(57)【要約】【課題】より少ない電力での確実な駆動を可能とすることのできるステッピングモーターの制御方法、制御装置およびロボットを提供すること。【解決手段】本発明のステッピングモーターの制御方法は、前記回転子を所定角度回転させるための信号を前記ステッピングモーターに印加し、前記検出器が検出した前記回転子の回転角と前記所定角度との差を検出し、前記差が所定値以下となるまで、前記信号の強度を強める第１差分検出工程を有し、前記差が前記所定値以下となったときの前記信号の強度を前記ステッピングモーターに印加する信号強度とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の回転角を検出する検出器が接続されたステッピングモーターの制御方法であって、
前記回転子を所定角度回転させるための信号を前記ステッピングモーターに印加し、前記検出器が検出した前記回転子の回転角と前記所定角度との差を検出し、前記差が所定値以下となるまで、前記信号の強度を強める第１差分検出工程を有し、
前記差が前記所定値以下となったときの前記信号の強度を前記ステッピングモーターに印加する信号強度とすることを特徴とするステッピングモーターの制御方法。
【請求項２】
前記差分検出工程は、さらに、前記回転子を前記回転方向と逆の方向に所定角度回転させるための信号を前記ステッピングモーターに印加し、前記検出器が検出した前記回転子の回転角と前記所定角度との差を検出し、前記差が所定値以下となるまで、前記信号の強度を強める第２差分検出工程を有し、
前記差が前記所定値以下となったときの前記信号の強度を前記ステッピングモーターに印加する信号強度とする請求項１に記載のステッピングモーターの制御方法。
【請求項３】
前記信号の強度には、上限値が設定されており、
前記上限値の信号を印加しても前記差が前記所定値以下とならない場合は、前記ステッピングモーターが異常な状態であることを報知する請求項１または２に記載のステッピングモーターの制御方法。
【請求項４】
前記所定角度を回転させる初期位置は、前記ステッピングモーターを前記信号強度で印加した後、次の駆動を開始する際の位置である請求項１ないし３のいずれか１項に記載のステッピングモーターの制御方法。
【請求項５】
前記所定角度は、３６０°の整数（ただし０を除く）倍である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のステッピングモーターの制御方法。
【請求項６】
前記基準信号強度に基づいて、前記ステッピングモーターの制御ゲインを変更する請求項１ないし５のいずれか１項に記載のステッピングモーターの制御方法。
【請求項７】
回転子の回転角を検出する検出器が接続されたステッピングモーターの制御装置であって、
前記回転子を所定角度回転させるための信号を印加する印加部と、前記検出器が検出した前記回転子の回転角と前記所定角度との差を検出する検出部と、前記差が所定値以下となるまで前記信号の強度を強め、前記差が前記所定値以下となったときの前記信号の強度を前記ステッピングモーターに印加する信号強度とする制御部と、を有することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
基台と、
前記基台に連結され、前記基台に対して回動可能なアームと、
前記基台に対して前記アームを回動させるステッピングモーターと、
前記ステッピングモーターの駆動を制御する請求項７に記載の制御装置と、を備えることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモーターの制御方法、制御装置およびロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、産業用のロボットとして、水平多関節ロボットや垂直多関節ロボットなどが用いられている。例えば、水平多関節ロボットは、基台と、基台に対して回動可動な第１アームと、第１アームに対して回動可能な第２アームとを有しており、ステッピングモーター等の各種モーターによって第１、第２アームの駆動が行われている。また、モーターの駆動を精度よく行うためのモーターの制御方法についても種々開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、安定した起動特性を発揮することのできるステッピングモーターの制御方法が開示されている。具体的には、特許文献１には、まず、ステッピングモーター固有の無励磁時安定点を最終目標停止励磁位置とし、この最終目標励磁位置に対してオフセットした位置から最初の回転指令通電を行い、次に、ローターが最終目標停止励磁位置まで回転・移動したところで停止励磁を行うような制御を行っている。しかしながら、このような制御方法では、回転指令通電の電流値が一定であるため、次のような２つの問題が発生する。
【０００４】
第１の問題として、電流値を調節することができないため、ステッピングモーターの省電力駆動を行うことができないという問題がある。また、第２の問題として、電流値を調節することができないため、例えば、ステッピングモーターの経時的な劣化（例えば、グリス切れ）等によって、ローターの回転抵抗が高まった場合には、ステッピングモーターの駆動を行うことができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６１０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、より少ない電力での確実な駆動を可能とすることのできるステッピングモーターの制御方法、制御装置およびロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のステッピングモーターの制御方法は、回転子の回転角を検出する検出器が接続されたステッピングモーターの制御方法であって、
前記回転子を所定角度回転させるための信号を前記ステッピングモーターに印加し、前記検出器が検出した前記回転子の回転角と前記所定角度との差を検出し、前記差が所定値以下となるまで、前記信号の強度を強める第１差分検出工程を有し、
前記差が前記所定値以下となったときの前記信号の強度を前記ステッピングモーターに印加する信号強度とすることを特徴とする。
これにより、より少ない電力によってステッピングモーターを確実に駆動することができる。
【０００８】
本発明のステッピングモーターの制御方法では、前記差分検出工程は、さらに、前記回転子を前記回転方向と逆の方向に所定角度回転させるための信号を前記ステッピングモーターに印加し、前記検出器が検出した前記回転子の回転角と前記所定角度との差を検出し、前記差が所定値以下となるまで、前記信号の強度を強める第２差分検出工程を有し、
前記差が前記所定値以下となったときの前記信号の強度を前記ステッピングモーターに印加する信号強度とすることが好ましい。
これにより、正回転、逆回転ともに正常な回転か否かを検出するため、ステッピングモーターのより確実な駆動を確保することができる。
【０００９】
本発明のステッピングモーターの制御方法では、前記信号の強度には、上限値が設定されており、
前記上限値の信号を印加しても前記差が前記所定値以下とならない場合は、前記ステッピングモーターが異常な状態であることを報知することが好ましい。
これにより、速やかに、オペレーターにステッピングモーターの修理や交換を促すことができる。
【００１０】
本発明のステッピングモーターの制御方法では、前記所定角度を回転させる初期位置は、前記ステッピングモーターを前記信号強度で印加した後、次の駆動を開始する際の位置であることが好ましい。
これにより、ステッピングモーターの駆動条件（電流値等）を設定した後、速やかにステッピングモーターの駆動を行うことができる。
【００１１】
本発明のステッピングモーターの制御方法では、前記所定角度は、３６０°の整数（ただし０を除く）倍であることが好ましい。
これにより、回転させた回転子が所定位置に戻るため、迅速に、差分検出工程を続けて行うことができる。
本発明のステッピングモーターの制御方法では、前記基準信号強度に基づいて、前記ステッピングモーターの制御ゲインを変更することが好ましい。
これにより、ステッピングモーターの機械的特性（例えば回転子の回転抵抗）の経時的な変化に対応することができ、ステッピングモーターの制御特性を維持することができる。
【００１２】
本発明の制御装置は、回転子の回転角を検出する検出器が接続されたステッピングモーターの制御装置であって、
前記回転子を所定角度回転させるための信号を印加する印加部と、前記検出器が検出した前記回転子の回転角と前記所定角度との差を検出する検出部と、前記差が所定値以下となるまで前記信号の強度を強め、前記差が前記所定値以下となったときの前記信号の強度を前記ステッピングモーターに印加する信号強度とする制御部と、を有することを特徴とする。
これにより、より少ない電力によってステッピングモーターを確実に駆動することができる制御装置が得られる。
【００１３】
本発明のロボットは、基台と、
前記基台に連結され、前記基台に対して回動可能なアームと、
前記基台に対して前記アームを回動させるステッピングモーターと、
前記ステッピングモーターの駆動を制御する請求項７に記載の制御装置と、を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高いロボットが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る制御装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図３】本発明のロボットの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明のロボットの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のステッピングモーターの制御方法、制御装置およびロボットを図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態に係る制御装置を示すブロック図、図２は、図１に示す制御装置の制御方法を説明するフローチャート、図３および図４は、それぞれ、本発明のロボットの一例を示す斜視図である。
【００１６】
１．制御装置
まず、本発明の制御装置（本発明のステッピングモーターの制御方法）について説明する。
図１に示す制御装置１は、エンコーダー（検出器）２が接続されているステッピングモーター３の駆動を制御する装置である。
【００１７】
なお、本実施形態では、２相型のステッピングモーターを用いているが、ステッピングモーター３の構成については、これに限定されない。例えば、ステッピングモーター３の相数は、２相に限定されず、単相、３相、４相、５相等であってもよい。また、ローター（回転子）の種類としても特に限定されず、ＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）型、ＶＲ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ）型、ＨＢ（Ｈｙｂｒｉｄ）型等を用いることができる。
【００１８】
また、エンコーダー２としては、ローター（回転子）の回転角（位置）を検出することができれば、特に限定されず、例えば、磁気式のエンコーダー、光学式のエンコーダー等、公知のエンコーダーを用いることができる。なお、本実施形態では、検出器としてエンコーダーを用いているが、検出器としては、ローターの回転角（位置）を検出することができれば、特に限定されず、例えば、公知のレゾルバー等を用いてもよい。
【００１９】
制御装置１は、統合制御部１０１と、減算器１０２と、位置制御部１０３と、減算器１０４と、角速度制御部１０５と、逆パーク変換部１０６と、電気角初期化動作制御部１０７と、制御モード切替部１０８と、Ａ相電流制御部１０９と、Ｂ相電流制御部１１０と、電気角算出部１１１と、角速度算出部１１２と、回転角度算出部１１３と、初期化動作成否判別部１１４と、を有している。なお、以下では、「値が入力、出力」等と表記しているが、これは、「その値に対応する信号が入力、出力」の意味である。また、「ステッピングモーターが回転する」とは、「ローター（回転子）がステーターに対して回転する」の意味である。
【００２０】
このような制御装置１では、ステッピングモーター３の作動を確認する作動確認モードと、ステッピングモーター３の通常駆動を行う通常駆動モードとを、制御モード切替部１０８によって切り替えることができるようになっている。制御モード切替部１０８は、統合制御部１０１からの指令によって、電気角初期化動作制御部１０７で生成されたＡ相電流指令およびＢ相電流指令をＡ相電流制御部１０９およびＢ相電流制御部１１０に出力する第１状態と、逆パーク変換部１０６で生成されたＡ相電流指令およびＢ相電流指令をＡ相電流制御部１０９およびＢ相電流制御部１１０に出力する第２状態と、を切り替える。制御モード切替部１０８は、作動確認モードでは第１状態となり、通常駆動モードでは第２状態となる。
【００２１】
以下、通常駆動モード、作動確認モードについて、順次説明する。
≪通常駆動モード≫
減算器１０２には、統合制御部１０１からステッピングモーター３の位置指令Ｐｃが入力され、また、回転角度算出部１１３から後述する位置フィードバック値Ｐｆｂが入力される。回転角度算出部１１３では、エンコーダー２から入力されるパルス数がカウントされるとともに、そのカウント値に応じたステッピングモーター３の回転角度が位置フィードバック値Ｐｆｂとして減算器１０２に出力される。減算器１０２は、これら位置指令Ｐｃと位置フィードバック値Ｐｆｂとの偏差（ステッピングモーター３の回転角度の目標値から位置フィードバック値Ｐｆｂを減算した値）を位置制御部１０３に出力する。
【００２２】
位置制御部１０３は、減算器１０２から入力された偏差と、予め定められた係数である位置比例ゲイン等を用いた所定の演算処理を行うことにより、その偏差に応じたステッピングモーター３の角速度の目標値を演算する。位置制御部１０３は、そのステッピングモーター３の角速度の目標値（指令値）を示す信号を角速度指令ωｃとして減算器１０４に出力する。なお、フィードバック制御として、比例制御（Ｐ制御）を用いているが、これに限定されるものではない。また、位置比例ゲインは、作動確認モードの結果に基づいて適宜変更することができる。
【００２３】
減算器１０４には、角速度指令ωｃが入力され、また、後述する角速度フィードバック値ωｆｂが入力される。減算器１０４は、これら角速度指令ωｃと角速度フィードバック値ωｆｂとの偏差（ステッピングモーター３の角速度の目標値から角速度フィードバック値ωｆｂを減算した値）を角速度制御部１０５に出力する。
角速度制御部１０５は、減算器１０４から入力された偏差と、予め定められた係数である角速度比例ゲイン、角速度積分ゲイン等を用い、積分を含む所定の演算処理を行うことによって、その偏差に応じたステッピングモーター３の駆動信号（トルク電流指令、界磁電流指令）を生成し、逆パーク変換部１０６に出力する。なお、フィードバック制御として、ＰＩ制御を用いているが、これに限定されるものではない。また、角速度比例ゲインおよび角速度積分ゲインは、それぞれ、作動確認モードの結果に基づいて適宜変更することができる。
【００２４】
逆パーク変換部１０６は、角速度制御部１０５から入力された駆動信号（トルク電流指令、励磁電流指令）と、後述する電気角フィードバック値ａｆｂとに基づいて、Ａ相電流指令およびＢ相電流指令とを生成する。そして、制御モード切替部１０８を介して、Ａ相電流指令をＡ相電流制御部１０９に出力し、Ｂ相電流指令をＢ相電流制御部１１０に出力する。Ａ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０は、入力されたＡ、Ｂ相電流指令に応じたＡ相電流およびＢ相電流をステッピングモーター３に供給する。これにより、ステッピングモーター３がＡ、Ｂ相電流に応じて回転する。このようにして、位置フィードバック値Ｐｆｂが位置指令Ｐｃと可及的に等しくなり、かつ、角速度フィードバック値ωｆｂが角速度指令ωｃと可及的に等しくなるように、フィードバック制御がなされ、ステッピングモーター３の駆動電流が制御される。
【００２５】
≪作動確認モード≫
作動確認モードは、ステッピングモーター３の状態に応じて、ステッピングモーター３を駆動させる電流（Ａ相電流およびＢ相電流）の大きさを決定するモードである。このようなモードを有することによって、後述するように、ステッピングモーター３の駆動に必要な最低限の電流値を検出することができるため、ステッピングモーター３を確実に駆動させることができるとともに、ステッピングモーター３の省電力駆動を図ることができる。
作動確認モードでは、統合制御部（制御部）１０１と、電気角初期化動作制御部１０７と、制御モード切替部１０８と、Ａ相電流制御部（印加部）１０９と、Ｂ相電流制御部（印加部）１１０と、回転角度算出部１１３と、初期化動作成否判別部（検出部）１１４とを用いる。
【００２６】
電気角初期化動作制御部１０７には、統合制御部１０１からステッピングモーター３の駆動指令が入力される。電気角初期化動作制御部１０７は、入力された駆動指令に基づいてＡ相電流指令およびＢ相電流指令を生成し、制御モード切替部１０８を介して、Ａ相電流指令をＡ相電流制御部１０９に出力し、Ｂ相電流指令をＢ相電流制御部１１０に出力する。Ａ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０は、入力されたＡ、Ｂ相電流指令に応じたＡ相電流およびＢ相電流をステッピングモーター３に供給する。これにより、ステッピングモーター３がＡ、Ｂ相電流に応じて回転する。
回転角度算出部１１３は、ステッピングモーター３の回転に応じてエンコーダー２から入力されるパルス数をカウントし、ステッピングモーター３の回転角度を算出する。そして、算出したステッピングモーター３の回転角度（実測回転角θ’）を初期化動作成否判別部１１４に出力する。
【００２７】
初期化動作成否判別部１１４には、回転角度算出部１１３から実測回転角θ’が入力されるとともに、統合制御部１０１から、駆動電流Ａ、Ｂを供給したときのステッピングモーター３の理論的な回転角度（理論回転角θ）が入力される。初期化動作成否判別部１１４は、理論回転角θと実測回転角θ’の差Ｓ（Ｓ＝｜θ−θ’｜）を求め、求めた差分が予め設定されている所定範囲内であるか否かを判断する。そして、初期化動作成否判別部１１４は、差Ｓが前記所定範囲内であればステッピングモーター３が正常に駆動していると判断し、反対に、差Ｓが前記所定範囲外であればステッピングモーター３が正常に駆動していないと判断する。そして、初期化動作成否判別部１１４は、この判断結果を統合制御部１０１に出力する。
判断結果が入力された統合制御部１０１は、その判断結果に応じて異なる指令を出力する。
【００２８】
制御装置１は、このような各部の機能を用いて具体的に次のような制御を行う。すなわち、制御装置１は、任意位置にあるローターを正方向（第１方向）に所定角度（理論回転角θ１）回転させるためのＡ、Ｂ相電流（信号）をステッピングモーター３に印加し、エンコーダー２が検出したステッピングモーター３の回転角（実測回転角θ１’）と理論回転角θ１との差Ｓ１（Ｓ１＝｜θ１−θ１’｜）を検出する第１ステップと、任意位置にあるローターを逆方向（第２方向）に所定角度（理論回転角θ２）回転させるためのＡ、Ｂ相電流（信号）をステッピングモーター３に印加し、エンコーダー２が検出したステッピングモーター３の回転角（実測回転角θ２’）と理論回転角θ２との差Ｓ２（Ｓ２＝｜θ２−θ２’｜）を検出する第２ステップを含む差分検出工程を、差Ｓ１、Ｓ２が共に所定範値以下となるまで、Ａ、Ｂ相電流の強度を順次強めて繰り返し、差Ｓ１、Ｓ２が共に所定値以下となったときのＡ、Ｂ相電流の強度を基準電流強度（ステッピングモーター３に印加する信号強度）として設定する。なお、Ａ、Ｂ相電流の強度には上限値が設定されているのが好ましく、Ａ、Ｂ相電流として上限値を供給しても、差Ｓ１、Ｓ２が共に所定値以下とならなかったときは、ステッピングモーター３の故障である（正常な状態ではない）と判断し、オペレーターに報知（警告）する。
【００２９】
以下、この制御を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。統合制御部１０１には、ステッピングモーター３が組み込まれている装置（例えば、後述するロボット７、８等）に応じて、位置情報に関してローターの初期位置と、電流情報に関してＡ、Ｂ相電流の電流初期値（電流下限値）Ｉ０、電流増加量ΔＩおよび電流上限値Ｉｍａｘとを有している。
【００３０】
まず、統合制御部１０１は、［回転方向：正回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：電流初期値Ｉ０］の条件によって、ローターを初期位置（任意位置）とする指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。電気角初期化動作制御部１０７は、入力された指令に応じたＡ、Ｂ相電流指令をＡ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０に出力する。そして、Ａ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０は、入力されたＡ、Ｂ相電流指令に応じたＡ、Ｂ相電流をステッピングモーター３に供給する。これにより、理論上、ローターが正方向に回転して初期位置に移動し、電気角が初期化される（ＳＴＥＰ１）。
【００３１】
次に、統合制御部１０１は、［回転方向：正回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：電流初期値Ｉ０］の条件によって、ローターを３６０°（理論回転角θ１）回転させる指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。電気角初期化動作制御部１０７は、入力された指令に応じたＡ、Ｂ相電流指令をＡ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０に出力する。そして、Ａ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０は、入力されたＡ、Ｂ相電流指令に応じたＡ、Ｂ相電流をステッピングモーター３に供給する。これにより、理論上、ローターが正方向に３６０°回転する（ＳＴＥＰ２）。
【００３２】
次に、統合制御部１０１は、［回転方向：逆回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：電流初期値Ｉ０］の条件によって、ローターを初期位置（所定位置）とする指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。電気角初期化動作制御部１０７は、入力された指令に応じたＡ、Ｂ相電流指令をＡ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０に出力する。そして、Ａ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０は、入力されたＡ、Ｂ相電流指令に応じたＡ、Ｂ相電流をステッピングモーター３に供給する。これにより、理論上、ローターが逆方向に回転して初期位置に移動し、電気角が初期化される（ＳＴＥＰ３）。
【００３３】
次に、統合制御部１０１は、［回転方向：逆回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：電流初期値Ｉ０］の条件によって、ローターを３６０°（理論回転角θ２）回転させる指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。電気角初期化動作制御部１０７は、入力された指令に応じたＡ、Ｂ相電流指令をＡ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０に出力する。そして、Ａ、Ｂ相電流制御部１０９、１１０は、入力されたＡ、Ｂ相電流指令に応じたＡ、Ｂ相電流をステッピングモーター３に供給する。これにより、理論上、ローターが逆方向に３６０°回転する（ＳＴＥＰ４）。
【００３４】
次に、初期化動作成否判別部１１４は、回転角度算出部１１３から出力されたＳＴＥＰ２での実測回転角θ１’と、統合制御部１０１から出力された理論回転角θ１との差Ｓ１（Ｓ１＝｜θ１−θ１’｜）を求める。また、初期化動作成否判別部１１４は、回転角度算出部１１３から出力されたＳＴＥＰ４での実測回転角θ２’と、統合制御部１０１から出力された理論回転角θ２との差Ｓ２（Ｓ２＝｜θ２−θ２’｜）を求める。
【００３５】
そして、初期化動作成否判別部１１４は、差Ｓ１、Ｓ２が共に、所定値以下に収まっていれば初期化動作正常と判断し、差Ｓ１、Ｓ２のいずれか一方でも所定値以下に収まっていなければ初期化動作異常と判断する（ＳＴＥＰ５）。ここで、前記所定値としては、特に限定されず、ステッピングモーター３に求められる特性に応じて適宜設定すればよいが、その値が狭い程、初期化動作の成否をより精密に判断することができる。具体的には、所定範囲としては、例えば、Ｓ１、Ｓ２≦１°の範囲であるのが好ましく、Ｓ１、Ｓ２＝０°であるのがより好ましい。
【００３６】
次に、初期化動作成否判別部１１４が初期化動作正常と判断した場合、統合制御部１０１は、初期化動作正常と判断した時点での電流値（この場合はＩ０）を基準電流強度（ステッピングモーター３に印加する信号強度）に設定し、設定した基準電流強度に応じて制御ゲインを変更する（ＳＴＥＰ６）。そして、統合制御部１０１は、制御モード切替部１０８を切り替えて通常駆動モードとした後、変更した基準電流強度および制御ゲインを用いてステッピングモーター３の通常駆動を行う（ＳＴＥＰ７）。
【００３７】
反対に、初期化動作成否判別部１１４が初期化動作異常と判断した場合、統合制御部１０１は、記憶されている情報に基づいて電流値を１段階（ΔＩ）上げて、前述したＳＴＥＰ１〜５と同様の工程を繰り返す。なお、以下では、電流値を１段階上げて再確認をする場合について説明するが、電流値は、１度に複数段階（例えば、２ΔＩ、３ΔＩ等）上げてもよい。例えば、前述したＳＴＥＰ５にて差Ｓ１、Ｓ２が共に所定値以下から大きくはみ出している場合などは、後者のように、電流値を１度に複数段階上げることによって、作業の効率化（繰り返し回数の低減）を図ることができる場合もある。
【００３８】
まず、統合制御部１０１は、［回転方向：正回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：Ｉ０＋ΔＩ］の条件によって、ローターを初期位置とする指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。これにより、理論上、ローターが正方向に回転して初期位置に移動し、電気角が初期化される（ＳＴＥＰ８）。次に、統合制御部１０１は、［回転方向：正回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：Ｉ０＋ΔＩ］の条件によって、ローターを３６０°（理論回転角θ１）回転させる指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。これにより、理論上、ローターが正方向に３６０°回転する（ＳＴＥＰ９）。
【００３９】
次に、統合制御部１０１は、［回転方向：逆回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：Ｉ０＋ΔＩ］の条件によって、ローターを初期位置とする指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。これにより、理論上、ローターが逆方向に回転して初期位置に移動し、電気角が初期化される（ＳＴＥＰ１０）。次に、統合制御部１０１は、［回転方向：逆回転］、［Ａ、Ｂ相電流の電流値：Ｉ０＋ΔＩ］の条件によって、ローターを３６０°（理論回転角θ２）回転させる指令を電気角初期化動作制御部１０７に出力する。これにより、理論上、ローターが逆方向に３６０°回転する（ＳＴＥＰ１１）。
【００４０】
次に、初期化動作成否判別部１１４は、回転角度算出部１１３から出力されたＳＴＥＰ９での実測回転角θ１’と、統合制御部１０１から出力された理論回転角θ１との差Ｓ１を求める。また、初期化動作成否判別部１１４は、回転角度算出部１１３から出力されたＳＴＥＰ１１での実測回転角θ２’と、統合制御部１０１から出力された理論回転角θ２との差Ｓ２を求める。そして、初期化動作成否判別部１１４は、差Ｓ１、Ｓ２が共に、所定範囲内に収まっていれば初期化動作正常と判断し、差Ｓ１、Ｓ２のいずれか一方でも所定範囲内に収まっていなければ初期化動作異常と判断する（ＳＴＥＰ１２）。
【００４１】
次に、初期化動作成否判別部１１４が初期化動作正常と判断した場合、統合制御部１０１は、初期化動作正常と判断した時点での電流値（Ｉ０＋ｎΔＩ）を基準電流強度に設定し、前述したＳＴＥＰ６に進む。
反対に、初期化動作成否判別部１１４が初期化動作異常と判断した場合、統合制御部１０１は、まず、直前に初期化動作異常とされたときの電流値（Ｉ０＋ｎΔＩ）が電流上限値Ｉｍａｘ未満であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ１３）。そして、直前の電流値が電流上限値Ｉｍａｘ未満である場合には、電流値を１段上げて、ＳＴＥＰ８〜１２を再び実施する。反対に、直前の電流値が電流上限値Ｉｍａｘ以上である場合には、ステッピングモーター３が故障していると判断し、これそのことをオペレーターへ報知する（ＳＴＥＰ１４）。報知の方法としては、特に限定されず、例えば、警告音、警告照明、操作画面への表示等が挙げられる。
【００４２】
以上、制御装置１の制御方法（本発明のステッピングモーターの制御方法）について説明した。このような制御装置１によれば、ステッピングモーター３を駆動するのに必要であって、より小さい電流値を確実に検出することができ、その電流値を基準にしてステッピングモーター３の通常の駆動を行うため、ステッピングモーター３の確実な駆動を保証しつつ、ステッピングモーター３の省電力駆動を実現することができる。具体的には、ステッピングモーター３の使用環境、経年劣化などに起因して、ステッピングモーター３の機械的特性（回転抵抗等）が変化する。例えば、環境温度が高いほどグリスが柔らかくなり回転抵抗が下がるし、使用時間が長い程グリスが減少して回転抵抗が高くなる。そのため、ステッピングモーター３を駆動することのできる最小電流値は変化する。そこで、通常駆動モードの前に上述した作動確認モードを行って、現状のステッピングモーター３を駆動できるより小さい電流値を検出することによって、使用環境や経年劣化に影響を受けずに、ステッピングモーター３を確実に、より小さい電力で駆動することができる。
【００４３】
特に、本実施形態では、作動確認モードにおいて、電流値に上限値Ｉｍａｘを設定しており、電流値が上限値Ｉｍａｘを超えると、ステッピングモーター３が故障していると判断して報知するように構成されている。このような構成とすることにより、ステッピングモーター３の異常を確実に検出することができるとともに、ステッピングモーター３の速やかな修理、交換が可能となる。
【００４４】
また、本実施形態では、ＳＴＥＰ１、３等のように、ローターを初期位置に位置させている。ここで、初期位置とは、ステッピングモーター３の次の通常駆動（通常駆動モード）を開始する位置を意味している。すなわち、作動確認モードが終わった後、次の駆動を開始する際の位置である。このような初期位置を起点とて、ＳＴＥＰ２、４等のようにステッピングモーター３の初期化動作の成否を判断することにより、ステッピングモーター３の次の通常駆動をより確実に開始することができる。ただし、ＳＴＥＰ１、３等にて、ローターの位置としては、初期位置に限定されず、初期位置とは異なる任意の位置であってもよい。また、ＳＴＥＰ１でのローターの停止位置と、ＳＴＥＰ３でのローターの停止位置は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、ＳＴＥＰ２、４等にて、ステッピングモーター３の初期化動作の成否を判断する際に、ローターの理論回転角を３６０°に設定している。すなわち、ローターが１周回転してもとの位置（初期位置）に戻るように設定している。このように、ローターを１周以上回転させることによって、ローターの回転方向全周における回転抵抗の異なりを考慮することができるため、より正確に、基準電流強度を設定することができる。また、ローターの理論回転角を３６０°とすると、理論上、ローターが初期位置に戻るため、例えば、ＳＴＥＰ２の終了後、ＳＴＥＰ３を省略してＳＴＥＰ４を行うことも可能となる。そのため、作動確認モードの実施時間を短縮することもできる（なお、回転角が３６０°の整数（ただし０を除く）倍であれば、同様の効果を発揮することができる）。ただし、理論回転角は、３６０°に限定されず、例えば、９０°、１８０°、２７０°等のいかなる角度であってもよい。
【００４６】
また、本実施形態では、ＳＴＥＰ６にて、設定した基準電流強度に応じて制御ゲインを変更している。このように、基準電流強度に対応させて制御ゲインを変更することによって、ステッピングモーター３を確実に、より小さい電力で駆動することができる。変更する制御ゲインとしては、例えば、上述した位置比例ゲイン、角速度比例ゲイン、角速度積分ゲイン等が挙げられるが、これらの中でも角速度比例ゲインを変更するのが好ましい。これにより、上述した効果をより発揮することができる。また、角速度比例ゲインを変更する場合、基準電流強度の増加量（低下量）に比例させて角速度比例ゲインを変更するのが好ましい。すなわち、基準電流強度が直前の値から２倍になれば、角速度比例ゲインも直前の値から２倍とし、基準電流強度が直前の値から４倍になれば、角速度比例ゲインも直前の値から４倍とするのが好ましい。
【００４７】
ここで、作動確認モードを行うタイミングとしては、特に限定されないが、ステッピングモーター３の通常駆動モードでの駆動を開始する前（直前）に、毎回行うのが好ましい。これにより、ステッピングモーター３の機械的特性の変化に追従するようにして制御ゲインを適切に変更することができるため、ステッピングモーター３の精度の良い駆動を毎回保障することができる。ただし、作動確認モードは、例えば、前回の通常駆動モードからステッピングモーター３の使用環境が変化したり、一定時間（１日、１か月等）経過したりした際に行ってもよい。
【００４８】
また、２度目以降の作動確認モードの実施では、ＳＴＥＰ１〜４において、はじめに設定する電流値として電流初期値Ｉ０を用いてもよいし、前回値（すなわち、直前の作動確認モードにおいて設定された電流基準値）を用いてもよい。また、電流初期値Ｉ０でも前回値でのない値を用いてもよい。
はじめに設定する電流値として電流初期値Ｉ０を用いる場合には、電流最小値から順に電流値を増加させるため、確実に、最適な基準電流強度を検出することができる。例えば、前回の作動確認モードからステッピングモーター３の使用環境が変わったり、長期間ステッピングモーター３を駆動させていなかったりする場合には、電流初期値Ｉ０を用いるのが好ましい。
【００４９】
これに対して、はじめに設定する電流値として前回値を用いる場合には、前回値を踏まえているため、作動確認モードの実施時間を短縮することができる。例えば、前回の作動確認モードからステッピングモーター３の使用環境が変化していなかったり、前回の通常駆動モードでのステッピングモーター３の駆動から時間があまり経過していなかったりする場合には、前回値を用いるのが好ましい。なお、前回値が比較的上限値Ｉｍａｘに近い値である場合には、はじめに設定する電流値として、前回値よりも低い電流値を用いてもよい。このような方法によれば、ステッピングモーター３の機械的不調の確認を兼ねることができる。すなわち、前回では、たまたま基準電流強度が高くなってしまったのか、それとも、経年劣化が進んで基準電流強度が高まってきているのかを確認することができる。
【００５０】
２．ロボット
次に、上述した制御装置１およびステッピングモーター３を適用したロボット（本発明のロボット）について説明する。なお、ロボットの一例として、以下に、水平多関節ロボット、垂直多関節ロボットを示すが、ロボットとしてはこれらに限定されず、双腕ロボット、その他の他軸ロボットであってもよい。
【００５１】
図３に示すロボット７は、水平多関節ロボットである。このようなロボット７は、基台７１と、第１アーム７２と、第２アーム７３と、作業ヘッド７４と、エンドエフェクター７５とを有している。
基台７１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。基台７１の上端部には第１アーム７２が連結している。第１アーム７２は、基台７１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。基台７１内には、第１アーム７２を回動させるステッピングモーター３Ａ、ステッピングモーター３Ａに接続されたエンコーダー２Ａおよびステッピングモーター３Ａの制御を行う制御装置１Ａが設置されている。
【００５２】
第１アーム７２の先端部には第２アーム７３が連結している。第２アーム７３は、第１アーム７２に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。第２アーム７３内には、第２アーム７３を回動させるステッピングモーター３Ｂ、ステッピングモーター３Ｂに接続されたエンコーダー２Ｂおよびステッピングモーター３Ｂの制御を行う制御装置１Ｂが設置されている。
【００５３】
第２アーム７３の先端部には作業ヘッド７４が配置されている。作業ヘッド７４は、第２アーム７３の先端部に同軸的に配置されたスプラインナット７４１およびボールネジナット７４２と、スプラインナット７４１およびボールネジナット７４２に挿通されたスプラインシャフト７４３とを有している。スプラインシャフト７４３は、第２アーム７３に対して、その軸まわりに回転可能であり、かつ、上下方向に移動（昇降）可能となっている。
【００５４】
第２アーム７３内には、ステッピングモーター３Ｃ、ステッピングモーター３Ｃに接続されたエンコーダー２Ｃおよびステッピングモーター３Ｃの制御を行う制御装置１Ｃと、ステッピングモーター３Ｄ、ステッピングモーター３Ｄに接続されたエンコーダー２Ｄおよびステッピングモーター３Ｄの制御を行う制御装置１Ｄとが配置されている。ステッピングモーター３Ｃの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってスプラインナット７４１に伝達され、スプラインナット７４１が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が鉛直方向に沿う回転軸まわりに正逆回転する。一方、ステッピングモーター３Ｄの駆動力は、図示しない駆動力伝達機構によってボールネジナット７４２に伝達され、ボールネジナット７４２が正逆回転するとスプラインシャフト７４３が上下に移動する。
スプラインシャフト７４３の先端部（下端部）には、エンドエフェクター７５が連結されている。エンドエフェクター７５としては、特に限定されず、例えば、被搬送物を把持するもの、被加工物を加工するものなどが挙げられる。
【００５５】
図４に示すロボット８は、垂直多関節（６軸）ロボットである。このようなロボット８は、基台８１と、４本のアーム８２、８３、８４、８５と、リスト８６とを備え、これらが順に連結されている。
基台８１は、例えば、図示しない床面にボルト等によって固定されている。このような基台８１の上端部にはアーム８２が水平方向に対して傾斜した姿勢で連結しており、アーム８２は、基台８１に対して鉛直方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、基台８１内には、アーム８２を回動させるステッピングモーター３Ｅ、ステッピングモーター３Ｅに接続されたエンコーダー２Ｅおよびステッピングモーター３Ｅの制御を行う制御装置１Ｅが配置されている。
【００５６】
アーム８２の先端部には、アーム８３が連結しており、アーム８３は、アーム８２に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８３内には、アーム８３をアーム８２に対して回動させるステッピングモーター３Ｆ、ステッピングモーター３Ｆに接続されたエンコーダー２Ｆおよびステッピングモーター３Ｆの制御を行う制御装置１Ｆが設置されている。
【００５７】
アーム８３の先端部には、アーム８４が連結しており、アーム８４は、アーム８３に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８４内には、アーム８４をアーム８３に対して回動させるステッピングモーター３Ｇ、ステッピングモーター３Ｇに接続されたエンコーダー２Ｇおよびステッピングモーター３Ｇの制御を行う制御装置１Ｇが設置されている。
【００５８】
アーム８４の先端部には、アーム８５が連結しており、アーム８５は、アーム８４に対してアーム８４の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、アーム８５をアーム８４に対して回動させるステッピングモーター３Ｈ、ステッピングモーター３Ｈに接続されたエンコーダー２Ｈおよびステッピングモーター３Ｈの制御を行う制御装置１Ｈが設置されている。
【００５９】
アーム８５の先端部には、リスト８６が連結している。リスト８６は、アーム８５に連結されたリング状の支持リング８６１と、支持リング８６１の先端部に支持された円筒状のリスト本体８６２とを有している。リスト本体８６２の先端面は、平坦な面となっており、例えば、腕時計等のような精密機器を把持するマニピュレーターが装着される装着面となる。
【００６０】
支持リング８６１は、アーム８５に対して水平方向に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、リスト本体８６２は、支持リング８６１に対してリスト本体８６２の中心軸に沿う回動軸まわりに回動可能となっている。また、アーム８５内には、支持リング８６１をアーム８５に対して回動させるステッピングモーター３Ｉ、ステッピングモーター３Ｉに接続されたエンコーダー２Ｉおよびステッピングモーター３Ｉの制御を行う制御装置１Ｉと、リスト本体８６２を支持リング８６１に対して回動させるステッピングモーター３Ｊ、ステッピングモーター３Ｊに接続されたエンコーダー２Ｊおよびステッピングモーター３Ｊの制御を行う制御装置１Ｊとが配置されている。ステッピングモーター３Ｉ、３Ｊの駆動力は、それぞれ、図示しない駆動力伝達機構によって支持リング８６１、リスト本体８６２に伝達される。
以上、ステッピングモーターの制御方法、制御装置およびロボットについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１、１Ａ〜１Ｊ…制御装置  １０１…統合制御部  １０２…減算器  １０３…位置制御部  １０４…減算器  １０５…角速度制御部  １０６…逆パーク変換部  １０７…電気角初期化動作制御部  １０８…制御モード切替部  １０９…Ａ相電流制御部  １１０…Ｂ相電流制御部  １１１…電気角算出部  １１２…角速度算出部  １１３…回転角度算出部  １１４…初期化動作成否判別部  ２、２Ａ〜２Ｊ…エンコーダー  ３、３Ａ〜３Ｊ…ステッピングモーター  ７…ロボット  ７１…基台  ７２…アーム  ７３…アーム  ７４…作業ヘッド  ７４１…スプラインナット  ７４２…ボールネジナット  ７４３…スプラインシャフト  ７５…エンドエフェクター  ８…ロボット  ８１…基台  ８２〜８５…アーム  ８６…リスト  ８６１…支持リング  ８６２…リスト本体
【図１】
2014096922.tif 000003
【図２】
2014096922.tif 000004
【図３】
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【図４】
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