电机驱动设备的控制设备及方法、多轴电机的控制设备技术

技术编号:14799064 阅读:82 留言:0更新日期:2017-03-14 21:34
本发明专利技术提供一种电机驱动设备的控制设备及方法、多轴电机的控制设备。经由连接到电机的减速器进行机器人臂的移动控制。其控制器包括基于输入推力命令值生成电机位置命令值的推力控制单元,以及基于所述位置命令值生成电流值的电机控制单元。所述电机控制单元反馈由电机编码器检测到的电机位置,并且所述推力控制单元反馈由推力计检测到的推力。来自所述电机控制单元的反馈抑制在减速器上的振动现象,并且来自推力控制单元的反馈抑制传递误差,由此使得能够迅速精准地进行臂的动作控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于经由连接到电机的传递机构进行移动构件的移动控制的电机驱动设备的控制设备,多个电机驱动设备被串联连接的多轴电机驱动设备的控制设备,以及用于电机驱动设备的控制方法。
技术介绍
近来,正在开发机器人来替代人类进行各种作业。为了实现能够如同人手一样进行精准迅速的工作的机器人,机器人动作必须同时实现高精度及高速度。这种机器人利用电机作为动力源来驱动关节。多数利用诸如减速器、滚珠螺杆等的传递机构来增加电机推力并将旋转运动转换成线性运动。然而,传递机构具有阻碍使精度增加的内在因素。实例包括扭转、由于减速器的齿轮啮合导致的角度误差、齿隙、摩擦、小部件的细微振动、由于滚珠螺杆的变形导致的角度误差、螺杆的共振、空动等。因此,即使精准地驱动电机,机器人动作的精度由于以上列出的因素而劣化。另外,传递机构与诸如机器人框架的结构相比较更为柔性,因此会产生扭转,并像弹性体那样活动。因此,连接到传递机构的、其移动要被控制的移动构件展现出相对于电机的简谐运动,这也引起精度的劣化。另外,简谐运动的反作用力作用于电机,导致电机位置的偏差,这引起精度的更进一步劣化。存在两种一般方法对用于机器人关节等的电机进行控制,即半封闭式控制(例如,参见日本特开昭61-201304号公报)和全封闭式控制(例如,参见日本特开平7-225615号公报和日本特开2011-176913号公报)。半封闭式控制是检测电机的输出轴(输出构件)的位置,并且将检测结果反馈给电机的位置命令的方法。全封闭式控制是对经由诸如减速器等的传递机构经历通过电机的移动驱动的移动构件的位置进行检测,并且将检测结果反馈给电机的位置命令的方法。一般地,半封闭式控制动作速度快但位置精度低,而另一方面全封闭式控制位置精度高但动作速度低。这样,可以说精度和速度处于折衷关系。在半封闭式控制下,似乎可以通过输出对抗反作用力的推力来避免电机的位置偏差。然而,在电机持续输出对抗反作用力的推力并且不存在位置偏差的情况下,无法进行反馈,从而结果是,简谐运动持续而不停歇。一旦简谐运动变为持续,则每次在正在操作的传递机构中发生扭转时产生的简谐运动都被放大,并且可能变成机械共振。因此,即使在半封闭式控制下,如果运转速度(增益)增加,则由于来自传递机构的弹性力的反作用力导致的电机的位置偏差也无法被避免。如果由于要避免来自在传递机构的弹性力的反作用力导致的动力源的位置偏差,则即使在半封闭式控制中,运转速度(增益)也必须被降低并且需要进行对电机的驱动控制,使得不发生简谐运动。因此,日本特开昭61-201304号公报提出了预先准备考虑到传递机构的机械刚性的运动方程式并且其计算结果被添加到半封闭式控制的命令值的半封闭式控制。这旨在同时实现精度和速度。另一方面,日本特开平7-225615号公报提出了移动构件的位置由传感器检测并且从目标值中减去,根据位置的差来校正电机的位置,以及使移动构件的位置来参仿(copy)目标值的全封闭式控制。日本特开2011-176913号公报提出了获得示出振动的、移动构件的位置与电机的位置之间的差,并考虑到扭转刚度来计算转矩值,以及进行控制使得该转矩值与转矩目标值匹配的全封闭式控制。日本特开昭61-201304号公报中的半封闭式控制能够进行利用了半封闭式控制的特性高速操作。然而,难以预测根据温度变化以及随时间推移而改变的传递误差,因此存在难以满足所需精度的问题。另一方面,日本特开平7-225615号公报中的全封闭式控制存在由于无法测量振动现象、因此如提升运转速度(电机校正的增益)则会导致振荡的问题。由此,日本特开平7-225615号公报中的全封闭式控制具有动作速度(位置校正)迟滞的问题。出于提高全封闭式控制的速度的目的,提出了日本特开2011-176913号公报。日本特开2011-176913号公报中的全封闭式控制采用如下结构:已消除造成位置校正的迟滞的首要因素,从而认为在机器人动作中能够同时实现精度和速度。然而,全封闭式控制在如下几点与半封闭式控制不同:在传感器与电机之间存在传递机构,并且传递机构的特征在于具有齿隙、摩擦、及以比上述简谐运动频率更高的固有振动。即使在日本专利特开2011-176913号公报中的全封闭式控制中,由于齿隙、摩擦、以及比上述简谐运动频率更高的固有振动,因此也存在如提升运转速度(电机校正的增益)则会导致振荡的问题。因此,即使在日本特开2011-176913号公报中的全封闭式控制中,也存在由于将发生高阶振动因此无法充分提高增益、因而无法进行高速驱动的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种针对能够快速精准地控制移动构件的移动的电机驱动设备的控制设备、多轴电机驱动设备的控制设备、以及针对该电机驱动设备的控制方法。本专利技术提供一种针对被构造为经由连接到电机的传递机构进行移动构件的移动控制的电机驱动设备的控制设备。所述控制设备包括:推力控制单元,其被构造为基于输入的推力命令值生成用于所述电机的位置命令值;以及电机控制单元,其被构造为基于用于所述电机的所述位置命令值生成控制所述电机的电流值。所述电机控制单元根据电机位置检测单元的检测结果执行第一反馈控制,所述电机位置检测单元被构造为检测输出所述电机的旋转的输出构件的位置。所述推力控制单元根据推力检测单元的检测结果执行第二反馈控制,所述推力检测单元被构造为检测在所述移动构件上发生的推力。本专利技术提供一种用于多轴电机驱动设备的控制设备,所述多轴电机驱动设备具有经由连接到电机的传递机构进行移动构件的移动控制的多个电机驱动设备,其中,以一个电机驱动设备的移动构件支撑另一电机驱动设备的电机的方式串联地连接。对应于各电机驱动设备,所述控制设备包括:驱动设备控制单元,其被构造为基于从外部输入的用于移动构件的位置命令值,来生成推力命令值;推力控制单元,其被构造为基于生成的所述推力命令值,来生成所述电机的位置命令值;以及电机控制单元,其被构造为基于用于所述电机的所述位置命令值,来生成控制所述电机的电流值。各电机控制单元根据电机位置检测单元的检测结果执行第一反馈控制,所述电机位置检测单元被构造为检测输出所述电机的旋转的输出构件的位置。各推力控制单元根据推力检测单元的检测结果执行第二反馈控制,所述推力检测单元被构造为检测在移动构件上发生的推力。各驱动设备控制单元根据来自被构造为检测所述移动构件的位置的移本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于电机驱动设备的控制设备,所述电机驱动设备被构造为经由连接到电机的传递机构进行移动构件的移动控制,所述控制设备包括:推力控制单元,其被构造为基于输入的推力命令值,来生成用于所述电机的位置命令值;以及电机控制单元,其被构造为基于用于所述电机的所述位置命令值,来生成控制所述电机的电流值,其中,所述电机控制单元根据电机位置检测单元的检测结果,执行第一反馈控制,所述电机位置检测单元被构造为检测输出所述电机的旋转的输出构件的位置,并且所述推力控制单元根据推力检测单元的检测结果,执行第二反馈控制,所述推力检测单元被构造为检测在所述移动构件上发生的推力。

【技术特征摘要】
2014.11.21 JP 2014-2361501.一种用于电机驱动设备的控制设备,所述电机驱动设备被构造为
经由连接到电机的传递机构进行移动构件的移动控制,所述控制设备包
括:
推力控制单元,其被构造为基于输入的推力命令值,来生成用于所
述电机的位置命令值;以及
电机控制单元,其被构造为基于用于所述电机的所述位置命令值,
来生成控制所述电机的电流值,
其中,所述电机控制单元根据电机位置检测单元的检测结果,执行
第一反馈控制,所述电机位置检测单元被构造为检测输出所述电机的旋
转的输出构件的位置,并且
所述推力控制单元根据推力检测单元的检测结果,执行第二反馈控
制,所述推力检测单元被构造为检测在所述移动构件上发生的推力。
2.根据权利要求1所述的用于电机驱动设备的控制设备,
其中,所述电机控制单元包括:
电机位置控制单元,其被构造为基于由所述推力控制单元生成
的用于所述电机的所述位置命令值,来生成用于所述电机的速度命令值,
电机速度控制单元,其被构造为基于由所述电机位置控制单元
生成的用于所述电机的所述速度命令值,来生成用于所述电机的推力命
令值,以及
电流控制单元,其被构造为基于由所述电机速度控制单元生成
的用于所述电机的所述推力命令值,来生成所述电流值,
其中,来自所述电机位置检测单元的检测结果是以下项中的至少一
者:
检测到的所述电机的所述输出构件的位置,
通过对检测到的所述输出构件的位置进行微分而获得的所述电
机的所述输出构件的速度,以及
通过对检测到的所述输出构件的位置进行二阶微分而获得的所
述电机的所述输出构件的加速度,
以及,其中,进行以下反馈控制中的至少一者,作为所述第一反馈
控制:
所述电机位置控制单元根据所述电机的所述输出构件的位置,
进行反馈控制,
所述电机速度控制单元根据所述电机的所述输出构件的速度,
进行反馈控制,以及
所述电流控制单元根据所述电机的所述输出构件的加速度,进
行反馈控制。
3.根据权利要求1所述的用于电机驱动设备的控制设备,所述控制
设备还包括:
电机前馈控制单元,其被构造为根据由所述推力控制单元生成的用
于所述电机的所述位置命令值,生成进行所述电机控制单元的前馈控制
的前馈值。
4.根据权利要求3所述的用于电机驱动设备的控制设备,其中,所
述电机前馈控制单元使用对所述电机控制单元建模而成的理想模型,生
成所述前馈值。
5.根据权利要求4所述的用于电机驱动设备的控制设备,
其中,所述理想模型包括:
对所述电机的惯性建模而成的惯性虚拟模型,以及
设置预定的控制增益并对所述电机的供电电路建模而成的电路
虚拟模型。
6.根据权利要求1所述的用于电机驱动设备的控制设备,所述控制
设备还包括:
动力学模型控制单元,其被构造为通过根据动力学对所述电机驱动
设备建模而成的动力学模型,依据从外部输入的用于所述移动构件的位
置命令值,来生成动力学推力的预测值。
7.根据权利要求6所述的用于电机驱动设备的控制设备,其中,所
述推力控制单元根据所述动力学推力的预测值来执行前馈控制。
8.根据权利要求6所述的用于电机驱动设备的控制设备,所述控制
设备还包括:
扭转量控制单元,其被构造为基于所述电机驱动设备的刚性,依据
所述动力学推力的预测值,来生成所述电机驱动设备的扭转量的预测值。
9.根据权利要求1所述的用于电机驱动设备的控制设备,所述控制
设备还包括:
驱动设备控制单元,其被构造为基于从外部输入的用于所述移动构
件的位置命令值,来生成要输入到所述推力控制单元的所述推力命令值,
其中,所述驱动设备控制单元根据来自被构造为检测所述移动构件
的位置的移动构件位置检测单元的检测结果,来执行第三反馈控制。
10.根据权利要求9所述的用于电机驱动设备的控制设备,
其中,所述驱动设备控制单元包括:
移动构件位置控制单元,其被构造为基于从外部输入的用于所
述移动构件的位置命令值,来生成用于所述移动构件的速度命令值,以

移动构件速度控制单元,其被构造为基于...

【专利技术属性】
技术研发人员:中岛洋二
申请(专利权)人:佳能株式会社
类型:发明
国别省市:日本;JP

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