CN103562811A

CN103562811A - 电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法

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Publication number: CN103562811A
Application number: CN201280002738.0A
Authority: CN
Inventors: 上田浩一郎; 丸下贵弘; 水野公博
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: KR20130143006A; CN103562811B; DE112012000156T5; TW201348904A; TWI499878B; KR101356224B1; JPWO2013175615A1; WO2013175615A1; US20130317653A1; JP5143318B1

Abstract

本发明的特征在于，具有：电子凸轮曲线生成部，其以通过规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标的方式，生成电子凸轮曲线；以及输出部，其将与主轴位置相对应的从轴位置，输出作为遵循电子凸轮曲线的对外部装置的位置指令，电子凸轮曲线生成部生成电子凸轮曲线，使得对电子凸轮曲线关于主轴位置进行微分得到的凸轮速度的波形，具有在每个作为指定坐标间的区域中分别成为恒定凸轮速度的区间，并且，具有在相邻的区域之间通过单调增加或者单调减少进行加速/减速而将成为恒定凸轮速度的区间之间连接起来的单调加减速区间。

Description

电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法

技术领域

本发明涉及一种将主轴位置和从轴对应于主轴的位置而动作时所应处的位置之间的关系，生成为电子凸轮曲线的电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法。

背景技术

电子凸轮控制装置为如下装置，即，不安装机械凸轮机构，而是基于利用软件设定的电子凸轮曲线，输出从轴对应于主轴位置而动作时所应处的位置。在这里，主轴的位置例如是其它轴的伺服电动机的位置、或设置在某个旋转轴上的同步编码器的位置等。

例如，电子凸轮控制装置被用于转刀装置等，该转刀装置为，在将网状的纸或薄膜连续进给期间，与纸或薄膜的移动同步地驱动转刀，以规定尺寸将纸或薄膜切断。在转刀装置中使用电子凸轮控制装置的情况下，主轴是用于进给纸或薄膜的电动机的位置，从轴是转刀的旋转位置。

如上所述的电子凸轮控制装置，基于规定了多个主轴位置和从轴位置的关系的多个坐标数据，生成用于输出与主轴位置相对应的从轴位置的电子凸轮曲线。该电子凸轮曲线用于以通过所指定的多个坐标数据的方式，另外，在主轴位置处于坐标数据之间的情况下，通过以规定的方法在坐标数据之间进行插补，从而计算应当用于使从轴移动的位置指令。当前，使用通过对指定坐标进行直线插补而生成电子凸轮曲线的方法。在该方法中，由于对指定坐标进行直线拟合，因此具有能够直观掌握电子凸轮曲线的坐标间的变化特性的优点。即，即使在主轴位置处于坐标之间的情况下，也能够掌握通过电子凸轮曲线将如何控制从轴位置。

但是，在使用将坐标之间直线连接的电子凸轮曲线进行控制的情况下，以从轴位置对电子凸轮曲线的位置进行微分所得到的凸轮速度，针对各指定坐标之间分别是恒定值。因此，如果主轴以某速度动作，则在通过指定坐标时，速度急剧变化。其结果，在由从轴电动机驱动的机械中产生非常大的冲击或振动。为了防止产生这种冲击或振动，专利文献1的电子凸轮装置按照使得指定坐标处的加速度为0的方式生成凸轮曲线。

专利文献1：日本特开2002－132854号公报

发明内容

但是，在上述现有技术中，由于按照在指定坐标点处加速度为0的方式生成凸轮曲线，因此，会因区间不同而产生很大的加速度。特别地，在通过初始区间和最终区间时，从轴位置的动作是进行加速后、朝向下一个坐标点减速，因此，存在从轴的加速度容易变大的问题。

在从轴伺服电动机的最大扭矩较小或与从轴伺服电动机连接的机械负载的惯性较大的情况下，如果按照凸轮曲线以较大的加速度控制从轴伺服电动机，则有时会进行超过从轴伺服电动机最大扭矩的动作。在这种情况下会产生下述问题：从轴伺服电动机位置无法完全追随由电子凸轮曲线指示的位置，或者，在从轴中产生振动或冲击。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法，能够生成通过所指定的坐标并抑制驱动时的从轴的加速度的电子凸轮曲线。

为了解决上述课题并实现目的，本发明的特征在于具有：输入部，其输入规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标；电子凸轮曲线生成部，其以通过所述多个指定坐标的方式，生成以曲线表示所述主轴位置与所述从轴位置的关系的电子凸轮曲线；以及输出部，其将与所述主轴位置相对应的从轴位置，输出作为遵循所述电子凸轮曲线的对外部装置的位置指令、即从轴位置指令，所述电子凸轮曲线生成部生成所述电子凸轮曲线，使得对所述电子凸轮曲线关于所述主轴位置进行微分所得到的凸轮速度的波形，具有在作为每个所述指定坐标间的区域中分别成为恒定凸轮速度的区间，并且具有单调加减速区间，该单调加减速区间为在相邻区域之间通过单调增加或单调减少进行加速/减速而将成为所述恒定凸轮速度的区间之间连接的区间。

发明的效果

本发明所涉及的电子凸轮控制装置及电子凸轮曲线生成方法具有能够生成下述电子凸轮曲线的效果，该电子凸轮曲线通过所指定的坐标，并且使驱动时的从轴的加速度得到抑制。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的电子凸轮系统的结构的图。

图2是表示电子凸轮控制装置的结构的图。

图3是表示实施方式1所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。

图4是表示实施方式1所涉及的电子凸轮曲线的图。

图5是用于说明主轴位置与凸轮速度的关系的图。

图6是用于说明在主轴的移动量和从轴的移动量之间必须满足的条件的图。

图7是表示实施方式2所涉及的电子凸轮系统的结构的图。

图8是表示实施方式2所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。

图9是表示实施方式3所涉及的电子凸轮系统的结构的图。

图10是表示实施方式3所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。

图11是表示实施方式3所涉及的电子凸轮曲线的图。

图12是表示实施方式4所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。

图13是表示实施方式4所涉及的电子凸轮曲线的图。

具体实施方式

下面，基于附图，详细说明本发明的实施方式所涉及的电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法。另外，本发明并不限定于这些实施方式。

实施方式1

图1是表示实施方式1所涉及的电子凸轮系统的结构的图。电子凸轮系统具有电子凸轮控制装置1A、伺服放大器3、伺服电动机5、编码器6以及负载机械8。

电子凸轮控制装置1A是生成电子凸轮曲线，使用所生成的电子凸轮曲线对伺服放大器3、伺服电动机5及负载机械8进行控制的装置。在电子凸轮系统中，通过由电子凸轮控制装置1A控制伺服放大器3，从而由伺服放大器3控制伺服电动机5，并由此对负载机械8进行控制。

电子凸轮控制装置1A基于用户预先输入的坐标数据信息21和加减速区间信息22而生成电子凸轮曲线，其中，坐标数据信息21规定了主轴位置和从轴位置的位置关系。

坐标数据信息21是包含有N个（N为自然数）坐标数据（指定坐标）的信息，加减速区间信息22是包含有（N＋1）个加减速区间（区间长度数据）的信息。加减速区间是表示使凸轮速度变化的区间的长度的信息。另外，在以下的说明中，将规定出主轴位置和从轴位置的位置关系的N个坐标数据表示为坐标数据（X₁，Y₁）、（X₂，X₂）、…、（X_N，Y_N）。另外，在主轴位置为X_i（i为1至N的自然数）的情况下，从轴位置通过Y_i。另外，将（N＋1）个加减速区间表示为加减速区间t₀、t₁、…、t_N。

电子凸轮曲线是使主轴位置与从轴位置一一对应的函数或表格。电子凸轮控制装置1A按照电子凸轮曲线（与函数或表格相对应的波形），输出与主轴位置相对应的从轴位置，作为从轴位置指令2。主轴位置例如是安装在除了伺服电动机5以外的其他伺服电动机中的编码器的位置或安装在机械上的编码器的位置等。

电子凸轮控制装置1A使用所生成的电子凸轮曲线，由主轴位置计算从轴位置，并使用所导出的从轴位置生成从轴位置指令2。电子凸轮控制装置1A与伺服放大器3连接，将从轴位置指令2向伺服放大器3输出。

伺服放大器3与作为从轴的伺服电动机5连接，且伺服电动机5上安装有编码器6。伺服放大器3基于电子凸轮控制装置1A输出的从轴位置指令2，将用于对作为从轴的伺服电动机5进行控制的电流4输出至伺服电动机5。具体地说，伺服放大器3通过以使得编码器6输出的伺服电动机5的位置7追随从轴位置指令2的方式进行反馈控制，从而输出电流4。负载机械8与作为从轴的伺服电动机5连接，由伺服电动机5驱动。

图2是表示电子凸轮控制装置的结构的图。电子凸轮控制装置1A具有信息输入部11、电子凸轮曲线生成部12、电子凸轮曲线存储部13、主轴位置输入部14、从轴位置指令生成部15、及输出部16。

信息输入部11输入坐标数据信息21、加减速区间信息22，并将其发送至电子凸轮曲线生成部12。电子凸轮曲线生成部12使用坐标数据信息21、加减速区间信息22，生成电子凸轮曲线。

电子凸轮曲线存储部13是储存电子凸轮曲线生成部12所生成的电子凸轮曲线的存储器等。主轴位置输入部14输入从外部装置（编码器等）发送来的主轴位置，并将其发送至从轴位置指令生成部15。从轴位置指令生成部15基于电子凸轮曲线，由主轴位置生成从轴位置指令2。输出部16将从轴位置指令生成部15生成的从轴位置指令2向伺服放大器3输出。

图3是表示实施方式1所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。向电子凸轮控制装置1A的信息输入部11输入坐标数据信息21和加减速区间信息22。

坐标数据信息21是关于规定了主轴位置和从轴位置之间关系的多个指定坐标的信息。具体地说，坐标数据信息21是N个坐标数据（X₁，Y₁）、（X₂，X₂）、…（X_N，Y_N），它们用于规定在主轴通过位置X_i时从轴应通过的位置Y_i。另外，在这里，主轴位置X₁至X_N具有X₁＜X₂＜X₃＜…＜X_N的关系。另外，将作为基准的坐标数据设为坐标数据（X₀，Y₀）＝（0，0）。

另外，加减速区间信息22是表示将电子凸轮曲线的位置以从轴位置进行微分所得到的凸轮速度达到恒定速度为止的区间长度的信息，其为（N＋1）个加减速区间t₀、t₁、…、t_N。另外，此处的加减速区间t_i中存在下述约束条件（式（1）至（3））。如上所述，向电子凸轮控制装置1A的信息输入部11输入N个坐标数据及（N＋1）个加减速区间（步骤ST1）。

[式1]

t₀+t_l/2≤X₁ ...(1)

[式2]

t_i/2+t_i-1/2≤X_i一X_i-1 ...(2)

[式3]

t_N-1/2+t_N≤X_N-X_N-l ...(3)

信息输入部11将坐标数据信息21和加减速区间信息22输入至电子凸轮曲线生成部12。电子凸轮曲线生成部12计算使用坐标数据信息21和加减速区间信息22定义的常数α_i、β_i（步骤ST2）。常数α_i、β_i由如下式（4）、（5）示出。另外，在式（4）、（5）中，0≦i≦N。

[式4]

α_i=1/8·t_i ...(4)

[式5]

β_i=3/8·t_i ...(5)

电子凸轮曲线生成部12基于坐标数据信息21、加减速区间信息22和计算出的常数α_i、β_i，使用变量为各坐标区间的凸轮速度V_i（i＝1，2，…N）的N元联立一次方程式，构成下式（6）（步骤ST3）。

[式6]

其中的系数矩阵为三对角矩阵，其系数由坐标数据信息、加减速区间及计算出的常数α_i、β_i如下定义。

C(1，1)＝X₁-t₀/2-α₁

C(1，2)＝α₁

C(N，N-l)=-β_N-1+t_N-1/2

C(N，N)＝β_N-1+X_N-X_N-1-(t_N+t_N-1)/2

2≤i≤N-1时

C(i，i-l)=-βα_i-1+t_i-1/2

C(i，i)=β_i-1-α_j+X_i-X_i-1-t_i-1/2

C(i,i+1)＝α_i

电子凸轮曲线生成部12通过对以凸轮速度V_i（i＝1，2，…，N）为未知数的式（6）的N元联立方程式进行求解，而计算凸轮速度V_i（i＝1，2，…，N）（步骤ST4）。然后，电子凸轮曲线生成部12使用计算出的凸轮速度V_i，计算电子凸轮曲线（步骤ST5）。具体地说，电子凸轮曲线生成部12计算由以下的式（7－1）至式（7－9）所示的与主轴位置X相对应的从轴位置Y（X），作为电子凸轮曲线。电子凸轮曲线生成部12将计算出的电子凸轮曲线储存在电子凸轮曲线存储部13中。

[式7－1]

0 \leq X \leq t_{0}

y (X) = \frac{V_{1}}{{2 t}_{0}} X^{2} . . . (7 - 1)

[式7－2]

t_{0} < X < X_{1} - t_{1} / 2 . . . (7 - 2)

y (X) = V_{1} X - \frac{1}{2} V_{1} t_{0}

[式7－3]

X_{1} - t_{1} / 2 \leq X \leq X_{1}

y (X) = \frac{V_{2} - V_{1}}{{2 t}_{1}} {X - (X_{1} - \frac{t_{1}}{2})}^{2} + V_{1} X - \frac{1}{2} V_{1} t_{0} . . . (7 - 3)

[式7－4]

在2≦i≦N-1时，

X_{i - 1} \leq X \leq X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2

y (X) = Y_{i - 1} + \frac{V_{i} - V_{i - 1}}{{2 t}_{i - 1}} {(X - X_{i - 1})}^{2} . . . (7 - 4)

[式7－5]

X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2 < X < X_{i} - t_{1} / 2

y (X) = Y_{i - 1} + β_{i - 1} (V_{1 -} V_{i - 1}) + V_{i - 1} t_{i - 1} / 2 + V_{i} (X - X_{i - 1} - t_{i - 1} / 2) . . . (7 - 5)

[式7－6]

X_{i} - t_{i} / 2 \leq X \leq X_{i}

y (X) = Y_{i - 1} + β_{i - 1} (V_{i} - V_{i - 1}) + V_{i - 1} t_{i - 1} / 2 + V_{i} (X - X_{i - 1} - t_{i - 1} / 2) . . . (7 - 6)

+ \frac{V_{i + 1} - V_{i}}{{2 t}_{i}} {(X - X_{i} + t_{i} / 2)}^{2}

[式7－7]

X_{N - 1} \leq X \leq X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2

y (X) = Y_{N - 1} + \frac{V_{N} - V_{N - 1}}{{2 t}_{N - 1}} {(X - X_{N - 1})}^{2} ... (7 - 7)

[式7－8]

X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2 + 1 < X < X_{N} - t_{N}

y (X) = Y_{N - 1} + β_{N - 1} (V_{N} - V_{N - 1}) + V_{N - 1} t_{N - 1} / 2 + V_{N} (X - X_{N - 1} - t_{N - 1} / 2) . . . (7 - 8)

[式7－9]

X_{N} - t_{N} \leq X \leq X_{N}

y (X) = Y_{N - 1} + β_{N - 1} (V_{N} - V_{N - 1}) + V_{N - 1} t_{N - 1} / 2 + V_{N} (X_{N} - X_{N - 1} - t_{N - 1} / 2 - t_{N}) - \frac{V_{N}}{{2 t}_{N}} {(X - X_{N} + t_{N})}^{2} . . . (7 - 9)

下面，对本实施方式的效果进行说明。图4是表示实施方式1所涉及的电子凸轮曲线的图。在图4中示出按照图3的流程图生成电子凸轮曲线时的电子凸轮曲线（上层的波形），和将电子凸轮曲线关于主轴位置进行微分所得到的凸轮速度的近似曲线（下层的波形）之间的关系。在这里，对于作为主轴位置的坐标而指定（X₁，Y₁）至（X₄，Y₄）的情况（N＝4）进行说明。

在图4的上层侧示出的曲线图中，横轴为主轴位置，纵轴为从轴位置。并且，通过坐标（X₀，Y₀）至（X₄，Y₄）的波形为电子凸轮曲线。另外，在图4的下层侧示出的曲线图中，横轴为主轴位置，纵轴为凸轮速度。

在主轴位置以恒定的比例增加的情况下，伺服电动机5（从轴）的速度成为与凸轮速度成正比的值，伺服电动机5以凸轮速度的波形动作。在构成本实施方式的电子凸轮曲线的情况下，凸轮速度在每个作为指定坐标之间的区域i中分别成为恒定的凸轮速度V_i，且朝向相邻的凸轮速度V_i＋1、V_i－1单调增加或单调减少而加速/减速。如上所述，本实施方式的凸轮速度为由直线构成的波形。

由此，形成线性单调增加或单调减少的直线的坐标区间，成为向信息输入部11输入的加减速区间t_i（i＝0，1，…，N），各指定坐标通过成为各加减速区间的中点的坐标。另外，之所以在加减速区间t_i中存在式（1）至（3）的约束条件，是为了使得达到恒定的凸轮速度V_i的区间非负。另外，在主轴位置为0及X_N（初始的指定坐标和最后的指定坐标）的情况下，凸轮速度均为0。

通过使用凸轮速度的波形为上述形状（图案）的电子凸轮曲线，从而具有以下效果。由于凸轮速度是连续的，因此，即使在主轴以某个恒定速度动作的情况下，在指定坐标点处，从轴的速度也不会急剧变化。由此，作为从轴电动机的伺服电动机5也不会发生急剧的速度变化，具有即使从轴按照电子凸轮曲线动作也不易产生冲击的效果。

另外，在主轴以恒定速度动作而从某个坐标（X_i，Y_i）向另一坐标（X_i＋1，Y_i＋1）移动时，从轴的动作为，在指定坐标间的各区域i中达到凸轮速度V_i，在区域i间单调增加或单调减少而变为另一凸轮速度V_i＋1。因此，在指定坐标间的移动中不会发生多余的加减速动作，其结果，具有能够在驱动时减小作为从轴电动机的伺服电动机5的扭矩的效果。

如果是现有的电子凸轮曲线，则由于仅输入坐标数据，因此，唯一地确定出电子凸轮曲线。由此，根据坐标数据及主轴位置的速度的不同，在按照电子凸轮曲线对从轴进行驱动的情况下，从轴的扭矩有时会超过最大扭矩。在本实施方式中，除了坐标数据以外，电子凸轮曲线生成部12还使用能够对从轴的扭矩的大小进行变更的加减速区间t_i。由此，通过增大加减速区间t_i，实现伺服电动机5的加减速平缓的动作。因此，具有能够防止驱动时作为从轴电动机的伺服电动机5的扭矩超过最大扭矩的效果。

对多个坐标数据进行插补而构成曲线的方法有很多，这些方法都能够保证通过指定坐标，但在主轴位置为坐标数据之间的值的情况下，很难知道从轴位置是多大值。根据本实施方式，由于具有凸轮速度由恒定速度、单调增加的直线（后述的单调加减速区间）构成的性质，因此，电子凸轮曲线的波形接近于将坐标数据直线连接而成的曲线。由此，具有即使在主轴位置位于指定坐标之间的情况下，也很容易根据电子凸轮曲线直观掌握所要输出的从轴位置的效果。

在主轴位置落在0≦X≦X_N的范围内的情况下，使用式（7－1）至（7－9）计算电子凸轮曲线，而对于X_N≦X≦2X_N范围内的主轴位置，由将X－X_N代入式（7－1）至（7－9）的X得到的值计算从轴位置。换言之，在主轴位置X超过X_N的情况下，电子凸轮曲线生成部12将主轴位置X除以1周期长度X_N得到的余数作为主轴位置，使用式（7－1）至（7－9）计算从轴位置。

即使在电子凸轮控制装置1A进行了上述动作（主轴位置超过最终坐标的主轴位置X_N的动作）的情况下，根据本实施方式，如图4所示，主轴位置为0和X_N时的凸轮速度仍为0。并且，在主轴位置X从比X_N小的值移动至比X_N大的值的情况（主轴位置X为跨过X_N的值的情况）下，凸轮速度为0。因此，具有驱动时由从轴驱动的伺服电动机5不会产生很大冲击的效果。

在这里，对于按照图3的流程图进行计算而得到具有图4所示的凸轮速度波形的电子凸轮曲线的理由进行说明。图5是用于说明主轴位置与凸轮速度的关系的图。图5所示的曲线图的横轴为主轴位置，纵轴为凸轮速度。

首先，如图5所示，将主轴位置0处的凸轮速度设为v。然后，考虑主轴位置T处的凸轮速度为V、且凸轮速度线性变化的情况下的电子凸轮曲线的凸轮速度。在该情况下，凸轮速度u能够以主轴位置X的一次式表示。

u＝{(V-v)·X/T}+v

由于凸轮速度是对从轴的位置指令关于主轴位置进行微分得到的，因此从轴位置可通过对凸轮速度关于主轴位置进行积分而得到。具体地说，从轴位置y（X）能够使用主轴位置X（0≦X≦T）以下式表示。

y(X)＝{(V-v)·X²/2T}+vX+D

其中，这里的D表示主轴位置0处的从轴位置。

另外，在主轴位置从0向T/2移动的期间，从轴位置移动的量（移动量A1）能够通过y（T/2）－y（0）计算，如下式（8）所示。其中，式（8）中的α为α＝（1/8）T。

[式8]

A1=(V-v)·α+v·T/2 ...(8)

另外，在主轴位置从T/2向T移动的期间，从轴位置移动的量（移动量A2）能够通过y（T）－y（T/2）计算，如下式（9）所示。其中，式（9）中的β为，β＝（3/8）T。

[式9]

A2=(V-v)·β+v·T/2 ...(9)

并且，在主轴位置从0向T移动的期间，从轴位置移动的量（移动量A3）能够由α＋β计算得到，如下式（10）所示。

[式10]

A 3 = \frac{V - v}{2} \cdot T + v \cdot T . . . (10)

下面，对于为了得到本实施方式的电子凸轮曲线，主轴的移动量和从轴的移动量之间必须满足的条件进行说明。图6是用于说明主轴的移动量和从轴的移动量之间必须满足的条件的图。图6所示的曲线图的横轴为主轴位置，纵轴为凸轮速度。

本实施方式的凸轮速度，由恒定的凸轮速度V₁，…，V_N（N＝5）、和相对于相邻区域的恒定凸轮速度单调增加或单调减少而线性加速/减速的单调加减速度构成。换言之，所生成的电子凸轮曲线为，凸轮速度的波形具有在每个作为指定坐标间的区域中分别成为恒定的凸轮速度的区间，并且具有单调加减速区间，该单调加减速区间为在相邻的区域间通过单调增加或单调减少而加速/减速，从而将成为恒定的凸轮速度的区间彼此连接的区间。

在该情况下，考虑为了在加减速区间t_i的正中央通过所指定的坐标（X_i，Y_i）（i＝1，2，…，N），凸轮速度中的恒定的凸轮速度V₁、…、V_N需满足怎样的条件。

在主轴位置从0移动至X₁时，从轴移动的量能够由以下所示的移动量A11至A13的总合表示。

·主轴位置从0移动至t₀时的从轴的移动量A11（相当于图6的（a））

·主轴位置从t0移动至X₁－t₁/2时的从轴的移动量A12（相当于图6的（b））

·主轴位置从X₁－t₁/2移动至X₁时的从轴的移动量A13（相当于图6的（c））

图6的（a）、（b）、（c）的移动量A11、A12、A13能够使用式（8）至式（10）的关系如下表示。

A11＝(1/2)V₁t₀

A12＝V₁(X₁-t₀-t₁/2)

A13=α₁(V₂-V₁)+V₁t₁/2

这里的α₁是针对式（8）的α，将t＝t₁代入后的值，与式（4）的定义一致。以下，α_i、β_i代表针对式（8）、式（9）的α、β，将t＝t_i代入的情况。它们均与式（4）、式（5）的定义一致。并且，（a）、（b）、（c）的总合（移动量A14）可由下式（11）表示。

[式11]

A14=(X₁-t₀/2-α₁)V₁+α₁V₂ ...(11)

为了在通过坐标（X₁，Y₁）时（主轴位置从0移动至X1时），使从轴位置的移动量为Y₁，则式（11）的移动量A14必须等于Y₁。

其与式（6）第一行的算式对应。

同样地，主轴位置从X₁移动至X₂时，从轴移动的量可由以下所示的移动量A21至A23的总合表示。

·主轴位置从X₁移动至X₁＋t₁/2时的从轴的移动量A21（相当于图6的（d））

·主轴位置从X₁＋t₁/2移动至X₂－t₂/2时的从轴的移动量A22（相当于图6的（e））

·主轴位置从X₂－t₂/2移动至X₂时的从轴的移动量A23（相当于图6的（f））

图6的（d）、（e）、（f）的移动量A21、A22、A23可以使用式（8）至式（10）的关系，如下表示。

A21=β₁(V₂-V₁)+V₁t₁/2

A22＝V₂(X₂-X₁-(t₁/2)-(t₂/2))

A2S＝α₂(V₃-V₂)+V₂t₂/2

（d）、（e）、（f）的总合（移动量A24）可由下式（12）表示。

[式12]

A24=(-β₁+t₁/2)V₁+(β₁+X₂-X₁-t₁/2-α₂)V₂+α₂V₃ ...(12)

为了在通过坐标（X₂，Y₂）时（主轴位置从X₁移动至X₂时）使从轴位置为Y₂，则式（12）的移动量A24必须等于Y₂－Y₁。其与式（6）的第二行算式对应。

同样地，在i为2≦i≦N－1时，在通过坐标（X_i，Y_i）时（主轴位置从X_i－1移动至X_i时），由于从轴位置的移动量为Y_i－Y_i－1，因此必须满足下述关系。

(-β_i-1+t_i-1/2)V_i-1+(β_i-1+X_i-X_i-1-t_i-1/2-α_i)V_i+α_iV_i+1=Y_i一Y_i-1

它们与式（6）的第i行（2≦i≦N－1）对应。

并且，在主轴位置从X_N－1移动至X_N时，从轴移动的量可由以下所示的移动量An1至An3的总合表示。

·主轴位置从X_N－1移动至X_N－1＋t_N－1/2时的从轴的移动量An1（相当于图6的（g））

·主轴位置从X_N－1＋t_N－1/2移动至X_N－t_N时的从轴的移动量An2（相当于图6的（h））

·主轴位置从X_N－t_N移动至X_N时的从轴的移动量An3（相当于图6的（i））

图6的（g）、（h）、（i）的移动量An1、An2、An3可使用式（8）至（10）的关系，如下表示。

Anl=β_N-1(V_N-V_N-1)+V_N-1t_N-1/2

An2=V_N(X_N-X_N-1-t_N-t_N-1/2)

An3=(1/2)V_Nt_N

（g）、（h）、（i）的总合（移动量An4）可由下式（13）表示。

[式13]

An4=(-β_N-1+t_N-1/2)V_N-1+(β_N-1+X_N-X_N-1-t_N-1/2-t_N/2)V_N ...(13)

为了在通过坐标（X_N，Y_N）时（主轴位置从X_N－1移动至X_N时）使从轴位置的移动量为Y_N－Y_N－1，则式（13）的An4必须等于Y_N－Y_N－1。式（6）的第N行表示这一等式。

如上所述，为了通过全部指定坐标（X_i，Y_i）（i＝1，2，…，N），则恒定的凸轮速度V_i必须满足式（6）。在通过对式（6）进行求解，确定了恒定的凸轮速度V₁、…、V_N后，能够分段地确定将规定的凸轮速度V_i、与该凸轮速度V_i在一侧相邻的凸轮速度V_i－1、及在另一侧相邻的凸轮速度V_i＋1直线连结而成的凸轮速度的波形。由此，与主轴位置X相对的凸轮速度的算式，可使用指定为恒定的凸轮速度V_i的坐标数据（X_i，Y_i）（i＝1，2，…，N）和加减速区间t_i（i＝0，1，…，N）表示。并且，通过对凸轮速度关于主轴位置X进行积分，从而能够使用式（7－1）至式（7－9）计算出从轴位置与任意主轴位置X的关系式（电子凸轮曲线）。

另外，在本实施方式中示出了以在加减速区间的中点通过指定坐标的方式构成电子凸轮曲线的例子，但也可以以指定坐标（凸轮速度）通过加减速区间的任意中途点（中间点）的方式构成电子凸轮曲线。在该情况下也能够得到与上述相同的效果。

如上所述，根据实施方式1，由于以由恒定速度和单调加减速度构成凸轮速度的方式生成电子凸轮曲线，因此能够通过所指定的坐标，并且抑制驱动时的从轴的加速度，其中，所述单调加减速度指的是相对于相邻的恒定速度单调增加或单调减少而进行线性加速/减速的单调加减速度。

实施方式2

下面，使用图7及图8对本发明的实施方式2进行说明。在实施方式1的电子凸轮系统中，除了所指定的N个坐标以外，还使用（N＋1）个加减速区间得到电子凸轮曲线。本实施方式的电子凸轮系统也得到具有与实施方式1相同性质的电子凸轮曲线，但取代（N＋1）个加减速区间而使用1个参数。并且，电子凸轮系统根据一个参数自动确定（N＋1）个加减速区间，然后得到电子凸轮曲线。

图7是表示实施方式2所涉及的电子凸轮系统的结构的图。对于图7的各结构要素中的实现与图1所示的实施方式1的电子凸轮系统相同功能的结构要素，标记相同的标号并省略重复的说明。

在本实施方式的电子凸轮系统中，取代电子凸轮控制装置1A，具有电子凸轮控制装置1B。电子凸轮控制装置1B与电子凸轮控制装置1A同样地，具有信息输入部11、电子凸轮曲线生成部12、电子凸轮曲线存储部13、主轴位置输入部14、从轴位置指令生成部15、以及输出部16。

向本实施方式的信息输入部11输入坐标数据信息21和1个参数R。另外，本实施方式的电子凸轮曲线生成部12使用坐标数据信息21和1个参数R生成电子凸轮曲线。本实施方式的参数R是用于调整后述的凸轮加速度的大小的参数。

图8是表示实施方式2所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。向电子凸轮控制装置1B的信息输入部11输入坐标数据信息21（N个坐标数据）和1个参数R（步骤ST10）。这里的参数R的范围为0﹤R﹤1。

电子凸轮曲线生成部12计算仅以直线连结作为指定坐标输入的N个坐标数据的情况下的凸轮速度V_i’（i＝1，2，…，N）（步骤ST11）。具体地说，电子凸轮曲线生成部12仅以直线连结N个坐标数据，基于以直线连结的坐标数据计算凸轮速度V_i’。此时，电子凸轮曲线生成部12使用下式（14）计算凸轮速度V_i’。其中，X₀＝0，Y₀＝0。

[式14]

{V_{i}}^{'} = \frac{Y_{i} - Y_{i - 1}}{X_{i} - X_{i - 1}} . . . (14)

电子凸轮曲线生成部12使用参数R、N个坐标数据及凸轮速度V_i’，计算（N＋1）个加减速区间t_i（步骤ST12）。具体地说，电子凸轮曲线生成部12使用计算出的凸轮速度V_i’和坐标数据，计算下述变量G。电子凸轮曲线生成部12使用下式（15）计算变量G。另外，这里的min[A₁、A₂、…、A_N]表示在A₁、A₂、…、A_N中取最小值的函数。

[式15]

G = \min [\frac{X_{1}}{| {V^{'}}_{1} | + \frac{| {V^{'}}_{2} - {V^{'}}_{1} |}{2}}, \frac{X_{2} - X_{1}}{\frac{| {V^{'}}_{2} - {V^{'}}_{1} |}{2} + \frac{| {V^{'}}_{3} - {V^{'}}_{2} |}{2}}, \cdot \cdot \cdot, \frac{X_{N - 1} - X_{N - 2}}{\frac{| {V^{'}}_{N - 1} - {V^{'}}_{N - 2} |}{2} + \frac{| {V^{'}}_{N} - {V^{'}}_{N - 1} |}{2}}, \frac{X_{N} - X_{N - 1}}{\frac{| {V^{'}}_{N} - {V^{'}}_{N - 1} |}{2} + | {V^{'}}_{N} |}] . . . (15)

并且，电子凸轮曲线生成部12使用计算出的变量G，通过下式（16）计算加减速区间。

[式16]

t₀=R×G×|V’₁|

t_i=R×G×|V'_i-V’_i-1| 2≤i≤N ...(16)

t_N=R×G×|V'_N|

式（16）相当于以与将指定坐标直线连接的情况下的凸轮速度V_i’和相邻区域的凸轮速度V_i－1’之差的绝对值成正比的方式设定加减速区间。另外，对于t₀、t_N，相当于将相邻的凸轮速度视为0而设定的情况。换言之，对于t₀、t_N，相当于以与指定坐标间的主轴位置的差值成正比的方式设定加减速区间的情况。

然后，电子凸轮曲线生成部12进行步骤ST13至T16的处理。另外，由于步骤ST13至ST16的处理与实施方式1的图3中说明的步骤ST2至ST5的处理相同，因此省略其说明。

下面，说明本实施方式的效果。实施方式1和本实施方式的不同点仅在于是直接输入加减速区间，还是只输入参数R并根据参数R计算加减速区间。因此，在本实施方式中也具有与实施方式1相同的效果。对于实施方式1没有而可在本实施方式中实现的效果进行说明。

将对凸轮速度关于主轴位置进行微分所得到的结果称为凸轮加速度。凸轮加速度相当于主轴位置以恒定的比例增加的情况下的、使从轴的加速度乘上常数倍的值，是决定从轴电动机的加速度为多大的主要因素。

在实施方式1中，能够通过变更加减速区间t_i的大小，调整凸轮加速度的大小。如果使加减速区间t_i增大，则在主轴通过该加减速区间t_i时，从轴的加速度变小。与此相伴，从轴电动机的扭矩也变小。

在本实施方式中，能够使用1个参数R自动计算使凸轮加速度大致均匀的加减速区间。并且，能够通过调整参数R的大小而调整该凸轮加速度的大小。具体地说，能够通过增大参数R而减小凸轮加速度。由此具有下述效果，即，在按照电子凸轮曲线驱动从轴电动机时，能够简单地防止超过最大扭矩对从轴电动机进行驱动的情况。

以下，对于通过在图8的流程图中说明的步骤ST10、ST11的计算，能够生成不依赖于加减速区间而使得凸轮加速度均匀化的电子凸轮曲线的理由进行说明。

在实施方式1中，如图3中说明所示，将设定在相邻区域内的恒定的凸轮速度，以单调增加或单调减少的直线状波形的凸轮速度连结。在实施方式1中得到的电子凸轮曲线，由于以恒定的凸轮速度V_i构成凸轮速度的一部分区间，因此具有接近于仅以直线连接坐标而形成的电子凸轮曲线这一性质。如本实施方式所示，对于相应的i来说，使凸轮速度之间仅以直线连接的情况下的指定坐标间的各区域的凸轮速度V_i’（i＝1，2，…，N）、和实施方式1的恒定的凸轮速度V_i（i＝1，2，…，N）均为相近的值。

根据凸轮加速度的定义，各加减速区间中的凸轮加速度的绝对值，是根据将相邻的速度差的绝对值除以加减速区间而得到的值来计算的。由此，对于凸轮加速度在各加减速区间中相等的凸轮曲线（将此时的凸轮加速度的绝对值设为a），下式（17）成立。

[式17]

a = \frac{| V_{1} |}{t_{0}} = \frac{| V_{2} - V_{1} |}{t_{1}} = \cdot \cdot \cdot = \frac{| V_{N} - V_{N - 1} |}{t_{N - 1}} = \frac{| V_{N} |}{t_{N}} . . . (17)

使用该式（17），各加减速区间t_i（i＝1，2，…，N）能够使用a和V_i（i＝1，…，N）通过下式（18）表示。

[式18]

t_{0} = \frac{| V_{1} |}{a}

t_{1} = \frac{| V_{2} - V_{1} |}{a}

\begin{matrix} \cdot \\ \cdot \\ \cdot \end{matrix} . . . (18)

t_{N - 1} = \frac{| V_{N} - V_{N - 1} |}{a}

t_{N} = \frac{| V_{N} |}{a}

如果将式（18）代入表示坐标数据和加减速区间的约束条件的式（1）、式（2）、式（3）中，则能够得到下式（19）。由此，凸轮加速度的倒数必须满足下式（20）示出的全部约束条件。

[式19]

\frac{| V_{1} |}{a} + \frac{| V_{2} - V_{1} | / 2}{a} < X_{1}

\frac{| V_{i} - V_{i - 1} | / 2}{a} + \frac{| V_{i + 1} - V_{i} | / 2}{a} < X_{i} - X_{i - 1} . . . (19)

\frac{| V_{N} - V_{N - 1} | / 2}{a} + \frac{| V_{N} |}{a} < X_{N} - X_{N - 1}

[式20]

\frac{1}{a} < \frac{X_{1}}{| V_{1} | + \frac{| V_{2} - V_{1} |}{2}}

\frac{1}{a} < \frac{X_{i} - X_{i - 1}}{\frac{| V_{i} - V_{i - 1} |}{2} + \frac{| V_{i + 1} - V_{i} |}{2}} (i = 2,3, \cdot \cdot \cdot, N - 1) . . . (20)

\frac{1}{a} < \frac{X_{N} - X_{N - 1}}{\frac{| V_{N} - V_{N - 1} |}{2} + | V_{N} |}

如前所述，由于认为V_i和V_i’大致相等，因此如果将V_i＝V_i’代入式（20），则能够得到下式（21）。

[式21]

\frac{1}{a} < \frac{X_{1}}{| {V^{'}}_{1} | + \frac{| {V^{'}}_{2} - {V^{'}}_{1} |}{2}}

\frac{1}{a} < \frac{X_{i} - X_{i - 1}}{\frac{| {V^{'}}_{i} - {V^{'}}_{i - 1} |}{2} + \frac{| {V^{'}}_{i + 1} - {V^{'}}_{i}}{2}} (i = 2,3, \cdot \cdot \cdot, N - 1) . . . (21)

\frac{1}{a} < \frac{X_{N} - X_{N - 1}}{\frac{| {V^{'}}_{N} - {V^{'}}_{N - 1} |}{2} + | {V^{'}}_{N} |}

式（21）的各个右侧分别与式（15）的函数min的自变量相对应。因此，G是用于在各加减速区间中使凸轮加速度的绝对值均匀化的值，视为能够设定的凸轮加速度的绝对值的倒数的上限。对该上限乘以参数R（0﹤R﹤1）而得到的R×G也是用于使凸轮加速度的绝对值均匀化的值，可作为凸轮加速度的绝对值的倒数。将V_i＝V_i’代入式（18）中，并且，作为凸轮加速度的绝对值的倒数将1/a＝R×G代入后，成为式（6）。

例如，如果R增大，则根据式（16），加减速区间增大，因此，凸轮加速度及从轴电动机的加速度变小，与此相伴，驱动扭矩变小。另一方面，如果R减小，则加减速区间减小，因此凸轮加速度及从轴电动机的加速度变大，与此相伴，驱动扭矩变大。

如上所述，根据实施方式2，能够使用1个参数R自动计算使凸轮加速度大致均匀的加减速区间。另外，通过调整参数R的大小，从而能够调整该凸轮加速度的大小。因此，在按照电子凸轮曲线驱动从轴电动机时，能够简单地防止超过最大扭矩而对从轴电动机进行驱动的情况。

实施方式3

下面，使用图9至图11，对本发明的实施方式3进行说明。实施方式1、2的电子凸轮系统生成如下电子凸轮曲线，其波形为，对从轴位置关于主轴位置进行微分所得到的凸轮速度，在相邻区域的恒定的凸轮速度V_i、V_i＋1之间线性加速/减速。本实施方式的电子凸轮系统，按照将相邻区域的恒定凸轮速度之间以任意曲线单调增加或单调减少地进行连接的方式，生成电子凸轮曲线。在本实施方式中，对于按照将相邻区域的恒定凸轮速度之间以连续加速/减速的曲线连接的方式生成电子凸轮曲线的例子进行说明。本实施方式的电子凸轮系统，例如生成凸轮速度以呈S型曲线的方式加速/减速的电子凸轮曲线。

图9是表示实施方式3所涉及的电子凸轮系统的结构的图。对于图9的各结构要素中的实现与图1所示的实施方式1的电子凸轮系统相同功能的结构要素，标记相同的标号并省略重复的说明。

在本实施方式的电子凸轮系统中，取代电子凸轮控制装置1A而具有电子凸轮控制装置1C。电子凸轮控制装置1C与电子凸轮控制装置1A同样地，具有信息输入部11、电子凸轮曲线生成部12、电子凸轮曲线存储部13、主轴位置输入部14、从轴位置指令生成部15、及输出部16。

向本实施方式的信息输入部11输入坐标数据信息21、加减速区间信息22、S型区间信息24。另外，本实施方式的电子凸轮曲线生成部12使用坐标数据信息21、加减速区间信息22、及S型区间信息24，生成电子凸轮曲线。S型区间信息24是表示凸轮速度呈S型曲线的区间（S型区间）的信息，具有（N＋1）个表示S型区间的信息。

图10是表示实施方式3所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。向电子凸轮控制装置1C的信息输入部11输入坐标数据信息21、加减速区间信息22、及S型区间信息24（步骤ST20）。具体地说，将规定出主轴通过位置X_i时从轴应通过的位置Y_i的N个坐标数据（X₁，Y₁）、（X₂，X₂）、…、（X_N、Y_N），作为坐标数据信息21输入信息输入部11。这里的关于主轴位置的数据具有0﹤X₁﹤X₂﹤X₃﹤…﹤X_N的关系。另外，将作为基准的坐标数据设为坐标数据（X₀，Y₀）＝（0,0）。

另外，将表示凸轮速度达到恒定速度为止的区间长度的（N＋1）个加减速区间t₀、t₁、t₂、…、t_N，作为加减速区间信息22输入。并且，将表示在加减速区间中的开始时及结束时平滑地进行加减速的区间的（N＋1）个S型区间d₀、d₁、d₂、…d_N，作为S型区间信息24输入。这里的各S型区间d_i（i＝0，…，N）具有0≦d_i≦t_i/2的约束条件。

电子凸轮曲线生成部12使用加减速区间t_i、S型区间d_i，按照下式（22）、式（23），计算α_i、β_i（步骤ST21）。

[式22]

α_{i} = \frac{{3 t}_{i}^{2} - {6 d}_{i} t_{i} + {4 d}_{i}^{2}}{24 (t_{i} - d_{i})} . . . (22)

[式23]

β_{i} = \frac{{9 t}_{i}^{2} + {6 d}_{i} t_{i} - {4 d}_{i}^{2}}{24 (t_{i -} d_{i})} . . . (23)

然后，电子凸轮曲线生成部12进行步骤ST22、ST23的处理。另外，步骤ST22、ST23的处理与在实施方式1的图3中说明的步骤ST3、ST4的处理相同。

具体地说，电子凸轮曲线生成部12基于坐标数据信息21、加减速区间信息22、常数α_i、β_i，构成变量为各坐标区间的凸轮速度V_i（i＝1，2，…，N）的式（6）的N元联立一次方程式（步骤ST22）。

另外，如在实施方式1中说明所示，式（6）表示的方程式规定了以下条件，对于所输入的坐标（X_i，Y_i）（i＝1，2，…，N）和加减速区间t_i（i＝0，1，…，N），在加减速区间t_i的中点通过坐标（X_i，Y_i）（i＝1，2，…，N－1），在加减速区间tN结束时，通过（X_N，Y_N）。

电子凸轮曲线生成部12在构成式（6）的方程式之后，通过对式（6）的N元联立方程式进行求解，从而计算凸轮速度V_i（i＝1，2，…，N）（步骤ST23）。

并且，电子凸轮曲线生成部12基于计算出的凸轮速度V_i，按照下式（24－1）至式（24－16），计算与主轴位置X相对应的从轴位置Y（X）（步骤ST24）。

[式24－1]

0 \leq X \leq d_{0}

y (X) = \frac{V_{1}}{{6 t}_{0} (t_{0} - d_{0})} X^{3} . . . (24 - 1)

[式24－2]

d_{0} < X < t_{0} - d_{0}

y (X) = \frac{V_{1}}{{6 t}_{0} (t_{0} - d_{0})} ({3 X}^{2} - {3 d}_{0} X + {d_{0}}^{2}) . . . (24 - 2)

[式24－3]

d_{0} \leq X \leq t_{0}

y (X) = \frac{V_{1}}{{6 t}_{0} (t_{0} - d_{0})} {{- X}^{3} + {3 t}_{0} X^{2} + ({6 t}_{0} d_{0} - {6 d}_{0}^{2} - {3 t}_{0}^{2}) X + {t_{0}}^{3} - {3 d}_{0} {t_{0}}^{2} + {3 d}_{0}^{2} t_{0}} . . . (24 - 3)

[式24－4]

t_{1} < X < X_{1} - t_{1} / 2

y (X) = V_{1} X - \frac{1}{2} V_{1} t_{0} . . . (24 - 4)

[式24－5]

X_{1} - t_{1} / 2 \leq X \leq X_{1}

y (X) = \frac{V_{2} - V_{1}}{{6 d}_{1} (t_{1} - d_{1})} {X - (X_{1} - \frac{t_{1}}{2})}^{3} + V_{1} X - \frac{1}{2} V_{1} t_{0} . . . (24 - 5)

[式24－6]

在2≦i≦N时

X_{i - 1} \leq X \leq X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2 - d_{i - 1}

ξ = X - X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2

. . . (24 - 6)

y (X) = Y_{i - 1} - (α_{i - 1} + V_{i - 1} t_{i - 1} / 2) + \frac{V_{i} - V_{i - 1}}{6 (t_{i - 1} - d_{i - 1})} \cdot ({3 ξ}^{2} - {6 d}_{i - 1} ξ + {d_{i - 1}}^{2})

[式24－7]

X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2 - d_{i - 1} \leq X \leq X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2

ξ = X - X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2

y (X) = Y_{i - 1} - (α_{i - 1} + V_{i - 1} t_{i - 1} / 2)

+ \frac{V_{i} - V_{i - 1}}{{6 d}_{i - 1} (t_{i - 1} - d_{i - 1})} \cdot {{- ξ}^{3} + {3 t}_{i - 1} ξ^{2} + ({6 t}_{i - 1} d_{i - 1} - {6 d}_{i - 1}^{2} - {3 t}_{i - 1}^{2}) ξ + {t_{i - 1}}^{3} - {3 d}_{i - 1} {t_{i - 1}}^{2} + {3 d}_{i - 1}^{2} t_{i - 1}} . . . (24 - 7)

[式24－8]

X_{i - 1} + t_{i - 1} / 2 < X < X_{i} - t_{i} / 2

. . . (24 - 8)

y (X) = Y_{i - 1} + β_{i - 1} (V_{i} - V_{i - 1}) + V_{i - 1} t_{i - 1} / 2 + V_{i} (X - X_{i - 1} - t_{i - 1} / 2)

[式24－9]

X_{i} - t_{i} / 2 \leq X \leq X_{i} - t_{i} / 2 + d_{i}

ξ = X - X_{i} + t_{i} / 2

. . . (24 - 9)

y (X) = Y_{i} - (α_{i} + V_{i} t_{i} / 2) + \frac{V_{i + 1} - V_{i}}{{6 d}_{i} (t_{i} - d_{i})} \cdot ξ^{3}

[式24－10]

X_{i} - t_{i} / 2 + d_{i} \leq X \leq X_{i}

ξ = X - X_{i} + t_{i} / 2

. . . (24 - 10)

y (X) = Y_{i} - (α_{i} + V_{i} t_{i} / 2)

+ \frac{V_{i + 1} - V_{i}}{6 (t_{i} - d_{i})} \cdot ({3 ξ}^{2} - {3 d}_{i} ξ + {d_{i}}^{2})

[式24－11]

X_{N - 1} \leq X \leq X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2 - d_{N - 1}

ξ = X - X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2

. . . (24 - 11)

y (X) = Y_{N - 1} - (α_{N - 1} + V_{N - 1} t_{N - 1} / 2) + \frac{V_{N} - V_{N - 1}}{6 (t_{N - 1} - d_{N - 1})} \cdot ({3 ξ}^{2} - {3 d}_{N - 1} ξ + {d_{N - 1}}^{2})

[式24－12]

X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2 - d_{N - 1} \leq X \leq X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2

ξ = X - X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2

y (X) = Y_{N - 1} - (α_{N - 1} + V_{N - 1} t_{N - 1} / 2)

+ \frac{V_{N} - V_{N - 1}}{{6 d}_{N - 1} (t_{N - 1} - d_{N - 1})} \cdot {{- ξ}^{3} + {3 t}_{N - 1} ξ^{2} + ({6 t}_{N - 1} d_{N - 1} - {6 d}_{N - 1}^{2} - {3 t}_{N - 1}^{2}) ξ + {t_{N - 1}}^{3} - {3 d}_{N - 1} {t_{N - 1}}^{2} + {3 d}_{N - 1}^{2} t_{N - 1}} . . . (24 - 12)

[式24－13]

X_{N - 1} + t_{N - 1} / 2 < X < X_{N} - t_{N}

y (X) = Y_{N - 1} + β_{N - 1} (V_{N} - V_{N - 1}) + V_{N - 1} t_{N - 1} / 2 + V_{N} (X - X_{N - 1} - t_{N - 1} / 2) . . . (24 - 13)

[式24－14]

X_{N} - t_{N} \leq X \leq X_{N} - t_{N} + d_{N}

. . . (24 - 14)

ξ = X - X_{N} + t_{N}

y (X) = Y_{N} - V_{N} t_{N} / 2 + V_{N} ξ - \frac{V_{N}}{{6 d}_{N} (t_{N} - d_{N})} ξ^{3}

[式24－15]

X_{N} - t_{N} + d_{N} \leq X \leq X_{N} - d_{N}

. . . (24 - 15)

ξ = X - X_{N} + t_{N}

y (X) = Y_{N} - V_{N} t_{N} / 2 + V_{N} ξ - \frac{V_{N}}{6 (t_{N} - d_{N})} \cdot ({3 ξ}^{2} - {3 d}_{N} ξ + {d_{N}}^{2})

[式24－16]

X_{N} - d_{N} \leq X \leq X_{N}

ξ = X - X_{N} + t_{N}

y (X) = Y_{N} - V_{N} t_{N} / 2 + V_{N} ξ

- \frac{V_{N}}{{6 d}_{N} (t_{N} - d_{N})} \cdot {{- ξ}^{3} + {3 t}_{N} ξ^{2} + ({6 t}_{N} d_{N} - {6 d}_{N}^{2} - {3 t}_{N}^{2}) ξ + {t_{N}}^{3} - {3 d}_{N} {T_{N}}^{2} + {3 d}_{N}^{2} T_{N}} . . . (24 - 16)

下面，对本实施方式的效果进行说明。图11是表示实施方式3所涉及的电子凸轮曲线的图。在图11中示出按照图10的流程图生成电子凸轮曲线的情况下，电子凸轮曲线（上层的波形）、对电子凸轮曲线关于主轴位置进行微分所得到的凸轮速度的近似形状（中层的波形）、及对凸轮速度关于主轴位置进行微分所得到的凸轮加速度的近似形状（下层的波形）之间的关系。

在图11的上层所示的曲线图中，横轴为主轴位置，纵轴为从轴位置。并且，通过坐标（X₀，Y₀）至（X₃，Y₃）的波形为电子凸轮曲线。另外，在图11的中层侧示出的曲线图中，横轴为主轴位置，纵轴为凸轮速度。另外，在图11的下层侧示出的曲线图中，横轴为主轴位置，纵轴为凸轮加速度。

本实施方式的凸轮速度具有：恒定的凸轮速度Vi；相对于相邻的恒定的凸轮速度单调增加或者单调减少的单调加减速度；以及相对于主轴位置的增加，以呈S型曲线的方式加速/减速的S型变化速度。换言之，凸轮速度的波形具有：在每个作为指定坐标间的区域中分别成为恒定的凸轮速度的区间；单调加减速区间；以及S型变化速度。并且，单调加减速区间是在相邻的区域间单调增加或者单调减少而加速/减速的区间，并且配置在成为所述恒定的凸轮速度的区间之间。另外，S型变化速度以相对于主轴位置的增加而呈S型曲线的方式加速/减速，并且以将成为所述恒定的凸轮速度的区间和所述单调加减速区间连接的方式配置。

电子凸轮曲线按照下述方式生成，即，加速/减速的区间的长度为t_i（i＝1，2，…，N），在其中间通过指定坐标（X_i，Y_i）（i＝1，2，…，N－1），且在加速结束时通过（X_N，Y_N）。

另外，本实施方式的电子凸轮曲线，在加减速区间t_i的开始和结束（区间的端部）处设有S型区间d_i，在S型区间中，加速/减速变得平缓。S型区间为0的实施方式1、2的凸轮加速度的波形为矩形。另一方面，在本实施方式中，由于在凸轮速度中设置S型区间，因此，电子凸轮曲线的凸轮加速度的波形，在加减速区间中形成为梯形的波形。

在本实施方式中，由于以使恒定的凸轮速度V_i、V_i＋1之间以S型单调增加或单调减少的方式，将恒定的凸轮速度V_i、V_i＋1之间连接，因此，具有与实施方式1相同的效果。另外，在本实施方式中，由于凸轮速度的波形不是直线，而是以呈S型曲线的方式加减速，因此，驱动所需的加速度和扭矩变得平滑，具有进一步减小由从轴电动机驱动的机械的冲击的效果。

另外，本实施方式中使用的式（24－1）至式（24－16）是通过与实施方式1相同的步骤导出的。即，通过所输入的坐标数据、加减速区间、S型区间、及根据式（6）计算出的恒定的凸轮速度V_i，计算表示整体的凸轮速度的算式。并且，通过对表示整体的凸轮速度的算式进行一次积分，得到电子凸轮曲线。

另外，在本实施方式中，对于直接输入加减速区间t_i的例子进行了说明，但也可以如在实施方式2中说明所示，输入参数R，使用参数R自动确定加减速区间。在该情况下，也可以以与加减速区间t_i的大小相对应的比例设定S型区间d_i。换言之，可以输入用于指定S型区间的信息即参数r（0≦r≦1），以d_i＝r/2×t_i（i＝1，2，…，N）的方式设定S型区间。由此，能够自动计算使凸轮速度大致均匀的加减速区间，且能够得到凸轮速度平滑的凸轮曲线。

如上所述，根据实施方式3，由于凸轮速度的波形在加减速区间的端部以呈S型曲线的方式加减速，因此，驱动所需的加速度和扭矩变得平滑，能够减小由从轴电动机驱动的机械的冲击。

实施方式4

下面，使用图12及图13，对本发明的实施方式4进行说明。实施方式4的电子凸轮系统为，在相邻的指定坐标的从轴位置相同的情况下，在该指定坐标的前后，对坐标数据进行分割。换言之，在相邻的指定坐标的从轴位置相同的情况下，电子凸轮曲线生成部12在相邻的指定坐标的前后，对规定出电子凸轮曲线的坐标区域进行分割。

并且，电子凸轮曲线生成部12针对分割后的各坐标数据，生成电子凸轮曲线。此时，电子凸轮曲线生成部12针对相邻的指定坐标的从轴位置相同的区域，生成从轴位置为相同的值的电子凸轮曲线。并且，电子凸轮曲线生成部12通过将生成的电子凸轮曲线连结，从而生成对应于全部坐标数据的电子凸轮曲线。由此，实施方式4的电子凸轮系统生成能够使从轴位置保持停止的电子凸轮曲线。

另外，本实施方式的电子凸轮系统具有与实施方式1至3的电子凸轮系统相同的结构，因此，在这里省略其说明。下面，对于电子凸轮控制装置1A生成本实施方式的电子凸轮曲线的情况下的生成处理步骤进行说明。

图12是表示实施方式4所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。向电子凸轮控制装置1A的信息输入部11输入坐标数据信息21和加减速区间信息22（步骤ST30）。具体地说，向信息输入部11输入N个坐标数据及（N＋1）个加减速区间。

另外，也可以取代（N＋1）个加减速区间信息22而输入在实施方式2中说明的参数R。另外，也可以在坐标数据信息21及加减速区间信息22的基础上，输入在实施方式3中说明的（N＋1）个S型区间信息24，也可以作为S型区间信息而输入用于确定S型区间的参数r。

电子凸轮曲线生成部12进行计算处理所需的变量k及变量i的初始化。具体地说，电子凸轮曲线生成部12设定变量k＝0，变量i＝1（步骤ST31）。

然后，电子凸轮曲线生成部12对表示从轴位置的坐标数据Y_i是否与相邻的坐标数据Y_i－1相等进行检测。换言之，电子凸轮曲线生成部12对Y_i＝Y_i－1是否成立进行判定（步骤ST32）。如果所输入的坐标数据中，相邻的从轴位置彼此相等（步骤ST32为“是”），则电子凸轮曲线生成部12计算电子凸轮曲线的一部分即电子凸轮曲线w（X）（步骤ST33）。在这里，w（X）表示与主轴位置X相对应的从轴位置。

具体地说，电子凸轮曲线生成部12以通过坐标数据（X_k＋1－X_k，Y_k＋1－Y_k）、（X_k＋2－X_k，Y_k＋2－Y_k）、…，（X_i－1－X_k，Y_i－1－Y_k）的方式，使用坐标数据（X_k＋1－X_k，Y_k＋1－Y_k）、（X_k＋2－X_k，Y_k＋ ₂－Y_k）、…，（X_i－1－X_k，Y_i－1－Y_k）及加减速区间t_k、t_k＋1、…、t_i－1，计算电子凸轮曲线w（X）。此时，电子凸轮曲线生成部12通过在实施方式1中说明的步骤ST2至ST5等的处理，计算电子凸轮曲线w（X）。

另外，在本实施方式中，使用从坐标数据（X_k，Y_k）至（X_i－1，Y_i－1）中分别减去（X_k，Y_k）得到的数据，计算电子凸轮曲线w（X）。其相当于，与在实施方式1、2、3中，以（0，0）为基准计算电子凸轮曲线的情况相对，在本实施方式中，以相邻的从轴位置相等的坐标数据（X_k，Y_k）为基准计算电子凸轮曲线。此外，由于电子凸轮曲线w（X）通过（X_i－1－X_k，Y_i－1－Y_k），因此下式（25）成立。

[式25]

w(X_i-l-X_k)=Y_i-1-Y_k ...(25)

电子凸轮曲线生成部12使用下式（26），计算通过N个坐标数据的电子凸轮曲线Y（X）中的、与主轴位置X_k≦X≦X_i相对应的部分（步骤ST34）。

[式26]

X_k≤X≤X_i-1时 y(X)＝w(X-X_k)+Y_k ...(26)

X_i-1＜X≤X_i时y(X)=Y_i

这里的电子凸轮曲线生成部12通过在电子凸轮曲线w（X）中加上在步骤ST33中减去的作为基准的坐标数据（X_k，Y_k），而计算电子凸轮曲线。

然后，电子凸轮曲线生成部12将i代入变量k（步骤ST35）。随后，电子凸轮曲线生成部12使变量i增加＋1（i＝i＋1）（步骤ST36）。

另一方面，如果Y_i＝Y_i－1不成立（步骤ST32为“否”），则电子凸轮曲线生成部12不计算电子凸轮曲线w（X），而使变量i增加＋1（i＝i＋1）（步骤ST36）。

在i＝i＋1后，电子凸轮曲线生成部12对变量i是否等于N进行判定（步骤ST37）。如果变量i不等于N（如果i＜N）（步骤ST37为“否”），则电子凸轮曲线生成部12再次执行步骤ST32至ST36的处理。

另一方面，如果变量i等于N（步骤ST37为“是”），则电子凸轮曲线生成部12对变量k是否等于0进行判定（步骤ST38）。k＝0成立，表示在步骤ST32的处理中，相邻的从轴位置的坐标均不相等。在k＝0成立的情况下（步骤ST38，是），电子凸轮曲线生成部12根据全部坐标数据（X₁，Y₁）…（X_N，Y_N），生成整体的电子凸轮曲线（步骤ST39）。具体如在实施方式1至3中说明所示。

另一方面，在k＝0不成立的情况下（步骤ST38为“否”），转入步骤ST40。在步骤ST40中，由（X_k＋1-X_k，Y_k＋1-Y_k）、（X_k _＋2-X_k，Y_k＋2-Y_k）、…、（X_N-X_k，Y_N-Y_k），生成与主轴位置0≦X≦X_N－Y_N相对应的电子凸轮曲线w（X）。

然后，在步骤ST41中，使用在步骤ST39中计算出的电子凸轮曲线，由

y＝w(X-X_k)+Y_k

构成与X_K≦X≦X_N相对应的电子凸轮曲线，电子凸轮曲线的生成处理结束。

下面，针对本实施方式的效果进行说明。图13是表示实施方式4所涉及的电子凸轮曲线的图。在图13中，示出按照图12的流程图生成电子凸轮曲线的情况下，电子凸轮曲线（上层的波形）、将电子凸轮曲线关于主轴位置进行微分得到的凸轮速度的近似形状（中层的波形）之间的关系。

在图13中，对于所输入的坐标数据中的从轴位置，假定为Y₃＝Y₄。按照图12的流程图，通过步骤ST33、ST34，由（X₁，Y₁）、（X₂，Y₂）、（X₃，Y₃）构成一条电子凸轮曲线，通过步骤ST40、ST41，由（X₄，Y₄）、（X₅，Y₅）、（X₆，Y₆）构成其他的电子凸轮曲线。并且，与从轴位置相等的坐标间即X₃≦X≦X₄相对应，在步骤ST34的X_i－1≦X≦X_i的情况下，构成从轴位置始终为Y₃＝Y₄的另外的电子凸轮曲线。并且，作为整体的电子凸轮曲线，计算将上述整体结合而成的电子凸轮曲线。如果电子凸轮曲线为上述结构，则在主轴位置X为X₃≦X≦X₄的情况下，能够得到即使主轴位置X在上述范围中移动，从轴位置也不变的电子凸轮曲线。

换言之，通过输入相邻的指定坐标的从轴位置相等的数据，能够在主轴位置位于规定的指定坐标间（在图12中为X₃≦X≦X₄）的情况下，得到可以使从轴位置保持停止的电子凸轮曲线。因此，能够容易地得到指定了使从轴位置停止的区间的电子凸轮曲线。

如上所述，根据实施方式4，在实施方式1、2、3的效果的基础上，在表示从轴位置的坐标数据Y_i、Y_i－1相等的情况下，由于在该坐标数据的前后对坐标数据进行分割，并与分割后的坐标数据相对应，生成各电子凸轮曲线并将它们结合，因此能够得到可以使从轴位置保持停止的电子凸轮曲线。

在以下说明的应用例子中，具有上述性质的电子凸轮曲线的效果得到充分发挥。考虑在液体填充机中使用电子凸轮控制的情况，该液体填充机具有下述两个驱动轴：一个驱动轴通过使输送部动作，而将以一定间隔配置的瓶子输送至喷嘴的正下方；另一个驱动轴驱动用于将喷嘴按压至置于其正下方的瓶子处、并在注入液体后将喷嘴抬起的动作，该液体充填机使用一个喷嘴，依次向多个瓶子中注入液体。

由于控制喷嘴的上下动作的驱动轴的动作必须与控制输送部的驱动轴的动作同步，因此，将控制输送部的驱动轴设为主轴，将控制喷嘴的上下动作的轴设为从轴，进行电子凸轮控制。此时，如果在瓶子移动至喷嘴的正下方之前按压喷嘴，则液体会洒落，因此，希望使喷嘴上下移动的轴保持停止状态，直到控制输送部的轴从瓶子正下方之前的位置移动至瓶子正下方的位置为止。

使用本实施方式所涉及的电子凸轮控制装置，如果将瓶子正下方之前的位置设为X_i－1，将瓶子正下方的位置设为X_i，并设定喷嘴上升至正上方的位置＝Y_i＝Y_i－1，则在主轴位置位于某个范围的期间（即，从瓶子正下方之前的位置至瓶子正下方位置的范围），从轴能够维持静止的状态，因此，具有不会使液体洒落，能够实现填充动作的效果。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的电子凸轮控制装置及电子凸轮曲线生成方法，适合于生成使从轴的加速度收到抑制的电子凸轮曲线。

标号的说明

1A至1C电子凸轮控制装置

2从轴位置指令

3伺服放大器

5伺服电动机

8负载机械

11信息输入部

12电子凸轮曲线生成部

13电子凸轮曲线存储部

14主轴位置输入部

15从轴位置指令生成部

16输出部

21坐标数据信息

22加减速区间信息

24S型区间信息

R参数

Claims

1.一种电子凸轮控制装置，其特征在于，具有：

输入部，其输入规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标；

电子凸轮曲线生成部，其以通过所述多个指定坐标的方式，生成以曲线表示所述主轴位置和所述从轴位置的关系的电子凸轮曲线；以及

输出部，其将与所述主轴位置相对应的从轴位置，输出作为遵循所述电子凸轮曲线的对外部装置的位置指令、即从轴位置指令，

所述电子凸轮曲线生成部生成所述电子凸轮曲线，使得对所述电子凸轮曲线关于所述主轴位置进行微分得到的凸轮速度的波形，具有在每个作为所述指定坐标间的区域中分别成为恒定的凸轮速度的区间，并且具有单调加减速区间，该单调加减速区间为在相邻的区域间通过单调增加或单调减少进行加速/减速而将成为所述恒定的凸轮速度的区间之间连接的区间。

2.根据权利要求1所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部以所述凸轮速度的波形构成为在所述单调加减速区间中线性加速/减速的方式，生成所述电子凸轮曲线。

3.根据权利要求1或2所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

还向所述输入部输入用于指定所述单调加减速区间的区间长度的信息，

所述电子凸轮曲线生成部基于所述多个指定坐标和所述单调加减速区间的区间长度，以所述指定坐标处的凸轮速度通过所述单调加减速区间的任意中途点的方式，生成所述电子凸轮曲线。

4.根据权利要求3所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部使用坐标数据和加减速区间的信息，构成表示通过所述坐标数据并以所述恒定的凸轮速度作为未知数的方程式，通过对所述方程式进行求解，从而计算所述恒定的凸轮速度。

5.根据权利要求1所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部以所述凸轮速度的波形构成为在所述单调加减速区间中以S型加速/减速的方式，生成所述电子凸轮曲线。

6.根据权利要求5所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

还向所述输入部输入所述单调加减速区间的区间长度、和指定所述S型加速/减速的S型区间的区间长度的信息，

所述电子凸轮曲线生成部基于所述多个指定坐标、所述单调加减速区间的区间长度、及所述S型区间的区间长度，以所述指定坐标处的凸轮速度通过所述单调加减速区间的任意中途点的方式，生成所述电子凸轮曲线。

7.根据权利要求6所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部使用坐标数据、加减速区间的信息、及所述S型区间的信息，构成表示通过所述坐标数据并以所述恒定的凸轮速度作为未知数的方程式，通过对所述方程式进行求解，从而计算所述恒定的凸轮速度。

8.根据权利要求1、2、4至7中任一项所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部以使得对所述凸轮速度关于所述主轴位置进行微分得到的凸轮加速度的大小，在所述单调加减速区间中均匀化的方式，生成所述电子凸轮曲线。

9.根据权利要求8所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部以与两种情况下的凸轮速度之差的绝对值成正比的方式，设定所述单调加减速区间，其中，所述两种情况是指：所述单调加减速区间将第1指定坐标间以直线连接的情况；以及所述单调加减速区间将与所述第1指定坐标间相邻的第2指定坐标间以直线连接的情况。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部以所述凸轮速度在初始的指定坐标和最后的指定坐标处为0的方式，生成所述电子凸轮曲线。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电子凸轮控制装置，其特征在于，

所述电子凸轮曲线生成部在相邻的指定坐标的从轴位置相同的情况下，在该指定坐标的前后对用于规定所述电子凸轮曲线的坐标区域进行分割，与分割后的各坐标区域相对应，生成各自的电子凸轮曲线，并且，对于相邻的指定坐标的从轴位置相同的坐标区域，生成从轴位置为相同值的电子凸轮曲线，通过将与各坐标区域相对应而生成的电子凸轮曲线连结，从而生成与全部坐标数据相对应的电子凸轮曲线。

12.一种电子凸轮曲线生成方法，其特征在于，

包含：

输入步骤，在该步骤中，输入规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标；以及

电子凸轮曲线生成步骤，在该步骤中，以通过所述多个指定坐标的方式，生成以曲线表示所述主轴位置和所述从轴位置的关系的电子凸轮曲线，

在生成所述电子凸轮曲线时，以如下方式生成所述电子凸轮曲线，

即，使得将所述电子凸轮曲线关于所述主轴位置进行微分得到的凸轮速度的波形，具有在每个作为所述指定坐标间的区域中分别成为恒定的凸轮速度的区间，并且具有单调加减速区间，该单调加减速区间为在相邻的区域间通过单调增加或单调减少进行加速/减速而将成为所述恒定的凸轮速度的区间之间连接的区间。