CN106020124A - 伺服马达控制装置以及碰撞检测方法 - Google Patents

伺服马达控制装置以及碰撞检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种碰撞检测的精度高的伺服马达控制装置。伺服马达控制部的位置指令速度维度信号输出部输出与位置指令对应的速度维度信号。伺服马达速度维度信号输出部输出伺服马达的速度维度信号。在这些速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，第一碰撞检测部检测为碰撞。位置指令加速度维度转换部将与位置指令相关的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出。伺服马达加速度维度转换部输出伺服马达的加速度维度信号。在加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，第二碰撞检测部)检测为碰撞。在此之上，选择部根据参数设定部的检测方法选择设定来选择第一碰撞检测部和第二碰撞检测部。

Description

伺服马达控制装置以及碰撞检测方法
技术领域
本发明涉及伺服马达控制装置以及碰撞检测方法，尤其涉及具有使动作对象物动作的伺服马达的伺服马达控制装置以及碰撞检测方法。
背景技术
目前，在伺服马达的控制装置中，存在有对机器人臂等的动作对象物实施碰撞检测的技术。
例如，在专利文献1中记载了对具有移动体的致动器进行控制的致动器控制装置。专利文献1的装置具有：电流检测单元，在致动器的驱动过程中，所述电流检测单元在移动体从加速结束后至开始减速前移动的这期间，检测流向致动器内的马达的电流值；以及碰撞检测单元，在由电流检测单元检测到的电流值超过规定的阈值的情况下，所述碰撞检测单元检测出移动体的碰撞。也就是说，在专利文献1的技术中，如果转矩指令值超过阈值，则输出碰撞检测信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-87235号公报
发明概要
发明所要解决的技术问题
然而，在专利文献1的技术中，存在有无法在施加偏置负载的情况下或加减速度时检测到碰撞的问题。因此，碰撞检测的检测精度不足。
本发明鉴于这种情况，其目的在于，提供一种能够解决上述问题，并能够提高碰撞检测的精度的伺服马达控制装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的伺服马达控制装置为具有使动作对象物动作的伺服马达和根据位置指令，对所述伺服马达进行控制的伺服马达控制部的伺服马达控制装置，其特征在于，所述伺服马达控制部具有：位置指令速度维度信号输出部，其输出与所述位置指令对应的速度维度信号；伺服马达速度维度信号输出部，其输出所述伺服马达的速度维度信号；第一碰撞检测部，在由所述位置指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号与由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号的差分值即速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第一碰撞检测部检测为碰撞；位置指令加速度维度转换部，其将由所述位置指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；伺服马达加速度维度转换部，其将由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；第二碰撞检测部，在由所述位置指令加速度维度转换部输出的加速度维度信号与由所述伺服马达加速度维度转换部输出的加速度维度信号的差分值即加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第二碰撞检测部检测为碰撞；以及选择部，其根据特定的参数，选择所述第一碰撞检测部和所述第二碰撞检测部。
通过像这样构成，在位置控制下，能够根据应用程序的用途等，适当地选择第一碰撞检测部和第二碰撞检测部，从而能够提高碰撞检测的精度。
本发明的伺服马达控制装置为具有使动作对象物动作的伺服马达和根据速度指令，控制所述伺服马达的伺服马达控制部的伺服马达控制装置，其特征在于，所述伺服马达控制部具有：速度指令速度维度信号输出部，其输出与所述速度指令对应的速度维度信号；伺服马达速度维度信号输出部，其输出所述伺服马达的速度维度信号；第一碰撞检测部，在由所述速度指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号与由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号的差分值即速度偏差值的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第一碰撞检测部检测为碰撞；速度指令加速度维度转换部，其将由所述速度指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；伺服马达加速度维度转换部，其将由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；第二碰撞检测部，在由所述速度指令加速度维度转换部输出的加速度维度信号与由所述伺服马达加速度维度转换部输出的加速度维度信号的差分值即加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第二碰撞检测部检测为碰撞；以及选择部，其根据特定的参数，选择所述第一碰撞检测部和所述第二碰撞检测部。
通过像这样构成，在速度控制下，能够根据应用程序的用途等，适当地选择第一碰撞检测部和第二碰撞检测部，从而能够提高碰撞检测的精度。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述伺服马达控制部还具有第三碰撞检测部，在由所述伺服马达加速度维度转换部输出的加速度维度信号的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第三碰撞检测部检测为碰撞，所述选择部还根据所述特定的参数选择所述第三碰撞检测部。
通过像这样构成，在加速度慢的状况下，通过对加速度维度信号自身和特定值进行比较，能够提高碰撞检测的精度。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述伺服马达速度维度信号输出部输出由检测所述伺服马达的位置的位置检测传感器检测到的位置信号被实施微分处理后的信号，作为速度维度信号。
通过像这样构成，能够通过微分器简单地获取速度维度信号，从而能够简化结构。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述伺服马达速度维度信号输出部输出通过速度观测器计算出来的速度推定信号作为速度维度信号，所述速度观测器根据向模型的控制对象输入的输入信号和所述控制对象的输出信号来推定速度。
通过像这样构成，即使在使用了观测器的结构中，也能够实施碰撞检测。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述伺服马达控制装置具有反馈环，所述反馈环计算出向所述位置指令的值乘以比例增益后得到的信号与由所述位置检测传感器检测到的位置信号被微分滤波器实施微分处理后的信号的偏差，所述伺服马达速度维度信号输出部输出分配在所述反馈环内的所述微分滤波器的输出信号作为速度维度信号。
通过像这样构成，能够简化运算，从而简化结构。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述第一碰撞检测部计算出向所述位置指令的值乘以比例增益后得到的信号与由所述位置检测传感器检测得到的位置信号被实施微分处理后的信号的差分值作为模拟速度偏差来代替所述速度偏差，并且在该模拟速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
通过像这样构成，能够简化运算，从而简化结构。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述第二碰撞检测部计算出将对所述模拟速度偏差实施微分处理后的信号作为模拟加速度信号来代替所述加速度偏差，并且在该模拟加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
通过像这样构成，能够简化运算，从而简化结构。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述选择部根据从外部设定的所述参数，选择所述第一碰撞检测部、所述第二碰撞检测部以及所述第三碰撞检测部中的任意一个。
通过像这样构成，能够随时从外部设定适于碰撞检测的电路等，且电路变更的负载减少，从而能够简单变更。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述选择部从外部设定所述第一碰撞检测部的特定值、所述第二碰撞检测部的特定值以及所述第三碰撞检测部的特定值。
通过像这样构成，能够随时从外部设定特定值，且变更的负载少，从而能够简单地变更。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述速度维度信号为作为控制系统模型，包括以1/(τs+1)为传递函数的要素的滤波器的信号。
通过像这样构成，能够使控制模型的要素包含于滤波器，从而能够模拟地得到与实际的信号接近的信号。
本发明的伺服马达控制装置的特征在于，所述滤波器从外部设定截止频率。
通过像这样构成，变更负载减少，从而能够适当且简单地选择截止频率。
本发明的碰撞检测方法为由具有使动作对象物动作的伺服马达和根据位置指令，控制所述伺服马达的伺服马达控制部的伺服马达控制装置来实施的碰撞检测方法，所述碰撞检测方法的特征在于，输出与所述位置指令对应的速度维度信号，输出所述伺服马达的速度维度信号，并计算出所输出的与所述位置指令对应的速度维度信号与所输出的所述伺服马达的速度维度信号的差分即速度偏差，输出与所述位置指令对应的加速度维度信号，输出所述伺服马达的加速度维度信号，并计算出已输出的与所述位置指令对应的加速度维度信号与以输出的所述伺服马达的加速度维度信号的差分值即加速度偏差，并且在根据特定的参数选择的所述速度偏差以及加速度偏差中的任意的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
通过像这样构成，能够根据应用程序的用途等，适当地选择碰撞检测的方式，从而能够提高碰撞检测的精度。
发明效果
根据本发明，能够通过根据特定的参数来选择根据速度偏差检测到的碰撞和根据加速度偏差检测到的碰撞，而提供一种碰撞检测的检测精度良好的伺服马达控制装置。
附图说明
图1为本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置的系统结构图。
图2为示出图1所示的伺服马达控制部在执行位置控制时的控制结构的框图。
图3为示出图1所示的伺服马达控制部在执行速度控制时的控制结构的框图。
图4为示出图1或图2所示的包括控制系统的控制结构的框图。
具体实施方式
＜实施方式＞
〔控制系统X的结构〕
参照图1，对本发明的实施方式所涉及的控制系统X的结构进行说明。控制系统X为用于对机器人、机床、车辆、船舶、飞机、工场设备等的各种设备实施控制的系统。
并且，本实施方式的控制系统X包括伺服马达控制装置1、动作对象物2以及主机装置3。
伺服马达控制装置1为根据位置指令或者速度指令调整控制量的同时对伺服马达20进行控制，从而使动作对象物2动作的装置。并且，伺服马达控制装置1对动作对象物2实施碰撞检测。
在根据位置指令执行位置控制的情况下，伺服马达控制装置1检测到机器人臂因与障碍物接触等而停止作为检测到该碰撞。并且，在根据速度指令执行速度控制的情况下，伺服马达控制装置1检测到机床的旋转部件因缺齿和传动带故障等而停止。
并且，伺服马达控制装置1成为执行本实施方式所涉及的碰撞检测方法的硬件资源。
动作对象物2为成为由伺服马达控制装置1实施动作控制的对象的部件。动作对象物2例如为工业用机器人的臂、机床的旋转部件、车辆的车轮或齿轮或传动带、船舶的轴、飞机的螺旋桨、工场设备的致动器等。
主机装置3为用于控制并管理各种设备等的外部的设备。具体地说，主机装置3例如为PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)、FC(Factory Computer：工场计算机)、服务器(Server)、PC(Personal Computer：个人电脑)等。主机装置3执行用于控制并管理伺服马达控制装置1的应用程序(Application Program)。由此，主机装置3向伺服马达控制装置1发出位置指令或者速度指令，并从伺服马达控制装置1接收各种信息。并且，主机装置3还能够获取用户的指示，对后述的参数设定部190(图2、图3)设定各种设定值。
并且，伺服马达控制装置1包括伺服马达控制部10、伺服马达20以及检测部30。
伺服马达控制部10根据来自主机装置3的位置指令或者速度指令来控制伺服马达20。具体地说，伺服马达控制部10例如包括：FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：应用型专用集成电路)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、MPU(MicroProcessing Unit：微处理器)等控制运算单元；以及模拟或数字驱动部(放大器)，其用于给伺服马达20提供电力并对其进行驱动。
在此，伺服马达控制部10如后述，能够在根据位置指令执行位置控制的情况下和根据速度指令执行速度控制的情况下，通过主机装置3的应用程序变更结构。
伺服马达20为AC伺服马达20、DC伺服马达20以及线性致动器等。伺服马达20使动作对象物2动作。
检测部30包括检测伺服马达20的轴等的位置的位置检测传感器，具体地说，检测部30包括检测并输出伺服马达20的位置的位置检测传感器。该位置检测传感器例如为磁式或光学式的编码器(Encoder)等。
并且，检测部30的输出信号输入到伺服马达控制部10并用于位置控制或速度控制的反馈(Feedback)控制。
另外，通过伺服马达控制部10的控制运算单元实现的后述的各部分也可由特定的数字电路构成。并且，除数字电路之外，既可由模拟电路构成，也可通过在RAM(Random Access Memory：随机存储器)中展开并执行存储于ROM(Read Only Memory：只读存取器)的控制程序，来构成通过硬件资源执行软件的电路。
并且，为了获取马达的速度维度信号，也可是不使用模拟微分器的结构。在这种情况下，如后述，由观测器300(图4)根据动作对象物2的动作模型通过推测伺服马达20的速度等来进行控制。
〔伺服马达控制部10的结构〕
接下来，参照图2至图4，对图1的伺服马达控制部10的详细的控制结构进行说明。
图2为执行以伺服马达20的位置指令为输入、以伺服马达20的位置为输出的位置控制，并在实施碰撞检测时的伺服马达控制部10a的结构。
伺服马达控制部10a包括位置指令速度维度信号输出部110a、伺服马达速度维度信号输出部120、第一碰撞检测部130、位置指令加速度维度转换部140a、伺服马达加速度维度转换部150、第二碰撞检测部160、第三碰撞检测部170、选择部180以及参数设定部190。
控制系统100具有动作对象物2的模型，并表示通过反馈实施控制的控制系统100的整体。
位置指令速度维度信号输出部110a从主机装置3等输入位置指令，并输出与该位置指令对应的速度维度信号。
并且，位置指令速度维度信号输出部110a包括微分器111以及滤波器112。
微分器111为对位置指令实施微分处理并转换成速度维度的模拟微分部等。
滤波器112例如为一次IIR滤波器(Infinite Impulse Response Filter：无限脉冲响应滤波器)。由此，滤波器112输出时间延迟的信号。并且，滤波器112作为控制系统100的模型包括以1/(τs+1)为传递函数的要素。在此，τ为时间常数，s为拉普拉斯算子。并且，滤波器112的截止频率等的参数可从外部设定，具体地说，通过参数设定部190的截止设定193来设定。
另外，该截止设定193也可根据伺服增益的设定值来计算出滤波器的截止频率。
并且，也可使用除一次滤波器之外的各种滤波器作为滤波器112。
伺服马达速度维度信号输出部120输出伺服马达20的速度维度信号。
伺服马达速度维度信号输出部120作为一个例子，获取由检测部30的位置检测传感器检测到的伺服马达20的位置信号，并通过微分器对其实施微分处理并作为速度维度信号输出。在这种情况下，伺服马达速度维度信号输出部120计算出从实际的控制系统100得到的位置反馈值的微分值即速度反馈值。
另外，伺服马达速度维度信号输出部120能够通过其他方式计算出速度维度信号。关于该速度维度信号的获取、计算方法，将在后面叙述。
第一碰撞检测部130被输入由位置指令速度维度信号输出部110a输出的速度维度信号与由伺服马达速度维度信号输出部120输出的速度维度信号的差分值即速度偏差。在此基础之上，当已输入的速度偏差的绝对值达到特定值以上时，第一碰撞检测部130检测为碰撞。第一碰撞检测部130在检测为碰撞的情况下，输出碰撞检测信号。
位置指令加速度维度转换部140a将由位置指令速度维度信号输出部110a输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出。具体地说，位置指令加速度维度转换部140a通过微分器进一步实施微分处理，将已输入的与位置指令相关的速度维度信号转换为加速度维度，并将加速度维度作为加速度维度信号输出。
伺服马达加速度维度转换部150将伺服马达20的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出。具体地说，伺服马达加速度维度转换部150作为一个例子，通过微分器进一步实施微分处理，将由伺服马达速度维度信号输出部120输出的速度维度信号转换为加速度维度，并将加速度维度作为加速度维度信号输出。
第二碰撞检测部160被输入由位置指令加速度维度转换部140a输出的加速度维度信号与由伺服马达加速度维度转换部150输出的加速度维度信号的差分值即加速度偏差。在此基础之上，在加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，第二碰撞检测部160检测为碰撞。第二碰撞检测部160在检测到碰撞的情况下，输出碰撞检测信号。
在由伺服马达加速度维度转换部150输出的加速度维度信号的绝对值达到特定值以上的情况下，第三碰撞检测部170检测为碰撞。第三碰撞检测部170在检测到碰撞的情况下，输出碰撞检测信号。
选择部180根据参数设定部190的检测方法选择设定191来选择到底将第一碰撞检测部130、第二碰撞检测部160以及第三碰撞检测部170中的哪一个用于碰撞判定。并且，选择部180将该已选择的部的碰撞检测信号输出到主机装置3等。
参数设定部190主要设定各种设定，且将各种设定存储于RAM、EEPROM等非暂时性的存储介质中。参数设定部190的各设定值能够通过主机装置3等的外部的设备来设定。并且，各设定值也可通过双列直插式封装开关等来设定。
并且，参数设定部190包括检测方法选择设定191、特定值设定192以及截止设定193。
检测方法选择设定191为指定选择部180到底是用第一碰撞检测部130、第二碰撞检测部160以及第三碰撞检测部170中的哪一个来设定碰撞检测的特定的参数的设定信息。在以正常的速度使伺服马达20动作的应用程序中，该特定的参数优先选择采用了速度偏差的第一碰撞检测部130。并且，在加速度快的应用程序中，特定的参数优先选择采用了加速度偏差的第二碰撞检测部160。并且，在加速度慢的应用程序中，特定的参数优先选择采用了加速度的反馈的第三碰撞检测部170。
另外，该特定的参数不光通过数值指定，也可通过特定的数学模型、模糊函数、人工神经网那样的函数形式来指定。
特定值设定192为第一碰撞检测部130的特定值、第二碰撞检测部160的特定值、第三碰撞检测部170的特定值。该特定值设定192也可准备单一的值，在每一个应用程序中替换并使用。另外，也可准备特定值设定192的特定值分别用于第一碰撞检测部130、第二碰撞检测部160以及第三碰撞检测部170。
截止设定193设定滤波器112的截止频率。另外，由于能够根据伺服增益的设定值计算出该截止频率，因此也可通过利用截止设定193变更设定伺服增益，来设定截止频率。
另外，第一碰撞检测部130、第二碰撞检测部160以及第三碰撞检测部170也可通过其他方式来实施碰撞检测。关于其他碰撞检测的方法将在后面叙述。
并且，也可是不具有第三碰撞检测部170的结构。
接下来，参照图3，对执行以伺服马达20的速度指令为输入、以伺服马达20的速度为输出的速度控制时的伺服马达控制部10b的结构进行说明。在图2和图3中，对相同的结构要素标注相同的符号。
伺服马达控制部10b具有速度指令速度维度信号输出部110b以及速度指令加速度维度转换部140b。
速度指令速度维度信号输出部110b从主机装置3等输入速度指令，并输出与该速度指令对应的速度维度信号。
速度指令速度维度信号输出部110b由于此时速度指令为速度维度的值因此不实施微分处理，并将其输入到与包含在位置指令速度维度信号输出部110a中的滤波器相同的滤波器112中。
速度指令加速度维度转换部140b将由速度指令速度维度信号输出部110b输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出。该处理与位置指令加速度维度转换部140a相同。
〔控制系统100的模型的结构〕
接下来，参照图4，采用考虑到内部状态的状态空间表现的模型，对在控制系统100中获取速度维度信号以及加速度维度信号等时的细节、其他碰撞检测方式等，进行说明。
控制系统100对结合理想传递函数(模型)的模型实施匹配控制，所述理想传递函数为与动作对象物2对应并用于对伺服马达20进行适当地控制的具有理想特性的传递函数。
该模型如果将拉普拉斯算子设为s，则能够表现为：m0/(s2+m1s+m0)。该模型例如能够如下列那样变形。
m0/(s2+m1s+m0)＝ω1ω2/(s+ω1)(s+ω2))
在此，ω1、ω2为模型的截止频率，且以下的关系式成立。
m0＝ω1ω2，m1＝ω1+ω2……关系式(1)
另外，由于根据动作对象物2以及伺服马达20的特性或控制的目的来设定ω1、ω2，因此能够得到所需的控制响应特性。
并且，控制系统100具有比例增益要素200、积分滤波器要素210、马达增益要素220、包括伺服马达以及动作对象物的控制对象要素230、微分滤波器要素240、向前路径250、第一反馈路径260以及第二反馈路径270。
在此，将用动作对象物2以及伺服马达20的惯性力矩的值(惯性，inertia)除以特定值得到的值(增益)设为K，所述特定值包括向伺服马达20提供电力的放大器(未图示)的特定的增益和伺服马达20的转矩常数。并且，将用动作对象物2以及伺服马达20的惯性除以与动作对象物2以及伺服马达20的粘性相关的项得到的值即增益设为p。
在这种情况下，各个要素表现如下：
比例增益要素200为m0。
其中，积分滤波器要素210为用(s2+q1s+q0)/(s2+a1s)表示的传递函数。
马达增益要素220为1/K。
包括伺服马达以及动作对象物的控制对象要素230为表示控制对象，且用K/(s2+ps)表示的传递函数。
微分滤波器要素240为用(b2s2+b1s)/(s2+q1s+q0)表示的传递函数。
向前路径250为从控制系统100的输入向输出的路径。
第一反馈路径260为从控制系统100的输出部向输入侧的第一反馈环。
第二反馈路径270为从控制系统100的输出部向输入侧的第二反馈环。在此，第二反馈路径270计算出向位置指令的值乘以比例增益而得到的信号的偏差。也就是说，第二反馈路径270为计算出向位置指令的值乘以比例增益而得到的信号与由位置检测传感器检测到的位置信号被微分滤波器要素240进行微分处理后的信号的偏差的反馈环。
另外，a1、b1、b2满足下列关系：
a1＝q1+m1-p……关系式(2)
b1＝q0×m1……关系式(3)
b2＝(q1-p)×(m1-p)+q0……关系式(4)
并且，上述的q0、q1为用于对动作对象物2以及伺服马达20进行适当地控制而任意设定的值。
通过这种结构，伺服马达速度维度信号输出部120选择图4所示的速度反馈(a)、速度反馈(b)、速度反馈(c)中的任意的值作为速度维度信号，并且能够用于速度维度信号的计算和输出。
如上所述，速度反馈(a)为通过微分器计算出由检测部30的位置检测传感器等检测到的伺服马达20的位置信号(位置反馈值)的速度反馈值。
速度反馈(b)为由观测器300推定的速度推定信号。观测器300为根据向模型的控制对象输入的输入信号和控制对象的输出信号来推定速度的速度观测器。具体地说，观测器300基于向控制对象要素230的输入和从控制对象要素230的输出来推定增益K和p。此时，观测器300还可构成为：例如通过最小二乘法等推定增益K。在这种情况下，在已知增益K和p的情况下，观测器300可使用增益K和p的值。并且，在这些值为未知的情况下，以特定时间间隔来逐次执行增益K和p的推定。
另外，在不使用速度反馈(b)的情况下，也可是不使用观测器300的结构。
速度反馈(c)为第二反馈路径270的微分滤波器要素240的输出信号。也就是说，速度反馈(c)输出分配在第二反馈环内的微分滤波器的输出信号作为速度维度信号。
另外，关于伺服马达速度维度信号输出部120使用哪一个速度反馈值，可在参数设定部190中进行设定。
并且，第一碰撞检测部130计算出向位置指令值乘以比例增益而得到的信号与由位置检测传感器检测到的位置信号被进行微分处理后的信号的差分值作为模拟速度偏差代替上述的速度偏差，并且能够使用模拟速度偏差代替速度偏差实施碰撞检测。也就是说，第一碰撞检测部130计算出比例增益要素200的输出值与第二反馈路径270的微分滤波器要素240的输出值的差分值作为模拟速度偏差。并且，在这种情况下，第一碰撞检测部130在已计算出的模拟速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下检测为碰撞。
并且，同样，第二碰撞检测部160还能够计算出由微分器310将对模拟速度偏差实施微分处理后的信号作为模拟加速度偏差来代替加速度偏差。在这种情况下，第二碰撞检测部160在已计算出的模拟加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。并且，第三碰撞检测部170也能够使用模拟加速度偏差的值来实施碰撞检测。
〔本实施方式的效果〕
通过相上述那样构成，能够获得以下效果。
以往，如专利文献1所述的那样，无法依靠实施使用了转矩的碰撞检测的方式得到足够的碰撞检测精度。
本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1为具有使动作对象物动作的伺服马达20和根据位置指令，对伺服马达20进行控制的伺服马达控制部10a的伺服马达控制装置1，其特征在于，伺服马达控制部10a具有：位置指令速度维度信号输出部110a，其输出与位置指令对应的速度维度信号；伺服马达速度维度信号输出部120，其输出伺服马达20的速度维度信号；第一碰撞检测部130，在由位置指令速度维度信号输出部110a输出的速度维度信号与由伺服马达速度维度信号输出部120输出的速度维度信号的差分值即速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第一碰撞检测部130检测为碰撞；位置指令加速度维度转换部140a，其将由所述位置指令速度维度信号输出部110a输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；伺服马达加速度维度转换部150，其将由所述伺服马达速度维度信号输出部120输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；第二碰撞检测部160，在由所述位置指令加速度维度转换部140a输出的加速度维度信号与由所述伺服马达加速度维度转换部150输出的加速度维度信号的差分值即加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第二碰撞检测部检测为碰撞；以及选择部180，其根据参数设定部190的检测方法选择设定191来选择所述第一碰撞检测部130和所述第二碰撞检测部160。
通过像这样构成，能够适当地选择并使用与应用程序的用途等相应的第一碰撞检测部130和第二碰撞检测部160。在此，第一碰撞检测部130与使用位置偏差、转矩的情况相比，能够精确地实施碰撞检测。并且，第二碰撞检测部160能够在伺服马达20的加速度快的状况下更精确地实施碰撞检测。因此，由于能够根据与应用程序对应的特定的参数来选择第一碰撞部130和第二碰撞检测部160，从而能够提高碰撞检测的检测精度。
并且，在专利文献1的技术中，无法在加减速时检测碰撞，但选择第二碰撞检测部160，则能够在加减速时检测碰撞。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1为具有使动作对象物动作的伺服马达20和根据速度指令对伺服马达20进行控制的伺服马达控制部10b的伺服马达控制装置1，其特征在于，伺服马达控制部10b具有：速度指令速度维度信号输出部110b，其输出与速度指令对应的速度维度信号；伺服马达速度维度信号输出部120，其输出伺服马达20的速度维度信号；第一碰撞检测部130，在由速度指令速度维度信号输出部110b输出的速度维度信号与由伺服马达速度维度信号输出部120输出的速度维度信号的差分即速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第一碰撞检测部130检测为碰撞；速度指令加速度维度转换部140b，其将由速度指令速度维度信号输出部110b输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；伺服马达加速度维度转换部150，其将由伺服马达速度维度信号输出部120输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；第二碰撞检测部160，在由速度指令加速度维度转换部140b输出的加速度维度信号与由伺服马达加速度维度转换部150输出的加速度维度信号的差分值即加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第二碰撞检测部160检测为碰撞；以及选择部180，其根据参数设定部190的检测方法选择设定191选择第一碰撞检测部130和第二碰撞检测部160。
通过像这样构成，与上述的伺服马达控制部10a相同，能够提高碰撞检测的精度。并且，如果采用速度指令，则由于能够减少微分要素，因此能够简化速度指令速度维度信号输出部。
并且，以往在只利用位置指令来实施碰撞检测的技术中，无法在速度控制时实施碰撞检测。针对于此，根据本实施方式的伺服马达控制部10b，即使在速度控制时也能够精确地实施碰撞检测。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制部10的特征在于，所述伺服马达控制部10还具有第三碰撞检测部170，在由伺服马达加速度维度转换部150输出的加速度维度信号的绝对值达到特定值以上的情况下，第三碰撞检测部170检测为碰撞，选择部180还根据特定的参数选择第三碰撞检测部170。
通过像这样构成，能够将作为加速度的值的维度信号本身与特定值进行比较，并能够在加减速慢的状况下提高碰撞检测的精度。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，伺服马达速度维度信号输出部120将由检测伺服马达20的位置的位置检测传感器检测到的位置信号实施微分处理后的信号作为速度维度信号并输出。
通过像这样构成，能够通过微分器简单地获取速度维度信号。因此，能够简化结构、削减成本。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，伺服马达速度维度信号输出部120将通过观测器300计算出来的速度推定信号作为速度维度信号输出，所述观测器300根据向模型的控制对象输入的输入信号和控制对象的输出信号来推定速度。
通过像这样构成，即使在不采用伺服马达速度维度信号输出电路120而采用观测器300的结构中，也能够实施碰撞检测。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，所述伺服马达控制装置1具有第二反馈路径270，所述第二反馈路径270为计算出向位置指令的值乘以比例增益后得到的信号与由位置检测传感器检测到的位置信号被微分滤波器要素240实施微分处理后的信号的偏差的反馈环，伺服马达速度维度信号输出部120将分配在第二反馈路径270内的微分滤波器要素240的输出信号作为速度维度信号输出。
通过像这样构成，由于能够将反馈环内的输出直接作为速度维度信号使用，因此能够简化运算，从而能够简化结构、削减成本。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，第一碰撞检测部130计算出将对位置指令值乘以比例增益而得到的信号与由位置检测传感器检测到的位置信号被微分处理后的信号的差分值作为模拟速度偏差来代替速度偏差，并且在模拟速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
通过像这样构成，由于只对传递函数的运算中途的值实施微分处理就能够将模拟速度偏差直接作为速度维度信号使用，因此能够简化运算，从而能够简化结构、削减成本。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，第二碰撞检测部160计算出将对模拟速度偏差实施微分处理后的信号作为模拟加速度偏差来代替加速度偏差，并且在模拟加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
通过像这样构成，由于只对传递函数的运算中途的值实施微分处理就能够将模拟加速度偏差直接作为加速度维度信号使用，因此能够简化运算，从而能够简化结构、削减成本。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，选择部180根据从外部设定的参数，选择第一碰撞检测部130、第二碰撞检测部160以及第三碰撞检测部170中的任意一个。
通过像这样构成，能够随时从外部设定到底使用适合哪一种碰撞检测的电路。因此，变更的负载减少，从而能够简单地变更碰撞检测的方式。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，选择部180从外部设定第一碰撞检测部130的特定值、第二碰撞检测部160的特定值以及第三碰撞检测部170的特定值。
通过像这样构成，还能够随时从外部设定特定值的设定。因此，变更负载减少，从而能够简单地变更作为碰撞检测的阈值的特定值。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，速度维度信号为作为控制系统100的模型包括以1/(τs+1)为传递函数的要素的滤波器112的信号。
如果像这样构成，则能够使控制模型的要素包含于滤波器112，并能够将位置指令值或速度指令值用作输入到实际的控制对象的值。由此，能够模拟地获取与实际的信号接近的信号，从而与以往相比，能够精确地实施碰撞检测。
并且，本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制装置1的特征在于，滤波器112从外部设定截止频率。
通过像这样构成，由于能够随时从外部设定截止频率，因此变更负载减少。并且，能够结合伺服马达20适当并简单地选择截止频率。另外，如上所述，也可根据伺服增益的设定值来计算该截止频率。
并且，本发明的实施方式所涉及的碰撞检测方法为由具有使动作对象物动作的伺服马达20和根据位置指令对所述伺服马达20进行控制的伺服马达控制部10的伺服马达控制装置1来执行的碰撞检测方法，其特征在于，输出与所述位置指令对应的速度维度信号，输出所述伺服马达20的速度维度信号，并计算出已输出的对应于所述位置指令的速度维度信号与已输出的所述伺服马达20的速度维度信号的差分值即速度偏差，输出与所述位置指令对应的加速度维度信号，输出所述伺服马达20的加速度维度信号，并计算出已输出的对应于所述位置指令的加速度维度信号与所输出的所述伺服马达20的加速度维度信号的差分值即加速度偏差，并且在根据特定的参数选择的所述速度偏差以及加速度偏差中的任一个绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
通过像这样构成，能够根据应用程序的用途等适当地选择并使用碰撞检测的方式。因此，能够提高碰撞检测的精度。
〔其他实施方式〕
另外，在上述的实施方式中，对伺服马达20实施碰撞检测的例子进行了说明。但是，本发明的碰撞检测方法还可用在控制系统100变得不稳定而检测出引起振动等的状态的用途中。由此，能够使伺服马达20的控制针对于外部干扰等而稳定。
并且，在上述的实施方式中，记载了通过第一碰撞检测部130、第二碰撞检测部160以及第三碰撞检测部170，将速度偏差的绝对值、加速度偏差的绝对值以及加速度维度信号的绝对值与特定值进行比较来实施碰撞检测。
但是，也可是以下这样的结构：在将速度偏差的绝对值、加速度偏差的绝对值以及加速度维度信号的绝对值输入到选择电路180，再通过检测方法选择设定191选择使用哪一个绝对值后，且在由参数设定部190的特定值设定192设定的值达到特定值以上的情况下，根据选择部180后的比较器等检测为碰撞。
通过像这样构成，能够通过一个比较器对碰撞检测的输出进行处理，从而能够缩小电路规模、削减成本。
另外，上述实施方式的结构以及动作为一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内可以实施适当的变更。
标号说明
1 伺服马达控制装置
2 动作对象物
3 主机装置
10、10a、10b 伺服马达控制部
20 伺服马达
30 检测部
100 控制系统
110a 位置指令速度维度信号输出部
110b 速度指令速度维度信号输出部
111、310 微分器
112 滤波器
120 伺服马达速度维度信号输出部
130 第一碰撞检测部
140a 位置指令加速度维度转换部
140b 速度指令加速度维度转换部
150 伺服马达加速度维度转换部
160 第二碰撞检测部
170 第三碰撞检测部
180 选择部
190 参数设定部
191 检测方法选择设定
192 特定值设定
193 截止设定
200 比例增益要素
210 积分滤波器要素
220 马达增益要素
230 控制对象要素
240 微分滤波器要素
250 向前路径
260 第一反馈路径
270 第二反馈路径
300 观测器
X 控制系统

Claims (23)

1.一种伺服马达控制装置，其特征在于，所述伺服马达控制装置为具有使动作对象物动作的伺服马达和根据位置指令，对所述伺服马达进行控制的伺服马达控制部的伺服马达控制装置，所述伺服马达控制部具有：
位置指令速度维度信号输出部，其输出与所述位置指令对应的速度维度信号；
伺服马达速度维度信号输出部，其输出所述伺服马达的速度维度信号；
第一碰撞检测部，在由所述位置指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号与由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号的差分值即速度偏差值的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第一碰撞检测部检测为碰撞；
位置指令加速度维度转换部，其将由所述位置指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；
伺服马达加速度维度转换部，其将由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；
第二碰撞检测部，在由所述位置指令加速度维度转换部输出的加速度维度信号与由所述伺服马达加速度维度转换部输出的加速度维度信号的差分值即加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第二碰撞检测部检测为碰撞；以及
选择部，其根据特定的参数，选择所述第一碰撞检测部和所述第二碰撞检测部。
2.根据权利要求1所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达控制部还具有第三碰撞检测部，在由所述伺服马达加速度维度转换部输出的加速度维度信号的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第三碰撞检测部检测为碰撞，
所述选择部还根据所述特定的参数，选择所述第三碰撞检测部。
3.根据权利要求1所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达速度维度信号输出部输出由检测所述伺服马达的位置的位置检测传感器检测到的位置信号被实施微分处理后的信号，作为速度维度信号。
4.根据权利要求1所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达速度维度信号输出部输出通过速度观测器计算出来的速度推定信号，作为速度维度信号，所述速度观测器根据向模型的控制对象输入的输入信号和所述控制对象的输出信号来推定速度。
5.根据权利要求1所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达控制装置具有反馈环，所述反馈环计算出向所述位置指令的值乘以比例增益后得到的信号与由对所述伺服马达的位置进行检测的位置检测传感器检测到的位置信号被微分滤波器实施微分处理后的信号的偏差，
所述伺服马达速度维度信号输出部输出分配在所述反馈环内的所述微分滤波器的输出信号，作为速度维度信号。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述第一碰撞检测部计算出向所述位置指令的值乘以比例增益后得到的信号与所述位置检测传感器检测到的位置信号被实施微分处理后的信号的差分值作为模拟速度偏差来代替所述速度偏差，并且在所述模拟速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
7.根据权利要求6所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述第二碰撞检测部计算出对所述模拟速度偏差实施微分处理后的信号作为模拟加速度偏差来代替所述加速度偏差，并且在所述模拟加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
8.根据权利要求2所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述选择部根据从外部设定的所述参数，选择所述第一碰撞检测部、所述第二碰撞检测部以及所述第三碰撞检测部中的任一个。
9.根据权利要求2所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述选择部从外部设定所述第一碰撞检测部的特定值、所述第二碰撞检测部的特定值以及所述第三碰撞检测部的特定值。
10.根据权利要求1所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述速度维度信号为作为控制系统模型，包含以1/(τs+1)为传递函数的要素的滤波器的信号。
11.根据权利要求10所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述滤波器从外部设定截止频率。
12.一种碰撞检测方法，且为由具有使动作对象物动作的伺服马达和根据位置指令来控制所述伺服马达的伺服马达控制部的伺服马达控制装置来实施的碰撞检测方法，所述碰撞检测方法的特征在于，
输出与所述位置指令对应的速度维度信号，
输出所述伺服马达的速度维度信号，
计算出已输出的与所述位置指令对应的速度维度信号与已输出的所述伺服马达的速度维度信号的差分值即速度偏差，
输出与所述位置指令对应的加速度维度信号，
输出所述伺服马达的加速度维度信号，
计算出已输出的与所述位置指令对应的加速度维度信号与已输出的所述伺服马达的加速度维度信号的差分值即加速度偏差，
在根据特定的参数选择的所述速度偏差以及加速度偏差中的任意的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
13.一种伺服马达控制装置，其为具有使动作对象物动作的伺服马达和根据位置指令对所述伺服马达进行控制的伺服马达控制部的伺服马达控制装置，所述伺服马达控制装置的特征在于，
所述伺服马达控制部具有：
速度指令速度维度信号输出部，其输出与所述速度指令对应的速度维度信号；
伺服马达速度维度信号输出部，其输出所述伺服马达的速度维度信号；
第一碰撞检测部，在由所述速度指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号与由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号的差分值即速度偏差值的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第一碰撞检测部检测为碰撞；
速度指令加速度维度转换部，其将由所述速度指令速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；
伺服马达加速度维度转换部，其将由所述伺服马达速度维度信号输出部输出的速度维度信号转换为加速度维度信号并输出；
第二碰撞检测部，在由所述速度指令加速度维度转换部输出的加速度维度信号与由所述伺服马达加速度维度转换部输出的加速度维度信号的差分值即加速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第二碰撞检测部检测为碰撞；以及
选择部，其根据特定的参数来选择所述第一碰撞检测部和所述第二碰撞检测部。
14.根据权利要求13所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达控制部还具有第三碰撞检测部，在由所述伺服马达加速度维度转换部输出的加速度维度信号的绝对值达到特定值以上的情况下，所述第三碰撞检测部检测为碰撞，
所述选择部还根据所述特定的参数选择所述第三碰撞检测部。
15.根据权利要求13所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达速度维度信号输出部输出由检测所述伺服马达的位置的位置检测传感器检测到的位置信号被微分处理后的信号作为速度维度信号。
16.根据权利要求13所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达速度维度信号输出部输出通过速度观测器计算出来的速度推定信号作为速度维度信号，所述速度观测器根据向模型的控制对象输入的输入信号和所述控制对象的输出信推定速度。
17.根据权利要求13所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述伺服马达控制装置具有反馈环，所述反馈环计算出向所述速度指令的值乘以比例增益后得到的信号与由对所述伺服马达的位置进行检测的位置检测传感器检测到的位置信号被微分滤波器实施微分处理后的信号的偏差，
所述伺服马达速度维度信号输出部输出分配在所述反馈环内的所述微分滤波器的输出信号作为速度维度信号。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述第一碰撞检测部计算出向所述速度指令的值乘以比例增益后得到的信号与由所述位置检测传感器检测到的位置信号被实施微分处理后的信号的差分值作为模拟速度偏差，来代替所述速度偏差，并且在所述模拟速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
19.根据权利要求18所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述第二碰撞检测部计算出将所述模拟速度偏差实施微分处理后的信号作为模拟加速度偏差来代替所述加速度偏差，并且在所述模拟速度偏差的绝对值达到特定值以上的情况下，检测为碰撞。
20.根据权利要求14所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述选择部根据从外部设定的所述参数，选择所述第一碰撞检测部、所述第二碰撞检测部以及所述第三碰撞检测部中的任意一个。
21.根据权利要求14所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述选择部从外部设定所述第一碰撞检测部的特定值、所述第二碰撞检测部的特定值以及所述第三碰撞检测部的特定值。
22.根据权利要求13所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述速度维度信号为作为控制系统模型包括以1/(τs+1)为传递函数的要素的滤波器的信号。
23.根据权利要求22所述的伺服马达控制装置，其特征在于，
所述滤波器从外部设定截止频率。
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