JP2021125942A - モータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボット - Google Patents
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Abstract
Description
図3は、実施形態に係る産業用ロボット1に搭載されたモータ駆動装置20の制御構成を、モータ32等とともに示すブロック線図である。なお、産業用ロボット1は、図3に示されるモータ駆動装置20として、アーム2の肩関節2Dを回動させるためのモータ駆動装置20、アーム2の肘関節2F、及び手首関節を回動させるためのモータ駆動装置20、及び昇降部4を昇降させるためのモータ駆動装置20の3つを備える。
ロータリーエンコーダ30から出力される位置検出値の異常がない場合には、モータ駆動装置20が検出位置フィードバック制御によってモータ22を駆動する。具体的には、位置検出値の異常がない場合には、第2セレクター32から位置検出値が出力され、位置フィードバック値として位置速度制御部23、及びベクトル制御電気角生成部33に入力される。位置速度制御部23は、モータ22を位置フィードバック値によって示される位置から位置指令値によって示される位置まで回転させるのに必要なトルク値を算出してベクトル制御DQ軸電流指令生成部24に出力する。また、ベクトル制御電気角生成部33は、位置フィードバック値に基づいて電気角を生成する。この電気角は、第3セレクター34を介してDQ変換部39に入力される。
(1)以上の構成の産業用ロボット1に用いられるモータ制御方法の構成1は、位置指令値(回転位置指令信号)と、モータ22に搭載されたロータリーエンコーダ30(回転位置検出器)から発信される位置検出値(回転位置信号)とに基づいて、モータ22を検出位置フィードバック制御によって駆動するステップを具備する。このステップは、位置速度制御部23、ベクトル制御DQ軸電流指令生成部24、ベクトル制御電気角生成33、DQ変換部39、電流制御部26、DQ逆変換部27、PWM制御部28、インバータ29、及びロータリーエンコーダ30などによる処理によって実現される。また、構成1は、回転位置信号の異常の有無を検出するステップ(エンコーダ通信異常判定部38)と、駆動中のモータ22に流れる三相電流を検出するステップ(電流検出部31)とを具備する。また、構成1は、位置検出値の異常が検出された場合に、モータ22の制御方式を、検出位置フィードバック制御から、三相電流検出値に基づいてモータ22の回転位置を推定した結果に基づいてモータ22を駆動するセンサレスベクトル制御に切り換えるステップ(図4のS3にてY→S4)を具備する。
構成1においては、位置検出値に異常が発生した場合に、センサレスベクトル制御により、モータ22に流れる三相電流検出値に基づいてモータ22の回転位置を推定し、推定結果(位置推定値)に基づいてモータ22の回転動作を適切に制御する。このとき、上位コントローラ100から、産業用ロボット1のアーム2を適切な軌道に沿って減速停止させる信号パターンで送られてくる位置指令値(回転位置指令信号)に従ってモータ22を減速させる。これにより、位置検出値の異常発生時にモータ22を非常停止させることによるアーム2の不適切な動作の発生を回避することができる。よって、構成1によれば、アーム2を産業用ロボット1の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。
構成2は、位置指令値と、モータ22に搭載されたロータリーエンコーダ30から発信される位置検出値とに基づいて、モータ22を検出位置フィードバック制御によって駆動するステップを具備する。また、構成2は、位置検出値の異常の有無を検出するステップと、位置検出値の異常が検出された場合に、モータ22の制御方式を、検出位置フィードバック制御から、電流引込法によるオープンループ制御に切り換えるステップ(図4のS3にてN→S5)とを具備する。
構成2においては、位置検出値に異常が発生した場合に、電流引込法によるオープンループ制御によってモータ22の回転動作を適切に制御する。このとき、上位コントローラ100から、アーム2を適切な軌道に沿って減速停止させる信号パターンで送られてくる位置指令値に従ってモータ22を減速停止させる。これにより、位置検出値の異常発生時にモータ22を非常停止させることによるアーム2の不適切な動作の発生を回避することができる。よって、構成2によれば、アーム2を産業用ロボット1の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。
構成3は、構成1に加えて、次の構成要素を備える。即ち、位置検出値の異常が検出された場合に、所定の高速角速度領域(所定値以上)では、センサレスベクトル制御によってモータ22を駆動する(図4のS3にてY→S4)。また、高速角速度領域よりも低い低速角速度領域(所定値未満)では、電流引込法によるオープンループ制御によってモータを駆動する(図4のS3にてN→S5)。
構成3において、モータ22が比較的高い速度で回転しているときには、センサレスベクトル制御により、モータ22内で良好に発生する誘起電圧を推定し、推定された誘起電圧からモータ22の回転位置を推定し、推定結果に基づいてモータ22を駆動する。これにより、モータ22の回転動作を適切に制御する。センサレスベクトル制御により、モータ22内で十分な誘起電圧を発生させなくなる程度までモータ22の角速度を低下させると、モータ22の駆動制御を、センサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り替え、電流引込法によってモータ22の回転動作を適切に制御する。これらの制御により、モータ22が比較的高い速度で回転しているときに位置検出値に異常が発生した場合に、センサレスベクトル制御とオープンループ制御とを順に実施して、モータ22の回転動作を適切に制御しながらモータ22を徐々に減速して停止させることができる。
構成4は、構成1又は3に加えて、センサレスベクトル制御では、検出位置フィードバック制御に比べて、位置速度制御の制御ループゲインを低下させる構成を具備する。
構成4によれば、次に説明する理由により、センサレスベクトル制御によってモータを駆動するときのモータ22の振動を抑えることができる。即ち、検出位置フィードバック制御における位置速度制御ループは、位置指令値と位置検出値とに基づくトルク指令値(トルク指令信号)が位置速度制御部23から出力されてから、トルク指令値に応答したモータ22の位置検出値が位置速度制御部23に届くまでのループである。また、センサレスベクトル制御における位置速度制御ループは、位置指令値と位置検出値とに基づくトルク指令値が位置速度制御部23から出力されてから、トルク指令値に応答したモータ22の位置推定値の信号が位置速度制御部23に届くまでのループである。センサレスベクトル制御において、回転位置の推定の精度が良くない場合には、位置速度制御ループの周波数応答特性が、検出位置フィードバック制御の位置速度制御ループの周波数応答特性とは異なることに起因して、モータ22の振動が発生してしまう。構成4では、センサレスベクトル制御において位置速度制御ループの開ループのゲインを検出位置フィードバック制御に比べて下げることで、位置速度制御ループの周波数応答特性が異なることによるモータ22の振動を抑えることができる。
構成5は、モータ22の駆動を制御するモータ駆動装置20であって、構成1乃至4の何れかのモータ制御方法によってモータ22の駆動を制御するものである。
構成5によれば、構成1乃至4の何れかのモータ制御方法によってモータ22の回転を停止させることで、モータ22を非常停止させることによるアームの不適切な動作の発生を回避することができる。よって、アーム2を産業用ロボット1の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。
構成6は、複数のモータ22の駆動を個別に制御して産業用ロボット1のアーム2の位置を変化させる産業用ロボット1の制御方法であって、複数のモータ22におけるそれぞれの駆動を、構成1乃至4の何れかのモータ制御方法によって制御するものである。
構成7は、複数のモータ22の駆動を個別に制御してアーム2の位置を変化させる産業用ロボット1であって、複数のモータ22におけるそれぞれの駆動を、構成5のモータ駆動装置20によって制御するものである。
構成6、7においては、アーム2の駆動源となる複数のモータ22のうち、位置検出値の異常が発生したモータ22の回転動作をセンサレスベクトル制御又はオープンループ制御によって適切に制御しつつ、他のモータ22の回転動作を検出位置フィードバック制御によって適切に制御して、全てのモータ22の回転を適切に停止させる。かかる構成によれば、複数のモータ22のうち、少なくとも何れか1つのモータ22において位置検出値の異常が発生したときに、全てのモータ22を非常停止させることによるアーム2の不適切な動作の発生を回避することができる。よって、アーム2を産業用ロボット1の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。
Claims (7)
- 回転位置指令信号と、モータに搭載された回転位置検出器から発信される回転位置信号とに基づいて、前記モータをフィードバック制御によって駆動するステップと、前記回転位置信号の異常の有無を検出するステップとを具備するモータ制御方法において、
駆動中の前記モータに流れる電流を検出するステップと、
前記回転位置信号の異常が検出された場合に、前記モータの制御方式を、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御から、前記電流の検出結果に基づいて前記モータの回転位置を推定した結果に基づいて前記モータを駆動するセンサレスベクトル制御に切り換えるステップとを具備する
ことを特徴とするモータ制御方法。 - 回転位置指令信号と、モータに搭載された回転位置検出器から発信される回転位置信号とに基づいて、前記モータをフィードバック制御によって駆動するステップと、前記回転位置信号の異常の有無を検出するステップとを具備するモータ制御方法において、
前記回転位置信号の異常が検出された場合に、前記モータの制御方式を、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御から、電流引込法によるオープンループ制御に切り換えるステップを具備する
ことを特徴とするモータ制御方法。 - 前記回転位置信号の異常が検出された場合に、所定の高速角速度領域では、前記センサレスベクトル制御によって前記モータを駆動する一方で、前記高速角速度領域よりも低い低速角速度領域では、電流引込法によるオープンループ制御によって前記モータを駆動する
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御方法。 - センサレスベクトル制御では、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御に比べて、位置速度制御の制御ループゲインを低下させる
ことを特徴とする請求項1又は3に記載のモータ制御方法。 - モータの駆動を制御するモータ駆動装置であって、
請求項1乃至4の何れか1項に記載のモータ制御方法によって前記モータの駆動を制御する
ことを特徴とするモータ駆動装置。 - 複数のモータの駆動を個別に制御して産業用ロボットのアームの位置を変化させる産業用ロボットの制御方法であって、
複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、請求項1乃至4の何れか一項に記載のモータ制御方法によって制御する
ことを特徴とする産業用ロボットの制御方法。 - 複数のモータの駆動を個別に制御してアームの位置を変化させる産業用ロボットであって、
複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、請求項5に記載のモータ駆動装置によって制御する
ことを特徴とする産業用ロボット。
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