JP7327687B2 - ロボット装置 - Google Patents

Description

本開示は、関節を介して連結された２つのリンクと、液体の供給を受けて作動すると共に当該２つのリンクを相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉とを含むロボット装置に関する。

従来、マッキベン型の人工筋肉（流体圧アクチュエータ）として、流体の圧力によって膨張および収縮する円筒状のチューブと、所定方向に配向されたコードを編み込んだ構造体であって当該チューブの外周面を覆うスリーブとを含むアクチュエータ本体部と、アクチュエータ本体部の軸方向において当該アクチュエータ本体部の端部を封止する封止機構とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる人工筋肉によれば、チューブ内に流体を供給して当該チューブを径方向に膨張させると共に軸方向に収縮させて引張力を得ることができる。また、従来、両端部が栓体で閉じられたゴムチューブおよび当該ゴムチューブを覆う網体を含む２つの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２参照）。この関節装置は、２つのゴム人工筋に加えて、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ゴム人工筋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つのゴム人工筋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。

更に、従来、それぞれ弾性管状体および編組み構体を有する一対（２本）のニューマチック・アクチュエータ（人工筋肉）と、ブレーキ機構とを含むロボットアームが知られている（例えば、特許文献３参照）。このロボットアームにおいて、各ニューマチック・アクチュエータの一端には、揺動フレーム部材により回動自在に軸支されたプーリに巻き替えられるワイヤーが連結され、各ニューマチック・アクチュエータの他端は、揺動フレーム部材の固定部材にピン連結される。また、ブレーキ機構は、プーリと一体に回転するブレーキドラムと、レバーアームと、レバーアームと一体に回動する軸に偏心して取り付けられたブレーキカムと、レバーアームの一端に取り付けられたニューマチック・アクチュエータと同様の構成を有する弾性収縮体と、レバーアームの他端に取り付けられた引張りばねと含む。かかるブレーキ機構において、引張りばねの収縮力が弾性収縮体の収縮力に打ち勝つと、レバーアームに取り付けられたブレーキカムがブレーキシューをブレーキドラムに押し付ける。これにより、ブレーキドラムの回転が規制されることで、プーリの回転運動が規制される。また、弾性収縮体に圧縮空気を供給すると、当該弾性収縮体が膨径変形して軸線方向に収縮力を発生する。これにより、レバーアームが引張りばねの収縮力に抗して回動し、レバーアームに取り付けられたブレーキカムがブレーキシューから離隔することで、ブレーキドラムおよびプーリの回転が許容される。

特開２０１８－３５９３０号公報 特開昭６３－２１６６９１号公報 特公平０６－０５３３５３号公報

上述のような人工筋肉を用いることで、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ことができる。ただし、人工筋肉のチューブ内の流体の圧力が低下すると、関節を拘束する力が失われてしまい、当該関節を介して連結された２つのリンクの動作が本来予定されていないものとなってしまう。このため、特許文献３に記載されたロボットアームには、プーリの回転を規制するブレーキ機構が設けられるが、同文献に記載されたブレーキ機構では、ブレーキシューからブレーキドラムに付与される摩擦力（制動力）が不足することがあり、ロボット装置の動作の安定性や信頼性が損なわれてしまうおそれがある。

そこで、本開示は、流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や信頼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、関節を介して連結された２つのリンクと、流体の供給を受けて作動すると共に前記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、前記人工筋肉に前記流体を供給する流体供給装置と、前記２つのリンクの一方に固定されるハブ部材、前記２つのリンクの他方に固定されるドラム部材、それぞれ前記ハブ部材および前記ドラム部材の対応する一方に嵌合される複数の摩擦係合プレート、および前記複数の摩擦係合プレートを押圧するピストンを含み、前記流体供給装置から前記流体の供給を受けて、前記２つのリンクの相対的な回動を許容するロック解除状態と、前記ピストンによって押圧された前記複数の摩擦係合プレート間で発生する摩擦力により前記２つのリンクの相対的な回動を規制するロック状態とを選択的に形成するロック機構とを含むものである。

本開示のロボット装置は、関節を介して連結された２つのリンクと、流体の供給を受けて作動すると共に当該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、人工筋肉に流体を供給する流体供給装置と、当該流体供給装置から流体の供給を受けるロック機構とを含む。ロック機構は、２つのリンクの一方に固定されるハブ部材、２つのリンクの他方に固定されるドラム部材、それぞれハブ部材およびドラム部材の対応する一方に嵌合される複数の摩擦係合プレート、および複数の摩擦係合プレートを押圧するピストンを含む。そして、当該ロック機構は、流体供給装置から流体の供給を受けて、２つのリンクの相対的な回動を許容するロック解除状態と、ピストンによって押圧された複数の摩擦係合プレート間で発生する摩擦力により２つのリンクの相対的な回動を規制するロック状態とを選択的に形成する。これにより、ロック機構がロック解除状態を形成し、かつ人工筋肉による関節を拘束する力が失われたときに、流体供給装置からロック機構への流体の供給状態を変化させることで、ロック機構にロック状態を形成させて当該関節を介して連結された２つのリンクの相対的な回動を複数の摩擦係合プレート間で発生する摩擦力により極めて良好に規制することができる。この結果、流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や信頼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ロック機構を示す断面図である。 本開示のロボット装置の流体供給装置を示す概略構成図である。 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における他のロック機構を示す断面図である。

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（ロボット本体）２と、液体供給装置（流体供給装置）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（流体アクチュエータ）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、液体供給装置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および第２の人工筋肉ＡＭ１，ＡＭ２は、それぞれ単一の液圧アクチュエータＭにより構成されてもよく、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（一組の）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。

また、ロボット装置１の関節Ｊ１は、図３に示すように、関節軸Ａｘと、支持部材５の軸受保持部５ａにより保持されると共に関節軸Ａｘを回転自在に支持する軸受Ｂｒとを含む。関節軸Ａｘの一端（図３における右端）は、関節Ｊ１に対応したアーム３（２つのリンクの一方）にスプライン嵌合部を介して固定（連結）される。また、関節軸Ａｘの他端（図３における左端）は、支持部材５（２つのリンクの他方）により保持された軸受Ｂｒのインナーレースからアーム３とは反対側に突出する。同様に、他の関節Ｊ２，Ｊ３も、対応する２つのアーム３の一方に固定される図示しない関節軸と、対応する２つのアーム３の他方により保持されると共に当該関節軸を回転自在に支持する図示しない軸受とを含む。

更に、ロボット装置１は、図１に示すように、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と、関節Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３ごとに設けられた複数のロック機構８とを含む。複数の関節角度センサ７は、それぞれ対応する関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３の関節角度θ１，θ２またはθ３を検出する。また、各ロック機構８は、それぞれ液体供給装置１０から作動油の供給を受けると共に、液体供給装置１０による作動油の供給状態に応じて、対応する関節Ｊ１，Ｊ２またはＪ３を介して連結される２つのアーム３等の相対的な回動を規制または許容するものである。

本実施形態において、複数のロック機構８は、共通の構造を有する、いわゆる多板クラッチ機構である。ここでは、図３を参照しながら、最も基端側の関節Ｊ１に対応したロック機構８を例にとって当該ロック機構８の構成について説明する。図３に示すように、ロック機構８は、ハブ部材８１と、ドラム部材８２と、複数の摩擦プレート（第１の摩擦係合プレート）８３と、複数のセパレータプレート８４（第２の摩擦係合プレート）およびバッキングプレートと、ピストン８５と、複数のスプリング（付勢部材）８８とを含む。

ロック機構８のハブ部材８１は、略円筒状の内筒部８１１、環状壁部８１２および略円筒状の外筒部８１３を有するハブ本体８１０と、当該ハブ本体８１０に連結される環状の連結ピース８１５とを含む。ハブ本体８１０の内筒部８１１は、一端が開放された有底筒状に形成されており、環状壁部８１２は、内筒部８１１の閉鎖端部から径方向外側に延在する。外筒部８１３は、環状壁部８１２の外周部から軸方向における両側に突出するように形成されている。また、外筒部８１３の外周面には、スプラインが形成されており、当該スプラインには、複数の摩擦プレート８３（およびバッキングプレート）の内周部が嵌合される。各摩擦プレート８３は、環状の板体と当該板体の両面に貼着された摩擦材とを含むものである。

また、ハブ部材８１の連結ピース８１５は、ハブ本体８１０の外筒部８１３の一方の端部（図３における右側の端部）内にスプライン嵌合され、スナップリングを用いて当該ハブ本体８１０に固定される。更に、連結ピース８１５の中心孔部内には、軸受Ｂｒのインナーレースから突出する関節軸Ａｘの他端がスプライン嵌合される。これにより、ハブ部材８１は、アーム３の回動に伴って軸心周りに回転する関節軸Ａｘと一体に回転するように当該関節軸Ａｘ（および２つのリンクの一方である当該アーム３）に固定（連結）される。

ロック機構８のドラム部材８２は、略円筒状のドラム本体８２０と、当該ドラム本体８２０に固定されるカバー８２５とを含む。ドラム部材８２のドラム本体８２０の内周面には、スプラインが形成されており、当該スプラインには、複数の摩擦プレート８３と交互に並ぶように複数のセパレータプレート８４の外周部が嵌合される。各セパレータプレート８４は、両面が平滑に形成された環状の板体である。また、ドラム本体８２０の一端には、径方向外側に延びる環状のフランジ部８２１が形成されており、当該フランジ部８２１は、複数のボルトを介して関節Ｊ１の支持部材５に固定される。これにより、ドラム部材８２は、２つのリンクの他方である支持部材５に固定される。

ドラム部材８２のカバー８２５は、略円筒状の筒状部８２６と、当該筒状部８２６の一端（図３における左端）から径方向内側に延出された環状壁部８２７とを含む。カバー８２５の筒状部８２６内には、ドラム本体８２０が嵌合され、筒状部８２６の内周面とドラム本体８２０との間には、Ｏリング等のシール部材が配置される。また、筒状部８２６は、開放端から周方向に間隔をおいて径方向外側に延出された複数の固定部を有し、各固定部は、ボルトを介してドラム本体８２０のフランジ部８２１に固定される。更に、カバー８２５の環状壁部８２７の内周部は、ハブ部材８１のハブ本体８１０の内筒部８１１を回転自在に支持し、環状壁部８２７の内周部と内筒部８１１との間には、Ｏリング等のシール部材が配置される。これにより、ドラム部材８２すなわちドラム本体８２０およびカバー８２５は、ハブ部材８１を外側から液密に包囲する。

ロック機構８のピストン８５は、環状の受圧部８５１と、当該受圧部８５１の外周部から軸方向に延出された環状のプレート押圧部８５２と、プレート押圧部８５２の径方向内側で受圧部８５１からプレート押圧部８５２と同方向に突出する環状の突出部８５３とを含む。ピストン８５の受圧部８５１は、プレート押圧部８５２が最もピストン８５側に配置されたセパレータプレート８４に当接するように、ハブ部材８１のハブ本体８１０の内筒部８１１により軸方向に摺動自在（移動自在）に支持される。

また、受圧部８５１の内周部と内筒部８１１との間には、Ｏリング等のシール部材が配置される。更に、ピストン８５の突出部８５３は、ハブ本体８１０の外筒部８１３の他方の端部（図３における左側の端部）内に摺動自在に嵌合され、突出部８５３と外筒部８１３の内周面との間には、Ｏリング等のシール部材が配置される。これにより、ハブ部材８１すなわちハブ本体８１０の内筒部８１１および環状壁部８１２と、ピストン８５の受圧部８５１および突出部８５３とにより、ロック機構８の解放液圧室（解放流体圧室）８６が画成（形成）される。解放液圧室８６は、ハブ本体８１０の内筒部８１１に形成された複数の通油孔８１１ｈを介して、液体供給装置１０からの作動油すなわち油圧が供給される内筒部８１１の内部空間に連通する。

ロック機構８の複数のスプリング８８は、本実施形態では、何れもコイルスプリングであり、ドラム部材８２のカバー８２５の環状壁部８２７とピストン８５の背面との間に周方向に間隔をおいて配列される。複数のスプリング８８は、ピストン８５をカバー８２５の環状壁部８２７から離間するように押圧（付勢）する。これにより、ロック機構８は、解放液圧室８６における油圧の作用によりピストン８５に加えられる推力が複数のスプリング８８による付勢力以下であるときに、ロック状態（図３における上側半分の状態）を形成する。かかるロック状態では、ピストン８５が複数のスプリング８８により押圧されてハブ部材８１側（図３における右側）に移動し、複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４がピストン８５のプレート押圧部８５２により押圧されて摩擦係合する。この結果、複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４を介してハブ部材８１すなわちアーム３とドラム部材８２すなわち支持部材５とが一体に連結され、２つのリンクとしてのアーム３および支持部材５の相対的な回動が規制される。

また、ロック機構８は、解放液圧室８６における油圧の作用によりピストン８５に加えられる推力が複数のスプリング８８による付勢力よりも大きいときに、ロック解除状態（図３における下側半分の状態）を形成する。かかるロック解除状態では、ピストン８５が解放液圧室８６内の油圧の作用により複数のスプリング８８の付勢力に抗してカバー８２５の環状壁部８２７側（図３における左側）に移動し、それにより複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４の摩擦係合が解除される。この結果、複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４を介したハブ部材８１すなわちアーム３とドラム部材８２すなわち支持部材５との連結が解除され、２つのリンクとしてのアーム３および支持部材５の相対的な回動が許容される。なお、複数のスプリング８８による付勢力は、元圧生成バルブ１４により調圧される油路Ｌ０における最低油圧の作用によりピストン８５に加えられる推力よりも低くなるように定められる。また、１つまたは複数の皿ばねやゴム等の弾性体が複数のスプリング８８の代わりに付勢部材として用いられてもよい。

上述の液圧アクチュエータＭやロック機構８に作動油を供給する液体供給装置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あるいはＡＭＲ）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４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（流体圧調整装置）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、信号圧出力バルブとしての複数のオンオフソレノイドバルブ１７と、複数の切替バルブ１８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、オンオフソレノイドバルブ１７と、切替バルブ１８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４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１５ｏからフィードバックポート１５ｆに供給された油圧によりスプール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、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４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。

オンオフソレノイドバルブ１７は、制御装置１００により通電制御される電磁部１７ｅと、上記油路Ｌ０に連通する入力ポートと、出力ポートとをそれぞれ含む。オンオフソレノイドバルブ１７は、電磁部１７ｅへの通電に応じて入力ポートに供給されるポンプ１３側（元圧生成バルブ１４）からの作動油を出力ポートに流出させることにより信号圧を出力する。

切替バルブ１８は、図示しないスプールおよびスプリングを含むスプールバルブであり、バルブボディ内に配置される。切替バルブ１８は、油路Ｌ０に連通する入力ポート１８ｉと、バルブボディに形成された油路や図示しないホース、プラグ等を介して対応するロック機構８のハブ部材８１の内筒部８１１に接続される出力ポート１８ｏと、油路Ｌ３を介してタンク１１内の作動油貯留部に連通するドレンポート１８ｄと、バルブボディに形成された油路を介して対応するオンオフソレノイドバルブ１７の出力ポートに連通する信号圧入力ポート１８ｃとを含む。

切替バルブ１８（スプール）は、信号圧入力ポート１８ｃに対応するオンオフソレノイドバルブ１７から信号圧が供給されていないときに、スプリングの付勢力により入力ポート１８ｉと出力ポート１８ｏとの連通を遮断すると共に出力ポート１８ｏとドレンポート１８ｄとを連通させる液体排出状態（流体排出状態、図４中破線参照）を形成する。また、切替バルブ１８（スプール）は、電磁部１７ｅへの通電により対応するオンオフソレノイドバルブ１７から信号圧が信号圧入力ポート１８ｃに供給されるときに、スプリングの付勢力に抗して入力ポート１８ｉと出力ポート１８ｏとを連通させると共に出力ポート１８ｏとドレンポート１８ｄとの連通を遮断する液体供給状態（流体供給状態、図４中実線参照）を形成する。

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の上流側で油路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、第１、第２供給遮断弁１６１，１６２およびオンオフソレノイドバルブ１７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、各第１リニアソレノイドバルブ１５１の電磁部１５ｅ、各第２リニアソレノイドバルブ１５２の電磁部１５ｅ、各第１供給遮断弁１６１の電磁部１６ｅ、各第２供給遮断弁１６２の電磁部１６ｅ、および各オンオフソレノイドバルブ１７の電磁部１７ｅに供給される電流を制御する。更に、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。

加えて、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。更に、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。

続いて、上述のロボット装置１の動作について説明する。ロボット装置１のハンド部４を把持対象まで移動させ、当該把持対象をハンド部４に把持させて移送させる際、制御装置１００は、油路Ｌ０における油圧が予め定められた値になるように、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（信号圧生成バルブ）を制御する。更に、制御装置１００は、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。これにより、油路Ｌ０からの作動油を第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２により調圧して各液圧アクチュエータＭに供給することが可能となる。

また、制御装置１００は、対応する切替バルブ１８への信号圧を出力するように各オンオフソレノイドバルブ１７の電磁部１７ｅへの電流を制御する。各切替バルブ１８は、対応するオンオフソレノイドバルブ１７からの信号圧により上述の液体供給状態を形成し、油路Ｌ０からの作動油すなわち油圧が各ロック機構８の解放液圧室８６に供給される。これにより、解放液圧室８６における油圧の作用によりピストン８５に加えられる推力が複数のスプリング８８による付勢力よりも大きくなるので、ピストン８５が解放液圧室８６内の油圧の作用により複数のスプリング８８の付勢力に抗してカバー８２５の環状壁部８２７側に移動し、各ロック機構８は、上述のロック解除状態を形成する。この結果、複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４を介したハブ部材８１すなわちアーム３とドラム部材８２すなわち支持部材５との連結が解除され、関節Ｊ１－Ｊ３を介して連結される２つのリンクとしてのアーム３等の相対的な回動が許容される。

更に、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。より詳細には、制御装置１００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）、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。また、制御装置１００は、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。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。

また、制御装置１００は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、関節Ｊｉを介して連結される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ための関節トルクＴｊ（ｉ）の目標値（目標駆動力）である目標トルクＴｔａｇ（ｉ）を設定する。目標トルクＴｔａｇ（ｉ）は、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等を相対的に回動させる関節トルクＴｊ（ｉ）と、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）との和として導出される。また、制御装置１００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。

次いで、制御装置１００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の軸長の割合を示し、収縮率＝（１－収縮時のチューブＴの軸長／チューブＴの自然長）×１００として算出される。加えて、制御装置１００は、関節Ｊ１－Ｊ３ごとに、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と目標剛性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。

収縮率Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）および収縮力Ｆｃ１（ｉ），Ｆｃ２（ｉ）を算出した後、制御装置１００は、図５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。更に、制御装置１００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５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。

そして、制御装置１００は、設定した目標圧力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）に直接変換し、当該電流指令値に基づいて第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。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から目標圧力Ｐｔａｇ１（ｉ）またはＰｔａｇ２（ｉ）に応じた油圧が各液圧アクチュエータＭのチューブＴに供給され、人工筋肉としての各液圧アクチュエータＭに供給される油圧を検出するセンサを用いることなく、各液圧アクチュエータＭを要求に対して応答性よく高精度に作動させることが可能となる。この結果、複数の液圧アクチュエータＭ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。

一方、ロボット装置１の作動中に液体供給装置１０の電源の失陥が発生した際には、各電磁部１５ｅへの電力供給が断たれることで、各第１リニアソレノイドバルブ１５１および各第２リニアソレノイドバルブ１５２から各液圧アクチュエータＭに作動油（油圧）が供給されなくなり、複数の液圧アクチュエータＭによる関節Ｊ１－Ｊ３を拘束する力が失われる。ただし、この際、各電磁部１７ｅへの電力供給も断たれることから、各オンオフソレノイドバルブ１７から信号圧が出力されなくなり、それに応じて各切替バルブ１８は、上述の液体排出状態を形成する。これにより、各ロック機構８の解放液圧室８６内の作動油を切替バルブ１８および油路Ｌ３を介してタンク１１内の作動油貯留部内へと速やかに流出させることができる。

各ロック機構８の解放液圧室８６内の作動油がタンク１１内へと流出すると、ピストン８５が複数のスプリング８８により押圧されてハブ部材８１側（図３における右側）に移動し、複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４がピストン８５のプレート押圧部８５２により押圧されて摩擦係合する。この結果、ピストン８５によって押圧された複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４の間で発生する摩擦力によりハブ部材８１すなわちアーム３とドラム部材８２すなわち支持部材５（またはアーム３）とが一体かつ強固に連結され、２つのリンクとしてのアーム３および支持部材５等の相対的な回動が規制される。この結果、電源（液体供給装置１０）の失陥により各液圧アクチュエータＭによる関節Ｊ１－Ｊ３を拘束する力が失われても、各ロック機構８により２つのアーム３等の相対的な回動を速やかに規制す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は、関節Ｊ１－Ｊ３を介して連結された２つのリンクとしてのアーム３および支持部材５等と、作動油（液体）の供給を受けて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Ｍと、各液圧アクチュエータＭに作動油を供給する液体供給装置１０と、当該液体供給装置１０から作動油（油圧）の供給を受けるロック機構８とを含む。ロック機構８は、２つのリンクとしてのアーム３等の一方に固定されるハブ部材８１、他方に固定されるドラム部材８２、それぞれハブ部材８１およびドラム部材８２の対応する一方に嵌合される複数の摩擦プレート８３および複数のセパレータプレート８４、並びに摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４を押圧するピストン８５を含む。そして、当該ロック機構８は、液体供給装置１０からの作動油の供給を受けて、２つのアーム３等の相対的な回動を許容するロック解除状態と、ピストン８５によって押圧されたそれぞれ複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４間で発生する摩擦力により２つのアーム３等の相対的な回動を規制するロック状態とを選択的に形成する。

これにより、ロック機構８がロック解除状態を形成し、かつ液圧アクチュエータＭによる関節Ｊ１等を拘束する力が失われたときに、液体供給装置１０からロック機構８への作動油の供給状態を変化させることで、ロック機構８にロック状態を形成させて関節Ｊ１－Ｊ３を介して連結された２つのアーム３等の相対的な回動をそれぞれ複数の摩擦プレート８３およびセパレータプレート８４間で発生する摩擦力により極めて良好に規制することができる。この結果、作動油の供給を受けて作動すると共に関節Ｊ１－Ｊ３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Ｍを含むロボット装置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。

また、上記実施形態において、各ロック機構８は、ピストン８５を押圧してロック状態を形成する付勢部材としての複数のスプリング８８を含むと共に、液体供給装置１０から解放液圧室８６に供給される作動油の圧力に応じて当該複数のスプリング８８の付勢力に抗してピストン８５を移動させてロック解除状態を形成する。すなわち、ロボット装置１において、液体供給装置１０（電源やポンプ１３）の失陥により各液圧アクチュエータＭに作動油が供給されなくなったときには、液体供給装置１０から各ロック機構８の解放液圧室８６における作動油の圧力も低下し、各ロック機構８は、複数のスプリング８８の付勢力によりロック状態を形成する。これにより、液体供給装置１０の失陥により複数の液圧アクチュエータＭによる関節Ｊ１－Ｊ３を拘束する力が失われた際に、各ロック機構８により２つのアーム３等の相対的な回動を速やかに規制することが可能となる。

更に、ロボット装置１のロック機構８において、ピストン８５は、液体供給装置１０から作動油が供給される解放液圧室８６をハブ部材８１と共に画成する。これにより、液体供給装置１０から解放液圧室８６に作動油を供給して複数のスプリング８８の付勢力に抗してピストン８５を移動させてロック解除状態を形成すると共に、解放液圧室８６における作動油の圧力を低下させて複数のスプリング８８の付勢力によりピストン８５を移動させてハブ部材８１およびドラム部材８２を連結し、それにより２つのアーム３等相対的な回動を規制することが可能となる。なお、ロック機構８は、必ずしも上述のような多板クラッチ機構として構成される必要はなく、１枚の摩擦材のみを含む、いわゆる単板クラッチ機構として構成されてもよい。これにより、ロック機構８のコンパクト化および軽量化を図ることができる。

また、ロボット装置１の関節Ｊ１－Ｊ３は、関節軸Ａｘと、当該関節軸Ａｘを回転自在に支持する軸受Ｂｒとをそれぞれ含む。更に、２つのアーム３等の一方は、関節軸Ａｘの一端に固定され、ロック機構８のハブ部材８１は、当該関節軸Ａｘの他端に固定される。また、軸受Ｂｒは、２つのアーム３等の一方とハブ部材８１との間で当該２つのアーム３等の他方により保持される。更に、ロック機構８のドラム部材８２は、ハブ部材８１を包囲するように２つのアーム３等の他方に固定される。また、ロック機構８のピストン８５は、ハブ部材８１により軸方向に移動自在に支持される。これにより、ロック機構８の設置スペースの増加を抑制しつつ、当該ロック機構８により２つのアーム３等を強固にロックすることが可能となる。

更に、液体供給装置１０は、作動油を圧送するポンプ１３と、電磁部１７ｅへの通電に応じて入力ポートに供給されるポンプ１３側からの作動油を出力ポートに流出させることにより信号圧を出力するオンオフソレノイドバルブ（信号圧出力バルブ）１７と、切替バルブ１８とを含む。また、切替バルブ１８は、オンオフソレノイドバルブ１７から信号圧が供給されていないときにロック機構８の解放液圧室８６から作動油を排出させる液体排出状態を形成する。更に、切替バルブ１８は、オンオフソレノイドバルブ１７から信号圧が供給されているときに解放液圧室８６に対するポンプ１３側からの作動油の供給を許容する液体供給状態を形成する。これにより、電源が失陥した際に、速やかにオンオフソレノイドバルブ１７からの信号圧の出力を停止させて、切替バルブ１８を介してロック機構８の解放液圧室８６から作動油を排出させることが可能となる。

ただし、液体供給装置１０において、少なくとも１組のオンオフソレノイドバルブ１７および切替バルブ１８が、単一の電磁式スプールバルブ（電磁式切替バルブ）で置き換えられてもよい。かかる電磁式スプールバルブとしては、バルブボディ内に配置されるスリーブと、制御装置１００により通電制御される電磁部と、スプールと、当該スプールを電磁部側に付勢するスプリングと、油路ＬＬに連通する入力ポートと、各ロック機構８のハブ部材８１の内筒部８１１に接続される出力ポートと、油路ＬＤを介してタンク１１内の作動油貯留部に連通するドレンポートとを含むものを用いることができる。そして、当該電磁式スプールバルブは、電磁部に電流が供給されていない非通電時に、スプールがスプリングの付勢力により入力ポートと出力ポートとの連通を遮断すると共に出力ポートとドレンポートとを連通させる流体排出状態を形成し、電磁部に電流が供給される通電時に、スプールが電磁部からの推力によりスプリングの付勢力に抗して入力ポートと出力ポートとを連通させる流体供給状態を形成するものであるとよい。

図６は、ロボット装置１の関節Ｊ１－Ｊ３に適用可能な他のロック機構８Ｂを示す断面図である。なお、ロック機構８Ｂの構成要素のうち、上述のロック機構８と同一の要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。同図に示すように、ロック機構８Ｂでは、ハブ部材８１の内筒部８１１の端部（図６における左側の端部）に環状部材８７がスプラインを介して固定される。更に、環状部材８７と、内筒部８１１により支持されるピストン８５の背面との間には、付勢部材としての皿ばね８９が配置される。かかるロック機構８Ｂによっても、関節Ｊ１－Ｊ３を介して連結される２つのリンクとしてのアーム３等の相対的な回動を許容すると共に、電源失陥等に応じて２つのアーム３等の相対的な回動を速やかに規制することが可能となる。また、ピストン８５および皿ばね８９の双方がハブ部材８１により支持されて当該ハブ材８１と一体に回転可能となることから、ロック機構８Ｂを安定かつスムースに作動させることが可能となる。

なお、上記ロボット装置１において、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く、収縮率Ｃｒ１（ｉ），Ｃｒ２（ｉ）は、ロボット装置１のハンド部４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、少なくともロボット装置１のハンド部４の目標位置または現在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に発生させる第１収縮力が設定されてもよく、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と当該第１収縮力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に発生させる第２収縮力が設定されてもよい。更に、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の目標圧力である第１目標圧力に設定されてもよく、目標トルクＴｔａｇ（ｉ）と第１目標圧力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の目標圧力である第２目標圧力が設定されてもよい。

また、上記液体供給装置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の少なくとも何れか１つが、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。更に、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。また、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。更に、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。また、液体供給装置１０は、各液圧アクチュエータＭに作動油を供給するとポンプとは別に、各ロック機構８に作動油を供給する専用のポンプを含むものであってもよい。加えて、上記液体供給装置１０から第１および第２リニアソレノイドバルブ１５１，１５２が省略されてもよく、複数の液圧アクチュエータＭごとに液圧調整装置としてのポンプが設けられてもよい。

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。加えて、ロボット装置１の人工筋肉は、空気等の気体を作動流体として用いるものであってもよい。

また、ロボット装置１のロボットアーム２は、液圧アクチュエータ（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、ロボットアーム２（ロボット本体）は、人工筋肉としての液圧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、液圧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、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、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つの液圧アクチュエータＭ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つの液圧アクチュエータと、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、ロボットアーム２は、１つの関節と、当該関節に対応した第１および第２の人工筋肉ＡＭ１，ＡＭ２とを含むものであってもよい。更に、関節Ｊｉ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、何れか１組の２つのアーム３等に、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。

〔発明を実施するための形態のまとめ〕
ここまで説明したように、本開示の実施形態に係るロボット装置は、関節（Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊｉ）を介して連結された２つのリンク（３，５）と、流体の供給を受けて作動すると共に前記２つのリンク（３，５）を相対的に回動させる少なくとも１つの人工筋肉（Ｍ，ＡＭ１，ＡＭ２）と、前記人工筋肉（Ｍ，ＡＭ１，ＡＭ２）に前記流体を供給する流体供給装置（１０）と、前記２つのリンク（３，５）の一方に固定されるハブ部材（８１）、前記２つのリンク（３，５）の他方に固定されるドラム部材（８２）、それぞれ前記ハブ部材（８１）および前記ドラム部材（８２）の対応する一方に嵌合される複数の摩擦係合プレート（８３，８４）、および前記複数の摩擦係合プレート（８３，８４）を押圧するピストン（８５）を含み、前記流体供給装置（１０）から前記流体の供給を受けて、前記２つのリンク（３，５）の相対的な回動を許容するロック解除状態と、前記ピストン（８５）によって押圧された前記複数の摩擦係合プレート（８３，８４）間で発生する摩擦力により前記２つのリンク（３，５）の相対的な回動を規制するロック状態とを選択的に形成するロック機構（８，８Ｂ）とを含むものである。

かかるロボット装置では、ロック機構がロック解除状態を形成し、かつ人工筋肉による関節を拘束する力が失われたときに、流体供給装置からロック機構への流体の供給状態を変化させることで、ロック機構にロック状態を形成させて当該関節を介して連結された２つのリンクの相対的な回動を複数の摩擦係合プレート間で発生する摩擦力により極めて良好に規制することができる。この結果、流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や信頼性をより向上させることが可能となる。

また、前記ロック機構（８，８Ｂ）は、前記ピストン（８５）を押圧して前記ロック状態を形成する付勢部材（８８，８９）を含むと共に、前記流体供給装置（１０）から供給される前記流体の圧力に応じて前記付勢部材（８８，８９）の付勢力に抗して前記ピストン（８５）を移動させて前記ロック解除状態を形成するものであってもよい。

これにより、流体供給装置の失陥等により人工筋肉による関節を拘束する力が失われた際に、ロック機構により２つのリンクの相対的な回動を速やかに規制することが可能となる。

更に、前記ピストン（８５）は、前記流体供給装置（１０）から前記流体が供給される解放流体圧室（８６）を前記ハブ部材（８１）と共に画成するものであってもよい。

また、前記関節（Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊｉ）は、関節軸（Ａｘ）と、当該関節軸（Ａｘ）を回転自在に支持する軸受（Ｂｒ）とを含むものであってもよく、前記軸受（Ｂｒ）は、前記２つのリンク（３，５）の前記一方と前記ハブ部材（８１）との間で前記２つのリンク（３，５）の前記他方により保持されてもよく、前記ドラム部材（８２）は、前記ハブ部材（８１）を包囲するように前記２つのリンク（３，５）の前記他方に固定されてもよく、前記ピストン（８５）は、前記ハブ部材（８１）により軸方向に移動自在に支持されてもよい。

これにより、ロック機構の設置スペースの増加を抑制しつつ、当該ロック機構により２つのリンクを強固にロックすることが可能となる。

更に、前記ハブ部材（８１）は、前記摩擦係合プレート（８３）が嵌合される外筒部（８１３）と、内筒部（８１１）とを含むものであってもよく、前記ピストン（８５）は、前記ハブ部材（８１）の前記内筒部（８１１）により支持されてもよく、前記付勢部材（８９）は、前記内筒部（８１１）の端部に固定される環状部材（８７）と、前記ピストン（８５）との間に配置されてもよい。

これにより、関節を介して連結される２つのリンクの相対的な回動を許容すると共に、失陥等の発生に応じて２つのリンクの相対的な回動を速やかに規制することが可能となる。加えて、ピストンおよび付勢部材の双方がハブ部材により支持されて当該ハブ部材と一体に回転可能となることから、ロック機構を安定かつスムースに作動させることが可能となる。

また、前記流体供給装置（１０）は、前記流体を圧送するポンプ（１３）と、電磁部（１７ｅ）への通電に応じて作動する切替バルブ（１８）とを含むものであってもよく、前記切替バルブ（１８）は、電磁部（１７ｅ）に電流が供給されない非通電時に前記解放流体圧室（８６）から前記流体を排出させる流体排出状態を形成すると共に、前記電磁部（１７ｅ）に電流が供給される通電時に前記解放流体圧室（８６）に対する前記ポンプ（１３）側からの前記流体の供給を許容する流体供給状態を形成するものであってもよい。

これにより、電源が失陥した際に、速やかに切替バルブを介してロック機構の解放液圧室から作動油を排出させることが可能となる

更に、前記流体供給装置（１０）は、前記電磁部（１７ｅ）を有すると共に前記電磁部（１７ｅ）への通電に応じて信号圧を出力する信号圧出力バルブ（１７）を含むものであってもよく、前記切替バルブ（１８）は、前記信号圧出力バルブ（１７）から前記信号圧が供給されていないときに前記流体排出状態を形成すると共に、前記信号圧出力バルブ（１７）から前記信号圧が供給されているときに前記流体供給状態を形成するものであってもよい。

また、前記切替バルブ（１８）は、前記電磁部（１７ｅ）を含む電磁式切替バルブであってもよい。

更に、前記ロボット装置（１）は、複数の前記関節（Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３），Ｊｉ）を含むものであってもよく、前記ロック機構（８，８Ｂ）は、前記複数の前記関節（Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３），Ｊｉ）ごとに設けられてもよい。

そして、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、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製造産業等において利用可能である。

Claims (9)

1. 関節を介して連結された２つのリンクと、
   流体の供給を受けて作動すると共に前記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、
   前記人工筋肉に前記流体を供給する流体供給装置と、
   前記２つのリンクの一方に固定されるハブ部材、前記２つのリンクの他方に固定されるドラム部材、それぞれ前記ハブ部材および前記ドラム部材の対応する一方に嵌合される複数の摩擦係合プレート、および前記複数の摩擦係合プレートを押圧するピストンを含み、前記流体供給装置から前記流体の供給を受けて、前記２つのリンクの相対的な回動を許容するロック解除状態と、前記ピストンによって押圧された前記複数の摩擦係合プレート間で発生する摩擦力により前記２つのリンクの相対的な回動を規制するロック状態とを選択的に形成するロック機構と、
   を備えるロボット装置。
2. 請求項１に記載のロボット装置において、
   前記ロック機構は、前記ピストンを押圧して前記ロック状態を形成する付勢部材を含むと共に、前記流体供給装置から供給される前記流体の圧力に応じて前記付勢部材の付勢力に抗して前記ピストンを移動させて前記ロック解除状態を形成するロボット装置。
3. 請求項２に記載のロボット装置において、
   前記ピストンは、前記流体供給装置から前記流体が供給される解放流体圧室を前記ハブ部材と共に画成するロボット装置。
4. 請求項３に記載のロボット装置において、
   前記関節は、関節軸と、当該関節軸を回転自在に支持する軸受とを含み、
   前記軸受は、前記２つのリンクの前記一方と前記ハブ部材との間で前記２つのリンクの前記他方により保持され、
   前記ドラム部材は、前記ハブ部材を包囲するように前記２つのリンクの前記他方に固定され、
   前記ピストンは、前記ハブ部材により軸方向に移動自在に支持されるロボット装置。
5. 請求項３または４に記載のロボット装置において、
   前記ハブ部材は、前記摩擦係合プレートが嵌合される外筒部と、内筒部とを含み、
   前記ピストンは、前記ハブ部材の前記内筒部により支持され、
   前記付勢部材は、前記内筒部の端部に固定される環状部材と、前記ピストンとの間に配置されるロボット装置。
6. 請求項３から５の何れか一項に記載のロボット装置において、
   前記流体供給装置は、
   前記流体を圧送するポンプと、
   電磁部への通電に応じて作動する切替バルブとを含み、
   前記切替バルブは、前記電磁部に電流が供給されない非通電時に前記解放流体圧室から前記流体を排出させる流体排出状態を形成すると共に、前記電磁部に電流が供給される通電時に前記解放流体圧室に対する前記ポンプ側からの前記流体の供給を許容する流体供給状態を形成するロボット装置。
7. 請求項６に記載のロボット装置において、
   前記流体供給装置は、前記電磁部を有すると共に前記電磁部への通電に応じて信号圧を出力する信号圧出力バルブを含み、
   前記切替バルブは、前記信号圧出力バルブから前記信号圧が供給されていないときに前記流体排出状態を形成すると共に、前記信号圧出力バルブから前記信号圧が供給されているときに前記流体供給状態を形成するロボット装置。
8. 請求項６に記載のロボット装置において、前記切替バルブは、前記電磁部を含む電磁式切替バルブであるロボット装置。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載のロボット装置において、
   複数の前記関節を備え、前記ロック機構は、前記複数の前記関節ごとに設けられるロボット装置。

Images