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公開番号2021027796
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2020094814
出願日20200529
発明の名称制御装置、制御方法、画像形成装置及び搬送装置
出願人株式会社リコー
代理人個人,個人
主分類H02P 5/46 20060101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】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。
【解決手段】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る。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項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る
制御装置。
続きを表示(約 1,200 文字)【請求項2】
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
請求項1に記載の制御装置。
【請求項3】
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、又は2に記載の制御装置。
【請求項4】
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乃至3の何れか1項に記載の制御装置。
【請求項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4の何れか1項に記載の制御装置。
【請求項6】
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5の何れか1項に記載の制御装置。
【請求項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、を生成する工程を含む
制御方法。
【請求項8】
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る
画像形成装置。
【請求項9】
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る
搬送装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
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。
続きを表示(約 4,600 文字)【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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る。
【発明の効果】
【0007】
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。
【図面の簡単な説明】
【0008】
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。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
[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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
(【0031】以降は省略されています)

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