(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御装置であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき経時変化を反映するよう前記空圧人工筋モデルを更新する空圧人工筋モデル更新手段と、を備える空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項２】
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段をさらに備える、請求項１に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項３】
空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御装置であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段と、を備える空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項４】
前記空圧人工筋の破損警告を出力する寿命警報手段をさらに備え、
前記寿命予測手段は、前記空圧人工筋の収縮率誤差の経時変化が増加トレンドから減少トレンドに転じた後に、前記寿命警報手段により前記空圧人工筋の破損警告を出力する請求項２に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項５】
前記空圧人工筋の破損警告を出力する寿命警報手段をさらに備え、
前記寿命予測手段は、前記空圧人工筋の限界収縮率誤差を収縮率誤差が越えた場合に、前記寿命警報手段により前記空圧人工筋の破損警告を出力する請求項２に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項６】
前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値を平行移動するように更新する請求項１に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項７】
前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値を線形変換するように更新する請求項１に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項８】
前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値をアフィン変換するように更新する請求項１に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項９】
前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値を多項式に基づき変換するように更新する請求項１に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置。
【請求項１０】
空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御方法であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき目標圧力計算手段で算出し、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を空圧人工筋モデル誤差推定手段で算出し、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を圧力制御手段で制御し、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき経時変化を反映するよう前記空圧人工筋モデルを空圧人工筋モデル更新手段で更新する空圧人工筋駆動機構の制御方法。
【請求項１１】
さらに、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を寿命予測手段で予測する、請求項１０に記載の空圧人工筋駆動機構の制御方法。
【請求項１２】
空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御方法であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき目標圧力計算手段で算出し、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を空圧人工筋モデル誤差推定手段で算出し、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を圧力制御手段で制御し、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を寿命予測手段で予測する空圧人工筋駆動機構の制御方法。
【請求項１３】
空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき経時変化を反映するよう前記空圧人工筋モデルを更新する空圧人工筋モデル更新手段と、として機能させるための空圧人工筋駆動機構の制御プログラム。
【請求項１４】
コンピュータを、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段としてさらに機能させるための、請求項１３に記載の空圧人工筋駆動機構の制御プログラム。
【請求項１５】
空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段と、として機能させるための空圧人工筋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、空圧人工筋駆動機構を制御する空圧人工筋駆動機構の制御装置、制御方法、および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペットロボットなどの家庭用ロボットの開発が盛んに行われており、将来は家事支援ロボット等、より実用的な家庭用ロボットが実用化されるものと期待されている。家庭用ロボットは、家庭内に入り人と共生する必要があるため、人との物理的な接触が不可欠であり、安全性の面から、柔軟であることが必要とされる。【０００３】
また、工場内では、組立作業又はリサイクルの解体作業等を自動化していこうという取組がなされているが、作業内容が複雑であったり、多品種少量生産などで治具等の使用が困難で部品の位置が不定であるなど環境が多様な場合、従来の産業用ロボットでは対応が困難である。これに対し人間が主体となり、ロボットがアシストすることで作業の効率化をはかる作業支援ロボットが提案されている。人間のアシストを行うロボットは、人の近傍で動作することになるため、安全性の面から、柔軟であることが必要とされる。【０００４】
柔軟なロボットとしては、空気圧アクチュエータである空圧人工筋を駆動装置とする空圧アームが開発されている。空圧アームは空気の圧縮性を利用しているため、機構的な柔軟性を持ち、制御で柔らかさを出す場合に比べ本質的に安全である。【０００５】
しかしながら、空圧人工筋は弾性体で構成されるため、収縮動作又は負荷による経時変化が大きいという課題を有している。【０００６】
アクチュエータで駆動される機構におけるアクチュエータの経時変化に対する制御系の対応という課題に対しては、従来技術として、特許文献１において、ボギー台車によって支持した車体の振動を油圧アクチュエータで制振する制振装置に関して、アクチュエータ運動モデルを同定することにより制振性能を向上する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−９５１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記特許文献１の構成は、空圧人工筋へ直接適応することは困難であり、また、空圧人工筋は非線形制が強く、経時変化等の特性変化を推定することは容易でなく、制御において必要とされるリアルタイムの推定は困難である。【０００９】
本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決し、空圧人工筋の経時変化による制御性能の劣化が少ない空圧人工筋駆動機構の制御装置、制御方法、および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】
【００１０】
前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。【００１１】
本発明の１つの態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御装置であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率（収縮量）誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき経時変化を反映するよう前記空圧人工筋モデルを更新する空圧人工筋モデル更新手段と、を備える空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御装置であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段と、を備える空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、並びに、システム、方法、コンピュータプログラム、及び、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の任意の組み合わせにより実現してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の前記態様によれば、空圧人工筋モデル誤差推定手段により、経時変化による空圧人工筋の縮みを推定し、空圧人工筋モデル更新手段により空圧人工筋モデルを更新することで空圧人工筋モデルに経時変化が反映されモデルの精度が向上するという効果を発揮する。このように構成すれば、長期間使用しても経時変化による制御精度の劣化が少ない空圧人工筋駆動機構の制御装置、制御方法、および制御プログラムを提供することができる。【００１４】
また、寿命予測手段を備えれば、寿命予測手段により、縮みのトレンドを監視することにより例えば増加から減少へのトレンド変化によって、空圧人工筋の破損の予測が可能となる。【００１５】
また、仮に、寿命予測手段からの寿命予測に基づき前記寿命警報手段により前記空圧人工筋の破損警告を出力するので、例えば、圧力制御手段により空圧人工筋の動作を停止するように構成すれば、経時変化による空圧人工筋の破損の前に安全に停止することができる空圧人工筋駆動機構の制御装置、制御方法、および制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
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実施形態における空圧人工筋駆動機構の制御装置の構造を示すブロック図であり、
【図２】図２は、本発明の第１実施形態における空圧人工筋駆動機構の構造を示す図であり、
【図３】図３は、空圧人工筋の構造を示す図であり、
【図４】図４は、本発明の第１実施形態における制御装置の計算ステップを説明するフローチャートであり、
【図５】図５は、空圧人工筋の特性測定の結果を説明するグラフであり、
【図６】図６は、空圧人工筋モデルによる計算結果を説明するグラフであり、
【図７】図７は、空圧人工筋の寿命試験の結果を説明するグラフであり、
【図８】図８は、空圧人工筋モデルの経時変化を説明するグラフであり、
【図９】図９は、図７の試験の状態を示す図であり、
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態における空圧人工筋駆動機構の制御装置の構造を示すブロック図であり、
【図１１】図１１は、本発明の第３実施形態における空圧人工筋駆動機構の制御装置の構造を示すブロック図であり、
【図１２】図１２は、図８とは別の空圧人工筋モデルの経時変化を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１８】
本発明の第１態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御装置であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき経時変化を反映するよう前記空圧人工筋モデルを更新する空圧人工筋モデル更新手段と、を備える空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、空圧人工筋モデル誤差推定手段により、経時変化による空圧人工筋の縮みを算出し、空圧人工筋モデル更新手段により空圧人工筋モデルを更新することで空圧人工筋モデルに経時変化が反映されモデルの精度が向上するという効果を発揮する。このように構成すれば、長期間使用しても経時変化による制御精度の劣化が少ない空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供することができる。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段をさらに備える、第１の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、寿命予測手段を備えるので、寿命予測手段により、縮みのトレンドを監視することにより例えば増加から減少へのトレンド変化によって、空圧人工筋の破損の予測が可能となる。
【００２０】
本発明の第３態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御装置であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段と、を備える空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、寿命予測手段を備えるので、寿命予測手段により、縮みのトレンドを監視することにより例えば増加から減少へのトレンド変化によって、空圧人工筋の破損の予測が可能となる。
【００２１】
本発明の第４態様によれば、前記空圧人工筋の破損警告を出力する寿命警報手段をさらに備え、
前記寿命予測手段は、前記空圧人工筋の収縮率誤差の経時変化が増加トレンドから減少トレンドに転じた後に、前記寿命警報手段により前記空圧人工筋の破損警告を出力する第２の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、仮に、寿命予測手段からの寿命予測に基づき前記寿命警報手段により前記空圧人工筋の破損警告を出力するので、例えば、圧力制御手段により空圧人工筋の動作を停止することができ、経時変化による空圧人工筋の破損の前に安全に停止することができる空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供することができる。
【００２２】
本発明の第５態様によれば、前記空圧人工筋の破損警告を出力する寿命警報手段をさらに備え、
前記寿命予測手段は、前記空圧人工筋の限界収縮率誤差を収縮率誤差が越えた場合に、前記寿命警報手段により前記空圧人工筋の破損警告を出力する第２の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、仮に、寿命予測手段からの寿命予測に基づき前記寿命警報手段により前記空圧人工筋の破損警告を出力するので、例えば、圧力制御手段により空圧人工筋の動作を停止することができ、経時変化による空圧人工筋の破損の前に安全に停止することができる空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供することができる。
【００２３】
本発明の第６態様によれば、前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値を平行移動するように更新する第１又は３の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、非線形性が強く特性モデルの誤差を制御系において算出することが困難である空圧人工筋であっても、特性モデルの誤差の近似的な算出が可能となる。
【００２４】
本発明の第７態様によれば、前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値を線形変換するように更新する第１又は３の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、非線形性が強く特性モデルの誤差を制御系において算出することが困難である空圧人工筋であっても、特性モデルの誤差の近似的な算出が可能となる。
【００２５】
本発明の第８態様によれば、前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値をアフィン変換するように更新する第１又は３の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、非線形性が強く特性モデルの誤差を制御系において算出することが困難である空圧人工筋であっても、特性モデルの誤差の近似的な算出が可能となる。
【００２６】
本発明の第９態様によれば、前記空圧人工筋モデル更新手段は、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した収縮率誤差の経時変化量分だけ前記空圧人工筋モデルの特性値を多項式に基づき変換するように更新する第１又は３の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御装置を提供する。
前記態様によれば、非線形性が強く特性モデルの誤差を制御系において算出することが困難である空圧人工筋であっても、特性モデルの誤差の近似的な算出が可能となる。
【００２７】
本発明の第１０態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御方法であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき目標圧力計算手段で算出し、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を空圧人工筋モデル誤差推定手段で算出し、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を圧力制御手段で制御し、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき経時変化を反映するよう前記空圧人工筋モデルを空圧人工筋モデル更新手段で更新する空圧人工筋駆動機構の制御方法を提供する。
前記態様によれば、空圧人工筋モデル誤差推定手段により、経時変化による空圧人工筋の縮みを算出し、空圧人工筋モデル更新手段により空圧人工筋モデルを更新することで空圧人工筋モデルに経時変化が反映されモデルの精度が向上するという効果を発揮する。このように構成すれば、長期間使用しても経時変化による制御精度の劣化が少ない空圧人工筋駆動機構の制御方法を提供することができる。
【００２８】
本発明の第１１態様によれば、さらに、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を寿命予測手段で予測する、第１０の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御方法を提供する。
前記態様によれば、前記空圧人工筋の寿命を寿命予測手段で予測するので、寿命予測手段により、縮みのトレンドを監視することにより例えば増加から減少へのトレンド変化によって、空圧人工筋の破損の予測が可能となる。
【００２９】
本発明の第１２態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御方法であって、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき目標圧力計算手段で算出し、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を空圧人工筋モデル誤差推定手段で算出し、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を圧力制御手段で制御し、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を寿命予測手段で予測する空圧人工筋駆動機構の制御方法を提供する。
前記態様によれば、前記空圧人工筋の寿命を寿命予測手段で予測するので、寿命予測手段により、縮みのトレンドを監視することにより例えば増加から減少へのトレンド変化によって、空圧人工筋の破損の予測が可能となる。
【００３０】
本発明の第１３態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき経時変化を反映するよう前記空圧人工筋モデルを更新する空圧人工筋モデル更新手段と、として機能させるための空圧人工筋駆動機構の制御プログラムを提供する。
前記態様によれば、空圧人工筋モデル誤差推定手段により、経時変化による空圧人工筋の縮みを算出し、空圧人工筋モデル更新手段により空圧人工筋モデルを更新することで空圧人工筋モデルに経時変化が反映されモデルの精度が向上するという効果を発揮する。このように構成すれば、長期間使用しても経時変化による制御精度の劣化が少ない空圧人工筋駆動機構の制御プログラムを提供することができる。
【００３１】
本発明の第１４態様によれば、コンピュータを、前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段としてさらに機能させるための、第１３の態様に記載の空圧人工筋駆動機構の制御プログラムを提供する。
前記態様によれば、寿命予測手段を備えるので、寿命予測手段により、縮みのトレンドを監視することにより例えば増加から減少へのトレンド変化によって、空圧人工筋の破損の予測が可能となる。
【００３２】
本発明の第１５態様によれば、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御プログラムであって、
コンピュータを、前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差を算出する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が算出した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段と、として機能させるための空圧人工筋駆動機構の制御プログラムを提供する。
前記態様によれば、寿命予測手段を備えるので、寿命予測手段により、縮みのトレンドを監視することにより例えば増加から減少へのトレンド変化によって、空圧人工筋の破損の予測が可能となる。
【００３３】
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。
【００３４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる空圧人工筋駆動機構の制御装置の構成を示すブロック線図である。図２は、本発明の第１実施形態にかかる空圧人工筋駆動機構の構造を示す全体図である。図３は弾性体アクチュエータの一例である空圧人工筋の構造を示す図である。
【００３５】
図２において、第１構造体１沿いに、空圧人工筋の一例である一対の空圧人工筋６ａ、６ｂが大略平行に配置され、それぞれの管状弾性体７の流体注入出部材１０側の端部が、棒状の第１構造体１の端部に一端が固定された板状のアクチュエータ支持部材４の他端に固定されている。一対の空圧人工筋６ａ、６ｂのそれぞれの管状弾性体７の他方の端部側には、第１構造体１に回転関節３で回転自在に支持された板状アクチュエータ駆動力伝達部材５が支持され、このアクチュエータ駆動力伝達部材５に一対の空圧人工筋６ａ、６ｂの管状弾性体７の他方の端部が回転自在に支持されている。したがって、以下に述べるように、一対の空圧人工筋６ａ、６ｂのそれぞれの管状弾性体７が伸縮する（すなわち、一方の管状弾性体７が伸張し他方の管状弾性体７が収縮する）ことにより、アクチュエータ駆動力伝達部材５が回転関節３回りに正逆回転駆動され、棒状の第２構造体２が回転関節３回りに正逆回転駆動される。なお、図２中に矢印で示した右回転を正方向、矢印とは逆の左回転を逆方向とする。
【００３６】
空圧人工筋６ａ、６ｂは、それぞれ、図３に示すように、ゴム材料で構成された管状弾性体７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で構成された拘束部材８が配設され、管状弾性体７の両端部を封止部材９でそれぞれ気密封止する構造となっている。流体注入出部材１０を通じて空気等の圧縮性流体を管状弾性体７内に供給することにより内圧を管状弾性体７の内部空間に与えると、管状弾性体７が主に半径方向に膨張しようとするが、拘束部材８の作用により、管状弾性体７の中心軸方向の収縮運動に変換され、全長が収縮する。この空圧人工筋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。
【００３７】
次に、空圧人工筋６ａ、６ｂを駆動するための空気圧供給駆動系の構成について説明する。図２において、１２は例えばコンプレッサー等の空気圧源、１３は空気圧フィルタ１３ａと空気圧減圧弁１３ｂと空気圧用ルブリケータ１３ｃとが１組になった空気圧調整ユニットである。１４ａおよび１４ｂは例えば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３ポート流量制御電磁弁である。１５は例えば一般的なパーソナルコンピュータにより構成されて空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置を構成する制御コンピュータであり、Ｄ／Ａボード１５ａが搭載されており、３ポート流量制御電磁弁１４ａおよび１４ｂに電圧指令値を出力することにより、流体注入出部材１０を流れる空気の流量を制御可能とする。また、制御コンピュータ１５にはＡ／Ｄボード１５ｂが搭載されており、空圧人工筋６ａ、６ｂの圧力センサ１１の電圧出力値を入力することにより空圧人工筋６ａ、６ｂの内部の圧力を計測することができる。さらに、制御コンピュータ１５にはカウンタボード１５ｃが搭載されており、関節３に内蔵されたエンコーダ１６からの信号を入力することにより関節３の角度を計測することができる。
【００３８】
図２に示す空気圧供給駆動系によれば、空気圧源１３により生成された高圧空気は、空気圧調整ユニット１３により減圧され、例えば６００ｋＰａといった一定圧力に調整され、３ポート流量制御電磁弁１４ａおよび１４ｂに供給される。３ポート流量制御電磁弁１４ａおよび１４ｂの開度は、制御コンピュータ１５よりＤ／Ａボード１５ａを介して出力される電圧指令値に比例して制御される。３ポート流量制御電磁弁１４ａおよび１４ｂには、一対の空圧人工筋６ａ、６ｂの管状弾性体７の流体注入出部材１０がそれぞれ接続されている。
【００３９】
制御コンピュータ１５によりＤ／Ａボード１５ａから３ポート流量制御電磁弁１４ａに正の電圧指令値が入力され、３ポート流量制御電磁弁１４ｂに負の電圧指令値が入力された場合には、図２に示すように３ポート流量制御電磁弁１４ａは空気圧回路記号のＡで示した状態（状態Ａ）に、３ポート流量制御電磁弁１４ｂは空気圧回路記号のＢで示した状態（状態Ｂ）になる。したがって、空気圧源１２側から空圧人工筋６ａの管状弾性体７の流体注入出部材１０側への流路が３ポート流量制御電磁弁１４ａを介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空圧人工筋６ａ側に供給される。また、空圧人工筋６ｂ側は、管状弾性体７の流体注入出部材１０から大気圧側への流路が３ポート流量制御電磁弁１４ｂを介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空圧人工筋６ｂ側から大気中へ排気される。したがって、図２に示すように、空圧人工筋６ａの全長が縮み、空圧人工筋６ｂ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回転関節３は矢印で示されるように右回転運動を行う。
【００４０】
一方、制御コンピュータ１５により負の電圧指令値がＤ／Ａボード１５ａから３ポート流量制御電磁弁１４ａに負の電圧指令値が入力され、３ポート流量制御電磁弁１４ｂに正の電圧指令値が入力された場合には、３ポート流量制御電磁弁１４ａは空気圧回路記号のＢで示した状態に、３ポート流量制御電磁弁１４ｂは空気圧回路記号のＡで示した状態になる。したがって、空圧人工筋６ａ、６ｂの動作は逆となり、回転関節３は左回転運動を行う。すなわち、空気圧源１２側から空圧人工筋６ｂの管状弾性体７の流体注入出部材１０側への流路が３ポート流量制御電磁弁１４ｂを介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気が空圧人工筋側に供給される。また、空圧人工筋６ａ側は、管状弾性体７の流体注入出部材１０から大気圧側への流路が３ポート流量制御電磁弁１４ａを介して開通し、電圧指令値の絶対値に比例した流量の空気流が空圧人工筋６ａ側から大気中へ排気される。したがって、空圧人工筋６ｂの全長が縮み、空圧人工筋６ａ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関節軸回転関節３は矢印とは逆方向で示される左回転運動を行う。
【００４１】
図１は本発明の第１の実施形態にかかる空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置の構成を示すブロック線図である。図１において、１０１は図２に示す第１の実施形態にかかる空圧人工筋駆動機構である。空圧人工筋駆動機構１０１からはエンコーダ１６により計測される関節角の現在値ｑと圧力センサ１１により計測される空圧人工筋６ａ、６ｂの内圧Ｐ＝［Ｐａ、Ｐｂ］Ｔが出力される。ただし、Ｐａ、Ｐｂはそれぞれ、空圧人工筋６ａ、６ｂの内圧である。
【００４２】
３０１は目標関節角度生成手段（目標関節角度生成部）であり、空圧人工筋駆動機構１０１の回転関節３の目標関節角度ｑｄを出力する。
【００４３】
１０２は関節角度誤差補償手段（関節角度誤差補償部）であり、空圧人工筋駆動機構１０１において計測される関節角度の現在値ｑに基づいて、関節角度の現在値ｑと目標関節角度ｑｄとの誤差ｑｅが第１演算部１００で求められて、第１演算部１００から誤差ｑｅが入力され、関節角度誤差修正出力ｕが出力される。
【００４４】
１０７は逆動力学計算手段（逆動力学計算部）であり、下記の数式１で示される空圧人工筋駆動機構１０１の運動方程式に基づく式により、関節角度誤差ｑｅを修正するための関節誤差修正トルクτｄが計算され出力される。
【数１】
0005432420.tif 000002
【００４５】
ただし、Ｉは第２構造体２の回転関節３の関節軸回りの慣性モーメントである。
【００４６】
１０４は目標圧力計算手段（目標圧力計算部）であり、空圧人工筋のモデルを使用し、関節の目標トルクτｄを実現するために必要な空圧人工筋６ａ、６ｂの目標圧力Ｐｄ＝［Ｐａｄ、Ｐｂｄ］Ｔを計算する。ただし、Ｐａｄ、Ｐｂｄはそれぞれ空圧人工筋６ａ、６ｂの内圧の目標値である。
【００４７】
空圧人工筋６ａ、６ｂの目標収縮力をＦａｄ、Ｆｂｄとすると、関節の目標トルクτｄとの関係は、
【数２】
0005432420.tif 000003
と近似することができる。ただし、ｒは図２に示すように回転関節３の関節軸から空圧人工筋６ａ、６ｂの支点までの距離である。
ここで、
【数３】
0005432420.tif 000004
【数４】
0005432420.tif 000005
で与える。ただし、ＦＩは空圧人工筋６ａ、６ｂがお互いに引っ張り合う内力であり、ここでは一定値とする。以上、（２）〜（４）式より、
【数５】
0005432420.tif 000006
となる。
【００４８】
空圧人工筋のモデルの構築は、空圧人工筋の特性の測定実験の結果を基に行う。一例として内径１０［ｍｍ］、長さ２７９［ｍｍ］の空圧人工筋の特性測定結果を図５に示す。
【００４９】
図５の測定結果より、まず、収縮力ｆ（Ｐｉ、ε）と収縮率εおよび圧力Ｐｉの関係を、ヒステリシスの収縮方向時における出力と伸張方向時における出力との平均値を収縮力ｆ（Ｐｉ、ε）と考え、収縮率εに関する以下の３次多項式で目標圧力計算手段１０４により表現する。ただし、ｉ＞０である。また、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３はそれぞれ係数である。
【数６】
0005432420.tif 000007
【００５０】
次に、直線補間を使い、空圧人工筋の収縮力を
【数７】
0005432420.tif 000008
としている。ただし、Ｐｉ＜Ｐ＜Ｐｉ＋１である。空圧人工筋のモデルである前記の（６）、（７）式によれば、圧力Ｐと、関節角度ｑから幾何学的に計算される収縮率εより、空圧人工筋の収縮力ｆ（Ｐ、ε）が目標圧力計算手段１０４により算出できる。
【００５１】
一例として、図５に示した空圧人工筋の特性測定結果から係数ａ０（Ｐｉ）、ａ１（Ｐｉ）、ａ２（Ｐｉ）、ａ３（Ｐｉ）を求め、（６）、（７）式により収縮力ｆ（Ｐ、ε）を目標圧力計算手段１０４により算出した結果を図６に示す。
【００５２】
（７）式より、空圧人工筋の目標収縮力がｆｄの時の目標圧力Ｐｄは
【数８】
0005432420.tif 000009
により目標圧力計算手段１０４で計算することができる。ただし、ｆ（Ｐｉ，ε）＜ｆｄ＜ｆ（Ｐｉ＋１，ε）となるＰｉ、Ｐｉ＋１を目標圧力計算手段１０４で探索する。
【００５３】
以上、目標圧力計算手段１０４では、目標トルクτｄが入力されると（５）式により△Ｆｄが計算され、（３）、（４）により空圧人工筋６ａ、６ｂの目標収縮力Ｆａｄ、Ｆｂｄが計算される。これらＦａｄ、Ｆｂｄをそれぞれｆｄとして（８）式に代入すれば目標圧力Ｐｄ＝［Ｐａｄ、Ｐｂｄ］Ｔが目標圧力計算手段１０４で計算される。なお、△Ｆｄは（５）式で定義される値であり、△Ｆｄ＝（Ｆａｄ−Ｆｂｄ）／２であり、空圧人工筋６ａ、６ｂの引っ張り力の差の１／２の力であり、この力の２倍の力により回転トルクτｄが発生する。
【００５４】
２０３は圧力制御手段（圧力制御部）であり、現在の圧力Ｐを目標圧力Ｐｄに制御する機能を果たす。
【００５５】
１０５は圧力制御手段２０３内の圧力誤差補償手段（圧力誤差補償部）であり、目標圧力計算手段１０４から出力される目標圧力Ｐｄと現在の圧力Ｐとを第２演算部１０９で減算して圧力誤差Ｐｅを求める。次いで、圧力誤差Ｐｅより圧力誤差修正出力が圧力誤差補償手段１０５で計算されて、求められた値が、Ｄ／Ａボード１５ａを介して３ポート流量制御電磁弁１４ａ、１４ｂに電圧指令値として与えられ、回転関節３が駆動されて空圧人工筋駆動機構１０１が動作する。
【００５６】
以上の制御系の基本構成に加え、空圧人工筋モデル誤差推定手段（空圧人工筋モデル誤差推定部）１０３と、空圧人工筋モデル更新手段（空圧人工筋モデル更新部）１０６と、寿命予測手段（寿命予測部）１０８とを有することが第１実施形態の主たる特徴である。
【００５７】
ここで、第１実施形態の原理を説明するために、空圧人工筋の寿命試験の結果について図７に示す。図７の試験結果は、図９に示すように、空圧人工筋２０１の片側を固定し、もう片側に負荷として錘２０２をぶら下げて正弦波状に圧力を連続的に変化させた場合の結果である。
【００５８】
図７の横軸は空圧人工筋の収縮回数、縦軸は空圧人工筋の平均長さ縮小量である。図７に示すように、実験の結果、収縮回数と共に空圧人工筋は縮む方向に経時変化していくことが支配的であることがわかった。前記説明したように、空圧人工筋のモデルに基づいて制御を行う場合、こうした経時変化により空圧人工筋のモデルに誤差が生じることになり、制御性能の劣化につながる。
【００５９】
また、空圧人工筋の収縮回数がさらに増えると、空圧人工筋の表面に小さな亀裂が発生し、そこから微小な空気漏れが発生することで、空圧人工筋は縮む方向から伸びる方向に転じる。その後、亀裂が拡大し、空気漏れ量が拡大すると空圧人工筋の内部圧力は上がりきらなくなるため、動作不良となり、破損状態に至る。
【００６０】
収縮回数と共に空圧人工筋は縮む方向に経時変化していくこと、及び、空圧人工筋の収縮回数がさらに増えると空圧人工筋の表面に小さな亀裂が発生すること、というこれらの２つの課題を解決するため、第１実施形態では以下のように構成する。
【００６１】
１０３は空圧人工筋モデル誤差推定手段であり、エンコーダ１６により計測される関節角度ｑより空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で計算した空圧人工筋の収縮率の実測値であるεと、空圧人工筋モデルに基づき空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で計算した推定値であるεｅｓｔより、空圧人工筋モデル誤差を以下の手順で空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で推定する。
【００６２】
エンコーダ１６により計測される関節角度ｑより、空圧人工筋駆動機構１０１の運動方程式
【数９】
0005432420.tif 000010
を使い、以下のように空圧人工筋の収縮力Ｆ＝［Ｆａ、Ｆｂ］Ｔを空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で計算する。ただし、Ｆａは空圧人工筋６ａの収縮力、Ｆｂは空圧人工筋６ｂの収縮力である。
【数１０】
0005432420.tif 000011
【数１１】
0005432420.tif 000012
【００６３】
収縮率εの推定値は、（６）、（７）式と同様の考え方で構築した以下の空圧人工筋モデルを空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で使用する。ただし、ｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３はそれぞれ係数である。
【数１２】
0005432420.tif 000013
【数１３】
0005432420.tif 000014
【００６４】
空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３による空圧人工筋６ａの収縮率推定の場合、（１０）式で計算されるＦａを（１２）、（１３）式のｆに代入して得られるε（Ｐ，Ｆａ）を推定収縮率εｅｓｔとする。
【００６５】
以上により算出した、推定収縮率εｅｓｔと収縮率εの差の時間平均値△ε＝Ａｖｅｒａｇｅ（εｅｓｔ−ε）を空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で算出して空圧人工筋モデル誤差とする。
【００６６】
以上の処理は、空圧人工筋６ａ，６ｂの経時変化を図８の実線から点線への移動のような平行移動するモデルで一次近似することに相当する。
【００６７】
２０４は空圧人工筋モデルデータベース（空圧人工筋モデル記憶部）であり、（６）、（７）式および（１２）、（１３）式で表される空圧人工筋モデルを格納している。
【００６８】
１０６は空圧人工筋モデル更新手段であり、（７）式の空圧人工筋モデルをｆ（Ｐ，ε＋△ε）へ、（１３）式の空圧人工筋モデルをε（Ｐ，ｆ）＋△εへとそれぞれ更新する。これにより、経時変化により空圧人工筋が収縮方向に変化する特性変化が補正され（言い換えれば、空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３が推定した収縮率誤差の経時変化量分だけ空圧人工筋モデルの特性値を平行移動するように更新され）、制御精度が向上する。
【００６９】
１０８は寿命予測手段であり、空圧人工筋の縮み推定値Δεが増加トレンドから減少トレンドに変化した場合、すなわち、ｄΔε／ｄｔ＞０からｄΔε／ｄｔ＜０に転じた場合、空圧人工筋の破損が近いと判断し、寿命警報手段（寿命警報部）３０２に指令して、寿命警報手段３０２で警報を出すと共に、目標関節角度生成手段３０１に指令して目標関節角度の更新を停止する。さらに、圧力誤差補償手段１０５に指令して空圧人工筋６ａ、６ｂの空気を排気するとともに圧力誤差補償手段１０５の動作を停止することで空圧人工筋駆動機構１０１の動作をその場で停止させる。よって、経時変化による空圧人工筋６ａ、６ｂの破損の前に空圧人工筋６ａ、６ｂを安全に停止させることができる。
【００７０】
前記寿命予測手段１０８での寿命のその他の判断方法としては、スレッシュホールド値Δεｌｉｍｉｔを設定し、ΔεがΔεｌｉｍｉｔを越えたら破損が近いと判断することも可能である。
【００７１】
寿命警報手段３０２の警報としては、例えば、専用のスピーカーあるいは制御コンピュータの内蔵スピーカーを使用し、アラーム音を鳴らしたり、警報ライトを設け、点灯、点滅等させればよい。
【００７２】
前記警報の発報後の動作に関しては、その場での停止の他にも、定められたホームポジションに待避後停止又は、速度を減速させたりしてもよい。
【００７３】
以上の原理に基づく制御プログラムの実際の計算ステップについて、図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００７４】
ステップ１では、エンコーダ１６により計測された関節角度データ（関節角度ｑ）および圧力センサ１１により計測された圧力Ｐが制御装置に取り込まれる。
【００７５】
次いで、ステップ２では、目標関節角度生成手段３０１からの関節角度の目標値ｑｄと現在の関節角度ｑの差である関節角度誤差ｑｅが第１演算部１００で計算される。
【００７６】
次いで、ステップ３では、関節角度誤差ｑｅから関節誤差修正出力が関節角度誤差補償手段１０２で計算される（関節角度誤差補償手段１０２での処理）。関節角度誤差補償手段１０２の具体例としてはＰＩＤ補償器が考えられる。ＰＩＤ補償器の場合、ステップ３では、関節角度誤差ｑｅに比例ゲインを乗算した値と、関節角度誤差ｑｅの微分値に微分ゲインを乗算した値と、関節角度誤差ｑｅの積分値に積分ゲインを乗算した値との３つの値の合計値が、関節角度誤差修正出力ｕとなる。定数である比例、微分、積分の３つのゲインを適切に調整することにより、関節角度誤差が０に収束するように制御が働く。
【００７７】
次いで、ステップ４では、空圧人工筋駆動機構１０１の運動方程式により目標トルクτｄが逆動力学計算手段１０７で計算される（逆動力学計算手段１０７での処理）。
【００７８】
次いで、ステップ５では、人工筋モデル誤差の推定が人工筋モデル誤差推定手段１０３で行われる（人工筋モデル誤差推定手段１０３での処理）。
【００７９】
次いで、ステップ６では、推定したモデル誤差に基づき空圧人工筋の寿命が近いかどうかを寿命予測手段１０８で判断し、空圧人工筋の寿命が近いと寿命予測手段１０８で判断した場合にはステップ１００以降の停止処理へ進む。このとき、寿命予測手段１０８から、寿命警報手段３０２に警報発報信号を出力するとともに、目標関節角度生成手段３０１に動作停止信号を出力し、さらに、圧力誤差補償手段１０５に空気排気信号を出力する。空圧人工筋の寿命はまだ近くないと寿命予測手段１０８で判断した場合にはステップ７に進む。
【００８０】
ステップ１００では、寿命予測手段１０８からの警報発報信号に基づき、寿命警報手段３０２を通じて寿命到達の警報を発報する。
【００８１】
次いで、ステップ１０１では、寿命予測手段１０８からの動作停止信号に基づき、目標関節角度生成手段３０１は目標関節角度ｑｄの更新を停止するとともに、目標圧力計算手段１０４に空圧排気指令を出力する。
【００８２】
次いで、ステップ１０２では、目標圧力計算手段１０４が目標圧力をＰｄ＝［０、０］Ｔと設定することにより、空圧人工筋６ａ、６ｂの空気を排気し、空圧人工筋６ａ、６ｂのそれぞれの空圧を０にする。
【００８３】
次いで、ステップ１０３では、目標圧力計算手段１０４からの制御停止信号に基づき、圧力誤差補償手段１０５の動作を停止し、停止処理を完了する。
【００８４】
一方、ステップ７では、ステップ５で空圧人工筋モデル更新手段１０６で推定したモデル誤差に基づき空圧人工筋モデルを空圧人工筋モデル更新手段１０６で更新する（空圧人工筋モデル更新手段１０６での処理）。なお、空圧人工筋モデル更新手段１０６は寿命予測手段１０８と関係なく独立に動作し、処理順序が回ってきたら空圧人工筋の縮み推定値Δεを受けて人工筋モデルを更新するという処理を繰り返す。
【００８５】
次いで、ステップ８では、空圧人工筋モデル更新手段１０６で更新した空圧人工筋モデルに基づき、目標圧力Ｐｄを目標圧力計算手段１０４で計算する（目標圧力計算手段１０４での処理）。
【００８６】
次いで、ステップ９では、目標圧力計算手段１０４で計算された目標圧力Ｐｄと現在の圧力Ｐを減算して圧力誤差Ｐｅを第２演算部１０９で求める。
【００８７】
次いで、ステップ１０では、圧力誤差Ｐｅより圧力誤差修正出力が圧力誤差補償手段１０５で計算される（圧力誤差補償手段１０５での処理）。圧力誤差補償手段１０５としては、例えば、ＰＩＤ補償器が考えられる。
【００８８】
次いで、ステップ１１では、圧力誤差補償手段１０５で計算された圧力誤差修正出力がＤ／Ａボード１５ａを通じ、３ポート流量制御電磁弁１４ａ、１４ｂに与えられ、３ポート流量制御電磁弁１４ａ、１４ｂが空圧人工筋６ａ，６ｂ内の圧力をそれぞれ変化させることにより、空圧人工筋駆動機構１０１の回転関節３の回転運動が発生する。
【００８９】
以上、本発明の第１実施形態にかかる空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置によれば、空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３により、経時変化による空圧人工筋６ａ，６ｂの縮みを推定し、空圧人工筋モデル更新手段１０６により空圧人工筋モデルを更新することで空圧人工筋モデルに経時変化が反映されてモデルの精度が向上するという効果を発揮する。
【００９０】
また、図５に示すように空圧人工筋６ａ，６ｂの特性は非線形性が強いため特性モデルの誤差を制御系において推定することは困難であるが、経時変化において支配的な縮みの現象のみに着目することにより、空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で、近似的な推定が可能となる。
【００９１】
また、寿命予測手段１０８により縮みのトレンドを監視することにより、増加から減少へのトレンド変化を寿命予測手段１０８検出することによって、空圧人工筋６ａ，６ｂの破損の予測が可能となる。
【００９２】
以上の効果により、長期間使用しても経時変化による制御精度の劣化が少なく、空圧人工筋６ａ，６ｂが寿命により破損に至る前に停止できる安全な空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置が提供される。
【００９３】
なお、本第１実施形態では、図８に示すように、空圧人工筋の経時変化によるモデルの変化を平行移動するモデルで一次近似したが、これに限られるわけではない。例えば、図１２に示すように、ε＞０では係数α＝Ａｖｅｒａｇｅ（εｅｓｔ/ε）とし、ε≦０では係数α＝１とし、（７）式の空圧人工筋モデルをｆ（Ｐ，αε）へ、（１３）式の空圧人工筋モデルをαε（Ｐ，ｆ）へとそれぞれ更新する線形変換による方法も考えられる。この場合、空圧人工筋の特性が収縮率εの小さい領域で収縮力ｆの変化率が大きいため、わずかな収縮率εの誤差で大きな収縮率の誤差が出やすい。これに対して、収縮率εの小さい領域ではモデルの変化量を小さくする近似方法であるため、特に収縮率εの小さい領域での誤差を抑制できる利点を有する。
また、平行移動と線形変換とを併用することも可能である。△ε＝Ａｖｅｒａｇｅ（εｅｓｔ−ε）とし、ε＞０では係数α＝Ａｖｅｒａｇｅ（εｅｓｔ/ε）とし、ε≦０では係数α＝１とし、（７）式の空圧人工筋モデルをｆ（Ｐ，αε＋△ε）へ、（１３）式の空圧人工筋モデルをαε（Ｐ，ｆ）＋△εへとそれぞれ更新する。この方法はアフィン変換に相当する。
【００９４】
さらに、△ε＝Ａｖｅｒａｇｅ（εｅｓｔ−ε）とし、ε＞０では係数α＝Ａｖｅｒａｇｅ（εｅｓｔ/ε）及び係数β＝Ａｖｅｒａｇｅ（εｅｓｔ2/ε2）とし、ε≦０では係数α＝１及び係数β＝１とし、（７）式の空圧人工筋モデルをｆ（Ｐ，βε2＋αε＋△ε）へ、（１３）式の空圧人工筋モデルをβε2（Ｐ，ｆ）＋αε（Ｐ，ｆ）＋△εへとそれぞれ更新する。この方法によれば、多項式（２次式）でモデルの変化が近似され、より精度の高い近似となる。
上記近似のいずれも、簡易な式のため計算量が少なく、リアルタイムでのモデルの更新が容易である。
【００９５】
（第２実施形態）
図１０に、本発明の第２実施形態における空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置の構成を示す。第２実施形態は、第１実施形態から寿命予測手段１０８を省略した構成であり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９６】
図１０に示す寿命予測手段１０８を設けない構成でも、制御系の構築は可能であり、空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置として機能する。この場合、図４のステップ５で空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３により、経時変化による空圧人工筋６ａ，６ｂの縮みをモデル誤差として推定する。その後、図４のステップ６での寿命予測手段１０８での寿命予測動作を行なわずに、ステップ７において、空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３で推定しモデル誤差としての空圧人工筋６ａ，６ｂの縮みに基づき、空圧人工筋モデル更新手段１０６により空圧人工筋モデルを更新する。その後、ステップ８〜ステップ１１を実行する。このように構成することで、空圧人工筋モデルに経時変化が反映されモデルの精度が向上し、長期間使用しても経時変化による制御精度の劣化が少ない制御系とすることができる。なお、図４のステップ１００〜ステップ１０３はこの第２実施形態では実施しない。
【００９７】
（第３実施形態）
図１１に、本発明の第３実施形態における空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置の構成を示す。第３実施形態は、第１実施形態から空圧人工筋モデル更新手段１０６を省略した構成であり、他の部分は第１実施形態と同様であり、共通の構成部分に関しては第１実施形態と同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。
【００９８】
図１０に示す空圧人工筋モデル更新手段１０６を設けない構成でも制御系の構築は可能であり、空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置として機能する。この場合、図４のステップ５で空圧人工筋モデル誤差推定手段１０３により、経時変化による空圧人工筋６ａ，６ｂの縮みをモデル誤差として推定する。その後、ステップ６で、寿命予測手段１０８により、縮みのトレンドを監視することにより、増加から減少へのトレンド変化によって、ステップ１００〜ステップ１０３を実行する。このような構成により、空圧人工筋６ａ，６ｂの破損の予測が可能となり、安全な空圧人工筋駆動機構１０１の制御装置が提供される。なお、図４のステップ７〜ステップ１１はこの第３実施形態では実施しない。
【００９９】
なお、本発明を第１〜第３実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第１〜第３実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
前記各制御装置の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１００】
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における制御装置を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。
【０１０１】
つまり、このプログラムは、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差の経時変化を推定する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段又は前記空圧人工筋モデル誤差推定手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が推定した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段と、
として機能させるための空圧人工筋駆動機構の制御プログラムである。
【０１０２】
又は、前記プログラムは、空圧人工筋により駆動される駆動機構の制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記駆動機構の運動を制御するための前記空圧人工筋の目標圧力を空圧人工筋モデルに基づき算出する目標圧力計算手段と、
前記空圧人工筋と前記空圧人工筋モデルとの収縮率誤差の経時変化を推定する空圧人工筋モデル誤差推定手段と、
前記目標圧力計算手段又は前記空圧人工筋モデル誤差推定手段からの情報に基づき前記空圧人工筋の圧力を制御する圧力制御手段と、
前記空圧人工筋モデル誤差推定手段が推定した結果に基づき前記空圧人工筋の寿命を予測する寿命予測手段と、として機能させるための空圧人工筋駆動機構の制御プログラムである。
【０１０３】
また、これらのプログラムは、それぞれ、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
また、これらのプログラムをそれぞれ実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例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】
【０１０４】
本発明の空圧人工筋駆動機構の制御装置、制御方法、および制御プログラムは、工場内又は家庭内で人間と共存しつつ作業支援を行うロボットアーム等の関節機構を有する機構の制御装置、制御方法、および制御プログラムとして有用である。【０１０５】
本発明は、添付図面を参照しながら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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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