(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正逆回転可能なモータ本体（３１）および被当接部材（１００）に当接し推力を与える出力部（３３）および前記モータ本体の回転を減速させ前記出力部の推力に変換し前記被当接部材からの反力もしくは外力により前記出力部を介して前記モータ本体を回転させる伝達部（３２）を有するアクチュエータ（３）と、
前記モータ本体に電源から供給される電流量を制御する駆動部（４）と、
前記モータ本体への供給電流を検出し電流信号を発生する電流検出部（５）と、
前記アクチュエータの推力を任意に設定できる指令値信号を発生する指令値発生部（６）と、
前記指令値信号の上昇時に前記指令値信号に加え、前記指令値信号の下降時に前記指令値信号から減じた指令値変換信号を発生する指令値変換部（７）と、
前記電流信号と前記指令値変換信号とを比較し比較信号を発生する比較部（８）と、
前記電流信号が前記指令値変換信号よりも低い比較信号の場合に前記モータ本体に電流量を大きくする電流増加信号を前記駆動部に与え、前記電流信号が前記指令値変換信号よりも高い比較信号の場合に前記モータ本体に電流量を小さくする電流減少信号を前記駆動部に与える電流制御部（９）とを備え、前記指令値変換信号は、前記指令値信号の下降初期時から前記指令値信号の下降と共に減少していく下降変数（ｂ）を前記指令値信号から減ずるように設定されていることを特徴とするアクチュエータ制御装置（１）。
【請求項２】
前記指令値変換信号は、前記指令値信号の上昇初期時から前記指令値信号の上昇と共に減少していく上昇変数（ａ）を前記指令値信号に加えるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は被当接部材に推力を与えるアクチュエータにおいて、その推力を確実に制御するためのアクチュエータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常一般的な推力を発生するアクチュエータにおいては、図７に示すような構成であり、アクチュエータ３は、図示しないが、正逆回転可能なモータ本体３１および被当接部材１００に当接し推力Ｆ１を与える出力部３３および前記モータ本体３１の回転を減速させ前記出力部の推力Ｆ１に変換し被当接部材１００からの反力Ｆ２もしくは外力Ｆ２により前記出力部３３を介してモータ本体３１を回転させる伝達部３２を有している。アクチュエータ３にある必要量の推力Ｆ１を与えるように指令値発生部６０からの指令値信号が発生し、その指令値信号に従って制御回路９０ではアクチュエータ３のモータ本体３１に電流が加えられる。その電流量に応じてアクチュエータ３内のモータ本体３１はトルクの増減がなされ、その増減に応じて、アクチュエータ３から出される推力Ｆ１が増減される。
【０００３】
ここで一般に、モータ本体３１が出力部３３と直結している場合は、理論式［Ｔ＝ｋ×Φ×Ｉ（ｋは比例変数：Φは磁束量：Ｉはモータの電流値）］に従って、電流値が出力部の推力に対応する。しかしながら、図７のアクチュエータ３はモータ本体３１の回転を減速させる伝達部３２（例えば複数のギヤ）を有しているので、機械的なヒステリシス損が生じてしまう。また、正回転へのギヤの負荷と逆回転へのギヤの負荷が異なるので、比例的に電流の増減を行ってもトルク増加に対してトルク減少は反応が幾分遅れる。すなわち、電流値の増減が出力部の推力の増減に対応しないことになる。そこで、アクチュエータ３の出力部３３に荷重センサ９１を備え、その荷重センサ９１の信号を受けてアンプ９２で増幅し電流制御部９０にフィードバックしアクチュエータ３を正確に作動させる構成になっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の構成では、荷重センサおよびアンプという特別な部品が必要であり、部品点数も多かった。よって、本発明は簡単な構成で推力の指令に対応して確実な推力を制御可能なアクチュエータ制御装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明であるアクチュエータ制御装置（１）は、上記目的を達成するため、正逆回転可能なモータ本体（３１）および被当接部材（１００）に当接し推力を与える出力部（３３）および前記モータ本体の回転を減速させ前記出力部の推力に変換し前記被当接部材からの反力もしくは外力により前記出力部を介して前記モータ本体を回転させる伝達部（３２）を有するアクチュエータ（３）と、前記モータ本体に電源から供給される電流量を制御する駆動部（４）と、前記モータ本体への供給電流を検出し電流信号を発生する電流検出部（５）と、前記アクチュエータの推力を任意に設定できる指令値信号を発生する指令値発生部（６）と、前記指令値信号の上昇時に前記指令値信号に加え、前記指令値信号の下降時に前記指令値信号から減じた指令値変換信号を発生する指令値変換部（７）と、前記電流信号と前記指令値変換信号とを比較し比較信号を発生する比較部（８）と、前記電流信号が前記指令値変換信号よりも低い比較信号の場合に前記モータ本体に電流量を大きくする電流増加信号を前記駆動部に与え、前記電流信号が前記指令値変換信号よりも高い比較信号の場合に前記モータ本体に電流量を小さくする電流減少信号を前記駆動部に与える電流制御部（９）とを備え、前記指令値変換信号は、前記指令値信号の下降初期時から前記指令値信号の下降と共に減少していく下降変数（ｂ）を前記指令値信号から減ずるように設定されたことを特徴とする。
【０００６】
この請求項２の発明であるアクチュエータ制御装置（１）は、上記目的を達成するため、請求項１の構成に加えて、前記指令値変換信号は、前記指令値信号の上昇初期時から前記指令値信号の上昇と共に減少していく上昇変数（ａ）を前記指令値信号に加えるように設定されていることを特徴とする。
【０００７】
【作用】
本発明のアクチュエータ制御装置における請求項１の発明では、アクチュエータの伝達部はモータ本体の回転を減速して出力部に推力を与えている。その結果、モータ本体へ与えた電流値の増加に対して推力の増加はやや遅れる。また、モータ本体が回転中に電流を減少させても推力の減少はやや遅れる。これは、伝達部の機械的なヒステリシス損によるものである。この遅れを解消するために、任意に設定され推力を必要とする信号である指令値信号に対して、指令値変換部では指令値変換信号を発生している。この指令値変換信号は、指令値信号の上昇時に指令値信号に加える信号であり、指令値信号の下降時に指令値信号から減ずる信号である。すなわち、指令値信号を上昇させるとモータ本体には指令値信号に対応した量よりも多くの電流量が流れ、指令値信号を下降させるとモータ本体には指令値信号に対応した量よりも少ない電流量が流れる。その結果、モータ本体の回転において立ち上がりが機敏になり、伝達部の機械的なヒステリシスがあっても十分対応することができる。なお、指令値変換信号は、モータ本体から得られた電流信号と比較部において比較され、比較信号が発生される。電流制御部で比較信号を判断し、モータ本体への電流量を制御する。電流制御部において、電流信号が指令値変換信号よりも小さい比較信号ならば、駆動部がモータ本体に与える電流量を大きくし、電流信号が指令値変換信号よりも小さい比較信号ならば、駆動部がモータ本体に与える電流量を小さくし、適切な電流がモータ本体に与えられるようになり、推力が一定であるアクチュエータ制御装置が得られる。また、指令値信号の下降と共に減少する下降変数（ｂ）を指令値信号に考慮している。モータ本体の回転が減少する時点において、ここでも機械的なヒステリシス損が大きいのでモータ本体に電流量を減じて少なく流しモータ本体の回転トルクは急激に少なくなる。そして、時間を経るに従い機械的なヒステリシス損は少なくなるので、電流量の追加が少なくすると推力に近づけることができる。
【０００８】
本発明のアクチュエータ制御装置における請求項２の発明は、上記請求項１の作用効果に加えて、指令値信号が上昇初期時から増加させる上昇変数（ａ）を指令値信号に考慮している。よって、モータ本体の回転が始まる立ち上がり時点において、機械的なヒステリシス損が大きいのでモータ本体に電流量が追加して多く流れモータ本体の回転トルクは大きくなる。そして、時間を経るに従い機械的なヒステリシス損は少なくなるので、電流量の追加が少なくすると推力に近づけることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図１から図６に示す実施例について説明する。図１は本発明のアクチュエータ制御装置の実施形態例を示したブロック構成図、図２は指令値変換部で行われるフローチャートであり、図３は図１における指令値変換部を用いないでモータ本体へ流れる電流値と推力の変化を比較したグラフであり、図４は図３におけるモータ本体へ流れる電流値と推力の変化を示したグラフであり、図５は図１におけるモータ本体へ流れる電流値と推力の変化を比較したグラフであり、図６は図５におけるモータ本体へ流れる電流値と推力の変化を示したグラフを示す。以下図面に従い説明する。
【００１０】
まずは図１に従い説明する。本発明であるモータ制御装置１の主な構成として、制御回路２とアクチュエータ３である。アクチュエータ３は、正逆回転可能なモータ本体３１、および被当接部材１００に当接し推力を与える出力部３３、およびモータ本体３１の回転を減速させ前記出力部３３の推力Ｆ１に変換し被当接部材１００からの反力Ｆ２もしくは外力Ｆ２により出力部３３を介してモータ本体３１を回転させる伝達部３２を有している。モータ本体３１には図示しない回転軸を有しておりその回転軸には図示しない伝達部３２に相当する複数のギヤが取り付けられモータ本体３１の回転数を減速するように配置されている。これら複数のギヤは出力部３３からモータ本体３１へ回転を伝達することも可能になっており、出力部３３の移動により伝達部３２とモータ本体３１は正逆転可能になっている。出力部３３は、被当接部材１００に当接するものであり、モータ本体３１からの回転力が伝達部３２を介して推力Ｆ１として被当接部材１００に与えるものである。被当接部材１００から反力Ｆ２もしくは外力Ｆ２が加えられると出力部３３は推力Ｆ１の発生する方向に対して逆の力が加えられ、被当接部材１００への推力Ｆ１が減少していき、最終的には推力Ｆ１が０になり、反力Ｆ２が大きければ出力部３３の推力Ｆ１が発生する方向とは逆の方向に移動する。
【００１１】
制御回路２は、前記モータ本体３１に電源から供給される電流量を制御する駆動部４と、モータ本体３１への供給電流を検出し電流信号を発生する電流検出部５と、アクチュエータ１の推力Ｆ１を任意に設定できる指令値信号を発生する指令値発生部６と、指令値信号の上昇時に指令値信号に対して上昇変数を加え、前記指令値信号の下降時に指令値信号から下降変数を減じた指令値変換信号を発生する指令値変換部７と、電流信号と指令値変換信号とを比較し比較信号を発生する比較部８と、電流信号が指令値変換信号よりも低い比較信号の場合にモータ本体３１に電流量を大きくする電流増加信号を駆動部４に与え、電流信号が電流指令信号よりも高い比較信号の場合にモータ本体３１に電流量を小さくする電流減少信号を駆動部４に与える電流制御部９と、を備えている。
【００１２】
そして、駆動部４は電流制御部９と図示しない電源とモータ本体３１と接続し、電流検出部５は駆動部４とモータ本体３１との間の接続線と接続し、指令値発生部６は指令値変換部７と接続し、指令値変換部７は比較部８と接続し、比較部８は電流検出部５と電流制御部９と接続し、電流制御部９は駆動部４と接続し、駆動部４はモータ本体３１への接続線を介して電流検出部５と接続している。
【００１３】
指令値変換部７において、図２に示すようなフローチャートに従い指令値信号を指令値変換信号に変換している。まず、指令値発生部６から必要とする推力の任意の指令値信号が発生する。この信号は比例的な直線となっており必要とする推力は比例的に増加し一定値を得て比例的に減少するものである。指令値変換部７では指令値信号が入力される。そして、その指令値信号をある時間毎検出しており現在の指令値信号と１つ前の指令値信号を比較し、現在の指令値信号が過去の指令値信号よりも少なくなったかを判断する。すなわち指令値信号が減少したかを判断する。そして、指令値信号が減少してないとき、すなわち指令値信号が増加している若しくは一定値であるときは、フローチャートの左側に進み、Ｉ＝（（５−ａ）Ｘ）／５＋ａの式にデータは入力される。また、指令値信号が減少しているときは、フローチャートの右側に進み、Ｉ＝（（５−ｂ）Ｘ）／５の式にデータは入力される。（Ｉ：指令値変換信号、Ｘ：現在の指令値信号、ａ：アクチュエータの正回転方向において発生する機械損から算出される変数、ｂ：アクチュエータの逆回転方向において発生する機械損から算出される変数）これらの式から得られる数値が指令値変換信号であり、この信号は指令値変換部７から発生される。
【００１４】
ここで、変数ａ、ｂについて説明する。これは、複数のギヤ等からなる伝達部３２の機械損から得られる変数である。アクチュエータ３には伝達部３２が設けられており、この伝達部３２はギヤ等の噛合いや減速負荷による機械損がある。図３のようにモータ本体３１にグラフの破線である電流値を比例的に増加させ、その後同じ傾斜で比例的に減少させた場合、伝達部３２を有するアクチュエータ３のグラフの直線である推力は機械損のため電流値にすぐに反応せずにわずかに遅れて反応する。そして、このアクチュエータ３の推力は、特に電流が上昇および下降し始めの反応が悪く、時間を経るに従い電流量に一致するようになる。また、図４にモータ電流量に直接対応する破線である指令値信号と直線である推力との関係のグラフを示している。このグラフより、指令値信号を比例的に上昇させその後下降させると、推力は図４に示すような機械損ループを描く。このループは平行四辺形にはならず、上昇時にける機械損の遅れよりも下降時における機械損の遅れの方が大きい。その結果、上昇方向への指令値信号から推力が発生し始めるのは指令値信号がａ上昇したときであり、下降方向への指令値信号から推力が減少し始めるのは指令値信号がｂ減少したときである。そして、正転方向に減速している伝達部３２であれば、一般にａ＞ｂとなる。これは、正転時と逆転時では、伝達部３２の回転を邪魔する保持力の有無が関係するからであり、正回転ギヤ効率をηＦとし、逆回転ギヤ効率をηRとすると、正転時の推力は正転力であり、正転力＝ｋηＦＩである。そして、逆転時の推力は、保持力の推力は保持力＝残留力×ηRである。ここで、残留力とは、モータ本体が回転している際、その回転を続けようとする力であり、直前のモータ本体へ供給される電流量の変化とギヤ効率に影響される。
【００１５】
次に、図１に示した指令値変換部７を設けたときのモータ本体３１への供給電流量と推力との関係を図５に示す。破線がモータ本体３１への供給電流量であり、実線がアクチュエータ３の推力を示したグラフである。モータ本体３１への供給電流は０の時点から次の瞬間にａ分だけ加えられ、その後比例的に上昇し、推力を比例的に増加させている。また、推力が最大値になって、推力を減少させるときに最大電流から次の瞬間にｂ分減じられ、その後比例的に下降し、推力を比例的に下降させている。
【００１６】
このとき、グラフの破線である指令値変換信号とグラフの実線であるアクチュエータ３の推力の関係を図６に示した。この指令値変換信号は図５の電流量と一致する信号であり、アクチュエータ３の推力が比例的に増加減少するには、図６の破線を辿れば確実な推力が得られる。指令値変換信号は推力上昇時初期時点ではａ分加えた信号に変換され、推力下降時初期時点ではｂ分減じた信号に変換される。そして、この指令値変換信号は上昇時下降時それぞれにおいて図２のフローチャートの式に代入され計算される。的確な推力を得るには図６の破線のループを辿ることで得られる。図６における破線は推力の最大値と最小値で上下の破線を結んでいるが、推力上昇時の途中で推力を下降させれば、途中であっても上の破線から下の破線に移動し辿っていくことなる。なお、上昇変数ａと下降変数ｂの決定方法としては、推力が比例的な増加および減少になるように実験的に試行を繰り返し、詳細なデータをとり時間に対して変数変化が決定される。よって、式等で表現できないような複雑な変数であれば制御回路２内にメモリーを設けそこにパターンマップを設けてそこに書き込んだデータを時間単位で読み出して指令値信号を指令値変換信号に変換する。
【００１７】
次に指令値変換部７から指令値変換信号を受けてからの制御回路２について図１に従い説明する。電流検出部５では、モータ本体３１からの供給電流値を検出し電流信号を発生する。そして、比較部８では、電流信号と先の指令値変換信号とを比較し、電流信号が指令値変換信号よりも大きければ大きくなった量の＋（プラス）の比較信号を発生し、電流信号が指令値変換信号よりも小さければ小さくなった量の−（マイナス）の比較信号を発生する。そして、その比較信号を受けた電流制御部９では、比較信号が＋（プラス）であればその量から定められた演算を施し駆動部４に電流値を減少するよう電流減少信号を発生し駆動部４を制御し、比較信号が−（マイナス）であればその量から定められた演算を施し駆動部４に電流値を増加するよう電流増加信号を発生し駆動部４を制御する。その結果、モータ本体３１には、指令値発生部７の指令値信号に応じて変化する信号に対応して、駆動部４を介して与えられる電流量が供給されるようになる。
【００１８】
上記構成において、モータ本体３１はＤＣブラシモータを用いるよりもステッピングモータを用いることにより、電流に対する応答性が優れるので、望ましい。上述では、指令値信号を図６のように直線的な比例的に増加から減少にして示したが、指令値信号は任意の設定ができるため、曲線的な増加や減少もできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば推力を与える減速を行う伝達部を有するアクチュエータの制御において、増加および減少時のどちらであっても設定値に対応して確実に推力を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明であるアクチュエータ制御装置の実施形態例を示すブロック構成図である。
【図２】  本発明であるアクチュエータ制御装置の実施形態例における指令値変換部で行われるフローチャートである。
【図３】  図１における指令値変換部を用いないでモータ本体へ流れる電流値と推力の変化を比較したグラフである。
【図４】  図３における指令値信号と推力の変化を示したグラフである。
【図５】  図１におけるモータ本体へ流れる電流値と推力の変化を比較したグラフである。
【図６】  図５における指令値信号と推力の変化を示したグラフである。
【図７】  従来のアクチュエータ制御装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１…モータ制御装置、２…制御回路、
３…アクチュエータ、３１…モータ本体、３２…伝達部、３３…出力部、
４…駆動部、５…電流検出部、６…出力推定部、６…指令値発生部、
７…指令値推定部、８…比較部、９…電流制御部、１００…被当接部材
【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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