JP2022092761A - Motor control unit and motor control method, imaging apparatus, and control system - Google Patents
Motor control unit and motor control method, imaging apparatus, and control system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022092761A JP2022092761A JP2020205649A JP2020205649A JP2022092761A JP 2022092761 A JP2022092761 A JP 2022092761A JP 2020205649 A JP2020205649 A JP 2020205649A JP 2020205649 A JP2020205649 A JP 2020205649A JP 2022092761 A JP2022092761 A JP 2022092761A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- torque
- control
- command value
- drive
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 61
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 45
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 102100026191 Class E basic helix-loop-helix protein 40 Human genes 0.000 description 3
- 101710130550 Class E basic helix-loop-helix protein 40 Proteins 0.000 description 3
- 102100026190 Class E basic helix-loop-helix protein 41 Human genes 0.000 description 3
- 101000765033 Homo sapiens Class E basic helix-loop-helix protein 41 Proteins 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 101100126625 Caenorhabditis elegans itr-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000004091 panning Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、複数のモータの制御により、一つの被駆動体を駆動する制御技術に関する。 The present invention relates to a control technique for driving one driven body by controlling a plurality of motors.
業務用機器や産業用機器等の分野において、駆動用アクチュエータには高精度な駆動制御やトルク制御といった高度な制御が求められる。例えば、屋外に設置された電動駆動雲台は旋回動作が可能である。この場合、風等の外乱トルクの影響を受けることで発生する振動を抑制して、電動駆動雲台に搭載されたカメラの撮像映像の品質に影響が出ることを回避する必要がある。 In the fields of commercial equipment and industrial equipment, drive actuators are required to have advanced control such as high-precision drive control and torque control. For example, an electrically driven pan head installed outdoors is capable of turning. In this case, it is necessary to suppress the vibration generated by being affected by the disturbance torque such as wind to prevent the quality of the image captured by the camera mounted on the electrically driven pan head from being affected.
また、産業用ロボットにおいては高度な製品組立等が求められており、組立時に発生する微小なトルクを検出して制御する必要がある。外乱トルクの影響を抑制し、高精度なトルク制御を実現するためには、駆動軸に発生する負荷トルクを正確に計測したうえで駆動制御を行うことが求められる。駆動軸に発生する負荷トルクの計測方法には、モータの駆動電流から計測する方法、減速機の出力段に配置されたトルクセンサで計測する方法がある。またモータに配置されたエンコーダと減速機の出力段に配置されたエンコーダとから求まる、減速機内部に発生するねじれ角から計測する方法(特許文献1参照)がある。しかし、いずれのトルク計測方法においても、駆動軸に設けられた減速機がバックラッシを持つ場合、その対策を十分に講じておかないと、バックラッシの影響によりトルク計測精度またはトルク制御精度が低下する可能性がある。 Further, in industrial robots, advanced product assembly and the like are required, and it is necessary to detect and control a minute torque generated at the time of assembly. In order to suppress the influence of disturbance torque and realize highly accurate torque control, it is required to perform drive control after accurately measuring the load torque generated on the drive shaft. As a method of measuring the load torque generated on the drive shaft, there are a method of measuring from the drive current of the motor and a method of measuring with a torque sensor arranged in the output stage of the speed reducer. Further, there is a method of measuring from the helix angle generated inside the reducer, which is obtained from the encoder arranged in the motor and the encoder arranged in the output stage of the reducer (see Patent Document 1). However, in any torque measurement method, if the reducer provided on the drive shaft has backlash, the torque measurement accuracy or torque control accuracy may decrease due to the influence of the backlash unless sufficient measures are taken. There is sex.
特許文献1に開示の方法では、減速機に発生するバックラッシ量を事前に規定し、負荷トルクを演算する際のねじれ角を補正することにより、トルク計測精度を高めることができる。しかし、バックラッシ量はヒステリシス特性を有するので、バックラッシ量を固定値としてトルクを演算したのでは、正確なトルクを算出できない。また、バックラッシ量を補正するトルク演算が可能であったとしても、減速機が持つ物理的なバックラッシ自体が抑制されるわけではない。そのため、微小なトルク制御等を行うことは難しい。
本発明は、より精度の高いトルク演算に基づく制御が可能なモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することを目的とする。
In the method disclosed in
An object of the present invention is to provide a motor control device and a motor control method capable of controlling based on more accurate torque calculation.
本発明の一実施形態の装置は、複数のモータにより減速機を介して被駆動部の駆動制御を行うモータ制御装置であって、第一の指令値を用いて、第一のモータの駆動制御を行う第一の制御手段と、前記第一の指令値とは異なる第二の指令値を用いて、第二のモータの駆動制御を行う第二の制御手段と、前記第一のモータの位置の情報、前記第二のモータの位置の情報、および前記被駆動部の位置の情報を取得して、前記減速機に生じるねじれ角を演算し、前記ねじれ角および前記減速機の剛性値から、前記減速機に発生するトルクを演算する演算手段と、を備える。 The device of one embodiment of the present invention is a motor control device that controls the drive of the driven unit by a plurality of motors via a speed reducer, and the drive control of the first motor is performed by using the first command value. A second control means for performing drive control of the second motor using a second command value different from the first command value, and a position of the first motor. Information, information on the position of the second motor, and information on the position of the driven unit are acquired, the twist angle generated in the speed reducer is calculated, and the twist angle and the rigidity value of the speed reducer are used to calculate the twist angle. A calculation means for calculating the torque generated in the speed reducer is provided.
本発明によれば、より精度の高いトルク演算に基づく制御が可能なモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a motor control device and a motor control method capable of controlling based on more accurate torque calculation.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各実施形態および図面にて、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を回避する。実施形態のモータ制御装置は、例えば撮像装置の電動駆動雲台に適用され、撮像方向の変更制御に使用することができる。本発明は、複数のモータにより減速機を介して被駆動部の駆動制御を行うことが可能な各種のモータ制御装置への適用が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each embodiment and drawing, the same member is given the same reference number to avoid duplicate explanations. The motor control device of the embodiment is applied to, for example, an electric drive platform of an image pickup device, and can be used for change control of an image pickup direction. The present invention can be applied to various motor control devices capable of controlling the drive of a driven unit by a plurality of motors via a speed reducer.
[第1実施形態]
図1は、本実施形態の駆動装置100の構成を概略的に示す斜視図である。駆動装置100は、第一のモータ部10、第二のモータ部20、および被駆動部30を有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the
第一のモータ部10は、電動モータ11と、電動モータ11を駆動するモータドライバ12と、モータ位置検出器13と、第一の歯車14と、を有する。モータ位置検出器13は電動モータ11の位置検出を行う。モータ位置検出器13により検出される電動モータ11の位置の情報は、第一のモータ部10の位置(Pm1と記す)情報としてフィードバック制御に使用される。第一の歯車14は、電動モータ11の駆動力を被駆動部30に伝達する動力伝達部材である。
The
第二のモータ部20は、電動モータ21と、電動モータ21を駆動するモータドライバ22と、モータ位置検出器23と、第二の歯車24と、を有する。モータ位置検出器23は電動モータ21の位置検出を行う。モータ位置検出器23により検出される電動モータ21の位置の情報は、第二のモータ部20の位置(Pm2と記す)情報としてフィードバック制御に使用される。第二の歯車24は、電動モータ21の駆動力を被駆動部30に伝達する動力伝達部材である。
The
被駆動部30は、第三の歯車31と、出力シャフト32と、機械位置検出センサ33と、を有する。第三の歯車31は、第一の歯車14および第二の歯車24から伝達されるトルクにより駆動される。出力シャフト32は第三の歯車31に固定された軸部材である。機械位置検出センサ33は、被駆動部30の位置を計測する検出部を構成する。例えば機械位置検出センサ33は光学式エンコーダであり、スケール34、およびスケール34に対向して配置された検出器35を有する。スケール34は出力シャフト32に固定されており、検出器35は不図示のベースに固定されている。このような構成により、機械位置検出センサ33は、被駆動部30の位置を直接的に検出することができる。なお、機械位置検出センサ33については光学式エンコーダに限定されず、磁気式または静電容量式のエンコーダを用いることができる。
The driven
駆動装置100には、不図示の本体ベースが設けられている。本体ベースは第一のモータ部10と第二のモータ部20とを固定すると共に、被駆動部30を回転可能に支持する役割をもつ。また、駆動装置100には後述するコントローラ(図2:200)が接続される。コントローラ200は、第一および第二のモータ部10,20の駆動制御を行うと共に、出力シャフト32に取り付けられた不図示の被駆動体(負荷)を所望の位置や速度で動作できるように制御する。
The
本実施形態では、第一および第二のモータ部10,20と被駆動部30に減速機として歯車を設けた例を示す。その他には、高い減速比を得るために、第一および第二のモータ部10,20と被駆動部30との間のトルク伝達経路に歯車を追加した実施形態がある。歯車の数が多くなると、歯車間の隙間による遊びが増え、バックラッシ量は増加する。バックラッシとは、減速機を構成する歯車同士の噛み合い箇所における隙間のことである。歯車を滑らかに回転させるために、意図的にバックラッシ量が設けられている。本実施形態では、バックラッシ抑制の制御を有効にすることで、バックラッシ量の大きさによらずバックラッシの影響を抑制することが可能である。そのため、バックラッシによる性能の低下を考慮することなく、自由度の高い減速比の設計が可能となる。
In this embodiment, an example in which gears are provided as a speed reducer in the first and
次に、駆動装置100における被駆動部トルク、つまり減速機出力シャフトに印加される負荷トルクの計測方法について説明する。図2は、本実施形態のモータ制御システムを示す制御ブロック図である。モータ制御システム1は、駆動装置100と、駆動装置100を制御するコントローラ200と、負荷トルク演算部400と、を有する。
Next, a method of measuring the torque of the driven portion in the
位置教示データ300は、被駆動部30の駆動目標位置のデータであり、入力装置から取得される。入力装置はティーチングペンダントやパーソナルコンピュータ(PC)等であり、入力装置を使用する操作者により設定操作が行われる。
The
コントローラ200は、軌道生成部210、第一のモータ制御部221、第二のモータ制御部222、バックラッシ抑制指令演算部230、および制御指令設定部240を有する。コントローラ200は、取得した位置教示データ300に基づき、被駆動部30を所望の位置や速度で動作できるように制御する。
軌道生成部210は、位置教示データ300を用いて以下の演算を行う。
・被駆動部30における位置軌道(Posrefと記す)の演算。
・被駆動部30における速度軌道(Velrefと記す)の演算。
・被駆動部30の駆動方向を設定するパラメータである駆動方向(Dirと記す)の演算。
ここで、位置軌道Posrefと第一のモータ部10の位置Pm1との偏差をPdf1と表記し、位置軌道Posrefと第二のモータ部20の位置Pm2との偏差をPdf2と表記する。減算部DEC1は偏差Pdf1を算出し、減算部DEC2は偏差Pdf2を算出する。偏差Pdf1は第一のモータ制御部221に入力され、偏差Pdf2は第二のモータ制御部222に入力される。また、速度軌道Velrefは、軌道生成部210からバックラッシ抑制指令演算部230に入力される。駆動方向Dirは、軌道生成部210から制御指令設定部240へ入力され、駆動方向Dirに応じた制御指令値の切り替えに使用される。
The
The
-Calculation of the position trajectory (denoted as Pos ref ) in the driven
-Calculation of the velocity trajectory (denoted as Vel ref ) in the driven
-Calculation of the drive direction (denoted as Dir), which is a parameter for setting the drive direction of the driven
Here, the deviation between the position orbit Pos ref and the position P m1 of the
以下では説明を簡単にするため、モータ部10の位置Pm1およびモータ部20の位置Pm2については、減速機の減速比を考慮し、被駆動部30の位置(被駆動部位置PLと記す)が基準となるように換算が行われたものとする。
In the following, for the sake of simplicity, the position P m1 of the
第一のモータ制御部221は、偏差Pdf1を入力とし、第一の制御指令値(CFB1と記す)を出力する。偏差Pdf1が抑制されるようにフィードバック制御が行われ、第一のモータ部10の制御指令値CFB1が出力される。また第二のモータ制御部222は、偏差Pdf2を入力とし、第二の制御指令値(CFB2と記す)を出力する。偏差Pdf2が抑制されるようにフィードバック制御が行われ、第二のモータ部20の制御指令値CFB2が出力される。例えば、フィードバック制御は一般的なPID制御であり、偏差に対して比例・積分・微分を組み合わせた演算処理が実行される。
The first
バックラッシ抑制指令演算部230は、バックラッシ抑制指令値(CBLと記し、以下では単に抑制指令値ともいう)を生成する。抑制指令値CBLは、第一のモータ部10の制御指令値と第二のモータ部20の制御指令値との間に所定の差を生じさせるための指令値である。バックラッシ抑制指令演算部230を設けて抑制指令値CBLを設定することにより、第一の歯車14および第二の歯車24が、ともに第三の歯車31に接触している状態を実現することができ、減速機を構成する歯車間の隙間による遊びを低減することができる。その結果、被駆動部30の出力シャフト32に負荷トルクが印加された際に、減速機のバックラッシを起因とするトルク計測精度の低下を抑制することが可能となる。
The backlash suppression
バックラッシ抑制指令演算部230にて演算される抑制指令値CBLについては固定値または可変値とすることができる。例えば、可変値として、位置軌道Posrefに依存する値、または、位置軌道Posrefから算出される速度軌道や加速度軌道に依存する値が用いられる。なお、バックラッシを抑制する必要がない場合には、抑制指令値CBLの値がゼロに設定される。バックラッシ抑制指令演算部230は抑制指令値CBLを制御指令設定部240へ出力する。
The suppression command value C BL calculated by the backlash suppression
制御指令設定部240は、駆動方向Dir、各モータの制御指令値CFB1およびCFB2、バックラッシ抑制指令値CBLを取得する。制御指令設定部240は第一のモータ部10へのドライバ指令値(VPWM1と記す)と、第二のモータ部20へのドライバ指令値(VPWM2と記す)を決定する。つまり制御指令設定部240は、駆動方向Dirから、入力された3つの指令値CFB1,CFB2,CBLのいずれかを、ドライバ指令値VPWM1,VPWM2とする決定を行う。例えば、正転駆動の場合、第一のモータの制御指令値CFB1を第一のモータ部10へのドライバ指令値VPWM1とし、抑制指令値CBLを第二のモータ部20へのドライバ指令値VPWM2として駆動制御が行われる。また、反転駆動の場合、抑制指令値CBLを第一のモータ部10へのドライバ指令値VPWM1とし、第二のモータの制御指令値CFB2を第二のモータ部20へのドライバ指令値VPWM2として駆動制御が行われる。これにより、駆動方向が切り替わる際でも、減速機に生じるバックラッシを安定に抑制しつつ、駆動制御を行うことが可能となる。
The control
コントローラ200は、ドライバ指令値VPWM1,VPWM2を用いて第一のモータ部10および第二のモータ部20を制御することにより、被駆動部30を駆動する。具体的には、コントローラ200が出力するドライバ指令値VPWM1,VPWM2はそれぞれ、モータドライバ12,22に入力される。モータドライバ12は、パルス幅変調(Pulse Width Modulation)制御等により、モータの駆動電圧を制御する方式にしたがって電動モータ11の駆動を行う。また同様にして、モータドライバ22は電動モータ21の駆動を行う。
The
モータ位置検出器13により検出される第一のモータ部10の位置Pm1は、コントローラ200内の減算部DEC1に入力される。減算部DEC1は偏差Pdf1を算出して第一のモータ制御部221に出力する。また、モータ位置検出器23により検出される第二のモータ部20の位置Pm2は、コントローラ200内の減算部DEC2に入力される。減算部DEC2は偏差Pdf2を算出して第二のモータ制御部222に出力する。本実施形態では位置フィードバック構成を実装したフィードバックループ制御系の例を説明した。その他には、速度フィードバック構成や電流フィードバック構成を実装したマイナーループ制御系の実施例に本発明を適用することが可能である。
The position P m1 of the
負荷トルク演算部400は、駆動装置100の駆動結果に基づき、被駆動部30に外部から印加されている被駆動部トルクを演算する。負荷トルク演算部400は、トルク演算部410と、内部トルク記憶部420とから構成される。
The load
トルク演算部410は、第一のモータ部10の位置Pm1と、第二のモータ部20の位置Pm2と、被駆動部30の機械位置検出センサ33で検出される被駆動部位置PLとを取得する。トルク演算部410は、各モータ部の位置および被駆動部位置から、減速機内部のねじれ角(dθと記す)を演算する。またトルク演算部410は、別途定めた減速機の剛性値と、ねじれ角dθとを乗算することにより、減速機に発生しているトルクを演算する。本実施形態では、ねじれ角検出を安定して実現するために、駆動方向Dirにより、ねじれ角の演算方法の切り替えが行われる。例えば、正転駆動の場合、第一の算出式「dθ=(PL-Pm1)-(Pm2-Pm1)」が用いられ、反転駆動の場合、第二の算出式「dθ=(PL-Pm2)-(Pm1-Pm2)」が用いられる。
The
内部トルク記憶部420はメモリを備え、減速機内部で発生する摩擦トルク等のデータ(トルク演算テーブルデータ)を記憶している。トルク演算部410で演算されるトルクについては、被駆動部30に外部から印加される負荷トルクである被駆動部トルクTLと、減速機内部で発生するトルクとを含んだトルク値が演算される。被駆動部トルクTLを検出するためには、内部トルク記憶部420に記憶された減速機内部で発生するトルクの影響を取り除く必要がある。つまり、減算部DEC3はトルク演算部410の出力から、内部トルク記憶部420に記憶された減速機内部で発生するトルクを減算する処理を行って、被駆動部トルクTLを出力する。
The internal
減速機内部で発生するトルクを内部トルク記憶部420に記憶するタイミングは、例えば、製品出荷時である。あるいは、任意のタイミングでも構わない。任意のタイミングで減速機内部において発生するトルクを計測して記憶する実施形態の場合には、駆動装置100の経時変化による内部発生トルクの変化に対応することが可能となる。
The timing for storing the torque generated inside the speed reducer in the internal
図3は、トルク計測処理を説明するフローチャートである。以下では、正転駆動の場合を説明する。第一のモータの制御指令値CFB1を第一のモータ部10へのドライバ指令値VPWM1とし、バックラッシ抑制指令値CBLを第二のモータ部20へのドライバ指令値VPWM2として駆動制御が行われる。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a torque measurement process. Hereinafter, the case of forward rotation drive will be described. Drive control is performed by setting the control command value C FB1 of the first motor as the driver command value V PWM1 to the
まずS1にて、コントローラ200は位置教示データ300に基づき、駆動装置100の制御を行い、モータが駆動される。この際、バックラッシ抑制は行われていないので、バックラッシ抑制指令値CBLはゼロに設定される。
First, in S1, the
次のS2でコントローラ200は、トルク計測を実行するか否かの判定処理を実行する。トルク計測の実行の有無については、ユーザ操作による手動での選択にしたがって行われるか、または、位置教示データ300もしくはこれに付随する情報に基づいて、自動選択により行われる。S2でトルク計測を行うことが判定された場合、S3の処理に進み、トルク計測を行わないことが判定された場合にはS6の処理へ移行する。
In the next S2, the
S3でコントローラ200は、バックラッシ抑制指令値CBLを所定の値に設定し、減速機内部に発生しているバックラッシを抑制するように駆動制御を行う。例えば電動モータ11を位置制御用のメインモータとし、電動モータ21をバックラッシ抑制用のサブモータとして、二つのモータ間で抑制指令値CBLに基づくトルク差をもたせた駆動制御が行われる。
In S3, the
S4でトルク演算部410は、減速機内部で発生しているねじれ角dθを、第一のモータ部10の位置Pm1と、第二のモータ部20の位置Pm2と、被駆動部位置PLとから算出する。正転駆動の場合、第一の算出式「dθ=(PL-Pm1)-(Pm2-Pm1)」を用いて、ねじれ角dθの演算が行われる。
In S4, the
次にS5で負荷トルク演算部400は、減速機に印加される負荷トルクである被駆動部トルクを演算する。S4で取得されたねじれ角dθに、別途定めた減速機の剛性値を乗算することにより、減速機で生じているトルクを求めることができる。ただし、算出される、減速機で生じているトルクには、減速機の摩擦を起因として生じている内部摩擦トルク等が含まれているので、このままでは減速機に作用している負荷トルクを求めることはできない。本実施形態では減算部DEC3にて、内部トルク記憶部420に記憶された、減速機内部に生じるトルクを、トルク演算部410が演算したトルクから減算することにより、減速機に印加される負荷トルクである被駆動部トルクTLが求められる。
Next, in S5, the load
S6でコントローラ200は、駆動の終了判定処理を実行する。駆動を終了しないことが判定された場合、S1へ戻って処理を続行する。またS6で駆動を終了することが判定された場合、一連の動作を終了する。
In S6, the
コントローラ200は、被駆動部30の回転方向に対して、駆動方向を切り替える場合(正転方向から逆転方向への切り替え、またはその逆方向への切り替え)、二つのモータの一方であるバックラッシ抑制用モータの駆動制御を行う。またコントローラ200は、記憶部等から事前に取得された減速機のバックラッシ量が所定の閾値より大きい場合、バックラッシ抑制用モータの駆動制御を行う。
When the
本実施形態では以上の動作制御により、減速機に生じているバックラッシを抑制した状態で、減速機に生じているねじれ角を演算することが可能となる。つまり、従来技術ではバックラッシにより不可能であった微小なトルク変化を高精度に検出することができる。 In the present embodiment, by the above operation control, it is possible to calculate the helix angle generated in the speed reducer while suppressing the backlash generated in the speed reducer. That is, it is possible to detect minute torque changes with high accuracy, which was not possible due to backlash in the prior art.
図4は、被駆動部トルクの計測結果を示すグラフである。駆動装置100の被駆動部30に所定の負荷を設定し、鉛直方向の負荷がかかるように駆動した場合の事例を示す。図4(A)から(C)において、横軸は被駆動部位置を表し、縦軸はトルクを表す。
FIG. 4 is a graph showing the measurement result of the driven unit torque. An example is shown in a case where a predetermined load is set on the driven
図4(A)は、被駆動部位置と、図3のS4で算出されたねじれ角より求めたトルク計測値との関係を示す図である。グラフは減速機の摩擦を起因として生じている内部摩擦トルクが含まれている計測結果を示している。内部トルク記憶部420のデータを用いた補正なしでは、被駆動部トルクTLのみを求めることはできない。
FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the position of the driven portion and the torque measurement value obtained from the helix angle calculated in S4 of FIG. The graph shows the measurement result including the internal friction torque caused by the friction of the reducer. Without correction using the data of the internal
図4(B)は、内部トルク記憶部420に記憶されている被駆動部位置と、減速機内部で発生しているトルクとの関係を示す図である。減速機の歯数に応じて周期的に振動が表れていることがわかる。
FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the position of the driven unit stored in the internal
図4(C)は、図3のS5で演算されたトルク演算結果を示す図である。図4(A)に示されるトルク演算結果から、図4(B)に示される減速機内部で発生するトルクを減算することにより、被駆動部30に作用している被駆動部トルクTLを求めることが可能となる。ただし、トルク演算結果には所定の遮断周波数のローパスフィルタによる処理が施されている。
FIG. 4C is a diagram showing a torque calculation result calculated in S5 of FIG. By subtracting the torque generated inside the reducer shown in FIG. 4 (B) from the torque calculation result shown in FIG. 4 (A), the driven unit torque TL acting on the driven
本実施形態によれば、複数のモータの制御により、減速機を介して一つの被駆動体を駆動する構成にて、減速機で生じるバックラッシを抑制した状態でねじれ角を算出し、トルク演算を行うことができるので、微小なトルク変化をより高精度に検出可能である。また、減速機で生じるバックラッシを物理的に抑制することができる。このことはバックラッシによる制御上の不感帯を抑制することに繋がり、微小トルク制御等の高精度な制御を実現することができる。 According to the present embodiment, in a configuration in which one driven body is driven via a speed reducer by controlling a plurality of motors, the helix angle is calculated while the backlash generated by the speed reducer is suppressed, and torque calculation is performed. Since it can be performed, it is possible to detect a minute torque change with higher accuracy. In addition, the backlash generated by the speed reducer can be physically suppressed. This leads to suppressing the dead zone in control due to backlash, and can realize highly accurate control such as minute torque control.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を説明する。モータ制御装置の適用に関し、例えば業務用カメラを搭載した電動駆動雲台等においては、屋外での使用時に風等の外乱により撮影画像の品質に影響が出る可能性がある。風等の外乱の影響に対し、応答性よく抑制するためには、被駆動部30に印加される外乱トルクを計測し、外乱トルクの影響を抑制することが求められる。本実施形態では、電動駆動雲台のパンニング方向およびチルティング方向の旋回制御を行う駆動部において、モータ制御システムを搭載した構成例を示す。なお、本実施形態にて第1実施形態と同様の機能を有する構成部に関しては、既に使用した記号を付与することにより、それらの詳細な説明を省略する。このような説明の省略方法は後述の実施形態でも同じである。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Regarding the application of the motor control device, for example, in an electrically driven pan head equipped with a commercial camera, the quality of captured images may be affected by disturbances such as wind when used outdoors. In order to suppress the influence of disturbance such as wind with good responsiveness, it is required to measure the disturbance torque applied to the driven
図5は、本実施形態のモータ制御システム1000の構成を示す制御ブロック図である。第1実施形態との相違点は、外乱トルクの影響を抑制するために外部トルク制御部500が追加されている点である。
FIG. 5 is a control block diagram showing the configuration of the
外部トルク制御部500は、トルク推定値(TLestと記す)および被駆動部トルクTLを取得する。トルク推定値TLestは、軌道生成部210で生成される、被駆動部30を駆動することで発生するトルクの推定値である。被駆動部トルクTLは、被駆動部30で発生しているトルクである。外部トルク制御部500は、トルク推定値TLestおよび被駆動部トルクTLから、被駆動部トルクTLに含まれる外乱トルク(TLdisと記す)を推定する。外部トルク制御部500は、外乱トルクTLdisを抑制するための指令値である外乱抑制指令値(TLcorと記す)を演算する。なお、外乱抑制指令値TLcorは、外乱トルクTLdisにPID制御等の演算を行うことで取得される。外乱抑制指令値TLcorは、外部トルク制御部500から制御指令設定部240へ入力される。
The external
制御指令設定部240は外乱抑制指令値TLcorを取得して、バックラッシ抑制指令値CBLに加算して駆動装置100へ出力する。つまり外乱抑制指令値TLcorは、抑制指令値CBLに対する補正値を含む。なお、軌道生成部210においては、トルク推定値TLestの推定に必要な設定として、被駆動部30に取り付けられている撮像装置等の負荷情報の設定が必要であり、不図示の設定部にて設定処理が実行される。
The control
モータ制御システム1000では、被駆動部30に印加される風等の外乱トルクTLdisを検出してモータ制御を行うことで、外乱トルクTLdisを抑制する制御が可能となる。また、減速機で発生するバックラッシを抑制しつつ、外乱トルクの計測および制御を行うことが可能である。特に風向きが頻繁に切り替わる状況下にて、電動駆動雲台をより高精度に制御することが可能となるので、撮影画像の品質低下を抑制することができる。
In the
[第3実施形態]
図6を参照して、本発明の第3実施形態を説明する。産業用ロボット等により、製品同士の組付け作業や、製品に溶剤を塗布する作業等を行わせる場合、ロボットには微小なトルクの制御が求められる。本実施形態のロボット制御システムとして、作業用装置である6軸多関節ロボットの各関節軸の駆動部にモータ制御システムを搭載した例を示す。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. When an industrial robot or the like is used to assemble products to each other or to apply a solvent to a product, the robot is required to control a minute torque. As the robot control system of the present embodiment, an example in which a motor control system is mounted on a drive unit of each joint axis of a 6-axis articulated robot which is a working device is shown.
図6は、本実施形態のモータ制御システム2000を示す制御ブロック図である。トルク制御指令部600は、別途設定した所望の動作を実現するための各関節軸におけるトルク指令値(Trefと記す)を演算する。トルク指令値Trefは、関節軸ごとのトルク指令値として分解されて各関節軸の駆動部に送信される。例えば、6軸多関節ロボットの1軸目に送信されるトルク指令値をTref1と表記する。なお、本実施形態において、6軸多関節ロボットは各関節軸に対して同一の制御ブロック構成であるので、以降では6軸多関節ロボットの1軸目の制御ブロック構成について説明する。
FIG. 6 is a control block diagram showing the
コントローラ200は、トルク制御部610およびバックラッシ抑制指令演算部230を有する。コントローラ200は、トルク制御指令部600の指令値に基づいて被駆動部30を所望のトルクで動作できるように制御する。
The
トルク制御部610は、6軸多関節ロボットの駆動軸における1軸目のトルク指令値Tref1と、被駆動部トルクTL1との偏差(Tdf1と記す)を取得する。減算部DEC4はトルク偏差Tdf1を算出する。トルク制御部610は、トルク偏差Tdf1が抑制されるようにフィードバック制御を行い、1軸目のトルク制御値(CFBT1と記す)を出力する。フィードバック制御は一般的なPID制御であり、偏差に対して比例・積分・微分を組み合わせた演算が行われる。
The
バックラッシ抑制指令演算部230は、第一のモータの制御指令値と第二のモータの制御指令値との間に所定の差を生じさせるために、バックラッシ抑制指令値(CBL1と記す)を生成する。抑制指令値CBL1は固定値、またはトルク指令値Tref1に依存した可変値であり、制御指令設定部240へ入力される。
The backlash suppression
制御指令設定部240は、トルク制御値CFBT1、およびバックラッシ抑制指令値CBL1を取得する。制御指令設定部240は、トルク制御値CFBT1の符号にしたがい、トルク制御値CFBT1を第一のモータ部10へのドライバ指令値VPWM1とするか、第二のモータ部20へのドライバ指令値VPWM2とするかを決定する。例えば、正トルク方向への駆動の場合、トルク制御値CFBT1を第一のモータ部10へのドライバ指令値VPWM1とし、バックラッシ抑制指令値CBL1を第二のモータ部20へのドライバ指令値VPWM2として駆動制御が行われる。また、負トルク方向への駆動の場合、バックラッシ抑制指令値CBL1を第一のモータ部10へのドライバ指令値VPWM1とし、トルク制御値CFBT1を第二のモータ部20へのドライバ指令値VPWM2として駆動制御が行われる。これにより、駆動方向の切り替への際、減速機に生じるバックラッシを安定に抑制しつつトルク制御を行うことが可能となる。
The control
モータ制御システム2000により、作業用装置(6軸多関節ロボット)の各駆動軸(関節軸)において、被駆動部30に印加される微小な負荷トルクを検出することができるので、より高精度なトルク制御が可能となる。微小なトルク制御が要求される状況にて、高精度なトルク制御が可能であるので、製品同士の組付け作業や、製品に溶剤を塗布する作業等を実現できる。
Since the
本実施形態において、トルク計測の実行中にはバックラッシ抑制の制御が実行されるが、バックラッシ抑制の制御を常に有効な設定とする必要はない。例えば、負荷トルクの方向が変化しない場合、抑制指令値CBLはゼロに設定される。同等のトルク検出精度、制御性を保持しつつ駆動制御を行うことにより、駆動装置100で発生する発熱量の削減が可能となる。また、バックラッシ量が所定の閾値より小さい場合に抑制指令値CBLはゼロに設定されるので、上記と同等の効果を発揮することができる。
In the present embodiment, the control of backlash suppression is executed during the execution of torque measurement, but it is not always necessary to set the control of backlash suppression to be an effective setting. For example, if the direction of the load torque does not change, the suppression command value C BL is set to zero. By performing drive control while maintaining the same torque detection accuracy and controllability, it is possible to reduce the amount of heat generated by the
前記実施形態によれば、減速機のバックラッシを起因とするトルク計測精度の低下を抑制しつつ、より高精度なトルク制御が可能なモータ制御装置および制御方法を提供することができる。本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の組み合せ、変形および変更が可能である。 According to the above embodiment, it is possible to provide a motor control device and a control method capable of more accurate torque control while suppressing a decrease in torque measurement accuracy due to the backlash of the speed reducer. Although the preferred embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various combinations, modifications and modifications can be made within the scope of the gist thereof.
10 第一のモータ部
20 第二のモータ部
30 被駆動部
100 駆動装置
200 コントローラ
221 第一のモータ制御部
222 第二のモータ制御部
230 バックラッシ抑制指令演算部
400 負荷トルク演算部
10
Claims (14)
第一の指令値を用いて、第一のモータの駆動制御を行う第一の制御手段と、
前記第一の指令値とは異なる第二の指令値を用いて、第二のモータの駆動制御を行う第二の制御手段と、
前記第一のモータの位置の情報、前記第二のモータの位置の情報、および前記被駆動部の位置の情報を取得して、前記減速機に生じるねじれ角を演算し、前記ねじれ角および前記減速機の剛性値から、前記減速機に発生するトルクを演算する演算手段と、を備える
ことを特徴とするモータ制御装置。 It is a motor control device that controls the drive of the driven unit by a plurality of motors via a reducer.
The first control means for controlling the drive of the first motor using the first command value,
A second control means for controlling the drive of the second motor using a second command value different from the first command value, and
By acquiring the information on the position of the first motor, the information on the position of the second motor, and the information on the position of the driven portion, the torsion angle generated in the speed reducer is calculated, and the torsion angle and the said A motor control device including a calculation means for calculating the torque generated in the speed reducer from the rigidity value of the speed reducer.
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 A first detecting means for detecting the driving position of the first motor, a second detecting means for detecting the driving position of the second motor, and a third detecting the position of the driven portion. The motor control device according to claim 1, further comprising a detection means.
前記演算手段は、前記減速機に発生するトルク、および前記記憶手段に記憶されている前記データから、前記被駆動部に発生するトルクを演算する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のモータ制御装置。 A storage means for storing torque data generated inside the speed reducer when driving the driven unit according to the first and second command values is provided.
The first or second aspect of the present invention is characterized in that the calculation means calculates the torque generated in the driven unit from the torque generated in the speed reducer and the data stored in the storage means. The motor control device described.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 The motor control according to any one of claims 1 to 3, further comprising a third control means for calculating a torque applied to the driven unit from the outside and controlling the torque. Device.
前記第一の指令値と前記第二の指令値との間に差を生じさせる抑制指令値を取得する取得手段と、を備え、
前記第三の制御手段は、前記取得手段により取得された前記抑制指令値を変更することによって前記被駆動部にかかるトルク制御を行う
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 A third control means that calculates the torque applied to the driven unit from the outside and controls the suppression of the torque.
It is provided with an acquisition means for acquiring a suppression command value that causes a difference between the first command value and the second command value.
The third control means according to any one of claims 1 to 3, wherein the third control means controls torque applied to the driven portion by changing the suppression command value acquired by the acquisition means. The motor control device described.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 3. The motor control device described.
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to any one of claims 1 to 7, wherein when the drive direction of the driven unit is switched, the calculation means changes the calculation method of the helix angle depending on the drive direction. ..
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 The first or second control means is characterized in that when the drive direction of the driven unit is switched, the drive control of the first or second motor is used to control the decrease in torque measurement accuracy. The motor control device according to any one of claims 1 to 8.
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 When the backlash amount generated by the speed reducer is larger than the threshold value, the first or second control means controls the drive control of the first or second motor to suppress a decrease in torque measurement accuracy. The motor control device according to any one of claims 1 to 9.
ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のモータ制御装置。 5. 6. The motor control device according to 6.
ことを特徴とする撮像装置。 An image pickup apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein the image pickup direction is changed by the motor control device.
ことを特徴とする制御システム。 A control system characterized in that the drive control of the drive shaft of the work device is performed by the motor control device according to any one of claims 1 to 11.
第一の指令値を用いて、第一のモータの駆動制御を行う第一の制御工程と、
前記第一の指令値とは異なる第二の指令値を用いて、第二のモータの駆動制御を行う第二の制御工程と、
前記第一のモータの位置の情報、前記第二のモータの位置の情報、および前記被駆動部の位置の情報を取得して、前記減速機に生じるねじれ角を演算し、前記ねじれ角および前記減速機の剛性値から、前記減速機に発生するトルクを演算する演算工程と、を有する
ことを特徴とするモータ制御方法。
It is a motor control method executed by a motor control device that controls the drive of a driven unit by a plurality of motors via a reducer.
The first control process that controls the drive of the first motor using the first command value, and
A second control step of controlling the drive of the second motor using a second command value different from the first command value, and
By acquiring the information on the position of the first motor, the information on the position of the second motor, and the information on the position of the driven portion, the torsion angle generated in the speed reducer is calculated, and the torsion angle and the said A motor control method comprising a calculation process for calculating the torque generated in the speed reducer from the rigidity value of the speed reducer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020205649A JP2022092761A (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | Motor control unit and motor control method, imaging apparatus, and control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020205649A JP2022092761A (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | Motor control unit and motor control method, imaging apparatus, and control system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022092761A true JP2022092761A (en) | 2022-06-23 |
Family
ID=82069070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020205649A Withdrawn JP2022092761A (en) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | Motor control unit and motor control method, imaging apparatus, and control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022092761A (en) |
-
2020
- 2020-12-11 JP JP2020205649A patent/JP2022092761A/en not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10618164B2 (en) | Robot system having learning control function and learning control method | |
JP5269158B2 (en) | Control method and control apparatus | |
JP5916583B2 (en) | Weaving control device for articulated robot | |
JPWO2014002678A1 (en) | Robot control apparatus and robot control method | |
JP7117827B2 (en) | MOTOR CONTROL SYSTEM, CONTROL METHOD FOR MOTOR CONTROL SYSTEM, AND ROBOT SYSTEM | |
JP2015226961A (en) | Control device for robot | |
JP2016168650A (en) | Robot device, robot control method, program, and storage medium | |
US20140156080A1 (en) | Servo control system with position compensation function for driven member | |
WO2018212307A1 (en) | Speed reducer angular transmission error identification system and speed reducer angular transmission error identification method | |
JP2016194761A (en) | Servo motor control device and collision detecting method | |
JP2010049599A (en) | Machine tool | |
JP2019181610A (en) | Robot system for learning by use of motor encoder and sensor | |
JP4867105B2 (en) | Numerical controller | |
JP4361285B2 (en) | Numerical controller | |
JP2005316937A (en) | Control device and its control method | |
JP2006146572A (en) | Servo control apparatus and method | |
US11141855B2 (en) | Robot system, method of controlling robot arm, recording medium, and method of manufacturing an article | |
JP2020015124A (en) | Robot control method, article manufacturing method, robot control device, robot, program and recording medium | |
JP4183057B2 (en) | Numerical control system | |
JPH09212203A (en) | Robot controller | |
JP2022092761A (en) | Motor control unit and motor control method, imaging apparatus, and control system | |
JP2015033277A (en) | Servo device, and control method of servo device | |
Kawamura et al. | Encoderless robot motion control using vision sensor and back electromotive force | |
JP2021136824A (en) | Motor controller, motor control system, and motor control method | |
JP4507071B2 (en) | Motor control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231205 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20240105 |