JP2017103989A - Control device using serially connected motors - Google Patents

Control device using serially connected motors Download PDF

Info

Publication number
JP2017103989A
JP2017103989A JP2015237916A JP2015237916A JP2017103989A JP 2017103989 A JP2017103989 A JP 2017103989A JP 2015237916 A JP2015237916 A JP 2015237916A JP 2015237916 A JP2015237916 A JP 2015237916A JP 2017103989 A JP2017103989 A JP 2017103989A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
master
slave
shunt
motors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2015237916A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
喜雄 井上
Yoshio Inoue
喜雄 井上
宏一 岡
Koichi Oka
宏一 岡
京子 芝田
Kyoko Shibata
京子 芝田
邦彦 立花
Kunihiko Tachibana
邦彦 立花
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kochi Prefectural PUC
Original Assignee
Kochi Prefectural PUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kochi Prefectural PUC filed Critical Kochi Prefectural PUC
Priority to JP2015237916A priority Critical patent/JP2017103989A/en
Publication of JP2017103989A publication Critical patent/JP2017103989A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Prostheses (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device having a simple configuration, which can freely set a torque ratio of two serially connected motors sharing a power supply and a motor driver.SOLUTION: A control device using serially connected motors is provided that comprises: a power supply; a motor driver connected to the power supply; two motors connected in series to the motor driver; a shunt circuit connected in parallel to at least one of the motors; shunting means provided in the shunt circuit for adjusting a shunt ratio between a current flowing through the motor and a current flowing through the shunt circuit; and a controller for controlling the operation of the motor driver and the split ratio in the shunting means. By controlling the split ratio in the shunting means by means of the controller, the amount of current flowing through the two motors is made different. Since the torque of the motor is proportional to the current flowing through the motor, it is possible to control the torque of the motor by the split flow ratio.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、1つの電源およびモータドライバで、2つの直列に接続したモータの出力を異なるように制御することが可能な制御装置に関する。   The present invention relates to a control device capable of controlling the outputs of two motors connected in series differently with one power source and a motor driver.

特許文献1に、2つの直流モータを用いて義手の動作を制御する制御装置が記載されている。この制御装置は、肘や脚などの使用者の身体の可動部位に取り付けられる駆動部と、駆動部によって可動部位の動きが入力されるマスターモータ(駆動側DCモータ)と、義手の把持部を動作させるスレーブモータ(従動側DCモータ)と、マスターモータとスレーブモータとを電気的に接続する接続回路とを備え、使用者が可動部位を動かすことによって、駆動部を介してマスターモータを駆動し、このマスターモータの動きによって、接続回路を介してスレーブモータを駆動し、義手を動作させるというものである。
特許文献1の義手用の制御装置は、マスターモータで発生する電気的エネルギーによってスレーブモータを作動させるものであり、マスターモータとスレーブモータとが同じ接続回路の構成要素となっているので、2つのモータを流れる電流は共通である。モータトルクは電流に比例するので、特性が同じ2つのモータを用いた場合、把持部が物体を掴んだり操作したりする際の把持力に対応するスレーブモータのトルクは、マスターモータのトルクと一致し、可動部位を動かすトルクは、駆動側が直接感じる反力となる。このため、特別なセンサーを設けなくても、義手の把持部が物体を掴んだり操作したりする際の反力を、可動部位に加わるトルクとして使用者が知覚することができる。したがって、力覚を有する制御装置を、特別な電源やセンサーを用いずに構築することができ、装置を軽量かつ簡単な構造とできメンテナンスも容易である。
Patent Document 1 describes a control device that controls the operation of a prosthetic hand using two DC motors. This control device includes a drive unit attached to a movable part of a user's body, such as an elbow and a leg, a master motor (drive side DC motor) to which the movement of the movable part is input by the drive unit, and a grasping part of an artificial hand. A slave motor (driven DC motor) to be operated and a connection circuit for electrically connecting the master motor and the slave motor are provided, and the user drives the master motor via the drive unit by moving the movable part. The movement of the master motor drives the slave motor via the connection circuit to operate the artificial hand.
The control device for the prosthetic hand of Patent Document 1 operates the slave motor by the electric energy generated by the master motor, and the master motor and the slave motor are components of the same connection circuit. The current flowing through the motor is common. Since the motor torque is proportional to the current, when two motors with the same characteristics are used, the torque of the slave motor corresponding to the gripping force when the gripper grips or manipulates the object is the same as the torque of the master motor. In addition, the torque that moves the movable part is a reaction force directly felt by the drive side. For this reason, even if a special sensor is not provided, the user can perceive the reaction force when the grasping portion of the prosthetic hand grips or manipulates the object as the torque applied to the movable part. Therefore, a control device having a sense of force can be constructed without using a special power source or sensor, the device can be made light and simple, and maintenance is easy.

特許文献2に、センサを用いてスレーブの力を検出することにより、マスターに対してスレーブでの印加力を提示する方法が示されている。この装置は、スレーブに力を検出するセンサを装備し、センサからの信号を演算し、マスター側モータが発生するべき力に必要な電流に変換することにより、スレーブでの力をマスターで感じ取ることができるように構成されている。   Patent Document 2 discloses a method of presenting an applied force at a slave to a master by detecting the force of the slave using a sensor. This device is equipped with a sensor that detects the force in the slave, calculates the signal from the sensor, and converts it into the current necessary for the force that the master side motor should generate, so that the force at the slave can be sensed by the master. It is configured to be able to.

特開2015−37498号公報JP2015-37498A 特開2011−517419号公報JP 2011-517419 A

特許文献1に記載の制御装置は、2つのモータが電源およびモータドライバに対し直列に接続されているため、個々のモータに流れる電流は共通である。このため、同じ電気的特性および機械的特性を有する2つのモータを用いれば、流れる電流は一定であるので、両者のトルクは一致するから、機械的損失や慣性力を無視すれば、マスターモータでの駆動トルクとスレーブモータでの負荷トルクとが一致するシステムを、比較的簡単な構成で実現することができる。   In the control device described in Patent Document 1, since two motors are connected in series to a power source and a motor driver, currents flowing through the individual motors are common. For this reason, if two motors having the same electrical characteristics and mechanical characteristics are used, the flowing current is constant, and the torques of the two are the same. Therefore, if mechanical loss and inertial force are ignored, the master motor A system in which the drive torque of the slave motor and the load torque of the slave motor match can be realized with a relatively simple configuration.

ところで、マスターモータとスレーブモータとで出力を異ならせたい場合、たとえば、スレーブモータの出力トルクをマスターモータの駆動トルクと比べて大きくするためには、スレーブモータとして、マスターモータよりも大出力で定格トルクが大きいモータを選択することが考えられる。しかしながら、一般に、出力の大きいモータほどトルク定数が小さいという傾向があるから、電流が共通であれば、トルク比はトルク定数の比と一致するため、定格トルクが大きいスレーブモータの方が、トルクが小さくなってしまうという矛盾を生じさせる。このように、出力が異なる2つのモータを使用しても、実際には、定格トルクの比とトルク定数の比とが異なるため、予定どおりのトルク出力を得ることが難しいという問題が有る。   By the way, when you want to make the output different between the master motor and the slave motor, for example, to increase the output torque of the slave motor compared to the drive torque of the master motor, the slave motor is rated at a higher output than the master motor. It is conceivable to select a motor with a large torque. However, in general, a motor having a larger output tends to have a smaller torque constant. Therefore, if the current is common, the torque ratio matches the ratio of the torque constant. Therefore, the slave motor having a larger rated torque has a higher torque. It causes a contradiction that it becomes smaller. Thus, even if two motors having different outputs are used, there is a problem that it is difficult to obtain a torque output as planned because the ratio of the rated torque and the ratio of the torque constant are actually different.

図5に示すように、2つのモータMm,Msそれぞれに、個別の電源Pm,PsおよびモータドライバDm,Dsを設け、2つのモータMm,Msを独立に制御することも考えられる。しかし、この場合、必要となる構成要素が多くなり、装置が複雑化し、大型化するという問題がある。
さらに、一方または両方のモータに減速器を接続して、2つのモータ間の出力を変更することも考えられるが、減速器は摩擦などの機械的損失があり、また装置の構成が複雑になるという問題がある。
As shown in FIG. 5, it is also conceivable that the two motors Mm and Ms are provided with individual power supplies Pm and Ps and motor drivers Dm and Ds, respectively, and the two motors Mm and Ms are controlled independently. However, in this case, there are problems that the number of necessary components increases, the apparatus becomes complicated, and the size increases.
Furthermore, it is conceivable to connect a speed reducer to one or both motors to change the output between the two motors. However, the speed reducer has mechanical loss such as friction, and the configuration of the apparatus is complicated. There is a problem.

特許文献2の装置は数多くのセンサを必要としており、センサ信号を処理するための回路やソフトウエア等が必要なことから、装置が複雑になってしまう。また、センサを使用しているため、たとえば定期間隔ごとにセンサの校正作業が必要となり、メンテナンスを行うのか行わないのかが、実際の使用時に装置の性能を大きく左右してしまうという問題がある。 The apparatus of Patent Document 2 requires a large number of sensors, and a circuit, software, and the like for processing sensor signals are necessary, so that the apparatus becomes complicated. Further, since the sensor is used, there is a problem that the calibration of the sensor is required at regular intervals, for example, and whether the maintenance is performed or not greatly affects the performance of the apparatus during actual use.

本発明の目的は、電源およびモータドライバを共通にする2つの直列接続されたモータのトルク比を自由に設定することができる、簡単な構成の制御装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a control device with a simple configuration that can freely set the torque ratio of two series-connected motors that share a power source and a motor driver.

前記目的を達成するために本発明が採用した請求項1に係る直列型モータを用いた制御装置は、
電源と、
電源に接続されたモータドライバと、
モータドライバに対し直列に接続された2つのモータと、
少なくとも一方のモータに対し並列に接続される分流回路と、
分流回路に設けられ、モータに流れる電流と分流回路を流れる電流との分流比を調節するための分流手段と、
前記モータドライバの動作、および、前記分流手段における分流比を制御するコントローラとを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a control device using a series motor according to claim 1 adopted by the present invention,
Power supply,
A motor driver connected to the power supply;
Two motors connected in series to the motor driver;
A shunt circuit connected in parallel to at least one of the motors;
A shunting means provided in the shunt circuit for adjusting a shunt ratio between a current flowing through the motor and a current flowing through the shunt circuit;
A controller for controlling the operation of the motor driver and a diversion ratio in the diversion means is provided.

本発明の請求項2に係る直列型モータを用いた制御装置は、分流手段が、分流回路の抵抗値を変更するための可変抵抗を含み、コントローラが、可変抵抗の抵抗値を制御することを特徴とする。 In a control device using a series motor according to claim 2 of the present invention, the shunting means includes a variable resistor for changing the resistance value of the shunt circuit, and the controller controls the resistance value of the variable resistor. Features.

本発明の請求項3に係る直列型モータを用いた制御装置は、分流手段が、分流回路を短絡状態と切断状態とに切り替えるスイッチ手段を含み、コントローラが、スイッチ手段の切替動作を制御して、分流回路が短絡状態になる時間を調節することを特徴とする。 In the control device using the series motor according to claim 3 of the present invention, the shunting means includes switch means for switching the shunt circuit between a short-circuited state and a disconnected state, and the controller controls the switching operation of the switch means. The time for the shunt circuit to be short-circuited is adjusted.

本発明の請求項4に係る直列型モータを用いた制御装置は、2つのモータが、一方がマスターモータ、他方がスレーブモータに設定され、
分流手段を含む分流回路がマスターモータに並列に接続され、
マスターモータは、マスターモータの回転軸の回転動作に従ってマスター回転信号を出力する第1のエンコーダを含み、
スレーブモータは、スレーブモータの回転軸の回転動作に従ってスレーブ回転信号を出力する第2のエンコーダを含み、
コントローラが、分流手段を制御してマスターモータに流れる電流を調整するとともに、第1のエンコーダから出力されるマスター回転信号と、第2のエンコーダから出力されるスレーブ回転信号とに基づいて、スレーブモータの回転動作を制御することを特徴とする。
In the control device using the series motor according to claim 4 of the present invention, two motors are set, one being a master motor and the other being a slave motor.
A shunt circuit including a shunt means is connected in parallel to the master motor,
The master motor includes a first encoder that outputs a master rotation signal according to the rotation operation of the rotation shaft of the master motor,
The slave motor includes a second encoder that outputs a slave rotation signal according to the rotation operation of the rotation shaft of the slave motor,
The controller controls the current dividing means to adjust the current flowing through the master motor, and based on the master rotation signal output from the first encoder and the slave rotation signal output from the second encoder, the slave motor It is characterized by controlling the rotational movement of.

請求項1に係る本発明によれば、共通の電源およびモータドライバに対し直列に接続された2つのモータの少なくとも一方に対し、分流回路を並列に接続し、この分流回路に、モータに流れる電流と分流回路を流れる電流との分流比を調節するための分流手段を設けたので、コントローラによって分流手段における分流比を制御することによって、2つのモータを流れる電流量を異ならせることができる。モータのトルクは、モータを流れる電流に比例するから、分流比によって、モータのトルクを制御することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, a shunt circuit is connected in parallel to at least one of two motors connected in series to a common power source and a motor driver, and the current flowing through the motor is connected to the shunt circuit. Since the shunting means for adjusting the shunt ratio between the current flowing through the shunt circuit and the shunt circuit is provided, the amount of current flowing through the two motors can be made different by controlling the shunt ratio in the shunting means by the controller. Since the torque of the motor is proportional to the current flowing through the motor, the torque of the motor can be controlled by the diversion ratio.

請求項2に係る本発明によれば、分流手段として、分流回路の抵抗値を変更するための可変抵抗を採用したので、可変抵抗の抵抗値を変化させることによって、電流の分流比を調節して、モータのトルクを制御することができる。分流手段に可変抵抗を用いるので、分流手段を簡単な構成とすることができる。 According to the second aspect of the present invention, since the variable resistor for changing the resistance value of the shunt circuit is adopted as the shunting means, the current shunt ratio is adjusted by changing the resistance value of the variable resistor. Thus, the torque of the motor can be controlled. Since a variable resistor is used for the diversion unit, the diversion unit can be configured simply.

請求項3に係る本発明によれば、分流手段として、分流回路を短絡状態と切断状態とに切り替えるスイッチ手段を採用したので、スイッチ手段による分流回路の短絡時間を変化させることによって、電流の分流比を調節して、モータのトルクを制御することができる。分流手段にスイッチ手段を用いるので、分流回路を切断状態にすれば、モータと分流回路との電流分流比を1にすることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the switch means for switching the shunt circuit between the short-circuited state and the cut-off state is adopted as the shunting means, the current shunting is achieved by changing the short-circuit time of the shunt circuit by the switch means. The motor torque can be controlled by adjusting the ratio. Since the switch means is used as the shunting means, the current shunt ratio between the motor and the shunt circuit can be made 1 if the shunt circuit is cut off.

請求項4に係る本発明によれば、それぞれエンコーダを備えるマスターモータおよびスレーブモータを含み、分流手段を含む分流回路をマスターモータに並列に接続し、コントローラが、分流手段を制御してマスターモータに流れる電流を調整するとともに、第1のエンコーダから出力されるマスター回転信号と、第2のエンコーダから出力されるスレーブ回転信号とに基づいて、スレーブモータの回転動作を制御する。したがって、直列に接続した2つのモータを用いて、マスターモータへの入力に基づいてスレーブモータを駆動することができ、かつ、マスターモータとスレーブモータとのトルク比を調節することが可能なバイラテラル制御装置を、簡単な構成で構築することが可能である。   According to the fourth aspect of the present invention, a master motor and a slave motor each having an encoder are connected, and a shunt circuit including a shunt unit is connected in parallel to the master motor, and the controller controls the shunt unit to the master motor. While adjusting the flowing current, the rotation operation of the slave motor is controlled based on the master rotation signal output from the first encoder and the slave rotation signal output from the second encoder. Therefore, using two motors connected in series, the slave motor can be driven based on the input to the master motor, and the bilateral can adjust the torque ratio between the master motor and the slave motor. The control device can be constructed with a simple configuration.

本発明に係る直列型モータを用いた制御装置の第1の実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a first embodiment of a control device using a series motor according to the present invention. FIG. 本発明に係る直列型モータを用いた制御装置の第2の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 2nd Embodiment of the control apparatus using the serial type motor which concerns on this invention. 図2に示す本件制御装置におけるスイッチ手段による電流分流比の制御態様を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the control aspect of the current shunt ratio by the switch means in this case control apparatus shown in FIG. 本発明に係る直列型モータを用いた制御装置における分流手段の第3の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 3rd Embodiment of the diversion means in the control apparatus using the serial type motor which concerns on this invention. 従来の制御装置の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the conventional control apparatus. 本発明を義足の駆動制御手段に応用した例を示すものである。The example which applied this invention to the drive control means of an artificial leg is shown. 本発明を手術支援ロボットに応用した例を示す図である。It is a figure which shows the example which applied this invention to the surgery assistance robot.

[第1の実施形態]
図1は、本発明に係る直列型モータを用いた制御装置(以下、「本件制御装置」と言う。)の概略構成を示す回路図である。図面において、電力系統の配線は実線で示し、制御系統の配線は破線で示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a control device (hereinafter referred to as “the present control device”) using a series motor according to the present invention. In the drawing, the power system wiring is indicated by a solid line, and the control system wiring is indicated by a broken line.

図1に示すように、本件制御装置は、電源Pと、電源Pに接続されたモータドライバDと、モータドライバDに対し直列に接続された2つのモータMm,Msと、少なくとも一方のモータ(本例ではモータMm)に対し並列に接続される分流回路bcと、分流回路bcに設けられ、モータMmに流れる電流と分流回路bcを流れる電流との分流比を調節するための分流手段とを備える。電源Pは直流電源であり、2つのモータMm,Msは直流モータである。 As shown in FIG. 1, the present control device includes a power source P, a motor driver D connected to the power source P, two motors Mm and Ms connected in series to the motor driver D, and at least one motor ( In this example, a shunt circuit bc connected in parallel to the motor Mm) and a shunt means provided in the shunt circuit bc for adjusting the shunt ratio between the current flowing through the motor Mm and the current flowing through the shunt circuit bc are provided. Prepare. The power source P is a DC power source, and the two motors Mm and Ms are DC motors.

本例では、分流手段として、分流回路bcの抵抗値を変更するための可変抵抗VRを用いる。コントローラCは、モータドライバDの動作を制御するとともに、可変抵抗VRの抵抗値を調節して、モータMmと分流回路bcとに分岐して流れる電流の分流比を制御する。 In this example, a variable resistor VR for changing the resistance value of the shunt circuit bc is used as the shunting means. The controller C controls the operation of the motor driver D and adjusts the resistance value of the variable resistor VR to control the current splitting ratio of the current that branches and flows between the motor Mm and the shunt circuit bc.

さらに本例では、2つのモータのうち、一方がマスターモータMm、他方がスレーブモータMsに設定され、可変抵抗VRを含む分流回路bcがマスターモータMmに並列に接続され、マスターモータMmは、マスターモータMmの回転軸の回転動作に従ってマスター回転信号を出力する第1のエンコーダec1を含み、スレーブモータMsは、スレーブモータMsの回転軸の回転動作に従ってスレーブ回転信号を出力する第2のエンコーダec2を含む。コントローラCは、可変抵抗VRを制御してマスターモータMmに流れる電流を調整するだけでなく、第1のエンコーダec1から出力されるマスター回転信号と、第2のエンコーダec2から出力されるスレーブ回転信号とに基づいて、スレーブモータMsの回転量を制御する。第1のエンコーダec1および第2のエンコーダec2はいずれも、モータの回転軸に連結されたロータリエンコーダである。   Further, in this example, one of the two motors is set to the master motor Mm, the other is set to the slave motor Ms, and the shunt circuit bc including the variable resistor VR is connected in parallel to the master motor Mm. The slave motor Ms includes a first encoder ec2 that outputs a slave rotation signal according to the rotation operation of the rotation shaft of the slave motor Ms. The first encoder ec1 outputs a master rotation signal according to the rotation operation of the rotation shaft of the motor Mm. Including. The controller C not only adjusts the current flowing through the master motor Mm by controlling the variable resistor VR, but also the master rotation signal output from the first encoder ec1 and the slave rotation signal output from the second encoder ec2. Based on the above, the rotation amount of the slave motor Ms is controlled. Each of the first encoder ec1 and the second encoder ec2 is a rotary encoder connected to the rotation shaft of the motor.

一般に直流モータは、回路に接続されて電流が流されたとき、抵抗、インダクタンスおよび逆起電力を生じさせる。しかし、モータの回転数が非常に遅い微速状態下では、インダクタンスと逆起電力とは無視することができる。また、微速状態下では、回転速度に依存する軸出力を発生させる抵抗の増加成分も無視することができる。そうすると、微速状態下では、モータの軸出力トルクは、モータごとに電気的および物理的に決定されるトルク定数と電流との積で表されるから、モータを流れる電流値に依存すると言うことができる。したがって、電流値を変更すれば、モータの軸出力トルクを変更できることが分かる。   In general, a DC motor is connected to a circuit and generates resistance, inductance, and counter electromotive force when a current is passed. However, the inductance and the counter electromotive force can be ignored under a very low speed state where the rotational speed of the motor is very slow. Further, under the slow speed state, the increasing component of the resistance that generates the shaft output depending on the rotation speed can be ignored. Then, under the very low speed condition, the motor shaft output torque is expressed by the product of the torque constant and current that are determined electrically and physically for each motor, so it can be said that it depends on the value of the current flowing through the motor. it can. Therefore, it can be seen that the shaft output torque of the motor can be changed by changing the current value.

本例の制御装置は、マスターモータMmに並列に接続した可変抵抗VRの抵抗値を変更することによって、マスターモータMmに流れる電流を変化させ、これによって、マスターモータMmの軸出力トルクを変更するものである。回路を流れる電流をi、モータMmに流れる電流をi 、モータMmの抵抗をRa、可変抵抗VRの抵抗をRs、分流比をnとすれば、これらの関係から、下記式1−3が得られる。
1)i=n・i =i +(n−1)i
2)(n−1)i /i =Ra/Rs
3)n=1+(Ra/Rs)
The control device of this example changes the current flowing through the master motor Mm by changing the resistance value of the variable resistor VR connected in parallel to the master motor Mm, thereby changing the shaft output torque of the master motor Mm. Is. Assuming that the current flowing through the circuit is i, the current flowing through the motor Mm is i 1 , the resistance of the motor Mm is Ra, the resistance of the variable resistor VR is Rs, and the shunt ratio is n, from these relationships, can get.
1) i = n · i 1 = i 1 + (n−1) i 1
2) (n-1) i 1 / i 1 = Ra / Rs
3) n = 1 + (Ra / Rs)

上記式3から、n>1であるから、マスターモータMmに並列に可変抵抗VRを接続することによって、マスターモータMmに流れる電流iは回路電流iより小さくなり、可変抵抗VRの抵抗値Rsを小さくするほど、マスターモータMmに流れる電流i を小さくできることが分かる。 Since n> 1 from Equation 3 above, by connecting the variable resistor VR in parallel to the master motor Mm, the current i 1 flowing through the master motor Mm becomes smaller than the circuit current i, and the resistance value Rs of the variable resistor VR It can be seen that the current i 1 flowing through the master motor Mm can be reduced as the value of is reduced.

なお、マスターモータMmに流れる電流i は回路電流iの1/nであるが、スレーブモータMsには回路電流iが流れるので、スレーブモータMsが発生する軸出力トルクは、マスターモータMmの軸出力トルクのn倍となる。 The current i 1 flowing through the master motor Mm is 1 / n of the circuit current i. However, since the circuit current i flows through the slave motor Ms, the shaft output torque generated by the slave motor Ms is the axis of the master motor Mm. N times the output torque.

このように構成される本件制御装置を、バイラテラル制御に適用する場合について説明する。図1において、マスターモータMmとスレーブモータMsとは、定格トルクおよびトルク定数が等しい、実質的に同一のモータとする。また、マスターモータMmへの入力は、微速状態で行われるものとする。   A case where the present control device configured as described above is applied to bilateral control will be described. In FIG. 1, the master motor Mm and the slave motor Ms are substantially the same motors having the same rated torque and torque constant. Further, the input to the master motor Mm is performed at a very low speed.

マスターモータMmの回転軸に外力を加えて回転させると、それにより発生する誘導起電力によって内部回路に誘導電流が流れる。この誘導電流に基づき、モータドライバDが、スレーブモータMsを駆動する。このとき、マスターモータMmへの入力時に回転軸が反力を受けるから、使用者は力覚を持つことができる。 When an external force is applied to the rotation shaft of the master motor Mm to rotate it, an induced current flows through the internal circuit due to the induced electromotive force generated thereby. Based on this induced current, the motor driver D drives the slave motor Ms. At this time, the user can have a sense of force because the rotating shaft receives a reaction force upon input to the master motor Mm.

また、マスターモータMmの回転量を検出する第1のエンコーダec1から出力されるマスター回転信号と、スレーブモータMsの回転量を検出する第2のエンコーダec2から出力されるスレーブ回転信号とに基づき、コントローラCがモータドライバDを制御して、スレーブモータMsの回転量を正確に調節することができる。マスターモータMmの軸回転量に対するスレーブモータMsとの軸回転量の比率は、1:1でもよいが、実施の状況に応じ、上記比率を変更してもよい。   Further, based on the master rotation signal output from the first encoder ec1 that detects the rotation amount of the master motor Mm and the slave rotation signal output from the second encoder ec2 that detects the rotation amount of the slave motor Ms, The controller C can control the motor driver D to accurately adjust the rotation amount of the slave motor Ms. The ratio of the shaft rotation amount with the slave motor Ms to the shaft rotation amount of the master motor Mm may be 1: 1, but the above ratio may be changed according to the situation of implementation.

マスターモータMmに流れる電流量は、分流回路bcに設けた可変抵抗VRの抵抗値によって調節される。マスターモータMmに流れる電流の分流比をnに設定すると、スレーブモータMsには回路電流iが流れるのに対し、マスターモータMmには回路電流iの1/nの電流が流れる。モータの軸出力トルクは電流に依存するから、マスターモータMmへの入力に対し、スレーブモータMsからn倍の大きさの出力を得ることができる。   The amount of current flowing through the master motor Mm is adjusted by the resistance value of the variable resistor VR provided in the shunt circuit bc. When the shunt ratio of the current flowing through the master motor Mm is set to n, the circuit current i flows through the slave motor Ms, whereas the master motor Mm flows a current 1 / n of the circuit current i. Since the shaft output torque of the motor depends on the current, an output that is n times larger than the input to the master motor Mm can be obtained from the slave motor Ms.

以上を要するに、本件制御装置は、マスターモータMmの回転軸を回転駆動すると、その回転量および分流回路の分流比に応じた回転出力を、スレーブモータMsから得ることができ、かつ、入力時に力覚を有するものである。したがって、本件制御装置は、例えばリハビリ用の歩行訓練装置や、歩行補助装置などに適用するのが好適と考えられる。   In short, when the rotational shaft of the master motor Mm is rotationally driven, the present control device can obtain a rotational output corresponding to the amount of rotation and the shunt ratio of the shunt circuit from the slave motor Ms, and at the time of input power It has a sense of consciousness. Therefore, it is considered that the present control device is preferably applied to, for example, a rehabilitation walking training device or a walking assist device.

[第2の実施形態]
図1に示す本件制御装置は、分流手段に可変抵抗VRを用いているため、分流比を1にするためには、可変抵抗VRの抵抗値を無限大にしなくてはならないから、実際には、分流比を1に設定するのは困難である。また、抵抗値が大きい可変抵抗VRを用いれば分流比を1に近づけることができるが、そのためには定格電力が大きい可変抵抗VRを用いなくてはならないという制限が生じる。
[Second Embodiment]
Since the present control apparatus shown in FIG. 1 uses a variable resistor VR as a shunting means, in order to set the shunt ratio to 1, the resistance value of the variable resistor VR must be infinite. It is difficult to set the diversion ratio to 1. Further, if the variable resistor VR having a large resistance value is used, the shunt ratio can be made close to 1. However, for this purpose, there is a restriction that the variable resistor VR having a large rated power must be used.

そこで図2に示すように、マスターモータMmに並列に接続する分流手段を、スイッチ手段SCで構成することが考えられる。スイッチ手段SCは、分流回路bcを短絡状態と切断状態とに連続的に切り替える機能を有するものである。具体的には、トランジスタやFETを用いる半導体式のスイッチング装置を使用するのが好ましい。半導体式のスイッチング装置は、高速で回路をON−OFF制御することができ、スイッチ接点の摩耗やノイズの発生の問題が少ないという利点を有している。 Therefore, as shown in FIG. 2, it can be considered that the diversion means connected in parallel to the master motor Mm is constituted by the switch means SC. The switch means SC has a function of continuously switching the shunt circuit bc between a short circuit state and a cut state. Specifically, it is preferable to use a semiconductor switching device using a transistor or FET. The semiconductor switching device has an advantage that the circuit can be ON / OFF controlled at a high speed, and there are few problems of switch contact wear and noise generation.

図2に示す本件制御装置において、スイッチ手段SCにより、分流回路bcを短絡状態と切断状態とに高速で連続的に切り替える。たとえば図3に示すような時間間隔でON−OFF動作させる。図3に示すように、スイッチ手段SCをON動作させて分流回路bcを短絡させたときには、電流はほとんど全部が分流回路bcに流れ、マスターモータMmには実質的には流れないから、回路電流値をiとすると、分流回路bcを流れる瞬時電流値(スイッチ電流)がiとなり、モータ電流は0となる。反対に、スイッチ手段SCをOFF動作させて分流回路bcを切断状態にしたときは、回路電流はマスターモータMmのみに流れるから、モータ電流がi、スイッチ電流が0となる。 In the case control apparatus shown in FIG. 2, the shunt circuit bc is continuously switched at high speed between the short circuit state and the cut state by the switch means SC. For example, the ON / OFF operation is performed at time intervals as shown in FIG. As shown in FIG. 3, when the switch means SC is turned on to short-circuit the shunt circuit bc, almost all of the current flows to the shunt circuit bc and does not substantially flow to the master motor Mm. If the value is i, the instantaneous current value (switch current) flowing through the shunt circuit bc is i, and the motor current is zero. On the other hand, when the switch circuit SC is turned off and the shunt circuit bc is disconnected, the circuit current flows only to the master motor Mm, so the motor current is i and the switch current is 0.

マスターモータMmに流れる電流値imは、断続的に流れる電流の平均値として表すことができる。すなわち、マスターモータMmには、スイッチ手段SCがOFF状態のときに電流imが流れるから、回路電流をiとすると、imは、下記式4で表すことができる。
4) im=i×OFF時間/(ON時間+OFF時間)
The current value im flowing through the master motor Mm can be expressed as an average value of the current flowing intermittently. That is, since the current im flows through the master motor Mm when the switch means SC is in the OFF state, im can be expressed by the following equation 4 where the circuit current is i.
4) im = i × OFF time / (ON time + OFF time)

上記式4)から、マスターモータMmに流れる平均電流値は、スイッチ手段SCのON−OFF時間の比率を変えることによって、変更できることが分かる。そして、平均電流値を変化させることによって、マスターモータMmのトルク出力も比例して変化する。これに対し、スレーブモータMsには、回路電流iが流れる。したがって、スイッチ手段SCのON時間とOFF時間との比率を調節することによって、スレーブモータMsに対するマスターモータMmの出力トルク比を制御することができる。   From the above equation 4), it can be seen that the average current value flowing through the master motor Mm can be changed by changing the ratio of the ON-OFF time of the switch means SC. Then, by changing the average current value, the torque output of the master motor Mm also changes in proportion. On the other hand, a circuit current i flows through the slave motor Ms. Therefore, the output torque ratio of the master motor Mm to the slave motor Ms can be controlled by adjusting the ratio of the ON time and the OFF time of the switch means SC.

なお本例では、スイッチ手段SCによって分流回路bcを切断状態とし、マスターモータMmに流れる電流の分流比を1に設定できるという利点も有している。また、スイッチ手段SCのON−OFF時間の比率は容易に変更できるから、マスターモータMmとスレーブモータMsとのトルク比の変更が必要なときには、即座に対応できるという利点も有している。   In this example, there is also an advantage that the shunt circuit bc is cut off by the switch means SC, and the shunt ratio of the current flowing through the master motor Mm can be set to 1. Further, since the ratio of the ON / OFF time of the switch means SC can be easily changed, there is an advantage that it is possible to respond immediately when it is necessary to change the torque ratio between the master motor Mm and the slave motor Ms.

また図2には、マスターモータMmおよびスレーブモータMsそれぞれの回転軸に減速器R1,R2を接続した構成を示しているが、スイッチ手段SCを用いる分流手段を用いることにより、この減速器は不要にすることができる。減速器を省略することにより、機械的損失が低減し、力覚の伝達感度を低下させる要因の一部を排除できる利点がある。   FIG. 2 shows a configuration in which the speed reducers R1 and R2 are connected to the respective rotation shafts of the master motor Mm and the slave motor Ms. However, this speed reducer is unnecessary by using the current dividing means using the switch means SC. Can be. By omitting the speed reducer, there is an advantage that mechanical loss is reduced and some of the factors that reduce the transmission sensitivity of the force sense can be eliminated.

[第3の実施形態]
図4に示すように、分流回路bcに設ける分流手段として、スイッチ手段SCに直列に抵抗を接続することが考えられる。抵抗を接続することによって、コントローラCやスイッチ手段SCの故障などによって、スイッチ手段SCが常時ONとなり、分流回路bcが短絡状態に維持されたときに、マスターモータMmには、この抵抗とモータ抵抗との比率で決まる電流が流れるため、マスターモータMmの動作を保証できるという利点を有する。なお、抵抗は、固定抵抗でもよいが、図示のように可変抵抗VRを用いることも可能である。
[Third Embodiment]
As shown in FIG. 4, it is conceivable to connect a resistor in series with the switch means SC as the current dividing means provided in the current dividing circuit bc. By connecting the resistor, when the switch means SC is always ON due to a failure of the controller C or the switch means SC and the shunt circuit bc is maintained in a short-circuited state, the master motor Mm has this resistance and the motor resistance. Therefore, there is an advantage that the operation of the master motor Mm can be guaranteed. The resistor may be a fixed resistor, but a variable resistor VR can also be used as shown.

[その他の実施形態]
分流手段は、マスターモータMmではなく、スレーブモータMsに並列接続することも可能である。さらに、分流手段を、マスターモータMmおよびスレーブモータMsの両方に並列接続することも可能である。
[Other Embodiments]
The shunting means can be connected in parallel to the slave motor Ms instead of the master motor Mm. Further, it is possible to connect the flow dividing means in parallel to both the master motor Mm and the slave motor Ms.

本発明は、使用者の身体の一部を入力手段とする歩行補助装置に適用することが考えられる。例えば図6に、左腕にマスター、右足の義足にスレーブ、腰にコントローラ・ドライバ・電源を装着した歩行支援装置を示す。この例では、入力に比べて大きい出力が必要とされるから、マスターモータMmへの入力を増幅してスレーブモータMsから大きいトルクを出力させることで、歩行を支援できる。反対に、義手などの繊細な出力が要求される用途にあっては、マスターモータMmの入力を縮小してスレーブモータMsから出力させるように構成すればよい。このように、マスターモータMmとスレーブモータMsとのトルク比は、適用対象に応じ、適宜設定することができる。 The present invention can be applied to a walking assist device using a part of the user's body as input means. For example, FIG. 6 shows a walking support apparatus in which a master is attached to the left arm, a slave is attached to the right leg prosthesis, and a controller / driver / power source is attached to the waist. In this example, since an output larger than the input is required, walking can be supported by amplifying the input to the master motor Mm and outputting a large torque from the slave motor Ms. On the other hand, in applications where a delicate output such as a prosthetic hand is required, the input of the master motor Mm may be reduced and output from the slave motor Ms. Thus, the torque ratio between the master motor Mm and the slave motor Ms can be set as appropriate according to the application target.

さらに図7に示すように、手術支援ロボットに本発明を適用すれば、センサの個数を少なくすることができるから、センサ信号を処理するための回路やソフトウエアについても削減できるので、装置の構成を簡単にできるという利点が得られる。さらに、センサの校正作業等のメンテナンスも軽減できるので、実際の使用時における装置性能が安定するという利点も得られる。   Further, as shown in FIG. 7, if the present invention is applied to a surgical operation support robot, the number of sensors can be reduced, so that the circuit and software for processing sensor signals can also be reduced. It is possible to obtain the advantage of being easy. Furthermore, since maintenance such as sensor calibration work can be reduced, there is also an advantage that the apparatus performance during actual use is stabilized.

P 電源
D モータドライバ
C コントローラ
Mm マスターモータ
Ms スレーブモータ
VR 可変抵抗
SC スイッチ手段
P Power source D Motor driver C Controller Mm Master motor Ms Slave motor VR Variable resistance SC Switch means

Claims (4)

電源と、
電源に接続されたモータドライバと、
モータドライバに対し直列に接続された2つのモータと、
少なくとも一方のモータに対し並列に接続される分流回路と、
分流回路に設けられ、モータに流れる電流と分流回路を流れる電流との分流比を調節するための分流手段と、
前記モータドライバの動作、および、前記分流手段における分流比を制御するコントローラとを備えることを特徴とする直列型モータを用いた制御装置。
Power supply,
A motor driver connected to the power supply;
Two motors connected in series to the motor driver;
A shunt circuit connected in parallel to at least one of the motors;
A shunting means provided in the shunt circuit for adjusting a shunt ratio between a current flowing through the motor and a current flowing through the shunt circuit;
A controller using a series motor, comprising: a controller for controlling the operation of the motor driver and a diversion ratio in the diversion means.
分流手段は、分流回路の抵抗値を変更するための可変抵抗を含み、コントローラが、可変抵抗の抵抗値を制御する請求項1に記載の直列型モータを用いた制御装置。   The control device using a series motor according to claim 1, wherein the shunting means includes a variable resistor for changing a resistance value of the shunt circuit, and the controller controls the resistance value of the variable resistor. 分流手段は、分流回路を短絡状態と切断状態とに切り替えるスイッチ手段を含み、コントローラが、スイッチ手段の切替動作を制御して、分流回路が短絡状態になる時間を調節する請求項1に記載の直列型モータを用いた制御装置。   The shunting means includes switch means for switching the shunt circuit between a short circuit state and a disconnected state, and the controller controls the switching operation of the switch means to adjust the time when the shunt circuit is in the short circuit state. A control device using a series motor. 2つのモータは、一方がマスターモータ、他方がスレーブモータに設定され、
分流手段を含む分流回路がマスターモータに並列に接続され、
マスターモータは、マスターモータの回転軸の回転動作に従ってマスター出力信号を出力する第1のエンコーダを含み、
スレーブモータは、スレーブモータの回転軸の回転動作に従ってスレーブ出力信号を出力する第2のエンコーダを含み、
コントローラが、分流手段を制御してマスターモータに流れる電流を調整するとともに、第1のエンコーダから出力されるマスター回転信号と、第2のエンコーダから出力されるスレーブ回転信号とに基づいて、スレーブモータの回転動作を制御する請求項1〜3のいずれか1つに記載の直列型モータを用いた制御装置。
One of the two motors is set as the master motor and the other as the slave motor.
A shunt circuit including a shunt means is connected in parallel to the master motor,
The master motor includes a first encoder that outputs a master output signal in accordance with the rotation operation of the rotation shaft of the master motor,
The slave motor includes a second encoder that outputs a slave output signal in accordance with the rotation operation of the rotation shaft of the slave motor,
The controller controls the current dividing means to adjust the current flowing through the master motor, and based on the master rotation signal output from the first encoder and the slave rotation signal output from the second encoder, the slave motor The control apparatus using the serial motor according to any one of claims 1 to 3, which controls the rotation operation of the motor.
JP2015237916A 2015-12-04 2015-12-04 Control device using serially connected motors Pending JP2017103989A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015237916A JP2017103989A (en) 2015-12-04 2015-12-04 Control device using serially connected motors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015237916A JP2017103989A (en) 2015-12-04 2015-12-04 Control device using serially connected motors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2017103989A true JP2017103989A (en) 2017-06-08

Family

ID=59017384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015237916A Pending JP2017103989A (en) 2015-12-04 2015-12-04 Control device using serially connected motors

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2017103989A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113131798A (en) * 2018-09-12 2021-07-16 钟川 Robot
JP7404560B2 (en) 2020-07-01 2023-12-25 アブロイ オサケ ユキチュア electronic padlock

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52158186U (en) * 1976-05-14 1977-12-01
JPH11305839A (en) * 1998-04-21 1999-11-05 Fanuc Ltd Method for controlling plural servo motors
US20030090225A1 (en) * 2001-11-14 2003-05-15 Posma Bonne W. Controller for two DC traction motors
JP2004320901A (en) * 2003-04-16 2004-11-11 Daihen Corp Dc motor and its controlling equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52158186U (en) * 1976-05-14 1977-12-01
JPH11305839A (en) * 1998-04-21 1999-11-05 Fanuc Ltd Method for controlling plural servo motors
US20030090225A1 (en) * 2001-11-14 2003-05-15 Posma Bonne W. Controller for two DC traction motors
JP2004320901A (en) * 2003-04-16 2004-11-11 Daihen Corp Dc motor and its controlling equipment

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113131798A (en) * 2018-09-12 2021-07-16 钟川 Robot
JP7404560B2 (en) 2020-07-01 2023-12-25 アブロイ オサケ ユキチュア electronic padlock

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2018130007A5 (en)
CN104734415B (en) A kind of reducing motor
MX2023012806A (en) Motor control device.
JP2017103989A (en) Control device using serially connected motors
CN105676124A (en) Locked rotation detection method and apparatus for micro servo motor
WO2016042608A1 (en) Electric power steering device
JP2020075559A (en) Steering device
JP2019187183A (en) Electric tool
JP2017011842A (en) Drive controller
JP2018078765A5 (en)
US10855218B2 (en) Electronic pole changing-based induction motor control system and control method thereof
JP2006519149A5 (en)
KR20200116082A (en) Method and control system for controlling parallel operating devices
JP2017011841A (en) Drive controller
Shim et al. A powered wheelchair controller based on master-slave control architecture
JP2018155294A (en) Robot driving device and operation assisting device
CN107490853A (en) A kind of surgical operation microscope illuminates zooming adjustment system and method
JP4002950B2 (en) Motor controller for multi-axis robot
US5959556A (en) Joystick controller
KR20170023325A (en) Apparatus and method for driving motor
HUP0303595A2 (en) Control for a half-bridge
JP2015107532A (en) Device for controlling rotation of main shaft of processing machine
BR112018076902B1 (en) METHOD FOR OPERATING A SYSTEM WITH MECHANICALLY COUPLED DRIVES TO EACH OTHER
JP2011160541A (en) High-frequency power supply device
JP2015037498A (en) Artificial hand

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170706

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180425

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180507

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20181029