JP2021023085A - モータ駆動制御装置、モータユニット、及びアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】トルクリミッタをより高寿命化することができるモータ駆動制御装置を提供する。【解決手段】モータ駆動制御装置は、トルクリミッタを介して出力軸部に伝達するトルクを発生させるモータの駆動を出力軸部に対する駆動指令に基づいて制御する。出力軸部の回転角度の制御位置は、駆動指令に基づいて算出される。電流検出部により検出されるモータの駆動電流が第１電流閾値以上になった場合、位置検出器により検出される出力軸部の回転角度位置が制御位置を含む回転角度範囲に含まれているか否かが判定される。少なくとも回転角度位置が回転角度範囲に含まれなくなった場合、トルクリミッタにスリップが発生したと判定され、モータの駆動制御が停止される。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ駆動制御装置、モータユニット、及びアクチュエータに関する。

従来、サーボモータにトルクリミッタを設けることで、トルクを発生するモータ、及びモータからサーボモータの出力軸部にトルクを伝達するギア及びシャフトの破損を防止する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、モータからトルクリミッタの入力側に伝達されるトルクが一定以上になると、出力軸部にトルクを伝達するトルクリミッタの出力側と該入力側との間にスリップが発生することで、出力軸部に掛かる負荷がモータ及びギアに伝達されないようにしている。

国際公開２０１７／００２４６４号

しかしながら、上述の技術では、トルクリミッタが作動してもモータが回転し続けた場合、入力側と出力側との間でスリップが連続的に発生することによって、トルクリミッタの寿命に影響が及ぶ虞があった。

本発明は、トルクリミッタをより高寿命化することを目的とする。

本発明の例示的なモータ駆動制御装置は、駆動制御部と、判定部と、を備える。前記駆動制御部は、トルクリミッタを介して出力軸部に伝達するトルクを発生させるモータの駆動を、前記出力軸部に対する駆動指令に基づいて制御する。前記判定部は、前記トルクリミッタにスリップが発生したか否かを判定する。前記駆動制御部は、前記駆動指令に基づいて前記出力軸部の回転角度の制御位置を算出する。前記判定部は、第１判定部と、第２判定部と、スリップ判定部と、を有する。前記第１判定部は、電流検出部により検出される前記モータの駆動電流が第１電流閾値以上になったか否かを判定する。前記第２判定部は、前記第１判定部にて前記駆動電流が前記第１電流閾値以上になったと判定される場合に、位置検出器により検出される前記出力軸部の回転角度位置が、前記制御位置を含む回転角度範囲に含まれているか否かを判定する。前記スリップ判定部は、少なくとも前記第２判定部にて前記回転角度位置が前記回転角度範囲に含まれなくなったと判定された場合に、前記スリップが発生したと判定する。前記駆動制御部は、前記スリップ判定部にて前記スリップが発生したと判定された場合に、前記モータの駆動制御を停止する。

本発明の例示的なモータユニットは、上記のモータ駆動制御装置と、前記モータと、を備える。

本発明の例示的なアクチュエータは、上記のモータユニットと、前記モータのトルクを前記出力軸部に伝達する前記減速機と、を備える。前記減速機は、前記モータから入力側に伝達された所定のトルク閾値未満のトルクを出力側から前記出力軸部に伝達する前記トルクリミッタを有する。前記トルクリミッタは、前記トルク閾値以上のトルクが前記入力側に伝達されると、前記入力側と前記出力側との間に前記スリップを生じる。

本発明の例示的なモータ駆動制御装置、モータユニット、及びアクチュエータによれば、トルクリミッタを高寿命化することができる。

図１は、実施形態に係るアクチュエータの構成例を示す概念図である。 図２は、トルクリミッタのスリップ検出処理の実施例を説明するためのフローチャートである。 図３は、トルクリミッタのスリップ検出処理の実施例を説明するためのグラフである。 図４は、変形例に係るアクチュエータの構成例を示す概念図である。 図５は、トルクリミッタのスリップ検出処理の変形例を説明するためのフローチャートである。 図６は、トルクリミッタのスリップ検出処理の変形例を説明するためのグラフである。

以下に図面を参照して、例示的な実施形態を説明する。

＜１．実施形態＞
＜１−１．アクチュエータの構成＞
図１は、アクチュエータ５００の構成例を示す概念図である。アクチュエータ５００は、本実施形態ではサーボモータであり、モータ１で発生したトルクを所定の減速比で変速して後述する出力軸部５２５に接続された被制御体に出力する。図１に示すように、アクチュエータ５００は、モータユニット５１０と、減速機５２０と、位置検出器５３０と、を備える。

モータユニット５１０は、直流電源６００から電力供給を受けて動作する。モータユニット５１０では、モータ１の駆動が、後述するモータ駆動制御装置５により制御される。モータユニット５１０の構成は、のちに説明する。

減速機５２０は、モータ１のトルクを出力軸部５２５に伝達する。減速機５２０は、トルク伝達機構５２１と、トルクリミッタ５２３と、出力軸部５２５と、を有する。

トルク伝達機構５２１は、モータ１から出力されるトルクを所定の減速比で変速してトルクリミッタ５２３の入力側５２３１に伝達する。トルク伝達機構５２１は、モータ出力ギア５２１１と、入力ギア５２１３と、を含む。モータ出力ギア５２１１は、モータ１の後述するモータシャフト１０に固定され、モータ回転軸Ｊｍを中心にしてモータシャフト１０とともに回転可能である。入力ギア５２１３は、トルクリミッタ５２３の入力側５２３１に取り付けられ、出力回転軸Ｊｏを中心として入力側５２３１とともに回転可能である。図１では、入力ギア５２１３は、モータ出力ギア５２１１と直接に噛み合っている。モータ１のトルクは、モータ出力ギア５２１１の歯数と入力ギア５２１３の歯数との比に応じて変速され、モータ出力ギア５２１１から入力ギア５２１３へと直接に伝達される。但し、図１の例示に限定されず、モータ出力ギア５２１１と入力ギア５２１３との間には、図示しない単数又は複数の歯車が設けられてもよい。この場合、モータ１のトルクは、図示しない単数又は複数の該歯車を介して、モータ出力ギア５２１１から入力ギア５２１３へと間接的に伝達される。

トルクリミッタ５２３は、モータ１から入力側５２３１に伝達された所定のトルク閾値未満のトルクを出力側５２３３から出力軸部５２５に伝達する。たとえば、トルクリミッタ５２３の入力側５２３１は、出力側５２３３とスリップ可能に連結される。トルク閾値未満のトルクが入力側５２３１に伝達されると、入力側５２３１は、出力側５２３３と連結された状態でともに回転する。これにより、入力側５２３１に伝達されたトルクが、出力側５２３３に伝達される。一方、トルクリミッタ５２３は、トルク閾値以上のトルクが入力側５２３１に伝達されると、入力側５２３１と出力側５２３３との間にスリップを生じる。これにより、入力側５２３１から出力側５２３３へのトルクの伝達が抑制又は防止される。トルクリミッタ５２３の種類は特に限定されない。たとえば、トルクリミッタ５２３における入力側５２３１と出力側５２３３との連結形式は、皿バネ式、圧縮コイル式、ねじりコイル式、磁石式のいずれかを用いることができる。

出力軸部５２５は、図示しない被制御体に接続され、トルクリミッタ５２３の出力側５２３３から出力されるトルクを被制御体に伝達する。たとえば、被制御体がロボットの腕部であれば、モータ１で発生したトルクを出力軸部５２５から腕部に伝達できる。出力軸部５２５は、図１に示すように、出力シャフト５２５１と、出力ギア５２５３と、を有する。出力シャフト５２５１は、出力回転軸Ｊｏに沿って延びる。出力シャフト５２５１の一方端は、トルクリミッタ５２３の出力側５２３３と連結される。出力ギア５２５３は、出力シャフト５２５１の他方端に固定され、出力軸部５２５に接続される被制御体の図示しないギアと噛み合う。出力シャフト５２５１及び出力ギア５２５３は、出力回転軸Ｊｏを中心にしてトルクリミッタ５２３の出力側５２３３とともに回転可能である。出力側５２３３から出力されるトルクは、出力シャフト５２５１及び出力ギア５２５３を介して被制御体に伝達される。なお、図１の例示に限定されず、被制御体は、直接、又は図示しない連結部材を用いて間接的に出力シャフト５２５１に連結されてもよい。

位置検出器５３０は、出力回転軸Ｊｏを中心とする出力軸部５２５の回転角度位置θを検出する。以下では、位置検出器５３０による出力軸部５２５の回転角度の検出位置を「回転角度位置θｔ」と呼ぶ。本実施形態では、位置検出器５３０は、出力シャフト５２５１の回転角度位置θｔを検出している。なお、回転角度位置θｔは、出力回転軸Ｊｏを中心とする周方向における所定の基準位置からの変位量（つまり回転角度）で表される。位置検出器５３０は、検出結果を示す位置検出信号をモータユニット５１０のモータ駆動制御装置５に出力する。位置検出器５３０は、本実施形態ではポテンショメータである。なお、本実施形態の例示に限定されず、位置検出器５３０は、ポテンショメータ以外であってもよい。たとえば、該位置検出器５３０は、レゾルバ、アブソリュートエンコーダ及びインクリメンタルエンコーダなどのエンコーダ、ホール素子などの磁気センサであってもよい。こうすれば、位置検出器５３０として、汎用の装置又はセンサを用いることができる。従って、生産性が向上する。

＜１−２．モータユニットの構成＞
次に、図１を参照して、モータユニット５１０の構成を説明する。モータユニット５１０は、モータ１と、モータ駆動部３と、モータ駆動制御装置５と、を備える。

モータ１は、たとえば、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣモータ）である。モータ１は、モータシャフト１０と、ロータ１１と、ステータ１３と、を備える。モータシャフト１０は、モータ回転軸Ｊｍに沿って延びる。ロータ１１は、モータシャフト１０に固定され、モータ回転軸Ｊｍを中心にしてモータシャフト１０とともに回転可能である。ステータ１３は、ロータ１１と径方向に対向し、ロータ１１を駆動して回転させる。

モータ駆動部３は、モータ１に電力を供給し、モータ１を駆動する。モータ駆動部３は、本実施形態ではインバータであり、単相又は三相の交流電圧をモータ１に供給する。

モータ駆動制御装置５は、モータ１の駆動を制御する。たとえば、モータ駆動制御装置５は、駆動制御信号Ｓｐをモータ駆動部３に出力し、モータ駆動部３を制御する。モータ駆動制御装置５の構成は、後に説明する。

このほか、モータユニット５１０又はモータ１には、モータシャフト１０又はロータ１１の回転角度位置を検出するための位置検出センサが、備えられていてもよい。位置検出センサには、たとえば、ポテンショメータ、レゾルバ、アブソリュートエンコーダ及びインクリメンタルエンコーダなどのエンコーダ、ホール素子などの磁気センサを用いることができる。

＜１−３．モータ駆動制御装置＞
次に、図１を参照して、モータ駆動制御装置５の構成を説明する。モータ駆動制御装置５は、電流検出部５１と、計時部５２と、記憶部５３と、駆動制御部５５と、判定部５７と、を備える。なお、計時部５２、駆動制御部５５、及び判定部５７は、本実施形態では、モータ駆動制御装置５に設けられるＣＰＵなどの演算装置の機能的構成要素である。但し、この例示に限定されず、計時部５２、駆動制御部５５、及び判定部５７のうちの少なくとも１つは、電気回路、素子、電気装置などで実現される物理的構成要素であってもよい。

電流検出部５１は、モータ１に供給される駆動電流Ｉｄを検出する。なお、電流検出部５１は、モータ駆動制御装置５の構成要素でなくてもよく、たとえばモータ駆動制御装置５の外部に設けられた装置であってもよい。

計時部５２は、時刻、及び、所定の時点から他の時点までの期間を計時する。

記憶部５３は、電力供給が停止しても記憶を維持する非一過性の記憶媒体である。記憶部５３は、モータユニット５１０及びモータ駆動制御装置５の各構成要素で用いられる情報を記憶し、特に駆動制御部５５で用いられるプログラム及び制御情報などを記憶する。

駆動制御部５５は、記憶部５３に記憶されたプログラム及び情報などに基づいて、モータユニット５１０及びモータ駆動制御装置５の各構成要素を制御する。

たとえば、駆動制御部５５は、トルクリミッタ５２３を介して出力軸部５２５に伝達するトルクを発生させるモータ１の駆動を、出力軸部５２５に対する駆動指令Ｏｄに基づいて制御する。駆動制御部５５は、駆動指令Ｏｄに基づいて出力軸部５２５の回転角度の制御位置θｏ（後述する図３参照）を算出する。また、駆動制御部５５は、後述するようにスリップ判定部５７４にてスリップが発生したと判定された場合に、モータ１の駆動制御を停止する。

なお、駆動指令Ｏｄは、出力軸部５２５の回転角度位置θの指令値と、出力軸部５２５の回転速度及び回転加速度のうちの少なくとも一方の指令値と、を含む。従って、駆動制御部５５は、上述の指令値を用いて、出力軸部５２５の回転角度の制御位置θｏを算出することができる。駆動指令Ｏｄは、本実施形態ではモータ駆動制御装置５の外部から入力される。但し、この例示に限定されず、駆動指令Ｏｄは、モータ駆動制御装置５の内部で生成されてもよい。

判定部５７は、各種の判定を行う。たとえば、判定部５７は、トルクリミッタ５２３にスリップが発生したか否かを判定する。判定部５７は、第１判定部５７１と、第２判定部５７２と、スリップ判定部５７４と、を有する。

第１判定部５７１は、電流検出部５１により検出されるモータ１の駆動電流Ｉｄが第１電流閾値Ｉａ以上になったか否かを判定する。

第２判定部５７２は、第１判定部５７１にて駆動電流Ｉｄが第１電流閾値Ｉａ以上になったと判定される場合に、位置検出器５３０により検出される出力軸部５２５の回転角度位置θｔが、制御位置θｏを含む回転角度範囲θｓに含まれているか否かを判定する。

スリップ判定部５７４は、少なくとも第２判定部５７２にて回転角度位置θｔが回転角度範囲θｓに含まれなくなったと判定された場合に、トルクリミッタ５２３にスリップが発生したと判定する。

モータ駆動制御装置５では、トルクリミッタ５２３のスリップの検知に応じてモータ１の駆動制御を停止することにより、モータ１で発生するトルクが低下、又は、モータ１が停止する。これにより、トルクリミッタ５２３のスリップを停止させることができる。従って、スリップの継続を防止できるので、トルクリミッタ５２３を高寿命化することができる。

また、トルクリミッタ５２３のスリップを検出する際、出力軸部５２５の回転角度の制御位置θｏが、出力軸部５２５に対する駆動指令Ｏｄに基づいて算出される。さらに、算出された制御位置θｏを含む回転角度範囲θｓに、出力軸部５２５の実際に検出された回転角度位置θｔが含まれているか否かが判定される。つまり、モータ１が有するロータ１１の実際に検出された回転角度位置を用いなくてもよい。従って、簡易な構成で、トルクリミッタ５２３のスリップを検知できる。さらに、仮にモータシャフト１０又はロータ１１の回転角度位置を検出する位置検出センサがモータ１又はモータユニット５１０に搭載されていなくても、トルクリミッタ５２３のスリップを検出できる。

＜１−４．スリップ検出処理＞
次に、図２及び図３を参照し、出力軸部５２５の回転角度位置θを３０度からθｇ＝３３０度まで移動させる場合を例示して、実施形態におけるトルクリミッタ５２３のスリップ検出処理を説明する。図２は、トルクリミッタ５２３のスリップ検出処理の実施例を説明するためのフローチャートである。図３は、トルクリミッタ５２３のスリップ検出処理の実施例を説明するためのグラフである。なお、図２において、モータ１の駆動開始は、駆動指令Ｏｄに基づいて制御されるモータ１の駆動が開始されることを意味し、モータ１の回転をスムーズに開始するためにロータ１１を所定の回転角度位置に予め移動させる動作などは含まれない。また、図３において、θｓａは、各々の時点における回転角度範囲θｓの上限値を示す。θｓｂは、各々の時点における回転角度範囲θｓの下限値を示す。図３では、グラフを見易くするため、モータ１の駆動開始直後でのθｓａ及びθｓｂの図示を省略している。θｓａ及びθｓｂは、たとえば回転角度の制御位置θｏ、回転角度位置θｔなどに基づいて、予め決定される。たとえば図３に示すように、θｓａは、各々の時点における制御位置θｏに所定の回転角度幅Δθ１を加算した値（θｏ＋Δθ１）であってもよい。さらに、θｓｂは、各々の時点における制御位置θｏから所定の回転角度幅Δθ２を減算した値（θｏ−Δθ２）であってもよい。なお、回転角度幅Δθ１、Δθ２は、同じ値であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

まず、モータ１の駆動が開始されると（ステップＳ１０１）、電流検出部５１は、モータ１に供給される駆動電流Ｉｄを検出する（ステップＳ１０３）。なお、駆動開始直後では、ステップＳ１０３での駆動電流Ｉｄの検出は、後述する単位時間に渡って、一定のタイミングで複数回実施される。また、それ以降では、ステップＳ１０３での駆動電流Ｉｄの検出は、後述するステップＳ１０５での変化率ΔＩｄの算出に必要な回数実施される。

モータ駆動制御装置５は、所定の単位時間に対する駆動電流Ｉｄの変化率ΔＩｄを算出する（ステップＳ１０５）。第１判定部５７１は、変化率ΔＩｄが０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。つまり、駆動電流Ｉｄが増加傾向にあるか否かが判定される。以下では、ΔＩｄ＞０である場合での変化率の絶対値｜ΔＩｄ｜を増加率ΔＩｄａと呼ぶ。なお、ΔＩｄ≦０であれば（ステップＳ１０７でＮＯ）、図２の処理はステップＳ１０３に戻る。

ΔＩｄ＞０であれば（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、第１判定部５７１は、単位時間に対する増加率ΔＩｄａ（＝｜ΔＩｄ｜）が所定の増加率閾値ΔＳａ以上になったか否かを判定する（ステップＳ１０９）。第１判定部５７１にてΔＩｄａ≧ΔＳａになっていないと判定された場合（ステップＳ１０９でＮＯ）、図２の処理はステップＳ１０３に戻る。

一方、図３では、第１時点ｔ１において、ΔＩｄａ≧ΔＳａになったと第１判定部５７１にて判定される。この場合（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、電流検出部５１は、駆動電流Ｉｄを検出する（ステップＳ１１１）。第１判定部５７１は、駆動電流Ｉｄが所定の第１電流閾値Ｉａ以上になったか否かを判定する（ステップＳ１１３）。第１判定部５７１にてＩｄ≧Ｉａになっていないと判定された場合（ステップＳ１１３でＮＯ）、計時部５２は、第１時点ｔ１から第１時間Ｔ１が経過しているか否かを判定する（ステップＳ１１５）。第１時間Ｔ１が経過していない場合（ステップＳ１１５でＮＯ）、図２の処理は、ステップＳ１１１に戻る。一方、第１時間Ｔ１が経過している場合（ステップＳ１１５でＹＥＳ）、図２の処理は、ステップＳ１０３に戻る。

次に、図３では、時点ｔ１ａにおいて、Ｉｄ≧Ｉａになったと第１判定部５７１にて判定される。この場合（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、駆動制御部５５は、駆動指令Ｏｄに基づいて、出力軸部５２５の回転角度の制御位置θｏを算出する（ステップＳ１１７）。位置検出器５３０は、出力軸部５２５の回転角度位置θｔを検出し、回転角度位置θｔを示す位置検出信号をモータ駆動制御装置５に出力する（ステップＳ１１９）。第２判定部５７２は、出力軸部５２５の回転角度位置θｔが、制御位置θｏを含む所定の回転角度範囲θｓに含まれているか否かを判定する（ステップＳ１２１）。

第２判定部５７２にて回転角度位置θｔが回転角度範囲θｓに含まれていると判定される場合（Ｓ１２１でＹＥＳ）、計時部５２は、第１時点ｔ１から第１時間Ｔ１が経過しているか否かを判定する（ステップＳ１２３）。第１時間Ｔ１が経過していない場合（ステップＳ１２３でＮＯ）、図２の処理は、ステップＳ１１９に戻る。一方、第１時間Ｔ１が経過している場合（ステップＳ１２３でＹＥＳ）、図２の処理は、ステップＳ１０３に戻る。

次に、図３では、第２時点ｔ２において、回転角度位置θｔが回転角度範囲θｓに含まれなくなったと第２判定部５７２にて判定される。この場合（Ｓ１２１でＮＯ）、スリップ判定部５７４は、トルクリミッタ５２３でスリップが発生したと判定する（ステップＳ１４１）。駆動制御部５５は、モータ１の駆動制御を停止する（ステップＳ１４３）。たとえば、図３では、第２時点ｔ２において、トルクリミッタ５２３でのスリップの発生が検知され、モータ１の駆動制御が停止される。これにより、モータ１で発生するトルクが低下する、又は、モータ１が停止することにより、トルクリミッタ５２３のスリップが停止する。そして、図２のスリップ検出処理が終了する。

なお、ステップＳ１４３を実施した時点で出力軸部５２５の回転角度位置θｔが目標位置θｇに到達していなければ、たとえば図３に示すように、第２時点ｔ２から、トルクリミッタ５２３のスリップ停止が十分に可能な時間Ｔａ後にモータ１の駆動を開始すればよい。この際、図２の処理を再開すれば、図３に示すように再駆動後のスリップ検出処理も再実施できる。なお、図３では、再実施後のθｓａ及びθｓｂの図示は省略している。

上述のスリップ検出処理では、ステップＳ１０３からＳ１０９にて、第１判定部５７１は、単位時間に対する駆動電流Ｉｄの増加率ΔＩｄａが増加率閾値ΔＳａ以上になったか否かを判定する。また、ステップＳ１１１からＳ１１５にて、第１判定部５７１は、増加率ΔＩｄａが増加率閾値ΔＳａ以上になったと判定された第１時点ｔ１から第１時間Ｔ１以内での駆動電流Ｉｄが第１電流閾値Ｉａ以上になったか否かを判定する。また、ステップＳ１１７からＳ１２３にて、駆動電流Ｉｄの増加率ΔＩｄａが増加率閾値ΔＳａ以上になり、さらに、駆動電流Ｉｄが第１時間Ｔ１以内に第１電流閾値Ｉａ以上になった場合に、回転角度位置θｔが回転角度範囲θｓに含まれているか否かが第２判定部５７２で判定される。こうすれば、駆動電流Ｉｄが第１電流閾値Ｉａ以上まで急激に増加した場合にトルクリミッタ５２３のスリップが発生したか否かを判定できる。従って、トルクリミッタ５２３のスリップをより精度よく検知できる。

好ましくは、第１電流閾値Ｉａは、モータ１の停動電流Ｉｓ（図３参照）に基づいて決定される。停動電流Ｉｓは、停動トルクが負荷としてモータ１に掛かる際にモータ１に流れる駆動電流である。停動トルクは、負荷によりモータ１が停止（つまり、モータシャフト１０及びロータ１１が回転停止）する際にモータシャフト１０に掛かるトルクである。第１電流閾値Ｉａは、たとえば、停動電流Ｉｓよりも所定値少ない電流値に決定される。こうすれば、第１電流閾値Ｉａを適切に決定できる。

なお、上述の例示に限定されず、トルクリミッタ５２３のスリップ検出処理において、ステップＳ１０３からＳ１０９とステップＳ１１５とが省略されてもよい。つまり、ステップＳ１０１にてモータ１の駆動が開始された後、ステップＳ１１１が実施されてもよい。この場合、第１判定部５７１にて駆動電流Ｉｄが第１電流閾値Ｉａ以上ではないと判定されると（ステップＳ１１３でＮＯ）、スリップ検出処理はステップ１１１に戻る。さらに、ステップ１２３では、計時部５２は、時点ｔ１ａから所定の第１時間Ｔ１が経過しているか否かを判定する。

＜１−５．変形例＞
次に、実施形態の変形例について説明する。なお、以下の変形例では、上述の実施形態と異なる構成について説明する。また、上述の実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

図４は、変形例に係るアクチュエータ５００の構成例を示す概念図である。図４に示すように、モータ駆動制御装置５の判定部５７は、第３判定部５７３をさらに有する。第３判定部５７３は、第２判定部５７２にて回転角度位置θｔが回転角度範囲θｓに含まれなくなったと判定された第２時点ｔ２から第２時間Ｔ２以内での駆動電流Ｉｄが第２電流閾値Ｉｂ以下になったか否かを判定する。

スリップ判定部５７４は、第３判定部５７３にて少なくとも、駆動電流Ｉｄが所定の第２電流閾値Ｉｂ以下になったと判定された場合に、トルクリミッタ５２３のスリップが発生したと判定する。

＜１−５−１．スリップ検出処理＞
図５及び図６を参照し、出力軸部５２５の回転角度位置θを３０度からθｇ＝３３０度まで移動させる場合を例示して、変形例におけるトルクリミッタ５２３のスリップ検出処理を説明する。図５は、トルクリミッタ５２３のスリップ検出処理の変形例を説明するためのフローチャートである。図６は、トルクリミッタ５２３のスリップ検出処理の変形例を説明するためのグラフである。なお、図５において、モータ１の駆動開始は、駆動指令Ｏｄに基づいて制御されるモータ１の駆動が開始されることを意味し、モータ１の回転をスムーズに開始するためにロータ１１を所定の回転角度位置に予め移動させる動作などは含まれない。また、図６において、θｓａは、各々の時点における回転角度範囲θｓの上限値である。θｓｂは、各々の時点における回転角度範囲θｓの下限値である。図６では、グラフを見易くするため、モータ１の駆動開始直後でのθｓａ及びθｓｂの図示を省略している。θｓａ及びθｓｂは、たとえば回転角度の制御位置θｏ、回転角度位置θｔなどに基づいて、予め決定される。たとえば図６に示すように、θｓａは、各々の時点における制御位置θｏに所定の回転角度幅Δθ１を加算した値（θｏ＋Δθ１）であってもよい。さらに、θｓｂは、各々の時点における制御位置θｏから所定の回転角度幅Δθ２を減算した値（θｏ−Δθ２）であってもよい。なお、回転角度幅Δθ１、Δθ２は、同じ値であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

変形例におけるスリップ検出処理において、図５のステップＳ１０１からＳ１２３はそれぞれ、実施形態におけるスリップ検出処理（図２参照）のステップＳ１０１からＳ１２３と同じである。そのため、これらの説明は省略する。

次に、第２判定部５７２にて回転角度位置θｔが回転角度範囲θｓに含まれなくなったと判定された場合（Ｓ１２１でＮＯ）、電流検出部５１は、駆動電流Ｉｄを検出する（ステップＳ２２１）。なお、第２時点ｔ２直後では、ステップＳ２２１での駆動電流Ｉｄの検出は、後述する単位時間に渡って、一定のタイミングで複数回実施される。また、それ以降では、ステップＳ２２１での駆動電流Ｉｄの検出は、後述するステップＳ２２３での変化率ΔＩｄの算出に必要な回数実施される。

モータ駆動制御装置５は、所定の単位時間に対する駆動電流Ｉｄの変化率ΔＩｄを算出する（ステップＳ２２３）。第３判定部５７３は、変化率ΔＩｄが０より小さいか否かを判定する（ステップＳ２２５）。つまり、駆動電流Ｉｄが減少傾向にあるか否かが判定される。以下では、ΔＩｄ＜０である場合での変化率の絶対値｜ΔＩｄ｜を低下率ΔＩｄｂと呼ぶ。なお、ΔＩｄ≧０であれば（ステップＳ２２５でＮＯ）、図５の処理は後述するステップＳ２２９に進む。

ΔＩｄ＜０であれば（ステップＳ２２５でＹＥＳ）、第３判定部５７３は、駆動電流Ｉｄの単位時間に対する低下率ΔＩｄｂ（＝｜ΔＩｄ｜）が低下率閾値ΔＳｂ以上になったか否かを判定する（ステップＳ２２７）。第３判定部５７３にてΔＩｄｂ≧ΔＳｂになっていないと判定された場合（ステップＳ２２７でＮＯ）、計時部５２は、第２時点ｔ２から第２時間Ｔ２が経過しているか否かを判定する（ステップＳ２２９）。第２時間Ｔ２が経過していない場合（ステップＳ２２９でＮＯ）、図５の処理は、ステップＳ２２１に戻る。一方、第２時間Ｔ２が経過している場合（ステップＳ２２９でＹＥＳ）、図５の処理は、ステップＳ１０３に戻る。

図６では、時点ｔ３において、ΔＩｄｂ≧ΔＳｂになったと第３判定部５７３にて判定される。この場合（ステップＳ２２７でＹＥＳ）、電流検出部５１は、駆動電流Ｉｄを検出する（ステップＳ２３１）。第３判定部５７３は、駆動電流Ｉｄが第２電流閾値Ｉｂ以下になっているか否かを判定する（ステップＳ２３３）。Ｉｄ≦Ｉｂになっていないと判定された場合（ステップＳ２３３でＮＯ）、計時部５２は、第２時点ｔ２から第２時間Ｔ２が経過しているか否かを判定する（ステップＳ２３５）。第２時間Ｔ２が経過していない場合（ステップＳ２３５でＮＯ）、図５の処理は、ステップＳ２３１に戻る。一方、第２時間Ｔ２が経過している場合（ステップＳ２３５でＹＥＳ）、図５の処理はステップＳ１０３に戻る。

次に、図６では、時点ｔ４において、Ｉｄ≦Ｉｂになったと第３判定部５７３にて判定される。この場合（Ｓ２３３でＹＥＳ）、スリップ判定部５７４は、トルクリミッタ５２３でスリップが発生したと判定する（ステップＳ１４１）。駆動制御部５５は、モータ１の駆動制御を停止する（ステップＳ１４３）。たとえば、図６では、時点ｔ４において、トルクリミッタ５２３でのスリップが検知され、モータ１の駆動制御が停止される。これにより、モータ１で発生するトルクが低下する、又は、モータ１が停止することにより、トルクリミッタ５２３のスリップが停止する。そして、図５のスリップ検出処理が終了する。

なお、ステップＳ１４３を実施した時点で出力軸部５２５の回転角度位置θｔが目標位置θｇに到達していなければ、たとえば図６に示すように、時点ｔ４からトルクリミッタ５２３のスリップ停止が十分に可能な時間Ｔａ後にモータ１の駆動を開始すればよい。この際、図５の処理を再開すれば、図６に示すように再駆動後のスリップ検出処理も再実施できる。なお、図６では、再実施後のθｓａ及びθｓｂの図示は省略している。

上述の変形例におけるスリップ検出処理では、Ｓ１４１からＳ１４３にて、スリップ判定部５７４は、さらに第３判定部５７３にて駆動電流Ｉｄが第２電流閾値Ｉｂ以下になったと判定された場合に、トルクリミッタ５２３にスリップが発生したと判定する。トルクリミッタ５２３がスリップすると、モータ１に係る負荷が大幅に急激に減少するため、駆動電流Ｉｄも大幅に減少する。従って、駆動電流Ｉｄが第２電流閾値Ｉｂ以下まで減少したことを検知することにより、トルクリミッタ５２３のスリップをさらに精度よく検知できる。

好ましくは、第２電流閾値Ｉｂは、無負荷電流Ｉｏに基づいて決定される。たとえば、第２電流閾値Ｉｂは、無負荷電流Ｉｏよりも所定値多い電流値に決定される。トルクリミッタ５２３のスリップにより、モータ１は過負荷状態から無負荷状態に近くなることが多い。従って、無負荷状態のモータ１に供給される駆動電流Ｉｄに基づいて、第２電流閾値Ｉｂを適切に決定できる。

また、変形例におけるスリップ検出処理では、ステップＳ２２１からＳ２２９にて、第３判定部５７３は、第２時点ｔ２から第２時間Ｔ２以内において、駆動電流Ｉｄの単位時間に対する低下率ΔＩｄｂが低下率閾値ΔＳｂ以上になったか否かを判定する。さらに、ステップＳ２３１からＳ２３５にて、第２時点ｔ２から第２時間Ｔ２以内において、第３判定部５７３は、低下率ΔＩｄｂが低下率閾値ΔＳｂ以上になったと判定される場合に、駆動電流Ｉｄが第２電流閾値Ｉｂ以下になったか否かを判定する。こうすれば、第２時点ｔ２後に、駆動電流Ｉｄが第２電流閾値Ｉｂ以下まで急激に減少したことを検知することができる。トルクリミッタ５２３がスリップすると、モータ１に掛かる負荷が大幅に急激に減少するため、駆動電流Ｉｄも急激に減少する。従って、トルクリミッタ５２３のスリップをさらに精度よく検知できる。

但し、変形例に係るスリップ検出処理において、図５の例示に限定されず、ステップＳ２２１からＳ２２９は、省略されてもよい。つまり、第２判定部５７２にて回転角度位置θｔが回転角度範囲θｓに含まれなくなったと判定された場合（Ｓ１２１でＮＯ）、ステップＳ２３１が実施されてもよい。

＜２．その他＞
以上、本発明の実施形態を説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾が生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

本発明は、トルクリミッタを介してモータで発生したトルクを出力軸部に伝達する装置に有用である。たとえば、本発明は、ロボット用のアクチュエータに利用できる。但し、この例示に限定されず、本発明は、ロボット用のアクチュエータ以外の装置にも利用可能である。

５００・・・アクチュエータ、５１０・・・モータユニット、５２０・・・減速機、５２１・・・トルク伝達機構、５２１１・・・モータ出力ギア、５２１３・・・入力ギア、５２３・・・トルクリミッタ、５２３１・・・入力側、５２３３・・・出力側、５２５・・・出力軸部、５２５１・・・出力シャフト、５２５３・・・出力ギア、５３０・・・位置検出器、６００・・・直流電源、１・・・モータ、１０・・・モータシャフト、１１・・・ロータ、１２・・・ステータ、３・・・モータ駆動部、５・・・モータ駆動制御装置、５１・・・電流検出部、５２・・・計時部、５３・・・記憶部、５５・・・駆動制御部、５７・・・判定部、５７１・・・第１判定部、５７２・・・第２判定部、５７３・・・第３判定部、５７４・・・スリップ判定部、Ｊｍ・・・モータ回転軸、Ｊｏ・・・出力回転軸、Ｏｄ・・・駆動指令、Ｓｐ・・・駆動制御信号、θ・・・回転角度位置、θｔ・・・回転角度の検出位置、θｏ・・・回転角度の制御位置、θｇ・・・回転角度の目標位置、θｓ・・・回転角度範囲、θｓａ・・・回転角度範囲の上限値、θｓｂ・・・回転角度範囲の下限値、Δθ１，Δθ２・・・回転角度幅、ｔ・・・時間、ｔ１・・・第１時点、ｔ２・・・第２時点、ｔ１ａ，ｔ３，ｔ４・・・時点、Ｔ１・・・第１時間、Ｔ２・・・第２時間、Ｔａ・・・所定の時間、Ｉｄ・・・駆動電流、Ｉａ・・・第１電流閾値、Ｉｂ・・・第２電流閾値、Ｉｓ・・・停動電流、Ｉｏ・・・無負荷電流、ΔＩｄ・・・駆動電流の変化率、ΔＩｄａ・・・増加率、ΔＳａ・・・増加率閾値、ΔＩｄｂ・・・低下率、ΔＳｂ・・・低下率閾値

Claims (10)

1. トルクリミッタを介して出力軸部に伝達するトルクを発生させるモータの駆動を、前記出力軸部に対する駆動指令に基づいて制御する駆動制御部と、
   前記トルクリミッタにスリップが発生したか否かを判定する判定部と、
   を備え、
   前記駆動制御部は、前記駆動指令に基づいて前記出力軸部の回転角度の制御位置を算出し、
   前記判定部は、
   電流検出部により検出される前記モータの駆動電流が第１電流閾値以上になったか否かを判定する第１判定部と、
   前記第１判定部にて前記駆動電流が前記第１電流閾値以上になったと判定される場合に、位置検出器により検出される前記出力軸部の回転角度位置が、前記制御位置を含む回転角度範囲に含まれているか否かを判定する第２判定部と、
   少なくとも前記第２判定部にて前記回転角度位置が前記回転角度範囲に含まれなくなったと判定された場合に、前記スリップが発生したと判定するスリップ判定部と、
   を有し、
   前記駆動制御部は、前記スリップ判定部にて前記スリップが発生したと判定された場合に、前記モータの駆動制御を停止する、モータ駆動制御装置。
2. 前記第１判定部は、
   単位時間に対する前記駆動電流の増加率が増加率閾値以上になったか否かを判定し、
   前記増加率が前記増加率閾値以上になったと判定された第１時点から第１時間以内での前記駆動電流が前記第１電流閾値以上になったか否かを判定する、請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記第１電流閾値は、前記モータの停動電流に基づいて決定される、請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記判定部は、前記第２判定部にて前記回転角度位置が前記回転角度範囲に含まれなくなったと判定された第２時点から第２時間以内での前記駆動電流が第２電流閾値以下になったか否かを判定する第３判定部をさらに有し、
   前記スリップ判定部は、さらに前記第３判定部にて前記駆動電流が前記第２電流閾値以下になったと判定された場合に、前記スリップが発生したと判定する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
5. 前記第２電流閾値は、無負荷電流に基づいて決定される、請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記第３判定部は、前記第２時点から前記第２時間以内において、
   前記駆動電流の単位時間に対する低下率が低下率閾値以上になったか否かを判定し、
   前記低下率が前記低下率閾値以上になったと判定される場合に、前記駆動電流が前記第２電流閾値以下になったか否かを判定する、請求項４又は請求項５に記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記駆動指令は、前記出力軸部の回転角度位置の指令値と、前記出力軸部の回転速度及び回転加速度のうちの少なくとも一方の指令値と、を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置と、
   前記モータと、
   を備える、モータユニット。
9. 請求項８に記載のモータユニットと、
   前記モータのトルクを前記出力軸部に伝達する前記減速機と、
   を備え、
   前記減速機は、前記モータから入力側に伝達された所定のトルク閾値未満のトルクを出力側から前記出力軸部に伝達する前記トルクリミッタを有し、
   前記トルクリミッタは、前記トルク閾値以上のトルクが前記入力側に伝達されると、前記入力側と前記出力側との間に前記スリップを生じる、アクチュエータ。
10. 前記出力軸部の前記回転角度位置を検出する前記位置検出器をさらに備え、
    前記位置検出器は、レゾルバ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダ、磁気センサ、及び、ポテンショメータのうちのいずれかである、請求項９に記載のアクチュエータ。

Images