JP2022155599A - ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人工筋肉に流体を供給する流体供給装置の制御の煩雑化を抑制すると共に、当該流体供給装置の耐久性を良好に確保しつつ、人工筋肉を適正に作動させる。【解決手段】本開示のロボット装置は、流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉と、人工筋肉に流体を給排する流体供給装置とを含むロボット装置であって、流体供給装置は、ポンプと、ポンプからの流体の圧力または流量を調整して人工筋肉に供給する流体調整部と、ポンプと流体調整部とを結ぶ流体通路に接続されたアキュムレータと、ポンプから流体調整部に供給される元圧が予め定められた上限値を越えないようにポンプから吐出される流体の圧力を制限するリリーフ弁とを含む。【選択図】図３

Description

本開示は、流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉と、当該人工筋肉に流体を給排する流体供給装置とを含むロボット装置に関する。

従来、両端部が栓体で閉じられたゴムチューブと、当該ゴムチューブを覆う網体とを有する２つの人工筋肉（ゴム人工筋）を含む関節装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この関節装置は、２つの人工筋肉に加えて、基台と、支持部材を介して基台により支持されたプーリと、プーリに固定されたアームと、プーリの回転中立に対して両側に位置するように基台に取り付けられると共に人工筋肉の一端がそれぞれ連結される２つの係止ブラケットと、２つの人工筋肉の他端に連結されると共にプーリに巻き掛けられるロープとを含む。また、各人工筋肉の出入口は、導電性作動液を圧送する液圧源に圧力制御弁を介して接続されている。これにより、各人工筋肉は、出入口に作動液が流入することで、軸方向に収縮しながら径方向に膨張し、出入口から作動液が流出することで、径方向に収縮しながら軸方向に伸長する。また、従来、管状弾性体（ゴム弾性体）と、当該管状弾性体の両端に挿入された係止部材とを含み、流体の注入に伴う管状弾性体の変形によって係止部材間の距離を変化させるアクチュエータ（人工筋肉）が知られている（例えば、特許文献２参照）。このアクチュエータの管状弾性体には、ポンプによって加圧されてアキュムレータに蓄えられた電気粘性流体あるいは磁気粘性流体が当該アキュムレータから供給される。

特開昭６３－２１６６９１号公報 特開２００１－３５５６０８号公報

上記特許文献１に記載された関節装置に対して、液圧源と圧力制御弁とを結ぶ作動液通路に特許文献２に記載されたようなアキュムレータを接続することで、当該アキュムレータからも各圧力制御弁側に作動液を供給することが可能となる。一方、人工筋肉のゴムチューブの収縮に伴って圧力制御弁に供給される液圧が低下した際には、より高い圧力の作動液を供給するように液圧源を制御する必要がある。しかしながら、人工筋肉の作動中にゴムチューブの収縮状態（容積変化）を監視しながら液圧源を制御することは極めて煩雑となる。このため、ゴムチューブの収縮が停止したにも拘わらず、液圧源から高圧の作動液が圧力制御弁側に供給されてしまうことがあり、液圧源と圧力制御弁との間のアキュムレータに最大作動圧を超える液圧が印加されて当該アキュムレータの耐久性が低下してしまうおそれがある。

そこで、本開示は、人工筋肉に流体を供給する流体供給装置の制御の煩雑化を抑制すると共に、当該流体供給装置の耐久性を良好に確保しつつ、人工筋肉を適正に作動させることを主目的とする。

本開示のロボット装置は、流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉と、前記人工筋肉に前記流体を給排する流体供給装置とを含むロボット装置であって、前記流体供給装置が、前記流体の供給源と、前記供給源からの前記流体の圧力または流量を調整して前記人工筋肉に供給する流体調整部と、前記供給源と前記流体調整部とを結ぶ流体通路に接続されたアキュムレータと、前記供給源から前記流体調整部に供給される元圧が予め定められた上限値を越えないように前記供給源から圧送される前記流体の圧力を制限するリリーフ弁とを含むものである。

本開示のロボット装置の流体供給装置は、流体の供給源と、当該供給源からの流体の圧力または流量を調整して人工筋肉に供給する流体調整部と、供給源と流体調整部とを結ぶ流体通路に接続されたアキュムレータと、リリーフ弁とを含む。リリーフ弁は、供給源から流体調整部に供給される元圧が予め定められた上限値を越えないように当該供給源から圧送される流体の圧力を制限するものである。これにより、供給源を高精度に制御しなくても、予め定められた上限値を越えないように流体調整部に供給される元圧を設定することができる。この結果、上限値を適宜設定することで、供給源すなわち流体供給装置の制御の煩雑化を抑制すると共に、アキュムレータすなわち流体供給装置の耐久性を良好に確保しつつ、人工筋肉を適正に作動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流体供給装置を示す系統図である。 本開示のロボット装置の他の流体供給装置を示す系統図である。

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２と、流体供給装置（液体供給装置）１０とを含む。本実施形態において、ロボット装置１は、指定された目的位置まで自走可能な、いわゆる無人搬送車（ＡＧＶ）である搬送台車２０に搭載される。ただし、ロボット装置１は、搬送台車２０に搭載されるものに限られず、予め定められた設置箇所に定置されてもよい。

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、２つ）ずつ設けられる人工筋肉としての複数の流体アクチュエータ（液圧アクチュエータ）Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６と、先端側のアーム３に取り付けられる把持部（手先）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。ロボットアーム２のハンド部４は、対象となる物体（以下、「把持対象」という。）を把持するようにロボット装置１の制御装置１００（図３参照）により制御される。また、流体供給装置１０は、当該制御装置１００により制御されて各流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に流体（作動流体）としての作動油（液体）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の各流体アクチュエータＭ１－Ｍ６は、図２に示すように、作動油の圧力によって膨張するチューブ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（流体供給装置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。このような流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴ内に上記出入口ＩＯから作動油を供給して当該チューブ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（最も流体供給装置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、流体供給装置１０側の２つのアーム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に対応した流体アクチュエータＭ１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と共に、当該関節Ｊ１に対応した流体アクチュエータＭ２の基端側の封止部材Ｃを第２の連結軸を介して回動自在に支持する。

また、各連結部材６は、基端側に位置する関節Ｊ１またはＪ２に対応した流体アクチュエータＭ１またはＭ３の先端側（手先側）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と共に、関節Ｊ１またはＪ２に対応した流体アクチュエータＭ２またはＭ４の先端側（手先側）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、各連結部材６は、先端側に位置する関節Ｊ２またはＪ３に対応した流体アクチュエータＭ３またはＭ５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と共に、関節Ｊ２またはＪ３に対応した流体アクチュエータＭ４またはＭ６の基端側の封止部材Ｃを第２の連結軸を介して回動自在に支持する。

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、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のうちの対応する２つが当該アーム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流体アクチュエータＭ１，Ｍ３，Ｍ５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）を構成し、各アーム３の他側に配置される流体アクチュエータＭ２，Ｍ４，Ｍ６は、当該第１の人工筋肉と対をなす１つの関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３に対応した第２の人工筋肉を構成する。

ただし、第１および第２の人工筋肉は、それぞれ２つ以上（同数）の流体アクチュエータにより構成されてもよく、第１の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの数と、第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの数とが異なっていてもよい。更に、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（２つ）の流体アクチュエータＭ１，Ｍ２等は、互いに同一の諸元を有するが、第１の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの諸元と、第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータの諸元とが異なっていてもよい。

また、本実施形態において、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、流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、対応する流体アクチュエータＭ１－Ｍ６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、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴ内には、ホースＨを介して流体供給装置１０からの作動油（油圧）が供給される。

従って、制御装置１００により流体供給装置１０を制御することで、第１の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ１等のチューブＴ内の油圧と、第１の人工筋肉と対をなす第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ２等のチューブ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、互いに拮抗するように配置された２つの流体アクチュエータＭ１，Ｍ２等すなわち対をなす（１組の）第１および第２の人工筋肉から連結部材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の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ１等と、第１の人工筋肉と対をなす第２の人工筋肉を構成する流体アクチュエータＭ２等とは、チューブＴが自然状態から所定量（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流体供給装置１０からの油圧により駆動される。

また、本実施形態では、ロボット装置１の作動中、ロボットアーム２の最基端側の関節Ｊ１に対応した一対の流体アクチュエータＭ１，Ｍ２のうち、流体アクチュエータＭ１は、アーム３に関してハンド部４の反対側に常時位置し、関節Ｊ１の可動範囲から定まる流体アクチュエータＭ１に対する要求出力の最大値（最大要求出力）が流体アクチュエータＭ２に対する最大要求出力よりも大きくなる。更に、本実施形態において、ロボット装置１（ロボットアーム２）の作動中、流体アクチュエータＭ１に対する最大要求出力が、すべての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の中で最大となる。流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に対する要求出力は、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に対して要求される収縮力および収縮速度（伸縮速度）の積（仕事率あるいはパワー）である。

上記流体アクチュエータＭ１－Ｍ６等に作動油を供給するロボット装置１の流体供給装置１０は、図１に示すように、作動油貯留部（流体貯留部）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転軸（図１における一点鎖線参照）の周りに回転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、タンク１１の回転軸と同軸に延在するように、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（図２参照）。すなわち、ロボットアーム２は、流体供給装置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搬送台車２０に搭載（固定）される。また、ベース部１２は、タンク１１を上記回転軸の周りに所定角度（例えば３６０°）だけ回転させる図示しない回転駆動ユニットを支持している。これにより、回転駆動ユニットを作動させることで、ロボットアーム２を当該回転軸の周りにタンク１１と一体に回転させることが可能となる。本実施形態において、回転駆動ユニットは、流体供給装置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る。ただし、当該回転駆動ユニットは、電動モータやギヤ機構等を含むものであってもよい。

更に、流体供給装置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、流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、第１リリーフ弁（圧力制御弁）ＲＶ１と、第２リリーフ弁ＲＶ２と、逆止弁ＣＶと、アキュムレータ（蓄圧器）１４と、流体調整バルブ（流体調整部）としての複数のリニアソレノイドバルブ１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６およびコントロールバルブ（圧力制御弁）１６とを含む。

ポンプ１３は、制御装置１００により制御される電動ポンプであり、タンク１１内に貯留された作動油を吸入して吐出口から油路Ｌ１に吐出（圧送）する。本実施形態において、ポンプ１３は、タンク１１内に配置されるポンプ部と、電動モータや減速ギヤ機構、制御装置１００により制御されるインバータ等の駆動回路等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ユニット１３０とを含む。

第１リリーフ弁ＲＶ１は、ポンプ１３により吐出された作動油の圧力を予め定められた一定の上限圧（制限圧）Ｐｌｉｍ（上限値、本実施形態では、例えば６－７ＭＰａ程度）を超えないように制限するものである。本実施形態において、第１リリーフ弁ＲＶ１は、バルブボディ内に配置されるスプールＳ１および当該スプールＳ１を付勢するスプリングＳＰ１を含むリリーフバルブである。更に、第１リリーフ弁ＲＶ１は、上記油路Ｌ１に連通する入力ポートｉ１と、第１排出ポートｄａ１と、第２排出ポートｄｂ１とを含む。

ポンプ１３から入力ポートｉ１に作動油が供給されない第１リリーフ弁ＲＶ１の取付状態において、当該第１リリーフ弁ＲＶ１は、スプールＳ１がスプリングＳＰ１により付勢されて入力ポートｉ１と第１排出ポートｄａ１とを連通させる第１連通状態を形成する。また、ポンプ１３の吐出圧すなわちポンプ１３から入力ポートｉ１に供給される作動油の圧力が予め定められた比較的低い待機圧Ｐｓｔ（第２目標圧、本実施形態では、例えば１０００ｋＰａ程度）よりも高く、かつ上記上限圧Ｐｌｉｍよりも十分に低く定められた切替圧（本実施形態では、例えば１－２ＭＰａ程度）未満であるときに、第１リリーフ弁ＲＶ１は、スプールＳ１が入力ポートｉ１と第１排出ポートｄａ１とを連通させる上記第１連通状態を形成する。

更に、ポンプ１３から入力ポートｉ１に供給される作動油の圧力が上記切替圧以上であり、かつ上限圧Ｐｌｉｍを超えていないときに、第１リリーフ弁ＲＶ１は、スプールＳ１がスプリングＳＰ１の付勢力に抗して入力ポートｉ１と第１および第２排出ポートｄａ１，ｄｂ１との連通を遮断する遮断状態を形成する。また、ポンプ１３から入力ポートｉ１に供給される作動油の流量が必要供給流量を上回って当該作動油の圧力が上限圧Ｐｌｉｍに達すると、第１リリーフ弁ＲＶ１は、スプールＳ１がスプリングＳＰ１の付勢力に抗して入力ポートｉ１と第２排出ポートｄｂ１とを連通させる第２連通状態を形成する。

図３に示すように、第１リリーフ弁ＲＶ１の第１排出ポートｄａ１は、図示しないバルブボディに形成された油路Ｌ０を介してタンク１１内の作動油貯留部に連通する。また、油路Ｌ０には、第１排出ポートｄａ１に近接するようにオリフィスＯｒが設置されている。オリフィスＯｒには、ポンプ１３から入力ポートｉ１に供給される作動油の圧力が上記切替圧未満であって第１リリーフ弁ＲＶ１のスプールＳ１が第１連通状態を形成するときに、第１リリーフ弁ＲＶ１の第１排出ポートｄａ１からの作動油が流入する。そして、オリフィスＯｒのオリフィス径等の諸元は、ポンプ１３が予め定められている下限回転数より所定値だけ高い回転数で作動したときに当該ポンプ１３から供給された作動油の通過により発生する前後差圧が、上記待機圧Ｐｓｔになるように定められている。この際、下流側すなわちタンク１１側の作動油の圧力が概ねゼロであるため、上流側すなわち第１排出ポートｄａ１における作動油の圧力は上記待機圧Ｐｓｔになる。

第２リリーフ弁ＲＶ２は、バルブボディ内に配置されるスプールＳ２および当該スプールＳ２を付勢するスプリングＳＰ２を含む。更に、第２リリーフ弁ＲＶ２は、バルブボディに形成された油路を介して第１リリーフ弁ＲＶ１の第２排出ポートｄｂ１に連通する入力ポートｉ２と、上記オリフィスＯｒの下流側で上記油路Ｌ０に連通する排出ポートｄｂ２とを含む。かかる第２リリーフ弁ＲＶ２は、第１リリーフ弁ＲＶ１から排出される作動油を一時的に堰き止めて所定圧まで昇圧させると共に、昇圧させた圧力によりスプールを移動させて減圧させた作動油を排出ポートｄｂ２からタンク１１内の作動油貯留部へと流出させる。

逆止弁ＣＶは、ポンプ１３（および第１リリーフ弁ＲＶ１）側すなわち油路Ｌ１からの作動油を油路ＬＬに流出させると共に、油路ＬＬから油路Ｌ１すなわちポンプ１３（および第１リリーフ弁ＲＶ１）側への作動油の流通を規制する。アキュムレータ１４は、逆止弁ＣＶの下流側で油路ＬＬにバルブ等を介在させることなく直結（接続）された作動油の出入口を有しており、ポンプ１３側からの油圧を蓄える。また、アキュムレータ１４としては、最高作動圧が上記上限圧Ｐｌｉｍ以上であるものが用いられる。更に、油路ＬＬには、逆止弁ＣＶの下流側かつアキュムレータ１４の上流側で当該油路ＬＬにおける作動油の圧力（元圧）を検出する元圧センサＰＳが設置されている。

リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、共通の構成を有しており、それぞれバルブボディ内に配置されると共に制御装置１００により制御される。本実施形態において、リニアソレノイドバルブ１５１は、コントロールバルブ１６への信号圧を調整し、リニアソレノイドバルブ１５２は、流体アクチュエータＭ２への油圧（駆動圧）を調整する。また、リニアソレノイドバルブ１５３は、流体アクチュエータＭ３への油圧（駆動圧）を調整し、リニアソレノイドバルブ１５４は、流体アクチュエータＭ４への油圧（駆動圧）を調整する。更に、リニアソレノイドバルブ１５５は、流体アクチュエータＭ５への油圧（駆動圧）を調整し、リニアソレノイドバルブ１５６は、流体アクチュエータＭ６への油圧（駆動圧）を調整する。

図３に示すように、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、制御装置１００により通電制御される電磁部１５ｅと、バルブボディにより保持されるスリーブ内に軸方向に移動可能に配置されるスプール１５ｓと、スプール１５ｓを電磁部１５ｅ側（出力ポート１５ｏ側から入力ポート１５ｉ側、図３中上側）に付勢するスプリング１５ｓｐとを含む。更に、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、入力ポート１５ｉと、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、入力ポート１５ｉおよび出力ポート１５ｏと連通可能なドレンポート１５ｄとを含む。リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の入力ポート１５ｉは、アキュムレータ１４の下流側で油路ＬＬにそれぞれ連通する。また、リニアソレノイドバルブ１５２－１５６の出力ポート１５ｏは、バルブボディに形成された油路やホースＨ等を介して対応する流体アクチュエータＭ２－Ｍ６（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに連通する。更に、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６のドレンポート１５ｄは、それぞれ油路ＬＤを介してタンク１１内の作動油貯留部に連通する。

本実施形態において、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６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入力ポート１５ｉと出力ポート１５ｏとを連通させるようにスプール１５ｓを軸方向に移動させる。これにより、電磁部１５ｅ（コイル）への給電により発生する推力と、スプリング１５ｓｐの付勢力と、出力ポート１５ｏからフィードバックポート１５ｆに供給された油圧（駆動圧）によりスプール１５ｓに作用する電磁部１５ｅ側への推力とをバランスさせることで、入力ポート１５ｉに供給されたポンプ１３（および第１リリーフ弁ＲＶ１）側からの作動油を所望の圧力に調整して出力ポート１５ｏから流出させることが可能となる。

また、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６側に供給される油圧（信号圧または駆動圧）をリニアソレノイドバルブ１５１－１５６にフィードバックすることで、人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６により駆動されるロボットアーム２に当該流体アクチュエータＭ１－Ｍ６以外からの外力が加えられたときに、当該外力による流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴの体積変化に応じた油圧の変動を吸収することができる。加えて、当該外力が無くなった後には、速やかに要求に応じた油圧（駆動圧）を流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に供給することが可能となる。

コントロールバルブ１６は、リニアソレノイドバルブ１５１からの信号圧に応じて油路ＬＬからの作動油の圧力を調整して上記最大要求出力が最大となる流体アクチュエータＭ１のチューブＴに供給するものである。コントロールバルブ１６は、バルブボディ内に配置されるスプール１６ｓおよび当該スプール１６ｓを付勢するスプリング１６ｓｐを含むスプールバルブである。また、コントロールバルブ１６は、図３に示すように、入力ポート１６ｉと、出力ポート１６ｏと、フィードバックポート１６ｆと、信号圧入力ポート１６ｃと、ドレンポート１６ｄとを含む。

入力ポート１６ｉは、アキュムレータ１４の下流側で油路ＬＬに連通する。出力ポート１６ｏは、バルブボディに形成された油路やホースＨ等を介して流体アクチュエータＭ１（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに連通する。フィードバックポート１６ｆは、バルブボディに形成された油路を介して出力ポート１６ｏに連通する。信号圧入力ポート１６ｃは、バルブボディに形成された油路を介してリニアソレノイドバルブ１５１の出力ポート１５ｏに連通する。ドレンポート１６ｄは、油路ＬＤを介してタンク１１内の作動油貯留部に連通する。

かかるコントロールバルブ１６のスプール１６ｓは、電磁部１５ｅに印加される電流に応じたリニアソレノイドバルブ１５１からの信号圧が作用することで、スプリング１６ｓｐの付勢力に抗して軸方向に移動する。これにより、信号圧の作用によりスプール１６ｓに付与される推力と、スプリング１６ｓｐの付勢力と、出力ポート１６ｏからフィードバックポート１６ｆに供給された油圧（駆動圧）によりスプール１６ｓに作用する推力とをバランスさせることで、入力ポート１６ｉに供給されたポンプ１３（および第１リリーフ弁ＲＶ１）側からの作動油の一部を適宜ドレンポート１６ｄを介してドレンして出力ポート１６ｏから流体アクチュエータＭ１のチューブＴへと供給される作動油を所望の圧力に調整することができる。

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、上記元圧センサＰＳや、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６等の電源の電圧を検出する図示しない電圧センサ等の検出値を入力する。また、制御装置１００は、元圧センサＰＳにより検出される油路ＬＬにおける油圧（元圧）が目標値になるように、ポンプ１３の駆動ユニット１３０を制御する。更に、制御装置１００は、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の電磁部１５ｅに供給される電流を制御する。

続いて、上述のように構成されるロボット装置１の動作について説明する。

図示しない起動スイッチがオフされてロボット装置１の動作が完全に停止している際、ハンド部４は、図示しない支持台に形成された係止部により保持される。これにより、ロボットアーム２の姿勢は、予め定められた待機姿勢に強制的に保持される。また、ロボット装置１の起動スイッチがオンされてシステム起動が完了すると、制御装置１００は、元圧センサＰＳの検出値に基づいて、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６に供給される油路ＬＬにおける油圧（元圧）が上記待機圧Ｐｓｔ（例えば１０００ｋＰａ程度）になるようにポンプ１３を制御する。

本実施形態において、待機圧Ｐｓｔは、複数の流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の各々を自然状態から上記初期状態まで軸方向に収縮させることができる圧力（例えば７００－９００ｋＰａ程度）よりも所定値だけ高い圧力に定められている。また、油路ＬＬにおける油圧（元圧）が待機圧Ｐｓｔに設定される際、ポンプ１３は、予め定められている下限回転数以上の回転数で作動するように制御される。この際、第１リリーフ弁ＲＶ１は、上記第１連通状態を形成し、ポンプ１３から吐出される作動油の一部は、当該第１連通状態を形成する第１リリーフ弁ＲＶ１、オリフィスＯｒおよび油路Ｌ０を介してタンク１１の流体貯留部へと流出させられる。これにより、第１リリーフ弁ＲＶ１の入力ポートｉ１並びに油路ＬＬにおける油圧（元圧）がオリフィスＯｒによって待機圧Ｐｓｔになるように調整されることになる。

次いで、制御装置１００は、予め定められた順番で流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴに作動油を充填して各チューブＴを上記初期状態とするようにリニアソレノイドバルブ１５１－１５６の電磁部１５ｅへの電流を制御する。これにより、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴには、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６の対応する何れかから作動油が供給され、各チューブＴは、自然状態から所定量（例えば、自然長の１０％程度）だけ軸方向に収縮する。これ以後、ハンド部４が上記支持台等に載置されてロボット装置１の動作が停止されるまで、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の各電磁部１５ｅには継続して電流が供給され、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６は、ポンプ１３側からの作動油の圧力を電磁部１５ｅに供給される電流に応じて調整する。

上述のようなロボット装置１の作業開始準備の完了後、ロボットアーム２およびハンド部４を用いた作業の開始が指示されると、制御装置１００は、元圧センサＰＳの検出値に基づいて、油路ＬＬにおける油圧（元圧）が予め定められた比較的高い常用圧Ｐｗ（第１目標圧、本実施形態では、例えば５－６ＭＰａ程度）になるようにポンプ１３を制御する。本実施形態において、常用圧Ｐｗは、上記待機圧Ｐｓｔおよび切替圧よりも高く、上限圧Ｐｌｉｍよりも低く、かつアキュムレータ１４の最低作動圧以上に定められている。更に、制御装置１００は、外部（支持台）からの強制力無しにロボットアーム２を上記待機姿勢に保持するのに要求される油圧が予め定められた順番で流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴに供給されるようにリニアソレノイドバルブ１５１－１５６の電磁部１５ｅへの電流を制御する。

そして、制御装置１００は、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６から各流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に対してロボットアーム２への要求に応じた油圧が供給されるように各電磁部１５ｅ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。これにより、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴに対し、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６により要求に応じて調整された油圧（駆動圧）を供給することが可能となる。この結果、複数の流体アクチュエータＭ１－Ｍ６により各アーム３を回動させてロボット装置１のハンド部４を所望の位置に移動させることができる。

また、ポンプ１３は、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴの収縮状態等に起因した油路ＬＬにおける油圧（元圧）の変動に応じて制御されるが、ポンプ１３の回転数がオーバーシュートして吐出量が過剰になった場合、入力ポートｉ１に供給される作動油の圧力が上限圧Ｐｌｉｍに達することで第１リリーフ弁ＲＶ１は上記第２連通状態を形成する。これにより、ポンプ１３から吐出される作動油の一部は、第１リリーフ弁ＲＶ１（入力ポートｉ１および第２排出ポートｄｂ１）、第２リリーフ弁ＲＶ２および油路Ｌ０を介してタンク１１の流体貯留部へと流出させられ、第１リリーフ弁ＲＶ１によって油路ＬＬにおける油圧（元圧）が上限圧Ｐｌｉｍを超えないように調整されることになる。

更に、流体供給装置１０は、逆止弁ＣＶと流体アクチュエータＭ１－Ｍ６とを結ぶ油路（流体通路）ＬＬに接続されたアキュムレータ１４を含む。これにより、ロボットアーム２の動作中（運動中）にポンプ１３が停止したとしても、しばらくの間、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６を介してアキュムレータ１４からの作動油を流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に供給することができる。この結果、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６（チューブＴ）の状態の急変を抑えることが可能となる。

以上説明したように、ロボット装置１において、流体供給装置１０は、流体供給源としてのポンプ１３と、当該ポンプ１３からの作動油の圧力を調整して流体アクチュエータ（人工筋肉）Ｍ１－Ｍ６に供給する流体調整部としてのリニアソレノイドバルブ１５１－１５６と、ポンプ１３とリニアソレノイドバルブ１５１－１５６とを結ぶ油路ＬＬに接続されたアキュムレータ１４と、第１リリーフ弁ＲＶ１とを含む。そして、第１リリーフ弁ＲＶ１は、ポンプ１３からリニアソレノイドバルブ１５１－１５６に供給される油路ＬＬにおける油圧（元圧）が予め定められた上限圧Ｐｌｉｍを越えないように当該ポンプ１３から吐出（圧送）される作動油の圧力を制限する。

これにより、ポンプ１３を高精度に制御しなくても、予め定められた上限圧Ｐｌｉｍを越えないようにリニアソレノイドバルブ１５１－１５６に供給される油圧（元圧）を設定することができる。更に、上記実施形態において、上限圧Ｐｌｉｍは、アキュムレータ１４の最高作動圧以下に定められる。これにより、アキュムレータ１４の耐久性を極めて良好に確保することが可能となる。

この結果、ロボット装置１では、ポンプ１３すなわち流体供給装置１０の制御の煩雑化を抑制すると共に、アキュムレータ１４すなわち流体供給装置１０の耐久性を良好に確保しつつ、複数の流体アクチュエータＭ１－Ｍ６を適正に作動させることが可能となる。更に、ポンプ１３、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６、アキュムレータ１４および第１リリーフ弁ＲＶ１を含む流体供給装置１０によれば、ポンプ１３の制御を煩雑化させることなく、ロボット装置１の複数の流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に対して安定に作動油を供給することが可能となる。

また、ロボット装置１の制御装置１００は、油路ＬＬにおける油圧（元圧）がアキュムレータ１４の最低作動圧以上であって上限圧Ｐｌｉｍよりも低い目標圧である常用圧Ｐｗになるようにポンプ１３を制御する。これにより、常用圧Ｐｗを適宜設定することで、ポンプ１３の制御の煩雑化を抑制しつつ、油路ＬＬにおける油圧（元圧）を充分に高く確保して複数の流体アクチュエータＭ１－Ｍ６を適正に作動させると共にアキュムレータ１４に油圧を蓄えることが可能となる。

更に、流体供給装置１０は、ポンプ１３とリニアソレノイドバルブ１５１－１５６との間で当該リニアソレノイドバルブ１５１－１５６側からポンプ１３側への作動油の流通を規制する逆止弁ＣＶを含む。また、アキュムレータ１４は、逆止弁ＣＶとリニアソレノイドバルブ１５１－１５６との間で油路ＬＬに接続される。更に、第１リリーフ弁ＲＶ１は、ポンプ１３と逆止弁ＣＶとの間で油路ＬＬに連なる油路Ｌ１に接続される。

これにより、ポンプ１３が異常等により停止し、当該ポンプ１３の吐出口側の油圧が吸入口側の油圧よりも高くなることでポンプ１３が逆転するような状態になったとしても、当該ポンプ１３によりアキュムレータ１４から作動油が吸い出されてしまうのを良好に抑制することが可能となる。ただし、流体供給装置１０において、第１リリーフ弁ＲＶ１は、逆止弁ＣＶと流体調整部としての複数のリニアソレノイドバルブ１５１－１５６との間で油路ＬＬに接続されてもよい。

図４は、ロボット装置１に適用可能な他の流体供給装置１０Ｂを示す系統図である。同図に示す流体供給装置１０Ｂでは、コントロールバルブ１６の出力ポート１６ｏと流体アクチュエータＭ１との間、並びにリニアソレノイドバルブ１５２－１５６と対応する流体アクチュエータＭ２－Ｍ６との間に、開閉バルブ１７が１つずつ配置される。開閉バルブ１７は、バルブボディ内に配置されるスプール１７ｓおよび当該スプール１７ｓを付勢するスプリング１７ｓｐを含む常閉型のスプールバルブであり、制御装置１００により制御される信号圧出力バルブとしてのオンオフソレノイドバルブ１８により駆動される。

開閉バルブ１７は、図示するように、入力ポート１７ｉと、出力ポート１７ｏと、信号圧入力ポート１７ｃとを含む。入力ポート１７ｉは、バルブボディに形成された油路を介してコントロールバルブ１６あるいは対応するリニアソレノイドバルブ１５２－１５６の出力ポート１５ｏ，１６ｏに連通する。出力ポート１７ｏは、バルブボディに形成された油路やホースＨ等を介して対応する流体アクチュエータＭ１－Ｍ６（チューブＴ）の作動油の出入口ＩＯに連通する。オンオフソレノイドバルブ１８は、入力ポート１８ｉと、出力ポート１８ｏと、制御装置１００により通電制御される電磁部１８ｅとを含む常閉弁である。入力ポート１８ｉは、上記油路ＬＬあるいは当該油路ＬＬに接続された図示しない減圧弁（モジュレータバルブ）の出力ポートに連通する。出力ポート１８ｏは、バルブボディに形成された油路を介して各開閉バルブ１７の信号圧入力ポート１７ｃに連通する。

各開閉バルブ１７は、信号圧入力ポート１７ｃにオンオフソレノイドバルブ１８からの信号圧が供給されていないときに、スプール１７ｓがスプリング１７ｓｐにより付勢されて入力ポート１７ｉを閉鎖すると共に入力ポート１７ｉと出力ポート１７ｏとの連通を遮断する流出規制状態を形成する。また、各各開閉バルブ１７は、電磁部１６ｅへの通電に応じてオンオフソレノイドバルブ１８からの信号圧が信号圧入力ポート１７ｃに供給されるときに、スプール１７ｓが当該信号圧に基づく推力により付勢されてスプリング１７ｓｐの付勢力に抗して入力ポート１７ｉを開放すると共に入力ポート１７ｉと出力ポート１７ｏとを連通させる連通状態を形成する。

ロボット装置１がシステム起動され、ポンプ１３が作動している間、オンオフソレノイドバルブ１８の電磁部１８ｅには電流が供給され、当該オンオフソレノイドバルブ１８は、電磁部１８ｅへの通電に応じて入力ポート１８ｉに供給される作動油を出力ポート１８ｏに流出させることにより各開閉バルブ１７への信号圧を出力する。これにより、各開閉バルブ１７が上記連通状態を形成し、コントロールバルブ１６およびリニアソレノイドバルブ１５２－１５６から流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に作動油を供給可能となる。

また、電源失陥によりオンオフソレノイドバルブ１８の電磁部１８ｅへの電力供給が断たれると、オンオフソレノイドバルブ１８から信号圧が出力されなくなり、それに応じて各開閉バルブ１７は、上記流出規制状態を形成する。これにより、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴから開閉バルブ１７の出力ポート１７ｏに逆流した作動油をスプール１７ｓによりブロックし、当該作動油のコントロールバルブ１６，リニアソレノイドバルブ１５２－１５６側への流出を規制することができる。更に、流体供給装置１０Ｂすなわちポンプ１３やリニアソレノイドバルブ１５１－１５６等の異常が発生した際にも、電磁部１８ｅへの通電を解除することで、各開閉バルブ１７に流出規制状態を形成させて流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴからの作動油の流出を規制することができる。

これにより、複数の開閉バルブ１７およびオンオフソレノイドバルブ１８を含む流体供給装置１０Ｂによれば、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６のチューブＴへの作動油の供給に異常が発生しても、チューブＴの状態の急変を抑えて流体アクチュエータＭ１－Ｍ６により駆動される駆動対象としてのロボットアーム２の予期せぬ動作の発生を良好に抑制することができる。この結果、ロボット装置１の動作の安定性や信頼性をより向上させることが可能となる。ただし、流体供給装置１０Ｂにおいて、複数の開閉バルブ１７およびオンオフソレノイドバルブ１８の代わりに、それぞれ電磁部を有する複数の電磁式の開閉バルブが用いられてもよい。

なお、流体供給装置１０，１０Ｂにおいて、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の少なくとも何れか１つは、常開弁であってもよい。この場合、当該常開弁は、電磁部からの推力および当該電磁部からの推力と同方向に作用するようにフィードバックポートに供給された液圧による推力を、スプリングの付勢力とバランスさせるものであってもよい。また、リニアソレノイドバルブ１５１－１５６の少なくとも何れか１つは、専用のフィードバックポートをもたず、スプールを収容するスリーブの内側で出力圧（駆動圧）をフィードバック圧としてスプールに作用させるように構成されたものであってもよい（例えば、特開２０２０－４１６８７号公報参照）。同様に、コントロールバルブ１６も、出力圧（駆動圧）をスプールの内部でフィードバック圧として当該スプールに作用させるように構成されたものであってもよい。更に、流体供給装置１０，１０Ｂにおいて、コントロールバルブ１６が省略されてもよく、流体アクチュエータＭ１にリニアソレノイドバルブ１５１から油圧（駆動圧）が供給されてもよい。

また、流体供給装置１０，１０Ｂは、流体調整バルブ（流体調整部）として、例えば圧力センサにより検出される液圧（流体圧）が要求に応じた圧力になるように流体アクチュエータＭ１－Ｍ６への液体（流体）の流量を制御する流量制御弁を含むものであってもよい。そして、流体供給装置１０，１０Ｂは、水等の作動油以外の液体や空気等の気体を流体アクチュエータＭ１－Ｍ６に供給するものであってもよい。

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、人工筋肉としての流体アクチュエータを１つまたは２つだけ含むものであってもよい。また、ロボット装置１は、少なくとも１つの流体アクチュエータＭ１等とハンド部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つの流体アクチュエータと、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。更に、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。

また、ロボット装置１のロボットアーム２は、アーム３を駆動する流体アクチュエータとして揺動モータ（例えば、ハンド部４の根元（手首部）を回転させる揺動モータ）を含むものであってもよい。すなわち、ロボット装置１のロボット本体は、人工筋肉としての流体アクチュエータと揺動モータとの少なくとも何れか１つを含むものであってもよい。更に、ロボット装置１のロボットアーム２は、流体アクチュエータとしてエアシリンダや油圧シリンダといった流体圧シリンダを含むものであってもよい。また、関節Ｊ１－Ｊ３を介して連結された２つのアーム３等のすべてに必ずしも対をなす複数の流体アクチュエータ（人工筋肉）Ｍが設けられる必要はなく、何れか１組の２つのアーム３等に、１つまたは複数の流体アクチュエータと、当該流体アクチュエータ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。加えて、ロボット装置１において、タンク１１がロボットアーム２といったロボット本体により支持されてもよい。

更に、上記実施形態において、人工筋肉としての流体アクチュエータＭ１－Ｍ６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における流体アクチュエータＭ１－Ｍ６の構成は、これに限られるものではない。すなわち、流体アクチュエータＭ１－Ｍ６は、流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流体アクチュエータ（例えば、特開２０１１－１３７５１６号参照）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、流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの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、３ アーム、５ 支持部材、１０，１０Ｂ 流体供給装置、１１ タンク、１３ ポンプ、１４ アキュムレータ、１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６ リニアソレノイドバルブ、１６ コントロールバルブ、ＣＶ 逆止弁、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３ 関節、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６ 流体アクチュエータ（人工筋肉）、Ｏｒ オリフィス、ＲＶ１ 第１リリーフ弁、ＲＶ２ 第２リリーフ弁。

Claims (5)

1. 流体の供給を受けて作動する少なくとも１つの人工筋肉と、前記人工筋肉に前記流体を給排する流体供給装置とを含むロボット装置であって、
   前記流体供給装置は、
   前記流体の供給源と、
   前記供給源からの前記流体の圧力または流量を調整して前記人工筋肉に供給する流体調整部と、
   前記供給源と前記流体調整部とを結ぶ流体通路に接続されたアキュムレータと、
   前記供給源から前記流体調整部に供給される元圧が予め定められた上限値を越えないように前記供給源から圧送される前記流体の圧力を制限するリリーフ弁と、
   を含むロボット装置。
2. 請求項１に記載のロボット装置において、
   前記供給源は、流体貯留部から前記流体を吸入して吐出するポンプであり、
   前記元圧が前記アキュムレータの最低作動圧以上であって前記上限値よりも低い目標圧になるように前記ポンプを制御する制御装置を更に備えるロボット装置。
3. 請求項２に記載のロボット装置において、前記上限値は、前記アキュムレータの最高作動圧以下であるロボット装置。
4. 請求項２または３に記載のロボット装置において、
   前記流体供給装置は、前記ポンプと前記流体調整部との間で前記流体調整部側から前記ポンプ側への前記流体の流通を規制する逆止弁を含み、
   前記アキュムレータは、前記逆止弁と前記流体調整部との間で前記流体通路に接続されるロボット装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載のロボット装置において、
   複数の関節と、複数のリンクと、前記関節を介して連結された対応する２つの前記リンクを相対的に回動させる複数の前記人工筋肉とを備えるロボット装置。

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