KR20160028969A

KR20160028969A - 제어 장치 및 감속기 시스템

Info

Publication number: KR20160028969A
Application number: KR1020150123631A
Authority: KR
Inventors: 기요시 오오이시; 유키 요코쿠라; 요세이 히라노; 고지 나카무라; 마사타카 사토
Original assignee: 고쿠리츠다이가쿠호진 나가오카기쥬츠가가쿠다이가쿠; 나부테스코 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2016-03-14
Also published as: TWI671612B; CN105406797B; US20160070247A1; CN105406797A; US10042343B2; KR102516007B1; DE102015216792A1; TW201610631A; JP6374274B2; JP2016053914A

Abstract

본 출원은, 적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성된 요동 기어부를 갖는 요동형 감속기를 구동하는 모터를 제어하는 제어 장치를 개시한다. 제어 장치는, 상기 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 취득하는 각도 취득부와, 상기 입력 회전각과, 상기 요동형 감속기의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 각도 오차를, 상기 구멍의 수에 기초하여 추정하는 추정부와, 상기 각도 오차에 따라서 보상 전류값을 결정하고, 상기 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정함으로써, 상기 모터에 공급되는 전류의 크기를 설정하는 보정부를 구비한다.

Description

제어 장치 및 감속기 시스템{CONTROLLING APPARATUS AND SPEED REDUCER SYSTEM}

본 발명은, 요동형 감속기를 제어하기 위한 제어 기술에 관한 것이다.

산업용 로봇이나 공작 기계와 같은 다양한 기술분야에 있어서, 감속기의 각도 전달 오차의 저감이 요구되고 있다. 각도 전달 오차의 저감에 대한 요구에 따라, 다양한 제어 기술이 제안되어 있다(c.f. JP 2012-122509A and JP 2003-223225A).

JP 2012-122509A는, 감속기의 입력측에 배치된 인코더와, 감속기의 출력측에 배치된 인코더를 사용하여, 각도 전달 오차를 저감하는 것을 제안한다. JP 2003-223225A는, 미리 취득된 오차 보정 데이터를 사용하여, 각도 전달 오차를 저감하는 것을 제안한다.

JP 2012-122509A의 개시 기술은, 복수의 인코더를 필요로 한다. 따라서, JP 2012-122509A의 개시 기술이 내장된 제어 장치의 제조 비용은 높아진다.

JP 2012-122509A의 개시 기술은, 감속기의 출력측에서의 인코더의 배치를 필요로 한다. 한편, 감속기의 출력측에서의 인코더의 배치가 바람직하지 않은 기술분야(예를 들어, 산업용 로봇의 기술분야)가 존재한다. 따라서, JP 2012-122509A의 개시 기술은, 범용성에 있어서 과제를 갖는다.

JP 2003-223225A의 개시 기술은, 감속기 각각에 대한 고유의 오차 보정 데이터를 미리 작성할 것을 요구한다. 따라서, JP 2003-223225A의 개시 기술은, 오차 보정 데이터의 작성 및 관리에 있어서, 사용자에게 많은 노동력을 요구한다.

JP 2003-223225A에 의하면, 오차 보정 데이터는, 부하에 기인하는 각도 전달 오차의 변화를 고려하지 않고 작성된다. 따라서, 감속기에 부하가 가해지고 있는 조건 하에서는, JP 2003-223225A의 개시 기술은, 각도 전달 오차를 충분히 저감할 수는 없다. 이와 같이, 각도 전달 오차에 의해 지령값에 기초하는 궤적에 대하여 추종 정밀도(궤적 추종 정밀도)가 좋지 않다.

본 발명은 지령값에 기초하는 궤적에 대하여 추종 정밀도를 향상할 수 있는 제어 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일국면에 관한 제어 장치는, 적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성된 요동 기어부를 갖는 요동형 감속기를 구동하는 모터를 제어한다. 제어 장치는, 상기 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 취득하는 각도 취득부와, 상기 입력 회전각과, 상기 요동형 감속기의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 각도 오차를, 상기 적어도 하나의 구멍의 수를 나타내는 구멍 수에 기초하여 추정하는 추정부와, 상기 각도 오차에 따라서 보상 전류값을 결정하고, 상기 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정함으로써, 상기 모터에 공급되는 전류의 크기를 설정하는 보정부를 구비한다.

본 발명의 다른 국면에 관한 감속기 시스템은, 적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성된 요동 기어부를 갖는 요동형 감속기와, 상기 요동형 감속기를 구동하는 모터와, 상기 모터를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 상기 제어 장치는, 상기 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 취득하는 각도 취득부와, 상기 입력 회전각과, 상기 요동형 감속기의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 각도 오차를, 상기 적어도 하나의 구멍의 수를 나타내는 구멍 수에 기초하여 추정하는 추정부와, 상기 각도 오차에 따라서 보상 전류값을 결정하고, 상기 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정함으로써, 상기 모터에 공급되는 전류의 크기를 설정하는 보정부를 포함한다.

본 발명은, 지령값에 기초하는 궤적에 대하여 추종 정밀도를 향상할 수 있는 범용성이 있는 제어 기술을 제공할 수 있다.

상술한 제어 기술의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.

도 1은 감속기 시스템의 예시적인 기능 구성을 나타내는 개략적인 블록도.
도 2a는 예시적인 요동형 감속기의 개략적인 단면도.
도 2b는 도 2a에 표시되는 A-A 선을 따르는 요동형 감속기의 개략적인 단면도.
도 3은 도 2a에 나타나는 요동형 감속기의 개략도.
도 4는 도 3에 나타나는 요동형 감속기의 요동 기어에 작용하는 힘을 나타내는 개략도.
도 5는 도 1에 나타나는 감속기 시스템의 제어 블록선도.
도 6은 도 5에 나타나는 감속기 시스템의 제어 회로의 예시적인 제어 동작을 나타내는 개략적인 흐름도.
도 7a는 보상 전류값에 의한 보정이 없는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타냄.
도 7b는 보상 전류값에 의한 보정이 있는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타냄.
도 8a는 도 7a에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과.
도 8b는 도 7b에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과.
도 9는 감속기 시스템의 제어 블록선도(제2 실시 형태).
도 10은 도 9에 나타나는 감속기 시스템의 예시적인 제어 동작을 나타내는 개략적인 흐름도.
도 11은 제3 실시 형태의 감속기 시스템의 예시적인 기능 구성을 나타내는 개략적인 블록도.
도 12는 도 11에 나타나는 감속기 시스템의 제어 블록선도.
도 13은 외란 부하를 나타내는 수식의 개념적 모델.
도 14는 도 11에 나타나는 감속기 시스템의 예시적인 제어 동작을 나타내는는 개략적인 흐름도.
도 15a는 보상 전류값에 의한 보정이 없는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타냄.
도 15b는 보상 전류값에 의한 보정이 있는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타냄.
도 16a는 도 15a에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과.
도 16b는 도 15b에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과.
도 17은 제4실시 형태의 감속기 시스템의 제어 블록선도.
도 18a는 요동형 감속기의 출력 속도와, 요동형 감속기를 구동하는 모터에 입력되는 지령 전류를 나타내는 그래프.
도 18b는 요동형 감속기의 출력 속도와, 요동형 감속기를 구동하는 모터에 입력되는 지령 전류를 나타내는 그래프.
도 18c는 요동형 감속기의 출력 속도와, 요동형 감속기를 구동하는 모터에 입력되는 지령 전류를 나타내는 그래프.
도 18d는 요동형 감속기의 출력 속도와, 요동형 감속기를 구동하는 모터에 입력되는 지령 전류를 나타내는 그래프.
도 19a는 도 18a에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 19b는 도 18b에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 19c는 도 18c에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 19d는 도 18d에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프.

첨부의 도면을 참조하여, 요동형 감속기를 구동하는 모터에 대한 제어 기술에 관한 다양한 실시 형태가 이하에 설명된다. 제어 기술은, 이하의 설명에 의해 명확하게 이해 가능하다.

<제1 실시 형태>

<본 발명자들이 발견한 요동형 감속기의 과제>

일반적으로 감속기는, 탄성, 백래시나 각도 전달 오차와 같은 전달 특성을 갖는다. 이들 전달 특성은, 감속기가 내장된 장치의 동작 정밀도를 악화시킨다. 산업용 로봇과 같은 기술분야에 있어서, 파동 기어 장치나 요동형 감속기가 사용되는 경우가 많다. 파동 기어 장치나 요동형 감속기는, 일반적인 감속기에 비하여, 고정밀도로 동력을 전달할 수 있다.

요동형 감속기는, 높은 감속비로 동력을 전달할 수 있고, 또한, 매우 작은 백래시를 갖는다. 요동형 감속기는 소형이고, 또한, 높은 강성을 갖는다. 이 특성을 감안하여, 요동형 감속기는, 대형 로봇이나 산업용 로봇 중에 있어서, 높은 강성이 요구되는 부위에 종종 이용된다.

요동형 감속기는, 환상으로 배열된 복수의 내기어와, 복수의 내기어에 교합하는 요동 기어부를 갖는다. 요동 기어부는, 내기어에 의해 규정되는 정원에 내접하면서 이동한다.

요동형 감속기를 설계하는 설계자는, 요동형 감속기의 설계상 및/또는 제조상의 이유로부터, 요동 기어부에 형성된 구멍에, 샤프트나 다른 부재를 삽입 관통시키는 경우가 있다. 그러나, 구멍이 형성된 부위는, 요동 기어부의 강성을 국소적으로 저하시키는 경우도 있다.

본 발명자들은, 요동 기어부에 형성된 구멍이, 모터의 회전각과, 요동형 감속기의 회전각 사이의 각도 오차에 주기적인 변동을 부여하여, 각도 전달 오차를 크게 하는 것을 알아내었다. 제1 실시 형태에 있어서, 요동 기어부에 형성된 구멍에 기인하는 각도 전달 오차를 저감하는 제어 기술이 설명된다.

<감속기 시스템>

도 1은 감속기 시스템(100)의 예시적인 기능 구성을 나타내는 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하여, 감속기 시스템(100)이 설명된다.

감속기 시스템(100)은, 모터(200)와, 인코더(300)와, 제어 회로(400)와, 요동형 감속기(500)를 구비한다. 모터(200)는, 제어 회로(400)의 제어 하에서, 요동형 감속기(500)를 구동한다. 본 실시 형태에 있어서, 제어 장치는, 제어 회로(400)에 의해 예시된다.

인코더(300)는 모터(200)에 설치되어도 된다. 인코더(300)는 모터(200)의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 생성한다. 본 실시 형태에 있어서, 입력 정보는, 모터(200)의 회전각을 나타낸다. 대체적으로서, 입력 정보는, 모터(200)의 각속도나 모터(200)의 회전각에 관한 다른 정보를 나타내도 된다. 본 실시 형태의 제어 원리는, 입력 정보가 나타내는 특정한 내용에 한정되지 않는다.

본 실시 형태에 있어서, 입력 정보를 생성하는 장치로서, 인코더(300)가 이용된다. 대체적으로서, 입력 정보를 생성할 수 있는 다른 장치가, 감속기 시스템(100)에 사용되어도 된다. 본 실시 형태의 제어 원리는, 입력 정보를 생성하기 위한 특정한 기술에 한정되지 않는다.

제어 회로(400)는 미분기(410)와, 상태 관측기(420)와, 보정부(430)와, 지령 정보 생성부(440)와, 구동부(450)를 포함한다. 상술한 입력 정보는, 인코더(300)로부터 미분기(410)에 출력된다. 미분기(410)는 입력 정보가 나타내는 회전각에 대하여 미분 연산하여, 모터(200)의 각속도를 산출한다. 모터(200)의 각속도에 관한 각속도 정보는, 미분기(410)로부터 상태 관측기(420) 및 지령 정보 생성부(440)에 출력된다. 본 실시 형태에 있어서, 각도 취득부는, 미분기(410)에 의해 예시된다. 입력 정보가, 모터(200)의 각속도를 나타내면, 각도 취득부는, 입력 정보가 입력되는 입력 포트여도 된다. 본 실시 형태의 제어 원리는, 각도 취득부의 특정한 구조나 특정한 기능에 한정되지 않는다.

상태 관측기(420)는 요동형 감속기(500)의 요동 기어부에 형성된 구멍의 수에 기초하여, 입력 정보에 의해 나타나는 입력 회전각과, 요동형 감속기(500)의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 축 비틀림 진동 θ_s를 추정한다. 축 비틀림 진동 θ_s는, 이하의 수식에 의해 정의되어도 된다. 본 실시 형태에 있어서, 추정부는, 상태 관측기(420)에 의해 예시된다. 각도 오차는, 축 비틀림 진동 θ_s에 의해 예시된다.

[수식 1]

축 비틀림 진동 θ_s에 관한 상술한 정의식은, 요동형 감속기(500)의 각속도 변수(ω_L)를 포함한다. 그러나, 본 실시 형태의 제어 원리는, 요동형 감속기(500)의 출력 동작의 직접적인 측정을 요하는 일 없이, 축 비틀림 진동 θ_s를 추정하는 것을 가능하게 한다. 축 비틀림 진동 θ_s를 추정하기 위한 다양한 연산 기술은 후술된다. 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터는, 상태 관측기(420)로부터 보정부(430)에 출력된다.

보정부(430)는, 제1 전류 결정부(431)와, 제2 전류 결정부(432)와, 보정 처리부(433)를 포함한다. 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터는, 상태 관측기(420)로부터 제1 전류 결정부(431) 및 제2 전류 결정부(432)에 출력된다. 제1 전류 결정부(431)는, 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터에 따라, 보상 전류의 크기를 나타내는 보상 전류값을 결정한다. 제2 전류 결정부(432)는, 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터에 따라, 상태 피드백 전류의 크기를 나타내는 상태 피드백 전류값을 결정한다. 보정 처리부(433)는, 지령 정보 생성부(440)에 의해 생성된 지령 전류값을, 보상 전류값과 상태 피드백 전류값을 사용하여 보정한다.

본 실시 형태에 있어서, 보정부(430)는 보상 전류값에 추가하여, 상태 피드백 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정한다. 대체적으로서, 보정부(430)는 보상 전류값만을 사용하여, 지령 전류값을 보정해도 된다. 본 실시 형태의 제어 원리는, 지정 전류값을 보정하기 위한 특정한 연산 기술에 한정되지 않는다.

지령 정보 생성부(440)는, 위치 지령 생성부(441)와, 속도 지령 생성부(442)와, 전류 지령 생성부(443)를 포함한다. 위치 지령 생성부(441)는 인코더(300)로부터, 상술한 입력 정보를 수취한다. 위치 지령 생성부(441)는, 외부 장치(도시하지 않음)로부터, 모터(200)의 회전각을 지시하는 지시 정보를 수취한다. 위치 지령 생성부(441)는, 입력 정보를 지시 정보와 대비하여, 지시 정보에 의해 지정된 회전각으로부터의 모터(200)의 현재의 회전각의 편차를 산출한다. 산출된 편차에 관한 편차 정보는, 위치 지령 생성부(441)로부터 속도 지령 생성부(442)에 출력된다.

속도 지령 생성부(442)는, 미분기(410)로부터 모터(200)의 각속도를 나타내는 각속도 정보를 수취한다. 속도 지령 생성부(442)는, 편차 정보와, 각속도 정보를 사용하여, 속도를 지시하는 속도 지령 정보를 생성한다. 속도 지령 정보는, 속도 지령 생성부(442)로부터 전류 지령 생성부(443)에 출력된다.

전류 지령 생성부(443)는, 속도 지령 정보에 기초하여, 지령 전류값을 결정한다. 지령 전류값을 나타내는 정보는, 전류 지령 생성부(443)로부터 보정 처리부(433)에 출력된다. 보정 처리부(433)는 상술한 바와 같이, 지령 전류값을, 보상 전류값과 상태 피드백 전류값을 사용하여 보정한다.

지령 정보 생성부(440)는, 일반적인 피드백 제어 기술을 사용하여 지령 전류값을 결정해도 된다. 따라서, 본 실시 형태의 제어 원리는, 지령 전류값을 결정하기 위한 특정한 방법에 한정되지 않는다.

보정 처리부(433)는 지령 전류값을, 보상 전류값과 상태 피드백 전류값을 사용해서 보정하여, 모터(200)에 공급되는 공급 전류의 크기를 설정한다. 모터(200)에 공급되는 공급 전류의 크기를 나타내는 공급 전류 정보는, 보정 처리부(433)로부터, 상태 관측기(420) 및 구동부(450)에 출력된다.

구동부(450)는, 공급 전류 정보에 의해 나타나는 크기의 전류를, 구동 신호로 하여, 모터(200)에 출력한다. 모터(200)는 구동 신호에 따라, 회전 운동을 한다.

본 실시 형태에 있어서, 구동부(450)는, 제어 회로(400)에 내장된 구동 회로로서 형성된다. 대체적으로서, 구동부(450)는 제어 회로(400)로부터 분리되어도 된다. 예를 들어, 구동부(450)는 상술한 공급 전류 정보로부터 구동 신호를 생성하는 프로그램을 실행하는 디지털 시그널 프로세서여도 된다. 본 실시 형태의 제어 원리는, 구동부(450)의 특정한 구조나 특정한 기능에 한정되지 않는다.

상술한 바와 같이, 상태 관측기(420)는 모터(200)의 각속도에 관한 각속도 정보를, 미분기(410)로부터 수취하고, 또한, 모터(200)에 공급되는 공급 전류의 크기를 나타내는 공급 전류 정보를, 보정 처리부(433)로부터 수취한다. 상태 관측기(420)는 각속도 정보와 공급 전류 정보를, 상술한 축 비틀림 진동 θ_s의 추정에 이용한다.

<요동형 감속기>

도 1을 참조하여 설명된 감속기 시스템(100)의 원리는, 다양한 요동형 감속기를 구동하기 위해 이용 가능하다.

도 2a 및 도 2b는, 예시적인 요동형 감속기(500A)를 나타낸다. 도 2a는 요동형 감속기(500A)의 개략적인 단면도이다. 도 2b는 도 2a에 표시되는 A-A 선을 따르는 요동형 감속기(500A)의 개략적인 단면도이다. 요동형 감속기(500A)는, 도 1을 참조하여 설명된 요동형 감속기(500)로서 이용 가능하다. 도 1 내지 도 2b를 참조하여, 요동형 감속기(500A)가 설명된다.

요동형 감속기(500A)는, 외통부(510)와, 캐리어부(520)와, 요동 기어부(530)와, 구동 기구(540)를 구비한다. 도 2a 및 도 2b는, 입력축(210)을 나타낸다. 입력축(210)은 도 1을 참조하여 설명된 모터(200)의 샤프트여도 된다. 도 1을 참조하여 설명된 인코더(300)는, 입력축(210)에 설치되고, 입력축(210)의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 생성해도 된다.

외통부(510)는 외통(511)과, 복수의 내기어 핀(512)을 포함한다. 외통(511)은, 캐리어부(520), 요동 기어부(530) 및 구동 기구(540)가 수용되는 원통 형상의 내부 공간을 규정한다. 입력축(210)은, 원통 형상의 내부 공간의 중심축을 따라 연장된다. 각 내기어 핀(512)은, 입력축(210)의 연장 방향으로 연장되는 원기둥 형상의 부재이다. 각 내기어 핀(512)은, 외통(511)의 내벽에 형성된 홈부에 감입된다. 따라서, 각 내기어 핀(512)은 외통(511)에 의해 적절하게 보유 지지된다.

복수의 내기어 핀(512)은 입력축(210) 주위에 대략 일정 간격으로 배치된다. 각 내기어 핀(512)의 반주면은, 외통(511)의 내벽으로부터 입력축(210)을 향하여 돌출된다. 따라서, 복수의 내기어 핀(512)은 요동 기어부(530)와 교합하는 내기어로서 기능한다.

캐리어부(520)는 기초부(521)와, 단부판부(522)와, 위치 결정 핀(523)과, 고정 볼트(524)를 포함한다. 캐리어부(520)는, 전체적으로 원통 형상을 이룬다. 캐리어부(520)는, 외통부(510)에 대하여 상대적으로 회전할 수 있다. 캐리어부(520)가 고정되면, 외통부(510)는 입력축(210)의 회전에 따라서 회전한다. 외통부(510)가 고정되면, 캐리어부(520)는 입력축(210)의 회전에 따라서 회전한다. 입력축(210)은 캐리어부(520) 또는 외통부(510)의 회전축 RX를 따라 연장된다.

기초부(521)는 기판부(525)와, 3개의 샤프트부(526)를 포함한다. 3개의 샤프트부(526) 각각은, 기판부(525)로부터 단부판부(522)를 향하여 연장된다. 3개의 샤프트부(526) 각각의 선단면에는, 나사 구멍(527) 및 리머 구멍(528)이 형성된다. 위치 결정 핀(523)은 리머 구멍(528)에 삽입된다. 그 결과, 단부판부(522)는 기초부(521)에 대하여 고정밀도로 위치 결정된다. 고정 볼트(524)는 나사 구멍(527)에 나사 결합된다. 그 결과, 단부판부(522)는 기초부(521)에 적절하게 고정된다.

요동 기어부(530)는 기판부(525)와 단부판부(522)의 사이에 배치된다. 3개의 샤프트부(526)는 요동 기어부(530)를 관통하여, 단부판부(522)에 접속된다.

요동 기어부(530)는, 제1 요동 기어(531)와, 제2 요동 기어(532)를 포함한다. 제1 요동 기어(531)는, 기판부(525)와 제2 요동 기어(532)의 사이에 배치된다. 제2 요동 기어(532)는 단부판부(522)와 제1 요동 기어(531)의 사이에 배치된다.

제1 요동 기어(531)는 형상 및 크기에 있어서, 제2 요동 기어(532)와 마찬가지이다. 제1 요동 기어(531) 및 제2 요동 기어(532)는 내기어 핀(512)에 교합하면서, 외통(511) 내를 주회 이동한다. 따라서, 제1 요동 기어(531) 및 제2 요동 기어(532)의 중심은, 입력축(210)의 회전축 RX 둘레를 주회하게 된다.

제1 요동 기어(531)의 주회 위상은, 제2 요동 기어(532)의 주회 위상으로부터 대략 180° 어긋나 있다. 제1 요동 기어(531)는 외통부(510)의 복수의 내기어 핀(512) 중 반수로 교합하는 동안, 제2 요동 기어(532)는 복수의 내기어 핀(512) 중 나머지의 반수로 교합한다. 따라서, 요동 기어부(530)는 외통부(510) 또는 캐리어부(520)를 회전시킬 수 있다.

구동 기구(540)는, 3개의 전달 기어(541)와, 3개의 크랭크축(542)과, 주베어링부(543)와, 3개의 크랭크 베어링부(544)를 포함한다. 입력축(210)의 선단부에는, 3개의 전달 기어(541)와 교합하는 기어부(211)가 형성된다. 따라서, 3개의 전달 기어(541)는 입력축(210)으로부터 구동력을 받을 수 있다.

3개의 크랭크축(542) 각각은, 제1 단부(545)와, 제2 단부(546)를 포함한다. 제1 단부(545)는 캐리어부(520)의 기판부(525)에 의해 둘러싸인다. 제2 단부(546)는 캐리어부(520)의 단부판부(522)에 의해 둘러싸인다.

3개의 크랭크축(542) 각각은, 원기둥 형상의 샤프트부(547)와, 제1 크랭크부(548)와, 제2 크랭크부(549)를 포함한다. 샤프트부(547)는 제1 단부(545)로부터 제2 단부(546)까지 축선 AX를 따라 곧게 연장된다. 제1 크랭크부(548) 및 제2 크랭크부(549)는 축선 AX로부터 편심된 원판 형상의 부재이다. 제1 요동 기어(531)와 제2 요동 기어(532) 사이의 주회 위상차는, 제1 크랭크부(548) 및 제2 크랭크부(549)에 의해 결정된다.

전달 기어(541)는 제1 단부(545)에 설치된다. 입력축(210)이 회전하면, 3개의 크랭크축(542) 각각은 회전한다. 그 결과, 제1 크랭크부(548) 및 제2 크랭크부(549)는 축선 AX 둘레에 편심 회전한다.

주베어링부(543)는 외통부(510)와 캐리어부(520)의 사이에 배치된다. 주베어링부(543)는 제1 주베어링(551)과, 제2 주베어링(552)을 포함한다. 제1 주베어링(551)은 외통부(510) 내에서, 기초부(521)를 회전 가능하게 지지한다. 제2 주베어링(552)은 외통부(510) 내에서, 단부판부(522)를 회전 가능하게 지지한다. 따라서, 캐리어부(520)는 외통부(510)에 대하여 상대적으로 회전할 수 있다.

3개의 크랭크 베어링부(544) 각각은, 제1 크랭크 베어링(553)과, 제2 크랭크 베어링(554)을 포함한다. 제1 크랭크 베어링(553)은, 제1 크랭크부(548)와 제1 요동 기어(531)의 사이에 배치된다. 제1 크랭크 베어링(553)은 제1 크랭크부(548)를 회전 가능하게 지지한다. 크랭크축(542)이 회전하면, 제1 크랭크부(548)가 편심 회전하므로, 제1 요동 기어(531)는 복수의 내기어 핀(512)과 교합하면서, 외통부(510) 내에서 주회 이동할 수 있다. 제2 크랭크 베어링(554)은 제2 크랭크부(549)와 제2 요동 기어(532)의 사이에 배치된다. 제2 크랭크 베어링(554)은, 제2 크랭크부(549)를 회전 가능하게 지지한다. 크랭크축(542)이 회전하면, 제2 크랭크부(549)가 편심 회전하므로, 제2 요동 기어(532)는 복수의 내기어 핀(512)과 교합하면서, 외통부(510) 내에서 주회 이동할 수 있다.

상술한 「수식 1」에 있어서 사용된 감속비 R_g는, 입력축(210)의 기어부(211), 전달 기어(541), 내기어 핀(512)의 수, 제1 요동 기어(531) 및 제2 요동 기어(532)의 잇수에 의해 결정된다.

<각도 전달 오차의 발생 인자>

도 3은 요동형 감속기(500A)의 개략도이다. 도 2a 및 도 3을 참조하여, 각도 전달 오차의 발생 인자가 되는 구멍이 설명된다.

도 3은 외통부(510) 내에 배치된 요동 기어(533)를 나타낸다. 요동 기어(533)는 도 2a를 참조하여 설명된 제1 요동 기어(531) 및 제2 요동 기어(532) 각각에 대응한다. 따라서, 요동 기어(533)에 관한 설명은, 제1 요동 기어(531) 및 제2 요동 기어(532)의 양쪽에 적용 가능하다.

요동 기어(533)에는, 중앙 구멍(534), 3개의 크랭크 구멍(535) 및 3개의 샤프트 구멍(536)이 형성되어 있다.

도 2a를 참조하여 설명된 입력축(210)은 중앙 구멍에 삽입 관통된다. 중앙 구멍(534)은, 도 2a를 참조하여 설명된 입력축(210)의 직경보다도 긴 직경을 갖는다. 따라서, 요동 기어(533)는 외통부(510)의 내벽을 따라 주회 이동할 수 있다.

크랭크 구멍(535) 내에는, 크랭크축(542) 및 크랭크 베어링부(544)가 배치된다. 크랭크 구멍(535)은, 크랭크축(542)과 크랭크 베어링부(544)에 의해 전체적으로 채워지므로, 크랭크 구멍(535)의 영역은, 대략 강체로 간주된다. 따라서, 크랭크 구멍(535)은, 각도 전달 오차에 거의 기여하지 않는 것으로 생각된다.

샤프트 구멍(536)에는, 도 2a를 참조하여 설명된 샤프트부(526)가 삽입 관통된다. 요동 기어(533)의 상술한 주회 운동을 허용하기 위해서, 샤프트 구멍(536)은 샤프트부(526)의 단면보다 넓게 형성된다.

도 4는 요동 기어(533)에 작용하는 힘을 나타내는 개략도이다. 도 3 및 도 4를 참조하여, 각도 전달 오차를 발생시키는 구멍이 설명된다.

도 4는 각 내기어 핀(512)으로부터 연장되는 직선 L을 나타낸다. 각 직선 L은, 요동 기어(533) 중의 점 P를 향하여 연장된다. 도 4의 각 직선 L은, 요동 기어(533)가 내기어 핀(512)으로부터 받는 힘을 나타낸다. 따라서, 도 4는 내기어 핀(512)으로부터 받는 힘이, 요동 기어(533) 중의 한점에 집중하는 것을 나타낸다.

도 4는 외통부(510)의 중심점 C를 또한 나타낸다. 요동 기어(533)가 외통부(510) 내에서 주회 이동하면, 점 P는, 중심점 C 둘레에 원 궤적을 그리면서 이동한다. 중앙 구멍(534)은, 중심점 C를 중심으로 하여 형성되므로, 요동 기어(533)가 주회 이동하고 있는 동안, 중앙 구멍(534)으로부터 점 P까지의 거리는 대략 일정하다. 이것은, 중앙 구멍(534)이 각도 전달 오차에 거의 기여하지 않는 것을 의미한다.

중앙 구멍(534)과는 상이하게, 3개 샤프트 구멍(536)은 중심점 C로부터 편심된 위치에 형성된다. 점 P가, 3개의 샤프트 구멍(536) 중 하나에 가까워지면, 점 P에 접근된 샤프트 구멍(536)의 주위에서 변형이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 샤프트 구멍(536)은 각도 전달 오차의 발생 인자가 된다.

<제어 원리>

도 5는 감속기 시스템(100)의 제어 블록선도이다. 도 1, 도 2a, 도 3 및 도 5를 참조하여, 감속기 시스템(100)이 더 설명된다.

도 5에 나타나는 제어 블록선도는, 액추에이터 섹션과 제어 섹션으로 나뉜다. 액추에이터 섹션은, 도 1을 참조하여 설명된 모터(200) 및 요동형 감속기(500)를 나타낸다. 제어 섹션은, 도 1을 참조하여 설명된 제어 회로(400)를 나타낸다.

액추에이터 섹션은, 요동 기어부에 형성된 구멍에 기인하는 각도 전달 오차의 진동 성분을 나타내는 블록을, 일반적인 2 관성 공진계 모델에 추가함으로써 제작되어 있다. 2 관성 공진계 모델은 주지이므로, 샤프트 구멍(536)에 기인하는 진동 성분(이하, 진동 성분 θ_err이라고 칭해짐)을 산출하는 진동 성분 블록(110)이 주로 설명된다. 이하의 표는, 액추에이터 섹션에 있어서 사용되는 기호의 정의를 나타낸다.

진동 성분 블록(110)은 이하의 수식으로부터, 진동 성분 θ_err을 산출한다.

[수식 2]

진폭 A_k는, 요동형 감속기(500)에 가해지는 부하에 영향받는 변수로서 생각되어도 된다. 요동형 감속기(500)에 가해지는 부하가 크면, 진폭 A_k는 큰 값이어도 된다. 요동형 감속기(500)에 가해지는 부하가 작으면, 진폭 A_k는 작은 값이어도 된다.

위상 φ_k는, 요동형 감속기(500)의 구조에 의해 결정되는 변수로서 생각되어도 된다. 위상 φ_k의 값은, 요동 기어부에 형성된 구멍의 배치 패턴이나 다른 구조적 인자에 따라 결정되어도 된다.

상술한 수식은, 요동형 감속기(500)의 다양한 구조의 진동 성분 θ_err의 산출을 위해 이용 가능하다. 요동형 감속기(500)의 요동 기어부는, 하나의 요동 기어를 가져도 된다. 대체적으로서, 요동형 감속기(500)의 요동 기어부는, 복수의 요동 기어를 가져도 된다. 따라서, 요동 기어부의 구멍의 수 k는, 이하의 수식에 의해 표시되어도 된다.

[수식 3]

상술한 「수식 3」이, 도 2a를 참조하여 설명된 요동형 감속기(500A)에 적용되면, 「N_g」의 값은, 「2」[제1 요동 기어(531) 및 제2 요동 기어(532)]이다. 「k_e」는, 각도 전달 오차에 기여하는 구멍의 수를 의미한다. 따라서, 상술한 「수식 3」이, 도 2a를 참조하여 설명된 요동형 감속기(500A)에 적용되면, 「k_e」의 값은 「3」[3개의 샤프트 구멍(536)(도 3을 참조)]이다.

액추에이터 섹션에 있어서, 2 관성계 공진계 모델로부터 산출된 축 비틀림 진동 θ_S로부터 진동 성분 θ_err을 차감한 양이, 각도 전달 오차로서 취급된다. 제어 섹션은, 진동 성분 θ_err이 저감되도록 구축된다.

제어 섹션에는 미분 블록(411)이 나타나 있다. 미분 블록(411)은 모터(200)의 회전각 θ_M에 대하여 미분 연산을 행하여, 모터(200)의 각속도 ω_M을 산출한다. 미분 블록(411)은 도 1을 참조하여 설명된 미분기(410)에 대응한다.

제어 섹션에는 옵저버(421)가 나타나 있다. 옵저버(421)는 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d(즉, 상술한 「수식 2」의 각주파수 성분)를 산출한다. 각주파수 ω_d는, 이하의 수식에 의해 표시되어도 된다.

[수식 4]

상술한 「수식 4」가, 도 2a를 참조하여 설명된 요동형 감속기(500A)에 적용되면, 「N_p」의 값은, 내기어 핀(512)의 개수이다.

옵저버(421)는 각주파수 ω_d를 행렬 성분으로서 포함하는 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여, 축 비틀림 진동 θ_s를 추정한다. 옵저버(421)는 상술한 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여, 모터(200)의 각속도 ω_M과, 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L을 더 추정해도 된다. 옵저버(421)는 도 1을 참조하여 설명된 상태 관측기(420)에 대응한다.

제어 섹션에는, 제1 BPF 블록(434), 토크 산출 블록(435), 동력학 보상기(436) 및 제2 BPF 블록(437)이 나타나 있다. 추정된 축 비틀림 진동 θ_s를 나타내는 축 비틀림 진동 데이터는, 옵저버(421)로부터 제1 BPF 블록(434)에 출력된다. 제1 BPF 블록(434)은 축 비틀림 진동 데이터로부터 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출하는 대역 통과 필터로서 기능한다. 제1 BPF 블록(434)에 의해 처리된 축 비틀림 진동 데이터는, 토크 산출 블록(435)에 출력된다.

토크 산출 블록(435)은 축 비틀림 진동 θ_s에, 요동형 감속기(500)의 스프링 특성을 나타내는 전달 함수 K_s를 승산하여, 각 주파수 ω_d에서 진동하는 토크 진동 τ_s를 나타내는 토크 진동 데이터를 생성한다. 토크 진동 데이터는, 토크 산출 블록(435)으로부터 동력학 보상기(436)에 출력된다. 본 실시 형태에 있어서, 토크 산출부는, 제1 BPF 블록(434)과 토크 산출 블록(435)에 의해 예시된다.

토크 산출 블록(435)에 의해 산출된 토크 진동 τ_s는, 요동 기어부에 형성된 구멍에 의해 야기된 토크 진동에 대응한다. 동력학 보상기(436)는 토크 진동 τ_s가 저감되도록, 보상 전류값 I_cmp를 산출하여, 전류 데이터를 생성한다. 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 전류 데이터는, 동력학 보상기(436)로부터 제2 BPF 블록(437)에 출력된다.

제2 BPF 블록(437)은 전류 데이터로부터 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출하는 대역 통과 필터로서 기능한다. 추출된 주파수 성분의 데이터에 의해, 지령 전류값의 보정에 사용되는 보상 전류값 I_cmp가 최종적으로 결정된다. 본 실시 형태에 있어서, 전류 산출부는, 동력학 보상기(436)와 제2 BPF 블록(437)에 의해 예시된다. 제1 BPF 블록(434), 토크 산출 블록(435), 동력학 보상기(436) 및 제2 BPF 블록(437)은, 도 1을 참조하여 설명된 제1 전류 결정부(431)에 대응한다.

제어 섹션에는, 상태 피드백 제어를 행하는 상태 피드백 블록(438)이 나타나 있다. 상술한 바와 같이, 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터, 모터(200)의 각속도 ω_M의 추정값을 나타내는 데이터 및 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L의 추정값을 나타내는 데이터는, 옵저버(421)로부터 상태 피드백 블록(438)에 출력된다. 상태 피드백 블록(438)은, 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터, 모터(200)의 각속도 ω_M의 추정값을 나타내는 데이터 및 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L의 추정값을 나타내는 데이터를 사용하여, 상태 피드백 전류의 크기를 나타내는 상태 피드백 전류값 I_sfb를 결정한다. 상태 피드백 제어에 관한 다양한 연산 기술이, 상태 피드백 블록(438)에 적용되어도 된다. 본 실시 형태의 제어 원리는, 상태 피드백 전류값 I_sfb를 결정하기 위한 특정한 연산 기술에 한정되지 않는다.

제어 섹션에는, 가합점(461, 462)이 나타나 있다. 가합점(461)에 있어서, 지령 전류값 I_cmd에 정의 보상 전류값 I_cmp가 가입된다. 가합점(462)에 있어서, 지령 전류값 I_cmd에 부의 상태 피드백 전류값 I_sfb가 가입된다. 가합점(461, 462)은, 도 1을 참조하여 설명된 보정 처리부(433)에 대응한다.

제어 섹션에는 가합점(444)이 나타나 있다. 가합점(444)에는, 외부 장치(도시하지 않음)에 의해 지시된 모터(200)의 목표 회전각 θ_M ^ref를 나타내는 신호가 입력된다. 이에 더하여, 가합점(444)에는, 모터(200)의 회전각 θ_M을 나타내는 신호가 입력된다. 모터(200)의 회전각 θ_M을 나타내는 신호는, 도 1을 참조하여 설명된 인코더(300)에 의해 생성되는 신호에 대응한다. 가합점(444)에 있어서, 목표 회전각 θ_M ^ref와 모터(200)의 회전각 θ_M과의 사이의 차가 산출된다. 가합점(444)은 도 1을 참조하여 설명된 위치 지령 생성부(441)에 대응한다.

제어 섹션에는, PD 제어의 비례항으로서 사용되는 전달 함수 K_pp를 나타내는 비례항 블록(445), PD 제어의 미분항으로서 사용되는 전달 함수 K_pd를 나타내는 미분항 블록(446) 및 가합점(447, 448)이 나타나 있다. 비례항 블록(445)에 있어서, 목표 회전각 θ_M ^ref와 모터(200)의 회전각 θ_M 사이의 차 및 전달 함수 K_pp가 승산된다. 미분항 블록(446)에 있어서, 미분 블록(411)에 의해 산출된 모터(200)의 각속도 ω_M 및 전달 함수 K_pd가 승산된다. 가합점(447)에 있어서, 이들 승산의 결과 얻어진 차분값이, 속도 지령값 ω_M ^ref로서 결정된다.

속도 지령값 ω_M ^ref는 가합점(448)에 입력된다. 미분 블록(411)에 의해 산출된 모터(200)의 각속도 ω_M도 가합점(448)에 입력된다. 가합점(448)에 있어서, 속도 지령값 ω_M ^ref와 각속도 ω_M의 차(속도 편차)가 산출된다. 비례항 블록(445), 미분항 블록(446) 및 가합점(447, 448)은, 도 1을 참조하여 설명된 속도 지령 생성부(442)에 대응한다.

제어 섹션에는, PI 제어의 비례항으로서 사용되는 전달 함수 K_p를 나타내는 비례항 블록(471), PI 제어의 적분항으로서 사용되는 전달 함수 K_i/s를 나타내는 적분항 블록(472) 및 가합점(473)이 나타나 있다. 가합점(448)에 있어서 산출된 속도 편차에 관한 데이터는, 비례항 블록(471) 및 적분항 블록(472) 각각에 있어서 처리된다. 비례항 블록(471)에서의 처리에 의해 얻어진 데이터 및 적분항 블록(472)에서의 처리에 의해 얻어진 데이터는, 가합점(473)에서 가산된다. 그 결과, 지령 전류값 I_cmd가 결정된다. 비례항 블록(471), 적분항 블록(472) 및 가합점(473)은, 도 1을 참조하여 설명된 전류 지령 생성부(443)에 대응한다.

상술한 바와 같이, 지령 전류값 I_cmd는, 가합점(461, 462)에 있어서, 보상 전류값 I_cmp 및 상태 피드백 전류값 I_sfb에 의해 보정된다. 보정된 지령 전류값 I_cmd에 의해 규정되는 크기의 전류가, 그 후, 모터(200)에 공급된다.

도 6은 제어 회로(400)의 예시적인 제어 동작을 나타내는 개략적인 흐름도이다. 도 1, 도 5 및 도 6을 참조하여, 제어 회로(400)의 제어 동작이 설명된다.

(스텝 S105)

스텝 S105에 있어서, 인코더(300)는 모터(200)의 회전각 θ_M을 검출한다. 검출된 회전각 θ_M을 나타내는 신호는, 인코더(300)로부터 미분기(410)[미분 블록(411)]에 출력된다. 그 후, 스텝 S110이 실행된다.

(스텝 S110)

스텝 S110에 있어서, 미분기(410)[미분 블록(411)]는 모터(200)의 각속도 ω_M을 산출한다. 각속도 ω_M은, 이하의 수식에 의해 산출되어도 된다. 각속도 ω_M의 산출 후, 스텝 S115가 실행된다.

[수식 5]

(스텝 S115)

스텝 S115에 있어서, 상태 관측기(420)[옵저버(421)]는, 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d를 산출한다(상술한 「수식 4」를 참조). 그 후, 스텝 S120이 실행된다.

(스텝 S120)

스텝 S120에 있어서, 상태 관측기(420)[옵저버(421)]의 이산 시간 상태 공간 모델이 설정된다. 스텝 S115에 있어서 산출된 각주파수 ω_d는, 이산 시간 상태 공간 모델의 행렬 성분으로서 사용된다. 이산 시간 상태 공간 모델의 설정 후, 스텝 S125가 실행된다.

(스텝 S125)

스텝 S125에 있어서, 상태 관측기(420)[옵저버(421)]는 축 비틀림 진동 θ_s(상술한 「수식 1」을 참조), 모터(200)의 각속도 ω_M 및 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L과 같은 상태량을 추정한다. 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터는, 제1 전류 결정부(431)에 출력된다. 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터, 모터(200)의 각속도 ω_M의 추정값을 나타내는 데이터 및 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L의 추정값을 나타내는 데이터는, 제2 전류 결정부(432)에 출력된다. 그 후, 스텝 S130이 실행된다.

(스텝 S130)

스텝 S130에 있어서, 제1 전류 결정부(431)는, 제1 BPF 블록(434) 및 제2 BPF 블록(437)의 중심 주파수 ω를 설정한다. 제1 BPF 블록(434) 및 제2 BPF 블록(437)의 중심 주파수 ω는, 상술한 「수식 4」를 참조하여 설명된 각주파수 ω_d를 산출하기 위한 수식으로부터 산출되어도 된다(즉, ω=ω_d). 중심 주파수 ω의 설정 후, 스텝 S135가 실행된다.

(스텝 S135)

스텝 S135에 있어서, 제1 전류 결정부(431)는, 제1 BPF 블록(434) 및 제2 BPF 블록(437)의 이산 시간 상태 공간 모델을 설정한다. 스텝 S130에 있어서 산출된 각주파수 ω는, 제1 BPF 블록(434) 및 제2 BPF 블록(437)의 이산 시간 상태 공간 모델의 행렬 성분으로서 사용된다. 이산 시간 상태 공간 모델의 설정 후, 스텝 S140이 실행된다.

(스텝 S140)

스텝 S140에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[제1 BPF 블록(434)]는, 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터로부터, 각주파수 ω에서 변동하는 주파수 성분을 추출한다. 그 후, 스텝 S145가 실행된다.

(스텝 S145)

스텝 S145에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[토크 산출 블록(435)]는, 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터로부터 토크 진동 τ_s를 나타내는 토크 진동 데이터를 생성한다. 스텝 S140에 있어서, 불필요한 주파수 성분이, 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터로부터 제거되었으므로, 제1 전류 결정부(431)[토크 산출 블록(435)]는 토크 진동 τ_s를 고정밀도로 산출할 수 있다. 토크 진동 데이터의 생성 후, 스텝 S150이 실행된다.

(스텝 S150)

스텝 S150에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[동력학 보상기(436)]는 토크 진동 데이터로부터 보상 전류값 I_cmp를 산출한다. 그 후, 스텝 S155가 실행된다.

(스텝 S155)

스텝 S155에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[제2 BPF 블록(437)]는, 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 데이터로부터 각주파수 ω에서 변동하는 주파수 성분을 추출하여, 지령 전류값 I_cmd의 보정에 사용되는 보상 전류값 I_cmp를 결정한다. 스텝 S155에 있어서, 불필요한 주파수 성분이, 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 데이터로부터 제거되므로, 지령 전류값 I_cmd는, 보상 전류값 I_cmp에 의해 고정밀도로 보정된다. 보상 전류값 I_cmp의 결정 후, 스텝 S160이 실행된다.

(스텝 S160)

스텝 S160에 있어서, 지령 정보 생성부(440)[위치 지령 생성부(441), 속도 지령 생성부(442)]는 속도 지령값 ω_M ^ref를 산출한다. 속도 지령값 ω_M ^ref는, 이하의 수식으로부터 산출되어도 된다. 속도 지령값 ω_M ^ref의 산출 후, 스텝 S165가 실행된다.

[수식 6]

(스텝 S165)

스텝 S165에 있어서, 속도 편차가 가산된다. 스텝 S165에 있어서의 처리는, 이하의 수식에 의해 표시되어도 된다. 속도 편차의 가산 후, 스텝 S170이 실행된다.

[수식 7]

(스텝 S170)

스텝 S170에 있어서, 전류 지령 생성부(443)는 지령 전류값 I_cmd를 산출한다. 지령 전류값 I_cmd는, 이하의 수식으로부터 산출되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd의 산출 후, 스텝 S175가 실행된다.

[수식 8]

(스텝 S175)

스텝 S175에 있어서, 제2 전류 결정부(432)[상태 피드백 블록(438)]는 상태 피드백 전류값 I_sfb를 산출한다. 상태 피드백 전류값 I_sfb는, 이하의 수식으로부터 산출되어도 된다. 상태 피드백 전류값 I_sfb의 산출 후, 스텝 S180이 실행된다.

[수식 9]

(스텝 S180)

스텝 S180에 있어서, 보정 처리부(433)[가합점(462)]는 지령 전류값 I_cmd에, 부의 상태 피드백 전류값 I_sfb를 가입한다. 스텝 S180에 있어서의 처리는, 이하의 수식에 의해 표시되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd로의 상태 피드백 전류값 I_sfb의 가입 후, 스텝 S185가 실행된다.

[수식 10]

(스텝 S185)

스텝 S185에 있어서, 보정 처리부(433)[가합점(461)]는 지령 전류값 I_cmd에, 정의 보상 전류값 I_cmp를 가입한다. 스텝 S185에 있어서의 처리는, 이하의 수식에 의해 표시되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd로의 보상 전류값 I_cmp의 가입 후, 스텝 S190이 실행된다.

[수식 11]

(스텝 S190)

스텝 S190에 있어서, 보정 처리부(433)는 지령 전류값 I_cmd를 구동부(450)의 D/A 채널에 출력한다. 구동부(450)는 지령 전류값 I_cmd에 따라, 구동 신호를 모터(200)에 출력한다.

<상태 관측기>

도 1, 도 5 및 도 6을 참조하여, 상태 관측기(420)[옵저버(421)]가 설명된다.

도 5에 나타나는 액추에이터 섹션에 있어서, 상태 변수 x 및 입력 u는, 이하의 수식으로 표시된다.

[수식 12]

도 5에 나타나는 액추에이터 섹션에 있어서의 상태 방정식은, 이하의 수식에 의해 부여된다.

[수식 13]

연속계에 있어서의 상태 관측기(420)[옵저버(421)]의 상태 방정식 및 행렬은, 이하의 수식에 의해 부여된다. 이하의 수식에 있어서, 「u_o」는, 상태 관측기(420)[옵저버(421)]로의 입력을 나타내는 행렬을 표시한다.

[수식 14]

이산 시간 모델로의 상술한 연속 시간 모델의 변환에 의해, 이하의 상태 방정식 및 행렬이 얻어진다.

[수식 15]

도 6을 참조하여 설명된 스텝 S120에 있어서, 상술한 「수식 15」에 표시되는 행렬의 연산이 실행된다.

<대역 통과 필터>

도 5 및 도 6을 참조하여, 제1 BPF 블록(434) 및 제2 BPF 블록(437)이 설명된다.

제1 BPF 블록(434) 및 제2 BPF 블록(437)의 전달 함수는, 이하의 수식에 의해 표시되어도 된다. 이하의 수식 중, 「Q」는, 게인 곡선의 날카로움(통과 영역 폭)을 결정하는 선택도(Quality Factor)를 나타낸다.

[수식 16]

제1 BPF 블록(434) 및 제2 BPF 블록(437)의 연속 시간 모델로부터 이산 시간 모델로의 변환에 의해, 이하의 행렬이 얻어진다.

[수식 17]

도 6을 참조하여 설명된 스텝 S130에 있어서, 상술한 「수식 17」에 표시되는 행렬의 연산이 실행된다.

<동력학 보상기>

도 5 및 도 6을 참조하여, 동력학 보상기(436)가 설명된다.

동력학 보상기(436)는, 보상 전류값 I_cmp로부터 외란 토크 τ_dis까지의 전달 함수의 역시스템으로서 설정된다. 동력학 보상기(436)는 이하의 수식에 의해 표시된다.

[수식 18]

<실증 시험>

본 발명자들은, 도 2a를 참조하여 설명된 요동형 감속기(500A)의 설계 원리에 기초하여 구축된 감속기를 사용하여, 각도 전달 오차의 저감 효과를 검증하였다. 사용된 감속기는, 2개의 요동 기어(N_g=2)와, 40개의 내기어 핀(N_p=40)을 구비한다. 각 요동 기어에는, 3개의 샤프트 구멍(k_e=3)이 형성되어 있다.

감속기는, 40개의 내기어 핀을 구비하므로, 각 요동 기어가, 외통부의 내벽을 따라 일주하는 데, 크랭크축은 40회전할 필요가 있다. 크랭크축이 1회전하는 동안, 각 요동 기어에 6회의 강성 변동이 발생한다. 따라서, 각 요동 기어가, 외통부의 내벽을 따라 일주하는 동안에, 감속기 내에서는, 240회의 강성 변동이 발생하게 된다.

도 7a 및 도 7b는, 실증 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 7a는 보상 전류값에 의한 보정이 없는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타낸다. 도 7b는 보상 전류값에 의한 보정이 있는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타낸다.

도 7a 및 도 7b의 횡축은, 감속기의 출력 회전각을 나타낸다. 도 7a 및 도 7b의 종축은, 각도 전달 오차를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b에 나타나는 각도 전달 오차는 정규화되어, 퍼센티지로 표시된다. 도 7a 및 도 7b의 그래프의 종축의 축척은 같으므로, 도 7a에 나타나는 각도 전달 오차와 도 7b에 나타나는 각도 전달 오차 사이의 직접적인 비교는 가능하다.

도 7a에 나타나는 데이터와 도 7b에 나타나는 데이터 사이의 비교로부터, 보상 전류값에 의한 보정이 있는 조건 하에서, 각도 전달 오차는 약 30％ 저감되는 것이 실증되었다.

본 발명자들은, 도 7a 및 도 7b에 나타나는 데이터를 사용하여, FFT 해석을 행하였다. 본 실시 형태의 제어 원리에 의해 각도 전달 오차가 저감되고 있으면, 240의 각주파수 성분이 보상 전류에 의해 저감되고 있게 된다.

도 8a 및 도 8b는, FFT 해석의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 8a는 도 7a에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과를 나타낸다. 도 8b는 도 7b에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과를 나타낸다.

도 8a 및 도 8b의 그래프의 횡축은, 각주파수를 나타낸다. 도 8a의 그래프와 도 8b의 그래프를 대비하면, 240의 각주파수 성분이 대폭으로 저감된 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 제어 원리가, 각도 전달 오차를 효과적으로 저감할 수 있는 것이 실증되었다.

<제2 실시 형태>

제1 실시 형태에 관련하여 설명된 옵저버는, 축 비틀림 진동을 출력한다. 대체적으로서, 옵저버는 기어부에 형성된 구멍에 기인하는 진동 성분을 출력해도 된다. 제2 실시 형태에 있어서, 기어부에 형성된 구멍에 기인하는 진동 성분을 출력하는 옵저버를 구비하는 감속기 시스템이 설명된다.

도 9는 감속기 시스템(100)(도 1을 참조)의 제어 블록선도이다. 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 사이에 공통적으로 사용되는 부호 및 기호는, 당해 공통의 부호 및 기호가 부여된 요소가, 제1 실시 형태와 동일한 기능을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 제1 실시 형태의 설명은, 이들 요소에 원용된다. 도 1, 도 5 및 도 9를 참조하여, 감속기 시스템(100)이 설명된다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 도 9에 나타나는 제어 블록선도는, 액추에이터 섹션과 제어 섹션으로 나뉜다. 액추에이터 섹션은, 도 1을 참조하여 설명된 모터(200) 및 요동형 감속기(500)를 나타낸다. 제어 섹션은, 도 1을 참조하여 설명된 제어 회로(400)를 나타낸다. 액추에이터 섹션의 구조는, 제1 실시 형태와 동일하다. 따라서, 제1 실시 형태의 설명은, 액추에이터 섹션에 원용된다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 제어 섹션은, 미분 블록(411)과, 동력학 보상기(436)와, 제2 BPF 블록(437)과, 상태 피드백 블록(438)과, 가합점(444, 447, 448, 461, 462, 473)과, 비례항 블록(445, 471)과, 미분항 블록(446)과, 적분항 블록(472)을 포함한다. 제1 실시 형태의 설명은, 이 요소에 원용된다.

제어 섹션은, 옵저버(421A)와, 토크 산출 블록(435A)을 더 구비한다. 제1 실시 형태와는 상이하게, 옵저버(421A)는 진동 성분 θ_err을 출력한다. 상술한 「수식 12」에 의해 표시된 바와 같이, 상태 변수 x는, 진동 성분 θ_err을 행렬의 성분으로서 포함하므로, 옵저버(421A)는, 도 5를 참조하여 설명된 옵저버(421)와 구조적으로 동일해도 된다.

제1 실시 형태와는 상이하게, 진동 성분 θ_err은, 옵저버(421A)로부터 토크 산출 블록(435A)에 직접적으로 출력된다. 토크 산출 블록(435A)은, 진동 성분 θ_err에, 요동형 감속기(500)(도 1을 참조)의 스프링 특성을 나타내는 전달 함수 K_s를 승산하여, 각주파수 ω_d에서 진동하는 토크 진동 τ_s를 나타내는 토크 진동 데이터를 생성한다. 토크 진동 데이터는, 토크 산출 블록(435A)으로부터 동력학 보상기(436)에 출력된다. 본 실시 형태에 있어서, 토크 산출부는, 토크 산출 블록(435A)에 의해 예시된다.

토크 산출 블록(435A)에 의해 산출된 토크 진동 τ_s는, 요동 기어부에 형성된 구멍에 의해 야기된 토크 진동에 대응한다. 동력학 보상기(436)는 토크 진동 τ_s가 저감되도록, 보상 전류값 I_cmp를 산출하여, 전류 데이터를 생성한다. 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 전류 데이터는, 동력학 보상기(436)로부터 제2 BPF 블록(437)에 출력된다.

제2 BPF 블록(437)은, 전류 데이터로부터 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출하는 대역 통과 필터로서 기능한다. 추출된 주파수 성분의 데이터에 의해, 지령 전류값의 보정에 사용되는 보상 전류값 I_cmp가 최종적으로 결정된다.

도 10은 감속기 시스템(100)의 예시적인 제어 동작을 나타내는 개략적인 흐름도이다. 도 1, 도 9 및 도 10을 참조하여, 제어 회로(400)의 제어 동작이 설명된다.

(스텝 S205)

스텝 S205에 있어서, 인코더(300)는 모터(200)의 회전각 θ_M을 검출한다. 검출된 회전각 θ_M을 나타내는 신호는, 인코더(300)로부터 미분기(410)[미분 블록(411)]에 출력된다. 그 후, 스텝 S210이 실행된다.

(스텝 S210)

스텝 S210에 있어서, 미분기(410)[미분 블록(411)]는, 모터(200)의 각속도 ω_M을 산출한다. 각속도 ω_M은, 상술한 「수식 5」에 의해 산출되어도 된다. 각속도 ω_M의 산출 후, 스텝 S215가 실행된다.

(스텝 S215)

스텝 S215에 있어서, 상태 관측기(420)[옵저버(421A)]는, 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d를 산출한다(상술한 「수식 4」를 참조). 그 후, 스텝 S220이 실행된다.

(스텝 S220)

스텝 S220에 있어서, 상태 관측기(420)[옵저버(421A)]의 이산 시간 상태 공간 모델이 설정된다. 스텝 S215에 있어서 산출된 각주파수 ω_d는, 이산 시간 상태 공간 모델의 행렬 성분으로서 사용된다. 이산 시간 상태 공간 모델의 설정 후, 스텝 S225가 실행된다.

(스텝 S225)

스텝 S225에 있어서, 상태 관측기(420)[옵저버(421A)]는, 축 비틀림 진동 θ_s(상술한 「수식 1」을 참조), 모터(200)의 각속도 ω_M, 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L 및 진동 성분 θ_err과 같은 상태량을 추정한다. 진동 성분 θ_err의 추정값을 나타내는 데이터는, 제1 전류 결정부(431)에 출력된다. 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터, 모터(200)의 각속도 ω_M의 추정값을 나타내는 데이터 및 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L의 추정값을 나타내는 데이터는, 제2 전류 결정부(432)에 출력된다. 그 후, 스텝 S230이 실행된다.

(스텝 S230)

스텝 S230에 있어서, 제1 전류 결정부(431)는, 제2 BPF 블록(437)의 중심 주파수 ω를 설정한다. 제2 BPF 블록(437)의 중심 주파수 ω는, 상술한 「수식 4」를 참조하여 설명된 각주파수 ω_d를 산출하기 위한 수식으로부터 산출되어도 된다(즉, ω=ω_d). 중심 주파수 ω의 설정 후, 스텝 S235가 실행된다.

(스텝 S235)

스텝 S235에 있어서, 제1 전류 결정부(431)는, 제2 BPF 블록(437)의 이산 시간 상태 공간 모델을 설정한다. 스텝 S230에 있어서 산출된 각주파수 ω는, 제2 BPF 블록(437)의 이산 시간 상태 공간 모델의 행렬 성분으로서 사용된다. 이산 시간 상태 공간 모델의 설정 후, 스텝 S245가 실행된다.

(스텝 S245)

스텝 S245에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[토크 산출 블록(435A)]는 진동 성분 θ_err의 추정값을 나타내는 데이터로부터 토크 진동 τ_s를 나타내는 토크 진동 데이터를 생성한다. 토크 진동 데이터의 생성 후, 스텝 S250이 실행된다.

(스텝 S250)

스텝 S250에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[동력학 보상기(436)]는 토크 진동 데이터로부터 보상 전류값 I_cmp를 산출한다. 그 후, 스텝 S255가 실행된다.

(스텝 S255)

스텝 S255에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[제2 BPF 블록(437)]는, 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 데이터로부터 각주파수 ω에서 변동하는 주파수 성분을 추출하고, 지령 전류값 I_cmd의 보정에 사용되는 보상 전류값 I_cmp를 결정한다. 스텝 S255에 있어서, 불필요한 주파수 성분이, 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 데이터로부터 제거되므로, 지령 전류값 I_cmd는, 보상 전류값 I_cmp에 의해 고정밀도로 보정된다. 보상 전류값 I_cmp의 결정 후, 스텝 S260이 실행된다.

(스텝 S260)

스텝 S260에 있어서, 지령 정보 생성부(440)[위치 지령 생성부(441), 속도 지령 생성부(442)]는 속도 지령값 ω_M ^ref를 산출한다. 속도 지령값 ω_M ^ref는, 상술한 「수식 6」으로부터 산출되어도 된다. 속도 지령값 ω_M ^ref의 산출 후, 스텝 S265가 실행된다.

(스텝 S265)

스텝 S265에 있어서, 속도 편차가 가산된다. 스텝 S265에 있어서의 처리는, 상술한 「수식 7」에 의해 표시되어도 된다. 속도 편차의 가산 후, 스텝 S270이 실행된다.

(스텝 S270)

스텝 S270에 있어서, 전류 지령 생성부(443)는 지령 전류값 I_cmd를 산출한다. 지령 전류값 I_cmd는, 상술한 「수식 8」로부터 산출되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd의 산출 후, 스텝 S275가 실행된다.

(스텝 S275)

스텝 S275에 있어서, 제2 전류 결정부(432)[상태 피드백 블록(438)]는 상태 피드백 전류값 I_sfb를 산출한다. 상태 피드백 전류값 I_sfb는, 상술한 「수식 9」로부터 산출되어도 된다. 상태 피드백 전류값 I_sfb의 산출 후, 스텝 S280이 실행된다.

(스텝 S280)

스텝 S280에 있어서, 보정 처리부(433)[가합점(462)]는 지령 전류값 I_cmd에, 부의 상태 피드백 전류값 I_sfb를 가입한다. 스텝 S280에 있어서의 처리는, 상술한 「수식 10」에 의해 표시되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd에 대한 상태 피드백 전류값 I_sfb의 가입 후, 스텝 S285가 실행된다.

(스텝 S285)

스텝 S285에 있어서, 보정 처리부(433)[가합점(461)]는 지령 전류값 I_cmd에, 정의 보상 전류값 I_cmp를 가입한다. 스텝 S285에 있어서의 처리는, 상술한 「수식 11」에 의해 표시되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd에 대한 보상 전류값 I_cmp의 가입 후, 스텝 S290이 실행된다.

(스텝 S290)

스텝 S290에 있어서, 보정 처리부(433)는 지령 전류값 I_cmd를 구동부(450)의 D/A 채널에 출력한다. 구동부(450)는 지령 전류값 I_cmd에 따라, 구동 신호를 모터(200)에 출력한다.

<제3 실시 형태>

제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 관련하여 설명된 옵저버는, 계단 함수와 같이 급격하게 변화하는 외란 토크를 고려하여, 각도 오차를 추정할 수 있다. 그러나, 감속기가 내장되는 시스템은, 주기적으로 변화하는 외란 부하를 받는 경우도 있다. 제3 실시 형태에 있어서, 주기적으로 변화하는 외란 부하가 존재하는 환경 하에서도, 각도 전달 오차를 저감할 수 있는 감속기 시스템이 설명된다.

도 11은 감속기 시스템(100B)의 예시적인 기능 구성을 나타내는 개략적인 블록도이다. 제1 실시 형태 및 제3 실시 형태 사이에서 공통적으로 사용되는 부호 및 기호는, 당해 공통의 부호 및 기호가 부여된 요소가, 제1 실시 형태와 동일한 기능을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 제1 실시 형태의 설명은, 이들 요소에 원용된다. 도 11을 참조하여, 감속기 시스템(100B)이 설명된다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 감속기 시스템(100B)은, 모터(200)와, 인코더(300)와, 요동형 감속기(500)를 구비한다. 제1 실시 형태의 설명은, 이들 요소에 원용된다.

감속기 시스템(100B)은, 제어 회로(400B)를 더 구비한다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제어 회로(400B)는, 미분기(410)와, 보정부(430)와, 지령 정보 생성부(440)와, 구동부(450)를 포함한다. 제1 실시 형태의 설명은, 이들 요소에 원용된다.

제어 회로(400B)는, 상태 관측기(420B)와, 부하 연산부(480)를 더 포함한다. 제1 실시 형태와 마찬가지로, 상태 관측기(420B)는, 모터(200)의 각속도에 관한 각속도 정보를, 미분기(410)로부터 수취한다. 부하 연산부(480)는 주기적으로 변동하는 고차의 외란 부하(예를 들어, 중력 부하)에 관한 연산 처리를 실행한다. 연산 처리의 결과는, 부하 연산부(480)로부터 상태 관측기(420B)에 출력된다. 본 실시 형태에 있어서, 외란 인자는, 부하 연산부(480)가 처리하는 외란 부하에 의해 예시된다.

도 12는 감속기 시스템(100B)(도 11을 참조)의 제어 블록선도이다. 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태의 사이에서 공통적으로 사용되는 부호 및 기호는, 당해 공통의 부호 및 기호가 부여된 요소가, 제2 실시 형태와 동일한 기능을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 제2 실시 형태의 설명은, 이들 요소에 원용된다. 도 11 및 도 12를 참조하여, 감속기 시스템(100B)이 설명된다.

제2 실시 형태와 마찬가지로, 도 12에 나타나는 제어 블록선도는, 액추에이터 섹션과 제어 섹션으로 나뉜다. 액추에이터 섹션은, 도 11을 참조하여 설명된 모터(200) 및 요동형 감속기(500)를 나타낸다. 제어 섹션은, 도 11을 참조하여 설명된 제어 회로(400B)를 나타낸다. 액추에이터 섹션의 구조는, 제2 실시 형태와 동일하다. 따라서, 제2 실시 형태의 설명은, 액추에이터 섹션에 원용된다.

제2 실시 형태와 마찬가지로, 제어 섹션은, 미분 블록(411)과, 토크 산출 블록(435A)과, 동력학 보상기(436)와, 제2 BPF 블록(437)과, 상태 피드백 블록(438)과, 가합점(444, 447, 448, 461, 462, 473)과, 비례항 블록(445, 471)과, 미분항 블록(446)과, 적분항 블록(472)을 포함한다. 제2 실시 형태의 설명은, 이들 요소에 원용된다.

제어 섹션은, 옵저버(421B)와 부하 연산 블록(481)을 더 구비한다. 부하 연산 블록(481)은, 이하의 수식을 사용하여, 주기적으로 변동되는 고차의 외란 부하 τ_g를 연산한다.

[수식 19]

외란 부하 τ_g는, 부하 연산 블록(481)으로부터 옵저버(421B)에 출력된다. 옵저버(421B)는, 모터(200)의 각속도 ω_M 및 외란 부하 τ_g를 입력으로서 사용하고, 제2 실시 형태에 관련하여 설명된 다양한 추정값을 출력한다. 외란 부하 τ_g가 옵저버(421B)로의 입력으로서 이용되므로, 상술한 「수식 14」 중의 행렬 「u_o」는, 외란 부하 τ_g를 행렬 성분으로서 포함한다.

도 13은 상술한 「수식 19」에 표시되는 수식의 개념적 모델이다. 도 12 및 도 13을 참조하여, 상술한 「수식 19」에 사용되는 기호가 설명된다.

도 13은 요동형 감속기(500)와, 아암(501)과, 웨이트(502)를 나타낸다. 상술한 「수식 19」 중의 기호 「m」은, 웨이트(502)의 질량을 의미한다. 상술한 「수식 19」 중의 기호 「l」은, 아암(501)의 길이를 의미한다. 상술한 「수식 19」 중의 기호 「g」는, 중력 가속도를 의미한다. 웨이트(502)가 흔들리면, 상술한 「수식 19」에 표시되는 수식에 따르는 외란 부하가 발생한다.

도 14는 감속기 시스템(100B)의 예시적인 제어 동작을 나타내는 개략적인 흐름도이다. 도 11, 도 12 및 도 14를 참조하여, 제어 회로(400B)의 제어 동작이 설명된다.

(스텝 S305)

스텝 S305에 있어서, 인코더(300)는 모터(200)의 회전각 θ_M을 검출한다. 검출된 회전각 θ_M을 나타내는 신호는, 인코더(300)로부터 미분기(410)[미분 블록(411)]에 출력된다. 그 후, 스텝 S310이 실행된다.

(스텝 S310)

스텝 S310에 있어서, 미분기(410)[미분 블록(411)]는 모터(200)의 각속도 ω_M을 산출한다. 각속도 ω_M은, 상술한 「수식 5」에 의해 산출되어도 된다. 각속도 ω_M의 산출 후, 스텝 S315가 실행된다.

(스텝 S315)

스텝 S315에 있어서, 상태 관측기(420B)[옵저버(421B)]는 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d를 산출한다(상술한 「수식 4」를 참조). 그 후, 스텝 S317이 실행된다.

(스텝 S317)

스텝 S317에 있어서, 부하 연산부(480)[부하 연산 블록(481)]는 외란 부하 τ_g를 산출한다(상술한 「수식 19」를 참조). 그 후, 스텝 S320이 실행된다.

(스텝 S320)

스텝 S320에 있어서, 상태 관측기(420B)[옵저버(421B)]의 이산 시간 상태 공간 모델이 설정된다. 스텝 S315에 있어서 산출된 각주파수 ω_d는, 이산 시간 상태 공간 모델의 행렬 성분으로서 사용된다. 스텝 317에 있어서 산출된 외란 부하 τ_g는, 상태 관측기(420B)[옵저버(421B)]로의 입력으로서 사용된다. 이산 시간 상태 공간 모델의 설정 후, 스텝 S325가 실행된다.

(스텝 S325)

스텝 S325에 있어서, 상태 관측기(420B)[옵저버(421B)]는 축 비틀림 진동 θ_s(상술한 「수식 1」을 참조), 모터(200)의 각속도 ω_M, 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L 및 진동 성분 θ_err과 같은 상태량을 추정한다. 진동 성분 θ_err의 추정값을 나타내는 데이터는, 제1 전류 결정부(431)에 출력된다. 축 비틀림 진동 θ_s의 추정값을 나타내는 데이터, 모터(200)의 각속도 ω_M의 추정값을 나타내는 데이터 및 요동형 감속기(500)의 각속도 ω_L의 추정값을 나타내는 데이터는, 제2 전류 결정부(432)에 출력된다. 그 후, 스텝 S330이 실행된다.

(스텝 S330)

스텝 S330에 있어서, 제1 전류 결정부(431)는 제2 BPF 블록(437)의 중심 주파수 ω를 설정한다. 제2 BPF 블록(437)의 중심 주파수 ω는, 상술한 「수식 4」를 참조하여 설명된 각주파수 ω_d를 산출하기 위한 수식으로부터 산출되어도 된다(즉, ω=ω_d). 중심 주파수 ω의 설정 후, 스텝 S335가 실행된다.

(스텝 S335)

스텝 S335에 있어서, 제1 전류 결정부(431)는 제2 BPF 블록(437)의 이산 시간 상태 공간 모델을 설정한다. 스텝 S330에 있어서 산출된 각주파수 ω는, 제2 BPF 블록(437)의 이산 시간 상태 공간 모델의 행렬 성분으로서 사용된다. 이산 시간 상태 공간 모델의 설정 후, 스텝 S345가 실행된다.

(스텝 S345)

스텝 S345에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[토크 산출 블록(435A)]는, 진동 성분 θ_err의 추정값을 나타내는 데이터로부터 토크 진동 τ_s를 나타내는 토크 진동 데이터를 생성한다. 토크 진동 데이터의 생성 후, 스텝 S350이 실행된다.

(스텝 S350)

스텝 S350에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[동력학 보상기(436)]는 토크 진동 데이터로부터 보상 전류값 I_cmp를 산출한다. 그 후, 스텝 S355가 실행된다.

(스텝 S355)

스텝 S355에 있어서, 제1 전류 결정부(431)[제2 BPF 블록(437)]는 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 데이터로부터 각주파수 ω에서 변동하는 주파수 성분을 추출하고, 지령 전류값 I_cmd의 보정에 사용되는 보상 전류값 I_cmp를 결정한다. 스텝 S355에 있어서, 불필요한 주파수 성분이, 보상 전류값 I_cmp를 나타내는 데이터로부터 제거되므로, 지령 전류값 I_cmd는, 보상 전류값 I_cmp에 의해 고정밀도로 보정된다. 보상 전류값 I_cmp의 결정 후, 스텝 S360이 실행된다.

(스텝 S360)

스텝 S360에 있어서, 지령 정보 생성부(440)[위치 지령 생성부(441), 속도 지령 생성부(442)]는 속도 지령값 ω_M ^ref를 산출한다. 속도 지령값 ω_M ^ref는, 상술한 「수식 6」으로부터 산출되어도 된다. 속도 지령값 ω_M ^ref의 산출 후, 스텝 S365가 실행된다.

(스텝 S365)

스텝 S365에 있어서, 속도 편차가 가산된다. 스텝 S365에 있어서의 처리는, 상술한 「수식 7」에 의해 표시되어도 된다. 속도 편차의 가산 후, 스텝 S370이 실행된다.

(스텝 S370)

스텝 S370에 있어서, 전류 지령 생성부(443)는 지령 전류값 I_cmd를 산출한다. 지령 전류값 I_cmd는, 상술한 「수식 8」로부터 산출되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd의 산출 후, 스텝 S375가 실행된다.

(스텝 S375)

스텝 S375에 있어서, 제2 전류 결정부(432)[상태 피드백 블록(438)]는 상태 피드백 전류값 I_sfb를 산출한다. 상태 피드백 전류값 I_sfb는, 상술한 「수식 9」로부터 산출되어도 된다. 상태 피드백 전류값 I_sfb의 산출 후, 스텝 S380이 실행된다.

(스텝 S380)

스텝 S380에 있어서, 보정 처리부(433)[가합점(462)]는 지령 전류값 I_cmd에, 부의 상태 피드백 전류값 I_sfb를 가입한다. 스텝 S380에 있어서의 처리는, 상술한 「수식 10」에 의해 표시되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd로의 상태 피드백 전류값 I_sfb의 가입 후, 스텝 S385가 실행된다.

(스텝 S385)

스텝 S385에 있어서, 보정 처리부(433)[가합점(461)]는 지령 전류값 I_cmd에, 정의 보상 전류값 I_cmp를 가입한다. 스텝 S385에 있어서의 처리는, 상술한 「수식 11」에 의해 표시되어도 된다. 지령 전류값 I_cmd로의 보상 전류값 I_cmp의 가입 후, 스텝 S390이 실행된다.

(스텝 S390)

스텝 S390에 있어서, 보정 처리부(433)는 지령 전류값 I_cmd를 구동부(450)의 D/A 채널에 출력한다. 구동부(450)는 지령 전류값 I_cmd에 따라, 구동 신호를 모터(200)에 출력한다.

<실증 시험>

본 발명자들은, 도 2a를 참조하여 설명된 요동형 감속기(500A)의 설계 원리에 기초하여 구축된 감속기를 사용하여, 각도 전달 오차의 저감 효과를 검증하였다. 사용된 감속기는, 2개의 요동 기어(N_g=2)와, 40개의 내기어 핀(Np=40)을 구비한다. 각 요동 기어에는, 3개의 샤프트 구멍(k_e=3)이 형성되어 있다.

감속기는, 40개의 내기어 핀을 구비하므로, 각 요동 기어가, 외통부의 내벽을 따라 일주하는 데, 크랭크축은 40 회전할 필요가 있다. 크랭크축이 1 회전하는 동안, 각 요동 기어에 6회의 강성 변동이 발생한다. 따라서, 각 요동 기어가, 외통부의 내벽을 따라 일주하는 동안에, 감속기 내에서는, 240회의 강성 변동이 발생하게 된다.

도 15a 및 도 15b는 실증 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 15a는, 보상 전류값에 의한 보정이 없는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타낸다. 도 15b는, 보상 전류값에 의한 보정이 있는 조건 하에서 얻어진 시험 데이터를 나타낸다.

도 15a 및 도 15b의 횡축은, 감속기의 출력 회전각을 나타낸다. 도 15a 및 도 15b의 종축은, 각도 전달 오차를 나타낸다. 도 15a 및 도 15b에 나타나는 각도 전달 오차는 정규화되어, 퍼센티지로 표시된다. 도 15a 및 도 15b의 그래프의 종축의 축척은 같으므로, 도 15a에 나타나는 각도 전달 오차와 도 15b에 나타나는 각도 전달 오차 사이의 직접적인 비교는 가능하다.

도 15a에 나타나는 데이터와 도 15b에 나타나는 데이터 사이의 비교로부터, 보상 전류값에 의한 보정이 있는 조건 하에서, 각도 전달 오차는 약 20％ 저감되는 것이 실증되었다.

본 발명자들은, 도 15a 및 도 15b에 나타나는 데이터를 사용하여 FFT 해석을 행하였다. 본 실시 형태의 제어 원리에 의해 각도 전달 오차가 저감되면, 240의 각주파수 성분이 보상 전류에 의해 저감되게 된다.

도 16a 및 도 16b는, FFT 해석의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 16a는, 도 15a에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과를 나타낸다. 도 16b는, 도 15b에 나타나는 데이터로부터 얻어진 FFT 해석의 결과를 나타낸다.

도 16a 및 도 16b의 그래프의 횡축은, 각주파수를 나타낸다. 도 16a의 그래프와 도 16b의 그래프를 대비하면, 240의 각주파수 성분이 대폭으로 저감된 것을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 제어 원리가, 각도 전달 오차를 효과적으로 저감할 수 있는 것이 실증되었다.

<제4 실시 형태>

본 발명자들은, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에 관련하여 설명된 제어 원리에 기초하여, 더욱 개량된 제어 기술을 개발하였다. 제4 실시 형태에 있어서, 개량된 제어 기술이 설명된다.

제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에 관련하여 설명된 바와 같이, 상술한 「수식 4」에 의해 나타나는 각주파수 ω_d의 진동 성분은, 감속기의 각도 오차에 큰 영향을 준다. 상술한 바와 같이, 각주파수 ω_d의 진동 성분은, 기어부에 형성된 구멍의 수에 기인하여 발생한다. 즉, 각주파수 ω_d의 진동 성분은, 감속기의 내부에서 발생한 탄성 변형에서 유래된다.

도 8a 및 도 16a에 나타나는 차트로부터, 감속기의 내부에서 발생한 탄성 변형에서 유래되는 각주파수 ω_d의 진동 성분에 추가하여, 하기의 「수식 20」에 의해 정의되는 각주파수 ω_d1의 진동 성분도, 감속기의 각도 오차에 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다. 각주파수 ω_d1의 진동 성분은, 감속기의 제조 오차에서 유래된다고 생각된다. 「수식 20」에 의해 정의되는 각주파수 ω_d1은, 「수식 4」에 의해 나타나는 각주파수 ω_d의 정의식 중의 변수 k에 「1」의 값을 대입한 것에 상당한다.

[수식 20]

본 발명자들은, 감속기의 내부에서 발생한 탄성 변형에서 유래되는 각주파수 ω_d의 진동 성분 및 감속기의 제조 오차에서 유래되는 각주파수 ω_d1의 진동 성분으로부터의 영향을 효과적으로 저감하는 제어 모델을 구축하였다. 본 발명자들에 의해 구축된 제어 모델은, 도 2a를 참조하여 설명된 요동형 감속기(500A)를 제어 대상으로 하여 다룬다. 그러나, 본 실시 형태의 원리는, 기어부에 형성된 구멍의 수에 있어서 상이한 다양한 감속기에 적용 가능하다. 따라서, 본 실시 형태의 원리는, 감속기의 특정한 구조에 한정되지 않는다.

도 17은 제4실시 형태의 감속기 시스템(100C)의 제어 블록선도이다. 제3 실시 형태 및 제4 실시 형태의 사이에서 공통적으로 사용되는 부호 및 기호는, 당해 공통의 부호 및 기호가 부여된 요소가, 제3 실시 형태와 동일한 기능을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 제3 실시 형태의 설명은, 이들 요소에 원용된다. 도 1, 도 2a, 도 12 및 도 17을 참조하여, 감속기 시스템(100C)이 설명된다.

제3 실시 형태와 마찬가지로, 도 17에 나타나는 제어 블록선도는, 액추에이터 섹션과 제어 섹션으로 나뉜다. 도 17에 나타나는 액추에이터 섹션은, 입력 인자로서, 각주파수 ω_νa를 포함하는 점에 있어서만, 도 12에 나타나는 액추에이터 섹션과 상이하다. 따라서, 도 12를 참조하여 설명된 액추에이터 섹션에 관한 설명은, 도 17에 나타나는 액추에이터 섹션에 원용된다. 각주파수 ω_νa는, 이하의 「수식 21」에 의해 정의되어도 된다.

[수식 21]

상술한 바와 같이, 감속기 시스템(100C)은, 도 2a에 나타나는 요동형 감속기(500A)를 제어하기 위하여 설계되어 있으므로, 액추에이터 섹션 중의 진동 성분 θ_err을 출력하는 블록 중의 수식(상술한 「수식 2」) 중의 변수 「k」에 수치 「6」이 대입된다.

제어 섹션 중의 기호 「T_s」는, 샘플링 간격을 의미한다. 샘플링 간격 「T_s」는, 도 1을 참조하여 설명된 인코더(300)의 분해능에 의해 결정되어도 된다.

제어 섹션은, 블록(482, 483)을 포함한다. 블록(483) 중에 표시되는 수식의 「J항」은, 관성 변동에 의한 동력학 성분을 나타낸다. 블록(483) 중에 표시되는 수식의 「C항」은, 원심력이나 코리올리력을 나타낸다. 블록(483) 중에 표시되는 수식의 「D항」은, 마찰력을 나타낸다. 블록(483) 중에 표시되 수식의 「G항」은, 중력 부하를 나타낸다. 본 발명자들은, 「J항」, 「C항」 및 「D항」을 무시하고, 「G항」만을 고려하는 제어 모델을 구축하였다. 따라서, 블록(482, 483)은, 협동해서, 도 12를 참조하여 설명된 부하 연산 블록(481)에 대응하는 연산 처리를 행하여, 외란 부하 τ_g를 출력한다.

제어 섹션은 미분 블록(411C)을 포함한다. 부분 블록(411C)은, 이산적인 미분 처리를 실행하고, 모터(200)(도 1을 참조)의 각속도 ω_M을 출력한다. 미분 블록(411C)은, 도 12를 참조하여 설명된 미분 블록(411)에 대응한다.

제어 섹션은, 옵저버(421C)를 포함한다. 제3 실시 형태와 마찬가지로, 외란 부하 τ_g 및 모터(200)의 각속도 ω_M은, 옵저버(421C)에 입력된다. 옵저버(421C)의 상태 방정식은, 이하의 「수식 22」에 의해 표시된다.

[수식 22]

상술한 행렬식 중의 「ω_d6」은, 요동형 감속기(500A)의 내부에서 발생한 탄성 변형에서 유래되는 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d(수식 4를 참조: k=6)를 의미한다.

제3 실시 형태와 마찬가지로, 옵저버(421C)는, 축 비틀림 진동 θ_s(상술한 「수식 1」을 참조), 모터(200)의 각속도 ω_M, 요동형 감속기(500A)의 각속도 ω_L 및 진동 성분 θ_err과 같은 상태량의 추정값을 나타내는 데이터를 생성할 수 있다. 제3 실시 형태와는 상이하게, 감속기 시스템(100C)은, 축 비틀림 진동 θ_s(상술한 「수식 1」을 참조), 모터(200)(도 1을 참조)의 각속도 ω_M, 요동형 감속기(500A)의 각속도 ω_L의 추정값을 나타내는 데이터를 사용하는 일 없이, 요동형 감속기(500A)를 제어한다.

제어 섹션은 토크 산출 블록(435C)을 포함한다. 한편, 제3 실시 형태와 마찬가지로, 진동 성분 θ_err의 추정값을 나타내는 데이터는, 옵저버(421C)로부터 토크 산출 블록(435C)에 출력된다. 토크 산출 블록(435C) 중에 나타나는 기호 「K_sn」은, 토크 산출 블록(435C)이 요동형 감속기(500A)의 스프링 특성의 노미널값을 사용한 전달 함수인 것을 의미한다. 노미널값은, 소정의 동정 시험에 의해 얻어진다. 토크 산출 블록(435C)은, 도 12를 참조하여 설명된 토크 산출 블록(435A)에 대응한다. 제3 실시 형태와 마찬가지로, 토크 산출 블록(435C)은, 진동 성분 θ_err의 추정값을 나타내는 데이터로부터 토크 진동 τ_s의 추정값을 나타내는 토크 진동 데이터를 생성한다.

옵저버(421C)는, 상술한 「수식 22」에 표시되는 상태 방정식을 사용하여, 각주파수 ω_νa의 추정값을 나타내는 데이터 및 각주파수 ω_νa의 미분값의 추정값을 나타내는 데이터를 생성할 수 있다. 제어 섹션은 블록(491, 492)을 포함한다. 블록(491) 중에 나타나는 기호 「D_Ln」은, 블록(491)이 부하축의 점성 마찰 계수의 노미널값을 사용한 전달 함수인 것을 의미한다. 블록(492) 중에 나타나는 기호 「J_Ln」은, 블록(491)이 부하축의 관성 모멘트의 노미널값을 사용한 전달 함수인 것을 의미한다. 이들 노미널값은, 소정의 동정 시험에 의해 얻어진다. 감속기 시스템(100C)은, 이들 블록(491, 492)의 출력값을 가산하여, 각주파수 ω_νa에서 변동하는 토크 진동 τ_νa의 추정값을 산출한다(이하의 「수식 23」을 참조).

[수식 23]

제어 섹션은, 동력학 보상기(493, 494)를 포함한다. 토크 진동 τ_s의 추정값을 나타내는 토크 진동 데이터는, 토크 산출 블록(435C)으로부터 동력학 보상기(493)에 출력된다. 동력학 보상기(493)는 토크 진동 τ_s가 저감되도록, 보상 전류값 I_cmp를 산출하여, 전류 데이터를 생성한다. 동력학 보상기(493)는 도 12를 참조하여 설명된 동력학 보상기(436)에 대응한다.

동력학 보상기(494)는, 상술한 「수식 23」으로부터 얻어진 토크 진동 τ_νa의 추정값을 나타내는 데이터를 수취한다. 동력학 보상기(494)는 토크 진동 τ_νa가 저감되도록, 보상 전류값 I_cmp를 산출하여, 전류 데이터를 생성한다.

동력학 보상기(493, 494)의 블록 중에 나타나는 기호 「Z」는, 지연 연산자이다. 이하의 「수식 24」는, 동력학 보상기(493, 494)의 전달 함수를 표시한다.

[수식 24]

제어 섹션은, BPF 블록(495, 496)을 포함한다. BPF 블록(495)은, 전류 데이터로부터 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d6에서 변동하는 주파수 성분을 추출한다. BPF 블록(495)의 전달 함수는, 상술한 「수식 16」 중의 「ω」가 각주파수 ω_d6으로 치환된 것에 대응한다. BPF 블록(496)은, 전류 데이터로부터 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d1에서 변동하는 주파수 성분을 추출한다. BPF 블록(496)의 전달 함수는, 상술한 「수식 16」 중의 「ω」가 각주파수 ω_d1로 치환된 것에 대응한다.

제어 섹션 중의 기호 「SW₁」, 「SW₆」은, 본 발명자들이 제어 섹션에 내장한 스위치를 의미한다. 제어 섹션 중의 기호 「I_q ^ref」는, 모터(200)의 목표 전류값을 의미한다. 본 발명자들이, 스위치 SW₁, SW₆을 온으로 하면, BPF 블록(495, 496)에 의해 추출된 주파수 성분의 보상 전류값 I_cmp가, 목표 전류값 I_q ^ref에 가산된다. 본 발명자들이, 스위치 SW₁을 온으로 하는 한편, 스위치 SW₆을 오프로 하면, BPF 블록(496)에 의해 추출된 주파수 성분의 보상 전류값 I_cmp만이 목표 전류값 I_q ^ref에 가산된다. 본 발명자들이, 스위치 SW₁을 오프로 하는 한편, 스위치 SW₆을 온으로 하면, BPF 블록(495)에 의해 추출된 주파수 성분의 보상 전류값 I_cmp만이 목표 전류값 I_q ^ref에 가산된다. 이들 가산 처리 중 하나에 의해, 지령 전류값 I_cmd가 결정된다.

제어 섹션은, ZOH 블록(497)(ZOH: zero orderhold)을 포함한다. ZOH 블록(497)은 모터(200)의 회전각의 샘플링 동안, 전류값을 유지하기 위하여 내장되어 있다. 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에 관련하여 설명된 제어 섹션에는, ZOH 블록(497)은 나타나 있지 않지만, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 제어 섹션도 이산적인 데이터를 처리하므로, 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 제어 섹션도 ZOH 블록(497)과 마찬가지의 처리를 행한다.

도 18a 내지 도 18d는, 요동형 감속기(500A)의 출력 속도와, 요동형 감속기(500A)를 구동하는 모터(200)(도 1을 참조)에 입력되는 지령 전류를 나타내는 그래프이다. 도 18a 내지 도 18d에 나타나는 그래프는, 도 17을 참조하여 설명된 제어 섹션의 제어 하에서 얻어지고 있다. 도 17 내지 도 18d를 참조하여, 본 발명자들에 의해 실행된 제어 섹션의 실증 시험이 설명된다.

도 18a에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₁, SW₆이 모두 오프로 되면, 지령 전류값 I_cmd는, 완만한 정현파를 그리는 한편, 출력 속도는, 큰 진폭이면서 긴 주기로 변동하는 파형 곡선 및, 작은 진폭이면서 짧은 주기로 변동하는 파형 곡선이 중첩된 파형을 그린다.

도 18b에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₁만이 온으로 되면, 출력 속도는, 작은 진폭이면서 짧은 주기로 변동하는 파형을 그린다. 도 18c에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₆만이 온으로 되면, 출력 속도는, 큰 진폭이면서 긴 주기로 변동하는 파형을 그린다.

도 18d에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₁, SW₆이 모두 온되면, 출력 속도는, 가장 작은 진동 진폭을 갖는 파형을 그린다.

본 발명자들은, 도 18a 내지 도 18d에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대하여 공간 FFT 해석을 행하였다. 도 19a는, 도 18a에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 19b는, 도 18b에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 19c는, 도 18c에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 19d는, 도 18d에 나타나는 출력 속도의 데이터에 대한 공간 FFT 해석으로부터 얻어진 공간 주파수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 19a에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₁, SW₆이 모두 오프로 되면, 내기어 핀의 수(40)에 상당하는 주파수 성분 및 내기어 핀의 수와 기어부의 구멍의 수와의 곱(240)에 상당하는 주파수 성분은, 높은 값을 나타낸다.

도 19b에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₁만이 온으로 되면, 내기어 핀의 수와 기어부의 구멍의 수와의 곱(240)에 상당하는 주파수 성분은, 도 19a에 나타나는 스펙트럼과 대략 동일한 레벨로 유지되는 한편, 내기어 핀의 수(40)에 상당하는 주파수 성분은, 현저하게 저감된다.

도 19c에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₆만이 온으로 되면, 내기어 핀의 수(40)에 상당하는 주파수 성분은, 도 19a에 나타나는 스펙트럼과 대략 동일한 레벨로 유지되는 한편, 내기어 핀의 수와 기어부의 구멍의 수와의 곱(240)에 상당하는 주파수 성분은, 현저하게 저감된다.

도 19d에 나타나는 바와 같이, 스위치 SW₁, SW₆이 모두 온으로 되면, 내기어 핀의 수(40)에 상당하는 주파수 성분 및 내기어 핀의 수와 기어부의 구멍의 수와의 곱(240)에 상당하는 주파수 성분은 모두, 도 19a에 나타나는 스펙트럼과 비교하여 현저하게 낮은 레벨로 억제된다.

표 2는 진동의 피크값을 나타낸다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 감속기 시스템(100C)(도 17을 참조)이 70.6％나 되는 진동 억제를 달성한 것을 확인하였다.

상술한 다양한 실시 형태의 원리는, 감속기의 제어에 대한 요구에 적합하도록 조합되어도 된다.

상술한 실시 형태에 관련하여 설명된 제어 장치 및 감속기 시스템은, 이하의 특징을 주로 구비한다.

상술한 실시 형태의 일국면에 관한 제어 장치는, 적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성된 요동 기어부를 갖는 요동형 감속기를 구동하는 모터를 제어한다. 제어 장치는, 상기 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 취득하는 각도 취득부와, 상기 입력 회전각과, 상기 요동형 감속기의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 각도 오차를, 상기 적어도 하나의 구멍의 수를 나타내는 구멍 수에 기초하여 추정하는 추정부와, 상기 각도 오차에 따라서 보상 전류값을 결정하고, 상기 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정함으로써, 상기 모터에 공급되는 전류의 크기를 설정하는 보정부를 구비한다.

상기 구성에 의하면, 요동 기어부에는, 적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성되므로, 요동 기어부의 운동에 따라, 강성 변동이 발생한다. 강성 변동은, 축의 비틀림 진동을 야기한다. 그 결과, 요동형 감속기에 각도 전달 오차가 발생한다. 따라서, 요동 기어부에 형성된 구멍의 수는, 각도 전달 오차의 인자로서 작용한다.

추정부는, 상술한 인과 관계를 감안하여, 요동 기어부에 형성된 구멍의 수에 기초하여, 요동 기어부의 구멍에 기인하는 강성 변동에 의해 야기되는 각도 오차를 추정할 수 있다. 각도 오차는, 복수의 요동형 감속기 각각의 고유의 데이터를 사용하는 일 없이 추정되므로, 제어 장치는, 다양한 요동형 감속기에 간편하게 이용 가능하다. 보정부는, 추정된 각도 오차에 따라서 결정된 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정하므로, 요동형 감속기의 각도 전달 오차는 충분히 저감된다. 따라서, 제어 장치는, 지령값에 기초하는 궤적에 대하여 추종 정밀도를 향상할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 각도 오차는 축 비틀림 진동이어도 된다.

상기 구성에 의하면, 추정부는 축 비틀림 진동을, 요동 기어부에 형성된 구멍의 수에 기초하여 추정하므로, 제어 장치는, 복수의 요동형 감속기 각각의 고유의 데이터를 사용하는 일 없이, 요동형 감속기의 각도 전달 오차를 충분히 저감할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 각도 오차는, 상기 적어도 하나의 구멍에 기인하는 진동 성분이어도 된다.

상기 구성에 의하면, 추정부는, 적어도 하나의 구멍에 기인하는 진동 성분을, 요동 기어부에 형성된 구멍의 수에 기초하여 추정하므로, 제어 장치는, 복수의 요동형 감속기 각각의 고유의 데이터를 사용하는 일 없이, 요동형 감속기의 각도 전달 오차를 충분히 저감할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 추정부는, 상기 입력 정보와, 상기 모터에 공급된 전류의 크기를 입력으로 하여, 상기 각도 오차를 추정하는 상태 관측기를 포함해도 된다.

상기 구성에 의하면, 상태 관측기는, 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보와, 모터에 공급된 전류의 크기를 입력하여, 각도 오차를 추정할 수 있다. 제어 장치는, 요동형 감속기의 출력측으로부터의 정보를 사용하는 일 없이, 요동형 감속기의 각도 전달 오차를 저감할 수 있으므로, 제어 장치를 사용하여 기계 장치를 설계하는 설계자는, 제어에 필요한 정보를 취득하기 위한 설비를 간소화할 수 있다. 설계자는, 요동형 감속기의 출력측에서의 정보 취득 설비의 배치가 곤란한 조건 하에서도, 제어 장치를 사용하여, 요동형 감속기의 각도 전달 오차를 저감할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 상태 관측기는, 주기적으로 변동하는 외란 인자를 입력으로 하여, 상기 각도 오차를 추정해도 된다.

상기 구성에 의하면, 상태 관측기는, 주기적으로 변동하는 외란 인자를 입력으로 하여, 각도 오차를 추정하므로, 요동형 감속기가, 주기적으로 변동하는 외란 인자의 존재 하에서 사용되어도, 제어 장치는, 요동형 감속기의 각도 전달 오차를 충분히 저감할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 요동형 감속기는, 상기 요동 기어부에 교합하는 N_p개의 내기어를 포함하고, 또한, 감속비 R_g로, 상기 모터의 각속도 ω_M을 감속해도 된다. 상기 구멍 수는, 자연수 k로 표시되어도 된다. 상기 추정부는, 상기 요동형 감속기 내부 부재의 탄성 변형에서 유래되는 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d를 수식 25로부터 산출하고, 상기 각주파수 ω_d를 행렬 성분으로서 포함하는 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여 상기 각도 오차를 추정해도 된다.

[수식 25]

상기 구성에 의하면, 추정부는, 각주파수 ω_d를 행렬 성분으로서 포함하는 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여 각도 오차를 추정하므로, 추정부는, 요동형 감속기 내부의 탄성 변형에 의해 야기되는 각도 전달 오차를 고려하여, 각도 오차를 적절하게 추정할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 요동 기어부는, N_g개의 요동 기어를 포함해도 된다. 상기 N_g개의 요동 기어 각각에는, k_e개의 구멍이 형성되어도 된다. 상기 자연수 k는 「수식 26」으로부터 산출되어도 된다.

[수식 26]

상기 구성에 의하면, 제어 장치는, 단수 또는 복수의 요동 기어를 갖는 요동형 감속기를 구동하는 모터를 제어하기 위하여 적절하게 이용 가능하다. 따라서, 제어 장치는, 다양한 요동형 감속기와 함께 사용되는 모터의 제어에 이용 가능하다.

상기 구성에 있어서, 상기 추정부는, 상기 요동형 감속기의 제조 오차에서 유래되는 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d1을 수식 27로부터 산출하고, 상기 각주파수 ω_d1을 행렬 성분으로서 포함하는 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여 상기 각도 오차를 추정해도 된다.

[수식 27]

상기 구성에 의하면, 추정부는, 각주파수 ω_d1을 행렬 성분으로서 포함하는 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여 각도 오차를 추정하므로, 추정부는, 요동형 감속기의 제조 오차에 의해 야기되는 각도 전달 오차를 고려하여, 각도 오차를 적절하게 추정할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 보정부는, 상기 추정부에 의해 추정된 상기 각도 오차와, 상기 요동형 감속기의 스프링 특성으로부터, 상기 각주파수 ω_d에서 진동하는 토크 진동을 산출하는 토크 산출부와, 상기 토크 진동이 저감되도록 상기 보상 전류값을 산출하는 전류 산출부를 포함해도 된다.

상기 구성에 의하면, 전류 산출부는, 토크 산출부에 의해 산출된 토크 진동이 저감되도록 보상 전류값을 산출하므로, 요동형 감속기의 각도 전달 오차는, 충분히 저감된다.

상기 구성에 있어서, 상기 토크 산출부는, 상기 추정부에 의해 추정된 상기 각도 오차의 데이터로부터, 상기 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 주파수 성분을 사용하여, 상기 토크 진동을 산출해도 된다.

상기 구성에 의하면, 토크 산출부는, 추정부에 의해 추정된 각도 오차의 데이터로부터, 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출하고, 추출된 주파수 성분을 사용하여 토크 진동을 산출하므로, 산출된 토크 진동의 데이터에 포함되는 노이즈는 저감된다. 따라서, 제어 장치는, 모터를 고정밀도로 제어할 수 있다.

상기 구성에 있어서, 상기 전류 산출부는, 상기 토크 진동으로부터 보상 전류의 크기를 나타내는 전류 데이터를 생성하고, 상기 전류 데이터로부터, 상기 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출함으로써, 상기 보상 전류값을 결정해도 된다.

상기 구성에 의하면, 전류 산출부는, 토크 진동으로부터 보상 전류의 크기를 나타내는 전류 데이터를 생성하고, 전류 데이터로부터, 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출함으로써 보상 전류값을 결정하므로, 보상 전류값에 포함되는 노이즈는 저감된다. 따라서, 제어 장치는, 모터를 고정밀도로 제어할 수 있다.

상술한 실시 형태의 다른 국면에 관한 감속기 시스템은, 적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성된 요동 기어부를 갖는 요동형 감속기와, 상기 요동형 감속기를 구동하는 모터와, 상기 모터를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 상기 제어 장치는, 상기 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 취득하는 각도 취득부와, 상기 입력 회전각과, 상기 요동형 감속기의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 각도 오차를, 상기 적어도 하나의 구멍의 수를 나타내는 구멍 수에 기초하여 추정하는 추정부와, 상기 각도 오차에 따라서 보상 전류값을 결정하고, 상기 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정함으로써, 상기 모터에 공급되는 전류의 크기를 설정하는 보정부를 포함한다.

상기 구성에 의하면, 추정부는, 요동 기어부에 형성된 구멍의 수에 기초하여, 요동 기어부의 구멍에 기인하는 강성 변동에 의해 야기되는 각도 오차를 추정할 수 있다. 각도 오차는, 복수의 요동형 감속기 각각의 고유의 데이터를 사용하는 일 없이 추정되므로, 제어 장치는, 다양한 요동형 감속기에 간편하게 이용 가능하다. 보정부는, 추정된 각도 오차에 따라서 결정된 보정 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정하므로, 요동형 감속기의 각도 전달 오차는 충분히 저감된다. 따라서, 제어 장치는, 지령값에 기초하는 궤적에 대하여 추종 정밀도를 향상할 수 있다.

상술한 실시 형태의 원리는, 요동형 감속기를 이용하는 장치에 적절하게 이용된다.

Claims

적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성된 요동 기어부를 갖는 요동형 감속기를 구동하는 모터를 제어하는 제어 장치이며,
상기 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 취득하는 각도 취득부와,
상기 입력 회전각과, 상기 요동형 감속기의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 각도 오차를, 상기 적어도 하나의 구멍의 수를 나타내는 구멍 수에 기초하여 추정하는 추정부와,
상기 각도 오차에 따라서 보상 전류값을 결정하고, 상기 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정함으로써, 상기 모터에 공급되는 전류의 크기를 설정하는 보정부를 구비하는, 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 각도 오차는, 축 비틀림 진동인, 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 각도 오차는, 상기 적어도 하나의 구멍에 기인하는 진동 성분인, 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 입력 정보와, 상기 모터에 공급된 전류의 크기를 입력으로 하여, 상기 각도 오차를 추정하는 상태 관측기를 포함하는, 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 상태 관측기는, 주기적으로 변동하는 외란 인자를 입력으로 하여, 상기 각도 오차를 추정하는, 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 요동형 감속기는, 상기 요동 기어부에 교합하는 N_p개의 내기어를 포함하고, 또한, 감속비 R_g로 상기 모터의 각속도 ω_M을 감속하고,
상기 구멍수는, 자연수 k로 표시되고,
상기 추정부는, 상기 요동형 감속기 내부의 탄성 변형에서 유래되는 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d를 식 1로부터 산출하고, 상기 각주파수 ω_d를 행렬 성분으로서 포함하는 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여 상기 각도 오차를 추정하는, 제어 장치.
[식 1]
제6항에 있어서,
상기 요동 기어부는, N_g개의 요동 기어를 포함하고,
상기 N_g개의 요동 기어 각각에는, k_e개의 구멍이 형성되고,
상기 자연수 k는 식 2로부터 산출되는, 제어 장치.
[식 2]
제6항에 있어서,
상기 추정부는, 상기 요동형 감속기의 제조 오차에서 유래되는 각도 전달 오차의 각주파수 ω_d1을 식 3으로부터 산출하고, 상기 각주파수 ω_d1을 행렬 성분으로서 포함하는 이산 시간 상태 공간 모델을 사용하여 상기 각도 오차를 추정하는, 제어 장치.
[식 3]
제6항에 있어서,
상기 보정부는, 상기 추정부에 의해 추정된 상기 각도 오차와, 상기 요동형 감속기의 스프링 특성으로부터, 상기 각주파수 ω_d에서 진동하는 토크 진동을 산출하는 토크 산출부와, 상기 토크 진동이 저감되도록 상기 보상 전류값을 산출하는 전류 산출부를 포함하는, 제어 장치.
제9항에 있어서,
상기 토크 산출부는, 상기 추정부에 의해 추정된 상기 각도 오차의 데이터로부터, 상기 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 주파수 성분을 사용하여, 상기 토크 진동을 산출하는, 제어 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 전류 산출부는, 상기 토크 진동으로부터 보상 전류의 크기를 나타내는 전류 데이터를 생성하고, 상기 전류 데이터로부터 상기 각주파수 ω_d에서 변동하는 주파수 성분을 추출함으로써, 상기 보상 전류값을 결정하는, 제어 장치.
적어도 하나의 구멍이 편심된 위치에 형성된 요동 기어부를 갖는 요동형 감속기와,
상기 요동형 감속기를 구동하는 모터와,
상기 모터를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 모터의 회전각을 나타내는 입력 회전각에 관한 입력 정보를 취득하는 각도 취득부와, 상기 입력 회전각과, 상기 요동형 감속기의 회전각을 나타내는 출력 회전각과의 사이의 각도 오차를, 상기 적어도 하나의 구멍의 수를 나타내는 구멍 수에 기초하여 추정하는 추정부와, 상기 각도 오차에 따라서 보상 전류값을 결정하고, 상기 보상 전류값을 사용하여, 지령 전류값을 보정함으로써, 상기 모터에 공급되는 전류의 크기를 설정하는 보정부를 포함하는, 감속기 시스템.