CN108604878B - 电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的电机控制装置具有：PI控制器，对电机的速度进行控制；输入部，输入包含工具的重量以及工具的重心位置的信息的规格信息；运算部，基于所述规格信息来计算重力转矩；存储部，对从所述运算部输出的所述重力转矩以及从所述PI控制器输出的积分值进行存储，并且根据制动器信号来输出所述重力转矩以及所述积分值；和选择部，根据从所述输入部输入的碰撞灵敏度，对所述PI控制器设定从所述存储部输出的所述积分值。

Description

电机控制装置
技术领域
本公开涉及电机控制装置，特别地，涉及停止后的再次动作时的电机的重力转矩的修正。
背景技术
以往，开发了一种电机控制装置，在对操纵器等的机器人中的重力轴进行驱动的伺服电机的通电时，使重力轴的举动稳定，防止重力轴的下落。
使用图6以及图7，对现有的电机控制装置900进行说明。图6是表示现有的电机控制装置900的图。图7是表示现有的电机控制装置900的PI控制器901的详细的图。
如图6所示，现有的电机控制装置900具有：PI控制器901、电流控制部902、逆变器电路903、电机904、编码器905、转换部906、存储部907和制动器装置908。编码器905以规定的取样周期对电机904的转子的位置进行检测，将检测到的位置信息发送给转换部906。转换部906根据基于从编码器905发送的位置信息的转子的位置的变化来求出电机904的转子的旋转速度。并且转换部906将计算出的转子的旋转速度作为反馈速度VFB来发送给PI控制器901。
存储部907被输入了输入到制动器装置908的制动器信号BSIG和从PI控制器901输出的转矩指令值TCOM，存储转矩指令值TCOM。此外，存储部907在制动器信号BSIG从接通变化为断开时，将此时的转矩指令值TCOM输出到PI控制器901。
向PI控制器901输入速度指令VCOM和反馈速度VFB。PI控制器901进行运算，将转矩指令值TCOM输出到电流控制部902。此外，从存储部907向PI控制器901输入制动器信号BSIG从接通变化为断开时的转矩指令值TCOM。
电流控制部902被输入转矩指令值TCOM和提供给电机904的电流的反馈电流IFB，计算逆变器驱动指令，输出到逆变器电路903。逆变器电路903基于被输入的逆变器驱动指令，向电机904流动电流，对电机904的驱动进行控制。
接下来，使用图7来具体说明PI控制器901。PI控制器901具有比例分量运算部911和积分分量运算部912。向比例分量运算部911和积分分量运算部912输入速度指令VCOM与反馈速度VFB的差即误差速度dV。将由比例分量运算部911根据误差速度dV来计算出的值与由积分分量运算部912根据误差速度dV来计算出的值相加，输出转矩指令值TCOM。被输出的转矩指令值TCOM被存储于存储部907。并且，如上所述，制动器信号BSIG从接通变化为断开时的转矩指令值TCOM被从存储部907输出到PI控制器901的积分分量运算部912。
由此，PI控制器901通过将制动器信号BSIG从接通变化为断开时的转矩指令值TCOM利用为保持转矩，能够再次防止制动器信号BSIG从断开变化为接通时(电机904的通电开始时)的重力轴的下落(例如参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2010-45912号公报
发明内容
本公开的电机控制装置具有：PI控制器，对电机的速度进行控制；输入部，输入包含工具的重量以及工具的重心位置的信息的规格信息；运算部，基于所述规格信息来计算重力转矩；存储部，对从所述运算部输出的所述重力转矩以及从所述PI控制器输出的积分值进行存储，并且根据制动器信号来输出所述重力转矩以及所述积分值；和选择部，根据从所述输入部输入的碰撞灵敏度，对所述PI控制器设定从所述存储部输出的所述积分值。
附图说明
图1是表示实施方式的电机控制装置的图。
图2是表示实施方式的电机控制装置的选择部32的动作的流程图。
图3是对碰撞检测部200中的碰撞检测结果的检测方法进行说明的图。
图4是表示机器人中的碰撞灵敏度与碰撞检测转矩的关系的图。
图5是表示机器人中的碰撞灵敏度与设定保持转矩的关系的图。
图6是表示现有的电机控制装置900的图。
图7是表示现有的电机控制装置900的PI控制器901的详细的图。
具体实施方式
在本公开的实施方式的说明之前，对现有的电机控制装置中的问题点简单进行说明。
在参照图6以及图7来说明的现有的电机控制装置900中，产生以下的问题。在现有的电机控制装置中，在电机904静止的状态下制动器信号BSIG从接通变化为断开的情况下，存储于存储部907的转矩指令值TCOM是电机904的保持转矩。但是，在电机904紧急停止的情况、或者由于碰撞而停止的情况下，存储于存储部907的制动器信号BSIG从接通变化为断开时的转矩指令值TCOM不是此时的适当的电机904的保持转矩。因此，在电机904紧急停止的情况、或者由于碰撞而停止的情况下，在现有的电机控制装置900中，在电机904的通电开始时产生重力轴的跳起或下落，存在臂与周边装置、工件、操作者碰撞的危险性。
以下，使用图1～图5来对本公开的实施方式进行说明。
图1是表示本公开的电机控制装置21的图。对电机24被装配于机器人100的情况进行说明。
编码器25以规定的取样周期检测电机24的转子的位置，将检测出的电机24的位置信息D1发送到转换部26。转换部26根据从编码器25发送的位置信息D1的时间变化来求出电机24的转子的旋转速度。被转换部26计算出的旋转速度作为反馈速度VFB而被发送到PI控制器22。此外，转换部26向运算部31发送反馈速度VFB和位置信息D1。
向运算部31输入包含工具的重量以及工具的重心位置的信息的规格信息D2、电机24的位置信息D1和反馈速度VFB。此外，在机器人100除了电机24以外还具有其他电机(未图示)的情况下，也从其他控制框向运算部31输入基于其他电机的位置信息的反馈速度VFB_2以及其他电机的位置信息D1_2。在运算部31中，计算作用于电机24的重力转矩TG，将重力转矩TG发送到存储部27。
PI控制器22具有比例分量运算部29和积分分量运算部30。向比例分量运算部29和积分分量运算部30输入速度指令VCOM与反馈速度VFB的差即误差速度dV。将基于误差速度dV而由比例分量运算部29计算出的值与由积分分量运算部30计算出的积分值VI相加，从PI控制器22向电流控制部23输出转矩指令值TCOM。向存储部27输入被输入到制动器装置28的制动器信号BSIG、从积分分量运算部30输出的积分值VI和从运算部31输出的重力转矩TG。并且，存储部27对从积分分量运算部30输出的积分值VI和重力转矩TG进行存储。并且，存储部27将制动器信号BSIG从接通变化为断开时的积分值VI和重力转矩TG发送到选择部32。
向选择部32输入从存储部27输出的转矩指令值TCOM的积分值VI和重力转矩TG，将由选择部32设定的值发送到PI控制器22的积分分量运算部30。
此外，从选择部32向PI控制器22的积分分量运算部30发送制动器信号BSIG从接通变化为断开时被设定的值。
从PI控制器22向电流控制部23输入转矩指令值TCOM。此外，向电流控制部23输入电机产生转矩TFB。电流控制部23计算驱动指令值DCOM，基于驱动指令值DCOM，向电机24流动电流。这样，电流控制部23对电机24的驱动进行控制。
[碰撞检测部200的动作]
接下来，参照图1以及图3来对碰撞灵敏度进行说明。碰撞检测功能如图3所示，通过运算部31，根据能够从编码器25获取的电机24的位置信息D1、速度、加速度的信息(这里设为反馈速度VFB)、工具或机器人主体的质量等的规格信息D2，预先将本来作用于电机24的转矩运算为动力学转矩TD。并且，通过碰撞检测部200，将碰撞检测转矩TC与碰撞检测阈值Vt进行比较，该碰撞检测转矩TC是实际通过来自电流控制部23的控制而作用于电机24的电机产生转矩TFB与动力学转矩TD的差。另外，碰撞检测阈值Vt是根据预先设定的碰撞灵敏度X来决定的。若碰撞检测转矩TC为碰撞检测阈值Vt以上，则成为进行了碰撞的碰撞检测结果R。此外，碰撞灵敏度X能够由用户设定，根据灵敏度来设定阈值的宽度，防止碰撞的误检测，进行准确的碰撞检测。
接下来，参照图4，使用具体例来对碰撞检测部200的动作进行说明。在图4所示的例子中，在碰撞检测转矩TC(最大转矩比)为20％时，若碰撞灵敏度X被设定为20％、50％、80％，则不被检测为“碰撞”。另一方面，若碰撞灵敏度X被设定为100％则被检测为“碰撞”。换句话说，碰撞检测阈值Vt被设定为80％以上且小于100％。
碰撞检测转矩TC(最大转矩比)为30％时，也与20％时相同。
碰撞检测转矩TC(最大转矩比)为40％时，碰撞检测阈值Vt以碰撞灵敏度X为50％以上且小于80％而被设定，因此例如碰撞灵敏度X被设定为50％则未检测为“碰撞”，但若碰撞灵敏度X被设定为80％则检测为“碰撞”。
碰撞检测转矩TC(最大转矩比)为50％时，碰撞检测阈值Vt以碰撞灵敏度X为20％以上且小于50％而被设定，因此例如碰撞灵敏度X被设定为20％则未检测为“碰撞”，但若碰撞灵敏度X被设定为50％以上则检测为“碰撞”。
图4是表示碰撞灵敏度X与碰撞检测转矩TC的关系的一个例子。另外，若碰撞检测阈值Vt的设定不同，则碰撞检测转矩TC与碰撞灵敏度X的关系不同于图4。若较高设定碰撞灵敏度，则可检测到碰撞的频率上升，若较低设定碰撞灵敏度，则可检测到碰撞的频率下降。
例如，若较高设定碰撞灵敏度，即使是较小的冲击，也视为“碰撞”。相反地若较低设定碰撞灵敏度，则仅仅存在较小的冲击并不视为“碰撞”。
此外，在电机24的通电开始时检测到碰撞转矩的情况下，根据被设定的碰撞灵敏度X来决定碰撞检测阈值Vt的大小。因此，被设定的碰撞灵敏度X表示负载信息的准确性。另外，用户能够预先对规格信息输入部300任意设定碰撞灵敏度X。
[选择部32的动作说明]
接下来，使用图1、图2，具体对选择部32的动作进行说明。选择部32在制动器信号BSIG从接通变化为断开时(S1)，从积分分量运算部30向存储部27输入积分值VI，从运算部31输入重力转矩TG(S2)。接下来，从存储部27向选择部32输入积分值VI以及重力转矩TG(S3)。在选择部32中，对被输入的积分值VI和重力转矩TG进行比较(S4)。若积分值VI与重力转矩TG的差大于一定的值(S4为是)，则认为电机904紧急停止或者由于碰撞而停止。此时，向PI控制器22的积分分量运算部30输出无负载重力转矩Ta(S5)。
接下来，若积分值VI与重力转矩TG的差为一定值以下(S4为否)，则选择部32向积分分量运算部30输出与从规格信息输入部300输出的碰撞灵敏度X相应的重力转矩(S6～S8)。
接下来，使用图2以及图5来对S6～S8进行说明。在碰撞灵敏度X小于20％时，从选择部32向PI控制器22的积分分量运算部30输出无负载重力转矩Ta(S6)。在碰撞灵敏度X大于80％时，从选择部32向PI控制器22的积分分量运算部30输出有负载重力转矩Tb(S7)。在碰撞灵敏度X为20％以上并且80％以下时，如图5所示，在碰撞灵敏度X为80％时设为有负载重力转矩Tb，在碰撞灵敏度X为20％时设为无负载重力转矩Ta。并且，在碰撞灵敏度X为20％以上并且80％以下时，从选择部32向PI控制器22的积分分量运算部30输出沿着穿过A点以及B点的直线上与所设定的灵敏度相应的重力转矩(S8)。
另外，用户预先对规格信息输入部300任意设定碰撞灵敏度X。此外，用户通过规格信息输入部300来将负载信息设定为规格信息D2。并且如上所述，用户能够根据碰撞检测部200的碰撞检测结果R来再次设定规格信息D2。
如以上那样，PI控制器22将根据碰撞灵敏度X而从选择部32向积分分量运算部30输入的值利用为保持转矩。因此，即使在电机24紧急停止、由于碰撞而停止的情况下，也能够再次防止制动器信号BSIG从断开变化为接通时(电机的通电开始时)的重力轴的跳起以及下落。
(总结)
本公开的电机控制装置21具有：PI控制器22、规格信息输入部300、运算部31、存储部27和选择部32。
PI控制器22对电机的速度进行控制。规格信息输入部300被输入包含工具的重量以及工具的重心位置的信息的规格信息D2。运算部31基于规格信息D2来计算重力转矩TG。存储部27对从运算部31输出的重力转矩TG以及从PI控制器22输出的积分值VI进行存储。进一步地，存储部27根据制动器信号BSIG来输出重力转矩TG以及积分值VI。选择部32根据从规格信息输入部300输入的碰撞灵敏度X来对PI控制器22设定从存储部27输入的积分值VI。
此外，本公开的电机控制装置21在规格信息D2包含负载信息、基于规格信息D2的负载信息而判断为未安装工具的情况下，选择部32将无负载重力转矩作为积分值VI来对PI控制器22进行设定。在基于规格信息D2的负载信息而判断为安装有工具的情况下，选择部32将有负载重力转矩作为积分值VI来对PI控制器22进行设定。
另外，规格信息D2能够由用户任意设定。
产业上的可利用性
本公开的电机控制装置21即使在电机紧急停止、或由于碰撞而停止的情况下，也能够在电机的通电开始时防止重力轴的跳起、下落，在产业上是有用的。
-符号说明-
21 电机控制装置
22 PI控制器
23 电流控制部
24 电机
25 编码器
26 转换部
27 存储部
28 制动器装置
29 比例分量运算部
30 积分分量运算部
31 运算部
32 选择部
100 机器人
200 碰撞检测部
300 规格信息输入部
900 电机控制装置
901 PI控制器
902 电流控制部
903 逆变器电路
904 电机
905 编码器
906 转换部
907 存储部
908 制动器装置
911 比例分量运算部
912 积分分量运算部
dV 误差速度
BSIG 制动器信号
D1 位置信息
D2 规格信息
DCOM 驱动指令值
Ta 无负载重力转矩
Tb 有负载重力转矩
TC 碰撞检测转矩
TD 动力学转矩
TG 重力转矩
TFB 电机产生转矩
TCOM 转矩指令值
R 碰撞检测结果
VCOM 速度指令
VFB 反馈速度
IFB 反馈电流
X 碰撞灵敏度
Vt 碰撞检测阈值
VI 积分值

Claims (3)

1.一种电机控制装置，具备：
PI控制器，对电机的速度进行控制；
输入部，输入包含工具的重量以及所述工具的重心位置的信息的规格信息；
运算部，基于所述规格信息来计算重力转矩；
存储部，对从所述运算部输出的所述重力转矩以及从所述PI控制器输出的积分值进行存储，并且根据制动器信号来输出所述重力转矩以及所述积分值；和
选择部，根据从所述输入部输入的碰撞灵敏度，对所述PI控制器设定从所述存储部输出的所述积分值。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，
所述规格信息包含负载信息，
在基于所述规格信息的所述负载信息而判断为未安装所述工具的情况下，所述选择部将无负载重力转矩作为所述积分值来对所述PI控制器进行设定，
在基于所述规格信息的所述负载信息而判断为安装有所述工具的情况下，所述选择部将有负载重力转矩作为所述积分值来对所述PI控制器进行设定。
3.根据权利要求1或者2所述的电机控制装置，其中，
所述规格信息能够任意设定。
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