WO2024214220A1 - Load torque calculation device, encoder system, actuator, robot device, load torque calculation method, and program - Google Patents
Load torque calculation device, encoder system, actuator, robot device, load torque calculation method, and program Download PDFInfo
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- G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
- G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
- G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
Definitions
- the present invention relates to a load torque calculation device, an encoder system, an actuator, a robot device, a load torque calculation method, and a program.
- Actuators with reducers that are equipped with an encoder that detects the rotational position of the output member of the reducer are known (for example, Patent Document 1).
- One aspect is a load torque calculation device that calculates a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, and that includes a calculation unit that calculates the first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit.
- One aspect is a load torque calculation device that calculates a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, and that includes a calculation unit that calculates a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in a storage unit.
- One aspect is an encoder system that includes the above-mentioned load torque calculation device, the first encoder, and the second encoder.
- One aspect is an actuator that includes the above-mentioned encoder system, the input shaft, the motor, the transmission, and the output shaft.
- One aspect is a robot device equipped with the above actuator.
- One aspect is a load torque calculation method for calculating a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, the load torque calculation method including: calculating a first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit; and calculating a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in the storage unit.
- One aspect is a program that causes a computer to calculate a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, and causes the computer to execute the following operations: calculate a first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit; and calculate a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in the storage unit.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of an actuator according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of a side surface of the actuator according to the first embodiment.
- 5 is a diagram showing an example of the relationship between the rotation speed of the motor according to the first embodiment and the amount of change in each of the torsion amount and the effective current value.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of a relationship between the elapsed time after the motor according to the first embodiment is driven and the amount of change in each of the torsion amount and the effective current value.
- FIG. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a calculation unit according to the first embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a calculation unit according to a modified example of the first embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a calculation unit according to a modified example of the first embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a calculation unit according to a modified example of the first embodiment.
- FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a self-calibration process according to the first embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a relationship between an actual load torque and a first load torque calculated based on an amount of torsion according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a relationship between an actual load torque and a second load torque calculated based on a motor drive current according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a calculation unit according to a second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a torque calculation process according to the second embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a calculation unit according to a third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a relationship between a torsion amount and a load torque according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an error of an approximation equation of a load torque with respect to an actual measured value according to the third embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a relationship between an actual load torque and a second load torque calculated based on a motor drive current according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a torque calculation process according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a correction process according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a correction process according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the load torque for two different spring constants when pressurized and when depressurized according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing an example of actual measured values of load torque with respect to the amount of twist according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a value of a first load torque calculated from an amount of torsion by using a third-order polynomial based on coefficients generated by a correction unit according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a relationship between the amount of twist and a third-order coefficient of a third-order polynomial according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of approximation to a third-order coefficient according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a relationship between the amount of twist and a second-order coefficient of a third-order polynomial according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of approximation to a second-order coefficient according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a relationship between the amount of twist and a first-order coefficient of a third-order polynomial according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of approximation to a first-order coefficient according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a relationship between the amount of twist and the zeroth-order coefficient of a third-order polynomial according to the third embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of approximation to a zero-order coefficient when the amount of twist according to the third embodiment is positive.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of approximation to a zero-order coefficient when the amount of twist according to the third embodiment is positive.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of approximation to a zero-order coefficient when the amount of twist according to the third embodiment is negative.
- FIG. 13 is a diagram showing an example of a spring constant reproduced by calculating coefficients of a third-order polynomial using an approximation formula according to the third embodiment.
- FIG. 33 is a diagram showing an example in which the graph shown in FIG. 32 according to the third embodiment is enlarged around the fourth quadrant.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a calculation unit according to a fourth embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of self-calibration and torque calculation processing according to the fourth embodiment.
- Fig. 1 is a diagram showing an example of a functional configuration of an actuator 1 according to the present embodiment.
- Fig. 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of a side surface of the actuator 1 according to the present embodiment.
- the actuator 1 includes a motor 2, a reducer (transmission) 3, an input shaft encoder 4, an output shaft encoder 5, a driver 6, a temperature sensor 10, an input shaft 31, and an output shaft 32.
- the actuator 1 includes two encoders, the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5, so that the torque can be measured with high accuracy, as described below.
- the torque is generated when driving a driven part (load) connected to the actuator 1, and is also referred to as load torque.
- the load torque can also be said to be a torque applied between the output shaft 32 and the input shaft 31 when driving a driven part connected to the actuator 1. In other words, the load torque can also be said to be a required power.
- the output shaft 32 of the reducer 3 may be connected to an arm of a robot device to drive the arm.
- the load torque refers to the torque generated in the output shaft 32 of the reducer 3 when driving the arm of the robot device.
- torque refers to the torque generated in the output shaft 32 of the reducer 3 when driving the arm of the robot device.
- torque refers to the torque generated in the output shaft 32 of the reducer 3 when driving the arm of the robot device.
- torque torque
- load torque the terms “rotational force” may be used interchangeably.
- the motor 2 drives the input shaft 31 to rotate.
- the motor 2 is an electric motor.
- the motor 2 is a brushless motor.
- the motor 2 includes a magnet as a rotor, a stator as a fixed part, and a power supply unit.
- the stator includes a coil and generates a magnetic field by power supplied from the outside via the power supply unit.
- the rotor which is a magnet, rotates by the force it receives from the magnetic field generated by the coil included in the stator.
- the motor 2 may be an electric motor of a type other than a brushless motor.
- the input shaft 31 is connected to the rotor of the motor 2 and rotates together with the rotor.
- the input shaft 31 is hollow and cylindrical, and the output shaft 32 passes through the inside of the input shaft 31.
- One end (first end) of the input shaft 31 is connected to a connection portion 301 on the input side of the reduction gear 3.
- One end (first end) of the output shaft 32 is connected to a connection portion 302 on the output side of the reduction gear 3.
- the reducer 3 is a power transmission device that reduces the rotation of the input shaft 31 and transmits it to the output shaft 32.
- the reducer 3 reduces (changes) the rotation of the rotor of the motor 2 transmitted from the connection part 301 on the input side, and outputs the power from the connection part 302 on the output side.
- the reducer 3 reduces the power of the rotor of the motor 2 transmitted from the input shaft 31 at a predetermined reduction ratio, and outputs the reduced power from the output shaft 32.
- One end (first end) of the output shaft 32 is connected to a driven part (load). The driven part is driven by the power output from the reducer 3.
- the reducer 3 includes at least one of one or more gears, a belt device, a chain device, and a drive shaft device.
- the reducer 3 may be a transmission.
- a transmission is a device that changes the ratio of rotational speeds.
- a transmission is capable of changing speed.
- the input shaft encoder 4 is disposed on the opposite side of the motor 2 from the reducer 3.
- the input shaft encoder 4 detects position information of the input shaft 31 (which may be rotation information, rotation position information, angle information, etc.).
- the position information of the input shaft 31 is transition information including the rotation angle, angular velocity, and/or multi-rotation information indicating how many times the input shaft 31 has rotated.
- the input shaft encoder 4 is, for example, an optical encoder.
- the input shaft encoder 4 includes a first rotating portion (which may be described as a disk, a scale plate, etc.) 41 and a first detection portion 42.
- the first rotating portion 41 is provided at the other end (second end) of the input shaft 31.
- the other end (second end) of the input shaft 31 is opposite to the one end (first end) connected to the connection portion 301 on the input side of the reducer 3.
- the first rotating portion 41 is provided with a first scale (which may be described as a pattern).
- the first scale is formed with a pattern that changes in the circumferential direction of the input shaft 31.
- a specific example of the first scale is at least an absolute type, and may be other types.
- the first scale may be a reflective type that reflects light from the first detection portion 42, or a transmissive type that transmits light from the first detection portion 42.
- the first detection unit 42 optically detects the pattern formed on the first scale.
- the input shaft encoder 4 detects position information of the input shaft 31 from the pattern on the first scale detected by the first detection unit 42.
- the input shaft encoder 4 can communicate with the calculation unit 8 via wire or wirelessly, and supplies position information of the input shaft 31 to the calculation unit 8.
- the output shaft encoder 5 is disposed on the opposite side of the motor 2 from the reducer 3.
- the output shaft encoder 5 detects position information (which may be rotation information, rotation position information, angle information, etc.) of the output shaft 32.
- the position information of the output shaft 32 is transition information including the rotation angle, angular velocity, and/or multi-rotation information indicating how many times the output shaft 32 has rotated.
- the output shaft encoder 5 is, for example, an optical encoder.
- the output shaft encoder 5 includes a second rotating section (which may be described as a disk, a scale plate, etc.) 51 and a second detection section 52.
- the second rotating section 51 is provided at the other end (second end) of the output shaft 32.
- the second end is the other end of the output shaft 32 on the side different from the first end described above.
- the second rotating section 51 is provided with a second scale (which may be described as a pattern).
- the second scale is formed with a pattern that changes in the circumferential direction of the output shaft 32.
- Specific examples of the second scale include at least an absolute type, and may be other types.
- the second scale may be a reflective type that reflects light from the second detection section 52, or a transmissive type that transmits light from the second detection section 52.
- the second detection unit 52 optically detects the pattern formed on the second scale.
- the output shaft encoder 5 detects position information of the output shaft 32 from the pattern on the second scale detected by the second detection unit 52.
- the output shaft encoder 5 can communicate with the calculation unit 8 via a wired or wireless connection, and supplies position information of the output shaft 32 to the calculation unit 8.
- the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5 communicate with the calculation unit 8 via wires.
- the input shaft encoder 4, the output shaft encoder 5, and the calculation unit 8 can communicate with each other via a bus connection.
- short-range wireless communication is preferably used for the wireless communication. Examples of short-range wireless communication include short-range wireless communication using BLE (Bluetooth Low Energy (registered trademark)), short-range wireless communication using NFC (Near Field Communication), and short-range wireless communication using infrared communication.
- the rotation angle information B1 is information indicating the input shaft rotation angle ⁇ 1 (rotation angle of the input shaft 31) detected by the input shaft encoder 4, and the output shaft rotation angle ⁇ 2 (rotation angle of the output shaft 32) detected by the output shaft encoder 5.
- the actuator 1 includes a temperature sensor 10.
- the temperature sensor 10 measures the temperature of the actuator 1.
- the temperature of the actuator 1 is, for example, the temperature of the motor 2. That is, the temperature sensor 10 measures the temperature of the motor 2.
- the temperature of the actuator 1 may be the temperature of any of the parts constituting the actuator 1, or may be the average temperature of those parts.
- the temperature sensor 10 of the actuator 1 outputs, for example, information indicating the temperature of the coil wound around the stator of the motor 2 (motor coil temperature information C1).
- the temperature sensor 10 is, for example, installed near the coil.
- the motor coil temperature information C1 is generated by detecting the temperature of the coil by the temperature sensor 10.
- the generated motor coil temperature information C1 is supplied from the temperature sensor 10 to the motor control unit 7 and the calculation unit 8.
- the driver 6 controls the entire actuator 1.
- the driver 6 includes a motor control unit 7, a calculation unit 8, and a memory unit 9.
- the driver 6 is one or more electronic components (such as an integrated circuit) in which the motor control unit 7, the calculation unit 8, and the memory unit 9 are provided on a substrate. A detailed description of the driver 6 will be given later.
- the motor control unit 7 controls the motor 2 based on control (commands, upper control commands) from an external control device (upper control device).
- the motor control unit 7 includes a control signal generation unit 71 and a motor driver 72.
- the control signal generating unit 71 generates a control signal based on the higher-level control command, the control power supply, the rotation angle information B1, and the motor coil temperature information C1.
- the control power supply supplies the motor control unit 7 and the calculation unit 8 with power for their respective operations.
- the motor driver 72 generates a motor drive current from power supplied from the power source based on a control signal for controlling the motor 2 supplied from the control signal generating unit 71.
- the power source supplies power for driving the motor 2 to the motor driver 72.
- the control signal is a signal for controlling at least one of the angular position, angular velocity, and angular acceleration of the rotor of the motor 2.
- the motor driver 72 controls (drives/rotates/rotationally drives) the motor 2 by supplying the generated motor drive current to the motor 2.
- the motor driver 72 generates motor drive current information A1 indicating the value (effective current value/current value) of the motor drive current to be supplied to the motor 2, and supplies the generated motor drive current information A1 to the calculation unit 8.
- the calculation unit 8 performs various calculations (for example, calculation of the torque applied to the actuator 1). More specifically, the calculation unit 8 generates torque information E1 and a spring constant. The detailed operation of the calculation unit 8 will be described later.
- the torque information E1 is generated by the calculation unit 8 based on the rotation angle information B1 and the like.
- the calculation unit 8 includes a calculation circuit that performs calculations in a hardware manner, such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
- the calculation unit 8 may be realized by a computer including a CPU (Central Processing Unit) and memory executing processing according to a program.
- the memory unit 9 stores various types of information.
- the memory unit 9 stores a spring constant K1 and a torque constant Kt.
- the spring constant K1 is a value related to the torsional rigidity (also written as torsional rigidity) in the rotational direction of the reducer 3.
- the torsional rigidity is a value that represents the stiffness against twisting.
- the torque constant Kt is used to calculate the second load torque T2 from the motor drive current.
- the memory unit 9 includes, for example, a rewritable non-volatile memory.
- the reducer 3 has spring characteristics. Due to the spring characteristics of the reducer 3, when the input side is fixed and torque (also referred to as load or load torque) is applied to the output side, a twist proportional to the load torque is generated on the output side.
- an input shaft 31 is connected to the input side of the reducer 3, and an output shaft 32 is connected to the output side of the reducer 3. Specifically, when no load torque is applied to the output side of the reducer 3 (no load), no torsion occurs in the reducer 3. When a load torque is applied to the output side of the reducer 3, torsion occurs on the output side of the reducer 3.
- the load torque can be calculated from the magnitude of torsion (amount of torsion) of the reducer 3.
- encoders are attached to the input side (input shaft 31) and output side (output shaft 32) of the reducer 3. Therefore, the amount of torsion of the reducer can be obtained from the difference value of the position information obtained from the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5.
- the magnitude of torsion is indicated by the torsion angle ⁇ 1 in the rotational direction of the reducer 3.
- the input shaft rotation angle ⁇ 1, which is the rotation angle of the input shaft 31, is detected by the input shaft encoder 4.
- the output shaft rotation angle ⁇ 2, which is the rotation angle of the output shaft 32, is detected by the output shaft encoder 5.
- the calculation unit 8 calculates the torsion angle ⁇ 1 in the rotation direction of the reducer 3 based on the difference between the input shaft rotation angle ⁇ 1 and the output shaft rotation angle ⁇ 2.
- the calculation unit 8 calculates the load torque by multiplying the calculated torsion angle ⁇ 1 by the spring constant K1 of the reducer 3.
- the load torque is the load torque in the rotation direction of the reducer 3 applied between the input shaft 31 and the output shaft 32.
- the load torque may also be considered as the torque loaded on the actuator 1.
- the spring constant K1 is a value related to the torsional rigidity (torsional stiffness) in the rotational direction of the reducer 3.
- the spring constant K1 is stored in the memory unit 9.
- the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 represents the stiffness (resistance) of the output side against the load torque.
- the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction may change depending on various conditions under which the actuator 1 is used.
- the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction may change as the actuator 1 is used.
- the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction may change due to changes over time.
- Fig. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the rotation speed of the motor 2 according to this embodiment and the amount of change in the amount of torsion and the effective current value
- Fig. 4 is a diagram showing an example of the change in the amount of torsion and the effective current value over time after the motor 2 according to this embodiment is driven.
- the effective current value is the value of the current (motor drive current) for driving the motor 2.
- the effective current value changes in a short period of time depending on the rotation speed, but does not change with the elapsed time.
- the amount of torsion (torsion angle ⁇ 1) does not change with the rotation speed, but changes with the elapsed time. This is believed to be due to a change in the torsional rigidity of the reducer 3 caused by the actuator 1 being continuously operated for a long period of time.
- the actuator 1 has a function for self-calibrating the spring constant K1. Details of the self-calibration function will be described later. Self-calibration refers to calibrating (also described as correcting, amending, correcting, changing, updating, etc.) the spring constant K1 inside the actuator 1.
- the load torque is calculated based on the torsion angle ⁇ 1 in the rotational direction of the reducer 3, but the method is not limited to this.
- the actuator 1 can calculate the load torque based on the current for driving the motor 2 (motor drive current) as a method for calculating the load torque.
- the method for calculating the load torque based on the motor drive current will be described in detail later.
- the actuator 1 detects a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 by comparing the load torque calculated based on the motor drive current with the load torque calculated based on the torsion angle ⁇ 1.
- the load torque calculated based on the torsion angle ⁇ 1 is referred to as a first load torque T1
- the load torque calculated based on the motor drive current is referred to as a second load torque T2.
- the configuration of the actuator 1 according to this embodiment will be described in more detail below, focusing on the calculation of the load torque.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of the functional configuration of the calculation unit 8 according to this embodiment.
- the calculation unit 8 includes a first load torque calculation unit 81, a second load torque calculation unit 82, a comparison unit 83, and a corrected spring constant calculation unit 84.
- the first load torque calculation unit 81 calculates the first load torque T1 based on the rotation angle information B1 and the spring constant K1.
- the first load torque calculation unit 81 acquires the rotation angle information B1 supplied from the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5.
- the first load torque calculation unit 81 calculates the torsion angle ⁇ 1 as the difference between the input shaft rotation angle ⁇ 1 and the output shaft rotation angle ⁇ 2 based on the input shaft rotation angle ⁇ 1 and the output shaft rotation angle ⁇ 2 indicated by the rotation angle information B1.
- the first load torque calculation unit 81 reads out the spring constant K1 from the storage unit 9.
- the first load torque calculation unit 81 generates torque information E1 indicating the value of the calculated first load torque T1.
- the first load torque calculation unit 81 outputs the generated torque information E1.
- the first load torque calculation unit 81 also generates first torque information F1 indicating the value of the calculated first load torque T1.
- the first load torque calculation unit 81 supplies the generated first torque information F1 to the comparison unit 83.
- the second load torque calculation unit 82 calculates the second load torque T2 based on the motor drive current information A1 and the torque constant Kt.
- the second load torque calculation unit 82 acquires the motor drive current information A1 supplied from the motor driver 72.
- the second load torque calculation unit 82 reads out the torque constant Kt from the memory unit 9.
- the second load torque calculation unit 82 generates second torque information F2 indicating the value of the calculated second load torque T2.
- the second load torque calculation unit 82 supplies the generated second torque information F2 to the comparison unit 83.
- the motor driver 72 ( Figure 1) constantly monitors the motor drive current (at clock cycle intervals) regardless of the conditions (operating conditions and rotation speed).
- the second load torque calculation unit 82 constantly (at clock cycle intervals) monitors the motor drive current and also generates the second load torque T2.
- the torque constant Kt changes in response to changes in operating conditions and rotation speed, but does not change over time. Therefore, when a constant torque is applied, it is considered that the motor drive current information A1 and the value of the second load torque T2 under specific operating conditions and at a specific rotation speed will not change over a long period of time.
- the self-calibration process described below can be performed.
- the comparison unit 83 compares the second load torque T2 and the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1.
- the second torque information F2 indicates the value of the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82.
- the first torque information F1 indicates the value of the first load torque T1 calculated by the first load torque calculation unit 81.
- the comparison unit 83 calculates the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 by comparing the second load torque T2 and the first torque information F1.
- the comparison unit 83 compares, for example, the second load torque T2 generated at a specific time with the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1.
- Time information G1 indicating the time at which the second load torque T2 was generated is generated, for example, by the motor control unit 7.
- the comparison unit 83 obtains the time information G1 supplied from the motor control unit 7.
- the comparison unit 83 determines that the motor drive current is generated at a specific time if the time indicated by the acquired time information G1 is included in a specific period (timing).
- the modified spring constant calculation unit 84 calculates a modified spring constant according to the change in torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 detected by the comparison unit 83.
- the modified spring constant calculation unit 84 calculates the modified spring constant Kc from the second torque information F2 and the rotation angle information B1.
- the modified spring constant calculation unit 84 stores the calculated modified spring constant Kc in the memory unit 9 as the spring constant K1.
- the calculation unit 8 self-calibrates the spring constant K1 based on the change in the torsional stiffness in the rotational direction of the reducer 3 detected by comparing the first load torque T1 and the second load torque T2.
- the calculation unit 8 detects the change in the torsional stiffness in the rotational direction of the reducer 3.
- the calculation unit 8 calculates a corrected spring constant Kc according to the detected change in torsional stiffness.
- the calculation unit 8 stores the calculated corrected spring constant Kc in the memory unit 9 as the spring constant K1.
- the calculation unit 8 detects the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3, there are several modes depending on the conditions (called self-calibration conditions) for using the second load torque T2 as a reference for self-calibration.
- self-calibration conditions include the temperature conditions of the coil of the motor 2, the temperature conditions of the encoder, the temperature conditions of the reducer 3, and the temperature conditions of the driver 6.
- the calculation unit 8 determines the condition based on the motor coil temperature information C1 supplied from the temperature sensor 10.
- the calculation unit 8 determines the condition based on the encoder temperature information D1 supplied from the input shaft encoder 4.
- the encoder temperature information D1 indicates one or more of the temperature of the input shaft encoder 4 and the temperature of the output shaft encoder 5.
- the part of the encoder temperature information D1 indicating the temperature of the input shaft encoder 4 is supplied from the input shaft encoder 4 to the calculation unit 8.
- the part of the encoder temperature information D1 indicating the temperature of the output shaft encoder 5 is supplied from the output shaft encoder 5 to the calculation unit 8. Therefore, the encoder temperature information D1 is supplied to the calculation unit 8 from one or more of the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of the functional configuration of a calculation unit 8a according to a modification of this embodiment. Comparing the calculation unit 8a (FIG. 6) with the calculation unit 8 (FIG. 5), a comparison unit 83a is different.
- the comparison unit 83a compares the first load torque T1 with a second load torque T2 calculated based on the motor drive current at a time when the rotation shaft angle of the input shaft 31 and/or the output shaft 32 is a specific angle.
- the comparison unit 83a determines whether the rotation shaft angle of the actuator 1 is a specific angle based on the rotation angle information B1 supplied from the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5.
- FIG. 7 is a diagram showing an example of the functional configuration of a calculation unit 8b according to a modification of this embodiment. Comparing the calculation unit 8b (FIG. 7) with the calculation unit 8 (FIG. 5), a comparison unit 83b is different.
- the comparison unit 83b compares the second load torque T2 calculated based on the motor drive current at a time when the temperature of the coil of the motor 2 is at a specific temperature with the first load torque T1, based on the second torque information F2 and the first torque information F1.
- the comparison unit 83a determines whether the temperature of the coil of the motor 2 is at a specific temperature based on the motor coil temperature information C1 supplied from the temperature sensor 10.
- a comparison unit 83c is different.
- the comparison unit 83c compares the first load torque T1 with a second load torque T2 calculated based on the motor drive current at a time when the temperature of the input shaft encoder 4 is a specific temperature, based on the second torque information F2 and the first torque information F1.
- the comparison unit 83c determines whether the temperature of the input shaft encoder 4 or the temperature of the output shaft encoder 5 is a specific temperature, based on encoder temperature information D1 supplied from one or more of the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5.
- the comparison unit 83c may determine whether both the temperature of the input shaft encoder 4 and the temperature of the output shaft encoder 5 are a specific temperature, or may determine whether either one of the temperature of the input shaft encoder 4 and the temperature of the output shaft encoder 5 is a specific temperature.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of the self-calibration process according to this embodiment.
- the self-calibration process is executed by the calculation unit 8.
- the self-calibration process is executed, for example, when the actuator 1 is in operation.
- the spring constant K1 is calibrated in real time.
- the calculation unit 8 repeatedly executes the self-calibration process while the actuator 1 is powered on.
- the timing for executing the self-calibration process may be the timing for calibration before driving the actuator 1.
- Calibration refers to an operation for calibration that is periodically performed by a user after assembling the actuator 1 in an apparatus.
- Step S10 The first load torque calculation unit 81 calculates the first load torque T1 based on the rotation angle information B1 and the spring constant K1.
- the first load torque calculation unit 81 calculates the first load torque T1 by multiplying the torsion angle ⁇ 1 indicated by the rotation angle information B1 by the spring constant K1.
- the first load torque calculation unit 81 supplies the comparison unit 83 with first torque information F1 indicating the calculated first load torque T1.
- Step S20 The second load torque calculation unit 82 calculates the second load torque T2 based on the motor drive current information A1 and the torque constant Kt.
- the second load torque calculation unit 82 calculates the second load torque T2 by multiplying the value of the motor drive current indicated by the motor drive current information A1 by the torque constant Kt.
- the second load torque calculation unit 82 supplies the comparison unit 83 with second torque information F2 indicating the calculated second load torque T2.
- Step S30 The comparison unit 83 determines whether the self-calibration conditions are met. If the second load torque T2 is generated at a specific time, the comparison unit 83 determines that the self-calibration conditions are met. The comparison unit 83 acquires time information G1 from the motor control unit 7. If the time indicated by the acquired time information G1 is included in a specific period, the comparison unit 83 determines that the motor drive current is generated at a specific time.
- the specific time is, for example, a specific time when the motor drive current stabilizes during the process in which the actuator 1 performs a repetitive operation.
- Another example of a specific time is a time when the actuator 1 is performing a specific movement.
- step S30 determines that the self-calibration conditions are met (step S30; YES), it executes the process of step S40. On the other hand, if the comparison unit 83 determines that the self-calibration conditions are not met (step S30; NO), the calculation unit 8 ends the self-calibration process.
- Step S40 The comparison unit 83 calculates the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 by comparing the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 calculated by the first load torque calculation unit 81 based on the second torque information F2 and the first torque information F1.
- the comparison unit 83 calculates the difference value of the first load torque T1 relative to the second load torque T2 as the magnitude of the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3.
- Step S50 The corrected spring constant calculation unit 84 calculates the corrected spring constant Kc according to the change in the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction detected by the comparison unit 83.
- the first load torque T1 is approximated by a cubic expression of the variable x when the variable x is the amount of torsion (torsion angle ⁇ 1), as in equation (1).
- each of the parameters a, b, and c indicates the coefficient of each order. Therefore, the spring constant K1 is given by a set of three parameters a, b, and c. In this embodiment, each of these parameters a, b, and c is a function of the variable x, which is the amount of twist. This function is calculated in advance by actual measurement.
- the true value of the load torque is determined by adding the magnitude of the change in torsional rigidity calculated in step S40 to the first load torque T1.
- the true value of the load torque is determined to be the value of the second load torque T2.
- the modified spring constant calculation unit 84 calculates a, b, and c such that the amount on the right side of equation (1) is equal to the value of the second load torque T2.
- the comparison unit 83 determines the set of the three calculated parameters a, b, and c as the modified spring constant Kc.
- Step S60 The modified spring constant calculation unit 84 stores the calculated modified spring constant Kc as the spring constant K1 in the memory unit 9. That is, the modified spring constant calculation unit 84 stores the set of three parameters a, b, and c calculated in step S50 as the spring constant K1. With the above, the calculation unit 8 ends the self-calibration process.
- step S30 If the specific time determined in step S30 is a specific time when the motor drive current is stable while the actuator 1 is performing a repetitive operation, the second load torque calculation unit 82 calculates the second load torque T2 based on the motor drive current at the specific time when the motor drive current is stable while the actuator 1 is performing a repetitive operation, and the comparison unit 83 compares the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1, thereby calculating the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3.
- step S30 if the specific time determined in step S30 is a time when the actuator 1 is performing a specific motion, the second load torque calculation unit 82 calculates a second load torque T2 based on the motor drive current during the time when the actuator 1 is performing the specific motion, and the comparison unit 83 compares the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1, thereby calculating the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3.
- steps S30, S40, and S50 may be performed based on the modified examples described above with reference to FIGS.
- the specific time determined in step S30 is a time when the rotation shaft angle of actuator 1 is a specific angle
- the second load torque calculation unit 82 calculates a second load torque T2 based on the motor drive current at the time when the rotation shaft angle of actuator 1 is the specific angle
- the comparison unit 83 compares the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1, thereby calculating a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3.
- step S30 if the specific time determined in step S30 is a time when the rotational speed of actuator 1 is a specific speed, second load torque calculation unit 82 calculates second load torque T2 based on the motor drive current at the time when the rotational speed of actuator 1 is the specific speed, and comparison unit 83 compares the second load torque T2 calculated by second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 based on second torque information F2 and first torque information F1, thereby calculating the change in torsional rigidity in the rotational direction of reducer 3.
- the second load torque calculation unit 82 calculates the second load torque T2 based on the motor drive current at the time after the certain time has elapsed, and the comparison unit 83 compares the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1, thereby calculating the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3.
- the second load torque calculation unit 82 calculates the second load torque T2 based on the motor drive current at the time when the temperature of actuator 1 is the specific temperature, and the comparison unit 83 compares the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1, thereby calculating the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3.
- the calculation unit 8 may include a notification unit that notifies the outside that the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 exceeds a predetermined amount.
- the notification unit When the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 exceeds a predetermined amount, the notification unit notifies the outside that the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 exceeds the predetermined amount.
- the notification unit may notify by, for example, blinking an LED lamp.
- the notification unit may also notify by sound or a signal.
- the calculation unit 8 may also include a stopping unit that stops the operation of the actuator 1.
- the stopping unit stops the operation of the actuator 1 when the change in the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction exceeds a predetermined amount.
- the stopping unit may stop the actuator 1 after causing the actuator 1 to perform a predetermined operation when the change in the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction exceeds a predetermined amount.
- the actuator 1 includes the motor 2, the reducer 3, a first encoder (in this embodiment, the input shaft encoder 4), a second encoder (in this embodiment, the output shaft encoder 5), a motor control unit 7, a memory unit 9, and a calculation unit 8.
- the first encoder (in this embodiment, the input shaft encoder 4 ) detects the rotation angle of the input shaft 31 .
- the second encoder (in this embodiment, the output shaft encoder 5 ) detects the rotation angle of the output shaft 32 .
- the storage unit 9 stores the spring constant K1 of the reduction gear 3 .
- the calculation unit 8 calculates a torsion angle ⁇ 1 in the rotational direction of the reducer 3 based on the rotational angle (input shaft rotation angle ⁇ 1 in this embodiment) of the input shaft 31 detected by the first encoder (input shaft encoder 4 in this embodiment) and the rotational angle (output shaft rotation angle ⁇ 2 in this embodiment) of the output shaft 32 detected by the second encoder (output shaft encoder 5 in this embodiment), and calculates a load torque (first load torque T1 in this embodiment) in the rotational direction of the reducer 3 applied between the input shaft 31 and the output shaft 32 by multiplying the calculated torsion angle ⁇ 1 by the spring constant K1 of the reducer 3 stored in the memory unit 9.
- the calculation unit 8 detects changes in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 (in this embodiment, the comparison unit 83), calculates a modified spring constant Kc corresponding to the detected change in torsional rigidity (in this embodiment, the modified spring constant calculation unit 84), and stores the calculated modified spring constant Kc as a spring constant K1 in the memory unit 9 (in this embodiment, the modified spring constant calculation unit 84).
- the actuator 1 can calculate the load torque using the corrected spring constant Kc as the spring constant K1, thereby reducing errors in the load torque due to changes in the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction.
- the actuator outputs, as the load torque, one of the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current, whichever is determined to be more likely.
- the actuator according to this embodiment is referred to as actuator 1d. Note that the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the same components and operations may be omitted.
- the first load torque T1 is calculated based on the amount of torsion (torsion angle ⁇ 1) of the reducer 3 and the spring constant K1.
- the amount of torsion has hysteresis, and in the region with hysteresis, the error between the calculated first load torque T1 and the actual load torque tends to be large.
- Figure 10 shows the relationship between the actual load torque and the first load torque T1 ("calculated torque" in Figure 10) calculated based on the amount of torsion.
- the error is larger than in the range where the load torque value is large (high torque region). This is thought to be because the hysteresis in the characteristics of the spring of the reducer 3 is larger in the low torque region than in the high torque region.
- Figure 11 shows the relationship between the actual load torque and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current ("calculated torque" in Figure 11).
- the error is larger in the high torque region or in the medium range (medium torque region) compared to the low torque region.
- the value of the second load torque T2 calculated based on the motor drive current tends to vary depending on cogging and temperature.
- Actuator 1d reduces the error in the load torque by selecting a load torque calculated based on the motor drive current in the low torque region and selecting a load torque calculated based on the amount of torsion outside the low torque region.
- the configuration of actuator 1d differs from that of actuator 1 in the configuration of the calculation unit.
- Actuator 1d includes calculation unit 8d as the calculation unit.
- FIG. 12 is a diagram showing an example of the functional configuration of the calculation unit 8d according to this embodiment. Comparing the configuration of the calculation unit 8d (FIG. 12) with the configuration of the calculation unit 8 (FIG. 5), the calculation unit 8d differs in that it includes a comparison unit 83d and does not include a corrected spring constant calculation unit 84.
- the comparison unit 83d calculates the load torque from the first load torque T1 and the second load torque T2 based on the second torque information F2 and the first torque information F1. In this embodiment, the comparison unit 83d selects the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion as the load torque outside the low torque region, and selects the second load torque T2 as the load torque in the low torque region. In other words, the comparison unit 83d selects the first load torque T1 as the load torque when the load torque value is within a predetermined range, and selects the second load torque T2 as the load torque when the load torque value is not within the predetermined range.
- Fig. 13 is a diagram showing an example of the torque calculation process according to this embodiment.
- the torque calculation process is executed by the calculator 8d.
- the torque calculation process is repeatedly executed while the actuator 1d is being driven.
- the processes in steps S110 and S120 are similar to those in steps S10 and S20 in FIG. 9, and therefore will not be described.
- Step S130 The comparison unit 83d determines whether the calculated load torque is in the low torque region. Based on the second torque information F2 and the first torque information F1, the comparison unit 83d uses either the value of the first load torque T1 or the value of the second load torque T2 to determine whether the load torque is in the low torque region.
- the comparison unit 83d uses the smaller of the first load torque T1 and the second load torque T2 to determine whether or not the torque range is low, based on the second torque information F2 and the first torque information F1.
- the larger of the first load torque T1 and the second load torque T2 may be used to determine whether or not the torque range is low.
- the average value of the first load torque T1 and the second load torque T2 may be used to determine whether or not the torque range is low.
- whether the first load torque T1 or the second load torque T2 is used as the load torque to be used to determine whether or not the torque range is low may be determined in advance, regardless of the value.
- the range of the low torque region is determined in advance based on actual measured values. For example, the range of the low torque region is determined in advance based on the relationship between the actual load torque shown in FIG. 10 and the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion, and the relationship between the actual load torque shown in FIG. 11 and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current.
- step S130 determines that the calculated load torque is in the low torque region (step S130; YES)
- step S150 determines that the calculated load torque is not in the low torque region
- step S140 executes the process of step S140.
- Step S140 The comparison unit 83d selects the load torque (first load torque T1) calculated based on the amount of torsion as the load torque.
- Step S150 The comparison unit 83d selects the load torque (second load torque T2) calculated based on the motor drive current as the load torque.
- Equation (2) shows the load torque calculated as a result of the processing in steps S130, S140, and S150.
- T is the load torque
- the variable x is the amount of torsion (torsion angle ⁇ 1)
- the parameters a, b, and c are coefficients of each order
- I is the motor drive current
- Kt is the torque constant Kt.
- Tlow is the threshold value for the low torque region.
- Step S160 The comparison unit 83d outputs the selected load torque as the torque information E1. With this, the calculation unit 8d ends the torque calculation process.
- the comparison unit 83d selects the first load torque T1 as the load torque when the value of the load torque is within a predetermined range based on the second torque information F2 and the first torque information F1, and selects the second load torque T2 as the load torque when the value of the load torque is not within the predetermined range, but this is not limited to this.
- the comparison unit 83d may select the first load torque T1 or the second load torque T2, whichever is more likely to be the load torque, based on a predetermined parameter, the second torque information F2, and the first torque information F1.
- the predetermined parameter is the temperature of the actuator 1d.
- the temperature of the actuator 1d is, for example, the temperature of the input shaft encoder 4.
- the temperature of the actuator 1d may be the temperature of any of the parts constituting the actuator 1d, or may be the average value of the temperatures of those parts. For example, when the temperature of the input shaft encoder 4 is equal to or lower than a predetermined temperature, the comparison unit 83d selects the first load torque T1 as the load torque, and when the temperature of the input shaft encoder 4 is higher than the predetermined temperature, the comparison unit 83d selects the second load torque T2 as the load torque.
- the comparison unit 83d determines the temperature of the input shaft encoder 4 or the temperature of the output shaft encoder 5 based on the encoder temperature information D1 supplied from at least one of the input shaft encoder 4 and the output shaft encoder 5.
- the comparison unit 83d may determine whether both the temperature of the input shaft encoder 4 and the temperature of the output shaft encoder 5 are specific temperatures, or may determine whether either one of the temperature of the input shaft encoder 4 and the temperature of the output shaft encoder 5 is a specific temperature.
- the specified parameters may be the operating time of the actuator 1d, the rotation speed of the motor 2, etc.
- the comparison unit 83d may also calculate the load torque as an average value calculated by multiplying each of the first load torque T1 and the second load torque T2 by a predetermined weight. Equation (3) shows the load torque as an average value calculated by multiplying each of the first load torque T1 and the second load torque T2 by a predetermined weight.
- T1 and T2 respectively represent the first load torque T1 calculated based on the amount of twist, and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current.
- ⁇ represents a predetermined weight.
- the predetermined weight is determined in advance, for example, based on the following formula (4):
- Equation (4) Q represents the temperature of actuator 1d, V represents the rotational speed of motor 2, and T represents the load torque.
- the predetermined weight is determined, for example, based on the range of values of the load torque, or the temperature of actuator 1d, the rotational speed of motor 2, etc. Note that equation (4) is only one example for determining the predetermined weight, and any one of the temperature of actuator 1d, the rotational speed of motor 2, and the load torque may be omitted from the right-hand side of equation (4).
- the predetermined weight may also be determined based on parameters other than the temperature of actuator 1d, the rotational speed of motor 2, and the load torque.
- the calculation unit 8d may include a notification unit that notifies of a failure of the actuator 1d.
- the notification unit notifies of a failure of the actuator 1d when a difference between a load torque value calculated in advance by a simulation and the calculated load torque value is equal to or greater than a threshold value. In the simulation, for example, a value of the load torque acting on the actuator 1d is calculated based on the amount of friction, mass, and the like from the operating conditions of the actuator 1d.
- the notification unit may notify by, for example, blinking an LED lamp.
- the notification unit may notify by an alarm sound or a signal.
- the actuator 1d includes the motor 2, the reducer 3, a first encoder (in this embodiment, the input shaft encoder 4), a second encoder (in this embodiment, the output shaft encoder 5), the motor control unit 7, an external sensor (in this embodiment, the motor control unit 7), and a calculation unit 8d.
- the first encoder input shaft encoder 4 in this embodiment
- the second encoder in this embodiment, the output shaft encoder 5 detects the rotation angle of the output shaft.
- the calculation unit 8d calculates a torsion angle ⁇ 1 in the rotational direction of the reducer 3 based on the rotational angle (input shaft rotation angle ⁇ 1 in this embodiment) of the input shaft 31 detected by the first encoder (input shaft encoder 4 in this embodiment) and the rotational angle (output shaft rotation angle ⁇ 2 in this embodiment) of the output shaft 32 detected by the second encoder (output shaft encoder 5 in this embodiment), and calculates the load torque in the rotational direction of the reducer 3 applied between the input shaft 31 and the output shaft 32 as a first load torque (first load torque T1 in this embodiment) based on the calculated torsion angle ⁇ 1 (first load torque calculation unit 81 in this embodiment).
- An external sensor measures the state of the actuator 1d.
- the calculation unit 8d calculates a second load torque (in this embodiment, the second load torque T2) based on the measurement results (in this embodiment, the value of the motor drive current) by an external sensor (in this embodiment, the motor control unit 7) (in this embodiment, the second load torque calculation unit 82), and calculates a load torque based on the first load torque (in this embodiment, the first load torque T1) and the second load torque (in this embodiment, the second load torque T2) (in this embodiment, the comparison unit 83d).
- the actuator 1d can calculate the load torque based on the first load torque and the second load torque, and therefore the accuracy of the calculated load torque can be improved.
- improving the accuracy of the load torque means improving the accuracy of the load torque compared to the case where the first load torque is calculated as the load torque as is.
- the actuator outputs, as the load torque, one of the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current, whichever is determined to be more likely.
- the actuator corrects an error due to hysteresis in the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion.
- the actuator according to this embodiment is referred to as actuator 1e. Note that the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the same components and operations may be omitted.
- FIG. 14 is a diagram showing an example of the functional configuration of the calculation unit 8e according to this embodiment. Comparing the configuration of the calculation unit 8e (FIG. 14) with the configuration of the calculation unit 8d (FIG. 12), the difference is that the calculation unit 8e includes a correction unit 84e.
- the correction unit 84e corrects the value of the first load torque T1 calculated by the first load torque calculation unit 81 based on the correction value information H1 and the first torque information F1.
- the correction value information H1 indicates the correction value of the first load torque T1.
- the correction value information H1 is stored in the memory unit 9.
- the comparison unit 83d calculates the load torque based on the first load torque T1 corrected by the correction unit 84e based on the correction value information H1 and the first torque information F1, and the second load torque T2 based on the second torque information F2. In this embodiment, the comparison unit 83d selects the first load torque T1 corrected by the correction unit 84e based on the correction value information H1 and the first torque information F1 as the load torque outside the low torque region, and selects the second load torque T2 based on the second torque information F2 as the load torque in the low torque region.
- Figure 15 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the load torque according to this embodiment. Two graphs are shown in Figure 15: a graph of "actual measured values” and a graph of "approximation formula".
- the "Actual Values” graph shows the actual load torque versus torsion amount.
- the “Actual Values” graph shows the actual load torque versus torsion amount when the pressure is reduced and increased in a direction that reduces the torsion amount, and then reduced and increased in a direction that increases the torsion amount.
- the load torque versus torsion amount shows that hysteresis exists between the direction in which the torsion amount decreases and the direction in which the torsion amount increases.
- the “approximation formula” graph is a graph showing the value of the load torque versus the amount of torsion when the spring constant K1 is approximated by a third-order polynomial.
- FIG. 16 is a diagram showing an example of the error of the approximate equation for the load torque in this embodiment with respect to the actual measured value.
- the graph shown in FIG. 16 is a graph (sometimes referred to as an error correction graph in the following explanation) that shows the error (difference) of the graph of the "approximate equation” shown in FIG. 15 with respect to the graph of the "actual measured value” for each value of the load torque.
- the error as shown in FIG. 16 is stored in advance in the storage unit as correction value information H1.
- the correction value information H1 is, as an example, two-dimensional tabular data consisting of rows and columns in which the load torque correction value is stored for each load torque value during pressurization and depressurization.
- the correction value information H1 may be information indicating an approximation formula that approximates a curve showing the relationship between the load torque value and the correction value.
- Fig. 17 is a diagram showing an example of the torque calculation process according to this embodiment.
- the torque calculation process is executed by the calculator 8e.
- the torque calculation process is repeatedly executed while the actuator 1e is being driven.
- the processes in steps S210 and S230 are similar to those in steps S110 and S120 in FIG. 13, and therefore will not be described.
- Step S220 The correction unit 84e corrects the value of the first load torque T1 calculated by the first load torque calculation unit 81 based on the correction value information H1 and the first torque information F1.
- the correction unit 84e acquires the first torque information F1 supplied from the first load torque calculation unit 81.
- the correction unit 84e reads out the correction value information H1 from the memory unit 9.
- the correction unit 84e corrects the value of the first load torque T1 indicated by the first torque information F1 with the correction value indicated by the correction value information H1.
- the correction unit 84e supplies the first load torque T1 with the corrected value to the comparison unit 83d.
- step S240 steps S240 to S270
- steps S130 to S160 the values of the first load torque T1 corrected by the correction unit 84e are used as the value of the first load torque T1. Therefore, the description thereof will be omitted.
- the calculation unit 8e ends the torque calculation process.
- FIG. 18 is a diagram for explaining an example of the correction process according to the present embodiment.
- the error correction graph shown in FIG. 18 is the same as the error correction graph shown in FIG. 16.
- the correction unit 84e compares the current value of the first load torque T1 (shown as the torque value Tn in FIG. 18) with the value of the first load torque T1 calculated immediately before, and determines whether the load torque is being increased or decreased.
- the torque value Tn which is the current value of the first load torque, is the first load torque T1 calculated by the first load torque calculation unit 81 in step S210 of the current torque calculation process.
- the first load torque T1 calculated immediately before is the first load torque T1 calculated by the first load torque calculation unit 81 in step S210 of the previous torque calculation process.
- the correction unit 84e may compare the amount of torsion (torsion angle ⁇ 1) between the current time and the immediately previous time instead of the first load torque T1 to determine whether pressure is being increased or decreased.
- the correction unit 84e determines that pressure is being increased, it corrects the value of the first load torque T1 by subtracting a correction value h1 from the value of the first load torque T1.
- the correction unit 84e determines that pressure is being decreased, it corrects the value of the first load torque T1 by adding a correction value h2 to the value of the first load torque T1.
- the correction unit 84e calculates a correction value for correcting the first load torque T1 based on the relationship between the difference between the approximate expression for the spring constant K1 and the actual measured value, and the value of the load torque, depending on whether pressure is being increased or decreased, and the value of the first load torque T1.
- the correction unit 84e corrects the first load torque T1 based on the calculated correction value.
- the correction unit 84e reads out a correction value h1 from the correction value information H1.
- the correction unit 84e reads out a correction value h2 from the correction value information H1. Therefore, at the time when the load torque is switched from increased pressure to reduced pressure, the detected load torque value changes suddenly from a value obtained by subtracting the correction value h1 from the torque value Tn to a value obtained by adding the correction value h2 to the torque value Tn. Therefore, as a result of the correction process, the change in the value of the first load torque T1 after correction becomes discontinuous.
- the correction unit 84e may calculate a correction value corresponding to the value of the first load torque T1 based on a straight line with a specific slope during pressurization and depressurization.
- FIG. 19 is a diagram for explaining an example of the correction process according to this embodiment.
- Line segment L1 and line segment L2 shown in FIG. 19 are examples of line segments that are part of a straight line with a specific slope that is used in the correction process during pressurization.
- Line segment L4 is an example of a line segment that is part of a straight line with a specific slope that is used in the correction process during depressurization.
- the slope of the straight line with a specific slope is the same during pressurization and depressurization.
- the correction unit 84e uses the correction value h11, which is the value of the error on line segment L1 for the torque value Tn1, as the correction value.
- the correction unit 84e uses the correction value h12, which is the value of the error on line segment L2 for the torque value Tn2, as the correction value.
- the correction unit 84e uses the error value on the line segment L2 for that value as the correction value.
- the correction value for the current value of the first load torque T1 is calculated so that the pair of the value of the first load torque T1 and the correction value for the value of the first load torque T1 moves on a straight line with a predetermined slope in accordance with the change in the value of the first load torque T1.
- Curve L3 shown in FIG. 19 is the portion of the error correction graph from intersection Q1 of the straight line with a predetermined slope and the error correction graph to intersection Q2 of the straight line with a predetermined slope and the error correction graph.
- the correction value for the current value of the first load torque T1 is calculated so that the pair of the value of the first load torque T1 and the correction value for the value of the first load torque T1 moves on curve L3 in response to changes in the value of the first load torque T1.
- the correction unit 84e uses the correction value h13, which is the value of the error on the curve L3 for the torque value Tn3, as the correction value.
- the correction unit 84e uses a correction value h14, which is the value of the error on the line segment L4 relative to the torque value Tn4, as the correction value.
- the slope of the straight line having a specific slope is the same during pressurization and depressurization, but the present invention is not limited to this.
- the slope of the straight line having a specific slope may be different during pressurization and depressurization.
- the slope of a straight line having a specific slope may be changed according to the range of torque values, for example, by making the slope steeper in a low torque region and shallower in a high torque region.
- a curved line may be used instead of a straight line with a particular slope.
- correction unit 84e may be omitted from the configuration of the calculation unit 8e (FIG. 14).
- Fig. 20 is a diagram showing an example of the relationship between the torsion amount and the load torque for two spring constants for pressurization and depressurization according to this embodiment.
- the arrow P1 indicates the direction in which the torsion amount (torsion angle ⁇ 1) is reduced from a negative value and the torsion amount is increased until pressurization occurs.
- the arrow P2 indicates the direction in which the torsion amount (torsion angle ⁇ 1) is reduced from a positive value and the torsion amount is decreased until pressurization occurs.
- the spring constant in this embodiment is a set of coefficients of a third-order polynomial, as in the above-described embodiments. That is, sets of coefficients of a third-order polynomial for pressurization and depressurization are stored in the storage unit 9.
- the first load torque calculation unit 81 determines whether pressure is being increased or decreased. For example, based on the rotation angle information B1 supplied from the input shaft encoder 4, the first load torque calculation unit 81 compares the torsion angle ⁇ 1 in the previous torque calculation process with the current torque calculation process, and determines whether pressure is being increased or decreased from the amount of change in the torsion angle ⁇ 1.
- the first load torque calculation unit 81 reads out either the spring constant for pressurization or the spring constant for depressurization from the memory unit 9 depending on the result of the determination.
- the first load torque calculation unit 81 calculates the first load torque T1 from the torsion angle ⁇ 1 based on the read spring constant.
- the value of the first load torque T1 calculated due to the difference between the two spring constants becomes discontinuous with respect to the change in the amount of torsion. Therefore, in the following, a case will be described in which the spring constant (coefficient of a cubic polynomial) is generated in real time based on the torsion angle (or load torque) while the actuator 1 is in operation.
- FIG. 21 is a diagram showing an example of the measured load torque value with respect to the amount of twist according to this embodiment.
- the spring constant is measured by measuring the load torque when the load torque is reduced from a load torque value lower than the upper limit of the measured load torque.
- the upper limit of the measured load torque is sometimes called the peak torque.
- FIG. 21 shows the measured peak torque values of ⁇ XNm, ⁇ YNm, ⁇ ZNm, and ⁇ WNm.
- the letters “X”, “Y”, “Z”, and “W” each represent a predetermined numerical value.
- the numerical value indicated by the letter “X”, the numerical value indicated by the letter “Y”, the numerical value indicated by the letter “Z”, and the numerical value indicated by the letter “W” are larger in that order. The way in which hysteresis occurs between pressurization and depressurization changes for each peak torque.
- the point indicating the pair of the measured load torque value and the amount of torsion is on the curve during decompression, out of the curve during pressurization and the curve during decompression. In other words, the point does not move discontinuously from the curve during pressurization to the curve during decompression.
- the correction unit 84e generates coefficients of a third-order polynomial corresponding to the spring constant during pressurization for each peak torque shown in FIG. 21. During depressurization, the last generated coefficient is used as the coefficient of the third-order polynomial.
- FIG. 22 shows the value of the first load torque T1 calculated from the amount of torsion using a third-order polynomial based on the coefficients generated by the correction unit 84e.
- the method for generating the coefficients of the third order polynomial corresponding to the spring constant is described in detail below.
- the relationship between the coefficients of the cubic polynomial and the peak torque is expressed by an approximation equation for each peak torque.
- the peak torque corresponds to the maximum torsion amount, which is the maximum value of the torsion amount.
- the coefficients of the cubic polynomial are calculated from the peak torque (peak torsion amount).
- the coefficients of the cubic polynomial that take into account the current hysteresis are generated from the actually generated torque (torsion amount). In other words, a spring constant that takes into account the current hysteresis is generated.
- FIG. 23 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the third-order coefficient of a third-order polynomial according to this embodiment.
- the third-order coefficient is almost equal when the amount of twist is positive and when it is negative. Therefore, as shown in FIG. 24, linear approximation was performed collectively without considering the positive and negative amounts of twist.
- the third-order coefficient may not be equal when the amount of twist is positive and when it is negative. In that case, approximation may be performed using different approximation expressions when the amount of twist is positive and when it is negative.
- approximation may be performed using a function other than a linear function.
- FIG. 25 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the quadratic coefficient of a cubic polynomial according to this embodiment.
- the absolute values of the quadratic coefficients are almost equal when the amount of twist is positive and when it is negative, and the signs are reversed. Therefore, as shown in FIG. 26, the amount of twist and the quadratic coefficient are approximated by a power function without considering whether they are positive or negative.
- the absolute values of the quadratic coefficients may not be equal when the amount of twist is positive and when it is negative. In that case, approximation may be performed by different approximation expressions when the amount of twist is positive and when it is negative.
- FIG. 27 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the first-order coefficient of a third-order polynomial according to this embodiment.
- the first-order coefficient is almost equal when the amount of twist is positive and when it is negative. Therefore, as shown in FIG. 28, approximation is performed by a power function without considering whether the amount of twist is positive or negative. Depending on the individual actuator, the first-order coefficient may not be equal when the amount of twist is positive and when it is negative. In that case, approximation may be performed by different approximation expressions when the amount of twist is positive and when it is negative.
- approximation may be performed by a function other than a power function.
- the absolute value of the amount of twist is substituted into the approximation formula, and a negative sign is set to the value obtained as a result of the substitution.
- FIG. 29 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the zeroth-order coefficient of a third-order polynomial according to this embodiment. As shown in FIGS. 30 and 31, the zeroth-order coefficient was approximated by a second-order polynomial for both the positive and negative amounts of twist.
- the approximation equations for the coefficients of each degree from 3rd to 0th order of the above-mentioned cubic polynomial are stored in the memory unit 9 as correction value information H1.
- the correction unit 84e reads out the correction value information H1 from the memory unit 9, and calculates the coefficients of each degree of the cubic polynomial as the current spring constant K1 from the torsion angle ⁇ 1 based on the approximation equations for each degree of the cubic polynomial.
- FIG. 32 shows an example of a spring constant reproduced by calculating the coefficients of a third-order polynomial using the approximation formula according to this embodiment.
- a graph showing a third-order polynomial having coefficients corresponding to the spring constant for each peak torque is shown.
- FIG. 33 is a schematic diagram showing an enlarged fourth quadrant of the graph shown in FIG. 32.
- Line M1 corresponds to the spring constant generated when the amount of torsion is negative.
- Line M2 corresponds to the spring constant generated in the torque calculation process following the torque calculation process in which line M1 was generated.
- Line M3 corresponds to the spring constant generated in the torque calculation process following the torque calculation process in which line M2 was generated.
- Line M3 corresponds to the spring constant generated last in the torque calculation process during pressurization. During depressurization, the spring constant generated last during pressurization is used.
- the actuator corrects the spring constant K1 based on a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3, and outputs, as the load torque, one of the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current, whichever is determined to be more likely.
- actuator 1f The actuator according to this embodiment is referred to as actuator 1f.
- the configuration of actuator 1f differs from that of actuator 1 in the configuration of the calculation unit.
- Actuator 1f includes calculation unit 8f as the calculation unit. Note that the same reference numerals are used for the same configurations as in the first and second embodiments described above, and descriptions of the same configurations and operations may be omitted.
- Fig. 34 is a diagram showing an example of the functional configuration of a calculation unit 8f according to this embodiment.
- the comparison unit 83f has both the function of the comparison unit 83 (FIG. 5) and the function of the comparison unit 83d (FIG. 12). That is, the comparison unit 83f calculates a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the speed reducer 3 by comparing the second load torque T2 calculated by the second load torque calculation unit 82 with the first load torque T1 calculated by the first load torque calculation unit 81 based on the second torque information F2 and the first torque information F1. The comparison unit 83f also calculates the load torque from the first load torque T1 and the second load torque T2 based on the first torque information F1 and the second torque information F2.
- Fig. 35 is a diagram showing an example of the self-calibration and torque calculation process according to this embodiment. Note that the processes from step S310 to step S360 are similar to the processes from step S10 to step S60 in FIG. 9, and the processes from step S370 to step S3100 are similar to the processes from step S130 to step S160 in FIG. 13, so their explanations are omitted.
- the actuator 1f may further correct an error due to hysteresis in the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion.
- the calculation unit 8f (Fig. 34) further includes a correction unit 84e (Fig. 14).
- the motor control unit 7 is an example of an external sensor for measuring a physical quantity for calculating the load torque.
- the external sensor is not limited to the motor control unit 7.
- the second load torque T2 may be calculated based on a measurement value of a predetermined physical quantity by an external sensor other than the motor control unit 7.
- actuators 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, and 1f are preferably used in a robot device.
- the calculation unit (calculation unit 8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f) may be realized by a computer.
- a program for realizing this control function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in the recording medium may be read into a computer system and executed to realize the control function.
- the "computer system” here refers to a computer system built into the actuators (actuators 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) and includes hardware such as an OS and peripheral devices.
- the "computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built into a computer system.
- the term “computer-readable recording medium” may include a medium that dynamically stores a program for a short period of time, such as a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and a medium that stores a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in such a case.
- the above program may be one that realizes part of the above-mentioned functions, or may be one that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.
- a part or all of the arithmetic units (arithmetic units 8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f) in the above-mentioned embodiments may be realized as an integrated circuit such as an LSI (Large Scale Integration).
- Each functional block of the arithmetic units (arithmetic units 8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f) may be individually processed, or may be integrated into a processor in part or in whole.
- the integrated circuit method is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor.
- an integrated circuit based on that technology may be used.
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Abstract
Description
本発明は、負荷トルク算出装置、エンコーダシステム、アクチュエータ、ロボット装置、負荷トルク算出方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a load torque calculation device, an encoder system, an actuator, a robot device, a load torque calculation method, and a program.
減速機の出力側部材の回転方向位置を検出するエンコーダを備える減速機付きアクチュエータが知られている(例えば、特許文献1)。 Actuators with reducers that are equipped with an encoder that detects the rotational position of the output member of the reducer are known (for example, Patent Document 1).
一態様は、入力軸と、前記入力軸を回転させるモータと、前記入力軸から前記モータの動力が入力される変速機と、前記変速機から出力された動力で回転する出力軸と、前記入力軸の第1回転情報を検出する第1エンコーダと、前記出力軸の第2回転情報を検出する第2エンコーダと、を備えるアクチュエータの負荷トルク値を算出する負荷トルク算出装置であって、前記第1回転情報及び前記第2回転情報と記憶部に記憶される第1ばね定数とに基づいて前記アクチュエータの第1負荷トルク値を算出する演算部を備える負荷トルク算出装置である。 One aspect is a load torque calculation device that calculates a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, and that includes a calculation unit that calculates the first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit.
一態様は、入力軸と、前記入力軸を回転させるモータと、前記入力軸から前記モータの動力が入力される変速機と、前記変速機から出力された動力で回転する出力軸と、前記入力軸の第1回転情報を検出する第1エンコーダと、前記出力軸の第2回転情報を検出する第2エンコーダと、を備えるアクチュエータの負荷トルク値を算出する負荷トルク算出装置であって、前記モータを駆動するモータ駆動電流と記憶部に記憶されるトルク定数とに基づいて前記アクチュエータの第2負荷トルク値を算出する演算部を備える負荷トルク算出装置である。 One aspect is a load torque calculation device that calculates a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, and that includes a calculation unit that calculates a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in a storage unit.
一態様は、上記の負荷トルク算出装置と、前記第1エンコーダと、前記第2エンコーダと、を備えるエンコーダシステムである。 One aspect is an encoder system that includes the above-mentioned load torque calculation device, the first encoder, and the second encoder.
一態様は、上記のエンコーダシステムと、前記入力軸と、前記モータと、前記変速機と、前記出力軸と、を備えるアクチュエータである。 One aspect is an actuator that includes the above-mentioned encoder system, the input shaft, the motor, the transmission, and the output shaft.
一態様は、上記のアクチュエータを備えるロボット装置である。 One aspect is a robot device equipped with the above actuator.
一態様は、入力軸と、前記入力軸を回転させるモータと、前記入力軸から前記モータの動力が入力される変速機と、前記変速機から出力された動力で回転する出力軸と、前記入力軸の第1回転情報を検出する第1エンコーダと、前記出力軸の第2回転情報を検出する第2エンコーダと、を備えるアクチュエータの負荷トルク値を算出する負荷トルク算出方法であって、前記第1回転情報及び前記第2回転情報と記憶部に記憶される第1ばね定数とに基づいて前記アクチュエータの第1負荷トルク値を算出することと、前記モータを駆動するモータ駆動電流と前記記憶部に記憶されるトルク定数とに基づいて前記アクチュエータの第2負荷トルク値を算出することと、を備える負荷トルク算出方法である。 One aspect is a load torque calculation method for calculating a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, the load torque calculation method including: calculating a first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit; and calculating a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in the storage unit.
一態様は、入力軸と、前記入力軸を回転させるモータと、前記入力軸から前記モータの動力が入力される変速機と、前記変速機から出力された動力で回転する出力軸と、前記入力軸の第1回転情報を検出する第1エンコーダと、前記出力軸の第2回転情報を検出する第2エンコーダと、を備えるアクチュエータの負荷トルク値をコンピュータに算出させるプログラムであって、コンピュータに、前記第1回転情報及び前記第2回転情報と記憶部に記憶される第1ばね定数とに基づいて前記アクチュエータの第1負荷トルク値を算出することと、前記モータを駆動するモータ駆動電流と前記記憶部に記憶されるトルク定数とに基づいて前記アクチュエータの第2負荷トルク値を算出することと、を実行させるためのプログラムである。 One aspect is a program that causes a computer to calculate a load torque value of an actuator that includes an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which the power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates with the power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft, and causes the computer to execute the following operations: calculate a first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit; and calculate a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in the storage unit.
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら第1の実施形態について詳しく説明する。図1は、本実施形態に係るアクチュエータ1の機能構成の一例を示す図である。図2は、本実施形態に係るアクチュエータ1の側面の断面図の一例を示す図である。
(First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Fig. 1 is a diagram showing an example of a functional configuration of an actuator 1 according to the present embodiment. Fig. 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional view of a side surface of the actuator 1 according to the present embodiment.
まず、図1および図2を用いて、本実施形態に係るアクチュエータ1について説明する。
アクチュエータ1は、モータ2と、減速機(変速機)3と、入力軸エンコーダ4と、出力軸エンコーダ5と、ドライバ6と、温度センサ10と、入力軸31と、出力軸32と、を備える。アクチュエータ1では、入力軸エンコーダ4と出力軸エンコーダ5との2つのエンコーダを備えることによって、後述するようにトルクを高精度に測定する。当該トルクは、例えばアクチュエータ1に接続される被駆動部(負荷)を駆動する際に生じるトルクであり、負荷トルクとも記載する。負荷トルクとは、アクチュエータ1に接続される被駆動部を駆動する際に出力軸32と入力軸31との間にかかるトルクであるともいえる。換言すると負荷トルクは、所要動力ともいえる。一例として、減速機3の出力軸32がロボット装置の腕部に接続されて、当該腕部を駆動する場合がある。この場合には、負荷トルクとは、当該ロボット装置の腕部を駆動する際に、減速機3の出力軸32に生じるトルクのことをいう。なお、以下では、「トルク」、「負荷トルク」、及び「回転力」は同じ意味で使用されることがある。
First, an actuator 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
The actuator 1 includes a
モータ2は、入力軸31を回転駆動する。モータ2は、一例として、電動モータである。また、モータ2は、一例として、ブラシレスモータである。モータ2は、回転子としての磁石、固定子としてのステータ、及び電源部を備える。固定子は、コイルを備えることにより、外部から電源部を介して供給される電力によって磁場を発生する。磁石である回転子は、固定子に備えられるコイルによって発生する磁場から受ける力により回転する。なお、モータ2は、ブラシレスモータ以外の種類の電動モータであってもよい。
入力軸31は、モータ2の回転子に接続され、回転子とともに回転する。入力軸31は、中空の円筒状であり、出力軸32は入力軸31の内側を通っている。入力軸31の一端(第1端)は減速機3の入力側の接続部301に接続されている。出力軸32の一端(第1端)は減速機3の出力側の接続部302に接続されている。
The
The
減速機3は、入力軸31の回転を減速して出力軸32に伝達する動力伝達装置である。換言すると、減速機3は、入力側の接続部301から伝達されるモータ2の回転子の回転を減じて(変更して)、出力側の接続部302から動力を出力する。さらに換言すると、減速機3は、入力軸31から伝達されたモータ2の回転子の動力を所定の減速比で減速し、出力軸32から減速した後の動力を出力する。出力軸32の一端(第1端)は、被駆動部(負荷)と接続される。被駆動部は、減速機3から出力される動力が伝達され、駆動する。減速機3は、1つまたは複数のギア、ベルト装置、チェーン装置、及びドライブシャフト装置の少なくとも1つを含む。なお、減速機3は変速機であっても良い。変速機とは、回転速度の比率を変える装置である。変速機は速度を変化させることが可能である。
The reducer 3 is a power transmission device that reduces the rotation of the
図2に示すように、一例として入力軸エンコーダ4は、モータ2に対して減速機3と反対側に配置されている。入力軸エンコーダ4は、入力軸31の位置情報(回転情報、または回転位置情報、または角度情報などでも良い)を検出する。入力軸31の位置情報とは、入力軸31の回転角度、角速度、及び/又は入力軸31が何回回転したかを示す多回転情報を含む変移情報である。
As shown in FIG. 2, as an example, the
入力軸エンコーダ4は、一例として、光学式のエンコーダである。入力軸エンコーダ4は、第1回転部(ディスク、スケール板等と記載してもよい)41と、第1検出部42とを備える。第1回転部41は、入力軸31の他端(第2端)に設けられる。入力軸31の他端(第2端)とは、減速機3の入力側の接続部301に接続される一端(第1端)と反対側である。第1回転部41には、第1スケール(パターンと記載してもよい)が設けられる。第1スケールには、入力軸31の周方向において変化するパターンが形成されている。第1スケールの具体的な例としては、少なくともアブソリュート型であり、その他のタイプでもよい。例えば第1スケールは、第1検出部42からの光を反射する反射型でもよいし、第1検出部42からの光を透過する透過型でもよい。
The
第1検出部42は、第1スケールに形成されたパターンを光学的に検出する。入力軸エンコーダ4は、第1検出部42が検出する第1スケール上のパターンにより、入力軸31の位置情報を検出する。入力軸エンコーダ4は、演算部8と有線または無線で通信可能であり、入力軸31の位置情報を演算部8に供給する。
The
図2に示すように、一例として出力軸エンコーダ5は、モータ2に対して減速機3と反対側に配置されている。出力軸エンコーダ5は、出力軸32の位置情報(回転情報、または回転位置情報、または角度情報などでも良い)を検出する。出力軸32の位置情報とは、出力軸32の回転角度、角速度、及び/又は出力軸32が何回回転したかを示す多回転情報を含む変移情報である。
As shown in FIG. 2, as an example, the
出力軸エンコーダ5は、一例として、光学式のエンコーダである。出力軸エンコーダ5は、第2回転部(ディスク、スケール板等と記載してもよい)51と、第2検出部52とを備える。第2回転部51は、出力軸32の他端(第2端)に設けられる。第2端は、出力軸32の他端のうち上述した第1端とは異なる側の他端である。第2回転部51には、第2スケール(パターンと記載してもよい)が設けられる。第2スケールには、出力軸32の周方向において変化するパターンが形成されている。第2スケールの具体的な例としては、少なくともアブソリュート型であり、その他のタイプでもよい。例えば第2スケールは、第2検出部52からの光を反射する反射型でもよいし、第2検出部52からの光を透過する透過型でもよい。
The
第2検出部52は、第2スケールに形成されたパターンを光学的に検出する。出力軸エンコーダ5は、第2検出部52が検出する第2スケール上のパターンにより、出力軸32の位置情報を検出する。出力軸エンコーダ5は、演算部8と有線または無線で通信可能であり、出力軸32の位置情報を演算部8に供給する。
The
なお、本実施形態では、一例として、入力軸エンコーダ4及び出力軸エンコーダ5は、有線で演算部8と通信する場合について説明する。本実施形態では、一例として、入力軸エンコーダ4、出力軸エンコーダ5、及び演算部8は、バス接続によって互いに通信可能である。
ここで上述したように、入力軸エンコーダ4と演算部8とが無線通信によって通信を行う場合、または出力軸エンコーダ5と演算部8とが無線通信によって通信を行う場合、それらの無線通信には、近距離無線通信が好適に用いられる。近距離無線通信とは、例えば、BLE(Bluetooth Low Energy(登録商標))による近距離無線通信、NFC(Near Field Communication)による近距離無線通信、赤外線通信による近距離無線通信などである。
In the present embodiment, as an example, a case will be described in which the
As described above, when the
なお、本実施形態では、入力軸エンコーダ4及び出力軸エンコーダ5から供給される位置情報を、回転角度情報B1と記載する。回転角度情報B1は、入力軸エンコーダ4によって検出された入力軸回転角度θ1(入力軸31の回転角度)、及び出力軸エンコーダ5によって検出された出力軸回転角度θ2(出力軸32の回転角度)を示す情報である。
In this embodiment, the position information supplied from the
アクチュエータ1は、温度センサ10を備える。温度センサ10は、アクチュエータ1の温度を測定する。本実施形態において、アクチュエータ1の温度とは、一例として、モータ2の温度である。つまり、温度センサ10は、モータ2の温度を測定する。なお、アクチュエータ1の温度は、アクチュエータ1を構成する各部分のいずれの温度であってもよいし、それらの部分の温度の平均値などであってもよい。本実施形態に係るアクチュエータ1の温度センサ10では、一例としてモータ2の固定子に巻かれたコイルの温度を示す情報(モータコイル温度情報C1)を出力する。ここで温度センサ10は、一例として当該コイルの近傍に設置される。モータコイル温度情報C1は、温度センサ10によって当該コイルの温度が検出されて生成される。生成されたモータコイル温度情報C1は、温度センサ10からモータ制御部7及び演算部8に供給される。
The actuator 1 includes a
ドライバ6は、アクチュエータ1の全体を制御する。ドライバ6は、モータ制御部7と、演算部8と、記憶部9とを備える。例えばドライバ6は、モータ制御部7、演算部8、及び記憶部9が基板上に備えられた1以上の電子部品(集積回路など)である。ドライバ6の詳細な説明については後述する。
The
モータ制御部7は、外部制御装置(上位制御装置)からの制御(指令、上位制御指令)に基づいて、モータ2を制御する。モータ制御部7は、制御信号生成部71と、モータドライバ72を備える。
The motor control unit 7 controls the
制御信号生成部71は、上位制御指令と、制御電源と、回転角度情報B1と、モータコイル温度情報C1とに基づいて制御信号を生成する。制御電源は、モータ制御部7と、演算部8とにそれぞれが動作するための電力を供給する。
The control
モータドライバ72は、制御信号生成部71から供給されるモータ2を制御するための制御信号に基づいて動力電源から供給される電力からモータ駆動電流を生成する。動力電源は、モータドライバ72にモータ2を駆動するための電力を供給する。制御信号は、モータ2の回転子の角度位置、角速度、及び角加速度の少なくとも1つを制御するための信号である。モータドライバ72は、生成したモータ駆動電流をモータ2に供給することによってモータ2を制御(駆動/回転/回転駆動)する。換言すると、モータドライバ72は、モータ2に供給するモータ駆動電流の値(電流実効値/電流値)を示すモータ駆動電流情報A1を生成し、生成したモータ駆動電流情報A1を演算部8に供給する。
The
演算部8は、各種の演算(例えばアクチュエータ1に負荷されるトルクの演算)を行う。より具体的には、演算部8はトルク情報E1と、ばね定数を生成する。演算部8の詳細な動作については後述する。トルク情報E1は、回転角度情報B1などに基づいて演算部8によって生成される。演算部8は、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェア的に演算を行う演算回路を含む。なお、演算部8は、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを含むコンピュータがプログラムに従って処理を実行することによって実現されてもよい。
The
記憶部9は、各種の情報を記憶する。記憶部9には、ばね定数K1、トルク定数Ktが記憶される。ばね定数K1は、減速機3の回転方向のねじれ剛性(ねじり剛性とも記載する)に関する値である。ねじれ剛性とは、ねじれに対する固さを表す値である。トルク定数Ktは、モータ駆動電流から第2負荷トルクT2を算出するために用いられる。記憶部9は、例えば、書き換え可能な不揮発メモリを含む。
The
ここで減速機3は、バネの特性を有している。減速機3のバネの特性に起因し、入力側を固定して出力側にトルク(負荷、または負荷トルクとも記載する)を加えると、出力側では負荷トルクに比例したねじれが発生する。本実施形態では、減速機3の入力側に入力軸31が接続され、減速機3の出力側に出力軸32が接続されている。
具体的には、減速機3の出力側に負荷トルクがかかっていない(無負荷の)状態では減速機3にねじれは生じていない。減速機3の出力側に負荷トルクがかかる状態では、減速機3の出力側にねじれが生じる。
Here, the reducer 3 has spring characteristics. Due to the spring characteristics of the reducer 3, when the input side is fixed and torque (also referred to as load or load torque) is applied to the output side, a twist proportional to the load torque is generated on the output side. In this embodiment, an
Specifically, when no load torque is applied to the output side of the reducer 3 (no load), no torsion occurs in the reducer 3. When a load torque is applied to the output side of the reducer 3, torsion occurs on the output side of the reducer 3.
つまり、減速機3では、出力側にかかる負荷トルクによってねじれが生じる。そのため、減速機3のねじれの大きさ(ねじれ量)から負荷トルクを算出することができる。より具体的には、本願では減速機3の入力側(入力軸31)と出力側(出力軸32)にエンコーダを取り付けている。そのため、入力軸エンコーダ4と出力軸エンコーダ5から得られる位置情報の差分値から、減速機のねじれ量を求めることができる。ねじれの大きさは、減速機3の回転方向のねじれ角α1によって示される。
In other words, in the reducer 3, torsion occurs due to the load torque applied to the output side. Therefore, the load torque can be calculated from the magnitude of torsion (amount of torsion) of the reducer 3. More specifically, in this application, encoders are attached to the input side (input shaft 31) and output side (output shaft 32) of the reducer 3. Therefore, the amount of torsion of the reducer can be obtained from the difference value of the position information obtained from the
入力軸31の回転角度である入力軸回転角度θ1は、入力軸エンコーダ4によって検出される。出力軸32の回転角度である出力軸回転角度θ2は、出力軸エンコーダ5によって検出される。演算部8は、入力軸回転角度θ1と出力軸回転角度θ2との差に基づいて、減速機3の回転方向のねじれ角α1を算出する。演算部8は、算出したねじれ角α1と、減速機3のばね定数K1とを乗算することによって負荷トルクを算出する。当該負荷トルクは、入力軸31と出力軸32との間にかかる減速機3の回転方向の負荷トルクである。また、当該負荷トルクは、アクチュエータ1に負荷されるトルクと考えてもよい。
The input shaft rotation angle θ1, which is the rotation angle of the
ばね定数K1は、減速機3の回転方向のねじれ剛性(ねじり剛性)に関する値である。ばね定数K1は、記憶部9に記憶される。ここで、減速機3の回転方向のねじれ剛性とは、出力側の負荷トルクに対する固さ(抵抗性)を表す。
The spring constant K1 is a value related to the torsional rigidity (torsional stiffness) in the rotational direction of the reducer 3. The spring constant K1 is stored in the
アクチュエータ1が使用される種々の条件によって、減速機3の回転方向のねじれ剛性は変化し得る。例えば、アクチュエータ1が使用されるとともに、減速機3の回転方向のねじれ剛性は変化し得る。換言すれば、経時変化によって減速機3の回転方向のねじれ剛性は変化し得る。 The torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction may change depending on various conditions under which the actuator 1 is used. For example, the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction may change as the actuator 1 is used. In other words, the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction may change due to changes over time.
図3は、本実施形態に係るモータ2の回転速度と、ねじれ量、及び電流実効値それぞれの変化量との関係の一例を示す図である。図4は、本実施形態に係るモータ2が駆動してからの時間経過における、ねじれ量、及び電流実効値それぞれの変化の一例を示す図である。
電流実効値は、モータ2を駆動させるための電流(モータ駆動電流)の値である。図3及び図4に示すように、電流実効値は、回転速度に応じて短時間で変化するが経過時間に対して変化しない。
一方、図3及び図4に示すように、ねじれ量(ねじれ角α1)は、回転速度に応じて変化しないが、経過時間に対して変化している。アクチュエータ1が長時間に渡って連続運転されたことによる減速機3のねじれ剛性の変化が原因であると考えられる。
Fig. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the rotation speed of the
The effective current value is the value of the current (motor drive current) for driving the
3 and 4, the amount of torsion (torsion angle α1) does not change with the rotation speed, but changes with the elapsed time. This is believed to be due to a change in the torsional rigidity of the reducer 3 caused by the actuator 1 being continuously operated for a long period of time.
これにより、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化に応じてばね定数K1の値は変化する。ばね定数K1の値の変化は、負荷トルクを算出する場合の誤差となる。つまり、ばね定数K1を更新しない場合、時間経過に伴い、アクチュエータ1から算出される負荷トルクの誤差が大きくなることになる。そこで、本実施形態に係るアクチュエータ1では、ばね定数K1を自己校正する機能を有する。自己校正する機能の詳細については後述する。自己校正とは、アクチュエータ1の内部にてばね定数K1を校正(補正、修正、訂正、変更、更新などとも記載する)することである。 As a result, the value of the spring constant K1 changes according to changes in the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction. The change in the value of the spring constant K1 results in an error when calculating the load torque. In other words, if the spring constant K1 is not updated, the error in the load torque calculated by the actuator 1 will increase over time. Therefore, the actuator 1 according to this embodiment has a function for self-calibrating the spring constant K1. Details of the self-calibration function will be described later. Self-calibration refers to calibrating (also described as correcting, amending, correcting, changing, updating, etc.) the spring constant K1 inside the actuator 1.
ここでは、負荷トルクの算出方法として、減速機3の回転方向のねじれ角α1に基づいて算出する方法について説明したが、これに限らない。アクチュエータ1は、負荷トルクの算出方法として、モータ2を駆動させるための電流(モータ駆動電流)に基づいて、負荷トルクを算出することができる。モータ駆動電流に基づいて負荷トルクを算出する方法の詳細については後述する。 Here, the load torque is calculated based on the torsion angle α1 in the rotational direction of the reducer 3, but the method is not limited to this. The actuator 1 can calculate the load torque based on the current for driving the motor 2 (motor drive current) as a method for calculating the load torque. The method for calculating the load torque based on the motor drive current will be described in detail later.
アクチュエータ1では、モータ駆動電流に基づいて算出される負荷トルクと、ねじれ角α1に基づいて算出される負荷トルクとを比較することによって、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を検出する。以下では、ねじれ角α1に基づいて算出される負荷トルクを、第1負荷トルクT1といい、モータ駆動電流に基づいて算出される負荷トルクを、第2負荷トルクT2という。
以下、負荷トルクの算出を中心に、本実施形態に係るアクチュエータ1のより詳細な構成について説明する。
The actuator 1 detects a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 by comparing the load torque calculated based on the motor drive current with the load torque calculated based on the torsion angle α1. Hereinafter, the load torque calculated based on the torsion angle α1 is referred to as a first load torque T1, and the load torque calculated based on the motor drive current is referred to as a second load torque T2.
The configuration of the actuator 1 according to this embodiment will be described in more detail below, focusing on the calculation of the load torque.
図5は、本実施形態に係る演算部8の機能構成の一例を示す図である。演算部8は、第1負荷トルク算出部81と、第2負荷トルク算出部82と、比較部83と、修正ばね定数算出部84とを備える。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the functional configuration of the
第1負荷トルク算出部81は、回転角度情報B1と、ばね定数K1とに基づいて第1負荷トルクT1を算出する。第1負荷トルク算出部81は、入力軸エンコーダ4及び出力軸エンコーダ5から供給される回転角度情報B1を取得する。第1負荷トルク算出部81は、回転角度情報B1が示す入力軸回転角度θ1及び出力軸回転角度θ2に基づいて、入力軸回転角度θ1と出力軸回転角度θ2との差としてねじれ角α1を算出する。第1負荷トルク算出部81は、ばね定数K1を記憶部9から読み出す。第1負荷トルク算出部81は、算出した第1負荷トルクT1の値を示すトルク情報E1を生成する。第1負荷トルク算出部81は、生成したトルク情報E1を出力する。
The first load
また、第1負荷トルク算出部81は、算出した第1負荷トルクT1の値を示す第1トルク情報F1を生成する。第1負荷トルク算出部81は、生成した第1トルク情報F1を比較部83に供給する。
The first load
第2負荷トルク算出部82は、モータ駆動電流情報A1と、トルク定数Ktとに基づいて第2負荷トルクT2を算出する。第2負荷トルク算出部82は、モータドライバ72から供給されるモータ駆動電流情報A1を取得する。第2負荷トルク算出部82は、トルク定数Ktを記憶部9から読み出す。第2負荷トルク算出部82は、算出した第2負荷トルクT2の値を示す第2トルク情報F2を生成する。第2負荷トルク算出部82は、生成した第2トルク情報F2を比較部83に供給する。
The second load
なお、モータドライバ72(図1)は条件(運転条件や回転速度)によらず常に(クロック周期間隔で)モータ駆動電流をモニタしている。第2負荷トルク算出部82は、モータ駆動電流をモニタすることとともに第2負荷トルクT2の生成も常に(クロック周期間隔で)行う。トルク定数Ktは運転条件の変化や回転速度の変化に応じて変化するが、時間経過によっては変化しない。そのため、一定トルクが負荷されている場合、特定の運転条件、特定の回転速度におけるモータ駆動電流情報A1並びに第2負荷トルクT2の値は長期間に渡って変化しないと考えられる。この特定のタイミングでの第2負荷トルクT2を活用することで、後述する自己校正処理を行うことができる。
The motor driver 72 (Figure 1) constantly monitors the motor drive current (at clock cycle intervals) regardless of the conditions (operating conditions and rotation speed). The second load
比較部83は、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、第2負荷トルクT2と第1負荷トルクT1とを比較する。第2トルク情報F2は、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2の値を示す。第1トルク情報F1は、第1負荷トルク算出部81が算出した第1負荷トルクT1の値を示す。比較部83は、第2負荷トルクT2と第1トルク情報F1とを比較することによって、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。
The comparison unit 83 compares the second load torque T2 and the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1. The second torque information F2 indicates the value of the second load torque T2 calculated by the second load
比較部83は、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、一例として、特定の時間に生成された第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを比較する。第2負荷トルクT2が生成された時刻を示す時刻情報G1は、例えば、モータ制御部7によって生成される。比較部83は、モータ制御部7から供給される時刻情報G1を取得する。 The comparison unit 83 compares, for example, the second load torque T2 generated at a specific time with the first load torque T1 based on the second torque information F2 and the first torque information F1. Time information G1 indicating the time at which the second load torque T2 was generated is generated, for example, by the motor control unit 7. The comparison unit 83 obtains the time information G1 supplied from the motor control unit 7.
比較部83は、取得した時刻情報G1が示す時刻が特定の時期(タイミング)に含まれる場合に、モータ駆動電流が特定の時間に生成されていると判定する。 The comparison unit 83 determines that the motor drive current is generated at a specific time if the time indicated by the acquired time information G1 is included in a specific period (timing).
修正ばね定数算出部84は、比較部83が検出した減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化に応じた修正ばね定数を算出する。ここで修正ばね定数算出部84は、第2トルク情報F2と回転角度情報B1とから修正ばね定数Kcを算出する。修正ばね定数算出部84は、算出した修正ばね定数Kcを記憶部9にばね定数K1として記憶させる。
The modified spring
換言すると、演算部8は、第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とを比較することによって検出される減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化に基づいて、ばね定数K1を自己校正する。演算部8は、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を検出する。演算部8は、検出した当該ねじれ剛性の変化に応じた修正ばね定数Kcを算出する。演算部8は、算出した修正ばね定数Kcをばね定数K1として記憶部9に記憶させる。
In other words, the
演算部8が減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を検出する処理において、第2負荷トルクT2を自己校正の基準として用いるための条件(自己校正の条件という)に応じて、幾つかの態様がある。自己校正の条件には、一例としてモータ2のコイルの温度の条件、エンコーダの温度の条件、減速機3の温度の条件、ドライバ6の温度の条件が含まれる。
In the process in which the
演算部8は、自己校正の条件がモータ2のコイルの温度の条件である場合、温度センサ10から供給されるモータコイル温度情報C1に基づいて当該条件を判定する。演算部8は、自己校正の条件がエンコーダの温度の条件である場合、入力軸エンコーダ4から供給されるエンコーダ温度情報D1に基づいて当該条件を判定する。エンコーダ温度情報D1は、入力軸エンコーダ4の温度、及び出力軸エンコーダ5の温度のうちいずれか1以上を示す。エンコーダ温度情報D1のうち入力軸エンコーダ4の温度を示す部分は、入力軸エンコーダ4から演算部8に供給される。エンコーダ温度情報D1のうち出力軸エンコーダ5の温度を示す部分は、出力軸エンコーダ5から演算部8に供給される。したがって、エンコーダ温度情報D1は、入力軸エンコーダ4と、出力軸エンコーダ5とのうちいずれか1以上から演算部8に供給される。
When the self-calibration condition is the temperature of the coil of the
ここで図6から図8を参照し、第2負荷トルクT2と第1負荷トルクT1とを比較する場合の第2負荷トルクT2の算出に用いられる自己校正の条件の他の例について説明する。なお、上述した演算部8(図5)と同一の構成については同一の符号を付して、同一の構成及び動作についてはその説明を省略する場合がある。 Now, with reference to Figures 6 to 8, other examples of self-calibration conditions used to calculate the second load torque T2 when comparing the second load torque T2 with the first load torque T1 will be described. Note that the same components as those in the calculation unit 8 (Figure 5) described above are given the same reference numerals, and descriptions of the same components and operations may be omitted.
図6は、本実施形態の変形例に係る演算部8aの機能構成の一例を示す図である。演算部8a(図6)と演算部8(図5)とを比較すると、比較部83aが異なる。
比較部83aは、入力軸31及び/または出力軸32の回転軸角度が特定の角度である時期におけるモータ駆動電流に基づいて算出された第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを比較する。比較部83aは、入力軸エンコーダ4及び出力軸エンコーダ5から供給される回転角度情報B1に基づいてアクチュエータ1の回転軸角度が特定の角度であるか否かを判定する。
6 is a diagram showing an example of the functional configuration of a
The
図7は、本実施形態の変形例に係る演算部8bの機能構成の一例を示す図である。演算部8b(図7)と演算部8(図5)とを比較すると、比較部83bが異なる。
比較部83bは、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、モータ2のコイルの温度が特定の温度である時期におけるモータ駆動電流に基づいて算出された第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを比較する。比較部83aは、温度センサ10から供給されるモータコイル温度情報C1に基づいてモータ2のコイルの温度が特定の温度であるか否かを判定する。
7 is a diagram showing an example of the functional configuration of a
The
図8は、本実施形態の変形例に係る演算部8cの機能構成の一例を示す図である。演算部8c(図8)と演算部8(図5)とを比較すると、比較部83cが異なる。
比較部83cは、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、入力軸エンコーダ4の温度が特定の温度である時期におけるモータ駆動電流に基づいて算出された第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを比較する。比較部83cは、入力軸エンコーダ4と、出力軸エンコーダ5とのうちいずれか1以上から供給されるエンコーダ温度情報D1に基づいて、入力軸エンコーダ4の温度、または出力軸エンコーダ5の温度が特定の温度であるか否かを判定する。ここで比較部83cは、入力軸エンコーダ4の温度と、出力軸エンコーダ5の温度との両方が特定の温度であるか否かを判定してもよいし、入力軸エンコーダ4の温度と、出力軸エンコーダ5の温度とのうちいずれか一方が特定の温度であるか否かを判定してもよい。
8 is a diagram showing an example of the functional configuration of a
The
次に図9を参照し、アクチュエータ1がばね定数K1の値を修正する処理である自己校正処理について説明する。図9は、本実施形態に係る自己校正処理の一例を示す図である。自己校正処理は、演算部8によって実行される。
Next, referring to FIG. 9, the self-calibration process in which the actuator 1 corrects the value of the spring constant K1 will be described. FIG. 9 is a diagram showing an example of the self-calibration process according to this embodiment. The self-calibration process is executed by the
自己校正処理が実行される時期は、例えば、アクチュエータ1が駆動している時期である。アクチュエータ1が駆動している時期に自己校正処理が実行される場合、ばね定数K1は即時(リアルタイム)に校正される。演算部8は、アクチュエータ1の電源がオンになっている間、自己校正処理を繰り返し実行する。
また、自己校正処理が実行される時期は、アクチュエータ1が駆動する前のキャリブレーションの時期であってもよい。キャリブレーションとは、ユーザがアクチュエータ1を装置に組み付けた後、定期的に行う校正のための動作をいう。
The self-calibration process is executed, for example, when the actuator 1 is in operation. When the self-calibration process is executed when the actuator 1 is in operation, the spring constant K1 is calibrated in real time. The
Furthermore, the timing for executing the self-calibration process may be the timing for calibration before driving the actuator 1. Calibration refers to an operation for calibration that is periodically performed by a user after assembling the actuator 1 in an apparatus.
ステップS10:第1負荷トルク算出部81は、回転角度情報B1と、ばね定数K1とに基づいて第1負荷トルクT1を算出する。第1負荷トルク算出部81は、回転角度情報B1が示すねじれ角α1にばね定数K1を乗じることによって第1負荷トルクT1を算出する。第1負荷トルク算出部81は、算出した第1負荷トルクT1を示す第1トルク情報F1を比較部83に供給する。
Step S10: The first load
ステップS20:第2負荷トルク算出部82は、モータ駆動電流情報A1と、トルク定数Ktとに基づいて第2負荷トルクT2を算出する。第2負荷トルク算出部82は、モータ駆動電流情報A1が示すモータ駆動電流の値にトルク定数Ktを乗じることによって第2負荷トルクT2を算出する。第2負荷トルク算出部82は、算出した第2負荷トルクT2を示す第2トルク情報F2を比較部83に供給する。
Step S20: The second load
ステップS30:比較部83は、自己校正の条件が満たされているか否かを判定する。比較部83は、第2負荷トルクT2が特定の時間に生成されている場合に、自己校正の条件が満たされていると判定する。比較部83は、モータ制御部7から時刻情報G1を取得する。比較部83は、取得した時刻情報G1が示す時刻が特定の時期に含まれる場合に、モータ駆動電流が特定の時間に生成されていると判定する。 Step S30: The comparison unit 83 determines whether the self-calibration conditions are met. If the second load torque T2 is generated at a specific time, the comparison unit 83 determines that the self-calibration conditions are met. The comparison unit 83 acquires time information G1 from the motor control unit 7. If the time indicated by the acquired time information G1 is included in a specific period, the comparison unit 83 determines that the motor drive current is generated at a specific time.
特定の時期とは、例えば、アクチュエータ1が繰り返し動作を行う過程においてモータ駆動電流が安定する特定の時期である。また、特定の時期の別の一例は、アクチュエータ1が特定の運動をしている時期である。 The specific time is, for example, a specific time when the motor drive current stabilizes during the process in which the actuator 1 performs a repetitive operation. Another example of a specific time is a time when the actuator 1 is performing a specific movement.
比較部83は、自己校正の条件が満たされていると判定した場合(ステップS30;YES)、ステップS40の処理を実行する。一方、比較部83が、自己校正の条件が満たされていないと判定した場合(ステップS30;NO)、演算部8は、自己校正処理を終了する。
If the comparison unit 83 determines that the self-calibration conditions are met (step S30; YES), it executes the process of step S40. On the other hand, if the comparison unit 83 determines that the self-calibration conditions are not met (step S30; NO), the
ステップS40:比較部83は、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルク算出部81が算出した第1負荷トルクT1とを比較することによって、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。比較部83は、第1負荷トルクT1の第2負荷トルクT2に対する差分値を、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化の大きさとして算出する。
Step S40: The comparison unit 83 calculates the change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3 by comparing the second load torque T2 calculated by the second load
ステップS50:修正ばね定数算出部84は、比較部83が検出した減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化に応じた修正ばね定数Kcを算出する。ここで本実施形態では、第1負荷トルクT1は、式(1)のように、変数xをねじれ量(ねじれ角α1)とした場合の変数xの3次式によって近似される。
Step S50: The corrected spring
a、b、cの各パラメータは各次数の係数を示す。したがって、ばね定数K1は、a、b、cの3つのパラメータの組によって与えられる。本実施形態では、これらのa、b、cの各パラメータは、ねじれ量である変数xの関数であるとする。当該関数は、実測によって予め算出される。 Each of the parameters a, b, and c indicates the coefficient of each order. Therefore, the spring constant K1 is given by a set of three parameters a, b, and c. In this embodiment, each of these parameters a, b, and c is a function of the variable x, which is the amount of twist. This function is calculated in advance by actual measurement.
本実施形態では、ステップS40において算出したねじれ剛性の変化の大きさを、第1負荷トルクT1に加えた値を、負荷トルクの真値であるとする。つまり、第2負荷トルクT2の値を負荷トルクの真値であるとする。修正ばね定数算出部84は、式(1)の右辺の量が、第2負荷トルクT2の値と等しくなるようなa、b、cを算出する。比較部83は、算出したa、b、cの3つのパラメータの組を、修正ばね定数Kcとする。
In this embodiment, the true value of the load torque is determined by adding the magnitude of the change in torsional rigidity calculated in step S40 to the first load torque T1. In other words, the true value of the load torque is determined to be the value of the second load torque T2. The modified spring
ステップS60:修正ばね定数算出部84は、算出した修正ばね定数Kcを記憶部9にばね定数K1として記憶させる。つまり、修正ばね定数算出部84は、ステップS50において算出したa、b、cの3つのパラメータの組をばね定数K1として記憶させる。
以上で、演算部8は自己校正処理を終了する。
Step S60: The modified spring
With the above, the
ここでステップS30において判定される特定の時期が、アクチュエータ1が繰り返し動作を行う過程においてモータ駆動電流が安定する特定の時期である場合、第2負荷トルク算出部82は、アクチュエータ1が繰り返し動作を行う過程においてモータ駆動電流が安定する特定の時期におけるモータ駆動電流に基づいて第2負荷トルクT2を算出し、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、比較部83が比較することによって減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。
If the specific time determined in step S30 is a specific time when the motor drive current is stable while the actuator 1 is performing a repetitive operation, the second load
また、ステップS30において判定される特定の時期が、アクチュエータ1が特定の運動をしている時期である場合は、第2負荷トルク算出部82は、アクチュエータ1が特定の運動をしている時期におけるモータ駆動電流に基づいて第2負荷トルクT2を算出し、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、比較部83が比較することによって減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。
In addition, if the specific time determined in step S30 is a time when the actuator 1 is performing a specific motion, the second load
また、ステップS30、ステップS40、及びステップS50の各処理は、上述した図6、図7、及び図8において説明した変形例に基づいて行われてもよい。
例えば、ステップS30において判定される特定の時期が、アクチュエータ1の回転軸角度が特定の角度である時期である場合、第2負荷トルク算出部82は、アクチュエータ1の回転軸角度が特定の角度である時期におけるモータ駆動電流に基づいて第2負荷トルクT2を算出し、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、比較部83が比較することによって減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。
Furthermore, the processes in steps S30, S40, and S50 may be performed based on the modified examples described above with reference to FIGS.
For example, if the specific time determined in step S30 is a time when the rotation shaft angle of actuator 1 is a specific angle, the second load
また、例えば、ステップS30において判定される特定の時期が、アクチュエータ1の回転速度が特定の速度である時期である場合、第2負荷トルク算出部82は、アクチュエータ1の回転速度が特定の速度である時期におけるモータ駆動電流に基づいて第2負荷トルクT2を算出し、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、比較部83が比較することによって減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。
Furthermore, for example, if the specific time determined in step S30 is a time when the rotational speed of actuator 1 is a specific speed, second load
また、例えば、ステップS30において判定される特定の時期が、一定の時間が経過した後の時期である場合、第2負荷トルク算出部82は、一定の時間が経過した後の時期におけるモータ駆動電流に基づいて第2負荷トルクT2を算出し、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、比較部83が比較することによって減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。
Also, for example, if the specific time determined in step S30 is a time after a certain time has elapsed, the second load
また、例えば、ステップS30において判定される特定の時期が、アクチュエータ1の温度が特定の温度である時期である場合、第2負荷トルク算出部82は、アクチュエータ1の温度が特定の温度である時期におけるモータ駆動電流に基づいて第2負荷トルクT2を算出し、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルクT1とを第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、比較部83が比較することによって減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。
Furthermore, for example, if the specific time determined in step S30 is a time when the temperature of actuator 1 is a specific temperature, the second load
なお、演算部8は、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化が所定の量を超えたことを外部に通知する通知部を備えてもよい。通知部は、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化が所定の量を超えた場合、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化が所定の量を超えたことを外部に通知する。
通知部は、例えば、LEDランプを点滅させることによって通知を行う。通知部は、音によって通知を行ってもよいし、信号によって通知を行ってもよい。
The
The notification unit may notify by, for example, blinking an LED lamp. The notification unit may also notify by sound or a signal.
なお、演算部8は、アクチュエータ1の動作を停止する停止部を備えてもよい。停止部は、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化が所定の量を超えた場合、アクチュエータ1の動作を停止する。停止部は、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化が所定の量を超えた場合、アクチュエータ1に所定の動作を行わせた後にアクチュエータ1を停止してもよい。
The
以上に説明したように、本実施形態に係るアクチュエータ1は、モータ2と、減速機3と、第1エンコーダ(本実施形態において、入力軸エンコーダ4)と、第2エンコーダ(本実施形態において、出力軸エンコーダ5)と、モータ制御部7と、記憶部9と、演算部8とを備える。
第1エンコーダ(本実施形態において、入力軸エンコーダ4)は、入力軸31の回転角度を検出する。
第2エンコーダ(本実施形態において、出力軸エンコーダ5)は、出力軸32の回転角度を検出する。
記憶部9は、減速機3のばね定数K1を記憶する。
演算部8は、第1エンコーダ(本実施形態において、入力軸エンコーダ4)によって検出された入力軸31の回転角度(本実施形態において、入力軸回転角度θ1)と第2エンコーダ(本実施形態において、出力軸エンコーダ5)によって検出された出力軸32の回転角度(本実施形態において、出力軸回転角度θ2)とに基づいて減速機3の回転方向のねじれ角α1を算出し、算出したねじれ角α1と記憶部9に記憶される減速機3のばね定数K1とを乗算することによって入力軸31と出力軸32との間にかかる減速機3の回転方向の負荷トルク(本実施形態において、第1負荷トルクT1)を算出する。
演算部8は、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を検出し(本実施形態において、比較部83)、検出した当該ねじれ剛性の変化に応じた修正ばね定数Kcを算出し(本実施形態において、修正ばね定数算出部84)、算出した修正ばね定数Kcをばね定数K1として記憶部9に記憶させる(本実施形態において、修正ばね定数算出部84)。
As described above, the actuator 1 according to this embodiment includes the
The first encoder (in this embodiment, the input shaft encoder 4 ) detects the rotation angle of the
The second encoder (in this embodiment, the output shaft encoder 5 ) detects the rotation angle of the
The
The
The
この構成により、本実施形態に係るアクチュエータ1は、ばね定数K1として修正ばね定数Kcを用いて負荷トルクを算出できるため、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化による負荷トルクの誤差を低減できる。 With this configuration, the actuator 1 according to this embodiment can calculate the load torque using the corrected spring constant Kc as the spring constant K1, thereby reducing errors in the load torque due to changes in the torsional rigidity of the reducer 3 in the rotational direction.
(第2の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。
本実施形態では、アクチュエータが、ねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1と、モータ駆動電流に基づいて算出される第2負荷トルクT2とのうち、より確からしいと判定される方を負荷トルクとして出力する場合について説明をする。
本実施形態に係るアクチュエータをアクチュエータ1dという。なお、上述した第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、同一の構成及び動作についてはその説明を省略する場合がある。
Second Embodiment
The second embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
In this embodiment, a case will be described in which the actuator outputs, as the load torque, one of the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current, whichever is determined to be more likely.
The actuator according to this embodiment is referred to as actuator 1d. Note that the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the same components and operations may be omitted.
第1の実施形態において説明したように、減速機3のねじれ量(ねじれ角α1)と、ばね定数K1とに基づいて第1負荷トルクT1が算出される。当該ねじれ量は、ヒステリシスを持っており、ヒステリシスを有する領域では、算出される第1負荷トルクT1の実際の負荷トルクに対する誤差が大きくなる傾向がある。 As explained in the first embodiment, the first load torque T1 is calculated based on the amount of torsion (torsion angle α1) of the reducer 3 and the spring constant K1. The amount of torsion has hysteresis, and in the region with hysteresis, the error between the calculated first load torque T1 and the actual load torque tends to be large.
図10に、実際の負荷トルクと、ねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1(図10において「算出トルク」)との関係を示す。図10に示すとおり、負荷トルクの値が小さい範囲(低トルク領域)において、負荷トルクの値が大きい範囲(高トルク領域)に比べて誤差が大きくなっている。低トルク領域では、高トルク領域に比べて減速機3のバネの特性のヒステリシスが大きいことが原因であると考えられる。 Figure 10 shows the relationship between the actual load torque and the first load torque T1 ("calculated torque" in Figure 10) calculated based on the amount of torsion. As Figure 10 shows, in the range where the load torque value is small (low torque region), the error is larger than in the range where the load torque value is large (high torque region). This is thought to be because the hysteresis in the characteristics of the spring of the reducer 3 is larger in the low torque region than in the high torque region.
図11に、実際の負荷トルクと、モータ駆動電流に基づいて算出される第2負荷トルクT2(図11において「算出トルク」)との関係を示す。図11に示すとおり、高トルク領域、または中程度の範囲(中トルク領域)において、低トルク領域に比べて誤差が大きくなっている。高トルク領域または中トルク領域では、モータ駆動電流に基づいて算出される第2負荷トルクT2の値は、コギングや温度によってばらつく傾向がある。 Figure 11 shows the relationship between the actual load torque and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current ("calculated torque" in Figure 11). As shown in Figure 11, the error is larger in the high torque region or in the medium range (medium torque region) compared to the low torque region. In the high torque region or medium torque region, the value of the second load torque T2 calculated based on the motor drive current tends to vary depending on cogging and temperature.
本実施形態に係るアクチュエータ1dでは、負荷トルクとして、低トルク領域ではモータ駆動電流に基づいて算出される負荷トルクを選択し、低トルク領域以外ではねじれ量に基づいて算出される負荷トルクを選択することによって、負荷トルクの誤差を低減する。アクチュエータ1dの構成と、アクチュエータ1の構成とは、演算部の構成が異なる。アクチュエータ1dは、演算部として演算部8dを備える。
Actuator 1d according to this embodiment reduces the error in the load torque by selecting a load torque calculated based on the motor drive current in the low torque region and selecting a load torque calculated based on the amount of torsion outside the low torque region. The configuration of actuator 1d differs from that of actuator 1 in the configuration of the calculation unit. Actuator 1d includes
図12は、本実施形態に係る演算部8dの機能構成の一例を示す図である。演算部8d(図12)の構成と、演算部8(図5)の構成とを比較すると、演算部8dは、比較部83dを備え、修正ばね定数算出部84を備えていない点が異なる。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the functional configuration of the
比較部83dは、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とから負荷トルクを算出する。本実施形態では、比較部83dは、低トルク領域以外ではねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1を負荷トルクとして選択し、低トルク領域では第2負荷トルクT2を負荷トルクとして選択する。つまり、比較部83dは、負荷トルクの値が所定の範囲に含まれる場合、第1負荷トルクT1を負荷トルクとして選択し、負荷トルクの値が前記所定の範囲に含まれない場合、第2負荷トルクT2を負荷トルクとして選択する。
The
次に図13を参照し、アクチュエータ1dが負荷トルクを算出する処理であるトルク算出処理について説明する。図13は、本実施形態に係るトルク算出処理の一例を示す図である。トルク算出処理は、演算部8dによって実行される。トルク算出処理は、アクチュエータ1dが駆動している時期において繰り返し実行される。
なお、ステップS110、及びステップS120の各処理は、図9におけるステップS10、及びステップS20の各処理と同様であるため、説明を省略する。
Next, a torque calculation process in which the actuator 1d calculates the load torque will be described with reference to Fig. 13. Fig. 13 is a diagram showing an example of the torque calculation process according to this embodiment. The torque calculation process is executed by the
The processes in steps S110 and S120 are similar to those in steps S10 and S20 in FIG. 9, and therefore will not be described.
ステップS130:比較部83dは、算出された負荷トルクが低トルク領域であるか否かを判定する。比較部83dは、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、低トルク領域であるか否かの判定に第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とのいずれかの値を用いる。
Step S130: The
例えば、比較部83dは、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とのうち値が小さい方を、低トルク領域であるか否かの判定に用いる。第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とのうち値が大きい方が、低トルク領域であるか否かの判定に用いられてもよい。第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2との平均値が、低トルク領域であるか否かの判定に用いられてもよい。また、低トルク領域であるか否かの判定に用いる負荷トルクとして、第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とのいずれが用いられるかは、値によらず予め決められていてもよい。
For example, the
低トルク領域の範囲は、実測値に基づいて予め決められる。例えば、低トルク領域の範囲は、上述した図10に示した実際の負荷トルクと、ねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1との関係、図11に示した実際の負荷トルクとモータ駆動電流に基づいて算出される第2負荷トルクT2との関係などに基づいて予め決められる。 The range of the low torque region is determined in advance based on actual measured values. For example, the range of the low torque region is determined in advance based on the relationship between the actual load torque shown in FIG. 10 and the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion, and the relationship between the actual load torque shown in FIG. 11 and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current.
比較部83dは、算出された負荷トルクが低トルク領域であると判定した場合(ステップS130;YES)、ステップS150の処理を実行する。一方、比較部83dは、算出された負荷トルクが低トルク領域でないと判定した場合(ステップS130;NO)、ステップS140の処理を実行する。
If the
ステップS140:比較部83dは、負荷トルクとして、ねじれ量に基づいて算出された負荷トルク(第1負荷トルクT1)を選択する。
Step S140: The
ステップS150:比較部83dは、負荷トルクとして、モータ駆動電流に基づいて算出された負荷トルク(第2負荷トルクT2)を選択する。
Step S150: The
ここで以下の式(2)は、ステップS130、ステップS140、及びステップS150の処理の結果算出される負荷トルクを示す。 The following equation (2) shows the load torque calculated as a result of the processing in steps S130, S140, and S150.
式(2)において、Tは負荷トルク、変数xはねじれ量(ねじれ角α1)、a、b、cの各パラメータは各次数の係数、Iはモータ駆動電流、Ktはトルク定数Ktを示す。Tlowは、低トルク領域の閾値を示す。 In equation (2), T is the load torque, the variable x is the amount of torsion (torsion angle α1), the parameters a, b, and c are coefficients of each order, I is the motor drive current, and Kt is the torque constant Kt. Tlow is the threshold value for the low torque region.
ステップS160:比較部83dは、選択した負荷トルクをトルク情報E1として出力する。
以上で、演算部8dは、トルク算出処理を終了する。
Step S160: The
With this, the
なお、本実施形態では、比較部83dが、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、負荷トルクの値が所定の範囲に含まれる場合、第1負荷トルクT1を負荷トルクとして選択し、負荷トルクの値が前記所定の範囲に含まれない場合、第2負荷トルクT2を負荷トルクとして選択する場合の一例について説明したが、これに限られない。
比較部83dは、所定のパラメータと第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とのうち値が確からしい方を負荷トルクとして選択してもよい。所定のパラメータとは、アクチュエータ1dの温度である。アクチュエータ1dの温度とは、一例として、入力軸エンコーダ4の温度である。アクチュエータ1dの温度は、アクチュエータ1dを構成する各部分のいずれの温度であってもよいし、それらの部分の温度の平均値などであってもよい。比較部83dは、例えば、入力軸エンコーダ4の温度が所定の温度以下である場合、第1負荷トルクT1を負荷トルクとして選択し、入力軸エンコーダ4の温度が所定の温度より高い場合、第2負荷トルクT2を負荷トルクとして選択する。比較部83dは、入力軸エンコーダ4と、出力軸エンコーダ5とのうちいずれか1以上から供給されるエンコーダ温度情報D1に基づいて、入力軸エンコーダ4の温度、または出力軸エンコーダ5の温度を判定する。ここで比較部83dは、入力軸エンコーダ4の温度と、出力軸エンコーダ5の温度との両方が特定の温度であるか否かを判定してもよいし、入力軸エンコーダ4の温度と、出力軸エンコーダ5の温度とのうちいずれか一方が特定の温度であるか否かを判定してもよい。
In this embodiment, an example has been described in which the
The
所定のパラメータは、アクチュエータ1dの稼働時間、モータ2の回転速度などであってもよい。
The specified parameters may be the operating time of the actuator 1d, the rotation speed of the
また、比較部83dは、第1負荷トルクT1、第2負荷トルクT2それぞれに所定の重みを乗じて算出した平均値を負荷トルクとして算出してもよい。式(3)に第1負荷トルクT1、第2負荷トルクT2それぞれに所定の重みを乗じて算出した平均値としての負荷トルクを示す。
The
式(3)において、T1、T2それぞれは、ねじれ量に基づいて算出された第1負荷トルクT1、モータ駆動電流に基づいて算出された第2負荷トルクT2それぞれを示す。式(3)において、σは所定の重みを示す。 In formula (3), T1 and T2 respectively represent the first load torque T1 calculated based on the amount of twist, and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current. In formula (3), σ represents a predetermined weight.
所定の重みは、例えば、以下の式(4)に基づいて予め決められる。 The predetermined weight is determined in advance, for example, based on the following formula (4):
式(4)において、Qはアクチュエータ1dの温度、Vはモータ2の回転速度、Tは負荷トルクをそれぞれ示す。式(4)に示すように、所定の重みは、一例として、負荷トルクの値の範囲、またはアクチュエータ1dの温度、モータ2の回転速度などに基づいて決定される。なお、式(4)は、所定の重みを決定するための一例であって、式(4)の右辺からアクチュエータ1dの温度、モータ2の回転速度、負荷トルクのうちいずれかが省略されてもよい。また、所定の重みは、アクチュエータ1dの温度、モータ2の回転速度、負荷トルク以外のパラメータに基づいて決定されてもよい。
In equation (4), Q represents the temperature of actuator 1d, V represents the rotational speed of
なお、演算部8dは、アクチュエータ1dの故障を報知する報知部を備えてもよい。報知部は、負荷トルクの値がシミュレーションによって予め算出された値と、算出した負荷トルクの値との差が閾値以上である場合、アクチュエータ1dの故障を報知する。当該シミュレーションでは、例えば、アクチュエータ1dの稼働条件から摩擦量や質量などに基づいてアクチュエータ1dに作用している負荷トルクの値を算出される。
報知部は、例えば、LEDランプを点滅させることによって報知を行う。報知部は、警告音によって報知を行ってもよいし、信号によって報知を行ってもよい。
The
The notification unit may notify by, for example, blinking an LED lamp. The notification unit may notify by an alarm sound or a signal.
以上に説明したように、本実施形態に係るアクチュエータ1dは、モータ2と、減速機3と、第1エンコーダ(本実施形態において、入力軸エンコーダ4)と、第2エンコーダ(本実施形態において、出力軸エンコーダ5)と、モータ制御部7と、外部センサ(本実施形態において、モータ制御部7)と、演算部8dとを備える。
第1エンコーダ(本実施形態において、入力軸エンコーダ4)は、入力軸の回転角度を検出する。
第2エンコーダ(本実施形態において、出力軸エンコーダ5)は、出力軸の回転角度を検出する。
演算部8dは、第1エンコーダ(本実施形態において、入力軸エンコーダ4)によって検出された入力軸31の回転角度(本実施形態において、入力軸回転角度θ1)と第2エンコーダ(本実施形態において、出力軸エンコーダ5)によって検出された出力軸32の回転角度(本実施形態において、出力軸回転角度θ2)とに基づいて減速機3の回転方向のねじれ角α1を算出し、算出したねじれ角α1に基づいて入力軸31と出力軸32との間にかかる減速機3の回転方向の負荷トルクを第1の負荷トルク(本実施形態において、第1負荷トルクT1)として算出する(本実施形態において、第1負荷トルク算出部81)。
外部センサ(本実施形態において、モータ制御部7)は、アクチュエータ1dの状態を計測する。
演算部8dは、外部センサ(本実施形態において、モータ制御部7)による計測結果(本実施形態において、モータ駆動電流の値)に基づいて第2の負荷トルク(本実施形態において、第2負荷トルクT2)を算出し(本実施形態において、第2負荷トルク算出部82)、第1の負荷トルク(本実施形態において、第1負荷トルクT1)と第2の負荷トルク(本実施形態において、第2負荷トルクT2)とに基づいて負荷トルクを算出する(本実施形態において、比較部83d)。
As described above, the actuator 1d according to this embodiment includes the
The first encoder (
The second encoder (in this embodiment, the output shaft encoder 5) detects the rotation angle of the output shaft.
The
An external sensor (in this embodiment, the motor control unit 7) measures the state of the actuator 1d.
The
この構成により、本実施形態に係るアクチュエータ1dは、第1の負荷トルクと第2の負荷トルクとに基づいて負荷トルクを算出することができるため、算出される負荷トルクの精度を向上させることができる。ここで負荷トルクの精度を向上させるとは、第1の負荷トルクをそのまま負荷トルクとして算出する場合に比べて、負荷トルクの精度を向上させることをいう。 With this configuration, the actuator 1d according to this embodiment can calculate the load torque based on the first load torque and the second load torque, and therefore the accuracy of the calculated load torque can be improved. Here, improving the accuracy of the load torque means improving the accuracy of the load torque compared to the case where the first load torque is calculated as the load torque as is.
(第3の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第3の実施形態について詳しく説明する。
上記第2の実施形態では、アクチュエータが、ねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1と、モータ駆動電流に基づいて算出される第2負荷トルクT2とのうち、より確からしいと判定される方を負荷トルクとして出力する場合について説明をした。本実施形態では、アクチュエータが、ねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1のヒステリシスによる誤差を補正する場合について説明をする。
本実施形態に係るアクチュエータをアクチュエータ1eという。なお、上述した第2の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、同一の構成及び動作についてはその説明を省略する場合がある。
Third Embodiment
The third embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
In the above second embodiment, the actuator outputs, as the load torque, one of the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current, whichever is determined to be more likely. In the present embodiment, the actuator corrects an error due to hysteresis in the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion.
The actuator according to this embodiment is referred to as actuator 1e. Note that the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions of the same components and operations may be omitted.
図14は、本実施形態に係る演算部8eの機能構成の一例を示す図である。演算部8e(図14)の構成と、演算部8d(図12)の構成とを比較すると、演算部8eは、補正部84eを備える点が異なる。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the functional configuration of the
補正部84eは、第1負荷トルク算出部81が算出した第1負荷トルクT1の値を補正値情報H1及び第1トルク情報F1に基づいて補正する。補正値情報H1は、第1負荷トルクT1の補正値を示す。補正値情報H1は、記憶部9に記憶される。
The
比較部83dは、補正部84eによって補正値情報H1及び第1トルク情報F1に基づいて補正された第1負荷トルクT1と、第2トルク情報F2に基づく第2負荷トルクT2とに基づいて負荷トルクを算出する。本実施形態では、比較部83dは、低トルク領域以外では補正部84eによって補正値情報H1及び第1トルク情報F1に基づいて補正された第1負荷トルクT1を負荷トルクとして選択し、低トルク領域では第2トルク情報F2に基づく第2負荷トルクT2を負荷トルクとして選択する。
The
ここで図15及び図16を参照し、ヒステリシスによる第1負荷トルクT1の誤差について説明する。図15は、本実施形態に係るねじれ量と負荷トルクとの関係の一例を示す図である。図15では、「実測値」のグラフと、「近似式」のグラフとの2つのグラフが示されている。 Now, referring to Figures 15 and 16, the error in the first load torque T1 due to hysteresis will be described. Figure 15 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the load torque according to this embodiment. Two graphs are shown in Figure 15: a graph of "actual measured values" and a graph of "approximation formula".
「実測値」のグラフは、ねじれ量に対する負荷トルクが測定された実測値を示すグラフである。当該「実測値」のグラフは、ねじれ量が減る方向へ減圧、及び加圧された後、ねじれ量が増える方向へ減圧、及び加圧された場合の、ねじれ量に対する負荷トルクの実測値を示す。当該「実測値」のグラフが示すように、ねじれ量に対する負荷トルクは、ねじれ量が減る方向と増える方向との間にヒステリシスが存在することを示している。
一方、「近似式」のグラフは、ばね定数K1を3次多項式によって近似した場合のねじれ量に対する負荷トルクの値を示すグラフである。
The "Actual Values" graph shows the actual load torque versus torsion amount. The "Actual Values" graph shows the actual load torque versus torsion amount when the pressure is reduced and increased in a direction that reduces the torsion amount, and then reduced and increased in a direction that increases the torsion amount. As the "Actual Values" graph shows, the load torque versus torsion amount shows that hysteresis exists between the direction in which the torsion amount decreases and the direction in which the torsion amount increases.
On the other hand, the "approximation formula" graph is a graph showing the value of the load torque versus the amount of torsion when the spring constant K1 is approximated by a third-order polynomial.
図16は、本実施形態に係る負荷トルクの近似式の実測値に対する誤差の一例を示す図である。図16に示すグラフは、図15に示した「近似式」のグラフの「実測値」のグラフに対する誤差(差分)を負荷トルクの値毎に示すグラフ(以下の説明において誤差補正グラフという場合がある)である。 FIG. 16 is a diagram showing an example of the error of the approximate equation for the load torque in this embodiment with respect to the actual measured value. The graph shown in FIG. 16 is a graph (sometimes referred to as an error correction graph in the following explanation) that shows the error (difference) of the graph of the "approximate equation" shown in FIG. 15 with respect to the graph of the "actual measured value" for each value of the load torque.
本実施形態に係るアクチュエータ1eでは、図16に示すような誤差が補正値情報H1として予め記憶部に記憶される。その場合、補正値情報H1は、一例として、加圧中と減圧中それぞれの負荷トルクの値毎に負荷トルクの補正値が格納される行と列からなる2次元の表形式のデータである。なお、補正値情報H1は、負荷トルクの値と補正値との関係を示す曲線を近似する近似式を示す情報であってもよい。 In the actuator 1e according to this embodiment, the error as shown in FIG. 16 is stored in advance in the storage unit as correction value information H1. In this case, the correction value information H1 is, as an example, two-dimensional tabular data consisting of rows and columns in which the load torque correction value is stored for each load torque value during pressurization and depressurization. The correction value information H1 may be information indicating an approximation formula that approximates a curve showing the relationship between the load torque value and the correction value.
次に図17を参照し、アクチュエータ1eが負荷トルクを算出する処理であるトルク算出処理について説明する。図17は、本実施形態に係るトルク算出処理の一例を示す図である。トルク算出処理は、演算部8eによって実行される。トルク算出処理は、アクチュエータ1eが駆動している時期において繰り返し実行される。
なお、ステップS210、及びステップS230の各処理は、図13におけるステップS110、及びステップS120の各処理と同様であるため、説明を省略する。
Next, a torque calculation process in which the actuator 1e calculates the load torque will be described with reference to Fig. 17. Fig. 17 is a diagram showing an example of the torque calculation process according to this embodiment. The torque calculation process is executed by the
The processes in steps S210 and S230 are similar to those in steps S110 and S120 in FIG. 13, and therefore will not be described.
ステップS220:補正部84eは、第1負荷トルク算出部81が算出した第1負荷トルクT1の値を補正値情報H1及び第1トルク情報F1に基づいて補正する。ここで補正部84eは、第1負荷トルク算出部81から供給される第1トルク情報F1を取得する。補正部84eは、記憶部9から補正値情報H1を読み出す。補正部84eは、第1トルク情報F1が示す第1負荷トルクT1の値を、補正値情報H1が示す補正値によって補正する。補正部84eは、値を補正した第1負荷トルクT1を比較部83dに供給する。
Step S220: The
ステップS240以降の各処理(ステップS240からステップS270)は、第1負荷トルクT1の値として、補正部84eによって補正された第1負荷トルクT1の値が用いられる点以外は、図13におけるステップS130以降の各処理(ステップS130からステップS160)と同様であるため、説明を省略する。
以上で、演算部8eは、トルク算出処理を終了する。
The processes after step S240 (steps S240 to S270) are similar to the processes after step S130 in FIG. 13 (steps S130 to S160) except that the value of the first load torque T1 corrected by the
With this, the
ここで図18から図33を参照し、補正部84eが第1負荷トルクT1の値を補正値情報H1に基づいて補正する処理である補正処理(ステップS220)の詳細について、変形例とともに説明する。
図18は、本実施形態に係る補正処理の一例を説明するための図である。図18に示す誤差補正グラフは、図16に示した誤差補正グラフと同様である。補正部84eは、現在の第1負荷トルクT1の値(図18においてトルク値Tnとして示される)と、直前に算出された第1負荷トルクT1の値とを比較し、加圧中と減圧中とのうちいずれであるかを判定する。現在の第1負荷トルクの値であるトルク値Tnとは、現在のトルク算出処理のステップS210において第1負荷トルク算出部81によって算出された第1負荷トルクT1である。直前に算出された第1負荷トルクT1とは、前回のトルク算出処理のステップS210において第1負荷トルク算出部81によって算出された第1負荷トルクT1である。
なお、補正部84eは、加圧中と減圧中とのうちいずれであるかを判定するために、第1負荷トルクT1の代わりにねじれ量(ねじれ角α1)を、現在と直前とにおいて比較してもよい。
18 to 33, the correction process (step S220) in which the
FIG. 18 is a diagram for explaining an example of the correction process according to the present embodiment. The error correction graph shown in FIG. 18 is the same as the error correction graph shown in FIG. 16. The
In addition, the
補正部84eは、加圧中であると判定する場合、第1負荷トルクT1の値から補正値h1だけ減算することによって第1負荷トルクT1の値を補正する。補正部84eは、減圧中であると判定する場合、第1負荷トルクT1の値から補正値h2だけ加算することによって第1負荷トルクT1の値を補正する。
When the
つまり、補正部84eは、ばね定数K1の近似式と実測値との差分値と、負荷トルクの値との関係に基づいて、加圧中と減圧中とのうちいずれであるか、及び第1負荷トルクT1の値に応じて、第1負荷トルクT1を補正するための補正値を算出する。補正部84eは、算出した補正値に基づいて第1負荷トルクT1を補正する。
In other words, the
ここで図18(または図16)に示す誤差補正グラフによれば、負荷トルクの値0からトルク値Tnまで加圧する場合、補正部84eは補正値情報H1から補正値h1を読み出す。負荷トルクの値をトルク値Tnまで加圧した直後に、減圧に切り替わった瞬間、補正部84eは補正値情報H1から補正値h2を読み出す。したがって、加圧から減圧に切り替わる時期において、検出される負荷トルクの値は、トルク値Tnから補正値h1だけ減算した値から、トルク値Tnに補正値h2だけ加算した値へと急激に変化する。そのため、補正処理の結果、補正後の第1負荷トルクT1の値の変化は不連続となってしまう。
According to the error correction graph shown in FIG. 18 (or FIG. 16), when the load torque is increased from a value of 0 to a torque value Tn, the
補正後の第1負荷トルクT1の値の変化を連続にするため、補正部84eは、加圧中と減圧中とにおいて、特定の傾きをもつ直線に基づいて第1負荷トルクT1の値に応じた補正値を算出してもよい。図19は、本実施形態に係る補正処理の一例を説明するため図である。図19に示す線分L1、及び線分L2は、加圧中の補正処理に用いられる特定の傾きをもつ直線の一部をなす線分の一例である。線分L4は、減圧中の補正処理に用いられる特定の傾きをもつ直線の一部をなす線分の一例である。図19に示す例では、特定の傾きをもつ直線の傾きは、加圧中と減圧中とで共通である。
In order to make the change in the value of the first load torque T1 after correction continuous, the
加圧中であって現在の第1負荷トルクT1の値がトルク値Tn1である場合、補正部84eは、トルク値Tn1に対する線分L1上の誤差の値である補正値h11を補正値として用いる。同様に、加圧中であって現在の第1負荷トルクT1の値がトルク値Tn1よりも大きいトルク値Tn2である場合、補正部84eは、トルク値Tn2に対する線分L2上の誤差の値である補正値h12を補正値として用いる。
When pressure is being applied and the current value of the first load torque T1 is torque value Tn1, the
加圧中であって現在の第1負荷トルクT1の値がトルク値Tn1とトルク値Tn2との間の値である場合、補正部84eは、当該間の値に対する線分L2上の誤差の値を補正値として用いる。減圧中であっても同様である。つまり、加圧中と減圧中との両方の場合において、現在の第1負荷トルクT1の値がトルク値Tn1とトルク値Tn2との間の値である場合、現在の第1負荷トルクT1の値に対する補正値は、当該第1負荷トルクT1の値と、当該第1負荷トルクT1の値に対する補正値との組が第1負荷トルクT1の値の変化に応じて所定の傾きをもつ直線上を移動するように算出される。
When pressure is being applied and the current value of the first load torque T1 is between the torque values Tn1 and Tn2, the
ここで所定の傾きをもつ直線が、誤差補正グラフと交差する点においては、現在の第1負荷トルクT1の値に対する補正値は当該誤差補正グラフに基づいて算出される。図19に示す曲線L3は、当該誤差補正グラフのうち、所定の傾きをもつ直線と当該誤差補正グラフとの交点Q1から、所定の傾きをもつ直線と当該誤差補正グラフとの交点Q2までの部分である。 Here, at the point where the straight line with a predetermined slope intersects with the error correction graph, a correction value for the current value of the first load torque T1 is calculated based on the error correction graph. Curve L3 shown in FIG. 19 is the portion of the error correction graph from intersection Q1 of the straight line with a predetermined slope and the error correction graph to intersection Q2 of the straight line with a predetermined slope and the error correction graph.
現在の第1負荷トルクT1の値がトルク値Tn2とトルク値Tn3との間の値である場合、現在の第1負荷トルクT1の値に対する補正値は、当該第1負荷トルクT1の値と、当該第1負荷トルクT1の値に対する補正値との組が第1負荷トルクT1の値の変化に応じて曲線L3上を移動するように算出される。 If the current value of the first load torque T1 is between torque value Tn2 and torque value Tn3, the correction value for the current value of the first load torque T1 is calculated so that the pair of the value of the first load torque T1 and the correction value for the value of the first load torque T1 moves on curve L3 in response to changes in the value of the first load torque T1.
加圧中であって現在の第1負荷トルクT1の値がトルク値Tn3である場合、補正部84eは、トルク値Tn3に対する曲線L3上の誤差の値である補正値h13を補正値として用いる。
減圧中であって現在の第1負荷トルクT1の値がトルク値Tn4である場合、補正部84eは、トルク値Tn4に対する線分L4上の誤差の値である補正値h14を補正値として用いる。
When pressure is being applied and the current value of the first load torque T1 is the torque value Tn3, the
When pressure is being reduced and the current value of the first load torque T1 is the torque value Tn4, the
なお図19に示す例では、特定の傾きをもつ直線の傾きは、加圧中と減圧中とで共通である場合の一例について説明したが、これに限られない。特定の傾きをもつ直線の傾きは、加圧中と減圧中とで異なっていてもよい。
また、トルクの値の範囲に応じて、特定の傾きをもつ直線の傾きが変更されてもよい。その場合、例えば、低トルク領域では、当該傾きを大きくし、高トルク領域では、当該傾きを小さくする。
また、特定の傾きをもつ直線の代わりに、曲線が用いられてもよい。
In the example shown in Fig. 19, the slope of the straight line having a specific slope is the same during pressurization and depressurization, but the present invention is not limited to this. The slope of the straight line having a specific slope may be different during pressurization and depressurization.
Also, the slope of a straight line having a specific slope may be changed according to the range of torque values, for example, by making the slope steeper in a low torque region and shallower in a high torque region.
Also, instead of a straight line with a particular slope, a curved line may be used.
なお、本実施形態では、誤差補正グラフを示す負荷トルクの値と補正値との組が格納されたテーブル、または誤差補正グラフを示す近似式が補正値情報H1として記憶部9に記憶される場合の一例について説明したが、これに限られない。以下では、ヒステリシスに基づく2通りのばね定数が記憶部9に記憶される場合について説明する。その場合、演算部8eの構成(図14)から補正部84eは省略されてよい。
In the present embodiment, an example has been described in which a table storing pairs of load torque values and correction values showing an error correction graph, or an approximation equation showing an error correction graph, is stored in the
例えば、加圧時と減圧時とのそれぞれに対する2通りのばね定数が記憶部9に記憶される。図20は、本実施形態に係る加圧時と減圧時とのそれぞれに対する2通りのばね定数に対するねじれ量と負荷トルクとの関係の一例を示す図である。図20において、矢印P1は、ねじれ量(ねじれ角α1)が負の値である場合から減圧し、加圧となるまでねじれ量を増加させる方向を示す。一方、矢印P2は、ねじれ量(ねじれ角α1)が正の値である場合から減圧し、加圧となるまでねじれ量を減少させる方向を示す。
本実施形態におけるばね定数は、上述した各実施形態と同様に3次多項式の係数の組である。つまり、加圧時と減圧時とのそれぞれに対する3次多項式の係数の組が記憶部9に記憶される。
For example, two spring constants for pressurization and depressurization are stored in the
The spring constant in this embodiment is a set of coefficients of a third-order polynomial, as in the above-described embodiments. That is, sets of coefficients of a third-order polynomial for pressurization and depressurization are stored in the
第1負荷トルク算出部81は、加圧中と減圧中とのいずれであるかを判定する。第1負荷トルク算出部81は、例えば、入力軸エンコーダ4から供給される回転角度情報B1に基づいて、ねじれ角α1を前回のトルク算出処理と今回のトルク算出処理とにおいて比較し、ねじれ角α1の変化量から加圧中と減圧中とのいずれであるかを判定する。
The first load
第1負荷トルク算出部81は、判定結果に応じて記憶部9から加圧時に対するばね定数と、減圧時に対するばね定数とのいずれかを読み出す。第1負荷トルク算出部81は、読み出したばね定数に基づいて、ねじれ角α1から第1負荷トルクT1を算出する。
The first load
ここで加圧時と減圧時とのそれぞれに対する2通りのばね定数を用いる場合、加圧から減圧に切り替わる時期において、2通りのばね定数の差のために算出される第1負荷トルクT1の値がねじれ量の変化に対して不連続となってしまう。
そこで以下では、ねじれ角(もしくは負荷トルク)に基づいてばね定数(3次多項式の係数)がアクチュエータ1の運転中に即時に生成される場合について説明する。
If two spring constants are used, one for pressurization and one for depressurization, at the time of switching from pressurization to depressurization, the value of the first load torque T1 calculated due to the difference between the two spring constants becomes discontinuous with respect to the change in the amount of torsion.
Therefore, in the following, a case will be described in which the spring constant (coefficient of a cubic polynomial) is generated in real time based on the torsion angle (or load torque) while the actuator 1 is in operation.
図21は、本実施形態に係るねじれ量に対する負荷トルクの実測値の一例を示す図である。図21では、負荷トルクの測定値の上限よりも低い負荷トルクの値から減圧していった場合の負荷トルクを測定することによって、ばね定数が測定されている。負荷トルクの測定値の上限をピークトルクという場合がある。図21では、ピークトルクがそれぞれ±XNm、±YNm、±ZNm、±WNmである場合の実測値を示す。ここで文字「X」、「Y」、「Z」、及び「W」はそれぞれ、所定の数値を示す。文字「X」が示す数値、文字「Y」が示す数値、文字「Z」が示す数値、及び文字「W」が示す数値は、この順に大きい。ピークトルク毎に、加圧時と減圧時との間のヒステリシスの生じ方が変化している。 FIG. 21 is a diagram showing an example of the measured load torque value with respect to the amount of twist according to this embodiment. In FIG. 21, the spring constant is measured by measuring the load torque when the load torque is reduced from a load torque value lower than the upper limit of the measured load torque. The upper limit of the measured load torque is sometimes called the peak torque. FIG. 21 shows the measured peak torque values of ±XNm, ±YNm, ±ZNm, and ±WNm. Here, the letters "X", "Y", "Z", and "W" each represent a predetermined numerical value. The numerical value indicated by the letter "X", the numerical value indicated by the letter "Y", the numerical value indicated by the letter "Z", and the numerical value indicated by the letter "W" are larger in that order. The way in which hysteresis occurs between pressurization and depressurization changes for each peak torque.
また、いずれのピークトルクの場合であっても、負荷トルクの実測値とねじれ量との組を示す点は、減圧時には、加圧時の曲線と減圧時の曲線とのうち減圧時の曲線上に乗っている。つまり、当該点は、減圧時には加圧時の曲線から不連続に減圧時の曲線に移っていない。 Furthermore, in the case of any peak torque, the point indicating the pair of the measured load torque value and the amount of torsion is on the curve during decompression, out of the curve during pressurization and the curve during decompression. In other words, the point does not move discontinuously from the curve during pressurization to the curve during decompression.
補正部84eは、図21に示した各ピークトルクについて、加圧時において、ばね定数に対応する3次多項式の係数を生成する。減圧時においては、最後に生成された係数が当該3次多項式の係数として用いられる。図22に、補正部84eによって生成された係数に基づく3次多項式を用いてねじれ量から算出された第1負荷トルクT1の値を示す。
The
以下では、ばね定数に対応する3次多項式の係数を生成する方法の詳細について説明する。
ピークトルク毎に3次多項式の係数とピークトルクとの関係を近似式で表す。ここでピークトルクと、ねじれ量の最大値である最大ねじれ量とは対応する。3次多項式の係数とピークトルクとの関係を表す近似式に基づいて、ピークトルク(ピークねじれ量)から3次多項式の係数を算出する。実際に発生したトルク(ねじれ量)から、現在のヒステリシスを加味した3次多項式の係数が生成される。つまり、現在のヒステリシスを加味したばね定数が生成される。
The method for generating the coefficients of the third order polynomial corresponding to the spring constant is described in detail below.
The relationship between the coefficients of the cubic polynomial and the peak torque is expressed by an approximation equation for each peak torque. Here, the peak torque corresponds to the maximum torsion amount, which is the maximum value of the torsion amount. Based on the approximation equation that expresses the relationship between the coefficients of the cubic polynomial and the peak torque, the coefficients of the cubic polynomial are calculated from the peak torque (peak torsion amount). The coefficients of the cubic polynomial that take into account the current hysteresis are generated from the actually generated torque (torsion amount). In other words, a spring constant that takes into account the current hysteresis is generated.
図23から図31を参照し、3次多項式の3次から0次までの各次数の係数毎に、当該係数とねじれ量との関係ついて説明する。
図23は、本実施形態に係るねじれ量と3次多項式の3次の係数との関係の一例を示す図である。3次の係数はねじれ量が正の場合と負の場合とでほぼ等しくなった。そのため、図24に示すように、ねじれ量の正負を考慮せずにまとめて線形近似を行った。アクチュエータの個体によってはねじれ量が正の場合と負の場合とで3次の係数が等しくならない場合もあり得る。その場合には、ねじれ量が正の場合と負の場合と異なる近似式によって近似してもよい。また、ねじれ量の正負の範囲で3次の係数が等しくならない場合には、線形関数以外の関数によって近似を行ってもよい。
23 to 31, the relationship between the coefficients and the amount of twist for each of the coefficients of the third degree to the zeroth degree of the third degree polynomial will be described.
FIG. 23 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the third-order coefficient of a third-order polynomial according to this embodiment. The third-order coefficient is almost equal when the amount of twist is positive and when it is negative. Therefore, as shown in FIG. 24, linear approximation was performed collectively without considering the positive and negative amounts of twist. Depending on the individual actuator, the third-order coefficient may not be equal when the amount of twist is positive and when it is negative. In that case, approximation may be performed using different approximation expressions when the amount of twist is positive and when it is negative. Furthermore, when the third-order coefficient is not equal within the range of positive and negative amounts of twist, approximation may be performed using a function other than a linear function.
図25は、本実施形態に係るねじれ量と3次多項式の2次の係数との関係の一例を示す図である。2次の係数はねじれ量の正の場合と負の場合とで絶対値がほぼ等しく、符号が逆になった。そのため、図26に示すように、ねじれ量と2次の係数の正負を考慮せずにまとめて累乗関数によって近似を行った。アクチュエータの個体によってはねじれ量が正の場合と負の場合とで2次の係数の絶対値が等しくならない場合もあり得る。その場合には、ねじれ量が正の場合と負の場合と異なる近似式によって近似してもよい。また、ねじれ量が正の場合と負の場合とで2次の係数の絶対値が等しくならない場合には、累乗関数以外の関数によって近似を行ってもよい。
係数の生成の処理においては、近似式にねじれ量の絶対値を代入し、代入の結果得られる値の符号をねじれ量の符号と逆に設定する。
FIG. 25 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the quadratic coefficient of a cubic polynomial according to this embodiment. The absolute values of the quadratic coefficients are almost equal when the amount of twist is positive and when it is negative, and the signs are reversed. Therefore, as shown in FIG. 26, the amount of twist and the quadratic coefficient are approximated by a power function without considering whether they are positive or negative. Depending on the individual actuator, the absolute values of the quadratic coefficients may not be equal when the amount of twist is positive and when it is negative. In that case, approximation may be performed by different approximation expressions when the amount of twist is positive and when it is negative. In addition, when the absolute values of the quadratic coefficients are not equal when the amount of twist is positive and when it is negative, approximation may be performed by a function other than a power function.
In the process of generating the coefficients, the absolute value of the amount of twist is substituted into the approximation formula, and the sign of the value obtained as a result of the substitution is set to the opposite sign of the amount of twist.
図27は、本実施形態に係るねじれ量と3次多項式の1次の係数との関係の一例を示す図である。1次の係数はねじれ量が正の場合と負の場合とでほぼ等しくなった。そのため、図28に示すように、ねじれ量の正負を考慮せずにまとめて累乗関数によって近似を行った。アクチュエータの個体によってはねじれ量が正の場合と負の場合とで1次の係数が等しくならない場合もあり得る。その場合には、ねじれ量が正の場合と負の場合と異なる近似式によって近似してもよい。また、ねじれ量の正負の範囲で1次の係数が等しくならない場合には、累乗関数以外の関数によって近似を行ってもよい。
係数の生成の処理においては、近似式にねじれ量の絶対値を代入し、代入の結果得られる値に負の符号を設定する。
FIG. 27 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the first-order coefficient of a third-order polynomial according to this embodiment. The first-order coefficient is almost equal when the amount of twist is positive and when it is negative. Therefore, as shown in FIG. 28, approximation is performed by a power function without considering whether the amount of twist is positive or negative. Depending on the individual actuator, the first-order coefficient may not be equal when the amount of twist is positive and when it is negative. In that case, approximation may be performed by different approximation expressions when the amount of twist is positive and when it is negative. Furthermore, when the first-order coefficient is not equal within the range of the positive and negative amounts of twist, approximation may be performed by a function other than a power function.
In the process of generating the coefficients, the absolute value of the amount of twist is substituted into the approximation formula, and a negative sign is set to the value obtained as a result of the substitution.
図29は、本実施形態に係るねじれ量と3次多項式の0次の係数との関係の一例を示す図である。0次の係数については、図30及び図31に示すように、ねじれ量が正の場合と負の場合とのそれぞれについて2次多項式によって近似を行った。 FIG. 29 is a diagram showing an example of the relationship between the amount of twist and the zeroth-order coefficient of a third-order polynomial according to this embodiment. As shown in FIGS. 30 and 31, the zeroth-order coefficient was approximated by a second-order polynomial for both the positive and negative amounts of twist.
上述した3次多項式の3次から0次までの各次数の係数毎の近似式は、補正値情報H1として記憶部9に記憶される。補正部84eは、記憶部9から補正値情報H1を読み出し、3次多項式の次数毎の近似式に基づいて、ねじれ角α1から現在のばね定数K1として3次多項式の各次数の係数を算出する。
The approximation equations for the coefficients of each degree from 3rd to 0th order of the above-mentioned cubic polynomial are stored in the
図32は、本実施形態に係る近似式によって3次多項式の係数を算出して再現したばね定数の一例を示す図である。図32では、各ピークトルクについて、ばね定数に対応する係数をもつ3次多項式を示すグラフが示されている。 FIG. 32 shows an example of a spring constant reproduced by calculating the coefficients of a third-order polynomial using the approximation formula according to this embodiment. In FIG. 32, a graph showing a third-order polynomial having coefficients corresponding to the spring constant for each peak torque is shown.
図33は、図32に示すグラフの第4象限を拡大した模式図である。直線M1は、ねじれ量が負である時期において生成されたばね定数に対応する。直線M2は、直線M1が生成されたトルク算出処理の次のトルク算出処理において生成されたばね定数に対応する。直線M3は、直線M2が生成されたトルク算出処理の次のトルク算出処理において生成されたばね定数に対応する。直線M3は、加圧時のトルク算出処理において最後に生成されたばね定数に対応する。減圧時には、加圧時に最後に生成されたばね定数が用いられる。 FIG. 33 is a schematic diagram showing an enlarged fourth quadrant of the graph shown in FIG. 32. Line M1 corresponds to the spring constant generated when the amount of torsion is negative. Line M2 corresponds to the spring constant generated in the torque calculation process following the torque calculation process in which line M1 was generated. Line M3 corresponds to the spring constant generated in the torque calculation process following the torque calculation process in which line M2 was generated. Line M3 corresponds to the spring constant generated last in the torque calculation process during pressurization. During depressurization, the spring constant generated last during pressurization is used.
(第4の実施形態)
以下、図面を参照しながら本発明の第4の実施形態について詳しく説明する。
上記第1の実施形態では、アクチュエータが、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化に基づいてばね定数K1を修正する場合について説明をした。上記第2の実施形態では、アクチュエータが、ねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1と、モータ駆動電流に基づいて算出される第2負荷トルクT2とのうち、より確からしいと判定される方を負荷トルクとして出力する場合について説明をした。本実施形態では、アクチュエータが、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化に基づいてばね定数K1を修正し、かつねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1と、モータ駆動電流に基づいて算出される第2負荷トルクT2とのうち、より確からしいと判定される方を負荷トルクとして出力する場合について説明をする。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.
In the above first embodiment, a case has been described in which the actuator corrects the spring constant K1 based on a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3. In the above second embodiment, a case has been described in which the actuator outputs, as the load torque, one of the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current, whichever is determined to be more likely. In the present embodiment, a case will be described in which the actuator corrects the spring constant K1 based on a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the reducer 3, and outputs, as the load torque, one of the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion and the second load torque T2 calculated based on the motor drive current, whichever is determined to be more likely.
本実施形態に係るアクチュエータをアクチュエータ1fという。アクチュエータ1fの構成と、アクチュエータ1の構成とは、演算部の構成が異なる。アクチュエータ1fは、演算部として演算部8fを備える。なお、上述した第1の実施形態及び第2の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して、同一の構成及び動作についてはその説明を省略する場合がある。
The actuator according to this embodiment is referred to as actuator 1f. The configuration of actuator 1f differs from that of actuator 1 in the configuration of the calculation unit. Actuator 1f includes
図34は、本実施形態に係る演算部8fの機能構成の一例を示す図である。演算部8f(図34)の構成と、演算部8(図5)の構成とを比較すると、比較部83fが異なる。
比較部83fは、比較部83(図5)の機能と、比較部83d(図12)の機能との両方を備える。つまり、比較部83fは、第2トルク情報F2と第1トルク情報F1とに基づいて、第2負荷トルク算出部82が算出した第2負荷トルクT2と、第1負荷トルク算出部81が算出した第1負荷トルクT1とを比較することによって、減速機3の回転方向のねじれ剛性の変化を算出する。また、比較部83fは、第1トルク情報F1と第2トルク情報F2とに基づいて、第1負荷トルクT1と第2負荷トルクT2とから負荷トルクを算出する。
Fig. 34 is a diagram showing an example of the functional configuration of a
The
次に図35を参照し、アクチュエータ1fがばね定数K1の値を修正し、かつ負荷トルクを算出する処理である自己校正及びトルク算出処理について説明する。図35は、本実施形態に係る自己校正及びトルク算出処理の一例を示す図である。
なお、ステップS310からステップS360までの各処理は、図9におけるステップS10からステップS60までの各処理と同様であり、ステップS370からステップS3100までの各処理は、図13におけるステップS130からステップS160までの各処理と同様であるため、説明を省略する。
Next, a self-calibration and torque calculation process in which the actuator 1f corrects the value of the spring constant K1 and calculates the load torque will be described with reference to Fig. 35. Fig. 35 is a diagram showing an example of the self-calibration and torque calculation process according to this embodiment.
Note that the processes from step S310 to step S360 are similar to the processes from step S10 to step S60 in FIG. 9, and the processes from step S370 to step S3100 are similar to the processes from step S130 to step S160 in FIG. 13, so their explanations are omitted.
なお、本実施形態に第3の実施形態がさらに組み合わされてもよい。つまり、アクチュエータ1fは、さらにねじれ量に基づいて算出される第1負荷トルクT1のヒステリシスによる誤差を補正してもよい。その場合、演算部8f(図34)は、補正部84e(図14)をさらに備える。
It should be noted that this embodiment may be further combined with the third embodiment. In other words, the actuator 1f may further correct an error due to hysteresis in the first load torque T1 calculated based on the amount of torsion. In this case, the
なお、上述した実施形態では、第2負荷トルクT2がモータ駆動電流に基づいて算出される場合の一例について説明した。ここでモータ制御部7は、負荷トルクを算出するための物理量を測定するための外部センサの一例である。外部センサは、モータ制御部7に限られない。第2負荷トルクT2は、モータ制御部7以外の外部センサによる所定の物理量の測定値に基づいて算出されてもよい。 In the above embodiment, an example of a case where the second load torque T2 is calculated based on the motor drive current has been described. Here, the motor control unit 7 is an example of an external sensor for measuring a physical quantity for calculating the load torque. The external sensor is not limited to the motor control unit 7. The second load torque T2 may be calculated based on a measurement value of a predetermined physical quantity by an external sensor other than the motor control unit 7.
なお、上述した実施形態に係るアクチュエータ(アクチュエータ1、1a、1b、1c、1d、1e、1f)は、ロボット装置に備えられて用いられることが好適である。 The actuators according to the above-described embodiments (actuators 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, and 1f) are preferably used in a robot device.
なお、上述した実施形態におけるアクチュエータ(アクチュエータ1、1a、1b、1c、1d、1e、1f)の一部、例えば、演算部(演算部8、8a、8b、8c、8d、8e、8f)をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、アクチュエータ(アクチュエータ1、1a、1b、1c、1d、1e、1f)に内蔵されたコンピュータシステムであって、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、上述した実施形態における演算部(演算部8、8a、8b、8c、8d、8e、8f)の一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。演算部(演算部8、8a、8b、8c、8d、8e、8f)の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
In addition, a part of the actuators (actuators 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) in the above-mentioned embodiment, for example, the calculation unit (
In addition, a part or all of the arithmetic units (
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to that described above, and various design changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
1、1a、1b、1c、1d、1e、1f…アクチュエータ、2…モータ、3…減速機、4…入力軸エンコーダ、5…出力軸エンコーダ、7…モータ制御部、9…記憶部、8、8a、8b、8c、8d、8e、8f…演算部、T1…第1負荷トルク、T2…第2負荷トルク、31…入力軸、32…出力軸、θ1…入力軸回転角度、θ2…出力軸回転角度、α1…ねじれ角、K1…ばね定数、Kc…修正ばね定数 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f... actuator, 2... motor, 3... reducer, 4... input shaft encoder, 5... output shaft encoder, 7... motor control unit, 9... memory unit, 8, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f... calculation unit, T1... first load torque, T2... second load torque, 31... input shaft, 32... output shaft, θ1... input shaft rotation angle, θ2... output shaft rotation angle, α1... torsion angle, K1... spring constant, Kc... corrected spring constant
Claims (25)
前記第1回転情報及び前記第2回転情報と記憶部に記憶される第1ばね定数とに基づいて前記アクチュエータの第1負荷トルク値を算出する演算部を備える
負荷トルク算出装置。 A load torque calculation device for calculating a load torque value of an actuator including an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates by power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft,
a calculation unit that calculates a first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit.
請求項1の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 1 , wherein the calculation unit calculates a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in the storage unit.
前記第2ばね定数は前記第1ばね定数として前記記憶部に記憶される
請求項2の負荷トルク算出装置。 the calculation unit calculates a second spring constant based on the first load torque value and the second load torque value;
The load torque calculation device according to claim 2 , wherein the second spring constant is stored in the storage unit as the first spring constant.
請求項3の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the calculation unit outputs the first load torque value to an outside source.
請求項2の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 2 , wherein the calculation unit outputs the second load torque value to an outside.
請求項2の負荷トルク算出装置。 3. The load torque calculation device according to claim 2, wherein the calculation unit selects one of the first load torque value and the second load torque value, whichever is more likely, as the load torque value to be output to the outside, based on a predetermined parameter.
前記アクチュエータが繰り返し動作を行う過程において前記モータ駆動電流が安定する特定の時期、または前記アクチュエータが特定の運動をしている時期における前記モータ駆動電流に基づいて前記第2負荷トルク値を算出し、
算出した前記第2負荷トルク値と、前記第1負荷トルク値とを比較することによって前記第2ばね定数を算出する
請求項3の負荷トルク算出装置。 The calculation unit is
calculating the second load torque value based on the motor drive current at a specific time when the motor drive current is stable during a process in which the actuator performs a repetitive operation, or at a time when the actuator performs a specific motion;
The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the second spring constant is calculated by comparing the calculated second load torque value with the first load torque value.
前記アクチュエータの回転軸角度が特定の角度である時期における前記モータ駆動電流に基づいて前記第2負荷トルク値を算出し、
算出した前記第2負荷トルク値と、前記第1負荷トルク値とを比較することによって前記第2ばね定数を算出する
請求項3の負荷トルク算出装置。 The calculation unit is
calculating the second load torque value based on the motor drive current at a time when the rotation shaft angle of the actuator is at a specific angle;
The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the second spring constant is calculated by comparing the calculated second load torque value with the first load torque value.
前記アクチュエータの回転速度が特定の速度である時期における前記モータ駆動電流に基づいて前記第2負荷トルク値を算出し、
算出した前記第2負荷トルク値と、前記第1負荷トルク値とを比較することによって前記第2ばね定数を算出する
請求項3の負荷トルク算出装置。 The calculation unit is
calculating the second load torque value based on the motor drive current at a time when the rotation speed of the actuator is a specific speed;
The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the second spring constant is calculated by comparing the calculated second load torque value with the first load torque value.
一定の時間が経過した後の時期における前記モータ駆動電流に基づいて前記第2負荷トルク値を算出し、
算出した前記第2負荷トルク値と、前記第1負荷トルク値とを比較することによって前記第2ばね定数を算出する
請求項3の負荷トルク算出装置。 The calculation unit is
calculating the second load torque value based on the motor drive current at a time point after a certain time has elapsed;
The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the second spring constant is calculated by comparing the calculated second load torque value with the first load torque value.
前記アクチュエータの温度が特定の温度である時期における前記モータ駆動電流に基づいて前記第2負荷トルク値を算出し、
算出した前記第2負荷トルク値と、前記第1負荷トルク値とを比較することによって前記第2ばね定数を算出する
請求項3の負荷トルク算出装置。 The calculation unit is
calculating the second load torque value based on the motor drive current at a time when the temperature of the actuator is at a specific temperature;
The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the second spring constant is calculated by comparing the calculated second load torque value with the first load torque value.
請求項3の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the calculation unit notifies an external device that a change in the torsional rigidity in the rotational direction of the transmission has exceeded a predetermined amount when the second spring constant exceeds a predetermined amount.
請求項3の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the calculation unit stops the operation of the actuator when the second spring constant exceeds a predetermined amount.
請求項3の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the calculation unit, when the second spring constant exceeds a predetermined amount, stops the actuator after causing the actuator to perform a predetermined operation.
請求項3の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 3, wherein the calculation unit selects the first load torque value as the load torque value when the first load torque value is included in a predetermined range, and selects the second load torque value as the load torque value when the load torque value is not included in the predetermined range.
請求項3に記載の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the calculation unit multiplies the first load torque value and the second load torque value by a predetermined weight and calculates an average value as the load torque value.
請求項3の負荷トルク算出装置。 4. The load torque calculation device according to claim 3, wherein the calculation unit corrects the first load torque value based on correction value information indicating a correction value of the first load torque value, and calculates the load torque value based on the first load torque value corrected based on the correction value information and the second load torque value.
請求項17に記載の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 17 , wherein the correction value indicated by the correction value information is a correction value based on an error caused by hysteresis regarding a torsion angle in a rotational direction of the transmission.
請求項3の負荷トルク算出装置。 The load torque calculation device according to claim 3 , wherein the calculation unit notifies a failure of the actuator when a difference between the load torque value calculated in advance by a simulation and the calculated load torque value is equal to or greater than a threshold value.
前記モータを駆動するモータ駆動電流と記憶部に記憶されるトルク定数とに基づいて前記アクチュエータの第2負荷トルク値を算出する演算部を備える
負荷トルク算出装置。 A load torque calculation device for calculating a load torque value of an actuator including an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates by power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft,
a load torque calculation device comprising: a calculation unit that calculates a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in a storage unit.
前記第1エンコーダと、
前記第2エンコーダと、
を備えるエンコーダシステム。 A load torque calculation device according to any one of claims 1 to 20,
The first encoder;
The second encoder;
An encoder system comprising:
前記入力軸と、
前記モータと、
前記変速機と、
前記出力軸と、
を備えるアクチュエータ。 The encoder system of claim 21;
The input shaft;
The motor;
The transmission;
The output shaft;
An actuator comprising:
前記第1回転情報及び前記第2回転情報と記憶部に記憶される第1ばね定数とに基づいて前記アクチュエータの第1負荷トルク値を算出することと、
前記モータを駆動するモータ駆動電流と前記記憶部に記憶されるトルク定数とに基づいて前記アクチュエータの第2負荷トルク値を算出することと、
を備える
負荷トルク算出方法。 1. A load torque calculation method for calculating a load torque value of an actuator including an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates by power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft,
calculating a first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit;
calculating a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in the storage unit;
A load torque calculation method comprising:
コンピュータに、
前記第1回転情報及び前記第2回転情報と記憶部に記憶される第1ばね定数とに基づいて前記アクチュエータの第1負荷トルク値を算出することと、
前記モータを駆動するモータ駆動電流と前記記憶部に記憶されるトルク定数とに基づいて前記アクチュエータの第2負荷トルク値を算出することと、
を実行させるためのプログラム。 A program for causing a computer to calculate a load torque value of an actuator including an input shaft, a motor that rotates the input shaft, a transmission to which power of the motor is input from the input shaft, an output shaft that rotates by power output from the transmission, a first encoder that detects first rotation information of the input shaft, and a second encoder that detects second rotation information of the output shaft,
On the computer,
calculating a first load torque value of the actuator based on the first rotation information, the second rotation information, and a first spring constant stored in a storage unit;
calculating a second load torque value of the actuator based on a motor drive current that drives the motor and a torque constant stored in the storage unit;
A program for executing.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/014901 WO2024214220A1 (en) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | Load torque calculation device, encoder system, actuator, robot device, load torque calculation method, and program |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/014901 WO2024214220A1 (en) | 2023-04-12 | 2023-04-12 | Load torque calculation device, encoder system, actuator, robot device, load torque calculation method, and program |
Publications (1)
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|---|---|
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2021160048A (en) * | 2020-04-01 | 2021-10-11 | アズビル株式会社 | Teaching device |
| JP2023508452A (en) * | 2019-12-26 | 2023-03-02 | 蘇州微創暢行機器人有限公司 | Bone registration method, surgical robot and readable storage medium |
-
2023
- 2023-04-12 WO PCT/JP2023/014901 patent/WO2024214220A1/en active Pending
Patent Citations (2)
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