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JP7546438B2 - Correction system, correction device, and correction method - Google Patents
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この発明は、波動歯車減速機の位置誤差を補正する補正システム、補正装置及び補正方法に関する。 This invention relates to a correction system, a correction device, and a correction method for correcting the position error of a strain wave gear reducer.

波動歯車減速機に対し、入力側(ウェーブジェネレータ)を固定し、出力側(フレクスプライン)にトルクを加えると、出力側に、トルクに比例したねじれが生じる。そして、図5に示すように、このトルクを定格まで加えた後にゼロに戻すと、内部摩擦の影響等により、ねじれは完全にはゼロにならずに僅かに残る。これをヒステリシスロスと呼ぶ。ねじれ角は、波動歯車減速機における位置誤差の原因となる。また、ねじれ角とトルクとの関係を表したものがねじれ剛性(ばね係数)であり、トルク領域によって3つに区分されて表されている。なお図5では、0,+T,0,-T,0,+Tの順で値を変化させながらトルクを加えた場合を示しており、0,A,B,A’,B’,Aの順にねじれ角が変化することが示されている。また図5においてHLはヒステリシスロスを示している。 When the input side (wave generator) of a wave gear reducer is fixed and torque is applied to the output side (flexspline), a torsion proportional to the torque is generated on the output side. As shown in FIG. 5, when this torque is applied up to the rated value and then returned to zero, the torsion does not become completely zero but remains slightly due to the influence of internal friction and the like. This is called hysteresis loss. The torsion angle is the cause of position errors in wave gear reducers. The torsional stiffness (spring constant) represents the relationship between the torsion angle and the torque, and is divided into three categories according to the torque range. Note that FIG. 5 shows the case where torque is applied while changing the value in the order of 0, +T 0 , 0, -T 0 , 0, +T 0, and shows that the torsion angle changes in the order of 0, A, B, A', B', A. Also, in FIG. 5, HL represents hysteresis loss.

そして、従来、上記のねじれ角による位置誤差に対し、以下のような対策が実施されている(例えば特許文献1,2参照)。例えば、トルクにより生じるねじれ角を事前に測定し、又は、当該ねじれ角を示す特性(ヒステリシス特性)を波動歯車減速機の製造メーカから取得し、位置誤差の補正を行う(第1の対策)。また例えば、波動歯車減速機の出力側に角度回転位置検出器を取付け、この角度回転位置検出器によって位置を直接検出し、位置誤差の補正を行う(第2の対策)。また例えば、波動歯車減速機を駆動するアクチュエータのモータ電流値から出力トルクを推定し、位置誤差の補正を行う(第3の対策)。 Conventionally, the following countermeasures have been taken to address position errors caused by the torsion angle (see, for example, Patent Documents 1 and 2). For example, the torsion angle caused by torque is measured in advance, or a characteristic (hysteresis characteristic) indicating the torsion angle is obtained from the manufacturer of the strain wave gear reducer, and the position error is corrected (first countermeasure). For example, an angular rotation position detector is attached to the output side of the strain wave gear reducer, and the position is directly detected by this angular rotation position detector, and the position error is corrected (second countermeasure). For example, the output torque is estimated from the motor current value of the actuator that drives the strain wave gear reducer, and the position error is corrected (third countermeasure).

特開平10-164879号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-164879 特開2018-36097号公報JP 2018-36097 A

第1の対策では、例えば図6に示すようなヒステリシス特性が取得可能である。図6に示されるヒステリシス特性は、図5に示される内容と同様の内容を示している。図6において、符号601はヒステリシス特性を示している。また、符号602はばね係数(理論線)を示している。また、Tは定格トルクを示している。このヒステリシス特性から、波動歯車減速機の出力側に加わるトルク(停止時トルク)がわかれば、当該出力側に生じるねじれ角も把握可能である。しかしながら、このヒステリシス特性は、波動歯車減速機の出力側に対してトルクが定格まで加えられた場合での特性を示している。そして、波動歯車減速機の出力側に対してトルクが定格まで加えられていない場合、ヒステリシス特性は変わる。そのため、第1の対策では、正確にねじれ角による位置誤差の量を推定できない場合がある。 In the first measure, for example, a hysteresis characteristic as shown in FIG. 6 can be obtained. The hysteresis characteristic shown in FIG. 6 shows the same content as that shown in FIG. 5. In FIG. 6, reference numeral 601 indicates the hysteresis characteristic. Reference numeral 602 indicates the spring constant (theoretical line). Furthermore, T 0 indicates the rated torque. If the torque (torque at the time of stopping) applied to the output side of the strain wave gear reducer is known from this hysteresis characteristic, the torsion angle generated on the output side can also be grasped. However, this hysteresis characteristic shows the characteristic when the torque is applied to the output side of the strain wave gear reducer up to the rated value. And, if the torque is not applied to the output side of the strain wave gear reducer up to the rated value, the hysteresis characteristic changes. Therefore, in the first measure, there are cases where the amount of position error due to the torsion angle cannot be accurately estimated.

また、第2の対策では、高価な高分解能の角度回転位置検出器が必要であり、また、設置場所及び校正等の理由により角度回転位置検出器を設けることが困難な場合がある。
また、第3の対策では、モータ電流値が、電気ノイズ、ジュール熱、及び、モータトルク定数の温度特性等の影響を受け易く、推定精度が低い。
Furthermore, the second measure requires an expensive high-resolution angle/rotation position detector, and it may be difficult to provide the angle/rotation position detector due to reasons such as the installation location and calibration.
Furthermore, in the third measure, the motor current value is easily affected by electrical noise, Joule heat, and the temperature characteristics of the motor torque constant, and the estimation accuracy is low.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、波動歯車減速機の出力側に対してトルクが定格まで加えられていない場合でも、従来構成に対して簡易且つ高精度に、波動歯車減速機の位置誤差を補正可能な補正システムを提供することを目的としている。 This invention was made to solve the above problems, and aims to provide a correction system that can correct the position error of a strain wave gear reducer more easily and with higher accuracy than conventional configurations, even when torque is not applied to the output side of the strain wave gear reducer up to the rated value.

この発明に係る補正システムは、波動歯車減速機を駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転位置検出器と、波動歯車減速機の出力側に加わるトルクを検出するセンサと、波動歯車減速機に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性及びセンサにより検出されたトルクに基づいて、当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出して当該波動歯車減速機の出力側に生じるねじれ角を算出する演算部と、回転位置検出器により検出された回転位置及び演算部により算出されたねじれ角に基づいて、アクチュエータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする。 The correction system according to the present invention is characterized by comprising a rotational position detector that detects the rotational position of an actuator that drives a strain wave gear reducer, a sensor that detects the torque applied to the output side of the strain wave gear reducer, a calculation unit that calculates the hysteresis characteristics within the fluctuation range of the torque based on the hysteresis characteristics within the rated torque range for the strain wave gear reducer and the torque detected by the sensor, and calculates the torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer, and a control unit that controls the actuator based on the rotational position detected by the rotational position detector and the torsion angle calculated by the calculation unit.

この発明によれば、上記のように構成したので、波動歯車減速機の出力側に対してトルクが定格まで加えられていない場合でも、従来構成に対して簡易且つ高精度に、波動歯車減速機の位置誤差を補正可能となる。 According to this invention, because of the above configuration, even if the rated torque is not applied to the output side of the strain wave gear reducer, it is possible to correct the position error of the strain wave gear reducer more easily and with higher accuracy than with conventional configurations.

実施の形態1に係る補正システムの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a correction system according to a first embodiment. 波動歯車減速機の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a strain wave gear reducer. 実施の形態1に係る補正装置の動作例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of the operation of the correction device according to the first embodiment. 図4A、図4Bは、実施の形態1における演算部の動作例を説明する図であり、図4Aは従来方式を説明する図であり、図4Bは実施の形態1の方式を説明する図である。4A and 4B are diagrams for explaining an example of the operation of the calculation unit in the first embodiment, where FIG. 4A is a diagram for explaining a conventional method and FIG. 4B is a diagram for explaining the method of the first embodiment. 波動歯車減速機の出力側に加えられるトルクにより生じるねじれ角の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of a torsion angle generated by a torque applied to the output side of a strain wave gear reducer. 波動歯車減速機に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性の一例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example of hysteresis characteristics in the range of rated torque for a strain wave gear reducer.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る補正システム1の構成例を示す図である。
補正システム1は、波動歯車減速機2の位置誤差を補正する。補正システム1は、図1に示すように、回転位置検出器11、センサ12、記憶部13、演算部14及び制御部15を備えている。なお、演算部14及び制御部15は、補正装置を構成する。この補正装置は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。図1では、補正システム1に加え、波動歯車減速機2及びアクチュエータ3を示している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a correction system 1 according to the first embodiment.
The correction system 1 corrects the position error of the strain wave gear reducer 2. As shown in Fig. 1, the correction system 1 includes a rotational position detector 11, a sensor 12, a storage unit 13, a calculation unit 14, and a control unit 15. The calculation unit 14 and the control unit 15 constitute a correction device. This correction device is realized by a processing circuit such as a system LSI (Large Scale Integration), or a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in a memory or the like. In addition to the correction system 1, Fig. 1 also shows a strain wave gear reducer 2 and an actuator 3.

波動歯車減速機2は、楕円と真円の差動を利用した減速機である。波動歯車減速機2は、図2に示すように、サーキュラスプライン21、ウェーブジェネレータ22及びフレクスプライン23を有している。 The strain wave gear reducer 2 is a reducer that utilizes the differential between an ellipse and a perfect circle. As shown in FIG. 2, the strain wave gear reducer 2 has a circular spline 21, a wave generator 22, and a flexspline 23.

サーキュラスプライン21は、リング状の剛体部品である。サーキュラスプライン21は、内周に歯が刻まれており、フレクスプライン23より歯数が2枚多い。サーキュラスプライン21は、通常、ケーシングに固定される。 The circular spline 21 is a ring-shaped rigid part. The circular spline 21 has teeth on its inner circumference, and has two more teeth than the flexspline 23. The circular spline 21 is usually fixed to the casing.

ウェーブジェネレータ22は、楕円状のカムの外周に薄肉のボールベアリングを組合わせた部品である。ボールベアリングでは、内輪はカムに固定されているが、外輪はボールを介して弾性変形する。ウェーブジェネレータ22は、通常、入力軸(アクチュエータ3)に取付けられる。 The wave generator 22 is a component that combines a thin-walled ball bearing with the outer periphery of an elliptical cam. In a ball bearing, the inner ring is fixed to the cam, but the outer ring is elastically deformed via the balls. The wave generator 22 is usually attached to the input shaft (actuator 3).

フレクスプライン23は、薄肉カップ状の金属弾性体部品である。フレクスプライン23は、開口部外周に歯が刻まれている。フレクスプライン23の底をダイヤフラムと呼び、通常、出力軸(例えばロボットアーム)に取付けられる。 The flexspline 23 is a thin-walled, cup-shaped elastic metal part. The flexspline 23 has teeth cut into the outer periphery of its opening. The bottom of the flexspline 23 is called the diaphragm, and is usually attached to the output shaft (e.g., a robot arm).

フレクスプライン23は、ウェーブジェネレータ22により楕円状に撓められ、長軸の部分でサーキュラスプライン21と歯が噛合い、短軸の部分では歯が完全に離れた状態となる。 The flexspline 23 is bent into an elliptical shape by the wave generator 22, and the teeth of the circular spline 21 mesh with those of the major axis, while the teeth are completely separated from each other on the minor axis.

サーキュラスプライン21を固定してウェーブジェネレータ22を時計方向に回すと、フレクスプライン23は弾性変形し、サーキュラスプライン21との歯の噛合い位置が順次移動していく。ウェーブジェネレータ22が時計方向に1回転すると、歯数差2枚分だけフレクスプライン23は反時計方向へ移動する。
サーキュラスプライン21を固定してウェーブジェネレータ22を反時計方向に回した場合についても上記と同様であり、フレクスプライン23は弾性変形し、サーキュラスプライン21との歯の噛合い位置が順次移動していく。ウェーブジェネレータ22が反時計方向に1回転すると、歯数差2枚分だけフレクスプライン23は時計方向へ移動する。
When the wave generator 22 is rotated clockwise with the circular spline 21 fixed, the flexspline 23 elastically deforms, and the meshing position of the teeth with the circular spline 21 moves sequentially. When the wave generator 22 rotates once clockwise, the flexspline 23 moves counterclockwise by an amount corresponding to the difference in the number of teeth (two teeth).
The same applies when the wave generator 22 is rotated counterclockwise with the circular spline 21 fixed, and the flexspline 23 elastically deforms, and the meshing position of the teeth with the circular spline 21 moves sequentially. When the wave generator 22 makes one rotation counterclockwise, the flexspline 23 moves clockwise by an amount corresponding to the difference in the number of teeth (two teeth).

アクチュエータ3は、波動歯車減速機2(ウェーブジェネレータ22)を駆動する。このアクチュエータ3は、不図示のコントローラからの指令に応じて駆動する。 The actuator 3 drives the strain wave gear reducer 2 (wave generator 22). This actuator 3 drives in response to commands from a controller (not shown).

回転位置検出器11は、アクチュエータ3の回転位置を検出する。回転位置検出器11としては、例えばエンコーダを用いることができる。 The rotational position detector 11 detects the rotational position of the actuator 3. An encoder, for example, can be used as the rotational position detector 11.

センサ12は、波動歯車減速機2の出力側(フレクスプライン23)に加わるトルクを検出する。センサ12としては、例えば、トルクセンサを用いることができる。 The sensor 12 detects the torque applied to the output side (flexspline 23) of the strain wave gear reducer 2. For example, a torque sensor can be used as the sensor 12.

記憶部13は、補正システム1で扱われる各種情報を記憶する。この記憶部13は、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性を示す情報を記憶している。記憶部13は、HDD(Hard Disk Drive)、DVD(Digital Versatile Disc)又はメモリ等によって構成される。 The memory unit 13 stores various information handled by the correction system 1. This memory unit 13 stores information indicating the hysteresis characteristics within the range of the rated torque for the strain wave gear reducer 2. The memory unit 13 is configured with a HDD (Hard Disk Drive), a DVD (Digital Versatile Disc), memory, etc.

なお、ヒステリシス特性を示す情報は、例えば、波動歯車減速機2の製造メーカから取得可能である。また、ヒステリシス特性を示す情報は、例えば、事前に、波動歯車減速機2の出力側に対して値を変えながらトルクを加え、その際のねじれ角を測定することでも取得可能である。なお、同じ値のトルクであっても、トルクの増減方向によってねじれ角は変わる(図5,6等参照)。そのため、事前測定では、トルクの増減方向も考慮して測定が実施される。また、ヒステリシス特性を示す情報は、波動歯車減速機2がロボットアームに取付けられている場合、当該ロボットアームにおける先端の位置から当該ロボットアームが有する各軸のずれを測定してトルクとの比較学習を行うことでも取得可能である。 Information indicating the hysteresis characteristics can be obtained, for example, from the manufacturer of the strain wave gear reducer 2. Information indicating the hysteresis characteristics can also be obtained in advance, for example, by applying torque of varying values to the output side of the strain wave gear reducer 2 and measuring the torsion angle at that time. Note that even for the same torque value, the torsion angle changes depending on the direction in which the torque increases or decreases (see Figures 5 and 6, etc.). For this reason, advance measurements are performed taking into account the direction in which the torque increases or decreases. In addition, when the strain wave gear reducer 2 is attached to a robot arm, information indicating the hysteresis characteristics can also be obtained by measuring the deviation of each axis of the robot arm from the position of the tip of the robot arm and performing comparative learning with the torque.

なお図1では、記憶部13が補正システム1の内部に設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、記憶部13は補正システム1の外部に設けられていてもよい。 Note that FIG. 1 illustrates a case where the memory unit 13 is provided inside the correction system 1. However, this is not limited to the above, and the memory unit 13 may be provided outside the correction system 1.

演算部14は、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性及びセンサ12により検出されたトルクに基づいて、当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出して波動歯車減速機2の出力側に生じるねじれ角を算出する。なお、演算部14は、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性については、記憶部13から読出す。 The calculation unit 14 calculates the hysteresis characteristics within the fluctuation range of the torque based on the hysteresis characteristics within the rated torque range for the strain wave gear reducer 2 and the torque detected by the sensor 12, and calculates the torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer 2. Note that the calculation unit 14 reads out the hysteresis characteristics within the rated torque range for the strain wave gear reducer 2 from the memory unit 13.

この際、まず、演算部14は、センサ12により検出されたトルクの変動範囲と定格トルクの範囲との比率から、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性に相似するヒステリシス特性(当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性)を算出する。より具体的には、演算部14は、上記トルクの変動範囲と定格トルクの範囲とを比較し、波動歯車減速機2のばね係数(曲線の傾き)を変えずに、上記トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出する。そして、演算部14は、上記トルクの変動範囲でのヒステリシス特性及びセンサ12により検出されたトルク(停止時トルク)から、波動歯車減速機2の出力側に生じるねじれ角を算出する。またこの際に得られるねじれ角は、トルクの増減方向が増方向である場合のねじれ角と、トルクの増減方向が減方向である場合のねじれ角の2つのねじれ角である。そのため、演算部14は、センサ12により検出されたトルクの増減方向に基づいて、上記2つのねじれ角のうちの一方を、ねじれ角として算出する。この演算部14により算出されたねじれ角が波動歯車減速機2の位置誤差に相当する。 At this time, the calculation unit 14 first calculates a hysteresis characteristic (hysteresis characteristic in the torque fluctuation range) similar to the hysteresis characteristic in the rated torque range for the strain wave gear reducer 2 from the ratio between the torque fluctuation range detected by the sensor 12 and the rated torque range. More specifically, the calculation unit 14 compares the torque fluctuation range with the rated torque range, and calculates the hysteresis characteristic in the torque fluctuation range without changing the spring constant (slope of the curve) of the strain wave gear reducer 2. Then, the calculation unit 14 calculates the torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer 2 from the hysteresis characteristic in the torque fluctuation range and the torque (stop torque) detected by the sensor 12. The torsion angle obtained at this time is the torsion angle when the torque increase/decrease direction is the increase direction, and the torsion angle when the torque increase/decrease direction is the decrease direction. Therefore, the calculation unit 14 calculates one of the two torsion angles as the torsion angle based on the direction of increase or decrease in the torque detected by the sensor 12. The torsion angle calculated by the calculation unit 14 corresponds to the position error of the strain wave gear reducer 2.

制御部15は、回転位置検出器11により検出された回転位置及び演算部14により算出されたねじれ角に基づいて、アクチュエータ3を制御する。この際、制御部15は、上記回転位置に対して上記ねじれ角による位置誤差を加味したうえで、アクチュエータ3の制御を行う。この制御部15は、波動歯車減速機2の位置誤差を補正する。 The control unit 15 controls the actuator 3 based on the rotational position detected by the rotational position detector 11 and the torsion angle calculated by the calculation unit 14. At this time, the control unit 15 controls the actuator 3 after taking into account the position error due to the torsion angle to the rotational position. This control unit 15 corrects the position error of the strain wave gear reducer 2.

次に、図1に示す実施の形態1に係る補正装置の動作例について、図3を参照しながら説明する。なお、記憶部13は、図6に示すような波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性を示す情報を記憶している。 Next, an example of the operation of the correction device according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 3. The memory unit 13 stores information indicating the hysteresis characteristics within the range of the rated torque for the strain wave gear reducer 2 as shown in FIG. 6.

また、回転位置検出器11は、アクチュエータ3の回転位置を検出している。また、センサ12は、波動歯車減速機2の出力側(フレクスプライン23)に加わるトルクを検出している。この回転位置検出器11による回転位置の検出及びセンサ12によるトルクの検出は常時実施されている。 The rotational position detector 11 detects the rotational position of the actuator 3. The sensor 12 detects the torque applied to the output side (flexspline 23) of the strain wave gear reducer 2. The detection of the rotational position by the rotational position detector 11 and the detection of the torque by the sensor 12 are performed continuously.

図1に示す実施の形態1に係る補正装置の動作例では、図3に示すように、まず、演算部14は、センサ12により検出されたトルクの変動範囲と定格トルクの範囲との比率から、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性に相似するヒステリシス特性(当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性)を算出する(ステップST301)。より具体的には、演算部14は、上記トルクの変動範囲と定格トルクの範囲とを比較し、波動歯車減速機2のばね係数(曲線の傾き)を変えずに、上記トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出する。なお、演算部14は、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性については、記憶部13から読出す。 In an example of the operation of the correction device according to the first embodiment shown in FIG. 1, as shown in FIG. 3, the calculation unit 14 first calculates a hysteresis characteristic (the hysteresis characteristic in the torque fluctuation range) similar to the hysteresis characteristic in the rated torque range for the strain wave gear reducer 2 from the ratio between the torque fluctuation range detected by the sensor 12 and the rated torque range (step ST301). More specifically, the calculation unit 14 compares the torque fluctuation range with the rated torque range, and calculates the hysteresis characteristic in the torque fluctuation range without changing the spring constant (slope of the curve) of the strain wave gear reducer 2. The calculation unit 14 reads out the hysteresis characteristic in the rated torque range for the strain wave gear reducer 2 from the memory unit 13.

次いで、演算部14は、上記トルクの変動範囲でのヒステリシス特性及びセンサ12により検出されたトルク(停止時トルク)から、波動歯車減速機2の出力側に生じるねじれ角を算出する(ステップST302)。この際に得られるねじれ角は、トルクの増減方向が増方向である場合のねじれ角と、トルクの増減方向が減方向である場合のねじれ角の2つのねじれ角である。そのため、演算部14は、センサ12により検出されたトルクの増減方向に基づいて、上記2つのねじれ角のうちの一方を、ねじれ角として算出する。この演算部14により算出されたねじれ角が波動歯車減速機2の位置誤差に相当する。 Then, the calculation unit 14 calculates the torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer 2 from the hysteresis characteristic in the torque fluctuation range and the torque (stop torque) detected by the sensor 12 (step ST302). The torsion angles obtained at this time are two torsion angles: one when the torque increase/decrease direction is an increase direction, and the other when the torque increase/decrease direction is a decrease direction. Therefore, the calculation unit 14 calculates one of the two torsion angles as the torsion angle based on the torque increase/decrease direction detected by the sensor 12. The torsion angle calculated by the calculation unit 14 corresponds to the position error of the strain wave gear reducer 2.

ここで、従来では、例えば図4Aに示すように、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性から、波動歯車減速機2の出力側に加わるトルク(停止時トルク)がわかれば、当該出力側に生じる理論的なねじれ角(理論ねじれ角)は算出可能であり、これを位置誤差と見做すことは可能である。理論ねじれ角は、停止時トルク/ばね係数で求めることが可能である。ばね係数は、定格トルクの範囲でのヒステリシス特性から得られる。しかしながら、この理論ねじれ角は、定格トルクの範囲でのヒステリシス特性から求めたものであり、波動歯車減速機2の出力側に対してトルクが定格まで加えられていない場合、実際のねじれ角に対して誤差が生じる。
図4A、図4Bにおいて、符号401は定格トルクの範囲でのヒステリシス特性を示している。また、符号402はばね係数(理論線)を示している。また、Tは定格トルクを示し、Tは停止時トルクを示し、φは理論ねじれ角を示している。また、HLはヒステリシスロスを示している。
Here, in the past, as shown in FIG. 4A for example, if the torque (torque at rest) applied to the output side of the strain wave gear reducer 2 is known from the hysteresis characteristics in the range of the rated torque for the strain wave gear reducer 2, it is possible to calculate the theoretical torsion angle (theoretical torsion angle) generated on the output side, and this can be regarded as a position error. The theoretical torsion angle can be calculated by torque at rest/spring constant. The spring constant is obtained from the hysteresis characteristics in the range of the rated torque. However, this theoretical torsion angle is calculated from the hysteresis characteristics in the range of the rated torque, and if the torque applied to the output side of the strain wave gear reducer 2 is not up to the rated value, an error will occur in the actual torsion angle.
4A and 4B, reference numeral 401 indicates the hysteresis characteristic in the range of the rated torque. Reference numeral 402 indicates the spring constant (theoretical line). Furthermore, T0 indicates the rated torque, T1 indicates the torque at the time of stopping, and φ1 indicates the theoretical torsion angle. Furthermore, HL indicates the hysteresis loss.

これに対し、実施の形態1における演算部14では、図4Bに示すように、波動歯車減速機2の出力側に加わるトルクの変動範囲と定格トルクの範囲との比率に基づいて、定格トルクの範囲でのヒステリシス特性に相似するヒステリシス特性を求め、このヒステリシス特性からねじれ角を算出している。 In contrast, in the calculation unit 14 in embodiment 1, as shown in FIG. 4B, a hysteresis characteristic similar to the hysteresis characteristic in the rated torque range is calculated based on the ratio between the fluctuation range of the torque applied to the output side of the strain wave gear reducer 2 and the rated torque range, and the torsion angle is calculated from this hysteresis characteristic.

この際、演算部14は、波動歯車減速機2のばね係数(曲線の傾き)を変えずに、上記相似するヒステリシス特性を算出する。すなわち、任意のトルクの変動範囲でのヒステリシス特性は、定格トルクの範囲でのヒステリシス特性に対して波動歯車減速機2のばね特性が一定であり、任意のトルクの変動範囲と定格トルクの範囲との関係により、定格トルクの範囲でのヒステリシス特性と相似する。
また、図4Bに示すように、同じ値のトルクであっても、トルクの増減方向によってねじれ角は変わり、2つのねじれ角(第1のねじれ角及び第2のねじれ角)が存在する。そのため、演算部14は、センサ12により検出されたトルクの増減方向に基づいて、上記2つのねじれ角のうちの一方を、ねじれ角として算出する。
図4Bにおいて、符号403は上記相似するヒステリシス特性(上記トルクの変動範囲でのヒステリシス特性)を示している。図4Bにおいて、φ’は第1のねじれ角を示し、φ’’は第2のねじれ角を示している。
At this time, the calculation unit 14 calculates the similar hysteresis characteristic without changing the spring constant (slope of the curve) of the strain wave gear reducer 2. In other words, the hysteresis characteristic in an arbitrary torque fluctuation range is similar to the hysteresis characteristic in the rated torque range because the spring characteristic of the strain wave gear reducer 2 is constant with respect to the hysteresis characteristic in the rated torque range and due to the relationship between the arbitrary torque fluctuation range and the rated torque range.
4B, even if the torque has the same value, the torsion angle changes depending on the direction of increase or decrease of the torque, and two torsion angles (a first torsion angle and a second torsion angle) exist. Therefore, the calculation unit 14 calculates one of the two torsion angles as the torsion angle based on the direction of increase or decrease of the torque detected by the sensor 12.
In Fig. 4B, reference numeral 403 denotes the similar hysteresis characteristic (the hysteresis characteristic in the above torque fluctuation range). In Fig. 4B, φ 1 ' denotes the first torsion angle, and φ 1 '' denotes the second torsion angle.

これにより、実施の形態1における演算部14では、波動歯車減速機2の出力側に対してトルクが定格まで加えられていない場合でも、実際のねじれ角に相当するねじれ角を推定可能となる。
なお、上記2つのねじれ角の差(第1のねじれ角-第2のねじれ角)がヒステリシスロスの量となる。
As a result, the calculation unit 14 in embodiment 1 is able to estimate a torsion angle equivalent to the actual torsion angle even when torque is not applied up to the rated value to the output side of the strain wave gear reducer 2.
The difference between the two twist angles (first twist angle-second twist angle) is the amount of hysteresis loss.

次いで、制御部15は、回転位置検出器11により検出された回転位置及び演算部14により算出されたねじれ角に基づいて、アクチュエータ3を制御する(ステップST303)。この際、制御部15は、上記回転位置に対して上記ねじれ角による位置誤差を加味したうえで、アクチュエータ3の制御を行う。この制御部15は、波動歯車減速機2の位置誤差を補正する。
以上の動作により、実施の形態1に係る補正システム1では、波動歯車減速機2の位置誤差を補正可能となる。
Next, the control unit 15 controls the actuator 3 based on the rotational position detected by the rotational position detector 11 and the torsion angle calculated by the calculation unit 14 (step ST303). At this time, the control unit 15 controls the actuator 3 by taking into account the position error due to the torsion angle in relation to the rotational position. The control unit 15 corrects the position error of the strain wave gear reducer 2.
By the above operations, the correction system 1 according to the first embodiment is able to correct the position error of the strain wave gear reducer 2.

以上のように、この実施の形態1によれば、補正システム1は、波動歯車減速機2を駆動するアクチュエータ3の回転位置を検出する回転位置検出器11と、波動歯車減速機2の出力側に加わるトルクを検出するセンサ12と、波動歯車減速機2に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性及びセンサ12により検出されたトルクに基づいて、当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出して当該波動歯車減速機2の出力側に生じるねじれ角を算出する演算部14と、回転位置検出器11により検出された回転位置及び演算部14により算出されたねじれ角に基づいて、アクチュエータ3を制御する制御部15とを備えた。これにより、実施の形態1に係る補正システム1は、波動歯車減速機2の出力側に対してトルクが定格まで加えられていない場合でも、波動歯車減速機2の位置誤差を補正可能となる。また、実施の形態1に係る補正システム1は、従来構成に対し、簡易な構成で、波動歯車減速機2の位置誤差を高精度に補正可能となる。すなわち、実施の形態1に係る補正システム1では、従来の第2の対策のような高価な角度回転位置検出器は不要であるし、従来の第3の対策のような電気ノイズ、ジュール熱、及び、モータトルク定数の温度特性等の影響を受けることはなく、推定精度が向上する。 As described above, according to this embodiment 1, the correction system 1 includes a rotational position detector 11 that detects the rotational position of the actuator 3 that drives the strain wave gear reducer 2, a sensor 12 that detects the torque applied to the output side of the strain wave gear reducer 2, a calculation unit 14 that calculates the hysteresis characteristics in the fluctuation range of the torque based on the hysteresis characteristics in the range of the rated torque for the strain wave gear reducer 2 and the torque detected by the sensor 12, and calculates the torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer 2, and a control unit 15 that controls the actuator 3 based on the rotational position detected by the rotational position detector 11 and the torsion angle calculated by the calculation unit 14. As a result, the correction system 1 according to embodiment 1 can correct the position error of the strain wave gear reducer 2 even if the torque applied to the output side of the strain wave gear reducer 2 is not up to the rated value. Moreover, the correction system 1 according to embodiment 1 can correct the position error of the strain wave gear reducer 2 with a simpler configuration than the conventional configuration. In other words, the correction system 1 according to the first embodiment does not require an expensive angle rotation position detector as in the conventional second measure, and is not affected by electrical noise, Joule heat, and the temperature characteristics of the motor torque constant as in the conventional third measure, improving the estimation accuracy.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In addition, any of the components of the embodiments of the present invention may be modified or omitted within the scope of the invention.

1 補正システム
2 波動歯車減速機
3 アクチュエータ
11 回転位置検出器
12 センサ
13 記憶部
14 演算部
15 制御部
21 サーキュラスプライン
22 ウェーブジェネレータ
23 フレクスプライン
REFERENCE SIGNS LIST 1 Correction system 2 Harmonic gear reducer 3 Actuator 11 Rotational position detector 12 Sensor 13 Memory unit 14 Calculation unit 15 Control unit 21 Circular spline 22 Wave generator 23 Flexspline

Claims (5)

波動歯車減速機を駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転位置検出器と、
前記波動歯車減速機の出力側に加わるトルクを検出するセンサと、
前記波動歯車減速機に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性及び前記センサにより検出されたトルクに基づいて、当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出して当該波動歯車減速機の出力側に生じるねじれ角を算出する演算部と、
前記回転位置検出器により検出された回転位置及び前記演算部により算出されたねじれ角に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御部と
を備えた補正システム。
a rotational position detector that detects a rotational position of an actuator that drives the strain wave gear reducer;
a sensor for detecting a torque applied to an output side of the strain wave gear reducer;
a calculation unit that calculates a hysteresis characteristic within a fluctuation range of the torque based on the hysteresis characteristic within a rated torque range for the strain wave gear reducer and the torque detected by the sensor, and calculates a torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer;
a control unit that controls the actuator based on the rotational position detected by the rotational position detector and the torsion angle calculated by the calculation unit.
前記演算部は、前記センサにより検出されたトルクの変動範囲と定格トルクの範囲との比率から、前記波動歯車減速機に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性に相似する当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出し、当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性及び当該センサにより検出されたトルクからねじれ角を算出する
ことを特徴とする請求項1記載の補正システム。
The correction system according to claim 1, characterized in that the calculation unit calculates a hysteresis characteristic in the torque fluctuation range detected by the sensor, which is similar to a hysteresis characteristic in the rated torque range for the strain wave gear reducer, from a ratio between the torque fluctuation range detected by the sensor and a rated torque range, and calculates a torsion angle from the hysteresis characteristic in the torque fluctuation range and the torque detected by the sensor.
前記演算部は、前記センサにより検出されたトルクの増減方向に基づいて、ねじれ角を算出する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の補正システム。
3. The correction system according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a torsion angle based on a direction of increase or decrease in the torque detected by the sensor.
波動歯車減速機に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性、及び、前記波動歯車減速機の出力側に加わるトルクを検出するセンサにより検出されたトルクに基づいて、当該波動歯車減速機の出力側に生じるねじれ角を算出する演算部と、
前記波動歯車減速機を駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転位置検出器により検出された回転位置、及び、前記演算部により算出されたねじれ角に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御部と
を備えた補正装置。
a calculation unit that calculates a torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer based on a hysteresis characteristic within a rated torque range for the strain wave gear reducer and a torque detected by a sensor that detects the torque applied to the output side of the strain wave gear reducer; and
a control unit that controls the actuator based on a rotational position detected by a rotational position detector that detects a rotational position of an actuator that drives the strain wave gear reducer, and on the torsion angle calculated by the calculation unit.
演算部が、波動歯車減速機に対する定格トルクの範囲でのヒステリシス特性、及び、前記波動歯車減速機の出力側に加わるトルクを検出するセンサにより検出されたトルクに基づいて、当該トルクの変動範囲でのヒステリシス特性を算出して当該波動歯車減速機の出力側に生じるねじれ角を算出するステップと、
制御部が、前記波動歯車減速機を駆動するアクチュエータの回転位置を検出する回転位置検出器により検出された回転位置、及び、前記演算部により算出されたねじれ角に基づいて、前記アクチュエータを制御するステップと
を有する補正方法。
a calculation unit calculating a hysteresis characteristic within a fluctuation range of the torque based on the hysteresis characteristic within a rated torque range for the strain wave gear reducer and the torque detected by a sensor that detects the torque applied to the output side of the strain wave gear reducer, and calculating a torsion angle generated on the output side of the strain wave gear reducer;
and a control unit controls the actuator based on a rotational position detected by a rotational position detector that detects the rotational position of an actuator that drives the strain wave gear reducer, and on the torsion angle calculated by the calculation unit.
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