(57)【要約】【課題】  直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法及び該方法を使用する自走式装置を提供する。【解決手段】  主に直流モーターを駆動する入力電気抵抗を測定し、該直流モーターの出力特徴を決定し、こうして該出力特徴に基づき該直流モーターの出力を調整、制御する。前記の方法により、本発明はさらに自走式装置を提供し、それは該直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法を利用し、該自走式装置所在の路面状況を判断し、該自走式装置は環境状態に基づき、直流モーターの出力を調整することで進行速度を維持する。【選択図】  図６
2008263766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法は以下のステップを含み、
該直流モーターに属する演算子をセットアップし、該演算子は該直流モーターの入力電気抵抗と出力特徴の転換関係を表し、
該直流モーターの運転時の入力電気抵抗を探知し、
該演算子により該入力電気抵抗を該出力特徴に転換することを特徴とする  直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法。
【請求項２】
主に直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法は以下のステップを含み、
該直流モーターに属する演算子をセットアップし、該演算子は該直流モーターの入  力電気抵抗と出力特徴の転換関係を表し、
該直流モーターの運転時の入力電気抵抗を探知し、
該演算子により該入力電気抵抗を該出力特徴に転換し、
該出力特徴が運転需要に符合するかどうかを判断し、
該出力特徴が運転需要に符合しないなら、該入力電気抵抗を調整して該出力特徴を改変することを特徴とする直流モーターの出力の特徴を探知及び制御する方法。
【請求項３】
前記方法において、該入力電気抵抗の探知は該直流モーターの運転時の電圧と電流の測定であることを特徴とする請求項１或いは２記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法。
【請求項４】
前記方法において、該出力特徴は該直流モーターの出力のトルク、該直流モーターの出力の回転速度、及び前記の組合せの内の一つであることを特徴とする請求項１或いは２記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法。
【請求項５】
前記方法において、直流モーターに属する演算子を設置する方法はさらに以下のステップを含み、
該直流モーターに対する入力特徴を改変し、センサーにより、該直流モーターの出力トルクと回転速度を探知し、複数組の電圧、電流、トルクと回転速度のデータを獲得し、
数値分析法により該複数組のデータに対して演算を行い該演算子を得ることを特徴とする請求項１或いは２記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法。
【請求項６】
前記方法において、該入力特徴はモーターに対する入力電圧、電流、負荷であることを特徴とする請求項５記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法。
【請求項７】
前記方法において、該数値分析法は最小平方アルゴリズム（Least squares algorithm）であることを特徴とする請求項５記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法。
【請求項８】
前記方法において、該演算子はトルク定数、逆起電力(counter-electromotive force)定数、該直流モーターのキャパシター及び該直流モーターの電気抵抗値が形成するアレーであることを特徴とする請求項１或いは２記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法。
【請求項９】
主に自走式装置は積載体、直流モーター、少なくとも１個の駆動輪、運動制御ユニットを含み、
該直流モーターは該積載体上に設置し、該直流モーターは出力特徴を提供可能で、
該少なくとも１個の駆動輪は該出力特徴を受け取り該積載体の運動を連動し、
該運動制御ユニットは該積載体上に設置し、しかも該直流モーターと相互に接続し、該運動制御ユニットは該直流モーターの運転時の入力電気抵抗を探知し、演算子により該入力電気抵抗を該出力特徴に転換することができ、こうして該出力特徴を調整し使用ニーズに符合させることを特徴とする直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法を使用する自走式装置。
【請求項１０】
前記入力電気抵抗の探知は該直流モーターの運転時の電圧と電流値の測定であることを特徴とする請求項９記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法を使用する自走式装置。
【請求項１１】
前記出力特徴は該直流モーターの出力のトルク、該直流モーターの出力の回転速度、及び前記の組合せの内の一つであることを特徴とする請求項９記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法を使用する自走式装置。
【請求項１２】
前記運動制御ユニットはさらに探知回路、演算処理器を備え、
該探知回路は該直流モーター運転時の該入力電気抵抗を探知し、信号を発生することができ、
該演算処理器は該探知回路と相互に接続し、該演算処理器は該探知回路が発生する信号を受け取り演算を行うことができ、該演算処理器はデジタル信号処理器、モノチップ処理器及びマイクロコンピュータの内の一つを選択することを特徴とする請求項９記載の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法を使用する自走式装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の直流モーター制御方法と装置に関する。特に一種の直流モーター駆動の入力電気抵抗の測定を利用し、該直流モーターの出力特徴を決定し、こうして該出力特徴に基づき該直流モーターの出力を調整、制御する直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法及び該方法を使用する自走式装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
自走式プラットフォームは全自動の移動式機電統合プラットフォームで、無人制御の状況において該プラットフォームは自動的に路面状況を判断し、例えば、上り坂では自動的に加速し、下り坂では自動的に減速するなどし、発生し得る危険を回避しなければならない。この面での応用は特に電動車椅子に適用される。
また、障害物にぶつかった時にも自動的に路面状況を判断し、越えるか或いは回り込むかを決定する。この面での応用は自走式ロボット或いは関連する自動化移動プラットフォームを主とし、或いは自走式掃除機に応用可能で、室内の家具及び障害物を避け、室内床を掃除し、大型家具の下或いはベッドの下に入り、一般に人が掃除しにくい死角を掃除することができる。この様なスマート装置は未来の家庭生活に無限の利便性をもたらすだろう。
しかし、いかにして路面状況を判断するかは、当該技術を熟知する者にとって常に重点であった。一般的には、伝統的な自走式ロボットプラットフォームの障害物探知は通常は超音波或いは赤外線センサーに頼る探知方式であるが、赤外線或いは超音波のセンサーは障害物の探知と回避ができるだけで、路面状況の探知或いは運動速度の調整を行うことはできない。
別の公知の判断方式は直流モーター上に装置するエンコーダー（Encoder）を利用しパルストレイン（Pulse Train）信号を発生し、直流モーターの回転速度を測定し、こうして路面状況に対応し直流モーターの出力を調整するものである。前記の２種の方式の特徴は共にセンサーを用い、外界の信号を測定するものである。
【特許文献１】特開昭６２−１１１６８号公報
【特許文献２】特開２００４−１８１１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
直流モーター電気抵抗（Impedance）を測定する概念により直流モーターの実際の運動状況を知ることができれば、伝統的な市販のトルク或いは回転速度を専門に測定するセンサーに頼る必要がなくなるため、直流モーターのコストと閉回路制御器設計の複雑さを低下させることができる。
本発明は上記構造の問題点を解決した直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法及び該方法を使用する自走式装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため、本発明は下記の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法及び該方法を使用する自走式装置を提供する。
それは主に本直流モーターの出力特徴を探知する方法を提供し、直流モーター電気抵抗（Impedance）を測定する概念を通して直流モーターの出力特徴を判断し、直流モーターの実際の運動状況を理解し、トルク或いは回転速度を専門に測定するセンサーに頼る必要がなくなり、こうして直流モーターのコスト及び閉回路制御器設計の複雑さを解消させることができ、及びセンサーを設置することにより直流モーター出力の探知の正確性が低下することを回避可能で、
本発明は直流モーターの出力特徴を制御する方法を提供し、直流モーター電気抵抗（Impedance）を測定する概念を通して直流モーターの実際の運動状況を判断し、さらに入力電気抵抗を改変することにより、モーターの出力を制御及び調整し、
本発明は自走式装置を提供し、直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法を利用し、自走式装置運動の制御メカニズムとし、これにより自走式装置は直流モーターの出力を感知するセンサーを別に増設する必要のない状況において、路面の状態を動態感知することができ、こうして路面状態に対して直流モーターの出力を制御、調整し、該自走式装置の進行速度を維持し、
上記のように、本発明が提供する直流モーターの出力特徴を探知する方法は以下のステップを含み、
該直流モーターに属する演算子をセットアップし、該演算子は該直流モーターの入力電気抵抗と出力特徴の転換関係を表し、
該直流モーターの運転時の入力電気抵抗を探知し、
該演算子により該入力電気抵抗を該出力特徴に転換し、
本発明がさらに提供する直流モーターの出力特徴を制御する方法は以下のステップを含み、
該直流モーターに属する演算子をセットアップし、該演算子は該直流モーターの入力電気抵抗と出力特徴の転換関係を表し、
該直流モーターの運転時の入力電気抵抗を探知し、
該演算子により該入力電気抵抗を該出力特徴に転換し、
該出力特徴が運転需要に符合するかどうかを判断し、
該出力特徴が運転需要に符合しないなら、該入力電気抵抗を調整し該出力特徴を改変し、
この他、本発明はさらに自走式装置を提供し、それは主に積載体、直流モーター、少なくとも１個の駆動輪、運動制御ユニットを含み、
該直流モーターは該積載体上に設置し、該直流モーターは出力特徴を提供可能で、
該少なくとも１個の駆動輪は該出力特徴を受け取り該積載体の運動を連動し、
該運動制御ユニットは該積載体上に設置し、しかも該直流モーターと相互に接続し、該運動制御ユニットは該直流モーターの運転時の入力電気抵抗を探知し、演算子により該入力電気抵抗を該出力特徴に転換することができ、こうして該出力特徴を調整し使用ニーズに符合させることを特徴とする直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法及び該方法を使用する自走式装置である。
【発明の効果】
【０００５】
上記のように、本発明が提供する直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法及び該方法を使用する自走式装置は、センサーを別に設置し直流モーターの出力を感知する必要がなく、ただ直流モーターの入力電気抵抗を感知するだけで、直流モーターの出力状態を知ることができる。こうして直流モーター制御のコストを低下させ、直流モーター制御の正確性を向上させ、これにより自走式装置は異なる路面状況に対応して出力を調整することができる。よって業界のニーズを満たし、こうして該産業の競争力を高め、周辺産業の発展を牽引することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の特徴、目的及び機能について、以下に本発明の装置の相関細部構造及び設計の理念に対して説明する。
本発明の直流モーターの出力特徴を探知する方法の実施例のフローチャートである図１に示すように、該直流モーターの出力特徴を探知する方法は以下のステップを含む。
先ず、図１でのステップ10を行う。ステップ10では直流モーターに属する演算子をセットアップするが、該演算子は該直流モーターの入力電気抵抗と出力特徴の関係を表すもので、該入力電気抵抗は該直流モーターを駆動する電圧及び電流であり、該出力特徴は該直流モーターの出力トルク、出力回転速度或いは両者の組合せより選択する。
次にステップ11を行う。直流モーターの運転の過程において、該直流モーター運転時の入力電気抵抗を探知することができ、また該直流モーターの探知時点の電圧及び電流を探知することができる。直流モーターの電圧及び電流を取得後、続いてステップ12を行う。前記で算出した演算子により、該電圧と電流に基づき、対応する直流モーターの出力特徴、また直流モーターの出力トルク及び直流モーター回転速度を算出する。
次に、いかにして該演算子を決定するかを説明する。
直流モーターの等価回路図である図２に示すように(図２中の各符号の意義は表一に示す)、基本的には、直流モーターの等価回路は図２の左半分の90に示すように、キャパシター、電気抵抗、誘導直流モーターが直列し形成し、右半分の91は誘導回路である。
2008263766.tif 000003
【０００７】
図２に基づき、直流モーターの機電転換関係を下記の式(１)に示す。上式の内[t]は機電転換アレーで、すなわちステップ10の演算子である。
2008263766.tif 000004
………式(１)
上式の内、該演算子[t]は下記の式(２)により表示することができる。
2008263766.tif 000005
………(２)
上式の内、sはラプラシアン転換である。
上記から分かるように、演算子は該トルク定数ＫT、逆起電力(counter-electromotive force)定数ＫE、該直流モーターのキャパシターＬa及び該直流モーターの電気抵抗値Ｒaが形成するアレーである。内、Ｒa、Ｌa、ＫEとＫTは直流モーターそのものの特性と関係があり、よって実験或いは直流モーター設計メーカーの規格により該演算子を得ることができる。
別に、演算子[t]は下式(３)〜(６)に示すことができる。
2008263766.tif 000006
………(３)
2008263766.tif 000007
………(４)
2008263766.tif 000008
………(５)
2008263766.tif 000009
………(６）
よって、整理すれば下式(7)と示される。
2008263766.tif 000010
………(７)
よって、前記の式(２)の方式で設定する以外に、該演算子は実験により得られた式(７)中の演算子の値とすることができる。
【０００８】
演算子のパラメーターを求めるテスト装置の指示図である図４に示すように、該テスト装置2はプラットフォーム20を備える。該プラットフォーム20上には直流モーター21、トルク計23及びトルク転換器24を設置する。該直流モーター21は連軸器22と該トルク計23により接続される。該トルク計23と該トルク転換器24は電気的に連接する。この他、負荷25は該連軸器26と該トルク計23の反対端を通して相互に接続する。
次に、いかにして実験により演算子を求めるかを説明する。図３と演算子を求めるテスト方法プロセスの指示図である図４に示すように、先ず、ステップ31を行う。該直流モーターに対する入力特徴を改変し、センサーにより、該直流モーターの出力トルクと回転速度を探知し、複数組の電圧、電流、トルクと回転速度のデータを獲得する。本実施例中では、該入力特徴は直流モーターの入力電圧、電流及び負荷に対する。つまり、該直流モーター21に対する入力電気抵抗を改変し、また該直流モーター21の入力電圧、電流及び負荷を改変し、これにより該トルク計23は該直流モーター21の出力トルクと回転速度を探知する。こうして、該電圧の電流、トルク及び回転速度に対応する１組のデータを得ることができる。
この後、さらに入力特徴の大きさを改変し、別の１組の電圧、電流、トルク及び回転速度のデータを得る。こうして複数回繰り返し、複数組の電圧、電流、トルク及び回転速度のデータを得る。
【０００９】
最後に、ステップ32を行う。数値分析法により該複数組のデータに対して演算を行い、式(３)〜(６)に入れ、該演算子(2x2)のアレーを得る。該数値分析法は本実施例中では最小平方アルゴリズム（Least squares algorithm）であるが、これに限定しない。
再び図一に戻り、ステップ10では演算子を決定後、次にステップ11を行う。直流モーターの運転の過程において、該直流モーター運転時の入力電気抵抗を探知することができ、また該直流モーターの探知時点の電圧及び電流を探知することができる。直流モーターの電圧及び電流を取得後、続いてステップ12を行う。前記で算出した演算子により、該電圧と電流に基づき、対応する直流モーターの出力特徴、また直流モーターの出力トルク及び直流モーター回転速度を算出する。該演算子は式(２)或いは式(７)の方式を選択することができる。
【００１０】
本発明の直流モーターの出力特徴を制御する方法プロセスのである図５に示すように、該直流モーターの出力特徴を制御する方法は以下のステップを含む。
先ず、進行ステップ40を行う。該直流モーターに属する演算子をセットアップし、該演算子は直流モーターの入力電気抵抗と出力特徴の転換関係を表す。
続いて、ステップ41を行う。直流モーターの運転時の入力電気抵抗を探知し、また直流モーターの駆動電圧及び電流を探知する。
次に、ステップ42を行う。該演算子により該入力電気抵抗を直流モーターの出力特徴に転換する。前記のステップ40からステップ42までの実施方式は図１に示す実施例であるため、ここでは詳述しない。
続いて、ステップ43を行う。ステップ42で転換し得られた出力特徴(直流モーター回転速度或いは出力トルク)に対して、該出力特徴が運転需要に符合するかどうかを判断し、もし需要に符合しないなら、ステップ44を行う。該入力電気抵抗の調整により、該直流モーターの電圧或いは電流を調整駆動し、該直流モーターの出力特徴を調整制御する。反対に、もしニーズに符合するなら、ステップ41に戻り、直流モーターに対してモニタを続ける。
【００１１】
本発明の自走式装置第一実施例の斜視図と側断面図である図６と図７に示すように、該自走式装置5は積載体50、一対の直流モーター52、一対の駆動輪53及び運動制御ユニット54を含む。
該積載体50は殼体500及び積載板501を備える。該積載体50はさらに複数のオーバーハングユニット55を備える。本実施例中では、該各オーバーハングユニット55はさらに固定板体550、弾性緩衝体551及び軸体552を備える。該固定板体550は該殼体500と相互に連接し、該弾性緩衝体551の両端はそれぞれ該固定板体550及び該積載板501と相互に頂点接触する。該軸体552は該弾性緩衝体551を通過し、該固定板体550及び該積載板501と相互に連接する。本実施例中では、該弾性緩衝体551はバネである。該オーバーハングユニット55は該自走式装置5に、異なる路面状況においても該積載体50の構造の安定性を提供することができる。
【００１２】
該一対の直流モーター52は該積載板501上にそれぞれ設置し、該各直流モーター52は出力特徴（トルクと回転速度）を提供可能である。該各直流モーター52は減速機(図示なし)を通して駆動輪53を連接する。該駆動輪53は該出力特徴を受け取り該積載体50の運動を連動する。該運動制御ユニット54は該積載板501上に設置し、しかも該直流モーター52と相互に接続する。該運動制御ユニット54は該直流モーター52の運転時の入力電気抵抗を探知可能で、演算子により該入力電気抵抗を該出力特徴に転換し、こうして該出力特徴を調整し使用ニーズに符合させる。
該運動制御ユニット54は探知回路540及び演算処理器541を備える。該探知回路540は該直流モーター21運転時の該入力電気抵抗を探知し、信号を発生することができる。該演算処理器541は該探知回路540と相互に接続し、該演算処理器541は該探知回路540が発生する信号を受け取り、演算を行う。該探知回路540は関連するアナログ出力と入力制御回路で、該直流モーター21の電気抵抗を測定し信号を出力する。該演算処理器541はデジタル信号処理器、モノチップ処理器及びマイクロコンピュータの内の一つを選択する。
この他、該積載板501上にはさらに少なくとも一個の受動輪56を設置し、該自走式装置5の行動を補助する。該運動制御ユニット54は本発明前記の直流モーターの出力特徴を探知及び制御する方法を利用し、該自走式装置運動5を制御し、これにより該自走式装置5は上り及び下り坂、障害物等のどのような路面状況であってもその進行速度を維持することができる。
【００１３】
本発明自走式装置の第二実施例の平面図である図８に示すように、本実施例中では、該自走式装置6は全方向自走式装置で、基本的な構造は図６と相同である。その特徴は、該積載体50の四周囲にそれぞれ一個の直流モーター62、駆動輪63及び運動制御ユニット64を設置する。該駆動輪63は全方向輪で、該全方向輪は大きく分けて前後(垂直)と左右(水平)の２層あり、各層は三個の小ローラーを備える。その目的は、全方向輪を回転軸の運動方向に垂直である他、回転軸の運動方向に平行とするためで、言い換えれば、全方向輪が回転軸において垂直と平行の２個の運動方向を備えるため、全方向輪はあらゆる方向に向かい運動することができる。該全方向輪は公知の技術であるため、ここでは詳述しない。該運動制御ユニット64の機能と目的は前記の第一実施例と相同であるため、ここでは詳述しない。
上記は本発明の実施例に過ぎず本発明の範囲を限定するものではない。本発明の特許請求範囲に基づく変化や修飾は、本発明の目的の所在にあり、本発明の精神と範囲を離脱しないため、本発明の実施状況の一つと見なす。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明直流モーターの出力特徴を探知する方法実施例のフローチャートである。
【図２】直流モーターの等価回路図である。
【図３】演算子のパラメーターを求めるテスト装置の指示図である。
【図４】演算子を求めるテスト方法プロセスの指示図である。
【図５】本発明の直流モーターの出力特徴を制御する方法プロセスの指示図である。
【図６】本発明の自走式装置第一実施例の斜視図である。
【図７】本発明の自走式装置第一実施例の側断面図である。
【図８】本発明の自走式装置第二実施例の平面図である。
【符号の説明】
【００１５】
1     直流モーターの出力特徴を探知する方法
10〜12  ステップ
2     テスト装置
20    プラットフォーム
21  直流モーター
22、26  連軸器
23  トルク計
24  トルク転換器
25  負荷
3     テスト方法
31〜32  ステップ
4     直流モーターの出力特徴を制御する方法
40〜44  ステップ
5     自走式装置
50    積載体
500   殼体
501   積載板
52    直流モーター
53  駆動輪
54  運動制御ユニット
540   探知回路
541   演算処理器
55    オーバーハングユニット
550   固定板体
551   弾性緩衝体
552   軸体
56    受動輪
6     自走式装置
60    積載体
61    直流モーター
63  駆動輪
64  運動制御ユニット
90、91  回路
【図１】
2008263766.tif 000011
【図２】
2008263766.tif 000012
【図３】
2008263766.tif 000013
【図４】
2008263766.tif 000014
【図５】
2008263766.tif 000015
【図６】
2008263766.tif 000016
【図７】
2008263766.tif 000017
【図８】
2008263766.tif 000018