專利名稱：壓縮性流體壓力促動器驅動機構及其控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及能夠應用于機器人臂等機械裝置的驅動機構的壓縮性流 體壓力促動器驅動機構及其控制裝置。
背景技術：
近年來，正在盛行寵物機器人等家庭用機器人的開發(fā)，期待將來家務 輔助機器人等更實用的家庭用機器人被實用化。家庭用機器人需要進入家 庭內，與人類共生，因此，需要的規(guī)格與以往的工業(yè)用機器人等不同。
在工業(yè)用機器人中，使用電動馬達或減速器，利用高增益的反饋控制，
實現重復精度高達0.1mm等的手頭位置精度。然而，利用這樣的電動馬達 來驅動的機構的剛性高，有時欠缺柔軟性，在安全性方面問題多。
相對于此，在家庭用機器人中，不必需要重復精度高達0.1mm等的精 度，而重視在與人類的接觸時，不賦予危害等安全性。從而，可以說像以 往的工業(yè)用機器人一樣利用電動馬達驅動的機構不適合家庭用機器人等 重視安全性的領域，而需要柔軟且安全的驅動機構。
針對這樣的問題，作為以往技術，提出了用麥克貝因型氣壓促動器驅 動的驅動機構。在特公平7 — 27411號公報(專利文獻l)中，公開了如下 的驅動裝置，即通過向氣壓促動器驅動回路輸入同相的干擾信號，得到 高頻脈動效果，提高控制特性，并且，從伺服閥驅動信號等檢測出伺服結 構要素的異常的情況下，切斷動力源，并且，運行驅動裝置的制動器，防 止失靈。
專利文獻1:特公平7—27411號公報
然而，在所述專利文獻l的結構中，空氣具有壓縮性，因此，氣壓驅 動系統(tǒng)的響應性差，僅通過切斷動力源，難以進行緊急停止，例如，在沖 撞發(fā)生時，可能對沖撞對象賦予大的損傷等。
另外，在制動器裝置中，只能減速，不能進行急速地加速而避免沖撞
5等的動作。
另外，制動器裝置的設置導致機構的復雜化，還增加重量，因此，增 加驅動裝置的動能，還降低安全性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于解決所述以往的關節(jié)驅動機構的問題，提供一種能 夠在控制關節(jié)的運動的主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前響 應的壓縮性流體壓力促動器驅動機構及其控制裝置。
為了實現所述目的，本發(fā)明構成如下。
根據本發(fā)明的第一方式可知，提供一種壓縮性流體壓力促動器驅動機 構，其利用多個壓縮性流體壓力促動器的對抗驅動，驅動關節(jié)的運動，其 特征在于，具有
主流體壓力控制機構，其通過對所述多個壓縮性流體壓力促動器進行 加壓或減壓控制動作，控制所述多個壓縮性流體壓力促動器的各自的流體 壓力來控制所述關節(jié)的運動；
附近流體壓力高速控制機構，其接近所述多個壓縮性流體壓力促動器 的附近而配設，且在控制所述關節(jié)的運動的所述主流體壓力控制機構的流 體壓力控制動作之前對所述壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制 動作，以控制使所述壓縮性流體壓力促動器迅速加速或迅速減速。
根據本發(fā)明的第十四方式可知，提供一種壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的控制裝置，該壓縮性流體壓力促動器驅動機構利用多個壓縮性流體 壓力促動器的對抗驅動，驅動關節(jié)的運動，并具有主流體壓力控制機構， 其通過對所述多個壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，控制 所述多個壓縮性流體壓力促動器的各自的流體壓力來控制所述關節(jié)的運 動；附近流體壓力高速控制機構，其接近所述多個壓縮性流體壓力促動器 的附近而配設，且在控制所述關節(jié)的運動的所述主流體壓力控制機構的流 體壓力控制動作之前對所述壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制 動作，以控制使所述壓縮性流體壓力促動器迅速加速或迅速減速，其特征 在于，具有
關節(jié)控制機構，其以所述關節(jié)的所述運動的信息為基礎，對所述主流體壓力控制機構進行動作控制，從而控制所述關節(jié)的運動；
關節(jié)急加速減速控制機構，其通過對所述附近流體壓力高速控制機構 進行動作控制，控制所述關節(jié)的迅速減速或迅速加速動作。
根據本發(fā)明可知，通過具有接近壓縮性流體壓力促動器的附近而配 設，在所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前對所述壓縮性流 體壓力促動器進行加壓或減壓的附近流體壓力高速控制機構，在控制關節(jié) 的運動的主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前，附近流體壓力高 速控制機構對壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓，因此，能夠進行關 節(jié)的運動的迅速減速或迅速加速。
從而，在沖撞發(fā)生時施加迅速制動，或在障礙物接近時進行為了緊急 地避免沖撞而進行的迅速加速等緊急沖撞避免動作等對高速響應所需的 動作的性能提高，能夠實現安全的壓縮性流體壓力促動器驅動機構及其控 制裝置。
另外，能夠進行關節(jié)的運動的迅速減速或迅速加速地控制，因此，還 能夠實現能夠用結構體捕捉高速地移動而下落的物體的壓縮性流體壓力 促動器驅動機構及其控制裝置。


本發(fā)明的這些和其他目的和通過與關于附圖的優(yōu)選的實施方式有關 的接下來的記述變得明確。在該附圖中，
圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的壓縮性流體壓力促動器驅動機構 的結構的圖。
圖2是表示本發(fā)明的第一實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構的結構的從其他方向觀察的樣子的圖。
圖3A是表示氣壓人工筋的結構及動作的圖。
圖3B是表示氣壓人工筋的結構及動作的剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明的第一實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構、和用于驅動所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的氣壓供給驅動系的 結構的圖。
圖5A是表示流量控制電磁閥的結構及動作的圖。圖5B是表示流量控制電磁閥的結構及動作的圖。
圖5C是表示流量控制電磁閥的結構及動作的圖。
圖6是表示本發(fā)明的第一實施方式的壓縮性流體壓力促動器驅動機構 的動作的圖。
圖7A是表示高速開關閥的結構及動作的圖。
圖7B是表示高速開關閥的結構及動作的圖。
圖8是示出表示高速開關閥的動作的氣壓回路符號的圖。
圖9是說明本發(fā)明的第一實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構的氣壓人工筋的內部壓力的上升的圖。
圖IOA是表示本發(fā)明的第一實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的另一結構的圖。
圖IOB是表示本發(fā)明的第一實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的又另一結構的圖。
圖11是表示本發(fā)明的第二實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的結構的圖。
圖12是表示用于驅動本發(fā)明的第二實施方式中的壓縮性流體壓力促 動器驅動機構的氣壓供給驅動系的結構的圖。
圖13是表示本發(fā)明的第三實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的結構的圖。
圖14A是表示本發(fā)明的第三實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的安全閥的結構及動作的圖。
圖14B是表示本發(fā)明的第三實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的安全閥的結構及動作的圖。
圖15是表示本發(fā)明的第四實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的結構的圖。
圖16A是表示本發(fā)明的第四實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的安全閥的結構及動作的圖。
圖16B是表示本發(fā)明的第四實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的安全閥的結構及動作的圖。
圖17是表示本發(fā)明的第五實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的結構的圖。
圖18是說明本發(fā)明的第五實施方式中的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的動作的時序圖。
具體實施例方式
以下，基于附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式之前，說明本發(fā)明的各種方式。
根據本發(fā)明的第一方式可知，提供一種壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其利用多個壓縮性流體壓力促動器的對抗驅動，驅動關節(jié)的運動，其特征在于，具有
主流體壓力控制機構，其通過對所述多個壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，控制所述多個壓縮性流體壓力促動器的各自的流體壓力來控制所述關節(jié)的運動；
附近流體壓力高速控制機構，其接近所述多個壓縮性流體壓力促動器的附近而配設，且在控制所述關節(jié)的運動的所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前對所述壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，以控制使所述壓縮性流體壓力促動器迅速加速或迅速減速。
根據本發(fā)明的第二方式可知，提供如下根據第一方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，還具有流體供給機構，其向所述多個壓縮性流體壓力促動器分別供給流體，能夠對所述多個壓縮性流體壓力促動器分別進行加壓，所述附近流體壓力高速控制機構能夠利用所述流體供給機構供給的所述流體，對所述多個壓縮性流體壓力促動器分別進行迅速加壓。
根據本發(fā)明的第三方式可知，提供如下根據第一方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，所述附近流體壓力高速控制機構是迂回所述對抗的多個壓縮性流體壓力促動器之間的迂回機構，通過開閉所述迂回機構，在控制所述關節(jié)的運動的所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前對所述多個壓縮性流體壓力促動器分別進行加壓及減壓。
根據本發(fā)明的第四方式可知，提供如下根據第一方式或第二方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，所述附近流體壓力高速控制機構是在從外部施加于所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的力超過一定值的情況下，進行減壓控制動作的安全閥。
根據本發(fā)明的第五方式可知，提供如下根據第一方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，還具有檢測沖撞的沖撞檢測機構，在用所述沖撞檢測機構檢測到沖撞時，使所述附近流體壓力高速控制機構進行減壓控制動作。
根據本發(fā)明的第六方式可知，提供如下根據第一方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，還具備關節(jié)急加速減速控制機構，其使所述附近流體壓力高速控制機構將打開狀態(tài)持續(xù)一定時間后，成為關閉狀態(tài)，并關閉流路地對所述附近流體壓力高速控制機構進行動作控制，根據時間，對所述多個壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓的控制。
根據本發(fā)明的第七方式可知，提供如下根據第六方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，還具備關節(jié)急加速減速控制機構，其基于從外部施加于所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的力的大小，確定持續(xù)所述附近流體壓力高速控制機構的打開狀態(tài)的時間的長度，對所述附近流體壓力高速控制機構進行動作控制。
根據本發(fā)明的第八方式可知，提供如下根據第六方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，還具備關節(jié)急加速減速控制機構，其基于所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的動作速度的大小，確定持續(xù)所述附近流體壓力高速控制機構的打開狀態(tài)的時間的長度，對所述附近流體壓力高速控制機構進行動作控制D
根據本發(fā)明的第九方式可知，提供如下根據第二方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，所述流體供給機構在所述壓縮性流體壓力促動器的附近具有流體蓄積機構，其蓄積從所述流體供給機構向所述多個壓縮性流體壓力促動器分別供給的所述流體。
根據本發(fā)明的第十方式可知，提供如下根據第九方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，所述流體蓄積機構在所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的結構體的內部設置空腔，在所述空腔中蓄積所述流體。根據本發(fā)明的第十一方式可知，提供如下根據第二方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，所述流體供給機構供給超過所述壓縮性流體壓力促動器的能夠加壓的限度的壓力的流體。
根據本發(fā)明的第十二方式可知，提供如下根據第一方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，所述附近流體壓力高速控制機構是高速開關閥，該高速開關閥僅進行與所述壓縮性流體壓力促動器連通并用于所述壓縮性流體壓力促動器的加壓或減壓控制動作的流路的開閉動作，且在所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前進行開閉動作。
根據本發(fā)明的第十三方式可知，提供如下根據第一方式所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其特征在于，還具有檢測生物體信息的生物體信息檢測機構；識別由所述生物體信息檢測機構檢測出的所述生物體信息的生物體信息識別機構，在由所述生物體信息識別機構識別的信息為動作指令的情況下，運行所述附近流體壓力高速控制機構。
根據本發(fā)明的第十四方式可知，提供一種壓縮性流體壓力促動器驅動機構的控制裝置，該壓縮性流體壓力促動器驅動機構利用多個壓縮性流體壓力促動器的對抗驅動，驅動關節(jié)的運動，并具有主流體壓力控制機構，其通過對所述多個壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，控制所述多個壓縮性流體壓力促動器的各自的流體壓力來控制所述關節(jié)的運動；附近流體壓力高速控制機構，其接近所述多個壓縮性流體壓力促動器的附近而配設，且在控制所述關節(jié)的運動的所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前對所述壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，以控制使所述壓縮性流體壓力促動器迅速加速或迅速減速，其特征在于，具有
關節(jié)控制機構，其以所述關節(jié)的所述運動的信息為基礎，對所述主流體壓力控制機構進行動作控制，從而控制所述關節(jié)的運動；
關節(jié)急加速減速控制機構，其通過對所述附近流體壓力高速控制機構進行動作控制，控制所述關節(jié)的迅速減速或迅速加速動作。
以下，基于附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的結構的整體圖。在圖1中，1為第一結構體，2為第二結構體。第一結構體1和第二結構體2利用旋轉關節(jié)3來結合，能夠相對地轉動。在旋轉
關節(jié)3例如配設有編碼器等角度傳感器70，能夠測量圖6中所示的第一結構體1的中心軸和第二結構體2的中心軸所成的關節(jié)角度e 。
在第一結構體i上，在與第一結構體！的長邊方向正交的方向上配設
有相互對置的促動器支撐部件4a及4b，在第二結構體2上，在與第二結構體2的長邊方向正交的方向上配設有促動器驅動力傳遞部件5。
6a及6b是作為壓縮性流體壓力促動器的一例的氣壓人工筋，配設為與第一結構體1大致平行，且將第一結構體1夾在中間。氣壓人工筋6a及6b的各自的一端通過旋轉接頭7a及7b分別與促動器支撐部件4a及4b能夠旋轉地連接。另外，氣壓人工筋6a及6b的各自的另一端通過旋轉接頭7c及7d分別與促動器驅動力傳遞部件5能夠旋轉地連接。
8是作為高壓流體蓄積機構的一例的高壓罐，配設于第一結構體1的內部，在第一結構體1的內部設置的空腔8a蓄積高壓流體，并且利用氣壓人工筋6a及6b、后述的氣壓供給驅動系統(tǒng)和空壓配管10a、 10b、 10c、10d連接。g卩，在高壓罐8的一端連接空壓配管10a的一端，空壓配管10a的另一端與分別朝向氣壓人工筋6a及6b側分路的空壓配管10b、 10c連接，空壓配管10b、 10分別與氣壓人工筋6a及6b連接。另夕卜，在空壓配管10a的另一端還連接空壓配管10d的一端，空壓配管10d的另一端沿第---結構體1的長邊方向延伸，與后述的氣壓供給驅動系連接。另一方面，9a及9b是作為附近流體壓力高速控制機構的一例的高速開關閥，高速開關閥9a、 9b的動作由后述的控制計算機24來控制。另外，高速開關閥9a、9b分別配設于從高壓罐8與氣壓人工筋6a及6b分別連接的空壓配管10b、10c，分別控制空壓配管10b、 10c的流路的開閉動作。
lla、 11b是作為檢測人或物體等沖撞對象與第二結構體2沖撞的情況的沖撞檢測機構的一例的沖撞檢測傳感器，沖撞檢測傳感器lla、 lib分別例如由壓敏傳感器構成，設置于第二結構體2的表面。在由沖撞檢測傳感器lla、 llb檢測到沖撞時，如后所述，能夠使高速開關閥(高速ON-OFF閥)9a、 9b進行減壓控制動作。圖2是沿第二結構體2的長邊方向且從圖1中的箭頭X所示的方向觀察的圖。在此，沖撞檢測傳感器lla、 llb的配置位置相對于第二結構體2對稱，在氣壓人工筋6a收縮時圍繞旋轉關節(jié)3產生的旋轉運動方向側(圖l中為順時針方向)配設有沖撞檢測傳感器lla，在氣壓人工筋6b收縮時圍繞旋轉關節(jié)3產生的旋轉運動方向側(圖1中為逆時針方向)配設有沖撞檢測傳感器llb。
圖3A及圖3B是表示作為氣壓人工筋6a、 6b的一例的一個氣壓人工筋的結構的圖。氣壓人工筋6a、 6b分別形成為如圖3A及圖3B所示的結構，即在由橡膠材料構成的管狀彈性體12的外表面配設有由纖維軟線構成的約束部件13，用密封部件14分別氣密性密封管狀彈性體12的兩端部。通過流體注入流出部件15，將空氣等壓縮性流體向管狀彈性體12內供給，向管狀彈性體12的內部空間賦予內壓的情況下，管狀彈性體12主要沿半徑方向膨脹，但由于約束部件13的約束作用，變換為管狀彈性體12的中心軸方向的運動，全長收縮。該氣壓人工筋主要由彈性體構成，因此該促動器具有如下特征具有柔軟性，安全且輕量。
圖4是表示氣壓人工筋6a、 6b和用于驅動所述氣壓人工筋6a、 6b的氣壓供給驅動系統(tǒng)的結構的圖。在圖4中，21例如為壓縮機等氣壓源，22為氣壓調節(jié)單元。氣壓調節(jié)單元22以氣壓源21的氣壓過濾器22a、氣壓減壓閥22b、及氣壓用潤滑器22c為一組構成。利用這些氣壓源21、氣壓調節(jié)單元22和高壓罐8，構成分別向氣壓人工筋6a、 6b供給流體，從而能夠將所述氣壓人工筋6a、 6b分別加壓的高壓流體供給機構的一例。
23為主流體壓力控制機構的一例，是通過用電磁鐵的力使滑柱進退驅動來控制流量的五端口的流量控制電磁閥，所述進退驅動動作由后述的控制計算機24來控制。
圖5A 圖5C中示出流量控制電磁閥23的結構。47是滑柱，是圓柱狀且在其外周面上開設有槽55a、 55b的結構，利用由電磁鐵運行的線性伺服促動器48沿滑柱47的長邊軸向使滑柱47進退驅動，使滑柱47在圖5A 圖5C的紙面上的左右方向(沿滑柱47的長邊軸向)運動。另外，在收容滑柱47的框體49分別配設有與氣壓源21側連通的吸氣口 50、與空壓配管10c連通的第一供給口 51、與空壓配管10b連通的第二供給口52、與大氣壓側連通的第一排氣口 53、和與大氣壓側連通的第二排氣口54。
在滑柱47開設有槽55a及槽55b，因此，在利用由控制計算機24的控制來驅動的線性伺服促動器48，如圖5B的狀態(tài)所示地從圖5A的狀態(tài)向圖5A或圖5B的紙面左側移動時，從吸氣口 50向第一供給口 51的路徑通過槽55a開通，并且，從第二供給口 52向第二排氣口 54的路徑通過槽55b開通。
另一方面，如圖5c的狀態(tài)所示地，滑柱47在利用由控制計算機24的控制來驅動的線性伺服促動器48而從圖5A的狀態(tài)或圖5B的狀態(tài)向圖5A或圖5B的紙面右側移動時，從吸氣口 50向第二供給口 52的路徑通過槽55b開通，并且，從第一供給口 51向第一排氣口 53的路徑通過槽55a開通。
另外，以上的開通路徑的流量與滑柱47的移動量成比例地變大。
如上所述，流量控制電磁閥23根據從控制計算機24向流量控制電磁閥23輸入的電壓指令值，利用伺服控制正確地控制滑閥(滑柱)47的位置，能夠連續(xù)且微細地控制流過流量控制電磁閥23的各端口的空氣的流量。其結果，通過對氣壓人工筋6a、 6b進行加壓或減壓控制動作，控制氣壓人工筋6a、 6b的各自的流體壓力，能夠控制所述關節(jié)3的運動。
返回圖4， 24例如為由通常的個人計算機構成且作為控制裝置的一例發(fā)揮功能的控制計算機。在控制計算機24中，關節(jié)控制機構17和關節(jié)急加速減速控制機構18作為程序安裝，分別獨立運行。
關節(jié)控制機構17以關節(jié)3的運動的信息例如來自角度傳感器70的信息為基礎，進行第一結構體1和第二結構體2的擺動運動即圖6中的由9表示的關節(jié)角度的控制。在控制計算機24搭載有D/A板24a，關節(jié)控制機構17通過D/A板24a向流量控制電磁閥23輸出電壓指令值，從而連續(xù)且微細地控制流過各自的流體注入流出部件15的各自的空氣的流量，控制關節(jié)角度e 。
關節(jié)急加速減速控制機構18控制針對第一結構體1和第二結構體2的擺動運動即關節(jié)角度e的運動的制動。在控制計算機24搭載有A/D板24b，來自沖撞檢測傳感器lla或lib的信號通過A/D板24b向關節(jié)急加速減速控制機構18輸入。另外，D/A板24a還與高速開關閥9a及9b連接，關節(jié)急加速減速控制機構18通過D/A板24a將電壓指令值分別向高 速開關閥9a及9b輸出，由此能夠分別控制高速開關閥9a及9b的閥的開
閉狀態(tài)，從而控制針對關節(jié)角度e的運動的制動。
圖7A及圖7B中示出高速開關閥9a及9b的各自的結構及動作。高速 開關闊9a及9b分別具有導入口 40及排出口 41兩個端口，該兩個端口 40、 41之間的開通及非開通通過圖7A及圖7B中的柱塞42的上下運動來控制。
在未向電磁鐵43通電時，柱塞42由于彈簧44的施力，而被壓附于 孔45，因此，從導入口 40向排出口 41的流路成為關閉狀態(tài)。
另一方面，若向電磁鐵43通電，則芯46被磁化，柱塞42克服彈簧 44的施力而利用磁力吸附在芯46，從而柱塞42上升。從而，柱塞42從 孔45離開，從導入口 40向排出口 41的流路開通。
高速開關閥9a及9b構成為分別具有兩個端口，與流量控制電磁閥23 不同，只能夠采用圖8所示的空壓回路符號的C (關閉)及D (打開)這 兩個狀態(tài)。利用電磁鐵43的力驅動柱塞42，僅控制流路的開閉動作。若 與流量控制電磁閥23相比，則作為可動部的柱塞42的慣性小，動作也僅 為兩個狀態(tài)，因此，高速地切換開閉動作這一點為特征。另外特征為不具 有伺服控制系統(tǒng)，端口數量也少，因此，小型且輕量，向機構的可動部分 等的搭載容易。因此，在該說明書中，高速開關閥9a、 9b的切換動作速 度比流量控制電磁閥23快，因此，向開關閥9a、 9b賦予"高速"，稱為 高速開關閥9a、 9b。
根據圖4所示的氣壓供給驅動系統(tǒng)可知，由氣壓源21生成的高壓空 氣通過氣壓調節(jié)單元22而被減壓，調節(jié)為能夠對氣壓人工筋6a、 6b加壓 的限度壓力(例如為600kPa)即一定壓力，并供給五端口的流路控制電磁 閥23。與從控制計算機24通過D/A板24a輸出的電壓指令值成比例地控 制五端口流路控制電磁閥23的開度。如上所述，在五端口流路控制電磁 閥23分別連接一對氣壓人工筋6a、 6b的各自的管狀彈性體12的流體注 入流出部件15。 一對氣壓人工筋6a、 6b沿第一結構體1的長邊方向大致 平行地配置，各自的管狀彈性體12的流體注入流出部件15側的端部分別 固定于在第一結構體1的端部固定的促動器支撐部件4a、 4b。在一對氣壓 人工筋6a、 6b的各自的管狀彈性體12的另一方的端部側支撐有由旋轉關節(jié)3旋轉自如地支撐于第一結構體1的促動器驅動力傳遞部件5，在該促
動器驅動力傳遞部件5分別旋轉自如地支撐一對氣壓人工筋6a、 6b的各 自的管狀彈性體12的另一方的端部。從而，如下所述，通過一對氣壓人 工筋6a、 6b的各自的管狀彈性體12伸縮，促動器驅動力傳遞部件5圍繞 旋轉關節(jié)3被正反向旋轉驅動，第二結構體2圍繞旋轉關節(jié)3被正反向旋 轉驅動。還有，將圖4中箭頭所示的右旋轉作為正向，將與箭頭相反的左 旋轉作為反向。
由控制計算機24從D/A板24a向流量控制電磁閥23輸入了正的電壓 指令值的情況下，如圖4所示，成為氣壓回路符號的A所示的狀態(tài)，從氣 壓源21側向氣壓人工筋6a的管狀彈性體12的流體注入流出部件15側的 流路經由五端口流路控制電磁閥23開通，與電壓指令值的絕對值成比例 的流量的空氣供給于氣壓人工筋6a側。另外，在氣壓人工筋6b側，從管 狀彈性體12的流體注入流出部件15向大氣壓側的流路經由五端口流路控 制電磁閥23開通，與電壓指令值的絕對值成比例的流量的空氣流從氣壓 人工筋6b側向大氣中排氣。從而，如圖4所示，氣壓人工筋6a的全長收 縮，氣壓人工筋6b的全長伸長，由此旋轉關節(jié)3以與電壓指令值的絕對 值成比例的速度，如圖4中的箭頭Y所示地進行右旋轉運動。
另一方面，由控制計算機24從D/A板24a向五端口流量控制電磁閥 23輸入了負的電壓指令值的情況下，切換五端口流量控制電磁閥23，從 氣壓回路符號的A所示的狀態(tài)變?yōu)锽所示的狀態(tài)，氣壓人工筋6a的動作 變?yōu)橄喾?，旋轉關節(jié)3進行左旋轉運動。S卩，從氣壓源21側向氣壓人工 筋6b的管狀彈性體12的流體注入流出部件15側的流路經由五端口流量 控制電磁閥23開通，與電壓指令值的絕對值成比例的流量的空氣供給于 氣壓人工筋6b頂lJ。另外，在氣壓人工筋6a側，從管狀彈性體12的流體 注入流出部件15向大氣壓側的流路經由五端口流路控制電磁閥23開通， 與電壓指令值的絕對值成比例的流量的空氣流從氣壓人工筋6a側向大氣 中排出。從而，氣壓人工筋6b的全長收縮，氣壓人工筋6a的全長伸長， 由此關節(jié)軸旋轉關節(jié)3以與電壓指令值的絕對值成比例的速度，進行與圖 4的箭頭Y相反的方向所示的左旋轉運動。
其次，說明對高壓罐8的空壓供給系統(tǒng)。19是控制壓力的壓力控制閥，利用壓力控制閥19將從壓力控制閥19之后的流路的壓力控制為規(guī)定壓力
(例如900kPa)。另外，氣壓源21為壓縮機的情況下，其壓力變動，因此， 在氣壓源21的壓力低于規(guī)定壓力(例如900kPa)時，壓力控制閥19關閉， 使壓力控制閥19以后的流路的壓力不小于規(guī)定壓力(例如900kPa)。這樣， 通過空壓配管10d及10a向高壓罐8供給利用氣壓調節(jié)單元22的氣壓減 壓閥22b減壓之前的規(guī)定壓力(例如900kPa)的高壓空氣，并進行蓄積。
在高壓罐8蓄積的高壓空氣利用空壓配管10b、10c分別供給于氣壓人 工筋6a、 6b，但在空壓配管10b、 10c配設有高速開關閥9a及9b，通過高 速開關閥9a及9b來控制高壓空氣的供給。
利用D/A板24a分別向高速開關閥9a及9b輸入例如0V及5V這兩 個值的電壓指令值。向高速開關閥9a及9b分別輸入了 0V的電壓指令值 的情況下，高速開關閥9a及9b分別成為關閉狀態(tài)，從高壓罐8向氣壓人 工筋6a及6b的流路分別不開通，形成為隔斷的狀態(tài)。
另一方面，向高速開關閥9a及9b輸入了 5V的電壓指令值的情況下， 高速開關閥9a及9b分別成為打開狀態(tài)，從高壓罐8向氣壓人工筋6a及 6b的流路分別開通，在高壓罐8蓄積的高壓空氣分別供給于氣壓人工筋 6a及6b。從而，例如向高速開關閥9a輸入5V的電壓指令值，高速開關 閥9a成為打開狀態(tài)的情況下，利用來自高壓罐8的高壓空氣對氣壓人工 筋6a進行加壓，另一方面，向高速開關閥9b輸入5V的電壓指令值，高 速開關閥9b形成為打開狀態(tài)的情況下，利用來自高壓罐8的高壓空氣， 對氣壓人工筋6b進行加壓。
說明以上的結構的關節(jié)驅動機構。
如上所述，夾著第一結構體l，關于促動器驅動力傳遞部件5相互對 置地利用旋轉接頭7a及7b連接。從而，通過圖1的上側的氣壓人工筋6a 和下側的其他氣壓人工筋6b的對抗驅動，驅動關節(jié)3的運動。例如，圖l 的上側的氣壓人工筋6a收縮，圖1的下側的另外的氣壓人工筋6b伸長的 情況下，發(fā)生旋轉關節(jié)3圍繞旋轉軸的時針方向的旋轉運動。相反，圖l 的上側的氣壓人工筋6a伸長，圖1的下側的其他氣壓人工筋6b收縮的情 況下，旋轉運動成為相反旋轉即逆時針方向的旋轉。
如上所述，利用氣壓人工筋6a、 6b，驅動第一結構體1和促動器驅動力傳遞部件5的正反向旋轉運動，由此驅動第一結構體1和第二結構體2
的擺動運動即角度e的運動。
通常的第一結構體i和第二結構體2的擺動運動即角度e的運動的控 制通過以電壓指令值使流量控制電磁閥23工作。例如，若以v=Ke ( ed 一 e )向流量控制電磁閥23賦予電壓指令值v，則能夠進行關節(jié)角度e 的伺服控制。但是，Ke為常數增益，ed為關節(jié)角度e的目標值。
流量控制電磁閥23通過伺服控制滑柱47的微細的位置，使得針對空 氣的流量向氣壓人工筋6a及6b的分配的微細的調節(jié)的性能高，能夠進行
角度e的運動的微細的控制。
然而，關于與從打開狀態(tài)到關閉狀態(tài)、或從關閉狀態(tài)到打開狀態(tài)的中
間狀態(tài)無關的高速的響應，由于滑柱47的慣性大等原因，高速開關閥9a、 9b變差。另夕卜，控制滑柱47的微細的位置，因此，驅動滑柱47的電磁促 動器(線性伺服促動器48)帶有某種程度的大小、復雜度等，結構上成為 某種程度的大小，因此，難以在機器人臂的臂等可動部分搭載，而搭載在 基座部等上。因此，流量控制電磁閥23和氣壓人工筋6a、 6b的配置位置 遠離，從流量控制電磁閥23到氣壓人工筋6a、 6b的配管變長，傳遞空壓 時花費時間，高速性變差。
如上所述，在使用了流量控制電磁閥23的空壓控制系統(tǒng)中，能夠進 行關節(jié)角度的正確的控制，但瞬間的高速性差，因此，人或物體等沖撞對 象與第二結構體2沖撞，需要對旋轉關節(jié)3進行緊急制動時，得不到充分 的制動效果，可能對沖撞對象賦予大的損傷。
針對這樣的問題，本發(fā)明的第一實施方式的特征在于，配設高壓罐8 和高速開關閥9a、 ％，利用高速開關閥9a、 9b，能夠進行氣壓人工筋6a、 6b的高速的加壓(迅速加壓)。
作為一例，圖1的上側的氣壓人工筋6a收縮，圖1的下側的另一氣壓 人工筋6b伸長，發(fā)生旋轉關節(jié)3的圍繞旋轉軸的順時針方向的旋轉運動 時，沖撞檢測傳感器Ua檢測對第二結構體2的沖撞，來自沖撞檢測傳感 器lla的信號輸入于關節(jié)急加速減速控制機構18。若來自沖撞檢測傳感器 lla的信號輸入于關節(jié)急加速減速控制機構18，則關節(jié)急加速減速控制機 構18將D/A板24a的電壓指令值從0V變更為5V，將高速開關閥9b設
18為打開狀態(tài)，在用t。n=KfF+Kvd e /dt算出的時間t。n的期間，維持高速開關 閥9b的打開狀態(tài)，然后，將電壓指令值從5V變更為0V，將高速開關閥 9b設為關閉狀態(tài)。其中，F是沖撞檢測傳感器lla檢測到的沖撞力的最大 值，de/dt是關節(jié)角速度(關節(jié)角度e的時間微分值)，Kf及Kv是常數增 益且實驗求出的值。從而，關節(jié)急加速減速控制機構18基于從外部向所 述壓縮性流體壓力促動器驅動機構施加的力的大小、或者所述壓縮性流體 壓力促動器驅動機構的動作速度(例如關節(jié)角速度)的大小，能夠利用所 述式確定持續(xù)所述附近流體壓力高速控制機構9a、 9b的打開狀態(tài)的時間 的長度，控制所述附近流體壓力高速控制機構9a、 9b的動作。即，例如， 關節(jié)急加速減速控制機構18以所述附近流體壓力高速控制機構9a、 9b持 續(xù)一定時間打開狀態(tài)后，變?yōu)殛P閉狀態(tài)并關閉流路的方式控制所述附近流 體壓力高速控制機構9a、 9b的動作，根據時間，對所述氣壓人工筋6a、 6b進行加壓或減壓的控制。
另外，關節(jié)急加速減速控制機構18將高速開關閥9b設為打開狀態(tài)的 同時，停止關節(jié)控制機構17中的關節(jié)角度的目標值的更新。
還有，所述關節(jié)角度的目標值的更新由于使關節(jié)3動作，因此時常進 行。目標值時時刻刻變化，追隨于此，發(fā)生關節(jié)3的活動。若對第二結構 休2沖撞后，不停止關節(jié)3的活動，則有可能陷入更差的狀態(tài)，因此，停 止目標值的更新，將目標值保持為恒定值，由此停止關節(jié)3的活動。
根據以上的動作可知，在所述沖撞剛發(fā)生后，高速開關閥9b馬上變 為打開狀態(tài)，利用高壓罐8內的規(guī)定壓力(例如900kPa)的高壓空氣急速 地對氣壓人工筋6b加壓，氣壓人工筋6b在收縮方向上產生力，產生的力 作用為對第二結構體2的圍繞旋轉關節(jié)3的順時針方向的旋轉運動產生制 動，從而能夠緩和沖撞的沖擊。
高速開關閥9b的動作為高速，高壓罐8接近氣壓人工筋6a、 6b而配 設，來自高壓罐8的高壓空氣的供給流路短，因此，如圖9所示，氣壓人 工筋6b的內部壓力的上升變快，基于高速開關閥9b的空壓控制系統(tǒng)的制 動效果在基于流量控制電磁閥23的空壓控制系統(tǒng)的制動效果之前發(fā)生， 提高沖擊緩和的效果。還有，在圖9中，(a)的圖表表示通過高速開關閥 9b，高壓罐8超過能夠加壓的限度壓力的高壓(例如900kPa)的情況，(b)的圖表表示通過高速開關閥％，高壓罐8為能夠加壓的限度壓力(例如
600kPa)的情況，(c)的圖表表示流量控制電磁閥的情況。
另夕卜，基于由t。n=KfF+Kvd e /dt算出的時間U來控制開閉時間，因此， 制動時間與沖撞力F或關節(jié)角速度d e /dt成比例，沖撞力F大時或關節(jié)3 的關節(jié)角速度dS/dt大時，時間U變大，即制動時間變長，從而能夠更
可靠地得到制動效果。進而，經過時間t。n后，高速開關閥9b成為關閉狀
態(tài)，持續(xù)制動狀態(tài)，如圖9所示，時間tp經過后，恢復基于流量控制電磁 閥23的通常的控制，因此，氣壓人工筋6b的內壓變得過高，關節(jié)3不會 開始反向旋轉，能夠可靠地停止關節(jié)3的運動。
另外，與不設置高壓罐8而僅使用來自氣壓供給系統(tǒng)的供給壓力的情 況相比，通過設置高壓罐8能夠得到充分的流量，能夠得到充分的制動效 果。進而，通過在高壓罐8使用例如900kPa之類的超過氣壓人工筋6a、 6b的能夠加壓的限度壓力的高壓的流體，如圖9的(a)所示的圖表所示， 氣壓的上升的提高速度快，能夠進一步提高氣壓人工筋6a、 6b的加壓速 度，能夠進行更高速的制動。而且，使用超過氣壓人工筋6a、 6b的能夠 加壓的限度壓力的壓力的流體的時間僅為被控制的微小時間U，因此，只 要適當地設定微小時間U的長度，就不會超過氣壓人工筋6a、 6b的能夠 加壓的限度壓力，可以不發(fā)生氣壓人工筋6a、 6b的破損等問題。
如上所述，根據本發(fā)明的第一實施方式可知，通過配設高壓罐8和高 速開關閥9a及9b，能夠進行氣壓人工筋6a、 6b的高速的加壓，能夠實現 沖撞時的迅速制動等高速的響應，能夠提高機構的安全性。換而言之，能 夠將高速開關閥9a、 9b接近氣壓人工筋6a、 6b的附近而配設，在控制所 述關節(jié)3的運動的所述流量控制電磁閥23的流體壓力控制動作之前對所 述氣壓人工筋6a、 6b進行加壓或減壓控制動作，將所述氣壓人工筋6a、 6b控制為迅速加速或迅速減速。
還有，在所述第一實施方式中，將沖撞檢測傳感器lla側處的沖撞作 為例子進行了說明，但在沖撞檢測傳感器llb側處的沖撞中，也通過運行 高速開關閥9a，對氣壓人工筋6a加壓等進行相反的動作，能夠進行控制 動作。
另外，在所述第一實施方式中，設置沖撞檢測傳感器lla、 llb，基于沖撞檢測傳感器lla、 lib的沖撞的檢測后，運行附近流體壓力高速控制 機構，進行制動動作。然而，未必一定需要沖撞檢測傳感器，例如，如圖
IOA所示，設置用于輸入語音指令的語音輸入機構27、和用于解釋從語音 輸入機構27輸入的指令的語音識別機構28也可。在這樣的結構的情況下， 若從語音輸入機構27輸入人類的所謂的"停止"的語音，則所述所謂的 "停止"的語音作為進行迅速停止的動作指令而被語音識別機構28識別 時，基于所述識別的指令(動作指令)，運行附近流體壓力高速控制機構 而進行迅速停止的情況等，也能夠發(fā)揮高速的制動的效果。
另外，本發(fā)明不限定于用于輸入語音指令的語音輸入機構27、和用于 解釋指令的語音識別機構28等，如圖10B所示，包括檢測語音以外的肌 電位或腦波等生物體信息的生物體信息檢測機構27A和生物體信息識別 機構28A，若利用生物體信息識別機構28A檢測到由生物體信息檢測機構 27A檢測的生物體信息為動作指令，則在基于所述識別的動作指令，運行 附近流體壓力高速控制機構而進行迅速停止的情況下，也能夠發(fā)揮高速的 制動的效果。
另外，第一實施方式不限定于制動動作，也可以應用于不需要精度， 但需要急劇的加速動作的情況例如障礙物的緊急回避動作或打擊動作等 中。
(第二實施方式)
圖11是表示本發(fā)明的第二實施方式的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構的結構的圖。圖11的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的以下所述的結 構部分與第一實施方式不同，其他部分與第一實施方式相同，關于與第一 實施方式共同的結構部分標注與第一實施方式相同的符號，省略詳細的說 明。還有，在該第二實施方式中是不具備高壓罐8，也不具備壓力控制閥 19的例子。
在圖11中，16是作為以所述附近流體壓力高速控制機構的另一例子 發(fā)揮功能的迂回機構的一例的迂回配管，直接連接氣壓人工筋6a及6b的 促動器驅動力傳遞部件5側的各自的端部的密封部件14、 14之間。另外， 9c是利用關節(jié)急加速減速控制機構18進行開閉控制的迂回配管用高速開 關閥，迂回配管用高速開關閥9c配設于迂回配管16的中途，控制迂回配管16的開通及隔斷。即，在高速開關閥9c為打開狀態(tài)時，開通迂回配管 16，連接氣壓人工筋6a及6b的內部空間。如圖12所示，高速開關閥9c 與D/A板24a連接，利用關節(jié)急加速減速控制機構18控制高速開關闊9c 的開閉。
另外，在氣壓人工筋6a、氣壓人工筋6b的密封部件14分別內置有壓 力傳感器62a、 62b，利用壓力傳感器62a、 62b，能夠測量氣壓人工筋6a、 氣壓人工筋6b的內部壓力Pa及Pb。由壓力傳感器62a、 62b測量的結果 的信號通過D/A板24b輸入于關節(jié)急加速減速控制機構18，使用于基于 關節(jié)急加速減速控制機構18的高速開關閥9c的開閉控制。
說明以上的結構的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的動作。氣壓人工 筋6a、 6b的動作等與所述第一實施方式相同，因此，關于與第一實施方 式共同的結構部分的動作，省略說明。
作為一例，圖12的上側的氣壓人工筋6a收縮，并且，圖12的下側的 另一氣壓人工筋6b伸縮的結果，發(fā)生旋轉關節(jié)3的圍繞旋轉軸的時針方 向的旋轉運動時，沖撞檢測傳感器11a檢測對第二結構體2的沖撞對象的 沖撞，來自沖撞檢測傳感器lla的信號輸入于關節(jié)急加速減速控制機構18。 這樣，關節(jié)急加速減速控制機構18判定為，由壓力傳感器62a測量的氣 壓人工筋6a的內部壓力Pa高于由壓力傳感器62b測量的氣壓人工筋6b 的內部壓力Pb的情況下，關節(jié)急加速減速控制機構18將D/A板24a的電 壓指令值從OV變更為5V，將高速開關閥9c設為打開狀態(tài)，在用t。^K乂
(Pa—Pb)算出的時間U期間，維持高速開關閥9c的打開狀態(tài)，然后， 將高速開關閥9c設為關閉狀態(tài)。但是，在關節(jié)急加速減速控制機構18判 斷為，在比時間U短的時間內成為了內部壓力P^^Pb的情況下，在此時 點將高速開關閥9c設為關閉狀態(tài)。在此，Kp是常數增益，是實驗求出的 值。
另外，關節(jié)急加速減速控制機構18運行如下，g卩將高速開關閥9c 設為打開狀態(tài)的同時，停止關節(jié)控制機構17中的關節(jié)角度的目標值的更 新，由此利用關節(jié)控制機構17也實現制動。
在如上所述地關節(jié)急加速減速控制機構18判斷為，在比微小時間U
短的時間內，成為了內部壓力Pa^Pb的情況下，在此時點將高速開關閥9C設為關閉狀態(tài)的理由如下所述，即成為了內部壓力Pa^Pb的情況下， 關節(jié)控制機構17控制流量控制電磁閥23，施加制動的效果開始發(fā)揮作用， 即使以其以上的時間即比微小時間U長的時間，將高速開關閥9C設為打 開狀態(tài)，也不能進一步提高氣壓人工筋6b的內部壓力Pb，制動效果減弱。
根據以上的動作可知，在沖撞剛發(fā)生后，高速開關閥9c成為打開狀態(tài)， 高壓空氣從壓力相對高的氣壓人工筋6a向壓力相對低的氣壓人工筋6b通 過迂回配管16流動。其結果，氣壓人工筋6b被迅速地加速，氣壓人工筋 6b在收縮方向上產生力，所述產生的力對第二結構體2的圍繞關節(jié)3的運 動施加制動地發(fā)揮作用，緩和沖撞對象的沖撞的沖擊。換而言之，通過開 閉迂回配管16，能夠在基于控制所述關節(jié)3的運動的流量控制電磁閥23 的流體壓力控制動作之前，對氣壓人工筋6a、 6b進行加壓及減壓，能夠 緩和沖撞對象的沖撞的沖擊。
高速開關閥9c的動作為高速，迂回配管16接近氣壓人工筋6a、 6b 而配設，迂回配管16的流路短，因此，基于高速開關閥9c的氣壓控制系 的制動效果在基于流量控制電磁閥23的氣壓控制系的制動效果之前發(fā)生， 能夠提高緩和沖擊的效果。
另外，基于由t。n=Kp/ (Pa—Pb)算出的時間t。n，控制高速開關閥9c 的開閉時間，因此，在氣壓人工筋6a及6b的壓差小時，打開狀態(tài)的時間 變長，提高制動效果地發(fā)揮作用，在氣壓人工筋6a和6b的壓差大時，高 速開關閥9c的打開狀態(tài)的時間變短，從而能夠防止關節(jié)3的反向旋轉。 進而，經過時間U后，高速開關閥9c成為關閉狀態(tài)，返回基于流量控制 電磁閥23的通常的控制，因此，氣壓人工筋6b的內壓變得過高，關節(jié)3 不會開始旋轉，從而能夠可靠地停止關節(jié)3的運動。
另外，關于壓縮性流體壓力促動器驅動機構的結構，也不需要與通常 的氣壓控制系不同的高壓罐等用于加壓的氣壓供給系或氣壓控制系，高速 開關閥9c也為一個即可，由于這些原因等，能夠以簡單的結構得到高速 的響應。
另外，在沖撞檢測傳感器11a側對第二結構體2的沖撞對象的沖撞發(fā) 生而導致問題的情況下，如圖11中的箭頭Y所示，關節(jié)3向順時針方向 旋轉的情況的可能性最高，在這種情況下，關節(jié)3發(fā)生向順時針方向的旋
23轉，因此，氣壓人工筋6a的內部壓力高于氣壓人工筋6b的內部壓力的情 況居多(沖撞檢測傳感器lib側的沖撞時成為相反的壓力關系)。從而， 在大多數情況下，使用了迂回配管16的制動能夠發(fā)揮效果。
如上所述，在第二實施方式中，通過配設迂回配管16和高速開關閥 9c，能夠以簡單的結構進行氣壓人工筋6a、 6b的高速的加壓，能夠實現 沖撞對象的沖撞時的迅速制動等高速的響應，能夠提高所述驅動機構的安 全性。
還有，在所述第二實施方式中，將高速開關閥9c的打開時間設為 t。n=Kp/(Pa_Pb)，但不限定于此，與第一實施方式相同地，設為t。n=KfF+Kvd e/dt的情況下，也能夠發(fā)揮相同的效果。 (第三實施方式)
圖13是表示本發(fā)明的第三實施方式的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構的結構的圖。圖13的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的以下所述的結 構部分與第一實施方式不同，其他部分與第一實施方式相同，關于與第一 實施方式共同的結構部分標注與第一實施方式相同的符號，省略詳細的說 明。
在圖13中，20a及20b是作為所述附近流體壓力高速控制機構的另一 例的安全閥，兩方的安全閥20a及安全閥20b配設于第二結構體2的關節(jié) 3的附近，與由大致L字狀板材分別構成的沖撞檢測傳感器板38a及38b 分別機構連接。即，沖撞檢測傳感器板38a及38b的關節(jié)3的附近側的端 部與安全閥20a及20b連結。另外，25a及25b是氣壓開放配管， 一方的 氣壓開放配管25a連接氣壓人工筋6a的促動器驅動力傳遞部件5側的端 部的密封部件14、和安全閥20a。另一方的氣壓開放配管25b連接氣壓人 工筋6b的促動器驅動力傳遞部件5側的端部的密封部件14、和安全閥20b。 安全閥20a、 20b分別在從外部施加于壓縮性流體壓力促動器驅動機構的 力超過一定值的情況下，進行減壓控制動作。
如圖14A及圖14B中示出安全閥20a及20b中的一個安全閥20的結 構的詳細情況。安全閥20具備縱剖面為U字形狀的外殼32;大徑基端 部33a和小徑基端部33b —體地連結，且在外殼32的凹部32a內沿周向 進退的滑柱33;密封凹部32a和滑柱33的大徑基端部33a的0形密封環(huán)34;在凹部32a的底面、和滑柱33的大徑基端部33a的內側端面之間壓 縮裝配的滑柱彈簧35。沖撞檢測傳感器板38a、 38b中一個沖撞檢測傳感 器板38和滑柱33如下所述地機構連結，即滑柱33的小徑基端部33b 的外側端面固定于大致L字狀板材的沖撞檢測傳感器板38的端部的控制 桿部36。另外，在與0形密封環(huán)34的配置部位的底部側的凹部32a連通 且與凹部32a的軸向正交的方向上，在外殼32形成的空氣導入口 37利用 氣壓開放配管25a、 25b，與氣壓人工筋6a、 6b連接。還有，利用滑柱33 的小徑基端部33b和凹部32a的間隙，形成空氣排出口39。另外，在沖撞 檢測傳感器板38和第二結構體2之間壓縮裝配有多個彈簧38g，沖撞對象 與沖撞檢測傳感器板38沖撞時，用彈簧38g能夠吸收沖撞時的沖擊力。
使用圖14A及圖14B，說明以上的結構的壓縮性流體壓力促動器驅動 機構的動作。氣壓人工筋6a、 6b的動作等與所述第一實施方式相同，因 此，關于與第一實施方式共同的結構部分的動作，省略說明。
通常的動作時，在各自的安全閥20a、 20b中，利用滑柱彈簧35的推 頂力，向圖14A中的上方朝向推上滑柱33，成為圖14A的狀態(tài)，由于滑 柱33的大徑基端部33a和O形密封環(huán)34密接，密封對導入空氣導入口 37的氣壓人工筋6a加壓的高壓空氣。
向沖撞檢測傳感器板38a、 38b中的任一方例如沖撞檢測傳感器板38a 的沖撞對象的沖撞發(fā)生的情況下，沖撞對象的沖撞引起的力向由控制桿36 機構連接的安全閥20a的滑柱33傳遞，利用向滑柱33傳遞的力，在圖14A 中，滑柱33被外殼32的凹部32a推下。若沖撞引起的力(換而言之，從 外部施加于所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的力)超過某個值(一定 值)，則成為圖14B的狀態(tài)，滑柱33的大徑基端部33a和小徑基端部33b 的臺階部分比O形密封環(huán)34的位置位于圖14B中的下側，開放從空氣導 入口 37向空氣排出口 39的路徑，導入空氣導入口 37的高壓空氣向大氣 中排出。這樣，氣壓人工筋6a的內部的高壓空氣通過氣壓開放配管25a 向空氣排出口39流出，發(fā)生氣壓人工筋6a的內部壓力的減壓，氣壓人工 筋6a的收縮力減少。其結果，使旋轉關節(jié)3旋轉的扭矩減少，制動施加 于旋轉關節(jié)3的旋轉運動。
同樣，向沖撞檢測傳感器板38b的沖撞對象的沖撞發(fā)生的情況下，安全閥20b運行，制動施加于旋轉關節(jié)3的反向旋轉運動。即，在第三實施 方式中，使將第一結構體1及第二結構體2的中心軸作為對稱軸，配設于
相同側的氣壓人工筋6a和安全閥20a聯(lián)動，并且，使氣壓人工筋6b和安 全閥20b聯(lián)動，由此發(fā)揮對旋轉關節(jié)3的旋轉運動的制動效果。
如上所述，在第三實施方式中，通過設置安全閥20和氣壓開放配管 25，能夠在不設置用控制程序控制的系統(tǒng)的情況下，利用機構性運行的簡 單的結構，實現對旋轉關節(jié)3的旋轉運動的制動，能夠在沖撞發(fā)生時防止 過大的力施加于沖撞對象的情況。 (第四實施方式)
圖15是表示本發(fā)明的第四實施方式的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構的結構的圖。圖15的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的以下所述的結 構部分與第一實施方式或第三實施方式不同，其他部分與第一實施方式或 第三實施方式相同，關于與第一實施方式或第三實施方式共同的結構部 分，標注與第一實施方式或第三實施方式相同的符號，省略詳細的說明。
在圖15中，8為高壓罐，利用與第一實施方式相同的氣壓供給系來蓄 積高壓空氣。61a、 61b為管配管， 一方的罐配管61a連接高壓罐8和安全 閥56a，另一方的罐配管61b連接高壓罐8和安全閥56b。兩方的安全閥 61a、 61b與先前的安全閥20a及安全閥20b相同地，配設于第二結構體2 的關節(jié)3的附近，與由大致L字狀板材分別構成的沖撞檢測傳感器板38a 及38b分別機構連接。g卩，沖撞檢測傳感器板38a及38b的關節(jié)3的附近 側的端部連結于安全閥61a及61b。另外，26a、 26b為加壓配管， 一方的 加壓配管26b連接安全閥56a和氣壓人工筋6b的促動器驅動力傳遞部件5 側的端部的密封部件14，另一方的加壓配管26d連接安全閥56b和氣壓人 工筋6a的促動器驅動力傳遞部件5側的端部的密封部件14。
圖16A及圖16B中示出安全閥56a、56b中的一個安全閥56的結構的 詳細情況。安全閥56具備縱剖面為U字形狀的外殼57;大徑基端部58a、 小徑中間部58b、和大徑前端部58c—體地連結，且在外殼57的凹部57a 內沿周向進退的滑柱58;分別密封凹部57a、滑柱58的大徑基端部58a、 和大徑前端部58c的O形密封環(huán)59a和5%;在凹部57a的底面和滑柱58 的大徑基端部33a的內側端面之間壓縮裝配的滑柱彈簧35。沖撞檢測傳感器板38a、 38b中的一個沖撞檢測傳感器板38和滑柱58如下所述地機構 連接，即滑柱58的大徑前端部58c的外側端面固定于大致L字狀板材 的沖撞檢測傳感器板38的端部的控制桿部36。另外，在與比O形密封環(huán) 59a的配置部位底部側的凹部57a連通且與凹部57a的軸向正交的方向上， 在外殼57形成有空氣導入口 37。另外，在0形密封環(huán)59a的配置部位和 O形密封環(huán)59b的配置部位之間且與凹部57a的軸向正交的方向上，在外 殼57配設有返回口60。從而，空氣導入口 37利用罐配管61a、 61b與高 壓罐8連接，被導入來自高壓罐8的高壓空氣。另外，返回口60利用加 壓配管26a、 26b分別連接于不與空氣導入口 37連接的一方的氣壓人工筋 6b、 6a。
使用圖16A及16B，說明以上的結構的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構的動作。氣壓人工筋6a、 6b的動作等與所述第一實施方式相同，因此， 關于與第一實施方式共同的結構部分，省略說明。
通常的動作時，在各自的安全閥56a、 56b中，利用滑柱彈簧35的推 頂力，將滑柱58向圖16A中的上方朝向推上，成為圖16A的狀態(tài)，由于 滑柱58的大徑基端部58a和0形密封環(huán)59a密接，密封利用罐配管61a、 61b導入空氣導入口 37的來自高壓罐8的高壓空氣。
向沖撞檢測傳感器板38a、 38b中的任一方例如沖撞檢測傳感器板38a 的沖撞對象的沖撞發(fā)生的情況下，沖撞對象的沖撞引起的力向由控制桿36 機構連接的安全閥56a的滑柱58傳遞，利用向滑柱58傳遞的力，在圖16A 中，滑柱58被外殼57的凹部57a推下。若沖撞引起的力(換而言之，從 外部施加于所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的力)超過某個值，則成 為圖16B的狀態(tài)，滑柱58的大徑基端部58a和小徑中間部58b的臺階部 分比O形密封環(huán)59a的位置位于圖16B中的下側，開放從空氣導入口 37 向返回口60的路徑，蓄積在高壓罐8的高壓空氣經由罐配管61a、空氣導 入口37、返回口60、加壓配管26a填充于氣壓人工筋6b，對氣壓人工筋 6b的內部壓力進行加壓，氣壓人工筋6b的收縮力增加。其結果，產生欲 減少旋轉關節(jié)3的旋轉運動的相反扭矩，制動施加于旋轉關節(jié)3的旋轉運 動。 '
同樣，向沖撞檢測傳感器板38b的沖撞對象的沖撞發(fā)生的情況下，安全閥56b運行，制動施加于旋轉關節(jié)3的反向旋轉運動。g卩，在第三實施
方式中，使將第一結構體1及第二結構體2的中心軸作為對稱軸，配設于 相同側的氣壓人工筋6a和安全閥56b聯(lián)動，并且，使氣壓人工筋6b和安 全閥56a聯(lián)動，由此發(fā)揮對旋轉關節(jié)3的旋轉運動的制動效果。
如上所述，在第四實施方式中，通過設置安全閥56、罐配管61、加 壓配管26，能夠在不設置用控制程序控制的系統(tǒng)的情況下，利用機構性運 行的簡單的結構，實現對旋轉關節(jié)3的旋轉運動的制動，能夠在沖撞發(fā)生 時防止過大的力施加于沖撞對象的情況。 (第五實施方式)
圖17是表示本發(fā)明的第五實施方式的壓縮性流體壓力促動器驅動機 構的結構的圖。圖17的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的以下所述的結 構部分與第一實施方式不同，其他部分與第一實施方式相同，關于與第一 實施方式共同的結構部分，標注與第一實施方式相同的符號，省略詳細的 說明。
本第五實施方式是通過使旋轉關節(jié)3活動，用第二結構體2捕捉從圖 17的紙面的表側向里側的方向高速地移動而下落的物體31的情況的實施方式。
在圖17中，29是例如CCD攝像機之類的圖像攝像機構，配設為圖像 攝像機構29的攝像圖像區(qū)域的中心軸與第一結構體1的中心軸一致。
30是圖像識別機構，被輸入圖像攝像機構29拍攝的圖像數據，利用 圖像識別機構30從該圖像數據識別物體31的位置，利用圖像識別機構30 算出圖像攝像機構29的中心軸(光軸)的方向、和物體31存在的方向所 成的角度a ,將算出結果信息的信號向關節(jié)急加速減速控制機構18輸出。 關節(jié)急加速減速控制機構18基于輸入的算出結果信息，迅速加速或迅速 減速控制旋轉關節(jié)3的運動，由此能夠用第二結構體2捕捉高速地移動而 下落的物體31。還有，作為物體31的捕捉的具體例，用第二結構體2接 受物體31的情況下，在第二結構體2的前端安裝能夠接受物體31的手套 (glove)狀物體接受部等也可。
使用圖18,說明以上的結構的壓縮性流體壓力促動器驅動機構的動 作。氣壓人工筋6a、 6b的動作等與所述第一實施方式相同，因此，關于與第一實施方式共同的結構部分，省略說明。
關節(jié)急加速減速控制機構18控制如下，艮卩在時間t,時，從圖像識 別機構30接受角度a的信息的情況下，在用t。n=K。 a算出的時間t。。的期 間(在圖18中為從t,到12的時間)，將高速開關閥9b維持為打開狀態(tài)， 然后，在時間tU寸，將高速開關閥％設為關閉狀態(tài)。其中，K。為常數 增益，是實驗求出的值。
關節(jié)控制機構17在時間t=t,時，從圖像識別機構30經由關節(jié)急加速 減速控制機構18接受角度a的信息的情況下，用V=Ka ( a — 9 )賦予向 流量控制電磁闊23的電壓指令值V，進行關節(jié)角度e的伺服控制。其中， Ka為常數增益。
根據以上的結構可知，在時間t2為止，由于基于高壓罐8和高速開關 閥9b的氣壓人工筋6b的高速的加壓的效果，第二結構體2急速地接近物 體31。然后，時間t2以后，切換為關節(jié)控制機構17的控制下的流量控制 電磁閥23引起的伺服控制引起的正確的動作，因此，關節(jié)角度e收斂于 角度a ，可靠地捕捉物體31。
如上所述，在第五實施方式中，通過配設高壓罐8和高速開關閥9a、 9b，能夠機械氣壓人工筋6a、 6b的高速的加壓，能夠高速地響應，能夠 可靠地捕捉高速地移動的物體。
還有，通過適當地組合所述各種實施方式中的任意的實施方式，能夠 起到各自具有的效果。
工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的壓縮性流體壓力促動器驅動機構及其控制裝置有用于多關 節(jié)機器人臂的關節(jié)驅動機構及其控制裝置。另外，不限于機器人臂，可以 適用于用于生產設備等中的旋轉機構的關節(jié)驅動機構等機械裝置的驅動 機構及其控制裝置。
本發(fā)明中參照附圖的同時，關聯(lián)于優(yōu)選的實施方式充分地進行了記 載，但對熟練該技術的人員來說，各種變形或修改是顯而易見的。那樣的 變形或修改只要不脫離基于附加的請求的范圍的本發(fā)明的范圍，就應理解 為包含在其中。
權利要求
1.一種壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其利用多個壓縮性流體壓力促動器的對抗驅動來驅動關節(jié)的運動，其中，具有主流體壓力控制機構，其通過對所述多個壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，控制所述多個壓縮性流體壓力促動器的各自的流體壓力，從而控制所述關節(jié)的運動；附近流體壓力高速控制機構，其接近所述多個壓縮性流體壓力促動器的附近而配設，且在控制所述關節(jié)的運動的所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前對所述壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，以控制使所述壓縮性流體壓力促動器迅速加速或迅速減速。
2. 根據權利要求l所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中，還具有流體供給機構，其向所述多個壓縮性流體壓力促動器分別供 給流體，能夠對所述多個壓縮性流體壓力促動器分別進行加壓，且所述附 近流體壓力高速控制機構能夠利用所述流體供給機構供給的所述流體，對 所述多個壓縮性流體壓力促動器分別進行迅速加壓。
3. 根據權利要求l所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中， 所述附近流體壓力高速控制機構是迂回所述對抗的多個壓縮性流體壓力促動器之間的迂回機構，通過開閉所述迂回機構，在控制所述關節(jié)的 運動的所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前對所述多個壓 縮性流體壓力促動器分別進行加壓及減壓。
4. 根據權利要求1或2所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中，所述附近流體壓力高速控制機構是在從外部施加于所述壓縮性流體 壓力促動器驅動機構的力超過一定值的情況下，進行減壓控制動作的安全閥。
5. 根據權利要求l所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中， 還具有檢測沖撞的沖撞檢測機構，在用所述沖撞檢測機構檢測到沖撞時，使所述附近流體壓力高速控制機構進行減壓控制動作。
6. 根據權利要求l所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中，還具備關節(jié)急加速減速控制機構，該關節(jié)急加速減速控制機構以使所 述附近流體壓力高速控制機構持續(xù)一定時間打開狀態(tài)后，變?yōu)殛P閉狀態(tài)并 關閉流路的方式對所述附近流體壓力高速控制機構進行動作控制，從而根 據時間對所述多個壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓的控制。
7. 根據權利要求6所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中，還具備關節(jié)急加速減速控制機構，該關節(jié)急加速減速控制機構基于從 外部施加于所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的力的大小，確定持續(xù)所 述附近流體壓力高速控制機構的打開狀態(tài)的時間的長度，并對所述附近流 體壓力高速控制機構進行動作控制。
8. 根據權利要求6所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中，還具備關節(jié)急加速減速控制機構，該關節(jié)急加速減速控制機構基于所 述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的動作速度的大小，確定持續(xù)所述附近 流體壓力高速控制機構的打開狀態(tài)的時間的長度，并對所述附近流體壓力 高速控制機構進行動作控制。
9. 根據權利要求2所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中， 所述流體供給機構在所述壓縮性流體壓力促動器的附近具有流體蓄積機構，該流體蓄積機構蓄積從所述流體供給機構向所述多個壓縮性流體 壓力促動器分別供給的所述流體。
10. 根據權利要求9所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中， 所述流體蓄積機構在所述壓縮性流體壓力促動器驅動機構的結構體的內部設置空腔，在所述空腔中蓄積所述流體。
11. 根據權利要求2所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中， 所述流體供給機構供給超過所述壓縮性流體壓力促動器的能夠加壓的限度的壓力的流體。
12. 根據權利要求1所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中， 所述附近流體壓力高速控制機構是高速開關閥，該高速開關閥僅進行與所述壓縮性流體壓力促動器連通并用于所述壓縮性流體壓力促動器的 加壓或減壓控制動作的流路的開閉動作，且在所述主流體壓力控制機構的 流體壓力控制動作之前進行開閉動作。
13. 根據權利要求1所述的壓縮性流體壓力促動器驅動機構，其中，還具有檢測生物體信息的生物體信息檢測機構；識別由所述生物體 信息檢測機構檢測出的所述生物體信息的生物體信息識別機構，在由所述 生物體信息識別機構識別的信息為動作指令的情況下，運行所述附近流體 壓力高速控制機構。
14. 一種壓縮性流體壓力促動器驅動機構的控制裝置，該壓縮性流體 壓力促動器驅動機構利用多個壓縮性流體壓力促動器的對抗驅動來驅動 關節(jié)的運動，并具有主流體壓力控制機構，其通過對所述多個壓縮性流 體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，控制所述多個壓縮性流體壓力促 動器的各自的流體壓力，從而控制所述關節(jié)的運動；附近流體壓力高速控 制機構，其接近所述多個壓縮性流體壓力促動器的附近而配設，且在控制 所述關節(jié)的運動的所述主流體壓力控制機構的流體壓力控制動作之前對 所述壓縮性流體壓力促動器進行加壓或減壓控制動作，以控制使所述壓縮 性流體壓力促動器迅速加速或迅速減速，其中，所述壓縮性流體壓力促動 器驅動機構的控制裝置具有關節(jié)控制機構，其以所述關節(jié)的所述運動的信息為基礎，對所述主流 體壓力控制機構進行動作控制，從而控制所述關節(jié)的運動；關節(jié)急加速減速控制機構，其通過對所述附近流體壓力高速控制機構 進行動作控制，控制所述關節(jié)的迅速減速或迅速加速動作。
全文摘要
利用流量控制電磁閥(23)控制由對抗驅動來驅動關節(jié)的多個壓縮性流體壓力促動器(6a、6b)的流體壓力，在沖撞時的迅速制動時，利用促動器附近的附近流體壓力高速控制機構(9a、9b、20a、20b)，對促動器高速地進行加壓或減壓，進行迅速加速或迅速減速。
文檔編號B25J19/00GK101541484SQ200880000618
公開日2009年9月23日 申請日期2008年1月8日 優(yōu)先權日2007年1月22日
發(fā)明者岡崎安直 申請人:松下電器產業(yè)株式會社