KR20160117223A - 서보 모터 제어 장치 및 충돌 검출 방법 - Google Patents

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요시아키 모모자와
아키히로 이토
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니혼 덴산 산쿄 가부시키가이샤
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Abstract

충돌 검출의 정밀도가 높은 서보 모터 제어 장치를 제공한다.
서보 모터 제어부(10a)의 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)는 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력한다. 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 서보 모터(20)의 속도 차원 신호를 출력한다. 제1 충돌 검출부(130)는 이 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출한다. 위치 지령 가속도 차원 변환부(140a)는 위치 지령에 관한 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력한다. 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)는 서보 모터(20)의 가속도 차원 신호를 출력한다. 제2 충돌 검출부(160)는 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출한다. 그러한 상태에서, 선택부(180)는 제1 충돌 검출부(130)와 제2 충돌 검출부(160)를 파라미터 설정부(190)의 검출 방법 선택 설정(191)에 의해 선택한다.

Description

서보 모터 제어 장치 및 충돌 검출 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING SERVO MOTOR AND METHOD FOR DETECTING COLLISION}
본 발명은 서보 모터 제어 장치 및 충돌 검출 방법에 관한 것이고, 특히 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터를 구비하는 서보 모터 제어 장치 및 충돌 검출 방법에 관한 것이다.
종래부터, 서보 모터의 제어 장치에 있어서, 로봇 아암 등의 동작 대상물의 충돌 검출을 행하는 기술이 존재한다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 이동체를 갖는 액추에이터를 제어하는 액추에이터 제어 장치가 기재되어 있다. 특허문헌 1의 장치는, 액추에이터의 구동중이며 이동체가 가속의 종료 후부터 감속의 개시 전까지 이동하는 동안에 있어서 액추에이터 내의 모터에 흐르는 전류값을 검출하는 전류 검출 수단과, 전류 검출 수단에 의해 검출된 전류값이 소정의 역치를 초과하는 경우에, 이동체의 충돌을 검출하는 충돌 검출 수단을 구비한다. 즉, 특허문헌 1의 기술에서는, 토크 지령값이 역치를 초과하면 충돌 검출 신호를 출력하고 있다.
일본 특허 공개 제2014-87235호 공보
그러나, 특허문헌 1의 기술에서는, 편하중이 걸려 있는 경우나 가감속 시에 충돌을 검출할 수 없다는 문제가 있었다. 이로 인해, 충돌 검출의 검출 정밀도가 충분하지 않았다.
본 발명은 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 상술한 문제를 해소하고, 충돌 검출의 정밀도를 높이는 서보 모터 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터와, 위치 지령에 의해 상기 서보 모터를 제어하는 서보 모터 제어부를 구비하는 서보 모터 제어 장치로서, 상기 서보 모터 제어부는, 상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하는 위치 지령 속도 차원 신호 출력부와, 상기 서보 모터의 속도 차원 신호를 출력하는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부와, 상기 위치 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호와의 차분값인 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제1 충돌 검출부와, 상기 위치 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 위치 지령 가속도 차원 변환부와, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 서보 모터 가속도 차원 변환부와, 상기 위치 지령 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호와의 차분값인 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제2 충돌 검출부와, 상기 제1 충돌 검출부와 상기 제2 충돌 검출부를, 특정한 파라미터에 의해 선택하는 선택부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 위치 제어에 있어서, 애플리케이션의 용도 등에 대응하여, 제1 충돌 검출부와 제2 충돌 검출부를 적절하게 선택할 수 있어, 충돌 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터와, 속도 지령에 의해 상기 서보 모터를 제어하는 서보 모터 제어부를 구비하는 서보 모터 제어 장치로서, 상기 서보 모터 제어부는, 상기 속도 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하는 속도 지령 속도 차원 신호 출력부와, 상기 서보 모터의 속도 차원 신호를 출력하는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부와, 상기 속도 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호와의 차분값인 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제1 충돌 검출부와, 상기 속도 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 속도 지령 가속도 차원 변환부와, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 서보 모터 가속도 차원 변환부와, 상기 속도 지령 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호와의 차분값인 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제2 충돌 검출부와, 상기 제1 충돌 검출부와 상기 제2 충돌 검출부를, 특정한 파라미터에 의해 선택하는 선택부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 속도 제어에 있어서, 애플리케이션의 용도 등에 대응하여, 제1 충돌 검출부와 제2 충돌 검출부를 적절하게 선택할 수 있어, 충돌 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 서보 모터 제어부는, 상기 서보 모터 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제3 충돌 검출부를 더 구비하고, 상기 선택부는, 상기 특정한 파라미터에 의해, 상기 제3 충돌 검출부도 선택하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 가감속이 완만한 상황에서는, 가속도 차원 신호 자체와 특정값의 비교를 함으로써, 충돌 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는, 상기 서보 모터의 위치를 검출하는 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 미분기에 의해 간단히 속도 차원 신호를 얻을 수 있어, 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는, 모델의 제어 대상에의 입력 신호와 상기 제어 대상의 출력 신호에 의해 속도를 추정하는 속도 옵저버에서 산출된 속도 추정 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 옵저버를 사용하는 구성에 있어서도, 충돌 검출을 행할 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 위치 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 상기 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분 필터에 의해 미분된 신호와의 편차를 산출하는 피드백 루프를 구비하고, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는, 상기 피드백 루프 내에 배치한 상기 미분 필터의 출력 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 연산을 간략화하여, 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 제1 충돌 검출부는, 상기 속도 편차 대신에 상기 위치 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 상기 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호와의 차분값을 의사 속도 편차로서 산출하고, 그 의사 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 연산을 간략화하여, 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 제2 충돌 검출부는, 상기 가속도 편차 대신에 상기 의사 속도 편차를 미분한 신호를 의사 가속도 편차로서 산출하고, 그 의사 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 연산을 간략화하여, 구성을 간략화할 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 선택부는, 상기 제1 충돌 검출부, 상기 제2 충돌 검출부, 및 상기 제3 충돌 검출부 중 어느 것을 선택할지, 외부로부터 설정된 상기 파라미터에 의해 선택하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 외부로부터 충돌 검출에 적합한 회로 등을 수시 설정할 수 있어, 회로 변경의 부하가 적게 간단히 변경할 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 선택부는, 상기 제1 충돌 검출부의 특정값, 상기 제2 충돌 검출부의 특정값, 상기 제3 충돌 검출부의 특정값은, 외부로부터 설정되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 외부로부터 특정값을 수시 설정할 수 있어, 변경의 부하가 적게 간단히 변경할 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 속도 차원 신호는, 제어계 모델로서 1/(τs+1)을 전달 함수로 하는 요소를 포함하는 필터의 신호인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 필터에 제어 모델의 요소를 포함시킬 수 있어, 의사적으로 실제의 신호에 가까운 신호를 얻을 수 있다.
본 발명의 서보 모터 제어 장치는, 상기 필터는, 컷오프 주파수가 외부로부터 설정되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 변경 부하가 적어져서, 컷오프 주파수를 적절히, 간단히 선택할 수 있다.
본 발명의 충돌 검출 방법은, 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터와, 위치 지령에 의해 상기 서보 모터를 제어하는 서보 모터 제어부를 구비하는 서보 모터 제어 장치에 의해 실행되는 충돌 검출 방법으로서, 상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하고, 상기 서보 모터의 속도 차원 신호를 출력하고, 출력된 상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호와, 출력된 상기 서보 모터의 속도 차원 신호의 차분값인 속도 편차를 산출하고, 상기 위치 지령에 대응한 가속도 차원 신호를 출력하고, 상기 서보 모터의 가속도 차원 신호를 출력하고, 출력된 상기 위치 지령에 대응한 가속도 차원 신호와, 출력된 상기 서보 모터의 가속도 차원 신호의 차분값인 가속도 편차를 산출하고, 특정한 파라미터에 의해 선택된 상기 속도 편차 및 가속도 편차 중 어느 하나의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 애플리케이션의 용도 등에 대응하여, 충돌 검출의 방식을 적절하게 선택할 수 있어, 충돌 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 속도 편차에 의한 충돌 검출과 가속도 편차에 의한 충돌 검출을 특정한 파라미터에 의해 선택함으로써, 충돌 검출의 검출 정밀도가 좋은 서보 모터 제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치의 시스템 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 서보 모터 제어부가 위치 제어를 실행하는 경우의 제어 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 서보 모터 제어부가 속도 제어를 실행하는 경우의 제어 구성을 도시하는 블록도이다.
도 4는 도 1 또는 도 2에 도시하는 제어계를 포함하는 제어 구성을 도시하는 블록도이다.
<실시 형태>
〔제어 시스템 X의 구성〕
도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 제어 시스템 X의 구성에 대하여 설명한다. 제어 시스템 X는, 로봇, 공작 기계, 차량, 선박, 항공기, 공장 플랜트 등의 각종 기기에 있어서의 제어를 행하기 위한 시스템이다.
또한, 본 실시 형태의 제어 시스템 X는, 서보 모터 제어 장치(1), 동작 대상물(2), 및 호스트 장치(3)를 포함하고 있다.
서보 모터 제어 장치(1)는 위치 지령 또는 속도 지령에 대응하여 제어량을 조정하면서 서보 모터(20)를 제어하여, 동작 대상물(2)을 동작시키는 장치이다. 또한, 서보 모터 제어 장치(1)는 동작 대상물(2)의 충돌 검출을 행한다.
서보 모터 제어 장치(1)는 이 충돌 검출로서, 위치 지령에 의한 위치 제어를 실행하는 경우에는, 로봇 아암 등이 장해물에 접촉하는 등에 의해 정지한 것을 검출한다. 또한, 서보 모터 제어 장치(1)는 속도 지령에 의한 속도 제어를 실행하는 경우에는, 공작 기계의 회전 부재의 톱니 빠짐이나 베어링 고장 등에 의해 정지한 것을 검출한다.
또한, 서보 모터 제어 장치(1)는 본 실시 형태에 따른 충돌 검출 방법을 실행하는 하드웨어 자원이 된다.
동작 대상물(2)은 서보 모터 제어 장치(1)에 의한 동작 제어의 대상이 되는 부재이다. 동작 대상물(2)은 예를 들어, 산업용 로봇의 아암, 공작 기계의 회전 부재, 차량의 차륜이나 기어나 벨트, 선박의 샤프트, 항공기의 프로펠러, 공장 플랜트의 액추에이터 등이다.
호스트 장치(3)는 각종 기기의 제어, 관리 등을 하기 위한 외부의 기기이다. 구체적으로, 호스트 장치(3)는 예를 들어, PLC(Programmable Logic Controller), FC(Factory Computer), 서버(Server), PC(Personal Computer) 등이다. 호스트 장치(3)는 서보 모터 제어 장치(1)의 제어, 관리 등을 하기 위한 애플리케이션(Application Program)을 실행한다. 이에 의해, 호스트 장치(3)는 서보 모터 제어 장치(1)에 위치 지령 또는 속도 지령을 송신하고, 서보 모터 제어 장치(1)로부터 각종 정보를 수신한다. 또한, 호스트 장치(3)는 유저의 지시를 취득하고, 후술하는 파라미터 설정부(190)(도 2, 도 3)에 각종 설정값을 설정하는 것도 가능하다.
또한, 서보 모터 제어 장치(1)는 서보 모터 제어부(10), 서보 모터(20) 및 검출부(30)를 포함하고 있다.
서보 모터 제어부(10)는 호스트 장치(3)로부터의 위치 지령 또는 속도 지령에 의해 서보 모터(20)를 제어한다. 구체적으로, 서보 모터 제어부(10)는 예를 들어, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit), DSP(Digital Signal Processor), CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processing Unit) 등의 제어 연산 수단과, 서보 모터(20)에 전력을 공급하여 구동하기 위한 아날로그 또는 디지털의 드라이버부(증폭기)를 포함하고 있다.
여기서, 서보 모터 제어부(10)는 후술하는 바와 같이, 호스트 장치(3)의 애플리케이션에 의해, 위치 지령에 의한 위치 제어를 실행하는 경우와, 속도 지령에 의해 속도 제어를 실행하는 경우에 있어서, 구성을 변경하는 것이 가능하다.
서보 모터(20)는 AC 서보 모터(20), DC 서보 모터(20), 리니어 액추에이터 등이다. 서보 모터(20)는 동작 대상물(2)을 동작시킨다.
검출부(30)는 서보 모터(20)의 축 등의 위치를 검출하는, 구체적으로, 검출부(30)는 서보 모터(20)의 위치를 검출하여 출력하는 위치 검출 센서를 포함하고 있다. 이 위치 검출 센서는, 예를 들어, 자기식이나 광학식의 인코더(Encoder) 등이다.
또한, 검출부(30)의 출력 신호는, 서보 모터 제어부(10)에 입력되어, 위치 제어나 속도 제어의 피드백(Feedback) 제어에 사용된다.
또한, 서보 모터 제어부(10)의 제어 연산 수단에 의해 실현되는, 후술하는 각 부는, 특정한 디지털 회로로 구성되어도 된다. 또한, 디지털 회로 이외에, 아날로그 회로에 의해 구성되어 있어도 되고, ROM(Read Only Memory)에 기억된 제어 프로그램을 RAM(Random Access Memory)에 전개하여 실행함으로써 소프트웨어를 하드웨어 자원으로 실행한 회로로서 구성되어도 된다.
또한, 모터의 속도 차원 신호를 얻기 위하여 의사 미분기를 사용하지 않는 구성도 가능하다. 이 경우, 후술하는 바와 같이, 옵저버(300)(도 4)에 의해, 동작 대상물(2)의 동작 모델에 의해 서보 모터(20)의 속도를 추정하는 등에 의해 제어한다.
〔서보 모터 제어부(10)의 구성〕
이어서, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 도 1의 서보 모터 제어부(10)의 상세한 제어 구성에 대하여 설명한다.
도 2는, 서보 모터(20)의 위치 지령을 입력으로 하고, 서보 모터(20)의 위치를 출력으로 하는 위치 제어를 실행하여, 충돌 검출을 행하는 경우의 서보 모터 제어부(10a)의 구성이다.
서보 모터 제어부(10a)는 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a), 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120), 제1 충돌 검출부(130), 위치 지령 가속도 차원 변환부(140a), 서보 모터 가속도 차원 변환부(150), 제2 충돌 검출부(160), 제3 충돌 검출부(170), 선택부(180), 파라미터 설정부(190)를 포함한다.
제어계(100)는 동작 대상물(2)의 모델을 구비하고, 피드백에 의해 제어를 행하는 제어계(100)의 전체를 나타낸다.
위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)는 호스트 장치(3) 등으로부터 위치 지령을 입력하고, 이 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력한다.
또한, 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)는 미분기(111) 및 필터(112)를 포함하고 있다.
미분기(111)는 위치 지령을 미분하여 속도 차원으로 변환하는 의사 미분부 등이다.
필터(112)는 예를 들어, 1차의 IIR 필터(Infinite Impulse Response Filter)이다. 이에 의해, 필터(112)는 시간 지연의 신호를 출력한다. 또한, 필터(112)는 제어계(100) 모델로서 1/(τs+1)을 전달 함수로 하는 요소를 포함한다. 여기서, τ는 시상수, s는 라플라스 연산자이다. 또한, 필터(112)의 컷오프 주파수 등의 파라미터는, 외부로부터 설정 가능하고, 구체적으로는, 파라미터 설정부(190)의 컷오프 설정(193)에 의해 설정된다.
또한, 이 컷오프 설정(193)은 필터의 컷오프 주파수는 서보 게인의 설정값으로부터 산출되어도 된다.
또한, 필터(112)로서, 1차 필터 이외의 각종 필터를 사용하는 것도 가능하다.
서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 서보 모터(20)의 속도 차원 신호를 출력한다.
서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 일례로서, 검출부(30)의 위치 검출 센서에 의해 검출된 서보 모터(20)의 위치 신호를 취득하고, 이것을 미분기로 미분하고, 속도 차원 신호로서 출력한다. 이 경우, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 실제의 제어계(100)로부터 얻어지는 위치 피드백값의 미분값인 속도 피드백값을 산출한다.
또한, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 다른 방식에 의해 속도 차원 신호를 산출하는 것이 가능하다. 이 속도 차원 신호의 취득, 산출 방법에 대해서는 후술한다.
제1 충돌 검출부(130)는 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)에 의해 출력된 속도 차원 신호와, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)에 의해 출력된 속도 차원 신호와의 차분값인 속도 편차가 입력된다. 제1 충돌 검출부(130)는 그러한 상태에서, 입력된 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출한다. 제1 충돌 검출부(130)는 충돌을 검출한 경우, 충돌 검출 신호를 출력한다.
위치 지령 가속도 차원 변환부(140a)는 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력한다. 구체적으로는, 위치 지령 가속도 차원 변환부(140a)는 입력된 위치 지령에 관한 속도 차원 신호를, 미분기로 더 미분하여 가속도 차원으로 변환하고, 이것을 가속도 차원 신호로서 출력한다.
서보 모터 가속도 차원 변환부(150)는 서보 모터(20)의 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력한다. 구체적으로는, 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)는 일례로서, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)에 의해 출력된 속도 차원 신호를, 미분기로 더 미분하여 가속도 차원으로 변환하고, 이것을 가속도 차원 신호로서 출력한다.
제2 충돌 검출부(160)는 위치 지령 가속도 차원 변환부(140a)에 의해 출력된 가속도 차원 신호와, 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)에 의해 출력된 가속도 차원 신호와의 차분값인 가속도 편차가 입력된다. 그러한 상태에서, 제2 충돌 검출부(160)는 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출한다. 제2 충돌 검출부(160)는 충돌을 검출한 경우, 충돌 검출 신호를 출력한다.
제3 충돌 검출부(170)는 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)에 의해 출력된 가속도 차원 신호의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출한다. 제3 충돌 검출부(170)는 충돌을 검출한 경우, 충돌 검출 신호를 출력한다.
선택부(180)는 제1 충돌 검출부(130), 제2 충돌 검출부(160), 및 제3 충돌 검출부(170) 중 어느 것을 충돌 판정에 사용할지, 파라미터 설정부(190)의 검출 방법 선택 설정(191)에 의해 선택한다. 또한, 선택부(180)는 이 선택된 부의 충돌 검출 신호를 호스트 장치(3) 등으로 출력한다.
파라미터 설정부(190)는 주로 각종 설정을 설정하고, RAM, EEPROM 등의 일시적이 아닌 기록 매체에 기억한다. 파라미터 설정부(190)의 각 설정값은, 호스트 장치(3) 등의 외부의 기기에 의해 설정 가능한다. 또한, 각 설정값은, 딥스위치 등으로 설정되어도 된다.
또한, 파라미터 설정부(190)는 검출 방법 선택 설정(191), 특정값 설정(192), 및 컷오프 설정(193)을 포함하고 있다.
검출 방법 선택 설정(191)은 선택부(180)가 제1 충돌 검출부(130), 제2 충돌 검출부(160), 및 제3 충돌 검출부(170) 중 어느 하나에 의해 충돌 검출을 설정할지를 지정하는 특정한 파라미터의 설정 정보이다. 이 특정한 파라미터는, 통상의 속도로 서보 모터(20)를 작동시키는 애플리케이션에서는, 속도 편차를 사용한 제1 충돌 검출부(130)를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 특정한 파라미터는, 가감속이 빠른 애플리케이션에 있어서는, 가속도 편차를 사용한 제2 충돌 검출부(160)를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 특정한 파라미터는, 가감속이 완만한 애플리케이션에 있어서는, 가속도의 피드백을 사용한 제3 충돌 검출부(170)를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 이 특정한 파라미터는, 단순한 수치가 아니고, 특정한 수학 모델, 퍼지 함수, 인공 신경망과 같은 함수 형식으로 지정되어도 된다.
특정값 설정(192)은 제1 충돌 검출부(130)의 특정값, 제2 충돌 검출부(160)의 특정값, 제3 충돌 검출부(170)의 특정값이다. 이 특정값 설정(192)은 단일의 값을 준비하고, 애플리케이션마다 전환하여 사용해도 된다. 또한, 특정값 설정(192)의 특정값은, 제1 충돌 검출부(130), 제2 충돌 검출부(160), 및 제3 충돌 검출부(170) 각각 용으로 준비해도 된다.
컷오프 설정(193)은 필터(112)의 컷오프 주파수 설정이다. 또한, 이 컷오프 주파수는, 서보 게인의 설정값으로부터 산출할 수 있으므로, 컷오프 설정(193)에 의해 서보 게인을 변경 설정함으로써 컷오프 주파수를 설정해도 된다.
또한, 제1 충돌 검출부(130), 제2 충돌 검출부(160), 및 제3 충돌 검출부(170)는 다른 방식에 의해 충돌 검출을 행하는 것도 가능하다. 다른 충돌 검출의 방법에 대해서는 후술한다.
또한, 제3 충돌 검출부(170)가 존재하지 않는 구성도 가능하다.
이어서, 도 3에 의해, 서보 모터(20)의 속도 지령을 입력으로 하고 서보 모터(20)의 속도를 출력으로 하는 속도 제어를 실행하는 경우의 서보 모터 제어부(10b)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2와 도 3에 있어서, 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하고 있다.
서보 모터 제어부(10b)는 속도 지령 속도 차원 신호 출력부(110b), 및 속도 지령 가속도 차원 변환부(140b)를 구비하고 있다.
속도 지령 속도 차원 신호 출력부(110b)는 호스트 장치(3) 등으로부터 속도 지령을 입력하고, 이 속도 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력한다.
속도 지령 속도 차원 신호 출력부(110b)는 이때, 속도 지령은 속도 차원의 값이므로 미분하지 않고, 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)에 포함되는 것과 동일한 필터(112)에 입력시킨다.
속도 지령 가속도 차원 변환부(140b)는 속도 지령 속도 차원 신호 출력부(110b)에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력한다. 이 처리는, 위치 지령 가속도 차원 변환부(140a)와 동일하다.
〔제어계(100)의 모델의 구성〕
이어서, 도 4에 의해, 제어계(100)에 있어서, 속도 차원 신호 및 가속도 차원 신호 등을 취득할 때의 상세, 다른 충돌 검출 방식 등에 대해서, 내부 상태를 고려한 상태 공간 표현에 의한 모델을 사용하여 설명한다.
제어계(100)는 동작 대상물(2)에 대응하여 서보 모터(20)를 적절하게 제어하기 위한 희망 특성을 갖는 전달 함수인 희망 전달 함수(모델)에 맞추는 모델 매칭 제어를 행하고 있다.
이 모델은, 라플라스 연산자를 s라 하면, m0/(s2+m1s+m0)로 표현 가능하다. 이 모델은, 예를 들어, 하기와 같이 변형될 수 있다.
m0/(s2+m1s+m0)=ω1ω2/(s+ω1)(s+ω2)
여기서, ω1, ω2는, 모델의 컷오프 주파수이며, 이하의 관계가 성립한다.
Figure pat00001
또한, 동작 대상물(2) 및 서보 모터(20)의 특성이나 제어의 목적에 따라서 ω1, ω2를 설정함으로써, 원하는 제어 응답 특성을 얻을 수 있다.
또한, 제어계(100)는 비례 게인 요소(200), 적분 필터 요소(210), 모터 게인 요소(220), 서보 모터 및 동작 대상물을 포함한 제어 대상 요소(230), 미분 필터 요소(240), 포워드 경로(250), 제1 귀환 경로(260), 및 제2 귀환 경로(270)를 구비하고 있다.
여기서, 서보 모터(20)에 전력을 공급하는 증폭기(도시하지 않음)의 특정한 게인과, 서보 모터(20)의 토크 상수를 포함하는 특정값을, 동작 대상물(2) 및 서보 모터(20)의 관성 모멘트의 값(이너셔, inertia)으로 나눈 값(게인)을 K라 한다.
또한, 동작 대상물(2) 및 서보 모터(20)의 점성에 관계되는 항을 동작 대상물(2) 및 서보 모터(20)의 이너셔로 나눈 값인 게인을 p라 한다.
이 경우, 각 요소는, 이하와 같이 표현된다:
비례 게인 요소(200)는 m0이다.
또한, 적분 필터 요소(210)는 (s2+q1s+q0)/(s2+a1s)로 표현되는 전달 함수이다.
또한, 모터 게인 요소(220)는 1/K이다.
또한, 서보 모터 및 동작 대상물을 포함한 제어 대상 요소(230)는 제어 대상을 나타내고, K/(s2+ps)로 표현되는 전달 함수이다.
또한, 미분 필터 요소(240)는 (b2s2+b1s)/(s2+q1s+q0)로 표현되는 전달 함수이다.
또한, 포워드 경로(250)는 제어계(100)의 입력으로부터 출력으로 향하는 경로이다.
또한, 제1 귀환 경로(260)는 제어계(100)의 출력부로부터 입력측을 향하는 제1 피드백 루프이다.
또한, 제2 귀환 경로(270)는 제어계(100)의 출력부로부터 입력측을 향하는 제2 피드백 루프이다. 여기서, 제2 귀환 경로(270)는 위치 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호의 편차를 산출한다. 즉, 제2 귀환 경로(270)는 위치 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분 필터 요소(240)에 의해 미분된 신호와의 편차를 산출하는 피드백 루프이다.
또한, a1, b1, b2는 이하의 관계를 만족한다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
또한, 상술한 q0, q1은, 동작 대상물(2) 및 서보 모터(20)를 적절하게 제어하기 위하여 임의로 설정되는 값이다.
이와 같은 구성에 의해, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 속도 차원 신호로서, 도 4에 도시하는 속도 피드백 (a), 속도 피드백 (b), 속도 피드백 (c) 중 어느 하나의 값을 선택하고, 속도 차원 신호의 산출이나 출력에 사용 가능하다.
속도 피드백 (a)는 상술한 바와 같이, 검출부(30)의 위치 검출 센서 등에 의해 검출된 서보 모터(20)의 위치 신호(위치 피드백값)를 미분기에 넣어서 산출된 속도 피드백값이다.
속도 피드백 (b)는 옵저버(300)에 의해 추정된 속도 추정 신호이다. 옵저버(300)는 모델의 제어 대상에의 입력 신호와, 제어 대상의 출력 신호에 의해 속도를 추정하는 속도 옵저버이다. 구체적으로는, 옵저버(300)는 제어 대상 요소(230)에의 입력과 제어 대상 요소(230)로부터의 출력에 기초하여, 게인 K나 p를 추정한다. 이때, 옵저버(300)는 예를 들어, 최소 제곱법 등에 의해 게인 K를 추정하는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 옵저버(300)는 게인 K나 p를 알고 있는 경우에는, 그 값을 사용할 수 있다. 또한, 이들 값이 미지인 경우에는, 게인 K나 p의 추정을, 특정 시간의 간격으로 순차적으로 실행한다.
또한, 속도 피드백 (b)를 사용하지 않을 경우, 옵저버(300)를 사용하지 않는 구성도 가능하다.
속도 피드백 (c)는 제2 귀환 경로(270)의 미분 필터 요소(240)의 출력 신호이다. 즉, 속도 피드백 (c)는 제2 피드백 루프 내에 배치한 미분 필터의 출력 신호를, 속도 차원 신호로서 출력한다.
또한, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)가 어느 속도 피드백값을 사용할지에 대해서는, 파라미터 설정부(190)에 설정 가능하다.
또한, 제1 충돌 검출부(130)는 상술한 속도 편차 대신에 위치 지령값에 비례 게인을 곱한 신호와, 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호와의 차분값을 의사 속도 편차로서 산출하고, 이것을 속도 편차 대신 사용하여, 충돌 검출을 하는 것도 가능하다. 즉, 제1 충돌 검출부(130)는 비례 게인 요소(200)의 출력값과, 제2 귀환 경로(270)의 미분 필터 요소(240)의 출력값의 차분값을 의사 속도 편차로서 산출한다. 그리고, 이 경우, 제1 충돌 검출부(130)는 산출된 의사 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출한다.
또한, 마찬가지로, 제2 충돌 검출부(160)는 가속도 편차 대신에 의사 속도 편차를, 미분기(310)로 미분한 신호를 의사 가속도 편차로서 산출하는 것도 가능하다. 이 경우, 산출된 의사 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출한다. 또한, 제3 충돌 검출부(170)에 대해서도, 의사 가속도 편차의 값을 사용하여, 충돌 검출을 행하는 것이 가능하다.
〔본 실시 형태의 효과〕
이상과 같이 구성함으로써, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
종래, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 토크를 사용한 충돌 검출을 행하는 방식에서는, 충분한 충돌 검출의 정밀도가 얻어지지 않았다.
본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터(20)와, 위치 지령에 의해 서보 모터(20)를 제어하는 서보 모터 제어부(10a)를 구비하는 서보 모터 제어 장치(1)이며, 서보 모터 제어부(10a)는 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하는 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)와, 서보 모터(20)의 속도 차원 신호를 출력하는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)와, 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)에 의해 출력된 속도 차원 신호와, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)에 의해 출력된 속도 차원 신호와의 차분값인 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제1 충돌 검출부(130)와, 위치 지령 속도 차원 신호 출력부(110a)에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 위치 지령 가속도 차원 변환부(140a)와, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)와, 위치 지령 가속도 차원 변환부(140a)에 의해 출력된 가속도 차원 신호와, 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)에 의해 출력된 가속도 차원 신호와의 차분값인 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제2 충돌 검출부(160)와, 제1 충돌 검출부(130)와 제2 충돌 검출부(160)를 파라미터 설정부(190)의 검출 방법 선택 설정(191)에 의해 선택하는 선택부(180)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 애플리케이션의 용도 등에 대응하여, 제1 충돌 검출부(130)와 제2 충돌 검출부(160)를 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 여기서, 제1 충돌 검출부(130)는 위치 편차나 토크를 사용하는 경우보다도, 고정밀도로 충돌 검출할 수 있다. 또한, 제2 충돌 검출부(160)는 서보 모터(20)의 가감속이 빠른 상황에서, 보다 정밀도 높게 충돌 검출하는 것이 가능하다. 이로 인해, 이들을 애플리케이션에 대응한 특정한 파라미터에 의해 선택 가능하게 함으로써, 충돌 검출의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 특허문헌 1의 기술에서는, 가감속 시에 충돌을 검출할 수 없었지만, 제2 충돌 검출부(160)를 선택함으로써 이것도 가능해진다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터(20)와, 속도 지령에 의해 서보 모터(20)를 제어하는 서보 모터 제어부(10b)를 구비하는 서보 모터 제어 장치(1)이며, 서보 모터 제어부(10b)는 속도 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하는 속도 지령 속도 차원 신호 출력부(110b)와, 서보 모터(20)의 속도 차원 신호를 출력하는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)와, 속도 지령 속도 차원 신호 출력부(110b)에 의해 출력된 속도 차원 신호와, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)에 의해 출력된 속도 차원 신호와의 차분값인 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제1 충돌 검출부(130)와, 속도 지령 속도 차원 신호 출력부(110b)에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 속도 지령 가속도 차원 변환부(140b)와, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)와, 속도 지령 가속도 차원 변환부(140b)에 의해 출력된 가속도 차원 신호와, 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)에 의해 출력된 가속도 차원 신호와의 차분값인 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제2 충돌 검출부(160)와, 제1 충돌 검출부(130)와 제2 충돌 검출부(160)를 파라미터 설정부(190)의 검출 방법 선택 설정(191)에 의해 선택하는 선택부(180)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 상술한 서보 모터 제어부(10a)와 마찬가지로 충돌 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 속도 지령을 사용하면, 미분 요소를 저감시킬 수 있기 때문에 속도 지령 속도 차원 신호 출력부를 간소화할 수 있다.
또한, 종래, 위치 지령만으로 충돌 검출을 행하는 기술에서는, 속도 제어 시의 충돌 검출을 할 수 없었다. 이에 반해, 본 실시 형태의 서보 모터 제어부(10b)에 의해, 속도 제어 시에도 고정밀도로 충돌 검출을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어부(10)는 서보 모터 가속도 차원 변환부(150)에 의해 출력된 가속도 차원 신호의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제3 충돌 검출부(170)를 더 구비하고, 선택부(180)는 특정한 파라미터에 의해, 제3 충돌 검출부(170)도 선택하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 가속도의 값인 차원 신호 자체와 특정값의 비교를 하고, 가감속이 완만한 상황에서 충돌 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 서보 모터(20)의 위치를 검출하는 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 미분기에 의해 간단히 속도 차원 신호를 얻을 수 있다. 이로 인해, 구성을 간략화할 수 있고, 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 모델의 제어 대상에의 입력 신호와 제어 대상의 출력 신호에 의해 속도를 추정하는 옵저버(300)로 산출된 속도 추정 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 서보 모터 속도 차원 신호 출력 회로(120)가 아니고 옵저버(300)를 사용하는 구성에 있어서도, 충돌 검출을 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 위치 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분 필터 요소(240)에 의해 미분된 신호와의 편차를 산출하는 피드백 루프인 제2 귀환 경로(270)를 구비하고, 서보 모터 속도 차원 신호 출력부(120)는 제2 귀환 경로(270) 내에 배치한 미분 필터 요소(240)의 출력 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 피드백 루프 내의 출력을 그대로 속도 차원 신호로서 사용 가능하게 되기 때문에, 연산을 간략화하고, 구성을 간략화하여, 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 제1 충돌 검출부(130)는 속도 편차 대신에 위치 지령값에 비례 게인을 곱한 신호와, 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호와의 차분값을 의사 속도 편차로서 산출하고, 의사 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 전달 함수의 연산 도중의 값인 의사 속도 편차를, 그대로 속도 차원 신호로서 사용 가능하게 되기 때문에, 연산을 간략화하고, 구성을 간략화하여, 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 제2 충돌 검출부(160)는 가속도 편차 대신에 의사 속도 편차를 미분한 신호를 의사 가속도 편차로서 산출하고, 의사 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 전달 함수의 연산 도중의 값을 미분하기만 하면, 의사 가속도 편차를, 그대로 가속도 차원 신호로서 사용 가능하게 되기 때문에, 연산을 간략화하고, 구성을 간략화하여, 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는, 선택부(180)는 제1 충돌 검출부(130), 제2 충돌 검출부(160), 및 제3 충돌 검출부(170) 중 어느 것을 선택할지, 외부로부터 설정된 파라미터에 의해 선택하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 어느 충돌 검출에 적합한 회로를 사용할지, 외부로부터 수시 설정할 수 있다. 이로 인해, 변경의 부하가 적고, 간단히 충돌 검출의 방식을 변경 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는, 선택부(180)는 제1 충돌 검출부(130)의 특정값, 제2 충돌 검출부(160)의 특정값, 제3 충돌 검출부(170)의 특정값은, 외부로부터 설정되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 특정값의 설정도 외부로부터 수시 설정할 수 있다. 이로 인해, 변경 부하가 적고, 간단히 충돌 검출의 역치가 되는 특정값을 변경 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는 속도 차원 신호는, 제어계(100)의 모델로서 1/(τs+1)을 전달 함수로 하는 요소를 포함하는 필터(112)의 신호인 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 필터(112)에 제어 모델의 요소를 포함시킬 수 있어, 위치 지령값 또는 속도 지령값을, 실제의 제어 대상에 입력한 것으로 하여 사용하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 의사적으로 실제의 신호에 가까운 신호를 얻을 수 있어, 종래보다 고정밀도로 충돌 검출을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 서보 모터 제어 장치(1)는, 필터(112)는 컷오프 주파수가 외부로부터 설정되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 외부로부터 컷오프 주파수를 수시 설정할 수 있기 때문에, 변경 부하가 적어진다. 또한, 서보 모터(20)에 맞춰서 적절히, 컷오프 주파수를 간단히 선택할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 이 컷오프 주파수를 서보 게인의 설정값으로부터 산출해도 된다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 충돌 검출 방법은, 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터(20)와, 위치 지령에 의해 상기 서보 모터(20)를 제어하는 서보 모터 제어부(10)를 구비하는 서보 모터 제어 장치(1)에 의해 실행되는 충돌 검출 방법으로서, 상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하고, 상기 서보 모터(20)의 속도 차원 신호를 출력하고, 출력된 상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호와, 출력된 상기 서보 모터(20)의 속도 차원 신호의 차분값인 속도 편차를 산출하고, 상기 위치 지령에 대응한 가속도 차원 신호를 출력하고, 상기 서보 모터(20)의 가속도 차원 신호를 출력하고, 출력된 상기 위치 지령에 대응한 가속도 차원 신호와, 출력된 상기 서보 모터(20)의 가속도 차원 신호와의 차분값인 가속도 편차를 산출하고, 특정한 파라미터에 의해 선택된 상기 속도 편차 및 가속도 편차 중 어느 하나의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성함으로써, 애플리케이션의 용도 등에 대응하여, 충돌 검출의 방식을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 이로 인해, 충돌 검출의 정밀도를 높일 수 있다.
〔다른 실시 형태〕
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 서보 모터(20)의 충돌 검출을 행하는 예에 대하여 설명하였다.
그러나, 본 발명의 충돌 검출 방법은, 제어계(100)가 불안정해지고, 진동을 일으킨 등의 상태를 검출하는 용도에도 사용할 수 있다. 이에 의해, 서보 모터(20)의 제어를 외란 등에 대하여 안정시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 제1 충돌 검출부(130), 제2 충돌 검출부(160), 제3 충돌 검출부(170)에서, 속도 편차의 절댓값, 가속도 편차의 절댓값, 가속도 차원 신호의 절댓값을 특정값과 비교하여 충돌 검출하는 것으로 기재하였다.
그러나, 속도 편차의 절댓값이나 가속도 편차의 절댓값이나 가속도 차원 신호의 절댓값을 선택 회로(180)에 입력하여 검출 방법 선택 설정(191)에 의해 어느 절댓값을 사용할지 선택한 후, 선택부(180) 후의 비교기 등에 의해, 파라미터 설정부(190)의 특정값 설정(192)에서 설정된 특정값 이상이 되었을 경우에 충돌로서 검출하는 구성이어도 된다.
이와 같이 구성함으로써, 하나의 비교기로 충돌 검출의 출력을 처리할 수 있어, 회로 규모를 축소시켜, 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태의 구성 및 동작은 예이며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하여 실행할 수 있음은 말할 필요도 없다.
1: 서보 모터 제어 장치
2: 동작 대상물
3: 호스트 장치
10, 10a, 10b: 서보 모터 제어부
20: 서보 모터
30: 검출부
100: 제어계
110a: 위치 지령 속도 차원 신호 출력부
110b: 속도 지령 속도 차원 신호 출력부
111, 310: 미분기
112: 필터
120: 서보 모터 속도 차원 신호 출력부
130: 제1 충돌 검출부
140a: 위치 지령 가속도 차원 변환부
140b: 속도 지령 가속도 차원 변환부
150: 서보 모터 가속도 차원 변환부
160: 제2 충돌 검출부
170: 제3 충돌 검출부
180: 선택부
190: 파라미터 설정부
191: 검출 방법 선택 설정
192: 특정값 설정
193: 컷오프 설정
200: 비례 게인 요소
210: 적분 필터 요소
220: 모터 게인 요소
230: 제어 대상 요소
240: 미분 필터 요소
250: 포워드 경로
260: 제1 귀환 경로
270: 제2 귀환 경로
300: 옵저버
X: 제어 시스템

Claims (23)

  1. 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터와, 위치 지령에 의해 상기 서보 모터를 제어하는 서보 모터 제어부를 구비하는 서보 모터 제어 장치로서,
    상기 서보 모터 제어부는,
    상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하는 위치 지령 속도 차원 신호 출력부와,
    상기 서보 모터의 속도 차원 신호를 출력하는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부와,
    상기 위치 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호의 차분값인 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제1 충돌 검출부와,
    상기 위치 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 위치 지령 가속도 차원 변환부와,
    상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 서보 모터 가속도 차원 변환부와,
    상기 위치 지령 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호의 차분값인 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제2 충돌 검출부와,
    상기 제1 충돌 검출부와 상기 제2 충돌 검출부를, 특정한 파라미터에 의해 선택하는 선택부를 구비하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서보 모터 제어부는,
    상기 서보 모터 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제3 충돌 검출부를 더 구비하고,
    상기 선택부는, 상기 특정한 파라미터에 의해, 상기 제3 충돌 검출부도 선택하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는,
    상기 서보 모터의 위치를 검출하는 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는,
    모델의 제어 대상에의 입력 신호와 상기 제어 대상의 출력 신호에 의해 속도를 추정하는 속도 옵저버에서 산출된 속도 추정 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 위치 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 상기 서보 모터의 위치를 검출하는 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분 필터에 의해 미분된 신호의 편차를 산출하는 피드백 루프를 구비하고,
    상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는, 상기 피드백 루프 내에 배치한 상기 미분 필터의 출력 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 충돌 검출부는,
    상기 속도 편차 대신에, 상기 위치 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 상기 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호의 차분값을 의사 속도 편차로서 산출하고, 그 의사 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 충돌 검출부는,
    상기 가속도 편차 대신에, 상기 의사 속도 편차를 미분한 신호를 의사 가속도 편차로서 산출하고, 그 의사 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 선택부는, 상기 제1 충돌 검출부, 상기 제2 충돌 검출부, 및 상기 제3 충돌 검출부 중 어느 것을 선택할지, 외부로부터 설정된 상기 파라미터에 의해 선택하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 선택부는, 상기 제1 충돌 검출부의 특정값, 상기 제2 충돌 검출부의 특정값, 상기 제3 충돌 검출부의 특정값은, 외부로부터 설정되는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 속도 차원 신호는, 제어계 모델로서 1/(τs+1)을 전달 함수로 하는 요소를 포함하는 필터의 신호인
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 필터는, 컷오프 주파수가 외부로부터 설정되는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  12. 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터와, 위치 지령에 의해 상기 서보 모터를 제어하는 서보 모터 제어부를 구비하는 서보 모터 제어 장치에 의해 실행되는 충돌 검출 방법으로서,
    상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하고,
    상기 서보 모터의 속도 차원 신호를 출력하고,
    출력된 상기 위치 지령에 대응한 속도 차원 신호와, 출력된 상기 서보 모터의 속도 차원 신호의 차분값인 속도 편차를 산출하고,
    상기 위치 지령에 대응한 가속도 차원 신호를 출력하고,
    상기 서보 모터의 가속도 차원 신호를 출력하고,
    출력된 상기 위치 지령에 대응한 가속도 차원 신호와, 출력된 상기 서보 모터의 가속도 차원 신호의 차분값인 가속도 편차를 산출하고,
    특정한 파라미터에 의해 선택된 상기 속도 편차 및 가속도 편차 중 어느 하나의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는
    것을 특징으로 하는 충돌 검출 방법.
  13. 동작 대상물을 동작시키는 서보 모터와, 속도 지령에 의해 상기 서보 모터를 제어하는 서보 모터 제어부를 구비하는 서보 모터 제어 장치로서,
    상기 서보 모터 제어부는,
    상기 속도 지령에 대응한 속도 차원 신호를 출력하는 속도 지령 속도 차원 신호 출력부와,
    상기 서보 모터의 속도 차원 신호를 출력하는 서보 모터 속도 차원 신호 출력부와,
    상기 속도 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호의 차분값인 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제1 충돌 검출부와,
    상기 속도 지령 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 속도 지령 가속도 차원 변환부와,
    상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부에 의해 출력된 속도 차원 신호를 가속도 차원 신호로 변환하여 출력하는 서보 모터 가속도 차원 변환부와,
    상기 속도 지령 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호와, 상기 서보 모터 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호의 차분값인 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제2 충돌 검출부와,
    상기 제1 충돌 검출부와 상기 제2 충돌 검출부를, 특정한 파라미터에 의해 선택하는 선택부를 구비하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 서보 모터 제어부는,
    상기 서보 모터 가속도 차원 변환부에 의해 출력된 가속도 차원 신호의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는 제3 충돌 검출부를 더 구비하고,
    상기 선택부는, 상기 특정한 파라미터에 의해, 상기 제3 충돌 검출부도 선택하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는,
    상기 서보 모터의 위치를 검출하는 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는,
    모델의 제어 대상에의 입력 신호와 상기 제어 대상의 출력 신호에 의해 속도를 추정하는 속도 옵저버에서 산출된 속도 추정 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  17. 제13항에 있어서, 상기 속도 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 상기 서보 모터의 위치를 검출하는 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분 필터에 의해 미분된 신호의 편차를 산출하는 피드백 루프를 구비하고,
    상기 서보 모터 속도 차원 신호 출력부는, 상기 피드백 루프 내에 배치한 상기 미분 필터의 출력 신호를, 속도 차원 신호로서 출력하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 충돌 검출부는,
    상기 속도 편차 대신에, 상기 속도 지령의 값에 비례 게인을 곱한 신호와, 상기 위치 검출 센서에 의해 검출된 위치 신호가 미분된 신호의 차분값을 의사 속도 편차로서 산출하고, 그 의사 속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제2 충돌 검출부는,
    상기 가속도 편차 대신에, 상기 의사 속도 편차를 미분한 신호를 의사 가속도 편차로서 산출하고, 그 의사 가속도 편차의 절댓값이 특정값 이상이 되었을 경우, 충돌로서 검출하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  20. 제14항에 있어서, 상기 선택부는, 상기 제1 충돌 검출부, 상기 제2 충돌 검출부, 및 상기 제3 충돌 검출부 중 어느 것을 선택할지, 외부로부터 설정된 상기 파라미터에 의해 선택하는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  21. 제14항에 있어서, 상기 선택부는, 상기 제1 충돌 검출부의 특정값, 상기 제2 충돌 검출부의 특정값, 상기 제3 충돌 검출부의 특정값은, 외부로부터 설정되는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  22. 제13항에 있어서, 상기 속도 차원 신호는, 제어계 모델로서 1/(τs+1)을 전달 함수로 하는 요소를 포함하는 필터의 신호인
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 필터는, 컷오프 주파수가 외부로부터 설정되는
    것을 특징으로 하는 서보 모터 제어 장치.
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