JP2017064836A - 力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アクチュエータ2から被動負荷Lへの動力伝達を行う動力伝達機構3は、剛性度合及び粘性度合を制御可能な動力伝達要素5を含む。被動負荷Lの作用力を制御する制御装置51は、被動負荷Lの作用力の目標値と観測値との偏差と、該偏差の時間的変化率とに応じて動力伝達要素5の剛性度合及び粘性度合のそれぞれの目標値を逐次決定し、該目標値に応じて動力伝達要素5の実際の剛性度合及び粘性度合を制御する。
【選択図】図1
Description
前記動力伝達機構は、剛性度合と粘性度合とを可変的に制御可能な動力伝達要素を含み、該動力伝達要素を介して前記アクチュエータから被動負荷への動力の伝達を行うように構成されており、
前記被動負荷に作用する力の制御用の操作量として、前記動力伝達要素の剛性度合及び粘性度合のそれぞれの目標値を、前記力の目標値と該力の観測値との偏差と、該偏差の時間的変化率とに応じて逐次決定する第1操作量決定手段と、
該第1操作量決定手段により決定された前記動力伝達要素の剛性度合及び粘性度合のそれぞれの目標値に応じて前記動力伝達要素の実際の剛性度合及び粘性度合を制御する剛性・粘性制御手段とを備えることを特徴とする(第1発明)。
Kcmd=kfp・((fcmd−fact)/Xact)+Kact ……(1)
Dcmd=kfd・((dfcmd−dfact)/dXact)+Dact ……(2)
上記式(1)におけるkfpと、式(2)におけるkfdはそれぞれあらかじめ設定された所定値のゲインである。ただし、式(1)の演算では、Xactの絶対値が所定値γ1よりも小さい微小値である場合には、Xactの値の代わりに、所定の制限値(例えば、sign(Xact)・γ1)が使用される。同様に、式(2)の演算では、dXactの絶対値が所定値γ2よりも小さい微小値である場合には、dXactの値の代わりに、所定の制限値(例えば、sign(dXact)・γ2)が使用される。なお、sign( )は符号関数である。
合成力=弾性力+粘性力=Kcmd・Xact+Dcmd・dXact ……(3)
一方、電歪素子5が粘性を持たない弾性体であるとみなし、且つ、該電歪素子5の剛性度合指標値をある目標値Kcmd2に一致させた場合を想定する。この場合に、電歪素子5が発生する弾性力は、次式(4)により表される。
弾性力=Kcmd2・Xact ……(4)
ここで、基本的には、式(4)により表される弾性力を、式(3)により表される合成力に一致させるように、Kcmd2を決定して、このKcmd2(=Kcmd+Dcmd・dXact/Xact)に電歪素子5の実際の剛性度合指標値を制御すれば、電歪素子5は、擬似的に、Dcmdに応じた粘性力(=Dcmd・dXact)と、Kcmdに応じた弾性力(=Kcmd・Xact)との合成力を発生できることとなる。
Kcmd2=(Dcmd・dXact/(Xact+σ))+Kcmd ……(5)
この場合、式(5)におけるσは、Kmin<Kcmd2<KmaxというKcmd2の許容範囲条件を満たし得る範囲内で極力小さい(ゼロに近い)正の値となるように設定される。
dXact≧0のとき
σ=(dXact・Dcmd/(Kmax−Kcmd))+α ……(6a)
dXact<0のとき
σ=(dXact・Dcmd/(Kmin−Kcmd))+α ……(6b)
式(6a),(6b)におけるαは、あらかじめ設定したゼロ以上の定数値(ゼロ又はゼロ近傍の正の定数値)である。これらの式(6a),(6b)により設定されるσの値は、電歪素子5の弾性変形速度dXactの大きさが大きいほど、大きな値となる。また、KcmdがKmax又はKminに近いほど、σの値が大きくなる。
ΔP=kfi・∫(fcmd−fact)dt
=ΔPの前回値+kfi・(fcmd−fact)・Δt ……(7)
式(7)におけるΔPの前回値は、前回の制御処理周期で求めたΔPの値である。また、kfi・(fcmd−fact)・Δtの項のうちのkfiはあらかじめ設定された所定値のゲイン、(fcmd−fact)は、現在の制御処理周期での被動負荷作用力の目標値fcmdと実際の被動負荷作用力factの検出値との偏差、Δtは制御処理周期の時間である。
Pcmd=Pcmd_base+ΔP ……(8)
そして、アクチュエータ制御部64は、この目標値Pcmdを実現するように、モータ34を制御する。
Claims (6)
- 被動負荷を動かす動力を出力するアクチュエータと、該アクチュエータから被動負荷への動力伝達を行う動力伝達機構とを備える動力装置において、前記被動負荷に作用する力を制御する力制御装置であって、
前記動力伝達機構は、剛性度合と粘性度合とを可変的に制御可能な動力伝達要素を含み、該動力伝達要素を介して前記アクチュエータから被動負荷への動力の伝達を行うように構成されており、
前記被動負荷に作用する力の制御用の操作量として、前記動力伝達要素の剛性度合及び粘性度合のそれぞれの目標値を、前記力の目標値と該力の観測値との偏差と、該偏差の時間的変化率とに応じて逐次決定する第1操作量決定手段と、
該第1操作量決定手段により決定された前記動力伝達要素の剛性度合及び粘性度合のそれぞれの目標値に応じて前記動力伝達要素の実際の剛性度合及び粘性度合を制御する剛性・粘性制御手段とを備えることを特徴とする力制御装置。 - 請求項1記載の力制御装置において、
前記第1操作量決定手段は、前記動力伝達要素の剛性度合の目標値を、前記偏差と前記偏差の時間的変化率とのうちの少なくとも前記偏差に応じて変化させるように決定すると共に、前記動力伝達要素の粘性度合の目標値を、前記偏差と前記偏差の時間的変化率とのうちの少なくとも前記偏差の時間的変化率に応じて変化させるように決定するように構成されていることを特徴とする力制御装置。 - 請求項1又は2記載の力制御装置において、
前記被動負荷に作用する力の制御用の他の操作量として、前記被動負荷の変位量を調整する操作量である被動負荷変位操作量を前記偏差の積分値に応じて逐次決定する第2操作量決定手段と、
該第2操作量決定手段により決定された被動負荷変位操作量に応じて前記被動負荷の実際の変位量を変化させるように前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段とをさらに備えることを特徴とする力制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の力制御装置において、
前記動力伝達要素は、印加電圧に応じて剛性度合及び粘性度合のうちの少なくとも剛性度合が変化するように構成された誘電エラストマーを、該動力伝達要素の両端間の変位量に応じた弾性変形を生じる弾性部材として含むように構成されていることを特徴とする力制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の力制御装置において、
前記動力伝達要素は、該動力伝達要素の両端間の変位量に応じた弾性変形を生じ、且つ剛性度合を制御可能に構成された弾性部材を含み、
前記剛性・粘性制御手段は、前記動力伝達要素の粘性度合の目標値と、前記弾性部材の弾性変形量の観測値と、該弾性変形量の時間的変化率の観測値とに応じて前記動力伝達要素の剛性度合の目標値を補正する補正手段を含み、当該補正後の剛性度合の目標値に応じて前記弾性部材の実際の剛性度合を制御することによって、前記動力伝達要素の実際の剛性度合を制御し、且つ該動力伝達要素の実際の粘性度合を擬似的に制御するように構成されており、
前記補正手段は、前記補正後の剛性度合の目標値に応じて前記弾性部材の剛性度合を制御したときに、前記剛性度合の目標値と前記弾性部材の弾性変形量の観測値とに応じた弾性力と、前記粘性度合の目標値と前記弾性部材の弾性変形量の時間的変化率の観測値とに応じた粘性力とを前記動力伝達要素で発生することとなるように、前記剛性度合の目標値の補正処理を実行するように構成されていることを特徴とする力制御装置。 - 請求項4記載の力制御装置において、
前記剛性・粘性制御手段は、前記動力伝達要素の粘性度合の目標値と、前記誘電エラストマーの弾性変形量の観測値と、該誘電エラストマーの弾性変形量の時間的変化率の観測値とに応じて前記動力伝達要素の剛性度合の目標値を補正する補正手段を含み、当該補正後の剛性度合の目標値に応じて前記誘電エラストマーの印加電圧を操作することによって、前記動力伝達要素の実際の剛性度合を制御し、且つ該動力伝達要素の実際の粘性度合を擬似的に制御するように構成されており、
前記補正手段は、前記補正後の剛性度合の目標値に応じて前記誘電エラストマーの印加電圧を操作したときに、前記剛性度合の目標値と前記誘電エラストマーの弾性変形量の観測値とに応じた弾性力と、前記粘性度合の目標値と前記誘電エラストマーの弾性変形量の時間的変化率の観測値とに応じた粘性力とを前記動力伝達要素で発生することとなるように、前記剛性度合の目標値の補正処理を実行するように構成されていることを特徴とする力制御装置。
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