(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣサーボモータと、前記ＡＣサーボモータの回転位置を検出するエンコーダと、前記エンコーダからモータ磁極を検出する磁極検出器と、前記エンコーダから前記ＡＣサーボモータの速度を検出する速度検出器と、前記エンコーダにより検出された回転位置を増幅してバネトルク指令を生成する第１乗算器と、前記第１乗算器にゲインを設定するゲイン設定部と、前記速度検出器により検出された前記速度を増幅して粘性トルク指令を生成する第２乗算器と、前記第２乗算器にゲインを設定するゲイン設定部と、外部トルク指令入力部により入力された外部トルク指令値から前記バネトルク指令と前記粘性トルク指令を減算し、第１トルク指令値を生成する減算器と、振動周波数を設定する周波数設定部と、振動振幅を設定する振幅設定部と、前記周波数設定部と前記振幅設定部との設定値に基づき振動トルク指令を発生する振動トルク発生部と、前記第１トルク指令値に前記振動トルクを加算し最終トルク指令値を生成する加算器と、前記最終トルク指令値と前記磁極検出器で検出されたモータ磁極値を乗算する第３乗算器と、前記第３乗算器より出力される電流値に相当する電流を前記モータに供給する電流アンプと、を備えたことを特徴とするトルク制御装置。
【請求項２】
エンコーダを有し回転位置を検出できるＡＣサーボモータと、前記エンコーダからモータ磁極を検出する磁極検出器と、前記エンコーダからＡＣサーボモータの速度を検出する速度検出器と、前記エンコーダより検出された位置を増幅し速度指令を生成する第１増幅器と、前記速度指令から前記速度検出器によって検出された速度検出値を減算する減算器と、前記減算結果を増幅し第一のトルク指令を生成する第２増幅器と、振動周波数を設定する振動周波数設定部、振動振幅を設定する振動振幅設定部と、前記振動周波数設定部と前記振動振幅設定部の設定値に基づき振動トルク指令を発生する振動トルク生成部の振動トルク指令と、外部トルク指令設定部により設定された外部トルク指令と、前記第一のトルク指令とを加算して最終的なトルク指令を生成する加算器と、前記第１乗算器と第２乗算器にゲインを設定する第１のゲイン設定部と第２のゲイン設定部と、前記最終的なトルク指令値と前記磁極検出器で検出したモータ磁極検出値の積を電流指令としてモータコイルに供給する電流アンプを備えたことを特徴とするトルク制御装置。
【請求項３】
前記２つのゲイン設定部及び前記周波数設定部及び前記振幅設定部における設定及び変更を外部よりオンラインで行うことができることを特徴とする請求項１に記載のトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アミューズメント機器に用いられるトルク制御装置のトルク生成方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アミューズメント機器等では、リアルな体感トルクを得るために、これに相当するトルク指令を計算し、トルク制御装置に入力してトルクを得る方法が用いられている。このようなトルク制御装置としては、メカダンパーやトルク制御モータ等が挙げられる。以下に、従来のトルク制御装置について図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図４は従来のＡＣサーボを利用したトルク制御装置（従来例１）の構成図である。図４において、２３は磁極検出器、２４はトルク指令と磁極データを乗算する乗算器、２５はモータへ電流を供給する電流アンプ、２６はモータの回転位置を検出するエンコーダ、２７はモータ、２８は外部トルク指令入力部である。
【０００４】
図４に示した第１従来例のトルク制御装置では、ホストコントローラ（図示せず）から外部トルク指令入力部２８に入力されたトルク指令と、磁極検出器２３から得られる電流の位相を乗算器２４で乗算し、ｕｖｗ相の電流指令を生成する。さらに電流アンプ２５により電流指令通りにモータ２７に電流を供給することで、トルク指令に相当するトルクを発生させる。この時、トルク指令と制御対象機器の位置関係は、イナーシャをＪとすると伝達特性＝１／（Ｊｓ2）で表される。
【０００５】
但し、ｓはラプラス演算子である。
また、図５は従来のメカダンパーを用いたトルク制御装置（従来例２）の構成図であり、２９はバネ、３０はダンパー、３１はメカである。
【０００６】
図５に示した第２従来例のトルク制御装置では、メカ３１の質量Ｍと、バネ２９のバネ係数Ｋと、ダンパー３０の粘性係数ｕより、入力トルクに対する制御対象機器の位置関係は、伝達特性＝（１／Ｍ）／（ｓ2＋ｕ／Ｍｓ＋ｋ／Ｍ）で表される。
【０００７】
また、図６は従来のトルク制御装置（従来例３）の構成図であり、３２はシリンダ、３３はエアー入力部である。図６に示した第３従来例のトルク制御装置では、シリンダ３２内の空気圧をエアー入力部３３から空気を注入することで制御し、出力トルクを制御している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のトルク制御装置は以下の問題点を有していた。
【０００９】
１）第１従来例では、トルク指令に相当するトルクを出力することはできるが、機械の動特性を同時にシミュレートする場合、ホストコントローラはバネトルクや粘性トルク等の複雑なトルク指令計算が必要となり、高速演算可能な高性能で高コストなホストコントローラが要求されるため、その実現性に欠ける。
【００１０】
２）第２従来例では、外部からの力に対して受動的なトルクを発生させることはできるが、トルク指令通りのトルクを生成することができず、さらにトルクを調整するには部品を交換する必要があり、トルクのオンライン変更ができないという問題点を有する。
【００１１】
３）第３従来例では、空気圧による制御のため高周波振動等の発生できないトルクがあるという問題点を有する。
【００１２】
このような問題点から、本願出願人らは特願平８−０９８２１７号に、機械の動特性をシミュレートするトルク制御装置を提案したが、アミューズメント機器の高度化によりホストコンピュータへの負担が増大し、微妙なトルク指令生成を必要とする振動トルク、例えばドライビングゲームで路面の振動がハンドルに伝わるような体感トルク、を生成することができないという課題を有していた。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、ホストコントローラへの負荷を軽減できるとともに、微妙な振動トルクを自在に生成することが可能なトルク制御装置の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、モータの回転位置を検出するエンコーダと、エンコーダからモータ磁極を検出する磁極検出器と、エンコーダからモータの速度を検出する速度検出器と、エンコーダにより検出された回転位置を増幅してバネトルクを生成する第１乗算器と、速度検出器により検出された速度を増幅して粘性トルクを生成する第２乗算器と、外部トルク指令値からバネトルクと粘性トルクを減算し、第１トルク指令値を生成する減算器と、振動トルクを発生する振動トルク発生部と、振動トルク発生部の振動周波数を設定する周波数設定部と、振動トルク発生部の振動振幅を設定する振幅設定部と、第１トルク指令値に振動トルクを加算し最終トルク指令値を生成する加算器と、最終トルク指令値と磁極検出器で検出されたモータ磁極値を乗算する第３乗算器と、第３乗算器より出力される電流値に相当する電流をモータに供給する電流アンプと、を備えた構成よりなる。
【００１５】
この構成により、バネトルク、粘性トルクに加えて振動トルクをトルク制御装置内で発生させ、これをホストコントローラからのトルク指令値に加算できることで、ホストコントローラへの負荷を軽減できるとともに、微妙な振動トルクを自在に生成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、モータの回転位置を検出するエンコーダと、エンコーダからモータ磁極を検出する磁極検出器と、エンコーダからモータの速度を検出する速度検出器と、エンコーダにより検出された回転位置を増幅してバネトルクを生成する第１乗算器と、速度検出器により検出された速度を増幅して粘性トルクを生成する第２乗算器と、外部トルク指令値からバネトルクと粘性トルクを減算し、第１トルク指令値を生成する減算器と、振動トルクを発生する振動トルク発生部と、振動トルク発生部の振動周波数を設定する周波数設定部と、振動トルク発生部の振動振幅を設定する振幅設定部と、第１トルク指令値に振動トルクを加算し最終トルク指令値を生成する加算器と、最終トルク指令値と磁極検出器で検出されたモータ磁極値を乗算する第３乗算器と、第３乗算器より出力される電流値に相当する電流をモータに供給する電流アンプと、を備えたこととしたものであり、バネトルク、粘性トルクに加えて振動トルクをトルク制御装置内で発生させ、ホスコントローラからのトルク指令値に加算できることで、ホストコントローラへの負荷を軽減できるとともに、微妙な振動トルクを自在に生成することができるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項２に記載の発明は、エンコーダを有し回転位置を検出できるＡＣサーボモータと、このエンコーダからモータ磁極を検出する磁極検出器と、速度を検出する速度検出器と、前記エンコーダより検出された位置を増幅し速度指令を生成する第１増幅器と、前記速度指令から前記速度検出器によって検出された速度検出値を減算する減算器と、前記減算結果を増幅し第一のトルク指令を生成する第２増幅器と、振動トルク指令を発生する振動トルク生成部と、外部トルク指令設定部と、第一のトルク指令に前記振動トルクを加算して最終的なトルク指令を生成する加算器と、前記振動トルク生成部の振動周波数、振動振幅を設定する振動周波数設定部、振動振幅設定部と、前記第１乗算器と第２乗算器にゲインを設定するゲイン設定部と、前記トルク指令値とモータ磁極検出値の積を電流指令としてモータコイルに供給する電流アンプを備えたものであり請求項１と同様な作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、周波数設定部及び振幅設定部及び２つのゲイン設定部における設定及び変更を外部よりオンラインで行うことができることとしたものであり、振動トルクの周波数と振幅及び、ばね力／粘性力を体感トルクの状況に応じて変更することが可能となり、よりリアルな振動トルク及び、ばね力、粘性力を発生できるという作用を有する。
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるトルク制御装置の構成図である。図１において、１はモータ、２はモータ１の回転位置を検出するエンコーダ、３はエンコーダ２からモータ磁極を検出する磁極検出器、４はエンコーダ２からモータ１の速度を検出する速度検出器、５はエンコーダ２により検出された回転位置を増幅してバネトルクを生成する第１乗算器、６は速度検出器４により検出された速度を増幅して粘性トルクを生成する第２乗算器、７は外部トルク指令値からバネトルクと粘性トルクを減算し、第１トルク指令値を生成する減算器、８は振動トルクを発生する振動トルク発生部、９は振動トルク発生部８の振動周波数を設定する周波数設定部、１０は振動トルク発生部８の振動振幅を設定する振幅設定部、１１は第１トルク指令値に振動トルクを加算し最終トルク指令値を生成する加算器、１２は最終トルク指令値と磁極検出器３で検出されたモータ磁極値を乗算する第３乗算器、１３は第３乗算器１２より出力される電流指令値に相当する電流をモータに供給する電流アンプ、１４は外部トルク指令値が入力される外部トルク指令入力部、１５は第１乗算器５のゲイン設定部、１６は第２乗算器６のゲイン設定部である。
【００２０】
上記構成を有する本実施の形態におけるトルク制御装置の動作を以下に説明する。図１において、モータ１が静止している状態で、ホストコントローラ（図示せず）から外部トルク指令入力部１４へ外部トルク指令値が入力されると、バネトルクと粘性トルクがゼロであるため、減算器７の出力である第１トルク指令値は外部トルク指令値と一致した最終トルク指令値となる。次に、最終トルク指令値と磁極検出器３で検出されたモータ磁極値を第３乗算器１２で乗算してｕｖｗ相の電流指令値を生成し、この電流指令値が電流アンプ１３に出力されることにより、モータ１に最終トルク指令値に相当するトルクが発生する。
【００２１】
次に、モータ１が回転すると、エンコーダ２により検出されたモータ１の回転位置が第１乗算器５により増幅され、バネトルクとして減算器７にフィードバックされる。また、速度検出器４により検出されたモータ１の速度は第２乗算器６により増幅され、粘性トルクとして減算器７にフィードバックされる。フィードバックされたバネトルクと粘性トルクは減算器７により外部トルク指令値から減算され、第１トルク指令値となり、この後上記と同様にしてモータ１にトルクが発生する。さらに、外力によりモータ１が回転させられた場合にも、バネトルク、粘性トルクが減算器７にフィードバックされ、同様にトルクが発生する。このように外部トルク指令値又は外力によるトルクにバネトルク、粘性トルクを負荷してモータ１を駆動する。
【００２２】
さらに、ホストコンピュータから周波数設定部９と振幅設定部１０に周波数及び振幅がそれぞれ設定されると、振動トルク発生部８によって乗算され、振動トルク指令が生成される。生成された振動トルクは、加算器１１において前述のバネトルク、粘性トルク、外部トルク指令値より生成された第１トルク指令値と加算され、最終トルク指令値となり、これに応じて電流アンプ１３によりモータ１に電流が供給されて、モータ１が振動し、アミューズメント機器へ体感トルクを伝達する。この時、周波数設定部９と振幅設定部１０の値をオンラインで変更することで振動トルクの調整を行うことができる。又、ゲイン設定部１５、１６の値を変更することでバネ力／粘性力をかえることができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施例におけるトルク制御装置の構成図である。図２において、１はモータ、２はモータ１の回転位置を検出するエンコーダ、３はエンコーダからモータ磁極を検出する磁極検出器、４はエンコーダ２からモータの速度を検出する速度検出器、３４はエンコーダより検出された位置を増幅し速度指令を生成する第１増幅器、３５は前記速度指令から前記速度検出器によって検出された速度検出値を減算する減算器、３６は前記減算結果を増幅し第一のトルク指令を生成する第２増幅器、８は振動トルク指令を発生する振動トルク生成部、１４は外部トルク指令設定部、３７は第一のトルク指令に前記振動トルクを加算して最終的なトルク指令を生成する加算器、９、１０は前記振動トルク生成部の振動周波数、振動振幅を設定する振動周波数設定部、３８、３９は前記第１乗算器と第２乗算器にゲインを設定するゲイン設定部、１３は前記トルク指令値とモータ磁極検出値の積を電流指令としてモータコイルに供給する電流アンプである。
【００２４】
図２においてモータが静止している状態でホストコントローラから外部トルク指令入力部１４へ外部トルク指令が入力されると、第一のトルク指令がゼロであるため加算器３７の出力である総合トルク指令は外部トルク指令と一致した総合トルク指令となる。次に総合トルク指令と磁極検出器３から得られる電流位相を第３乗算器１２で乗算しｕｖｗ相の電流指令を生成し、電流アンプ１３により電流指令どおりにモータに電流を供給する事で総合トルク指令に相当するトルクを発生させる、次にモータ１が回転すると、エンコーダ２により検出された位置が乗算器３４により増幅され速度指令として減算器３５に入力される。一方、速度検出器４により検出された速度も減算器３５に入力され、減算器出力は乗算器３６により増幅され前記静止位置へ戻そうとするバネ力粘性力を合わせ持った第１のトルク指令となる、さらに加算器３７によって外部トルク指令と第１のトルク指令が加算され総合トルク指令となり同様にトルクを発生させる。また、外力によりモータ１が回転させられた場合も静止位置へ戻ろうとするトルクが発生する、このようにして外部トルク指令または外部トルクにバネトルク、粘性トルクを附加してモータ１を駆動する。
【００２５】
次に、ホストコントローラから周波数設定部９と振動振幅設定部１０に値が設定されると振動トルク発生部８によって乗算され振動トルク指令が生成される、さらに生成された振動トルクは加算器３７によって、第１のトルク指令と加算され総合トルク指令となり同様にモータに電流を供給することでモータが振動しアミューズメント機器へ体感トルクを伝える。
【００２６】
また周波数設定部９、振幅設定部１０の値をオンラインで変更することで振動トルクの調整を行うことができる。
【００２７】
次に、本実施の形態におけるトルク制御装置のアミューズメント機器における使用例を図３を用いて説明する。図３は本実施の形態のトルク制御装置を用いたドライビングゲーム機の構成図である。図３において、１７はドライビングゲーム機のハンドル、１８は本実施の形態におけるトルク制御装置のモータ、１９は本実施の形態におけるトクル制御装置の駆動基板、２０はホストコントローラ、２１は通信線、２２はギヤである。ホストコントローラ２０より通信線を介して、図１に示した周波数設定部９、振幅設定部１０、ゲイン設定部１５，１６、外部トルク指令入力部１４等を搭載した駆動基板１９へ所定の値が送られると、モータ１８がバネトルク、粘性トルク、外部トルク指令値に加えて振動トルクを発生する。この振動トルクはギヤを介してハンドル１７に伝わり、ハンドル１７を握るとドライビングしているようなリアルな振動が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アミューズメントゲーム機器におけるホストコンピュータの負担を軽減し、かつリアルな振動トルクを生成することが可能になり、アミューズメントゲーム機器の遊戯性、体感性を向上させることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるトルク制御装置の構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態におけるトルク制御装置の構成図
【図３】本実施の形態のトルク制御装置を用いたドライビングゲーム機の構成図
【図４】従来のＡＣサーボを利用したトルク制御装置（従来例１）の構成図
【図５】従来のメカダンパーを用いたトルク制御装置（従来例２）の構成図
【図６】従来のトルク制御装置（従来例３）の構成図
【符号の説明】
１，２７  モータ
２，２６  エンコーダ
３，２３  磁極検出器
４  速度検出器
５  第１乗算器
６  第２乗算器
７，３５  減算器
８  振動トルク発生部
９  周波数設定部
１０  振幅設定部
１１，３７  加算器
１２  第３乗算器
１３，２５  電流アンプ
１４，２８  外部トルク指令入力部
１５，１６，３８，３９  ゲイン設定部
１７  ドライビングゲーム機のハンドル
１８  本実施の形態におけるトルク制御装置のモータ
１９  本実施の形態におけるトクル制御装置の駆動基板
２０  ホストコントローラ
２１  通信線
２２  ギヤ
２４，３４，３６  乗算器
２９  バネ
３０  ダンパー
３１  メカ
３２  シリンダ
３３  エアー入力部
【図１】
0003769852.tif 000002
【図２】
0003769852.tif 000003
【図３】
0003769852.tif 000004
【図４】
0003769852.tif 000005
【図５】
0003769852.tif 000006
【図６】
0003769852.tif 000007