JP2008046972A

JP2008046972A - 駆動装置、走行装置及び駆動装置の制御方法

Info

Publication number: JP2008046972A
Application number: JP2006223390A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Kosaka; 雄介小坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-28
Also published as: US7868576B2; EP2056446A1; US20100060225A1; EP2056446A4; WO2008020640A1

Abstract

【課題】実際の機械稼働時の実効トルクに基づく制御を実現する。
【解決手段】モータ１１よってアーム１２が動作され、モータ１１はアンプ１３からの駆動電力によって駆動される。さらにモータ１１の動作は、エンコーダ１４により検出されて制御装置１５にフィードバックされる。この制御装置１５に実効トルク監視装置１６が設けられる。そして制御装置１５は、エンコーダ（角度検出手段）１４によって検出されたモータ角度と、制御装置１５内で計算される（あるいは制御装置１５に外部から与えられる）モータ目標角度に基づいてＰＩＤ制御などの制御演算を行い、モータ駆動に必要なトルクを算出する。さらにこのトルクの算出が実効トルク監視装置１６によって制御される。そして算出された必要トルクが、トルク指令としてアンプ１３に入力され、アンプ１３はこのトルク指令に応じたトルクを発生させるようにモータ１１を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばロボットアームや平行２輪車に使用して好適な駆動装置、走行装置及び駆動装置の制御方法に関する。詳しくは、駆動系に定められる定格に基づいて良好な駆動の制御が行われるようにするものである。

例えばロボットアームの制御動作を、モータの駆動を制御して行う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えば人間を搭乗させて二輪で走行する乗り物が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

さらに、実効トルクを検出してモータの加熱保護を行う方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。

すなわち、モータを用いて駆動される例えばロボットアームや平行２輪車において、実効トルクを検出して加熱保護を行う技術は提案されているものである。
特開平９−１２８０３１号公報米国特許第６２８８５０５号明細書特開２００４−３２０９２１号公報

従来の駆動系の設計段階においては、駆動部の慣性モーメントと想定動作パターンから必要なトルクを見積り、その値を用いて実効トルクを計算し、この値より大きな定格トルクを持つサーボモータを選ぶことが行われていた。すなわち、例えば図１１のＡに示すような動作パターンで、慣性モーメントＩ、摩擦トルクＴ_ｆの駆動系を動作させる場合を考える。

ここで角度をθ、角加速度をθ⁽²⁾とすると、このとき加速に必要なトルクＴ_１は
Ｔ_１＝Ｉθ⁽²⁾＋Ｔ_ｆ
定速移動に必要なトルクＴ_２は
Ｔ_２＝Ｔ_ｆ
減速に必要なトルクＴ_３は
Ｔ_３＝−Ｉθ⁽²⁾＋Ｔ_ｆ
と見積もることができる。

これにより、図１１のＢに示すような１動作サイクルの実効トルクＴ_ｅは、

となる。

しかしながらこのようにあらかじめ実効トルクを計算しておく手法では、設計時に想定した動作パターンでのみ実効トルクが定格トルクを越えないことが保証され、あらかじめ想定されてはいない動作パターンについては別途確認が必要であった。

さらにこのような手法では、設計時に見積もった慣性モーメント・摩擦トルクを用いて計算するため、実際の慣性モーメントと見積り値との間の誤差や、正確に見積もることが困難な摩擦トルクの誤差、また、速度に依存する粘性摩擦などの、ここでは必要トルクの見積りには含まれていない誤差要因（機械の故障による負荷の増大なども含む）により、実際の機械稼働時の実効トルクを正確に計算することができなかった。そのため、サーボモータの定格トルクを越えた使用により機械の故障の原因となったり、あるいは、過剰な安全率を取ることによってコストアップの要因となったりしていた。

これに対して、実効トルクの計算に、実稼働時にアンプに与える指令トルクの時間履歴を用いることが考えられる。このときの実効トルクは、時々刻々の指令トルクをＴ(t)、起動から現在までの経過時間をｔ_ｎとして〔数２〕の式のようになる。

しかしながらこのような計算法では、動作開始から現在までの時々刻々の指令トルクをすべて保存しておく必要があるため、多くの記憶領域を必要とする。あるいは、１サンプリング前の積分値＋現在の指令トルクを用いれば、動作開始から現在までの時々刻々の指令トルクをすべて保存しておく必要は無くなるが、積分値がオーバーフローする危険性がある。また、通常機械の連続稼働時間は数時間以上に渡るため、いずれにしてもこのような計算法は現実的ではない。

この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の装置では、設計時に想定した動作パターン以外の誤差要因に対応できない。あるいは、多くの記憶領域を必要としたり、積分値がオーバーフローする危険性が生じたりするなど、正確且つ現実的に実効トルクの算出を行うことができなかったというものである。

本発明は、実際の機械稼働時の{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)を得ることで、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、サーボモータの定格トルクを越えた使用機会を無くす（減らす）ことで機械の信頼性を上げ、適正な安全率の設定による装置のコストダウンを実現することを目的とする。

また、{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)を計算することと、その計算法を工夫することで、動作開始から現在時刻までの時々刻々の指令トルクをすべて保存しておく必要を無くし、また現実的な使用範囲では積分値のオーバーフローも防いで、上記目的を達成する手法を実現することを目的とする。

さらにこれを平行２輪車に適用した場合には、モータの定格トルクを超えた使用によるモータ／アンプの過熱を避け、駆動装置の突然の機能停止などの不具合の発生を防止することを目的とする。

請求項１の発明によれば、実際の機械稼働時の{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を得ることで、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、サーボモータの定格トルクを越えた使用機会を無くす（減らす）ことで機械の信頼性を上げ、適正な安全率の設定による装置のコストダウンを実現することができる。

請求項２の発明によれば、演算値の計算は、(１単位時間前の結果)＋{(現在のトルク指令)^２−(定格トルク)^２}×(単位時間)として求めることによって、実効トルクに基づく動作を実施可能に実現することができる。

請求項３の発明によれば、計算された演算値を定格トルクに基づく値と比較し、この比較結果に従ってシステムの駆動の停止及び／または警報の起動を行うことによって、適切な制御を行うことができる。

さらに請求項４の発明によれば、実際の機械稼働時の{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を得ることで、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、モータの定格トルクを超えた使用によるモータ／アンプの過熱を避け、駆動装置の突然の機能停止などの不具合の発生を防止することができる。

請求項５の発明によれば、演算値の計算は、(１単位時間前の結果)＋{(現在の駆動トルク)^２−(定格トルク)^２}×(単位時間)として求めることによって、実効トルクに基づく動作を実施可能に実現することができる。

請求項６の発明によれば、計算された演算値を定格トルクに基づく値と比較し、この比較結果に従って二車輪の駆動の停止及び／または警報の起動を行うことによって、適切な制御を行うことができる。

さらに請求項７の発明によれば、実際の機械稼働時の{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を用いることで、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、サーボモータの定格トルクを越えた使用機会を無くす（減らす）ことで機械の信頼性を上げ、適正な安全率の設定によって装置のコストダウンを実現することができる。

これによって、従来の装置では、設計時に想定した動作パターン以外の誤差要因に対応できない。あるいは、多くの記憶領域を必要としたり、積分値がオーバーフローする危険性が生じたりするなど、正確且つ現実的に実効トルクの算出を行うことができなかったものを、本発明によればこれらの問題点を容易に解消することができるものである。

すなわち本発明の駆動装置においては、所定の定格トルクの定められたシステムの目標状態を設定する設定手段と、システムの動作状態を検出する検出手段と、動作状態が目標状態に近づくように指令トルクを算出してシステムを駆動する制御手段とを有し、制御手段は、算出された指令トルクを用いてシステムの起動から当該時点までの{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を計算し、この計算された演算値に基づいて前記システムの駆動の制御を行う。

また、本発明の走行装置においては、所定の定格トルクが定められて平行に配置された二車輪を独立に駆動する駆動手段と、二車輪を連結する筐体と、筐体には自身の姿勢角度を検出する検出手段と、検出された姿勢角度の情報に従って二車輪の駆動トルクをそれぞれ設定する制御手段とを有し、制御手段で設定された駆動トルクにより駆動手段を駆動して走行する走行装置であって、制御手段は、二車輪にそれぞれ設定される駆動トルクを用いて起動から当該時点までの{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を計算し、この計算された演算値に基づいて二車輪の駆動の制御を行う。

さらに、本発明の駆動装置の制御方法においては、所定の定格トルクの定められたシステムの目標状態を設定し、システムの動作状態を検出し、動作状態が目標状態に近づくように指令トルクを算出してシステムを駆動するようにした駆動装置の制御方法であって、算出された指令トルクを用いてシステムの起動から当該時点までの{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を計算する手順と、この計算された演算値に基づいてシステムの駆動の制御を行う手順とを有してなる。

以下、図面を参照して本発明を説明するに、図１には、第１の実施形態として本発明による駆動装置、走行装置及び駆動装置の制御方法を適用したロボットアームの構成をブロック図で示す。

図１において、モータ１１よってアーム１２が動作される。またモータ１１は、アンプ１３からの駆動電力によって駆動される。さらにモータ１１の動作は、エンコーダ１４により検出されて制御装置１５にフィードバックされる。そして、この制御装置１５に実効トルク監視装置１６が設けられる。なお、この構成は産業用ロボットの１軸のみを取り出したものであるが、モータ＋負荷という基本的な構成なので、他のあらゆるシステム（リニアモータを用いたもの、回転モータ＋ボールねじの直動テーブル、２足歩行ロボットなど）に適用できるものである。

この図１の構成において、制御装置１５は、エンコーダ（角度検出手段）１４によって検出されたモータ角度と、制御装置１５内で計算される（あるいは制御装置１５に外部から与えられる）モータ目標角度に基づいてＰＩＤ制御などの制御演算を行い、モータ駆動に必要なトルクを算出する。算出された必要トルクは、トルク指令としてアンプ１３に入力され、アンプ１３はこのトルク指令に応じたトルクを発生させるようにモータ１１を駆動する。

ここで重要なのは、制御装置１５で算出された必要トルクは、設計時に想定した負荷や動作パターンから計算されるのではなく、目標角度と実際に検出された角度のズレから算出された実稼動時の必要トルク、すなわちさまざまな誤差要因をすべて含んだ実際の値となっていることである。

すなわち実効トルク監視装置１６内では、以下に述べる計算によって、その時点までの{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎ（ｔ_ｎは起動からの経過時間）を求める。そして実効トルク監視装置１６は、求めた値に従って、例えば(実効トルク)^２が(モータ定格トルク)^２を超えるような状態が一定時間以上続けばモータを停止、あるいは(実効トルク)^２が(モータ定格トルク)^２を下回るまで次の動作指令を受け付けない、などの制御を行い、モータの定格トルクを超えるような動作が長時間連続しないようにする。

さらに、実効トルク監視装置１６内では、以下の計算が行われている。
実効トルクＴ_ｅの定義は、時々刻々の指令トルクをＴ(t)、起動からの経過時間をｔ_ｎとして

である。

実際にはデジタル制御系を用いているので、ｎサンプリング時の指令トルクをＴ(n)、サンプリング周期をΔｔとして

と表される。

しかし、この定義のままでは、平方根を用いていること、時刻０から現在までの積分（積算）を用いていることから、使い勝手が悪い。すなわち、平方根を用いると計算に時間が掛かり、また積分（積算）を用いると、時々刻々の指令トルクＴ(t)（Ｔ(n)）をすべて保存しておく必要があるのと積分（積算）のオーバーフローの可能性があるためである。

そこで、平方根を外すことを考えて〔数４〕の式を２乗すると

となる。

さらに、右辺の分母を左辺に持ってきて

となる。

ここでモータの定格トルクＴ_ｒを使って

という計算を考える。

これは

と表せる。

そこで、〔数６〕の式と〔数８〕の式を辺々引くと

となる。

これを変形していくと

となる。ここで左辺は{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎである。

右辺はさらに

と変形できる。

したがって、〔数１１〕の式の右辺の計算を行うことによって〔数１０〕の式の左辺、すなわち{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎが計算できることになる。

ここで注意すべきことは、{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎが負の場合には計算結果を０とするということである。これは実効トルクと定格トルクの物理的意味から来る。定格トルクとは、そのトルクを出力し続けても熱的にある許容温度範囲内で平衡状態を保てる(温度上昇していかない)というトルクである。

つまり、実効トルクが定格トルクを超えていると温度上昇していき、実効トルクが定格トルクを下回ると温度低下していくことになる。ただし、実効トルクが０の状態が続いても無限に温度が低下していくわけではなく、初期温度(環境温度)に戻るだけである。したがって従来の手法で計算される実効トルクの最小値は０であるから、提案するこの手法で計算される{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎの最小値も０とするべきである。

従って、〔数１１〕の式からわかるように、〔数１０〕の式の結果を元に実効トルク監視装置１６を適切に動作させることによって、実効トルクが定格トルクよりも大きい状態で使い続けることを避けたり、実効トルクが定格トルク以下になるように制御したりすることができる。

さらに動作例を用いて説明する。図１の駆動系を、図２のＡに実線で示すような速度で駆動する時、必要なトルクは図２のＡに破線で示すようになる。このとき〔数２〕の式で述べた時々刻々の実効トルクＴ_ｅは図２のＢに示すようになる。この実効トルクが定格トルクまで下がった時点で次の動作を開始すれば、長期的には実効トルクが定格トルクにほぼ等しくなるような運転パターンとなる。

しかしこれだけの方法では、前述したように積分値がオーバーフローしてしまう可能性があり、実際に用いるには難がある。そこで、代わりに〔数１０〕の式の計算を行うと、結果は図２のＣに示すようになり、実効トルクを用いるのと同様に扱えることになる。一般的なモータ／アンプでは、短時間であれば定格トルクの３倍までを出力して良い仕様になっている場合が多く、この{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎの値を元に、加減速度を落とす、あるいは停止時間を長く取るなどの制御を行う。

さらに上述の図２の動作に対し、例えば停止時間を0.5秒短縮した場合を図３に示す。この場合に図３のＡの波形は図２のＡの波形と同じであるが、停止後の動き出し時に実効トルクが定格トルクまで下がっていないので、図３のＢの波形では実効トルクが次第に上昇してしまっている。そこで図３のＣの波形を監視し、上昇傾向が続く場合は停止時間を長く取って{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎが０に下がってから次の動作を開始するなどの変更をかける。

一方、〔数１０〕の式の計算は、〔数１１〕の式に示すように、{(１サンプル前の結果)＋(現在のトルク指令^２−定格トルク^２)×サンプリングタイム}に置き換えられるので、多くの記憶領域を必要とせずに済む。また実効トルク監視装置１６が適切に動作している限り、〔数１０〕の式の積分の結果が正にオーバーフローすることはない。

ただし、動作を停止したまま長時間が経った場合や、定格トルクより著しく小さい実効トルクでの動作しか行わないような場合には、〔数１０〕の式の結果が負に発散してしまうことになる。これを避けるためには、積分結果が負の場合は、値を０にしておくという実装上の操作が必要となる。

従って、この第１の実施形態において、実際の機械稼働時の{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を得ることで、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、サーボモータの定格トルクを越えた使用機会を無くす（減らす）ことで機械の信頼性を上げ、適正な安全率の設定による装置のコストダウンを実現することができる。

こうして本発明の駆動装置によれば、所定の定格トルクの定められたシステムの目標状態を設定する設定手段と、システムの動作状態を検出する検出手段と、動作状態が目標状態に近づくように指令トルクを算出してシステムを駆動する制御手段とを有し、制御手段は、算出された指令トルクを用いてシステムの起動から当該時点までの{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を計算し、この計算された演算値に基づいて前記システムの駆動の制御を行うことによって、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、サーボモータの定格トルクを越えた使用機会を無くす（減らす）ことで機械の信頼性を上げ、適正な安全率の設定による装置のコストダウンを実現することができるものである。

さらに、図４には、第２の実施形態として本発明による駆動装置、走行装置及び駆動装置の制御方法を適用した平行２輪車の一実施形態の構成を示す。なお、図４のＡは正面図、図４のＢは側面図を示す。

この図４において、本発明による平行２輪車は、本体（乗員が立つ部分）１と、本体１に同軸上に取り付けられた１対の駆動ユニット２Ａ、２Ｂと、乗員がつかまるＴ字型のハンドル３と、本体１の前後（Ｙ軸周り）の傾き検出装置４とを有する。また本体１には、車両をその目標角度・目標角速度・目標車両速度に安定に追従するように制御する安定化制御装置５と、実効トルク監視装置６が設けられる。

さらに、図５には平行２輪車の構成をブロック図で示す。この図５において、前後傾き検出装置４で検出された角度・角速度から、制御装置５が全体系を倒れないように安定化させるのに必要な駆動トルクを計算し、駆動ユニット２Ａ、２Ｂの各原動機を駆動する。これにより、乗員が重心を前後にずらすことで前進後退を行う。

そこでまず通常走行時の動作を説明する。これは、加減速、登坂などを行っても定格トルクを超えることが無いような場合である。この場合には、図６のＡの波形に示すような動作パターンとなり、図６のＢの波形に示すように実効トルクは常に定格トルクを超えない。

そこで、本発明が提案する手法である{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎを計算すると図６のＣの波形に示すように常に負となる（値の確認のために負のまま表示してあるが、前述したように計算結果としては０とするべきである)。このときはモータ／アンプにかかる負荷は定格以下のため、特に警告を出すなどの処理を行う必要は無い。

次に、 {(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎが、(定格トルク×２)^２−定格トルク^２を超えない場合を説明する。これは、斜度のある程度ある（定格トルクを超えるトルクを必要とするような）登坂路を走行するような場合である。この場合には、図７のＡの波形に示すような動作パターンとなり、実効トルクは図７のＢの波形に示すようになる。このとき本発明が提案する手法である{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎを計算すると図７のＣの波形に示すようになる。

ここで、一般的には定格トルクの２倍を1０秒程度出力し続けると過熱によるモータ／アンプの停止につながる。従って、例えば{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎが(定格トルク×２)^２−定格トルク^２と(定格トルク)^２−定格トルク^２の間にある状態が５秒続いた場合は、実効トルク監視装置から乗員に対する警告を発し、それ以上の登坂を続けるとモータ／アンプの過熱につながることを知らせる。

なお、警告の手段としては、ディスプレイに表示を出す、ランプ（ＬＥＤなど）を点滅させる、ブザーを鳴らす、ハンドルグリップや車両本体を振動させる、合成音声による警告など、従来から知られている方法が考えられる。

さらに、 {(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎが(定格トルク×２)^２−定格トルク^２を超える場合を説明する。これは、斜度のきつい（定格トルクの２倍を超えるトルクを必要とするような）登坂路で運転するような場合である。この場合には、図８のＡの波形に示すような動作パターンとなり、実効トルクは図８のＢの波形に示すようになる。このとき本発明の提案する手法である{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎを計算すると図８のＣの波形に示すようになる。

ここで、一般的には定格トルクの３倍を１秒程度出力し続けると過熱によるモータ／アンプの停止につながる。従って、例えば{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎが(定格トルク×２)^２−定格トルク^２を超えた場合は、速やかに乗員を降ろす必要が想定される。そこでこの場合には、前述の警告よりもさらに緊急度の高い警報を発し、直ちに降車するように促すなどの処理を行うこととする。

なお図９には、上記の動作を実現するためのフローチャートの一実施形態を示す。この図９においては、最初にＨ(n)＝ｔ_ｎ(Ｔ_ｅ(n)−Ｔ_ｒ ^２…{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎの計算を行う（ステップＳ１）。次に計算された演算値Ｈ(n)が、Ｈ(n)＜Ｈ_１（ただし、Ｈ_１＝Ｔ_ｒ ^２−Ｔ_ｒ ^２＝０…{(定格トルク)^２−(定格トルク)^２}）であるか否かの判断を行う（ステップＳ２）。ここで、Ｈ(n)＜Ｈ_１であるとき（Ｙ）は、Ｈ(n)＝０とし（ステップＳ３）、通常走行制御を行って（ステップＳ４）、ステップＳ１に戻す。

これに対して、ステップＳ２でＨ(n)＜Ｈ_１でないとき（Ｎ）は、さらに演算値Ｈ(n)が、Ｈ(n)＜Ｈ_２（ただし、Ｈ_２＝(２Ｔ_ｒ)^２−Ｔ_ｒ ^２＝０…{(定格トルク×２)^２−(定格トルク)^２}）であるか否かの判断を行う（ステップＳ５）。そして、ステップＳ５でＨ(n)＜Ｈ_２でないとき（Ｎ）に警報を発して（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻す。

さらに、ステップＳ２でＨ(n)＜Ｈ_２であるとき（Ｙ）は、さらにその状態が５秒連続しているか否かの判断を行う（ステップＳ７）。そして５秒以上連続しているとき（Ｙ）は警告を発して（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻す。また、ステップＳ７で５秒連続していないとき（Ｎ）は、そのままステップＳ１に戻す。

従って、この第２の実施形態において、実際の機械稼働時の{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を得ることで、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、モータの定格トルクを超えた使用によるモータ／アンプの過熱を避け、駆動装置の突然の機能停止などの不具合の発生を防止することができる。

こうして本発明の走行装置によれば、所定の定格トルクが定められて平行に配置された二車輪を独立に駆動する駆動手段と、二車輪を連結する筐体と、筐体には自身の姿勢角度を検出する検出手段と、検出された姿勢角度の情報に従って二車輪の駆動トルクをそれぞれ設定する制御手段とを有し、制御手段で設定された駆動トルクにより駆動手段を駆動して走行する走行装置であって、制御手段は、二車輪にそれぞれ設定される駆動トルクを用いて起動から当該時点までの{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を計算し、この計算された演算値に基づいて二車輪の駆動の制御を行うことによって、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、モータの定格トルクを超えた使用によるモータ／アンプの過熱を避け、駆動装置の突然の機能停止などの不具合の発生を防止することができるものである。

さらに、本発明の駆動装置の制御方法によれば、所定の定格トルクの定められたシステムの目標状態を設定し、システムの動作状態を検出し、動作状態が目標状態に近づくように指令トルクを算出してシステムを駆動するようにした駆動装置の制御方法であって、算出された指令トルクを用いてシステムの起動から当該時点までの{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)の演算値を計算する手順と、この計算された演算値に基づいてシステムの駆動の制御を行う手順とを有することによって、あらかじめ想定されていない動作パターンについても対応でき、サーボモータの定格トルクを越えた使用機会を無くす（減らす）ことで機械の信頼性を上げ、適正な安全率の設定によって装置のコストダウンを実現することができるものである。

なお、本発明の駆動装置、走行装置及び駆動装置の制御方法は、図１０に示すブロック図の構成において実施することができる。すなわち図１０において、システム１０１の中にモータ１０２が設けられ、このモータ１０２にはアンプ１０３から駆動電流が供給されている。そしてこのシステム１０１の状態が状態検出手段１０４で検出され、検出された状態が制御装置１０５に供給される。

また、制御装置１０５には目標状態が供給され、この目標状態に近づくように算出されたトルク指令がアンプ１０３に供給される。そしてこの制御回路１０５に実効トルク監視装置１０６が設けられ、この監視装置１０６によってモータ１０２の定格トルクを考慮したトルク指定の発生の制御が行われる。この構成により、上述した本発明が実施される。

従って本発明の駆動装置、走行装置及び駆動装置の制御方法によれば、以下の作用効果が得られる。
１．実際の機械稼働時の{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎを得ることで、あらかじめ想定されていない動作パターンや負荷トルクについても対応できる。
２．サーボモータの定格トルクを越えた使用機会を無くす(減らす)ことで機械の信頼性を上げ、適正な安全率の設定による装置のコストダウンを実現できる。

３．{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×ｔ_ｎを計算することと計算法を工夫することで、動作開始から現在時刻ｔ_ｎまでの時々刻々の指令トルクをすべて保存しておく必要を無くし、また現実的な使用範囲では積分値のオーバーフローを防ぐことができる。
４．経時変化や故障などによって生じる異常トルクを発見できる。
５．平行２輪車に適用した場合には、モータの定格トルクを超えた使用によるモータ／アンプの過熱を避け、駆動装置の突然の機能停止による車両の転倒を防止することを目的とする。

なお本発明は、上述の説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能とされるものである。

本発明による駆動装置、走行装置及び駆動装置の制御方法を適用したロボットアームの構成を示すブロック図である。その動作の説明のための波形図である。その動作の説明のための波形図である。本発明を適用した平行２輪車の一実施形態を示す構成図である。その構成を示すブロック図である。その動作の説明のための波形図である。その動作の説明のための波形図である。その動作の説明のための波形図である。その動作の説明のためのフローチャート図である。本発明による一般的な構成を示すブロック図である。動作パターンとトルクの説明のための線図である。

符号の説明

１１…モータ、１２…アーム、１３…アンプ、１４…エンコーダ、１５…制御装置、１６…実効トルク監視装置

Claims

所定の定格トルクの定められたシステムの目標状態を設定する設定手段と、前記システムの動作状態を検出する検出手段と、前記動作状態が前記目標状態に近づくように指令トルクを算出して前記システムを駆動する制御手段とを有する駆動装置であって、
前記制御手段は、前記算出された指令トルクを用いて前記システムの起動から当該時点までの
{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)
の演算値を計算し、
この計算された演算値に基づいて前記システムの駆動の制御を行う
ことを特徴とする駆動装置。
前記演算値の計算は、
(１単位時間前の結果)＋{(現在のトルク指令)^２−(定格トルク)^２}×(単位時間)
として求めることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
前記計算された演算値を前記定格トルクに基づく値と比較し、この比較結果に従って前記システムの駆動の停止及び／または警報の起動を行うことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
所定の定格トルクが定められて平行に配置された二車輪を独立に駆動する駆動手段と、前記二車輪を連結する筐体と、前記筐体には自身の姿勢角度を検出する検出手段と、前記検出された姿勢角度の情報に従って前記二車輪の駆動トルクをそれぞれ設定する制御手段とを有し、前記制御手段で設定された駆動トルクにより前記駆動手段を駆動して走行する走行装置であって、
前記制御手段は、前記二車輪にそれぞれ設定される駆動トルクを用いて起動から当該時点までの
{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)
の演算値を計算し、
この計算された演算値に基づいて前記二車輪の駆動の制御を行う
ことを特徴とする走行装置。
前記演算値の計算は、
(１単位時間前の結果)＋{(現在の駆動トルク)^２−(定格トルク)^２}×(単位時間)
として求めることを特徴とする請求項４記載の走行装置。
前記計算された演算値を前記定格トルクに基づく値と比較し、この比較結果に従って前記二車輪の駆動の停止及び／または警報の起動を行うことを特徴とする請求項４記載の走行装置。
所定の定格トルクの定められたシステムの目標状態を設定し、前記システムの動作状態を検出し、前記動作状態が前記目標状態に近づくように指令トルクを算出して前記システムを駆動するようにした駆動装置の制御方法であって、
前記算出された指令トルクを用いて前記システムの起動から当該時点までの
{(実効トルク)^２−(定格トルク)^２}×(起動からの経過時間)
の演算値を計算する手順と、
この計算された演算値に基づいて前記システムの駆動の制御を行う手順と
を有することを特徴とする駆動装置の制御方法。