JP6479256B2 - モータ制御装置及びこれを用いたモータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バックラッシを測定するモータ制御装置及びこれを用いたモータ装置に関する。

ネジ、歯車などの伝達部を用いて動力の伝達を行う伝達機構には、例えば歯車同士が自由に動くことができるように、バックラッシが設けられる。ここで、バックラッシとは、一対の歯車を噛みあわせた場合の歯同士の隙間のことである。バックラッシは、使用に伴う摩耗で増大し、振動、精度の悪化、強度の低下、故障などの原因になることがある。そこで、バックラッシを計測することで伝達機構の摩耗度合いを把握し、伝達機構の寿命、劣化などを推定することができるモータ制御装置が必要とされている。

特許文献１は、モータの駆動軸の回転状態を位置検出器からの位置信号を用いて取得し、負荷側の負荷軸の回転状態を位置検出器からの位置信号を用いて取得し、駆動軸の回転状態と負荷軸の回転状態に基づいて伝達機構のバックラッシを測定するモータ制御装置を開示する。詳細には、モータなどの駆動装置により駆動軸を正転駆動した後さらに逆転駆動して、駆動軸から負荷軸への伝達機構による動力の伝達精度を計測することで、伝達機構のバックラッシを推定する。

また、特許文献２は、モータの駆動軸での回転状態を検出する位置検出器と駆動軸にかかるトルクを計測するトルクセンサとからの入力を用いて、伝達機構のバックラッシを測定するモータ制御装置を開示する。具体的には、想定されるバックラッシの大きさ以上に駆動軸を正転駆動した後、想定される最大のバックラッシ以上に逆転駆動したとき、逆転駆動開始からトルクが急増するまでの駆動軸の位置信号の変化量からバックラッシを算出する。ここでは、駆動軸がバックラッシに相当する角度だけ逆転駆動した場合の伝達機構の内部の機械的な接触をトルクセンサによって判定している。

特開平７−１８１１０７号公報 特開２０１２−１４９９１９号公報

しかしながら、従来技術では、バックラッシを測定するためには、負荷軸及び駆動軸双方の回転状態を検出する位置検出器からの位置信号、又はモータの駆動軸の回転状態を検出する位置検出器と駆動軸にかかるトルクを計測するトルクセンサとからの信号が必要であった。これにより、モータ制御装置が接続できる装置構成が限定されるという問題があった。

本発明は、上述のような事情を鑑みてなされたもので、モータの駆動軸の回転状態を検出する位置検出器からの位置信号さえ取得できれば、伝達機構のバックラッシを測定することができるモータ制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係るモータ制御装置は、モータを一方向に正駆動させた後に、一方向とは反対の方向にモータを逆駆動させる駆動指令を生成する駆動指令生成器と、駆動指令とモータの動作状態を示す位置信号とに基づいて、モータを駆動するためのトルク指令を生成するトルク指令生成器と、位置信号に基づいて算出した信号を用いて、モータに接続する駆動側伝達部と負荷に接続する負荷側伝達部との間の接触を測定完了接触として検出し、検出結果を接触信号として出力する接触検出器と、接触信号及び位置信号に基づき、駆動側伝達部及び負荷側伝達部間のバックラッシを推定するバックラッシ推定器と、を備える。

本発明に係るモータ制御装置にあっては、モータの駆動軸の回転状態を検出する位置検出器からの位置信号さえ取得できれば、伝達機構のバックラッシを測定することができる。これにより、より幅広い構成の装置に接続することができる。

本発明の実施の形態１に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 伝達機構の内部構造と、正転駆動及び逆転駆動によるバックラッシの計測過程とを示した図である。 本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置の逆転駆動時の時系列波形の一例を示した図である。 駆動指令Ｃｄにおける加速度指令値を一定とした場合における時系列波形の一例を示した図である。 駆動指令Ｃｄにおける速度指令値を一定とした場合における時系列波形の一例を示した図である。 本発明の実施の形態２に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るモータ制御装置の逆転駆動時の時系列波形の一例を示した図である。 本発明の実施の形態３に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るモータ制御装置の逆転駆動時の時系列波形の一例を示した図である。 本発明の実施の形態４に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態４に係るモータ制御装置の逆転駆動時における時系列波形の一例を示した図である。 本発明の実施の形態５に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態６に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態６に係るバックラッシ計測手順を表したフロー図である。 本発明の実施の形態６に係るモータ制御装置の伝達機構の負荷軸が外力を受けて回転する方向とバックラッシ推定動作時の駆動方向を示した図である。 本発明の実施の形態６に係るモータ制御装置が複数回の試験駆動を行う駆動指令を生成した場合の時系列波形の一例を示した図である。 本発明の実施の形態６に係るモータ装置の伝達機構の内部構造と、バックラッシの計測過程を示した図である。 本発明の実施の形態６に係る推定負荷軸位置を説明するための図である。 本発明の実施の形態７に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態８に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態８に係るモータ制御装置の逆転駆動時の時系列波形の一例を示した図である。

以下に、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態を図１〜図２１を用いて説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではなく、各実施の形態を適宜変更してもよく、適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。以下の実施の形態では、駆動力としてトルクを発生させる回転型のモータを例に挙げて説明しているが、リニアモータのように直線的な推力を駆動力として発生させる装置に関しても、本発明のモータ制御装置を同様に適用可能である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。モータ装置は、モータ制御装置１、モータ２、モータ２の駆動軸の回転状態（動作状態）を検出する位置検出器３、及び伝達機構１００を有する。

モータ２は、モータ制御装置１により制御されて駆動する。伝達機構１００は、モータ２のトルクを負荷４に伝達し、駆動軸１０１を介してモータ２と接続され、負荷軸１０２を介して負荷４と接続される。位置検出器３は、モータ２の駆動軸の回転状態を検出して位置信号Ｓｐとして出力する。位置検出器３は例えばロータリエンコーダである。なお、本実施の形態では、位置検出器３とモータ制御装置１とを別構成としたが、モータ制御装置１が位置検出器３を有する構成であってもよい。また、ロータリエンコーダに代えて速度センサ又は加速度センサ等を用いてもよい。

モータ制御装置１は、駆動指令生成器１０、トルク指令生成器１１、電流制御器１２、接触検出器１３、及びバックラッシ推定器１４を有する。駆動指令生成器１０は、トルク指令生成器１１に対して駆動指令Ｃｄを出力する。トルク指令生成器１１はまず、位置信号Ｓｐ及び駆動指令Ｃｄを用いて、位置検出器３が出力する位置信号Ｓｐが駆動指令Ｃｄを追従するように、トルク指令Ｃｔを生成する。さらに、このトルク指令Ｃｔを電流制御器１２及び接触検出器１３に出力する。電流制御器１２はトルク指令Ｃｔに対応する電流Ｉｍをモータ２に出力する。

接触検出器１３は、入力されたトルク指令Ｃｔを用いて、伝達機構１００における接触を検出して検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。バックラッシ推定器１４は、接触信号Ｓｃと位置信号Ｓｐを用いて、伝達機構１００におけるバックラッシを推定する。

ここで、伝達機構１００の構成について図２により説明する。図２は、実施の形態１に係るモータ装置の伝達機構１００の内部構造と、正転駆動及び逆転駆動によるバックラッシの計測過程とを示した図である。図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）が、それぞれバックラッシを計測する前の歯車の状態、正転駆動した歯車の状態、及び逆転駆動した歯車の状態を示す。なお、本実施の形態では、図中（ｂ）の矢印で示す反時計回りの方向を正転方向とし、（ｃ）の矢印で示す時計回りの方向を逆転方向としているが、正転方向及び逆転方向の方向を入れ替えてもよいことは言うまでもない。以下、回転型モータによる駆動は、「正転駆動」及び「逆転駆動」に対応する。また、回転型モータ又はリニアモータによる駆動は、「正駆動」及び「逆駆動」に対応する。

駆動軸１０１は、モータ２の駆動回転軸であり、この駆動軸１０１に駆動側歯車（駆動側伝達部）１０１ａが取付けられる。負荷軸１０２は、伝達機構１００を介して駆動軸１０１から負荷４に対してトルクを伝達するための被駆動回転軸である。この負荷軸１０２に負荷側歯車（負荷側伝達部）１０２ａが取付けられる。伝達機構１００において、駆動側歯車１０１ａ及び負荷側歯車１０２ａが噛みあうことで、モータ２のトルクが負荷４に伝達される。

なお、本実施の形態の伝達機構１００として、２つの歯車を備えた減速機を例に挙げて説明しているが、歯車を３つ以上有する伝達機構を用いてもよい。また、２つの歯車の代わりに、ラックアンドピニオン、ボールネジなどにより構成されていてもよい。駆動側歯車１０１ａ及び負荷側歯車１０２ａを、両歯車と呼ぶ場合がある。

次に本実施の形態で、モータ２の正転駆動及び逆転駆動により伝達機構１００のバックラッシを計測するモータ制御装置１の動作手順を説明する。

本実施の形態において、バックラッシは角度バックラッシを意味するものとして以下説明を行う。ここで、角度バックラッシとは、一方の歯車が固定されたとき、他方の歯車が動くことができる角度の最大値のことである。図２（ｃ）に示す点線間の角度θがバックラッシである。従って、図２（ｂ）に示す状態から図２（ｃ）に示す状態になるまでに、駆動軸１０１が回転する角度すなわち位置信号Ｓｐの変化量からバックラッシを測定することができる。角度バックラッシの代わりに、法線方向バックラッシ、円周方向バックラッシなど異なる種類のバックラッシを用いてもよい。

なお、以下では図２（ｂ）から図２（ｃ）の状態になるまでの時間を接触所要時間Ｔｃと呼ぶ。また、接触所要時間Ｔｃでのモータ２の位置信号Ｓｐの変化量を接触位置変位Ｐｃと呼ぶ。さらに、バックラッシを測定するに際し、駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとの接触には２つの場合があり、以下では両者を区別して説明を行う。「測定前接触」とはバックラッシの測定を開始するため、両歯車１０１ａ及び１０２ａが図２（ｂ）に示す状態となったことであるとする。より詳細には一方の方向に駆動軸１０１を正転駆動することで、駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとが接触することであるとする。「測定完了接触」とは、図２（ｃ）に示す状態となったことであり、逆転駆動による接触である。より詳細には両歯車１０１ａ及び１０２ａが「測定前接触」した後、モータ２が駆動軸１０１を一方の方向とは反対の他方の方向に逆転駆動させることで、駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとが接触することである。

図２（ａ）に示したように、正転駆動開始時には、両歯車１０１ａ及び１０２ａが機械的に互いに接触しているとは限らない。そこでまず、駆動指令生成器１０の生成する図中矢印で示す正転方向の駆動指令Ｃｄにより、モータ２は駆動軸１０１を反時計回りに回転させることで、駆動側歯車１０１ａが正転駆動する。駆動指令Ｃｄは、例えばモータ２に対する位置指令値、速度指令値、加速度指令値などのパラメータにより構成される。図２（ｂ）に示したように、正転駆動することで、両歯車１０１ａ及び１０２ａが測定前接触する。

ここで、逆転駆動の開始時刻の検出方法の一例を説明する。負荷軸１０２と負荷軸１０２を支える軸受け等との間に発生する摩擦力により、両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触する際に減速して停止するように、駆動指令Ｃｄにおける加速度指令値及び速度指令値が調整される。これにより、バックラッシ推定器１４は位置信号Ｓｐにより逆転駆動の開始時間を検出する。バックラッシ推定器１４が例えば、位置信号Ｓｐが変化しない状態すなわちモータ２の停止状態を予め設定された時間検知した後、さらにモータ２の停止状態の直前とは逆の方向における位置信号Ｓｐの変化を検出した場合、その検出した時刻を逆転駆動の開始時間とする。なお、位置信号Ｓｐから逆転駆動の開始時間を判断する代わりに、駆動指令Ｃｄがバックラッシ推定器１４に入力される構成とし、バックラッシ推定器１４が、この駆動指令Ｃｄにより、逆転駆動の開始時間を判断するようにしてもよい。

次に、駆動軸１０１が逆転駆動されると、両歯車１０１ａ及び１０２ａは、図２（ｂ）に示す測定前接触とは反対の面で、図２（ｃ）で示す通り測定完了接触する。この測定完了接触を、接触検出器１３が検出し、検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。接触信号Ｓｃを電圧で表す場合、例えば非接触状態を０Ｖの電圧とし、接触状態を０Ｖとは異なる値、例えば２Ｖの電圧として接触信号Ｓｃを出力する。

駆動軸１０１の回転により両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触すると、モータ２が駆動する慣性モーメントが増大し、モータ２の駆動に大きなトルクが必要になる。そのため、トルク指令生成器１１は位置信号Ｓｐが駆動指令Ｃｄに追従するために必要なトルク指令Ｃｔを逆転駆動させる方向（逆転駆動に対応する方向）に増加させる。接触検出器１３は、このトルク指令Ｃｔの増加を検出して、伝達機構１００の測定完了接触を検出する。

なお、測定前接触及び測定完了接触を確実に生じさせるためには、伝達機構１００の実際のバックラッシよりも大きく正転駆動及び逆転駆動させるための駆動指令Ｃｄが必要である。そのため、予め許容する最大のバックラッシ（最大バックラッシ許容量）を定めておき、駆動指令生成器１０は、駆動軸１０１を許容する最大のバックラッシに相当する角度より十分大きく駆動させる駆動指令Ｃｄを生成してもよい。

図３は、実施の形態１に係るモータ制御装置１の逆転駆動時における時系列波形の一例を示した図である。すなわち、図中（ａ）〜（ｄ）において横軸は時間である。縦軸は、それぞれ（ａ）がトルク指令Ｃｔを、（ｂ）がトルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量を、（ｃ）が位置信号Ｓｐを、（ｄ）が接触信号Ｓｃを示す。

位置信号Ｓｐがバックラッシに相当する角度分変化すると、両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触する。ここで、トルク指令Ｃｔが一時的に増大（あるいは減少）するため、図３（ａ）に示すピークＡ１が現れる。トルク指令Ｃｔの変化を示す時間微分値もまた一時的に増大（あるいは減少）するため、図３（ｂ）に示すピークＢ１が現れる。図３（ｃ）に示す位置信号Ｓｐの変化量Ｃは、接触所要時間Ｔｃにおける位置信号Ｓｐの変化量であり、バックラッシに相当するものである。

接触検出器１３による測定完了接触の検出方法の一例について説明する。トルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量が予め設定されたしきい値を逆転駆動させる方向（逆転駆動に対応する方向）に超えた場合に、接触検出器１３が測定完了接触を検出して、両歯車１０１ａ及び１０２ａの接触状態を示す接触信号Ｓｃをバックラッシ推定器１４に出力する。ここで、予め設定されたしきい値は例えば図３（ｂ）の破線ｂ１である。なお、接触検出器１３は、トルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量ではなくトルク指令Ｃｔが予め設定されたしきい値（破線ａ１）を逆転駆動させる方向に超えた場合に、測定完了接触を検出したとするようにしてもよい。換言すると、接触検出器１３は、トルク指令Ｃｔ又はトルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量が予め設定されたしきい値を逆転駆動させる方向に超えた場合に、測定完了接触を検出したとする。また、しきい値の決定方法としては、例えば、トルク指令Ｃｔに基づき、動的に設定してもよい。なお、トルク指令Ｃｔ及びトルク指令Ｃｔの変化量において逆転駆動させる方向（逆転駆動に対応する方向）は、例えば図３（ａ），（ｂ）ではマイナスの方向である。

図３（ｄ）において、Ｔ１は駆動軸１０１が逆転駆動している期間（以下、「逆転駆動期間」と呼ぶ。）を示している。また、Ｔ２は両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触していない非接触状態である期間（以下、「非接触期間」と呼ぶ。）であり、この時間において駆動側歯車１０１ａのみが回転し、負荷側歯車１０２ａは停止している。一方で、接触期間Ｔ３は両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触している接触状態の期間（以下、「接触期間」と呼ぶ。）であり、接触期間Ｔ３では負荷側歯車１０２ａが駆動側歯車１０１ａとともに回転している。なお、非接触期間Ｔ２から接触期間Ｔ３に切り替わる点が測定完了接触の開始時間であり、接触期間Ｔ３の間は駆動側歯車１０１ａが負荷側歯車１０２ａを駆動させるが、接触期間Ｔ３から時間がさらに経過すると両歯車１０１ａ及び１０２ａが離れるため、接触信号Ｓｃは非接触状態を示す。また、非接触期間Ｔ２は上述した接触所要時間Ｔｃでもある。

ここで、バックラッシ推定器１４によるバックラッシの推定方法について説明する。図３（ａ）、（ｂ）に示すトルク指令Ｃｔ又はトルク指令Ｃｔの変化量の値により、接触検出器１３により接触信号Ｓｃ（図３（ｄ））が生成される。バックラッシ推定器１４は、まず、逆転駆動の開始から接触信号Ｓｃが立ち上がるまでの非接触期間（接触所要時間Ｔｃ）Ｔ２を求める。次に、図３（ｃ）に示すように、測定前接触から測定完了接触までの時間（接触所要時間Ｔｃ）における位置信号Ｓｐの変化量Ｃを求め、この変化量Ｃからバックラッシを推定する。

さらに、トルク指令Ｃｔが最大（あるいは最小）すなわち図３（ａ）に示すピークＡ１になる場合、又はトルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量が最大（あるいは最小）すなわち図３（ｂ）に示すピークＢ１になる場合に、接触検出器１３が測定完了接触を検出する構成としてもよい。これにより測定完了接触を検出する際に、しきい値の設定が不要になる。

本実施の形態では、トルク指令生成器１１は、駆動指令Ｃｄと位置信号Ｓｐとに基づいて、トルク指令Ｃｔを生成する。これにより、トルク指令Ｃｔ又はトルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量が、予め設定されたしきい値を逆転駆動に対応する方向に超えた場合、あるいは最大になる場合に、接触検出器１３が測定完了接触を検出したとすることでバックラッシの推定が可能となっている。トルク指令Ｃｔ又はトルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量が最大であることを判定する方法の例としては、予め最大値を定義しておく方法、又は逆転駆動期間ＴＩで最も大きいトルク指令Ｃｔ又はトルク指令Ｃｔの単位時間当たりの変化量の値を最大とする方法が挙げられる。

図４は、駆動指令Ｃｄにおける加速度指令値を一定とした場合における時系列波形の一例を示した図である。図中（ａ）〜（ｄ）において横軸は時間である。縦軸は、それぞれ（ａ）が駆動指令Ｃｄによる加速度指令値を、（ｂ）がトルク指令Ｃｔを、（ｃ）が位置信号Ｓｐを、（ｄ）が接触信号Ｓｃを示す。また、図４（ａ）に示すように、予め設定された時間Ｔａだけ、駆動指令生成器１０は逆転駆動時にモータ２の加速度が一定になるように駆動指令Ｃｄを与える。これにより、図４（ｂ）に示すように、モータ２の逆転駆動時において、測定完了接触した時点を除きトルク指令Ｃｔの変化が小さいため、トルク指令ＣｔのピークＡ１１が顕著に現れるようになる。なお、加速度指令値を大幅に変化させる駆動指令Ｃｄを用いた場合には、測定完了接触した時点以外でもトルク指令Ｃｔが大きく変化して、トルク指令Ｃｔのピークができる。このトルク指令Ｃｔのピークがノイズとなり、測定完了接触であると誤検出される場合がある。一方で、本実施の形態のように加速度指令値を一定にすることで、このようなノイズの問題を解決することができる。なお、図４（ｄ）のＴ１、Ｔ２、Ｔ３は、図３（ｄ）と同様に、それぞれ逆転駆動期間、非接触期間、接触期間である。

図５は、駆動指令Ｃｄにおける速度指令値を一定とした場合における時系列波形の一例を示した図である。図中（ａ）〜（ｄ）において横軸は時間である。縦軸は、それぞれ（ａ）が駆動指令Ｃｄにおける速度指令値を、（ｂ）がトルク指令Ｃｔを、（ｃ）が位置信号Ｓｐを、（ｄ）が接触信号Ｓｃを示す。さらに、図５（ａ）に示すように、期間Ｔｂでは、速度指令値を一定にする駆動指令Ｃｄにより、測定完了接触した時点を除きトルク指令Ｃｔがほぼ一定の値になる。従って、このような駆動指令Ｃｄを用いることで、図５（ｂ）に示すように、バックラッシ分だけ駆動側歯車１０１ａが回転したときに、トルク指令ＣｔのピークＡ１２がさらに顕著に現れるようになる。このときの接触信号Ｓｃの時間変化は、理想的には図５（ｄ）に示すようになる。なお、図５（ｄ）のＴ１、Ｔ２、Ｔ３は、図３（ｄ）と同様に、それぞれ逆転駆動期間、非接触期間、接触期間である。

特許文献２に挙げた従来技術では、両歯車１０１ａ及び１０２ａの機械的な接触を、駆動軸１０１のトルクセンサを用いて測定し、同時に位置信号Ｓｐを用いてバックラッシを計測する必要があった。しかし、本実施の形態のモータ制御装置では、トルク指令生成器１１が、駆動指令Ｃｄと位置信号Ｓｐとに基づいてトルク指令Ｃｔを生成し、電流制御器１２がトルク指令Ｃｔに基づいてモータ２に電流Ｉｍを供給し、モータ２を駆動する。従って、本実施の形態のモータ制御装置では、センサから得られる情報として、位置信号Ｓｐさえ得られればバックラッシの計測が可能である。これにより、より幅広い構成の装置に接続することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。本実施の形態では、接触検出器１３ａがトルク指令Ｃｔの代わりに位置信号Ｓｐを用いて測定完了接触を検出する点が実施の形態１と異なる。

なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、図中、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

本実施の形態では、接触検出器１３ａが、モータ２の回転状況を示す位置信号Ｓｐから求めたモータ２の加速度を用いて、伝達機構１００の内部の測定完了接触を検出する。

本実施の形態では、接触検出器１３ａが、モータ２の速度、加速度、及びジャークを、それぞれ位置信号Ｓｐを時間についてそれぞれ１回微分、２回微分、及び３回微分することで導出する。上述のように速度、加速度、及びジャークを微分して導出する代わりに、離散時間での差分をとるようにしてもよい。また、微分または離散時間における差分をする前に位置信号Ｓｐにハイパスフィルタを適用してもよい。これにより、位置信号Ｓｐの変動成分をより明確にすることができる。

接触検出器１３ａは、逆転駆動時の加速度を用いて、伝達機構１００における測定完了接触を検出し、検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。

図７は、実施の形態２に係るモータ制御装置の逆転駆動時の時系列波形の一例を示した図である。図中、縦軸については、（ａ）が位置信号Ｓｐにより算出された加速度、（ｂ）が加速度の単位時間当たりの変化量であるジャーク、（ｃ）が位置信号Ｓｐ、（ｄ）が接触信号Ｓｃを示す。

接触検出器１３ａは、加速度が予め設定されたしきい値（例えば図７（ａ）の破線ａ２）を正転駆動させる方向（正転駆動に対応する方向）に超えた場合に、測定完了接触を検出したとする。これは、両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触することで、駆動側歯車１０１ａの加速度が一時的に減少（あるいは増大）するためである。また、接触検出器１３ａは、加速度の代わりにジャークが図７（ｂ）に示す破線ｂ２を正転駆動させる方向に超えた場合に、測定完了接触を検出したとしてもよい。しきい値の決定方法としては、例えば、トルク指令Ｃｔに基づき、動的に設定してもよい。なお、加速度及びジャークにおいて正転駆動させる方向（正転駆動に対応する方向）は、例えば図７（ａ），（ｂ）ではプラスの方向である。

なお、しきい値を設定する代わりに、加速度が最大（あるいは最小）すなわち図７（ａ）に示すピークＡ２になる場合、又はジャークが最大（あるいは最小）すなわち図７（ｂ）に示すピークＢ２になる場合に、測定完了接触を検出したとしてもよい。これによりしきい値の設定が不要になる。

本実施の形態では、接触検出器１３ａが位置信号Ｓｐにより算出された加速度、又は位置信号Ｓｐにより算出されたジャークが予め設定されたしきい値を逆転駆動に対応する方向に超えた場合、あるいは最大となった場合に、測定完了接触を検出したとすることでバックラッシの推定が可能となっている。そのため、トルク指令生成器１１は、必ずしも駆動指令Ｃｄ及び位置信号Ｓｐに基づいてトルク指令Ｃｔを生成する必要はなく、駆動指令Ｃｄのみに基づいてトルク指令Ｃｔを生成する構成も考えられる。位置信号Ｓｐにより算出された加速度、又は位置信号Ｓｐにより算出されたジャークが最大であることを判定する方法の例としては、予めこれらの最大値を定義しておく方法、又は逆転駆動期間ＴＩで最も大きい加速度又はジャークの値を最大とする方法が挙げられる。

特許文献２に挙げた従来技術では、両歯車１０１ａ及び１０２ａの機械的な接触を、駆動軸１０１のトルクセンサを用いて測定し、同時に位置信号Ｓｐを用いてバックラッシを計測する必要があった。しかし、本実施の形態では、接触検出器１３ａが、位置信号Ｓｐを用いて算出した加速度あるいはジャークを用いて、両歯車１０１ａ及び１０２ａの機械的な接触を検出している。すなわち、接触検出器１３ａは、位置信号Ｓｐに基づいて算出した信号を用いてモータ２に接続する駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとの間の接触を測定完了接触として検出し、検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。さらに、バックラッシ推定器１４が、接触信号Ｓｃ及び位置信号Ｓｐに基づき、駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとの間のバックラッシを推定する。従って、本実施の形態では、センサから得られる情報として、位置信号Ｓｐさえ得られればバックラッシの計測が可能である。これにより、より幅広い構成の装置に接続することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。本実施の形態では、接触検出器１３ｂがトルク指令Ｃｔに加えて位置信号Ｓｐを用いて測定完了接触を検出する点が実施の形態１と異なる。

なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、図中、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

接触検出器１３ｂは、まず、伝達機構１００の内部で両歯車１０１ａ及び１０２ａの接触等により発生するトルクを示す抽出外乱Ｄｅを算出する。次に、抽出外乱Ｄｅを用いて、測定完了接触を検出し、検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。なお、抽出外乱Ｄｅは式（１）のように算出される。
Ｄｅ＝Ｊｍ・Ａｃ−Ｃｔ・・・式（１）

ここでまた、右辺の第一項は、実際にモータ２が加速されるのに用いられた慣性分のトルクを示す。Ｊｍ及びＡｃは、それぞれモータ２の回転子の慣性モーメント及び位置検出器３により得られた加速度を示す。位置検出器３により得られた加速度は加速度信号とも呼ばれる。右辺の第二項はトルク指令生成器１１が生成したトルク指令Ｃｔである。式（１）のように、トルク指令Ｃｔと慣性分のトルクとの差をとることで算出された伝達機構１００のトルクすなわち抽出外乱Ｄｅを用いている。従って、駆動指令Ｃｄにおける加速度指令値が変化してトルク指令Ｃｔが変動する場合でも、モータ２の回転による慣性分のトルクとの差をとることで、測定完了接触を検出する際に誤検出の原因となるピークの生成を抑制することができる。従って、伝達機構１００の内部の測定完了接触によるトルクの変化を精度良く抽出することができる。

図９は、実施の形態３に係るモータ制御装置の逆転駆動時における時系列波形の一例を示した図である。図中、縦軸については、（ａ）が抽出外乱Ｄｅを、（ｂ）が抽出外乱Ｄｅの単位時間当たりの変化量を、（ｃ）が位置信号Ｓｐを、（ｄ）が接触信号Ｓｃを示す。位置信号Ｓｐがバックラッシに相当する角度分変化すると、両歯車１０１ａ及び１０２ａが測定完了接触して抽出外乱Ｄｅが急増する。これにより抽出外乱Ｄｅの時間微分値も急増する。

本実施の形態の接触検出器１３ｂは、抽出外乱Ｄｅが図９（ａ）の破線ａ３で示す予め設定されたしきい値を正転駆動させる方向に超えた場合、又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値が図９（ｂ）の破線ｂ３で示す予め設定されたしきい値を正転駆動させる方向に超えた場合に、測定完了接触の検出を行ったとする。なお、抽出外乱Ｄｅにおいて正転駆動させる方向（正転駆動に対応する方向）は、例えば図９（ａ），（ｂ）ではプラスの方向である。

なお、抽出外乱Ｄｅが図９（ａ）のピークＡ３のように最大（あるいは最小）になる場合、又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値が図９（ｂ）のピークＢ３のように最大（あるいは最小）になる場合に、接触検出器１３ｂが測定完了接触の検出を行ったとしてもよい。これにより、しきい値の設定が不要になる。

本実施の形態では、接触検出器１３ｂは、位置信号Ｓｐ及びトルク指令Ｃｔにより算出された抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値が、予め設定されたしきい値を逆転駆動に対応する方向に超えた場合、あるいは最大となった場合に、測定完了接触を検出したとすることでバックラッシの推定が可能となっている。そのため、トルク指令生成器１１は、必ずしも駆動指令Ｃｄ及び位置信号Ｓｐに基づいてトルク指令Ｃｔを生成する必要はなく、駆動指令Ｃｄのみに基づいてトルク指令Ｃｔを生成する構成も考えられる。抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値が最大であることを判定する方法の例としては、予めこれらの最大値を定義しておく方法、又は逆転駆動期間ＴＩで最も大きい抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値を最大とする方法が挙げられる。

本実施の形態の接触検出器１３ｂは、トルク指令Ｃｔ及び位置信号Ｓｐにより算出された抽出外乱Ｄｅに基づき、測定完了接触を検出している。従って、トルク指令Ｃｔに対する応答速度が遅いモータ装置を利用している場合でも、トルク指令Ｃｔのみを用いている場合に比べて、接触検出に遅れが生じない。よって、バックラッシの計測精度の低下が抑制できる。

特許文献２に挙げた従来技術では、両歯車１０１ａ及び１０２ａの機械的な接触を、駆動軸１０１のトルクセンサを用いて測定し、同時に位置信号Ｓｐを用いてバックラッシを計測する必要があった。しかし、本実施の形態では、接触検出器１３ｂが、位置信号Ｓｐを用いて算出した加速度と、トルク指令Ｃｔとに基づき抽出外乱Ｄｅを算出し、モータ２に接続する駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとの間の接触を測定完了接触として検出し、検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。さらに、バックラッシ推定器１４が、接触信号Ｓｃ及び位置信号Ｓｐに基づき、駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとの間のバックラッシを推定する。従って、本実施の形態では、センサから得られる情報として、位置信号Ｓｐさえ得られればバックラッシの計測が可能である。

上述の構成により、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態１の効果に加え、トルク指令Ｃｔに対する応答速度が遅いモータ制御装置であっても、バックラッシを正確に測定でき、駆動指令Ｃｄによる指令値が大きく変動した場合でも安定してバックラッシを測定できるという効果を奏する。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。電流検出器１５は、電流Ｉｍを電流信号Ｓｉｍとして検出する。本実施の形態のモータ制御装置は、位置信号Ｓｐの代わりに電流信号Ｓｉｍを用いて測定完了接触を検出する接触検出器１３ｃを有する点が実施の形態１とは異なる。

図１１は、本発明の実施の形態４に係るモータ制御装置の逆転駆動時における時系列波形の一例を示した図である。すなわち、図中（ａ）〜（ｄ）において横軸は時間である。縦軸は、それぞれ（ａ）が電流信号Ｓｉｍを、（ｂ）が電流信号Ｓｉｍの時間微分値を、（ｃ）が位置信号Ｓｐを、（ｄ）が接触信号Ｓｃを示す。

なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、図中、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

本実施の形態の接触検出器１３ｃは、電流信号Ｓｉｍから伝達機構１００の内部の測定完了接触を検出する。バックラッシに相当する角度分だけ位置信号Ｓｐが変化する場合に、両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触する。この接触によりモータ２が駆動する慣性モーメントが増大するため、モータ２を駆動するためのトルクが非接触状態に比べ大きくなる。従って、モータ２に供給される電流Ｉｍも急激に増加する。ここで、電流信号Ｓｉｍの電流値が増大（あるいは減少）し、電流信号Ｓｉｍの時間微分値も増大する（あるいは減少）。例えば、図１１（ａ）に示す通り、電流信号Ｓｉｍも一時的に増大し、ピークＡ４が現れる。図１１（ｂ）に示す通り、電流信号Ｓｉｍの変化を示す時間微分値もまた一時的に増大（あるいは減少）し、ピークＢ４が現れる。

測定完了接触の検出の方法としては、図３で説明した方法と同様に、電流信号Ｓｉｍが、予め設定されたしきい値を逆転駆動させる方向（逆転駆動に対応する方向）に超えた場合に、測定完了接触を検出したとする。図１１（ａ）では、破線ａ４が予め設定されたしきい値である。電流信号Ｓｉｍを用いる代わりに、電流信号Ｓｉｍの時間微分値を用いてもよい。この場合、図１１（ｂ）の破線ｂ４が予め設定されたしきい値である。なお、電流信号Ｓｉｍ及び電流信号Ｓｉｍの時間微分値において逆転駆動させる方向（逆転駆動に対応する方向）は、例えば図１１（ａ），（ｂ）ではマイナスの方向である。

なお、予め設定されたしきい値を用いる代わりに、電流信号Ｓｉｍが最大（あるいは最小）すなわち図１１（ａ）に示すピークＡ４になる場合又は電流信号Ｓｉｍの時間微分値が最大（あるいは最小）すなわち図１１（ｂ）に示すピークＢ４になる場合に、測定完了接触を行ったとしてもよい。これにより、しきい値の設定が不要になる。

本実施の形態では、トルク指令生成器１１は、駆動指令Ｃｄと位置信号Ｓｐとに基づいて、トルク指令Ｃｔを生成する。さらに、電流制御器１２がトルク指令Ｃｔに基づきモータ２に電流Ｉｍを供給し、電流検出器１５が電流信号Ｓｉｍを検出する。これにより、電流信号Ｓｉｍ又は電流信号Ｓｉｍの単位時間当たりの変化量が、予め設定されたしきい値を逆転駆動に対応する方向に超えた場合、あるいは最大になる場合に、接触検出器１３ｃが測定完了接触を検出したとすることでバックラッシの推定が可能となっている。電流信号Ｓｉｍ又は電流信号Ｓｉｍの単位時間当たりの変化量が最大であることを判定する方法の例としては、予めこれらの最大値を定義しておく方法、又は逆転駆動期間ＴＩで最も大きい電流信号Ｓｉｍ又は電流信号Ｓｉｍの単位時間当たりの変化量の時間微分値を最大とする方法が挙げられる。

特許文献２に挙げた従来技術では、両歯車１０１ａ及び１０２ａの機械的な接触を、駆動軸１０１のトルクセンサを用いて測定し、同時に位置信号Ｓｐを用いてバックラッシを計測する必要があった。しかし、本実施の形態のモータ制御装置では、トルク指令生成器１１が、駆動指令Ｃｄと位置信号Ｓｐに基づいてトルク指令Ｃｔを生成し、電流制御器１２がトルク指令Ｃｔに基づいてモータ２に電流Ｉｍを供給し、モータ２を駆動する。さらに接触検出器１３ｃが、電流信号Ｓｉｍを用いて測定完了接触を検出する。従って、本実施の形態では、センサから得られる情報として、位置信号Ｓｐさえ得られればバックラッシの計測が可能である。

上述の構成により、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態１の効果を奏する。

実施の形態５．
図１２は、本発明の実施の形態５に係るモータ装置を説明するブロック図である。本実施の形態の接触検出器１３ｄは、電流信号Ｓｉｍに加えて位置信号Ｓｐを用いて測定完了接触を検出する点が実施の形態４とは異なる。

なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、図中、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

接触検出器１３ｄは、まず、伝達機構１００の内部で発生する機械的な接触等の外乱を含む抽出外乱Ｄｅを算出する。次に、抽出外乱Ｄｅを用いて、測定完了接触を検出し、検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。抽出外乱Ｄｅは式（２）のように算出される。
Ｄｅ＝Ｊｍ・Ａｃ−Ｋｔ・Ｓｉｍ・・・（２）

但し、式（２）において、右辺の第一項は、式（１）の右辺の第一項と同様に実際にモータ２が加速されるのに用いられた慣性分のトルクである。式（２）の右辺の第二項は、電流信号Ｓｉｍから算出されたモータ２において発生する合計のトルクである。ここでＫｔは、モータ２に供給される電流Ｉｍに対応する電流信号Ｓｉｍと発生するトルクとの関係を示すトルク定数である。式（２）のように、モータ２における合計のトルクと慣性分のトルクとの差を取ることで、伝達機構１００を駆動するために用いられたトルクを導出できる。

接触検出器１３ｄは、トルク指令Ｃｔの代わりに電流信号Ｓｉｍより導出されたトルクを用いて、測定完了接触を検出している。よって、トルク指令生成器１１及び電流制御器１２の応答性の影響を減じ、伝達機構１００の内部の測定完了接触による外乱を精度良く算出することができる。

接触検出器１３ｄによる測定完了接触の検出方法としては、抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの単位時間当たりの変化量が、しきい値を超えた場合に、測定完了接触を検出したとしてもよい。また、抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの変化量が最大（あるいは最小）になる場合に、測定完了接触を検出したとしてもよい。これにより、しきい値の設定が不要になる。

本実施の形態では、接触検出器１３ｄは、位置信号Ｓｐ及び電流信号Ｓｉｍにより算出された抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値が、予め設定されたしきい値を逆転駆動に対応する方向に超えた場合、あるいは最大となった場合に、測定完了接触を検出したとすることでバックラッシの推定が可能となっている。そのため、トルク指令生成器１１は、必ずしも駆動指令Ｃｄ及び位置信号Ｓｐに基づいてトルク指令Ｃｔを生成する必要はなく、駆動指令Ｃｄのみに基づいてトルク指令Ｃｔを生成する構成も考えられる。抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値が最大であることを判定する方法の例としては、予めこれらの最大値を定義しておく方法又は、逆転駆動期間ＴＩで最も大きい抽出外乱Ｄｅ又は抽出外乱Ｄｅの時間微分値を最大とする方法が挙げられる。

実施の形態４の接触検出器１３ｃは、接触の判定に電流信号Ｓｉｍを用いており、トルク指令生成器１１の位置信号Ｓｐに対する応答性又は電流制御器１２のトルク指令Ｃｔに対する応答性が低い場合には、接触検出に遅れが生じ、バックラッシの計測精度が低くなる場合がある。また、実施の形態２の接触検出器１３ａは、接触の判定に位置信号Ｓｐの加速度を用いており、駆動指令Ｃｄの加速度指令値を大きく変動させた場合には、接触を誤検出する場合がある。本実施の形態では、位置信号Ｓｐ及び電流信号Ｓｉｍを共に用いているため、接触検出の遅れ又は接触の誤検出を低減できる。

特許文献２に挙げた従来技術では、両歯車１０１ａ及び１０２ａの機械的な接触を、駆動軸１０１のトルクセンサを用いて測定し、同時に位置信号Ｓｐを用いてバックラッシを計測する必要があった。しかし、本実施の形態では、接触検出器１３ｄが、位置信号Ｓｐを用いて算出した加速度と、電流信号Ｓｉｍに基づき抽出外乱Ｄｅを算出し、モータ２に接続する駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとの間の接触を測定完了接触として検出し、検出結果を接触信号Ｓｃとして出力する。さらに、バックラッシ推定器１４が、接触信号Ｓｃ及び位置信号Ｓｐに基づき、駆動側歯車１０１ａと負荷側歯車１０２ａとの間のバックラッシを推定する。従って、本実施の形態では、センサから得られる情報として、位置信号Ｓｐさえ得られればバックラッシの計測が可能である。

上記の構成により、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態４の効果に加え、接触検出器１３ｄが位置信号Ｓｐ及び電流信号Ｓｉｍを共に用いて測定完了接触を検出するため、高精度かつ簡易にバックラッシを測定可能である。

実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６に係るモータ装置を説明するブロック図である。本実施の形態のモータ制御装置は、図１３に示すように、図１に示した駆動指令生成器１０およびバックラッシ推定器１４の代わりに、それぞれ駆動指令生成器１０ａおよびバックラッシ推定器１４ａを有する点が異なる。本実施の形態のモータ制御装置は、負荷４及びこれに連結した負荷軸１０２に外部から外力Ｆｄが加わる場合でもバックラッシを計測可能とする構成である。

駆動指令生成器１０ａは、後述する複数回の試験駆動を行わせるための駆動指令Ｃｄを生成する。バックラッシ推定器１４ａは、詳細は後述するが、外力Ｆｄに応じて変化する負荷軸１０２の位置も考慮してバックラッシを推定する。

なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、図中、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

上記構成により、本実施の形態では、外力Ｆｄによって負荷軸１０２が回転する場合でも、複数回の正転駆動及び逆転駆動によって、負荷軸１０２の位置を推定し、バックラッシを精度良く計測できる。

図１４は、実施の形態６に係るバックラッシ計測手順を表したフロー図である。計測の手順を、図１４に示すフローに沿って説明する。フロー図中の符号Ｓｉ（ｉ＝１，２，・・・）は各ステップを示す。

まず、ステップＳ１において、駆動指令生成器１０ａは、正転駆動及び逆転駆動の方向、繰り返し回数（試験駆動の回数）、加速度、及び正転駆動時と逆転駆動時における駆動軸１０１の回転量などの設定条件を、図示しない記憶部から取得する。なお、設定条件を記憶部から取得する代わりに、外部の入力端末を介して取得してもよい。

図１５は、本発明の実施の形態６に係るモータ制御装置の伝達機構１００の負荷軸１０２が外力Ｆｄを受けて回転する方向とバックラッシ測定時の駆動方向を示した図である。図中、外力Ｆｄによる負荷軸１０２の回転方向が予め設定されており、この負荷軸１０２の回転を妨げる方向の駆動が正転駆動として設定され、正転駆動の逆方向の駆動が逆転駆動として設定される。

図１６は、本発明の実施の形態６に係るモータ制御装置が複数回の試験駆動を行う駆動指令Ｃｄを生成した場合の時系列波形の一例を示した図である。図中、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ縦軸が位置指令値、速度指令値、及び加速度指令値を示す。（ａ）〜（ｃ）において、正転駆動及び逆転駆動からなる試験駆動を３回行うように駆動指令Ｃｄが生成されている。なお、以下では３回の試験駆動に対応する期間を、それぞれ試験駆動期間Ｔｄ１、試験駆動期間Ｔｄ２、及び試験駆動期間Ｔｄ３として説明する。また、試験駆動期間Ｔｄ１、Ｔｄ２、Ｔｄ３における接触所要時間をそれぞれＴｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３としている。接触所要時間Ｔｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３に対応する接触位置変位をそれぞれＰｃ１、Ｐｃ２、Ｐｃ３としている。試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３では、加速度指令値などのパラメータが互いに異なるように駆動指令Ｃｄが生成される。図１６（ｃ）に示す通り試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３それぞれにおいて、一点鎖線の両矢印及び実線の両矢印がそれぞれ、正転駆動期間及び逆転駆動期間を示す。図１６（ｃ）に示す通り、試験駆動期間Ｔｄ１、試験駆動期間Ｔｄ２、試験駆動期間Ｔｄ３の順に、逆転駆動期間での加速度指令値が大きくなるようにしている。また、図１６（ａ）に示す接触所要時間がＴｃ１、Ｔｃ２、Ｔｃ３の順に短くなっている。

図１７を用いて、ステップＳ２及びＳ３を説明する。図１７は、実施の形態６に係るモータ装置の伝達機構１００の内部構造と、バックラッシの計測過程を示した図である。

ステップＳ２において、モータ２の正転駆動により、伝達機構１００の内部で両歯車１０１ａ及び１０２ａは互いに接触すなわち測定前接触する。

次に、ステップＳ３において、まず、モータ２の逆転駆動により、図１７（ｂ）に実線で示すように、両歯車１０１ａ及び１０２ａを測定前接触のときに接触していた歯面と反対の面に接触させる。ここで、接触検出器１３は測定完了接触を検出し、接触信号Ｓｃを出力する。なお図中、負荷側歯車１０２ａの位置は外力Ｆｄによる影響で、図１７（ｂ）の点線で示す逆転開始時の位置から、接触所要時間Ｔｃ後には実線で示す位置へと回転している。

ステップＳ４において、バックラッシ推定器１４ａは、ステップＳ１で設定された繰り返し回数と、測定完了接触の検出回数を比較して、測定完了接触の検出回数が繰り返し回数に到達したか否かを判断する。測定完了接触の検出回数が繰り返し回数より小さい場合（ＮＯ）には、再度前回とは別の試験駆動にて再度ステップＳ２〜Ｓ３を繰り返す。一方、測定完了接触の検出回数が繰り返し回数以上の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、負荷軸位置の推定を行う。ステップＳ５を説明するに当たり、まず、負荷軸位置及び推定負荷軸位置を説明する。

図１７を用いて、本実施の形態での負荷軸位置について説明する。負荷軸位置は、逆転駆動の開始時における駆動軸１０１の回転位置を基準とし、負荷軸１０２の回転位置を両歯車１０１ａ及び１０２ａ間の減速比を用いて駆動軸１０１の回転角に換算して表現したものである。

例えば、図１７（ａ）では、負荷軸位置は、線分Ｏ−ａ（実線）と線分Ｏ−ｂ（点線）とのなす角であり、バックラッシＢに相当する回転角である。但し、線分Ｏ−ａ（実線）は、逆転駆動の開始時における駆動軸１０１の回転位置である。また、線分Ｏ−ｂ（点線）は、逆転駆動の開始時における負荷軸位置である。

また、図１７（ｂ）では、負荷軸位置は、線分Ｏ−ａ（実線）と線分Ｏ−ｂ１（実線）とのなす角であり、負荷軸１０２の回転により線分Ｏ−ｂ（点線）が線分Ｏ−ｂ１（実線）に移動し、負荷軸１０２の回転により負荷軸位置が大きくなることがわかる。なお、線分Ｏ−ａ（実線）は基準の回転位置であるので、逆転駆動の開始時から変化しない。また、図１７（ｂ）のように両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触する場合は、負荷軸位置が接触位置変位Ｐｃに相当する。

次に、推定負荷軸位置を説明する。図１８は、本発明の実施の形態６に係る推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）を説明するための図である。推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）は、任意の時刻ｔにおける負荷軸位置を推定したものである。但し、時刻ｔは逆転駆動開始時間からの時間を示す。

図１８（ａ）は縦軸が負荷軸位置であり、横軸が逆転駆動の開始時からの時間を示す。図１８（ｂ）は、逆転駆動開始時からの駆動軸１０１における位置信号Ｓｐの変化量を示す。また、図中両矢印は、後述する方法で導出されるバックラッシＢの大きさを示している。図１８（ａ），（ｂ）にひし形で示したのは、（ステップＳ１）で繰り返し回数を３回としたときの、接触位置変位Ｐｃと接触所要時間Ｔｃの関係をプロットしたものである。図中、各プロットは、図１６に示した試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３に対応する接触位置変位Ｐｃと接触所要時間Ｔｃをプロットしたものであり、それぞれＰｌ１〜Ｐｌ３と表記している。例えば、Ｐｌ１は（Ｔｃ１，Ｐｃ１）である。

次に、ステップＳ５において、バックラッシ推定器１４ａは、試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３のそれぞれに対応する接触位置変位Ｐｃと接触所要時間Ｔｃとの組Ｐｌ１〜Ｐｌ３を用いて、推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）を推定する。

本実施の形態では、説明を簡易とするため、負荷軸１０２に加わる外力Ｆｄが試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３間で同じ大きさであり、外力Ｆｄに伴い駆動される負荷軸１０２が試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３で同じ加速度で駆動されるものとしている。推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）を、式（３）に示す２次の多項式からなる近似関数で近似する。
Ｐｌｅ（ｔ）＝Ｋａ・ｔ２＋Ｋｂ ・・・式（３）

但し、式（３）においてＫａ及びＫｂは、それぞれ外力Ｆｄによる負荷軸１０２の加速度に関する係数、及び逆転駆動の開始時における負荷軸位置すなわち図１８（ａ）に示すバックラッシＢを表す近似係数である。また詳細は後述するが、Ｋａ及びＫｂの値の導出は、接触所要時間Ｔｃと接触位置変位Ｐｃからなるデータセットを複数組用いてなされる。近似関数は、式（３）以外にも外力Ｆｄによって移動する負荷軸１０２の位置を近似するのに適していれば次数や項数は問わない。多項式の代わりに、対数、指数、三角関数等による近似関数であってもよい。

近似係数Ｋａ、Ｋｂの導出方法としては、例えば最小二乗法を用いる。最小二乗法では、得られた接触所要時間Ｔｃと接触位置変位Ｐｃの組と、推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）との残差の二乗和が最小になるように近似係数を決定する。なお、近似係数の導出方法として、最小二乗法以外を用いてもよいことは言うまでもない。また、外力Ｆｄの大きさを可変としてもよいことは言うまでもない。

Ｋａ及びＫｂの決定には、接触所要時間Ｔｃ及び接触位置変位Ｐｃのデータセットを最低２組取得すればよい。従って、２組より多くのデータセットを得た場合、異常値の除去を行ってもよい。異常値の除去方法として、例えば近似関数との標準残差が予め設定された値以上になるデータセットが存在する場合に、当該データセットを除去する。これにより、バックラッシ測定結果のばらつきを抑えることができる。本実施例では、試験駆動の回数を３回としたので、最大１組のデータセットを除去することができる。

なお、上述の説明では、逆転駆動時（ステップＳ３）の加速度が毎回異なるよう、複数回の駆動指令Ｃｄを生成しているが、同じ加速度で複数回の駆動指令Ｃｄを用いることで、複数の接触所要時間Ｔｃ及び接触位置変位Ｐｃのデータセットから平均値を算出する構成も考えられる。この場合、外力Ｆｄが時間的に変化する影響等を平均化でき、バックラッシ測定結果のばらつきを抑えることができる。また、同じ加速度で複数回の駆動指令Ｃｄを用い複数の接触所要時間Ｔｃ及び接触位置変位Ｐｃのデータセットから異常値を取り除く構成も考えられる。この異常値を取り除く構成としては、加速度が毎回異なる場合と同じく、例えば近似関数との標準残差が予め設定された値以上になるデータセットが存在する場合に、当該データセットを除去する構成が挙げられる。この場合、外力Ｆｄが瞬間的に変化する影響等を除去でき、バックラッシ測定結果のばらつきを抑えることができる。

なお、上述の説明では、逆転駆動（ステップＳ３）時に測定完了接触の検出を行っているが、逆転駆動と測定完了接触の検出は必ずしも同時に行う必要はない。まずステップＳ２及びＳ３で得られた時系列波形のデータ（例えば図３（ａ）〜（ｄ））を、全試験駆動について記憶部（図示省略）に予め記録しておき、次に記憶部で記録された時系列波形のデータを用いて、各試験駆動における測定完了接触の検出を、ステップＳ４の後に接触検出器１３により一括で行ってもよい。

最後に、ステップＳ６において、バックラッシ推定器１４ａは、推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）を用いて、伝達機構１００の有するバックラッシを推定する。図１８（ａ）に、３組の接触位置変位Ｐｃと接触所要時間Ｔｃから推定した推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）の例を示す。図１８（ａ）に示す推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）にｔ＝０を代入すると、バックラッシＢが算出できる。本実施の形態ではＫｂの絶対値である｜Ｋｂ｜が推定されたバックラッシＢに相当する。

図１８（ｂ）では、３つの点線が試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３それぞれの位置信号Ｓｐの変化量を示している。図１８（ｂ）に示す丸形のプロットは、外力Ｆｄがない場合の逆転駆動開始から測定完了接触までの位置信号Ｓｐの変化量である接触位置変位ＰｃすなわちバックラッシＢである。外力Ｆｄがない場合には、負荷軸１０２の位置変化がない。これにより、試験駆動期間Ｔｄ１〜Ｔｄ３において、駆動指令Ｃｄにおける加速度指令値を変化させても、接触所要時間Ｔｃは変化するが、接触位置変位Ｐｃは変化しない。従って、図中破線により示すバックラッシＢに相当する位置が接触位置変位Ｐｃに等しくなる。よって、図１８（ｂ）に示す丸形としてプロットされる。

外力Ｆｄが加わった場合には、駆動側歯車１０１ａの加速度を変化（例えば減少）させて接触所要時間Ｔｃが変化（延長）すると、この接触所要時間Ｔｃの変化（延長）により負荷側歯車１０２ａの回転量が変化（増加）する。従って、この回転量の変化（増加）の分だけ接触位置変位Ｐｃが変化（増加）する。

例えば、試験駆動期間Ｔｄ３では、逆転駆動時の加速度指令値が最も大きいため、接触所要時間Ｔｃ３が最も短くなり、外力Ｆｄにより負荷軸１０２が最も少なく回転する。これにより、接触位置変位Ｐｃが最も小さくなる。プロットＰｌ３は最も図１８（ｂ）で左側かつ上側に配置される。一方、試験駆動期間Ｔｄ１では、逆転駆動時の加速度が最も小さいため、接触所要時間Ｔｃ１が最も長くなり、外力Ｆｄにより負荷軸１０２が最も多く回転する。これにより接触位置変位Ｐｃが最も大きくなる。図中、プロットＰｌ１は最も右側かつ下側に配置される。

以上の通り、本実施の形態のバックラッシ推定器１４ａは、推定負荷軸位置Ｐｌｅ（ｔ）を導出してバックラッシを推定する。これにより、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態１の効果に加え、負荷軸１０２に外力Ｆｄが加わる環境でも、複数回の正転駆動及び逆転駆動からなる試験駆動によって伝達機構１００のバックラッシを高精度かつ容易に計測できるという効果を奏する。

実施の形態７．
図１９は、本発明の実施の形態７に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。実施の形態６では、予め外力Ｆｄの方向が設定されていた。一方で本実施の形態では外力Ｆｄが任意の方向に働くものとする。

図中、トルク指令Ｃｔを用いて、負荷軸１０２に加わる外力Ｆｄの方向を判定し、正転駆動時及び逆転駆動時の駆動方向Ｄｄを出力する駆動方向決定器１６を新たに有する点が異なる。また、駆動指令生成器１０ａに代えて、駆動方向Ｄｄに応じて、逆転駆動毎に加速度が異なるよう駆動指令Ｃｄを生成する駆動指令生成器１０ｂを有する点も異なる。なお、本実施の形態では、実施の形態６とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

本実施の形態では、図１４のステップＳ１において、駆動方向決定器１６により負荷軸１０２に加わる外力Ｆｄの方向を判定する。駆動指令生成器１０ｂにより駆動側歯車１０１ａを停止させる制御が行われ、駆動方向決定器１６が、両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触した状態で生成されたトルク指令を用いて、外力Ｆｄの方向を判断しさらに駆動方向Ｄｄを決定する。

具体的には、位置信号Ｓｐが変化しないすなわち駆動側歯車１０１ａが回転しないように、駆動指令Ｃｄが駆動指令生成器１０ｂにより生成される。両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触しない状態では、駆動側歯車１０１ａにトルクを加える必要がないので、駆動軸１０１に加わる摩擦等の影響を無視すればトルク指令Ｃｔは０である。その後、一定時間が経過して両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触した状態では、負荷側歯車１０２ａが外力Ｆｄにより駆動側歯車１０１ａを回転させようとする。しかし、駆動側歯車１０１ａが静止するように制御されているため、駆動側歯車１０１ａは、トルク指令Ｃｔにより、負荷側歯車１０２ａから加わる力を打ち消すように回転しようとする。従って、トルク指令Ｃｔに対応する駆動側歯車１０１ａの回転方向を用いて、外力Ｆｄの方向及び正転駆動の駆動方向Ｄｄを推定できる。

例えば、両歯車１０１ａ及び１０２ａが接触し、静止した状態で生成されたトルク指令Ｃｔが駆動側歯車１０１ａを反時計回りに回転させようとするものであれば、駆動側歯車１０１ａを時計回りに回転させる外力Ｆｄが働いているものと判断できる。そのため、負荷側歯車１０２ａの回転方向すなわち外力Ｆｄの方向が図１７に示すように反時計回りであることがわかる。さらに外力Ｆｄの方向がわかれば、駆動方向Ｄｄも決定することができる。

なお、駆動側歯車１０１ａを停止させる代わりに、逆転駆動及び正転駆動により駆動側歯車１０１ａを往復運動させて、正転駆動時と逆転駆動時とにおけるトルク指令Ｃｔを比較することで、駆動方向Ｄｄを決定してもよい。なお、駆動方向決定器１６がトルク指令Ｃｔに代えてモータ２の電流Ｉｍから駆動方向Ｄｄを決定してもよい。

本実施の形態のモータ制御装置は、接触検出器１３に代えて、接触検出器１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのいずれか１つを備える構成であってもよく、それらの場合においても、同様にバックラッシを測定可能である。

上記構成により、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態１の効果に加え、負荷軸１０２に外力Ｆｄが加わる場合にも、駆動指令Ｃｄの駆動方向を自動的に決定してバックラッシを測定できるという効果を奏する。

実施の形態８．
図２０は、本発明の実施の形態８に係るモータ装置を説明するためのブロック図である。本実施の形態では、モータ２の回転状況を示す位置信号Ｓｐがあらかじめ設定された最小検出位置と最大検出位置とで決まる範囲で、接触検出器１３ｅが伝達機構１００の内部の測定完了接触を検出する点が実施の形態１と異なる。

上記構成により、本実施の形態では、摩擦や減速の影響等、外乱が多い場合にも安定した接触の検出が可能となり、精度良くバックラッシを測定することができる。

なお、本実施の形態では、実施の形態１とは異なる構成のみについて説明を行うこととし、図中、同じまたは対応する構成については同一符号を付し、それらの構成の説明は繰り返さない。

図２１は、実施の形態８に係るモータ制御装置の逆転駆動時の時系列波形の一例を示した図である。実施の形態１では、接触検出器１３が、位置信号Ｓｐの示すモータ２の位置によらず、逆転駆動時の接触を判定している。しかし、トルク指令Ｃｔ及びトルク指令Ｃｔの単位時間あたりの変化量は、モータ２が逆転駆動開始後、摩擦の影響によって図２１（ａ）に示すピークＸ１３を持ったり、（ｂ）に示すピークＹ１３を持ったりする場合がある。また、トルク指令Ｃｔの単位時間あたりの変化量が、モータ２が減速する際に両歯車１０１ａ及び１０２ａの所望しない接触を原因として、図２１（ｂ）に示すピークＺ１３を持つ場合がある。そのため、実施の形態１では、接触検出器１３が、ピークＸ１３、ピークＹ１３又はピークＺ１３により接触を誤検出し、バックラッシの推定精度が悪化することがある。

本実施の形態の接触検出器１３ｅは、位置信号Ｓｐが示すモータ２の位置が、予め設定した最小検出位置Ｓ１３を逆転駆動方向に超えてから、予め設定した最大検出位置Ｌ１３を逆転駆動方向に超えるまでの期間に接触を検出する。すなわち、図２１（ｄ）に示す期間Ｔ１３で接触を検出し、測定完了接触を示す接触信号Ｓｃを生成する。

測定完了接触の検出方法としては、図３で説明した方法と同様に、トルク指令Ｃｔが、破線で示した予め定められたしきい値ａ１を逆転駆動させる方向（逆転駆動に対応する方向）に超えた場合に、測定完了接触を検出したとする。トルク指令Ｃｔを用いる代わりにトルク指令Ｃｔの時間微分値を用い、しきい値ａ１を用いる代わりに破線ｂ１のしきい値を用いても良い。

なお、予め設定されたしきい値を用いる代わりに、トルク指令Ｃｔが最大（あるいは最小）すなわち図２１（ａ）に示すピークＡ１３になる場合、又はトルク指令Ｃｔの時間微分値が最大（あるいは最小）すなわち図２１（ｂ）に示すピークＢ１３になる場合に、測定完了接触を行ったとしてもよい。これにより、しきい値の設定が不要になる。

ただし、上記に示した通り、しきい値を超えた場合及びピークを用いる場合も、期間Ｔ１３以外では接触の検出は行わず、測定完了接触を示す信号は生成しない。

最小検出位置は予め想定されるバックラッシより十分小さい値に設定することが望ましく、トルク指令Ｃｔに摩擦が及ぼす影響及び伝達機構１００を製造する際の標準的な加工精度から決定することができる。最大検出位置は、予め想定されるバックラッシより十分大きい値に設定することが望ましく、減速を開始するモータ位置、歯車の歯数、形状等から適切な値を選定することができる。

なお、実施の形態２の接触検出器１３ａのようにトルク指令Ｃｔの代わりに位置信号Ｓｐを用いて測定完了接触を検出する場合、実施の形態３の接触検出器１３ｂのようにトルク指令Ｃｔと位置信号Ｓｐとを用いて測定完了接触を検出する場合、実施の形態４の接触検出器１３ｃのように電流信号Ｓｉｍを用いて測定完了接触を検出する場合、及び実施の形態５の接触検出器１３ｄのように電流信号Ｓｉｍと位置信号Ｓｐを用いて測定完了接触を検出する場合も本実施の形態と同様に、各実施の形態の接触検出器が最小検出位置と最大検出位置とで決まる範囲で、伝達機構１００の内部の測定完了接触を検出することが可能である。

また、実施の形態６のように、駆動指令生成器１０に代えて駆動指令生成器１０ａが複数回の試験駆動を行わせる駆動指令Ｃｄを生成し、バックラッシ推定器１４に代えてバックラッシ推定器１４ａがバックラッシを推定する場合も本実施の形態と同様に、接触検出器１３が最小検出位置と最大検出位置とで決まる範囲で、伝達機構１００の内部の測定完了接触を検出することが可能である。

上記の通り、本実施の形態のモータ制御装置は、摩擦、減速の影響等、外乱が多い場合にも接触を誤検出せず、伝達機構１００のバックラッシを測定することができる。これにより、さらに幅広い構成の装置で精度良くバックラッシを測定することができる。

１ モータ制御装置、２ モータ、３ 位置検出器、４ 負荷、１０，１０ａ，１０ｂ 駆動指令生成器、１１ トルク指令生成器、１２ 電流制御器、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ 接触検出器、１４，１４ａ バックラッシ推定器、１５ 電流検出器、１６ 駆動方向決定器、１００ 伝達機構、１０１ 駆動軸、１０１ａ 駆動側伝達部（駆動側歯車）、１０２ 負荷軸、１０２ａ 負荷側伝達部（負荷側歯車）。

Claims (17)

1. モータを一方向に正駆動させた後に前記一方向とは反対の方向に前記モータを逆駆動させる駆動指令を生成する駆動指令生成器と、
   前記駆動指令と前記モータの動作状態を示す位置信号とに基づいて、前記モータを駆動するためのトルク指令を生成するトルク指令生成器と、
   前記位置信号に基づいて算出した信号を用いて、前記モータに接続する駆動側伝達部と負荷に接続する負荷側伝達部との間の接触を測定完了接触として検出し、検出結果を接触信号として出力する接触検出器と、
   前記接触信号及び前記位置信号に基づき、前記駆動側伝達部及び負荷側伝達部間のバックラッシを推定するバックラッシ推定器と
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記接触検出器は、前記位置信号から求めた加速度又は前記加速度の単位時間当たりの変化量が予め設定されたしきい値を、前記正駆動に対応する方向に超えた場合に、前記測定完了接触を検出したとすることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記接触検出器は、前記位置信号を用いて加速度信号を算出し、前記加速度信号及び前記トルク指令に基づき抽出外乱を算出し、前記抽出外乱を用いて前記測定完了接触を検出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記接触検出器は、前記位置信号を用いて加速度信号を算出し、前記加速度信号及び前記モータに供給される電流に対応する電流信号に基づき抽出外乱を算出し、前記抽出外乱を用いて前記測定完了接触を検出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記トルク指令生成器は、前記駆動指令及び前記位置信号に基づいて、前記トルク指令を生成することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記接触検出器は、前記トルク指令又は前記トルク指令の単位時間当たりの変化量が予め設定されたしきい値を、前記逆駆動に対応する方向に超えた場合に、前記測定完了接触を検出したとすることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
7. 前記接触検出器は、前記モータに供給される電流に対応する電流信号又は前記電流信号の単位時間当たりの変化量が予め設定されたしきい値を、前記逆駆動に対応する方向に超えた場合に、前記測定完了接触を検出したとすることを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
8. 前記トルク指令に基づき、前記駆動指令の正駆動の方向を決定する駆動方向決定器をさらに備える
   ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
9. 前記モータに供給される電流に対応する電流信号に基づき、前記駆動指令の正駆動の方向を決定する駆動方向決定器をさらに備える
   ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
10. 前記駆動指令生成器は、予め定められた最大バックラッシ許容量以上に前記逆駆動させる前記駆動指令を生成する
    ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
11. 前記駆動指令生成器は、前記逆駆動する際の前記モータの加速度又は速度が予め設定された時間だけ一定となる前記駆動指令を生成する
    ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
12. 前記接触検出器は、前記位置信号が予め設定された最小検出位置と最大検出位置とで決まる範囲で、前記測定完了接触を検出する
    ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
13. 前記バックラッシ推定器は、前記逆駆動の開始から前記測定完了接触までの時間である接触所要時間の前記位置信号の変化量を、接触位置変位として算出することで、前記バックラッシを推定する
    ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
14. 前記駆動指令生成器は、前記正駆動及び前記逆駆動からなる試験駆動を前記モータに対して複数回行わせる前記駆動指令を生成することを特徴とする請求項１３に記載のモータ制御装置。
15. 前記逆駆動の加速度の大きさが複数回の前記試験駆動で互いに異なることを特徴とする請求項１４に記載のモータ制御装置。
16. 前記バックラッシ推定器は、複数回の前記試験駆動の各々に対応する前記接触所要時間及び前記接触位置変位を用いて、前記バックラッシを推定することを特徴とする請求項１４に記載のモータ制御装置。
17. モータと、
    前記モータの動作状態を位置信号として出力する位置検出器と、
    前記モータを一方向に正駆動させた後に前記一方向とは反対の方向に前記モータを逆駆動させる駆動指令を生成する駆動指令生成器と、
    前記駆動指令と前記位置信号とに基づいて、前記モータを駆動するためのトルク指令を生成するトルク指令生成器と、
    前記位置信号に基づいて算出した信号を用いて、前記モータに接続する駆動側伝達部と負荷に接続する負荷側伝達部との間の接触を測定完了接触として検出し、検出結果を接触信号として出力する接触検出器と、
    前記接触信号及び前記位置信号に基づき、前記駆動側伝達部及び負荷側伝達部間のバックラッシを推定するバックラッシ推定器と
    を備えることを特徴とするモータ装置。

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