DE112020004708T5 - Robotervorrichtung und flüssigkeitszufuhrvorrichtung - Google Patents

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Tomomi Ishikawa
Tomonari Okamoto
Shinya Ichikawa
Noriomi Fujii
Ryo Takada
Jin Izawa
Hiroki Takata
Hiroshi Yamada
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Abstract

Eine Robotervorrichtung der vorliegenden Offenbarung hat zumindest einen künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird; und eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die die Flüssigkeit dem künstlichen Muskel zuführt und aus ihm abführt, und die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung hat ein Flüssigkeitsspeicherteil, das die Flüssigkeit speichert; eine Pumpe, die die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherteil ansaugt und die Flüssigkeit abführt; eine Druckregelvorrichtung, die einen Schieber und ein elektromagnetisches Teil, das dem Schieber sich zu bewegen ermöglicht, hat und die einen Antriebsdruck für den künstlichen Muskel erzeugt, indem sie einen Quelldruck von der Pumpenseite her regelt, und den Quelldruck durch Ausgleichen zumindest einer Kraft, die auf einen Schieber von dem elektromagnetischen Teil ausgeübt wird, und einer Kraft, die auf den Schieber durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübt wird, regelt; und eine Steuervorrichtung, die an das elektromagnetische Teil der Druckregelvorrichtung einen Strom anlegt, so dass der Antriebsdruck den Solldruck erreicht.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Robotervorrichtung mit zumindest einem künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird; und auf eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die die Flüssigkeit dem künstlichen Muskel zuführt und aus ihm abführt.
  • Stand der Technik
  • Herkömmlich ist für einen Fluiddruckaktuator, der einen künstlichen McKibben-Muskel ausbildet, ein Fluiddruckaktuator bekannt, der aufweist: ein Aktuator-Hauptkörperteil mit einem zylindrischen Schlauch, das sich durch Fluiddruck ausdehnt und zusammenzieht, und einer Hülse, die eine Struktur ist, die durch Flechten von in einer vorbestimmten Richtung ausgerichteten Schnüren erhalten wird, und die eine äußere Umfangsfläche des Schlauchs bedeckt; und einen Dichtungsmechanismus, der einen Endteil des Aktuator-Hauptkörperteils in einer axialen Richtung des Aktuator-Hauptkörperteils abdichtet (siehe z. B. Patentliteratur 1). Der Fluiddruckaktuator kann eine Zugkraft erzeugen, indem Fluid in den Schlauch geführt wird, damit sich der Schlauch radial ausdehnen und axial zusammenziehen kann. Für eine Vorrichtung, die es ermöglicht, dass sich ein solcher Fluiddruckaktuator, der einen künstlichen Muskel ausbildet, zusammenzieht, ist eine Druckluftzufuhrvorrichtung, die Druckluft in einen Schlauch einspeist, allgemein bekannt (siehe z. B. Patentliteratur 2).
  • Andererseits wurde in den letzten Jahren vorgeschlagen, einen Fluiddruckaktuator wie den oben beschriebenen durch Flüssigkeitsdruck wie Öldruck anzutreiben (siehe z. B. Nicht-Patentliteratur 1). Gemäß einem hydraulischen Aktuator, der eine Flüssigkeit wie Hydrauliköl oder Wasser als Arbeitsflüssigkeit verwendet, wird es möglich, ein Kraft-zu-Eigengewicht-Verhältnis im Vergleich zu einem Motor und einem Hydraulikzylinder weiter zu erhöhen. Als eine Antriebsvorrichtung für den hydraulischen Aktuator wird im Allgemeinen eine Antriebsvorrichtung, die einen Druck des einem Schlauch (bzw. Rohr) zugeführten Hydrauliköls regelt, indem sie die Flussrate (bzw. den Volumenstrom) des in den Schlauch zugeführten Hydrauliköls steuert, wie bei einem sogenannten Hydraulikzylinder usw., verwendet. Beispielsweise beschreibt Nicht-Patentliteratur 2 als eine Vorrichtung, die Öl in einen Schlauch eines künstlichen Muskels einspeist, eine Vorrichtung mit einer Pumpe und einem von einem Durchflussregelventil unter Verwendung von Partikelanregung gesteuerten Hochdruck-Durchflussregelventil, das als Pilotventil dient. Darüberhinaus ist für eine Vorrichtung, die Öl in einen Schlauch eines künstlichen Muskels einspeist, auch eine Vorrichtung bekannt, die die Drehzahl einer Pumpe, d.h. die Abgabeflussrate, so steuert, dass der dem Schlauch zugeführte Öldruck, der von einem Drucksensor erfasst wird, einen erforderlichen Wert erreicht.
  • Liste Zitierungen
  • Patentliteratur
    • Patentliteratur 1: JP 2018-35930 A
    • Patentschrift 2: JP 2012-125847 A
  • Nicht-Patentliteratur
    • Nicht-Patentliteratur 1: Fluid Power System, Vol. 50, No. 2, März 2019, Seiten 65-68
    • Nicht-Patentliteratur 2: Evaluation of Flow Control Valve using Particle Excitation for High Pressure Artificial Muscle, Nr. 19-2 Proceedings of the 2019 JSME Conference on Robotics and Mechatronics, Hiroshima, Japan, June 5-8, 2019
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technische Probleme
  • Wenn jedoch, wie oben beschrieben, eine Regelung hinsichtlich des Durchflussregelventil oder der Pumpe (der Abgabeflussrate der Pumpe) auf der Grundlage des dem Schlauch zugeführten Flüssigkeitsdrucks, der von dem Drucksensor erfasst wird, durchgeführt wird, dauert es eine gewisse Zeit, bis der Flüssigkeitsdruck in dem Schlauch einen erforderlichen Wert erreicht, und wird es schwierig, den hydraulischen Aktuator mit einem ausgezeichneten Ansprechverhalten arbeiten zu lassen. Wenn darüberhinaus eine Regelverstärkung erhöht wird, um das Ansprechverhalten auf Änderungen des Flüssigkeitsdrucks zu verbessern, kommt es zu einer Oszillation des dem Schlauch zugeführten Flüssigkeitsdrucks, was zu Überschreiten und Unterschreiten führt. Es wurde nämlich bisher keine Antriebsvorrichtung für eine Antriebsvorrichtung für den hydraulischen Aktuator vorgeschlagen, die ausreichend praktikabel ist, und es besteht ein Bedarf an einer Antriebsvorrichtung, die es dem hydraulischen Aktuator ermöglicht, mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit zu arbeiten.
  • Daher ermöglicht die vorliegende Offenbarung einen künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird, mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit zu arbeiten.
  • Lösungen für Probleme
  • Eine Robotervorrichtung der vorliegenden Offenbarung hat: zumindest einen künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird; und eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die die Flüssigkeit dem künstlichen Muskel zuführt und aus ihm abführt, und die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung hat: ein Flüssigkeitsspeicherteil, das die Flüssigkeit speichert; eine Pumpe, die die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherteil ansaugt und die Flüssigkeit abführt; eine Druckregelvorrichtung, die einen Schieber (bzw. Steuerkolben) und ein elektromagnetisches Teil, das dem Schieber sich zu bewegen ermöglicht, hat und die einen Antriebsdruck für den künstlichen Muskel erzeugt, indem sie einen Quelldruck von der Pumpenseite (her) regelt, und den Quelldruck regelt, indem sie zumindest eine auf einen Schieber von dem elektromagnetischen Teil ausgeübte Kraft und eine auf den Schieber durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübte Kraft ausgleicht; und eine Steuervorrichtung, die einen Strom an das elektromagnetische Teil der Druckregelvorrichtung anlegt, so dass der Antriebsdruck den Solldruck erreicht.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Studien durchgeführt, um einen künstlichen Muskel, der durch Flüssigkeitszufuhr betrieben wird, mit hervorragendem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit arbeiten zu lassen. Infolgedessen haben sich die Erfinder auf die Drucksteuerung konzentriert, die noch nicht auf flüssigkeitsbetriebene künstliche Muskeln angewendet wurde. Dann haben die Erfinder bestätigt, dass durch Regeln eines Flüssigkeitsdrucks auf einen für einen Betrieb des künstlichen Muskels erforderlichen Solldruck und Zuführen der Flüssigkeit zu dem künstlichen Muskel ein dem künstlichen Muskel zugeführter Antriebsdruck innerhalb einer kurzen Zeitspanne nach einem Einstellen des Solldrucks im Wesentlichen dem Solldruck entsprechen kann. Dadurch wird es für die Robotervorrichtung der vorliegenden Offenbarung möglich, dem künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird, zu ermöglichen, mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit zu arbeiten.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuervorrichtung in der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das eine von der Steuervorrichtung von 2 durchgeführte Steuerroutine veranschaulicht.
    • 4 ist ein Anschauungsdiagramm, das ein Kennfeld für die Einstellung des erforderlichen Öldrucks beispielhaft veranschaulicht.
    • 5 ist ein Anschauungsdiagramm, das zeitliche Veränderungen des erforderlichen Öldrucks und des Ist-Flüssigkeitsdrucks der Flüssigkeit sowie die erforderliche Kontraktionsrate und die Ist-Kontraktionsrate eines Schlauchs eines hydraulischen Aktuators in der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung der vorliegenden Offenbarung beispielhaft veranschaulicht.
    • 6 ist ein Anschauungsdiagramm, das zeitliche Veränderungen der angewiesenen Flussrate, der Ist-Flussrate und des Ist-Flüssigkeitsdrucks der Flüssigkeit sowie der erforderlichen Kontraktionsrate und der Ist-Kontraktionsrate eines Schlauchs eines hydraulischen Aktuators in einem ersten Vergleichsbeispiel beispielhaft veranschaulicht.
    • 7 ist ein Anschauungsdiagramm, das zeitliche Veränderungen der angewiesenen Flussrate, der Ist-Flussrate, des erforderlichen Öldrucks und des Ist-Flüssigkeitsdrucks der Flüssigkeit sowie der erforderlichen Kontraktionsrate und der Ist-Kontraktionsrate eines Schlauchs eines hydraulischen Aktuators in einem zweiten Vergleichsbeispiel beispielhaft veranschaulicht.
    • 8 ist ein Anschauungsdiagramm, das zeitliche Veränderungen der angewiesenen Flussrate, der Ist-Flussrate, des erforderlichen Öldrucks und des Ist-Flüssigkeitsdrucks der Flüssigkeit sowie der erforderlichen Kontraktionsrate und der Ist-Kontraktionsrate eines Schlauchs eines hydraulischen Aktuators in einem dritten Vergleichsbeispiel beispielhaft veranschaulicht.
    • 9 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine weitere Flüssigkeitszufuhrvorrichtung der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • 10 ist eine Draufsicht, die eine weitere Aktuatoreinheit mit einer Vielzahl von hydraulischen Aktuatoren zeigt.
    • 11 ist eine Seitenansicht, die die Aktuatoreinheit von 10 zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die in der Zeichnung dargestellte Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 ist eine Antriebsvorrichtung, die unter Verwendung von Öldruck antreibt, indem sie Hydrauliköl (Flüssigkeit) zu/von zwei in der künstlichen Muskeleinheit AM enthaltenen hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 zuführt und abführt. Die künstliche Muskeleinheit AM hat, wie in der Zeichnung gezeigt, ein Basiselement B, ein von dem Basiselement B gelagertes Verbindungsglied C und einen beweglichen Arm A, der an dem Verbindungsglied C befestigt oder in dieses integriert ist, zusätzlich zu den beiden hydraulischen Aktuatoren M1 und M2. Die künstliche Muskeleinheit AM bildet, zusammen mit der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1, eine Robotervorrichtung im Sinne der vorliegenden Offenbarung, die beispielsweise ein Handteil und einen Roboterarm hat. Es ist jedoch zu beachten, dass die künstliche Muskeleinheit AM eine Robotervorrichtung mit einem Roboterarm, an dessen Ende ein anderes Element als das Handteil angebracht ist, wie z. B. ein Werkzeug, z. B. ein Bohrer, oder ein Druckelement, das z. B. einen Schalter drückt, ein Laufroboter, ein tragbarer Roboter usw., (aus)bilden kann. Die hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 der künstlichen Muskeleinheit AM bilden beide künstliche McKibben-Muskeln (aus), und in der vorliegenden Ausführungsform haben die hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 die gleichen Spezifikationen. Jeder der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 hat einen Schlauch T, der sich durch den Druck von Hydrauliköl ausdehnt und zusammenzieht, und eine geflochtene Hülse S, die den Schlauch T bedeckt.
  • Der Schlauch T jedes der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 ist mit zylindrischer Form geformt und beispielsweise aus einem elastischen Material mit hoher Ölbeständigkeit, wie z.B. einem Gummimaterial, hergestellt, und beide Endteile des Schlauchs T sind durch Dichtungselemente abgedichtet. Ein Einlass und ein Auslass für Hydrauliköl sind in dem Dichtungselement an einer Endseite (unteren Endseite in der Zeichnung) des Schlauchs T ausgebildet, und eine Verbindungsstange R ist an dem Dichtungselement an der anderen Endseite (oberen Endseite in der Zeichnung) des Schlauchs T befestigt. Die geflochtene Hülse S ist in zylindrischer Form durch Flechten einer Vielzahl von in einer vorbestimmten Richtung ausgerichteten Schnüren ausgebildet, so dass die Schnüre einander kreuzen und sich axial und radial zusammenziehen können. Für die Schnüre, die die geflochtene Hülse S ausbilden, können Faserschnüre, hochfeste Fasern, aus feinen Fäden hergestellte Metallschnüre, usw. verwendet werden. Durch die Zufuhr von Hydrauliköl in den Schlauch T jedes der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 durch den Einlass und Auslass, um einen Druck des Hydrauliköls in dem Schlauch T zu erhöhen, dehnt sich der Schlauch T radial aus und zieht sich axial durch Wirkung der geflochtenen Hülse S zusammen.
  • In der künstlichen Muskeleinheit AM ist das Dichtungselement an der einen Endseite (Hydraulikölein- und -auslassseite) jedes der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 mit dem Basiselement B verbunden, beispielsweise ein Gelenk, wie z. B. ein Kardangelenk, oder an dem Basiselement B befestigt. Darüberhinaus ist ein Endteil der Verbindungsstange R jedes der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 schwenkbar mit einem zugehörigen Endteil des Verbindungsglieds C verbunden. Darüberhinaus ist ein zentraler Teil in einer Längsrichtung des Verbindungsglieds C schwenkbar durch das Basiselement B gelagert. Dadurch unterscheidet sich der Öldruck in dem Schlauch T des hydraulischen Aktuators M1 von dem Öldruck in dem Schlauch T des hydraulischen Aktuators M2, wodurch das Verbindungsglied C und der bewegliche Arm A, die Antriebsziele sind, in Bezug auf das Basiselement B schwenken (sich bewegen), um die Schwenkwinkel des Verbindungsglieds C und des beweglichen Arms A in Bezug auf das Basiselement B zu ändern, und Kräfte von den hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 auf den beweglichen Arm A übertragen werden können. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Paar der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 durch Öldruck von der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 antagonistisch angetrieben, wobei ein Zustand, in dem sich die Schläuche T axial um einen vorbestimmten Betrag (z. B. in der Größenordnung von 10 % einer Gleichgewichtslänge) zusammenziehen, ein Ausgangszustand ist.
  • Wie in 1 dargestellt, hat die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 einen Tank 2, der als Flüssigkeitsspeicherteil, das Hydrauliköl speichert, dient; eine Pumpe 3; einen Druckspeicher 4 (bzw. Akkumulator 4), der den von der Pumpe 3 erzeugten Öldruck akkumuliert; ein erstes und ein zweites lineares Magnetventil 51 und 52, die als Druckregelvorrichtungen dienen, die einen Antriebsdruck für ihre zugehörigen hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 durch Regeln eines Quelldrucks von einer Seite der Pumpe 3 erzeugen; ein erstes und ein zweites Ein-Aus-Magnetventil 61 und 62; ein erstes und ein zweites Ein-Aus-Ventil 71 und 72; und eine Steuervorrichtung 10, die die Pumpe 3, das erste und das zweite lineare Magnetventil 51 und 52 und das erste und das zweite Ein-Aus-Magnetventil 61 und 62 steuert. Die Pumpe 3 ist beispielsweise eine motorgetriebene Pumpe und saugt Hydrauliköl aus dem Tank 2 an und führt das Hydrauliköl in einen in einem nicht dargestellten Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal (Flüssigkeitskanal) L0 ab. Darüberhinaus ist der Druckspeicher 4 mit dem Ölkanal (Flüssigkeitskanal) L0 nahe einer Ablauföffnung der Pumpe 3 verbunden.
  • Die ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 haben jeweils ein elektromagnetisches Teil 5e, dessen Stromfluss von der Steuervorrichtung 100 gesteuert wird, einen Schieber 5s, eine Feder SP, die den Schieber 5s in Richtung einer Seite des elektromagnetischen Teils 5e (von einer Seite des Ausgangsanschlusses 5o zu einer Seite des Eingangsanschlusses 5i, einer oberen Seite von 1) vorspannt, usw., und sind in dem Ventilkörper angeordnet. Darüberhinaus haben das erste und das zweite lineare Magnetventil 51 und 52 jeweils den Eingangsanschluss 5i, der mit dem Ölkanal L0 des Ventilkörpers in (Fluid-)Verbindung steht; den Ausgangsanschluss 50, der mit dem Eingangsanschluss 5i in Verbindung stehen kann; einen Rückkopplungsanschluss 5f, der mit dem Ausgangsanschluss 5o in Verbindung steht; und einen Ablassanschluss 5d, der mit dem Eingangsanschluss 5i und dem Ausgangsanschluss 5o in Verbindung stehen kann. In der vorliegenden Ausführungsform sind das erste und das zweite lineare Magnetventil 51 und 52 jeweils ein normalerweise geschlossenes Ventil, das sich öffnet, wenn dem elektromagnetischen Teil 5e ein Strom zugeführt wird, und jedes elektromagnetische Teil 5e ermöglicht einem zugehörigen Schieber 5s eine axiale Bewegung entsprechend einem daran angelegten Strom. Dadurch werden der Schub, der (bzw. die Schubkraft, die) auf den Schieber 5s von dem elektromagnetischen Teil 5e (Spule) durch das Speisen des elektromagnetischen Teils 5e ausgeübt wird, eine Vorspannkraft der Feder SP und der Schub in Richtung der Seite des elektromagnetischen Teils 5e, der auf den Schieber 5s durch Wirkung des dem Rückkopplungsanschluss 5f von dem Ausgangsanschluss 5o zugeführten Öldrucks (Antriebsdrucks) ausgeübt wird, ausgeglichen, wodurch dem Eingangsanschluss 5i zugeführtes Hydrauliköl von der Seite der Pumpe 3 aus dem Ausgangsanschluss 5o fließen kann, so dass das aus dem Ausgangsanschluss 5o fließende Hydrauliköl einen gewünschten Druck hat. Darüberhinaus stehen, wie in 1 gezeigt, die Ablassanschlüsse 5d des ersten und zweiten linearen Magnetventils 51 und 52 jeweils mit dem Inneren des Tanks 2 (Flüssigkeitsspeicherteil) durch einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L3 in (Fluid-)Verbindung.
  • Die ersten und zweiten Ein-Aus-Magnetventile 61 und 62 haben jeweils ein elektromagnetisches Teil 6e, dessen Stromfluss von der Steuervorrichtung 10 gesteuert wird; einen Eingangsanschluss, der mit dem Ölkanal L0 in Verbindung steht; und einen Ausgangsanschluss. Das erste und das zweite Ein-Aus-Magnetventil 61 und 62 geben jeweils einen Signaldruck aus, indem sie es ermöglichen, dass Hydrauliköl von der Seite der Pumpe 3, das dem Eingangsanschluss zugeführt wird, aus dem Ausgangsanschluss entsprechend dem Fluss eines Stroms zu dem elektromagnetischen Teil 6e ausfließt.
  • Das erste und das zweite Ein-Aus-Ventil 71 und 72 sind jeweils ein normalerweise geschlossenes Schieberventil mit einem nicht dargestellten Schieber und einer Feder 7s und sind in dem Ventilkörper angeordnet. Das erste Ein-Aus-Ventil 71 hat einen Eingangsanschluss 7i, der mit dem Ausgangsanschluss 5o des ersten linearen Magnetventils 51 über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal in Verbindung steht; einen Ausgangsanschluss 7o, der mit dem Einlass und dem Auslass für Hydrauliköl des hydraulischen Aktuators M1 (Schlauch T) über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L1 in Verbindung steht; und einen Signaldruck-Eingangsanschluss 7c, der mit dem Ausgangsanschluss des ersten Ein-Aus-Magnetventils 61 über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal in Verbindung steht. Darüberhinaus hat das zweite Ein-Aus-Ventil 72 einen Eingangsanschluss 7i, der mit dem Ausgangsanschluss 5o des zweiten linearen Magnetventils 52 über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal in Verbindung steht; einen Ausgangsanschluss 7o, der mit dem Einlass und dem Auslass für Hydrauliköl des hydraulischen Aktuators M2 (Schlauch T) über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L2 in Verbindung steht; und einen Signaldruck-Eingangsanschluss 7c, der mit dem Ausgangsanschluss des zweiten Ein-Aus-Magnetventils 62 über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal in Verbindung steht.
  • Wenn der Signaldruck-Eingangsanschluss 7c von dem ersten oder zweiten Ein-Aus-Magnetventil 61 oder 62 nicht mit Signaldruck beaufschlagt wird, schließt der Schieber des zugehörigen ersten oder zweiten Ein-Aus-Ventils 71 und 72 die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss 7i und dem Ausgangsanschluss 7o durch die Vorspannkraft der Feder 7s und verschließt den Ausgangsanschluss 7o, d.h. den Ölkanal L1 oder L2 (siehe gestrichelte Linie in der Zeichnung). Wenn außerdem der Signaldruck-Eingangsanschluss 7c von dem ersten oder zweiten Ein-Aus-Magnetventil 61 oder 62 entsprechend dem Stromfluss zu dem elektromagnetischen Teil 6e mit Signaldruck beaufschlagt wird, ermöglicht der Schieber des zugehörigen ersten oder zweiten Ein-Aus-Ventils 71 und 72 dem Eingangsanschluss 7i und dem Ausgangsanschluss 7o, miteinander in (Fluid-)Verbindung gegen die Vorspannkraft der Feder 7s (siehe durchgezogene Linie in der Zeichnung) zu stehen.
  • Die Steuervorrichtung 10 in der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 hat einen Mikrocomputer mit einer CPU, einem ROM, einem RAM, einer Ein-/Ausgabeschnittstelle, usw., verschiedene Arten von Logik-ICs, usw. (keine davon sind abgebildet). Die Steuervorrichtung 10 akzeptiert, als Eingabe, Erfassungswerte von einem Drucksensor PS, der einen Druck von Hydrauliköl in dem Ölkanal L0 auf einer stromabwärts gelegenen Seite des Druckspeichers 4 erfasst, Spannungssensoren (nicht dargestellt), die Spannungen an Stromversorgungen für die ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 und die ersten und zweiten Ein-Aus-Magnetventile 61 und 62 erfassen, verschiedenen Arten von Sensoren, die in der künstlichen Muskeleinheit AM vorgesehen sind, usw.
  • Darüberhinaus sind in der Steuervorrichtung 10 durch zumindest entweder Hardware, wie z.B. die CPU, das ROM, das RAM und die Logik-ICs, oder Software, wie z.B. verschiedene Arten von in dem ROM installierten Programmen, als Funktionsblöcke (Module) ein arithmetisches Verarbeitungsteil 11, ein Pumpenantriebssteuerteil 13, das mit der Pumpe 3 verbunden ist, ein Ventilantriebssteuerteil 14a, das mit dem ersten linearen Magnetventil 51 verbunden ist, ein Ventilantriebssteuerteil 14b, das mit dem zweiten linearen Magnetventil 52 verbunden ist, , ein Stromerfassungsteil 15a, das einen durch das elektromagnetische Teil 5e des ersten linearen Magnetventils 51 fließenden Strom erfasst, ein Stromerfassungsteil 15b, das einen durch das elektromagnetische Teil 5e des zweiten linearen Magnetventils 52 fließenden Strom erfasst, ein Ventilantriebssteuerteil 16a, das mit dem ersten Ein-Aus-Magnetventil 61 verbunden ist, und ein Ventilantriebssteuerteil 16b, das mit dem zweiten Ein-Aus-Magnetventil 62 verbunden ist, aufgebaut.
  • Wenn der von dem Drucksensor PS erfasste Öldruck in dem Ölkanal L0 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Pumpenantriebsschwellenwert ist, übermittelt das arithmetische Verarbeitungsteil 11 in der Steuervorrichtung 10 einen Pumpenantriebsbefehl an das Pumpenantriebssteuerteil 13, bis der Öldruck in dem Ölkanal L0 einen vorbestimmten Pumpenstoppschwellenwert erreicht. Darüberhinaus legt das arithmetische Verarbeitungsteil 11 den erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq1, der für den Betrieb des hydraulischen Aktuators M1 erforderlich ist, und den erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq2, der für den Betrieb des hydraulischen Aktuators M2 erforderlich ist, fest. Ferner berechnet das arithmetische Verarbeitungsteil 11 einen Sollstromwert Itag1, der ein Sollwert eines dem elektromagnetischen Teil 5e des ersten linearen Magnetventils 51 zugeführten Stroms ist und der dem erforderlichen Öldruck Preq1 entspricht, und einen Sollstromwert Itag2, der ein Sollwert eines dem elektromagnetischen Teil 5e des zweiten linearen Magnetventils 52 zugeführten Stroms ist und der dem erforderlichen Öldruck Preq2 entspricht.
  • Darüberhinaus übermittelt das arithmetische Verarbeitungsteil 11 einen Ein(schalt)-Befehl zum Öffnen der ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 71 und 72 an die Ventilantriebssteuerteile 16a und 16b, während die künstliche Muskeleinheit AM arbeitet. Darüberhinaus überwacht das arithmetische Verarbeitungsteil 11 die von den Stromerfassungsteilen 15a und 15b erfassten Ströme, und wenn beispielsweise ein Wert, der durch Subtraktion eines von den Stromerfassungsteilen 15a und/oder 15b erfassten Stroms von einem Sollstromwert erhalten wird, größer als ein vorbestimmter Schwellenwert oder gleich diesem ist, berücksichtigt das arithmetische Verarbeitungsteil 11, dass eine Anomalie bei einer Zufuhr von Hydrauliköl von zumindest einem der ersten bzw. zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 zu einem zugehörigen der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 aufgetreten ist, und übermittelt daher einen Aus(schalt)-Befehl zum Schließen eines zugehörigen der ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 71 und 72 an ein zugehöriges der Ventilantriebssteuerteile 16a und 16b.
  • Das Pumpenantriebssteuerteil 13 in der Steuervorrichtung 10 steuert (Betriebssteuerung) die Pumpe 3, um Hydrauliköl aus dem Tank 2 anzusaugen und das Hydrauliköl abzulassen, während es einen Pumpenantriebsbefehl von dem arithmetischen Verarbeitungsteil 11 erhält. Die Pumpe 3 wird nämlich intermittierend angetrieben, so dass der von dem Drucksensor PS erfasste Öldruck in dem Ölkanal L0 auf einem vorbestimmten Solldruck gehalten wird, und während die Pumpe 3 gestoppt ist, fließt das in dem Druckspeicher 4 angesammelte Hydrauliköl in den Ölkanal L0, wodurch der Öldruck (Quelldruck) in dem Ölkanal L0 auf dem Solldruck gehalten wird. Dadurch wird es möglich, den Stromverbrauch der Pumpe 3 zu reduzieren.
  • Die Ventilantriebssteuerteile 14a und 14b in der Steuervorrichtung 10 weisen jeweils ein Sollspannungseinstellteil, ein PWM-Signalerzeugungsteil und eine Magnetantriebsschaltung. Das Sollspannungseinstellteil in dem Ventilantriebssteuerteil 14a berechnet eine Sollspannung Vtag1, die ein Sollwert einer an das elektromagnetische Teil 5e des ersten linearen Magnetventils 51 angelegten Spannung ist. Darüberhinaus stellt das Sollspannungseinstellteil in dem Ventilantriebssteuerteil 14b eine Sollspannung Vtag2 ein, die ein Sollwert für eine an das elektromagnetische Teil 5e des zweiten linearen Magnetventils 52 angelegte Spannung ist. Genauer gesagt berechnet jedes Sollspannungseinstellteil, als eine Vorsteuerungsspannung, das Produkt aus einem Sollstromwert Itag1 oder Itag2 und einem Widerstandswert (geschätzter Wert) des elektromagnetischen Teils EM, der aus einem zuletzt erhaltenen Wert einer Sollspannung Vtag1 oder Vtag2 und dem Sollstromwert Itag1 oder Itag2 unter Berücksichtigung der Temperatur des Hydrauliköls berechnet wird. Darüberhinaus berechnet jeder Sollspannungseinstellteil eine Rückkopplungsspannung durch PI-Regelung oder PID-Regelung auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Sollstromwert Itag1 oder Itag2 und einem von dem Stromerfassungsteil 15a oder 15b erfassten Strom. Dann gibt jeder Sollspannungseinstellteil eine Sollspannung Vtag1 oder Vtag2 aus, die durch Kombination der Vorsteuerungsspannung und der Rückkopplungsspannung erhalten wird. Es ist jedoch zu beachten, dass die Sollspannungseinstellteile die Sollspannungen nur durch Vorsteuerung einstellen können.
  • Die PWM-Signalerzeugungsteile in den Ventilantriebssteuerteilen 14a und 14b wandeln jeweils eine zugehörige der Sollspannungen Vtag1 und Vtag2 in ein PWM-Signal um. Die Antriebsschaltungen in den Ventilantriebssteuerteilen 14a und 14b weisen jeweils beispielsweise zwei Schaltelemente (Transistoren) auf und legen einen Strom an das elektromagnetische Teil 5e eines zugehörigen ersten und zweiten linearen Magnetventils 51 und 52 entsprechend dem PWM-Signal von einem zugehörigen PWM-Signalerzeugungsteil an. Auf diese Weise werden die ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 gesteuert, um einen auf der Grundlage des erforderlichen Öldrucks (Sollströme) bestimmten Öldruck zu erzeugen.
  • Die Ventilantriebssteuerteile 16a und 16b in der Steuervorrichtung 10 liefern jeweils einen Strom an das elektromagnetische Teil 6e eines zugehörigen des ersten und zweiten Ein-Aus-Magnetventils 61 und 62, um einen Signaldruck an ein zugehöriges des ersten und zweiten Ein-Aus-Ventils 71 und 72 auszugeben, während sie einen Ein(schalt)-Befehl von dem arithmetischen Verarbeitungsteil 11 erhalten. Darüberhinaus stoppt das Ventilantriebssteuerteil 16a oder 16b, wenn das Ventilantriebssteuerteil 16a oder 16b einen Aus-Befehl von dem arithmetischen Verarbeitungsteil 11 empfängt, die Zufuhr eines Stroms an das elektromagnetische Teil 6e eines zugehörigen des ersten und zweiten Ein-Aus-Magnetventils 61 und 62, um so die Ausgabe von einem Signaldruck an ein zugehöriges des ersten und zweiten Ein-Aus-Ventils 71 und 72 zu stoppen.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 usw. ein Verfahren, um die künstliche Muskeleinheit AM arbeiten zu lassen, indem Hydrauliköl jedem der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 von der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 zugeführt wird, beschrieben.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das eine von der Steuervorrichtung 10 als Antwort auf eine Anfrage zum Betrieb der künstlichen Muskeleinheit AM durchgeführte Steuerroutine veranschaulicht. Man beachte, dass wenn die künstliche Muskeleinheit AM durch Zuführen von Hydrauliköl an jeden der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 von der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 arbeitet, den ersten und zweiten Ein-Aus-Ventilen 71 und 72 von der Steuervorrichtung 10 erlaubt wird, sich zu öffnen. Dann startet das arithmetische Verarbeitungsteil 11 in der Steuervorrichtung 10 die Steuerroutine von 3, wenn es eine Anfrage zum Betrieb des beweglichen Arms A der künstlichen Muskeleinheit AM von einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) für die künstliche Muskeleinheit AM erhält.
  • Gemäß Offenbarung der Routine von 3 berechnet das arithmetische Verarbeitungsteil 11 in der Steuervorrichtung 10 ein Rotationsmoment und einen Schwenkwinkel, die für den Betrieb des hydraulischen Aktuators M1 erforderlich sind, und ein Rotationsmoment und einen Schwenkwinkel, die für den Betrieb des hydraulischen Aktuators M2 erforderlich sind (Schritt S100). Darüberhinaus leitet das arithmetische Verarbeitungsteil 11 eine erforderliche Kontraktionsrate und eine erforderliche Kontraktionskraft für den hydraulischen Aktuator M1 und eine erforderliche Kontraktionskraft und eine erforderliche Kontraktionsrate für den hydraulischen Aktuator M2 aus dem in Schritt S100 berechneten Rotationsdrehmoment und den Schwenkwinkeln ab (Schritt S110). Die Kontraktionsraten stellen jeweils ein Verhältnis der axialen Länge des kontrahierten Schlauchs T zur axialen Gleichgewichtslänge eines zugehörigen der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 dar, und die Kontraktionskräfte stellen jeweils eine durch die Kontraktion des Schlauchs T erzeugte Kraft dar.
  • Dann stellt das arithmetische Verarbeitungsteil 11 den erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq1, der für den Betrieb des hydraulischen Aktuators M1 erforderlich ist, und den erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq2, der für den Betrieb des hydraulischen Aktuators M2 erforderlich ist, auf der Grundlage der erforderlichen Kontraktionskräfte und der erforderlichen Kontraktionsraten ein, die in Schritt S110 (Schritt S120) berechnet wurden. In Schritt S120 leitet das arithmetische Verarbeitungsteil 11 einen Druck, der der erforderlichen Kontraktionskraft und der erforderlichen Kontraktionsrate des hydraulischen Aktuators M1, die in Schritt S110 aus einer in 4 beispielhaft veranschaulichten Kennfeld für die Einstellung des erforderlichen Öldrucks berechnet wurden, entspricht, ab, und setzt den Druck als erforderlichen Öldruck Preq1. Ferner leitet das arithmetische Verarbeitungsteil 11 den Druck ab, der der erforderlichen Kontraktionskraft und der erforderlichen Kontraktionsrate des hydraulischen Aktuators M2 entspricht, die in Schritt S110 aus dem Kennfeld für die Einstellung des erforderlichen Öldrucks berechnet wurden, und stellt den Druck als erforderlichen Öldruck Preq2 ein. Das Kennfeld für die Einstellung des erforderlichen Öldrucks von 4 zeigt statische Eigenschaften der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2, die als künstliche Muskeln dienen, und wird im Voraus mittels einer Durchführung von Experimenten und Analysen erstellt, um eine Beziehung zwischen der Kontraktionsrate des Schlauchs T und der durch den Schlauch T erzeugten Kontraktionskraft für jeden den hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 zugeführten Öldruck zu definieren.
  • Nachdem es den erforderlichen Öldruck Preq1 und den erforderlichen Öldruck Preq2 für die ersten und zweiten hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 in Schritt S120 eingestellt hat, berechnet das arithmetische Verarbeitungsteil 11 einen dem erforderlichen Öldruck Preq1 entsprechenden Sollstromwert Itag1 und einen dem erforderlichen Öldruck Preq2 entsprechenden Sollstromwert Itag2 (Schritt S130). Dann liefert das arithmetische Verarbeitungsteil 11 den Sollstromwert Itag1 an das Ventilantriebssteuerteil 14a und liefert den Sollstromwert Itag2 an das Ventilantriebssteuerteil 14b (Schritt S140) und beendet vorübergehend die Routine von 3.
  • Dadurch wird ein auf dem Sollstromwert Itag1 basierender Strom dem elektromagnetischen Teil 5e des ersten linearen Magnetventils 51 durch das Ventilantriebssteuerteil 14a zugeführt, durch welches das erste lineare Magnetventil 51 gesteuert wird, um einen auf der Grundlage des erforderlichen Öldrucks Preq1 bestimmten Öldruck, d.h. einen Antriebsdruck, zu erzeugen. Darüberhinaus wird ein auf dem Sollstromwert Itag2 basierender Strom dem elektromagnetischen Teil 5e des zweiten linearen Magnetventils 52 durch das Ventilantriebssteuerteil 14b zugeführt, durch welches das zweite lineare Magnetventil 52 gesteuert wird, um einen auf der Grundlage des erforderlichen Öldrucks Preq2 bestimmten Öldruck, d.h. einen Antriebsdruck, zu erzeugen. Das durch das erste lineare Magnetventil 51 geregelte Hydrauliköl wird dem Schlauch T des hydraulischen Aktuators M1 über das erste Ein-Aus-Ventil 71 und den Ölkanal L1 zugeführt, und das durch das zweite lineare Magnetventil 52 geregelte Hydrauliköl wird dem Schlauch T des hydraulischen Aktuators M2 über das zweite Ein-Aus-Ventil 72 und den Ölkanal L2 zugeführt.
  • Wie oben beschrieben, regelt die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 den Druck des Hydrauliköls auf den erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq1 und Preq2, die für den Betrieb jedes der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 erforderlich sind, und speist das Hydrauliköl in den Schlauch T jedes der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 ein. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Studien durchgeführt, um einen als künstlicher Muskel diendenden hydraulischen Aktuator mit hervorragendem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit arbeiten zu lassen, und als Ergebnis haben sich die Erfinder auf eine Drucksteuerung, die noch nicht auf flüssigkeitsbetriebene künstliche Muskeln angewandt worden ist, fokussiert. Dann haben die Erfinder bestätigt, dass durch Regeln des Drucks des Hydrauliköls auf den erforderlichen Öldruck (Solldruck) und Einspeisen des Hydrauliköls in einen Schlauch, wie in 5 gezeigt, der Ist-Öldruck des dem Schlauch zugeführten Hydrauliköls innerhalb eines kurzen Zeitraums nach der Einstellung des erforderlichen Öldrucks im Wesentlichen mit dem erforderlichen Öldruck übereinstimmt, und eine Ist-Kontraktionsrate des Schlauchs im Wesentlichen mit einer erforderlichen Kontraktionsrate übereinstimmt, unmittelbar dem Ist-Öldruck folgend.
  • Wenn in diesem Fall die Flussrate des Hydrauliköls durch ein Durchflussregelventil geregelt wird und das Hydrauliköl in einen Schlauch geführt wird, wie in 6 gezeigt, obwohl die Flussrate (Ist-Flussrate) der aus dem Durchflussregelventil ausströmenden Flüssigkeit sofort und im Wesentlichen mit einer angewiesenen Flussrate übereinstimmt, ändert sich der Ist-Öldruck des dem Schlauch zugeführten Hydrauliköls, wie durch eine gestrichelte Linie in der Zeichnung angezeigt, und weicht die Ist-Kontraktionsrate des Schlauchs von der erforderlichen Kontraktionsrate ab. Darüberhinaus dauert es beispielsweise, selbst wenn der Ist-Öldruck des dem Schlauch zugeführten Hydrauliköls von einem Drucksensor erfasst wird und das Durchflussregelventil rückgekoppelt (bzw. feedback-geregelt) wird, so dass der Ist-Öldruck dem erforderlichen Öldruck entspricht, wie in 7 gezeigt, eine Zeit, bis der Ist-Öldruck des dem Schlauch zugeführten Hydrauliköls den erforderlichen Öldruck erreicht, und dauert es ferner eine Zeit, bis die Ist-Kontraktionsrate des Schlauchs im Wesentlichen der erforderlichen Kontraktionsrate entspricht. Darüberhinaus kommt es, wenn eine Regelverstärkung erhöht wird, um das Ansprechverhalten auf Änderungen des Öldrucks und der Kontraktionsrate zu verbessern, wie in 8 gezeigt, zu einer Oszillation des dem Schlauch zugeführten Öldrucks und der Kontraktionsrate des Schlauchs, was zu Überschreiten und Unterschreiten führt.
  • Somit soll den 5 bis 8 entnommen sein, dass durch das Regeln des Hydrauliköldrucks auf den erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq1 und Preq2, die für den Betrieb der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 erforderlich sind, und das Einspeisen des Hydrauliköls in die Schläuche T die hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit arbeiten können. Gemäß der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 wird es nämlich möglich, die Schläuche T der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 mit hervorragendem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit entsprechend den Anforderungen sich axial zusammenziehen zu lassen und den Schwenkwinkel des beweglichen Arms A und die von den hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 auf den beweglichen Arm A übertragenen Kräfte genau zu adjustieren.
  • Darüberhinaus regeln jeweils das erste und das zweite lineare Magnetventil 51 und 52 der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 10 einen Quelldruck von der Seite der Pumpe 3, indem sie eine auf den Schieber 5s von dem elektromagnetischen Teil 5e ausgeübte Schubkraft, eine Vorspannkraft der Feder SP und eine auf den Schieber 5s durch Wirkung des dem Rückkopplungsanschluss 5f von dem Ausgangsanschluss 5o zugeführten Öldrucks (Antriebsdrucks) ausgeübte Schubkraft ausgleichen. Durch die Rückkopplung (bzw. das Feedback-Regeln) des Antriebsdrucks, der der den hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 zugeführte Öldruck ist, auf die ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52, wenn eine externe Kraft von einer anderen Quelle als den als künstliche Muskeln dienenden hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 auf das Verbindungsglied C oder den von den hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 angetriebenen beweglichen Arm A ausgeübt wird, können durch die externe Kraft verursachte Schwankungen des Öldrucks, die auf Änderungen des Volumens der Schläuche T der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 basieren, geglättet werden. Darüberhinaus wird es nach Wegfall der äußeren Kraft möglich, den auf der Grundlage des erforderlichen Öldrucks (Solldruck) Preq1 und Preq2 bestimmten Antriebsdruck den hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 sofort zuzuführen.
  • Darüberhinaus hat die künstliche Muskeleinheit AM, die die Robotervorrichtung der vorliegenden Offenbarung ausbildet, die hydraulischen Aktuatoren M1 und M2, die ein Paar künstlicher Muskeln, das antagonistisch angetrieben wird, um es dem Verbindungsglied C und dem beweglichen Arm A, die Antriebsziele sind, zu ermöglichen, sich in Bezug auf das Basiselement B zu drehen (zu bewegen), sind. Darüberhinaus sind das erste und das zweite lineare Magnetventil 51 und 52 als Druckregelvorrichtungen für ein Paar der hydraulischen Aktuatoren M1 bzw. M2 jeweilig vorgesehen. Ferner steuert die Steuervorrichtung 10 für jedes der ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 einen an das elektromagnetische Teil 5e angelegten Strom. Dadurch wird es möglich, die Steuerbarkeit jedes der als künstliche Muskeln dienenden hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 weiter zu verbessern.
  • Darüberhinaus leitet die Steuervorrichtung 10 in der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 die erforderlichen Kontraktionskräfte und die erforderlichen Kontraktionsraten für die Schläuche T, die auf der Grundlage der Anforderungen an die hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 bestimmt werden, ab und stellt den den erforderlichen Kontraktionskräften und den erforderlichen Kontraktionsraten entsprechenden Öldruck als erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq1 und Preq2 ein (Schritt S110 und S120 von 3). Dadurch wird es möglich, den erforderlichen Öldruck Preq1 und Preq2 entsprechend Anforderungen für die hydraulischen Aktoren M1 und M2 genau einzustellen.
  • Ferner hat die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 eine einzelne Pumpe 3, die Hydrauliköl aus dem Tank 2, der das Hydrauliköl speichert, ansaugt und das Hydrauliköl abführt; und die ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52, die jeweils den Druck des Hydrauliköls von der Seite der Pumpe 3 regeln und das Hydrauliköl in den Schlauch T eines entsprechenden der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 einspeisen.
  • Dadurch wird es möglich, den Druck des den Schläuchen T der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 zugeführten Hydrauliköls (Antriebsdruck) genau auf den erforderlichen Öldruck (Solldruck) Preq1 und Preq2 zu regeln und die Kosten und die Größe der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1, die die mehreren hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 mit Hydrauliköl versorgt, im Vergleich zu beispielsweise einer Flüssigkeitszufuhrvorrichtung mit einer jeweiligen Pumpe für jeden hydraulischen Aktuator erheblich zu reduzieren.
  • Darüberhinaus legt die Steuervorrichtung 10 in der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1, durch PWM-Steuerung, auf der Grundlage des erforderlichen Öldrucks (Solldrucks) Preq1 und Preq2 erzeugte Ströme an die elektromagnetischen Teile 5e des ersten und zweiten linearen Magnetventils 51 und 52 an. Dadurch wird es möglich, den Druck des den Schläuchen T der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 zugeführten Hydrauliköls genauer auf den erforderlichen Öldruck Preq1 und Preq2 zu regeln.
  • Ferner übermittelt, wenn die Steuervorrichtung 10 eine Anomalie bei dem Stromfluss in zumindest einem der elektromagnetischen Teile 5e der ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 feststellt, die Steuervorrichtung 10 den oben beschriebenen Aus(schalt)-Befehl an das Ventilantriebssteuerteil 16a und/oder 16a, um die Ausgabe des Signaldrucks von den ersten und/oder zweiten Ein-Aus-Magnetventilen 61 und 62 zu stoppen.
  • Dadurch wird zumindest eines der ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 71 und 72 entsprechend dem Stopp der Ausgabe des Signaldrucks von den ersten und/oder zweiten Ein-Aus-Magnetventilen 61 und 62 geschlossen, wodurch der Abfluss von Hydrauliköl aus einem zugehörigen Schlauch T begrenzt wird. Somit wird, selbst wenn eine Anomalie bei der Zufuhr von Hydrauliköl von zumindest einem der ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 zu einem entsprechenden Schlauch T auftritt, eine plötzliche Änderung des Zustands des Schlauchs T verhindert, wodurch das Auftreten eines unbeabsichtigten Betriebs des beweglichen Arms A, der durch die hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 angetrieben wird, hervorragend unterdrückt werden kann. Infolgedessen wird es gemäß der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 möglich, dass die hydraulischen Aktuatoren M1 und M2, d.h. die künstliche Muskeleinheit AM, ordnungsgemäß und sicher arbeiten können.
  • Darüberhinaus ist in der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1, wie in 1 gezeigt, das erste Ein-Aus-Ventil 71 zwischen dem Ausgangsanschluss 5o des ersten linearen Magnetventils 51 und dem Schlauch T des hydraulischen Aktuators M1 angeordnet und ist das zweite Ein-Aus-Ventil 72 zwischen dem Ausgangsanschluss 5o des zweiten linearen Magnetventils 52 und dem Schlauch T des hydraulischen Aktuators M2 angeordnet. Dadurch wird es möglich, wenn eine Anomalie bei der Zufuhr von Hydrauliköl von zumindest einem der ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 zu einem entsprechenden Schlauch T auftritt, das Ausfließen von Flüssigkeit aus dem Schlauch T in hervorragender Weise zu unterdrücken.
  • Ferner sind in der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 das erste und das zweite lineare Magnetventil 51 und 52 normalerweise geschlossene Ventile, die sich öffnen, wenn die elektromagnetischen Teile 5e mit Strömen versorgt werden, und sind das erste und das zweite Ein-Aus-Ventil 71 und 72 normalerweise geschlossene Ventile, die sich öffnen, wenn die elektromagnetischen Teile 6e des ersten und des zweiten Ein-Aus-Magnetventils 61 und 62 mit Strömen versorgt werden. Dadurch werden, wenn die Zufuhr von Hydrauliköl von den ersten und zweiten linearen Magnetventilen 51 und 52 zu den Schläuchen T der hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 aufgrund eines Stromausfalls unterbrochen wird, die ersten und zweiten Ein-Aus-Ventile 71 und 72 sofort geschlossen, was Begrenzungen eines Ausfließens von Hydrauliköl aus jedem Schlauch T ermöglicht.
  • 9 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine weitere Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1B der vorliegenden Offenbarung zeigt. Es ist zu beachten, dass von den Komponenten der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1B die gleichen Komponenten wie diejenigen der oben beschriebenen Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und deren überschneidende Beschreibung entfällt.
  • Die in 4 gezeigte Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1B hat, als Druckregelvorrichtungen für den hydraulischen Aktuator M1, ein erstes lineares Magnetventil 51B eines normalerweise geschlossenen Typs, das einen Signaldruck, der auf der Grundlage eines einem elektromagnetischen Teil 5e zugeführten Stroms erzeugt wird, ausgibt, und ein erstes Steuerventil 81, das den Druck des Hydrauliköls (Quelldruck) von der Seite der Pumpe 3 regelt, entsprechend dem Signaldruck von dem ersten linearen Magnetventil 51B, und hat, als Druckregelvorrichtungen für den hydraulischen Aktuator M2, ein zweites lineares Magnetventil 52B eines normalerweise geschlossenen Typs, das einen Signaldruck, der auf der Grundlage eines einem elektromagnetischen Teil 5e zugeführten Stroms erzeugt wird, ausgibt, und ein zweites Steuerventil 82, das den Druck des Hydrauliköls (Quelldruck) von der Seite der Pumpe 3 regelt, entsprechend dem Signaldruck von dem zweiten linearen Magnetventil 52B. Die ersten und zweiten Steuerventile 81 und 82 sind normalerweise geschlossene Schieberventile, die jeweils einen Schieber 80 und eine Feder 8s aufweisen und in dem Ventilkörper angeordnet sind.
  • Das erste Steuerventil 81 hat einen Eingangsanschluss 8i, der mit einem in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L0 in (Fluid-)Verbindung steht; einen Ausgangsanschluss 8o, der über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L1B mit dem Einlass und Auslass für Hydrauliköl des hydraulischen Aktuators M1 (Schlauch T) in Verbindung steht; einen Rückkopplungsanschluss 8f, der mit dem Ausgangsanschluss 80 in Verbindung steht; einen Signaldruck-Eingangsanschluss 8c, der mit einem Ausgangsanschluss 5o des ersten linearen Magnetventils 51B über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal in Verbindung steht; und einen Ablassanschluss 8d, der mit dem Inneren des Tanks 2 über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L3B in Verbindung steht. Darüberhinaus hat das zweite Steuerventil 82 einen Eingangsanschluss 8i, der mit dem in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L0 in (Fluid-)Verbindung steht; einen Ausgangsanschluss 80, der über einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal 2LB mit dem Einlass und Auslass für Hydrauliköl des hydraulischen Aktuators M2 (Schlauch T) in Verbindung steht; einen Rückkopplungsanschluss 8f, der mit dem Ausgangsanschluss 80 in Verbindung steht; einen Signaldruck-Eingangsanschluss 8c, der mit einem Ausgangsanschluss 5o des zweiten linearen Magnetventils 5B2 durch einen in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal in Verbindung steht; und einen Ablassanschluss 8d, der mit dem Inneren des Tanks 2 durch den in dem Ventilkörper ausgebildeten Ölkanal L3B in Verbindung steht.
  • Die ersten und zweiten Steuerventile 81 und 82 ermöglichen jeweils eine axiale Bewegung des Schiebers 80 gegen die Vorspannkraft der Feder 8s durch einen Signaldruck von einem entsprechenden der ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52, der auf der Grundlage eines an das elektromagnetische Teil 5e angelegten Stroms erzeugt wird. Auf diese Weise werden die auf den Schieber 80 durch Wirkung des Signaldrucks ausgeübte Schubkraft, die Vorspannkraft der Feder 8s und die Schubkraft, die auf den Schieber 8s durch den dem Rückkopplungsanschluss 8f von dem Ausgangsanschluss 80 zugeführten Öldruck (Antriebsdruck) wirkt, ausgeglichen, wodurch ein dem Eingangsanschluss 8i zugeführter Teil des Hydrauliköls von der Seite der Pumpe 3 aus dem Ausgangsanschluss 80 (aus)fließen kann, so dass das aus dem Ausgangsanschluss 80 (aus)fließende Hydrauliköl den gewünschten Druck hat.
  • Man beachte, dass in der oben beschriebenen Flüssigkeitszufuhrvorrichtung 1 das erste Ein-Aus-Magnetventil 61 und das erste Ein-Aus-Ventil 71 oder 71B durch ein Zwei-Wege-Magnetventil mit einer Scheibe, die durch ein elektromagnetisches Teil öffnet und schließt, ersetzt werden können, und das zweite Ein-Aus-Magnetventil 62 und das zweite Ein-Aus-Ventil 72 oder 72B durch ein Zwei-Wege-Magnetventil mit einer Scheibe, die durch ein elektromagnetisches Teil öffnet und schließt, ersetzt werden können. Darüberhinaus können die oben beschriebenen Flüssigkeitszufuhrvorrichtungen 1 und 1B ein Regelventil (Druckregelventil), das den Druck des Hydrauliköls von der Pumpe 3 entsprechend dem Signaldruck von einem Signaldruck-Ausgangsventil regelt und das Hydrauliköl dem Ölkanal L0 zuführt, aufweisen.
  • Darüberhinaus können die Flüssigkeitszufuhrvorrichtungen 1 und 1B den hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 auch eine andere Flüssigkeit als Hydrauliköl zuführen, wie z. B. Wasser, sie können eingerichtet sein, um Flüssigkeit einem einzigen oder drei oder mehr hydraulischen Aktuatoren zuzuführen bzw. von ihnen abzuführen. Ferner können das erste und das zweite lineare Magnetventil 51 und 52 jeweils durch ein Stromregelventil, das so gesteuert wird, dass der Flüssigkeitsdruck (Öldruck), der einem der entsprechenden hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 zugeführt wird, den Solldruck erreicht, ersetzt werden. Darüberhinaus kann zumindest eines der beiden linearen Magnetventile 51 und 52 ein normalerweise offenes Ventil sein. In diesem Fall kann das normalerweise offene Ventil die Schubkraft von einem elektromagnetischen Teil und die Schubkraft, die durch einen einem Rückkopplungsanschluss zugeführten Flüssigkeitsdruck erzeugt wird, so dass die Schubkraft in dieselbe Richtung wirkt wie die Schubkraft von dem elektromagnetischen Teil, mit einer Vorspannkraft einer Feder ausgleichen. Zumindest eines der ersten und zweiten linearen Magnetventile 51 und 52 kann eingerichtet sein, so dass das erste oder zweite lineare Magnetventil 51 oder 52 keinen dedizierten Rückkopplungsanschluss hat und der Ausgangsdruck als Rückkopplungsdruck auf einen Schieber innerhalb einer Hülse, die den Schieber hält, wirkt (siehe z. B. JP 2020-41687 A ).
  • Darüberhinaus ist, obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die als künstliche Muskeln dienenden hydraulischen Aktuatoren M1 und M2 künstliche McKibben-Muskeln sind, die jeweils aufweisen: einen Schlauch T, in den Hydrauliköl eingespeist wird und der sich axial zusammenzieht, während er sich entsprechend einem Anstieg eines Öldrucks innerhalb des Schlauchs T radial ausdehnt; und eine geflochtene Hülse S, die den Schlauch T bedeckt, die Konfiguration der hydraulischen Aktuatoren M in der künstlichen Muskeleinheit AM nicht darauf beschränkt. Die hydraulischen Aktuatoren M jeweils können nämlich jeder beliebige hydraulische Aktuator sein, solange der hydraulische Aktuator einen Schlauch hat, der sich gemäß einer Zufuhr von Flüssigkeit an die hydraulischen Aktuatoren axial zusammenzieht, während er sich radial ausdehnt, und können sein beispielsweise ein axial faserverstärkter hydraulischer Aktuator mit einem aus einem elastischen Körper ausgebildeten inneren rohrförmigen Element; ein äußeres rohrförmiges Element, das aus einem elastischen Körper ausgebildet und koaxial auf einer Außenseite des inneren rohrförmigen Elements angeordnet ist, und eine zwischen dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren rohrförmigen Element angeordnete Faserschicht (siehe beispielsweise JP 2011-137516 A ).
  • Darüberhinaus können die Flüssigkeitszufuhrvorrichtungen 1 und 1B eingerichtet sein, um eine künstliche Muskeleinheit AMB mit drei oder mehr hydraulischen Aktuatoren mit Flüssigkeit versorgen, wie in 10 und 11 beispielhaft veranschaulicht. Die in den 10 und 11 dargestellte künstliche Muskeleinheit AMB hat sechs hydraulische Aktuatoren M1, M2, M3, M4, M5 und M6; einen Arm AB; ein Verbindungsglied CB; und ein scheibenförmiges Drehelement D, das durch ein nicht dargestelltes Basiselement drehbar gelagert ist. Wie in den Zeichnungen gezeigt, sind die hydraulischen Aktuatoren M1, M2, M3 und M4 in 90°-Abständen auf dem Umfang eines Kreises angeordnet, wobei sich die Drehachse des Drehelements D (siehe gestrichelt-gepunktete Linie in 11) in der Mitte befindet.
  • Darüberhinaus ist ein Dichtungselement auf einer einer Verbindungsstange R jedes der hydraulischen Aktuatoren M1, M2, M3 und M4 gegenüberliegenden Seite an dem Drehelement D befestigt. Ferner sind die Enden der Verbindungsstangen R der hydraulischen Aktuatoren M1, M2, M3 und M4 jeweils über ein Kardangelenk mit dem Verbindungsglied CB verbunden. Die hydraulischen Aktuatoren M5 und M6 sind parallel zueinander und orthogonal zu den hydraulischen Aktuatoren M1, M2, M3 und M4 an dem Grundkörper befestigt. Darüberhinaus sind die Enden der Verbindungsstangen R der hydraulischen Aktuatoren M5 und M6 jeweils über ein Kardangelenk mit dem Drehelement D verbunden. Ferner ist an dem Verbindungsglied CB der Arm MB befestigt, so dass sich der Arm MB beispielsweise koaxial zu einer Mittelachse des Verbindungsglieds CB erstreckt.
  • In der künstlichen Muskeleinheit AMB kann, indem sie die hydraulischen Aktuatoren M1, M2, M3, M4, M5 und M6 selektiv kontrahieren lässt, der Arm AB um eine x-Achse und eine y-Achse der 10 und 11 schwenken und um eine z-Achse rotieren. Durch die Verwendung von Aktuatoren XB nämlich kann beispielsweise ein Gelenkmechanismus mit drei Freiheitsgraden usw. ausgebildet werden. Durch die Bereitstellung von sechs linearen Magnetventilen (und sechs Steuerventilen) in den oben beschriebenen Flüssigkeitszufuhrvorrichtungen 1 und 1B können die Flüssigkeitszufuhrvorrichtungen 1 und 1B ermöglichen, dass sich die Schläuche T der hydraulischen Aktuatoren M1 bis M6 mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit entsprechend den Anforderungen axial zusammenziehen, und können die Position des Arms AB und die von den hydraulischen Aktuatoren M1 bis M6 auf den Arm AB übertragenen Kräfte genau adjustieren.
  • Wie oben beschrieben, ist die Robotervorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine Robotervorrichtung (AM, AMB) mit zumindest einem künstlichen Muskel (M1, M2, M1-M6), der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird; und eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (1, 1B), die dem künstlichen Muskel (M1, M2, M1-M6) die Flüssigkeit zuführt und aus ihm abführt, und die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (1, 1B) hat ein Flüssigkeitsspeicherteil (2), das die Flüssigkeit speichert; eine Pumpe (3), die die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherteil (2) ansaugt und die Flüssigkeit abführt; eine Druckregelvorrichtung (51, 52, 51B, 52B, 81, 82), die einen Schieber (5s, 80) und ein elektromagnetisches Teil (5e), das dem Schieber (5s, 80) sich zu bewegen ermöglicht, hat und die einen Antriebsdruck für den künstlichen Muskel (M1, M2, M1-M6) erzeugt, indem sie einen Quelldruck von der Seite der Pumpe (3) regelt, und den Quelldruck durch Ausgleichen zumindest einer Kraft, die auf einen Schieber (5s, 80) von dem elektromagnetischen Teil (5e) ausgeübt wird, und einer Kraft, die auf den Schieber (5s, 80) durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübt wird, regelt; und eine Steuervorrichtung, die einen Strom an das elektromagnetische Teil (5e) der Druckregelvorrichtung (51, 52, 51B, 52B, 81, 82) anlegt, so dass der Antriebsdruck den Solldruck (Preq1, Preq2) erreicht.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Studien durchgeführt, um einen künstlichen Muskel, der durch Flüssigkeitszufuhr betrieben wird, mit hervorragendem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit arbeiten zu lassen. Infolgedessen haben sich die Erfinder auf die Drucksteuerung konzentriert, die noch nicht auf flüssigkeitsbetriebene künstliche Muskeln angewendet wurde. Dann haben die Erfinder bestätigt, dass durch Regeln eines Flüssigkeitsdrucks auf einen für einen Betrieb des künstlichen Muskels erforderlichen Solldruck und Zuführen der Flüssigkeit zu dem künstlichen Muskel ein dem künstlichen Muskel zugeführter Antriebsdruck innerhalb einer kurzen Zeitspanne nach einem Einstellen des Solldrucks im Wesentlichen dem Solldruck entsprechen kann. Dadurch wird es für die Robotervorrichtung der vorliegenden Offenbarung möglich, dem künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird, zu ermöglichen, mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit zu arbeiten. Darüberhinaus können, indem der dem künstlichen Muskel zugeführte Antriebsdruck auf die Druckregelvorrichtung rückgekoppelt (bzw. feedback-geregelt) wird, wenn eine externe Kraft von einer anderen Quelle als dem künstlichen Muskel auf ein durch den künstlichen Muskel angetriebenes Antriebsziel ausgeübt wird, durch die externe Kraft verursachte Schwankungen eines Flüssigkeitsdrucks in dem künstlichen Muskel geglättet werden, und kann, nachdem die externe Kraft entfernt (worden) ist, der auf dem Solldruck basierende Antriebsdruck sofort dem künstlichen Muskel zugeführt werden.
  • Darüberhinaus kann die Robotervorrichtung (AM, AMB) ein Paar der künstlichen Muskeln (M1, M2, M1-M6), das antagonistisch angetrieben wird, um die Bewegung eines Antriebsziels zu ermöglichen, aufweisen und kann die Druckregelvorrichtung (51, 52, 51B, 52B, 81, 82) für jedes Paar der künstlichen Muskeln (M1, M2, M1-M6) vorgesehen sein, und kann die Steuervorrichtung (10) für jede der Druckregelvorrichtungen (51, 52, 51B, 52B, 81, 82) einen dem elektromagnetischen Teil (5e) zugeführten Strom steuern. Hierdurch wird es möglich, die Steuerbarkeit der künstlichen Muskeln weiter zu verbessern.
  • Ferner kann der künstliche Muskel (M1, M2, M1-M6) einen Schlauch T, der sich axial zusammenzieht, während er sich radial ausdehnt, je nachdem, ob dem Inneren des Schlauchs (T) Flüssigkeit zugeführt wird, haben und die Druckregelvorrichtung (51, 52, 51B, 52B, 81, 82) kann dem Inneren des Schlauchs (T) Flüssigkeit zuführen.
  • Darüberhinaus kann die Steuervorrichtung (10) eine Kontraktionskraft und eine Kontraktionsrate für den Schlauch (T), die auf der Grundlage einer Anforderung für den künstlichen Muskel (M1, M2) bestimmt werden, ableiten und einen der abgeleiteten Kontraktionskraft und Kontraktionsrate entsprechenden Flüssigkeitsdruck als Solldruck (Preq1, Preq2) einstellen. Auf diese Weise ist es möglich, den Solldruck entsprechend den Anforderungen an den künstlichen Muskel genau einzustellen.
  • Darüberhinaus kann die Robotervorrichtung (AM, AMB) eine Vielzahl von künstlichen Muskeln (M1, M2, M1-M6) aufweisen, und kann die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (1, 1B) die einzelne Pumpe (3) und eine Vielzahl von Druckregelvorrichtungen (51, 52, 51B, 52B, 81, 82), die jeweils den Quelldruck von der Seite der Pumpe (3) regeln und den geregelten Quelldruck einem entsprechenden der künstlichen Muskeln (M1, M2, M1-M6) zuführen, aufweisen. Dadurch wird es möglich, die Kosten und die Größe der Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die die mehreren künstlichen Muskeln mit Flüssigkeit speist, erheblich zu reduzieren, beispielsweise im Vergleich zu einer Flüssigkeitszufuhrvorrichtung mit einer Pumpe für jeden künstlichen Muskel.
  • Darüberhinaus kann die Druckregelvorrichtung ein lineares Magnetventil (51, 52), das den Schieber (5s) und das elektromagnetische Teil (5e) hat und den Quelldruck von der Seite der Pumpe (3) regelt, sein und kann die Steuervorrichtung (10) durch PWM-Steuerung einen auf der Grundlage des Solldrucks (Preq1, Preq2) erzeugten Strom an das elektromagnetische Teil (5e) des linearen Magnetventils (51, 52) anlegen. Dadurch wird es möglich, den Druck der dem künstlichen Muskel zugeführten Flüssigkeit genauer auf den Solldruck zu regeln.
  • Ferner kann die Druckregelvorrichtung ein Magnetventil (51B, 52B) mit dem elektromagnetischen Teil (5e) und ein Steuerventil (81, 82), das den Schieber (8s) aufweist und den Quelldruck von der Seite der Pumpe (3) durch Ausgleich einer auf den Schieber (8s) durch Wirkung eines Signaldrucks von dem Magnetventil (51B, 52B) ausgeübten Kraft und einer auf den Schieber (8s) durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübten Kraft regelt, aufweisen.
  • Darüberhinaus kann der künstliche Muskel (M1, M2, M1-M6) ein künstlicher McKibben-Muskel sein.
  • Die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (1, 1B), die Flüssigkeit zu/von zumindest einem künstlichen Muskel (M1, M2, M1-M6), der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird, zuführt und abführt, und die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (1, 1B) hat ein Flüssigkeitsspeicherteil (2), das die Flüssigkeit speichert; eine Pumpe (3), die die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherteil (2) ansaugt und die Flüssigkeit abführt; eine Druckregelvorrichtung (51, 52, 51B, 52B, 81, 82), die einen Schieber (5s, 80) und ein elektromagnetisches Teil (5e), das dem Schieber (5s, 80) sich zu bewegen ermöglicht, hat und die einen Antriebsdruck für den künstlichen Muskel (M1, M2, M1-M6) erzeugt, indem sie einen Quelldruck von der Seite der Pumpe (3) regelt, und den Quelldruck durch Ausgleichen zumindest einer Kraft, die auf einen Schieber (5s, 80) von dem elektromagnetischen Teil (5e) ausgeübt wird, und einer Kraft, die auf den Schieber (5s, 80) durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübt wird, regelt und eine Steuervorrichtung, die einen Strom an das elektromagnetische Teil (5e) der Druckregelvorrichtung (51, 52, 51B, 52B, 81, 82) anlegt, so dass der Antriebsdruck den Solldruck (Preq1, Preq2) erreicht.
  • Es wird für die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung auch möglich, dem künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird, zu ermöglichen, mit ausgezeichnetem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit zu arbeiten. Darüberhinaus können, indem der dem künstlichen Muskel zugeführte Antriebsdruck auf die Druckregelvorrichtung rückgekoppelt (bzw. feedback-geregelt) wird, wenn eine externe Kraft von einer anderen Quelle als dem künstlichen Muskel auf ein durch den künstlichen Muskel angetriebenes Antriebsziel ausgeübt wird, durch die externe Kraft verursachte Schwankungen eines Flüssigkeitsdrucks in dem künstlichen Muskel geglättet werden, und kann, nachdem die externe Kraft entfernt (worden) ist, der auf dem Solldruck basierende Antriebsdruck sofort dem künstlichen Muskel zugeführt werden.
  • Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung der vorliegenden Offenbarung auf die oben beschriebene Ausführungsform zu beschränken, und es erübrigt sich zu sagen, dass verschiedene Änderungen, die in den umfassenden Bereich der vorliegenden Offenbarung fallen, vorgenommen werden können. Darüberhinaus ist die oben beschriebene Ausführungsform lediglich eine spezifische Ausführungsform der in dem Abschnitt „Zusammenfassung der Erfindung“ beschriebenen Erfindung, und es ist nicht beabsichtigt, die in dem Abschnitt „Zusammenfassung der Erfindung“ beschriebenen Elemente der Erfindung zu begrenzen.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die Erfindung der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise in der herstellenden Industrie für eine Robotervorrichtung mit zumindest einem künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird, und einer Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die Flüssigkeit dem künstlichen Muskel zuführt und aus ihm abführt, verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • JP 2012125847 A [0003]
    • JP 2020041687 A [0049]
    • JP 2011137516 A [0050]

Claims (12)

  1. Robotervorrichtung mit: zumindest einem künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm Flüssigkeit zugeführt wird; und einer Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die die Flüssigkeit dem künstlichen Muskel zuführt und aus ihm abführt, wobei die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung hat: ein Flüssigkeitsspeicherteil, das die Flüssigkeit speichert; eine Pumpe, die die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherteil ansaugt und die Flüssigkeit abführt; eine Druckregelvorrichtung, die einen Schieber und ein elektromagnetisches Teil, das dem Schieber sich zu bewegen ermöglicht, hat und die einen Antriebsdruck für den künstlichen Muskel erzeugt, indem sie einen Quelldruck von der Pumpenseite regelt, und den Quelldruck durch Ausgleichen zumindest einer auf einen Schieber von dem elektromagnetischen Teil ausgeübten Kraft und einer auf den Schieber durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübten Kraft regelt; und eine Steuervorrichtung, die an das elektromagnetische Teil der Druckregelvorrichtung einen Strom anlegt, so dass der Antriebsdruck den Solldruck erreicht.
  2. Robotervorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Paar der künstlichen Muskeln, das antagonistisch angetrieben wird, um die Bewegung eines Antriebsziels zu ermöglichen, wobei die Druckregelvorrichtung für jedes Paar der künstlichen Muskeln vorgesehen ist und die Steuervorrichtung, für jede der Druckregelvorrichtungen, einen dem elektromagnetischen Teil zugeführten Strom steuert.
  3. Robotervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der künstliche Muskel einen Schlauch, der sich axial zusammenzieht, während er sich entsprechend der Zufuhr der Flüssigkeit in ein Inneres des Schlauchs radial ausdehnt, aufweist und die Druckregelvorrichtung die Flüssigkeit dem Inneren des Schlauchs zuführt.
  4. Robotervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung eine Kontraktionskraft und eine Kontraktionsrate für den Schlauch, die auf der Grundlage einer Anforderung für den künstlichen Muskel bestimmt werden, ableitet und einen der abgeleiteten Kontraktionskraft und Kontraktionsrate entsprechenden Flüssigkeitsdruck als den Solldruck einstellt.
  5. Die Robotervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Vielzahl von künstlichen Muskeln, wobei die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung die einzelne Pumpe und eine Vielzahl von Druckregelvorrichtungen, die jeweils den Quelldruck von der Pumpenseite regeln und den geregelten Quelldruck einem zugehörigen der künstlichen Muskeln zuführen, aufweist.
  6. Die Robotervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Druckregelvorrichtung ein lineares Magnetventil, das den Schieber und das elektromagnetische Teil hat, ist und den Quelldruck von der Pumpenseite regelt, und die Steuervorrichtung, durch Pulsweitenmodulation (PWM)-Steuerung, einen auf der Grundlage des Solldrucks erzeugten Strom an das elektromagnetische Teil des linearen Magnetventils anlegt.
  7. Robotervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Druckregelvorrichtung hat: ein Magnetventil mit dem elektromagnetischen Teil; und ein Steuerventil, das den Schieber aufweist und den Quelldruck von der Pumpenseite durch Ausgleichen einer auf den Schieber durch Wirkung eines Signaldrucks von dem Magnetventil ausgeübten Kraft und einer auf den Schieber durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübten Kraft regelt.
  8. Flüssigkeitszufuhrvorrichtung, die Flüssigkeit zumindest einem künstlichen Muskel, der arbeitet, indem ihm die Flüssigkeit zugeführt wird, zuführt und aus ihm abführt, wobei die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung hat: ein Flüssigkeitsspeicherteil, das die Flüssigkeit speichert; eine Pumpe, die die Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherteil ansaugt und die Flüssigkeit abführt; eine Druckregelvorrichtung, die einen Schieber und ein elektromagnetisches Teil, das dem Schieber sich zu bewegen ermöglicht, hat und die einen Antriebsdruck für den künstlichen Muskel erzeugt, indem sie einen Quelldruck von der Pumpenseite regelt, und den Quelldruck durch Ausgleichen zumindest einer auf einen Schieber von dem elektromagnetischen Teil ausgeübten Kraft und einer auf den Schieber durch Wirkung des Antriebsdrucks ausgeübten Kraft regelt; und eine Steuervorrichtung, die an das elektromagnetische Teil der Druckregelvorrichtung einen Strom anlegt, so dass der Antriebsdruck den Solldruck erreicht.
  9. Flüssigkeitszufuhrvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Druckregelvorrichtung für jedes Paar der künstlichen Muskeln, das antagonistisch angetrieben wird, um die Bewegung eines Antriebsziels zu ermöglichen, vorgesehen ist und die Steuervorrichtung, für jede der Druckregelvorrichtungen, einen dem elektromagnetischen Teil zugeführten Strom steuert.
  10. Flüssigkeitszufuhrvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der künstliche Muskel einen Schlauch, der sich axial zusammenzieht, während er sich entsprechend der Zufuhr der Flüssigkeit in ein Inneres des Schlauchs radial ausdehnt, aufweist und die Druckregelvorrichtung die Flüssigkeit dem Inneren des Schlauchs zuführt.
  11. Flüssigkeitszufuhrvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Steuervorrichtung eine Kontraktionskraft und eine Kontraktionsrate für den Schlauch, die auf der Grundlage einer Anforderung für den künstlichen Muskel bestimmt werden, ableitet und einen der abgeleiteten Kontraktionskraft und Kontraktionsrate entsprechenden Flüssigkeitsdruck als den Solldruck einstellt.
  12. Flüssigkeitszufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Flüssigkeitszufuhrvorrichtung die einzelne Pumpe und eine Vielzahl von Druckregelvorrichtungen, die jeweils den Quelldruck von der Pumpenseite regeln und den geregelten Quelldruck einem zugehörigen der künstlichen Muskeln zuführen, aufweist.
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