特許ウォッチ

公開番号2025112988
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-01
出願番号2024007588
出願日2024-01-22
発明の名称アクチュエータシステムの制御装置、制御方法、および、アクチュエータ制御システム
出願人株式会社日立製作所
代理人ポレール弁理士法人
主分類F15B 11/16 20060101AFI20250725BHJP(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】負荷方向によらず油圧アクチュエータの応答性を電動アクチュエータで補償可能なアクチュエータシステムの制御装置、制御方法、および、アクチュエータ制御システムを提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータ1と、電動アクチュエータ2と、比例弁6と、前記油圧アクチュエータと前記比例弁を接続する流路P1、P2と、前記油圧アクチュエータの推力と前記電動アクチュエータの推力を合計した実推力を測定する推力測定器4と、を備えるアクチュエータシステム30を制御する制御装置10であって、前記アクチュエータシステムの目標推力が入力される目標推力入力部と、前記推力測定器の出力に基づいて実推力を取得する推力取得部と、前記目標推力と前記実推力の差分を算出する差分算出部と、前記差分に基づいて、前記比例弁の開口面積及び前記電動アクチュエータの推力を制御する制御部と、を備える制御装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
油圧アクチュエータと、
電動アクチュエータと、
比例弁と、
前記油圧アクチュエータと前記比例弁を接続する流路と、
前記油圧アクチュエータの推力と前記電動アクチュエータの推力を合計した実推力を測定する推力測定器と、
を備えるアクチュエータシステムを制御する制御装置であって、
前記アクチュエータシステムの目標推力が入力される目標推力入力部と、
前記推力測定器の出力に基づいて実推力を取得する推力取得部と、
前記目標推力と前記実推力の差分を算出する差分算出部と、
前記差分に基づいて、前記比例弁の開口面積及び前記電動アクチュエータの推力を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御部は、前記比例弁と前記流路の接続部分の断面積を変化させることで、前記比例弁の開口面積を制御することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御部は、前記目標推力と前記実推力との差分に基づいて、任意の比率で、前記比例弁の開口面積と前記電動アクチュエータの推力を決定し、制御することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制御装置において、
前記油圧アクチュエータは、油圧シリンダまたは油圧回転モータであることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の制御装置において、
前記電動アクチュエータは、電動直動モータまたは電動回転モータであることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の制御装置において、
前記アクチュエータシステムは、前記流路に前記油圧アクチュエータのキャップ室とロッド室の油圧を測定する圧力センサを有しており、
前記制御装置は、前記圧力センサで測定した油圧と前記油圧アクチュエータの受圧面積に基づき、前記油圧アクチュエータの推力を推定することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項２に記載の制御装置において、
前記油圧アクチュエータの目標圧力剛性が入力される目標圧力剛性入力部と、
前記目標推力と前記目標圧力剛性に基づいて、前記油圧アクチュエータの内部の目標圧力を演算する目標圧力バランス演算器と、を備え、
前記制御部は、前記目標圧力に基づいて前記比例弁を制御することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
油圧アクチュエータと、
電動アクチュエータと、
比例弁と、
前記油圧アクチュエータと前記比例弁を接続する流路と、
前記油圧アクチュエータの推力と前記電動アクチュエータの推力を合計した実推力を測定する推力測定器と、
を備えるアクチュエータシステムを制御する制御方法であって、
前記アクチュエータシステムの目標推力が入力される目標推力入力ステップと、
前記推力測定器の出力に基づいて実推力を取得する推力取得ステップと、
前記目標推力と前記実推力の差分を算出する差分算出ステップと、
前記差分に基づいて、前記比例弁の開口面積または前記電動アクチュエータの推力を制御する制御ステップと、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項９】
アクチュエータシステムと制御装置を有するアクチュエータ制御システムであって、
前記アクチュエータシステムは、
油圧アクチュエータと、
電動アクチュエータと、
比例弁と、
前記油圧アクチュエータと前記比例弁を接続する流路と、
前記油圧アクチュエータの推力と前記電動アクチュエータの推力を合計した実推力を測定する推力測定器と、
を備え、
前記制御装置は、
前記アクチュエータシステムの目標推力が入力される目標推力入力部と、
前記推力測定器の出力に基づいて実推力を取得する推力取得部と、
前記目標推力と前記実推力の差分を算出する差分算出部と、
前記差分に基づいて、前記比例弁の開口面積または前記電動アクチュエータの推力を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするアクチュエータ制御システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アクチュエータと油圧アクチュエータを並列に配置したアクチュエータシステムの制御装置、制御方法、および、アクチュエータ制御システムに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、労働人口の低下に伴い、ロボットによる作業の自動化が進められている。ロボットが人の作業を代替する手段として、人と同等のサイズで人と同等以上の出力を備えたロボットがある。その様なロボットを実現するには、小型で高出力なアクチュエータが必要となる。小型で高出力なアクチュエータとして油圧アクチュエータがあるが、油圧アクチュエータの応答速度は数Ｈｚ程度であるため、人の作業を代替するロボットへ適用するアクチュエータとしては応答性に問題がある。
【０００３】
ここで、油圧アクチュエータの応答性を改善する手段として、応答速度の速い電動アクチュエータを組み合わせる技術が考えられる。この技術に関連し、特許文献１には、油圧アクチュエータと電動アクチュエータを組み合わせた射出成型機が開示されている。
【０００４】
例えば、同文献の要約書には、課題として「電動アクチュエータ使用時における高速化，安定性，応答性及び再現性を飛躍的に高めるとともに、同時に電動駆動部及び油圧駆動部の小型化及び低コスト化を実現し、加えて、射出成形機の高性能化、さらには発展性を高める。」との記載があり、その解決手段として「電動アクチュエータにより可動体を前進駆動する電動駆動部２と、油圧アクチュエータにより可動体を加圧する油圧駆動部４を備える射出成形機を駆動するに際し、電動駆動部２を制御することにより可動体を前進駆動し、かつ当該前進駆動時における負荷圧力Ｐｏを検出することにより当該負荷圧力Ｐｏに対する所定比率Ｋのアシスト圧力Ｐａを算出するとともに、油圧駆動部４を制御することによりスクリュＳを当該アシスト圧力Ｐａにより加圧する。」との記載がある。
【０００５】
また、同文献の段落０００９には「アシスト比率Ｋは、制御領域毎に異ならせることができ、特に、速度制御領域における加速区間Ｚ１又は減速区間Ｚ２のアシスト比率Ｋは、８０～１００〔％〕，速度制御領域における定速区間Ｚ３のアシスト比率Ｋは、５０～８０〔％〕，圧力制御領域Ｚ４のアシスト比率Ｋは、６０～７０〔％〕にそれぞれ設定することが望ましい。」との記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平１１－１３８５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、特許文献１では、電動駆動部の負荷圧力Ｐｏに所定比率Ｋを乗算したアシスト圧力Ｐａを油圧駆動部で生成することで、電動駆動部の出力を油圧駆動部の出力でアシストする射出成形機が提案されている。また、射出成型機の制御領域（動作シーケンス）に合わせて、アシスト比率Ｋを適宜変化させることも提案されている。
【０００８】
しかしながら、電動駆動部の出力に対する油圧駆動部の出力比を一定とする特許文献１の制御では、電動駆動部の出力と同期するように油圧駆動部の出力が制御されるため、射出成型機のように、負荷の大きさが一定で、かつ、その方向も一定であるシーケンシャルな動作に適用するのであれば問題ないが、負荷の大きさが不定で負荷方向が随時変化するロボットを制御対象とする場合には、油圧駆動部の応答性不足を電動駆動部の即応性で補償できないという問題が発生する。
【０００９】
本発明は上記の実状に鑑みてなされたものであり、負荷方向によらず油圧アクチュエータの応答性を電動アクチュエータで補償可能なアクチュエータシステムの制御装置、制御方法、および、アクチュエータ制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、次のような構成を採用した。油圧アクチュエータと、電動アクチュエータと、比例弁と、前記油圧アクチュエータと前記比例弁を接続する流路と、前記油圧アクチュエータの推力と前記電動アクチュエータの推力を合計した実推力を測定する推力測定器と、を備えるアクチュエータシステムを制御する制御装置であって、前記アクチュエータシステムの目標推力が入力される目標推力入力部と、前記推力測定器の出力に基づいて実推力を取得する推力取得部と、前記目標推力と前記実推力の差分を算出する差分算出部と、前記差分に基づいて、前記比例弁の開口面積及び前記電動アクチュエータの推力を制御する制御部と、を備える制御装置。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許