JPS61161978A - 減速機を使用したアクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は減速機を便用したアクチュエータに係シ、特に
機械系の非線形要素を加味したモータの制御に関する。

〔発明の背景〕

モータの回転を減速機を介して出力軸に伝達するような
機械系をもつアクチュエータにおいては、機械系に非線
形要素が存在しているために、出力軸が高精度で挙動す
るようにモータを制御することが困難であった。因に、
この種のアクチュエータの制御技術は、特開昭５４−３
１８７７号公報、特開昭５５−９２６４号公報、実開昭
５７−８９３９４号公報に開示されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、減速機を便用したアクチュエータにお
いて高精度の速度制御や位置制御を可能にすることにあ
る。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、トルクを発生する
モータと、とのモータの回転軸とアクチュエータ出力軸
の間に介在された減速機と、前記モータを躯動するサー
ボアンプと、このサーボアンプに制御信号を与える制御
回路とを有する減速機を便用したアクチュエータにおい
て、前記モータの回転軸と減速機を含む機械系の伝達ト
ルク−捩れ角度特性を予め記憶した記憶手段と、この機
械系の捩れ角度を検出する捩れ角度検出手段と、この捩
れ角度検出手段から得られる捩れ角度と前記記憶手段に
記憶された伝達トルク−捩れ角度特性から負荷トルクの
値を求める負荷トルク検出手段と、この負荷トルクの値
を演算要素として前記制御信号を出力する演算手段とを
設け、以って高精度な速度制御あるいは位置制御を実現
するものである。

〔発明の実施列〕

本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示す減速機を使用したアクチュエータの機械系
は、ＡＣサーボモータ１０とハーモニックドライブ機構
２０の組合せで構成される。ＡＣサーボモータ１０は、
ステータ１１のコイル１２が付勢されることによりロー
タ１３にトルクが発生し、このトルクが回転軸１４によ
って取出される。

ハーモニックドライブ機構２０のウェーブジェネレータ
２１は前記回転軸１４に結合され、このウェーブジェネ
レータ２１０回転に従ってフレックススプライン２２と
サーキュラスプライン２３の歯車のかみ合い部が変化し
てフレックススプライン２３が回転し、この回転が出力
軸２４によって負荷３０に伝達される。ＡＣサーボモー
タ１ｏの回転軸１４の外端にはこれの回転角度センサー
として第１のエンコーダ４０が設けられ、出力軸２４の
内端にはこれの回転角度センサーとして第２Ｑ：？エン
コーダ５０が設けられる。そしてこれらは共通のハウジ
ング６０内に構成される。

なお、ＡＣサーボモータｌＯをｌ）Ｃサーボモータに変
更したシ、ハーモニックドライブ機構２゜を遊星歯車機
構に変更すること、あるいはハウジング６０を一別体に
すること等は用途に応じて任意である。

制御回路７０において、信号処理回路７１．。

７２は第１１　ＭＸ２（Ｄｘ７コータ４０　、５０）ｌ
ｉｔ力信号を処理して、モータ回転軸１４の回転方向に
よシ正転または逆転の第１回転パルス列信号と、アクチ
ュエータ出力軸２４の回転方向により正転または逆転の
第２回転パルス列信号とを出力する。

捩れ角度検出回路７３は前記両回転パルス列信号を入力
して、モータ回転軸１４とアクチュエータ出力軸２４と
の等価捩れ角度θ、全出力する。

等価捩れ角度θ、は（１）式のように定義される。

θ、＝θ、、ｘＮ、−θＯ（Ｆ？　　　　’　　−”　
（１）但し、θに；モータ回転軸の回転角度 Ｎｇｉ減速機の減速比 θ０υｆ；アクチュエータ出力軸の回 転角度 例えば、減速比Ｎ　ｔ　＝１　／　１０　Ｇとすると、
モータ回転軸１４０回転角度θＭを１／１００にした値
からアクチュエータ出力軸２４０回転角度θ０１ＪＴ番
差引いた値が等価捩れ角度となる。従って、アクチュエ
ータ出力軸２４に設けた第２のエンコーダ５０の分解能
を、モータ回転軸１４に設けた第１のエンコーダ４０の
分解能に対して１／Ｎヨに高めておけば、両エンコーダ
４０．５０から出力される回転パルス数の差分から捩れ
角度を得ることができる。このために、前記捩れ角度検
出回路７３は、第１の回転パルス列信号を計数、（正転
方向で加算、逆転方向で減算）する第１の可逆カウンタ
と、第２の回転パルス列信号を前述と同様に計数する第
２の可逆カウンタと、第１．第２の可逆カウンタの計数
値の差を検出する減算器を備え、減算器の出力が等価捩
れ角度信号となる。

メモリ７４には、例えば第２図に示すような減速機を含
む前記機械系の伝達トルク−捩れ角度特性が記憶される
。この伝達トルク−倹れ角度特性は予め測定されたもの
で、等価捩れ角度がアドレス、伝達トルクがそのデータ
となる。メモリ７４としては、ＲＯＭ、ＲＡＭの何れを
使用することも可能で、全体のシステム構成に応じて適
宜選択し得る。そしてこのメモリ７４は、前述の捩れ角
度検出回路７３から与えられる等価捩れ角度信号をアド
レス信号として伝達トルクデータが続出され、これが負
荷トルク信号となる。

ところで減速機を含む機械系の捩れ特性は、第２図に示
す曲線Ａ、Ｂのように、ヒステリシス特性をもっている
ことから、捩れ角度が増加する方向におけるデータ群と
、捩れ角度が減少する方向におけるデータ群が必要であ
ろう従ってメモリ７４ＩＣはこれら２つのデータ群を記
憶させておき、捩れ角度検出回路７３から、捩れ角度の
増減方向を示す信号を出力してこれをアドレス信号とし
て１ビット与えることにより、読出すべきデータ群を切
換える。

位置、速度検出回路７５は第２の信号処理回路７２から
出力される第２の回転パルス列信号を入力し、この入力
信号に基づいて現在位置信号、現在速度信号を出力する
。位置制御回路７６は上位の指令手段から与えられる指
示位置信号と前記現在位置信号の偏差値を入力して速度
指令信号を出力する。速度制御回路７７は前記速度指令
信号と机在速度信号の偏差値を入力してトルク指令信号
を出力する。そしてこのトルク指令信号と前記メモリ７
４から読出された負荷トルク信号の偏差値が制御信号と
してサーボアンプ８０に与えられ、このサーボアンプ８
０の出力によってサーボモータｌＯが付勢される。ここ
でトルク指令信号をアナログ信号とする場合には、メモ
ルア４の出力信号をＤ／Ａ変換して使用する。

なお制御回路７０がマイクロコンピュータを主体とした
ディジタル制御回路て構成される場合には、前記制御の
ための信号処理がマイクロコンピュータによって行ろれ
るのでこれらの回路がハードウェアとして明確に区別し
て存在することは限らない。

以上のような制御回路７０を含むアクチュエータによれ
ば、機械系の捩れ特性にヒステリシスを含む非線形要素
があっても負荷トルクを精密に検出してこれを制御要素
に取入れた制御を行うことができ、精密な速度制御、位
置制御のために必要なモータ制御を線形の制御理論で実
現できる。しかもこの負荷トルクの検出は、機械系の捩
れ特性を予め計測してメモリに記憶したトルクデータを
、実際の運転制御時に検出される等価捩れ角度をアドレ
スにして読出すことによって行うので、簡単な構成手段
と処理作業で実現し得る。

また上記実施列においては、制御系の応答速度はサーボ
アンプ８０が最も早く、次いで速度制御回路７７、位置
制御回路７６の順であるので、高精度の位置決め、速度
制御に有利である。

更に、減速機の変更等によって機械系の特性が変わる場
合でも、メモリ７４に記憶させるトルクデータを変更す
るのみで対応することができ、柔軟性に富んでいる。

また、メモリ７４への捩れ特性の記憶は、アドレスに負
荷トルクの値を対応させ、そのデータに捩れ角度を記憶
させることも可能である。しかしこの場合には、データ
の中から捩れ角度を検出する作業が入るので応答性が悪
くなる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、減速機を含む機械系の捩れ特性
を記憶させておき、運転時にこれを読出して負荷トルク
データを得、これを制御要素にしてモータを制御するよ
うにしたので、速度側ＸＩ−？位置制御の精度が向上す
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図はブロッ
ク図、ｌｓ２図はトルク−捩れ特性図である。 １０・・・ＡＣ？−ボモータ、１４・・・モータの回転
軸、２０・・−ハーモニックドライブ機構、２４・・・
出力軸、４０．５０・・・エンコーダ、７Ｇ・・・制御
回路、７３・・・捩れ角度検出回路、７４・・・メモリ
、８０・・・ナーボアンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、トルクを発生するモータと、このモータの回転軸と
   アクチュエータ出力軸の間に介在された減速機と、前記
   モータを駆動するサーボアンプと、このサーボアンプに
   制御信号を与える制御回路とを有する減速機を使用した
   アクチュエータにおいて、前記制御回路は、前記モータ
   の回転軸と減速機を含む機械系の伝達トルク−捩れ角度
   特性を予め記憶した記憶手段と、前記機械系の捩れ角度
   を検出する捩れ角度検出手段と、前記捩れ角度検出手段
   から得られる捩れ角度と前記記憶手段に記憶された伝達
   トルク−捩れ角度特性から負荷トルクの値を求める負荷
   トルク検出手段と、この負荷トルクの値を演算要素とし
   て前記制御信号を出力する演算手段とを備えたことを特
   徴とする減速機を使用したアクチュエータ。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記捩れ角度検出
   手段は、モータの回転軸に結合されたエンコーダと、ア
   クチュエータ出力軸に結合されたエンコーダと、これら
   ２つのエンコーダからの信号に基づいて捩れ角度を検出
   する検出回路を備えたことを特徴とする減速機を使用し
   たアクチュエータ。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記記憶手段は、
   伝達トルク増加時の伝達トルク−捩れ角度特性と伝達ト
   ルク減少時の伝達トルク−捩れ角度特性を記憶し、前記
   負荷トルク検出手段は捩れ角度の増減に応じて前記２つ
   の特性を選択的に参照することを特徴とする減速機を使
   用したアクチュエータ。 ４、特許請求の範囲第１項または第３項において、前記
   記憶手段は、捩れ角度を索引とし、伝達トルクをデータ
   として記憶するＲＯＭまたはＲＡＭを備えたことを特徴
   とする減速機を使用したアクチュエータ。