(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷の軸と弾性体を介して連結されたモータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータの出力軸の回転量を示す位置信号と、前記モータへの入力トルクと、前記モータと負荷の慣性及び弾性体の特性と、に基づいて、前記負荷の軸の角速度を推定する速度推定部と、
検出又は推定された前記負荷にかかる外乱トルクを抑制し、前記負荷の軸を目標角速度で駆動させるための第１の制御信号を出力する外乱抑制部と、
前記負荷にかかる外乱トルクと前記負荷の角速度を示す仮定値に基づいて、検出又は推定された前記負荷に係る外乱トルクを抑制するための外乱抑制トルクを算出する外乱抑制トルク算出部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記位置信号と前記入力トルクと前記モータと前記負荷の慣性及び弾性体の特性とに基づいて、前記負荷にかかる外乱トルクを推定する外乱推定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
推定された前記負荷の軸の角速度が、前記目標角速度に近づくように駆動させるための第２の制御信７号を出力するコントローラをさらに備え、
前記外乱抑制部は、前記外乱抑制トルク算出部で算出された前記外乱抑制トルクと前記第２の制御信号に基づいて、前記第１の制御信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記第１の制御信号はＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載のモータ制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項記載のモータ制御装置と、
前記モータと、
前記モータの出力軸の回転量を示す位置信号を出力するエンコーダと、
を備えたことを特徴とするモータ制御システム。
【請求項６】
請求項５記載のモータ制御システムと、
前記弾性体と、
前記負荷と、
を備えたことを特徴とする走行体。
【請求項７】
前記弾性体は回転バネであることを特徴とする請求項６記載の走行体。
【請求項８】
前記負荷は車輪であることを特徴とする請求項６又は７記載の走行体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、モータ制御システムおよび走行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場向けの搬送台車や電気自動車のようなモータ付きの車輪によって動く、移動体ロボットとも称される走行体が知られている。この種の走行体にはタイヤのスリップや路面段差などの外力要因が存在し、安全に走行するためにはこれらを検出して、安定走行や異常停止などを可能にする技術が必要となる。特に、モータを駆動源とする場合は、駆動情報（入力トルク・回転角度）から外力を推定する推定部を制御系内に持つことで、他の専用センサやアクチュエータを用いずに車輪の制御を可能にする方法が既に知られている。
【０００３】
一般に、走行体の駆動系にはトルク伝達機構に弾性体要素が含まれていることが多く、モータ側と車輪側の２つの慣性体による共振系を構成している。しかし、最もよく使われる外乱推定部は、車体を一つの慣性と見なして外乱を推定するため、原理的には時間に依らず一定に加わる外乱や周波数の低い外乱を検知するのに向いている。また、車体を一つの慣性と見なす場合は２つの慣性の間の振動までは考慮できないことから、２慣性を考慮した推定部とする必要がある。
【０００４】
このような背景から、例えば特開２０１４−０２３３７０号公報（特許文献１）には、モータ側のみの角度検出部を用いて車輪に加わる外乱を推定する目的で、２慣性系の逆システムを伝達関数として表し、モータ側トルクとモータ角度検出結果を入力値として、負荷（車輪）側の外力を推定する速度制御装置が記載されている。
【０００５】
また、特開２００８−１３７５４０号公報（特許文献２）には、ステアリング装置の姿勢調整を行う電動モータを負荷変動の影響を受けることなく、滑らかに駆動する目的で、電動モータの速度情報に基づく負荷トルクと速度指令に基づく指令トルクとの偏差から外乱負荷を推定する外乱負荷手段を備え、外乱負荷推定値および外乱負荷推定値相当の指令値の一方をフィードフォワード制御部の出力側に正帰還させ、フィードフォワード制御の伝達関数を目標速度が得られる伝達関数に設定した電動ステアリング装置が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の技術では、モータ側トルクとモータ側のみの角度検出部を用いて車輪に加わる外乱を推定している。また、推定した車輪側の外乱トルクとフィードバック制御を用いて、車輪側の角速度を推定している。通常、耐久性・汚れ・スペース確保が困難などの点から車輪側には角度検出器を用いない場合が多く、角度検出部をモータ側のみに設けるこの方法は有効である。しかし、車輪側の角速度の求め方として、フィードバック制御を用いているため、制御対象毎に比例ゲイン・積分ゲインなどを調整しなければならない。このことは、高周波数域の外乱に対して速やかに角速度を推定しようとする場合はゲインを大きくする必要があるが、大きすぎるゲインは推定の不安定を招くため調整が難しくなることを意味する。また、制御対象の特性のうち、慣性や剛性は一定であることが多いが、路面状況などによっても変わる減衰特性については一定とは言えないため、最適なフィードバック制御のゲインを定めておくのが難しい。
【０００７】
また、特許文献１には、外乱推定部によって外乱を推定し、ステップ的な外乱（高周波数域を含む外乱）に対して負荷側の角速度を一定値に制御しようとする例が記載されているが、外乱を抑制するためにモータ側に加えるトルクの算出のために別途複雑な制御理論を用いた最適設計を必要としている。その結果によると外乱が入った時の負荷側の速度変動が全く抑制されていないことから、最適設計の重みパラメータ調整の難しさ、また、上述のフィードバック制御を用いた角速度の推定の遅れの生じやすさが理由として考えられる。
【０００８】
さらに、特許文献２記載の技術では、モータ側と負荷側を一体の１慣性とみなして制御している。このように制御すると、低周波数域の外乱は検出できるが、モータ側と負荷側が相対運動するような高周波数域の外乱に対しては。検出することも抑制することもできないので、不安定な振動を起こしてしまう。
【０００９】
ステアリングホイールの制御の場合はこれで問題ないとしても、モータで車輪を動かすような走行体では、モータと車輪の間をギア、チェーン、ベルトなどで連結して回転伝達するのが一般的で、一体と見なせるような剛結合をすることはほとんどない。これは、走行体を駆動する駆動力の伝達機構の機構上あるいはレイアウト上の制約に基づくものである。モータと車輪の間にはバネ性を有するのが通常であり、走行体を１慣性系として制御するには無理がある。
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、モータ側の角度を検出して車輪の状態を推定し、あるいは車輪に加わる外乱を推定し、外乱を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明の一態様は、負荷の軸と弾性体を介して連結されたモータを制御するモータ制御装置であって、前記モータの出力軸の回転量を示す位置信号と、前記モータへの入力トルクと、前記モータと負荷の慣性及び弾性体の特性と、に基づいて、前記負荷の軸の角速度を推定する速度推定部と、検出又は推定された前記負荷にかかる外乱トルクを抑制し、前記負荷の軸を目標角速度で駆動させるための第１の制御信号を出力する外乱抑制部と、前記負荷にかかる外乱トルクと前記負荷の角速度を示す仮定値に基づいて、検出又は推定された前記負荷に係る外乱トルクを抑制するための外乱抑制トルクを算出する外乱抑制トルク算出部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、モータ側の角度を検出して車輪の状態を推定することができ、これにより、外乱を抑制することが可能となる。なお、前記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明において明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係るモータ制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】式（１）の解き方を示す数式モデルを示す図で、外乱推定、状態推定における未知数の求め方を示す数式モデルである。
【図３】式（１）の解き方を示す数式モデルを示す図で、外乱抑制トルク算出における未知数の求め方を示す数式モデルである。
【図４】状態推定部における状態推定手順を示すフローチャートである。
【図５】外乱推定部における外乱推定手順を示すフローチャートである。
【図６】外乱抑制トルク算出部における外乱抑制トルク算出手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例２に係るモータ制御装置の概略構成を示す図である。
【図８】一定速度で走行する台車において、路面に設置した段差を乗り越えるときの車輪に加わる負荷トルクを示す図である。
【図９】車輪の状態（角速度）の推定結果を示す図である。
【図１０】実施例３に係る自律走行システムのシステム構成を示すブロック図である。
【図１１】自走型画像形成装置の全体構成を示す説明図である。
【図１２】自律走行システムにおける自走型画像形成装置の構成とサーバとの通信構成を示す説明図である。
【図１３】自律走行システムにおける画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１４】自律走行システムにおける自律走行装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１５】自律走行システムにおけるサーバのハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１６】自走型画像形成装置がユーザ席に自走し、ホームポジションに自走して戻る制御手順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】
【００１４】
本発明は、車輪の状態、車輪に加わる外乱、外乱を抑制するためのトルクを、すべて２慣性系の逆システムを表す数式モデルを使って求めるようにしたことが特徴になっている。以下、図面を参照し、本発明の実施形態について、実施例を挙げて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施形態における実施例１に係るモータ制御装置の概略構成を示す図である。
【００１６】
図１において、本実施例１に係るモータ制御装置１は、速度コントローラ２、モータ３、弾性体７、外乱推定部９、外乱抑制トルク算出部１１および状態推定部１３を含む。図１では、モータ３の回転を検出するエンコーダ２６はモータ３の回転軸に備え付けられており、回転量に応じたエンコーダ信号（位置信号）を出力する。外乱推定部９および状態推定部１３では所定期間におけるエンコーダ信号のパルス数を検知することでモータ３の回転速度であるモータ速度を検出する。また、外乱推定部９および状態推定部１３は第１の制御信号からモータ３への入力トルクを算出する。外乱推定部９は車輪５に加わる外乱トルクの推定値を示す外乱推定値をモータ速度と入力トルクから算出する。状態推定部１３は車輪５の速度の推定値を示す車輪速度推定値をモータ速度と入力トルクから算出する。外乱抑制トルク算出部１１は車輪５に加わる外乱を抑制するために必要なトルクを示す外乱抑制トルクを算出する。外乱抑制トルクは例えば整数値で表される値であり、回転方向信号が示すモータ３又は車輪５の回転方向と外乱トルクが加わっている方向とを比較してそれぞれが同じ方向であればマイナスの値、それぞれが異なる方向であればプラスの値として算出する。絶対値の大きさは外乱抑制トルクの大きさを示す。外乱トルク、車輪速度推定値および外乱抑制トルクの詳しい算出方法については後述する。
【００１７】
速度コントローラ２はＰＩＤコントローラ（Proportional-Integral-differential Controller）であり、ＰＣ（Personal Computer）等の上位指令装置から車輪５の回転方向を示す回転方向信号と車輪５の速度を示す目標速度からなる目標速度信号が入力され、また、状態推定部１３から車輪５の速度の推定値を示す車輪速度推定値が入力される。速度コントローラ２は目標速度信号の示す目標速度と車輪速度推定値を比較して、状態推定部１３からのモータ３の速度の推定値を示す車輪速度推定値が目標速度に一致するように、ＰＷＭ信号、回転方向信号、ブレーキ信号等の第２の制御信号を外乱抑制部２１に出力する。ＰＷＭ信号はドライバから出力されるモータ電流を制御するための信号であり、ＰＷＭ信号におけるパルス幅はモータのトルクに比例する。外乱抑制部２１は、外乱抑制トルク算出部１１によって算出された外乱抑制値を参照し、第１の制御信号におけるＰＷＭ信号のパルス幅を変調し、外乱トルクの影響を抑制する第１の制御信号を出力する。変調にはあらかじめ所持しているテーブルを参照することで変調後のパルス幅を決定しても良いし、演算によって変調後のパルス幅を求めるものであっても良い。例えば、外乱抑制部２１は外乱抑制トルクがマイナスの値であれば第２の制御信号におけるパルス幅が小さくなるようにパルス幅を変調し、外乱抑制トルクがプラスの値であれば第１の制御信号におけるパルス幅が大きくなるようにパルス幅を変調する。変調するパルス幅の大きさは外乱抑制トルクの絶対値に依存する。
【００１８】
ドライバ４は、外乱抑制部２１から出力された第１の制御信号に基づいた大きさの、モータ３を回転させるためのモータ電流を供給する。
モータ３の回転により弾性体７によって連結された車輪５が回転する。車輪５には走行状態に応じて外乱トルクが作用するが、この実施例では、外乱推定部９によって推定された外乱トルクであることは前述の通りである。
【００１９】
このように本実施例では、車輪５にはエンコーダを設けることなく、車輪５に加わる外乱および車輪５の速度を推定するアルゴリズムを導出した。このアルゴリズムでは、逆解析を用いており、運動方程式と変数の数は同じで、変数の既知および未知が順解析と異なっている。２慣性系の運動方程式は、次式で表される。  
0006688452.tif 000002
【００２０】
ここで、JMはモータ３の慣性モーメント、JLは車輪５の慣性モーメント、K、Dはそれぞれ二つの慣性の間の弾性定数、回転ダンパ定数を表す。また、θMとθLはそれぞれモータ３と車輪５の角度、ＴMとＴLはそれぞれモータ３に加わる入力トルクと車輪５に加わる外乱トルクを表す。また、
0006688452.tif 000003
と表す。ｓは制御工学における伝達関数の複素数を表し、例えば１／ｓは積分を意味する。
【００２１】
図２および図３は運動方程式（１）の解き方を示す数式モデルを示す図で、特性が明らかな弾性体７で繋がれた２つの慣性系における未知変数と既知変数の関係を示している。図２は外乱推定、状態推定における未知数の求め方を示す数式モデルであり、図３は外乱抑制値算出における未知数の求め方を示す数式モデルである。
【００２２】
外乱推定部９は、図２に示すように運動方程式（１）において入力トルクＴMとモータ速度ωMを既知、車輪５への外乱トルクＴLを未知として解くことで、車輪５への外乱トルクＴLを求めている。状態推定部１３は運動方程式（１）においてモータトルクＴMとモータ速度ωMを既知、車輪速度ωLを未知として解くことで、車輪速度ωLを求めている。
【００２３】
次に、外乱抑制トルク算出部１１はまず、モータ３と車輪５が共に静止している状態を仮定する。この状態で車輪５に外乱トルクＴLが加わると、通常であれば車輪５や弾性体７で繋がったモータ３が回転することになる。ここで、モータ３と車輪５は弾性体７で繋がっているため、モータ３に与えられる入力トルクＴMに適切な外乱抑制トルクＴSを加えることで、車輪５に入った外乱トルクＴLの影響をキャンセルすることができる。
【００２４】
外乱抑制トルクＴSの求め方は次のとおりである。図３に示すように運動方程式（１）において、外乱トルクＴLと車輪速度ωLを既知、外乱抑制トルクＴSを未知として解く。ここで、外乱トルクＴLは外乱推定部９で求めるものを用いる。また、車輪５にはエンコーダを設けないので速度を計測する手段はないため、静止条件（車輪速度ωL＝０）を既知の車輪速度ωLとして用いる。
【００２５】
以上のようにして算出される外乱抑制トルクＴSは、回転中のモータ３と車輪５に対しても、車輪５に外乱トルクＴLが加わったときに車輪５に生じる速度変動分をキャンセルするためのモータ３への加算トルクとして用いることができる。
【００２６】
図１において符号Ａを付し、一点鎖線で囲った部分、すなわち速度コントローラ２、外乱推定部９、外乱抑制トルク算出部１１、状態推定部１３および外乱抑制部２１のハード構成は、例えば後述の実施例３で説明する自律走行装置２６０のコントローラ２７０に設定された構成であり、ＣＰＵ２７３、プログラムＲＯＭ２７２、ＲＡＭ２７４、ＮＶ−ＲＡＭ２７５、モータＩ／Ｆ２７８を少なくとも含み、モータ３を駆動する。前記速度コントローラ２、外乱推定部９、外乱抑制トルク算出部１１、状態推定部１３および外乱抑制部２１は、ＣＰＵ２７３で実行されるプログラムの機能である。
【００２７】
図４は状態推定部１３における状態推定手順を示すフローチャートである。状態推定部１３では、制御が開始されると、入力トルクを取得する（ステップＳ１０１：図面ではステップは省略し、Ｓ１０１のように示す。以下、同様。）。次いで、モータ速度を取得し（ステップＳ１０２）、運動方程式（１）を図２に示した数式モデルに基づいて演算し（ステップＳ１０３）、車輪速度を算出する（ステップＳ１０４）。算出した結果は、例えば前記コントローラ２７０内のＮＶ−ＲＡＭ２７４に保存する（ステップＳ１０５）。
【００２８】
図５は外乱推定部９における外乱推定手順を示すフローチャートである。外乱推定部９では、制御が開始されると、入力トルクを取得する（ステップＳ２０１）。次いで、モータ速度を取得し（ステップＳ２０２）、運動方程式（１）を図２に示した数式モデルに基づいて演算し（ステップＳ２０３）、車輪外乱トルクを算出する（ステップＳ２０４）。算出した結果は、状態推定部１３の場合と同様にコントローラ２７０内のＮＶ−ＲＡＭ２７４に保存する（ステップＳ２０５）。
【００２９】
図６は外乱抑制トルク算出部１１における外乱抑制トルク算出手順を示すフローチャートである。外乱抑制トルク算出部１１では、制御が開始されると、車輪の外乱トルクＴＬを取得する（ステップＳ３０１）。次いで、車輪速度＝０として運動方程式（１）を図３に示した数式モデルに基づいて演算し（ステップＳ３０２）、外乱抑制トルクを算出する（ステップＳ３０３）。算出した結果は、状態推定部１３の場合と同様にコントローラ２７０内のＮＶ−ＲＡＭ２７４に保存する（ステップＳ３０４）。
【００３０】
外乱抑制トルクは図１に示すように速度コントローラ２からのモータ指示トルクに外乱抑制部２１で加算され、入力トルクとしてモータ３を駆動する。
【実施例２】
【００３１】
図７は実施例２に係るモータ制御装置の概略構成を示す図である。実施例２は、実施例１に対して外乱推定部９に代えて車輪５に加わる外乱トルクを計測するトルクセンサ２９を設けた例である。その他の各部は実施例１と同様なので、重複する説明は省略する。
【００３２】
本実施例２では、実施例１で推定した外乱トルクに代えて計測した外乱トルクを使用して外乱抑制トルク算出部１１で外乱抑制トルクＴMを算出し、外乱抑制部２１に出力するように構成した。外乱トルクＴLは推定されたものでないため、モータ入力トルクおよびモータ速度は外乱抑制トルク算出部１１には入力されず、状態推定部１３にのみ入力される。
【００３３】
なお、トルクセンサ２９は、例えば一般的な回転トルクメータである。一般的な回転トルクメータを用いれば、回転する軸のトルクを連続的に測定することができる。
【００３４】
実施例２では、実施例１における外乱抑制トルク算出部１１が外乱推定部９で推定された外乱トルクに基づいて外乱抑制トルクを算出していたものを、トルクセンサ２９で実測した外乱トルクに基づいて外乱抑制トルクを算出する点が実施例１とは異なっている。すなわち、図３において外乱トルクは計測済み（既知）のものとして未知の外乱抑制トルクを算出することになる。
【００３５】
次に、外乱および状態推定と外乱抑制効果についてのシミュレーション実験結果について説明する。図８は一定速度で走行する台車において、路面に設置した段差を乗り越えるときの車輪に加わる負荷トルクを示す図である。実験で求めた計測値を実線で、前記運動方程式（１）を使用して推定した推定値を破線で示している。図から明らかなように、両者は一致し、運動方程式（１）を用いて推定した推定値が妥当であることがわかる。
【００３６】
表  パラメータ一覧                                                              
説明                      記号              値                単位              
モータイナーシャ          JM                0.000004       kgm2
車輪イナーシャ            JL                0.000015       kgm2
回転バネ定数              K                 8                Nm/rad
回転ダンパ定数            D                 0.0035          Nms/rad
車輪直径                  -                  0.1              m
路面段差高さ              -                  0.005           m                
図９は車輪の状態（角速度）の推定結果を示す図である。破線は、状態量の推定のみで、外乱の抑制まではしていない。このため、路面段差外乱を入れたタイミングで大きく角速度が変動していることが分かる。一方、実線は外乱を抑制するためにモータ側の慣性に加える必要があるトルク（外乱抑制トルク）を求めて、モータ入力に足し加えた場合の結果を示す。図から明らかなように、抑制なしの場合に大きく変動していた角速度は、抑制ありの場合はほぼ一定速で回転を続けることを示しており、外乱を抑制するためのトルクをモータ側の慣性に加えると、安定した走行が可能となることが分かる。
【００３７】
以上のように、一例として路面段差相当の外乱に対して、検出および抑制することによって安定走行するための動作を示した。同様の使い方によって、車輪が衝突した場合の衝突緩和や異常停止などの用途にも用いることが可能である。その他、路面状況が変化する場合などに起きる車輪のスリップを抑制しながらの安定走行を行うことが可能となる。
【００３８】
また、モータ３と車輪５の間には、弾性体７として回転バネのようなバネ性を有する連結剛体・粘性を介して連結されているのが通常である。このような場合でも、外乱トルクを検出してその外乱を抑制する外乱抑制トルクを外乱抑制部２１で第２の制御信号に加算して第１の制御信号とするので、滑らかなモータ駆動を実現することができる。
【００３９】
このように実施例１および２では、複雑な制御設計、パラメータの調整が不要なので、速度コントローラ２の設計コストを低く抑えることが可能となるとともに、高精度に外乱抑制することができる。また、モータ３側のみにエンコーダ２６を設置すればよく、他の各部はソフトウェアで構成できるので、シンプルな構成となり、省スペースを実現することができる。
【実施例３】
【００４０】
実施例３は、実施例１あるいは２におけるモータ制御装置を自律走行システムに適用した例である。
【００４１】
図１０は、実施例３に係る自律走行システム（正確には自律走行画像形成システム）１０１のシステム構成を示すブロック図である。図１０において、本実施例に係る自律走行システム１０１は、同一ネットワーク１０２環境内に接続されたホスト端末１００群（１００−１，１００−２，・・・１００−Ｍ：Ｍは１以上の整数であり、接続されたホスト端末の台数に対応する。以下、符号１００で総称する。）、自走型画像形成装置２００群（２００−１，２００−２，・・・２００−Ｎ：Ｎは１以上の整数であり、接続された自走型画像形成装置の台数に対応する。以下、符号２００で総称する。）、及びサーバ３００により構成される。
【００４２】
本自律走行システム１０１では、ホスト端末（本実施例ではＰＣ端末、モバイル端末等）１００から送信されたデータを、ネットワーク１０２を介して例えば無線通信等の通信媒体４００によりサーバ３００が受信する。当該データを受信したサーバ３００は印刷要求があったユーザの場所を判断し、自走型画像形成装置２００に移動を指示する。また、サーバ３００は自走型画像形成装置２００の移動中（又は移動後）にデータを自走型画像形成装置２００に送信する。自走型画像形成装置２００は受信したデータを解釈して印刷すべき画像データを生成して印刷する。
【００４３】
なお、ネットワーク１０２は、ＬＡＮ（Local Area Network）あるいはインターネットなどによって構成され、電話回線等の公衆回線などによって接続するように構成することもできる。また、図１０では、複数台のホスト端末１００及び自走型画像形成装置２００がネットワーク１０２に接続されて自律走行システム１０１を構成しているが、ホスト端末１００及び自走型画像形成装置２００は単数でもよいことはいうまでもない。さらに、図１０においては、自律走行システム１０１が単一のネットワーク１０２に接続された構成となっているが、異なるネットワークに接続されて１つのシステムを構築するように構成することもできる。
【００４４】
また、ホスト端末１００群は、それぞれユーザ操作に応じて、画像形成装置（プリンタ）２１０による印刷対象となる電子化データ（以下、「印刷ファイル」とする）をサーバ３００に送信して蓄積させ、蓄積させた印刷ファイルの中から選択した印刷ファイルについての印刷指示を出す。
【００４５】
サーバ３００は、ネットワーク１０２上に存在する共有サーバであり、画像形成装置２１０を、各ホスト端末１００から利用することが可能なように管理する。また、サーバ３００は、各ホスト端末１００から出された印刷指示に従って、そのホスト端末１００から送信されてきた印刷ファイルを蓄積し、蓄積された印刷ファイルの中から選択された印刷ファイルを画像形成装置２１０に印刷させる。
【００４６】
図１１は、自走型画像形成装置２００の全体構成を示す説明図で、同図（ａ）は自走型画像形成装置２００の外形を示す斜視図、同図（ｂ）は画像形成装置２１０と自律走行装置２６０との関係を示す図である。
【００４７】
実施例３に係る自走型画像形成装置２００は、基本的に上部の画像形成装置２１０と下部の自律走行装置２６０とから構成されている。画像形成装置２００は、後述の通信部２１０１を備え、ユーザの指令をパソコンやＰＤＡなどの他の情報機器から受信し、その指令に基づいて画像形成を行う機能を有する。また、画像形成装置２００は、受信した指令で指定された位置まで自走してユーザに出力した画像（印刷物）を配送する、という機能を有するロボット型の画像形成装置である。
【００４８】
画像形成装置２００は、本実施例では、複写機、プリンタ、ファクシミリの機能が搭載された複合型の電子写真方式のモノクロ用画像形成装置である。本自走型画像形成装置２００は、装置本体２０２０、画像読取部２０２１、光学ユニット２０２２、画像形成部２０２３、転写部２０２４、定着部２０２５、駆動バッテリ２２６及び排紙部２０２８などから構成されている。
【００４９】
装置本体２０２０は画像形成装置２００の筐体であり、画像読取部２０２１は、装置本体２０２０の最上部に配置され、原稿画像を読取るスキャナ機能を有する。光学ユニット２０２２は、画像読取部２０２１の直下に配置され、後述の感光体ドラム上に静電潜像を書き込む。画像形成部２０２３は、光学ユニット２０２２の直下に配置され、画像を形成する。転写部２０２４は、画像形成部２０２３の直下に配置され、画像形成部２０２３で形成されたトナー像をコピー用紙に転写する。定着部２０２５は、転写部２０２４の用紙搬送方向下流側となる装置本体２０２０の一側寄りに配置され、トナー像をコピー用紙に定着する。
【００５０】
駆動バッテリ２２６は、定着部２０２５の下部に配置され、動力源としての蓄電池（バッテリ）である。給紙部２０２７は装置本体２０２０の最下部に配置され、シート材であるコピー用紙を複数枚収容して１枚ずつ給紙する。排紙部２０２８は、装置本体２０２０の一側面の外側に配置され、画像が定着された用紙を積層載置して収容する。
【００５１】
駆動バッテリ２２６は、蓄電池としてリチウムイオン２次電池を有し、給電部から充電されて繰り返し蓄電可能となっており、画像形成装置２００本体内の各装置及び後述の移動手段に電力を供給する機能を有する蓄電装置である。
【００５２】
なお、蓄電池としてリチウムイオン電池等の２次電池の他に、電気二重層キャパシタ等の大容量キャパシタなども用いることができる。しかし、大容量キャパシタは、リチウムイオン電池等の２次電池と比較して、蓄電容量が小さく、内部電源の充電を頻繁に行う必要がある。ただし、大容量キャパシタは、蓄電容量は小さいが、充放電による劣化が少なく急速充放電特性に優れているため、短時間で充電作業（給電動作）を終えることができると共に、蓄電池がメンテナンスフリーとなるメリットがある。
【００５３】
自律走行装置２６０は、筐体２６３０と、走行用車輪２６３１を含む図示しない走行駆動機構と、この走行駆動機構を制御する走行制御部と、から主に構成されている。自律走行装置２６０は、筐体２６３０の上部に画像形成装置２１０を搭載し、通信部を介してユーザから指示された指定場所まで自走する機能を有している。
【００５４】
本実施例では、図１１に示すように、走行駆動機構は、走行用車輪２６３１の前輪２０３１ａ及び後輪２０３１ｂを回転駆動する駆動モータ２６４、前輪２０３１ａ及び後輪２０３１ｂ（又は前輪２０３１ａのみ）のステアリング動作（操舵）を行うステアリング機構などから構成されている。なお、走行駆動機構は、４輪駆動のものに限られず２輪駆動でもよい。また、３輪構成のものでもよく、さらに多くの多輪式のもの、あるいはキャタピラ式のものであってもよい。
【００５５】
図１２は、本自律走行システムにおける自走型画像形成装置の構成とサーバとの通信構成を示す説明図である。本自律走行システム１０１において、自走型画像形成装置２００は画像形成装置２１０と自律走行装置２６０を含み、それぞれがサーバ３００とネットワーク１０２を介して無線通信を行う。画像形成装置２１０はサーバ３００より印刷データや画像形成装置２１０の制御に関する命令等を受信し、またサーバ３００に対し機器の状態を通知する。自律走行装置２６０はサーバ３００から目的地や走行経路に関する情報等を受け取り、サーバ３００に対し自身の位置情報などの機器の情報を通知する。
【００５６】
図１３は、本自律走行システムにおける画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図である。同図において、画像形成装置（プリンタ）２１０は、画像形成装置２１０本体の制御を行うコントローラ２１２、用紙に画像を印刷するためのプリンタエンジン２１３、ユーザが入力を行い画像形成装置本体の状態等を表示する操作パネル２１４、および駆動バッテリ２２６から基本的に構成され、ネットワーク１０２と繋がっている。
【００５７】
ネットワーク１０２はサーバ３００との通信を行うためのものである。プリンタエンジン２１３はコントローラ２１２からの信号によりヘッドを制御し、また給紙部２０２７よりコピー用紙を給紙してコピー用紙上に画像を形成する。操作パネル２１４はユーザが入力を行い、また、画像形成装置２１０本体の状態等を表示する表示装置を備えたユーザＩ／Ｆである。駆動バッテリ２２６は画像形成装置２１０を駆動させるためのバッテリである。
【００５８】
コントローラ２１２は、そのとき設定されている制御モード及びホストから受け取った制御コードに従って、ホストからの印字データをビデオデータに変換してプリンタエンジン２１３へ出力する制御機構の総称である。コントローラ２１２は、ネットワークＩ／Ｆ２１５、プログラムＲＯＭ２１６、フォントＲＯＭ２１７、操作部Ｉ／Ｆ２１８、ＣＰＵ２１９、ＲＡＭ２２０、ＮＶ−ＲＡＭ２２１、エンジンＩ／Ｆ２２２、ＨＤＤ２２４及びバッテリＩ／Ｆ２２５の各モジュールを含む。
【００５９】
各モジュールの機能は、次の通りである。ネットワークＩ／Ｆ２１５は、サーバ３００との通信を行うためのインターフェースであり、プログラムＲＯＭ（Programmable Read Only Memory、以下、同様。）２１５は、コントローラ２１２内でのデータの管理及び周辺モジュールを制御するためのプログラムを格納している。フォントＲＯＭ（ＦＯＮＴ  ＲＯＭ、以下、同様。）２１６は、印字に使用されるさまざまな種類のフォントを格納している。操作部Ｉ／Ｆ２１８は操作パネル２１４のインターフェースである。
【００６０】
ＣＰＵ（Central Processing Unit、以下、同様。）２１９はプログラムＲＯＭ２１６に格納されたプログラムの手順に従ってホストからのデータ（印字データ、制御データ）を処理する。ＲＡＭ（Random Access Memory、以下、同様。）２２０は、ＣＰＵ２１９が処理するときのワークメモリであり、ホストからのデータを一時記憶するバッファ及びバッファに記憶されたデータを処理するメモリ等に使われる。
【００６１】
ＮＶ−ＲＡＭ２２１は、電源を切っても保持したいデータを格納しておくための不揮発性ＲＡＭである。エンジンＩ／Ｆ２２２はコントローラ２１２からプリンタエンジン２１３を制御するインターフェースである。ＨＤＤ２２４は、大容量のデータを読み書き可能に保持する大容量記憶媒体である。バッテリＩ／Ｆ２２５は、駆動バッテリ２２６とのインターフェースである。
【００６２】
図１４は、本自律走行システムにおける自律走行装置のハードウェア構成を示すブロック図である。同図において、自律走行装置２６０は、当該自律走行装置２６０の制御を行うコントローラ２７０と、位置認識装置２６２、障害物センサ２６３、駆動モータ２６４及び駆動バッテリ２６５から基本的に構成され、ネットワーク１０２と繋がっている。
【００６３】
ネットワーク１０２はサーバ３００との通信を行うためのものである。位置認識装置２６２は自律走行装置２６０の現在位置を認識（計測）するための装置である。障害物センサ２６３は自律走行装置２６０の走行経路上の障害物を認識するためのセンサである。障害物センサ２６３としては、例えばレーザーレンジファインダ（ＬＲＦ：Laser Range Finder）といわれる測距機器が使用される。障害物センサ２６３は、レーザー光を出射する方向を水平走査させることによって、自律走行装置２６０から障害物までの距離を測定することができる。
【００６４】
駆動モータ２６４は自律走行装置２６０を自律走行させるための駆動力を与えるためのモータであり、駆動バッテリ２６５は駆動モータ２６４その他による自律走行装置２６０の走行駆動を実現するための電力を供給するバッテリである。
【００６５】
コントローラ２７０は、そのとき設定されている制御モード及びホストから受け取った制御コードに従って、目的地までの自律走行を行う制御機構の総称である。コントローラ２７０は、ネットワークＩ／Ｆ２７１、プログラムＲＯＭ２７２、ＣＰＵ２７３、ＲＡＭ２７４、ＮＶ−ＲＡＭ２７５、位置認識装置Ｉ／Ｆ２７６、障害物センサＩ／Ｆ２７７、モータＩ／Ｆ２７８及びバッテリＩ／Ｆ２７９の各モジュールを含む。
【００６６】
各モジュールの機能は次の通りである。ネットワークＩ／Ｆ２７１は、サーバ３００との通信を行うためのインターフェースである。プログラムＲＯＭ２７２はコントローラ２７０内でのデータの管理及び周辺モジュールを制御すためのプログラムを格納している。ＣＰＵ２７３はプログラムＲＯＭ２７２に格納されたプログラムの手順に従ってデータを処理する。ＲＡＭ２７４はＣＰＵ２７３が処理するときのメモリ等に使われる。ＮＶ−ＲＡＭ２７５は、電源を切っても保持したいデータを格納しておくための不揮発性ＲＡＭである。
【００６７】
位置認識装置Ｉ／Ｆ２７６はコントローラ２７０から位置認識装置２６２を制御するためのインターフェースである。障害物センサＩ／Ｆ２７７はコントローラ２７０から障害物センサ２６３を制御するためのインターフェースである。モータＩ／Ｆ２７８はコントローラ２７０から自律走行装置２６０の駆動モータ２６４を制御するためのインターフェースである。バッテリＩ／Ｆ２７９はコントローラ２７０から駆動バッテリ２６５を制御するためのインターフェースである。
【００６８】
図１５は、本自律走行システムにおけるサーバのハードウェア構成を示すブロック図である。同図において、サーバ３００は、当該サーバ３００の制御を行うコントローラ３１０から構成され、ネットワーク１０２と繋がっている。コントローラ３１０はホストから受け取った制御コードに従って、使用する自走型画像形成装置２００の決定、走行経路の作成、また、印刷データの管理、変換を行う制御機構の総称である。コントローラ３１０は、ネットワークＩ／Ｆ３１１、プログラムＲＯＭ３１２、ＣＰＵ３１３、ＲＡＭ３１４、ＮＶ−ＲＡＭ３１５及びＨＤＤ３１６の各モジュールを含む。ネットワーク１０２は、サーバ３００と、ホスト端末１００及び自走型画像形成装置２００との通信を行うためのものである。
【００６９】
各モジュールの機能は次の通りである。ネットワークＩ／Ｆ３１１は、コントローラ３１０がホスト端末１００及び自走型画像形成装置２００との通信を行うためのインターフェースである。プログラムＲＯＭ３１２はコントローラ３１０内でのデータの管理及び周辺モジュールを制御するためのプログラムを格納している。
【００７０】
ＣＰＵ３１３はプログラムＲＯＭ３１２に格納されたプログラムの手順に従ってデータを処理する。ＲＡＭ３１４はＣＰＵ３１３が処理するときのメモリ等に使われる。ＮＶ−ＲＡＭ３１５は電源を切っても保持したいデータを格納しておくための不揮発性ＲＡＭである。ＨＤＤ３１６は、大容量のデータを読み書き可能に保持する大容量記憶媒体である。本自律走行システム１０１では、ホスト端末１００から受信した印刷情報、ホスト端末１００及び自走型画像形成装置２００のホーム位置、またその他の設備の位置が記録された地図データ等を保持する。
【００７１】
以下、ホスト端末１００、自走型画像形成装置２００及びサーバ３００から構成された自律走行システムの動作の一例について説明する。
【００７２】
図１６は、自走型画像形成装置がユーザ席に自走し、ホームポジションに自走して戻る制御手順を示すフローチャートである。
【００７３】
同図において、自走型画像形成装置２００は、サーバ３００からの指示によりユーザの席あるいはユーザの元へ自走して移動する（ステップＳ００１）。この移動は、自律走行装置２６０のＣＰＵ２７３が駆動モータ２６４を駆動し、弾性体（回転バネ）７を介して車輪２６３１に伝達され、車輪２６３１が回転することにより行われる。ここで、例えば実施例１のモータ制御装置１が機能することになる。
【００７４】
ユーザの席に到着すると、ユーザによる機器の利用開始操作を待つ（ステップＳ００２）。利用開始操作には、例えば、ユーザによる認証操作や利用開始ボタン押下操作などがある。ユーザ開始操作を待った後（ステップＳ００３）、一定時間操作がなければ（ステップＳ００３：ｎｏ）タイムアウト（ステップＳ００４）とし、サーバに放置状態であることを通知する（ステップＳ００５）。その後、ステップＳ００２に戻ってユーザによる開始操作を待つ。
【００７５】
ユーザ開始操作があった場合は（ステップＳ００３：ｙｅｓ）、ユーザにプリンタ、コピー等の画像形成サービスを提供する（ステップＳ００６）。画像形成サービス提供後、今度はユーザによる利用終了操作を待つ（ステップＳ００７）。利用終了操作には、例えば、ユーザによる認証ログアウト操作や利用終了ボタン押下操作などがある。ユーザ終了操作を待った後（ステップＳ００８）、一定時間操作がなければ（ステップＳ００８：ｎｏ）タイムアウト（ステップＳ００９）とし、サーバ３００に放置状態であることを通知する（ステップＳ０１０）。一方、ユーザ終了操作があった場合は（ステップＳ００８：ｙｅｓ）、ホームポジションへ自律走行により帰還する（ステップＳ０１１）。
【００７６】
このように自律走行装置２６０がユーザの元に自律走行する場合、ユーザの元からホームポジション帰還する場合、いずれも目的の箇所に到着するまでに走行路に凹凸や表面形状の相違などによる路面の抵抗変化が存在するが、実施例１あるいは２のモータ制御装置１が機能することにより、駆動モータへの外乱トルクを加算したトルク入力が可能となる。その結果、自律走行装置２６０は、路面段差相当の外乱に対して安定走行することができ、車輪２６３１が衝突した場合の衝突緩和、あるいは異常停止などの用途にも適用できる。さらに、路面状況が変化する場合などに起きる車輪２６３１のスリップを抑制しながらの安定走行も可能となる。
【００７７】
なお、本実施例では、走行体として自律走行を行う自走型画像形成装置２００を例示しているが、駆動モータ２６４と車輪２６３１によって動く走行体として、工場向けの搬送台車、あるいは電動車椅子を代表とするパーソナルモビリティ、電気自動車などに広く用いることができる。また、走行体を走行させる車輪２６３１を駆動制御するモータ駆動制御装置とすれば、車輪２６３１の駆動制御を含むモータ制御システムとして構築することが可能である。
【００７８】
以上のように、本実施形態によれば、次のような効果を奏する。なお、以下の説明では、特許請求の範囲における各構成要素と本実施形態の各部について対応を取り、両者の用語が異なる場合には後者をかっこ書きで示し、両者の対応関係を明確にした。
【００７９】
（１）  負荷（車輪５）の軸と弾性体７を介して連結されたモータ３を制御するモータ制御装置１において、前記モータ３の出力軸の回転量を示す位置信号と、前記モータへの入力トルクと、前記モータ３と負荷（車輪５）の慣性及び弾性体７の特性とに基づいて、前記負荷（車輪５）の軸の角速度を推定する速度推定部（状態推定部１３）と、検出又は推定された前記負荷（車輪５）にかかる外乱トルクを抑制し、前記負荷（車輪５）の軸を目標角速度で駆動させるための第１の制御信号を出力する外乱抑制部２１と、を備えた本実施形態によれば、モータ側の角度のみを検出して車輪の状態を推定することができ、これにより、外乱を抑制することが可能となる。
【００８０】
（２）  前記（１）に係るモータ制御装置１において、前記位置信号と前記入力トルクと前記モータ３と前記負荷（車輪５）の慣性及び弾性体７の特性とに基づいて、前記負荷（車輪５）にかかる外乱トルクを推定する外乱推定部９をさらに備えた本実施形態によれば、モータ側の角度を検出して負荷（車輪）に加わる外乱を推定し、外乱を抑制することができる。
【００８１】
（３）  前記（１）又は（２）に係るモータ制御装置１において、検出又は推定された前記負荷（車輪５）にかかる外乱トルクを抑制するための外乱抑制トルクを算出する外乱抑制トルク算出部１１をさらに備えた本実施形態によれば、負荷（車輪５）に加わる外乱を抑制する外乱抑制トルクを、外乱抑制部２１にフィードバックすることにより、外乱を抑制することができる。
【００８２】
（４）  前記（１）ないし（３）のいずれかに係るモータ制御装置１において、推定された前記負荷（車輪５）の軸の角速度が、前記目標角速度に近づくように駆動させるための第２の制御信号を出力するコントローラ（速度コントローラ２）をさらに備え、前記外乱抑制部２１は、前記外乱抑制トルクと前記第２の制御信号に基づいて、前記第１の制御信号を出力する本実施形態によれば、前記負荷（車輪５）の軸の推定された角速度をコントローラにフィードバックすることにより、外乱を抑制することができる。
【００８３】
（５）  前記（１）ないし（４）のいずれかに係るモータ制御装置１において、前記第１の制御信号がＰＷＭ信号である本実施形態によれば、変調するパルス幅の大きさが外乱抑制トルクの絶対値に依存するので、ＰＷＭ信号のパルス幅を変調し、外乱トルクの影響を抑制することができる。
【００８４】
（６）  前記（１）ないし（５）のいずれかに係るモータ制御装置１と、前記モータ３と、前記モータ３の出力軸の回転量を示す位置信号を出力するエンコーダ２６と、を備えた本実施形態に係るモータ制御システムによれば、前記（１）ないし（５）で述べた効果を奏するモータ制御システムとすることができる。
【００８５】
（７）  前記（６）に係るモータ制御システムと、前記弾性体７と、前記負荷（車輪５）と、を備えた本実施形態に係る走行体（自律走行装置２６０）によれば、前記（１）ないし（５）で述べた効果を奏する走行体（自律走行装置２６０）を提供することができる。
【００８６】
（８）  前記（７）に係る走行体（自律走行装置２６０）において、前記弾性体７が回転バネからなる本本実施形態によれば、簡単な構成の回転バネによって弾性体７を構成することができる。
【００８７】
（９）  前記（７）または（８）に係る走行体（自律走行装置２６０）において、前記負荷が輪５からなる本実施形態によれば、走行体（自律走行装置２６０）の車輪５の駆動に際して前記（１）ないし（５）で述べた効果を奏することができる。
【００８８】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であり、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項の全てが本発明の対象となる。前記実施形態および実施例は、好適な例を示したものであるが、当業者ならば、本明細書に開示の内容から、各種の代替例、修正例、変形例あるいは改良例を実現することができ、これらは添付の特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８９】
１  モータ制御装置
３  モータ
５  車輪（負荷）
７  弾性体
９  外乱推定部（外乱推定手段）
１１  外乱制御トルク算出部（外乱制御トルク算出手段）
１３  状態推定部（状態推定手段）
２６  エンコーダ（角度検出手段）
２９  トルクセンサ
２６０  自律走行装置
２６４  駆動モータ
２６３１  車輪
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９０】
【特許文献１】特開２０１４−０２３３７０号公報
【特許文献２】特開２００８−１３７５４０号公報
【図１】
0006688452.tif 000004
【図２】
0006688452.tif 000005
【図３】
0006688452.tif 000006
【図４】
0006688452.tif 000007
【図５】
0006688452.tif 000008
【図６】
0006688452.tif 000009
【図７】
0006688452.tif 000010
【図８】
0006688452.tif 000011
【図９】
0006688452.tif 000012
【図１０】
0006688452.tif 000013
【図１１】
0006688452.tif 000014
【図１２】
0006688452.tif 000015
【図１３】
0006688452.tif 000016
【図１４】
0006688452.tif 000017
【図１５】
0006688452.tif 000018
【図１６】
0006688452.tif 000019