JPS63154088A - 減速機付モ−タの力・トルク制御方式 - Google Patents

減速機付モ−タの力・トルク制御方式

Info

Publication number
JPS63154088A
JPS63154088A JP61298304A JP29830486A JPS63154088A JP S63154088 A JPS63154088 A JP S63154088A JP 61298304 A JP61298304 A JP 61298304A JP 29830486 A JP29830486 A JP 29830486A JP S63154088 A JPS63154088 A JP S63154088A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
load
motor
torque
output shaft
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP61298304A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2580502B2 (ja
Inventor
Kazuo Tanie
和雄 谷江
Kazuhito Yokoi
一仁 横井
Makoto Kaneko
真 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP61298304A priority Critical patent/JP2580502B2/ja
Publication of JPS63154088A publication Critical patent/JPS63154088A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2580502B2 publication Critical patent/JP2580502B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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】 (イ)発明の目的 [産業上の利用分野] この発明は減速機付モータのカ・トルク制御方式に関す
るものであり、ロボットの関節の駆動等、減速機付モー
タのカ・トルク制御が必要な分野全般に応用し得る。
[従来の技術] ロボットのアームの関節の制御には、精度の高い位置制
御が要求されるとともに、トルクや力の制−も必要とさ
れる。すなわち、対処する作業内容に応じて、位置制御
やトルク制御を適切に切換えて使用することが求められ
ることが多い。従ってロボットのアームの関節の駆動系
はこの両者の制御が安定にかつ^速・高精度にできるよ
うな制御構造を備える必要がある。こうした関節駆動系
では通常減速機付電動モータを用いることが多い。
一般に使用されているモータは回転数が多く1分間に3
000〜8000回位回転し、出力トルクは低いから、
ロボットの関節の駆動用としてこれを使用するときは、
回転数を例えば数十から数百分の1に減速して制御しや
すい速度とし、これに伴い出力トルクは反比例して大き
くなるようにする。
このような減速機付モータの位置とトルク制御を覆る場
合、従来は第2図に示すような要素で構成されるアクチ
ュエータシステム101を用いていた。
すなわち、減速1a102付のモータ103の出力軸1
04にトルクセンサ105を取付け、その出力軸104
の先端に位置(角度)検出器106を取付け、ロボット
のアーム、ハンド等の負荷107の位M(角度やトルク
)を検知する。そして、第3図(a)及び(1))に示
すように、トルク、位置フィードバックをかけることに
より、両制御モードを実現する。
ここでトルクセンサ105としては、通常、回転力によ
って微小なねじれを生じ得る弾性体110にストレンゲ
ージのようなものを取付けた構造のものが使用されてい
る。そして、負荷107側のトルク制御をする場合は、
第3図(b)に示すように、トルクセンサ105の信号
109をフィードバックしてトルク目標値と比較し、そ
の差をアンプ111を通してモータ103への電流に変
えて加え、前記差を0にするようにモータ103への電
流iを調節するトルクa111@系114をなすように
構成されている。一方、位置制御をする時は、第3図(
a)に示すように、位置検出器106の信号112をフ
ィードバックして、位置目標値と比較し、その差をアン
プ111へ加えるように構成して位置サーボ系113と
する。
[発明が解決しようとする問題点] しかるに、このように構成された位置サーボ系113に
おいては、負荷107の慣性が大なる場合位置制御系の
共振周波数が下り、高速での安定なl1ltlllが実
現しにくいという問題がある。すなわち、弾性体110
がモータ103と負荷107の間に入るために、負荷1
07をある位置に位置決めするために、モータに電流を
流し、モータの出力軸を動かしたとしても、直ぐには負
荷は動かずその出力回転量θ、と負荷107の回転mθ
の間には位相遅れが生じることから、安定な位置制御が
困難になる。この位相遅れは弾性体110の弾性が人き
いほどずなわち剛性が小さいほど、また負荷の慣性が大
の時はど大きくなる。しかしトルクサーボ系をも組むた
めにはトルクセン勺が必要であり、そのためには弾性体
110を用いなければならない。このため、トルクセン
サを含んだ系で位置制御をする時は、この位相のずれの
影響が少なくなるかなり低速な作業かまたは力の誤差を
許容づるやや大まかな作業にしか適用できず、高速の作
業や精密な作業には適用できない、という問題がある。
この位相遅れの問題を数式上でみると、減速機102の
減速比をn:1、弾性体110の剛性をに1モータ10
3側の慣性をJrl及び負荷107の慣性をJlとする
と、モータ103の発生するトルクTrを入力とし負荷
107の回転変位θを出力とする伝達関数G(s)は、
θ/T、=G(S) =(1/((n  J、+J、)s  ))X (1/
 ((s2 /ω 2)+1))・・・(1) と表される。
ここで、(1)式の第1項は弾性体110が存在しない
場合の伝達特性、第2項は弾性体110を揺入すること
によって生じる高次要素でありこの値が1に近いほど1
−ルクの伝達が良いことになる。
しかるに、(1)式のω。は、。
ω  =k((n  J、+J1) /nJ、J、)       ・・・(2)= (k/
J1 ) + (k/n J、 )・・・(3) で与えられ、(2)式よりω。はkが小さいほどすなわ
ち弾性体110の剛性が低いほど小さくなり、また(3
)式より減速比が高いはどnが大になるために例えJ、
が小でもnJ、が大になりω は小さくなる。ω。が小
になると(1)式の第2項の分母が大になり、第2項は
小さくなる。
そしてG (S)が小さくなり、結局T、を変化さVて
も(すなわちモータ電流iを変化させても)θはあまり
変らず位相遅れを生ずることになり、位置制御が困難に
なる。また、このω。は一般に固有振動数といわれ、ω
。が小さい場合は共振周波数が低くなり低い周波数で発
成するため剛性の高い位置制御が困難になる問題がある
。この場合安定した位置制御をしようとすれば低い周波
数でしか使用できず実用にならない。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたものであっ
て、トルクセンサを用いず位置サーボのみで、安定なト
ルク制御と剛性の^い位置制御とを同時に実現し得る減
速機付モータのカ・トルク制御方式を提供することを目
的としている。
(ロ)発明の構成 [問題を解決するための手段] この目的に対応して、この発明の減速機付モータのカ・
トルク制御方式は、モータに接aきれた減速機の出力軸
に負荷を接続してなるアクチュエータのカ・トルク制御
方式であって、前記減速機の出力軸と前記負荷とを剛性
にの弾性要素を介して一体に接続して前記減速機の出力
軸と前記負荷とが同一の回転軸の回りに回転するように
して前記負荷に力が作用した状態での前記減速機の出力
軸の回転角r1と前記負荷の回転角r2とをそれぞれ検
出し、前記r1とr2をフィードバックして角痕r1−
r2を前記負荷の前記回転軸のまわりのトルクの目標(
aT  とkとの商T、/kに追従させるサーボ系を構
成し、これによって前記負荷の前記回転軸のまわりのト
ルクk (rl−r2)が目標値T、に追従するように
制御することを特徴としている。
以下、この発明の詳細を一実施例を示す図面について説
明する。
第1図において1はアクチュエータである。アクチュエ
ータ1はモータ2、モータ2の出力に接続された減速比
n:1の減速機3、減速機3の出力軸4に弾性要素5を
介して接続された負荷6とからなる。負荷6はリジット
に接続された作用軸、7を含み、モータ2に電流iを入
力すると、出力軸4、弾性要素5及び作用軸7が同・−
の回転@Qの回りに回転して、作業対象物8に接近して
力Fを作用させるものであり、この力Fが目標値に追従
するように制御しようとするものである。
このようなアクチュエータ1のカ・トルク制御のために
、出力軸4には第1の位置検出器11を、作用軸7には
第2の位置検出器12をそれぞれ取付け、それぞれ回転
軸βの回りの回転角r 1 。
r2を検出するようにし、検出された位置の信号r1.
r2をフィードバックして、負荷6のトルクを、Fに対
応する目標値Trに追従させるサーボ系13を構成しよ
うとするものである。
すなわち、サーボ系13においては、目標値T、をまず
増幅器14によって1/に倍してT  /にとし、T 
 /kに検出値r2を加綽し、r この(T  / k ) + r 2を検出値r1と比
較して誤差を0にするような制御DIJI作信号16を
得、これを増幅器15によってA倍に増幅して電流1と
する。iによって変動する検出値r1.r2をフィード
バックして1 (T  /k)+r2=r1、すなわち弾性要素5の前
接における変位r1−r2をもたらしている負荷6の実
際のトルクk (rl−r2)が、目標値′[に等しく
なり、T  =k (rl−r2)を「       
        r 実現するように、時々刻々自動制御するように構成され
る。
[作用1 このように構成された減速機付モータのカ・トルク制御
方式においては、rl−r2が常に1、/kに追従する
ように制御され、負荷6の実際のトルクk (rl−r
2)は力Fに対応するトルク目標値T、に追従する。
一方、第1図(a)を位置サーボ系として用いる場合は
第1図(b)のように位置r2のフィードバックルー1
17を追加した系を構成する。
ここで、この位置サーボ系の高速安定性を検討するため
に、サーボ系13のトルク目標値T1から負荷6の変位
(回転角)θ (=r2)への伝a 連関数G (s)を求めると、 θa/T、 =G(S) =”A/ ((n2kJ  + (A−1−k)xJ、
 ) s” ) X(1/((S/ω )2+1)) ・・・(4) 但し、ω  = (k/J、) +((k+−A)/(n”J  )) 「 ・・・(5) と表され、ここに Jr:減速機付モータの慣性モーメントJa:負荷の慣
性モーメント A:増幅器15の増幅率 に:弾性要素の剛性 である。ここでω。は固有振動数で位置サーボ系の安定
な応答速度の範囲を規定するパラメータである。ω、を
高くできれば、位置サーボ系の連応性は増1゜ 式(5)より、明らかなように八を大にすれば、すなわ
ち第1図におけるr、に関する位置サーボ系のサーボ剛
性を高めれば、例えkが小でかつnもJ も大である場
合でも、ω。は大にる。またこのよき式(4)の第2項
は1に近づく。一方、このとき式(4)の第1項は1/
J、s  に近づくから、G(S)は全体としてJ、に
無関係な値1/JLS に近づくことになり、モータ駆
動系のダイナミックスに依存しない伝達系が実現され、
この伝達系においては、位相巡れは小さく、固有振動数
は高く、安定なトルク制御と剛性の高い位置制御が同時
に実現される。
(ハ)発明の効果 以上の説明から明らかな通り、この発明によればトルク
センサを用いず、位置サーボのみで安定なトルク制御と
剛性の^い位置l制御とを同時に実現し得る、モータの
カ・トルク制御方式を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はこの発明の一実施例に係わる減速機付モ
ータのカ・トルク制御方式を示す説明図、第1図(b)
は第1図(a)に示すアクチユエータの位置制御系を示
す説明図、第2図は従来のアクチュエータシステムを示
す説明図、第3図(a)は第2図に示すアクチュエータ
システムの位置制御方式を示す説明図、及び第3図(b
)は第2図に示すアクチュエータシステムのカ・トルク
制御方式を示す説明図である。 1・・・アクチュエータ  2・・・モータ  3・・
・減速機  4・・・出力軸  5・・・弾性要素  
6・・・負荷7・・・作用軸  8・・・作業対象物 
 11・・・第1の位置検出器  12・・・第2の位
置検出器  13・・・サーボ系  14・・・増幅器
  15・・・増幅器101・・・アクチュエータシス
テム  102・・・減速機  103・・・モータ 
 104・・・出力軸105・・・トルクセンサ  1
06・・・位置検出器107・・・負M   108・
・・壁  109・・・信号110・・・弾性体  1
11・・・アンプ  112・・・信号  113・・
・位置サーボ系・ 114・・・カ・トルク制御系 第3図(a) +09

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. モータに接続された減速機の出力軸に負荷を接続してな
    るアクチュエータの力・トルク制御方式であつて、前記
    減速機の出力軸と前記負荷とを剛性kの弾性要素を介し
    て一体に接続して前記減速機の出力軸と前記負荷とが同
    一の回転軸の回りに回転するようにして前記負荷に力が
    作用した状態での前記減速機の出力軸の回転角r_1と
    前記負荷の回転角r_2とをそれぞれ検出し、前記r_
    1とr_2をフィードバックして角度r_1−r_2を
    前記負荷の前記回転軸のまわりのトルクの目標値T_r
    とkとの商T_r/kに追従させるサーボ系を構成し、
    これによつて前記負荷の前記回転軸のまわりのトルクk
    (r_1−r_2)が目標値T_rに追従するように制
    御することを特徴とする減速機付モータのカ・トルク制
    御方式
JP61298304A 1986-12-15 1986-12-15 減速機付モ−タの力・トルク制御方法 Expired - Lifetime JP2580502B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61298304A JP2580502B2 (ja) 1986-12-15 1986-12-15 減速機付モ−タの力・トルク制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61298304A JP2580502B2 (ja) 1986-12-15 1986-12-15 減速機付モ−タの力・トルク制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63154088A true JPS63154088A (ja) 1988-06-27
JP2580502B2 JP2580502B2 (ja) 1997-02-12

Family

ID=17857911

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61298304A Expired - Lifetime JP2580502B2 (ja) 1986-12-15 1986-12-15 減速機付モ−タの力・トルク制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2580502B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6423133A (en) * 1987-07-17 1989-01-25 Koyo Seiko Co Torque sensor
CN100354078C (zh) * 2004-07-08 2007-12-12 北京理工大学 机器人关节减速器柔性的双环检测机构
CN105522827A (zh) * 2014-10-21 2016-04-27 株式会社Dgi 用于数字打印机的打印纸卷绕装置
CN114659688A (zh) * 2020-12-22 2022-06-24 达明机器人股份有限公司 双回路力矩感知系统及其感知方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8525460B2 (en) * 2010-02-02 2013-09-03 GM Global Technology Operations LLC Architecture for robust force and impedance control of series elastic actuators

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS594954A (ja) * 1982-06-29 1984-01-11 Nippon Steel Corp 鉛を含有する鋼の鋳造方法及び装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS594954A (ja) * 1982-06-29 1984-01-11 Nippon Steel Corp 鉛を含有する鋼の鋳造方法及び装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6423133A (en) * 1987-07-17 1989-01-25 Koyo Seiko Co Torque sensor
CN100354078C (zh) * 2004-07-08 2007-12-12 北京理工大学 机器人关节减速器柔性的双环检测机构
CN105522827A (zh) * 2014-10-21 2016-04-27 株式会社Dgi 用于数字打印机的打印纸卷绕装置
CN114659688A (zh) * 2020-12-22 2022-06-24 达明机器人股份有限公司 双回路力矩感知系统及其感知方法
CN114659688B (zh) * 2020-12-22 2024-05-28 达明机器人股份有限公司 双回路力矩感知系统及其感知方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2580502B2 (ja) 1997-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4893981A (en) Master/slave type manipulator
US4989161A (en) Control unit for a multi-degree-of freedom manipulator
US6456897B1 (en) Control method and numerical control for motion control of industrial machine tools
JPS6223322B2 (ja)
Whitcomb et al. Comparative experiments in the dynamics and model-based control of marine thrusters
JPS63154088A (ja) 減速機付モ−タの力・トルク制御方式
JP2522495Y2 (ja) 減速装置の出力制御装置
JPS61201304A (ja) ロボツトの位置制御法
JPS61224012A (ja) マニピユレ−タの駆動方式
JPS60200788A (ja) 速度制御方式
JPS61163406A (ja) ロボツト制御装置
JP2798217B2 (ja) 高速位置決め制御方法
JP3102447B2 (ja) ロボットアームの位置制御方法及び位置制御装置
JPH0829507B2 (ja) 力感知式マニプレ−タ
JPS61151714A (ja) 位置・力制御方式
KR940010897B1 (ko) 로보트용 회전위치 검출기
JPH01296301A (ja) 産業用ロボットのサーボループ制御方法
JPH01210643A (ja) 遊星差動型減速機の制御装置
KR200172908Y1 (ko) 산업용 다관절 로봇 제어장치
JP2693511B2 (ja) 操作指令装置
JPH06104307B2 (ja) 多関節マニピユレ−タの制御装置
JPH1023777A (ja) 非線形要素を持つアクチュエータの制御装置
JP2659799B2 (ja) 柔軟マニピュレータの位置決め制御方法
Tiemin et al. Comparative study on the acceleration feedback and the strain feedback of a flexible manipulator
JPH01304501A (ja) 産業用ロボットのサーボループ制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term