JP2003030251A - シミュレーションシステム、方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組込みソフトウェアである制御プログラム側で
の同期待ちを必要とすることなくシミュレーション計算
により仮想機構モデルをリアルタイムで動さ可能とす
る。 【解決手段】仮想メカモデルシミュレーション装置１４
は機構装置の仮想機構モデルを構築し、組込ソフトウェ
ア実行装置１０からの入力データに応じたシミュレーシ
ョン計算により動作させる。仮想メカモデルシミュレー
ション装置１４には、組込ソフトウェア実行装置１０と
の入出力と仮想機構モデルの機構演算を実行する第１処
理部１８と、第１処理部１８の空き時間を使用して仮想
機構モデルの描画処理を実行する第２処理部２０とを設
けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、組込ソフトウェア
実行装置からの制御入力に応じて仮想機構モデルをシミ
ュレーション計算により動作させるシミュレーションシ
ステム、方法、プログラム及び記録媒体に関し、特に、
機構演算処理と第２処理を分離して仮想機構モデルを動
作させるシミュレーションシステム、方法、プログラム
及び記録媒体に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、モータを駆動源として三次元的な動
作を行う機構装置、例えばＣＤチェンジャ、ＭＤチェン
ジャ、プリンタ等を開発設計する際には、その機構の構
想を練った後、詳細設計、出図、部品手配を行ってから
実機を試作する。同時に、機構装置の組込ソフトウェア
実行装置を実現する通常組込ソフトウェアと呼ばれる制
御プログラムを開発する。この制御プログラムを開発す
る際には、試作した実機を制御しながら、組込ソフトウ
エアの概略設計、詳細設計、更にデバッグを行ってい
る。

【０００３】図３３は従来システムの例であり、組込ソ
フトウェアを開発する際には、マイコン、マイコンを搭
載した制御ボードを含む組込ソフトウェア実行装置２０
０と機構装置（メカ実機）２０２を準備し、組込ソフト
ウェア実行装置２００と機構装置２０２を信号線により
接続し、モータに対するモータ信号やセンサからの信号
の入出力を行っている。

【０００４】しかし、組込ソフトウェアの開発に比べて
機構装置の製作には時間がかかるため、ソフトウェア開
発が機構装置の試作機が出来上がるまで結合試験ができ
ないという問題があった。

【０００５】この問題を解決する技術として、図３４の
ように、機構装置に代えて計算機上に仮想的機構モデル
を構築した仮想メカモデルシミュレーション装置２０６
を準備し、インタフェース装置２０４を介して組込ソフ
トウェア実行装置２００と結合し、仮想的機構モデルを
実際の機構装置と見なして制御プログラムの開発を進め
るシミュレーションシステムが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなシミュレーションシステムでは、組込ソフトウェア
実行装置２００からの指令入力に対し仮想メカモデルシ
ミュレーション装置２０６で仮想機構モデルの3次元の
動きを計算しながら描画しており、描画に関する処理で
ある仮想機構モデルを構成する部品の位置姿勢計算と画
面描画処理に時間がかかり、モデルの動きが制御プログ
ラムの実行に比べてどうしても遅くなってしまう。そこ
で、組込ソフトウェア実行装置２００と仮想メカモデル
シミュレーション装置２０６との間に同期信号や同期処
理を入れる必要があった。

【０００７】図３５は組込ソフトウェア実行装置２００
と仮想メカモデルシミュレーション装置２０６との間に
同期処理を入れた従来システムの処理フローである。組
込ソフトウェア実行装置２００の制御プログラムは、ス
テップＳ１で同期信号Ｆｌａｇ１をシミュレーション装
置に出力し、ステップＳ２で仮想メカモデルシミュレー
ション装置２０６からの同期信号Ｆｌａｇ２を待ってい
る。

【０００８】これによって仮想メカモデルシミュレーシ
ョン装置２０６の遅い動きに制御プログラムの時間を合
わせている。仮想メカモデルシミュレーション装置２０
６から同期信号Ｆｌａｇ２を受信すると、ステップＳ３
でセンサ値を入力し、ステップＳ４で適宜のイベント処
理を行った後、ステップＳ５でモータ指令値をシミュレ
ータに出力し、この処理を繰り返す。

【０００９】仮想メカモデルシミュレーン装置２０６
は、ステップＳ１０１で組込ソフトウェア実行装置２０
０からの同期信号Ｆｌａｇ１を待っており、制御プログ
ラムでの一回の処理サイクルが済んで同期信号(Flag1)
を受信すると、ステップＳ１０２でモータ指令値を入力
し、ステップＳ１０３で機構モデルの指令値入力に対す
る三次元的な動きの機構演算を実行し、ステップＳ１０
４で描画のために動きのあった仮想機構モデルを構成す
る全部品の位置姿勢を計算する。

【００１０】続いてステップＳ１０５で仮想機構モデル
を画面に表示するための三次元の画面描画処理を実行
し、ステップS１０６でセンサ値を出力した後、最終的
にステップＳ１０７で同期信号Ｆｌａｇ２を組込ソフト
ウェア実行装置に出力し、組込ソフトウェア実行装置２
００の制御プログラムに次のサイクルを実行させる。

【００１１】このように従来システムにあっては、組込
ソフトウェア実行装置の組込ソフトウェアである制御プ
ログラムにステップＳ２の同期信号待ちの状態を作るこ
とにより、処理に時間のかかっている機構モデルのシミ
ュレーションと時間スケールを合わせている。

【００１２】しかし、従来のシミュレーションシステム
にあっては、組込ソフトウェアの開発者にとって、シミ
ュレーション装置の同期待ちという余分な処理を、制御
プログラムの中に追加しなければならない煩雑さがあ
る。また画面描画に関する処理に時間がかかるため、組
込ソフトウェア実行装置からのモータ指令値の入力に対
するシミュレーション装置での機構モデルの動きが実際
の制御におけるリアルタイムな動きにならず、制御プロ
グラムによる指令がリアルタイムで機構モデルに反映さ
れないという不具合もあった。

【００１３】本発明は、組込ソフトウェア実行装置の制
御プログラム側での同期待ちを必要とすることなくシミ
ュレーション計算により仮想機構モデルをリアルタイム
で動かすことのできるシミュレーションシステム、方
法、プログラム及び記録媒体を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。本発明は、制御プログラム１１を実行して機
構装置を制御する組込ソフトウェア実行装置１０と、機
構装置の仮想機構モデルを構築し、組込ソフトウェア実
行装置１０からの入力データに応じたシミュレーション
計算により仮想機構モデルを動作させる仮想メカモデル
シミュレーション装置１４を備えたシミュレーションシ
ステムを対象とする。

【００１５】このようなシミュレーションシステムにつ
き本発明にあっては、仮想メカモデルシミュレーション
装置１４に、第１タスクとなる組込ソフトウェア実行装
置１０との入出力と仮想機構モデルの機構演算に関する
第１処理を実行する第１処理部１８と、第１処理部１８
の空き時間を使用して、第２タスクとなる仮想機構モデ
ルの描画を含むユーザインタフェースに関する第２処理
を実行する第２処理部２０とを設けたことを特徴とす
る。

【００１６】本発明にあっては、仮想機構モデルを動作
させるシミュレーション装置の処理の中には、処理量が
少なく高速に計算できる高速低負荷処理として、モータ
指令値入力、機構演算及びセンサ値出力といった処理が
あり、また処理量が大きく時間のかかる低速高負荷処理
として、部品の位置姿勢計算と画面描画といったユーザ
インタフェースに関する処理がある点に着目し、シミュ
レーション装置の処理を高速低負荷処理と低速高負荷処
理に分けて、高速低不可処理は制御プログラムからの制
御サイクルと同じ周期で高速に実行し、低速高負荷処理
は数回の制御サイクルに対し一回というように間引いて
実行する。

【００１７】これにより組込ソフトウェア実行装置とシ
ミュレーション装置の間で時間合わせのための同期処理
を必要とせず、仮想機構モデルのリアルタイムなシミュ
レーションが実現できる。

【００１８】本発明は、シミュレーション装置に２台の
プロセッサを設けて第１処理部と第２処理部を別々に実
装し、第１処理部による入出力及び機構演算と前記第２
処理部による描画処理を並列に実行する。

【００１９】また本発明は、シミュレーション装置のプ
ロセッサに第１処理部と第２処理部をマルチタスクで実
装し、第１処理部による入出力と機構演算は優先度を高
くして短い周期で実行し、第２処理部による描画処理は
優先度を低くして長い周期で実行する。

【００２０】マルチタスクの場合には、タイマカウンタ
と同期を取ることにより第１処理部の処理を一定周期で
実行させ、これにより正確な周期でシミュレーション計
算が実行できる。

【００２１】また本発明のシミュレーションシステムに
おいて、機構装置はパルス信号や正弦波信号などの周期
的な信号を入力とするモータ、例えばステッピングモー
タ、ＡＣモータ、ＰＷＭモータなどを備えている場合、
シミュレーション装置は、組込ソフトウェア実行装置か
らのモータ指令としてモータに対するパルス信号や正弦
波信号を入力して仮想機構モデルを動作させることがで
きる。

【００２２】第２処理を実行する描画処理は、仮想機構
モデルの動く部分を対象に描画処理を実行する。これに
より描画に必要な対象部品の位置計算と画面描画の処理
量を低減し、リアルタイムに近い状態でモデルの動きが
表示できる。

【００２３】本発明のシミュレーションシステムは、更
に、予め定義された駆動機構の関係から、任意の選んだ
軸にかかる負荷全体の等価慣性、等価静摩擦、等価動摩
擦の少なくともいずれかを、選んだ軸から見た値に換算
して表示する第３処理部を設けたことを特徴とする。更
に第３処理部は、予め定義された駆動機構の関係から、
任意の選んだ軸にかかるモータ駆動軸から見た負荷全体
の等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を用いて、動作
に必要なモータの駆動トルクをリアルタイムに算出し表
示する。

【００２４】本発明のシミュレーション装置は、組込ソ
フトウェア実行装置からの入力データに対しトルクモー
タを実現して仮想機構モデルを動作させることを特徴と
する。即ち、シミュレーション装置は、所定のシミュレ
ーションサイクル毎に、組込ソフトウェア実行装置の指
令入力データからトルクモータの目標トルクを求め、ト
ルクモータの駆動軸から見た負荷全体の等価慣性、等価
静摩擦及び等価動摩擦を求め、目標トルク、等価慣性、
等価静摩擦及び等価動摩擦からモータの変位量を求めて
モータの変位を更新する処理を繰り返すことを特徴とす
る。

【００２５】シミュレーション装置は、シミュレーショ
ン中における組込ソフトウェア実行装置からの入力デー
タを時間データと共に記憶しておき、シミュレーション
後に記憶データを使って再度シミュレーションを再現す
ることを特徴とする。

【００２６】本発明は、機構装置の仮想機構モデルを構
築し、組込ソフトウェア実行装置からの入力データに応
じたシミュレーション計算により仮想機構モデルを動作
させるを備えたシミュレーション方法を提供するもので
あり、組込ソフトウェア実行装置との入出力と仮想機構
モデルの機構演算に関する第１処理を実行する第１処理
ステップと、第１処理ステップの空き時間を使用して、
仮想機構モデルのユーザインタフェースに関する第２処
理を実行する第２処理ステップと、を備えたことを特徴
とする。

【００２７】本発明は、コンピュータに、組込ソフトウ
ェア実行装置との入出力と仮想機構モデルの機構演算に
関する第１処理を実行する第１処理ステップと、第１処
理ステップの空き時間を使用して、前記仮想機構モデル
のユーザインタフェースに関する第２処理を実行する第
２処理ステップとを実行させることを特徴とするプログ
ラムを提供する。

【００２８】本発明は、コンピュータに、組込ソフトウ
ェア実行装置との入出力と仮想機構モデルの機構演算に
関する第１処理を実行する第１処理ステップと、第１処
理ステップの空き時間を使用して、仮想機構モデルのユ
ーザインタフェースに関する第２処理を実行する第２処
理ステップとを実行させるプログラムを格納したコンピ
ュータ読取可能な記録媒体を提供する。

【００２９】これらシミュレーション方法、プログラム
及び記録媒体の詳細は、シミュレーションシステムの場
合と基本的に同じになる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図２は本発明によるシミュレーシ
ョンシステムのシステム構成の説明図である。

【００３１】図２において、本発明のシミュレーション
システムは、組込ソフトウェア実行装置１０、インタフ
ェース装置１２を備えた仮想メカモデルシミュレーショ
ン装置１４、及び表示装置１６で構成される。組込ソフ
トウェア実行装置１０及び仮想メカモデルシミュレーシ
ョン装置１４のそれぞれは、ＭＰＵメモリハードディス
クなどで構成されるコンピュータ装置で実現される。

【００３２】組込ソフトウェア実行装置１０には制御負
荷とする機構装置のコントローラとして機能する制御プ
ログラム１１が実装されており、この制御プログラム１
１は開発設計の途中にある試作品又は開発設計の済んだ
完成品である。

【００３３】制御プログラム１１は、組込ソフトウェア
実行装置１０の持っているループサンプリングの周期で
モータ指令値としてのモータ信号Ｅ１を、インタフェー
ス装置１２を介して仮想メカモデルシミュレーション装
置１４に出力し、そのシミュレーション結果をセンサ値
を示すセンサ信号Ｅ２より読み込む処理を繰り返してい
る。

【００３４】仮想メカモデルシミュレーション装置１４
には、組込ソフトウェア実行装置１０の制御プログラム
１１が制御対象とする機構装置に対応して仮想的に構築
された仮想機構モデル１５が準備されている。この仮想
機構モデル１５はＣＡＤなどにより作成することがで
き、３次元の機構モデルを構成している。

【００３５】この実施形態にあっては、表示装置１６に
は仮想メカモデルシミュレーション装置１４に構築して
いる仮想機構モデル１５の中のシミュレーション動作の
際に動く部分のみを取り出して、３次元機構モデル２５
として表示している。この部分的な３次元機構モデル２
５は、組込ソフトウェア実行装置１０からのモータ信号
Ｅ１に対応した仮想メカモデルシミュレーション装置１
４におけるシミュレーション計算に基づいて動作する。

【００３６】即ち３次元機構モデル２５は、例えばモー
タ２６の出力軸のギア２８をギア３０に連結し、ギア３
０の軸に設けたカム３２を回転するようにしており、こ
のカム３２の１回転をセンサ３４で検出するようにして
いる。

【００３７】組込ソフトウェア実行装置１０からモータ
２６に対するモータ指令値としてのモータ信号Ｅ１が出
力されると、仮想メカモデルシミュレーション装置１４
において、モータ信号Ｅ１に対応した３次元機構モデル
２５のモータ２６の一定回転に対する機構動作を演算
し、この機構演算の演算結果に基づいてギア２８，３０
及びカム３２の位置を計算し、３次元第２処理により表
示装置１６上に、シミュレーションにより動作した状態
の３次元機構モデル２５を第２表示する。

【００３８】図３は、図２の表示装置１６に表示してい
る３次元機構モデル２５のシミュレーション動作による
動きを分解して概略的に表している。図３（Ａ）の表示
画面１６−１にあっては、組込ソフトウェア実行装置１
０よりモータ信号Ｅ１がモータ２６に送られ、このモー
タ信号Ｅ１に応じたモータ出力軸のギア２８の回転に応
じてギア３０の回転が計算され、結果としてカム３２の
回転動作が図３（Ｂ）のようにして行なわれる。

【００３９】このようにしてモータ回転に対するギアの
位置の変化が計算されると、最終的に図３（Ｃ）のよう
に、その動きによるセンサ３４からのセンサ信号Ｅ２を
組込ソフトウェア実行装置１０に出力して、１回のルー
プサンプリングにおけるシミュレーション動作を行なう
ことになる。

【００４０】図２の実施形態にあっては、表示装置１６
に仮想メカモデルシミュレーション装置１４上に構築し
ている仮想機構モデル１５の中のモータ信号Ｅ１によっ
て動く部分のみを取り出して３次元機構モデル２５とし
て表示しているが、このような動きのある部分のみなら
ず、例えば図４の表示装置１６のようにシミュレーショ
ンの対象としている仮想機構モデル１５の全体的な３次
元モデル、例えば図示のようなＣＤチェンジャ３６を表
示させても良い。

【００４１】本発明の望ましい実施形態にあっては、シ
ミュレーションによる３次元機構モデルの滑らかな動き
を表示装置１６上で実現するため、図４のような仮想機
構モデルの全体的な詳細画像に代えて、例えば図２の表
示装置１６のようにモータ及びその負荷機構を含む動く
部分の３次元機構モデル２５のみを表示させることで、
３次元機構モデル２５の第２処理の処理量を低減し、モ
デル描画に要する１回の処理時間を短縮するようにして
いる。

【００４２】勿論、描画する３次元機構モデルのデータ
量を低減して処理時間を短縮する処理としては （１）モデルの形状を高速に描画できる形状に変更す
る。 （２）モデルを２次元断面で表示する。 （３）モデル全体を拡大（ズーム）して画面中のモデル
の表示部分を減らす。 （４）動く部分だけを表示する。 などがあるが、このうちの（４）の動く部分だけを表示
する方法が最も利便性が高く、しかもモデルのデータ量
を動く部分だけに絞って削減したとしても、シミュレー
ション中の動作が３次元で任意の視点から確認できると
いう特徴を損なうことがないという利点を維持できる。

【００４３】このように動く部品だけで３次元機構モデ
ルを表示させるためには、シミュレーション開始前に仮
想メカモデルシミュレーション装置１４上に構築されて
いる仮想機構モデル１５の中から動く部品だけを抽出す
れば良い。

【００４４】即ち仮想メカモデルシミュレーション装置
１４上に構築している仮想機構モデル１５は、モデルの
動きをシミュレーションするために動く部品である関節
と各関節の間の連動関係、例えばギア比、更には部品と
部品の結合関係をデータとして設けるので、間接部品及
び間接と結合した部品を抽出することで、例えば図２の
３次元機構モデル２５のような動く部分の抽出が可能で
ある。

【００４５】このように仮想機構モデルを対象とした図
２のシミュレーション装置において、仮想メカモデルシ
ミュレーション装置１４には入出力・演算処理部（第１
処理部）１８、描画処理部（第２処理部）２０、駆動ト
ルク演算処理部（第３処理部）２２、及び指令入力記憶
部２４の各機能が設けられている。

【００４６】このうち組込ソフトウェア実行装置１０か
らのモータ信号Ｅ１の入力を受けて３次元機構モデル２
５のシミュレーション動作を行なうための処理部は、基
本的に第１処理部１８と第２処理部２０で構成される。

【００４７】入出力・演算処理部として機能する第１処
理部１８は、インタフェース装置１２を経由した組込ソ
フトウェア実行装置１０との間のモータ信号Ｅ１及びセ
ンサ信号Ｅ２の入出力と、装置上に構築されている仮想
機構モデル１５に対しモータ信号Ｅ１を入力した場合の
モデル定義に従って、モータの動きに対し全ての機構要
素の動きを計算する機構演算を実行する。

【００４８】これに対し第２処理部２０は、第１処理部
１８の演算結果に基づいて表示装置１６上に３次元機構
モデル２５を第２するための第２処理を実行する。

【００４９】本発明の仮想メカモデルシミュレーション
装置１４にあっては、仮想機構モデル１５のシミュレー
ション処理を、第１処理部１８の処理と第２処理部２０
による処理に分離することによって、組込ソフトウェア
実行装置１０側での同期処理待ちを必要とすることな
く、その制御プログラム１１からの指令値によるシミュ
レーション動作をリアルタイムで実現することができ
る。

【００５０】図５は、図２の組込ソフトウェア実行装置
１０の制御プログラム１１のフローチャートと、仮想メ
カモデルシミュレーション装置１４に設けている第１処
理部１８による第１タスク１８−１、及び第２処理部２
０による第２タスク２０−１のフローチャートを表わし
ている。

【００５１】組込ソフトウェア実行装置１０の制御プロ
グラム１１は、装置固有のループサンプリングの周期で
ステップＳ１のセンサ値入力、ステップＳ２のイベント
処理、更にステップＳ３のモータ指令値出力の処理を繰
り返している。

【００５２】制御プログラム１１でステップＳ３のモー
タ指令値出力が実行されると、これに対応したモータ信
号Ｅ１が仮想メカモデルシミュレーション装置１４にイ
ンタフェース装置１２を介して送られる。モータ信号Ｅ
１は第１タスク１８−１のステップＳ１０１におけるモ
ータ指令値入力の処理により取り込まれ、次のステップ
Ｓ１０２で仮想機構モデルの機構演算を実行する。

【００５３】この機構演算はモータ指令値に対し仮想機
構モデルがどのような動きをするかをシミュレーション
前に予め設定しておき、シミュレーション中は設定に従
って仮想機構モデルを動かすことになる。

【００５４】具体的には、図２の表示装置１６に表示し
た３次元機構モデル２５のように、モータ２６に対しギ
ア２８，３０及びカム３２などの機構要素が連結されて
おり、３次元機構モデルにはこの連動関係も事前に設定
されている。モデルの連動関係は、ギアの場合はギア比
を設定し、カムであれば駆動と従動の位置関係をテーブ
ル化することで、連動による動きの計算処理を軽くして
いる。

【００５５】シミュレーション動作中は３次元機構モデ
ル２５の機構要素の連動関係を用いてモータ２６の動き
に対しすべての機構要素であるたとえばギア２８，３０
及びカム３２の動きを計算する。

【００５６】この機構演算によって、ギア２８，３０や
カム３２、更にカム３２に対応して設けているセンサ３
４における新たな位置や姿勢が決まることになる。この
ため、最終的にステップＳ１０３でセンサ値が決まるこ
とから、このセンサ値をセンサ信号Ｅ２として組込ソフ
トウェア実行装置１０の制御プログラム１１に出力す
る。

【００５７】このような第１タスク１８−１を構成する
モータ指令値入力機構演算及びセンサ値出力は、データ
処理量が比較的少なく、高速に計算することができる。
このため第１タスク１８−１は、組込ソフトウェア実行
装置１０のループサンプリングと同じ高速周期で計算処
理を実行することができる。

【００５８】高速計算可能な第１タスク１８−１に対
し、本発明にあっては、シミュレーション計算結果のモ
デルの動きを描画するための第２タスク２０−１を独立
したタスクとして分離している。この第２タスク２０−
１は、ステップＳ２０１の部品の位置姿勢計算とステッ
プＳ２０２の画面描画処理を含んでいる。

【００５９】この部品の位置姿勢計算及び画面描画処理
は、シミュレーション計算全体の中でデータ処理量が多
く、計算に時間がかかる処理である。このような第２タ
スク２０−１を、従来のシミュレーション装置にあって
は高速に計算できる第１タスク１８−１と分離せずに一
体化した処理としていたため、第２タスク２０−１の時
間遅れに対する同期処理のため組込ソフトウェア実行装
置１０側で同期待ちの処理を必要としていた。

【００６０】しかしながら本発明にあっては、シミュレ
ーション計算を処理高速軽負荷処理である第１タスク１
８−１と低速高負荷処理である第２タスク２０−１の２
つに分離したことで、第１タスク１８−１については組
込ソフトウェア実行装置１０のループサンプリングと同
じ周期で高速に計算し、これに対し第２タスク２０−１
については第１タスク１８−１の複数回の実行に対し１
回だけ行なうように間引いた処理とすることで、組込ソ
フトウェア実行装置１０との間で同期処理を必要としな
いリアルタイムなシミュレーションを実現することがで
きる。

【００６１】図６は、図２の仮想メカモデルシミュレー
ション装置１４において、第１処理部１８と第２処理部
２０に分けた２つのタスクを実行するための仮想メカモ
デルシミュレーション装置１４の構成の実施形態であ
る。この図６の実施形態にあっては、仮想メカモデルシ
ミュレーション装置１４に２台のＣＰＵ３８−１，３８
−２を設け、それぞれのＣＰＵ３８−１，３８−２で分
離した２つの第１タスク１８−１と第２タスク１８−２
を並列に実行するようにしたことを特徴とする。

【００６２】即ち、ＣＰＵ１８は組込ソフトウェア実行
装置１０からのモータ信号Ｅ１をインタフェース装置１
２を介して入力し、図５の第１タスク１８−１に示した
ステップＳ１０１〜Ｓ１０３のモータ指令値入力機構演
算及びセンサ値出力を高速で実行する。

【００６３】この第１タスク１８−１の実行結果はＣＰ
Ｕ３８の第２タスク２０−１に送られ、第１タスク１８
−１の数回の実行に対し、間引きした１回だけ第２タス
ク２０−１による図５の第２タスク２０−１に示してい
るステップＳ２０１の部品の位置姿勢計算とこれに基づ
くステップＳ１０２の画面描画処理が実行される。

【００６４】図７は、２つのタスクに分けた本発明のシ
ミュレーション処理を実施する仮想メカモデルシミュレ
ーション装置１４の他の実施形態である。この実施形態
にあっては、仮想メカモデルシミュレーション装置１４
にＣＰＵ３８を１台だけ設け、１つのＣＰＵ３８上で２
つのシミュレーション処理に分けた第１タスク１８−１
と第２タスク２０−１を実行する。

【００６５】このように２つのタスクをＣＰＵ３８上で
実行する処理は、マルチタスク機能を持つＯＳ上で実装
することができ、一般にマルチタスク機能を持つＯＳ上
ではタスクごとに実行優先度を設定することができる。

【００６６】そこで本発明のシミュレーション処理にあ
っては、第１タスク１８−１については第２タスク２０
−１を含む他のタスクより高い優先度を設定し、他の処
理の影響を受けずに組込ソフトウェア実行装置１０から
のモータ信号Ｅ１に対しリアルタイムでシミュレーショ
ン計算と応答ができるようにする。

【００６７】これに対し第２タスク２０−１について
は、第１タスク１８−１よりも低い優先度を設定し、第
１タスク１８−１の処理が中断しているときに第２タス
ク２０−１の処理を実行させる。このため、第１タスク
１８−１のループ処理の中に一定時間処理を中断するス
リープ処理を追加し、このスリープ処理の間に第２タス
ク２０−１による第２処理を実行できるように補償す
る。

【００６８】図８は、図７のマルチタスク機能を持つＯ
Ｓ上に実装した第１タスク１８−１と第２タスク２０−
１のフローチャートである。第１タスク１８−１にあっ
ては、ステップＳ１０１のモータ指令値の入力、ステッ
プＳ１０２の機構演算、ステップＳ１０３のセンサ値出
力に加え、ステップＳ１０４に一定時間処理を中断する
スリープ処理を設けている。

【００６９】このようにリアルタイムで動作する第１タ
スク１８−１にスリープ処理を含ませることで、スリー
プ処理の間、それより優先度の低い第２タスク２０−１
の実行を保証し、これによって第１タスク１８−１に対
し間引きした回数で第２タスク２０−１を実行すること
ができる。

【００７０】図９は、図７と同じ１つのＣＰＵ３８上で
２つの第１タスク１８−１と第２タスク２０−１を、マ
ルチタスク機能を持つＯＳ上への実装で実行する場合の
他の実施形態であり、この実施形態にあっては第１タス
ク１８−１の正確な時間周期での処理を実行するためタ
イマ割込みを使用するようにしたことを特徴とする。

【００７１】図９において、組込ソフトウェア実行装置
１０に対し仮想メカモデルシミュレーション装置１４
は、インタフェース装置１２を介して接続され、モータ
信号Ｅ１の入力とセンサ信号Ｅ２の出力を行なってい
る。これに加えて、この実施形態にあっては仮想メカモ
デルシミュレーション装置１４に対し新たにタイマ割込
み発生装置４０を設けている。

【００７２】仮想メカモデルシミュレーション装置１４
におけるシミュレーション処理にあっては、仮想機構モ
デルの動きを計算する場合、予め設定したモータの速度
と１回のシミュレーション時間から動きの量が決まるた
め、時間管理が重要になる。そこで図９のように、仮想
メカモデルシミュレーション装置１４に対しタイマ割込
み発生装置４０を設け、リアルタイムで動作する第１タ
スク１８−１の処理を正確な時間周期で実行させる。

【００７３】図１０はタイマ割込みによるシミュレーシ
ョン処理のタイムチャートであり、優先度を高く設定し
た第１タスク１８−１に対し、タイマ割込み発生装置４
０からのタイマ割込み４２により一定時間ごとに割込み
を発生し、タイマ割込み４２ごとに第１タスク１８−１
のタスク４４−１，４４−２，…を割り当てることで、
正確な時間周期での実行を実現する。

【００７４】このタイマ割込み４２を行なうタイマ割込
み発生装置４０としては、ＯＳが持つタイマ機能や外部
のタイマ装置を使えば良い。勿論、タイマ割込み発生装
置４０からのタイマ割込み４２は、第１タスク１８−１
に設定した優先度より更に高い優先度を持つことは勿論
である。

【００７５】このように第１タスク１８−１がタイマ割
込み４２に同期してタスク４４−１，４４−２，…のよ
うに実行されることで、タイマ割込み４２の周期のタス
ク４４−１，４４−２，…以外の空き時間をそれより優
先度の低い第２タスク２０−１のタスク４６−１，４６
−２，…に割り当てることができる。

【００７６】そして、このタイムチャートの例にあって
は、第１タスク１８−１のタイマ割込み４２に同期した
５回のタスク４４−１〜４４−５の空き時間の第２タス
ク２０−１への割当てタスク４６−１〜４６−５によっ
て１回の第２処理が行なわれる間引き処理ができる。

【００７７】また間引き処理となる第２タスク２０−１
の起動方法としては、前回の処理が終わり次第、次の処
理を行なう方法とするか、あるいは一定時間ごとに起動
する方法かのいずれかとすることができる。

【００７８】図１１は図９，図１０のタイマ割込みによ
るシミュレーション処理の実施例における仮想メカモデ
ルシミュレーション装置１４の第１タスク１８−１と第
２タスク２０−１のフローチャートである。

【００７９】まず高速計算となる第１タスク１８−１に
あっては、ステップＳ１０１でタイマ割込みを待ってお
り、タイマ割込みがなければ、ステップＳ１０２の一定
時間の処理中断即ちスリープ処理となる。この処理中断
の間に第２タスク２０−１におけるステップＳ２０１，
Ｓ２０２の部品位置の姿勢計算及び画面描画計算が分割
実行される。

【００８０】ステップＳ１０２でタイマ割込みを判別す
ると、ステップＳ１０３でモータ指令値を入力し、ステ
ップＳ１０４で機構演算を実行し、更にステップＳ１０
５でセンサ値を出力し、一連のサンプリングループを終
了し、再びステップＳ１０１で次のタイマ割込みを待つ
ことになる。

【００８１】ここで本発明の仮想メカモデルシミュレー
ション装置１４にあっては、シミュレーション処理に必
要な第１タスク１８−１と第２タスク２０−１以外に、
例えばマウスイベントを受け取り、そのイベントを処理
するタスクや、入力データをメモリに保存する処理など
を実行している。

【００８２】そこで、シミュレーション処理以外のタス
クについては、そのタスクの優先度を低く設定すること
で、シミュレーション処理を中断させることなく高速な
組込ソフトウェア実行装置１０に対する応答処理が確保
できる。

【００８３】このようにマウスイベントやメモリ保存な
どの処理のタスクが低い優先度で設定されていること
で、シミュレーション中にマウス操作によってモデル全
体を回転させたりズームしたりすることが可能であり、
マウス操作によっても高速計算を行なっている第１タス
ク１８−１が中断されることはなく、組込ソフトウェア
実行装置１０側での同期処理を不要としている。

【００８４】図１２は本発明のシミュレーションシステ
ムの他の実施形態であり、この実施形態にあってはステ
ッピングモータのパルス信号を指令値として入力するシ
ミュレーションを行なうようにしたことを特徴とする。

【００８５】即ち、図３３に示した従来の同期処理を必
要とするシミュレーション処理にあっては、同期処理を
行なっている組込ソフトウェア実行装置１００とパルス
信号を出力する装置が独立しているため、同期処理を行
なっていてもパルス信号が勝手に出力されてしまい、パ
ルス信号を入力するシミュレーションが実行できない問
題がある。

【００８６】これに対し本発明にあっては、組込ソフト
ウェア実行装置１０と仮想メカモデルシミュレーション
装置１４との間で同期処理を必要としないため、仮想メ
カモデルシミュレーション装置１４に対しパルス信号を
リアルタイムで入力することができる。これによってパ
ルスモータにより駆動されるステッピングモータを備え
た機構装置に対応した仮想機構モデルを構築している仮
想メカモデルシミュレーション装置１４におけるシミュ
レーション処理が実現できる。

【００８７】図１２において、組込ソフトウェア実行装
置１０に対し実機としての機構装置に設けているステッ
ピングモータ５４を駆動するため、パルス発振回路４
８、励磁回路５０及びドライバ５２が設けられることに
なる。

【００８８】組込ソフトウェア実行装置１０は、モータ
信号Ｅ１を出力することでパルス発振回路４８を起動
し、これによってパルス発振回路４８からは一定周期で
パルス信号Ｅ３が停止するまでの間、連続的に出力さ
れ、励磁回路５０及びドライバ５２を介してステッピン
グモータ５４を駆動することになる。

【００８９】このようなステッピングモータ５４を対象
とした駆動系に対し、本発明の仮想メカモデルシミュレ
ーション装置１４に対しインタフェース装置１２を介し
て例えばパルス発振回路４８からのパルス信号Ｅ３を入
力する。この仮想メカモデルシミュレーション装置１４
に対するパルス信号の入力は、励磁回路５０の出力から
のパルス信号Ｅ４としても良い。

【００９０】仮想メカモデルシミュレーション装置１４
は、パルス信号Ｅ３の入力に対し１パルスに対するステ
ッピングモータ５４の回転量が予め定義されていること
から、１パルスに対応したシミュレーション計算を行な
ってモデルを動作させるようになる。

【００９１】図１３は、図１２のステッピングモータを
対象とした仮想メカモデルシミュレーション装置１４に
おける第１タスク１８−１と第２タスク２０−１のフロ
ーチャートである。

【００９２】第１タスク１８−１にあっては、ステップ
Ｓ１０１で１パルスをモータ指令値として入力し、ステ
ップＳ１０２で１パルスに対応して予め定めているステ
ッピングモータの回転量に対応した機構演算を実行し、
ステップＳ１０３でセンサ値を出力する。そしてステッ
プＳ１０６で一定時間処理を中断するスリープ処理を行
なった後、再びステップＳ１の１パルスの入力に戻る。

【００９３】一方、第２タスク２０−１にあっては、ス
テップＳ１０４の第１タスク１８−１の一定時間の処理
中断の間に、ステップＳ２０１の部品の位置姿勢計算
と、ステップＳ２０２の画面描画計算を時分割で実行
し、結果として間引き的に第２処理を行なうことにな
る。

【００９４】再び図２を参照するに、仮想メカモデルシ
ミュレーション装置１４には指令入力記憶部２４が設け
られている。本発明における組込ソフトウェア実行装置
１０からのモータ信号Ｅ１に基づいてリアルタイムに３
次元機構モデル２５をシミュレーションする場合、実際
の機構装置と同じ速さで３次元機構モデル２５が動くた
め、表示装置１６上でモデルを見ながら動作を検証・解
析することが難しい。

【００９５】このような問題に対しては、シミュレーシ
ョンの中で表示画面をアニメーション化し、シミュレー
ション後に再生する方法も考えられるが、同じ計算機上
でシミュレーションとアニメーション録画を同時に処理
することは難しい。

【００９６】そこで本発明にあっては、仮想メカモデル
シミュレーション装置１４に設けた指令入力記憶部２４
により組込ソフトウェア実行装置１０から入力したモー
タ信号Ｅ１の全てを時間データと共に記憶しておき、こ
の記憶データを使用し、記憶データからのモータ信号を
発生する時間を調整することで、全く同じ動作を任意の
速さで再生することができる。

【００９７】実際に指令入力記憶部２４で記憶するデー
タとしては、シミュレーション中の時間とモータ信号Ｅ
１の値とすれば良い。またシミュレーション中にあって
は、第２処理を間引き処理としているが、再生時には時
間的に余裕があることから、間引き処理を行なわずにス
ローモーション的に細かく動作を表現するようにしても
良い。

【００９８】次に図２の仮想メカモデルシミュレーショ
ン装置１４に設けている駆動トルク演算処理部２２の処
理機能を説明する。

【００９９】図２の仮想メカモデルシミュレーション装
置１４に設けている駆動トルク演算処理部（第３処理
部）２２における駆動トルクの算出は、表示装置１６に
表示している３次元機構モデル２５を対象に、例えばモ
ータ２６の駆動軸にかかる負荷全体の等価慣性（出量及
びモーメント）、等価静摩擦及び等価動摩擦を算出し、
これらの等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を用い
て、負荷の動作に必要な駆動トルクをリアルタイムに算
出して表示装置１６の画面上に表示する。

【０１００】また駆動トルク演算処理部２２としては、
駆動トルクそのものの算出表示以外に、駆動トルクの算
出のためのパラメータとして演算している等価慣性、等
価静摩擦及びまたは等価動摩擦を、同様にリアルタイム
に算出して画面上に表示することもできる。そこで、そ
の駆動トルクの算出表示に必要な等価慣性、等価静摩擦
及び等価動摩擦のそれぞれについて詳細に説明した後、
駆動トルクの算出処理を説明する。

【０１０１】図１４は、等価慣性の概念を示した説明図
である。等価慣性とは、図１４（Ａ）における駆動軸５
６、ギア５８，６０，６１のような一連の従動関節（負
荷）の慣性（モーメント）を、図１４（Ｂ）のように駆
動関節となるモータの駆動軸５６から見たときの値に換
算して表示するものである。ここでギア６４は図１４
（Ａ）のギア６０，６２を代表している。

【０１０２】このように駆動関節となるモータから見た
等価慣性（モーメント）を用いることで、モータがどれ
だけの負荷を持っているかを簡単に知ることができ、任
意の角加速度で動作するために必要なトルクや任意のト
ルクによって得られる負荷の加速度を簡単に知ることが
でき、モータの選定に役立つ。ここでは、まず等価慣性
（モーメント）の求め方を説明し、続いて機構解析ソフ
トウェアにおいて等価慣性（モーメント）を算出する方
法を説明する。

【０１０３】まず等価慣性の求め方を説明する。関節を
構成している部品の質量をｍ、慣性モーメントをＩとす
ると、この部品の運動エネルギＥは次式で表わすことが
できる。

【０１０４】

【数１】

【０１０５】ここでｘ，φはそれぞれ直進と回転の関節
値である。

【０１０６】駆動関節（モータ）から見た等価慣性モー
メントの値をＩｅｑ、関節値をθとすると、運動エネル
ギー保存の法則から

【０１０７】

【数２】

【０１０８】という関係が成り立つ。この式を等価慣性
モーメントＩｅｑについて求めると、

【０１０９】

【数３】

【０１１０】となる。これがモータ軸から見た部品（負
荷）の等価慣性モーメントである。

【０１１１】またモータが直線往復運動などを行う並進
関節の場合、部品の等価慣性ｍｅｑは同様に

【０１１２】

【数４】

【０１１３】となる。なお、ｙはモータ関節の関節値で
ある。

【０１１４】次に機構解析ソフトウェアを用いて等価慣
性を求める方法を説明する。まず前提として機構解析ソ
フトウェアでは、既に設定されたギア、カム、ローラ、
クラッチ、ラチェットなどの機構関係が存在し、駆動関
節が変化すると、その機構関係に基づいて従動関節が動
作し、それに応じて各従動関節を構成している各部品の
姿勢が変化し、３次元描画に用いられているものとす
る。ここで部品の姿勢は位置（Ｐ）、回転行列（Ｒ）で
表わされる。

【０１１５】等価慣性を求めるためには、このような各
部品の姿勢の変化を利用する。即ち図１５のように、モ
ータ６６の駆動関節ＪをΔθ動かすと、関節関係によっ
て従動部品Ｌが姿勢６８−１から姿勢６８−２に変化す
る。この変化量を部品Ｌの重心の直線移動量Δｘと、あ
る単位ベクトルＫ軸周りの回転量ΔΦで表わしたとする
と、部品Ｌの等価慣性Ｉｅｑは式（３）もしくは式
（４）より、次の式で求めることができる。

【０１１６】

【数５】

【０１１７】ここでnは部品Ｌの出量、Ｉは部品ＬのＫ
軸回りの慣性モーメントである。

【０１１８】この部品Lの姿勢は、位置Ｐと回転行列Rで
得られる。したがって、変化前の部品Ｌの姿勢（Ｐａ，
Ｒａ）と、駆動関節ＪがΔθ変化したときの部品Lの姿
勢（Ｐｂ，Ｒｂ）から、次の式を用いて重心の直線移動
量Δｘ、単位K軸回りの回転量Δφ、及び慣性モーメン
トIを求めなければならない。

【０１１９】

【数６】

【０１２０】ただし、ｒ₁₁，ｒ₂₂，ｒ₃₃は

【０１２１】

【数７】

【０１２２】で表わすことのできる行列の要素、Ｌは部
品Ｌの慣性テンソルである。また、単位行列Ｋは次のよ
うな式で表わすことができる。

【０１２３】

【数８】

【０１２４】図１６は、等価慣性を求めるアルゴリズム
のメインルーチンのフローチャートである。まずステッ
プＳ１で、等価慣性を得たい駆動関節の従動関節を構成
している全ての部品リスト（ＬＬｉｓｔ）を作成する。
この部品リストＬＬｉｓｔを作成するための処理は、図
１７，図１８及び図１９のフローチャートに示すように
なる。図１７は部品リスト作成のメインルーチンであ
り、ステップＳ１で駆動関節の部品リストＪＬｉｓｔと
従動関節の部品リストＬＬｉｓｔを初期化した後、ステ
ップＳ２でそれぞれの検索関数をコールする。

【０１２５】図１８は駆動関節部品リストの検索アルゴ
リズムのフローチャートである。また図１９は従動関節
部品リストの検索アルゴリズムのフローチャートであ
る。

【０１２６】再び図１６を参照するに、次にステップＳ
２で部品リストＬＬｉｓｔの部品の全てに対し、各部品
の現在の姿勢（Ｐａ，Ｒａ）を保存する。続いてステッ
プＳ３で駆動関節値をΔθだけ増加し、駆動部品を動か
す。この駆動関節値の増加に対応して、ステップＳ４で
等価慣性の算出を行なうため、図２０の等価慣性算出関
数をコールする。

【０１２７】図２０の等価慣性算出関数のフローチャー
トは、全ての従動部品に対し現在の姿勢（Ｐｂ，Ｒｂ）
と図１６のステップＳ２で求めた変化前の姿勢（Ｐａ，
Ｒａ）から姿勢のΔｘ，Δφ及びＩを求め、個々の部品
の等価慣性を求める。

【０１２８】具体的には、ステップＳ１で等価慣性Ｉ_eq
を０に初期化した後、ステップS２で部品リストＬＬｉ
ｓｔの中で未処理の部品があるか否かチェックし、未処
理の部品があれば、ステップＳ３〜ステップＳ９によ
り、各部品ごとに順番に等価慣性を算出し、図１６のス
テップＳ３で行なった駆動部品のΔθの動きに対する等
価慣性を加算することで最終的な等価慣性を求める。

【０１２９】次に等価静摩擦を説明する。等価静摩擦も
等価慣性と同じく、駆動関節から見た従動関節全ての静
摩擦を等価的に見たものである。これにより、ギアの組
み合せなどによる負荷を動かすために必要な最低限のト
ルクを得ることができ、同じくモータの選定に役立つ。

【０１３０】いま図２１のように、減速比ｒ、伝達効率
Ｒのギア７０の先に、静摩擦トルクＦのギアとなる駆動
関節７０の先に静摩擦トルクＦのギアでなる従動関節７
２があったとする。駆動関節７０のトルクをτとして、
静摩擦と力の釣り合いが取れていたとすると、

【０１３１】

【数９】

【０１３２】という関係が成り立つ。これにより

【０１３３】

【数１０】

【０１３４】が駆動間接軸から見た従動関節７２の等価
的な静摩擦となる。

【０１３５】従動関係が図２２（Ａ）のように、駆動関
節７４に対し従動関節７６，７８というように連なって
いる場合は、式（１２）を再帰的に用いて

【０１３６】

【数１１】

【０１３７】という式で表わすことができる。

【０１３８】また図２２（Ｂ）のように、駆動関節８０
に対し従動関節８２，８４のように分岐している場合
は、

【０１３９】

【数１２】

【０１４０】という式で表わすことができる。ここでＦ
ｎ，Ｒｎ，ｒｎは、図中の各関節の静摩擦トルク、伝達
効率、減速比である。

【０１４１】これまでの例ではギア関係で実現例を示し
たが、減速比ｒを、駆動側の関節をΔθ動かしたときの
従動側の関節が動く値Δφの比（Δφ／Δθ）と考える
ことで、カム関係（溝を含む）でも同じ計算で実現でき
る。これは、あらゆる機構において力（トルク）と移動
量の積は等しいからである。更に、カム関係において駆
動関節と従動関節のどちらかが回転関節で、もう片方が
並進関節であっても、単位系を適切に選ぶことによっ
て、この関係は成立する。

【０１４２】例えば図２３（Ａ）のような回転関節８６
と並進関節９０の溝機構で考える。ここで溝８８には回
転関節８６のピン９１が摺動する。この機構において、
Ｆは並進関節９０の摩擦力（単位Ｎ）、τは回転関節８
６の駆動トルク（単位Ｎｍ）、ｌは回転関節８８の軸か
ら溝８８に対するピン９１の接触面までの距離（単位
ｎ）である。なお、駆動を並進関節９０、従動を回転関
節８６と考えても結果は等しい。

【０１４３】この際、ｘ＝ｌｃｏｓθという関係が成り
立つので、減速比ｒは

【０１４４】

【数１３】

【０１４５】となる。一方、ピン９１の溝８８に対する
接触面が鉛直方向にあることから、力の釣り合いは図２
３（Ｂ）のような関係にあり、これから

【０１４６】

【数１４】

【０１４７】という関係が成り立つ。これにより、ｌｓ
ｉｎθは消去することが可能で

【０１４８】

【数１５】

【０１４９】となる。そして伝達効率Ｒを考慮すると、
式（１２）と同じになる。

【０１５０】以上のことから、図２４のフローチャート
に示すアルゴリズムに従って機構の等価静摩擦を求める
ことができる。まずステップＳ１で駆動間接の全ての部
品リストＪＬｉｓｔを作成する。この部品リストの作成
処理は、図１７〜図１９の詳細と同じになる。続いてス
テップＳ２で部品リストＪＬｉｓｔ内の全ての部品に対
し現在の関節値（ｑ）を記憶した後、ステップＳ３で駆
動間接をΔθだけ動かす。

【０１５１】そしてステップＳ４で等価静摩擦を算出す
るための静摩擦算出関数をコールする。このステップＳ
４の静摩擦算出関数の詳細は、図２５のフローチャート
に示すようになる。図２５の静摩擦算出関数のフローチ
ャートにあっては、ステップＳ１で変化前の関節値ｑ
ａ、現在の関節値ｑｂをセットした後、ステップＳ２で
両者を比較し、プラスの変化であればステップＳ４の正
方向の静摩擦とし、マイナスの変化であればステップＳ
３の負方向の静摩擦とする。そして、ステップＳ５で未
処理の従動部品がなくなるまで、ステップＳ６〜Ｓ１２
の静摩擦算出処理を繰り返す。

【０１５２】この静摩擦算出関数の処理で静摩擦（トル
ク）を正と負に分けているが、バネとか重力などによる
向きの違いを簡易的に表現するためである。また滑りに
関しては、滑りが発生したときに生ずる摩擦力を設定
し、それを加算するように処理する。

【０１５３】再び図２４を参照するに、ステップＳ４で
等価静摩擦が算出できたならば、ステップＳ５で駆動関
節を逆方向にΔθ戻して、初期状態に戻す。

【０１５４】次に等価動摩擦について説明する。等価動
摩擦は等価慣性や等価静摩擦と同じ概念を動摩擦に拡張
したものである。即ち、駆動関節の角速度をω_aとした
時、従動関節全ての動摩擦を駆動間接の軸回りに換算
し、 τ＝Ｋω_a （１８） という形で表わしたときのＫを等価動摩擦と考える。

【０１５５】図２１と同じように、減速比ｒ、伝達効率
Ｒのギアである駆動間接７０によって動摩擦係数ｋの従
動関節７２が１つあった場合を考えると、従動関節７２
の角速度ωｂは減速比の定義により ω_b＝ｒω_a （１９） という式が成り立つ。即ち、従動関節軸に発生する動摩
擦トルクは τ_b＝Ｋω_b＝Ｋｒω_a （２０） となる。このトルクを駆動関節軸回りに換算した場合、

【０１５６】

【数１６】

【０１５７】これより、等価動摩擦は

【０１５８】

【数１７】

【０１５９】で表わすことができる。

【０１６０】更に図２２（Ａ）のように、駆動関節７４
に対し従動関節７６，７８が連なっていた場合、等価性
摩擦と同じように再帰的に計算し、

【０１６１】

【数１８】

【０１６２】となる。ここで、Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２はそれ
ぞれ駆動関節軸及び１段目、２段目の従動関節軸の動摩
擦係数、Ｒ１，ｒ１は駆動間接軸と１段目の従動関節の
ギアの伝達係数と減速比、Ｒ２，ｒ２は１段目と２段目
の従動間接の伝達関数と減速比である。

【０１６３】更に図２２（Ｂ）のように複数の従動関節
がある場合や、図２３のように片方が回転関節で片方が
並進関節の場合における考え方も、等価静摩擦における
考え方と同じになる。

【０１６４】図２６は等価動摩擦を算出するアルゴリズ
ムのフローチャートであり、図２７にそのステップＳ４
の動摩擦算出関数の詳細のフローチャートを示してい
る。この図２６の等価動摩擦の算出アルゴリズムにあっ
ても、ステップＳ１で駆動関節の部品リストＪＬｉｓｔ
を作成した後、ステップ２で部品リスト内の全ての部品
に対し、現在の関節値ｑｔを記憶し、ステップＳ３で駆
動関節をΔθ動かす。そしてステップＳ４に進み、図２
７に示す動摩擦算出関数の処理を実行する。最終的にス
テップＳ５で、駆動関節を逆方向にΔθ戻して初期状態
とする。

【０１６５】次に駆動トルクの算出処理を説明する。今
までに説明した等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を
用いて図２の仮想メカモデルシミュレーション装置１４
に設けた駆動トルク演算処理部２２は、シミュレーショ
ン中にリアルタイムでモータ２６の駆動トルクを算出表
示することができる。

【０１６６】駆動間接となるモータ２６の駆動トルクを
τ、変位をθとすると、３次元機構モデル２５の運動方
程式は

【０１６７】

【数１９】

【０１６８】という形で表わすことができる。ここで
Ｉ，Ｋｄ，Ｋｓは、それぞれ負荷全体の等価慣性、等価
動摩擦及び等価静摩擦である。更に式（２４）において
一般に第２項の影響は小さいので無視すると、以下のよ
うな式になる。

【０１６９】

【数２０】

【０１７０】この式（２５）をシミュレーションサイク
ルごとに解くことで、モータ２６にかかる負荷をリアル
タイムに算出することができる。

【０１７１】図２８及び図２９に駆動トルクを算出する
アルゴリズムのフローチャートを示す。まずステップＳ
１でモータ速度を算出する。このモータ速度の算出は、
図３０を参照して後の説明で明らかにする。続いてモー
タ速度の変化が０でなければ、ステップＳ３でシミュレ
ーションループのサンプリング時間で割って加速度ａを
求める。

【０１７２】続いてステップＳ４で図１７〜図１９のフ
ローチャートに従って部品リストＪＬｉｓｔ，ＬＬｉｓ
ｔを作成する。そしてステップＳ５で駆動関節の部品リ
ストＪＬｉｓｔの全ての関節に対し、現在の関節値
（ｑ）を記憶した後、ステップＳ６で従動関節の部品リ
ストＬＬｉｓｔの全ての部品に対し、現在の姿勢（Ｐ
ａ，Ｒａ）を記憶する。続いてステップＳ７で速度の
正、負を調べ、速度が正であればステップＳ８でモータ
関節値をΔθ増やす。負であればステップＳ９でモータ
関節値をΔθ減らす。

【０１７３】次に図２９のステップＳ１０で等価慣性算
出関数をコールして等価慣性を求める。具体的には図１
６，図２０の処理を実行する。次にステップＳ１１で動
摩擦算出関数をコールして実行する。具体的には図２
６，図２７の処理を実行する。更にステップＳ１２で静
摩擦算出関数をコールし、具体的には図２４，図２５の
処理を実行して静摩擦を算出する。そしてステップＳ１
３でモータの駆動トルクを算出する。

【０１７４】その後、ステップＳ１４で速度が正か負か
判別し、正であればステップＳ１５でトルク計算に使用
する静摩擦Ｋｓをプラスとし、負であればステップＳ１
７でトルク計算に使用する等価静摩擦Ｋｓをマイナスと
する。

【０１７５】そしてステップＳ１６，Ｓ１８で、ステッ
プＳ８，Ｓ９の場合と逆に、モータ関節値を設定して初
期状態に戻した後、ステップＳ１９で最終的にモータ駆
動トルクＴを算出し、ステップＳ２０で現在のモータ速
度Ｖを次回の計算のためにＶ＝０とする。勿論、ステッ
プＳ２で速度差が０であれば、ステップＳ２１でモータ
駆動トルクを０として処理を終了する。

【０１７６】この図２８，図２９におけるモータ駆動ト
ルクの計算処理は、図２の仮想メカモデルシミュレーシ
ョン装置１４の中の１つの処理として組み込まれること
になる。本発明にあっては、最も優先度の高い処理とし
て第１処理部１８により入出力・機構演算処理を行なっ
ていることから、駆動トルク演算処理部２２はそれより
優先度の低いタスクとして処理が割り当てられることに
なる。具体的には、優先度の低い描画のための第２処理
部２０によるタスクと同じ優先度の処理に駆動トルク演
算処理部２２によるタスクを設定すれば良い。

【０１７７】図３０は図２８のステップＳ１におけるモ
ータ速度計算処理の説明図である。図３０はモータを１
次遅れ系とみなした時のモータの回転速度ωの初期変化
の特性を示している。モータを１次遅れ系とみなした時
の時刻ｔにおけるモータ速度は

【０１７８】

【数２１】

【０１７９】により表わされる。ここでω_iは目標速
度、ω₀は目標速度指令前のモータ速度、Ｔはモータの
性質をあらわす制定時間４Ｔに比例した定数である。

【０１８０】次に本発明のシミュレーションシステムに
あっては、仮想機構モデルについて算出した等価慣性、
等価動摩擦、等価静摩擦を用いてトルクモータを実現す
ることができる。このトルクモータは、組込ソフトウェ
ア実行装置１０からのモータ速度信号Ｅ１となる入力ビ
ット群からモータの目標速度を得てモータの動きを計算
しているものを、目標速度の代わりに目標トルクを得る
ことで実現できる。そこで入力ビット群から求めた目標
トルクからシミュレーションサイクルにおけるモータの
移動量Δθを得るための方法を説明する。

【０１８１】いまモータの速度ωがω₀の時に目標トル
クτがモータにかかったと考える。

【０１８２】

【数２２】

【０１８３】とすると、式（２５）より

【０１８４】

【数２３】

【０１８５】となり、これを解くと

【０１８６】

【数２４】

【０１８７】となる。

【０１８８】これにより全体のシミュレーションサイク
ルにおけるモータ速度をωｋ−１としたとき、現在のシ
ミュレーションサイクルのサンプリング間隔Δｔの間の
モータ移動量Δθは

【０１８９】

【数２５】

【０１９０】と表わすことができる。ここでτ₀は式
（２６）のように目標トルクから静摩擦トルクを引いた
値である。

【０１９１】このため本発明のシミュレーション処理に
あっては、次の手順に従ったアルゴリズムを実行するこ
とでトルクモータを実現できる。 （１）組込ソフトウェア実行装置１０からの入力ビット
群から目標モータトルクを求める。 （２）等価慣性、等価動摩擦及び等価静摩擦を求める。 （３）式（２９）よりモータの変位量Δθを求め、モー
タの変位を更新する。 （４）次回系の計算のためにモータ速度を記憶する。

【０１９２】次に図２の仮想メカモデルシミュレーショ
ン装置１４で実行されるシミュレーションプログラムを
格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の実施形
態を説明する。

【０１９３】図３１のコンピュータシステム１００は本
発明のシミュレーションプログラムを実行するシステム
であり、本体部１０２を有し、本体部１０２には図３２
のようにＣＰＵ１２０、ＲＡＭ１２２、ＲＯＭ１２４、
ディスクドライブ装置ＨＤＤ１２６、ＣＤ−ＲＯＭドラ
イブ１２８、ＦＤドライブ１３０、キーボード、マウ
ス、ディスプレイを接続するＩ／Ｏインタフェース１３
２、ＬＡＮインタフェース１３４、モデム１３６などが
内蔵されている。

【０１９４】コンピュータシステム１００は更に、本体
部１０２からの指示により表示画面１０４ａに画像など
の情報を表示するディスプレイ１０６、コンピュータシ
ステム１００に種々の情報を入力するためのキーボード
１０８、ディスプレイ１０６の表示画面１０４ａ上に任
意の位置を指定するマウス１１０、回線で接続されたデ
ータベースにアクセスするＬＡＮインタフェース１３
４、モデム１３６が備えられている。

【０１９５】本発明のシミュレーションプログラムは、
ＣＤ−ＲＯＭ、フロッピィディスク、ＤＶＤディスク、
光ディスク、ＩＣカードなどの可搬型記憶媒体、モデム
１３６及びＬＡＮインタフェース１３４を利用し、回線
を介して接続されたデータベース、更には他のコンピュ
ータシステムのデータベースに格納され、コンピュータ
システム１００にインストールされた後に、コンピュー
タシステム１００で実行される。

【０１９６】ここで記録媒体とは、ＣＤ−ＲＯＭ１１
６、フロッピィディスク（ＦＤ）１１８、ＤＶＤディス
ク、光ディスク、ＩＣカードなどの可搬型記憶媒体や、
コンピュータシステム１００の内外に備えられたハード
ディスクＨＤＤなどの記憶装置の他、回線を介してプロ
グラムを保持するデータベース、あるいは他のコンピュ
ータシステム並びにそのデータベース、更には回線上の
伝送媒体を含むものである。

【０１９７】なお本発明は上記の実施形態に限定され
ず、その目的と利点を損なわない適宜の変形を含む。ま
た本発明は上記の実施形態に示した数値による限定は受
けない。

【０１９８】（付記） （付記１）制御プログラムを実行して機構装置を制御す
る組込みソフトウェア実行装置と、前記機構装置の仮想
機構モデルを構築し、前記組込みソフトウェア実行装置
からの入力データに応じたシミュレーション計算により
前記仮想機構モデルを動作させるシミュレーション装置
と、を備えたシミュレーションシステムにおいて、前記
シミュレーション装置に、前記組込みソフトウェア実行
装置との入出力と前記仮想機構モデルの機構演算に関す
る第１処理を実行する第１処理部と、前記第１処理部の
空き時間を使用して、前記仮想機構モデルの描画を含む
ユーザインタフェースに関する第２処理を実行する第２
処理部と、を設けたことを特徴とするシミュレーション
システム。（１）

【０１９９】（付記２）付記1記載のシミュレーション
システムおいて、前記シミュレーション装置に２台のプ
ロセッサを設けて前記第１処理部と第２処理部を別々に
実装し、前記第１処理部による入出力及び機構演算と前
記第２処理部による描画処理を並列に実行することを特
徴とするシミュレーションシステム。

【０２００】（付記３）付記1記載のシミュレーション
システムおいて、前記シミュレーション装置のプロセッ
サに前記第１処理部と第２処理部をマルチタスクで実装
し、前記第１処理部による入出力と機構演算は優先度を
高くして短い周期で実行し、前記第２処理部による描画
処理は優先度を低くして長い周期で実行することを特徴
とするシミュレーションシステム。

【０２０１】（付記４）付記３記載のシミュレーション
システムにおいて、タイマカウンタと同期を取ることに
より前記第１処理部の処理を一定周期で実行させること
を特徴とするシミュレーションシステム。

【０２０２】（付記５）付記１記載のシミュレーション
システムにおいて、前記機構装置はパルス信号や正弦波
信号を入力とするモータを備え、前記シミュレーション
装置は、前記組込みソフトウェア実行装置からのモータ
指令として前記モータに対するパルス信号や正弦波信号
を入力して前記仮想機構モデルを動作させることを特徴
とするシミュレーションシステム。

【０２０３】（付記６）付記１記載のシミュレーション
システムにおいて、前記第２処理部は、仮想機構モデル
の動く部分を対象に描画処理を実行することを特徴とす
るシミュレーションシステム。

【０２０４】（付記７）付記１記載のシミュレーション
システムにおいて、更に、予め定義された駆動機構の関
係から、任意の選んだ軸にかかる負荷全体の等価慣性、
等価静摩擦、等価動摩擦の少なくともいずれかを、前記
選んだ軸から見た値に換算して表示する第３処理部を設
けたことを特徴とするシミュレーションシステム。

【０２０５】（付記８）付記７記載のシミュレーション
システムにおいて、更に、予め定義された駆動機構の関
係から、任意の選んだ軸にかかるモータ駆動軸から見た
負荷全体の等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を用い
て、動作に必要なモータの駆動トルクをリアルタイムに
算出し表示する第３処理部を設けたことを特徴とするシ
ミュレーションシステム。（２）

【０２０６】（付記９）付記８記載のシミュレーション
システムにおいて、前記シミュレーション装置は、前記
組込みソフトウェア実行装置からの入力データに対しト
ルクモータを実現して仮想機構モデルを動作させること
を特徴とするシミュレーションシステム。

【０２０７】（付記１０）付記８記載のシミュレーショ
ンシステムにおいて、前記シミュレーション装置は、所
定のシミュレーションサイクル毎に、前記組込みソフト
ウェア実行装置の指令入力データからトルクモータの目
標トルクを求め、トルクモータの駆動軸から見た負荷全
体の等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を求め、前記
目標トルク、等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦から
モータの変位量を求めてモータの変位を更新する処理を
繰り返すことを特徴とするシミュレーションシステム。

【０２０８】（付記１１）付記１記載のシミュレーショ
ンシステムにおいて、前記シミュレーション装置は、シ
ミュレーション中における前記組込みソフトウェア実行
装置からの入力データを時間データと共に記憶してお
き、シミュレーション後に前記記憶データを使って再度
シミュレーションを再現することを特徴とするシミュレ
ーションシステム。

【０２０９】（付記１２）機構装置の仮想機構モデルを
構築し、組込みソフトウェア実行装置からの入力データ
に応じたシミュレーション計算により前記仮想機構モデ
ルを動作させるシミュレーション方法において、前記組
込みソフトウェア実行装置との入出力と前記仮想機構モ
デルの機構演算に関する第１処理を実行する第１処理ス
テップと、前記第１処理ステップの空き時間を使用し
て、前記仮想機構モデルの描画を含むユーザインタフェ
ースに関する第２処理を実行する第２処理ステップと、
を備えたことを特徴とするシミュレーション方法。
（３）

【０２１０】（付記１３）付記１２記載のシミュレーシ
ョン方法おいて、前記シミュレーション装置に２台のプ
ロセッサを設け、前記第１処理ステップによる入出力及
び機構演算と前記第２処理ステップによる描画処理を並
列に実行することを特徴とするシミュレーション方法。

【０２１１】（付記１４）付記１２記載のシミュレーシ
ョン方法おいて、前記シミュレーション装置のプロセッ
サに前記第１処理ステップと第２処理ステップをマルチ
タスクで実装し、前記第１処理ステップによる入出力と
機構演算は優先度を高くして短い周期で実行し、前記第
２処理ステップによる描画処理は優先度を低くして長い
周期で実行することを特徴とするシミュレーション方
法。

【０２１２】（付記１５）付記１４記載のシミュレーシ
ョン方法において、タイマカウンタと同期を取ることに
より前記第１処理ステップの処理を一定周期で実行させ
ることを特徴とするシミュレーション方法。

【０２１３】（付記１６）付記１２記載のシミュレーシ
ョン方法において、前記機構装置はパルス信号や正弦波
信号を入力とするモータを備え、前記組込みソフトウェ
ア実行装置からのモータ指令として前記モータに対する
パルス信号や正弦波信号を入力して前記仮想機構モデル
を動作させることを特徴とするシミュレーション方法。

【０２１４】（付記１７）付記１２記載のシミュレーシ
ョン方法において、前記第２処理ステップは、仮想機構
モデルの動く部分を対象に描画処理を実行することを特
徴とするシミュレーション方法。

【０２１５】（付記１８）付記１２記載のシミュレーシ
ョン方法において、更に、予め定義された駆動機構の関
係から、任意の選んだ軸にかかる負荷全体の等価慣性、
等価静摩擦、等価動摩擦の少なくともいずれかを、前記
選んだ軸から見た値に換算して表示する第３処理ステッ
プを設けたことを特徴とするシミュレーション方法。

【０２１６】（付記１９）付記１２記載のシミュレーシ
ョン方法において、更に、モータ駆動軸から見た負荷全
体の等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を用いて、動
作に必要なモータの駆動トルクをリアルタイムに算出し
表示する第３処理ステップを設けたことを特徴とするシ
ミュレーション方法。

【０２１７】（付記２０）付記１９記載のシミュレーシ
ョン方法において、前記組込みソフトウェア実行装置か
らの入力データに対しトルクモータを実現して仮想機構
モデルを動作させることを特徴とするシミュレーション
方法。

【０２１８】（付記２１）付記２０記載のシミュレーシ
ョン方法において、前記シミュレーション装置は、所定
のシミュレーションサイクル毎に、前記組込みソフトウ
ェア実行装置の指令入力データからトルクモータの目標
トルクを求め、トルクモータの駆動軸から見た負荷全体
の等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を求め、前記目
標トルク、等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦からモ
ータの変位量を求めてモータの変位を更新する処理を繰
り返すことを特徴とするシミュレーション方法。

【０２１９】（付記２２）付記１２記載のシミュレーシ
ョン方法において、前記シミュレーション装置は、シミ
ュレーション中における前記組込みソフトウェア実行装
置からの入力データを時間データと共に記憶しておき、
シミュレーション後に前記記憶データを使って再度シミ
ュレーションを再現することを特徴とするシミュレーシ
ョン方法。

【０２２０】（付記２３）コンピュータに、組込みソフ
トウェア実行装置との入出力と仮想機構モデルの機構演
算に関する第１処理を実行する第１処理ステップと、前
記第１処理ステップの空き時間を使用して、前記仮想機
構モデルの描画を含むユーザインタフェースに関する第
２処理を実行する第２処理ステップと、を実行させるこ
とを特徴とするプログラム。（４）

【０２２１】（付記２４）付記２３記載のプログラムお
いて、２台のコンピュータに、前記第１処理ステップに
よる入出力及び機構演算と前記第２処理ステップによる
描画処理を並列に実行させることを特徴とするプログラ
ム。

【０２２２】（付記２５）付記２４記載のプログラムお
いて、コンピュータに前記第１処理ステップと第２処理
ステップをマルチタスクで実装し、前記第１処理ステッ
プによる入出力と機構演算は優先度を高くして短い周期
で実行させ、前記第２処理ステップによる描画処理は優
先度を低くして長い周期で実行させることを特徴とする
プログラム。

【０２２３】（付記２６）付記２５記載のプログラムに
おいて、タイマカウンタと同期を取ることにより前記第
１処理ステップの処理を一定周期で実行させることを特
徴とするプログラム。

【０２２４】（付記２７）付記２３記載のプログラムに
おいて、パルス信号や正弦並信号を入力とするモータに
対し、前記組込みソフトウェア実行装置からのモータ指
令として前記モータに対するパルス信号や正弦波信号を
入力して前記仮想機構モデルを動作させることを特徴と
するプログラム。

【０２２５】（付記２８）付記２３記載のプログラムに
おいて、前記第２処理ステップは、仮想機構モデルの動
く部分を対象に描画処理を実行させることを特徴とする
プログラム。

【０２２６】（付記２９）付記２３記載のプログラムに
おいて、更に、予め定義された駆動機構の関係から、任
意の選んだ軸にかかる負荷全体の等価慣性、等価静摩
擦、等価動摩擦の少なくともいずれかを、前記選んだ軸
から見た値に換算して表示する第３処理ステップを設け
て実行させることを特徴とするプログラム。

【０２２７】（付記３０）付記２９記載のプログラムに
おいて、更に、モータ駆動軸から見た負荷全体の等価慣
性、等価静摩擦及び等価動摩擦を用いて、動作に必要な
モータの駆動トルクをリアルタイムに算出し表示させる
第３処理ステップを設けて実行させることを特徴とする
プログラム。

【０２２８】（付記３１）付記３０記載のプログラムに
おいて、前記組込みソフトウェア実行装置からの入力デ
ータに対しトルクモータを実現して仮想機構モデルを動
作させることを特徴とするプログラム。

【０２２９】（付記３２）付記３１記載のプログラムに
おいて、所定のシミュレーションサイクル毎に、前記組
込みソフトウェア実行装置の指令入力データからトルク
モータの目標トルクを求め、トルクモータの駆動軸から
見た負荷全体の等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を
求め、前記目標トルク、等価慣性、等価静摩擦及び等価
動摩擦からモータの変位量を求めてモータの変位を更新
する処理を繰り返すことを特徴とするプログラム。

【０２３０】（付記３３）付記２３記載のプログラムに
おいて、シミュレーション中における前記組込みソフト
ウェア実行装置からの入力データを時間データと共に記
憶しておき、シミュレーション後に前記記憶データを使
って再度シミュレーションを再現することを特徴とする
プログラム。

【０２３１】（付記３４）コンピュータに、組込みソフ
トウェア実行装置との入出力、仮想機構モデルの機構演
算、及び前記仮想機構モデルの描画を含むユーザインタ
フェースに関する処理を実行するステップと、予め定義
された駆動機構の関係から、任意の選んだ軸にかかる負
荷全体の等価慣性、等価静摩擦、等価動摩擦の少なくと
もいずれかを、前記選んだ軸から見た値に換算して表示
させるステップと、を実行させることを特徴とするプロ
グラム。

【０２３２】（付記３５）付記３４のプログラムにおい
て、更に、前記等価慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を
用いて、動作に必要なモータの駆動トルクをリアルタイ
ムに算出して表示させることを特徴とするプログラム。

【０２３３】（付記３６）コンピュータに、組込みソフ
トウェア実行装置との入出力と仮想機構モデルの機構演
算に関する第１処理を実行する第１処理ステップと、前
記第１処理ステップの空き時間を使用して、前記仮想機
構モデルの描画を含むユーザインタフェースに関する第
２処理を実行する第２処理ステップと、を実行させるプ
ログラムを格納したコンピュータ読取可能な記録媒体。
（５）

【０２３４】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、モータ指令値入力、機構演算及びセンサ値出力とい
った高速低負荷処理と、部品の位置姿勢計算と画面描画
といった低速高負荷処理にシミュレーション処理を分
け、高速低負荷処理は組込ソフトウェア実行装置に設け
ている制御プログラムのサイクルと同じ周期で高速に実
行し、これに対し描画処理となる低速高負荷処理につい
ては数回に１回というように間引いて実行することで、
組込ソフトウェア実行装置とシミュレーション装置との
間の時間合せのための同期処理を不要とし、仮想機構モ
デルのリアルタイムなシミュレーションが実現でき、仮
想機構モデルを用いた制御プログラムの設計開発を効率
良く行なうことができる。

【０２３５】また仮想機構モデルのモータなどのアクチ
ュエータについて、等価慣性、等価静摩擦、等価動摩
擦、更には駆動トルクがリアルタイムで算出されて表示
されることで、機構モデルのモータ選定などの設計作業
をより適切に行なうことができる。

【０２３６】また同期処理が不要となったことで、ステ
ッピングモータにおけるパルス入力によるシミュレーシ
ョンを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図

【図２】本発明システム構成の説明図

【図３】仮想機構モデルの動く部分を表示した場合のシ
ミュレーション動作の説明図

【図４】画面表示された仮想機構モデルの説明図

【図５】図２におけるシミュレーション処理のフローチ
ャート

【図６】２台のＣＰＵで２つのタスクを並列に処理する
実施形態の説明図

【図７】マルチタスクにより処理する実施形態の説明図

【図８】図７におけるシミュレーション処理のフローチ
ャート

【図９】タイマ割込みに同期してシミュレーションを実
行する実施形態の説明図

【図１０】図９のシミュレーション処理のタイムチャー
ト

【図１１】図９によるシミュレーション処理のフローチ
ャート

【図１２】ステッピングモータのパルス指令によりシミ
ュレーションを実行する実施形態の説明図

【図１３】駆動トルク演算処理を含むシミュレーション
処理を実行する実施形態のフローチャート

【図１４】等価慣性の概念わ示した説明図

【図１５】等価慣性モーメントの算出法の説明図

【図１６】等価慣性を求めるアルゴリズムのフローチャ
ート

【図１７】等価慣性を得たい駆動関節・部品の検索アル
ゴリズムのフローチャート

【図１８】図１７における従動関節検索の詳細のフロー
チャート

【図１９】図１７における従動関節検索の詳細のフロー
チャート

【図２０】図１６における等価慣性算出処理の詳細のフ
ローチャート

【図２１】等価静摩擦の概念を示した説明図

【図２２】従動関係が複数ある場合の等価静摩擦の概念
を示した説明図

【図２３】回転と並進の溝機構の説明図

【図２４】等価静摩擦算出処理のフローチャート

【図２５】図２４における等価静摩擦算出の詳細のフロ
ーチャート

【図２６】等価動摩擦算出処理のフローチャート

【図２７】図２６における等価動摩擦算出の詳細のフロ
ーチャート

【図２８】モータ駆動トルク算出アルゴリズムのフロー
チャート

【図２９】図２８に続くモータ駆動トルク算出アルゴリ
ズムのフローチャート

【図３０】図２８におけるモータ速度算出の説明図

【図３１】本発明のシミュレーションプログラムを格納
した記録媒体が使用されるコンピュータシステムの説明
図

【図３２】図３１における本体部の内部構成のブロック
図

【図３３】組込ソフトウェア実行装置に実機を結合した
従来システムの説明図

【図３４】組込ソフトウェア実行装置に仮想機構モデル
のシミュレーション装置を結合した従来システムの説明
図

【図３５】同期待ち処理を含む従来のシミュレーション
のフローチャート

【符号の説明】

１０：組込ソフトウェア実行装置 １１：制御プログラム １２：インタフェース装置 １４：仮想メカモデルシミュレーション装置 １６：表示装置 １８：入出力・演算処理部（第１処理部） １８−１：第１タスク ２０：描画処理部（第２処理部） ２０−２：第２タスク ２２：駆動トルク演算処理部（第３処理部） ２４：指令入力記憶部 ２６：モータ ２８，３０：ギア ３２：カム ３４：センサ ３６：仮想的機構モデル（ＣＤオートチェンジャ） ３８，３８−１，３８−２：ＣＰＵ ４０：タイマ割込み発生装置 ４８：パルス発振回路 ５０：励磁回路 ５２：ドライバ ５４：ステッピングモータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 裕一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5B046 AA07 BA09 CA06 DA10 GA01 JA03 JA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御プログラムを実行して機構装置を制御
   する組込ソフトウェア実行装置と、 前記機構装置の仮想機構モデルを構築し、前記組込ソフ
   トウェア実行装置からの入力データに応じたシミュレー
   ション計算により前記仮想機構モデルを動作させるシミ
   ュレーション装置と、を備えたシミュレーションシステ
   ムにおいて、 前記シミュレーション装置に、 前記組込ソフトウェア実行装置との入出力と前記仮想機
   構モデルの機構演算に関する第１処理を実行する第１処
   理部と、 前記第１処理部の空き時間を使用して、前記仮想機構モ
   デルの描画を含むユーザインタフェースに関する第２処
   理を実行する第２処理部と、を設けたことを特徴とする
   シミュレーションシステム。
2. 【請求項２】請求項１記載のシミュレーションシステム
   において、予め定義された駆動機構の関係から、任意の
   選んだ軸にかかるモータ駆動軸から見た負荷全体の等価
   慣性、等価静摩擦及び等価動摩擦を用いて、動作に必要
   なモータの駆動トルクをリアルタイムに算出し表示する
   第３処理部を設けたことを特徴とするシミュレーション
   システ
3. 【請求項３】機構装置の仮想機構モデルを構築し、組込
   みソフトウェア実行装置からの入力データに応じたシミ
   ュレーション計算により前記仮想機構モデルを動作させ
   るシミュレーション方法において、 前記組込みソフトウェア実行装置との入出力と前記仮想
   機構モデルの機構演算に関する第１処理を実行する第１
   処理ステップと、 前記第１処理ステップの空き時間を使用して、前記仮想
   機構モデルの描画を含むユーザインタフェースに関する
   第２処理を実行する第２処理ステップと、を備えたこと
   を特徴とするシミュレーション方法。
4. 【請求項４】コンピュータに、 組込ソフトウェア実行装置との入出力と仮想機構モデル
   の機構演算に関する第１処理を実行する第１処理ステッ
   プと、 前記第１処理ステップの空き時間を使用して、前記仮想
   機構モデルのユーザインタフェースに関する第２処理を
   実行する第２処理ステップと、を実行させることを特徴
   とするプログラム。
5. 【請求項５】コンピュータに、 組込ソフトウェア実行装置との入出力と仮想機構モデル
   の機構演算に関する第１処理を実行する第１処理ステッ
   プと、 前記第１処理ステップの空き時間を使用して、前記仮想
   機構モデルのユーザインタフェースに関する第２処理を
   実行する第２処理ステップと、を実行させるプログラム
   を格納したコンピュータ読取可能な記録媒体。