(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、
前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、
前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、
前記複数のモータに機械負荷を機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段によって構成され、
前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータのうちの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とする、機械負荷拮抗制御装置。
【請求項２】
所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、
前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、
前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、
前記複数のモータを機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、
前記機械負荷の動作状態を設定する動作状態設定手段と、
前記力伝達手段を介して伝達される動力によって動作する機械負荷の動作状態を検出する動作状態検出手段と、
前記動作状態設定手段の設定信号と前記動作状態検出手段の検出信号を比較する比較手段と、
前記機械負荷の駆動時は前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させる駆動手段と、
前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させる制動手段によって構成されていることを特徴とする、機械負荷拮抗制御装置。
【請求項３】
前記動作状態設定手段が前記機械負荷の動作目標位置を設定する目標位置設定器であり、前記動作状態検出手段が前記機械負荷の動作状態を検出する位置検出器であることを特徴とする、請求項２に記載の機械負荷拮抗制御装置。
【請求項４】
前記動作状態設定手段が前記機械負荷の動作力を設定する目標トルク設定器であり、前記動作状態検出手段が前記機械負荷の動作トルクを検出するトルク検出器であることを特徴とする、請求項２又は３に記載の機械負荷拮抗制御装置。
【請求項５】
所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、
前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生する第１のモータドライバー手段および第２のモータドライバー手段と、
前記第１のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第１のモータ群と、
前記第２のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第２のモータ群と、
前記第１のモータ群と第２のモータ群を機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、
前記機械負荷の動作を検出する動作状態検出手段と、
前記動作状態検出手段の動作状態検出信号に基づいて前記機械負荷の動作初期値と動作目標値を演算して前記回転速度指令発生回路を制御する演算処理部を備え、
前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とする、機械負荷拮抗制御装置。
【請求項６】
前記機械負荷がロボットの腕の二関節筋に相当するものであり、前記腕の第１の関節と第２の関節との間に、複数のモータからなる第１のモータ群と複数のモータからなる第２のモータ群を並列に配置し、当該第１のモータ群と第２のモータ群によって、前記第１の関節と第２の関節を制御するように構成したことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の機械負荷拮抗制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械負荷駆動・制動制御装置に係り、特にロボットの力源、工作機械の力源、電気自動車の力源等に用いて有効な機械負荷拮抗制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械負荷駆動・制動装置として種々のものがある。ロボット、工作機械、電気自動車などの種々な機械負荷の力源として、強力な駆動源を必要とするものがある。従来、相応する大容量の原動機やモータを使用している。また、機械負荷によっては、強力な駆動力と適正な制動特性が要求される。しかしながら、これらの性能を満たす駆動・制動装置はない。
【０００３】
駆動源としてのモータの利用には、例えば、一関節１モータとしてロボットなどを設計してきたが、特別な例として減速機の振動を抑えるために一関節２モータを使った例はある。しかし、二つのモータによるトルク増幅を目的とした駆動方法は見かけない。通常、制御系の関係でトルクの大きいモータを選択するのが一般的である。
機械的負荷としての二関節筋の一つの特徴は、筋の拮抗作用にある。また、最大限に努力した作用により安定した動きが得られることである。特に、最大トルクの時は関節の作用方向が決定することなど、最近の筋の活動研究で知られている。従来、モータの利用には、一関節１モータとしてロボットなどを設計してきた。しかし、二つ以上のモータによるトルク増幅を目的とした駆動法は見ない。通常、制御系の関係からトルクの大きいモータを選択するのが一般的である。二関節筋の特徴として、動物に特有な二関節筋の機能について、動力源であると同時に、躯幹の筋群によって発生したエネルギーを四肢先端へ効率的に伝達する作用があることが知られている。
【０００４】
機械的な負荷の一例としての対をなして存在する拮抗二関節筋は、動作領域内で特異な活動様式を示し、その筋電図学的解析結果に基づいて、筋骨格系機械モデルを構築して制御理論的解析、および空気圧制御ゴム人工筋を装着したロボットによる実験的解析を並行して行い、対をなして存在する拮抗二関節筋は運動系先端の位置、力、剛性制御に関わっている。
【０００５】
通常、機械負荷例えばロボットなど一つの関節に、一つのモータを配置し、例えばモータに固定された減速機を介して直接モータを関節部に配置すればより構造が簡単となる。現在の機械負荷の一例としてのロボットには大方このような設計が行われている。しかし、より強力な動作を要求される場合はその限りではなく、モータと減速機の重量は無視できないものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
駆動力を大きくすると、滑らかな駆動ができなくなると共に、制動特性が悪くなる。駆動力が大きく制動特性を良くするためには、必然的に、駆動力を小さくする必要があると共に、種々の補助装置と手段を必要とする。
【０００７】
複数のモータを同様に操作することは、人間の筋肉を拮抗させその機能を模倣するものである。振動を抑制するためには、通常ＰＩＤ制御系を構成させたりするが、ＰＩＤ制御系には限界がある。筋肉の拮抗には、オープンループ的な要素があり、決してＰＩＤ制御のような手法では再現できない安定性がある。このような筋肉の活動に二関節筋がある。人間の場合、最大トルクの時は関節の動作方向を決定することが、最近の筋の活動研究で知られている。
【０００８】
通常の位置決めには、回転検出器からのフィードバック量と指令値との差分から位置決めを行うが、ロボットのように慣性モーメントが大きい機械負荷では、たまりパルス数が大きくなりオーバシュートを余儀なくされる。
【０００９】
機械的な負荷の駆動制動にあったて、拮抗二関節筋同時駆動の概念を導入することは、従来に比して簡単な制御則で生体の動きに似た正確、敏速かつ滑らかな動きをさせることが可能であると考えられる。
【００１０】
二関節筋は二つの関節に跨がって作用する筋の活動であるが、この機能は複数のモータで置き換えることが本発明の基本である。
【００１１】
本発明の目的は、小容量の動力源で強力な駆動力を有し、且つ、位置決め性能に優れた機械負荷拮抗制御装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、生物に見られる二関節筋の機能は、一筋での駆動よりも二関節筋のトルクが強力に関節駆動を支配しているので、そのようなメカニズムを構成する機構を最終的に構成することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために本発明の請求項１に係る機械負荷拮抗制御装置は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータに機械負荷を機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段によって構成され、前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータのうちの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とする、機械負荷拮抗制御装置。
【００１４】
上述の目的を達成するために本発明の請求項２に係る機械負荷拮抗制御装置は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータを機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作状態を設定する動作状態設定手段と、前記力伝達手段を介して伝達される動力によって動作する機械負荷の動作状態を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態設定手段の設定信号と前記動作状態検出手段の検出信号を比較する比較手段と、前記機械負荷の駆動時は前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させる駆動手段と、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させる制動手段によって構成されていることを特徴とする。
【００１５】
上述の目的を達成するために本発明の請求項５に係る機械負荷拮抗制御装置は、  所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生する第１のモータドライバー手段および第２のモータドライバー手段と、前記第１のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第１のモータ群と、前記第２のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第２のモータ群と、前記第１のモータ群と第２のモータ群を機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態検出手段の動作状態検出信号に基づいて前記機械負荷の動作初期値と動作目標値を演算して前記回転速度指令発生回路を制御する演算処理部を備え、前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例による装置を図１から図８を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック構成を示し、同図において、１０は電源、１１は速度指令発生回路、１２ａ〜１２ｎはモータドライバー、１３ａ〜１３ｎはそれぞれ動力源としてのモータである。１４は力伝達機構としての力伝達手段であるギア機構、１６はギア機構１４の共通軸１５によって駆動される機械負荷である。ここで、力伝達手段としては、ギア機構に限定されるものではなく、ベルトやチエーンなどでも良い。
【００１７】
速度指令発生回路１１は、モータ１３ａ〜１３ｎの動作状態である速度を設定すると共に、各モータドライバー１２ａ〜１２ｎにシーケンシャルに所定の時間間隔だけ遅らせて速度指令信号を入力する。各モータドライバー１２ａ〜１２ｎは、速度指令発生回路１１からの動作指令である速度指令を基に、それぞれモータ１３ａ〜１３ｎを駆動・制動制御する。各モータドライバー１２ａ〜１２ｎは、ＤＣモータに対しては入力パルス（正回転、逆回転、及びブレーキ）条件に合わせて、ブリッジ回路による出力を発生し、ＡＣモータに対しては三相によるフルブリッジ回路と、正逆回転切換回路を備えたものであり、デジタルサーボ部を必要としない。各モータ１３ａ〜１３ｎの回転軸は、ギア機構１４を介して共通軸１５によって機械負荷１６に機械的に連結されている。
【００１８】
図１の機械負荷拮抗制御装置において、速度指令発生回路１１は速度指令信号をシーケンシャルに各モータドライバー１２ａ〜１２ｎに供給し、各モータドライバー１２ａ〜１２ｎはモータ１２ａから１２ｎを、所定の時間間隔をおいてシーケンシャルに駆動して機械負荷１６を加速駆動する。
【００１９】
モータ１２ａ〜から１２ｎまでのモータを同時駆動した場合、電源１０の容量は少なくともＮ×Ｉｍ（Ｉｍはモータ１個に対する流れる電流）の容量は必要であるが、本発明は、各モータを、シーケンシャルに次々と一定の時間間隔で駆動していくものであり、そのため電源１０の容量はせいぜい２×Ｉｍもあればよいことになる。
【００２０】
機械負荷１６の減速制動時には所定個数のモータ例えば（ｎ／２）個のモータを端子間で短絡して制動をかければ、残りのモータはシーケンシャルに逆回転を行い機械負荷を拮抗させる。その時のタイミングは起動時と同様である。したがって、電源の容量は２×Ｉｍでよい。複数のモータのうち制動をかける割合は速度指令発生回路１１によりシーケンシャに指示される。すなはち、複数のモータ１３ａから１３ｎを用い、これらのモータはモータドライバー１２ａ〜１２ｎによって制動され、機械負荷１６が制動制御される。
【００２１】
速度指令発生回路１１は、図２の速度制御曲線Ａ１〜Ａｎで示すように、各モータに対してシーケンシャルに所定時間間隔を遅らせて速度指令を発生するものである。すなはち、図２に示すように、モータ１３ａを始動させてから時刻ｔ1だけ遅らせてモータ１３ｂを始動させ、モータ１３ｂを始動させてから時刻ｔ2だけ遅らせてモータ１３ｃを始動させ、ついで残りのモータを順次始動させてから時刻ｔnだけ遅らせてモータ１３ｎを始動させる。
【００２２】
各モータはそれぞれ共通軸に対し相対的に対応している。共通軸を通して最大数個のモータを駆動すれば，機械負荷の高速動作が可能となる。一方のモータ群を正回転に回転させた時、他方のモータ群はブレーキとして用いることができる。通常、ブレーキの場合、同じ一つのモータに対して負の電流を流すことによってブレーキをかけるが、その役を残されたモータ群に負の電流を流して該モータ群によりブレーキをかけるのである。その理由は、回転中のモータに対して制動をかけると、ロータが固有振動を起こし、しいては滑らかな減速が得にくいためである。
【００２３】
図３はモータの拮抗駆動による停止時間の関係を示す。複数のモータを停止時への減速にはいくつかの方法がある。例として、（１）学習制御による方法、（２）ファジー推論による方法、（３）ニュウラルネットワークによる方法などがある。これらの（１）〜（３）に関しては、対象によって対応するものであり、複数のモータが減速に向かう場合、例えば、そのときの速度やトルク値または電流値を観測することによって、機械負荷の運動速度を急速に減速させることができ、各モータの拮抗時におけるモータの分配は、上記（１）から（３）のいずれかを用いて選択する。
【００２４】
図３において、曲線Ｂ１は複数のモータの例えば１／３を逆方向に駆動した場合の目標位置（位置決め制御）で停止する減速開始時のＴn-2は上記（１）〜（３）のいずれかにより選定される。曲線Ｂ２の場合は、複数のモータの２／３が拮抗した場合を示し、曲線Ｂ３は、全モータがブレーキ側に作用し、停止直前に１／２づつ拮抗して停止することを示す。曲線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３共に停止時では複数のモータのうちの半々が拮抗した状態を保つ。
【００２５】
図４は本発明の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置を示し、図１のものと同一部材または相当部分には同一符号で示す。図４において、１７は動作目標位置設定手段である目標位置設定器、１８は比較手段としての加減算器、１９は動作位置検出手段である位置検出器である。
【００２６】
図４の機械負荷拮抗制御装置において、目標位置設定器１７は目標位置設定信号を加減算回路１８に入力する。位置検出器１９は共通軸１５の回転位置を検出して位置検出信号を加減算回路１８に入力する。加減算回路１８は目標位置設定器１７からの目標位置設定信号と位置検出器１９からの位置検出信号との偏差信号を速度指令発生回路１１に導く。速度指令発生回路１１は、加減算回路１８からの偏差指令に基づいて、速度指令信号を修正しながらシーケンシャルに各モータドライバー１２ａ〜１２ｎに供給し、各モータドライバー１２ａ〜１２ｎはモータ１３ａから１３ｎを、所定の時間間隔をおいてシーケンシャルに駆動制動制御して機械負荷１６を拮抗制御する。
【００２７】
図４の機械負荷拮抗制御装置によれば、最初のモータを駆動して所定時間間隔だけ遅らせてから、残りのモータを順次駆動させると特性改善が見られる。モータの立ち上がり特性は、通常は、一次遅れ系で表される。また、決してこのように同時駆動を越えることは無い。全モータを正回転させ、目標角度に達したときに、全モータのうち所定数のモータを逆回転させて拮抗させることにより、位置決めを行う。これは、生体が位置決め制御を行うときに見られる拮抗二関節筋ペアの動きと同じである。この位置決め制御によって、オーバーシュートの無い位置決めが行えることになる。
【００２８】
図５は本発明の他の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置を示す。図５において、２０は目標トルク設定手段である目標トルク設定器、２１はトルク検出手段である目標トルク設定器である。図５の機械負荷拮抗制御装置において、速度指令発生回路１１の速度指令信号は各モータドライバー１２ａから１２ｎに入力される。各モータドライバーは速度指令信号に基づいて各モータ１３ａ〜１３ｎを駆動・制動制御する。各モータ１３ａ〜１３ｎの回転駆動力は、力伝達機構を介して共通軸１５に伝達され、機械負荷を駆動する。共通軸１５の回転力はトルク検出器２１によって検出され、トルク検出器２１のトルク検出信号は比較回路１８に入力される。
【００２９】
比較回路１８は、目標トルク設定器２０からのトルク設定信号ととるく検出器２１からのトルク検出信号との偏差信号を速度指令信号発生回路１１に出力する。速度指令信号発生回路１１は比較回路１８の偏差信号に基づいて各モータドライバー１３ａ〜１３ｎ制御する。各モータドライバー１２ａ〜１２ｎは偏差信号に基づいて各モータ１３ａ〜１３ｎを駆動または制動制御して機械負荷１６を拮抗制御する。
【００３０】
図６は本発明の他の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック構成を示す。図６に示す機械負荷拮抗制御装置では、モータドライバー１２ａー１〜１２ａーｎからなる第１のモータドライバー群２２ａとモータドライバー１２ｂー１〜１２ｂーｎ からなる第２のモータ群２２ｂに分割されていると共に、モータ１３ａー１〜１３ａーｎからなる第１のモータ群２３ａとモータ１３ｂー１から１３ｂーｎからなる第２のモータ群２３ｂに分割されている。
【００３１】
図６において、２４はポテンショメータを含む回転検出器、２５は演算処理部であって、この演算処理部２５は、マイクロコンピュータを含み、初期値と目標値を設定する。ここで、初期値とは、ロボットなどにおいて動作の原点を意味し、例えばＮＣ工作機械に見られる原点復帰により設定されると共に、さらに始点が設定される。目標値とは、終点の値を意味し、ＮＣ工作機械における動作の停止時における値（終点値）である。また、演算処理部２５は、速度演算、位置決め演算などの種々の演算処理を実行する。
【００３２】
図６の機械負荷拮抗制御装置において、図１の装置と同様に、回転伝達手段と該回転伝達手段の共通軸を介して機械負荷に機械的に連結される。各モータドライバーは速度指令発生回路１１からの速度指令信号に基づいて各モータ１３ａー１〜１３ａーｎおよび１３ｂー１〜１３ｂーｎを駆動または制動する。回転検出器２４は第１のモータ群２３ａと第２のモータ群２３ｂの回転を伝達する回転伝達手段の共通軸の回転位置を検出する。回転検出器２４の回転検出信号は演算処理部２５に入力される。演算処理部２５は、回転検出器２４の位置検出信号を基に演算処理して初期値と目標値を算出し、これらの初期値と目標値をに基づく制御信号を速度指令発生回路１１に入力する。速度信号発生回路１１は、演算処理部２５からの制御信号を基に、所定の時間間隔でシーケンシャルに速度指令信号を各モータドライバーに入力する。各モータドライバーは、それぞれ、各モータに駆動信号を入力し、各モータを駆動または制動して機械負荷を拮抗制御する。
【００３３】
図６の機械負荷拮抗制御装置の特徴は位置決め制御の手法である。通常の位置決めには回転検出器からのフィードバック量と指令値との差分から位置決めを行うが、ロボットのような慣性モーメントが大きい場合はたまりパルスが大きくなり、オーバシュートを余儀なくされる。本発明では機械負荷を拮抗させるための値（ここではバイアス電圧と呼ぶこととする）のバイアス電圧を発生するもので、拮抗作用に相当するバイアス電圧発生装置があり、制動時にも駆動時と同様にシーケンシャルにバイアス電圧を各モータに印加する。１個のモータでの駆動と違い複数のモータを動作させるため、お互いの固有振動はキャンセルするように働く。負荷が任意に変動する場合、シーケンシャルな制動は、予め設定された負荷と作用時間および駆動モータ数により制御される。この方式には、テーブル化した曖昧な理論を用いて収束するように学習が成される。
【００３４】
図７は、学習制御の目標値制御法を示し、時間Ｔに対するω／ω0の目標値制御特性を示す。図７において、ω0は目標角速度値、ωは実測角速度値、ω1は角速度の初期値である。学習制御にあったて、まず特性曲線Ｃ1に示すように立ち上がりが緩やかに成るように演算処理部２７に教示する。ついで、特性曲線Ｃ１に示す立ち上がりを演算処理部２７が習得した後に、特性曲線Ｃ２に示すように立ち上がりが速くなるように演算処理部２７に教示する。さらに、特性曲線、Ｃ３にしめすように更に立ち上がりが速くなるように順次教示する。特性曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の選択は負荷に応じて行われ、ファジー推論により選ぶことが出来る。  図８は、本発明をロボットに適用した実施例を示す。図８において、２６はロボットの腕の第１関節、２７は第２関節であって、これらの関節２６と２７の間には、図６に示すモータ１２ａ−１〜１２ｎ−ｎからなるモータ群２３ａとモータ１２ｂー１〜１２ｂーｎからなるのモータ群２３ｂが作用するように配設されている。すなはち、関節２６と２７に対し、二関節に渡り、モータ１２ａー１〜１２ａーｎからなるモータ群２３ａおよび１２ｂー１〜１２ｂーｎからなるモータ群２３ｂが速度指令発生回路を通して、各関節２６、２７に動作を与える。学習により、任意の角度で停止する場合は、モータ群２３ａおよび２３ｂの一方を逆回転させ、目標の角度で拮抗し停止する。
【００３５】
図８に示すロボットの腕によれば、機械的な負荷の駆動制動にあったて、拮抗二関節筋同時駆動の概念を導入することによって、従来に比して簡単な制御則で生体の動きに似た正確、敏速かつ滑らかな動きをさせることが可能である。また、二関節筋は二つの関節に跨がって作用する筋の活動であるが、この機能は複数のモータで置き換えることができる。さらに、小容量の動力源で強力な駆動力を有し、且つ位置決め性能に優れたロボットの拮抗制御装置を提供することができる。さらに、生物に見られる二関節筋の機能は、一筋での駆動よりも二関節筋のトルクが強力に関節駆動を支配しているので、そのようなメカニズムを構成する機構を最終的に構成することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１の発明は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータに機械負荷を機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段によって構成され、前記機械負荷の動作を制御することを特徴とするものであるから、相対的に低容量の電源容量によって駆動トルクの増加を図ることができると共に、複数のモータを動作させるためお互いの固有振動はキャンセルするように働かせることができる。
【００３７】
請求項２の発明は、前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とするものであるから、相対的に低容量の力伝達手段によって動力を伝達でき、機械負荷を拮抗させることができると共に、オーバシュート野内位置決めが行える。
【００３８】
また、本発明の請求項３の発明は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータを機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作状態を設定する動作状態設定手段と、前記力伝達手段を介して伝達される動力によって動作する機械負荷の動作状態を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態設定手段の設定信号と前記動作状態検出手段の検出信号を比較する比較手段、によって構成され前記機械負荷の動作を制御することを特徴とするものであるから、前記共通軸の回転を検出する回転速度検出器と、 該回転検出器の回転検出信号に基づいて初期値と目標値を演算して前記回転速度指令発生回路を制御する演算処理部を備えていることを特徴とするものであるから、学習により、任意の角度で停止する場合は、一方のモータ群か他方のモータ群 の一方が逆転し、目標の角度で拮抗し停止する。
【００３９】
本発明の請求項７の発明は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生する第１のモータドライバー手段および第２のモータドライバー手段と、前記第１のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第１のモータ群と、前記第２のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第２のモータ群と、前記複数のモータを機械負荷を機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態検出手段の動作状態検出信号に基づいて前記機械負荷の動作初期値と動作目標値を演算して前記回転速度指令発生回路を制御する演算処理部を備え、前記機械負荷の動作を制御することを特徴とするものであるから、機械負荷のより適正な加速制御と減速制御が可能にして、正確な位置決め及び拮抗制御が可能になる。
【００４０】
請求項９の発明は、前記機械負荷がロボットの手の腕の二関節筋に相当するものであり、前記腕の第１の関節と第２の関節との間に複数のモータからなる第１のモータ群と、複数のモータからなる第２のモータ群を並列配置したことを特徴とするものであるから、生物に見られる二関節筋の機能には、一筋での駆動よりも二関節筋のトルクが強力に関節駆動を支配しているメカニズムを構成する機構を最終的に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック構成図。
【図２】図１の機械負荷拮抗制御装置で用いる速度指令発生回路の動作特性図。
【図３】本発明の実施例による機械負荷拮抗制御装置の特性図。
【図４】本発明の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置ブロック図。
【図５】本発明の他の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック図。
【図６】本発明の他の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック図。
【図７】図６の機械負荷拮抗制御装置の学習制御の目標値制御方法を示す特性図。
【図８】本発明をロボットに適用した場合の説明図。
【符号の説明】
１０…電源
１１…速度指令発生回路
１２…モータドライバー
１３…モータ
１４…力伝達手段である回転伝達手段
１５…共通軸
１６…機械負荷
１７…目標位置設定器
１８…比較手段である加減算回路
１９…位置検出器
２０…目標トルク設定器
２１…トルク検出器
２２ａ…第１のモータドライバー群
２２ｂ…第２のモータドライバー群
２３ａ…第１のモータ群
２３ｂ…第２のモータ群
２４…ポテンショメータ
２５…演算処理部
２６…ロボットの腕の第１関節
２７…ロボットの腕の第２関節
【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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