(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加電圧に応じて弾性変形を生じる誘電性エラストマーの静電容量を計測する装置であって、
前記誘電性エラストマーに印加する電圧を可変的に制御し得るように出力する電源と、
前記誘電性エラストマーの通電電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による前記通電電流の検出値を用いて前記誘電性エラストマーの静電容量を推定する静電容量推定部と、
前記電源から出力される電圧が、前記誘電性エラストマーの印加電圧の定常目標値に所定の周波数の振動成分を重畳してなる電圧である振動成分重畳電圧になるように前記電源の出力を制御する電源制御部とを備え、
前記静電容量推定部は、
前記電源から出力される電圧が変化したとき、該電圧の変化に応じて前記誘電性エラストマーの通電電流が増加した後に減衰していく期間である電流減衰期間における複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値を取得する通電電流サンプリング処理と、
前記電流減衰期間における前記誘電性エラストマーの通電電流の経時変化と前記誘電性エラストマーの静電容量との相関関係を表すモデルと、前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値とから、前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定する静電容量推定処理とを実行するように構成されていると共に、前記印加電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態では、前記通電電流サンプリング処理及び前記静電容量推定処理により前記誘電性エラストマーの静電容量を推定することを、前記振動成分に同期した所定の推定処理周期で逐次実行するように構成されていることを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の誘電性エラストマーの静電容量計測装置において、
前記振動成分は、矩形波信号であることを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の誘電性エラストマーの静電容量計測装置において、
前記誘電性エラストマーは、その弾性変形を生ぜしめる外力が可変的に作用し得るように設けられており、
前記静電容量推定部は、前記電源から出力される電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態で、前記振動成分の電圧値が変化する直前における前記通電電流の検出値である第１電流検出値を逐次取得する第１処理と、各推定処理周期の期間における前記通電電流の経時変化パターンであって、該推定処理周期の期間における前記振動成分の電圧値が該推定処理周期の期間の開始直前の電圧値に継続的に維持されていると仮定した場合における前記通電電流の経時変化パターンを、該推定処理周期の期間の開始前に前記第１処理で取得済の前記第１電流検出値の複数の過去値に基づいて予測する第２処理とを実行する機能をさらに有し、各推定処理周期における前記静電容量推定処理では、該推定処理周期の期間のうちの前記電流減衰期間における前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値のそれぞれを、該推定処理周期に対応して前記第２処理で予測した経時変化パターンにより規定される各サンプリング時刻での電流値により補正し、該補正後の電流値と、前記モデルとから前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定するように構成されていることを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘電性エラストマーの静電容量計測装置において、
前記誘電性エラストマーは、シート状に形成されており、且つ、その厚み方向に前記印加電圧を付与し得るように構成されていると共に、該印加電圧を変化させることにより、該厚みが増減する態様で弾性変形が生じるように構成されていることを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測装置。
【請求項５】
請求項４記載の誘電性エラストマーの静電容量計測装置において、
前記誘電性エラストマーは、その中央部が第１部材に固定され、且つ、周縁部が、前記第１部材に対して該誘電性エラストマーの厚み方向に相対移動可能な第２部材に固定されており、前記印加電圧が付与されていない状態で、該第１部材及び第２部材の間で張力を付与された状態となるように張設されていることを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測装置。
【請求項６】
印加電圧に応じて弾性変形を生じる誘電性エラストマーの静電容量を計測する方法であって、
前記誘電性エラストマーの印加電圧を変化させる第１ステップと、
該第１ステップの処理に応じて前記誘電性エラストマーの通電電流が増加した後に減衰していく期間である電流減衰期間における複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値を取得する第２ステップと、
前記電流減衰期間における前記誘電性エラストマーの通電電流の経時変化と該誘電性エラストマーの静電容量との相関関係を表すモデルと、前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値とから、前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定する第３ステップとを備えており、
前記第１ステップは、前記誘電性エラストマーの印加電圧を、該印加電圧の定常目標値に所定の周波数の振動成分を重畳してなる電圧である振動成分重畳電圧に制御することで、該印加電圧を前記振動成分により周期的に変化させるステップを含み、
前記第２ステップ及び第３ステップの処理は、前記印加電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態で、前記振動成分に同期した所定の推定処理周期で逐次実行される処理であることを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測方法。
【請求項７】
請求項６記載の誘電性エラストマーの静電容量計測方法において、
前記振動成分は、矩形波信号であることを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測方法。
【請求項８】
請求項７記載の誘電性エラストマーの静電容量計測方法において、
前記誘電性エラストマーは、その弾性変形を生ぜしめる外力が可変的に作用し得るように設けられており、
前記印加電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態で、前記振動成分の電圧値が変化する直前における前記通電電流の検出値である第１電流検出値を逐次取得する第４ステップと、各推定処理周期の期間における前記通電電流の経時変化パターンであって、該推定処理周期の期間における前記振動成分の電圧値が該推定処理周期の期間の開始直前の電圧値に継続的に維持されていると仮定した場合における前記通電電流の経時変化パターンを、該推定処理周期の期間の開始前に前記第４ステップで取得済の前記第１電流検出値の複数の過去値に基づいて予測する第５ステップとをさらに有し、各推定処理周期における前記第３ステップの処理では、該推定処理周期の期間のうちの前記電流減衰期間における前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値のそれぞれを、該推定処理周期に対応して前記第５ステップで予測した経時変化パターンにより規定される各サンプリング時刻での電流値により補正し、該補正後の電流値と、前記モデルとから前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定することを特徴とする誘電性エラストマーの静電容量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、印加電圧に応じて弾性変形を生じる誘電性エラストマーの静電容量を計測する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電性エラストマーは、電圧を印加すると、該印加電圧による電界の方向に、マクスウェル応力によって圧縮されるという特性を有している。そして、誘電性エラストマー（以下、単にエラストマーということがある）の印加電圧を可変的に操作することで、該誘電性エラストマーの剛性等を所要の目標状態に制御することが可能である。このようなことから、エラストマーは、近年、様々な技術分野での利用が図られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７４２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エラストマーの剛性等を所要の目標状態に制御するために、該エラストマーの印加電圧を可変的に操作するような場合には、当該制御を適切に行うために、エラストマーの実際の弾性変形状態に密接に関連した状態量を取得し得ることが望まれる場合が多々ある。
【０００５】
この場合、例えば、エラストマーの弾性変形量を、距離センサ等の変位センサを用いて直接に計測することが考えられる。しかるに、該変位センサをエラストマーの近辺に配置する必要があることから、構造的な制約を受けやすい。また、エラストマーが外力に応じて柔軟に形状変形が生じ得るものであるから、該エラストマーの弾性変形量を、変位センサを用いて高い信頼性で計測することは一般には困難である。
【０００６】
一方、エラストマーは、電気的な絶縁体であるから、容量素子として機能する。そして、容量素子としてのエラストマーの静電容量は、該エラストマーの厚み（電界の作用方向の厚み）、あるいは面積等の形状的な寸法値との相関性が高い。また、エラストマーの静電容量は、電流値等の電気的な検出値から推定可能であることから、該静電容量の計測システムが構造的な制約を受けにくい。
【０００７】
そこで、エラストマーの実際の弾性変形状態に密接に関連した状態量として、エラストマーの静電容量を計測することが考えられる。この場合、エラストマーの印加電圧を可変的に操作することを可能としつつ、エラストマーの静電容量を高い信頼性で計測し得ることが望まれる。
【０００８】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、誘電性エラストマーの印加電圧を可変的に操作しつつ、該誘電性エラストマーの静電容量を適切に計測することができる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の誘電性エラストマーの静電容量計測装置は、印加電圧に応じて弾性変形を生じる誘電性エラストマーの静電容量を計測する装置であって、
前記誘電性エラストマーに印加する電圧を可変的に制御し得るように出力する電源と、 
前記誘電性エラストマーの通電電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による前記通電電流の検出値を用いて前記誘電性エラストマーの静電容量を推定する静電容量推定部とを備え、
前記静電容量推定部は、
前記電源から出力される電圧が変化したとき、該電圧の変化に応じて前記誘電性エラストマーの通電電流が増加した後に減衰していく期間である電流減衰期間における複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値を取得する通電電流サンプリング処理と、
前記電流減衰期間における前記誘電性エラストマーの通電電流の経時変化と前記誘電性エラストマーの静電容量との相関関係を表すモデルと、前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値とから、前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定する静電容量推定処理とを実行するように構成されていることを第１の基本構成とする。
【００１０】
なお、以下の本発明の説明では、誘電性エラストマーを単にエラストマーと称することがある。
【００１１】
ここで、前記電源から出力される電圧（エラストマーに印加する電圧）が比較的急激に（例えばステップ状に）変更された場合を想定する。この場合、過渡応答現象によって、エラストマーの通電電流が急激に増加した後に減衰していく。そして、このとき、該通電電流が減衰していく期間（電流減衰期間）では、エラストマーの静電容量の値と、該通電電流の電流路の抵抗値（エラストマーと直列接続されているとみなし得る抵抗素子の抵抗値）とに応じて規定される時定数で、該通電電流が減衰していく。
【００１２】
従って、前記電流減衰期間での、エラストマーの実際の通電電流の経時変化は、エラストマーの静電容量と高い相関性を有する。
【００１３】
そこで、本発明では、前記静電容量推定部は、上記過渡応答現象に基づく前記電流減衰期間において、前記通電電流サンプリング処理を実行する。これにより、電流減衰期間における複数のサンプリング時刻でのエラストマーの通電電流の検出値が取得される。
【００１４】
そして、静電容量推定部は、前記モデルと、電流減衰期間における複数のサンプリング時刻での通電電流の検出値とから、前記静電容量推定処理により、エラストマーの静電容量の推定値を決定する。
【００１５】
この場合、前記複数のサンプリング時刻でのエラストマーの通電電流の検出値の時系列は、エラストマーの静電容量と高い相関性を有しているため、前記静電容量推定処理により、エラストマーの静電容量の推定値を適切に決定できることとなる。
【００１６】
よって、前記第１の基本構成を有する本発明によれば、エラストマーの印加電圧を可変的に操作しつつ、該エラストマーの静電容量を適切に計測することができる。
【００１７】
本発明では、前記電源から出力される電圧が、前記誘電性エラストマーの印加電圧の定常目標値に所定の周波数の振動成分を重畳してなる電圧である振動成分重畳電圧になるように前記電源の出力を制御する電源制御部をさらに備え、前記静電容量推定部は、前記印加電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態では、前記通電電流サンプリング処理及び前記静電容量推定処理により前記誘電性エラストマーの静電容量を推定することを、前記振動成分に同期した所定の推定処理周期で逐次実行するように構成されていることを特徴とする（第１発明）。
【００１８】
なお、上記定常目標値は、エラストマーの剛性等の状態を、任意の目標状態に定常的に維持するために、エラストマーに印加すべき電圧（エラストマーの目標状態に対応する印加電圧）を意味する。
【００１９】
上記第１発明によれば、エラストマーの印加電圧の基本値たる前記定常目標値を継続的に一定に維持した場合であっても、該定常目標値に重畳される前記振動成分によって、前記電源の出力電圧を変化させることができる。そのため、前記過渡応答現象を発生させることでき、ひいては、前記静電容量推定部の処理によって、エラストマーの静電容量を計測することができる。
【００２０】
また、この場合、前記振動成分は周期的に電圧値が変化するものであるので、エラストマーの静電容量を計測（推定）することを、周期的に逐次実行することができる。
【００２１】
さらに、前記振動成分は、エラストマーの剛性等の状態にさほど影響しない程度の振幅のものでよいので、エラストマーの状態を、概むね、前記定常目標値に対応する状態に維持したまま、エラストマーの静電容量を計測することが可能となる。
【００２２】
上記第１発明では、前記振動成分は、矩形波信号であることが好適である（第２発明）。
【００２３】
これによれば、前記振動成分によって、前記電源の出力電圧をステップ状に変化させることが可能となるので、エラストマーの静電容量との相関性が高い前記過渡応答現象を顕著に発生させることができる。ひいては、前記静電容量推定部の処理によって、エラストマーの静電容量を高い信頼性で適切に推定することができる。
【００２４】
上記第１発明又は第２発明において、前記誘電性エラストマーは、その弾性変形を生ぜしめる外力が可変的に作用し得るように設けられているという構成を採用し得る。
【００２５】
この場合、上記外力の変動の影響で、エラストマーの静電容量が変化し得る。そこで、この場合には、前記静電容量推定部は、前記電源から出力される電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態で、前記振動成分の電圧値が変化する直前における前記通電電流の検出値である第１電流検出値を逐次取得する第１処理と、各推定処理周期の期間における前記通電電流の経時変化パターンであって、該推定処理周期の期間における前記振動成分の電圧値が該推定処理周期の期間の開始直前の電圧値に継続的に維持されていると仮定した場合における前記通電電流の経時変化パターンを、該推定処理周期の期間の開始前に前記第１処理で取得済の前記第１電流検出値の複数の過去値に基づいて予測する第２処理とを実行する機能をさらに有し、各推定処理周期における前記静電容量推定処理では、該推定処理周期の期間のうちの前記電流減衰期間における前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値のそれぞれを、該推定処理周期に対応して前記第２処理で予測した経時変化パターンにより規定される各サンプリング時刻での電流値により補正し、該補正後の電流値と、前記モデルとから前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定するように構成されていることが好ましい（第３発明）。
【００２６】
これによれば、前記第１処理及び第２処理によって、エラストマーに作用する外力の変動に応じた該エラストマーの静電容量の変化に起因する通電電流の経時変化パターンを予測することができる。このため、前記各推定処理周期の期間のうちの電流減衰期間における前記複数のサンプリング時刻での通電電流の検出値のそれぞれを、前記第２処理で予測した経時変化パターンにより規定される各サンプリング時刻での電流値により補正することよって、前記複数のサンプリング時刻での通電電流の検出値から、前記外力の変動に応じた該エラストマーの静電容量の変化に起因する通電電流の成分を除去することができる。
【００２７】
その結果、前記補正後の電流値と、前記モデルとからエラストマーの静電容量の推定値を決定することによって、前記外力が変動する状況あっても、エラストマーの静電容量を高い信頼性で推定することができる。
【００２８】
上記第１〜第３発明では、前記誘電性エラストマーは、シート状に形成されており、且つ、その厚み方向に前記印加電圧を付与し得るように構成されていると共に、該印加電圧を変化させることにより、該厚みが増減する態様で弾性変形が生じるように構成されているという態様を採用し得る（第４発明）。
【００２９】
これらにより、シート状のエラストマーの静電容量を計測（推定）できる。
【００３０】
上記第４発明では、より具体的な態様として、前記誘電性エラストマーは、その中央部が第１部材に固定され、且つ、周縁部が、前記第１部材に対して該誘電性エラストマーの厚み方向に相対移動可能な第２部材に固定されており、前記印加電圧が付与されていない状態で、該第１部材及び第２部材の間で張力を付与された状態となるように張設されているという態様を採用し得る（第５発明）。
【００３１】
これによれば、前記印加電圧を変化させることによって、前記第１部材と第２部材との間での前記エラストマーの剛性を変化させることができる。
【００３２】
また、本発明の誘電性エラストマーの静電容量計測方法は、印加電圧に応じて弾性変形を生じる誘電性エラストマーの静電容量を計測する方法であって、
前記誘電性エラストマーの印加電圧を変化させる第１ステップと、
該第１ステップの処理に応じて前記誘電性エラストマーの通電電流が増加した後に減衰していく期間である電流減衰期間における複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値を取得する第２ステップと、
前記電流減衰期間における前記誘電性エラストマーの通電電流の経時変化と該誘電性エラストマーの静電容量との相関関係を表すモデルと、前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値とから、前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定する第３ステップとを備えることを第２の基本構成とする。
【００３３】
かかる第２の基本構成を有する本発明によれば、前記第１の基本構成を有する静電容量計測装置と同様に、エラストマーの印加電圧を可変的に操作しつつ、該エラストマーの静電容量を適切に計測することができる。
【００３４】
上記第２の基本構成を有する本発明では、前記第１ステップは、前記誘電性エラストマーの印加電圧を、該印加電圧の定常目標値に所定の周波数の振動成分を重畳してなる電圧である振動成分重畳電圧に制御することで、該印加電圧を前記振動成分により周期的に変化させるステップを含み、前記第２ステップ及び第３ステップの処理は、前記印加電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態で、前記振動成分に同期した所定の推定処理周期で逐次実行される処理であることを特徴とする（第６発明）。
【００３５】
これによれば、前記第１発明と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
上記第６発明では、前記振動成分は、矩形波信号であることが好ましい（第７発明）。
【００３７】
これによれば、前記第２発明と同様の効果を奏することができる。
【００３８】
上記第６発明又は第７発明では、前記誘電性エラストマーが、その弾性変形を生ぜしめる外力が可変的に作用し得るように設けられている場合には、前記印加電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態で、前記振動成分の電圧値が変化する直前における前記
通電電流の検出値である第１電流検出値を逐次取得する第４ステップと、各推定処理周期の期間における前記通電電流の経時変化パターンであって、該推定処理周期の期間における前記振動成分の電圧値が該推定処理周期の期間の開始直前の電圧値に継続的に維持されていると仮定した場合における前記通電電流の経時変化パターンを、該推定処理周期の期間の開始前に前記第４ステップで取得済の前記第１電流検出値の複数の過去値に基づいて予測する第５ステップとをさらに有し、各推定処理周期における前記第３ステップの処理では、該推定処理周期の期間のうちの前記電流減衰期間における前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値のそれぞれを、該推定処理周期に対応して前記第５ステップで予測した経時変化パターンにより規定される各サンプリング時刻での電流値により補正し、該補正後の電流値と、前記モデルとから前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定することが好ましい（第８発明）。
【００３９】
これによれば、前記第３発明と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態における誘電性エラストマーを備えた可変剛性機構を示す図。
【図２】誘電性エラストマーの印加電圧と厚みとの関係を例示するグラフ。
【図３】誘電性エラストマーの静電容量を計測する機能を有するシステムの全体構成図。
【図４】振動成分を重畳した振動成分重畳電圧の波形を例示する図。
【図５】過渡応答現象による誘電性エラストマーの通電電流の経時変化を例示するグラフ。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは誘電性エラストマーの通電電流の検出値の補正処理に関する説明図。
【図７】図７Ａは図１に示す可変剛性機構の可動部材の変位量を推定するために用いるマップを示す図、図７Ｂは誘電性エラストマーの静電容量の推定値の経時変化を例示するグラフ、図７Ｃは可変剛性機構の可動部材の変位量の推定値の経時変化を例示するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本発明の一実施形態を図１〜図７を参照して以下に説明する。図１を参照して、本実施形態では、誘電性エラストマー１は、シート状に形成されている。該誘電性エラストマー１（以降、単にエラストマー１という）は、例えばシリコン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂等により構成され得る。そして、エラストマー１の厚み方向の両面には、各面を被覆するようにして膜状の電極２，２が固着されている。
【００４２】
図１に示すエラストマー１は、例えば、可変剛性機構１００の構成要素として、該可変剛性機構１００に組み込まれている。
【００４３】
この可変剛性機構１００では、エラストマー１の周縁部には、該エラストマー１を挟み込むようにして枠体３が固着されている。この場合、エラストマー１の周縁部は、該エラストマー１を面沿い方向に引っ張った状態（プリテンションの付与状態）にて、枠体３に保持されている。
【００４４】
また、エラストマー１の中心部には穴１ａが穿設されている。そして、この穴１ａには、枠体３に対して相対移動可能な可動部材４が装着されている。可動部材４の移動方向は、図示しないガイド機構によりエラストマー１の中心軸線Ｃの方向に案内される。
【００４５】
なお、枠体３及び可動部材４は、それぞれ、本発明における第２部材、第１部材に相当する。
【００４６】
かかる構成の可変剛性機構１００では、可動部材４を枠体３に対して中心軸線Ｃの方向で変位させることで、図１に二点鎖線で例示する如く、エラストマー１が撓むと共に可動部材４を元の平衡位置（可動部材４を枠体３に対して相対変位させる外力が作用していない無負荷状態での位置）に戻す方向の弾性力を発生する。
【００４７】
また、エラストマー１に電極２，２を介して電圧を印加する（電極２，２間でエラストマー１の厚み方向に電界を発生させる）ことで、マクスウェル応力により、エラストマー１が厚み方向に圧縮される。これに伴い、エラストマー１は、外力が作用していない状態（自然長状態）では、面沿い方向に伸長する（厚み方向で見た面積が拡大する）。
【００４８】
このため、エラストマー１の周縁部が枠体３に保持してされている可変剛性機構１００においては、可動部材４と枠体３との間でのエラストマー１の張力（プリテンション）が減少すると共に、エラストマー１の剛性（枠体３に対して可動部材４を中心軸線Ｃの方向に相対変位させる場合の剛性）が低下する。
【００４９】
この場合、エラストマー１の厚みは、図２に例示するように、印加電圧の増加に伴い減少する。このため、印加電圧が大きいほど、エラストマー１の剛性が小さくなる。
【００５０】
従って、可変剛性機構１００は、エラストマー１に印加する電圧を操作することで、可動部材４と枠体３との間のエラストマー１の剛性を可変的に調整することが可能である。
【００５１】
補足すると、可変剛性機構１００は、枠体３と、可動部材４との間で、複数のエラストマー１を積層し構造のものであってよい。
【００５２】
一方、エラストマー１は電気的な絶縁体であるため、容量素子としての機能を有する（静電容量を有する）。この場合、シート状のエラストマー１の静電容量は、基本的には、該エラストマー１の面積（厚み方向で見た面積）に比例し、且つ、該エラストマー１の厚みに反比例する。そして、外力が作用していない状態（自然長状態）のエラストマー１の厚みと面積との関係は、基本的には、反比例関係となる。従って、エラストマー１の静電容量は、基本的には、該エラストマー１の厚みの二乗に反比例する。
【００５３】
図３は、本実施形態において、エラストマー１の静電容量を計測（推定）する機能を有するシステムの全体構成を示している。該システムは、エラストマー１に印加する電圧の操作によって該エラストマー１の剛性を可変的に制御することと並行して、該エラストマー１の静電容量を計測することが可能なシステムである。従って、該システムは、本発明の静電容量計測装置としての機能を持つ。
【００５４】
なお、本実施形態のシステムでは、エラストマー１の静電容量の計測値（推定値）は、例えば、可動部材４の変位量（前記中心軸線Ｃの方向での変位量）を推定するために用いられる。該変位量は、換言すれば、エラストマー１の弾性変形量を表すものである。
【００５５】
図３に示すシステムは、エラストマー１の電極２，２に接続された直流電源１０（これは本発明における電源に相当する）と、該直流電源１０とエラストマー１との間で流れる通電電流を検出する電流検出器１１と、制御処理装置１２とを備える。
【００５６】
直流電源１０は、エラストマー１の電極２，２間に、直流電圧を出力する電源であり、その出力電圧の大きさを、所要の目標値に可変的に制御し得るように構成されている。この直流電源１０は、過大な電流が流れるのを防止する過電流防止機能を有しており、直流電源１０を流れる電流（出力電流又は入力電流）が所定の上限値（リミット値）を超えると、該電流が強制的に上限値に制限されるようになっている。
【００５７】
制御処理装置１２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を含む１つ又は複数の電子回路ユニットにより構成されている。この制御処理装置１２は、実装されるハードウェア構成又はプログラムにより実現される機能として、直流電源１０の出力電圧を制御する電源制御部２１と、エラストマー１の静電容量を推定する静電容量推定部２２とを含む。
【００５８】
以下に電源制御部２１及び静電容量推定部２２の処理を詳細に説明する。
【００５９】
電源制御部２１は、可変剛性機構１００におけるエラストマー１の剛性度合いの目標値に応じて、直流電源１０の出力電圧（エラストマー１の印加電圧）の定常目標値を逐次決定する。そして、電源制御部２１は、この定常目標値に、所定の周波数の振動成分を重畳してなる電圧（以下、振動成分重畳電圧という）を直流電源１０から出力させるように、該直流電源１０を制御する。
【００６０】
ここで、エラストマー１の剛性度合いの目標値は、可変剛性機構１００が搭載された任意の装置（例えばロボットの関節機構等）の作動要求等に応じて、制御処理装置１２が適宜決定し、あるいは、外部の他の装置から制御処理装置１２に適宜与えられる目標値である。
【００６１】
かかる剛性度合の目標値としては、例えば、可動部材４の変位量の変化に対するエラストマー１の弾性力（可動部材４を中心軸線Ｃの方向に動かす並進弾性力）の変化の感度（所謂、ばね定数に相当する感度）の目標値、あるいは、該感度の逆数値の目標値等を使用し得る。
【００６２】
また、上記定常目標値は、本実施形態では、エラストマー１の剛性度合を一定の目標値に維持する定常状態でエラストマー１に印加すべき電圧の基準目標値として、エラストマー１の剛性度合の目標値との関係があらかじめ定められた電圧目標値である。
【００６３】
かかる定常目標値は、例えば、エラストマー１の剛性度合の目標値から、あらかじめ実験等に基づいて作成された演算式又はデータテーブル等に基づき決定される。
【００６４】
前記振動成分重畳電圧の振動成分は、本実施形態では、図４に例示する如く、一定の振幅ΔＶの矩形波状の電圧信号である。なお、図４は、直流電源１０の出力電圧の定常目標値が図中のＶｂに切替わった直後の振動成分重畳電圧の電圧値の経時変化を示している。
【００６５】
上記振動成分は、エラストマー１に直流電源１０から印加する直流電圧の可変幅（又は上記定常目標値の可変幅）に比して十分に微小な振幅を有し、且つ、その１周期あたりの平均電圧値がゼロもしくはほぼゼロとなる電圧信号である。
【００６６】
より詳しくは、矩形波状の振動成分の振幅ΔＶは、その振幅ΔＶの電圧変化に応じたエラストマー１の厚みの変化が、エラストマー１の剛性度合に実質的に影響を及ぼさない程度に十分に微小なものとなるように、あらかじめ実験等に基づき設定されている。
【００６７】
また、振動成分の立ち上がりタイミング（電圧増加タイミング）から次の立下りタイミング（電圧減少タイミング）までの間のパルス幅Ｔw1と、立ち下がりタイミングから次の立ち上がりタイミングまでの間のパルス幅Ｔw2とは、それぞれの時間内で、図５に示す如く、エラストマー１と直流電源１０との間で流れる電流（直流電源１０の出力電圧がステップ状に変化することに起因する過渡応答電流）が十分に減衰していくように、あらかじめ実験等に基づき設定されている。例えば、エラストマー１の変形により実現し得る静電容量の最大値と、エラストマー１と直流電源１０との間の電流路の抵抗値（電極２，２の抵抗値等）とから算出される減衰時定数の値に基づきＴw1、Ｔw2を設定したり、あるいは、可動部材４の相対変位量を最大にした状態で、エラストマー１に直流電源１０から最大のステップ幅の直流電圧を印加した場合の過渡応答電流の実測値に基づいてＴw1、Ｔw2を設定することが可能とである。なお、Ｔw1、Ｔw2は、互いに同一の時間幅であってもよい。
【００６８】
また、振動成分の周期（＝Ｔw1＋Ｔw2）は、エラストマー１の剛性度合いの目標値の変更周期（直流電源１０の出力電圧の定常目標値の変更周期）よりも、短い時間幅に設定されている。これは、エラストマー１の剛性度合の変更のために直流電源１０の定常目標値を変化させた場合にエラストマー１に大きな電流が流れることから、静電容量推定部２２によるエラストマー１の静電容量の推定処理が、直流電源１０の過電流防止機能による電流制限等の影響を受けやすくなるためである。
【００６９】
補足すると、図４に示す例では、振動成分重畳電圧の電圧値が、定常目標値Ｖｂと、Ｖｂ＋ΔＶの電圧値との間で変化するように、定常目標値Ｖｂに振動成分を重畳している。ただし、例えば、振動成分重畳電圧の電圧値が、定常目標値Ｖｂと、Ｖｂ−ΔＶの電圧値との間で変化するように、あるいは、Ｖｂ−（ΔＶ／２）と、Ｖｂ＋（ΔＶ／２）との間で変化するように、定常目標値Ｖｂに振動成分を重畳するようにしてもよい。
【００７０】
電源制御部２１は、以上の如く、直流電源１０の出力電圧を、エラストマー１の剛性度合いの目標値に応じた定常目標値に、振動成分を重畳してなる振動成分重畳電圧に制御する。
【００７１】
なお、エラストマー１の静電容量を推定する処理を必要としない状況では、直流電源１０の出力電圧に振動成分を重畳することは不要である。
【００７２】
静電容量推定部２２は、直流電源１０から振動成分重畳電圧が出力されている状態にて、前記振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間毎に（振動成分に同期した推定処理周期で）、エラストマー１の静電容量を推定する処理を実行する。この場合、静電容量推定部２２は、前記振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間のうちの所定の期間において、前記電流検出器１１の出力により示されるエラストマー１の通電電流の検出値（以降、単に電流検出値という）を取得して記憶保持する処理（以降、通電電流サンプリング処理という）を実行する。
【００７３】
ここで、直流電源１０から出力される振動成分重畳電圧の振動成分に起因して、振動成分重畳電圧の値がステップ状に急激に変化すると、過渡応答現象によって、エラストマー１の通電電流が急激に増加した後、該通電電流の電流路の容量値たるエラストマー１の静電容量Ｃの値と、該電流路の抵抗値Ｒとに応じて規定される時定数（＝１／(Ｒ・Ｃ)）で、該通電電流が減衰していく。
【００７４】
なお、該通電電流は、振動成分重畳電圧の大きさがステップ状に増加する場合には、エラストマー１に蓄えられる電荷を増加させる方向の電流となり、振動成分重畳電圧の大きさがステップ状に減少する場合には、エラストマー１に蓄えられる電荷を減少させる方向の電流となる。
【００７５】
以降、上記のように直流電源１０の出力電圧のステップ状の変化に起因する過渡応答現象によって、急激に増加した後、減衰していくパターンで経時変化するエラストマー１の通電電流を過渡応答電流という。また、過渡応答電流の電流値が減衰していく期間を電流減衰期間という。
【００７６】
図５は上記過渡応答電流の経時変化を例示している。ここで、過渡応答電流は、直流電源１０の出力電圧のステップ状の変化直後に急激に電流値が増加するため、直流電源１０の過電流防止機能によって、直流電源１０の出力電圧のステップ状の変化直後の過渡応答電流の電流値が、強制的に上限値Ｉ_limitに制限されることが多々ある。図５に例示する過渡応答電流の経時変化のグラフは、上記の如く直流電源１０の出力電圧のステップ状の変化直後に、電流値が上限値Ｉ_limitに制限された場合の過渡応答電流の経時変化を例示している。なお、直流電源１０の出力電圧のステップ状の変化量が比較的小さい場合には、過渡応答電流の電流値が上限値Ｉ_limitに制限されずに、本来のピーク値まで上昇する場合もある。
【００７７】
過渡応答電流の電流値が電流減衰期間で減衰していくときの時定数は、上記の如くエラストマー１の静電容量Ｃと、エラストマー１の通電電流の電流路の抵抗値Ｒとに応じたものとなる。従って、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間のうちの電流減衰期間における電流値の経時変化は静電容量Ｃと相関性を有するものとなる。
【００７８】
そこで、前記通電電流サンプリング処理では、静電容量推定部２２は、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間毎に、電流減衰期間の複数のサンプリング時刻での電流検出値を時系列的に取得する。
【００７９】
具体的には、図５を参照して、静電容量推定部２２は、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間が始すると、電流検出器１１の出力により示される電流検出値を、所定のサンプリング周期ｄｔで逐次監視することを開始する。なお、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間の開始タイミングは、電源制御部２１から静電容量推定部２２に与えられる。また、サンプリング周期ｄｔは、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2よりも十分に短い時間幅であらかじめ設定された値である。
【００８０】
そして、静電容量推定部２２は、電流検出値の監視に基づいて、電流減衰期間の開始タイミングを検知すると（図５では時刻ｔ0）、その時のサンプリング時刻（ｔ0）から、所定数ｍのサンプリング周期ｄｔが経過するまでの所定期間（ｍ・ｄｔの期間）の各サンプリング時刻ｔ0，ｔ1，…，ｔmでの電流検出値Ｉr(t0)，Ｉr(t1)，…，Ｉr(tm)をメモリに時系列的に記憶保持していく。これにより、静電容量推定部２２は、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間のうちの電流減衰期間において、過渡応答電流の（ｍ＋１）個の電流検出値Ｉr(t0)，Ｉr(t1)，…，Ｉr(tm)の時系列を取得する。
【００８１】
なお、上記所定数ｍとサンプリング周期ｄｔとは、過渡応答電流の電流値の減衰の時定数の値として想定され得る最小値τ_minと最大値τ_maxとに対して、τ_min≦ｍ・ｄｔ≦τ_maxとなるように（すなわち、電流検出値を記憶保持することを開始するサンプリング時刻ｔ0から終了するサンプリング時刻ｔmまでの時間幅（＝ｍ・ｄｔ）が、τ_minと、τ_maxとの間の範囲内の時間幅となるように）、設定しておくことが望ましい。
【００８２】
ところで、図５に例示した過渡応答電流の経時変化のグラフは、より詳しくは、エラストマー１の静電容量Ｃが一定に保たれている状態で、直流電源１０の出力電圧がステップ状に変化した場合の過渡的な電流変化を例示している。
【００８３】
一方、本実施形態では、前記可動部材４に作用する外力（可動部材４を枠体３に対して中心軸線Ｃの方向に変位させる外力）の変動に応じて、エラストマー１が撓むように弾性変形することで、エラストマー１の静電容量Ｃも変化する。このため、可動部材４に作用する外力が変動する状況では、エラストマー１の通電電流は、直流電源１０の出力電圧が振動成分を含まない一定値であっても、図６Ａに破線のグラフで例示する如く変動する。
【００８４】
そして、可動部材４に作用する外力が変動する状況において、直流電源１０から前記振動成分重畳電圧を出力した場合には、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間でのエラストマー１の実際の通電電流は、例えば、図６Ａに実線のグラフで例示するように、可動部材４に作用する外力の変動によるエラストマー１の弾性変形に起因して変動する電流成分と、図５に例示した如き過渡応答電流とを合成した形態の電流となる。
【００８５】
なお、図６Ａの実線のグラフは、理解の便宜上、過渡応答電流が、直流電源１０の過電流防止機能による制限を受けていない状態でのエラストマー１の通電電流の経時変化の形態を概略的に表している。また、図６Ａの各白丸点は、実線のグラフ上で、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の開始タイミングでの電流値を表している。
【００８６】
補足すると、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間でのエラストマー１の実際の通電電流が、可動部材４に作用する外力の変動によるエラストマー１の弾性変形に起因して変動する電流成分を含む場合、電流検出器１１の出力により示される電流検出値が、過渡応答電流の電流減衰期間において、減衰を開始した後、減少傾向から増加傾向に転じる場合もある。ただし、前記通電電流サンプリング処理では、静電容量推定部２２は、電流減衰期間の開始タイミング（電流検出値の減衰の開始タイミング）を検知した後は、電流減衰期間が継続するとみなして、（ｍ＋１）個の電流検出値の時系列をメモリに記憶保持する。
【００８７】
可動部材４に作用する外力の変動によってエラストマー１の弾性変形が生じる状況では、上記の如く、エラストマー１の実際の通電電流は（ひいては電流検出値は）、過渡応答電流以外に、外力の変動によるエラストマー１の弾性変形に起因する電流成分を含むこととなる。そして、このような場合には、電流減衰期間での電流検出値をそのまま使用しても、エラストマー１の静電容量Ｃを適正に推定することが困難である。
【００８８】
そこで、本実施形態では、静電容量推定部２２は、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間のうちの電流減衰期間において、メモリに時系列的に記憶保持した（ｍ＋１）個の電流検出値のそれぞれから、外力の変動によるエラストマー１の弾性変形に起因して変動する電流成分を除去するように、（ｍ＋１）個の電流検出値のそれぞれを補正する処理を実行する。
【００８９】
この補正処理では、静電容量推定部２２は、直流電源１０から振動成分重畳電圧が出力されている状態において、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の開始直前のサンプリング時刻（換言すれば、各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の終了直前のサンプリング時刻）で取得した電流検出値（以降、第１電流検出値という）をメモリに時系列的に記憶保持することを逐次実行する。この場合、メモリに記憶保持する第１電流検出値は、最新のサンプリング時刻から所定時間前までの所定期間分の複数の電流検出値である。
【００９０】
これらの第１電流検出値の時系列は、過渡応答電流を含まないか、もしくはほとんど含んでいない電流検出値の時系列に相当するものであるから、図６Ａの破線のグラフ上の電流検出値の時系列に相当するものとなる。従って、該第１電流検出値の時系列は、外力の変動によるエラストマー１の弾性変形に起因して変動するエラストマー１の通電電流の変化を示すものとなる。
【００９１】
そして、静電容量推定部２２は、当該所定期間分の第１電流検出値の時系列を基に、新たに開始するパルス幅Ｔw1又はＴw2の期間での直流電源１０の出力電圧が、当該新たに開始するパルス幅Ｔw1又はＴw2の期間の開始直前の電圧値に維持されていると仮定した場合（直流電源１０の出力電圧のステップ状の変化が生じない仮定した場合）におけるエラストマー１の通電電流の予測値（以降、基準電流予測値という）の経時変化パターンを例えば外挿法により特定する。
【００９２】
この場合、上記所定期間分の第１電流検出値の時系列が、例えば、時間を変数とする多項式関数（３次関数等）等の関数式により近似される。この近似関数式により、図６Ｂの破線のグラフで示す如く、新たに開始するパルス幅Ｔw1又はＴw2（図示例では、Ｔw2）の期間での基準電流予測値の経時変化パターンが予測される。
【００９３】
さらに、静電容量推定部２２は、新たに開始したパルス幅Ｔw1又はＴw2の期間の各サンプリング時刻での基準電流予測値を、上記近似関数式により算出する。そして、静電容量推定部２２は、新たに開始したパルス幅Ｔw1又はＴw2の期間のうちの電流減衰期間における各サンプリング時刻での電流検出値から、該サンプリング時刻での基準電流予測値を差し引くことによって、該電流検出値を補正する。この補正後の電流値が、電流減衰期間での過渡応答電流の電流値を示すものとしてメモリに時系列的に記憶保持される。
【００９４】
例えば、図６Ｂに示す如く、サンプリング時刻ｔaでの電流検出値Ｉr(ta)から、その時刻での基準電流予測値Ｉb(ta)を差し引いてなる電流値Ｉ(ta)が、サンプリング時刻ｔaでの過渡応答電流の電流値として決定される。
【００９５】
上記の如く、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の期間の各サンプリング時刻での電流検出値を基準電流予測値により補正することで、各パルス幅Ｔw1又はＴw2の期間毎に、電流減衰期間での過渡応答電流の（ｍ＋１）個の電流値の時系列Ｉ(t0)，Ｉ(t1)，…，Ｉ(tm)が得られることとなる。
【００９６】
静電容量推定部２２は、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の期間毎に、以上の如く取得した（ｍ＋１）個の電流値Ｉ(t0)，Ｉ(t1)，…，Ｉ(tm)（すなわち、電流減衰期間における（ｍ＋１）個のサンプリング時刻での電流検出値を基準電流予測値により補正してなる電流値）と、電流減衰期間での過渡応答電流の経時変化とエラストマー１の静電容量Ｃの経時変化との相関関係を表すモデルとを用いて、静電容量Ｃを推定する静電容量推定処理を実行する。
【００９７】
この場合、上記モデルは例えば次のように構築されている。電流減衰期間における過渡応答電流の電流値の経時変化、特に、時刻ｔ0以後の任意の時刻での電流値Ｉ(t)は、次式（１）で示す如く、多項式関数（次数ｓの多項式関数）により近似することができる。
【００９８】
Ｉ(t)＝θ0＋θ1・(ｔ−ｔ0)＋θ2・(ｔ−ｔ0)2＋……＋θs・(ｔ−ｔ0)s    ……（１）
また、時刻ｔ0以後の任意の時刻での電流値Ｉ(t)は、エラストマー１と直流電源１０との間の電流路の抵抗値Ｒと、エラストマー１の静電容量Ｃとにより規定される時定数（＝１／(Ｒ・Ｃ)）で指数関数状に変化するものとなる。この場合、当該指数関数状の変化を、式（１）と同様に次数ｓの多項式関数で近似すると、電流値Ｉ(t)は、次式（２）により表される。
【００９９】
【数１】
0006630658.tif 000002
【０１００】
ここで、ΔＶ0は、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の開始タイミングでの直流電源１０の出力電圧（振動成分重畳電圧）のステップ状の電圧変化量、ΔＶ(t0)は、各パルス幅Ｔw1又はＴw2の開始タイミングから時刻ｔ0までの電圧変化量である。このΔＶ(t0)は、過渡応答電流が直流電源１０の過電流防止機能による制限を受けない状態では、ΔＶ(t0)＝０となるが、過渡応答電流が直流電源１０の過電流防止機能による制限を受けて、上限値Ｉ_limit以下に強制的に制限を受ける状況では、ΔＶ(t0)≠０となる。
【０１０１】
なお、式（２）の右辺のΣの各項の「ｊ！」は、整数値ｊ（ｊ＝０，１，…，ｓ）の階乗を意味する。
【０１０２】
従って、式（１）の右辺の係数θ0，θ1，……，θsは、静電容量Ｃ及び抵抗値Ｒに対して次式（３）の関係を有することとなる。
【０１０３】
【数２】
0006630658.tif 000003
【０１０４】
一方、過渡応答電流の電流減衰期間における電流値の、時刻ｔ0での電流値Ｉ(t0)からの変化量に着目すると、（ｍ＋１）個の電流値Ｉ(t0)，Ｉ(t1)，…，Ｉ(tm)に関して、次式（４）が得られる。なお、式（４）における↑ΔＩｍ、↑ΔΘは、それぞれ、式（４ａ），（４ｂ）により定義されるベクトル（縦ベクトル）、Ｍtmは、電流減衰期間における電流検出値のサンプリング周期ｄｔを用いて式（４ｃ）により定義される行列である。
【０１０５】
【数３】
0006630658.tif 000004
【０１０６】
従って、式（４）から、（ｍ＋１）個の電流値Ｉ(t0)，Ｉ(t1)，…，Ｉ(tm)から、↑Θを算出するための次式（５）が得られる。
【０１０７】
↑Θ＝(Ｍtm)-1・↑ΔＩm    ……（５）
なお、ｍ＝ｓの場合には、(Ｍtm)-1は通常の意味での逆行列であり、ｍ＞ｓである場合には、(Ｍtm)-1は擬似逆行列である。
【０１０８】
また、前記式（３）から、↑Θと、静電容量Ｃ及び抵抗値Ｒとの関係は、次式（６）となる。なお、↑ΔＲＣは、式（６ａ）により定義されるベクトル（縦ベクトル）である。
【０１０９】
【数４】
0006630658.tif 000005
【０１１０】
従って、式（５）、（６）から、静電容量Ｃ及び抵抗値Ｒの値を同定することができることとなる。
【０１１１】
そこで、本実施形態では、静電容量推定部２２は、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の期間毎の静電容量推定処理において、上記式（５），（６）を、電流減衰期間での過渡応答電流の経時変化とエラストマー１の静電容量Ｃとの相関関係を表すモデルとして用いて、静電容量Ｃを推定する。
【０１１２】
より具体的には、静電容量推定部２２は、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の期間で前記通電電流サンプリング処理及び補正処理により取得した（ｍ＋１）個の電流値Ｉ(t0)，Ｉ(t1)，…，Ｉ(tm)を用いて、前記式（５）により、式（１）の多項式関数の係数θ1，θ2，…，θsを成分とするベクトル↑Θを算出する。この場合、サンプリング周期ｄｔの値は、あらかじめ設定された固定値である。
【０１１３】
そして、静電容量推定部２２は、算出したベクトル↑Θに対して、式（６）の関係を満たす（又はほぼ満たす）静電容量Ｃを、抵抗値Ｒと共に算出する。この場合、式（１）の多項式関数の次数ｓの設定値がｓ＝２である場合には、式（６）により与えられる２つの式を連立方程式として、静電容量Ｃ及び抵抗値Ｒを算出することができる。
【０１１４】
また、次数ｓの設定値がｓ＞２である場合には、ベクトル（↑Θ−↑ΔＲＣ）の二乗値（＝|↑Θ−↑ΔＲＣ|2）を最小化するように、静電容量Ｃ及び抵抗値Ｒの値を適宜の探索処理手法等より決定することができる。
【０１１５】
ここで、式（６）におけるΔＶ0の値は、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の開始タイミングが、定常目標値Ｖｂの変更タイミング（エラストマー１の剛性度合の変更タイミング）に重なる場合には、該定常目標値Ｖｂの変化量と、振動成分による電圧変化量ΔＶとを合成した値である。そして、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の開始タイミングが、定常目標値Ｖｂが一定値の状態でのタイミングである場合には、式（６）におけるΔＶ0の値は、振動成分による電圧変化量ΔＶに一致する。
【０１１６】
また、式（６）におけるΔＶ(t0)／Ｒの値は、例えば、次のように決定される。すなわち、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の開始タイミング後の各サンプリング時刻での電流検出値のうち、前記上限値Ｉ_limitに達する直前のサンプリング時刻での電流検出値が、式（６）におけるΔＶ(t0)／Ｒの値として決定される。
【０１１７】
あるいは、電流検出値が前記上限値Ｉ_limitに達する直前のサンプリング時刻でのエラストマー１の印加電圧を適宜の電圧センサにより検出し、その電圧検出値をΔＶ(t0)の値として決定してもよい。
【０１１８】
なお、抵抗値Ｒは、事前に実験的に実測しておくことも可能である。
【０１１９】
静電容量推定部２２の処理は、以上説明した如く実行される。これにより、振動成分の各パルス幅Ｔw1又はＴw2の期間毎に（直流電源１０の出力電圧がステップ状に変化する毎に）、過渡応答電流の電流減衰期間における電流検出値Ｉr(t0)，Ｉr(t1)，…，Ｉr(tm)を補正してなる電流値Ｉ(t0)，Ｉ(t1)，…，Ｉ(tm)を基に、エラストマー１の静電容量Ｃの推定値が求められることとなる。
【０１２０】
本実施形態では、制御処理装置１２は、さらに、上記の如く得られたエラストマー１の静電容量Ｃを用いて、前記可動部材４の変位量（前記中心軸線Ｃの方向の変位量）を推定する処理を実行する。
【０１２１】
この処理では、制御処理装置１２は、エラストマー１の印加電圧と、可動部材４の変位量と、エラストマー１の静電容量との関係（定常状態での関係）を表すものとして、図７Ａに示す如くあらかじめ作成されたマップを用いて、直流電源１０の出力電圧（振動成分重畳電圧）のうちの前記定常目標値と、静電容量Ｃの推定値とから、可動部材４の変位量の推定値を求める。
【０１２２】
図７Ａに示すマップは、実験等に基づきあらかじめ作成されたマップである。このマップは、エラストマー１の印加電圧が大きいほど、あるいは、可動部材４の変位量が大きいほど、エラストマー１の静電容量Ｃが大きくなるという傾向で作成されている。
【０１２３】
ここで、図７Ｂは、直流電源１０から前記定常目標値を一定に維持した状態の振動成分重畳電圧を出力した状態にて、可動部材４に作用する外力を一定周期で変化させた場合（ひいては、可動部材４の変位量を一定周期で変化させた場合）に、前記静電容量推定部２２の処理により求められるエラストマー１の静電容量の推定値の経時変化を例示するグラフである。
【０１２４】
図７Ｂの細線のグラフは、エラストマー１の印加電圧が比較的大きい場合（定常目標値が比較的大きい場合）のグラフ、太線のグラフは、エラストマー１の印加電圧が比較的小さい場合（定常目標値が比較的小さい場合）のグラフである。
【０１２５】
そして、図７Ｃは、図７Ｂに示す如く求められた静電容量の推定値と、直流電源１０の出力電圧のうちの定常目標値（大小、２種類の定常目標値）とから、図７Ａに示したマップにより得られた可動部材４の変位量の推定値の経時変化を示すグラフである。
【０１２６】
図７Ｂのグラフと同様に、図７Ｃの細線のグラフは、エラストマー１の印加電圧が比較的大きい場合のグラフ、太線のグラフは、該印加電圧が比較的小さい場合のグラフである。また、図７Ｃの破線のグラフは、可動部材４の実際の変位量を適宜の変位センサを用いて実測してなる値のグラフである。
【０１２７】
図７Ｃに見られるように、エラストマー１の静電容量の推定値を用いて推定してなる可動部材４の変位量は、実測値に精度よく合致している。従って、前記静電容量推定部２２の処理によって、エラストマー１の静電容量値を精度よく推定できることが判る。
【０１２８】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。以下にいくつかの変形態様を説明する。
【０１２９】
前記実施形態では、振動成分の各パルス幅Ｔw1，Ｔw2の期間毎に、エラストマー１の静電容量を推定する処理を実行した。ただし、例えば、パルス幅Ｔw1，Ｔw2のうちのいずれか一方のパルス幅の期間でのみ、エラストマー１の静電容量を推定する処理を実行することも可能である。なお、この場合は、他方のパルス幅は微小なパルス幅であってもよい。
【０１３０】
また、前記実施形態では、振動成分として矩形波信号を使用した。ただし、振動成分は、エラストマー１の静電容量の応じた電流の減衰を生じる過渡応答現象を発生させ得るものであれば、矩形波信号以外の電圧信号であってもよい。例えば、振動成分として、鋸波状の電圧信号、あるいは、曲線状の電圧信号等も採用し得る。
【０１３１】
また、前記実施形態では、可変剛性機構１００の構成要素として採用されたエラストマー１の静電容量を計測（推定）する場合について説明した。ただし、例えば、エラストマー１が、その印加電圧の増加に伴う厚みの減少時に、拘束を受けることなく面沿い方向に伸長し得るように配置されている場合であっても、前記振動成分を含む振動成分重畳電圧をエラストマー１に印加した状態で、該エラストマー１の静電容量を推定することもできる。
【０１３２】
また、例えば、直流電源１０から定常目標値の出力電圧（振動成分を含まない出力電圧）をエラストマー１に印加した状態で、該定常目標値をステップ状に変化させた場合にだけ、エラストマー１の静電容量を推定することも可能である。
【０１３３】
また、エラストマー１に付与される外力がさほど頻繁に変動しない場合、あるいは、外力の変動が十分に緩やかなものである場合には、前記した補正処理を省略して（前記（ｍ＋１）個の電流検出値をそのまま用いて）、エラストマー１の静電容量を推定してもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１…誘電性エラストマー、３…枠体（第２部材）、４…可動部材（第１部材）、１０…直流電源（電源）、１１…電流検出器、２１…電源制御部、２２…静電容量推定部。
【図１】
0006630658.tif 000006
【図２】
0006630658.tif 000007
【図３】
0006630658.tif 000008
【図４】
0006630658.tif 000009
【図５】
0006630658.tif 000010
【図６】
0006630658.tif 000011
【図７】
0006630658.tif 000012