JPH0933369A - 電動モータ系の外力・外トルク検出方法並びにその装置 - Google Patents
電動モータ系の外力・外トルク検出方法並びにその装置Info
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- JPH0933369A JPH0933369A JP18168395A JP18168395A JPH0933369A JP H0933369 A JPH0933369 A JP H0933369A JP 18168395 A JP18168395 A JP 18168395A JP 18168395 A JP18168395 A JP 18168395A JP H0933369 A JPH0933369 A JP H0933369A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 電動モータの被駆動体に加わる外力・外トル
クをこのモータの駆動電流に直接現れるようにすること
によって、力・トルクセンサを用いることなく、かつ、
静止摩擦力の存在による影響を及ぼさないようにして、
電動モータ、電動モータシステム、電動ロボットに加わ
る外力・外トルクの正確な検出を可能とする。 【解決手段】 被駆動体２が連結される電動モータ１に
おいて、電動モータ１の駆動電流に対しその周波数より
も高い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・
重畳するディザー信号発生器１４と、電動モータ１の駆
動電流の変化を検出する電流検出器１２と、電流検出器
１２が検出した電流変化から電動モータ１に加わる外力
・外トルクを算出するモータ用演算器１５，１６，１７
とにより電動モータ系の外力・外トルク検出装置が構成
される。
クをこのモータの駆動電流に直接現れるようにすること
によって、力・トルクセンサを用いることなく、かつ、
静止摩擦力の存在による影響を及ぼさないようにして、
電動モータ、電動モータシステム、電動ロボットに加わ
る外力・外トルクの正確な検出を可能とする。 【解決手段】 被駆動体２が連結される電動モータ１に
おいて、電動モータ１の駆動電流に対しその周波数より
も高い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・
重畳するディザー信号発生器１４と、電動モータ１の駆
動電流の変化を検出する電流検出器１２と、電流検出器
１２が検出した電流変化から電動モータ１に加わる外力
・外トルクを算出するモータ用演算器１５，１６，１７
とにより電動モータ系の外力・外トルク検出装置が構成
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被駆動体が連結さ
れる電動モータ、電動モータをアクチュエータとして持
つ電動モータシステム、電動ロボットに対して外部から
加わる力やトルクを検出するための電動モータ系の外力
・外トルク検出方法並びにその装置に関する。
れる電動モータ、電動モータをアクチュエータとして持
つ電動モータシステム、電動ロボットに対して外部から
加わる力やトルクを検出するための電動モータ系の外力
・外トルク検出方法並びにその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動モータシステム、電動ロボットにお
いて、それ等の手先に加わる外力・外トルクを検出する
ことが必要になる場合が多い。ここで、電動モータシス
テム、電動ロボットとは、電動モータをアクチュエータ
として持つシステム、ロボットを指すものであり、例え
ば工作機械、産業用ロボット等である。また、外力・外
トルクとは、ロボットの搬送する物体の重量や、バリ取
りロボットの手先に加わる反力のような、電動モータシ
ステム、電動ロボットに外部から加わる力やトルクを指
すものである。
いて、それ等の手先に加わる外力・外トルクを検出する
ことが必要になる場合が多い。ここで、電動モータシス
テム、電動ロボットとは、電動モータをアクチュエータ
として持つシステム、ロボットを指すものであり、例え
ば工作機械、産業用ロボット等である。また、外力・外
トルクとは、ロボットの搬送する物体の重量や、バリ取
りロボットの手先に加わる反力のような、電動モータシ
ステム、電動ロボットに外部から加わる力やトルクを指
すものである。
【０００３】このような外力・外トルクを検出する方法
として、従来は、主として以下の２つの方法がある。そ
の１つは、力・トルクセンサを設けて外力・外トルクを
直接検出する方法であり、例えば特開平 4−315205号公
報、特開平 6− 31667号公報に記載の先行技術がある。
いま１つは、力・トルクセンサを用いないで、電動モー
タの電流値の変化から外力・外トルクを間接的に検出す
る方法であり、例えば特開昭62−292544号公報に記載の
先行技術がある。
として、従来は、主として以下の２つの方法がある。そ
の１つは、力・トルクセンサを設けて外力・外トルクを
直接検出する方法であり、例えば特開平 4−315205号公
報、特開平 6− 31667号公報に記載の先行技術がある。
いま１つは、力・トルクセンサを用いないで、電動モー
タの電流値の変化から外力・外トルクを間接的に検出す
る方法であり、例えば特開昭62−292544号公報に記載の
先行技術がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述する従来技術にお
いて、前者の方法では、例えばばねを介して一方が他方
に接近・離間移動する関係の一対の板と、非接触変位セ
ンサとを要素とする複雑且つ高価な構造のセンサが必要
であって、しかも取付けスペースを確保しなければなら
ないことから、コスト高を招く不利が免れない。一方、
後者の方法では、モータが静止しているときには、外力
・外トルクを正確に検出できないか、または、全く検出
できないということである。この理由は、静止摩擦力が
働いて外力・外トルクが加わってもモータ電流値の変化
として現れなかったり、また、正確に電流値の変化とし
て現れなかったりするからである。この場合の静止摩擦
力は減速機等の減速機構があると大きくなる。このた
め、通常、減速機を用いている産業用ロボットではこの
問題が大きくなる。具体例で説明すると、従来技術にお
いては積み荷が軽くてモータの静止摩擦力に打ち勝てな
い場合には、積荷重量は電流値に反映されずに検出され
ない。また、譬え検出された場合でも、電流値から算出
された積荷重量は、モータの静止摩擦力に相当する重量
分の不正確さが生じるのである。
いて、前者の方法では、例えばばねを介して一方が他方
に接近・離間移動する関係の一対の板と、非接触変位セ
ンサとを要素とする複雑且つ高価な構造のセンサが必要
であって、しかも取付けスペースを確保しなければなら
ないことから、コスト高を招く不利が免れない。一方、
後者の方法では、モータが静止しているときには、外力
・外トルクを正確に検出できないか、または、全く検出
できないということである。この理由は、静止摩擦力が
働いて外力・外トルクが加わってもモータ電流値の変化
として現れなかったり、また、正確に電流値の変化とし
て現れなかったりするからである。この場合の静止摩擦
力は減速機等の減速機構があると大きくなる。このた
め、通常、減速機を用いている産業用ロボットではこの
問題が大きくなる。具体例で説明すると、従来技術にお
いては積み荷が軽くてモータの静止摩擦力に打ち勝てな
い場合には、積荷重量は電流値に反映されずに検出され
ない。また、譬え検出された場合でも、電流値から算出
された積荷重量は、モータの静止摩擦力に相当する重量
分の不正確さが生じるのである。
【０００５】本発明は、このような問題点の解消を図る
ために成されたものであり、本発明の目的は、電動モー
タの被駆動体に加わる外力・外トルクをこのモータの駆
動電流に直接現れるようにすることによって、力・トル
クセンサを用いることなく、かつ、静止摩擦力の存在に
よる影響を及ぼさないようにして、電動モータ、電動モ
ータシステム、電動ロボットに加わる外力・外トルクの
正確な検出を可能とする方法並びに装置を提供すること
にある。
ために成されたものであり、本発明の目的は、電動モー
タの被駆動体に加わる外力・外トルクをこのモータの駆
動電流に直接現れるようにすることによって、力・トル
クセンサを用いることなく、かつ、静止摩擦力の存在に
よる影響を及ぼさないようにして、電動モータ、電動モ
ータシステム、電動ロボットに加わる外力・外トルクの
正確な検出を可能とする方法並びに装置を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明は、被駆動体が連結される電動モータにおい
て、この電動モータの駆動電流に対しその周波数よりも
高い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・重
畳して、この印加・重畳によって生じる電動モータの電
流変化から電動モータに加わる外力・外トルクを算出す
ることを特徴とする電動モータ系の外力・外トルク検出
方法である。
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明は、被駆動体が連結される電動モータにおい
て、この電動モータの駆動電流に対しその周波数よりも
高い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・重
畳して、この印加・重畳によって生じる電動モータの電
流変化から電動モータに加わる外力・外トルクを算出す
ることを特徴とする電動モータ系の外力・外トルク検出
方法である。
【０００７】本発明はまた、電動モータをアクチュエー
タとして各軸に備える電動モータシステムまたは電動ロ
ボットにおいて、各電動モータの駆動電流に対しその周
波数よりも高い周波数の微細振幅を有するディザー信号
を印加・重畳して、この印加・重畳によって生じる各電
動モータの電流変化から各軸の電動モータに加わる外力
・外トルクを算出し、この各外力・外トルクから電動モ
ータシステムまたは電動ロボットの手先に加わる外力・
外トルクを検出することを特徴とする電動モータ系の外
力・外トルク検出方法である。
タとして各軸に備える電動モータシステムまたは電動ロ
ボットにおいて、各電動モータの駆動電流に対しその周
波数よりも高い周波数の微細振幅を有するディザー信号
を印加・重畳して、この印加・重畳によって生じる各電
動モータの電流変化から各軸の電動モータに加わる外力
・外トルクを算出し、この各外力・外トルクから電動モ
ータシステムまたは電動ロボットの手先に加わる外力・
外トルクを検出することを特徴とする電動モータ系の外
力・外トルク検出方法である。
【０００８】本発明はまた、上記のディザー信号が、電
動モータのフィードバック制御系におけるモータ回転数
またはモータ位置の制御を行う位置ループ、回転速度ま
たは移動速度の制御を行う速度ループ、電流制御を行う
電流ループのいずれかのループの前の入力信号ラインに
印加・重畳される電動モータ系の外力・外トルク検出方
法であり、また、ディザー信号が、電動モータに連結さ
れる被駆動体の共振周波数よりも高い周波数の微細振幅
に設定される電動モータ系の外力・外トルク検出方法で
あり、さらに、ディザー信号が、該信号値によって決ま
るディザートルクを電動モータに連結される被駆動体の
最大静止摩擦力に比し大きくさせる微細振幅に設定され
る電動モータ系の外力・外トルク検出方法である。
動モータのフィードバック制御系におけるモータ回転数
またはモータ位置の制御を行う位置ループ、回転速度ま
たは移動速度の制御を行う速度ループ、電流制御を行う
電流ループのいずれかのループの前の入力信号ラインに
印加・重畳される電動モータ系の外力・外トルク検出方
法であり、また、ディザー信号が、電動モータに連結さ
れる被駆動体の共振周波数よりも高い周波数の微細振幅
に設定される電動モータ系の外力・外トルク検出方法で
あり、さらに、ディザー信号が、該信号値によって決ま
るディザートルクを電動モータに連結される被駆動体の
最大静止摩擦力に比し大きくさせる微細振幅に設定され
る電動モータ系の外力・外トルク検出方法である。
【０００９】本発明はまた、被駆動体が連結される電動
モータにおいて、この電動モータの駆動電流に対しその
周波数よりも高い周波数の微細振幅を有するディザー信
号を印加・重畳するディザー信号発生器と、電動モータ
の駆動電流の変化を検出する電流検出器と、この電流検
出器が検出した電流変化から電動モータに加わる外力・
外トルクを算出するモータ用演算器とを含むことを特徴
とする電動モータ系の外力・外トルク検出装置である。
モータにおいて、この電動モータの駆動電流に対しその
周波数よりも高い周波数の微細振幅を有するディザー信
号を印加・重畳するディザー信号発生器と、電動モータ
の駆動電流の変化を検出する電流検出器と、この電流検
出器が検出した電流変化から電動モータに加わる外力・
外トルクを算出するモータ用演算器とを含むことを特徴
とする電動モータ系の外力・外トルク検出装置である。
【００１０】本発明はまた、電動モータをアクチュエー
タとして各軸に備える電動モータシステムまたは電動ロ
ボットにおいて、各電動モータの駆動電流に対しその周
波数よりも高い周波数の微細振幅を有するディザー信号
を印加・重畳するディザー信号発生器と、各電動モータ
の駆動電流の変化を検出する電流検出器と、この電流検
出器が検出した電流変化から電動モータに加わる外力・
外トルクを算出するモータ用演算器と、このモータ用演
算器が算出した外力・外トルクから電動モータシステム
または電動ロボットの手先に加わる外力・外トルクを算
出する手先用演算器とを含むことを特徴とする電動モー
タ系の外力・外トルク検出装置である。
タとして各軸に備える電動モータシステムまたは電動ロ
ボットにおいて、各電動モータの駆動電流に対しその周
波数よりも高い周波数の微細振幅を有するディザー信号
を印加・重畳するディザー信号発生器と、各電動モータ
の駆動電流の変化を検出する電流検出器と、この電流検
出器が検出した電流変化から電動モータに加わる外力・
外トルクを算出するモータ用演算器と、このモータ用演
算器が算出した外力・外トルクから電動モータシステム
または電動ロボットの手先に加わる外力・外トルクを算
出する手先用演算器とを含むことを特徴とする電動モー
タ系の外力・外トルク検出装置である。
【００１１】本発明はまた、上記の構成に成る外力・外
トルク検出装置において、ディザー信号発生器が、電動
モータのフィードバック制御系におけるモータ回転数ま
たはモータ位置の制御を行う位置ループ、回転速度また
は移動速度の制御を行う速度ループ、電流制御を行う電
流ループのいずれかのループの前の入力信号ラインに出
力側を接続してなることを特徴とするものであり、ま
た、ディザー信号発生器が、電動モータに連結される被
駆動体の共振周波数よりも高い周波数の微細振幅に設定
されたディザー信号を発生するように形成されることを
特徴とするものであり、さらに、ディザー信号発生器
が、ディザー信号値によって決まるディザートルクを電
動モータに連結される被駆動体の最大静止摩擦力に比し
大きくさせる微細振幅に設定されたディザー信号を発生
するように形成されることを特徴とする電動モータ系の
外力・外トルク検出装置である。
トルク検出装置において、ディザー信号発生器が、電動
モータのフィードバック制御系におけるモータ回転数ま
たはモータ位置の制御を行う位置ループ、回転速度また
は移動速度の制御を行う速度ループ、電流制御を行う電
流ループのいずれかのループの前の入力信号ラインに出
力側を接続してなることを特徴とするものであり、ま
た、ディザー信号発生器が、電動モータに連結される被
駆動体の共振周波数よりも高い周波数の微細振幅に設定
されたディザー信号を発生するように形成されることを
特徴とするものであり、さらに、ディザー信号発生器
が、ディザー信号値によって決まるディザートルクを電
動モータに連結される被駆動体の最大静止摩擦力に比し
大きくさせる微細振幅に設定されたディザー信号を発生
するように形成されることを特徴とする電動モータ系の
外力・外トルク検出装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に従えば、電動モータの駆
動電流に対しその周波数よりも高い周波数の微細振幅を
有するディザー信号を印加・重畳することによって、電
動モータに連結される被駆動体を微小振動させて動摩擦
状態におくことが可能である。このようにすることによ
って、被駆動体に加わる外力・外トルクがモータの電流
に変化として直接現れる。従って、電動モータの電流変
化から電動モータに加わる外力・外トルクを正確に算出
することができる。また、各電動モータに加わる外力・
外トルクから電動モータシステム、電動ロボットの手先
に加わる外力・外トルクの検出を可能にする。
動電流に対しその周波数よりも高い周波数の微細振幅を
有するディザー信号を印加・重畳することによって、電
動モータに連結される被駆動体を微小振動させて動摩擦
状態におくことが可能である。このようにすることによ
って、被駆動体に加わる外力・外トルクがモータの電流
に変化として直接現れる。従って、電動モータの電流変
化から電動モータに加わる外力・外トルクを正確に算出
することができる。また、各電動モータに加わる外力・
外トルクから電動モータシステム、電動ロボットの手先
に加わる外力・外トルクの検出を可能にする。
【００１３】このようにして得られた外力・外トルク
は、例えば、ロボットにおける搬送物体の重量測定や、
力・トルク制御に利用される。この時、特にディザー信
号の周波数を被駆動体の機械的な共振周波数よりも高く
することによってディザー信号によるモータ軸、システ
ムの軸の位置決め精度の劣化を防ぐことができる。
は、例えば、ロボットにおける搬送物体の重量測定や、
力・トルク制御に利用される。この時、特にディザー信
号の周波数を被駆動体の機械的な共振周波数よりも高く
することによってディザー信号によるモータ軸、システ
ムの軸の位置決め精度の劣化を防ぐことができる。
【００１４】さらに本発明の態様を、その実施例が示さ
れる添付図面を参照しながら説明する。図１及び図２に
は、本発明方法が適用される通常の物体搬送用及びバリ
取り用の電動ロボットが示され、また、図３には、本発
明の実施例に係る電動モータ駆動系統の外観形状が示さ
れる。図１は物体搬送用ロボットであり、本体部 101
と、ワーク 103を把持するための把持部 102とを備えて
いる。、本体部 101には、把持部 102を三次元的に移動
させるための電動モータを駆動源とする駆動系統が設け
られている。また、図２はバリ取り用ロボットであり、
本体部 104とワーク 106を研磨するための研磨部105 と
を備えている。本体部 104には、研磨部 105を三次元的
に移動させるための電動モータを駆動源とする駆動系統
が設けられている。
れる添付図面を参照しながら説明する。図１及び図２に
は、本発明方法が適用される通常の物体搬送用及びバリ
取り用の電動ロボットが示され、また、図３には、本発
明の実施例に係る電動モータ駆動系統の外観形状が示さ
れる。図１は物体搬送用ロボットであり、本体部 101
と、ワーク 103を把持するための把持部 102とを備えて
いる。、本体部 101には、把持部 102を三次元的に移動
させるための電動モータを駆動源とする駆動系統が設け
られている。また、図２はバリ取り用ロボットであり、
本体部 104とワーク 106を研磨するための研磨部105 と
を備えている。本体部 104には、研磨部 105を三次元的
に移動させるための電動モータを駆動源とする駆動系統
が設けられている。
【００１５】それらの駆動系統は図３に示されるよう
に、サーボモータで実現される電動モータ１と、その出
力軸に直結された減速機２とにより形成されていて、サ
ーボモータ１に外部から加わる外トルクは減速機２の出
力軸２Ａに加わるトルクとなることは言うまでもない。
ここで、減速機２の減速比をｎとし、減速機２における
摩擦を考えない場合には、出力軸２Ａでのトルクは１／
ｎ倍されてサーボモータ１の出力軸でのトルクとなる。
ところが、減速機２の摩擦が大きい場合には、出力軸２
Ａのトルクが摩擦よりも小さくなったり、または、相対
的に小さいものとなったりするため、サーボモータ１の
出力軸でのトルクとして現れない場合や、ほとんど現れ
ない場合があり、このような状態については図４にトル
ク線図で示される通りである。
に、サーボモータで実現される電動モータ１と、その出
力軸に直結された減速機２とにより形成されていて、サ
ーボモータ１に外部から加わる外トルクは減速機２の出
力軸２Ａに加わるトルクとなることは言うまでもない。
ここで、減速機２の減速比をｎとし、減速機２における
摩擦を考えない場合には、出力軸２Ａでのトルクは１／
ｎ倍されてサーボモータ１の出力軸でのトルクとなる。
ところが、減速機２の摩擦が大きい場合には、出力軸２
Ａのトルクが摩擦よりも小さくなったり、または、相対
的に小さいものとなったりするため、サーボモータ１の
出力軸でのトルクとして現れない場合や、ほとんど現れ
ない場合があり、このような状態については図４にトル
ク線図で示される通りである。
【００１６】このことは、サーボモータ１の出力軸での
トルク、即ち、モータの電流値をモニタしていたとして
も減速機軸のトルクを正確に観測できないということを
意味するものである。そこで図５に示されるような外ト
ルク検出装置を考える。図５は、本発明の実施例に係る
外トルク検出装置が設けられるモータ制御系のブロック
回路図である。図５に示されるモータ制御回路は、サー
ボモータ１のトルク自動制御を行わせるために電流制御
する電流ループ３と、同じくモータ回転数自動制御を行
わせるために回転位置を制御する位置ループ４と、同じ
く回転速度自動制御を行わせるために回転速度を制御す
る速度ループ５との３つの制御ループを備えるフィード
バックモータ制御回路に形成されている。
トルク、即ち、モータの電流値をモニタしていたとして
も減速機軸のトルクを正確に観測できないということを
意味するものである。そこで図５に示されるような外ト
ルク検出装置を考える。図５は、本発明の実施例に係る
外トルク検出装置が設けられるモータ制御系のブロック
回路図である。図５に示されるモータ制御回路は、サー
ボモータ１のトルク自動制御を行わせるために電流制御
する電流ループ３と、同じくモータ回転数自動制御を行
わせるために回転位置を制御する位置ループ４と、同じ
く回転速度自動制御を行わせるために回転速度を制御す
る速度ループ５との３つの制御ループを備えるフィード
バックモータ制御回路に形成されている。
【００１７】上記モータ制御回路において、サーボモー
タ１のコイルに接続される回路には、位置制御回路６、
速度制御回路７、電流制御回路８、パワー素子を要素と
する電流出力回路９が直列関係に設けられていて、サー
ボモータ１には電流出力回路９の出力電流に対してトル
ク定数ＫT を乗じたトルクが加えられる。位置ループ４
における目標値に対するフィードバック量としては、サ
ーボモータ１の軸回転を検出するエンコーダ１１の電気
信号が与えられ、速度ループ５における目標値に対する
フィードバック量としては、エンコーダ１１の前記電気
信号を微分回路１３により微分することによって得られ
る速度信号が与えられ、さらに、電流ループ３における
目標値に対するフィードバック量としては、サーボモー
タ１の駆動電流を検出する電流センサ１２の電気信号が
与えられるようになっている。
タ１のコイルに接続される回路には、位置制御回路６、
速度制御回路７、電流制御回路８、パワー素子を要素と
する電流出力回路９が直列関係に設けられていて、サー
ボモータ１には電流出力回路９の出力電流に対してトル
ク定数ＫT を乗じたトルクが加えられる。位置ループ４
における目標値に対するフィードバック量としては、サ
ーボモータ１の軸回転を検出するエンコーダ１１の電気
信号が与えられ、速度ループ５における目標値に対する
フィードバック量としては、エンコーダ１１の前記電気
信号を微分回路１３により微分することによって得られ
る速度信号が与えられ、さらに、電流ループ３における
目標値に対するフィードバック量としては、サーボモー
タ１の駆動電流を検出する電流センサ１２の電気信号が
与えられるようになっている。
【００１８】このようなフィードバックモータ制御回路
に対して、モータの駆動電流の周波数よりも高い周波数
の微細振幅を持つディザー信号を出力するディザー信号
発生器１４、ローパスフィルタ１５、トルク定数ＫT 乗
算回路１６及び減速比ｎ乗算回路１７から成るトルク検
出装置が付加される。但し、サーボモータ１がディジタ
ルサーボとなっているときは、トルク検出装置をソフト
的に加えることも可能である。なお、図５に示される例
は、ディザー信号発生器１４が発生するディザー信号を
電流ループ３の前の入力（目標値）信号ラインに加える
ようにしているが、位置ループ４や速度ループ５に加え
ることも可能である。
に対して、モータの駆動電流の周波数よりも高い周波数
の微細振幅を持つディザー信号を出力するディザー信号
発生器１４、ローパスフィルタ１５、トルク定数ＫT 乗
算回路１６及び減速比ｎ乗算回路１７から成るトルク検
出装置が付加される。但し、サーボモータ１がディジタ
ルサーボとなっているときは、トルク検出装置をソフト
的に加えることも可能である。なお、図５に示される例
は、ディザー信号発生器１４が発生するディザー信号を
電流ループ３の前の入力（目標値）信号ラインに加える
ようにしているが、位置ループ４や速度ループ５に加え
ることも可能である。
【００１９】ディザー信号発生器１４からのディザー信
号が印加・重畳されたサーボモータ１の駆動電流は、ロ
ーパスフィルタ１５によってディザー成分が取除かれた
電流にて出力された後、トルク定数ＫT と減速比ｎが乗
算されることによって、サーボモータ１軸に加わる外ト
ルク１９として検出される。この外トルク１９は、減速
機２の軸に加わる外トルク１８に関連を有していること
は言うまでもない。
号が印加・重畳されたサーボモータ１の駆動電流は、ロ
ーパスフィルタ１５によってディザー成分が取除かれた
電流にて出力された後、トルク定数ＫT と減速比ｎが乗
算されることによって、サーボモータ１軸に加わる外ト
ルク１９として検出される。この外トルク１９は、減速
機２の軸に加わる外トルク１８に関連を有していること
は言うまでもない。
【００２０】図６(1) 〜(4) には、本発明に係るサーボ
モータの外トルク検出の原理が示される。この図を参照
して、外トルクの検出原理を簡単に説明すると、ディザ
ー信号Ｉd が電流ループ３の直前に加えられると、サー
ボモータ１が静止摩擦力に打ち勝って微小振動する結
果、サーボモータ１は静止摩擦力に較べて充分小さい動
摩擦力の影響下におかれる。このとき、外トルク１９
（図６(1) 参照）が加えられるとフィードバックループ
により外トルクに相当する電流が流れる（図６(2)参
照）。なお、このときモータ電流にはディザー成分Ｉd
が含まれる。
モータの外トルク検出の原理が示される。この図を参照
して、外トルクの検出原理を簡単に説明すると、ディザ
ー信号Ｉd が電流ループ３の直前に加えられると、サー
ボモータ１が静止摩擦力に打ち勝って微小振動する結
果、サーボモータ１は静止摩擦力に較べて充分小さい動
摩擦力の影響下におかれる。このとき、外トルク１９
（図６(1) 参照）が加えられるとフィードバックループ
により外トルクに相当する電流が流れる（図６(2)参
照）。なお、このときモータ電流にはディザー成分Ｉd
が含まれる。
【００２１】次に、ローパスフィルタ１５を経させるこ
とによって図６(3) に示されるようにディザー成分Ｉd
が除去される。これに、さらにトルク定数ＫT と減速比
ｎとを乗じたものが外トルク１９（τo ）となる（図６
(4) 参照）。なお、ディザー信号Ｉd の周波数を被駆動
体の共振周波数より高くすることによって、モータ軸は
この振動に追従するが、被駆動体の動きは減衰すること
により小さくなる。このことは、図７のボード線図に示
される通りである。これにより、モータの位置精度やモ
ータシステム全体の位置精度の劣化を防ぐことができ
る。
とによって図６(3) に示されるようにディザー成分Ｉd
が除去される。これに、さらにトルク定数ＫT と減速比
ｎとを乗じたものが外トルク１９（τo ）となる（図６
(4) 参照）。なお、ディザー信号Ｉd の周波数を被駆動
体の共振周波数より高くすることによって、モータ軸は
この振動に追従するが、被駆動体の動きは減衰すること
により小さくなる。このことは、図７のボード線図に示
される通りである。これにより、モータの位置精度やモ
ータシステム全体の位置精度の劣化を防ぐことができ
る。
【００２２】次に、サーボモータ１の外トルク１９を検
出する方法の動作手順を図８のフローチャートに基づき
図５を参照しながら以下に説明する。検出運転の開始
（Start)に伴ってstep１でディザー信号発生器１４によ
りサーボモータ１の駆動電流にディザー信号Ｉd の印加
・重畳を始める。次いで、step２に移行して、電流ルー
プ３の電流センサ１２によってモータ電流を読み込む。
つづいて、step３に移行してローパスフィルタ１５によ
り読み込んだ電流値にローパスフィルタをかけた後、st
ep４でトルク定数ＫT と減速比ｎを乗算する。その結果
は次のstep５でチェックされ、検出を終了するか続ける
かを判断して、終了するならstep６へ、続けるならstep
２へそれぞれ進ませる。終了が判断されるとstep６へ移
行して、モータ電流へのディザー信号Ｉd の印加・重畳
を終了させる。
出する方法の動作手順を図８のフローチャートに基づき
図５を参照しながら以下に説明する。検出運転の開始
（Start)に伴ってstep１でディザー信号発生器１４によ
りサーボモータ１の駆動電流にディザー信号Ｉd の印加
・重畳を始める。次いで、step２に移行して、電流ルー
プ３の電流センサ１２によってモータ電流を読み込む。
つづいて、step３に移行してローパスフィルタ１５によ
り読み込んだ電流値にローパスフィルタをかけた後、st
ep４でトルク定数ＫT と減速比ｎを乗算する。その結果
は次のstep５でチェックされ、検出を終了するか続ける
かを判断して、終了するならstep６へ、続けるならstep
２へそれぞれ進ませる。終了が判断されるとstep６へ移
行して、モータ電流へのディザー信号Ｉd の印加・重畳
を終了させる。
【００２３】以上は減速機２が直結される電動モータに
加わる外トルクの検出手段についての説明であるが、電
動モータをアクチュエータとして備える複数軸を持つ電
動モータシステム、電動ロボットについても同様の要領
によって外力・外トルクの検出が可能であり、次に、電
動ロボットについて外力・外トルクの検出の態様を説明
する。図９には、本発明の実施例に係る電動ロボットの
外力・外トルク検出装置がブロック図で示される。また
図１０には、同じく外力・外トルク検出方法のフローチ
ャートが示される。
加わる外トルクの検出手段についての説明であるが、電
動モータをアクチュエータとして備える複数軸を持つ電
動モータシステム、電動ロボットについても同様の要領
によって外力・外トルクの検出が可能であり、次に、電
動ロボットについて外力・外トルクの検出の態様を説明
する。図９には、本発明の実施例に係る電動ロボットの
外力・外トルク検出装置がブロック図で示される。また
図１０には、同じく外力・外トルク検出方法のフローチ
ャートが示される。
【００２４】図９において、Ａ1 、Ａ2 、〜ＡN は、図
５で説明したのと同じ外トルク検出装置であり、電動ロ
ボットの各軸モータの外トルク１９-1、１９-2、〜１９
-Nをそれぞれ検出する。検出された各外トルク１９-1、
１９-2、〜１９-Nは、手先の外力・外トルク検出装置Ｂ
に入力されて、ここで手先の外力・外トルク２０が検出
される。この場合、電動ロボットの外力・外トルク２０
の検出方法を図９及び図１０に基づいて説明する。
５で説明したのと同じ外トルク検出装置であり、電動ロ
ボットの各軸モータの外トルク１９-1、１９-2、〜１９
-Nをそれぞれ検出する。検出された各外トルク１９-1、
１９-2、〜１９-Nは、手先の外力・外トルク検出装置Ｂ
に入力されて、ここで手先の外力・外トルク２０が検出
される。この場合、電動ロボットの外力・外トルク２０
の検出方法を図９及び図１０に基づいて説明する。
【００２５】先ずstep１において、各軸モータの外トル
ク１９-1、１９-2、〜１９-Nを検出する。この検出の手
順は、図８に基づき行われる前記手順と同じであるので
重複を避けてここでは説明を省略する。なお、このとき
の各モータの外トルクをτi(i=1,2,…N)とする。また、
τ＝ [τ1,τ2,…, τN]T とおく。
ク１９-1、１９-2、〜１９-Nを検出する。この検出の手
順は、図８に基づき行われる前記手順と同じであるので
重複を避けてここでは説明を省略する。なお、このとき
の各モータの外トルクをτi(i=1,2,…N)とする。また、
τ＝ [τ1,τ2,…, τN]T とおく。
【００２６】次にstep２に移ってロボット手先の外力・
外トルク２０を算出する。この場合のロボット手先の外
力・外トルク２０の各成分をｆi(i=1,2,…N)とおく。ま
た、f ＝ [f 1,f 2,…, f N]T とおく。さらに、ロボッ
トのモータ角度( 軸角度) からロボット手先の位置・姿
勢へのヤコビアンをＪとおく。このとき、ロボット手先
の外力・外トルクは次式(1) で与えられる。
外トルク２０を算出する。この場合のロボット手先の外
力・外トルク２０の各成分をｆi(i=1,2,…N)とおく。ま
た、f ＝ [f 1,f 2,…, f N]T とおく。さらに、ロボッ
トのモータ角度( 軸角度) からロボット手先の位置・姿
勢へのヤコビアンをＪとおく。このとき、ロボット手先
の外力・外トルクは次式(1) で与えられる。
【００２７】
【数１】ｆ＝−ＪT-1 τ ………(1)
【００２８】続いてstep３に移ってロボットの自重成分
を除去する演算を行う。即ち、step２での外力・外トル
クｆは、ロボットの自重成分を含んでいるので、この成
分を差算する必要があるのである。例えば、図１に示さ
れる物体搬送用ロボットにおける重量測定の場合には、
物体を把持していないときのｆの値（ｆ0 とおく）を引
く必要がある。すると、重量に相当する手先の外力・外
トルク成分ｆext が、ｆext ＝ｆ−ｆ0 として得られ
る。また、図２に示されるバリ取り用ロボットにおける
接触力・トルク測定の場合には、ワークに接触していな
いときのｆの値（これもｆ0 とおく）を引く必要があ
る。すると、接触力・トルク成分ｆext が、ｆext ＝ｆ
−ｆ0 として得られる。この手先外力・外トルク成分ｆ
ext を算出する一例として、図１１に示される２自由度
パラレルリンク機構を備えるロボットでの計算例を以下
に示す。
を除去する演算を行う。即ち、step２での外力・外トル
クｆは、ロボットの自重成分を含んでいるので、この成
分を差算する必要があるのである。例えば、図１に示さ
れる物体搬送用ロボットにおける重量測定の場合には、
物体を把持していないときのｆの値（ｆ0 とおく）を引
く必要がある。すると、重量に相当する手先の外力・外
トルク成分ｆext が、ｆext ＝ｆ−ｆ0 として得られ
る。また、図２に示されるバリ取り用ロボットにおける
接触力・トルク測定の場合には、ワークに接触していな
いときのｆの値（これもｆ0 とおく）を引く必要があ
る。すると、接触力・トルク成分ｆext が、ｆext ＝ｆ
−ｆ0 として得られる。この手先外力・外トルク成分ｆ
ext を算出する一例として、図１１に示される２自由度
パラレルリンク機構を備えるロボットでの計算例を以下
に示す。
【００２９】ロボット手先位置は下記式(2) で表され
る。
る。
【００３０】
【数２】 従って、ヤコビアンは下記式(3) となる。
【００３１】
【数３】
【００３２】このとき、自重成分を含む手先の外力は下
記式(4) で得られる。
記式(4) で得られる。
【００３３】
【数４】
【００３４】ここで、手先に外力が働かないときのトル
クをτ10, τ20とおくと、自重成分のみから成る手先で
の外力は次式(5) のように計算される。
クをτ10, τ20とおくと、自重成分のみから成る手先で
の外力は次式(5) のように計算される。
【００３５】
【数５】
【００３６】従って、外力は次式(6) のようになる。
【００３７】
【数６】
【００３８】
【発明の効果】本発明は以上述べたような構成を有し、
かつ、作用を成すものであって、電動モータの駆動電流
に対しその周波数よりも高い周波数の微細振幅を有する
ディザー信号を印加・重畳することによって、電動モー
タに連結される被駆動体を微小振動させて動摩擦状態に
おくことが可能であり、これによって、被駆動体に加わ
る外力・外トルクがモータの電流に変化として直接現れ
る。従って、複雑な構造でコスト高の力・トルクセンサ
を省略し得て、しかも、電動モータの電流変化から電動
モータに加わる外力・外トルクを正確に算出することが
できる。また、各電動モータに加わる外力・外トルクか
ら電動モータシステム、電動ロボットの手先に加わる外
力・外トルクの正確な検出が可能となる。以上のことか
ら。
かつ、作用を成すものであって、電動モータの駆動電流
に対しその周波数よりも高い周波数の微細振幅を有する
ディザー信号を印加・重畳することによって、電動モー
タに連結される被駆動体を微小振動させて動摩擦状態に
おくことが可能であり、これによって、被駆動体に加わ
る外力・外トルクがモータの電流に変化として直接現れ
る。従って、複雑な構造でコスト高の力・トルクセンサ
を省略し得て、しかも、電動モータの電流変化から電動
モータに加わる外力・外トルクを正確に算出することが
できる。また、各電動モータに加わる外力・外トルクか
ら電動モータシステム、電動ロボットの手先に加わる外
力・外トルクの正確な検出が可能となる。以上のことか
ら。
【００３９】このようにして得られた外力・外トルク
は、例えば、ロボットにおける搬送物体の重量測定や、
力・トルク制御に有効に利用することができる。特にデ
ィザー信号の周波数を被駆動体の機械的な共振周波数よ
りも高くすることによって、ディザー信号によるモータ
軸、システムの軸の位置決め精度の劣化を防ぐことがで
きる。
は、例えば、ロボットにおける搬送物体の重量測定や、
力・トルク制御に有効に利用することができる。特にデ
ィザー信号の周波数を被駆動体の機械的な共振周波数よ
りも高くすることによって、ディザー信号によるモータ
軸、システムの軸の位置決め精度の劣化を防ぐことがで
きる。
【図１】物体搬送用の電動ロボットの正面図である。
【図２】バリ取り用の電動ロボットの正面図である。
【図３】本発明の実施例に係る電動モータ駆動系統の斜
視図である。
視図である。
【図４】本発明を説明するための減速機の摩擦によるモ
ータ軸でのトルク線図である。
ータ軸でのトルク線図である。
【図５】本発明の実施例に係る外トルク検出装置が設け
られるモータ制御系のブロック回路図である。
られるモータ制御系のブロック回路図である。
【図６】本発明に係るサーボモータの外トルク検出の原
理説明図である。
理説明図である。
【図７】本発明の実施例に係るディザー周波数設定のボ
ード線図である。
ード線図である。
【図８】本発明の実施例に係るサーボモータの外トルク
検出方法のフローチャートである。
検出方法のフローチャートである。
【図９】本発明の実施例に係る電動ロボットの外力・外
トルク検出装置のブロック図である。
トルク検出装置のブロック図である。
【図１０】本発明の実施例に係る電動ロボットの外力・
外トルク検出方法のフローチャートである。
外トルク検出方法のフローチャートである。
【図１１】ロボットの２自由度パラレルリンク機構図で
ある。
ある。
１…電動モータ、 ２…減速機、３
…電流ループ、 ４…位置ループ、
５…速度ループ、 ６…位置制御回
路、７…速度制御回路、 ８…電流制
御回路、９…電流出力回路、 １０…乗
算回路、１１…エンコーダ、 １２…
電流センサ、１３…微分回路、 １
４…ディザー信号発生器、１５…ローパスフィルタ、
１６…トルク定数ＫT 乗算回路、１７…減速
比ｎ乗算回路、 １８…外トルク、１９…外
トルク、
…電流ループ、 ４…位置ループ、
５…速度ループ、 ６…位置制御回
路、７…速度制御回路、 ８…電流制
御回路、９…電流出力回路、 １０…乗
算回路、１１…エンコーダ、 １２…
電流センサ、１３…微分回路、 １
４…ディザー信号発生器、１５…ローパスフィルタ、
１６…トルク定数ＫT 乗算回路、１７…減速
比ｎ乗算回路、 １８…外トルク、１９…外
トルク、
Claims (10)
- 【請求項１】 被駆動体が連結される電動モータにおい
て、この電動モータの駆動電流に対しその周波数よりも
高い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・重
畳して、この印加・重畳によって生じる電動モータの電
流変化から電動モータに加わる外力・外トルクを算出す
ることを特徴とする電動モータ系の外力・外トルク検出
方法。 - 【請求項２】 電動モータをアクチュエータとして各軸
に備える電動モータシステムまたは電動ロボットにおい
て、各電動モータの駆動電流に対しその周波数よりも高
い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・重畳
して、この印加・重畳によって生じる各電動モータの電
流変化から各軸の電動モータに加わる外力・外トルクを
算出し、この各外力・外トルクから電動モータシステム
または電動ロボットの手先に加わる外力・外トルクを検
出することを特徴とする電動モータ系の外力・外トルク
検出方法。 - 【請求項３】 ディザー信号が、電動モータのフィード
バック制御系におけるモータ回転数またはモータ位置の
制御を行う位置ループ、回転速度または移動速度の制御
を行う速度ループ、電流制御を行う電流ループのいずれ
かのループの前の入力信号ラインに印加・重畳される請
求項１または２に記載の電動モータ系の外力・外トルク
検出方法。 - 【請求項４】 ディザー信号が、電動モータに連結され
る被駆動体の共振周波数よりも高い周波数の微細振幅に
設定される請求項１、２または３に記載の電動モータ系
の外力・外トルク検出方法。 - 【請求項５】 ディザー信号が、該信号値によって決ま
るディザートルクを電動モータに連結される被駆動体の
最大静止摩擦力に比し大きくさせる微細振幅に設定され
る請求項１、２、３または４に記載の電動モータ系の外
力・外トルク検出方法。 - 【請求項６】 被駆動体が連結される電動モータにおい
て、この電動モータの駆動電流に対しその周波数よりも
高い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・重
畳するディザー信号発生器と、電動モータの駆動電流の
変化を検出する電流検出器と、この電流検出器が検出し
た電流変化から電動モータに加わる外力・外トルクを算
出するモータ用演算器とを含むことを特徴とする電動モ
ータ系の外力・外トルク検出装置。 - 【請求項７】 電動モータをアクチュエータとして各軸
に備える電動モータシステムまたは電動ロボットにおい
て、各電動モータの駆動電流に対しその周波数よりも高
い周波数の微細振幅を有するディザー信号を印加・重畳
するディザー信号発生器と、各電動モータの駆動電流の
変化を検出する電流検出器と、この電流検出器が検出し
た電流変化から電動モータに加わる外力・外トルクを算
出するモータ用演算器と、このモータ用演算器が算出し
た外力・外トルクから電動モータシステムまたは電動ロ
ボットの手先に加わる外力・外トルクを算出する手先用
演算器とを含むことを特徴とする電動モータ系の外力・
外トルク検出装置。 - 【請求項８】 ディザー信号発生器が、電動モータのフ
ィードバック制御系におけるモータ回転数またはモータ
位置の制御を行う位置ループ、回転速度または移動速度
の制御を行う速度ループ、電流制御を行う電流ループの
いずれかのループの前の入力信号ラインに出力側を接続
してなる請求項６または７に記載の電動モータ系の外力
・外トルク検出装置。 - 【請求項９】 ディザー信号発生器が、電動モータに連
結される被駆動体の共振周波数よりも高い周波数の微細
振幅に設定されたディザー信号を発生するように形成さ
れる請求項６、７または８に記載の電動モータ系の外力
・外トルク検出装置。 - 【請求項１０】 ディザー信号発生器が、ディザー信号
値によって決まるディザートルクを電動モータに連結さ
れる被駆動体の最大静止摩擦力に比し大きくさせる微細
振幅に設定されたディザー信号を発生するように形成さ
れる請求項６、７または８に記載の電動モータ系の外力
・外トルク検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18168395A JPH0933369A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 電動モータ系の外力・外トルク検出方法並びにその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18168395A JPH0933369A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 電動モータ系の外力・外トルク検出方法並びにその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933369A true JPH0933369A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16105054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18168395A Withdrawn JPH0933369A (ja) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | 電動モータ系の外力・外トルク検出方法並びにその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0933369A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011049132A1 (ja) * | 2009-10-23 | 2011-04-28 | 株式会社ユニバンス | クラッチ制御装置 |
| JP2011218459A (ja) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | 形彫放電加工機及びジャンプ制御方法 |
| WO2016185600A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
| WO2018109968A1 (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ロボットの制御方法 |
| KR102110848B1 (ko) * | 2019-01-24 | 2020-05-13 | (주)이노시뮬레이션 | 모듈러 타입 모션 플랫폼 기반 부하 정보 추정 방법 및 그 장치 |
| CN113021414A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-25 | 埃夫特智能装备股份有限公司 | 一种工业机器人末端抖动程度测量评价方法 |
| US11351626B2 (en) | 2019-05-31 | 2022-06-07 | Fanuc Corporation | Spot-welding system |
| US11358276B2 (en) | 2018-08-31 | 2022-06-14 | Fanuc Corporation | Robot and robot system |
-
1995
- 1995-07-18 JP JP18168395A patent/JPH0933369A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011049132A1 (ja) * | 2009-10-23 | 2011-04-28 | 株式会社ユニバンス | クラッチ制御装置 |
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| WO2016185600A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
| JPWO2016185600A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2017-08-31 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
| EP3556522A4 (en) * | 2016-12-16 | 2020-01-15 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | ROBOT CONTROL METHOD |
| CN110049850A (zh) * | 2016-12-16 | 2019-07-23 | 松下知识产权经营株式会社 | 机器人的控制方法 |
| WO2018109968A1 (ja) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | ロボットの制御方法 |
| US11161242B2 (en) | 2016-12-16 | 2021-11-02 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Method for controlling robot |
| CN110049850B (zh) * | 2016-12-16 | 2022-05-17 | 松下知识产权经营株式会社 | 机器人的控制方法 |
| US11358276B2 (en) | 2018-08-31 | 2022-06-14 | Fanuc Corporation | Robot and robot system |
| KR102110848B1 (ko) * | 2019-01-24 | 2020-05-13 | (주)이노시뮬레이션 | 모듈러 타입 모션 플랫폼 기반 부하 정보 추정 방법 및 그 장치 |
| US11351626B2 (en) | 2019-05-31 | 2022-06-07 | Fanuc Corporation | Spot-welding system |
| CN113021414A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-25 | 埃夫特智能装备股份有限公司 | 一种工业机器人末端抖动程度测量评价方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021001 |