特許ウォッチ

公開番号2024145500
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-15
出願番号2023057878
出願日2023-03-31
発明の名称モジュール式液圧ジョイントシステム、モジュール式液圧ジョイントシステムの制御方法
出願人日立GEニュークリア・エナジー株式会社
代理人ポレール弁理士法人
主分類F15B 11/08 20060101AFI20241004BHJP(流体圧アクチュエータ;水力学または空気力学一般)
要約【課題】アクチュエータの液圧駆動装置において、用途に応じて機能の変更や拡張が容易なモジュール式液圧ジョイントシステムを提供。
【解決手段】液圧アクチュエータ6と、液圧アクチュエータ6に設けられた状態センサ10と、を有するアクチュエータユニット2と、アクチュエータユニット2の駆動力を伝達する伝達機構と、伝達機構に設けられた姿勢センサ9とを有するジョイントユニット3と、液圧アクチュエータ6の流体を制御する操作弁12と、流体の物理量を検出する流体センサ11とを有する流体ドライバユニット4と、状態センサ10の情報に基づいて液圧アクチュエータ6の状態を制御するアクチュエータ状態コントローラ14と、姿勢センサ9の情報に基づいて伝達機構の姿勢を制御するジョイント姿勢コントローラ15と、流体ドライバユニット4の流体を制御する流体ドライバコントローラ13とが分割可能に構成されたコントローラユニット5を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
液圧アクチュエータと、前記液圧アクチュエータの駆動部に設けられた状態センサ、または状態推定ユニットと、を有するアクチュエータユニットと、
前記アクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットの駆動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構に設けられた姿勢センサ、または姿勢推定ユニットと、を有するジョイントユニットと、
前記液圧アクチュエータの流体を制御する操作弁と、前記流体の物理量を検出する流体センサと、を有する流体ドライバユニットと、
前記状態センサまたは状態推定ユニットの情報に基づいて前記液圧アクチュエータの状態を制御するアクチュエータ状態コントローラと、前記姿勢センサまたは姿勢推定ユニットの情報に基づいて前記伝達機構の姿勢を制御するジョイント姿勢コントローラと、前記流体ドライバユニットの流体を制御する流体ドライバコントローラと、が分割可能に構成されたコントローラユニットと、
を備えることを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
請求項１に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記ジョイントユニットは、前記アクチュエータユニットを複数有し、
前記流体ドライバユニットは、前記複数のアクチュエータユニットの各々の流体を制御する操作弁を複数有し、
前記コントローラユニットは、前記複数の操作弁の各々を制御する前記アクチュエータ状態コントローラおよび前記流体ドライバコントローラをそれぞれ複数有することを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記アクチュエータユニットは、マルチポートの液圧アクチュエータを１つ有し、
前記流体ドライバユニットは、前記マルチポート液圧アクチュエータの各ポートの流体を制御する操作弁をそれぞれ有し、
前記コントローラユニットは、各操作弁を制御する前記流体ドライバコントローラをそれぞれ有することを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項４】
請求項２に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記複数のアクチュエータユニットの各々は、前記複数の操作弁を介してそれぞれ異なるポンプにより流体が供給されることを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項５】
請求項３に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記流体ドライバユニットは、前記各操作弁の各々の出口側の流体の物理量を検出する前記流体センサをそれぞれ有することを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項６】
請求項４に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記複数のアクチュエータユニットの各々は、複数のポンプにより流体が供給され、
前記複数のポンプの各々は、前記コントローラユニットにより制御されることを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記ジョイントユニットは、前記アクチュエータユニットを複数有し、
前記複数のアクチュエータユニットの各々は、マルチポートの液圧アクチュエータをそれぞれ有し、
前記流体ドライバユニットは、複数の前記マルチポート液圧アクチュエータの各ポートの流体を制御する操作弁をそれぞれ有し、かつ、前記操作弁の各々の出口側の流体の物理量を検出する前記流体センサをそれぞれ有することを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記流体センサの検出値に基づいて前記伝達機構の姿勢を推定するジョイント姿勢推定器を備え、
前記ジョイント姿勢コントローラは、前記ジョイント姿勢推定器の推定値に基づいて前記伝達機構の姿勢を制御することを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記状態センサの検出値に基づいて前記伝達機構の姿勢を推定するジョイント姿勢推定器を備え、
前記ジョイント姿勢コントローラは、前記ジョイント姿勢推定器の推定値に基づいて前記伝達機構の姿勢を制御することを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項に記載のモジュール式液圧ジョイントシステムであって、
前記流体センサの検出値に基づいて前記アクチュエータユニットの状態を推定するアクチュエータ状態推定器を備え、
前記アクチュエータ状態コントローラは、前記アクチュエータ状態推定器の推定値に基づいて前記アクチュエータユニットの状態を制御することを特徴とするモジュール式液圧ジョイントシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、液圧でアクチュエータを駆動制御する液圧駆動装置の構成とその制御方法に係り、特に、用途に応じて機能の変更や拡張が容易なモジュール式液圧駆動装置に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
水や油などの流体の液圧によって駆動される動力伝達機構は、比較的簡単な制御で高出力特性が得られるため、土木建設機械や産業機械、農業機械等、様々な分野で広く利用されている。これらの用途の１つに、重い物体を持ち上げることができるロボットマニピュレータがある。
【０００３】
液圧駆動による従来のロボットシステムの多くは、ある特定の目的を果たすために設計される場合が多く、用途や動作に様々な制約をもたらすことがある。一方、交換可能な複数の機能単位、部品を組み合わせて構成するモジュラーロボットシステムでは、様々な機能を統合させることで広く柔軟性を確保することができ、かつそれぞれを再構成することも可能である。モジュラーロボットシステムは、タスク要求に適合し、環境変化に対応し、単一のプラットフォームを使用して様々な機能を容易に拡張できるため、ロボットアプリケーションにおいて有用である。
【０００４】
また、モジュラーロボットシステムを実現するためには、アクチュエータやセンサを含むジョイントシステム（関節システム）のモジュール設計が必要である。システムのモジュール設計は、システム開発サイクルを加速するのにも有用である。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、ロボットエンドエフェクタのためのモジュール式プラットフォームが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、再構成可能なモジュラージョイント及びそれを用いたロボットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
米国特許出願公開第２０１９／０３６６５５３号明細書
米国特許第６０８４３７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ロボットシステムにモジュール設計を適用した場合、モジュール構成に基づいてジョイント特性とフィードバック応答が劇的に変化するため、制御性の複雑さが増す。
【０００９】
また、液圧駆動のロボットシステムは、基本的に非線形性であり、複雑性が性能を低下させるといった課題もある。
【００１０】
さらに、液圧駆動のロボットシステムの多くは、過酷な環境下で使用されるため、容易に分解して機能の変更や拡張することが求められ、その開発サイクルにも迅速さが要求される。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許