JP7452258B2 - 制御装置、制御方法、画像形成装置及び搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、制御方法、画像形成装置及び搬送装置に関する。

従来、２つのモータで１つの被駆動軸を駆動させる際に、２つのモータと被駆動軸との間のバックラッシュを抑制する技術が知られている。

また、第１及び第２モータで被駆動体を駆動させる際に、第１及び第２モータのそれぞれに対するトルク指令値と、加速度の変化に応答して生成されたプリロードトルク値に基づいて、第１及び第２モータを駆動させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の技術では、モータと被駆動軸との間のバックラッシュを適切に抑制できない場合があった。

開示の技術は、モータと被駆動軸との間のバックラッシュを適切に抑制することを課題とする。

開示の技術の一態様に係る制御装置は、第１回転方向へのトルクを被駆動軸に与える第１モータを駆動させるための０以上の第１駆動指令値と、前記第１回転方向とは反対方向の第２回転方向へのトルクを前記被駆動軸に与える前記第１モータとは異なる第２モータを駆動させるための０以下の第２駆動指令値と、を生成する駆動指令値生成部を備え、前記駆動指令値生成部は、前記被駆動軸の回転角度を検出する角度検出部の現在出力値と、前記角度検出部の目標出力値との差の絶対値が、前記角度検出部による検出の最小分解能以下である場合に、前記第１駆動指令値及び前記第２駆動指令値を生成する。

開示の技術によれば、モータと被駆動軸との間のバックラッシュを適切に抑制できる。

第１及び第２モータと被駆動軸の構成例を示す図である。 ギアの歯が離間した状態例を説明する図である。 第１実施形態に係る制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 第１実施形態に係る駆動指令値生成部による生成例の図である。 第１実施形態に係る駆動指令値生成部による生成の他の例の図である。 エンコーダによる検出の最小分解能を説明する図である。 被駆動軸の回転速度の速度閾値例を説明する図である。 第１実施形態に係る制御装置の制御動作例のフローチャートである。 変形例に係る第１及び第２モータと被駆動軸の構成例の図である。 第２実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す図である。 第３実施形態に係る搬送装置の構成例を示す図である。 その他の実施形態に係るマニピュレータ装置の構成例の図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一の構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

まず、第１モータ１と第２モータ２の２つのモータを用いて、１つの被駆動軸３を回転駆動させるための構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１モータ１、第２モータ２及び被駆動軸３の構成の一例を示す図である。

被駆動軸３は回転体の回転軸に連結され、被駆動軸３の軸回りの回転により回転体を回転させる機械要素である。回転体には、画像形成装置で用いられる給紙ローラ、搬送ローラ、２次転写ローラ、定着ローラ等の各種ローラが挙げられる。

被駆動軸３に取り付けられたギア３１は、第１モータ１のモータ軸１１に取り付けられたギア１２と、第２モータ２のモータ軸２１に取り付けられたギア２２のそれぞれに噛み合っており、被駆動軸３は、ギア３１を介して第１モータ１及び第２モータ２からトルクを伝達される。

第１モータ１は、矢印１３の方向にギア１２を回転させ、一点鎖線の丸で囲った箇所１４でギア１２とギア３１の歯が接触して、被駆動軸３にＣＷ（clockwise）方向へのトルクを与える。

また、第２モータ２は、矢印２３の方向にギア２２を回転させ、二点鎖線の丸で囲った箇所２４でギア２２とギア３１の歯が接触して、被駆動軸３にＣＣＷ（counterclockwise）方向へのトルクを与える。

第１モータ１及び第２モータ２には、ＤＣ（Direct Current）ブラシレスモータやステッピングモータ等を用いることができる。第１モータ１及び第２モータ２が与えるトルクを制御することで、被駆動軸３の回転方向、回転位置及び回転速度等が制御される。

図１の構成において、被駆動軸３をＣＷ方向に回転させる場合には、第１モータ１は被駆動軸３にＣＷ方向へのトルクを与え、それとともに、第２モータ２はＣＣＷ方向へのトルクを被駆動軸３に与える。ＣＣＷ方向へのトルクが与えられることで、ギア３１の歯がギア１２に、より強く押し付けられる。これにより箇所１４におけるギア１２とギア３１の接面状態が維持され、両者の間に生じる隙間（バックラッシュ）が抑制される。

また、被駆動軸３をＣＣＷ方向に回転させる場合には、第２モータ２は被駆動軸にＣＣＷ方向へのトルクを与え、それとともに第１モータ１はＣＷ方向へのトルクを与える。ＣＷ方向へのトルクが与えられることで、ギア３１の歯がギア２２に、より強く押し付けられる。これにより箇所２４におけるギア２２とギア３１の接面状態が維持され、バックラッシュが抑制される。

このようにして、第１モータ１と第２モータ２を用い、バックラッシュを抑制して被駆動軸３を回転駆動させ、被駆動軸３の回転位置制御等を高精度に行うことができる。ここで、ＣＷ方向は「第１回転方向」に対応し、ＣＣＷ方向は「第２回転方向」に対応する。

一方、図１の構成では、被駆動軸３のイナーシャが第１モータ１及び第２モータ２のイナーシャよりも大きい場合等に、被駆動軸３のイナーシャのためにギア３１の回転が第１モータ１又は第２モータ２に対して時間的に遅れ、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の歯が離間する場合がある。

例えば、被駆動軸３を静止させた状態から被駆動軸３をＣＷ方向に回転させると、被駆動軸３のイナーシャのためにギア３１の回転が第２モータ２の回転に対して遅れ、ギア２２とギア３１の歯が離間する場合がある。なお、被駆動軸３を静止させた状態では、第１モータ１及び第２モータ２から逆方向で且つ同じトルクが被駆動軸３に与えられている。

図２は、ギア２２とギア３１の歯が離間した状態の一例を示す図である。図２では、二点鎖線の丸で囲った箇所２４'でギア２２及びギア３１の歯が離間している。このように歯が離間すると、第２モータ２がＣＣＷ方向へのトルクを被駆動軸３に与えられないため、バックラッシュを抑制する効果が得られなくなる。

被駆動軸３を回転させる量が大きい場合等には、回転中の加速によって、回転が終わるまでにこのような離間は解消し、バックラッシュの抑制効果が得られる状態になる場合もある。しかし、被駆動軸３を回転させる量が微小であると、離間した状態でバックラッシュの抑制効果が得られないまま回転が終了して、被駆動軸３の回転位置制御等を高精度に行えなくなりやすい。

これらに対し、実施形態では、ＣＷ方向へのトルクを被駆動軸３に与える第１モータ１を駆動させるために０以上の第１駆動指令値を生成し、また、ＣＣＷ方向へのトルクを被駆動軸３に与える第２モータ２を駆動させるために０以下の第２駆動指令値を生成する。そして、第１駆動指令値により第１モータ１を駆動させ、第２駆動指令値により第２モータ２を駆動させることで、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の間における歯の離間を抑え、バックラッシュを抑制する。

以下では、制御装置１１０を備える駆動システム１００を例にして、実施形態を説明する。

［第１実施形態］
＜制御装置１１０の機能構成＞
まず、第１実施形態に係る制御装置１１０の機能構成について説明する。図３は、制御装置１１０の機能構成の一例を説明するブロック図である。図３に示すように、制御装置１１０は、位置・速度制御部１１１と、駆動指令値生成部１１２と、ＰＷＭ生成部１１３及び１１４とを備える。

これらの機能は何れも電子回路で実現される。但し、これに限定されるものではなく、上記に示した機能の一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が所定のソフトウェアを実行することで実現されてもよい。また、複数の回路又は複数のソフトウェアの組合せによって実現されてもよい。

位置・速度制御部１１１は、駆動システム１００の上位コントローラから位置目標値ｘｔｇｔ及び速度目標値ｖｔｇｔを入力する。また、位置・速度制御部１１１は、被駆動軸３の回転角度を検出するエンコーダ１０５から被駆動軸３のエンコード信号ｅｎｃを入力する。そして、エンコード信号ｅｎｃに基づき、被駆動軸３の位置現在値ｘｄｅｔ及び速度現在値ｖｄｅｔを取得する。

また、位置・速度制御部１１１は、位置目標値ｘｔｇｔ及び速度目標値ｖｔｇｔと、位置現在値ｘｄｅｔ及び速度現在値ｖｄｅｔに基づいて、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御を行う。そして、被駆動軸３の位置を位置目標値ｘｔｇｔに、また被駆動軸３の速度を速度目標値ｖｔｇｔに、それぞれ一致させるための被駆動軸３の制御指令値ｄｒｖｉｎを生成し、これらを駆動指令値生成部１１２に出力する。ここで、制御指令値ｄｒｖｉｎは、電圧値であってもよいし、電流値であってもよい。また、トルクや位置、速度等を示すデータ又は信号であってもよい。

駆動指令値生成部１１２は、位置・速度制御部１１１から入力した制御指令値ｄｒｖｉｎに基づき、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成する。この第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２は、制御指令値ｄｒｖｉｎに合わせて、電圧値であってもよいし、電流値であってもよい。また、トルクや位置、速度等を示すデータ又は信号であってもよい。

駆動指令値生成部１１２は、生成した第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１をＰＷＭ生成部１１３に出力し、また、生成した第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２をＰＷＭ生成部１１４に出力する。なお、駆動指令値生成部１１２が制御指令値ｄｒｖｉｎに基づいて、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成する方法の詳細については、図４を参照して次述する。

ＰＷＭ生成部１１３は、駆動指令値生成部１１２から入力した第１モータ１用の第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、これをドライバ１０３に供給する。

ＰＷＭ生成部１１４は、駆動指令値生成部１１２から入力した第２モータ２用の第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、これをドライバ１０４に供給する。

ドライバ１０３は、ＰＷＭ生成部１１３から供給されたＰＷＭ信号に従って動作することで、第１モータ１におけるＵ，Ｖ，Ｗの各相へ駆動電圧を印加する。これにより、第１モータ１が回転する。ドライバ１０３は、第１モータ１の内部に設けられてもよく、第１モータ１の外部に設けられてもよい。

ドライバ１０４は、ＰＷＭ生成部１１４から供給されたＰＷＭ信号に従って動作することで、第２モータ２におけるＵ，Ｖ，Ｗの各相へ駆動電圧を印加する。これにより、第２モータ２が回転する。ドライバ１０４は、第２モータ２の内部に設けられてもよく、第２モータ２の外部に設けられてもよい。

エンコーダ１０５は、被駆動軸３に設けられており、被駆動軸３の回転に応答したパルス信号であるエンコード信号ｅｎｃを出力する。エンコード信号ｅｎｃは、制御装置１１０の位置・速度制御部１１１に入力され、位置・速度制御部１１１による位置及び速度のＰＩＤ制御に用いられる。

＜駆動指令値生成部１１２による第１及び第２駆動指令値の生成方法＞
次に、駆動指令値生成部１１２による第１及び第２駆動指令値の生成方法について、図４を参照して説明する。

図４は、駆動指令値生成部１１２による第１及び第２駆動指令値の生成方法の一例を説明する図である。図４の横軸は、制御指令値ｄｒｖｉｎを示し、縦軸は駆動指令値ｄｒｖｏｕｔを示している。また、実線で示した折れ線１０は、第１モータ１を駆動させるための第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１の制御指令値ｄｒｖｉｎに応答した変化を示し、破線で示した折れ線２０は、第２モータ２を駆動させるための第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２の制御指令値ｄｒｖｉｎに応答した変化を示している。

図４において、正の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔを供給されたモータはＣＷ方向に回転し、被駆動軸３にＣＷ方向のトルクを与える。また、負の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔを供給されたモータはＣＣＷ方向に回転し、被駆動軸３にＣＣＷ方向のトルクを与えるものとする。

折れ線１０に示すように、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１は、予め定められたオフセット値ｏｆｆｓｅｔ１を切片として、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例して増加する。そして、限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１に達すると、制御指令値ｄｒｖｉｎによらず一定の限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１となる。また、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１は、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例して減少し、０に達すると、制御指令値ｄｒｖｉｎによらず０となる。ここで、限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１は、第１モータ１に供給可能な限界値を意味し、第１モータ１の仕様に応じて予め定められた値である。例えば、電圧を出力する場合は、第１モータ１に印加可能な限界電圧値が限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１に該当する。また、限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１は、「第１閾値」の一例である。

また、折れ線２０に示すように、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２は、予め定められたオフセット値ｏｆｆｓｅｔ２を切片として、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例して減少する。そして、限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ２に達すると、制御指令値ｄｒｖｉｎによらず一定の限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ２となる。また、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２は、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例して増加し、０に達すると、制御指令値ｄｒｖｉｎによらず０となる。ここで、限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ２は、限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１と同様に、第２モータ２に供給可能な限界値を意味し、第２モータ２の仕様に応じて予め定められた値である。また、限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ２は、「第２閾値」の一例である。

駆動指令値生成部１１２は、入力した制御指令値ｄｒｖｉｎに基づき、折れ線１０に従って生成した第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１を、ＰＷＭ生成部１１３に出力する。また、駆動指令値生成部１１２は、入力した制御指令値ｄｒｖｉｎに基づき、折れ線２０に従って生成した第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を、ＰＷＭ生成部１１３に出力する。

ここで、被駆動軸３をＣＷ方向に回転駆動させる場合、図４に一点鎖線の矢印で示した制御指令値ｄｒｖｉｎの範囲４１では、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１は、制御指令値ｄｒｖｉｎに応答して増加し、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２は負の値から０に向かって増加する。

被駆動軸３のイナーシャが第１モータ１及び第２モータ２のイナーシャより大きいと、制御指令値ｄｒｖｉｎが範囲４１を超えて、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２が負から正の値に切り替わる場合、つまり第２モータ２の回転がＣＣＷ方向からＣＷ方向に切り替わる場合に、被駆動軸３のイナーシャのためにギア３１の回転が遅れ、第２モータ２のギア２２に対して離間する場合がある。

これに対し、本実施形態では、図４に示すように、制御指令値ｄｒｖｉｎが範囲４１を超える場合に、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を０以下にし、第２モータ２をＣＷ方向に切り替えさせない。これにより、ギア２２に対するギア３１の回転の遅れを抑え、ギア２２とギア３１との離間を防ぐことができる。

また、被駆動軸３をＣＣＷ方向に回転駆動させる場合、図４に二点鎖線の矢印で示した制御指令値ｄｒｖｉｎの範囲４２では、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２は制御指令値ｄｒｖｉｎに応答して減少し、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１は正の値から０に向かって減少する。

上述したものと同様に、被駆動軸３のイナーシャが第１モータ１及び第２モータ２のイナーシャより大きいと、制御指令値ｄｒｖｉｎが範囲４２を超え、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１が正から負の値に切り替わる場合、つまり第１モータ１の回転がＣＷ方向からＣＣＷ方向に切り替わる場合に、被駆動軸３のイナーシャのためにギア３１の回転が遅れ、第１モータ１のギア１２に対して離間する場合がある。

これに対し、本実施形態では、図４に示すように、制御指令値ｄｒｖｉｎが範囲４２を超える場合に、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１を０以上にし、第１モータ１をＣＣＷ方向に切り替えさせない。これにより、ギア１２に対するギア３１の回転の遅れを抑え、ギア１２とギア３１との離間を防ぐことができる。

ここで、上述した折れ線１０及び折れ線２０のそれぞれは、駆動指令値生成部１１２による第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２の生成で用いられる変換パターンの一例であって、変換パターンはこれらに限定されるものではない。駆動指令値生成部１１２は、０以上の第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１を生成し、また、０以下の第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成できるものであれば、任意の変換パターンを使用できる。

また、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１が、０から限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１までの範囲内で、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例して増加する例を示したが、これに限定されるものではない。制御指令値ｄｒｖｉｎに応答して非線形に変化するものであってもよい。同様に、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２は、制御指令値ｄｒｖｉｎに応答して非線形に変化するものであってもよい。

ここで、図５は、駆動指令値生成部１１２による第１及び第２駆動指令値の生成の他の例を説明する図である。図５の見方は、図４と同様である。

図５において、実線で示した折れ線１０ａは、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１の制御指令値ｄｒｖｉｎに応答した変化を示し、破線で示した折れ線２０ａは、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２の制御指令値ｄｒｖｉｎに応答した変化を示している。

折れ線１０ａに示すように、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１は、０から限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１までの範囲内で、制御指令値ｄｒｖｉｎに応答して非線形に変化する。また、折れ線２０ａに示すように、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２は、０から限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ２までの範囲内で、制御指令値ｄｒｖｉｎに応答して非線形に変化する。駆動指令値生成部１１２は、このような変換パターンを用いて、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成することもできる。

＜制御装置１１０による制御の開始条件及び終了条件＞
次に、制御装置１１０による制御の開始条件及び終了条件について説明する。

制御装置１１０は、一例として、駆動システム１００の上位コントローラから入力した位置目標値ｘｔｇｔと、エンコーダ１０５による被駆動軸３のエンコード信号ｅｎｃに基づき取得された被駆動軸３の位置現在値ｘｄｅｔとの差の絶対値が、エンコーダ１０５による検出の最小分解能以下の場合に、上述した制御を開始する。

換言すると、位置目標値ｘｔｇｔと、位置現在値ｘｄｅｔとの差の絶対値が、エンコーダ１０５による最小角度分解能Δｐ以下の場合に、駆動指令値生成部１１２は、０以上の第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１を生成し、０以下の第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成して、上述した制御が開始される。

例えば、位置目標値ｘｔｇｔ及び位置現在値ｘｄｅｔをエンコード信号ｅｎｃのパルス数で表現し、エンコーダ１０５の最小角度分解能Δｐを１パルスとした場合、位置目標値ｘｔｇｔと位置現在値ｘｄｅｔの差が－１、０、又は１の何れかである場合に、制御装置１１０は、上述した制御を開始させる。

ここで、位置目標値ｘｔｇｔは「目標出力値」の一例であり、位置現在値ｘｄｅｔは「現在出力値」の一例である。また、エンコーダ１０５は「角度検出部」の一例であり、最小角度分解能Δｐは「最小分解能」の一例である。

図６は、エンコーダ１０５による検出の最小分解能の一例を説明するための図である。図６に示すように、エンコーダ１０５は、回転ディスク１０５１と、発光素子１０５２と、受光素子１０５３と、増幅回路１０５４とを備える。

回転ディスク１０５１は、被駆動軸３に取り付けられ、被駆動軸３の回転に伴って回転する円板状部材である。回転ディスク１０５１の平面部には、回転ディスク１０５１を貫通する微小な貫通孔１０５１ａが、所定の角度間隔で輪帯状に形成されている。

発光素子１０５２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源等で構成され、回転ディスク１０５１の貫通孔１０５１ａに向けて光を照射する。

受光素子１０５３は、ＰＤ（Photo Diode）等により構成され、受光した光の強度に応答した電圧信号を出力する。受光素子１０５３は、回転ディスク１０５１を挟んで発光素子１０５２に対向して設けられている。

増幅回路１０５４は、受光素子１０５３からの電圧信号を増幅して制御装置１１０に出力する電気回路である。

発光素子１０５２は、被駆動軸３の回転に伴って回転する回転ディスク１０５１に光を照射する。そして、照射光の照射位置に貫通孔１０５１ａが配置された時に、照射光は貫通孔１０５１ａを通過して受光素子１０５３に受光される。受光素子１０５３は、回転ディスク１０５１の円周方向における貫通孔１０５１ａの幅に対応する期間だけ受光し、当該期間だけＨｉとなるパルス信号を、所定の角度間隔に対応した周期で出力する。このようなパルス信号が増幅回路１０５４により増幅され、エンコード信号ｅｎｃとして制御装置１１０に出力される。また、所定の角度間隔は、エンコーダ１０５による最小角度分解能Δｐに該当する。

なお、エンコーダ１０５は、図６に示した構成に限定されるものではなく、回転角度を検出できるものであれば、他の構成であってもよい。

また、上述した例では、位置目標値ｘｔｇｔと位置現在値ｘｄｅｔとの差の絶対値が、エンコーダ１０５による最小角度分解能Δｐ以下の場合に、制御が開始されるものを示したが、これに限定されるものではない。制御装置１１０は、速度目標値ｖｔｇｔと速度現在値ｖｄｅｔとの差の絶対値がエンコーダ１０５による検出の最小分解能以下の場合に、制御を開始してもよい。但し、この場合、エンコーダ１０５による検出の最小分解能は、最小角度分解能Δｐの微分値に該当する。

また、他の例として、制御装置１１０は、被駆動軸３の回転速度が所定の速度閾値以下の場合に、上述した制御を開始できる。

ここで、図７は、被駆動軸３の回転速度の速度閾値の一例を説明する図である。図７の横軸は時間ｔを示し、縦軸は回転速度Ｖを示している。被駆動軸３が徐々に回転速度を減少させ、図７に破線で示した速度閾値Ｖｔｈに到達した時に、制御装置１１０は、上述した制御を開始する。

一方、制御装置１１０は、上述した制御の実行により、位置目標値ｘｔｇｔと位置現在値ｘｄｅｔが等しくなった場合、または、速度目標値ｖｔｇｔと速度現在値ｖｄｅｔが等しくなった場合に、上述した制御を終了することができる。

＜制御装置１１０による制御動作＞
次に、制御装置１１０による制御動作について、図８を参照して説明する。図８は、制御装置１１０による制御動作の一例を示すフローチャートである。なお、以下では、位置目標値ｘｔｇｔと位置現在値ｘｄｅｔを用いて制御を行う場合を例に説明する。

まず、ステップＳ８１において、位置・速度制御部１１１は、位置目標値ｘｔｇｔと位置現在値ｘｄｅｔとの差の絶対値が最小角度分解能Δｐ以下であるか否かを判定する。

ステップＳ８１で、最小角度分解能Δｐ以下でないと判定された場合は（ステップＳ８１、Ｎｏ）、再度ステップＳ８１の処理が行われる。

一方、ステップＳ８１で、最小角度分解能Δｐ以下であると判定された場合は（ステップＳ８１、Ｙｅｓ）、ステップＳ８２において、位置・速度制御部１１１は、位置目標値ｘｔｇｔ及び位置現在値ｘｄｅｔに基づいて、ＰＩＤ制御を行う。そして、被駆動軸３の位置を位置目標値ｘｔｇｔに一致させるための被駆動軸３の制御指令値ｄｒｖｉｎを生成し、これを駆動指令値生成部１１２に出力する。

続いて、ステップＳ８３において、駆動指令値生成部１１２は、位置・速度制御部１１１から入力した制御指令値ｄｒｖｉｎに基づき、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成する。なお、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１、及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２のそれぞれの生成は、順不同で順次行われてもよいし、両者が並行に行われてもよい。

続いて、ステップＳ８４において、駆動指令値生成部１１２は、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１をＰＷＭ生成部１１３に出力し、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２をＰＷＭ生成部１１４に出力する。なお、ＰＷＭ生成部１１３及びＰＷＭ生成部１１４のそれぞれへの出力は、順不同で順次行われてもよいし、両者が並行に行われてもよい。

続いて、ステップＳ８５において、ＰＷＭ生成部１１３は、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、ＰＷＭ生成部１１４は、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２に応答したデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。

続いて、ステップＳ８６において、ＰＷＭ生成部１１３は、生成したＰＷＭ信号を、ドライバ１０３を介して第１モータ１に供給する。また、ＰＷＭ生成部１１４は、生成したＰＷＭ信号を、ドライバ１０４を介して第２モータ２に供給する。これにより、被駆動軸３が回転駆動される。

続いて、ステップＳ８７において、位置・速度制御部１１１は、位置目標値ｘｔｇｔと位置現在値ｘｄｅｔとが等しいか否かを判定する。

ステップＳ８７で、等しいと判定された場合は（ステップＳ８７、Ｙｅｓ）、制御装置１１０は処理を終了する。一方、ステップＳ８７で、等しくないと判定された場合は（ステップＳ８７、Ｎｏ）、ステップＳ８２に戻り、ステップＳ８２以降の処理が再度行われる。

このようにして、制御装置１１０は、第１モータ１及び第２モータ２を用いて、被駆動軸３の回転駆動を制御できる。

＜制御装置１１０の作用効果＞
従来、２つのモータで１つの被駆動軸を駆動させる際に、２つのモータと被駆動軸との間のバックラッシュを抑制する技術が知られている。

また、第１及び第２モータで被駆動体を駆動させる際に、第１及び第２モータのそれぞれに対するトルク指令値と、加速度の変化に応答して生成されたプリロードトルク値に基づいて、第１及び第２モータを駆動させる装置が、例えば特許文献１等に開示されている。

しかし、被駆動軸３のイナーシャが第１モータ１及び第２モータ２のイナーシャよりも大きい場合に、被駆動軸３のイナーシャのためにギア３１の回転が第１モータ１又は第２モータ２の回転に対して時間的に遅れ、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の歯が離間する場合がある。歯の離間により、第１モータ１によるトルクとは反対方向のトルクを第２モータ２が被駆動軸３に与えられないため、バックラッシュを抑制できなくなる。

特に、被駆動軸３を回転させる量が微小であると、離間した状態でバックラッシュの抑制効果が得られないまま回転が終了するため、バックラッシュの影響が顕著になる。

特許文献１の装置では、被駆動軸３のイナーシャが第１モータ１及び第２モータ２のイナーシャよりも大きい場合、及び／又は被駆動軸３を回転させる量が微小である場合について開示されておらず、上記のバックラッシュを適切に抑制できない場合がある。

本実施形態では、ＣＷ方向へのトルクを被駆動軸３に与える第１モータ１を駆動させるために０以上の第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１を生成し、また、ＣＣＷ方向へのトルクを被駆動軸３に与える第２モータ２を駆動させるために０以下の第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成する。そして、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１により第１モータ１を駆動させ、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２により第２モータ２を駆動させることで、図４を参照して上述した作用により、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の間における歯の離間を抑え、バックラッシュを抑制できる。

また、本実施形態では、位置現在値ｘｄｅｔと位置目標値ｘｔｇｔとの差の絶対値が、エンコーダ１０５による最小角度分解能Δｐ以下の場合に、駆動指令値生成部１１２による第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２の生成を開始する。これにより、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の間で歯の離間が生じやすい被駆動軸３の微小回転時に、歯の離間を抑え、バックラッシュを抑制できる。

また、本実施形態では、被駆動軸３の回転速度が速度閾値Ｖｔｈ以下の場合に、駆動指令値生成部１１２による第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２の生成を開始する。これにより、上述したものと同様に、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の間で歯の離間が生じやすい被駆動軸３の微小回転時に、歯の離間を抑え、バックラッシュを抑制できる。

また、本実施形態では、エンコーダ１０５の位置現在値と位置目標値が等しくなった場合に、駆動指令値生成部１１２による第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２の生成を終了する。これにより、適切なタイミングで制御装置１１０による制御を終了させることができる。

また、本実施形態では、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１が０から限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１になる範囲内で、制御指令値ｄｒｖｉｎに応答して増加又は減少する第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１を生成する。また、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２が０から限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ２になる範囲内で、制御指令値に応答して増加又は減少する第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成する。これにより、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の間で歯の離間が生じやすい制御指令値ｄｒｖｉｎの場合にも、歯の離間を抑え、バックラッシュを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１が０から限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ１になる範囲内では、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例する第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１を生成する。また、第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２が０から限界指令値ｄｒｖｌｉｍｉｔ２になる範囲内では、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例する第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成する。これにより、ギア１２とギア３１、又はギア２２とギア３１の間で歯の離間が生じにくい制御指令値ｄｒｖｉｎの範囲では、制御指令値ｄｒｖｉｎに比例した第１駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１及び第２駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を生成でき、制御指令値ｄｒｖｉｎに沿った被駆動軸３の制御を行うことができる。

（変形例）
ここで、図９は、第１実施形態の変形例として、第１モータ１及び第２モータ２と被駆動軸３との間に多段ギアを介在させた場合の構成の一例を示す図である。

図９では、第１モータ１ａと被駆動軸３ａとの間には多段ギアＧ１が設けられ、第１モータ１ａによるトルクは、多段ギアＧ１を介して被駆動軸３ａに伝達される。また、第２モータ２ａと被駆動軸３ａとの間には多段ギアＧ２が設けられ、第２モータ２ａによるトルクは、多段ギアＧ２を介して被駆動軸３ａに伝達される。このような構成においても、上述した実施形態を適用できる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図１０は、第２実施形態に係る画像形成装置９００の構成の一例を示す図である。画像形成装置９００は、プリントサーバ９１０及び本体９２０を備えている。プリントサーバ９１０には、印刷データが記憶されている。プリントサーバ９１０に記憶されている印刷データは、ユーザからの指示により、本体９２０へと送信される。

本体９２０は、光学装置９２１と、感光体ドラム９２２と、現像ローラ９２３と、転写ローラ９２４と、転写ベルト９２５と、転写ローラ９２６と、定着装置９２７と、搬送装置９３１と、用紙トレイ９３２と、搬送路９３３と、排紙トレイ９３４と、記録紙９３５とを備える。

本体９２０は、印刷データに色補正、濃度変換、小値化等の処理を行う。そして、本体９２０は、最終的に２値となった印刷データを、光学装置９２１に送る。

光学装置９２１は、レーザダイオード等をレーザ光源として用いている。光学装置９２１は、一様に帯電した状態の感光体ドラム９２２に対して、印刷データに応答したレーザ光の照射を行う。

感光体ドラム９２２は、一様に帯電した状態で、印刷データに応答したレーザ光が表面に照射されることにより、レーザ光が照射された部分だけ電荷が消失する。これにより、感光体ドラム９２２の表面には、印刷データに応答した潜像が形成される。ここで形成された潜像は、感光体ドラム９２２の回転に伴って、対応する現像ローラ９２３の方向へと移動する。

現像ローラ９２３は、回転しながら、トナーカートリッジから供給されたトナーを、その表面に付着させる。そして、現像ローラ９２３は、その表面に付着されたトナーを、感光体ドラム９２２の表面に形成された潜像に付着させる。これにより、現像ローラ９２３は、感光体ドラム９２２の表面に形成された潜像を顕像化して、感光体ドラム９２２の表面にトナー像を形成する。

感光体ドラム９２２の表面に形成されたトナー像は、感光体ドラム９２２と転写ローラ９２４との間において、転写ベルト９２５上に転写される。これにより、転写ベルト９２５上に、トナー画像が形成される。

図１０に示す例では、光学装置９２１、感光体ドラム９２２、現像ローラ９２３、及び転写ローラ９２４は、４つの印刷色（Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ）の各々に対して設けられている。これにより、転写ベルト９２５上には、各印刷色のトナー画像が形成される。

搬送装置９３１は、用紙トレイ９３２から搬送路９３３へ、記録紙９３５を送出する。搬送路９３３に送出された記録紙９３５は、転写ベルト９２５と転写ローラ９２６との間に搬送される。これにより、転写ベルト９２５と転写ローラ９２６との間において、転写ベルト９２５上に形成された各印刷色のトナー画像が、記録紙９３５に転写される。その後、記録紙９３５は、定着装置９２７によって熱及び圧力が加えられることにより、トナー画像が定着される。そして、記録紙９３５は、排紙トレイ９３４に搬送される。

例えば、このように構成された画像形成装置９００において、第１実施形態の駆動システム１００を適用して、各種ローラ（例えば、給紙ローラ、搬送ローラ、２次転写ローラ、定着ローラ等）の駆動軸を、第１モータ１及び第２モータ２によって駆動させるように構成する。そして、第１実施形態で説明したとおり、第１モータ１の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１と、第２モータ２の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を、制御装置１１０（図３参照）によって制御する。これにより、画像形成装置９００において、第１モータ１及び第２モータ２を用いて各種ローラを駆動させることができる。この際、第１モータ１及び第２モータ２と各種ローラの駆動軸との間のバックラッシュを抑制できる。

［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態に係る搬送装置１０００の構成の一例を示す図である。図１１に示す搬送装置１０００は、用紙Ｐを搬送するための装置である。図１１に示すように、搬送装置１０００は、搬送ローラ１００１及び搬送ローラ１００２を備えている。搬送ローラ１００１は、搬送ローラ１００２との間に用紙Ｐを挟み込んで回転することにより、用紙Ｐを所定の搬送方向へ搬送する。

例えば、このように構成された搬送装置１０００において、図１１に示すように、第１実施形態の駆動システム１００を適用して、搬送ローラ１００１の駆動軸を、第１モータ１及び第２モータ２によって駆動するように構成する。そして、第１実施形態で説明したとおり、第１モータ１の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１と、第２モータ２の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を、制御装置１１０（図３参照）によって制御する。これにより、搬送装置１０００において、第１モータ１及び第２モータ２を用いて搬送ローラ１００１を駆動させることができる。この際、第１モータ１及び第２モータ２と搬送ローラ１００１の駆動軸との間のバックラッシュを抑制できる。

［その他の好適な実施形態］
図１２は、その他の実施形態に係るマニピュレータ装置７００の構成の一例を示す図である。このマニピュレータ装置７００は、２つの関節部を備えた２自由度のマニピュレータ装置であり、回転ステージ上に取り付ける等して使用される。

図１２に示すように、マニピュレータ装置７００は、第一アーム７０１と、第二アーム７０２とを有し、第二アーム７０２の先端にエンドエフェクタとしてピッキングハンド７０３を備えている。

第一アーム７０１の基端は台座７０４の上部に固定された支持体７０５の上端に回転可能に取り付けられている。両者の取付部で第一関節部７０６を構成している。この第一アーム７０１の先端に第二アーム７０２の基端が回転可能に取り付けられ、両者の取り付け部で第二関節部７０７を構成している。

このように構成されたマニピュレータ装置７００において、第１実施形態の駆動システム１００を適用して、ピッキングハンド７０３、第一アーム７０１、又は第二アーム７０２の少なくとも１つの駆動軸を、第１モータ１及び第２モータ２によって駆動させるように構成する。

そして、第１実施形態で説明したとおり、第１モータ１の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ１と、第２モータ２の駆動指令値ｄｒｖｏｕｔ２を、制御装置１１０（図３参照）によって制御する。これにより、マニピュレータ装置７００において、第１モータ１及び第２モータ２を用いて、ピッキングハンド７０３、第一アーム７０１、又は第二アーム７０２を駆動させることができる。この際に、第１モータ１及び第２モータ２と、ピッキングハンド７０３、第一アーム７０１、又は第二アーム７０２の駆動軸との間のバックラッシュを抑制できる。

なお、図１２に示したマニピュレータ装置に限らず、産業用ロボットや家庭用ロボット等、ロボットアームを備える様々な用途のロボットが、第１実施形態の駆動システム１００の適用対象となり得る。

以上、本発明の好ましい実施形態及び実施例について詳述したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

例えば、上述した例では、制御装置１１０を画像形成装置や搬送装置、マニピュレータ装置に適用するものを説明したが、実施形態は、第１モータ１及び第２モータ２によって同一の駆動軸を駆動する構成を採用しているものであれば、如何なる装置にも適用することが可能である。

一例として、実施形態は、シート状のプリプレグや、紙幣等を搬送する搬送装置において、搬送ローラを駆動する構成に適用することができる。その他、実施形態は、例えば自動車やロボットやアミューズメント機器等において、第１モータ１及び第２モータ２によって駆動される駆動軸の回転運動により、動力を得ることを目的とする構成に適用することができる。

また、実施形態は、制御方法も含む。例えば、制御方法は、第１回転方向へのトルクを被駆動軸に与える第１モータを駆動させるための０以上の第１駆動指令値と、前記第１回転方向とは反対方向の第２回転方向へのトルクを前記被駆動軸に与える第２モータを駆動させるための０以下の第２駆動指令値と、を生成する工程を含む。このような制御方法により、上述した制御装置と同様の効果を得ることができる。

また、上記で説明した実施形態の各機能は、一又は複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサや、上記で説明した各機能を実行するよう設計されたASIC(Application Specific Integrated Circuit)、DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）や従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

１ 第１モータ
１０ 折れ線
１１ モータ軸
１２ ギア
２ 第２モータ
２０ 折れ線
２１ モータ軸
２２ ギア
３ 被駆動軸
３１ ギア
１００ 駆動システム
１０３，１０４ ドライバ
１０５ エンコーダ（角度検出部の一例）
１１０ 制御装置
１１１ 位置・速度制御部
１１２ 駆動指令値生成部
１１３，１１４ ＰＷＭ生成部
７００ マニピュレータ装置
９００ 画像形成装置
１０００ 搬送装置
ｘｔｇｔ 位置目標値（目標出力値の一例）
ｖｔｇｔ 速度目標値（目標出力値の一例）
ｘｄｅｔ 位置現在値（現在出力値の一例）
ｖｄｅｔ 速度現在値（現在出力値の一例）
ｄｒｖｉｎ 制御指令値
ｄｒｖｏｕｔ１ 第１駆動指令値
ｄｒｖｏｕｔ２ 第２駆動指令値
ｅｎｃ エンコード信号
ｄｒｖｌｉｍｉｔ１ 限界指令値（第１閾値の一例）
ｄｒｖｌｉｍｉｔ２ 限界指令値（第２閾値の一例）
Δｐ 最小角度分解能（最小分解能の一例）
Ｇ１，Ｇ２ 多段ギア
Ｖｔｈ 速度閾値

特許５６９８７７７号公報

Claims (8)

1. 第１回転方向へのトルクを被駆動軸に与える第１モータを駆動させるための０以上の第１駆動指令値と、前記第１回転方向とは反対方向の第２回転方向へのトルクを前記被駆動軸に与える前記第１モータとは異なる第２モータを駆動させるための０以下の第２駆動指令値と、を生成する駆動指令値生成部を備え、
   前記駆動指令値生成部は、
   前記被駆動軸の回転角度を検出する角度検出部の現在出力値と、前記角度検出部の目標出力値との差の絶対値が、前記角度検出部による検出の最小分解能以下である場合に、前記第１駆動指令値及び前記第２駆動指令値を生成する
   制御装置。
2. 前記駆動指令値生成部は、
   前記被駆動軸の回転速度が所定の速度閾値以下の場合に、前記第１駆動指令値及び前記第２駆動指令値を生成する
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記駆動指令値生成部は、
   前記被駆動軸の回転角度を検出する角度検出部の現在出力値と、前記角度検出部の目標出力値とが等しくなった場合に、前記第１駆動指令値及び前記第２駆動指令値の生成を終了する
   請求項１、又は２に記載の制御装置。
4. 前記駆動指令値生成部は、
   前記第１駆動指令値が０から所定の第１閾値になる範囲内で、入力される制御指令値に応答して増加又は減少する前記第１駆動指令値を生成し、
   前記第２駆動指令値が０から所定の第２閾値になる範囲内で、前記制御指令値に応答して増加又は減少する前記第２駆動指令値を生成する
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の制御装置。
5. 前記駆動指令値生成部は、
   前記第１駆動指令値が０から所定の第１閾値になる範囲内で、入力される制御指令値に応答して比例する前記第１駆動指令値を生成し、
   前記第２駆動指令値が０から所定の第２閾値になる範囲内で、前記制御指令値に応答して比例する前記第２駆動指令値を生成する
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の制御装置。
6. 駆動指令値生成部により、第１回転方向へのトルクを被駆動軸に与える第１モータを駆動させるための０以上の第１駆動指令値と、前記第１回転方向とは反対方向の第２回転方向へのトルクを前記被駆動軸に与える前記第１モータとは異なる第２モータを駆動させるための０以下の第２駆動指令値と、を生成する工程を含み、
   前記駆動指令値生成部は、
   前記被駆動軸の回転角度を検出する角度検出部の現在出力値と、前記角度検出部の目標出力値との差の絶対値が、前記角度検出部による検出の最小分解能以下である場合に、前記第１駆動指令値及び前記第２駆動指令値を生成する
   制御方法。
7. 第１回転方向へのトルクを被駆動軸に与える第１モータを駆動させるための０以上の第１駆動指令値と、前記第１回転方向とは反対方向の第２回転方向へのトルクを前記被駆動軸に与える前記第１モータとは異なる第２モータを駆動させるための０以下の第２駆動指令値と、を生成する駆動指令値生成部を備え、
   前記駆動指令値生成部は、
   前記被駆動軸の回転角度を検出する角度検出部の現在出力値と、前記角度検出部の目標出力値との差の絶対値が、前記角度検出部による検出の最小分解能以下である場合に、前記第１駆動指令値及び前記第２駆動指令値を生成する
   画像形成装置。
8. 駆動指令値生成部により、第１回転方向へのトルクを被駆動軸に与える第１モータを駆動させるための０以上の第１駆動指令値と、前記第１回転方向とは反対方向の第２回転方向へのトルクを前記被駆動軸に与える前記第１モータとは異なる第２モータを駆動させるための０以下の第２駆動指令値と、を生成する駆動指令値生成部を備え、
   前記駆動指令値生成部は、
   前記被駆動軸の回転角度を検出する角度検出部の現在出力値と、前記角度検出部の目標出力値との差の絶対値が、前記角度検出部による検出の最小分解能以下である場合に、前記第１駆動指令値及び前記第２駆動指令値を生成する
   搬送装置。

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