平１−２４７８０５号公報
【特許文献２】特開平７−１１０００６号公報
【特許文献３】特開平７−１９０００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の方式では、制御の不安定化を招くおそれがある。例えば、モータ１０３へ駆動信号を付加したとしても、実際にピストンロッド１０１ｂの駆動力が発生するまでに遅れがある場合などに、不安定化を引き起こすおそれがある。次に、図８を参照しながら、そのような不安定現象について説明する。
【０００８】
図８において、符号Ｖ１、Ｓ１、Ｄ１は、ピストンロッド１０１ｂの速度、モータ１０３へ付加される駆動信号、ピストンロッド１０１ｂに発生する駆動力をそれぞれ表している。図８（ａ）に示すように、例えばピストンロッド１０１ｂが正の方向に動いているときに、人もしくはコントローラがこれを止めようと操作する場合、人若しくはコントローラは負の方向の駆動信号Ｓ１をモータ１０３に付加することとなる。これにより、ピストンロッド１０１ｂは減速していく。しかし、図８（ｂ）に示すように、速度Ｖ１が０に達して駆動信号Ｓ１の付加を止めても、遅れが生じると、ピストンロッド１０１ｂの負の方向への駆動力Ｄ１が出続けて、ピストンロッド１０１ｂは減速状態から負の方向への加速へと転じることになる（図８（ｂ）の領域ＤＬ１参照）。これを受け、人もしくはコントローラは、今度は反対に正の方向の駆動信号Ｓ１をモータ１０３へ付加し、負の方向の速度を減速させ、速度が０になるまで加速するが、やはりピストンロッド１０１ｂの駆動力の遅れによって、正の方向への加速に転じてしまう（領域ＤＬ２参照）。このようなことを繰り返すことにより、不安定な振動現象が発生することがある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アクチュエータの動作を減衰させる機能と共に振動現象の発生を抑制する機能を有するアクチュエータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るアクチュエータ装置は、流体が供給されることによって駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータに流体を供給するポンプと、前記ポンプと前記アクチュエータとをつなぐ管路と、前記ポンプを駆動するモータと、前記管路に設けられ、前記管路を流れる前記流体の流量を低減可能な絞り機構とを備えたものである。
【００１１】
上記アクチュエータ装置によれば、絞り機構が前記管路を流れる流体の流量を低減させることにより、アクチュエータの動作を減衰させる減衰機能を発揮することができる。また、前記絞り機構は、モータの制御を工夫することによってアクチュエータの動作を速度情報のフィードバックなどによりソフトウェア的かつアクティブに減衰させる従来技術と異なり、アクチュエータをアクティブに作動させるものではない。そのため、アクチュエータを減衰させるつもりが振動させてしまうといったおそれはない。したがって、アクチュエータに振動現象を発生させることなく減衰させることができる。
【００１２】
前記絞り機構は、前記管路を流れる前記流体の流量を低減させる絞り状態と、前記管路を流れる前記流体の流量を実質的に低減させない非絞り状態とに切り換え自在であり、前記アクチュエータ装置は、前記アクチュエータの動作を検出するセンサと、前記モータへ指令を与えることで前記ポンプを介して前記アクチュエータを操作するための操作装置と、前記操作装置から前記モータに与えられる指令と前記アクチュエータの動作とに基づいて前記絞り機構を前記絞り状態もしくは前記非絞り状態に設定する制御装置と、をさらに備えていてもよい。
【００１３】
前記制御装置は、前記操作装置から前記モータに与えられる指令と前記アクチュエータの動作とに基づいて前記アクチュエータの動作が安定か否かを判定し、安定している場合には前記絞り機構を前記非絞り状態に設定し、安定していない場合には前記絞り機構を前記絞り状態に設定するものであってもよい。
【００１４】
上記アクチュエータ装置によれば、アクチュエータの動作が安定していない場合には、絞り機構が絞り状態に設定されることにより、管路を流れる油の流量が低減される。これにより、アクチュエータの動作が減衰され、それに伴い不安定動作も抑えられる。一方、アクチュエータの動作が安定している場合には、絞り機構が非絞り状態に設定されることにより、管路を流れる油の流量は実質的に低減されない。これにより、アクチュエータの動作に関して、絞り機構がない場合と同等の性能が得られる。
【００１５】
前記操作装置から正の指令が与えられたときに前記アクチュエータに発生すべき駆動力の方向を正方向とし、前記操作装置から負の指令が与えられたときに前記アクチュエータに発生すべき駆動力の方向を負方向としたときに、前記制御装置は、前記操作装置が与えようとしている指令（以下、当初指令という。）の符号と前記センサによって検出される前記アクチュエータの速度の符号とを比較し、前記当初指令と前記アクチュエータの速度との符号が異なっている場合には、前記操作装置から前記モータに実際に与えられる指令の絶対値を０または前記当初指令の絶対値よりも小さくするとともに、前記絞り機構を前記絞り状態に設定し、前記当初指令と前記アクチュエータの速度との符号が同じである場合には、前記当初指令を前記操作装置から前記モータに実際に与えられる指令とし、前記絞り機構を前記非絞り状態に設定するものであってもよい。
【００１６】
前記アクチュエータは、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内を第１圧力室と第２圧力室とに区画すると共に、前記第２圧力室内を通って前記シリンダ本体外に延びるピストンロッドと、を有する流体圧シリンダからなり、前記管路は、前記ポンプと前記第１圧力室とを連通する第１管路と、前記ポンプと前記第２圧力室とを連通する第２管路とを有し、前記ピストンロッドが伸びると、前記ポンプから前記第１圧力室に向かって流体が流れる前記第１管路に流体を補給し、前記ピストンロッドが縮むと、前記ポンプから前記第２圧力室に向かって流れる前記第２管路の流体の一部を回収する貯留手段をさらに備えていてもよい。
【００１７】
このことにより、管路における流体の過不足がなくなり、アクチュエータとしていわゆる片ロッド型の流体圧シリンダを用いた場合であっても、円滑な動作を行うことができる。
【００１８】
前記絞り機構は、絞り量を任意に調整可能に構成されていてもよい。
【００１９】
このことにより、例えば操作者が絞り機構の絞り量を任意に調整することで、アクチュエータの動作速度を適宜に制限することができる。
【００２０】
本発明に係るパワーアシスト装置は、前記アクチュエータ装置を搭載したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、アクチュエータの動作を振動させることなく減衰させる機能を有するアクチュエータ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
図１は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、アクチュエータ装置１は、アクチュエータとしての油圧シリンダ２と、油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３を駆動するモータ４とを備えている。油圧シリンダ２は、シリンダ本体２ａと、シリンダ本体２ａに挿入されたピストンロッド２ｂとを有している。シリンダ本体２ａの内部は、ピストンロッド２ｂにより、第１圧力室１１と第２圧力室１２とに区画されている。ピストンロッド２ｂは、第２圧力室１２内を通ってシリンダ本体２ａ外に延びている。本油圧シリンダ２は、いわゆる片ロッド型の油圧シリンダである。油圧ポンプ３は双方向に回転可能であり、一端３ａから油を吐出しかつ他端３ｂから油を吸入する運転と、一端３ａから油を吸入しかつ他端３ｂから油を吐出する運転とを実行可能である。モータ４は双方向に回転可能なモータであり、油圧ポンプ３に連結されている。
【００２３】
油圧ポンプ３の一端３ａは、第１管路５を介して油圧シリンダ２の第１圧力室１１に連通している。一方、油圧ポンプ３の他端３ｂは、第２管路６を介して油圧シリンダ２の第２圧力室１２に連通している。第１管路５には第１絞り機構７が設けられ、第２管路６には第２絞り機構８が設けられている。第１絞り機構７は第１管路５を流れる油の流量を低減可能な機構であり、第２絞り機構８は第２管路６を流れる油の流量を低減可能な機構である。また、絞り機構７，８は、それぞれ管路５，６を流れる油の流量を実質的に低減させない状態にも設定可能である。すなわち、第１絞り機構７および第２絞り機構８は、油の流量を低減させる状態である絞り状態と、油の流量を実質的に低減させない状態である非絞り状態とに切り換え自在である。第１絞り機構７および第２絞り機構８は、絞り量を任意に調整可能に構成されていてもよい。第１絞り機構７および第２絞り機構８の具体的構成は何ら限定されないが、例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８として、比例電磁式流量調整弁、比例電磁式減圧弁等を好適に用いることができる。
【００２４】
第１管路５における油圧ポンプ３と第１絞り機構７との間には、第１パイロットチェック弁２１を介してタンク２３が接続されている。また、第２管路６における油圧ポンプ３と第２絞り機構８との間には、第２パイロットチェック弁２２を介してタンク２３が接続されている。片ロッド型の油圧シリンダ２と油圧ポンプ３とを第１管路５および第２管路６により接続すると、油圧シリンダ２のロッドの体積差に応じた油の過不足が生じる。そこで、タンク２３には、これを補うことができるだけの量の油が貯留されている。
【００２５】
アクチュエータ装置１は、操作装置１４を備えている。操作装置１４は、操作者もしくはコントローラによって操作される装置である。操作装置１４の具体的構成は何ら限定されない。操作装置１４として、例えば、操作レバーや操作ハンドル等を好適に利用することができる。また、操作装置１４として、例えば、パーソナルコンピュータ等からの制御指令が入力できる装置を用いてもよい。
【００２６】
また、アクチュエータ装置１は、制御装置１５を備えている。制御装置１５は、操作装置１４に対する操作入力に基づいてモータ４を駆動する。すなわち、操作者が操作装置１４を操作すると（言い換えると操作装置１４に操作入力が与えられると）、制御装置１５が操作装置１４の操作入力に応じてモータ４を駆動し、油圧シリンダ２のピストンロッド２ｂを伸縮させる。
【００２７】
モータ４が図１における時計回り方向に回転すると、油圧ポンプ３の一端３ａから油が吸入され、他端３ｂから油が吐出される。すると、油圧シリンダ２の第１圧力室１１内の油は第１圧力室１１から流出し、第１管路５を通じて油圧ポンプ３に流入する。その結果、第１圧力室１１の油圧は低下する。一方、油圧ポンプ３の他端３ｂから吐出された油は、第２管路６を通じて第２圧力室１２に流れ込む。その結果、第２圧力室１２の油圧は増加する。これにより、第２圧力室１２の推力は第１圧力室１１の推力よりも大きくなり、その推力差によってピストンロッド２ｂが図１の左側に移動する。つまり、ピストンロッド２ｂが収縮する。なお、この際、第２管路６から導入されるパイロット圧により第１パイロットチェック弁２１が開かれ、余剰の油がタンク２３に排出される。
【００２８】
一方、モータ４が図１における反時計回り方向に回転すると、油圧ポンプ３の一端３ａから油が吐出され、他端３ｂから油が吸入される。すると、油圧シリンダ２の第２圧力室１２内の油は第２圧力室１２から流出し、第２管路６を通じて油圧ポンプ３に流入する。その結果。第２圧力室１２の油圧は低下する。一方、油圧ポンプ３の一端３ａから吐出された油は、第１管路５を通じて第１圧力室１１に流れ込む。その結果、第１圧力室１１の油圧は増加する。これにより、第１圧力室１１の推力は第２圧力室１２の推力よりも大きくなり、その推力差によってピストンロッド２ｂが図１の右側に移動する。つまり、ピストンロッド２ｂが伸長する。なお、この際、第１管路５から導入されるパイロット圧により第２パイロットチェック弁２２が開かれ、タンク２３内の油が第２管路６に補給される。
【００２９】
本実施形態では、アクチュエータ装置１は、ピストンロッド２ｂの伸縮動作を検出するセンサ１６を備えている。センサ１６は、ピストンロッド２ｂがどれくらい収縮しているのか、あるいはどれくらい伸長しているのかを検出可能である。なお、センサ１６の具体的構成は何ら限定されない。例えば、センサ１６は、ピストンロッド２ｂの先端の位置を検出する位置センサ等であってもよい。そして、センサ１６により得られた位置情報は、制御装置１５によって、ピストンロッド速度に演算されてもよい。
【００３０】
本実施形態では、制御装置１５は、操作装置１４に対する操作入力とピストンロッド２ｂの動作とに基づいて、油圧シリンダ２の動作が安定しているか否かを判定する。なお、ここで安定とは、シリンダ２が操作者もしくはコントローラの意図通りに動作している状態を言い、逆に、不安定とは、シリンダ２が操作者もしくはコントローラの意図していない動作をしている状態を言う。
【００３１】
制御装置１５は、油圧シリンダ２の動作が安定している場合には、第１絞り機構７および第２絞り機構８を非絞り状態に設定する。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が流量調整弁によって構成されている場合に、それらの弁を全開状態に設定する。一方、制御装置１５は、油圧シリンダ２の動作が安定していない場合には、第１絞り機構７または第２絞り機構８を絞り状態に設定する。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が流量調整弁によって構成されている場合、少なくとも一方の弁を所定開度に絞り、第１管路５、第２管路６、またはその両方を流れる油の流量を低減させる。これにより、油圧シリンダ２の第１圧力室１１と第２圧力室１２とにおける推力差は、緩やかに変化することになる。その結果、第１絞り機構７または第２絞り機構８がいわゆるダンパとして機能し、ピストンロッド２ｂの収縮動作または伸長動作が緩やかになる。なお、第１管路５と第２管路６とを同時に絞る場合は、図２に示すような回路構成を採用することがより好ましい。図２に示す回路では、チェック弁２５を有する通路が絞り機構７，８と並列に配置されている。
【００３２】
油圧シリンダ２の動作が安定か否かを判定する方法は、何ら限定される訳ではないが、ここでは、いわゆる仮想パワーモニタを備え、当該仮想パワーモニタによって動作の安定性を判断するものを例に示す（特許第３８０９６１４号公報参照）。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ装置１は、人の力を増幅して出力するパワーアシスト装置２０のアクチュエータ装置である。
【００３４】
図３において、記号Ｋusrは力の増幅率（パワーアシストゲイン）を表している。記号Ｕｈは操作者から与えられる操作力（操作入力ともいう）、記号Ｕusrは増幅後の力をそれぞれ表している。本実施形態では、油圧シリンダ２のピストンロッド２ｂが上記増幅後の力Ｕusrを出力するように、モータ４が制御される。
【００３５】
本パワーアシスト装置２０では、制御系（以下、単にシステムという）の入出力（なお、ここでは操作者の操作力Ｕｈをシステムの入力とし、センサ１６の出力をシステムの出力としている。）を仮想パワーモニタ３１で観測し、下記式に示すように、観測結果Ｐｖから計算される仮想エネルギＥｖによってシステムの安定性を評価する。
【数１】
2010038316.tif 000012
【００３６】
不安定挙動（例えば、Ｅｖ＜０などであるが、不安定／安定の判断基準は、これに限られず、システムの特性などにより任意に決めてよい。）を検知すると、システムにおける重み（本実施形態では第１絞り機構７および第２絞り機構８の絞り具合）を調整し、ピストンロッド２ｂの動きを減衰させることにより、システムの安定化を図る。安定性の評価は、観測結果Ｐｖから計算される仮想エネルギＥｖによって行い、仮想パワーリミッタ３２が上記仮想エネルギＥｖに基づいて、第１絞り機構７および第２絞り機構８の重みＷｖ１、Ｗｖ２を調整する。すなわち、第１絞り機構７および第２絞り機構８の絞りの程度（言い換えると、第１管路５および第２管路６の油の流量）を調整する。
【００３７】
仮想パワーモニタ３１によりシステムが安定していると判定されると、第１絞り機構７および第２絞り機構８は、油の流量を実質的に低減させない非絞り状態に設定される。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が比例電磁式流量調整弁の場合には、全開状態に設定される。一方、仮想パワーモニタ３１によりシステムが安定していないと判定されると、安定度合いに応じて第１絞り機構７および第２絞り機構によって油の流量が絞られる。例えば、第１絞り機構７および第２絞り機構８が比例電磁式流量調整弁の場合には、油の流量を低減させるべくそれぞれ所定の開度に設定される。
【００３８】
本実施形態においても、システムが安定状態にあるときには、第１絞り機構７および第２絞り機構８が非絞り状態に設定されるので、油圧シリンダ２のピストンロッド２ｂは円滑に伸縮する。一方、システムが不安定状態にあるときには、第１絞り機構７または第２絞り機構８によって、ピストンロッド２ｂの動作を減衰させることができるとともに、振動現象の発生を抑制することができる。
【００３９】
本実施形態では、システムが安定しているか否かを仮想パワーモニタ３１によって検知することとした。そのため、システムの安定性を、より高度に検知することができる。
【００４０】
＜実施形態２＞
実施形態１は、システムが安定か否かに基づいて絞り機構７，８を制御するものであった。しかし、絞り機構７，８の制御は、システムが安定か否かに基づくものに限られる訳ではない。実施形態２は、操作装置１４が与えようとしている指令（以下、当初指令という。）とピストンロッド２ｂの速度との符号が一致するか否かに基づいて、絞り機構７，８を制御するものである。
【００４１】
図４は、本実施形態に係る制御ブロック図である。実施形態１と同様、アクチュエータ装置１は、油圧シリンダ２と、油圧ポンプ３と、モータ４とを備えている。また、油圧ポンプ３と油圧シリンダ２の第１圧力室１１とをつなぐ第１管路５には、第１絞り機構７が配置されている。油圧ポンプ３と油圧シリンダ２の第２圧力室１２とをつなぐ第２管路６には、第２絞り機構８が配置されている。その他、実施形態１と同様の部分には同様の符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４２】
以下の説明では、記号ｙｄは操作入力を表し、記号Ｕusrは操作装置１４がモータ４に与えようとしている電流指令、すなわち当初指令を表す。また、記号ｕは、判定部３０による制御の結果としてモータ４に与えられる電流指令、すなわちモータ４に実際に与えられる電流指令を表す。記号ｙは、アクチュエータ速度を表す。記号Ｗｕは、判定部３０による重みを表し、記号Ｗｖ１は第１絞り機構７の重みを表し、記号Ｗｖ２は第２絞り機構８の重みを表す。
【００４３】
アクチュエータの動作を絞り機構７，８で減衰させるか否かは、例えば、当初指令Ｕusrの符号とアクチュエータ速度ｙの符号とを比較し、それらの符号が同じか異なっているかに基づいて判定することができる。具体的には、判定部３０は、それらの符号が同符号の場合は、減衰不要と判定することができる。それらの符号が異なっている場合は、減衰させる必要があると判定することができる。
【００４４】
図５は、制御の一例を示すタイミングチャートである。本例では、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとが同符号の場合は、重みＷｕ＝１、Ｗｖ１＝Ｗｖ２＝０とする。すなわち、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が同じである場合には、当初指令Ｕusrを操作装置１４からモータ４に実際に与えられる指令とする（ｕ＝Ｕusr）。また、第１絞り機構７および第２絞り機構８を非絞り状態に設定する。一方、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとが異符号の場合は、重みＷｕ＝０とする。すなわち、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が異なっている場合には、モータ４を駆動するための信号を与えない（ｕ＝０）。また、第１絞り機構７および第２絞り機構８の少なくとも一方を絞り状態に設定する。具体的には、第１絞り機構７の重みＷｖ１または第２絞り機構８の重みＷｖ２を、当初指令Ｕusrに見合った値とする。すなわち、０＜Ｗｖ１≦１、または、０＜Ｗｖ２≦１とする。なお、ここで１は最大絞り状態を表す。
【００４５】
なお、第１絞り機構７または第２絞り機構８は、絞り量をアナログ的に（言い換えると、絞り量を任意に設定可能なように連続的に）変更可能なように構成されていてもよく、絞り量をデジタル的に（言い換えると、絞り量を段階的に設定可能なように非連続的に）変更可能なように構成されていてもよい。
【００４６】
このように、本実施形態に係るアクチュエータ装置１によれば、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致していない場合には、第１絞り機構７または第２絞り機構８によって、第１管路５または第２管路６の油の流量を低減させることとしている。よって、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致していないときには、油圧シリンダ２の動作（厳密には、ピストンロッド２ｂの伸縮動作）を減衰させることができる。また、モータ４の制御を工夫することによってピストンロッド２ｂの移動をソフトウェア的にかつアクティブに減衰させる従来技術と異なり、第１絞り機構７および第２絞り機構８は、ピストンロッド２ｂをアクティブに移動させるものではない。そのため、原理的に、ピストンロッド２ｂを減衰させる動作しか行わない。したがって、従来の問題点であったような、油圧シリンダの動作を減衰させようとして反対方向に加速してしまうことはない。よって、本実施形態によれば、動作を減衰させる機能と共に振動現象の発生を抑制する機能を有するアクチュエータ装置１を得ることができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致している場合には、第１絞り機構７および第２絞り機構８を非絞り状態に設定することとしている。そのため、第１絞り機構７および第２絞り機構８が設けられているにも拘わらず、当初指令と油圧シリンダ２の速度との符号が一致している場合には、第１管路５および第２管路６における油の流動抵抗が抑えられる。したがって、ピストンロッド２ｂを円滑に伸縮させることができる。また、ピストンロッド２ｂの動作を不必要に減衰させることはない。
【００４８】
なお、上記実施形態では、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が異なる場合には、重みＷｕ＝０とした（図５参照）。しかし、図６に示すように、当初指令Ｕusrとアクチュエータ速度ｙとの符号が異なる場合に、０＜Ｗｕ＜１としてもよい。すなわち、操作装置１４からモータ４に実際に与えられる指令ｕの絶対値を、零よりも大きくかつ当初指令Ｕusrの絶対値よりも小さな値としてもよい。これにより、省エネルギー化を図ることもできる。なお、この場合にも、第１絞り機構７および第２絞り機構８の少なくとも一方は絞り状態に設定される。
【００４９】
＜変形例＞
なお、前記各実施形態において、第１絞り機構７、第２絞り機構８を絞ったときに、それぞれ第１管路５、第２管路６の内部圧力が上昇する場合がある。そこで、第１管路５または第２管路６の内部圧力が予め定めた所定圧力以上になると、モータ４のトルクを規制するようにしてもよい。すなわち、モータ４にトルクリミッタを設けるようにしてもよい。また、第１管路５および第２管路６に、所定圧力以上になると開放されるリリーフ弁を配置するようにしてもよい。
【００５０】
前記各実施形態では、第１管路５に第１絞り機構７を設け、第２管路６に第２絞り機構８を設けていた。しかし、第１絞り機構７および第２絞り機構８のいずれか一方を省略することも可能である。すなわち、油圧ポンプ３と第１圧力室１１との間にのみ絞り機構を設けるようにしてもよく、油圧ポンプ３と第２圧力室１２との間にのみ絞り機構を設けるようにしてもよい。
【００５１】
前記各実施形態では、アクチュエータとして油圧シリンダ２が用いられていた。しかし、本発明に係るアクチュエータは、油圧シリンダ以外の流体圧シリンダ、例えば、水圧シリンダ、エアシリンダ等であってもよい。また、流体圧シリンダ以外のアクチュエータ、例えば油圧モータ等であってもよい。
【００５２】
前記各実施形態では、アクチュエータとして片ロッド型の油圧シリンダ２が用いられ、第１管路５および第２管路６には、油圧シリンダ２の伸縮動作に伴う油の過不足を解消するために、貯留手段としてタンク２３が設けられていた。しかし、貯留手段は、タンク２３に限られず、例えばアキュムレータ等の他の手段であってもよいことは勿論である。貯留手段として、例えば配管内に組み込まれたアキュムレータを用いることとすれば、タンクを配管以外の土台等に固定する場合と異なり、アクチュエータ装置１の姿勢を変更させることが可能となり、ひいてはアクチュエータ装置１に任意の姿勢をとらせることができるようになる。このことにより、アクチュエータ装置１を含む装置を設計する際、取付方向に自由度が大きいため、設計を容易にできるようになる。
【００５３】
アクチュエータの動作の安定性を判定する手法は、前記実施形態１の手法に限定される訳ではなく、他の手法を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明は、例えば、機械装置における振動抑制や安全性の確保、パワーアシストシステム等に好適なアクチュエータ装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態１に係るアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】変形例に係るアクチュエータ装置のブロック図である。
【図３】実施形態１に係る制御ブロック図である。
【図４】実施形態２に係るパワーアシスト装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態２に係る制御のタイミングチャートである。
【図６】変形例に係る制御のタイミングチャートである。
【図７】従来のアクチュエータ装置の構成を示すブロック図である。
【図８】従来のアクチュエータ装置において、動作の減衰時に振動現象が発生することを説明する図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      アクチュエータ装置
２      油圧シリンダ（アクチュエータ）
２ａ    シリンダ本体
２ｂ    ピストンロッド
３      油圧ポンプ
４      モータ
５      第１管路
６      第２管路
７      第１絞り機構
８      第２絞り機構
１４    操作装置
１５    制御装置
１６    センサ
２０    パワーアシスト装置