JP7069894B2 - 駆動装置、駆動システム、ロボット、画像形成装置、および搬送装置 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る第1のモータ101および第2のモータ102を用いた駆動機構の一例を示す図である。図1に示す駆動機構10は、第1のモータ101、第2のモータ102、および駆動軸11を備えて構成されている。
図2は、本発明の第1実施形態に係る駆動システム100の構成を示す図である。図2に示すように、駆動システム100は、図1で説明した第1のモータ101および第2のモータ102に加え、駆動装置110、ドライバ103、ドライバ104、エンコーダ105、およびエンコーダ106をさらに備えている。
続いて、図3~図6を参照して、オフセット制御部112によるオフセット制御について説明する。このオフセット制御は、第1のモータ101および第2のモータ102を駆動する際に、これら2つのモータ101,102の電圧指令値を補正することにより、これら2つのモータ101,102と駆動軸11との間のバックラッシュを解消させるためのものであり、駆動装置110が備えるオフセット制御部112(図2参照)によって行われる。
図3は、本発明の第1実施形態に係るオフセット制御部112の状態遷移図である。図3に示すように、オフセット制御部112は、動作モードとして、「モード0」、「モード1」、および「モード2」を有する。
図4は、本発明の第1実施形態に係るオフセット制御部112によるオフセット制御に用いられる第1の制御パターンを表すグラフである。図4に示すように、第1の制御パターンは、電圧指令値drvinが、-drvlimit/2~drvlimit/2の範囲内である場合に、オフセット制御部112(モード0)によるオフセット制御に用いられるものである。
第1の制御パターンによれば、電圧指令値drvin=0の場合、オフセット制御部112は、第1のモータ101から伝達されるトルクの方向が、駆動軸11の駆動方向とは反対方向となるように、第1のモータ101に対して、電圧値を-offsetとする駆動指令値drvout1を出力する。同時に、オフセット制御部112は、第2のモータ102から伝達されるトルクの方向が、駆動軸11の駆動方向と同じ方向となるように、第2のモータ102に対して、電圧値をoffsetとする駆動指令値drvout2を出力する。これにより、駆動軸11に対し、2つのモータ101,102の双方から互いに逆方向の駆動力が加えられるため、駆動軸11と2つのモータ101,102との間のバックラッシュが解消されることとなる。なお、オフセット電圧-offset,offsetは、歯車間の隙間を解消するためのものであり、外部負荷がかからないため、駆動電圧の5%程度で十分である。
また、第1の制御パターンによれば、電圧指令値drvin>0の場合、オフセット制御部112は、図中Aに示すように、第1のモータ101の駆動電圧を、-offsetに一定にしつつ、第2のモータ102の駆動電圧が、オフセット電圧offsetから徐々に増加するように、第2のモータ102の駆動指令値drvout2を制御する。これにより、バックラッシュが解消された状態を維持したまま、駆動軸11に対して、その駆動方向と同じ方向へ加えるトルク(第2のモータ102の出力トルクと第1のモータ101の出力トルクとの合成トルク)を、徐々に高めることができる。
また、第1の制御パターンによれば、電圧指令値drvin<0の場合、オフセット制御部112は、図中A'に示すように、第2のモータ102の駆動電圧を、offsetに一定にしつつ、第1のモータ101の駆動電圧が、オフセット電圧-offsetから駆動電圧が徐々に減少するように、第1のモータ101の駆動指令値drvout1を制御する。これにより、バックラッシュが解消された状態を維持したまま、駆動軸11に対して、その駆動方向と同じ方向へ加えるトルク(第2のモータ102の出力トルクと第1のモータ101の出力トルクとの合成トルク)を、徐々に高めることができる。
図5は、本発明の第1実施形態に係るオフセット制御部112によるオフセット制御に用いられる第2の制御パターンを表すグラフである。図5に示す第2の制御パターンは、電圧指令値drvinが、drvlimit/2に達した以降、オフセット制御部112(モード1)によるオフセット制御に用いられるものである。
第2の制御パターンによれば、電圧指令値drvin>drvlimit/2の場合、オフセット制御部112は、図中Cに示すように、第2のモータ102の駆動電圧をdrvlimitに一定にしつつ、第1のモータ101の駆動電圧が、0から徐々に上昇するように、第1のモータ101の駆動指令値drvout1を制御する。これにより、駆動軸11に対して、その駆動方向と同じ方向へ加えるトルク(第2のモータ102の出力トルクと第1のモータ101の出力トルクとの合成トルク)を、徐々に高めることができる。
第2の制御パターンは、第1の制御パターンと比較して、電圧指令値drvin<drvlimit/2の場合、図中Dに示すように、第1のモータ101の負方向へのオフセットトルクが解消されたものとなっている。ここで、第1のモータ101の第2の制御パターンは、電圧指令値drvinがdrvlimit/2を下回った場合であっても、第1のモータ101の出力が0で一定であり、すなわち、第1のモータ101から伝達されるトルクの方向が、駆動軸11の駆動方向と反対方向に切り替わらないようになっている。これにより、2つのモータ101,102と駆動軸11との間において、バックラッシュを解消しつつ、振動を抑制することができるようになっている。
図6は、本発明の第1実施形態に係るオフセット制御部112によるオフセット制御に用いられる第3の制御パターンを表すグラフである。図6に示す第3の制御パターンは、電圧指令値drvinが、-drvlimit/2に達した以降、オフセット制御部112(モード2)によるオフセット制御に用いられるものである。
第3の制御パターンによれば、電圧指令値drvin<-drvlimit/2の場合、オフセット制御部112は、図中Eに示すように、第1のモータ101の駆動電圧を-drvlimitに一定にしつつ、第2のモータ102の駆動電圧が、0から徐々に下降するように、第1のモータ101の駆動指令値drvout1を制御する。これにより、駆動軸11に対して、その駆動方向と同じ方向へ加えるトルク(第2のモータ102の出力トルクと第1のモータ101の出力トルクとの合成トルク)を、徐々に高めることができる。
第3の制御パターンは、第1の制御パターンと比較して、電圧指令値drvin>-drvlimit/2の場合、図中Fに示すように、第2のモータ102の正方向へのオフセットトルクが解消されたものとなっている。すなわち、第3の制御パターンは、電圧指令値drvinが-drvlimit/2を上回った場合であっても、第2のモータ102の出力が0で一定であり、すなわち、第2のモータ102から伝達されるトルクの方向が、駆動軸11の駆動方向と反対方向に切り替わらないようになっている。これにより、2つのモータ101,102と駆動軸11との間において、バックラッシュを解消しつつ、振動を抑制することができるようになっている。
次に、図7~図9を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る駆動システム100'の構成を示す図である。図7に示す第2実施形態の駆動システム100'は、駆動装置110の代わりに駆動装置110'を備えている。駆動装置110'は、切替部115を有していない点で、駆動装置110と異なる。駆動システム100'は、切替部115の代わりに、上位コントローラ120に、測定部121および補正部122を備えている。
図8は、本発明の第2実施形態に係るオフセット制御部112によるオフセット制御に用いられる制御パターン(補正部122による補正前の制御パターン)を表すグラフである。
図8に示す制御パターンによれば、電圧指令値drvin=0の場合、オフセット制御部112は、第1のモータ101から伝達されるトルクの方向が、駆動軸11の駆動方向とは反対方向となるように、第1のモータ101に対して、電圧値を-offsetとする駆動指令値drvout1を出力する。同時に、オフセット制御部112は、第2のモータ102から伝達されるトルクの方向が、駆動軸11の駆動方向と同じ方向となるように、第2のモータ102に対して、電圧値をoffsetとする駆動指令値drvout2を出力する。これにより、駆動軸11に対し、2つのモータ101,102の双方から互いに逆方向の駆動力が加えられるため、駆動軸11と2つのモータ101,102との間のバックラッシュが解消されることとなる。
また、図8に示す制御パターンによれば、電圧指令値drvin>0の場合、オフセット制御部112は、図中Aに示すように、第1のモータ101の駆動電圧を、-offsetに一定にしつつ、第2のモータ102の駆動電圧が、オフセット電圧offsetから徐々に増加するように、第2のモータ102の駆動指令値drvout2を制御する。これにより、バックラッシュが解消された状態を維持したまま、駆動軸11に対して、その駆動方向と同じ方向へ加えるトルク(第2のモータ102の出力トルクと第1のモータ101の出力トルクとの合成トルク)を、徐々に高めることができる。
また、図8に示す制御パターンによれば、電圧指令値drvin<0の場合、オフセット制御部112は、図中A'に示すように、第2のモータ102の駆動電圧を、offsetに一定にしつつ、第1のモータ101の駆動電圧が、オフセット電圧-offsetから駆動電圧が徐々に減少するように、第1のモータ101の駆動指令値drvout1を制御する。これにより、バックラッシュが解消された状態を維持したまま、駆動軸11に対して、その駆動方向と同じ方向へ加えるトルク(第2のモータ102の出力トルクと第1のモータ101の出力トルクとの合成トルク)を、徐々に高めることができる。
図9は、本発明の第2実施形態に係るオフセット制御部112によるオフセット制御に用いられる制御パターン(補正部122による補正後の制御パターン)を表すグラフである。
図10は、本発明の第1実施例に係るロボット700の一部概略構成を示す図である。図10にその一部(ロボットアームの関節部分)を示すロボット700は、産業用ロボット、家庭用ロボット等、ロボットアームを備える様々な用途のロボットが対象となり得る。図10に示すように、ロボット700は、支持体710、駆動装置720、およびアーム本体730を備えている。
図11は、本発明の第2実施例に係る画像形成装置900の概略構成を示す図である。図11に示す画像形成装置900は、プリントサーバ910および本体920を備えている。プリントサーバ910には、印刷データが記憶されている。プリントサーバ910に記憶されている印刷データは、ユーザからの指示により、本体920へと送信される。
図12は、本発明の第3実施例に係る搬送装置1000の概略構成を示す図である。図12に示す搬送装置1000は、用紙Pを搬送するための装置である。図12に示すように、搬送装置1000は、搬送ローラ1001および搬送ローラ1002を備えている。搬送ローラ1001は、搬送ローラ1002との間に用紙Pを挟み込んで回転することにより、用紙Pを所定の搬送方向へ搬送する。
100 駆動システム
101 第1のモータ
102 第2のモータ
103,104 ドライバ
105,106 エンコーダ
110 駆動装置
111 位置・速度制御部
112 オフセット制御部
113,114 PWM生成部
115 切替部
700 ロボット
900 画像形成装置
1000 搬送装置
Claims (9)
- 入力された電圧指令値に基づいて、同一の駆動軸に動力を伝達する第1のモータおよび第2のモータを駆動する駆動装置であって、
前記電圧指令値に基づいて、前記第1のモータに対する第1の駆動指令値と、前記第2のモータに対する第2の駆動指令値を出力する制御部と、
前記電圧指令値が所定の閾値を超えた場合、前記制御部が用いる制御パターンを、一の制御パターンから他の制御パターンに切り替える切替部と
を備え、
前記制御部は、
前記電圧指令値が前記所定の閾値未満の場合、前記一の制御パターンに基づいて、一方のモータから伝達されるトルクの方向が、前記駆動軸の駆動方向と異なる方向になるように、前記第1の駆動指令値および前記第2の駆動指令値を出力し、
前記切替部による切り替え後、前記他の制御パターンに基づいて、前記電圧指令値が前記所定の閾値以上の場合には、前記一方のモータから伝達されるトルクの方向が、前記駆動軸の駆動方向と同じ方向となり、且つ、前記電圧指令値が所定の閾値未満の場合であっても、前記一方のモータから伝達されるトルクの方向が、前記駆動軸の駆動方向と異なる方向にならないように、前記第1の駆動指令値および前記第2の駆動指令値を出力する
駆動装置。 - 前記切替部は、
前記制御部が用いる制御パターンを、前記他の制御パターンに切り替えた後、前記電圧指令値が0になったとき、前記制御部が用いる制御パターンを、前記他の制御パターンから前記一の制御パターンに切り替える
請求項1に記載の駆動装置。 - 前記制御部は、
前記切替部による切り替え後、前記電圧指令値が所定の閾値未満の場合、前記他の制御パターンに基づいて、前記一方のモータから伝達されるトルクがゼロまたはゼロ近傍の同じ向きとなるように、前記第1の駆動指令値および前記第2の駆動指令値を出力する
請求項1または2に記載の駆動装置。 - 入力された電圧指令値に基づいて、同一の駆動軸に動力を伝達する第1のモータおよび第2のモータを駆動する駆動装置であって、
前記電圧指令値に基づいて前記第1のモータに対する第1の駆動指令値と、前記第2のモータに対する第2の駆動指令値を出力する制御部であって、前記電圧指令値が所定の閾値未満の場合、所定の制御パターンに基づいて、一方のモータから伝達されるトルクの方向が、前記駆動軸の駆動方向と異なる方向になるように、前記電圧指令値を制御し、前記電圧指令値が前記所定の閾値以上の場合、前記所定の制御パターンに基づいて、前記一方のモータから伝達されるトルクの方向が、前記駆動軸の駆動方向と同じ方向になるように、前記第1の駆動指令値および前記第2の駆動指令値を出力する制御部と、
前記電圧指令値に関する所定の条件を満たした場合、前記電圧指令値が所定の閾値未満の場合であっても、前記一方のモータから伝達されるトルクの方向が、前記駆動軸の駆動方向と異なる方向にならないように、前記所定の制御パターンを補正する補正部と
を備える駆動装置。 - 所定の測定期間内における前記電圧指令値の範囲を測定する測定部をさらに備え、
前記補正部は、前記測定部によって測定された前記電圧指令値の範囲内に前記所定の閾値が含まれている場合、前記所定の閾値が、前記電圧指令値の範囲外に変更されるように、前記所定の制御パターンを補正する
請求項4に記載の駆動装置。 - 前記第1のモータと、
前記第2のモータと、
請求項1から5のいずれか一項に記載の駆動装置と
を備える駆動システム。 - 請求項6に記載の駆動システムと、
前記第1のモータおよび前記第2のモータの双方の動力が伝達される駆動軸と
を備えるロボット。 - 請求項6に記載の駆動システムと、
前記第1のモータおよび前記第2のモータの双方の動力が伝達される駆動軸と
を備える画像形成装置。 - 請求項6に記載の駆動システムと、
前記第1のモータおよび前記第2のモータの双方の動力が伝達される駆動軸と
を備える搬送装置。
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