JPH06131050A - Method for detecting collision of movable part driven by servo motor - Google Patents

Method for detecting collision of movable part driven by servo motor

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JPH06131050A
JPH06131050A JP30623392A JP30623392A JPH06131050A JP H06131050 A JPH06131050 A JP H06131050A JP 30623392 A JP30623392 A JP 30623392A JP 30623392 A JP30623392 A JP 30623392A JP H06131050 A JPH06131050 A JP H06131050A
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JP
Japan
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value
estimated
disturbance
torque
speed
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Application number
JP30623392A
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Japanese (ja)
Inventor
Heisuke Iwashita
平輔 岩下
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To remarkably reduce errors and to accurately detect collisions with a good responsiveness by linearly approximating an estimated friction torque as linear function which is provided with the prescribed offset and is proportional to the speed. CONSTITUTION:As disturbance torques, friction torques generated by the movement of the movable part are included other than torques generated by the collision, they are estimated by reducing friction torques from the all disturbance torque estimated by the observer. In this case, as a friction torque Fu, a linearly approximated value is obtained in the following expression. In the expression Fu= Cr + k v, Cr and k are an offset value and a factor decided by each axis driven by the servo motor such as machine tools. Then, a disturbance estimation value Td2 is obtained by an all estimation disturbance value Td1, setting constant Cr, setting factor k, and real speed v, and the ratio (j/Kt) of the estimated inertia and the estimated torque constant. When the value Td2 exceeds the prescribed value, the collision is judged and the driving of the servo motor is stopped.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ロボットや工作機械
等のサーボモータを動力源とする機械において、工作機
械のカッタやロボットのアーム等のサーボモータで駆動
される可動部がワーク等の他の物体に衝突したことを検
出する衝突検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine using a servomotor such as a robot or a machine tool as a power source, in which a movable part driven by the servomotor such as a cutter of the machine tool or an arm of the robot is a work or the like. The present invention relates to a collision detection method for detecting a collision with another object.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械の可動部(カッタ若しくはテー
ブル等)やロボットのアーム等が障害物に衝突したと
き、これら可動部やアームを駆動するサーボモータは移
動指令に従って移動しようとして、大きなトルクを発生
する。そのため、可動部やアームの機構部を破損させる
場合がある。この衝突等を検出する方法として、サーボ
系の位置偏差を検出し、この位置偏差が設定値以上にな
ると負荷異常して衝突を検出したり、また、サーボモー
タの駆動電流を検出し、この駆動電流が設定値以上にな
ったとき衝突等が生じているとして、衝突を検出する方
法がある。しかし、この位置偏差の増大や駆動電流の増
大を検出して衝突等を検出する方法では、衝突を検出し
た時点ですでにサーボモータは大きなトルクを出力して
いる状態であるから、この大きな力で機構部を破損させ
る可能性がある。
2. Description of the Related Art When a movable part (a cutter or a table) of a machine tool or an arm of a robot collides with an obstacle, a servomotor for driving the movable part or arm attempts to move in accordance with a movement command and produces a large torque. Occur. Therefore, the movable part and the mechanism part of the arm may be damaged. As a method of detecting this collision, etc., the position deviation of the servo system is detected, and if this position deviation exceeds the set value, a load abnormality is detected and the collision is detected. There is a method of detecting a collision assuming that a collision or the like has occurred when the current exceeds a set value. However, in the method of detecting a collision or the like by detecting an increase in the position deviation or an increase in the drive current, the servo motor is already in the state of outputting a large torque when the collision is detected. May damage the mechanical part.

【0003】そこで、本願出願人は、外乱推定オブザー
バによって外乱トルクを推定し、この推定外乱トルクが
設定値以上になったとき、負荷異常して衝突等が生じて
いるものとして検出する方法を提案した(特開平3−1
96313号公報参照)。
Therefore, the applicant of the present application proposes a method of estimating the disturbance torque by a disturbance estimation observer and detecting that the estimated disturbance torque exceeds a set value as a load abnormality to cause a collision or the like. (Japanese Patent Laid-Open No. 3-1
96313).

【0004】外乱トルクには、衝突によって生じたトル
ク以外にも、可動部が移動することによる摩擦トルクも
含まれているため、より正確に衝突を検出するには、摩
擦トルクを除去する必要がある。そこで、オブサーバを
用いて衝突を検出する場合、摩擦トルクが速度に比例す
るものとして、オブザーバで推定した全外乱トルクから
速度に比例した摩擦トルクを減じて衝突を検出するため
の外乱トルクを推定している。
Since the disturbance torque includes the friction torque caused by the movement of the movable part in addition to the torque generated by the collision, it is necessary to remove the friction torque in order to detect the collision more accurately. is there. Therefore, when a collision is detected using an observer, assuming that the friction torque is proportional to the speed, the friction torque proportional to the speed is subtracted from the total disturbance torque estimated by the observer to estimate the disturbance torque for detecting the collision. is doing.

【0005】図3は、位置に対し比例(P)制御を行
い、速度に対し比例,積分(PI)制御を行う工作機械
やロボット等のサーボモータ制御系のブロック線図であ
り、伝達関数10のKP は位置ループにおける比例ゲイ
ン、伝達関数11は速度ループにおける前置補償器の伝
達関数で、K1 は積分定数、K2 は比例定数である。ま
た、伝達関数12,13はモータの伝達関数で、Ktは
トルク定数、Jはイナーシャであり、伝達関数14は速
度vを積分して位置θを算出する伝達関数である。ま
た、TL は外乱トルクである。
FIG. 3 is a block diagram of a servo motor control system of a machine tool, a robot or the like, which performs proportional (P) control with respect to position and proportional and integral (PI) control with respect to speed, and shows a transfer function 10. Is a proportional gain in the position loop, transfer function 11 is a transfer function of the predistorter in the velocity loop, K1 is an integration constant, and K2 is a proportional constant. The transfer functions 12 and 13 are transfer functions of the motor, Kt is a torque constant, J is inertia, and the transfer function 14 is a transfer function that integrates the velocity v to calculate the position θ. Further, TL is the disturbance torque.

【0006】位置指令値θrから現在位置θのフィード
バック値を減算し、その差の位置偏差ε(=θr−θ)
に比例定数KP を乗じ、速度指令値を求め、該速度指令
値と実速度vとの差(速度偏差)によってPI制御を行
ってトルク指令(電流指令)Iを求め、該トルク指令I
に基づいてモータモータ電流を制御してモータを駆動す
る。モータは速度vで回転し、この速度vを積分して位
置θが求められる。
The feedback value of the current position θ is subtracted from the position command value θr, and the position deviation ε (= θr−θ) of the difference is subtracted.
Is multiplied by a proportional constant KP to obtain a speed command value, PI control is performed by PI control according to the difference (speed deviation) between the speed command value and the actual speed v, and the torque command I is calculated.
The motor is controlled by controlling the motor current based on the above. The motor rotates at the speed v, and the position θ is obtained by integrating the speed v.

【0007】図4は、サーボモータにおけるオブザーバ
対象のモデルのブロック図で、記号12は図3に示すサ
ーボモータのトルク定数Ktの伝達関数、13a,13
bは図3における伝達関数13を分割し、イナーシャJ
の伝達関数13aと積分項13bに分けたものである。
図4におて、Iは入力としてのトルク指令、v,TLは
状態変数としての速度,外乱トルクを意味する。
FIG. 4 is a block diagram of a model of an observer object in the servo motor. Symbol 12 is a transfer function of the torque constant Kt of the servo motor shown in FIG.
b divides the transfer function 13 in FIG.
Of the transfer function 13a and the integral term 13b.
In FIG. 4, I means a torque command as an input, and v and TL mean speed and disturbance torque as state variables.

【0008】この図4のモデルにおいて、状態変数v,
TL に対する状態方程式は数式1のようになる。
In the model of FIG. 4, the state variables v,
The equation of state for TL is as shown in Equation 1.

【0009】[0009]

【数1】 なお、上記数式1においてαは加速度、TL の上に1ド
ットを付したものは、外乱トルクの変化度を意味する
が、短い時間では外乱トルクTL には変化がないとして
この値を0と仮定している。
[Equation 1] In Equation 1, α is acceleration, and one dot added to TL means the degree of change of the disturbance torque, but it is assumed that this value is 0 because there is no change in the disturbance torque TL in a short time. is doing.

【0010】数式1で示す方程式より、オブザーバを組
む一般的な手法により、速度v,外乱TL を推定する同
一次元オブザーバを組むと図1に符号50で示すオブザ
ーバとなる。外乱推定オブザーバ50の項52,53の
K3 ,K4 は外乱推定オブザーバのパラメータであり、
項51は実際にサーボモータに出力されるトルク指令と
しての電流値Iに乗じるパラメータの値でモータのトル
ク定数の推定値Kt *をイナーシャの推定値J* で除し
た値である。54は積分項である。
If the same dimension observer for estimating the velocity v and the disturbance TL is formed by the general method of forming an observer from the equation shown in the equation 1, the observer indicated by reference numeral 50 in FIG. 1 is obtained. K3 and K4 of the terms 52 and 53 of the disturbance estimation observer 50 are parameters of the disturbance estimation observer,
The term 51 is the value of the parameter that multiplies the current value I as the torque command actually output to the servomotor, and is the value obtained by dividing the estimated value Kt * of the torque constant of the motor by the estimated value J * of inertia. 54 is an integral term.

【0011】この図1のブロック図をKt =Kt * 、J
=J* として解析すると、 {I・Kt +TL }(1/J・S)=v …(2) {I・ (Kt /J) + (v−va) K3 + (v−va)(K4 /S)} (1/S) =va …(3) (なお、vaは積分項54の出力で推定速度) 第(2)式より I=(v・J・S−TL )/Kt …(4) 第(3)式に第(4)式を代入し整理すると、 (v・J・S−TL )/J+(v−va)K3 +(v−va)(K4 /S)=va・S …(5) S(v−va)+(v−va)・K3 +(v−va)(K4 /S)=TL /J …(6) 第(6)式より
The block diagram of FIG. 1 is represented by Kt = Kt * , J
= J * , {I · Kt + TL} (1 / J · S) = v (2) {I · (Kt / J) + (v−va) K3 + (v−va) (K4 / S)} (1 / S) = va (3) (where va is the estimated speed of the output of the integral term 54) From the equation (2), I = (vJS-TL) / Kt (4) ) By substituting the formula (4) into the formula (3) and rearranging, (vJS-TL) / J + (v-va) K3 + (v-va) (K4 / S) = vaS (5) S (v-va) + (v-va) .K3 + (v-va) (K4 / S) = TL / J (6) From equation (6)

【0012】[0012]

【数7】 上記数式7より項53の出力Td1は次の数式8で示され
る。
[Equation 7] From the above expression 7, the output Td1 of the term 53 is expressed by the following expression 8.

【0013】[0013]

【数8】 数式8において、パラメータK3 ,K4 を極が安定する
ように選択すると、Td1=TL /Jと近似することがで
き、全外乱トルクTL を推定することができることを示
している。
[Equation 8] In the equation (8), if the parameters K3 and K4 are selected so that the poles are stable, it can be approximated as Td1 = TL / J, and the total disturbance torque TL can be estimated.

【0014】そして、従来は、この全外乱トルクTL か
ら摩擦トルク相当分として速度Vに比例する値(k・
v)を減じて、更に、項56でパラメータJ* /Kt *
(J*はイナーシャ推定値,Kt * はトルク定数の推定
値)を乗じて、衝突検出のための外乱推定値Td2を求め
るようにしていた。
Then, conventionally, a value (k.multidot.k) proportional to the speed V is calculated from the total disturbance torque TL as a portion corresponding to the friction torque.
v) is subtracted, and the parameter J * / Kt * is added in the item 56 .
(J * is the inertia estimated value, Kt * is the torque constant estimated value) and the disturbance estimated value Td2 for collision detection is obtained.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】上述したオブザーバを
使用して外乱推定値から衝突を検出しようとする場合、
従来は、摩擦トルクを速度に比例するものと推定してい
るため、モータの回転速度によっては、推定したその時
の摩擦トルクと実際の摩擦トルクが合致せず、衝突を検
出するための外乱推定値Td2がオフセットを有し、精度
よく衝突を検出できないという問題がある。
When attempting to detect a collision from a disturbance estimation value using the above-mentioned observer,
Conventionally, since the friction torque is estimated to be proportional to the speed, the estimated friction torque does not match the actual friction torque depending on the motor rotation speed, and the estimated disturbance value for detecting a collision There is a problem that Td2 has an offset and a collision cannot be detected accurately.

【0016】そこで、本発明の目的は、応答よく、かつ
精度が高く、衝突等を検出できる衝突検出方法を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a collision detection method capable of detecting a collision or the like with good response and high accuracy.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】オブザーバを用いてサー
ボモータが受ける外乱トルクを推定する。該推定された
外乱トルクから、摩擦トルクを減じて、衝突検出用の外
乱推定値を求めるが、この摩擦トルクとして、オフセッ
トを有し速度に比例する一次関数で近似する。この摩擦
トルクを排除した外乱推定値が所定値を越えたとき、衝
突と判断しサーボモータの駆動を停止させるサーボモー
タで駆動される。
A disturbance torque received by a servo motor is estimated by using an observer. A friction torque is subtracted from the estimated disturbance torque to obtain a disturbance estimation value for collision detection. This friction torque is approximated by a linear function that has an offset and is proportional to speed. When the estimated disturbance value excluding this friction torque exceeds a predetermined value, it is determined that a collision has occurred and the servo motor is driven to stop the drive of the servo motor.

【0018】[0018]

【作用】推定摩擦トルクを所定のオフセットを有し速度
に比例する一次関数として一次近似したので実際の摩擦
トルクとの誤差は非常に小さくなる。この摩擦トルクを
オブザーバで求めた全外乱トルクの推定値から減じる。
その結果、摩擦トルクが減じられた外乱推定値は摩擦ト
ルク以外の外乱トルクを表すことになるから、サーボモ
ータで駆動される可動部が他の物体に衝突したとき生じ
る外乱トルクを応答よく、かつ精度よく検出することが
できる。
Since the estimated friction torque is linearly approximated as a linear function having a predetermined offset and proportional to the speed, the error from the actual friction torque becomes very small. This friction torque is subtracted from the estimated value of total disturbance torque obtained by the observer.
As a result, the estimated disturbance value with the friction torque reduced represents the disturbance torque other than the friction torque.Therefore, the disturbance torque generated when the movable part driven by the servomotor collides with another object has good response, and It can be detected accurately.

【0019】[0019]

【実施例】本発明で用いるオブザーバは、図1に示す従
来のオブザーバとほとんど同一であるが、全外乱推定値
Td1から差し引く摩擦トルクが異なるのみである。図2
は、図1に示すオブザーバにおいて変化する部分を示し
たブロック図である。全外乱推定値Td1から、摩擦トル
クFu として、次の式で一次近似した値を減じるように
した点が相違するのみである。
EXAMPLE The observer used in the present invention is almost the same as the conventional observer shown in FIG. 1, except that the friction torque subtracted from the total disturbance estimated value Td1 is different. Figure 2
FIG. 3 is a block diagram showing a changing part in the observer shown in FIG. 1. The only difference is that the friction torque Fu is subtracted from the total disturbance estimated value Td1 by a value that is linearly approximated by the following equation.

【0020】 Fu =Cr +k・v …(9) 上記9式において、Cr 、kは工作機械やロボット等の
サーボモータで駆動される各可動部の軸毎に決められる
定数(オフセット値)及び係数である。サーボモータで
駆動される軸を無負荷状態で駆動したとき、所定速度の
定常状態においては、サーボモータの出力トルクは摩擦
トルクに想到する。そこで、上記定常状態の速度を異な
った二つの速度でサーボモータの出力トルクを測定すれ
ば定数Cr 、係数kが決まり、上記9式は求められるこ
とになる。
Fu = Cr + k · v (9) In the above equation 9, Cr and k are constants (offset values) and coefficients determined for each axis of each movable part driven by a servomotor such as a machine tool or a robot. Is. When the shaft driven by the servo motor is driven in a no-load state, the output torque of the servo motor is considered as a friction torque in a steady state of a predetermined speed. Therefore, if the output torque of the servo motor is measured at two speeds different from the steady-state speed, the constant Cr and the coefficient k are determined, and the above equation 9 is obtained.

【0021】図5は本発明の方法を実施するサーボモー
タ制御系の要部ブロック図で、1は工作機械やロボット
を制御する制御装置で、該制御装置から移動指令,各種
制御信号が共有メモリ2を介してディジタルサーボ回路
3に出力される。ディジタルサーボ回路3は、プロセッ
サ,ROM,RAM等で構成され、位置、速度等のサー
ボ制御をディジタル的に制御し、トランジスタインバー
タ等で構成されるサーボアンプ4に電流指令を出力し各
軸のサーボモータ5を制御するものである。また、6は
位置、速度を検出する位置速度検出器でサーボモータの
モータ軸に取り付けられたパルスコーダ等で構成され、
ディジタルサーボ回路3に位置、速度フィードバック信
号を出力している。なお、上記図5には1軸のサーボ系
のみを記載しているが、各軸毎に同様な構成を有してお
り、これらの構成は、従来から公知のディジタルサーボ
回路の構成と同一である。
FIG. 5 is a block diagram of a main part of a servo motor control system for carrying out the method of the present invention. Reference numeral 1 is a control device for controlling a machine tool or a robot. It is output to the digital servo circuit 3 via 2. The digital servo circuit 3 is composed of a processor, ROM, RAM, etc., digitally controls servo control of position, speed, etc., outputs a current command to a servo amplifier 4 composed of a transistor inverter, etc. It controls the motor 5. Further, 6 is a position / speed detector for detecting the position and speed, and is composed of a pulse coder or the like attached to the motor shaft of the servo motor,
A position / speed feedback signal is output to the digital servo circuit 3. Although only one axis of the servo system is shown in FIG. 5, each axis has a similar configuration, and these configurations are the same as those of a conventionally known digital servo circuit. is there.

【0022】図6は、ディジタルサーボ回路3のプロセ
ッサが位置,速度ループ処理周期毎実施する衝突検出処
理のフローチャートである。予め、オブザーバを構成す
る定数K3 、K4 、トルク定数推定値Kt * 、イナーシ
ャ推定値J* 推定摩擦トルクFu の定数Cr 、係数k及
び衝突検出のための基準値Ts をディジタルサーボ回路
3内に設定しておく。
FIG. 6 is a flowchart of a collision detection process executed by the processor of the digital servo circuit 3 every position / speed loop processing cycle. The constants K3, K4, the torque constant estimated value Kt * , the inertia estimated value J *, the estimated friction torque Fu constant Cr, the coefficient k, and the reference value Ts for collision detection which configure the observer are set in advance in the digital servo circuit 3. I'll do it.

【0023】ディジタルサーボ回路3のプロセッサ位置
・速度ループ処理周期毎に図6に示す処理を実行し、ま
ず、位置速度検出器6から送られてくるサーボモータの
実速度vを読み取ると共に、速度ループ処理によって求
められたトルク指令Iを読む(ステップS1,S2)。
次に、ステップS1で読み取った実速度vからレジスタ
R(va)に記憶する推定速度vaをを減じて実速度と
推定速度の差Verr を求める(ステップS3)。更に、
該差Verr に設定定数K4 を乗じた値を全外乱推定値T
d1を記憶するアキュムレータに加算し当該周期における
全外乱推定値Td1を求める(ステップS4)。すなわ
ち、ステップS4の処理は図1における要素53の処理
である。
The processing shown in FIG. 6 is executed for each processor position / speed loop processing cycle of the digital servo circuit 3, and first, the actual speed v of the servo motor sent from the position / speed detector 6 is read and the speed loop is executed. The torque command I obtained by the processing is read (steps S1 and S2).
Next, the estimated speed va stored in the register R (va) is subtracted from the actual speed v read in step S1 to obtain the difference Verr between the actual speed and the estimated speed (step S3). Furthermore,
A value obtained by multiplying the difference Verr by a setting constant K4 is a total disturbance estimated value T
The total disturbance estimated value Td1 in the period is calculated by adding d1 to the accumulator that stores it (step S4). That is, the process of step S4 is the process of the element 53 in FIG.

【0024】次に、推定速度vaを記憶するレジスタR
(va)にステップS4で求めた全外乱推定値Td1を加
算すると共にステップS3で求めた差Verr に定数K3
を乗じた値を加算し、更に、レジスタR(I)に記憶す
る前周期で読み込んだトルク指令Iに推定トルク定数と
推定イナーシャの比(Kt * /J* )を乗じた値を加算
し当該周期の速度推定値vaを求め、レジスタR(v
a)に格納する(ステップS5)。すなわち、ステップ
S5の処理は、図1における要素51及び要素54等の
処理によって推定速度vaを求める処理である。
Next, a register R for storing the estimated speed va
The total disturbance estimated value Td1 obtained in step S4 is added to (va), and a constant K3 is added to the difference Verr obtained in step S3.
The value obtained by multiplying the torque command I read in the previous cycle stored in the register R (I) by the ratio (Kt * / J * ) of the estimated torque constant and the estimated inertia is added, and the value is added. The speed estimation value va of the cycle is obtained, and the register R (v
It is stored in a) (step S5). That is, the process of step S5 is a process of obtaining the estimated speed va by the process of the elements 51 and 54 in FIG.

【0025】次に、ステップS2で読み込んだトルク指
令値IをレジスタR(I)を格納し(ステップS6)、
ステップS4で求めた全外乱推定値Td1から推定摩擦ト
ルクFu を減じた値に推定イナーシャと推定トルク定数
の比(J* /Kt * )を乗じて摩擦トルクを除去した外
乱推定値Td2を求める(ステップS7)。すなわち、全
推定外乱値Td1、設定定数Cr 、設定係数k、及びステ
ップS1で読み込んだ実速度V、推定イナーシャと推定
トルク定数の比(J* /Kt * )より、次の演算を行っ
て外乱推定値Td2を求める。
Next, the torque command value I read in step S2 is stored in the register R (I) (step S6),
A value obtained by subtracting the estimated friction torque Fu from the total disturbance estimated value Td1 obtained in step S4 is multiplied by the ratio of the estimated inertia and the estimated torque constant (J * / Kt * ) to obtain the disturbance estimated value Td2 from which the friction torque is removed ( Step S7). That is, the following calculation is performed from the total estimated disturbance value Td1, the setting constant Cr, the setting coefficient k, and the actual speed V read in step S1, the ratio of the estimated inertia and the estimated torque constant (J * / Kt * ), and the disturbance is calculated. Obtain the estimated value Td2.

【0026】 Td2=(J* /Kt * )(Td1−Cr −k・v) そして、上記外乱推定値Td2の大きさ(絶対値)と設定
基準値Ts を比較し(ステップS8)、外乱推定値Td2
が設定基準値Ts 以下であれば、衝突は生じてないとし
て当該位置・速度ループ処理周期での衝突検出処理を終
了する。しかし、外乱推定値Td2の大きさが設定基準地
Ts を超えている場合には、衝突が生じているとしてサ
ーボモータの駆動を停止し、アラーム等を出力する(ス
テップS9)。
Td2 = (J * / Kt * ) (Td1-Cr-k · v) Then, the magnitude (absolute value) of the estimated disturbance value Td2 is compared with the set reference value Ts (step S8) to estimate the disturbance. Value Td2
Is less than the set reference value Ts, it is determined that no collision has occurred, and the collision detection process in the position / speed loop processing cycle is ended. However, when the magnitude of the estimated disturbance value Td2 exceeds the set reference location Ts, it is determined that a collision has occurred, the driving of the servo motor is stopped, and an alarm or the like is output (step S9).

【0027】図7は、サーボモータを位置決めし停止状
態で、実外乱として所定値のトルクを該サーボモータの
出力軸に加えたとき、上記方法によって得られた摩擦ト
ルクを除去した後の外乱推定値Td2と実外乱の値を比較
した図である。この図から分るように、外乱推定値Td2
は実外乱によく追従していることがわかる。
FIG. 7 shows a disturbance estimation after the friction torque obtained by the above method is removed when a predetermined value of torque is applied as an actual disturbance to the output shaft of the servo motor with the servo motor positioned and stopped. It is the figure which compared value Td2 and the value of the actual disturbance. As can be seen from this figure, the estimated disturbance value Td2
It can be seen that follows well with the actual disturbance.

【0028】また、図8〜図9は速度0から100rp
m、500rpm、1000rpmまで加速したときの
従来の方法の外乱推定値Td2(図1に示す、全外乱推定
値Td1から速度vに比例する値(k・v)を減じて摩擦
トルクを除去した外乱推定値Td2)(図(イ)に示
す)、と本発明の方法による外乱推定値Td2(図2に示
すように摩擦トルクFu =Cr +k・vとして、摩擦ト
ルクを除去した外乱推定値Td2)(図(ロ)に示す)を
測定した実験結果の図である。
Further, FIGS. 8 to 9 show speeds 0 to 100 rp.
Disturbance estimated value Td2 of the conventional method when accelerated to m, 500 rpm, 1000 rpm (disturbance in which friction torque is removed by subtracting a value (k · v) proportional to velocity v from estimated total disturbance value Td1 shown in FIG. 1) (Estimated value Td2) (shown in FIG. 2A) and disturbance estimated value Td2 by the method of the present invention (disturbance estimated value Td2 with friction torque Fu = Cr + k · v as shown in FIG. 2). It is a figure of the experimental result which measured (shown in a figure (b)).

【0029】従来方法においては、摩擦トルクの速度に
対する比例係数kを500rpmで定常回転していると
きに外乱推定値Td2が「0」になるように設定してい
る。図8〜図10の従来方法(イ)を比較してわかるよ
うに、図9(イ)ではサーボモータが加速され定常回転
速度の500rpmになった後は、外乱推定値Td2はほ
とんど「0」に近い値を示している。しかし図8(イ)
に示されるように、定常回転数100rpmの場合に
は、定常回転時に摩擦トルクを除去した外乱推定値Td2
が「0」にならず、大きな値を示している。これは、摩
擦トルクが大きく、全外乱推定値Td1から摩擦トルク
(k・v)の減じる分が少ないものと判断される。また
定常回転数が1000rpmの場合を示す図10(イ)
では、定常回転時に摩擦トルクを除去した外乱推定値T
d2の値が負になっており、摩擦トルク分を減じ過ぎてい
ることがわかる。また、加速時にオーバシュートが大き
く現れていることもわかる。
In the conventional method, the proportional coefficient k with respect to the speed of the friction torque is set so that the estimated disturbance value Td2 becomes "0" during steady rotation at 500 rpm. As can be seen by comparing the conventional method (a) in FIGS. 8 to 10, in FIG. 9 (a), the estimated disturbance value Td2 is almost “0” after the servomotor is accelerated to the steady rotation speed of 500 rpm. Shows a value close to. However, Figure 8 (a)
As shown in, in the case of a steady rotation speed of 100 rpm, the estimated disturbance value Td2 obtained by removing the friction torque during the steady rotation is obtained.
Does not become “0”, which is a large value. It is determined that the friction torque is large and the friction torque (k · v) is reduced by a small amount from the total disturbance estimated value Td1. FIG. 10 (a) showing the case where the steady rotation speed is 1000 rpm.
Then, the estimated disturbance value T from which the friction torque is removed during steady rotation
It can be seen that the value of d2 is negative and the friction torque is reduced too much. Also, it can be seen that the overshoot largely appears during acceleration.

【0030】これに対して、図8〜図10の(ロ)に示
す本発明の方法では、定常回転時にはどの回転数におい
ても、摩擦トルクを除去した外乱推定値Td2は「0」に
近い値を示しており、摩擦トルクが正確に除去されてい
ることがわかる。また、加速時にも大きなオーバシュー
トは生じてない。このことから、本発明の方法により摩
擦トルクを除去した外乱推定値Td2を求めれば、どのよ
うに回転数の場合でも、摩擦トルクの影響を受けず、外
乱推定値Td2を求めることができ、かつ加速時等におい
ても大きなオーバシュートが生じないから、衝突を検出
するための基準値Tsを従来の方法と比較し小さな値と
し、より正確に、かつ衝突が生じた時、より早い段階
で、サーボモータで駆動される可動部が他の物体に衝突
したことを検出することができる。
On the other hand, in the method of the present invention shown in (b) of FIGS. 8 to 10, the disturbance estimated value Td2 from which the friction torque is removed is a value close to "0" at any rotation speed during steady rotation. It can be seen that the friction torque is accurately removed. Also, no large overshoot occurs during acceleration. From this, if the disturbance estimated value Td2 from which the friction torque is removed is obtained by the method of the present invention, the disturbance estimated value Td2 can be obtained without being affected by the friction torque regardless of the number of revolutions, and Since a large overshoot does not occur even during acceleration or the like, the reference value Ts for detecting a collision is set to a smaller value as compared with the conventional method, and more accurately, and when a collision occurs, the servo is used at an earlier stage. It is possible to detect that the movable portion driven by the motor has collided with another object.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明においては、摩擦トルクをより正
確に除去した後の外乱推定値を求めることができ、その
ために、衝突を検出するための基準値を小さな値とし
て、精度を上げることができるので、衝突をより早く、
かつ正確に検出することができる。
According to the present invention, the estimated disturbance value after the friction torque is removed more accurately can be obtained. Therefore, the accuracy can be improved by setting the reference value for detecting a collision to a small value. Because you can do it faster,
And it can be detected accurately.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】摩擦トルクを除去した外乱推定値を求める従来
のオブザーバのブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional observer that obtains a disturbance estimated value from which friction torque is removed.

【図2】本発明が使用するオブザーバの要部ブロック図
である。
FIG. 2 is a block diagram of a main part of an observer used in the present invention.

【図3】サーボモータ制御系のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of a servo motor control system.

【図4】外乱推定オブザーバを組むモデルのブロック図
である。
FIG. 4 is a block diagram of a model that forms a disturbance estimation observer.

【図5】本発明の実施例を実施するディジタルサーボ系
のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of a digital servo system that implements an embodiment of the present invention.

【図6】ディジタルサーボ回路のプロセッサが実施する
本発明の一実施例の衝突検出処理のフローチャートであ
る。
FIG. 6 is a flowchart of a collision detection process of one embodiment of the present invention executed by a processor of a digital servo circuit.

【図7】本発明の方法において、サーボモータを位置決
めしておき、所定値の実トルクを該サーボモータの軸に
加えたとき得られる摩擦トルクを除去した外乱推定値と
実トルクを比較した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a comparison between a disturbance estimated value and an actual torque obtained by removing a friction torque obtained when a predetermined value of the actual torque is applied to the shaft of the servo motor in the method of the present invention. Is.

【図8】サーボモータの速度を「0」から100rpm
まで加速した時の従来方法と本発明の方法による摩擦ト
ルクを除去した外乱推定値を求めてグラフ化した図であ
る。
FIG. 8: The speed of the servo motor is changed from “0” to 100 rpm
It is the figure which calculated | required the disturbance estimated value which removed the friction torque by the conventional method and the method of this invention at the time of accelerating to, and made it a graph.

【図9】サーボモータの速度を「0」から500rpm
まで加速した時の従来方法と本発明の方法による摩擦ト
ルクを除去した外乱推定値を求めてグラフ化した図であ
る。
[Fig. 9] Servo motor speed is changed from "0" to 500 rpm.
It is the figure which calculated | required the disturbance estimated value which removed the friction torque by the conventional method and the method of this invention at the time of accelerating to, and made it a graph.

【図10】サーボモータの速度を「0」から1000r
pmまで加速した時の従来方法と本発明の方法による摩
擦トルクを除去した外乱推定値を求めてグラフ化した図
である。
FIG. 10: The servo motor speed is changed from "0" to 1000r.
It is the figure which calculated | required the disturbance estimated value which removed the friction torque by the conventional method at the time of accelerating to pm, and the method of this invention, and was made into the graph.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 制御装置 2 共有メモリ 3 ディジタルサーボ回路 4 サーボアンプ 5 サーボモータ 6 位置・速度検出器 50 外乱推定オブサーバ TL 外乱トルク Td1 全外乱推定値 Td2 摩擦トルクを除去した外乱推定値 Ts 衝突検出のための基準値 1 Controller 2 Shared memory 3 Digital servo circuit 4 Servo amplifier 5 Servo motor 6 Position / speed detector 50 Disturbance estimation observer TL Disturbance torque Td1 Total disturbance estimated value Td2 Disturbance estimated value Ts for removing friction torque For collision detection Standard value

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 オブザーバを用いてサーボモータが受け
る外乱トルクを推定し、該推定された外乱トルクから、
オフセットを有し速度に比例する値として一次関数で近
似した摩擦トルクを減じて、摩擦トルクを排除した外乱
推定値を求め、該外乱推定値が所定値を越えたとき、衝
突と判断しサーボモータの駆動を停止させるサーボモー
タで駆動される可動部の衝突検出方法。
1. A disturbance torque received by a servomotor is estimated by using an observer, and from the estimated disturbance torque,
A friction torque approximated by a linear function as a value proportional to speed with an offset is subtracted to obtain an estimated disturbance value that excludes the friction torque. When the estimated disturbance value exceeds a predetermined value, it is determined that a collision occurs and the servo motor Of collision detection of a movable part driven by a servo motor that stops driving of the.
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