(57)【要約】【課題】  ＤＣブラシレス・モータの進角制御により駆動電流位相を調整する。【解決手段】  アクチュエータにＤＣブラシレス・モータを使用した脚式移動ロボットにおいて跳躍や走行などの動作を行なう際、着地衝撃により脚部に過大な外力が印加され、モータが本来動作したい方向とは逆方向に回転させられた場合、進角の補正コントロールを逆回転方向に広げ、その進角を回転子の回転角度変化の大きさに応じて変更することによって、トルクの減少や逆回転の発生を防ぐ。モータ装置は安定したトルクを発生することができるので、着地時などの脚式移動ロボットの姿勢安定制御が可能となる。【選択図】  図１４
2006149041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子側に主極マグネットを配置するとともに、固定子側に複数相のコイルを配置し、各相のコイルに位相の異なるコイル電流を供給して磁束分布に変化を与えることにより回転子にトルクを発生させるモータ装置であって、
前記回転子の電気角を検出する電気角検出手段と、
前記回転子の回転速度及び回転方向を検出する回転子情報検出手段と、
前記回転子の回転位相に対し前記コイルに供給する駆動電流位相を進めるための進角を、前記回転子の回転速度及び回転方向に基づいて制御する進角制御手段と、
前記モータに対する入力電流と前記回転子の電気角に進角を加算した位相に基づいて各相のコイルへの供給電流を制御するモータ制御手段と、
を具備することを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
前記進角制御手段は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、進角の補正コントロールを逆回転方向に広げ、その進角値を前記回転子の回転角度変化の大きさに応じて変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】
前記進角制御手段は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、前記回転子の回転位相と駆動電流位相との位相差が小さくなるように逆回転方向の進角値を設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】
前記進角制御手段は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、前記回転子の回転速度にほぼ比例した逆回転方向の進角を設定する、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ装置。
【請求項５】
前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときに、ゲイン制御により発生トルクを制御するトルク制御手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ装置。
【請求項６】
回転子側に主極マグネットを配置するとともに、固定子側に複数相のコイルを配置し、各相のコイルに位相の異なるコイル電流を供給して磁束分布に変化を与えることにより回転子にトルクを発生させるＤＣブラシレス方式のモータの制御装置であって、
前記回転子の電気角を検出する電気角検出手段と、
前記回転子の回転速度及び回転方向を検出する回転子情報検出手段と、
前記回転子の回転位相に対し前記コイルに供給する駆動電流位相を進めるための進角を、前記回転子の回転速度及び回転方向に基づいて制御する進角制御手段と、
前記モータに対する入力電流と前記回転子の電気角に進角を加算した位相に基づいて各相のコイルへの供給電流を制御するモータ制御手段と、
を具備することを特徴とするモータの制御装置。
【請求項７】
前記進角制御手段は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、進角の補正コントロールを逆回転方向に広げ、その進角値を前記回転子の回転角度変化の大きさに応じて変更する、
ことを特徴とする請求項６に記載のモータの制御装置。
【請求項８】
前記進角制御手段は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、前記回転子の回転位相と駆動電流位相との位相差が小さくなるように逆回転方向の進角を設定する、
ことを特徴とする請求項７に記載のモータの制御装置。
【請求項９】
前記進角制御手段は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、前記回転子の回転速度にほぼ比例した逆回転方向の進角を設定する、
ことを特徴とする請求項７に記載のモータの制御装置。
【請求項１０】
前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときに、ゲイン制御により発生トルクを制御するトルク制御手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項７に記載のモータの制御装置。
【請求項１１】
回転子側に主極マグネットを配置するとともに、固定子側に複数相のコイルを配置し、各相のコイルに位相の異なるコイル電流を供給して磁束分布に変化を与えることにより回転子にトルクを発生させるＤＣブラシレス方式のモータの制御方法であって、
前記回転子の電気角を検出する電気角検出ステップと、
前記回転子の回転速度及び回転方向を検出する回転子情報検出ステップと、
前記回転子の回転位相に対し前記コイルに供給する駆動電流位相を進めるための進角を、前記回転子の回転速度及び回転方向に基づいて制御する進角制御ステップと、
前記モータに対する入力電流と前記回転子の電気角に進角を加算した位相に基づいて各相のコイルへの供給電流を制御するモータ制御ステップと、
を具備することを特徴とするモータの制御方法。
【請求項１２】
前記進角制御ステップでは、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、進角の補正コントロールを逆回転方向に広げ、その進角値を前記回転子の回転角度変化の大きさに応じて変更する、
ことを特徴とする請求項１１に記載のモータの制御方法。
【請求項１３】
前記進角制御ステップでは、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、前記回転子の回転位相と駆動電流位相との位相差が小さくなるように逆回転方向の進角を設定する、
ことを特徴とする請求項１２に記載のモータの制御方法。
【請求項１４】
前記進角制御ステップでは、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、前記回転子の回転速度にほぼ比例した逆回転方向の進角を設定する、
ことを特徴とする請求項１２に記載のモータの制御方法。
【請求項１５】
前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときに、ゲイン制御により発生トルクを制御するトルク制御ステップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項１２に記載のモータの制御方法。
【請求項１６】
回転子側に主極マグネットを配置するとともに、固定子側に複数相のコイルを配置し、各相のコイルに位相の異なるコイル電流を供給して磁束分布に変化を与えることにより回転子にトルクを発生させるＤＣブラシレス・モータの駆動制御をコンピュータ・システム上で実行するようにコンピュータ可読形式で記述されたコンピュータ・プログラムであって、
前記回転子の電気角を検出する電気角検出ステップと、
前記回転子の回転速度及び回転方向を検出する回転子情報検出ステップと、
前記回転子の回転位相に対し前記コイルに供給する駆動電流位相を進めるための進角を、前記回転子の回転速度及び回転方向に基づいて制御する進角制御ステップと、
前記モータに対する入力電流と前記回転子の電気角に進角を加算した位相に基づいて各相のコイルへの供給電流を制御するモータ制御ステップと、
を具備することを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脚式移動ロボットにおける関節自由度を実現するために使用されるモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、回転子側に主極マグネットを、固定子側に複数相のコイルを配置して、正弦波磁束分布と正弦波電流により回転子に対して回転トルクを発生させるＡＣサーボ・モータ（若しくはＤＣブラシレス・モータ）などのモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【０００２】
さらに詳しくは、本発明は、モーション実行時には負荷や回転速度の変化が大きく、正逆回転を繰り返すという使用環境下において、進角の制御により各相のコイルに対する駆動電流位相の調整を行なうモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムに係り、特に、ロボットが跳躍や走行などを行なう際に、関節角の正転・逆転などの回転方向並びに回転速度が変化する状況に応じて、トルク減少が生じないように進角制御による駆動電流位相の調整を行なうモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムに関する。
【背景技術】
【０００３】
電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行なう機械装置のことを「ロボット」という。その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ）であった。
【０００４】
今後、ロボットがさまざまな人的作業を代行し、さらに人間の住空間に深く浸透していくためには、ロボットの移動可能範囲が人間のそれとほぼ同じであることが好ましい。ところが、人間の作業空間や居住空間のほとんどは、２足直立歩行という人間が持つ身体メカニズムや行動様式に合わせて形成されおり、車輪その他の駆動装置を移動手段とした現状の機械システムが移動するには多くの障壁が存在する。そこで、最近では、ヒトなどの２足直立歩行を行なう動物の身体メカニズムや動作を模した脚式移動ロボットに関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている（例えば、特許文献１を参照のこと）。
【０００５】
２足直立による脚式移動は、クローラ式や、４足又は６足式などに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、以下のような脚式動作により、複雑な移動面を移動することができる。
【０００６】
（１）移動面上に形成された凹凸に対する足先位置の高い選択性
（２）不連続接地による選択的接地や移動
（３）踏み変え動作による接地状態の自在な変更
【０００７】
すなわち、脚式移動ロボットは、不整地や障害物など作業経路上に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な歩行面に対応することができるなど、対地適応性に優れ、柔軟な移動作業を実現することができる。これが、脚式移動ロボットの実用化が大いに期待されている所以でもある。
【０００８】
ところで、ロボットは多数の関節自由度を備えている。人間形のロボットであれば３２個又はその前後の自由度で構成することができる（例えば、特許文献２を参照のこと）。また、各関節の動きをアクチュエータ・モータで実現することができる。そして、各モータの回転位置、回転量などを取り出して、回転位置又は角速度の制御を行なうことにより、所望の動作パターンを再現するとともに、姿勢制御を行なうようになっている。
【０００９】
ロボットの関節用アクチュエータとしてサーボ・モータを用いるのが一般的である。これは、取扱いが容易で、小型且つ高トルクで、しかも応答性に優れているという理由に依拠する。特に、ＡＣサーボ・モータ（若しくはＤＣブラシレス・モータ）は、ブラシがなく、メンテナンス・フリーであることから、無人化された作業空間で稼動することが望まれるような自動機械、例えば自由歩行を行なう脚式ロボットの関節アクチュエータなどに適用することができる。ＡＣサーボ・モータは、回転子（ロータ）側に永久磁石（メイン・マグネット）を、固定子（ステータ）側に複数相（例えば３相）のコイルを配置して、正弦波磁束分布と正弦波電流により回転子に対して回転トルクを発生させるようになっている。
【００１０】
例えば、脚式移動ロボットの関節アクチュエータとして適用することができる、ギア直結型で且つサーボ制御系をワンチップ化してモータ・ユニットに内蔵したタイプの小型ＡＣサーボ・モータなどが既に存在する（例えば、特許文献３を参照のこと）。また、アクチュエータ・モータの直結ギアとして低減速ギアを採用することにより、人間との物理的インタラクションを重視するタイプのロボットに求められている駆動系自身の受動的特性を得ることができる。
【００１１】
脚式移動ロボットは、多数の関節で構成されているため、関節自由度を構成する各サーボ・モータを小型且つ高性能に設計・製作しなければならない。また、転倒回避など極めて高度な姿勢安定制御を実現するために、サーボ・モータには高度な位置決め制御が要求される。
【００１２】
ＡＣサーボ・モータでは、回転子の着磁磁束に合わせて複数相（例えば３相）のコイルに通電し回転させる。例えば、ホール素子などを用いて回転子の磁束を矩形波状に検出して各相への通電タイミングを決定し、その信号タイミングに基づいて各相のコイルへ通電することができる（例えば、特許文献４を参照のこと）。
【００１３】
ところが、このような通電タイミングの決定方法では、通電相のコイルに通電を開始してから実際にトルクが発生するまでに、コイルのインダクタンス相当の遅れが生じるという問題がある。すなわち、回転子の回転速度が速くなると、通電相のコイルに通電を開始してから実際にトルクが発生するまでの間に、回転子がかなりの角度回転し、実際の回転子の回転位相に対して駆動電流位相の遅れが生じ、トルク発生タイミングが遅れる。このような状態では、駆動トルクが低下して回転子の回転速度が抑制されてしまう。駆動電流の位相遅れは、負荷トルクや回転数などのモータ使用状況、逆誘起電圧、インダクタンス、電気的時定数などのモータ自身の特性によって変化するとされる。
【００１４】
そこで、回転子を回転駆動するトルクを発生させるためには、回転子の回転位相に対し駆動電流位相の位相を進める、すなわち電気的に「進角」を与えるということが一般的に行なわれている。
【００１５】
例えば、モータの回転数と負荷トルクに応じて変動する位相のずれ量を補正して適切な転流タイミングで各層のコイルへ通電を行なうことにより、高い効率でモータを運転することができる（例えば、特許文献５を参照のこと）。
【００１６】
また、回転子の回転速度に応じて回転子の回転位相に対する駆動電流位相の位相進み量を補正するモータ制御装置について提案がなされている（例えば、特許文献６を参照のこと）。
【００１７】
また、回転子の回転制御を行なうブラシレス直流モータの制御装置において、回転数や負荷トルクに応じて通電位相のずれを補正することが提案されている（例えば、特許文献７を参照のこと）。
【００１８】
また、モータ駆動コイルに正弦波状の交番電流を流し、さらに交番電流と逆誘起電圧の位相を一致させて、トルク・リップル、振動、騒音を低減するとともに効率のよいモータ駆動装置について提案がなされている（例えば、特許文献８を参照のこと）。
【００１９】
従来、ＤＣブラシレス・モータにおける進角制御は、回転子の回転位相に対し駆動電流位相の位相を進める、すなわち０〜正方向に移相して十分なトルクを得る、というのが一般的であった。また、多くの場合、進角として正数の固定値が用いられる。
【００２０】
ところが、脚式移動ロボットに代表されるロボット装置においては、跳躍や走行などの動作時に脚部に大きな着地衝撃が加わることを考慮して、逆転性（バックドライバビリティ）の高いアクチュエータが使用される。このため、過大な外力が印加されたときに本来動作したい方向とは逆方向にモータが回転してしまうことがある。このアクチュエータにＤＣブラシレス・モータを使用し、固定された正方向の進角によるモータの駆動制御を行なった場合、外力によりモータが逆転したときに、回転子の回転位相に対し駆動電流位相は所望の位相にないことになる。
【００２１】
図１７には、ＤＣブラシレス・モータにおける進角制御の動作例を図解している。通常は、回転子の回転位相に対し、駆動電流位相の位相すなわち駆動電流位相には進角が与えられることにより、回転目標方向が正で且つ回転方向も正の場合には所望のトルクを得ることができる。これに対し、回転目標方向は正であるが、外力の影響で回転方向が負に転じた場合には、見かけ上大きな進角を設定した状態となってしまう。この結果、必要なトルクを発生できない、あるいは逆回転を助長してしまうような回転力が発生して脱調してしまうなど、ロボットの姿勢安定制御に大きな影響を与えることになる。
【００２２】
【特許文献１】特開２００１−１２９７７５号公報
【特許文献２】特開平１３−１５０３７１号公報
【特許文献３】特開２０００−２９９９７０号公報
【特許文献４】特開２０００−１１６１７５号公報
【特許文献５】特開２００１−３７２７９号公報
【特許文献６】特開２００４−２３９３１号公報
【特許文献７】特開平７−１１１７９５号公報
【特許文献８】特開２００４−４８９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、脚式移動ロボットにおける関節自由度を実現するために使用することができる、優れたＤＣブラシレス方式のモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２４】
本発明のさらなる目的は、モーション実行時には負荷や回転速度の変化が大きく、正逆回転を繰り返すという使用環境下において、進角の制御により各相のコイルに対する駆動電流位相の調整を好適に行なうことができる、優れたモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【００２５】
本発明のさらなる目的は、ロボットが跳躍や走行などを行なう際に、関節角の正転・逆転などの回転方向並びに回転速度が変化する状況に応じて、トルク減少が生じないように進角制御による駆動電流位相の調整を好適に行なうことができる、優れたモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、回転子側に主極マグネットを配置するとともに、固定子側に複数相のコイルを配置し、各相のコイルに位相の異なるコイル電流を供給して磁束分布に変化を与えることにより回転子にトルクを発生させるモータ装置であって、
前記回転子の電気角を検出する電気角検出手段と、
前記回転子の回転速度及び回転方向を検出する回転子情報検出手段と、
前記回転子の回転位相に対し前記コイルに供給する駆動電流位相を進めるための進角を、前記回転子の回転速度及び回転方向に基づいて制御する進角制御手段と、
前記モータに対する入力電流と前記回転子の電気角に進角を加算した位相に基づいて各相のコイルへの供給電流を制御するモータ制御手段と、
を具備することを特徴とするモータ装置である。
【００２７】
ＤＣブラシレス・モータにおいては、通電相のコイルに通電を開始してから実際にトルクが発生するまでに、コイルのインダクタンス相当の遅れが生じるという問題がある。そこで、回転子を回転駆動するトルクを発生させるためには、回転子の回転位相に対し通電相の位相を進める、すなわち電気的に「進角」を与えるということが一般的に行なわれている。
【００２８】
ここで、脚式移動ロボットの関節駆動用アクチュエータとして、サーボ・モータを適用することができる。跳躍や走行などの動作時に脚部に大きな着地衝撃が加わることを考慮して、逆転性（バックドライバビリティ）の高いアクチュエータが使用されることから、過大な外力が印加されたときに本来動作したい方向とは逆方向にモータが回転してしまうことがある。このアクチュエータにＤＣブラシレス・モータを使用し、固定された正方向の進角によるモータの駆動制御を行なった場合、外力によりモータが逆転したときに、回転子の回転位相に対し駆動電流位相は所望の位相にないことになる。この結果、見かけ上大きな進角を設定した状態となってしまうため、必要なトルクを発生できない、あるいは逆回転を助長してしまうような回転力が発生して脱調してしまうなど、ロボットの姿勢安定制御に大きな影響を与えることになる。
【００２９】
これに対し、本発明によれば、着地衝撃により脚部に過大な外力が印加され、モータが本来動作したい方向とは逆方向に回転させられた場合であっても、モータ装置は、回転子の回転速度と回転方向に応じて、トルク減少が起きないように、進角制御による駆動電流位相の調整を行なうことができる。
【００３０】
具体的には、進角制御手段は、外力によりモータが逆回転させられるときには、進角の補正コントロールを逆回転方向に広げ、その進角を回転子の回転角度変化の大きさに応じて変更することによって、トルクの減少や逆回転の発生を防ぐ。これにより、脚部などに過大な外力が加わった場合であっても、モータ装置は安定したトルクを発生することができるので、着地時などの脚式移動ロボットの姿勢安定制御が可能となる。
【００３１】
前記進角制御手段は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、前記回転子の回転位相と駆動電流位相との位相差が小さくなるように逆回転方向の進角を設定するようにする。また、前記回転子の回転速度にほぼ比例した逆回転方向の進角を設定するようにする。
【００３２】
また、本発明に係るモータ装置は、前記回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときに、ゲイン制御により発生トルクを制御するトルク制御手段をさらに備えていてもよい。このような場合、外力が発生したときの進角制御量を調整することで、脚部などロボット装置に加わる着地衝撃を緩和することもできる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、脚式移動ロボットにおける関節自由度を実現するために使用することができる、優れたＤＣブラシレス方式のモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３４】
また、本発明によれば、モーション実行時には負荷や回転速度の変化が大きく、正逆回転を繰り返すという使用環境下において、進角の制御により各相のコイルに対する駆動電流位相の調整を好適に行なうことができる、優れたモータ装置、モータの制御装置及びその制御方法、並びにコンピュータ・プログラムを提供することができる。
【００３５】
本発明によれば、アクチュエータにＤＣブラシレス・モータを使用した脚式移動ロボットにおいて跳躍や走行などの動作を行なう際、着地衝撃により脚部に過大な外力が印加され、モータが本来動作したい方向とは逆方向に回転させられた場合であっても、モータ装置は、回転子の回転速度と回転方向に応じて、トルク減少が起きないように、進角制御による駆動電流位相の調整を行なうことができる。
【００３６】
具体的には、外力によりモータが逆回転させられるときには、進角の補正コントロールを逆回転方向に広げ、その進角を回転子の回転角度変化の大きさに応じて変更することによって、トルクの減少や逆回転の発生を防ぐようにした。これにより、脚部などに過大な外力が加わった場合であっても、モータ装置は安定したトルクを発生することができるので、着地時などの脚式移動ロボットの姿勢安定制御が可能となる。
【００３７】
また、本発明に係るモータ装置によれば、外力が発生したときの進角制御量を調整することで、脚部などロボット装置に加わる着地衝撃を緩和することもできる。
【００３８】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。
【００４０】
Ａ．ロボット装置の構成
本発明に係るモータ装置は、脚式移動ロボットの関節駆動用アクチュエータとして適用することができる。このようなロボット装置は、胴体部に繋がった複数の関節を持ち、装置内部の制御周期毎に静的なモーション及びリアルタイムな動作生成による目標指令値（角度やトルク、アクチュエータ・ゲインなど）を各関節アクチュエータ（若しくは関節駆動に対応するデバイス）に与える。
【００４１】
図１及び図２には、「人間形」又は「人間型」と呼ばれるロボット装置１００が直立している様子を前方及び後方の各々から眺望した様子を示している。図示の通り、ロボット装置１００は、胴体部と、腰部と、頭部と、左右の上肢部と、脚式移動を行なう左右２足の下肢部とで構成され、例えば胴体に内蔵されている制御部（図示しない）によりロボット装置の動作を統括的にコントロールするようになっている。
【００４２】
左右各々の下肢は、大腿部と、膝関節と、脛部と、足首と、足平とで構成され、股関節によって体幹部の略最下端にて連結されている。また、左右各々の上肢は、上腕と、肘関節と、前腕とで構成され、肩関節によって体幹部の上方の左右各側縁にて連結されている。また、頭部は、首関節によって体幹部の略最上端中央に連結されている。
【００４３】
このように構成されたロボット装置１００は、制御部（図１及び図２には図示しない）による全身協調的な動作制御により、２足歩行を実現することができる。かかる２足歩行は、一般に、以下に示す各動作期間に分割される歩行周期を繰り返すことによって行なわれる。すなわち、
【００４４】
（１）右脚を持ち上げた、左脚による単脚支持期
（２）右足が接地した両脚支持期
（３）左脚を持ち上げた、右脚による単脚支持期
（４）左足が接地した両脚支持期
【００４５】
制御部は、このロボット装置１００を構成する各関節アクチュエータの駆動制御や各センサ（後述）などからの外部入力を処理するコントローラ（主制御部）や、電源回路その他の周辺機器類を搭載した筐体である。制御部は、その他、遠隔操作用の通信インターフェースや通信装置を含んでいてもよい。
【００４６】
脚式移動ロボット１００における歩行制御は、例えばＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）を安定度判別規範として、あらかじめ下肢の目標軌道を計画し、上記の各期間において計画軌道の修正を行なうことによっても実現される。ここで言う「ＺＭＰ」とは、歩行中の床反力によるモーメントがゼロとなる床面上の点のことである。ＺＭＰによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメントとバランスするという「ダランベールの原理」に基づく。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成する支持多角形の内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロとなる点、すなわちＺＭＰが存在する（例えば、ヴコブラトビッチ（Ｍｉｏｍｉｒ Ｖｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ）著「脚式移動ロボット（ＬＥＧＧＥＤ ＬＯＣＯＭＯＴＩＯＮ ＲＯＢＯＴＳ）」（加藤一郎外著『歩行ロボットと人工の足』（日刊工業新聞社））を参照のこと）。この場合、両脚支持期では、下肢軌道の修正を停止して、計画軌道に対する総修正量を用いて腰の高さを一定値で修正する。また、単脚支持期では、修正を受けた脚の足首と腰との相対位置関係を計画軌道に復帰させるように修正軌道を生成する。
【００４７】
あるいは、脚式移動ロボット１００の左右の脚部など、全身の可動部のうち少なくとも一部を物理振動子として捉え、センサ出力などに基づいて得られる内部状態と外部環境に応じて物理振動子の位相を数学的に操作により発生させて、機体の大局的な安定性を実現するとともに、未知の外乱に適応的に対応することができる。
【００４８】
図３には、このロボット装置１００が具備する関節自由度構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボット装置１００は、２本の腕部と頭部１を含む上肢と、移動動作を実現する２本の脚部からなる下肢と、上肢と下肢とを連結する体幹部と、腰部で構成された、複数の肢を備えた構造体である。
【００４９】
頭部を支持する首関節（Ｎｅｃｋ）は、首関節ヨー軸１０１と、首関節ピッチ軸１０２Ａ、頭ピッチ軸１０２Ｂ、首関節ロール軸１０３という４自由度を有している。
【００５０】
また、各腕部は、その自由度として、肩（Ｓｈｏｕｌｄｅｒ）における肩関節ピッチ軸１０４と、肩関節ロール軸１０５と、上腕ヨー軸１０６、肘（Ｅｌｂｏｗ）における肘関節ピッチ軸１０７と、手首（Ｗｒｉｓｔ）における手首関節ヨー軸１０８と、手部とで構成される。手部は、実際には、複数本の指を含む多関節・多自由度構造体である。
【００５１】
また、体幹部（Ｔｒｕｎｋ）は、体幹ピッチ軸１０９と、体幹ロール軸１１０という２自由度を有する。
【００５２】
また、下肢を構成する各々の脚部は、股関節（Ｈｉｐ）における股関節ヨー軸１１１と、股関節ピッチ軸１１２と、股関節ロール軸１１３と、膝（Ｋｎｅｅ）における膝関節ピッチ軸１１４と、足首（Ａｎｋｌｅ）における足首関節ピッチ軸１１５と、足首関節ロール軸１１６と、足部とで構成される。
【００５３】
但し、ロボット装置１００が上述したすべての自由度を装備しなければならない訳でも、あるいはこれに限定される訳でもない。設計・製作上の制約条件や要求仕様などに応じて、自由度すなわち関節数を適宜増減することができることは言うまでもない。
【００５４】
上述したようなロボット装置１００が持つ各自由度は、実際には回転型アクチュエータを用いて実装され、これらの回転位置制御に基づいて運動制御を行なうようになっている。外観上で余分な膨らみを排してヒトの自然体形状に近似させること、２足歩行という不安定構造体に対して姿勢制御を行なうことなどの要請から、これら関節アクチュエータは小型且つ軽量であることが好ましい。
【００５５】
本実施形態では、ギア直結型で、且つサーボ制御系、電源系、並びにセンサ系の回路を搭載した制御基板をモータ・ユニットに内蔵したタイプの小型のＤＣブラシレス・モータ（ＡＣサーボ・モータ）を搭載することとした。モータ・ユニット内のセンサには、サーボ制御のための回転位置若しくは関節位置を検出する角度・位置センサ、姿勢安定制御（例えばＺＭＰ方程式のパラメータ取得）のための加速度センサやジャイロ・センサ、異常状態検出のためのトルク・センサや電流検出センサなどが含まれる。また、アクチュエータ・モータの直結ギアとして低減速ギアを採用することにより、人間との物理的インタラクションを重視するタイプのロボット１００に求められている駆動系自身の受動的特性を得ている。この種のＡＣサーボ・アクチュエータに関しては、例えば本出願人に既に譲渡されている特開２０００−２９９９７０号公報や特開２００４−１８１６１３号公報などに開示されている。
【００５６】
Ｂ．モータの構成
図４には、本発明の実施に供されるＤＣブラシレス・モータ１０の軸方向の断面構成を示している。
【００５７】
図示の通り、ＤＣブラシレス・モータ（若しくはＡＣサーボ・モータ）１０は、所定の回転軸を持った回転子１１の周囲に、例えば３相の固定子１２が円周方向に配設されている。回転子１１は、異なる磁極が交互に多極着磁されたメイン・マグネットからなる。一方、固定子１２側にコイルを配置して、各相コイルに所定の位相差を以って正弦波電流を供給して所望の正弦波磁束分布を形成することにより、回転子１１に対して回転トルクを印加することができる。これら回転子１１及び固定子１２は、略円筒形状の筐体に収容されて、単一のサーボ・アクチュエータ・ユニットを構成する。そして、回転子１１は、所定の回転軸回りに回転可能となるように支持されている。
【００５８】
本実施形態では、固定子１２は、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相からなる３相コイルで構成されており（後述）、各相へ１２０度ずつの位相差を以って交流電流を流して磁界を発生させることにより、回転子１１に対してトルクを起すことができる。また、各相へ供給する電流を制御することにより、回転子１１に付与する回転トルクを制御することができる。
【００５９】
なお、図４には図示しないが、ＤＣブラシレス・モータ１０の出力端には減速ギアが直結されている。例えば、直結ギアとして低減速ギアを採用することにより、人間との物理的インタラクションを重視するタイプのロボットに求められている駆動系自身の受動的特性を得ることができる。
【００６０】
本実施形態に係るＤＣブラシレス・モータ１０は、駆動回路１３Ａを同一筐体に内蔵した小型アクチュエータである。図４に示す例では、制御回路基板１３上には、所定パターンの印刷配線が敷設されているとともに、駆動回路１３Ａやその周辺回路チップが搭載されている。制御回路基板１３は、略円盤状に形設されている。制御回路基板１３の略中央には、回転子１１の回転シャフトを挿通させるための開口が穿設されている。
【００６１】
回転子１１の制御回路基板１３側の端面には、リング状の回転子センサ・マグネット１５が取り付けられている。このリング状の回転子センサ・マグネット１５の表面は着磁処理が施されている。このセンサ・マグネット１５の極の位置と極数は、回転子１１のメイン・マグネットと同じになっている。一方、制御回路基板１３に対向する回転子１１側の表面上には、図４に示すように２個の回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂが回転軸に対して９０度の位相差を以って配設されている。回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂは、磁極軸の原点位置に磁束密度の大きさを検出する素子（ホール素子）で構成される。
【００６２】
回転位置センサ１６Ａは、回転子センサ・マグネット１５が発する磁界に応じたホール・センサ信号ＳＩＮを出力し、回転位置センサ１６Ｂは同様にホール・センサ信号ＣＯＳを出力する。これらホール・センサ信号ＳＩＮ及びＣＯＳは、回転子１１における電気的な角度すなわち電気角を表しており、この電気角に基づいて外部（例えば中央コントローラ）からの位置指令に対するＤＣブラシレス・モータの回転駆動のフィードバック制御を行なうことができる。図５には、センサ・マグネット１５と回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂの位置関係を表している。同図に示すように、回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂは回転子１１の回転軸回りに９０度の位相差を以って配設されていることから、これらのセンサ出力信号はＳＩＮ及びＣＯＳとなり、これらセンサ出力に対し所定のレゾルバ演算を施すことにより、回転子１１の電気角を得ることができる。
【００６３】
例えば、本出願人に既に譲渡されている特開平９−３７５９０号公報には、異なる磁極が交互に多極着磁された回転子の駆動用マグネットと、モータの固定子に配置されて、マグネットに対面している駆動用のコイルと、モータの固定子に配置されて、固定子に対してモータが回転する際にマグネットの磁界の強さの変化を検出するホール素子などの複数のセンサとで構成されるサーボ・モータについて開示されている。そして、複数のセンサからえられるマグネットの磁界の強さの変化に対応する検出信号に基づいて、回転子の回転速度をサーボ制御するためのサーボ信号を生成することにより、モータの速度サーボを実現することができる。
【００６４】
上述したように、ＤＣブラシレス・モータは、回転軸に支持されたメイン・マグネットからなる回転子と、複数相のコイルを所定の位相差を以って配置してなる固定子で構成される。例えば、３相モータであれば、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相からなる各固定子コイルに所定の位相差を以って正弦波電流を流し、正弦波の磁束分布を発生させることによって、マグネットからなる回転子に回転トルクを与えることができる。
【００６５】
同期式のＤＣブラシレス・モータのコイルには、図６に示すような各コイルの一端を接続したスター型結線や、図７に示すような各コイルの両端をそれぞれ接続してなるデルタ型結線が適用される。スター型結線は高電圧の電源に適した結線であり、循環電流がないことからモータ出力電流を制御し易いという特徴がある。一方、デルタ型結線は低電圧の電源に適した結線で使用されている。一般に、永久磁石式ＡＣモータでは、高速回転時には永久磁石による高調波電流がコイル内でループ状に流れて効率が劣化するため、デルタ型結線はあまり使用されない。しかしながら、本実施形態では、デルタ型結線は合成抵抗値が少なく、低い電圧でトルク（モータ出力電流）が大きくなり、バッテリ駆動のロボット装置に有利であるなどの理由により、デルタ型結線を用いるものとする。
【００６６】
図８には、本実施形態に係るＤＣブラシレス・モータ１０の機能的構成を模式的に示している。図示のＤＣブラシレス・モータ１０は、回転子の位置情報を検出する位置検出センサ３１と、モータを駆動するためのモータ駆動回路３２と、実際のモータ３３、そしてモータ動作をコントロールするためのモータ制御装置３４で構成される。
【００６７】
位置検出センサ３１は、上述したように、回転子の端面に取り付けられたセンサ・マグネット１５と、センサ・マグネットに対向するホール素子１６Ａ及び１６Ｂで構成され、ホール・センサ信号出力ＳＩＮ及びＣＯＳに基づいて、回転子の電気角を検出することができる。
【００６８】
モータ制御回路３４は、図示しない中央制御部からの電流軸電流指令（又は位置指令）としての制御入力ｕに基づいて相変換を行なうことで、各相コイルＵ、Ｖ、Ｗへの電流指令ＩU、ＩV、ＩWを生成する。これらの電流指令は互いに１２０度（＝２π／３）ずつ位相差を持ち、下式で表される。但し、θerは回転子の電気角である。
【００６９】
【数１】
2006149041.tif 000003
【００７０】
さらにモータ制御装置３４は、これら電流指令ＩU、ＩV、ＩWに基づいて、モータ駆動回路内にて各相のコイル電流を制御するためのトランジスタＡ'、Ａ、Ｂ'、Ｂ、Ｃ'、ＣをＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式にてそれぞれスイッチング制御する。
【００７１】
図９には、モータ駆動回路３２の構成例を示している。図示のモータ駆動回路３２は、フルブリッジ構成であり、ｐｎｐ型のトランジスタＡ'とｎｐｎ型のトランジスタＡを順方向接続したＵ相磁束分布生成用の回路と、ｐｎｐ型のトランジスタＢ'とｎｐｎ型のトランジスタＢを順方向接続したＶ相磁束分布生成用の回路と、ｐｎｐ型のトランジスタＣ'とｎｐｎ型のトランジスタＣを順方向接続したＷ相磁束分布生成用の回路とが並列接続されている。そして、これら１対のトランジスタを順方向接続した回路の一方のｐｎｐ型トランジスタＡ'、Ｂ'、Ｃ'それぞれのエミッタをモータ駆動用の電源電圧ＶCに並列接続するとともに、他方のｎｐｎ型トランジスタＡ、Ｂ、ＣそれぞれのエミッタにグランドＧＮＤを並列接続している。さらに、トランジスタＡ'とＡの中間点とトランジスタＢ'とＢの中間点にコイルＵが接続され、トランジスタＢ'とＢの中間点とトランジスタＣ'とＣの中間点にコイルＶが接続され、トランジスタＣ'とＣの中間点とトランジスタＡ'とＡの中間点にコイルＷが接続されている。
【００７２】
トランジスタＡ'及びＢをオンにするとともに、トランジスタＡ及びＢ'をオフにすることによって、コイルＵには、図示の矢印方向の電流ＩUが流れる。次に、トランジスタＡ'及びＢをオフにすることによって、コイルＵはオープン状態となって、電流ＩUは流れなくなる。
【００７３】
同様に、トランジスタＢ'及びＣをオンにするとともに、トランジスタＢ及びＣ'をオフにすることによって、コイルＶには、図示の矢印方向の電流ＩVが流れる。次に、トランジスタＢ'及びＣをオフにすることによって、コイルＶはオープン状態となって、電流ＩVは流れなくなる。
【００７４】
また同様に、トランジスタＣ'及びＡをオンにするとともに、トランジスタＣ及びＡ'をオフにすることによって、コイルＷには、図示の矢印方向の電流ＩWが流れる。次に、トランジスタＣ'及びＡをオフにすることによって、コイルＷはオープン状態となって、電流ＩWは流れなくなる。
【００７５】
図１０及び図１１には、図９に示したモータ駆動回路３２における各トランジスタのスイッチングとスイッチング電流との関係を示している（図１０にはコイル端子電圧波形を、図１１にはコイル電流波形を、それぞれ示している）。ＰＷＭスイッチング信号により各トランジスタのオン／オフ動作させて各コイル電流ＩU、ＩV、ＩWの大きさを制御するようになっている。その最大電流は、パルス幅の最大量により決定される。また、電源電圧に接続されているトランジスタＵ’とグランドに接続されているトランジスタＵが同時にオンにならないように、図示しないデッド・バンドｔｄが確保される。トランジスタＢ’とＢ、トランジスタＣ’とＣにおいても同様にデッド・バンドが確保される。
【００７６】
ここで、モータ駆動時のＰＷＭ制御には、モータ・コイルがオープン状態になるタイミングが存在する。例えば、図１０中のハッチングされた領域部分において、各相のモータ・コイルＵ、Ｖ、Ｗがともにオープン状態になる。
【００７７】
再び図８に戻って、モータ制御装置３４について説明する。この制御装置は、例えばワンチップ・マイクロコンピュータなどを用いて構成され、内部に書き込まれたプログラム・コードによって動作を実現することができる。図示の例では、位置情報演算部、サーボ演算部、３相ＰＷＭ生成モジュール、進角制御モジュールなどで構成される。
【００７８】
ＤＣブラシレス・モータにおいては、通電相のコイルに通電を開始してから実際にトルクが発生するまでに、コイルのインダクタンス相当の遅れが生じるという問題がある。そこで、進角制御モジュールは、回転子を回転駆動するトルクを発生させるためには、回転子の回転位相に対し駆動電流位相を進めるための進角を電気的に与える。
【００７９】
モータ動作としては、まず位置検出センサからの情報を制御装置で取り込み、そのセンサ情報に基づいてモータの回転子の回転位置及び現在の角度情報を取得する。制御装置３４内のサーボ演算部では、その現在の角度情報と上位制御系（図示しない）からの位置指令情報に基づき、その時点で必要な回転方向情報と電流指令情報を作成する。
【００８０】
また、位置情報演算部から出てきた回転子位相角度情報に進角制御モジュールからの進角が加算され、電流位相角度情報として３相ＰＷＭ生成モジュールに入力される。３相ＰＷＭ生成モジュールは、先ほどの回転方向情報及び電流指令情報に基づいて、３相ＰＷＭ生成モジュールから、回転子の現在の回転位置に合った３相ＰＷＭ信号がモータ駆動回路へと出力され、モータが回転する。
【００８１】
このような仕組みを持つＤＣブラシレス・モータを脚式移動ロボットの関節駆動用アクチュエータとして適用した場合、跳躍や走行などの動作時に脚部に大きな着地衝撃が加わることを考慮して、逆転性（バックドライバビリティ）の高いギアと組み合わせられる（前述）。
【００８２】
ここで、跳躍や走行などの激しい動作をさせたときに、脚部に使用されているアクチュエータは、着地衝撃に抗する方向へのトルクを発生させようとするが、その着地衝撃力が大きく、着地衝撃力が吸収されるまでの間は、図１２に示すように、トルクの発生方向（本来回転すべき方向）とは逆向きにアクチュエータが回転させられる場合がある。
【００８３】
一般に、進角は、速度領域に応じて切り替えたり、固定値を使用したりといった運用形態がとられ、また、回転子の回転方向に対し正の方向に加算するのがほとんどである。このような場合、特に着地衝撃を受けた場合などの非常に高速に逆転させられるパターンにおいては、実際のロータ位置を検出してから、ＰＷＭ信号が出力されるまでのロータ位置変化量が多くなり、また本来と逆向きに回転してしまっているため、見かけ上大きな進角が掛けられているのと同等の状態になってしまう（図１７を参照のこと）。
【００８４】
図１３には、ＤＣブラシレス・モータにおける、進角とトルクとモータ消費電流の関係を示している。同図からも判るように、同じモータ電流であっても進角に応じて発生トルク量に差が生じ、進角が大きくなるに従ってトルクは減少していく。このため、回転子が本来とは逆向きに回転し、見かけ上大きな進角が掛けられた場合には、トルクが減少し、さらに非常に高速に動かされるような場合には、逆回転を助長させるようなトルクが発生してしまうことになる。また、図には示さないが、マイナス側に進角を大きくしていった場合も、同様に同じモータ電流であってもトルクは減少していく。
【００８５】
そこで、本実施形態では、着地衝撃により脚部に過大な外力が印加され、モータが本来動作したい方向とは逆方向に回転させられた場合であっても、モータ装置は、回転子の回転速度と回転方向に応じて、トルク減少が起きないように、進角制御による駆動電流位相の調整を行なうようにする。
【００８６】
具体的には、進角制御モジュールは、外力によりモータが逆回転させられるときには、進角の補正コントロールを逆回転方向に広げ、その進角を回転子の回転角度変化の大きさに応じて変更することによって、トルクの減少や逆回転の発生を防ぐ。回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、回転子の回転位相と駆動電流位相との位相差が小さくなるように逆回転方向の進角を設定するようにする。
【００８７】
図１６には、回転子が回転目標方向に対し逆回転しているときの進角コントロールが動作する様子を図解している。図１７に示した動作例では、外力の影響で回転方向が負に転じた場合には、見かけ上大きな進角を設定した状態となり、必要なトルクを発生できない、あるいは逆回転を助長してしまうような回転力が発生して脱調してしまう。これに対し、図１６に示す動作例では、回転子の実際の回転方向に合わせ、逆回転時には負方向の進角を設定することで、トルクの減少や脱調という状況を回避している。また、回転子の逆方向の回転速度が増大すると、進角を負方向に増大させるようにする。
【００８８】
また、回転子の回転速度にほぼ比例した逆回転方向の進角を設定するようにする。これにより、脚部などに過大な外力が加わった場合であっても、モータ装置は安定したトルクを発生することができるので、着地時などの脚式移動ロボットの姿勢安定制御が可能となる。
【００８９】
進角制御モジュールによる進角制御の手順を以下に示す。
【００９０】
手順１）進角制御モジュール内で、回転目標方向情報より回転目標方向を取得する。
手順２）この制御タイミングでの回転子の回転角度変化量を取得する。
手順３）回転目標方向と回転子の回転角度変化量を比較し、逆回転しているか正回転しているかを判定する。
手順４）回転子が逆回転している場合、さらに回転子の回転角度変化量があらかじめ設定された回転子の回転角度変化量閾値を超えているか否かを判定する。
手順５）閾値よりも回転子の回転角度変化量が大きい場合に、以下の逆回転時進角演算を行なう。
進角値 ＝回転子の回転角度変化量×ゲイン
手順６）上記条件にあてはまらない場合は、逆回転の状況になっていないことから、通常の正回転時進角設定値が進角値に設定される。
手順７）上記の手順５または手順６のどれかのパターンにより算出された進角が、進角制御モジュールから出力される。
【００９１】
進角制御モジュールは、回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときには、回転子の回転位相と駆動電流位相との位相差が小さくなるように逆回転方向の進角を設定するようにする。このため、回転子の回転速度にほぼ比例した逆回転方向の進角を設定するようにする。また、回転子が本来の回転方向に対し逆回転させられるときに、進角値を回転子の回転角度変化量にゲインを乗算した値に設定することで、ゲイン制御により発生トルクを制御することができる。
【００９２】
図１４には、進角制御モジュールによる進角制御の処理手順をフローチャートの形式で示している。
【００９３】
まず、進角制御モジュール内で、回転目標方向情報より回転目標方向を取得する（ステップＳ１）。
【００９４】
回転目標方向がプラス方向（例えばＣＷ方向）である場合、プラス方向用の角速度閾値を設定する（ステップＳ２）。
【００９５】
そして、所定の制御タイミングで回転子の回転角度変化量すなわち角速度を取得し、この角速度が先行ステップＳ２で設定された角速度閾値を下回るかどうかをチェックする（ステップＳ３）。
【００９６】
回転子の角速度が角速度閾値を下回っていない場合には、正転時における固定の進角値を設定する（ステップＳ４）。これに対し、回転子の角速度が角度閾値を下回っている場合には、回転子の回転角度変化量×ゲインという逆転時進角演算により求められた進角値を設定する（ステップＳ５）。
【００９７】
一方、回転目標方向がマイナス方向（例えばＣＣＷ方向）である場合、マイナス方向用の角速度閾値を設定する（ステップＳ６）。
【００９８】
そして、所定の制御タイミングで回転子の回転角度変化量すなわち角速度を取得し、この角速度が先行ステップＳ６で設定された角速度閾値を超えるかどうかをチェックする（ステップＳ７）。
【００９９】
回転子の角速度が角速度閾値を超えていない場合には、正転時における固定の進角値を設定する（ステップＳ８）。これに対し、回転子の角速度が角度閾値を超えている場合には、回転子の回転角度変化量×ゲインという逆転時進角演算により求められた進角値を設定する（ステップＳ９）。
【０１００】
図１５には、回転目標方向がプラス及びマイナスそれぞれの方向の場合における、進角設定変更条件を図解している。
【０１０１】
回転目標方向がプラス方向の場合、回転子の角速度が所定の進角制御動作角速度閾値以上の領域は固定的な進角を用いる通常動作領域として定義され、角速度がこの閾値を下回る領域は進角を動的にコントロールする進角制御領域として定義される。
【０１０２】
また、回転目標方向がマイナス方向の場合、回転子の角速度が所定の進角制御動作角速度閾値以下の領域は固定的な進角を用いる通常動作領域として定義され、角速度がこの閾値を超える領域は進角を動的にコントロールする進角制御領域として定義される。
【０１０３】
通常動作領域では、進角制御モジュールは、あらかじめ求められた最適な進角を固定的な進角値として出力する。最適な進角では、より小さなモータ電流でより高い回転速度を得ることができる。最大のモータ入力電流が与えられたときの最適な進角をすべてのモータ入力電流に対する固定の進角として決定することで、モータへの入力電流の変動に拘らず、モータ消費電流の増大を防ぐことができる。
【０１０４】
一方、進角制御領域では、回転子の回転位相と駆動電流位相との位相差が小さくなるように逆回転方向の進角を設定するようにする。このとき、回転子の回転速度にほぼ比例した逆回転方向の進角を設定する。また、逆転時進角演算により進角値を回転子の回転角度変化量にゲインを乗算した値に設定することで、ゲイン制御により発生トルクを制御することができる。
【０１０５】
アクチュエータは、ＣＷ方向、ＣＣＷ方向と回転方向が定義されるが、それぞれが本来回転する方向を正回転、逆を逆回転として定義することで、同一の進角コントロール・アルゴリズムを使用することができる。
【０１０６】
進角制御モジュールは、外力（撃力）がアクチュエータに加わり、回転目標方向に対して逆転させられたような場合、そのときの回転子の角速度に応じて、逆回転方向の角度にまで広げて進角コントロールを行なう。このようにして補正された進角値が、検出された回転子の位置情報に加算され、現在の動作状況に合致して必要なトルクを発生させることができる電流位相角度情報として、３相ＰＷＭ生成モジュールに供給される。そして、３相ＰＷＭ生成モジュールは、モータ駆動回路へと３相モータ駆動信号を供給し、安定したモータ駆動が実現される。
【０１０７】
また、上述した逆転時進角設定式（進角値＝回転子の角速度×ゲイン）におけるゲイン部分を、足底にある接地センサ（前述）により検出された着床時の着地衝撃力の量に基づいてコントロールするようにしてもよい。例えば、進角によって発生トルク量が変化させられることを利用して（図１３を参照のこと）、進角を大きくとることで発生トルクを低下させ、着地時の衝撃力を緩和することができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
【０１０９】
本明細書では、とりわけロボット装置の関節自由度を実現するためにアクチュエータに適用することを前提に、本発明に係るＤＣブラシレス・モータについて説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他のあらゆる機械装置の駆動用アクチュエータに適用することができる。
【０１１０】
要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】図１は、ロボット装置１００の外観構成を示した図である。
【図２】図２は、ロボット装置１００の外観構成を示した図である。
【図３】図３は、ロボット装置１００が具備する関節自由度構成を模式的に示した図である。
【図４】図４は、本発明の実施に供されるＤＣブラシレス・モータ１０の軸方向の断面構成を示した図である。
【図５】図５は、センサ・マグネット１５と回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂの位置関係を表した図である。
【図６】図６は、３相コイルのスター型結線構造を示した図である。
【図７】図７は、３相コイルのデルタ型結線構造を示した図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係るＤＣブラシレス・モータ１０の機能的構成を模式的に示した図である。
【図９】図９は、モータ駆動回路の構成例を示した図である。
【図１０】図１０は、図９に示したモータ駆動回路におけるコイル端子電圧波形を示した図である。
【図１１】図１１は、図９に示したモータ駆動回路におけるコイル端子電流波形を示した図である。
【図１２】図１２は、着地時の衝撃が脚部に加わる様子を示した図である。
【図１３】図１３は、ＤＣブラシレス・モータにおける、進角とトルクとモータ消費電流の関係を示した図である。
【図１４】図１４は、進角制御モジュールによる進角制御の処理手順を示したフローチャートである。
【図１５】図１５は、回転目標方向がプラス及びマイナスそれぞれの方向の場合における、進角設定変更条件を説明するための図である。
【図１６】図１６は、回転子が回転目標方向に対し逆回転しているときの進角コントロールが動作する様子を示した図である。
【図１７】図１７は、ＤＣブラシレス・モータにおける進角制御の動作例を示した図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０…ＤＣブラシレス・モータ
１１…回転子
１２…固定子
１３…制御回路基板
１５…回転子センサ・マグネット
１６…回転位置センサ
３１…位置検出センサ
３２…モータ駆動回路
３３…モータ
３４…モータ制御装置
１００…脚式移動ロボット
１０１…首関節ヨー軸
１０２Ａ…第１の首関節ピッチ軸
１０２Ｂ…第２の首関節（頭）ピッチ軸
１０３…首関節ロール軸
１０４…肩関節ピッチ軸
１０５…肩関節ロール軸
１０６…上腕ヨー軸
１０７…肘関節ピッチ軸
１０８…手首関節ヨー軸
１０９…体幹ピッチ軸
１１０…体幹ロール軸
１１１…股関節ヨー軸
１１２…股関節ピッチ軸
１１３…股関節ロール軸
１１４…膝関節ピッチ軸
１１５…足首関節ピッチ軸
１１６…足首関節ロール軸
【図１】
2006149041.tif 000004
【図２】
2006149041.tif 000005
【図３】
2006149041.tif 000006
【図４】
2006149041.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006149041.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
2006149041.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
2006149041.tif 000018
【図１６】
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【図１７】
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