本發(fā)明涉及一種對(duì)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的可動(dòng)部與由該可動(dòng)部驅(qū)動(dòng)的被驅(qū)動(dòng)部之間的反向間隙進(jìn)行校正的電動(dòng)機(jī)控制裝置。

背景技術(shù)：

機(jī)床、產(chǎn)業(yè)機(jī)械中的進(jìn)給軸以及產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人的臂等的軸(機(jī)械可動(dòng)部)與伺服電動(dòng)機(jī)相連結(jié)。伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)通過(guò)滾珠絲杠等而被變換為工作臺(tái)等的直線運(yùn)動(dòng)，或者伺服電動(dòng)機(jī)的傳導(dǎo)速度通過(guò)減速機(jī)而被減速。

有時(shí)在這些滾珠絲杠或減速機(jī)中正方向上的向某個(gè)位置的停止位置與負(fù)方向上的向該位置的停止位置之間存在差。一般來(lái)說(shuō)，這種差被稱為反向間隙(backlash)，是使位置精度下降的原因。

圖3A～圖3C是用于說(shuō)明反向間隙的圖。在圖3A中，示出了通過(guò)未圖示的電動(dòng)機(jī)而移動(dòng)的可動(dòng)部WA以及由可動(dòng)部WA驅(qū)動(dòng)的被驅(qū)動(dòng)部WB。可動(dòng)部WA在其兩端具有突出部A1、A2，被驅(qū)動(dòng)部WB在其中央具有突起部B。因而，例如當(dāng)可動(dòng)部WA向右方移動(dòng)時(shí)，可動(dòng)部WA的一方的突出部A1的內(nèi)側(cè)端與被驅(qū)動(dòng)部WB的突起部B的一端卡合。由此，可動(dòng)部WA和被驅(qū)動(dòng)部WB一體地向右方移動(dòng)。

另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，可動(dòng)部WA的速度也反轉(zhuǎn)從而可動(dòng)部WA變?yōu)閺挠曳较蜃蠓揭苿?dòng)(圖3B)。然后，如圖3C所示，當(dāng)可動(dòng)部WA的另一方的突出部A2的內(nèi)側(cè)端與被驅(qū)動(dòng)部WB的突起部B的另一端卡合時(shí)，可動(dòng)部WA和被驅(qū)動(dòng)部WB一體地向左方移動(dòng)。

在這樣反轉(zhuǎn)時(shí)，可動(dòng)部WA在與被驅(qū)動(dòng)部WB卡合之前需要移動(dòng)被稱為反向間隙的規(guī)定的移動(dòng)量。在圖3A和圖3C中示出了長(zhǎng)度為L(zhǎng)的反向間隙，反向間隙可能成為使位置精度下降的原因。

因此，進(jìn)行著以下處理：制作對(duì)反向間隙的校正量，在反轉(zhuǎn)時(shí)將該校正量加到電動(dòng)機(jī)的位置指令中。在日本特開(kāi)2014-054001號(hào)公報(bào)中，基于可動(dòng)部與被驅(qū)動(dòng)部之間的當(dāng)前的位置偏差、以及可動(dòng)部與被驅(qū)動(dòng)部卡合時(shí)的可動(dòng)部與被驅(qū)動(dòng)部之間的位置偏差來(lái)計(jì)算反向間隙校正量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

然而，在如前述那樣可動(dòng)部WA反轉(zhuǎn)時(shí)，有時(shí)可動(dòng)部WA的速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間根據(jù)要加工的工件等而不同。特別是，在沿圓弧狀路徑對(duì)工件進(jìn)行加工的情況下，速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間還根據(jù)圓弧狀路徑的半徑和沿圓弧狀路徑移動(dòng)的速度而變化。

在以往技術(shù)、例如日本特開(kāi)2014-054001號(hào)公報(bào)中，不考慮速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間地計(jì)算反向間隙校正量。因此，在以往技術(shù)中，可能產(chǎn)生根據(jù)工件、特別是工件的加工路徑而無(wú)法得到適當(dāng)?shù)姆聪蜷g隙校正量的情形。

本發(fā)明是鑒于這種問(wèn)題而完成的，目的在于提供一種能夠計(jì)算考慮了速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間的反向間隙校正量的電動(dòng)機(jī)控制裝置。

為了達(dá)成前述的目的，根據(jù)第一發(fā)明，提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，對(duì)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的可動(dòng)部與由該可動(dòng)部驅(qū)動(dòng)的被驅(qū)動(dòng)部之間的反向間隙進(jìn)行校正，在該電動(dòng)機(jī)控制裝置中具備：位置指令制作部，其制作所述被驅(qū)動(dòng)部的位置指令；第一位置檢測(cè)部，其檢測(cè)所述可動(dòng)部的位置；第二位置檢測(cè)部，其檢測(cè)所述被驅(qū)動(dòng)部的位置；偏差計(jì)算部，其計(jì)算由所述第一位置檢測(cè)部檢測(cè)出的第一位置檢測(cè)值與由所述第二位置檢測(cè)部檢測(cè)出的第二位置檢測(cè)值之間的偏差；保持部，其將所述可動(dòng)部與所述被驅(qū)動(dòng)部卡合時(shí)由所述偏差計(jì)算部計(jì)算出的所述偏差保持為初始偏差；加速度計(jì)算部，其基于所述位置指令來(lái)計(jì)算加速度指令；校正增益計(jì)算部，其基于由所述加速度計(jì)算部計(jì)算出的所述加速度指令來(lái)計(jì)算校正增益；以及校正量計(jì)算部，其對(duì)由所述保持部保持的所述初始偏差與由所述偏差計(jì)算部計(jì)算出的所述偏差之間的偏差乘以由所述校正增益計(jì)算部計(jì)算出的校正增益，來(lái)計(jì)算用于校正所述反向間隙的反向間隙校正量。

根據(jù)第二發(fā)明，在第一發(fā)明中，所述校正增益計(jì)算部以使所述校正增益與所述加速度指令的開(kāi)方成比例的方式計(jì)算所述校正增益。

根據(jù)第三發(fā)明，在第一發(fā)明或第二發(fā)明中，所述校正量計(jì)算部設(shè)定根據(jù)所述加速度指令確定的所述反向間隙校正量的上限值。

根據(jù)附圖所示的本發(fā)明的典型的實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)會(huì)更加明確。

附圖說(shuō)明

圖1是基于本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置的功能框圖。

圖2是表示本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置的動(dòng)作的流程圖。

圖3A是用于說(shuō)明反向間隙的第一圖。

圖3B是用于說(shuō)明反向間隙的第二圖。

圖3C是用于說(shuō)明反向間隙的第三圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。在下面的附圖中對(duì)相同的構(gòu)件標(biāo)注相同的參照標(biāo)記。為了易于理解，這些附圖適當(dāng)變更了比例尺。

圖1是基于本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的功能框圖。如圖1所示，具備突出部A1、A2的可動(dòng)部WA借助螺紋而安裝于電動(dòng)機(jī)M的輸出軸。而且，具備突起部B的被驅(qū)動(dòng)部WB配置為能夠與可動(dòng)部WA卡合。

如參照?qǐng)D3A進(jìn)行了說(shuō)明的那樣，在可動(dòng)部WA與被驅(qū)動(dòng)部WB之間存在長(zhǎng)度為L(zhǎng)的反向間隙。利用三維測(cè)定器等來(lái)測(cè)定可動(dòng)部WA的移動(dòng)距離，將測(cè)定出的可動(dòng)部WA的移動(dòng)距離與電動(dòng)機(jī)M的移動(dòng)量進(jìn)行比較來(lái)測(cè)定其差，由此求出反向間隙?；蛘?，也可以通過(guò)測(cè)定在沿圓弧狀路徑移動(dòng)時(shí)象限切換時(shí)所產(chǎn)生的、所謂的象限突起來(lái)求出反向間隙。

如圖1所示，對(duì)可動(dòng)部WA的位置進(jìn)行檢測(cè)的第一位置檢測(cè)部11、例如編碼器安裝于電動(dòng)機(jī)M。該第一位置檢測(cè)部11還能夠利用公知的方法來(lái)檢測(cè)可動(dòng)部WA的速度。并且，對(duì)被驅(qū)動(dòng)部WB的位置進(jìn)行檢測(cè)的第二位置檢測(cè)部12、例如標(biāo)尺與被驅(qū)動(dòng)部WB相鄰配置。

電動(dòng)機(jī)控制裝置10主要包括：位置指令制作部20，其周期性地制作可動(dòng)部WA的位置指令值CP；速度指令制作部24，其制作可動(dòng)部WA的速度指令；以及轉(zhuǎn)矩指令制作部36，其制作電動(dòng)機(jī)M的轉(zhuǎn)矩指令。此外，加速度指令制作部26根據(jù)位置指令制作部20的位置指令值CP來(lái)直接地制作加速度指令。

并且，電動(dòng)機(jī)控制裝置10包括偏差計(jì)算部31，該偏差計(jì)算部31計(jì)算由第一位置檢測(cè)部11檢測(cè)出的第一位置檢測(cè)值DP1與由第二位置檢測(cè)部12檢測(cè)出的第二位置檢測(cè)值DP2之間的偏差ΔP。另外，電動(dòng)機(jī)控制裝置10包括判定部32，該判定部32判定在使可動(dòng)部WA從任意的初始位置向第一驅(qū)動(dòng)方向以及向與該第一驅(qū)動(dòng)方向相反的第二驅(qū)動(dòng)方向移動(dòng)時(shí)可動(dòng)部WA是否已與被驅(qū)動(dòng)部WB卡合。

并且，電動(dòng)機(jī)控制裝置10包括保持部33，該保持部33將在由判定部32判定為可動(dòng)部WA已與被驅(qū)動(dòng)部WB卡合時(shí)由偏差計(jì)算部31計(jì)算出的偏差ΔP與第一驅(qū)動(dòng)方向或第二驅(qū)動(dòng)方向相關(guān)聯(lián)地保持為初始偏差ΔP0。此外，保持部33還能夠保持速度等其它要素。并且，電動(dòng)機(jī)控制裝置10包括校正量計(jì)算部34，該校正量計(jì)算部34計(jì)算用于消除反向間隙的反向間隙校正量。并且，電動(dòng)機(jī)控制裝置10包括校正增益計(jì)算部35，該校正增益計(jì)算部35基于由加速度計(jì)算部26計(jì)算出的加速度指令來(lái)計(jì)算校正增益。

圖2是表示本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置的動(dòng)作的流程圖。圖2所示的內(nèi)容是按規(guī)定的控制周期重復(fù)進(jìn)行的。下面參照?qǐng)D1和圖2來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置的動(dòng)作。

首先，在圖2的步驟S11中，位置指令制作部20制作位置指令值CP。接著，在步驟S12、S13中，第一位置檢測(cè)部11和第二位置檢測(cè)部12分別檢測(cè)可動(dòng)部WA的第一位置檢測(cè)值DP1和被驅(qū)動(dòng)部WB的第二位置檢測(cè)值DP2。

如圖1所示，利用減法器21從由位置指令制作部20制作的位置指令值CP減去由第一位置檢測(cè)部11檢測(cè)出的第一位置檢測(cè)值DP1，來(lái)制作第一位置偏差ΔP1。此外，根據(jù)圖1可知，第一位置檢測(cè)值DP1被乘以變換系數(shù)30。

并且，利用減法器27從位置指令值CP減去由第二位置檢測(cè)部12檢測(cè)出的第二位置檢測(cè)值DP2來(lái)制作第二位置偏差ΔP2。在減法器28中，從第二位置偏差ΔP2減去第一位置偏差ΔP1，所得到的值經(jīng)過(guò)低通濾波器29后輸入到加法器23。在此，使用低通濾波器29的理由為：在位置偏差的變化大時(shí)，以來(lái)自第一位置檢測(cè)部的位置檢測(cè)值來(lái)對(duì)位置進(jìn)行控制，由此穩(wěn)定地使可動(dòng)部移動(dòng)，在位置偏差的變化小時(shí)，以來(lái)自第二位置檢測(cè)部的位置檢測(cè)值來(lái)對(duì)位置進(jìn)行控制，由此來(lái)提高被驅(qū)動(dòng)部的位置的精度。

通過(guò)加法器23進(jìn)行相加的第一位置偏差ΔP1和第二位置偏差ΔP2被輸入到速度指令制作部24，來(lái)制作速度指令值CV。并且，在減法器25中，從速度指令值CV減去速度檢測(cè)值DV，來(lái)計(jì)算速度偏差ΔV，其中，速度檢測(cè)值DV是通過(guò)將由第一位置檢測(cè)部11檢測(cè)出的第一位置檢測(cè)值輸入到速度運(yùn)算器37而運(yùn)算得到的。接著，轉(zhuǎn)矩指令制作部36基于速度偏差ΔV來(lái)制作轉(zhuǎn)矩指令值，并將轉(zhuǎn)矩指令值輸入到電動(dòng)機(jī)M。

根據(jù)圖1可知，在本發(fā)明中，從第二位置偏差ΔP2減去第一位置偏差ΔP1而得到的值被輸入到偏差計(jì)算部31。在該值中，實(shí)質(zhì)上排除了位置指令值CP。因而，偏差計(jì)算部31能夠容易地計(jì)算第一位置檢測(cè)值DP1與第二位置檢測(cè)值DP2之間的偏差ΔP(步驟S14)?；蛘撸部梢詫⒌谝晃恢闷瞀1和第二位置偏差ΔP2直接輸入到偏差計(jì)算部31來(lái)制作偏差ΔP。

之后，如步驟S15所示，判定部32判定可動(dòng)部WA與被驅(qū)動(dòng)部WB是否已卡合。判定部32的動(dòng)作是公知的，因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。判定部32的動(dòng)作例如在日本特開(kāi)2014-054001號(hào)公報(bào)中有所記載。

在判定為可動(dòng)部WA已與被驅(qū)動(dòng)部WB卡合的情況下，進(jìn)入到步驟S16。在步驟S16中，保持部33將可動(dòng)部WA與被驅(qū)動(dòng)部WB卡合時(shí)由偏差計(jì)算部31計(jì)算出的偏差保持為初始偏差。此外，在未判定為可動(dòng)部WA已與被驅(qū)動(dòng)部WB卡合的情況下，跳過(guò)步驟S16的處理。

接著，在步驟S17中，加速度指令制作部26基于位置指令值CP來(lái)制作加速度指令。然后，加速度指令被輸入到校正增益計(jì)算部35。此外，也可以在對(duì)加速度指令乘以規(guī)定的系數(shù)之后將所得到的值輸入到校正增益計(jì)算部35。

接著，在步驟S18中，校正增益計(jì)算部35基于加速度指令來(lái)計(jì)算校正增益。在此，一般來(lái)說(shuō)可動(dòng)部WA的速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間短，因此能夠視為在速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間內(nèi)可動(dòng)部WA的加速度固定。

因而，通過(guò)以下的式(1)來(lái)表示可動(dòng)部WA在速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間t內(nèi)以加速度a移動(dòng)時(shí)的距離x。

而且，如果設(shè)該距離x為圖3A所示的反向間隙的長(zhǎng)度L，則通過(guò)以下的式(2)來(lái)表示速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間t。

也就是說(shuō)，速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間t與加速度的開(kāi)方成反比。因而，在步驟S18中，校正增益計(jì)算部35如以下的式(3)所表示的那樣來(lái)計(jì)算與加速度的開(kāi)方成比例的校正增益K。

接著，在步驟S19中，校正量計(jì)算部34計(jì)算用于校正反向間隙的反向間隙校正量。具體地說(shuō)，通過(guò)偏差計(jì)算部31計(jì)算當(dāng)前的偏差，進(jìn)而計(jì)算當(dāng)前的偏差與保持部33所保持的初始偏差之間的偏差。接著，對(duì)該偏差乘以由校正增益計(jì)算部35計(jì)算出的校正增益，來(lái)計(jì)算反向間隙校正量。

具體地說(shuō)，通過(guò)以下的式(4)來(lái)表示反向間隙校正量。

(間隙校正量)＝((初始偏差)-(當(dāng)前偏差))×K (4)

然后，在步驟S20中，考慮反向間隙校正量。在此，參照?qǐng)D1，在加法器22中將由校正量計(jì)算部34制作的反向間隙校正量加到第一位置偏差ΔP1中。然后，相加得到的值經(jīng)過(guò)加法器23供給到速度指令制作部24，來(lái)制作速度指令值CV，最終在轉(zhuǎn)矩指令制作部36中制作轉(zhuǎn)矩指令值。由此，對(duì)電動(dòng)機(jī)M進(jìn)行控制(步驟S21)。

這樣，在本發(fā)明中，基于加速度指令來(lái)計(jì)算校正增益。在加速度指令與反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間之間存在式(2)所示的關(guān)系，因此在本發(fā)明中，能夠考慮速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間來(lái)計(jì)算適當(dāng)?shù)姆聪蜷g隙校正量。

在此，在沿圓弧狀路徑來(lái)對(duì)工件進(jìn)行加工的情況下，速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間根據(jù)圓弧狀路徑的半徑和沿圓弧狀路徑的移動(dòng)速度等而變化。在本發(fā)明中，考慮了速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間，因此可知即使在沿圓弧狀路徑來(lái)對(duì)工件進(jìn)行加工的情況下，也能夠計(jì)算適當(dāng)?shù)姆聪蜷g隙校正量。此外，在沿圓弧狀路徑對(duì)工件進(jìn)行加工的情況下，需要利用兩臺(tái)以上的電動(dòng)機(jī)M來(lái)使工件或工具移動(dòng)。因而，在該情況下，針對(duì)各電動(dòng)機(jī)制作位置指令CP，按各電動(dòng)機(jī)來(lái)計(jì)算校正增益和反向間隙校正量。

另外，校正量計(jì)算部34所制作的反向間隙校正量不會(huì)比反向間隙的長(zhǎng)度L大。因而，優(yōu)選的是，在即使校正量計(jì)算部34制作出比反向間隙的長(zhǎng)度L大的反向間隙校正量的情況下，校正量計(jì)算部34將所制作的反向間隙校正量限制為反向間隙的長(zhǎng)度L以下的值。由此，能夠防止計(jì)算出異常大的反向間隙校正量。

發(fā)明的效果

在加速度指令與反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間之間存在規(guī)定的關(guān)系，而在第一發(fā)明中，基于加速度指令來(lái)計(jì)算校正增益。因而，考慮了速度反轉(zhuǎn)所要的時(shí)間地計(jì)算適當(dāng)?shù)姆聪蜷g隙校正量。因此，即使在沿圓弧狀路徑對(duì)工件進(jìn)行加工的情況下，也能夠計(jì)算適當(dāng)?shù)姆聪蜷g隙校正量。

在第二發(fā)明中，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算更加適當(dāng)?shù)姆聪蜷g隙校正量。

在第三發(fā)明中，上限值例如與反向間隙長(zhǎng)相當(dāng)。在該情況下，反向間隙校正量不會(huì)變得大到反向間隙長(zhǎng)以上。通過(guò)將反向間隙校正量限制為反向間隙長(zhǎng)以下的值，能夠防止計(jì)算出異常大的反向間隙校正量。

使用典型的實(shí)施方式來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠理解，能夠不脫離本發(fā)明的范圍地進(jìn)行前述的變更以及各種其它變更、省略、追加。