CN102781633A - 弹性体致动器驱动机构的控制装置及控制方法、以及控制程序 - Google Patents

弹性体致动器驱动机构的控制装置及控制方法、以及控制程序 Download PDF

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CN102781633A CN201080053015.4A CN201080053015A CN102781633A CN 102781633 A CN102781633 A CN 102781633A CN 201080053015 A CN201080053015 A CN 201080053015A CN 102781633 A CN102781633 A CN 102781633A
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Abstract

在弹性体致动器驱动机构的控制装置中，配设有判断输出计测机构(103、8)是否异常的异常判断机构(104)来判断输出计测机构的异常，在输出计测机构异常时基于目标内部状态确定机构(108)及内部状态误差补偿机构(111)来控制弹性体致动器(100)，由此即使在输出计测机构异常时也能够进行使弹性体致动器(100)不立刻停止动作而继续动作直至到达规定的位置为止的控制。

Description

弹性体致动器驱动机构的控制装置及控制方法、以及控制程序
技术领域
本发明涉及对驱动机构的动作进行控制的弹性体致动器驱动机构的控制装置及控制方法、以及控制程序，其中所述驱动机构通过流体压驱动致动器等被弹性体的变形所驱动的弹性体致动器来驱动。
背景技术
近年来，由于细胞式生产工厂的发展等原因，与人协同动作的机器人的开发日益盛行。这样的与人协同动作的机器人与现有那样隔开人所在的区域与机器人用的作业区域而动作的机器人不同，需要与人共存，因此与现有的工业用机器人等相比，所需要的规格不同。
第一，在现有的工业用机器人中，使用电动机或减速器，通过高增益的反馈控制来实现反复精度0.1mm等这样的高指尖位置精度。然而，利用这样的电动机来驱动的机构多存在刚性高而柔性欠佳的情况，在安全性方面多存在问题。
相对于此，在与人协同动作的机器人中，对与人接触时不造成危害等安全性加以重视。从而，不能说像现有的工业用机器人那样由电动机驱动的机构适用于家庭用机器人等重视安全性的领域，需要柔软且安全的机器人手臂。
针对这样的课题，例如提出有利用了McKibben型的空气压致动器的机器人手臂。McKibben型的空气压致动器构成为，在由橡胶材料构成的管状弹性体的外表面配设由纤维软线构成的约束机构，管状弹性体的两端部由密封构件来气密密封。当通过流体注入注出机构而利用空气等压缩性流体将内压施加到管状弹性体的内部空间时，管状弹性体主要沿半径方向膨胀，但在约束机构的作用下，要沿半径方向膨胀的动作被转换成管状弹性体的中心轴方向的运动，全长收缩。该McKibben型的致动器主要由弹性体构成，因此其特征在于具有柔软性、安全且轻量。
第二，现有的工业用机器人在与人隔离的空间中动作，因此例如在传感器发生故障等时，立刻停止动作被认为是最安全的。
相对于此，若为与人在同一空间动作的机器人，则在假设传感器发生故障等情况下，立刻停止动作未必就是最安全的。例如考虑到如下等情况：在与人进行协调动作时，若机器人突然停止，则进行协调动作的人无法立刻停住，而处于危险的状态。并且，在传感器发生故障时，存在无法取得动作控制所需要的信息，难以继续动作的课题。
针对这样的传感器的故障，现有技术公开了如下的控制装置，该控制装置通过读取预先教导并存储起来的数据取代读取传感器信号来控制机器人(专利文献1)。而且，公开了如下的移动控制装置，该移动控制装置具备运算器，在具备距离传感器和多个移动机构位置检测器的机器人中，该运算器根据来自距离传感器的传感器信号和来自正常的移动机构位置检测器的移动机构位置信号，求解与发生了故障的移动机构位置检测器本应该输出的正确的移动机构位置信号相同的替代信号(专利文献2)。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本实公平8-1819号公报
【专利文献2】日本特公平5-55279号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
然而，在专利文献1的技术中，存在如下课题：预先需要将传感器信号替代的教导数据，但难以事先预想到机器人的所有动作而难以准备教导数据。而且，在专利文献2的技术中，存在如下课题：对不具备距离传感器的机器人等而言，难以运算正确的替代信号。
本发明为了解决所述现有的课题而提出，其目的在于提供一种弹性体致动器驱动机构的控制装置及控制方法、以及控制程序，从而无需预先准备教导数据或设置能够运算替代信号的传感器，即使在传感器异常时也不会立刻停止动作，能够继续由弹性体致动器驱动的机器人手臂等驱动机构的动作。
【用于解决课题的手段】
为了达成所述目的，本发明如下构成。
根据本发明的第一方式，提供一种弹性体致动器驱动机构的控制装置，具备：
目标值输出机构，其输出弹性体致动器的输出的目标值；
输出误差补偿机构，其通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值，来对输出误差进行补偿；
目标内部状态确定机构，其根据所述弹性体致动器的输出的目标值来确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值；
内部状态误差补偿机构，其根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出来对内部状态误差进行补偿；
异常判断机构，其根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，判断所述输出计测机构是否异常，
在所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
通过这样的结构，即使在输出计测机构故障或异常时也可以实现使弹性体致动器能够继续动作的弹性体致动器驱动机构的控制。
根据本发明的第八方式，提供一种弹性体致动器驱动机构的控制方法，其中，
利用目标值输出机构输出弹性体致动器的输出的目标值，
通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值而由输出误差补偿机构对输出误差进行补偿，
根据所述弹性体致动器的输出的目标值，而由目标内部状态确定机构确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值，
根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出而由内部状态误差补偿机构对内部状态误差进行补偿，
根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，由异常判断机构判断所述输出计测机构是否异常，
在由所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，而利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
根据本发明的第九方式，提供一种弹性体致动器驱动机构的控制程序，其中，
使计算机作为目标值输出机构、输出误差补偿机构、目标内部状态确定机构、内部状态误差补偿机构及异常判断机构而发挥功能，
所述目标值输出机构输出弹性体致动器的输出的目标值，
所述输出误差补偿机构通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值而对输出误差进行补偿，
所述目标内部状态确定机构根据所述弹性体致动器的输出的目标值来确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值，
所述内部状态误差补偿机构根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出来对内部状态误差进行补偿，
所述异常判断机构根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，判断所述输出计测机构是否异常，
在由所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
通过这样的结构，即使在输出计测机构故障或异常时也可以实现使弹性体致动器能够继续动作的弹性体致动器驱动机构的控制。
【发明效果】
根据本发明的弹性体致动器驱动机构的控制装置，设置判断输出计测机构是否发生故障的异常判断机构，且在输出计测机构故障时能够利用目标内部状态确定机构及内部状态误差补偿机构来进行使弹性体致动器继续动作的控制。
而且，根据本发明的弹性体致动器驱动机构的控制方法及控制程序，包括判断输出计测机构是否发生故障的异常判断步骤，且在输出计测机构故障时能够利用目标内部状态确定机构及内部状态误差补偿机构来进行使弹性体致动器继续动作的控制。
附图说明
本发明的上述及其它目的和特征通过参照附图来对优选的实施方式进行如下记述得以明确。在附图中，
图1是表示本发明的第一实施方式中的弹性体致动器的驱动机构的结构的图。
图2是表示本发明的第一实施方式中的弹性体致动器的一例的弹性膨胀收缩结构体的结构及动作的图。
图3是表示用于通过作为压缩性流体的空气来驱动本发明的第一实施方式中的机器人手臂的空气压供给***的动作的图。
图4是表示本发明的第一实施方式中的弹性体致动器驱动机构的控制装置等的概念的框图。
图5是表示本发明的第一实施方式中的弹性体致动器驱动机构的控制装置的概念的控制程序的实际的动作步骤的流程图。
图6是本发明的第一实施方式中的弹性体致动器控制装置等的控制框图。
图7是表示本发明的第一实施方式中的弹性体致动器的驱动机构的动作时的状态的图。
图8是本发明的第一实施方式中的弹性体致动器驱动机构的控制装置的控制程序的动作步骤的流程图。
图9是本发明的第二实施方式中的弹性体致动器控制装置等的控制框图。
图10是表示本发明的第二实施方式中的输出异常时的目标压力差计算机构的详细情况的控制框图。
图11是表示本发明的第二实施方式中的弹性体致动器的驱动机构把持着物体的状态的图。
图12是表示本发明的第二实施方式中的弹性体致动器的驱动机构把持着物体的状态的详细情况的图。
图13是表示本发明的第二实施方式中的弹性体致动器模型计算机构的一部分的图。
图14是表示本发明的第二实施方式中的弹性体致动器模型计算机构的一部分的图。
图15是本发明的第二实施方式中的输出异常时目标压力差计算机构的计算程序的动作步骤的流程图。
图16是本发明的第二实施方式中的上述弹性体致动器驱动机构的控制装置的控制程序的动作步骤的流程图。
图17是本发明的第四实施方式中的弹性体致动器驱动机构的控制装置等的控制框图。
图18是表示本发明的第四实施方式中的压力传感器异常时指令输出机构的动作原理的图。
图19是表示本发明的第四实施方式中的弹性体致动器的驱动机构的初始位置的图。
图20是表示本发明的第一实施方式中的具有机械手的弹性体致动器的驱动机构的图。
图21是本发明的第三实施方式中的弹性体致动器控制装置等的控制框图。
图22是本发明的第三实施方式中的上述弹性体致动器驱动机构的控制装置的控制程序的动作步骤的流程图。
具体实施方式
在继续本发明的记述前，在附图中对相同的部件标注同一参照符号。
以下，参照附图对本发明涉及的实施方式详细地进行说明。
以下，在参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明前，对本发明的各种方式进行说明。
根据本发明的第一方式，提供一种弹性体致动器驱动机构的控制装置，具备：
目标值输出机构，其输出弹性体致动器的输出的目标值；
输出误差补偿机构，其通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值，来对输出误差进行补偿；
目标内部状态确定机构，其根据所述弹性体致动器的输出的目标值来确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值；
内部状态误差补偿机构，其根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出来对内部状态误差进行补偿；
异常判断机构，其根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，判断所述输出计测机构是否异常，
在所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
根据本发明的第二方式，以第一方式涉及的弹性体致动器驱动机构的控制装置为基础，其中，在由所述异常判断机构判断是否发生所述异常时，在所述弹性体致动器的输出的计测值落在预先设定的范围外的情况、或所述弹性体致动器的输出的计测值与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值的对应关系脱离预先设定的关系信息的情况下，所述异常判断机构判断为发生所述异常，反之，在上述情况以外的情况下，所述异常判断机构判断为没有发生所述异常。
根据本发明的第三方式，以第一或第二方式涉及的弹性体致动器驱动机构的控制装置为基础，其中，
所述目标内部状态确定机构具备：
正常时目标内部状态确定机构；
异常时目标内部状态确定机构，
在所述异常判断机构判断为没有异常时，使用所述正常时目标内部状态确定机构的输出来进行所述弹性体致动器驱动机构的动作控制，而在所述异常判断机构判断为异常时，使用所述异常时目标内部状态确定机构的输出来进行所述弹性体致动器驱动机构的动作控制。
根据本发明的第四方式，以第三方式涉及的弹性体致动器驱动机构的控制装置为基础，其中，所述异常时目标内部状态确定机构根据所述弹性体致动器驱动机构的静力学模型来确定目标内部状态。
根据本发明的第五方式，以第一～第四方式中任意之一涉及的弹性体致动器驱动机构的控制装置为基础，其中，还具备在所述异常判断机构判断为异常时生成并输出异常时目标值的异常时目标值生成机构。
根据本发明的第六方式，以第一～第五方式中任意之一涉及的弹性体致动器驱动机构的控制装置为基础，其中，还具备：
内部状态计测机构异常判断机构，其判断所述内部状态计测机构是否异常；
内部状态异常时指令输出机构，其在异常时向所述弹性体致动器驱动机构的驱动装置发出输出指令，
在由所述内部状态计测机构异常判断机构判断为所述内部状态计测机构异常时，根据所述内部状态异常时指令输出机构的所述输出指令进行所述弹性体致动器驱动机构的动作控制。
根据本发明的第七方式，以第一～第六方式中任意之一涉及的弹性体致动器驱动机构的控制装置为基础，其中，所述弹性体致动器为流体压致动器。
根据本发明的第八方式，提供一种弹性体致动器驱动机构的控制方法，其中，
利用目标值输出机构输出弹性体致动器的输出的目标值，
通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值而由输出误差补偿机构对输出误差进行补偿，
根据所述弹性体致动器的输出的目标值，而由目标内部状态确定机构确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值，
根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出而由内部状态误差补偿机构对内部状态误差进行补偿，
根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，由异常判断机构判断所述输出计测机构是否异常，
在由所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，而利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
根据本发明的第九方式，提供一种弹性体致动器驱动机构的控制程序，其中，
使计算机作为目标值输出机构、输出误差补偿机构、目标内部状态确定机构、内部状态误差补偿机构及异常判断机构而发挥功能，
所述目标值输出机构输出弹性体致动器的输出的目标值，
所述输出误差补偿机构通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值而对输出误差进行补偿，
所述目标内部状态确定机构根据所述弹性体致动器的输出的目标值来确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值，
所述内部状态误差补偿机构根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出来对内部状态误差进行补偿，
所述异常判断机构根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，判断所述输出计测机构是否异常，
在由所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图4是表示本发明的第一实施方式涉及的弹性体致动器驱动机构10的控制装置21的概念的框图。在图4中，弹性体致动器驱动机构10是使用了被流体压驱动且作为弹性体致动器的一例而发挥功能的流体压驱动致动器100的驱动机构。
弹性体致动器驱动机构10的控制装置21例如设置在后述的控制计算机19内，具备目标输出生成机构101、目标内部状态确定机构108、输出误差补偿机构106、内部状态误差补偿机构111、输出误差计算部107、内部状态误差计算部109、作为异常判断机构的一例而发挥功能的异常诊断机构104、驱动装置102。控制装置21中，除驱动装置102外，由目标输出生成机构101、目标内部状态确定机构108、输出误差补偿机构106、内部状态误差补偿机构111、输出误差计算部107、内部状态误差计算部109、异常诊断机构104来构成控制装置主体部21A。而且，对控制装置21输入由输出计测机构103和内部状态计测机构112所计测到的来自弹性体致动器驱动机构10的计测信息。
输出计测机构103与弹性体致动器驱动机构10连接，对弹性体致动器驱动机构10的输出进行计测，并将计测值分别向输出误差计算部107和异常诊断机构104输出。
内部状态计测机构112与弹性体致动器驱动机构10连接，对弹性体致动器驱动机构10的内部状态的计测值进行测定而将其向内部状态误差计算部109和异常诊断机构104输入。
目标输出生成机构101作为目标值输出机构的一例而发挥功能，生成弹性体致动器驱动机构10的输出的目标值而将其向异常诊断机构104、输出误差计算部107和目标内部状态确定机构108输出。
输出误差计算部107根据来自目标输出生成机构101的输出的目标值和来自输出计测机构103的输出的计测值来计算输出误差，并将计算结果向输出误差补偿机构106输出。
输出误差补偿机构106进行如下控制：在没有来自异常诊断机构104的输入时，将以减小从输出误差计算部107向输出误差补偿机构106输入的输出误差的方式进行修正后的输出作为输出误差修正输出而向内部状态误差计算部109输出，从而使由输出计测机构103计测的计测值追随来自目标输出生成机构101的输出的目标值。在存在来自异常诊断机构104的输入时，输出误差补偿机构106不进行任何输出。即，输出误差补偿机构106将0作为输出误差修正输出而向内部状态误差计算部109输出。
目标输出生成机构101的输出的目标值被向目标内部状态确定机构108输入，目标内部状态确定机构108确定弹性体致动器驱动机构10的内部状态的目标值而将其向内部状态误差计算部109输出。
内部状态误差计算部109根据来自输出误差补偿机构106的输出、来自目标内部状态确定机构108的输出(内部状态的目标值)、来自内部状态计测机构112的输出，来计算内部状态误差并将其向内部状态误差补偿机构111输出。
内部状态误差补偿机构111进行如下控制：将以减小从内部状态误差计算部109输入的内部状态误差的方式进行修正后的值作为内部状态误差修正输出而向驱动装置102输出，从而使由内部状态计测机构112计测的计测值追随将来自输出误差补偿机构106的输出与来自目标内部状态确定机构108的输出相加而得的值。
驱动装置102是根据内部状态误差补偿机构111的输出来驱动弹性体致动器驱动机构10的装置，具体而言，是指后述的图3的包括五端口流量控制电磁阀18等在内的空气压供给***。
异常诊断机构104根据输出计测机构103的输出、内部状态计测机构112的输出和目标输出生成机构101的输出，诊断输出计测机构103是否发生异常。异常诊断机构104在诊断出输出计测机构103发生异常时，将异常检测信号从异常诊断机构104向输出误差补偿机构106输出。异常诊断机构104在诊断出输出计测机构103未发生异常时，不从异常诊断机构104向输出误差补偿机构106输出异常检测信号。
根据图5的流程图，对基于以上的原理的控制程序的实际的动作步骤进行说明。
在步骤S101中，将由输出计测机构103计测到的弹性体致动器驱动机构10的输出的计测值取入上述控制装置21。
接着，在步骤S102中，将由内部状态计测机构112计测到的弹性体致动器驱动机构10的内部状态的计测值取入上述控制装置21。
接着，在步骤S103中，根据预先存储在目标输出生成机构101内的弹性体致动器驱动机构10的动作程序，目标输出生成机构101计算弹性体致动器驱动机构10的输出的目标值。
接着，在步骤S104中，输出误差计算部107计算由目标输出生成机构101计算出的输出的目标值与由输出计测机构103计测到的当前的输出的计测值之差即输出误差。
接着，在步骤S105中，根据来自目标输出生成机构101的输出的目标值，目标内部状态确定机构108算出内部状态的目标值。
接着，在步骤S106中，根据目标输出生成机构101的输出即输出的目标值、输出计测机构103的输出即输出的计测值、内部状态计测机构112的输出即内部状态的计测值，异常诊断机构104判断输出计测机构103是否正常动作。在异常诊断机构104判断为输出计测机构103正常动作时，进行步骤S107～S110。另一方面，在异常诊断机构104判断为输出计测机构103没有正常动作(换言之异常)时，进行步骤S111、S108～S110，向输出误差补偿机构106输出异常信号。
以下，在步骤S106中，对异常诊断机构104判断为输出计测机构103正常动作时进行说明。
接着步骤S106，在步骤S107中，输出误差补偿机构106根据由输出误差计算部107计算出的输出误差来计算输出误差修正输出。
接着，在步骤S108中，内部状态误差计算部109从步骤S107中由输出误差补偿机构106计算出的输出误差修正输出和步骤S103中由目标内部状态确定机构108算出的内部状态的目标值相加而得的值减去步骤S102中计测出的内部状态的计测值，来计算内部状态误差。
接着，在步骤S109中，内部状态误差补偿机构111根据步骤S108中由内部状态误差计算部109计算出的内部状态误差来计算内部状态误差修正输出。
接着，在步骤S110中，将步骤S109中由内部状态误差补偿机构111计算出的内部状态误差修正输出从内部状态误差补偿机构111向驱动装置102施加，通过驱动装置102来驱动弹性体致动器驱动机构10。
以上的步骤S101～步骤S110作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现弹性体致动器驱动机构10的控制。
另一方面，以下，对步骤S106中异常诊断机构104判断为输出计测机构103没有正常动作时进行说明。
接着步骤S106，在步骤S111中，输出误差补偿机构106不管输出误差如何都将输出误差修正输出作为0输出。
接着，在步骤S108中，内部状态误差计算部109从步骤S111中由输出误差补偿机构106输出的输出误差修正输出(＝0)和步骤S103中由目标内部状态确定机构108算出的内部状态的目标值相加而得的值减去步骤S102中计测到的内部状态的计测值，来计算内部状态误差。
接着，在步骤S109中，内部状态误差补偿机构111根据步骤S108中由内部状态误差计算部109计算出的内部状态误差来计算内部状态误差修正输出。
接着，在步骤S110中，将步骤S109中由内部状态误差补偿机构111计算出的内部状态误差修正输出从内部状态误差补偿机构111向驱动装置102施加，通过驱动装置102来驱动弹性体致动器驱动机构10。
以上的步骤S101～步骤S110作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现弹性体致动器驱动机构10的控制。
接下来，对第一实施方式的弹性体致动器驱动机构10的控制装置21的具体结构的一例进行说明。
图1是表示本发明的第一实施方式涉及的弹性体致动器驱动机构10的结构的图。弹性体致动器驱动机构10为二自由度的机器人手臂，具备在包括正交的x轴和y轴在内的xy平面内正反转的第一关节轴6-1、在同一xy平面内正反转的第二关节轴6-2。在图1中，1-1a、1-1b、1-2a、1-2b(与上述独立的弹性膨胀收缩结构体(弹性体致动器的一例)相对应的参照符号，代表性地表示弹性膨胀收缩结构体时用参照符号1来表示)表示弹性膨胀收缩结构体。第一关节轴6-1和第二关节轴6-2分别为弹性体致动器驱动机构10的第一关节6和第二关节6的旋转轴。
如图2所示，弹性膨胀收缩结构体1中，在由橡胶材料构成的作为驱动部而发挥功能的管状的中空弹性体2的外表面配设利用材料上不易拉伸的树脂或金属的纤维软线以网眼状编织而成的变形方向限制构件3。变形方向限制构件3构成为，将管状弹性体2的因膨胀引起的半径方向的变形转换成与半径方向正交的轴向的长度的收缩，另一方面，将管状弹性体2的因收缩引起的半径方向的变形转换成轴向的长度的膨胀。管状弹性体2的两端部分别被密封构件4气密密封。设置在一方的端部的密封构件4上的管状的流体通过构件5在内部具有供压缩性流体通过的流体的流路，通过流体通过构件5而能够向中空弹性体2的中空内部注入或注出流体。通过流体通过构件5而向中空的管状弹性体2供给空气等压缩性流体。
当通过被供给的压缩性流体而将内压施加到管状弹性体2的内部空间时，管状弹性体2主要沿半径方向膨胀。然而，在变形方向限制构件3的作用下被转换成管状弹性体2的中心轴方向的运动，整长收缩，因此能够作为直动驱动的弹性体致动器100来利用。
弹性体致动器驱动机构10中，将一组弹性膨胀收缩结构体1以关节轴6-1或6-2为支点对置配设。一组弹性膨胀收缩结构体1中的任一方的弹性膨胀收缩结构体1收缩，另一方的弹性膨胀收缩结构体1就伸长。并且，通过构成为经由支点(关节轴6-1或6-2)作用力而使关节轴6-1或6-2的轴旋转的对抗型驱动结构，由此能够实现关节轴6-1或6-2的正反转运动。具体而言，通过弹性膨胀收缩结构体1-1a与弹性膨胀收缩结构体1-1b的对抗驱动来驱动第一关节轴6-1正反转。通过弹性膨胀收缩结构体1-2a与弹性膨胀收缩结构体1-2b的对抗驱动来驱动第二关节轴6-2正反转。
与第一关节轴6-1同心而将圆板型支承体302旋转自如地支承在棒状的支承构件303的上端，该支承构件303的下端固定在固定板301上。在支承构件303的下端部的固定板301侧固定有与支承构件303的长度方向正交地延伸的棒状的支承体307。弹性膨胀收缩结构体1-1a及1-1b各自的端部旋转自如地连结在圆板型支承体302与支承体307之间。由此，通过弹性膨胀收缩结构体1-1a与1-1b的对抗驱动，使圆板型支承体302绕第一关节轴6-1的支承轴314在xy面内正反转。其结果是，能够使与圆板型支承体302连结的弹性体致动器驱动机构10的前腕311和棒状的驱动轴313一体地正反转。
前腕311的棒状的支承构件308的基端固定在圆板型支承体302上，而能够与圆板型支承体302一体地旋转。
而且，棒状的支承体310的中心能够绕第二关节轴6-2的轴芯旋转地与支承构件308的前端侧连结，所述支承体310被固定成与支承构件308的长度方向正交地延伸。弹性膨胀收缩结构体1-2a及1-2b各自的端部旋转自如地连结在支承构件308的圆板型支承体302与前端侧的支承体310之间。由此，通过弹性膨胀收缩结构体1-2a与1-2b的对抗驱动，使支承体310绕第二关节轴6-2的支承轴315在xy面内正反转。其结果是，能够使与支承体310连结的弹性体致动器100的驱动机构10的驱动构件313相对地正反转。
压力传感器9-1a、9-1b为对弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b各自的内部状态(作为一例为内部压力)进行计测的内部状态计测机构112的一例。压力传感器9-1a、9-1b配设在弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b各自的流体通过构件5(流体注入注出口)上，对各弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b内的压力进行计测。同样，在弹性膨胀收缩结构体1-2a、1-2b上也配设有作为内部状态计测机构107的一例的压力传感器9-2a、9-2b(参照图11)。
如后所述，在弹性膨胀收缩结构体1-1a及1-1b、弹性膨胀收缩结构体1-2a及1-2b上分别连接有流量比例电磁阀18。所有的流量比例电磁阀18与作为控制部的一例的由通常的个人计算机构成的控制计算机19连接。控制计算机19经由流量比例电磁阀18分别对弹性膨胀收缩结构体1-1a及1-1b、弹性膨胀收缩结构体1-2a及1-2b各自的收缩及伸长动作独立地进行控制。而且，在各关节轴6-1、6-2上配设有作为输出计测机构的一例的变位计测机构(在本第一实施方式中，作为一例为编码器8)，通过各编码器8能够测定各关节轴6-1、6-2的关节角度。在各弹性膨胀收缩结构体1上配设有作为内部状态计测机构的一例的压力计测机构(在本第一实施方式中，作为一例为压力传感器9(9-1a、9-1b、9-2a、9-2b))，通过压力传感器9能够测定各弹性膨胀收缩结构体1的内部压力。
根据以上那样的结构，能够产生多自由度，例如取代驱动轴313而安装能够把持物体的机械手的话，则作为弹性体致动器驱动机构10来说能够实现物体的把持及搬运等基本的功能。安装有机械手的弹性体致动器驱动机构10的示例如图20所示。在机械手31上安装有开闭用的电动机32，通过使该电动机32动作而能够关闭机械手31来把持输送物体32。以下，将该机械手31的位置及姿态作为指尖位置及姿态来进行说明。
图3是表示用于驱动本发明的第一实施方式涉及的弹性体致动器驱动机构10的空气压供给***的结构的图。
在图3中，仅将驱动弹性体致动器的驱动机构10中的第二关节轴6-2正反转的部分表示出来，而省略了其它部分。驱动弹性体致动器的驱动机构10中的第一关节轴6-1正反转的部分也为同样的结构，同样地发挥作用。
在图3中，16表示例如压缩机等空气压源，17表示空气压源16的空气压过滤器17a、空气压减压阀17b及空气压用润滑器17c成为一组的空气压调整单元。作为流量比例电磁阀的一例的五端口流量控制电磁阀18通过利用电磁铁的力驱动滑阀等来控制流量。控制计算机19中搭载有D/A板等输入输出IF20，通过向五端口流量控制电磁阀18输出电压指令值，由此能够对在各流体通过构件5中流动的各空气的流量独立地进行控制。
接下来，对图3所示的空气压供给***的动作进行说明。由空气压源16生成的高压空气被空气压调整单元17减压而调整至例如600[kPa]这样的一定压力，向五端口流量控制电磁阀18供给。五端口流量控制电磁阀18的开度被控制成与从控制计算机19经由输入输出IF20输出的电压指令值成比例。在从控制计算机19向五端口流量控制电磁阀18输入正的电压指令值时，成为空气压回路符号A所示的状态。并且，从空气压源16侧向弹性膨胀收缩结构体1-2a侧的流路开通，与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气被向弹性膨胀收缩结构体1-2a侧供给。而且，从弹性膨胀收缩结构体1-2b侧向大气压侧的流路开通，与电压指令值的绝对值成比例的流量的空气流从弹性膨胀收缩结构体1-2b侧向大气中排出。
从而，如图2所示，弹性膨胀收缩结构体1-2a的整长缩短，弹性膨胀收缩结构体1-2b的整长伸长，由此第二关节轴6-2以与电压指令值的绝对值成比例的速度进行右旋转运动。另一方面，在从控制计算机19向五端口流量控制电磁阀18输入负的电压指令值时，成为由空气压回路符号B所示的状态。并且，弹性膨胀收缩结构体1-2a、1-2b的动作相反(即，弹性膨胀收缩结构体1-2a的整长伸长，弹性膨胀收缩结构体1-2b的整长缩短)，由此第二关节轴6-2进行左旋转运动。
即，从五端口流量控制电磁阀18向弹性膨胀收缩结构体1侧供给的空气流在流体通过构件5的作用下通过密封构件4，到达管状弹性体2的内部，产生管状弹性体2的内压。管状弹性体2虽因产生的内压而膨胀，但在变形方向限制构件3的织成网眼状的纤维软线的约束作用(限制作用)下，因膨胀引起的半径方向的变形受到限制而转换成轴向的长度的收缩，如图3的上侧(图2的下侧)所示那样弹性膨胀收缩结构体1的整长变短。另一方面，若从五端口流量控制电磁阀18向大气中排出空气，而减小管状弹性体2的内压，则在管状弹性体2的弹力的作用下复原而消除膨胀，弹性膨胀收缩结构体1的整长如图3的下侧(图2的上侧)所示那样伸长。
其结果是，在图2中，考虑在右端固定的话，则通过上述伸缩而在管状弹性体2的左端产生距离d的差。从而，第一实施方式中的弹性膨胀收缩结构体1通过空气压的供给控制而能够作为直动变位的致动器发挥功能。伸长及缩短量大致与弹性膨胀收缩结构体1的内压成比例，因此若通过控制计算机19控制五端口流量控制电磁阀18来控制向弹性膨胀收缩结构体1供给的空气流量，则能够控制弹性膨胀收缩结构体1的整长。
在图1所示的弹性体致动器驱动机构10中，为了使弹性膨胀收缩结构体1-1a与1-1b进行对抗驱动、及使弹性膨胀收缩结构体1-2a与1-2b进行对抗驱动，分别相对于对抗的一对弹性膨胀收缩结构体1配设五端口流量控制电磁阀18，而构成与图3同样的空气压供给***。并且，通过从控制计算机19经由D/A板20向各五端口流量控制电磁阀18输出的电压指令值，能够对弹性体致动器驱动机构10所有的关节轴6-1、6-2同时独立地进行正反转驱动。
图6是表示本发明的第一实施方式涉及的弹性体致动器驱动机构10及其控制装置21-1等的具体结构的图。上述控制装置21-1设置在例如上述控制计算机19内，具备目标轨道生成机构11、目标压力差计算机构14、角度误差补偿机构12、压力差计算机构13、压力差误差补偿机构15、输出误差计算部107、内部状态误差计算部109、编码器故障诊断机构23、驱动装置102。其中，在图6中，10表示弹性体致动器驱动机构的控制装置21-1的控制对象即图1所示的弹性体致动器驱动机构。从弹性体致动器驱动机构10输出由各关节轴6-1、6-2的编码器8计测的作为计测值的一例的关节角的当前值(关节角度向量)q＝[q1、q2]T、由各弹性膨胀收缩结构体1的压力传感器9计测的作为内部状态计测值的一例的弹性膨胀收缩结构体1的内压P＝[P1a，P1b，P2a，P2b]T。其中，q1、q2分别表示由编码器8计测到的第一关节轴6-1、第二关节轴6-2的关节角度。而且，P1a、P1b、P2a、P2b分别表示由压力传感器9(9-1a、9-1b、9-2a、9-2b)计测到的弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b、1-2a、1-2b的内压。
向压力差计算机构13输入由压力传感器9计测到的内压P(计测值P)，压力差计算机构13根据压力传感器9的计测值P来计算压力差ΔP＝[ΔP1，ΔP2]T＝[P1a-P1b，P2a-P2b]T，并将其向内部状态误差计算部109和编码器故障诊断机构(编码器故障判断机构)23输出。
目标轨道生成机构11将用于实现目标的弹性体致动器驱动机构10的动作的目标关节角度向量qd向输出误差计算部107、编码器故障诊断机构23和目标压力差计算机构14输出。目标的弹性体致动器驱动机构10的动作根据目的作业而事先存储有各时间(t＝0、t＝t1、t＝t2、...)下的各点处的目标角度向量qdt＝[qdt1，qdt2]T(qd0、qd1、qd2、...)。例如，作为弹性体致动器驱动机构10的动作程序，存储有这样的目标角度向量。并且，目标轨道生成机构11以各时间(t＝0、t＝t1、t＝t2、...)下的各点处的角度(qd0、qd1、qd2、...)的信息为基础而使用多项式插值法，补充各点间的轨道，生成目标关节角度向量qd＝[qd1，qd2]T。
向输出误差计算部107输入从目标轨道生成机构11输出的目标关节角度向量qd和编码器8的输出q，输出误差计算部107计算角度误差向量qe＝qd-q，并将角度误差向量qe作为输出误差的一例输出。
向作为输出误差补偿机构106的一例的角度误差补偿机构12输入由输出误差计算部107输出的角度误差向量qe，角度误差补偿机构12将角度误差修正指令值ΔPqe作为控制指令值的一例向内部状态误差计算部109输出。在编码器发生故障时，将编码器故障诊断机构23的异常信号向角度误差补偿机构12输入。
向作为目标内部状态确定机构108的一例的目标压力差计算机构14输入从目标轨道生成机构11输出的目标关节角度向量qd，目标压力差计算机构14根据目标关节角度向量qd来算出目标压力差(压力差的目标值)ΔPd＝[ΔP1d、ΔP2d]T，并将其向目标内部状态误差计算部109输出。其中，ΔP1d、ΔP2d分别表示弹性膨胀收缩结构体1-1a和1-1b的压力差的目标值、及弹性膨胀收缩结构体1-2a和1-2b的压力差的目标值。
在此，图7是表示预先存储在目标压力差计算机构14中的方程式的一例的图。目标压力差计算机构14在内部存有图7所示的方程式，使用该方程式并根据输入的目标关节角度向量qd来算出目标压力差ΔPd。例如，目标关节角度向量qd成为qd＝[0，-10]T时，目标压力差ΔPd成为ΔPd＝[0，200]T。
返回图6，内部状态误差计算部109将从目标压力差计算机构14输出的目标压力差ΔPd与从角度误差补偿机构12输出的角度误差修正指令值ΔPqe相加，并从相加得到的值减去从压力差计算机构13输出的压力差ΔP，而算出压力差误差(压力误差值)ΔPe，并将算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe向压力差误差补偿机构15输出。
从内部状态误差计算部109向作为内部状态误差补偿机构111的一例的压力差误差补偿机构15输入压力差误差ΔPe，压力差误差补偿机构15算出压力差误差修正输出VΔpe，并将算出的压力差误差修正输出VΔpe向弹性体致动器驱动机构10的驱动装置102输出。将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值经由D/A板等输入输出IF20赋给作为驱动装置102的一例的空气压供给***的五端口流量控制电磁阀18，对各关节轴6-1、6-2分别独立地进行正反转驱动，而使弹性体致动器驱动机构10动作。
作为异常诊断机构104的一例的编码器故障诊断机构(编码器异常诊断机构)23根据编码器8的输出(关节角度向量)q、目标轨道生成机构11的输出(目标关节角度向量)qd和来自压力差计算机构13的输出(压力差)ΔP，诊断编码器8的输出(关节角度向量)是否正常。在诊断的结果是编码器故障诊断机构23判断为不正常、即异常的情况下，从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12输出异常通知信号。另一方面，在诊断的结果是编码器故障诊断机构23判断为正常的情况下，不从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12输出异常通知信号。或者，在判断为正常的情况下，从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12输出正常通知信号。
作为编码器故障诊断机构23判断是否正常的示例，使用如下的方法。例如，相对于关节轴6的设计可动角度，在编码器8的输出(关节角度向量)q超出一定以上的情况下，编码器故障诊断机构23判断为编码器8异常。而且，例如，在关节轴6的设计可动角度范围在±60度的情况下，若编码器8的输出q的绝对值为超过60度的值，则编码器故障诊断机构23判断为编码器8异常(例如，发生了故障)。而且，例如，关节轴6的旋转速度具有可到达速度，因此在编码器8的输出(关节角度向量)q在规定时间内变动一定以上的情况下，编码器故障诊断机构23判断为编码器8异常(例如，发生了故障)。而且，作为异常的另一例，为了检测出编码器8发生故障而不进行动作的情况，虽然与目标关节角度向量qd的变动对应而来自压力差计算机构13的输出(压力差)ΔP发生了变动，但在编码器8的输出(关节角度向量)q没有发生变动时，也由编码器故障诊断机构23判断为编码器8异常。就异常的诊断来说，只要满足上述的一个条件，就由编码器故障诊断机构23判断为编码器8异常。换言之，在弹性体致动器100的输出的计测值落在预先设定的范围外的情况、或弹性体致动器100的输出的计测值与由作为内部状态计测机构的一例的压力传感器9计测到的弹性体致动器100的内部状态(压力P)的计测值的对应关系脱离预先设定的关系信息的情况下，判断为异常，反之，在上述情况以外的情况下，判断为没有异常(正常)。在本申请中，将“故障”作为“异常”的一种形态来对待。
在从编码器故障诊断机构23向作为输出误差补偿机构106的一例的角度误差补偿机构12输入编码器8的异常信号时，角度误差补偿机构12不管由输出误差计算部107输出的角度误差向量qe的值如何，都不输出角度误差修正指令值ΔPqe(换言之，ΔPqe＝0)。
作为驱动装置102的一例的空气压供给***的D/A板等输入输出IF20及五端口流量控制电磁阀18根据压力误差补偿机构15的输出即角度误差修正指令值VΔpe来驱动关节6。
根据图8的流程图对基于以上的原理的控制程序的实际的动作步骤进行说明。
在步骤S1中，将由编码器8计测到的关节6的关节角度q取入上述控制装置21-1。
接着，在步骤S2中，将由压力传感器9计测到的各致动器100的内部压力值P取入上述控制装置21-1，由压力差计算机构13计算被对抗驱动的各两根致动器100、100的内部压力间的当前的压力差ΔP。
接着，在步骤S3中，目标轨道生成机构11根据预先存储在目标轨道生成机构11内的弹性体致动器驱动机构10的动作程序，来计算弹性体致动器驱动机构10的目标关节角度向量qd。
接着，在步骤S4中，输出误差计算部107计算从目标轨道生成机构11输出的目标关节角度向量qd与作为来自编码器8的输出的当前的关节角度q之差即角度误差向量qe。
接着，在步骤S5中，目标压力差计算机构14根据从目标轨道生成机构11输出的目标关节角度向量qd来算出目标压力差ΔPd。
接着，在步骤S6中，编码器故障诊断机构23根据目标轨道生成机构11的输出(目标关节角度向量)qd、编码器8的输出(关节角度向量)q及来自压力差计算机构13的输出ΔP，来判断编码器8是否正常。在编码器故障诊断机构23判断为编码器8不正常的情况下，从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12输出异常通知信号。在编码器故障诊断机构23判断为编码器8正常的情况下，不从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12输出异常通知信号。
以下，对步骤S6中编码器故障诊断机构23判断为编码器8正常的情况进行叙述。
接着步骤S6，在步骤S7中，角度误差补偿机构12根据由输出误差计算部107计算出的角度误差向量qe来计算角度误差修正指令值ΔPqe。作为角度误差补偿机构12，例如考虑PID补偿器。
接着，在步骤S8中，内部状态误差计算部109根据来自角度误差补偿机构12的角度误差修正指令值ΔPqe、来自目标压力差计算机构14的目标压力差ΔPd及来自压力差计算机构13的压力差ΔP，来算出压力差误差(压力误差值)ΔPe。并且，压力差误差补偿机构15根据由内部状态误差计算部109算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe，来计算压力差误差修正输出VΔpe。并且，将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值从压力差误差补偿机构15通过D/A板等输入输出IF20赋给各流量控制电磁阀18，各流量控制电磁阀18使各致动器100内的压力变化，由此使弹性体致动器驱动机构10各自的关节6分别产生旋转运动。
以上的步骤S1～步骤S8作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现编码器8正常动作的情况下的弹性体致动器驱动机构10的动作的控制。
以下，对步骤S6中编码器故障诊断机构23判断为编码器8不正常(换言之异常)的情况进行叙述。
接着步骤S6，在步骤S10中，根据来自编码器故障诊断机构23的异常通知信号，由角度误差补偿机构12输出角度误差修正指令值ΔPqe＝0。
接着，在步骤S8中，由于来自角度误差补偿机构12的角度误差修正指令值ΔPqe＝0，因此内部状态误差计算部109根据来自目标压力差计算机构14的目标压力差ΔPd及来自压力差计算机构13的压力差ΔP，来算出压力差误差(压力误差值)ΔPe。并且，压力差误差补偿机构15根据由内部状态误差计算部109算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe，来计算压力差误差修正输出VΔpe。并且，将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值从压力差误差补偿机构15通过D/A板等输入输出IF20赋给各流量控制电磁阀18，各流量控制电磁阀18使各致动器100内的压力变化，由此使弹性体致动器驱动机构10各自的关节6分别产生旋转运动。
以上的步骤S1～步骤S6及步骤S10及步骤S8作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现编码器8未正常动作的情况下的弹性体致动器驱动机构10的动作的控制。
以下，对编码器故障时弹性体致动器驱动机构10能够动作的动作原理进行说明。
图7是表示图1所示的弹性体致动器100的压力差ΔP与关节轴的关节角度的关系的一例的图，作为方程式的一例而预先存储在目标压力差计算机构14中。通过将利用了图7所示的关系的目标压力差计算机构14的输出和压力差误差补偿机构15的输出追加到作为输出的反馈控制的角度误差补偿机构12的输出中，由此与仅进行输出的反馈控制的情况相比，能够改善响应性。
这样，虽将目标压力差计算机构14和压力差误差补偿机构15在正常时用于改善控制***的响应性，但同时利用图7所示的压力差ΔPd与关节角度的关系，由此目标关节角度向量qd确定了的话则确定了用于实现目标关节角度向量qd的目标压力差ΔPd，因此在编码器8发生故障时，即使角度误差补偿机构12没有反馈控制的效果，也能够进行某种程度上的定位。
如上所述，上述第一实施方式的上述控制装置21-1具备压力传感器9、目标压力差计算机构14及压力差误差补偿机构15，构成反馈弹性体致动器驱动机构10的内部状态的内部压力控制***。进而，上述控制装置21-1构成如下述的控制***，该控制***配设编码器故障诊断机构23来诊断编码器8是否正常，在诊断为编码器8不正常时停止角度误差补偿机构12的输出，根据目标压力差计算机构14及压力差误差补偿机构15的编码器故障时指令值(编码器异常时指令值、即异常通知信号)来驱动驱动装置102，由此无需预先准备教导数据或设置能够运算替代信号的传感器，即使在编码器8发生了故障的情况下，也能够实现不立刻停止动作而继续动作的安全的弹性体致动器驱动机构10的控制。在编码器8发生了故障的情况下，通过进行不立刻停止动作而继续动作的安全的弹性体致动器驱动机构10的控制，由此在图20所示那样的进行物体搬运的驱动机构中能够进一步发挥效果。在对输送物体30进行搬运的情况下，若在把持着输送物体30的状态下编码器8发生了故障，则立刻停止动作的话存在输送物体30在被机械手31把持的状态下停止在空中的情况。然而，根据上述第一实施方式的上述控制装置21-1，虽然位置控制精度不高，但能够进行某种程度上的定位而继续动作，因此至少能够进行动作直至将搬运中的物体(例如重的货物或人)从空中设置到规定的场所附近(例如地面或地板)为止。由此，在进行物体搬运的驱动机构中，能够更安全的控制。
(第二实施方式)
图9是表示本发明的第二实施方式涉及的弹性体致动器驱动机构10的控制装置21-2的具体结构的图。上述控制装置21-2例如设置在上述控制计算机19内，具备目标轨道生成机构11、目标压力差计算机构14、角度误差补偿机构12、压力差计算机构13、压力差误差补偿机构15、输出误差计算部107、内部状态误差计算部109、编码器故障诊断机构23、输出异常时目标压力差计算机构24、目标内部状态加算部110、驱动装置102。
向作为第一目标内部状态确定机构的一例的目标压力差计算机构14输入目标关节角度向量qd和来自编码器故障诊断机构23的异常通知信号。在没有从编码器故障诊断机构23输入异常通知信号时，目标压力差计算机构14根据目标关节角度向量qd算出目标压力差(压力差的目标值)ΔPd＝[ΔP1d、ΔP2d]T，并将其向目标内部状态加算部110输出。其中，ΔP1d、ΔP2d分别表示弹性膨胀收缩结构体1-1a与1-1b的、弹性膨胀收缩结构体1-2a与1-2b的压力差的目标值。在从编码器故障诊断机构23输入异常通知信号时，目标压力差计算机构14无论目标关节角度向量qd的值如何都不输出目标压力差ΔPd。(ΔPd＝0)。
向作为第二目标内部状态确定机构(异常时目标内部状态确定机构)的一例的输出异常时目标压力差计算机构24输入来自目标轨道生成机构11的目标关节角度向量qd和来自编码器故障诊断机构23的异常通知信号，输出异常时目标压力差计算机构24算出目标压力差ΔP并输出。由此，上述目标压力差计算机构14作为正常时目标压力差计算机构(正常时目标内部状态确定机构的一例)而发挥功能。
在没有从编码器故障诊断机构23向输出异常时目标压力差计算机构24输入异常通知信号时，输出异常时目标压力差计算机构24不输出目标压力差ΔP(ΔP＝0)。在从编码器故障诊断机构23向输出异常时目标压力差计算机构24输入异常通知信号时，输出异常时目标压力差计算机构24根据目标关节角度向量qd算出目标压力差(压力差的目标值)ΔPd＝[ΔP1d、ΔP2d]T，并将其向目标内部状态加算部110输出。
在此，图10是表示输出异常时目标压力差计算机构(输出目标压力差计算机构)24的一例的更详细情况的图，输出异常时目标压力差计算机构24由负载信息输出机构25、静力学模型计算机构26和弹性体致动器模型计算机构27构成。
负载信息输出机构25将与弹性体致动器驱动机构10的驱动构件313有关的负载信息向静力学模型计算机构26输出。例如，在驱动构件313的前端安装有物体的情况下的物体的重量等相当于负载信息。在驱动构件313的前端安装有作为物体的一例的输送物体30的情况(例如，利用驱动构件313的前端的机械手等把持着输送物体30的情况)下的弹性体致动器驱动机构10的前端部如图11所示。在图11所示的示例中，输送物体30的重量为负载。
向静力学模型计算机构26输入作为负载信息输出机构25的输出的负载信息及作为目标轨道生成机构11的输出的目标关节角度向量qd，静力学模型计算机构26将对各弹性膨胀收缩结构体1求解的力输出向量F＝[F1a-F1b，F2a-F2b]T和对各弹性膨胀收缩结构体1求解的变形量向量ε＝[ε1a，ε1b，ε2a，ε2b]T向弹性体致动器模型计算机构27输出。其中，F1a、F1b、F2a、F2b分别表示对弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b、1-2a、1-2b求解的力，ε1a、ε1b、ε2a、ε2b分别表示对弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b、1-2a、1-2b求解的变形量。
向弹性体致动器模型计算机构27输入作为静力学模型计算机构26的输出的力输出向量F、变形量向量ε和作为目标轨道生成机构11的输出的目标关节角度向量qd，弹性体致动器模型计算机构27算出目标压力差(压力差的目标值)ΔPdem＝[ΔP1dem，ΔP2dem]T并将其向目标内部状态加算部110输出。
使用图11的示例，来对输出异常时目标压力差计算机构24进一步具体地进行说明。将重力加速度设为g，将重力加速度方向设为图11的-y方向(图11的向下的方向)。x轴以图11的右方向为正，y轴以图11的上方向为正，z轴以贯通图11的纸面的方向的里侧为正。
负载信息输出机构25根据预先存储的输送物体30的质量m算出负载信息mg，并将负载信息mg向静力学模型计算机构26输出。
静力学模型计算机构26根据从负载信息输出机构25输入的负载信息mg和作为目标轨道生成机构11的输出的目标关节角度向量qd来计算关节轴6-2的必要转矩。在图11的示例中，qd2＝θ，l表示沿着驱动构件313的长度方向的从输送物体30的重心至第二关节轴6-2的旋转中心的长度，θ表示驱动构件313的长度方向相对于水平轴的倾斜角度，必要转矩τ2如下所示。
【式1】
τ2＝-mgl·cosθ
并且，产生该转矩τ2所需要的对各弹性膨胀收缩结构体1求解的力根据式2而如式3所示。
【式2】
τ2＝l2·cosθ·(F2b-F2a)
【式3】
F2a-F2b＝mgl/l2
在此，l2表示沿着与驱动构件313的长度方向正交的支承体310的长度方向的、第二关节轴6-2的旋转中心与弹性膨胀收缩结构体1-2a(1-2b)的端部旋转自如地连结于支承体310的连结部的距离(参照图12)。
进而，静力学模型计算机构26根据目标关节角度向量qd来计算对各弹性膨胀收缩结构体1求解的变形量。变形量为qd2＝θ，因此，
【式4】
ε2a＝ε2+l2·sinθ/N2
ε2b＝ε2-l2·sinθ/N2
其中，ε2表示第二关节轴6-2中立的状态下的弹性膨胀收缩结构体1-2a、1-2b的变形量，N2表示弹性膨胀收缩结构体1-2a、1-2b的自然长度。
将上述力F2a-F2b和变形量ε2a、ε2b从静力学模型计算机构26向弹性体致动器模型计算机构27输出。
从静力学模型计算机构26向弹性体致动器模型计算机构27输入力输出向量F和变形量向量ε，弹性体致动器模型计算机构27算出目标压力差(压力差的目标值)ΔPdem＝[ΔP1d、ΔP2d]T并将其输出。
图13及图14是表示弹性体致动器模型计算机构27的一例的图。图13是表示各弹性膨胀收缩结构体1-2a、1-2b的变形量、收缩率与压力的关系的图。图14是表示使用了五端口流量控制电磁阀18时的五端口流量控制电磁阀18的指令电压与一对弹性膨胀收缩结构体1-2a、1-2b的压力的图。从上述关系可知，由弹性体致动器模型计算机构27算出目标压力差(压力差的目标值)ΔPdem并将其输出。
参照图15的流程图对弹性体致动器模型计算机构27的实际的动作步骤进行说明。在图15中，为了简化，将成对的弹性膨胀收缩结构体1中的一方的弹性膨胀收缩结构体1表示为“a”，而将另一方的弹性膨胀收缩结构体1表示为“b”。
在步骤S11中，根据从静力学模型计算机构26输入的变形量向量ε，将预先存储在弹性体致动器模型计算机构27的存储部中的各弹性膨胀收缩结构体1的压力与收缩力的关系数据从弹性体致动器模型计算机构27的存储部读入到运算处理部。
接着，在步骤S12中，将成对的弹性膨胀收缩结构体1中的一方的弹性膨胀收缩结构体1的压力值Pa设定为初始值。压力的初始值为压力可取得的范围的上端的值。
接着，在步骤S13中，运算处理部根据步骤S11中从存储部读入到弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部中的数据，读取与步骤S12中确定的压力值对应的一方的弹性膨胀收缩结构体1的收缩力Fa。
接着，在步骤S14中，运算处理部根据图14所示的弹性膨胀收缩结构体1的压力与五端口流量控制电磁阀18的电压的关系，读入与步骤12中确定了压力的一方的弹性膨胀收缩结构体1成对的另一方的弹性膨胀收缩结构体1的压力值Pb。
接着，在步骤S15中，运算处理部根据步骤S11中读入的数据，读取与步骤S14中确定的压力值对应的另一方的弹性膨胀收缩结构体1的收缩力Fb。
接着，在步骤S16中，由弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部来计算Fa-Fb与输入的力输出向量F的要素
【式5】
Fia-Fib   (i＝1，2)
之差即收缩力误差Fn＝(Fa-Fb)-(Fia-Fib)，Fa-Fb是步骤13中确定的收缩力Fa与步骤15中确定的收缩力Fb的差。其中，n意味着反复次数(n≥1的整数)。
接着，在步骤S17中，由弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部来判定收缩力误差Fn是否为预先确定的阈值δ以下。在收缩力误差Fn为阈值δ以下时，可以探索能够实现目标的收缩力差的目标压力Pa、Pb。
以下，对步骤S17中弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部判定收缩力误差Fn为阈值δ以下的情况进行叙述。
接着步骤S17，在步骤S18中，由弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部算出压力差ΔP2dem＝Pa-Pb。例如，算出ΔP2dem＝500-350＝150kPa。以上，完成压力差ΔP2dem的算出。
以下，对步骤S17中弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部判定收缩力误差Fn大于阈值δ的情况进行叙述。
接着步骤S17，在步骤19中，由弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部判定本次的收缩力误差Fn与上次的收缩力误差Fn-1的正负是否一致。可知在本次与上次的正负不一致的情况下，上次的压力值与本次的压力值之间的压力值为要求解的压力值。其中，在本次为第一次F1的情况下，由于不存在上次的收缩力误差，因此视作正负一致来对待。
以下，对步骤S19中弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部判定本次的收缩力误差Fn与上次的收缩力误差Fn-1的正负一致的情况进行叙述。
接着步骤S19，在步骤S20中，由运算处理部再次设定一方的弹性膨胀收缩结构体1的压力值Pa。使压力值Pa从初始值逐渐减小地进行探索，因此将从当前的压力值Pa减去所设定的探索幅度ΔPa而得到的值设定为下一次的压力值Pa。在新的压力值Pa下返回步骤S13，在步骤S13以后的步骤中进行反复探索。
以下，对步骤S19中弹性体致动器模型计算机构27的运算处理部判定本次的收缩力误差Fn与上次的收缩力误差Fn-1的正负不一致的情况进行叙述。可知在正负不一致的情况下，在上次的压力值与本次的压力值之间存在想要求解的压力值，因此将探索幅度ΔPa设定得较细，再次由运算处理部从上次的压力值开始进行再次探索。
接着步骤S19，在步骤S21中，由运算处理部将弹性膨胀收缩结构体1的单侧的压力值Pa重新设定为上次的压力值。设定的方式可以是由运算处理部将压力值Pa加上探索幅度ΔPa而设定为上次的压力值。
接着，在步骤S22中，由运算处理部将探索幅度ΔPa以减小的方式再次设定。减小探索幅度ΔPa的方式例如是将探索幅度ΔPa的减小幅度以最初为50、接下来为20、再接下来为1的方式预先存储在弹性体致动器模型计算机构27内。
接着，在步骤S23中，运算处理部使用新的探索幅度ΔPa，来再次设定一方的弹性膨胀收缩结构体1的压力值Pa。运算处理部将从当前的压力值Pa减去步骤S22中再次设定好的探索幅度ΔPa而得到的值设定为下一次的压力值Pa。在新的压力值Pa下返回步骤S13，在步骤S13以后的的步骤中进行反复探索。
通过反复执行以上的步骤S11～步骤S23，在弹性体致动器模型计算机构27中，根据从静力学模型计算机构26输入的变形量向量及力输出向量的值来算出对弹性膨胀收缩结构体1求解的压力差。
弹性体致动器模型计算机构27分别对关节轴6-1、6-2进行上述压力差的算出，算出目标压力差ΔPdem＝[ΔP1d、ΔP2d]T。弹性体致动器模型计算机构27将算出的目标压力差ΔPdem向目标内部状态加算部110输出。
目标内部状态加算部110将作为来自目标压力差计算机构14的输出的目标压力差ΔPd与作为来自输出异常时目标压力差计算机构24的输出的目标压力差ΔPdem相加而算出目标压力差，并将目标压力差向内部状态误差计算部109输出。
内部状态误差计算部109将从目标内部状态加算部110输出的目标压力差与从角度误差补偿机构12输出的ΔPqe相加，从相加得到的值减去从压力差计算机构13输出的ΔP而算出压力差误差(压力误差值)ΔPe，并将压力差误差ΔPe向压力差误差补偿机构15输出。
其它结构与图6所示的第一实施方式的控制装置21-1同样，省略说明。
根据图16的流程图对基于以上的原理的控制程序的实际的动作步骤进行说明。
在步骤S31中，将由编码器8计测到的关节角度q取入上述控制装置21-2。
接着，在步骤S32中，将由压力传感器9计测到的各致动器100的内部压力值P取入上述控制装置21-2，由压力差计算机构13计算被对抗驱动的各两根致动器100、100的内部压力间的当前的压力差ΔP。
接着，在步骤S33中，目标轨道生成机构11根据预先存储在目标轨道生成机构11内的弹性体致动器驱动机构10的动作程序，来计算弹性体致动器驱动机构10的目标关节角度向量qd。
接着，在步骤S34中，编码器故障诊断机构23根据目标轨道生成机构11的输出(目标关节角度向量)qd、编码器8的输出(关节角度向量)q及来自压力差计算机构13的输出ΔP，来判断编码器8是否正常。在编码器故障诊断机构23判断为编码器8不正常的情况下，从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12、目标压力差计算机构14及输出异常时目标压力差计算机构24输出异常通知信号。
以下，对步骤S34中编码器故障诊断机构23判断为编码器8正常的情况进行叙述。
接着步骤S34，在步骤S35中，由于编码器8正常，因此不向目标压力差计算机构14输入异常通知信号，目标压力差计算机构14根据来自目标轨道生成机构11的目标关节角度向量qd算出目标压力差ΔPd。
接着，在步骤S36中，由输出误差计算部107计算来自目标轨道生成机构11的目标关节角度向量qd与来自编码器8的当前的关节角度q之差即角度误差向量qe。
接着，在步骤S37中，角度误差补偿机构12根据来自输出误差计算部107的角度误差向量qe来计算角度误差修正指令值ΔPqe。作为角度误差补偿机构12，例如考虑PID补偿器。
接着，在步骤S38中，由于编码器8正常，因此不向目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24及输出异常时目标压力差计算机构24输入异常通知信号，而由目标内部状态加算部110将来自目标压力差计算机构14的输出即目标压力差ΔPd与来自输出异常时目标压力差计算机构24的输出即目标压力差ΔPdem(＝0)相加来算出目标压力差ΔPd，并将目标压力差ΔPd向内部状态误差计算部109输出。在内部状态误差计算部109中，内部状态误差计算部109根据由角度误差补偿机构12计算出的角度误差修正指令值ΔPqe、来自目标内部状态加算部110的目标压力差ΔPd及来自压力差计算机构13的压力差ΔP，来算出压力差误差(压力误差值)ΔPe。并且，压力差误差补偿机构15根据由内部状态误差计算部109算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe来计算压力差误差修正输出VΔpe。并且，将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值从压力差误差补偿机构15通过D/A板等输入输出IF20赋给各流量控制电磁阀18，各流量控制电磁阀18使各致动器100内的压力发生变化，由此弹性体致动器驱动机构10各自的关节6分别产生旋转运动。
以上的步骤S31～步骤S39作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现编码器8正常动作的情况下的弹性体致动器驱动机构10的动作的控制。
以下，对步骤S34中编码器故障诊断机构23判断为编码器8不正常的情况进行叙述。
接着步骤S34，在步骤S40中，角度误差补偿机构12根据从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12输入的异常通知信号，输出ΔPqe＝0。
接着，在步骤S41中，根据从编码器故障诊断机构23向输出目标压力差计算机构24输入的异常通知信号，由输出目标压力差计算机构24从来自目标轨道生成机构11的目标关节角度向量qd来算出作为异常时目标值的目标压力差ΔPdem。
接着，在步骤S38中，由于编码器8不正常，因此向目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24及输出异常时目标压力差计算机构24输入异常通知信号，目标内部状态加算部110将来自目标压力差计算机构14的输出即目标压力差ΔPd＝0与来自输出异常时目标压力差计算机构24的输出即目标压力差ΔPdem相加来算出目标压力差ΔPd，并将目标压力差ΔPd向内部状态误差计算部109输出。在内部状态误差计算部109中，内部状态误差计算部109根据由角度误差补偿机构12计算出的角度误差修正指令值ΔPqe＝0、来自目标内部状态加算部110的目标压力差ΔPd及来自压力差计算机构13的压力差ΔP，算出压力差误差(压力误差值)ΔPe。并且，压力差误差补偿机构15根据由内部状态误差计算部109算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe来计算压力差误差修正输出VΔpe。并且，将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值从压力差误差补偿机构15通过D/A板等输入输出IF20赋给各流量控制电磁阀18，各流量控制电磁阀18使各致动器100内的压力发生变化，由此使弹性体致动器驱动机构10各自的关节6分别产生旋转运动。
以上的步骤S31～步骤S34、步骤S40、步骤S41、步骤S38作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现编码器8未正常动作的情况下的弹性体致动器驱动机构10的动作的控制。
如上所述，根据上述第二实施方式的上述控制装置21-2，配设压力传感器9、目标压力差计算机构14及压力差误差补偿机构15来构成反馈弹性体致动器100的内部状态的内部压力控制***，进而配设编码器故障诊断机构23来诊断编码器8是否正常。由此，上述控制装置21-2构成如下述的控制***，该控制***在编码器故障诊断机构23诊断为编码器8不正常时停止角度误差补偿机构12的输出，还配设有输出异常时目标压力差计算机构24，在编码器异常时根据目标压力差计算机构24及压力差误差补偿机构15对驱动装置102进行驱动。通过这样构成，由此无需预先准备教导数据或设置能够运算替代信号的传感器，即使编码器8发生了故障，也能够进行使弹性体致动器100不立刻停止动作而继续动作的安全的弹性体致动器的驱动机构10的控制。
进而，在上述第二实施方式中，配设有输出异常时目标压力差计算机构24，利用了弹性体致动器100的驱动机构10的静力学模型、弹性体致动器100的驱动机构10的负载信息及弹性体致动器模型。通过这样构成，能够进行第一实施方式中无法实现的、与因弹性体致动器100的驱动机构10的负载而引起的弹性体致动器100的驱动机构10的状态的变化相符的编码器故障时的动作控制。
(第三实施方式)
图21是表示本发明的第三实施方式涉及的弹性体致动器驱动机构10的控制装置21-2的具体结构的图。上述控制装置21-2例如设置在上述控制计算机19内，具备目标轨道生成机构11、目标压力差计算机构14、角度误差补偿机构12、压力差计算机构13、压力差误差补偿机构15、输出误差计算部107、内部状态误差计算部109、编码器故障诊断机构23、输出异常时目标压力差计算机构24、目标内部状态加算部110、驱动装置102、输出异常时目标轨道生成机构33、目标轨道加算部113。
作为异常诊断机构104的一例的编码器故障诊断机构(编码器异常诊断机构)23根据编码器8的输出(关节角度向量)q、目标轨道加算部113的输出(目标关节角度向量)qd和来自压力差计算机构13的输出(压力差)ΔP，诊断编码器8的输出(关节角度向量)是否正常。在诊断的结果是编码器故障诊断机构23判断为不正常、即异常的情况下，从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12、目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24、目标轨道生成机构11、输出异常时目标轨道生成机构33输出异常通知信号。另一方面，在诊断的结果是编码器故障诊断机构23判断为正常的情况下，不从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12、目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24、目标轨道生成机构11、输出异常时目标轨道生成机构33输出异常通知信号。需要说明的是，在程序起动后(初次动作)，异常诊断机构104不动作。
向目标轨道生成机构11输入来自编码器故障诊断机构23的异常通知信号。在不从编码器故障诊断机构23输入异常通知信号时，将用于实现目标的弹性体致动器驱动机构10的动作的目标关节角度向量qd从目标轨道生成机构11向目标轨道加算部113输出。目标关节角度向量qd的生成方法与第一实施方式相同。在从编码器故障诊断机构23输入异常通知信号时，不输出目标关节角度向量qd(qd＝0)。需要说明的是，在程序起动后，目标起动生成机构11将目标关节角度向量qd向目标轨道加算部113输出。
向输出异常时目标轨道生成机构33输入来自编码器故障诊断机构23的异常通知信号。没有从编码器故障诊断机构23输入异常通知信号时，不输出用于实现目标的弹性体致动器驱动机构10的动作的目标关节角度向量qd(qd＝0)。目标关节角度向量qd的生成方法与输出轨道生成机构11相同，但事先存储的各时间(t＝0、t＝t1、t＝t2、...)下的各点处的目标角度向量qdt＝[qdt1，qdt2]T(qd0、qd1、qd2、...)与输出轨道生成机构11不同。从编码器故障诊断机构23输入异常通知信号时，将目标关节角度向量qd向目标轨道加算部113输出。需要说明的是，在程序起动后，输出异常时目标轨道生成机构33不将目标关节角度向量qd向目标轨道加算部113输出。
目标轨道加算部113将来自目标轨道生成机构11的输出即目标关节角度向量与来自输出异常时目标轨道生成机构33的输出即目标关节角度向量相加而算出目标关节角度向量，并将目标关节角度向量向目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24和输出误差计算部107输出。
其它结构与图6所示的第一实施方式的控制装置21-1相同，省略说明。
根据图22的流程图对基于以上的原理的控制程序的实际的动作步骤进行说明。
在步骤S51中，将由编码器8计测到的关节角度q取入上述控制装置21-2。
接着，在步骤S52中，将由压力传感器9计测到的各致动器100的内部压力值P取入上述控制装置21-2，由压力差计算机构13计算被对抗驱动的各两根致动器100、100的内部压力间的当前的压力差ΔP。
接着，在步骤S53中，由于是初次动作，因此不向目标压力差计算机构14输入异常通知信号，目标轨道生成机构11根据预先存储在目标轨道生成机构11内的弹性体致动器驱动机构10的动作程序来计算弹性体致动器驱动机构10的目标关节角度向量qd。同样由于是初次动作，因此不向输出异常时目标轨道生成机构33输入异常通知信号，输出异常时目标轨道生成机构33输出目标关节角度向量qd＝0。目标轨道加算部113将作为目标轨道生成机构11的输出的目标关节角度向量qd与作为输出异常时目标轨道生成机构33的输出的目标关节角度向量qd＝0相加，将相加求得的值作为目标关节角度向量而向目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力计算机构24、输出误差计算部107输出。
接着，在步骤S54中，由于是初次动作，因此不向目标压力差计算机构14输入异常通知信号，目标压力差计算机构14根据来自目标轨道加算部113的目标关节角度向量qd来算出目标压力差ΔPd。
接着，在步骤S55中，输出误差计算部107计算来自目标轨道加算部113的目标关节角度向量qd与来自编码器8的当前的关节角度q之差即角度误差向量qe。
接着，在步骤S56中，角度误差补偿机构12根据来自输出误差计算部107的角度误差向量qe来计算角度误差修正指令值ΔPqe。作为角度误差补偿机构12，例如考虑PID补偿器。
接着，在步骤S56中，由于是初次动作，因此不向目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24、输出异常时目标压力差计算机构24、目标轨道生成机构11及输出异常时目标轨道生成机构33输入异常通知信号，目标内部状态加算部110将来自目标压力差计算机构14的输出即目标压力差ΔPd与来自输出异常时目标压力差计算机构24的输出即目标压力差ΔPdem(＝0)相加而算出目标压力差ΔPd，并将目标压力差ΔPd向内部状态误差计算部109输出。
接着，在步骤S57中，在内部状态误差计算部109中，内部状态误差计算部109根据由角度误差补偿机构12计算出的角度误差修正指令值ΔPqe、来自目标内部状态加算部110的目标压力差ΔPd及来自压力差计算机构13的压力差ΔP，算出压力差误差(压力误差值)ΔPe。并且，压力差误差补偿机构15根据由内部状态误差计算部109算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe来计算压力差误差修正输出VΔpe。
接着，在步骤S58中，将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值从压力差误差补偿机构15通过D/A板等输入输出IF20赋给各流量控制电磁阀18，各流量控制电磁阀18使各致动器100内的压力发生变化，由此使弹性体致动器驱动机构10各自的关节6分别产生旋转运动。
通过以上的步骤S51～步骤S58的初次动作实现初次的弹性体致动器驱动机构10的动作的控制。
接着，在步骤S59中，编码器故障诊断机构23根据目标轨道生成机构11的输出(目标关节角度向量)qd、编码器8的输出(关节角度向量)q及来自压力差计算机构13的输出ΔP，判断编码器8是否正常。在编码器故障诊断机构23判断为编码器8不正常的情况下，从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12、目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24、目标轨道生成机构11及输出异常时目标轨道生成机构33输出异常通知信号。
以下，对步骤S59中编码器故障诊断机构23判断为编码器8正常的情况进行叙述。
接着，在步骤S60中，将由编码器8计测到的关节角度q取入上述控制装置21-2。
接着，在步骤S61中，将由压力传感器9计测到的各致动器100的内部压力值P取入上述控制装置21-2，由压力差计算机构13计算被对抗驱动的各两根致动器100、100的内部压力间的当前的压力差ΔP。
接着，在步骤S62中，由于编码器8正常，因此不向目标轨道生成机构11及输出异常时目标轨道生成机构33输入异常通知信号，目标轨道生成机构11根据预先存储在目标轨道生成机构11内的弹性体致动器驱动机构10的动作程序来计算弹性体致动器驱动机构10的目标关节角度向量qd。而且，输出异常时目标轨道生成机构33输出目标关节角度向量qd＝0。进而，由目标轨道加算部113将目标关节角度向量相加并输出相加后的目标关节角度向量qd。
接着，在步骤S63中，由于编码器8正常，因此不向目标压力差计算机构14输入异常通知信号，目标压力差计算机构14根据来自目标轨道加算部113的目标关节角度向量qd来算出目标压力差ΔPd。
接着，在步骤S64中，输出误差计算部107计算来自目标轨道加算部113的目标关节角度向量qd与来自编码器8的当前的关节角度q之差即角度误差向量qe。
接着，在步骤S65中，角度误差补偿机构12根据来自输出误差计算部107的角度误差向量qe来计算角度误差修正指令值ΔPqe。作为角度误差补偿机构12，例如考虑PID补偿器。
接着，在步骤S66中，在内部状态误差计算部109中，内部状态误差计算部109根据由角度误差补偿机构12计算出的角度误差修正指令值ΔPqe、来自目标内部状态加算部110的目标压力差ΔPd及来自压力差计算机构13的压力差ΔP，算出压力差误差(压力误差值)ΔPe。并且，压力差误差补偿机构15根据由内部状态误差计算部109算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe来计算压力差误差修正输出VΔpe。
接着，在步骤S67中，将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值从压力差误差补偿机构15通过D/A板等输入输出IF20赋给各流量控制电磁阀18，各流量控制电磁阀18使各致动器100内的压力发生变化，由此使弹性体致动器驱动机构10各自的关节6分别产生旋转运动。
以上的步骤S59～步骤S67作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现编码器8正常动作的情况下的弹性体致动器驱动机构10的动作的控制。
以下，对步骤S59中编码器故障诊断机构23判断为编码器8不正常的情况进行叙述。
接着步骤S59，在步骤S68中，将由编码器8计测到的关节角度q取入上述控制装置21-2。
接着，在步骤S67中，将由压力传感器9计测到的各致动器100的内部压力值P取入上述控制装置21-2，由压力差计算机构13计算被对抗驱动的各两根致动器100、100的内部压力间的当前的压力差ΔP。
接着，在步骤S62中，由于编码器8不正常，因此向目标轨道生成机构11及输出异常时目标轨道生成机构33输入异常通知信号，输出异常时目标轨道生成机构33根据预先存储在输出异常时目标轨道生成机构33内的弹性体致动器驱动机构10的动作程序来计算弹性体致动器驱动机构10的目标关节角度向量qd。另外，目标轨道生成机构11输出目标关节角度向量qd＝0。进而，由目标轨道加算部113将目标关节角度向量相加并输出相加后的目标关节角度向量qd。
接着，在步骤71中，角度误差补偿机构12根据从编码器故障诊断机构23向角度误差补偿机构12输入的异常通知信号，输出ΔPqe＝0。
接着，在步骤S72中，根据从编码器故障诊断机构23向输出目标压力差计算机构24输入的异常通知信号，由还作为异常时目标值生成机构的一例而发挥功能的输出目标压力差计算机构24从来自目标轨道加算部113的目标关节角度向量qd来算出作为异常时目标值的目标压力差ΔPdem。
接着，在步骤S66中，由于编码器8不正常，因此向目标压力差计算机构14、输出异常时目标压力差计算机构24及输出异常时目标压力差计算机构24输入异常通知信号，目标内部状态加算部110将来自目标压力差计算机构14的输出即目标压力差ΔPd＝0与来自输出异常时目标压力差计算机构24的输出即目标压力差ΔPdem相加而算出目标压力差ΔPd，并将目标压力差ΔPd向内部状态误差计算部109输出。在内部状态误差计算部109中，内部状态误差计算部109根据由角度误差补偿机构12计算出的角度误差修正指令值ΔPqe＝0、来自目标内部状态加算部110的目标压力差ΔPd及来自压力差计算机构13的压力差ΔP，算出压力差误差(压力误差值)ΔPe。并且，压力差误差补偿机构15根据由内部状态误差计算部109算出的压力差误差(压力误差值)ΔPe来计算压力差误差修正输出VΔpe。
接着，在步骤S67中，将压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值从压力差误差补偿机构15通过D/A板等输入输出IF20赋给各流量控制电磁阀18，各流量控制电磁阀18使各致动器100内的压力发生变化，由此使弹性体致动器驱动机构10各自的关节6分别产生旋转运动。
以上的步骤S59、步骤S68～步骤S72、步骤S66、步骤S67作为控制的计算循环而被反复执行，由此实现编码器8不正常动作的情况下的弹性体致动器驱动机构10的动作的控制。
通过设置输出异常时目标轨道生成机构33，由此能够发挥如下的效果。
例如，在编码器8正常时在A地点把持物体并在B地点进行将该物体嵌入其它物体的组装作业的弹性体致动器驱动机构10的程序中，事先存储在目标轨道生成机构11内的目标角度向量qdt实现从A地点开始向B地点移动，在B地点进行物体的嵌入动作，并返回A地点这样的动作。然而，在编码器8异常的情况下，难以实现组装作业这样精细的动作，因此期望在B地点不进行物体的嵌入作业，返回A地点而将把持着的物体置于原来的位置。在这样的情况下，事先存储在输出异常时目标轨道生成机构33内的目标角度向量qdt设定成实现返回A地点、释放物体并将物体置于原来的位置这样的动作，由此能够实现所期望的动作。
如上所述，根据上述第三实施方式的上述控制装置21-2，配设压力传感器9、目标压力差计算机构14及压力差误差补偿机构15来构成反馈弹性体致动器100的内部状态的内部压力控制***，还配设编码器故障诊断机构23来诊断编码器8是否正常。由此，上述控制装置21-2构成如下述的控制***，该控制***在编码器故障诊断机构23诊断为编码器8不正常时停止角度误差补偿机构12的输出，还配设有输出异常时目标压力差计算机构24，在编码器的异常时根据目标压力差计算机构24及压力差误差补偿机构15来对驱动装置102进行驱动。通过这样构成，由此无需预先准备教导数据或设置能够运算替代信号的传感器，在编码器8发生了故障的情况下，也能够实现使弹性体致动器100不立刻停止动作而继续动作的安全的弹性体致动器的驱动机构10的控制。
进而，在上述第三实施方式中，配设输出异常时目标轨道生成机构33来在编码器异常时生成与正常时不同的目标轨道。通过这样构成，由此能够进行第二实施方式中无法实现的、在编码器故障时使弹性体致动器的驱动机构10向与故障相应的目标位置动作的编码器故障时的动作控制。
(第四实施方式)
图17是表示本发明的第四实施方式涉及的弹性体致动器驱动机构10的控制装置21-3的具体结构的图。上述控制装置21-3例如设置在上述控制计算机19内，具备目标轨道生成机构11、目标压力差计算机构14、角度误差补偿机构12、压力差计算机构13、压力差误差补偿机构15、输出误差计算部107、内部状态误差计算部109、编码器故障诊断机构23、压力传感器故障诊断机构28、压力传感器故障时指令输出机构29、驱动装置102。
作为内部状态计测机构异常判断机构的一例的压力传感器故障诊断机构28根据压力传感器9的输出P、编码器8的输出q和压力误差补偿机构15的输出VΔpe来诊断压力传感器9的输出是否正常，在压力传感器故障诊断机构28判断为异常的情况下，从压力传感器故障诊断机构28向压力误差补偿机构15和压力传感器故障时指令输出机构(压力传感器异常时指令输出机构)29输出压力传感器故障信号(压力传感器异常信号)。作为判断是否正常的示例，使用如下的方法。例如，相对于关节轴6的设计压力，在压力传感器9的输出P超出一定以上时，压力传感器故障诊断机构28判断为压力传感器9异常。而且，例如在关节轴6的设计压力范围为0～600kPa的情况下，若压力传感器9的输出P的绝对值为超过600kPa值或反之为小于0kPa的值，则压力传感器故障诊断机构28判断为压力传感器9异常(例如发生了故障)。而且，作为异常的另一例，为了检测出压力传感器9发生故障而不进行动作的情况，虽然与压力误差补偿机构15的输出VΔpe发生了变动对应而编码器8的输出(关节角度向量)q发生了变动，但在压力传感器9的输出P没有发生变动时，也由压力传感器故障诊断机构28判断为编码器8异常。就异常的诊断来说，只要满足上述的一个条件，就由压力传感器故障诊断机构28判断为编码器8异常。
在从压力传感器故障诊断机构28向作为内部状态异常时指令输出机构的一例的压力传感器故障时指令值输出机构29输入压力传感器故障信号的情况下，压力传感器故障时指令值输出机构29将指令值Vem向驱动装置102输出。指令值Vem预先存储在压力传感器故障时指令值输出机构29的存储器(未图示)中。
在不向作为内部状态误差补偿机构111的一例的压力差误差补偿机构15输入来自压力传感器故障诊断机构28的压力传感器故障信号时，从内部状态误差计算部109向压力差误差补偿机构15输入压力差误差ΔPe，而从压力差误差补偿机构15向弹性体致动器驱动机构10输出压力差误差修正输出VΔpe。压力差误差修正输出VΔpe作为电压指令值经由D/A板等输入输出IF20赋给五端口流量控制电磁阀18，驱动各关节轴6-1、6-2分别正反转而使弹性体致动器驱动机构10动作。
就压力差误差补偿机构15而言，在从压力传感器故障诊断机构28输入压力传感器故障信号时，不论来自内部状态误差计算部109的输入即压力差误差ΔPe的值如何，都将压力差误差修正输出VΔpe作为0输出。由此，向作为驱动装置102的五端口流量控制电磁阀18的输入仅为来自压力传感器故障时指令值输出机构29的输入。
以下，对由压力传感器故障诊断机构28判断为压力传感器9异常时，在压力传感器故障时指令值输出机构29所输出的指令值Vem下弹性体致动器驱动机构10能够动作的动作原理进行说明。
图18是表示赋给图1所示的弹性体致动器驱动机构10中的五端口流量控制电磁阀18的指令值(电压)与关节轴6的关节角度的关系的图。图18所示的指令值与关节角度的关系受到施加在驱动构件313上的负载、弹性膨胀收缩结构体1的时效变化或与驱动构件313等有关的干扰等影响，通常与图18所示的关系不完全一致，但维持着接近的关系。因此，使用角度误差补偿机构12及压力误差补偿机构15来进行控制时那样的精度无法实现，可能会向大致的位置移动。
而且，作为预先存储在压力传感器故障时指令值输出机构29的存储器(未图示)内的指令值Vem，例如考虑有向弹性体致动器驱动机构10的初始位置移动的值等。例如，在弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b中立的位置(弹性膨胀收缩结构体1-1a、1-1b双方都不伸长也不收缩的状态下的位置)为驱动构件313的初始位置的情况下，弹性体致动器驱动机构10从图19所示的初始位置(例如，驱动构件313的长度方向与支承构件308的长度方向位于大致同一直线的状态)开始移动。并且，若在驱动构件313的相对于支承构件308的长度方向的某角度下压力传感器故障诊断机构28诊断为压力传感器9异常，则由于通常很少从不稳定的位置或危险的位置开始弹性体致动器驱动机构10的动作，因此在预先确定好的初始位置处停止弹性体致动器驱动机构10的驱动与在不知晓周边状况的位置处停止弹性体致动器驱动机构10的驱动相比更为安全的可能性高。而且，由于驱动构件313通过从初始位置至当前角度的路径而来，因此认为反之也能够通过从当前角度返回初始位置的路径。
而且，由于事先设定好指令值Vem，因此即使在初始位置以外也能够任意地设定为已知对人来说安全的角度，并将其存储在压力传感器故障时指令值输出机构29的存储器(未图示)内。
如上所述，在上述第四实施方式中，配设有压力传感器故障诊断机构28和压力传感器故障时指令值输出机构29，从而即使在压力传感器9发生了故障的情况下也能够进行使弹性体致动器100不立刻停止动作而在移动至初始位置等安全的位置后停止动作的安全的弹性体致动器的驱动机构10的控制。
而且，在上述第一～第四实施方式各方式中，将输出设为关节角度，但并不局限于此，将输出计测机构103设为作为变位速度计测机构的一例的变位速度传感器且将输出值设为变位速度来进行变位速度控制的情况也同样适用。
在上述第一～第四实施方式各方式中，设有传感器作为内部状态计测机构107的一例，但在如下情况下也发挥同样的效果，即，设置观测器(observer)，利用观测器来推定内部状态，使用内部状态的推定值。
而且，在上述第一～第四实施方式各方式中，作为弹性体致动器100的一例，以通过流体压来驱动的空气压驱动致动器为例进行了说明，但并不局限于此，作为弹性体致动器的其它例，有液压驱动致动器或利用电刺激来驱动导电性聚合物、电介质聚合物或各种凝胶等弹性体的致动器，这种情况下通过采用电场或电荷量等作为内部状态的其它例，由此能够发挥与空气压驱动致动器的情况相同的效果。
需要说明的是，通过适当组合上述各种实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例，由此能够起到各自所具有的效果。
【工业实用性】
本发明的弹性体致动器驱动机构的控制装置及控制方法、以及控制程序作为进行通过弹性体致动器来动作的机器人手臂的指尖位置的轨道控制等位置控制的控制装置及控制方法、以及控制程序来说是有用的。而且，并不局限于机器人手臂，还适用于生产设备等中的基于弹性体致动器的旋转机构的控制装置及控制方法、以及控制程序，或者线性滑块或冲压装置等基于弹性体致动器的直动机构的控制装置及控制方法、以及控制程序。
本发明在参照附图的同时对优选的实施方式进行了充分的记载，但对本领域技术人员来说可以进行各种变形或修正。应当认为这样的变形或修正只要不超过权利要求书所规定的本发明的范围，就包含在本发明的范围中。

Claims (9)

1.一种弹性体致动器驱动机构的控制装置，具备：
目标值输出机构，其输出弹性体致动器的输出的目标值；
输出误差补偿机构，其通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值，来对输出误差进行补偿；
目标内部状态确定机构，其根据所述弹性体致动器的输出的目标值来确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值；
内部状态误差补偿机构，其根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出来对内部状态误差进行补偿；
异常判断机构，其根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，判断所述输出计测机构是否异常，
在所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
2.根据权利要求1所述的弹性体致动器驱动机构的控制装置，其中，
在由所述异常判断机构判断是否发生所述异常时，在所述弹性体致动器的输出的计测值落在预先设定的范围外的情况、或所述弹性体致动器的输出的计测值与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值的对应关系脱离预先设定的关系信息的情况下，所述异常判断机构判断为发生所述异常，反之，在上述情况以外的情况下，所述异常判断机构判断为没有发生所述异常。
3.根据权利要求1或2所述的弹性体致动器驱动机构的控制装置，其中，
所述目标内部状态确定机构具备：
正常时目标内部状态确定机构；
异常时目标内部状态确定机构，
在所述异常判断机构判断为没有异常时，使用所述正常时目标内部状态确定机构的输出来进行所述弹性体致动器驱动机构的动作控制，而在所述异常判断机构判断为异常时，使用所述异常时目标内部状态确定机构的输出来进行所述弹性体致动器驱动机构的动作控制。
4.根据权利要求3所述的弹性体致动器驱动机构的控制装置，其中，
所述异常时目标内部状态确定机构根据所述弹性体致动器驱动机构的静力学模型来确定目标内部状态。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的弹性体致动器驱动机构的控制装置，其中，
还具备在所述异常判断机构判断为异常时生成并输出异常时目标值的异常时目标值生成机构。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的弹性体致动器驱动机构的控制装置，其中，
还具备：
内部状态计测机构异常判断机构，其判断所述内部状态计测机构是否异常；
内部状态异常时指令输出机构，其在异常时向所述弹性体致动器驱动机构的驱动装置发出输出指令，
在由所述内部状态计测机构异常判断机构判断为所述内部状态计测机构异常时，根据所述内部状态异常时指令输出机构的所述输出指令进行所述弹性体致动器驱动机构的动作控制。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的弹性体致动器驱动机构的控制装置，其中，
所述弹性体致动器为流体压致动器。
8.一种弹性体致动器驱动机构的控制方法，其中，
利用目标值输出机构输出弹性体致动器的输出的目标值，
通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值而由输出误差补偿机构对输出误差进行补偿，
根据所述弹性体致动器的输出的目标值，而由目标内部状态确定机构确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值，
根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出而由内部状态误差补偿机构对内部状态误差进行补偿，
根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，由异常判断机构判断所述输出计测机构是否异常，
在由所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，而利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
9.一种弹性体致动器驱动机构的控制程序，其中，
使计算机作为目标值输出机构、输出误差补偿机构、目标内部状态确定机构、内部状态误差补偿机构及异常判断机构而发挥功能，
所述目标值输出机构输出弹性体致动器的输出的目标值，
所述输出误差补偿机构通过被输入所述弹性体致动器的输出的目标值和由输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的输出的计测值而对输出误差进行补偿，
所述目标内部状态确定机构根据所述弹性体致动器的输出的目标值来确定与由内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的内部状态的计测值相对的所述内部状态的目标值，
所述内部状态误差补偿机构根据来自所述输出误差补偿机构的输出及来自所述内部状态计测机构的输出来对内部状态误差进行补偿，
所述异常判断机构根据由所述输出计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述输出的所述计测值、由所述内部状态计测机构计测到的所述弹性体致动器的所述内部状态的所述计测值和所述弹性体致动器的输出的目标值，判断所述输出计测机构是否异常，
在由所述异常判断机构判断为所述输出计测机构异常时，停止所述输出误差补偿机构的动作，利用所述目标内部状态确定机构和所述内部状态误差补偿机构根据所述目标值输出机构的输出即输出的目标值来进行使所述弹性体致动器继续动作的控制。
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