JP2013085378A - モーター制御装置、ロボットハンド、ロボット及びモーター制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モーター5の回転軸5aの回転状況を検出する回転検出器19が出力する角度データ信号24及び回転速度信号29を用いてモーター5を制御する。回転軸5aの速度指令27と回転速度信号29とを用いて回転軸5aの回転速度と速度指令27との差に対応するトルク指令信号37を出力する速度制御部31と、回転軸5aに加えるトルクの最大値を示すトルク限定値を設定する限定値設定部46と、トルク指令信号37により駆動される回転軸5aのトルクをトルク限定値以下に制限するトルク限定制御部38と、を備える。
【選択図】図2
Description
本適用例にかかるモーター制御装置は、モーターの回転軸の回転状況を検出する回転検出器が出力する回転検出信号を用いて前記モーターを制御するモーター制御装置であって、前記回転軸の目標回転速度と前記回転検出信号とを用いて前記回転軸の回転速度と前記目標回転速度との差に対応するトルク指令信号を出力する速度制御部と、前記回転軸に加えるトルクの最大値を示すトルク限定値を設定する限定値設定部と、前記トルク指令信号により駆動される前記回転軸のトルクを前記トルク限定値以下に制限するトルク限定制御部と、を備えることを特徴とする。
上記適用例にかかるモーター制御装置において、前記トルク限定制御部は、前記トルク指令信号により前記回転軸に加わるトルクが前記トルク限定値を超える量のトルクを示す信号である超過トルク信号を前記トルク指令信号から減算することを特徴とする。
上記適用例にかかるモーター制御装置において、前記限定値設定部には前記トルク限定値を変更する判断をするための速度判定値が設定され、前記限定値設定部は前記回転検出信号を用いて前記回転軸の回転速度を検出し、前記限定値設定部は、前記回転軸の回転速度が前記速度判定値より低いときに前記トルク限定値を変更することを特徴とする。
上記適用例にかかるモーター制御装置において、前記限定値設定部には前記トルク限定値を変更する判断をするための速度判定値が設定され、前記限定値設定部は前記トルク指令信号を入力し、前記目標回転速度が前記速度判定値より小さく且つ前記トルク指令信号がトルク判定値を超えるときに前記限定値設定部は前記トルク限定値を変更することを特徴とする。
上記適用例にかかるモーター制御装置において、前記限定値設定部は、前記回転軸の回転速度が前記目標回転速度に達した後に、トルク限定値を下げることを特徴とする。
上記適用例にかかるモーター制御装置において、前記速度制御部は、前記回転速度に比例する第1トルク指令信号を出力する速度比例制御部と、前記回転速度の積分値に比例する第2トルク指令信号を出力する速度積分制御部と、前記第1トルク指令信号の値と前記第2トルク指令信号の値とを加算して前記トルク指令信号を出力する加算器と、を有し、前記トルク指令信号の値が前記トルク限定値に達した後に、前記トルク限定制御部は前記速度積分制御部に積分演算を停止させ前記第2トルク指令信号の値を保持させることを特徴とする。
上記適用例にかかるモーター制御装置において、前記回転検出器が検出する前記回転軸の前記回転状況は回転速度であることを特徴とする。
本適用例にかかるロボットハンドは、可動部と、前記可動部を駆動するモーターと、前記モーターを制御する制御部と、を備え、前記制御部は前記モーターを制御するモーター制御部を有し、前記モーター制御部は上記のいずれか一項に記載のモーター制御装置を有することを特徴とする。
上記適用例にかかるロボットハンドにおいて、前記可動部は把持対象物を挟む第1可動部と第2可動部とを有し、前記第1可動部と前記第2可動部との間隔が前記把持対象物の幅より狭い間隔となるように前記制御部が前記第1可動部と前記第2可動部とを移動させる制御動作を実行することを特徴とする。
本適用例にかかるロボットは、ロボットハンドを備えたロボットであって、前記ロボットハンドに上記のいずれか一項に記載のロボットハンドが用いられていることを特徴とする。
本適用例にかかるモーター制御方法は、モーターの回転軸の回転を制御するモーター制御方法であって、前記回転軸を回転させる回転速度の目標値である目標回転速度と前記回転軸に加えるトルクの最大値を示すトルク限定値とを設定し、前記回転速度を検出して前記回転速度と前記目標回転速度との差に対応するトルク指令信号を出力し、前記トルク指令信号により前記回転軸に加わるトルクが前記トルク限定値を超える量のトルクを示す信号である超過トルク信号を前記トルク指令信号から減算し、減算した後の前記トルク指令信号のトルクで前記モーターを駆動することを特徴とする。
(第1の実施形態)
本実施形態では、モーター制御装置と、このモーター制御装置を用いたロボットハンドの特徴的な例について、図1〜図6に従って説明する。
(ロボットハンド)
図1(a)は、ロボットハンドの構成を示す模式平面図であり、図1(b)は、ロボットハンドの構成を示す模式側面図である。図1(c)はロボットハンドの指部を示す要部模式拡大図である。図1(a)及び図1(b)に示すように、ロボットハンド1は直方体状のハンド本体2を備えている。ハンド本体2の長手方向をY方向とし、Y方向と直交する方向をX方向とする。そして、X方向及びY方向と直交するハンド本体2の厚み方向をZ方向とする。
図2は制御装置の構成を示すブロック図である。図2に示すように、制御装置11はモーター制御装置12の他に統合制御部16、速度検出部17、角度検出部18を有している。統合制御部16はロボットハンド1のモーター5に加えて他のモーターも制御する機能を備えている。そして、各モーターが駆動する可動部を統合して管理する。速度検出部17はエンコーダー6が出力する信号を入力して回転軸5aの回転速度を検出する機能を備えている。エンコーダー6からは回転軸5aの回転角度に応じたパルス信号が出力される。エンコーダー6の分解能は特に限定されないが、例えば本実施形態では、回転軸5aが0.1度回転する毎の1つのパルス信号が出力される。速度検出部17はパルス信号の間隔の時間を計測することにより回転軸5aの回転速度を検出する。
図3に示すフローチャートにおいて、ステップS1は、初期設定工程に相当する。この工程は、モーターの設定を初期値に設定する工程である。次にステップS2に移行する。ステップS2は、接近移動工程に相当する。この工程は、可動指を移動させて把持対象物に接近させる工程である。次にステップS3に移行する。ステップS3は接触判定工程に相当する。この工程は、可動指が把持対象物に接触したか否かを判定する工程である。可動指が把持対象物に接触していないと判定したときにはステップS2に移行する。可動指が把持対象物に接触したと判定したときにはステップS4に移行する。ステップS4は加圧工程に相当する。この工程は、可動指に把持対象物を押圧させる工程である。次にステップS5に移行する。
(1)本実施形態によれば、限定値設定部46は回転軸5aに加えるトルクの最大値であるトルク限定値を設定し、トルク限定制御部38に出力している。トルク限定制御部38はトルク指令信号37により駆動される回転軸5aのトルクとトルク限定値とを比較する。そして、トルク指令信号37により駆動される回転軸5aのトルクがトルク限定値を超えようとするとき、トルク指令信号37により駆動される回転軸5aのトルクがトルク限定値を超えないようにトルク限定制御部38はトルク指令信号37を変更している。
次に、モーター制御装置と、このモーター制御装置を用いたロボットハンドの特徴的な例の一実施形態について図7の制御装置の構成を示すブロック図及び図4の把持作業における把持方法を説明するためのタイムチャートを用いて説明する。
本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、限定値設定部がトルク指令信号37を用いて可動指8が把持対象物10に接触したか否かを判定する点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
(1)本実施形態によれば、限定値設定部66はトルク指令信号37を入力する。回転軸5aの回転速度が速度指令27より遅くなり差が大きくなる程、トルク指令信号37は回転軸5aのトルクを大きくする信号を出力する。つまり、限定値設定部66はトルク指令信号37を用いて回転軸5aが低速または停止した状態であることを検出することができる。そして、限定値設定部66はトルク指令信号37が接触判定トルク68に達するときにトルク限定値を変更する。従って、モーター制御装置65は、回転軸5aが停止した状態を判定して回転軸5aを把持時限定値55dに相当するトルクで駆動することができる。
次に、ロボットハンドとロボットハンドを備えたロボットの特徴的な例の一実施形態について図8及び図9を用いて説明する。図8(a)は、ロボットハンドの構成を示す模式平面図であり、図8(b)はロボットハンドの指部を示す要部模式拡大図である。図9は、ロボットハンドを備えたロボットの構成を示す模式平面図である。
本実施形態が第1の実施形態と異なるところは、複数の可動指が把持対象物を挟んで把持する点にある。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
(1)本実施形態によれば、可動指8を制御するモーター制御装置12と可動指72を制御するモーター制御装置74とは第1の実施形態と同様のモーター制御装置が設置されている。従って、回転軸5aが回転しているときにも停止しているときにもモーター5に要求されるトルクに応じたトルクで回転軸5aを駆動することができる。その結果、可動指8または可動指72が移動して停止するときにも所定の力を維持して可動指8及び可動指72を駆動することができる。
(変形例1)
前記第1の実施形態では、速度検出部17及び角度検出部18は制御装置11に含まれていた。速度検出部17及び角度検出部18は制御装置11に含まれなくても良い。別の装置の形態でも良い。ロボットハンド1を製造し易い形態にすることができる。
前記第1の実施形態では、エンコーダー6を用いて角度データ信号24及び回転速度信号29を形成した。エンコーダー6の代わりにレゾルバーやジャイロスコープを用いても良い。回転状況を検出するセンサーは製造し易い方式を採用することによりモーター制御装置12を生産し易くすることができる。
前記第1の実施形態では、ステップS2の接近移動工程にて統合制御部16が定速回転に移行したことを判定し、定速回転モードに移行したことを伝達するトルク限定信号47を限定値設定部46に出力した。定速回転に移行したことを判定する機能は限定値設定部46が行っても良い。このときにも、第1の実施形態と同様にトルク限定値を下げることができる。そして、統合制御部16の負荷を減らすことができる。
前記第3の実施形態では、制御装置73は第1の実施形態におけるモーター制御装置12を備えたが、第2の実施形態におけるモーター制御装置65を備えても良い。この場合にも速度制御を行いながらトルク制御を行うことができる。
前記第3の実施形態では、ロボットハンド70には可動指8と可動指72との2つの可動指が設置されている。可動指の数は2つに限らず3つ以上でも良い。その場合にも、各可動指を駆動するモーターの制御に第1の実施形態または第2の実施形態の方法を用いることにより、品質良く把持対象物10を把持することができる。
Claims (11)
- モーターの回転軸の回転状況を検出する回転検出器が出力する回転検出信号を用いて前記モーターを制御するモーター制御装置であって、
前記回転軸の目標回転速度と前記回転検出信号とを用いて前記回転軸の回転速度と前記目標回転速度との差に対応するトルク指令信号を出力する速度制御部と、
前記回転軸に加えるトルクの最大値を示すトルク限定値を設定する限定値設定部と、
前記トルク指令信号により駆動される前記回転軸のトルクを前記トルク限定値以下に制限するトルク限定制御部と、を備えることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項1に記載のモーター制御装置であって、
前記トルク限定制御部は、前記トルク指令信号により前記回転軸に加わるトルクが前記トルク限定値を超える量のトルクを示す信号である超過トルク信号を前記トルク指令信号から減算することを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項1または2に記載のモーター制御装置であって、
前記限定値設定部には前記トルク限定値を変更する判断をするための速度判定値が設定され、
前記限定値設定部は前記回転検出信号を用いて前記回転軸の回転速度を検出し、
前記限定値設定部は、前記回転軸の回転速度が前記速度判定値より低いときに前記トルク限定値を変更することを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項1または2に記載のモーター制御装置であって、
前記限定値設定部には前記トルク限定値を変更する判断をするための速度判定値が設定され、
前記限定値設定部は前記トルク指令信号を入力し、
前記目標回転速度が前記速度判定値より小さく且つ前記トルク指令信号がトルク判定値を超えるときに前記限定値設定部は前記トルク限定値を変更することを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のモーター制御装置であって、
前記限定値設定部は、前記回転軸の回転速度が前記目標回転速度に達した後に、トルク限定値を下げることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載のモーター制御装置であって、
前記速度制御部は、前記回転速度に比例する第1トルク指令信号を出力する速度比例制御部と、前記回転速度の積分値に比例する第2トルク指令信号を出力する速度積分制御部と、前記第1トルク指令信号の値と前記第2トルク指令信号の値とを加算して前記トルク指令信号を出力する加算器と、を有し、
前記トルク指令信号の値が前記トルク限定値に達した後に、前記トルク限定制御部は前記速度積分制御部に積分演算を停止させ前記第2トルク指令信号の値を保持させることを特徴とするモーター制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載のモーター制御装置であって、
前記回転検出器が検出する前記回転軸の前記回転状況は回転速度であることを特徴とするモーター制御装置。 - 可動部と、前記可動部を駆動するモーターと、
前記モーターを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は前記モーターを制御するモーター制御部を有し、
前記モーター制御部は請求項1〜7のいずれか一項に記載のモーター制御装置を有することを特徴とするロボットハンド。 - 請求項8に記載のロボットハンドであって、
前記可動部は把持対象物を挟む第1可動部と第2可動部とを有し、
前記第1可動部と前記第2可動部との間隔が前記把持対象物の幅より狭い間隔となるように前記制御部が前記第1可動部と前記第2可動部とを移動させる制御動作を実行することを特徴とするロボットハンド。 - ロボットハンドを備えたロボットであって、
前記ロボットハンドに請求項8または9に記載のロボットハンドが用いられていることを特徴とするロボット。 - モーターの回転軸の回転を制御するモーター制御方法であって、
前記回転軸を回転させる回転速度の目標値である目標回転速度と前記回転軸に加えるトルクの最大値を示すトルク限定値とを設定し、
前記回転速度を検出して前記回転速度と前記目標回転速度との差に対応するトルク指令信号を出力し、
前記トルク指令信号により前記回転軸に加わるトルクが前記トルク限定値を超える量のトルクを示す信号である超過トルク信号を前記トルク指令信号から減算し、減算した後の前記トルク指令信号のトルクで前記モーターを駆動することを特徴とするモーター制御方法。
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