JP2012257425A - Motor drive method, motor drive device, and robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モーター駆動方法、モーター駆動装置およびロボットに関する。 The present invention relates to a motor driving method, a motor driving device, and a robot.
工業製品の製造現場へのロボットの導入は、単純作業の置き換えから、繰り返しの位置精度が求められる精密作業、重量物を扱う作業、など様々な領域に亘り拡大してきている。また、複数のロボットを生産ラインに配置し、流れ作業の無人化も急速に進んできている。生産ラインに複数のロボットを配置する場合、生産ラインの生産性を高めるためには、配置された複数のロボットの一台一台の生産性を高める必要がある。ロボットの生産性は、動作速度により左右されるが、中でも始動時から短い時間で所定の速度まで加速させるかが重要である。 The introduction of robots to the manufacturing site of industrial products has been extended to various fields such as replacement of simple work, precision work that requires repeated positional accuracy, and work that handles heavy objects. In addition, a number of robots are placed on the production line, and the unmanned flow work is rapidly progressing. When arranging a plurality of robots on a production line, in order to increase the productivity of the production line, it is necessary to increase the productivity of each of the arranged robots. The productivity of the robot depends on the operation speed, but it is important to accelerate to a predetermined speed in a short time from the start.
特許文献1には、グリースなどの潤滑剤が低温時に粘度が上昇し、その粘度抵抗によって指令動作に対して、例えば動作時間の増大、軌跡精度の低下を招くため、その動作誤差を、初動時に検出されるトルクから予め設定されたモーターの加減速度および速度を調整し、モーターのトルクが飽和しないようにする加減速度決定器によって補正することが開示されている。
In
また、特許文献2には、単相整流コンバーター電源のモーターを制御する制御装置において、昇降圧チョッパと蓄電部とを備えて、直流電圧信号が閾値より下がった場合に蓄電部の電圧を昇圧してコンデンサー放電することで、直流電圧を閾値で維持させることが開示されている。
しかし、上述の特許文献1では、制御装置に備える加減速度決定器によって、モータートルクの飽和状態を回避させるため、基準トルク値を超える場合にはモーターの速度を下げるように制御される。従って、生産性の向上には繋がらないものであった。また、特許文献2では、通常動作において負荷変動が生じた場合の直流電圧の低下を蓄電部の電源で補い、変動の少ないモーターの動作を行わせるものであり、モーターの速度を上げることの開示は無い。
However, in
そこで、駆動可能領域を一時的に超えて駆動させ、ロボットアームなどの被駆動部を高速で動作させることができるモーターの駆動方法、駆動装置およびロボットを提供する。 Therefore, a motor driving method, a driving device, and a robot that can be driven temporarily beyond a drivable region and can operate a driven part such as a robot arm at high speed are provided.
本発明は、少なくとも上述の課題の一つを解決するように、下記の形態または適用例として実現され得る。 The present invention can be realized as the following forms or application examples so as to solve at least one of the above-described problems.
〔適用例1〕本適用例のモーター駆動方法は、モーターの駆動トルク計測データと回転数計測データと、を取得する駆動データ取得工程と、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データと、を前記モーターの回転数/トルク特性テーブルと比較する比較工程と、前記比較工程の比較結果において、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データとが、前記回転数/トルク特性テーブルの駆動可能領域境界にある場合、前記モーターの駆動電圧を昇圧させる昇電圧工程と、を備えることを特徴とする。 [Application Example 1] A motor driving method according to this application example includes a drive data acquisition step of acquiring motor drive torque measurement data and rotation speed measurement data, and the drive torque measurement data and rotation speed measurement data. In the comparison step of comparing with the rotation speed / torque characteristic table of the motor, and in the comparison result of the comparison step, the drive torque measurement data and the rotation speed measurement data are the boundaries of the driveable area of the rotation speed / torque characteristic table. And a voltage raising step for boosting the driving voltage of the motor.
モーターのトルクと回転数との関係を示す特性、いわゆるTN特性において、モーター始動から定速駆動に至るまでの加速駆動時には、負荷トルクの減少に伴って徐々に回転数が上昇し、所定のトルク値以下において定速回転する。この加速駆動時において、本適用例のモーター駆動方法によりモーターの駆動電圧を、定格駆動電圧を超える電圧に昇圧する工程を備えることにより、加速駆動時のモーター駆動トルクまたは回転数を定格特性値より高くし、モーター始動から定速駆動までの所要時間を短縮することができる。 In the so-called TN characteristic, which shows the relationship between the motor torque and the rotational speed, during acceleration driving from motor start to constant speed driving, the rotational speed gradually increases as the load torque decreases, and the predetermined torque It rotates at a constant speed below the value. At the time of this acceleration drive, the motor drive voltage of the application example is increased to a voltage exceeding the rated drive voltage by the motor drive method of this application example. The time required from starting the motor to constant speed driving can be shortened.
〔適用例2〕上述の適用例において、前記昇電圧工程は、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データとが、前記駆動可能領域境界と前記駆動可能領域境界より内側に設定される閾値と、で形成される領域にある場合、前記モーターの駆動電圧を昇圧させることを特徴とする。 [Application Example 2] In the application example described above, the voltage increase step includes the drive torque measurement data and the rotation speed measurement data, the driveable region boundary and a threshold value set inside the driveable region boundary. , The drive voltage of the motor is boosted.
上述の適用例によれば、モーターの駆動電圧を昇圧する判定値を、駆動可能領域境界と駆動可能領域境界の内側に設定した閾値と、によって形成される領域に設定する。これにより、駆動電圧を昇圧するタイミングを早め、駆動電圧の昇圧の遅れを防止することができる。従って、モーター始動から定速駆動までの所要時間の短縮をより確実にすることができる。 According to the application example described above, the determination value for boosting the driving voltage of the motor is set in a region formed by the driveable region boundary and the threshold value set inside the driveable region boundary. As a result, the timing for boosting the drive voltage can be advanced, and the delay in boosting the drive voltage can be prevented. Therefore, the required time from the motor start to the constant speed drive can be shortened more reliably.
〔適用例3〕本適用例のモーター駆動装置は、モーターの駆動トルク計測データと回転数計測データと、を取得する駆動データ取得手段と、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データと、を前記モーターの回転数/トルク特性テーブルと比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果から、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データとが、前記回転数/トルク特性テーブルの駆動可能領域境界にある場合、前記モーターの駆動電圧を昇圧させる昇電圧手段と、を備えることを特徴とする。 Application Example 3 A motor drive device according to this application example includes: drive data acquisition means for acquiring motor drive torque measurement data and rotation speed measurement data; and the drive torque measurement data and rotation speed measurement data. Comparing means for comparing with the rotational speed / torque characteristic table of the motor, and from the comparison result of the comparing means, the driving torque measurement data and the rotational speed measurement data are the boundary of the driveable area of the rotational speed / torque characteristic table. And a voltage raising means for boosting the driving voltage of the motor.
モーターのトルクと回転数との関係を示す特性、いわゆるTN特性において、モーター始動から定速駆動に至るまでの加速駆動時には、負荷トルクの減少に伴って徐々に回転数が上昇し、所定のトルク値以下において定速回転する。この加速駆動時において、本適用例のモーター駆動装置によりモーターの駆動電圧を、定格駆動電圧を超える電圧に昇圧する昇電圧手段を備えることにより、加速駆動時のモーター駆動トルクまたは回転数を定格特性値より高くし、モーター始動から定速駆動までの所要時間を短縮することができる。 In the so-called TN characteristic, which shows the relationship between the motor torque and the rotational speed, during acceleration driving from motor start to constant speed driving, the rotational speed gradually increases as the load torque decreases, and the predetermined torque It rotates at a constant speed below the value. During this acceleration drive, the motor drive device of this application example has a voltage booster that boosts the motor drive voltage to a voltage exceeding the rated drive voltage, so that the motor drive torque or rotation speed during acceleration drive can be rated. The time required from the start of the motor to the constant speed drive can be shortened by setting it higher than the value.
〔適用例4〕上述の適用例において、前記昇電圧手段は、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データとが、前記駆動可能領域境界と前記駆動可能領域境界より内側に設定される閾値と、で形成される領域にある場合、前記モーターの駆動電圧を昇圧させることを特徴とする。 Application Example 4 In the application example described above, the voltage raising means includes a threshold value at which the driving torque measurement data and the rotation speed measurement data are set inside the driveable region boundary and the driveable region boundary. , The drive voltage of the motor is boosted.
上述の適用例によれば、モーターの駆動電圧を昇圧する判定値を、駆動可能領域境界と駆動可能領域境界の内側に設定した閾値と、によって形成される領域に設定し、比較手段の比較結果により電源電圧を昇圧する昇電圧手段を備える装置である。これにより、駆動電圧を昇圧するタイミングを早め、駆動電圧の昇圧の遅れを防止することができる。従って、モーター始動から定速駆動までの所要時間の短縮をより確実にするモーター駆動装置を得ることができる。 According to the application example described above, the determination value for boosting the driving voltage of the motor is set in the region formed by the driveable region boundary and the threshold value set inside the driveable region boundary, and the comparison result of the comparison unit This is a device comprising a voltage raising means for boosting the power supply voltage. As a result, the timing for boosting the drive voltage can be advanced, and the delay in boosting the drive voltage can be prevented. Therefore, it is possible to obtain a motor drive device that more reliably shortens the time required from motor start to constant speed drive.
〔適用例5〕上述の適用例のモーター駆動装置を備えるロボット。 Application Example 5 A robot including the motor driving device of the application example described above.
本適用例のロボットによれば、駆動開始から定速駆動に至るまでの時間を短縮することができ、ロボットアームの目標移動時間を短縮することができる。従って、生産性の高いロボットを得ることができる。 According to the robot of this application example, the time from the start of driving to the constant speed driving can be shortened, and the target movement time of the robot arm can be shortened. Therefore, a highly productive robot can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、本実施形態に係るロボットの構成を示す概念図である。図1に示すロボット100は、基台10に一方の側が回転可能に固定される第1アーム21と、第1アーム21の他方の側に相対的に一方の側が回転可能に固定される第2アーム22と、第2アーム22の他方の側に被作業物40に対して作業を行うハンド部30と、を備える。基台10と第1アーム21とは、モーター51によって回転可能に固定され、第1アーム21と第2アーム22とは、モーター52によって回転可能に固定されている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the robot according to the present embodiment. A
またロボット100は、ロボット100の駆動を制御するモーター駆動装置としての駆動制御装置70を備え、駆動制御装置70は、例えばコンピューターなどの外部制御装置である外部駆動指示装置200からの指示を駆動部71に受け、アーム21,22およびハンド部30を駆動する。また駆動制御装置70には、ロボット100の駆動情報により駆動部71を介してロボット100を制御する制御部72を備えている。
The
基台10に備えるモーター51、および第1アーム21に備えるモーター52には、各モーターの出力トルクおよび回転数を検出する検出手段61,62を備えている。検出手段61,62において検出されたデータは駆動制御装置70に備える制御部72に取得され、取得された信号に基づいて制御部72は、後述するモーター51,52の駆動電圧を一時的に昇圧する制御を実行する。制御部72は、検出手段61,62からの検出データ信号を取得する駆動データ取得手段72aと、モーター51,52の回転数およびトルクの特性が記憶された回転数/トルク特性テーブル72bと、駆動データ取得手段72aが取得した駆動データと回転数/トルク特性テーブル72bから取得した駆動特性データとを比較する比較手段72cと、比較手段72cにおける比較結果に基づいてモーター駆動電圧を昇圧する昇電圧手段72dと、を含んでいる。
The motor 51 provided in the
図2は、ロボット100のモーター51,52の駆動方法を示すフローチャートである。図2に基づいて、ロボット100の駆動方法を説明する。
FIG. 2 is a flowchart showing a method for driving the
<モータートルク/回転数計測工程>
まず、外部駆動指示装置200からの指示に基づくロボット100の駆動の信号が駆動部71より送出され、モーター51,52の駆動が開始する(S1)。モーター駆動開始(S1)の直後から、検出手段61,62によって、モーター51,52の回転数および出力トルクの計測を行う、モータートルク/回転数計測工程(S2)(以下、計測工程(S2)という)が実行される。
<Motor torque / rotational speed measurement process>
First, a driving signal for the
<モーター回転数判定工程>
計測工程(S2)において検出された回転数のデータを、モーター回転数判定工程(S3)において最大回転数であるか、を判定する。図3は、モーター51,52の回転数/トルク特性(TN特性)を模式的に示すグラフである。本実施形態に係るロボット100に備えるモーター51,52は、図3に示すようなTN特性を有し、このTN特性線の内側領域UAが駆動可能領域、TN特性線が駆動可能領域境界として定義される。図3に示すTN特性において、モーター回転数は変化点P1まで、すなわち負荷トルクがトルクTP1まで、は最大回転数Rmaxまで駆動が可能となる。しかし、変化点P1から変化点P2である最大負荷トルクである最大出力トルクTmaxまでは回転可能なモーター回転数は減少し、変化点P2において最大回転数はRP2となってしまう。従って、本実施形態に係るロボット100に備えるモーター51,52の性能を示すTN特性図において、図3に示す変化点P1を、より高負荷トルク側、すなわちTP1をよりTmax側に近づけることで、Rmaxが維持できる負荷領域である0〜TP1を拡大させ、第1アーム21、第2アーム22をより短時間に目標位置まで移動させることを可能にするものである。
<Motor rotation speed judgment process>
It is determined whether the rotation speed data detected in the measurement step (S2) is the maximum rotation speed in the motor rotation speed determination step (S3). FIG. 3 is a graph schematically showing the rotational speed / torque characteristics (TN characteristics) of the
モーター回転数判定工程(S3)において、計測工程(S2)において検出された回転数が図3に示すRmaxであるか、を判定する。判定結果が、モーター回転数がRmaxである、すなわちYESである場合には、次の減速目標位置到達判別工程(S4)に移行する。判定結果が、モーター回転数がRmaxではない、すなわちNOである場合には、比較工程としてのモータートルク/回転数比較工程(S10)に移行する。 In the motor rotation number determination step (S3), it is determined whether the rotation number detected in the measurement step (S2) is R max shown in FIG. If the determination result is that the motor rotation speed is R max, that is, YES, the process proceeds to the next deceleration target position arrival determination step (S4). When the determination result is that the motor rotation speed is not R max, that is, NO, the process proceeds to a motor torque / rotation speed comparison process (S10) as a comparison process.
<モータートルク/回転数比較工程>
モータートルク/回転数比較工程(S10)(以下、トルク回転数比較工程(S10)という)では、図4に示すTN特性図を用いて比較判定を実行する。図4に示すTN特性図は、図3に示すTN特性図より作成される。図4に示すように比較判定の基準となる閾値Lが設定される。閾値Lは、後述するモーター51,52の電源電圧を昇圧する判定値であり、線P1−P2を超える駆動性能を示す線P1´−P2´を含むTN特性を与えるものである。
<Motor torque / rotation speed comparison process>
In the motor torque / rotational speed comparison step (S10) (hereinafter referred to as torque rotational speed comparison step (S10)), a comparison determination is performed using the TN characteristic diagram shown in FIG. The TN characteristic diagram shown in FIG. 4 is created from the TN characteristic diagram shown in FIG. As shown in FIG. 4, a threshold value L that is a reference for comparison determination is set. The threshold value L is a determination value for boosting the power supply voltage of the
トルク回転数比較工程(S10)では、図4に示すTN特性図に基づいて、計測工程(S2)において取得された検出手段61,62からの回転数とトルクのデータが、領域U1,U2,U3のどの領域にあるかを比較する。領域U1とは、Rmax線を除く変化点P1までの領域である。領域U2は閾値Lと回転数0(座標線)とで形成される領域である。領域U3は、閾値Lと線P1−P2によって形成される領域である。領域U1では、定格電源の電圧によってモーター51,52に電源を供給することによって、最大回転数Rmaxに到達させることができる領域である。
In the torque rotational speed comparison step (S10), based on the TN characteristic diagram shown in FIG. 4, the rotational speed and torque data from the detection means 61 and 62 acquired in the measurement step (S2) are stored in the regions U1, U2, and U2. Compare which region of U3 it is. The region U1 is a region up to the change point P1 excluding the R max line. The region U2 is a region formed by the threshold value L and the rotation speed 0 (coordinate line). The region U3 is a region formed by the threshold value L and the lines P1-P2. In the region U1, by supplying power to the
領域U2では、モーター51,52の駆動可能領域UA(図3参照)に対して余裕のある領域であり、回転数を上昇させている状態にある。この領域U2では、定格電源の電圧によってモーター51,52に電源を供給することによって、回転数を上昇させる領域である。領域U3は、閾値Lを超えた領域となる。すなわち、更に回転数を上げるように駆動させて行くと、最大回転数Rmaxを下回る線P1−P2の領域に到達してしまう。そこで、モーター51,52のトルクおよび回転数の検出値が領域U3にあると判定された場合には、モーター51,52に定格電源電圧より高い昇圧された電源を、昇電圧手段72d(図1参照)によって生成し、モーター51,52に供給する工程に移行する。
In the region U2, there is a margin with respect to the driveable region U A (see FIG. 3) of the
すなわち、トルク回転数比較工程(S10)において、特性テーブルとしての図4に示すTN特性図における閾値Lとの比較を行い、領域U1,U2である場合、すなわち閾値L以下と判定された場合(YES)、定格電源電圧によるモーター駆動を継続させ、再度、計測工程(S2)から実行する。また、領域U3である場合、すなわち閾値Lを超えると判定された場合(NO)、定格電源電圧より高い電圧の電源を、昇電圧手段72d(図1参照)によって生成し、モーター51,52に供給する、昇電圧工程としてのモーター駆動電圧昇圧工程(S20)に移行する。
That is, in the torque rotation speed comparison step (S10), a comparison is made with the threshold value L in the TN characteristic diagram shown in FIG. 4 as a characteristic table, and when it is in the regions U1 and U2, that is, when it is determined that the threshold value L or less ( YES), the motor drive by the rated power supply voltage is continued, and the measurement process (S2) is executed again. In the case of the region U3, that is, when it is determined that the threshold value L is exceeded (NO), a power supply having a voltage higher than the rated power supply voltage is generated by the voltage raising means 72d (see FIG. 1), and is supplied to the
<モーター駆動電圧昇圧工程>
モーター駆動電圧昇圧工程(S20)(以下、駆動電圧昇圧工程(S20)という)では、図1に示す昇電圧手段72dにおいて、定格電源電圧、例えばAC200V、より高い電圧、によって生成される駆動電圧を生成し、駆動部71に送出してモーター51,52に昇圧された電源を供給する。昇電圧手段72dは、例えば図5の回路ブロックに示すような昇圧回路を備えている。図5に示す昇圧回路は昇電圧手段72dに備える駆動電圧指令演算部72eからの駆動電圧指令と駆動電圧に基づいて駆動電圧制御部72fにおいてコイル電流指令を算出し、コイル電流指令とコイル電流に基づいてコイル電流制御部72gにおいてPWM指令を算出し、算出されたPWM指令に基づいてPWM生成部72hがスイッチSW1およびSW2を生成し放電を制御して駆動電圧を昇圧する。
<Motor drive voltage boosting process>
In the motor drive voltage boosting step (S20) (hereinafter referred to as the drive voltage boosting step (S20)), the drive voltage generated by the rated
このように駆動電源を昇圧させることにより、図4に示すTN特性において、最大回転数Rmaxで駆動できる駆動トルクTP1より大きなトルクTP1´の負荷状態であっても最大回転数Rmaxを得ることが可能となり、第1アーム21、第2アーム22をより短時間に目標位置まで移動させることが可能になる。すなわち、定格電源電圧におけるモーター51,52の動作可能領域に対して、昇圧された電源を投入することにより、領域U4まで動作可能領域を一時的に拡大させることができる。
By thus boost the driving power source, the TN characteristic shown in FIG. 4, the maximum rotational speed R max be a load condition of a large torque T P1' than the driving torque T P1 which can be driven at the maximum speed R max Thus, the first arm 21 and the second arm 22 can be moved to the target position in a shorter time. That is, the operable region can be temporarily expanded to the region U4 by supplying the boosted power to the operable region of the
昇圧された電源によってモーター51,52の駆動可能範囲を超える領域U4で駆動され、再び計測工程(S2)によってモーター51,52の回転数が計測される。前述のモーター回転数判定工程(S3)において、判定結果が、モーター回転数がRmaxである、すなわちYESである場合には、次の減速目標位置到達判別工程(S4)に移行する。
Driven by the boosted power source in the region U4 that exceeds the driveable range of the
<減速目標位置到達判別工程>
減速目標位置到達判別工程(S4)(以下、減速位置判別工程(S4)という)では、外部駆動指示装置200によって指示されたアーム21,22の移動目標位置に到達する前の移動速度の減速開始位置、すなわち減速目標位置を判定する。減速位置判別工程(S4)において、減速目標位置に到達した(YES)と判定された場合には、モーター減速工程(S5)に移行する。また、減速位置判別工程(S4)において、減速目標位置に到達していない(NO)と判定された場合には、モーター51,52は駆動を継続し計測工程(S2)からの工程を繰り返す。
<Deceleration target position arrival determination process>
In the deceleration target position arrival determination step (S4) (hereinafter referred to as the deceleration position determination step (S4)), the deceleration start of the movement speed before reaching the movement target position of the arms 21 and 22 instructed by the external
<モーター減速工程>
モーター減速工程(S5)では、減速手段として電磁ブレーキもしくはモーター回生ブレーキなどを用いて、モーター51,52を減速し、目標位置到達判別工程(S6)へ移行する。
<Motor deceleration process>
In the motor deceleration process (S5), the
<目標位置到達判別工程>
目標位置到達判別工程(S6)では、モーター減速工程(S5)において、モーター51,52は減速され、所定の停止位置である目標位置にアーム21,22が到達したかを判別する。到達した(YES)と判定された場合には、モーター駆動停止(S7)に移行し、モーター51,52は停止、すなわちアーム21,22の移動が終了する。到達していない(NO)と判定された場合は、モーター減速工程(S5)を継続しながら、目標位置到達までモーター51,52は駆動される。
<Target position arrival determination process>
In the target position arrival determination step (S6), in the motor deceleration step (S5), the
上述のモーター駆動方法で説明したように、モーターの定格駆動電源における駆動領域(図3に示すTN特性図、参照)に対して、電源電圧を一時的に昇圧させ供給することによって、負荷(トルク)の大きい領域においてもモーターの回転数を最大まで駆動可能となる領域を形成することができる。これによって、特にアーム移動開始から定速移動になるまでの加速領域において生じる負荷増に対して、モーターの最大回転数が発揮できる領域を拡大し、より高速でアームを移動させることができる。従って、生産性の高いロボットを得ることができる。 As described in the above motor driving method, the load (torque) is increased by temporarily boosting and supplying the power supply voltage to the drive region (see the TN characteristic diagram shown in FIG. 3) in the rated drive power supply of the motor. ), A region where the motor can be driven to the maximum speed can be formed. As a result, the area where the maximum number of revolutions of the motor can be exhibited can be expanded and the arm can be moved at a higher speed, especially with respect to the load increase that occurs in the acceleration area from the start of arm movement to the constant speed movement. Therefore, a highly productive robot can be obtained.
(その他の実施形態)
上述の実施形態に係るロボット100では、モーター51,52のトルクと回転数を計測した結果が、図4に示すTN特性における領域U3にある場合に、モーター駆動電圧昇圧工程(S20)を実行させた。しかし、これに限定されるものではなく、モーター51,52のトルクだけを計測し、トルク閾値との比較よってモーター駆動電圧昇圧工程(S20)を実行する、あるいは、モーター51,52の回転数だけを計測し、回転数閾値との比較よってモーター駆動電圧昇圧工程(S20)を実行することもできる。
(Other embodiments)
In the
図6は、モーター51,52のトルク計測値とトルク閾値との比較によってモーター駆動電圧昇圧工程(S20)を実行する形態を説明する説明図である。図6(a)に示す軌道図ように、例えばモーター51が駆動する第1アーム21の軌道は、時間の経過と共に目標位置に到達する。その間、モーター始動から定速駆動するまでの加速区間から定速区間、そして駆動停止までの減速区間で構成される。加速区間では図6(b)に示すトルク特性は定速区間の始まりにかけて高トルクを必要とする。しかし、定格電源電圧における最大トルクは図6(b)に示すように必要とする最大トルクに対してトルクTm分の低い値を示す。この差異分を図2に示すモーター駆動電圧昇圧工程(S20)によって、駆動トルクの引き上げを行う。
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a mode in which the motor drive voltage boosting step (S20) is executed by comparing the torque measurement values of the
図6(c)に、駆動電圧の時間経過を示す。上述したように定格電源における最大トルクを超えるトルクを発生させるため、図6(b)に示すように定格電源最大トルクを下回るトルク閾値を設定し、計測されるトルク値がこのトルク閾値を超えた場合に、図6(c)に示す昇圧電源電圧を生成し、駆動電圧として供給する。これにより定格電源最大トルクよりTm大きいトルクを得て、加速時間を短縮することができる。 FIG. 6C shows the elapsed time of the drive voltage. As described above, in order to generate torque exceeding the maximum torque at the rated power source, a torque threshold value lower than the rated power source maximum torque is set as shown in FIG. 6B, and the measured torque value exceeds this torque threshold value. In this case, the boosted power supply voltage shown in FIG. 6C is generated and supplied as the drive voltage. Thus to obtain a T m greater torque than the rated power maximum torque, it is possible to shorten the acceleration time.
図7は、モーター51,52の回転数計測値と回転数閾値との比較によってモーター駆動電圧昇圧工程(S20)を実行する形態を説明する説明図である。図6(a)に示す軌道図と同様に、図7(a)に示す軌道図においても、例えばモーター51が駆動する第1アーム21の軌道は、時間の経過と共に加速区間、定速区間、減速区間を経て目標位置に到達する。図7(b)に示すように、加速区間において、定格電源電圧によりモーター51を駆動すると、回転数の上昇はグラフ線LRに沿って上昇し、定格電源最大回転数に至るまでに時間tmを必要とする。ここで、定格電源最大回転数より低い回転数閾値、例えば定格電源最大回転数の50%を回転数閾値に設定し、この回転数閾値を超えた場合に、図7(c)に示す昇圧電源電圧を生成し、駆動電圧として供給する。これにより定格電源最大回転数に到達する時間がtmより前の時間taとすることができ、加速時間を短縮することができる。
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a mode in which the motor drive voltage boosting step (S20) is executed by comparing the rotation speed measurement values of the
上述の実施形態に係るロボット100は、昇電圧手段72dの電源として図5に示すように外部交流電源を用いる形態としたが、モーター51,52の減速時の回生エネルギーを電力として蓄え、モーター駆動電圧昇圧工程(S20)における昇圧電源として用いることもできる。図8は、回生電力による昇圧回路の一例を示す回路ブロックである。モーター51,52には、減速と減速エネルギーを電力に変換する図示しない回生ブレーキが備えられ、回生ブレーキから送出された電力を充放電用コンデンサーに蓄える。図8に示す昇圧回路では、昇電圧手段72d備える駆動電圧指令演算部72eからの駆動電圧指令と駆動電圧に基づいて駆動電圧制御部72fにおいてコイル電流指令を算出し、コイル電流指令とコイル電流に基づいてコイル電流制御部72gにおいてPWM指令を算出し、算出されたPWM指令に基づいてPWM生成部72hがスイッチSW1およびSW2を生成し放電を制御して駆動電圧を昇圧する。この際、充放電コンデンサーは直列に配置することで、耐電圧性を上げることができ、耐電圧性を上げて高い電圧で充電させることで、昇圧電源生成時に所望の高電圧を容易に得ることができ、高速のアーム移動を実現することができる。
The
上述の実施形態に係るロボット100では、図2に示すモーター駆動電圧昇圧工程(S20)が、計測工程(S2)におけるモーターのトルクおよび回転数の計測結果と、閾値と、の比較を行うトルク回転数比較工程(S10)の比較結果に基づき実行される形態であるが、ロボット100のアーム21,22の目標位置到達までの軌道が予め設定されている場合には、軌道に合わせた駆動電圧の昇圧の指示プロファイルを生成し、駆動電圧の制御を行うこともできる。これによって、リアルタイムにトルク、回転数のデータ取得、データの演算などを実行する必要が無く、簡単な構成の駆動制御装置とすることができ、低コスト、信頼性の向上、などが可能となる。
In the
なお、上述に実施形態に係るロボット100はアーム21,22を備える水平多関節ロボットを例示したが、これに限定されない。例えば、垂直多関節ロボットなどであっても良く、モーター駆動によるロボットのモーター駆動方法に適用できる。
In addition, although the
10…基台、21,22…アーム、30…ハンド部、40…被作業物、51,52…モーター、61,62…検出手段、70…駆動制御装置、100…ロボット、200…外部駆動指示装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データと、を前記モーターの回転数/トルク特性テーブルと比較する比較工程と、
前記比較工程の比較結果において、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データとが、前記回転数/トルク特性テーブルの駆動可能領域境界にある場合、前記モーターの駆動電圧を昇圧させる昇電圧工程と、を備える、
ことを特徴とするモーター駆動方法。 A drive data acquisition step of acquiring motor drive torque measurement data and rotation speed measurement data;
A comparison step of comparing the drive torque measurement data and the rotation speed measurement data with a rotation speed / torque characteristic table of the motor;
In the comparison result of the comparison step, when the drive torque measurement data and the rotation speed measurement data are at a driveable region boundary of the rotation speed / torque characteristic table, a voltage increase step for boosting the drive voltage of the motor; Comprising
The motor drive method characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1に記載のモーター駆動方法。 In the voltage raising step, when the driving torque measurement data and the rotation speed measurement data are in a region formed by the driveable region boundary and a threshold value set inside the driveable region boundary, Boost the motor drive voltage,
The motor driving method according to claim 1.
前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データと、を前記モーターの回転数/トルク特性テーブルと比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果から、前記駆動トルク計測データと前記回転数計測データとが、前記回転数/トルク特性テーブルの駆動可能領域境界にある場合、前記モーターの駆動電圧を昇圧させる昇電圧手段と、を備える、
ことを特徴とするモーター駆動装置。 Drive data acquisition means for acquiring motor drive torque measurement data and rotation speed measurement data;
A comparison means for comparing the drive torque measurement data and the rotation speed measurement data with a rotation speed / torque characteristic table of the motor;
From the comparison result of the comparison means, when the drive torque measurement data and the rotation speed measurement data are at a driveable area boundary of the rotation speed / torque characteristic table, a voltage increase means for boosting the drive voltage of the motor; Comprising
A motor drive device characterized by that.
ことを特徴とする請求項3に記載のモーター駆動装置。 When the driving voltage measurement data and the rotation speed measurement data are in a region formed by the driveable region boundary and a threshold value set inside the driveable region boundary, Boost the motor drive voltage,
The motor drive device according to claim 3.
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JP2011129879A JP2012257425A (en) | 2011-06-10 | 2011-06-10 | Motor drive method, motor drive device, and robot |
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