JP4577979B2 - Servo motor with reduction gear and drive control device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は減速機付サーボモータおよびその駆動制御装置に関し、特に、その駆動制御装置の汎用化を図るための技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
減速機付サーボモータでは、減速機出力軸に連結されている負荷側の部材が目標の回転位置あるいは移動位置となるように、モータ回転軸(減速機入力軸)に取付けたエンコーダの検出信号に基づき、モータの駆動制御が行われる。かかる減速機付サーボモータの駆動制御装置では、その初期設定時に、減速機付サーボモータに取り付けられている減速機の型式、型番、速比に応じて、最大駆動電流、定格電流、位置制御用の各種ゲイン等の設定、変更を行なう必要がある。
【0003】
また、減速機付サーボモータの出力軸の位置決め精度を改善するためには、減速機の角度伝達誤差を予め測定し、測定した誤差データに基づき位置制御の補正を行なうことが望ましい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、減速機付サーボモータでは、モータに組み合わせる減速機が異なると、その型式、型番、速比等に対応させて、駆動制御装置の側の設定も変更する必要がある。この設定、あるいは設定変更は工数が掛る。また、駆動制御装置を、減速機付サーボモータに対して1:1で設定する必要があるので、厳密な意味では、駆動制御装置の汎用化が図られていない。
【0005】
同様に、減速機の角度伝達誤差データを記憶保持し、これに基づき位置制御を補正する場合においても、角度伝達誤差は固体差があるので、このようなデータを駆動制御装置に記憶保持させた場合には、減速機付サーボモータと駆動制御装置とが完全に1:1の関係となってしまい、駆動制御装置の汎用化にとって不利益となる。
【0006】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、駆動制御装置の汎用化にとって有利な構成を備えた減速機付サーボモータを提案することにある。
【0007】
また、本発明の課題は、このような減速機付サーボモータの駆動制御装置を提案することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、
モータ(4)と、このモータ回転軸(5)の回転位置を検出するエンコーダ(7)と、モータ回転軸(5)に連結された減速機(6)とを備えた減速機付サーボモータにおいて、
前記減速機(6)は波動歯車減速機であり、
前記エンコーダ(7)は、
前記モータ回転軸(5)に取り付けられたスリット付き回転円盤および光学式検出素子からなる検出部(11)と、
前記検出部(11)から出力される検出信号をエンコードして回転位置を表わすパルス信号に変換する信号処理部(12)と、
前記信号処理部(12)で生成されたエンコード信号を、前記モータ(4)を駆動制御するための駆動制御装置(3)の側に送信するためのインタフェース(13)と、
前記減速機(6)の型式、型番、速比を含む減速機に関する初期設定情報(15)、および、前記減速機(6)の角度伝達誤差に起因する位置決め誤差を補償するための誤差補正データ(16)が予め記憶保持されている記憶部(14)と、
前記信号処理部(12)から出力される前記エンコード信号に対して、前記誤差補正データ(16)に基づき補正用のパルス数を加えて、前記減速機(6)の角度伝達誤差に起因する位置決め誤差を除去し、これにより得られた補正後のエンコード信号を前記インタフェース(13)を介して前記駆動制御装置(3)の側に出力する補正部(19)と、
電源投入時および、前記駆動制御装置(3)の側から転送要求を受けると、前記記憶部(14)に記憶保持されている前記減速機(6)に関する前記初期設定情報(15)を、前記インタフェース(13)を介して前記駆動制御装置(3)の側に出力する情報出力部(18)とを備えており、
前記誤差補正データ(16)は、前記エンコーダ(7)により検出される減速機入力軸の1回転分の回転角度位置毎の角度伝達誤差補正データであることを特徴としている。
【0009】
次に、本発明は、上記構成の減速機付サーボモータを駆動制御する駆動制御装置(3)であって、
前記エンコーダ(7)から前記補正後のエンコード信号を受け取り、当該補正後のエンコード信号と、上位の機器から供給される位置指令信号とに基づき、前記モータ(4)をフィードバック制御するフィードバック制御部(22)と、
前記エンコーダ(7)の前記記憶部(14)に保持されている前記初期設定情報(15)を読み込む読込部(23)と、
電源投入時に、読み込まれた前記初期設定情報(15)に基づき、モータ駆動のための最大電流値および定格電流値、並びに、位置フィードバック制御のためのゲインの初期設定を行なう初期設定部(24)とを有していることを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した減速機付サーボモータおよびその駆動制御装置の実施例を説明する。
【0011】
図1は本発明を適用した減速機付サーボモータシステムの一例を示す概略ブロック図である。この図に示すように、本例の減速機付サーボモータシステム1は、アクチュエータ2と、このアクチュエータ2を駆動制御する駆動制御装置3とを有している。
【0012】
アクチュエータ2は、モータ4と、そのモータ回転軸5に入力側が連結されている減速機6と、モータ回転軸5の回転位置を検出するエンコーダ7とを備えており、減速機出力軸8(アクチュエータ出力軸)に連結された負荷側の部材(図示せず)が駆動される。
【0013】
本例のエンコーダ7は、モータ回転軸5に取り付けられたスリット付き回転円盤および光学式検出素子からなる検出部11と、ここから出力される検出信号をエンコードして回転位置を表わすパルス信号に変換する信号処理部12と、生成されたエンコード信号を駆動制御装置3の側に送信するためのインタフェース13を備えている。
【0014】
これに加えて、本例のエンコーダ7は、記憶部14を備えており、ここには、減速機6の型式、型番、速比等を含む減速機に関する初期設定情報15と、減速機6の角度伝達誤差に起因するアクチュエータ2の位置決め誤差を補償するための誤差補正データ16とが予め記憶保持されている。また、エンコーダ7は情報出力部18と補正部19とを備えており、情報出力部18は、電源投入時および、駆動制御装置3の側から転送要求を受けると、記憶部14に記憶保持されている減速機に関する初期設定情報15をインタフェース13を介して駆動制御装置3の側に出力する。また、補正部19は、信号処理部12から出力されるエンコード信号に対して、誤差補正データ16に基づき補正用のパルス数を加えて、減速機の角度伝達誤差に起因する位置決め誤差を除去するものである。補正後のエンコード信号はインタフェース13を介して駆動制御装置3の側に出力される。
【0015】
ここで、本例の減速機6は波動歯車減速機であり、環状の剛性内歯歯車と、この内側に配置された環状の可撓性外歯歯車と、この内側に嵌めた波動発生器から構成されている。典型的な構成では、波動発生器は楕円形をしており、この波動発生器によって可撓性外歯歯車は楕円形に撓められ、その楕円形の長軸方向の両端に位置する外歯部分が、内歯歯車における対応する内歯部分に噛み合う。波動発生器はモータ回転軸5に連結され、この波動発生器が回転すると、両歯車の噛み合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車間に発生する。一般には剛性内歯歯車を固定し、可撓性外歯歯車に取り付けた出力軸8から減速回転が取出される。
【0016】
次に、上記構成のアクチュエータ2を駆動制御する駆動制御装置3は、エンコーダ7からの検出信号をインタフェース21を介して受け取り、当該検出信号と、上位の機器から供給される位置指令信号とに基づき、アクチュエータ2のモータ4をフィードバック制御するフィードバック制御部22を有している。また、本例の駆動制御装置3は、インタフェース21を介して、エンコーダ7の記憶部14に保持されている減速機初期設定情報15を読み込む読込部23と、電源投入時に、読み込まれた初期設定情報15に基づき、モータ駆動のための最大電流値、定格電流値、位置フィードバック制御のための各種ゲイン等の初期設定を行なう初期設定部24とを備えている。
【0017】
このように構成した本例の減速機付サーボモータシステム1では、電源投入時に、エンコーダ7の側から駆動制御装置3に減速機に関する情報15が送信され、駆動制御装置3では当該情報15に基づき、初期設定動作を行なう。従って、本例のシステムでは、アクチュエータ2の側に組み込まれる減速機6が変更になっても、オペレータは、それに応じた初期設定の変更のための入力操作等を駆動制御装置3の側において行なう必要がない。
【0018】
また、減速機6のそれぞれに固有の角度伝達誤差に起因するアクチュエータ2の位置決め誤差に関する情報もエンコーダ7の側に記憶保持されており、当該位置決め誤差が解消された位置検出信号がエンコーダ7から駆動制御装置3に出力される。よって、駆動制御装置3として汎用的な構成のものを用いて、各減速機に固有の角度伝達誤差に起因する位置決め誤差を解消できる。
【0019】
(誤差補正データ)
ここで、本例の誤差補正データ16は次のようにして作成されたものである。まず、アクチュエータ2におけるモータ回転軸5の位置決め誤差は、これが連結されている波動歯車減速機6の減速によって、当該減速機の減速比分の一に圧縮される。例えば、波動歯車減速機6の速比が50あるいは100の場合には、モータ自体の位置決め誤差は1/50、あるいは1/100に圧縮される。従って、アクチュエータ2の位置決め誤差は、主として波動歯車減速機6の角度伝達誤差に起因するので、当該アクチュエータ2の一方向位置決め精度は波動歯車減速機6の角度伝達誤差によって決まることになる。
【0020】
一方向位置決め精度とは、一定方向の回転方向で次々に位置決めを行い、それぞれの位置で、基準位置から実際に回転した角度と回転すべき角度との差を求め、これらの値の1回転中における最大値を表わすものである。
【0021】
本例では、アクチュエータ2の一方向位置決め精度、すなわちアクチュエータの位置決め誤差を、モータ回転軸5の絶対位置を基にして、アクチュエータ出力軸8の一回転分測定する。例えば、波動歯車減速機6の速比が1/50の場合には、モータ回転軸5が50回転すると、出力軸8が一回転することになる。
【0022】
この位置決め誤差を、例えば、一般的なエンコーダを用いて、モータ回転軸5が3°回転する毎に測定する。この場合には、測定ポイントはモータ回転軸5については120ポイント(360°/3°)であり、アクチュエータ出力軸8では、120ポイント×(速比)分になる。
【0023】
なお、アクチュエータ出力軸8の一回転分だけ補正データを測定してもよい。この場合には、出力軸の絶対位置を何らかの方法で検出し、当該絶対位置を基準として補正データを測定することになる。
【0024】
次に、各測定ポイントの誤差データ、例えば120箇所の誤差データをそれぞれ平均化して、モータ回転軸5の一回転分の誤差補正データ16を作成する。
【0025】
作成した誤差補正データ16の形式は、モータ回転軸5の一回転分における各回転角度位置に対する誤差補正用の補正パルス数とすることができる。例えば、上記のように3°毎に測定された補正パルス数を、モータ回転軸5の3°毎の回転位置に割り当てた対応テーブルとすることができる。
【0026】
この代わりに、モータ回転軸5の一回転分の誤差補正データをフーリエ級数展開して近似曲線を求め、当該近似曲線を表わすフーリエ級数の各係数を誤差補正データ16として記憶保持するようにしてもよい。この場合には、駆動制御装置3の駆動電源をオンした後の初期化処理において、記憶保持している係数を近似式に当てはめて補正データを算出して、補正パルスのデータ列を作成すればよい。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、減速機付サーボモータのエンコーダの側に減速機に関する情報を記憶保持させ、これを、駆動制御装置の側に読み込んでモータ制御のための各種の初期設定を行なうようにしている。従って、駆動制御装置は汎用型のものを使用することが可能になり、また、減速機の型式等を変更してもオペレータが設定変更処理を行なう必要がない。
【0028】
また、減速機の角度伝達誤差に起因する位置決め誤差を解消するための誤差補正データをエンコーダに記憶保持し、これに基づき位置決め制御を行っているので、精度の良い位置決めを実現できる。特に、エンコーダの側にこのようなデータを保持し、駆動制御装置の側で読み込むので、駆動制御装置の汎用化を実現できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用した減速機付サーボモータシステムの概略ブロック図である。
【符号の説明】
1 減速機付サーボモータシステム
2 アクチュエータ
3 駆動制御装置
4 モータ
5 モータ回転軸
6 減速機
7 エンコーダ
8 アクチュエータ出力軸
11 検出部
12 信号処理部
13 インタフェース
14 記憶部
15 減速機の初期設定情報
16 誤差補正データ
18 情報出力部
19 補正部
21 インタフェース
22 フィードバック制御部
23 読込部
24 初期設定部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a servomotor with a reduction gear and a drive control device thereof, and more particularly to a technique for generalizing the drive control device.
[0002]
[Prior art]
In the servo motor with reducer, the detection signal of the encoder attached to the motor rotation shaft (reduction gear input shaft) is used so that the load side member connected to the reduction gear output shaft is at the target rotation position or movement position. Based on this, drive control of the motor is performed. In such a servomotor drive controller with a reducer, at the initial setting, the maximum drive current, rated current, and position control are used according to the type, model number, and speed ratio of the reducer attached to the servomotor with a reducer. It is necessary to set and change various gains.
[0003]
In order to improve the positioning accuracy of the output shaft of the servomotor with a reduction gear, it is desirable to measure the angle transmission error of the reduction gear in advance and correct the position control based on the measured error data.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the servo motor with a reduction gear, if the reduction gear combined with the motor is different, it is necessary to change the setting on the drive control device side in accordance with the model, model number, speed ratio, and the like. This setting or setting change takes time. Further, since it is necessary to set the drive control device at 1: 1 with respect to the servo motor with a reduction gear, in a strict sense, the drive control device is not generalized.
[0005]
Similarly, when the angle transmission error data of the speed reducer is stored and held and the position control is corrected based on this data, the angle transmission error has individual differences, so that such data is stored and held in the drive control device. In this case, the servomotor with a speed reducer and the drive control device are completely in a 1: 1 relationship, which is disadvantageous for generalization of the drive control device.
[0006]
In view of the above, an object of the present invention is to propose a servo motor with a reduction gear having a configuration advantageous for generalization of a drive control device.
[0007]
Another object of the present invention is to propose such a drive control device for a servo motor with a reduction gear.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides:
In a servomotor with a speed reducer comprising a motor (4), an encoder (7) for detecting the rotational position of the motor rotating shaft (5), and a speed reducer (6) connected to the motor rotating shaft (5) ,
The speed reducer (6) is a wave gear speed reducer;
The encoder (7)
A detection unit (11) comprising a rotary disk with slits and an optical detection element attached to the motor rotation shaft (5);
A signal processing unit (12) for encoding a detection signal output from the detection unit (11) and converting it into a pulse signal representing a rotational position;
An interface (13) for transmitting the encode signal generated by the signal processing unit (12) to a drive control device (3) for driving and controlling the motor (4);
Initial setting information (15) regarding the speed reducer including the model, model number, and speed ratio of the speed reducer (6), and error correction data for compensating for positioning errors caused by the angle transmission error of the speed reducer (6) A storage unit (14) in which (16) is stored and held in advance;
Positioning caused by an angle transmission error of the speed reducer (6) by adding a correction pulse number to the encode signal output from the signal processing unit (12) based on the error correction data (16). A correction unit (19) that removes an error and outputs the corrected encoded signal obtained thereby to the drive control device (3) side through the interface (13);
When the power is turned on and when a transfer request is received from the drive control device (3) side, the initial setting information (15) related to the speed reducer (6) stored in the storage unit (14) is stored in the storage unit (14). An information output unit (18) for outputting to the drive control device (3) side through an interface (13),
The error correction data (16) is angle transmission error correction data for each rotation angle position of one rotation of the speed reducer input shaft detected by the encoder (7).
[0009]
Next, the present invention is a drive control device (3) for driving and controlling the servo motor with a speed reducer having the above-described configuration,
A feedback control unit that receives the corrected encoded signal from the encoder (7) and feedback-controls the motor (4) based on the corrected encoded signal and a position command signal supplied from a host device. 22)
A reading unit (23) for reading the initial setting information (15) held in the storage unit (14) of the encoder (7);
An initial setting unit (24) for performing initial setting of a maximum current value and a rated current value for driving the motor and a gain for position feedback control based on the read initial setting information (15) when the power is turned on. It is characterized by having.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a servo motor with a reduction gear and a drive control apparatus thereof to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of a servo motor system with a reduction gear to which the present invention is applied. As shown in this figure, the
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
In addition to this, the
[0015]
Here, the
[0016]
Next, the
[0017]
In the
[0018]
In addition, information on the positioning error of the
[0019]
(Error correction data)
Here, the error correction data 16 of this example is created as follows. First, the positioning error of the
[0020]
One-way positioning accuracy means positioning one after another in a certain rotational direction, and at each position, the difference between the angle actually rotated from the reference position and the angle to be rotated is obtained, and during these one rotation Represents the maximum value at.
[0021]
In this example, the one-way positioning accuracy of the
[0022]
This positioning error is measured, for example, every time the
[0023]
The correction data may be measured for one rotation of the
[0024]
Next, error data at each measurement point, for example, error data at 120 locations is averaged, and error correction data 16 for one rotation of the
[0025]
The format of the created error correction data 16 can be the number of correction pulses for error correction for each rotation angle position in one rotation of the
[0026]
Instead of this, error correction data for one rotation of the
[0027]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, information on the speed reducer is stored and held on the encoder side of the servo motor with a speed reducer, and this is read into the drive control device side to perform various initial settings for motor control. To do. Accordingly, a general-purpose drive control device can be used, and even if the speed reducer model is changed, the operator does not need to perform setting change processing.
[0028]
In addition, since error correction data for eliminating positioning errors due to the angle transmission error of the reducer is stored and held in the encoder and positioning control is performed based on this, accurate positioning can be realized. In particular, since such data is held on the encoder side and read on the drive control device side, the drive control device can be widely used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a servo motor system with a reduction gear to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記減速機(6)は波動歯車減速機であり、
前記エンコーダ(7)は、
前記モータ回転軸(5)に取り付けられたスリット付き回転円盤および光学式検出素子からなる検出部(11)と、
前記検出部(11)から出力される検出信号をエンコードして回転位置を表わすパルス信号に変換する信号処理部(12)と、
前記信号処理部(12)で生成されたエンコード信号を、前記モータ(4)を駆動制御するための駆動制御装置(3)の側に送信するためのインタフェース(13)と、
前記減速機(6)の型式、型番、速比を含む減速機に関する初期設定情報(15)、および、前記減速機(6)の角度伝達誤差に起因する位置決め誤差を補償するための誤差補正データ(16)が予め記憶保持されている記憶部(14)と、
前記信号処理部(12)から出力される前記エンコード信号に対して、前記誤差補正データ(16)に基づき補正用のパルス数を加えて、前記減速機(6)の角度伝達誤差に起因する位置決め誤差を除去し、これにより得られた補正後のエンコード信号を前記インタフェース(13)を介して前記駆動制御装置(3)の側に出力する補正部(19)と、
電源投入時および、前記駆動制御装置(3)の側から転送要求を受けると、前記記憶部(14)に記憶保持されている前記減速機(6)に関する前記初期設定情報(15)を、前記インタフェース(13)を介して前記駆動制御装置(3)の側に出力する情報出力部(18)とを備えており、
前記誤差補正データ(16)は、前記エンコーダ(7)により検出される減速機入力軸の1回転分の回転角度位置毎の角度伝達誤差補正データであることを特徴とする減速機付サーボモータ。In a servomotor with a speed reducer comprising a motor (4), an encoder (7) for detecting the rotational position of the motor rotating shaft (5), and a speed reducer (6) connected to the motor rotating shaft (5) ,
The speed reducer (6) is a wave gear speed reducer;
The encoder (7)
A detection unit (11) comprising a rotary disk with slits and an optical detection element attached to the motor rotation shaft (5);
A signal processing unit (12) for encoding a detection signal output from the detection unit (11) and converting it into a pulse signal representing a rotational position;
An interface (13) for transmitting the encode signal generated by the signal processing unit (12) to a drive control device (3) for driving and controlling the motor (4);
Initial setting information (15) regarding the speed reducer including the model, model number, and speed ratio of the speed reducer (6), and error correction data for compensating for positioning errors caused by the angle transmission error of the speed reducer (6) A storage unit (14) in which (16) is stored and held in advance;
Positioning caused by an angle transmission error of the speed reducer (6) by adding a correction pulse number to the encode signal output from the signal processing unit (12) based on the error correction data (16). A correction unit (19) that removes an error and outputs the corrected encoded signal obtained thereby to the drive control device (3) side through the interface (13);
When the power is turned on and when a transfer request is received from the drive control device (3) side, the initial setting information (15) related to the speed reducer (6) stored in the storage unit (14) is stored in the storage unit (14). An information output unit (18) for outputting to the drive control device (3) side through an interface (13),
The servo motor with a speed reducer, wherein the error correction data (16) is angle transmission error correction data for each rotation angle position of the speed reducer input shaft detected by the encoder (7).
前記エンコーダ(7)から前記補正後のエンコード信号を受け取り、当該補正後のエンコード信号と、上位の機器から供給される位置指令信号とに基づき、前記モータ(4)をフィードバック制御するフィードバック制御部(22)と、
前記エンコーダ(7)の前記記憶部(14)に保持されている前記初期設定情報(15)を読み込む読込部(23)と、
電源投入時に、読み込まれた前記初期設定情報(15)に基づき、モータ駆動のための最大電流値および定格電流値、並びに、位置フィードバック制御のためのゲインの初期設定を行なう初期設定部(24)とを有していることを特徴とする減速機付サーボモータの駆動制御装置(3)。A drive control device (3) for driving and controlling the servo motor with a reduction gear according to claim 1,
A feedback control unit that receives the corrected encoded signal from the encoder (7) and feedback-controls the motor (4) based on the corrected encoded signal and a position command signal supplied from a host device. 22)
A reading unit (23) for reading the initial setting information (15) held in the storage unit (14) of the encoder (7);
An initial setting unit (24) for performing initial setting of a maximum current value and a rated current value for driving the motor and a gain for position feedback control based on the read initial setting information (15) when the power is turned on. A drive control device (3) for a servo motor with a speed reducer, characterized by comprising:
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