CN110651427A - 马达控制系统、马达控制系统的控制方法以及机器人系统 - Google Patents

马达控制系统、马达控制系统的控制方法以及机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及马达控制系统，基于从上一级装置输入的位置指令控制向马达(11)供给的电流来控制马达(11)，并且控制输入轴(13a)与马达(11)的输出轴(11a)连接并且输出轴(13b)与负载连接的减速机(13)的动作，包括：探测部(12)，探测用于检测马达(11)的输出轴(11a)的旋转速度的事件；速度偏差生成部(31)，基于位置指令生成速度指令，并且计算速度指令、与基于探测部(12)所探测到的事件检测出的马达(11)的输出轴(11a)的旋转速度的偏差即速度偏差；角度传递误差补偿部(34)，推断马达(11)的输出轴(11a)的旋转角与减速机(13)的输出轴(13b)的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的角度传递误差，补正速度指令、速度偏差、或基于探测部(12)所探测到的事件检测出的马达(11)的输出轴(11a)的旋转速度；电流指令生成部(36)，基于速度偏差生成电流指令；以及电流控制部(23)，基于电流指令控制向马达(11)供给的电流。

Description

马达控制系统、马达控制系统的控制方法以及机器人系统
技术领域
本发明涉及马达控制系统、马达控制系统的控制方法以及机器人系统。
背景技术
以往公知有能够补正由减速机的角度传递误差引起的定位误差的定位系统(例如参照专利文献1)。
该定位系统具备基于用于补正由马达和减速机构成的致动器的输出轴的定位误差的误差补正数据对位置指令实施补正的误差补正部，并将补正后的位置指令向驱动马达的驱动器供给。由此，能够补正致动器的定位误差。
专利文献1：日本特开2003-223225号公报
然而，在专利文献1中记载的定位系统存在不能适当地对致动器的输出轴的旋转速度的变动进行抑制，从而与致动器的输出轴连接的负载的举动变得不稳定的情况。
发明内容
为了解决上述课题，一个形态所涉及的马达控制系统基于从上一级装置输入的位置指令控制向马达供给的电流来控制上述马达，并且控制输入轴与上述马达的输出轴连接并且输出轴与负载连接的减速机的动作，其包括：探测部，探测用于检测上述马达的输出轴的旋转速度的事件；速度偏差生成部，基于上述位置指令生成速度指令，并且计算上述速度指令、与基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度的偏差即速度偏差；角度传递误差补偿部，推断上述马达的输出轴的旋转角与上述减速机的输出轴的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的上述角度传递误差，补正上述速度指令、上述速度偏差、或基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度；电流指令生成部，基于上述速度偏差生成电流指令；以及电流控制部，基于上述电流指令控制向上述马达供给的电流。
根据该结构，能够以简单的结构进行角度传递误差的补偿，从而能够抑制由角度传递误差引起的负载的不稳定的举动。
本发明起到能够抑制由角度传递误差引起的负载的不稳定的举动的效果。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式1所涉及的机器人系统的结构例的图。
图2是示意性地表示图1的机器人系统的控制系统的结构例的框图。
图3是示意性地表示图1的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
图4是角度传递误差的说明图。
图5是表示实施方式2所涉及的机器人系统的动作例中的速度前馈指令值与速度前馈指令值的修正值的关系的图表。
图6是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
图7是示意性地表示实施方式4所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
图8是示意性地表示实施方式5所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
图9是示意性地表示实施方式6所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
图10是示意性地表示实施方式7所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
具体实施方式
一个形态所涉及的马达控制系统基于从上一级装置输入的位置指令控制向马达供给的电流来控制上述马达，并且控制输入轴与上述马达的输出轴连接并且输出轴与负载连接的减速机的动作，其包括：探测部，探测用于检测上述马达的输出轴的旋转速度的事件；速度偏差生成部，基于上述位置指令生成速度指令，并且计算上述速度指令、与基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度的偏差即速度偏差；角度传递误差补偿部，推断上述马达的输出轴的旋转角与上述减速机的输出轴的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的上述角度传递误差，补正上述速度指令、上述速度偏差、或基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度；电流指令生成部，基于上述速度偏差生成电流指令；以及电流控制部，基于上述电流指令控制向上述马达供给的电流。
根据该结构，能够以简单的结构进行角度传递误差的补偿，从而能够抑制由角度传递误差引起的负载的不稳定的举动。
也可以构成为：上述速度指令是对上述位置指令进行了时间微分的速度前馈指令。
根据该结构，能够根据用于控制马达的输出轴的旋转速度的速度前馈指令适当地控制马达的速度。
也可以构成为：上述角度传递误差补偿部通过基于推断出的上述角度传递误差补正上述速度前馈指令，从而补正上述速度指令。
根据该结构，通过补正用于控制马达的输出轴的旋转速度的速度前馈指令，从而能够适当地补正速度指令，能够适当地进行角度传递误差的补偿。
也可以构成为：上述探测部探测用于检测上述马达的输出轴的旋转角和旋转速度的事件，上述速度指令是将对上述位置指令进行了时间微分的速度前馈指令、与增益速度指令相加而得的值，上述增益速度指令是在上述位置指令与基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转角的偏差上乘以位置比例增益而得的值。
根据该结构，能够根据用于控制马达的输出轴的旋转速度的速度前馈指令适当地控制马达的速度，并且能够根据增益速度指令适当地控制马达的旋转角。
也可以构成为：上述角度传递误差补偿部通过基于推断出的上述角度传递误差补正上述速度前馈指令，从而补正上述速度指令。
根据该结构，通过补正用于控制马达的输出轴的旋转速度的速度前馈指令，从而能够适当地补正速度指令，能够适当地进行角度传递误差的补偿。
也可以构成为：上述角度传递误差补偿部还基于推断出的上述角度传递误差补正上述位置指令，上述速度指令是将对从上一级装置输入的上述位置指令进行了时间微分的速度前馈指令、与增益速度指令相加而得的值，上述增益速度指令是在补正后的上述位置指令与基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转角的偏差上乘以位置比例增益而得的值。
根据该结构，能够更适当进行角度传递误差的补偿。
也可以构成为：上述角度传递误差补偿部基于将上述角度传递误差的周期性的变动模型化后的周期函数来推断上述角度传递误差。
根据该结构，能够适当地补偿作为周期性的误差表示的角度传递误差。
也可以构成为：上述减速机是波动齿轮装置。
根据该结构，能够抑制由波动齿轮装置的角度传递误差引起的负载的不稳定的举动。
一个形态所涉及的马达控制系统的控制方法是基于从上一级装置输入的位置指令控制向马达供给的电流来控制上述马达，并且控制输入轴与上述马达的输出轴连接并且输出轴与负载连接的减速机的动作的马达控制系统的控制方法，上述马达控制系统包括：探测部，探测用于检测上述马达的输出轴的旋转速度的事件；速度偏差生成部，基于上述位置指令生成速度指令，并且计算上述速度指令与基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度的偏差即速度偏差；角度传递误差补偿部，推断上述马达的输出轴的旋转角与上述减速机的输出轴的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的上述角度传递误差，补正上述速度指令、上述速度偏差、或基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度；电流指令生成部，基于上述速度偏差生成电流指令；以及电流控制部，基于上述电流指令控制向上述马达供给的电流。
根据该结构，能够以简单的结构进行角度传递误差的补偿，从而能够抑制由角度传递误差引起的负载的不稳定的举动。
一个形态所涉及的机器人系统具备：机器人臂；马达，该马达为上述机器人臂的关节的驱动源；减速机，输入轴与上述马达的输出轴连接，并且输出轴与上述机器人臂的上述关节连接；指令部，生成位置指令；以及马达控制系统，基于上述指令部生成的上述位置指令控制向上述马达供给的电流来控制上述马达的动作，上述马达控制系统包括：探测部，探测用于检测上述马达的输出轴的旋转速度的事件；速度偏差生成部，基于上述位置指令生成速度指令，并且计算上述速度指令与基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度的偏差即速度偏差；角度传递误差补偿部，推断上述马达的输出轴的旋转角与上述减速机的输出轴的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的上述角度传递误差，补正上述速度指令、上述速度偏差或基于上述探测部所探测到的事件检测出的上述马达的输出轴的旋转速度；电流指令生成部，基于上述速度偏差生成电流指令；以及电流控制部，基于上述电流指令控制向上述马达供给的电流。
根据该结构，能够以简单的结构进行角度传递误差的补偿，从而能够抑制由角度传递误差引起的机器人臂的振动。
以下，边参照附图边对实施方式进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。另外，以下，在所有的附图中，对相同或者相当的元件标注相同的附图标记，并省略其重复的说明。
(实施方式1)
图1是示意性地表示实施方式1所涉及的机器人系统100的结构例的图。图2是示意性地表示机器人系统100的控制系统的结构例的框图。
如图1所示，机器人系统100例如用于工业用途。机器人系统100具备：机器人1，具备机器人臂；和机器人控制装置2，控制机器人1的动作。
机器人1是多关节型机器人的工业用机器人(多关节机器人)，具有多个关节10，并具有机器人臂，上述机器人臂在末端部具有机械手14。如图2所示，在各关节10设置有驱动关节10的驱动部，驱动部包括伺服马达(马达)11、编码器12以及减速机13。此外，机器人1并不限定于多关节型机器人。在本实施方式中，机器人1的机器人臂构成为6个关节排列为1列。
编码器(探测部)12探测用于检测伺服马达11的输出轴11a的实际的旋转角和实际的旋转速度的事件。在本实施方式中，编码器12基于探测到的事件输出包括伺服马达11的输出轴11a的实际的旋转角在内的信息。然后，由详细内容进行后述的编码值微分部37对伺服马达11的输出轴11a的实际的旋转角进行时间微分，从而计算伺服马达11的输出轴11a的实际的旋转速度。
减速机13包括与伺服马达11的输出轴11a连接的输入轴13a、和与机器人1的关节10(负载)连接的输出轴13b。输入轴13a也可以与伺服马达11的输出轴11a形成一体。另外，减速机13可以由一个设备构成，也可以由多个设备构成。减速机13以规定的减速比R对输入至输入轴13a的伺服马达11的输出轴11a的旋转进行减速，并从输出轴13b输出。减速机13例如是波动齿轮装置(哈默纳科驱动器(注册商标))。但并不局限于此。
波动齿轮装置具备刚性齿轮、柔性齿轮以及波发生器。刚性齿轮是刚性的内齿齿轮，例如与壳体设置为一体。柔性齿轮是具有挠性的外齿齿轮，并与刚性齿轮啮合。柔性齿轮其齿数比刚性齿轮少，并与输出轴13b连接。波发生器是与柔性齿轮的内侧接触的椭圆状的凸轮，并与输入轴13a连接。于是，通过使输入轴13a旋转，波发生器使柔性齿轮与刚性齿轮的啮合位置移动，柔性齿轮根据刚性齿轮与柔性齿轮的齿数差绕旋转轴旋转，从而输出轴13b进行旋转。波动齿轮装置由于小型及轻型、高减速比、高转矩容量、无齿隙等特征而具有适于机器人的驱动机构的减速机的特性。
[机器人控制装置的结构例]
如图2所示，机器人控制装置2包括指令部21、与各关节对应设置的伺服控制部22、以及与各关节对应设置的伺服放大器23。伺服控制部22和伺服放大器23构成马达控制系统。马达控制系统基于从作为上一级装置的指令部21输入的位置指令，控制向伺服马达11供给的电流，从而控制伺服马达11的动作，并且控制输入轴13a与伺服马达11的输出轴11a连接并且输出轴13b与负载连接的减速机13的动作。在本实施方式中，负载是机器人1的机器人臂的关节10，并构成为通过使关节10转动从而能够使机器人臂的作业端(设置有机械手的端部)移动。
指令部21基于动作程序生成位置指令并输出。将输出的位置指令向伺服控制部22输入。在本实施方式中，位置指令是指用于控制伺服马达11的输出轴11a的位置的控制量，并且是伺服马达11的输出轴11a的旋转角。
图3是示意性地表示机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。此外，也可以对位置指令进行重力补偿和动力学补偿。
伺服控制部22基于指令部21所生成的位置指令生成电流指令。如图3所示，伺服控制部22包括速度偏差生成部31、角度传递误差补偿部34以及电流指令生成部36。
速度偏差生成部31、角度传递误差补偿部34以及电流指令生成部36是通过由未图示的运算部执行规定的控制程序来实现的功能模块。上述的运算部例如由微型控制器、CPU、ASIC、FPGA等可编程逻辑器件(PLD)等运算器构成。运算部可以由进行集中控制的单独的控制器构成，也可以由相互配合来进行分散控制的多个控制器构成。另外，机器人控制装置2具备存储各种程序和数据的存储装置(未图示)。
速度偏差生成部31基于位置指令生成速度指令，并且计算速度指令、与基于编码器12所探测到的事件检测出的伺服马达11的输出轴11a的实际的旋转速度的偏差即速度偏差。
速度偏差生成部31具有速度前馈指令生成部32、位置偏差计算部41、增益速度指令生成部42、速度偏差计算部60以及编码值微分部37。
速度前馈指令生成部32基于位置指令生成速度前馈指令。速度前馈指令生成部32包括对位置指令进行时间微分的微分器，从而对位置指令进行时间微分来生成速度前馈指令。
位置偏差计算部41从位置指令中减去伺服马达11的实际的输出轴11a的旋转角，计算位置指令、与从编码器12输出的伺服马达11的实际的输出轴11a的旋转角的偏差即位置偏差。
增益速度指令生成部42计算在位置偏差计算部41所计算出的位置偏差乘以位置比例增益Kp而得的值。该计算出的值构成增益速度指令。这样，增益速度指令生成部42进行P控制(比例控制)。
编码值微分部37基于从编码器12输出的伺服马达11的实际的输出轴11a的旋转角，计算伺服马达11的实际的输出轴11a的旋转速度。编码值微分部37包括对伺服马达11的实际的输出轴11a的旋转角进行时间微分的微分器，从而对伺服马达11的实际的输出轴11a的旋转角进行时间微分来计算伺服马达11的实际的输出轴11a的旋转速度。
速度偏差计算部60将补正速度前馈指令后的补正速度前馈指令(详细内容进行后述)与增益速度指令相加从而生成速度指令。并且，速度偏差计算部60计算速度指令、与编码值微分部37所计算出的伺服马达11的输出轴11a的旋转速度的偏差即速度偏差。此外，速度偏差计算部60中的补正速度前馈指令、增益速度指令以及伺服马达11的输出轴11a的旋转速度的加减运算的顺序并不限定于此。
角度传递误差补偿部34推断伺服马达11的输出轴11a的旋转角(减速机13的输入轴13a的旋转角)与减速机13的输出轴13b的旋转角之间的角度传递误差。并且，角度传递误差补偿部34基于推断出的角度传递误差，补正上述速度前馈指令，生成补正速度前馈指令。角度传递误差补偿部34包括角度传递误差推断部51和补正部52。
然而，如图4所示，在包括波动齿轮装置在内的减速机，由于加工误差等，而产生在向减速机输入的输入旋转角上乘以减速比而得的理论上的输出旋转角、与实际的输出旋转角之差即角度传递误差。该角度传递误差伴随着马达的输出轴的旋转而周期性地进行变化。这样的减速机的输出轴的角度传递误差ATE能够通过使用了以下的公式(1)所涉及的函数的模型来近似地表达。
[数学式1]
ATE＝A sin(fθ+φ)…(1)
其中，
A是角度传递误差模型函数的振幅，
f是角度传递误差模型函数的频率(马达的输出轴每旋转一周的角度传递误差的波的数量)，
θ是伺服马达的输出轴(减速机的输入轴)的旋转角，
是角度传递误差模型函数的相位。
角度传递误差推断部51基于将上述公式(1)所涉及的角度传递误差的周期性的变动实施模型化的周期函数，推断相对于减速机13的输入旋转角即伺服马达11的输出轴11a的旋转角、与减速机13的输出旋转角即减速机13的输出轴13b的旋转角之间的角度传递误差，决定为了补偿角度传递误差(为了取消角度传递误差)而应施加给伺服马达11的输出轴11a的补偿量θ(·)comp。这里θ(·)为在θ上方标注了一个标记·(点)的符号。在本实施方式中，角度传递误差推断部51基于以下的公式(2)计算应施加给伺服马达11的输出轴11a的补偿量θ(·)comp。
[数学式2]
其中，
A是角度传递误差模型函数的振幅，
f是角度传递误差模型函数的频率(马达的输出轴每旋转一周的角度传递误差的波的数量)，
θ是位置指令值，
Figure BDA0002274763030000095
是速度前馈指令值，
Figure BDA0002274763030000092
是角度传递误差模型函数的相位，
R是减速比。
公式(2)是对公式(1)进行时间微分并且在减速比标记负号并相乘而得的公式，公式(1)和公式(2)的振幅A和相位差是预先规定的。例如，判明了对波动齿轮装置的角度传递误差给予特别大的影响的是频率为2所涉及的成分。因此，在减速机13是波动齿轮装置的情况下，也可以将频率f规定为2，使用与该频率f对应的另外确定的振幅A、相位
Figure BDA0002274763030000094
并基于上述函数计算补偿量θ(·)comp。这样，角度传递误差推断部51基于位置指令和速度前馈指令的值(位置指令的时间微分值)推断角度传递误差。
补正部52在速度前馈指令值加上补偿量θ(·)comp，生成补正速度前馈指令。
这样，对于角度传递误差补偿部34而言，基于角度传递误差推断部51推断出的角度传递误差，补正部52补正速度前馈指令值，生成补正速度前馈指令。而且，如上所述，速度偏差计算部60将补正速度前馈指令与增益速度指令相加，从而生成速度指令。
这样，角度传递误差补偿部34通过补正速度前馈指令，从而间接地补正速度指令，并且间接地对补正偏差进行补正。
电流指令生成部36基于速度偏差生成部31所生成的速度偏差生成电流指令。电流指令是指用于控制向伺服马达11的绕阻供给的电流的控制量。
例如，电流指令生成部36包括速度比例增益部62、积分部63、速度积分增益部64以及加减部65。速度比例增益部62计算在速度偏差计算部60所计算出的速度偏差上乘以速度比例增益Kvp而得的第1指令的值。积分部63对第1指令的值进行积分。速度积分增益部64计算在由积分部63积分后的值上乘以速度积分增益Kvi而得的第2指令的值。加减部65计算将速度比例增益部62所计算出的第1指令的值、与速度积分增益部64所计算出的第2指令的值相加而得的值，并将该值作为电流指令输出。即，电流指令生成部36构成为进行PI控制(比例积分控制)。输出的电流指令向伺服放大器23输入。
伺服放大器(电流控制部)23基于电流指令生成部36所生成的电流指令，控制向伺服马达11供给的电流。
然而，存在若在用于对位置指令补偿角度传递误差的补正的基础上生成速度指令，则在计算其下一级的速度偏差的过程中该补正被否定，从而不能适当地进行角度传递误差的补偿的情况。然而，在本实施方式中，角度传递误差补偿部34推断伺服马达11的输出轴11a的旋转角与减速机13的输出轴13b的旋转角之间的角度传递误差，并补正比位置指令靠下一级的指令即速度前馈指令，由此补正速度指令，补正速度偏差，因此能够适当地进行角度传递误差的补偿。
这样，构成为：角度传递误差补偿部34补正用于控制伺服马达11的输出轴11a的旋转速度的速度前馈指令，并根据该补正后的补正速度前馈指令控制伺服马达11的输出轴11a的旋转速度。即，机器人控制装置2控制为：使伺服马达11的输出轴11a以补偿了角度传递误差的速度旋转。
如以上说明的那样，对于机器人系统100而言，角度传递误差补偿部34补正速度前馈指令，由此补正速度指令，补正速度偏差，因此能够以简单的结构进行角度传递误差的补偿，从而能够抑制由角度传递误差引起的负载的不稳定的举动(振动等)。
特别是在作为垂直多关节机器人的机器人1中，由角度传递误差引起的关节的转动速度的变动表现为机械手14的振动。因此，通过抑制由角度传递误差引起的关节的转动速度的变动，从而能够抑制由角度传递误差引起的机械手14的振动，从而能够使定位精度提高。
另外，角度传递误差补偿部34通过补正速度前馈指令来补正速度指令，补正速度偏差，因此在使用速度前馈指令来控制伺服马达11的机器人系统100中，能够适当地补正速度指令，从而能够适当地进行角度传递误差的补偿。
(实施方式2)
以下围绕与实施方式1的不同点对实施方式2的结构、动作进行叙述。
图5是表示实施方式2所涉及的机器人系统的动作例中的速度前馈指令与速度前馈指令的修正值的关系的图表。
在上述实施方式1中，角度传递误差推断部51如公式(2)那样使用速度前馈指令的值来计算应对伺服马达11的输出轴11a施加的补偿量θ(·)comp。
与此相对地，在本实施方式中，角度传递误差推断部51首先基于公式(3)～公式(5)修正速度前馈指令θ(·)的值，从而计算θ(·)a。
[数学式3]
Figure BDA0002274763030000111
其中，
Figure BDA0002274763030000112
是速度前馈指令值，
Figure BDA0002274763030000113
是速度前馈指令值的修正值，
k是规定的系数，
vlim是速度前馈指令值的上限值。
图5是将公式(3)～(5)实施图表化的图，在速度前馈指令值θ(·)为vlim以下的情况下，基于公式(3)，将速度前馈指令值θ(·)保持原样设定为速度前馈指令值的修正值θ(·)a。
而且，在速度前馈指令值θ(·)超过vlim的情况下，基于公式(4)，设定为随着速度前馈指令值θ(·)变大，速度前馈指令值的修正值θ(·)a变小。
另外，若在公式(4)中vlim超过速度前馈指令的修正值θ(·)a成为0的值，则基于公式(5)将速度前馈指令的修正值θ(·)a设定为0。
接下来，角度传递误差推断部51基于公式(6)，使用速度前馈指令值的修正值θ(·)a，计算应向伺服马达11的输出轴11a施加的补偿量θ(·)comp。
[数学式4]
其中，
A是角度传递误差模型函数的振幅，
f是角度传递误差模型函数的频率(马达的输出轴每旋转一周的角度传递误差的波的数量)，
θ是位置指令值，
Figure BDA0002274763030000123
是基于公式(3)～公式(5)计算出的速度前馈指令值的修正值，
Figure BDA0002274763030000122
是角度传递误差模型函数的相位，
R是减速比。
即，在速度前馈指令值θ(·)为vlim以下的情况下，本实施方式中的补偿量θ(·)comp构成为与上述实施方式1的补偿量θ(·)comp相同。
另一方面，在速度前馈指令值θ(·)超过vlim的情况下，本实施方式中的补偿量θ(·)comp构成为小于上述实施方式1的补偿量θ(·)comp，特别是如公式(5)所示那样，构成为若速度前馈指令值θ(·)变为规定以上的值则补偿量θ(·)comp变为0。
这样，在速度前馈指令值θ(·)超过规定的值的情况下，构成为减小补偿量θ(·)comp或者不进行补偿。由此，能够防止补偿量θ(·)comp过度地变大，从而能够防止在控制中产生不良情况。并且，能够简化通常不要求高精度的以高速进行动作的区域中的控制。
另外，在本实施方式中，构成为以在公式(4)所示的速度前馈指令值的范围内，随着速度前馈指令值θ(·)变大，速度前馈指令值的修正值θ(·)a变小的方式进行设定，因此在速度前馈指令值θ(·)跨过vlim而变化的情况下，能够防止机器人1的动作急剧地变化。
(实施方式3)
以下围绕与实施方式1的不同点对实施方式3的结构、动作进行叙述。
图6是示意性地表示实施方式3所涉及的机器人系统的伺服控制部22的控制系统的结构例的框图。
在本实施方式中，伺服控制部22还包括重力补偿部337。
重力补偿部337是用于进行消除作用于机器人1的重力的影响的补偿的功能部。重力补偿部337包括重力补偿值计算部341和补正部342。重力补偿值计算部341计算用于抵消作用于机器人1的关节10的重力转矩的重力补偿值G。补正部342将重力补偿值G与电流指令值相加。
然而，伺服马达11的输出轴11a与减速机13的输出轴13b的相位差与施加于减速机13的输出轴13b的转矩成比例地变化。因此，该变化能够通过作为以下的函数表示的模型近似地表达。
[数学式5]
Figure BDA0002274763030000131
其中，
Figure BDA0002274763030000132
是角度传递误差模型函数的相位，
a是重力转矩相位比例常量，
G是重力转矩，
Figure BDA0002274763030000133
是重力转矩为0时的角度传递误差的相位。
而且，在本实施方式中，角度传递误差推断部51使用重力补偿值计算部341所计算出的重力补偿值G并基于上述的公式(7)，计算用于基于公式(2)计算应施加给伺服马达11的输出轴11a的补偿量θ(·)comp时的
Figure BDA0002274763030000134
此外，比例常量a和相位
Figure BDA0002274763030000135
是预先确定的。而且，角度传递误差推断部51使用基于公式(7)使用的并基于公式(2)计算应施加给伺服马达11的输出轴11a的补偿量θ(·)comp。由此，伺服控制部22能够更精确地进行角度传递误差补偿。
(实施方式4)
以下围绕与实施方式1的不同点对实施方式4的结构、动作进行叙述。
图7是示意性地表示实施方式4所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
在上述实施方式1中，角度传递误差补偿部34通过补正速度前馈指令，从而间接地补正速度指令，间接地补正速度偏差。与此相对地，在本实施方式中，如图7所示，角度传递误差补偿部434补正速度偏差。
即，速度偏差计算部60将速度前馈指令与增益速度指令相加从而生成速度指令。并且，速度偏差计算部60计算速度指令与伺服马达11的输出轴11a的旋转速度的偏差即速度偏差。
而且，角度传递误差补偿部434的补正部452在速度偏差上加上补偿量θ(·)comp，从而计算补正速度偏差。
另外，电流指令生成部36基于角度传递误差补偿部434所生成的补正速度偏差生成电流指令。即，速度比例增益部62生成在角度传递误差补偿部434的补正部452所计算出的补正偏差上乘以速度比例增益Kvp而得的第1指令。
(实施方式5)
以下围绕与实施方式1的不同点对实施方式5的结构、动作进行叙述。
图8是示意性地表示实施方式5所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
在上述实施方式1中，角度传递误差补偿部34通过补正速度前馈指令来间接地补正速度指令，间接地补正速度偏差。与此相对地，在本实施方式中，如图8所示，角度传递误差补偿部534通过补正增益速度指令来间接地补正速度指令，间接地补正速度偏差。
即，角度传递误差补偿部534的补正部552在增益速度指令上加上补偿量θ(·)comp，从而计算补正增益速度指令。而且，速度偏差计算部60将速度前馈指令与补正增益速度指令相加来计算速度指令。并且，速度偏差计算部60计算速度指令与伺服马达11的输出轴11a的旋转速度的偏差即速度偏差。
(实施方式6)
以下围绕与实施方式1的不同点对实施方式6的结构、动作进行叙述。
图9是示意性地表示实施方式6所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
在上述实施方式1中，角度传递误差补偿部34通过补正速度前馈指令来间接地补正速度指令，间接地补正速度偏差。与此相对地，在本实施方式中，如图9所示，角度传递误差补偿部634通过补正伺服马达11的输出轴11a的旋转速度来间接地补正速度偏差。
即，角度传递误差补偿部634的补正部652从伺服马达11的输出轴11a的旋转速度中减去补偿量θ(·)comp，从而计算补正旋转速度。
而且，速度偏差计算部60计算速度指令与补正转速度的偏差即速度偏差。
(实施方式7)
以下围绕与实施方式1的不同点对实施方式7的结构、动作进行叙述。
图10是示意性地表示实施方式7所涉及的机器人系统的伺服控制部的控制系统的结构例的框图。
在上述实施方式1中，角度传递误差补偿部34通过补正速度前馈指令来间接地补正速度指令，间接地补正速度偏差。与此相对地，在本实施方式中，如图10所示，角度传递误差补偿部734基于推断出的角度传递误差补正位置指令和速度前馈指令。角度传递误差补偿部734包括角度传递误差推断部51、第1补正部752以及第2补正部753。
第1补正部752在位置指令上加上补偿量θ(·)comp，从而计算补正位置指令。
第2补正部753由于与补正部52相同，因此省略其详细的说明。
速度前馈指令生成部32基于补正前的位置指令生成速度前馈指令。
位置偏差计算部41从补正位置指令中减去伺服马达11的输出轴11a的旋转角，从而计算位置指令与伺服马达11的输出轴11a的旋转角的偏差即位置偏差。
(实施方式8)
以下围绕与实施方式1的不同点对实施方式8的结构、动作进行叙述。
在上述实施方式1中，角度传递误差补偿部34的角度传递误差推断部51在基于公式(2)计算应施加给伺服马达11的输出轴11a的补偿量θ(·)comp时，使用对角度传递误差给予特别大的影响的规定的频率f、和与该频率对应的规定的振幅A及规定的相位差φ来计算补偿量θ(·)comp。作为代替，角度传递误差补偿部34的角度传递误差推断部51也可以基于以下的公式(8)来计算应施加给伺服马达11的输出轴11a的补偿量θ(·)comp。
[数学式6]
Figure BDA0002274763030000161
其中，
i是频率的模式，
Ai是与频率的模式对应的角度传递误差模型函数的振幅，
fi是与频率的模式对应的角度传递误差模型函数的频率(马达每旋转一周的角度传递误差的波的数量)，
θ是位置指令值，
Figure BDA0002274763030000162
是速度前馈指令值，
Figure BDA0002274763030000163
是与频率的模式对应的角度传递误差模型函数的相位，
R是减速比。
即，角度传递误差推断部51基于位置指令和速度前馈指令的值(位置指令的时间微分值)，按照每个频率的模式计算角度传递误差，并将合并这些而得的值用于角度传递误差的补正。由此，能够更正确地补正角度传递误差。
根据上述说明，对于本领域技术人员而言，本发明的许多改进、其他的实施方式是显而易见的。因此，上述说明应仅作为例示来解释，是以向本领域技术人员教导执行本发明的最优的形态的目的而提供的。只要不脱离本发明的精神，就能够实质地变更其构造和/或功能的详细内容。
附图标记说明
1…机器人；2…机器人控制装置；10…转动轴；11…伺服马达；11a…输出轴；12…编码器；13…减速机；13a…输入轴；13b…输出轴；22…伺服控制部；23…伺服放大器；31…速度偏差计算部；34…角度传递误差补偿部；36…电流指令生成部；100…机器人系统。

Claims (10)

1.一种马达控制系统，基于从上一级装置输入的位置指令控制向马达供给的电流来控制所述马达，并且控制输入轴与所述马达的输出轴连接并且输出轴与负载连接的减速机的动作，其中，
所述马达控制系统包括：
探测部，探测用于检测所述马达的输出轴的旋转速度的事件；
速度偏差生成部，基于所述位置指令生成速度指令，并且计算所述速度指令、与基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转速度的偏差即速度偏差；
角度传递误差补偿部，推断所述马达的输出轴的旋转角、与所述减速机的输出轴的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的所述角度传递误差，补正所述速度指令、所述速度偏差、或基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转速度；
电流指令生成部，基于所述速度偏差生成电流指令；以及
电流控制部，基于所述电流指令控制向所述马达供给的电流。
2.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中，
所述速度指令是对所述位置指令进行了时间微分的速度前馈指令。
3.根据权利要求2所述的马达控制系统，其中，
所述角度传递误差补偿部通过基于推断出的所述角度传递误差补正所述速度前馈指令，从而补正所述速度指令。
4.根据权利要求1所述的马达控制系统，其中，
所述探测部探测用于检测所述马达的输出轴的旋转角和旋转速度的事件，
所述速度指令是将对所述位置指令进行了时间微分的速度前馈指令、与增益速度指令相加而得的值，所述增益速度指令是在所述位置指令与基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转角的偏差上乘以位置比例增益而得的值。
5.根据权利要求4所述的马达控制系统，其中，
所述角度传递误差补偿部通过基于推断出的所述角度传递误差补正所述速度前馈指令，从而补正所述速度指令。
6.根据权利要求5所述的马达控制系统，其中，
所述角度传递误差补偿部还基于推断出的所述角度传递误差补正所述位置指令，
所述速度指令是将对从上一级装置输入的所述位置指令进行了时间微分的速度前馈指令、与增益速度指令相加而得的值，所述增益速度指令是在补正后的所述位置指令与基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转角的偏差上乘以位置比例增益而得的值。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的马达控制系统，其中，
所述角度传递误差补偿部基于将所述角度传递误差的周期性变动模型化后的周期函数来推断所述角度传递误差。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的马达控制系统，其中，
所述减速机是波动齿轮装置。
9.一种马达控制系统的控制方法，马达控制系统基于从上一级装置输入的位置指令控制向马达供给的电流来控制所述马达，并且控制输入轴与所述马达的输出轴连接并且输出轴与负载连接的减速机的动作，其中，
所述马达控制系统包括：
探测部，探测用于检测所述马达的输出轴的旋转速度的事件；
速度偏差生成部，基于所述位置指令生成速度指令，并且计算所述速度指令与基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转速度的偏差即速度偏差；
角度传递误差补偿部，推断所述马达的输出轴的旋转角与所述减速机的输出轴的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的所述角度传递误差，补正所述速度指令、所述速度偏差、或基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转速度；
电流指令生成部，基于所述速度偏差生成电流指令；以及
电流控制部，基于所述电流指令控制向所述马达供给的电流。
10.一种机器人系统，其中，
所述机器人系统具备：
机器人臂；
马达，该马达为所述机器人臂的关节的驱动源；
减速机，输入轴与所述马达的输出轴连接，并且输出轴与所述机器人臂的所述关节连接；
指令部，生成位置指令；以及
马达控制系统，基于所述指令部所生成的所述位置指令控制向所述马达供给的电流来控制所述马达的动作，
所述马达控制系统包括：
探测部，探测用于检测所述马达的输出轴的旋转速度的事件；
速度偏差生成部，基于所述位置指令生成速度指令，并且计算所述速度指令与基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转速度的偏差即速度偏差；
角度传递误差补偿部，推断所述马达的输出轴的旋转角与所述减速机的输出轴的旋转角之间的角度传递误差，并且基于推断出的所述角度传递误差，补正所述速度指令、所述速度偏差、或基于所述探测部所探测到的事件检测出的所述马达的输出轴的旋转速度；
电流指令生成部，基于所述速度偏差生成电流指令；以及
电流控制部，基于所述电流指令控制向所述马达供给的电流。
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