WO2023100473A1 - アクチュエータ装置、アクチュエータ装置の制御方法、及び移動体 - Google Patents
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
Definitions
- the present disclosure relates to an actuator device, a method of controlling the actuator device, and a moving body.
- the output from the motor is reduced or accelerated to an appropriate torque using a gearbox or the like.
- Patent Document 1 describes a motor, a reduction gear that transmits the torque of the motor to a link, a first detection unit that detects the rotation angle of the motor, and a rotation angle of the output shaft of the reduction gear.
- a robot joint is disclosed that includes a second detector.
- the robot joint disclosed in Patent Document 1 corrects the position instruction to the motor based on the detection result of the first detection unit and the detection result of the second detection unit, thereby reducing the backlash and the like generated in the reduction gear. can suppress the influence of As a result, the robot joint disclosed in Patent Document 1 can control the link connected to the robot joint with higher positional accuracy.
- the actuator device is provided with a large number of detection units (eg, angle sensors, etc.), the weight, volume, and cost of the actuator device increase.
- detection units eg, angle sensors, etc.
- the present disclosure proposes a new and improved actuator device, a control method for the actuator device, and a moving object including the actuator device, which enable highly accurate position control with a smaller number of sensors.
- a motor whose rotation is controlled by a drive circuit, a gearbox that reduces or accelerates the torque of the motor, an angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft of the gearbox, the drive An actuator device, comprising: a feedback circuit that generates feedback for control of the motor based on internal information of the motor used in the circuit and the rotation angle of the output shaft detected by the angle sensor.
- a drive circuit controls the rotation of a motor of an actuator device
- a gear box of the actuator device reduces or accelerates the torque of the motor
- an angle sensor controls the Detecting the rotation angle of the output shaft of the gearbox, and using the feedback circuit based on the internal information of the motor used in the drive circuit and the rotation angle of the output shaft detected by the angle sensor. and generating feedback for control of the motor by using a motor.
- an actuator device includes a motor whose rotation is controlled by a drive circuit, a gearbox that reduces or accelerates the torque of the motor, and an output shaft of the gearbox. Feedback to the control of the motor based on an angle sensor for detecting the rotation angle of the motor, internal information of the motor used in the drive circuit, and the rotation angle of the output shaft detected by the angle sensor and a feedback circuit that generates a .
- FIG. 1 is a schematic perspective view showing an outline of an actuator device according to an embodiment of the present disclosure
- FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining backlash that occurs in the actuator device
- It is a schematic diagram which shows the structural example of the actuator apparatus which concerns on the same embodiment.
- It is a flowchart figure which shows the flow of control of the actuator apparatus which concerns on the same embodiment.
- It is a schematic diagram which shows an example of the mobile body to which the actuator apparatus which concerns on the same embodiment is applied.
- FIG. 1 is a schematic perspective view showing an outline of an actuator device 100 according to this embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining backlash that occurs in the actuator device 100.
- FIG. 1 is a schematic perspective view showing an outline of an actuator device 100 according to this embodiment.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining backlash that occurs in the actuator device 100.
- an actuator device 100 includes a motor 110 and a gearbox 120. As shown in FIG. 1, an actuator device 100 according to this embodiment includes a motor 110 and a gearbox 120. As shown in FIG.
- the motor 110 is a torque source for the actuator device 100 .
- the torque generated by the motor 110 is transmitted to the gearbox 120 via the rotating motor shaft 111 .
- the motor 110 is controlled in rotation by a drive circuit and converts electrical energy into rotational mechanical energy.
- motor 110 is a brushless motor.
- the brushless motor can generate torque by controlling current with an inverter circuit according to the phase of the magnetic field inside the motor 110 .
- the gearbox 120 reduces or accelerates the torque input from the motor shaft 111 and outputs the torque to the output shaft 121 .
- the gearbox 120 may reduce or increase the torque transmitted from the motor shaft 111 using meshed mechanical elements.
- gearbox 120 may use mechanical elements having meshing teeth, such as gears, bevel gears, worm gears, or sprockets, to slow down or speed up the torque transmitted from motor shaft 111 .
- gearbox 120 may be a strain wave gearing.
- the torque generated by the motor 110 is transmitted to the gearbox 120 via the motor shaft 111, then decelerated or accelerated by the gearbox 120, and output from the output shaft 121 to the outside.
- a positional deviation due to backlash occurs between the motor shaft 111 of the motor 110 and the output shaft 121 of the gearbox 120 .
- Backlash is a gap intentionally provided between mechanical elements such as gears that move in mesh with each other. By providing the backlash, it is possible to prevent the rotation of the mechanical elements that mesh with each other from being hindered due to the interference between the tooth profiles.
- the motor shaft 111 of the motor 110 transmits torque to the gearbox 120 by mechanical contact between the convex portion 112 and the concave portion 122 that mesh with each other.
- a gap 115 is intentionally formed between the convex portion 112 and the concave portion 122 in the rotation direction of the motor shaft 111 in order to prevent interference between the convex portion 112 and the concave portion 122 due to the rotation of the motor shaft 111 . (ie backlash) is provided.
- the gap 115 is provided, when the motor 110 rotating in one direction is rotated in the opposite direction, a positional deviation corresponding to the gap 115 occurs between the motor shaft 111 and the gear box 120. can be.
- the provision of the gap 115 makes the contact between the convex portion 112 and the concave portion 122 unstable, and vibration may occur when the motor 110 rotates. Positional deviation or vibration due to such a gap 115 reduces the positioning accuracy of the output shaft 121 of the actuator device 100 .
- an angle sensor is provided on each of the motor shaft 111 of the motor 110 and the output shaft 121 of the gearbox 120 .
- the actuator device 100 controls the motor 110 based on the angle detected by each of the angle sensors to reduce the backlash between the motor shaft 111 and the gearbox 120 and the backlash inside the gearbox 120 . A decrease in positioning accuracy due to rush can be suppressed.
- the technology according to the present disclosure was conceived in view of the above circumstances.
- the technology according to the present disclosure improves the positioning accuracy of the output shaft 121 by using the internal information of the motor 110 used for driving the motor 110 and the angle detected by the angle sensor provided on the output shaft 121. It is a technology that allows According to the technology according to the present disclosure, the actuator device 100 can control the angle of the output shaft 121 with high accuracy without providing the motor shaft 111 with an angle sensor.
- FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration example of the actuator device 100 according to this embodiment.
- the actuator device 100 includes a control circuit 151, a motor 110, a gearbox 120, an angle sensor 130, and a feedback circuit 140.
- the control circuit 151 generates a drive command for driving the motor 110. Specifically, the control circuit 151 may generate a control command by PID (Proportional-Integral-Differential) control.
- PID Proportional-Integral-Differential
- the control circuit 151 generates a control command that instructs the manipulated variable u proportional to each of the deviation e, which is the difference between the target value r and the controlled variable y, the integral of the deviation e, and the differentiation of the deviation e. can do.
- Control over the manipulated variable u proportional to the deviation e is also called P action
- control over the manipulated variable u proportional to the integral of the deviation e is also called I action
- control over the manipulated variable u proportional to the derivative of the deviation e is called I action.
- Control is also referred to as D-action.
- the motor 110 rotates the motor shaft 111 based on the control command from the control circuit 151 and controls the rotation angle of the motor shaft 111 based on the control command from the control circuit 151 .
- the motor 110 is not a brushed motor that rotates the rotor by switching the direction of the magnetic poles of the rotor by a physical switch, but by switching the magnetic field generated from the stator by an electronic switch. It is a brushless motor that rotates the rotor. That is, the internal information of the motor 110 used for driving the motor 110 is information used when switching the magnetic field generated inside the motor 110 by an electronic switch.
- a Hall sensor is used to detect the magnetic field generated inside the motor 110, and the magnetic field generated by the stator is switched based on the detected magnetic field.
- the brushless motor is internally provided with three Hall sensors, and the angle of the rotor is detected by combining the magnetic fields detected by each of the three Hall sensors. The magnetic field generated by the stator is switched. This allows the brushless motor to rotate the rotor both clockwise and counterclockwise.
- the internal information of the motor 110 is information regarding the magnetic field generated inside the motor 110 .
- the internal information of the motor 110 is sensing information of a magnetic field generated inside the motor 110 detected by a magnetic sensor (for example, Hall sensor) provided inside the motor 110 .
- the internal information of the motor 110 is sensing information of a current sensor that detects current flowing through a stator that generates a magnetic field inside the motor 110 .
- the actuator device 100 estimates the angle of the motor shaft 111 before being input to the gear box 120 based on the internal information of the motor 110 described above, and uses the estimated angle of the motor shaft 111 for feedback generation by the feedback circuit 140. use.
- the estimated angle of the motor shaft 111 is a rotation angle derived from information regarding electrical control of the motor 110, and is therefore also referred to as an electrical angle.
- the gearbox 120 mechanically reduces or accelerates the torque input from the motor shaft 111 and outputs the reduced or accelerated torque to the output shaft 121 .
- the gearbox 120 may reduce or increase torque using mechanical elements having tooth-to-tooth meshing such as, for example, gears, bevel gears, worm gears, or sprockets.
- the angle between the input motor shaft 111 and the output output shaft 121 is caused by the backlash of meshing with the motor shaft 111 or the backlash of meshing inside the gearbox 120 .
- An error has occurred.
- the actuator device 100 derives the angle error between the motor shaft 111 and the output shaft 121 by the feedback circuit 140, and feeds it back to the control of the motor 110, thereby controlling the rotation angle of the output shaft 121 with higher accuracy. can do.
- the angle sensor 130 detects the rotation angle of the output shaft 121 of the gearbox 120 .
- the angle sensor 130 may be, for example, an encoder, a potentiometer, or a TMR (Tunnel Magneto Resistance) sensor capable of detecting the rotational angle or rotational movement amount of the output shaft 121 .
- the angle sensor 130 is not limited to the sensor described above and may be another sensor as long as it can detect the rotation angle of the output shaft 121 of the gear box 120 .
- the feedback circuit 140 generates feedback for controlling the motor 110 based on the internal information of the motor 110 obtained from the motor 110 and the rotation angle of the output shaft 121 obtained from the angle sensor 130 .
- the feedback circuit 140 first estimates the rotation angle of the motor shaft 111 based on the internal information of the motor 110 .
- the feedback circuit 140 may estimate the rotation angle of the motor shaft 111 based on information regarding the magnetic field inside the motor 110 detected by a hall sensor or the like.
- the estimated rotation angle of the motor shaft 111 may be a so-called electrical angle.
- the feedback circuit 140 estimates the rotation angle (A) of the output shaft 121 by subjecting the estimated rotation angle of the motor shaft 111 to coordinate transformation using the amplifier 141 . Specifically, the feedback circuit 140 multiplies the estimated rotation angle of the motor shaft 111 by the reciprocal of the gear ratio of the gear box 120 to estimate the rotation angle (A) of the output shaft 121 .
- the feedback circuit 140 derives the difference (B) between the rotation angle (A) of the output shaft 121 estimated from the internal information of the motor 110 and the rotation angle of the output shaft 121 detected by the angle sensor 130. do.
- the feedback circuit 140 generates a backlash difference (C) by processing the difference (B) with a low-pass filter 142 that attenuates components of a predetermined frequency or higher.
- the difference (B) includes a vibration component caused by the backlash between the motor shaft 111 and the gearbox 120 and the backlash inside the gearbox 120, and a bias error component. Therefore, the feedback circuit 140 processes the difference (B) with the low-pass filter 142 and removes the high-frequency vibration component contained in the difference (B), thereby generating the backlash difference (C) containing only the bias error component. can do.
- the feedback circuit 140 adds the generated backlash difference (C) to the rotation angle (A) of the output shaft 121 estimated from the internal information of the motor 110 .
- Backlash difference (C) includes only the angular error due to backlash between motor shaft 111 and gearbox 120 and backlash inside gearbox 120 .
- the rotation angle (A) of the output shaft 121 estimated from the internal information of the motor 110 does not include an angle error due to backlash. Therefore, by adding the backlash difference (C) to the estimated rotation angle (A) of the output shaft 121, the feedback circuit 140 does not include the vibration component caused by the backlash, and the angular error caused by the backlash. It is possible to derive the rotation angle of the output shaft 121 with only (bias error) taken into consideration.
- the deviations are made smaller by means of feedback, etc.
- detecting the deviation and feeding it back to the control system is premised on the detection of the deviation, so feedback is delayed and overcorrection due to the feedback is likely to occur.
- the technology according to the present disclosure it is possible to suppress the occurrence of delay or deterioration in control by performing control with the deviation presumed to exist.
- the rotation angle of the output shaft 121 finally derived by the feedback circuit 140 does not include noise and delay due to vibration caused by backlash. Therefore, the feedback circuit 140 feeds back the rotation angle of the output shaft 121 to which the backlash difference (C) has been added to the control system of the motor 110 as a control amount y, so that the control of the rotation angle of the output shaft 121 can be performed at a higher level. It can be done with precision.
- the rotation angle (A) of the output shaft 121 estimated from the internal information of the motor 110 is fed back to the control system of the motor 110 as the control amount y, the rotation angle of the output shaft 121 will deviate in control. .
- the actuator device 100 controls the rotation angle of the output shaft 121 by controlling the rotation angle of the output shaft 121 in consideration of the backlash difference (C), which is the angular error caused by the backlash, without including the vibration component caused by the backlash. It can be fed back to the system as a controlled variable y. Therefore, the actuator device 100 can control the rotation angle of the output shaft 121 with low noise and low error.
- C backlash difference
- the information processing executed by the feedback circuit 140 is simple information processing such as amplification, addition, subtraction, and filtering. Therefore, the actuator device 100 can construct the feedback circuit 140 with simple software or an electric circuit. Therefore, the actuator device 100 can control the rotation angle of the output shaft 121 with high precision at a lower cost.
- the actuator device 100 can control the rotation angle of the output shaft 121 with high accuracy without providing an angle sensor for detecting the rotation angle of the motor shaft 111 . According to this, the actuator device 100 can reduce the cost, weight and volume of the angle sensor.
- a backlash difference (C) which is an angular error caused by the backlash of the gearbox 120
- the backlash difference (C) due to the backlash of gearbox 120 converges to a substantially constant value based on the precision of the mechanical structure of gearbox 120 . Therefore, by monitoring the derived backlash difference (C), the actuator device 100 can detect an abnormality such as wear or damage of the mechanical structure of the gearbox 120 at an early stage. Specifically, the actuator device 100 can determine that the mechanical structure of the gearbox 120 has been damaged or the like when the backlash difference (C) increases. According to this, the actuator device 100 can also improve the safety and reliability of the gearbox 120 .
- the value of the backlash difference (C) is a value that depends on the internal structure of the actuator device 100, and is basically a constant value or a value that vibrates minutely. Therefore, it is considered that a large change in the value of the backlash difference (C) indicates that an abnormality has occurred in the internal structure of the actuator device 100 . Therefore, the actuator device 100 detects a change in the backlash difference (C) to determine whether the teeth of the gears included in the gearbox 120 are chipped, the rotating shaft of the gearbox 120 is bent, or the motor 110 and the gearbox are separated from each other. It is possible to detect the occurrence of an abnormality such as loose connection with 120 . Further, when the actuator device 100 is a strain wave gear device, the actuator device 100 can detect the occurrence of ratcheting (tooth skipping) due to excessive load torque by detecting fluctuations in the backlash difference (C). can.
- FIG. 4 is a flow chart showing the control flow of the actuator device 100 according to this embodiment.
- the motor 110 is driven by the control circuit 151 (S101). Torque generated by driving the motor 110 is input to the gearbox 120 via the motor shaft 111 , decelerated or accelerated, and output to the output shaft 121 .
- the feedback circuit 140 estimates the rotation angle of the motor shaft 111 of the motor 110 based on the internal information of the motor 110 (S102). For example, the feedback circuit 140 may estimate the angle of the motor shaft 111 based on information regarding the magnetic field inside the motor 110 detected by a Hall sensor or the like.
- the feedback circuit 140 converts the estimated rotation angle of the motor shaft 111 into the rotation angle (A) of the output shaft 121 (S103).
- the feedback circuit 140 may estimate the rotation angle (A) of the output shaft 121 by subjecting the estimated rotation angle of the motor shaft 111 to coordinate transformation using the amplifier 141 .
- the feedback circuit 140 derives the difference (B) between the rotation angle (A) of the output shaft 121 estimated from the internal information of the motor 110 and the rotation angle of the output shaft 121 detected by the angle sensor 130. (S104).
- the feedback circuit 140 generates a backlash difference (C) by processing the derived difference (B) with the low-pass filter 142 (S105). It is added to the rotation angle (A) of the output shaft 121 estimated from the internal information (S106).
- the feedback circuit 140 feeds back the rotation angle of the output shaft 121 to which the backlash difference (C) is added to the control system of the motor 110 (S107).
- the control circuit 151 can control the driving of the motor 110 based on the rotation angle of the output shaft 121 estimated with higher accuracy.
- the actuator device 100 can control the rotation angle of the output shaft 121 with higher accuracy.
- FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a moving body to which the actuator device 100 according to this embodiment is applied.
- the actuator device 100 may be applied to a mobile body 1 such as a legged walking robot.
- the moving body 1 is, for example, a robot having legs in which a plurality of links are rotatably or linearly connected at joints.
- the moving body 1 includes, for example, a trunk portion 2 and legs 3A, 3B, 3C, and 3D connected to the trunk portion 2 via joints.
- the moving body 1 can walk by the legs 3A, 3B, 3C, and 3D by moving the legs 3A, 3B, 3C, and 3D in conjunction with each other.
- the actuator device 100 may be provided at each of the joints connecting the body 2 and the legs 3A, 3B, 3C, and 3D. According to this, the actuator device 100 can move the legs 3A, 3B, 3C, and 3D relative to the body 2 by driving the joints. Further, the actuator device 100 may be provided, for example, at each joint connecting a plurality of links of the legs 3A, 3B, 3C, and 3D. According to this, the actuator device 100 can move the legs 3A, 3B, 3C, and 3D to perform a walking motion by driving each of the joints.
- the moving body 1 is provided with a large number of joints driven by actuator devices in the legs 3A, 3B, 3C, and 3D. Since the actuator device 100 according to this embodiment is further reduced in cost, weight, and volume, it can be suitably applied to the moving body 1 provided with a large number of such joints. According to this, the actuator device 100 according to the present embodiment can further reduce the cost of the moving body 1 and further reduce the load during operation of the moving body 1 .
- the application of the actuator device 100 according to the present embodiment is not limited to the moving body 1 described above.
- the actuator device 100 according to the present embodiment may be provided, for example, in a joint of a robot imitating a human being or an animal.
- the actuator device 100 according to the present embodiment can be applied to various mechanical devices provided with a movable portion that is driven by torque from a motor.
- a motor whose rotation is controlled by a drive circuit; a gearbox that reduces or accelerates the torque of the motor; an angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft of the gearbox; a feedback circuit for generating feedback for control of the motor based on internal information of the motor used in the drive circuit and the rotation angle of the output shaft detected by the angle sensor; an actuator device.
- the motor is a brushless motor.
- the internal information is information about a magnetic field generated by the motor.
- the internal information is information detected by a Hall sensor included in the motor.
- the actuator device (5) The actuator device according to (4), wherein the internal information is information about an electrical angle of the motor. (6) The actuator device according to any one of (1) to (5), wherein the gearbox includes a mechanical element having backlash. (7) The feedback circuit derives a difference between the rotation angle of the output shaft estimated from the internal information and the detected rotation angle of the output shaft, and converts the derived difference to the estimated rotation angle of the output shaft. The actuator device according to any one of (1) to (6) above, wherein the feedback is generated by adding to the rotation angle. (8) The actuator device according to (7), wherein the derived difference includes a vibration component caused by backlash of the gearbox and a bias error component.
- a control method for an actuator device comprising: (13) Equipped with an actuator device, The actuator device is a motor whose rotation is controlled by a drive circuit; a gearbox that reduces or accelerates the torque of the motor; an angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft of the gearbox; a feedback circuit for generating feedback for control of the motor based on internal information of the motor used in the drive circuit and the rotation angle of the output shaft detected by the angle sensor; mobile, including
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Abstract
【課題】より少ない数のセンサで高精度の位置制御を行う。 【解決手段】駆動回路にて回転を制御されるモータと、前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、を備える、アクチュエータ装置。
Description
本開示は、アクチュエータ装置、アクチュエータ装置の制御方法、及び移動体に関する。
一般的に、アクチュエータ装置では、モータからの出力をギヤボックス等で適切なトルクに減速又は増速することが行われている。
例えば、下記の特許文献１には、モータと、モータのトルクをリンクに伝達する減速機と、モータの回転角度を検出する第１の検出部と、減速機の出力軸の回転角度を検出する第２の検出部とを備えるロボット関節が開示されている。特許文献１に開示されたロボット関節は、第１の検出部による検出結果、及び第２の検出部による検出結果に基づいてモータへの位置指示を補正することで、減速機で生じるバックラッシュ等の影響を抑制することができる。これにより、特許文献１に開示されたロボット関節は、ロボット関節に接続されたリンクをより高い位置精度で制御することができる。
しかし、アクチュエータ装置に多数の検出部（例えば、角度センサなど）が設けられる場合、アクチュエータ装置の重量、体積、及びコストが増大してしまう。
そこで、本開示では、より少ない数のセンサで高精度の位置制御を行うことが可能な、新規かつ改良されたアクチュエータ装置、アクチュエータ装置の制御方法、及びアクチュエータ装置を備える移動体を提案する。
本開示によれば、駆動回路にて回転を制御されるモータと、前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、を備える、アクチュエータ装置が提供される。
また、本開示によれば、駆動回路によって、アクチュエータ装置のモータの回転を制御することと、前記アクチュエータ装置のギヤボックスによって、前記モータのトルクを減速又は増速することと、角度センサによって、前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出することと、フィードバック回路によって、前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成することと、を含む、アクチュエータ装置の制御方法が提供される。
さらに、本開示によれば、アクチュエータ装置を備え、前記アクチュエータ装置は、駆動回路にて回転を制御されるモータと、前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、を含む、移動体が提供される。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．概要
２．構成例
３．制御方法
４．適用例
１．概要
２．構成例
３．制御方法
４．適用例
＜１．概要＞
まず、図１及び図２を参照して、本開示の一実施形態に係るアクチュエータ装置の概要について説明する。図１は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の概要を示す模式的な斜視図である。図２は、アクチュエータ装置１００にて生じるバックラッシュを説明する模式的な断面図である。
まず、図１及び図２を参照して、本開示の一実施形態に係るアクチュエータ装置の概要について説明する。図１は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の概要を示す模式的な斜視図である。図２は、アクチュエータ装置１００にて生じるバックラッシュを説明する模式的な断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、モータ１１０と、ギヤボックス１２０とを備える。
モータ１１０は、アクチュエータ装置１００のトルク源である。モータ１１０で発生したトルクは、回転するモータ軸１１１を介してギヤボックス１２０に伝達される。具体的には、モータ１１０は、駆動回路によって回転を制御され、電気エネルギーを回転の力学的エネルギーに変換する。例えば、モータ１１０は、ブラシレスモータである。ブラシレスモータは、モータ１１０の内部の磁界の位相に応じてインバータ回路にて電流を制御することでトルクを発生させることができる。
ギヤボックス１２０は、モータ軸１１１から入力されたトルクを減速又は増速して出力軸１２１に出力する。具体的には、ギヤボックス１２０は、互いに噛み合った機械要素を用いてモータ軸１１１から伝達されたトルクを減速又は増速してもよい。例えば、ギヤボックス１２０は、歯車、傘歯車、ウォームギヤ、又はスプロケットなどの歯形同士の噛み合わせを有する機械要素を用いて、モータ軸１１１から伝達されたトルクを減速又は増速してもよい。一例として、ギヤボックス１２０は、波動歯車装置であってもよい。
アクチュエータ装置１００では、モータ１１０で発生したトルクは、モータ軸１１１を介してギヤボックス１２０に伝達された後、ギヤボックス１２０にて減速又は増速されて出力軸１２１から外部に出力される。このとき、モータ１１０のモータ軸１１１と、ギヤボックス１２０の出力軸１２１との間には、バックラッシュに起因する位置ずれが発生する。バックラッシュとは、歯車などの互いに噛み合って運動する機械要素の間に意図的に設けられた隙間である。バックラッシュが設けられることで、互いに噛み合って運動する機械要素は、歯形同士の干渉によって回転が妨げられることを防止することができる。
例えば、図２に示すように、モータ１１０のモータ軸１１１は、互いに噛み合った凸部１１２及び凹部１２２の機械的な接触によってギヤボックス１２０にトルクを伝達する。ここで、凸部１１２と、凹部１２２との間には、モータ軸１１１の回転に伴う凸部１１２と凹部１２２との干渉を防止するために、モータ軸１１１の回転方向に意図的に隙間１１５（すなわち、バックラッシュ）が設けられている。
ただし、隙間１１５が設けられることで、一方向に回転していたモータ１１０を反対方向に回転させた際に、モータ軸１１１とギヤボックス１２０との間に隙間１１５分の位置ずれが発生することがあり得る。また、隙間１１５が設けられることで、凸部１１２と、凹部１２２との間の接触が不安定となり、モータ１１０の回転時に振動が発生することがあり得る。このような隙間１１５による位置ずれ又は振動は、アクチュエータ装置１００の出力軸１２１の位置決め精度を低下させてしまう。
そのため、例えば、モータ１１０のモータ軸１１１、及びギヤボックス１２０の出力軸１２１の各々に角度センサを設けることが行われている。これによれば、アクチュエータ装置１００は、角度センサの各々で検出した角度に基づいてモータ１１０を制御することで、モータ軸１１１とギヤボックス１２０との間のバックラッシュ、及びギヤボックス１２０内部のバックラッシュによる位置決め精度の低下を抑制することができる。
しかしながら、モータ１１０のモータ軸１１１、及びギヤボックス１２０の出力軸１２１の各々に角度センサを設けることは、アクチュエータ装置１００のコストを増加させてしまう。また、モータ１１０のモータ軸１１１、及びギヤボックス１２０の出力軸１２１の各々に角度センサを設けた場合、アクチュエータ装置１００全体の重量及び体積が増加してしまう。多関節のロボット装置又は移動体では、関節の駆動のために多数のアクチュエータ装置１００が設けられるため、アクチュエータ装置１００の各々の重量及び体積の増加は、ロボット装置又は移動体の動作負荷を増大させてしまう。
本開示に係る技術は、上記事情を鑑みて想到された。本開示に係る技術は、モータ１１０の駆動に用いられるモータ１１０の内部情報と、出力軸１２１に設けられた角度センサにて検出された角度とを用いることで、出力軸１２１の位置決め精度を向上させる技術である。本開示に係る技術によれば、アクチュエータ装置１００は、モータ軸１１１に角度センサを設けずとも出力軸１２１の角度を高精度に制御することができる。
＜２．構成例＞
次に、図３を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の構成例について説明する。図３は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の構成例を示す模式図である。
次に、図３を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の構成例について説明する。図３は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の構成例を示す模式図である。
図３に示すように、アクチュエータ装置１００は、制御回路１５１と、モータ１１０と、ギヤボックス１２０と、角度センサ１３０と、フィードバック回路１４０とを備える。
制御回路１５１は、モータ１１０を駆動させる駆動指令を生成する。具体的には、制御回路１５１は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御による制御指令を生成してもよい。
例えば、ギヤボックス１２０の出力軸１２１の制御量ｙに対して、制御量ｙを追従させる目標を目標値ｒとし、目標値を得るためのモータ１１０への入力量を操作量ｕとする。このような場合、制御回路１５１は、目標値ｒと制御量ｙとの差分である偏差ｅ、偏差ｅの積分、及び偏差ｅの微分の各々に比例した操作量ｕを指示する制御指令を生成することができる。偏差ｅに比例した操作量ｕへの制御はＰ動作とも称され、偏差ｅの積分に比例した操作量ｕへの制御はＩ動作とも称され、偏差ｅの微分に比例した操作量ｕへの制御はＤ動作とも称される。
モータ１１０は、制御回路１５１からの制御指令に基づいてモータ軸１１１を回転させると共に、制御回路１５１からの制御指令に基づいてモータ軸１１１の回転角度を制御する。上述したように、モータ１１０は、物理的なスイッチで回転子の磁極の向きを切り替えることで回転子を回転させるブラシ付きモータではなく、電子的なスイッチで固定子から発生させる磁界を切り替えることで回転子を回転させるブラシレスモータである。すなわち、モータ１１０の駆動に用いられるモータ１１０の内部情報とは、モータ１１０の内部で発生している磁界を電子的なスイッチで切り替える際に用いられる情報である。
例えば、ブラシレスモータでは、ホールセンサを用いてモータ１１０の内部で発生している磁界が検出され、検出された磁界に基づいて固定子から発生させる磁界が切り替えられる。より詳細には、ブラシレスモータでは、内部に３つのホールセンサが設けられており、３つのホールセンサの各々で検出された磁界の組み合わせによって回転子の角度が検出され、回転子の角度に応じて固定子から発生させる磁界が切り替えられる。これにより、ブラシレスモータは、回転子を時計回り又は反時計回りの双方に回転させることができる。
このような場合、モータ１１０の内部情報とは、モータ１１０内部で発生している磁界に関する情報である。一例として、モータ１１０の内部情報は、モータ１１０の内部に設けられた磁気センサ（例えば、ホールセンサ）にて検出されたモータ１１０の内部で発生している磁界のセンシング情報である。また、他の例として、モータ１１０の内部情報は、モータ１１０の内部で磁界を発生させる固定子に流れる電流を検出する電流センサのセンシング情報である。
アクチュエータ装置１００は、上述したモータ１１０の内部情報に基づいて、ギヤボックス１２０に入力される前のモータ軸１１１の角度を推定し、推定されたモータ軸１１１の角度をフィードバック回路１４０によるフィードバック生成に用いる。なお、推定されたモータ軸１１１の角度は、モータ１１０の電気的な制御に関する情報から導出された回転角度であるため、電気角とも称される。
ギヤボックス１２０は、モータ軸１１１から入力されたトルクを機械的に減速又は増速し、減速又は増速されたトルクを出力軸１２１に出力する。ギヤボックス１２０は、例えば、歯車、傘歯車、ウォームギヤ、又はスプロケットなどの歯形同士の噛み合わせを有する機械要素を用いてトルクを減速又は増速してもよい。
ただし、ギヤボックス１２０では、モータ軸１１１との噛み合わせのバックラッシュ、又はギヤボックス１２０内部の噛み合わせのバックラッシュによって、入力されたモータ軸１１１と、出力された出力軸１２１との間に角度誤差が生じている。アクチュエータ装置１００は、フィードバック回路１４０によって、モータ軸１１１と、出力軸１２１との間の角度誤差を導出し、モータ１１０の制御にフィードバックすることで、出力軸１２１の回転角度をより高精度で制御することができる。
角度センサ１３０は、ギヤボックス１２０の出力軸１２１の回転角度を検出する。角度センサ１３０は、例えば、出力軸１２１の回転角度又は回転移動量を検出することが可能なエンコーダ、ポテンショメータ、又はＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）センサなどであってもよい。なお、角度センサ１３０は、ギヤボックス１２０の出力軸１２１の回転角度を検出することができれば、上記センサに限定されず、他のセンサであってもよい。
フィードバック回路１４０は、モータ１１０から取得したモータ１１０の内部情報と、角度センサ１３０から取得した出力軸１２１の回転角度とに基づいて、モータ１１０の制御に対するフィードバックを生成する。
具体的には、フィードバック回路１４０は、まず、モータ１１０の内部情報に基づいて、モータ軸１１１の回転角度を推定する。例えば、フィードバック回路１４０は、ホールセンサ等で検出されたモータ１１０の内部の磁界に関する情報に基づいて、モータ軸１１１の回転角度を推定してもよい。推定されたモータ軸１１１の回転角度は、いわゆる電気角であってもよい。
次に、フィードバック回路１４０は、推定されたモータ軸１１１の回転角度をアンプ１４１で座標変換することで、出力軸１２１の回転角度（Ａ）を推定する。具体的には、フィードバック回路１４０は、推定されたモータ軸１１１の回転角度にギヤボックス１２０のギヤ比の逆数を乗算することで、出力軸１２１の回転角度（Ａ）を推定する。
続いて、フィードバック回路１４０は、モータ１１０の内部情報から推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）と、角度センサ１３０にて検出された出力軸１２１の回転角度との差分（Ｂ）を導出する。
次に、フィードバック回路１４０は、所定の周波数以上の成分を減衰させるローパスフィルタ１４２で差分（Ｂ）を処理することで、バックラッシュ差分（Ｃ）を生成する。差分（Ｂ）には、モータ軸１１１とギヤボックス１２０との間のバックラッシュ、及びギヤボックス１２０の内部のバックラッシュに起因する振動成分、及びバイアス誤差成分が含まれる。したがって、フィードバック回路１４０は、差分（Ｂ）をローパスフィルタ１４２で処理し、差分（Ｂ）に含まれる高周波の振動成分を除去することで、バイアス誤差成分のみを含むバックラッシュ差分（Ｃ）を生成することができる。
その後、フィードバック回路１４０は、生成されたバックラッシュ差分（Ｃ）をモータ１１０の内部情報から推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）に加算する。バックラッシュ差分（Ｃ）は、モータ軸１１１とギヤボックス１２０との間のバックラッシュ、及びギヤボックス１２０の内部のバックラッシュに起因する角度誤差のみを含む。一方で、モータ１１０の内部情報から推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）は、バックラッシュに起因する角度誤差を含まない。したがって、フィードバック回路１４０は、推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）にバックラッシュ差分（Ｃ）を加算することで、バックラッシュに起因する振動成分を含まず、バックラッシュに起因する角度誤差（バイアス誤差）のみが加味された出力軸１２１の回転角度を導出することができる。
一般的に、出力に偏差等が含まれる制御系では、フィードバック等によって偏差をより小さくすることが行われている。しかしながら、偏差を検出して制御系にフィードバックを行うことは、偏差の検出が前提となるため、フィードバックに遅延が生じると共に、フィードバックによる過補正が生じやすくなる。本開示に係る技術では、偏差が存在するものとして、偏差をあらかじめ織り込んで制御を行うことで、制御の遅延又は劣化の発生を抑制することができる。
本実施形態に係るアクチュエータ装置１００では、フィードバック回路１４０にて最終的に導出される出力軸１２１の回転角度は、バックラッシュに起因する振動によるノイズ、及び遅延を含まない。したがって、フィードバック回路１４０は、バックラッシュ差分（Ｃ）が加算された出力軸１２１の回転角度をモータ１１０の制御系に制御量ｙとしてフィードバックすることで、出力軸１２１の回転角度の制御をより高精度で行わせることが可能である。
一方で、例えば、角度センサ１３０で検出された出力軸１２１の回転角度をそのままモータ１１０の制御系に制御量ｙとしてフィードバックした場合、制御量ｙにバックラッシュに起因する振動成分がノイズとして入りこんでしまう。このような場合、モータ１１０の制御がノイズによってかく乱されてしまうため、出力軸１２１では、回転角度のばらつきが大きくなってしまう。
また、例えば、モータ１１０の内部情報から推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）をモータ１１０の制御系に制御量ｙとしてフィードバックした場合、出力軸１２１の回転角度に制御ずれが生じてしまう。これは、推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）と、出力軸１２１の実際の回転角度との間には、バックラッシュに起因する角度誤差（バイアス誤差）が存在するため、推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）と、出力軸１２１の実際の回転角度とがずれている場合があるためである。
本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、バックラッシュに起因する振動成分を含まず、バックラッシュに起因する角度誤差であるバックラッシュ差分（Ｃ）を加味した出力軸１２１の回転角度をモータ１１０の制御系に制御量ｙとしてフィードバックすることができる。したがって、アクチュエータ装置１００は、出力軸１２１の回転角度を低ノイズかつ低誤差で制御することが可能である。
また、フィードバック回路１４０で実行される情報処理は、増幅、加算、減算、及びフィルタリングなどの簡易な情報処理である。したがって、アクチュエータ装置１００は、フィードバック回路１４０を簡易なソフトウェア、又は電気回路で構築することが可能である。したがって、アクチュエータ装置１００は、より低コストで出力軸１２１の回転角度を高精度に制御することが可能である。
したがって、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、モータ軸１１１の回転角度を検出する角度センサを設けずとも、出力軸１２１の回転角度を高精度で制御することが可能である。これによれば、アクチュエータ装置１００は、角度センサのコスト、重量、及び体積を削減することが可能である。
さらに、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００では、ギヤボックス１２０のバックラッシュに起因する角度誤差であるバックラッシュ差分（Ｃ）が導出される。ここで、ギヤボックス１２０のバックラッシュに起因するバックラッシュ差分（Ｃ）は、ギヤボックス１２０の機械構造の精度に基づいてほぼ一定値に収束する。したがって、アクチュエータ装置１００は、導出されたバックラッシュ差分（Ｃ）を監視することで、ギヤボックス１２０の機械構造の摩耗又は損傷などの異状を早期に検出することが可能である。具体的には、アクチュエータ装置１００は、バックラッシュ差分（Ｃ）が増加した場合に、ギヤボックス１２０の機械構造に破損等が生じたことを判断することができる。これによれば、アクチュエータ装置１００は、ギヤボックス１２０の安全性及び信頼性を向上させることも可能である。
バックラッシュ差分（Ｃ）の値は、アクチュエータ装置１００の内部構造に依存した値であり、基本的に一定値、又は微小振動する値となる。したがって、バックラッシュ差分（Ｃ）の値が大きく変動することは、アクチュエータ装置１００の内部構造に異状が発生していることを示していると考えられる。よって、アクチュエータ装置１００は、バックラッシュ差分（Ｃ）の変動を検出することで、ギヤボックス１２０に含まれるギヤの歯が欠けた、ギヤボックス１２０の回転軸が曲がった、又はモータ１１０とギヤボックス１２０との接続が緩んでいるなどの異状の発生を検出することができる。また、アクチュエータ装置１００が波動歯車装置である場合、アクチュエータ装置１００は、バックラッシュ差分（Ｃ）の変動を検出することで、過大負荷トルクによるラチェッティング（歯飛び）の発生を検出することができる。
＜３．制御方法＞
続いて、図４を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の制御方法について説明する。図４は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の制御の流れを示すフローチャート図である。
続いて、図４を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の制御方法について説明する。図４は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の制御の流れを示すフローチャート図である。
図４に示すように、まず、制御回路１５１によってモータ１１０が駆動される（Ｓ１０１）。モータ１１０の駆動によって生じたトルクは、モータ軸１１１を介してギヤボックス１２０に入力され、減速又は増速されて出力軸１２１に出力される。
このとき、フィードバック回路１４０は、モータ１１０の内部情報に基づいて、モータ１１０のモータ軸１１１の回転角度を推定する（Ｓ１０２）。例えば、フィードバック回路１４０は、ホールセンサ等で検出されたモータ１１０の内部の磁界に関する情報に基づいて、モータ軸１１１の角度を推定してもよい。
続いて、フィードバック回路１４０は、推定されたモータ軸１１１の回転角度を出力軸１２１の回転角度（Ａ）に変換する（Ｓ１０３）。例えば、フィードバック回路１４０は、推定されたモータ軸１１１の回転角度をアンプ１４１で座標変換することで、出力軸１２１の回転角度（Ａ）を推定してもよい。
次に、フィードバック回路１４０は、モータ１１０の内部情報から推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）と、角度センサ１３０にて検出された出力軸１２１の回転角度との差分（Ｂ）を導出する（Ｓ１０４）。
続いて、フィードバック回路１４０は、導出された差分（Ｂ）をローパスフィルタ１４２で処理することでバックラッシュ差分（Ｃ）を生成し（Ｓ１０５）、生成されたバックラッシュ差分（Ｃ）をモータ１１０の内部情報から推定された出力軸１２１の回転角度（Ａ）に加算する（Ｓ１０６）。
その後、フィードバック回路１４０は、バックラッシュ差分（Ｃ）が加算された出力軸１２１の回転角度をモータ１１０の制御系にフィードバックする（Ｓ１０７）。これにより、制御回路１５１は、より高精度で推定された出力軸１２１の回転角度に基づいて、モータ１１０の駆動を制御することができる。
以上の動作によれば、アクチュエータ装置１００は、出力軸１２１の回転角度をより高精度で制御することが可能である。
＜４．適用例＞
さらに、図５を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の適用例について説明する。図５は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００が適用される移動体の一例を示す模式図である。
さらに、図５を参照して、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の適用例について説明する。図５は、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００が適用される移動体の一例を示す模式図である。
図５に示すように、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、脚式歩行ロボットなどの移動体１に適用されてもよい。
移動体１は、例えば、関節にて複数のリンクを回動可能又は直動可能に連結した脚を有するロボットである。移動体１は、例えば、胴体部２と、関節を介して胴体部２と接続された脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄとを備える。移動体１は、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを連動して動かすことで、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄによる歩行を行うことができる。
本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、例えば、胴体部２と脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄとを接続する関節の各々に設けられてもよい。これによれば、アクチュエータ装置１００は、関節の各々を駆動させることで、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを胴体部２に対して動かすことができる。また、アクチュエータ装置１００は、例えば、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの複数のリンクを連結する関節の各々に設けられてもよい。これによれば、アクチュエータ装置１００は、関節の各々を駆動させることで、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを動かして歩行動作を行うことができる。
移動体１は、脚式歩行を行うために、脚部３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄにアクチュエータ装置にて駆動される関節が多数設けられる。本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、コスト、重量、及び体積がより低減されているため、このような関節が多数設けられる移動体１に対して好適に適用することができる。これによれば、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、移動体１のコストをより低減すると共に、移動体１の動作時の負荷をより低減することが可能である。
ただし、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００の適用先は、上記の移動体１に限定されない。本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、例えば、人間又は動物を模したロボットの関節に設けられてもよい。また、本実施形態に係るアクチュエータ装置１００は、モータからのトルクによって駆動される可動部が設けられた種々の機械装置に適用することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
駆動回路にて回転を制御されるモータと、
前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、
前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、
前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、
を備える、アクチュエータ装置。
（２）
前記モータは、ブラシレスモータである、前記（１）に記載のアクチュエータ装置。
（３）
前記内部情報は、前記モータで発生している磁界に関する情報である、前記（２）に記載のアクチュエータ装置。
（４）
前記内部情報は、前記モータに含まれるホールセンサにて検出された情報である、前記（３）に記載のアクチュエータ装置。
（５）
前記内部情報は、前記モータの電気角に関する情報である、前記（４）に記載のアクチュエータ装置。
（６）
前記ギヤボックスは、バックラッシュを有する機械要素を含む、前記（１）～（５）のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
（７）
前記フィードバック回路は、前記内部情報から推定された前記出力軸の回転角度と、検出された前記出力軸の回転角度との差分を導出し、導出された前記差分を前記推定された前記出力軸の回転角度に加算することで前記フィードバックを生成する、前記（１）～（６）のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
（８）
導出された前記差分は、前記ギヤボックスのバックラッシュに起因する振動成分、及びバイアス誤差成分を含む、前記（７）に記載のアクチュエータ装置。
（９）
導出された前記差分は、所定の周波数以上の成分を減衰させるローパスフィルタで信号処理される、前記（７）又は（８）に記載のアクチュエータ装置。
（１０）
前記ローパスフィルタで信号処理された前記差分は、前記アクチュエータ装置の異状検出に用いられる、前記（９）に記載のアクチュエータ装置。
（１１）
前記内部情報から推定された前記出力軸の回転角度は、前記内部情報から推定された前記モータの角度を前記ギヤボックスのギヤ比で除算した角度である、前記（７）～（１０）のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
（１２）
駆動回路によって、アクチュエータ装置のモータの回転を制御することと、
前記アクチュエータ装置のギヤボックスによって、前記モータのトルクを減速又は増速することと、
角度センサによって、前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出することと、
フィードバック回路によって、前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成することと、
を含む、アクチュエータ装置の制御方法。
（１３）
アクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
駆動回路にて回転を制御されるモータと、
前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、
前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、
前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、
を含む、移動体。
（１）
駆動回路にて回転を制御されるモータと、
前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、
前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、
前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、
を備える、アクチュエータ装置。
（２）
前記モータは、ブラシレスモータである、前記（１）に記載のアクチュエータ装置。
（３）
前記内部情報は、前記モータで発生している磁界に関する情報である、前記（２）に記載のアクチュエータ装置。
（４）
前記内部情報は、前記モータに含まれるホールセンサにて検出された情報である、前記（３）に記載のアクチュエータ装置。
（５）
前記内部情報は、前記モータの電気角に関する情報である、前記（４）に記載のアクチュエータ装置。
（６）
前記ギヤボックスは、バックラッシュを有する機械要素を含む、前記（１）～（５）のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
（７）
前記フィードバック回路は、前記内部情報から推定された前記出力軸の回転角度と、検出された前記出力軸の回転角度との差分を導出し、導出された前記差分を前記推定された前記出力軸の回転角度に加算することで前記フィードバックを生成する、前記（１）～（６）のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
（８）
導出された前記差分は、前記ギヤボックスのバックラッシュに起因する振動成分、及びバイアス誤差成分を含む、前記（７）に記載のアクチュエータ装置。
（９）
導出された前記差分は、所定の周波数以上の成分を減衰させるローパスフィルタで信号処理される、前記（７）又は（８）に記載のアクチュエータ装置。
（１０）
前記ローパスフィルタで信号処理された前記差分は、前記アクチュエータ装置の異状検出に用いられる、前記（９）に記載のアクチュエータ装置。
（１１）
前記内部情報から推定された前記出力軸の回転角度は、前記内部情報から推定された前記モータの角度を前記ギヤボックスのギヤ比で除算した角度である、前記（７）～（１０）のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置。
（１２）
駆動回路によって、アクチュエータ装置のモータの回転を制御することと、
前記アクチュエータ装置のギヤボックスによって、前記モータのトルクを減速又は増速することと、
角度センサによって、前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出することと、
フィードバック回路によって、前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成することと、
を含む、アクチュエータ装置の制御方法。
（１３）
アクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
駆動回路にて回転を制御されるモータと、
前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、
前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、
前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、
を含む、移動体。
１ 移動体
２ 胴体部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 脚部
４ 頭部
５ 尾部
１００ アクチュエータ装置
１１０ モータ
１１１ モータ軸
１２０ ギヤボックス
１２１ 出力軸
１３０ 角度センサ
１４０ フィードバック回路
１４１ アンプ
１４２ ローパスフィルタ
１５１ 制御回路
２ 胴体部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ 脚部
４ 頭部
５ 尾部
１００ アクチュエータ装置
１１０ モータ
１１１ モータ軸
１２０ ギヤボックス
１２１ 出力軸
１３０ 角度センサ
１４０ フィードバック回路
１４１ アンプ
１４２ ローパスフィルタ
１５１ 制御回路
Claims (13)
- 駆動回路にて回転を制御されるモータと、
前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、
前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、
前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、
を備える、アクチュエータ装置。 - 前記モータは、ブラシレスモータである、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
- 前記内部情報は、前記モータで発生している磁界に関する情報である、請求項２に記載のアクチュエータ装置。
- 前記内部情報は、前記モータに含まれるホールセンサにて検出された情報である、請求項３に記載のアクチュエータ装置。
- 前記内部情報は、前記モータの電気角に関する情報である、請求項４に記載のアクチュエータ装置。
- 前記ギヤボックスは、バックラッシュを有する機械要素を含む、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
- 前記フィードバック回路は、前記内部情報から推定された前記出力軸の回転角度と、検出された前記出力軸の回転角度との差分を導出し、導出された前記差分を前記推定された前記出力軸の回転角度に加算することで前記フィードバックを生成する、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
- 導出された前記差分は、前記ギヤボックスのバックラッシュに起因する振動成分、及びバイアス誤差成分を含む、請求項７に記載のアクチュエータ装置。
- 導出された前記差分は、所定の周波数以上の成分を減衰させるローパスフィルタで信号処理される、請求項７に記載のアクチュエータ装置。
- 前記ローパスフィルタで信号処理された前記差分は、前記アクチュエータ装置の異状検出に用いられる、請求項９に記載のアクチュエータ装置。
- 前記内部情報から推定された前記出力軸の回転角度は、前記内部情報から推定された前記モータの角度を前記ギヤボックスのギヤ比で除算した角度である、請求項７に記載のアクチュエータ装置。
- 駆動回路によって、アクチュエータ装置のモータの回転を制御することと、
前記アクチュエータ装置のギヤボックスによって、前記モータのトルクを減速又は増速することと、
角度センサによって、前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出することと、
フィードバック回路によって、前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成することと、
を含む、アクチュエータ装置の制御方法。 - アクチュエータ装置を備え、
前記アクチュエータ装置は、
駆動回路にて回転を制御されるモータと、
前記モータのトルクを減速又は増速するギヤボックスと、
前記ギヤボックスの出力軸の回転角度を検出する角度センサと、
前記駆動回路にて使用される前記モータの内部情報と、前記角度センサにて検出された前記出力軸の回転角度とに基づいて、前記モータの制御に対するフィードバックを生成するフィードバック回路と、
を含む、移動体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021194138 | 2021-11-30 | ||
| JP2021-194138 | 2021-11-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023100473A1 true WO2023100473A1 (ja) | 2023-06-08 |
Family
ID=86611998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2022/037500 WO2023100473A1 (ja) | 2021-11-30 | 2022-10-06 | アクチュエータ装置、アクチュエータ装置の制御方法、及び移動体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2023100473A1 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003018880A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-17 | Nidec-Shimpo Corp | 回転駆動装置及びそれに用いられる集積回路 |
| JP2003070284A (ja) * | 2001-06-11 | 2003-03-07 | Sony Corp | サーボ・アクチュエータ並びにその位置検出装置 |
| JP2009005574A (ja) * | 2007-05-24 | 2009-01-08 | Kyocera Mita Corp | モータ駆動制御装置及び画像形成装置 |
-
2022
- 2022-10-06 WO PCT/JP2022/037500 patent/WO2023100473A1/ja unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003070284A (ja) * | 2001-06-11 | 2003-03-07 | Sony Corp | サーボ・アクチュエータ並びにその位置検出装置 |
| JP2003018880A (ja) * | 2001-07-02 | 2003-01-17 | Nidec-Shimpo Corp | 回転駆動装置及びそれに用いられる集積回路 |
| JP2009005574A (ja) * | 2007-05-24 | 2009-01-08 | Kyocera Mita Corp | モータ駆動制御装置及び画像形成装置 |
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Ref document number: 2023564764 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |