(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知モジュールによりモータモジュールの実際の速度および実際の角度を感知するステップと、
前記実際の角度、設定角度、および設定速度に基づいて、速度計算回路により速度曲線を計算するステップと、
速度調整回路により調整速度を前記速度曲線上に維持するステップと、
前記モータモジュールがイベントに反応して前記実際の速度が変化した時、前記速度調整回路により前記調整速度と前記実際の速度とを比較して速度誤差を取得し、
前記速度誤差が設定誤差より大きい場合には、前記実際の速度と前記設定誤差とに対して加算演算または減算演算を行って更新速度を取得し、前記更新速度を前記調整速度として使用し、前記速度誤差が前記設定誤差よりも大きくない場合には、前記調整速度を変更しないで、前記調整速度を前記実際の速度に追従させるステップと、
電流制御回路により前記制御信号を電流に変換して、前記モータモジュールを駆動し、それにより、前記実際の速度を前記調整速度で維持するステップと、
を含み、前記イベントが終了した時、前記速度調整回路により前記調整速度と前記実際の速度を再び前記速度曲線上に維持するモータ制御方法。
【請求項２】
前記設定速度が、前記モータモジュールを設定するために用いる加速度および速度制限を含み、前記速度曲線が、座標システム上の台形曲線であり、前記速度曲線の最高速度が、前記速度制限であり、前記速度曲線の上昇傾斜または下降傾斜が、前記加速度であり、前記速度曲線と前記座標システムによって囲まれた領域が、前記設定角度である請求項１に記載のモータ制御方法。
【請求項３】
前記速度調整回路により前記調整速度を前記速度曲線上に維持する前記ステップが、
前記加速度に基づいて、前記調整速度を徐々に増やす、または減らすことにより、前記調整速度を前記速度曲線に近付けて、前記速度曲線上に維持するステップを含む請求項２に記載のモータ制御方法。
【請求項４】
前記モータモジュールが前記イベントに反応して前記実際の速度がゼロまで減少した時、前記調整速度が、前記設定誤差で維持され、前記設定誤差がゼロではない請求項３に記載のモータ制御方法。
【請求項５】
前記感知モジュールにより前記モータモジュールの実際の電流を感知するステップと、
前記モータモジュールが前記イベントに反応して前記実際の速度が減少し、前記実際の電流が制限電流値まで増加した時、前記制限電流値に基づいて、前記フィードバック制御回路により前記フィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、前記制御信号を飽和状態にして、前記実際の電流を前記制限電流値で維持するステップと、
をさらに含む請求項１に記載のモータ制御方法。
【請求項６】
前記フィードバック制御回路を比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラとして使用し、前記少なくとも１つの設定パラメータが、比例ゲインパラメータ、積分ゲインパラメータ、および微分ゲインパラメータを含む請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項７】
前記イベントが終了した後、前記フィードバック制御回路により前記少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、前記実際の電流を減らすとともに、前記実際の速度を増やして、前記調整速度で維持するステップをさらに含む請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項８】
前記制御信号を前記飽和状態にして前記実際の電流を前記制限電流値で維持した時、前記速度調整回路により前記調整速度を前記実際の速度に追従するよう変更することにより、前記制御信号を前記飽和状態から脱出させて、前記実際の電流を減らすステップをさらに含む請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項９】
感知モジュールによりモータモジュールの実際の速度および実際の電流を感知するステップと、
速度調整回路により調整速度を設定速度で、または速度曲線上に維持するステップと、
前記モータモジュールがイベントに反応して前記実際の速度が変化した時、前記速度調整回路により前記調整速度と前記実際の速度とを比較して速度誤差を取得し、
前記速度誤差が設定誤差より大きい場合には、前記実際の速度と前記設定誤差とに対して加算演算または減算演算を行って更新速度を取得し、前記更新速度を前記調整速度として使用し、前記速度誤差が前記設定誤差よりも大きくない場合には、前記調整速度を変更しないで、前記調整速度を前記実際の速度に追従させるステップと、
前記調整速度と前記実際の速度との間の速度差に基づいて、フィードバック制御回路により制御信号を計算するステップと、
電流制御回路により前記制御信号を電流に変換して、前記モータモジュールを駆動し、それにより、前記実際の速度を前記調整速度で維持するステップと、
前記モータモジュールがイベントに反応して前記実際の速度が減少し、前記実際の電流が制限電流値まで増加した時、前記制限電流値に基づいて、前記フィードバック制御回路により前記フィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、前記制御信号を飽和状態にして、前記実際の電流を前記制限電流値で維持するステップと、
を含むモータ制御方法。
【請求項１０】
前記フィードバック制御回路を比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラとして使用し、前記少なくとも１つの設定パラメータが、比例ゲインパラメータ、積分ゲインパラメータ、および微分ゲインパラメータを含む請求項９に記載のモータ制御方法。
【請求項１１】
前記イベントが終了した後、前記フィードバック制御回路により前記少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、前記実際の電流を減らすとともに、前記実際の速度を増やして、前記調整速度で維持するステップをさらに含む請求項９に記載のモータ制御方法。
【請求項１２】
前記制御信号を前記飽和状態にして前記実際の電流を前記制限電流値で維持した時、前記速度調整回路により前記調整速度を前記実際の速度に追従するよう変更することにより、前記制御信号を前記飽和状態から脱出させて、前記実際の電流を減らすステップをさらに含む請求項９に記載のモータ制御方法。
【請求項１３】
モータモジュールと、
前記モータモジュールの実際の速度と実際の角度を感知するよう構成された感知モジュールと、
前記感知モジュールに結合され、前記実際の角度、設定角度、および設定速度に基づいて速度曲線を計算するよう構成された速度計算回路と、
前記速度計算回路に結合され、前記速度曲線を受信するとともに、調整速度を前記速度曲線上に維持するよう構成された速度調整回路と、
前記速度調整回路および前記感知モジュールに結合され、前記調整速度と前記実際の速度との間の速度差に基づいて制御信号を生成するよう構成されたフィードバック制御回路と、
前記フィードバック制御回路および前記モータモジュールに結合され、前記制御信号を電流に変換して、前記モータモジュールを駆動することにより、前記実際の速度を前記調整速度で維持するよう構成された電流制御回路と、
を含み、前記モータモジュールがイベントに反応して前記実際の速度が変化した時、
前記モータモジュールが前記イベントに反応して前記実際の速度が変化した時、前記速度調整回路が、前記調整速度と前記実際の速度とを比較して、速度誤差を取得し、
前記速度調整回路が、前記速度誤差が設定誤差よりも大きいかどうか判断し、前記速度誤差が前記設定誤差よりも大きい場合、前記実際の速度と前記設定誤差に対して加算演算または減算演算を行って更新速度を取得し、前記更新速度を前記調整速度として使用し、前記速度誤差が前記設定誤差よりも大きくない場合、前記調整速度を変更しないで前記調整速度を前記実際の速度に追従させ、
前記イベントが終了した時、前記速度調整回路が、前記調整速度および前記実際の速度を再び前記速度曲線上に維持するモータ装置。
【請求項１４】
前記設定速度が、前記モータモジュールを設定するために用いる加速度および速度制限を含み、前記速度曲線が、座標システム上の台形曲線であり、前記速度曲線の最高速度が、前記速度制限であり、前記速度曲線の上昇傾斜または下降傾斜が、前記加速度であり、前記速度曲線と前記座標システムによって囲まれた領域が、前記設定角度である請求項１３に記載のモータ装置。
【請求項１５】
前記速度調整回路が、前記加速度に基づいて、前記調整速度を徐々に増やす、または減らすことにより、前記調整速度を前記速度曲線に近付けて、前記速度曲線上に維持する請求項１４に記載のモータ装置。
【請求項１６】
前記感知モジュールが、さらに、前記モータモジュールの実際の電流を感知するよう構成され、
前記モータモジュールが前記イベントに反応して前記実際の速度が減少し、前記実際の電流が制限電流値まで増加した時、前記フィードバック制御回路が、前記制限電流値に基づいて前記フィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、前記制御信号を飽和状態にして、前記実際の電流を前記制限電流値で維持する請求項１３に記載のモータ装置。
【請求項１７】
モータモジュールと、
前記モータモジュールの実際の速度と実際の電流を感知するよう構成された感知モジュールと、
調整速度を設定速度で、または速度曲線上に維持するよう構成された速度調整回路と、
前記速度調整回路および前記感知モジュールに結合され、前記調整速度と前記実際の速度との間の速度差に基づいて制御信号を生成するよう構成されたフィードバック制御回路と、
前記フィードバック制御回路および前記モータモジュールに結合されるとともに、前記制御信号を電流に変換して、前記モータモジュールを駆動することにより、前記実際の速度を前記調整速度で維持するよう構成された電流制御回路と、
を含み、前記モータモジュールがイベントに反応して前記実際の速度が減少した時、
前記モータモジュールが前記イベントに反応して前記実際の速度が変化した時、前記速度調整回路が、前記調整速度と前記実際の速度とを比較して、速度誤差を取得し、
前記速度調整回路が、前記速度誤差が設定誤差よりも大きいかどうか判断し、前記速度誤差が前記設定誤差よりも大きい場合、前記実際の速度と前記設定誤差に対して加算演算または減算演算を行って更新速度を取得し、前記更新速度を前記調整速度として使用し、前記速度誤差が前記設定誤差よりも大きくない場合、前記調整速度を変更しないで前記調整速度を前記実際の速度に追従させ、
前記実際の電流が制限電流値まで増加した時、前記フィードバック制御回路が、前記制限電流値に基づいて前記フィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、前記制御信号を飽和状態にして、前記実際の電流を前記制限電流値で維持するモータ装置。
【請求項１８】
前記フィードバック制御回路を比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラとして使用し、前記少なくとも１つの設定パラメータが、比例ゲインパラメータ、積分ゲインパラメータ、および微分ゲインパラメータを含む請求項１７に記載のモータ装置。
【請求項１９】
前記イベントが終了した後、前記フィードバック制御回路が、前記少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、前記実際の電流を減らすとともに、前記実際の速度を増やして、前記調整速度で維持する請求項１７に記載のモータ装置。
【請求項２０】
前記制御信号を前記飽和状態にして前記実際の電流を前記制限電流値で維持した時、前記速度調整回路が、前記調整速度を前記実際の速度に追従するよう変更することにより、前記制御信号を前記飽和状態から脱出させて、前記実際の電流を減らす請求項１７に記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御技術に関するものであり、特に複数の制御モードを有するモータ装置およびモータ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、サーボモータは、通常、位置（角度）制御可能、速度制御可能、および電流（トルク（torque）力）制御可能といった特性を有する。しかしながら、サーボモータ制御の従来の技術では、位置（角度）、速度、および電流（トルク力）のうちの１つだけを制御することができ、位置（角度）、速度、および電流（トルク力）のうちの少なくとも２つを同時に制御することは不可能である。
【０００３】
例えば、サーボモータが運転中に障害に直面して、サーボモータの運転速度を減少させた時、サーボモータの電流（トルク力）を増やして、サーボモータの運転速度をユーザーが設定した速度に保つのが一般的である。しかしながら、サーボモータの電流を増やすと過電流が生じるため、サーボモータをシャットダウンして、損傷を回避しなければならない。このような状況では、再びサーボモータの電源を入れる必要がある。また、このような状況では、サーボモータの電流を増やすことにより過電流が生じなくても、サーボモータが障害に直面している時（例えば、サーボモータが人間に当たった時）にサーボモータの電流（トルク力）を増やすのは、依然として危険である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、モータ装置のモータモジュールの位置（角度）、速度、および電流（トルク力）のうちの少なくとも２つを同時に制御して、モータ装置の使用中の安全性を高めることのできるモータ装置およびモータ制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの実施形態に係るモータ制御方法は、以下のステップを含む。感知モジュールによりモータモジュールの実際の速度および実際の角度を感知する。実際の角度、設定角度、および設定速度に基づいて、速度計算回路により速度曲線を計算する。速度調整回路により調整速度を速度曲線上に維持する。モータモジュールがイベントに反応して実際の速度が変化した時、速度調整回路により調整速度を変更するかどうかを判断して、調整速度を実際の速度に追従させる。調整速度と実際の速度との間の速度差に基づいて、フィードバック制御回路により制御信号を計算する。電流制御回路により制御信号を電流に変換して、モータモジュールを駆動し、それにより、実際の速度を調整速度で維持する。イベントが終了した時、速度調整回路により調整速度と実際の速度を再び速度曲線上に維持する。
【０００６】
本発明の１つの実施形態において、制御方法は、さらに、以下のステップを含む。感知モジュールによりモータモジュールの実際の電流を感知する。モータモジュールがイベントに反応して実際の速度が減少し、実際の電流が制限電流値まで増加した時、制限電流値に基づいて、フィードバック制御回路によりフィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号を飽和状態にして、実際の電流を制限電流値で維持する。
【０００７】
本発明の１つの実施形態に係るモータ制御方法は、以下のステップを含む。感知モジュールによりモータモジュールの実際の速度および実際の電流を感知する。速度調整回路により調整速度を設定速度で、または速度曲線上に維持する。調整速度と実際の速度の間の速度差に基づいて、フィードバック制御回路により制御信号を計算する。電流制御回路により制御信号を電流に変換して、モータモジュールを駆動し、それにより、実際の速度を調整速度で維持する。モータモジュールがイベントに反応して実際の速度が減少し、実際の電流が制限電流値まで増加した時、制限電流値に基づいて、フィードバック制御回路によりフィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号を飽和状態にして、実際の電流を制限電流値で維持する。
【０００８】
本発明の１つの実施形態において、制御方法は、さらに、以下のステップを含む。制御信号を飽和状態にして実際の電流を制限電流値で維持した時、速度調整回路により調整速度を実際の速度に追従するよう変更することにより、制御信号を飽和状態から脱出させて、実際の電流を減らす。
【０００９】
本発明の１つの実施形態に係るモータ装置は、モータモジュールと、感知モジュールと、速度計算回路と、速度調整回路と、フィードバック制御回路と、電流制御回路とを含む。感知モジュールは、モータモジュールの実際の速度と実際の角度を感知するよう構成される。速度計算回路は、感知モジュールに結合され、実際の角度、設定角度、および設定速度に基づいて速度曲線を計算するよう構成される。速度調整回路は、速度計算回路に結合され、速度曲線を受信するとともに、調整速度を速度曲線上に維持するよう構成される。フィードバック制御回路は、速度調整回路および感知モジュールに結合され、調整速度と実際の速度の間の速度差に基づいて制御信号を生成するよう構成される。電流制御回路は、フィードバック制御回路およびモータモジュールに結合され、制御信号を電流に変換して、モータモジュールを駆動することにより、実際の速度を調整速度で維持するよう構成される。速度調整回路は、モータモジュールがイベントに反応して実際の速度が変化した時に、調整速度を変更するかどうかを判断して、調整速度を実際の速度に追従させる。イベントが終了した時、速度調整回路は、調整速度および実際の速度を再び速度曲線上に維持する。
【００１０】
本発明の１つの実施形態において、モータ装置における感知モジュールは、さらに、モータモジュールの実際の電流を感知するよう構成される。フィードバック制御回路は、モータモジュールがイベントに反応して実際の速度が減少し、実際の電流が制限電流値まで増加した時、制限電流値に基づいて、フィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号を飽和状態にして、実際の電流を制限電流値で維持する。
【００１１】
本発明の１つの実施形態において、フィードバック制御回路は、比例−積分−微分コントローラとして機能し、少なくとも１つの設定パラメータは、比例ゲインパラメータ、積分ゲインパラメータ、および微分ゲインパラメータを含む。
【００１２】
本発明の１つの実施形態に係るモータ装置は、モータモジュールと、感知モジュールと、速度調整回路と、フィードバック制御回路と、電流制御回路とを含む。感知モジュールは、モータモジュールの実際の速度と実際の電流を感知するよう構成される。速度調整回路は、調整速度を設定速度で、または速度曲線上に維持するよう構成される。フィードバック制御回路は、速度調整回路および感知モジュールに結合され、調整速度と実際の速度の間の速度差に基づいて制御信号を生成するよう構成される。電流制御回路は、フィードバック制御回路およびモータモジュールに結合されるとともに、制御信号を電流に変換して、モータモジュールを駆動することにより、実際の速度を調整速度で維持するよう構成される。フィードバック制御回路は、モータモジュールがイベントに反応して実際の速度が減少し、実際の電流が制限電流値まで増加した時、制限電流値に基づいて、フィードバック制御回路の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号を飽和状態にして、実際の電流を制限電流値で維持する。
【００１３】
本発明の１つの実施形態において、速度調整回路は、制御信号を飽和状態にして実際の電流を制限電流値で維持した時、調整速度を実際の速度に追従するよう変更することにより、制御信号を飽和状態から脱出させて、実際の電流を減らす。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の実施形態に係るモータ装置およびモータ制御方法は、モータモジュールの位置（角度）、速度、および電流（トルク力）のうちの少なくとも２つを同時に制御することができる。そのため、モータ装置に外力が印加された時、または障害に直面した時（例えば、モータが人間に当たった時）、モータモジュールの電流（トルク力）が高くなり過ぎて損傷や危険が生じるのを防ぐことができるため、モータ装置の使用中の安全性を確保することができる。障害の外力が排除されると、モータモジュールの実際の速度が設定速度に戻るため、通常運転を行うことができる。
【００１５】
本発明の上記および他の特徴および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
添付図面は、本発明の原理がさらに理解されるために含まれており、本明細書に組み込まれかつその一部を構成するものである。図面は、本発明の実施形態を例示しており、説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たしている。
【図１】本発明の１つの実施形態に係るモータ装置を示す概略的回路ブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の１つの実施形態に係る速度曲線を示す概略図である。
【図４】本発明の１つの実施形態に係る速度調整回路の内部動作を示す概略図である。
【図５】図１のモータモジュールの角度と速度を同時に制御した時の調整速度、実際の速度、および速度曲線の間の関係を示す概略図である。
【図６】本発明の別の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。
【図７】図１のモータモジュールの角度、速度、および電流を同時に制御した時の調整速度、実際の速度、制御信号、実際の電流、および制御電流値の間の関係を示す概略図である。
【図８】本発明のさらに別の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面に示した例示的実施形態を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。また、図面および実施形態において、同一の、または類似する参照番号は、同一の、または類似する構成要素を示す。
【００１８】
図１を参照すると、図１は、本発明の１つの実施形態に係るモータ装置１００を示す概略的回路ブロック図である。モータ装置１００は、モータモジュール１１０と、感知モジュール１２０と、処理回路１０とを含むことができる。本発明の１つの実施形態において、感知モジュール１２０は、速度センサ、位置センサ、または電流センサを含むことができ、モータモジュール１１０は、サーボモータモジュールであってもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されない。
【００１９】
本発明の１つの実施形態において、処理回路１０は、ハードウェア、ファームウェア、またはメモリに保存され、マイクロプロセッサ（micro-processor）、マイクロコントローラ（micro-controller）、またはデジタル信号プロセッサ（digital signal processor, DSP）によりロードおよび実行されるソフトウェアまたはマシン実行可能なプログラムコードであってもよい。ハードウェアとして実施される場合、処理回路１０は、単一の集積回路チップとして実施されてもよく、または複数の回路チップとして実施されてもよい。理解すべきこととして、本発明はこれに関し限定する意図はない。回路チップまたは単一の集積回路チップは、特定用途向け集積回路（application specific integrated circuit, ASIC）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（field programmable gate array, FPGA）を採用することによって実施されてもよい。メモリは、例えば、ランダムアクセスメモリ、読み出し専用メモリ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、または光ディスクであってもよい。
【００２０】
本発明の１つの実施形態において、図１に示すように、処理回路１０は、速度計算回路１３０と、速度調整回路１４０と、フィードバック制御回路１５０と、電流制御回路１６０とを含むことができる。しかしながら、本発明はこれに限定されない。速度計算回路１３０、速度調整回路１４０、フィードバック制御回路１５０、および電流制御回路１６０は、それぞれ回路チップ、ファームウェア、またはソフトウェアとして実施されてもよい。本発明の１つの実施形態において、処理回路１０は、モータモジュール１１０の角度（位置）、速度、および電流（トルク力）のうちの少なくとも２つを制御するよう構成されてもよい。以下、モータ装置１００の各制御方法（制御モード）について説明する。
【００２１】
本発明の１つの実施形態において、モータモジュール１１０の角度および速度は、同時に制御されてもよい。図１および図２を参照すると、図２は、本発明の１つの実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。図２に示したモータ制御方法に基づいて、図１のモータモジュール１１０の角度および速度を同時に制御する。まず、ステップＳ２００において、感知モジュール１２０によりモータモジュール１１０の実際の速度ＲＳおよび実際の角度ＲＡを感知する。
【００２２】
そして、ステップＳ２１０において、実際の角度ＲＡ、設定角度ＳＡ、および設定速度ＳＳに基づいて、速度計算回路１３０（処理回路１０）により速度曲線ＳＣＵを計算することができる。設定角度ＳＡおよび設定速度ＳＳは、ユーザーが入力した角度指令および速度指令であってもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されない。詳しく説明すると、設定速度ＳＳは、モータモジュール１１０の加速度ＳＳ１および速度制限ＳＳ２を含むことができる。図３に示すように、速度曲線ＳＣＵは、座標システム（例えば、速度／時間座標システム）上の台形曲線であってもよい。また、速度曲線ＳＣＵの最高速度は、速度制限ＳＳ２であり、速度曲線ＳＣＵの上昇傾斜または下降傾斜は、加速度ＳＳ１である。また、速度曲線ＳＣＵと座標システムによって囲まれた領域は、設定角度ＳＡである。
【００２３】
さらに詳しく説明すると、本発明の１つの実施形態において、速度曲線ＳＣＵは、式（１）に基づいて得ることができ、ａは、加速度ＳＳ１であり、Ｓは、設定角度ＳＡと実際の角度ＲＡとの間の角度差である。
【００２４】
【数１】
0006486317.tif 000002
【００２５】
図１および図２を再度参照すると、ステップＳ２２０において、速度調整回路１４０（処理回路１０）により調整速度ＡＤＪ＿Ｓを速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。そして、ステップＳ２３０において、モータモジュール１１０がイベントに反応して実際の速度ＲＳが変化した時、速度調整回路１４０により調整速度ＡＤＪ＿Ｓを変更するかどうかを判断することができる。このようにして、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを実際の速度ＲＳに追従させることができる。そして、ステップＳ２４０において、フィードバック制御回路１５０（処理回路１０）は、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度差に基づいて、制御信号ＣＴＲを計算することができる。そして、ステップＳ２５０において、電流制御回路１６０（処理回路１０）により制御信号ＣＴＲを電流に変換して、モータモジュール１１０を駆動し、それにより、モータモジュール１１０の実際の速度ＲＳを調整速度ＡＤＪ＿Ｓで維持することができる。具体的に説明すると、イベントが終了した後、速度調整回路１４０により調整速度ＡＤＪ＿Ｓおよび実際の速度ＲＳを再び速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。
【００２６】
図１、図４、および図５を参照して、さらに詳しく説明すると、図４は、本発明の１つの実施形態に係る速度調整回路１４０の内部動作を示す概略図であり、図５は、図１のモータモジュール１１０の角度と速度を同時に制御した時の調整速度ＡＤＪ＿Ｓ、実際の速度ＲＳ、および速度曲線ＳＣＵの間の関係を示す概略図である。図５に示すように、時間点ｔ０の前、速度調整回路１４０は、速度曲線ＳＣＵをまだ取得していない（または、ユーザーが角度指令および速度指令を入力していない）ため、調整速度ＡＤＪ＿Ｓ、実際の速度ＲＳ、および速度曲線ＳＣＵは、未知である。時間点ｔ０において、速度調整回路１４０は、速度曲線ＳＣＵを取得する。この時、調整速度ＡＤＪ＿Ｓは、速度曲線ＳＣＵに対応する速度値よりも低い。そのため、速度調整回路１４０は、加速度ＳＳ１（例えば、図３に示す）に基づいて、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを徐々に増やす（すなわち、図４のステップＳ４００およびステップＳ４１０に示すように加速する）ことにより、時間点ｔ０から時間点ｔ１までに調整速度ＡＤＪ＿Ｓを速度曲線ＳＣＵに近付けて、時間点ｔ１と時間点ｔ２との間に調整速度ＡＤＪ＿Ｓを速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。
【００２７】
言及すべきこととして、時間点ｔ０から時間点ｔ２まで（ただし、時間点ｔ２を含まない）、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度誤差は、設定誤差ＥＳ（実際の使用または設計の必要に応じて設計者により設定される）よりも小さいため、調整速度ＡＤＪ＿Ｓをフィードバック制御回路１５０に直接出力して（図４に示したステップＳ４３０、ステップＳ４４０、およびステップＳ４６０に示す）、図２に示したステップＳ２４０およびステップ２５０を後で実行することができる。このようにして、実際の速度ＲＳを調整速度ＡＤＪ＿Ｓに追従させ、速度曲線ＳＣＵに近付けて、速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。理解すべきこととして、モータモジュール１１０の実際の速度ＲＳを速度曲線ＳＣＵ上に維持した時、モータモジュール１１０は、設定速度ＳＳで運転を行う。
【００２８】
時間点ｔ２において、実際の速度ＲＳは、モータモジュール１１０上の外力によって増加する。調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度誤差が設定誤差ＥＳ（実際の使用または設計の必要に応じて設計者により設定される）よりも大きい時、実際の速度ＲＳと設定誤差ＥＳに対して加算演算または減算演算を行って、更新速度を得ることができる。また、更新速度を調整速度ＡＤＪ＿Ｓとして使用することにより（図４のステップＳ４５０に示す）、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを実際の速度ＲＳに追従させることができる。その後、調整速度ＡＤＪ＿Ｓをフィードバック制御回路１５０に出力し、提供することができる（図４のステップＳ４６０に示す）。本発明の１つの実施形態において、設計者は、設定誤差ＥＳの値を調整することにより、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の差が大き過ぎて過電流が生じるのを防ぐことができる。
【００２９】
時間点ｔ２から時間点ｔ３まで、調整速度ＡＤＪ＿Ｓは、速度曲線ＳＣＵに対応する速度値よりも大きいため、速度調整回路１４０は、加速度ＳＳ１（例えば、図３に示す）に基づいて、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを徐々に減らす（すなわち、図４のステップＳ４００およびステップＳ４２０に示すように減速する）ことにより、時間点ｔ２から時間点ｔ３までに調整速度ＡＤＪ＿Ｓを速度曲線ＳＣＵに近付けて、時間点ｔ３と時間点ｔ４の間に速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。
【００３０】
言及すべきこととして、時間点ｔ２から（ただし、時間点ｔ２を含まない）時間点ｔ４（ただし、時間点ｔ４を含まない）まで、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度誤差は、設定誤差ＥＳよりも小さいため、調整速度ＡＤＪ＿Ｓをフィードバック制御回路１５０に直接出力して（図４のステップＳ４３０、ステップＳ４４０、およびステップＳ４６０に示す）、後で図２のステップＳ２４０およびステップＳ２５０を実行することができる。このようにして、実際の速度ＲＳを調整速度ＡＤＪ＿Ｓに追従させ、速度曲線ＳＣＵに近付けて、速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。
【００３１】
時間点ｔ４と時間点ｔ５の間、実際の速度ＲＳは、モータモジュール１１０がイベント（例えば、外力が印加される、または障害に直面する）に反応して、大幅に減少する。調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度誤差は、設定誤差ＥＳよりも大きいため、実際の速度ＲＳと設定誤差ＥＳに対して加算演算または減算演算を行って、更新速度を得ることができる。更新速度を調整速度ＡＤＪ＿Ｓとして使用することにより（図４のステップＳ４５０に示す）、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを持続的に実際の速度ＲＳに追従させることができる。
【００３２】
時間点ｔ５と時間点ｔ６の間、モータモジュール１１０の実際の速度ＲＳは、ゼロまで減少するため、調整速度ＡＤＪ＿Ｓは、設定誤差ＥＳで維持される。また、設定誤差ＥＳは、ゼロでなくてもよい。時間点ｔ６の後、モータモジュール１１０が直面しているイベント（例えば、外力が印加される、または障害に直面する）は、解決される。調整速度ＡＤＪ＿Ｓは、速度曲線ＳＣＵに対応する速度値よりも低いため、速度調整回路１４０が加速度ＳＳ１（例えば、図３に示す）に基づいて調整速度ＡＤＪ＿Ｓを徐々に増やす（すなわち、図４のステップＳ４００およびステップＳ４１０に示すように加速する）ことにより、時間点ｔ６の後、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを速度曲線ＳＣＵに近付けて、最終的に速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。時間点ｔ６の後に調整速度ＡＤＪ＿Ｓを速度曲線ＳＣＵに近付ける動作は、時間点ｔ０と時間点ｔ１の間の動作に類似する。そのため、時間点ｔ０と時間点ｔ１の間の動作を参照することができるため、ここでは繰り返し説明しない。
【００３３】
言及すべきこととして、実際の速度ＲＳの曲線と速度／時間座標システムによって囲まれる領域が速度曲線ＳＣＵと速度／時間座標システムによって囲まれる領域に等しい時、モータモジュール１１０の実際の角度ＲＡは、設定角度ＳＡに達する。つまり、この時のモータ装置１００は、ユーザーによって設計された位置に移動する。
【００３４】
上述した実施形態は、モータモジュール１１０の角度と速度を同時に制御する時の例である。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明の別の例において、モータモジュール１１０の角度と速度を制御する時に、同時に、モータモジュール１１０の電流を制御してもよい。図１および図６を参照すると、図６は、本発明の別の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。図６のモータ制御方法に基づいて、図１のモータモジュール１１０の角度、速度、および電流を同時に制御する。
【００３５】
まず、ステップＳ６００において、感知モジュール１２０によりモータモジュール１１０の実際の速度ＲＳ、実際の角度ＲＡ、および実際の電流ＲＣを感知することができる。その後、ステップＳ６１０において、実際の角度ＲＡ、設定角度ＳＡ、および設定速度ＳＳに基づいて、速度計算回路１３０（処理回路１０）により速度曲線ＳＣＵを計算することができる。そして、ステップＳ６２０において、速度調整回路１４０（処理回路１０）により調整速度ＡＤＪ＿Ｓを速度曲線ＳＣＵ上に維持することができる。続いて、ステップＳ６３０において、モータモジュール１１０がイベントに反応して実際の速度ＲＳが変化した時、速度調整回路１４０により調整速度ＡＤＪ＿Ｓを変更するかどうかを判断することができる。このようにして、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを実際の速度ＲＳに追従させることができる。その後、ステップＳ６４０において、フィードバック制御回路１５０（処理回路１０）は、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度差に基づいて、制御信号ＣＴＲを計算することができる。そして、ステップＳ６５０において、電流制御回路１６０（処理回路１０）により制御信号ＣＴＲを電流に変換して、モータモジュール１１０を駆動し、それにより、モータモジュール１１０の実際の速度ＲＳを調整速度ＡＤＪ＿Ｓで維持することができる。図６に示した制御方法において、ステップＳ６１０、ステップＳ６２０、ステップＳ６３０、ステップＳ６４０、およびステップＳ６５０は、それぞれステップＳ２１０、ステップＳ２２０、ステップＳ２３０、ステップＳ２４０、およびステップＳ２５０に類似するため、ここでは繰り返し説明しない。
【００３６】
ステップＳ６６０において、モータモジュール１１０がイベント（例えば、障害に直面する。ただし、本発明はこれに限定されない）に反応して実際の速度ＲＳが減少し、実際の電流ＲＣが制限電流値ＳＣまで増加した時、制限電流値ＳＣに基づいて、フィードバック制御回路１５０によりフィードバック制御回路１５０の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号ＣＴＲを飽和状態にして、実際の電流ＲＣを制限電流値ＳＣで維持することができる。制限電流値ＳＣは、ユーザーにより入力される電流指令であってもよく、モータモジュール１１０の最大出力トルク力を制限するために使用される。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明の１つの実施形態において、フィードバック制御回路１５０は、比例−積分−微分（proportion-integration- differentiation, PID）コントローラであってもよく、少なくとも１つの設定パラメータは、比例ゲインパラメータ（Ｋｐ）、積分ゲインパラメータ（Ｋｉ）、および微分ゲインパラメータ（Ｋｄ）を含んでもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明の別の実施形態において、フィードバック制御回路１５０は、比例−積分（ＰＩ）コントローラ、比例−微分（ＰＤ）コントローラ、比例（Ｐ）コントローラ、または積分（Ｉ）コントローラであってもよく、どの種類のコントローラをフィードバック制御回路１５０に採用するかは、実際の使用または設計要求に基づいて決定される。本発明のさらに別の実施形態において、リードラグ（lead-lag）コントローラまたは別の種類の自動コントローラをフィードバック制御回路１５０に採用してもよい。
【００３７】
イベントが終了した後、少なくとも１つの設定パラメータをフィードバック制御回路１５０で変更することにより、制御信号ＣＴＲを飽和状態から脱出させて、実際の電流ＲＣを減らすとともに、実際の速度ＲＳを増やして、調整速度ＡＤＪ＿Ｓで維持することができる。
【００３８】
図１および図７を同時に参照しながら、さらに詳しく説明すると、図７は、図１のモータモジュールの角度、速度、および電流を同時に制御した時の調整速度ＡＤＪ＿Ｓ、実際の速度ＲＳ、制御信号ＣＴＲ、実際の電流ＲＣ、および制御電流値ＳＣの間の関係を示す概略図である。図７に示すように、時間点ｔ１１の前、実際の速度ＲＳは、実質的に調整速度ＡＤＪ＿Ｓに等しい。この時、モータ装置１００は飽和状態にあり、速度曲線ＳＣＵの速度に基づいて移動する。
【００３９】
時間点ｔ１１において、実際の速度ＲＳは、モータモジュール１１０がイベント（例えば、外力が印加される、または障害に直面する）に反応して、減少する。ここで、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度誤差は、設定誤差ＥＳよりも小さいと仮定する。そのため、調整速度ＡＤＪ＿Ｓは、変更されない。この時、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度差に応じて、フィードバック制御回路１５０により生成された制御信号ＣＴＲが上昇し始め、実際の電流ＲＣが増加する。
【００４０】
時間点ｔ１２において、モータモジュール１１０の実際の電流ＲＣは、制限電流値ＳＣに達する。この時、制限電流値ＳＣに基づいて、フィードバック制御回路１５０によりフィードバック制御回路１５０の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号ＣＴＲを飽和状態にして、モータモジュール１１０の実際の電流ＲＣを制限電流値ＳＣで維持することができる。このようにして、実際の電流ＲＣが高くなり過ぎて過電流が生じるのを防ぐことができ、モータモジュール１１０のトルク力が大き過ぎて危険が生じるのを防ぐこともできる。
【００４１】
時間点ｔ１３において、モータモジュール１１０が直面しているイベント（例えば、外力が印加される、または障害に直面する）が排除される。フィードバック制御回路１５０により少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号ＣＴＲを飽和状態から脱出させて、実際の電流ＲＣを減らすとともに、実際の速度ＲＳを増やして（時間点ｔ１３と時間点ｔ１４の間の時間間隔に示すように）、調整速度ＡＤＪ＿Ｓで維持することができる（時間点ｔ１４と時間点ｔ１５の間の時間間隔に示すように）。
【００４２】
時間点ｔ１５において、モータモジュール１１０は、再びイベント（例えば、外力が印加される、または障害に直面する）に反応して、実際の速度ＲＳが減少する。同様に、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度誤差は、設定誤差ＥＳよりも小さいと仮定する。そのため、調整速度ＡＤＪ＿Ｓは、変更されない。この時、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度差に応じて、フィードバック制御回路１５０により生成された制御信号ＣＴＲが上昇し始め、実際の電流ＲＣが増加する。
【００４３】
時間点ｔ１６において、モータモジュール１１０の実際の電流ＲＣは、制限電流値ＳＣに達する。同様に、制限電流値ＳＣに基づいて、フィードバック制御回路１５０によりフィードバック制御回路１５０の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号ＣＴＲを飽和状態にして、モータモジュール１１０の実際の電流ＲＣを制限電流値ＳＣで維持することができる。本発明の１つの実施形態において、時間点ｔ１６に示すように、制御信号ＣＴＲを飽和状態にして実際の電流ＲＣを制限電流値ＳＣで維持した時、速度調整回路１４０によって調整速度ＡＤＪ＿Ｓも変更される（減少される）ため、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを実際の速度ＲＳに追従させることができ、それにより、時間点ｔ１６と時間点ｔ１７の間の時間間隔に示すように、制御信号ＣＴＲを飽和状態から脱出させて、実際の電流ＲＣを減らす（すなわち、モータモジュール１１０のトルク力を減らす）ことができる。
【００４４】
以上からわかるように、モータモジュール１１０に外力が印加されて、または障害に直面して、実際の速度ＲＳが減少し、実際の電流が制限電流値ＳＣに到達した時、モータモジュール１１０の実際の電流ＲＣは、制限電流値ＳＣで維持されるか、あるいは制限電流値ＳＣに達した時に減少し始める。つまり、モータモジュール１１０に外力が印加された時、または障害に直面した時、モータモジュール１１０の出力トルク力は、減少するか、固定値で維持される。このようにして、過電流を回避することができ、モータモジュール１１０の出力トルク力が大き過ぎて危険が生じるのを防ぐこともできる。また、外力または障害が排除されると、モータモジュール１１０の実際の速度ＲＳは、徐々に増加して、設定速度ＳＳで、または速度曲線ＳＣＵ上に維持されるため、設定速度ＳＳまたは速度曲線ＳＣＵに基づいて移動する。
【００４５】
上述した実施形態は、モータモジュール１１０の角度、速度、および電流を同時に制御した時の例である。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明のさらに別の実施形態において、モータ装置１００の速度および電流のみを制御する。図１および図８を参照すると、図８は、本発明のさらに別の実施形態に係るモータ制御方法を示すフローチャートである。図８のモータ制御方法に基づいて、図１のモータ装置１００の速度および電流を同時に制御する。
【００４６】
まず、ステップＳ８００において、感知モジュール１２０によりモータモジュール１１０の実際の速度ＲＳおよび実際の電流ＲＣを感知する。その後、ステップＳ８１０において、速度調整回路１４０（処理回路１０）により調整速度ＡＤＪ＿Ｓを設定速度ＳＳで維持することができる。その後、ステップＳ８２０において、フィードバック制御回路１５０（処理回路１０）は、調整速度ＡＤＪ＿Ｓと実際の速度ＲＳの間の速度差に基づいて、制御信号ＣＴＲを計算することができる。そして、ステップＳ８３０において、電流制御回路１６０（処理回路１０）により制御信号ＣＴＲを電流に変換して、モータモジュール１１０を駆動し、それにより、モータモジュール１１０の実際の速度ＲＳを調整速度ＡＤＪ＿Ｓで維持することができる。そして、ステップＳ８４０において、モータモジュール１１０がイベントに反応して、実際の速度ＲＳが減少し、実際の電流ＲＣが制限電流値ＳＣまで増加した時、制限電流値ＳＣに基づいて、フィードバック制御回路１５０によりフィードバック制御回路１５０の少なくとも１つの設定パラメータを変更することにより、制御信号ＣＴＲを飽和状態にして、実際の電流ＲＣを制限電流値ＳＣで維持することができる。
【００４７】
図８に示した制御方法において、ステップＳ８１０、ステップＳ８２０、ステップＳ８３０、およびステップＳ８４０は、それぞれステップＳ６２０、ステップＳ６４０、ステップＳ６５０、およびステップＳ６６０に類似する。このように、これらのステップの詳細については、図６〜図７の関連説明を参照することができるため、ここでは繰り返し説明しない。言及すべきこととして、図８に示した制御方法は、モータ装置１００の角度を制御しない。そのため、図６に示したステップＳ６１０（すなわち、速度曲線ＳＣＵを取得するステップ）を省略してもよい。このようにして、図１に示した速度計算回路１３０を省略し、ステップＳ８１０において、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを設定速度ＳＳで維持することができる。ここで、設定速度ＳＳは、ユーザーにより入力される速度指令であってもよい。しかしながら、本発明はこれに限定されない。また、図８に示した制御方法は、図６のステップＳ６３０を省略する。つまり、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを実際の速度ＲＳに追従させるステップを省略する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。本発明の別の実施形態において、図８に示した制御方法は、図６に示したステップＳ６３０（すなわち、調整速度ＡＤＪ＿Ｓを実際の速度ＲＳに追従させるステップ）を含んでもよい。
【００４８】
以上のように、本発明の実施形態に係るモータ装置およびモータ制御方法は、モータモジュールの位置（角度）、速度、および電流（トルク力）のうちの少なくとも２つを同時に制御することができる。そのため、モータ装置に外力が印加された時、または障害に直面した時（例えば、モータが人間に当たる）、モータモジュールの電流（トルク力）が高くなり過ぎて損傷や危険が生じるのを防ぐことができるため、モータ装置の使用中の安全性を確保することができる。外力や障害が排除されると、モータモジュールの実際の速度が設定速度または速度曲線に戻るため、ユーザーが設定した運転を行うことができる。
【００４９】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明が提供するモータ装置およびモータ制御方法は、ロボット技術の分野に応用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  処理回路
１００  モータ装置
１１０  モータモジュール
１２０  感知モジュール
１３０  速度計算回路
１４０  速度調整回路
１５０  フィードバック制御回路
１６０  電流制御回路
ＡＤＪ＿Ｓ  調整速度
ＣＴＲ  制御信号
ＥＳ  設定誤差
ＲＡ  実際の角度
ＲＣ  実際の電流
ＲＳ  実際の速度
Ｓ２００、Ｓ２１０、Ｓ２２０、Ｓ２３０、Ｓ２４０、Ｓ２５０、Ｓ４００、Ｓ４１０、Ｓ４２０、Ｓ４３０、Ｓ４４０、Ｓ４５０、Ｓ４６０、Ｓ６００、Ｓ６１０、Ｓ６２０、Ｓ６３０、Ｓ６４０、Ｓ６５０、Ｓ６６０、Ｓ８００、Ｓ８１０、Ｓ８２０、Ｓ８３０、Ｓ８４０  ステップ
ＳＡ  設定角度
ＳＣ  制限電流値
ＳＣＵ  速度曲線
ＳＳ  設定速度
ＳＳ１  加速度
ＳＳ２  速度制限
ｔ０〜ｔ６、ｔ１１〜ｔ１７  時間点
【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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