JP2022047780A

JP2022047780A - ロボット装置

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Publication number: JP2022047780A
Application number: JP2020153748A
Authority: JP
Inventors: 雅広浅井; Masahiro Asai; 哲央梅村; Tetsuhisa Umemura; 亮 ▲高▼田; Akira Takada
Original assignee: Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2022-03-25

Abstract

【課題】液体の供給を受けて作動する人工筋肉を含むロボット装置の動作の安定性をより向上させる。【解決手段】本開示のロボット装置は、物体を把持する把持部と、少なくとも１つの関節と、複数のリンクと、液体の供給を受けて作動すると共に、関節を介して連結された２つのリンクを相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉と、少なくとも１つの人工筋肉に液体を供給する液体供給装置と、制御装置とを含み、当該制御装置は、２つのリンクを相対的に回動させるためのトルクと、ロボット装置の姿勢を維持するのに必要な重力補償トルクとの和を目標トルクに設定すると共に、当該目標トルクに基づいて液体供給装置を制御し、更に、把持部の目標位置と現在位置との乖離の度合いに応じて重力補償トルクを変化させる。【選択図】図１０

Description

本開示は、物体を把持する把持部と、少なくとも１つの関節と、複数のリンクと、少なくとも１つの人工筋肉とを含むロボット装置に関する。

従来、複数の弾性膨張収縮構造体（人工筋肉）と、それぞれ対応する一対の弾性膨張収縮構造体により回転駆動される複数の関節軸と、物体把持用のハンドと、複数の３ポート流量制御電磁弁（駆動装置）とを含む２自由度のロボットアームである弾性体アクチュエータ駆動機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。この弾性体アクチュエータ駆動機構の各弾性膨張収縮構造体は、ゴム材料で構成された中空の管状弾性体と、当該管状弾性体の外表面を覆う網目状の変形方向規制部材とを含む。管状弾性体の両端部は封止部材により気密封止され、管状弾性体の内部には、一端側の封止部材に設けられた管状の流体通過部材を介して空気等の圧縮性流体が供給される。管状弾性体は、内部に圧縮性流体が供給された際に主に半径方向に膨張しようとするが、変形方向規制部材の作用により管状弾性体の変形方向の運動が軸方向の運動に変換される。これにより、圧縮性流体の供給により管状弾性体を収縮させることで、弾性膨張収縮構造体を直動アクチュエータとして利用することができる。更に、第１および第２関節軸をそれぞれ対応した一対の弾性膨張収縮構造体の拮抗駆動により正逆に回転させることで、物体把持用のハンドを移動させることが可能となる。

上記従来の弾性体アクチュエータ駆動機構では、予め作成された動作プログラムに従って設定される目標関節角度ベクトルと、エンコーダにより計測される関節角の現在値（関節角度ベクトル）との差である角度誤差ベクトルから角度誤差修正指令値が算出される。また、目標関節角度ベクトルから目標角加速度が計算により求められ、当該目標角加速度と角度誤差ベクトルとから修正目標角加速度が計算により求められる。また、修正目標角加速度と、弾性体アクチュエータ駆動機構の各リンクまたは搬送物体の質量、重心位置、若しくは慣性行列といったダイナミクスパラメータとから、搬送物体および弾性体アクチュエータ駆動機構の質量にかかる重力項を含む目標関節トルクが算出される。更に、目標関節トルクと上記関節角度ベクトルとから、関節軸ごとに弾性膨張収縮構造体の目標圧力値が算出されると共に、当該目標圧力値と圧力センサにより計測される弾性膨張収縮構造体（管状弾性体）の内圧（空気の圧縮率）との差である圧力誤差が算出される。そして、圧力誤差から圧力差誤差修正出力が算出され、当該圧力差誤差修正出力は、各３ポート流量制御電磁弁に電圧指令値として与えられる。これにより、各関節軸が対応する一対の弾性膨張収縮構造体によって独立して回転駆動されることになる。

国際公開第２０１２／０８１１９７号

しかしながら、上記特許文献１は、搬送物体および弾性体アクチュエータ駆動機構の質量にかかる重力項の与え方を何ら具体的に開示していない。そして、重力項の与え方によっては、弾性体アクチュエータ駆動機構の動作が本来予定されていないものとなることがあり、当該弾性体アクチュエータ駆動機構の動作の安定性が損なわれてしまうおそれがある。

そこで、本開示は、液体の供給を受けて作動すると共に関節を介して連結された２つのリンクを相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉を含むロボット装置の動作の安定性をより向上させることを主目的とする。

本開示のロボット装置は、物体を把持する把持部と、少なくとも１つの関節と、複数のリンクと、液体の供給を受けて作動すると共に、前記関節を介して連結された２つの前記リンクを相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉と、前記少なくとも１つの人工筋肉に前記液体を供給する液体供給装置とを含むロボット装置であって、前記２つの前記リンクを相対的に回動させるためのトルクと、前記ロボット装置の姿勢を維持するのに必要な重力補償トルクとの和を目標トルクに設定すると共に、前記目標トルクに基づいて前記液体供給装置を制御し、前記把持部の目標位置と現在位置との乖離の度合いに応じて前記重力補償トルクを変化させる制御装置を含むものである。

本開示のロボット装置は、物体を把持する把持部と、少なくとも１つの関節と、複数のリンクと、液体の供給を受けて作動すると共に、関節を介して連結された２つのリンクを相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉と、人工筋肉に液体を供給する液体供給装置と、目標トルクに基づいて液体供給装置を制御する制御装置とを含むものである。また、制御装置は、２つのリンクを相対的に回動させるためのトルクとロボット装置の姿勢を維持するのに必要な重力補償トルクとの和を目標トルクに設定すると共に、当該目標トルクに基づいて液体供給装置を制御する。更に、当該制御装置は、把持部の目標位置と現在位置との乖離の度合いに応じて重力補償トルクを変化させる。これにより、把持部による物体の把持状態が変化したとしても、当該把持状態の変化に応じて重力補償トルクを変化させて、ロボット装置の姿勢（動作）が本来予定されていないものとなるのを抑制することができる。この結果、液体の供給を受けて作動すると共に関節を介して連結された２つのリンクを相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉を含むロボット装置の動作の安定性をより向上させることが可能となる。

本開示のロボット装置を示す概略構成図である。本開示のロボット装置を示す拡大図である。本開示のロボット装置の液体供給装置を示す概略構成図である。本開示のロボット装置の制御装置の要部を示すブロック図である。本開示のロボット装置の制御手順を例示するフローチャートである。本開示のロボット装置の制御手順を例示するフローチャートである。本開示のロボット装置の制御手順を例示するフローチャートである。本開示のロボット装置の制御手順を例示するフローチャートである。目標圧力設定マップを例示する説明図である。本開示のロボット装置の制御手順を例示するフローチャートである。

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示のロボット装置１を示す概略構成図であり、図２は、ロボット装置１を示す拡大図である。これらの図面に示すロボット装置１は、ロボットアーム（ロボット本体）２と、液体供給装置１０と、装置全体を制御する制御装置１００とを含む。ロボットアーム２は、複数（本実施形態では、３つ）の関節（ピン結合部）Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３と、複数（本実施形態では、３つ）のアーム（リンク）３と、関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３ごとに例えば偶数個（本実施形態では、４つ）ずつ設けられる人工筋肉としての複数の液圧アクチュエータＭと、先端側のアーム３の手先に取り付けられる把持部としてのハンド部（ロボットハンド）４とを含む多関節アームである。ハンド部４は、対象となる物体（以下、「把持対象」という。）を把持するように制御装置１００により制御される。また、液体供給装置１０は、制御装置１００により制御されて各液圧アクチュエータＭに液体としての作動油（作動流体）を給排する。これにより、ロボットアーム２を油圧（液圧）により駆動してハンド部４を所望の位置に移動させることができる。

ロボットアーム２の各液圧アクチュエータＭは、図２に示すように、作動油の圧力によって膨張および収縮するチューブＴと、当該チューブＴを覆う編組スリーブＳとを含む、いわゆるマッキベン型の人工筋肉である。チューブＴは、高い耐油性をもった例えばゴム材等の弾性材により円筒状に形成されており、当該チューブＴの両端部は、封止部材Ｃにより封止されている。チューブＴの基端側（液体供給装置１０側、図２中下端側）の封止部材Ｃには、作動油の出入口ＩＯが形成されている。編組スリーブＳは、所定方向に配向された複数のコードを互いに交差するように編み込むことにより円筒状に形成されており、軸方向および径方向に収縮可能である。編組スリーブＳを形成するコードとしては、繊維コード、高強度繊維、極細のフィラメントによって構成される金属製コード等を採用することができる。かかる液圧アクチュエータＭのチューブＴ内に上記出入口ＩＯから作動油を供給してチューブＴ内の作動油の圧力を高めることで、チューブＴは、編組スリーブＳの作用により径方向に膨張すると共に軸方向に収縮し、内部の作動油の圧力に応じた収縮力を発生する。

図１および図２に示すように、複数のアーム３のうち、最基端側（最も液体供給装置１０側）のアーム３は、関節Ｊ１を介してリンクとしての支持部材５により回動自在に支持される。また、２つのアーム３同士が、関節Ｊ２またはＪ３を介して互いに回動自在に連結される。更に、各アーム３の先端部（手先側の端部）には、連結部材６が固定されている。図示するように、支持部材５は、最基端側の関節Ｊ１に対応した複数（４つ）の液圧アクチュエータＭの基端側の封止部材Ｃを回動自在に支持する。また、各アーム３の連結部材６は、基端側に位置する関節Ｊ１またはＪ２に対応した複数（４つ）液圧アクチュエータＭの先端側（手先側）の封止部材Ｃを回動自在に支持する。更に、各連結部材６は、先端側に位置する関節Ｊ２またはＪ３に対応した複数（４つ）液圧アクチュエータＭの基端側の封止部材Ｃを回動自在に支持する。

より詳細には、支持部材５は、関節Ｊ１に対応した２つの液圧アクチュエータＭの基端側の封止部材Ｃを第１の連結軸を介して回動自在に支持する。また、最基端側のアーム３の連結部材６は、関節Ｊ１に対応した当該２つの液圧アクチュエータＭの先端側の封止部材Ｃを第２の連結軸を介して回動自在に支持する。更に、支持部材５は、関節Ｊ１に対応した残り２つの液圧アクチュエータＭの基端側の封止部材Ｃを上記第１の連結軸と平行に延びる第３の連結軸を介して回動自在に支持する。また、最基端側のアーム３の連結部材６は、関節Ｊ１に対応した当該残り２つの液圧アクチュエータＭの先端側の封止部材Ｃを上記第２の連結軸と平行に延びる第４の連結軸を介して回動自在に支持する。同様に、関節Ｊ２またはＪ３を介して互いに連結される２つのアーム３の連結部材６も、上述のような複数の連結軸を介して、当該関節Ｊ２またはＪ３に対応した複数（４つ）の液圧アクチュエータＭの対応する封止部材Ｃを回動自在に支持する。

これにより、関節Ｊ１－Ｊ３の関節軸から手先側（ハンド部４側）に延びる各アーム３の両側には、液圧アクチュエータＭが本実施形態では２つずつ対応するアーム３と平行に配列される。そして、各アーム３の一側に配置される２つの液圧アクチュエータＭは、１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対応した第１の人工筋肉（一方の拮抗筋）ＡＭ１（図３参照）を構成し、各アーム３の他側に配置される２つの液圧アクチュエータＭは、当該第１の人工筋肉ＡＭ１と対をなす１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対応した第２の人工筋肉（他方の拮抗筋）ＡＭ２（図３参照）を構成する。ただし、第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する液圧アクチュエータＭの数と、第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する液圧アクチュエータＭの数とが異なっていてもよい。また、本実施形態において、１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対して設けられる複数（４つ）の液圧アクチュエータＭは、互いに同一の諸元を有する。ただし、１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対応した複数の液圧アクチュエータＭの諸元は、必ずしも同一である必要はなく、例えば、第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する液圧アクチュエータＭの諸元と、第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する液圧アクチュエータＭの諸元とが異なっていてもよい。更に、各アーム３は、中空に形成されており、各アーム３の内部には、液体供給管としての複数のホースＨ（図２における破線参照）が配置される。各ホースＨは、対応する液圧アクチュエータＭの基端側の封止部材Ｃに形成された出入口ＩＯに接続され、各液圧アクチュエータＭのチューブＴ内には、ホースＨを介して液体供給装置１０からの作動油（油圧）が供給される。

従って、制御装置１００により液体供給装置１０を制御することで、第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭのチューブＴ内の油圧と、第１の人工筋肉ＡＭ１と対をなす第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭのチューブＴ内の油圧とを互いに異ならせることができる。これにより、４つの液圧アクチュエータＭすなわち対をなす（１組の）第１および第２の人工筋肉ＡＭ１，ＡＭ２から連結部材６を介して各アーム３に力（回転トルク）を伝達し、支持部材５または基端側のアーム３に対して各アーム３を回動させて関節Ｊ１－Ｊ３の関節角度を変化させることが可能となる。本実施形態において、第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭと、第１の人工筋肉ＡＭ１と対をなす第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭとは、チューブＴが所定量（例えば、自然長の１０％程度）だけ軸方向に収縮した状態を初期状態として液体供給装置１０からの油圧により拮抗駆動される。

ロボット装置１の液体供給装置１０は、図１に示すように、作動油貯留部（液体貯留部）を画成するタンク１１と、当該タンク１１を上下方向に延びる回動軸（図１における一点鎖線参照）の周りに回動自在に支持するベース部１２とを含む。タンク１１は、例えば上端および下端が閉鎖された筒体であり、内部に作動油を貯留可能なものである。本実施形態において、ロボットアーム２の支持部材５は、図２に示すように、タンク１１の上壁部１１ｕに図示しないボルト等を介して固定される。すなわち、ロボットアーム２は、液体供給装置１０のタンク１１（上壁部１１ｕ）により支持される。

ベース部１２は、ロボットアーム２およびタンク１１の下方に位置するようにロボット装置１の設置箇所に固定されるか、あるいは図示しない無人搬送車（ＡＧＶ）に搭載（固定）される。また、ベース部１２は、タンク１１を上記回動軸の周りに回動させる図示しない回動ユニットを支持している。これにより、回動ユニットを作動させることで、ロボットアーム２およびタンク１１を当該回動軸の周りに一体に回動させることが可能となる。回動ユニットは、液体供給装置１０から供給される油圧により駆動される揺動モータであってもよく、電動モータ等を含むものであってもよい。

更に、液体供給装置１０は、図３に示すように、タンク１１およびベース部１２に加えて、液体供給源としてのポンプ１３と、タンク１１内に配置される図示しないバルブボディと、元圧生成バルブ１４と、それぞれ複数の調圧弁（調圧装置）としての第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２と、それぞれ複数の供給遮断部としての第１および第２供給遮断弁１６１，１６２とを含む。ポンプ１３、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２並びに第１および第２供給遮断弁１６１，１６２は、何れも制御装置１００により制御される。第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２と、第１および第２供給遮断弁１６１，１６２とは、関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３ごとにそれぞれ１つずつ設けられる。

ポンプ１３は、例えば電動ポンプであり、タンク１１内に貯留された作動油を吸引して吐出口から吐出する。ポンプ１３は、タンク１１内に配置されるポンプ部と、電動モータおよび減速ギヤ機構とを有すると共にタンク１１内またはタンク１１外に配置される駆動部とを含む。元圧生成バルブ１４は、図示しない信号圧生成バルブからの信号圧に応じてポンプ１３から吐出される作動油の一部をドレン（調圧）して元圧を生成し、元圧をバルブボディに形成された油路（液体通路）Ｌ０に供給する。元圧生成バルブ１４の信号圧生成バルブとしては、例えば、制御装置１００による通電制御されるリニアソレノイドバルブが用いられる。

第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２は、制御装置１００により通電制御される電磁部１５ｅやスプール１５ｓ、スプール１５ｓを電磁部１５ｅ側（図３中上側）に付勢するスプリングＳＰ等を含み、バルブボディ内に配置される。また、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２は、バルブボディの油路Ｌ０に連通する入力ポート１５ｉと、入力ポート１５ｉと連通可能な出力ポート１５ｏと、出力ポート１５ｏに連通するフィードバックポート１５ｆと、出力ポート１５ｏと連通可能なドレンポート１５ｄとを含む。

本実施形態において、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２は、電磁部１５ｅに電流が供給される際に開弁する常閉弁であり、各電磁部１５ｅは、印加される電流に応じてスプール１５ｓを軸方向に移動させる。これにより、電磁部１５ｅ（コイル）への給電により当該電磁部１５ｅからスプール１５ｓに付与される推力と、スプリングＳＰの付勢力と、出力ポート５ｏからフィードバックポート５ｆに供給された油圧によりスプール５ｓに作用する電磁部５ｅ側への推力とをバランスさせることで、元圧生成バルブ１４（ポンプ１３）側から入力ポート１５ｉに供給されて出力ポート１５ｏから流出する作動油を所望の圧力に調圧することができる。また、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２のドレンポート１５ｄは、図３に示すように、それぞれ油路Ｌ３を介してタンク１１内の作動油貯留部に連通する。

第１および第２供給遮断弁１６１，１６２は、互いに同一の構造を有する電磁式スプール弁（電磁弁）であり、図３に示すように、入力ポート１６ｉ、第１および第２出力ポート１６ｏａ，１６ｏｂを有するスリーブと、当該スリーブの内部に軸方向に摺動自在（移動自在）に配置される図示しないスプールと、制御装置１００により通電制御されてスプールを移動させる電磁部１６ｅと、スプールを電磁部１６ｅ側に付勢する図示しないスプリングとをそれぞれ含む。第１供給遮断弁１６１の入力ポート１６ｉは、バルブボディに形成された油路を介して第１リニアソレノイドバルブ１５１の出力ポート１５ｏに接続され、第２供給遮断弁１６２の入力ポート１６ｉは、バルブボディに形成された油路を介して第２リニアソレノイドバルブ１５２の出力ポート１５ｏに接続される。

また、第１供給遮断弁１６１の第１出力ポート１６ｏａは、油路Ｌ１１を介して対応する上記第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する一方の液圧アクチュエータＭ（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに接続される。更に、第１供給遮断弁１６１の第２出力ポート１６ｏｂは、油路Ｌ１２を介して当該第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する他方の液圧アクチュエータＭ（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに接続される。また、第２供給遮断弁１６２の第１出力ポート１６ｏａは、油路Ｌ２１を介して対応する上記第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する一方の液圧アクチュエータＭ（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに接続される。更に、第２供給遮断弁１６２の第２出力ポート１６ｏｂは、油路Ｌ２２を介して当該第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する他方の液圧アクチュエータＭ（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに接続される。

本実施形態において、第１および第２供給遮断弁１６１，１６２は、電磁部１６ｅに供給される電流に応じて、完全連通状態、第１部分連通状態、第２部分連通状態および完全遮断状態を選択的に形成する。第１および第２供給遮断弁１６１，１６２が完全連通状態を形成した際には、入力ポート１６ｉと第１および第２出力ポート１６ｏａ，１６ｏｂの双方とが連通する。第１および第２供給遮断弁１６１，１６２が第１部分連通状態を形成した際には、入力ポート１６ｉと第２出力ポート１６ｏｂとが連通すると共に入力ポート１６ｉと第１出力ポート１６ｏａとの連通が遮断される。第１および第２供給遮断弁１６１，１６２が第２部分連通状態を形成した際には、入力ポート１６ｉと第１出力ポート１６ｏａとが連通すると共に入力ポート１６ｉと第２出力ポート１６ｏｂとの連通が遮断される。第１および第２供給遮断弁１６１，１６２が完全遮断状態を形成した際には、入力ポート１６ｉと第１および第２出力ポート１６ｏａ，１６ｏｂとの連通が遮断される。

ロボット装置１の制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイクロコンピュータや各種ロジックＩＣ等（何れも図示省略）を含む。制御装置１００は、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２の下流側で油路Ｌ０における作動油の圧力を検出する図示しない元圧センサ、第１、第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２並びに第１、第２供給遮断弁１６１，１６２の電源の電圧を検出する図示しない電圧センサの検出値等を入力する。制御装置１００は、元圧センサにより検出される油路Ｌ０における油圧が目標値になるように、ポンプ１３をデューティ制御すると共に、元圧生成バルブ１４の信号圧生成バルブの電磁部に供給される電流を制御する。

また、制御装置１００は、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２から各液圧アクチュエータＭに要求に応じた油圧が供給されるように第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２への電流指令値を設定し、当該電流指令値に基づいて各電磁部１５ｅに供給される電流を制御する。更に、制御装置１００は、ロボット装置１を作動させる間、基本的に、第１および第２供給遮断弁１６１，１６２が上述の完全連通状態を形成するように各電磁部１６ｅに供給される電流を制御する。また、制御装置１００は、第１リニアソレノイドバルブ１５１の電磁部１５ｅを流れる電流を検出する電流検出部と、第２リニアソレノイドバルブ１５２の電磁部１５ｅを流れる電流を検出する電流検出部とを含み（何れも図示省略）、各電流検出部により検出される電流を監視する。

更に、制御装置１００は、各液圧アクチュエータＭにおける油圧を検出する図示しない圧力センサからの検出値に応じて、第１部分連通状態または第２部分連通状態を形成するように第１および第２供給遮断弁１６１，１６２の該当するものを制御する。これにより、破損等により第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２の何れかに対応した２つの液圧アクチュエータＭの一方から作動油が流出した場合に、当該２つの液圧アクチュエータＭの他方に継続して作動油を供給してロボットアーム２の挙動の乱れを抑えつつ、破損した液圧アクチュエータＭからの作動油の更なる流出を良好に抑制することが可能となる。また、制御装置１００により完全遮断状態を形成するように第１および第２供給遮断弁１６１，１６２の該当するものを制御することで、第１または第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２からそれに対応した２つの液圧アクチュエータＭへの作動油の供給を遮断したり、当該２つの液圧アクチュエータＭからの作動油の流出を規制してロボットアーム２の意図しない動作の発生を抑制したりすることができる。

図４は、上述の制御装置１００における第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２の制御部を示すブロック図である。同図に示すように、制御装置１００は、それぞれコンピュータのＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭといったハードウェアと、当該コンピュータにインストールされた制御プログラムといったソフトウェアとの少なくとも何れか一方により構築される、目標位置設定部１０１と、現在位置導出部１０２と、トルク演算部１０３および重力補償部１０４を含む目標トルク設定部１０５と、目標剛性設定部１０６と、収縮率設定部１０７、収縮力算出部１０８および目標圧力導出部１０９を含む目標圧力設定部１１０と、電流指令値設定部１１１と、バルブ駆動部１１２とを含む。

目標位置設定部１０１は、ハンド部４の把持対象の位置や、ユーザにより与えられるハンド部４の移動中の目標速度および目標加速度に基づいて、当該ハンド部４の最終的な目標位置である目標到達位置（３次元座標）と、ハンド部４の初期位置から目標到達位置までの軌道であって複数の目標位置すなわち経由位置（３次元座標）を含む目標軌道とを設定する。現在位置導出部１０２は、ロボットアーム２の関節Ｊ１－Ｊ３の関節角度θ１，θ２，θ３とロボットアーム２（ロボット装置１）の諸元（アーム３の寸法等）とに基づいて、ハンド部４（予め定められた基準点）の現在位置（３次元座標）を導出する。関節Ｊ１－Ｊ３の関節角度θ１－θ３は、ロボットアーム２に設けられた複数の関節角度センサ７の対応する何れかにより検出される。以下、“ｉ”を関節の番号として（ただし、本実施形態において、ｉ＝１，２，３である。）、ｉ番目の関節を“関節Ｊｉ”といい、関節Ｊｉの関節角度を“θｉ”という。

目標トルク設定部１０５のトルク演算部１０３は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、ハンド部４が現在位置から目標位置まで移動するように関節Ｊｉを介して連結された２つのアーム３（アーム３および支持部材５）を相対的に回動させる関節トルクＴｊ（ｉ）を算出する。目標トルク設定部１０５の重力補償部１０４は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、関節角度θ１－θ３とロボットアーム２（ロボット装置１）の諸元（アーム３の寸法等）とに基づいてロボットアーム２の姿勢を維持するのに必要な重力補償トルクＴｃ（ｉ）を算出する。そして、目標トルク設定部１０５は、関節トルクＴｊ（ｉ）と重力補償トルクＴｃ（ｉ）との和を、関節Ｊｉを介して連結される２つのアーム３等を相対的に回動させるための関節トルクの目標値（目標駆動力）である目標トルクＴｔａｇ（ｉ）に設定する。

目標剛性設定部１０６は、少なくともロボット装置１すなわちハンド部４の目標位置に基づいて、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、関節Ｊｉがもつべき剛性、すなわち関節Ｊｉを介して連結される２つのアーム３等（リンク）を単位角度だけ相対的に回動させるのに必要な力（トルク）であって、当該２つのアーム３等を相対的に回動させようとする外力に対する関節Ｊｉの動きにくさを示す目標剛性Ｒ（ｉ）を設定する。より詳細には、目標剛性設定部１０６は、ハンド部４等を把持対象等まで移動させる際に、当該ハンド部４等と把持対象等との位置関係に応じて目標剛性Ｒ（ｉ）を変化させ、ハンド部４等を把持対象等に接触する前に目標剛性Ｒ（ｉ）を低下させる。更に、目標剛性設定部１０６は、ハンド部４の移動速度および加速度の少なくとも何れか一方に応じて目標剛性Ｒ（ｉ）を変化させると共に、ロボット装置１の周囲（例えばロボット装置１が配置される室内あるいは柵の内側といったロボットアーム２の動作範囲を含む領域）に人がいる場合、目標剛性Ｒ（ｉ）を低下させる。

目標圧力設定部１１０の収縮率設定部１０７は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、ハンド部４の現在位置に応じた関節Ｊｉの関節角度θｉに基づいて、当該関節Ｊｉに対応した上記第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭの収縮率Ｃｒ１（ｉ）と、関節Ｊｉに対応した上記第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭの収縮率Ｃｒ２（ｉ）とを設定する。収縮率Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）は、それぞれ該当する液圧アクチュエータＭのチューブＴの軸方向における自然長に対する収縮したチューブＴの軸長の割合を示す。

目標圧力設定部１１０の収縮力算出部１０８は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、目標トルク設定部１０５により設定された目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と、目標剛性設定部１０６により設定された目標剛性Ｒ（ｉ）とに基づいて、関節Ｊｉを介して連結された２つのアーム３等を目標トルクＴｔａｇ（ｉ）で相対的に回動させる際に当該関節Ｊｉに対応した複数（一対）の液圧アクチュエータＭに要求される収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）を算出する。収縮力Ｆｃ１（ｉ）は、各関節Ｊｉに対応した第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭのチューブＴの収縮により発生させるべき力であり、収縮力Ｆｃ２（ｉ）は、各関節Ｊｉに対応した第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭのチューブＴの収縮により発生させるべき力である。

目標圧力設定部１１０の目標圧力導出部１０９は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、人工筋肉としての液圧アクチュエータＭの静特性から収縮率設定部１０７により設定された収縮率Ｃｒ１（ｉ）と収縮力算出部１０８により算出された収縮力Ｆｃ１（ｉ）とに対応した圧力を導出して第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭの目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）に設定する。また、目標圧力導出部１０９は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、当該静特性から収縮率設定部１０７により設定された収縮率Ｃｒ２（ｉ）と収縮力算出部１０８により算出された収縮力Ｆｃ２（ｉ）とに対応した圧力を導出して第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭの目標圧力Ｐｔａｇ２（ｉ）に設定する。

電流指令値設定部１１１は、目標圧力設定部１１０により設定された目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）およびＰｔａｇ２（ｉ）を第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２の電磁部１５ｅへの電流指令値（目標電流）に直接変換する。バルブ駆動部１１２は、図示しない上述の電流検出部により検出される電流が電流指令値に一致するようにフィードフォワード制御（あるいはフィードフォワード制御およびフィードバック制御）により目標電圧を設定すると共に、目標電圧をＰＷＭ信号に変換する。更に、バルブ駆動部１１２は、ＰＷＭ信号に基づいて図示しないスイッチング素子（トランジスタ）をスイッチング制御して第１、第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２の電磁部１５ｅに電流を印加する。これにより、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２は、目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）またはＰｔａｇ２（ｉ）に応じた油圧を生成するように制御される。

続いて、図５から図９を参照しながら、上述のロボット装置１の制御手順について説明する。以下、ロボット装置１のハンド部４を把持対象まで移動させ、ハンド部４に把持対象を把持させて移送させるケースを例にとってロボット装置１の制御手順について説明する。

本実施形態において、ロボット装置１の制御装置１００は、ロボットアーム２の手先すなわちハンド部４と把持対象とが仮想的なバネおよびダンパを介して連結され、当該仮想的なバネおよびダンパが発生する引張力Ｆｔによりハンド部４が現在位置から把持対象あるいは当該把持対象の移送先まで引っ張られるとの仮定のもとで設計されている。かかる仮定のもとでは、仮想的なバネおよびダンパによる引張力Ｆｔ＝（ｆ_x，ｆ_y，ｆ_z）が、ハンド部４（予め定められた基準点）の目標位置（ｘｄ（ｔ），ｙｄ（ｔ），ｚｄ（ｔ））と当該ハンド部４の現在位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））とから、いわゆるＰＤ制御（フィードバック制御）の関係式である次式（１）のように、目標位置と現在位置との差にゲインＫ_px，Ｋ_pyまたはＫ_pzを乗じた比例項と、ゲインＫ_vx，Ｋ_vyまたはＫ_vzを含む速度項との和として表すことができる。

また、ハンド部４が把持対象に接触した状態では、把持対象に対する手先の速度はゼロになるから、上記式（１）より、ハンド部４が仮想的なバネおよびダンパによる引っ張られることで把持対象との接触後に当該把持対象に加える押圧力Ｆｐは、接触後の目標位置と把持対象の位置（ハンド部４と把持対象との接触位置）とから求めることができる。従って、ハンド部４の最終的な目標到達位置（ｘ_r，ｙ_r，ｚ_r）は、接触後にハンド部４から把持対象に加えられる押圧力Ｆｐ＝（ｆ_px，ｆ_py，ｆ_pz）と、把持対象の位置（接触位置）（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）と、ゲインＫ_px，Ｋ_py，Ｋ_pzとから、次式（２）のように表すことができる。

そして、ロボット装置１では、ロボットアーム２の作動開始に先立って（ハンド部４の移動開始前に）、図５のルーチンが制御装置１００の目標位置設定部１０１により実行され、ハンド部４の最終的な目標到達位置（ｘ_r，ｙ_r，ｚ_r）と、初期位置から目標到達位置（ｘ_r，ｙ_r，ｚ_r）までのハンド部４の目標軌道が設定される。図５のルーチンの開始に際して、制御装置１００の目標位置設定部１０１は、把持対象の位置（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）と、ユーザにより与えられているハンド部４の移動中の目標速度および目標加速度とを取得する（ステップＳ１）。把持対象の位置（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）は、それが予め判明している場合、ロボット装置１のユーザにより制御装置１００に入力されてもよく、ロボットアーム２の作動開始前にカメラ等により取得されたデータから導出されたものであってよい。

次いで、目標位置設定部１０１は、上記式（２）に従って、ハンド部４と把持対象との接触後に当該ハンド部４から把持対象に予め定められた押圧力Ｆｐが加えられるハンド部４の目標到達位置（ｘ_r，ｙ_r，ｚ_r）を設定する（ステップＳ２）。ロボット装置１において、式（２）における押圧力Ｆｐ＝（ｆ_px，ｆ_py，ｆ_pz）は、把持対象の材質や強度、サイズといった諸元から、当該把持対象を破壊することなくハンド部４を把持対象に接触させるように把持対象の位置（ｘ_o，ｙ_o，ｚ_o）のばらつき等を考慮して予め定められる。更に、目標位置設定部１０１は、ステップＳ１にて取得したハンド部４の目標速度および目標加速度と、ステップＳ２にて設定した目標到達位置（ｘ_r，ｙ_r，ｚ_r）とに基づいて、予め定められた数（複数）の目標位置すなわち経由位置（３次元座標）を含むハンド部４の目標軌道を設定し（ステップＳ３）、図５のルーチンを終了させる。

また、ロボット装置１では、把持対象の位置に応じた目標到達位置および目標軌道が設定された後、把持対象の移送先（把持対象の載置面）に応じた目標到達位置および目標軌道を設定するために再度図５のルーチンが目標位置設定部１０１により実行される。この際、目標位置設定部１０１は、ハンド部４により把持された把持対象（手先）と載置面（対象）との接触後に当該ハンド部４から把持対象を介して載置面（対象）に予め定められた押圧力Ｆｐが加えられるハンド部４の目標到達位置（ｘ_r，ｙ_r，ｚ_r）を設定する。

図６は、目標到達位置および目標軌道が設定された後、制御装置１００により実行されるロボットアーム制御ルーチンを例示するフローチャートである。図６のルーチンは、図５のルーチンの完了後、ユーザによる実行指示に応じて、制御装置１００により所定時間（例えば１０ｍｓ程度）おきに繰り返し実行される。

図６のルーチンの開始に際して、制御装置１００のトルク演算部１０３および重力補償部１０４（目標トルク設定部１０５）と目標剛性設定部１０６とは、それぞれ目標位置設定部１０１により設定された目標位置を取得する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０にて取得される目標位置は、目標軌道における１番目の目標位置または図６のルーチンの前回実行時に取得された目標位置である。また、制御装置１００の現在位置導出部１０２および重力補償部１０４は、複数の関節角度センサ７により取得された関節Ｊ１－Ｊ３の関節角度θ１－θ３を取得する（ステップＳ２０）。現在位置導出部１０２は、取得した関節角度θ１－θ３とロボットアーム２（ロボット装置１）の諸元とに基づいて、ハンド部４の現在位置（３次元座標）を導出し（ステップＳ３０）、導出した現在位置をトルク演算部１０３に与える。

制御装置１００のトルク演算部１０３（目標トルク設定部１０５）は、ハンド部４の現在位置が前回位置から変化しているか否か（ハンド部４が移動しているか否か）を判定する（ステップＳ４０）。トルク演算部１０３は、ハンド部４の現在位置が前回位置から変化していると判定した場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、更に、当該現在位置が目標位置に実質的に一致しているか否かを判定する（ステップＳ５０）。現在位置が目標位置に実質的に一致していると判定した場合（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、トルク演算部１０３は、ステップＳ１０にて取得した目標位置の次の目標位置を取得する（ステップＳ６０）。当該次の目標位置は、目標剛性設定部１０６にも与えられ、目標剛性設定部１０６は、取得した目標位置等に基づいて、各関節Ｊｉの目標剛性Ｒ（ｉ）を設定する。また、ハンド部４の現在位置が目標回位置に実質的に一致していない場合、ステップＳ６０の処理は、スキップされる。

ステップＳ５０またはＳ６０の処理の後、制御装置１００の目標トルク設定部１０５は、各関節Ｊｉについての目標トルクＴｔａｇ（ｉ）を設定する（ステップＳ７０）。図７は、ステップＳ７０における目標トルク設定部１０５による目標トルクＴｔａｇ（ｉ）の設定手順を例示するフローチャートである。同図に示すように、目標トルク設定部１０５のトルク演算部１０３は、まず、ステップＳ１０にて取得したハンド部４の目標位置に基づいて上述のゲインＫ_px，Ｋ_pyおよびＫ_pzを設定する（ステップＳ７００）。ステップＳ７００において、トルク演算部１０３は、ステップＳ１０にて取得した目標位置が予め定められた目標位置（例えば、ハンド部４が減速し始める位置）になるまでゲインＫ_px，Ｋ_pyおよびＫ_pzの各々を予め定められた通常値に設定し、ステップＳ１０にて取得した目標位置が予め定められた目標位置になった以降、ゲインＫ_px，Ｋ_pyおよびＫ_pzの各々を上記通常値よりも小さい値に設定する。

次いで、トルク演算部１０３は、ステップＳ１０にて取得したハンド部４の目標位置と、ステップＳ３０にて取得したハンド部４の現在位置とに基づいて、上記式（１）から上述の仮想的なバネおよびダンパによる引張力Ｆｔ＝（ｆ_x，ｆ_y，ｆ_z）を算出する（ステップＳ７１０）。なお、ステップＳ７１０では、次式（３）から引張力Ｆｔ＝（ｆ_x，ｆ_y，ｆ_z）が算出されてもよく、式（１）および式（３）が併用されてもよい。式（３）を用いることで、ロボットアーム２（各関節Ｊｉ）の動き出しをよりスムースにすることができる。

また、トルク演算部１０３は、別途設定される人感フラグを取得し（ステップＳ７２０）、人感フラグがオフされているか否かを判定する（ステップＳ７３０）。人感フラグは、ロボット装置１の設置箇所あるいは無人搬送車等に配置された少なくとも１つの人感センサからの信号に基づいて制御装置１００によりオンまたはオフされるものである。すなわち、制御装置１００は、当該少なくとも１つの人感センサにより人の存在が検知されていない場合、人感センサをオフし、少なくとも１つの人感センサにより人の存在が検知された場合、人感センサをオンする。

トルク演算部１０３は、人感フラグがオフされていると判定した場合（ステップＳ７３０：ＹＥＳ）、第１の力（ベクトル）Ｆｕ１を上記引張力Ｆｔの上限値Ｆｕに設定する（ステップＳ７４０）。また、トルク演算部１０３は、人感フラグがオンされていると判定した場合（ステップＳ７３０：ＮＯ）、上記第１の力Ｆｕ１よりも小さい第２の力（ベクトル）Ｆｕ２を引張力Ｆｔの上限値Ｆｕに設定する（ステップＳ７４５）。ステップＳ７４０またはＳ７４５の処理の後、トルク演算部１０３は、ステップＳ７１０にて設定した引張力Ｆｔと上限値Ｆｕとの小さい方を引張力Ｆｔに設定（再設定）する（ステップＳ７５０）。

更に、トルク演算部１０３は、次式（４）に示すように、ステップＳ７５０にて設定した引張力Ｆｔと次式（５）に示すヤコビ行列とから、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、ハンド部４が現在位置から目標位置まで移動するように関節Ｊｉを介して連結された２つのアーム３（アーム３および支持部材５）を相対的に回動させる関節トルクＴｊ（ｉ）を算出する（ステップＳ７６０）。そして、目標トルク設定部１０５は、上述のようにしてトルク演算部１０３により算出された関節トルクＴｊ（ｉ）と、重力補償部１０４により別途算出された重力補償トルクＴｃ（ｉ）との和を２つのアーム３等を相対的に回動させるための目標トルクＴｔａｇ（１）－Ｔｔａｇ（３）に設定する（ステップＳ７７０）。

ステップＳ７０（ステップＳ７７０）にて各関節Ｊｉについての目標トルクＴｔａｇ（ｉ）が設定されると、制御装置１００の目標圧力設定部１１０は、関節Ｊｉすなわちアーム３ごとに複数の液圧アクチュエータＭの目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）およびＰｔａｇ２（ｉ）を設定する（ステップＳ８０）。図８は、ステップＳ８０における目標圧力設定部１１０による目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）およびＰｔａｇ２（ｉ）の設定手順を例示するフローチャートである。同図に示すように、目標圧力設定部１１０は、まず、変数ｉすなわち関節の番号を値１に設定する（ステップＳ８００）。次いで、目標圧力設定部１１０の収縮力算出部１０８は、目標トルク設定部１０５により設定された関節Ｊｉについての目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と、目標剛性設定部１０６により設定された関節Ｊｉの目標剛性Ｒ（ｉ）とを取得する（ステップＳ８１０）。また、ステップＳ８１０において、目標圧力設定部１１０の収縮率設定部１０７は、対応する関節角度センサ７により検出された関節Ｊｉの現在の関節角度θｉを取得する。

関節角度θｉを取得した目標圧力設定部１１０の収縮率設定部１０７は、関節Ｊｉに対応した上記第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭの収縮率Ｃｒ１（ｉ）と、関節Ｊｉに対応した上記第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭの収縮率Ｃｒ２（ｉ）とを設定する（ステップＳ８２０）。ステップＳ８２０において、収縮率設定部１０７は、関節Ｊｉの関節角度θｉや、ロボットアーム２（ロボット装置１）の諸元（アーム３の寸法等）等に基づいて、第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭの収縮率Ｃｒ１（ｉ）と、第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭの収縮率Ｃｒ２（ｉ）とを導出・設定する。

また、目標圧力設定部１１０の収縮力算出部１０８は、ステップＳ８１０にて取得した目標トルクＴｔａｇ（ｉ）および関節Ｊｉの目標剛性Ｒ（ｉ）に基づいて、関節Ｊｉに対応した第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭに要求される収縮力（引張力）Ｆｃ１（ｉ）と、当該関節Ｊｉに対応した第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭに要求される収縮力（引張力）Ｆｃ２（ｉ）とを算出する（ステップＳ８３０）。ここで、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）との間には、｜Ｔｔａｇ（ｉ）｜＝｜ｒ（Ｆｃ１（ｉ）－Ｆｃ２（ｉ））｜という関係が成立する（ただし、“ｒ”は、換算係数である。）。また、関節Ｊｉの目標剛性Ｒ（ｉ）と収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）との間には、Ｒ（ｉ）＝Ｆｃ１（ｉ）＋Ｆｃ２（ｉ）という関係が成立するとみなすことができる。従って、ステップＳ８３０において、収縮力算出部１０８は、これら２つの関係式から得られる連立方程式を解くことにより、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）および関節Ｊｉの目標剛性Ｒ（ｉ）に対応した収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）を算出する。

ステップＳ８２０およびＳ８３０の処理の後、目標圧力設定部１１０の目標圧力導出部１０９は、図９に例示する目標圧力設定マップから収縮率Ｃｒ１（ｉ）と収縮力Ｆｃ１（ｉ）とに対応した圧力を適宜線形補間を行いながら導出して上記第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭの目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）に設定する（ステップＳ８４０）。また、ステップＳ８４０において、目標圧力導出部１０９は、当該目標圧力設定マップから収縮率Ｃｒ２（ｉ）と収縮力Ｆｃ２（ｉ）とに対応した圧力を導出して上記第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する２つの液圧アクチュエータＭの目標圧力Ｐｔａｇ２（ｉ）に設定する。

図９の目標圧力設定マップは、人工筋肉としての液圧アクチュエータＭの静特性を示すものであり、液圧アクチュエータＭに供給される油圧ごとに、チューブＴの収縮率と当該チューブＴが発生する収縮力との関係を規定するように予め実験・解析を経て作成されたものである。このように、チューブＴの収縮率Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）および収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）に対応した圧力を目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）に設定することで、ロボットアーム２への要求に応じて目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）を精度よく設定することが可能となる。

ステップＳ８４０にて目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）およびＰｔａｇ２（ｉ）が設定されると、目標圧力設定部１１０は、変数ｉをインクリメントし（ステップＳ８５０）、変数ｉが値Ｎ＋１以上であるか否かを判定する（ステップＳ８６０）。値Ｎは、ロボットアーム２における関節の数を示し、本実施形態では、Ｎ＝３である。目標圧力設定部１１０は、変数ｉが値Ｎ＋１未満であると判定した場合（ステップＳ８６０：ＮＯ）、上記ステップＳ８１０－Ｓ８６０の処理を再度実行する。目標圧力設定部１１０により変数ｉが値Ｎ＋１以上であると判定されると（ステップＳ８６０；ＹＥＳ）、図６に示すように、制御装置１００の電流指令値設定部１１１は、図示しないマップ等を用いて、各関節Ｊｉの目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）およびＰｔａｇ２（ｉ）の各々を電流指令値に直接変換する（ステップＳ９０）。電流指令値設定部１１１により導出された電流指令値は、制御装置１００のバルブ駆動部１１２に与えられ、バルブ駆動部１１２は、当該電流指令に基づいて、それぞれ複数の第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２を制御（ＰＷＭ制御）する（ステップＳ１００）。

これにより、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）に応じた液体供給装置１０への電流指令値が容易かつ速やかに設定され、当該電流指令値に基づいて制御される液体供給装置１０の第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２の各々は、対応する目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）またはＰｔａｇ２（ｉ）に応じた油圧を生成する。更に、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２により調圧された作動油は、第１および第２供給遮断弁１６１，１６２を介して対応する液圧アクチュエータＭのチューブＴに供給される。この結果、流量制御弁により作動油の流量を調整してチューブＴ内に供給したり、チューブＴに供給される油圧を圧力センサにより検出して実油圧が目標圧力に一致するように流量制御弁をフィードバック制御したりする場合に比べて、目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）の設定から短時間のうちに、各チューブＴに供給される油圧を当該目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）に実質的に一致させ、各チューブＴの実際の収縮率を要求値に応答性よく高精度に追従させることが可能となる。制御装置１００は、ステップＳ１００の処理の後、図６のルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングの到来に応じて再度ステップＳ１０以降の処理を実行する。

一方、図６のステップＳ４０にて、トルク演算部１０３によりハンド部４の現在位置が前回位置から実質的に変化していないと判定されると、制御装置１００は、ハンド部４が把持対象に接触したとみなして図６のルーチンを終了させ、ハンド部４に把持対象を把持させるためのハンド制御ルーチンを実行する。また、制御装置１００の目標位置設定部１０１は、ハンド部４により把持対象が把持されるまでに、図５のルーチンを実行して把持対象の載置位置に応じた目標到達位置および目標軌道を設定する。そして、ハンド部４により把持対象が把持されてハンド制御ルーチンが完了すると、制御装置１００は、ロボットアーム２により把持対象を載置位置まで搬送すべく、図６のルーチンを再度実行する。

引き続き、図１０を参照しながら、目標トルク設定部１０５の重力補償部１０４による重力補償トルクＴｃ（ｉ）の算出手順について説明する。

図１０は、目標トルク設定部１０５の重力補償部１０４により実行される重力補償トルク算出ルーチンを例示するフローチャートである。同図に示す重力補償トルク算出ルーチンは、重力補償部１０４により図６のロボットアーム制御ルーチンと並行して所定時間（例えば１０ｍｓ程度）おきに繰り返し実行される。

図１０のルーチンの開始に際して、重力補償部１０４は、ハンド部４の目標位置および現在位置と、各関節Ｊｉの関節角度θｉとを取得する（ステップＳ４００）。ステップＳ４００にて取得される目標位置は、目標軌道における１番目の目標位置または図６のルーチンの前回実行時に取得された目標位置であり、現在位置は、上記現在位置導出部１０２により導出されるものである。次いで、重力補償部１０４は、ステップＳ４００にて取得したハンド部４の目標位置と現在位置との乖離量ｄを算出する（ステップＳ４１０）。ステップＳ４１０において、重力補償部１０４は、目標位置（ベクトル）と現在地（ベクトル）とのユークリッド距離を当該乖離量ｄとして算出する。

次いで、重力補償部１０４は、算出した乖離量ｄが予め定められた比較的小さい値である閾値（所定値）ｄｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ４２０）。乖離量ｄが閾値ｄｒｅｆ未満であると判定した場合（ステップＳ４２０：ＹＥＳ）、重力補償部１０４は、ハンド部４が把持対象を落下させることなく把持しているか、あるいはハンド部４が把持対象を継続して把持していないとみなし、ロボット装置１全体のポテンシャルエネルギＵから関節Ｊ１－Ｊ３ごとに重力補償トルクＴｃ（ｉ）を算出する（ステップＳ４３０）。ステップＳ４３０において、重力補償部１０４は、次式（６）に従い、関節Ｊ１から手先側に延びるアーム３等のポテンシャルエネルギＵ₁、関節Ｊ２から手先側に延びるアーム３等のポテンシャルエネルギＵ₂、および関節Ｊ３から手先側に延びてハンド部４を支持するアーム３等のポテンシャルエネルギＵ₃を算出する。

ただし、式（６）において、“ｍ₁”は、関節Ｊ１と関節Ｊ２との間のアーム３等の重量であり、“ｍ₂”は、関節Ｊ２と関節Ｊ３との間のアーム３等の重量であり、“ｍ_H”は、関節Ｊ３から手先側に延びるアーム３およびハンド部４等の重量であり、“Ｌ₀”は、ベース部１２の接地面から関節Ｊ１の関節軸までの距離であり、“Ｌ₁”は、関節Ｊ１と関節Ｊ２との軸間距離であり、“Ｌ_1G”は、関節Ｊ１の関節軸から関節Ｊ１と関節Ｊ２との間のアーム３等の重心までの距離であり、“Ｌ₂”は、関節Ｊ２と関節Ｊ３との軸間距離であり、“Ｌ_2G”は、関節Ｊ２の関節軸から関節Ｊ２と関節Ｊ３との間のアーム３等の重心までの距離であり、“Ｌ_GH”は、関節Ｊ３の関節軸からハンド部４の重心までの距離であり、“θ_GH”は、関節Ｊ３から手先側に延びるアーム３の延在方向と関節Ｊ３の関節軸とハンド部４の重心とを結ぶ直線とのなす角度である。

更に、ステップＳ４３０において、重力補償部１０４は、ロボット装置１全体のポテンシャルエネルギＵをＵ＝Ｕ₁＋Ｕ₂＋Ｕ₃として算出した上で、次式（７）に従い、各関節Ｊｉについての重力補償トルクＴｃ（ｉ）を算出する。ステップＳ４３０の処理の後、重力補償部１０４は、図１０のルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングの到来に応じて再度ステップＳ４００以降の処理を実行する。

これに対して、乖離量ｄが閾値ｄｒｅｆ以上であると判定した場合（ステップＳ４２０：ＮＯ）、重力補償部１０４は、ハンド部４により把持されていた把持対象が当該ハンド部４から落下したとみなし、各関節Ｊｉの重力補償トルクＴｃ（ｉ）のすべてをゼロに設定する（ステップＳ４４０）。ステップＳ４４０の処理の後、重力補償部１０４は、図１０のルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングの到来に応じて再度ステップＳ４００以降の処理を実行する。

以上説明したように、本開示のロボット装置１は、把持対象となる物体を把持する把持部としてのハンド部４と、複数の関節Ｊｉと、複数のアーム３および支持部材５（リンク）と、それぞれ作動油（液体）の供給を受けて作動すると共に関節Ｊｉを介して連結された２つのアーム３等を相対的に回動させる複数の液圧アクチュエータ（人工筋肉）Ｍと、当該複数の液圧アクチュエータＭに液体を供給する液体供給装置１０と、当該液体供給装置１０を制御する制御装置１００とを含む。また、制御装置１００の目標トルク設定部１０５は、関節Ｊｉを介して連結された２つのアーム３等を相対的に回動させるための関節トルクＴｊ（ｉ）と、ロボットアーム２（ロボット装置１）の姿勢を維持するのに必要な重力補償トルクＴｃ（ｉ）との和を各関節ｊｉについて目標トルクＴｔａｇ（ｉ）に設定する（図６のステップＳ７０，図７のステップＳ７７０、図１０）。更に、制御装置１００は、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）に基づいて液圧アクチュエータＭに供給される油圧の目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）を設定し（図６のステップＳ８０）、当該目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）に基づいて液体供給装置１０を制御する（図６のステップＳ９０－Ｓ１００）。そして、制御装置１００（目標トルク設定部１０５）の重力補償部１０４は、ハンド部４の目標位置と現在位置との乖離の度合いを示す乖離量ｄに応じて各関節Ｊｉの重力補償トルクＴｃ（ｉ）を装置全体のポテンシャルエネルギＵに応じた値からゼロまで変化（低下）させる（図１０のステップＳ４００－Ｓ４４０）。

これにより、ハンド部４による物体の把持状態が変化したとしても、当該把持状態の変化に応じて重力補償トルクＴｃ（ｉ）を変化させて、ロボットアーム２の姿勢（動作）が本来予定されていないものとなるのを抑制することができる。この結果、関節ｊｉを介して連結された２つのアーム３等を相対的に回動させる人工筋肉としての複数の液圧アクチュエータＭを含むロボット装置１の動作の安定性をより向上させることが可能となる。

また、制御装置１００の重力補償部１０４は、ハンド部４の目標位置と現在位置との乖離の度合いが大きくなって乖離量ｄが閾値ｄｒｅｆ以上になったときに、各関節ｊｉの重力補償トルクＴｃ（ｉ）をゼロにする（図１０のステップＳ４２０，Ｓ４４０）。これにより、ハンド部４から物体が落下してしまったときに、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）を速やかに適正化してロボット装置１の姿勢（動作）が本来予定されていないものとなるのを極めて良好に抑制することができる。ただし、ステップＳ４４０において、重力補償トルクＴｃ（ｉ）は、必ずしもゼロに設定される必要はなく、予め定められた比較的小さい一定値あるいは乖離量ｄに応じた可変値に設定されてもよい。

更に、制御装置１００の重力補償部１０４は、ハンド部４のｄ目標位置と現在位置とのユークリッド距離である乖離量ｄが閾値ｄｒｅｆ以上になったときに重力補償トルクＴｃ（ｉ）を低下させるものであるが、これに限られるものではない。すなわち、重力補償部１０４は、ハンド部４の目標位置と現在位置との乖離の変化率が所定変化率以上になったときに重力補償トルクＴｃ（ｉ）を低下させるものであってもよい。この場合、乖離の変化率は、例えば、ステップＳ４１０にて算出される乖離量ｄの今回値と前回値との差を図１０のルーチンの実行周期で除して得られるものであってもよい。かかる態様においても、複数の液圧アクチュエータＭを含むロボット装置１の動作の安定性をより向上させることが可能となる。

また、上述のように、乖離量ｄが閾値ｄｒｅｆ未満であるときに、ロボット装置全体のポテンシャルエネルギＵから複数の関節Ｊ１－Ｊ３の重量補償トルクＴｃ（ｉ）を算出することで、ロボットアーム２（ロボット装置１）の挙動の乱れを良好に抑制しながら、複数の液圧アクチュエータＭによりロボット装置１のハンド部４を移動させることが可能となる。

更に、制御装置１００は、関節トルクＴｊ（ｉ）を算出するトルク演算部１０３および重力補償トルクＴｃ（ｉ）を算出する重力補償部１０４を含んで上記目標トルクＴｔａｇ（ｉ）を設定する目標トルク設定部１０５と、目標トルク設定部１０５により設定された目標トルクＴｔａｇ（ｉ）に基づいて目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）を設定する目標圧力設定部１１０と、目標圧力設定部１１０により設定された目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）を液体供給装置１０への電流指令値に直接変換する電流指令値設定部１１１とを含む。また、目標圧力設定部１１０は、ハンド部４（ロボット装置１）の現在位置に応じた関節Ｊｉの関節角度θｉに基づいて液圧アクチュエータＭの収縮率Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）を設定する収縮率設定部１０７と、目標トルク設定部１０５により設定された目標トルクＴｔａｇ（ｉ）に基づいて液圧アクチュエータＭの収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）を算出する収縮力算出部１０８とを含み、収縮率Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）と収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）とに基づいて目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）を設定する。

これにより、液圧アクチュエータＭへの要求に応じて目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）を精度よく設定すると共に、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）に応じた液体供給装置１０への電流指令値を容易かつ速やかに設定して液圧アクチュエータＭに供給される油圧を応答性よく制御することが可能となる。ただし、収縮率Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）は、ロボット装置１の目標位置に応じた各関節Ｊｉの目標角度に基づいて設定されてもよい。

また、ロボット装置１において、２つのアーム３等は、第１の人工筋肉ＡＭ１を構成する２つの液圧アクチュエータＭと、当該２つの液圧アクチュエータＭと互いに拮抗するように配置された第２の人工筋肉ＡＭ２を構成する他の２つの液圧アクチュエータＭとにより相対的に回動させられるが、これに限られるものではない。すなわち、関節Ｊｉを介して連結された２つのアーム３等に必ずしも対をなす複数の液圧アクチュエータ（人工筋肉）Ｍが設けられる必要はなく、当該２つのアーム３等には、１つまたは複数の液圧アクチュエータＭと、当該液圧アクチュエータＭと拮抗するように配置されるスプリングやゴム材等の弾性体とが連結されてもよい。

更に、ロボット装置１において、制御装置１００の収縮力算出部１０８は、目標トルク設定部１０５により設定された目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と、目標剛性設定部１０６により設定された目標剛性Ｒ（ｉ）とに基づいて液圧アクチュエータＭの収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）を算出するが、これに限られるものではない。すなわち、少なくともロボット装置１のハンド部４の目標位置に基づいて関節Ｊｉに対応した上記第１および第２の人工筋肉ＡＭ１，ＡＭ２の一方を構成する２つの液圧アクチュエータＭに発生させる収縮力Ｆｃ１（ｉ）が設定されてもよく、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と収縮力Ｆｃ１（ｉ）とに基づいて当該第１および第２の人工筋肉ＡＭ１，ＡＭ２の他方を構成する２つの液圧アクチュエータＭに発生させる収縮力Ｆｃ２（ｉ）が設定されてもよい。また、ロボット装置１において、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）等に応じて、予め定められた一定の圧力が関節Ｊｉに対応した第１および第２の人工筋肉ＡＭ１，ＡＭ２の一方を構成する２つの液圧アクチュエータＭの目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）に設定されてもよく、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）とに基づいて当該第１および第２の人工筋肉ＡＭ１，ＡＭ２の他方を構成する２つの液圧アクチュエータＭの目標圧力Ｐｔａｇ２（ｉ）が設定されてもよい。更に、各関節Ｊｉの目標剛性Ｒ（ｉ）は、少なくともロボット装置１すなわちハンド部４の現在位置に基づいて設定されてもよい。

また、液体供給装置１０において、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２が、電磁部に供給される電流に応じた信号圧を出力するリニアソレノイドバルブ（あるいはオンオフソレノイドバルブ）と、当該信号圧に応じて作動油を調圧するコントロールバルブとで置き換えられてもよい。また、第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２は、対応する液圧アクチュエータＭに供給される液圧（油圧）が目標圧力になるように制御される流量制御弁で置き換えられてもよい。更に、液体供給装置１０から元圧生成バルブ１４が省略されてもよく、ポンプ１３により発生させられた油圧を蓄えるアキュムレータ（蓄圧器）が液体供給装置１０に設けられてもよい。また、液体供給装置１０は、水等の作動油以外の液体を液圧アクチュエータＭに供給するように構成されてもよい。

更に、上記実施形態において、人工筋肉としての液圧アクチュエータＭは、内部に作動油が供給されると共に当該内部の油圧の上昇に応じて径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブＴと、当該チューブＴを覆う編組スリーブＳとを含むマッキベン型の人工筋肉であるが、ロボット装置１における液圧アクチュエータＭの構成は、これに限られるものではない。すなわち、液圧アクチュエータＭは、液体が供給された際に径方向に膨張しながら軸方向に収縮するチューブを含むものであればよく、例えば弾性体により形成された内側筒状部材と、弾性体により形成されると共に内側筒状部材の外側に同軸に配置され外側筒状部材と、内側筒状部材と外側筒状部材との間に配置された繊維層とを含む軸方向繊維強化型の液圧アクチュエータ（例えば、特開２０１１－１３７５１６号参照）であってもよい。更に、液圧アクチュエータＭは、シリンダおよびピストンを含む液体シリンダであってもよい。

そして、ロボット装置１は、少なくとも１つの液圧アクチュエータＭとハンド部４とを有するロボットアーム２を含むものに限られず、少なくとも１つの液圧アクチュエータＭと、例えばドリルビット等の工具や例えばスイッチ等を押圧する押圧部材といったハンド部４以外の要素が手先に取り付けられたロボットアームとを含むものであってもよい。また、ロボット装置１は、歩行ロボットや、ウェアラブルロボット等であってもよい。更に、ロボット装置１は、関節を１つだけ含むものであってもよく、人工筋肉としての液圧アクチュエータＭを１つだけ含むものであってもよい。

また、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、人工筋肉を含むロボット装置の製造産業等において利用可能である。

１ロボット装置、２ロボットアーム（ロボット本体）、３アーム（リンク）、４ハンド部、５支持部材（リンク）、６連結部材、７関節角度センサ、１０液体供給装置、１５１第１リニアソレノイドバルブ（調圧装置）、１５２第２リニアソレノイドバルブ（調圧装置）、１５ｄドレンポート、１５ｅ電磁部、１５ｆフィードバックポート、１５ｉ入力ポート、１５ｏ出力ポート、１５ｓスプール、ＳＰスプリング、１００制御装置、１０１目標位置設定部（目標到達位置設定部、目標軌道設定部）、１０３トルク演算部、１０４重力補償部、１０５目標トルク設定部、１０６目標剛性設定部、１０７収縮率設定部、１０８収縮力算出部、１０９目標圧力導出部、１１０目標圧力設定部、１１１電流指令値設定部（指令値設定部）、ＡＭ１第１の人工筋肉、ＡＭ２第２の人工筋肉、Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）収縮率、Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）収縮力、Ｆｐ押圧力、Ｆｔ引張力、Ｆｕ上限値、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊｉ関節、Ｋ_px，Ｋ_py，Ｋ_pz，Ｋ_vx，Ｋ_vy，Ｋ_vz ゲイン、Ｍ液圧アクチュエータ（人工筋肉）、Ｐｔａｇ１（ｉ），Ｐｔａｇ２（ｉ）目標圧力、Ｒ（ｉ）目標剛性、Ｓ：編組スリーブ、Ｔｊ（ｉ）関節トルク、Ｔチューブ、Ｔｃ重力補償トルク、Ｔｔａｇ（ｉ）目標トルク、θｉ関節角度。

Claims

物体を把持する把持部と、少なくとも１つの関節と、複数のリンクと、液体の供給を受けて作動すると共に、前記関節を介して連結された２つの前記リンクを相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉と、前記少なくとも１つの人工筋肉に前記液体を供給する液体供給装置とを含むロボット装置であって、
前記２つの前記リンクを相対的に回動させるためのトルクと、前記ロボット装置の姿勢を維持するのに必要な重力補償トルクとの和を目標トルクに設定すると共に、前記目標トルクに基づいて前記液体供給装置を制御し、前記把持部の目標位置と現在位置との乖離の度合いに応じて前記重力補償トルクを変化させる制御装置を備えるロボット装置。
請求項１に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、前記把持部の前記目標位置と前記現在位置との乖離の度合いが大きくなったときに前記重力補償トルクをゼロにするロボット装置。
請求項１または２に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、前記把持部の前記目標位置と前記現在位置との乖離量が所定値以上になったときに前記重力補償トルクを低下させるロボット装置。
請求項１または２に記載のロボット装置において、
前記制御装置は、前記把持部の前記目標位置と前記現在位置との乖離の変化率が所定変化率以上になったときに前記重力補償トルクを低下させるロボット装置。
請求項２から４の何れか一項に記載のロボット装置において、
前記ロボット装置は、複数の前記関節を含み、
前記制御装置は、前記ロボット装置全体のポテンシャルエネルギから複数の前記関節ごとに前記重量補償トルクを算出するロボット装置。