JP2005230939A - 駆動制御装置及び駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 センサから出力される位置情報に含まれるノイズによりサーボ制御系が発振することなく、モータを安定して動作させる。
【解決手段】 センサから入力される現在の位置データと１サンプリング周期前に入力された位置データを比較し、ノイズを検出する。例えば前値ホールドや線形補間により誤データを補正する。あるいは、サーボ制御系に与えられる目標位置においてセンサがノイズを発生する場合には、目標位置を補正する。ノイズ成分が除去されることから、サーボ制御系は発振することなく、ほぼ目標値通りの位置決めを実現することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えばロボット装置の関節動作に適用されるモータの駆動制御を行なう駆動制御装置及び駆動制御方法に係り、特に、モータなどの駆動装置をポテンショメータやエンコーダなどのセンサから得られる位置情報に基づいて目標位置に近づくように駆動制御する駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、例えば抵抗体をブラシが摺動して得られる抵抗値の変化に基づいて位置情報を取得する可変抵抗式のセンサのように、摺動面における摩耗やその他の劣化などに起因してセンサから出力される位置情報に含まれるノイズの影響を抑制して、モータの駆動制御を行なう駆動制御装置及び駆動制御方法に係り、特に、センサから出力される位置情報に含まれるノイズによりサーボ制御系が発振することなく、モータを安定して動作させる駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。

電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行なう機械装置のことを「ロボット」という。ロボットの語源は、スラブ語の“ＲＯＢＯＴＡ（奴隷機械）”に由来すると言われている。わが国では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ）であった。

最近では、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボット、あるいは、ヒトやサルなどの２足直立歩行を行なう動物の身体メカニズムや動作を模した「人間形」若しくは「人間型」のロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ ｒｏｂｏｔ）など、脚式移動ロボットの構造やその安定歩行制御に関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。これら脚式移動ロボットは、クローラ式ロボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、階段の昇降や障害物の乗り越えなど、柔軟な歩行・走行動作を実現できるという点で優れている。

２足直立による脚式移動は、クローラ式や、４足又は６足式などに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、不整地や障害物など作業経路上に凹凸のある歩行面や、階段や梯子の昇降など不連続な歩行面に対応することができるなど、柔軟な移動作業を実現できるという点で優れている。

２足の脚式移動ロボットに関する姿勢制御や安定歩行に関する技術は既に数多提案されている。ここで言う安定な「歩行」とは、「転倒することなく、脚を使って移動すること」と定義される。このような脚式移動ロボットの姿勢安定制御には、ＺＭＰ（Ｚｅｒｏ Ｍｏｍｅｎｔ Ｐｏｉｎｔ）が歩行の安定度判別の規範として用いられることが多い。ＺＭＰによる安定度判別規範は、歩行系から路面には重力と慣性力、並びにこれらのモーメントが路面から歩行系への反作用としての床反力並びに床反力モーメントとバランスするという「ダランベールの原理」に基づく。力学的推論の帰結として、足底接地点と路面の形成する支持多角形（すなわちＺＭＰ安定領域）の内側にピッチ軸及びロール軸モーメントがゼロとなる点、すなわちＺＭＰが存在する（例えば、非特許文献１を参照のこと）。

ＺＭＰ規範に基づく２足歩行パターン生成は、足底着地点をあらかじめ設定することができ、路面形状に応じた足先の運動学的拘束条件を考慮し易いなどの利点がある。また、ＺＭＰを安定度判別規範とすることは、力ではなく軌道を運動制御上の目標値として扱うことを意味するので、技術的に実現可能性が高まる。

目標ＺＭＰ制御は、すべての瞬間において、動的釣り合いを取るように運動を計画することにより、実機上で成功を収めている。このことは、ロボットの可動部の駆動を計画通りに正確に実現する必要があることを意味し、例えば関節角度などの部位の位置情報を精度よく検出し、高精度のフィードバック制御系を構成する必要がある。

ここで、関節角など、ロボットの可動部において位置情報を取得する方法として、ポテンショメータ、エンコーダ、加速度センサといったデバイスを挙げることができる。

例えば、ポテンショメータは、抵抗体をブラシが移動することにより抵抗値が変化することを利用して位置情報を獲得するものである（図９を参照のこと）。すなわち、抵抗体の表面をブラシが摺動するという構造体であるがため、長期に使用すると抵抗体かブラシが摩耗することは避けられない。また、外部から異物が混入することもあり得る。

図１０には、摩耗が生じていない、初期のポテンショメータにおける検出特性を示している。この場合、図示のように、モータの回転動作に追従して電圧値がぼ線形的、連続的に変化する。言い換えれば、初期の利用段階においては、ポテンショメータの検出値は、モータに対する制御指令から予測される出力結果に対し一定の範囲内に収まっている。

これに対し、図１１には、使用時間が経過し、ブラシ又は抵抗体の摩耗がした状態におけるポテンショメータの検出特性を示している。摩耗が進行すると、接触不良によりブラシと抵抗体間の通電作用が不安定になっていく。この場合、図示のように、ポテンショメータの抵抗体摩耗紛や異物をブラシが乗り越える際に抵抗値が急変し、ピーク状のノイズが発生する。そのノイズにより位置情報入力部に前回値から急変したデータが入ると演算部は急変に追従しようとして大きな制御出力値を出してしまう。

例えば、ある目標回転位置θ_tに設定したい場合、演算部は、ポテンショメータからの検出電圧に基づいて、モータの駆動電圧を徐々に上昇させる。ところがある地点θ_pでピーク状のノイズが出現し、検出電圧が急激に減少することから演算部は目標位置θ_tから遠ざかったと錯覚し、さらにモータの駆動電圧をさらに高める。ところが、今度はポテンショメータの検出電圧に基づいて、目標位置θ_tから行き過ぎたことを検知し、モータの駆動電圧を徐々に低下させていく。そして、再びθ_pでピーク状のノイズが出現するため、検出電圧が急激に減少することから、演算部は目標位置θ_tから遠ざかったと錯覚し、さらにモータの駆動電圧をさらに高める。この結果、フィードバック制御系は目標位置θtの回りを巡回するという発振現象を引き起こし、回路の発熱の原因となる。

この結果として、駆動部が大きく動作し過ぎてしまう。この問題が発生した場合、ポテンショメータの取替えなどの事態を招来してしまうことになる。

例えば、摺動部材を使用しない構成とすることにより、長寿命化とノイズの発生を防止したポテンショメータについて提案がなされている（例えば、特許文献１を参照のこと）。しかしながら、摩耗の有無に拘わらず、この種のセンサにおいて、ピーク状のノイズなど一時的な誤データがセンサ出力に含まれる場合があり、この誤データがサーボ制御系に及ぼす影響を除去する方法については、言及されていない。

なお、図１１に示した例では、ポテンショメータの出力端子がプルダウンされている場合を示しており、ノイズは下方に向かうピークとなる。これに対し、出力端子がプルアップされている場合には、ノイズは上方に向かうピークを形成する。一般に、端子電圧を安定化させるために、プルダウン又はプルアップという処置が施されるが、このこと自体は当業界において周知であるので、本命最初ではこれ以上説明しない。

特開平５−５４０５号公報 ヴコブラトビッチ（Ｍｉｏｍｉｒ Ｖｕｋｏｂｒａｔｏｖｉｃ）著「脚式移動ロボット（ＬＥＧＧＥＤ ＬＯＣＯＭＯＴＩＯＮ ＲＯＢＯＴＳ）」（加藤一郎外著『歩行ロボットと人工の足』（日刊工業新聞社））

本発明の目的は、例えばロボット装置の関節動作に適用されるモータの駆動制御を好適に行なうことができる、優れた駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、モータなどの駆動装置をポテンショメータやエンコーダなどのセンサから得られる位置情報に基づいて目標位置に近づくように好適に駆動制御することができる、優れた駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、例えば抵抗体をブラシが摺動して得られる抵抗値の変化に基づいて位置情報を取得する可変抵抗式のセンサのように、摺動面における摩耗やその他の劣化などに起因してセンサから出力される位置情報に含まれるノイズの影響を抑制して、モータの駆動制御を好適に行なうことができる、優れた駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、センサから出力される位置情報に含まれるノイズによりサーボ制御系が発振することなく、モータを安定して動作させることができる、優れた駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、駆動部の駆動を制御する駆動制御装置であって、
前記駆動部における位置データを検出する検出手段と、
前記駆動部の位置データに基づいて前記駆動部が目標位置となるように前記駆動部の動作を制御する駆動制御手段と、
前記検出手段から出力される位置データに含まれる一時的な誤データを検出し、該誤データに基づく前記駆動部の動作を補正する誤データ検出・補正手段と、
を具備することを特徴とする駆動制御装置である。

ここで、前記検出手段は、ポテンショメータ、エンコーダ、タコジェネレータ、又は抵抗体をブラシが摺動して得られる抵抗値の変化に基づいて位置情報を取得する可変抵抗式のセンサで構成される。

前記誤データ検出・補正手段は、時々刻々入力される位置データに本来あり得ない変化が生じたことに基づいて誤データを検出することができる。例えば、現在入力された位置データと１サンプリング周期前に入力された位置データとの差分が所定値を超えたことに基づいて誤データを検出することができる。

そして、前記誤データ検出・補正手段は、検出した誤データを補正するようにする。例えば、前記誤データ検出・補正手段は、誤データを直前のサンプリング周期で得られた位置データで置き換えるという、前値ホールドにより誤データを補正することができる。

あるいは、前記誤データ検出・補正手段は、数サンプリング周期前に取り込んだ位置データから直前の位置データまでの増減量から現在の位置データを推定し、該推定値で誤データを置き換えるという、線形補間によって誤データを補正するようにしてもよい。

また、前記誤データ検出・補正手段は、前記検出手段から出力される位置データを補正する以外の方法により誤データの補正を行なうことができる。例えば、前記駆動制御手段に与えられる目標位置において前記検出手段が一時的な誤データを含む位置データを出力する場合に、該目標位置を補正することができる。

本発明によれば、抵抗体をブラシが摺動して得られる抵抗値の変化に基づいて位置情報を取得する可変抵抗式のセンサのように、摺動面における摩耗やその他の劣化などに起因してセンサから出力される位置情報に含まれるノイズの影響を抑制して、モータの駆動制御を好適に行なうことができる、優れた駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができる。

また、本発明によれば、センサから出力される位置情報に含まれるノイズによりサーボ制御系が発振することなく、モータを安定して動作させることができる、優れた駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができる。

本発明によれば、装置自体の信頼性が向上し、安価なセンサ（例えば、ノイズに対して脆弱なセンサ）を使用しても、高品質な製品製作を実現することができる。また、モータなどの駆動装置における目標値を変更することにより、センサのノイズに起因する急激な変動を抑制することができ、目標値近辺で位置決め制御することが可能となる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、ロボット装置１００の電気・制御系統の構成を模式的に示している。同図に示すように、ロボット装置１００は、全体の動作の統括的制御やその他のデータ処理を行なう制御部１２０と、入出力部１４０と、駆動部１５０と、電源部１６０とで構成される。以下、各部について説明する。

入出力部１４０は、外部環境を検出する入力部としてロボット装置１００の目に相当するＣＣＤカメラ１１５や、耳に相当するマイクロフォン１１６、触感に相当するタッチセンサ１１８、あるいは五感に相当するその他の各種のセンサを含む。また、ユーザ・フィードバックを行なう出力部として、口に相当するスピーカ１１７、あるいは点滅の組み合わせや点灯のタイミングにより顔の表情を形成するＬＥＤインジケータ１１９などを装備している。これら出力部は、脚などによる機械運動パターン以外の形式でロボット装置１００からのユーザ・フィードバックを表現することができる。

ロボット装置１００は、カメラ１１５を含むことで、作業空間上に存在する任意の物体の形状や色彩を認識することができる。また、ロボット装置１００は、カメラのような視覚手段の他に、赤外線、音波、超音波、電波などの発信波を受信する受信装置をさらに備えていてもよい。この場合、各伝送波を検知するセンサ出力に基づいて発信源からの位置や向きを計測することができる。

駆動部１５０は、制御部１２０が指令する所定の運動パターンに従ってロボット装置１の機械運動を実現する機能ブロックであり、それぞれの関節部位におけるロール、ピッチ、ヨーなど関節軸毎に設けられた駆動ユニットで構成される。図示の例では、ロボット装置１００はｎ個の関節自由度を有し、したがって駆動部１５０はｎ個の駆動ユニットで構成される。各駆動ユニットは、所定軸回りの回転動作を行なうモータ１５１と、モータ１５１の回転位置を検出するポテンショメータ若しくはエンコーダ１５２と、ポテンショメータ１５２の出力に基づいてモータ１５１の回転位置や回転速度を適応的に制御する駆動制御回路１５３の組み合わせで構成される。

ここで、ポテンショメータは、抵抗体の表面をブラシが摺動するという構造体であり、抵抗体をブラシが移動することにより抵抗値が変化することを利用して位置情報を獲得することを基本的な動作原理とする。

電源部１６０は、その字義通り、ロボット装置１００内の各電気回路に対して給電を行なう機能モジュールである。本実施形態に係るロボット装置１００は、バッテリを用いた自律駆動式であり、電源部１６０は、充電バッテリ１６１と、充電バッテリ１６１の充放電状態を管理する充放電制御部１６２とで構成される。

充電バッテリ１６１は、例えば、複数本のニッケル・カドミウム電池セルをカートリッジ式にパッケージ化した「バッテリ・パック」の形態で構成される。また、充放電制御部１６２は、バッテリ１６１の端子電圧や充電／放電電流量、バッテリ１６１の周囲温度などを測定することでバッテリ１６１の残存容量を把握し、充電の開始時期や終了時期などを決定するようになっている。充放電制御部１６２が決定する充電の開始及び終了時期は制御部１２０に通知され、脚式移動ロボット１００が充電オペレーションを開始したり終了したりするためのトリガとなる。

制御部１２０は、「頭脳」に相当し、例えばロボット装置１００の頭部ユニットあるいは胴体部ユニットに搭載される。

関節部位におけるロール、ピッチ、ヨーなど関節軸毎に設けられた駆動部１５０は、それぞれ、駆動源としてのモータ・アクチュエータ１５１と、ポテンショメータ１５２などの位置情報を取得する入力部と、ポテンショメータ１５１からの入力情報に基づいてモータ・アクチュエータ１５１に対する出力値を演算する駆動制御回路１５３で構成されている。

既に述べたように、ポテンショメータは、抵抗体の表面をブラシが摺動するという構造体であり、抵抗体をブラシが移動することにより抵抗値が変化することを利用して位置情報を獲得することを基本的な動作原理とする。このため、長期に使用すると抵抗体やブラシが摩耗することは避けられない。また、外部から異物が混入することもありえる。そして、摩耗が進行すると、接触不良によりブラシと抵抗体間の通電作用が不安定になり、ポテンショメータの抵抗体摩耗紛や異物をブラシが乗り越える際に抵抗値が急変し、ピーク状のノイズを発生する

そこで、本実施形態では、各駆動部１５０において、抵抗体の削れ及び異物混入などの原因によりノイズが発生し、正当な出力とはかけ離れた入力情報がポテンショメータ１５２から得られた場合には、駆動制御回路１５３において、誤出力を検知し、値の補正や目標値の変更を行なうようにしている。これによって、ブラシや抵抗体の摩耗に起因する動作の不安定化を顕在化させることなく、装置の寿命を延ばし、信頼性の向上を実現している。

図２には、駆動部１５０の内部構成を図解している。同図に示すように、駆動制御回路１５３は、ポテンショメータ１５２からの位置情報に相当する入力電圧信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１と、デジタル入力信号から誤出力を検知してその値の補正や目標値の変更を行なうノイズ検知・補正部２と、ノイズ部分の値が施された入力信号に基づいて、現在値と目標値との差分に応じたモータ１５１の駆動制御信号を生成するモータ制御部３と、モータ制御部３からの制御信号に従ってモータ１５１を駆動させるモータ・ドライバ４で構成される。

なお、Ａ／Ｄ変換器１、ノイズ検知・補正部２、モータ制御部３は、例えば、１チップ・マイクロコンピュータを用いて実装することができる。

図３には、駆動部１５０において、ポテンショメータ１５２から入力される位置情報に基づいてモータ１５１を駆動制御するための動作手順をフローチャートの形式で示している。但し、図示の例では、ポテンショメータ１５２の出力端子はプルダウンされているタイプであるものとする。

起動時において、まずマイクロコンピュータの初期設定を行なう（ステップＳ１）。

そして、ポテンショメータ１４２からの入力信号を小さな値から大きな値へ動作させ、停止させる。ここで、そのセンサ値での最大値を初期値とする（ステップＳ２）。これにより、停止させた場所がノイズであったとしても、その前の値を取るために、現在値に近い値として初期値としての信頼性がある。

次いで、ポテンショメータ１５２より現在の位置情報信号を取得する（ステップＳ３）。そして、Ａ／Ｄ変換部１によりデジタル信号に変換した後、ノイズ検知・補正部２において、情報判定を行なう（ステップＳ４）。

ノイズ検知・補正部２では、ポテンショメータ１５２から出力された位置情報が異常値を示していないかどうかを検出する。異常かどうかは、入力値が機器としてあり得ない変化を起こしたかどうかにより判別する。具体的には、ポテンショメータ１５２から受け取った現在値と、１サンプリング周期だけ前の値との差分が所定値α未満であるかどうかにより、正常であるかどうか、すなわちポテンショメータ１５２の出力がノイズを含んでいるかどうかを判定する。

あるいは、ノイズ検知・補正部２は、ポテンショメータ１５２から受け取った現在値と、１サンプリング周期前までの値から予測される値との差分が僅かであるかどうかによって、その値が正常であるかどうかを判定するようにしてもよい。

ここで、正常であると判定された場合には、ノイズ検知・補正部２はＡ／Ｄ変換された位置情報信号をそのままモータ制御部３に渡す。そして、モータ制御部３は、ポテンショメータ１５２から得られた現在位置と、制御部１２０などから指示された目標位置との差分に基づいて制御出力演算を行ない（ステップＳ５）、モータ１５１に対する指示信号を生成する。そして、モータ・ドライバ４は、モータ制御部３からの制御信号に従ってモータ１５１を駆動させる（ステップＳ６）。

一方、ノイズ検知・補正部２は、ポテンショメータ１５２からの位置情報信号が異常であると判定した場合には、入力された位置情報値の補正（ステップＳ７）、又はモータ制御部３に設定されている目標値の変更を行なう（ステップＳ８）。そして、補正された値がモータ制御部３に供給され、上述と同様に、制御出力演算（ステップＳ５）、並びにモータ出力（ステップＳ６）が行なわれる。

続いて、ノイズ検出・補正部２において、ポテンショメータ１５２からの入力信号の異常検出に応答して実行される、補正処理について説明する。

取得した位置情報の補正には、例えば、前値ホールドによる補正や、線形補間による補正を適用することができる。

前者の前値ホールドによる補正の場合、異常な値を１つ前（１サンプリング周期前）に取得した位置情報と入れ替えることにより補正が行なわれる。その値を現在取得した値として、後続のモータ制御部３への入力データとして用いる。

図４には、前値ホールドにより入力値を補正するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

この場合、誤入力である現在の関節位置θを入力とし（ステップＳ１１）、その１サンプリング周期前の入力値θ₁をθに代入し（ステップＳ１２）、これを後続のモータ制御部３へ出力して（ステップＳ１３）、処理を終了する。

また、後者の線形補間による補正の場合、ｎ個前に取得した値をＡ_nとし、その増減量である傾きを下式のように表す。同式は、過去ｎ回にわたるサンプリング結果において、現在値と直前の値との差分の平均値とみなすこともできる。

この値に１つ前の値を乗算した値を現在の値と推測し、その値を現在取得した値として、後続のモータ制御部３への入力データとする。

図５には、線形補間により入力値を補正するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

この場合、誤入力である現在の関節位置θを入力とする（ステップＳ２１）。そして、ｎ個前に取得した値をθ_nとし、その増減量である傾きを求め、これをその１サンプリング周期前の入力値θ₁と乗算した値をθに代入し（ステップＳ２２）、これを後続のモータ制御部３へ出力して（ステップＳ２３）、処理を終了する。

このようにノイズ検出・補正部２は、ポテンショメータ１から入力される現在位置情報を補正することにより、サーボ制御系における発振（図１２を参照のこと）を防止することができる。

また、ノイズ検出・補正部２は、ポテンショメータ１から入力される現在位置情報を補正するのではなく、モータ制御部３における目標値の変更を行なうことによっても、同様に、サーボ制御系における発振を防止することができる。

例えば、ポテンショメータ１５２が図１１に示すようにピーク状のノイズ成分を持つ検出特性を表している場合、モータ１５１のサーボ制御系としては、このノイズが発生する位置を目標値として持つ場合には、発振を起こしてしまう。

そこで、ノイズ検知・補正部２では、モータ制御部３において設定されている目標位置にノイズが載っていると判断した場合には、その目標位置をずらすようにする。また、移動した先の目標値にもノイズがある場合には、目標値の補正処理を再度行なうようにする。

このように目標値を補正する方式は、正確なポジショニングが要求されない（目標値が多少ずれても大丈夫な）場合に適用可能である。

図６には、目標値を補正するための処理手順をフローチャートの形式で示している。但し、与えられている目標値をθ_dとし、αを任意の数とする。

この場合、誤入力である現在の目標値θ_dを入力とする（ステップＳ３１）。この目標値θ_d対して、所定値αだけ加算または減算して、目標値θ_dをずらし、これを新たな目標値θ_dとして代入し（ステップＳ３２）、これを後続のモータ制御部３へ出力して（ステップＳ３３）、処理を終了する。

なお、目標値を角度で扱う場合の注意点として、Ａ／Ｄ変換の分解能以上でなければならない。分解能以下では同じノイズを拾うためである。

図７及び図８には、ポテンショメータ１５２の出力にノイズがのっている場合と、ノイズ検出・補正部２によりノイズを除去した場合それぞれについてのモータ１５１の動作特性の比較を示している。

図７左には、ポテンショメータを４回転させたときの位置情報出力を示している。図示の通り、出力信号は位相の進行とともにほぼ規則的に変化する波形を示しているが、この波形を逸脱するピーク状のノイズが散見される。

図７右には、図７左に示したポテンショメータの出力信号に追従してモータの位置決めをサーボ制御したときの実際の位置情報を示している。図示の例では、目標値を５００、３００、８００、３００、８００、３００と段階的に切り替えている。この場合、同図からも判るように、ポテンショメータのノイズ成分に起因してサーボ制御系が発振するため、部分的に目標位置を大きく逸脱するという現象を引き起こしている。

一方、図８左には、ポテンショメータを４回転させたときに、異常を示す位置情報を補正した場合の出力信号を示している。図示の通り、出力信号は位相の進行とともにほぼ規則的に変化する波形を示しており、図７左で見られるようなピーク状のノイズは除去されている。

また、図８右には、図８左に示したポテンショメータの補正後出力信号に追従してモータの位置決めをサーボ制御したときの実際の位置情報を示している。但し、図７右と同様に、目標値を５００、３００、８００、３００、８００、３００と段階的に切り替えている。この場合、ポテンショメータのノイズ成分が除去されていることから、サーボ制御系は発振することなく、図示の通り、ほぼ目標値通りの位置決めを実現することができる。

したがって、本発明によれば、装置自体の信頼性が向上し、安価なセンサ（例えば、ノイズに対して脆弱なセンサ）を使用しても、高品質な製品製作を実現することができる。また、モータなどの駆動装置における目標値を変更することにより、センサのノイズに起因する急激な変動を抑制することができ、目標値近辺で位置決め制御することが可能となる。

以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。

本発明の要旨は、必ずしも「ロボット」と称される製品には限定されない。すなわち、電気的若しくは磁気的な作用を用いて人間の動作に似せた運動を行なう機械装置であるならば、例えば玩具等のような他の産業分野に属する製品であっても、同様に本発明を適用することができる。

勿論、ロボット装置以外、あるいはロボット装置の関節部位以外であっても、位置情報などを取得する入力部と、入力情報に基づいて出力値演算を行なう演算部で構成される制御装置全般に対し本発明を好適に適用することが可能である。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

図１は、ロボット装置１００の電気・制御系統の構成を模式的に示した図である。 図２は、駆動部１５０の内部構成を示した図である。 図３は、駆動部１５０において、ポテンショメータ１５２から入力される位置情報に基づいてモータ１５１を駆動制御するための動作手順を示したフローチャートである。 図４は、前値ホールドにより入力値を補正するための処理手順を示したフローチャートである。 図５は、線形補間により入力値を補正するための処理手順を示したフローチャートである。 図６は、目標値を補正するための処理手順を示したフローチャートである。 図７は、ポテンショメータ１５２の出力にノイズがのっている場合と、ノイズ検出・補正部２によりノイズを除去した場合それぞれについてのモータ１５１の動作特性の比較を示すための図である。 図８は、ポテンショメータ１５２の出力にノイズがのっている場合と、ノイズ検出・補正部２によりノイズを除去した場合それぞれについてのモータ１５１の動作特性の比較を示すための図である。 図９は、可変抵抗式センサの基本的構成を示した図である。 図１０は、初期のポテンショメータにおける検出特性を示した図である。 図１１は、使用時間が経過し、ブラシ又は抵抗体の摩耗がした状態におけるポテンショメータの検出特性を示した図である。 図１２は、センサ信号に含まれるノイズに起因してサーボ制御系において発振を起こした様子を示した図である。

符号の説明

１００…脚式移動ロボット
１１５…ＣＣＤカメラ
１１６…マイクロフォン
１１７…スピーカ
１１８…タッチセンサ
１１９…ＬＥＤインジケータ
１２０…制御部
１２１…ＣＰＵ
１２２…ＲＡＭ
１２３…ＲＯＭ
１２４…不揮発メモリ
１２５…インターフェース
１２６…無線通信インターフェース
１２８…バス
１４０…入出力部
１５０…駆動部
１５１…モータ
１５２…エンコーダ
１５３…ドライバ

Claims (21)

1. 複数の可動部を備えたロボット装置において、少なくとも１つの可動部は、
   前記可動部を駆動する駆動手段と、
   前記可動部の位置データを検出する検出手段と、
   前記可動部の位置データに基づいて前記可動部が目標位置となるように前記駆動手段の動作を制御する駆動制御手段と、
   前記検出手段から出力される位置データに含まれる一時的な誤データを検出し、該誤データに基づく前記駆動手段の動作を補正する誤データ検出・補正手段と、
   を具備することを特徴とするロボット装置。
2. 前記誤データ検出・補正手段は、時々刻々入力される位置データに本来あり得ない変化が生じたことに基づいて誤データを検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
3. 前記誤データ検出・補正手段は、現在入力された位置データと１サンプリング周期前に入力された位置データとの差分が所定値を超えたことに基づいて誤データを検出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
4. 前記誤データ検出・補正手段は、検出した誤データを補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
5. 前記誤データ検出・補正手段は、誤データを直前のサンプリング周期で得られた位置データで置き換える、
   ことを特徴とする請求項４に記載のロボット装置。
6. 前記誤データ検出・補正手段は、数サンプリング周期前に取り込んだ位置データから直前の位置データまでの増減量から現在の位置データを推定し、該推定値で誤データを置き換える、
   ことを特徴とする請求項４に記載のロボット装置。
7. 前記誤データ検出・補正手段は、前記駆動制御手段に与えられる目標位置において前記検出手段が一時的な誤データを含む位置データを出力する場合に、該目標位置を補正する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
8. 前記検出手段は、ポテンショメータ、エンコーダ、タコジェネレータ、又は抵抗体をブラシが摺動して得られる抵抗値の変化に基づいて位置情報を取得する可変抵抗式のセンサで構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロボット装置。
9. 駆動部の駆動を制御する駆動制御装置であって、
   前記駆動部における位置データを検出する検出手段と、
   前記駆動部の位置データに基づいて前記駆動部が目標位置となるように前記駆動部の動作を制御する駆動制御手段と、
   前記検出手段から出力される位置データに含まれる一時的な誤データを検出し、該誤データに基づく前記駆動部の動作を補正する誤データ検出・補正手段と、
   を具備することを特徴とする駆動制御装置。
10. 前記誤データ検出・補正手段は、時々刻々入力される位置データに本来あり得ない変化が生じたことに基づいて誤データを検出する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の駆動制御装置。
11. 前記誤データ検出・補正手段は、現在入力された位置データと１サンプリング周期前に入力された位置データとの差分が所定値を超えたことに基づいて誤データを検出する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の駆動制御装置。
12. 前記誤データ検出・補正手段は、検出した誤データを補正する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の駆動制御装置。
13. 前記誤データ検出・補正手段は、誤データを直前のサンプリング周期で得られた位置データで置き換える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の駆動制御装置。
14. 前記誤データ検出・補正手段は、数サンプリング周期前に取り込んだ位置データから直前の位置データまでの増減量から現在の位置データを推定し、該推定値で誤データを置き換える、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の駆動制御装置。
15. 前記誤データ検出・補正手段は、前記駆動制御手段に与えられる目標位置において前記検出手段が一時的な誤データを含む位置データを出力する場合に、該目標位置を補正する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の駆動制御装置。
16. 前記検出手段は、ポテンショメータ、エンコーダ、タコジェネレータ、又は抵抗体をブラシが摺動して得られる抵抗値の変化に基づいて位置情報を取得する可変抵抗式のセンサで構成される、
    ことを特徴とする請求項９に記載の駆動制御装置。
17. 駆動部の駆動を制御する駆動制御方法であって、
    前記駆動部における位置データを検出する検出ステップと、
    前記駆動部の位置データに基づいて前記駆動部が目標位置となるように前記駆動部の動作を制御する駆動制御ステップと、
    前記検出ステップにおいて検出される位置データに含まれる一時的な誤データを検出し、該誤データに基づく前記駆動部の動作を補正する誤データ検出・補正ステップと、
    を具備することを特徴とする駆動制御方法。
18. 前記誤データ検出・補正ステップでは、現在入力された位置データと１サンプリング周期前に入力された位置データとの差分が所定値を超えたことに基づいて誤データを検出する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の駆動制御方法。
19. 前記誤データ検出・補正ステップでは、誤データを直前のサンプリング周期で得られた位置データで置き換える、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の駆動制御方法。
20. 前記誤データ検出・補正ステップでは、数サンプリング周期前に取り込んだ位置データから直前の位置データまでの増減量から現在の位置データを推定し、該推定値で誤データを置き換える、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の駆動制御方法。
21. 前記誤データ検出・補正ステップでは、前記駆動制御ステップにおいて設定される目標位置において前記検出ステップでは一時的な誤データを含む位置データを出力する場合に、該目標位置を補正する、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の駆動制御方法。
    

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