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公開番号2021136817
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020033156
出願日20200228
発明の名称モータ制御装置、モータ制御システム、およびモータ制御方法
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02P 5/46 20060101AFI20210816BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】一方のモータが不感帯に入ることによりバックラッシ抑制制御が効かなくなることで発生する振動を抑制し、安定的な駆動を実現可能なモータ制御装置、モータ制御システム、およびモータ制御方法を提供すること。
【解決手段】モータ制御装置は、第一のモータ、および第二のモータを用いて一つの被駆動部を駆動する駆動装置を制御するモータ制御装置であって、第一の指令値を用いて第一のモータを駆動する第一の制御部と、第一の指令値とは異なる第二の指令値を用いて第二のモータを駆動する第二の制御部と、第一の指令値が第一のモータの第一不感帯領域に含まれる場合、第一の指令値を第一不感帯領域に含まれないように補正すると共に、第二の指令値が第二のモータの第二不感帯領域に含まれる場合、第二の指令値を第二不感帯領域に含まれないように補正する補正部とを有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
第一のモータ、および第二のモータを用いて一つの被駆動部を駆動する駆動装置を制御するモータ制御装置であって、
第一の指令値を用いて前記第一のモータを駆動する第一の制御部と、
前記第一の指令値とは異なる第二の指令値を用いて前記第二のモータを駆動する第二の制御部と、
前記第一の指令値が前記第一のモータの不感帯に対応する第一不感帯領域に含まれる場合、前記第一の指令値を前記第一不感帯領域に含まれないように補正すると共に、前記第二の指令値が前記第二のモータの第二不感帯領域に含まれる場合、前記第二の指令値を前記第二不感帯領域に含まれないように補正する補正部とを有することを特徴とするモータ制御装置。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記第一不感帯領域は、第一閾値より大きく、第二閾値より小さい領域であり、
前記第二不感帯領域は、第三閾値より大きく、第四閾値より小さい領域であり、
前記補正部は、前記第一の指令値が前記第一不感帯領域に含まれる場合、前記第一の指令値を前記第一閾値、又は前記第二閾値のいずれかになるように補正すると共に、前記第二の指令値が前記第二不感帯領域に含まれる場合、前記第二の指令値を前記第三閾値、又は前記第四閾値のいずれかになるように補正することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
【請求項3】
前記第一の指令値が前記第一不感帯領域に含まれ、前記第二の指令値が前記第二不感帯領域に含まれない場合、前記第一の指令値を前記第一不感帯領域に含まれないように補正すると共に、前記第二の指令値を前記第一の指令値に対する補正量と正負逆符号の補正量を用いて補正することを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ制御装置。
【請求項4】
前記第一のモータの振動成分が第一の所定量より大きい場合、前記第一不感帯領域を変更すると共に、前記第二のモータの振動成分が前記第一の所定量より大きい場合、前記第二不感帯領域を変更する変更部を更に有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項5】
前記被駆動部の振動量が第二の所定量より小さくなる前記被駆動部の動作軌道が生成されるように前記被駆動部の加速度を設定する設定部を更に有することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項6】
第一のモータ、および第二のモータを用いて一つの被駆動部を駆動する駆動装置と、
請求項1乃至5の何れか一項に記載のモータ制御装置とを有することを特徴とするモータ制御システム。
【請求項7】
第一のモータ、および第二のモータを用いて一つの被駆動部を駆動する駆動装置を制御するモータ制御方法であって、
第一の指令値が前記第一のモータの不感帯に対応する第一不感帯領域に含まれる場合、前記第一の指令値を前記第一不感帯領域に含まれないように補正するステップと、
第二の指令値が前記第二のモータの第二不感帯領域に含まれる場合、前記第二の指令値を前記第二不感帯領域に含まれないように補正するステップと、
第一の指令値を用いて前記第一のモータを駆動するステップと、
前記第一の指令値とは異なる第二の指令値を用いて前記第二のモータを駆動するステップとを有することを特徴とするモータ制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ制御装置、モータ制御システム、およびモータ制御方法に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
産業用ロボットや工作機械には精密位置決めが求められており、ノンバックラッシやバックラッシの少ない減速機として、波動歯車減速機やサイクロ減速機等が用いられている。しかし、一般的にこれらの減速機は高価である。ここで、バックラッシとは、減速機を構成する歯車同士の噛み合い箇所における隙間のことであり、歯車を滑らかに回転させるために意図的に設けられている。一方、安価な減速機として、平歯車を組み合わせた平歯車減速機があるが、一般的な平歯車減速機はバックラッシが大きいため、位置決め精度の悪化や、駆動中の振動や騒音へと繋がる。平歯車を組み合わせた安価な平歯車減速機を使用しつつバックラッシを抑制する方法として、一つの被駆動体を駆動するために二つのモータを制御する方法が提案されている。この方法では、二つのモータの駆動指令値の間に所定の差を持たせ駆動することで、歯車同士の噛み合いにおける隙間を減少させ、バックラッシを抑制している。特許文献1には、指令値を二つのモータで異ならせ、回転方向を切り替える際に発生する振動を抑制するモータ制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第5642848号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1のモータ制御装置では、モータに指令値を入力しても出力トルクが得られない動作領域であるモータの不感帯によりバックラッシを抑制できなくなる。二つのモータに対する指令値に差を持たせていても、一方のモータが不感帯に入ると、一つのモータで駆動していることと同等の状態となる。その結果、バックラッシの抑制ができなくなり、位置決め精度が低下したり、駆動中に振動が発生したりする。特に、一定速度駆動時に一方のモータが不感帯に入ると、バックラッシ抑制が効かない状態で駆動し続けるため振動的な動作となり、一定速度駆動が要求される動作、例えば、ロボットアームや電動駆動雲台などで求められる性能を満たせない場合がある。
【0005】
本発明は、一方のモータが不感帯に入ることによりバックラッシ抑制制御が効かなくなることで発生する振動を抑制し、安定的な駆動を実現可能なモータ制御装置、モータ制御システム、およびモータ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面としてのモータ制御装置は、第一のモータ、および第二のモータを用いて一つの被駆動部を駆動する駆動装置を制御するモータ制御装置であって、第一の指令値を用いて第一のモータを駆動する第一の制御部と、第一の指令値とは異なる第二の指令値を用いて第二のモータを駆動する第二の制御部と、第一の指令値が第一のモータの第一不感帯領域に含まれる場合、第一の指令値を第一不感帯領域に含まれないように補正すると共に、第二の指令値が第二のモータの第二不感帯領域に含まれる場合、第二の指令値を第二不感帯領域に含まれないように補正する補正部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、一方のモータが不感帯に入ることによりバックラッシ抑制制御が効かなくなることで発生する振動を抑制し、安定的な駆動を実現可能なモータ制御装置、モータ制御システム、およびモータ制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
第1実施形態の駆動装置の概略を示す斜視図である。
第1実施形態のモータ制御システムの制御ブロック図である。
第1実施形態の不感帯抑制制御指令の演算方法を示すグラフである。
第1実施形態のモータを駆動するためのドライバ指令値を示すグラフである。
第1実施形態の応答性良くモータを駆動するためのドライバ指令値を示すグラフである。
第1実施形態のモータ駆動したときの被駆動部の速度を示すグラフである。
第2実施形態のモータ制御装置システムの制御ブロック図である。
第2実施形態の不感帯設定値を更新するフローを示すフローチャートである。
第3実施形態の駆動装置の概略を示す斜視図である。
第3実施形態のモータ制御装置の制御ブロック図である。
第3実施形態の不感帯補正の実施可否を判断するフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
[第1実施形態]
図1は、本実施形態の駆動装置100の概略を示す斜視図である。駆動装置100は、第一のモータ10、第二のモータ20、および被駆動部30を有する。
【0010】
第一のモータ10は、電動モータ11と、電動モータ11を駆動するモータドライバ12と、電動モータ11の位置を検出するモータ位置検出器13と、電動モータ11の出力を被駆動部30に伝達する歯車14とを有する。モータ位置検出器13により検出される電動モータ11の位置は、第一のモータ10の位置P
m1
としてフィードバック制御に使用される。
【0011】
第二のモータ20は、電動モータ21と、電動モータ21を駆動するモータドライバ22と、電動モータ21の位置を検出するモータ位置検出器23と、電動モータ21の出力を被駆動部30に伝達する歯車24とを有する。モータ位置検出器23により検出される電動モータ21の位置は、第二のモータ20の位置P
m2
としてフィードバック制御に使用される。
【0012】
被駆動部30は、歯車14および歯車24から伝達されるトルクにより駆動される歯車31と、歯車31に固定された出力シャフト32とを有する。
【0013】
なお、駆動装置100には、第一のモータ10と第二のモータ20とを固定すると共に、被駆動部30を回転可能に固定する不図示の本体ベースが設けられている。
【0014】
また、駆動装置100には、第一のモータ10および第二のモータ20の駆動制御を行うと共に、出力シャフト32に取り付けられた不図示の被駆動体(負荷)を所望の位置や速度で動作できるように制御する後述する制御コントローラ200が接続される。
【0015】
また、本実施形態では、第一および第二のモータ10,20と被駆動部30に歯車を設けているが、高い減速比を得るために、第一および第二のモータ10,20と被駆動部30との間のトルク伝達経路に歯車を追加で設けてもよい。歯車の数が多くなると、歯車間の隙間による遊びが増え、バックラッシ量は増加する。本実施形態では、バックラッシ抑制制御を有効にすることで、バックラッシ量の大きさによらずバックラッシの影響を抑制することが可能となるため、バックラッシによる性能低下を考慮することなく、自由度の高い減速比の設計が可能となる。
【0016】
以下、本実施形態の駆動装置100のバックラッシ抑制制御の方法について説明する。本実施形態では、第一のモータ10を正転方向へ駆動し、第二のモータ20を第一のモータ10と同じ駆動力で逆転方向へ駆動することで、被駆動部30を静止させた状態でバックラッシ抑制状態を実現することができる。また、第一のモータ10に設定する駆動力と第二のモータ20に設定する駆動力との間に差を持たせることで、バックラッシを抑制しながら被駆動部30を駆動することができる。
【0017】
図2は、本実施形態のモータ制御システム1の制御ブロック図である。モータ制御システム1は、駆動装置100と、駆動装置100を制御する制御コントローラ(モータ駆動装置)200とを有する。位置教示データ300は、被駆動部30の駆動目標位置であり、不図示のティーチングペンダントやパーソナルコンピュータ(PC)等の入力装置を用いて操作者により設定される。
【0018】
制御コントローラ200は、軌道生成部210、第一のモータ制御部(第一の制御部)221、第二のモータ制御部(第二の制御部)222、バックラッシ抑制指令演算部230、および不感帯抑制指令演算部(補正部)240を有する。制御コントローラ200は、位置教示データ300を基に被駆動部30を所望の位置や速度で動作できるように制御する。
【0019】
軌道生成部210は、位置教示データ300を用いて被駆動部30における位置軌道Pos
ref
、および速度軌道Vel
ref
を演算する。位置軌道Pos
ref
、および速度軌道Vel
ref
を動作軌道という。位置軌道Pos
ref
と第一のモータ10の位置P
m1
との偏差P
df1
、および位置軌道Pos
ref
と第二のモータ20の位置P
m2
との偏差P
df2
はそれぞれ、第一のモータ制御部221、および第二のモータ制御部222に入力される。速度軌道Vel
ref
は、バックラッシ抑制指令演算部230に入力される。
【0020】
第一のモータ制御部221は、偏差P
df1
が抑制されるようにフィードバック制御され、第一のモータ10の制御指令値V
FB1
を出力する。第二のモータ制御部222は、偏差P
df2
が抑制されるようにフィードバック制御され、第二のモータ20の制御指令値V
FB2
を出力する。なお、本実施形態ではフィードバック制御は一般的なPID制御であり、偏差に対して比例・積分・微分を組み合わせた演算がされる。
【0021】
バックラッシ抑制指令演算部230は、第一および第二のモータ10,20で速度軌道Vel
ref
を実現するための速度制御指令値V
ff
およびバックラッシ抑制の大きさにより減速機の見かけ上の剛性を決定するオフセット指令値V
os
を生成する。また、バックラッシ抑制指令演算部230は、速度制御指令値V
ff
とオフセット指令値V
os
とを加算したものを第一のモータ10のバックラッシ抑制指令値V
BL1
として生成する。さらに、バックラッシ抑制指令演算部230は、速度制御指令値V
ff
からオフセット指令値V
os
を減算したものを第二のモータ20のバックラッシ抑制指令値V
BL2
として生成する。これにより、第一のモータ10のバックラッシ抑制指令値V
BL1
と、第二のモータ20のバックラッシ抑制指令値V
BL2
との差分によりバックラッシ抑制が可能となる。
【0022】
第一のモータ制御部221は、制御指令値V
FB1
とバックラッシ抑制指令値V
BL1
との加算値である駆動指令値(第一の指令値)V
C1
を不感帯抑制指令演算部240に入力する。第二のモータ制御部222は、制御指令値V
FB2
とバックラッシ抑制指令値V
BL2
の加算値である駆動指令値(第二の指令値)V
C2
を不感帯抑制指令演算部240に入力する。不感帯抑制指令演算部240は、駆動指令値V
C1
が電動モータ11の不感帯に対応する領域(第一の不感帯領域)に入っているかどうか、および駆動指令値V
C2
が電動モータ21の不感帯に対応する領域(第二の不感帯領域)に入っているかどうかを確認する。
【0023】
不感帯抑制指令演算部240は、各駆動指令値が不感帯領域に入っていない場合は駆動指令値に対する補正を行わない。この場合、不感帯抑制指令演算部240は、第一のモータ10へのドライバ指令値V
PWM1
として駆動指令値V
C1
、第二のモータ20へのドライバ指令値V
PWM2
として駆動指令値V
C2
を出力する。
【0024】
不感帯抑制指令演算部240は、各駆動指令値が各不感帯領域に入っている場合は各駆動指令値が各不感帯領域に含まれないように各駆動指令値に対する補正を行う。この場合、不感帯抑制指令演算部240は、補正した値をドライバ指令値V
PWM1
,V
PWM2
として出力する。補正方法の詳細については、図3を用いて後述する。
【0025】
制御コントローラ200は、ドライバ指令値V
PWM1
,V
PWM2
を用いて第一のモータ10および第二のモータ20を制御することにより、被駆動部30を駆動する。具体的には、制御コントローラ200から出力されるドライバ指令値V
PWM1
,V
PWM2
はそれぞれ、モータドライバ12,22に入力される。モータドライバ12は、PWM(Pulse Width Modulation)制御等によりモータを駆動する電圧を制御する方式等を用いて電動モータ11の駆動制御を行う。また、モータドライバ22は、電動モータ21の駆動制御を行う。
【0026】
なお、本実施形態において、被駆動部30が正転駆動するとき、制御指令値V
FB1
は出力されるが、制御指令値V
FB2
の出力はゼロとする。一方、被駆動部30が反転駆動するとき、制御指令値V
FB2
は出力されるが、制御指令値V
FB1
の出力はゼロとする。これは、第一および第二のモータ10,20を共に位置フィードバック制御をすることにより発生する制御的な不安定を避けるための方法の一つであり、本発明はこれに限定されない。
【0027】
また、本実施形態では位置フィードバックのみを実装した場合を説明したが、速度フィードバックや電流フィードバックを実装したマイナーループ系を構成してもよい。
【0028】
以下、図3を参照して、不感帯抑制指令演算部240の補正方法について説明する。図3は、本実施形態の不感帯抑制制御指令の演算方法を示すグラフである。横軸は不感帯抑制指令演算部240に入力される駆動指令値であり、縦軸は不感帯抑制指令演算部240から出力されるドライバ指令値である。
【0029】
図3(a)は、本実施形態の不感帯抑制制御指令の演算方法の一例を示している。A領域およびC領域は駆動指令値が不感帯領域外であるため、不感帯抑制指令演算部240は駆動指令値に対する補正を行わない。一方、B領域は駆動指令値が不感帯領域内であるため、不感帯抑制指令演算部240は駆動指令値を不感帯領域の下限値となるように補正する。
【0030】
これにより、駆動指令値が不感帯領域に入っていても、モータドライバへの指令値であるドライバ指令値が不感帯領域内に入らないため、電動モータが駆動しないこと、または制御性能が大幅に低下することを避けることができる。つまり、二つのモータが出力差を持って駆動する状態を補償できることから、バックラッシの抑制ができなくなることにより発生する、位置決め精度の低下、および駆動中の振動や騒音を防ぐことができる。
(【0031】以降は省略されています)

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