(57)【要約】【課題】機械的動作の範囲に制約がある場合でも絶対位置を推定できる位置推定装置を得ること。【解決手段】位置推定装置１は、回転軸２ａを介してメカニカル機構３に接続されるモータ２を備える。位置推定装置１は、モータ２が静止しているときの回転軸２ａに発生する静止トルクを検出して、静止トルクを示す静止トルク情報を出力するトルク検出器１３と、静止トルク情報を利用して、回転軸２ａの回転方向における絶対位置を推定する位置推定部１１とを備える。【選択図】図１
2019188511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を介してメカニカル機構に接続されるモータと、
前記モータが静止しているときの前記回転軸に発生する静止トルクを検出して、前記静止トルクを示す静止トルク情報を出力するトルク検出器と、
前記静止トルク情報を利用して、前記回転軸の回転方向における原点位置から前記回転軸が一定角度回転した位置である絶対位置を推定する位置推定部と、
を備えることを特徴とする位置推定装置。
【請求項２】
前記位置推定部は、
前記静止トルク情報と、前記メカニカル機構を構成する複数の駆動部材のそれぞれの質量を示す情報と、前記複数の駆動部材のそれぞれの長さを示す情報とを利用して、前記絶対位置を推定することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項３】
ティーチングよって計測された複数の前記絶対位置を示す情報と複数の前記静止トルク情報とを対応付けて記憶する記憶部を備え、
前記位置推定部は、前記トルク検出器で前記静止トルクが検出されたとき、前記記憶部に記憶される前記静止トルク情報に対応する前記絶対位置を示す情報を読み出すことによって、前記絶対位置を推定することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項４】
前記位置推定部は、前記回転軸の回転範囲内に、値が同一の前記静止トルクが複数存在する場合、前記回転軸を回転させることによって前記絶対位置を推定することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項５】
前記メカニカル機構を構成する複数の駆動部材のそれぞれの動作前の位置から動作後の位置までの角度差又は回転量を検出する相対位置検出器を備え、
前記位置推定部は、前記角度差又は回転量に基づき前記回転軸を一定角度回転する前の前記静止トルク情報と、前記角度差又は回転量に基づき前記回転軸を一定角度回転した後の前記静止トルク情報とを利用して、前記絶対位置を推定することを特徴とする請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項６】
前記位置推定部は、前記静止トルク情報と、前記質量を示す情報と、前記長さを示す情報と、重力加速度を示す情報とを利用して、前記絶対位置を推定することを特徴とする請求項２に記載の位置推定装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の位置推定装置を備えたことを特徴とする機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸の回転方向における位置を推定する位置推定装置及び位置推定装置を備える機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、回転軸の回転方向における特定の位置を原点位置として、回転軸の絶対位置を推定する技術が開示されている。特許文献１に開示されるロボットハンドは、回転軸を備えるモータと、回転軸と一体的に回転する円盤部とを備える。円盤部には複数の原点スリットが形成されている。複数の原点スリットは、原点位置であることを示す信号を発生するための穴であり、円盤部の回転方向に互いに離れて形成される。
【０００３】
特許文献１に開示される技術では、例えば停電によって機械装置への電力供給が絶たれたことによって絶対位置が不定になった場合、回転軸が第１回転方向に回転することによって、複数の原点スリットの内、第１原点スリットが検出される。その後、第１回転方向とは逆側の第２回転方向に回転軸が回転することによって、第１原点スリットが検出されてから、第１原点スリット以外の第２原点スリットが検出されるまでの円盤部の回転量が計測され、計測された回転量に基づいて絶対位置が推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２０２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術では、絶対位置の推定時における円盤部の回転角度が大きいため、回転軸に接続されるロボット、リンク機構などのメカニカル機構の機械的動作を伴う。そのため、特許文献１に開示される技術は、機械的動作の範囲に制約が存在するメカニカル機構には適用できないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機械的動作の範囲に制約がある場合でも絶対位置を推定できる位置推定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の位置推定装置は、回転軸を介してメカニカル機構に接続されるモータを備える。位置推定装置は、モータが静止しているときの回転軸に発生する静止トルクを検出して、静止トルクを示す静止トルク情報を出力するトルク検出器と、静止トルク情報を利用して、回転軸の回転方向における原点位置から回転軸が一定角度回転した位置である絶対位置を推定する位置推定部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、機械的動作の範囲に制約がある場合でも絶対位置を推定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る位置推定装置を備える機械装置の構成を示す図
【図２】図１に示すメカニカル機構の構成図
【図３】図２に示す角度θ１と（５）式に示す関数ｆとの関係を示す図
【図４】本発明の実施の形態１の第１の変形例に係る機械装置の構成図
【図５】図４に示すメカニカル機構の構成図
【図６】関数ｆの値が零となるときの角度が図３に示す第１範囲と第２範囲との境界上の角度と一致している場合に、図１に示す回転軸の角度を推定する方法を説明するための図
【図７】本発明の実施の形態１の第２の変形例に係る機械装置が備えるメカニカル機構の構成図
【図８】本発明の実施の形態１の第３の変形例に係る機械装置が備えるメカニカル機構の構成図
【図９】図８に示す位置推定装置における角度推定動作を説明するためのフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態１の位置推定部及び記憶部を実現するハードウェア構成の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態に係る位置推定装置及び機械装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る位置推定装置を備える機械装置の構成を示す図である。図１に示す機械装置１００は、ＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）旋盤、レーザ加工機、放電加工機などの産業用工作機械である。
【００１２】
機械装置１００は、モータ駆動装置１０、メカニカル機構３及び位置推定装置１を備える。位置推定装置１は、モータ２、記憶部１２、位置推定部１１及びトルク検出器１３を備える。
【００１３】
モータ駆動装置１０には、速度指令、トルク指令及び位置指令が入力される。モータ駆動装置１０では、速度指令及びトルク指令に基づき、モータ２の回転速度及び回転トルクが制御される。
【００１４】
また、モータ駆動装置１０では、位置指令と、位置推定装置１から出力される絶対位置を示す情報１ａとに基づき、絶対位置を基準にしたモータ２の回転量が制御される。絶対位置は、回転軸２ａの回転方向における特定の位置を原点位置として、原点位置から回転軸２ａが一定角度回転した位置である。
【００１５】
モータ２は、モータ駆動装置１０によって、回転速度、回転トルク及び回転量が制御されるサーボモータである。
【００１６】
モータ２にはトルク検出器１３が設けられている。トルク検出器１３は、静止中の回転軸２ａに発生する静止トルクを検出して、静止トルクを示す静止トルク情報１３ａを出力する。なお、回転軸２ａに接続されるメカニカル機構３を静止させるためには、重力によるメカニカル機構３の自重、メカニカル機構３を構成する複数の部材間に作用する張力などの外的な力を打ち消す必要がある。このような外的な力を打ち消すためにモータ２の回転軸２ａに発生するトルクが、静止トルクである。
【００１７】
トルク検出器１３には、例えば、歪み式トルクセンサ、磁気式トルクセンサなどの公知のトルクセンサが利用される。トルク検出器１３が歪み式トルクセンサである場合、トルク検出器１３は、歪みゲージとトルク算出部とを備え、歪みゲージによって回転軸２ａの歪み量が検出され、トルク算出部は、検出された歪み量に対応するトルクを静止トルクとして算出する。なお、トルク検出器１３の種類は、歪み式トルクセンサ、磁気式トルクセンサなどに限定されず、疑似的なトルク検出器でもよい。疑似的なトルク検出器は、例えばサーボアンプに設けられるトルク検出機能により実現される。一般的にサーボアンプにはトルク検出機能が備わっているため、サーボアンプは、機械端に取り付けられるトルクセンサの代わりにトルク検出機能を利用して、サーボアンプがモータへ出力する電流の値から、トルクを計算することができる。
【００１８】
トルク検出器１３が磁気式トルクセンサである場合、トルク検出器１３は、回転軸２ａの外周面に形成された２つの磁気パターンと、２つの磁気パターンのそれぞれを検出する２つの磁気検出器と、トルク算出部とを備え、トルク算出部は、２つの磁気検出器のそれぞれで検出された磁気パターンの位相差から回転軸２ａのねじり量を検出し、検出したねじり量に対応するトルクを静止トルクとして算出する。
【００１９】
トルク検出器１３は、静止中の回転軸２ａに発生する静止トルクを検出できればよく、歪み式トルクセンサ及び磁気式トルクセンサに限定されない。
【００２０】
メカニカル機構３は、ロボット、リンク機構、クランク機構などである。
【００２１】
図２は図１に示すメカニカル機構の構成図である。図２には、メカニカル機構３の一例である往復スライダクランク機構が示される。
【００２２】
図２に示されるメカニカル機構３は、クランク３１と第１ヒンジピン３２とロッド３３と第２ヒンジピン３４とスライダ３５とを備える。
【００２３】
クランク３１の第１端部は、モータ２の回転軸２ａに接続される。クランク３１の第１端部とは逆側の第２端部は、第１ヒンジピン３２に接続される。
【００２４】
クランク３１の長さは、図２中にｌ１で示される。クランク３１の長さｌ１は、回転軸２ａの軸中心２ａ１から第１ヒンジピン３２の軸中心３２ａまでの距離に等しい。
【００２５】
第１ヒンジピン３２には、ロッド３３の第１端部が接続される。ロッド３３の第１端部とは逆側の第２端部は、第２ヒンジピン３４に接続される。
【００２６】
ロッド３３の長さは、図２中にｌ２で示される。ロッド３３の長さｌ２は、第１ヒンジピン３２の軸中心３２ａから、第２ヒンジピン３４の軸中心３４ａまでの距離に等しい。
【００２７】
第２ヒンジピン３４には、スライダ３５が接続される。図２に示されるメカニカル機構３では、クランク３１の回転運動が、スライダ３５の往復直線運動に変換される。スライダ３５が往復する方向は、図２中に矢印Ｚで示される方向である。図２では、方向Ｚは鉛直方向に等しい。なお、スライダ３５は、不図示のテーブルに移動可能に設置されているものとする。
【００２８】
クランク３１の回転方向は、図２中に矢印Ｒで示される方向である。方向Ｒは、回転軸２ａの回転方向に等しい。
【００２９】
なお、図２では、方向Ｚにおけるクランク３１に下側にスライダ３５が設けられているが、回転軸２ａに静止トルクが発生するようにスライダ３５が設けられていればよく、スライダ３５の位置は図示例に限定されるものではない。
【００３０】
方向Ｚとクランク３１が伸びる方向とが成す角度は、図２中にθ１で示される。クランク３１が伸びる方向は、回転軸２ａの軸中心２ａ１から第１ヒンジピン３２の軸中心３２ａに向かう方向に等しい。
【００３１】
方向Ｚとロッド３３が伸びる方向とが成す角度は、図２中にθ２で示される。ロッド３３が伸びる方向は、第１ヒンジピン３２の軸中心３２ａから第２ヒンジピン３４の軸中心３４ａに向かう方向に等しい。
【００３２】
モータ２の回転軸２ａの鉛直方向の高さは、図２中にｈ０で示される。高さｈ０は、例えば図１に示す機械装置１００が設置される床面Ｆから、モータ２の回転軸２ａまでの鉛直方向の距離である。
【００３３】
スライダ３５の上側端面の高さは、図２中にｈ１で示される。高さｈ１は、例えば図１に示す機械装置１００が設置される床面Ｆから、モータ２の回転軸２ａまでの鉛直方向の距離である。
【００３４】
次に図１に示す位置推定装置１の構成について説明する。
【００３５】
記憶部１２には、スライダ３５の質量ｍを示す情報と、クランク３１の長さｌ１を示す情報と、ロッド３３の長さｌ２を示す情報とが記憶される。
【００３６】
位置推定部１１には、記憶部１２に記憶される情報と、静止トルク情報１３ａとが入力される。以下では、位置推定部１１の動作について説明する。
【００３７】
運動方程式とトルクτとの間には、下記（１）式の関係が成り立つ。物体が静止している場合、下記（１）式の左辺の第一項である時間微分項は零になる。ｑは一般化座標であり、Ｌはラグランジアンである。
【００３８】
【数１】
2019188511.tif 000003
【００３９】
運動エネルギーは、物体が存在する位置により変化するため、上記（１）式のラグランジアンＬを、一般化座標ｑにおけるポテンシャルＵに置き換えた場合、運動方程式とトルクτとの間には下記（２）式の関係が成り立つ。
【００４０】
【数２】
2019188511.tif 000004
【００４１】
物体の質量をｍとした場合、スライダ３５の位置エネルギーＵは下記（３）式より求めることができる。
【００４２】
【数３】
2019188511.tif 000005
【００４３】
上記（１）式に示される運動方程式とトルクτとを、上記（２）式に組み合わせることにより、下記（４）式を求めることができる。
【００４４】
【数４】
2019188511.tif 000006
【００４５】
上記（４）式を用いて、モータ２に発生するトルクτと角度θ１との関係を示す関数ｆを定義すると、関数ｆは下記（５）式のように表すことができる。
【００４６】
【数５】
2019188511.tif 000007
【００４７】
図３は図２に示す角度θ１と上記（５）式に示す関数ｆとの関係を示す図である。図３において、実線で示される関数ｆの値は、上記（５）式に、クランク３１の長さｌ１と、ロッド３３の長さｌ２と、スライダ３５の質量ｍと、重力加速度ｇとを導入して算出されたものである。なお、本実施の形態では、説明を簡単化するため、クランク３１及びロッド３３のそれぞれの質量を零とみなして、関数ｆの値が算出される。
【００４８】
図３に示すように関数ｆの値は、角度θ１により変化する。関数ｆの値が増加から減少に変化する変化点ａにおける角度θ１１は、例えば、回転軸２ａの真上に第１ヒンジピン３２が存在しているときの角度である。関数ｆの値が減少から増加に変化する変化点ｂにおける角度θ１２は、例えば、回転軸２ａの真下に第１ヒンジピン３２が存在しているときの角度である。
【００４９】
図３に示される角度θ１３は、角度θ１１から角度θ１２までの範囲である第１範囲Ａにおいて、関数ｆの値が零となる回転角である。
【００５０】
静止トルク情報１３ａを受信した位置推定部１１は、上記（５）式のトルクτの値に、静止トルクの値を導入し、さらに関数ｆの値に零を導入する。これにより位置推定部１１は、静止中の回転軸２ａの角度θ１３を算出する。算出された回転軸２ａの角度θ１３は、回転軸２ａの回転方向における絶対位置を表す。なお、図２に示す角度θ２は、角度θ１３を利用して三角関数により求めることができる。
【００５１】
図４は本発明の実施の形態１の第１の変形例に係る機械装置の構成図である。図４に示す機械装置１００Ａは、位置推定装置１に代えて位置推定装置１Ａを備える。位置推定装置１Ａは、モータ２、位置推定部１１、記憶部１２及びトルク検出器１３に加えて、象限センサ２０を備える。
【００５２】
図５は図４に示すメカニカル機構の構成図である。図５に示すように象限センサ２０は回転軸２ａの近くに設けられる。象限センサ２０は、例えば回転軸２ａの外周面に設けられる磁石から発生する磁界を検出することによって、回転軸２ａの回転方向の位置を検出するセンサである。
【００５３】
具体的には、象限センサ２０は、図３に示す第１範囲Ａ内で磁界を検出しているときには、Ｈｉｇｈレベルの電気信号を出力し、第２範囲Ｂ内で磁界を検出していないときにはＬｏｗレベルの電気信号を出力する。第２範囲Ｂは、第１範囲Ａ以外の範囲である。Ｈｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルの２値の電位を取る電気信号は、象限検出信号２０ａとして、位置推定部１１に入力される。
【００５４】
象限検出信号２０ａを受信した位置推定部１１は、象限検出信号２０ａの状態に基づき、関数ｆの値が零のときにおける回転軸２ａの角度θ１３が、第１範囲Ａ内の角度であると判断する。
【００５５】
このように、位置推定装置１Ａの位置推定部１１は、関数ｆの値が零のときにおける回転軸２ａの角度θ１３が、第１範囲Ａ内の角度であるか、第２範囲Ｂ内の角度であるかを判断することができる。
【００５６】
なお、ここまでは回転軸２ａを回転させずに角度θ１を推定する構成例について説明したが、位置推定装置１は、以下のように構成してもよい。図６は関数ｆの値が零となるときの角度が図３に示す第１範囲と第２範囲との境界上の角度と一致している場合に、図１に示す回転軸の角度を推定する方法を説明するための図である。
【００５７】
図６に示すように、第１範囲Ｃと第２範囲Ｄとの境界は２つ存在する。第１範囲Ｃは、関数ｆの値が正から負に変化する変化点ｃから、関数ｆの値が負から正に変化する変化点ｄまでの範囲である。第２範囲Ｄは、第１範囲Ｃ以外の範囲である。
【００５８】
従って、関数ｆの値が零となる角度には、変化点ｃに対応する角度と、変化点ｄに対応する角度とが存在する。このように、第１範囲Ｃと第２範囲Ｄとの境界上に、関数ｆの値が零となる角度が２つ存在する場合、推定された角度が第１範囲Ｃ内の角度であるか、第２範囲Ｄ内の角度であるかを判別することができない。
【００５９】
そこで、位置推定装置１は、回転軸２ａをΔθ回転させるため、Δθに相当する位置指令をモータ駆動装置１０に送信する。Δθは機械角で例えば数度である。位置指令を受信したモータ駆動装置１０は、Δθに相当する角度分、回転軸２ａを回転させるようにモータ２を制御する。
【００６０】
位置推定装置１は、回転軸２ａがΔθ回転する前の関数ｆの値と、回転軸２ａがΔθ回転した後の関数ｆの値との差分を求め、この差分と回転軸２ａの回転方向とに基づいて、回転軸２ａがΔθ回転した後の角度θ１３’を推定することができる。これにより、第１範囲Ｃにおける角度θ１３’であることを判別できる。
【００６１】
図７は本発明の実施の形態１の第２の変形例に係る機械装置が備えるメカニカル機構の構成図である。図７に示されるメカニカル機構３Ａは、２軸リンクロボットである。
【００６２】
メカニカル機構３Ａは、第１駆動部２１と、第２駆動部２２と、一端が第１駆動部２１に接続され他端が第２駆動部２２に接続される第１ロボットアーム２３と、一端が第２駆動部２２に接続される第２ロボットアーム２４とを備える。第１駆動部２１及び第２駆動部２２は、モータ２の回転軸２ａ、波動歯車装置などである。
【００６３】
方向Ｚと第１ロボットアーム２３が伸びる方向とが成す角度は、図７中にθ１で示される。第１ロボットアーム２３が伸びる方向は、第１駆動部２１の軸中心２１ａから第２駆動部２２の軸中心２２ａに向かう方向に等しい。
【００６４】
方向Ｚと第２ロボットアーム２４が伸びる方向とが成す角度は、図７中にθ２で示される。第２ロボットアーム２４が伸びる方向は、第２駆動部２２の軸中心２２ａから第２ロボットアーム２４の他端に向かう方向に等しい。
【００６５】
第１駆動部２１にはトルク検出器２１ｂが設けられている。トルク検出器２１ｂは、静止中の第１駆動部２１に発生する静止トルクを検出して、静止トルクを示すトルク情報を出力する。
【００６６】
第２駆動部２２にはトルク検出器２２ｂが設けられている。トルク検出器２２ｂは、静止中の第２駆動部２２に発生する静止トルクを検出して、静止トルクを示すトルク情報を出力する。
【００６７】
図７中のｌ１は第１ロボットアーム２３の長さを表し、図７中のｍ１は第１ロボットアーム２３の質量を表す。図７中のｌ２は第２ロボットアーム２４の長さを表し、図７中のｍ２は第２ロボットアーム２４の質量を表す。
【００６８】
なお、第１駆動部２１の半径の幅は、第１ロボットアーム２３の長さに含まれるものとする。同様に、第２駆動部２２の半径の幅は、第２ロボットアーム２４の長さに含まれるものとする。また、第１駆動部２１の質量は、第１ロボットアーム２３の質量に含まれるものとする。同様に、第２駆動部２２の質量は、第２ロボットアーム２４の質量に含まれるものとする。
【００６９】
メカニカル機構３Ａが用いられる場合、記憶部１２には、第１ロボットアーム２３の質量ｍ１を示す情報と、第２ロボットアーム２４の質量ｍ２を示す情報と、第１ロボットアーム２３の長さｌ１を示す情報と、第２ロボットアーム２４の長さｌ２を示す情報とが記憶される。
【００７０】
なお、図７において、ｈ１は、方向Ｚにおける第１ロボットアーム２３の重心の高さを表し、ｈ２は、方向Ｚにおける第２ロボットアーム２４の重心の高さを表す。
【００７１】
メカニカル機構３Ａのような２軸のリンクロボットにおける位置エネルギーＵは下記（６）式より求めることができる。
【００７２】
【数６】
2019188511.tif 000008
【００７３】
上記（１）式に示される運動方程式とトルクτとを、上記（６）式に組み合わせることにより、下記（７）式及び（８）式の連立方程式を得ることができる。
【００７４】
【数７】
2019188511.tif 000009
【００７５】
【数８】
2019188511.tif 000010
【００７６】
上記（７）式及び（８）式のそれぞれを、角度及びトルクの関係式に展開すると、下記（９）式及び（１０）式の関係式を得ることができる。
【００７７】
【数９】
2019188511.tif 000011
【００７８】
【数１０】
2019188511.tif 000012
【００７９】
位置推定部１１は、トルク検出器２１ｂで検出される静止トルクの値と、トルク検出器２２ｂで検出される静止トルクの値とを上記（９）式に導入する。さらに位置推定部１１は、記憶部１２に記憶される質量ｍ１、質量ｍ２及び長さｌ１の値を上記（９）式に導入する。
【００８０】
これにより位置推定部１１は、静止中の第１駆動部２１の角度θ１を算出する。算出された角度θ１は、第１駆動部２１の回転方向における絶対位置を表す。
【００８１】
また、位置推定部１１は、算出された角度θ１を上記（１０）式に導入して、静止中の第２駆動部２２の角度θ２を算出する。算出された角度θ２は、第２駆動部２２の回転方向における絶対位置を表す。
【００８２】
なお、本実施の形態では、検出された静止トルクに対応する角度を求めるための計算式が利用されているが、位置推定装置１,１Ａは、以下のように構成してもよい。ティーチングよって、複数の絶対位置を示す情報と、複数の静止トルクを示す情報とが計測され、計測された複数の絶対位置を示す情報と複数の静止トルクを示す情報とが対応付けられて、記憶部１２に記憶される。そして、位置推定装置１,１Ａの位置推定部１１は、トルク検出器で静止トルクが検出されたとき、記憶部に記憶される静止トルク情報に対応する絶対位置を示す情報を読み出すことによって、絶対位置を推定するように構成してもよい。これにより、上記の各式を利用することなく絶対位置を推定できるため、位置推定部１１の処理負荷を軽減でき、位置推定部１１を構成する回路での消費電力の増加を抑制できる。
【００８３】
また、本実施の形態では、メカニカル機構３にクランク機構と２軸リンクロボットとが利用されているが、メカニカル機構３は、静止トルクが回転位置に応じて変化するものであればよく、クランク機構及び２軸リンクロボットに限定されない。
【００８４】
図８は本発明の実施の形態１の第３の変形例に係る機械装置が備えるメカニカル機構の構成図である。図８に示す機械装置１００Ｂは、位置推定装置１に代えて位置推定装置１Ｂを備える。位置推定装置１Ｂは、モータ２、位置推定部１１、記憶部１２及びトルク検出器１３に加えて、メカニカル機構を構成する複数の駆動部材のそれぞれの動作前の位置から動作後の位置までの角度差又は回転量を検出する相対位置検出器４０を備える。複数の駆動部材のそれぞれの動作前の位置は、例えば図６に示す変化点ｃ又は変化点ｄに相当する。複数の駆動部材のそれぞれの動作前の位置は、回転軸２ａが回転する前の静止トルク情報から導かれる絶対位置に等しい。例えば、回転軸と一体的に回転する円盤部にスリットが形成され、このスリットを挟むように配置される発光部と受光部とが配置されている場合、回転軸が回転したとき、発光部から発せられた光の受光部への入力の有無により、受光部では、光の有無に応じて値が変化する信号へ変換される。相対位置検出器４０は、受光部から出力されるこの信号に基づき、複数の駆動部材のそれぞれの、角度差又は回転量を検出する。
【００８５】
図８に示す位置推定装置１Ｂは、関数ｆの値が同一の角度が複数存在する場合に、相対位置検出器４０を用いて、１つの角度を推定するように構成されている。
【００８６】
図９は図８に示す位置推定装置における角度推定動作を説明するためのフローチャートである。位置推定装置１Ｂは、まずトルク検出器１３から出力される静止トルク情報１３ａを取得し、静止トルクと角度の関係が成立する点の候補を全て抽出する（ステップＳ１）。
【００８７】
候補が２点以上ある場合（ステップＳ２,Ｙｅｓ）、回転軸２ａを回転させるため、位置推定部１１はモータ駆動装置１０に対して駆動指令を出力する。位置推定部１１は、回転軸２ａを回転したことによって角度が変化した後の計算上の静止トルクが、全候補の２点以上の候補を識別できる最小の回転角度を求める（ステップＳ３）。例えば、図６に示されるように、回転軸２ａがΔθ回転した後の静止トルクが、点ｃと点ｄとでそれぞれ異なる回転角度が求められる。Δθ分の回転量は、例えば、図６に示される変化点ｃと変化点ｄ点とのそれぞれにおける回転角度を容易に判別できるような、余裕を含めた回転量に設定される。
【００８８】
位置推定部１１は、ステップＳ３で求めた回転角度の分、回転軸２ａを回転させるため、モータ駆動装置１０に対して駆動指令を出力する（ステップＳ４）。
【００８９】
位置推定部１１は、ステップＳ４で回転された回転軸２ａが静止したときのトルクを取得して、取得した現在の静止トルクの中から候補を絞る（ステップＳ５）。
【００９０】
候補が２未満となるまで、ステップＳ２からＳ５までの処理が繰り返され、ステップＳ２において、候補が２未満である場合（ステップＳ２,Ｎｏ）、位置推定部１１は角度推定処理を終了する。例えば、相対位置検出器４０を用いた場合、現在の位置を基準とした角度差又は回転量を検出することができるため、位置推定部１１は、相対位置検出器４０で検出される角度差又は回転量に基づき、回転軸２ａをΔθ分回転させることができる。そして、位置推定部１１は、回転軸２ａを実際にΔθ分回転させた後に取得された静止トルクの値と、図６に示される変化点ｃと変化点ｄ点とのそれぞれで計算された、回転後の静止トルクの値とが比較される。これにより、例えば図６に示される変化点ｃを、回転軸２ａが回転する前の絶対位置として導くことができる。このように、Δθ分、回転軸２ａを実際に回転させることにより、複数の絶対位置の復元候補が絞り込まれる。
【００９１】
なお、本実施の形態では相対位置検出器４０を用いた場合の動作例について説明したが、相対位置検出器４０を用いない場合でも、複数の絶対位置の復元候補を絞り込むことが可能である。相対位置検出器４０を用いない場合、例えば、位置推定部１１は、回転軸２ａを、全候補の２点以上の候補を識別できる程度の微小回転角度で回転させる。そして、位置推定部１１は、回転軸２ａを実際に、微小回転角度分回転させた後に取得された静止トルクの値と、図６に示される変化点ｃと変化点ｄ点とのそれぞれで計算された、回転後の静止トルクの値とが比較される。これにより、例えば図６に示される変化点ｃを、回転軸２ａが回転する前の絶対位置として導くことができる。このように、微小回転角度、回転軸２ａを実際に回転させることにより、複数の絶対位置の復元候補が絞り込まれる。
【００９２】
図１０は本発明の実施の形態１の位置推定部及び記憶部を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。位置推定部１１及び記憶部１２は、プロセッサ４００及びメモリ４０１により実現される。
【００９３】
プロセッサ４００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう）、又はシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）である。メモリ４０１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）といった半導体メモリが該当する。半導体メモリは不揮発性メモリでもよいし揮発性メモリでもよい。またメモリ４０１は、半導体メモリ以外にも、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）でもよい。
【００９４】
位置推定部１１の処理を実行するためのプログラムをメモリ４０１に格納しておき、メモリ４０１に格納されているプログラムをプロセッサ４００が読み出して実行することにより、位置推定部１１の機能が実現される。
【００９５】
以上に説明したように本実施の形態に係る位置推定装置１，１Ａ，１Ｂでは、メカニカル機構に接続されるモータが静止しているときの回転軸に発生する静止トルクを示す静止トルク情報を利用して、回転軸の回転方向における絶対位置を推定することができる。これにより、機械的動作の範囲に制約が存在するメカニカル機構が機械装置に利用される場合でも、回転軸を回転させることなく絶対位置を推定できる。従って、絶対位置の推定動作時にメカニカル機構が、機械装置１００，１００Ａの周辺機器に接触することを防止できる。
【００９６】
また、本実施の形態に係る位置推定装置１，１Ａ，１Ｂの位置推定部１１は、静止トルク情報と、メカニカル機構を構成する複数の駆動部材のそれぞれの質量を示す情報と、複数の駆動部材のそれぞれが設けられる長さを示す情報とを利用して、絶対位置を推定することができる。これにより、予め複数の絶対位置を示す情報と複数の静止トルクを示す情報とを計測する作業が不要になり、絶対位置の推定に伴う作業を軽減することができる。
【００９７】
また、本実施の形態に係る位置推定装置１，１Ａ，１Ｂの位置推定部１１は、静止トルク情報と、質量を示す情報と、長さを示す情報と、重力加速度を示す情報とを利用して、絶対位置を推定することができる。従って、静止トルク情報と、質量を示す情報と、長さを示す情報とが予め分かれば、重力加速度が作用する様々なメカニカル機構３における回転方向の絶対位置を推定可能である。
【００９８】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１，１Ａ，１Ｂ  位置推定装置、１ａ  絶対位置を示す情報、２  モータ、２ａ  回転軸、２ａ１，２１ａ，２２ａ，３２ａ，３４ａ  軸中心、３，３Ａ  メカニカル機構、１０  モータ駆動装置、１１  位置推定部、１２  記憶部、１３，２１ｂ，２２ｂ  トルク検出器、１３ａ  静止トルク情報、２０  象限センサ、２０ａ  象限検出信号、２１  第１駆動部、２２  第２駆動部、２３  第１ロボットアーム、２４  第２ロボットアーム、３１  クランク、３２  第１ヒンジピン、３３  ロッド、３４  第２ヒンジピン、３５  スライダ、４０  相対位置検出器、１００，１００Ａ，１００Ｂ  機械装置、４００  プロセッサ、４０１  メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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