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CN114364884A - 机器人装置以及液体供给装置 - Google Patents

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CN114364884A
CN114364884A CN202080063328.1A CN202080063328A CN114364884A CN 114364884 A CN114364884 A CN 114364884A CN 202080063328 A CN202080063328 A CN 202080063328A CN 114364884 A CN114364884 A CN 114364884A
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市川真也
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伊泽仁
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山田洋
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Aisin Co Ltd
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Abstract

本公开的机器人装置为包括接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉和针对人工肌肉供给或排出液体的液体供给装置的机器人装置，液体供给装置包括：液体存积部，其存积液体；泵，其从液体存积部吸引液体并将液体排出；调压装置，其包括阀柱以及使阀柱移动的电磁部，对来自泵侧的初始压力进行调压并生成向人工肌肉的驱动压力，并且至少使从电磁部向阀柱赋予的力与通过驱动压力的作用而向阀柱赋予的力相平衡而对初始压力进行调压；以及控制装置，其向调压装置的电磁部施加电流，以使驱动压力成为目标压力。

Description

机器人装置以及液体供给装置
技术领域
本公开涉及包括接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉的机器人装置以及针对人工肌肉供给或排出液体的液体供给装置。
背景技术
以往，作为构成Mckibben型人工肌肉的流体压力促动器，公知有具备包括通过流体的压力而膨胀以及收缩的圆筒状的管和将沿规定方向进行取向的帘线编入的构造体且是覆盖该管的外周面的轴套的促动器主体部、和在促动器主体部的轴向上对该促动器主体部的端部进行密封的密封机构的促动器(例如参照专利文献1)。在上述流体压力促动器中，能够向管内供给流体而使该管沿径向膨胀并且沿轴向收缩而得到拉伸力。作为使构成这种人工肌肉的流体压力促动器收缩的装置，一般公知有向管内供给压缩空气的压缩空气供给装置(例如参照专利文献2)。
与此相对，近年来，提出了通过油压等液压驱动上述那样的流体压力促动器的方案(例如参照非专利文献1)。根据作为工作流体而使用了工作油或水之类的液体的液压促动器，与马达或油缸相比能够进一步增大力/自重比。而且，作为液压促动器的驱动装置，与所谓油缸等同样，一般使用控制向管内供给的工作油的流量而调整供给至该管的工作油的压力的装置。例如，在非专利文献2中，作为向人工肌肉的管内供给油的装置，记载了包括泵和通过作为先导阀的微粒子激发型控制阀控制的高压用流量控制阀的装置。另外，作为向人工肌肉的管内供给油的装置，公知有控制泵的转速即排出流量，以使由压力传感器检测的向管的供给油压成为要求值的装置。
专利文献1：日本特开2018-35930号公报
专利文献2：日本特开2012-125847号公报
非专利文献1：流体动力系统第50卷第2号2019年3月第65-68页
非专利文献2：高压人工筋用微粒子激发型控制阀的试做·评价No.19-2Proceedings of the 2019JSME Conference on Robotics and Mechatronics,Hiroshima,Japan,June 5-8,2019
然而，在如上述那样基于由压力传感器检测的向管的供给液压对流量控制阀或者泵(其排出流量)进行了反馈控制的情况下，直至管内的液压达到要求值为止耗费时间，因而不易使液压促动器响应性优异地工作。另外，在为了提高液压变化的响应性而增大了控制增益的情况下，向管供给的液压产生振动，从而导致过冲或下冲。即，作为液压促动器的驱动装置，目前为止并未提出具有足够实用性的装置，从而要求使液压促动器响应性优异且高精度地工作的驱动装置。
发明内容
为此，本公开以使接受液体的供给而工作的人工肌肉响应性优异且高精度地工作为主要目的。
本公开的机器人装置包括接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉和针对上述人工肌肉供给或排出上述液体的液体供给装置，其中，上述液体供给装置包括：液体存积部，其存积上述液体；泵，其从上述液体存积部吸引上述液体并将上述液体排出；调压装置，其包括阀柱以及使上述阀柱移动的电磁部，对来自上述泵侧的初始压力进行调压并生成向上述人工肌肉的驱动压力，并且至少使从上述电磁部向阀柱赋予的力与通过上述驱动压力的作用而向上述阀柱赋予的力相平衡而对上述初始压力进行调压；以及控制装置，其向上述调压装置的上述电磁部施加电流，以使上述驱动压力成为目标压力。
本发明人为了使接受液体的供给而工作的人工肌肉响应性优异且高精度地工作而进行了深入研究。其结果是，本发明人目前为止都是着眼于液体驱动式的未被应用于人工肌肉的压力控制。而且，通过将液体调压至人工肌肉的工作所要求的目标压力并供给至该人工肌肉，从而确认到能够从目标压力的设定起在短时间内使向人工肌肉供给的驱动压力与该目标压力实质上一致。因此，在本公开的机器人装置中，能够使接受液体的供给而工作的人工肌肉响应性优异且高精度地工作。
附图说明
图1是表示本公开的液体供给装置的示意结构图。
图2是表示本公开的液体供给装置的控制装置的框图。
图3是例示由图2的控制装置执行的控制程序的流程图。
图4是例示要求油压设定图的说明图。
图5是例示本公开的液体供给装置中的液体的要求油压、实际油压、液压促动器的管的要求收缩率以及实际收缩率的时间变化的说明图。
图6是例示第一比较例中的液体的指令流量、实际流量、实际油压、液压促动器的管的要求收缩率以及实际收缩率的时间变化的说明图。
图7是例示第二比较例中的液体的指令流量、实际流量、要求油压、实际油压、液压促动器的管的要求收缩率以及实际收缩率的时间变化的说明图。
图8是例示第三比较例中的液体的指令流量、实际流量、要求油压、实际油压、液压促动器的管的要求收缩率以及实际收缩率的时间变化的说明图。
图9是表示本公开的其他液体供给装置的示意结构图。
图10是表示包括多个液压促动器的其他促动器单元的俯视图。
图11是表示图10的促动器单元的侧视图。
具体实施方式
接下来，参照附图对用于实施本公开的发明的方式进行说明。
图1是表示本公开的液体供给装置1的示意结构图。该图所示的液体供给装置1是针对人工肌肉单元AM所包括的两个液压促动器M1、M2供给或排出工作油(液体)并通过油压进行驱动的驱动装置。如图示那样，除了两个液压促动器M1、M2之外，人工肌肉单元AM还包括：基底部件B、由基底部件B支承的连杆C、以及固定于连杆C或者与连杆C一体化的可动臂A。而且，人工肌肉单元AM与液体供给装置1一起构成例如包括手部以及机械臂的本公开的机器人装置。但是，人工肌肉单元AM例如也可以构成包括钻头等工具或例如按压开关等的按压部件之类的除手部以外的元件安装于手指尖的机械臂的机器人装置或行走机器人、可穿戴机器人等。人工肌肉单元AM的液压促动器M1、M2均构成Mckibben型人工肌肉，在本实施方式中，具有相互相同的各种尺寸、重量等规格。各液压促动器M1、M2包括通过工作油的压力而膨胀以及收缩的管T和覆盖该管T的编织轴套S。
各液压促动器M1、M2的管T通过具有高耐油性的例如橡胶材料等弹性材料形成为圆筒状，该管T的两端部由密封部件密封。在靠管T的一端侧(图中下端侧)的密封部件形成有工作油的进出口，在靠管T的另一端侧(图中上端侧)的密封部件固定有连结杆R。编织轴套S通过将沿规定方向进行取向的多个帘线以相互交叉的方式编入而形成为圆筒状，并能够沿轴向以及径向收缩。作为形成编织轴套S的帘线，能够采用纤维帘线、高强度纤维、由极细的灯丝构成的金属制帘线等。从上述进出口向上述液压促动器M1、M2的管T内供给工作油而提高管T内的工作油的压力，由此管T通过编织轴套S的作用而沿径向膨胀并且沿轴向收缩。
在人工肌肉单元AM中，靠各液压促动器M1、M2的一端侧(工作油的进出口侧)的密封部件经由例如万向节等接头与基底部件B连结，或者靠各液压促动器M1、M2的一端侧(工作油的进出口侧)的密封部件固定于该基底部件B。另外，各液压促动器M1、M2的连结杆R的端部可转动地与连杆C的对应的端部连结。此外，连杆C的长边方向上的中央部被基底部件B支承为可转动。由此，使液压促动器M1的管T内的油压与液压促动器M2的管T内的油压相互不同，从而能够使作为驱动对象的连杆C以及可动臂A相对于基底部件B进行转动(移动)而使连杆C以及可动臂A相对于该基底部件B的转动角度进行变化，并且能够从液压促动器M1、M2向该可动臂A传递力。在本实施方式中，一对液压促动器M1、M2将管T以规定量(例如自然长度的10％左右)沿轴向收缩的状态作为初始状态通过来自液体供给装置1的油压而被对抗驱动。
如图1所示，液体供给装置1包括：存积工作油的作为液体存积部的罐体2；泵3；蓄积由该泵3产生的油压的储压器(蓄压器)4；对来自泵3侧的初始压力进行调压而生成向对应的液压促动器M1、M2的驱动压力的作为调压装置的第一以及第二线性电磁阀51、52；第一以及第二开/关电磁阀61、62；第一以及第二开闭阀71、72；以及控制泵3、第一以及第二线性电磁阀51、52以及第一以及第二开/关电磁阀61、62的控制装置10。泵3例如为电动泵，从罐体2吸引工作油并向形成于未图示的阀体的油路(液体通路)L0排出。另外，储压器4在泵3的排出口的附近处与油路(液体通路)L0连接。
第一以及第二线性电磁阀51、52包括由控制装置100进行通电控制的电磁部5e、阀柱5s、将阀柱5s向电磁部5e侧(从输出端口5o侧向输入端口5i侧，图1中上侧)进行施力的弹簧SP等，并配置于阀体内。另外，第一以及第二线性电磁阀51、52包括与阀体的油路L0连通的输入端口5i、能够与输入端口5i连通的输出端口5o、与输出端口5o连通的反馈端口5f、以及能够与输入端口5i以及输出端口5o连通的泄油端口5d。在本实施方式中，第一以及第二线性电磁阀51、52为在向电磁部5e供供电流时进行开阀的常闭阀，各电磁部5e与被施加的电流相对应地使阀柱5s沿轴向移动。由此，使通过向电磁部5e(线圈)的供电而从该电磁部5e向阀柱5s赋予的推力、弹簧SP的作用力、以及通过从输出端口5o向反馈端口5f供给的油压(驱动压力)的作用而向阀柱5s赋予的向电磁部5e侧的推力相平衡，由此能够使被供给至输入端口5i的来自泵3侧的工作油以从输出端口5o流出的工作油具有所希望的压力的方式从该输出端口5o流出。另外，如图1所示，第一以及第二线性电磁阀51、52的泄油端口5d分别经由形成于阀体的油路L3与罐体2的内部(液体存积部)连通。
第一以及第二开/关电磁阀61、62分别包括由控制装置10进行通电控制的电磁部6e、与上述油路L0连通的输入端口、以及输出端口。第一以及第二开/关电磁阀61、62通过与向电磁部6e的通电相对应地使向输入端口供给的来自泵3侧的工作油向输出端口流出而输出信号压力。
第一以及第二开闭阀71、72为包括未图示的阀柱以及弹簧7s的常闭型滑阀，并配置于阀体内。第一开闭阀71包括经由形成于阀体的油路与第一线性电磁阀51的输出端口5o连通的输入端口7i、经由形成于阀体的油路L1与液压促动器M1(管T)的工作油的进出口连通的输出端口7o、以及经由形成于阀体的油路与第一开/关电磁阀61的输出端口连通的信号压力输入端口7c。另外，第二开闭阀72包括经由形成于阀体的油路与第二线性电磁阀52的输出端口5o连通的输入端口7i、经由形成于阀体的油路L2与液压促动器M2(管T)的工作油的进出口连通的输出端口7o、以及经由形成于阀体的油路与第二开/关电磁阀62的输出端口连通的信号压力输入端口7c。
在从第一或者第二开/关电磁阀61、62向信号压力输入端口7c未供给信号压力时，第一以及第二开闭阀71、72的阀柱通过弹簧7s的作用力而切断输入端口7i与输出端口7o之间的连通并且关闭输出端口7o即油路L1或者L2(参照图中虚线)。另外，在与向电磁部6e的通电相对应地从第一或者第二开/关电磁阀61、62向信号压力输入端口7c供给信号压力时，第一以及第二开闭阀71、72的阀柱克服弹簧7s的作用力而使输入端口7i与输出端口7o进行连通(参照图中实线)。
液体供给装置1的控制装置10具备包括CPU、ROM、RAM、输入输出接口等的微型计算机或各种逻辑IC等(均省略图示)。控制装置10输入在储压器4的下游侧处检测油路L0中的工作油的压力的压力传感器PS、检测第一、第二线性电磁阀51、52以及第一、第二开/关电磁阀61、62的电源的电压的未图示的电压传感器、以及设置于人工肌肉单元AM的各种传感器等的检测值。
另外，在控制装置10中，通过CPU、ROM、RAM、逻辑IC之类的硬件与安装于ROM的各种程序之类的软件中的至少任一者，构建运算处理部11、与泵3连接的泵驱动控制部13、与第一线性电磁阀51连接的阀驱动控制部14a、与第二线性电磁阀52连接的阀驱动控制部14b、检测在第一线性电磁阀51的电磁部5e中流动的电流的电流检测部15a、检测在第二线性电磁阀52的电磁部5e中流动的电流的电流检测部15b、与第一开/关电磁阀61连接的阀驱动控制部16a、以及与第二开/关电磁阀62连接的阀驱动控制部16b作为功能模块(模组)。
若由压力传感器PS检测的油路L0中的油压成为被预先规定的泵驱动阈值以下，则控制装置10的运算处理部11向泵驱动控制部13发送泵驱动指令，直至油路L0中的油压达到被预先规定的泵停止阈值为止。另外，运算处理部11设定液压促动器M1的工作所要求的要求油压(目标压力)Preq1以及液压促动器M2的工作所要求的要求油压(目标压力)Preq2。此外，运算处理部11计算与要求油压Preq1相对应的向第一线性电磁阀51的电磁部5e供给的电流的目标值亦即目标电流值Itag1以及与要求油压Preq2相对应的向第二线性电磁阀52的电磁部5e供给的电流的目标值亦即目标电流值Itag2。
另外，在使人工肌肉单元AM工作的期间，运算处理部11将用于使第一以及第二开闭阀71、72进行开阀的打开指令发送至阀驱动控制部16a以及16b。此外，运算处理部11监控由电流检测部15a以及15b检测的电流，若例如从目标电流值减去由电流检测部15a以及/或者15b检测到的电流而得的值成为被预先规定的阈值以上，则视为工作油从第一以及第二线性电磁阀51、52的至少任一者向液压促动器M1、M2的供给产生异常，并将用于使第一以及第二开闭阀71、72进行闭阀的关闭指令发送至阀驱动控制部16a、16b。
控制装置10的泵驱动控制部13在从运算处理部11接收泵驱动指令的期间对泵3进行控制(占空比控制)，以从罐体2吸引工作油并将工作油排出。即，泵3被间歇地驱动，以将由压力传感器PS检测的油路L0中的油压维持在被预先规定的目标压力，在泵3的停止过程中，储压器4所蓄积的工作油向油路L0流入，由此将该油路的L0的油压(初始压力)维持在目标压力。由此，能够降低泵3的功率消耗。
控制装置10的阀驱动控制部14a以及14b包括目标电压设定部、PWM信号生成部以及电磁驱动电路。阀驱动控制部14a的目标电压设定部计算向第一线性电磁阀51的电磁部5e施加的电压的目标值亦即目标电压Vtag1。另外，阀驱动控制部14b的目标电压设定部设定向第二线性电磁阀52的电磁部5e施加的电压的目标值亦即目标电压Vtag2。更详细地，各目标电压设定部计算目标电流值Itag1或者Itag2、与考虑到工作油的温度并根据目标电压Vtag1或者Vtag2的上次值和目标电流值Itag1或者Itag2计算的电磁部EM的电阻值(推断值)之积作为前馈电压。另外，各目标电压设定部通过基于目标电流值Itag1或者Itag2与由电流检测部15a或者15b检测的电流的差值的PI控制或PID控制而计算反馈电压。而且，各目标电压设定部输出合成前馈电压和反馈电压而成的目标电压Vtag1或者Vtag2。但是，目标电压设定部也可以仅通过前馈控制设定目标电压。
阀驱动控制部14a以及14b的PWM信号生成部将目标电压Vtag1或者Vtag2转换为PWM信号。阀驱动控制部14a以及14b的驱动电路分别包括例如两个开关元件(晶体管)并且根据来自对应的PWM信号生成部的PWM信号向第一或者第二线性电磁阀51、52的电磁部5e施加电流。由此，第一以及第二线性电磁阀51、52被控制以产生与要求油压(目标电流)相对应的油压。
控制装置10的阀驱动控制部16a以及16b在从运算处理部11接收打开指令的期间以输出向第一或者第二开闭阀71、72的信号压力的方式向对应的第一或者第二开/关电磁阀61、62的电磁部6e供给电流。另外，阀驱动控制部16a以及16b在从运算处理部11接收到关闭指令时，为了使信号压力向第一或者第二开闭阀71、72的输出停止，而使电流向对应的第一或者第二开/关电磁阀61、62的电磁部6e的供给停止。
接着，参照图3～图5等对从液体供给装置1向各液压促动器M1、M2供给工作油而使人工肌肉单元AM进行工作的步骤进行说明。
图3是例示与向人工肌肉单元AM的工作要求相对应地利用控制装置10执行的控制程序的流程图。此外，在从液体供给装置1向各液压促动器M1、M2供给工作油而使人工肌肉单元AM进行工作时，通过控制装置10使第一以及第二开闭阀71、72进行开阀。而且，控制装置10的运算处理部11在从该人工肌肉单元AM的未图示的控制装置接受到人工肌肉单元AM的可动臂A的工作要求时开始图3的控制程序。
在图3的程序的公开时，控制装置10的运算处理部11计算液压促动器M1的工作所要求的旋转扭矩以及转动角度、和液压促动器M2的工作所要求的旋转扭矩以及转动角度(步骤S100)。此外，运算处理部11从根据步骤S100中计算出的旋转扭矩以及转动角度，导出相对于液压促动器M1的要求收缩率以及要求收缩力、和相对于液压促动器M2的要求收缩力以及要求收缩率(步骤S110)。收缩率分别表示相符合的液压促动器M1、M2的收缩的管T的轴向长度与相符合的液压促动器M1、M2的管T的轴向上的自然长度的比例，收缩力表示通过管T的收缩而产生的力。
接下来，运算处理部11基于在步骤S110中计算出的要求收缩力以及要求收缩率，设定液压促动器M1的工作所要求的要求油压(目标压力)Preq1、和液压促动器M2的工作所要求的要求油压(目标压力)Preq2(步骤S120)。在步骤S120中，运算处理部11从图4中例示的要求油压设定图中导出与在步骤S110中计算出的液压促动器M1的要求收缩力以及要求收缩率相对应的压力并将其设定为要求油压Preq1。另外，运算处理部11从该要求油压设定图中导出与在步骤S110中计算出的液压促动器M2的要求收缩力以及要求收缩率相对应的压力并将其设定为要求油压Preq2。图4的要求油压设定图表示作为人工肌肉的液压促动器M1、M2的静态特性，被预先经由实验·解析进行制作，以针对向液压促动器M1、M2供给的油压的每一个，规定管T的收缩率与该管T所产生的收缩力之间的关系。
在步骤S120中设定了第一以及第二液压促动器M1、M2的要求油压Preq1、要求油压Preq2之后，运算处理部11计算与要求油压Preq1相对应的目标电流值Itag1、和与要求油压Preq2相对应的目标电流值Itag2(步骤S130)。然后，运算处理部11将目标电流值Itag1给予至阀驱动控制部14a，并且将目标电流值Itag2给予至阀驱动控制部14b(步骤S140)，从而使图3的程序暂时结束。
由此，通过阀驱动控制部14a将与目标电流值Itag1相对应的电流施加于第一线性电磁阀51的电磁部5e，由此控制该第一线性电磁阀51生成与要求油压Preq1相对应的油压即驱动压力。另外，通过阀驱动控制部14b将与目标电流值Itag2相对应的电流施加于第二线性电磁阀52的电磁部5e，由此控制该第二线性电磁阀52生产与要求油压Preq2相对应的油压即驱动压力。由第一线性电磁阀51进行了调压的工作油经由第一开闭阀71以及油路L1被供给至液压促动器M1的管T，由第二线性电磁阀52进行了调压的工作油经由第二开闭阀72以及油路L2被供给至液压促动器M2的管T。
如上述那样，液体供给装置1将工作油调压至各液压促动器M1、M2的工作所要求的要求油压(目标压力)Preq1、Preq2，并供给至各液压促动器M1、M2的管T内。即，本发明人为了使作为人工肌肉的液压促动器响应性优异且高精度地进行工作而进行了深入研究，其结果是，目前为止都是着眼于液体驱动式的未被应用于人工肌肉的压力控制。而且，本发明人将工作油调压至要求油压(目标压力)并供给至管内，由此如图5所示，确认到从要求油压的设定起在短时间内使向管供给的工作油的实际油压与要求油压实质上一致，从而迅速追随实际油压而管的实际收缩率与要求收缩率实质上一致。
这里，在通过流量控制阀调整工作油的流量并将工作油供给至管内的情况下，如图6所示，从流量控制阀流出的液体的流量(实际流量)与指令流量迅速实质上一致，但向管供给的工作油的实际油压如图中虚线所示那样进行变化，从而该管的实际收缩率背离要求收缩率。另外，即便是例如通过压力传感器检测向管供给的工作油的实际油压，并且对流量控制阀进行反馈控制以使实际油压与要求油压一致，也如图7所示，直至向管供给的工作油的实际油压达到要求油压为止耗费时间，从而直至管的实际收缩率与要求收缩率实质上一致为止进一步耗费时间。另外，在为了提高油压以及收缩率的变化的响应性而增大控制增益的情况下，如图8所示，向管供给的油压以及该管的收缩率产生振动，从而导致过冲或下冲。
因此，根据图5～图8能够理解到，若将工作油调压至液压促动器M1、M2的工作所要求的要求油压(目标压力)Preq1、Preq2并供给至管T内，则能够使液压促动器M1、M2响应性优异且高精度地进行工作。即，根据液体供给装置1，根据需要使液压促动器M1、M2的管T响应性优异且高精度地沿轴向收缩，从而能够高精度地调整可动臂A的转动角度、从液压促动器M1、M2向该可动臂A传递的力。
另外，液体供给装置10的第一以及第二线性电磁阀51、52通过使从电磁部5e向阀柱5s赋予的推力、弹簧SP的作用力、以及通过从输出端口5o供给至反馈端口5f的油压(驱动压力)的作用而向阀柱5s赋予的推力相平衡来调整来自泵3侧的初始压力。这样，将向液压促动器M1、M2供给的油压亦即驱动压力反馈至第一以及第二线性电磁阀51、52，由此在对由作为人工肌肉的液压促动器M1、M2驱动的连杆C或可动臂A施加了来自除该液压促动器M1、M2以外的装置的外力时，能够吸收与该外力所引起的液压促动器M1、M2的管T的体积变化相对应的油压的变动。此外，在消除了该外力之后，能够迅速将与要求油压(目标压力)Preq1、Preq2相对应的驱动压力供给至液压促动器M1、M2。
此外，构成本公开的机器人装置的人工肌肉单元AM包括被对抗驱动以使作为驱动对象的连杆C以及可动臂A相对于基底部件B进行转动(移动)的一对作为人工肌肉的液压促动器M1、M2。另外，相对于一对液压促动器M1、M2的每一个，作为调压装置而设置有第一或者第二线性电磁阀51、52。此外，控制装置10针对第一以及第二线性电磁阀51、52的每一个控制施加于电磁部5e的电流。由此，能够进一步提高作为人工肌肉的各液压促动器M1、M2的控制性能。
另外，液体供给装置1的控制装置10导出与对液压促动器M1、M2的要求相对应的相对于管T的要求收缩力以及要求收缩率，并将与要求收缩力以及要求收缩率相对应的油压设定为要求油压(目标压力)Preq1、Preq2(图3的步骤S110、S120)。由此，能够与对液压促动器M1、M2的要求相对应地高精度地设定要求油压Preq1、Preq2。
此外，液体供给装置1包括从存积工作油的罐体2吸引该工作油并将该工作油排出的单一的泵3、和对来自泵3侧的工作油进行调压并供给至对应的液压促动器M1或者M2的管T内的第一以及第二线性电磁阀51、52。
由此，能够将向液压促动器M1、M2的管T供给的工作油(驱动压力)高精度地调压至要求油压(目标压力)Preq1、Preq2，并且与包括泵的液体供给装置相比，针对例如液压促动器的每一个而将向多个液压促动器M1、M2供给工作油的液体供给装置1的成本、尺寸大幅度降低。
另外，液体供给装置1的控制装置10通过PWM控制将与要求油压(目标压力)Preq1、Preq2相对应的电流施加于第一以及第二线性电磁阀51、52的电磁部5e。由此，能够将向各液压促动器M1、M2的管T供给的工作油进一步高精度地调压至要求油压Preq1、Preq2。
此外，控制装置10在检测到第一以及第二线性电磁阀51、52的电磁部5e的至少任一者的通电异常时，为了使来自第一以及/或者第二开/关电磁阀61、62的信号压力的输出停止，而将上述关闭指令发送至阀驱动控制部16a以及/或者16a。
由此，与来自第一以及/或者第二开/关电磁阀61、62的信号压力的输出停止相对应地使第一以及第二开闭阀71、72的至少任一者进行闭阀，从而限制来自该管T的工作油的流出。因此，即便是工作油从第一以及第二线性电磁阀51、52的至少任一者向管T的供给产生异常，也能够抑制管T的状态的骤变而良好地抑制由液压促动器M1、M2驱动的可动臂A的意外工作的产生。其结果是，根据液体供给装置1，能够使液压促动器M1、M2即人工肌肉单元AM适当且安全地进行工作。
另外，在液体供给装置1中，如图1所示，第一开闭阀71配置于第一线性电磁阀51的输出端口5o与液压促动器M1的管T之间，第二开闭阀72配置于第二线性电磁阀52的输出端口5o与液压促动器M2的管T之间。由此，在工作油从第一以及第二线性电磁阀51、52的至少任一者向管T的供给产生异常时，能够极其良好地抑制来自该管T的液体的流出。
此外，在液体供给装置1中，第一以及第二线性电磁阀51、52为在向电磁部5e供给电流时进行开阀的常闭阀，第一以及第二开闭阀71、72为在向第一以及第二开/关电磁阀61、62的电磁部6e供给电流时进行开阀的常闭阀。由此，在由于电源失效而断开工作油从第一以及第二线性电磁阀51、52向液压促动器M1、M2的管T的供给时，能够迅速使第一以及第二开闭阀71、72进行闭阀而限制来自各管T的工作油的流出。
图9是表示本公开的其他液体供给装置1B的示意结构图。此外，对于液体供给装置1B的结构元件中的与上述液体供给装置1相同的元件标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
图4所示的液体供给装置1B包括输出与向电磁部5e供给的电流相对应的信号压力的常闭型第一线性电磁阀51B、和与来自第一线性电磁阀51B的信号压力相对应地对来自泵3侧的工作油(初始压力)进行调压的第一控制阀81作为与液压促动器M1相对应的调压装置，并包括输出与向电磁部5e供给的电流相对应的信号压力的常闭型第二线性电磁阀52B、和与来自第二线性电磁阀52B的信号压力相对应地对来自泵3侧的工作油(初始压力)进行调压的第二控制阀82作为与液压促动器M2相对应的调压装置。第一以及第二控制阀81、82为包括阀柱80以及弹簧8s的常闭型滑阀，并配置于阀体内。
第一控制阀81包括与形成于阀体的油路L0连通的输入端口8i、经由形成于阀体的油路L1B与液压促动器M1(管T)的工作油的进出口连通的输出端口8o、与输出端口8o连通的反馈端口8f、经由形成于阀体的油路与第一线性电磁阀51B的输出端口5o连通的信号压力输入端口8c、以及经由形成于阀体的油路L3B与罐体2的内部连通的泄油端口8d。另外，第二控制阀82包括与形成于阀体的油路L0连通的输入端口8i、经由形成于阀体的油路L2B与液压促动器M2(管T)的工作油的进出口连通的输出端口8o、与输出端口8o连通的反馈端口8f、经由形成于阀体的油路与第二线性电磁阀52B的输出端口5o连通的信号压力输入端口8c、以及经由形成于阀体的油路L3B与罐体2的内部连通的泄油端口8d。
第一以及第二控制阀81、82通过与电磁部5e被施加的电流相对应的来自第一或者第二线性电磁阀51、52的信号压力而克服弹簧8s的作用力使阀柱80沿轴向移动。由此，通过使通过信号压力的作用而向阀柱80赋予的推力、弹簧8s的作用力、以及通过从输出端口8o供给至反馈端口8f的油压(驱动压力)而作用于阀柱8s的推力相平衡，由此能够使被供给至输入端口8i的来自泵3侧的工作油的一部分以从输出端口8o流出的工作油具有所希望的压力的方式从该输出端口8o流出。
此外，在上述液体供给装置1中，第一开/关电磁阀61以及第一开闭阀71或者71B也可以被替换为包括通过电磁部而开闭的阀体的双向电磁阀，第二开/关电磁阀62以及第二开闭阀72或者72B也可以被替换为包括通过电磁部而开闭的阀体的双向电磁阀。另外，上述液体供给装置1、1B也可以包括与信号压力相对应地从信号压力输出阀对来自泵3的工作油进行调压并供给至油路L0的调节阀(调压阀)。
另外，液体供给装置1、1B可以将水等除工作油以外的液体供给至液压促动器M1、M2，也可以构成为针对单一或者3个以上的液压促动器供给或排出液体。此外，第一以及第二线性电磁阀51、52也可以被替换为被控制以使向对应的液压促动器M1、M2供给的液压(油压)成为目标压力的流量控制阀。另外，第一以及第二线性电磁阀51、52的至少任一者也可以为常开阀。在该情况下，该常开阀也可以使以使来自电磁部的推力以及来自该电磁部的推力沿相同方向进行作用的方式被供给至的反馈端口的液压所引起的推力与弹簧的作用力相平衡。而且，第一以及第二线性电磁阀51、52的至少任一者也可以构成为不具有专用的反馈端口，并在收纳阀柱的轴套的内侧处使输出压力作为反馈压力而作用于阀柱(例如参照日本特开2020-41687号公报)。
此外，在上述实施方式中，作为人工肌肉的液压促动器M1、M2为包括向内部供给工作油并且与该内部的油压的上升相对应地一边沿径向膨胀一边沿轴向收缩的管T、和覆盖该管T的编织轴套S的Mckibben型人工肌肉，但人工肌肉单元AM中的液压促动器M的结构并不限定于此。即，液压促动器M可以为包括在被供给液体时一边沿径向膨胀一边沿轴向收缩的管的促动器，也可以为例如包括由弹性体形成的内侧筒状部件、由弹性体形成并且同轴配置于内侧筒状部件的外侧的外侧筒状部件、以及配置于内侧筒状部件与外侧筒状部件之间的纤维层的轴向纤维强化型液压促动器(例如参照日本特开2011-137516号)。
另外，液体供给装置1、1B也可以构成为向图10以及图11中例示的包括3个以上的液压促动器的人工肌肉单元AMB供给液体。图10以及图11所示的人工肌肉单元AMB包括6个液压促动器M1、M2、M3、M4、M5以及M6、臂AB、连杆CB、以及被未图示的基底部件支承为可旋转的圆盘状的旋转部件D。如图示那样，液压促动器M1、M2、M3、M4在以旋转部件D的旋转轴(参照图11中的单点划线)为中心的圆周上以90°间隔进行排列。
另外，各液压促动器M1、M2、M3、M4的与连结杆R相反一侧的密封部件固定于旋转部件D。此外，液压促动器M1、M2、M3以及M4的连结杆R的前端经由万向节与连杆CB分别连结。液压促动器M5以及M6以相互平行并且与液压促动器M1、M2、M3以及M4正交的方式固定于基底部件。另外，液压促动器M5以及M6的连结杆R的前端经由万向节与旋转部件D分别连结。此外，在连杆CB上以例如与该连杆CB的中心轴同轴地延伸的方式固定有臂MB。
在上述人工肌肉单元AMB中，通过使液压促动器M1、M2、M3、M4、M5以及M6选择性地收缩，能够使臂AB绕图10以及图11中的x轴以及y轴进行转动，并且绕z轴进行旋转。即，通过使用促动器XB，能够构成例如3个自由度的关节机构等。而且，通过在上述液体供给装置1、1B设置6个线性电磁阀(以及6个控制阀)，从而根据需要通过该液体供给装置1、1B使液压促动器M1-M6的管T响应性优异且高精度地沿轴向收缩，从而能够高精度地调整臂AB的位置、从液压促动器M1-M6向该臂AB传递的力。
如以上说明那样，本公开的机器人装置为包括接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉(M1、M2、M1-M6)和针对上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)供给或排出上述液体的液体供给装置(1、1B)的机器人装置(AM、AMB)，其中，上述液体供给装置(1、1B)具备：液体存积部(2)，其存积上述液体；泵(3)，其从上述液体存积部(2)吸引上述液体并将上述液体排出；调压装置(51、52、51B、52B、81、82)，其包括阀柱(5s、80)以及使上述阀柱(5s、80)移动的电磁部(5e)，对来自上述泵(3)侧的初始压力进行调压并生成向上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)的驱动压力，并且至少使从上述电磁部(5e)向阀柱(5s、80)赋予的力与通过上述驱动压力的作用而向上述阀柱(5s、80)赋予的力相平衡而对上述初始压力进行调压；以及控制装置，其向上述调压装置(51、52、51B、52B、81、82)的上述电磁部(5e)施加电流，以使上述驱动压力成为目标压力(Preq1、Preq2)。
本发明人为了使接受液体的供给而工作的人工肌肉响应性优异且高精度地工作而进行了深入研究。其结果是，本发明人目前为止都是着眼于液体驱动式的未被应用于人工肌肉的压力控制。而且，通过将液体调压至人工肌肉的工作所要求的目标压力并供给至该人工肌肉，从而确认到能够从目标压力的设定起在短时间内使向人工肌肉供给的驱动压力与该目标压力实质上一致。因此，在本公开的机器人装置中，能够使接受液体的供给而工作的人工肌肉响应性优异且高精度地工作。此外，通过将向人工肌肉供给的驱动压力反馈至调压装置，从而在对由人工肌肉驱动的驱动对象施加了来自除该人工肌肉以外的装置的外力时，能够吸收该外力所引起的人工肌肉中的液压的变动，并且能够在消除了外力之后迅速将与目标压力相对应的驱动压力供给至人工肌肉。
另外，上述机器人装置(AM、AMB)也可以包括被对抗驱动以使驱动对象移动的一对上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)，上述调压装置(51、52、51B、52B、81、82)也可以设置于上述一对上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)的每一个，上述控制装置(10)也可以针对上述调压装置(51、52、51B、52B、81、82)的每一个而控制向上述电磁部(5e)施加的电流。由此，能够进一步提高人工肌肉的控制性能。
此外，上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)也可以包括与液体向内部的供给相对应地一边沿径向膨胀一边沿轴向收缩的管T，上述调压装置(51、52、51B、52B、81、82)也可以向上述管T的上述内部供给上述液体。
另外，上述控制装置(10)也可以导出与对上述人工肌肉(M1、M2)的要求相对应的上述管(T)的收缩力以及收缩率，并将与所导出的上述收缩力以及上述收缩率相对应的液压设定为上述目标压力(Preq1、Preq2)。由此，能够与对人工肌肉的要求相对应地高精度地设定目标压力。
此外，上述机器人装置(AM、AMB)也可以包括多个上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)，上述液体供给装置(1、1B)也可以包括单一的上述泵(3)和分别对来自上述泵(3)侧的上述初始压力进行调压并供给至对应的上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)的多个上述调压装置(51、52、51B、52B、81、82)。由此，与包括泵的液体供给装置相比，能够针对例如人工肌肉的每一个而将向多个人工肌肉供给液体的液体供给装置的成本、尺寸大幅度降低。
另外，上述调压装置也可以为包括上述阀柱(5s)以及上述电磁部(5e)并且对来自上述泵(3)侧的上述初始压力进行调压的线性电磁阀(51、52)，上述控制装置(10)也可以通过PWM控制将与上述目标压力(Preq1、Preq2)相对应的电流施加于上述线性电磁阀(51、52)的上述电磁部(5e)。由此，能够进一步高精度地将向人工肌肉供给的液体调压至目标压力。
更，上述调压装置也可以包括：电磁阀(51B、52B)，其包括上述电磁部(5e)；和控制阀(81、82)，其具有上述阀柱(8s)，并且使通过来自上述电磁阀(51B、52B)的信号压力的作用而向上述阀柱(8s)赋予的力与通过上述驱动压力的作用而向上述阀柱(8s)赋予的力相平衡而对来自上述泵(3)侧的上述初始压力进行调压。
另外，上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)为Mckibben型人工肌肉。
本公开的液体供给装置是针对接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉(M1、M2、M1-M6)供给或排出上述液体的液体供给装置(1、1B)，其中，包括：液体存积部(2)，其存积上述液体；泵(3)，其从上述液体存积部(2)吸引上述液体并将上述液体排出；调压装置(51、52、51B、52B、81、82)，其包括阀柱(5s、80)以及使上述阀柱(5s、80)移动的电磁部(5e)，对来自上述泵(3)侧的初始压力进行调压并生成向上述人工肌肉(M1、M2、M1-M6)的驱动压力，并且至少使从上述电磁部(5e)向阀柱(5s、80)赋予的力与通过上述驱动压力的作用而向上述阀柱(5s、80)赋予的力相平衡而对上述初始压力进行调压；以及控制装置，其向上述调压装置(51、52、51B、52B、81、82)的上述电磁部(5e)施加电流，以使上述驱动压力成为目标压力(Preq1、Preq2)。
通过上述液体供给装置，也能够使接受液体的供给而工作的人工肌肉响应性优异且高精度地工作。此外，通过将向人工肌肉供给的驱动压力反馈至调压装置，从而在对由人工肌肉驱动的驱动对象施加了来自除该人工肌肉以外的装置的外力时，能够吸收该外力所引起的人工肌肉中的液压的变动，并且能够在消除了外力之后迅速将与目标压力相对应的驱动压力供给至人工肌肉。
而且，本公开的发明并不被上述实施方式进行任何限定，自不必说能够在本公开的外延范围内进行各种变更。此外，上述实施方式只不过是发明的概要栏中记载的发明的一个具体方式，并不限定发明的概要栏中记载的发明的元件。
工业上的利用可行性
本公开的发明能够在包括接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉的机器人装置以及针对人工肌肉供给或排出液体的液体供给装置的制造工业等中进行利用。

Claims (12)

1.一种机器人装置，其包括接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉和针对所述人工肌肉供给或排出所述液体的液体供给装置，其中，
所述液体供给装置具备：
液体存积部，其存积所述液体；
泵，其从所述液体存积部吸引所述液体并将所述液体排出；
调压装置，其包括阀柱以及使所述阀柱移动的电磁部，对来自所述泵侧的初始压力进行调压并生成向所述人工肌肉的驱动压力，并且至少使从所述电磁部向阀柱赋予的力与通过所述驱动压力的作用而向所述阀柱赋予的力相平衡而对所述初始压力进行调压；以及
控制装置，其向所述调压装置的所述电磁部施加电流，以使所述驱动压力成为目标压力。
2.根据权利要求1所述的机器人装置，其中，
包括被对抗驱动以使驱动对象移动的一对所述人工肌肉，
所述调压装置设置于所述一对所述人工肌肉的每一个，所述控制装置针对所述调压装置的每一个而控制向所述电磁部施加的电流。
3.根据权利要求1或2所述的机器人装置，其中，
所述人工肌肉包括与液体向内部的供给相对应地一边沿径向膨胀一边沿轴向收缩的管，所述调压装置向所述管的所述内部供给所述液体。
4.根据权利要求3所述的机器人装置，其中，
所述控制装置导出与对所述人工肌肉的要求相对应的所述管的收缩力以及收缩率，并将与所导出的所述收缩力以及所述收缩率相对应的液压设定为所述目标压力。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的机器人装置，其中，
包括多个所述人工肌肉，
所述液体供给装置包括单一的所述泵和分别对来自所述泵侧的所述初始压力进行调压并供给至对应的所述人工肌肉的多个所述调压装置。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的机器人装置，其中，
所述调压装置为包括所述阀柱以及所述电磁部并且对来自所述泵侧的所述初始压力进行调压的线性电磁阀，
所述控制装置通过PWM控制将与所述目标压力相对应的电流施加于所述线性电磁阀的所述电磁部。
7.根据权利要求1～5中的任一项所述的机器人装置，其中，
所述调压装置包括：
电磁阀，其包括所述电磁部；和
控制阀，其具有所述阀柱，并且使通过来自所述电磁阀的信号压力的作用而向所述阀柱赋予的力与通过所述驱动压力的作用而向所述阀柱赋予的力相平衡而对来自所述泵侧的所述初始压力进行调压。
8.一种液体供给装置，其针对接受液体的供给而工作的至少一个人工肌肉供给或排出所述液体，其中，具备：
液体存积部，其存积所述液体；
泵，其从所述液体存积部吸引所述液体并将所述液体排出；
调压装置，其包括阀柱以及使所述阀柱移动的电磁部，对来自所述泵侧的初始压力进行调压并生成向所述人工肌肉的驱动压力，并且至少使从所述电磁部向阀柱赋予的力与通过所述驱动压力的作用而向所述阀柱赋予的力相平衡而对所述初始压力进行调压；以及
控制装置，其向所述调压装置的所述电磁部施加电流，以使所述驱动压力成为目标压力。
9.根据权利要求8所述的液体供给装置，其中，
所述调压装置设置于被对抗驱动以使驱动对象移动的一对所述人工肌肉的每一个，所述控制装置针对所述调压装置的每一个而控制向所述电磁部施加的电流。
10.根据权利要求8或9所述的液体供给装置，其中，
所述人工肌肉包括与液体向内部的供给相对应地一边沿径向膨胀一边沿轴向收缩的管，所述调压装置向所述管的所述内部供给所述液体。
11.根据权利要求10所述的液体供给装置，其中，
所述控制装置导出与对所述人工肌肉的要求相对应的所述管的收缩力以及收缩率，并将与所导出的所述收缩力以及所述收缩率相对应的液压设定为所述目标压力。
12.根据权利要求8～11中的任一项所述的液体供给装置，其中，
所述液体供给装置包括单一的所述泵和分别对来自所述泵侧的所述初始压力进行调压并供给至多个所述人工肌肉中的对应的一个所述人工肌肉的多个所述调压装置。
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