JP4689846B2

JP4689846B2 - Mechanical load antagonist control device

Info

Publication number: JP4689846B2
Application number: JP2001021366A
Authority: JP
Inventors: 之男斎藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2002233188A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械負荷駆動・制動制御装置に係り、特にロボットの力源、工作機械の力源、電気自動車の力源等に用いて有効な機械負荷拮抗制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械負荷駆動・制動装置として種々のものがある。ロボット、工作機械、電気自動車などの種々な機械負荷の力源として、強力な駆動源を必要とするものがある。従来、相応する大容量の原動機やモータを使用している。また、機械負荷によっては、強力な駆動力と適正な制動特性が要求される。しかしながら、これらの性能を満たす駆動・制動装置はない。
【０００３】
駆動源としてのモータの利用には、例えば、一関節１モータとしてロボットなどを設計してきたが、特別な例として減速機の振動を抑えるために一関節２モータを使った例はある。しかし、二つのモータによるトルク増幅を目的とした駆動方法は見かけない。通常、制御系の関係でトルクの大きいモータを選択するのが一般的である。
機械的負荷としての二関節筋の一つの特徴は、筋の拮抗作用にある。また、最大限に努力した作用により安定した動きが得られることである。特に、最大トルクの時は関節の作用方向が決定することなど、最近の筋の活動研究で知られている。従来、モータの利用には、一関節１モータとしてロボットなどを設計してきた。しかし、二つ以上のモータによるトルク増幅を目的とした駆動法は見ない。通常、制御系の関係からトルクの大きいモータを選択するのが一般的である。二関節筋の特徴として、動物に特有な二関節筋の機能について、動力源であると同時に、躯幹の筋群によって発生したエネルギーを四肢先端へ効率的に伝達する作用があることが知られている。
【０００４】
機械的な負荷の一例としての対をなして存在する拮抗二関節筋は、動作領域内で特異な活動様式を示し、その筋電図学的解析結果に基づいて、筋骨格系機械モデルを構築して制御理論的解析、および空気圧制御ゴム人工筋を装着したロボットによる実験的解析を並行して行い、対をなして存在する拮抗二関節筋は運動系先端の位置、力、剛性制御に関わっている。
【０００５】
通常、機械負荷例えばロボットなど一つの関節に、一つのモータを配置し、例えばモータに固定された減速機を介して直接モータを関節部に配置すればより構造が簡単となる。現在の機械負荷の一例としてのロボットには大方このような設計が行われている。しかし、より強力な動作を要求される場合はその限りではなく、モータと減速機の重量は無視できないものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
駆動力を大きくすると、滑らかな駆動ができなくなると共に、制動特性が悪くなる。駆動力が大きく制動特性を良くするためには、必然的に、駆動力を小さくする必要があると共に、種々の補助装置と手段を必要とする。
【０００７】
複数のモータを同様に操作することは、人間の筋肉を拮抗させその機能を模倣するものである。振動を抑制するためには、通常ＰＩＤ制御系を構成させたりするが、ＰＩＤ制御系には限界がある。筋肉の拮抗には、オープンループ的な要素があり、決してＰＩＤ制御のような手法では再現できない安定性がある。このような筋肉の活動に二関節筋がある。人間の場合、最大トルクの時は関節の動作方向を決定することが、最近の筋の活動研究で知られている。
【０００８】
通常の位置決めには、回転検出器からのフィードバック量と指令値との差分から位置決めを行うが、ロボットのように慣性モーメントが大きい機械負荷では、たまりパルス数が大きくなりオーバシュートを余儀なくされる。
【０００９】
機械的な負荷の駆動制動にあったて、拮抗二関節筋同時駆動の概念を導入することは、従来に比して簡単な制御則で生体の動きに似た正確、敏速かつ滑らかな動きをさせることが可能であると考えられる。
【００１０】
二関節筋は二つの関節に跨がって作用する筋の活動であるが、この機能は複数のモータで置き換えることが本発明の基本である。
【００１１】
本発明の目的は、小容量の動力源で強力な駆動力を有し、且つ、位置決め性能に優れた機械負荷拮抗制御装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、生物に見られる二関節筋の機能は、一筋での駆動よりも二関節筋のトルクが強力に関節駆動を支配しているので、そのようなメカニズムを構成する機構を最終的に構成することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために本発明の請求項１に係る機械負荷拮抗制御装置は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータに機械負荷を機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段によって構成され、前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータのうちの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とする、機械負荷拮抗制御装置。
【００１４】
上述の目的を達成するために本発明の請求項２に係る機械負荷拮抗制御装置は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータを機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作状態を設定する動作状態設定手段と、前記力伝達手段を介して伝達される動力によって動作する機械負荷の動作状態を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態設定手段の設定信号と前記動作状態検出手段の検出信号を比較する比較手段と、前記機械負荷の駆動時は前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させる駆動手段と、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させる制動手段によって構成されていることを特徴とする。
【００１５】
上述の目的を達成するために本発明の請求項５に係る機械負荷拮抗制御装置は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生する第１のモータドライバー手段および第２のモータドライバー手段と、前記第１のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第１のモータ群と、前記第２のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第２のモータ群と、前記第１のモータ群と第２のモータ群を機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態検出手段の動作状態検出信号に基づいて前記機械負荷の動作初期値と動作目標値を演算して前記回転速度指令発生回路を制御する演算処理部を備え、前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例による装置を図１から図８を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック構成を示し、同図において、１０は電源、１１は速度指令発生回路、１２ａ〜１２ｎはモータドライバー、１３ａ〜１３ｎはそれぞれ動力源としてのモータである。１４は力伝達機構としての力伝達手段であるギア機構、１６はギア機構１４の共通軸１５によって駆動される機械負荷である。ここで、力伝達手段としては、ギア機構に限定されるものではなく、ベルトやチエーンなどでも良い。
【００１７】
速度指令発生回路１１は、モータ１３ａ〜１３ｎの動作状態である速度を設定すると共に、各モータドライバー１２ａ〜１２ｎにシーケンシャルに所定の時間間隔だけ遅らせて速度指令信号を入力する。各モータドライバー１２ａ〜１２ｎは、速度指令発生回路１１からの動作指令である速度指令を基に、それぞれモータ１３ａ〜１３ｎを駆動・制動制御する。各モータドライバー１２ａ〜１２ｎは、ＤＣモータに対しては入力パルス（正回転、逆回転、及びブレーキ）条件に合わせて、ブリッジ回路による出力を発生し、ＡＣモータに対しては三相によるフルブリッジ回路と、正逆回転切換回路を備えたものであり、デジタルサーボ部を必要としない。各モータ１３ａ〜１３ｎの回転軸は、ギア機構１４を介して共通軸１５によって機械負荷１６に機械的に連結されている。
【００１８】
図１の機械負荷拮抗制御装置において、速度指令発生回路１１は速度指令信号をシーケンシャルに各モータドライバー１２ａ〜１２ｎに供給し、各モータドライバー１２ａ〜１２ｎはモータ１２ａから１２ｎを、所定の時間間隔をおいてシーケンシャルに駆動して機械負荷１６を加速駆動する。
【００１９】
モータ１２ａ〜から１２ｎまでのモータを同時駆動した場合、電源１０の容量は少なくともＮ×Ｉｍ（Ｉｍはモータ１個に対する流れる電流）の容量は必要であるが、本発明は、各モータを、シーケンシャルに次々と一定の時間間隔で駆動していくものであり、そのため電源１０の容量はせいぜい２×Ｉｍもあればよいことになる。
【００２０】
機械負荷１６の減速制動時には所定個数のモータ例えば（ｎ／２）個のモータを端子間で短絡して制動をかければ、残りのモータはシーケンシャルに逆回転を行い機械負荷を拮抗させる。その時のタイミングは起動時と同様である。したがって、電源の容量は２×Ｉｍでよい。複数のモータのうち制動をかける割合は速度指令発生回路１１によりシーケンシャに指示される。すなはち、複数のモータ１３ａから１３ｎを用い、これらのモータはモータドライバー１２ａ〜１２ｎによって制動され、機械負荷１６が制動制御される。
【００２１】
速度指令発生回路１１は、図２の速度制御曲線Ａ１〜Ａｎで示すように、各モータに対してシーケンシャルに所定時間間隔を遅らせて速度指令を発生するものである。すなはち、図２に示すように、モータ１３ａを始動させてから時刻ｔ₁だけ遅らせてモータ１３ｂを始動させ、モータ１３ｂを始動させてから時刻ｔ₂だけ遅らせてモータ１３ｃを始動させ、ついで残りのモータを順次始動させてから時刻ｔ_nだけ遅らせてモータ１３ｎを始動させる。
【００２２】
各モータはそれぞれ共通軸に対し相対的に対応している。共通軸を通して最大数個のモータを駆動すれば，機械負荷の高速動作が可能となる。一方のモータ群を正回転に回転させた時、他方のモータ群はブレーキとして用いることができる。通常、ブレーキの場合、同じ一つのモータに対して負の電流を流すことによってブレーキをかけるが、その役を残されたモータ群に負の電流を流して該モータ群によりブレーキをかけるのである。その理由は、回転中のモータに対して制動をかけると、ロータが固有振動を起こし、しいては滑らかな減速が得にくいためである。
【００２３】
図３はモータの拮抗駆動による停止時間の関係を示す。複数のモータを停止時への減速にはいくつかの方法がある。例として、（１）学習制御による方法、（２）ファジー推論による方法、（３）ニュウラルネットワークによる方法などがある。これらの（１）〜（３）に関しては、対象によって対応するものであり、複数のモータが減速に向かう場合、例えば、そのときの速度やトルク値または電流値を観測することによって、機械負荷の運動速度を急速に減速させることができ、各モータの拮抗時におけるモータの分配は、上記（１）から（３）のいずれかを用いて選択する。
【００２４】
図３において、曲線Ｂ１は複数のモータの例えば１／３を逆方向に駆動した場合の目標位置（位置決め制御）で停止する減速開始時のＴ_n-2は上記（１）〜（３）のいずれかにより選定される。曲線Ｂ２の場合は、複数のモータの２／３が拮抗した場合を示し、曲線Ｂ３は、全モータがブレーキ側に作用し、停止直前に１／２づつ拮抗して停止することを示す。曲線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３共に停止時では複数のモータのうちの半々が拮抗した状態を保つ。
【００２５】
図４は本発明の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置を示し、図１のものと同一部材または相当部分には同一符号で示す。図４において、１７は動作目標位置設定手段である目標位置設定器、１８は比較手段としての加減算器、１９は動作位置検出手段である位置検出器である。
【００２６】
図４の機械負荷拮抗制御装置において、目標位置設定器１７は目標位置設定信号を加減算回路１８に入力する。位置検出器１９は共通軸１５の回転位置を検出して位置検出信号を加減算回路１８に入力する。加減算回路１８は目標位置設定器１７からの目標位置設定信号と位置検出器１９からの位置検出信号との偏差信号を速度指令発生回路１１に導く。速度指令発生回路１１は、加減算回路１８からの偏差指令に基づいて、速度指令信号を修正しながらシーケンシャルに各モータドライバー１２ａ〜１２ｎに供給し、各モータドライバー１２ａ〜１２ｎはモータ１３ａから１３ｎを、所定の時間間隔をおいてシーケンシャルに駆動制動制御して機械負荷１６を拮抗制御する。
【００２７】
図４の機械負荷拮抗制御装置によれば、最初のモータを駆動して所定時間間隔だけ遅らせてから、残りのモータを順次駆動させると特性改善が見られる。モータの立ち上がり特性は、通常は、一次遅れ系で表される。また、決してこのように同時駆動を越えることは無い。全モータを正回転させ、目標角度に達したときに、全モータのうち所定数のモータを逆回転させて拮抗させることにより、位置決めを行う。これは、生体が位置決め制御を行うときに見られる拮抗二関節筋ペアの動きと同じである。この位置決め制御によって、オーバーシュートの無い位置決めが行えることになる。
【００２８】
図５は本発明の他の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置を示す。図５において、２０は目標トルク設定手段である目標トルク設定器、２１はトルク検出手段である目標トルク設定器である。図５の機械負荷拮抗制御装置において、速度指令発生回路１１の速度指令信号は各モータドライバー１２ａから１２ｎに入力される。各モータドライバーは速度指令信号に基づいて各モータ１３ａ〜１３ｎを駆動・制動制御する。各モータ１３ａ〜１３ｎの回転駆動力は、力伝達機構を介して共通軸１５に伝達され、機械負荷を駆動する。共通軸１５の回転力はトルク検出器２１によって検出され、トルク検出器２１のトルク検出信号は比較回路１８に入力される。
【００２９】
比較回路１８は、目標トルク設定器２０からのトルク設定信号ととるく検出器２１からのトルク検出信号との偏差信号を速度指令信号発生回路１１に出力する。速度指令信号発生回路１１は比較回路１８の偏差信号に基づいて各モータドライバー１３ａ〜１３ｎ制御する。各モータドライバー１２ａ〜１２ｎは偏差信号に基づいて各モータ１３ａ〜１３ｎを駆動または制動制御して機械負荷１６を拮抗制御する。
【００３０】
図６は本発明の他の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック構成を示す。図６に示す機械負荷拮抗制御装置では、モータドライバー１２ａー１〜１２ａーｎからなる第１のモータドライバー群２２ａとモータドライバー１２ｂー１〜１２ｂーｎからなる第２のモータ群２２ｂに分割されていると共に、モータ１３ａー１〜１３ａーｎからなる第１のモータ群２３ａとモータ１３ｂー１から１３ｂーｎからなる第２のモータ群２３ｂに分割されている。
【００３１】
図６において、２４はポテンショメータを含む回転検出器、２５は演算処理部であって、この演算処理部２５は、マイクロコンピュータを含み、初期値と目標値を設定する。ここで、初期値とは、ロボットなどにおいて動作の原点を意味し、例えばＮＣ工作機械に見られる原点復帰により設定されると共に、さらに始点が設定される。目標値とは、終点の値を意味し、ＮＣ工作機械における動作の停止時における値（終点値）である。また、演算処理部２５は、速度演算、位置決め演算などの種々の演算処理を実行する。
【００３２】
図６の機械負荷拮抗制御装置において、図１の装置と同様に、回転伝達手段と該回転伝達手段の共通軸を介して機械負荷に機械的に連結される。各モータドライバーは速度指令発生回路１１からの速度指令信号に基づいて各モータ１３ａー１〜１３ａーｎおよび１３ｂー１〜１３ｂーｎを駆動または制動する。回転検出器２４は第１のモータ群２３ａと第２のモータ群２３ｂの回転を伝達する回転伝達手段の共通軸の回転位置を検出する。回転検出器２４の回転検出信号は演算処理部２５に入力される。演算処理部２５は、回転検出器２４の位置検出信号を基に演算処理して初期値と目標値を算出し、これらの初期値と目標値をに基づく制御信号を速度指令発生回路１１に入力する。速度信号発生回路１１は、演算処理部２５からの制御信号を基に、所定の時間間隔でシーケンシャルに速度指令信号を各モータドライバーに入力する。各モータドライバーは、それぞれ、各モータに駆動信号を入力し、各モータを駆動または制動して機械負荷を拮抗制御する。
【００３３】
図６の機械負荷拮抗制御装置の特徴は位置決め制御の手法である。通常の位置決めには回転検出器からのフィードバック量と指令値との差分から位置決めを行うが、ロボットのような慣性モーメントが大きい場合はたまりパルスが大きくなり、オーバシュートを余儀なくされる。本発明では機械負荷を拮抗させるための値（ここではバイアス電圧と呼ぶこととする）のバイアス電圧を発生するもので、拮抗作用に相当するバイアス電圧発生装置があり、制動時にも駆動時と同様にシーケンシャルにバイアス電圧を各モータに印加する。１個のモータでの駆動と違い複数のモータを動作させるため、お互いの固有振動はキャンセルするように働く。負荷が任意に変動する場合、シーケンシャルな制動は、予め設定された負荷と作用時間および駆動モータ数により制御される。この方式には、テーブル化した曖昧な理論を用いて収束するように学習が成される。
【００３４】
図７は、学習制御の目標値制御法を示し、時間Ｔに対するω／ω₀の目標値制御特性を示す。図７において、ω₀は目標角速度値、ωは実測角速度値、ω₁は角速度の初期値である。学習制御にあったて、まず特性曲線Ｃ₁に示すように立ち上がりが緩やかに成るように演算処理部２７に教示する。ついで、特性曲線Ｃ１に示す立ち上がりを演算処理部２７が習得した後に、特性曲線Ｃ２に示すように立ち上がりが速くなるように演算処理部２７に教示する。さらに、特性曲線、Ｃ３にしめすように更に立ち上がりが速くなるように順次教示する。特性曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の選択は負荷に応じて行われ、ファジー推論により選ぶことが出来る。図８は、本発明をロボットに適用した実施例を示す。図８において、２６はロボットの腕の第１関節、２７は第２関節であって、これらの関節２６と２７の間には、図６に示すモータ１２ａ−１〜１２ｎ−ｎからなるモータ群２３ａとモータ１２ｂー１〜１２ｂーｎからなるのモータ群２３ｂが作用するように配設されている。すなはち、関節２６と２７に対し、二関節に渡り、モータ１２ａー１〜１２ａーｎからなるモータ群２３ａおよび１２ｂー１〜１２ｂーｎからなるモータ群２３ｂが速度指令発生回路を通して、各関節２６、２７に動作を与える。学習により、任意の角度で停止する場合は、モータ群２３ａおよび２３ｂの一方を逆回転させ、目標の角度で拮抗し停止する。
【００３５】
図８に示すロボットの腕によれば、機械的な負荷の駆動制動にあったて、拮抗二関節筋同時駆動の概念を導入することによって、従来に比して簡単な制御則で生体の動きに似た正確、敏速かつ滑らかな動きをさせることが可能である。また、二関節筋は二つの関節に跨がって作用する筋の活動であるが、この機能は複数のモータで置き換えることができる。さらに、小容量の動力源で強力な駆動力を有し、且つ位置決め性能に優れたロボットの拮抗制御装置を提供することができる。さらに、生物に見られる二関節筋の機能は、一筋での駆動よりも二関節筋のトルクが強力に関節駆動を支配しているので、そのようなメカニズムを構成する機構を最終的に構成することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１の発明は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータに機械負荷を機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段によって構成され、前記機械負荷の動作を制御することを特徴とするものであるから、相対的に低容量の電源容量によって駆動トルクの増加を図ることができると共に、複数のモータを動作させるためお互いの固有振動はキャンセルするように働かせることができる。
【００３７】
請求項２の発明は、前記機械負荷の駆動時は、前記複数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに正回転方向に回転させ、前記機械負荷の制動時は、前記複数のモータの所定数のモータを正回転方向に回転させると共に、残りの所定数のモータを所定時間間隔をおいてシーケンシャルに逆回転させることを特徴とするものであるから、相対的に低容量の力伝達手段によって動力を伝達でき、機械負荷を拮抗させることができると共に、オーバシュート野内位置決めが行える。
【００３８】
また、本発明の請求項３の発明は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生するモータドライバー手段と、前記モータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータと、前記複数のモータを機械負荷に機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作状態を設定する動作状態設定手段と、前記力伝達手段を介して伝達される動力によって動作する機械負荷の動作状態を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態設定手段の設定信号と前記動作状態検出手段の検出信号を比較する比較手段、によって構成され前記機械負荷の動作を制御することを特徴とするものであるから、前記共通軸の回転を検出する回転速度検出器と、該回転検出器の回転検出信号に基づいて初期値と目標値を演算して前記回転速度指令発生回路を制御する演算処理部を備えていることを特徴とするものであるから、学習により、任意の角度で停止する場合は、一方のモータ群か他方のモータ群の一方が逆転し、目標の角度で拮抗し停止する。
【００３９】
本発明の請求項７の発明は、所定時間間隔をおいてシーケンシャルに速度指令信号を発生する速度信号発生手段と、前記速度指令発生手段の速度指令信号に基づいて所定時間間隔をおいてシーケンシャルに動作指令信号を発生する第１のモータドライバー手段および第２のモータドライバー手段と、前記第１のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第１のモータ群と、前記第２のモータドライバー手段の動作指令信号に基づいて、所定間隔をおいてシーケンシャルに順次動作する複数のモータからなる第２のモータ群と、前記複数のモータを機械負荷を機械的に連結して前記複数のモータの動作を当該機械負荷に伝達する力伝達手段と、前記機械負荷の動作を検出する動作状態検出手段と、前記動作状態検出手段の動作状態検出信号に基づいて前記機械負荷の動作初期値と動作目標値を演算して前記回転速度指令発生回路を制御する演算処理部を備え、前記機械負荷の動作を制御することを特徴とするものであるから、機械負荷のより適正な加速制御と減速制御が可能にして、正確な位置決め及び拮抗制御が可能になる。
【００４０】
請求項９の発明は、前記機械負荷がロボットの手の腕の二関節筋に相当するものであり、前記腕の第１の関節と第２の関節との間に複数のモータからなる第１のモータ群と、複数のモータからなる第２のモータ群を並列配置したことを特徴とするものであるから、生物に見られる二関節筋の機能には、一筋での駆動よりも二関節筋のトルクが強力に関節駆動を支配しているメカニズムを構成する機構を最終的に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック構成図。
【図２】図１の機械負荷拮抗制御装置で用いる速度指令発生回路の動作特性図。
【図３】本発明の実施例による機械負荷拮抗制御装置の特性図。
【図４】本発明の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置ブロック図。
【図５】本発明の他の適切な実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック図。
【図６】本発明の他の実施例による機械負荷拮抗制御装置のブロック図。
【図７】図６の機械負荷拮抗制御装置の学習制御の目標値制御方法を示す特性図。
【図８】本発明をロボットに適用した場合の説明図。
【符号の説明】
１０…電源
１１…速度指令発生回路
１２…モータドライバー
１３…モータ
１４…力伝達手段である回転伝達手段
１５…共通軸
１６…機械負荷
１７…目標位置設定器
１８…比較手段である加減算回路
１９…位置検出器
２０…目標トルク設定器
２１…トルク検出器
２２ａ…第１のモータドライバー群
２２ｂ…第２のモータドライバー群
２３ａ…第１のモータ群
２３ｂ…第２のモータ群
２４…ポテンショメータ
２５…演算処理部
２６…ロボットの腕の第１関節
２７…ロボットの腕の第２関節[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mechanical load driving / braking control device, and more particularly to a mechanical load antagonistic control device effective for use in a robot power source, a machine tool power source, an electric vehicle power source, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there are various mechanical load driving / braking devices. Some force sources of various machine loads such as robots, machine tools, and electric vehicles require a powerful drive source. Conventionally, correspondingly large capacity prime movers and motors are used. Further, depending on the mechanical load, a strong driving force and appropriate braking characteristics are required. However, there is no drive / braking device that satisfies these performances.
[0003]
In order to use a motor as a drive source, for example, a robot or the like has been designed as a one-joint one-motor. As a special example, there is an example in which a one-joint two-motor is used to suppress the vibration of a reduction gear. However, there is no driving method for the purpose of torque amplification by two motors. In general, a motor having a large torque is generally selected because of the control system.
One characteristic of biarticular muscle as a mechanical load is the muscle antagonism. In addition, a stable movement can be obtained by an action that is maximally worked. In particular, it is known in recent studies of muscle activity, such as determining the direction of joint action at maximum torque. Conventionally, robots and the like have been designed as one joint and one motor for the use of a motor. However, there is no driving method for the purpose of torque amplification by two or more motors. In general, a motor having a large torque is generally selected because of the control system. It is known that the biarticular muscle is characterized by its ability to efficiently transmit energy generated by the trunk muscle group to the tip of the extremity, as well as a power source for the biarticular muscle function unique to animals. Yes.
[0004]
Antagonistic biarticular muscles that exist as a pair as an example of a mechanical load exhibit a unique activity pattern in the motion region, and build a musculoskeletal mechanical model based on the electromyographic analysis results In parallel, the control theoretical analysis and the experimental analysis by the robot equipped with pneumatically controlled rubber artificial muscles are performed in parallel, and the antagonistic biarticular muscles that exist in pairs are involved in controlling the position, force, and rigidity of the tip of the motor system. ing.
[0005]
In general, if a single motor is disposed at one joint such as a mechanical load such as a robot, and the motor is directly disposed at the joint portion via a reduction gear fixed to the motor, for example, the structure becomes simpler. Such a design is mostly performed for a robot as an example of a current mechanical load. However, this is not the case when a more powerful operation is required, and the weight of the motor and the speed reducer cannot be ignored.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When the driving force is increased, smooth driving cannot be performed and braking characteristics are deteriorated. In order to increase the driving force and improve the braking characteristics, it is necessary to reduce the driving force and various auxiliary devices and means.
[0007]
Operating a plurality of motors in the same way antagonizes human muscles and imitates their functions. In order to suppress vibration, a PID control system is usually configured, but the PID control system has a limit. Muscle antagonism has an open-loop element and has stability that cannot be reproduced by techniques such as PID control. There is a biarticular muscle in such muscle activity. In the case of human beings, it is known from recent muscle activity studies that the direction of joint movement is determined at the maximum torque.
[0008]
For normal positioning, positioning is performed based on the difference between the feedback amount from the rotation detector and the command value. However, in the case of a mechanical load having a large moment of inertia such as a robot, the number of accumulated pulses becomes large, and overshoot is forced.
[0009]
Introducing the concept of antagonistic biarticular muscle simultaneous driving in response to mechanical braking, it is possible to achieve an accurate, quick and smooth movement similar to the movement of a living body with simpler control rules than before. It is thought that it is possible to make it.
[0010]
The biarticular muscle is a muscle activity that acts across two joints, and this function is basically replaced by a plurality of motors.
[0011]
An object of the present invention is to provide a mechanical load antagonistic control device having a powerful driving force with a small capacity power source and excellent positioning performance.
[0012]
Another object of the present invention is that the function of the biarticular muscle found in living organisms is such that the torque of the biarticular muscle dominates the joint drive rather than the drive with a single muscle. Is finally composed.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a mechanical load antagonistic control device according to claim 1 of the present invention includes a speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval, and a speed of the speed command generating means. Motor driver means for sequentially generating an operation command signal at a predetermined time interval based on the command signal; and a plurality of motors that sequentially operate at a predetermined interval based on the operation command signal of the motor driver means; And mechanically connecting a mechanical load to the plurality of motors, and configured by force transmission means for transmitting the operations of the plurality of motors to the mechanical load.When the mechanical load is driven, a predetermined number of the plurality of motors are sequentially rotated in a positive rotation direction at predetermined time intervals, and when the mechanical load is braked, the predetermined number of the plurality of motors is rotated. The motor is rotated in the forward rotation direction, and the remaining predetermined number of motors are sequentially rotated in reverse at predetermined time intervals.Mechanical load antagonistic control device.
[0014]
In order to achieve the above object, a mechanical load antagonistic control device according to claim 2 of the present invention includes a speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval, and a speed of the speed command generating means. Motor driver means for sequentially generating an operation command signal at a predetermined time interval based on the command signal; and a plurality of motors that sequentially operate at a predetermined interval based on the operation command signal of the motor driver means; A force transmission means for mechanically connecting the plurality of motors to a mechanical load to transmit the operations of the plurality of motors to the mechanical load; an operation state setting means for setting an operation state of the mechanical load; and the force An operating state detecting unit for detecting an operating state of a mechanical load that is operated by power transmitted through the transmitting unit; and an operating state setting unit. Comparing means for comparing the detection signal of the signal and the operating state detecting meansDriving means for rotating the plurality of motors sequentially in a positive rotation direction at predetermined time intervals when the mechanical load is driven, and a predetermined number of motors of the plurality of motors when braking the mechanical load. It is characterized by comprising a braking means for rotating in the forward rotation direction and for sequentially rotating the remaining predetermined number of motors sequentially at predetermined time intervals.
[0015]
In order to achieve the above object, a mechanical load antagonistic control device according to claim 5 of the present invention includes a speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at predetermined time intervals, and a speed of the speed command generating means. First motor driver means and second motor driver means for generating operation command signals sequentially at predetermined time intervals based on the command signal, and predetermined operation based on the operation command signal of the first motor driver means From a first motor group consisting of a plurality of motors that sequentially operate at intervals, and from a plurality of motors that operate sequentially at a predetermined interval based on an operation command signal of the second motor driver means A second motor group, andFirstA force transmitting means for mechanically connecting the motor group and the second motor group to a mechanical load to transmit the operations of the plurality of motors to the mechanical load; and an operation state detecting means for detecting the operation of the mechanical load; An operation processing unit that controls the rotation speed command generation circuit by calculating an operation initial value and an operation target value of the mechanical load based on an operation state detection signal of the operation state detection unit, and driving the mechanical load The plurality of motors are sequentially rotated in the forward rotation direction at predetermined time intervals, and when braking the mechanical load, a predetermined number of the plurality of motors are rotated in the forward rotation direction, and the remaining predetermined motors are rotated. It is characterized in that a number of motors are reversely rotated sequentially at a predetermined time interval.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a block configuration of a mechanical load antagonistic control device according to an embodiment of the present invention, in which 10 is a power source, 11 is a speed command generating circuit, 12a to 12n are motor drivers, and 13a to 13n are power sources. Motor. 14 is a gear mechanism which is a force transmission means as a force transmission mechanism, and 16 is a mechanical load driven by a common shaft 15 of the gear mechanism 14. Here, the force transmission means is not limited to a gear mechanism, and may be a belt, a chain, or the like.
[0017]
The speed command generation circuit 11 sets the speed that is the operating state of the motors 13a to 13n, and inputs a speed command signal to each of the motor drivers 12a to 12n with a predetermined time interval. Each of the motor drivers 12a to 12n controls driving and braking of the motors 13a to 13n, respectively, based on a speed command that is an operation command from the speed command generation circuit 11. Each motor driver 12a to 12n generates an output by a bridge circuit in accordance with input pulse (forward rotation, reverse rotation, and brake) conditions for a DC motor, and a three-phase full bridge for an AC motor. A circuit and a forward / reverse rotation switching circuit are provided, and a digital servo section is not required. The rotation shafts of the motors 13 a to 13 n are mechanically connected to a mechanical load 16 by a common shaft 15 through a gear mechanism 14.
[0018]
In the mechanical load antagonistic control device of FIG. 1, the speed command generation circuit 11 sequentially supplies speed command signals to the motor drivers 12a to 12n, and the motor drivers 12a to 12n send the motors 12a to 12n at predetermined intervals. Then, the mechanical load 16 is accelerated and driven sequentially.
[0019]
When the motors 12a to 12n are driven at the same time, the power supply 10 needs to have a capacity of at least N × Im (Im is a current that flows to one motor). Therefore, the power source 10 needs to have a capacity of 2 × Im at most.
[0020]
At the time of deceleration braking of the mechanical load 16, if a predetermined number of motors, for example, (n / 2) motors are short-circuited between the terminals and braking is applied, the remaining motors sequentially reversely rotate to antagonize the mechanical load. The timing at that time is the same as that at the time of activation. Therefore, the capacity of the power supply may be 2 × Im. The rate at which braking is applied among the plurality of motors is instructed sequentially by the speed command generation circuit 11. In other words, a plurality of motors 13a to 13n are used. These motors are braked by motor drivers 12a to 12n, and the mechanical load 16 is controlled to be braked.
[0021]
The speed command generation circuit 11 generates a speed command by sequentially delaying a predetermined time interval for each motor as indicated by speed control curves A1 to An in FIG. That is, as shown in FIG. 2, the time t has elapsed since the motor 13a was started.₁The motor 13b is started with a delay of time t and the time t after the motor 13b is started.₂The motor 13c is started with a delay, and then the remaining motors are sequentially started, and then the time t_nThe motor 13n is started with a delay.
[0022]
Each motor corresponds relatively to the common shaft. If a maximum of several motors are driven through a common shaft, the machine load can be operated at high speed. When one motor group is rotated in the forward direction, the other motor group can be used as a brake. Normally, in the case of a brake, the brake is applied by supplying a negative current to the same motor, but the negative current is applied to the motor group that has left the role to apply the brake by the motor group. The reason is that when braking is applied to the rotating motor, the rotor causes natural vibrations, and it is difficult to obtain smooth deceleration.
[0023]
FIG. 3 shows the relationship of the stop time due to the antagonistic driving of the motor. There are several ways to slow down multiple motors when stopped. Examples include (1) a method based on learning control, (2) a method based on fuzzy inference, and (3) a method based on a neural network. These (1) to (3) correspond to each object, and when a plurality of motors go to deceleration, for example, by observing the speed, torque value, or current value at that time, The speed of movement can be rapidly reduced, and motor distribution at the time of antagonism of each motor is selected using any one of (1) to (3) above.
[0024]
In FIG. 3, a curve B1 indicates T at the start of deceleration at which the motor stops at a target position (positioning control) when, for example, 1/3 of a plurality of motors is driven in the reverse direction._n-2Is selected according to any one of (1) to (3) above. In the case of the curve B2, 2/3 of a plurality of motors antagonize, and the curve B3 indicates that all the motors act on the brake side and antagonize by 1/2 before stopping. When the curves B1, B2, and B3 are stopped, half of the plurality of motors keeps antagonistic states.
[0025]
FIG. 4 shows a mechanical load antagonistic control device according to a suitable embodiment of the present invention, and the same members or corresponding parts as those in FIG. In FIG. 4, 17 is a target position setter which is an operation target position setting means, 18 is an adder / subtracter as a comparison means, and 19 is a position detector which is an operation position detection means.
[0026]
In the mechanical load antagonistic control device of FIG. 4, the target position setting unit 17 inputs a target position setting signal to the addition / subtraction circuit 18. The position detector 19 detects the rotational position of the common shaft 15 and inputs a position detection signal to the addition / subtraction circuit 18. The addition / subtraction circuit 18 guides the deviation signal between the target position setting signal from the target position setting unit 17 and the position detection signal from the position detector 19 to the speed command generation circuit 11. The speed command generation circuit 11 supplies the motor drivers 12a to 12n sequentially while correcting the speed command signal based on the deviation command from the addition / subtraction circuit 18, and each of the motor drivers 12a to 12n supplies the motors 13a to 13n, The mechanical load 16 is subjected to antagonistic control by sequential drive braking control at predetermined time intervals.
[0027]
According to the mechanical load antagonistic control device of FIG. 4, the characteristics are improved when the first motor is driven and delayed by a predetermined time interval, and then the remaining motors are sequentially driven. The start-up characteristic of the motor is usually represented by a first-order lag system. Moreover, the simultaneous drive is never exceeded in this way. When all motors are rotated forward and the target angle is reached, positioning is performed by reversely rotating a predetermined number of motors among all the motors to antagonize. This is the same as the movement of the antagonistic biarticular muscle pair seen when the living body performs positioning control. By this positioning control, positioning without overshoot can be performed.
[0028]
FIG. 5 shows a mechanical load antagonistic control device according to another suitable embodiment of the present invention. In FIG. 5, 20 is a target torque setter which is a target torque setting means, and 21 is a target torque setter which is a torque detection means. In the mechanical load antagonistic control device of FIG. 5, the speed command signal of the speed command generation circuit 11 is input to each motor driver 12a to 12n. Each motor driver drives and brakes each motor 13a-13n based on the speed command signal. The rotational driving force of each of the motors 13a to 13n is transmitted to the common shaft 15 via a force transmission mechanism, and drives a mechanical load. The torque of the common shaft 15 is detected by the torque detector 21, and the torque detection signal of the torque detector 21 is input to the comparison circuit 18.
[0029]
The comparison circuit 18 outputs a deviation signal between the torque setting signal from the target torque setting device 20 and the torque detection signal from the detector 21 to the speed command signal generation circuit 11. The speed command signal generation circuit 11 controls the motor drivers 13a to 13n based on the deviation signal from the comparison circuit 18. The motor drivers 12a to 12n drive or brake the motors 13a to 13n on the basis of the deviation signal to perform antagonistic control of the mechanical load 16.
[0030]
FIG. 6 shows a block configuration of a mechanical load antagonistic control device according to another embodiment of the present invention. The mechanical load antagonistic control device shown in FIG. 6 is divided into a first motor driver group 22a consisting of motor drivers 12a-1 to 12an and a second motor group 22b consisting of motor drivers 12b-1 to 12bn. In addition, the motor is divided into a first motor group 23a composed of motors 13a-1 to 13an and a second motor group 23b composed of motors 13b-1 to 13bn.
[0031]
In FIG. 6, 24 is a rotation detector including a potentiometer, 25 is an arithmetic processing unit, and this arithmetic processing unit 25 includes a microcomputer, and sets an initial value and a target value. Here, the initial value means an origin of operation in a robot or the like, and is set by, for example, return to origin found in an NC machine tool, and further, a start point is set. The target value means an end point value, and is a value (end point value) when the operation of the NC machine tool is stopped. The arithmetic processing unit 25 executes various arithmetic processes such as speed calculation and positioning calculation.
[0032]
In the mechanical load antagonistic control device of FIG. 6, similarly to the device of FIG. 1, it is mechanically connected to a mechanical load via a rotation transmission means and a common shaft of the rotation transmission means. Each motor driver drives or brakes the motors 13a-1 to 13an and 13b-1 to 13bn based on the speed command signal from the speed command generation circuit 11. The rotation detector 24 detects the rotation position of the common shaft of the rotation transmitting means that transmits the rotation of the first motor group 23a and the second motor group 23b. The rotation detection signal of the rotation detector 24 is input to the arithmetic processing unit 25. The arithmetic processing unit 25 performs arithmetic processing based on the position detection signal of the rotation detector 24 to calculate an initial value and a target value, and inputs a control signal based on these initial value and target value to the speed command generation circuit 11. To do. The speed signal generation circuit 11 inputs a speed command signal to each motor driver sequentially at a predetermined time interval based on the control signal from the arithmetic processing unit 25. Each motor driver inputs a drive signal to each motor and drives or brakes each motor to perform antagonistic control of the mechanical load.
[0033]
A feature of the mechanical load antagonistic control device of FIG. 6 is a positioning control method. For normal positioning, positioning is performed based on the difference between the feedback amount from the rotation detector and the command value. However, if the moment of inertia is large as in a robot, the accumulated pulse becomes large, and overshoot is forced. In the present invention, a bias voltage of a value (hereinafter referred to as a bias voltage) for antagonizing the mechanical load is generated, and there is a bias voltage generating device corresponding to the antagonism. A bias voltage is sequentially applied to each motor. Unlike driving with a single motor, a plurality of motors are operated, so that their natural vibrations cancel each other. When the load fluctuates arbitrarily, the sequential braking is controlled by a preset load, an operation time, and the number of drive motors. In this method, learning is made to converge using an ambiguous theory that is tabulated.
[0034]
FIG. 7 shows a target value control method of learning control, and ω / ω with respect to time T.₀The target value control characteristic of is shown. In FIG.₀Is the target angular velocity value, ω is the measured angular velocity value, and ω₁Is the initial value of angular velocity. First, the characteristic curve C₁As shown in FIG. 4, the arithmetic processing unit 27 is taught so that the rising edge becomes gentle. Next, after the arithmetic processing unit 27 acquires the rising edge shown in the characteristic curve C1, the arithmetic processing unit 27 is instructed so that the rising edge becomes faster as shown in the characteristic curve C2. Furthermore, the characteristic curve, C3, is taught sequentially so that the rise is further accelerated. The characteristic curves C1, C2, and C3 are selected according to the load, and can be selected by fuzzy inference. FIG. 8 shows an embodiment in which the present invention is applied to a robot. In FIG. 8, reference numeral 26 denotes a first joint of a robot arm, and 27 denotes a second joint. Between these joints 26 and 27, a motor group including motors 12a-1 to 12n-n shown in FIG. The motor group 23b including the motor 23b and the motors 12b-1 to 12bn is arranged to act. That is, with respect to the joints 26 and 27, the motor group 23a including the motors 12a-1 to 12an and the motor group 23b including the 12b-1 to 12bn are connected to each other through the speed command generation circuit. Motion is given to the joints 26 and 27. When stopping at an arbitrary angle by learning, one of the motor groups 23a and 23b is reversely rotated to antagonize at the target angle and stop.
[0035]
According to the arm of the robot shown in FIG. 8, by introducing the concept of simultaneous driving of antagonistic biarticular muscles according to mechanical drive driving braking, the movement of the living body can be controlled with a simpler control law than before. It is possible to make an accurate, quick and smooth movement similar to Biarticular muscle is a muscle activity that acts across two joints. This function can be replaced by a plurality of motors. Furthermore, it is possible to provide a robot antagonistic control device having a powerful driving force with a small-capacity power source and excellent positioning performance. Furthermore, the biarticular muscle function found in living organisms ultimately constitutes the mechanism that constitutes such a mechanism because the torque of the biarticular muscle dominates the joint drive rather than the drive with a single muscle. be able to.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the invention of claim 1 has a speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval, and a predetermined time interval based on the speed command signal of the speed command generating means. Motor driver means for generating operation command signals sequentially, a plurality of motors sequentially operating at predetermined intervals based on the operation command signals of the motor driver means, and a mechanical load on the plurality of motors It is configured by force transmission means that mechanically connects and transmits the operations of the plurality of motors to the mechanical load, and controls the operation of the mechanical load. The drive torque can be increased by the power capacity, and the natural vibrations of each other are canceled to operate multiple motors. It can work in cormorants.
[0037]
According to a second aspect of the present invention, when the mechanical load is driven, the plurality of motors are sequentially rotated in a positive rotation direction at predetermined time intervals, and when the mechanical load is braked, a predetermined number of the plurality of motors is rotated. The motor is rotated in the forward rotation direction and the remaining predetermined number of motors are sequentially rotated reversely at predetermined time intervals, so that the power is transmitted by a relatively low capacity force transmission means. Can be transmitted, the mechanical load can be antagonized, and overshoot field positioning can be performed.
[0038]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval, and a predetermined time interval based on the speed command signal of the speed command generating means. Motor driver means for generating operation command signals sequentially, a plurality of motors sequentially operating at predetermined intervals based on the operation command signals of the motor driver means, and mechanically using the plurality of motors as a mechanical load Connected to a power transmission means for transmitting the operation of the plurality of motors to the mechanical load, an operation state setting means for setting an operation state of the mechanical load, and operated by power transmitted via the force transmission means. Operating state detecting means for detecting an operating state of the machine load, a setting signal for the operating state setting means, and a detection signal for the operating state detecting means A comparison means for controlling the operation of the mechanical load, and a rotation speed detector for detecting the rotation of the common shaft, and a rotation detection signal of the rotation detector. And calculating an initial value and a target value to control the rotational speed command generation circuit. One of the motor group or the other motor group reverses and antagonizes at the target angle and stops.
[0039]
According to a seventh aspect of the present invention, speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval, and sequentially at a predetermined time interval based on the speed command signal of the speed command generating means. First motor driver means and second motor driver means for generating an operation command signal, and a plurality of motors that sequentially operate at predetermined intervals based on the operation command signal of the first motor driver means A first motor group comprising: a second motor group comprising a plurality of motors that sequentially operate at predetermined intervals based on an operation command signal of the second motor driver means; and the plurality of motors. Force transmission means for mechanically connecting mechanical loads to transmit the operations of the plurality of motors to the mechanical loads; and operations of the mechanical loads An operation state detection unit for detecting, and an operation processing unit for calculating an operation initial value and an operation target value of the mechanical load based on an operation state detection signal of the operation state detection unit and controlling the rotation speed command generation circuit. Since the operation of the mechanical load is controlled, it is possible to perform more appropriate acceleration control and deceleration control of the mechanical load, thereby enabling accurate positioning and antagonistic control.
[0040]
According to a ninth aspect of the present invention, the mechanical load corresponds to a biarticular muscle of an arm of a robot hand, and a first motor comprising a plurality of motors between a first joint and a second joint of the arm. And a second motor group composed of a plurality of motors are arranged in parallel, so that the biarticular muscle function seen in living organisms has more biarticular muscles than a single muscle drive. It is possible to finally construct a mechanism that constitutes a mechanism in which the torque of the power strongly governs joint drive.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a mechanical load antagonistic control device according to an embodiment of the present invention.
2 is an operation characteristic diagram of a speed command generation circuit used in the mechanical load antagonistic control device of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram of a mechanical load antagonistic control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a mechanical load antagonistic control device according to an appropriate embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a mechanical load antagonistic control device according to another suitable embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a mechanical load antagonistic control device according to another embodiment of the present invention.
7 is a characteristic diagram showing a target value control method of learning control of the mechanical load antagonistic control device of FIG. 6;
FIG. 8 is an explanatory diagram when the present invention is applied to a robot.
[Explanation of symbols]
10 ... Power supply
11 ... Speed command generation circuit
12 ... Motor driver
13 ... Motor
14: Rotation transmission means as force transmission means
15 ... Common axis
16 ... Mechanical load
17 ... Target position setter
18: Addition / subtraction circuit as comparison means
19: Position detector
20 ... Target torque setter
21 ... Torque detector
22a ... first motor driver group
22b ... Second motor driver group
23a ... first motor group
23b ... Second motor group
24 ... Potentiometer
25. Arithmetic processing part
26 ... First joint of robot arm
27 ... The second joint of the robot's arm

Claims

Speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval;
Motor driver means for generating operation command signals sequentially at a predetermined time interval based on a speed command signal of the speed command generation means;
Based on the operation command signal of the motor driver means, a plurality of motors that sequentially operate at predetermined intervals, and
A mechanical load is mechanically coupled to the plurality of motors, and configured by force transmission means for transmitting the operations of the plurality of motors to the mechanical load.
When the mechanical load is driven, a predetermined number of the plurality of motors are sequentially rotated in a positive rotation direction at predetermined time intervals, and when the mechanical load is braked, the predetermined number of the plurality of motors is rotated. The mechanical load antagonistic control device is characterized in that the motor is rotated in the forward rotation direction and the remaining predetermined number of motors are sequentially rotated in reverse at predetermined time intervals .

Speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval;
Motor driver means for generating operation command signals sequentially at a predetermined time interval based on a speed command signal of the speed command generation means;
Based on the operation command signal of the motor driver means, a plurality of motors that sequentially operate at predetermined intervals, and
Force transmitting means for mechanically connecting the plurality of motors to a mechanical load and transmitting the operations of the plurality of motors to the mechanical load;
An operation state setting means for setting an operation state of the mechanical load;
An operation state detection unit that detects an operation state of a mechanical load that is operated by power transmitted through the force transmission unit;
Comparison means for comparing the setting signal of the operating state setting means and the detection signal of the operating state detection means ;
Driving means for rotating the plurality of motors sequentially in a positive rotation direction at predetermined time intervals when driving the mechanical load;
When braking the mechanical load, the mechanical load is configured by a braking unit that rotates a predetermined number of the plurality of motors in the forward rotation direction and sequentially reverses the remaining predetermined number of motors at predetermined time intervals. A mechanical load antagonistic control device.

Said operating state setting means is a target position setter for setting the operation target position of the machine load, wherein the operating condition detecting means is a position detector for detecting the operating state of the machine load, wherein Item 3. The mechanical load antagonistic control device according to Item 2 .

It said operating state setting means is a target torque setting unit for setting the operation force of the mechanical load, wherein the operating condition detecting means is a torque detector for detecting an operating torque of the machine load, claim The mechanical load antagonistic control device according to 2 or 3 .

Speed signal generating means for generating a speed command signal sequentially at a predetermined time interval;
First motor driver means and second motor driver means for generating operation command signals sequentially at predetermined time intervals based on a speed command signal of the speed command generation means;
A first motor group comprising a plurality of motors that sequentially operate at predetermined intervals based on an operation command signal of the first motor driver means;
Based on an operation command signal of the second motor driver means, a second motor group consisting of a plurality of motors sequentially operating at predetermined intervals;
Force transmitting means for mechanically connecting the first motor group and the second motor group to a mechanical load and transmitting the operations of the plurality of motors to the mechanical load;
An operation state detection means for detecting the operation of the mechanical load;
An arithmetic processing unit that controls the rotational speed command generation circuit by calculating an operation initial value and an operation target value of the mechanical load based on an operation state detection signal of the operation state detection unit;
When the mechanical load is driven, the plurality of motors are sequentially rotated in the forward rotation direction at predetermined time intervals, and when the mechanical load is braked, a predetermined number of the plurality of motors are rotated in the forward rotation direction. A mechanical load antagonistic control device characterized by rotating and reversely rotating a predetermined number of remaining motors sequentially at a predetermined time interval .

The mechanical load corresponds to a bi-articular muscle of a robot arm, and a first motor group including a plurality of motors and a plurality of motors are provided between the first joint and the second joint of the arm. comprising a second motor group are arranged in parallel, by the first motor group and the second group of motors, characterized by being configured to control said first joint and second joint, wherein Item 6. The mechanical load antagonistic control device according to any one of Items 1 to 5 .