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流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法

国内特許コード P110004086
整理番号 B26P15
掲載日 2011年7月6日
出願番号 特願2007-511215
登録番号 特許第5244383号
出願日 平成18年3月31日(2006.3.31)
登録日 平成25年4月12日(2013.4.12)
国際出願番号 JP2006306968
国際公開番号 WO2006106985
国際出願日 平成18年3月31日(2006.3.31)
国際公開日 平成18年10月12日(2006.10.12)
優先権データ
  • 特願2005-105110 (2005.3.31) JP
発明者
  • 星野 聖
  • 川渕 一郎
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
  • 川渕 一郎
発明の名称 流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法
発明の概要

簡単な構成でエアシリンダ等の流体シリンダに剛性を与えことができる流体シリンダを用いたアクチュエータを提供する。アクチュエータは、流体シリンダ1、第1のチョークバルブ装置3及び第2のチョークバルブ装置5とを備えている。第1のチョークバルブ装置3を流体圧源と第1のチャンバ9との間に配置し、第2のチョークバルブ装置5を流体圧源と第2のチャンバ11との間に配置する。チョークバルブ装置3及び5の排出バルブ機構15のバルブの開度を、それぞれチョークバルブ装置により圧力を調整するチャンバ内の目標圧力と排出バルブ機構15のバルブの開度とが逆比例の関係になるように設定する。

従来技術、競合技術の概要


特開2003-311667公報に示されるように、ロボットの関節を動かすためのアクチュエータとしては、従来からサーボモータ等の電動モータが用いられている。これはモータであれば、比較的手軽に入手できるためである。しかしながらモータを用いることは、ロボット全体が大型化・重量化し易い問題がある。エアシリンダ等の流体シリンダは、モータと比較して、小形軽量であり、また構造が単純でメンテナンスも容易である等の利点があるため、ロボット用のアクチュエータとして有用なものと考えられている。

【特許文献1】特開2003-311667公報

産業上の利用分野


本発明は、流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
二つのチャンバを持つエアシリンダから構成される流体シリンダを用いたアクチュエータにおいて、
前記流体シリンダは、シリンダ室と、前記シリンダ室を第1のチャンバと第2のチャンバとに仕切るように前記シリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有しており、
流体圧源と前記第1のチャンバとの間に配置されて前記第1のチャンバ内の流体圧を調整する第1のチョークバルブ装置と、
前記流体圧源と前記第2のチャンバとの間に配置されて前記第2のチャンバ内の流体圧を調整する第2のチョークバルブ装置とを備え、
前記第1のチョークバルブ装置及び前記第2のチョークバルブ装置は、それぞれ前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許容する遠隔操作可能な供給バルブ機構と、前記チャンバ側から大気または低圧源側に向かう出方向に前記流体を流すことを許容する遠隔操作可能な排出バルブ機構と、前記供給バルブ機構及び前記排出バルブ機構の開閉を制御し、及び前記遠隔操作可能な排出バルブ機構のバルブの開度を設定するバルブ機構制御装置とを備え、
前記遠隔操作可能な排出バルブ機構が、前記排出バルブ機構であり、
前記バルブ機構制御装置は、前記第1及び第2のチョークバルブ装置により圧力を調整する前記第1及び第2のチャンバ内の目標圧力と前記排出バルブ機構の前記バルブの開度とが逆比例の関係になるように前記バルブの開度を設定するように構成されていることを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項2】
前記排出バルブ機構が、並列接続された、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブを有し、
前記目標圧力に応じて一つまたは複数の前記開閉バルブを選択して排出開度の総和を最適に調節するように構成されている請求項1に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項3】
前記排出バルブ機構は、並列接続された、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブを有しており、一つの前記開閉バルブは排出流路の断面積が最小断面積を有しており、残りの前記開閉バルブは、1より大きい値の基数のべき乗を前記最小断面積に掛けた断面積をそれぞれ有している請求項1に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項4】
前記複数種類の開閉バルブのうち、一つの前記開閉バルブは排出流路の断面積が最小断面積を有しており、残りの前記開閉バルブは、1より大きい値の基数のべき乗を前記最小断面積に掛けた断面積をそれぞれ有している請求項2に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項5】
前記1より大きい値が2であることを特徴とする請求項3または4に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項6】
前記第1及び第2のチャンバ内の実際圧力を測定する圧力測定手段をさらに備え、
前記バルブ機構制御装置は、前記供給バルブ機構及び前記排出バルブ機構の開閉を制御するための制御指令及び前記排出バルブ機構のバルブの開度を設定する開度設定指令を出力するように構成されており、
前記バルブ機構制御装置は、前記第1及び第2のチョークバルブ装置により圧力を調整する前記第1及び第2のチャンバ内の目標圧力と前記排出バルブ機構の前記バルブの開度とが逆比例の関係になるように前記バルブの開度を設定する前記開度設定指令を出力し、前記目標圧力が前記実際圧力よりも小さいときには、前記排出バルブ機構の前記バルブを開く前記制御指令を出力し、前記目標圧力が前記実際圧力に達すると前記排出バルブ機構の前記バルブを閉じる前記制御指令を出力するように構成されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項7】
前記排出バルブ機構は、並列接続された、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブと、
前記開度設定指令に応じて排出時に前記複数種類の開閉バルブから前記排出流路の断面積の総和が目標の断面積に最も近くなる組み合わせとなる前記開閉バルブを選択し、前記制御指令が入力されると選択した前記開閉バルブを開状態にするバルブ選択制御手段とから構成されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項8】
前記排出バルブ機構は、連続的に開度が調整可能な開度調整機構付きバルブと、前記開度調整機構付きバルブに対して直列に配置されて開閉制御される開閉バルブと、前記開度設定指令により前記開度調整機構付きバルブの開度を設定し、前記制御指令により前記開閉バルブを制御するバルブ制御手段とから構成されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項9】
前記排出バルブ機構は、排出流路の最小断面積を持つ開閉バルブが一つと、それに加えて、1より大きい値の基数のべき乗を前記最小断面積に掛けた断面積を有する、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブが並列接続された構造を有しており、
前記開度設定指令に応じて、排出時に前記複数種類の開閉バルブから前記排出流路の断面積の総和が目標の断面積に最も近くなる組み合わせとなる前記開閉バルブを選択し、前記制御指令が入力されると選択した前記開閉バルブを制御するバルブ選択制御手段とから構成されている請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項10】
前記1より大きい値の基数が2である請求項に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。

【請求項11】
シリンダ室と、
前記シリンダ室を第1のチャンバと第2のチャンバとに仕切るように前記シリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有するエアシリンダから構成される流体シリンダと、
流体圧源と前記第1のチャンバとの間に配置されて前記第1のチャンバ内の流体圧を調整する第1のチョークバルブ装置と、
前記流体圧源と前記第2のチャンバとの間に配置されて前記第2のチャンバ内の流体圧を調整する第2のチョークバルブ装置とを備え、
前記第1のチョークバルブ装置及び前記第2のチョークバルブ装置は、それぞれ前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許容する遠隔制御可能な供給バルブ機構と、前記チャンバ側から大気または低圧源に向かう出方向に前記流体を流すことを許容する遠隔制御可能な排出バルブ機構と、前記供給バルブ機構及び前記排出バルブ機構の開閉を遠隔制御するための制御指令及び前記排出バルブ機構のバルブの開度を設定する開度設定指令を出力するバルブ機構制御装置と、
前記第1及び第2のチャンバ内の実際圧力を測定する圧力測定手段とを備え
前記排出バルブ機構として、前記開度設定指令に応じて前記バルブの開度が設定されるように構成されているものを用いる流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法であって
前記バルブ機構制御装置が、
前記第1及び第2のチョークバルブ装置により圧力を調整する前記第1及び第2のチャンバ内の目標圧力と前記実際圧力とを対比し、
前記第1及び第2のチョークバルブ装置により圧力を調整する前記第1及び第2のチャンバ内の目標圧力と前記排出バルブ機構の前記バルブの開度とが逆比例の関係になるように前記バルブの開度を設定することを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法。

【請求項12】
前記排出バルブ機構は、複数種類の開閉バルブから構成され、
前記バルブ機構制御装置が、排出時に前記複数種類の開閉バルブから前記排出流路の断面積の総和が目標の断面積に最も近くなる組み合わせとなる前記開閉バルブを選択することを特徴とする請求項1に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法。
産業区分
  • 機構・伝動
  • 工業用ロボット
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) SORST 平成13年度採択課題
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