JP2013110874A - Rotary drive device and robot device - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary drive device capable of achieving advanced control and suitable for industrial robots and the like.SOLUTION: A rotary drive device 10 includes a traction method reduction gear 30 and a drive control mechanism 40 for controlling the output of a motor 20 based on a command signal. The reduction gear 30 includes a first rotary encoder 22 on an input side and a second rotary encoder 33 on an output side. The drive control mechanism 40 includes an output control section 43 for generating a control signal Sd for controlling the output of the motor 20 based on a command signal Sc and a first detection signal S1, a driver 44 following the control signal Sd, and an error arithmetic section 45 for comparing the first detection signal S1 with a second detection signal S2 to compute an error between the input and output of the reduction gear 30. The output control section 43 corrects the control signal Sc based on computation results of the error arithmetic section 45.

Description

本発明は、トラクション方式の減速機を備えた回転駆動装置、及びその回転駆動装置を用いたロボット装置に関する。   The present invention relates to a rotary drive device including a traction type reduction device, and a robot apparatus using the rotary drive device.

トラクション方式の減速機を備えた回転駆動装置は公知である（特許文献１、２等）。トラクション方式の減速機は、その構造上、同一設計の減速機でも、個体毎に減速比が僅かに異なったり、運転中の負荷トルクの変化で滑りが発生したりして、入出力間で回転速度や回転位置の誤差が生じ得るという問題があるが、一般的なギア方式の減速機に比べて、バックラッシュ量を小さくすることが可能であり、また、モータを高回転で駆動でき、駆動音も小さいなどの利点がある。   A rotary drive device provided with a traction type reduction gear is known (Patent Documents 1, 2, etc.). Traction-type speed reducers rotate between input and output due to their structure, even if the speed reducer is of the same design, the speed reduction ratio varies slightly from individual to individual, or slippage occurs due to changes in load torque during operation. There is a problem that errors in speed and rotational position may occur, but it is possible to reduce the amount of backlash compared to general gear type reduction gears, and the motor can be driven at a high speed. There is an advantage such as a small sound.

そこで、特許文献１や特許文献２に開示されている回転制御装置ではフィードバック制御を用いることにより、制御の精度を高める工夫が行われている。具体的には、トラクション方式の減速機の出力側にロータリエンコーダが配置されていて、このロータリエンコーダから出力される検出パルスを設定された基準パルスと比較し、その比較結果に基づいてモータの回転を制御している。   Therefore, the rotation control devices disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are devised to increase the accuracy of control by using feedback control. Specifically, a rotary encoder is arranged on the output side of the traction type reduction gear, the detection pulse output from this rotary encoder is compared with a set reference pulse, and the rotation of the motor is based on the comparison result. Is controlling.

特開平６−３３１３８５号公報JP-A-6-331385 特開平１０−２１５５９３号公報JP-A-10-215593

近年、工場の組み立てラインや搬送ラインなどには、多種多様な産業ロボットが導入されている。一般に、この種の産業ロボットは、自在に動かすことができる多関節アームを有しており、この多関節アームは、モータを駆動源とする回転駆動装置によって駆動制御されている。   In recent years, a wide variety of industrial robots have been introduced into assembly lines and transfer lines of factories. In general, this type of industrial robot has a multi-joint arm that can be freely moved, and this multi-joint arm is driven and controlled by a rotary drive device using a motor as a drive source.

産業ロボットの普及により、その高性能化が進むにつれて、産業ロボットに用いられる回転駆動装置についても、よりいっそうの小型化、高速化が求められている。また、産業ロボット以外にも、様々な分野でロボットの利用が検討されており、小型で高性能な回転駆動装置の要望が高まっている。   As the performance of industrial robots increases, the rotational drive devices used in industrial robots are required to be further reduced in size and speed. In addition to industrial robots, the use of robots is being studied in various fields, and there is an increasing demand for compact and high-performance rotary drive devices.

この点、トラクション方式の減速機はロボット向けの回転駆動装置に好適であるが、特許文献１等の回転制御装置のように、出力側の検出パルスを設定された基準パルスと比較してモータの出力を制御するだけでは、ロボットのような高度な制御においては十分とはいえない。   In this respect, the traction type speed reducer is suitable for a rotational drive device for a robot. However, like the rotation control device of Patent Document 1 or the like, the detection pulse on the output side is compared with a set reference pulse and the motor Simply controlling the output is not sufficient for advanced control such as robots.

そこで、本発明の主たる目的は、小型化、高性能化に有利で、高度な制御が実現できる回転駆動装置を提供することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a rotary drive device that is advantageous for miniaturization and high performance and that can realize advanced control.

上記目的を達成するために、本発明では、フィードバック制御の構成を工夫することにより、トラクション方式の減速機を用いても高精度な制御が安定して実現できるようにした。   In order to achieve the above object, in the present invention, the configuration of the feedback control is devised so that highly accurate control can be stably realized even if a traction type reduction gear is used.

具体的には、本発明に係る回転駆動装置は、モータと、前記モータに連結されたトラクション方式の減速機と、外部から入力される指令信号に基づいて前記モータの出力を制御する駆動制御機構とを備え、前記減速機の入力側に配置された第１ロータリエンコーダと、前記減速機の出力側に配置された第２ロータリエンコーダとを有している。   Specifically, a rotary drive device according to the present invention includes a motor, a traction type speed reducer connected to the motor, and a drive control mechanism that controls the output of the motor based on a command signal input from the outside. And a first rotary encoder disposed on the input side of the speed reducer and a second rotary encoder disposed on the output side of the speed reducer.

前記駆動制御機構は、前記指令信号と、前記第１ロータリエンコーダから入力される第１検出信号とに基づいて、前記モータの出力を制御する制御信号を生成する出力制御部と、前記制御信号に従って前記モータに供給する電力を増減するドライバと、前記第１検出信号と、前記第２ロータリエンコーダから入力される第２検出信号とを比較して、前記減速機の入力と出力との間の誤差を演算する誤差演算部とを有している。そして、前記出力制御部が、前記誤差演算部の演算結果に基づいて前記制御信号を補正する。   The drive control mechanism includes: an output control unit that generates a control signal for controlling the output of the motor based on the command signal and a first detection signal input from the first rotary encoder; and according to the control signal An error between the input and output of the speed reducer by comparing the driver for increasing or decreasing the power supplied to the motor, the first detection signal, and the second detection signal input from the second rotary encoder And an error calculation unit. And the said output control part correct | amends the said control signal based on the calculation result of the said error calculating part.

このように構成された回転駆動装置によれば、まず、出力制御部が、指令信号と第１検出信号とに基づいて制御信号を生成し、ドライバが、その制御信号に従ってモータに供給する電流を増減するので、回転駆動装置は、減速機の動きをフィードバックしながら指令信号に応じてモータの出力を変化させる。   According to the rotary drive device configured as described above, first, the output control unit generates a control signal based on the command signal and the first detection signal, and the driver supplies the current supplied to the motor according to the control signal. Since it increases or decreases, the rotary drive device changes the output of the motor according to the command signal while feeding back the motion of the speed reducer.

減速機の入力側と出力側の双方にロータリエンコーダが配置され、駆動制御機構に誤差演算部が設けられているので、減速機の入力側と出力側の回転速度等の実測値をフィードバックすることができ、簡単な演算処理を行うだけで減速機の入出力間の誤差をリアルタイムで取得することができる。   Since rotary encoders are arranged on both the input side and output side of the reducer, and an error calculation unit is provided in the drive control mechanism, the measured values such as the rotational speeds on the input side and output side of the reducer are fed back. The error between the input and output of the reducer can be acquired in real time by performing simple arithmetic processing.

そして、その演算結果に基づいて出力制御部が制御信号を補正するので、タイムラグをほとんど生じることなく、減速機で実際に生じる誤差を出力制御に反映させることができる。減速機にトラクション方式の減速機が用いられているので、バックラッシュのおそれもない。従って、減速機で誤差が生じてもその影響が制御に及ぶのを効果的に阻止できるので、高精度な制御を安定して実現することができる。   And since an output control part correct | amends a control signal based on the calculation result, the error which actually arises with a reduction gear can be reflected in output control, almost without producing time lag. Since a traction type reduction gear is used as the reduction gear, there is no risk of backlash. Therefore, even if an error occurs in the speed reducer, it is possible to effectively prevent the influence from affecting the control, so that highly accurate control can be realized stably.

例えば、前記減速機の出力側にギア方式の第２減速機が連結されているように構成してもよい。   For example, a gear-type second reduction gear may be connected to the output side of the reduction gear.

そうすれば、第１段目にトラクション方式の減速機が配置されているため、モータを高回転で駆動することができ、出力を向上することができる。そして、出力が減速される２段目に第２減速機が配置されているため、更に減速比を高めて出力トルクの範囲を拡大することができる。ちなみに、第２減速機はギア方式であるため、入出力間で生じる減速比は、減速機内部のギアの歯数によって定まる。従って、第１減速機をトラクション方式にしたメリットを生かして高トルクを得ることができる。   Then, since the traction type speed reducer is arranged in the first stage, the motor can be driven at a high rotation, and the output can be improved. And since the 2nd reduction gear is arrange | positioned in the 2nd step | paragraph to which an output is decelerated, the reduction ratio can be raised further and the range of an output torque can be expanded. Incidentally, since the second reduction gear is a gear system, the reduction ratio generated between input and output is determined by the number of gear teeth in the reduction gear. Therefore, high torque can be obtained by taking advantage of the traction method of the first reduction gear.

一方、前記第２ロータリエンコーダを前記第２減速機の出力側に配置すれば、新たな効果を得ることができる。   On the other hand, if the second rotary encoder is arranged on the output side of the second reduction gear, a new effect can be obtained.

例えば、第２減速機のバックラッシュ等の影響も制御に反映させることができるので、よりいっそう高精度な制御が実現できる。   For example, the influence of the backlash or the like of the second reduction gear can be reflected in the control, so that a more accurate control can be realized.

また、例えば、前記第２ロータリエンコーダは、前記減速機の出力側かつ前記第２減速機の入力側に配置され、前記第２減速機の出力側に配置された第３ロータリエンコーダを更に有し、前記駆動制御機構は、更に、前記第１検出信号と、前記第３ロータリエンコーダから入力される第３検出信号とに基づいて、前記減速機の入力と前記第２減速機の出力との間の誤差を演算する第２誤差演算部を有し、前記出力制御部が、前記誤差演算部及び前記第２誤差演算部の演算結果に基づいて前記制御信号を補正するように構成してもよい。   For example, the second rotary encoder further includes a third rotary encoder that is disposed on the output side of the speed reducer and on the input side of the second speed reducer, and is disposed on the output side of the second speed reducer. The drive control mechanism further includes an interval between the input of the reduction gear and the output of the second reduction gear based on the first detection signal and a third detection signal input from the third rotary encoder. A second error calculation unit that calculates the error of the second error calculation unit, and the output control unit corrects the control signal based on calculation results of the error calculation unit and the second error calculation unit. .

そうすれば、出力誤差をフィードバックする回路が多重化されるので、よりいっそう制御の精度や安定性を向上させることができる。   Then, since the circuit for feeding back the output error is multiplexed, the control accuracy and stability can be further improved.

これら回転駆動装置は、高性能であるうえに小型化にも有利であるため、産業ロボット等のロボット装置に好適である。   These rotary drive devices are suitable for robot devices such as industrial robots because they have high performance and are advantageous for miniaturization.

例えば、ロボット装置が、装置本体と、前記装置本体に設けられた多関節アームとを備え、前記多関節アームは、第１要素アームと、前記第１要素アームの先端部に、基端部が回動自在に連結された第２要素アームとを含む場合には、前記第２要素アームの駆動源として、前記回転駆動装置を、前記第１要素アームと前記第２要素アームとの連結部位に設けることができる。   For example, a robot apparatus includes an apparatus main body and a multi-joint arm provided in the apparatus main body. The multi-joint arm includes a first element arm, a distal end portion of the first element arm, and a proximal end portion. In the case of including a second element arm that is pivotably connected, the rotation drive device is used as a drive source for the second element arm at a connection portion between the first element arm and the second element arm. Can be provided.

本発明の回転駆動装置によれば、トラクション方式の減速機の入出力間で生じる誤差を出力制御に効果的に反映させることができ、高度な制御を安定して実現できる。   According to the rotary drive device of the present invention, an error generated between the input and output of a traction type reduction gear can be effectively reflected in output control, and advanced control can be realized stably.

本発明を適用したロボット装置を例示する概略斜視図である。It is a schematic perspective view which illustrates the robot apparatus to which this invention is applied. 本発明の回転駆動装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the rotational drive apparatus of this invention. 駆動制御機構の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a drive control mechanism. 第２実施形態における回転駆動装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the rotational drive apparatus in 2nd Embodiment. 第２実施形態における駆動制御機構の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the drive control mechanism in 2nd Embodiment. 第３実施形態における回転駆動装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the rotational drive apparatus in 3rd Embodiment. 第３実施形態における駆動制御機構の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the drive control mechanism in 3rd Embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the following description is merely illustrative in nature and does not limit the present invention, its application, or its use.

図１に、本発明の回転駆動装置を適用したロボット装置１を例示する。このロボット装置１は、いわゆる産業ロボットであり、例えば、工場の組み立てラインや搬送ラインに設置される。   FIG. 1 illustrates a robot apparatus 1 to which the rotary drive apparatus of the present invention is applied. The robot apparatus 1 is a so-called industrial robot, and is installed in, for example, a factory assembly line or a transport line.

ロボット装置１は、装置本体２や多関節アーム３などで構成されている。装置本体２は、工場の床面等に設置されるベース２ａと、ベース２ａ上に設けられた装置基部２ｂとを有している。この装置基部２ｂの上部に多関節アーム３が設けられている。ロボット装置１は、図外の制御装置と接続されており、予め設定されたプログラムに従って、多関節アーム３が所定の動作を行うように構成されている。   The robot apparatus 1 includes an apparatus main body 2 and an articulated arm 3. The apparatus main body 2 has a base 2a installed on the floor of a factory or the like, and an apparatus base 2b provided on the base 2a. An articulated arm 3 is provided on the upper portion of the apparatus base 2b. The robot device 1 is connected to a control device (not shown), and is configured such that the articulated arm 3 performs a predetermined operation according to a preset program.

本実施形態の多関節アーム３は、３つの要素アーム３ａ，３ｂ，３ｃで構成されている。１節目の要素アーム３ａは、その基端部が装置基部２ｂの上部に縦軸回りに回動自在に連結されている。２節目の要素アーム３ｂは、その基端部が１節目の要素アーム３ａの先端部に縦軸回りに回動自在に連結されている。そして、３節目の要素アーム３ｃは、その基端部が２節目の要素アーム３ｂの先端部に横軸回りに回動自在に連結されている。   The articulated arm 3 of this embodiment is composed of three element arms 3a, 3b, 3c. The base end of the element arm 3a of the first node is connected to the upper part of the device base 2b so as to be rotatable about the vertical axis. The base end of the second node element arm 3b is connected to the tip of the first node element arm 3a so as to be rotatable about the vertical axis. The base end portion of the third node element arm 3c is connected to the distal end portion of the second node element arm 3b so as to be rotatable about the horizontal axis.

これら要素アーム３ａ，３ｂ，３ｃを駆動制御するために、各要素アーム３ａ，３ｂ，３ｃの連結部位には回転駆動装置１０が設けられている。特に、本発明の回転駆動装置１０は、小型で高出力が得られることから、このロボット装置１では、設置スペースが限られる各要素アーム３ａ，３ｂ，３ｃの連結部位に設けられている。   In order to drive and control these element arms 3a, 3b, and 3c, a rotation drive device 10 is provided at a connecting portion of the element arms 3a, 3b, and 3c. In particular, since the rotary drive device 10 of the present invention is small and can provide high output, the robot device 1 is provided at a connection portion of the element arms 3a, 3b, and 3c where the installation space is limited.

図２に、その回転駆動装置１０の構成を示す。回転駆動装置１０は、モータ２０や減速機３０、駆動制御機構４０などで構成されている。   FIG. 2 shows the configuration of the rotary drive device 10. The rotary drive device 10 includes a motor 20, a speed reducer 30, a drive control mechanism 40, and the like.

モータ２０は、いわゆるサーボモータである。モータ２０の内部には、駆動軸２１の回転速度や回転位置（角度）を検出する第１ロータリエンコーダ２２が設けられている。モータ２０の出力側には減速機３０が連結され、モータ２０は減速機３０と一体に構成されている。   The motor 20 is a so-called servo motor. A first rotary encoder 22 that detects the rotational speed and rotational position (angle) of the drive shaft 21 is provided inside the motor 20. A reduction gear 30 is connected to the output side of the motor 20, and the motor 20 is configured integrally with the reduction gear 30.

減速機３０は、いわゆるトラクション方式の減速機である。減速機３０には、出力軸３１やトラクション減速機構３２、第２ロータリエンコーダ３３などが設けられている。トラクション減速機構３２は、太陽ローラやその周囲に圧接された複数の遊星ローラなど、公知の機構で構成されている。また、第１ロータリエンコーダ２２及び第２ロータリエンコーダ３３は、複数のセンサやスリット付きの円板など、公知の機構で構成されている。   The reducer 30 is a so-called traction type reducer. The reduction gear 30 is provided with an output shaft 31, a traction reduction mechanism 32, a second rotary encoder 33, and the like. The traction decelerating mechanism 32 is configured by a known mechanism such as a sun roller or a plurality of planetary rollers press-contacted around the sun roller. Moreover, the 1st rotary encoder 22 and the 2nd rotary encoder 33 are comprised by well-known mechanisms, such as a some disc and a disc with a slit.

トラクション減速機構３２の入力側には、モータ２０の駆動軸２１が連結されている。そして、トラクション減速機構３２の出力側には、出力軸３１がモータ２０の駆動軸２１と回転中心を一致させて連結されている。第２ロータリエンコーダ３３は、出力軸３１の回転速度や回転位置を検出するために、減速機３０の出力側に配置されている。減速機３０の出力軸３１には駆動対象Ｔが連結されている。例えば、このロボット装置１の場合、要素アーム３ｂ等の基端部が駆動対象Ｔとなっている。   A drive shaft 21 of the motor 20 is connected to the input side of the traction reduction mechanism 32. The output shaft 31 is connected to the output side of the traction deceleration mechanism 32 so that the drive shaft 21 of the motor 20 and the rotation center coincide with each other. The second rotary encoder 33 is disposed on the output side of the speed reducer 30 in order to detect the rotational speed and rotational position of the output shaft 31. A drive target T is connected to the output shaft 31 of the speed reducer 30. For example, in the case of this robot apparatus 1, the base end portion of the element arm 3 b or the like is the drive target T.

駆動制御機構４０は、モータ２０及び減速機３０と配線を介して接続されている。具体的には、駆動制御機構４０と第１ロータリエンコーダ２２とが制御配線５１を介して接続されており、駆動制御機構４０と第２ロータリエンコーダ３３とが制御配線５２を介して接続されている。また、駆動制御機構４０は、モータ２０及び図外の電源と駆動配線５５を介して接続されている。更に、図外の制御装置とも制御配線５３を介して接続されている。   The drive control mechanism 40 is connected to the motor 20 and the speed reducer 30 via wiring. Specifically, the drive control mechanism 40 and the first rotary encoder 22 are connected via a control wiring 51, and the drive control mechanism 40 and the second rotary encoder 33 are connected via a control wiring 52. . The drive control mechanism 40 is connected to the motor 20 and a power supply (not shown) via a drive wiring 55. Further, a control device (not shown) is connected via the control wiring 53.

図３に、駆動制御機構４０の構成を示す。駆動制御機構４０は、指令信号Ｓｃに基づいてモータ２０の回転出力を制御する機能を有し、位置制御部４１や速度制御部４２を含む出力制御部４３、ドライバ４４、誤差演算部４５などで構成されている。位置制御部４１は、モータ２０の回転位置（角度）を制御する機能を有し、速度制御部４２は、モータ２０の回転速度を制御する機能を有している。   FIG. 3 shows the configuration of the drive control mechanism 40. The drive control mechanism 40 has a function of controlling the rotation output of the motor 20 based on the command signal Sc, and includes an output control unit 43 including a position control unit 41 and a speed control unit 42, a driver 44, an error calculation unit 45, and the like. It is configured. The position control unit 41 has a function of controlling the rotational position (angle) of the motor 20, and the speed control unit 42 has a function of controlling the rotational speed of the motor 20.

第１ロータリエンコーダ２２は、駆動軸２１の回転に応じて変化するパルス列を検出し、検出したパルス列（第１検出信号Ｓ１）を出力制御部４３に出力する。第２ロータリエンコーダ３３は、出力軸３１の回転に応じて変化するパルス列を検出し、検出したパルス列（第２検出信号Ｓ２）を出力制御部４３に出力する。   The first rotary encoder 22 detects a pulse train that changes according to the rotation of the drive shaft 21, and outputs the detected pulse train (first detection signal S <b> 1) to the output control unit 43. The second rotary encoder 33 detects a pulse train that changes according to the rotation of the output shaft 31, and outputs the detected pulse train (second detection signal S <b> 2) to the output control unit 43.

なお、第１ロータリエンコーダ２２と第２ロータリエンコーダ３３とでは、後述するように、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とが相対比較される。   Note that, in the first rotary encoder 22 and the second rotary encoder 33, as described later, the first detection signal S1 and the second detection signal S2 are relatively compared.

駆動制御機構４０と、第１ロータリエンコーダ２２及び第２ロータリエンコーダ３３との間には、リアルタイムで回転駆動装置１０の出力を制御に反映させることができるフィードバックループが構成されている。詳しくは、駆動制御機構４０と第１ロータリエンコーダ２２との間に１つのフィードバックループ（メインループＬ１）が構成され、駆動制御機構４０と第２ロータリエンコーダ３３との間にもう一つのフィードバックループ（サブループＬ２）が構成されている。   Between the drive control mechanism 40 and the 1st rotary encoder 22 and the 2nd rotary encoder 33, the feedback loop which can reflect the output of the rotational drive apparatus 10 to control in real time is comprised. More specifically, one feedback loop (main loop L1) is configured between the drive control mechanism 40 and the first rotary encoder 22, and another feedback loop (main loop L1) is provided between the drive control mechanism 40 and the second rotary encoder 33. A sub-loop L2) is formed.

出力制御部４３では、メインループＬ１を用いた主体的なフィードバック制御が行われている。   In the output control unit 43, independent feedback control using the main loop L1 is performed.

具体的には、出力制御部４３には、指令信号Ｓｃ（パルス列）と第１検出信号Ｓ１とが入力されている。なお、指令信号Ｓｃが電流や電圧で駆動制御機構４０に入力される場合には、指令信号Ｓｃは、出力制御部４３に入力する前に変換器によってパルス列に変換される。   Specifically, the command signal Sc (pulse train) and the first detection signal S1 are input to the output control unit 43. When the command signal Sc is input to the drive control mechanism 40 as a current or voltage, the command signal Sc is converted into a pulse train by the converter before being input to the output control unit 43.

位置制御部４１では、指令信号Ｓｃと第１検出信号Ｓ１との間で位相が比較される。位置制御部４１は、その比較結果に基づいてモータ２０の回転を増速させるか減速させるかを判断する。また、速度制御部４２では、指令信号Ｓｃと第１検出信号Ｓ１との間で周波数が比較される。速度制御部４２は、その比較結果に基づいてモータ２０の回転を増速させるか減速させるかを判断する。   In the position control unit 41, the phase is compared between the command signal Sc and the first detection signal S1. The position control unit 41 determines whether to increase or decrease the rotation of the motor 20 based on the comparison result. Further, the speed controller 42 compares the frequency between the command signal Sc and the first detection signal S1. The speed control unit 42 determines whether to increase or decrease the rotation of the motor 20 based on the comparison result.

出力制御部４３では、これら位置制御部４１及び速度制御部４２の判断結果に基づいて、モータ２０の出力を制御する制御信号Ｓｄを生成し、ドライバ４４に出力する。ドライバ４４は、入力された制御信号Ｓｄに従ってモータ２０に供給する電力を増減し、その電力の増減に応じてモータ２０の回転速度が変化する。   The output control unit 43 generates a control signal Sd for controlling the output of the motor 20 based on the determination results of the position control unit 41 and the speed control unit 42 and outputs the control signal Sd to the driver 44. The driver 44 increases or decreases the power supplied to the motor 20 according to the input control signal Sd, and the rotational speed of the motor 20 changes according to the increase or decrease of the power.

従って、メインループＬ１だけでも回転駆動装置１０を制御することはできるが、この回転駆動装置１０では、更にサブループＬを設けることで、応答性に優れ、安定した高精度な制御を実現している。   Therefore, although the rotation drive device 10 can be controlled only by the main loop L1, this rotation drive device 10 is further provided with a sub-loop L, thereby realizing excellent response and stable high-precision control. .

すなわち、トラクション方式の減速機３０は、その機構上、ギア方式の減速機３０と異なり、入力側と出力側との間で回転速度や回転角度がずれて誤差が生じる場合がある。その場合、メインループＬ１によるフィードバック制御のみでは、その誤差が反映されないため、誤差分の精度低下を招くおそれがある。そこで、この回転駆動装置１０では、減速機３０の出力側に第２ロータリエンコーダ３３を配置して、減速機３０の出力側の出力をフィードバックするサブループＬを構成し、減速機３０の入出力間で生じる誤差も制御に反映できるようにしている。   That is, the traction-type speed reducer 30 is different from the gear-type speed reducer 30 due to its mechanism, and an error may occur due to a difference in rotational speed or rotational angle between the input side and the output side. In that case, the error is not reflected only by the feedback control by the main loop L1, and there is a possibility that the accuracy of the error is reduced. Therefore, in this rotary drive device 10, the second rotary encoder 33 is arranged on the output side of the speed reducer 30 to form a sub-loop L that feeds back the output on the output side of the speed reducer 30. The error caused by the error can be reflected in the control.

通常、そうした場合には、特許文献１や特許文献２の回転制御装置もそうであるように、メインループＬ１と同様のフィードバック制御が行われる。すなわち、第２ロータリエンコーダ３３から出力される第２検出信号Ｓ２は、出力制御部４３に入力され、指令信号Ｓｃと第２検出信号Ｓ２とを比較する処理が行われる。それに対し、この回転駆動装置１０では、応答性や安定性をよりいっそう向上させるために、第２検出信号Ｓ２は、出力制御部４３に入力せずに誤差演算部４５に入力するように構成している。   Normally, in such a case, the same feedback control as that of the main loop L1 is performed, as is the case with the rotation control devices of Patent Document 1 and Patent Document 2. That is, the second detection signal S2 output from the second rotary encoder 33 is input to the output control unit 43, and a process of comparing the command signal Sc and the second detection signal S2 is performed. On the other hand, in this rotary drive device 10, the second detection signal S <b> 2 is configured to be input to the error calculation unit 45 without being input to the output control unit 43 in order to further improve responsiveness and stability. ing.

誤差演算部４５にはまた、第１ロータリエンコーダ２２から出力される第１検出信号Ｓ１も入力されている。そして、誤差演算部４５では、同期して入力される第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを比較し、減速機３０の入力と出力との間で生じる誤差を演算する処理が行われる。   The error calculation unit 45 also receives the first detection signal S1 output from the first rotary encoder 22. The error calculation unit 45 compares the first detection signal S1 and the second detection signal S2 that are input in synchronization with each other, and performs a process of calculating an error that occurs between the input and output of the speed reducer 30. .

具体的には、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とが比較できるように、例えばレートマルチプライヤ等を用いて、第１検出信号Ｓ１に対し、減速比に応じた割合でパルス列を減少させる処理が行われる（分周処理）。そうして、比較可能になった第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とに対し、周波数やパルスの周期が比較され、その誤差の有無が判断される。   Specifically, the pulse train is reduced at a rate corresponding to the reduction ratio with respect to the first detection signal S1 using, for example, a rate multiplier so that the first detection signal S1 and the second detection signal S2 can be compared. Is performed (frequency division process). Then, the frequency and pulse period are compared with the first detection signal S1 and the second detection signal S2 that can be compared, and the presence or absence of the error is determined.

その結果、両者の周波数等に差がなければ、誤差無しと判断される。両者の周波数等に差があれば、誤差有りと判断され、その誤差量が演算される。例えば、第２検出信号Ｓ２が分周処理された第１検出信号Ｓ１よりも大きい場合には、正の値として誤差量が演算され、第２検出信号Ｓ２が分周処理された第１検出信号Ｓ１よりも小さい場合には、負の値として誤差量が演算される。   As a result, if there is no difference between the two frequencies, it is determined that there is no error. If there is a difference between the two frequencies, it is determined that there is an error, and the error amount is calculated. For example, when the second detection signal S2 is larger than the first detection signal S1 subjected to frequency division processing, the error amount is calculated as a positive value, and the second detection signal S2 is subjected to frequency division processing. If it is smaller than S1, the error amount is calculated as a negative value.

演算された誤差量は、誤差演算部４５から誤差信号Ｓｅとして出力され、出力制御部４３に入力される。出力制御部４３では、入力される誤差信号Ｓｅに基づいて制御信号Ｓｄを補正する処理が行われる（補正処理）。   The calculated error amount is output as an error signal Se from the error calculation unit 45 and input to the output control unit 43. The output control unit 43 performs a process of correcting the control signal Sd based on the input error signal Se (correction process).

具体的には、位置制御部４１では、誤差信号Ｓｅが入力されると、その誤差信号Ｓｅも含めて指令信号Ｓｃと第１検出信号Ｓ１との間でパルス誤差の集積や位相が比較される。また、速度制御部４２では、誤差信号Ｓｅが入力されると、その誤差信号Ｓｅも含めて指令信号Ｓｃと第１検出信号Ｓ１との間で周波数等が比較される。   Specifically, when the error signal Se is input, the position control unit 41 compares the accumulation and phase of the pulse error between the command signal Sc and the first detection signal S1 including the error signal Se. . In addition, when the error signal Se is input, the speed control unit 42 compares the frequency and the like between the command signal Sc and the first detection signal S1 including the error signal Se.

従って、減速機３０の入出力間で実際に生じる出力の誤差をリアルタイムで制御に反映させることができるので、高精度な制御が実現できる。しかも、極めて簡単な演算処理でフィードバックできるので、応答性に優れる。通常行われる多重のフィードバックループに比べてダンピングを抑制できるので、安定性も向上する。   Therefore, since an output error actually generated between the input and output of the speed reducer 30 can be reflected in the control in real time, highly accurate control can be realized. In addition, since feedback can be made with extremely simple arithmetic processing, the response is excellent. Since damping can be suppressed as compared with a normally performed multiple feedback loop, stability is also improved.

（第２実施形態）
図４及び図５に、本実施形態の回転駆動装置１０Ａを示す。この回転駆動装置１０Ａでは、特に、減速機３０（第１減速機３０ともいう）の出力側に更に第２減速機６０が連結され、２段減速構造になっている点で、先の実施形態と異なっている。モータ２０等の基本的な構成は、先の実施形態と同様であるため、同じ構成には同じ符号を用いてその説明は省略する。 (Second Embodiment)
4 and 5 show a rotary drive device 10A of the present embodiment. In this rotational drive device 10A, in particular, the second embodiment is connected to the output side of the speed reducer 30 (also referred to as the first speed reducer 30) to form a two-stage speed reduction structure. Is different. Since the basic configuration of the motor 20 and the like is the same as that of the previous embodiment, the same reference numerals are used for the same configurations and the description thereof is omitted.

第２減速機６０は、いわゆるギア方式の減速機である。第２減速機６０には、第２出力軸６１やギア減速機構６２などが設けられている。ギア減速機構６２は、太陽ギアやその周囲に噛み合った複数の遊星ギアなど、公知の機構で構成されている。ギア減速機構６２の入力側には、第１減速機３０の出力軸３１が連結されている。そして、ギア減速機構６２の出力側には、出力軸３１と回転中心が一致した第２出力軸６１が連結されている。   The second reduction gear 60 is a so-called gear type reduction gear. The second reduction gear 60 is provided with a second output shaft 61, a gear reduction mechanism 62, and the like. The gear reduction mechanism 62 includes a known mechanism such as a sun gear or a plurality of planetary gears meshed with the sun gear. The output shaft 31 of the first reduction gear 30 is connected to the input side of the gear reduction mechanism 62. The output shaft 31 and the second output shaft 61 whose rotation center coincides with the output side of the gear reduction mechanism 62 are connected.

この回転駆動装置１０Ａでは、第２ロータリエンコーダ３３は、第１減速機３０ではなく、第２減速機６０に配置されている。すなわち、第２出力軸６１の回転速度や回転位置を検出するために、第２ロータリエンコーダ３３が第２減速機６０の出力側に配置されている。   In the rotational drive device 10 </ b> A, the second rotary encoder 33 is arranged not on the first reduction gear 30 but on the second reduction gear 60. That is, the second rotary encoder 33 is disposed on the output side of the second reduction gear 60 in order to detect the rotational speed and rotational position of the second output shaft 61.

この回転駆動装置１０Ａでは、まず、第１段目にトラクション方式の第１減速機３０が配置されているため、モータ２０を高回転で駆動することができ、出力を向上することができる。２段目の減速機の場合、入力が減速されているため、ギア方式の減速機を用いることができる。   In this rotational drive device 10A, since the first reduction gear 30 of the traction method is disposed at the first stage, the motor 20 can be driven at a high rotation, and the output can be improved. In the case of the second speed reducer, since the input is decelerated, a gear type speed reducer can be used.

そして、第２減速機６０を２段目に配置することで、更に減速比を高めることができるので、出力トルクの範囲を拡大することができる。第２減速機６０はギア方式であるため、個体毎に入出力間で減速比がばらつくおそれはない。   And by arrange | positioning the 2nd reduction gear 60 in the 2nd step | paragraph, since a reduction ratio can be raised further, the range of output torque can be expanded. Since the second reduction gear 60 is a gear system, there is no possibility that the reduction ratio varies between input and output for each individual.

なお、第２ロータリエンコーダ３３は、図５に仮想線で示すように、第２減速機６０でなく第１減速機３０に配置してもよい。ただし、第２減速機６０のバックラッシュ等の影響を制御に反映させることができるので、第２ロータリエンコーダ３３は第２減速機６０に配置する方が好ましい。   In addition, you may arrange | position the 2nd rotary encoder 33 in the 1st reduction gear 30 instead of the 2nd reduction gear 60, as shown by the virtual line in FIG. However, since the influence of the backlash or the like of the second reduction gear 60 can be reflected in the control, it is preferable that the second rotary encoder 33 is disposed on the second reduction gear 60.

（第３実施形態）
図６及び図７に、回転駆動装置１０Ａ等を応用した本実施形態の回転駆動装置１０Ｂを示す。この回転駆動装置１０Ｂでは、特に、更に、第３ロータリエンコーダ７０を追加してサブループＬ３を構成し、フィードバック構造を多重化した点で、第２実施形態等と異なっている。 (Third embodiment)
6 and 7 show a rotary drive device 10B of the present embodiment to which the rotary drive device 10A and the like are applied. This rotary drive device 10B is different from the second embodiment in that, in particular, a third rotary encoder 70 is added to form a sub-loop L3 and a feedback structure is multiplexed.

具体的には、第２ロータリエンコーダ３３は、当初の実施形態と同様に、第１減速機３０に配置され、第３ロータリエンコーダ７０が第２減速機６０の出力側に配置されている。そして、この第３ロータリエンコーダ７０と駆動制御機構４０とが制御配線５４を介して接続され、第２のサブループＬ３が構成されている。そして、第３ロータリエンコーダ７０は、第２出力軸６１の回転に応じて変化するパルス列を検出し、検出したパルス列（第３検出信号Ｓ３）を駆動制御機構４０に出力する。   Specifically, the second rotary encoder 33 is arranged in the first reduction gear 30 and the third rotary encoder 70 is arranged on the output side of the second reduction gear 60 as in the first embodiment. The third rotary encoder 70 and the drive control mechanism 40 are connected via the control wiring 54, and the second sub-loop L3 is configured. The third rotary encoder 70 detects a pulse train that changes according to the rotation of the second output shaft 61 and outputs the detected pulse train (third detection signal S3) to the drive control mechanism 40.

図７に示すように、駆動制御機構４０には、第３ロータリエンコーダ７０に対応して第２誤差演算部７１が設けられている。第２誤差演算部７１は、第１誤差演算部４５と同様の機能を有している。   As shown in FIG. 7, the drive control mechanism 40 is provided with a second error calculator 71 corresponding to the third rotary encoder 70. The second error calculator 71 has the same function as the first error calculator 45.

具体的には、第２誤差演算部７１にも、第１ロータリエンコーダ２２から出力される第１検出信号Ｓ１が入力されている。そして、第２誤差演算部７１では、同期して入力される第１検出信号Ｓ１と第３検出信号Ｓ３とを比較し、第１誤差演算部４５と同様にして、第１減速機３０の入力と第２減速機６０の出力との間で生じる誤差を演算する処理が行われる。   Specifically, the first detection signal S <b> 1 output from the first rotary encoder 22 is also input to the second error calculator 71. Then, the second error calculation unit 71 compares the first detection signal S1 and the third detection signal S3 that are input in synchronization with each other, and similarly to the first error calculation unit 45, the input of the first reduction gear 30 is performed. And a process of calculating an error that occurs between the output of the second reduction gear 60 and the second reduction gear 60.

そして演算された誤差量は、第２誤差演算部７１から第２誤差信号Ｓｅ’として出力され、出力制御部４３に入力される。出力制御部４３では、第１誤差演算部４５から入力される誤差信号Ｓｅと第２誤差演算部７１から入力される第２誤差信号Ｓｅ’とに基づいて制御信号Ｓｄを補正する処理が行われる。   The calculated error amount is output as a second error signal Se ′ from the second error calculator 71 and input to the output controller 43. In the output control unit 43, processing for correcting the control signal Sd based on the error signal Se input from the first error calculation unit 45 and the second error signal Se ′ input from the second error calculation unit 71 is performed. .

この回転駆動装置１０Ｂでは、出力の誤差を検出してフィードバックする回路が多重化されているため、よりいっそう制御の精度や安定性を向上させることができる。   In this rotary drive device 10B, since the circuit for detecting and feeding back the output error is multiplexed, the accuracy and stability of the control can be further improved.

なお、本発明にかかる回転駆動装置及びロボット装置は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。   In addition, the rotational drive apparatus and robot apparatus concerning this invention are not limited to embodiment mentioned above, The other various structures are included.

例えば、ロボット装置は、産業ロボットに限らない。回転駆動装置は、様々な分野で用いられるロボットにも適用できる。   For example, the robot apparatus is not limited to an industrial robot. The rotary drive device can also be applied to robots used in various fields.

上述した実施形態では、出力制御部４３に位置制御部４１が設けられているが、位置制御部４１は必須ではなく、無くてもよい。   In the above-described embodiment, the position controller 41 is provided in the output controller 43, but the position controller 41 is not essential and may be omitted.

１ ロボット装置
２ 装置本体
３ 多関節アーム
１０ 回転駆動装置
２０ モータ
２２ 第１ロータリエンコーダ
３０ 減速機
３３ 第２ロータリエンコーダ
４０ 駆動制御機構
４１ 位置制御部
４２ 速度制御部
４３ 出力制御部
４４ ドライバ
４５ 誤差演算部
６０ 第２減速機
７０ 第３ロータリエンコーダ
７１ 第２誤差演算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Robot apparatus 2 Apparatus main body 3 Articulated arm 10 Rotation drive apparatus 20 Motor 22 1st rotary encoder 30 Reduction gear 33 2nd rotary encoder 40 Drive control mechanism 41 Position control part 42 Speed control part 43 Output control part 44 Driver 45 Error calculation Part 60 second reduction gear 70 third rotary encoder 71 second error calculation part

Claims (6)

モータと、
前記モータに連結されたトラクション方式の減速機と、
外部から入力される指令信号に基づいて前記モータの出力を制御する駆動制御機構と、
を備えた回転駆動装置であって、
前記減速機の入力側に配置された第１ロータリエンコーダと、
前記減速機の出力側に配置された第２ロータリエンコーダと、
を有し、
前記駆動制御機構は、
前記指令信号と、前記第１ロータリエンコーダから入力される第１検出信号とに基づいて、前記モータの出力を制御する制御信号を生成する出力制御部と、
前記制御信号に従って前記モータに供給する電力を増減するドライバと、
前記第１検出信号と、前記第２ロータリエンコーダから入力される第２検出信号とを比較して、前記減速機の入力と出力との間の誤差を演算する誤差演算部と、
を有し、
前記出力制御部が、前記誤差演算部の演算結果に基づいて前記制御信号を補正する回転駆動装置。 A motor,
A traction reduction gear connected to the motor;
A drive control mechanism for controlling the output of the motor based on a command signal input from the outside;
A rotary drive device comprising:
A first rotary encoder disposed on the input side of the speed reducer;
A second rotary encoder disposed on the output side of the speed reducer;
Have
The drive control mechanism is
An output control unit that generates a control signal for controlling the output of the motor based on the command signal and a first detection signal input from the first rotary encoder;
A driver for increasing or decreasing the power supplied to the motor according to the control signal;
An error calculator that compares the first detection signal with a second detection signal input from the second rotary encoder and calculates an error between an input and an output of the speed reducer;
Have
The rotation drive device, wherein the output control unit corrects the control signal based on a calculation result of the error calculation unit. 請求項１に記載の回転駆動装置において、
前記減速機の出力側にギア方式の第２減速機が連結されている回転駆動装置。 The rotary drive device according to claim 1,
A rotary drive device in which a gear-type second reduction gear is connected to an output side of the reduction gear. 請求項２に記載の回転駆動装置において、
前記第２ロータリエンコーダが前記第２減速機の出力側に配置されている回転駆動装置。 The rotary drive device according to claim 2, wherein
A rotary drive device in which the second rotary encoder is arranged on the output side of the second reduction gear. 請求項２に記載の回転駆動装置において、
前記第２ロータリエンコーダは、前記減速機の出力側かつ前記第２減速機の入力側に配置され、
前記第２減速機の出力側に配置された第３ロータリエンコーダを更に有し、
前記駆動制御機構は、更に、前記第１検出信号と、前記第３ロータリエンコーダから入力される第３検出信号とに基づいて、前記減速機の入力と前記第２減速機の出力との間の誤差を演算する第２誤差演算部を有し、
前記出力制御部が、前記誤差演算部及び前記第２誤差演算部の演算結果に基づいて前記制御信号を補正する回転駆動装置。 The rotary drive device according to claim 2, wherein
The second rotary encoder is disposed on an output side of the speed reducer and an input side of the second speed reducer;
A third rotary encoder disposed on the output side of the second reduction gear;
The drive control mechanism is further configured to provide an output between the input of the speed reducer and the output of the second speed reducer based on the first detection signal and a third detection signal input from the third rotary encoder. A second error calculator that calculates an error;
The rotation drive device, wherein the output control unit corrects the control signal based on calculation results of the error calculation unit and the second error calculation unit. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の回転駆動装置を搭載したロボット装置。   The robot apparatus carrying the rotation drive device as described in any one of Claims 1-4. 請求項５に記載のロボット装置において、
装置本体と、
前記装置本体に設けられた多関節アームと、
を備え、
前記多関節アームは、
第１要素アームと、
前記第１要素アームの先端部に、基端部が回動自在に連結された第２要素アームと、
を含み、
前記第２要素アームの駆動源として、前記回転駆動装置が、前記第１要素アームと前記第２要素アームとの連結部位に設けられているロボット装置。 The robot apparatus according to claim 5, wherein
The device body;
An articulated arm provided in the apparatus body;
With
The articulated arm is
A first element arm;
A second element arm having a base end rotatably connected to a distal end of the first element arm;
Including
The robot apparatus in which the rotation driving device is provided as a driving source of the second element arm at a connection portion between the first element arm and the second element arm.

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