特開 2023-129926 流体駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023129926

(43)【公開日】2023-09-20

(54)【発明の名称】流体駆動装置

(51)【国際特許分類】

   F15B 15/28 20060101AFI20230912BHJP

【ＦＩ】

F15B15/28 Z

F15B15/28 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022034286

(22)【出願日】2022-03-07

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構内閣府戦略的イノベーション創造プログラム（ＳＩＰ）２２期／フィジカル空間デジタルデータ処理基盤／サブテーマＩＩＩＳｏｃｉｅｔｙ５．０実現のための社会実装技術／ＣＰＳ構築のためのセンサリッチ柔軟エンドエフェクタシステム開発と実用化、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(74)【代理人】

【識別番号】100154014

【弁理士】

【氏名又は名称】正木 裕士

(74)【代理人】

【識別番号】100154520

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 祐子

(72)【発明者】

【氏名】川村 貞夫

(72)【発明者】

【氏名】清水 正男

【テーマコード（参考）】

3H081

【Ｆターム（参考）】

3H081AA03

3H081BB01

3H081CC25

3H081CC29

3H081FF01

3H081FF26

3H081FF47

3H081GG01

3H081GG03

3H081HH04

(57)【要約】

【課題】高精度な位置制御ができるばかりか、電気系統を使用することができない場所であってもアクチュエータの位置制御が可能な流体駆動装置を提供する。
【解決手段】制御部５は、圧力センサ（第１圧力センサ３０，第２圧力センサ４０）にて計測した圧力値、質量流量センサ（第１質量流量センサ３１，第２質量流量センサ３２，第３質量流量センサ４１，第４質量流量センサ４２）にて計測した質量流量値に基づいて、エネルギー方程式を動的に逐次計算することにより、アクチュエータ２の位置を制御してなる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピストンによって少なくとも第１圧力室と第２圧力室とに区画されたアクチュエータと、
前記第１圧力室又は前記第２圧力室の圧力を少なくとも計測する圧力センサと、
前記第１圧力室又は前記第２圧力室に存在する伸縮する流体の質量流量を少なくとも計測する質量流量センサと、
前記アクチュエータの位置を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記圧力センサにて計測した圧力値及び前記質量流量センサにて計測した質量流量値に基づいて、以下の数式（１）を動的に逐次計算することにより、前記アクチュエータの位置を制御してなる流体駆動装置。

【数1】

ここで、
ｋは前記流体の比熱比、Ｒは前記流体の気体定数、Ｔは前記流体の絶対温度、ｇは重力加速度、ｗは前記質量流量センサにて計測した質量流量値に基づく質量流量値、ｐは前記圧力センサにて計測した圧力値に基づく絶対圧力値、Ｖは前記第１圧力室又は前記第２圧力室の体積を表す。

【請求項2】

前記アクチュエータを停止させる際、前記第１圧力室及び前記第２圧力室を加圧した状態で停止させてなる請求項１に記載の流体駆動装置。

【請求項3】

前記第１圧力室、前記第２圧力室に、一時的に、前記供給手段より供給される流体よりも高圧の流体を供給する高圧供給手段を、さらに有してなる請求項１又は２に記載の流体駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、産業用ロボットは、位置制御を基盤としており（例えば、特許文献１参照）、高速、高精度、高可搬荷重の優れた特徴を有し、製造分野などで利用が拡大されている。このような位置制御にあたって、流体が伸縮しない油圧を用いた油圧駆動においては、アクチュエータに入る油圧の流量を計測することによりアクチュエータの位置を任意に決定することが可能となる。

【0003】

しかしながら、空気のように流体が伸縮するような場合、アクチュエータが受ける外部応力の変化を受けやすい。そのため、流量を計測することによりアクチュエータの位置を任意に決定する方法では、位置制御が困難であるという問題があった。

【0004】

そこで、このような問題を解決すべく、空気のように伸縮する流体を使用する場合、アクチュエータに一定の圧力を「印加する」「印加しない」の２つの状態から、機構的に設けた「あて止め」によって、延びた状態と縮んだ状態の２つの状態の動作位置を決める手法が採用されている。

【0005】

しかしながら、この方法では高精度な位置制御が困難であることから、アクチュエータに別途位置センサを設け、この位置センサの情報をフィードバックすることで位置制御を行う方法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－４１６４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、アクチュエータに別途位置センサを設けた場合、当然、位置センサを駆動させるための電気系統が必要であることから、アクチュエータの設置場所が、電気系統を使用する場所に限られるという問題があった。

【0008】

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、高精度な位置制御ができるばかりか、電気系統を使用することができない場所であってもアクチュエータの位置制御が可能な流体駆動装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記本発明の目的は、以下の手段によって達成される。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0010】

請求項１に係る流体駆動装置は、ピストン（２１）によって少なくとも第１圧力室（２ａ）と第２圧力室（２ｂ）とに区画されたアクチュエータ（２）と、
前記第１圧力室（２ａ）又は前記第２圧力室（２ｂ）の圧力を少なくとも計測する圧力センサ（第１圧力センサ３０，第２圧力センサ４０）と、
前記第１圧力室（２ａ）又は前記第２圧力室（２ｂ）に存在する伸縮する流体の質量流量を少なくとも計測する質量流量センサ（第１質量流量センサ３１，第２質量流量センサ３２，第３質量流量センサ４１，第４質量流量センサ４２）と、
前記アクチュエータ（２）の位置を制御する制御手段（制御部５）と、を有し、
前記制御手段（制御部５）は、前記圧力センサ（第１圧力センサ３０，第２圧力センサ４０）にて計測した圧力値及び前記質量流量センサ（第１質量流量センサ３１，第２質量流量センサ３２，第３質量流量センサ４１，第４質量流量センサ４２）にて計測した質量流量値に基づいて、以下の数式（１）を動的に逐次計算することにより、前記アクチュエータ（２）の位置を制御してなることを特徴としている。

【0011】

【数1】

【0012】

ここで、ｋは前記流体の比熱比、Ｒは前記流体の気体定数、Ｔは前記流体の絶対温度、ｇは重力加速度、ｗは前記質量流量センサ（第１質量流量センサ３１，第２質量流量センサ３２，第３質量流量センサ４１，第４質量流量センサ４２）にて計測した質量流量値に基づく質量流量値、ｐは前記圧力センサ（第１圧力センサ３０，第２圧力センサ４０）にて計測した圧力値に基づく絶対圧力値、Ｖは前記第１圧力室（２ａ）又は前記第２圧力室（２ｂ）の体積を表す。

【0013】

請求項２に係る流体駆動装置は、上記請求項１に記載の流体駆動装置において、前記アクチュエータ（２）を停止させる際、前記第１圧力室（２ａ）及び前記第２圧力室（２ｂ）を加圧した状態で停止させてなることを特徴としている。

【0014】

請求項３に係る流体駆動装置は、上記請求項１又は２に記載の流体駆動装置において、前記第１圧力室（２ａ）、前記第２圧力室（２ｂ）に、一時的に、前記供給手段（圧空ポンプ６）より供給される流体よりも高圧の流体を供給する高圧供給手段を、さらに有してなることを特徴としている。

【発明の効果】

【0015】

次に、本発明の効果について、図面の参照符号を付して説明する。なお、括弧内は、後述する実施形態の参照符号を付したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0016】

請求項１に係る発明によれば、圧力センサ（第１圧力センサ３０，第２圧力センサ４０）にて計測した圧力値、質量流量センサ（第１質量流量センサ３１，第２質量流量センサ３２，第３質量流量センサ４１，第４質量流量センサ４２）にて計測した質量流量値に基づいて、上記数式（１）を動的に逐次計算するようにすれば、第１圧力室（２ａ）又は第２圧力室（２ｂ）の体積が算出され、その算出された体積によって、ピストン（２１）の移動距離が一意的に定まることとなる。それゆえ、このような方法で、アクチュエータ（２）の位置を制御すれば、高精度な位置制御ができるばかりか、位置センサが不要となり、もって、電気系統を使用することができない場所であってもアクチュエータの位置制御が可能となる。

【0017】

請求項２に係る発明によれば、第１圧力室（２ａ）の圧力又は第２圧力室（２ｂ）の圧力を回復させる際のバタつきを解消することができると共に、物体が衝突した際の衝撃を検出することが可能となる。

【0018】

請求項３に係る発明によれば、静止摩擦によるアクチュエータ（２）の動作遅れを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る流体駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。

【図2】同実施形態に係る流体駆動装置を用いた位置制御と、位置センサを用いた位置制御とを比較したグラフ図である。

【図3】図２に示すグラフ図の一部を拡大することで、同実施形態に係る流体駆動装置を用いた位置制御におけるバタつきを説明するためのグラフ図である。

【図4】図３に示す同実施形態に係る流体駆動装置を用いた位置制御におけるバタつきを解消させる方法を説明するためのグラフ図である。

【図5】第１圧力室及び第２圧力室を加圧させた状態で、停止させている際、衝撃を与えた際の計測値を示すものであって、（ａ）は、質量流量値の計測結果を示すグラフ図、（ｂ）は、圧力値の計測結果を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の一実施形態に係る流体駆動装置を、図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上下左右の方向を示す場合は、図示正面から見た場合の上下左右をいうものとする。

【0021】

図１に示すように、流体駆動装置１は、アクチュエータ２と、アクチュエータ２への流体の給排を制御する第１給排制御部３と、アクチュエータ２への流体の給排を制御する第２給排制御部４と、制御部５と、で主に構成されている。以下、各構成について詳しく説明することとする。なお、本発明に係る流体は、伸縮する空気やガスなどの流体であって、本実施形態においては、空気を例示している。

【0022】

＜アクチュエータの説明＞
アクチュエータ２は、エアーシリンダからなるもので、図１に示すように、チューブ２０と、チューブ２０内に移動自在に挿入されるとともにチューブ２０内を第１圧力室２ａと第２圧力室２ｂとに区画するピストン２１と、チューブ２０内に移動自在に挿入されるとともにピストン２１に連結されるＴ字状のロッド２２と、を備えている。

【0023】

＜第１給排制御部の説明＞
第１給排制御部３は、第１圧力室２ａへ供給する流体、又は、第１圧力室２ａから排出される流体を制御するものである。より詳しく説明すると、第１給排制御部３は、図１に示すように、第１圧力センサ３０を備えている。この第１圧力センサ３０は、第１圧力室２ａへ供給する流体の圧力、第１圧力室２ａから排出される流体の圧力を計測するものである。また、第１給排制御部３は、図１に示すように、第１質量流量センサ３１と、第２質量流量センサ３２と、を備えている。この第１質量流量センサ３１は、第１圧力室２ａへ供給する流体の質量流量を計測するもので、第２質量流量センサ３２は、第１圧力室２ａから排出される流体の質量流量を計測するものである。

【0024】

ところで、第１圧力室２ａへ流体を供給するにあたっては、以下のように供給される。すなわち、図１に示す圧空ポンプ６より、第１給排制御部３が備える第１電空レギュレータ３３に流体が供給される。この第１電空レギュレータ３３は、流体の流量を自動で調整するもので、調整された流体は、第１エアータンク３４に供給される。この第１エアータンク３４は、流体（本実施形態においては、空気）を一時的に貯めておくもので、第１圧力室２ａへ流体を一気に供給した際、第１電空レギュレータ３３の能力を超えてしまい、流体が供給できなくなるような事態が生じた場合に、流体の供給を補うことができるように配置されているものである。

【0025】

しかして、このような第１エアータンク３４に貯留された流体は、第１給排制御部３が備える第１給気電磁弁３５に供給される。この第１給気電磁弁３５は、電気的に弁を開閉することによって、第１質量流量センサ３１に流体を供給したりしなかったりすることができるものである。かくして、第１給気電磁弁３５が開放されると、流体は、図１に示すように、第１質量流量センサ３１、及び、流体の流量を調整する第１ニードルバルブ３６を通って、第１圧力室２ａへ供給されることとなる。

【0026】

しかして、このようにして、第１圧力室２ａへ流体が供給されることとなる。

【0027】

一方、第１圧力室２ａから流体が排出される場合は、図１に示すように、流体の流量を調整する第２ニードルバルブ３７、及び、第２質量流量センサ３２を通って、第１給排制御部３が備える第１排気電磁弁３８に排出される。この第１排気電磁弁３８は、電気的に弁を開閉することによって、流体を外部に排気したりしなかったりすることができるものであって、第１排気電磁弁３８が開放されると、外部に流体が排出されることとなる。

【0028】

＜第２給排制御部の説明＞
第２給排制御部４は、第２圧力室２ｂへ供給する流体、又は、第２圧力室２ｂから排出される流体を制御するものである。より詳しく説明すると、第２給排制御部４は、図１に示すように、第２圧力センサ４０を備えている。この第２圧力センサ４０は、第２圧力室２ｂへ供給する流体の圧力、第２圧力室２ｂから排出される流体の圧力を計測するものである。また、第２給排制御部４は、図１に示すように、第３質量流量センサ４１と、第４質量流量センサ４２と、を備えている。この第３質量流量センサ４１は、第２圧力室２ｂへ供給する流体の質量流量を計測するもので、第４質量流量センサ４２は、第２圧力室２ｂから排出される流体の質量流量を計測するものである。

【0029】

ところで、第２圧力室２ｂへ流体を供給するにあたっては、以下のように供給される。すなわち、図１に示す圧空ポンプ６より、第２給排制御部４が備える第２電空レギュレータ４３に流体が供給される。この第２電空レギュレータ４３は、流体の流量を自動で調整するもので、調整された流体は、第２エアータンク４４に供給される。この第２エアータンク４４は、流体（本実施形態においては、空気）を一時的に貯めておくもので、第２圧力室２ｂへ流体を一気に供給した際、第２電空レギュレータ４３の能力を超えてしまい、流体が供給できなくなるような事態が生じた場合に、流体の供給を補うことができるように配置されているものである。

【0030】

しかして、このような第２エアータンク４４に貯留された流体は、第２給排制御部４が備える第２給気電磁弁４５に供給される。この第２給気電磁弁４５は、電気的に弁を開閉することによって、第３質量流量センサ４１に流体を供給したりしなかったりすることができるものである。かくして、第２給気電磁弁４５が開放されると、流体は、図１に示すように、第３質量流量センサ４１、及び、流体の流量を調整する第３ニードルバルブ４６を通って、第２圧力室２ｂへ供給されることとなる。

【0031】

しかして、このようにして、第２圧力室２ｂへ流体が供給されることとなる。

【0032】

一方、第２圧力室２ｂから流体が排出される場合は、図１に示すように、流体の流量を調整する第４ニードルバルブ４７、及び、第４質量流量センサ４２を通って、第２給排制御部４が備える第２排気電磁弁４８に排出される。この第２排気電磁弁４８は、電気的に弁を開閉することによって、流体を外部に排気したりしなかったりすることができるものであって、第２排気電磁弁４８が開放されると、外部に流体が排出されることとなる。

【0033】

＜制御部の説明＞
制御部５は、アクチュエータ２の位置制御、具体的には、ピストン２１の位置を制御することができるものである。より詳しく説明すると、図１に示すように、ピストン２１の位置を矢印Ｙ１方向の所定位置まで移動させたい場合、制御部５は、第１給気電磁弁３５を開放し、第１排気電磁弁３８を閉止し、第２給気電磁弁４５を閉止し、第２排気電磁弁４８を開放するように制御する。これにより、第１圧力室２ａへ流体が供給され、第２圧力室２ｂから流体が排出されることとなるから、ピストン２１の位置が図１に示す矢印Ｙ１方向に移動することとなる。この際、制御部５は、第１質量流量センサ３１にて計測した流体の質量流量値と、第１圧力センサ３０にて計測した第１圧力室２ａへ供給する流体の圧力値を用いて、上記数式１に示すエネルギー方程式により第１圧力室２ａの体積を算出する。

【0034】

ここで、ｋは流体の比熱比、Ｒは流体の気体定数、Ｔは流体の絶対温度、ｇは重力加速度、ｗは第１質量流量センサ３１にて計測した流体の質量流量値、ｐは第１圧力センサ３０にて計測した第１圧力室２ａへ供給する流体の圧力値に基づく絶対圧力値、Ｖは第１圧力室の体積を表すものである。なお、第１圧力センサ３０は、ゲージ圧を計測するものであるため、制御部５は、ゲージ圧から絶対圧力値に変換する処理を行う必要がある。

【0035】

かくして、このようにして、制御部５は、第１圧力室２ａの体積を算出すると、アクチュエータ２は、エアーシリンダであるから、その算出した体積を、予め制御部５に設定されている第１圧力室２ａの断面積で除算する。これにより、ピストン２１の移動距離を算出することができる。

【0036】

次いで、制御部５は、算出した移動距離を用いて、以下の数式２に示す状態方程式を実時間で計算することで、ピストン２１の位置推定を行う。

【0037】

【数2】

【0038】

ここで、ｙは上記算出した移動距離であり、それ以外は上述したものと同一である。

【0039】

かくして、制御部５は、その推定したピストン２１の位置が目標位置に到達するまで、上記数式１，２を動的に逐次計算し、目標位置に到達すると、制御部５は、第１給気電磁弁３５を閉止し、第１排気電磁弁３８を閉止し、第２給気電磁弁４５を閉止し、第２排気電磁弁４８を閉止するように制御することとなる。これにより、ピストン２１の位置が目標位置で停止することとなる。

【0040】

他方、図１に示すように、ピストン２１の位置を矢印Ｙ２方向の所定位置まで移動させたい場合、制御部５は、第１給気電磁弁３５を閉止し、第１排気電磁弁３８を開放し、第２給気電磁弁４５を開放し、第２排気電磁弁４８を閉止するように制御する。これにより、第２圧力室２ｂへ流体が供給され、第１圧力室２ａから流体が排出されることとなるから、ピストン２１の位置が図１に示す矢印Ｙ２方向に移動することとなる。この際、制御部５は、第３質量流量センサ４１にて計測した流体の質量流量値と、第２圧力センサ４０にて計測した第２圧力室２ｂへ供給する流体の圧力値を用いて、上記数式１に示すエネルギー方程式により第２圧力室２ｂの体積を算出する。なお、この際、数式１のｗは第３質量流量センサ４１にて計測した流体の質量流量値、ｐは第２圧力センサ４０に計測した第２圧力室２ｂへ供給する流体の圧力値に基づく絶対圧力値、Ｖは第２圧力室２ｂの体積を表すものとなる。また、第２圧力センサ４０は、ゲージ圧を計測するものであるため、制御部５は、ゲージ圧から絶対圧力値に変換する処理を行う必要がある。

【0041】

かくして、このようにして、制御部５は、第２圧力室２ｂの体積を算出すると、アクチュエータ２は、エアーシリンダであるから、その算出した体積を、予め制御部５に設定されている第２圧力室２ｂの断面積で除算する。これにより、ピストン２１の移動距離を算出することができる。

【0042】

次いで、制御部５は、算出した移動距離を用いて、上記数式２に示す状態方程式を実時間で計算することで、ピストン２１の位置推定を行う。

【0043】

かくして、制御部５は、その推定したピストン２１の位置が目標位置に到達するまで、上記数式１，２を動的に逐次計算し、目標位置に到達すると、制御部５は、第１給気電磁弁３５を閉止し、第１排気電磁弁３８を閉止し、第２給気電磁弁４５を閉止し、第２排気電磁弁４８を閉止するように制御することとなる。これにより、ピストン２１の位置が目標位置で停止することとなる。

【0044】

しかして、このようにすれば、アクチュエータ２の位置制御にあたって位置センサが不要となり、もって、アクチュエータ２へ流体を供給できるようにするだけで、位置制御が可能となるから、電気系統を使用することができない場所であってもアクチュエータ２の位置制御が可能となる。また、このような位置制御の方法であれば、第１圧力室２ａの体積又は第２圧力室２ｂの体積と、ピストン２１の位置関係が一意的に定めるため、どのような形状にも、適用可能となる。

【0045】

また、この際、上記のようにアクチュエータ２の位置制御をした場合と、位置センサにてピストン２１の位置を計測し、位置制御をした場合とを比較したところ、図２に示すような結果となった。図２に示す折れ線グラフＳ１が位置センサにて計測したものを示し、折れ線グラフＳ２が、上記のように計算したものを示している。この結果から、上記のようにアクチュエータ２の位置制御をした場合であっても、位置センサにてピストン２１の位置を計測し、位置制御した場合と略同一の結果となることが分かった。よって、上記のようにアクチュエータ２の位置制御をした場合であっても、高精度な位置制御が可能となる。

【0046】

しかして、以上説明した本実施形態によれば、高精度な位置制御ができるばかりか、電気系統を使用することができない場所であってもアクチュエータの位置制御が可能となる。そのため、ＣＴ（Computed Tomography）や、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、原子炉、血圧計のカフなど、様々な所で使用することが可能となる。

【0047】

また、本実施形態における数式２に示す状態方程式を、例えば、オイラー法で解くと、以下の数式３に示すような式となる。

【0048】

【数3】

【0049】

なお、上記数式３に示すｆ（ｔ，y（ｔ））が状態方程式（ｙドット）となる。

【0050】

ここで、上記数式３を、制御部５を用いて算出すると、以下に示す数式４として、ｋ番目の値から次のｋ＋１番目の値を算出することとなる。

【0051】

【数4】

【0052】

例えば、上記Δｔを１０ｍｓとすると、この１０ｍｓ毎に算出を繰り返すことにより、順番にｙ値を算出していき、もって、制御系にフィードバックすることができることとなる。

【0053】

かくして、このようにすれば、ｙ，ｙドットを実時間のフィードバック制御に利用することが可能となる。

【0054】

また、本実施形態においては、アクチュエータ２として、エアーシリンダを例示したが、エアーシリンダ以外の空気圧柔軟指のような場合には、体積とｙとの関係は線形でないものの、関係式をあらかじめ導出すれば、同様に曲率などとして位置を推定することが可能となる。特に、ｙドットは、実時間計算から直接算出できるため、ｙを計算してから差分計算で算出する必要がない。

【0055】

またさらに、圧力と体積（又は、ｙ）から、外力を推定することも可能である。

【0056】

＜アクチュエータ動作停止時の説明＞
ところで、図２に示す折れ線グラフＳ２は、図２に示す折れ線グラフＳ１と比較すると若干バタつきが生じている箇所がある。この理由を図２に示すグラフ図の一部を拡大した図３を用いて説明することとする。図３に示す１．００ｓ付近から１．３０ｓ付近まで、折れ線グラフＳ３に示すように、図１に示す第１給気電磁弁３５を開放し、折れ線グラフＳ４に示すように、第２排気電磁弁４８を開放すると、折れ線グラフＳ５に示すように、第１圧力室２ａの圧力は一定であるものの、折れ線グラフＳ６に示すように、第２圧力室２ｂの圧力は低下することとなる。そこで、第２圧力室２ｂの圧力の低下を防ぐため、ピストン２１の位置が目標位置に到達した際、折れ線グラフＳ３に示すように、第１給気電磁弁３５を閉止し、折れ線グラフＳ４に示すように、第２排気電磁弁４８を閉止した後、図３に示す折れ線グラフＳ７に示すように、第２給気電磁弁４５を、１．３０ｓ付近から１．４０付近まで開放する。これにより、第２圧力室２ｂに流体が供給されることとなるから、図３に示す折れ線グラフＳ６に示すように、第２圧力室２ｂの圧力は元の圧力に徐々に戻ることとなる。しかしながら、この際、図３に示す折れ線グラフＳ２に示すようにアクチュエータ２の位置制御を計算によって行った場合に、若干バタつきが生じる結果となる。

【0057】

一方、図３に示す折れ線グラフＳ３に示すように、第１給気電磁弁３５を閉止した際、折れ線グラフＳ５に示すように、第１圧力室２ａの圧力は低下することとなる。そこで、第１圧力室２ａの圧力の低下を防ぐため、折れ線グラフＳ３に示すように、１．８０ｓ付近から、第１給気電磁弁３５を開放する。これにより、第１圧力室２ａに流体が供給されることとなるから、図３に示す折れ線グラフＳ５に示すように、第１圧力室２ａの圧力は元の圧力に徐々に戻ることとなる。しかしながら、この際、図３に示す折れ線グラフＳ２に示すようにアクチュエータ２の位置制御を計算によって行った場合に、若干バタつきが生じる結果となる。

【0058】

以上のことから、図２に示す折れ線グラフＳ２に若干のバタつきが生じているのは、第１圧力室２ａの圧力又は第２圧力室２ｂの圧力を回復させる動作を行うことによって生じたものである。なお、図３に示す折れ線グラフＳ８は、第２排気電磁弁４８の開閉状態を示し、図３では、常時閉止した状態を示している。

【0059】

ところで、上記のような動作をさせれば、第１圧力室２ａの圧力又は第２圧力室２ｂの圧力を回復させることができるものの、このようなバタつきが生じると、アクチュエータ２の応答性に問題が生じる可能性がある。そこで、本発明者らは、鋭意検討を重ねった結果、この現象を回避するには、以下のようにすることが良いことを突き止めた。

【0060】

すなわち、図４に示す折れ線グラフＳ３に示すように、第１給気電磁弁３５を開放状態のままとし、図４に示す折れ線グラフＳ８に示すように、第１排気電磁弁３８を閉止状態のままとし、図４に示す折れ線グラフＳ７に示すように、第２給気電磁弁４５を開放状態のままとし、図４に示す折れ線グラフＳ４に示すように、第２排気電磁弁４８を閉止状態のままとする。そして、この状態で、ピストン２１の位置を目標位置に移動させる際（図１に示す矢印Ｙ１方向に移動させる）、図４に示す折れ線グラフＳ７に示すように、第２給気電磁弁４５を、２．２０ｓ付近から閉止すると共に、図４に示す折れ線グラフＳ４に示すように、第２排気電磁弁４８を開放する。これにより、ピストン２１の位置が目標位置に移動することとなり、もって、目標位置に到達すると、図４に示す折れ線グラフＳ７に示すように、第２給気電磁弁４５を、２．６０ｓ付近から開放すると共に、図４に示す折れ線グラフＳ４に示すように、第２排気電磁弁４８を閉止する。

【0061】

しかして、このようにすれば、第１圧力室２ａに流体が供給され続け、さらに、第２圧力室２ｂに流体が供給され続けることとなるから、ピストン２１の位置が目標位置に到達し移動が停止した際、第１圧力室２ａと第２圧力室２ｂは加圧された状態となる。これにより、図４に示すように、折れ線グラフＳ２に示す若干のバタつきを解消させることができ、図４に示す折れ線グラフＳ５，Ｓ６に示すように、圧力の低下も解消させることができた。それゆえ、動作停止時は、第１圧力室２ａ及び第２圧力室２ｂを加圧させておいた方が良いことを、本発明者らは、突き止めた。なお、第１圧力室２ａと第２圧力室２ｂを加圧させた状態で、ピストン２１の位置を目標位置で停止させ続けるには、第１圧力室２ａの圧力と第２圧力室２ｂの圧力とは、拮抗状態とする必要がある。しかしながら、第１圧力室２ａには、ロッド２２が存在していることから、このロッド２２の存在によって、第１圧力室２ａの断面積は、第２圧力室２ｂの断面積よりも小さくなる。そこで、この断面積の差を補うべく、図３及び図４に示すように、第１圧力室２ａの圧力の方が第２圧力室２ｂの圧力より高圧となるように流体を供給するようにしている。これにより、第１圧力室２ａの圧力と第２圧力室２ｂの圧力とを、拮抗状態にすることができる。なお、第１圧力室２ａと第２圧力室２ｂの断面積に差が無ければ、供給する流体の圧力は同一で良い。

【0062】

＜アクチュエータ動作停止時による物体衝突の説明＞
一方、本発明者らは、動作停止時に、第１圧力室２ａ及び第２圧力室２ｂを加圧させた状態にした際、流体が供給されやすい状態となるから、流体の伸縮によって、アクチュエータ２に何らかの物体が衝突した際、その衝撃を検出できるのではないかと考え、以下のような実験を行った。

【0063】

すなわち、第１圧力室２ａ及び第２圧力室２ｂを加圧させた状態で、ロッド２２の先端に、振り子の要領で、錘５０ｇを自然落下させて、衝撃を与えた際の質量流量値と圧力値を計測した。その結果が図５に示すものである。図５（ａ）に示すように、質量流量値は大幅な乱れが生じ、ＳＮ比２６ｄｂであることが分かった。そのため、質量流量値を計測しておけば、衝撃を検出することが可能であることが分かった。なお、図５（ａ）に示す「質量流量１」は、第１質量流量センサ３１であり、「質量流量２」は、第２質量流量センサ３２であり、「質量流量３」は、第３質量流量センサ４１であり、「質量流量４」は、第４質量流量センサ４２である。

【0064】

一方、図５（ｂ）に示すように、圧力値は変化が小さく、衝撃を検出することは不可能であることが分かった。なお、図５（ｂ）に示す「圧力１」は、第１圧力センサ３０である。

【0065】

以上のことより、第１圧力室２ａ及び第２圧力室２ｂを加圧させた状態で、停止させている際、質量流量値を計測しておけば、衝撃を検出することができることが分かった。

【0066】

＜アクチュエータの静止摩擦の説明＞
他方、アクチュエータ２は、エアーシリンダであるから、ピストン２１の静止摩擦が存在する。そのため、流体を供給すると、排出側にピストン２１の静止摩擦が発生し、もって、排出側が影響を受けることとなる。それゆえ、図３及び図４に示す折れ線グラフＳ６に示すように、第２圧力室２ｂの圧力がかなり低下していることが伺える。このように圧力が低下してしまうと、圧力復帰までに時間を要し、アクチュエータ２の動作遅れの要因ともなる。そのため、このような動作遅れの要因を解消させるため、第１圧力室２ａへの流体供給路、第２圧力室２ｂへの流体供給路に別系統の流体供給路を別途設けて、流体排出側となった第１圧力室２ａ又は第２圧力室２ｂの圧力が低下しすぎないよう、一時的に、圧空ポンプ６より供給される流体の圧力よりも高圧の流体を供給するようにしても良い。

【0067】

＜変形例の説明＞
なお、本実施形態において示した形状等はあくまで一例であり、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、本実施形態においては、アクチュエータ２として、第１圧力室２ａと第２圧力室２ｂが存在すものを例示したが、それ以上の圧力室が存在するものにも適用可能である。また、本実施形態においては、上記説明したように、どのような形状にも適用可能であることから、直線運動するアクチュエータだけでなく、角度制御するアクチュエータ等、アクチュエータに応じた制御が可能である。

【0068】

また、本実施形態においては、ピストン２１の移動距離を算出するにあたり、第１質量流量センサ３１にて計測した流体の質量流量値、第３質量流量センサ４１にて計測した流体の質量流量値を用いた例を示したが、それに限らず、第１質量流量センサ３１にて計測した流体の質量流量値に代え、第２質量流量センサ３２にて計測した流体の質量流量値を用いても良く、第３質量流量センサ４１にて計測した流体の質量流量値に代え、第４質量流量センサ４２にて計測した流体の質量流量値を用いても良い。しかしながら、本実施形態に示したような静止摩擦が存在するアクチュエータ２を使用する場合には、ピストン２１の静止摩擦によって排気側の計測に時間的遅れが生じることから、高精度な位置制御ができない可能性がある。そのため、高精度な位置制御を行うには、本実施形態に示したように、供給側の、第１質量流量センサ３１にて計測した流体の質量流量値、第３質量流量センサ４１にて計測した流体の質量流量値を用いた方が、好ましい。

【0069】

また、本実施形態においては、圧空ポンプ６を用いて流体を供給し、流体を自然排気する例を示したが、それに限らず、圧空ポンプ６を用いず、供給する側となる第１圧力室２ａ又は第２圧力室２ｂを大気圧にし、排気する側となる第２圧力室２ｂ又は第１圧力室２ａの外部排気を、真空ポンプを用いて排気させるようにしても良い。このようにしても、第１圧力室２ａの圧力と、第２圧力室２ｂの圧力に圧力差が生じることとなるから、上記説明したアクチュエータ２の動作を実現させることが可能となる。この際、上記数式１，２で用いる質量流量値は、第２質量流量センサ３２にて計測した流体の質量流量値、又は、第４質量流量センサ４２にて計測した流体の質量流量値を用いることとなる。

【0070】

さらに、圧空ポンプ６と、真空ポンプを併用するようにしても良い。すなわち、供給する側となる第１圧力室２ａ又は第２圧力室２ｂに、圧空ポンプ６にて流体を供給し、排気する側となる第２圧力室２ｂ又は第１圧力室２ａの外部排気を、真空ポンプを用いて排気させるようにする。このようにしても、第１圧力室２ａの圧力と、第２圧力室２ｂの圧力に圧力差が生じることとなるから、上記説明したアクチュエータ２の動作を実現させることが可能となる。この際、上記数式１，２で用いる質量流量値は、第１質量流量センサ３１にて計測した流体の質量流量値、又は、第３質量流量センサ４１にて計測した流体の質量流量値を用いるようにすれば良い。

【符号の説明】

【0071】

１ 流体駆動装置
２ アクチュエータ
２ａ 第１圧力室
２ｂ 第２圧力室
２１ ピストン
３ 第１給排制御部
３０ 第１圧力センサ（圧力センサ）
３１ 第１質量流量センサ（質量流量センサ）
３２ 第２質量流量センサ（質量流量センサ）
４０ 第２圧力センサ（圧力センサ）
４１ 第３質量流量センサ（質量流量センサ）
４２ 第４質量流量センサ（質量流量センサ）
５ 制御部（制御手段）
６ 圧空ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】