(57)【要約】【課題】人型ロボットに適した、加速力を制御対象とした直流モータ制御回路を提供する。【解決手段】本発明とは別に、ロポットの関節部に設置された可変抵抗等のセンサーを用いたマイコンへのフィードバック制御回路が別途用意されることを前提とした上で、マイコンの出力端子に積分回路を接続し、その積分回路からの出力を、レベルシフト回路を通してパワーオペアンプ反転増幅回路へ供給し、且つシステム起動時のモータ動作を安定させるための初期化回路を備えるよう構成することにより、加速力を制御対象とした直流モータ制御回路を構成する。【選択図】        図１
2005020864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積分回路と、
電源投入直後の短時間だけ、上記積分回路出力電圧がその上・下限の中点電圧を保持するよう、積分回路の積分値を一時的に固定する初期化回路と、
上記積分回路の出力部に接続された、積分回路出力電圧の上・下限の中点電圧を、「パワーオペアンプの電源端子へ供給される２種の電圧の中点電圧」に一致させるレベルシフト回路と、
上記レベルシフト回路の出力部に接続された、「パワーオペアンプの電源端子へ供給される２種の電圧の中点電圧」と入力電圧の差を反転増幅し、且つ電流制限手段を備えた第１のパワーオペアンプ反転増幅回路と、
上記第１のパワーオペアンプ反転増幅回路の出力部に接続された、「パワーオペアンプの電源端子へ供給される２種の電圧の中点電圧」と入力電圧の差を反転増幅し、且つ電流制限手段を備えた第２のパワーオペアンプ反転増幅回路によって構成され、
２種の電圧を出力するマイコン等の装置からの出力を上記積分回路の入力部へ供給し、上記第１および第２のパワーオペアンプ反転増幅回路からの出力によってモータを駆動することを特徴とする回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流モータの正・逆転駆動制御装置に関するもので、詳しくは、マイコン等でパワーオペアンプを制御する回路に関するものである。
【０００２】
利用分野としては特に、ワンチップ化すれば、多数のモータを正逆転制御する人型ロボットの構成を簡略化でき、且つロボットに生物的な滑らかな動きを容易にさせる。
【０００３】
【従来の技術】
人型ロボットをはじめとする生物型ロボットを作る際、マイコンで直流モータを正・逆転制御する一般的な手段として、Ｒ／Ｃサーボ・ユニットを用いる方法が、広く知られている。Ｒ／Ｃサーボ・ユニットの場合、位置を制御対象としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
人型ロボットに生物的な滑らかな動きをさせる際、人体の構造上、加速を基本とした動きが自然であるが、Ｒ／Ｃサーボを用いる方法では、位置を制御対象としているため、生物的な滑らかな動きを苦手とするという欠点がある。
【０００５】
よって本発明の目的は上述の点に鑑み、先ず、センサーを用いたマイコン等によるフィードバック制御が本発明とは別に、別途用意されることを前提とした上で、人型ロボットを構成した際、生物的な滑らかな動きを容易にするため、Ｒ／Ｃサーボのように位置を制御対象とした方式ではなく、より人体の動きに近い、加速力を制御対象とした方式の駆動制御方式を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明では、マイコンの出力端子に設けた積分回路からの出力を、レベルシフト回路を通して２つのパワーオペアンプ反転増幅回路へ供給し、且つシステム起動時のモータ動作を安定させるための初期化回路を備えるよう構成する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の具体的な実施例について説明する。
【０００８】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す回路図である。本図において積分回路２はマイコンの出力端子から供給されるＨ電圧・Ｌ電圧によって充・放電される。積分回路２は、本図では説明を容易にするためにＣＲ式を用いているが、積分回路出力のリニアリティ（直進性）を重視する場合はオペアンプを用いて構成するなどすればよい。図２はこのような手段でリニアリティを向上させた場合の積分回路２からの出力波形を示している。
【０００９】
積分回路２から出力された電圧は、レベルシフト回路３へ入力される。ここで抵抗１０，１１が同じ値で、且つ抵抗１２，１３が同じ値の場合、レベルシフト回路３からの出力電圧は、入力電圧に基準電圧１４を加えた値となる。ここで、積分回路２からの出力電圧の上限と下限の中点電圧を、パワーオペアンプの電源端子へ供給される２種の電圧の中点電圧に一致するようレベルシフトするため、基準電圧１４を定める。ＨとＬの中点電圧をＶｍとすると、Ｖｍ＝（Ｈ＋Ｌ）／２  であり、基準電圧１４は  Ｌ＋Ｖｍ    となる。図３はレベルシフト回路３からの出力波形を示している。
【００１０】
レベルシフト回路３から出力された電圧は、電圧源１５を基準としたパワーオペアンプ反転増幅回路４へ入力される。ここで、基準電圧１５は、パワーオペアンプの電源端子へ供給される２種の電圧の中点電圧とする。すなわち、パワーオペアンプの電源端子へ供給される２種の電圧をＶｓと接地とすると、基準電圧１５は    Ｖｓ／２    となる。図４は、パワーオペアンプ反転増幅回路４からの出力波形を示している。
【００１１】
パワーオペアンプ反転増幅回路４から出力された電圧は、一方はそのままモータへ供給され、もう一方は電圧源  Ｖｓ／２  を基準電圧としたパワーオペアンプ反転増幅回路５へ入力される。図５は、増幅率を−１とした場合のパワーオペアンプ反転増幅回路５からの出力波形を示している。パワーオペアンプ反転増幅回路４および５は図１に示すように、電流検出用抵抗などの過電流防止用の対策が施されている。
【００１２】
ところで、このままでは、制御回路電源をＯＮにした途端、意図に反してモータが大きな出力で起動してしてしまう恐れがある。そのような事態を防ぎ、システム起動時のモータ動作を安定させるため、本発明には抵抗７，コンデンサ８，２ｃｈアナログマルチプレクサ９で構成される初期化回路１が含まれている。制御回路の電源スイッチ６がＯＦＦの時には、コンデンサ８は抵抗７を通じて放電し、コンデンサ８の電圧は０Ｖに保たれている。ここで、電源スイッチ６をＯＮにすると、抵抗７を通じてコンデンサ８への充電が始まる。コンデンサ８の電圧は２ｃｈアナログマルチプレクサ９の制御端子（ＣＯＮＴ）へ供給されるロジック信号として利用されている。電源スイッチ６をＯＮにすると同時にコンデンサ８の電圧は上昇し始めるが、９の入力信号の閾値に達するまでは、９の制御端子（ＣＯＮＴ）には信号レベルＬが入力され続ける。その間、９のＬ端子とＣＯＭ端子が接続された状態になり、積分回路２を構成するコンデンサが電圧源Ｖｍによって充電される。更にコンデンサ８の充電が進んで閾値に達すると、９のＨ端子とＣＯＭ端子が接続された状態になる。ＣＯＭ端子はどこにも接続されておらず、ＯＰＥＮの状態になっている。ここで、９にアナログスイッチを用いずに２ｃｈアナログマルチプレクサを用いたのは、ロジック信号Ｌの入力で電圧源Ｖｍと接続するためであり、広く知られているアナログマルチプレクサＩＣである４０５３Ｂの使用を想定したからである。したがって、アナログスイッチを工夫して用いるなどにより同様のロジックを実現できる場合は、それを用いても良い。以上述べたプロセスにより制御回路用電源スイッチ６をＯＮにした直後、モータへ供給される電圧はほぼ０Ｖになる。
【００１３】
図７は、本発明をワンチップ化したものを使用した場合の一実施例である。本図で示される回路構成の特徴は、２０ピンＤＩＰタイプのワンチップマイコン１個で７個のモータを正回転最大出力から逆回転最大出力まで、連続的に制御し、なお且つ、１７で示されるマイコン端子３本が余っているという構成の簡便さにある。本図において、先ず、接地２２がコンデンサ２１へ接続されることにより、コンデンサ２１の電圧は０Ｖになる。次に、各モータの出力軸に取り付けられた可変抵抗１８がコンデンサ２１へ接続されることにより、コンデンサ２１の電圧は上昇し始める。コンデンサ２１はマイコンのコンパレータ入力端子２０へ接続されており、同コンデンサ電圧が上昇し、もう一つのコンパレータ入力端子１９へ供給される電圧と一致すると割り込みがかかる。その割り込みがかかるまでの時間をカウントして、モータ位置を知る。
【００１４】
図８は、図７の如き回路を構成した場合のマイコン制御プログラムのフローチャートの一例である。
【００１５】
【発明の効果】
先ず、注意事項として、本発明はロボットの関節部に設置された可変抵抗等の位置センサーなどを用いたマイコンによるフィードバック制御が別途用意されることを前提としている。また、本発明はその構成上、制御回路の電源をＯＮにした直後からフィードバック制御を開始する必要がある。例えば、制御回路の電源をＯＮにすると同時に、ＨとＬの短いパルスを交互に出力するプログラム（出力ビットの反転を繰り返すプログラム）にしておけば、電源ＯＮ時にモータの出力はほぼ０に固定され、システム起動時の動作を安定させることができる。同様に、ＨとＬの短いパルスを交互に出力するプログラムを用いることにより、加速力をほぼ任意の値に固定することもできる。以上述べた注意事項に基づいた上で本発明を用いれば、加速力を制御対象とした直流モータ制御システムが構成され、人型ロボットを構成する際、より生物的な滑らかな動きを実現しやすくなる。また、本発明によれば、マイコンの出力端子１本でモータ１個を正回転最大出力から逆回転最大出力まで連続的に且つ単一電源で制御できるので、これをワンチップにて実現すれば、生物型ロボットのような多数のモータを正・逆転制御するシステムにおいては、構成が簡便になり、コストを低く抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の積分回路２からの出力電圧を示す波形図である。
【図３】図１のレベルシフト回路３からの出力電圧を示す波形図である。
【図４】図１のパワーオペアンプ反転増幅回路４からの出力電圧を示す波形図である。
【図５】図１のパワーオペアンプ反転増幅回路５からの出力電圧を示す波形図である。
【図６】図１のモータ出力を示す図である。
【図７】本発明をワンチップ化したものを使用した場合の一実施例を示すブロック図である。
【図８】本発明を用いて図７の如き回路を構成した場合の、マイコン制御プログラムのフローチャートの一例を示す図である。
【符号の説明】
１    ………………    ２ｃｈアナログマルチプレクサ
２    ………………  積分回路
３    ………………  レベルシフト回路
４    ………………  パワーオペアンプ反転増幅回路
５    ………………  パワーオペアンプ反転増幅回路
６    ………………  制御回路用電源スイッチ
７，１０，１１，１２，１３  …    抵抗
８，２１    ……………    コンデンサ
９    ………………    ２ｃｈアナログマルチプレクサ
１４，１５    ……………    基準電圧
１６    ………………    本発明をワンチップ化したものの使用例
１７    ………………  図７の回路構成で余ったマイコン端子
１８    ………………  モータの出力軸に取り付けられた可変抵抗
１９    ………………  アナログコンパレータ入力端子
２０    ………………  アナログコンパレータ入力端子
２２    ………………  アナログマルチプレクサの入出力端子の一つを接地に接続した状態
Ｖｃｃ    ………………  制御回路用電源
Ｖｓ    ………………  モータ供給用電源
Ｖｓ／２      ……………  モータ供給用電源電圧の１／２
Ｖｍ      ………………  Ｈレベル電圧とＬレベル電圧の中点電圧
Ｖｓ／２−Ｖｍ    …………    「モータ供給用電源電圧の１／２」から、「Ｈ電圧とＬ電圧の中点電圧」を引いた電圧
Ｈ    ………………    制御端子への入力電圧がＨレベルの時にＣＯＭ端子と接続される端子
Ｌ    ………………  制御端子への入力電圧がＬレベルの時にＣＯＭ端子と接続される端子
ＣＯＮＴ      ……………  制御端子
ＯＰＥＮ    ……………  どこにも接続されていない状態
Ｐｏｗｅｒ    …………    パワーオペアンプ
【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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