モーター側のエンコーダーはギアボックスの前にアクチュエータを測定し、整流と高速速度制御をサポートします。ロードサイドエンコーダは送信後のジョイント出力を測定します。比較することで、比率、方向、ゼロ、タイムスタンプが正しくなれば、バックラッシュ、弾性ねじれ、伝達誤差が明らかになります。
2つ目のセンサーは機械的な誤差を排除しません。これは外側の位置ループや観測者が利用できる出力フィードバックを提供します。負荷側の強力な帯域幅はギアボックスのコンプライアンスを励起し、量子化、遅延、構造共鳴を増幅させることができます。
このガイドは ロボットエンコーダーガイド および システム識別ガイドと一緒にご利用ください。外輪を閉じる前にジオメトリと診断を試運転してください。
モーター側エンコーダだけでは観測できない状態を把握する
モーター角度を名目比で割ると、ギアジオメトリが理想的である場合にのみ出力角を推定します。バックラッシュ、コンプライアンス、ヒステリシス、ベアリングの動き、組み立て誤差、荷重変形はモーターセンサーの後に発生します。運動制御が正確に見える間、エンドエフェクターの位置を変えることができます。
モーターセンサーからギアボックス、ジョイント、リンクまでの精度予算を一覧にしてください。直接的なジョイント情報が制御、校正、故障検出を大きく改善する負荷エンコーダを追加してください。
高速な内部制御にモーター側フィードバックを用いる
モーターエンコーダは通常、整流のための電気角度やローター位置、高帯域幅の速度または位置制御を提供します。剛性接続とギアリング後の高い有効出力分解能により、迅速な擾乱除去が可能となります。
モーターの整流を遅延負荷センサーに依存し、適合したトランスミッションに依存させないでください。電流駆動製品は、整流エンコーダと負荷エンコーダを別々にサポートすることもあります。 ODriveエンコーダのドキュメント は、そのハードウェアにおけるこの区別を示しています。
| フィードバック | 物理的な位置 | 一次強み | 一次死角 |
|---|---|---|---|
| モーターエンコーダ | ローターまたは入力軸 | 高速交換と速度 | ギアボックス出力誤差 |
| ロードエンコーダ | 共同出力 | 直接関節位置 | モーター整流 |
| 差分信号 | 比率整列ペア | 伝播挙動 | 取り付けと時間の誤差 |
| 外部計測 | リンクまたはエンドエフェクター | 独立精度検査 | 連続埋め込み制御 |
| トルクセンサー | トランスミッションまたはジョイント | 負荷とコンプライアンスの証拠 | 絶対位置 |
送信後の出力位置を測定
負荷インコーダを、最小限の準順な準拠で真のジョイント出力に従わせるように取り付けてください。機械基準、方位関係、熱膨張経路を定義します。柔軟なカバーに取り付けられたセンサーは、関節角度ではなくカバーの動きを報告することがあります。
タスクに対して、絶対的または増分的な動作、解像度、精度、更新率、インターフェースを選択します。サプライヤーの要件に応じて、設置の離心率、傾き、エアギャップを検証してください。
両方の角度を1つの座標系に表現します
信号を差し引く前にギア比、標識、単位、ロールオーバー、ジョイント方向を適用してください。製造ミスが重要な場合は、実際の校正された比率を使いましょう。再起動中も複数ターン状態とホーミングを一貫して扱うこと。
いくつかの既知のポーズとフル回転を比較してみてください。サインや比率の誤差はコンプライアンスの拡大のように見え、1回だけずれている状態は突然の伝達障害として現れます。
エンコーダの取り付け誤差も差に含める
コードディスクの偏心率、センサーヘッドの整列、シャフトのランアウト、連結誤差、ベアリングの動きが周期的または負荷依存的な誤差を加えます。したがって、エンコーダ仕様と機械的設置の両方が伝達差に関わる。
反転、遅回転、独立した計測を用いて、周期的なセンサー誤差とギアボックスの挙動を区別します。すべての重複可能な倍音をギア剛性としてラベル付けしないでください。
| 観察された違い | 可能な原因 | 識別テスト | 制御リスク |
|---|---|---|---|
| リバーサル時のデッドゾーン | 反発やスティション | 双方向スロースイープ | リミットサイクル |
| トルクに比例する | 弾性ツイスト | 既知の荷重掃走 | 外ループ共鳴 |
| 角度を持つ周期性 | エンコーダーまたはギアエラー | 独立した計量 | トラッキングリップル |
| 成長は速い | タイムスタンプまたはフィルタ遅延 | タイムアラインメントテスト | 位相損失 |
| 突然の一歩 | スリップ、ローオーバー、またはドロップアウト | 生の状態とインデックスチェック | アンセーフコマンドジャンプ |
方向反転時のバックラッシュの特定
バックラッシュは、出力が最初は静止している間にモーターの動きの方向が変わるときに発生します。摩擦やコンプライアンスは境界線を曖昧にしてしまうことがあります。単一の角度数値を報告するのではなく、複数の荷重、速度、温度で測定してください。
コントローラーは予測可能な運動損失を補正できますが、補償によって衝撃や摩耗、方向依存の不確実性が解消されるわけではありません。攻撃的なリバーサルコマンドを制限し、安定性を検証しましょう。
弾性ねじれを動的状態として特定する
トルク下では、トランスミッションコンプライアンスによりモーターと荷重の角度が連続的に差します。剛性は非線形で周波数依存的である場合があります。減衰、摩擦、構造モードは荷重変化後の回復を形作ります。
既知のトルクと同期角度で剛性を推定します。安全な振幅のみを励起してください。周波数特性を使って共鳴を特定し、外側ループの帯域幅を設定する。
意図的に帯域幅を分離したネストループを使う
一般的な設計では、高速電流とモーター速度制御を遅い負荷位置ループ内に保持します。外側ループは実際の関節出力を観察しながら内側のループに指令を送ります。帯域幅分離は準拠のダイナミクスと戦うことを避けるのに役立ちます。
Synapticonのデュアルループ説明はこの制御概念を説明しています。展開プラントはゲインをコピーするのではなく、測定された遅延、共鳴、ノイズからチューニングしてください。
負荷フィードバックとノイズおよび共振のバランス
ロードサイドゲインが高いことで低周波の精度が向上しますが、量子化、サンプリング遅延、機械的共振が露呈します。フィルタリングはノイズを減らしつつ位相遅延を加えます。最悪の通信のジッターや古くなったサンプルの影響をチェックしてください。
ペイロードと温度を超えた感度、追跡、擾乱応答を測定します。大きなエラーの際は飽和やアンチトーニングの挙動を目に見えるように保ちましょう。
制御前にゼロ、比率、時間をキャリブレーションします
独立したセンサーの妥当性チェックを行い、結合基準を確立し、方向とスケールを合わせ、相対的なタイムスタンプ遅延を測定します。キャリブレーションの識別子と温度を保存します。起動時に未知の絶対状態を拒否します。
トルクを有効にする前に、レンジをゆっくり進めて残差が現実的かどうかを確認してください。加速時のタイミングミスは、誤った故障を引き起こすほど大きな見かけの弾性角を生み出します。
意見の相違を文脈を診断として使う
持続的な不一致はセンサーの滑り、ギアボックスの損傷、過度なたわみ、または校正の損失を示すことがあります。診断閾値はトルク、速度、方向、温度によって決まるはずです。固定された小さな制限でも、通常の負荷下で誤作動することがあります。
ドロップアウト、フリーズンバリュー、サインエラー、マウントスリップを注入します。接合部が停止するのか、劣化するのか、続けるのかを定義してください。冗長信号は独立性と検証済みの決定ポリシーなしには自動的にフォールトトレランスを提供するわけではありません。
精度、安定性、故障応答を同時に検証します
関節およびエンドエフェクターの精度、逆転挙動、コンプライアンス、周波数応答、追跡、センサーの年齢、診断カバレッジを測定します。ペイロードと熱的条件の両方で繰り返します。融合推定だけでなく、生の信号も保存してください。
簡潔なチェックリストとともにリリースしましょう。
- 比率、方向、ゼロ、タイムスタンプを合わせます。
- 取り付けと伝達誤差は別々に測定してください。
- 高速モーター制御は負荷位置制御内に収めてください。
- 測定された準正共鳴以下にチューニングしてください。
- センサーのインジェクトと機械的な不一致の故障。
よくある質問
なぜロードサイドエンコーダーだけを使わないのですか？
モーターフィードバックは通常、整流と高速制御に必要です。負荷フィードバックはトランスミッション全体の出力位置を観測します。
デュアルエンコーダーはバックラッシュを除去できますか？
いいえ。これらは出力誤差を明らかにし、補償や制御を可能にしますが、機械的なバックラッシュは残ります。
エンコーダーの違いは完全にギアボックスのコンプライアンスによるものですか？
いいえ。比率、ゼロ、タイムスタンプ、取り付け、センサー誤差、摩擦やバックラッシュも影響します。
外側の荷重位置ループはどのくらいの速度で走るべきでしょうか？
測定された遅延、ノイズ、共鳴から設定し、内側ループから十分な間隔を保つこと。ユニバーサルレートは適用されません。
ロボットはエンコーダーの一つが故障した後も続けられますか？
そのアーキテクチャが故障検出、安全な劣化、そしてその動作モードに対して十分な余ったフィードバックを検証している場合に限ります。
フィードバック精度と制御安定性境界
デュアルフィードバックは制御や診断を向上させることができますが、自動的に安全評価の冗長性にはなりません。故障の独立性とロボットの安全な応答を検証します。