JP2022109385A - 駆動システム、制御方法および制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】制御ロジックの構成や設備設計のためのシミュレーションなどを容易に行うことができるアクチュエータを含む駆動システムを提供する。【解決手段】駆動システムは、モータにより駆動されて変位を生じるアクチュエータと、モータを駆動するドライバと、ドライバに制御指令を与えるコントローラとを含む。コントローラは、アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するモデル構成部と、アクチュエータが物理モデルに従う変位を生じるように、モータへの制御指令を生成する第１の指令生成部と、バネ定数を決定する決定部と、バネ定数とアクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、モータへの制御指令を生成する第２の指令生成部と、第１の指令生成部および第２の指令生成部とのうちいずれからの制御指令を有効化するのかを選択する選択部とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動システム、その駆動システムにおける制御方法、および、その駆動システムを制御するための制御プログラムに関する。

物体と物体とが接触するときに生じる運動エネルギを減衰あるいは制御するための機構として、バネやゴムなどの弾性体、ダンパ（例えば、オイルダンパ）、エアシリンダなどの様々な構成が提案および実用化されている。また、各種センサによるセンシング結果を用いた制御を採用する構成も存在する。

バネやゴムを用いた機構は、組み込まれるバネやゴムの物理的な特性に依存して、運動エネルギを減衰させる性能が決まる。ダンパについては、サイズやオリフィス径などに依存して、運動エネルギを減衰させる性能が決まる。エアシリンダは、サイズやエア圧などに依存して、運動エネルギを減衰させる性能が決まる。これらの機械的な構成は、自重以下の力が制御できない、対象に応じた設計および機構が必要、位置精度が低いなどの課題がある。

また、エアやモータなどで駆動されるアクチュエータ（例えば、シリンダ）をセンサによるセンシング結果に基づいて制御する構成も存在する。このような電気的な構成としては、以下のような先行技術がある。

例えば、特開２００６－０７４９８７号公報（特許文献１）は、車輪支持アッセンブリ上に支持された車両ボディに伝達される力をかなり減少させることを容易にするように粗い表面に亘って移動する車両車輪支持アッセンブリからのエネルギを能動的に吸収し、又は、該アッセンブリにエネルギを印加するための、経路に沿った、典型的には線形の制御可能な力源を開示する。

特開２００６－１２５６３３号公報（特許文献２）は、乗物内で実設備を能動的に懸架するための方法を開示する。開示された方法は、制御信号を、この制御信号に対する実設備の応答によって指示されるような実設備の特性と、基準設備の特性との差に基づいて変更することを含む。

特表２０１３－５２１４４３号公報（特許文献３）は、基準フレームに対してボディのポジションを制御するよう構成されたアクティブ振動抑制デバイスを開示する。

特開２００６－０７４９８７号公報 特開２００６－１２５６３３号公報 特表２０１３－５２１４４３号公報

上述したような電気的なアクチュエータは、制御ロジックなどの構成が複雑化し得る。例えば、アクチュエータと機械的に接触する物体の特性などを考慮して、制御ロジックを構成する必要があり、また、制御ロジックに含まれるパラメータが多数存在すると、チューニングにも手間がかかる。

本発明の一つの目的は、制御ロジックの構成や設備設計のためのシミュレーションなどを容易に行うことができるアクチュエータを含む駆動システムを提供することである。

本発明の一例に従う駆動システムは、モータにより駆動されて変位を生じるアクチュエータと、モータを駆動するドライバと、ドライバに制御指令を与えるコントローラとを含む。コントローラは、アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するモデル構成部と、アクチュエータが物理モデルに従う変位を生じるように、モータへの制御指令を生成する第１の指令生成部と、バネ定数を決定する決定部と、バネ定数とアクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、モータへの制御指令を生成する第２の指令生成部と、第１の指令生成部および第２の指令生成部とのうちいずれからの制御指令を有効化するのかを選択する選択部とを含む。

この構成によれば、外部からの荷重を適切に受け止めて、物体と物体とが接触する際に発生する過大な荷重を緩和し、あるいは、ポイントロードの発生を抑制する挙動と、アクチュエータから理想的なバネの挙動に従う荷重を発生させる挙動とを、選択的に実行できる。

選択部は、第１の指令生成部からの制御指令を有効化しているときに、所定の切替条件が満たされると、第２の指令生成部からの制御指令を有効化するようにしてもよい。この構成によれば、第１の指令生成部からの制御指令に従って、アクチュエータに与えられた荷重を緩和する動作を行った後に、アクチュエータから所定の荷重を発生するといった動作を実現できる。

切替条件は、アクチュエータに外部からの荷重が与えられてからの経過時間に基づいてもよい。この構成によれば、例えば、アクチュエータが動作を開始してから、所定時間だけ経過した場合に、挙動を切り替えるような制御を実現できる。

切替条件は、アクチュエータに生じている変位に基づいてもよい。この構成によれば、例えば、アクチュエータが所定量だけ縮んだ場合に、挙動を切り替えるような制御を実現できる。

第１の指令生成部は、モータの目標位置を指定する位置指令を制御指令として出力し、第２の指令生成部は、モータが発生すべきトルクを指定するトルク指令を制御指令として出力するようにしてもよい。この構成によれば、第１の指令生成部がアクチュエータの位置を制御することで、理想的なバネの挙動を実現できる。また、第２の指令生成部がモータが発生すべきトルクを制御することで、理想的なバネの挙動に従って、アクチュエータが発生する荷重を制御できる。

モデル構成部は、アクチュエータに外部から所定の荷重が与えられると、物理モデルを構成してもよい。この構成によれば、外部から所定の荷重が与えられるまでは、静止した状態を維持しつつ、外部から所定の荷重が与えられるとバネとしての挙動を開始できる。

決定部は、制御周期毎にバネ定数を設定するようにしてもよい。この構成によれば、目的および状況に応じて、各制御周期における最適なバネ定数を設定できる。

本発明の別の例に従えば、モータにより駆動されて変位を生じるアクチュエータの制御方法が提供される。制御方法は、アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するステップと、バネ定数を決定するステップと、アクチュエータが物理モデルに従う変位を生じるように、モータを制御するステップと、アクチュエータが物理モデルに従う変位を生じるように、モータを制御しているときに、所定の切替条件が満たされると、バネ定数とアクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、モータの制御を切り替えるステップとを含む。

本発明のさらに別の例に従えば、モータにより駆動されて変位を生じるアクチュエータを制御するための制御プログラムが提供される。制御プログラムはコンピュータに、アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するステップと、バネ定数を決定するステップと、アクチュエータが物理モデルに従う変位を生じるように、モータを制御するステップと、アクチュエータが物理モデルに従う変位を生じるように、モータを制御しているときに、所定の切替条件が満たされると、バネ定数とアクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、モータの制御を切り替えるステップとを実行させる。

本発明のある局面によれば、制御ロジックの構成や設備設計のためのシミュレーションなどを容易に行うことができるアクチュエータを含む駆動システムを実現できる。

本実施の形態に係る駆動システムの主要部を示す模式図である。 本実施の形態に係る駆動システムの変形例の主要部を示す模式図である。 本実施の形態に係る駆動システムを構成するアクチュエータの挙動を説明するための図である。 本実施の形態に係る駆動システムを構成するコントローラのハードウェア構成例を示す模式図である。 本実施の形態に係るアクチュエータが衝撃緩和動作を行うワーク搬送システムの模式図である。 本実施の形態に係るアクチュエータの衝撃緩和動作に係る物理的観点から挙動を説明するための図である。 本実施の形態に係るアクチュエータによる衝撃緩和動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るアクチュエータが弾性力発生動作を説明するための図である。 本実施の形態に係るアクチュエータによる弾性力発生動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るアクチュエータを用いた物体間の接触による衝撃力の発生を抑制するための処理を説明するための図である。 本実施の形態に係るアクチュエータによる衝撃緩和動作および弾性力発生動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るアクチュエータによる衝撃緩和動作および弾性力発生動作に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態に係るアクチュエータを複数含む１自由度のステージ機構の例を示す模式図である。 図１３（Ａ）に示すステージ機構による弾性力発生動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。 本実施の形態に係るアクチュエータを複数含む多自由度のステージ機構の例を示す模式図である。 本実施の形態に係るアクチュエータを用いたアプリケーションの一例を示す模式図である。 図１６に示す組立装置における処理手順を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜Ａ．適用例＞
まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。

図１は、本実施の形態に係る駆動システム１の主要部を示す模式図である。図１を参照して、駆動システム１は、アクチュエータ２および駆動装置４を含む。

アクチュエータ２は、モータ１８により駆動されて変位（図１に示す例では、紙面上下方向の変位）を生じる。アクチュエータ２としては、モータにより駆動されるどのような構成を採用してもよいが、例えば、ボールネジやリニアアクチュエータなどを用いることができる。以下の説明では、一例として、ボールネジを主体とするアクチュエータ２に適用した場合について説明する。

より具体的には、アクチュエータ２は、内部に空間をもつ本体部１０と、本体部１０の内部に形成されているネジ溝と係合するロッド１２と、ロッド１２の先端に設けられた先端部１４と、ロッド１２とモータ１８とを機械的に結合する連結部材１６と、モータ１８の回転数あるいは回転角を検出するエンコーダ２０とを含む。エンコーダ２０は、モータ１８と機械的に接続されて、アクチュエータ２の変位を検出することになる。

駆動装置４は、モータ１８に電力を供給して駆動するドライバ４２と、エンコーダ２０による検出信号を受けて、ドライバ４２に制御指令を与えるコントローラ４０とを含む。

図１には、１つのアクチュエータ２からなる駆動システム１の例を示すが、複数のアクチュエータ２を含む構成を実現することもできる。

図２は、本実施の形態に係る駆動システム１の変形例の主要部を示す模式図である。図２を参照して、駆動システム１は、３つのアクチュエータ２を有している。駆動装置４は、それぞれのアクチュエータ２に対応する３つのドライバ４２と、３つのアクチュエータ２を統括的に制御するコントローラ４０とを含む。

なお、駆動システム１に含まれるアクチュエータ２の数については、特に制限はなく、適用されるアプリケーションに応じて、適切な台数を設定すればよい。例えば、任意のワークを単一のアクチュエータ２で支持できる場合には、アクチュエータ２は１台でよい。また、大型のワークについては、ワークを支持するための部材を複数のアクチュエータ２で駆動するように構成してもよい。

説明の便宜上、コントローラ４０とドライバ４２とをそれぞれ独立した構成要素として描いているが、コントローラ４０とドライバ４２とを独立した装置として実装してもよいし、両者を一体化した装置として実装してもよい。

図３は、本実施の形態に係る駆動システム１を構成するアクチュエータ２の挙動を説明するための図である。図３を参照して、本実施の形態に係る駆動システム１においては、バネの理想的な挙動となるようにアクチュエータ２を制御する。バネの理想的な挙動とは、例えば、図３（Ａ）に示すように、外力が与えられていない状態で自然長Ｘ_０を有するバネを想定する。

このバネが長さＸ_１（＝Ｘ_０＋ΔＸ_１）まで伸ばされると、元の自然長Ｘ_０に戻ろうとする方向に復元力Ｆ_１が発生する。復元力Ｆ_１は、元の自然長Ｘ_０からの伸び分ΔＸ_１に比例することになる。一方、このバネが長さＸ_２（＝Ｘ_０－ΔＸ_２）まで縮められると、元の自然長Ｘ_０に戻ろうとする方向に復元力Ｆ_２が発生する。復元力Ｆ_２は、元の自然長Ｘ_０からの縮み分ΔＸ_２に比例することになる。

このように、本実施の形態に係る駆動システム１においては、いわば、物理的なバネをモータ１８の制御で実現する。実現されるバネは、実質的に理想的な挙動（物理式に従う挙動）を示すので、単純な物理モデルを用いた制御ロジックの構成や設備設計のためのシミュレーションなどを容易に行うことができる。

本実施の形態に係るアクチュエータ２のより詳細な動作例については後述する。
＜Ｂ．コントローラ４０のハードウェア構成例＞
次に、本実施の形態に係る駆動システム１を構成するコントローラ４０のハードウェア構成例について説明する。

図４は、本実施の形態に係る駆動システム１を構成するコントローラ４０のハードウェア構成例を示す模式図である。図４を参照して、コントローラ４０は、一種のコンピュータであり、主要なハードウェアコンポーネントとして、プロセッサ４０２と、主メモリ４０４と、入出力部４０６と、ストレージ４０８とを含む。

プロセッサ４０２は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などで構成され、ストレージ４０８に格納されたシステムプログラム４１０および制御プログラム４１２を読出して、主メモリ４０４に展開して実行することで、後述するようなアクチュエータ２の挙動を制御するための制御演算を実現する。

入出力部４０６は、コントローラ４０と外部装置との間の信号の送受信を担当する。図４に示す例では、入出力部４０６は、エンコーダ２０からの検出信号を受信するとともに、ドライバ４２に対して制御指令を送信する。

ストレージ４０８は、典型的には、ＳＳＤ（Solid State Disk）やフレッシュメモリなどで構成され、基本的な処理を実現するためのシステムプログラム４１０と、制御プログラム４１２とが格納される。

図４には、プロセッサ４０２がプログラムを実行することで必要な処理が提供される構成例を示したが、これらの提供される処理の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。

＜Ｃ．衝撃緩和動作＞
次に、本実施の形態に係るアクチュエータ２の衝撃緩和動作について説明する。衝撃緩和動作においては、アクチュエータ２は与えられる荷重に応じてパッシブに動作する。

図５は、本実施の形態に係るアクチュエータ２が衝撃緩和動作を行うワーク搬送システム１００の模式図である。図５を参照して、一例として、ロボット１２０の先端に設けられたエンドエフェクタ１２２により吸着されたワークＷがステージ機構１１０上に配置される場合を示す。ステージ機構１１０は、ベース部１１２とプレート１１４とを含む。ベース部１１２とプレート１１４との間は、本実施の形態に係るアクチュエータ２を介して機械的に接続される。なお、図５には、理解を容易にするために、アクチュエータ２をバネとして描いている。

図５に示すようなワーク搬送システム１００において、ワークＷが配置されたときに、ワークＷを受け止めるステージ機構１１０が動かなければ、ワークＷは、いわばプレート１１４と衝突して止まることになる。すなわち、ワークＷは衝突前後で移動速度が大きく変化するため、移動速度に変化に伴う加速度の変化によって、ワークＷに対してステージ機構１１０から大きな荷重（衝撃力）が加わることになる。

また、ステージ機構１１０がワークＷに沿って動いたとしても、ワークＷとプレート１１４との接触面積が小さければ、ワークＷの接触部位に大きな荷重が与えられることになる。このような現象は、ポイントロードあるいは荷重集中とも称される。

図５に示すように、物体と物体とが接触する際に発生する過大な荷重（衝撃力）を緩和し、あるいは、ポイントロードの発生を抑制するために、本実施の形態に係るアクチュエータ２は、衝撃緩和動作を行う。

衝撃緩和動作においては、外力を受けたときのバネの挙動、すなわち外力に相当する復元力が発生する変位に相当する位置（すなわち、つり合い位置）まで収縮あるいは伸張する。このような収縮あるいは伸張の挙動は、実質的に理想的な物理挙動である物理モデルに従う。

図６は、本実施の形態に係るアクチュエータ２の衝撃緩和動作に係る物理的観点から挙動を説明するための図である。図６を参照して、バネとして振る舞うアクチュエータ２に荷重が与えられていない状態（自然長状態５０）に対して、プレート１１４が取り付けられることで、プレート１１４の質量Ｍ１がアクチュエータ２に与えられる。アクチュエータ２は、プレート１１４の質量Ｍ１の荷重を受けて、所定の長さΔＸｂだけ短くなった位置（つり合い位置）で平衡状態になる（つり合い状態５２）。このとき、アクチュエータ２の長さはＸｂであるとする。

本実施の形態においては、つり合い位置を基準として、バネとしての挙動が算出される。例えば、アクチュエータ２に対して荷重Ｆが与えられると、つり合い位置から所定の長さＸｂだけ短くなった位置（荷重Ｆ発生時の位置）で平衡状態になる（荷重平衡状態５４）。このとき、アクチュエータ２の長さはＸであるとする。

このようなつり合い状態５２からの崩れに応じて、バネとしての挙動が決定される。ここで、説明の便宜上、最も単純な物理モデルとして、単振動モデルを想定する。つり合い位置を基準として、バネとしての挙動を考えると、アクチュエータ２のバネ定数をＫ（予め任意に設定可能である）とすると、バネの単振動の周期Ｔ＝２π√（Ｍ１／Ｋ）となる。また、角周波数ω＝２π／Ｔ＝√（Ｋ／Ｍ１）となる。

すなわち、何らかの荷重Ｆがアクチュエータ２に与えられると、与えられた荷重Ｆの大きさに応じた振幅Ａ１で、アクチュエータ２は単振動を開始することになる。アクチュエータ２による単振動に係る各値は、以下のようになる。

変位ΔＸ＝Ａ１×ｓｉｎ（ωｔ）
速度Ｖ＝Ａ１×ω×ｃｏｓ（ωｔ）
加速度ａ＝Ａ１×ω^２×ｓｉｎ（ωｔ）＝－ω^２ΔＸ
後述するように、アクチュエータ２に物体が取り付けられた状態（つり合い状態５２）を基準とした変位ΔＸに基づいて、物理モデルなどが決定される。

本実施の形態に係る駆動システム１においては、バネの挙動を示す物理モデルを用いて、アクチュエータ２でバネの挙動を再現する。物理モデルとしては、上述したような単振動モデルであってもよいし、プレート１１４の質量Ｍ１などを示す質量（マス）の要素を含むモデルであってもよいし、減衰（ダンピング）の要素を含むモデルであってもよい。これらの物理モデルは、バネについての運動方程式（Ｆ＝Ｋ×Ｘ＋Ｍ×Ｖなど）に従って決定されてもよい。

図７は、本実施の形態に係るアクチュエータ２による衝撃緩和動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。図７を参照して、コントローラ４０は、物理モデル４２０と、特性推定部４２２と、角周波数設定部４２４と、位置指令生成部４２６とを含む。

物理モデル４２０は、バネとしての挙動を実現するためのモデルである。図７には、一例として、単振動モデルを示す。この場合、物理モデル４２０は、変位ΔＸ（ｔ）＝Ａ１×ｓｉｎ（ωｔ）に従って、任意の時間ｔにおける変位を算出する。

特性推定部４２２は、アクチュエータ２に外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデル４２０を構成するモデル構成部に相当する。より具体的には、特性推定部４２２は、エンコーダ２０からの検出信号に基づいて、物理モデル４２０に含まれるパラメータ（図７に示す例では、振幅Ａ１）を推定する。推定されたパラメータは、物理モデル４２０に反映される。物理モデル４２０は、任意の荷重Ｆがアクチュエータ２に与えられることで生じる変化に基づいて、特性（パラメータ）が決定される。

例えば、物理モデル４２０が単振動モデルである場合には、任意の荷重Ｆがアクチュエータ２に与えられた直後の位置変化（速度）に基づいて、物理モデル４２０の振幅Ａ１を算出できる。

このように、特性推定部４２２は、アクチュエータ２の変位の時間的変化（速度、加速度、加加速度など）に基づいて、物理モデル４２０のパラメータを推定する。推定されるパラメータは、物理モデル４２０に応じて適宜決定される。例えば、バネ定数やダンピング定数を決定してもよい。このように、アクチュエータ２に有意な変位が生じた場合に物理モデルのパラメータが推定されるので、物理モデル４２０は、アクチュエータ２に外部から所定の荷重に応じた特性を有することになる。

角周波数設定部４２４は、アクチュエータ２に取り付けられる物体（図１および図２に示す例では、プレート１１４）の質量Ｍ１、および、予め設定されるバネ定数Ｋに基づいて、物理モデル４２０の角周波数ωを設定する。より具体的には、角周波数設定部４２４は、予め設定されるバネ定数Ｋ、および、既知の質量Ｍ１に基づいて、角周波数ωを設定する。上述したように、角周波数ω＝２π／Ｔ＝√（Ｋ／Ｍ１）として算出される。

位置指令生成部４２６は、アクチュエータ２が物理モデル４２０に従う変位を生じるように、制御指令を生成する。より具体的には、位置指令生成部４２６は、物理モデル４２０に従って算出される変位ΔＸに基づいて、各制御周期における制御指令（位置指令あるいは変位指令）を生成し、ドライバ４２へ出力する。すなわち、位置指令生成部４２６は、モータ１８の目標位置を指定する位置指令を制御指令として出力してもよい。

以上のような処理手順によって、物理モデル４２０を規定するパラメータが推定される。そして、推定されたパラメータを含む物理モデル４２０に従って、アクチュエータ２の挙動が決定される。

アクチュエータ２が単振動することによって、ワークＷによる荷重Ｆに対して、アクチュエータ２は荷重Ｆ_ａ＝Ｋ×Ｘ＋Ｍ１×Ｖを発生することになる。すなわち、荷重Ｆ_ａには、プレート１１４（質量Ｍ１）が移動することにより生じるモーメントが反映される。

上述したように、本実施の形態に係る衝撃緩和動作においては、物理的なバネ（ダンパとして動作）をモータ１８の制御で実現する。つり合い位置を基準として制御するため、与えられる荷重が小さい場合であっても、物理式に従う挙動を実現できる。物理式に従う挙動をとるので、制御系を設計する際の事前計算やシミュレーションなどが容易になるとともに、実際の装置を構成した場合にも、事前の設計からのズレが少なくなる。

通常、複数の部品からなる機構は、部品間の抵抗が存在し、存在する抵抗の大きさは周囲環境や使用履歴などによって変化するため、事前計算などが難しい。これに対して、本実施の形態に係る衝撃緩和動作においては、部品間の抵抗の大小に依存することなく、物理式に従う挙動を実現できる。また、本実施の形態に係るアクチュエータ２は、モータ１８により駆動されるので、応答性および自由度を高めたバネを実現できる。

＜Ｄ．弾性力発生動作＞
次に、本実施の形態に係るアクチュエータ２の弾性力発生動作について説明する。弾性力発生動作においては、フックの法則（Ｆ_ａ＝バネ定数Ｋ×変位ΔＸ）に従って算出される荷重を発生する。本実施の形態においては、バネ定数Ｋを可変することで、目的の荷重（弾性力）をワークＷなどに対して与えることができる。

図８は、本実施の形態に係るアクチュエータ２が弾性力発生動作を説明するための図である。図８（Ａ）を参照して、アクチュエータ２が物理モデルに従って変位を発生する場合を想定する。一例として、アクチュエータ２が縮んだ状態から伸びた状態に変化する場合には、図８（Ｂ）に示すような変位の時間的変化を示す。

バネ定数Ｋが一定であれば、変位ΔＸ（自然長からの変化分）に比例した荷重Ｆ_ａが発生することになるが、バネ定数Ｋを時間的に変化させることで、発生する荷重Ｆ_ａの大きさを調整することができる。

例えば、図８（Ｃ）に示すように、バネ定数Ｋを時間的に変化させることで、荷重Ｆ_ａの大きさは、図８（Ｄ）に示すように変化する。図８（Ｄ）に示す例では、時間経過に沿ってバネ定数Ｋを大きくすることで、発生する荷重Ｆ_ａの変動を抑制している。

また、要求される荷重Ｆ_ａが予め設定される場合には、各制御周期において、変位ΔＸに対応するバネ定数Ｋを算出してもよい。

図９は、本実施の形態に係るアクチュエータ２による弾性力発生動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。図９を参照して、コントローラ４０は、荷重指令生成部４２８と、バネ定数変更部４３０と、変位算出部４３２とを含む。

バネ定数変更部４３０は、バネ定数Ｋを決定する決定部に相当する。バネ定数変更部４３０は、任意の区間毎にバネ定数Ｋを設定してもよいし、制御周期毎にバネ定数Ｋを設定してもよい。一例として、バネ定数変更部４３０は、予め定められたパターンに従って、各制御周期におけるバネ定数Ｋ（ｔ）を設定する。

バネ定数変更部４３０は、図８（Ｃ）に示すようなバネ定数Ｋ（ｔ）を出力するパターンを有していてもよい。なお、複数種類のワークＷが存在する場合には、バネ定数の複数のパターンをバネ定数変更部４３０に格納しておいてもよい。その場合には、設定モードに応じて、複数のパターンのうち１つを選択するようにしてもよい。

変位算出部４３２は、エンコーダ２０からの検出信号に基づいて、アクチュエータ２に生じている変位ΔＸを算出する。変位算出部４３２が算出する変位ΔＸは、アクチュエータ２に物体（図１および図２に示す例では、プレート１１４）が取り付けられた状態を基準として算出される。

荷重指令生成部４２８は、バネ定数Ｋとアクチュエータ２に生じている変位ΔＸとの積に基づいて算出される駆動力を生じるように、制御指令を生成する。より具体的には、荷重指令生成部４２８は、変位算出部４３２によって算出される変位ΔＸと、バネ定数変更部４３０からのバネ定数Ｋ（ｔ）とに基づいて、各制御周期において発生すべき荷重Ｆ_ａ（＝Ｋ（ｔ）×ΔＸ）を算出し、算出した荷重Ｆ_ａを発生するように、制御指令（典型的には、トルク指令）を生成し、ドライバ４２へ出力する。すなわち、荷重指令生成部４２８は、モータ１８が発生すべきトルクを指定するトルク指令を制御指令として出力してもよい。

以上のような処理手順によって、変位ΔＸおよびバネ定数Ｋに応じた荷重Ｆ_ａをアクチュエータ２から発生することができる。なお、実際には、プレート１１４（質量Ｍ１）が移動することにより生じるモーメントが反映されるため、アクチュエータ２は、荷重Ｆ_ａ＝Ｋ×Ｘ＋Ｍ１×Ｖを発生することになる。

なお、減衰（ダンピング）の要素を含む物理モデルを採用した場合には、バネ定数Ｋに加えて、あるいは、バネ定数Ｋに代えて、ダンピング定数を時間的に変化させてもよい。

上述したように、本実施の形態に係る弾性力発生動作においては、物理的なバネ（ダンパとして動作）をモータ１８の制御で実現する。物理式に従う挙動をとるので、制御系を設計する際の事前計算やシミュレーションなどが容易になるとともに、実際の装置を構成した場合にも、事前の設計からのズレが少なくなる。

また、本実施の形態に係る弾性力発生動作においては、アクチュエータに生じている変位に比例して荷重を発生するので、外力（外部からの荷重）を計測するためのセンサなどが不要になる。そのため、剛性の高い製造装置や無視できない内部抵抗をもつ製造装置であっても、発生する荷重を精緻に制御できる。

また、本実施の形態に係る弾性力発生動作においては、バネ定数を変化させることができるので、アクチュエータに生じている変位に比例して荷重を発生するという物理式に従いつつ、アプリケーションに応じて目的の荷重を発生することができる。

＜Ｅ．衝撃緩和動作および弾性力発生動作＞
上述した衝撃緩和動作および弾性力発生動作を切り替えることで、ワークＷが接触する場合などに大きな荷重（衝撃力）が発生することを防止することができる。

図１０は、本実施の形態に係るアクチュエータ２を用いた物体間の接触による衝撃力の発生を抑制するための処理を説明するための図である。図１０を参照して、衝撃緩和動作が先行して実行され、何らかの荷重が与えられると、アクチュエータ２は与えられる荷重に応じてパッシブに動作する。その後、所定の切替条件で弾性力発生動作に切り替わり、生じている変位およびパターンにより規定されるバネ定数基づいて算出される荷重を発生する。

衝撃緩和動作においては、外力（外部からの荷重）が与えられない限り、アクチュエータ２は何らの変位も生じない。外力が与えられると、与えられた外力に応じたパラメータが算出され、算出されたパラメータをもつ物理モデルでアクチュエータ２の変位が制御される。

衝撃緩和動作と弾性力発生動作とを切り替えるための切替条件としては、アクチュエータ２に外部から荷重が与えられてからの経過時間、アクチュエータ２に生じている変位（現在位置）、外部装置からのトリガなど、に基づくようにしてもよい。

図１１は、本実施の形態に係るアクチュエータ２による衝撃緩和動作および弾性力発生動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。図１１を参照して、コントローラ４０は、物理モデル４２０と、特性推定部４２２と、角周波数設定部４２４と、位置指令生成部４２６と、荷重指令生成部４２８と、バネ定数変更部４３０と、変位算出部４３２と、選択部４３４とを含む。

図１１に示す機能構成は、図７に示す衝撃緩和動作を実現するための機能構成と、図９に示す弾性力発生動作を実現するための機能構成とを組み合わせた上で、選択部４３４を追加したものに相当する。すなわち、選択部４３４は、位置指令生成部４２６から出力される衝撃緩和動作を実現するための制御指令と、荷重指令生成部４２８から出力される弾性力発生動作を実現するための制御指令とのうちいずれからの制御指令を有効化するのかを選択する。

選択部４３４は、切替条件４３６を有しており、切替条件４３６が満たされるか否かに基づいて、位置指令生成部４２６から出力される制御指令と、荷重指令生成部４２８から出力される制御指令との一方を選択して出力する。典型的には、選択部４３４は、位置指令生成部４２６からの制御指令を有効化しているときに、切替条件４３６が満たされると、荷重指令生成部４２８からの制御指令を有効化する。

図１２は、本実施の形態に係るアクチュエータ２による衝撃緩和動作および弾性力発生動作に係る処理手順の一例を示すフローチャートである。図１２に示す各ステップは、典型的には、コントローラ４０のプロセッサ４０２が制御プログラム４１２を実行することで実現される。なお、プロセッサ４０２が制御プログラム４１２を実行する際に、処理の一部をシステムプログラム４１０が提供するライブラリなどを利用することもある。

図１２に示す処理のうち、ステップＳ２～Ｓ１４が衝撃緩和動作に係る処理に相当し、ステップＳ２０～Ｓ２８が弾性力発生動作に係る処理に相当する。

すなわち、コントローラ４０は、まず、衝撃緩和動作に係る処理を実行する。より具体的には、コントローラ４０は、エンコーダ２０による検出信号に基づいて、アクチュエータ２に所定値を超える荷重が与えられたか否かを判断する（ステップＳ２）。アクチュエータ２に所定値を超える荷重が与えられていなければ（ステップＳ２においてＮＯ）、ステップＳ２以下の処理が繰り返される。

アクチュエータ２に所定値を超える荷重が与えられると（ステップＳ２においてＹＥＳ）、コントローラ４０は、エンコーダ２０による検出信号に基づいて、アクチュエータ２の速度を算出し（ステップＳ４）、算出した速度に基づいて、物理モデルのパラメータを推定する（ステップＳ６）。そして、コントローラ４０は、推定したパラメータを含む物理モデルを構成する（ステップＳ８）。このように、コントローラ４０は、アクチュエータ２に外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成する。

コントローラ４０は、アクチュエータ２に所定値を超える荷重が与えられてからの経過時間を物理モデルに入力して、現在の制御周期における制御指令（位置指令あるいは変位指令）を算出し（ステップＳ１０）、算出した制御指令をドライバ４２へ出力する（ステップＳ１２）。すなわち、コントローラ４０は、アクチュエータ２が物理モデルに従う変位を生じるようにモータ１８を制御する。

そして、コントローラ４０は、弾性力発生動作へ切り替わるための条件（切替条件４３６）が満たされたか否かを判断する（ステップＳ１４）。弾性力発生動作へ切り替わるための条件が満たされていなければ（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１０以下の処理が繰り返される。

弾性力発生動作へ切り替わるための条件が満たされていれば（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、コントローラ４０は、以下の弾性力発生動作に係る処理を実行する。より具体的には、コントローラ４０は、予め設定されているパターンを参照して、現在の制御周期におけるバネ定数Ｋを決定する（ステップＳ２０）。このように、コントローラ４０は、バネ定数Ｋを決定する。

続いて、コントローラ４０は、現在のアクチュエータ２の変位を取得し（ステップＳ２２）、バネ定数Ｋと現在のアクチュエータ２の変位とに基づいて、アクチュエータ２が発生すべき荷重を算出する（ステップＳ２４）。そして、コントローラ４０は、発生すべき荷重に対応する制御指令（位置指令あるいは変位指令）を算出し（ステップＳ２６）、算出した制御指令をドライバ４２へ出力する（ステップＳ２８）。このように、コントローラ４０は、バネ定数Ｋとアクチュエータ２に生じている変位ΔＸとの積に基づいて算出される駆動力を生じるように、モータ１８を制御する。

このように、コントローラ４０は、アクチュエータ２が衝撃緩和動作中（物理モデルに従う変位を生じるように、モータを制御しているとき）に、所定の切替条件が満たされると、バネ定数Ｋとアクチュエータ２に生じている変位ΔＸとの積に基づいて算出される駆動力を生じるように、モータ１８の制御を切り替える。

そして、コントローラ４０は、弾性力発生動作の終了条件が満たされたか否かを判断する（ステップＳ３０）。弾性力発生動作の終了条件が満たされていなければ（ステップＳ３０においてＮＯ）、ステップＳ２０以下の処理が繰り返される。

弾性力発生動作の終了条件が満たされていれば（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、処理は終了する。

なお、図１２には、本実施の形態に係るアクチュエータ２による衝撃緩和動作と弾性力発生動作とを組み合わせた処理例を示すが、衝撃緩和動作のみ、および、弾性力発生動作のみを行うようにしてもよい。アクチュエータ２を利用するアプリケーションに応じて、適切な動作が選択されることになる。

＜Ｆ．駆動機構の例＞
説明の便宜上、単一のアクチュエータ２からなる構成について例示したが、複数のアクチュエータ２を含む機構を実現してもよい。以下、アクチュエータ２を含む駆動機構の一例について説明する。

（ｆ１：１自由度のステージ機構）
図１３は、本実施の形態に係るアクチュエータ２を複数含む１自由度のステージ機構の例を示す模式図である。図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）には、プレート１１４が３つのアクチュエータ２－１，２－２，２－３で支持されたステージ機構の構成例を示す。図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示されるステージ機構においては、共通の部材であるプレート１１４に複数のアクチュエータ２が機械的に接続されている。

図１３（Ａ）に示すステージ機構においては、コントローラ４０がアクチュエータ２－１，２－２，２－３を同期して制御することで、プレート１１４の面全体を制御することができる。このとき、コントローラ４０は、共通の部材であるプレート１１４から目的の荷重が生じるように、アクチュエータ２－１，２－２，２－３に対するそれぞれの制御指令を生成する。

図１３（Ｂ）に示すステージ機構においては、コントローラ４０－１，４０－２，４０－３がそれぞれアクチュエータ２－１，２－２，２－３を制御する。アクチュエータ２－１，２－２，２－３の各々が独立して制御されることで、プレート１１４に局所的な荷重が与えられた場合でも、局所的な荷重に応じた挙動を行うことができる。

図１４は、図１３（Ａ）に示すステージ機構による弾性力発生動作を実現するための主要な機能構成を示す模式図である。図１４を参照して、アクチュエータ２－１，２－２，２－３は、ドライバ４２－１，４２－２，４２－３によってそれぞれ駆動され、エンコーダ２０－１，２０－２，２０－３によって変位が検出される。

コントローラ４０は、アクチュエータ２－１，２－２，２－３を制御するために、荷重指令生成部４２８－１，４２８－２，４２８－３と、バネ定数変更部４３０－１，４３０－２，４３０－３と、変位算出部４３２－１，４３２－２，４３２－３とをそれぞれ含む。

プレート１１４の面全体が発生する荷重を制御するために、バネ定数変更部４３０－１，４３０－２，４３０－３の間で、それぞれのバネ定数を変更あるいは更新するタイミングが制御される。バネ定数を同期して徐々に変更するようにしてもよいし、変位のばらつきを補正するように、それぞれのバネ定数の間を調停してもよい。

このような制御ロジックを採用することで、プレート１１４が発生する荷重を面全体で制御することができる。

また、衝撃緩和動作についても、それぞれのアクチュエータに対応する物理モデルを互いに同期させることで、プレート１１４に生じる荷重を面全体で制御することができる。

（ｆ２：多自由度のステージ機構）
図１５は、本実施の形態に係るアクチュエータ２を複数含む多自由度のステージ機構１１０Ａの例を示す模式図である。

図１５を参照して、ステージ機構１１０Ａは、２自由度をもつＺθステージである。より具体的には、ステージ機構１１０Ａは、θ軸方向に回転するように構成された回転部材１１８と、Ｚ軸方向に伸張する３つのアクチュエータ２－１，２－２，２－３とを含む。

図１５に示すようなステージ機構１１０Ａを用いることで、様々なアプリケーションでの利用が可能となる。

（ｆ３：その他）
上述したように、本実施の形態に係るアクチュエータ２は、アクチュエータ２単体で利用することもできるし、アクチュエータ２を組み込んだステージとして利用することもできる。さらに、ステージを含む製造装置として利用することもできる。

＜Ｇ．アプリケーション例＞
本実施の形態に係るアクチュエータ２を用いたアプリケーションの一例について説明する。

図１６は、本実施の形態に係るアクチュエータ２を用いたアプリケーションの一例を示す模式図である。図１６には、ワークＷ１とワークＷ２とを貼り付けるために、両ワークを重ね合わせるアプリケーションを示す。

図１６（Ａ）を参照して、２つのワークを重ね合わされる組立装置２００は、ステージ機構１１０Ａと、搬送機構１５０と、コントローラ４０とを含む。ステージ機構１１０Ａのプレート１１４上にワークＷ１が配置されている。ワークＷ１に重ね合わされるワークＷ２は、ステージ機構１１０Ａの上方向から搬送機構１５０によって搬送される。コントローラ４０は、ステージ機構１１０Ａに制御指令を与えて、ステージ機構１１０Ａを制御する。

ステージ機構１１０Ａは、モータ１８により駆動されて第１の方向（Ｚ軸方向）に変位を生じる１または複数のアクチュエータ２を含む。ステージ機構１１０Ａの構成は、図１５を参照して説明したので、詳細な説明は繰り返さない。

搬送機構１５０は、支持柱１５２とプレート１５４とを含む。プレート１５４は、支持柱１５２と連結されており、図示しない駆動機構によって、重力上下方向に移動が可能になっている。

プレート１５４の表面には、吸着孔が形成されている。ワークＷ２は、図示しない吸着機構によって、プレート１５４の表面に吸着された状態で搬送される。

次に、図１６（Ｂ）に参照して、組立装置２００における処理手順を説明する。
まず、ワークＷ１とワークＷ２とが平行になるように、ステージ機構１１０Ａのアクチュエータ２－１，２－２，２－３の変位が調整される（（１）平行維持動作）。すなわち、コントローラ４０は、ワークＷ１と重ね合わせられるワークＷ２に応じて、ワークＷ１とワークＷ２とが平行になるようにステージ機構１１０Ａに制御指令を与える。

平行維持動作は、搬送機構１５０に設けられた図示しないセンサによる検出信号に基づくフィードバック制御によって実現されてもよい。なお、平行維持動作においては、向き調整によって、ワークＷ１とワークＷ２とが衝突しないように、ワーク間には所定の距離マージンが設けられる。

平行維持動作によってワークＷ１とワークＷ２との間が平行になるように調整された後、ワークＷ１とワークＷ２との距離を縮める、すなわちワークＷ２をワークＷ１の上に重ねるための制御が行われる（（２）ワーク間接近動作）。ワーク間接近動作においては、搬送機構１５０がワークＷ２をワークＷ１に接近させるとともに、ステージ機構１１０Ａのアクチュエータ２－１，２－２，２－３の変位を調整することで、ワークＷ１とワークＷ２との間を平行に維持する。

ワークＷ１とワークＷ２とが接触する直前になると、衝撃緩和動作が開始される（（３）衝撃緩和動作）。すなわち、コントローラ４０は、アクチュエータ２にワークＷ２がワークＷ１に接触したことで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成する。そして、コントローラ４０は、アクチュエータ２が物理モデルに従う変位を生じるような制御指令を生成する。このように、ワークＷ２がワークＷ１と接触して荷重がアクチュエータ２に与えられると、アクチュエータ２は、上述したような物理モデルに従ったバネのように動作する。衝撃緩和動作によって、ワークＷ１とワークＷ２とが接触して生じる過大な荷重やポイントロードを回避できる。

その後、所定の切替条件が満たされると、弾性力発生動作が開始される（（４）弾性力発生動作）。すなわち、バネ定数Ｋとアクチュエータ２に生じている変位ΔＸとの積に基づいて算出される駆動力を生じるような制御指令を生成する。弾性力発生動作によって、ワークＷ１とワークＷ２との間に押し付け力が発生し、ワークＷ１とワークＷ２との貼り付けが完了する。

図１７は、図１６に示す組立装置２００における処理手順を示すフローチャートである。図１７に示す各ステップは、典型的には、コントローラ４０のプロセッサ４０２が制御プログラム４１２を実行することで実現される。なお、プロセッサ４０２が制御プログラム４１２を実行する際に、処理の一部をシステムプログラム４１０が提供するライブラリなどを利用することもある。

図１７を参照して、処理開始が指示されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、コントローラ４０は、ステージ機構１１０Ａ上にワークＷ１を配置する指示、および、搬送機構１５０にワークＷ２を吸着する指示を出力する（ステップＳ１０２）。そして、コントローラ４０は、搬送機構１５０に吸着されたワークＷ２をワークＷ１に近付ける指示を出力する（ステップＳ１０４）とともに、平行維持動作を開始する。

より具体的には、コントローラ４０は、搬送機構１５０に吸着されたワークＷ２の傾きに基づいて、ワークＷ１とワークＷ２とが平行になるように、ステージ機構１１０Ａのアクチュエータ２－１，２－２，２－３の変位を調整する（ステップＳ１０６）。このように、コントローラ４０は、ワークＷ１と重ね合わせられるワークＷ２に応じて、ワークＷ１とワークＷ２とが平行になるようにステージ機構１１０Ａに制御指令を与える。

そして、コントローラ４０は、ワークＷ１とワークＷ２との平行度合いに基づいて、ワーク間接近動作に切り替えるための切替条件が満たされたか否かを判断する（ステップＳ１０８）。切替条件が満たされていなければ（ステップＳ１０８においてＮＯ）、ステップＳ１０６以下の処理が繰り返される。

切替条件が満たされていれば（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、コントローラ４０は、ワークＷ１とワークＷ２とが平行に維持されるように、ステージ機構１１０Ａのアクチュエータ２－１，２－２，２－３の変位を調整する（ステップＳ１１０）。そして、コントローラ４０は、ワークＷ１とワークＷ２との間の距離に基づいて、衝撃緩和動作に切替するための切替条件が満たされたか否かを判断する（ステップＳ１１２）。切替条件が満たされていなければ（ステップＳ１１２においてＮＯ）、ステップＳ１１０以下の処理が繰り返される。

切替条件が満たされていれば（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、コントローラ４０は、衝撃緩和動作を開始する（ステップＳ１１４）。衝撃緩和動作においては、図１２のステップＳ２～Ｓ１４に係る処理が実行される。

そして、衝撃緩和動作から弾性力発生動作への切替条件が満たされると、コントローラ４０は、弾性力発生動作を開始する（ステップＳ１１６）。弾性力発生動作においては、図１２のステップＳ２０～Ｓ２８に係る処理が実行される。

ワークＷ１とワークＷ２との重ね合わせが完了すると、コントローラ４０は、重ね合わされたワークＷ１およびワークＷ２を次工程に搬送するための指示を出力する（ステップＳ１１８）。以上によって、１回の処理が完了する。

上述したように、本実施の形態に係る衝撃緩和動作および弾性力発生動作を含む一連の制御によって、ワーク間に発生する衝撃を緩和して、ワークに生じるダメージを軽減しつつ、ワーク間の面圧を均一にして押しつけることができる。これによって、不良品の発生を低減するとともに、より高い品質のワークを製造できる。

＜Ｈ．その他の実施の形態＞
上述したように、本実施の形態に係るアクチュエータ２の制御（衝撃緩和動作および／または弾性力発生動作）は、搬送、重ね合わせ、張り合わせ、挿入といった、物体と物体との接触を含む任意のアプリケーションに適用可能である。

また、本実施の形態に係るアクチュエータ２の衝撃緩和動作は、単体で、除振や振動抑制などのバネ機構やテンショナなどにも適用可能である。

また、本実施の形態に係るアクチュエータ２の弾性力発生動作は、単体で、プレス装置などの任意の荷重を発生する機構に適用可能である。

＜Ｉ．利点＞
本実施の形態によれば、アクチュエータが物理式に従う挙動をとるので、制御ロジックの構成や設備設計のためのシミュレーションを容易に行うことができる。また、実際の装置を構成した場合にも、事前の設計からのズレが少なくなる。

なお、荷重および位置を制御する技術の一例として、インピーダンス制御およびアドミッタンス制御がある。

インピーダンス制御は、目標位置およびインピーダンスが予め設定された状態で、荷重がアクチュエータに与えられると、目標位置に留まるようにアクチュエータの特性（軟らかさ）を調整する技術である。そのため、本実施の形態に係る衝撃緩和動作のような衝撃力を緩和するような制御を実現するものではなく、むしろより大きな衝撃力が発生することもある。また、インピーダンス制御においては、目標位置が与えられるため、本実施の形態に係る弾性力発生動作のように、発生する荷重を制御することはできない。

アドミッタンス制御は、インピーダンスが予め設定された状態で、荷重がアクチュエータに与えられると、インピーダンスに基づいて動作速度（各制御周期における位置）が制御される。そのため、予め設定されたインピーダンスに基づく挙動しかできないので、本実施の形態に係る衝撃緩和動作のような衝撃力に応じて挙動を変化させることはできない。また、アドミッタンス制御は、荷重がアクチュエータに与えられたことで挙動を決定するので、本実施の形態に係る弾性力発生動作のように、発生する荷重を制御することはできない。

以上のように、本実施の形態に係る衝撃緩和動作および弾性力発生動作は、インピーダンス制御およびアドミッタンス制御とは全く異なる制御である。

＜Ｊ．付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。

［構成１］
モータ（１８）により駆動されて変位を生じるアクチュエータ（２）と、
前記モータを駆動するドライバ（４２）と、
前記ドライバに制御指令を与えるコントローラ（４０）とを備え、
前記コントローラは、
前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するモデル構成部（４２２）と、
前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータへの制御指令を生成する第１の指令生成部（４２６）と、
バネ定数を決定する決定部（４３０）と、
前記バネ定数と前記アクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、前記モータへの制御指令を生成する第２の指令生成部（４２８）と、
前記第１の指令生成部および前記第２の指令生成部とのうちいずれからの制御指令を有効化するのかを選択する選択部（４３６）とを含む、駆動システム。

［構成２］
前記選択部は、前記第１の指令生成部からの制御指令を有効化しているときに、所定の切替条件が満たされると、前記第２の指令生成部からの制御指令を有効化する、構成１に記載の駆動システム。

［構成３］
前記切替条件は、前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられてからの経過時間に基づく、構成２に記載の駆動システム。

［構成４］
前記切替条件は、前記アクチュエータに生じている変位に基づく、構成２に記載の駆動システム。

［構成５］
前記第１の指令生成部は、前記モータの目標位置を指定する位置指令を前記制御指令として出力し、
前記第２の指令生成部は、前記モータが発生すべきトルクを指定するトルク指令を前記制御指令として出力する、構成１～４のいずれか１項に記載の駆動システム。

［構成６］
前記モデル構成部は、前記アクチュエータに外部から所定の荷重が与えられると、前記物理モデルを構成する、構成１～５のいずれか１項に記載の駆動システム。

［構成７］
前記決定部は、制御周期毎にバネ定数を設定する、構成１～６のいずれか１項に記載の駆動システム。

［構成８］
モータ（１８）により駆動されて変位を生じるアクチュエータ（２）の制御方法であって、
前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するステップ（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）と、
バネ定数を決定するステップ（Ｓ２０）と、
前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御するステップ（Ｓ１０，Ｓ１２）と、
前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御しているときに、所定の切替条件が満たされると、前記バネ定数と前記アクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、前記モータの制御を切り替えるステップ（Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８）とを備える、制御方法。

［構成９］
モータ（１８）により駆動されて変位を生じるアクチュエータ（２）を制御するための制御プログラム（４１２）であって、前記制御プログラムはコンピュータ（４０）に、
前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するステップ（Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８）と、
バネ定数を決定するステップ（Ｓ２０）と、
前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御するステップ（Ｓ１０，Ｓ１２）と、
前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御しているときに、所定の切替条件が満たされると、前記バネ定数と前記アクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、前記モータの制御を切り替えるステップ（Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２６，Ｓ２８）とを実行させる、制御プログラム。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 駆動システム、２ アクチュエータ、４ 駆動装置、１０ 本体部、１２ ロッド、１４ 先端部、１６ 連結部材、１８ モータ、２０ エンコーダ、４０ コントローラ、４２ ドライバ、５０ 自然長状態、５２ つり合い状態、５４ 荷重平衡状態、１００ ワーク搬送システム、１１０，１１０Ａ ステージ機構、１１２ ベース部、１１４，１５４ プレート、１１８ 回転部材、１２０ ロボット、１２２ エンドエフェクタ、１５０ 搬送機構、１５２ 支持柱、２００ 組立装置、４０２ プロセッサ、４０４ 主メモリ、４０６ 入出力部、４０８ ストレージ、４１０ システムプログラム、４１２ 制御プログラム、４２０ 物理モデル、４２２ 特性推定部、４２４ 角周波数設定部、４２６ 位置指令生成部、４２８ 荷重指令生成部、４３０ バネ定数変更部、４３２ 変位算出部、４３４ 選択部、４３６ 切替条件、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ ワーク。

Claims (9)

1. モータにより駆動されて変位を生じるアクチュエータと、
   前記モータを駆動するドライバと、
   前記ドライバに制御指令を与えるコントローラとを備え、
   前記コントローラは、
   前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するモデル構成部と、
   前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータへの制御指令を生成する第１の指令生成部と、
   バネ定数を決定する決定部と、
   前記バネ定数と前記アクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、前記モータへの制御指令を生成する第２の指令生成部と、
   前記第１の指令生成部および前記第２の指令生成部とのうちいずれからの制御指令を有効化するのかを選択する選択部とを含む、駆動システム。
2. 前記選択部は、前記第１の指令生成部からの制御指令を有効化しているときに、所定の切替条件が満たされると、前記第２の指令生成部からの制御指令を有効化する、請求項１に記載の駆動システム。
3. 前記切替条件は、前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられてからの経過時間に基づく、請求項２に記載の駆動システム。
4. 前記切替条件は、前記アクチュエータに生じている変位に基づく、請求項２に記載の駆動システム。
5. 前記第１の指令生成部は、前記モータの目標位置を指定する位置指令を前記制御指令として出力し、
   前記第２の指令生成部は、前記モータが発生すべきトルクを指定するトルク指令を前記制御指令として出力する、請求項１～４のいずれか１項に記載の駆動システム。
6. 前記モデル構成部は、前記アクチュエータに外部から所定の荷重が与えられると、前記物理モデルを構成する、請求項１～５のいずれか１項に記載の駆動システム。
7. 前記決定部は、制御周期毎にバネ定数を設定する、請求項１～６のいずれか１項に記載の駆動システム。
8. モータにより駆動されて変位を生じるアクチュエータの制御方法であって、
   前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するステップと、
   バネ定数を決定するステップと、
   前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御するステップと、
   前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御しているときに、所定の切替条件が満たされると、前記バネ定数と前記アクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、前記モータの制御を切り替えるステップとを備える、制御方法。
9. モータにより駆動されて変位を生じるアクチュエータを制御するための制御プログラムであって、前記制御プログラムはコンピュータに、
   前記アクチュエータに外部からの荷重が与えられることで生じる変位に基づいて、物理モデルを構成するステップと、
   バネ定数を決定するステップと、
   前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御するステップと、
   前記アクチュエータが前記物理モデルに従う変位を生じるように、前記モータを制御しているときに、所定の切替条件が満たされると、前記バネ定数と前記アクチュエータに生じている変位との積に基づいて算出される駆動力を生じるように、前記モータの制御を切り替えるステップとを実行させる、制御プログラム。

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