(57)【要約】【課題】押し付け力を向上させる。【解決手段】制御装置２０において、目標電流設定部２２０は、押し付け力の目標値ｒに応じて、ステッピングモータ３２に供給すべき押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を設定し、座標変換器２１７は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２に応じて、静止座標系の電流Ｉα、Ｉβを算出する。更に、電流制御器２３及び２４は、Ａ相及びＢ相それぞれのパルス信号の電流量を電流Ｉα、Ｉβに設定し、ステッピングモータ３２の駆動信号としてＰＷＭインバータ２５から出力させる。【選択図】図２
2014128082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの駆動に応じて移動体が物体を押し付ける力の目標値に応じて、予め定められた上限値以下の電流値を有する駆動信号、及び、前記上限値より大きな電流値を有する駆動信号の何れかを選択的に前記ステッピングモータに出力する駆動手段を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記駆動手段により前記駆動信号が出力されている間に前記ステッピングモータの過負荷状態を検出する過負荷検出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記過負荷検出手段は、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出し、前記温度の推定値が所定の閾値を超える場合に、前記ステッピングモータが過負荷状態であると判定する請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記過負荷検出手段は、前記駆動信号の電流値に基づいて、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出することを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記駆動手段は、前記ステッピングモータに供給する電流の目標値に応じた電圧値を有する駆動信号を出力することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の制御装置。
【請求項６】
昇圧回路を備え、
前記駆動手段は、前記昇圧回路を制御することにより前記駆動信号の電圧を変更することを特徴とする請求項５に記載の制御装置。
【請求項７】
ステッピングモータと、
前記ステッピングモータを制御する請求項１乃至６の何れか１項に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とするアクチュエータシステム。
【請求項８】
ステッピングモータの駆動に応じて移動体が物体を押し付ける力の目標値に応じて、予め定められた上限値以下の電流値を有する駆動信号、及び、前記上限値より大きな電流値を有する駆動信号の何れかを選択的に前記ステッピングモータに出力する駆動ステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項９】
前記駆動ステップにおいて前記駆動信号が出力されている間に前記ステッピングモータの過負荷状態を検出する過負荷検出ステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記過負荷検出ステップでは、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出し、前記温度の推定値が所定の閾値を超える場合に、前記ステッピングモータが過負荷状態であると判定する請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記過負荷検出ステップでは、前記駆動信号の電流値に基づいて、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出することを特徴とする請求項１０に記載の制御装置。
【請求項１２】
前記駆動ステップでは、前記ステッピングモータに供給する電流の目標値に応じた電圧値を有する駆動信号を出力することを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載の制御方法。
【請求項１３】
前記駆動ステップでは、昇圧回路を制御することにより前記駆動信号の電圧を変更することを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、アクチュエータシステム、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の作業の自動化に寄与する産業用ロボットは、一般的にアクチュエータを有する。このアクチュエータは、駆動源として、例えばステッピングモータを備え、そのステッピングモータに供給する電流を制御する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４７２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アクチュエータは、移動体であるスライダを物体に押し付けてその物体を支えるため等に用いられることがある。このような用い方をする場合、必要な押し付け力に応じてステッピングモータに供給する電流を制御するが、従来のアクチュエータでは、押し付け力の向上は限定的であった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、押し付け力を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る制御装置は、
ステッピングモータの駆動に応じて移動体が物体を押し付ける力の目標値に応じて、予め定められた上限値以下の電流値を有する駆動信号、及び、前記上限値より大きな電流値を有する駆動信号の何れかを選択的に前記ステッピングモータに出力する駆動手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
前記駆動手段により前記駆動信号が出力されている間に前記ステッピングモータの過負荷状態を検出する過負荷検出手段を備えるようにしてもよい。
【０００８】
前記過負荷検出手段は、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出し、前記温度の推定値が所定の閾値を超える場合に、前記ステッピングモータが過負荷状態であると判定するようにしてもよい。
【０００９】
前記過負荷検出手段は、前記駆動信号の電流値に基づいて、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出するようにしてもよい。
【００１０】
前記駆動手段は、前記ステッピングモータに供給する電流の目標値に応じた電圧値を有する駆動信号を出力するようにしてもよい。
【００１１】
昇圧回路を備え、
前記駆動手段は、前記昇圧回路を制御することにより前記駆動信号の電圧を変更するようにしてもよい。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係るアクチュエータシステムは、
ステッピングモータと、
前記ステッピングモータを制御する本発明の第１の観点に係る制御装置と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る制御方法は、
ステッピングモータの駆動に応じて移動体が物体を押し付ける力の目標値に応じて、予め定められた上限値以下の電流値を有する駆動信号、及び、前記上限値より大きな電流値を有する駆動信号の何れかを選択的に前記ステッピングモータに出力する駆動ステップを含むことを特徴とする。
【００１４】
前記駆動ステップにおいて前記駆動信号が出力されている間に前記ステッピングモータの過負荷状態を検出する過負荷検出ステップを含むようにしてもよい。
【００１５】
前記過負荷検出ステップでは、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出し、前記温度の推定値が所定の閾値を超える場合に、前記ステッピングモータが過負荷状態であると判定するようにしてもよい。
【００１６】
前記過負荷検出ステップでは、前記駆動信号の電流値に基づいて、前記ステッピングモータの温度の推定値を算出するようにしてもよい。
【００１７】
前記駆動ステップでは、前記ステッピングモータに供給する電流の目標値に応じた電圧値を有する駆動信号を出力するようにしてもよい。
【００１８】
前記駆動ステップでは、昇圧回路を制御することにより前記駆動信号の電圧を変更するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、押し付け力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係るアクチュエータシステムの概観を示す図である。
【図２】アクチュエータシステムの機能の構成を示すブロック図である。
【図３】回転座標系の電流から静止座標系の電流への座標変換を示す図である。
【図４】昇圧回路の概要を示す回路図である。
【図５】ステッピングモータの回転時に制御装置が実行する処理を示すフロー図である。
【図６】昇圧指令処理部及び昇圧回路による昇圧処理を示すフロー図である。
【図７】ステッピングモータが駆動され、スライダを物体に押し付ける際に制御装置が実行する処理を示すフロー図である。
【図８】座標変換器による電流制御処理を示すフロー図である。
【図９】過負荷検出部による過負荷検出処理を示すフロー図である。
【図１０】ステッピングモータの温度推移を示す図である。
【図１１】昇圧指令処理部及び昇圧回路による昇圧処理を示すフロー図である。
【図１２】他の実施形態に係る昇圧回路の概要を示す回路図である。
【図１３】他の実施形態に係るアクチュエータシステムの機能の構成を示すブロック図である。
【図１４】他の実施形態に係るアクチュエータシステムの機能の構成を示すブロック図である。
【図１５】他の実施形態に係るアクチュエータシステムの機能の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、実施形態に係るアクチュエータシステム１０の概観を示す。図１に示されるように、アクチュエータシステム１０は、制御装置２０、リニアアクチュエータ３０、モータケーブル４１、及びエンコーダケーブル４２を備える。
【００２３】
リニアアクチュエータ３０は、ハウジング３１、ステッピングモータ３２、ボールねじ３３、スライダ３４、及びエンコーダ３５を備える。
【００２４】
ハウジング３１は、内部の各部材を保護する中空の部材である。ハウジング３１の内部には、ステッピングモータ３２、ボールねじ３３、及びエンコーダ３５が収容される。
【００２５】
ステッピングモータ３２の回転軸は、ボールねじ３３に連結されている。ステッピングモータ３２は、モータケーブル４１を介して制御装置２０から入力されたパルス電力に応じて、ボールねじ３３を回転させる。これにより、スライダ３４がＸ軸方向に移動する。スライダ３４の位置は、ステッピングモータ３２の回転角と比例する。例えば、スライダ３４が、図１に示されるようにステッピングモータ３２に最も近い位置にある場合、回転角は０°である。この状態からステッピングモータが回転することにより回転角が７２０°となった場合、スライダ３４は＋Ｘ軸方向に例えば２ｃｍだけ移動する。
【００２６】
エンコーダ３５は、例えば磁気式のロータリーエンコーダである。エンコーダ３５は、ステッピングモータ３２の回転角及び回転速度を検出する。また、エンコーダ３５は、回転角及び回転速度の検出値を示す信号を、エンコーダケーブル４２を介して制御装置２０へ出力する。なお、エンコーダ３５は磁気式に限られず、光学式その他の方式のエンコーダであってもよい。
【００２７】
制御装置２０は、ステッピングモータ３２にパルス電力を供給することにより、ステッピングモータ３２を所定の回転角まで回転させる。また、制御装置２０は、ステッピングモータ３２の回転角及び回転速度の検出値を、エンコーダケーブル４２を介してエンコーダ３５から取得する。
【００２８】
続いて、制御装置２０の機能について、図２を用いて説明する。図２は、アクチュエータシステム１０の機能の構成を示す。図２に示されるように、制御装置２０は、演算部２１、昇圧回路２２、電流制御器２３、２４、ＰＷＭインバータ２５、及び電流検出器２６、２７を備える。
【００２９】
演算部２１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及び記憶装置等を資源としてプログラムを実行することにより、種々の処理を実行する。演算部２１は、位置指令生成部２１１、第１減算器２１２、位置制御器２１３、第２減算器２１４、速度制御器２１５、座標変換器２１７、昇圧指令処理部２１８、過負荷検出部２１９及び目標電流設定部２２０から構成される。
【００３０】
位置指令生成部２１１は、実行されるプログラムに従って、ステッピングモータ３２の回転角の目標値θｔを示す位置指令信号を生成する。また、位置指令生成部２１１は、生成された信号を第１減算器２１２へ出力する。なお、位置指令生成部２１１は、演算部２１の外部から目標値θｔを取得してもよい。例えば、位置指令生成部２１１は、ユーザが制御装置２０に入力した値を取得してもよい。
【００３１】
第１減算器２１２は、位置指令生成部２１１から出力された回転角の目標値θｔと、エンコーダ３５によって検出された回転角の検出値θとの偏差θｄを算出する。第１減算器２１２は、この偏差θｄを示す信号を、位置制御器２１３へ出力する。
【００３２】
位置制御器２１３は、第１減算器２１２から出力された偏差θｄに基づいて、回転速度の目標値ωｔを算出する。位置制御器２１３は、この目標値ωｔを示す信号を、第２減算器２１４及び昇圧指令処理部２１８へ出力する。
【００３３】
第２減算器２１４は、位置制御器２１３から出力された回転速度の目標値ωｔと、エンコーダ３５によって検出された回転速度の検出値ωとの偏差ωｄを算出する。第２減算器２１４は、この偏差ωｄを示す信号を速度制御器２１５へ出力する。
【００３４】
速度制御器２１５は、第２減算器２１４から出力された偏差ωｄに基づいて、ステッピングモータ３２に供給されるパルス電流の目標値Ｉｔ、デューティ比及びパルス周期等の目標値を算出する。速度制御器２１５は、算出された目標値Ｉｔ等を示す信号を、座標変換器２１７へ出力する。
【００３５】
座標変換器２１７は、速度制御器２１５から出力された電流Ｉｔを、静止座標系の電流Ｉα、Ｉβに変換する。この変換の具体例は、図３に示される。そして、座標変換器２１７は、この電流Ｉα、Ｉβそれぞれを示す信号を電流制御器２３、２４に出力する。
【００３６】
昇圧指令処理部２１８は、ステッピングモータ３２の回転時において、位置制御器２１３から出力された回転速度の目標値ωｔに基づいて、ステッピングモータ３２に印加されるモータ電源電圧を昇圧するか否かを判定する。また、昇圧指令処理部２１８は、昇圧する場合には、昇圧後のモータ電源電圧（以下、昇圧電圧という）の電圧値を判定する。この実施形態では、昇圧指令処理部２１８は、回転速度の目標値ωｔが大きいほど、昇圧電圧を高く設定し、且つ、ステッピングモータ３２に定格電流の所定倍の電流を供給することができるように、昇圧電圧を設定する。そして、昇圧指令処理部２１８は、これらの判定の結果を示す信号を昇圧回路２２へ出力する。
【００３７】
昇圧回路２２は、制御装置２０の外部から印加される制御装置電源電圧を昇圧して、ステッピングモータ３２のモータ電源電圧とする回路である。制御装置電源電圧は、例えば直流の２４Ｖである。昇圧回路２２は、モータ電源電圧をＰＷＭインバータ２５に印加する。この昇圧回路２２について、図４を用いて説明する。
【００３８】
図４は、昇圧回路２２の概要を示す回路図である。図４に示されるように、昇圧回路２２は、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１、コイルＬ１、ダイオードＤ１、トランジスタＴ１、抵抗Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、昇圧電圧調整部２２２、及びコンデンサＣ１から構成される。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１、コイルＬ１、ダイオードＤ１、トランジスタＴ１、抵抗Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、及びコンデンサＣ１は、電圧を昇圧する回路として基本的な回路を構成する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１が出力ポートＰ２からトランジスタＴ１に印加するゲート電圧をオンにした場合、コイルＬ１にエネルギーが蓄積する。また、トランジスタＴ１に印加されるゲート電圧がオフになった場合、コイルＬ１に蓄積したエネルギーがモータ電源電圧の成分として解放される。ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１は、ゲート電圧のオン／オフを反復することにより、モータ電源電圧を、制御装置電源電圧よりも高い電圧値に昇圧する。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１は、昇圧指令処理部２１８から入力ポートＰ１に信号ＣＰＵ１が入力された場合、その信号ＣＰＵ１に従って、昇圧するか否かを選択する。例えば、入力ポートＰ１に印加される電圧がオンの場合、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１はゲート電圧のオン／オフを反復することにより、モータ電源電圧を昇圧する。一方、入力ポートＰ１に印加される電圧がオフの場合、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１はモータ電源電圧を昇圧しない。この場合、モータ電源電圧は、制御装置電源電圧と等しく、２４Ｖとなる。
【００４１】
また、モータ電源電圧が昇圧される場合に、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１は、ゲート電圧のオン／オフのタイミングを調整することにより、入力ポートＰ３を介して取得する点Ｐａの電圧を一定に保つ。これにより、昇圧電圧は所定の電圧値に維持される。
【００４２】
昇圧電圧調整部２２２は、抵抗Ｒ２〜Ｒ４及びトランジスタＴ２〜Ｔ４から構成される。昇圧電圧調整部２２２は、昇圧指令処理部２１８から出力される信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４に応じて、抵抗Ｒ２〜Ｒ４それぞれを導通させる。例えば、信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４それぞれがオン、オン、及びオフである場合は、抵抗Ｒ２、Ｒ３を導通させ、抵抗Ｒ４は導通させない。これにより、昇圧電圧と点Ｐａの電圧との比は、抵抗Ｒ２〜Ｒ４の抵抗値及び信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４のオン／オフに応じて変化する。ここで、点Ｐａの電圧が一定であるため、昇圧電圧は、変更された比に応じた電圧値になる。具体的には、昇圧電圧調整部２２２は、信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４に応じて、８通りにモータ電源電圧を昇圧する。なお、昇圧電圧の値は、抵抗Ｒ２〜Ｒ４、Ｒ５、及びＲ６それぞれの抵抗値を変更することにより、任意に設定可能である。
【００４３】
図２に戻り、電流制御器２３は、ＰＷＭインバータ２５に制御信号を出力することにより、ＰＷＭインバータ２５から出力されるＡ相信号の電流量を電流Ｉαとする。また、電流制御器２３は、電流検出器２６から電流量の検出値を取得することにより、ＰＷＭインバータ２５から出力される電流量を安定させる。なお、この実施形態では、定格電流以上の電流をステッピングモータ３２に供給可能とするために、電流検出器２６の抵抗値は、定格電流を上限とする場合よりも小さくなっている。
【００４４】
電流制御器２４は、電流制御器２３と同様に、電流検出器２７から電流量の検出値を取得することにより、ＰＷＭインバータ２５から出力されるＢ相信号の電流量を電流Ｉβに保つ。なお、この実施形態では、定格電流以上の電流をステッピングモータ３２に供給可能とするために、電流検出器２６と同様、電流検出器２７の抵抗値は、定格電流を上限とする場合よりも小さくなっている。
【００４５】
ＰＷＭインバータ２５は、ステッピングモータを駆動するための駆動信号として、Ａ相及びＢ相のパルス信号をステッピングモータ３２へ出力する。Ａ相及びＢ相それぞれのパルス信号の電流量は、電流制御器２３、２４によって、電流Ｉα、Ｉβに保たれる。また、Ａ相及びＢ相のパルス信号の電圧は、昇圧回路２２から供給されるモータ電源電圧である。
【００４６】
過負荷検出部２１９は、電流検出器２６及び電流検出器２７から電流量の検出値を取得することにより、ステッピングモータ３２の過負荷状態を検出する。
【００４７】
目標電流設定部２２０は、ステッピングモータ３２が駆動され、移動体であるスライダ３４を図示しない物体に押し付ける際の力（押し付け力）の目標値ｒに応じて、ステッピングモータ３２に供給すべき押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を設定し、座標変換器２１７へ出力する。
【００４８】
ここで、押し付け力の目標値ｒと押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２とはほぼ比例する。発明者の実験によれば、ステッピングモータ３２のモータ電源電圧が２４Ｖである場合、押し付け力の目標値ｒが１２００Ｎ程度の場合には、必要な押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２は１．２Ａ、押し付け力の目標値ｒが１２００Ｎ程度の場合には、必要な押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２は１．８Ａ、押し付け力の目標値ｒが２２００Ｎ程度の場合には、必要な押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２は２．４Ａとなっている。例えば、目標電流設定部２２０は、押し付け力の目標値ｒと押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２とを対応付けたテーブルを用意しておき、このテーブルに基づいて、押し付け力の目標値ｒに応じた押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を設定する。
【００４９】
なお、目標電流設定部２２０は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２がステッピングモータ３２について予め定められた上限値（例えば定格電流）を超える場合であっても、上限値の所定倍（例えば２倍）以内であれば、その押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２等を示す信号を、座標変換器２１７及び昇圧指令処理部２１８へ出力する。また、目標電流設定部２２０は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２が上限値の所定倍を超える場合には、その上限値を押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２とし、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２等を示す信号を、座標変換器２１７へ出力する。
【００５０】
座標変換器２１７は、目標電流設定部２２０から出力された押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を、静止座標系の電流Ｉα、Ｉβに変換する。この変換の具体例は、上述と同様、図３に示される。そして、座標変換器２１７は、この電流Ｉα、Ｉβそれぞれを示す信号を電流制御器２３、２４に出力する。この場合、電流制御器２３は、上述と同様、電流検出器２６から電流量の検出値を取得することにより、ＰＷＭインバータ２５から出力されるＡ相信号の電流量を電流Ｉαに保つ。また、電流制御器２４は、上述と同様、電流検出器２７から電流量の検出値を取得することにより、ＰＷＭインバータ２５から出力されるＢ相信号の電流量を電流Ｉβに保つ。
【００５１】
以上の構成要素が協働することにより、制御装置２０はステッピングモータ３２を回転させる。あるいは、制御装置２０はステッピングモータ３２を駆動させ、スライダ３４を図示しない物体に押し付ける。続いて、ステッピングモータ３２の回転時に制御装置２０が実行する処理について、図５を用いて説明する。
【００５２】
まず、位置指令生成部２１１は、回転角の目標値θｔを示す位置指令を生成する（ステップＳ１０１）。次に、第１減算器２１２は、回転角の目標値θｔと検出値θとの偏差θｄを算出する（ステップＳ１０２）。位置制御器２１３は、偏差θｄに基づいて、回転速度の目標値ωｔを算出する（ステップＳ１０３）。第２減算器２１４は、回転速度の目標値ωｔと検出値ωとの偏差ωｄを算出する（ステップＳ１０４）。速度制御器２１５は、回転速度の偏差ωｄに基づいて、パルス電流の目標値Ｉｔ等を算出する（ステップＳ１０５）。
【００５３】
続いて、座標変換器２１７は、電流制御処理を実行する（ステップＳ１０６）。この電流制御処理において、座標変換器２１７は、目標電流設定部２２０から出力された押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を、静止座標系の電流Ｉα、Ｉβに変換する。
【００５４】
次に、昇圧指令処理部２１８及び昇圧回路２２は、昇圧処理を実行する（ステップＳ１０７）。この昇圧処理について、図６を用いて説明する。
【００５５】
まず、昇圧指令処理部２１８は、位置制御器２１３から回転速度の目標値ωｔを取得する（ステップＳ１２１）。
【００５６】
次に、昇圧指令処理部２１８は、回転速度の目標値ωｔが所定の閾値以上か否かを判定する（ステップＳ１２２）。所定の閾値は、例えば４００ｒｐｍである。
【００５７】
目標値ωｔが所定の閾値以上であると判定された場合（ステップＳ１２２；Ｙｅｓ）、昇圧指令処理部２１８は、信号ＣＰＵ１の電圧をオンに設定する（ステップＳ１２３）。
【００５８】
また、昇圧指令処理部２１８は、目標値ωｔに対応する昇圧電圧を算出する（ステップＳ１２４）。具体的には、昇圧指令処理部２１８は、回転速度の定格の範囲のうち所定の閾値以上の範囲を複数の領域に分割する。回転速度の定格の範囲は、例えば０〜１５００ｒｐｍである。そして、昇圧指令処理部２１８は、目標値ωｔが含まれる領域に対応する所定の昇圧電圧を算出する。例えば、目標値ωｔが５００〜１０００ｒｐｍの領域内にある場合、昇圧指令処理部２１８は、昇圧電圧を４１Ｖと算出する。なお、昇圧指令処理部２１８は、分割される領域及び昇圧電圧を任意に設定してもよい。
【００５９】
その後、昇圧指令処理部２１８は、算出された昇圧電圧に応じて、信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４のオン／オフ電圧を設定する。これにより、昇圧回路２２はモータ電源電圧を所定の電圧に昇圧する（ステップＳ１２５）。
【００６０】
ステップＳ１２２にて、目標値ωｔが所定の閾値以上であると判定されない場合（ステップＳ１２２；Ｎｏ）、昇圧指令処理部２１８は、信号ＣＰＵ１の電圧をオフに設定する（ステップＳ１２６）。この場合、昇圧回路２２はモータ電源電圧を昇圧しない。
【００６１】
図５に戻り、ＰＷＭインバータ２５は、駆動信号を出力することにより、ステッピングモータ３２を駆動する（ステップＳ１０８）。
【００６２】
次に、ステッピングモータ３２が駆動され、移動体であるスライダ３４を図示しない物体に押し付ける際に制御装置２０が実行する処理について、図７を用いて説明する。
【００６３】
まず、目標電流設定部２２０は、ステッピングモータ３２が駆動され、移動体であるスライダ３４を図示しない物体に押し付ける際の力（押し付け力）の目標値ｒに応じて、ステッピングモータ３２に供給すべき押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を設定する（ステップＳ２０１）。押し付け力の目標値ｒは、例えば利用者が図示しない操作部を操作することにより設定される。
【００６４】
続いて、座標変換器２１７は、電流制御処理を実行する（ステップＳ２０２）。この電流制御処理について、図８を用いて説明する。
【００６５】
まず、座標変換器２１７は、目標電流設定部２２０からの押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を取得する（ステップＳ２１１）。
【００６６】
その後、座標変換器２１７は、目標値Ｉｔ２を静止座標系の電流Ｉα、Ｉβへ座標変換する（ステップＳ２１２）。
【００６７】
図７に戻り、ＰＷＭインバータ２５は、駆動信号を出力することにより、ステッピングモータ３２を駆動する（ステップＳ２０３）。
【００６８】
過負荷検出部２１９は、電流検出器２６及び電流検出器２７から電流量の検出値を取得することにより、ステッピングモータ３２の過負荷状態を検出する（ステップＳ２０４）。この過負荷状態の検出処理は、過負荷検出部２１９が、電流検出器２６及び電流検出器２７から電流量の検出値を取得する毎に行われる。以下、過負荷状態の検出処理について、図９を用いて説明する。
【００６９】
まず、過負荷検出部２１９は、電流検出器２６及び電流検出器２７から電流量の検出値を取得する（ステップＳ２３１）。
【００７０】
次に、過負荷検出部２１９は、ステッピングモータ３２の温度の推定値を算出する（ステップＳ２３２）。ここで、一定の電流がステッピングモータ３２に供給されたと仮定した場合、ステッピングモータ３２の温度の推移は、図１０に示されるように、一次遅れモデルに近似することができる。実際には、ステッピングモータ３２の電流は変化する。このため、過負荷検出部２１９は、離散時間計算を行う。例えば、今回の電流値の取得時の温度をＴｅｍｐ［ｋ］、今回の電流量の検出値をＩ［ｋ］、前回の電流値の取得時の温度をＴｅｍｐ［ｋ−１］とすると、今回の電流値の取得時の温度はＴｅｍｐ［ｋ］＝ａｔ・Ｔｅｍｐ［ｋ−１］＋ｂｔ・Ｉ［ｋ］＾２により算出される。Ｉ［ｋ］は、電流検出器２６からのＡ相信号の電流量の検出値Ｉαと、電流検出器２７からのＢ相信号の電流量の検出値Ｉβとを用いて、Ｉ［ｋ］＝√（Ｉα＾２＋Ｉβ＾２）により算出される。ａｔはオーバーロード零入力応答係数、ｂｔはオーバーロード零状態応答係数である。
【００７１】
図９に戻り、過負荷検出部２１９は、算出したステッピングモータ３２の温度の推定値があらかじめ定められた閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ２３３）。
【００７２】
ステッピングモータ３２の温度の推定値があらかじめ定められた閾値を超える場合（ステップＳ２３３；Ｙｅｓ）、過負荷検出部２１９は、ステッピングモータ３２が過負荷状態であると判定する（ステップＳ２３４）。この場合、制御装置２０では、例えば、座標変換器２１７が電流Ｉα、Ｉβそれぞれを示す信号を電流制御器２３、２４に出力することを停止することなどにより、ステッピングモータ３２への電力供給を中止する。また、制御装置２０は、図示しないＬＥＤを点滅させたり、図示しないスピーカから音を出力することなどにより、警報を出力する。一方、ステッピングモータ３２の温度の推定値があらかじめ定められた閾値を超えない場合（ステップＳ２３３；Ｎｏ）、一連の動作が終了する。
【００７３】
以上説明したように、本実施形態では、目標電流設定部２２０は、押し付け力の目標値ｒに応じて、ステッピングモータ３２に供給すべき押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を設定し、座標変換器２１７は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２に応じて、静止座標系の電流Ｉα、Ｉβを算出する。更に、電流制御器２３及び２４は、Ａ相及びＢ相それぞれのパルス信号の電流量を電流Ｉα、Ｉβに設定し、ステッピングモータ３２の駆動信号としてＰＷＭインバータ２５から出力させる。
【００７４】
この際、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２がステッピングモータ３２の上限値を超える場合であっても、その押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２に応じた電流Ｉα、Ｉβが駆動信号となる。このため、押し付け力に応じ、且つ、上限値を超える電流をステッピングモータ３２に供給することが可能となり、押し付け力を向上させることができる。
【００７５】
更に、本実施形態では、ステッピングモータ３２に上限値を超える電流を供給することに鑑み、過負荷検出部２１９は、ステッピングモータ３２の温度の推定値を算出し、その推定値が閾値を超える場合には、ステッピングモータ３２の過負荷状態を検出する。これにより、ステッピングモータ３２の焼損等を防止することができる。
【００７６】
以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、ステッピングモータ３２が駆動され、スライダ３４を物体に押し付ける際には、昇圧回路２２による昇圧は行われなかったが、昇圧が行われるようにしてもよい。
【００７７】
この場合、図７のステップＳ２０２の電流制御処理に続いて、昇圧指令処理部２１８及び昇圧回路２２は、昇圧処理を実行する。この場合、昇圧指令処理部２１８は、目標電流設定部２２０から出力された押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２に基づいて、ステッピングモータ３２に印加されるモータ電源電圧を昇圧するか否かを判定する。また、昇圧指令処理部２１８は、昇圧する場合には、昇圧後のモータ電源電圧（昇圧電圧）の電圧値を判定する。例えば、昇圧指令処理部２１８は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２が閾値（例えばステッピングモータ３２の上限値）以上である場合に、モータ電源電圧を昇圧すると判定し、且つ、ステッピングモータ３２に上限値の所定倍（例えば２倍）の電流を供給することができるように、昇圧電圧を設定する。そして、昇圧指令処理部２１８は、これらの判定の結果を示す信号を昇圧回路２２へ出力する。昇圧回路２２は、昇圧指令処理部２１８からの信号に応じて、制御装置２０の外部から印加される制御装置電源電圧を昇圧して、ステッピングモータ３２のモータ電源電圧としてＰＷＭインバータ２５に印加する。以下、昇圧処理について、図１１を用いて説明する。
【００７８】
まず、昇圧指令処理部２１８は、目標電流設定部２２０からの押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２を取得する（ステップＳ２２１）。
【００７９】
次に、昇圧指令処理部２１８は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２が所定の閾値（例えばステッピングモータ３２の上限値）以上か否かを判定する（ステップＳ２２２）。
【００８０】
押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２が所定の閾値以上であると判定された場合（ステップＳ２２２；Ｙｅｓ）、昇圧指令処理部２１８は、信号ＣＰＵ１の電圧をオンに設定する（ステップＳ２２３）。
【００８１】
次に、昇圧指令処理部２１８は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２に対応する昇圧電圧を算出する（ステップＳ２２４）。具体的には、昇圧指令処理部２１８は、パルス電流の範囲のうち所定の閾値以上の範囲を複数の領域に分割する。そして、昇圧指令処理部２１８は、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２が含まれる領域に対応する所定の昇圧電圧を算出する。なお、昇圧指令処理部２１８は、分割される領域及び昇圧電圧を任意に設定してもよい。
【００８２】
その後、昇圧指令処理部２１８は、算出された昇圧電圧に応じて、信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４のオン／オフ電圧を設定する。これにより、昇圧回路２２はモータ電源電圧を所定の電圧に昇圧する（ステップＳ２２５）。
【００８３】
ステップＳ２２２にて、押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２が所定の閾値以上であると判定されない場合（ステップＳ２２２；Ｎｏ）、昇圧指令処理部２１８は、信号ＣＰＵ１の電圧をオフに設定する（ステップＳ２２６）。この場合、昇圧回路２２はモータ電源電圧を昇圧しない。この昇圧処理の後、図７のステップＳ２０３の処理が実行される。
【００８４】
このように、昇圧回路２２による昇圧が行われることで、上限値を超える電流をステッピングモータ３２に確実に供給することが可能となる。
【００８５】
また、例えば、昇圧回路２２の構成は、図５に限定されない。図１２は、他の実施形態に係る昇圧回路２２の概要を示す回路図である。図１２に示されるように、昇圧回路２２は、ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１、コイルＬ１、ダイオードＤ１、トランジスタＴ１、抵抗Ｒ１、Ｒ５、Ｒ６、及びコンデンサＣ１から構成される。これらの回路素子は、上記実施形態と同様に、昇圧回路として基本的な回路を構成する。ＤＣ／ＤＣコントローラ２２１は、昇圧指令処理部２１８から入力ポートＰ１に入力される信号ＣＰＵ１に従って、モータ電源電圧を昇圧するか否かを選択する。これにより、昇圧回路２２は、回転速度や押し付け時のパルス電流の目標値Ｉｔ２に対応してモータ電源電圧を昇圧する。
【００８６】
また、上記実施形態では、昇圧指令処理部２１８は、位置制御器２１３から出力された回転速度の目標値ωｔに基づいて、ステッピングモータ３２に印加されるモータ電源電圧を昇圧するか否かを判定した。しかし、図１３に示すように、昇圧指令処理部２１８は、ステッピングモータ３２の回転速度の検出値ωを、エンコーダ３５から取得してもよい。この場合、昇圧指令処理部２１８は、検出値ωが所定の閾値以上であれば、昇圧すると判定し、更に、昇圧電圧を判定する。この際、上述と同様、昇圧指令処理部２１８は、検出値ωが大きいほど、昇圧電圧を高く設定し、且つ、ステッピングモータ３２に定格電流の所定倍の電流を供給することができるように、昇圧電圧を設定する。そして、昇圧指令処理部２１８は、これらの判定の結果を示す信号を昇圧回路２２へ出力する。
【００８７】
なお、制御装置２０は、ステッピングモータ３２の回転速度の検出値ωをフィードバックする機構を有する。このフィードバック機構は、昇圧指令処理部２１８を備える演算部２１がフィードバック制御を実行することにより実現されたが、これには限られない。例えば、制御装置２０は、演算部２１内の昇圧指令処理部２１８に代えて、演算部２１の外部に設けられた、図示しないディスクリート回路から構成される昇圧指令処理回路を用いて、フィードバック制御を実行してもよい。この場合、演算部２１にかかる処理負荷を抑えることができ、ひいては安価なＣＰＵ等から演算部２１を構成することができる。
【００８８】
また、図１４に示すように、昇圧指令処理部２１８は、回転角の目標値θｔと検出値θとの偏差θｄを、第１減算器２１２から取得してもよい。この偏差θｄは、ステッピングモータ３２の回転速度に対応する物理量である。この場合、昇圧指令処理部２１８は、偏差θｄが所定の閾値以上であれば、昇圧すると判定し、更に、昇圧電圧を判定する。この際、昇圧指令処理部２１８は、偏差θｄが大きいほど、昇圧電圧を高く設定し、且つ、ステッピングモータ３２に定格電流の所定倍の電流を供給することができるように、昇圧電圧を設定する。そして、昇圧指令処理部２１８は、これらの判定の結果を示す信号を昇圧回路２２へ出力する。
【００８９】
また、図１５に示すように、演算部２１内にダイナミクスモデル生成部２３０を設けてもよい。ダイナミクスモデル生成部２３０は、回転角の目標値θｔを取得し、この目標値θｔに基づいて、ステッピングモータ３２、ボールねじ３３及びスライダ３４等を含む機械系のダイナミクスモデルを生成する。また、ダイナミクスモデル生成部２３０は、モデル化されたステッピングモータの回転速度ωｍを算出する。ダイナミクスモデル生成部２３０は、この回転速度ωｍを示す信号を昇圧指令処理部２１８へ出力する。なお、生成されるダイナミクスモデルは、ステッピングモータ３２の回転速度のみがモデル化された簡略なモデルであってもよい。
【００９０】
昇圧指令処理部２１８は、モデル化された回転速度ωｍをダイナミクスモデル生成部２３０から取得する。昇圧指令処理部２１８は、この回転速度ωｍが所定の閾値以上であれば、昇圧すると判定し、更に、昇圧電圧を判定する。この際、昇圧指令処理部２１８は、回転速度ωｍが大きいほど、昇圧電圧を高く設定し、且つ、ステッピングモータ３２に定格電流の所定倍の電流を供給することができるように、昇圧電圧を設定する。そして、昇圧指令処理部２１８は、これらの判定の結果を示す信号を昇圧回路２２へ出力する。
【００９１】
また、上記実施形態では、位置指令生成部２１１は、回転角の目標値θｔを生成したが、回転角に代えて、Ｘ軸上におけるスライダ３４の位置の目標値を生成してもよい。また、リニアアクチュエータ３０は、エンコーダ３５としてロータリーエンコーダを備えたが、スライダ３４の位置を検出するリニアエンコーダを備えてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では、昇圧電圧調整部２２２は、トランジスタＴ２〜Ｔ４を備えたが、４個以上のトランジスタを備えてもよい。すなわち、回転速度の定格の範囲のうち昇圧処理が実行される範囲の分割数を増やしてもよい。この場合、回転速度に対応して昇圧電圧をより滑らかに設定することができる。ひいては、より効率的な昇圧を実現することができる。
【００９３】
また、昇圧電圧調整部２２２は２個以下のトランジスタを備えてもよい。すなわち、回転速度の定格の範囲のうち昇圧処理が実行される範囲の分割数を減らしてもよい。この場合、昇圧電圧調整部２２２をより簡素な構成とすることができる。
【００９４】
また、上記実施形態において、ステッピングモータ３２はリニアアクチュエータ３０の駆動源としたが、制御装置２０は、他の装置が備えるステッピングモータにパルス電力を供給してもよい。
【００９５】
また、上記実施形態において、速度制御器２１５は、回転速度の偏差ωｄに基づいてパルス電流の目標値Ｉｔを算出したが、回転速度の目標値ωｔのみに基づいて目標値Ｉｔを算出してもよい。
【００９６】
また、制御装置２０は、例えば角加速度も含めた回転状態に応じてモータ電源電圧を設定してもよい。
【００９７】
また、上記実施形態において理解を容易にするため、昇圧指令処理部２１８は、昇圧電圧を算出した後に信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４を設定したが、これには限られない。例えば、実施形態における昇圧指令処理部２１８は、回転速度の目標値ωｔから信号ＣＰＵ２〜ＣＰＵ４のオン／オフを直接設定してもよい。この場合、昇圧電圧を算出する処理が省略されるため、より高速に昇圧電圧を調整することができる。
【００９８】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【符号の説明】
【００９９】
１０    アクチュエータシステム
２０    制御装置
２１    演算部
２１１  位置指令生成部
２１２  第１減算器
２１３  位置制御器
２１４  第２減算器
２１５  速度制御器
２１７  座標変換器
２１８  昇圧指令処理部
２１９  過負荷検出部
２２０  目標電流設定部
２３０  ダイナミクスモデル生成部
２２    昇圧回路
２２１  ＤＣ／ＤＣコントローラ
２２２  昇圧電圧調整部
２３、２４  電流制御器
２５    ＰＷＭインバータ
２６、２７  電流検出器
２８    昇圧指令処理回路
３０    リニアアクチュエータ
３１    ハウジング
３２    ステッピングモータ
３３    ボールねじ
３４    スライダ
３５    エンコーダ
４１    モータケーブル
４２    エンコーダケーブル
Ｃ１    コンデンサ
ＣＰＵ１、ＣＰＵ２、ＣＰＵ３、ＣＰＵ４  信号
Ｄ１    ダイオード
Ｉα、Ｉβ  電流
Ｉｔ    パルス電流の目標値
Ｉｔ２  押し付け時のパルス電流の目標値
Ｌ１    コイル
Ｌａ    特性
Ｌｂ    実線
Ｐ１、Ｐ３  入力ポート
Ｐ２    出力ポート
Ｐａ、Ｐｂ  点
Ｐｍ    定数
Ｒ１〜Ｒ６  抵抗
Ｔ１〜Ｔ４  トランジスタ
Ｔｈ    閾値
θ      回転角の検出値
θｔ    回転角の目標値
θｄ    回転角の偏差
τ      トルク
φ      位相
ω      回転速度の検出値
ωｔ    回転速度の目標値
ωｄ    回転速度の偏差
ωｍ    モデル化された回転速度
【図１】
2014128082.tif 000003
【図２】
2014128082.tif 000004
【図３】
2014128082.tif 000005
【図４】
2014128082.tif 000006
【図５】
2014128082.tif 000007
【図６】
2014128082.tif 000008
【図７】
2014128082.tif 000009
【図８】
2014128082.tif 000010
【図９】
2014128082.tif 000011
【図１０】
2014128082.tif 000012
【図１１】
2014128082.tif 000013
【図１２】
2014128082.tif 000014
【図１３】
2014128082.tif 000015
【図１４】
2014128082.tif 000016
【図１５】
2014128082.tif 000017