波動歯車装置を含む位置決め機構の厳密な線形化手法による非線形補償

摘要

波動歯車装置は，1段で高い減速比を実現可能な減速機であり,小型，高トルク容量，ノンバックラッシ，入出力軸が同軸など,様々な特徴を持って多様な産業用機器に広く使用されている.一方，波動歯車装置には，歯車の弾性変形を利用した独特な構造に起因するヒステリシスを伴う非線形なばね特性や非線形摩擦を有するため,位置決め機構に組み込まれた場合，その特性が位置決め応答性能に影響を与える．さらに，歯車の加工誤差や組み付け誤差による回転に同期して発生する振動や角度伝達誤差が，特にセミクローズド制御系の負荷位置で定常偏差や振動を発生させる.%This paper presents a novel compensation approach for nonlinear properties in harmonic drive gearings, in order to improve the performance deterioration in the static/dynamic positioning caused by the nonlinear components in mechanism. In the compensation, a modified exact linearization method is applied in the model-based feedforward control manner, where a two-mass plant system with nonlinear components, i.e. friction, stiffness, and angular transmission error of the gearing, is mathematically modeled to ensure the linearization. The proposed approach has been adopted to a positioning controller and been verified by numerical simulations and experiments using a prototype of positioning device with harmonic drive gearing.