JPS6149217A - 減速機の誤差補正方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、減速機のバックラック、ロストモーション等
による回転角度誤差を補正することのできる減速機の誤
差補正方式に関する。

一般に、歯車機構等による減速機は、駆動源であるモー
タ等の出力不足を補うことや、駆動側と負荷側との機械
的インピーダンスを合わせるなどの目的を有し、高精度
の位置決めを行なうロボット等の駆動機構に広く用いら
れている。

しかしながら、歯車機構を用いた減速機は必ずバックラ
ックやロストモーションなどの現象が伴い、これによっ
て入出力間の回転角度誤差が生じて１位置決め精度を低
下させていた。

〔従来の技術〕

従来、減速機が動作していない状態において。

歯車のすき間を測定してバックラックを検出し。

駆動指令値にその仕上のせして補正する方法が知られて
いる。

また、バックラックを補正する代シに、バックラックが
生じないように減速機内部に予圧力をかける方法も知ら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の従来の補正方法によれば、ある程度のバツクラツ
シを補正できるものの、静的な動作していない時の検出
値であるから、実際に動作している場合のバツクラツシ
と異なシ、特に複雑な歯車機構などにおける回転位置に
よってバラつくバツクラツシは完全に補正出来ないとい
う問題があった。また、予圧をかける方法では、予圧量
を決定することが難しいという問題がある他に、予圧に
よって減速機の効率が低下し１回転に滑らかさが欠ける
という問題もあった。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、減速機の使用状態においてパツクラツシ等の
誤差を検出し、これを補正して正確な位置決めの可能な
減速機の誤差補正方式を提供するにある。

このため２本発明は、減速機の入力軸を駆動する。駆動
源と、該減速機の入力軸及び出力軸の各々に設けられた
回転角度検出器と、該駆動源に駆動指令値を与え、該駆
動源を駆動するとともに該両回転角度検出器からの出力
によって該入力軸と出力軸の回転量の誤差を検出する制
御部とを備え。

該誤差に基いて該駆動指令値を補正することを特徴とし
ている。

〔作用〕

本発明では、減速機を含む駆動系に対し、減速機の入出
力軸にそれぞれ回転角度検出器を設け。

この出力によってバツクラツシ等の誤差を検出して、駆
動系の入力軸の回転量を補正して出力軸を駆動指令値ど
おりに回転せしめるものである。

〔実施例〕

以下２本発明を実施例によシ詳細に説明する。

第１図は本発明の詳細な説明のだめの構成図であり、１
は減速機であシ、多数の歯車を組合せだ歯車機構で構成
され、入力軸１ａの回転を％して出力軸１ｂに伝達する
もの、２，３は各々回転角度検出器であシアロータリー
エンコーダ等で構成され、各々減速機の入力軸１ａ及び
出力軸１ｂに接続され、一定角回転毎に検出パルスＥＰ
、ＴＰを出力するもの、４はモータであシ、駆動源とし
て働き、入力軸１ａを回転させるもの、５，６は各々カ
ウンタでアシ、各々回転角度検出器（以下エンコーダと
称す）２．３からの検出パルスＥＰ。

ＴＰを計数するもの、７は制御部であり、モータ１を位
置決めのため駆動するとともに、モータ１の駆動に伴な
う両カウンタ５，６の計数値に基いてパツクラツシを検
出し、モータ１へ与える駆動指令値を補正するもの。

次に第１図構成の動作について第２固装部波形図を用い
て説明する。

本発明では、出力軸１ｂにエンコーダ３を設けて駆動系
を構成し、バツクラツシによる誤差を検出しながら駆動
位置決めを行なうようにしている。

先づ、制御部７は、所定の回転位置へ出力軸１ｂを回転
せしめるため、モータ４に駆動指令値ＤＳを与えて駆動
する。これによって減速機１の入力軸１ａが回転し、出
力軸１ｂも回転する。

この回転によって、入力軸１ａのエンコーダ２から検出
パルスＢＰが、出力軸１ｂのエンコーダ３から検出パル
スＴＰが出力され、各々カウンタ５．６で計数される。

減速機１の減速比を職とすると、検出パルスＴＰの１パ
ルス当ｐｎケの検出パルスＥＰが出力される。各カウン
タ５，６は検出パルスＥＰ　、ＴＰを計数（アップカウ
ント）シ。

各々入力軸１ａ、出力軸１ｂの回転量を測定する。

減速機１が全くバツクラツシの存在しない理想的なもの
であれば、出力軸１ｂの回転量は入力軸１ａの回転量の
職である。ところが、減速機１にバツクラツシやロスト
モーションが存在する入力軸１ａと出力軸１ｂの回転量
に差が生じる。そこで。

制御部７は両カウンタ５，６の計数値を監視し。

この誤差を検出する。即ち、制御部７は１両カウンタ５
，６の計数値（即ち、入力軸ｉａ、ｆｆｌ力軸１ｂの回
転角）を用いて次式によシバツクラツシ等による誤差Ｂ
Ｒを求める。

ＢＲ＝　ＩＲ−ＯＲＸ　ｎ　　　　　　　　　　　Ｉｌ
ｌ但し、ＩＲは入力軸回転角、ＯＲは出力軸回転角であ
る。

このＢＲは、入力軸の回転量に換算したバツクラッシに
よる誤差値である。制御部７は前述の駆動指令値ＤＳを
誤差ＢＲによって補正し、この誤差ＢＲだけ入力軸１ａ
を余分に回転させ、出力軸１ｂのバツクラツシ等による
誤差を補正し、正確な位置決めを行なう。

このように、減速機１のバツクラツシを測定する場合に
は出力軸１ｂが減速されていることによって回転量測定
上の誤差が生じる。この誤差を補正する方法について説
明する。

減速比ｎ　＝　５のバツクラツシの全くない理想的な減
速機においては、エンコーダ２，３の出力である検出パ
ルスＥＰとＴＰの関係は第３図に示す如く、検出パルス
ＥＰは検出パルスＴＰＯ減速比倍のパルスである。但し
２両エンコーダ２，３の分解能は同一とする。そして、
入力軸１ａと出力軸１ｂとの回転量の比較は、出力軸１
ｂのエンコーダ３の検出パルスＴＰの立上シ時に行なう
ものとする。図のＡ点から入力軸１ａが回転し始めた場
合と１図のＢ点から入力軸１ａが回転し始めた場合につ
いて６点で回転量を比較すると２次の如くなる。

Ａ点の場合には、検出パルスＢＰが１５．検出パルスＴ
　Ｐ、が３であるから第（１）式より、誤差ＢＲＡは。

ＢＲ，Ａ＝１５−（３Ｘ５）＝０ となる。

一方、Ｂ点の場合には、検出パルスＥＰが１３゜検出パ
ルスＴＰが３のため、誤差ＢＲＢは。

ＢＲＢ＝ｌ　１３−（３Ｘ５）　ｌ＝２となる。

このように１回転開始点が検出パルスＴＰの位置にない
と、理想的なパツクラツシなしの減速機でも誤差が発生
してしまう。

この測定誤差を取り除く方法について第４図及び第５図
により説明する。

第４図は本発明に係る誤差除去法の説明のだめの構成図
であり１図中、第１図で示したものと同一のものは同一
の記号で示してあシ、７０は補正用カウンタであり、エ
ンコーダ３の検出パルスＴＰＯ発生毎に後述する減速比
の値がロードされ。

エンコーダ２の検出パルスを計数するもの、７１は減速
比設定部であシ、減速比ｎがセットされるとともに、セ
ットされた減速比ｎを補正カウンタ７０に与えるもので
ある。

次に、第４図構成の動作について第５回動作説明図を用
いて説明する。ここで、６点から正方向に回転し、Ｂ点
で反転して６点に戻る例について説明する。

先づ６点からＢ点へ正方向に回転したとすると。

エンコーダ３の検出パルスＴＰによって減速比ｎ（−５
）が補正カウンタ７０にセットされ、カウンタ５及び補
正カウンタ７０は入力軸１ａのエンコーダ２からの検出
パルスＢＰを計数し、一方カウンタ６は出力軸１ｂのエ
ンコーダ３からの検出パルスＴＰを計数する。更に補正
カウンタ７０は検出パルスＴＰの発生毎に減速比ｎがセ
ットされる。

尚、セットされる減速比の符号は、カウンタ５゜６がカ
ウントアツプしている時（即ち正方向へ回転している時
）には、−（マイナス）、カウントダウンしている時（
即ち逆方向へ回転している時）には、＋（プラス）であ
る。このようにして各カウンタ５，６は第５図の如くそ
の計数値ＣＴＩ。

ＣＴ２を増加していき、Ｂ点（第３図）で停止し。

反転したとする。このＢ点では、カウンタ５の値ＣＴ１
は１３“であシ、補正カウンタ７０の値ＣＴ３は−２″
である。このことは検出パルスＴＰの出力位置から検出
パルスＢＰの３パルス分ずれた位置がＢ点であることを
示している。

そこで、制御部７から与えられる反転パルス（反転信号
）によって補正カウンタ７０のカウント値ＣＴ３をカウ
ンタ５にロードし、ずれをプリセットし、更にカウンタ
６をクリアする。

この反転パルスに応じてモータ４を逆方向に回転させ、
入力軸１ａを逆回転させる。そして６点まで（即ち、検
出パルスＴＰの発生位置まで）逆回転させ、カウンタ５
，６の値ＣＴＩ、ＣＴ２よυ入力軸の回転量及び出力軸
の回転量を得、第（１）式よりバツクラツシを求めると
。

ＢＲ＝　ｌ　−１５−（−３Ｘ５　）　ｌ：０となシ、
誤差が除去され、バツクラツシが零となる。このように
して、誤差が除去され２反転位置によらず正確なバツク
ラツシ測定が可能となる。

次に１本発明の実施例について説明する。

第６図は本発明の一実施例構成図であ９１図中。

第１図及び第４図で示したものと同一のものは同一の記
号で示してあシ、７２は乗算器であり、カウンタ６の計
数値ＣＴ２に減速比設定部７１からの減速比を乗算する
もの、７３は減算器であり。

カウンタ５の計数値ＣＴＩ（入力軸１ａの回転量）から
乗算器７２の出力（出力軸１ｂの回転量）を減算して、
第１１）式の誤差ＢＲを出力するもの。

７４は制御用コンピュータであり、駆動指令値ＤＳを発
してモータ１を駆動するとともに減算器７３からの誤差
ＢＲに基いて駆動指令値ＤＳを補正するもの、８はドラ
イバであり、制御用コンピュータ７４からの駆動指令値
と入力軸１ａのエンコーダ２からの検出パルスＥＰを計
数して得た現在位置との差を得るもの、９はＤ／Ａ　（
デジタル／アナログ）コンバータであり、ドライバ８の
デジタル出力をアナログに変換するもの、１０は増幅ア
ンプであり、Ｄ／Ａコンバータ９の出力を増幅して、モ
ータ４に、駆動電流を与えるものである。

次に第６図実施例構成の動作について説明する〇先づ、
モータ４が一方向に回転し、停止した状態で反転する例
について説明する。

この状態では、補正カウンタ７０の計数値は一方向の回
転による前述のずれ分の値となっている。

コンピュータ７４は先づ１反転パルスを入力カウンタ５
へ与え、補正カウンタ７０の値をロードするとともにク
リアパルスを出力カウンタ６へ与えリセットする。次に
コンピュータ７４は反転方向の駆動指令値ＤＳをドライ
バ８に出力し、　Ｄ／Ａコンバータ９．パワーアンプ１
０を介しモータ４に駆動電流を流し、モータ４を反転方
向に駆動する。これによって減速機１の入力軸１ａが回
転し。

エンコーダ２よ漫検出パルスＥＰが発生する。入力軸１
ａの回転に伴ない減速機１の出力軸１ｂも回転し、エン
コーダ３よシ検出パルスＴＰが発生する。補正カウンタ
７０は検出パルスＢＰを計数するとともに検出パルスＴ
Ｐの発生毎に減速比ｎがロードされる。一方、入力カラ
／り５は前述のロードされた値から検出パルスＢＰを計
数し、出力カウンタ６は検出パルスＴＰを計数する。乗
算器７２は検出パルスＴＰの発生毎にカウンタ６の計数
値と減速比ｎとの乗算を行い、減算器７３に出力する。

減算器７３は検出パルスＴＰの発生毎にカウンタ５の値
から乗算器７２の乗算出力を差引き、即ち第（１）式を
実行して誤差ＢＲをコンピュータ７４へ出力する。コン
ピュータ７４はこの誤差分入力軸１ａを余分に回転させ
るべく駆動指令値ＤＳに誤差ＢＲを加え、駆動指令値を
補正してドライバ８に与える。ドライバ８は周知の如く
駆動指令値から検出パルスＢＰの数を引き、その差分を
Ｄ／Ａ、コンバータ９へ送）、パワーアンプ１０よりモ
ータ４を駆動する。このようにしてその差分が零になる
までモータ４は駆動され、差分が零となった時に出力軸
１ｂは補正されていない本来の駆動指令値に対応する回
転角に位置決めされる。

第７図は本発明の他の実施例構成図であシ１図図中用６
図で示したものと同一のものは同一の記号で示してあシ
、１７は差分回路であシ１位位置令値ＤＳから検出パル
スＢＰを計数するカウンタ５の値（入力軸１ａの現在位
置）を差引き、その差分をＤ／Ａコンバータ９に出力す
るもの、７５はカウンタであシ、検出パルスＴＰが発生
する毎にクリアされ、検出パルスＥＰを計数するもの。

７６はメモリでアシ、減速機１の停止又は反転時にカウ
ンタ７５の値を格納しておくもの、７７は減算器であシ
、同方向に回転時には、検出パルスＴＰの発生毎にカウ
ンタ７５の値から減速比ｎを差し引き１反対方向に回転
した場合には、検出パルスＴＰＯ発生毎にカウンタ７５
の値からメモリ７６の値を差し引くものである。

次に、第７図実施例構成の動作について第８回動作説明
図を用いて説明する。

ここで、減速比ｎ　＝　５とすると、カウンタ５は検出
パルスＥＰを計数し、入力軸１ａの現在位置を示すとと
もにカウンタ７５はＡ、Ｂ点でクリアされながら、検出
パルスＥＰを計数する。従って減速機１が停止した時点
では、カウンタ７５の（＋ｍは“３”とな９．停止に伴
ないコンピュータ７４の指示でカウンタ７５の値“３”
がメモリ７６にセットされる。

次に、再び同方向に回転する場合は、コンピュータ７４
が同方向の位置指令値ＤＳを出力し、モータ４を駆動す
るとともにカウンタ５はそのｉま検出パルスＢＰを計数
し、検出パルスＴＰＯ発生直前でカウント値が”６”と
なったとする。減算器７７は、同方向のため、検出パル
スＴＰＯ発生毎にカウンタ５の値と減速比ｎとの差をと
るから。

この場合差分は１”となシ、コンピュータ７４に誤差と
して出力する。コンピュータ７４は、この誤差分入力軸
１ａを余分に回転すべく位置指令値ＤＳを補正する。

一方、逆方向に回転する場合には、前述の停止後コンピ
ュータ７４の指示でカウンタ７５はリセットされ、コン
ピュータ７４は、逆方向の位置指令値ＤＳを出力してモ
ータ４を逆方向に駆動する。

これによって入力軸１ａが回転し、カウンタ５及びカウ
ンタ７５は再び検出パルスＥＰを計数し始める。検出パ
ルスＴＰが発生したＤ点では、カウンタ７５の計数値は
“５″となるとすると、減算器７７は、逆方向のため、
カウンタ７５の値からメモリ７６の値を差引き、誤差（
２”）をコンピュータ７４に出力する。これによってコ
ンピュータ７４は誤差分入力軸１ａを余分に回転すべく
位置指令値ＤＳを補正する。このため、過負荷になって
もバツクラツシの補正ができる。このように。

カウンタ７５は、出力軸１ｂが単位回転（１検出パルス
ＴＰ間隔）の間の入力軸１ａの回転量を測定しており、
従って、出力軸１ｂの回転量に対する入力軸１ａの回転
量の比を測定していることになる。そして、同方向の回
転の場合には、係る比と減速比を比較し、逆方向の回転
の場合には、係る比とメモリ７６の停止位置とを比較し
て誤差ＢＲを得るようにしている。即ち、第７図の実施
例が出力軸１ｂの単位回転当シの入力軸１ａの回転量を
測定するのに対し、第６図の実施例が、出力ｊｌｌｌｌ
ｂの単位回転のｍ倍の回転量に対する入力軸１ａの回転
量を測定するものである。

以上本発明を実施例によシ説明したが９本発明は本発明
の主旨に従い種々の変形が可能であシ。

本発明からこれらを排除するものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に９本発明によれば、減速機の入力軸を
駆動する駆動源と、該減速機の入力軸及び出力軸の各々
に設けられた回転角度検出器と。

該駆動源に駆動指令値を与え、該駆動源を駆動するとと
もに該両回転角度検出器からの出力によって該入力軸と
出力軸の回転量の誤差を検出する制御部とを備え、該誤
差に基いて該駆動指令値を補正することを特徴としてい
るので、バツクラッシのある減速機においても、パツク
ラツシを零にする制御が実現できるという効果を奏し、
高精度の位置決めが可能となる。又、実際の使用状態に
おけるパツクラツシ値が検出できるから９回転角によっ
てバツクラツシ値が異なっても、また負荷によってパツ
クラツシ値が異なっても、正確にバツクラツシの補正を
行なうことができるという効果も奏、シ、一層高鞘度の
位置決めが可能となる。更に予圧等が不要のため回転効
率もなく２円滑な回転が可能となるという効果も奏する
。その上、その実現も容易であるという実用上価れた効
果も奏し、減速機を組込んだ位置決め機構の精度向上に
寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は第１図による検
出パルス説明図、第３図は本発明に用いられる測定誤差
補正説明図、第４図は第３図誤差補正のための一実施例
構成図、第５図は第４図構成の動作説明図、第６図は本
発明の一実施例構成図、第７図は本発明の他の実施例講
成図、第８図は第７図実施例構成における動作説明図で
ある。 図中、１・・・減速機、１ａ・・・入力軸、１ｂ・・・
出力軸、２・・・モータ（駆動源）、３．４・・・エン
コーダ（回転角度検出器）、５，６・・・カウンタ、７
・・・制御部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）減速機の入力軸を駆動する駆動源と、該減速機の
   入力軸及び出力軸の各々に設けられた回転角度検出器と
   、該駆動源に駆動指令値を与え、該駆動源を駆動すると
   ともに該両回転角度検出器からの出力によつて該入力軸
   と出力軸の回転量の誤差を検出する制御部とを備え、該
   誤差に基いて該駆動指令値を補正することを特徴とする
   減速機の誤差補正方式。
2. （２）前記制御部は前記出力軸の単位回転の間の前記入
   力軸の回転量を計測するカウンタを有することを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の減速機の誤差補正
   方式。