[go: up one dir, main page]

JP2011002082A - Drive device and speed command generating device - Google Patents

Drive device and speed command generating device Download PDF

Info

Publication number
JP2011002082A
JP2011002082A JP2009147784A JP2009147784A JP2011002082A JP 2011002082 A JP2011002082 A JP 2011002082A JP 2009147784 A JP2009147784 A JP 2009147784A JP 2009147784 A JP2009147784 A JP 2009147784A JP 2011002082 A JP2011002082 A JP 2011002082A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
speed
transmission mechanism
slip
load torque
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009147784A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5016640B2 (en
Inventor
Kisaburo Hayakawa
喜三郎 早川
Sachihiro Mizuno
祥宏 水野
Yoshimi Kitakado
善美 北角
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Denso Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Denso Corp
Priority to JP2009147784A priority Critical patent/JP5016640B2/en
Publication of JP2011002082A publication Critical patent/JP2011002082A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5016640B2 publication Critical patent/JP5016640B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Friction Gearing (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a control error caused by sliding generated on a rolling surface in a drive device which outputs a driving force of a motor via a transmission mechanism which transmits the driving force by friction of the rolling surface between an input rolling element and an output rolling element.SOLUTION: Load torque T transmitted by the transmission mechanism is calculated from an current I supplied to the motor, and a motor rotational speed ω1 (load torque calculation section 30). A slip ratio and a slip velocity slipω1 are determined from the calculated load torque T by using a previously determined relation between the load torque T and the slip ratio slip. The error caused by sliding can be reduced by adding thereof to the target speed command value.

Description

本発明は、入力転動体と出力転動体の摩擦により動力を伝達する伝達機構を有する駆動装置に関し、特に、その速度制御に関する。   The present invention relates to a drive device having a transmission mechanism for transmitting power by friction between an input rolling element and an output rolling element, and more particularly to speed control thereof.

入力側の回転速度を変換して出力側に伝達する伝達機構、例えば歯車機構が知られている。歯車機構においては、変速比は、入力側の歯車と出力側の歯車の歯数の比で決定される。したがって、変速比は整数比、つまり離散的な値となり、設計自由度が低いという問題がある。歯車の歯をなくしたローラ同士を接触させ、ローラ間の摩擦により回転伝達を行えば、ローラの半径は連続的な値を取り得るので、変速比も自由に設定することができる。また、歯車伝達に比べて、伝達誤差が少なく、バックラッシュ等がない伝達機構を構成することができる。   A transmission mechanism that converts the rotational speed on the input side and transmits it to the output side, such as a gear mechanism, is known. In the gear mechanism, the gear ratio is determined by the ratio of the number of teeth of the input side gear and the output side gear. Therefore, the transmission ratio is an integer ratio, that is, a discrete value, and there is a problem that the degree of freedom in design is low. If the rollers without the gear teeth are brought into contact with each other and rotation is transmitted by friction between the rollers, the radius of the roller can take a continuous value, and the transmission ratio can also be set freely. Further, it is possible to configure a transmission mechanism with less transmission error and no backlash compared with gear transmission.

下記特許文献1には、遊星歯車機構のサンギア、リングギア、プラネタリピニオンをローラに置き換えた摩擦式の伝達機構が示されている。   Patent Document 1 below discloses a friction transmission mechanism in which a sun gear, a ring gear, and a planetary pinion of a planetary gear mechanism are replaced with rollers.

特開平5−257536号公報JP-A-5-257536

上述のようなローラ等の転動体同士の摩擦を利用した伝達機構においては、二つの転動体間に滑りが生じ、その分、回転伝達に誤差が発生する。   In the transmission mechanism using friction between rolling elements such as rollers as described above, slip occurs between the two rolling elements, and an error occurs in the rotation transmission.

本発明は、転動体同士の滑りによる誤差を見込んだ回転速度制御を実現することを目的とする。   An object of this invention is to implement | achieve the rotational speed control which anticipated the error by the sliding of rolling elements.

本発明に係る駆動装置において、入力側と出力側の転動体の滑りが、転動体同士を押し付ける力と、転動体間に働く、回転を伝達する力との比(トラクション係数)に依存することを利用して、発生する滑りを予測し、これを速度制御に反映させている。転動体同士を押付ける力を固定値として扱い、回転を伝達する力から滑りを推定する。   In the drive device according to the present invention, the slip of the rolling elements on the input side and the output side depends on the ratio (traction coefficient) between the force that presses the rolling elements and the force that transmits the rotation between the rolling elements. Is used to predict the slip that occurs and reflect this in speed control. The force that presses the rolling elements is treated as a fixed value, and slip is estimated from the force that transmits rotation.

具体的には、本駆動装置は、モータと、このモータの駆動力を、入力転動体と出力転動体の間で転動面の摩擦により伝達する伝達機構と、を含み、速度指令値に基づき電流指令値を算出してこれらの指令値をモータに供給する電流指令手段と、モータの出力軸に結合される入力転動体の回転速度を取得する入力側速度取得手段と、電流指令値と入力転動体の回転速度とに基づき、モータの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段と、負荷トルクと入力転動体の回転速度とに基づき、前記伝達機構に生じる滑り速度を算出する滑り速度算出手段と、目標速度指令に滑り速度を加算して補正された前記速度指令値を算出する加算手段と、を有している。   Specifically, the drive device includes a motor and a transmission mechanism that transmits the driving force of the motor between the input rolling element and the output rolling element by friction of the rolling surface, and is based on the speed command value. Current command means for calculating a current command value and supplying these command values to the motor, input-side speed obtaining means for obtaining the rotational speed of the input rolling element coupled to the motor output shaft, current command value and input Load torque calculating means for calculating the load torque of the motor based on the rotational speed of the rolling element; slip speed calculating means for calculating the slip speed generated in the transmission mechanism based on the load torque and the rotational speed of the input rolling element; Adding means for calculating the speed command value corrected by adding the slip speed to the target speed command.

さらに、入力転動体と出力転動体の転動面を潤滑する潤滑油の温度を取得する油温取得手段を有するようにして、前記滑り速度算出手段において、取得された潤滑油の温度に応じて滑り速度を算出するようにできる。   Further, the sliding speed calculating means has an oil temperature acquisition means for acquiring the temperature of the lubricating oil that lubricates the rolling surfaces of the input rolling element and the output rolling element, according to the acquired lubricating oil temperature. The sliding speed can be calculated.

また、本発明の他の態様の駆動装置は、入力転動体と出力転動体の間で転動面の摩擦により駆動力の伝達を行う伝達機構を介して、モータの駆動力を出力する駆動装置であって、さらに、モータの制御を行う制御部を有し、この制御部は、伝達機構の出力軸の回転速度パターンと、伝達機構の出力側に接続される回転慣性とを設定する運転条件設定部と、前記設定された回転速度パターンと回転慣性とからモータの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段と、モータの負荷トルクに基づき、前記伝達機構に生じる滑り率を求める滑り率算出手段と、モータの負荷トルクと、滑り率と、出力軸の回転速度パターンから伝達機構の入力軸の回転速度パターンを求め、これに対応する速度指令値を生成する速度指令値生成部と、前記速度指令値に従ってモータを駆動制御する駆動部と、を有している。   A driving device according to another aspect of the present invention outputs a driving force of a motor via a transmission mechanism that transmits a driving force by friction of a rolling surface between an input rolling member and an output rolling member. Further, it has a control unit for controlling the motor, and this control unit sets the rotation speed pattern of the output shaft of the transmission mechanism and the rotational inertia connected to the output side of the transmission mechanism. A setting unit; load torque calculating means for calculating a load torque of the motor from the set rotation speed pattern and rotation inertia; and a slip ratio calculating means for calculating a slip ratio generated in the transmission mechanism based on the load torque of the motor; A speed command value generating unit that obtains a rotational speed pattern of the input shaft of the transmission mechanism from a load torque of the motor, a slip ratio, and a rotational speed pattern of the output shaft, and generates a speed command value corresponding to the rotational speed pattern; In value And a drive unit for driving and controlling the motor I.

さらに、前記滑り率算出手段は、入力転動体と出力転動体の転動面を潤滑する潤滑油の、想定される温度を取得し、この温度に応じて滑り速度を算出するようにしてよい。   Further, the slip ratio calculating means may acquire an assumed temperature of the lubricating oil for lubricating the rolling surfaces of the input rolling element and the output rolling element, and calculate the slip speed according to the temperature.

また、本発明のさらに他の態様の駆動装置は、入力転動体と出力転動体の間で転動面の摩擦により駆動力の伝達を行う伝達機構を介して駆動力を出力するモータの速度指令値を生成する速度指令生成装置であって、伝達機構の出力軸の回転速度パターンと、伝達機構の出力側に接続される回転慣性とを設定する運転条件設定部と、前記設定された回転速度パターンと回転慣性とからモータの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段と、モータの負荷トルクに基づき、前記伝達機構に生じる滑り率を求める滑り率算出手段と、モータの負荷トルクと、滑り率と、出力軸の回転速度パターンから伝達機構の入力軸の回転速度パターンを求め、これに対応する速度指令値を生成する速度指令生成部と、を有している。   A driving device according to still another aspect of the present invention provides a speed command for a motor that outputs a driving force via a transmission mechanism that transmits a driving force by friction of a rolling surface between the input rolling element and the output rolling element. A speed command generating device for generating a value, an operating condition setting unit for setting a rotational speed pattern of an output shaft of the transmission mechanism and a rotational inertia connected to an output side of the transmission mechanism, and the set rotational speed Load torque calculation means for calculating the load torque of the motor from the pattern and rotational inertia; slip ratio calculation means for determining the slip ratio generated in the transmission mechanism based on the load torque of the motor; load torque of the motor; slip ratio; A speed command generating unit that obtains the rotational speed pattern of the input shaft of the transmission mechanism from the rotational speed pattern of the output shaft and generates a speed command value corresponding to the rotational speed pattern.

転動体間の滑りを考慮して制御を行うために回転伝達誤差が低減される。   Since the control is performed in consideration of the slip between the rolling elements, the rotation transmission error is reduced.

摩擦による伝達機構の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the transmission mechanism by friction. トラクション係数と滑り率の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a traction coefficient and a slip ratio. 駆動装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of a drive device. シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows a simulation result. 他の駆動装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of another drive device. 伝達機構の一例である遊星ローラ式の減速装置を示す図である。It is a figure which shows the planetary roller type deceleration device which is an example of a transmission mechanism.

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。本発明に係る駆動装置は、回転体同士の間で回転を伝達する伝達機構を含む。この伝達機構の回転体の少なくとも一方は、相手に対し転がるように接触し、この接触する部分の摩擦により力の伝達が行われる。したがって、本発明に係る伝達機構は、クラッチのように二つの回転体が結合して一体となり回転の伝達が行われる伝達機構を含まない。クラッチ等の伝達機構を区別するために、以下、転がるように接触する回転体と、接触される側の回転体の双方を転動体と記して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drive device according to the present invention includes a transmission mechanism that transmits rotation between the rotating bodies. At least one of the rotating bodies of the transmission mechanism contacts the other party so as to roll, and a force is transmitted by friction of the contacting portion. Therefore, the transmission mechanism according to the present invention does not include a transmission mechanism such as a clutch in which two rotating bodies are coupled together to transmit rotation. In order to distinguish between transmission mechanisms such as clutches, hereinafter, both the rotating body that makes contact with rolling and the rotating body that comes into contact will be described as rolling elements.

図1は、回転伝達を行う二つの転動体間に作用する力を示す図である。二つの転動体10,12は、平行な軸線回りに回転するローラであり、下に示されたローラが駆動側ローラ10、上に示されたローラが被駆動側ローラ12である。駆動側ローラ10は、半径がr1 であり、角速度ω1 で回転する。被駆動側ローラ12は、半径がr2 であり、角速度ω2 で回転する。二つのローラ10,12は、押付け力Fn で互いに押し付けられており、それらの間には潤滑油14が介在している。二つのローラの共通接線方向には、二つのローラ間で回転を伝達する力(以下、接線力と記す。)Ft が作用する。   FIG. 1 is a diagram illustrating a force acting between two rolling elements that perform rotation transmission. The two rolling elements 10 and 12 are rollers that rotate around parallel axes. The roller shown below is the driving roller 10, and the roller shown above is the driven roller 12. The driving roller 10 has a radius r1 and rotates at an angular velocity ω1. The driven roller 12 has a radius r2 and rotates at an angular velocity ω2. The two rollers 10 and 12 are pressed against each other by a pressing force Fn, and a lubricating oil 14 is interposed between them. In the common tangential direction of the two rollers, a force (hereinafter referred to as tangential force) Ft for transmitting rotation acts between the two rollers.

二つのローラ10,12の間に滑りがなければ、
r2 /r1 =ω1 /ω2 (=λ) ・・・(1)
が成立する。λは、変速比である。滑りは、ローラ10,12の接点における接線方向の速度差、すなわち、
r1 ×ω1 −r2 ×ω2
と定義し、さらに、スリップ率slipを次式で定義する。
slip=(r1 ×ω1 −r2 ×ω2 )/(r1 ×ω1)
=1−λ(ω2 /ω1 ) ・・・(2)
このスリップ率slipは、通常の使用領域においては、接線力Ft と押付け力Fn の比であるトラクション係数μは、
μ=Ft /Fn ・・・(3)
と線形の関係にある。図2に示すように、設計仕様としては、トラクション係数の最大値μmax 以下で使用するため、滑り率slipとトラクション係数μの関係は、ほぼ線形である。また、線形範囲の比例係数をCとする。
μ=C×slip ・・・(4)
この係数Cは、潤滑油の温度により変化する。通常は、潤滑油の温度が低い方が、係数Cは大きな値をとる。
If there is no slip between the two rollers 10, 12,
r2 / r1 = ω1 / ω2 (= λ) (1)
Is established. λ is a gear ratio. Slip is the tangential speed difference at the contact point of the rollers 10, 12, i.e.
r1 × ω1 −r2 × ω2
Further, the slip ratio slip is defined by the following equation.
slip = (r1 × ω1−r2 × ω2) / (r1 × ω1)
= 1-λ (ω2 / ω1) (2)
The slip ratio slip is a ratio of the tangential force Ft and the pressing force Fn in the normal use region.
μ = Ft / Fn (3)
There is a linear relationship. As shown in FIG. 2, since the design specification is used below the maximum value of the traction coefficient μmax, the relationship between the slip rate slip and the traction coefficient μ is almost linear. Also, let C be the proportional coefficient of the linear range.
μ = C × slip (4)
This coefficient C varies depending on the temperature of the lubricating oil. Usually, the coefficient C takes a larger value when the temperature of the lubricating oil is lower.

ローラ10,12間での伝達トルクをTとすれば、
T=r1 ×Ft ・・・(5)
であり、式(5)に、式(3),(4)を代入すれば次式が得られる。
T=C×slip×r1 ×Fn
または、
slip=T/(C×r1 ×Fn ) ・・・(6)
と表せる。
If the transmission torque between the rollers 10 and 12 is T,
T = r1 x Ft (5)
If the equations (3) and (4) are substituted into the equation (5), the following equation is obtained.
T = C × slip × r1 × Fn
Or
slip = T / (C × r1 × Fn) (6)
It can be expressed.

図3は、転動体間で回転伝達を行う伝達機構16を含む駆動装置18の概略構成を示すブロック図である。駆動装置18は、駆動力を発生するモータ20と、モータ20を駆動制御するモータ駆動部22と、モータの出力を減速して出力する伝達機構16を含む。伝達機構16は、例えば図1で説明した二つのローラ間で回転伝達を行う機構であってよい。以下では、この機構を例として説明する。また、伝達装置16は、モータの出力を増速するものであってもよく、また等速で伝達するものであってもよい。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a drive device 18 including a transmission mechanism 16 that transmits rotation between rolling elements. The drive device 18 includes a motor 20 that generates a driving force, a motor drive unit 22 that drives and controls the motor 20, and a transmission mechanism 16 that decelerates and outputs the output of the motor. The transmission mechanism 16 may be a mechanism that transmits rotation between the two rollers described in FIG. 1, for example. Hereinafter, this mechanism will be described as an example. Further, the transmission device 16 may increase the output of the motor, or may transmit at a constant speed.

モータ20の出力軸は、伝達機構16の入力側である駆動側ローラ10に接続されている。モータ20の制御は、出力軸の回転速度を定めた目標速度指令値に従って実行される。目標速度指令値は、モータ、または伝達機構16を介してモータに駆動される駆動対象物の運動を、その速度変化として定めた速度パターンに従って算出される。この目標速度指令値に基づいて、電流指令部24にて、モータ20が発生すべきトルク、さらにモータ20に供給すべき電流値が算出され、電流指令値としてモータ20の供給される。モータ20は、電流指令値に従った電流をコイルに供給する電流供給部を含み、これによりモータが駆動される。   The output shaft of the motor 20 is connected to the driving roller 10 that is the input side of the transmission mechanism 16. The control of the motor 20 is executed according to a target speed command value that determines the rotation speed of the output shaft. The target speed command value is calculated according to a speed pattern in which the movement of the motor or a driven object driven by the motor via the transmission mechanism 16 is determined as a speed change. Based on this target speed command value, the current command unit 24 calculates a torque to be generated by the motor 20 and a current value to be supplied to the motor 20, and supplies the motor 20 as a current command value. The motor 20 includes a current supply unit that supplies a current according to the current command value to the coil, thereby driving the motor.

電流指令部24に供給される速度指令値は、目標速度指令値からモータ20の出力軸の回転速度、すなわち駆動側ローラ10の回転速度ω1 が減算されている。モータ20の出力軸には回転速度センサ26が設けられ、このセンサの出力値が加算器28にて減算されて、フィードバック系が構成されている。   The speed command value supplied to the current command unit 24 is obtained by subtracting the rotational speed of the output shaft of the motor 20, that is, the rotational speed ω1 of the driving roller 10 from the target speed command value. A rotation speed sensor 26 is provided on the output shaft of the motor 20, and an output value of this sensor is subtracted by an adder 28 to constitute a feedback system.

さらに、モータ駆動部22は、伝達機構16における滑りに対応するための構成を有する。式(6)にて示されるように、スリップ率slipは、伝達機構16で伝達される伝達トルクT、係数C、駆動側ローラの半径r1 および押付け力Fn によって定まる。半径r1 と押付け力Fn は固定値であり、係数Cは、温度により変化するが、予め求めておくことができる値である。したがって、式(6)における伝達トルクTを求めることができれば、スリップ率を算出することができ、そのときに発生している滑りの量を推定することができる。この滑り量を考慮して、モータ20を制御することにより、滑り量による誤差を抑制することができる。   Furthermore, the motor drive unit 22 has a configuration for dealing with slipping in the transmission mechanism 16. As shown in Expression (6), the slip ratio slip is determined by the transmission torque T transmitted by the transmission mechanism 16, the coefficient C, the radius r1 of the driving roller, and the pressing force Fn. The radius r1 and the pressing force Fn are fixed values, and the coefficient C varies depending on the temperature, but can be obtained in advance. Therefore, if the transmission torque T in Equation (6) can be obtained, the slip ratio can be calculated, and the amount of slip occurring at that time can be estimated. By controlling the motor 20 in consideration of the slip amount, an error due to the slip amount can be suppressed.

具体的には、モータ駆動部22は、負荷トルクを算出する負荷トルク算出部30と、滑り速度を算出する滑り速度算出部32を有する。負荷トルクは、伝達機構の出力側にかかるトルクであるので、これは、前述の伝達トルクTのことである。負荷トルクTは、モータの出力トルクTm 、モータロータから伝達機構の入力側までの回転部分の回転慣性をIm 、伝達機構16内での機械損失トルクTl とすると、
T=Tm −Im ×β1 −Tl ・・・(7)
で表せる。β1 は、駆動側ローラ10の角加速度である(β1 =(d/dt)ω1 )。さらに、モータへの電流指令値をIとすると、
Tm =f(I) ・・・(8)
と表すことができる。fは、モータの電流と、モータの出力トルクの関係を表す関数であり、これは用いられるモータを性能試験することなどにより取得できる関数である。式(8)と式(7)から次式が得られる。
T=f(I)−Im ×β1 −Tl ・・・(9)
さらに、式(9)を式(6)に代入すると、次式が得られる。
slip=(f(I)−Im ×β1 −Tl )/(C×r1 ×Fn ) ・・・(10)
Specifically, the motor drive unit 22 includes a load torque calculation unit 30 that calculates a load torque and a slip speed calculation unit 32 that calculates a slip speed. Since the load torque is a torque applied to the output side of the transmission mechanism, this is the transmission torque T described above. Assuming that the load torque T is the output torque Tm of the motor, the rotational inertia of the rotating part from the motor rotor to the input side of the transmission mechanism is Im, and the mechanical loss torque Tl in the transmission mechanism 16
T = Tm−Im × β1−Tl (7)
It can be expressed as β1 is the angular acceleration of the driving roller 10 (β1 = (d / dt) ω1). Furthermore, if the current command value to the motor is I,
Tm = f (I) (8)
It can be expressed as. f is a function representing the relationship between the current of the motor and the output torque of the motor, and this is a function that can be obtained by performing a performance test on the motor used. From the equations (8) and (7), the following equation is obtained.
T = f (I) -Im * [beta] 1-Tl (9)
Further, when the formula (9) is substituted into the formula (6), the following formula is obtained.
slip = (f (I) -Im * [beta] 1-Tl) / (C * r1 * Fn) (10)

負荷トルク算出部30においては、式(9)に基づき負荷トルクTが算出される。回転慣性Im は固定値である。一方、機械損失トルクTl は、概略的に固定値と取り扱うことができる。実際には回転速度、温度等で変化するので、これらのパラメータの関数として取り扱ってもよい。電流指令値Iは、電流指令部24の出力から取得し、角加速度β1 は、モータ20の出力軸の回転速度ω1 を回転速度センサ26より取得して、これを微分して得ることができる。滑り速度算出部32においては、式(6)に従いスリップ率slipを算出し、さらにスリップ率に駆動側ローラ10の回転速度ω1 を乗じて、滑り速度slip×ω1 を算出する。これを加算器28により、目標速度指令値に加算する。式(6)は、係数Cを含む。係数Cは、前述のように潤滑油の温度の関数であるが、駆動装置18の運転時において、潤滑油温度が安定しているのであれば、係数Cは固定値として扱ってもよい。係数Cを温度の関数として取り扱う場合は、潤滑油温度と係数Cの関係を予め求めておき、潤滑油の温度を検出する温度センサを設けて、そのときの油温から係数Cを求めるようにしてよい。   In the load torque calculation unit 30, the load torque T is calculated based on Expression (9). The rotational inertia Im is a fixed value. On the other hand, the mechanical loss torque Tl can be roughly treated as a fixed value. Actually, it varies depending on the rotational speed, temperature, etc., and may be treated as a function of these parameters. The current command value I can be obtained from the output of the current command unit 24, and the angular acceleration β1 can be obtained by obtaining the rotational speed ω1 of the output shaft of the motor 20 from the rotational speed sensor 26 and differentiating it. The slip speed calculator 32 calculates the slip rate slip according to the equation (6), and further multiplies the slip rate by the rotational speed ω1 of the driving roller 10 to calculate the slip speed slip × ω1. This is added to the target speed command value by the adder 28. Equation (6) includes the coefficient C. The coefficient C is a function of the temperature of the lubricating oil as described above. However, the coefficient C may be treated as a fixed value if the lubricating oil temperature is stable during operation of the driving device 18. When handling the coefficient C as a function of temperature, the relationship between the lubricating oil temperature and the coefficient C is obtained in advance, a temperature sensor for detecting the temperature of the lubricating oil is provided, and the coefficient C is obtained from the oil temperature at that time. It's okay.

以上のように、目標速度指令値に対し、モータ出力の回転速度ω1 をフィードバックし、さらに推定される滑り速度slip×ω1 による補正を行うことにより、制御の精度を高めている。図4には、目標回転角に位置決めを行う制御のシミュレーション結果が示されている。滑り量の補正を行うことで、ほぼ目標値に位置決めされていることが理解できる。   As described above, the rotational speed ω1 of the motor output is fed back to the target speed command value, and the correction by the estimated slip speed slip × ω1 is performed to improve the control accuracy. FIG. 4 shows a simulation result of control for positioning to the target rotation angle. It can be understood that the position is almost set to the target value by correcting the slip amount.

図5は、本発明に係る他の駆動装置40の概略構成を示すブロック図である。駆動装置40は、駆動装置18と同様のモータ20、伝達機構16および電流指令部24を有する。電流指令部24は制御部42に含まれ、制御部42は、さらに電流指令部24に供給する目標速度指令値を、伝達機構16の滑りを考慮して生成する構成を有する。式(2)を変形すると次式が得られる。
ω1=λ×ω2 /(1−slip) ・・・(11)
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of another driving apparatus 40 according to the present invention. The drive device 40 includes the motor 20, the transmission mechanism 16, and the current command unit 24 that are the same as those of the drive device 18. The current command unit 24 is included in the control unit 42, and the control unit 42 has a configuration that further generates a target speed command value to be supplied to the current command unit 24 in consideration of slippage of the transmission mechanism 16. When the equation (2) is transformed, the following equation is obtained.
ω1 = λ × ω2 / (1-slip) (11)

これは、伝達機構16の出力軸の角速度ω2 の制御目標が予め設定できる場合には、スリップ率slipが推定できれば、滑りを考慮して入力軸の角速度ω1 の制御目標を設定できることを示している。例えば、ロボットアームは、所定の動作を行うためにその動作は予めプログラムされており、このプログラムされた動作が制御目標を定める。この動作をするために、アームの各部の可動部を駆動する個々のモータに対し制御目標、すなわち目標速度指令値が設定される。このとき、上記のように、滑りを考慮して目標速度指令値を設定することができる。以下、伝達機構16の出力軸の目標となる回転速度パターンをω2refとし、このパターンを実現するために算出される入力軸の回転速度パターンをω1refとして説明する。出力軸の回転速度パターンω2refが設定され、制御対象物の回転慣性Io が分かれば、モータの負荷トルクが事前に求められ、滑り率が算出できる。これにより、滑り率を考慮した入力軸回転速度パターンω1refが求められる。   This indicates that when the control target of the angular velocity ω2 of the output shaft of the transmission mechanism 16 can be set in advance, if the slip ratio slip can be estimated, the control target of the angular velocity ω1 of the input shaft can be set in consideration of the slip. . For example, the robot arm is programmed in advance to perform a predetermined operation, and the programmed operation defines a control target. In order to perform this operation, a control target, that is, a target speed command value is set for each motor that drives the movable part of each part of the arm. At this time, as described above, the target speed command value can be set in consideration of the slip. In the following description, it is assumed that the target rotational speed pattern of the output shaft of the transmission mechanism 16 is ω2ref, and the rotational speed pattern of the input shaft calculated to realize this pattern is ω1ref. If the rotational speed pattern ω2ref of the output shaft is set and the rotational inertia Io of the controlled object is known, the load torque of the motor can be obtained in advance and the slip ratio can be calculated. Thereby, the input shaft rotational speed pattern ω1ref considering the slip ratio is obtained.

このために、駆動装置40の制御部42は、出力軸の回転速度パターンω2ref、制御対象の構成の回転慣性を設定する設定部44、これらの設定値から負荷トルクを算出する負荷トルク事前算出部46、負荷トルクから滑り率を算出する滑り率事前算出部48および上記の設定値、算出値から入力軸の回転速度パターンω1refを算出する入力軸速度パターン算出部50を有する。入力軸および出力軸の制御目標となる回転速度パターンω1ref,ω2refを用いて式(11)を書き直すと、次式となる。
ω1ref=λ×ω2ref /(1−slip) ・・・(12)
For this purpose, the control unit 42 of the drive device 40 includes a rotation speed pattern ω2ref of the output shaft, a setting unit 44 that sets the rotation inertia of the configuration to be controlled, and a load torque pre-calculation unit that calculates the load torque from these set values. 46, a slip ratio pre-calculating section 48 for calculating a slip ratio from the load torque, and an input shaft speed pattern calculating section 50 for calculating the rotational speed pattern ω1ref of the input shaft from the set value and the calculated value. When equation (11) is rewritten using the rotational speed patterns ω1ref and ω2ref that are the control targets of the input shaft and the output shaft, the following equation is obtained.
ω1ref = λ × ω2ref / (1-slip) (12)

伝達機構16の出力側の回転慣性をIo 、負荷トルクをTo 、機械損失トルクをTolとすれば、
To =Io ×β2ref +Tol ・・・(13)
で表せる。β2refは、伝達機構16の出力側である駆動側ローラ12の角加速度である(β2ref=(d/dt)ω2ref)。さらに、伝達装置16の入力トルクTは、伝達装置16の効率をηとすれば、次式で表せる。
T=To /(λ×η)=(Io×β2ref +Tol)/(λ×η) ・・・(14)
式(12)に、式(6),(14)を代入すれば、次式が得られる。
If the rotational inertia on the output side of the transmission mechanism 16 is Io, the load torque is To, and the mechanical loss torque is Tol,
To = Io × β2ref + Tol (13)
It can be expressed as β2ref is the angular acceleration of the driving roller 12 which is the output side of the transmission mechanism 16 (β2ref = (d / dt) ω2ref). Furthermore, the input torque T of the transmission device 16 can be expressed by the following equation, where η is the efficiency of the transmission device 16.
T = To / (λ × η) = (Io × β2ref + Tol) / (λ × η) (14)
Substituting equations (6) and (14) into equation (12) yields the following equation.

Figure 2011002082
Figure 2011002082

設定部44においては、実現したい出力軸回転速度パターンω2refが設定され、また出力側の回転慣性Io が設定される。機械損失トルクTolは、固定値と取り扱うことができる。より厳密には回転数やトルクによって変える必要がある。負荷トルク事前算出部46においては、式(13)に従い負荷トルクTo を実際に制御を行う前に、事前に算出する。滑り率事前算出部48においては、式(14)を式(6)に代入することにより、滑り率slipを算出する。入力軸速度パターン算出部50においては、滑り率slipを式(12)に適用して、入力軸の回転速度パターンω1refを算出する。以上の入力軸の回転速度パターンω1refの算出をまとめると、上記の式(15)となる。   In the setting unit 44, the output shaft rotational speed pattern ω2ref to be realized is set, and the output side rotational inertia Io is set. The mechanical loss torque Tol can be handled as a fixed value. More strictly, it is necessary to change according to the rotation speed and torque. In the load torque pre-calculation unit 46, the load torque To is calculated in advance before actually controlling according to the equation (13). The slip ratio pre-calculation unit 48 calculates the slip ratio slip by substituting Expression (14) into Expression (6). The input shaft speed pattern calculation unit 50 calculates the input shaft rotation speed pattern ω1ref by applying the slip ratio slip to the equation (12). The above calculation of the rotational speed pattern ω1ref of the input shaft is summarized as the above equation (15).

駆動装置40の制御部42で求められる入力軸の回転速度パターンω1refを、駆動装置18の目標速度指令値として用いることもできる。   The rotational speed pattern ω1ref of the input shaft obtained by the control unit 42 of the drive device 40 can also be used as a target speed command value for the drive device 18.

図6には、伝達機構の一例として、遊星ローラ式の減速装置60が示されている。減速装置60は、入力側遊星ローラ機構62と出力側遊星ローラ機構64の2組の遊星ローラ機構を有する。入力側遊星ローラ機構62のサンローラ62Sが減速装置60の入力軸であり、出力側遊星ローラ機構64のリングローラ64Rが減速機構60の出力軸に結合されている。二つの遊星ローラ機構62,64のそれぞれのプラネタリローラ62P,64Pは、異なる半径を有するが、一体となっており、プラネタリキャリア62Cに回転可能に支持されている。この減速装置60においては、転動接触する点が2点であるが、減速装置60の入力軸、出力軸の回転速度差として滑りをとらえ、2箇所の接点の合計の滑りとトラクション係数の関係を記述することができる。したがって、上述した2個のローラ10,12間の伝達と同様に滑り率等の算出を行うことが可能である。   FIG. 6 shows a planetary roller type reduction device 60 as an example of a transmission mechanism. The speed reducer 60 has two sets of planetary roller mechanisms, an input side planetary roller mechanism 62 and an output side planetary roller mechanism 64. The sun roller 62 </ b> S of the input side planetary roller mechanism 62 is an input shaft of the speed reduction device 60, and the ring roller 64 </ b> R of the output side planetary roller mechanism 64 is coupled to the output shaft of the speed reduction mechanism 60. The planetary rollers 62P and 64P of the two planetary roller mechanisms 62 and 64 have different radii, but are integrated and supported rotatably by the planetary carrier 62C. In this speed reduction device 60, there are two rolling contact points. However, the slip is detected as a difference in rotational speed between the input shaft and the output shaft of the speed reduction device 60, and the relationship between the total slip of the two contact points and the traction coefficient. Can be described. Therefore, it is possible to calculate the slip ratio and the like as in the transmission between the two rollers 10 and 12 described above.

10 駆動側ローラ(入力転動体)、12 被駆動側ローラ(出力転動体)、16 伝達機構、18 駆動装置、20 モータ、22 モータ駆動部、24 電流指令部、26 回転速度センサ、28 加算器、30 負荷トルク算出部、32 滑り速度算出部、40 駆動装置、42 制御部、44 設定部、46 負荷トルク事前算出部、48 滑り率事前算出部、50 入力軸速度パターン算出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Drive side roller (input rolling element), 12 Driven side roller (output rolling element), 16 Transmission mechanism, 18 Drive apparatus, 20 Motor, 22 Motor drive part, 24 Current command part, 26 Rotational speed sensor, 28 Adder , 30 load torque calculation unit, 32 slip speed calculation unit, 40 drive unit, 42 control unit, 44 setting unit, 46 load torque pre-calculation unit, 48 slip rate pre-calculation unit, 50 input shaft speed pattern calculation unit.

Claims (5)

モータと、このモータの駆動力を、入力転動体と出力転動体の間で転動面の摩擦により伝達する伝達機構と、を含む駆動装置であって、
速度指令値に基づき電流指令値を算出し、この指令値をモータに供給する電流指令手段と、
モータの出力軸に結合される入力転動体の回転速度を取得する入力側速度取得手段と、
電流指令値と入力転動体の回転速度とに基づき、モータの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段と、
負荷トルクと入力転動体の回転速度とに基づき、前記伝達機構に生じる滑り速度を算出する滑り速度算出手段と、
目標速度指令に滑り速度を加算して補正された前記速度指令値を算出する加算手段と、
を有する、駆動装置。
A driving device including a motor and a transmission mechanism that transmits the driving force of the motor between the input rolling element and the output rolling element by friction of a rolling surface;
A current command value is calculated based on the speed command value, and current command means for supplying the command value to the motor;
Input-side speed acquisition means for acquiring the rotational speed of the input rolling element coupled to the output shaft of the motor;
Load torque calculating means for calculating the load torque of the motor based on the current command value and the rotational speed of the input rolling element;
A slip speed calculating means for calculating a slip speed generated in the transmission mechanism based on the load torque and the rotational speed of the input rolling element;
Adding means for calculating the speed command value corrected by adding the slip speed to the target speed command;
A driving device.
請求項1に記載の駆動装置であって、
入力転動体と出力転動体の転動面を潤滑する潤滑油の温度を取得する油温取得手段を有し、
前記滑り速度算出手段において、取得された潤滑油の温度に応じて滑り速度を算出する、
駆動装置。
The drive device according to claim 1,
Oil temperature acquisition means for acquiring the temperature of the lubricating oil that lubricates the rolling surfaces of the input rolling element and the output rolling element,
In the slip speed calculating means, the slip speed is calculated according to the acquired temperature of the lubricating oil.
Drive device.
入力転動体と出力転動体の間で転動面の摩擦により駆動力の伝達を行う伝達機構を介して、モータの駆動力を出力する駆動装置であって、
モータの制御を行う制御部を有し、
前記制御部は、
伝達機構の出力軸の回転速度パターンと、伝達機構の出力側に接続される回転慣性とを設定する運転条件設定部と、
前記設定された回転速度パターンと回転慣性とからモータの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段と、
モータの負荷トルクに基づき、前記伝達機構に生じる滑り率を求める滑り率算出手段と、
滑り率と、出力軸の回転速度パターンから伝達機構の入力軸の回転速度パターンを求め、これに対応する速度指令値を生成する速度指令値生成部と、
前記速度指令値に従ってモータを駆動制御する駆動部と、
を有する、駆動装置。
A driving device that outputs a driving force of a motor via a transmission mechanism that transmits a driving force by friction of a rolling surface between an input rolling element and an output rolling element,
Having a control unit for controlling the motor,
The controller is
An operating condition setting unit for setting the rotational speed pattern of the output shaft of the transmission mechanism and the rotational inertia connected to the output side of the transmission mechanism;
Load torque calculation means for calculating a load torque of the motor from the set rotation speed pattern and rotation inertia;
A slip ratio calculating means for determining a slip ratio generated in the transmission mechanism based on a load torque of the motor;
A speed command value generation unit that determines a rotation speed pattern of the input shaft of the transmission mechanism from the slip rate and the rotation speed pattern of the output shaft, and generates a speed command value corresponding to the rotation speed pattern;
A drive unit that drives and controls the motor according to the speed command value;
A driving device.
請求項3に記載の駆動装置であって、
前記滑り率算出手段は、入力転動体と出力転動体の転動面を潤滑する潤滑油の、想定される温度を取得し、この温度に応じて滑り速度を算出する、
駆動装置。
The drive device according to claim 3,
The slip ratio calculating means acquires an assumed temperature of the lubricating oil that lubricates the rolling surfaces of the input rolling element and the output rolling element, and calculates a slip speed according to the temperature.
Drive device.
入力転動体と出力転動体の間で転動面の摩擦により駆動力の伝達を行う伝達機構を介して駆動力を出力するモータの速度指令値を生成する速度指令生成装置であって、
伝達機構の出力軸の回転速度パターンと、伝達機構の出力側に接続される回転慣性とを設定する運転条件設定部と、
前記設定された回転速度パターンと回転慣性とからモータの負荷トルクを算出する負荷トルク算出手段と、
モータの負荷トルクに基づき、前記伝達機構に生じる滑り率を求める滑り率算出手段と、
モータの負荷トルクと、滑り率と、出力軸の回転速度パターンから伝達機構の入力軸の回転速度パターンを求め、これに対応する速度指令値を生成する速度指令生成部と、
を有する、
速度指令生成装置。
A speed command generation device that generates a speed command value of a motor that outputs a driving force via a transmission mechanism that transmits a driving force by friction of a rolling surface between an input rolling element and an output rolling element,
An operating condition setting unit for setting the rotational speed pattern of the output shaft of the transmission mechanism and the rotational inertia connected to the output side of the transmission mechanism;
Load torque calculation means for calculating a load torque of the motor from the set rotation speed pattern and rotation inertia;
A slip ratio calculating means for determining a slip ratio generated in the transmission mechanism based on a load torque of the motor;
A speed command generation unit for obtaining a rotational speed pattern of the input shaft of the transmission mechanism from a load torque of the motor, a slip ratio, and a rotational speed pattern of the output shaft, and generating a speed command value corresponding to the rotational speed pattern;
Having
Speed command generator.
JP2009147784A 2009-06-22 2009-06-22 Drive device and speed command generation device Expired - Fee Related JP5016640B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009147784A JP5016640B2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Drive device and speed command generation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009147784A JP5016640B2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Drive device and speed command generation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011002082A true JP2011002082A (en) 2011-01-06
JP5016640B2 JP5016640B2 (en) 2012-09-05

Family

ID=43560187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009147784A Expired - Fee Related JP5016640B2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Drive device and speed command generation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5016640B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110936957A (en) * 2018-09-20 2020-03-31 德纳有限公司 Slip Detection and Mitigation for Electric Drive Powertrains with High Ratio Traction Drive Transmissions

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0439450A (en) * 1990-06-01 1992-02-10 Koyo Seiko Co Ltd Planet roller type power transmitting device
JPH0454358A (en) * 1990-06-22 1992-02-21 Canon Inc Planetary roller speed reducer
JPH0571629A (en) * 1991-09-12 1993-03-23 Koyo Seiko Co Ltd Rotational speed control method of planetary roller type power transmission device
JPH05257536A (en) * 1992-03-11 1993-10-08 Shimpo Ind Co Ltd Traction servo device
JPH1053378A (en) * 1996-06-07 1998-02-24 Otis Elevator Co Elevator speed control circuit
JPH11341854A (en) * 1998-05-29 1999-12-10 Nippon Densan Shinpo Kk Driving mechanism for rotation and its method
JP2002078289A (en) * 2000-08-31 2002-03-15 Nidec-Shimpo Corp Rotary drive device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0439450A (en) * 1990-06-01 1992-02-10 Koyo Seiko Co Ltd Planet roller type power transmitting device
JPH0454358A (en) * 1990-06-22 1992-02-21 Canon Inc Planetary roller speed reducer
JPH0571629A (en) * 1991-09-12 1993-03-23 Koyo Seiko Co Ltd Rotational speed control method of planetary roller type power transmission device
JPH05257536A (en) * 1992-03-11 1993-10-08 Shimpo Ind Co Ltd Traction servo device
JPH1053378A (en) * 1996-06-07 1998-02-24 Otis Elevator Co Elevator speed control circuit
JPH11341854A (en) * 1998-05-29 1999-12-10 Nippon Densan Shinpo Kk Driving mechanism for rotation and its method
JP2002078289A (en) * 2000-08-31 2002-03-15 Nidec-Shimpo Corp Rotary drive device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110936957A (en) * 2018-09-20 2020-03-31 德纳有限公司 Slip Detection and Mitigation for Electric Drive Powertrains with High Ratio Traction Drive Transmissions
EP3627000A3 (en) * 2018-09-20 2020-05-20 Dana Limited Slip detection and mitigation for an electric drive powertrain having a high ratio traction drive transmission
US11485346B2 (en) 2018-09-20 2022-11-01 Dana Automotive Systems Group, Llc Slip detection and mitigation for an electric drive powertrain having a high ratio traction drive transmission
US20230014139A1 (en) * 2018-09-20 2023-01-19 Dana Automotive Systems Group, Llc Slip detection and mitigation for an electric drive powertrain having a high ratio traction drive transmission
US12017635B2 (en) * 2018-09-20 2024-06-25 Dana Automotive Systems Group, Llc Slip detection and mitigation for an electric drive powertrain having a high ratio traction drive transmission

Also Published As

Publication number Publication date
JP5016640B2 (en) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015188972A (en) Robot apparatus and control method of robot apparatus
US20110290074A1 (en) Power Split Transmission and Method for Controlling the Same
JPWO2011036750A1 (en) Robot controller
CN111989192A (en) Non-centralized rotary actuator
JP6752668B2 (en) Electric brake device
EP1671046A2 (en) System for control of brake actuator
JP5871001B2 (en) Exercise device, motor control device, and motor control method
JP2008196283A (en) Door opening/closing assist device
JP5016640B2 (en) Drive device and speed command generation device
JP2016125648A (en) Clutch friction coefficient estimation method and clutch transmission torque control method
CN101426710B (en) Door device for elevator
JP5016639B2 (en) Drive device
Vitiello et al. A sensorless torque control for Antagonistic Driven Compliant Joints
US20140062345A1 (en) Actuating apparatus
Kanai et al. Torque-sensorless control for a powered exoskeleton using highly back-drivable actuators
KR102251348B1 (en) Driving module for wearabel robot
JP2011041424A (en) Method and device for predicting temperature of servomotor-driven reducer
WO2022054752A1 (en) Current limiting device, robot system, and current limiting method
US10253879B2 (en) Transmission control system
JP2022147953A (en) robot
JP2004082243A (en) Actuator control device and actuator control method
KR20110017725A (en) Motor control unit with backlash compensation
US20100161189A1 (en) Method for controlling a coupling device between an input shaft and an output shaft
CN101149470A (en) Dynamic Correction System of Positive Pressure in Telescope Rolling Friction Transmission
JP2022147956A (en) Actuator and actuator control method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110901

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120515

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120517

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120608

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150615

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees