CN101203681A - 使用流体缸的促动器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用流体缸的促动器，其通过简单的结构就能赋予气缸等流体缸刚性。促动器包括流体缸(1)、第一节流阀装置(3)及第二节流阀装置(5)。将第一节流阀装置(3)配置在流体压力源和第一腔室(9)之间，将第二节流阀装置(5)配置在流体压力源和第二腔室(11)之间。设定节流阀装置(3)及(5)的排出阀机构(15)的阀的开度，使分别由节流阀装置调节压力的腔室内的目标压力与排出阀机构(15)的阀的开度成反比例的关系。

Description

使用流体缸的促动器及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种使用流体缸的促动器及其控制方法。
背景技术
如日本特开2003-311667号公报所示，作为用于开动机器人关节的促动器，以往使用伺服电动机等电动机。如果使用电动机，则能够容易获得。但是，采用电动机容易造成机器人整体大型化·重量化等问题。气缸等流体缸与电动机相比，具有小型轻量、结构简单、容易维护保养等优点，因此认为作为机器人用的促动器比较实用。
专利文献1：日本特开2003-311667号公报。
发明内容
发明要解决的问题
但是，阻碍使用诸如气缸之类的流体缸的最大缺点是，难以使活塞在任意位置动作，即很难发挥刚性。这是由于与电动机不同、力产生的响应性低，其中，认为主要原因在于，为了保持活塞的位置，不能迅速产生克服外力的力。为了解决这些问题而有附加摩擦制动器或锁定器(latch)等的方法，但如果附加这些部件，则仅使用电动机的方法是合理的。从而需要用尽可能简单的结构来赋予该刚性的方法。但是，一直以来并没有提出能够应对这些要求的技术。
本发明的目的是，提供一种使用流体缸的促动器及其控制方法，该流体缸可用简单的结构，给气缸等流体缸赋予刚性。
本发明的另一目的是，提供一种使用容易进行刚性调节的流体缸的促动器。
本发明的再一目的是，提供一种使用能够借助于简单构造和部件结构来进行刚性调节的流体缸的促动器。
解决上述问题的方式
本发明以使用具有两个腔室的流体缸的促动器为对象。在本发明中，设定腔室的排出阀机构的阀的开度，使得与腔室内的目标压力成反比例的关系。当这样设定排出阀机构的开度时，由于在目标压力与所希望的刚性之间得出对应关系，所以，可用少的控制参数进行刚性的调节。
鉴于此，具体到本发明的使用流体缸的促动器包括流体缸，流体缸包括缸室和活塞，该活塞滑动自如地配置在缸室内并将所述缸室分隔为第一腔室与第二腔室缸室。在这里，所谓流体缸，是指气缸或流体缸等的将流体压力作为驱动源而动作的缸。此外，本发明的使用流体缸的促动器，包括：配置在流体压力源与第一腔室之间、调节第一腔室内的流体压力的第一节流阀装置；以及配置在流体压力源与第二腔室之间、调节第二腔室内的流体压力的第二节流阀装置。这里的流体压力源，可分别相对第一节流阀装置及第二节流阀装置单独设置，但是不言而喻，对于第一节流阀装置及第二节流阀装置也可使用共用的一个流体压力源。第一节流阀装置及第二节流阀装置分别包括：供给阀机构，其允许流体在从流体压力源侧向对应的腔室侧的进入方向上流动并可遥控操作；排出阀机构，其允许流体在从腔室侧向大气或低压源侧的流出方向上流动并可遥控操作；以及阀机构控制装置，其输出用于遥控供给阀机构和排出阀机构的开闭的控制指令，以及设定排出阀机构的阀的开度(即流体的排出容易度)的开度设定指令。作为上述的低压源，根据条件当然也包含流体压力源。另外，具体的阀机构控制装置被构成为，输出用于遥控供给阀机构和排出阀机构的开闭的控制指令以及设定排出阀机构的阀开度(即流体的排出容易程度)的开度设定指令。
另外，本发明的使用流体缸的促动器包括：测量腔室内的实际压力的压力测量装置。
另外，设置在节流阀装置上的供给阀机构与排出阀机构，可以使用分别作为独立的构造构成的形式，也可以使用供给阀机构与排出阀机构在一个构造中并存的复合形阀机构。
在本发明中，作为排出阀机构，使用根据开度指令设定阀的开度的结构。而且，阀机构控制装置被构成为，设定阀的开度，使通过节流阀装置调节压力的腔室内的目标压力与排出阀机构的阀开度成反比例的关系。即是说，当目标压力大于实际压力时，打开供给阀机构的阀。这时，也可以关闭排出阀机构的阀。此外，也可以按照下述方式构成阀机构控制装置，即当目标压力小于实际压力时，关闭供给阀机构的阀，且设定排出阀机构的阀开度，使该排出阀机构的阀开度与目标压力的大小成反比例的关系。此外，当实际压力达到目标压力时，关闭排出阀机构的阀。
此外，阀机构控制装置构成为，按照下述方式输出开度设定指令与控制指令。阀机构控制装置，输出以使通过节流阀装置调节压力的腔室内的目标压力与排出阀机构的阀开度成反比例关系的方式设定阀的开度的开度设定指令。接受该开度设定指令，排出阀机构的阀开度根据目标压力进行最初确定。当目标压力大于实际压力时，输出打开供给阀机构的阀的控制指令，如果实际压力达到目标压力时，则输出关闭排出阀机构的阀的控制指令。此外，当目标压力小于实际压力时，输出关闭供给阀机构的阀且打开排出阀机构的阀的控制指令。此外，当实际压力达到目标压力时，输出关闭排出阀机构的阀的控制指令。
如果阻止流体向流体缸的流入流出，或者使与流体缸连接的流体流路变窄，则可通过被压缩的流体的斥力(弹簧效果)或流出流入的流体的流量阻力(阻尼效果)产生成为活塞运动阻力的被动阻力。本发明着眼于该被动效力的产生，将该阻力作为流体缸的刚性来利用。也就是说，在从流体缸中的第一腔室与第二腔室排出的流体所流动的流路上，通过对流体流量适当地进行节流(扼流)，可有效地产生相对活塞运动的阻力，利用该阻力，给流体缸赋予刚性(在给定位置使活塞停止，活塞处于通过外力很难运动的状态)
例如，为了在使活塞在某运动方向上移动之后，在给定位置给活塞赋予刚性，而按照下述方式进行。首先，将来自相对活塞移动之际内部压力需要上升的某一侧腔室而设置的一个节流阀侧的流体压力源的流体供给量(流体压力)提高。接着，利用从活塞移动来的一侧的腔室流出的流体所流过的节流阀装置来对流体的流量适当地节流，由此给流体缸赋予刚性。该流体流量的节流，通过改变设置在相应的节流阀装置上的排出阀机构的阀的开度来实现。
在本发明中，基于作为对象的腔室内的目标压力，决定排出阀机构的阀开度。具体地说，阀机构控制装置输出设定阀的开度的开度设定指令，以便使由节流阀装置调节压力的腔室内的目标压力与排出阀机构的阀的开度成反比例关系。即是说，设定排出阀机构的阀的开度，使得如果目标压力高、则排出阀机构的开度变小，如果目标压力低、则排出阀机构的开度变大。这是将可推断的下列事实作为依据的，即是说，目标压力高，表现出可得到高的刚性；目标压力变低，表现出可得到低的刚性。排出阀机构的开度越小，腔室内的实际压力的降低越缓慢，能够一边维持高的刚性一边使实际压力到达目标压力。相反，排出阀机构的开度变大时，腔室内的实际压力过早地降低，腔室内的实际压力就可能过早地降低到为得到低刚性所需要的目标压力。
另外，排出阀机构的开度变小或变大，是一个相对的概念，如果所使用的排出阀机构的开度仅能在大和小两级中选择时，则使开度变小是选择小的开度，使开度变大则意味着选择大的开度。此外，如果是排出阀机构的开度可进行多级选择的机构，则将目标压力分成这些级数的区域，可预先设定分别与目标压力的区域一一对应的阀开度的等级。由此，可使排出阀机构的开度选择非常简单。
作为可等级地选择开度的排出阀机构，使用包括多种开关阀和阀选择控制装置的结构。所述多种开关阀并联连接且排出流路的截面面积不同；所述阀选择控制装置根据开度设定指令，从多种开关阀中选择其组合使排出流路的截面面积的总和最接近目标截面面积的开关阀，在输入控制指令时，可将选择的开关阀控制在打开状态。使用这种排出阀机构时，可根据多种开关阀的选择方法的不同来实现多级开度。作为所使用的多种开关阀，准备其截面面积分别为用基数a(其中a＞1)的n次方(n＝0，1，2，3，…)乘以最小截面面积所得的截面面积的多种开关阀。即是说，对于多种开关阀，预备排出流路的截面面积不同的开关阀。其中，一个开关阀的排出流路的截面面积具有最小截面面积S。其他的开关阀分别具有用基数a为大于1的数值的乘方[a的n次方(n＝1，2，3，…)]乘以最小截面面积S所得的截面面积(an×S)。这样，相对配置的开关阀的个数，可得到最多的开度等级。
这时，基数a取接近1的值时，所得到的开度的节距在全部范围大体上是等间隔的。相反，基数a的值越大，能得到局部范围内的细小的开度节距和其他局部范围内的大的节距变化。基数的大小可以与对促动器所期望的控制特性相符合地适当确定。例如，在最小截面面积极小的情况下，近似于1，相反，在足够大的情况下，也可以使用2或3之类的大值。这是由于在最小截面面积极小的情况下，截面面积的微小变化会带来流体流路阻力的大的变化。相反，在最小截面面积足够大的情况下，截面面积的变化难以带来流体流路阻力的变化，所以，为了有效地产生流体流路阻力的不同，预备各种截面面积大不相同的阀是上策。
另外，作为排出阀机构，可使用包括带开度调节机构的阀、开关阀以及阀控制装置的结构。带开度调节机构的阀可连续地调节开度；开关阀相对带开度调节机构的阀串联配置并被控制开闭；阀控制装置根据开度设定指令来设定带开度调节机构的阀的开度，并根据控制指令控制开关阀。
具体的阀机构控制装置被构成为输出用于设定排出阀机构的阀的开度的开度设定指令。首先，基于目标压力，确定基准压力，对于排出阀机构的开度确定基准开度。当目标压力高于实际压力时，将排出阀机构的上述阀的开度设为0。当目标压力低于实际压力而高于基准压力时，将排出阀机构的阀的开度设为小于基准开度。当目标压力低于实际压力且低于基准压力时，则使排出阀机构的阀的开度大于基准开度。进一步，当目标压力为0时，将排出阀机构的阀开度设为最大。这样，即使在预先预备的开度的等级比较少的情况下，也能进行实用的促动器的控制。
另外，为了控制的可靠性，阀机构控制装置最好是，在将指示阀开闭的控制指令输出给排出阀机构之前，给排出阀机构输出开度设定指令。
在本发明的促动器的控制方法中，将通过供给阀机构供给流体的腔室内的目标压力与实际压力进行对比。在目标压力高于实际压力时、相等时或低于实际压力时的任何情况下，设定阀的开度，使调节压力的腔室内的目标压力与排出阀机构的阀的开度成反比例的关系。在目标压力高于实际压力时，排出阀机构的阀的开度变为0，然后给供给阀机构输出打开阀的控制指令。当目标压力低于实际压力而高于基准压力时，在排出阀机构的阀的开度小于基准开度之后，给排出阀机构输出打开阀的控制指令。当目标压力低于实际压力且高于基准压力时，在使排出阀机构的阀的开度小于基准开度之后，给排出阀机构输出打开阀的控制指令。当目标压力低于实际压力且低于基准压力时，在使排出阀机构的阀的开度大于基准开度之后，给排出阀机构输出打开阀的控制指令，并且，给所述供给阀机构输出关闭阀的上述控制指令。进一步，当目标压力为0时，输出使排出阀机构的阀的开度变为最大的开度设定指令之后，输出打开排出阀机构的控制指令，并且，给上述供给阀机构输出关闭阀的上述控制指令。当实际压力达到目标压力时，则输出关闭供给阀机构及排气阀机构的控制指令。这样，可用简单的结构可靠地赋予流体缸所希望的高刚性或低刚性。
附图说明
图1是本发明的使用流体缸的促动器的第一实施方式的示意图；
图2是示出对用图1的流体缸的促动器进行控制的一个方法的算法流程图；
图3是示出对用图1的流体缸的促动器进行控制的另一方法的一个算法示例的流程图；
图4是本发明的使用流体缸的促动器的第二实施方式的示意图；
图5(A)～(C)是表示为了说明预备多种开关阀时的排气开度的概念而使用的乘方数与排出流路的截面面积的关系示意图，该开关阀具有用1以上基数的乘方乘以最小排出流路的截面面积而得到的截面面积；
图6是示出对用图4的流体缸的促动器进行控制的一个方法的算法流程图；
图7是示出对用图4的流体缸的促动器进行控制的另一方法的算法流程图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。图1是示意性示出利用本发明流体缸的促动器的第一实施方式的结构示意图。第一实施方式的使用流体缸的促动器备有：流体缸1、第一节流阀装置3及第二节流阀装置5。流体缸1具有缸室7和活塞12，活塞12自由滑动地配置在缸室7内，以便将缸室7分隔成第一腔室9和第二腔室11。在该例中，说明使用气缸来作为流体缸1的情况。但是，作为流体缸1，如果是将流体压力作为驱动源而动作的缸，当然也可以使用油压缸等。
第一节流阀装置3配置在图中未示出的流体压力源与第一腔室9之间，调节出入第一腔室9内的流体流量。这里的流体压力源被构成为，当第一腔室9内的压力大于从流体压力源供给的流体压力时，接受从第一腔室9一侧流出的流体。另外，第二节流阀装置5配置在图中未示出的流体压力源与第二腔室11之间，调节出入第二腔室11内的流体流量。由于第二节流阀装置5具有与第一调节阀装置3同样的结构且发挥同样的功能，所以作为省略详细部分的简单方框图示出。因此，在以下的说明中，通过说明第一节流阀装置3的结构而省略对第二节流阀装置5的说明。
在本发明的实施方式中，流体压力源相对第一节流阀装置3及第二节流阀装置5分别单独设置。但是，对于第一节流阀装置3及第二节流阀装置5，也可共用一个流体压力源。
如图1所示，第一节流阀装置3具有：供给阀机构13，其允许流体在从流体压力源侧向相应的第一腔室9侧的进入方向上流动；排出阀机构15，其允许流体在从第一腔室9侧向大气或低压源侧的流出方向上流动。供给阀机构13及排出阀机构15分别具有进行流体流入流出的供给口17和排出口19。供给阀机构13及排出阀机构15的阀根据来自阀机构控制装置21的指令而开闭。在阀机构控制装置21中输入有来自上位的控制器23的目标压力等的控制条件。
阀机构控制装置21也对排出阀机构15输出用于设定阀开度的开度设定指令。供给阀机构13通过接受来自阀机构控制装置21的控制指令而处于动作状态的促动器20来开关阀。排出阀机构15包括：可连续调节开度的带开度调节机构的阀25；相对带开度调节机构的阀25串联配置并被控制开闭的开关阀27；用于根据开度设定指令来设定带开度调节机构的阀25的开度的连续可变式促动器29；检测阀位置的阀位置检测装置31；以及控制开关阀27的阀的开闭的促动器33。由连续可变式促动器29、阀位置检测装置31以及促动器33构成阀控制装置。为了使带开度调节机构的阀25的开度可变，阀机构控制装置21基于阀位置检测装置31的输出，反馈控制连续可变式促动器29。符号35表示的部件是测量第一腔室9内的实际压力的压力测量装置。
如下文说明的那样，通过以与从控制器23提供的目标压力成反比例的关系，设定排出阀机构15的带开度调节机构的阀25的开度，使与流体缸1连接的流体流路变细或扩大(使开度变小或扩大)，由此产生压缩流体的斥力(弹簧效果)或流出流入的流体的流量阻力(阻尼效果)，从而可产生成为活塞12运动阻力的被动阻力。本发明的实施方式将该阻力作为流体缸的刚性来利用。也就是说，在从流体缸1中的第一腔室9与第二腔室11排出的流体所流动的流路中，通过对排出的流体流量适当地进行节流(扼流)，可有效地产生相对活塞12运动的阻力，利用该阻力，可赋予流体缸1高的刚性(在给定位置停止活塞12，活塞12在外力的作用下处于难以活动的状态)和低的刚性(虽然在给定位置活塞12停止，但活塞12在弱外力的作用下而处于能够活动的状态)。
例如，为了使第二节流阀装置5动作，在使活塞12从第二腔室11侧向第一腔室9侧的方向移动后，在给定位置赋予刚性，控制器23将第一腔室9侧的目标压力PD指示给阀机构控制装置21。接着，提高来自第二节流阀装置5侧的流体压力源的流体供给量(流体压力)，使第二腔室11的内部压力上升。将处于活塞12移动方向上的从第一腔室9流出的流体所流过的第一节流阀装置3的排出阀机构15的阀25的开度，设定为与目标压力PD成反比例的关系。这种设定通过从阀机构控制装置21给连续可变式促动器29输出开度设定指令来实施。在该实施方式中，在从阀机构控制装置21给用于控制开关阀27的阀开闭的促动器33输出打开阀的控制指令之前，从阀机构控制装置21输入开度设定指令。这样，当将打开开关阀27的控制指令输入给促动器33而打开开关阀27时，带开度调节机构的阀25的开度已经被设定成与目标压力PD成反比例关系的开度。
具体地说，参照图2的流程图，说明基于第一腔室9内的目标压力PD来决定排出阀机构15的阀开度的方法。阀机构控制装置21输出设定排出阀机构15的阀开度的开度设定指令，使通过供给阀机构13供给流体的腔室9的目标压力PD与排出阀机构15的阀开度相对地成为反比例的关系。即是说，确定排出阀机构15的阀25的开度，使得成为下述关系，即如果目标压力PD高、则排出阀机构15的阀25的开度变小，如果目标压力PD低、则排出阀机构15的阀25开度变大。所谓排出阀机构15的开度变小或变大是一个相对的概念，如果所使用的排出阀机构15的阀开度仅能选择大和小两级时，则使开度变小就是选择小的开度，使开度变大则意味着选择大的开度。
如本实施方式所述，即使在排出阀机构15具有可连续调节阀开度的带开度调节机构的阀25以及相对带开度调节机构的阀25串联配置并被控制开闭的开关阀27的情况下，也能将阀的开度设定为例如2级。例如，当需要将开度变小时，可将带开度调节机构的阀的开度变为最小的开度，当需要将开度变大时，则可以将带开度调节机构的阀2的开度变为最大开度。另外，还可以将目标压力PD的大小与基准压力Pr比较，根据其大小程度来设定开度。
图2是表示控制图1促动器的方法的一个算法例子的流程图。在该例中，首先，从控制器23将目标压力PD输入阀机构控制装置21。阀机构控制装置21决定排出阀机构15的阀25的开度，使该开度与目标压力PD的大小成反比例的关系。即是说，所谓的反比例关系，意味着如果目标压力PD大，则排出阀机构15的阀25的开度就变小，反之，如果目标压力PD小，则排出阀机构15的阀25的开度就变大。此外，用压力测量装置35测量腔室9内的实际压力PR，当目标压力PD大于实际压力PR时，从阀机构控制装置21将打开供给阀机构13的阀的控制指令输出给促动器20。由于预先根据目标压力PD的大小设定带开度调节机构的阀25的开度，所以，在由其开度确定的节流状态下，从腔室9通过排出阀机构15排出流体。另外，当腔室9内的实际压力PR变为目标压力PD时，从阀机构控制装置21将关闭供给阀机构13的阀的控制指令输出给促动器20。这时，也可以从阀机构控制装置21对排出阀机构15输出将开关阀27的阀关闭的控制指令，但是，假设在连续改变目标压力PD的情况下，利用该控制方法，尤其是开关阀27的阀不能关闭。这样，腔室9内的实际压力可快速地变为目标压力PD，能可靠地得到高刚性或低刚性。
另外，在进行上述控制时，在第二节流阀装置5中也对第二腔室11进行同样的控制。控制器23也可以相对第一节流阀装置3及第二节流阀装置5设置。
图3是示出图1的促动器控制方法的另一方法的算法流程图。在该例中，首先，从控制器23将目标压力PD输入给阀机构控制装置21。阀机构控制装置21将目标压力PD的大小与基准压力Pr进行比较，当目标压力PD的大小在基准压力Pr以上时，使排出阀机构15的阀25的开度变小。相反，当目标压力PD的大小低于基准压力Pr时，阀机构控制装置21使排出阀机构15的阀25的开度变大。基准压力Pr的设立方法是任意的。例如，将作为目标压力PD所得到的压力的中间值作为基准压力Pr，可通过目标压力PD是否高于基准压力Pr来进行判断。当目标压力PD大于基准压力Pr时，能够以使排出阀机构15的阀的开度与目标压力PD成反比例关系的方式使其变小。为了简化控制，在该例中，对在可预先设定的范围内2级确定小开度与大开度的情况进行说明。用压力测量装置35测量腔室9内的实际压力PR，当目标压力PD大于实际压力PR时，从阀机构控制装置21将打开供给阀机构13的阀的控制指令输出给促动器20。这时，也输出关闭排出阀机构15的阀的控制指令，关闭排出阀机构15的阀。当促动器20打开供给阀机构13的阀，腔室9内的实际压力PR变为目标压力PD时，阀机构控制装置21将关闭供给阀机构13的阀的控制指令输出给促动器20。在该工序中，排出阀机构15是不打开的。
当目标压力PD小于实际压力PR时，将打开供给阀机构15的开关阀27的控制指令从阀机构控制装置21输出到促动器33。打开开关阀27。这时，将关闭供给阀机构13的阀的控制指令从阀机构控制装置21输出给促动器20，关闭供给阀机构13的阀。由于预先根据目标压力PD的大小来设定带开度调节机构的阀25的开度，所以，在由该开度决定的节流状态下，从腔室9通过排出阀机构15排出流体。
即是说，如果目标压力PD大于基准压力Pr(在要得到高刚性的情况下)，则以所需要的预先设定的小开度事先作为带开度调节机构的阀25的开度来进行设定，如果目标压力PD小于基准压力Pr(在要得到低刚性的情况下)，则以预先设定的大开度事先作为带开度调节机构的阀25的开度来进行设定。此外，当腔室9内的实际压力PR变为目标压力PD时，阀机构控制装置21将关闭开关阀27的阀的控制指令输出给促动器33。这样，腔室9内的实际压力可快速地变为目标压力PD，从而能可靠地得到高刚性或低刚性。
另外，如果对应于目标压力PD的大小，将带开度调节机构的阀25的开度设定的更细，则会赋予缸1更精确的刚性。
另外，在进行上述控制时，在第二节流阀装置5中也对第二腔室11进行同样的控制。控制器23也可以相对第一节流阀装置3及第二节流阀装置5设置。
图4是示意性示出本发明第二实施方式的结构示意图。在图4所示的实施方式的结构中，对于与图1所示的实施方式相同的结构部分，标有在图1所示符号的数上加上100所得到的数的符号，并省略其详细说明。在该实施方式中，作为排出阀机构115，使用其结构为对其开度可进行多级选择的部件。能够以所述等级选择开度的排出阀机构115所使用的结构包括：并联连接的、排出流路的截面面积不同的3种开关阀115a～115c；控制该3种开关阀115a～115c的开闭的促动器133a～133c；以及阀选择控制装置，其根据开度设定指令，在排出时从3种开关阀115a～115c中选择至少1个以上的开关阀，在输入控制指令时可将选择的开关阀控制在打开状态。另外，该阀选择控制装置由促动器133a～133c和阀机构控制装置121构成。
当使用这种排出阀机构115时，可根据多种开关阀的选择方法实现多级开度。另外，在所使用的排出流路的截面面积不同的多种开关阀之中，一个开关阀的排出流路的截面面积具有最小截面面积S。其他的开关阀分别具有下述截面积，即，用基数a为大于1的数值的乘方[a的n次方(n＝1，2，3，…)]乘以最小截面面积S所得的截面面积(an×S)。另外，在n＝O的情况下，为最小截面面积。这样，相对配置的开关阀的个数，可得到最多的开度等级。
图5(A)～(C)是在预备多种具有用最小排出流路的截面面积乘以1以上的基数a的乘方(即an)而得到的截面面积的开关阀的情况下、由基数a的大小引起的排出流路的截面面积的变化、即开度变化的示意图。在图5(A)～(C)中，横轴表示幂(n)，纵轴表示相对的截面面积(即排气开度)。当基数a取接近1的值时，所得到的开度的节距(刻み)在整个范围大体上是等间隔的，相反，基数a的值越大，能得到局部范围内的细小的开度节距。基数的大小可以与对促动器所期望的控制特性相符合地适当确定。例如，在最小截面面积极小的情况下，截面面积的微小变化都会带来流体流路阻力的大的变化，所以，设定成接近于1的值。相反，在足够大的情况下，为了有效地产生流体流路阻力的不同，使用2或3之类的大值。
图6是示出控制图4的促动器的方法的一个算法示例的流程图。在该例中，首先，从控制器123将目标压力PD输入给阀机构控制装置121。阀机构控制装置121以与目标压力PD的大小成反比例的方式算出排出开度的总和，在排出阀机构115内，从开关阀115a～115c中选择并决定要打开的开关阀。如果目标压力PD大，则打开0个以上的排出阀机构115内的截面面积比较小的开关阀。即是说，根据情况变化，可关闭开关阀115a～115c的全部。如果目标压力PD小，则选择打开一个或多个排出阀机构115内的截面面积比较大的开关阀。借助于压力测量装置135测量腔室9内的实际压力PR，当目标压力PD大于实际压力PR时，将打开供给阀机构113的阀的控制指令从阀机构控制装置121输出给促动器120。由于事前根据目标压力PD的大小来设定排出阀机构115的排出开度的总和，所以，在根据其开度决定的节流状态下，从腔室9通过排出阀机构115排出流体。另外，当腔室9内的实际压力PR变为目标压力PD时，从阀机构控制装置121给促动器120输出将供给阀机构113的阀关闭的控制指令。这时，也可以从阀机构控制装置121对排出阀机构115输出将开关阀115a～115c关闭的控制指令，但是，在该控制方法中，与图2同样地，不输出关闭开关阀115a～115c的控制指令。这样，腔室9内的实际压力可快速地变为目标压力PD，从而能可靠地得到高刚性或低刚性。
另外，在进行上述控制时，在第二节流阀装置105中也对第二腔室11进行同样的控制。控制器123也可以相对第一节流阀装置103及第二节流阀装置105设置。
图7示出了图4所示促动器的再一控制方法的算法示例。在该例中，将可设定的目标压力PD的例如1/2的压力作为基准压力Pr。相比图3的算法，图7的算法在将阀开度的选择变成等级选择这一方面不同于图3的算法。除此之外，与图3的算法实际上是相同的。排出阀机构115实际上的开度是选择打开的阀的各个开度的总和，是综合开度。在该算法中，当目标压力PD高于实际压力时，将排出阀机构的综合开度变为小的值。这里的小值包含综合开度为0的情况。当目标压力PD低于实际压力PR时，将排出阀机构115的阀的综合开度设定为与目标压力PD成反比例的关系。例如，当开关阀115a～115c的开度分别为1、2、4的比例时，通过打开这些中的一个以上，排出阀机构的综合开度可选择为1、2、3、4、5、6、7这7个种类。例如综合开度为2的情况下，打开开关阀115b。例如综合开度为5的情况下，打开开关阀115a和115c。进一步，当目标压力PD为0时，则排出阀机构115的阀开度变为最大。即是说，选择打开开关阀115a～115c的全部。这样，即使在预先准备的开关阀的个数(开度的等级)比较少的情况下，也能进行实用的促动器的控制。另外，如果增加开关阀的个数，则可以利用与目标压力PD成反比例的关系，将排出阀机构115的阀的开度设定地更细。
根据上述各实施方式，通过将节流阀装置的排出阀机构的阀的开度设定为与目标压力PD成反比例的关系，可简单且提前赋予流体缸所希望的刚性。因此，如果利用本实施方式的促动器，可在现实中将流体缸作为机器人等的控制机器的驱动用促动器加以利用。
工业实用性
根据本发明，能够利用简单的结构对流体缸可靠地赋予所希望的高刚性或低刚性。

Claims (15)

1.一种使用流体缸的促动器，其使用具有两个腔室的流体缸，所述使用流体缸的促动器的特征是，
设定所述腔室的排出阀机构的阀的开度，使其与所述腔室内的目标压力成反比例的关系。
2.根据权利要求1所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
所述排出阀机构具有并联连接且排出流路的截面面积不同的多种开关阀，该排出阀机构被构成为，根据所述目标压力，选择一个或多个所述开关阀，将排出开度的总和调节至最佳。
3.根据权利要求1所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
所述排出阀机构具有并联连接且排出流路的截面面积不同的多种开关阀，一个所述开关阀的排出流路的截面面积具有最小截面面积，其余所述开关阀分别具有用基数为大于1的数值的乘方乘以所述最小截面面积所得的截面面积。
4.根据权利要求2所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
所述多种开关阀中的一个所述开关阀的排出流路的截面面积具有最小截面面积，其余所述开关阀分别具有用基数为大于1的数值的乘方乘以所述最小截面面积所得的截面面积。
5.根据权利要求3或4所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
大于所述1的数值为2。
6.根据权利要求1所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
所述流体缸具有缸室和活塞，该活塞滑动自如地配置在所述缸室内并将所述缸室分隔为第一腔室与第二腔室，
所述使用流体缸的促动器还包括：
配置在流体压力源与所述第一腔室之间、调节所述第一腔室内的流体压力的第一节流阀装置；以及
配置在所述流体压力源与所述第二腔室之间、调节所述第二腔室内的流体压力的第二节流阀装置，
所述第一节流阀装置及所述第二节流阀装置分别具有：
供给阀机构，其允许流体在从所述流体压力源侧向对应的所述腔室侧的进入方向上流动并可遥控操作；
排出阀机构，其允许所述流体在从所述腔室侧向大气或低压源侧的流出方向上流动并可遥控操作；以及
阀机构控制装置，其控制所述供给阀机构和所述排出阀机构的开闭，并设定所述可遥控操作的排出阀机构的阀的开度，
所述可遥控操作的排出阀机构是所述排出阀机构，
所述阀机构控制装置设定所述阀的开度，使由所述节流阀装置调节压力的所述腔室内的目标压力与所述排出阀机构的所述阀的开度成反比例的关系。
7.根据权利要求6所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
所述排出阀机构具有并联连接且排出流路的截面面积不同的多种开关阀，
所述阀机构控制装置根据所述目标压力，选择一个或多个所述开关阀以设定所希望的所述开度。
8.根据权利要求7所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
所述排出阀机构具有并联连接且排出流路的截面面积不同的多种开关阀，一个所述开关阀的排出流路的截面面积具有最小截面面积，其余所述开关阀分别具有用基数为大于1的数值的乘方乘以所述最小截面面积所得的截面面积。
9.根据权利要求6所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
还包括测量所述腔室内的实际压力的压力测量装置，
所述阀机构控制装置被构成为，输出用于控制所述供给阀机构和所述排出阀机构的开闭的控制指令以及设定所述排出阀机构的阀的开度的开度设定指令，
所述阀机构控制装置被构成为，输出设定所述阀的开度的所述开度设定指令，使由所述节流阀装置调节压力的所述腔室内的目标压力与所述排出阀机构的所述阀的开度成反比例的关系，当所述目标压力小于所述实际压力时，输出打开所述排出阀机构的所述阀的所述控制指令，当所述目标压力达到所述实际压力时，输出关闭所述排出阀机构的所述阀的所述控制指令。
10.根据权利要求9所述的使用流体缸的促动器，其特征是，所述排出阀机构具有：
并联连接且排出流路的截面面积不同的多种开关阀；以及
阀选择控制装置，其根据所述开度设定指令，在排出时，从所述多种开关阀中选择其组合使所述排出流路的截面面积的总和最接近目标截面面积的所述开关阀，当输入所述控制指令时，将所选择的所述开关阀置于打开状态。
11.根据权利要求9所述的使用流体缸的促动器，其特征是，所述排出阀机构包括：
带可连续调节开度的开度调节机构的阀；
相对所述带开度调节机构的阀串联配置并被控制开闭的开关阀；以及
阀控制装置，其根据所述开度设定指令设定所述带开度调节机构的阀的开度，并根据所述控制指令控制所述开关阀。
12.根据权利要求9所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
所述排出阀机构具有将排出流路的截面面积不同的多种开关阀并联连接的结构，所述排出流路的截面面积不同的多种开关阀包括一个具有排出流路的最小截面面积的开关阀，除此之外，还具有用基数为大于1的数值的乘方乘以所述最小截面面积所得的截面面积，
所述排出阀机构还包括阀选择控制装置，其根据所述开度设定指令，在排出时，从所述多种开关阀中选择其组合使所述排出流路的截面面积的总和最接近目标截面面积的所述开关阀，当输入所述控制指令时，控制所选择的所述开关阀。
13.根据权利要求9所述的使用流体缸的促动器，其特征是，
大于所述1的数值为2。
14.一种使用流体缸的促动器的控制方法，所述促动器包括：
流体缸，其具有缸室和活塞，该活塞滑动自如地配置在所述缸室内并将所述缸室分隔成第一腔室与第二腔室；
配置在流体压力源与所述第一腔室之间、调节所述第一腔室内的流体压力的第一节流阀装置；以及
配置在所述流体压力源与所述第二腔室之间、调节所述第二腔室内的流体压力的第二节流阀装置，
所述第一节流阀装置及所述第二节流阀装置分别具有：
供给阀机构，其允许流体在从所述流体压力源侧向对应的所述腔室侧的进入方向上流动并可遥控操作；
排出阀机构，其允许所述流体在从所述腔室侧向大气或低压源侧的流出方向上流动并可遥控操作；
阀机构控制装置，其输出用于远程控制所述供给阀机构和所述排出阀机构的开闭的控制指令以及设定所述排出阀机构的阀的开度的开度设定指令；以及
测量所述腔室内的实际压力的压力测量装置，
作为所述排出阀机构，其被构成为根据所述开度设定指令来设定所述阀的开度，
所述使用流体缸的促动器的控制方法的特征是，
所述阀机构控制装置将由所述节流阀装置调节压力的所述腔室内的目标压力与所述实际压力进行对比，并设定所述阀的开度，使由所述节流阀装置调节压力的所述腔室内的目标压力与所述排出阀机构的所述阀的开度成反比例的关系。
15.根据权利要求14所述的使用流体缸的促动器的控制方法，其特征是，
所述排出阀机构包括多种开关阀，
所述阀机构控制装置在排出时，从所述多种开关阀中选择其组合使所述排出流路的截面面积的总和最接近目标截面面积的所述开关阀。
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