CN101310940A - 弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供弹性体驱动器的控制装置及控制方法。利用压力计测装置(9)计测流体压力驱动器的内部压力，计测可动机构的位移量，输入位移的目标值和计测值而利用位置误差补偿装置(12)补偿位置误差，根据目标值利用目标压力差计算装置(14)计算被对抗驱动的驱动器的压力差的目标值，输入来自位置误差补偿装置、目标压力差计算装置和压力计测装置的各输出，而利用压力差误差补偿装置(15)来补偿压力差误差。

Description

弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置及控制方法

本申请是基于申请号为200480026948.9、发明名称为“弹性体驱动器的控制装置及控制方法”、申请日为2004年9月22日的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及控制流体压力驱动器等利用弹性体的变形驱动的弹性体驱动器的动作的弹性体驱动器的控制装置及控制方法，另外涉及控制由所述弹性体驱动器驱动的可动机构的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置及控制方法。

背景技术

近年来，对于宠物机器人等家庭用机器人的开发正在积极地进行之中，将来可以期待家务辅助机器人等更为实用的家庭用机器人被实用化。家庭用机器人由于需要进入家庭内，与人类共同生活，因此与以往的工业用机器人等在所必需的样式方面不同。

工业用机器人中，使用电动电机或减速器，利用高增益的反馈控制，实现重复精度达到0.1mm等较高的手指尖位置精度。但是，利用此种电动电机驱动的机构经常是刚性高、柔性差，在安全性方面有很多问题。

与之相反，家庭用机器人中，不一定需要重复精度0.1mm等这样的高精度，而是重视在与人类接触时不会造成危害等安全性。所以，像以往的工业用机器人那样利用电动电机驱动的机构不能说适于家庭用机器人等重视安全性的领域，需要柔软而且安全的机械臂。

针对此种课题，例如提出过利用了MCKIBBEN(マッキベン)型的空气压力驱动器的机械臂。MCKIBBEN型的空气压力驱动器形成如下的构造，即，在由橡胶材料构成的管状弹性体的外表面配设有由纤维束构成的束缚装置，将管状弹性体的两个端部用密封构件气密性地密封。当穿过流体注入流出装置而利用空气等压缩性流体向管状弹性体的内部空间赋予内压时，管状弹性体就会主要向半径方向膨胀，然而因束缚装置的作用，被转换为管状弹性体的中心轴方向的运动，全长收缩。该MCKIBBEN型的驱动器由于主要由弹性体构成，因此具备如下特征，即，是具有柔软性，安全并且轻质的驱动器。

但是，MCKIBBEN型的驱动器等利用空气等的流体压力动作的流体压力驱动器中，会有由流体的压缩性造成的因弹性的性质或流路阻力等影响而使响应性差等弹性体驱动器难以控制的问题。

针对该课题，作为以往技术，在日本专利公报第2583272号公报中，公布有如下的控制装置，即，对于将伺服电机与流体压力驱动器组合驱动的机械臂，通过设置延迟电路而可以描绘所需的轨道。

但是，所述具备延迟电路的控制装置中，由于经常发生相对于目标动作的延迟，因此响应性差，无法执行需要实时性的作业。另外，仅在伺服电机与流体压力驱动器的组合的情况下发挥效果，而在仅由流体压力驱动器构成的机械臂中无法发挥效果。

发明内容

本发明是在于解决所述以往的问题而做出的，其目的在于提供可以响应性良好并且位置或力的精度优良地控制由弹性体驱动器驱动的机械臂等可动机构的弹性体驱动器的控制装置及控制方法。

为了达成所述目的，本发明如下所述地构成。

根据本发明的方式1，提供一种弹性体驱动器的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态的内部状态计测装置、

计测所述弹性体驱动器的输出的输出计测装置、

通过输入所述弹性体驱动器输出的目标值与利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器输出的计测值而补偿输出误差的输出误差补偿装置、

根据所述弹性体驱动器输出的目标值及所述弹性体驱动器输出的计测值来决定因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

通过输入来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出而补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于利用所述内部状态误差补偿装置补偿的所述内部状态误差而将所述弹性体驱动器的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式2，提供一种弹性体驱动器的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态的内部状态计测装置、

计测所述弹性体驱动器的输出的输出计测装置、

通过输入所述弹性体驱动器输出的目标值与利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器输出的计测值而补偿输出误差的输出误差补偿装置、

根据所述弹性体驱动器输出的目标值及利用所述内部状态计测装置计测的所述弹性体驱动器的内部状态的计测值，来决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

通过输入来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出而补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于利用所述内部状态误差补偿装置补偿的所述内部状态误差而将所述弹性体驱动器的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式11，提供一种弹性体驱动器的控制方法，其中，

利用内部状态计测装置计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态，

利用输出计测装置计测所述弹性体驱动器的输出，

将所述弹性体驱动器输出的目标值和利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器输出的计测值输入输出误差补偿装置，利用所述输出误差补偿装置补偿输出误差，

根据所述弹性体驱动器输出的目标值，利用目标内部状态决定装置决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值，

将来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出输入内部状态误差补偿装置，利用所述内部状态误差补偿装置补偿内部状态误差，控制使所述弹性体驱动器的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

根据本发明的方式12，提供一种弹性体驱动器的控制方法，其中，

利用内部状态计测装置计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态，

利用输出计测装置计测所述弹性体驱动器的输出，

将所述弹性体驱动器输出的目标值和利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器输出的计测值输入输出误差补偿装置，利用所述输出误差补偿装置补偿输出误差，

根据所述弹性体驱动器的输出的目标值及所述弹性体驱动器的内部状态的计测值，利用目标内部状态决定装置决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值，

将来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出输入内部状态误差补偿装置，利用所述内部状态误差补偿装置补偿内部状态误差，控制使所述弹性体驱动器的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

根据本发明的控制装置，通过配设内部状态误差补偿装置，构成将因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态反馈的控制系统，并且配设目标内部状态决定装置，构成将目标内部状态前馈的控制系统，而可以实现响应性良好、稳态偏差少、高速·高精度的控制。

另外，根据本发明的控制方法，通过利用内部状态误差补偿装置来进行将内部状态反馈的控制，并且利用目标内部状态决定装置来进行将目标内部状态前馈的控制，就能够实现响应性良好、稳态偏差少、高速·高精度的控制。

根据本发明的方式13，提供一种弹性体驱动器的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而输出所述输出的计测值的输出计测装置、

输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值，并且将输出误差补偿信息输出以补偿输出误差的输出误差补偿装置、

被输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息的输出及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出，并且将驱动力误差补偿信息输出以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置、

被输入来自所述驱动力误差补偿装置的所述驱动力误差补偿信息的输出、来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出并且将内部状态误差补偿信息输出以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息而将由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式14，提供一种弹性体驱动器的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而输出所述输出的计测值的输出计测装置、

被输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值并且将输出误差补偿信息输出以补偿输出误差的输出误差补偿装置、

被输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息的输出及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出并且将驱动力误差补偿信息输出以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置、

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而输出所述内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

被输入来自所述驱动力误差补偿装置的所述驱动力误差补偿信息的输出、来自所述目标内部状态决定装置的所述内部状态的目标值的输出及来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出，并且将内部状态误差补偿信息输出以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息而将由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式15，提供一种弹性体驱动器的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而输出所述输出的计测值的输出计测装置、

被输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值并且将输出误差补偿信息输出以补偿输出误差的输出误差补偿装置、

被输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出并且将驱动力误差补偿信息输出以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置、

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而输出所述内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

被输入来自所述目标内部状态决定装置的所述内部状态的目标值的输出及来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出并且将内部状态误差补偿信息输出以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息及由所述驱动力误差补偿装置补偿的所述驱动力误差补偿信息而将由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式17，提供一种弹性体驱动器的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而得到所述内部状态的计测值，

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而得到所述驱动力的计测值，

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而得到所述输出的计测值，

根据所述弹性体驱动器的所述输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器的所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

根据所述输出误差补偿信息的输出及所述驱动力的计测值的输出，得到驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差，

根据所述驱动力误差补偿信息的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

基于由所述内部状态误差补偿信息而控制使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

根据本发明的方式18，提供一种弹性体驱动器的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而得到所述内部状态的计测值，

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而得到所述驱动力的计测值，

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而得到所述输出的计测值，

根据由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

根据所述输出误差补偿信息的输出及所述驱动力的计测值的输出，得到驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差，

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而得到所述内部状态的目标值，

根据所述驱动力误差补偿信息的输出、所述内部状态的目标值的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

基于所述内部状态误差补偿信息而控制使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

根据本发明的方式19，提供一种弹性体驱动器的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而得到所述内部状态的计测值，

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而得到所述驱动力的计测值，

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而得到所述输出的计测值，

根据由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

根据所述输出误差补偿信息的输出及所述驱动力的计测值的输出，得到驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差，

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而得到所述内部状态的目标值，

根据所述内部状态的目标值的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

基于由所述内部状态误差补偿信息及所述驱动力误差补偿信息而控制使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

根据本发明的方式13的控制装置，通过配设驱动力误差补偿装置，构成将由所述弹性体驱动器产生的驱动力反馈的驱动力反馈控制系统，并且配设内部状态误差补偿装置，构成将因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态反馈的内部状态反馈控制系统，就能够实现响应性良好、动力学的影响少、高精度的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制。

另外，根据本发明的方式14的控制装置，通过配设驱动力误差补偿装置，构成将由所述弹性体驱动器产生的驱动力反馈的驱动力反馈控制系统，并且配设内部状态误差补偿装置，构成将因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态反馈的内部状态反馈控制系统，并且配设目标内部状态决定装置，将目标内部状态前馈，就能够实现响应性良好、动力学的影响少而且稳态偏差也小的高精度的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制。

另外，根据本发明的方式15的控制装置，通过配设驱动力误差补偿装置，构成将由所述弹性体驱动器产生的驱动力反馈的驱动力反馈控制系统，并且配设内部状态误差补偿装置，构成将因对所述弹性体驱动器的内部状态反馈的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态反馈控制系统，并且配设目标内部状态决定装置，将目标内部状态前馈，这样就能够实现响应性良好、动力学的影响少而且稳态偏差也小的高精度的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制。

另外，根据本发明的方式17的控制方法，为了能够进行驱动力误差补偿动作，而构成将由所述弹性体驱动器产生的驱动力反馈的驱动力反馈控制系统，并且为了能够进行内部状态误差补偿动作，而构成将因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态反馈的内部状态反馈控制系统，这样就能够实现响应性良好、动力学的影响少、高精度的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制。

另外，根据本发明的方式18的控制方法，为了能够进行驱动力误差补偿动作，而构成将由所述弹性体驱动器产生的驱动力反馈的驱动力反馈控制系统，并且为了能够进行内部状态误差补偿动作，而在所述驱动力反馈控制系统的内部构成将因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态反馈的内部状态反馈控制系统，并且，为了能够进行目标内部状态决定动作，而将目标内部状态前馈，这样就能够实现响应性良好、动力学的影响少而且稳态偏差也小的高精度的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制。

另外，根据本发明的方式19的控制方法，为了能够进行驱动力误差补偿动作，而构成将由所述弹性体驱动器产生的驱动力反馈的驱动力反馈控制系统，并且为了能够进行内部状态误差补偿动作，而与所述驱动力反馈控制系统独立地构成将因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态反馈的内部状态反馈控制系统，并且，为了能够进行目标内部状态决定动作，而将目标内部状态前馈，这样就能够实现响应性良好、动力学的影响少而且稳态偏差也小的高精度的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制。

附图说明

本发明的这些及其他的目的与特征将由与针对附图的优选实施方式有关的如下的记述来阐明。在该附图中，

图1是表示本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的概念的方框图。

图2是表示作为本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的控制对象的机械臂的构造的图。

图3是表示驱动作为本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的控制对象的机械臂的弹性膨胀收缩构造体的构造及动作的图。

图4是表示用于将作为本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的控制对象的机械臂利用作为压缩性流体的空气驱动的空气压力供给系统的动作的图。

图5是表示用于将作为本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的控制对象的机械臂利用作为压缩性流体的空气驱动的空气压力供给系统的构成的图。

图6是表示本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的构造的图。

图7是表示利用本发明的实施方式1的弹性体驱动器的弹性膨胀收缩构造体的对抗驱动的关节角度与内部压力差的关系的图。

图8是本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的控制程序的实际的动作步骤的流程图。

图9A是表示利用本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置得到的控制结果的图。

图9B是表示利用本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置得到的控制结果的图。

图10是表示本发明的实施方式2的弹性体驱动器的控制装置的构造的图。

图11是表示本发明的实施方式3的弹性体驱动器的控制装置的构造的图。

图12是表示以往的仅进行位置控制的控制装置的构造的图。

图13是表示以往的仅根据输出的目标值决定内部状态的目标值的控制装置的构造的图。

图14是将本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的构造变形表示的图。

图15是表示本发明的实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的概念的方框图。

图16是表示作为本发明的实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的控制对象的机械臂的构造的图。

图17是表示本发明的实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的构造的图。

图18是本发明的实施方式4的弹性体驱动器型可动机构的控制装置的控制程序的实际的动作步骤的流程图。

图19是表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的概念的方框图。

图20是表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的构造的图。

图21是表示利用本发明的实施方式5的弹性体驱动器的弹性膨胀收缩构造体的对抗驱动的关节角度与内部压力差的关系的图。

图22是表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的其他的构造的图。

图23是表示本发明的实施方式6的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的概念的方框图。

图24是表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的构造的图。

图25是表示验证了本发明的实施方式5及6的控制装置的性能的实验结果的图。

图26是表示图19的实施方式5的控制装置的更为具体的构成的方框图。

图27是表示图23的实施方式6的控制装置的更为具体的构成的方框图。

图28是表示图25中以虚线表示的结果中的仅为单纯的位置控制的构成的方框图。

图29是表示本发明的实施方式7的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的构造的图。

图30是表示作为本发明的实施方式7的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的控制对象的机械臂的构造的图。

图31是表示本发明的实施方式8的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的构造的图。

图32A是表示了本发明的实施方式8的导电性高分子驱动器的概略情况的剖面图。

图32B是表示了本发明的实施方式8的导电性高分子驱动器的概略情况的剖面图。

图32C是表示了本发明的实施方式8的导电性高分子驱动器的概略情况的剖面图。

图33是表示了本发明的实施方式8的导电性高分子驱动器的概略前馈的外形图。

图34是表示用于驱动作为本发明的实施方式8的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的控制对象的机械臂的电源系统的构成的图。

具体实施方式

在继续本发明的记述之前，在附图中对于相同部件使用相同的参照符号。

在说明本发明的实施方式之前，首先对于本发明的各种方式进行说明。

根据本发明的方式1，提供一种弹性体驱动器的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态的内部状态计测装置、

计测所述弹性体驱动器的输出的输出计测装置、

通过输入所述弹性体驱动器的输出的目标值与利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器的输出的计测值而补偿输出误差的输出误差补偿装置、

根据所述弹性体驱动器的输出的目标值及所述弹性体驱动器的输出的计测值来决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

通过输入来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出而补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于利用所述内部状态误差补偿装置补偿的所述内部状态误差而将所述弹性体驱动器的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式2，提供一种弹性体驱动器的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态的内部状态计测装置、

计测所述弹性体驱动器的输出的输出计测装置、

通过输入所述弹性体驱动器的输出的目标值与利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器的输出的计测值而补偿输出误差的输出误差补偿装置、

根据所述弹性体驱动器的输出的目标值及利用所述内部状态计测装置计测的所述弹性体驱动器的内部状态的计测值来决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

通过输入来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出而补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于利用所述内部状态误差补偿装置补偿的所述内部状态误差而将所述弹性体驱动器的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式3，提供如下的方式1或2中所述的弹性体驱动器的控制装置，即，

所述目标内部状态决定装置将弹性体驱动器的输出和弹性体驱动器的内部状态的关系用多项式近似，利用所述多项式根据所述弹性体驱动器的输出的目标值计算所述弹性体驱动器的内部状态的目标值。

根据本发明的方式4，提供如下的方式1或2中所述的弹性体驱动器的控制装置，即，

所述目标内部状态决定装置将所述弹性体驱动器的输出和所述弹性体驱动器的内部状态的关系作为表格储存于存储器中，利用所述表格根据所述弹性体驱动器的输出的目标值决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值。

根据本发明的方式5，提供如下的方式1～4中任意一项所述的弹性体驱动器的控制装置，即，所述弹性体驱动器是由流体压力驱动的流体压力驱动器。

根据本发明的方式6，提供如下的方式5中所述的弹性体驱动器的控制装置，即，所述流体压力驱动器是具有空心弹性体、进行所述空心弹性体的气密性密封的1组密封构件、能够相对于所述空心弹性体的空心内部实现流体的注入或注出的流体通过构件的弹性膨胀收缩构造体。

根据本发明的方式7，提供如下的方式5中所述的弹性体驱动器的控制装置，即，所述弹性体驱动器的内部状态为流体压力，计测所述弹性体驱动器的所述内部状态的所述内部状态计测装置为压力计测装置。

根据本发明的方式8，提供如下的方式1或2中所述的弹性体驱动器的控制装置，即，所述弹性体驱动器的输出为位移，计测所述弹性体驱动器的输出的所述输出计测装置为位移计测装置。

根据本发明的方式9，提供如下的方式1或2中所述的弹性体驱动器的控制装置，即，所述弹性体驱动器的输出为位移速度，计测所述弹性体驱动器的输出的所述输出计测装置为位移速度计测装置。

根据本发明的方式10，提供如下的方式1或2中所述的弹性体驱动器的控制装置，即，所述弹性体驱动器的输出为力，计测所述弹性体驱动器的输出的所述输出计测装置为力计测装置。

根据本发明的方式11，提供一种弹性体驱动器的控制方法，

利用内部状态计测装置计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态，

利用输出计测装置计测所述弹性体驱动器的输出，

将所述弹性体驱动器的输出的目标值和利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器的输出的计测值输入输出误差补偿装置，利用所述输出误差补偿装置补偿输出误差，

根据所述弹性体驱动器的输出的目标值，利用目标内部状态决定装置决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值，

将来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出输入内部状态误差补偿装置，利用所述内部状态误差补偿装置补偿内部状态误差，控制使所述弹性体驱动器的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式12，提供一种弹性体驱动器的控制方法，其中，

利用内部状态计测装置计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态，

利用输出计测装置计测所述弹性体驱动器的输出，

将所述弹性体驱动器的输出的目标值和利用所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器的输出的计测值输入输出误差补偿装置，利用所述输出误差补偿装置补偿输出误差，

根据所述弹性体驱动器的输出的目标值及所述弹性体驱动器的内部状态的计测值，利用目标内部状态决定装置决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值，

将来自所述输出误差补偿装置的输出、来自所述目标内部状态决定装置的输出及来自所述内部状态计测装置的输出输入内部状态误差补偿装置，利用所述内部状态误差补偿装置补偿内部状态误差，控制使所述弹性体驱动器的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式13，提供一种弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而输出所述输出的计测值的输出计测装置、

被输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值并且将输出误差补偿信息输出的输出误差补偿装置以补偿输出误差、

被输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息的输出及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出并且将驱动力误差补偿信息输出以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置、

被输入来自所述驱动力误差补偿装置的所述驱动力误差补偿信息的输出、来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出并且将内部状态误差补偿信息输出以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息而将由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式14，提供一种弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而输出所述输出的计测值的输出计测装置、

被输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值并且将输出误差补偿信息输出以补偿输出误差的输出误差补偿装置、

被输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息的输出及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出并且将驱动力误差补偿信息输出以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置、

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而输出所述内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

被输入来自所述驱动力误差补偿装置的所述驱动力误差补偿信息的输出、来自所述目标内部状态决定装置的所述内部状态的目标值的输出及来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出并且将内部状态误差补偿信息输出以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息而将由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式15，提供一种弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而输出所述输出的计测值的输出计测装置、

被输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值并且将输出误差补偿信息输出以补偿输出误差的输出误差补偿装置、

被输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出并且将驱动力误差补偿信息输出以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置、

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而输出所述内部状态的目标值的目标内部状态决定装置、

被输入来自所述目标内部状态决定装置的所述内部状态的目标值的输出及来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出并且将内部状态误差补偿信息输出以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置，

按照如下方式进行控制，即，基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息及由所述驱动力误差补偿装置补偿的所述驱动力误差补偿信息而将由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式16，提供如下的方式2或3中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述目标内部状态决定装置被输入所述输出的目标值，并且决定所述内部状态的目标值。

根据本发明的其他的方式，提供如下的方式2或3中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述目标内部状态决定装置将所述弹性体驱动器的所述输出和所述弹性体驱动器的所述内部状态的关系用多项式来近似，利用所述多项式根据所述弹性体的所述输出的目标值来计算决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值。

根据本发明的其他的方式，提供如下的方式2或3中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述目标内部状态决定装置还具备将所述弹性体驱动器的所述输出和所述弹性体驱动器的所述内部状态的关系作为表格储存的存储器，利用所述表格根据所述弹性体驱动器的所述输出的目标值来决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值。

根据本发明的其他的方式，提供如下的方式1～所述其他的方式中任意一项所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述弹性体驱动器为由流体压力驱动的流体压力驱动器。

根据本发明的其他的方式，提供如下的所述其他的方式中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述流体压力驱动器是具有空心弹性体、进行所述空心弹性体的气密性密封的1组密封构件、能够相对于所述空心弹性体的空心内部实现流体的注入或注出的流体通过构件的弹性膨胀收缩构造体。

根据本发明的其他的方式，提供如下的所述其他的方式中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述弹性体驱动器的所述内部状态为流体压力，所述内部状态计测装置为计测所述弹性体驱动器的所述流体压力的压力计测装置。

根据本发明的其他的方式，提供如下的方式1或2或3中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述弹性体驱动器的所述输出为所述弹性体驱动器的位移，所述输出计测装置为计测所述弹性体驱动器的所述位移的位移计测装置。

根据本发明的其他的方式，提供如下的方式1或2或3中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述弹性体驱动器的所述输出为所述弹性体驱动器的位移速度，所述输出计测装置为计测所述弹性体驱动器的所述位移速度的位移速度计测装置。

根据本发明的其他的方式，提供如下的方式1或2或3中所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，即，所述弹性体驱动器的所述输出为所述弹性体驱动器的力，所述输出计测装置为计测所述弹性体驱动器的力的力计测装置。

根据本发明的方式17，提供一种弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而得到所述内部状态的计测值，

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而得到所述驱动力的计测值，

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而得到所述输出的计测值，

根据所述弹性体驱动器的所述输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述弹性体驱动器的所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

根据所述输出误差补偿信息的输出及所述驱动力的计测值的输出，得到驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差，

根据所述驱动力误差补偿信息的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

基于由所述内部状态误差补偿信息而控制使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式18，提供一种弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而得到所述内部状态的计测值，

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而得到所述驱动力的计测值，

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而得到所述输出的计测值，

根据由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

根据所述输出误差补偿信息的输出及所述驱动力的计测值的输出，得到驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差，

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而得到所述内部状态的目标值，

根据所述驱动力误差补偿信息的输出、所述内部状态的目标值的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

基于所述内部状态误差补偿信息而控制使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

根据本发明的方式19，提供一种弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而得到所述内部状态的计测值，

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而得到所述驱动力的计测值，

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而得到所述输出的计测值，

根据由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

根据所述输出误差补偿信息的输出及所述驱动力的计测值的输出，得到驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差，

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而得到所述内部状态的目标值，

根据所述内部状态的目标值的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

基于由所述内部状态误差补偿信息及所述驱动力误差补偿信息而控制使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值作为所述输出的目标值。

以下，将基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的概念的方框图。图1中，101为目标输出生成装置，生成作为由流体压力驱动的流体压力驱动器的弹性体驱动器102的输出的目标值。104为与弹性体驱动器102连接的输出计测装置，计测弹性体驱动器102的输出的计测值，将计测值分别输入目标内部状态决定装置105和输出误差补偿装置103。103是被输入来自目标输出生成装置101的目标值的输出误差补偿装置，按照使由输出计测装置104计测的弹性体驱动器102的输出的计测值追随目标值的方式进行控制。105是目标输出生成装置101的输出信息所输入的目标内部状态决定装置，根据所述输出的目标值及所述输出的计测值，决定作为弹性体驱动器102的内部状态(例如压力状态、电荷状态、电位状态等)的目标值的内部状态目标值。该内部状态是应当因所述弹性体驱动器102的驱动而变化的，而不是指不因所述弹性体驱动器102的驱动而变化的机构性的构造状态。106是被输入来自输出误差补偿装置103的输出信息、来自目标内部状态决定装置105的内部状态目标值和来自内部状态计测装置107的内部状态计测值的内部状态误差补偿装置，按照将来自内部状态误差补偿装置106的输出信息输入弹性体驱动器102而使弹性体驱动器102的内部状态计测值追随目标值的方式进行控制。107是与各弹性体驱动器102连接的内部状态计测装置，测定作为各弹性膨胀收缩构造体1的内部压力的内部状态计测值，将内部状态计测值输入内部状态误差补偿装置106。

下面，对于实施方式1的弹性体驱动器102的控制装置的具体的例子，将以机械臂10作为控制对象举例而进行说明。

图2是表示成为本发明的实施方式1的弹性体驱动器102的控制装置的控制对象的机械臂10的构成的图。图2中，1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b(它们是针对各个弹性膨胀收缩构造体的参照符号，在代表性地指弹性膨胀收缩构造体时用参照符号1表示。)为弹性膨胀收缩构造体。弹性膨胀收缩构造体1如图3所示，在用橡胶材料构成而作为驱动部发挥作用的管状的空心弹性体2的外表面配设有变形方向限制构件3，其在材料上用难以伸长的树脂或金属的纤维丝以网状编成，被按照将由管状弹性体2的膨胀造成的半径方向的变形转换为轴向的长度的收缩，另一方面，将由管状弹性体2的收缩造成的半径方向的变形转换为轴向的长度的膨胀的方式构成，成为将管状弹性体2的两个端部用密封构件4分别气密性地密封的构造。当穿过在内部具有压缩性流体所通过的流体的流路，相对于所述弹性体2的空心内部可以实现流体的注入或注出的管状的流体通过构件5，将空气等压缩性流体向弹性膨胀收缩构造体1供给，利用所供给的压缩性流体向管状弹性体2的内部空间提供内压时，则管状弹性体2就会主要沿半径方向膨胀，而由于被利用变形方向限制构件3的作用，转换为管状弹性体2的中心轴向的运动，全长收缩，因此此种构造的所述弹性膨胀收缩构造体1就可以作为直动驱动的弹性体驱动器102利用。

图2的机械臂10中，将1组弹性膨胀收缩构造体1、1按照以关节轴为支点而相面对的方式配设，形成如下的对抗型驱动构造，即，当1组弹性膨胀收缩构造体1、1当中的任意一方的弹性膨胀收缩构造体1收缩并且另一方的弹性膨胀收缩构造体1伸长时，则力借助支点而发生作用，使关节轴旋转，这样就可以实现利用关节轴的正逆旋转运动。具体来说，形成如下的构造，即，利用弹性膨胀收缩构造体1-1a和弹性膨胀收缩构造体1-1b(由于弹性膨胀收缩构造体1-1b位于弹性膨胀收缩构造体1-1a的背后，因此未图示。)的对抗驱动，将第1关节轴6-1正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-2a和弹性膨胀收缩构造体1-2b的对抗驱动，将第2关节轴6-2正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-3a和弹性膨胀收缩构造体1-3b的对抗驱动，将第3关节轴6-3正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-4a和弹性膨胀收缩构造体1-4b的对抗驱动，将第4关节轴6-4正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-5a和弹性膨胀收缩构造体1-5b的对抗驱动，将第5关节轴6-5正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-6a和弹性膨胀收缩构造体1-6b的对抗驱动，将第6关节轴6-6正逆旋转驱动。

图2的9-1a、9-1b、9-2a、9-2b、9-3a、9-3b、9-4a、9-4b、9-5a、9-5b、9-6a、9-6b是作为弹性膨胀收缩构造体1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的各自的内部状态计测装置的一个例子的压力传感器，被配设于各个流体通过构件5(流体注入出口)上，计测各个弹性膨胀收缩构造体内的压力。

具体来说，所述机械臂10是6自由度的机械臂，由相对于固定壁301沿着上下方向轴在沿横向的平面内正逆旋转的第1关节轴6-1、在沿着上下方向的平面内正逆旋转的第2关节轴6-2、在第2臂308和第1臂311之间在沿着上下方向的平面内相互地进行正逆旋转的第3关节轴6-3、在第2臂308和第1臂311之间在与第3关节轴6-3正交的轴向进行正逆旋转的第4关节轴6-4、在第1臂311和手313之间在沿着上下方向的平面内相互地进行正逆旋转的第5关节轴6-5、在第1臂311和手313之间在与第5关节轴6-5正交的轴向进行正逆旋转的第6关节轴6-6构成。

第1关节轴6-1中，在上下端部被轴承304和305自由旋转地并且沿着上下方向支撑的旋转轴303的两侧自由旋转地连结有圆形支撑体302、302，并且弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b(其中，弹性膨胀收缩构造体1-1b由于被配设于弹性膨胀收缩构造体1-1a的背后，因此未图示。)的各一个端部被与固定壁301连结，并且各自的另一个端部被与所述各圆形支撑体302的支撑轴314连结。这样，利用弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b的对抗驱动，就可以绕着第1关节轴6-1的旋转轴303的上下轴Z在沿着横向的平面内使机械臂的第1臂311和第2臂308的手313一体化地正逆旋转运动。而且，上侧的轴承305被用支撑棒306支撑于固定壁301上。

第2关节轴6-2中，在固定于旋转轴303的两侧的2个圆形支撑体302、302和被与旋转轴303的长边方向正交地固定于旋转轴303的固定壁301侧的支撑体307、307之间，弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b被连结，利用弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b的对抗驱动，绕着第2关节轴6-2的支撑轴314的横轴在沿着上下方向的面内，使机械臂10的第1臂311和第2臂308和手313一体化地正逆旋转。

第3关节轴6-3中，在一端被固定于2个圆形支撑体302、302上的第2臂用连杆308的圆形支撑体302侧，与第2臂用连杆308的长边方向正交地固定有支撑体309、309，并且在第2臂用连杆308的头端侧，可以旋转地连结有被与第1臂用连杆311的长边方向正交地固定于第1臂用连杆311的一端的支撑体310。在第2臂用连杆308的支撑体309、309和固定于第1臂用连杆311的一端的支撑体310之间，连结有弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b，利用弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b的对抗驱动，绕着第3关节轴6-3的支撑轴315的横轴，在沿着上下方向的面内，使机械臂10的第1臂311和第2臂308相对地正逆旋转。

第4关节轴6-4中，在一端被固定于2个圆形支撑体302、302上的第2臂用连杆308的圆形支撑体302侧，并且分别与支撑体309、309和第2臂用连杆308的长边方向正交地固定有支撑体325、325，在该支撑体325、325和固定于第1臂用连杆311的一端的支撑体310之间，连结有弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b，利用弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b的对抗驱动，绕着与第3关节轴6-3正交的第4关节轴6-4，使机械臂10的第1臂311和第2臂308相对地正逆旋转。

第5关节轴6-5中，在第1臂311的支撑体310、固定于手313的一端并且被可以旋转地与第1臂311连结的支撑体312之间，连结有弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b，利用弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b的对抗驱动，绕着第5关节轴6-5的支撑轴326的横轴，在沿着上下方向的面内，使手313相对于第1臂311正逆旋转。

第6关节轴6-6中，在第1臂311的支撑体310、固定于手313的一端并且被可以旋转地与第1臂311连结的支撑体312之间，与弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b相差90度的相位地连接有弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b，利用弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b的对抗驱动，绕着与第5关节轴6-5正交的第6关节轴6-6，使手313相对于第1臂311正逆旋转。

在弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b、弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b、弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b、弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b、弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b、弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b的各自上，如后述所示，连接有流量比例电磁阀18，全部的流量比例电磁阀18被与控制计算机19连接，利用控制计算机19的控制，经过流量比例电磁阀18，控制弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b、弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b、弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b、弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b、弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b、弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b的各自的收缩·伸长动作。另外，在各关节轴上配设有作为用作输出计测装置的一个例子的位移计测装置的一个例子的编码器8，利用编码器8可以测定关节轴的关节角度，在各弹性膨胀收缩构造体1上，配设有作为用作内部状态计测装置107的一个例子的压力计测装置的一个例子的压力传感器9，利用压力传感器9可以测定各弹性膨胀收缩构造体1的内部压力。如果采用如上所述的构造，则可以形成多自由度，实现物体的把持·搬运等作为机械臂10的基本的功能。

图4是表示用于驱动作为本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的控制对象的机械臂10的空气压力供给系统的构成的图。图4中，仅记录了将机械臂10的第3关节轴正逆旋转驱动的部分，将其他的部分省略。图4中，16例如为压缩机等空气压力源，17为由空气压力过滤器17a、空气压力减压阀17b及空气压力用润滑器17c构成一组的空气压力调整组件。18为例如通过用电磁铁的力驱动滑阀等来控制流量的5端口流量控制电磁阀。19是作为控制部分一个例子的例如由一般的个人计算机构成的控制计算机，搭载有D/A板20，通过向5端口流量控制电磁阀18输出电压指令值，就能够独立地控制流过各个流体通过构件5的各个空气的流量。另外，在控制计算机19上，搭载有预先储存机械臂10的动作程序等的存储器19a。

下面，对图4所示的空气压力供给系统的动作进行说明。利用空气压力源16生成的高压空气被空气压力调整组件17减压，例如被调整为600kPa这样的一定压力，向5端口流量控制电磁阀18供给。5端口流量控制电磁阀18的开度被与由控制计算机19经过D/A板20输出的电压指令值成比例地控制。在从控制计算机19向5端口流量控制电磁阀18输入了正的电压指令值的情况下，就变为用空气压力回路记号A表示的状态，从空气压力源16侧向弹性膨胀收缩构造体1-3a侧的流路开通，向弹性膨胀收缩构造体1-3a侧供给与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气。另外，弹性膨胀收缩构造体1-3b侧朝向大气压侧的流路开通，从弹性膨胀收缩构造体1-3b侧向大气中排出与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气流。所以，如图4所示，弹性膨胀收缩构造体1-3a的全长缩短，弹性膨胀收缩构造体1-3b的全长伸长，这样第3关节轴6-3就以与电压指令值的绝对值成比例的速度进行右转运动。另一方面，在从控制计算机19向5端口流量控制电磁阀18输入了负的电压指令值的情况下，变为以空气压力回路记号B表示的状态，弹性膨胀收缩构造体的动作相反(即，弹性膨胀收缩构造体1-3a的全长伸长，弹性膨胀收缩构造体1-3b的全长缩短)，这样第3关节轴6-3就进行左转运动。

即，从5端口流量控制电磁阀18向弹性膨胀收缩构造体1侧供给的空气流利用流体通过构件5通过密封构件4，到达管状弹性体2的内部，产生管状弹性体2的内压。虽然管状弹性体2因产生的内压而膨胀，然而受到变形方向限制构件3的编织为网状的纤维丝的束缚作用(限制作用)，由膨胀造成的半径方向的变形被限制而转换为轴向的长度的收缩，如图3的下侧所示，弹性膨胀收缩构造体1的全长变短。另一方面，如果从5端口流量控制电磁阀18向大气中排出空气，减小管状弹性体2的内压，则因管状弹性体2的弹性力而复原，膨胀被消除，弹性膨胀收缩构造体1的全长如图3的上侧所示地伸长。其结果是，图3中，当考虑在右端被固定时，则因所述伸缩，在管状弹性体2的左端就会有距离d的差。所以，通过对空气压力进行供给控制，则实施方式1的弹性膨胀收缩构造体1就可以作为直动位移的驱动器发挥作用。伸长·缩短量由于大致上与弹性膨胀收缩构造体1的内压成比例，因此如果如图4所示，利用控制计算机19控制5端口流量控制电磁阀18，来控制向弹性膨胀收缩构造体1供给的空气流量，就可以控制弹性膨胀收缩构造体1的全长。

图2所示的机械臂10中，为了实现利用弹性膨胀收缩构造体1-1a和1-1b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-2a和1-2b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-3a和1-3b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-4a和1-4b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-5a和1-5b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-6a和1-6b的对抗驱动，如图5所示，在对抗的弹性膨胀收缩构造体1上分别配设5端口流量控制电磁阀18而构成相同的空气压力供给系统，利用从控制计算机19经由D/A板20而向各个5端口流量控制电磁阀18输出的电压指令值，就可以同时对机械臂10的全部的关节轴进行正逆旋转驱动。

图6是表示本发明的实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的构成的图。其中，图6中，10是作为弹性体驱动器的控制装置的控制对象的图2所示的机械臂。从机械臂10输出利用各个关节轴的编码器8计测的关节角度的当前值(关节角度向量)q＝[q₁，q₂，q₃，q₄，q₅，q₆]^T、利用各个弹性膨胀收缩构造体1的压力传感器9计测的弹性膨胀收缩构造体1的内压P＝[P_1a，P_1b，P_2a，P_2b，P_3a，P_3b，P_4a，P_4b，P_5a，P_5b，P_6a，P_6b]^T。其中，q₁，q₂，q₃，q₄，q₅，q₆分别是第1关节轴6-1、第2关节轴6-2、第3关节轴6-3、第4关节轴6-4、第5关节轴6-5、第6关节轴6-6的关节角度。另外，P_1a，P_1b，P_2a，P_2b，P_3a，P_3b，P_4a，P_4b，P_5a，P_5b，P_6a，P_6b分别是弹性膨胀收缩构造体1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的内压。

另外，13是输入由机械臂10输出的利用压力传感器9计测的弹性膨胀收缩构造体1的内压P，即计测值P的压力差计算装置，根据压力传感器9的计测值P，利用压力差计算装置13计算、输出压力差ΔP＝[ΔP₁，ΔP₂，ΔP₃，ΔP₄，ΔP₅，ΔP₆]^T＝[P_1a-P_1b，P_2a-P_2b，P_3a-P_3b，P_4a-P_4b，P_5a-P_5b，P_6a-P_6b]^T。

21是被输入作为从机械臂10输出的利用各个关节轴的编码器8计测的关节角度的当前值q的关节角度向量q的正运动学计算装置，进行从机械臂10的关节角度向量q到手指尖位置姿势向量r的转换的几何学计算。

23a、23b分别是近似逆运动学计算装置，利用近似式u_out＝J_r(q)^-1u_in，进行逆运动学的近似计算。其中，J_r(q)为雅可比行列式，u_in为向近似逆运动学计算装置23a、23b的输入，u_out为来自近似逆运动学计算装置23a、23b的输出，如果将输入u_in设为关节角度误差q_e，则会如q_e＝J_r(q)^-1r_e所示，变为从手指尖位置·姿势误差r_e到关节角度误差q_e的转换式。根据该近似逆运动学计算装置23a、23b，即使是6自由度以上的多自由度的机械臂等难以实现逆运动学计算的构造，也可以容易地进行逆运动学计算。

在近似逆运动学计算装置23a中，被输入在机械臂10中被计测的关节角度向量的当前值q和由目标轨道生成装置11输出的手指尖位置·姿势目标向量r_d的误差r_e，输出关节角度向量的误差q_e。

在近似逆运动学计算装置23b中，被输入在机械臂10中被计测的关节角度向量的当前值q和来自位置误差补偿装置12的位置误差修正输出ΔP_re，输出关节误差修正输出ΔP_qe。

11为目标轨道生成装置，输出用于实现作为目标的机械臂10的动作的手指尖位置·姿势目标向量r_d。

12为作为输出误差补偿装置103的一个例子的位置误差补偿装置，被输入根据在机械臂10中被计测的关节角度向量的当前值q利用正运动学计算装置21计算的手指尖位置·姿势向量r与由目标轨道生成装置11输出的手指尖位置·姿势目标向量r_d的误差r_e，向近似逆运动学计算装置23b输出位置误差修正输出ΔP_re。

目标内部状态决定装置105作为一个例子，由目标压力差计算装置14和近似逆运动学计算装置23a构成。向目标压力差计算装置14中，作为基于在机械臂10中被计测的关节角度向量的当前值q和关节角度向量的误差q_e的目标关节角度向量q_d，输入q_d＝q+J_r(q)^-1r_e，根据目标关节角度向量q_d，算出目标压力差(压力差的目标值)ΔP_d＝[ΔP_1d，ΔP_2d，ΔP_3d，ΔP_4d，ΔP_5d，ΔP_6d]^T，向压力差误差补偿装置15输出。其中，ΔP_1d，ΔP_2d，ΔP_3d，ΔP_4d，ΔP_5d，ΔP_6d分别是弹性膨胀收缩构造体1-1a和1-1b的、弹性膨胀收缩构造体1-2a和1-2b的、弹性膨胀收缩构造体1-3a和1-3b的、弹性膨胀收缩构造体1-4a和1-4b的、弹性膨胀收缩构造体1-5a和1-5b的、弹性膨胀收缩构造体1-6a和1-6b的压力差的目标值。

15是作为内部状态误差补正装置106的一个例子的压力差误差补偿装置，被输入将由目标压力差计算装置14输出的目标压力差ΔP_d和由位置误差补偿装置12输出并利用近似逆运动学计算装置转换了的关节误差修正输出ΔP_qe相加，再减去了来自压力差计算装置13的当前的压力差ΔP的值，将压力差修正输出u向机械臂10输出。压力差修正输出u被经过D/A板20而作为电压指令值向5端口流量控制电磁阀18提供，各关节轴6被正逆旋转驱动，使得机械臂10动作。

对关于如上所述地构成的控制装置的动作的原理进行说明。

动作的基本内容为利用位置误差补偿装置12进行的手指尖位置·姿势误差r_e的反馈控制(位置控制)。作为位置误差补偿装置12，例如如果使用PID补偿器，则会按照使手指尖位置·姿势误差r_e收敛为0的方式进行控制，实现作为目标的机械臂10的动作。

但是，当被弹性体驱动器，例如利用图2所示的空气等流体动作的驱动器驱动时，因弹性体驱动器的弹性的要素，即流体的压缩性或流路阻力等的影响，响应性差，仅利用位置控制无法精度优良地进行控制。

用于应对该问题的手段是利用压力差误差补偿装置15的压力差ΔP的反馈控制。由于压力差误差补偿装置15中被输入关节误差修正输出ΔP，因此当产生手指尖位置·姿势误差r_e时，压力差误差补偿装置15动作，按照使手指尖位置·姿势误差r_e收敛于0的方式进行压力差的控制。由于在图3所示的弹性膨胀收缩构造体1中产生内部压力的变化后开始产生位移，因此在时间上，与位置的变化(位移)相比，压力变化的一方被更早地观测到。所以，如图6所示的控制系统所示，通过在进行位置控制的位置反馈循环的内侧构成进行压力差的控制的内部压力反馈循环，就可以补偿响应性的不足，实现位置控制性能的提高。

但是，仅设置压力差误差补偿装置15，虽然响应性被改善，但是还会产生位置的稳态偏差，残留有无法提高定位精度的问题。这是由如下的因素引起的，即，未将在实现目标关节角度向量q_d中所必需的压力差作为目标值输入压力差误差补偿装置15。

用于应对该问题的手段是目标压力差计算装置14。当进行利用图3所示的1组弹性膨胀收缩构造体1、1的对抗驱动实现的关节轴的正逆旋转驱动时，关节角度和1组弹性膨胀收缩构造体1的内部压力差的关系例如如图7所示。图7是使用了全长250mm、内径10mm的弹性膨胀收缩构造体(MCKIBBEN型空气压力人工肌肉)时的结果。如图7中所示，测定结果可以大致用直线来近似。所以，作为计算目标压力差ΔP_d的式子，可以使用表示直线的1次式

(式1)

ΔP_d＝Aq_d+b……(式1)

其中，A、b为系数，可以根据图7的测定结果求得。所以，在目标压力差计算装置14中，通过利用式(1)根据目标关节角度向量q_d计算目标压力差ΔP_d，输入压力差误差补偿装置15，就可以实现稳态偏差小的高精度的位置控制。

作为以目标内部状态决定装置105作为构成要素的控制系统，可以考虑图13那样的构成，该构成中只能与仅可以根据输出的目标值决定内部状态的目标值的弹性体驱动器对应。与之相反，实施方式1中，由于不仅根据输出的目标值，还根据输出的当前值(测定值)或内部状态的当前值(测定值)来决定内部状态，因此可以实现与更多种类的弹性体驱动器的对应。

对于基于以上的原理的控制程序的实际的动作步骤，将基于图8的流程图进行说明。

步骤1中，由编码器8计测的关节角度数据(关节变量向量或关节角度向量q)被输入控制装置。

步骤2中，利用近似逆运动学计算装置进行在机械臂10的运动学计算中所必需的雅可比行列式Jr等的计算，步骤3中，根据来自机械臂10的关节角度数据(关节角度向量q)，利用正运动学计算装置21计算机械臂10的当前的手指尖位置·姿势向量r(利用正运动学计算装置21的处理)。

步骤4中，基于预先存储于控制装置的存储器19a中的机械臂10的动作程序，利用目标轨道计算装置11计算机械臂10的手指尖位置·姿势目标向量r_d。

步骤5中，计算作为手指尖位置·姿势目标向量r_d和当前的手指尖位置·姿势向量r的差的手指尖位置·姿势的误差r_e，步骤6中，根据手指尖位置·姿势的误差r_e，利用位置误差补偿装置12计算位置误差修正输出ΔP_re(利用位置误差补偿装置12的处理)。作为位置误差补偿装置12的具体例可以考虑PID补偿器。对于PID补偿器的情况，在步骤6中，在手指尖位置·姿势的误差r_e上乘以了比例增益的值、在手指尖位置·姿势的误差r_e的微分值上乘以了微分增益的值及在手指尖位置·姿势的误差r_e的积分值上乘以了积分增益的值这3个值的合计值成为位置误差修正输出ΔP_re。通过对作为常数的对角行列式的比例、微分、积分的3个增益进行适当地调整，就会按照使位置误差收敛于0的方式进行控制。

步骤7中，通过乘以步骤2中计算的雅可比行列式Jr的逆行列式，利用近似逆运动学计算装置23b将位置误差修正输出ΔP_re从有关手指尖位置·姿势的误差的值转换为作为有关关节角度的误差的值的关节误差修正输出ΔP_qe(利用近似逆运动学计算装置23b的处理)。

步骤8中，通过乘以雅可比行列式Jr的逆行列式，利用近似逆运动学计算装置23a将手指尖位置·姿势的误差r_e转换为关节角度向量的误差q_e(利用近似逆运动学计算装置23a的处理)。

步骤9中，利用目标压力差计算装置14，以将在步骤8中计算的关节角度向量的误差q_e和利用编码器8计测的当前的关节角度q加和的值作为目标关节角度向量q_d，算出目标压力差ΔP_d。

步骤10中，由作为内部状态计测装置107的一个例子的压力传感器9计测的驱动器的内部压力值被输入控制装置，利用压力差计算装置13计算被对抗驱动的驱动器的内部压力间的当前的压力差ΔP。

步骤11中，从将在步骤7中利用近似逆运动学计算装置23b计算的关节误差修正输出ΔP_qe与在步骤9中利用目标压力差计算装置14算出的目标压力差ΔP_d的加和值中，减去在步骤10中利用压力差计算装置13计算的当前的压力差ΔP，利用压力差误差补偿装置15计算压力差误差ΔP_e(利用压力差误差补偿装置15的处理)。另外，步骤11中，根据压力差误差ΔP_e，利用压力差误差补偿装置15计算压力差误差修正输出(利用压力差误差补偿装置15的处理)。作为压力差误差补偿装置15，例如可以考虑PID补偿器。

步骤12中，压力差误差修正输出被从压力差误差补偿装置15经过D/A板20，提供给各个流量控制阀18，各个流量控制阀18通过改变各个驱动器内的压力而产生机械臂10的各个关节轴的旋转运动。

通过将以上的步骤1～步骤12作为控制的计算循环反复执行，来实现机械臂10的动作的控制。

图9A及图9B表示了利用图12所示的仅进行位置控制的以往的控制装置及图11所示的实施方式1的控制装置使图2所示的机械臂10进行手指尖位置的轨道追随控制的情况的结果。图9A及图9B的结果表示了全都使用了自然长的长度为250mm、内径为10mm的弹性膨胀收缩构造体1的情况的6自由度机械臂的手指尖位置的目标值和测定结果。图9A是利用图12所示的以往的控制装置得到的控制结果。图12的控制装置中，并未进行压力差的反馈控制，仅进行位置控制。从图9A中可以发现，误差很大，追随性不佳。另一方面，图9B是利用图11所示的实施方式1的控制装置得到的控制结果。由于压力差误差补偿装置15及目标压力差计算装置14的效果，误差很小，追随性良好。

如上所示，根据所述实施方式1的控制装置，通过配设压力差误差补偿装置15，构成将所述弹性体驱动器102的内部状态反馈的内部压力控制系统，并且配设目标压力差计算装置14，构成将作为所述弹性体驱动器102的目标内部状态的一个例子的目标压力差前馈的控制系统，就能够实现响应性良好、稳态偏差小、高精度的机械臂10的控制。

另外，根据所述实施方式1的控制方法，通过利用压力差误差补偿装置15，进行将所述弹性体驱动器102的内部状态反馈的内部压力控制，并且利用目标压力差计算装置14，进行将作为所述弹性体驱动器102的目标内部状态的一个例子的目标压力差前馈的控制，就能够实现响应性良好、稳态偏差小、高精度的机械臂10的控制。

而且，图6的控制系统中虽然将向目标内部状态决定装置105的输入设为手指尖位置·姿势的误差，然而由于误差是目标值和计测值的差，如图14所示(像将根据在机械臂10中计测的关节角度向量的当前值q利用正运动学计算装置21计算的手指尖位置姿势向量r与由目标轨道生成装置11输出的手指尖位置·姿势目标向量r_d的误差r_e输入近似逆运动学计算装置23a那样)方框图可以变形，因此在输入目标值的情况下和在输入误差的情况下，没有本质上的不同。

(实施方式2)

图10是表示本发明的实施方式2的弹性体驱动器的控制装置的构成的图。图10中，201为重力补偿装置。形成如下的控制系统，即，从目标轨道生成装置11输出机械臂10的目标关节角度向量q_d，进行补偿与由编码器8计测的当前的关节角度向量q的差的关节角度的反馈控制。其他的构成与图6所示的实施方式1的控制装置相同，将说明省略。

向重力补偿装置201中输入由编码器9计测的当前的关节角度向量q，利用重力补偿装置201计算机械臂10的各连杆的姿势，利用重力补偿装置201计算因重力的影响而在各关节轴中产生的扭矩值。扭矩值被输入目标压力差决定装置14，补正计算目标压力差ΔP_d的式(1)的系数A、b。

根据图10所示的控制装置，通过在目标内部状态决定装置105中配设重力补偿装置201，就不会因为重力的影响使机械臂10向下方下垂，可以实现更高精度的控制。

(实施方式3)

图11是表示本发明的实施方式3的弹性体驱动器的控制装置的构成的图。图11中，202为温度补偿装置。在机械臂10上配设有作为内部状态计测装置107的一个例子温度传感器(未图示)，测定弹性体驱动器102的弹性体的温度T。其他的构成与图10所示的实施方式2的控制装置相同，将说明省略。

当弹性体驱动器102的弹性体的温度变化时，弹性体的弹性率变化，计算目标压力差ΔP_d的式(1)的系数A、b变化。为了补偿由该弹性体的温度变化造成的影响，温度T被输入温度补偿装置202，温度补偿装置202中，以在各种温度下利用实验导出的系数A、b为基础，将温度T和系数A、b的关系利用多项式近似，计算利用这些多项式补正了的系数A、b。被补正了的系数A、b被输入目标压力差决定装置14，基于式(1)，输出被修正了的目标压力差ΔP_d。

如上所示，根据图11所示的控制装置，通过将作为内部状态的温度T输入目标内部状态决定装置105，在目标内部状态决定装置105中配设温度补偿装置202，就能够除去由温度变化造成的影响，实现更高精度的控制。

而且，虽然在所述各实施方式中，在目标压力差计算装置14中将关节角度和压力差的关系用1次方程式近似，但是并不限定于此，当然也可以利用2次方程式等多元的多项式来近似。像这样，在将弹性体驱动器的输出和弹性体驱动器的内部状态的关系用多项式来近似的情况下，所述目标内部状态决定装置105利用所述多项式，根据所述弹性体驱动器的输出的目标值计算决定所述弹性体驱动器的内部状态的目标值。另外，也可以不是用多项式来近似，而是形成如下的构成，即，利用所述目标内部状态决定装置105，将所述弹性体驱动器的输出和所述弹性体驱动器的内部状态的关系(例如关节角度和压力差的关系)作为表格预先储存于控制装置的存储器19a(参照图4)中，基于表格，从所述弹性体驱动器的输出的目标值(例如关节角度的目标值)中导出所述弹性体驱动器的内部状态的目标值(例如压力差的目标值)。

另外，所述各实施方式中，虽然将输出设为关节角度，但是并不限定于此，在将输出计测装置设为作为位移速度计测装置的一个例子的位移速度传感器，将输出值设为位移速度而进行位移速度控制的情况下也相同。

另外，所述各实施方式中，虽然将输出设为关节角度，但是并不限定于此，在将输出计测装置设为作为力计测装置的一个例子的力传感器，将输出值设为力而进行力控制的情况下也相同。

另外，所述各实施方式中，虽然作为内部状态计测装置107的一个例子设置了传感器，但是在设置观测器，推定内部状态，使用内部状态的推定值的情况下也可以发挥相同的效果。

另外，所述各实施方式中，虽然作为弹性体驱动器，以由流体压力驱动的流体压力驱动器为例进行了说明，但是并不限定于此，即使对于利用电刺激来驱动导电性聚合物、电介体聚合物、各种凝胶等弹性体的驱动器的情况，通过采用电场或电荷量等作为内部状态，也可以发挥相同的效果。

以下，将基于附图对本发明的实施方式4以后的实施方式进行详细说明。

以下的实施方式4以后的实施方式是要进一步解决如下的问题的方式。

所述MCKIBBEN型的驱动器在输出重量比大、质轻的同时，还具有输出高的特征。所以，就可以在驱动机械臂等可动机构的情况下不使用减速机构，利用连杆机构等直接传动地驱动，不会有因借助减速机构而带来的关节刚性的硬度，还兼有驱动器的柔软性，可以实现柔性的可动机构。

但是在MCKIBBEN型的驱动器等利用空气等流体压力动作的流体压力驱动器中，因流体的压缩性造成的弹性的性质或流路阻力等影响，造成响应性差等弹性体驱动器难以控制的问题。

针对该问题，作为以往技术，在所述日本专利公报第2583272号公报中，公布有对于将伺服电机和流体压力驱动器组合驱动的机械臂，可以通过设置延迟电路而描绘所需的轨道的控制装置。

另外，当不使用减速机构，利用连杆机构等直接传动地驱动时，由于无法忽视作用于臂等的构造材料上的重力、惯性力、离心力、科里奥利力等的影响，控制精度变差，因此需要利用计算扭矩法等考虑了动力学的控制阀来控制，另外，为了实现正确的关节扭矩，需要进行关节扭矩反馈控制等。

针对该问题，作为以往技术，在日本专利公报第3324298号公报中，公布有如下的控制装置，即，通过进行如下的扭矩反馈控制，即，对于利用电机驱动的机械臂，使用计算扭矩法，并且将从基于作为扭矩目标值和扭矩当前值的差的扭矩偏差算出的扭矩控制值中减去了基于电机的当前角速度的值的指令值向电机供给，来实现稳定并且高精度的扭矩控制，使机械臂能够进行所需的运动。

但是，在所述日本专利公报第2583272号公报中所公布的具备延迟电路的控制装置中，由于经常发生相对于目标动作的延迟，因此响应性差，无法执行需要实时性的作业。另外，仅在伺服电机和流体驱动器的组合的情况下发挥效果，而在仅由流体驱动器构成的机械臂中，无法发挥效果。

另外，所述日本专利公报第3324298号公报中所公布的具备扭矩反馈控制系统的控制装置对于由电机驱动的机械臂是有效的，无法直接适用于由弹性体驱动器驱动的机械臂。

所以，本发明的实施方式4以后的实施方式的目的在于，解决所述以往的问题，提供如下的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置及控制方法，即，可以响应性良好地控制由弹性体驱动器驱动的机械臂等可动机构并且可以没有重力、惯性力、离心力、科里奥利力等的影响地以高精度控制位置或力。

(实施方式4)

图15是表示本发明的实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的概念的方框图。图15中，1101为目标输出生成装置，生成利用由弹性膨胀收缩构造体1构成的弹性体驱动器驱动的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的位移、产生力等输出的目标值。1104为与弹性体驱动器驱动型可动机构1102连接的输出计测装置，计测弹性体驱动器驱动型可动机构1102的输出的计测值，将计测值分别向输出误差补偿装置1103输入。1103是被输入来自目标输出生成装置1101的目标值的输出误差补偿装置，按照使由输出计测装置1104计测的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的输出的计测值追随目标值的方式进行控制。1105是按照补偿弹性体驱动器1所产生的驱动力的误差的方式输出驱动力误差补偿信息的驱动力误差补偿装置，被输入输出误差补偿装置1103的输出和由与弹性体驱动器驱动型可动机构1102连接的驱动力计测装置1107计测的驱动力的差。1106是被输入来自驱动力误差补偿装置1105的驱动力误差补偿信息的输出信息和来自内部状态计测装置1108的内部状态计测值的差而输出内部状态误差补偿信息的内部状态误差补偿装置，来自内部状态误差补偿装置1106的内部状态误差补偿信息的输出信息被输入各个弹性体驱动器1，按照使各个弹性体驱动器1的内部状态计测值追随各个目标值的方式进行控制。1108是被与作为构成弹性体驱动器驱动型可动机构1102的各弹性体驱动器的弹性膨胀收缩构造体1连接的内部状态计测装置，分别测定作为弹性体驱动器驱动型可动机构1102的各弹性膨胀收缩构造体1的内部压力的内部状态计测值，将内部状态计测值输入内部状态误差补偿装置1106。

下面，对于实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的具体的例子，作为控制对象将以作为弹性体驱动器驱动型可动机构1102的一个例子的机械臂10A的控制装置为例进行说明。

图16是表示成为本发明的实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的控制对象的机械臂10A的构成的图。图16中，1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b(它们是针对各个弹性膨胀收缩构造体的参照符号，在代表性地指弹性膨胀收缩构造体时用参照符号1表示。)为弹性膨胀收缩构造体。弹性膨胀收缩构造体1如图3所示，在用橡胶材料构成而作为驱动部发挥作用的管状的空心弹性体2的外表面，配设有变形方向限制构件3，其在材料上被用难以伸长的树脂或金属的纤维丝以网状编成，被按照将由管状弹性体2的膨胀造成的半径方向的变形转换为轴向的长度的收缩，另一方面，将由管状弹性体2的收缩造成的半径方向的变形转换为轴向的长度的膨胀的方式构成，成为将管状弹性体2的两个端部用密封构件4分别气密性地密封的构造。当穿过在内部具有压缩性流体所通过的流体的流路，相对于所述弹性体2的空心内部可以实现流体的注入或注出的管状的流体通过构件5，供给空气等压缩性流体，利用所供给的压缩性流体向管状弹性体2的内部空间提供内压时，则管状弹性体2就会主要沿半径方向膨胀，而由于被利用变形方向限制构件3的作用，转换为管状弹性体2的中心轴向的运动，全长收缩，因此可以作为直动驱动的弹性驱动器1102利用。

图16的机械臂10A，将1组弹性膨胀收缩构造体1、1按照以关节轴为支点而相面对的方式配设，形成如下的对抗型驱动构造，即，当1组弹性膨胀收缩构造体1、1当中的任意一方的弹性膨胀收缩构造体1收缩并且另一方的弹性膨胀收缩构造体1伸长时，则力借助支点而发生作用，使关节轴旋转，这样就可以实现利用关节轴的正逆旋转运动。具体来说，形成如下的构造，即，利用弹性膨胀收缩构造体1-1a和弹性膨胀收缩构造体1-1b(由于弹性膨胀收缩构造体1-1b位于弹性膨胀收缩构造体1-1a的背后，因此未图示。)的对抗驱动，将第1关节轴6-1正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-2a和弹性膨胀收缩构造体1-2b的对抗驱动，将第2关节轴6-2正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-3a和弹性膨胀收缩构造体1-3b的对抗驱动，将第3关节轴6-3正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-4a和弹性膨胀收缩构造体1-4b的对抗驱动，将第4关节轴6-4正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-5a和弹性膨胀收缩构造体1-5b的对抗驱动，将第5关节轴6-5正逆旋转驱动，利用弹性膨胀收缩构造体1-6a和弹性膨胀收缩构造体1-6b的对抗驱动，将第6关节轴6-6正逆旋转驱动。

图16的9-1a、9-1b、9-2a、9-2b、9-3a、9-3b、9-4a、9-4b、9-5a、9-5b、9-6a、9-6b是作为弹性膨胀收缩构造体1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的各自的内部状态计测装置的一个例子的压力传感器，被配设于各个流体通过构件5(流体注入出口)上，计测各个弹性膨胀收缩构造体内的压力。

具体来说，所述机械臂10A是6自由度的机械臂，由相对于固定壁301沿着上下方向轴在沿横向的平面内正逆旋转的第1关节轴6-1、在沿着上下方向的平面内正逆旋转的第2关节轴6-2、在第2臂308和第1臂311之间在沿着上下方向的平面内相互地进行正逆旋转的第3关节轴6-3、在第2臂308和第1臂311之间在与第3关节轴6-3正交的轴向进行正逆旋转的第4关节轴6-4、在第1臂311和手313之间在沿着上下方向的平面内相互地进行正逆旋转的第5关节轴6-5、在第1臂311和手313之间在与第5关节轴6-5正交的轴向进行正逆旋转的第6关节轴6-6构成。

第1关节轴6-1中，在上下端部被轴承304和305自由旋转地并且沿着上下方向支撑的旋转轴303的两侧自由旋转地连结有圆形支撑体302、302，并且弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b(其中，弹性膨胀收缩构造体1-1b由于被配设于弹性膨胀收缩构造体1-1a的背后，因此未图示。)的各一个端部被与固定壁301连结，并且各自的另一个端部被与所述各圆形支撑体302的支撑轴314连结。这样，利用弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b的对抗驱动，就可以绕着第1关节轴6-1的旋转轴303的上下轴Z在沿着横向的平面内使机械臂的第1臂311和第2臂308的手313一体化地正逆旋转运动。而且，上侧的轴承305被用支撑棒306支撑于固定壁301上。

第2关节轴6-2中，在固定于旋转轴303的两侧的2个圆形支撑体302、302和被与旋转轴303的长边方向正交地固定于旋转轴303的固定壁301侧的支撑体307、307之间，弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b被连结，利用弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b的对抗驱动，绕着第2关节轴6-2的支撑轴314的横轴在沿着上下方向的面内，使机械臂10的第1臂311和第2臂308和手313一体化地正逆旋转。

第3关节轴6-3中，在一端被固定于2个圆形支撑体302、302上的第2臂用连杆308的圆形支撑体302侧，与第2臂用连杆308的长边方向正交地固定有支撑体309、309，并且在第2臂用连杆308的头端侧，可以旋转地连结有被与第1臂用连杆311的长边方向正交地固定于第1臂用连杆311的一端的支撑体310。在第2臂用连杆308的支撑体309、309和固定于第1臂用连杆311的一端的支撑体310之间，连结有弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b，利用弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b的对抗驱动，绕着第3关节轴6-3的支撑轴315的横轴，在沿着上下方向的面内，使机械臂10的第1臂311和第2臂308相对地正逆旋转。

第4关节轴6-4中，在一端被固定于2个圆形支撑体302、302上的第2臂用连杆308的圆形支撑体302侧，并且分别与支撑体309、309和第2臂用连杆308的长边方向正交地固定有支撑体325、325，在该支撑体325、325和固定于第1臂用连杆311的一端的支撑体310之间，连结有弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b，利用弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b的对抗驱动，绕着与第3关节轴6-3正交的第4关节轴6-4，使机械臂10的第1臂311和第2臂308相对地正逆旋转。

第5关节轴6-5中，在第1臂311的支撑体310、固定于手313的一端并且被可以旋转地与第1臂311连结的支撑体312之间，连结有弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b，利用弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b的对抗驱动，绕着第5关节轴6-5的支撑轴326的横轴，在沿着上下方向的面内，使手313相对于第1臂311正逆旋转。

第6关节轴6-6中，在第1臂311的支撑体310、固定于手313的一端并且被可以旋转地与第1臂311连结的支撑体312之间，与弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b相差90度相位地连接有弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b，利用弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b的对抗驱动，绕着与第5关节轴6-5正交的第6关节轴6-6，使手313相对于第1臂311正逆旋转。

在弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b、弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b、弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b、弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b、弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b、弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b的各自上，如后述所示，连接有流量比例电磁阀18，全部的流量比例电磁阀18被与控制计算机19连接，利用控制计算机19的控制，经过流量比例电磁阀18，控制弹性膨胀收缩构造体1-1a及1-1b、弹性膨胀收缩构造体1-2a及1-2b、弹性膨胀收缩构造体1-3a及1-3b、弹性膨胀收缩构造体1-4a及1-4b、弹性膨胀收缩构造体1-5a及1-5b、弹性膨胀收缩构造体1-6a及1-6b的各自的收缩·伸长动作。另外，在各关节轴上配设有作为用作输出计测装置的一个例子的位移计测装置的一个例子的编码器8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6及作为驱动力计测装置的一个例子的扭矩传感器7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6，利用编码器8(编码器8-1、8-2、8-3、8-4、8-5、8-6的总称。)可以测定关节轴的关节角度，利用扭矩传感器7(扭矩传感器7-1、7-2、7-3、7-4、7-5、7-6的总称。)可以测定因将弹性膨胀收缩构造体对抗驱动而产生的驱动扭矩。另外，在各弹性膨胀收缩构造体1上配设有作为用作内部状态计测装置107的一个例子的压力计测装置的一个例子的压力传感器9(压力传感器9-1a、9-1b、9-2a、9-2b、9-3a、9-3b、9-4a、9-4b、9-5a、9-5b、9-6a、9-6b的总称。)，利用压力传感器9可以测定因各弹性膨胀收缩构造体1的驱动而变化的所述弹性膨胀收缩构造体1的内部压力(内部状态的一个例子)。

如果采用如上所述的构造，则可以形成多自由度，实现物体的把持·搬运等作为机械臂10A的基本的功能。

图4是表示用于驱动作为实施方式1的弹性体驱动器的控制装置的控制对象的机械臂10的空气压力供给系统的构成的图，而所述空气压力供给系统的构成与用于驱动作为本发明的实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构1103的控制装置的控制对象的机械臂10A的空气压力供给系统的构成相同，基于图4，对实施方式4的空气压力供给系统的构成进行说明。而且，与前面的实施方式1相同，在图4中仅记录将机械臂10A的第3关节轴正逆旋转驱动的部分，将其他的部分省略。

图4中，16例如为压缩机等空气压力源，17为由空气压力过滤器17a、空气压力减压阀17b及空气压力用润滑器17c构成一组的空气压力调整组件。18为例如通过用电磁铁的力驱动滑阀等来控制流量的5端口流量控制电磁阀。19是作为控制部分一个例子的例如由一般的个人计算机构成的控制计算机，搭载有D/A板20，通过向5端口流量控制电磁阀18输出电压指令值，就能够独立地控制流过各个流体通过构件5的各个空气的流量。另外，在控制计算机19上，搭载有预先储存机械臂10的动作程序等的存储器19a。

下面，对图4所示的空气压力供给系统的动作进行说明。利用空气压力源16生成的高压空气被空气压力调整组件17减压，例如被调整为600kPa这样的一定压力，向5端口流量控制电磁阀18供给。5端口流量控制电磁阀18的开度被与由控制计算机19经过D/A板20输出的电压指令值成比例地控制。在从控制计算机19向5端口流量控制电磁阀18输入了正的电压指令值的情况下，就变为用空气压力回路记号A表示的状态，从空气压力源16侧向弹性膨胀收缩构造体1-3a侧的流路开通，向弹性膨胀收缩构造体1-3a侧供给与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气。另外，弹性膨胀收缩构造体1-3b侧朝向大气压侧的流路开通，从弹性膨胀收缩构造体1-3b侧向大气中排出与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气流。所以，如图4所示，弹性膨胀收缩构造体1-3a的全长缩短，弹性膨胀收缩构造体1-3b的全长伸长，这样第3关节轴6-3就以与电压指令值的绝对值成比例的速度进行右转运动。另一方面，在从控制计算机19向5端口流量控制电磁阀18输入了负的电压指令值的情况下，变为以空气压力回路记号B表示的状态，弹性膨胀收缩构造体的动作相反(即，弹性膨胀收缩构造体1-3a的全长伸长，弹性膨胀收缩构造体1-3b的全长缩短)，这样第3关节轴6-3就进行左转运动。

即，从5端口流量控制电磁阀18向弹性膨胀收缩构造体1侧供给的空气流利用流体通过构件5通过密封构件4，到达管状弹性体2的内部，产生管状弹性体2的内压。虽然管状弹性体2因产生的内压而膨胀，然而受到变形方向限制构件3的编织为网状的纤维丝的束缚作用(限制作用)，由膨胀造成的半径方向的变形被限制而转换为轴向的长度的收缩，如图3的下侧所示，弹性膨胀收缩构造体1的全长变短。另一方面，如果从5端口流量控制电磁阀18向大气中排出空气，减小管状弹性体2的内压，则因管状弹性体2的弹性力而复原，膨胀被消除，弹性膨胀收缩构造体1的全长如图3的上侧所示地伸长。其结果是，图3中，当考虑在右端被固定时，则因所述伸缩，在管状弹性体2的左端就会有距离d的差。所以，通过对空气压力进行供给控制，则实施方式4的弹性膨胀收缩构造体1就可以作为直动位移的驱动器发挥作用。伸长·缩短量由于大致上与弹性膨胀收缩构造体1的内压成比例，因此如果如图4所示，利用控制计算机19控制5端口流量控制电磁阀18，来控制向弹性膨胀收缩构造体1供给的空气流量，就可以控制弹性膨胀收缩构造体1的全长。

图16所示的机械臂10A中，为了实现利用弹性膨胀收缩构造体1-1a和1-1b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-2a和1-2b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-3a和1-3b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-4a和1-4b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-5a和1-5b的对抗驱动、利用弹性膨胀收缩构造体1-6a和1-6b的对抗驱动，如图5所示，在对抗的弹性膨胀收缩构造体1上分别配设5端口流量控制电磁阀18而构成相同的空气压力供给系统，利用从控制计算机19经由D/A板20而向各个5端口流量控制电磁阀18输出的电压指令值，就可以同时对机械臂10A的全部的关节轴进行正逆旋转驱动。

图17是表示例如设于所述控制计算机19内的本发明的实施方式4的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的构成的图。其中，图17中，10A是作为弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的控制对象的、并且作为弹性体驱动器驱动型可动机构的一个例子的图16所示的机械臂。从机械臂10A输出利用各个关节轴的编码器8计测的关节角度的当前值(关节角度向量)q＝[q₁，q₂，q₃，q₄，q₅，q₆]^T、以利用各个关节轴上的力矩传感器7计测的驱动力矩的当前值τ＝[τ₁，τ₂，τ₃，τ₄，τ₅，τ₆]^T产生的驱动力矩、利用设于各个弹性膨胀收缩构造体1的压力传感器9计测的弹性膨胀收缩构造体1的内压P＝[P_1a，P_1b，P_2a，P_2b，P_3a，P_3b，P_4a，P_4b，P_5a，P_5b，P_6a，P_6b]^T。其中，q₁，q₂，q₃，q₄，q₅，q₆分别是第1关节轴6-1、第2关节轴6-2、第3关节轴6-3、第4关节轴6-4、第5关节轴6-5、第6关节轴6-6的关节角度。另外，τ₁，τ₂，τ₃，τ₄，τ₅，τ₆分别是使第1关节轴6-1、第2关节轴6-2、第3关节轴6-3、第4关节轴6-4、第5关节轴6-5、第6关节轴6-6旋转的驱动力矩。另外，P_1a，P_1b，P_2a，P_2b，P_3a，P_3b，P_4a，P_4b，P_5a，P_5b，P_6a，P_6b分别是弹性膨胀收缩构造体1-1a、1-1b、1-2a、1-2b、1-3a、1-3b、1-4a、1-4b、1-5a、1-5b、1-6a、1-6b的内压。

另外，13是被输入由机械臂10A分别输出的利用压力传感器9计测的弹性膨胀收缩构造体1的各自的内压P，即计测值P的压力差计算装置，根据压力传感器9的计测值P，利用压力差计算装置13计算压力差ΔP＝[ΔP₁，ΔP₂，ΔP₃，ΔP₄，ΔP₅，ΔP₆]^T＝[P_1a-P_1b，P_2a-P_2b，P_3a-P_3b，P_4a-P_4b，P_5a-P_5b，P_6a-P_6b]^T，从压力差计算装置13中输出。

121是被输入作为从机械臂10A输出的利用各个关节轴的编码器8计测的关节角度的当前值q的关节角度向量q的正运动学计算装置，利用正运动学计算装置121进行从机械臂10A的关节角度向量q到手指尖位置·姿势向量r的转换的几何学计算。

111为目标轨道生成装置，从目标轨道生成装置111中输出用于实现作为目标的机械臂10A的动作的手指尖位置·姿势目标向量r_d。

输出误差补偿装置1103作为一个例子由能够补偿所输出的位置误差的位置误差补偿装置112和逆动力学计算装置124构成。向位置误差补偿装置112中，输入根据在机械臂10A中被计测的关节角度向量的当前值q利用正运动学计算装置121计算的手指尖位置·姿势向量r与由目标轨道生成装置111输出的手指尖位置·姿势目标向量r_d的误差r_e，从位置误差补偿装置112向逆动力学计算装置124输出位置误差修正输出u_p。在逆动力学计算装置124中，利用下述的式(2)所示的基于机械臂的运动方程式的式子，计算用于修正手指尖位置·姿势向量r_e的位置误差修正力矩τ_p，被从逆动力学计算装置124中作为输出误差补偿信息输出。

[式2]

${\mathrm{\τ}}_p=M\left(q\right)J_r^{-1}\left(q\right)[-{\stackrel{\·}{J}}_r\left(q\right)\stackrel{\·}{q}+u_p]+h(q,\stackrel{\·}{q})+g\left(q\right)$

……………………………式(2)

其中，M(q)为惯性行列式，

[式3]

$h(q,\stackrel{\·}{q})$

……………………………式(3)

是表示离心力和科里奥利力的项，g(p)是表示重力负载的项，J_r(q)是雅可比行列式。

125是作为驱动力误差补偿装置1105的一个例子的驱动力矩误差补偿装置，作为由逆动力学计算装置124输出的位置误差修正力矩τ_p与利用力矩传感器7计测的力矩的当前值τ的差的力矩误差τ_e被输入驱动力矩误差补偿装置125，从驱动力矩误差补偿装置125中，按照补偿驱动力矩的误差的方式，作为驱动力误差补偿信息输出力矩误差修正压力差ΔP_τ。

115是作为内部状态误差补正装置1106的一个例子的压力差误差补偿装置，从由驱动力矩误差补偿装置125中输出的力矩误差修正压力差ΔP_τ中减去了由压力差计算装置113输出的当前的压力差ΔP的值(压力差误差ΔP_e)被输入压力差误差补偿装置115，从压力差误差补偿装置115中，按照补偿内部压力状态的误差的方式，向机械臂10A输出压力差误差修正输出u。压力差误差修正输出u被经过D/A板20而作为电压指令值向各个5端口流量控制电磁阀18提供，各关节轴6被正逆旋转驱动，使得机械臂10A动作。

对关于如上所述地构成的控制装置的控制动作的原理进行说明。

控制动作的基本内容为利用位置误差补偿装置112进行的手指尖位置·姿势误差r_e的反馈控制(位置控制)。作为位置误差补偿装置112，例如如果使用PID补偿器，则会按照使手指尖位置·姿势误差r_e收敛为0的方式进行控制，实现作为目标的机械臂10A的动作。

另外，由于通过配设逆动力学计算装置124，来补偿在机械臂10A中产生的惯性力或离心力等的动力学的影响，因此即使如图16所示的机械臂10A那样，采用在驱动关节时不使用减速机的直接传动的驱动方法的情况下，也可以实现精度优良的动作。

但是，为了使利用逆动力学计算装置124获得的动力学的影响的补偿有效地发挥作用，需要有利用弹性体驱动器1作为关节驱动力产生所需的力矩的结构。

用于应对该问题的手段是利用驱动力矩误差补偿装置125的力矩反馈控制。向驱动力矩误差补偿装置125中，输入作为位置误差修正力矩τ_p和由力矩传感器7计测的力矩的当前值τ的差的力矩误差τ_e，按照使力矩误差τ_e变为0的方式使驱动力矩误差补偿装置125动作。即，利用驱动力矩误差补偿装置125，正确地实现作为在修正位置误差时所必需的力矩的位置误差修正力矩τ_p，使利用逆动力学计算装置124的对动力学的影响的补偿有效地发挥作用。

但是，当被弹性体驱动器，例如利用图16所示的空气等流体动作的驱动器1驱动时，因弹性体驱动器1的弹性的要素，即流体的压缩性或流路阻力等的影响，响应性变差，仅利用力矩反馈控制无法精度优良地进行控制。

用于应对该问题的手段是利用压力差误差补偿装置115的压力差ΔP的反馈控制。由于在压力差误差补偿装置115中被从驱动力矩误差补偿装置125输入力矩误差修正输出ΔP_τ，因此当产生力矩误差τ_e时，压力差误差补偿装置115动作，按照使力矩误差τ_e收敛于0的方式进行压力差的控制。所以，如图17所示的控制系统所示，通过在进行力矩控制的力矩反馈循环的内侧构成进行压力差的控制的内部压力反馈循环，就可以补偿响应性的不足，实现力矩控制性能的提高。

对于基于以上的原理的控制程序的实际的动作步骤，基于图18的流程图进行说明。

步骤41中，由机械臂10A的各关节轴的编码器8计测的关节角度数据(关节变量向量或关节角度向量q)被分别输入所述控制装置。

然后，在步骤42中，利用逆动力学计算装置124进行在机械臂10A的运动学计算中所必需的雅可比行列式J_r等的计算，然后，在步骤43中，根据来自机械臂10A的关节角度数据(关节角度向量q)，利用正运动学计算装置121计算机械臂10A的当前的手指尖位置·姿势向量r(利用正运动学计算装置121的处理)。

然后，在步骤44中，基于预先存储于控制装置的控制计算机19内的存储器19a中的机械臂10A的动作程序，利用目标轨道计算装置111计算机械臂10A的手指尖位置·姿势目标向量r_d。

然后，在步骤45中，计算作为手指尖位置·姿势目标向量r_d和当前的手指尖位置·姿势向量r的差的手指尖位置·姿势的误差r_e，然后，在步骤46中，根据手指尖位置·姿势的误差r_e，利用位置误差补偿装置112计算位置误差修正输出u_p(利用位置误差补偿装置112的处理)。

作为位置误差补偿装置112的具体例可以考虑PID补偿器。对于PID补偿器的情况，在步骤46中，在手指尖位置·姿势的误差r_e上乘以了比例增益的值、在手指尖位置·姿势的误差r_e的微分值上乘以了微分增益的值及在手指尖位置·姿势的误差r_e的积分值上乘以了积分增益的值这3个值的合计值成为位置误差修正输出u_p。通过对作为常数的对角行列式的比例、微分、积分的3个增益进行适当地调整，就会按照使位置误差收敛于0的方式进行控制。

然后，在步骤47中，进行在动力学计算中所必需的惯性行列式M(q)、离心力·科里奥利力项

[式4]

$h(q,\stackrel{\·}{q})$

………………………………式(4)

、重力项g(q)的计算，然后，在步骤48中，使用所述式(2)，计算位置误差修正力矩τ_p(利用逆动力学计算装置124的处理)。

然后，在步骤49中，通过从位置误差修正力矩τ_p中减去力矩传感器7的计测值τ，计算力矩误差τ_e。

然后，在步骤50中，根据力矩误差τ_e，利用驱动力矩误差补偿装置125计算力矩误差修正压力差ΔP_τ(利用驱动力矩误差补偿装置125的处理)。作为驱动力矩误差补偿装置125的具体例可以考虑PID补偿器。对于PID补偿器的情况，在步骤50中，在力矩误差τ_e上乘以了比例增益的值、在力矩误差τ_e的微分值上乘以了微分增益的值及在力矩误差τ_e的积分值上乘以了积分增益的值这3个值的合计值成为力矩误差修正压力差ΔP_τ。

然后，在步骤51中，由作为内部状态计测装置107的一个例子的压力传感器9分别计测的弹性体驱动器1的各自的内部压力值被输入控制装置，利用压力差计算装置113计算被对抗驱动的弹性体驱动器1的内部压力间的当前的压力差ΔP。

然后，在步骤52中，利用压力差误差补偿装置115，计算从在步骤50中利用驱动力矩误差补偿装置125计算的力矩误差修正压力差ΔP_τ中，减去了在步骤51中利用压力差计算装置113计算的当前的压力差ΔP的压力差误差ΔP_e(利用压力差误差补偿装置115的处理)。然后，在步骤53中，根据压力差误差ΔP_e，利用压力差误差补偿装置115计算压力差误差修正输出u(利用压力差误差补偿装置115的处理)。作为压力差误差补偿装置115，例如可以考虑PID补偿器。

然后，在步骤54中，压力差误差修正输出u被从压力差误差补偿装置115提供给机械臂10A，具体来说，是经过机械臂10A的控制计算机19内的D/A板20，提供给各个流量控制阀18，各个流量控制阀18通过改变各个弹性体驱动器1内的压力而产生机械臂10A的各个关节轴的正逆旋转运动。

通过将以上的步骤41～步骤54作为控制的计算循环反复执行，来实现机械臂10A的动作的控制。

如上所示，根据所述实施方式4的控制装置，通过配设驱动力矩误差补偿装置125(驱动力矩误差补偿装置125实际上被作为控制程序的一部分记述，由控制计算机执行。)，构成将由所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102产生的驱动力矩反馈的力矩反馈控制系统，并且还在驱动力矩误差补偿装置125和弹性体驱动器驱动型可动机构1102之间配设压力差误差补偿装置115，构成将所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102的各弹性膨胀收缩构造体1的内部状态反馈的内部压力控制系统，就能够实现响应性良好、动力学的影响少的、高精度的机械臂10A的控制。

另外，根据所述实施方式4的控制方法，通过配设驱动力矩误差补偿装置125，构成将由所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102产生的驱动力矩反馈的力矩反馈控制系统，并且还在驱动力矩误差补偿装置125和弹性体驱动器驱动型可动机构1102之间配设压力差误差补偿装置115，构成将所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102的各弹性膨胀收缩构造体1的内部状态反馈的内部压力控制系统，就能够实现响应性良好、动力学的影响少的、高精度的机械臂10A的控制。

(实施方式5)

图19是表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的概念的方框图。图19中，1101为目标输出生成装置，生成由弹性体驱动器1驱动的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的位移、产生力等输出的目标值。1104为与弹性体驱动器驱动型可动机构1102连接的输出计测装置，计测弹性体驱动器驱动型可动机构1102的输出的计测值，将计测值分别向输出误差补偿装置1103输入。1103是被输入来自目标输出生成装置1101的输出目标值和来自输出计测装置1104的输出计测值的输出误差而将输出误差补偿信息输出的输出误差补偿装置，其如下进行控制，即，通过利用输出误差补偿装置1103补偿输出误差地将输出误差补偿信息输出，来使由输出计测装置1104计测的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的输出的计测值追随目标值。1105是补偿弹性体驱动器1所产生的驱动力的误差的驱动力误差补偿装置，来自输出误差补偿装置1103的输出误差补偿信息的输出和由与弹性体驱动器驱动型可动机构1102连接的驱动力计测装置1107计测的驱动力的差被输入驱动力误差补偿装置115，输出能够补偿驱动力的误差的驱动力误差补偿信息。1109是被输入目标输出生成装置1101所生成的输出目标值的目标内部状态决定装置，根据所述输出的目标值，决定弹性体驱动器驱动型可动机构1102的弹性体驱动器1的内部状态目标值。1106是被输入由驱动力误差补偿装置1105输出的驱动力误差补偿信息及由目标内部状态决定装置1109输出的输出信息的和、由内部状态计测装置1108输出的内部状态计测值的差，而输出内部状态误差补偿信息的内部状态误差补偿装置，来自内部状态误差补偿装置1106的内部状态误差补偿信息的输出信息被输入弹性体驱动器驱动型可动机构1102的各个弹性体驱动器1，按照使各个弹性体驱动器1的内部状态计测值追随目标值的方式进行控制。1108是被与弹性体驱动器驱动型可动机构1102的各弹性体驱动器1连接的内部状态计测装置，利用内部状态计测装置测定作为各弹性体驱动器1的内部压力的内部状态计测值1108，将内部状态计测值输入内部状态误差补偿装置1106。

下面，对于实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的具体的例子，作为控制对象以作为弹性体驱动器驱动型可动机构1102的一个例子的机械臂10A的控制装置为例进行说明。由于机械臂10A的详细情况与实施方式4相同，因此将详细情况省略。

图20是进一步具体表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的构成的图。

图20中，126是作为目标内部状态决定装置1109的一个例子的目标压力差决定装置。向目标压力差计算装置126中，输入由目标轨道生成装置111输出的目标关节角度向量q_d，根据目标关节角度向量q_d，利用目标压力差计算装置126算出目标压力差(压力差的目标值)ΔP_d＝[ΔP_1d，ΔP_2d，ΔP_3d，ΔP_4d，ΔP_5d，ΔP_6d]^T，从目标压力差计算装置126向压力差误差补偿装置115输出压力差的目标值。其中，ΔP_1d，ΔP_2d，ΔP_3d，ΔP_4d，ΔP_5d，ΔP_6d分别是弹性膨胀收缩构造体1-1a和1-1b的、弹性膨胀收缩构造体1-2a和1-2b的、弹性膨胀收缩构造体1-3a和1-3b的、弹性膨胀收缩构造体1-4a和1-4b的、弹性膨胀收缩构造体1-5a和1-5b的、弹性膨胀收缩构造体1-6a和1-6b的压力差的目标值。

向作为内部状态误差补偿装置1106的一个例子的压力差误差补偿装置115中，输入在由目标压力差计算装置126输出的目标压力差ΔP_d上，加上了来自驱动力矩误差补偿装置1105的力矩误差修正压力差ΔP_τ，并减去了来自压力差计算装置113的当前的压力差ΔP的值(压力差误差ΔP_e)，从压力差误差补偿装置15中，按照补偿内部压力状态的误差的方式，向机械臂10A输出压力差误差修正输出u。压力差误差修正输出u被经过D/A板20作为电压指令值提供给各个5端口流量控制电磁阀18，各关节轴6被正逆旋转驱动，使机械臂10A动作。

对关于如上所述地构成的控制装置的控制动作的原理进行说明。

控制动作的基本内容为利用位置误差补偿装置112进行的手指尖位置·姿势误差r_e的反馈控制(位置控制)。作为位置误差补偿装置112，例如如果使用PID补偿器，则会按照使手指尖位置·姿势误差r_e收敛为0的方式进行控制，实现作为目标的机械臂10A的动作。

另外，由于通过配设逆动力学计算装置124，来补偿在机械臂10A中产生的惯性力或离心力等的动力学的影响，因此与实施方式1的图2所示的机械臂10相同，即使采用在驱动关节时不使用减速机的直接传动的驱动方法的情况下，也可以实现精度优良的动作。

但是，为了使利用逆动力学计算装置124获得的动力学的影响的补偿有效地发挥作用，需要有利用弹性体驱动器1作为关节驱动力产生所需的力矩的结构。

用于应对该问题的手段是利用驱动力矩误差补偿装置125的力矩反馈控制。向驱动力矩误差补偿装置125中输入作为位置误差修正力矩τ_p和由力矩传感器7计测的力矩的当前值τ的差的力矩误差τ_e，按照使力矩误差τ_e变为0的方式使驱动力矩误差补偿装置125动作。即，利用驱动力矩误差补偿装置125，正确地实现作为在修正位置误差时所必需的力矩的位置误差修正力矩τ_p，使利用逆动力学计算装置124的对动力学的影响的补偿有效地发挥作用。

但是，当被弹性体驱动器，例如利用图16所示的空气等流体动作的驱动器驱动时，因弹性体驱动器1的弹性的要素，即流体的压缩性或流路阻力等的影响，响应性变差，仅利用力矩反馈控制无法精度优良地进行控制。

用于应对该问题的手段是利用压力差误差补偿装置115的压力差ΔP的反馈控制。由于在压力差误差补偿装置115中被从驱动力矩误差补偿装置125输入力矩误差修正输出ΔP_τ，因此当产生力矩误差τ_e时，压力差误差补偿装置115动作，按照使力矩误差τ_e收敛于0的方式进行压力差的控制。所以，如图20所示的控制系统所示，通过在进行力矩控制的力矩反馈循环的内侧构成进行压力差的控制的内部压力反馈循环，就可以补偿响应性的不足，实现力矩控制性能的提高。

但是，仅设置压力差误差补偿装置115，虽然响应性被改善，但是还会产生位置的稳态偏差，残留有无法提高定位精度的问题。这是由如下的因素引起的，即，未将在实现目标关节角度向量q_d中所必需的压力差作为目标值输入压力差误差补偿装置115。

用于应对该问题的手段是目标压力差计算装置126。当进行利用图3所示的1组弹性膨胀收缩构造体1、1的对抗驱动实现的关节轴的正逆旋转驱动时，关节角度和1组弹性膨胀收缩构造体1的内部压力差的关系例如如图21所示。图21是作为一个例子，使用了全长250mm、内径10mm的弹性膨胀收缩构造体(MCKIBBEN型空气压力人工肌肉)时的结果。如图21中所示，测定结果可以大致用直线来近似。所以，作为计算目标压力差ΔP_d的式子，可以使用表示直线的1次式

(式5)

ΔP_d＝Aq_d+b  ……(式5)

其中，A、b为系数，可以根据图21的测定结果求得。所以，在目标压力差计算装置126中，通过利用式(5)根据目标关节角度向量q_d计算目标压力差ΔP_d，输入压力差误差补偿装置115，就可以实现稳态偏差小的高精度的位置控制。

图22是表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的其他的构成的图。

图22的控制装置中，目标内部状态决定装置1109，被作为与图20不同的例子，由目标压力差计算装置126和近似逆运动学计算装置127构成。向近似逆运动学计算装置127中输入在机械臂10A中计测的手指尖位置·姿势向量r与由目标轨道生成装置111输出的手指尖位置·姿势目标向量r_d的误差r_e、关节角度向量的当前值q，根据误差r_e、由关节角度向量的当前值q计算的雅可比行列式J_r，利用q_e＝J_r ^-1r_e的计算式，近似地算出关节角度向量的误差q_e。向目标压力差计算装置126中，作为基于在机械臂10A中计测的关节角度向量的当前值q与利用近似逆运动学计算装置127计算的关节角度向量的误差q_e的加和的目标关节角度向量q_d，输入q_d＝q+J_r(q)^-1r_e，根据目标关节角度向量q_d，利用目标压力差计算装置126算出目标压力差(压力差的目标值)ΔP_d＝[ΔP_1d，ΔP_2d，ΔP_3d，ΔP_4d，ΔP_5d，ΔP_6d]^T，从目标压力差计算装置126向压力差误差补偿装置115，输出压力差的目标值。

即使是此种图22所示的构成，也与图20的构成相同，通过计算目标压力差ΔP_d，输入压力差误差补偿装置115，就可以实现稳态偏差小的高精度的位置控制。

图26是表示本发明的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的其他的构成的图。

图26的控制装置与作为图19的控制装置的具体例的图20的控制装置相比，在目标轨道生成装置111输出目标关节角度向量q_d方面，没有正运动学计算装置121，被输入关节角度向量q，将作为目标关节角度向量q_d与关节角度向量q的差的关节角度向量的误差q_e输入位置误差补偿装置112的方面，向目标压力差计算装置126输入目标关节向量q_d方面不同，其他的部分为相同的构成。所以，根据图26的控制装置，通过提供目标关节向量q_d，就能够按照使关节角度向量q变为目标关节向量q_d的方式控制。

图25表示验证了本发明的控制装置的性能的实验结果。为了容易理解因采用本发明的控制装置的构成而获得的效果，图25的实验结果是利用图26所示的控制装置，仅使图2所示的机械臂10A的第6关节6-6动作，进行了第6关节6-6的旋转角q₆的控制的结果。驱动第6关节6-6的弹性膨胀收缩构造体1将管状弹性体2的全长设为17cm，将内径设为1cm。关节轴6-3与6-4的交点及关节轴6-5与6-6的交点间的距离设为28cm。在把手部附加有锤子，使得绕着关节轴6-6的惯性动量达到0.0045kgm²。另外，由空气压力源16供给的高压空气被利用空气压力调整组件17将压力调整为0.6Mpa，向5端口流量控制电磁阀18供给。

图25中以实线表示的结果是利用图19的实施方式5的控制装置，更具体来说，是利用以图26的构成表示的控制装置得到的控制结果。目标值是在0°和35°之间每2秒钟阶梯状变化的目标值。

另一方面，图25中以虚线表示的结果如图28的构成所示，是按照使作为由机械臂10A输出的关节角度向量的当前值q与利用目标轨道生成装置111输出的目标关节角度向量q_d的差的关节角度向量的误差q_e达到0的方式控制的仅为单纯的位置控制的构成的情况的结果。

观察图25即可发现，根据本实施方式5的控制装置的构成，与仅为单纯的位置控制的情况相比，控制精度提高。

如上所示，根据所述实施方式5的控制装置，通过配设驱动力矩误差补偿装置125，构成将由所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102产生的驱动力矩反馈的力矩反馈控制系统，并且在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102和驱动力矩误差补偿装置125之间配设压力差误差补偿装置115，构成将所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102的内部状态反馈的内部压力控制系统，并且还配设目标压力差计算装置126，将目标压力差向驱动力矩误差补偿装置125和压力差误差补偿装置115之间输入而前馈，就能够实现响应性良好、动力学的影响少并且稳态偏差也小的高精度的机械臂10A的控制。

另外，根据所述实施方式5的控制方法，通过在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102上配设驱动力矩误差补偿装置125，构成将由所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102产生的驱动力矩反馈的力矩反馈控制系统，并且在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102和驱动力矩误差补偿装置125之间配设压力差误差补偿装置115，构成将所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102的内部状态反馈的内部压力控制系统，并且还配设目标压力差计算装置126，将目标压力差向驱动力矩误差补偿装置125和压力差误差补偿装置115之间输入而前馈，就能够实现响应性良好、动力学的影响少并且稳态偏差也小的高精度的机械臂10A的控制。

而且，图22的控制系统中，虽然将向目标内部状态决定装置1109的输入设为手指尖位置·姿势的误差r_e，然而由于误差r_e是目标值和计测值的差，像将根据在机械臂10A中计测的关节角度向量的当前值q利用正运动学计算装置121计算的手指尖位置·姿势向量r与由目标轨道生成装置111输出的手指尖位置·姿势目标向量r_d的误差r_e输入近似逆运动学计算装置123a那样，方框图可以变形，因此在输入目标值的情况下和在输入误差的情况下，没有本质上的不同。

(实施方式6)

图23是表示本发明的实施方式6的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的概念的方框图。

图23所示的实施方式6的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的构成要素虽然与图19所示的实施方式5的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置相同，但是各方框的输入输出关系不同。图23的控制装置中，内部状态被向内部状态误差补偿装置1106反馈的循环并不处于将驱动力向驱动力误差补偿装置1105反馈的循环的内部，而是形成独立存在的构成，成为利用将来自内部状态误差补偿装置1106的内部状态误差补偿信息的输出和来自驱动力误差补偿装置1105的驱动力误差补偿信息的输出相加后的信号驱动弹性体驱动器驱动型可动机构1102的构成。

下面，对于实施方式6的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的具体的例子，作为控制对象以作为弹性体驱动器驱动型可动机构1102的一个例子的机械臂10A的控制装置为例进行说明。机械臂10A的详细情况由于与实施方式4相同，因此将详细情况省略。

图24是进一步具体表示本发明的实施方式6的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的构成的图。图24所示的控制装置中，向机械臂10A中输入将压力差误差补偿装置115的输出和驱动力矩误差补偿装置的输出相加后的信号。

通过采用此种构成，在目标压力差计算装置126中，例如通过利用式(5)根据目标关节角度向量q_d计算目标压力差ΔP_d，从目标压力差计算装置126向压力差误差补偿装置115输入目标压力差ΔP_d，就可以与实施方式5的控制装置的情况相同地实现稳态偏差小的高精度的位置控制。

图27是表示本发明的实施方式6的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置的其他的构成的图。

图27的控制装置与作为图23的控制装置的具体例的图24的控制装置相比，在目标轨道生成装置111输出目标关节角度向量q_d方面，没有正运动学计算装置121，被反馈关节角度向量q，将作为目标关节角度向量q_d与关节角度向量q的差的关节角度向量的误差q_e输入位置误差补偿装置112的方面，向目标压力差计算装置126输入目标关节向量q_d方面不同，其他的部分为相同的构成。所以，根据图27的控制装置，通过提供目标关节向量q_d，就能够按照使关节角度向量q变为目标关节向量q_d的方式控制。

图25表示验证了本发明的控制装置的性能的实验结果。实验的详细情况由于已经在所述实施方式5中说明，因此省略。

图25中以单点划线表示的结果是利用图23的实施方式6的控制装置，更具体来说，是利用以图27的构成表示的控制装置得到的控制结果。

观察图25即可发现，根据实施方式6的控制装置的构成，和实施方式5的情况相同，与仅为单纯的位置控制的情况相比，控制精度提高。

如上所示，根据所述实施方式6的控制装置，通过在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102上配设驱动力矩误差补偿装置125，构成将由所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102产生的驱动力矩反馈的力矩反馈控制系统，并且与驱动力矩误差补偿装置125独立地，在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102上配设目标压力差计算装置126及压力差误差补偿装置115，构成将所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102的内部状态反馈的、与力矩反馈系统独立的压力控制系统，就能够实现响应性良好、动力学的影响少并且稳态偏差也小的高精度的机械臂10A的控制。

另外，根据所述实施方式6的控制方法，通过在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102上配设驱动力矩误差补偿装置125，构成将由所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102产生的驱动力矩反馈的力矩反馈控制系统，并且与驱动力矩误差补偿装置125独立地，在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102上配设目标压力差计算装置126及压力差误差补偿装置115，构成将所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102的内部状态反馈的、与力矩反馈系统独立的压力控制系统，就能够实现响应性良好、动力学的影响少并且稳态偏差也小的高精度的机械臂10A的控制。

(实施方式7)

图29是具体地表示将图19所示的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置应用于如下的作业的情况的控制装置的构成的图，即，如图30所示，利用机械臂1400把持工具1407，沿与固定面1406垂直的方向(x_c方向)进行用力F推压的力控制，同时，沿与固定面1406平行的方向(y_c、z_c方向)进行位置控制。图29中，与作为图19的具体例之一的图22所示的控制装置相同的构成的部位使用相同的编号，以下将其说明省略。另外，在图30中，1405是配置于手313上的力传感器，测定手指尖所产生的力向量F＝[F_x，F_y，F_z，M_x，M_y，M_z]^T，即工具1407被向固定面1406推压的力。其中，F_x，F_y，F_z分别表示x方向、y方向、z方向的平动力，M_x，M_y，M_z分别表示绕x轴的力动量、绕y轴的力动量、绕z轴的力动量。其他的构造由于与图16所示的机械臂10A相同，因此将详细的说明省略。

图29所示的控制装置中，与图22所示的控制装置相比，在如下方面不同，即，输出误差补偿装置1103的构成不同，另外，从机械臂1400中作为输出，除了关节角度向量q以外，还利用力传感器1405输出机械臂1400的手指尖所产生的力向量F。

图29中，1401为位置误差提取装置，被输入位置误差r_e，仅提取进行位置控制的方向(y_c、z_c方向)的位置误差r_ex，向位置误差补偿装置112输出。进行位置控制的方向的位置误差的提取当图30中所示的坐标轴x与x_c、y与y_c、z与z_c分别平行时，利用下述的式(6)执行。

[式6]

$r_{\mathrm{ex}}=\left(\begin{array}{cccccc}0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 1\end{array}\right)r_e$

……式(6)

1402为力误差提取装置，被输入作为手指尖所产生的力向量F与由目标轨道生成装置111输出的手指尖所产生的目标力向量F_d的误差的力误差F_e，仅提取进行力控制的方向(x_c方向)的力误差F_ex，向力误差补偿装置1403输出。进行力控制的方向的力误差的提取当图30中所示的坐标轴x与x_c、y与y_c、z与z_c分别平行时，利用下述的式(7)执行。

[式7]

$F_{\mathrm{ex}}=\left(\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right)F_e$

……式(7)

从力误差补偿装置1403中向力-力矩转换装置1404输出力误差修正输出u_F。力-力矩转换装置1404被利用下述的式(8)所示的式子，计算并输出用于修正力误差F_e的力误差修正τ_F。

[式8]

τ_F＝J^T _ru_F

…………………………式(8)

从输出误差补偿装置1103中，作为输出误差补偿信息输出将位置误差修正τ_p和力误差修正力矩τ_F相加后的值。

控制动作的基本内容是同时地实现利用位置误差补偿装置112进行的手指尖位置·姿势误差r_e的反馈控制(位置控制)、利用力误差补偿装置1403进行的手指尖所产生的力F的反馈控制(力控制)的位置和力的复合控制。如果作为位置误差补偿装置112，例如使用PID补偿器，作为力误差补偿装置1403，例如使用PI补偿器，则会按照使手指尖位置·姿势误差r_e收敛于0的方式进行控制，并且，按照使手指尖所产生的力误差F_e收敛于0的方式进行控制，因此就可以实现作为目标的机械臂1400的动作。

如上所示，通过设置驱动力矩误差补偿装置125及压力差误差补偿装置115，可以进行响应性良好、精度高的力矩反馈控制，因此就能够实现响应性良好、精度高的力控制。所以，通过将图30所示的工具1407向作为固定面1406的壁面的推压控制应用于各种各样的作业中，例如就能够以高安全性实现擦窗动作、桌子的顶面擦拭动作等使用的作业。

(实施方式8)

下面，作为本发明的实施方式8，对于图15所示的弹性体驱动器型可动机构的控制装置的其他的具体例，以作为弹性体驱动器使用导电性高分子驱动器的情况为例进行说明。机械臂10A的详细情况由于除了作为弹性体驱动器使用导电性高分子驱动器以外，与实施方式4相同，因此将详细情况省略。

图32A～图32C是表示了作为本发明的实施方式8的导电性高分子驱动器的一个例子的人工肌肉驱动器1301的概略的剖面图。另外，图33中表示了其外形图。

图32A～图32C中，1311是作为伴随着氧化还原反应而膨胀收缩变形的导电性高分子制的矩形的伸缩体的伸缩板，被配置于充满由圆筒形的盒体1321、圆板状的盖子1322包围的空间的作为电解质托体层的电解液1313的液体中的大致中央部。作为电解液，可以利用将NaPF₆、TBAPF₆等电解质溶解于水或碳酸丙烯酯等有机溶剂中的电解液、BMIPF₆等离子性液体。特别是，由于作为阴离子含有PF₆的电解质因与作为导电性高分子的聚吡咯的组合可以获得很大的位移，因此优选。

作为构成导电性高分子的伸缩板1311的导电性高分子，可以利用聚吡咯、聚苯胺或聚甲氧基苯胺等，但是聚吡咯因位移大而优选。另外，导电性高分子的伸缩板1311的厚度优选数十μm左右。当比其更薄时，则强度上较弱，当比其更厚时，则离子无法进出到导电性高分子的伸缩板1311的内部，因此不够理想。

在导电性高分子的伸缩板1311的长边方向的两端连接有杆1323a、1323b，杆1323a贯穿设于盖子1322上的密封构件1324a，杆1323b贯穿设于盒体1321上的密封构件1324b，分别向盖子1322及盒体1321的外部突出。

与导电性高分子的伸缩板1311连接的配线被经过设于盖子1322上的密封构件1324c、开关1304、电流测定装置1326而与电源1303连接。在电源1303的另一方的电极上，连接有对电极1325。对电极1325穿过设于盖子1322上的密封构件1324d，与填充于盒体1321内的空间中的电解液1313接触。

另外，电源1303、开关1304被利用未图示的控制装置，以电流测定装置1326的信息为基础3而适当地进行电压调整、开关，控制人工肌肉驱动器1301的动作。

下面，对该人工肌肉驱动器1301的作用进行说明。

作为导电性高分子的伸缩板1311收缩的原因，有阴离子(anion)的出入、阳离子(cation)的出入、高分子构造的变化等，然而在利用图32A、图32B及图32C的对动作原理的说明中，由于在聚吡咯等材料体系中阴离子的掺杂、未掺杂被作为主要的变形的机理，因此对阴离子的出入进行叙述。

图32A表示在开关关闭的状态下未向导电性高分子的伸缩板1311施加电压的状态，图32B表示向导电性高分子的伸缩板1311施加了正的电位的情况。当向导电性高分子的伸缩板1311施加电压时，在未施加电压时均匀地存在于作为电解质托体层的电解液1313中的阴离子被拉向正电极侧的导电性高分子的伸缩板1311侧，从而进入导电性高分子的伸缩板1311内。伴随着该氧化过程，导电性高分子的伸缩板1311伸长，从而能够利用杆1323a、1323b给出导电性高分子的伸缩板1311的伸长方向的位移。另外，图32C表示向导电性高分子的伸缩板1311施加了负压的情况。存在于导电性高分子的伸缩板1311中的阴离子被拉向相面对的对电极1325，从而在作为电解质托体层的电解液1313中脱离，伴随着该还原过程，导电性高分子的伸缩板1311收缩，从而能够利用杆1323a、1323b给出收缩方向的位移。

由于已知因如上所述的阴离子的出入而动作的导电性高分子驱动器的位移量或者产生力与所注入的电荷量大致成比例，因此在本实施方式8中，作为计测内部状态时的内部状态量使用电荷量。

图34是表示用于驱动作为本发明的实施方式8的弹性体驱动器驱动性可动机构1102的控制装置的控制对象的机械臂10A的电源系统的构成的图。图34中，仅记录了将机械臂10A的第3关节轴6-3正逆旋转驱动的部分，将其他的部分省略。图34中，1351-3a、1351-3b为驱动电源，由电压可变电源1352-3a、1352-3b及电流计1353-3a、1353-3b构成，被与导电性高分子驱动器1301-3a、1301-3b(弹性膨胀收缩构造体1-3a和弹性膨胀收缩构造体1-3b的一个例子)连接，施加电压。19是由作为控制部的一个例子的例如一般的个人计算机构成的控制计算机，搭载有D/A板20，通过向电压可变电源1352-3a、1352-3b输出电压指令值，就能够独立地控制施加在各个导电性高分子驱动器1301-3a、1301-3b上的电压值，由此就可以驱动导电性高分子驱动器1301-3a、1301-3b。另外，在控制计算机19上搭载有A/D板1354，能够将由电流计1353-3a、1353-3b计测的电流值输入控制计算机19。

图31是表示本发明的实施方式8的弹性体驱动器驱动型可动机构1102的控制装置的构成的图。图31中，1201是作为内部状态误差补偿装置1106的一个例子的电荷量误差补偿装置。向电荷量误差补偿装置1201中，输入从来自作为驱动力矩误差补偿装置1105的一个例子的驱动力矩误差补偿装置125的力矩误差修正电荷量c_τ中，减去了通过将由驱动电源(对于导电性高分子驱动器1301-3a的情况，为驱动电源1351-3a，对于导电性高分子驱动器1301-3b的情况，为驱动电源1351-3b)计测的电流i在电荷量计算装置1202中积分而得到的当前的电荷量c的值(电荷量误差c_e)，从电荷量误差补偿装置1201中，按照将向导电性高分子驱动器1301-3a或导电性高分子驱动器1301-3b中注入的电荷量的误差补正的方式，向机械臂10A输出电荷量误差修正输出u。电荷量误差修正输出u被经过D/A板20作为电压指令值提供给各个电源，第3关节轴6-3被正逆旋转驱动而使机械臂10A动作。在其他的关节轴6-1～6-2、6-4～6-6中，对于各个关节轴，也被利用所述控制装置的相同的控制，分别正逆旋转驱动，使机械臂10A动作。

根据以上的实施方式8的控制装置，通过配设驱动力矩误差补偿装置125，构成将由所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102产生的驱动力矩反馈的力矩反馈控制系统，并且在所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102和驱动力矩误差补偿装置125之间配设电荷差误差补偿装置1201，构成将所述弹性体驱动器驱动型可动机构1102的内部状态反馈的控制系统，就能够实现响应性良好、动力学的影响少并且稳态偏差也小的高精度的机械臂10A的控制。

而且，所述实施方式5及6中，虽然在目标压力差计算装置126中将关节角度和压力差的关系用1次方程式近似，但是并不限定于此，当然也可以利用2次方程式等多元的多项式来近似。像这样，在将弹性体驱动器1的输出和弹性体驱动器1的内部状态的关系用多项式来近似的情况下，所述目标内部状态决定装置1105利用所述多项式，根据所述弹性体驱动器1的输出的目标值计算决定所述弹性体驱动器1的内部状态的目标值。另外，也可以不是用多项式来近似，而是形成如下的构成，即，利用所述目标内部状态决定装置1105，将所述弹性体驱动器1的输出和所述弹性体驱动器1的内部状态的关系(例如关节角度和压力差的关系)作为表格预先储存于控制装置的控制计算机19的存储器19a(参照图4)中，基于表格，从所述弹性体驱动器1的输出的目标值(例如关节角度的目标值)中导出所述弹性体驱动器1的内部状态的目标值(例如压力差的目标值)。

另外，所述实施方式6中，虽然将目标内部状态决定装置1109设为目标压力差计算装置126，但是并不限定于此，与图22的构成的情况相同，在由近似逆运动学计算装置127和目标压力差计算装置126构成的情况下也相同。

另外，所述各实施方式中，虽然将输出设为关节角度，但是并不限定于此，在将输出计测装置1104设为作为位移速度计测装置的一个例子的位移速度传感器，将所述弹性体驱动器的输出值设为所述弹性体驱动器的位移速度而进行位移速度控制的情况下也相同。

另外，所述各实施方式中，虽然将输出设为关节角度，但是并不限定于此，在将输出计测装置1104设为作为力计测装置的一个例子的力传感器，将所述弹性体驱动器的输出值设为利用所述弹性体驱动器发挥的力而进行力控制的情况下也相同。

另外，所述各实施方式中，虽然作为内部状态计测装置1108的一个例子设置了传感器，但是在设置观测器，推定内部状态，使用内部状态的推定值的情况下也可以发挥相同的效果。

另外，所述各实施方式中，虽然作为驱动力计测装置1107的一个例子设置了力矩传感器7，但是在设置观测器，推定驱动力，使用驱动力的推定值的情况下也可以发挥相同的效果。

另外，所述实施方式8中，虽然弹性体驱动器设为利用电刺激来驱动的驱动器，以导电性高分子驱动器为例进行了说明，但是并不限定于此，即使在利用电刺激来驱动电介体聚合物、各种凝胶等弹性体的驱动器的情况下，通过采用电位或电荷量等作为内部状态，也可以发挥相同的效果。

而且，通过将所述的各种各样的实施方式当中的任意的实施方式适当地组合，可以起到各自所具有的效果。

本发明虽然被在参照附图的同时与优选的实施方式关联地进行了充分的记述，但是对于该熟悉该技术的人员来说，各种变形或修正是很清楚的。此种变形或修正只要不脱离由所附加的技术方案形成的本发明的范围，应当被理解为包含于其中。

工业上的利用可能性

本发明的弹性体驱动器的控制装置及控制方法作为进行利用弹性体驱动器动作的机械臂的手指尖位置的轨道控制等位置控制的控制装置及控制方法十分有用。另外，并不限定于机械臂，也可以作为生产设备等的利用弹性体驱动器的旋转机构的控制装置及控制方法、线性滑块或冲压装置等的利用弹性体驱动器的直动机构的控制装置及控制方法使用。

另外，本发明的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置及控制方法作为进行利用弹性体驱动器动作的机械臂的手指尖位置的轨道控制等位置控制的控制装置及控制方法十分有用。另外，并不限定于机械臂，也可以作为生产设备等的利用弹性体驱动器的旋转机构的控制装置及控制方法、线性滑块或冲压装置等的利用弹性体驱动器的直动机构的控制装置及控制方法使用。

Claims (7)

1.一种弹性体驱动器(1)的弹性体驱动器驱动型可动机构(1102)的控制装置，其中，

具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态并输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置(1108)、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力并输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置(1107)、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出并输出所述输出的计测值的输出计测装置(1104)、

输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值，并且将输出误差补偿信息输出以补偿输出误差的输出误差补偿装置(1103)、

输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息的输出及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出，并且输出驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置(1105)、

决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值并输出所述内部状态的目标值的目标内部状态决定装置(1109)、

输入来自所述目标内部状态决定装置的所述内部状态的目标值的输出及来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出，并且输出内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置(1106)，

基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息及由所述驱动力误差补偿装置补偿的所述驱动力误差补偿信息而进行控制，使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

2.一种弹性体驱动器(1)的弹性体驱动器驱动型可动机构(1102)的控制装置，其中，

具备：

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态并输出所述内部状态的计测值的内部状态计测装置(1108)、

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力并输出所述驱动力的计测值的驱动力计测装置(1107)、

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出并输出所述输出的计测值的输出计测装置(1104)、

输入由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的目标值和由所述输出计测装置计测的所述输出的计测值，并且将输出误差补偿信息输出以补偿输出误差的输出误差补偿装置(1103)、

输入来自所述输出误差补偿装置的所述输出误差补偿信息的输出及来自所述驱动力计测装置的所述驱动力的计测值的输出，并且输出驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差的驱动力误差补偿装置(1105)、

输入来自所述驱动力误差补偿装置的所述驱动力误差补偿信息的输出及来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出，并且输出内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差的内部状态误差补偿装置(1106)，

基于由所述内部状态误差补偿装置输出的所述内部状态误差补偿信息而进行控制，使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

3.根据权利要求2所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其中，

还具备决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值并输出所述内部状态的目标值的目标内部状态决定装置(1109)、

所述内部状态误差补偿装置(1106)输入来自所述驱动力误差补偿装置的所述驱动力误差补偿信息的输出、来自所述目标内部状态决定装置的所述内部状态的目标值的输出及来自所述内部状态计测装置的所述内部状态的计测值的输出，并且输出内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差。

4.根据权利要求1或3所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制装置，其中，所述目标内部状态决定装置输入所述可动机构的所述输出的目标值，并且决定所述内部状态的目标值。

5.一种弹性体驱动器(1)的弹性体驱动器驱动型可动机构(1102)的控制方法，其中，

计测因所述弹性体驱动器的驱动而变化的所述弹性体驱动器的内部状态而得到所述内部状态的计测值，

计测由所述弹性体驱动器产生的驱动力而得到所述驱动力的计测值，

计测由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出而得到所述输出的计测值，

根据所述弹性体驱动器的所述输出的目标值和所述计测的所述弹性体驱动器的所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

根据所述输出误差补偿信息的输出及所述驱动力的计测值的输出，得到驱动力误差补偿信息以补偿驱动力误差，

根据所述驱动力误差补偿信息的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

基于所述内部状态误差补偿信息而进行控制，使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

6.根据权利要求5所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

在得到所述输出误差补偿信息时，不是根据所述弹性体驱动器的所述输出的目标值和所述计测的所述弹性体驱动器的所述输出的计测值，而是根据由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构输出的目标值和所述计测的所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

在得到所述驱动力误差补偿信息后且得到所述内部状态误差补偿信息前，决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而得到所述内部状态的目标值，

在得到所述内部状态误差补偿信息时，根据所述驱动力误差补偿信息的输出、所述内部状态的目标值的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差。

7.根据权利要求5所述的弹性体驱动器驱动型可动机构的控制方法，其中，

在得到所述输出误差补偿信息时，不是根据所述弹性体驱动器的所述输出的目标值和所述计测的所述弹性体驱动器的所述输出的计测值，而是根据由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的输出的目标值和所述计测的所述弹性体驱动器的所述输出的计测值，得到输出误差补偿信息以补偿输出误差，

在得到所述驱动力误差补偿信息后且得到所述内部状态误差补偿信息前，决定所述弹性体驱动器的所述内部状态的目标值而得到所述内部状态的目标值，

在得到所述内部状态误差补偿信息时，不是根据所述驱动力误差补偿信息的输出及所述内部状态的计测值的输出，而是根据所述内部状态的目标值的输出及所述内部状态的计测值的输出，得到内部状态误差补偿信息以补偿内部状态误差，

在进行控制使所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值时，基于所述内部状态误差补偿信息及所述驱动力误差补偿信息而进行控制，使由所述弹性体驱动器驱动的所述可动机构的所述输出的计测值成为所述输出的目标值。

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