JP2005092640A - 駆動機構のシミュレーション装置、シミュレーション方法、及びシミュレーションプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動機構モデルが物理的に小さくかつ高速な動作を行う場合でも、シミュレーションの状態をリアルタイムに解析し、より正確で信頼性の高いリアルタイムシミュレーションを行うこと。
【解決手段】駆動機構モデルから、アクチュエータモデルを生成するアクチュエータモデル生成部７５と、駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成部７７と、センサモデルを生成するセンサモデル生成部７９と、駆動機構モデルのオフラインシミュレーションを行って前記各種モデルを解析するオフラインシミュレーション部８１と、前記各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成する第１リアルタイムシミュレーション部８３と、駆動機構モデルの動作を簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析する第２リアルタイムシミュレーション部８５と、簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示するリアルタイム解析結果表示部８７とを備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、駆動機構として、例えば複写機やスキャナ装置等の光学系を構成する駆動機構等のリアルタイムシミュレーションに用いて好適な駆動機構のシミュレーション装置、シミュレーション方法、及びシミュレーションプログラムに関する。

一般的に、アクチュエータ（モータ）やセンサを有する駆動機構の開発設計においては、駆動機構が三次元的な動作を行うことが多く、実際に各構成部品を組立てて実機を試作し、かつ実機の動作等について評価を行う。評価の結果、設計変更を行う必要がある場合、設計変更を行った実機を試作し再び評価を行うという試行を繰り返す。実機の評価が良好であることで設計を完了し量産に移る。

また一般に、駆動機構の動作を制御する制御プログラムの開発に際しては、駆動機構の実機を試作し、試作の実機を動作させながら制御プログラムを作成してゆく。即ち制御プログラムの開発は実機の試作が完成した後でなければ着手することができず、制御プログラムの開発には多くの時間やコストがかかり非効率的であるという課題がある。

このため、例えば自動車業界等においては、計算機により実物と同様に動作する仮想メカを構築して、この仮想メカをＨＩＬ（Hardware in the Loop）シミュレーションシステムによりシミュレーションしたり、あるいは自動車のＥＣＵ（Electronic Control Unit）の開発に利用したりしている。

しかし、ＨＩＬシミュレーションシステムでは、小型組込みシステム（例えば複写機の光学系等）の開発に伴いシミュレーション対象である機構が非常に複雑である場合、動的挙動を厳密に解析するのであれば、仮想メカを実用的な速度で動かすことはできず、実用的な速度よりも遅い速度が要求される。また、シミュレーション対象が物理的に非常に小さく、かつ非常に速く動作する場合、物理的に大きくかつ動作も遅い自動車等の場合と異なりサンプリング間隔を非常に細かく設定しなければシミュレーションに際し十分な精度が得られない。このような理由で小型組込みシステムのシミュレーションにはＨＩＬシミュレーションシステムを用いることは非常に少ない。

このため、機構を三次元的に設計する機構設計部と、機構を三次元機構モデルとして内部に構築し機構の動作をシミュレートする三次元機構モデルシミュレーション部と、機構の設計と並行して機構の動作を制御するための制御プログラムを開発する組込みソフトウエア開発部と、設計データを三次元機構モデルに動的に反映させるべく機構設計部から三次元機構モデルシミュレーション部へ入力する第１インタフェイス部と、三次元機構モデルシミュレーション部と組込みソフトウエア開発部との同期をとりながらデータ送受を行う第２インタフェイス部とを備えた支援システムが提案されている（例えば特許文献１参照。）。

また、機構装置の仮想機構モデルを構築し組込ソフトウエ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動作させる仮想メカモデルシミュレーション装置を構成し、仮想メカモデルシミュレーション装置には、組込ソフトウエア実行装置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処理部と、第１処理部の空き時間を利用して仮想機構モデルの描画処理を実行する第２処理部とを備えるシミュレーションシステムが提案されている（例えば特許文献２参照。）。

特開２００１−２２２５７２号公報 特開２００３−３０２５１号公報

しかしながら、特許文献１による従来例においては、各サンプリングに伴うシミュレーションの完了まで機構モデルシミュレーション部と組込みソフトウエアとの間の同期をとりながらのデータ送受を行わないようにシミュレーションシステムを構築しているため、機構モデルの細かい挙動を再現することは可能であるが、機構モデルの動作と組込みソフトウエアを実行する際のリアルタイム性が考慮されておらず、従って組込みソフトウエアの正確な処理を再現することができず、シミュレーションの信頼性に劣る問題があった。

特許文献２による従来例においては、機構モデルシミュレーションと組込みソフトウエアとの間でリアルタイムでのデータ送受を行いながら、所謂ＨＩＬ環境でのシミュレーションを行って機構の設計と組込みソフトウエアの開発とをコンカレントに遂行し、組込みソフトウエアの開発の効率化を図ることが可能であるが、例えばモータ駆動軸からみた負荷全体の等価慣性、等価摩擦を用いて機構動作に必要なモータ駆動トルクで機構モデルを構築するため、機構の細かい挙動や機構にある非線形要素の影響等については全く考慮されておらず、従って機構の正確な挙動を再現することができないという問題があった。

本発明は、上記従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、駆動機構モデルが物理的に小さく、かつ高速な動作を行うものであっても、シミュレーションの状態をリアルタイムに解析することが可能であり、これによりより正確で信頼性の高いリアルタイムシミュレーションを行うことが可能である駆動機構のシミュレーション装置、シミュレーション方法、及びシミュレーションプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の請求項１にかかる駆動機構のシミュレーション装置は、前記駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成する第１シミュレーション手段と、制御プログラムの実行に伴う前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析する第２シミュレーション手段とを備えたことを特徴とする。

この請求項１に記載の発明によれば、第１シミュレーション手段が駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成し、第２シミュレーション手段が簡易解析モデルを用いて駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションを行い、リアルタイムに駆動機構モデルのより正確で高精度の解析を行うことができる。

また、請求項２は、請求項１に記載の発明において、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築する駆動機構モデル構築手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項３は、請求項１に記載の発明において、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて生成された駆動機構モデルをディスプレイに画像表示する駆動機構モデル表示手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項４は、請求項１に記載の発明において、前記第２シミュレーション手段の実行に伴う前記駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示するリアルタイム解析結果表示手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項５は、請求項１に記載の発明において、前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するアクチュエータモデル生成手段を備えたことを特徴とする。

この請求項５の発明によれば、前記アクチュエータモデル生成手段を備えた場合、駆動機構モデルのシミュレーションに際しアクチュエータの状態をより高精度に解析することができる。

また、請求項６は、請求項５に記載の発明において、前記アクチュエータモデル生成手段は、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いて前記アクチュエータモデルを生成することを特徴とする。

また、請求項７は、請求項１に記載の発明において、前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成手段を備えたことを特徴とする。

この請求項７の発明によれば、前記駆動伝達系モデル生成手段を備えた場合、駆動機構モデルのシミュレーションに際し駆動伝達系の状態をより高精度に解析することができる。

また、請求項８は、請求項１に記載の発明において、前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するセンサモデル生成手段を備えたことを特徴とする。

この請求項８の発明によれば、前記センサモデル生成手段を備えた場合、駆動機構モデルのシミュレーションに際しセンサ（例えばエンコーダ等）の状態をより高精度に解析することができる。

また、請求項９は、請求項８に記載の発明において、前記センサモデル生成手段は、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成することを特徴とする。

また、請求項１０は、請求項１，５〜９のいずれか一つに記載の発明において、前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うオフラインシミュレーション手段を備え、前記第１シミュレーション手段は、前記オフラインシミュレーション手段の実行に伴う前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成することを特徴とする。

この請求項１０の発明によれば、オフラインシミュレーション手段を備えた場合、前記駆動機構モデルの動作とともに前記各種モデルを詳細に解析することが可能となり、より実際的なリアルタイムシミュレーションを行うことができる。

また、請求項１１は、請求項１，５〜１０のいずれか一つに記載の発明において、前記第１シミュレーション手段は、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成することを特徴とする。

また、請求項１２は、請求項１，５〜１１のいずれか一つに記載の発明において、前記第１シミュレーション手段は、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成することを特徴とする。

また、請求項１３は、請求項１，５〜１１のいずれか一つに記載の発明において、前記第１シミュレーション手段は、少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能にすることを特徴とする。

また、請求項１４は、請求項１に記載の発明において、前記第２シミュレーション手段の実行に伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があることが検証された場合に該制御プログラムを修正するプログラム修正手段を備えたことを特徴とする。

この請求項１４の発明によれば、プログラム修正手段を備えた場合、リアルタイムシミュレーション後に制御プログラムを修正するために手作業で入力し直す必要がなく、自動的に制御プログラムを修正することができる。

本発明の請求項１５にかかる駆動機構のシミュレーション方法は、駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成する簡易解析モデル生成工程と、前記制御プログラムの実行に伴い、前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析する解析工程とを含むことを特徴とする。

この請求項１５に記載の発明によれば、簡易モデル生成工程により簡易解析モデルを生成した後、リアルタイムシミュレーション工程により簡易解析モデルに基づいて駆動機構モデル内の各種モデルをリアルタイムに解析することが可能となり、より正確で高精度の解析を行うことができる。

また、請求項１６は、請求項１５に記載の発明において、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築する駆動機構モデル構築工程を含むことを特徴とする。

また、請求項１７は、請求項１５に記載の発明において、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて生成された前記駆動機構モデルをディスプレイに画像表示する画像表示工程を含むことを特徴とする。

また、請求項１８は、請求項１５に記載の発明において、前記リアルタイムシミュレーションの実行に際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示する解析結果表示工程を含むことを特徴とする。

また、請求項１９は、請求項１５に記載の発明において、前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するアクチュエータモデル生成工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２０は、請求項１９に記載の発明において、前記アクチュエータモデルの生成に際し、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いる工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２１は、請求項１５に記載の発明において、前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２２は、請求項１５に記載の発明において、前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するセンサモデル生成工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２３は、請求項２２に記載の発明において、前記センサモデルの生成に際し、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成する工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２４は、請求項１５，１９〜２３のいずれか一つに記載の発明において、前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行う工程を有し、該オフラインシミュレーションに伴い前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成する工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２５は、請求項１５，１９〜２４のいずれか一つに記載の発明において、前記簡易解析モデルの生成に際し、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成する工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２６は、請求項１５，１９〜２５のいずれか一つに記載の発明において、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成する工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２７は、請求項１５，１９〜２５のいずれか一つに記載の発明において、少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能ならしめる工程を含むことを特徴とする。

また、請求項２８は、請求項１５に記載の発明において、前記リアルタイムシミュレーションに伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があることが検証された場合に該制御プログラムを修正するプログラム修正工程を含むことを特徴とする。

本発明の請求項２９にかかる駆動機構のシミュレーションプログラムは、前記駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成するステップと、制御プログラムの実行に伴い、前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析するステップとを含むことを特徴とする。

この請求項２９に記載の発明によれば、簡易解析モデルを生成した後、リアルタイムシミュレーションを行う場合、簡易解析モデルに基づいて駆動機構モデル内の各種モデルをリアルタイムに解析することが可能となり、より正確で高精度の解析を行うことができる。

また、請求項３０は、請求項２９に記載の発明において、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３１は、請求項２９に記載の発明において、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて生成された駆動機構モデルをディスプレイに画像表示するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３２は、請求項２９に記載の発明において、前記リアルタイムシミュレーションの実行に際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３３は、請求項２９に記載の発明において、前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３４は、請求項３３に記載の発明において、前記アクチュエータモデルの生成に際し、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いるステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３５は、請求項２９に記載の発明において、前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３６は、請求項２９に記載の発明において、前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３７は、請求項３６に記載の発明において、前記センサモデルの生成に際し、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３８は、請求項２９，３３〜３７のいずれか一つに記載の発明において、前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うステップを有し、該オフラインシミュレーションに伴い前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項３９は、請求項２９，３３〜３８のいずれか一つに記載の発明において、前記簡易解析モデルの生成に際し、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項４０は、請求項２９，３３〜３９のいずれか一つに記載の発明において、前記簡易解析モデルの生成に際し、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成するステップを含むことを特徴とする。

また、請求項４１は、請求項２９，３３〜３９のいずれか一つに記載の発明において、少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能ならしめる工程を含むことを特徴とする。

また、請求項４２は、請求項２９に記載の発明において、前記リアルタイムシミュレーションに伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があるか否かを検証するステップと、前記制御プログラムに不正確がある場合に該制御プログラムを修正するステップとを含むことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成する第１シミュレーション手段と、制御プログラムの実行に伴う前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析する第２シミュレーション手段とを備えたため、駆動機構モデルが物理的に小さく、かつ高速な動作を行うものであっても、非線形要素の影響を十分に考慮して駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションを行うことが可能であり、かつ駆動機構モデルをリアルタイムにより詳細に解析することが可能である。これによりより正確で信頼性の高いリアルタイムシミュレーションを行って、試作品を繰り返し製作するコストと労力を低減することが可能となり、製品開発及び制御プログラムの開発を極めて効率化することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築する駆動機構モデル構築手段を備えたため、リアルタイムシミュレーションに際し例えば別の専用の情報処理装置等を用いて作成した駆動機構モデルをインストールして画像表示するという手間を省くことができ、リアルタイムシミュレーションの効率化を図ることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、前記駆動機構モデルをディスプレイに画像表示する駆動機構モデル表示手段を備えたため、駆動機構モデルの動作状況をリアルに観察することができ、場合によっては解析結果を待たずに駆動機構のよし悪しを見極めることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明によれば、前記第２シミュレーション手段の実行に伴う前記駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示するリアルタイム解析結果表示手段を備えたため、シミュレーションに際し速やかに駆動機構のよし悪しを認識することが可能となる。

また、請求項５に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するアクチュエータモデル生成手段を備えたため、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際しより詳細な解析結果を得ることができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、前記アクチュエータモデル生成手段は、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いて前記アクチュエータモデルを生成するため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成手段を備えたため、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際しより詳細な解析結果を得ることができる。

また、請求項８に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するセンサモデル生成手段を備えたため、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際しより詳細な解析結果を得ることができる。

また、請求項９に記載の発明によれば、前記センサモデル生成手段は、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成するため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項１０に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うオフラインシミュレーション手段を備え、前記第１シミュレーション手段は、前記オフラインシミュレーション手段の実行に伴う前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成するようにしたため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより詳細で、かつより実際的でありより高精度の解析結果を得ることができ、リアルタイムシミュレーションに際し高い信頼性を確保することができる。

また、請求項１１に記載の発明によれば、前記第１シミュレーション手段は、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成するため、リアルタイムシミュレーションの実行に伴ってより信頼性の高い解析結果を得ることができる。

また、請求項１２に記載の発明によれば、前記第１シミュレーション手段は、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成するため、簡易解析モデルに対し優れた信頼性を得ることができる。

また、請求項１３に記載の発明によれば、前記第１シミュレーション手段は、少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能にするようにしたため、同じく近似モデルに対し優れた信頼性を得ることができるとともに、リアルタイムシミュレーションに際しても上述と同様の効果を得ることができる。

また、請求項１４に記載の発明によれば、前記第２シミュレーション手段の実行に伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があることが検証された場合に該制御プログラムを修正するプログラム修正手段を備えたため、プログラムを手直しする手間を省いて、リアルタイムシミュレーションに際し獲得した解析結果を自動的により有効に活用することができる。

本発明の請求項１５にかかる駆動機構のシミュレーション方法は、駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成する簡易解析モデル生成工程と、前記制御プログラムの実行に伴い、前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析する解析工程とを含むため、駆動機構モデルが物理的に小さく、かつ高速な動作を行うものであっても、非線形要素の影響を十分に考慮して駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションを行うことが可能であり、かつ駆動機構モデルをリアルタイムに、より詳細に解析することが可能である。これによりより正確で信頼性の高いリアルタイムシミュレーションを行って、試作品を繰り返し製作するコストと労力を低減することが可能となり、製品開発及び制御プログラムの開発を極めて効率化することができる。

また、請求項１６に記載の発明によれば、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築する駆動機構モデル構築工程を含むため、リアルタイムシミュレーションに際し例えば別の専用の情報処理装置等を用いて作成した駆動機構モデルをインストールして画像表示するという手間を省くことができ、リアルタイムシミュレーションの効率化を図ることができる。

また、請求項１７に記載の発明によれば、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて生成された前記駆動機構モデルをディスプレイに画像表示する画像表示工程を含むため、駆動機構モデルの動作状況をリアルに観察することができ、場合によっては解析結果を待たずに駆動機構のよし悪しを見極めることが可能となる。

また、請求項１８に記載の発明によれば、前記リアルタイムシミュレーションの実行に際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示する解析結果表示工程を含むため、シミュレーションに際し速やかに駆動機構のよし悪しを認識することが可能となる。

また、請求項１９に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するアクチュエータモデル生成工程を含むため、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際しより詳細な解析結果を得ることができる。

また、請求項２０に記載の発明によれば、前記アクチュエータモデルの生成に際し、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いる工程を含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項２１に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成工程を含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項２２に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するセンサモデル生成工程を含むため、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際しより詳細な解析結果を得ることができる。

また、請求項２３に記載の発明によれば、前記センサモデルの生成に際し、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成する工程を含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項２４に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うオフラインシミュレーション工程を有し、該オフラインシミュレーションに伴い前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成する工程を含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより詳細で、かつより実際的でありより高精度の解析結果を得ることができ、リアルタイムシミュレーションに際し高い信頼性を確保することができる。

また、請求項２５に記載の発明によれば、前記簡易解析モデルの生成に際し、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成する工程を含むため、リアルタイムシミュレーションの実行に伴ってより信頼性の高い解析結果を得ることができる。

また、請求項２６に記載の発明によれば、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成する工程を含むため、簡易解析モデルに対し優れた信頼性を得ることができる。

また、請求項２７に記載の発明によれば、少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能ならしめる工程を含むため、同じく近似モデルに対し優れた信頼性を得ることができるとともに、リアルタイムシミュレーションに際しても上述と同様の効果を得ることができる。

また、請求項２８に記載の発明によれば、前記リアルタイムシミュレーションに伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があることが検証された場合に該制御プログラムを修正するプログラム修正工程を含むため、プログラムを手直しする手間を省いて、リアルタイムシミュレーションに際し獲得した解析結果を自動的により有効に活用することができる。

本発明の請求項２９にかかる駆動機構のシミュレーションプログラムは、前記駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成するステップと、制御プログラムの実行に伴い、前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析するステップとを含むため、駆動機構モデルが物理的に小さく、かつ高速な動作を行うものであっても、非線形要素の影響を十分に考慮して駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションを行うことが可能であり、かつ駆動機構モデルをリアルタイムに、より詳細に解析することが可能である。これによりより正確で信頼性の高いリアルタイムシミュレーションを行って、試作品を繰り返し製作するコストと労力を低減することが可能となり、製品開発及び制御プログラムの開発を極めて効率化することができる。

また、請求項３０に記載の発明によれば、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築するステップを含むため、リアルタイムシミュレーションに際し例えば別の専用の情報処理装置等を用いて作成した駆動機構モデルをインストールして画像表示するという手間を省くことができ、リアルタイムシミュレーションの効率化を図ることができる。

また、請求項３１に記載の発明によれば、駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて生成された駆動機構モデルをディスプレイに画像表示するステップを含むため、駆動機構モデルの動作状況をリアルに観察することができ、場合によっては解析結果を待たずに駆動機構のよし悪しを見極めることが可能となる。

また、請求項３２に記載の発明によれば、前記リアルタイムシミュレーションの実行に際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示するステップを含むため、シミュレーションに際し速やかに駆動機構のよし悪しを認識することが可能となる。

また、請求項３３に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するステップを含むため、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際しより詳細な解析結果を得ることができる。

また、請求項３４に記載の発明によれば、前記アクチュエータモデルの生成に際し、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いるステップを含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項３５に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成するステップを含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項３６に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するステップを含むため、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際しより詳細な解析結果を得ることができる。

また、請求項３７に記載の発明によれば、前記センサモデルの生成に際し、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成するステップを含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより実際的で高精度の解析結果を得ることができる。

また、請求項３８に記載の発明によれば、前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うステップを有し、該オフラインシミュレーションに伴い前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成するステップを含むため、リアルタイムシミュレーションに伴ってより詳細で、かつより実際的でありより高精度の解析結果を得ることができ、リアルタイムシミュレーションに際し高い信頼性を確保することができる。

また、請求項３９に記載の発明によれば、前記簡易解析モデルの生成に際し、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成するステップを含むため、リアルタイムシミュレーションの実行に伴ってより信頼性の高い解析結果を得ることができる。

また、請求項４０に記載の発明によれば、前記簡易解析モデルの生成に際し、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成するステップを含むため、簡易解析モデルに対し優れた信頼性を得ることができる。

また、請求項４１に記載の発明によれば、少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能ならしめる工程を含むため、同じく近似モデルに対し優れた信頼性を得ることができるとともに、リアルタイムシミュレーションに際しても上述と同様の効果を得ることができる。

また、請求項４２に記載の発明によれば、前記リアルタイムシミュレーションに伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があるか否かを検証するステップと、前記制御プログラムに不正確がある場合に該制御プログラムを修正するステップとを含むため、プログラムを手直しする手間を省いて、リアルタイムシミュレーションに際し獲得した解析結果を自動的により有効に活用することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる駆動機構のシミュレーション装置、シミュレーション方法、及びシミュレーションプログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（駆動機構の一例）
まず本発明の実施の形態にかかる駆動機構の一例として採用する画像読取装置（即ち複写機）の光学系の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる複写機の光学系の機構的構成を示す斜視図である。

画像読取装置の光学系では、例えばモータの駆動でタイミングベルト等を介し光源やミラーを搭載したキャリッジを移動させることで原稿用紙の画像を読取るという構成のものが多い。即ち図１に示すように、モータ（例えばステッピングモータ）１１の駆動軸にはギヤ１３が装着されている。光学系の例えば中心を通る回転軸１５の一端にもギヤ１７が装着されている。モータ１１のギヤ１３と回転軸１５のギヤ１７にはタイミングベルト１９が巻き付けられている。モータ１１の回転力はギヤ１３，１７、タイミングベルト１９を介し回転軸１５に伝わる。モータ１１は例えば速度テーブル（図示省略）に設定された回転動作の条件に従って回転動作する。

回転軸１５の例えば一端側の上には回転軸１５に直交するように二本のレール２１，２３が配設されている。レール２１，２３の両端近傍にはアイドラプーリ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄが装着されている。レール２１，２３は第１、第２キャリッジ３３，３５をスライド移動自在に支持している。第１キャリッジ３３には光源２９及びミラー３１が配設されている。第２キャリッジ３５には複数のミラー３７が備えられるとともに両端側にプーリ３９，４１が装着されている。また第１キャリッジ３３の一端側には枠体の壁面（図示省略）に固定されたワイヤ４７が接続されている。第２キャリッジ３５のプーリ３９、及びアイドラプーリ２５には他の枠体の壁面（図示省略）に固定されたワイヤ５１が順次掛け回されている。

一方、ワイヤ４７は、枠体の壁から第２キャリッジ３５のプーリ３９、アイドラプーリ２５に順次掛け回され、かつ回転軸１５に固定されたワイヤプーリ４５に数回巻き付けられ、更にアイドラプーリ２５ｂ、第２キャリッジ３５のプーリ３９に順次掛け回され、他端がスプリング（図示省略）を介して枠体（図示省略）に固定されている。またワイヤ４７のアイドラプーリ２５と第２キャリッジ３５のプーリ３９との間の部分には第１キャリッジ３３の一端が固定されている。同様に、ワイヤ５１は、枠体の壁から第２キャリッジ３５のプーリ４１、アイドラプーリ２５ｃに順次掛け回され、ワイヤプーリ４９に数回巻き付けられ、更にアイドラプーリ２５ｄ、第２キャリッジ３５のプーリ４１に順次掛け回され、他端がスプリング（図示省略）を介し枠体に固定されている。またワイヤ５１のアイドラプーリ２５ｃと第２キャリッジ３５のプーリ４１との間の部分には第１キャリッジ３３の一端が固定されている。

また、本実施の形態に係る駆動機構には、詳しく図示しないが例えば所定の位置に第１、第２キャリッジ３３，３５の移動速度を検出するセンサや、モータ１１の回転量を検出するエンコーダ５３等が備えられている。詳しくは後述するがエンコーダ５３の出力を検出する制御プログラムの実行によりモータ１１の駆動が種々（例えば起動・停止・逆起動・停止）制御されるものである。制御プログラムの実行によるモータ１１の駆動力により回転軸１５が回転するとともにワイヤプーリ４５，４９が回転しワイヤ４７，４９に引かれて第１、第２キャリッジ３３，３５が所謂画像読取りを行うべく移動することが可能となる。

（シミュレーション制御系と駆動機構系との関係）
図２は、シミュレーション制御系と駆動機構系との関係を概略的に示すブロック図である。シミュレーション制御系は、例えばＭＣＵ（Motor Control Unit）を備えており、デジタル制御部６１でモータ１１のトルク指令値に基づいて位置制御、速度制御等のデジタル制御を行い、かつ駆動アンプ６３を通して増幅する。駆動アンプ６３で増幅したモータトルク指令値は、駆動機構系（駆動機構モデル）のモータ１１を駆動させ、伝達機構（タイミングベルト１９、ワイヤ４７，５１等）に動作を与え、かつ駆動部（プーリ３９、読取部等）にも動作を与える。そしてセンサ部（光学式エンコーダ５３等）の出力をデジタル制御部６１にフィードバックする。

（シミュレーション制御系）
図３は、本発明の実施の形態にかかるシミュレーション制御系の構成を示すブロック図である。シミュレーション制御系には、第１に、駆動機構の各種設計情報として、例えば各使用部材の材質、形状、大きさ、剛性、外力に対する応力、粘性、バネ係数、伝達係数、動力機能、動力特性、電気的入出力特性、設置位置等の入力部７０に対する入力に基づいて駆動機構モデルを構築（設計）する駆動機構モデル構築部（駆動機構モデル構築手段）７１が備えられている。第２に、駆動機構モデル構築部７１が構築する駆動機構モデルをディスプレイ（図示省略）に画像表示する駆動機構モデル表示部（駆動機構モデル表示手段）７３が備えられている。駆動機構モデル表示部７３は、例えば、図４に示すように、駆動機構モデルをディスプレイに表示することが可能である。第３に、駆動機構モデル内のアクチュエータモデル（モータモデル）を生成するアクチュエータモデル生成部（アクチュエータモデル生成手段）７５が備えられている。アクチュエータモデル生成部７５は、アクチュエータ（モータ１１）の駆動力、動作特性、負荷等を用いてアクチュエータモデルを生成する。第４に、駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成部（駆動伝達系モデル生成手段）７７が備えられている。駆動伝達系モデル生成部７７は、駆動伝達系を構成する各部の動作速度、動作特性、剛性、応力、粘性、バネ係数、または伝達係数等を用いて駆動伝達系モデルを生成する。第５に、駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するセンサモデル生成部（センサモデル生成手段）７９が備えられている。センサモデル生成部７９は、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いてセンサモデルを生成するものであり、例えばセンサとしてモータ１１に備わるエンコーダ５３の出力をモデル化する。

アクチュエータモデル生成部７５が作成するアクチュエータモデルとしては、下記の数式１〜３を一例として作成（使用）することが可能である。

駆動伝達系モデル生成部７７が作成する駆動伝達系モデルとしては、下記の数式２〜数式５を一例として作成（使用）することが可能である。数式４〜数式３１に示す駆動伝達系モデルは図４を参考に理解することができる。図４は、例えばディスプレイに表示した駆動伝達系を含む駆動機構モデルの具体的構成を説明する説明図である。図４には下記の数式４〜数式３１に対応しベルトやワイヤの長さＬ、ベルトやワイヤの弾性係数ｋ等の各種演算要素が示されている。

センサモデル生成部７９が作成する例えばモータ１１に備わるエンコーダ５３のモデルとしては、下記の数式３２を一例として作成（使用）することが可能である。

駆動機構モデル構築部７１、駆動機構モデル表示部７３、アクチュエータモデル生成部７５、駆動伝達系モデル生成部７７、及び、センサモデル生成部７９は、何れも例えばＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read-only memory）やＨＤ（Hard Disk）等に記憶されるプログラムで構成し、ＣＰＵ（Central Processing unit）を動作させることで各々の機能を発揮するものとしても良い。また、駆動機構モデルを動かす制御プログラムも例えばＥＰＲＯＭあるいはＨＤ等に記憶されるものであり、後述するオフラインシミュレーション部８１により起動、終了等が制御されるものである。

シミュレーション制御系には、第６に、駆動機構モデル内の前記各種モデル、即ちアクチュエータモデル、駆動伝達系モデル、センサモデルを用いてオフラインシミュレーションを行うオフラインシミュレーション部（オフラインシミュレーション手段）８１が備えられている。オフラインシミュレーション部８１は、制御プログラムの実行に伴って駆動機構モデルのオフラインシミュレーションを行う際に、詳細モデル、即ちアクチュエータモデル、駆動伝達系モデル、センサモデルを解析する。第７に、駆動機構モデル内の各種モデル（アクチュエータモデル、駆動伝達系モデル、センサモデル）の解析結果から簡易解析モデルあるいは近似モデルを作成する第１リアルタイムシミュレーション部（第１シミュレーション手段）８３が備えられている。第１リアルタイムシミュレーション部８３は、アクチュエータモデルの解析結果、駆動伝達系モデルの解析結果、及びセンサモデルの解析結果に最適化法として、例えば最小二乗法、あるいは状態方程式を用いることで簡易解析モデル（数式３３〜数式３８）を作成することが可能である。第１リアルタイムシミュレーション部８３は、例えばモータ１１の入力と出力との間に応答曲面法を採用し、最適化手法として例えば最小二乗法を用いて各定数βＮを計算することで近似モデル（数式３９）を作成することが可能である。

第１リアルタイムシミュレーション部８３が作成する簡易解析モデルとしては、下記の数式３３〜数式３８を一例として作成（使用）することが可能である。

第１リアルタイムシミュレーション部８３が作成する近似モデルとしては、下記の数式３９を一例として作成（使用）することが可能である。

シミュレーション制御系には、第８に、例えば制御プログラムの実行に伴うリアルタイムシミュレーションを行って、第１リアルタイムシミュレーション部８３が生成した簡易解析モデル（数式７）に基づいて駆動制御系モデルを解析する第２リアルタイムシミュレーション部（第２シミュレーション手段）８５が備えられている。第９に、第２リアルタイムシミュレーション部８５の実行に伴う駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイ（図示省略）に表示するリアルタイム解析結果表示部（リアルタイム解析結果表示手段）８７が備えられている。第１０に、第２リアルタイムシミュレーション部８５の実行に伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があることが検証された場合に該制御プログラムを修正するプログラム修正部（プログラム修正手段）８９が備えられている。

オフラインシミュレーション部８１、第１リアルタイムシミュレーション部８３、第２リアルタイムシミュレーション部８５、リアルタイム解析結果表示部８７、プログラム修正部８９も、何れも例えばＥＰＲＯＭやＨＤ等に記憶されるプログラムで構成し、ＣＰＵを動作させることで各々機能を発揮するものとしても良い。また、制御プログラムも、例えば第２リアルタイムシミュレーション部８５がリアルタイムシミュレーションを行うべく、第２リアルタイムシミュレーション部８５により起動、終了等が制御されるものである。

尚、第２リアルタイムシミュレーション部８５は、例えばデジタル処理に適したＤＳＰ（Digital Signal Processor）ボードやりアルタイムＯＳ（Operating System）で動作するＰＣ（Personal Computer）等に移してリアルタイムシミュレーションを行うようにしても良い。

一方、シミュレーション制御系には、駆動機構モデル構築部７１、駆動機構モデル表示部７３、アクチュエータモデル生成部７５、駆動伝達系モデル生成部７７、及び、センサモデル生成部７９の各々の動作処理を連続的に行わせるべく、各々７１〜７９が生成するデータの互いの送受信を可能にする機構設計インタフェイス部９１が備えられている。これにより例えば駆動機構モデル構築部７１から算出された例えばモータ軸回転速度のデータを例えばアクチュエータモデル生成部７５、及び駆動伝達系モデル生成部７７に障害なく送信することが可能となる。この結果、アクチュエータモデル生成部７５、及び駆動伝達系モデル生成部７７に例えばモータ軸回転速度のデータから第１キャリッジ速度やエンコーダ信号の算出を行わせることが可能となる。

また、シミュレーション制御系には、第２リアルタイムシミュレーション部８５と制御プログラムの実行を制御する制御部（ＣＰＵで構成しても良い）９３との間でセンサ信号（エンコーダ値）のデータ送信やモータ端子電圧のデータ送信を可能ならしめるインタフェイス部９５が備えられている。インタフェイス部９５は、例えば制御部９３から第１リアルタイムシミュレーション部８３が識別するアクチュエータ（モータ１１）に与えた指令信号に応じて第２リアルタイムシミュレーション部８５がリアルタイムシミュレーションを実行した場合、センサ（エンコーダ５３）の出力データを制御部９３にフィードバックすることを可能にする。また、例えば制御部９３から出力されたモータ端子電圧信号にＡ／Ｄ変換を行ってその値を第１リアルタイムシミュレーション部８３に入力することが可能である。センサ信号については、例えばエンコーダ５３を用いた場合、Ａ相とＢ相のパルス信号を制御部９３のカウンタに入力して例えば第１、第２キャリッジ３３，３５の位置と速度制御を行うことが可能となる。

（制御プログラム）
次に制御プログラムの概要について説明する。図５は、制御プログラムの処理を示すフローチャートである。まずステップＳ５０１において電源ＯＮを検出した場合、ステップＳ５０２において画像読取りを開始する。またステップＳ５０３においてモータ１１に例えば正方向の電圧印加を行う。この電圧印加は、あらかじめ設定された電圧であり、Ｅａ＝ｆ（ｖ）である。Ｅａは電圧の値を示す。続いてステップＳ５０４においてエンコーダ５３が出力するパルス信号の数をカウントする。しかる後、ステップＳ５０５において例えば第１、第２キャリッジ３３，３５が停止位置まで移動したか否かを判定し、停止位置までの移動でない場合（ステップＳ５０５：Ｎｏ）、ステップＳ５０４への移行を繰り返して停止位置に至るまでパルス信号の数をカウントする。ステップＳ５０５において例えば第１、第２キャリッジ３３，３５が停止位置まで移動したことが判定された場合（ステップＳ５０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ５０６においてモータ１１に与える電圧を遮断し、即ちＥａ＝０（ｖ）あるいはＥａ＝−αｆ（ｖ）に設定した後、Ｅａ＝０（ｖ）に設定する。αは正比例定数である。そしてステップＳ５０７において例えば第１、第２キャリッジ３３，３５の停止が確認された場合（ステップＳ５０７：Ｙｅｓ）、次のステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０８においては、モータ１１に例えば逆方向の電圧印加を行い例えば第１、第２キャリッジ３３，３５を逆方向に移動させる。但し第１、第２キャリッジ３３，３５が逆方向、即ち戻る方向に移動する場合は画像読取りを行う必要がなく、従ってなるべく高速に移動させることが好ましい。このためモータ１１に与える電圧は、Ｅａ＝−γｆ（ｖ）である。γは正比例定数である。続いてステップＳ５０９においてエンコーダ５３が出力するパルス信号の数をカウントする。しかる後、ステップＳ５１０において例えば第１、第２キャリッジ３３，３５が停止位置まで戻ったか否かを判定し、停止位置までの逆移動でない場合（ステップＳ５１０：Ｎｏ）、ステップＳ５０９への移行を繰り返して停止位置に至るまでパルス信号の数をカウントする。ステップＳ５１０において例えば第１、第２キャリッジ３３，３５が停止位置まで逆移動したことが判定された場合（ステップＳ５１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ５１１においてモータ１１に与える電圧を例えばＥａ＝δｆ（ｖ）に設定した後、Ｅａ＝０（ｖ）に設定する。δは正比例定数である。そしてステップＳ５１２において例えば第１、第２キャリッジ３３，３５の停止が確認された場合（ステップＳ５１２：Ｙｅｓ）、本フローを終了する。

（シミュレーションプログラム：オフライン）
次にオフラインシミュレーション部８１の処理について説明する。図６は、オフラインシミュレーション部８１の処理を示すフローチャートである。まずステップＳ６０１において駆動機構モデル表示部７３を起動させ、駆動機構モデル構築部７１が構築した駆動機構モデルをディスプレイに画像表示させる。続いてステップＳ６０２において制御プログラムを実行し駆動機構モデルを駆動させる。続いてステップＳ６０３において駆動機構モデルの各部の状態をサンプリングし、各部の状態、即ち数式１〜数式６までの各演算要素（例えばＥａ，Ｌａ，Ｒ，Ｅｂ，Ｆ１０，Ｆ２０等）の値、及び数式１〜数式６までの各式の演算結果（解析結果）を所要のメモリ（例えばＲＡＭ（Random Access memory））に記録する。そして数式１〜数式６までの全ての演算要素の値、及び各演算結果の記録が完了しない場合（ステップＳ６０４：Ｎｏ）、ステップＳ６０３の処理を繰り返すが、該記録が完了した場合（ステップＳ６０４：Ｙｅｓ）、本フローを終了する。

（第１リアルタイムシミュレーション）
次に第１リアルタイムシミュレーション部８３の処理について概略的に説明する。図７は、第１リアルタイムシミュレーション部８３の処理を概略的に示すフローチャートである。まずステップＳ７０１においてオフラインシミュレーションの各処理結果に基づく詳細モデル、即ち数式１〜数式６までの各式の演算要素の値及び各式の演算結果を認識する。ステップＳ７０２において出力ｙ（ｋ）を計算し所要のメモリに記憶する。またステップＳ７０３において数式７に示す伝達関数（状態方程式）Ｇ（ｑ）の抽出演算を行う。続いてステップＳ７０４において数式７に示す伝達関数Ｇ（ｑ）の演算式、モータ１１に与える電圧出力の演算式、雑音項の演算式を演算し簡易解析モデルを生成する。またステップＳ７０５において即ちモータ１１に与える電圧出力の値を計算し所要のメモリに記憶する。ステップＳ７０６において数式７の演算式（３６）を演算し予測誤差ε（ｋ）を求め、かつステップＳ７０７において例えば最小二乗法を用いて予測誤差ε（ｋ）を最小にするようにＨ（ｑ）を推定する。そしてステップＳ７０８において予測誤差ε（ｋ）が最小であるか否かを判定する。予測誤差ε（ｋ）が最小ではないと判定した場合（ステップＳ７０８：Ｎｏ）、ステップＳ７０４に戻り雑音モデルＨ（ｑ）の値を変更し上述の処理を繰り返す。しかし予測誤差ε（ｋ）が最小であると判定した場合（ステップＳ７０８：Ｙｅｓ）は、本フローを終了する。

（第２リアルタイムシミュレーション）
次に第２リアルタイムシミュレーション部８５の処理について説明する。図８は、第２リアルタイムシミュレーション部８５の処理を概略的に示すフローチャートである。尚、本例では、第２リアルタイムシミュレーション部８５の実行には、リアルタイム解析結果表示部８７、及びプログラム修正部８９の処理をも含む場合について説明する。まずステップＳ８０１において電源ＯＮを検出した場合、ステップＳ８０２において画像読取りを開始し、かつステップＳ８０３において制御プログラムを実行させる。この結果、制御プログラムの実行に伴って駆動機構モデルを動作させ、駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションを行う。しかるシミュレーションの継続中に、ステップＳ８０４においてエンコーダ５３の出力の解析を行い、ステップＳ８０５（リアルタイム解析結果表示部８７の実行）において解析結果を図９に示すようにディスプレイに表示する。図９は、エンコーダ出力の解析結果を説明するグラフであり、縦軸には信号の電圧信号（Ｖ）、横軸には時間（ｓｅｃ）が設定されている。図９の状態は例えばモータ１１が加速して回転していることを示す。続いてステップＳ８０６においてモータ１１への電圧印加を解析し、ステップＳ８０７（リアルタイム解析結果表示部８７の実行）において解析結果を図１０に示すようにディスプレイに表示する。図１０は、モータに与える電圧印加の解析結果を説明するグラフであり、縦軸には電圧レベル（Ｖ）、横軸には時間（ｓｅｃ）が設定されている。図１０の状態はモータ１１に約０．０５（ｓｅｃ）から約０．６（ｓｅｃ）まで約６（Ｖ）の略一定の電圧が加わり、この間画像読取りを行わせた後、約−１１（Ｖ）程度の逆方向電圧が加わって高速に逆戻りしていることを示す。

そしてステップＳ８０８においてモータ１１に印加する電圧が例えば第１リアルタイムシミュレーション部８３で得られた電圧出力ｙ（ｋ）に等しいか否か、即ちＥａ＝ｙ（ｋ）であるか否かを判定する。Ｅａ＝ｙ（ｋ）ではない場合（ステップＳ８０８：Ｎｏ）、ステップＳ８０９においてＥａ＝ｙ（ｋ）に設定する。しかしＥａ＝ｙ（ｋ）である場合（ステップＳ８０８：Ｙｅｓ）は、ステップＳ８１０において第１キャリッジ３３の移動速度を解析し、ステップＳ８１１（リアルタイム解析結果表示部８７の実行）において解析結果を図１１に示すようにディスプレイに表示する。図１１は、第１キャリッジ３３の移動速度の解析結果を説明するグラフであり、縦軸には第１キャリッジ速度（ｍ／ｓｅｃ）、横軸には時間（ｓｅｃ）が設定されている。図１１の状態は第１キャリッジ３３が約０．１（ｓｅｃ）あたりから約０．６（ｓｅｃ）まで略０．４（ｍ／ｓｅｃ）で移動し画像読取りを行わせた後、略−０．８（ｍ／ｓｅｃ）で逆戻りしていることを示す。そしてステップＳ８１２において第１キャリッジ３３の速度が正常であるか否かを判定し、正常である場合（ステップＳ８１２：Ｙｅｓ）にはステップＳ８０３に戻るが、正常ではない場合（ステップＳ８１２：Ｎｏ）には、ステップＳ８１３（プログラム修正部８９の実行）においてｙ（ｋ）の値を適宜変更し、ステップＳ８０３に戻る。かくて制御プログラムの実行が終了になると本フローも終了する。

本実施の形態においては、第１リアルタイムシミュレーション部８３により簡易解析モデルを構成し、簡易解析モデルによりリアルタイムシミュレーションを行えるようにしたため、簡易解析モデルの演算に要する時間が非常に短く、リアルタイムに駆動機構モデルの各解析を行うことが可能となる。このため制御対象である駆動機構モデルが物理的に小さく、かつ非常に速く動作するとしても、駆動機構モデルの挙動を厳密に、かつ高速に解析することが可能となる。即ち駆動機構モデルの各部の状態を解析するサンプリング間隔を適切な間隔に設定して高速リアルタイムで、かつ高精度での解析を行うことが可能となる。しかも駆動機構モデルの細かい挙動を非線形要素の影響をも考慮して解析することが可能となり、リアルタイムに駆動機構モデルの各挙動をよりリアルに追求し解析することが可能となる。この結果、駆動機構の試作機を何度も作り変える必要がなく、制御系、即ち例えば制御プログラム開発に際して低コストでの効率化を図ることが可能となり、開発期間の短縮、工数の削減を実現することができる。

本発明においては、シミュレーションの解析に用いる詳細モデル、即ち数式１〜数式６の各演算式を簡略化した簡易解析モデルを生成して、高速なリアルタイムでのシミュレーションを効率良く行えるようにしたため、例えば画像読取装置である複写機の光学系等の他、例えば三次元的動作を行い得るあらゆる駆動機構のリアルタイムシミュレーションに利用することが可能である。

本発明の実施の形態にかかる複写機の光学系の機構的構成を示す斜視図である。 シミュレーション制御系と駆動機構系との関係を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかるシミュレーション制御系の構成を示すブロック図である。 ディスプレイに表示した駆動伝達系を含む駆動機構モデルの具体的構成を説明する説明図である。 制御プログラムの処理を示すフローチャートである。 オフラインシミュレーション部の処理を示すフローチャートである。 第１シミュレーション部の処理を概略的に示すフローチャートである。 第２シミュレーション部の処理を概略的に示すフローチャートである。 エンコーダ出力の解析結果を説明するグラフである。 モータに与える電圧印加の解析結果を説明するグラフである。 第１キャリッジの移動速度の解析結果を説明するグラフである。

符号の説明

１１ モータ
１３ ギヤ
１５ 回転軸
１７ ギヤ
１９ タイミングベルト
２１，２３ レール
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ アイドラプーリ
３３ 第１キャリッジ
３５ 第２キャリッジ
３７ ミラー
３９，４１ プーリ
４５ ワイヤプーリ
４７ ワイヤ
４９ ワイヤプーリ
５１ ワイヤ
５３ エンコーダ
６１ デジタル制御部
６３ 駆動アンプ
７０ 入力部
７１ 駆動機構モデル構築部
７３ 駆動機構モデル表示部
７５ アクチュエータモデル生成部
７７ 駆動伝達系モデル生成部
７９ センサモデル生成部
８１ オフラインシミュレーション部
８３ 第１リアルタイムシミュレーション部
８５ 第２リアルタイムシミュレーション部
８７ リアルタイム解析結果表示部
８９ プログラム修正部
９１ 機構設計インタフェイス部
９３ 制御部
９５ インタフェイス部

Claims (42)

1. 駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成する第１シミュレーション手段と、
   制御プログラムの実行に伴う前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析する第２シミュレーション手段と、
   を備えたことを特徴とする駆動機構のシミュレーション装置。
2. 駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築する駆動機構モデル構築手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
3. 前記駆動機構モデルをディスプレイに画像表示する駆動機構モデル表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
4. 前記第２シミュレーション手段の実行に伴う前記駆動機構モデルのリアルタイムシミュレーションに際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示するリアルタイム解析結果表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
5. 前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するアクチュエータモデル生成手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
6. 前記アクチュエータモデル生成手段は、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いて前記アクチュエータモデルを生成することを特徴とする請求項５に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
7. 前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
8. 前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するセンサモデル生成手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
9. 前記センサモデル生成手段は、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成することを特徴とする請求項８に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
10. 前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うオフラインシミュレーション手段を備え、前記第１シミュレーション手段は、前記オフラインシミュレーション手段の実行に伴う前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成することを特徴とする請求項１，５〜９のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション装置。
11. 前記第１シミュレーション手段は、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成することを特徴とする請求項１，５〜１０のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション装置。
12. 前記第１シミュレーション手段は、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成することを特徴とする請求項１，５〜１１のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション装置。
13. 前記第１シミュレーション手段は、少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能にすることを特徴とする請求項１，５〜１１のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション装置。
14. 前記第２シミュレーション手段の実行に伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があることが検証された場合に該制御プログラムを修正するプログラム修正手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の駆動機構のシミュレーション装置。
15. 駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成する簡易解析モデル生成工程と、前記制御プログラムの実行に伴い、前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析する解析工程とを含むことを特徴とする駆動機構のシミュレーション方法。
16. 駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築する駆動機構モデル構築手段を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
17. 駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて生成された前記駆動機構モデルをディスプレイに画像表示する画像表示工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
18. 前記リアルタイムシミュレーションの実行に際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示する解析結果表示工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
19. 前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するアクチュエータモデル生成工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
20. 前記アクチュエータモデルの生成に際し、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いる工程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
21. 前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成する駆動伝達系モデル生成工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
22. 前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するセンサモデル生成工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
23. 前記センサモデルの生成に際し、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成する工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
24. 前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うオフラインシミュレーション工程を有し、該オフラインシミュレーションに伴い前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成する工程を含むことを特徴とする請求項１５，１９〜２３のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション方法。
25. 前記簡易解析モデルの生成に際し、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成する工程を含むことを特徴とする請求項１５，１９〜２４のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション方法。
26. 前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成する工程を含むことを特徴とする請求項１５，１９〜２５のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション方法。
27. 少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能ならしめる工程を含むことを特徴とする請求項１５，１９〜２５のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーション方法。
28. 前記リアルタイムシミュレーションに伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があることが検証された場合に該制御プログラムを修正するプログラム修正工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の駆動機構のシミュレーション方法。
29. 駆動機構モデル内の各種モデルの解析結果から簡易解析モデルを生成するステップと、
    制御プログラムの実行に伴い、前記駆動機構モデルの動作を前記簡易解析モデルに基づいてリアルタイムに解析するステップと、
    を含むことを特徴とする駆動機構のシミュレーションプログラム。
30. 駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて駆動機構モデルを構築するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
31. 駆動機構の各種設計情報の入力に基づいて生成された駆動機構モデルをディスプレイに画像表示するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
32. 前記リアルタイムシミュレーションの実行に際し、前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの解析結果をディスプレイに表示するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
33. 前記駆動機構モデル内のアクチュエータモデルを生成するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
34. 前記アクチュエータモデルの生成に際し、前記アクチュエータの駆動力、動作特性、負荷を用いるステップを含むことを特徴とする請求項３３に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
35. 前記駆動機構モデル内の駆動伝達系モデルを生成するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
36. 前記駆動機構モデル内のセンサモデルを生成するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
37. 前記センサモデルの生成に際し、センサの入出力状態、あるいは入出力特性を用いて前記センサモデルを生成するステップを含むことを特徴とする請求項３６に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
38. 前記駆動機構モデル内の前記各種モデルを用いてオフラインシミュレーションを行うステップを有し、該オフラインシミュレーションに伴い前記各種モデルの解析結果から前記簡易解析モデルを生成するステップを含むことを特徴とする請求項２９，３３〜３７のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
39. 前記簡易解析モデルの生成に際し、前記アクチュエータモデルの解析結果、前記駆動伝達系モデルの解析結果、及び前記センサモデルの解析結果に最適化法を用いて前記簡易解析モデルを生成するステップを含むことを特徴とする請求項２９，３３〜３８のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
40. 前記簡易解析モデルの生成に際し、前記最適化法に最小二乗法を用いて前記簡易解析モデルを生成するステップを含むことを特徴とする請求項２９，３３〜３９のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
41. 少なくとも前記アクチュエータモデルの解析結果、及び前記駆動伝達系モデルの解析結果に応答曲面法を用いて近似モデルを生成し、かつ前記近似モデルを演算し前記アクチュエータの解析を可能ならしめる工程を含むことを特徴とする請求項２９，３３〜３９のいずれか一つに記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。
42. 前記リアルタイムシミュレーションに伴って前記簡易解析モデルに基づくリアルタイムの前記解析結果から前記制御プログラムに不正確があるか否かを検証するステップと、前記制御プログラムに不正確がある場合に該制御プログラムを修正するステップとを含むことを特徴とする請求項２９に記載の駆動機構のシミュレーションプログラム。

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