TWI362037B - Calibration method for servo - Google Patents

Description

1362037 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 種不需外加偵測器件的伺 本發明係與伺服機有關，特別是關於_ 服機歸零校正方法。 【先前技術】 1包含一伺服馬達2及一被伺服馬 經過校正，以使伺服馬達2每一次

參閱「第1圖」所示，伺服機 達2驅動的作動件3。伺服機1必須 的輸出’都可以驅動作動件3到達預定的位置或轉動至預定角度。 不論舰機i為線性輸出或是轉動輸出，作動件3都會具有兩個 極限位置，位於運動路徑的兩端。若作動件3的運動路徑為線性路徑， I極限位置之間為作動件3可移動的最大距離。若作動件3的運動 路輕為轉動’則二極限位置為作動件3正轉及反轉的最大角度。 於進行概機i校正歸零動作時，極限位置上必須設置感應器或 極限開關等侧器件4，以回傳中斷觸發信號供控制端判斷作動件3是 到達極限位置。备伺服馬達2驅動作動件3到達極限位置，而接觸 偵測器件4之後，勤】器件4發出―中斷觸發信號至控制端，使控制 端停止伺服馬達2 _作’畴姆此時的馬達鋪值及對應極限位 置之實際座標值。接勒服馬達2再驅動作動件3移動至另—極限位 置’接觸另-铜轉4後，使舰馬達2再度停止，並記錄此時的 馬達座標值及對應另—極限位置的實際座標值。魏馬達2在輸出轉 動的過程巾’可錢出軸姆於預設巾心闕旋轉角度回饋至控制 端’此一轉動角度即為馬達座標值。二極限位置之間的實際移動量（移 5 動距離或是旋轉角度）也可以由伺服機1的設計參數中取得，也就是 說作動件2的可移動範暇在舰機1設計舰巾紐決定。如此— 來就可以透過二極限位置之實際座標值及對應之馬達座標值，換算伺 服馬達2作動量所對應的作動件3移動量，而進一步取得馬達座標與 實際座標_係函數’崎馬達座標映射至伽狀實際座標。之後 飼服馬達2只要回饋馬達座標，控制端即可換算出作動件3之實際座 標。 然而，前述之歸零校正方法中，必須使用伽器件4來判斷祠服 機1之作動件3是否位移至極限位置，以計算飼服機j的最大作動量。 偵測器件4的設置增加了伺服機丨的元件數量，提升製造成本。同時 在空間有限關服機丨中設置細器件4具有施工難度，產生祠服⑴ 不易裝配的問題。 【發明内容】 鑑於上賴題，本發明提供服機歸零校正綠，不需要外 加偵測器件，就可以進行概機之歸零校正，簡化了舰機之結構， 並降低製造成本。 飼服機包含-舰馬達及-作動件，作動件_服馬達驅絲位 移於一第-娜位置及-第二極限位置之間，且作鱗之作動路徑構 成-實際座標’鎌馬達之作動量及作動方向構成_馬達座標僅據 本發明提叙概猜雜正料，__賴级動舰馬達， 以驅動作動件往第-極限位置的方向移動，同時，持續侧舰馬達 之馬達控概量綱過L當作_達第-極限位置，馬 達控制能量被提升超過門捏值，此時即可取得對應該第一極限位置之 馬達座標值。接著再以低轉速模式驅動伺服馬達，驅動作動件往第二 極限位置的㈣移動同方式取得對應第二極限位置之馬達座標 值。最後’就可以利用第-極限位置之實際賴值、第二極限位置之 實際座標值 '對應第-極限位置之馬達座標值、及觸第三極限位置 之馬達座魏，計算馬達座標及實標之換算函H續進行舰 機操作時’就可以得知每-馬達座標所對應之作動件實際座標。 本發明之功效在於，簡化舰機的結構，不需要額外的偵測器件 確認作動件是否到達極祕置。透補達控概她貞測，就可以侦 测作動件是否到達極限位置。 【實施方式】 明參閱「第2圖」及「第3圖」所示，為本發明實施例揭露之一 種舰機鱗校正綠，肋轉魏馬達no觸量齡動件12〇 移動量之關係，而達成伺服機100的校正作業。 』第2圖」及「第3圖」所示，為二種不同形式之飼服機1C 之示意圖。每一值機⑽包含一魏馬達⑽及-作動件120。伺月 馬達u〇取驅動作動件12G沿著—作祕徑s _。此—作動路徑 可為-祕路徑，也可以為轉耗度。當俩職s為紐路徑時 値馬達m之_婦调桿、缝帶料練置 120，將觸達110之轉動輸出轉換為線性輸出，以驅使作動㈣ Γ=14G增雜導崎⑼梅陶動的路徑， 作動_，如「第1圖」所示。當作動路徑s為轉動角度時，伺 服馬達110之__直峨、她_繼連接作動件 120，以驅使物12G往復轉動，作動㈣之轉動角度即為作動路 徑S，如「第2圖」所示。 參閱「第4 _」所示，作動路徑s之二端點為第—極限位置S1及 第二極限位置S2’作動件12G只能移動於第—極限位置S1及第二極限 位置S2之間。第—極限位置幻及第二極限位置s2之間的距離，亦即 作動路徑S之長度，胁鑛機⑽設計時所決定。沿著作動路徑S Kt之方向構成、維之座標系，用以作為作動件⑽之實際座標，實 際座標之單位為線性距離或是角度（視作動路徑s的型態而定）。一般 而言，實際座標之原.點S0位於作動路徑s的中段，作祕徑s的大小 為(S1-S2)之絕對值。前述s〇、8卜幻為設計參數，因此可在舰機 裝作元成之後直接由設計參數取得，當然也可以透過實際量測以取 得更精確的實際數值。 參閱「第4圖」及「第5圖」所示，伺服機1〇〇中通常還包含一 位置感知器150，用以偵測當前伺服馬達110輸出轴的馬達座標值。馬 達座標值為伺服馬達110當前的輸出軸相對於初始狀態所轉動的角度 及轉動方向。也就是說可選定一任意狀態作為伺服馬達110的初始狀態 進行伺服機100組裝之後，此一初始狀態的輸出轴角度被定義為馬達 座標中心點，亦即馬達座標值為〇的狀態。在伺服馬達110輸出一轉動 輸出之後，輸出軸由初始狀態到達當前狀態所需要轉動的角度為當前 的馬達座標值。此一馬達座標值可採用徑度、度數、或是一自定義單 位’而位置感知器15〇則用於感知伺服馬達11〇作動並記錄作動量，而 取得馬達座標值。位置感知器150通常為旋轉編碼器，可在伺服馬達 110轉動時被觸發而產生計數信號’紀錄伺服馬達11〇轉動方向及轉動 的角度。概馬達110每轉動一特定角度後，位置感知器15〇即可輸出 -計數信號至控·路，使計數器⑽依雜動方向累加或遞減其計 數值，此一計數值可視為一旋轉角度之自定義單位，作為馬達座標之 數值。於組裝飼服機100時，伺服馬達110之輸出轴停留在位置感知器 150可制範圍之中心，點co，此一狀態被定義馬達座標中心點。將作 動件120祕動至實際座標之原點s〇，連接飼服馬達11〇之輸出轴。 參閱「第5圖」及「第6圖」所示’飼服馬達11〇接受馬達控制能 里後’開始進行轉動輸出。馬達控制能量通常以脈衝寬度變調訊號 (Pulse WidthM—n，PWM)的形式輸出。PWM訊號僅在高準位時 使飼服馬達110轉動，且每一 PWM訊號週期僅驅動伺服馬達ιι〇小角 度轉動，因此可以取得較為精確的祠服馬達輸出量。當飼服馬達ιι〇 以低轉速持續轉動輸出時，且作動件⑼不受阻礙地而只受到固定摩 擦阻力’作動件120係持續以定速率移動。此時祠服馬達11〇的馬達控 制能量也轉在_無負餘出功率。t作動件12G受離力時，舰 馬達110受到阻力增加時，則馬達控制能量大小就會隨著阻力上升。於 伺服馬達m鶴俩件12G移動猶第-極限位置S1或第二極限位 置S2時，於第一極限位置S1或第二極限位置幻之結構會阻擋作動件 ⑶持續前進，並回饋阻力至词服馬達11〇。由於第一極限位置幻或 第-極限位置S2為SJ定不躺，因姐力可視為無社，而使得馬達 控制功率迅速被料，到達最大能量點後略微下降，接著控制器Μ 停止供給能量至概馬達110。在此過程顿察位置感知器ls〇讀值， 位置感知器的讀值也會逐漸上升，而在馬達控制功率迅速被提升的同 時停止變化，代表著作鱗12G _極限位置無法繼續前進此時位 置感知器150讀值就是對應到極限位置的馬達座標值。在飼服機⑽ 校正過程當t，作動件12〇並無外力負載，因此只有作動件12〇到達 第-極限位置S1或第二極限位置S2時，會使得馬達控雛量產生瞬 間突波並停留在最大輸L馬達控概量瞬陳升產生的瞬間 突波’可視為作動件120到達第一、第二極限位置幻、s2的訊號，回 饋至控制器no，使控制器1?G停止馬達控制能量輪心因此，為了瞭 解飼服馬達11G是否驅動作動件12G到達第…第二極限位置S1、幻， 必須持續❹m紐概量，監涵逹控概量衫触—門檀值。 此-門_Γ為馬紐觀量的最大細，也可如、於最大輸出，大 於無負載輸出功率之間的數值。 、參閱「第7Α圖」及「第7Β圖」所示’為本發明伺服機歸零校正 方法之流程圖。 結合參閱「第4圖」、「第5圖」、及「第6圖」，控制器170係先 控制飼服馬達至位置感知請之巾心雜置，卿馬達座標 之中心點脚0)。將作動件12_至實際座標之原點如，連接祠服 馬達110之輸出轴（S220)。 透過控備m以低轉賴式驅_服馬達⑽，驅動作動件⑽ 往第-極限位置S1的方向移動（⑽）。於作動件⑼移動過程中馬 達控制能量絲持在無貞載輸出神，持續偏阳服馬達⑽之馬達控 制能量是細侧嶋（s聲枝輪魏量超過服 值，視為馬達控制能量出現瞬間突波，亦即作動件12〇接觸構成第一 極限位置S1 _構。减咖突麟出現作騎斷猶，控制_ 1362037 停止輪出馬達控制能量，而讓伺服馬達110停止驅動作動件120移動。 同時，由位置感知器150取得對應第一極限位置S1之馬達座標值〇 (S250)〇

接著’再透過控制器170以低轉速模式驅動伺服馬達11〇，驅動作 動件120往第二極限位置82的方向移動（S26〇)。同樣地於作動件 的移動過程t，持續細舰馬達11G之馬達控舰量是否超過門檻 值，以判斷作動件120是否到達第二極限位置S2(S27〇)e當到達作動 件到達第二極限位置S2之後，控制器17()停止輸出馬達控制能量，而 讓甸服馬達11G停止驅動作動件12㈣時由位置感知器⑼取得對應 第二極限位置S2之馬達座標值C2 (S28〇)。

接著進行比例換算，以第_極限位置S1之實際座標值、第二極限 位置S2之實際座標值、對應之馬達座標值α、C2，計算馬達座標及 作動件m位置之實際座標換算函數（S29〇)。紀錄換算函數⑻⑹， 完成校正。之後只要由位置感應器W取得馬達座標值，將馬達座標 值代入換算函數中’即可取得作動件12G位置之實際座標。 於歸零校正作業中，必須在作動件12G到達第—、第二極限位置 幻、S2之時刻’停止錬馬達11〇之運轉，並取得馬達座標值，因此 需要偵測作動件12〇是否到達第一、第二極限位置si、％。本發明不 利用額外設胸_〗⑻鳴聰件來細_⑼是否到達極 ^第第一極限位置Sh S2，而是直接偵測由控制端對舰馬達⑽ 2之馬細_變化鳴輪雛驗突破侧檀值來 笛濟馬達控舰量的輸出是否出現_纽，以確認作動件120到達 —、第二極限位置S1、S2的時機。錬機⑽内部不需要增加偵測 11 1362037 器件’減少伺服機100的零件數降低元件安裝時的難度更減少了 伺服機1〇〇的生產成本。 【圖式簡單說明】 第1圖為習知技術之伺服機示意圖。 第2圖及第3圖為應用本發明實施例之伺服機示意圖。 第4圖為本發明實施例中，馬達座標及實際座標之關係示意圖。 第5圖為本發明實施例中，伺服機之系統方塊圖。 第ό圖為本發明實施例中馬達控制能量之變化示意圖。 第7Α圖及第7Β圖為本發明之方法流程圖。 【主要元件符號說明】 ^先前技術」 1 伺服機 2 伺服馬達 3 作動件 4 偵測器件 「實施例. J 100 伺服機 110 伺服馬達 120 作動件 130 傳動裝置 140 基座 150 位置感知器 160 計數器 170 控制器 S 作動路徑 12 1362037

so 51 52 CO Cl C2 S210 S220 S230 S240 S250 S260 S270 S280 S290 S300 原點 第一極限位置 第二極限位置 馬達座標中心點 對應第一極限位置之馬達座標值 對應第二極限位置之馬達座標值 控制伺服馬達轉動至位置感知器的中心點’取得初始 馬達座標值 移動作動件至實際座標之原點，連接伺服馬達之輸出 轴 以低轉速模式驅動伺服馬達，驅動作動件往第一極限 位置方向移動 偵測馬達控制能量是否超過門檻值 取得對應第一極限位置之馬達座標值 以低轉速模式驅動伺服馬達，將作動件往第 置方向移動 二極限位 该測馬達控制能量是否超過門檻值 取知對應第二極限位置之馬達座標值 :第-極限位置座標、第二極限位置座標 : 1 十算騎座標及作動件實際座標換算函數 紀錄換算函數 13

Claims (1)

1. /月3曰修正替換頁 、申請專利範園： 種伺服機歸零校正方法，其中該伺服機包含一伺服馬達及一作動 件’該作動件被該伺服馬達驅動而位移於一第一極限位置及一第二極 限位置之間，且該作動件之作動路徑構成一實際座標，該伺服馬達之 作動量及作動方向構成—馬達座標，該方法包含下列步驟： 乂低轉速极式驅動該飼服馬達，驅動該作動件往該第一極限位置 的方向移動； 持續_軸服馬達之馬達控制能量是否超過—門檀值； 畲該馬達控制能量超過該門檻值，取得對應該第一極限位置之馬 達座標值； 以低轉速核式驅動該伺服馬達，驅動該作動件往該第二極限位置 的方向移動； 2續铜觸服馬達之馬達控概量妓超職門紐； 、當該馬達控制能量超過該門檻值，取得對應該第二極限位置之馬 達座標值；及 以該第-極限位置之實際座標值、該第二極限位置之實際座標 t對應郎-極限位置之馬達座標值、及對應該第二極限位置之馬 座標值，ft算該馬魅標及該#際座標之換算函數。 f項1嫩酬鱗校咖，其巾⑽-步驟，先控制 艮馬達轉動至該馬達座標之中心點，並移動該作動件至實際座標之 原點，以連接該伺服馬達之輪出軸。 際座標之單位為線 如請求項1所述之迦機歸零校正方法，其中該實 性距離或是角度。 、Μ 修正替換頁 、求項1所述之祠服機歸零校正方法，其中該馬達控制能量係以脈 衝寬度變調訊號的形式輪出。 如請求们所述之舰機歸正方法，其中該低轉速模式之馬達控 制此置係為無負載輸出辨，該作動件接繼第—極限位置及該第二 極限位置之馬雜制轉係提升為最大輸出。 如請求項5触之魏_额正枝，其巾糾祕祕該最大輸 如請求項5所述之舰機歸零校正方法，其中該值大於該無負載 輸出功率，且小於該最大輪出功率。