(57)【要約】【課題】制御対象が２方向に同時に制御されることを防止して、制御対象を効率よく制御できる制御装置、駆動装置、および制御方法を提供する。【解決手段】この制御装置２０は、検出値θｃに基づいて制御対象を第１方向に制御する第１制御部２１と、検出値θｃに基づいて制御対象を第２方向に制御する第２制御部２２と、を備える。第１制御部２１は、検出値θｃが予め設定された条件に合致するときには、制御対象を第１方向に制御し、検出値θｃが当該条件に合致しないときには、制御対象を制御しない。一方、第２制御部２２は、検出値が当該条件に合致するときには、制御対象を制御せず、検出値θｃが当該条件に合致しないときには、制御対象を第２方向に制御する。このようにすれば、制御対象が２方向に同時に制御されることを防止できる。したがって、エネルギーの相殺を抑制して、制御対象を効率よく制御できる。【選択図】図２
2017097738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象をフィードバック制御する制御装置であって、
前記制御対象の状態を示す検出値に基づいて、前記制御対象を第１方向に制御する第１制御部と、
前記検出値に基づいて、前記制御対象を前記第１方向とは異なる第２方向に制御する第２制御部と、
を備え、
前記第１制御部は、
前記検出値が予め設定された条件に合致するときには、前記制御対象を前記第１方向に制御し、
前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を制御せず、
前記第２制御部は、
前記検出値が前記条件に合致するときには、前記制御対象を制御せず、
前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を前記第２方向に制御する制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記第１制御部および前記第２制御部は、目標値を基準として制御の有無を切り替える制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制御装置であって、
前記第１制御部は、前記検出値が前記条件に合致するときに１を出力し、前記検出値が前記条件に合致しないときに０を出力する第１ステップ関数を、制御出力値に乗算することによって、制御の有無を切り替え、
前記第２制御部は、前記検出値が前記条件に合致するときに０を出力し、前記検出値が前記条件に合致しないときに１を出力する第１ステップ関数を、制御出力値に乗算することによって、制御の有無を切り替える制御装置。
【請求項４】
制御対象をフィードバック制御する制御装置であって、
前記制御対象の状態を示す検出値に基づいて、前記制御対象を第１方向に制御する第１制御部と、
前記検出値に基づいて、前記制御対象を前記第１方向とは異なる第２方向に制御する第２制御部と、
前記検出値が予め設定された条件に合致するか否かに基づいて、前記第１制御部による制御と、前記第２制御部による制御とを、択一的に採用する選択部と、
を備える制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の制御装置であって、
前記選択部は、目標値を基準として、前記第１制御部による制御と、前記第２制御部による制御とを、択一的に採用する制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１方向と前記第２方向とは、互いに反対方向である制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１制御部および前記第２制御部は、それぞれＰＩＤ制御を行う制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の制御装置と、
前記制御対象を有する駆動部と、
を備えた駆動装置。
【請求項９】
制御対象を互いに異なる方向に制御する第１制御部および第２制御部により、前記制御対象をフィードバック制御する制御方法であって、
ａ）前記制御対象の状態を示す検出値を取得する工程と、
ｂ）前記検出値に基づいて、前記制御対象をフィードバック制御する工程と、
を備え、
前記工程ｂ）において、
前記第１制御部は、
前記検出値が予め設定された条件に合致するときには、前記制御対象を第１方向に制御し、
前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を制御せず、
前記第２制御部は、
前記検出値が前記条件に合致するときには、前記制御対象を制御せず、
前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を第２方向に制御する制御方法。
【請求項１０】
制御対象を互いに異なる方向に制御する第１制御部および第２制御部により、前記制御対象をフィードバック制御する制御方法であって、
ａ）前記制御対象の状態を示す検出値を取得する工程と、
ｂ）前記検出値に基づいて、前記制御対象をフィードバック制御する工程と、
を備え、
前記工程ｂ）では、前記検出値が予め設定された条件に合致するか否かに基づいて、前記第１制御部による制御と、前記第２制御部による制御とを、択一的に採用する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象をフィードバック制御する制御装置、当該制御装置を備えた駆動装置、および制御対象をフィードバック制御する制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ライフサイエンス分野において、臨床試験などに用いられるロボットアームには、収縮方向にのみ能動的に変化する人工筋肉が用いられる。複数の方向にロボットアームを動作させる場合には、１つの関節の周りに、複数の人工筋肉が接続される。複数の人工筋肉の各々の収縮動作は、関節の角度の検出値と目標値との偏差に基づいて、フィードバック制御される。このフィードバック制御には、多くの場合、ＰＩＤ制御が用いられる。
【０００３】
また、このようなロボットアーム以外の用途にも、ＰＩＤ制御は広く用いられる。従来のＰＩＤ制御については、例えば、特許文献１，２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−８０３１３号公報
【特許文献２】特開平７−２３４７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＰＩＤ制御は、検出値と目標値との偏差だけではなく、偏差の積分値や微分値も考慮して、制御値を算出する。このため、上述した複数の人工筋肉のように、１つの制御対象に対して、異なる方向に作用する複数の要素が存在する場合、各要素をＰＩＤ制御すると、それらの要素に、同時に０よりも大きい制御値を出力する場合が生じる。そうすると、制御対象は、２方向に同時に制御されて、エネルギーの相殺が生じる。また、２方向に同時に制御されることで、制御対象にダメージが生じたり、フィードバック制御の応答性が低下したりする場合もある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、制御対象が２方向に同時に制御されることを防止して、制御対象を効率よく制御できる制御装置、駆動装置、および制御方法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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願の第１発明は、制御対象をフィードバック制御する制御装置であって、前記制御対象の状態を示す検出値に基づいて、前記制御対象を第１方向に制御する第１制御部と、前記検出値に基づいて、前記制御対象を前記第１方向とは異なる第２方向に制御する第２制御部と、を備え、前記第１制御部は、前記検出値が予め設定された条件に合致するときには、前記制御対象を前記第１方向に制御し、前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を制御せず、前記第２制御部は、前記検出値が前記条件に合致するときには、前記制御対象を制御せず、前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を前記第２方向に制御する。
【０００８】
本願の第２発明は、第１発明の制御装置であって、前記第１制御部および前記第２制御部は、目標値を基準として制御の有無を切り替える。
【０００９】
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の制御装置であって、前記第１制御部は、前記検出値が前記条件に合致するときに１を出力し、前記検出値が前記条件に合致しないときに０を出力する第１ステップ関数を、制御出力値に乗算することによって、制御の有無を切り替え、前記第２制御部は、前記検出値が前記条件に合致するときに０を出力し、前記検出値が前記条件に合致しないときに１を出力する第１ステップ関数を、制御出力値に乗算することによって、制御の有無を切り替える。
【００１０】
本願の第４発明は、制御対象をフィードバック制御する制御装置であって、前記制御対象の状態を示す検出値に基づいて、前記制御対象を第１方向に制御する第１制御部と、前記検出値に基づいて、前記制御対象を前記第１方向とは異なる第２方向に制御する第２制御部と、前記検出値が予め設定された条件に合致するか否かに基づいて、前記第１制御部による制御と、前記第２制御部による制御とを、択一的に採用する選択部と、を備える。
【００１１】
本願の第５発明は、第４発明の制御装置であって、前記選択部は、目標値を基準として、前記第１制御部による制御と、前記第２制御部による制御とを、択一的に採用する。
【００１２】
本願の第６発明は、第１発明から第５発明までのいずれか１発明の制御装置であって、前記第１方向と前記第２方向とは、互いに反対方向である。
【００１３】
本願の第７発明は、第１発明から第６発明までのいずれか１発明の制御装置であって、前記第１制御部および前記第２制御部は、それぞれＰＩＤ制御を行う。
【００１４】
本願の第８発明は、駆動装置であって、第１発明から第７発明までのいずれか１発明の制御装置と、前記制御対象を有する駆動部と、を備える。
【００１５】
本願の第９発明は、制御対象を互いに異なる方向に制御する第１制御部および第２制御部により、前記制御対象をフィードバック制御する制御方法であって、ａ）前記制御対象の状態を示す検出値を取得する工程と、ｂ）前記検出値に基づいて、前記制御対象をフィードバック制御する工程と、を備え、前記工程ｂ）において、前記第１制御部は、前記検出値が予め設定された条件に合致するときには、前記制御対象を第１方向に制御し、前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を制御せず、前記第２制御部は、前記検出値が前記条件に合致するときには、前記制御対象を制御せず、前記検出値が前記条件に合致しないときには、前記制御対象を第２方向に制御する。
【００１６】
本願の第１０発明は、制御対象を互いに異なる方向に制御する第１制御部および第２制御部により、前記制御対象をフィードバック制御する制御方法であって、ａ）前記制御対象の状態を示す検出値を取得する工程と、ｂ）前記検出値に基づいて、前記制御対象をフィードバック制御する工程と、を備え、前記工程ｂ）では、前記検出値が予め設定された条件に合致するか否かに基づいて、前記第１制御部による制御と、前記第２制御部による制御とを、択一的に採用する。
【発明の効果】
【００１７】
本願の第１発明〜第１０発明によれば、制御対象が２方向に同時に制御されることを防止できる。したがって、エネルギーの相殺を抑制して、制御対象を効率よく制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係る駆動装置の構成を示した図である。
【図２】第１実施形態の制御装置と、第１人工筋肉、第２人工筋肉、および角度センサとの接続を示したブロック図である。
【図３】第１実施形態の駆動装置における制御手順を示したフローチャートである。
【図４】第２実施形態に係る駆動装置の構成を示した図である。
【図５】第２実施形態の制御装置と、第１移動機構、第２移動機構、および変位センサとの接続を示したブロック図である。
【図６】第３実施形態に係る制御装置を含む温調装置の構成を示した図である。
【図７】第３実施形態の制御装置と、加熱機構、冷却機構、および温度センサとの接続を示したブロック図である。
【図８】変形例に係る制御装置と、第１人工筋肉、第２人工筋肉、および角度センサとの接続を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．駆動装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１の構成を示した図である。この駆動装置１は、ライフサイエンス分野の臨床試験に使用されるロボットアーム１０を、任意の角度で駆動させる機構である。なお、ロボットアーム１０は、工業製品の製造ラインや、他の種々の場面で使用されるものであってもよい。図１に示すように、駆動装置１は、ロボットアーム１０と、ロボットアーム１０を制御する制御装置２０とを有する。
【００２１】
ロボットアーム１０は、第１アーム１１、第２アーム１２、関節部１３、第１人工筋肉１４、第２人工筋肉１５、および角度センサ１６を有する。第１アーム１１および第２アーム１２は、それぞれ、金属等の剛性材料からなる柱状の部材である。第１アーム１１と第２アーム１２とは、関節部１３を介して互いに接続されている。関節部１３は、ボールベアリング等の軸受によって、第１アーム１１の先端と第２アーム１２の基端とを、回転可能に接続する。
【００２２】
第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５は、制御装置２０からの駆動信号に基づいて収縮する機械要素である。第１人工筋肉１４は、関節部１３の内側（関節部１３の周囲のうち、第１アーム１１と第２アーム１２との角度間隔が狭い側）に配置され、その両端が第１アーム１１と第２アーム１２とに接続される。第２人工筋肉１５は、関節部１３の外側（関節部１３の周囲のうち、第１アーム１１と第２アーム１２との角度間隔が広い側）に配置され、その両端が第１アーム１１と第２アーム１２とに接続される。
【００２３】
第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５は、それぞれ、収縮および伸長のうち、収縮のみを能動的に行うものとする。第１人工筋肉１４の収縮方向（第１方向）と、第２人工筋肉１５の収縮方向（第２方向）とは、互いに反対方向となる。第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５の一方が収縮すると、それに伴い、第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５の他方は伸長する。これにより、第１アーム１１と第２アーム１２との間に、関節部１３を中心とする回転方向の力が発生する。その結果、第１アーム１１に対する第２アーム１２の角度θが変化する。
【００２４】
第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５は、例えば、電気信号に応じて収縮する高分子材料や圧電素子などにより形成される。ただし、第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５は、モータの駆動力や空気圧を利用した機構によって、その長さを収縮させるものであってもよい。
【００２５】
角度センサ１６は、第１アーム１１に対する第２アーム１２の角度θを検知するためのセンサである。角度センサ１６には、例えば、可変抵抗を有するポテンショメータ等の既知の角度センサを用いることができる。角度センサ１６は、第１アーム１１に対する第２アーム１２の角度を検出し、得られた検出値を示す検出信号を、制御装置２０へ出力する。
【００２６】
制御装置２０は、角度センサ１６からの検出信号に基づいて、第１アーム１１に対する第２アーム１２の角度θをフィードバック制御する装置である。すなわち、本実施形態では、第１アーム１１に対する第２アーム１２の角度θが、制御装置２０の制御対象となる。図１中に概念的に示したように、本実施形態の制御装置２０は、ＣＰＵ等の演算処理部２０１、ＲＡＭ等のメモリ２０２、およびハードディスクドライブ等の記憶部２０３を有するコンピュータにより構成される。記憶部２０３内には、角度θの制御を実行するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。
【００２７】
図２は、制御装置２０とロボットアーム１０の各部との接続を示したブロック図である。図２に示すように、制御装置２０は、第１人工筋肉１４、第２人工筋肉１５、および角度センサ１６と、それぞれ通信可能に接続されている。また、図２中に概念的に示したように、制御装置２０は、第１人工筋肉１４を制御する第１制御部２１と、第２人工筋肉１５を制御する第２制御部２２とを有する。制御装置２０は、記憶部２０３に記憶されたコンピュータプログラムＰやデータをメモリ２０２に一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰに基づいて、演算処理部２０１を動作させることにより、第１制御部２１および第２制御部２２の各機能を実現する。
【００２８】
＜１−２．制御処理の流れについて＞
続いて、上記の駆動装置１における角度θの制御手順について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。制御装置２０は、図３のステップＳ１〜Ｓ５を繰り返すことによって、ロボットアーム１０の角度θを制御する。
【００２９】
制御装置２０は、まず、角度θの目標値θｔを取得する（ステップＳ１）。目標値θｔは、制御装置２０の外部からその都度入力されてもよいし、制御装置２０の内部において、予め設定されたプログラムに従って発生させてもよい。取得された目標値θｔは、第１制御部２１と第２制御部２２とに、それぞれ入力される。
【００３０】
次に、制御装置２０は、角度センサ１６から出力された検出信号を受信する。そして、受信した検出信号に基づいて、その時点における角度θの検出値θｃを取得する（ステップＳ２）。取得した検出値θｃは、第１制御部２１と第２制御部２２とに、それぞれ入力される。
【００３１】
続いて、第１制御部２１および第２制御部２２は、それぞれ、取得した目標値θｔと検出値θｃとに基づいて、中間制御値Ｆ１ａ，Ｆ２ａを算出する（ステップＳ３）。第１制御部２１は、目標値θｔと検出値θｃとを、予め設定された次の制御式（１）に代入する。これにより、中間制御値Ｆ１ａを算出する。また、第２制御部２２は、取得された目標値θｔと検出値θｃとを、予め設定された次の制御式（２）に代入する。これにより、中間制御値Ｆ２ａを算出する。
【００３２】
【数１】
2017097738.tif 000003
【００３３】
【数２】
2017097738.tif 000004
【００３４】
本実施形態では、いわゆるＰＩＤ制御によって、中間制御値Ｆ１ａ，Ｆ２ａを算出する。制御式（１），（２）は、目標値θｔと検出値θｃとの偏差に比例する比例項、偏差の積分に比例する積分項、および偏差の微分に比例する微分項、の３つの項を有する。制御式（１）中のＫｐ１および制御式（２）中のＫｐ２は、比例項の比例定数（比例ゲイン）である。制御式（１）中のＫｉ１および制御式（２）中のＫｉ２は、積分項の比例定数（積分ゲイン）である。また、制御式（１）中のＫｄ１および制御式（２）中のＫｄ２は、微分項の比例定数（微分ゲイン）である。
【００３５】
制御式（１），（２）により、中間制御値Ｆ１ａ，Ｆ２ａが算出されると、次に、第１制御部２１および第２制御部２２は、最終的に出力すべき最終制御値Ｆ１ｂ，Ｆ２ｂを算出する（ステップＳ４）。具体的には、第１制御部２１は、算出された中間制御値Ｆ１ａ、上述した目標値θｔ、および上述した検出値θｃを、予め設定された次の制御式（３）に代入する。これにより、最終制御値Ｆ１ｂを算出する。また、第２制御部２２は、算出された中間制御値Ｆ２ａ、上述した目標値θｔ、および上述した検出値θｃを、予め設定された次の制御式（４）に代入する。これにより、最終制御値Ｆ２ｂを算出する。
【００３６】
【数３】
2017097738.tif 000005
【００３７】
【数４】
2017097738.tif 000006
【００３８】
ここで、関数Ｕ１（ｘ），Ｕ２（ｘ）には、それぞれ、入力値ｘがある条件に合致するか否かに応じて０または１を択一的に出力するステップ関数が用いられる。例えば、関数Ｕ１（ｘ）には、次の第１ステップ関数（５）が用いられ、関数Ｕ２（ｘ）には、次の第２ステップ関数（６）が用いられる。
【００３９】
【数５】
2017097738.tif 000007
【００４０】
【数６】
2017097738.tif 000008
【００４１】
この例では、どちらのステップ関数Ｕ１（ｘ），Ｕ２（ｘ）も、ｘ＝０を境として、出力値の値が、０または１に切り替えられる。しかしながら、ステップ関数Ｕ１（ｘ），Ｕ２（ｘ）の出力値を切り替えるためのｘの閾値は、必ずしも０でなくてもよい。ただし、第１ステップ関数Ｕ１（ｘ）におけるｘの閾値と、第２ステップ関数Ｕ２（ｘ）におけるｘの閾値とは、同一とされる。そして、同一の入力値ｘに対して、第１ステップ関数Ｕ１（ｘ）の出力値が０のときには、第２ステップ関数Ｕ２（ｘ）の出力値は必ず１となり、第１ステップ関数Ｕ１（ｘ）の出力値が１のときには、第２ステップ関数Ｕ２（ｘ）の出力値は必ず０となるように、ステップ関数Ｕ１（ｘ），Ｕ２（ｘ）が設定される。
【００４２】
上述した制御式（３）では、このような第１ステップ関数Ｕ１（ｘ）を、中間制御値Ｆ１ａに乗算することによって、最終制御値Ｆ１ｂを算出する。また、上述した制御式（４）では、このような第２ステップ関数Ｕ２（ｘ）を、中間制御値Ｆ２ａに乗算することによって、最終制御値Ｆ２ｂを算出する。
【００４３】
その後、第１制御部２１および第２制御部２２は、算出された最終制御値Ｆ１ｂ，Ｆ２ｂに基づいて、第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５を、それぞれ制御する（ステップＳ５）。具体的には、第１制御部２１は、最終制御値Ｆ１ｂを示す制御信号を、第１人工筋肉１４へ出力する。第１人工筋肉１４は、最終制御値Ｆ１ｂが０でない場合には、その値に応じて収縮する。また、第２制御部２２は、最終制御値Ｆ２ｂを示す制御信号を、第２人工筋肉１５へ出力する。第２人工筋肉１５は、最終制御値Ｆ２ｂが０でない場合には、その値に応じて収縮する。
【００４４】
上記の制御によれば、検出値θｃが目標値θｔ以下の場合には、第１制御部２１は、最終制御値Ｆ１ｂとして中間制御値Ｆ１ａと同じ値を出力し、第２制御部２２は、最終制御値Ｆ２ｂとして０を出力する。したがって、検出値θｃが目標値θｔ以下の場合には、第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５のうち、第１人工筋肉１４のみが制御される。また、検出値θｃが目標値θｔよりも大きい場合には、第１制御部２１は、最終制御値Ｆ１ｂとして０を出力し、第２制御部２２は、最終制御値Ｆ２ｂとして中間制御値Ｆ２ａと同じ値を出力する。したがって、検出値θｃが目標値θｔよりも大きい場合には、第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５のうち、第２人工筋肉１５のみが制御される。
【００４５】
このようにすれば、ロボットアーム１０が、第１人工筋肉１４と第２人工筋肉１５とによって、２方向に同時に制御されることを防止できる。したがって、エネルギーの相殺を抑制して、第１アーム１１に対する第２アーム１２の角度θを効率よく制御できる。また、フィードバック制御の応答性が低下することも抑制できる。また、ロボットアーム１０に２方向に同時に力が加わらないため、ロボットアーム１０のダメージも抑制できる。
【００４６】
＜２．第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る駆動装置１Ａの構成を示した図である。この駆動装置１Ａは、産業用の印刷装置に使用される帯状の印刷用紙や、燃料電池の製造工程において搬送される帯状の電解質膜のような、帯状の基材９Ａの搬送時の位置を、搬送方向に対して垂直な方向（以下、「幅方向」と称する）に補正するための装置である。この駆動装置１Ａは、例えば、基材９Ａが搬送時に蛇行することを抑制するために用いられる。
【００４７】
図４に示すように、本実施形態の駆動装置１Ａは、一対の第１ガイドローラ１１Ａ、一対の第２ガイドローラ１２Ａ、第１移動機構１４Ａ、第２移動機構１５Ａ、変位センサ１６Ａ、および制御装置２０Ａを有する。
【００４８】
第１移動機構１４Ａは、一対の第１ガイドローラ１１Ａを幅方向の一方側（第１方向）へ回転させる機構である。一対の第１ガイドローラ１１Ａが幅方向の一方側へ回転すると、それに伴い、基材９Ａの位置も、幅方向の一方側へ変化する。第２移動機構１５Ａは、一対の第２ガイドローラ１２Ａを幅方向の他方側（第２方向）へ回転させる機構である。一対の第２ガイドローラ１２Ａが幅方向の他方側へ回転すると、それに伴い、基材９Ａの位置も、幅方向の他方側へ変化する。
【００４９】
変位センサ１６Ａは、基材９Ａの幅方向の位置を検出するためのセンサである。変位センサ１６Ａは、例えば、基材９Ａのエッジの位置を、光センサによって検出する。そして、得られた検出値を示す検出信号を、制御装置２０Ａへ出力する。
【００５０】
制御装置２０Ａは、変位センサ１６Ａからの検出信号に基づいて、基材９Ａの幅方向の位置を制御する装置である。すなわち、本実施形態では、基材９Ａの幅方向の位置が、制御装置２０Ａの制御対象となる。図４中に概念的に示したように、本実施形態の制御装置２０Ａは、ＣＰＵ等の演算処理部２０１Ａ、ＲＡＭ等のメモリ２０２Ａ、およびハードディスクドライブ等の記憶部２０３Ａを有するコンピュータにより構成される。記憶部２０３Ａ内には、角度θの制御を実行するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。
【００５１】
図５は、制御装置２０Ａと、第１移動機構１４Ａ、第２移動機構１５Ａ、および変位センサ１６Ａとの接続を示したブロック図である。図５に示すように、制御装置２０Ａは、第１移動機構１４Ａ、第２移動機構１５Ａ、および変位センサ１６Ａと、それぞれ通信可能に接続されている。また、図５中に概念的に示したように、制御装置２０Ａは、第１移動機構１４Ａを制御する第１制御部２１Ａと、第２移動機構１５Ａを制御する第２制御部２２Ａとを有する。制御装置２０Ａは、記憶部２０３Ａに記憶されたコンピュータプログラムＰやデータをメモリ２０２Ａに一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰに基づいて、演算処理部２０１Ａが演算処理を行うことにより、第１制御部２１Ａおよび第２制御部２２Ａの各機能を実現する。
【００５２】
このような構成においても、制御装置２０Ａは、上記の第１実施形態と同様のフィードバック制御を行うことができる。すなわち、変位センサ１６Ａの検出値が目標値以下の場合には、第１制御部２１Ａは、最終制御値として０以外の値を出力し、第２制御部２２Ａは、最終制御値として０を出力する。したがって、第１移動機構１４Ａおよび第２移動機構１５Ａのうち、第１移動機構１４Ａのみが制御される。また、変位センサ１６Ａの検出値が目標値よりも大きい場合には、第１制御部２１Ａは、最終制御値として０を出力し、第２制御部２２Ａは、最終制御値として０以外の値を出力する。したがって、第１移動機構１４Ａおよび第２移動機構１５Ａのうち、第２移動機構１５Ａのみが制御される。
【００５３】
このようにすれば、基材９Ａが、第１移動機構１４Ａと第２移動機構１５Ａとによって、２方向に同時に制御されることを防止できる。したがって、エネルギーの相殺を抑制して、基材９Ａの幅方向の位置を効率よく制御できる。また、フィードバック制御の応答性が低下することも抑制できる。また、基材９Ａに２方向に同時に力が加わらないため、基材９Ａのダメージも抑制できる。
【００５４】
＜３．第３実施形態＞
図６は、本発明の第３実施形態に係る制御装置２０Ｂを含む温調装置１Ｂの構成を示した図である。この温調装置１Ｂは、容器１０Ｂ内に貯留された液体９Ｂの温度を、所望の温度に調節する装置である。図６に示すように、本実施形態の温調装置１Ｂは、加熱機構１４Ｂ、冷却機構１５Ｂ、温度センサ１６Ｂ、および制御装置２０Ｂを有する。
【００５５】
加熱機構１４Ｂは、容器１０Ｂ内の液体９Ｂの温度を上昇（第１方向に変化）させる機構である。加熱機構１４Ｂには、例えば、通電により発熱するニクロム線等の電熱線を内蔵したヒータが用いられる。冷却機構１５Ｂは、容器１０Ｂ内の液体９Ｂの温度を低下（第２方向に変化）させる機構である。冷却機構１５Ｂには、例えば、容器１０Ｂの周囲に設けられた流路に冷媒を流すことによって、容器１０Ｂ内の液体９Ｂから熱を吸収する機構が用いられる。温度センサ１６Ｂは、容器１０Ｂ内に貯留された液体９Ｂの温度を検出する。そして、得られた検出値を示す検出信号を、制御装置２０Ｂへ出力する。
【００５６】
制御装置２０Ｂは、温度センサ１６Ｂからの検出信号に基づいて、容器１０Ｂ内の液体９Ｂの温度を制御する装置である。すなわち、本実施形態では、容器１０Ｂ内の液体９Ｂの温度が、制御装置２０Ｂの制御対象となる。図６中に概念的に示したように、本実施形態の制御装置２０Ｂは、ＣＰＵ等の演算処理部２０１Ｂ、ＲＡＭ等のメモリ２０２Ｂ、およびハードディスクドライブ等の記憶部２０３Ｂを有するコンピュータにより構成される。記憶部２０３Ｂ内には、角度θの制御を実行するためのコンピュータプログラムＰが、インストールされている。
【００５７】
図７は、制御装置２０Ｂと、加熱機構１４Ｂ、冷却機構１５Ｂ、および温度センサ１６Ｂとの接続を示したブロック図である。図７に示すように、制御装置２０Ｂは、加熱機構１４Ｂ、冷却機構１５Ｂ、および温度センサ１６Ｂと、それぞれ通信可能に接続されている。また、図７中に概念的に示したように、制御装置２０Ｂは、加熱機構１４Ｂを制御する第１制御部２１Ｂと、冷却機構１５Ｂを制御する第２制御部２２Ｂとを有する。制御装置２０Ｂは、記憶部２０３Ｂに記憶されたコンピュータプログラムＰやデータをメモリ２０２Ｂに一時的に読み出し、当該コンピュータプログラムＰに基づいて、演算処理部２０１Ｂが演算処理を行うことにより、第１制御部２１Ｂおよび第２制御部２２Ｂの各機能を実現する。
【００５８】
このような構成においても、制御装置２０Ｂは、上記の第１実施形態と同様のフィードバック制御を行うことができる。すなわち、温度センサ１６Ｂの検出値が目標値以下の場合には、第１制御部２１Ｂは、最終制御値として０以外の値を出力し、第２制御部２２Ｂは、最終制御値として０を出力する。したがって、加熱機構１４Ｂおよび冷却機構１５Ｂのうち、加熱機構１４Ｂのみが制御される。また、温度センサ１６Ｂの検出値が目標値よりも大きい場合には、第１制御部２１Ｂは、最終制御値として０を出力し、第２制御部２２Ｂは、最終制御値として０以外の値を出力する。したがって、加熱機構１４Ｂおよび冷却機構１５Ｂのうち、冷却機構１５Ｂのみが制御される。
【００５９】
このようにすれば、容器１０Ｂ内の液体９Ｂが、加熱機構１４Ｂと冷却機構１５Ｂとによって、２方向に同時に制御されることを防止できる。したがって、エネルギーの相殺を抑制して、容器１０Ｂ内の液体９Ｂの温度を効率よく制御できる。また、フィードバック制御の応答性が低下することも抑制できる。
【００６０】
＜４．変形例＞
以上、本発明の主たる実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００６１】
上記の第１実施形態では、ステップ関数Ｕ１（ｘ），Ｕ２（ｘ）を用いた制御式（３），（４）により、第１制御部２１および第２制御部２２のいずれか一方の最終制御値を０としていた。しかしながら、制御式（３），（４）の処理を省略し、第１制御部２１および第２制御部２２の双方から、０でない最終制御値を一旦出力してもよい。その場合、第１制御部２１および第２制御部２２から出力された２つの最終制御値のうちのいずれか一方を、別途設けられた選択部によって、択一的に採用するようにすればよい。
【００６２】
具体的な構成としては、図８のように、第１制御部２１と第１人工筋肉１４との間、および第２制御部２２と第２人工筋肉１５との間に、それぞれ選択部２３，２４を介在させる。選択部２３は、検出値θｃが目標値θｔ以下の場合には、第１制御部２１から出力された制御信号をそのまま第１人工筋肉１４へ入力し、検出値θｃが目標値θｔよりも大きい場合には、第１制御部２１から出力された制御信号を遮断する。一方、選択部２４は、検出値θｃが目標値θｔ以下の場合には、第２制御部２２から出力された制御信号を遮断し、検出値θｃが目標値θｔよりも大きい場合には、第２制御部２２から出力された制御信号をそのまま第２人工筋肉１５へ入力する。
【００６３】
このような構成でも、制御装置２０は、検出値θｃが目標値θｔ以下の場合には、第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５のうち、第１人工筋肉１４のみを制御することができる。また、変位センサ１６Ａの検出値θｃが目標値θｔよりも大きい場合には、第１人工筋肉１４および第２人工筋肉１５のうち、第２人工筋肉１５のみを制御することができる。すなわち、ロボットアーム１０が、第１人工筋肉１４と第２人工筋肉１５とによって、２方向に同時に制御されることを防止できる。したがって、エネルギーの相殺を抑制して、第１アーム１１に対する第２アーム１２の角度θを効率よく制御できる。
【００６４】
なお、第２実施形態および第３実施形態の構成において、同様の選択部を設けてもよい。
【００６５】
また、上記の各実施形態では、第１制御部および第２制御部が、ＰＩＤ制御を行っていた。しかしながら、本発明におけるフィードバック制御の方式は、ＰＩＤ制御に限らず、例えばＰＩ制御であってもよい。
【００６６】
また、上記の各実施形態では、制御式（３），（４）中のステップ関数に、目標値と検出値の偏差を入力していた。これにより、目標値を基準として第１制御部の制御と第２制御部の制御とを切り替えていた。しかしながら、ステップ関数に代入される値は、目標値と検出値の偏差に限らず、他の値であってもよい。また、ステップ関数に、積分値や微分値を考慮した値を入力してもよい。
【００６７】
また、上記の各実施形態では、制御装置がコンピュータにより実現されていた。しかしながら、本発明の制御装置は、プリント基板やＩＣチップ上に形成された電気回路によって実現されるものであってもよい。
【００６８】
また、本発明の制御装置および制御方法は、上記の例に限らず、種々の制御対象をフィードバック制御する際に適用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  駆動装置
１０  ロボットアーム
１１  第１アーム
１２  第２アーム
１３  関節部
１４  第１人工筋肉
１５  第２人工筋肉
１６  角度センサ
２０  制御装置
２１  第１制御部
２２  第２制御部
２３  選択部
２４  選択部
θｃ  検出値
θｔ  目標値
１Ａ  駆動装置
９Ａ  基材
１１Ａ  第１ガイドローラ
１２Ａ  第２ガイドローラ
１４Ａ  第１移動機構
１５Ａ  第２移動機構
１６Ａ  変位センサ
２０Ａ  制御装置
２１Ａ  第１制御部
２２Ａ  第２制御部
１Ｂ  温調装置
９Ｂ  液体
１０Ｂ  容器
１４Ｂ  加熱機構
１５Ｂ  冷却機構
１６Ｂ  温度センサ
２０Ｂ  制御装置
２１Ｂ  第１制御部
２２Ｂ  第２制御部
【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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