图3是例示根据第一实施例的控制器的控制系统的框图。图4是例示根据第一实施例的控制的流程图。图5A和图5B是例示单轴机器人的转矩控制的实验结果的图，其中图5A示出根据第一实施例的控制的实验结果，图5B示出根据比较示例的控制的实验结果。图1及图2所示的单轴机器人系统I1+般具有与后述的第二至第五实施例中的相同结构，从而共同使用附图。然而，第一实施例可以被配设为不具有后述的设备编码器108。
[0044]单轴机器人系统^被构造为包括具有单个关节的单轴机器人臂(电机驱动设备)100，控制器(用于电机驱动设备的控制设备)101，以及示范终端设备(示教盒)102。示范终端设备102是用于用户向控制器101提供操作机器人臂100的指令的设备，并且包括如图1所示的由操作者操作的各种类型的开关、控制杆、显示屏等。示范点信息可以作为用于机器人臂100的位置命令值从示范终端设备102而输出，并且驱动转矩信息可以作为机器人臂100的推力命令值而输出。
[0045]另一方面，机器人臂100被构造为包括电机103、电机编码器(电机位置检测单元)104、减速器(传递机构)105、以及臂(移动构件)106。单轴机器人臂100还包括推力计(推力检测单元)107和设备编码器(移动构件位置检测单元)108。一般地，电机103和减速器105的组合被定义为进行臂106的动作驱动的关节。
[0046]电机103电连接到控制器101，从而被省略说明的输出轴(输出构件)的旋转状态由从控制器101输出的电流值控制。电机编码器104检测电机103的输出轴的旋转位置。减速器105机械连接到电机103的输出轴，并且减缓用于传递到臂106的电机103的输出旋转。推力计107被构造为利用例如变形计量仪等，根据使用弹性构件构造的框(减速器105的输出轴)的变形(扭转)检测输出到臂106的臂106的推力。设备编码器108检测臂106的旋转位置。
[0047]控制器101是所谓的服务器控制设备(计算机)，并且包括中央处理单元(CPU) 20 K ROM 202, RAM 203、硬盘驱动器(HDD) 204、外部接口 205等等。如图1中所示，来自示范终端设备102的命令值(位置命令值Phf和推力命令值Fhf)可以从外部接口 205输入。另外，作为来自电机编码器104的电机103的角度的电机位置Pm可以从外部接口 205输入(能够反馈输入)。另外，来自推力计107的臂106的推力Fl可以从外部接口 205输入(能够反馈输入)。另外，作为来自设备编码器108的臂106的角度的设备位置&可以从外部接口 205输入(能够反馈输入)。而且，电流值Im可以从外部接口 205输出到电机103。也就是说，控制器101基于来自示范终端设备102的命令值的输入来进行各种类型的反馈控制，并且将命令以电流值的形式输出到电机103。
[0048]这些电机103的电机位置PM、臂106的推力匕、以及臂106的设备位置匕用于通过利用控制器101的CPU 201进行算术处理的各种单元的反馈控制，稍后将参照图3来详细描述。注意，图3中所示的单元是将通过执行记录并存储在诸如ROM 202或HDD 204等的记录介质中的计算机可读程序的功能的处理，作为功能块的形式表现。当然，作为功能块例示的单元不限于通过软件功能实现，可以通过硬件结构(电子算术运算电路)实现。以下将参照图3来描述其从输入到输出的算术处理。
[0049]控制器101具有电机控制器310i。图3所示的根据第一实施例的电机控制器SlO1包括推力控制单元302、电机控制单元303、以及微分器(电机前馈(FF)控制单元)308。推力控制单元302基于从示范终端设备102输入的推力命令值F^f来生成用于电机103的位置命令值(下文中称为“电机位置命令值”)PMraf。此时，推力控制单元302执行与作为检测在臂106所发生推力的推力计107的检测结果的推力Fl对应的反馈控制(第二反馈控制)。
[0050]微分器308根据推力控制单元302生成的电机位置命令值Ptef来生成用于电机控制单元303的前馈控制的前馈值。
[0051]电机控制单元303包括电机位置控制单元304、电机速度控制单元305、及电流控制单元306，并且基于电机位置命令值Ptef来生成控制电机103的电流值I M。此时，电机控制单元303根据作为检测电机103的旋转位置的电机编码器104的检测结果的电机位置Pm和电机速度Vm来执行反馈控制(第一反馈控制)。
[0052]现在，将参照图3，遵照图4中的流程图来描述由控制器101进行的控制。首先，操作者操作示范终端设备102以输出来自示范终端设备102的推力命令值Fhf，其被输入到推力控制单元302 (SI)。接着，推力控制单元302通过将由推力计107检测到的推力Fl反馈给推力命令值Fm来生成电机位置命令值P Mraf(推力控制过程)(S2)。微分器308通过电机位置命令值PMraf的一阶微分生成电机速度FF命令值V MFFref,并且通过对电机位置命令值PMraf二阶微分并乘以系数来生成电机推力FF命令值F MFFref (S3)。
[0053]在电机控制单元303内，电机位置控制单元304进行由电机编码器104检测的电机位置Pm向电机位置命令值P Mraf的反馈(反馈处理)以生成电机速度命令值VMraf(S4)。然后，电机速度控制单元305向电机速度命令值Vtef前馈电机速度FF命令值V MFFraf的同时，反馈根据电机编码器104通过对电机位置Pm的微分获得的电机速度V μ (反馈处理)。这样，电机速度控制单元305生成电机推力命令值FMraf (S5)。电流控制单元306然后将电机推力FF命令值FMFFraf前馈给电机推力命令值Ftef，并且生成要被输出到电机103的电流值IM(电机控制处理，S6)。
[0054]每个控制周期执行上述控制。控制周期越短，计算精度越好，并且振动可以被抑制，但是需要更多的计算资源。
[0055]图5A例示了如上所述控制的单轴机器人系统I1的实验结果。横轴代表以秒(S)为单位的时间，纵轴代表以牛顿米(Nm)为单位的转矩。驱动条件是-30Nm到30Nm的转矩，以及0.5s的转矩增加/减少时间。从实验结果可以看出响应于用作推力命令值的转矩命令，臂106的转矩从-30Nm驱动到30Nm。从实验结果还可以看出臂106的转矩在精度和速度上遵循转矩命令。
[0056]图5B例示了以一般半封闭式控制进行驱动的实验结果，作为比较示例。虽然全封闭式控制的比较示例是想得到的，但是由于控制范围不充足，性能低于半封闭式控制，所以在这里使用半封闭式控制来比较。驱动条件与以上相同。通过与根据本实施例的实验结果比较，可以看出本实施例呈现较少振动，误差小于5Nm。这样确认根据本实施例的控制较好。
[0057]这样，在通过根据本实施例的控制器101的控制中，推力控制单元302进行在臂106生成的推力匕对输入推力命令值F 的反馈控制。因此，能够使经由减速器105传递给臂106的推力Fl参仿已经输入的推力命令值FLref进行，从而能够精准地操作臂106。在臂106生成的推力^还包括根据温度变化和随时间推移而改变的传递误差分量，从而可以执行传递误差也被有效抑制的反馈控制。
[0058]电机控制单元303将电机位置Pm和电机速度V M在电机位置控制单元304和电机速度控制单元305反馈给推力控制单元302已生成的电机位置命令值PMraf。因此，电机位置Pm的反馈控制与如一般半封闭式控制中进行电机位置P μ对电机位置命令值P 的反馈相比不太容易受干扰影响。在电机103中发生的减速器105的弹性反作用包括由于减速器105的齿隙、摩擦、固有振动的效果等导致的振动现象的分量，但是这些振动现象可以被快速抑制。
[0059]以这种方式在抑制由于减速器105导致的振动现象和传递误差的同时能够增加操作速度，这使得臂106的动作控制能够被快速且精准地进行。另外，振动现象和传递误差的有效抑制意味着电机校正的增益可以被提高，而且操作速度可以被提高。因此，可以实现具有全封闭式控制的精度以及相当于半封闭式控制的运动速度的布置。
[0060]利用经微分器308的前馈控制还使得振动现象难以扩散，并且可以进一步地改善响应能力。注意，该前馈控制可以被省略，尽管性能会下降。在这种情况下，电机速度FF命令值V
MFFref 和电机推力命令值F Mraf被设为O。
[0061]虽然以单轴机器人臂100被控制的示例描述了本实施例，但是应用并不限于该结构。虽然本实施例进行了关于旋转关节的描述，但是传递机构可以是被构造为齿条齿轮机构等的伸缩关节。另外，传递机构并不限于为减速器，可以是放大机构。
[0062]另外，虽然本实施例描述了关于电机编码器104的检测结果被反馈给电机位置控制单元304和电机速度控制单元305 二者的布置，但是这不是限制性的，可以通过仅利用一者或另外一者来使振动现象的抑制效果产生到一定程度。另外，可以进行对电机编码器104的检测结果微分以计算然后被反馈给电流控制单元306的电机加速度Am的布置。该布置也可以使振动现象的抑制效果实现到一定程度。
[0063]第二实施例
[0064]接着，将参照图6来描述作为上述第一实施例的部分变型的第二实施例。图6是例示根据第二实施例的控制器的控制系统的框图。
[0065]第一实施例被描述为利用推力计107检测传递至臂106的推力FL，第二实施例是关于检测技术的变型。也就是说，根据本实施例的控制器101中的电机控制器3102具有推力估计单元(推力检测单元)318。关系式Fl= (Pm-Pl) XK成立，其中K代表包括减速器105的刚性的关节刚性系数。推力估计单元318计算通过向该表达式提供在电机编码器104检测的电机位置Pm和在设备编码器108检测的设备位置P ^来估计的推力F LO
[0066]如第二实施例中向电机控制器312提供推力估计单元318使得能够免掉推力计107。注意可以通过将由在设备编码器108检测的设备位置&的二阶微分获得的加速度与臂106的重量相乘来计算推力Fl。然而，在例如向臂106的前缘侧配设更多关节以构造多关节型机器人的情况下，变得难以区分这是由于驱动此关节的加速度还是由于驱动另一关节的加速度，从而该技术不可使用。
[0067]第三实施例
[0068]接着，将参照图7和图8来描述作为上述第一实施例的部分变型的第三实施例。图7是例示根据第三实施例的控制器的控制系统的框图，图8是例示根据第三实施例的控制的流程图。
[0069]第三实施例具有配备有电机控制器理想模型计算单元(电机FF控制单元)309的电机控制器3103。电机控制器理想模型计算单