CN102744726A - 压缩性流体压力促动器驱动机构及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种压缩性流体压力促动器驱动机构及其驱动方法，利用流量控制电磁阀控制由对抗驱动来驱动关节的多个压缩性流体压力促动器的流体压力，在冲撞时的迅速制动时，利用促动器附近的附近流体压力高速控制机构，对促动器高速地进行加压或减压，进行迅速加速或迅速减速。附近流体压力高速控制机构是迂回所述对抗的多个压缩性流体压力促动器之间的迂回机构，通过开闭迂回机构，在控制关节的运动的主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对多个压缩性流体压力促动器分别进行加压及减压。

Description

压缩性流体压力促动器驱动机构及其驱动方法
本申请是分案申请，其母案申请的申请号：200880000618.0，申请日：2008.3.13，发明名称：压缩性流体压力促动器驱动机构及其控制装置。
技术领域
本发明涉及能够应用于机器人臂等机械装置的驱动机构的压缩性流体压力促动器驱动机构及其驱动方法。
背景技术
近年来，正在盛行宠物机器人等家庭用机器人的开发，期待将来家务辅助机器人等更实用的家庭用机器人被实用化。家庭用机器人需要进入家庭内，与人类共生，因此，需要的规格与以往的工业用机器人等不同。
在工业用机器人中，使用电动马达或减速器，利用高增益的反馈控制，实现重复精度高达0.1mm等的手头位置精度。然而，利用这样的电动马达来驱动的机构的刚性高，有时欠缺柔软性，在安全性方面问题多。
相对于此，在家庭用机器人中，不必需要重复精度高达0.1mm等的精度，而重视在与人类的接触时，不赋予危害等安全性。从而，可以说像以往的工业用机器人一样利用电动马达驱动的机构不适合家庭用机器人等重视安全性的领域，而需要柔软且安全的驱动机构。
针对这样的问题，作为以往技术，提出了用麦克贝因型气压促动器驱动的驱动机构。在特公平7-27411号公报(专利文献1)中，公开了如下的驱动装置，即：通过向气压促动器驱动回路输入同相的干扰信号，得到高频脉动效果，提高控制特性，并且，从伺服阀驱动信号等检测出伺服结构要素的异常的情况下，切断动力源，并且，运行驱动装置的制动器，防止失灵。
专利文献1：特公平7-27411号公报
然而，在所述专利文献1的结构中，空气具有压缩性，因此，气压驱动系统的响应性差，仅通过切断动力源，难以进行紧急停止，例如，在冲撞发生时，可能对冲撞对象赋予大的损伤等。
另外，在制动器装置中，只能减速，不能进行急速地加速而避免冲撞等的动作。
另外，制动器装置的设置导致机构的复杂化，还增加重量，因此，增加驱动装置的动能，还降低安全性。
发明内容
本发明的目的在于解决所述以往的关节驱动机构的问题，提供一种能够在控制关节的运动的主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前响应的压缩性流体压力促动器驱动机构及其驱动方法。
为了实现所述目的，本发明构成如下。
根据本发明的第一方式可知，提供一种压缩性流体压力促动器驱动机构，其利用多个压缩性流体压力促动器的对抗驱动，驱动关节的运动，其特征在于，具有：
主流体压力控制机构，其通过对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，控制所述多个压缩性流体压力促动器的各自的流体压力来控制所述关节的运动；
附近流体压力高速控制机构，其接近所述多个压缩性流体压力促动器的附近而配设，且在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，以控制使所述压缩性流体压力促动器迅速加速或迅速减速，
所述附近流体压力高速控制机构是迂回所述对抗的多个压缩性流体压力促动器之间的迂回机构，通过开闭所述迂回机构，在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述多个压缩性流体压力促动器分别进行加压及减压。
根据本发明的第八方式可知，提供一种压缩性流体压力促动器驱动方法，其通过压缩性流体压力促动器驱动机构利用多个压缩性流体压力促动器的对抗驱动来驱动关节的运动，其中，利用主流体压力控制机构，通过对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，控制所述多个压缩性流体压力促动器的各自的流体压力，从而控制所述关节的运动；利用接近所述多个压缩性流体压力促动器的附近而配设的附近流体压力高速控制机构，在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，以控制使所述压缩性流体压力促动器迅速加速或迅速减速，所述附近流体压力高速控制机构是迂回所述对抗的多个压缩性流体压力促动器之间的迂回机构，通过开闭所述迂回机构，在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述多个压缩性流体压力促动器分别进行加压及减压。
根据本发明可知，通过具有接近压缩性流体压力促动器的附近而配设，在所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述压缩性流体压力促动器进行加压或减压的附近流体压力高速控制机构，在控制关节的运动的主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前，附近流体压力高速控制机构对压缩性流体压力促动器进行加压或减压，因此，能够进行关节的运动的迅速减速或迅速加速。
从而，在冲撞发生时施加迅速制动，或在障碍物接近时进行为了紧急地避免冲撞而进行的迅速加速等紧急冲撞避免动作等对高速响应所需的动作的性能提高，能够实现安全的压缩性流体压力促动器驱动机构及其控制装置。
另外，能够进行关节的运动的迅速减速或迅速加速地控制，因此，还能够实现能够用结构体捕捉高速地移动而下落的物体的压缩性流体压力促动器驱动机构及其控制装置。
附图说明
本发明的这些和其他目的和通过与关于附图的优选的实施方式有关的接下来的记述变得明确。在该附图中，
图1是表示本发明的第一实施方式的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。
图2是表示本发明的第一实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的从其他方向观察的样子的图。
图3A是表示气压人工筋的结构及动作的图。
图3B是表示气压人工筋的结构及动作的剖面图。
图4是表示本发明的第一实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构、和用于驱动所述压缩性流体压力促动器驱动机构的气压供给驱动系的结构的图。
图5A是表示流量控制电磁阀的结构及动作的图。
图5B是表示流量控制电磁阀的结构及动作的图。
图5C是表示流量控制电磁阀的结构及动作的图。
图6是表示本发明的第一实施方式的压缩性流体压力促动器驱动机构的动作的图。
图7A是表示高速开关阀的结构及动作的图。
图7B是表示高速开关阀的结构及动作的图。
图8是示出表示高速开关阀的动作的气压回路符号的图。
图9是说明本发明的第一实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的气压人工筋的内部压力的上升的图。
图10A是表示本发明的第一实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的另一结构的图。
图10B是表示本发明的第一实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的又另一结构的图。
图11是表示本发明的第二实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。
图12是表示用于驱动本发明的第二实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的气压供给驱动系的结构的图。
图13是表示本发明的第三实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。
图14A是表示本发明的第三实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的安全阀的结构及动作的图。
图14B是表示本发明的第三实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的安全阀的结构及动作的图。
图15是表示本发明的第四实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。
图16A是表示本发明的第四实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的安全阀的结构及动作的图。
图16B是表示本发明的第四实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的安全阀的结构及动作的图。
图17是表示本发明的第五实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。
图18是说明本发明的第五实施方式中的压缩性流体压力促动器驱动机构的动作的时序图。
具体实施方式
以下，基于附图，详细说明本发明的实施方式之前，说明本发明的各种方式。
根据本发明的第一方式可知，提供一种压缩性流体压力促动器驱动机构，其利用多个压缩性流体压力促动器的对抗驱动，驱动关节的运动，其特征在于，具有：
主流体压力控制机构，其通过对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，控制所述多个压缩性流体压力促动器的各自的流体压力来控制所述关节的运动；
附近流体压力高速控制机构，其接近所述多个压缩性流体压力促动器的附近而配设，且在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，以控制使所述压缩性流体压力促动器迅速加速或迅速减速。
根据本发明的第二方式可知，提供如下：根据第一方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，还具有：流体供给机构，其向所述多个压缩性流体压力促动器分别供给流体，能够对所述多个压缩性流体压力促动器分别进行加压，所述附近流体压力高速控制机构能够利用所述流体供给机构供给的所述流体，对所述多个压缩性流体压力促动器分别进行迅速加压。
根据本发明的第三方式可知，提供如下：根据第一方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，所述附近流体压力高速控制机构是迂回所述对抗的多个压缩性流体压力促动器之间的迂回机构，通过开闭所述迂回机构，在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述多个压缩性流体压力促动器分别进行加压及减压。
根据本发明的第四方式可知，提供如下：根据第一方式或第二方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，所述附近流体压力高速控制机构是在从外部施加于所述压缩性流体压力促动器驱动机构的力超过一定值的情况下，进行减压控制动作的安全阀。
根据本发明的第五方式可知，提供如下：根据第一方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，还具有：检测冲撞的冲撞检测机构，在用所述冲撞检测机构检测到冲撞时，使所述附近流体压力高速控制机构进行减压控制动作。
根据本发明的第六方式可知，提供如下：根据第一方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，还具备：关节急加速减速控制机构，其使所述附近流体压力高速控制机构将打开状态持续一定时间后，成为关闭状态，并关闭流路地对所述附近流体压力高速控制机构进行动作控制，根据时间，对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压的控制。
根据本发明的第七方式可知，提供如下：根据第六方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，还具备：关节急加速减速控制机构，其基于从外部施加于所述压缩性流体压力促动器驱动机构的力的大小，确定持续所述附近流体压力高速控制机构的打开状态的时间的长度，对所述附近流体压力高速控制机构进行动作控制。
根据本发明的第八方式可知，提供如下：根据第六方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，还具备：关节急加速减速控制机构，其基于所述压缩性流体压力促动器驱动机构的动作速度的大小，确定持续所述附近流体压力高速控制机构的打开状态的时间的长度，对所述附近流体压力高速控制机构进行动作控制。
根据本发明的第九方式可知，提供如下：根据第二方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，所述流体供给机构在所述压缩性流体压力促动器的附近具有：流体蓄积机构，其蓄积从所述流体供给机构向所述多个压缩性流体压力促动器分别供给的所述流体。
根据本发明的第十方式可知，提供如下：根据第九方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，所述流体蓄积机构在所述压缩性流体压力促动器驱动机构的结构体的内部设置空腔，在所述空腔中蓄积所述流体。
根据本发明的第十一方式可知，提供如下：根据第二方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，所述流体供给机构供给超过所述压缩性流体压力促动器的能够加压的限度的压力的流体。
根据本发明的第十二方式可知，提供如下：根据第一方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，所述附近流体压力高速控制机构是高速开关阀，该高速开关阀仅进行与所述压缩性流体压力促动器连通并用于所述压缩性流体压力促动器的加压或减压控制动作的流路的开闭动作，且在所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前进行开闭动作。
根据本发明的第十三方式可知，提供如下：根据第一方式所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其特征在于，还具有：检测生物体信息的生物体信息检测机构；识别由所述生物体信息检测机构检测出的所述生物体信息的生物体信息识别机构，在由所述生物体信息识别机构识别的信息为动作指令的情况下，运行所述附近流体压力高速控制机构。
根据本发明的第十四方式可知，提供一种压缩性流体压力促动器驱动机构的控制装置，该压缩性流体压力促动器驱动机构利用多个压缩性流体压力促动器的对抗驱动，驱动关节的运动，并具有：主流体压力控制机构，其通过对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，控制所述多个压缩性流体压力促动器的各自的流体压力来控制所述关节的运动；附近流体压力高速控制机构，其接近所述多个压缩性流体压力促动器的附近而配设，且在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，以控制使所述压缩性流体压力促动器迅速加速或迅速减速，其特征在于，具有：
关节控制机构，其以所述关节的所述运动的信息为基础，对所述主流体压力控制机构进行动作控制，从而控制所述关节的运动；
关节急加速减速控制机构，其通过对所述附近流体压力高速控制机构进行动作控制，控制所述关节的迅速减速或迅速加速动作。
以下，基于附图，详细说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的整体图。在图1中，1为第一结构体，2为第二结构体。第一结构体1和第二结构体2利用旋转关节3来结合，能够相对地转动。在旋转关节3例如配设有编码器等角度传感器70，能够测量图6中所示的第一结构体1的中心轴和第二结构体2的中心轴所成的关节角度θ。
在第一结构体1上，在与第一结构体1的长边方向正交的方向上配设有相互对置的促动器支撑部件4a及4b，在第二结构体2上，在与第二结构体2的长边方向正交的方向上配设有促动器驱动力传递部件5。
6a及6b是作为压缩性流体压力促动器的一例的气压人工筋，配设为与第一结构体1大致平行，且将第一结构体1夹在中间。气压人工筋6a及6b的各自的一端通过旋转接头7a及7b分别与促动器支撑部件4a及4b能够旋转地连接。另外，气压人工筋6a及6b的各自的另一端通过旋转接头7c及7d分别与促动器驱动力传递部件5能够旋转地连接。
8是作为高压流体蓄积机构的一例的高压罐，配设于第一结构体1的内部，在第一结构体1的内部设置的空腔8a蓄积高压流体，并且利用气压人工筋6a及6b、后述的气压供给驱动系统和空压配管10a、10b、10c、10d连接。即，在高压罐8的一端连接空压配管10a的一端，空压配管10a的另一端与分别朝向气压人工筋6a及6b侧分路的空压配管10b、10c连接，空压配管10b、10分别与气压人工筋6a及6b连接。另外，在空压配管10a的另一端还连接空压配管10d的一端，空压配管10d的另一端沿第一结构体1的长边方向延伸，与后述的气压供给驱动系连接。另一方面，9a及9b是作为附近流体压力高速控制机构的一例的高速开关阀，高速开关阀9a、9b的动作由后述的控制计算机24来控制。另外，高速开关阀9a、9b分别配设于从高压罐8与气压人工筋6a及6b分别连接的空压配管10b、10c，分别控制空压配管10b、10c的流路的开闭动作。
11a、11b是作为检测人或物体等冲撞对象与第二结构体2冲撞的情况的冲撞检测机构的一例的冲撞检测传感器，冲撞检测传感器11a、11b分别例如由压敏传感器构成，设置于第二结构体2的表面。在由冲撞检测传感器11a、11b检测到冲撞时，如后所述，能够使高速开关阀(高速ON-OFF阀)9a、9b进行减压控制动作。图2是沿第二结构体2的长边方向且从图1中的箭头X所示的方向观察的图。在此，冲撞检测传感器11a、11b的配置位置相对于第二结构体2对称，在气压人工筋6a收缩时围绕旋转关节3产生的旋转运动方向侧(图1中为顺时针方向)配设有冲撞检测传感器11a，在气压人工筋6b收缩时围绕旋转关节3产生的旋转运动方向侧(图1中为逆时针方向)配设有冲撞检测传感器11b。
图3A及图3B是表示作为气压人工筋6a、6b的一例的一个气压人工筋的结构的图。气压人工筋6a、6b分别形成为如图3A及图3B所示的结构，即：在由橡胶材料构成的管状弹性体12的外表面配设有由纤维软线构成的约束部件13，用密封部件14分别气密性密封管状弹性体12的两端部。通过流体注入流出部件15，将空气等压缩性流体向管状弹性体12内供给，向管状弹性体12的内部空间赋予内压的情况下，管状弹性体12主要沿半径方向膨胀，但由于约束部件13的约束作用，变换为管状弹性体12的中心轴方向的运动，全长收缩。该气压人工筋主要由弹性体构成，因此该促动器具有如下特征：具有柔软性，安全且轻量。
图4是表示气压人工筋6a、6b和用于驱动所述气压人工筋6a、6b的气压供给驱动系统的结构的图。在图4中，21例如为压缩机等气压源，22为气压调节单元。气压调节单元22以气压源21的气压过滤器22a、气压减压阀22b、及气压用润滑器22c为一组构成。利用这些气压源21、气压调节单元22和高压罐8，构成分别向气压人工筋6a、6b供给流体，从而能够将所述气压人工筋6a、6b分别加压的高压流体供给机构的一例。
23为主流体压力控制机构的一例，是通过用电磁铁的力使滑柱进退驱动来控制流量的五端口的流量控制电磁阀，所述进退驱动动作由后述的控制计算机24来控制。
图5A～图5C中示出流量控制电磁阀23的结构。47是滑柱，是圆柱状且在其外周面上开设有槽55a、55b的结构，利用由电磁铁运行的线性伺服促动器48沿滑柱47的长边轴向使滑柱47进退驱动，使滑柱47在图5A～图5C的纸面上的左右方向(沿滑柱47的长边轴向)运动。另外，在收容滑柱47的框体49分别配设有与气压源21侧连通的吸气口50、与空压配管10c连通的第一供给口51、与空压配管10b连通的第二供给口52、与大气压侧连通的第一排气口53、和与大气压侧连通的第二排气口54。
在滑柱47开设有槽55a及槽55b，因此，在利用由控制计算机24的控制来驱动的线性伺服促动器48，如图5B的状态所示地从图5A的状态向图5A或图5B的纸面左侧移动时，从吸气口50向第一供给口51的路径通过槽55a开通，并且，从第二供给口52向第二排气口54的路径通过槽55b开通。
另一方面，如图5c的状态所示地，滑柱47在利用由控制计算机24的控制来驱动的线性伺服促动器48而从图5A的状态或图5B的状态向图5A或图5B的纸面右侧移动时，从吸气口50向第二供给口52的路径通过槽55b开通，并且，从第一供给口51向第一排气口53的路径通过槽55a开通。
另外，以上的开通路径的流量与滑柱47的移动量成比例地变大。
如上所述，流量控制电磁阀23根据从控制计算机24向流量控制电磁阀23输入的电压指令值，利用伺服控制正确地控制滑阀(滑柱)47的位置，能够连续且微细地控制流过流量控制电磁阀23的各端口的空气的流量。其结果，通过对气压人工筋6a、6b进行加压或减压控制动作，控制气压人工筋6a、6b的各自的流体压力，能够控制所述关节3的运动。
返回图4，24例如为由通常的个人计算机构成且作为控制装置的一例发挥功能的控制计算机。在控制计算机24中，关节控制机构17和关节急加速减速控制机构18作为程序安装，分别独立运行。
关节控制机构17以关节3的运动的信息例如来自角度传感器70的信息为基础，进行第一结构体1和第二结构体2的摆动运动即图6中的由θ表示的关节角度的控制。在控制计算机24搭载有D/A板24a，关节控制机构17通过D/A板24a向流量控制电磁阀23输出电压指令值，从而连续且微细地控制流过各自的流体注入流出部件15的各自的空气的流量，控制关节角度θ。
关节急加速减速控制机构18控制针对第一结构体1和第二结构体2的摆动运动即关节角度θ的运动的制动。在控制计算机24搭载有A/D板24b，来自冲撞检测传感器11a或11b的信号通过A/D板24b向关节急加速减速控制机构18输入。另外，D/A板24a还与高速开关阀9a及9b连接，关节急加速减速控制机构18通过D/A板24a将电压指令值分别向高速开关阀9a及9b输出，由此能够分别控制高速开关阀9a及9b的阀的开闭状态，从而控制针对关节角度θ的运动的制动。
图7A及图7B中示出高速开关阀9a及9b的各自的结构及动作。高速开关阀9a及9b分别具有导入口40及排出口41两个端口，该两个端口40、41之间的开通及非开通通过图7A及图7B中的柱塞42的上下运动来控制。
在未向电磁铁43通电时，柱塞42由于弹簧44的施力，而被压附于孔45，因此，从导入口40向排出口41的流路成为关闭状态。
另一方面，若向电磁铁43通电，则芯46被磁化，柱塞42克服弹簧44的施力而利用磁力吸附在芯46，从而柱塞42上升。从而，柱塞42从孔45离开，从导入口40向排出口41的流路开通。
高速开关阀9a及9b构成为分别具有两个端口，与流量控制电磁阀23不同，只能够采用图8所示的空压回路符号的C(关闭)及D(打开)这两个状态。利用电磁铁43的力驱动柱塞42，仅控制流路的开闭动作。若与流量控制电磁阀23相比，则作为可动部的柱塞42的惯性小，动作也仅为两个状态，因此，高速地切换开闭动作这一点为特征。另外特征为不具有伺服控制系统，端口数量也少，因此，小型且轻量，向机构的可动部分等的搭载容易。因此，在该说明书中，高速开关阀9a、9b的切换动作速度比流量控制电磁阀23快，因此，向开关阀9a、9b赋予“高速”，称为高速开关阀9a、9b。
根据图4所示的气压供给驱动系统可知，由气压源21生成的高压空气通过气压调节单元22而被减压，调节为能够对气压人工筋6a、6b加压的限度压力(例如为600kPa)即一定压力，并供给五端口的流路控制电磁阀23。与从控制计算机24通过D/A板24a输出的电压指令值成比例地控制五端口流路控制电磁阀23的开度。如上所述，在五端口流路控制电磁阀23分别连接一对气压人工筋6a、6b的各自的管状弹性体12的流体注入流出部件15。一对气压人工筋6a、6b沿第一结构体1的长边方向大致平行地配置，各自的管状弹性体12的流体注入流出部件15侧的端部分别固定于在第一结构体1的端部固定的促动器支撑部件4a、4b。在一对气压人工筋6a、6b的各自的管状弹性体12的另一方的端部侧支撑有由旋转关节3旋转自如地支撑于第一结构体1的促动器驱动力传递部件5，在该促动器驱动力传递部件5分别旋转自如地支撑一对气压人工筋6a、6b的各自的管状弹性体12的另一方的端部。从而，如下所述，通过一对气压人工筋6a、6b的各自的管状弹性体12伸缩，促动器驱动力传递部件5围绕旋转关节3被正反向旋转驱动，第二结构体2围绕旋转关节3被正反向旋转驱动。还有，将图4中箭头所示的右旋转作为正向，将与箭头相反的左旋转作为反向。
由控制计算机24从D/A板24a向流量控制电磁阀23输入了正的电压指令值的情况下，如图4所示，成为气压回路符号的A所示的状态，从气压源21侧向气压人工筋6a的管状弹性体12的流体注入流出部件15侧的流路经由五端口流路控制电磁阀23开通，与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气供给于气压人工筋6a侧。另外，在气压人工筋6b侧，从管状弹性体12的流体注入流出部件15向大气压侧的流路经由五端口流路控制电磁阀23开通，与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气流从气压人工筋6b侧向大气中排气。从而，如图4所示，气压人工筋6a的全长收缩，气压人工筋6b的全长伸长，由此旋转关节3以与电压指令值的绝对值成比例的速度，如图4中的箭头Y所示地进行右旋转运动。
另一方面，由控制计算机24从D/A板24a向五端口流量控制电磁阀23输入了负的电压指令值的情况下，切换五端口流量控制电磁阀23，从气压回路符号的A所示的状态变为B所示的状态，气压人工筋6a的动作变为相反，旋转关节3进行左旋转运动。即，从气压源21侧向气压人工筋6b的管状弹性体12的流体注入流出部件15侧的流路经由五端口流量控制电磁阀23开通，与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气供给于气压人工筋6b侧。另外，在气压人工筋6a侧，从管状弹性体12的流体注入流出部件15向大气压侧的流路经由五端口流路控制电磁阀23开通，与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气流从气压人工筋6a侧向大气中排出。从而，气压人工筋6b的全长收缩，气压人工筋6a的全长伸长，由此关节轴旋转关节3以与电压指令值的绝对值成比例的速度，进行与图4的箭头Y相反的方向所示的左旋转运动。
其次，说明对高压罐8的空压供给系统。19是控制压力的压力控制阀，利用压力控制阀19将从压力控制阀19之后的流路的压力控制为规定压力(例如900kPa)。另外，气压源21为压缩机的情况下，其压力变动，因此，在气压源21的压力低于规定压力(例如900kPa)时，压力控制阀19关闭，使压力控制阀19以后的流路的压力不小于规定压力(例如900kPa)。这样，通过空压配管10d及10a向高压罐8供给利用气压调节单元22的气压减压阀22b减压之前的规定压力(例如900kPa)的高压空气，并进行蓄积。
在高压罐8蓄积的高压空气利用空压配管10b、10c分别供给于气压人工筋6a、6b，但在空压配管10b、10c配设有高速开关阀9a及9b，通过高速开关阀9a及9b来控制高压空气的供给。
利用D/A板24a分别向高速开关阀9a及9b输入例如0V及5V这两个值的电压指令值。向高速开关阀9a及9b分别输入了0V的电压指令值的情况下，高速开关阀9a及9b分别成为关闭状态，从高压罐8向气压人工筋6a及6b的流路分别不开通，形成为隔断的状态。
另一方面，向高速开关阀9a及9b输入了5V的电压指令值的情况下，高速开关阀9a及9b分别成为打开状态，从高压罐8向气压人工筋6a及6b的流路分别开通，在高压罐8蓄积的高压空气分别供给于气压人工筋6a及6b。从而，例如向高速开关阀9a输入5V的电压指令值，高速开关阀9a成为打开状态的情况下，利用来自高压罐8的高压空气对气压人工筋6a进行加压，另一方面，向高速开关阀9b输入5V的电压指令值，高速开关阀9b形成为打开状态的情况下，利用来自高压罐8的高压空气，对气压人工筋6b进行加压。
说明以上的结构的关节驱动机构。
如上所述，夹着第一结构体1，关于促动器驱动力传递部件5相互对置地利用旋转接头7a及7b连接。从而，通过图1的上侧的气压人工筋6a和下侧的其他气压人工筋6b的对抗驱动，驱动关节3的运动。例如，图1的上侧的气压人工筋6a收缩，图1的下侧的另外的气压人工筋6b伸长的情况下，发生旋转关节3围绕旋转轴的时针方向的旋转运动。相反，图1的上侧的气压人工筋6a伸长，图1的下侧的其他气压人工筋6b收缩的情况下，旋转运动成为相反旋转即逆时针方向的旋转。
如上所述，利用气压人工筋6a、6b，驱动第一结构体1和促动器驱动力传递部件5的正反向旋转运动，由此驱动第一结构体1和第二结构体2的摆动运动即角度θ的运动。
通常的第一结构体1和第二结构体2的摆动运动即角度θ的运动的控制通过以电压指令值使流量控制电磁阀23工作。例如，若以V＝Kθ(θd-θ)向流量控制电磁阀23赋予电压指令值V，则能够进行关节角度θ的伺服控制。但是，Kθ为常数增益，θd为关节角度θ的目标值。
流量控制电磁阀23通过伺服控制滑柱47的微细的位置，使得针对空气的流量向气压人工筋6a及6b的分配的微细的调节的性能高，能够进行角度θ的运动的微细的控制。
然而，关于与从打开状态到关闭状态、或从关闭状态到打开状态的中间状态无关的高速的响应，由于滑柱47的惯性大等原因，高速开关阀9a、9b变差。另外，控制滑柱47的微细的位置，因此，驱动滑柱47的电磁促动器(线性伺服促动器48)带有某种程度的大小、复杂度等，结构上成为某种程度的大小，因此，难以在机器人臂的臂等可动部分搭载，而搭载在基座部等上。因此，流量控制电磁阀23和气压人工筋6a、6b的配置位置远离，从流量控制电磁阀23到气压人工筋6a、6b的配管变长，传递空压时花费时间，高速性变差。
如上所述，在使用了流量控制电磁阀23的空压控制系统中，能够进行关节角度的正确的控制，但瞬间的高速性差，因此，人或物体等冲撞对象与第二结构体2冲撞，需要对旋转关节3进行紧急制动时，得不到充分的制动效果，可能对冲撞对象赋予大的损伤。
针对这样的问题，本发明的第一实施方式的特征在于，配设高压罐8和高速开关阀9a、9b，利用高速开关阀9a、9b，能够进行气压人工筋6a、6b的高速的加压(迅速加压)。
作为一例，图1的上侧的气压人工筋6a收缩，图1的下侧的另一气压人工筋6b伸长，发生旋转关节3的围绕旋转轴的顺时针方向的旋转运动时，冲撞检测传感器11a检测对第二结构体2的冲撞，来自冲撞检测传感器11a的信号输入于关节急加速减速控制机构18。若来自冲撞检测传感器11a的信号输入于关节急加速减速控制机构18，则关节急加速减速控制机构18将D/A板24a的电压指令值从0V变更为5V，将高速开关阀9b设为打开状态，在用ton＝KfF+Kvdθ/dt算出的时间ton的期间，维持高速开关阀9b的打开状态，然后，将电压指令值从5V变更为0V，将高速开关阀9b设为关闭状态。其中，F是冲撞检测传感器11a检测到的冲撞力的最大值，dθ/dt是关节角速度(关节角度θ的时间微分值)，Kf及Kv是常数增益且实验求出的值。从而，关节急加速减速控制机构18基于从外部向所述压缩性流体压力促动器驱动机构施加的力的大小、或者所述压缩性流体压力促动器驱动机构的动作速度(例如关节角速度)的大小，能够利用所述式确定持续所述附近流体压力高速控制机构9a、9b的打开状态的时间的长度，控制所述附近流体压力高速控制机构9a、9b的动作。即，例如，关节急加速减速控制机构18以所述附近流体压力高速控制机构9a、9b持续一定时间打开状态后，变为关闭状态并关闭流路的方式控制所述附近流体压力高速控制机构9a、9b的动作，根据时间，对所述气压人工筋6a、6b进行加压或减压的控制。
另外，关节急加速减速控制机构18将高速开关阀9b设为打开状态的同时，停止关节控制机构17中的关节角度的目标值的更新。
还有，所述关节角度的目标值的更新由于使关节3动作，因此时常进行。目标值时时刻刻变化，追随于此，发生关节3的活动。若对第二结构体2冲撞后，不停止关节3的活动，则有可能陷入更差的状态，因此，停止目标值的更新，将目标值保持为恒定值，由此停止关节3的活动。
根据以上的动作可知，在所述冲撞刚发生后，高速开关阀9b马上变为打开状态，利用高压罐8内的规定压力(例如900kPa)的高压空气急速地对气压人工筋6b加压，气压人工筋6b在收缩方向上产生力，产生的力作用为对第二结构体2的围绕旋转关节3的顺时针方向的旋转运动产生制动，从而能够缓和冲撞的冲击。
高速开关阀9b的动作为高速，高压罐8接近气压人工筋6a、6b而配设，来自高压罐8的高压空气的供给流路短，因此，如图9所示，气压人工筋6b的内部压力的上升变快，基于高速开关阀9b的空压控制系统的制动效果在基于流量控制电磁阀23的空压控制系统的制动效果之前发生，提高冲击缓和的效果。还有，在图9中，(a)的图表表示通过高速开关阀9b，高压罐8超过能够加压的限度压力的高压(例如900kPa)的情况，(b)的图表表示通过高速开关阀9b，高压罐8为能够加压的限度压力(例如600kPa)的情况，(c)的图表表示流量控制电磁阀的情况。
另外，基于由ton＝KfF+Kvdθ/dt算出的时间ton来控制开闭时间，因此，制动时间与冲撞力F或关节角速度dθ/dt成比例，冲撞力F大时或关节3的关节角速度dθ/dt大时，时间ton变大，即制动时间变长，从而能够更可靠地得到制动效果。进而，经过时间ton后，高速开关阀9b成为关闭状态，持续制动状态，如图9所示，时间tp经过后，恢复基于流量控制电磁阀23的通常的控制，因此，气压人工筋6b的内压变得过高，关节3不会开始反向旋转，能够可靠地停止关节3的运动。
另外，与不设置高压罐8而仅使用来自气压供给系统的供给压力的情况相比，通过设置高压罐8能够得到充分的流量，能够得到充分的制动效果。进而，通过在高压罐8使用例如900kPa之类的超过气压人工筋6a、6b的能够加压的限度压力的高压的流体，如图9的(a)所示的图表所示，气压的上升的提高速度快，能够进一步提高气压人工筋6a、6b的加压速度，能够进行更高速的制动。而且，使用超过气压人工筋6a、6b的能够加压的限度压力的压力的流体的时间仅为被控制的微小时间ton，因此，只要适当地设定微小时间ton的长度，就不会超过气压人工筋6a、6b的能够加压的限度压力，可以不发生气压人工筋6a、6b的破损等问题。
如上所述，根据本发明的第一实施方式可知，通过配设高压罐8和高速开关阀9a及9b，能够进行气压人工筋6a、6b的高速的加压，能够实现冲撞时的迅速制动等高速的响应，能够提高机构的安全性。换而言之，能够将高速开关阀9a、9b接近气压人工筋6a、6b的附近而配设，在控制所述关节3的运动的所述流量控制电磁阀23的流体压力控制动作之前对所述气压人工筋6a、6b进行加压或减压控制动作，将所述气压人工筋6a、6b控制为迅速加速或迅速减速。
还有，在所述第一实施方式中，将冲撞检测传感器11a侧处的冲撞作为例子进行了说明，但在冲撞检测传感器11b侧处的冲撞中，也通过运行高速开关阀9a，对气压人工筋6a加压等进行相反的动作，能够进行控制动作。
另外，在所述第一实施方式中，设置冲撞检测传感器11a、11b，基于冲撞检测传感器11a、11b的冲撞的检测后，运行附近流体压力高速控制机构，进行制动动作。然而，未必一定需要冲撞检测传感器，例如，如图10A所示，设置用于输入语音指令的语音输入机构27、和用于解释从语音输入机构27输入的指令的语音识别机构28也可。在这样的结构的情况下，若从语音输入机构27输入人类的所谓的“停止”的语音，则所述所谓的“停止”的语音作为进行迅速停止的动作指令而被语音识别机构28识别时，基于所述识别的指令(动作指令)，运行附近流体压力高速控制机构而进行迅速停止的情况等，也能够发挥高速的制动的效果。
另外，本发明不限定于用于输入语音指令的语音输入机构27、和用于解释指令的语音识别机构28等，如图10B所示，包括检测语音以外的肌电位或脑波等生物体信息的生物体信息检测机构27A和生物体信息识别机构28A，若利用生物体信息识别机构28A检测到由生物体信息检测机构27A检测的生物体信息为动作指令，则在基于所述识别的动作指令，运行附近流体压力高速控制机构而进行迅速停止的情况下，也能够发挥高速的制动的效果。
另外，第一实施方式不限定于制动动作，也可以应用于不需要精度，但需要急剧的加速动作的情况例如障碍物的紧急回避动作或打击动作等中。
(第二实施方式)
图11是表示本发明的第二实施方式的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。图11的压缩性流体压力促动器驱动机构的以下所述的结构部分与第一实施方式不同，其他部分与第一实施方式相同，关于与第一实施方式共同的结构部分标注与第一实施方式相同的符号，省略详细的说明。还有，在该第二实施方式中是不具备高压罐8，也不具备压力控制阀19的例子。
在图11中，16是作为以所述附近流体压力高速控制机构的另一例子发挥功能的迂回机构的一例的迂回配管，直接连接气压人工筋6a及6b的促动器驱动力传递部件5侧的各自的端部的密封部件14、14之间。另外，9c是利用关节急加速减速控制机构18进行开闭控制的迂回配管用高速开关阀，迂回配管用高速开关阀9c配设于迂回配管16的中途，控制迂回配管16的开通及隔断。即，在高速开关阀9c为打开状态时，开通迂回配管16，连接气压人工筋6a及6b的内部空间。如图12所示，高速开关阀9c与D/A板24a连接，利用关节急加速减速控制机构18控制高速开关阀9c的开闭。
另外，在气压人工筋6a、气压人工筋6b的密封部件14分别内置有压力传感器62a、62b，利用压力传感器62a、62b，能够测量气压人工筋6a、气压人工筋6b的内部压力Pa及Pb。由压力传感器62a、62b测量的结果的信号通过D/A板24b输入于关节急加速减速控制机构18，使用于基于关节急加速减速控制机构18的高速开关阀9c的开闭控制。
说明以上的结构的压缩性流体压力促动器驱动机构的动作。气压人工筋6a、6b的动作等与所述第一实施方式相同，因此，关于与第一实施方式共同的结构部分的动作，省略说明。
作为一例，图12的上侧的气压人工筋6a收缩，并且，图12的下侧的另一气压人工筋6b伸缩的结果，发生旋转关节3的围绕旋转轴的时针方向的旋转运动时，冲撞检测传感器11a检测对第二结构体2的冲撞对象的冲撞，来自冲撞检测传感器11a的信号输入于关节急加速减速控制机构18。这样，关节急加速减速控制机构18判定为，由压力传感器62a测量的气压人工筋6a的内部压力Pa高于由压力传感器62b测量的气压人工筋6b的内部压力Pb的情况下，关节急加速减速控制机构18将D/A板24a的电压指令值从0V变更为5V，将高速开关阀9c设为打开状态，在用ton＝Kp/(Pa-Pb)算出的时间ton期间，维持高速开关阀9c的打开状态，然后，将高速开关阀9c设为关闭状态。但是，在关节急加速减速控制机构18判断为，在比时间ton短的时间内成为了内部压力Pa≈Pb的情况下，在此时点将高速开关阀9c设为关闭状态。在此，Kp是常数增益，是实验求出的值。
另外，关节急加速减速控制机构18运行如下，即：将高速开关阀9c设为打开状态的同时，停止关节控制机构17中的关节角度的目标值的更新，由此利用关节控制机构17也实现制动。
在如上所述地关节急加速减速控制机构18判断为，在比微小时间ton短的时间内，成为了内部压力Pa≈Pb的情况下，在此时点将高速开关阀9c设为关闭状态的理由如下所述，即：成为了内部压力Pa≈Pb的情况下，关节控制机构17控制流量控制电磁阀23，施加制动的效果开始发挥作用，即使以其以上的时间即比微小时间ton长的时间，将高速开关阀9c设为打开状态，也不能进一步提高气压人工筋6b的内部压力Pb，制动效果减弱。
根据以上的动作可知，在冲撞刚发生后，高速开关阀9c成为打开状态，高压空气从压力相对高的气压人工筋6a向压力相对低的气压人工筋6b通过迂回配管16流动。其结果，气压人工筋6b被迅速地加速，气压人工筋6b在收缩方向上产生力，所述产生的力对第二结构体2的围绕关节3的运动施加制动地发挥作用，缓和冲撞对象的冲撞的冲击。换而言之，通过开闭迂回配管16，能够在基于控制所述关节3的运动的流量控制电磁阀23的流体压力控制动作之前，对气压人工筋6a、6b进行加压及减压，能够缓和冲撞对象的冲撞的冲击。
高速开关阀9c的动作为高速，迂回配管16接近气压人工筋6a、6b而配设，迂回配管16的流路短，因此，基于高速开关阀9c的气压控制系的制动效果在基于流量控制电磁阀23的气压控制系的制动效果之前发生，能够提高缓和冲击的效果。
另外，基于由ton＝Kp/(Pa-Pb)算出的时间ton，控制高速开关阀9c的开闭时间，因此，在气压人工筋6a及6b的压差小时，打开状态的时间变长，提高制动效果地发挥作用，在气压人工筋6a和6b的压差大时，高速开关阀9c的打开状态的时间变短，从而能够防止关节3的反向旋转。进而，经过时间ton后，高速开关阀9c成为关闭状态，返回基于流量控制电磁阀23的通常的控制，因此，气压人工筋6b的内压变得过高，关节3不会开始旋转，从而能够可靠地停止关节3的运动。
另外，关于压缩性流体压力促动器驱动机构的结构，也不需要与通常的气压控制系不同的高压罐等用于加压的气压供给系或气压控制系，高速开关阀9c也为一个即可，由于这些原因等，能够以简单的结构得到高速的响应。
另外，在冲撞检测传感器11a侧对第二结构体2的冲撞对象的冲撞发生而导致问题的情况下，如图11中的箭头Y所示，关节3向顺时针方向旋转的情况的可能性最高，在这种情况下，关节3发生向顺时针方向的旋转，因此，气压人工筋6a的内部压力高于气压人工筋6b的内部压力的情况居多(冲撞检测传感器11b侧的冲撞时成为相反的压力关系)。从而，在大多数情况下，使用了迂回配管16的制动能够发挥效果。
如上所述，在第二实施方式中，通过配设迂回配管16和高速开关阀9c，能够以简单的结构进行气压人工筋6a、6b的高速的加压，能够实现冲撞对象的冲撞时的迅速制动等高速的响应，能够提高所述驱动机构的安全性。
还有，在所述第二实施方式中，将高速开关阀9c的打开时间设为ton＝Kp/(Pa-Pb)，但不限定于此，与第一实施方式相同地，设为ton＝KfF+Kvdθ/dt的情况下，也能够发挥相同的效果。
(第三实施方式)
图13是表示本发明的第三实施方式的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。图13的压缩性流体压力促动器驱动机构的以下所述的结构部分与第一实施方式不同，其他部分与第一实施方式相同，关于与第一实施方式共同的结构部分标注与第一实施方式相同的符号，省略详细的说明。
在图13中，20a及20b是作为所述附近流体压力高速控制机构的另一例的安全阀，两方的安全阀20a及安全阀20b配设于第二结构体2的关节3的附近，与由大致L字状板材分别构成的冲撞检测传感器板38a及38b分别机构连接。即，冲撞检测传感器板38a及38b的关节3的附近侧的端部与安全阀20a及20b连结。另外，25a及25b是气压开放配管，一方的气压开放配管25a连接气压人工筋6a的促动器驱动力传递部件5侧的端部的密封部件14、和安全阀20a。另一方的气压开放配管25b连接气压人工筋6b的促动器驱动力传递部件5侧的端部的密封部件14、和安全阀20b。安全阀20a、20b分别在从外部施加于压缩性流体压力促动器驱动机构的力超过一定值的情况下，进行减压控制动作。
如图14A及图14B中示出安全阀20a及20b中的一个安全阀20的结构的详细情况。安全阀20具备：纵剖面为U字形状的外壳32；大径基端部33a和小径基端部33b一体地连结，且在外壳32的凹部32a内沿周向进退的滑柱33；密封凹部32a和滑柱33的大径基端部33a的O形密封环34；在凹部32a的底面、和滑柱33的大径基端部33a的内侧端面之间压缩装配的滑柱弹簧35。冲撞检测传感器板38a、38b中一个冲撞检测传感器板38和滑柱33如下所述地机构连结，即：滑柱33的小径基端部33b的外侧端面固定于大致L字状板材的冲撞检测传感器板38的端部的控制杆部36。另外，在与O形密封环34的配置部位的底部侧的凹部32a连通且与凹部32a的轴向正交的方向上，在外壳32形成的空气导入口37利用气压开放配管25a、25b，与气压人工筋6a、6b连接。还有，利用滑柱33的小径基端部33b和凹部32a的间隙，形成空气排出口39。另外，在冲撞检测传感器板38和第二结构体2之间压缩装配有多个弹簧38g，冲撞对象与冲撞检测传感器板38冲撞时，用弹簧38g能够吸收冲撞时的冲击力。
使用图14A及图14B，说明以上的结构的压缩性流体压力促动器驱动机构的动作。气压人工筋6a、6b的动作等与所述第一实施方式相同，因此，关于与第一实施方式共同的结构部分的动作，省略说明。
通常的动作时，在各自的安全阀20a、20b中，利用滑柱弹簧35的推顶力，向图14A中的上方朝向推上滑柱33，成为图14A的状态，由于滑柱33的大径基端部33a和O形密封环34密接，密封对导入空气导入口37的气压人工筋6a加压的高压空气。
向冲撞检测传感器板38a、38b中的任一方例如冲撞检测传感器板38a的冲撞对象的冲撞发生的情况下，冲撞对象的冲撞引起的力向由控制杆36机构连接的安全阀20a的滑柱33传递，利用向滑柱33传递的力，在图14A中，滑柱33被外壳32的凹部32a推下。若冲撞引起的力(换而言之，从外部施加于所述压缩性流体压力促动器驱动机构的力)超过某个值(一定值)，则成为图14B的状态，滑柱33的大径基端部33a和小径基端部33b的台阶部分比O形密封环34的位置位于图14B中的下侧，开放从空气导入口37向空气排出口39的路径，导入空气导入口37的高压空气向大气中排出。这样，气压人工筋6a的内部的高压空气通过气压开放配管25a向空气排出口39流出，发生气压人工筋6a的内部压力的减压，气压人工筋6a的收缩力减少。其结果，使旋转关节3旋转的扭矩减少，制动施加于旋转关节3的旋转运动。
同样，向冲撞检测传感器板38b的冲撞对象的冲撞发生的情况下，安全阀20b运行，制动施加于旋转关节3的反向旋转运动。即，在第三实施方式中，使将第一结构体1及第二结构体2的中心轴作为对称轴，配设于相同侧的气压人工筋6a和安全阀20a联动，并且，使气压人工筋6b和安全阀20b联动，由此发挥对旋转关节3的旋转运动的制动效果。
如上所述，在第三实施方式中，通过设置安全阀20和气压开放配管25，能够在不设置用控制程序控制的系统的情况下，利用机构性运行的简单的结构，实现对旋转关节3的旋转运动的制动，能够在冲撞发生时防止过大的力施加于冲撞对象的情况。
(第四实施方式)
图15是表示本发明的第四实施方式的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。图15的压缩性流体压力促动器驱动机构的以下所述的结构部分与第一实施方式或第三实施方式不同，其他部分与第一实施方式或第三实施方式相同，关于与第一实施方式或第三实施方式共同的结构部分，标注与第一实施方式或第三实施方式相同的符号，省略详细的说明。
在图15中，8为高压罐，利用与第一实施方式相同的气压供给系来蓄积高压空气。61a、61b为管配管，一方的罐配管61a连接高压罐8和安全阀56a，另一方的罐配管61b连接高压罐8和安全阀56b。两方的安全阀61a、61b与先前的安全阀20a及安全阀20b相同地，配设于第二结构体2的关节3的附近，与由大致L字状板材分别构成的冲撞检测传感器板38a及38b分别机构连接。即，冲撞检测传感器板38a及38b的关节3的附近侧的端部连结于安全阀61a及61b。另外，26a、26b为加压配管，一方的加压配管26b连接安全阀56a和气压人工筋6b的促动器驱动力传递部件5侧的端部的密封部件14，另一方的加压配管26d连接安全阀56b和气压人工筋6a的促动器驱动力传递部件5侧的端部的密封部件14。
图16A及图16B中示出安全阀56a、56b中的一个安全阀56的结构的详细情况。安全阀56具备：纵剖面为U字形状的外壳57；大径基端部58a、小径中间部58b、和大径前端部58c一体地连结，且在外壳57的凹部57a内沿周向进退的滑柱58；分别密封凹部57a、滑柱58的大径基端部58a、和大径前端部58c的O形密封环59a和59b；在凹部57a的底面和滑柱58的大径基端部33a的内侧端面之间压缩装配的滑柱弹簧35。冲撞检测传感器板38a、38b中的一个冲撞检测传感器板38和滑柱58如下所述地机构连接，即：滑柱58的大径前端部58c的外侧端面固定于大致L字状板材的冲撞检测传感器板38的端部的控制杆部36。另外，在与比O形密封环59a的配置部位底部侧的凹部57a连通且与凹部57a的轴向正交的方向上，在外壳57形成有空气导入口37。另外，在O形密封环59a的配置部位和O形密封环59b的配置部位之间且与凹部57a的轴向正交的方向上，在外壳57配设有返回口60。从而，空气导入口37利用罐配管61a、61b与高压罐8连接，被导入来自高压罐8的高压空气。另外，返回口60利用加压配管26a、26b分别连接于不与空气导入口37连接的一方的气压人工筋6b、6a。
使用图16A及16B，说明以上的结构的压缩性流体压力促动器驱动机构的动作。气压人工筋6a、6b的动作等与所述第一实施方式相同，因此，关于与第一实施方式共同的结构部分，省略说明。
通常的动作时，在各自的安全阀56a、56b中，利用滑柱弹簧35的推顶力，将滑柱58向图16A中的上方朝向推上，成为图16A的状态，由于滑柱58的大径基端部58a和O形密封环59a密接，密封利用罐配管61a、61b导入空气导入口37的来自高压罐8的高压空气。
向冲撞检测传感器板38a、38b中的任一方例如冲撞检测传感器板38a的冲撞对象的冲撞发生的情况下，冲撞对象的冲撞引起的力向由控制杆36机构连接的安全阀56a的滑柱58传递，利用向滑柱58传递的力，在图16A中，滑柱58被外壳57的凹部57a推下。若冲撞引起的力(换而言之，从外部施加于所述压缩性流体压力促动器驱动机构的力)超过某个值，则成为图16B的状态，滑柱58的大径基端部58a和小径中间部58b的台阶部分比O形密封环59a的位置位于图16B中的下侧，开放从空气导入口37向返回口60的路径，蓄积在高压罐8的高压空气经由罐配管61a、空气导入口37、返回口60、加压配管26a填充于气压人工筋6b，对气压人工筋6b的内部压力进行加压，气压人工筋6b的收缩力增加。其结果，产生欲减少旋转关节3的旋转运动的相反扭矩，制动施加于旋转关节3的旋转运动。
同样，向冲撞检测传感器板38b的冲撞对象的冲撞发生的情况下，安全阀56b运行，制动施加于旋转关节3的反向旋转运动。即，在第三实施方式中，使将第一结构体1及第二结构体2的中心轴作为对称轴，配设于相同侧的气压人工筋6a和安全阀56b联动，并且，使气压人工筋6b和安全阀56a联动，由此发挥对旋转关节3的旋转运动的制动效果。
如上所述，在第四实施方式中，通过设置安全阀56、罐配管61、加压配管26，能够在不设置用控制程序控制的系统的情况下，利用机构性运行的简单的结构，实现对旋转关节3的旋转运动的制动，能够在冲撞发生时防止过大的力施加于冲撞对象的情况。
(第五实施方式)
图17是表示本发明的第五实施方式的压缩性流体压力促动器驱动机构的结构的图。图17的压缩性流体压力促动器驱动机构的以下所述的结构部分与第一实施方式不同，其他部分与第一实施方式相同，关于与第一实施方式共同的结构部分，标注与第一实施方式相同的符号，省略详细的说明。
本第五实施方式是通过使旋转关节3活动，用第二结构体2捕捉从图17的纸面的表侧向里侧的方向高速地移动而下落的物体31的情况的实施方式。
在图17中，29是例如CCD摄像机之类的图像摄像机构，配设为图像摄像机构29的摄像图像区域的中心轴与第一结构体1的中心轴一致。
30是图像识别机构，被输入图像摄像机构29拍摄的图像数据，利用图像识别机构30从该图像数据识别物体31的位置，利用图像识别机构30算出图像摄像机构29的中心轴(光轴)的方向、和物体31存在的方向所成的角度α，将算出结果信息的信号向关节急加速减速控制机构18输出。关节急加速减速控制机构18基于输入的算出结果信息，迅速加速或迅速减速控制旋转关节3的运动，由此能够用第二结构体2捕捉高速地移动而下落的物体31。还有，作为物体31的捕捉的具体例，用第二结构体2接受物体31的情况下，在第二结构体2的前端安装能够接受物体31的手套(glove)状物体接受部等也可。
使用图18，说明以上的结构的压缩性流体压力促动器驱动机构的动作。气压人工筋6a、6b的动作等与所述第一实施方式相同，因此，关于与第一实施方式共同的结构部分，省略说明。
关节急加速减速控制机构18控制如下，即：在时间t＝t1时，从图像识别机构30接受角度α的信息的情况下，在用ton＝Kαα算出的时间ton的期间(在图18中为从t1到t2的时间)，将高速开关阀9b维持为打开状态，然后，在时间t＝t2时，将高速开关阀9b设为关闭状态。其中，Kα为常数增益，是实验求出的值。
关节控制机构17在时间t＝t1时，从图像识别机构30经由关节急加速减速控制机构18接受角度α的信息的情况下，用V＝Kα(α-θ)赋予向流量控制电磁阀23的电压指令值V，进行关节角度θ的伺服控制。其中，Kα为常数增益。
根据以上的结构可知，在时间t2为止，由于基于高压罐8和高速开关阀9b的气压人工筋6b的高速的加压的效果，第二结构体2急速地接近物体31。然后，时间t2以后，切换为关节控制机构17的控制下的流量控制电磁阀23引起的伺服控制引起的正确的动作，因此，关节角度θ收敛于角度α，可靠地捕捉物体31。
如上所述，在第五实施方式中，通过配设高压罐8和高速开关阀9a、9b，能够机械气压人工筋6a、6b的高速的加压，能够高速地响应，能够可靠地捕捉高速地移动的物体。
还有，通过适当地组合所述各种实施方式中的任意的实施方式，能够起到各自具有的效果。
工业上的可利用性
本发明的压缩性流体压力促动器驱动机构及其控制装置有用于多关节机器人臂的关节驱动机构及其控制装置。另外，不限于机器人臂，可以适用于用于生产设备等中的旋转机构的关节驱动机构等机械装置的驱动机构及其控制装置。
本发明中参照附图的同时，关联于优选的实施方式充分地进行了记载，但对熟练该技术的人员来说，各种变形或修改是显而易见的。那样的变形或修改只要不脱离基于附加的请求的范围的本发明的范围，就应理解为包含在其中。

Claims (8)

1.一种压缩性流体压力促动器驱动机构，其利用多个压缩性流体压力促动器的对抗驱动来驱动关节的运动，其中，具有：
主流体压力控制机构，其通过对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，控制所述多个压缩性流体压力促动器的各自的流体压力，从而控制所述关节的运动；
附近流体压力高速控制机构，其接近所述多个压缩性流体压力促动器的附近而配设，且在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，以控制使所述压缩性流体压力促动器迅速加速或迅速减速，
所述附近流体压力高速控制机构是迂回所述对抗的多个压缩性流体压力促动器之间的迂回机构，通过开闭所述迂回机构，在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述多个压缩性流体压力促动器分别进行加压及减压。
2.根据权利要求1所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其中，
还具备关节急加速减速控制机构，该关节急加速减速控制机构以使所述附近流体压力高速控制机构持续一定时间打开状态后，变为关闭状态并关闭流路的方式对所述附近流体压力高速控制机构进行动作控制，从而根据时间对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压的控制。
3.根据权利要求2所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其中，
还具有检测冲撞的冲撞检测机构，在用所述冲撞检测机构检测到冲撞时，使所述附近流体压力高速控制机构进行减压控制动作。
4.根据权利要求2所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其中，
所述附近流体压力高速控制机构是高速开关阀，该高速开关阀仅进行与所述压缩性流体压力促动器连通并用于所述压缩性流体压力促动器的加压或减压控制动作的流路的开闭动作，且在所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前进行开闭动作。
5.根据权利要求2所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其中，
还具有：检测生物体信息的生物体信息检测机构；识别由所述生物体信息检测机构检测出的所述生物体信息的生物体信息识别机构，在由所述生物体信息识别机构识别的信息为动作指令的情况下，运行所述附近流体压力高速控制机构。
6.根据权利要求2所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其中，
在所述关节急加速减速控制机构中，基于从外部施加于所述压缩性流体压力促动器驱动机构的力的大小，确定持续所述附近流体压力高速控制机构的打开状态的时间的长度，并对所述附近流体压力高速控制机构进行动作控制。
7.根据权利要求2所述的压缩性流体压力促动器驱动机构，其中，
在所述关节急加速减速控制机构中，基于所述压缩性流体压力促动器驱动机构的动作速度的大小，确定持续所述附近流体压力高速控制机构的打开状态的时间的长度，并对所述附近流体压力高速控制机构进行动作控制。
8.一种压缩性流体压力促动器驱动方法，其通过压缩性流体压力促动器驱动机构利用多个压缩性流体压力促动器的对抗驱动来驱动关节的运动，其中，
利用主流体压力控制机构，通过对所述多个压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，控制所述多个压缩性流体压力促动器的各自的流体压力，从而控制所述关节的运动；
利用接近所述多个压缩性流体压力促动器的附近而配设的附近流体压力高速控制机构，在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述压缩性流体压力促动器进行加压或减压控制动作，以控制使所述压缩性流体压力促动器迅速加速或迅速减速，
所述附近流体压力高速控制机构是迂回所述对抗的多个压缩性流体压力促动器之间的迂回机构，通过开闭所述迂回机构，在控制所述关节的运动的所述主流体压力控制机构的流体压力控制动作之前对所述多个压缩性流体压力促动器分别进行加压及减压。
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