JP6688214B2 - 可変剛性機構の制御装置 - Google Patents
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Description
該誘電性エラストマーに印加する電圧を可変的に制御し得るように出力する電源と、
該電源の出力を制御する電源制御部と、
前記誘電性エラストマーの静電容量を逐次推定する静電容量推定部とを備えており、
前記電源制御部は、前記誘電性エラストマーの剛性度合いに関する要求に応じて、該要求を実現するための前記印加電圧の基準目標値を設定する処理と、前記基準目標値と前記第1部材及び第2部材の間の相対変位量の観測値とから、前記誘電性エラストマーの印加電圧と前記相対変位量と前記誘電性エラストマーの静電容量との間のあらかじめ作成された相関関係に基づいて、該誘電性エラストマーの静電容量の目標値を設定する処理と、前記静電容量の目標値と前記静電容量推定部による前記静電容量の推定値との偏差をゼロに近づけるように該偏差に応じて決定したフィードバック操作量により前記基準目標値を補正することにより前記電源の出力電圧の制御用目標値を設定する処理とを実行し、該制御用目標値に応じて前記電源の出力を制御するように構成されていることを特徴とする(第1発明)。
Vcmd=Vbase+∫(K・(Ccmd−Cact)) dt ……(1)
なお、式(1)の右辺第2項の「K」は所定値のゲインである。
I(t)=θ0+θ1・(t−t0)+θ2・(t−t0)2+……+θs・(t−t0)s ……(2)
また、時刻t0以後の任意の時刻での電流値I(t)は、エラストマー1と直流電源10との間の電流路の抵抗値Rと、エラストマー1の静電容量Cとにより規定される時定数(=1/(R・C))で指数関数状に変化するものとなる。この場合、当該指数関数状の変化を、式(2)と同様に次数sの多項式関数で近似すると、電流値I(t)は、次式(3)により表される。
↑Θ=(Mtm)-1・↑ΔIm ……(6)
なお、m=sの場合には、(Mtm)-1は通常の意味での逆行列であり、m>sである場合には、(Mtm)-1は擬似逆行列である。
Claims (5)
- 第1部材と該第1部材に対して相対変位可能な第2部材との間の相対変位に応じて弾性力を発生するように該第1部材及び第2部材の間に介装され、且つ、印加電圧に応じて剛性度合いを変化させ得るように構成された誘電性エラストマーとを備える可変剛性機構の制御装置であって、
該誘電性エラストマーに印加する電圧を可変的に制御し得るように出力する電源と、
該電源の出力を制御する電源制御部と、
前記誘電性エラストマーの静電容量を逐次推定する静電容量推定部とを備えており、
前記電源制御部は、前記誘電性エラストマーの剛性度合いに関する要求に応じて、該要求を実現するための前記印加電圧の基準目標値を設定する処理と、前記基準目標値と前記第1部材及び第2部材の間の相対変位量の観測値とから、前記誘電性エラストマーの印加電圧と前記相対変位量と前記誘電性エラストマーの静電容量との間のあらかじめ作成された相関関係に基づいて、該誘電性エラストマーの静電容量の目標値を設定する処理と、前記静電容量の目標値と前記静電容量推定部による前記静電容量の推定値との偏差をゼロに近づけるように該偏差に応じて決定したフィードバック操作量により前記基準目標値を補正することにより前記電源の出力電圧の制御用目標値を設定する処理とを実行し、該制御用目標値に応じて前記電源の出力を制御するように構成されていることを特徴とする可変剛性機構の制御装置。 - 請求項1記載の可変剛性機構の制御装置において、
前記電源制御部は、前記電源から出力される電圧が、前記制御用目標値に所定の周波数の振動成分を重畳してなる振動成分重畳電圧になるように前記電源の出力を制御するように構成されており、
前記静電容量推定部は、前記電源から出力される電圧が前記振動成分により変化したとき、該電圧の変化に応じて前記誘電性エラストマーの通電電流が増加した後に減衰していく期間である電流減衰期間における複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値を取得する通電電流サンプリング処理と、前記電流減衰期間における前記誘電性エラストマーの通電電流の経時変化と該誘電性エラストマーの静電容量との相関関係を表すモデルと、前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値とから、前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定する静電容量推定処理とを、前記振動成分に同期した所定の推定処理周期で逐次実行するように構成されていることを特徴とする可変剛性機構の制御装置。 - 請求項2記載の可変剛性機構の制御装置において、
前記振動成分は、矩形波信号であることを特徴とする可変剛性機構の制御装置。 - 請求項2又は3記載の可変剛性機構の制御装置において、
前記第1部材及び第2部材は、該第1部材及び第2部材の間の相対変位を生ぜしめる外力が可変的に作用し得るように設けられており、
前記静電容量推定部は、前記電源から出力される電圧が前記振動成分重畳電圧に制御されている状態で、前記振動成分の電圧値が変化する直前における前記通電電流の検出値である第1電流検出値を逐次取得する第1処理と、各推定処理周期の期間における前記通電電流の経時変化パターンであって、該推定処理周期の期間における前記振動成分の電圧値が該推定処理周期の期間の開始直前の電圧値に継続的に維持されていると仮定した場合における前記通電電流の経時変化パターンを、該推定処理周期の期間の開始前に前記第1処理で取得済の前記第1電流検出値の複数の過去値に基づいて予測する第2処理とを実行する機能をさらに有し、各推定処理周期における前記静電容量推定処理では、該推定処理周期の期間のうちの前記電流減衰期間における前記複数のサンプリング時刻での前記通電電流の検出値のそれぞれを、該推定処理周期に対応して前記第2処理で予測した経時変化パターンにより規定される各サンプリング時刻での電流値により補正し、該補正後の電流値と、前記モデルとから前記誘電性エラストマーの静電容量の推定値を決定するように構成されていることを特徴とする可変剛性機構の制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の可変剛性機構の制御装置において、
前記誘電性エラストマーは、シート状に形成されており、且つ、その厚み方向に前記印加電圧を付与し得るように構成されており、さらに該誘電性エラストマーの中央部が前記第1部材に固定され、且つ、周縁部が、前記第1部材に対して該誘電性エラストマーの厚み方向に相対移動可能に設けられた前記第2部材に固定されており、前記印加電圧が付与されていない状態で、該第1部材及び第2部材の間で張力を付与された状態となるように張設されていることを特徴とする可変剛性機構の制御装置。
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