JP2021189806A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状記憶合金の特性変動に応じて、アクチュエータの駆動を制御する制御装置を提供する。【解決手段】アクチュエータの可動部に接続された形状記憶合金を変形させることでアクチュエータの駆動を制御する制御装置であって、アクチュエータの目標変位に応じた目標信号を設定する目標信号設定部と、予め定められた補償情報に基づいて補償信号を出力する補償演算部と、目標信号および補償信号に応じた操作信号を生成する制御部と、操作信号に応じた駆動信号をアクチュエータに出力する駆動信号出力部とを備え、補償情報は、温度情報を含む制御装置を提供する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、制御装置および制御方法に関する。

従来、形状記憶合金の変形により駆動するアクチュエータの制御装置に関し、バイアス電流を与えることにより、応答性を改善することが知られている（例えば、特許文献１）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特許第４８５７５５０号公報

形状記憶合金の特性変動に応じて、アクチュエータの駆動を制御する制御装置を提供する。

本発明の第１の態様においては、アクチュエータの可動部に接続された形状記憶合金を変形させることでアクチュエータの駆動を制御する制御装置であって、アクチュエータの目標変位に応じた目標信号を設定する目標信号設定部と、予め定められた補償情報に基づいて補償信号を出力する補償演算部と、目標信号および補償信号に応じた操作信号を生成する制御部と、操作信号に応じた駆動信号をアクチュエータに出力する駆動信号出力部とを備え、補償情報は、温度情報を含む制御装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、アクチュエータの可動部に接続された形状記憶合金を変形させることでアクチュエータの駆動を制御する制御方法であって、アクチュエータの目標変位に応じた目標信号を設定する段階と、予め定められた補償情報に基づいて補償信号を出力する段階と、目標信号および補償信号に基づいて、操作信号を出力する段階と、操作信号に基づいてアクチュエータに駆動信号を出力する段階とを備え、補償情報は、アクチュエータの温度情報を含む制御方法を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

制御装置１００の構成の一例を示す。 制御装置１００の動作フローチャートの一例を示す。 バイアス式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。 プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。 プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。 バイアス式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。 プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。 プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。 プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。 制御装置１００の構成の一例を示す。 制御装置１００の構成の一例を示す。 形状記憶合金２２０の変形特性を説明するための図である。 ヒステリシスに応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。 形状記憶合金２２０のヒステリシスの一例を示す。 第１振幅振動による形状記憶合金２２０の変形特性を示す。 第２振幅振動による形状記憶合金２２０の変形特性を示す。 ヒステリシス補償部６０の動作を説明するための図である。 駆動電流Ｉｄの設定方法の一例を説明するための図である。 駆動電流Ｉｄの設定方法の一例を説明するための図である。 駆動電流Ｉｄの設定方法の一例を説明するための図である。 他軸変位に応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。 変位点Ｅｄが駆動方向および他軸方向に変位する形状記憶合金２２０の一例を示す。 温度に応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。 アクチュエータ２００の姿勢に応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。 駆動信号Ｓｄｒの補償量を決定する方法を説明するための図である。 補償量の決定方法の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１Ａは、制御装置１００の構成の一例を示す。制御装置１００は、目標信号設定部１０と、補償演算部２０と、変位信号出力部３０と、制御部４０と、駆動信号出力部５０と、バイアス信号生成部５２とを備える。本例の制御装置１００は、アクチュエータ２００の可動部２１０に接続された形状記憶合金２２０を変形させることでアクチュエータ２００の駆動を制御する。可動部２１０および形状記憶合金２２０については後述する。

目標信号設定部１０は、アクチュエータ２００の目標変位情報に応じた目標信号Ｓｇを設定する。目標信号Ｓｇは、目標変位情報によって示される目標変位にアクチュエータ２００を駆動させるための信号である。目標信号設定部１０は、複数の目標信号Ｓｇを設定してよい。例えば、アクチュエータ２００が複数の形状記憶合金２２０を備える場合、複数の形状記憶合金２２０のそれぞれに目標信号Ｓｇを設定してよい。例えば、駆動方向を複数備える場合、駆動方向のそれぞれに目標信号Ｓｇを設定してよい。

補償演算部２０は、予め定められた補償情報Ｉｃに基づいて補償信号Ｓｃを出力する。補償信号Ｓｃは、形状記憶合金２２０の特性変動を補償するための補償量を含む。例えば、形状記憶合金２２０の特性変動とは、アクチュエータ２００の動作状態、動作環境および動作履歴等に応じて、形状記憶合金２２０の駆動信号Ｓｄｒに対する変形特性が変動することを指す。制御装置１００は、補償信号Ｓｃに応じて、増減された駆動信号Ｓｄｒをアクチュエータ２００に出力する。

補償情報Ｉｃは、形状記憶合金２２０の特性変動を補償するために必要な情報を含む。例えば、補償情報Ｉｃは、形状記憶合金２２０のヒステリシス情報のような形状記憶合金２２０の変形特性に関する情報を含む。一例において、ヒステリシス情報は、形状記憶合金２２０の伸縮に関する履歴情報を含む。また、補償情報Ｉｃは、可動部２１０の変位情報、温度情報または姿勢情報等を含んでよい。補償情報Ｉｃの具体例については、後述する。

駆動信号Ｓｄｒは、形状記憶合金２２０に予め定められた駆動電流Ｉｄまたは駆動電圧Ｖｄを与えるための信号である。駆動信号Ｓｄｒは、形状記憶合金２２０の温度を変態温度領域に設定するためのバイアス信号Ｓｂを含む。変態温度領域については、後述する。例えば、駆動信号Ｓｄｒに応じて駆動電流Ｉｄを供給する場合、駆動信号出力部５０は、バイアス信号Ｓｂとしてバイアス電流Ｉｂを形状記憶合金２２０に供給する。

変位信号出力部３０は、可動部２１０の現在変位情報に基づく変位信号Ｓｄを出力する。変位信号Ｓｄは、可動部２１０の予め定められた基準位置からの変位に関する情報を含む。現在変位情報は、可動部２１０の現在位置の座標等の情報を含む。一例において、変位信号出力部３０は、現在変位情報として、可動部２１０の位置を検出するための位置センサからの出力を取得して、位置センサの出力変化に応じた変位信号Ｓｄを制御部４０に出力する。別の例において、位置センサが位置検出部２３０として制御装置１００の外部に設けられてもよい。位置検出部２３０については後述する。

現在変位情報は、形状記憶合金２２０の抵抗変化に応じた情報であってもよい。この場合、変位信号出力部３０は、形状記憶合金２２０の抵抗変化に応じた変位信号Ｓｄを制御部４０に出力する。変位信号Ｓｄは、形状記憶合金２２０の抵抗変化から、形状記憶合金２２０の長さを取得することによって算出される。本例の制御装置１００では、形状記憶合金２２０の特性変動を補償して制御することにより、可動部２１０の位置精度と応答性を向上できる。

制御部４０は、操作信号Ｓｍを出力して、アクチュエータ２００に供給する駆動信号Ｓｄｒを制御する。本例の制御部４０は、目標信号Ｓｇ、変位信号Ｓｄおよび補償信号Ｓｃに応じた操作信号Ｓｍを出力する。即ち、本例の制御部４０は、アクチュエータ２００からの変位信号Ｓｄによってフィードバック制御しているので、クローズドループ制御回路として機能する。操作信号Ｓｍは、形状記憶合金２２０の操作量を示す信号である。

駆動信号出力部５０は、駆動信号Ｓｄｒに応じて形状記憶合金２２０を変形させることにより、アクチュエータ２００を駆動させる。駆動信号出力部５０は、操作信号Ｓｍ、補償信号Ｓｃおよびバイアス信号Ｓｂに応じた駆動信号Ｓｄｒをアクチュエータ２００に出力する。例えば、駆動信号出力部５０は、操作信号Ｓｍに応じてバイアス信号Ｓｂを基準に駆動信号Ｓｄｒを増減する。アクチュエータ２００が複数の形状記憶合金２２０を有する場合、駆動信号出力部５０は、それぞれの形状記憶合金２２０に駆動信号Ｓｄｒを出力してよい。他の例において、駆動信号出力部５０は、供給するバイアス信号Ｓｂをそれぞれの形状記憶合金２２０で変更してもよい。

バイアス信号生成部５２は、バイアス信号Ｓｂを生成する。バイアス信号生成部５２は、アクチュエータ２００が複数の形状記憶合金２２０を有する場合であっても、複数の形状記憶合金２２０に対して同一のバイアス信号Ｓｂを生成してよい。この場合、制御装置１００は、複数の形状記憶合金２２０毎に異なる補償量で補償する。例えば、バイアス信号生成部５２は、形状記憶合金２２０の応答性が向上するように、バイアス信号Ｓｂを設定する。なお、バイアス信号生成部５２は、複数の形状記憶合金２２０に対して異なるバイアス信号Ｓｂを生成してもよい。

なお、本例の制御装置１００は、変位信号出力部３０を用いて、制御対象の現在位置情報をフィードバックして、目標位置との差分をゼロに収束させるように制御するクローズドループ制御を用いている。但し、制御装置１００は、変位信号出力部３０を用いずに、目標位置情報に応じた操作量で制御対象を制御するオープンループ制御を用いてもよい。オープンループ制御の場合、制御部４０は、目標信号Ｓｇおよび補償信号Ｓｃに基づいて操作信号Ｓｍを出力する。

図１Ｂは、制御装置１００の動作フローチャートの一例を示す。ステップＳ１０において、アクチュエータ２００の目標変位情報に基づく目標信号Ｓｇを設定する。ステップＳ１２において、予め定められた補償情報Ｉｃに基づいて補償信号Ｓｃを出力する。ステップＳ１４において、現在変位情報に基づいて変位信号Ｓｄを出力する。なお、ステップＳ１０〜ステップＳ１４の順序は本例に限られず、入れ替えられてもよい。

ステップＳ１６において、操作信号Ｓｍを出力する。ステップＳ１８において、操作信号Ｓｍに基づいてアクチュエータ２００に駆動信号Ｓｄｒを出力する。なお、ステップＳ１０〜ステップＳ１８は繰り返し実行されてもよい。

図２Ａ〜図２Ｇは、アクチュエータ２００の構成の概要を示す。本例のアクチュエータ２００は、形状記憶合金（ＳＭＡ：ＳＨＡＰＥ ＭＥＭＯＲＹ ＡＬＬＯＹ）の変形により駆動するＳＭＡアクチュエータである。アクチュエータ２００は、可動部２１０および形状記憶合金２２０を備える。アクチュエータ２００は、バイアス部材２２５をさらに備えてよい。即ち、アクチュエータ２００は、形状記憶合金２２０が発生する推力によって可動部２１０を動作させる。

可動部２１０は、形状記憶合金２２０の推力によって位置が変位する。例えば、可動部２１０は、撮像装置に設けられ、撮像装置に入射する光を屈折させるレンズである。可動部２１０は、予め定められた駆動方向に変位する。例えば、アクチュエータ２００が撮像装置に搭載される場合、可動部２１０が変位することにより、オートフォーカス機能または手振れ補正機能を実現する。

形状記憶合金２２０は、可動部２１０と連結されている。形状記憶合金２２０は、ワイヤ形状を有し、加熱または放熱により変形する。形状記憶合金２２０の加熱および放熱は、形状記憶合金２２０に流れる電流または形状記憶合金２２０に印加される電圧を制御することにより実現される。一例において、形状記憶合金２２０は、加熱によって収縮して、放熱によって伸長する。例えば、形状記憶合金２２０は、ＮｉＴｉで形成され、結晶構造がマルテンサイト相（Ｍ）とオーステナイト相（Ａ）との間で変化することによって収縮または伸長する。

バイアス部材２２５は、可動部２１０と連結され、形状記憶合金２２０の収縮および伸長に応じて、可動部２１０の位置を変化させる。例えば、バイアス部材２２５は、収縮または伸長した場合に形状記憶合金２２０が可動部２１０に対して発生する推力方向に可動部２１０を変位させる。

なお、本例では、アクチュエータ２００を駆動することにより、撮像装置に設けられた可動部２１０を調整する場合について説明した。しかしながら、アクチュエータ２００は、形状記憶合金２２０により駆動が制御されるものであれば、他の用途に適用されてよい。

図２Ａは、バイアス式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、１本の形状記憶合金２２０と、１つのバイアス部材２２５とを備える。形状記憶合金２２０は、予め定められた駆動方向（例えば、Ｙ軸方向）に延伸して設けられ、形状記憶合金２２０の推力が、バイアス部材２２５のばね推力と釣り合うように設けられている。形状記憶合金２２０の推力とは、駆動信号Ｓｄｒに応じて形状記憶合金２２０に発生する推力である。可動部２１０は、形状記憶合金２２０の推力およびばね推力によって、予め定められた駆動方向（例えば、Ｙ軸方向）に変位する。

例えば、制御装置１００は、形状記憶合金２２０の通電を開始すると、形状記憶合金２２０を収縮させて、バイアス部材２２５の伸びる方向に可動部２１０を変位させる。一方、制御装置１００は、形状記憶合金２２０の通電を終了すると、形状記憶合金２２０を伸長させて、バイアス部材２２５の縮む方向に可動部２１０を変位させる。

形状記憶合金２２０の一方の端点が固定点Ｅｆであり、他方の端点が変位点Ｅｄである。固定点Ｅｆは、可動部２１０の変位によらず、予め定められた位置に固定されている。変位点Ｅｄは、可動部２１０と連結された点であり、可動部２１０の変位に応じて移動する。なお、バイアス部材２２５も同様に、バイアス部材２２５の一方の端点が固定点Ｅｆであり、他方の端点が変位点Ｅｄである。バイアス部材２２５は、変位点Ｅｄにおいて、可動部２１０と連結されている。

図２Ｂは、プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。複数の形状記憶合金２２０が可動部２１０にプッシュプル配置で接続されている。プッシュプル式のアクチュエータ２００では、複数の形状記憶合金２２０の推力をバランスさせて動作する。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、２本の形状記憶合金２２０とを備える。複数の形状記憶合金２２０は、変位点Ｅｄにおいて、可動部２１０とそれぞれ連結されている。

形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂは、予め定められた駆動方向（例えば、Ｙ軸方向）に延伸して設けられ、形状記憶合金２２０の推力が互いに釣り合うように設けられている。可動部２１０は、２本の形状記憶合金２２０によってバランスさせて、予め定められた駆動方向（例えば、Ｙ軸方向）に変位する。

形状記憶合金２２０ａは、形状記憶合金２２０ｂと対となって設けられている。駆動信号出力部５０は、形状記憶合金２２０ａと形状記憶合金２２０ｂとに異なる補償量で補償された駆動信号Ｓｄｒを出力してよい。例えば、形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂは、ヒステリシスまたはアクチュエータ２００の姿勢等に応じた補償量で特性変動が補償されてよい。

図２Ｃは、プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、２本の形状記憶合金２２０と、２つのバイアス部材２２５を備える。形状記憶合金２２０およびバイアス部材２２５は、変位点Ｅｄにおいて、可動部２１０とそれぞれ連結されている。形状記憶合金２２０ａおよびバイアス部材２２５ａは、予め定められた駆動方向（例えば、Ｙ軸方向）において、形状記憶合金２２０ｂおよびバイアス部材２２５ｂと推力が互いに釣り合うように設けられている。

図２Ｄは、バイアス式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、２本の形状記憶合金２２０と、２つのバイアス部材２２５を備える。形状記憶合金２２０およびバイアス部材２２５は、変位点Ｅｄにおいて、可動部２１０とそれぞれ連結されている。形状記憶合金２２０ａおよびバイアス部材２２５ａは、Ｙ軸方向において、形状記憶合金２２０の推力とばね推力が釣り合うように設けられている。同様に、形状記憶合金２２０ｂおよびバイアス部材２２５ｂは、Ｘ軸方向において、形状記憶合金２２０の推力とばね推力が釣り合うように設けられている。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０を２軸方向に変位させることができる。

図２Ｅは、プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、４本の形状記憶合金２２０ａ〜形状記憶合金２２０ｄとを備える。４本の形状記憶合金２２０ａ〜形状記憶合金２２０ｄは、変位点Ｅｄにおいて、可動部２１０とそれぞれ連結されている。

形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂは、予め定められた駆動方向（例えば、Ｙ軸方向）に延伸して設けられ、形状記憶合金２２０の推力が互いに釣り合うように設けられている。同様に、形状記憶合金２２０ｃおよび形状記憶合金２２０ｄは、予め定められた駆動方向（例えば、Ｘ軸方向）に延伸して設けられ、形状記憶合金２２０の推力が互いに釣り合うように設けられている。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０を２軸方向に変位させることができる。

図２Ｆは、プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、４本の形状記憶合金２２０ａ〜形状記憶合金２２０ｄとを備える。４本の形状記憶合金２２０ａ〜形状記憶合金２２０ｄは、変位点Ｅｄにおいて、可動部２１０とそれぞれ連結されている。４本の形状記憶合金２２０ａ〜形状記憶合金２２０ｄは、可動部２１０の駆動方向（例えば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に対して斜めに延伸して設けられている。

図２Ｇは、プッシュプル式であるアクチュエータ２００の構成の一例を示す。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、４本の形状記憶合金２２０と、４つのバイアス部材２２５を備える。４本の形状記憶合金２２０および４つのバイアス部材２２５は、変位点Ｅｄにおいて、可動部２１０とそれぞれ連結されている。

形状記憶合金２２０ａおよびバイアス部材２２５ａは、Ｙ軸方向において、形状記憶合金２２０ｂおよびバイアス部材２２５ｂと推力が互いに釣り合うように設けられている。同様に、形状記憶合金２２０ｃおよびバイアス部材２２５ｃは、Ｘ軸方向において、形状記憶合金２２０ｄおよびバイアス部材２２５ｄと推力が互いに釣り合うように設けられている。

図３Ａは、制御装置１００の構成の一例を示す。本例の制御装置１００は、駆動信号出力部５０が複数のチャネルを有する点で図１Ａの制御装置１００と相違する。

駆動信号出力部５０は、複数のチャネルを有し、それぞれ駆動信号Ｓｄｒを出力する。これにより、アクチュエータ２００が複数の形状記憶合金２２０を備える場合に、それぞれの形状記憶合金２２０に対して、異なる駆動信号Ｓｄｒを出力することができる。例えば、駆動信号出力部５０は、形状記憶合金２２０の本数に応じた複数のチャネルを有し、形状記憶合金２２０のそれぞれの変形特性に応じた駆動信号Ｓｄｒを出力する。例えば、複数の形状記憶合金２２０のそれぞれが異なる変形特性を示す場合に、駆動信号出力部５０は、バイアス信号Ｓｂを基準に、変形特性に応じてそれぞれ適当な操作量で増減させる。アクチュエータ２００が意図しない方向に駆動してしまうのを防ぐことができる。

本例の制御装置１００は、駆動信号出力部５０が複数のチャネルを備えるので、図２Ｂ〜図２Ｇで示したようにアクチュエータ２００が複数の形状記憶合金２２０を備える場合であっても、それぞれの変形特性に応じた駆動信号Ｓｄｒを出力することができる。

図３Ｂは、制御装置１００の構成の一例を示す。本例の制御装置１００は、２軸方向に可動部２１０を可動させる場合について説明する。本例では、図３Ａと相違する点について特に説明する。

制御装置１００は、目標信号設定部１０と、補償演算部２０と、変位信号出力部３０と、制御部４０と、駆動信号出力部５０と、バイアス信号生成部５２とをそれぞれ複数備えている。本例の制御装置１００は、第１軸（例えば、Ｘ軸）および第２軸（例えば、Ｙ軸）に対応して各構成を２つずつ備えている。

目標信号設定部１０ａは、第１軸方向の目標変位に対応する目標変位情報に応じた目標信号Ｓｇを設定する。一方、目標信号設定部１０ｂは、第２軸方向の目標変位に対応する目標変位情報に応じた目標信号Ｓｇを設定する。

また、変位信号出力部３０ａは、第１軸方向の現在変位に対応する形状記憶合金２２０の現在変位情報を取得する。一方、変位信号出力部３０ｂは、第２軸方向の現在変位に対応する形状記憶合金２２０の現在変位情報を取得する。

これにより、制御装置１００は、第１軸方向に可動部２１０を可動させるための形状記憶合金２２０と、第２軸方向に可動部２１０を可動させるための形状記憶合金２２０とに対して、それぞれ異なる目標信号Ｓｇ、変位信号Ｓｄ、補償信号Ｓｃおよびバイアス信号Ｓｂに基づいて、駆動信号Ｓｄｒを出力することができる。

図４は、形状記憶合金２２０の変形特性を説明するための図である。形状記憶合金２２０は、マルテンサイト相およびオーステナイト相と、これらの間の変態温度領域とを有する。形状記憶合金２２０は、変態開始温度以下の温度（即ち、マルテンサイト相）において、外力を受けて塑性変形した場合であっても、逆変態終了温度以上の温度で加熱されると記憶された形状に復元する特性を有する。

例えば、形状記憶合金２２０は、変態温度領域において、加熱によって収縮して、放熱によって伸長する。形状記憶合金２２０の温度が変態温度領域に収まるようにバイアス信号Ｓｂを設定することにより、加熱および放熱に対する形状記憶合金２２０の応答性が改善する。応答性とは、形状記憶合金２２０に駆動信号Ｓｄｒを供給してから、可動部２１０の変位が開始するまでの速さを指す。制御装置１００は、変態温度領域の中でも優れた応答性を示す温度に設定してよい。形状記憶合金２２０の張り過ぎまたは緩みを無くすことで、可動部２１０の応答性を良好に制御できる。

図５Ａは、ヒステリシスに応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。本例の制御装置１００は、ヒステリシス補償部６０を備える。補償情報Ｉｃは、形状記憶合金２２０のヒステリシス情報を含む。

ヒステリシス補償部６０は、形状記憶合金２２０のヒステリシスを補償するための補償信号Ｓｃを出力する。ヒステリシス補償部６０は、補償演算部２０と、更新部６４と、記憶部６２とを備える。なお、ヒステリシス補償部６０は、制御装置１００の外部に設けられてよい。

記憶部６２は、操作信号Ｓｍあるいは駆動信号Ｓｄｒの直近の最大値および最小値をヒステリシス情報として記憶する。例えば、記憶部６２は、操作信号Ｓｍまたは駆動信号Ｓｄｒをヒステリシス情報として記憶する。

更新部６４は、記憶部６２が操作信号Ｓｍあるいは駆動信号Ｓｄｒの直近の最大値および最小値を記憶するように記憶部６２に対して、更新指示信号Ｓｕを出力する。例えば、更新部６４は、制御装置１００が出力した駆動信号Ｓｄｒを取得して、駆動信号Ｓｄｒの変化に応じて記憶部６２の更新のタイミングを判断する。

本例の制御装置１００は、補償情報Ｉｃとしてヒステリシス情報を取得して、形状記憶合金２２０の特性変動を補償する。形状記憶合金２２０のヒステリシスによる変形特性の変動影響を低減して、可動部２１０の位置精度および応答性を向上できる。

図５Ｂは、形状記憶合金２２０のヒステリシスの一例を示す。縦軸は形状記憶合金２２０の長さを示し、横軸は駆動信号Ｓｄｒを示す。実線は、駆動信号Ｓｄｒが大きくなるように掃引して、形状記憶合金２２０を加熱する場合を示す。破線は、駆動信号Ｓｄｒが小さくなるように掃引して、形状記憶合金２２０を放熱する場合を示す。

形状記憶合金２２０がヒステリシスを有しており、駆動信号Ｓｄｒの加熱方向と放熱方向とで異なる変形特性を示している。例えば、点Ａ〜点Ｃは、駆動信号Ｓｄｒの放熱方向から加熱方向に転じる点である。点Ｄ〜点Ｆは、駆動信号Ｓｄｒの加熱方向から放熱方向に転じる点である。

このように、アクチュエータ２００の駆動状態に応じて、形状記憶合金２２０を制御するために必要な駆動信号Ｓｄｒの大きさが異なる。駆動信号出力部５０は、駆動信号Ｓｄｒの加熱方向と放熱方向とで異なる補償量で補償された駆動信号Ｓｄｒを出力してよい。

図５Ｃは、第１振幅振動による形状記憶合金２２０の変形特性を示す。縦軸は形状記憶合金２２０の長さを示し、横軸は駆動信号Ｓｄｒを示す。本例では、制御装置１００は、第１振幅でＭＡＸ側からＭＩＮ側まで形状記憶合金２２０を伸縮させた場合の周波数応答および過渡応答に基づいて、必要な駆動信号Ｓｄｒを決定する。第１振幅は、後述する第２振幅と異なる大きさの振幅である。

図５Ｄは、第２振幅振動による形状記憶合金２２０の変形特性を示す。縦軸は形状記憶合金２２０の長さを示し、横軸は駆動信号Ｓｄｒを示す。本例では、制御装置１００は、第２振幅で形状記憶合金２２０を伸縮させた場合の周波数応答および過渡応答に基づいて、必要な駆動信号Ｓｄｒを決定する。本例の第２振幅は、第１振幅よりも大きな振幅である。

このように、形状記憶合金２２０のヒステリシスの大きさは、形状記憶合金２２０の目標値によっても異なる。例えば、形状記憶合金２２０のヒステリシスに応じて、形状記憶合金２２０の長さが基準値となるのに必要な駆動信号Ｓｄｒが変化する。そのため、形状記憶合金２２０のヒステリシスに応じて、必要な補償量の大きさも異なる。一例において、第１振幅振動および第２振幅振動のそれぞれの応答特性が同等となるようにヒステリシス補償量が決定される。これにより、形状記憶合金２２０の振幅の大きさによる影響を低減できる。

例えば、制御装置１００は、図５Ｂにおいて、駆動信号Ｓｄｒが加熱方向に掃引されている場合であっても、直前に放熱方向から加熱方向に折り返した点の位置によっても補償量を変化させてよい。図５Ｂにおいて、駆動信号Ｓｄｒが加熱方向に掃引されている場合に必要な補償量は、折り返す駆動信号Ｓｄｒの大きさ（例えば、点Ａ〜点Ｃ等）によっても変化する。同様に、図５Ｂにおいて、駆動信号Ｓｄｒが放熱方向に掃引されている場合に必要な補償量は、折り返す駆動信号Ｓｄｒの大きさ（例えば、点Ｄ〜点Ｆ等）によっても変化する。

図５Ｅは、ヒステリシス補償部６０の動作を説明するための図である。縦軸は操作信号Ｓｍによる操作量を示し、横軸は任意の時刻ｔを示す。

本例のヒステリシス情報は、形状記憶合金２２０の駆動信号Ｓｄｒの履歴情報である。履歴情報は、駆動信号Ｓｄｒの掃引方向の折り返しに関する折り返し情報を含む。折り返し情報は、駆動信号Ｓｄｒが加熱方向から放熱方向に転じる際の駆動信号ＳｄｒであるＭＡＸ側の折り返し情報を含む。また、折り返し情報は、駆動信号Ｓｄｒによる放熱方向から加熱方向に転じる際の駆動信号ＳｄｒであるＭＩＮ側の折り返し情報を含む。なお、履歴情報は、駆動信号Ｓｄｒに限らず、操作信号Ｓｍまたは変位信号Ｓｄに基づく情報であってもよい。

ＭＡＸ側の折り返し情報は、第１折り返し情報の一例である。ＭＡＸ側の折り返し点は、図５Ｂの点Ｄ〜点Ｆに対応する。ＭＩＮ側の折り返し情報は、第２折り返し情報の一例である。ＭＩＮ側の折り返し点は、図５Ｂの点Ａ〜点Ｃに対応する。

時刻ｔ１は、加熱方向から放熱方向に折り返すタイミングを示す。時刻ｔ１において、更新部６４は、記憶部６２が記憶していた、加熱方向から放熱方向に転じる際の駆動信号Ｓｄｒに関する折り返し情報（即ち、ＭＡＸ側の折り返し情報）をリセットする。時刻ｔ１〜時刻ｔ３において、記憶部６２は、時刻ｔ１における駆動信号ＳｄｒをＭＡＸ側ピークホールド値として記憶する。

時刻ｔ２は、放熱方向から加熱方向に折り返すタイミングを示す。時刻ｔ２において、更新部６４は、記憶部６２が記憶していた、放熱方向から加熱方向に転じる際の駆動信号Ｓｄｒに関する折り返し情報（即ち、ＭＩＮ側の折り返し情報）をリセットする。時刻ｔ２〜時刻ｔ４において、記憶部６２は、時刻ｔ２における駆動信号ＳｄｒをＭＩＮ側ピークホールド値として記憶する。

このように、記憶部６２は、直前のＭＡＸ側の折り返し情報またはＭＩＮ側の折り返し情報を記憶しておく。ヒステリシス補償部６０は、ＭＡＸ側ピークホールド値およびＭＩＮ側ピークホールド値を更新しながら、形状記憶合金２２０のヒステリシスを補償する。

本例の制御装置１００は、形状記憶合金２２０の特性変動を補償して制御することにより、形状記憶合金２２０のワイヤ張力を適切に維持することができる。これにより、形状記憶合金２２０の張り過ぎおよび緩みを回避できる。また、本例の制御装置１００は、最新の履歴情報に基づいて、動的に形状記憶合金２２０の補償量を変更することができる。

また、本例の制御装置１００は、形状記憶合金２２０のワイヤ張力を適切に維持して形状記憶合金２２０の張り過ぎおよび緩みを無くすことにより、可動部２１０の応答性を向上できる。可動部２１０の応答性を向上することにより、形状記憶合金２２０の加熱時間を短縮できる。ワイヤ張力を適切に維持することにより、過剰なワイヤ張力を回避して形状記憶合金２２０の破壊を抑制できる。したがって、アクチュエータ２００の信頼性および応答性を向上できる。

図６Ａは、駆動電流Ｉｄの設定方法の一例を説明するための図である。本例のアクチュエータ２００は、可動部２１０と、形状記憶合金２２０ａと、形状記憶合金２２０ｂと、位置検出部２３０とを備える。形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂは、それぞれ形状記憶合金Ａと形状記憶合金Ｂとに対応する。

位置検出部２３０は、可動部２１０の位置を検出する位置センサとして機能する。例えば、位置検出部２３０は、位置センサ（例えば、ホール素子）を用いて可動部２１０の位置を検出する。また、位置検出部２３０は、形状記憶合金２２０の抵抗値から形状記憶合金２２０の長さを算出して、間接的に可動部２１０の位置を検出してよい。

操作量Ｓｍ０は、可動部２１０の基準位置における操作量である。本例の基準位置は、形状記憶合金２２０ａと形状記憶合金２２０ｂの長さが等しい位置である。

ワイヤ長Ｌ０は、可動部２１０が基準位置に位置する場合の、形状記憶合金２２０の長さである。本例の形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂは、予め定められたバイアス電流Ｉｂが供給されることにより、ワイヤ長Ｌ０に設定されている。

図６Ｂは、駆動電流Ｉｄの設定方法の一例を説明するための図である。本例では、形状記憶合金２２０ａに供給する駆動電流Ｉｄを大きくして、形状記憶合金２２０ｂに供給する駆動電流Ｉｄを小さくすることにより、操作量をＳｍ０より大きくしている。形状記憶合金２２０ａのワイヤ長は、基準のワイヤ長Ｌ０よりも短くなり、形状記憶合金２２０ｂのワイヤ長は、基準のワイヤ長Ｌ０よりも長くなっている。

図６Ｃは、駆動電流Ｉｄの設定方法の一例を説明するための図である。ヒステリシスによって、形状記憶合金２２０ａと形状記憶合金２２０ｂとで駆動電流Ｉｄに対するワイヤ長の変形特性が変化しているので、同一のワイヤ長に設定するために必要な駆動電流Ｉｄが異なる。

形状記憶合金２２０ａでは、基準位置に対応する操作量Ｓｍ０およびワイヤ長Ｌ０に設定するための駆動電流Ｉｄが図６Ａの場合よりも小さくなる。一方、形状記憶合金２２０ｂでは、基準位置に対応する操作量Ｓｍ０およびワイヤ長Ｌ０に設定するための駆動電流Ｉｄが図６Ａの場合よりも大きくなる。本例の制御装置１００は、ヒステリシスを補償することにより、可動部２１０を基準位置に設定して、形状記憶合金２２０のワイヤ張力を適切に維持することができる。

図７Ａは、他軸変位に応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。本例の制御装置１００は、補償演算部２０に他軸変位補償部７０を備える。本例の制御装置１００は、可動部２１０が少なくとも２つの軸方向に変位可能なアクチュエータ２００の駆動を制御する。例えば、可動部２１０は予め定められた駆動方向と、駆動方向とは異なる軸方向のうち少なくとも１つの軸方向である他軸方向に変位する。

他軸変位補償部７０は、現在変位情報に応じて、可動部２１０の、他軸の変位による自軸の変位への干渉を補償するための補償情報Ｉｃを出力する。他軸変位補償部７０に入力される現在変位情報は、変位信号出力部３０に入力される現在変位情報と同一であってよい。現在変位情報として他軸の目標信号Ｓｇを用いても良い。現在変位情報および他軸の目標信号Ｓｇは、補償演算部２０に入力される補償情報Ｉｃの一例である。本例の他軸変位補償部７０は、他軸方向における変位に関する変位情報を補償情報Ｉｃとして補償演算部２０に出力する。補償演算部２０は、他軸方向の変位に基づく形状記憶合金２２０の特性変動を補償するための補償信号Ｓｃを生成する。

図７Ｂは、変位点Ｅｄが駆動方向および他軸方向に変位する形状記憶合金２２０の一例を示す。形状記憶合金２２０ａの変位点Ｅｄは、形状記憶合金２２０ｂの変位点Ｅｄと連結されている。本例の変位点Ｅｄは、駆動方向（即ち、Ｙ軸方向）および他軸方向（即ち、Ｘ軸方向）に変位する。本例では、変位点ＥｄがＭ地点に位置する場合と、変位点ＥｄがＮ地点に位置する場合とが示されている。Ｍ地点とＮ地点とでは、駆動方向の座標が同一であるが、他軸方向の座標が異なる。そのため、駆動方向の位置が同じであっても、形状記憶合金２２０の長さが異なる場合がある。

変位点ＥｄがＭ地点に位置する場合、形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂの長さをそれぞれＬａとＬｂとする。変位点ＥｄがＭ地点に位置する場合、形状記憶合金２２０ａと形状記憶合金２２０ｂの長さが等しくＬａ＝Ｌｂとなる。この場合、形状記憶合金２２０ａのワイヤ張力と形状記憶合金２２０ｂのワイヤ張力とが等しくなる。

一方、変位点ＥｄがＮ地点に位置する場合、形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂの長さがそれぞれＬａ'とＬｂ'となる。変位点ＥｄがＮ地点に位置する場合、形状記憶合金２２０ａの方が形状記憶合金２２０ｂよりも短くなりＬａ'＜Ｌｂ'となる。この場合、形状記憶合金２２０ａが形状記憶合金２２０ｂよりも緩みやすくなる。このように、変位点Ｅｄの位置と形状記憶合金２２０ａおよび形状記憶合金２２０ｂの長さの関係とが他軸方向の変位によっても変化する。

例えば、制御装置１００は、変位点ＥｄがＮ地点に位置する場合、形状記憶合金２２０ａと形状記憶合金２２０ｂとで異なる駆動信号Ｓｄｒを出力することによって、形状記憶合金２２０の他軸の変位による自軸の変位への干渉を補償する。本例の制御装置１００は、他軸方向における変位に関する変位情報を含む補償情報Ｉｃに基づいて、形状記憶合金２２０に与える駆動信号Ｓｄｒを補償する。これにより、他軸方向における変位の影響を抑制することができる。

図８は、温度に応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。本例の制御装置１００は、補償演算部２０に温度補償部８０を備える。

温度補償部８０は、任意の温度センサから温度情報を取得する。温度情報は、補償演算部２０に入力される補償情報Ｉｃの一例である。例えば、温度補償部８０は、温度情報としてアクチュエータ２００の環境温度を取得する。温度補償部８０は、温度に応じた形状記憶合金２２０の特性変動を補償するために、温度情報を含む補償情報Ｉｃを補償演算部２０に出力する。温度補償部８０および温度センサは、制御装置１００の外部に設けられてよい。この場合、補償演算部２０は、制御装置１００の外部から補償情報Ｉｃを取得する。

形状記憶合金２２０の温度は、環境温度と通電による加放熱とに依存して決まる。従って、環境温度が高くなるほど形状記憶合金２２０が収縮しやすくなり、環境温度が低くなるほど形状記憶合金２２０が伸長しやすくなる。例えば、補償演算部２０は、アクチュエータ２００の環境温度が予め定められた基準温度よりも大きい場合、駆動信号Ｓｄｒの大きさを基準値よりも小さくする。一方、補償演算部２０は、アクチュエータ２００の環境温度が予め定められた基準温度よりも小さい場合、駆動信号Ｓｄｒの大きさを基準値よりも大きくしてよい。なお、補償情報Ｉｃが温度情報に加えてヒステリシス情報も含む場合、補償演算部２０は、温度情報に応じて、ヒステリシス情報を補償してよい。

図９は、アクチュエータ２００の姿勢に応じた特性変動を補償する制御装置１００の構成の一例を示す。本例の制御装置１００は、補償演算部２０に姿勢補償部９０を備える。

姿勢補償部９０は、アクチュエータ２００の姿勢情報を取得する。姿勢情報は、補償演算部２０に入力される補償情報の一例である。姿勢補償部９０は、加速度センサの重力加速度情報から姿勢情報を取得してもよい。形状記憶合金２２０は、アクチュエータ２００の姿勢によって長さおよびワイヤ張力が変化する場合がある。本例の姿勢補償部９０は、アクチュエータ２００の姿勢が形状記憶合金２２０に与える変形特性の変化を補償するために、姿勢情報を含む補償情報Ｉｃを補償演算部２０に出力する。

姿勢情報は、アクチュエータ２００に設けられた加速度センサ等のセンサによって取得されてよい。一例において、姿勢情報は、センサが取得した磁束密度の変化に応じた情報を含む。

本例の制御装置１００は、図３Ａおよび図３Ｂの実施例のように、駆動信号出力部５０において複数のチャネルを備えてもよい。この場合、駆動信号出力部５０は、複数の形状記憶合金２２０に応じた複数のチャネルを有し、姿勢情報に応じて、複数の形状記憶合金２２０のそれぞれに異なる補償量で補償された駆動信号Ｓｄｒを出力する。これにより、制御装置１００は、アクチュエータ２００の姿勢に応じた特性変動を、複数の形状記憶合金２２０毎に補償することができる。

なお、本例の制御装置１００は、他の実施例と適宜組み合わせて用いられてよい。制御装置１００は、ヒステリシス補償部６０、他軸変位補償部７０、温度補償部８０および姿勢補償部９０の少なくとも１つを備えてよい。即ち、制御装置１００は、ヒステリシスに応じた特性変動、他軸変位に応じた特性変動、温度に応じた特性変動または姿勢情報に応じた特性変動の少なくとも１つを補償する。

図１０Ａは、駆動信号Ｓｄｒの補償量を決定する方法を説明するための図である。同図は、駆動信号Ｓｄｒの補償量と位置制御誤差との関係、および駆動信号Ｓｄｒの補償量と追従性との関係を示す。駆動信号Ｓｄｒの補償量とは、バイアス信号Ｓｂを基準として駆動信号Ｓｄｒを増減するための補償量である。駆動信号Ｓｄｒの補償量は、位置制御誤差の許容誤差の範囲内であって、追従性が高くなるように設定される。

図１０Ｂは、補償量の決定方法の一例を示す。本例では、形状記憶合金２２０の特性変動を補償するための補償量を決定する方法を説明する。

ステップＳ１００において、補償量を予め定められた最小値に設定する。補償量の最小値は、任意に設定されてよい。ステップＳ１０２において、位置制御誤差を測定する。

ステップＳ１０４において、位置制御誤差が許容範囲内であるか否かを判断する。位置制御誤差が許容範囲内である場合、ステップＳ１０６に進み、位置制御誤差が許容範囲内でない場合、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１０６において、過渡応答特性を測定する。そして、ステップＳ１０８において、過渡応答特性の測定結果に基づいて、形状記憶合金２２０の追従性が改善しているか否かを判断する。形状記憶合金２２０の追従性が改善している場合、ステップＳ１１０に進み、追従性が改善した補償量を暫定の補償量として記憶する。形状記憶合金２２０の追従性が改善していない場合、ステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１２において、補償量が予め定められた最大値未満であるか否かを判断する。補償量が最大値未満の場合、ステップＳ１１４に進む。補償量が最大値未満でない場合、ステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１４において、補償量が最大値未満である場合、補償量を増加させて、ステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１１６において、ステップＳ１１０で記憶した暫定の値を補償量として設定して調整を終了する。なお、ステップＳ１１０で記憶した暫定の値がない場合は、補償量の予め定められた最小値に設定してもよい。本例の補償量の決定方法により、補償量の予め定められた範囲内において、位置制御誤差の許容範囲内で、追従性が向上する補償量を決定することができる。

また、本例の補償量の決定方法は、補償対象となる項目ごとに実行されてよい。即ち、制御装置１００は、ヒステリシスに応じた特性変動、他軸変位に応じた特性変動、姿勢情報に応じた特性変動および温度に応じた特性変動の補償量をそれぞれ決定する。例えば、制御装置１００は、本例のフローチャートに従い、ヒステリシスに応じた特性変動、他軸変位に応じた特性変動、姿勢情報に応じた特性変動および温度に応じた特性変動の順に補償量を決定する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・目標信号設定部、２０・・・補償演算部、３０・・・変位信号出力部、４０・・・制御部、５０・・・駆動信号出力部、５２・・・バイアス信号生成部、６０・・・ヒステリシス補償部、６２・・・記憶部、６４・・・更新部、７０・・・他軸変位補償部、８０・・・温度補償部、９０・・・姿勢補償部、１００・・・制御装置、２００・・・アクチュエータ、２１０・・・可動部、２２０・・・形状記憶合金、２２５・・・バイアス部材、２３０・・・位置検出部

Claims (9)

1. アクチュエータの可動部に接続された形状記憶合金を変形させることで前記アクチュエータの駆動を制御する制御装置であって、
   前記アクチュエータの目標変位に応じた目標信号を設定する目標信号設定部と、
   予め定められた補償情報に基づいて補償信号を出力する補償演算部と、
   前記目標信号および前記補償信号に応じた操作信号を生成する制御部と、
   前記操作信号に応じた駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号出力部と
   を備え、
   前記補償情報は、温度情報を含む
   制御装置。
2. 前記駆動信号は、前記形状記憶合金の温度を変態温度領域に設定するためのバイアス信号を含み、
   前記駆動信号出力部は、前記操作信号に応じて前記バイアス信号を基準に前記駆動信号を増減する
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記駆動信号出力部は、前記駆動信号の加熱方向と放熱方向とで異なる補償量で補償された前記駆動信号を出力する
   請求項２に記載の制御装置。
4. 複数の前記形状記憶合金を備え、
   前記駆動信号出力部は、前記複数の形状記憶合金に応じた複数のチャネルを有し、前記複数の形状記憶合金のそれぞれに異なる補償量で補償された前記駆動信号を出力する
   請求項２または３に記載の制御装置。
5. 前記複数の形状記憶合金は、前記可動部にプッシュプル配置で接続され、
   前記駆動信号出力部は、前記複数の形状記憶合金のうち第１の形状記憶合金と、前記第１の形状記憶合金と対となる第２の形状記憶合金とに異なる補償量で補償された前記駆動信号を出力する
   請求項４に記載の制御装置。
6. 前記可動部の現在変位に応じた変位信号を出力する変位信号出力部を備え、
   前記制御部は、前記目標信号、前記変位信号および前記補償信号に基づいて、前記操作信号を出力する
   請求項１から５のいずれか一項に記載の制御装置。
7. 前記変位信号出力部は、前記形状記憶合金の抵抗変化に応じた前記変位信号を出力する
   請求項６に記載の制御装置。
8. 前記変位信号出力部は、位置センサの出力変化に応じた前記変位信号を出力する
   請求項６に記載の制御装置。
9. アクチュエータの可動部に接続された形状記憶合金を変形させることで前記アクチュエータの駆動を制御する制御方法であって、
   前記アクチュエータの目標変位に応じた目標信号を設定する段階と、
   予め定められた補償情報に基づいて補償信号を出力する段階と、
   前記目標信号および前記補償信号に基づいて、操作信号を出力する段階と、
   前記操作信号に基づいて前記アクチュエータに駆動信号を出力する段階と
   を備え、
   前記補償情報は、前記アクチュエータの温度情報を含む
   制御方法。

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