JP2012130214A - Motor control device and motor control method - Google Patents

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Inventor
Yuji Ide
勇治 井出
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Sanyo Denki Co Ltd
山洋電気株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor control device and a motor control method which can correct an elastic deformation of a belt in a motion mechanism including a low rigidity belt as power conveyance means, thereby making it possible to reduce a deviation between trajectory and locus.SOLUTION: A position directive is put through a prefilter 3 and, thereafter, a deviation between the position directive and a position feedback is taken, which is then put through a position control unit 2 to calculate a speed directive. A deviation between the speed directive and a speed is taken, which is then put through a speed control unit 7 to calculate a torque directive. Based on this torque directive, a motor is driven through a power converter in a torque control unit 8. Also, a load torque is estimated from the torque directive and a motor speed by a load torque observer 9, and this load torque is then multiplied by a compensatory gain necessary to compensate for an elastic deformation according to the locus of an action point of a motion mechanism to find a compensation amount. This compensation amount is put through a vibration suppression filter 13 before being added to a location deviation.

Description

本発明は、ベルトを力伝達手段として含む運動機構を負荷とするモータの制御装置及び制御方法に関するものである。   The present invention relates to a motor control apparatus and control method using a motion mechanism including a belt as force transmission means as a load.

ベルトを力伝達手段として含む運動機構は、ロボットなどの機械に採用されている。このような運動機構を負荷とするモータでは、運動機構の作用点の位置制御の精度を高めることが要求されている。例えば、図4は、モータを2台用いた多関節ロボットの構成例である。モータM1により、ベルトB1を介して腕101を駆動し、モータM2によりベルトB2を介してロボットの腕102の先端に設けた作用部103の先端部(作用点)を予め定めた軌道に沿うように移動させる。このようなロボットで、モータM1及びM2を駆動して腕101及び102を動かした場合、双方のモータM1及びM2に外力が加えられ、ロボットの作用部103の先端の軌跡が本来の軌道からずれてしまう場合がある。これは、ベルトがかかっている一方の軸が他方の軸からの力の影響を受け、ベルトB2の弾性変形に応じた位置の誤差を生ずるためである。搬送ロボットなどでロボットの作用部103の軌跡が本来の軌道から大きくずれると、物を搬入するときに周囲の他の物に衝突する恐れがある。したがって軌跡と軌道とのずれ量をできるだけ小さくする必要がある。そこで従来は、外力の影響を受けない程度の速度でモータを駆動するようにしていた。   A motion mechanism including a belt as a force transmission means is employed in a machine such as a robot. In a motor using such a motion mechanism as a load, it is required to improve the accuracy of position control of the action point of the motion mechanism. For example, FIG. 4 is a configuration example of an articulated robot using two motors. The motor M1 drives the arm 101 via the belt B1, and the motor M2 causes the tip portion (action point) of the action portion 103 provided at the tip of the robot arm 102 to follow the predetermined trajectory via the belt B2. Move to. In such a robot, when the motors M1 and M2 are driven to move the arms 101 and 102, an external force is applied to both the motors M1 and M2, and the trajectory of the tip of the action part 103 of the robot deviates from the original trajectory. May end up. This is because one shaft on which the belt is applied is affected by the force from the other shaft, and a position error corresponding to the elastic deformation of the belt B2 occurs. If the trajectory of the action part 103 of the robot is largely deviated from the original trajectory in a transport robot or the like, there is a possibility of colliding with other surrounding objects when the object is loaded. Therefore, it is necessary to make the amount of deviation between the trajectory and the trajectory as small as possible. Therefore, conventionally, the motor is driven at a speed that is not affected by external force.

このような機械系の弾性変形の影響を補正した例として、減速機のねじれを補正した特許文献1(特許第3654475号公報)に示すものがある。この例では、モータ電流を検出して、あらかじめ計測してあるモータ電流とねじれの関係に基づきねじれ補正量を算出し、位置指令に補正を加えている。   As an example in which the influence of the elastic deformation of the mechanical system is corrected, there is one disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3654475) in which the torsion of the speed reducer is corrected. In this example, the motor current is detected, a twist correction amount is calculated based on the relationship between the motor current measured in advance and the twist, and the position command is corrected.

また、位置決め制御装置の弾性変形を補正した例として、特許文献2(特許第3982308号公報)に示すものがある。この例では、外乱推定部内で推定される推定外乱力を基に、制御対象が目標位置に到達した時点で位置決め機構内に残存する弾性変形量を推定し、目標位置に弾性変形量を加えた位置を新たな目標位置として位置決め制御を行い、新たな目標位置に制御対象が達した後、弾性変形量分を戻す位置制御を行っている。   Further, as an example in which the elastic deformation of the positioning control device is corrected, there is one shown in Patent Document 2 (Japanese Patent No. 3982308). In this example, based on the estimated disturbance force estimated in the disturbance estimation unit, the amount of elastic deformation remaining in the positioning mechanism when the control target reaches the target position is estimated, and the amount of elastic deformation is added to the target position. Positioning control is performed using the position as a new target position, and after the control target reaches the new target position, position control is performed to return the amount of elastic deformation.

特許第3654475号公報Japanese Patent No. 3654475 特許第3982308号公報Japanese Patent No. 3982308

しかし、特許文献1の技術では、モータが発生するトルクに応じたねじれ分を補正しているのみである。特許文献1は、外乱によるベルトの弾性変形を補償する技術を示唆するものではない。また、特許文献2の技術は、制御対象の位置決め精度の改善を目標としているため、位置決め時の補正を中心とした補償になっている。そのため、特許文献2には、位置決めに至る過程での制御対象の位置の軌跡の補償はなされない。また、特許文献1及び2に記載の技術では、機械系の振動を考慮していないため、弾性変形の補償が加わった場合の機械振動を抑えることはできなかった。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 only corrects the twist corresponding to the torque generated by the motor. Patent Document 1 does not suggest a technique for compensating for elastic deformation of the belt due to disturbance. Moreover, since the technique of patent document 2 aims at the improvement of the positioning accuracy of a control object, it is compensation centering on the correction at the time of positioning. Therefore, Patent Document 2 does not compensate for the locus of the position to be controlled in the process of positioning. In addition, since the techniques described in Patent Documents 1 and 2 do not take into account vibrations of the mechanical system, it is not possible to suppress mechanical vibrations when elastic deformation compensation is added.

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、剛性の低いベルトを力伝達手段として含む運動機構におけるベルトの弾性変形の補正を行って、軌道と軌跡とのずれ量を小さくできるモータ制御装置及び制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve such a problem, and by correcting the elastic deformation of the belt in a motion mechanism including a belt having low rigidity as a force transmission means, the deviation between the trajectory and the trajectory is achieved. It is an object of the present invention to provide a motor control device and a control method capable of reducing the amount.

本発明の他の目的は、運動機構の振動を励起させずに、モータを高速駆動しても、軌跡精度が大きく低下しないモータ制御装置及び制御方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a motor control device and a control method in which the trajectory accuracy is not greatly reduced even if the motor is driven at high speed without exciting vibration of the motion mechanism.

本発明のモータ制御装置は、位置検出部と、速度算出部と、位置制御部と、速度制御部と、トルク制御部と、補償量演算部とを備えている。位置検出部は、ベルトを力伝達手段として含む運動機構を負荷とするモータを制御するために、モータの位置(ロータの回転位置)を検出する。速度算出部は、モータの速度(ロータの回転速度)を算出する。位置制御部は、位置検出部からフィードバックされたモータの位置を示す位置フィードバックと位置指令とが一致するように速度指令を出力して位置制御をする。速度制御部は、速度算出部からフィードバックされた速度と速度指令とが一致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う。トルク制御部は、トルク指令に基づいてトルク制御を行う。補償量演算部は、予め定めた運動機構の作用点の軌道と作用点の軌跡とのずれ量を小さくするように、位置制御部に入力される位置偏差に加算する補償量を演算する。補償量演算部は、負荷トルク推定部と、補償ゲイン記憶部と、乗算部とを備えている。負荷トルク推定部は、速度算出部が算出した速度とトルク指令とに基づいて運動機構に演算するねじれトルクを含む負荷トルクを推定する。補償ゲイン記憶部は、連続する複数の位置指令区間ごとに、ずれ量を小さくするのに必要な補償ゲインを事前の試験により定めたものを記憶する。そして乗算部は、位置指令を入力として補償ゲイン記憶部から取得した補償ゲインと負荷トルクとを乗算して補償量を演算する。   The motor control device of the present invention includes a position detection unit, a speed calculation unit, a position control unit, a speed control unit, a torque control unit, and a compensation amount calculation unit. The position detection unit detects the position of the motor (rotational position of the rotor) in order to control a motor loaded with an exercise mechanism including a belt as a force transmission unit. The speed calculation unit calculates the speed of the motor (rotational speed of the rotor). The position control unit performs position control by outputting a speed command so that the position feedback indicating the position of the motor fed back from the position detection unit matches the position command. The speed control unit performs a speed control by outputting a torque command so that the speed fed back from the speed calculation unit matches the speed command. The torque control unit performs torque control based on the torque command. The compensation amount calculation unit calculates a compensation amount to be added to the position deviation input to the position control unit so as to reduce a deviation amount between the locus of the action point of the motion mechanism and the locus of the action point. The compensation amount calculation unit includes a load torque estimation unit, a compensation gain storage unit, and a multiplication unit. The load torque estimating unit estimates a load torque including a torsion torque that is calculated by the motion mechanism based on the speed calculated by the speed calculating unit and the torque command. The compensation gain storage unit stores, for each of a plurality of consecutive position command sections, a compensation gain that has been determined by a prior test to reduce the deviation amount. The multiplication unit multiplies the compensation gain acquired from the compensation gain storage unit by the position command as input and the load torque to calculate the compensation amount.

本発明では、トルク指令とモータの速度とから負荷トルクを推定する。そしてこの負荷トルクに、運動機構の作用点の予め定めた軌道に応じた弾性変形補償のための補償ゲインを乗算して補償量を求める。負荷トルクには運動機構におけるベルトの弾性変形によって生じるねじれトルクが含まれているため、この負荷トルクに補償ゲインを乗算して得た補償量は、弾性変形の補償を行うのに最適なものとなる。そこで本発明では、この補償量を位置偏差に加算することにより、弾性変形が原因となって生じる運動機構の作用点の軌道と軌跡とのずれ量を小さくする。特に本発明においては、事前の試験により複数の位置指令区間ごとに補償ゲインを定めているので、適切な補償量を得ることができて、ずれ量を適切に小さくすることができる。   In the present invention, the load torque is estimated from the torque command and the motor speed. Then, this load torque is multiplied by a compensation gain for elastic deformation compensation according to a predetermined trajectory of the action point of the motion mechanism to obtain a compensation amount. Since the load torque includes the torsional torque generated by the elastic deformation of the belt in the motion mechanism, the compensation amount obtained by multiplying this load torque by the compensation gain is optimal for compensating the elastic deformation. Become. Therefore, in the present invention, by adding this compensation amount to the position deviation, the deviation amount between the trajectory and the locus of the action point of the motion mechanism caused by the elastic deformation is reduced. In particular, in the present invention, since the compensation gain is determined for each of the plurality of position command sections by a prior test, an appropriate compensation amount can be obtained and the deviation amount can be appropriately reduced.

なお補償量に含まれる運動機構を微細に振動させる振動成分を除去する第1のフィルタ(振動抑制フィルタ)を設けるのが好ましい。また位置指令に含まれる運動機構を微細に振動させる振動成分を除去する第2のフィルタ(プレフィルタ)を更に設けるのが好ましい。このようなフィルタを用いると、作用点の微細振動を抑制することができる。なお、第1及び第2のフィルタ(振動抑制フィルタ)は、たとえばノッチフィルタなどで構成することができる。   It is preferable to provide a first filter (vibration suppression filter) that removes a vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the compensation amount. Further, it is preferable to further provide a second filter (pre-filter) that removes a vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the position command. When such a filter is used, it is possible to suppress fine vibration at the action point. Note that the first and second filters (vibration suppression filters) can be configured by notch filters, for example.

本発明のモータ制御方法では、連続する複数の位置指令区間ごとに、ずれ量を小さくするのに必要な補償ゲインを事前の試験により定めておく。また速度算出部が算出した速度とトルク指令とに基づいてねじれトルクを含む負荷トルクを推定する。そして位置指令に基づいて定めた位置指令区間に対応する補償ゲインと負荷トルクとを乗算して、ずれ量を小さくする補償量を演算し、補償量を位置指令とモータの位置を示すフィードバック値との位置偏差に加算する。   In the motor control method of the present invention, a compensation gain necessary to reduce the deviation amount is determined by a prior test for each of a plurality of consecutive position command sections. Further, the load torque including the torsion torque is estimated based on the speed calculated by the speed calculation unit and the torque command. Then, the compensation gain corresponding to the position command section determined based on the position command is multiplied by the load torque, the compensation amount for reducing the deviation amount is calculated, and the compensation amount is calculated as a feedback value indicating the position command and the motor position. Is added to the position deviation.

本発明のモータ制御装置の実施の形態の一例の構成を含むシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the system containing the structure of an example of embodiment of the motor control apparatus of this invention. 図4に示した運動機構を駆動する場合において、補償量を位置偏差に加算しない場合のモータの速度と作用点の位置精度(先端位置精度)との関係の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the motor speed and the position accuracy of the action point (tip position accuracy) when the compensation mechanism is not added to the position deviation when the motion mechanism shown in FIG. 4 is driven. 補償量を位置偏差に加算した場合のモータの速度と作用点の位置精度(先端位置精度)との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the speed of a motor at the time of adding a compensation amount to a position deviation, and the position accuracy (tip position accuracy) of an action point. モータを2台用いた多関節ロボットの運動機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the movement mechanism of the articulated robot using two motors.

以下図面を参照して、本発明の方法を実施する本発明のモータ制御装置の実施の形態の一例を詳細に説明する。図1は、本発明のモータ制御装置の実施の形態の一例の構成を含むシステムを示したものである。このシステムは、図4に示したモータM2の制御に用いられるものである。したがってモータM2によって駆動される機械系MSは、図4のベルトB2、腕102、作用部103を含む運動機構である。このシステムでは、制御対象であるモータM2の位置を検出する位置検出部としてエンコーダEを備えている。エンコーダEの出力が、モータM2の出力軸の位置を示す位置フィードバックである。速度算出部1は、エンコーダEの出力に基づいてモータM2の速度を算出するように構成されており、速度算出部1の出力が速度フィードバックとなっている。速度フィードバックが、モータM2の出力軸の速度を示している。位置制御部2は、位置検出部としてのエンコーダEからフィードバックされたモータM2の位置を示す位置フィードバックと位置指令とが一致するように速度指令を出力して位置制御をするように構成されている。本実施の形態では、上位コントローラから与えられる位置指令をプレフィルタ(第2のフィルタ)3を通して減算手段4に与える。プレフィルタ3は、位置指令に含まれる運動機構を微細に振動させる振動成分を除去するノッチフィルタ等の振動抑制フィルタによって構成されている。減算手段4は、エンコーダEから出力されるモータM2の位置を示す位置フィードバックと、フィルタ処理された位置指令との偏差をとって、位置偏差として出力する。   Hereinafter, an example of an embodiment of a motor control device of the present invention that performs the method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a system including a configuration of an example of an embodiment of a motor control device of the present invention. This system is used for controlling the motor M2 shown in FIG. Therefore, the mechanical system MS driven by the motor M2 is an exercise mechanism including the belt B2, the arm 102, and the action part 103 of FIG. In this system, an encoder E is provided as a position detection unit that detects the position of the motor M2 to be controlled. The output of the encoder E is position feedback indicating the position of the output shaft of the motor M2. The speed calculation unit 1 is configured to calculate the speed of the motor M2 based on the output of the encoder E, and the output of the speed calculation unit 1 is speed feedback. The speed feedback indicates the speed of the output shaft of the motor M2. The position controller 2 is configured to control the position by outputting a speed command so that the position feedback indicating the position of the motor M2 fed back from the encoder E as a position detector matches the position command. . In the present embodiment, the position command given from the host controller is given to the subtracting means 4 through the pre-filter (second filter) 3. The pre-filter 3 is configured by a vibration suppression filter such as a notch filter that removes a vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the position command. The subtracting means 4 takes the deviation between the position feedback indicating the position of the motor M2 output from the encoder E and the filtered position command and outputs it as a position deviation.

位置偏差は加算手段5に入力される。加算手段5は位置偏差と後述する補償量とを加算して位置制御部2に出力する。位置制御部2は、位置偏差と後述する補償量とを加算した加算値に基づいて速度指令を減算手段6に出力する。   The position deviation is input to the adding means 5. The adding means 5 adds the position deviation and a compensation amount, which will be described later, and outputs the result to the position control unit 2. The position control unit 2 outputs a speed command to the subtracting unit 6 based on an added value obtained by adding the position deviation and a compensation amount described later.

減算手段6は、速度指令と速度算出部1が算出したモータM2の出力軸の回転速度との偏差を速度偏差として求めて速度制御部7に出力する。速度制御部7は、比例積分制御により、速度算出部1からフィードバックされた速度と速度指令とが一致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う。トルク指令はトルク制御部8に入力され、トルク制御部8はトルク指令に基づいてモータM2のトルク制御を行う。   The subtracting means 6 obtains a deviation between the speed command and the rotational speed of the output shaft of the motor M2 calculated by the speed calculating section 1 as a speed deviation and outputs it to the speed control section 7. The speed control unit 7 performs speed control by outputting a torque command so that the speed fed back from the speed calculation unit 1 and the speed command coincide with each other by proportional-integral control. The torque command is input to the torque control unit 8, and the torque control unit 8 performs torque control of the motor M2 based on the torque command.

本実施の形態では、モータM2が受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部として負荷トルクオブザーバ9を用いる。負荷トルクオブザーバ9は、トルク指令と速度とに基づいて摩擦トルク、ねじれトルクを含む負荷トルクを推定するように構成されている。この種のオブザーバ9の詳細は、平成2年発行の「電学論」D110巻11号第1126頁〜第1132頁に示された外乱トルク推定器と実質的に同じである。   In the present embodiment, the load torque observer 9 is used as a load torque estimation unit that estimates the load torque received by the motor M2. The load torque observer 9 is configured to estimate load torque including friction torque and torsion torque based on the torque command and speed. The details of this type of observer 9 are substantially the same as those of the disturbance torque estimator shown in “Electronics” D110, Vol. 11, page 1126 to page 1132, published in 1990.

負荷トルクオブザーバ9で推定された負荷トルクは、補償量演算部10に入力される。補償量演算部10は、予め定めた運動機構(MS)の作用部103(図4)の先端(作用点)の軌道と作用点の軌跡とのずれ量を小さくするように、位置制御部2に入力される位置偏差に加算する補償量を演算する。本実施の形態の補償量演算部は、乗算部11と補償ゲイン記憶部12とを備えている。乗算部11は、位置指令を入力として補償ゲイン記憶部12から取得した補償ゲインと負荷トルクオブザーバ9が推定した負荷トルクとを乗算して補償量を演算する。本実施の形態では、補償量を振動抑制フィルタ(第1のフィルタ)13に通して、補償量に含まれる運動機構を微細に振動させる振動成分を除去して、加算手段5に補償量を与えている。   The load torque estimated by the load torque observer 9 is input to the compensation amount calculation unit 10. The compensation amount calculation unit 10 is configured to reduce the deviation amount between the trajectory of the tip (action point) of the action unit 103 (FIG. 4) of the predetermined motion mechanism (MS) and the locus of the action point. The compensation amount to be added to the position deviation input to is calculated. The compensation amount calculation unit of the present embodiment includes a multiplication unit 11 and a compensation gain storage unit 12. The multiplication unit 11 multiplies the compensation gain acquired from the compensation gain storage unit 12 by using the position command as input and the load torque estimated by the load torque observer 9 to calculate the compensation amount. In the present embodiment, the compensation amount is passed through the vibration suppression filter (first filter) 13 to remove the vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the compensation amount, and the compensation amount is given to the adding means 5. ing.

補償ゲイン記憶部12には、連続する複数の位置指令区間ごとに、予め定めた運動機構の作用点の軌道と作用点の軌跡とのずれ量を小さくするのに必要な補償ゲインを事前の試験により定めたものを記憶している。図2には、図4に示した運動機構を駆動する場合において、補償量を位置偏差に加算しない場合のモータM2の速度と作用点の位置精度(先端位置精度)との関係の一例を示しており、図3には図2と同じ条件で、補償量を位置偏差に加算した場合のモータM2の速度と作用点の位置精度(先端位置精度)との関係を示している。ここで作用点の位置精度(先端位置精度)とは、運動機構の作用点の軌道と軌跡とのずれ量を示すものであり、ずれが無ければ位置精度の線は直線的になる。なお図2及び図3の作用点の位置精度(先端位置精度)は、レーザ光を利用して移動する対象物の位置を測定する公知の位置測定装置を用いて作用点の軌跡を測定することにより得た。図2において、作用点の位置精度(先端位置精度)が大きく変動している原因は、運動機構中にベルトB2(図4)が含まれていて、このベルトB2が伸縮することである。ベルトB2の伸縮が無ければ、作用点の位置精度(先端位置精度)は殆ど変動することはない。   In the compensation gain storage unit 12, a compensation gain necessary for reducing the amount of deviation between the trajectory of the action point of the predetermined motion mechanism and the trajectory of the action point is previously tested for each of a plurality of continuous position command sections. I remember what I have determined. FIG. 2 shows an example of the relationship between the speed of the motor M2 and the position accuracy of the action point (tip position accuracy) when the compensation mechanism is not added to the position deviation when the motion mechanism shown in FIG. 4 is driven. FIG. 3 shows the relationship between the speed of the motor M2 and the position accuracy (tip position accuracy) of the operating point when the compensation amount is added to the position deviation under the same conditions as in FIG. Here, the position accuracy of the action point (tip position accuracy) indicates the amount of deviation between the trajectory and the locus of the action point of the motion mechanism, and if there is no deviation, the position accuracy line is linear. 2 and 3, the position accuracy (tip position accuracy) of the action point is obtained by measuring the locus of the action point using a known position measuring device that measures the position of the moving object using laser light. Obtained. In FIG. 2, the reason why the position accuracy (tip position accuracy) of the operating point varies greatly is that the belt B <b> 2 (FIG. 4) is included in the motion mechanism and this belt B <b> 2 expands and contracts. If there is no expansion and contraction of the belt B2, the position accuracy (tip position accuracy) of the action point hardly changes.

本実施の形態では、図3に示すように、連続する複数の位置指令区間S1〜S3ごとに、運動機構の作用点の軌道と作用点の軌跡とのずれ量を小さくするのに必要な補償ゲインG1〜G3を事前の試験により予め定めている。補償ゲインG1〜G3は、事前の試験の際に、補償量を加算しない場合の作用点の位置精度(図2)を測定し、測定結果に基づいて、補償をすべき位置指令区間S1〜S3を特定し、特定した位置指令区間S1〜S3に適した補償ゲインを決定する。図3に示すように、位置指令区間S1〜S3が長い場合には、どうしても補償精度が悪くなる。位置指令区間S1〜S3をどのように特定するか、また補償ゲインをどのような値に設定するかは、運動機構の用途に応じて定めればよい。ちなみに図3に示す作用点の位置精度が得られる補償ゲインであれば、搬送ロボットの運動機構の駆動に用いるモータの制御に十分使用可能である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the compensation necessary to reduce the deviation amount between the trajectory of the action point and the trajectory of the action point for each of a plurality of consecutive position command sections S1 to S3. The gains G1 to G3 are determined in advance by a preliminary test. The compensation gains G1 to G3 measure the position accuracy (FIG. 2) of the action point when the compensation amount is not added during the preliminary test, and the position command sections S1 to S3 to be compensated based on the measurement result. And a compensation gain suitable for the specified position command sections S1 to S3 is determined. As shown in FIG. 3, when the position command sections S1 to S3 are long, the compensation accuracy is inevitably deteriorated. How to specify the position command sections S1 to S3 and what value to set the compensation gain may be determined according to the use of the motion mechanism. Incidentally, the compensation gain capable of obtaining the position accuracy of the action point shown in FIG. 3 can be sufficiently used for controlling the motor used for driving the motion mechanism of the transfer robot.

本実施の形態では、位置指令をプレフィルタ3に通し、その後位置指令と位置フィードバックとの偏差をとり、位置制御部2に通して速度指令を算出する。そして速度指令と速度との偏差をとり、速度制御部7に通し、トルク指令を算出する。このトルク指令を元に、トルク制御部8内の電力変換器を通してモータを駆動する。また、トルク指令とモータ速度から負荷トルクオブザーバ9により負荷トルクを推定し、この負荷トルクに対し、運動機構の作用点の軌道に応じた弾性変形補償のための補償ゲインを乗算し補償量を求める。この補償量を振動抑制フィルタ13に通して位置偏差に加算する。なお、本実施の形態では、運動機構の作用点の軌道に対し、3段の補償を行ったが、さらに多くの段数の補償を行うことにより、さらに軌跡を改善できるのは勿論である。   In the present embodiment, the position command is passed through the pre-filter 3, and then the deviation between the position command and the position feedback is taken and passed through the position control unit 2 to calculate the speed command. Then, the deviation between the speed command and the speed is taken and passed through the speed control unit 7 to calculate the torque command. Based on this torque command, the motor is driven through the power converter in the torque control unit 8. Further, the load torque is estimated by the load torque observer 9 from the torque command and the motor speed, and the compensation amount is obtained by multiplying the load torque by a compensation gain for elastic deformation compensation according to the trajectory of the action point of the motion mechanism. . This compensation amount is passed through the vibration suppression filter 13 and added to the position deviation. In the present embodiment, the three-stage compensation is performed on the trajectory of the action point of the motion mechanism, but it is needless to say that the trajectory can be further improved by compensating more stages.

本発明によれば、負荷トルク推定部により負荷トルクを推定し、この負荷トルクと運動機構の作用点の軌道に応じた弾性変形補償を行い、弾性変形補償による振動を励起させずに、運動機構の作用点が受ける外力による影響を抑制して、運動機構の作用点の軌跡精度を向上させることができる。   According to the present invention, the load torque is estimated by the load torque estimator, the elastic deformation is compensated according to the load torque and the trajectory of the action point of the motion mechanism, and the motion mechanism is excited without exciting the vibration due to the elastic deformation compensation. It is possible to improve the trajectory accuracy of the action point of the motion mechanism by suppressing the influence of the external force on the action point.

1 速度算出部
2 位置制御部
3 プレフィルタ(第2のフィルタ)
4 減算手段
5 加算手段
6 減算手段
7 速度制御部
8 トルク制御部
9 負荷トルクオブザーバ(負荷トルク推定部)
10 補償量演算部
11 乗算部
12 補償ゲイン記憶部
13 振動抑制フィルタ(第1のフィルタ)
102 腕
103 作用部
M2 モータ
MS 機械系
B2 ベルト
M モータ
E エンコーダ
S1〜S3 位置指令区間
G1〜G3 補償ゲイン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Speed calculation part 2 Position control part 3 Pre filter (2nd filter)
4 Subtraction means 5 Addition means 6 Subtraction means 7 Speed control section 8 Torque control section 9 Load torque observer (load torque estimation section)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Compensation amount calculating part 11 Multiplication part 12 Compensation gain memory | storage part 13 Vibration suppression filter (1st filter)
102 Arm 103 Action part M2 Motor MS Mechanical system B2 Belt M Motor E Encoder S1-S3 Position command section G1-G3 Compensation gain

Claims (6)

ベルトを力伝達手段として含む運動機構を負荷とするモータの位置を検出する位置検出部と、
前記モータの速度を算出する速度算出部と、
前記位置検出部からフィードバックされた前記モータの位置を示す位置フィードバックと位置指令とが一致するように速度指令を出力して位置制御をする位置制御部と、
前記速度算出部からフィードバックされた前記速度と前記速度指令とが一致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、
前記トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部と、
予め定めた前記運動機構の作用点の軌道と前記作用点の軌跡とのずれ量を小さくするように、前記位置制御部に入力される前記位置指令と前記位置フィードバックとの位置偏差に加算する補償量を演算する補償量演算部とを備え、
前記補償量演算部は、前記速度算出部が算出した速度と前記トルク指令とに基づいて前記運動機構に演算するねじれトルクを含む負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
連続する複数の位置指令区間ごとに、前記ずれ量を小さくするのに必要な補償ゲインを事前の試験により定めたものを記憶する補償ゲイン記憶部と、
前記位置指令を入力として前記補償ゲイン記憶部から取得した前記補償ゲインと前記負荷トルクとを乗算して前記補償量を演算する乗算部とを備えているモータ制御装置。
A position detector for detecting the position of a motor loaded with an exercise mechanism including a belt as force transmission means;
A speed calculation unit for calculating the speed of the motor;
A position control unit that performs position control by outputting a speed command so that a position feedback indicating a position of the motor fed back from the position detection unit and a position command coincide with each other;
A speed control unit that performs speed control by outputting a torque command so that the speed fed back from the speed calculation unit and the speed command match;
A torque control unit that performs torque control based on the torque command;
Compensation to be added to the position deviation between the position command and position feedback input to the position control unit so as to reduce the amount of deviation between the trajectory of the action point of the motion mechanism and the locus of the action point. A compensation amount calculation unit for calculating the amount,
The compensation amount calculation unit is configured to estimate a load torque including a torsion torque to be calculated for the motion mechanism based on the speed calculated by the speed calculation unit and the torque command; and
A compensation gain storage unit for storing a compensation gain necessary for reducing the deviation amount by a prior test for each of a plurality of consecutive position command sections;
A motor control device comprising: a multiplication unit that multiplies the compensation gain acquired from the compensation gain storage unit by using the position command as input and the load torque to calculate the compensation amount.
前記補償量に含まれる前記運動機構を微細に振動させる振動成分を除去する第1のフィルタを更に備えている請求項1に記載のモータ制御装置。   The motor control device according to claim 1, further comprising a first filter that removes a vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the compensation amount. 前記位置指令に含まれる前記運動機構を微細に振動させる振動成分を除去する第2のフィルタを更に備えている請求項1または2に記載のモータ制御装置。   The motor control device according to claim 1, further comprising a second filter that removes a vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the position command. ベルトを力伝達手段として含む運動機構を負荷とするモータの位置を検出する位置検出部と、
前記モータの速度を算出する速度算出部と、
前記位置検出部からフィードバックされた前記モータの位置を示す位置フィードバックと位置指令とが一致するように速度指令を出力して位置制御をする位置制御部と、
前記速度算出部からフィードバックされた前記速度と前記速度指令とが一致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、
前記トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部とを備えたモータ制御装置を用いて、予め定めた前記運動機構の作用点の軌道と前記作用点の軌跡とのずれ量を小さくするモータ制御方法であって、
連続する複数の位置指令区間ごとに、前記ずれ量を小さくするのに必要な補償ゲインを事前の試験により定めておき、
前記速度算出部が算出した速度と前記トルク指令とに基づいて前記運動機構に演算するねじれトルクを含む負荷トルクを推定し、
前記位置指令に基づいて定めた前記位置指令区間に対応する前記補償ゲインと前記負荷トルクとを乗算して、前記ずれ量を小さくする補償量を演算し、前記補償量を前記位置指令と前記位置フィードバックとの位置偏差に加算することを特徴とするモータ制御方法。
A position detector for detecting the position of a motor loaded with an exercise mechanism including a belt as force transmission means;
A speed calculation unit for calculating the speed of the motor;
A position control unit that performs position control by outputting a speed command so that a position feedback indicating a position of the motor fed back from the position detection unit and a position command coincide with each other;
A speed control unit that performs speed control by outputting a torque command so that the speed fed back from the speed calculation unit and the speed command match;
Motor control that reduces a deviation amount between a predetermined trajectory of the motion mechanism and the trajectory of the action point using a motor control device including a torque control unit that performs torque control based on the torque command A method,
For each of a plurality of continuous position command sections, a compensation gain necessary to reduce the deviation amount is determined by a preliminary test,
Estimating a load torque including a torsion torque to be calculated for the motion mechanism based on the speed calculated by the speed calculator and the torque command;
The compensation gain corresponding to the position command section determined based on the position command is multiplied by the load torque to calculate a compensation amount for reducing the deviation amount, and the compensation amount is calculated as the position command and the position. A motor control method comprising adding to a position deviation from feedback.
前記補償量に含まれる前記運動機構を微細に振動させる振動成分を除去する請求項4に記載のモータ制御方法。   The motor control method according to claim 4, wherein a vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the compensation amount is removed. 前記位置指令に含まれる前記運動機構を微細に振動させる振動成分を除去する請求項4または5に記載のモータ制御方法。   The motor control method according to claim 4, wherein a vibration component that finely vibrates the motion mechanism included in the position command is removed.
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