CN107148329A - 机械臂机构及步进马达控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是防止步进马达的不必要的驱动停止。机械臂机构具有机械臂、步进马达31a、马达驱动器31b、编码器31c及失调检测部31e。机械臂具有关节部J1。步进马达产生使关节部运转的动力。马达驱动器依照目标角度驱动步进马达。编码器在步进马达的驱动轴每旋转既定角度便输出编码器脉冲。失调检测部基于根据编码器脉冲指定的步进马达的当前角度与目标角度,检测步进马达的失调。马达驱动器在从检测到失调起经过既定的推迟时间之前失调未被恢复时,在推迟时间的经过的时间点停止步进马达的驱动。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及一种机械臂机构及步进马达控制装置。
背景技术
步进马达作为例如伺服马达而广泛使用于机器人等。步进马达如果过负荷、或产生突然的速度变化则会失调。失调是指输入至步进马达的脉冲信号与实际的马达旋转之间不同步的现象。如果产生失调,步进马达则不会旋转至目标位置。因此,首先需要检测失调的产生。检测失调的方法有如下方法:在步进马达设置编码器,对步进马达进行反馈控制。根据该方法,可基于编码器的输出,来指定步进马达的当前位置,从而可检测目标位置与当前位置之间的不一致作为失调。一般而言,如果检测到步进马达的失调,立即进行停止步进马达的控制。然而,有时在例如能立即去除失调的要因的情形时,即便产生失调也可不停止步进马达而直接继续进行控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种失调检测后也可使步进马达适宜地进行动作的控制。
本实施方式所涉及的机械臂机构具有机械臂、步进马达、马达驱动器、编码器及失调检测部。机械臂具有关节部。步进马达产生使关节部运转的动力。马达驱动器依照目标角度驱动步进马达。编码器在步进马达的驱动轴每旋转既定角度时输出编码器脉冲。失调检测部基于根据编码器脉冲特定的步进马达的当前角度与目标角度,检测步进马达的失调。马达驱动器在从检测到失调起经过既定的推迟时间之前,失调未被恢复时,在推迟时间的经过的时间点停止步进马达的驱动。
附图说明
图1是本实施方式所涉及的机械臂机构的外观立体图;
图2是表示图1的机械臂机构的内部构造的立体图;
图3是从剖面方向观察图1的机械臂机构的内部构造的图;
图4是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的构成的一个例子的框结构图;
图5是用于说明本实施方式所涉及的机械臂机构的驱动部的动作的流程图;
图6是用于说明本实施方式的变形例1所涉及的机械臂机构的驱动部的动作的流程图;
图7是用于说明本实施方式的变形例2所涉及的机械臂机构的驱动部的动作的流程图。
具体实施方式
以下,参照附图,对本实施方式所涉及的机械臂机构进行说明。在以下的说明中,对具有大致相同功能及构成的构成要素标注相同符号,且仅在必要的情形时进行重复说明。
图1是本实施方式所涉及的机械臂机构的外观立体图。图2、图3是表示图1的机械臂机构的内部构造。机械臂机构具有大致圆筒形状的基部1及与基部1连接的臂部2。在臂部2的前端安装有被称为末端执行器的末端效应器3。图1中图示把可把持住对象物的手部作为末端效应器3。末端效应器3并不限定于手部,也可为其他工具、相机、显示器。也可在臂部2的前端设置可更换为任意种类的末端效应器3的转接器。
臂部2具有多个、此处为6个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6。多个关节部J1、J2、J3、J4、J5、J6从基部1依序配设。一般而言,第1、第2、第3轴RA1、RA2、RA3被称为根部3轴,第4、第5、第6轴RA4、RA5、RA6被称为改变手部3的姿势的腕部3轴。构成根部3轴的关节部J1、J2、J3的至少一个为直动关节。这里,第3关节部J3构成为直动关节、尤其是伸缩距离相对较长的关节部。第1关节部J1是以例如被基座面垂直支撑的第1旋转轴RA1为中心的扭转关节。第2关节部J2是以与第1旋转轴RA1垂直配置的第2旋转轴RA2为中心的弯曲关节。第3关节部J3是以与第2旋转轴RA2垂直配置的第3轴(移动轴)RA3为中心而直线伸缩的关节。第4关节部J4是以与第3移动轴RA3一致的第4旋转轴RA4为中心的扭转关节,第5关节部J5是以与第4旋转轴RA4正交的第5旋转轴RA5为中心的弯曲关节。第6关节部J6是以与第4旋转轴RA4正交、且与第5旋转轴RA5垂直配置的第6旋转轴RA6为中心的弯曲关节。
通过第1关节部J1的扭动旋转,臂部2与手部3一起旋转。如图3所示,步进马达31a设在第1关节部J1的附近。当步进马达31a旋转时,步进马达31a的驱动轴的动力经由未图示的齿轮等而传递至第1关节部J1。由此,第1关节部J1旋转,臂部2与手部3一起旋转。
通过第2关节部J2的弯曲旋转,臂部2与手部3一起以第2关节部J2的第2旋转轴RA2为中心进行起伏移动。如图3所示,步进马达32a设在第2关节部J2的附近。当步进马达32a旋转时,步进马达32a的驱动轴的动力例如直接传递至第2关节部J2。由此,臂部2与手部3一起以第2关节部J2的第2旋转轴RA2为中心进行起伏移动。形成基部1的臂支撑体(第1支撑体)11a具有以第1关节部J1的第1旋转轴RA1为中心形成的圆筒形状的中空构造。第1关节部J1安装在未图示的固定台。当第1关节部J1旋转时,第1支撑体11a与臂部2的旋转一起进行轴旋转。另外,第1支撑体11a也可固定在接地层。在此情形时,设为与第1支撑体11a分开而臂部2独立旋转的构造。在第1支撑体11a的上部连接有第2支撑体11b。
第2支撑体11b具有与第1支撑体11a连续的中空构造。第2支撑体11b的一端是安装在第1关节部J1的旋转部。第2支撑体11b的另一端开放,第3支撑体11c在第2关节部J2的第2旋转轴RA2上自由旋转地嵌入。第3支撑体11c具有与第1支撑体11a及第2支撑体连通的鳞片状的中空构造。第3支撑体11c伴随第2关节部J2的弯曲旋转而其后部收纳或送出至第2支撑体11b。构成臂部2的直动关节部的第3关节部J3的后部是通过其收缩而被收纳在第1支撑体11a与第2支撑体11b连续的中空构造的内部。
第1关节部J1包含圆环形状的固定部及旋转部,固定部固定在基座。在旋转部安装有第1支撑体11a及第2支撑体11b。当第1关节部J1旋转时,第1、第2、第3支撑体11a、11b、11c以第1旋转轴RA1为中心而与臂部2及手部3一起旋转。
第3支撑体11c是其后端下部以第2旋转轴RA2为中心自由旋转地嵌入至第2支撑体11b的开放端下部。由此,构成作为以第2旋转轴RA2为中心的弯曲关节部的第2关节部J2。当第2关节部J2转动时,臂部2与手部3一起以第2关节部J2的第2旋转轴RA2为中心朝垂直方向转动、即起伏动作。第2关节部J2的第2旋转轴RA2设为与作为扭转关节部的第1关节部J1的第1旋转轴RA1垂直。
如上所述,作为关节部的第3关节部J3构成臂部2的主要构成部分。在臂部2的前端设有所述手部3。通过第1至第6关节部J1-J6的转动、弯曲、伸缩,可将手部3的2指手16配置为任意的位置·姿势。尤其是,第3关节部J3的直动伸缩距离的长度可实现手部3对基部1的附近位置至远距离位置的大范围的对象的作用。
第3关节部J3的特征为通过构成的直动伸缩臂机构而实现直动伸缩距离的长度。直动伸缩距离的长度通过图2、图3所示的构造达成。直动伸缩臂机构具有第1连结链节排21及第2连结链节排20。在臂部2水平配置的基准姿势下,第1连结链节排21位于第2连结链节排20的下部,第2连结链节排20位于第1连结链节排21的上部。
第1连结链节排21具有相同的剖面コ字形状,包含通过销而在背面部位排状连结的多个第1连结链节23。具备如下性质:因利用第1连结链节23的剖面形状及销实现的链接位置,而第1链接链节排21可向其背面方向BD弯曲但无法反过来朝表面方向FD弯曲。第2连结链节排20具有宽度与第1连结链节23大致相等的大致平板形状,包含以在背面方向及表面方向均可弯曲的状态利用销排状连结的多个第2连结链节22。第1连结链节排21是通过结合链节26而与第2连结链节排20在前端部结合。结合链节26具有第1连结链节23与第2连结链节22成为一体的形状。结合链节26为始端,第2连结链节排20与第1连结链节排21同时从第3支撑体11c送出时,第1连结链节排21与第2连结链节排20相互接合。第1连结链节排21与第2连结链节排20是通过结合链节26而在前端部结合,各自的后部被保持在第3支持体11c的内部防止脱出,由此保持接合状态。当第1连结链节排21与第2连结链节排20保持接合状态时,第1连结链节排21与第2连结链节排20的弯曲被限制,由此由第1连结链节排21与第2连结链节排20构成具备一定刚性的柱状体。当第1连结链节排21与第2连结链节排20相互分离时,弯曲限制被解除,分别恢复成可弯曲的状态。第1连结链节排21与第2连结链节排20在第3支撑体11c的开口附近接合并被送出。第1连结链节排21与第2连结链节排20在第3支撑体11c的内部分离,分别变成可弯曲的状态。第1连结链节排21与第2连结链节排20单独地弯曲,且在第1支撑持体11a的内部单独地收容。
如图2所示,在第2连结链节22的内侧分别形成线性齿轮22a。相邻的线性齿轮22a在第2连结链节排20成直线状时连结,而构成连续的线性齿轮。如图3所示,第2连结链节22在第3支撑体11c内被夹持在辊R1与驱动齿轮24a之间。线性齿轮22a啮合在驱动齿轮24a。如图3所示,步进马达33a设在第2关节部J2的附近。当步进马达33a旋转时,步进马达33a的驱动轴的动力传递至驱动齿轮24a。驱动齿轮24a通过步进马达33a而正向旋转,由此第2连结链节排20与第1连结链节排21一起从第3支撑体11c被送出。这时,第1连结链节排21与第2连结链节排20被设在第3支持体11c的开口附近的一对上下辊R2、R4夹持,相互挤压而接合,在该状态下沿着第3移动轴RA3直线地被送出。驱动齿轮24a通过步进马达33a而逆向旋转,由此第2连结链节排20与第1连结链节排21在第3支撑体11c的内部在上下辊R2、R4的后方解除接合状态而相互分离。分离后的第2连结链节排20与第1连结链节排21分别恢复为可弯曲的状态,被设在第2、第3支撑体11b、11c的内部的导轨引导,朝沿着第1旋转轴RA1的方向弯曲,并收纳至第1支撑体11a的内部。
如图1所示,手部3装配在臂部2的前端。手部3通过第1、第2、第3关节部J1、J2、J3而移动至任意位置,通过第4、第5、第6关节部J4、J5、J6而配置成任意姿势。手部3具有开闭的2个指部16a、16b。第4关节部J4是具有与沿着臂部2的伸缩方向的臂部2的中心轴、即第3关节部J3的移动轴RA3典型一致的第4旋转轴RA4的扭转关节。如果第4关节部J4旋转,则手部3从第4关节部J4到前端以第4旋转轴RA4为中心旋转。如图3所示,步进马达34a设在第4关节部J4的附近。当步进马达34a旋转时,步进马达34a的驱动轴的动力例如直接传递至第4关节部J4。由此,手部3从第4关节部J4朝前端以第4关节部J4的第4旋转轴RA4为中心旋转。
第5关节部J5是具有与第4关节部J4的移动轴RA4正交的第5旋转轴RA5的弯曲关节部。如果第5关节部旋转,则与手部16从第5关节部J5朝前端一起上下转动。如图3所示,步进马达35a设在第5关节部J5的附近。当步进马达35a旋转时,步进马达35a的驱动轴的动力是经由未图示的齿轮等而传递至第5关节部J5。由此,手部16从第5关节部J5朝前端而上下转动。
第6关节部J6是具有与第4关节部J4的第4旋转轴RA4正交、与第5关节部J5的第5旋转轴RA5垂直的第6旋转轴RA6的弯曲关节。如果第6关节部J6旋转则手部16左右旋转。如图3所示,步进马达36a设在第6关节部J6的附近。当步进马达36a旋转时,步进马达36a的驱动轴的动力是经由未图示的齿轮等而传递至第6关节部J6。由此,手部16左右旋转。
图4是表示本实施方式所涉及的机械臂机构的构成的一个例子的框结构图。另外,本实施方式所涉及的机械臂机构具有关节部J1~J6。在关节部J1~J6分别设有马达驱动部31~36。马达驱动部31~36分别具有步进马达31a~36a。这里,仅对马达驱动部31进行说明。其他马达驱动部32~36的构成及动作与马达驱动部31的构成及动作相同。这里,省略其他马达驱动部32~36的说明。机械臂机构具有系统控制部41、电源供给部42、马达控制部43、输入部44、设定部45、及马达驱动部31。马达控制部43与马达驱动部31构成步进马达控制装置。步进马达控制装置可作为独立装置而应用于使用步进马达的其他装置、机构。
系统控制部41具有CPU(Central Processing Unit)及半导体内存等。系统控制部41将经由输入部44输入至机械臂机构的指示信息暂时记忆在半导体内存。系统控制部41基于输入的指示信息统括地控制机械臂机构的各部。
电源供给部42从搭载在机械臂机构的电池(未图示)或外部的商用电源,产生用于供给至马达驱动器31b的电力。
马达控制部43统括地控制马达驱动器31b。具体而言,马达控制部43将与后述设定部45设定的条件相应的信号输出至马达驱动器31b及失调检测部31e中的至少一方。马达控制部43将与后述驱动条件设定部452设定的脉冲条件相关的脉冲控制信号输出至马达驱动器31b。马达控制部43将与后述驱动条件设定部452设定的最大驱动电流值相关的电流控制信号输出至马达驱动器31b。另外,马达控制部43将与后述推迟时间设定部451设定的推迟时间相关的数据输出至马达驱动器31b。
输入部44是作为供使用者向机械臂机构输入指示信息的输入接口发挥功能。输入部44连接有操作装置(未图示)。例如,操作装置具备用于指定关节部的开关、用于指定使关节部旋转或直动的动作速度、动作方向及动作量的操纵手柄等。另外,操作装置也可作为用于设定后述脉冲条件、驱动电流值及推迟时间等的输入设备而使用。通过用户对操作装置进行操作,而输入各关节部的移动指示信息及各种条件的设定信息。机械臂机构依照移动指示信息而动作。构成操作装置的这些输入设备也可由其他装置例如鼠标、键盘、轨迹球及触控面板等代替。
设定部45具有推迟时间设定部451及驱动条件设定部452。
驱动条件设定部452设定步进马达31a的驱动条件。另外,驱动条件设定部452可个别地设定多个步进马达31a~36a各自的驱动条件。驱动条件包含脉冲条件及最大容许电流值等。脉冲条件表示从马达驱动器31b输入至步进马达31a的脉冲的条件。脉冲条件包含脉冲数及脉冲周期等。脉冲数与步进马达31a的旋转角度相关联。例如,驱动条件设定部452基于经由输入部44输入的关节部J1的旋转量而设定对应的步进马达31a的目标角度。然后,基于设定的目标角度及步进马达31a的基本步进角度来决定脉冲数。脉冲周期与步进马达31a的旋转速度相关联。驱动条件设定部452是设定用于使关节部J1以经由输入部44输入的动作速度旋转的脉冲周期。最大容许电流值是马达驱动器31b用于驱动步进马达31a的驱动电流值所容许的最大值。驱动条件设定部452使用与关节部J1相关的动态模型数据,根据机械臂机构的与关节部J1链接的臂的重心位置、质量、臂长、惯性张量、关节部J1的位置(角度)、速度、加速度等,计算关节部J1产生的扭矩。另外,动态模型数据是指与马达的动态特性相关的模型的数据。然后,基于所计算的扭矩决定最大容许电流值。这样,基于预先计算的扭矩决定供给至步进马达31a的驱动电流值的最大值的方法,有助于抑制步进马达31a的消耗电力及发热量。另外,驱动条件设定部452也可设定用于产生经由输入部44输入的扭矩的驱动电流值。
推迟时间设定部451依照经由输入部44的使用者指示,设定推迟时间。推迟时间是指从检测到步进马达31a的失调起,至马达驱动器31b推迟步进马达31a的驱动的停止的时间。因此,只要未从使用者发出步进马达31a的停止指示,在检测到失调起经过推迟时间之前,推迟步进马达31a的停止。
马达驱动部31具有步进马达31a、马达驱动器31b、编码器31c、编码器脉冲计数器31d、及失调检测部31e。马达驱动部31设在对应的关节部J1的附近。
马达驱动器31b控制步进马达31a的驱动及停止。具体而言,马达驱动器31b使用从电源供给部42供给的电力,产生用于驱动步进马达31a的驱动电流。此时,由马达驱动器31a产生的驱动电流具有最大容许电流值以下的电流值。马达驱动器31a保持表示关节部J1的旋转速度与最佳驱动电流的关系的数据,并产生与关节部J1的旋转速度相应的驱动电流。另外,也可根据使用者经由输入部44指示的扭矩而设定驱动电流。
马达驱动器31b产生与来自马达控制部43的脉冲控制信号相应的脉冲(以下称为步进脉冲)。步进马达31a依照由马达驱动器31b产生的步进脉冲而旋转。通过步进马达31a旋转,与步进马达31a直接连接或经由皮带及齿轮等间接连接的关节部J1被驱动。
马达驱动器31b基于来自失调检测部31e的失调判定信号,指定失调的产生及恢复的时序。马达驱动器31b在从失调检测部31e检测到步进马达31a的失调起经过推迟时间之前,当失调未被恢复时,在推迟时间的经过的时间点停止步进脉冲的产生与驱动电流的一方或两方。这里,以步进脉冲的停止为例进行说明。由此,步进马达31a的驱动停止。
马达驱动器31b基于脉冲控制信号指定每单位时间的目标角度。与每单位时间的目标角度相关的数据被输出至失调检测部31e。所谓这里的单位时间,相当于例如马达驱动部31的控制周期。另外,马达驱动器31b的控制周期短于马达控制部43的控制周期。这种情形时,马达驱动部31的各构成要素在马达驱动器31b的控制下动作,由此与马达控制部43的控制下动作的情形相比,可实现更高速的动作。
编码器31c是连接在步进马达31a的驱动轴。编码器31c在连接在步进马达31a的驱动轴的圆片每旋转既定角度时产生编码器脉冲。例如,在圆片的圆周方向等间隔设有120个狭缝的情形时,编码器脉冲是步进马达31a每旋转3度便输出编码器脉冲。编码器脉冲被输出至编码器脉冲计数器31d。
编码器脉冲计数器31d对输入的编码器脉冲的脉冲数进行计数。编码器脉冲的计数信息被输出至马达驱动器31b及失调检测部31e。
失调检测部31e检测步进马达31a的失调的产生。具体而言,失调检测部31e根据计数信息指定步进马达31a的当前的旋转角度(以下称为当前角度)。另外,失调检测部31e基于来自马达驱动器31b的输出,指定步进马达31a的目标角度。失调检测部31e在当前角度与目标角度不一致时,检测步进马达31a的失调。失调检测部31e将通知失调的产生的有无的失调判定信号输出至马达驱动器31b。
图5是用于说明本实施方式所涉及的机械臂机构的驱动部31的动作的流程图。每当有各关节部的移动指示时便将来自马达控制部43的脉冲控制信号反复输入至马达驱动器31b。在图5所示的流程图中,说明输入一个脉冲控制信号时的驱动部31的动作。
(步骤S11)目标角度与最大容许电流值的输入
从马达控制部43将脉冲控制信号及电流控制信号输入至马达驱动器31b。
(步骤S12)驱动步进马达31a
通过马达驱动器31b,产生与脉冲控制信号相应的步进脉冲及与电流控制信号相应的驱动电流。通过产生的驱动电流驱动步进马达31a,通过步进脉冲使步进马达31a旋转。
(步骤S13)检测步进马达31a的失调的产生
通过失调检测部31e检测步进马达31a的失调的产生。当检测到失调的产生时,处理转向步骤S14。另一方面,在未检测到失调的产生的情形时,处理返回至步骤S12。即,只要未检测到失调,马达驱动器31b便会对步进马达31a进行通常的控制。步进马达31a旋转至其旋转角度到达目标角度为止。
(步骤S14)推迟时间内是否从失调恢复的判定
通过马达驱动器31b测量从最初检测到失调起的经过时间。当从检测到失调起的经过时间未达推迟时间T1时,处理返回至步骤S12。另一方面,当检测到失调起经过推迟时间T1之前失调未恢复时,以已到达推迟时间T1为契机,处理转向步骤S15。
(步骤S15)停止步进马达31a
通过马达驱动器31b停止步进脉冲的产生。由此,停止步进马达31a的驱动。
根据本实施方式所涉及的机械臂机构,能获得如下的效果。本实施方式所涉及的马达驱动器31b是在检测到步进马达31a的失调后,并不立即停止步进马达31a的驱动,而是在经过推迟时间T1之前推迟步进马达31a的驱动的停止。然后,在检测到失调起经过推迟时间T1之前失调已恢复的情形时,避免步进马达31a的驱动的停止。因此,在可立即恢复失调的情形时,本实施方式所涉及的机械臂机构可在其失调恢复前等待所设定的推迟时间。因此,本实施方式所涉及的机械臂机构即使在失调检测后也可减少不必要的步进马达31a的驱动的停止。换言之,本实施方式所涉及的机械臂机构可向使用者提供较高的操作性,由此使用者可高效地操作机械臂机构。
(变形例1)
变形例1所涉及的机械臂机构与本实施方式所涉及的机械臂机构之间的差异为,在连接在变形例1所涉及的机械臂机构的输入部44的操作装置装备有重开开关。重开开关是用于不伴随主电源的ON/OFF而强制重开暂时停止的步进脉冲的产生及驱动电流的供给的开关。因此,重开开关与一般的伴随主电源的ON/OFF的重设按钮或重启按钮不同。
图6是用于说明本实施方式的变形例1所涉及的机械臂机构的驱动部31的动作的流程图。图6是与图5的说明同样地,说明输入一个脉冲控制信号时的驱动部31的动作。
(步骤S21)目标角度与最大容许电流值的输入
从马达控制部43将脉冲控制信号及电流控制信号输入至马达驱动器31b。
(步骤S22)驱动步进马达31a
通过马达驱动器31b产生与脉冲控制信号相应的步进脉冲及与电流控制信号相应的驱动电流。通过产生的驱动电流驱动步进马达31a,通过步进脉冲使步进马达31a旋转。
(步骤S23)检测步进马达31a的失调的产生
通过失调检测部31e检测步进马达31a的失调的产生。当检测到失调的产生时,处理转向步骤S14。另一方面,在未检测到失调的产生的情形时,处理返回至步骤S22。即,只要未检测到失调,马达驱动器31b进行通常的步进马达31a的控制。步进马达31a旋转至其旋转角度到达目标角度为止。
(步骤S24)推迟时间内是否从失调恢复的判定
通过马达驱动器31b测量从最初检测到失调起的经过时间。当检测到失调起的经过时间未达推迟时间T1时,处理返回至步骤S22。另一方面,在从检测到失调起经过推迟时间T1之前,失调未恢复时,以到达推迟时间T1为契机,处理转向步骤S25。
(步骤S25)停止步进马达31a
通过马达驱动器31b停止步进脉冲的产生。由此,停止步进马达31a的驱动。
(步骤S26)重开开关的操作的有无的判定
在步进马达31a的驱动停止后重开开关被按压的情形时,从步骤S21重新开始处理。另外,无关于步进马达31a的驱动停止后的经过时间,只要主电源未OFF则重开开关始终有效。但为使重开开关暂时失效,也可设置切换重开开关的有效/失效的开关等。由此,可防止为除去失调要因而操作者靠近机械臂机构时,第三者误按下重开开关,将操作者卷入机械臂机构的动作。
根据本实施方式的变形例1所涉及的机械臂机构,能获得如下的效果。变形例1所涉及的机械臂机构具有重开开关。马达驱动器31b以重开开关被按下为契机,可使动作途中停止的步进马达31a的驱动从刚停止前的状态强制重开。使用者在步进马达31a停止后,进行用于除去失调要因的作业,仅按下重开开关,便可从停止状态继续机械臂机构的操作。因此,本实施方式的变形例1所涉及的机械臂机构可向使用者提供较高的机器人操作性。
(变形例2)
变形例2所涉及的机械臂机构与本实施方式所涉及的机械臂机构之间的差异为,变形例2所涉及的机械臂机构在检测到失调时可指定其要因,并根据失调要因变更步进马达31a的驱动条件。
图7是用于说明本实施方式的变形例2所涉及的机械臂机构的驱动部31的动作的流程图。图7是与图5的说明同样地说明输入一个脉冲控制信号时的驱动部31的动作。
(步骤S31)目标角度与最大容许电流值的输入
从马达控制部43将脉冲控制信号及电流控制信号输入至马达驱动器31b。
(步骤S32)驱动步进马达31a
通过马达驱动器31b,产生与脉冲控制信号相应的步进脉冲及与电流控制信号相应的驱动电流。通过产生的驱动电流驱动步进马达31a,通过步进脉冲使步进马达31a旋转。
(步骤S33)检测步进马达31a的失调的产生
通过失调检测部31e,检测步进马达31a的失调的产生。当检测到失调的产生时,处理转向步骤S34。另一方面,在未检测到失调的产生的情形时,处理返回至步骤S32。即,只要未检测到失调,马达驱动器31b便进行通常的步进马达31a的控制,使步进马达31a旋转至步进马达31a的旋转角度到达目标角度为止。
(步骤S34)指定失调要因
通过马达驱动器31b指定失调要因。失调要因有内在要因与外在要因。内在要因包含步进马达31a的扭矩不足导致马达的旋转无法追踪步进脉冲的现象。外在要因包含臂部接触人或物而无法进行预定动作的现象。马达驱动器31b基于来自未图示的接触传感器的输出而指定失调要因。具体而言,马达驱动器31b在通过失调检测部31e检测到失调的时序的接触传感器的输出的变化值超过阈值时,将该失调的要因指定为外在要因。另外,马达驱动器31b在通过失调检测部31e检测到失调的时序的接触传感器的输出的变化值未达阈值时,将该失调的要因指定为内在要因。
(步骤S35)根据失调要因变更驱动条件
通过马达驱动器31b,根据失调要因变更步进马达31a的驱动电流值。例如,在失调要因为外在要因的情形时,马达驱动器31b减小驱动电流值。另一方面,在失调要因为内在要因的情形时,马达驱动器31b增大驱动电流值。另外,在失调要因为外在要因的情形时,马达驱动器31b也可维持驱动电流值。另外,马达驱动器31b也可在变更驱动电流的同时也变更推迟时间T1。
(步骤S36)推迟时间内是否从失调恢复的判定
通过马达驱动器31b测量从最初检测到失调起的经过时间。当检测到失调起的经过时间未达推迟时间T1时,处理返回至步骤S32。另一方面,在从检测到失调起经过推迟时间T1之前,失调未恢复时,以到达推迟时间T1为契机,处理转向步骤S37。另外,也存在通过马达驱动器31b变更推迟时间T1的情形。
(步骤S37)停止步进马达31a
通过马达驱动器31b,停止步进脉冲的产生。由此,停止步进马达31a的驱动。
根据本实施方式的变形例2所涉及的机械臂机构,可获得如下的效果。变形例2所涉及的机械臂机构的马达驱动器31b可在检测到步进马达31a的失调后,根据失调要因变更步进马达31a的驱动条件。例如,因内在要因所致的失调是由于步进马达31a的扭矩不足而产生。在这种情形时,马达驱动器31b进行增大步进马达31a的驱动电流值的控制。由此,步进马达31a的扭矩变大,有能够恢复内在要因所致的失调的可能性。另外,在失调要因为外在要因(与人或其他干渉物的碰撞等)的情形时,马达驱动器31b进行减小驱动电流值的控制。由此,步进马达31a的扭矩变小,可防止机械臂机构的故障、人身伤害、物品破损等,从而确保安全。
另外,马达驱动器31b也可进行在变更驱动电流值的同时变更推迟时间的控制。例如,在失调要因为外在要因的情形时,马达驱动器31b通过控制推迟时间变短,而可缩短直至步进马达31a的停止的推迟时间,从而可防止机械臂机构的故障、人身伤害、物品破损等。另一方面,通过控制推迟时间变长,可延长用于从步进马达31a的失调的恢复时间,从而可减少步进马达31a的不必要停止。即,在失调的检测后马达驱动器31a缩短还是延长推迟时间,是根据机械臂机构的使用场景、用途等而不同。失调后变更的驱动条件及其参数可依照使用者指示而适宜地变更。例如,使用者也可通过选择机械臂机构的使用用途及场景,而选择性地决定要变更的驱动条件等。
虽然对本发明的几个实施方式进行了说明,但是这些实施方式只是作为例子提出的,并非用于限定本发明的范围。对于这些新的实施方式,能够以其他各种方式进行实施,在不脱离本发明的要旨的范围内,能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形,包含于本发明的范围和要旨的同时,也包含于权利要求书中记载的发明及其均等范围内。
符号说明
1:基部
2:臂部
3:末端效应器
J1、J2、J4、J5、J6:旋转关节部
J3:直动关节部
11a:第1支撑体
11b:第2支撑体
11c:第3支撑体
20:第2连结链节排
21:第1连结链节排
22:第2连结链节
23:第1连结链节
26:结合链节
31:马达驱动部
31a:步进马达
31b:马达驱动器
31c:编码器
31d:编码器脉冲计数器
31e:失调检测部
41:系统控制部
42:电源供给部
43:马达控制部
44:输入部
45:设定部
451:推迟时间设定部
452:驱动条件设定部
Claims (10)
1.一种机械臂机构,其具备:
机械臂,其具有关节部;
步进马达,其产生使所述关节部运转的动力;
马达驱动器,其依照目标角度驱动所述步进马达;
编码器,其在所述步进马达的驱动轴每旋转既定角度时输出编码器脉冲;及
失调检测部,其基于根据所述编码器脉冲指定的所述步进马达的当前角度与所述目标角度,检测所述步进马达的失调;且
所述马达驱动器在从检测到所述失调起经过既定的推迟时间前,所述失调未被恢复时,在所述推迟时间的经过的时间点,停止所述步进马达的驱动。
2.根据权利要求1所述的机械臂机构,其中在从检测到所述失调起经过所述既定的推迟时间之前,所述步进马达的停止被推迟。
3.根据权利要求2所述的机械臂机构,其中在从检测到所述失调起经过所述既定的推迟时间之前所述失调被恢复时,避免所述步进马达的停止。
4.根据权利要求1所述的机械臂机构,其进而具备:重开操作部;及
控制部,其在所述步进马达的驱动停止后所述重开操作部被操作时,控制所述马达驱动器以重开所述步进马达的驱动。
5.根据权利要求1所述的机械臂机构,其中所述马达驱动器在检测到所述失调时变更所述步进马达的驱动电流。
6.根据权利要求5所述的机械臂机构,其中所述马达驱动器在检测到所述失调时,将所述驱动电流与所述推迟时间一起变更。
7.一种步进马达控制装置,其具备:
步进马达;
马达驱动器,其依照目标角度驱动所述步进马达;
编码器,其在所述步进马达的驱动轴每旋转既定角度时输出编码器脉冲;及
失调检测部,其基于根据所述编码器脉冲指定的所述步进马达的当前角度与所述目标角度,检测所述步进马达的失调;且
所述马达驱动器在从检测到所述失调起经过既定的推迟时间之前,所述失调未被恢复时,在所述既定的推迟时间的经过的时间点停止所述步进马达的驱动。
8.根据权利要求7所述的步进马达控制装置,其进而具备:重开操作部;及
控制部,其在所述步进马达的驱动停止后所述重开操作部被操作时,控制所述马达驱动器以重开所述步进马达的驱动。
9.根据权利要求7所述的步进马达控制装置,其中所述马达驱动器在检测到所述失调时,变更所述步进马达的驱动电流。
10.根据权利要求9所述的步进马达控制装置,其中所述马达驱动器在检测到所述失调时,将所述驱动电流值与所述推迟时间一起变更。
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