JP2020511910A - 直列弾性アクチュエータ装置、直列弾性アクチュエータの制御方法及びそれを用いたシステム - Google Patents
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Abstract
Description
直列弾性アクチュエータの種類は非常に多岐に亘るが、一般的に、図1に示すような構造を有するボルト駆動型直列弾性アクチュエータが用いられる。
また、回転運動の場合、上述した構造の直列弾性アクチュエータは適用し難く、回転運動に適した直列弾性アクチュエータの制御方法が望まれている。
以下、添付図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。
モータ側の回転部100と負荷側の回転部200との間の空間には、少なくとも一対の弾性部材300が配備される。
ここで、前記弾性部材310、320の素材、形状又は大きさは変更可能であり、この変更に伴い、弾性部材の剛性Kが可変となる。
この場合、前記駆動モータの回転力によるトルクは、次の数式1を用いて計算されてもよい。
この場合にも、前記駆動モータの回転力によるトルクは、センサー部により検出される相対的な変位Δθに基づいて前記数式1を用いて計算されてもよい。
前記図5の(b)及び(c)に示す場合において、前記数式1を用いて計算されるトルクτは、駆動モータの回転力により負荷に伝達されるトルクを示し得る。
この場合、前記負荷側に加えられるトルクτは、センサー部により検出される相対的な変位Δθに基づいて、前記数式1を用いて計算されてもよい。
更に、直列弾性アクチュエータの負荷側の回転部200には軸受け(bearing)710が係合してもよい。
図8を参照すると、図7に示すように、係合した直列弾性アクチュエータ装置に軸受け固定端800及び軸受けカバー810が係合してもよい。
以下、図9から図14を参照して、直列弾性アクチュエータを制御する方法に対する実施形態についてより詳細に説明する。
或いは、回転している負荷1000に回転方向と同じ方向の外力Flが加えられてトルクτlが発生してもよい。
一方、外部トルクτlが臨界値トルクτthよりも大きい場合、制御器は、直列弾性アクチュエータの制御モードをトルク制御に切り換えてもよい。
Claims (20)
- 駆動モータと連結されて、前記駆動モータの回転力により回転するモータ側の回転部と、
前記モータ側の回転部と係合して、前記駆動モータの回転力を負荷に伝達するための負荷側の回転部と、
前記モータ側の回転部と前記負荷側の回転部との間の空間に配備される少なくとも一対の弾性部材と、
を備え、
前記モータ側の回転部及び前記負荷側の回転部のうちのいずれか一方に前記一対の弾性部材が固定されるための収容空間を有するフレームが形成されていることを特徴とする直列弾性アクチュエータ装置。 - 前記モータ側の回転部の回転方向に応じて、前記一対の弾性部材のうちのいずれか一方が圧縮される請求項1に記載の直列弾性アクチュエータ装置。
- 前記モータ側の回転部及び前記負荷側の回転部のうちの残りの一方には、前記一対の弾性部材を内側において支持するためのフレームが形成されている請求項1に記載の直列弾性アクチュエータ装置。
- 前記弾性部材は、
シリコーン及びウレタンを含めて複数の弾性物質のうちのいずれか一方又は2以上の混合物により構成される請求項1に記載の直列弾性アクチュエータ装置。 - 前記弾性部材は、
円柱状を呈する請求項1に記載の直列弾性アクチュエータ装置。 - 前記モータ側の回転部と前記負荷側の回転部との間の相対的な変位を測定するためのセンサー部を更に備える請求項1に記載の直列弾性アクチュエータ装置。
- 前記センサー部は、
前記モータ側の回転部及び前記負荷側の回転部の互いに対応する位置にそれぞれ形成された磁性体及びホールセンサーを備えてなる請求項6に記載の直列弾性アクチュエータ装置。 - 前記モータ側の回転部及び前記負荷側の回転部間の係合が解放されるとき、前記弾性部材が自動的に取り外されるようになっている請求項1に記載の直列弾性アクチュエータ装置。
- 駆動モータの回転力を負荷に伝達するために互いに係合したモータ側の回転部及び負荷側の回転部と、弾性部材と、を備える直列弾性アクチュエータ(SEA)を制御する方法において、
前記モータ側の回転部と前記負荷側の回転部との間の相対的な変位を測定するステップと、
前記測定された変位及び前記弾性部材の剛性(K)に基づいて、前記負荷側に加えられる外力による外部トルクを求めるステップと、
前記求められた外部トルクと臨界値トルクとを比較するステップと、
前記比較結果に基づいて、前記直列弾性アクチュエータの制御モードをトルク制御及び位置制御のうちのいずれか一方に切り換えるステップと、
を含む直列弾性アクチュエータの制御方法。 - 前記変位は、
前記モータ側の回転部及び前記負荷側の回転部の互いに対応する位置にそれぞれ形成された磁性体及びホールセンサーを用いて測定される請求項9に記載の直列弾性アクチュエータの制御方法。 - 前記求められた外部トルクが前記臨界値トルクよりも大きい場合、前記負荷側に伝達されるトルクを制御するためのトルク制御に前記制御モードが切り換えられる請求項9に記載の直列弾性アクチュエータの制御方法。
- 前記求められた外部トルクが前記臨界値トルク以下である場合、前記負荷側の回転角度を制御するための位置制御に前記制御モードが切り換えられる請求項9に記載の直列弾性アクチュエータの制御方法。
- フィードバックされる前記モータ側の回転角度を用いて、前記負荷側の回転角度が制御される請求項12に記載の直列弾性アクチュエータの制御方法。
- 前記外部トルクが前記臨界値トルクよりも大きい値に増加される場合、前記制御モードが位置制御からトルク制御に切り換えられ、前記外部トルクが前記臨界値トルクから所定のトルクを差し引いた値以下に減少する場合、前記制御モードがトルク制御から位置制御に切り換えられる請求項9に記載の直列弾性アクチュエータの制御方法。
- 前記弾性部材は、
前記モータ側の回転部と前記負荷側の回転部との間の空間に少なくとも一対で配備される請求項9に記載の直列弾性アクチュエータの制御方法。 - 前記モータ側の回転部の回転方向に応じて、前記一対の弾性部材のうちのいずれか一方が圧縮される請求項15に記載の直列弾性アクチュエータの制御方法。
- 駆動モータと連結されて、前記駆動モータの回転力により回転するモータ側の回転部と、
前記モータ側の回転部と係合して、前記駆動モータの回転力を負荷に伝達するための負荷側の回転部と、
前記モータ側の回転部と前記負荷側の回転部との間の空間に配備される少なくとも一対の弾性部材と、
前記モータ側の回転部と前記負荷側の回転部との間の相対的な変位を測定するためのセンサー部と、
前記測定された変位を用いて前記負荷側に加えられる外力による外部トルクを求め、前記求められた外部トルクと臨界値トルクとを比較した結果に基づいて、トルク制御及び位置制御のうちのいずれか一方に制御モードを切り換える制御器と、
を備える直列弾性アクチュエータシステム。 - 前記制御器は、
前記外部トルクが前記臨界値トルクよりも大きい値に増加される場合、前記制御モードを位置制御からトルク制御に切り換え、前記外部トルクが前記臨界値トルクから所定のトルクを差し引いた値以下に減少する場合、前記制御モードをトルク制御から位置制御に切り換える請求項17に記載の直列弾性アクチュエータシステム。 - 前記制御器は、
前記制御モードが位置制御である場合、フィードバックされる前記モータ側の回転角度を用いて前記負荷側の回転角度を制御する請求項17に記載の制御直列弾性アクチュエータシステム。 - 前記モータ側の回転部及び前記負荷側の回転部のうちのいずれか一方に前記一対の弾性部材が固定されるための収容空間を有するフレームが形成されていることを特徴とする請求項17に記載の直列弾性アクチュエータシステム。
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