(57)【要約】【解決手段】  ダンパ（２２）および駆動源（２０）よりなるダンパシステム（１０）からの出力フォースは、ダンパ（２２）の出力からのフィードバックを用いることにより、ダンパ（２２）の入力と相関的に制御される。変更可能な減衰係数を有するダンパ（２２）を採用すると共に、この減衰係数を制御することにより、ダンパシステム（１０）は、広い力範囲において力／トルク性能を、小さい出力インピーダンスと大きい帯域幅とで実現した。ダンパ（２２）は、駆動源（２０）を外部衝撃から保護する衝撃吸収装置としても機能する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力に基づいて出力フォースが得られるダンパと、
ダンパの入力部とダンパの出力部との間における相対速度よりなり、ダンパ出力フォースを示すセンサ信号を発信するセンサと、
センサ信号およびダンパの減衰係数に基づいてダンパの入力部における速度を制御することにより、所期のダンパ出力フォースを発生させるためのコントローラとよりなることを特徴とするダンパシステム。
【請求項２】
ダンパが減衰係数を有してなり、
コントローラが、更にダンパの減衰係数を制御可能に変更するダンパコントローラよりなるものであることを特徴とする請求項１に記載のダンパシステム。
【請求項３】
ダンパコントローラは、センサ信号に基づいてダンパの減衰係数を変更可能であることを特徴とする請求項２に記載のダンパシステム。
【請求項４】
ダンパコントローラは、ダンパに係る流体の粘度を制御可能であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のダンパシステム。
【請求項５】
流体が磁気粘性流体であり、ダンパコ」ントローラは、磁場を変更することにより、当該流体の粘度を変更可能であることを特徴とする請求項４に記載のダンパシステム。
【請求項６】
流体が電気粘性流体であり、ダンパコントローラは、電場を変更することにより、当該流体の粘度を変更可能であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のダンパシステム。
【請求項７】
ダンパコントローラは、ダンパに係る孔径を制御することにより、減衰係数を制御可能であることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項８】
センサは、ダンパ入力とダンパ出力との間の差を判定可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項９】
センサは、ダンパに対する入力と、ダンパからの出力との間の速度差を判定可能であることを特徴とする請求項８に記載のダンパシステム。
【請求項１０】
センサは、ダンパからの出力フォースを計測可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１１】
センサは、ダンパに対する入力フォースを計測可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１２】
出力フォースがトルクよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１３】
出力フォースは線形力よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１４】
ダンパは、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度差との間に線形関係を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１５】
ダンパは、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度差との間に非線形関係を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１６】
出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度差との間の非線形関係は３次式であることを特徴とする請求項１５に記載のダンパシステム。
【請求項１７】
コントローラは、ダンパに対する入力速度を制御するシステムコントローラよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１８】
コントローラは、ダンパに対する入力フォースを制御するシステムコントローラよりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項１９】
センサ信号と基準信号とを比較するコンパレータを備えてなり、コントローラは、センサ信号と基準信号とを比較した結果に基づいてダンパに対する入力を制御可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２０】
更に、ダンパに対する入力フォースを発生する駆動源を備えてなることを特徴とする請求項１乃至請求項１９のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２１】
コントローラは、駆動源を制御することによりダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２０に記載のダンパシステム。
【請求項２２】
コントローラは、駆動源の速度を制御することによりダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２１に記載のダンパシステム。
【請求項２３】
コントローラは、駆動源に対する電流を制御することによってダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のダンパシステム。
【請求項２４】
少なくとも請求項１９に記載のダンパシステムにおいて、コントローラは、駆動源を制御するために、下記式に示すような制御信号ｕを発信するものであることを特徴とする請求項２１乃至請求項２３のいずれかに記載のダンパシステム。
【数１】
2007515697.tif 000005
〔式中、ｅは、センサ信号と基準信号とを比較した結果であり、
ｋｐ、ｋＩおよびｋＤは、コントローラのパラメータを示し、
ｔは、経過時間を示す。〕
【請求項２５】
コントローラは、駆動源に対する電圧を制御することにより、ダンパに対する入力を制御するものであることを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載のダンパシステム。
【請求項２６】
駆動源が、回転式駆動源よりなることを特徴とする請求項２０乃至請求項２５のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２７】
駆動源が、線形駆動源であることを特徴とする請求項２０乃至請求項２５のいずれかに記載のダンパシステム。
【請求項２８】
請求項２０乃至請求項２７のいずれかに記載のダンパシステムを備えてなり、駆動源が、ダンパと直列に設けられていることを特徴とする直列式ダンパアクチュエータ。
【請求項２９】
更に負荷を備えてなり、ダンパは、駆動源を外部衝撃から保護するよう、当該駆動源を負荷から分離していることを特徴とする請求項２８に記載の直列式ダンパアクチュエータ。
【請求項３０】
入力に基づいて出力フォースを発生させるダンパを備えたダンパシステムの出力制御方法であって、
ダンパの入力部とダンパの出力部との間における相対速度に基づいて、ダンパ出力フォースを示すセンサ信号を得、
ダンパの入力部における速度を、センサ信号およびダンパの減衰係数に基づいて制御し、所期のダンパ出力フォースを発生させることを特徴とするダンパシステムの出力制御方法。
【請求項３１】
ダンパは減衰係数を有してなり、更に、ダンパの減衰係数を制御可能に変更することを特徴とする請求項３０に記載の出力制御方法。
【請求項３２】
ダンパの減衰係数をセンサ信号に基づいて変更することにより、減衰係数を制御可能に変更することを特徴とする請求項３１に記載の出力制御方法。
【請求項３３】
ダンパに係る流体の粘度を変更することにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の出力制御方法。
【請求項３４】
流体が磁気粘性流体であると共に、磁場を変更することにより当該流体の粘度を変更し、これにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３３に記載の出力制御方法。
【請求項３５】
流体が電気粘性流体であると共に、電場を変更することにより当該流体の粘度を変更し、これにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３３または請求項３４に記載の出力制御方法。
【請求項３６】
ダンパに係る孔径を制御することにより、ダンパの減衰係数を制御することを特徴とする請求項３１乃至請求項３５のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項３７】
センサ信号を供給し、更に、ダンパ入力とダンパ出力との間の差を判定することを特徴とする請求項３０乃至請求項３６のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項３８】
センサ信号を供給し、更に、ダンパに対する入力と、ダンパからの出力との間の速度差を判定することを特徴とする請求項３７に記載の出力制御方法。
【請求項３９】
センサ信号を供給し、更に、ダンパからの出力フォースを計測することを特徴とする請求項３０乃至請求項３８のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４０】
センサ信号を供給し、更に、ダンパからの入力フォースを計測することを特徴とする請求項３０乃至請求項３９のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４１】
出力フォースがトルクよりなることを特徴とする請求項３０乃至請求項４０のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４２】
出力フォースは線形力よりなることを特徴とする請求項３０乃至請求項４０のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４３】
ダンパが、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度の差との間に線形関係を有することを特徴とする請求項３０乃至請求項４２のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４４】
ダンパが、出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度の差との間に非線形関係を有することを特徴とする請求項３０乃至請求項４２のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４５】
出力フォースと、ダンパ入力およびダンパ出力の速度の差との間の非線形関係は３次式であることを特徴とする請求項４４に記載の出力制御方法。
【請求項４６】
ダンパに対する入力速度を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４５のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４７】
ダンパに対する力の入力を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４６のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４８】
更に、センサ信号と基準信号とを比較し、ダンパに対する入力を、センサ信号と基準信号とを比較した結果に基づいて制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４７のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項４９】
ダンパに対する駆動源からの出力を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項３０乃至請求項４８のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項５０】
駆動源の速度を制御することにより、ダンパに対する入力を制御することを特徴とする請求項４９に記載の出力制御方法。
【請求項５１】
駆動源が回転式駆動源よりなることを特徴とする請求項４９または請求項５０に記載の出力制御方法。
【請求項５２】
更に、駆動源を負荷における外部衝撃から保護するよう、ダンパシステムを、当該駆動源と負荷との間に設けることを特徴とする請求項３０乃至請求項５１のいずれかに記載の出力制御方法。
【請求項５３】
モータと、
負荷からモータを分離させるよう、前記モータと直列に接続されるダンパと、
ダンパの入力部とダンパの出力部との間における、ダンパ出力フォースを示す相対速度を計測し、これによりセンサ信号を生成するセンサと、
前記センサとモータとの間に接続される、センサ信号およびダンパの減衰係数に基づいてモータを制御し、入力部と出力部との間で所期の相対速度を実現し、これにより、所期のアクチュエータ出力フォースを発生させる力フィードバックコントローラと
よりなることを特徴とする直列式ダンパアクチュエータ。
【請求項５４】
基本的に、図面を参照し、および図面に記載のとおり、構成並びに配設されていることを特徴とするダンパシステム。
【請求項５５】
基本的に、図面を参照し、および図面に記載のとおり、構成並びに配設されていることを特徴とする直列式ダンパアクチュエータ。
【請求項５６】
基本的に、図面を参照し、および図面に記載のとおりであることを特徴とするダンパシステムの出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダンパシステムに関し、特に出力フォースを制御するためのダンパシステムであって、例えば駆動源と直列的に用いられるダンパシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
システムからの出力フォースを制御する方法としては複数の方法が挙げられ、例えば、ひずみゲージ装置を用いることにより力信号を得、この力信号をフィードバックすることにより出力フォースを制御することができる。しかしながら、このような手法においては、装置固有のＳ／Ｎ比が低いために、実際に実施することは困難である。
更に、ひずみゲージ装置はその構造を変更することが困難であり、未知の環境に頻繁に適応させることが必要とされる種々のシステムには適していない。
【０００３】
システムからの出力フォースを制御する他の方法が、米国特許公開第５，６５０，７０４号１９９７年７月２２日発行プラット外に開示されている。米国特許第５，６５０，７０４号には、モータ駆動変速機がその出力部分に設けられたモータよりなる弾性アクチュエータが記載されている。このモータ駆動変速機には、例えばリニアスプリングまたはトーショナルスプリング（ねじりバネ）などの弾性部材が直列に接続されている。また、モータのマウントとアクチュエータの出力部との間には、一つの力変換器が配設されている。この力変換器は、アクチュエータの出力部に弾性部材によって作用された力を示す当該弾性部材のたわみに基づいて、力信号を生成する。モータにおける力制御は、力変換器とモータとの間に接続された、力信号をアクティブフィードバックする制御ループによって達成される。このモータ制御は、所期のアクチュエータ出力フォースを得るために必要とされるたわみ量で弾性部材をたわませるために必要とされる力に応じた力信号に基づいて実施される。
【０００４】
しかしながら、弾性部材の利用はシステムオーダの増加をもたらすため、システムの帯域幅および安定余裕が低減してしまう。また、アクチュエータシステムに用いられる弾性部材としては、その種類を選りすぐってもシステム帯域幅、力範囲および耐衝撃性のすべてについて満足するものがない。更に、一度弾性部材の種類を選択してしまうと、弾性部材の弾性特性を変更することは困難または不可能であり、その結果、広い力範囲において優れた力忠実度を実現することは困難である。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，６５０，７０４号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様によれば、ダンパシステムが提供される。ダンパシステムは、入力に基づいた出力フォースが得られるダンパと、ダンパ出力フォースを示すセンサ信号を発信するセンサと、システムコントローラとよりなる。当該システムコントローラはセンサ信号に基づいてダンパからの出力を制御することにより、所期のダンパ出力フォースを得るためのものである。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、入力に基づいて出力が得られるダンパを備えたダンパシステムの出力制御方法が提供される。当該方法は、ダンパ出力フォースを示すセンサ信号を得、検知された差に基づいてダンパからの出力を制御することにより、所定のダンパ出力フォースを得ることを特徴とする。
【０００８】
本発明の更に他の態様によれば、モータと、ダンパと、センサと、力フィードバックコントローラとよりなる直列式ダンパアクチュエータが提供される。ダンパは、モータがその負荷から分離するよう、当該モータと直列に接続可能とされている。センサは、ダンパにおける相対速度を計測し、当該相対速度に基づいてセンサ信号を発信するものである。また、力フィードバックコントローラは、前記センサとモータとの間に接続可能とされており、センサ信号に基づいてモータを制御することにより、ダンパにおける所期の相対速度を実現し、これにより、所期のアクチュエータ出力フォースを得るためのものである。
【０００９】
態様の一例においては、ダンパおよび駆動源よりなるシステムからの出力フォースは、ダンパの出力部からの力信号をフィードバックすることにより、ダンパに対する入力に対応して制御される。ダンパにおいて可変減衰係数を利用し、また、当該減衰係数を制御することによって、前記システムにおいては、幅広い出力値範囲において優れた線形の出力／トルク性能が、低出力インピーダンスと広い帯域幅で実現される。ダンパは、駆動源を外部衝撃から保護するための衝撃吸収機構としても機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について、非限定的な実施例により、添付の特許請求の範囲を参照して説明する。
図１は、本発明の直列式ダンパアクチュエータシステム１０の一実施態様を示す概略図であり、ロータリー直列式ダンパアクチュエータ１２と、制御基板１４との二つの主要部に分かれたシステムが図示されている。直列式ダンパアクチュエータ１２にはロータリー負荷１６が配設されており、直列式ダンパアクチュエータ１２と制御基板１４との間には増幅器１８が配設されている。
【００１１】
直列式ダンパアクチュエータ１２は、ロータリー駆動源２０と、ロータリーダンパ２２と、ダンパセンサ２４と、ダンパコントローラ２６とよりなる。ここで、駆動源２０は、ギア変速機を備えているものであってもよく、本実施態様においては、モータが用いられている。駆動源２０の出力部は回転式でありダンパ２２の入力部に接続されている。ダンパ２２の出力部は回転式であり、負荷１６に接続されている。ここで、ダンパとしては、例えば米国特許公報第６, ０９５, ２９５号２０００年８月１日発行１９９７、パーク外（Ｐａｒｋ  ｅｔ  ａｌ．）に記載の、いわゆる「ロータリーダンパ」が挙げられる。
【００１２】
制御基板１４は、事実上、力フィードバックコントローラとして機能するものであり、システムコントローラ２８と、コンパレータ３０と、コンパレータ３０に対する入力としての基準信号（Ｖｒｅｆ）３２とよりなる。基準信号（Ｖｒｅｆ）３２は、一定であっても可変であってもよく、例えば正弦関数（正弦波）またはステップ関数であってもよい。コンパレータ３０は、基準信号３２と、直列式ダンパアクチュエータ１２におけるダンパセンサ２４から出力されるセンサ信号３４とを比較する。コンパレータ３０からの出力であるエラー信号３６が、システムコントローラ２８に対する入力とされる。システムコントローラ２８からの一の出力は、入力されたエラー信号３６に基づいた駆動源制御信号３８である。この駆動源制御信号３８は、増幅器１８に入力されて、当該増幅器１８において増幅され、これにより駆動源２０が制御される。本実施態様においては、駆動源制御信号３８は駆動源２０における回転速度を制御する電源信号である。本実施態様における、システムコントローラ２８からの他の出力は、ダンパコントローラ２６に送信される、ダンパ２２の減衰係数を調整するためのダンパ制御信号４０である。
【００１３】
本実施態様のダンパ２２は、ダンパ力と、ダンパ２２の両端、すなわち入力部と出力部との相対速度との間に実質的に線形関係を有するものである。ダンパ２２の減衰係数は、ダンパコントローラ２６によって調整または制御可能とされている。ダンパ２２は優れた衝撃吸収性を奏し、駆動源２０および駆動源２０が接続される他の構成部分に係る磨耗の進度を低減する。
【００１４】
ダンパセンサ２４は、ダンパ２２の入力部と出力部との相対速度に関する情報よりなるセンサ信号３４を生成する。このセンサ信号３４は、閉ループ系を構成するフィードバック制御を介して制御基板１４に伝達される。このセンサ２４は、例えば力変換器とすることができ、ダンパ２２の両端にまたがって配設された位置センサによって実現されてもよい。位置センサからの位置情報は、ダンパ２２の入力部と出力部との相対速度の判定に利用することができる。相対速度情報が用いられることによって、下記式１により、直列式ダンパアクチュエータ２２の出力フォースが算出される（減衰係数ｂは既知であると仮定する）。
【００１５】
Ｆ＝ｂ×Δｖ（式１）
【００１６】
上記式１において、
Ｆはダンパ２２からの出力フォース、
Δｖはダンパ２２の入力部分および出力部分の間における相対速度、並びに
ｂはダンパ２２のある特定の瞬間における減衰係数である。
【００１７】
回転式ダンパに対しては、正しくは、
Ｔ＝ｂ×Δωとなる。
【００１８】
ここで、Ｔはダンパ２２の出力トルク、
Δωはダンパ２２の入力部および出力部の間における相対回転速度、並びに
ｂはダンパ２２のある特定の瞬間の回転減衰係数である。しかしながら、下記の記載においては、線形系若しくは回転系の両方のシステムについて参照する場合には、一般形である式１を利用する。
【００１９】
従って、既知の減衰係数に対して、特定の速度差によって所期のシステム出力フォースが実現される。すなわち、所期の出力フォースを得るためには、目標速度差が設定される。
【００２０】
ダンパ２２において目標相対速度（Δｖ）が得られるよう、センサ信号３４と基準信号３２とを比較することにより得られるエラー信号３６に基づいて、システムコントローラ２８によってダンパ２２に対する入力速度が増加または低減することができる。従って、システム全体において所期の出力フォースが得られる。エラー信号３６を生起させる基準信号３２は、ダンパ２２からの所期の出力フォースまたはトルクに応じて変更することができる。
【００２１】
システムコントローラ２８の一タイプ例としては、ＰＩＤ( ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例成分、ｉｎｔｅｇｒａｔｅ：積分成分、ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ：微分成分) コントローラーを挙げることができる。エラー信号（ｅ）３６が得られることにより、エラー信号（ｅ）３６を最小化するよう、駆動信号（ｕ）３８を下記式に基づいて算出することができる。
【００２２】
【数１】
2007515697.tif 000003
【００２３】
上記式において、ｋｐ、ｋＩおよびｋＤは、ＰＩＤコントローラのパラメータ（調整条件）を示し、
ｔは、経過時間を示す。
【００２４】
駆動源２０の電流は、下記の関係に応じて、駆動信号（ｕ）３８に基づいて制御される。
Ｆ＝ｋｐｄ＊ｕ
【００２５】
上記関係においてｋｐｄは、駆動源２０（および図１に示す実施態様においては増幅器１８）に係る定数である。
【００２６】
更に具体的には、回転駆動の場合には、Ｔ（トルク）＝ｋｐｄ＊ｕである。
【００２７】
ＰＩＤコントローラは、エラー信号を最少化するための駆動信号を得るために利用し得る多数の制御法の一つである。このほかの制御法としては、例えば適応制御、ニューロ制御、ファジィ理論制御などを挙げることができる。一方、ＰＩＤコントローラによる信号を用いて、入力供給電流を制御することにより駆動源を制御すると共に、他の手法により得られた結果を駆動源２０に対する入力供給電圧の制御に用いることもできる。
【００２８】
この主実施態様におけるダンパ１４は、可制御減衰係数を有する磁気粘性流体を有するものである。システムコントローラ２８は、磁場を形成しまたは当該磁場の強度を変化させるための指令信号をダンパコントローラ２６に発することにより、ダンパ２２に係る減衰係数が所期の態様で増加または低減するよう、当該減衰係数を必要とされる出力の一般的な規模に応じて制御する（速度差を単独で制御することによっては実現することができない場合もあるため。）。ダンパ２２は、ダンパトルクと相対速度との間に線形関係を有する粘性ダンパとして機能するものである。システムコントローラ２８もまた、ダンパに大きなまたは小さな力が作用した時に、ダンパに係る減衰係数を増加または低減させることができる。従って、広い力範囲にわたって優れた力忠実性が発揮される。減衰係数が一定である場合には、ダンパは、システム全体のシステムオーダを増加させることがない。従って、当該システムの安定余裕に著しく影響することがない。
【００２９】
図２は、本実施態様の直列式ダンパアクチュエータ１２を示す。支持用外甲である本体５０の一端に、ロータリー駆動源２０が配設されている。この本体５０内には、本体５０における駆動源２０が配設された一端に対する他端にロータリーダンパ２２が配設されている。駆動源２０は、カプラ５２および例えばロータリエンコーダなどの角度位置センサ５４よりなるセンサを介して、ダンパ２２に接続されている。ダンパ２２の出力部からは出力シャフト５６が延伸している。この図２において、ダンパコントローラは図示されていない。ダンパ２２に対する入力シャフト５８および前記出力シャフト５６は、それぞれ一組の軸受け６０、６２に支持されて配設されている。また、ダンパ２２およびセンサ５４は、二組のスラスト軸受け６４、６６の間に配設されている。
【００３０】
角度位置センサ５４は、ダンパ２２の相対角度位置を得ることができるよう、ダンパ２２の入力シャフト５８および出力シャフト５６の間に配設されている。ロータリーダンパ２２の相対角度位置を微分した後、ロータリーダンパ２２の相対角速度が得られる。そして、ダンパ２２の減衰係数は既知であるため、直列式ダンパ駆動源２０の出力部で発生したトルク６８が算出可能とされている。
【００３１】
図２に示されるすべてのシステム構成部分は、ダンパ２２と角度センサ５４を固定、内蔵している本体５０に接続されて支持されている。そして、ダンパ２２の出力部に接続された負荷によって発生し、出力シャフト５６を介して生起される応力が、駆動源２０だけでなく、この本体５０によっても支持されている。この応力は、二組のスラスト軸受け６４、６６を介して本体５０に伝達される。更に、本体５０が構成部分を内包し、環境から保護していることにより、前記システムは、信頼性および耐久性が向上したものとされている。
【００３２】
二つのエンコーダを、それぞれ、ダンパ１４に係る入力速度および出力速度の測定に利用することができる。そして、ダンパに係る相対速度は、デコーダによるこれら二つの測定値の差から得ることができる。ダンパにおける入力速度と出力速度との間における相対速度の計測は、一つのエンコーダで十分可能であるが、二つのエンコーダを用いて相対速度を得ることにより、システムコントローラが力制御を好ましい態様で実行することができる。
【００３３】
図３は、図１に示すシステム１０の動作例を示すフローチャートである。基準信号としての基準電圧３２が入力される（ステップＳ１０２）。ダンパ２２の入力部と出力部との間における速度差がセンサ２４によって判定され、センサ出力信号３４が出力される（ステップＳ１０４）。基準電圧３２とセンサ出力信号３４がコンパレータ３０によって比較されて、エラー信号３６が出力される（ステップＳ１０６）。そして、その時点における駆動源制御信号３８はエラー信号３６によって変更が必要であるか否かの判定が行われる（ステップＳ１０８）。駆動源制御信号３８は、若しエラー信号が０でない場合、または著しい程度で０からずれてしまっている場合には、通常変更が必要となる（この「程度」は、システムの感度と許容誤差に応じて決定される。）。
【００３４】
駆動源制御信号３８の変更が必要とされる場合には、基準信号３２を基準として、その時点での減衰係数が、所期の出力を考慮した場合に適正であるかの判定が行われる（ステップＳ１１０）。特定の力を得るために必要とされる速度差（Δｖ）が過大であるために、システムにおいてそのような速度で駆動源を作動させることができない、または駆動源を好ましくないまたは非効率的な速度で作動させる結果となるような場合もある。力と速度差の間における、上記式１に示されるような線形関係またはその他の殆どの非線形関係においては、関数が正である場合には、減衰係数を増加することにより、所期の出力フォースに必要とされる速度差を低減することができるという効果が得られる。
【００３５】
減衰係数の変更が必要である場合には、駆動源の許容速度を基準として必要なダンパ制御信号４０が判定され、これに応じてダンパ制御信号４０が調整される（ステップＳ１１２）。そして、ダンパ制御信号が出力される（ステップＳ１１４）。出力されるダンパ制御信号は、ステップＳ１１０においてその時点における減衰係数が適正でないと判定された場合には、調整されたダンパ制御信号である。ステップＳ１１０においてその時点における減衰係数が適正であると判定された場合には、プロセスは、ダンパ制御信号を調整することなくステップＳ１１０からステップＳ１１４に進む。出力されたダンパ制御信号に基づいて、ダンパの減衰係数が、改変されるようまたは一定に維持されるよう、適宜制御される（ステップＳ１１６）。
【００３６】
新たに出力された適正な駆動源制御信号３８も、エラー信号３６を基準として判定され、この判定に応じて、その時点での減衰係数（プロセスの繰り返しにおいて、既に調整されたものであってもよい。）および駆動源制御信号３８が調整される（ステップＳ１１８）。
【００３７】
この時点における制御信号３８が出力される（ステップＳ１２０）。制御信号がステップＳ１１８において調整されている場合には、出力された制御信号３８は調整された制御信号である。一方、ステップＳ１０８において制御信号の変更が不要であると判定された場合には、プロセスは、駆動源制御信号３８を調整することなくステップＳ１０８からステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０において出力された制御信号に基づいて、駆動源の速度が、改変されるようまたは一定に維持されるよう、適宜制御される（ステップＳ１２２）。
【００３８】
プロセスはステップＳ１０２に帰還して繰り返される。
【００３９】
図１に示した実施態様におけるトルク制御性能の判定のために実施された実験の結果を図３および図４に示す。図４Ａは、減衰係数がｂ＝０. １８ＮｍＳに設定された場合における、正弦波基準トルクに対する応答トルクを示す。図４Ｂは、減衰係数がｂ＝０. １８ＮｍＳに設定された場合における、方形波基準トルクに対する応答トルクを示す。両方の基準トルクの振幅は、４. ５ｉｎ−ｌｂｓ（０. ５１Ｎｍ）に設定した。図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、ダンパの減衰係数が倍（すなわち、ｂ＝０. ３６ＮｍＳに設定された）とされた場合における正弦波基準入力および方形波基準入力に対する応答トルクを示す。両方の基準トルクの振幅は、４倍の１８ｉｎ−ｌｂｓ（２. ０Ｎｍ）とした。図３および図４に示された結果によれば、ダンパアクチュエータシステムは優れたトルク制御性能を実現することができることが示されている。更に、システムコントローラによって減衰係数を制御させることによって、広い入力フォースの範囲にわたって優れたトルク制御が実行可能である。
【００４０】
上述した実施態様おいては、アクチュエータシステム１０によって回転出力が得られる。これは、モータ（例えば、電動式、油圧式、空気圧式など）、エンジン、アクチュエータまたはその他の駆動源のいずれかからの、ダンパ２２に対する回転入力を利用する。駆動源自体は、直線運動を直接発生するものであってもよい。この場合、当該直線運動は回転運動に変換されてダンパに入力される。
【００４１】
また、その他の実施態様において、アクチュエータシステムからの出力は直線運動とされる。これは、ダンパに対して直線運動を入力すると共に、当該ダンパを、直線運動を出力する線形のものとすることにより、達成することが可能である。このようなシステムには、駆動源として一般に線形アクチュエータが用いられるが、駆動源は回転運動を発生するものであってもよい。この場合、当該回転運動は直線運動に変換されてダンパに入力される。上記式１において、力は線形力となり、減衰係数、直線運動の減衰係数および速度差は、直線速度上での差分となる。
【００４２】
ダンパの減衰係数を制御可能に変更する機能が好ましい。この減衰係数の変更機能の存在は、いずれのダンパシステムにおいてもその使用用途範囲を拡大するために有用である。詳述した本実施態様においては、磁気粘性流体を用いることにより、減衰係数を磁場によって変更することが可能とされている。一般的に磁気粘性流体は、通常合成炭化水素であって、その他の炭化水素類、シリコーンまたは水を公知の候補として含む、低揮発性の媒体液中に可磁極化性のマイクロサイズの粒子の安定的な懸濁液である。
【００４３】
他の実施態様においては、その粘度が電場の強度に応じて変化する電気粘性流体、または電場および磁場によって極性化可能な電気・磁気粘性（ＥＭＲ）流体を用いることもできる。このようなＥＭＲ流体の具体例としては、チタンにより被覆された鉄粒子がオイルに含有されてなるもの、または高温超電導体粒子が液体窒素に含有されてなるものを挙げることができる。そのほか、粘性流体を加熱または冷却することにより減衰係数を変更する手法、またはダンパにおける孔径を変更することにより、ピストンまたはロータが、それぞれのチャンバーを通過する速度を変更する手法を利用することも可能である。減衰係数を変更する他の手法も、当業者に周知である。
【００４４】
用いられる駆動源は、具体的な用途における種々の必要性に応じて決定される。駆動源の例としては、電動機、油圧モータ、空気圧モータ、ロータリーアクチュエータ、線形アクチュエータなどを挙げることができる。
【００４５】
用いられるセンサとしては、ポテンショメータ、光学センサ、トランスデューサ、回転計、位置センサ、線形可変変移トランスデューサ（ＬＶＤＴ）などを用いることができる。本実施態様において、センサ類はダンパにおける速度差の測定に用いられている。また、代わりに、例えばひずみゲージまたは圧電部品、若しくはその他の好ましい手段によるセンサを用いて出力フォースを直接判定してもよい。実際の出力フォースが規定である場合には、目標出力フォースを達成するために必要とされる速度の変更が判定可能であり、駆動源がそのように制御される。システムは、入力フォースと出力フォースとが実質的に同じであることから、出力フォースの代わりに入力フォースを判定し、この判定した入力フォースを利用することにより目標出力を達成するために必要とされる速度の変更を判定することが可能である。例えば速度偏差および／または出力フォースおよび／または入力フォースなどの種々の測定値を組み合わせることによって高い精度を得ることができる。
【００４６】
制御基板としては、特定のアナログ回路またはデジタル回路、若しくは演算処理装置とソフトウェアなどを用いることが可能である。
【００４７】
本実施態様において減衰係数は調整可能である。その他の実施態様においては、当該減衰係数は調整不可能であって、実質的に一定であってもよい。このような実施態様においては、ダンパ制御信号４０またはダンパコントローラ２６は不必要である。
【００４８】
上記実施態様において、ダンパの出力フォースと、ダンパにおける速度差と、ダンパ２２の減衰係数との間における関係は線形関係である。この関係は、
Ｆ＝ｆ（Δｖ）
として一般化することができる。
ここで、減衰係数は、非線形関係をも含む関数ｆの勾配に対応する。この関係は公知であるが、ある特定の数値についてのみは、実験でのみ測定される。
【００４９】
【数２】
2007515697.tif 000004
【００５０】
力と、ダンパにおける速度差との間の非線形関係について、当該関係は曲線で表すことができ、この曲線の傾き（グラジエント）が減衰係数を表している。減衰係数は、有用なことに力と共に増加するものである。好適なプロファイルの一つとして、速度差をＸ軸にとり、出力フォースをＹ軸にとったときに、原点を通過し、当該原点について対称（すなわち数値はいずれの動作方向においても同じである。）である３次曲線が挙げられる。小さい力（すなわち減衰係数が小さい）に対して、このような曲線が概略平坦である場合には、システムは影響を受けやすいものであり、大きな速度差の変更に対して力の変化は比較的小さくなる。そして、曲線は高い速度差については急であってもよく、この場合には、小さい速度差の変更によって大きな出力の変化が得られる。これにより、出力フォースとダンパにおける速度差との間における非線形関係を変更する必要がなく、相当に大きい利用可能力範囲が得られる。
【００５１】
力および速度差の間における関係が線形である場合には、減衰係数は、特定の力を得るために必要とされる駆動速度が不適当に高いまたは低い、若しくは実現不可能となってしまう場合にのみ、変更すればよい。力および速度差の間における非線形関係については、減衰特性（ＦｖｓΔｖまたは関数ｆ）を、関数ｆの勾配が高力範囲では急、および低力範囲では緩やかとなるよう設計することができる。これにより、システム全体において、高力範囲および低力範囲の両方において優れた力忠実性が実現される。逆に、必要に応じて、減衰係数を調整することにより特定の速度差範囲における特定の力範囲内の関数を一定とすることができる。
【００５２】
上記システムは、力制御が求められる種々の用途において利用可能である。使用分野の例としては、マニピュレータ、作業用ロボット、力覚提示装置、シミュレータなどを挙げることができる。当該システムは、負荷とアクチュエータとの間に、種々の衝撃吸収手段の導入が望まれる場合に特に有用である。例えば、電動機のギア変速機は、負荷との間に衝撃吸収手段が設けられていない場合には、きわめて早期に故障してしまう。上記ダンパシステムは、特に未知の環境に対して頻繁に作用するものであって、出力フォースの振幅が広い範囲にわたって変化するシステムにおいて特に有用である。
【００５３】
以上、限定された実施態様について詳述したが、構成要素が特に必須事項として明示されている場合を除き、本発明が前記特定の実施態様に限定される必要がないこと、および本発明の範囲から外れないよう、種々の変更を成すことが可能であることは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のダンパシステムの一実施態様を示す概略図である。
【図２】例えば図１に示す実施態様において用いられる直列式ダンパアクチュエータを示す断面図である。
【図３】図１に示すシステムの動作例を示すフローチャートである。
【図４Ａ】第一の条件下における、出力トルクと入力基準トルクとの関係を示すグラフである。
【図４Ｂ】第一の条件下における、出力トルクと入力基準トルクとの関係を示すグラフである。
【図５Ａ】第二の条件下における、出力トルクと入力基準トルクとの関係を示すグラフである。
【図５Ｂ】第二の条件下における、出力トルクと入力基準トルクとの関係を示すグラフである。
【図６】代替システムの動作例を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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