(57)【要約】【課題】ハーモニックギヤの温度をもとにステッピングモータ制御ＩＣの電流値とステッピングモータの移動周波数を変更でき、また、ステッピングモータ制御ＩＣに流れる電流を計測して自動的に最適な電流を設定することが可能なステッピングモータ制御装置を提供する。【解決手段】ステッピングモータの減速機としてハーモニックギヤを使用したステッピングモータ制御装置において、ハーモニックギヤの温度を計測する温度センサと、ハーモニックギヤの温度に対応する電流設定値および移動周波数を登録したデータテーブルと、温度センサから取得したハーモニックギヤの温度情報を基に、データテーブルを参照してステッピングモータの電流設定値、移動周波数および移動パルス位置の設定を行う制御部と、制御部から入力された設定情報に基づいてステッピングモータの動作制御を行うステッピングモータ制御ＩＣと、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2017005894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータの減速機としてハーモニックギヤを使用したステッピングモータ制御装置において、
前記ハーモニックギヤの温度を計測する温度センサと、
前記ハーモニックギヤの温度に対応する電流設定値および移動周波数を登録したデータテーブルと、
前記温度センサから取得した前記ハーモニックギヤの温度情報を基に、前記データテーブルを参照して前記ステッピングモータの電流設定値、移動周波数および移動パルス位置の設定を行う制御部と、
前記制御部から入力された設定情報に基づいて前記ステッピングモータの動作制御を行うステッピングモータ制御ＩＣと、
を備えることを特徴とするステッピングモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のステッピングモータ制御装置において、
前記ステッピングモータ制御ＩＣに流れる電流を計測する電流計を備え、
前記制御部は、前記電流計から取得した計測電流値と前記電流設定値との比較を行い、前記電流設定値が前記計測電流値より大きい時には、前記電流設定値を下げるよう指示し、前記電流設定値が前記計測電流値より小さい時には、前記電流設定値を上げるよう指示することを特徴とするステッピングモータ制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のステッピングモータ制御装置において、
前記制御部は、前記電流設定値が前記計測電流値のより小さい時には、前記電流設定値を上げるよう指示する一方、前記電流設定値が最大電流設定値以上の場合に、前記ステッピングモータが異常であることを示す信号を出力することを特徴とするステッピングモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータ制御装置に係り、特に、減速機としてハーモニックギヤを採用した雲台カメラのステッピングモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の雲台カメラにおいては、例えば、ステッピングモータの動力をハーモニックギヤを介してパン軸またはチルト軸に伝達し、雲台カメラを所望の向きに旋回させることが一般的に行われている。
図５は、従来のハーモニックギヤを採用した雲台カメラのステッピングモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
従来のハーモニックギヤを採用した雲台カメラのステッピングモータ制御装置は、図５に示すように、ステッピングモータ１と、ステッピングモータ１の軸に固着したモータ側プーリー２と、ステッピングモータ１の動力を伝達して回転するシャフト７と、シャフト７に固着したシャフト側プーリー４と、モータ側プーリー２およびシャフト側プーリー４を介してステッピングモータ１の動力をシャフト７に伝達するタイミングベルト６と、シャフト７の先端に取り付けられ、図示していない雲台のパン軸またはチルト軸に所定の回転角を与えるハーモニックギヤ５と、シャフト７に固着しシャフト７の回転角と回転数を検出するロータリーエンコーダ３と、ステッピングモータ１を制御する制御部８０とから構成されている。
なお、ステッピングモータ１は、図示していない雲台筐体部に図示していない取付部材を介して固定され、また、シャフト７は図示していない雲台筐体部に取り付けた図示していない軸受によって回動自在に支持されているものとする。
【０００３】
制御部８０は、マイコン９と、ステッピングモータ制御ＩＣ１０とから構成され、マイコン９からステッピングモータ制御ＩＣ１０に対し、駆動指示ライン１１および電流設定出力ライン１３が接続され、また、ロータリーエンコーダ３からマイコン９に対し、位置補正を行うため、ロータリーエンコーダ入力ライン１２が接続されている。
【０００４】
次に、従来のハーモニックギヤを採用した雲台カメラのステッピングモータ制御装置の動作について、図６を参照して説明する。図６は、従来のステッピングモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
図６に示すように、従来のステッピングモータ制御装置において、マイコン９は、ステッピングモータ制御ＩＣ１０に対して、電流設定値、移動周波数（駆動パルスの周波数）および移動パルス位置の設定を行う（ステップＳ３０１）。
ステッピングモータ制御ＩＣ１０は、ステッピングモータ１に対して、入力された移動周波数および移動パルス位置を基に速度パターンを決定し、駆動電流を、静止状態の励磁電流から指定された電流設定値に変更するとともに、最初の駆動パルスを出力する。これによりステッピングモータ１は動作を開始する（ステップＳ３０２）。ステッピングモータ制御ＩＣ１０は、１ステップのパルスよりも十分短い間隔でチョッピングすることで、指定された電流設定値での定電流駆動を実現する。
ステッピングモータ制御ＩＣ１０は、ステップＳ３０２で決定した速度パターンに基づき、速度に対応する周波数の駆動パルスをステッピングモータ１に出力する。速度パターンは、例えば台形形状に速度が変化するパターンであり、加速、等速、減速を経て速度が０となる時にちょうど指定された移動パルス位置に達するようになっている（ステップＳ３０３）。
ステップＳ３０４において、マイコン９は、パルス出力処理が終了したか否かを判断し、終了した場合（ＹＥＳ）には、位置補正処理により、ロータリーエンコーダ３からロータリーエンコーダ入力ライン１２を介して取得したロータリーエンコーダ位置と移動パルス位置の比較を行う（ステップＳ３０５）。
ステップＳ３０６において、マイコン９は、ロータリーエンコーダ位置と移動パルス位置が一致した場合（ＹＥＳ）には、処理を終了する。
また、ロータリーエンコーダ位置と移動パルス位置が一致しない場合（ＮＯ）には、現在のパルス位置をロータリーエンコーダ位置に変更した後（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０１に戻り、再度、電流設定値、移動周波数およびパルス位置を設定後、ステッピングモータの動作を開始する。
【０００５】
ここで、特許文献１には、ブラシレスモータを電動オイルポンプ駆動に用いる際、モータ制御に速度制御、または、トルク制御を用いた場合において、油温が変化した場合でも、電動オイルポンプが必要とするモータの回転速度とトルクとなるように制御できる電動オイルポンプ用モータ制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９４５４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した従来のハーモニックギヤを採用した雲台カメラのステッピングモータ制御装置は、特許文献１のように、連続的に回転する電動オイルポンプ用モータの動作を制御するモータ制御装置とは異なり、目標位置で正確に静止するように速度パターンを生成するモータ制御である。
【０００８】
また、雲台カメラで採用しているハーモニックギヤは、内部にあるグリスが温度により粘性が変化する。そのため低温（例えば、−３０℃）から雲台カメラを起動した場合、雲台カメラの内部温度が安定するまでの間にプリセット移動などの雲台制御を実施した時、最大電流が発生するという問題があった。
【０００９】
また、ハーモニックギヤは、温度・シール材の摩擦などにより駆動するのに必要な電流にばらつきがあり、現在のステッピングモータの電流が十分かどうか把握することができず、適切な電流設定ができないという問題があった。
【００１０】
また、ハーモニックギヤ内部のグリスの劣化やシール材の劣化による摩擦の増加で、ハーモニックギヤを駆動するための電流が最大電流を超え、モータ異常が検知できない問題があった。
【００１１】
本発明は、この様な状況に鑑みて為されたものであり、ハーモニックギヤの温度をもとにステッピングモータ制御ＩＣの電流値とステッピングモータの移動周波数を変更でき、また、ステッピングモータ制御ＩＣに流れる電流を計測して自動的に最適な電流を設定することが可能なステッピングモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係るステッピングモータ制御装置は、ステッピングモータの減速機としてハーモニックギヤを使用したステッピングモータ制御装置において、前記ハーモニックギヤの温度を計測する温度センサと、前記ハーモニックギヤの温度に対応する電流設定値および移動周波数を登録したデータテーブルと、前記温度センサから取得した前記ハーモニックギヤの温度情報を基に、前記データテーブルを参照して前記ステッピングモータの電流設定値、移動周波数および移動パルス位置の設定を行う制御部と、前記制御部から入力された設定情報に基づいて前記ステッピングモータの動作制御を行うステッピングモータ制御ＩＣと、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るステッピングモータ制御装置は、上記したステッピングモータ制御装置において、前記ステッピングモータ制御ＩＣに流れる電流を計測する電流計を備え、前記制御部は、前記電流計から取得した計測電流値と前記電流設定値との比較を行い、前記電流設定値が前記計測電流値より大きい時には、前記電流設定値を下げるよう指示し、前記電流設定値が前記計測電流値より小さい時には、前記電流設定値を上げるよう指示することを特徴とする。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明に係るステッピングモータ制御装置は、上記したステッピングモータ制御装置において、前記制御部は、前記電流設定値が前記計測電流値のより小さい時には、前記電流設定値を上げるよう指示する一方、前記電流設定値が最大電流設定値以上の場合に、前記ステッピングモータが異常であることを示す信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ハーモニックギヤの温度をもとにステッピングモータ制御ＩＣの電流値とステッピングモータの移動周波数を変更でき、また、ステッピングモータ制御ＩＣに流れる電流を計測して自動的に最適な電流を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るステッピングモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るステッピングモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】ハーモニックギヤ温度特性データテーブル５００の一例を示す図である。
【図４】図２の電流制御処理の詳細を示すフローチャートである。
【図５】従来のハーモニックギヤを採用した雲台カメラのステッピングモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】従来のステッピングモータ制御装置の動作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】
以下、本発明の一実施形態に係るステッピングモータ制御装置について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るステッピングモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態に係るステッピングモータ制御装置は、ハーモニックギヤを採用した雲台カメラに適用した場合を例にして説明するが、ハーモニックギヤで減速したステッピングモータの動力を使用して動作制御を行う装置であれば適用することができる。また、図１において、図５と同様の構成については、同様の部番を付してある。
【００１８】
本実施形態のステッピングモータ制御装置は、図１に示すように、ステッピングモータ１と、ステッピングモータ１の軸に固着したモータ側プーリー２と、ステッピングモータ１の動力を伝達して回転するシャフト７と、シャフト７に固着したシャフト側プーリー４と、モータ側プーリー２およびシャフト側プーリー４を介してステッピングモータ１の動力をシャフト７に伝達するタイミングベルト６と、シャフト７の先端に取り付けられ、図示していない雲台のパン軸またはチルト軸に所定の回転角を与えるハーモニックギヤ５と、ハーモニックギヤ５の温度を計測する温度センサ１５と、シャフト７に固着しシャフト７の回転角と回転数を検出するロータリーエンコーダ３と、ステッピングモータ１を制御する制御部８とから構成されている。
なお、ステッピングモータ１は、図示していない雲台筐体部に図示していない取付部材を介して固定され、また、シャフト７は図示していないベース部に図示していない雲台筐体部に取り付けた図示していない軸受によって回動自在に支持されているものとする。
【００１９】
制御部８は、マイコン９と、ステッピングモータ制御ＩＣ１０と、ステッピングモータ制御ＩＣ１０に流れる電流（ステッピングモータ１の駆動電流に相当する）を計測する電流計１４とから構成され、マイコン９からステッピングモータ制御ＩＣ１０に対し、駆動指示ライン１１および電流設定出力ライン１３が接続され、また、ロータリーエンコーダ３からマイコン９に対し、位置補正を行うため、ロータリーエンコーダ入力ライン１２が接続されている。更に、電流計１４からマイコン９に対し、電流計ライン１６が接続され、温度センサ１５からマイコン９に対し、温度センサライン１７が接続されている。
【００２０】
次に、本発明の一実施形態に係るステッピングモータ制御装置の動作について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るステッピングモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
図２に示すように、本実施形態のステッピングモータ制御装置において、マイコン９は、温度センサ１５からハーモニックギヤ５の温度情報を取得し、図示していない記憶部に記憶されているハーモニックギヤ温度特性データテーブル５００（図３参照）から、当該温度情報に対応する電流設定値および移動周波数を取得する（ステップＳ１０１）。
図３は、ハーモニックギヤ温度特性データテーブル５００の一例を示す図である。ハーモニックギヤ温度特性データテーブル５００は、予め実験で得られたハーモニックギヤ５の温度５０１に対する電流設定値５０２と移動周波数（回転速度に相当）５０３が登録されている。電流設定値５０２は、その温度５０１及び移動周波数５０３において標準的な駆動電流値を表し、必ず最大電流設定値（後述）以下に設定される。移動周波数５０３は、所望の雲台カメラの旋回速度に対応して定められるが、最大電流設定値以下で駆動可能であるように、或いは雲台カメラ装置全体の消費電流を考慮してその上限が制限される。最大電流設定値は、通常は固定値であり、ステッピングモータ１の定格電流に対して所定の余裕を持たせて定められる。
【００２１】
マイコン９は、ステッピングモータ制御ＩＣ１０に対して、最小電流設定値、最大電流設定値、電流設定値、移動周波数および移動バルス位置の設定を行う（ステップＳ１０２）。
ステッピングモータ制御ＩＣ１０は、図６のステップＳ３０２と同様に、入力された電流設定値、移動周波数および移動パルス位置を基に速度パターンを決定し、ステッピングモータ１に対して駆動パルスの出力を開始する（ステップＳ１０３）。
【００２２】
マイコン９は、計測電流値が最大電流設定値を超えないように速度を制限する、電流制御処理（後述）を実行する（ステップＳ１０４）。
【００２３】
ステッピングモータ制御ＩＣ１０は、図６のステップＳ３０３と同様のパルス出力処理を行う（ステップＳ１０５）。
【００２４】
ステップＳ１０６において、マイコン９は、パルス出力処理が終了したか否かを判断し、終了した場合（ＹＥＳ）には、位置補正処理により、ロータリーエンコーダ３からロータリーエンコーダ入力ライン１２を介して取得したロータリーエンコーダ位置と移動パルス位置の比較を行う（ステップＳ１０７）。
【００２５】
ステップＳ１０８において、マイコン９は、ロータリーエンコーダ位置と移動パルス位置が一致した場合（ＹＥＳ）には、処理を終了する。
また、ロータリーエンコーダ位置と移動パルス位置が一致しない場合（ＮＯ）には、現在のパルス位置にロータリーエンコーダ位置を更新した後（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０２に戻る。
【００２６】
次に、図２のステップＳ１０４の電流制御処理の詳細について、図４を参照して説明する。図４は、図２の電流制御処理の詳細を示すフローチャートである。
マイコン９は、図２のステップＳ１０１で取得した電流設定値と、電流計１４から取得した計測電流値との差（Ａ）を計算する（ステップＳ２０１）。
ステップＳ２０２において、Ａ＞０の場合（ＹＥＳ）、ステッピングモータ１に流している電流が過剰のため、電流設定値を下げる（ステップＳ２０３）。更に、ステップＳ２０４において、電流設定値≦最小電流設定値の場合（ＹＥＳ）は、電流設定値＝最小電流設定値とした後（ステップＳ２０５）、処理を終了し、「ＮＯ」の場合も、処理を終了する。
また、ステップＳ２０２において、Ａ≦０の場合（ＮＯ）、ステップＳ２０６に処理を進め、Ａ＜０の時（ＹＥＳ）は、ステッピングモータに流している電流が少ないため、電流設定値を上げる（ステップＳ２０７）。更に、ステップＳ２０８において、電流設定値≧最大電流設定値の場合（ＹＥＳ）は、電流設定値＝最大電流設定値とした後（ステップＳ２０９）、モータ異常(電流異常)信号を出力する（ステップＳ２１０）。
更に、ステップＳ２１１において、パルス出力減速中の場合（ＹＥＳ）、何もしない。また、ステップＳ２１２において、パルス出力加速中の場合（ＹＥＳ）、現在のパルス周波数を移動周波数としてステッピングモータ制御ＩＣ１０に設定する（ステップＳ２１３）。これは、既に電流が最大電流設定値に達して（或いは若干超えて）いる状態で速度を増すと、脱調の恐れがあるからである。なお、電流設定値は目標値であって、チョッパによる定電流制御には時間的遅れがあるため、特に加速中において計測値は電流設定値を若干超える傾向にある。
一方現在のパルス出力処理が等速動作の場合（ＮＯ）、所定量だけ移動周波数を下げてステッピングモータ制御ＩＣ１０に設定する（ステップＳ２１４）。
移動周波数の設定を途中で変更されたステッピングモータ制御ＩＣ１０は、新たに設定された移動周波数から等速、減速するような速度パターンを再決定し、必要な数のパルス出力を続ける。
【００２７】
以上説明したように、本発明の一実施形態に係るステッピングモータ制御装置によれば、ハーモニックギヤの温度をもとにステッピングモータ制御ＩＣの電流値とステッピングモータの移動周波数を変更でき、また、ステッピングモータ制御ＩＣに流れる電流を計測して自動的に最適な電流を設定することができる。
【００２８】
また、上記した以外に、以下の効果を得ることができる。
（１）低温から雲台カメラを起動した場合、雲台カメラの内部温度が安定するまでの最大電流を抑え、電力を減らすことができ、消費電力を抑えることができる。
（２）ステッピングモータに流す電流を補正することができるので、従来技術より電力を減らすことができ、また、ステッピングモータの脱調現象を低減することができる。
（３）最大電流になる時は、自動的に移動周波数を制御し、最大電流を超えないようにステッピングモータを制御して最大電流を減少させることができる。
（４）雲台カメラにバッテリーなどの補助電源を搭載した場合、電源が失われて補助電源に切り換わった場合、最大電流設定値を小さくして雲台カメラの駆動時間を延ばすことができる。
（５）プリセット動作時のみ最大電流設定値を上げて高速に動作させ、通常動作時は、最大電流設定を下げて消費電力を減らすことができる。
（６）最小電流値・最大電流値を変更し、ステッピングモータを動作させ、その時の電流値が最小電流値以上および最大電流値以下にあることを確認することで駆動トルクの異常を検知することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、雲台カメラ等、ハーモニックギヤを採用したステッピングモータ制御装置を製造する産業で利用される。
【符号の説明】
【００３１】
１：ステッピングモータ、２：モータ側プーリー、３：ロータリーエンコーダ、４：シャフト側プーリー、５：ハーモニックギヤ、６：タイミングベルト、７：シャフト、８：制御部、９：マイコン、１０：ステッピングモータ制御ＩＣ、１１：駆動指示ライン、１２：ロータリーエンコーダ入力ライン、１３：電流設定出力ライン、１４：電流計、１５：温度センサ、１６：電流計ライン、１７：温度センサライン、８０：制御部、５００：ハーモニックギヤ温度特性データテーブル、５０１：温度、５０２：電流設定値、５０３：移動周波数。
【図１】
2017005894.tif 000003
【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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