JP6105143B1 - サーボモータ及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
角度伝達精度は、任意の回転角が入力に伝達したときの理論回転出力の回転角度と実際の回転出力の回転角度との間の差値、即ち角度伝達誤差を意味する。上述したバックラッシュ及びモータ出力、調和伝動誤差はいずれもサーボモータの出力角度に影響を与え、サーボモータの角度伝達精度を低減する。
サーボモータであって、制御回路、モータ、調和減速機及びセンサを備え、
前記制御回路はモータと電気的に接続され、制御回路の出力信号はモータの回転を制御しており、
前記調和減速機は、外筐体と、外筐体内に設けられる波動発生器と、可撓性歯車と、剛性歯車とを備え、前記モータは外筐体の一端に設けられ、前記波動発生器は前記モータにより駆動され、前記可撓性歯車は前記波動発生器の外部に外嵌連結され、前記剛性歯車は前記外筐体内に固定され、前記可撓性歯車は、前記剛性歯車の内部に位置し、かつ前記剛性歯車と噛合されており、
前記可撓性歯車には動力出力のための出力部が連結され、前記出力部の回転軸線には支柱が連結されており、
前記センサは、前記外筐体内に設けられ、支柱の角変位を検出することに用いられる。
さらに、前記第2歯車は中空の歯車部と延伸軸とを備え、前記歯車部の内部には、前記歯車部と前記外筐体との間に支持される第2軸受が設けられ、前記波動発生器は前記延伸軸に外嵌連結され、前記延伸軸の前記歯車部から離れる一端の外周と、前記可撓性歯車押圧片の位置制限部の内壁との間には第3軸受が設けられている。
制御回路は初期の動作計画を制御計画に変換してモータに送信するステップと、
モータは前記制御計画に応じて角変位を出力するステップと、
調和減速機は、モータに対して減速出力を行い、かつ支柱を回転させるステップと、
センサは、支柱の角変位を検出し、支柱の角変位と初期の動作計画の理論的に達成可能な角変位との偏差値を計算し、該偏差値に応じて1つ以上の動作計画を追加し、制御回路により制御計画に変換し、かつ、偏差値がセンサの分解能または動作計画の最小許容誤差より小さくなるまで、モータの実行を制御するステップと、を含む。
平歯車伝動装置によりモータに対して第1段階減速を行うことがさらに含まれる。
〈実施例1〉
モータ2の角変位、回転速度及びトルクを制御するために、前記制御回路1とモータ2とは電気的に接続されており、
前記調和減速機3は、外筐体5と、外筐体5内に設けられる波動発生器32と、可撓性歯車34と、剛性歯車33とを備える。前記波動発生器32は、径方向長さが一致しないカムであり、外周にはローラ軸受が設けられている。前記モータ2は外筐体5の一端に設けられ、前記波動発生器32は前記モータ2により駆動される。前記可撓性歯車34は前記波動発生器32の外部に外嵌連結され、波動発生器32により可撓性歯車34は制御可能な弾性変形を発生する。前記剛性歯車33は前記外筐体5内に固定され、前記可撓性歯車34の外部には外歯が設けられ、前記剛性歯車33は環形の内歯車であり、前記可撓性歯車34は前記剛性歯車33の内部に位置し、かつ前記可撓性歯車34と剛性歯車33とは噛合されている。波動発生器32が回転するとき、可撓性歯車34の外形は波動発生器32の回転方向に伴って絶えず変わって、可撓性歯車34と剛性歯車33との間の噛合状態を促進することによって、可撓性歯車34が剛性歯車33に対して波動発生器32と反対の方向に沿って回転することを実現する。
〈実施例2〉
本実施例において、前記波動発生器32の中軸線には伝動軸38が設けられ、前記伝動軸38には軸肩部381が設けられ、前記軸肩部381と前記波動発生器32とがネジ連結され、前記第2歯車31は締りばめによって前記伝動軸38に外嵌連結されている。前記第2歯車31には、前記第1歯車21と噛合するように外歯が設けられている。前記伝動軸38は中空構造である。前記波動発生器32は、前記伝動軸38の外部に外嵌連結されている。前記伝動軸38の一端と前記外筐体5との間には第5軸受395が設けられ、前記伝動軸38の他端と前記可撓性歯車押圧片35との間には第6軸受396が設けられ、前記第5軸受395と第6軸受396とにより第2歯車31及び波動発生器32の回転精度は保証される。
〈実施例3〉
制御回路1は初期の動作計画を制御計画に変換してモータ2に送信するステップと、
モータ2は前記制御計画に応じて角変位、回転速度及びトルクを出力し、具体的にはモータ2の入力電流を制御することによってモータ制御を実現するステップと、
調和減速機3は、モータ2に対して減速出力を行い、かつ支柱6を回転させるステップと、
センサは、支柱6の角変位を検出し、支柱6の角変位と初期の動作計画の理論的に達成可能な角変位との偏差値を計算し、該偏差値に応じて1つ以上の動作計画を追加し、制御回路1により制御計画に変換し、かつ、偏差値がセンサの分解能または動作計画の最小許容誤差より小さくなるまで、モータ2の実行を制御するステップと、を含む。本実施例では、磁気エンコーダはセンサとして用いられる。
前記初期の動作計画の論理的に達成可能な角変位は、サーボモータ2自体に存在するバックラッシュと角度伝達誤差などの偏差を無視して、動作計画により得られた出力部37の論理的に実現可能な角変位であり、即ち期待される動作計画に合う期待される角変位である。
2 モータ
21 第1歯車
22 出力軸
3 調和減速機
31 第2歯車
311 歯車部
312 延伸軸
32 波動発生器
33 剛性歯車
34 可撓性歯車
341 第1貫通孔
35 可撓性歯車押圧片
351 位置制限部
352 突出部
353 第3貫通孔
36 軸受内輪
361 第2貫通孔
37 出力部
38 伝動軸
381 軸肩部
391 第1軸受
392 第2軸受
393 第3軸受
394 第4軸受
395 第5軸受
396 第6軸受
4 エンコーダ
41 エンコーダ回路板
42 マグネット
5 外筐体
51 第1筐体
511 第1階段状溝
512 筒形支持部
52 第2筐体
521 第2階段状溝
6 支柱
Claims (13)
- サーボモータであって、制御回路(1)、モータ(2)、調和減速機(3)及びセンサを備え、
前記制御回路(1)はモータ(2)と電気的に接続され、前記制御回路(1)の出力信号は前記モータ(2)の回転を制御しており、
前記調和減速機(3)は、外筐体(5)と、外筐体(5)内に設けられる波動発生器(32)と、可撓性歯車(34)と、剛性歯車(33)とを備え、前記モータ(2)は外筐体(5)の一端に設けられ、前記波動発生器(32)は前記モータ(2)により駆動され、前記可撓性歯車(34)は前記波動発生器(32)の外部に外嵌連結され、前記剛性歯車(33)は前記外筐体(5)内に固定され、前記可撓性歯車(34)は、前記剛性歯車(33)の内部に位置し、かつ前記剛性歯車(33)と噛合されており、
前記可撓性歯車(34)には動力出力のための出力部(37)が連結され、前記出力部(37)の回転軸線には支柱(6)が連結されており、
前記センサは、前記外筐体(5)内に設けられ、支柱(6)の角変位を検出することに用いられ、
前記モータ(2)の出力軸(22)は前記外筐体(5)内に延伸し、かつ第1歯車(21)が設けられ、前記波動発生器(32)には第2歯車(31)が設けられ、前記第1歯車(21)と第2歯車(31)とは噛合されている、サーボモータ。 - 前記第1歯車(21)と第2歯車(31)とは平歯車であり、かつ前記第1歯車(21)の歯数は前記第2歯車(31)の歯数より少ない、請求項1に記載のサーボモータ。
- 前記調和減速機(3)は、可撓性歯車押圧片(35)と軸受内輪(36)とをさらに備え、前記可撓性歯車押圧片(35)は、位置制限部(351)と突出部(352)を備え、前記可撓性歯車(34)の底部には第1貫通孔(341)が開設され、前記軸受内輪(36)には第2貫通孔(361)が設けられ、前記可撓性歯車押圧片(35)の突出部(352)は順に第1貫通孔(341)と第2貫通孔(361)を通過し、前記可撓性歯車(34)は可撓性歯車押圧片(35)の位置制限部(351)と軸受内輪(36)との間に介設されている、請求項1に記載のサーボモータ。
- 前記外筐体(5)の前記モータ(2)から離れる一端が開口され、前記出力部(37)は前記外筐体(5)の開口に位置し、かつ前記出力部(37)、軸受内輪(36)、可撓性歯車(34)及び可撓性歯車押圧片(35)は固定連結されている、請求項3に記載のサーボモータ。
- 前記外筐体(5)と出力部(37)との間には第1軸受(391)が設けられ、前記軸受内輪(36)の外周は前記第1軸受(391)の内輪に嵌入されている、請求項3に記載のサーボモータ。
- 前記第2歯車(31)は中空の歯車部(311)と延伸軸(312)とを備え、前記歯車部(311)の内部には、前記歯車部(311)と前記外筐体(5)との間に支持される第2軸受(392)が設けられ、前記波動発生器(32)は前記延伸軸(312)に外嵌連結され、前記延伸軸(312)の前記歯車部(311)から離れる一端の外周と、前記可撓性歯車押圧片(35)の位置制限部(351)の内壁との間には第3軸受(393)が設けられている、請求項3〜5のいずれか一項に記載のサーボモータ。
- 前記可撓性歯車押圧片(35)の中部には第3貫通孔(353)が開設され、前記支柱(6)は前記第2歯車(31)、第3貫通孔(353)及び出力部(37)を順に通過し、前記支柱(6)の一端は出力部(37)の中心に連結され、かつ前記支柱(6)の外周には、前記支柱(6)と前記外筐体(5)との間に支持される第4軸受(394)がさらに設けられている、請求項6に記載のサーボモータ。
- 前記波動発生器(32)の中軸線には中空の伝動軸(38)が設けられ、前記第2歯車(31)は前記伝動軸(38)に外嵌連結され、前記伝動軸(38)の一端と前記外筐体(5)との間には第5軸受(395)が設けられ、前記伝動軸(38)の他端と前記可撓性歯車押圧片(35)との間には第6軸受(396)が設けられている、請求項3〜5のいずれか一項に記載のサーボモータ。
- 前記可撓性歯車押圧片(35)の中部には第3貫通孔(353)が開設され、前記支柱(6)は前記伝動軸(38)、第3貫通孔(353)及び出力部(37)を順に通過し、前記支柱(6)の一端は出力部(37)の中心に連結されている、請求項8に記載のサーボモータ。
- 前記センサはエンコーダ(4)であり、前記エンコーダ(4)はエンコーダ回路板(41)とマグネット(42)とを備え、前記マグネット(42)は、前記支柱(6)の前記出力部(37)から離れる一端に設けられ、前記エンコーダ回路板(41)は、前記外筐体(5)に固定され、かつ前記マグネット(42)と正対する、請求項1に記載のサーボモータ。
- 前記外筐体(5)は第1筐体(51)と第2筐体(52)とを備え、前記第1筐体(51)と第2筐体(52)との間には、前記調和減速機(3)を取り付けるための減速機キャビティ体が形成され、前記第1筐体(51)と第2筐体(52)との連結位置にはそれぞれ第1階段状溝と第2階段状溝が設けられ、前記剛性歯車(33)の縁部は前記第1階段状溝と第2階段状溝内に収容されている、請求項1に記載のサーボモータ。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のサーボモータの制御方法であって、
制御回路(1)は初期の動作計画を制御計画に変換してモータ(2)に送信するステップと、
モータ(2)は前記制御計画に応じて角変位を出力するステップと、
調和減速機(3)は、モータ(2)に対して減速出力を行い、かつ支柱(6)を回転させるステップと、
センサは、支柱(6)の角変位を検出し、支柱(6)の角変位と初期の動作計画の理論的に達成可能な角変位との偏差値を計算し、該偏差値に応じて1つ以上の動作計画を追加し、制御回路(1)により制御計画に変換し、かつ、偏差値がセンサの分解能または動作計画の最小許容誤差より小さくなるまで、モータ(2)の実行を制御するステップと、を含むサーボモータの制御方法。 - 調和減速機(3)がモータ(2)に対して減速を行う前、
平歯車伝動装置によりモータ(2)に対して第1段階減速を行うことをさらに含む、請求項12に記載のサーボモータの制御方法。
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