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(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】P2024113404
(43)【公開日】2024-08-22
(54)【発明の名称】制御装置、制御方法、及び制御プログラム
(51)【国際特許分類】
F15B 15/14 20060101AFI20240815BHJP
【ＦＩ】
F15B15/14 335Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023018360
(22)【出願日】2023-02-09
(71)【出願人】
【識別番号】393031586
【氏名又は名称】株式会社国際電気通信基礎技術研究所
(71)【出願人】
【識別番号】504133110
【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学
(74)【代理人】
【識別番号】110002860
【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野田 智之
(72)【発明者】
【氏名】仲田 佳弘
【テーマコード（参考）】
3H081
【Ｆターム（参考）】
3H081AA03
3H081CC25
3H081GG03
(57)【要約】
【課題】流体圧アクチュエータを精度よく制御する。
【解決手段】本開示に係る制御装置は、流体を収容する内部空間を構成する収容体
収容体の内部空間に接するように配置される可動部、封止材を備える流体圧アクチュエータに接続される。可動部は、変形要素を含む封止材を備える。封止材は、収容体の内壁と可動部との間の隙間を封止するように配置される。制御装置は、内部空間に収容された流体の圧力の値を取得し、摩擦モデルを使用して、内壁に対する封止材の接触面積の値及び取得された圧力の値から可動部に生じる摩擦力の推定値を算出し、算出された摩擦力の推定値を反映しながら流体圧アクチュエータの可動部の駆動力を制御するように構成される。
【選択図】図１
【解決手段】本開示に係る制御装置は、流体を収容する内部空間を構成する収容体
収容体の内部空間に接するように配置される可動部、封止材を備える流体圧アクチュエータに接続される。可動部は、変形要素を含む封止材を備える。封止材は、収容体の内壁と可動部との間の隙間を封止するように配置される。制御装置は、内部空間に収容された流体の圧力の値を取得し、摩擦モデルを使用して、内壁に対する封止材の接触面積の値及び取得された圧力の値から可動部に生じる摩擦力の推定値を算出し、算出された摩擦力の推定値を反映しながら流体圧アクチュエータの可動部の駆動力を制御するように構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
流体を収容する内部空間を構成する収容体、前記収容体の前記内部空間に接するように配置される可動部、及び封止材を備える流体圧アクチュエータであって、前記封止材は、変形要素を含むように形成され、かつ前記内部空間を密封するために前記収容体の内壁と前記可動部との間の隙間を封止するように配置される、流体圧アクチュエータに接続される制御装置であって、
前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するように構成される情報取得部と、
摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するように構成される摩擦推定部であって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、摩擦推定部と、
算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するように構成される動作制御部と、
を備える、
制御装置。
前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するように構成される情報取得部と、
摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するように構成される摩擦推定部であって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、摩擦推定部と、
算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するように構成される動作制御部と、
を備える、
制御装置。
【請求項2】
前記摩擦推定部において使用される前記摩擦モデルは、前記封止材及び前記収容体の接触の属性に応じて選択された摩擦モデルである、
請求項１に記載の制御装置。
請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
前記流体圧アクチュエータは、電磁力による駆動力を前記可動部に更に与えるように構成される補助駆動部を更に備える、
請求項１に記載の制御装置。
請求項１に記載の制御装置。
【請求項4】
前記摩擦力の推定値を反映することは、算出された前記推定値に応じて前記可動部に生じる前記摩擦力を補償することにより構成され、
前記可動部に生じる前記摩擦力を補償することは、前記補助駆動部から与えられる前記電磁力によって前記摩擦力を補償することにより構成される、
請求項３に記載の制御装置。
前記可動部に生じる前記摩擦力を補償することは、前記補助駆動部から与えられる前記電磁力によって前記摩擦力を補償することにより構成される、
請求項３に記載の制御装置。
【請求項5】
前記摩擦力の推定値を反映することは、算出された前記推定値に応じて前記可動部に生じる前記摩擦力を増幅することにより構成され、
前記摩擦力を増幅することは、前記可動部に生じる前記摩擦力と同じ方向に力を与えることにより構成され、
前記可動部に生じる前記摩擦力を増幅することは、前記補助駆動部から与えられる前記電磁力によって前記摩擦力を増幅することにより構成される、
請求項３に記載の制御装置。
前記摩擦力を増幅することは、前記可動部に生じる前記摩擦力と同じ方向に力を与えることにより構成され、
前記可動部に生じる前記摩擦力を増幅することは、前記補助駆動部から与えられる前記電磁力によって前記摩擦力を増幅することにより構成される、
請求項３に記載の制御装置。
【請求項6】
前記流体圧アクチュエータは、空電ハイブリッドアクチュエータである、
請求項３から５のいずれか１項に記載の制御装置。
請求項３から５のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項7】
前記流体圧アクチュエータは、前記可動部を介して出力される力を測定する荷重センサを更に備え、
前記制御装置は、前記荷重センサにより得られる前記力の測定値から前記摩擦力の算出値を導出し、導出された前記摩擦力の算出値と前記摩擦モデルを使用して得られた前記摩擦力の推定値との間の乖離に応じて、前記流体圧アクチュエータに異常が生じたか否かを判定する異常判定部を更に備える、
請求項１に記載の制御装置。
前記制御装置は、前記荷重センサにより得られる前記力の測定値から前記摩擦力の算出値を導出し、導出された前記摩擦力の算出値と前記摩擦モデルを使用して得られた前記摩擦力の推定値との間の乖離に応じて、前記流体圧アクチュエータに異常が生じたか否かを判定する異常判定部を更に備える、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項8】
前記摩擦推定部は、取得された前記圧力の値から前記封止材の接触面積の値を算出するように更に構成され、
前記摩擦力の推定値を算出することは、算出された前記接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記摩擦力の推定値を算出することにより構成される、
請求項１に記載の制御装置。
前記摩擦力の推定値を算出することは、算出された前記接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記摩擦力の推定値を算出することにより構成される、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項9】
前記封止材は、ゴム、樹脂及びエラストマーの少なくともいずれかを用いて生成されていることで、前記変形要素を含むように形成されている、
請求項１に記載の制御装置。
請求項１に記載の制御装置。
【請求項10】
流体を収容する内部空間を構成する収容体、前記収容体の前記内部空間に接するように配置される可動部、及び封止材を備える流体圧アクチュエータであって、前記封止材は、変形要素を含むように形成され、かつ前記内部空間を密封するために前記収容体の内壁と前記可動部との間の隙間を封止するように配置される、流体圧アクチュエータに接続されるコンピュータが、
前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するステップと、
摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するステップであって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、ステップと、
算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するステップと、
を実行する、
制御方法。
前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するステップと、
摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するステップであって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、ステップと、
算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するステップと、
を実行する、
制御方法。
【請求項11】
前記流体圧アクチュエータの出力は、前記流体圧アクチュエータよりも大きな力を出力するように構成された他のアクチュエータの出力誤差の補償に使用される、
請求項１０に記載の制御方法。
請求項１０に記載の制御方法。
【請求項12】
流体を収容する内部空間を構成する収容体、前記収容体の前記内部空間に接するように配置される可動部、及び封止材を備える流体圧アクチュエータであって、前記封止材は、変形要素を含むように形成され、かつ前記内部空間を密封するために前記収容体の内壁と前記可動部との間の隙間を封止するように配置される、流体圧アクチュエータに接続されるコンピュータに、
前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するステップと、
摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するステップであって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、ステップと、
算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するステップと、
を実行させるための、
制御プログラム。
前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するステップと、
摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するステップであって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、ステップと、
算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するステップと、
を実行させるための、
制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御装置、制御方法、及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
エアシリンダ等の流体圧アクチュエータは、アクチュエータのサイズに対して大きな力を取り出せることから、建設機械の駆動、工場のラインでの搬送等の場面で利用されている。流体圧アクチュエータは、収容体の内部空間に収容された流体の圧力によって可動部を駆動することで動作する。収容体は、例えば、シリンダチューブであり、可動部は、例えば、ピストンである。
【0003】
内部空間の流体が漏れてしまうと、可動部に作用する力が逃げてしまう。そのため、流体の漏れを抑制するように、収容体の内壁と可動部との間は封止される。封止を十分に行うため、可動部から収容体の内壁に対してある程度の与圧がかけられる。その結果、可動部の駆動に際して、摩擦が問題となる。摩擦の低減のため、例えば、摺動性の高い素材を封止に使用する、液体による潤滑を与える等の方策が採用されている。液体による潤滑では、可動部の摺動速度に応じて動摩擦力及び粘性が変化することが知られている（ストライベック曲線）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】C. Canudas de Wit, H. Olsson, K. Astrom, and P. Lischinsky, “A new model for control of systems with friction,” IEEE Trans. on Auto. Cont., vol. 40, no. 3, pp. 419-425, 1995.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記ストライベック曲線を用いることで、可動部の摺動速度に応じて、封止に生じる摩擦力及び粘性を推定することができる。しかしながら、本件発明者らは、従来の方法には、次のような問題点があることを見出した。すなわち、従来の方法では、流体圧アクチュエータの可動部に生じる摩擦力の推定に誤差が生じる可能性がある。これに起因して、流体圧アクチュエータを精度よく制御することができない可能性がある。
【0006】
本発明は、一側面では、このような点を考慮してなされたものであり、その目的は、流体圧アクチュエータを精度よく制御するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。なお、以下の発明の構成は適宜組み合わせ可能である。
【0008】
本発明の一側面に係る制御装置は、流体圧アクチュエータに接続される。流体圧アクチュエータは、流体を収容する内部空間を構成する収容体、収容体の内部空間に接するように配置される可動部、及び封止材を備える。封止材は、変形要素を含むように形成され、かつ内部空間を密封するために収容体の内壁と可動部との間の隙間を封止するように配置される。制御装置は、情報取得部、摩擦推定部、及び動作制御部を備えるように構成される。情報取得部は、内部空間に収容された流体の圧力の値を取得するように構成される。摩擦推定部は、摩擦モデルを使用して、内壁に対する封止材の接触面積の値及び取得された圧力の値から可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するように構成される。摩擦モデル
は、封止材の接触面積及び流体の圧力から摩擦力を推定するように構成される。動作制御部は、算出された摩擦力の推定値を反映しながら流体圧アクチュエータの可動部の駆動力を制御するように構成される。
は、封止材の接触面積及び流体の圧力から摩擦力を推定するように構成される。動作制御部は、算出された摩擦力の推定値を反映しながら流体圧アクチュエータの可動部の駆動力を制御するように構成される。
【0009】
本件発明者らは、変形要素を含むように形成される封止材について、収容体の内壁に対する封止材の接触面積及び流体の圧力に応じて、可動部に生じる摩擦力が変動し得ることを後述の実験例により見出した。この知見を活かして、当該構成では、摩擦モデルは、封止材の接触面積及び流体の圧力から摩擦力を推定するように構築される。制御装置は、当該摩擦モデルにより算出された摩擦力の推定値を反映しながら流体圧アクチュエータの可動部の駆動力を制御するように構成される。したがって、当該構成によれば、流体圧アクチュエータの精度のよい制御の遂行を期待することができる。
【0010】
上記一側面に係る制御装置において、前記摩擦推定部において使用される前記摩擦モデルは、前記封止材及び前記収容体の接触の属性に応じて選択された摩擦モデルであってよい。封止材を介して可動部に生じる摩擦力は、封止材及び収容体の接触の属性に応じて異なり得る。当該構成によれば、接触の属性に応じた摩擦モデルを使用することで、可動部に生じる摩擦力の推定精度の向上を期待することができる。その結果、流体圧アクチュエータの精度のよい制御の遂行を期待することができる。なお、接触の属性は、例えば、封止材の種類、収容体の種類、潤滑剤の有無、潤滑剤の種類、温度、可動部の速度等により規定されてよい。封止材及び収容体の種類は、例えば、形状、携帯、材料、材質等により規定されてよい。
【0011】
上記一側面に係る制御装置において、前記流体圧アクチュエータは、電磁力による駆動力を前記可動部に更に与えるように構成される補助駆動部を更に備えてもよい。流体の圧力に比べて電磁力は応答性が高い。そのため、流体による駆動と共に補助駆動部を使用することで、流体圧アクチュエータにおける駆動の応答性の向上を期待することができる。
【0012】
上記一側面に係る制御装置において、前記摩擦力の推定値を反映することは、算出された前記推定値に応じて前記可動部に生じる前記摩擦力を補償することにより構成されてよい。また、前記可動部に生じる前記摩擦力を補償することは、前記補助駆動部から与えられる前記電磁力によって前記摩擦力を補償することにより構成されてよい。当該構成によれば、摩擦力補償の応答性の向上を期待することができる。
【0013】
上記一側面に係る制御装置において、前記摩擦力の推定値を反映することは、算出された前記推定値に応じて前記可動部に生じる前記摩擦力を増幅することにより構成されてよい。前記可動部に生じる前記摩擦力を増幅することは、前記補助駆動部から与えられる前記電磁力によって前記摩擦力を増幅することにより構成されてよい。当該構成によれば、摩擦力増幅の応答性の向上を期待することができる。
【0014】
上記一側面に係る制御装置において、前記流体圧アクチュエータは、空電ハイブリッドアクチュエータであってよい。当該構成によれば、空電ハイブリッドアクチュエータを使用する場面において、当該空電ハイブリッドアクチュエータの精度のよい制御の遂行を期待することができる。
【0015】
上記一側面に係る制御装置において、前記流体圧アクチュエータは、前記可動部を介して出力される力を測定する荷重センサを更に備えてよい。前記制御装置は、前記荷重センサにより得られる前記力の測定値から前記摩擦力の算出値を導出し、導出された前記摩擦力の算出値と前記摩擦モデルを使用して得られた前記摩擦力の推定値との間の乖離に応じて、前記流体圧アクチュエータに異常が生じたか否かを判定する異常判定部を更に備えてよい。当該構成によれば、流体圧アクチュエータの動作不良を検出することができる。
【0016】
上記一側面に係る制御装置において、前記摩擦推定部は、取得された前記圧力の値から前記封止材の接触面積の値を算出するように更に構成されてよい。前記摩擦力の推定値を算出することは、算出された前記接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記摩擦力の推定値を算出することにより構成されてよい。
当該構成では、封止材は変形要素を含むため、流体の圧力に応じて封止材が変形することで、収容体の内壁に対する封止材の接触面積が変化する可能性がある。当該構成によれば、接触面積の変動を更に考慮することで、可動部に生じる摩擦力の推定精度の向上を期待することができる。その結果、流体圧アクチュエータの精度のよい制御の遂行を期待することができる。
当該構成では、封止材は変形要素を含むため、流体の圧力に応じて封止材が変形することで、収容体の内壁に対する封止材の接触面積が変化する可能性がある。当該構成によれば、接触面積の変動を更に考慮することで、可動部に生じる摩擦力の推定精度の向上を期待することができる。その結果、流体圧アクチュエータの精度のよい制御の遂行を期待することができる。
【0017】
上記一側面に係る制御装置において、前記封止材は、ゴム、樹脂及びエラストマーの少なくともいずれかを用いて生成されていることで、前記変形要素を含むように形成されてよい。当該構成によれば、ゴム、樹脂及びエラストマーの少なくともいずれかを用いて封止材が生成されている場面において、流体圧アクチュエータの精度のよい制御の遂行を期待することができる。
【0018】
上記各形態に係る制御装置の別の態様として、本発明の一側面は、以上の各構成の全部又はその一部を実現する情報処理方法であってもよいし、プログラムであってもよいし、このようなプログラムを記憶した、コンピュータその他装置、機械等が読み取り可能な記憶媒体であってもよい。ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記憶媒体とは、プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的、又は化学的作用によって蓄積する媒体である。
【0019】
例えば、本発明の一側面に係る制御方法は、流体圧アクチュエータに接続されるコンピュータが、前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するステップと、摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するステップであって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、ステップと、算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するステップと、を実行する、情報処理方法である。
【0020】
本発明の一側面に係る制御プログラムは、流体圧アクチュエータに接続されるコンピュータに、前記内部空間に収容された前記流体の圧力の値を取得するステップと、摩擦モデルを使用して、前記内壁に対する前記封止材の接触面積の値及び取得された前記圧力の値から前記可動部に生じる摩擦力の推定値を算出するステップであって、前記摩擦モデルは、前記封止材の接触面積及び前記流体の圧力から前記摩擦力を推定するように構成される、ステップと、算出された前記摩擦力の推定値を反映しながら前記流体圧アクチュエータの前記可動部の駆動力を制御するステップと、を実行させるためのプログラムである。
【0021】
なお、上記各側面において、流体圧アクチュエータの出力は任意に使用されてよい。流体圧アクチュエータの出力は、例えば、自身以外の機械的摩擦の補償又は増幅、自身と組み合わせて使用されるアクチュエータの摩擦の補償又は増幅等、他の機械的要素と共に使用されてよい。一例では、流体圧アクチュエータの出力は、他のアクチュエータの出力誤差の補償又は摩擦の増幅（摩擦の働く方向に力を加える）のために使用されてよい。出力誤差の要因は、例えば、摩擦、他のアクチュエータのモデル化誤差、応答の時間遅れ等であってよい。具体例として、流体圧アクチュエータの出力は、流体圧アクチュエータよりも大きな力を出力するように構成された他のアクチュエータの出力誤差の補償に使用されてよい。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、流体圧アクチュエータを精度よく制御するための技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良及び変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、本実施形態において登場するデータを自然言語に
より説明しているが、より具体的には、コンピュータが認識可能な疑似言語、コマンド、パラメータ、マシン語等で指定される。
より説明しているが、より具体的には、コンピュータが認識可能な疑似言語、コマンド、パラメータ、マシン語等で指定される。
【0025】
【0026】
流体圧アクチュエータ２は、収容体、可動部、封止材及び主駆動部を備える。収容体は、流体を収容する内部空間を構成する。可動部は、収容体の内部空間に接するように配置される。これにより、可動部は、流体の圧力による駆動力を得るように構成される。一例では、可動部は、少なくとも部分的に収容体に収容されることで内部空間に接し、内部空間の流体の圧力に応じて移動するように構成されてよい。封止材は、変形要素を含むように形成される。また、封止材は、内部空間を密封するために収容体の内壁と可動部との間の隙間を封止するように配置される。主駆動部は、内部空間内の流体の圧力を制御して、当該流体の圧力による駆動力を可動部に与えるように構成される。流体圧アクチュエータ２の具体例は後述する。
【0027】
制御装置１は、流体圧アクチュエータ２の動作を制御するように構成された１台以上のコンピュータである。本実施形態では、制御装置１は、流体圧アクチュエータ２に接続される。制御装置１は、内部空間に収容された流体の圧力の値６１を取得する。制御装置１は、摩擦モデル５を使用して、収容体の内壁に対する封止材の接触面積の値６２及び取得された圧力の値６１から可動部に生じる摩擦力の推定値６５を算出する。摩擦モデル５は、封止材の接触面積及び流体の圧力から摩擦力を推定するように構成される。制御装置１は、算出された摩擦力の推定値６５を反映しながら流体圧アクチュエータ２の可動部の駆動力を制御する。
【0028】
後述の実験例により、変形要素を含むように形成される封止材について、収容体の内壁に対する封止材の接触面積及び流体の圧力に応じて、可動部に生じる摩擦力が変動し得ることを見出した。この知見を活かして、本実施形態では、摩擦モデル５は、封止材の接触面積及び流体の圧力から摩擦力を推定するように構成される。制御装置１は、摩擦モデル５により算出される摩擦力の推定値６５を反映しながら流体圧アクチュエータ２の動作を制御するように構成される。これにより、流体圧アクチュエータ２の精度のよい制御の遂行を期待することができる。
【0029】
［流体圧アクチュエータ］
なお、流体圧アクチュエータ２は、流体の圧力による駆動力を出力可能であれば、その種類は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。流体は、気体、液体又はこれらの混合であってもよい。以下、典型的な流体圧アクチュエータ２の２つの構成例を示す。ただし、流体圧アクチュエータ２の構成は、以下の例に限定されなくてよい。
なお、流体圧アクチュエータ２は、流体の圧力による駆動力を出力可能であれば、その種類は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。流体は、気体、液体又はこれらの混合であってもよい。以下、典型的な流体圧アクチュエータ２の２つの構成例を示す。ただし、流体圧アクチュエータ２の構成は、以下の例に限定されなくてよい。
【0030】
（Ａ）第一の構成例
図２Ａは、シリンダ型の流体圧アクチュエータ３００Ａ（流体圧シリンダ）の一例を模式的に示す。流体圧アクチュエータ３００Ａは、収容体３１Ａ及び可動部３４Ａを備える。収容体３１Ａは、シリンダチューブである。収容体３１Ａは、内部空間（３２１Ａ、３２２Ａ）を構成する。
図２Ａは、シリンダ型の流体圧アクチュエータ３００Ａ（流体圧シリンダ）の一例を模式的に示す。流体圧アクチュエータ３００Ａは、収容体３１Ａ及び可動部３４Ａを備える。収容体３１Ａは、シリンダチューブである。収容体３１Ａは、内部空間（３２１Ａ、３２２Ａ）を構成する。
【0031】
可動部３４Ａは、ピストン３４１Ａ及びシャフト（ロッド）３４２Ａにより構成される。ピストン３４１Ａは、収容体３１Ａの内部に配置される。このピストン３４１Ａにより
、収容体３１Ａの内部は、２つの内部空間（３２１Ａ、３２２Ａ）に区切られる。シャフト３４２Ａは、軸を有する。シャフト３４２Ａは、ピストン３４１Ａから軸方向（図２Ａの左右方向）に延び、収容体３１Ａの外部に突き出るように構成される。
、収容体３１Ａの内部は、２つの内部空間（３２１Ａ、３２２Ａ）に区切られる。シャフト３４２Ａは、軸を有する。シャフト３４２Ａは、ピストン３４１Ａから軸方向（図２Ａの左右方向）に延び、収容体３１Ａの外部に突き出るように構成される。
【0032】
シャフト３４２Ａと反対側に位置する第１内部空間３２１Ａは、収容体３１Ａに設けられた第１ポート３１１Ａ（cap end port）を介して外部空間と接続している。同様に、シャフト３４２Ａ側に位置する第２内部空間３２２Ａは、収容体３１Ａに設けられた第２ポート３１２Ａ（rod end port）を介して外部空間と接続している。
【0033】
この流体圧アクチュエータ３００Ａは、各ポート（３１１Ａ、３１２Ａ）を介して各内部空間（３２１Ａ、３２２Ａ）の流体の圧力を制御することで、可動部３４Ａにおいて軸方向の駆動力を出力可能に構成される。当該流体圧アクチュエータ３００Ａでは、ピストン３４１Ａ及び収容体３１Ａの内壁３３Ａの間の隙間３５１Ａ、並びにシャフト３４２Ａ及び内壁３３Ａの間の隙間３５２Ａの少なくともいずれかは、封止材により封止されてよい。
【0034】
隙間３５１Ａを封止することで、２つの内部空間（３２１Ａ、３２２Ａ）の間における流体の移動を抑制することができる。隙間３５２Ａを封止することで、第２内部空間３２２Ａ及び外部空間の間における流体の移動を抑制することができる。各封止は、各内部空間（３２１Ａ、３２２Ａ）における流体の圧力を可動部３４Ａに適正に作用させる効果を有する。なお、シリンダ型を採用する場合に、収容体の内壁は、シリンダ端部におけるシャフトの出口の内壁（図２Ａの例では、隙間３５２Ａの部分）を含んでよい。
【0035】
（Ｂ）第二の構成例
図２Ｂは、ロータリ型の流体圧アクチュエータ３００Ｂ（流体圧ロータリアクチュエータ）の一例を模式的に示す。流体圧アクチュエータ３００Ｂは、円筒状の収容体３１Ｂ及び可動部３４Ｂを備える。
図２Ｂは、ロータリ型の流体圧アクチュエータ３００Ｂ（流体圧ロータリアクチュエータ）の一例を模式的に示す。流体圧アクチュエータ３００Ｂは、円筒状の収容体３１Ｂ及び可動部３４Ｂを備える。
【0036】
可動部３４Ｂは、ベーンである。可動部３４Ｂは、収容体３１Ｂの中央に設けられた回転軸３２４Ｂを中心に回転可能に構成される。収容体３１Ｂの内部には、仕切り３２３Ｂが設けられている。可動部３４Ｂ及び仕切り３２３Ｂにより、収容体３１Ｂの内部は、２つの内部空間（３２１Ｂ、３２２Ｂ）に区切られている。各内部空間（３２１Ｂ、３２２Ｂ）は、収容体３１Ｂに設けられた各ポート（３１１Ｂ、３１２Ｂ）を介して外部空間と接続している。
【0037】
この流体圧アクチュエータ３００Ｂは、各ポート（３１１Ｂ、３１２Ｂ）を介して各内部空間（３２１Ｂ、３２２Ｂ）の流体の圧力を制御することで、可動部３４Ｂにおいて回転方向の駆動力を出力可能に構成される。当該流体圧アクチュエータ３００Ｂでは、可動部３４Ｂ及び収容体３１Ｂの内壁３３Ｂの間の隙間３５１Ｂが、封止材により封止されてよい。隙間３５１Ｂを封止することで、２つの内部空間（３２１Ｂ、３２２Ｂ）の間における流体の移動を抑制することができる。この封止は、各内部空間（３２１Ｂ、３２２Ｂ）における流体の圧力を可動部３４Ｂに適正に作用させる効果を有する。
【0038】
なお、図２Ｂの例では、仕切り３２３Ｂにより、可動部３４Ｂの駆動範囲が制限される。しかしながら、ロータリ型の流体圧アクチュエータの構成は、このような例に限られなくてよい。他の一例では、流体圧アクチュエータは、参考文献１（「ベーンエアモータの設計と動作原理」、［online］、［令和５年１月１６日検索］、インターネット＜URL: https://www.atlascopco.com/ja-jp/itba/industry-solutions/airmotors/technicalguide/design-working-principle＞）等に開示される構造により、駆動範囲に制限なく回転可
能に構成されてよい。
能に構成されてよい。
【0039】
以上、典型的な流体圧アクチュエータ２の２つの構成例を示した。いずれの構成でも、封止材が、内部空間を密封するために収容体の内壁と可動部との間の隙間を封止するように配置され得る。そのため、いずれの構成も同様に取り扱ってよい。以下では、説明の便宜のため、シリンダ型のアクチュエータを例に挙げて説明する。
【0040】
（反映）
摩擦力の推定値６５を反映することは、算出された推定値６５に応じて可動部に生じる摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかにより構成されてよい。摩擦力を補償することは、可動部に生じる摩擦力の少なくとも一部を打ち消すように力を与えることにより構成されてよい。摩擦力を増幅することは、可動部に生じる摩擦力と同じ方向に力を与えることにより構成されてよい。摩擦力の補償又は増幅は、例えば、人の筋肉、駆動装置の動作、ロボットの関節等の要素の最適な剛性及び粘性を表現するようにアクチュエータの出力をインピーダンス制御する等の場面で実行されてよい。摩擦力の増幅は、例えば、摩擦力を増幅し、出力軸の振動を抑制するように実行されてよい。アクチュエータの出力は人の筋肉と同等の剛性と粘性を示すようにインピーダンス制御される等の場面で実行されてよい。また、摩擦力の補償は、アクチュエータのピストン部だけでなく他の機械的摩擦を更に考慮して実行されてもよい。
摩擦力の推定値６５を反映することは、算出された推定値６５に応じて可動部に生じる摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかにより構成されてよい。摩擦力を補償することは、可動部に生じる摩擦力の少なくとも一部を打ち消すように力を与えることにより構成されてよい。摩擦力を増幅することは、可動部に生じる摩擦力と同じ方向に力を与えることにより構成されてよい。摩擦力の補償又は増幅は、例えば、人の筋肉、駆動装置の動作、ロボットの関節等の要素の最適な剛性及び粘性を表現するようにアクチュエータの出力をインピーダンス制御する等の場面で実行されてよい。摩擦力の増幅は、例えば、摩擦力を増幅し、出力軸の振動を抑制するように実行されてよい。アクチュエータの出力は人の筋肉と同等の剛性と粘性を示すようにインピーダンス制御される等の場面で実行されてよい。また、摩擦力の補償は、アクチュエータのピストン部だけでなく他の機械的摩擦を更に考慮して実行されてもよい。
【0041】
（補助駆動部）
流体圧アクチュエータ２は、流体の圧力の他に、追加の駆動源を備えてもよい。一例では、流体圧アクチュエータ２は、電磁力による駆動力を可動部に更に与えるように構成される補助駆動部を更に備えてよい。補助駆動部は、付加駆動部又は電磁アクチュエータと読み替えられてもよい。
流体圧アクチュエータ２は、流体の圧力の他に、追加の駆動源を備えてもよい。一例では、流体圧アクチュエータ２は、電磁力による駆動力を可動部に更に与えるように構成される補助駆動部を更に備えてよい。補助駆動部は、付加駆動部又は電磁アクチュエータと読み替えられてもよい。
【0042】
具体例として、流体圧アクチュエータ２は、空電ハイブリッドアクチュエータであってよい。空電ハイブリッドアクチュエータの一例として、参考文献２（Y. Nakata, T. Noda, J. Morimoto, and H. Ishiguro, “Development of a pneumatic-electromagnetic hybrid linear actuator with an integrated structure,” in IEEE/RSJ Int. Conf. on Int. Rob. & Sys., 2015, pp. 6238-6243.）等で提案されるアクチュエータが用いられてよい。この場合、流体は、気体（例えば、空気）である。
【0043】
流体の圧力と比べて、電磁力の応答性は高い。そのため、流体の圧力と共に補助駆動部を使用することで、流体圧アクチュエータ２における駆動の応答性の向上を期待することができる。
【0044】
一例では、流体圧アクチュエータ２が補助駆動部を備える場合に、摩擦力の推定値６５を反映することは、算出された推定値６５に応じて可動部に生じる摩擦力を補償することにより構成されてよい。可動部に生じる摩擦力を補償することは、補助駆動部から与えられる電磁力によって摩擦力を補償することにより構成されてよい。当該構成によれば、摩擦力補償の応答性の向上を期待することができる。
【0045】
他の一例では、流体圧アクチュエータ２が補助駆動部を備える場合に、摩擦力の推定値６５を反映することは、算出された推定値６５に応じて可動部に生じる摩擦力を増幅することにより構成されてよい。可動部に生じる摩擦力を増幅することは、補助駆動部から与えられる電磁力によって摩擦力を増幅することにより構成されてよい。当該構成によれば、摩擦力増幅の応答性の向上を期待することができる。
【0046】
ただし、流体圧アクチュエータ２の構成は、このような例に限定されなくてよい。他の一例では、流体圧アクチュエータ２は、補助駆動部を備えず、流体の圧力を制御するため
の主駆動部のみを備えるように構成されてよい。補助駆動部を備えるケース及び備えないケースのいずれでも、制御装置１は、流体の圧力により、摩擦力の補償及び増幅のいずれかを遂行するように構成されてよい。補助駆動部を備えるケース及び備えないケースのいずれでも、封止材に起因する摩擦力は、同じように生じ得る。そのため、いずれのケースも同様に取り扱ってよい。以下では、説明の便宜のため、補助駆動部を備える構成を例に挙げて説明する。
の主駆動部のみを備えるように構成されてよい。補助駆動部を備えるケース及び備えないケースのいずれでも、制御装置１は、流体の圧力により、摩擦力の補償及び増幅のいずれかを遂行するように構成されてよい。補助駆動部を備えるケース及び備えないケースのいずれでも、封止材に起因する摩擦力は、同じように生じ得る。そのため、いずれのケースも同様に取り扱ってよい。以下では、説明の便宜のため、補助駆動部を備える構成を例に挙げて説明する。
【0047】
（流体圧アクチュエータの構成例）
図３は、本実施形態に係る流体圧アクチュエータ２の一例を模式的に示す。図３の一例では、流体圧アクチュエータ２は、収容体２１、可動部２４、封止材２５、主駆動部２６、補助駆動部２７及び荷重センサ２８を備える。
図３は、本実施形態に係る流体圧アクチュエータ２の一例を模式的に示す。図３の一例では、流体圧アクチュエータ２は、収容体２１、可動部２４、封止材２５、主駆動部２６、補助駆動部２７及び荷重センサ２８を備える。
【0048】
図２Ａの一例と同様に、収容体２１は、シリンダチューブである。収容体２１は、流体を収容する内部空間（２２１、２２２）を構成する。可動部２４は、ピストン２４１及びシャフト２４２により構成される。ピストン２４１は、収容体２１の内部に配置される。シャフト２４２は、ピストン２４１から軸方向の延び、収容体２１の外部に突き出るように構成される。これにより、可動部２４は、収容体２１の内部空間（２２１、２２２）に接するように配置され、内部空間（２２１、２２２）の流体の圧力に応じて駆動力を得るように構成される。
【0049】
収容体２１の内部は、ピストン２４１により２つの内部空間（２２１、２２２）に区切られている。シャフト２４２と反対側に位置する第１内部空間２２１は、収容体２１に設けられた第１ポート２１１（cap end port）を介して外部空間と接続している。同様に、シャフト２４２側に位置する第２内部空間２２２は、収容体２１に設けられた第２ポート２１２（rod end port）を介して外部空間と接続している。
【0050】
図３の例では、流体は、空気である。主駆動部２６は、コンプレッサ２６１、レギュレータ２６２、及び圧力制御バルブ２６３により構成される。圧力制御バルブ２６３は、第１ポート２１１に接続されている。一方で、第２ポート２１２は、開放されており、自由に空気が出入り可能となっている。これらの構成により、図３の例では、レギュレータ２６２を介してコンプレッサ２６１から与えられる空気の圧力が、圧力制御バルブ２６３により制御され、第１内部空間２２１に適用される。その結果、空気の圧力による駆動力が可動部２４（ピストン２４１）に与えられる。なお、圧力制御バルブ２６３は、圧力センサ２６５を備えていることで、第１内部空間２２１に与える気体の圧力を測定可能に構成されている。圧力センサ２６５の種類は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
【0051】
本実施形態では、封止材２５は、可動部２４に取り付けられる。封止材２５は、変形要素を含むように形成される。封止材２５は、収容体２１の内壁２３及び可動部２４の間の隙間を封止するように配置される。図３の例では、主駆動部２６は、第１内部空間２２１の空気の圧力を制御することで、可動部２４を駆動するように構成されている。そのため、封止材２５は、第１内部空間２２１を密封するために、収容体２１の内壁２３及び可動部２４のピストン２４１の間の隙間を封止するように配置されている。図３の例では、ピストン２４１の両側に封止材２５が配置されている。この封止材２５により、第１内部空間２２１における気体の圧力を可動部２４（ピストン２４１）に適正に作用させることができる。
【0052】
また、図３の例では、補助駆動部２７は、コイル２７１、モータドライバ２７２、及び永久磁石２７３により構成される。コイル２７１は、シャフト２４２の軸方向に沿って、収容体２１内に磁力を生じさせるように、収容体２１の内壁２３に沿って巻き付けられて
いる。モータドライバ２７２は、コイル２７１に流す電流を制御するための制御回路により構成される。永久磁石２７３は、コイル２７１から生じる磁力と作用するように、収容体２１内においてシャフト２４２に取り付けられる。
いる。モータドライバ２７２は、コイル２７１に流す電流を制御するための制御回路により構成される。永久磁石２７３は、コイル２７１から生じる磁力と作用するように、収容体２１内においてシャフト２４２に取り付けられる。
【0053】
したがって、図３の例では、補助駆動部２７は、モータドライバ２７２によりコイル２７１に流れる電流を制御し、当該電流制御の結果に応じた電磁力による駆動力を、永久磁石２７３を介して可動部２４（シャフト２４２）に与えるように構成されている。なお、モータドライバ２７２は、電流センサ２７５を備えることで、コイル２７１に流れる電流を測定可能に構成されている。電流センサ２７５の種類は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
【0054】
荷重センサ２８は、可動部２４を介して出力される力（Ｆ）を測定するように構成される。可動部２４から出力される駆動力（Ｆ）を測定可能であれば、荷重センサ２８の種類及び配置は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。荷重センサ２８には、例えば、ロードセル等が用いられてよい。図３の一例では、荷重センサ２８は、シャフト２４２の先端に取り付けられている。
【0055】
なお、図３の構成は一例であり、流体圧アクチュエータ２の構成は、図３の例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜変更されてよい。他の一例では、主駆動部２６は、第１ポート２１１ではなく、第２ポート２１２に接続されてよい。更に他の一例では、第１ポート２１１及び第２ポート２１２にそれぞれ、別々の流体の供給源が接続されてよい。また、他の一例では、封止材２５は、シャフト２４２及び内壁２３の間の隙間に配置されてもよい。
【0056】
また、流体の圧力による駆動力を可動部２４に与えることが可能であれば、主駆動部２６の構成は、図３の例に限られなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。流体の圧力による駆動力と並列に、電磁力による駆動力を可動部２４に与えることが可能であれば、補助駆動部２７の構成は、図３の例に限られなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。
【0057】
（封止材）
封止材２５は、パッキン又は接触シールと読み替えられてよい。封止材２５の種類及び材料は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。封止材２５には、例えば、シールフィン、Ｏリング、ピストンシール専用パッキン等が用いられてよい。封止材２５には、任意の材料が用いられてよい。封止材２５は、可動部２４及び収容体２１の内壁２３のいずれに取り付けられてよい。
封止材２５は、パッキン又は接触シールと読み替えられてよい。封止材２５の種類及び材料は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。封止材２５には、例えば、シールフィン、Ｏリング、ピストンシール専用パッキン等が用いられてよい。封止材２５には、任意の材料が用いられてよい。封止材２５は、可動部２４及び収容体２１の内壁２３のいずれに取り付けられてよい。
【0058】
封止材２５は、変形要素を含むように構成される。変形要素は、封止材２５に使用される材料により構成されてもよいし、或いは板バネ等の機械構造により構成されてよい。一例では、封止材２５は、ゴム、ウレタンゴム、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）、
ニトリルゴム、フッ素ゴム、樹脂、布入りフェノール樹脂、ポリアミド樹脂及びエラストマー（例えば、シリコーン等）の少なくともいずれか少なくとも部分的に用いて生成されることで、変形要素を含むように形成されてよい。他の一例では、流体の圧力により変形し得る場合には、封止材２５の少なくとも一部の材料には、金属材（例えば、ステンレス、ニッケル系合金、鉄等）が用いられてよい。この場合、封止材２５は、メタルシールと称されてよい。
ニトリルゴム、フッ素ゴム、樹脂、布入りフェノール樹脂、ポリアミド樹脂及びエラストマー（例えば、シリコーン等）の少なくともいずれか少なくとも部分的に用いて生成されることで、変形要素を含むように形成されてよい。他の一例では、流体の圧力により変形し得る場合には、封止材２５の少なくとも一部の材料には、金属材（例えば、ステンレス、ニッケル系合金、鉄等）が用いられてよい。この場合、封止材２５は、メタルシールと称されてよい。
【0059】
流体圧アクチュエータ２を駆動している間、可動部２４の移動に伴い、封止材２５も移動する。可動部２４（ピストン２４１）、収容体２１の内壁２３及び封止材２５の少なくともいずれかには、シリコーングリス等の潤滑剤が塗布されていてもよい。これにより、
可動部２４及び封止材２５の移動を潤滑にしてもよい。
可動部２４及び封止材２５の移動を潤滑にしてもよい。
【0060】
（異常検知）
本実施形態では、制御装置１は、荷重センサ２８により得られる力の測定値から摩擦力の算出値を導出してよい。摩擦モデル５を含む流体圧アクチュエータ２の物理モデルが適切であると想定する。この場合、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていなければ、導出される摩擦力の算出値と摩擦モデル５を使用して得られた摩擦力の推定値６５との間の乖離は小さい。一方で、流体圧アクチュエータ２に異常が生じると、物理モデルが実態に合わなくなるため、導出される摩擦力の算出値と推定値６５との間の乖離が大きくなる。そこで、制御装置１は、導出される摩擦力の算出値と推定値６５との間の乖離に応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じたか否かを判定してよい。本実施形態によれば、流体圧アクチュエータ２の動作不良を検出することができる。
本実施形態では、制御装置１は、荷重センサ２８により得られる力の測定値から摩擦力の算出値を導出してよい。摩擦モデル５を含む流体圧アクチュエータ２の物理モデルが適切であると想定する。この場合、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていなければ、導出される摩擦力の算出値と摩擦モデル５を使用して得られた摩擦力の推定値６５との間の乖離は小さい。一方で、流体圧アクチュエータ２に異常が生じると、物理モデルが実態に合わなくなるため、導出される摩擦力の算出値と推定値６５との間の乖離が大きくなる。そこで、制御装置１は、導出される摩擦力の算出値と推定値６５との間の乖離に応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じたか否かを判定してよい。本実施形態によれば、流体圧アクチュエータ２の動作不良を検出することができる。
【0061】
［摩擦モデル］
摩擦モデル５は、収容体２１の内壁２３に対する封止材２５の接触面積及び流体の圧力から可動部２４に生じる摩擦力を推定するように構成される。当該推定の演算処理が可能であれば、摩擦モデル５の構成は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、摩擦モデル５は、関数式、ルール等で構成されてよい。
摩擦モデル５は、収容体２１の内壁２３に対する封止材２５の接触面積及び流体の圧力から可動部２４に生じる摩擦力を推定するように構成される。当該推定の演算処理が可能であれば、摩擦モデル５の構成は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、摩擦モデル５は、関数式、ルール等で構成されてよい。
【0062】
本実施形態では、摩擦モデル５の一例として、封止材２５の接触面積及び流体の圧力の項を追加するように、ストライベック曲線の関数式（非特許文献１）を修正することで導出される関数式を採用する。まず、ストライベック曲線の関数式は、以下の式１で与えられる。
【0063】
【数1】
fk(v)は、可動部に生じる摩擦力を示す。FCはクーロン摩擦力を示し、FSは静止摩擦力
を示す。vは可動部の速度を示し、vsは、ストライベック速度を示す。σ2は、粘性摩擦係数を示す。sgnは、符号関数である（与えられた引数の符号に応じて、１、－１及び０の
いずれかを返す）。
【0064】
封止材２５の接触面積ｓ及び流体の圧力Ｐの影響を反映するように、式１の第１項及び第２項の各摩擦力（FC、FS）を修正することで、以下の式２を得ることができる。
【0065】
【数2】
μCは、クーロン摩擦係数を示し、μSは、静止摩擦係数を示す。Ｆ０は、大気状態（Ｐ＝０）における内壁２３に対する可動部２４の接触力を示す。一例では、接触面積ｓは、固定値であってよい。他の一例では、接触面積ｓは、圧力に応じて変動させてもよい（すなわち、接触面積ｓは、圧力の関数で与えられてよい）。
【0066】
本実施形態では、摩擦モデル５の一例として、上記式２で示される関数式fk(v,P)を採
用する。ただし、摩擦モデル５の構成は、このような例に限られなくてよい。式２の関数式に関して、実施の形態に応じて、項の省略、置換、変更及び追加がなされてよい。他の一例では、関数式は、機械学習により得られてよい。すなわち、摩擦モデル５は、訓練済みの機械学習モデルであってよい。機械学習モデルは、例えば、ニューラルネットワーク
、回帰モデル、決定木モデル、サポートベクタマシン等により構成されてよい。機械学習モデルの構造は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
用する。ただし、摩擦モデル５の構成は、このような例に限られなくてよい。式２の関数式に関して、実施の形態に応じて、項の省略、置換、変更及び追加がなされてよい。他の一例では、関数式は、機械学習により得られてよい。すなわち、摩擦モデル５は、訓練済みの機械学習モデルであってよい。機械学習モデルは、例えば、ニューラルネットワーク
、回帰モデル、決定木モデル、サポートベクタマシン等により構成されてよい。機械学習モデルの構造は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【0067】
（接触面積）
封止材２５の接触面積の値６２は、適宜得られてよい。例えば、接触面積の値６２は、実測又は推定することで得られてよい。以下、シールフィンを封止材２５に採用したケースを例に挙げて、封止材２５の接触面積の値６２を取得する方法の一例を説明する。ただし、封止材２５の接触面積を取得する方法は、このような例に限定されなくてよい。封止材２５の接触面積は、例えば、収容体２１の内部空間２２の形状、可動部２４の形状、封止材２５の形状・配置等に応じて適宜取得されてよい。
封止材２５の接触面積の値６２は、適宜得られてよい。例えば、接触面積の値６２は、実測又は推定することで得られてよい。以下、シールフィンを封止材２５に採用したケースを例に挙げて、封止材２５の接触面積の値６２を取得する方法の一例を説明する。ただし、封止材２５の接触面積を取得する方法は、このような例に限定されなくてよい。封止材２５の接触面積は、例えば、収容体２１の内部空間２２の形状、可動部２４の形状、封止材２５の形状・配置等に応じて適宜取得されてよい。
【0068】
図４Ａ及び図４Ｂは、シールフィンを採用したケースにおける封止材２５の接触状態の一例を説明するための図である。図４Ａは、流体圧アクチュエータ２における、可動部２４（ピストン２４１）を収容体２１（シリンダチューブ）の内部空間に挿入する前の封止材２５の状態を模式的に例示する。図４Ｂは、可動部２４（ピストン２４１）を収容体２１の内部空間に挿入した後の封止材２５の状態を模式的に例示する。
【0069】
図４Ａ及び図４Ｂにおいて、Ｄｆは、封止材２５（シールフィン）の外径を示し、ｄは、封止材２５の内径を示す。Ｄｃは、収容体２１（シリンダチューブ）の内径を示す。封止材２５が変形要素を含んでおり、かつＤｆがＤｃよりも大きいことで、封止材２５は変形する。その結果、変形した封止材２５において、内壁２３との接触部（図４ＢにおけるΔｌの部分）が形成される。ｌは、変形前の封止材２５の軸方向の長さを示し、θは、軸方向に対する封止材２５の角度を示す。角度θは、可動部２４の挿入の前後で変化しないと仮定する。この場合、図４Ｂに示される接触部の軸方向の長さΔｌは、以下の式３により算出される。その結果、封止材２５の接触面積ｓは、以下の式４により算出することができる。
【0070】
【数3】
【数4】
【0071】
（接触面積の変動）
一例では、封止材２５の接触面積の値６２は、流体の圧力による影響を無視して、一定（すなわち、固定値）であってよい。ただし、接触面積の値６２の取り扱いは、このような例に限定されなくてよい。封止材２５は変形要素を含むため、流体の圧力に応じて、接触面積は変化する可能性がある。他の一例では、これに対応するため、封止材２５の接触面積の値６２は、流体の圧力の値に応じて取得されてよい。この場合、制御装置１は、取得された圧力の値６１から封止材２５の接触面積の値６２を算出してよい。上記摩擦力の推定値６５を算出することは、算出された接触面積の値６２及び取得された圧力の値６１から摩擦力の推定値を算出することにより構成されてよい。
一例では、封止材２５の接触面積の値６２は、流体の圧力による影響を無視して、一定（すなわち、固定値）であってよい。ただし、接触面積の値６２の取り扱いは、このような例に限定されなくてよい。封止材２５は変形要素を含むため、流体の圧力に応じて、接触面積は変化する可能性がある。他の一例では、これに対応するため、封止材２５の接触面積の値６２は、流体の圧力の値に応じて取得されてよい。この場合、制御装置１は、取得された圧力の値６１から封止材２５の接触面積の値６２を算出してよい。上記摩擦力の推定値６５を算出することは、算出された接触面積の値６２及び取得された圧力の値６１から摩擦力の推定値を算出することにより構成されてよい。
【0072】
図５Ａ及び図５Ｂは、シールフィンを採用したケースにおける封止材２５の変形の一例を模式的に示す。図６Ａ及び図６Ｂは、Ｏリングを採用したケースにおける封止材２５Ａ
の変形の一例を模式的に示す。図５Ａ及び図６Ａは、流体の圧力が小さい場面を例示し、図５Ｂ及び図６Ｂは、流体の圧力が大きい場面を例示する。両ケース共に、内部空間の圧力が大きくなることで、封止材（２５、２５Ａ）の接触面積も大きくなる。
の変形の一例を模式的に示す。図５Ａ及び図６Ａは、流体の圧力が小さい場面を例示し、図５Ｂ及び図６Ｂは、流体の圧力が大きい場面を例示する。両ケース共に、内部空間の圧力が大きくなることで、封止材（２５、２５Ａ）の接触面積も大きくなる。
【0073】
具体的に、図５Ａ及び図５Ｂのケースでは、流体の圧力が大きくなることで、軸方向に対するシールフィンの角度が大きくなる。その結果、図５Ａにおける接触面積ｓａよりも、図５Ｂにおける接触面積ｓｂの方が大きくなる。同様に、図６Ａ及び図６Ｂのケースでは、圧力が大きくなることで、軸方向の長さが短くなるようにＯリングが変形する。その結果、図６Ａにおける接触面積ｓｃよりも、図６Ｂにおける接触面積ｓｄの方が大きくなる。これらの変形を考慮した上で、封止材２５の接触面積の値６２は、流体の圧力に応じて得られてよい。
【0074】
封止材２５の接触面積の値６２を流体の圧力に応じて算出する方法は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。一例では、流体の圧力と接触面積との間の関係をモデル化することで、流体の圧力から接触面積を算出するための演算モデルが得られてよい。演算モデルは、例えば、関数式、ルール等で構成されてよい。制御装置１は、当該演算モデルを使用して、取得された圧力の値６１から封止材２５の接触面積の値６２を算出してよい。この一例によれば、接触面積の変動を更に考慮することで、可動部２４に生じる摩擦力の推定精度の向上を期待することができる。その結果、流体圧アクチュエータ２の精度のよい制御の遂行を期待することができる。
【0075】
（接触属性）
一例では、使用される摩擦モデル５（各パラメータの値）は、流体圧アクチュエータ２毎に得られてよい。具体例として、キャリブレーションの際に、流体の圧力が異なる複数の条件下で、可動部２４の動作を計測することで、可動部２４の動作に関するデータを得てよい。摩擦モデル５の各パラメータの値（本実施形態では、式２の各係数の値）は、得られたデータから導出されてよい。
一例では、使用される摩擦モデル５（各パラメータの値）は、流体圧アクチュエータ２毎に得られてよい。具体例として、キャリブレーションの際に、流体の圧力が異なる複数の条件下で、可動部２４の動作を計測することで、可動部２４の動作に関するデータを得てよい。摩擦モデル５の各パラメータの値（本実施形態では、式２の各係数の値）は、得られたデータから導出されてよい。
【0076】
他の一例では、複数の摩擦モデルが、封止材２５及び収容体２１の接触の属性に応じて予め生成されてよい。摩擦力の推定値６５の算出に使用される摩擦モデル５は、複数の摩擦モデルのうち、封止材２５及び収容体２１の接触の属性に応じて選択されたものであってよい。この一例によれば、キャリブレーションの手間を削減することができる。また、接触の属性に応じた摩擦モデルを使用することで、可動部２４に生じる摩擦力の推定精度の向上を期待することができる。その結果、流体圧アクチュエータ２の精度のよい制御の遂行を期待することができる。なお、接触の属性は、例えば、封止材２５の種類、収容体２１の種類、潤滑剤の有無、潤滑剤の種類、温度、可動部２４の速度等により規定されてよい。封止材２５及び収容体２１の種類は、例えば、形状、形態、材料、材質等により規定されてよい。
【0077】
接触の属性に応じた摩擦モデルのデータは、制御装置１内の記憶領域（例えば、ＲＡＭ、内蔵の補助記憶装置、外部記憶装置等）及び他のコンピュータの記憶領域の少なくともいずれかに格納されていてよい。他のコンピュータは、例えば、ＮＡＳ（Network Attached Storage）、外部サーバ等であってよい。他のコンピュータに保存される場合、制御装置１は、例えば、記憶媒体、ネットワーク等を介して、使用する摩擦モデル５を示すデータを他のコンピュータから取得してよい。
【0078】
§２ 構成例
［ハードウェア構成］
（制御装置）
図７は、本実施形態に係る制御装置１のハードウェア構成の一例を模式的に示す。図７
の一例では、本実施形態に係る制御装置１は、制御部１１、記憶部１２、外部インタフェース１３、入力装置１４、出力装置１５、及びドライブ１６が電気的に接続されたコンピュータである。
［ハードウェア構成］
（制御装置）
図７は、本実施形態に係る制御装置１のハードウェア構成の一例を模式的に示す。図７
の一例では、本実施形態に係る制御装置１は、制御部１１、記憶部１２、外部インタフェース１３、入力装置１４、出力装置１５、及びドライブ１６が電気的に接続されたコンピュータである。
【0079】
制御部１１は、ハードウェアプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）、
ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、プログラム及び各種データに基づいて情報処理を実行するように構成される。制御部１１（ＣＰＵ）は、プロセッサ・リソースの一例である。
ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、プログラム及び各種データに基づいて情報処理を実行するように構成される。制御部１１（ＣＰＵ）は、プロセッサ・リソースの一例である。
【0080】
記憶部１２は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等で構成される。記憶部１２は、メモリ・リソースの一例である。本実施形態では、記憶部１２は、制御プログラム８１、摩擦モデルデータ１２５等の各種情報を記憶する。
【0081】
制御プログラム８１は、流体圧アクチュエータ２の動作制御に関する情報処理（後述の図１０）を制御装置１に実行させるためのプログラムである。制御プログラム８１は、当該情報処理の一連の命令を含む。摩擦モデルデータ１２５は、摩擦モデル５に関する情報（例えば、各パラメータの値等）を示すように構成される。
【0082】
外部インタフェース１３は、外部装置と接続するためのインタフェースである。外部インタフェース１３は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート、専用ポート等であってよい。外部インタフェース１３は、例えば、有線ＬＡＮ（Local Area Network）モジュール、無線ＬＡＮモジュール等の通信インタフェースを含んでよい。外部インタフェース１３の種類及び数は、任意に選択されてよい。本実施形態では、制御装置１は、外部インタフェース１３を介して、流体圧アクチュエータ２に接続されてよい。なお、接続形態は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。一例では、流体圧アクチュエータ２は、コントローラを備えてよく、制御装置１は、コントローラを介して流体圧アクチュエータ２に間接的に接続されてよい。他の一例では、制御装置１は、コントローラとして動作し、流体圧アクチュエータ２に直接的に接続されてもよい。
【0083】
入力装置１４は、オペレータから情報の入力を受け付けるための装置である。入力装置１４は、例えば、マウス、キーボード等であってよい。出力装置１５は、オペレータに対して情報を出力するための装置である。出力装置１５は、例えば、ディスプレイ、スピーカ等であってよい。オペレータは、入力装置１４及び出力装置１５を利用することで、制御装置１を操作することができる。入力装置１４及び出力装置１５は、例えば、タッチパネルディスプレイ等により一体的に構成されてもよい。
【0084】
ドライブ１６は、記憶媒体９１に記憶されたプログラム等の各種情報を読み込むための装置である。ドライブ１６は、例えば、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ等であってよい。記憶媒体９１は、コンピュータその他装置、機械等が、記憶されたプログラム等の各種情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的又は化学的作用によって蓄積する媒体である。上記制御プログラム８１及び摩擦モデルデータ１２５の少なくともいずれかは、記憶媒体９１に記憶されていてよい。制御装置１は、制御プログラム８１及び摩擦モデルデータ１２５の少なくともいずれかを記憶媒体９１から取得してよい。なお、図７では、記憶媒体９１の一例として、ＣＤ、ＤＶＤ等のディスク型の記憶媒体を例示している。しかしながら、記憶媒体９１の種類は、ディスク型に限られなくてもよく、ディスク型以外であってもよい。ディスク型以外の記憶媒体として、例えば、フラッシュメモリ等の半導体メモリを挙げることができる。ドライブ１６の種類は、記憶媒体９１の種類に応じて任意に選択されてよい。
【0085】
なお、制御装置１の具体的なハードウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、構
成要素の省略、置換及び追加が可能である。例えば、制御部１１は、複数のハードウェアプロセッサを含んでもよい。ハードウェアプロセッサの種類は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。記憶部１２は、制御部１１に含まれるＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されてもよい。外部インタフェース１３、入力装置１４、出力装置１５及びドライブ１６の少なくともいずれかは省略されてもよい。制御装置１は、複数台のコンピュータで構成されてもよい。この場合、各コンピュータのハードウェア構成は、一致していてもよいし、一致していなくてもよい。また、制御装置１は、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他、汎用のＰＣ（Personal Computer）、タブレッ
トＰＣ、携帯端末（スマートフォンを含む）、汎用のサーバ装置（仮想計算機、クラウド上計算機等を含んでよい）等であってもよい。
成要素の省略、置換及び追加が可能である。例えば、制御部１１は、複数のハードウェアプロセッサを含んでもよい。ハードウェアプロセッサの種類は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。記憶部１２は、制御部１１に含まれるＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されてもよい。外部インタフェース１３、入力装置１４、出力装置１５及びドライブ１６の少なくともいずれかは省略されてもよい。制御装置１は、複数台のコンピュータで構成されてもよい。この場合、各コンピュータのハードウェア構成は、一致していてもよいし、一致していなくてもよい。また、制御装置１は、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他、汎用のＰＣ（Personal Computer）、タブレッ
トＰＣ、携帯端末（スマートフォンを含む）、汎用のサーバ装置（仮想計算機、クラウド上計算機等を含んでよい）等であってもよい。
【0086】
（アクチュエータシステムＳ）
図８は、本実施形態に係るアクチュエータシステムＳの構成の一例を模式的に示す。図８の一例では、制御装置１は、外部インタフェース１３を介して、多機能ボード１３１及びマイクロコントローラ１３２に接続される。多機能ボード１３１及びマイクロコントローラ１３２は、各構成要素との間のデータ通信（例えば、ＡＤ変換等）を実行するように構成される。
図８は、本実施形態に係るアクチュエータシステムＳの構成の一例を模式的に示す。図８の一例では、制御装置１は、外部インタフェース１３を介して、多機能ボード１３１及びマイクロコントローラ１３２に接続される。多機能ボード１３１及びマイクロコントローラ１３２は、各構成要素との間のデータ通信（例えば、ＡＤ変換等）を実行するように構成される。
【0087】
本実施形態では、主駆動部２６の圧力制御バルブ２６３は、多機能ボード１３１を介して制御装置１に接続される。流体圧アクチュエータ２の動作制御の際、制御装置１は、圧力の目標値を示す制御信号を圧力制御バルブ２６３に送信する。これにより、制御装置１は、第１内部空間２２１における流体の圧力を制御する。一方、圧力制御バルブ２６３は、圧力センサ２６５により得られる圧力の測定値を制御装置１に返信する。
【0088】
また、本実施形態では、補助駆動部２７のモータドライバ２７２は、マイクロコントローラ１３２及び多機能ボード１３１を介して、制御装置１に接続される。流体圧アクチュエータ２の動作制御の際、制御装置１は、電流の目標値を示す制御信号（例えば、パルス幅変調信号）をモータドライバ２７２に送信する。これにより、制御装置１は、電磁力による駆動力を制御する。一方、モータドライバ２７２は、電流センサ２７５により得られる電流の測定値を制御装置１に返信する。
【0089】
また、本実施形態では、荷重センサ２８は、増幅器２８１及び多機能ボード１３１を介して、制御装置１に接続される。流体圧アクチュエータ２の動作制御の際、制御装置１は、増幅器２８１及び多機能ボード１３１を介して、荷重センサ２８により得られる駆動力（可動部２４を介して出力される力）の測定値を取得することができる。
【0090】
その他、本実施形態では、位置センサ２９が、多機能ボード１３１を介して、制御装置１に接続される。位置センサ２９は、可動部２４の位置を測定するように構成される。位置センサ２９の種類は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、位置センサ２９は、赤外線センサ等の光学センサにより構成されてよい。流体圧アクチュエータ２の動作制御の際、制御装置１は、位置センサ２９により得られる可動部２４の位置の測定値を取得することができる。
【0091】
［ソフトウェア構成］
図９は、本実施形態に係る制御装置１のソフトウェア構成の一例を模式的に示す。制御装置１の制御部１１は、記憶部１２に記憶された制御プログラム８１をＲＡＭに展開する。そして、制御部１１は、ＲＡＭに展開された制御プログラム８１に含まれる命令をＣＰＵにより実行する。これにより、本実施形態に係る制御装置１は、情報取得部１１１、摩擦推定部１１２、動作制御部１１３及び異常判定部１１４をソフトウェアモジュールとして備えるコンピュータとして動作する。すなわち、本実施形態では、制御装置１の各ソフ
トウェアモジュールは、制御部１１（ＣＰＵ）により実現される。
図９は、本実施形態に係る制御装置１のソフトウェア構成の一例を模式的に示す。制御装置１の制御部１１は、記憶部１２に記憶された制御プログラム８１をＲＡＭに展開する。そして、制御部１１は、ＲＡＭに展開された制御プログラム８１に含まれる命令をＣＰＵにより実行する。これにより、本実施形態に係る制御装置１は、情報取得部１１１、摩擦推定部１１２、動作制御部１１３及び異常判定部１１４をソフトウェアモジュールとして備えるコンピュータとして動作する。すなわち、本実施形態では、制御装置１の各ソフ
トウェアモジュールは、制御部１１（ＣＰＵ）により実現される。
【0092】
情報取得部１１１は、内部空間（本実施形態では、第１内部空間２２１）に収容された流体の圧力の値６１を取得するように構成される。摩擦推定部１１２は、摩擦モデルデータ１２５を保持することで、摩擦モデル５を備えている。摩擦推定部１１２は、摩擦モデル５を使用して、内壁２３に対する封止材２５の接触面積の値６２及び取得された圧力の値６１から可動部２４に生じる摩擦力の推定値６５を算出するように構成される。動作制御部１１３は、算出された摩擦力の推定値６５を反映しながら流体圧アクチュエータ２の可動部２４の駆動力を制御するように構成される。異常判定部１１４は、荷重センサ２８により得られる力の測定値から摩擦力の算出値を導出し、導出された摩擦力の算出値と摩擦モデル５を使用して得られた摩擦力の推定値６５との間の乖離に応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じたか否かを判定するように構成される。
【0093】
制御装置１の各ソフトウェアモジュールに関しては後述する動作例で詳細に説明する。なお、本実施形態では、制御装置１の各ソフトウェアモジュールがいずれも汎用のＣＰＵによって実現される例について説明している。しかしながら、上記ソフトウェアモジュールの一部又は全部が、１又は複数の専用のプロセッサにより実現されてもよい。上記各モジュールは、ハードウェアモジュールとして実現されてもよい。また、制御装置１のソフトウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、ソフトウェアモジュールの省略、置換及び追加が行われてもよい。
【0094】
§３ 動作例
図１０は、本実施形態に係る制御装置１の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下で説明する制御装置１の処理手順は、制御方法（情報処理方法）の一例である。ただし、以下で説明する処理手順は、一例に過ぎず、各ステップは可能な限り変更されてよい。また、以下の処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が行われてよい。
図１０は、本実施形態に係る制御装置１の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下で説明する制御装置１の処理手順は、制御方法（情報処理方法）の一例である。ただし、以下で説明する処理手順は、一例に過ぎず、各ステップは可能な限り変更されてよい。また、以下の処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が行われてよい。
【0095】
［ステップＳ１０１～ステップＳ１０３］
ステップＳ１０１では、制御部１１は、情報取得部１１１として動作する。すなわち、制御部１１は、流体の圧力の値６１を取得する。
ステップＳ１０１では、制御部１１は、情報取得部１１１として動作する。すなわち、制御部１１は、流体の圧力の値６１を取得する。
【0096】
本実施形態では、制御部１１は、流体の圧力の値６１として、圧力センサ２６５による圧力の測定値を取得してよい。ただし、圧力の値６１を取得する方法は、このような例に限定されなくてよい。他の一例では、制御部１１は、流体の圧力の値６１として、圧力制御バルブ２６３に指示する圧力の目標値を取得してよい。更に他の一例では、制御部１１は、圧力制御バルブ２６３に指示する圧力の目標値又は圧力センサ２６５による圧力の測定値から任意の方法で封止材２５に作用する圧力の推定値を算出してよい。推定値を算出するための演算モデルは適宜与えられてよい。制御部１１は、算出される圧力の推定値を流体の圧力の値６１として取得してよい。なお、測定値を使用しない場合、圧力センサ２６５は、省略されてよい。
【0097】
ステップＳ１０２では、制御部１１は、摩擦推定部１１２として動作する。すなわち、制御部１１は、摩擦モデル５を使用して、内壁２３に対する封止材２５の接触面積の値６２及び取得された圧力の値６１から可動部２４に生じる摩擦力の推定値６５を算出する。
【0098】
一例では、使用される摩擦モデル５（摩擦モデルデータ１２５）は、キャリブレーションにより得られてよい。すなわち、摩擦モデル５の各パラメータの値は、キャリブレーション時に得られるデータから導出されてよい。他の一例では、使用される摩擦モデル５は、封止材２５及び収容体２１の接触の属性に応じて選択されたものであってよい。この場
合、制御部１１は、制御装置１内の記憶領域に格納される複数の摩擦モデルから、流体圧アクチュエータ２における接触の属性に応じた摩擦モデルを選択してよい。或いは、制御部１１は、例えば、記憶媒体、ネットワーク等を介して、接触の属性に応じた摩擦モデルを他のコンピュータから取得してよい。
合、制御部１１は、制御装置１内の記憶領域に格納される複数の摩擦モデルから、流体圧アクチュエータ２における接触の属性に応じた摩擦モデルを選択してよい。或いは、制御部１１は、例えば、記憶媒体、ネットワーク等を介して、接触の属性に応じた摩擦モデルを他のコンピュータから取得してよい。
【0099】
また、一例では、封止材２５の接触面積の値６２は、固定値であってよい。この場合、接触面積の値６２は、摩擦モデル５に予め反映されていてよい。すなわち、接触面積の値６２は、所与の値として、摩擦モデル５に代入済みであってよい。本実施形態では、式２の摩擦モデル５において、圧力Ｐ及び速度ｖ以外のパラメータの値が予め与えられてよい。これに応じて、制御部１１は、ステップＳ１０２の処理を実行する前の任意のタイミングにおいて、位置センサ２９の測定結果から可動部２４の速度ｖを取得してよい。制御部１１は、得られた流体の圧力の値６１及び速度ｖを式２に代入し、式２の演算処理を実行することで、摩擦力の推定値６５を算出することができる。
【0100】
他の一例では、制御部１１は、取得された圧力の値６１から接触面積の値６２を算出してよい。本実施形態では、制御部１１は、算出された接触面積の値６２、取得された圧力の値６１及び速度ｖを式２に代入し、式２の演算処理を実行することで、摩擦力の推定値６５を算出することができる。本実施形態では、いずれの例が採用されてもよいが、以下では、説明の簡略化のため、接触面積の値６２は固定値であるものとして取り扱う。
【0101】
ステップＳ１０３では、制御部１１は、動作制御部１１３として動作する。すなわち、制御部１１は、算出された摩擦力の推定値６５を反映しながら流体圧アクチュエータ２の可動部２４の駆動力を制御する。摩擦力の推定値６５を反映することは、算出された推定値６５に応じて可動部に生じる摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかにより構成されてよい。本実施形態では、摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかは、補助駆動部２７から与えられる電磁力により実施されてよい。
【0102】
（制御手順の一例）
図１１は、摩擦力を補償する形態における流体圧アクチュエータ２の物理モデルの一例を模式的に示す。以下、補助駆動部２７による電磁力により摩擦力を補償する場面における制御手順に一例を説明する。ただし、制御装置１による制御手順は、以下の例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
図１１は、摩擦力を補償する形態における流体圧アクチュエータ２の物理モデルの一例を模式的に示す。以下、補助駆動部２７による電磁力により摩擦力を補償する場面における制御手順に一例を説明する。ただし、制御装置１による制御手順は、以下の例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。
【0103】
まず、制御部１１は、流体圧アクチュエータ２の可動部２４から出力する力（駆動力）の目標値を決定する。力の目標値は、動作の制御内容に応じて適宜決定されてよい。制御手法には、例えば、インピーダンス制御、コンプライアンス制御、位置制御、速度制御、モデル予測制御等の公知の手法が用いられてよい。
【0104】
続いて、制御部１１は、力の目標値に応じて、圧力の目標値（Ｐ＊）を決定する。制御部１１は、決定された圧力の目標値（Ｐ＊）に応じて、圧力制御バルブ２６３に制御信号を与える。これにより、制御部１１は、圧力制御バルブ２６３の動作を制御する。また、制御部１１は、圧力制御バルブ２６３の圧力センサ２６５から圧力の測定値（Ｐ）を取得する（ステップＳ１０１）。制御部１１は、位置センサ２９の測定結果から可動部２４の速度ｖを取得する。なお、流体の圧力による駆動力（Ｆｐ）は、圧力の測定値（Ｐ）及び可動部２４のピストン２４１の断面積（Ｓ）の積（Ｆｐ＝Ｐ×Ｓ）により算出することができる。
【0105】
次に、制御部１１は、取得された圧力の測定値及び速度ｖを式２の摩擦モデル５に入力して、摩擦力の推定値６５（Ｆｋ）を算出する（ステップＳ１０２）。そして、制御部１１は、算出された推定値６５（Ｆｋ）の摩擦力を補償するように、電磁力による駆動力の
大きさ（Ｆｅの目標値）を決定する。電磁力により摩擦力を完全に打ち消す場合、制御部１１は、「Ｆｅ＝Ｆｋ」となるように駆動力の大きさを決定する。
大きさ（Ｆｅの目標値）を決定する。電磁力により摩擦力を完全に打ち消す場合、制御部１１は、「Ｆｅ＝Ｆｋ」となるように駆動力の大きさを決定する。
【0106】
制御部１１は、決定された駆動力の大きさに応じて、電流の目標値（Ｉ＊）を決定する。制御部１１は、決定された目標値（Ｉ＊）に応じて、モータドライバ２７２に制御信号を与える。これにより、制御部１１は、モータドライバ２７２の動作を制御する。圧力制御バルブ２６３及びモータドライバ２７２の動作制御が、ステップＳ１０３の一例である。フィードバックとして、制御部１１は、モータドライバ２７２の電流センサ２７５から電流の測定値（Ｉ）を取得する。電磁力による駆動力（Ｆｅ）は、電流の測定値（Ｉ）から算出することができる。
【0107】
可動部２４から出力される駆動力（Ｆ）は、各力の合計（Ｆ＝Ｆｐ＋Ｆｅ－Ｆｋ）である。なお、図１１では、ｍは、可動部２４の質量を示す。ｚは、ラプラス変換の媒介変数を示し、１／ｚは、時間積分を表している。ａは、可動部２４の加速度を示し、ｘは、（位置センサ２９により測定される）可動部２４の位置を示す。電磁力による駆動力の方向が異なる点を除き、摩擦力を増幅するケースも、上記摩擦力を補償するケースと同様の手順で制御可能である。以上の一連の手順により、制御部１１は、可動部２４の駆動力を制御することができる。可動部２４の駆動力を制御すると、制御部１１は、次のステップＳ１０４に処理を進める。
【0108】
なお、図１１の物理モデルでは、圧力センサ２６５により得られる圧力の測定値（Ｐ）が、流体の圧力の値６１として使用されている。しかしながら、上記のとおり、圧力の値６１は、これに限られなくてよい。他の一例では、圧力の目標値（Ｐ＊）が、流体の圧力の値６１として摩擦モデル５に代入されてもよい。更に他の一例では、圧力の推定値が、任意の方法で算出されてよく、算出された圧力の推定値が、摩擦モデル５に代入されてもよい。
【0109】
［ステップＳ１０４～ステップＳ１０７］
図１０に戻り、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７では、制御部１１は、異常判定部１１４として動作し、流体圧アクチュエータ２の動作検査に関する一連の処理を実行する。
図１０に戻り、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７では、制御部１１は、異常判定部１１４として動作し、流体圧アクチュエータ２の動作検査に関する一連の処理を実行する。
【0110】
（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）
ステップＳ１０４では、制御部１１は、荷重センサ２８により得られる力の測定値から摩擦力の算出値を導出する。ステップＳ１０５では、制御部１１は、導出された摩擦力の算出値と摩擦モデル５を使用して得られた摩擦力の推定値６５との間の乖離に応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じたか否かを判定する。
ステップＳ１０４では、制御部１１は、荷重センサ２８により得られる力の測定値から摩擦力の算出値を導出する。ステップＳ１０５では、制御部１１は、導出された摩擦力の算出値と摩擦モデル５を使用して得られた摩擦力の推定値６５との間の乖離に応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じたか否かを判定する。
【0111】
上記図１１に示されるとおり、流体の圧力による駆動力（Ｆｐ）の推定値は、主駆動部２６（流体圧のアクチュエータ）の物理モデルから算出可能である。また、電磁力による駆動力（Ｆｅ）の推定値は、補助駆動部２７（電磁力アクチュエータ）の物理モデルから算出可能である。そこで、制御部１１は、それぞれに与える目標値又は測定値から各駆動力（Ｆｐ、Ｆｅ）の推定値を算出してよい。そして、制御部１１は、摩擦モデル５を使用せずに、荷重センサ２８より得られる駆動力の測定値（ＦＡ）及び各駆動力（Ｆｐ、Ｆｅ）の推定値から摩擦力の算出値（Ｆｚ）を導出してよい。上記摩擦力を補償するケースでは、制御部１１は、各駆動力（Ｆｐ、Ｆｅ）の推定値の合計から駆動力の測定値（ＦＡ）を引き算することで、摩擦力の算出値（Ｆｚ）を導出してよい（Ｆｚ＝Ｆｐ＋Ｆｅ－ＦＡ）。
【0112】
制御部１１は、導出された摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び摩擦力の推定値６５（Ｆｋ）を
比較し、比較の結果に応じて２つの値の間に乖離が生じているか否か（すなわち、流体圧アクチュエータ２に異常が生じたか否か）を判定する。判定の方法は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。一例では、乖離の指標は閾値で与えられてよい。この場合、制御部１１は、導出された摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び摩擦力の推定値６５（Ｆｋ）の間の差分が閾値を超えていることに応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていると判定してよい。一方、制御部１１は、摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び推定値６５（Ｆｋ）の間の差分が閾値未満であることに応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていないと判定してよい。摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び推定値６５（Ｆｋ）の間の差分が閾値と等しいことには、上記いずれの判定結果が割り当てられてよい（すなわち、差分が閾値と等しいことは、異常が生じていると判定されてもよいし、或いは異常が生じていないと判定されてもよい）。
比較し、比較の結果に応じて２つの値の間に乖離が生じているか否か（すなわち、流体圧アクチュエータ２に異常が生じたか否か）を判定する。判定の方法は、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。一例では、乖離の指標は閾値で与えられてよい。この場合、制御部１１は、導出された摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び摩擦力の推定値６５（Ｆｋ）の間の差分が閾値を超えていることに応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていると判定してよい。一方、制御部１１は、摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び推定値６５（Ｆｋ）の間の差分が閾値未満であることに応じて、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていないと判定してよい。摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び推定値６５（Ｆｋ）の間の差分が閾値と等しいことには、上記いずれの判定結果が割り当てられてよい（すなわち、差分が閾値と等しいことは、異常が生じていると判定されてもよいし、或いは異常が生じていないと判定されてもよい）。
【0113】
なお、制御部１１は、摩擦モデル５により得られた摩擦力の推定値６５（Ｆｋ）及び各駆動力（Ｆｐ、Ｆｅ）の推定値から流体圧アクチュエータ２の駆動力の推定値（ＦＢ）を算出することができる。上記図１１の例では、制御部１１は、各駆動力（Ｆｐ、Ｆｅ）の推定値の合計から摩擦力の推定値６５（Ｆｋ）を引き算することで、駆動力の推定値（ＦＢ）を算出することができる（ＦＢ＝Ｆｐ＋Ｆｅ－Ｆｋ）。演算に含まれる要素が同じであるため、この駆動力の推定値（ＦＢ）及び荷重センサ２８により得られる力の測定値（ＦＡ）を比較することは、上記摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び推定値６５（Ｆｋ）を比較することと同じである。そのため、上記摩擦力の算出値（Ｆｚ）及び推定値６５（Ｆｋ）を比較することは、当該駆動力の推定値（ＦＢ）及び測定値（ＦＡ）を比較することにより構成されてもよい。
【0114】
（ステップＳ１０６及びステップＳ１０７）
ステップＳ１０６では、制御部１１は、ステップＳ１０５の判定結果に応じて、処理の分岐先を決定する。流体圧アクチュエータ２に異常が生じていると判定した場合、制御部１１は、次のステップＳ１０７に処理を進める。一方、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていないと判定した場合、制御部１１は、ステップＳ１０７の処理を省略し、本動作例に係る処理手順を終了する。
ステップＳ１０６では、制御部１１は、ステップＳ１０５の判定結果に応じて、処理の分岐先を決定する。流体圧アクチュエータ２に異常が生じていると判定した場合、制御部１１は、次のステップＳ１０７に処理を進める。一方、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていないと判定した場合、制御部１１は、ステップＳ１０７の処理を省略し、本動作例に係る処理手順を終了する。
【0115】
ステップＳ１０７では、制御部１１は、流体圧アクチュエータ２において異常の発生を検出したことを知らせるためのアラートを出力する。典型的な一例では、制御部１１は、出力装置１５を介してアラートを出力してよい。アラートは、流体圧アクチュエータ２に異常が生じていること示す文章で構成されてよい。ただし、アラートの通知方法及び内容はそれぞれ、このような例に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜決定されてよい。アラートを通知すると、制御部１１は、本動作例に係る処理手順を終了する。
【0116】
本動作例に係る処理手順を終了した後、制御部１１は、任意のタイミングで、ステップＳ１０１から処理を再度実行してよい。一例では、オペレータによる入力装置１４の操作に応じて、流体圧アクチュエータ２に対する動作開始の要求を受け取ってから動作終了の要求を受け取るまでの間、制御部１１は、上記処理手順の情報処理を繰り返し実行してよい。これにより、制御部１１は、流体圧アクチュエータ２の動作を継続的に制御してよい。
【0117】
［特徴］
以上のとおり、本実施形態では、ステップＳ１０２で使用される摩擦モデル５は、封止材２５の接触面積及び流体の圧力から摩擦力を推定するように構成される。これに応じて、ステップＳ１０３では、制御部１１は、摩擦モデル５により算出される摩擦力の推定値６５を反映しながら流体圧アクチュエータ２の動作を制御する。その結果、流体圧アクチュエータ２の精度のよい制御の遂行を期待することができる。
以上のとおり、本実施形態では、ステップＳ１０２で使用される摩擦モデル５は、封止材２５の接触面積及び流体の圧力から摩擦力を推定するように構成される。これに応じて、ステップＳ１０３では、制御部１１は、摩擦モデル５により算出される摩擦力の推定値６５を反映しながら流体圧アクチュエータ２の動作を制御する。その結果、流体圧アクチュエータ２の精度のよい制御の遂行を期待することができる。
【0118】
また、本実施形態では、ステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理により、流体圧アクチュエータ２の動作不良を検出することができる。
【0119】
§４ 変形例
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。上記実施形態において、種々の改良又は変更が適宜行われてよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
以上、本発明の実施の形態を詳細に説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。上記実施形態において、種々の改良又は変更が適宜行われてよい。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。
【0120】
＜４．１＞
上記実施形態の処理手順（図１０）について、ステップの省略、置換、及び追加の少なくともいずれかが行われてよい。例えば、ステップＳ１０１～ステップＳ１０７の処理は、必ずしも一連で実行されなくてもよい。一例では、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７の実行頻度は、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３の実行頻度よりも少なくてよい。この場合、制御装置１は、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３の処理を複数回実行した後に、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７の処理を実行してよい。
上記実施形態の処理手順（図１０）について、ステップの省略、置換、及び追加の少なくともいずれかが行われてよい。例えば、ステップＳ１０１～ステップＳ１０７の処理は、必ずしも一連で実行されなくてもよい。一例では、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７の実行頻度は、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３の実行頻度よりも少なくてよい。この場合、制御装置１は、ステップＳ１０１～ステップＳ１０３の処理を複数回実行した後に、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７の処理を実行してよい。
【0121】
＜４．２＞
上記実施形態において、摩擦モデル５が得られた後、流体圧アクチュエータ２の構成から荷重センサ２８は省略されてよい。また、上記実施形態において、異常検出に関する構成は省略されてよい。この場合、制御装置１のソフトウェア構成において、異常判定部１１４は省略されてよい。上記実施形態の処理手順において、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７の処理は省略されてよい。
上記実施形態において、摩擦モデル５が得られた後、流体圧アクチュエータ２の構成から荷重センサ２８は省略されてよい。また、上記実施形態において、異常検出に関する構成は省略されてよい。この場合、制御装置１のソフトウェア構成において、異常判定部１１４は省略されてよい。上記実施形態の処理手順において、ステップＳ１０４～ステップＳ１０７の処理は省略されてよい。
【0122】
＜４．３＞
上記実施形態に係る流体圧アクチュエータ２の構成において、補助駆動部２７は省略されてよい。この場合、流体圧アクチュエータ２は、流体の圧力のみで可動部２４を駆動するように構成されてよい。上記ステップＳ１０３において、摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかは、主駆動部２６から与えられる流体の圧力により実施されてよい。なお、補助駆動部２７を備える場合であっても、摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかは、主駆動部２６から与えられる流体の圧力により実施されてよい。
上記実施形態に係る流体圧アクチュエータ２の構成において、補助駆動部２７は省略されてよい。この場合、流体圧アクチュエータ２は、流体の圧力のみで可動部２４を駆動するように構成されてよい。上記ステップＳ１０３において、摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかは、主駆動部２６から与えられる流体の圧力により実施されてよい。なお、補助駆動部２７を備える場合であっても、摩擦力を補償すること及び増幅することのいずれかは、主駆動部２６から与えられる流体の圧力により実施されてよい。
【0123】
また、流体圧アクチュエータ２の出力の使用場面は、特に限定されなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、摩擦力の補償及び増幅の少なくとも一方は、流体圧アクチュエータ２以外の機械的摩擦の補償又は増幅、流体圧アクチュエータ２と組み合わせて使用されるアクチュエータの摩擦の補償又は増幅等の他の要素と組み合わせて実施されてよい。
【0124】
一例として、流体圧アクチュエータ２の出力は、流体圧アクチュエータ２よりも大きな力を出力する他のアクチュエータの出力誤差の補償又は摩擦の増幅のために使用されてよい。この場合、流体圧アクチュエータ２の制御を通じて、他のアクチュエータの大きな出力を精度よく制御することが可能となる。なお、他のアクチュエータの制御形式は、任意に選択されてよい。例えば、他のアクチュエータの出力は一定に制御されてよい。
【0125】
具体例として、２つの空気圧人工筋の出力を拮抗させることでインピーダンス制御される関節機構が与えられていると想定する。この場面において、流体圧アクチュエータ２の出力は、当該関節機構に対して使用されてよい。一例では、空気圧人工筋のヒステリシス、空気圧の時間遅れ等の要素で空気圧人工筋のみでは理想的なインピーダンス制御が実現
困難な場合に、空気圧人工筋の出力と理想的な出力との差異（すなわち、出力誤差）を流体圧アクチュエータ２の出力により補償してよい。
困難な場合に、空気圧人工筋の出力と理想的な出力との差異（すなわち、出力誤差）を流体圧アクチュエータ２の出力により補償してよい。
【0126】
図１２は、当該変形例に係る流体圧アクチュエータ２の使用形態の一例を模式的に示す。図１２の例では、他のアクチュエータ７０は、２つの空気圧人工筋（７１、７２）及び関節機構７３を備えており、流体圧アクチュエータ２よりも大きな力を出力可能に構成されている。２つの空気圧人工筋（７１、７２）は、関節機構７３に接続されている。２つの空気圧人工筋（７１、７２）の出力を拮抗させることで、関節機構７３がインピーダンス制御される。また、図１２の例では、流体圧アクチュエータ２の各端部は回転子を介して固定されている。流体圧アクチュエータ２の先端（シャフト２４２の先端）は関節機構７３に駆動力を伝達可能に接続されている。一方、流体圧アクチュエータ２の後端は移動しない（回転子による回転は可能）ように任意に固定されている。これにより、流体圧アクチュエータ２は、当該流体圧アクチュエータ２の力を関節機構７３に出力可能に構成されている。この使用場面では、関節機構７３の角度によりモーメント荷重が変化する。これに応じて、関節機構７３に生じる摩擦の大きさが変動する。そこで、流体圧アクチュエータ２の出力は、関節機構７３（他のアクチュエータ７０）に生じる摩擦を補償するために使用されてよい。このとおり、空気圧人工筋（７１、７２）の出力と理想的な出力との差異を流体圧アクチュエータ２の出力により補償することで、他のアクチュエータ７０を精度よく駆動することができる。
【0127】
なお、本変形例において、他のアクチュエータ７０の摩擦に起因する出力誤差の補償だけでなく、他のアクチュエータ７０のモデル化誤差、制御遅れ等の他の要因によって生じる制御の出力誤差を補償してよい。大きな出力が可能である他のアクチュエータ７０の出力誤差を流体圧アクチュエータ２により補償する場合に、他のアクチュエータ７０の出力誤差と流体圧アクチュエータ２の出力誤差とが打ち消しあうようにそれぞれを制御することで、補助駆動部２７の補償する最大出力を小さくすることができる。打ち消しあうとは、互いの出力誤差が最大になるタイミングをずらすことである。これにより、ギア及び減速比を用いないダイレクトドライブのリニアモータを補助駆動部２７に用いることができるため、補正の精度及び応答性の向上が期待できる。その結果、アクチュエータのバックドライバビリティを向上させることができる。よって、アシスト機器として用いた時に安全に駆動できるようになる。
【0128】
また、一定の出力を出し続ける場合、他のアクチュエータ７０及び流体圧アクチュエータ２は圧力制御バルブ２６３の弁を閉じることでエネルギーをロスせず圧力を保つことができる。そのため、アクチュエータ７０及び流体圧アクチュエータ２を合わせた出力に比べて小さな出力で制御される補助駆動部２７で消費されるエネルギーを低減し、発熱を抑えることができる。
【0129】
更に、他のアクチュエータ７０、流体圧アクチュエータ２及び補助駆動部２７のアクチュエータの可動部（永久磁石２７３）の質量を低減することができる。例えば、補助駆動部２７の永久磁石２７３として使用する磁石の数を減らすことができる。そのため、出力側から外乱が発生した際における、可動部の質量の加速度に起因する出力の変動誤差を低減することができる。加えて、アクチュエータの駆動する可動部の質量を低減することで、アーム先端を俊敏にすばやく動かすことができる。
【0130】
＜４．４＞
上記図１２の変形例の場面等、流体圧アクチュエータ２の出力（例えば、モーメント荷重等）が変化することで、封止材２５の摩擦も変化する可能性がある。そこで、上記実施形態において、摩擦モデル５は、流体圧アクチュエータ２の出力に応じて生成されてもよい。これにより、流体圧アクチュエータ２の更に精度のよい制御の遂行を期待することが
できる。
上記図１２の変形例の場面等、流体圧アクチュエータ２の出力（例えば、モーメント荷重等）が変化することで、封止材２５の摩擦も変化する可能性がある。そこで、上記実施形態において、摩擦モデル５は、流体圧アクチュエータ２の出力に応じて生成されてもよい。これにより、流体圧アクチュエータ２の更に精度のよい制御の遂行を期待することが
できる。
【0131】
＜４．５＞
上記実施形態において、摩擦モデル５により推定される摩擦力は、封止材２５により可動部２４に生じる静止摩擦力、動摩擦力及び粘性摩擦により構成されている。ただし、推定する対象の摩擦力は、これに限られなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。一例では、摩擦モデル５により推定される摩擦力は、封止材２５により可動部２４に生じる静止摩擦力及び動摩擦力により構成されてよい。他の一例では、摩擦モデル５により推定される摩擦力は、収容体２１に収容される流体による抵抗力等の他の要素の抵抗力を更に含んでもよい。そのため、摩擦力は、抵抗力と同義に取り扱われてよい（摩擦力を抵抗力とも称してよい）。
上記実施形態において、摩擦モデル５により推定される摩擦力は、封止材２５により可動部２４に生じる静止摩擦力、動摩擦力及び粘性摩擦により構成されている。ただし、推定する対象の摩擦力は、これに限られなくてよく、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。一例では、摩擦モデル５により推定される摩擦力は、封止材２５により可動部２４に生じる静止摩擦力及び動摩擦力により構成されてよい。他の一例では、摩擦モデル５により推定される摩擦力は、収容体２１に収容される流体による抵抗力等の他の要素の抵抗力を更に含んでもよい。そのため、摩擦力は、抵抗力と同義に取り扱われてよい（摩擦力を抵抗力とも称してよい）。
【0132】
§５ 実験例
上記実施形態の有効性を検証するため、以下の実験を行った。ただし、本発明は、以下の実験例に限定されるものではない。
上記実施形態の有効性を検証するため、以下の実験を行った。ただし、本発明は、以下の実験例に限定されるものではない。
【0133】
まず、流体圧アクチュエータとして、図３と同様の構成を有する空電ハイブリッドアクチュエータ（リニアアクチュエータ）を作製した。続いて、図８と同様の構成を有するアクチュエータシステムを作製した。制御装置には汎用のＰＣを使用した。位置センサには、光学センサ（AEDR-8400, Broadcom Inc.）を使用した。荷重センサには、ロードセル（LCM201-100N, Omega Engineering Inc.）を使用した。圧力センサを内蔵する圧力制御バ
ルブには、VP5010SBJ111H00（Norgren Inc.）を使用した。マイクロコントローラには、LPC1769（NXP semiconductors N.V.）を使用した。モータドライバの電流センサには、ACS714（Allegro MicroSystems, LLC）を使用した。
ルブには、VP5010SBJ111H00（Norgren Inc.）を使用した。マイクロコントローラには、LPC1769（NXP semiconductors N.V.）を使用した。モータドライバの電流センサには、ACS714（Allegro MicroSystems, LLC）を使用した。
【0134】
図１３Ａは、実施例及び比較例におけるアクチュエータの状態を模式的に示す。図１３Ｂは、実施例及び比較例におけるアクチュエータのタスクを説明するための図である。図１３Ａに示されるとおり、作製した空電ハイブリッドアクチュエータのシャフトに直列にロードアクチュエータを接続した。ロードアクチュエータは、市販のリニアアクチュエータ（BAST42M, THK Co., Ltd.）にブラシレスモータ及びボールねじを組み合わせることで作製した。図１３Ｂに示される外乱をロードアクチュエータにより与えている間、空電ハイブリッドアクチュエータの駆動力を一定に保つことを実施例及び比較例のタスクとして採用した。
【0135】
摩擦モデルには、上記式２の関数式を採用した。封止材の接触面積は、一定とした。封止材には、シールフィンを使用した。図４Ａ及び図４Ｂに示される算出方法を採用して、シールフィンの接触面積を導出した。シールフィンの外径Ｄｆは、１６．３ｍｍであった。シールフィンの内径ｄは、１５．４ｍｍであった。シールフィンの軸方向の長さｌは、１．８０ｍｍであった。接触部におけるシールフィンの軸方向の長さΔｌは、０．４０７ｍｍであった。その結果、導出されたシールフィンの接触面積ｓの値は、２０．６ｍｍ２であった。式２のパラメータの値を得るため、圧力の目標値が異なる複数の条件下で、図１３Ｂに示される外乱をロードアクチュエータにより与えている間、空気圧の目標値を一定にし、電磁力を発生させずに、空電ハイブリッドアクチュエータを駆動し、各種データを計測した。
【0136】
図１４Ａは、圧力の目標値を０ＭＰａＧに設定して、空電ハイブリッドアクチュエータに外乱を加えている間において、力と相対位置との間の関係を測定した結果を示す。外乱を与える前の可動部の位置を０として相対位置を定義した。図１４Ｂは、圧力の目標値が異なる複数の条件下で、正及び負の速度における力の平均値並びに全体的な力の平均値（全体平均値）を計測した結果を示す。図１４Ｃは、正及び負の速度それぞれでの力の平均
値と全体平均値との間の誤差をプロットした結果を示す。得られた計測データから式２の各パラメータを同定した。その結果、クーロン摩擦係数μCは、０．１２７であった。静
止摩擦係数μSは、０．１８２であった。待機状態における可動部の接触力Ｆ０は、２０
．５Ｎであった。ストライベック速度vsは、０．００１３２ｍ／ｓであった。粘性摩擦係数σ2は、０．００Ｎｓ／ｍであった。
値と全体平均値との間の誤差をプロットした結果を示す。得られた計測データから式２の各パラメータを同定した。その結果、クーロン摩擦係数μCは、０．１２７であった。静
止摩擦係数μSは、０．１８２であった。待機状態における可動部の接触力Ｆ０は、２０
．５Ｎであった。ストライベック速度vsは、０．００１３２ｍ／ｓであった。粘性摩擦係数σ2は、０．００Ｎｓ／ｍであった。
【0137】
次に、空電ハイブリッドアクチュエータの駆動力制御に関して、以下の３つの条件（比較例、第１実施例、第２実施例）を設定した。
【0138】
（１）比較例
比較例では、ベースとなる駆動力を空気圧で発生させた。圧力制御バルブに一定の電圧を入力することで、駆動力を一定に維持した。
比較例では、ベースとなる駆動力を空気圧で発生させた。圧力制御バルブに一定の電圧を入力することで、駆動力を一定に維持した。
【0139】
（２）第１実施例
第１実施例では、ベースとなる駆動力を空気圧で発生させた。摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を空気圧で補償するため、可動部の速度及び空気圧から圧力制御バルブへの入力電圧を変化させるようにコントローラを設計した。これにより、第１実施例では、摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を空気圧により補償した。ただし、摩擦モデルに入力する圧力の値には圧力の目標値を採用し、内部空間の圧力は、各試行で一定と仮定した。
第１実施例では、ベースとなる駆動力を空気圧で発生させた。摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を空気圧で補償するため、可動部の速度及び空気圧から圧力制御バルブへの入力電圧を変化させるようにコントローラを設計した。これにより、第１実施例では、摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を空気圧により補償した。ただし、摩擦モデルに入力する圧力の値には圧力の目標値を採用し、内部空間の圧力は、各試行で一定と仮定した。
【0140】
（３）第２実施例
第２実施例では、ベースとなる駆動力を空気圧で発生させた。摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を電磁力で補償するため、可動部の速度及び空気圧からモータドライバへの入力電圧を変化させるようにコントローラを設計した。これにより、第２実施例では、摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を電磁力により補償した。第１実施例と同様に、摩擦モデルに入力する圧力の値には圧力の目標値を採用し、内部空間の圧力は、各試行で一定と仮定した。
第２実施例では、ベースとなる駆動力を空気圧で発生させた。摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を電磁力で補償するため、可動部の速度及び空気圧からモータドライバへの入力電圧を変化させるようにコントローラを設計した。これにより、第２実施例では、摩擦モデルにより算出される推定値の摩擦力を電磁力により補償した。第１実施例と同様に、摩擦モデルに入力する圧力の値には圧力の目標値を採用し、内部空間の圧力は、各試行で一定と仮定した。
【0141】
そして、上記比較例及び各実施例の各条件に対して、駆動力の目標値を０Ｎ、２０Ｎ、４０Ｎ及び６０Ｎに設定し、ロードアクチュエータの位置及び速度を制御した。これにより、上記パラメータの同定で用いたものと同じ外乱（図１３Ｂ）を空電ハイブリッドアクチュエータに与えた。外乱を与えている間、ロードセル（荷重センサ）により、空電ハイブリッドアクチュエータの駆動力（出力）を測定した。なお、第１実施例では、０Ｎの条件は省略した。
【0142】
図１５Ａは、比較例における空電ハイブリッドアクチュエータの制御結果を示す。図１５Ｂは、第１実施例における空電ハイブリッドアクチュエータの制御結果を示す。図１５Ｃは、第２実施例における空電ハイブリッドアクチュエータの制御結果を示す。図１５Ａに示されるとおり、比較例では、０Ｎ、２０Ｎ、４０Ｎ及び６０Ｎの各条件下で、駆動力の目標値と測定値との間に誤差が生じた。一方で、第１実施例では、誤差を低減できたものの、空気圧の応答性の悪さから、出力される駆動力は不安定であった。これに対して、第２実施例では、電磁力の応答性の良さから、概ね誤差なく、出力される駆動力を一定に保つことができた。
【0143】
これらの結果から、変形要素を含む封止材について、封止材の接触面積及び流体の圧力を考慮することで、可動部に生じる摩擦力を精度よく推定可能であることが分かった。その結果、推定された摩擦力を動作制御に反映することで、流体圧アクチュエータの精度のよい制御の遂行を期待可能であることが分かった。また、摩擦力を反映する動作を電磁力による駆動力で実現することで、応答性及び精度のよく流体圧アクチュエータを制御可能
であることが分かった。
であることが分かった。
【符号の説明】
【0144】
１…制御装置、
１１…制御部、１２…記憶部、
１３…外部インタフェース、１４…入力装置、
１５…出力装置、１６…ドライブ、
８１…制御プログラム、９１…記憶媒体、
１１１…情報取得部、１１２…摩擦推定部、
１１３…動作制御部、１１４…以上判定部、
１２５…摩擦モデルデータ、
２…流体圧アクチュエータ、
２１…収容体、２２…内部空間、
２３…内壁、２４…可動部、２５…封止材、
２６…主駆動部、２７…補助駆動部、
５…摩擦モデル、
６１…（圧力の）値、６２…（接触面積の）値、
６５…推定値
１１…制御部、１２…記憶部、
１３…外部インタフェース、１４…入力装置、
１５…出力装置、１６…ドライブ、
８１…制御プログラム、９１…記憶媒体、
１１１…情報取得部、１１２…摩擦推定部、
１１３…動作制御部、１１４…以上判定部、
１２５…摩擦モデルデータ、
２…流体圧アクチュエータ、
２１…収容体、２２…内部空間、
２３…内壁、２４…可動部、２５…封止材、
２６…主駆動部、２７…補助駆動部、
５…摩擦モデル、
６１…（圧力の）値、６２…（接触面積の）値、
６５…推定値
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15A】
【図15B】
【図15C】