JP2000009561A - アクチュエータの出力トルク検出方法 - Google Patents
アクチュエータの出力トルク検出方法Info
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Abstract
波動歯車装置が組み込まれたアクチュエータの出力トル
クを精度良く検出可能な方法を提案すること。 【解決手段】 アクチュエータ1の出力トルク検出装置
10の演算回路12では、モータ温度とモータ電流値と
予め測定されているモータ無負荷電流値とトルク定数か
ら、モータ出力トルクTmを算出する。また、波動歯車
装置2の温度センサ6からの潤滑剤温度t、モータ駆動
制御回路11からの回転速度nに基づき、実験的に求め
た次式により出力トルクToを算出する。 To=R{Tm−Ts−Tv(n,t)}/(1+1/
η0 ) ・・・(1) 但し、R:波動歯車装置の減速比 Ts:波動歯車装置の無負荷時の摩擦トルク Tv:波動歯車装置の粘性摩擦トルク η0 :波動歯車装置の基準効率(定数)
Description
装置から構成されるアクチュエータの出力トルクを検出
するための方法に関するものである。
検出方法としては、出力軸にトルクセンサを取り付ける
方法が最も一般的である。このトルクセンサは、出力軸
に小径のねじり変形する部分を形成しておき、当該部分
のねじれを検出し、検出したねじれ量に基づき、出力ト
ルクを算出する構成となっている。
は、トルクセンサを取り付ける分だけアクチュエータ寸
法の増大、製造コストの増加を招き、また、ねじり剛性
の低下も招くという問題点がある。
性外歯歯車に歪みゲージを貼り付け、ここから得られる
出力に基づき出力トルクを算出する方法も提案されてい
る。この方法によれば、装置寸法の増加、ねじり剛性の
低下を回避できる。しかし、製造コストを低減すること
が困難であり、また、歪みゲージの耐久性に問題が残っ
ている。
よる問題を解決可能な方法としては、アクチュエータの
モータ電流値から、波動歯車装置の減速比を考慮して、
その出力トルクを推定する方法を採用することが考えら
れる。しかしながら、波動歯車装置のトルク損失が原因
となって、かかる方法では精度の高いトルク検出を期待
できないのが現状である。
ク特性を明確にすることにより、モータ電流値に基づき
精度良く出力トルクを算出することの可能なアクチュエ
ータの出力トルク検出方法を提案することにある。
めに、本発明は、モータとこのモータ出力回転を減速す
る波動歯車装置とを有するアクチュエータの出力トルク
を検出するために、前記波動歯車装置の潤滑剤温度と、
前記モータの回転数と、モータ出力トルクを検出し、こ
れらの検出結果に基づき、前記波動歯車装置の出力トル
クを求めるようにしている。
基づくことが望ましい。
/(1+1/η0 ) 但し、R:波動歯車装置の減速比 Tm:モータ出力トルク(波動歯車装置の入力トルク) Ts:波動歯車装置の無負荷時の摩擦トルク Tv:波動歯車装置の粘性摩擦トルク n:モータ回転数 t:波動歯車装置の潤滑剤温度 η0 :波動歯車装置の基準効率(定数) ここで、モータ出力トルクTm(波動歯車装置の入力ト
ルク)とは、モータの回転子が発生するトルクから、モ
ータ自体およびモータ回転子に接続されている波動歯車
装置の慣性トルクを差し引いた値である。モータ回転子
が発生するトルクは、前記モータの電流値と、予め測定
した前記モータの無負荷電流値と、前記モータのトルク
定数とに基づき、推定できる。
って変化するので、この温度変化に基づき生ずるモータ
出力トルクの変動分を補償するために、前記モータの温
度を検出し、当該モータ温度に基づき、推定した前記モ
ータ出力トルクを補正することが望ましい。
ュエータの出力トルク制御装置の概略ブロック図であ
る。
タ1は、モータ2と、この回転軸に連結された減速機と
しての波動歯車装置(HD)3と、モータ回転位置を検
出するためのロータリーエンコーダ等の回転センサ4と
から基本的に構成されている。モータ2には、その温度
を検出するための温度センサ5が取り付けられている。
同様に、波動歯車装置3にも、その潤滑剤の温度を検出
するための温度センサ6が取り付けられている。これら
の温度センサ5、6は、モータ、波動歯車装置の内部、
それらのケース表面あるいはそれらの周辺部分に配置す
ればよい。
制御装置10は、モータ駆動制御回路11と、アクチュ
エータの出力トルクを算出する演算回路12と、角加速
度検出回路13とを含んでいる。モータ駆動制御回路1
1は、上位の制御装置(図示せず)等からの駆動制御指
令ω、モータの回転センサ4からの情報4S、および、
演算回路12からの推定出力トルク情報Toに基づき、
所定の出力トルクが得られるように、モータ駆動電流I
mを生成して、モータ2を駆動制御する。演算回路12
では、温度センサ5、6から得られるモータ温度tm 、
波動歯車装置3の潤滑剤温度t、および駆動制御回路1
1から供給されるモータ駆動電流値iおよびモータ回転
速度n、並びに、角加速度検出器13から得られるモー
タ角加速度に基づき、後述のように、アクチュエータの
出力トルクToを算出する。
推定は、次式(1)により行っている。
ず、モータ出力トルク(波動歯車装置の入力トルク)T
mは、波動歯車装置3の損失トルクをTl、アクチュエ
ータ出力トルク(波動歯車装置3の出力トルク)をT
o、波動歯車装置3の減速比をRとすと、 Tm=Tl+(To/R) ・・・(2) と表される。
3のクーロン摩擦項Tqと粘性摩擦項Tvの和であり、
近似的に Tl=Tq(To)+Tv(n,V) ・・・(3) と表される。ここで、nはモータ回転速度、Vは潤滑剤
のベースオイル動粘度である。
潤滑剤の温度tの関数として求められる。よって、上記
の式(2)は次のように書き換えることができる。
クTmが分かれば、上記の(4)式を解くことにより、
波動歯車装置の出力トルクToを求めることができる。
の関数Tq、Tvは次のような式によって近似できるこ
とを見出した。
数) Tv(n,t)=a×{V(t)n}b ・・・・ (6) 但し、a:波動歯車装置のサイズ、形式、純雑剤の種類
により実験的に求められた定数 b:実験から求められた定数 以上から、波動歯車装置3の出力トルク、すなわち、ア
クチュエータの出力トルクToは前述の(1)式にり求
められる。
して推定することができる。まず、モータ電流値と、予
め測定された無負荷電流値と、トルク定数からモータ回
転子に発生するトルクを求める。また、モータ回転数を
時間微分して得られた角加速度と、モータ回転子および
ここに接続されてい波動歯車装置の慣性モーメントから
トルクを求める。このようにして求まった2種類のトル
クに基づき、モータ出力トルクTmを推定することがで
きる。この場合、モータの巻線抵抗値が温度によって変
化するので、モータの温度センサ5の検出結果に基づ
き、推定されたモータ出力トルクTmを補正する。
てモータ出力トルクTmを推定する。そして、入力信号
(潤滑剤温度t、モータ回転速度n)と、予め設定され
ている摩擦トルクTs、粘性摩擦関数Tv(n,t)に
基づき、波動歯車装置の出力トルクToを算出する。算
出された値は、モータ駆動制御回路11にフィードバッ
クされる。
エータの出力トルク検出方法によれば、波動歯車装置に
よる損失トルクを規定する当該波動歯車装置のクーロン
摩擦項Tqおよび粘性摩擦項Tvを、精度良く近似可能
な実験式を見出し、これに基づき、アクチュエータの出
力トルクを推定するようにしている。
ルク検出機構におけるような装置寸法の増加、製造コス
トの増加、耐久性の問題、精度の高い検出が困難である
等といった弊害を回避することができる。
方法を適用した出力トルク検出装置の概略ブロック図で
ある。
Claims (8)
- 【請求項1】 モータとこのモータ出力回転を減速する
波動歯車装置とを有するアクチュエータの出力トルクを
検出する出力トルク検出方法であって、 前記波動歯車装置の潤滑剤温度と、前記モータの回転数
と、モータ出力トルクを検出し、検出したこれらの値に
基づき、アクチュエータ出力トルクを求めることを特徴
とするアクチュエータの出力トルク検出方法。 - 【請求項2】 請求項1において、 次式により、前記アクチュエータ出力トルクToを求め
ることを特徴とするアクチュエータの出力トルク検出方
法。 To=R{Tm−Ts−Tv(n,t)}/(1+1/
η0 ) 但し、R:波動歯車装置の減速比 Tm:モータの出力トルク Ts:波動歯車装置の無負荷時の摩擦トルク Tv:波動歯車装置の粘性摩擦トルク n:モータ回転数 t:波動歯車装置の潤滑剤温度 η0 :波動歯車装置の基準効率(定数) - 【請求項3】 請求項1において、 前記モータの電流値と、予め測定した前記モータの無負
荷電流値と、前記モータのトルク定数とに基づき、前記
モータの回転子が発生するトルクを求め、当該トルクか
ら、モータ自体の慣性トルクおよびモータ回転子に接続
されている前記波動歯車装置の慣性トルクを差し引くこ
とにより、前記モータの出力トルクTmを求めることを
特徴とするアクチュエータの出力トルク検出方法。 - 【請求項4】 請求項3において、 前記モータの温度を検出し、当該モータ温度に基づき、
前記モータの出力トルクTmを補正することを特徴とす
るアクチュエータの出力トルク検出方法。 - 【請求項5】 モータとこのモータ出力回転を減速する
波動歯車装置とを有するアクチュエータにおいて、 前記波動歯車装置の潤滑剤温度を測定する潤滑剤温度測
定用センサと、アクチュエータ出力トルクを算出するト
ルク算出手段とを有し、 前記トルク算出手段は、測定された前記潤滑剤温度と、
前記モータの回転数と、モータ出力トルクに基づき、ア
クチュエータ出力トルクを算出することを特徴とするア
クチュエータ。 - 【請求項6】 請求項5において、 前記トルク算出手段は、前記モータの電流値と、予め測
定した前記モータの無負荷電流値と、前記モータのトル
ク定数とに基づき、前記モータの回転子が発生するトル
クを求め、当該トルクから、モータ自体の慣性トルクお
よびモータ回転子に接続されている前記波動歯車装置の
慣性トルクを差し引くことにより、前記モータ出力トル
クを求めることを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項7】 請求項6において、 さらに、モータ巻線温度センサを有し、 前記トルク算出手段は、前記モータ巻線温度センサによ
り測定されたモータ温度に基づき、前記モータ出力トル
クを補正することを特徴とするアクチュエータ。 - 【請求項8】 請求項5ないし7のうちのいずれかの項
において、 前記トルク手段手段は記憶部を備えており、 当該記憶手段には、前記波動歯車装置の潤滑剤温度、前
記モータの回転数と、前記モータ出力トルクから実験的
に求めた離散的データから得られた下記の式によって算
出される値が予め記憶されており、 測定された前記潤滑剤温度、前記モータの回転数および
前記モータ出力トルクに基づき、当該記憶部の記憶内容
から前記アクチュエータ出力トルクToを求めることを
特徴とするアクチュエータ。 To=R{Tm−Ts−Tv(n,t)}/(1+1/
η0 ) 但し、R:波動歯車装置の減速比 Tm:モータの出力トルク Ts:波動歯車装置の無負荷時の摩擦トルク Tv:波動歯車装置の粘性摩擦トルク n:モータ回転数 t:波動歯車装置の潤滑剤温度 η0 :波動歯車装置の基準効率(定数)
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JP17793698A JP4073548B2 (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | アクチュエータの出力トルク検出方法 |
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JP17793698A Expired - Lifetime JP4073548B2 (ja) | 1998-06-25 | 1998-06-25 | アクチュエータの出力トルク検出方法 |
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-
1998
- 1998-06-25 JP JP17793698A patent/JP4073548B2/ja not_active Expired - Lifetime
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TWI812997B (zh) * | 2020-08-31 | 2023-08-21 | 日商椿本鏈條股份有限公司 | 馬達裝置、齒輪馬達、檢測方法以及電腦產品 |
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