(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクを発生するモータと、モータの回転位置を検出するエンコーダと、エンコーダからモータの磁極を検出する磁極検出器と、エンコーダから速度を検出する速度検出器と、エンコーダより検出された位置を増幅しバネトルクを生成する第１の増幅器と、速度検出器によって検出された速度検出値を増幅し粘性トルクを生成する第２の増幅器と、外部トルク指令の値から粘性トルクの値とバネトルクの値を減算しトルク指令の値を生成する減算器と、トルク指令の値とモータ磁極検出の値の積を電流指令の値としてモータコイルに供給する電流アンプと、トルク制御動作の動作原点となるエンコーダより検出された位置を記憶する第１の記憶部と、臨時の動作原点となるエンコーダより検出された位置を記憶する第２の記憶部と、第１の記憶部と第２の記憶部を切り換える切換部と、前記エンコーダにより検出されたモータの回転位置に前記第１の記憶部に記憶された位置の位置オフセット量または前記第２の記憶部に記憶された臨時の位置の位置オフセット量を加算する位置オフセット加算部とを備えたことを特徴とするトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からアミューズメント機器等で体感トルク発生のために用いられるトルク制御装置として、メカダンパーや、トルク制御モータが用いられている。アミューズメント機器等ではリアルな体感トルクを得るため、それに相当するトルク指令を計算しトルク制御装置に入力しトルクを得ている。以下従来のトルク制御装置について説明する。
【０００３】
図３は、第１の従来のトルク制御装置の構成図である。図３において、１は磁極検出器、２はトルク指令と磁極データを乗算する乗算器、３はモータへ電流を供給する電流アンプ、４は回転位置を検出するエンコーダ、５はモータ、６は外部トルク指令入力部である。
【０００４】
図４は、第２の従来のトルク制御装置の構成図であり、７はバネ、８はダンパー、９はメカ質量である。図５は、第３の従来のトルク制御装置の構成図であり、１０はシリンダ、１１はエアー入力部である。
【０００５】
以上のように構成されたトルク制御装置についてその動作を以下に説明する。
図３に示す第１例ではホストコントローラから外部トルク指令入力部６に入力されたトルク指令と、磁極検出器１から得られる電流位相を乗算器３で乗算しｕｖｗ相の電流指令を生成する。さらに電流アンプ３により電流指令どうりにモータに電流を供給する事でトルク指令に相当するトルクを発生させる。この時、トルク指令と制御対象機器の位置の関係は、イナーシャをＪとすると次式の様になる。伝達特性＝１／（Ｊｓ２）  ｓ：ラプラス演算子
図４に示す第２例ではメカ９の質量Ｍと、バネ７のバネ係数Ｋと、ダンパー８の粘性係数ｕより入力トルクに対する制御対象機器の位置の関係は、（数１）の様になる。
【０００６】
【数１】
0003708271.tif 000002
【０００７】
図５に示す第３例ではシリンダ１０内の空気圧をエアー入力部１１から空気を注入することで制御し出力トルクを制御している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、微妙な体感トルクを生成する際及び、トルク制御動作の動作原点を変更する際問題がある。まず第１例では、トルク指令に相当するトルクを出力する事ができるが、高周波の振動指令や、機械の動特性を同時にシミュレートする場合、ホストコントローラはバネトルクや粘性トルク等複雑なトルク指令計算が必要となり高速演算可能な高性能、高コストが必須の条件となり実現が難しく、またトルク制御の動作原点を変更できないという問題がある。
【０００９】
また、第２例では外部からの力に対し受動的なトルクを発生させることはできるが、トルク指令通りのトルクを生成できない、さらにそのトルクを調整するには部品を交換する必要がありトルクのオンライン変更ができないという問題がある。また、第３例では空気圧による制御のため高周波振動等発生できないトルクがあるという問題点を有していた。
【００１０】
そこで本発明は、ホストコントローラへの負荷を軽減し、動作原点を自由に変更する事によってリアルな体感トルクを生成することができるトルク制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のトルク制御装置は、トルクを発生するモータと、モータの回転位置を検出するエンコーダと、このエンコーダからモータの磁極を検出する磁極検出器と、エンコーダから速度を検出する速度検出器と、エンコーダより検出された位置を増幅しバネトルクを生成する第１の増幅器と、速度検出器によって検出された速度検出値を増幅し粘性トルクを生成する第２の増幅器と、外部トルク指令の値から粘性トルクの値とバネトルクの値を減算しトルク指令の値を生成する減算器と、トルク指令の値とモータ磁極検出の値の積を電流指令の値としてモータコイルに供給する電流アンプと、トルク制御動作の動作原点となるエンコーダより検出された位置を記憶する第１の記憶部と、臨時の動作原点となるエンコーダより検出された位置を記憶する第２の記憶部と、第１の記憶部と第２の記憶部を切り換える切換部と、エンコーダにより検出されたモータの回転位置に第１の記憶部に記憶された位置の位置オフセット量または第２の記憶部に記憶された臨時の位置の位置オフセット量を加算する位置オフセット加算部とを備えた。
【００１３】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、バネトルク、粘性トルクをトルク制御装置内部で発生させホストコントローラからのトルク指令に加算して出力するとともに、ホストコントローラからの指令により任意のモータの回転位置を原点として前記トルクを発生し、かつ簡単に本来の原点に復帰するという作用を有する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるトルク制御装置の構成図である。図１において、１はモータ磁極を検出する磁極検出器、２は総合トルク指令値とモータ磁極検出値を乗算し電流指令を算出する乗算器、３はモータコイルに電流を供給する電流アンプ、４はモータ５の回転位置を検出するエンコーダ、１２は速度を検出する速度検出器、１３は位置を増幅しバネトルクを生成する第１の増幅器としての乗算器、１４は速度検出値を増幅し粘性トルクを生成する第２の増幅器としての乗算器、１５は乗算器１３のゲイン設定部、１６は乗算器１４のゲイン設定部、６は外部トルク指令入力部、１７は外部トルク指令から粘性トルクとバネトルクを減算し総合トルク指令を生成する減算器、１８はメカ原点を記憶する第１の記憶部としてのメカ原点記憶部、１９は外部指令により設定される臨時の原点を記憶する第２の記憶部としての臨時原点記憶部、２０は外部指令によりメカ原点記憶部１８と臨時原点記憶部１９とを切り換える切換部であって、スイッチＡとスイッチＢを有する。２１は外部指令入力部、２２はエンコーダ４により検出されたモータ回転位置に位置オフセット量を加算する位置オフセット加算部である。
【００１６】
以上のように構成された本発明のトルク制御装置について、以下その動作を説明する。図１においてモータ５が静止している状態でホストコントローラから外部トルク指令部６へ外部トルク指令が入力されると、バネトルクと粘性トルクがゼロであるため減算器１７の出力である総合トルク指令は外部トルク指令と一致した総合トルク指令となる。次に総合トルク指令と磁極検出器１から得られる電流位相を乗算器２で乗算しｕｖｗ相の電流指令を生成し、電流アンプ３により電流指令どうりにモータ５に電流を供給する事で総合トルク指令に相当するトルクを発生させる。
【００１７】
次にモータ５が回転すると、エンコーダ４により検出された位置が乗算器１３により増幅されバネトルクとして減算器１７にフィードバックされる。一方、速度検出器１２により検出された速度は乗算器１４により増幅され粘性トルクとして減算器１７にフィードバックされる。フィードバックされたバネトルクと粘性トルクは減算器１７により外部トルク指令から減算され総合トルク指令となり同様にトルクを発生させる。また、外力によりモータ５が回転させられた場合もバネトルク、粘性トルクがフィードバックされ同様にトルクが発生する。このようにして外部トルク指令または外部トルクにバネトルク、粘性トルクを付加してモータ５を駆動する。またゲイン設定部１５、１６のゲインをオンラインで変更することでバネトルク、粘性トルクの調整を行うことができる。
【００１８】
また外部指令入力部２１にメカ原点設定の指令が入力されると、切換部２０のスイッチＢはメカ原点記憶部１８側に切り換えられ、エンコーダ４により検出された位置がメカ原点記憶部１８に記憶され、切換部２０のスイッチＢは切られる。切換部２０のスイッチＡはメカ原点記憶部１８側に切り換えられ、メカ原点記憶部１８に記憶された位置が位置オフセット加算部２２によって、エンコーダ４の検出位置より減算され、モータ５の原点とは異なる位置を中心としてトルクを発生する。
【００１９】
また外部指令入力部２１に臨時原点設定の指令が入力されると、切換部２０のスイッチＢは臨時原点記憶部１９側に切り換えられ、エンコーダ４により検出された位置が臨時原点記憶部１９に記憶され、切換部２０のスイッチＢは切られる。切換部２０のスイッチＡは臨時原点記憶部１９側に切り換えられ、臨時原点記憶部１９に記憶された位置が位置オフセット加算部２２によって、エンコーダ４の検出位置より減算され、臨時原点を中心としてトルクを発生する。また、再度メカ原点を中心として動作する際は、切換部２０のスイッチＡをメカ原点記憶部１８側にきりかえるだけで原点を元に戻す事ができる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２におけるトルク制御装置の構成図である。図２において、２２は位置オフセット加算部、２３は位置オフセット入力部であり、外部コントローラより位置オフセット入力部２３に位置オフセット量を設定すると、位置オフセット加算部２２によってエンコーダ４の検出位置に位置オフセット量が加算され、動作原点を移動する事ができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ホストコントローラの負担を軽減し、動作原点を自由に変更する事によってリアルなトルクを生成することが可能なトルク制御装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるトルク制御装置の構成図
【図２】本発明の実施の形態２におけるトルク制御装置の構成図
【図３】第１の従来のトルク制御装置の構成図
【図４】第２の従来のトルク制御装置の構成図
【図５】第３の従来のトルク制御装置の構成図
【符号の説明】
１  磁極検出器
２  乗算器
３  電流アンプ
４  エンコーダ
５  モータ
６  外部トルク指令入力部
１２  速度検出器
１３  乗算器
１４  乗算器
１５  ゲイン設定部
１６  ゲイン設定部
１７  減算器
１８  メカ原点記憶部
１９  臨時原点記憶部
２０  切換部
２１  外部指令入力部
２２  位置オフセット加算部
２３  位置オフセット入力部
【図１】
0003708271.tif 000003
【図２】
0003708271.tif 000004
【図３】
0003708271.tif 000005
【図４】
0003708271.tif 000006
【図５】
0003708271.tif 000007