JP2011134050A - 駆動装置、駆動方法、及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】制御対象などの停止位置精度を向上させる。
【解決手段】駆動装置(1A)は、回転駆動する駆動部(10)と、駆動部(10)の駆動出力軸の回転角度位置を検出し第1の位置情報を生成する第1の位置検出器(30)と、駆動部(10)の駆動出力軸に接続された減速機(20)と、減速機(20)の減速出力軸の回転角度位置を検出し第2の位置情報を生成する第2の位置検出器(40)と、駆動部(10)を制御する制御部(500A)と、を含んで構成される駆動装置(1A)であって、第1の位置検出器(30)と第2の位置検出器(40)と制御部(500A)との間において第1の位置情報と前記第2の位置情報とを伝達する伝送路(200A)を備え、制御部(500A)は、位置要求信号に対して互いに同期して検出させた第1の位置情報と記第2の位置情報とのうち少なくとも一方を用いて駆動部(10)を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】駆動装置(1A)は、回転駆動する駆動部(10)と、駆動部(10)の駆動出力軸の回転角度位置を検出し第1の位置情報を生成する第1の位置検出器(30)と、駆動部(10)の駆動出力軸に接続された減速機(20)と、減速機(20)の減速出力軸の回転角度位置を検出し第2の位置情報を生成する第2の位置検出器(40)と、駆動部(10)を制御する制御部(500A)と、を含んで構成される駆動装置(1A)であって、第1の位置検出器(30)と第2の位置検出器(40)と制御部(500A)との間において第1の位置情報と前記第2の位置情報とを伝達する伝送路(200A)を備え、制御部(500A)は、位置要求信号に対して互いに同期して検出させた第1の位置情報と記第2の位置情報とのうち少なくとも一方を用いて駆動部(10)を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、減速機付き駆動装置、駆動方法、及び装置に関する。
例えば、ロボットのアーム部など(例、アーム、関節や指など)を駆動させる駆動装置は、制御対象の回転角度位置を制御する場合、モーターの出力軸に設けられたエンコーダによって検出された回転角度位置情報に基づいて制御される。また、複数の制御対象が設けられた場合には、その複数の制御対象を制御する主制御部は、それぞれの制御対象に設けられたエンコーダに対し個別にリクエスト信号(REQ)を送信し、それらのリクエスト信号に応じて出力される位置情報をそれぞれ受信していた(例えば、特許文献1参照)。
また、例えば、モーターの出力軸に取り付けられる第1のエンコーダと減速機の出力軸に取り付けられる第2のエンコーダとを用いて、制御対象を駆動する駆動装置は、第1のエンコーダによってモーターの位置情報を検出し、第2のエンコーダによってモーターの回転数量を検出する構成であった。この場合、該駆動装置の制御部は、第1のエンコーダ及び第2のエンコーダに対して互いに別のリクエスト信号を送信していた。このため、該駆動装置においては、第1のエンコーダと第2のエンコーダとがそれぞれ検出する位置情報の同時性は必要なかった。また、近年においては、駆動装置の用途拡大などに伴い、制御対象などの停止位置精度を向上させる要求が高まっているという問題がある。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、制御対象などの停止位置精度を向上させる駆動装置、駆動方法、及び装置を提供することにある。
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、回転駆動する駆動部と、前記駆動部の駆動出力軸の回転角度位置を検出し第1の位置情報を生成する第1の位置検出器と、前記駆動部の駆動出力軸に接続された減速機と、前記減速機の減速出力軸の回転角度位置を検出し第2の位置情報を生成する第2の位置検出器と、前記駆動部を制御する制御部と、を含んで構成される駆動装置であって、前記第1の位置検出器と前記第2の位置検出器と前記制御部との間において前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とを伝達する伝送路を備え、前記制御部は、位置要求信号に対して互いに同期して検出させた前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とのうち少なくとも一方を用いて前記駆動部を制御することを特徴とする駆動装置である。
また、本発明の別態様は、回転駆動する駆動部と、前記駆動部の駆動出力軸の回転角度位置を検出し第1の位置情報を生成する第1の位置検出器と、前記駆動部の駆動出力軸に接続された減速機と、前記減速機の減速出力軸の回転角度位置を検出し第2の位置情報を生成する第2の位置検出器と、前記駆動部を制御する制御部と、前記第1の位置検出器と前記第2の位置検出器と前記制御部との間で前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とを伝達する伝送路と、を含んで構成される駆動装置の駆動方法であって、前記制御部から発信された位置要求信号に対して互いに同期して検出させた前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とのうち少なくとも一方を用いて前記駆動部を制御する過程を有することを特徴とする駆動方法である。
また、本発明の別態様は、アーム部を駆動させる駆動装置を備える装置であって、前記駆動装置は、本発明の実施態様の駆動装置である、ことを特徴とする装置である。
本発明によれば、制御対象などの停止位置精度を向上させることができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態による駆動装置の構成を示すブロック図である。
図1に示される駆動装置1Aは、モーター10、減速器20、入力軸エンコーダ30(第1の位置検出器)、出力軸エンコーダ40(第2の位置検出器)、伝送路200A及び制御部500Aを備え、負荷300を駆動する。また、本実施形態では、モーター10、減速器20を含んだ範囲を制御対象100Aとする。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態による駆動装置の構成を示すブロック図である。
図1に示される駆動装置1Aは、モーター10、減速器20、入力軸エンコーダ30(第1の位置検出器)、出力軸エンコーダ40(第2の位置検出器)、伝送路200A及び制御部500Aを備え、負荷300を駆動する。また、本実施形態では、モーター10、減速器20を含んだ範囲を制御対象100Aとする。
駆動装置1Aにおけるモーター10は、制御電流が供給され、その値に応じた出力トルクを発生し、出力軸10aを有する電機子を回転させる。その制御電流は、PWM(Pulse Width Modulation)などの一般的な駆動方法によって制御される。
減速器20は、モーター10の出力軸10aに接続され、その出力軸10aと共に転回する入力軸と、入力軸の回転を内部の伝達機構を介して減速して回転する出力軸20aと、を備える。減速器20は、入力軸に加えられた回転を所望の減速比N(例えば、N=5〜200程度)で減速することにより、トルクを増加させて出力軸20a(減速出力軸)を回転させる。減速器20の出力軸20aに接続される負荷300は、変換されたトルクの供給を受ける。例えば、負荷300は、産業用ロボットのアームなどである。
減速器20は、モーター10の出力軸10aに接続され、その出力軸10aと共に転回する入力軸と、入力軸の回転を内部の伝達機構を介して減速して回転する出力軸20aと、を備える。減速器20は、入力軸に加えられた回転を所望の減速比N(例えば、N=5〜200程度)で減速することにより、トルクを増加させて出力軸20a(減速出力軸)を回転させる。減速器20の出力軸20aに接続される負荷300は、変換されたトルクの供給を受ける。例えば、負荷300は、産業用ロボットのアームなどである。
入力軸エンコーダ30は、減速器20の入力側に設けられ、モーター10(駆動部)の出力軸10a(駆動出力軸)と共に転回する減速器20の入力軸の回転角度位置を検出し、検出した回転角度位置情報(第1の位置情報)を生成する。
入力軸エンコーダ30の一態様を以下に説明する。モーター10の出力軸10aと共に転回する符号板31に設けられたパターンを検出器32が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部33が位置情報を生成して、接続される伝送路200Aに該位置情報を出力する。
符号板31に設けられるパターンは、検出器32と符号板31との位置関係を絶対位置として示すもの(例、アブソリュートパターン)、又は同一の形状の指標を等間隔に配置したもの(例、インクリメンタルパターン)などである。
検出された位置情報の出力は、制御部500Aからの要求に応じて行われる。
入力軸エンコーダ30の一態様を以下に説明する。モーター10の出力軸10aと共に転回する符号板31に設けられたパターンを検出器32が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部33が位置情報を生成して、接続される伝送路200Aに該位置情報を出力する。
符号板31に設けられるパターンは、検出器32と符号板31との位置関係を絶対位置として示すもの(例、アブソリュートパターン)、又は同一の形状の指標を等間隔に配置したもの(例、インクリメンタルパターン)などである。
検出された位置情報の出力は、制御部500Aからの要求に応じて行われる。
出力軸エンコーダ40は、減速器20の出力側に設けられ、減速器20の出力軸20a(減速出力軸)の回転角度位置を検出し、検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を生成する。
出力軸エンコーダ40の一態様を以下に説明する。減速機20の出力軸20aと共に転回する符号板41に設けられたパターンを検出器42が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部43が位置情報を生成して、接続される伝送路200Aに該位置情報を出力する。
符号板41に設けられるパターンには、検出器42と符号板41との位置関係を絶対位置として示すもの(例、アブソリュートパターン)、又は同一の形状の指標を等間隔に配置したもの(例、インクリメンタルパターン)などである。
検出された位置情報の出力は、制御部500Aからの要求に応じて行われる。
出力軸エンコーダ40の一態様を以下に説明する。減速機20の出力軸20aと共に転回する符号板41に設けられたパターンを検出器42が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部43が位置情報を生成して、接続される伝送路200Aに該位置情報を出力する。
符号板41に設けられるパターンには、検出器42と符号板41との位置関係を絶対位置として示すもの(例、アブソリュートパターン)、又は同一の形状の指標を等間隔に配置したもの(例、インクリメンタルパターン)などである。
検出された位置情報の出力は、制御部500Aからの要求に応じて行われる。
伝送路200Aは、入力軸エンコーダ30、出力軸エンコーダ40及び制御部500Aとの間に設けられる。例えば、伝送路200Aは、入力軸エンコーダ30、出力軸エンコーダ40及び制御部500Aの接続を、EIA規格 RS−422/RS−485などに準じたバス型の接続形態で接続することができる。つまり、入力軸エンコーダ30の信号処理部33と出力軸エンコーダ40の信号処理部43とは、伝送路200Aにバス型の接続形態で接続される。
伝送路200Aは、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とに対して制御部500Aから供給される制御信号(位置要求信号)を伝達する。また、伝送路200Aは、入力軸エンコーダ30が検出した回転角度位置情報(第1の位置情報)、及び、出力軸エンコーダ40が検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を制御部500Aに伝達する。
伝送路200Aは、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とに対して制御部500Aから供給される制御信号(位置要求信号)を伝達する。また、伝送路200Aは、入力軸エンコーダ30が検出した回転角度位置情報(第1の位置情報)、及び、出力軸エンコーダ40が検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を制御部500Aに伝達する。
制御部500Aは、内部に入力部、信号処理部、モーター制御部、及び、計時部を備える。制御部500Aは、計時部が生成する基準クロックに応じて、駆動装置1Aを駆動する制御サイクルの処理を行う。制御部500Aにおける入力部は、上位の制御装置からの指令値の供給を受ける。その指令値に応じて、信号処理部は、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とに対して、少なくとも回転角度位置情報の取得と取得した回転角度位置情報の出力とを指示する位置要求信号を送出する。また、制御部500Aは、送出した位置要求信号に応じた回転角度位置情報の応答を入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とから受信する。制御部500Aのモーター制御部は、取得した回転角度位置情報(第1の位置情報と第2の位置情報)に応じて、モーター10を駆動する電流を制御する。
例えば、制御部500Aは、第1の位置情報に基づいてモーター10の電流制御、速度制御を行い、第2の位置情報に基づいて負荷50(アーム)の位置制御を行う(フルクローズドループ制御)。この場合、制御部500Aは、その制御サイクルにおける各回転角度位置情報(第1の位置情報及び第2の位置情報)を確定する時刻について、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とで同期させることにより、駆動装置1Aにおける制御系の安定度を向上させることができる。
また、本実施形態における駆動装置1Aは、制御部500Aが生成した位置要求信号に応じて、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とが回転角度位置情報を取得してから、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とから供給される回転角度位置情報を判定するまでの時間を短くすることにより、駆動装置1Aにおける制御系の安定度を高めることができる。
例えば、制御部500Aは、第1の位置情報に基づいてモーター10の電流制御、速度制御を行い、第2の位置情報に基づいて負荷50(アーム)の位置制御を行う(フルクローズドループ制御)。この場合、制御部500Aは、その制御サイクルにおける各回転角度位置情報(第1の位置情報及び第2の位置情報)を確定する時刻について、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とで同期させることにより、駆動装置1Aにおける制御系の安定度を向上させることができる。
また、本実施形態における駆動装置1Aは、制御部500Aが生成した位置要求信号に応じて、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とが回転角度位置情報を取得してから、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とから供給される回転角度位置情報を判定するまでの時間を短くすることにより、駆動装置1Aにおける制御系の安定度を高めることができる。
本実施形態に示す駆動装置1Aにおいて、位置要求信号と、回転角度位置情報を含んだ応答信号などの信号とは、所定のフォーマットを基に構成される。
例えば、そのフォーマットは、信号の種別を示すヘッダ情報部CHと、信号に含んで送る情報を示す送出情報部CDとを備える。該フォーマットを用いた送信では、ヘッダ情報部CHが先に送信され、ヘッダ情報部CHが送信された後に続けて送出情報部CDが送信される。
本実施形態における位置要求信号は、「位置要求信号」を示すコードをヘッダ情報部CHに含み、要求先のエンコーダを示す識別情報(アドレス情報など)を送出情報部CDに含んで形成される。
本実施形態における回転角度位置情報は、「応答信号」を示すコードをヘッダ情報部CHに含み、応答したエンコーダが検出した回転角度位置情報を送出情報部CDに含めて形成される。
例えば、そのフォーマットは、信号の種別を示すヘッダ情報部CHと、信号に含んで送る情報を示す送出情報部CDとを備える。該フォーマットを用いた送信では、ヘッダ情報部CHが先に送信され、ヘッダ情報部CHが送信された後に続けて送出情報部CDが送信される。
本実施形態における位置要求信号は、「位置要求信号」を示すコードをヘッダ情報部CHに含み、要求先のエンコーダを示す識別情報(アドレス情報など)を送出情報部CDに含んで形成される。
本実施形態における回転角度位置情報は、「応答信号」を示すコードをヘッダ情報部CHに含み、応答したエンコーダが検出した回転角度位置情報を送出情報部CDに含めて形成される。
次に、図2を参照し、図1に示した駆動装置1Aにおいて制御部500Aが回転角度位置情報を取得する処理の過程を示す。
図2は、制御部500Aが回転角度位置情報を取得する処理の過程を示すタイミングチャートである。
この図2は、所定の周期(例えば、100マイクロ秒)に基づき繰り返して検出処理が行われる回転角度位置情報の検出の1回分の処理を示す。
図2は、制御部500Aが回転角度位置情報を取得する処理の過程を示すタイミングチャートである。
この図2は、所定の周期(例えば、100マイクロ秒)に基づき繰り返して検出処理が行われる回転角度位置情報の検出の1回分の処理を示す。
制御部500A(CONT)は、入力軸エンコーダ30(ENCA)に対し、「位置要求信号」を示すコードを含んだ位置要求信号(REQ−1)の送信を開始する(時刻t1)。
制御部500A(CONT)は、「位置要求信号」を示すコードを含むヘッダ情報部CHの送信を行い終え(時刻t2)、続けて入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40(ENCB)とを示す識別子を含む送出情報部CDを送信し、位置要求信号の送信を完了する(時刻t3)。
位置要求信号(REQ−1)に含まれる位置情報の取得と応答との要求を検出した入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とは、予め定められた第1遅延時間(例えば5マイクロ秒)の経過後に、それぞれ回転角度位置情報の取得を行う。回転角度位置情報の取得がそれぞれ行われた後、入力軸エンコーダ30は検出した第1の位置情報(PDA−1)をLSB(Least Significant Bit)側から制御部500Aに送信する(時刻t4)。また、出力軸エンコーダ40は、入力軸エンコーダ30から制御部500Aへの通信状態を監視する。
制御部500A(CONT)は、「位置要求信号」を示すコードを含むヘッダ情報部CHの送信を行い終え(時刻t2)、続けて入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40(ENCB)とを示す識別子を含む送出情報部CDを送信し、位置要求信号の送信を完了する(時刻t3)。
位置要求信号(REQ−1)に含まれる位置情報の取得と応答との要求を検出した入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とは、予め定められた第1遅延時間(例えば5マイクロ秒)の経過後に、それぞれ回転角度位置情報の取得を行う。回転角度位置情報の取得がそれぞれ行われた後、入力軸エンコーダ30は検出した第1の位置情報(PDA−1)をLSB(Least Significant Bit)側から制御部500Aに送信する(時刻t4)。また、出力軸エンコーダ40は、入力軸エンコーダ30から制御部500Aへの通信状態を監視する。
制御部500Aが入力軸エンコーダ30からの第1の位置情報(PDA−1)を取得すると(時刻t5)、出力軸エンコーダ40は、入力軸エンコーダ30から制御部500Aへの通信完了を検出する。出力軸エンコーダ40は、その通信完了を検出してから予め定められた第2遅延時間(例えば1マイクロ秒)の経過後に、検出した第2の位置情報(PDA−2)を制御部500Aに送信する(時刻t6)。制御部500Aは、出力軸エンコーダ40から第2の位置情報(PDA−2)を取得することによって、この制御サイクルにおける回転角度位置情報を取得する処理が完了する(時刻t7)。制御部500Aは、取得した回転角度位置情報に基づいてモーター10の制御を行う。
なお、本実施形態における駆動装置1Aは、第1遅延時間を定めることにより、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とにおけるそれぞれの位置情報取得を並行して行うことができ、それぞれの位置情報の取得を互いに同期させることができる。例えば、第1遅延時間を定めない場合(例、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40との応答性に差がある場合)に、それぞれの位置情報の検出に時間差が生じることになる。本実施形態における駆動装置1Aは、この第1遅延時間を定めることにより、位置要求信号の検出能力の差によって生じる時間差を低減することができる。これにより、本実施形態における駆動装置1Aは、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とにおける位置情報の取得を同期させて行えることから、位置制御、速度制御の演算処理の変数として用いる位置情報に含まれる誤差を少なくできる。本実施形態における駆動装置1Aは、演算処理結果の精度を高めることができ、出力軸20a又は負荷300の停止位置制御の精度を向上させることができる。
また、出力軸エンコーダ40は、位置情報の送信を入力軸エンコーダ30より遅れて送信する。出力軸エンコーダ40は入力軸エンコーダ30の出力状況を監視するので、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とが同時に信号(例、位置情報)を制御部500Aに出力する状態を回避できる。従って、それぞれのエンコーダ(入力軸エンコーダ30及び出力軸エンコーダ40)が、信号を出力するタイミングが干渉することはない。そのため、本実施形態における駆動装置1Aは、互いの信号が干渉することによる再送などを行う必要がなく、位置情報の検出周期や検出時間を短縮することが可能となる。
また、出力軸エンコーダ40は、位置情報の送信を入力軸エンコーダ30より遅れて送信する。出力軸エンコーダ40は入力軸エンコーダ30の出力状況を監視するので、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とが同時に信号(例、位置情報)を制御部500Aに出力する状態を回避できる。従って、それぞれのエンコーダ(入力軸エンコーダ30及び出力軸エンコーダ40)が、信号を出力するタイミングが干渉することはない。そのため、本実施形態における駆動装置1Aは、互いの信号が干渉することによる再送などを行う必要がなく、位置情報の検出周期や検出時間を短縮することが可能となる。
なお、駆動装置1Aの制御部500Aは、1つの制御対象100Aを制御する形態を示したが、制御対象100Aと同様な構成の制御対象100A−2を制御することとしても良い。制御部500Aは、制御対象100Aと制御対象100A−2の状態取得を並行して行うことも可能である。さらに、制御部500Aは、位置要求信号(REQ−1)の送信を同期化することにより、制御対象100Aと制御対象100A−2との状態取得を同期化することができる。
上述のように、本実施形態における制御部500Aは、第2の位置情報に基づいてフルクローズドループ制御を行うことが可能となる。フルクローズドループ制御は、減速機40の出力軸20aの回転角度位置に基づいて位置制御を行うことができるので、出力軸20a又は負荷300の停止位置精度を向上させることができる。また、本実施形態の駆動装置1Aは、減速機40の出力軸20aの回転角度位置の取得に併せ、モーター30の出力軸10aの回転状態の取得を同期して行えることにより、それらの取得した情報に基づいて位置制御を行うことができる。制御部500Aは、第2の位置情報より先に受信した第1の位置情報に基づいて、モーター10の速度制御を行う。
また、例えば、多関節型の産業用ロボットのように、それぞれの関節に本実施形態に示す駆動装置1Aが設けられた場合に、制御部500Aは、状態の検出品質を高めることができることから、制御系の安定性及び応答性改善に貢献できる。
また、本実施形態における駆動装置1Aは、上述の第1の位置情報と第2の位置情報とにおける検出のタイミングを同期させることができる、又は上述の第1の位置情報と第2の位置情報との検出を時間的に同期させることができる。
また、例えば、多関節型の産業用ロボットのように、それぞれの関節に本実施形態に示す駆動装置1Aが設けられた場合に、制御部500Aは、状態の検出品質を高めることができることから、制御系の安定性及び応答性改善に貢献できる。
また、本実施形態における駆動装置1Aは、上述の第1の位置情報と第2の位置情報とにおける検出のタイミングを同期させることができる、又は上述の第1の位置情報と第2の位置情報との検出を時間的に同期させることができる。
(第2実施形態)
図3は、本実施形態による駆動装置の構成を示すブロック図である。
図3に示される駆動装置1Bは、モーター10、減速器20、入力軸エンコーダ30B、出力軸エンコーダ40B、伝送路200B、210B及び制御部500Bを備え、負荷300を駆動する。図1と同じ構成には同じ符号を付す。
図3は、本実施形態による駆動装置の構成を示すブロック図である。
図3に示される駆動装置1Bは、モーター10、減速器20、入力軸エンコーダ30B、出力軸エンコーダ40B、伝送路200B、210B及び制御部500Bを備え、負荷300を駆動する。図1と同じ構成には同じ符号を付す。
制御対象100Bにおける入力軸エンコーダ30Bは、減速器20の入力側に設けられ、モーター10(駆動部)の出力軸10a(駆動出力軸)と共に転回する減速器20の入力軸の回転角度位置を検出し、検出した回転角度位置情報(第1の位置情報)を生成する。
モーター10の出力軸10aと共に転回する符号板31に設けられたパターンを検出器32が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部33Bが位置情報を生成して、接続される伝送路200Bに該位置情報を出力する。検出された位置情報の出力は、制御部500Bからの要求に応じて行われる。
モーター10の出力軸10aと共に転回する符号板31に設けられたパターンを検出器32が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部33Bが位置情報を生成して、接続される伝送路200Bに該位置情報を出力する。検出された位置情報の出力は、制御部500Bからの要求に応じて行われる。
入力軸エンコーダ30Bは、制御部500Bから送信された位置要求信号を検出すると、検出器32によって位置情報を取得する。また、入力軸エンコーダ30Bは、出力軸エンコーダ40Bに対して位置要求信号を送信し、出力軸エンコーダ40Bから送信される応答を取得する。入力軸エンコーダ30Bは、検出器32から取得した位置情報(第1の位置情報)を出力軸エンコーダ40Bから送信された応答によって取得した位置情報(第2の位置情報)より先に制御部500Bに対して送信し、続けて第2の位置情報を制御部500Bに送信する。
つまり、入力軸エンコーダ30Bにおける信号処理部33Bは、出力軸エンコーダ40Bと制御部500Bとに対してそれぞれ独立に通信する2つの通信処理部を備える。それらの通信処理部は、伝送路210Bと200Bとにそれぞれ接続されている。信号処理部33Bは、制御部500Bからの位置要求信号に応じて、検出器32から位置情報を取得するとともに、出力軸エンコーダ40Bに対する位置要求信号を生成し、該位置要求信号を出力する。また、信号処理部33Bは、それらの位置要求信号に応じた位置情報をそれぞれ取得する。信号処理部33Bは、取得したそれぞれの位置情報を、第1の位置情報、第2の位置情報の順に制御部500Bに送信する。
つまり、入力軸エンコーダ30Bにおける信号処理部33Bは、出力軸エンコーダ40Bと制御部500Bとに対してそれぞれ独立に通信する2つの通信処理部を備える。それらの通信処理部は、伝送路210Bと200Bとにそれぞれ接続されている。信号処理部33Bは、制御部500Bからの位置要求信号に応じて、検出器32から位置情報を取得するとともに、出力軸エンコーダ40Bに対する位置要求信号を生成し、該位置要求信号を出力する。また、信号処理部33Bは、それらの位置要求信号に応じた位置情報をそれぞれ取得する。信号処理部33Bは、取得したそれぞれの位置情報を、第1の位置情報、第2の位置情報の順に制御部500Bに送信する。
出力軸エンコーダ40Bは、減速器20の出力側に設けられ、減速器20の出力軸20a(減速出力軸)の回転角度位置を検出し、検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を生成する。
減速機20の出力軸20aと共に転回する符号板41に設けられたパターンを検出器42−1が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部43が位置情報を生成して、接続される伝送路210Bに該位置情報を出力する。検出された位置情報の出力は、入力軸エンコーダ30Bからの要求(例、位置要求信号)に応じて行われる。
減速機20の出力軸20aと共に転回する符号板41に設けられたパターンを検出器42−1が検出する。検出されたパターンに基づいて信号処理部43が位置情報を生成して、接続される伝送路210Bに該位置情報を出力する。検出された位置情報の出力は、入力軸エンコーダ30Bからの要求(例、位置要求信号)に応じて行われる。
伝送路200Bは、入力軸エンコーダ30B及び制御部500Bとの間に設けられる。例えば、伝送路200Bは、入力軸エンコーダ30B及び制御部500Bの接続を、EIA規格 RS−422/RS−485などに準じた1対1接続型又はバス型の接続形態で接続することができる。つまり、入力軸エンコーダ30Bの信号処理部33Bは、伝送路200Bに接続される。
伝送路200Bは、入力軸エンコーダ30Bに対して制御部500Bから送信される制御信号(位置要求信号)を伝達する。また、伝送路200Bは、入力軸エンコーダ30が検出した回転角度位置情報(第1の位置情報)、及び、出力軸エンコーダ40Bが検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を制御部500Bに伝達する。
伝送路200Bは、入力軸エンコーダ30Bに対して制御部500Bから送信される制御信号(位置要求信号)を伝達する。また、伝送路200Bは、入力軸エンコーダ30が検出した回転角度位置情報(第1の位置情報)、及び、出力軸エンコーダ40Bが検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を制御部500Bに伝達する。
伝送路210Bは、入力軸エンコーダ30B及び出力軸エンコーダ40Bの間に設けられる。例えば、伝送路210Bは、入力軸エンコーダ30B及び出力軸エンコーダ40Bの接続を、EIA規格 RS−422/RS−485などに準じた1対1接続型又はバス型の接続形態で接続することができる。つまり、入力軸エンコーダ30Bの信号処理部33Bと出力軸エンコーダ40Bの信号処理部43Bとは、伝送路210Bによって接続される。
伝送路210Bは、出力軸エンコーダ40Bに対して、入力軸エンコーダ30Bが生成した制御信号(第2位置要求信号)を伝達する。また、伝送路210Bは、出力軸エンコーダ40Bが検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を入力軸エンコーダ30Bに伝達する。なお、入力軸エンコーダ30Bが生成した制御信号(第2位置要求信号)は、制御部500Bから送信される制御信号(位置要求信号)に基づいて生成される。
伝送路210Bは、出力軸エンコーダ40Bに対して、入力軸エンコーダ30Bが生成した制御信号(第2位置要求信号)を伝達する。また、伝送路210Bは、出力軸エンコーダ40Bが検出した回転角度位置情報(第2の位置情報)を入力軸エンコーダ30Bに伝達する。なお、入力軸エンコーダ30Bが生成した制御信号(第2位置要求信号)は、制御部500Bから送信される制御信号(位置要求信号)に基づいて生成される。
制御部500Bは、内部に入力部、信号処理部、モーター制御部、及び、計時部を備える。制御部500Bは、計時部が生成する基準クロックに応じて、駆動装置1Aを駆動する制御サイクルの処理を行う。制御部500Bにおける入力部は、上位の制御装置からの指令値の供給を受けつける。その指令値に応じて、制御部500Bは、入力軸エンコーダ30Bに対して、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとの回転角度位置情報の取得と、取得した回転角度位置情報の出力と、を指示する位置要求信号を送信する。また、制御部500Bは、送信した位置要求信号に応じた回転角度位置情報を入力軸エンコーダ30Bから受信する。制御部500Bのモーター制御部は、取得した回転角度位置情報(第1の位置情報と第2の位置情報)に応じて、モーター10を駆動する電流を制御する。
制御部500Bは、第1の位置情報に基づいてモーター10の電流制御、速度制御を行い、第2の位置情報に基づいて負荷300(アーム)又は出力軸20aの位置制御を行う。この場合、制御部500Bは、その制御サイクルにおける各回転角度位置情報(第1の位置情報及び第2の位置情報)を確定する時刻について、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとで同期させることにより、駆動装置1Bにおける制御系の安定度を向上させることができる。
また、本実施形態における駆動装置1Bは、制御部500Bが生成した位置要求信号に応じて、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とが回転角度位置情報を取得してから、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とから送信される回転角度位置情報を判定するまでの時間を短くすることにより、駆動装置2における制御系の安定度を高めることができる。
制御部500Bは、第1の位置情報に基づいてモーター10の電流制御、速度制御を行い、第2の位置情報に基づいて負荷300(アーム)又は出力軸20aの位置制御を行う。この場合、制御部500Bは、その制御サイクルにおける各回転角度位置情報(第1の位置情報及び第2の位置情報)を確定する時刻について、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとで同期させることにより、駆動装置1Bにおける制御系の安定度を向上させることができる。
また、本実施形態における駆動装置1Bは、制御部500Bが生成した位置要求信号に応じて、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とが回転角度位置情報を取得してから、入力軸エンコーダ30と出力軸エンコーダ40とから送信される回転角度位置情報を判定するまでの時間を短くすることにより、駆動装置2における制御系の安定度を高めることができる。
本実施形態に示す駆動装置1Bにおいて、位置要求信号と、回転角度位置情報を含んだ応答信号などの信号とは、所定のフォーマットにしたがって構成される。
そのフォーマットの例は、第1実施形態を参照する。
そのフォーマットの例は、第1実施形態を参照する。
次に、図4を参照し、図3に示した駆動装置1Bにおいて、制御部500Bが回転角度位置情報を取得する処理の過程を示す。
図4は、制御部500Bが回転角度位置情報を取得する処理の過程を示すタイミングチャートである。
この図4は、所定の周期(例えば、100マイクロ秒)に基づき繰り返して検出処理が行われる回転角度位置情報の検出の1回分の処理を示す。
図4は、制御部500Bが回転角度位置情報を取得する処理の過程を示すタイミングチャートである。
この図4は、所定の周期(例えば、100マイクロ秒)に基づき繰り返して検出処理が行われる回転角度位置情報の検出の1回分の処理を示す。
制御部500B(CONT)は、入力軸エンコーダ30(ENCA)に対し、「位置要求信号」を示すコードを含む位置要求信号(REQ−1)の送信を開始する(時刻t1)。
制御部500B(CONT)は、「位置要求信号」を示すコードを含むヘッダ情報部CHの送信送出を完了する。このとき、入力軸エンコーダ30Bは、ヘッダ情報部CHを受信した場合、出力軸エンコーダ40Bに対して第2位置要求信号(RB−1)の送信を開始する(時刻t2)。続けて、制御部500B(CONT)は、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとを示す識別子を含む送出情報部CDを送信し、位置要求信号の送信を完了する。また、入力軸エンコーダ30Bは、出力軸エンコーダ40Bに対する第2位置要求信号(RB−1)の送信を完了する。入力軸エンコーダ30Bは、供給される位置要求信号(REQ−1)のフォーマットの長さを予め定められる値に定め、そのフォーマットの長さに応じた情報を入力軸エンコーダ30Bの内部に記憶させる。入力軸エンコーダ30Bは、記憶されたフォーマットの長さに関する情報を参照することにより、位置要求信号(REQ−1)の送信が終了するタイミングを判定できる。そして、入力軸エンコーダ30Bは、位置要求信号(REQ−1)の終了タイミングに合わせて第2位置要求信号(RB−1)の送信を完了する。このように、入力軸エンコーダ30Bは、位置要求信号(RB−1)のフォーマットの長さを変更することにより、2つの要求信号(RB−1、REQ−1)を同期して終了させることができる(時刻t3)。
位置要求信号(REQ−1)を受信した入力軸エンコーダ30Bと第2位置要求信号(RB−1)を受信した出力軸エンコーダ40Bとは、予め定められた第1遅延時間(例えば5マイクロ秒)の経過後に、それぞれ回転角度位置情報の取得を行う。回転角度位置情報の取得がそれぞれ行われた後、入力軸エンコーダ30Bは、検出した第1の位置情報をLSB側から制御部500Bに供給する。また、出力軸エンコーダ40Bは、検出した第2の位置情報をLSB側から入力軸エンコーダ30Bに送信する。(時刻t4)。
制御部500B(CONT)は、「位置要求信号」を示すコードを含むヘッダ情報部CHの送信送出を完了する。このとき、入力軸エンコーダ30Bは、ヘッダ情報部CHを受信した場合、出力軸エンコーダ40Bに対して第2位置要求信号(RB−1)の送信を開始する(時刻t2)。続けて、制御部500B(CONT)は、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとを示す識別子を含む送出情報部CDを送信し、位置要求信号の送信を完了する。また、入力軸エンコーダ30Bは、出力軸エンコーダ40Bに対する第2位置要求信号(RB−1)の送信を完了する。入力軸エンコーダ30Bは、供給される位置要求信号(REQ−1)のフォーマットの長さを予め定められる値に定め、そのフォーマットの長さに応じた情報を入力軸エンコーダ30Bの内部に記憶させる。入力軸エンコーダ30Bは、記憶されたフォーマットの長さに関する情報を参照することにより、位置要求信号(REQ−1)の送信が終了するタイミングを判定できる。そして、入力軸エンコーダ30Bは、位置要求信号(REQ−1)の終了タイミングに合わせて第2位置要求信号(RB−1)の送信を完了する。このように、入力軸エンコーダ30Bは、位置要求信号(RB−1)のフォーマットの長さを変更することにより、2つの要求信号(RB−1、REQ−1)を同期して終了させることができる(時刻t3)。
位置要求信号(REQ−1)を受信した入力軸エンコーダ30Bと第2位置要求信号(RB−1)を受信した出力軸エンコーダ40Bとは、予め定められた第1遅延時間(例えば5マイクロ秒)の経過後に、それぞれ回転角度位置情報の取得を行う。回転角度位置情報の取得がそれぞれ行われた後、入力軸エンコーダ30Bは、検出した第1の位置情報をLSB側から制御部500Bに供給する。また、出力軸エンコーダ40Bは、検出した第2の位置情報をLSB側から入力軸エンコーダ30Bに送信する。(時刻t4)。
出力軸エンコーダ40Bは第2の位置情報の送信を終了し、入力軸エンコーダ30は、出力軸エンコーダ40Bが検出した第2の位置情報を取得する(時刻t5)。
第2の位置情報を取得した入力軸エンコーダ30Bは、制御部500Bに対する第1の位置情報の送信が完了した後に、続けて第2の位置情報の送信を開始する(時刻t6)。
制御部500Bは、第1の位置情報と入力軸エンコーダ30Bを経由した第2の位置情報とを取得することによって、この制御サイクルにおける位置情報を取得する処理を完了する(時刻t7)。制御部500Bは、取得した回転角度位置情報に基づいてモーター10の制御を行う。
第2の位置情報を取得した入力軸エンコーダ30Bは、制御部500Bに対する第1の位置情報の送信が完了した後に、続けて第2の位置情報の送信を開始する(時刻t6)。
制御部500Bは、第1の位置情報と入力軸エンコーダ30Bを経由した第2の位置情報とを取得することによって、この制御サイクルにおける位置情報を取得する処理を完了する(時刻t7)。制御部500Bは、取得した回転角度位置情報に基づいてモーター10の制御を行う。
なお、本実施形態における駆動装置1Bは、第1遅延時間を定めることにより、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとにおける位置情報の取得を互いに同期することができる。例えば、第1遅延時間を定めない場合(例、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとの応答性に差がある場合)、それぞれの位置情報の検出に時間差が生じることが想定される。本実施形態における駆動装置1Bは、この第1遅延時間を定めることにより、位置要求信号の検出能力の差によって生じる時間差を低減することができる。
また、出力軸エンコーダ40Bは、位置情報の送信を入力軸エンコーダ30Bより遅れて送信する。出力軸エンコーダ40Bが入力軸エンコーダ30Bの出力状況を監視することにより、本実施形態における駆動装置1Bは、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとが同時に信号(例、位置情報)を制御部500Bに出力する状態を回避できる。
また、本実施形態における駆動装置1Bは、入力軸エンコーダ30Bがヘッダ情報部CHの受信供給を検出後に、入力軸エンコーダ30Bが出力軸エンコーダ40Bに対して第2位置要求信号(RB−1)の送信を開始することにより、出力軸エンコーダ40Bへの位置情報検出の通知時刻を早めることができ、出力軸エンコーダ40Bにおける位置情報取得のための準備時間を確保することが可能となる。
また、出力軸エンコーダ40Bは、位置情報の送信を入力軸エンコーダ30Bより遅れて送信する。出力軸エンコーダ40Bが入力軸エンコーダ30Bの出力状況を監視することにより、本実施形態における駆動装置1Bは、入力軸エンコーダ30Bと出力軸エンコーダ40Bとが同時に信号(例、位置情報)を制御部500Bに出力する状態を回避できる。
また、本実施形態における駆動装置1Bは、入力軸エンコーダ30Bがヘッダ情報部CHの受信供給を検出後に、入力軸エンコーダ30Bが出力軸エンコーダ40Bに対して第2位置要求信号(RB−1)の送信を開始することにより、出力軸エンコーダ40Bへの位置情報検出の通知時刻を早めることができ、出力軸エンコーダ40Bにおける位置情報取得のための準備時間を確保することが可能となる。
なお、駆動装置1Bの制御部500Bは、1つの制御対象100Bを制御する形態を示したが、制御対象100Bと同様な構成の制御対象100B−2を制御することとしても良い。制御部500Bは、制御対象100Bと制御対象100B−2との状態取得を並行して行うことも可能である。さらに、制御部500Bは、位置要求信号(REQ−1)の送出を同期化することにより、制御対象100Bと制御対象100B−2との状態取得を同期化することができる。
また、例えば、多関節型の産業用ロボットのように、それぞれの関節に本実施形態に示す駆動装置1Bが設けられた場合に、制御部500Bは、状態の検出品質を高めることができることから、制御系の安定性及び応答性改善に貢献できる。また、本実施形態における駆動装置1Bは、出力軸20a又は負荷300の停止位置の精度を確保することが可能となる。
また、本実施形態における駆動装置1Bは、上述の第1の位置情報と第2の位置情報とにおける検出のタイミングを同期させることができる、又は上述の第1の位置情報と第2の位置情報との検出を時間的に同期させることができる。
また、本実施形態における駆動装置1Bは、上述の第1の位置情報と第2の位置情報とにおける検出のタイミングを同期させることができる、又は上述の第1の位置情報と第2の位置情報との検出を時間的に同期させることができる。
(第3実施形態)
以下、図5を参照して、本実施形態の装置について説明する。図5は、本実施形態における駆動装置(1A又は1B)を備える多軸駆動形ロボットアームの構成を示す概略ブロック図である。以降の説明において、多軸駆動形ロボットアームをアーム制御装置(装置)として説明する。
以下、図5を参照して、本実施形態の装置について説明する。図5は、本実施形態における駆動装置(1A又は1B)を備える多軸駆動形ロボットアームの構成を示す概略ブロック図である。以降の説明において、多軸駆動形ロボットアームをアーム制御装置(装置)として説明する。
本実施形態の説明においては、図5に示すように、一例として、アーム制御装置800が、本実施形態における2つの駆動装置1Aを備えている場合について説明する。また、図5に示すように、アーム制御装置800が、2つのアーム部801と802(第1のアーム部と第2のアーム部)とを備えている場合について説明する。
この場合、一方の駆動装置1A−1はアーム部802を駆動させ、他方の駆動装置1A−2はアーム部802に設けられてアーム部801を駆動させる。駆動装置1A−1は、支柱803を介して台座804に固定されている。この台座804は、例えば車輪などを備えており、水平方向に移動可能であってもよい。
なお、駆動装置1A−2と接続されない側のアーム部801の端部は、例えば、作業対象に対して機械的な作用を生じさせる手先部(エンドエフェクタ(End Effector)部)が備えられる。この手先部とは、例えば、作業対象を挟持する挟持部、作業対象を溶接する溶接部、作業対象を切断する切断部、又は、作業対象であるネジやボルトを開閉する開閉部などのことである。なお、アーム部801自体が、このような手先部そのものであってもよい。このような手先部を備えるアーム制御装置800は、例えば、マニピュレータである。
また、図5に示すように、アーム制御装置は主制御装置805を備えている。この主制御装置805は、信号線808を介して入力された駆動装置1A−1と1A−2との回転角度位置に基づいて、駆動装置1A−1と1A−2とを制御する。これにより、アーム部801と802との回転角度位置が制御され、アーム部801の端部に備えられる手先部の位置が制御される。なお主制御装置805は、制御線809を介して、駆動装置1A−1と1A−2とを制御する。また、この主制御装置805は、制御線809を介して、手先部を制御してもよい。
なお、駆動装置1A−1と1A−2として複数の駆動装置を示したが、第1、第2実施形態として示したように、共通の制御装置500A又は500Bに接続される複数の制御対象(100Aと100A−2、100Bと100B−2)として構成してもよい。
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
1A 駆動装置
10 モーター
20 減速器
30 入力軸エンコーダ
40 出力軸エンコーダ
200A 伝送路
500A 制御部
10 モーター
20 減速器
30 入力軸エンコーダ
40 出力軸エンコーダ
200A 伝送路
500A 制御部
Claims (10)
- 回転駆動する駆動部と、前記駆動部の駆動出力軸の回転角度位置を検出し第1の位置情報を生成する第1の位置検出器と、前記駆動部の駆動出力軸に接続された減速機と、前記減速機の減速出力軸の回転角度位置を検出し第2の位置情報を生成する第2の位置検出器と、前記駆動部を制御する制御部と、を含んで構成される駆動装置であって、
前記第1の位置検出器と前記第2の位置検出器と前記制御部との間において前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とを伝達する伝送路を備え、
前記制御部は、位置要求信号に対して互いに同期して検出させた前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とのうち少なくとも一方を用いて前記駆動部を制御する
ことを特徴とする駆動装置。 - 前記制御部は、前記第2の位置情報に基づいてフルクローズドループ制御を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。 - 前記制御部は、前記位置要求信号に対して前記第1の位置情報に続いて前記第2の位置情報を受信する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の駆動装置。 - 前記第1の位置検出器は、前記制御部が発信する前記位置要求信号に対し、前記第1の位置情報を前記第2の位置情報より先に前記伝送路に出力し、
前記第2の位置検出器は、前記第1の位置情報が前記伝送路に出力された後に、前記第2の位置情報を前記伝送路に出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の駆動装置。 - 前記第1の位置検出器は、前記制御部から受信した前記位置要求信号に応じて、前記第1の位置情報を取得するとともに、前記第2の位置検出器へ第2位置要求信号を発信し、
前記第2の位置検出器は、前記第2位置要求信号に応じて、前記第2の位置情報を取得する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の駆動装置。 - 前記制御部は、前記第2の位置情報より先に受信した前記第1の位置情報に基づいて、前記駆動部の速度制御を行う
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の駆動装置。 - 前記第1の位置検出器は、前記駆動出力軸に取り付けられ、
前記第2の位置検出器は、前記減速出力軸に取り付けられる
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の駆動装置。 - 回転駆動する駆動部と、前記駆動部の駆動出力軸の回転角度位置を検出し第1の位置情報を生成する第1の位置検出器と、前記駆動部の駆動出力軸に接続された減速機と、前記減速機の減速出力軸の回転角度位置を検出し第2の位置情報を生成する第2の位置検出器と、前記駆動部を制御する制御部と、前記第1の位置検出器と前記第2の位置検出器と前記制御部との間で前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とを伝達する伝送路と、を含んで構成される駆動装置の駆動方法であって、
前記制御部から発信された位置要求信号に対して互いに同期して検出させた前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とのうち少なくとも一方を用いて前記駆動部を制御する過程を有する
ことを特徴とする駆動方法。 - 前記第1の位置情報と前記第2の位置情報とを連続して前記伝送路に出力する過程を有する、
ことを特徴とする請求項8に記載の駆動方法。 - アーム部を駆動させる駆動装置を備える装置であって、
前記駆動装置は、請求項1から請求項7のいずれかに記載の駆動装置である
ことを特徴とする装置。
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