CN105308526B - 指令生成装置 - Google Patents

Abstract

为了不需要复杂的运算，且对定位控制中的机械的振动进行抑制，并且缩短动作时间，指令生成装置(10)所具有的指令解析部(11)及基准指令生成部(12)进行协同动作，生成基准指令，该基准指令用于以与由从外部输入的指令参数所指示的加速度(A)相比较大的加速度(A’)使电动机(1)进行加速，使电动机(1)以由指令参数所指示的移动距离进行驱动。指令生成装置(10)所具有的减振指令生成部(13)通过使基准指令中的一部分延迟与机械(2)的振动周期(Td)相应的时间，从而生成针对电动机(1)的动作指令。

Description

指令生成装置

技术领域

本发明涉及一种指令生成装置，该指令生成装置生成使电动机进行驱动的动作指令。

背景技术

为了对各种工业用机械(例如电子部件安装机、工业用机器人、工作机械等)进行定位控制，使用指令生成装置。指令生成装置生成使与机械连接的电动机进行动作的动作指令。关于定位控制，要求机械无振动、且机械准确地定位于所期望的位置。

但是，在机械具有臂状的形状、或者经由减速机构或刚性较低的轴而对机械进行驱动等机械系统的刚性较低的情况下，机械前端的动作与电动机的动作之间产生差异。另外，在机械系统停止时等动作变化时，有时产生由机械系统的低刚性引起的振动。

针对机械发生振动这一问题，在专利文献1中公开了使用减振滤波器的技术。根据专利文献1，指令生成装置具有减振滤波器。在减振滤波器中预先设定作为驱动对象的机械的振动周期。减振滤波器通过对基准指令、和使基准指令延迟振动周期的半个周期后的指令进行合成，从而生成动作指令。根据专利文献1，由于该减振滤波器能够对基准指令所包含的频率成分中的、驱动对象机械的振动频率成分(振动周期的倒数)进行去除，因此机械不会发生振动，实现准确的定位控制。

另外，专利文献2中记载的指令生成装置将增益与对时间宽度和振幅进行标准化而得到的两个基本波形各自相乘。然后，指令生成装置通过使与增益相乘后的两个基本波形中的一个基本波形延迟并从另一个基本波形中减去，从而生成动作指令。该指令生成装置针对所述一个基本波形的时间宽度小于所述另一个基本波形的时间宽度、且将两个基本波形分别作为输入的二阶传递特性的输出波形，以使振幅和相位彼此一致的方式，对延迟时间及各自的增益进行运算。根据专利文献2，通过以上述方式构成，从而能够生成下述指令，即，在不会使指令动作时间增大的条件下对机械的振动进行抑制。

专利文献1：日本特开平5－108165号公报

专利文献2：日本特开2011－60044号公报

发明内容

但是，根据专利文献1中记载的技术，由于动作指令包含延迟了振动周期的半个周期后的基准指令，因此直至机械前端的定位完成为止所花费的时间(动作时间)变长。

另外，根据专利文献2中记载的技术，由于需要针对两个基本波形各自对二阶传递特性的输出进行运算，因此用于生成动作指令的计算时间变长。其结果，从定位控制启动至动作指令输出为止的时间变长。另外，根据专利文献2中记载的技术，指令生成装置需要具备大容量存储器，该大容量存储器对运算出的二阶传递特性的输出进行存储。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种指令生成装置，该指令生成装置不需要复杂的运算，且能够对定位控制中的机械的振动进行抑制，并且缩短动作时间。

为了解决上述课题，实现目的，本发明的指令生成装置的特征在于，具有：第1生成部，其被输入包含表示第1加速度的加速度信息和表示移动距离的移动距离信息在内的指令参数，生成预先确定的形状的基准指令，该基准指令用于以大于所述第1加速度的第2加速度使电动机进行加速，使电动机以所述移动距离进行驱动；以及第2生成部，其通过使所述基准指令中的一部分延迟与机械的振动周期相应的时间，从而生成针对电动机的动作指令。

发明的效果

由于本发明所涉及的指令生成装置通过使基准指令的一部分延迟与机械的振动周期相应的时间，从而生成动作指令，因此不需要复杂的运算，且能够对定位控制中的机械的振动进行抑制，并且缩短动作时间，其中，该基准指令具有与由指令参数所表示的加速度相比较大的加速度。

附图说明

图1是表示指令生成装置的结构的图。

图2是说明实施方式的基准指令的图。

图3是表示减振指令生成部的具体的结构例的图。

图4是说明指令解析部的动作的流程图。

图5是说明动作指令的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明所涉及的指令生成装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限定于本实施方式。

实施方式

图1是表示本发明的实施方式的指令生成装置的结构的图。

减振参数及指令参数从外部被输入至指令生成装置10。指令生成装置10基于输入的减振参数及指令参数而生成动作指令，将生成的动作指令向驱动控制部3输入。

驱动控制部3例如是伺服放大器，产生电动机1的驱动电流。电动机1由来自驱动控制部3的驱动电流进行驱动，产生驱动机械2的扭矩。电动机1具有对电动机1的当前状态值(当前位置或当前速度)进行检测的编码器(未图示)。由编码器检测出的当前状态值被输入至驱动控制部3。驱动控制部3以使当前状态值所表示的电动机1的位置或速度追随于由动作指令所指示的位置或速度的方式，对向电动机1供给的驱动电流进行控制。

减振参数包含由电动机1驱动的机械2的振动周期Td及振动周期Td的振动的衰减量G(0＜G＜1.0)。衰减量G是下述参数，即，机械2的振动周期Td的振动的衰减速度越大，则设定越小的值。

此外，动作指令可以是对电动机1的位置或速度进行指示的指令，也可以是对机械2的定位对象部位的位置或速度进行指示的指令。在这里，假设动作指令是对电动机1的速度进行指示的指令而进行说明。在动作指令是对机械2的定位对象部位的位置或速度进行指示的指令的情况下，例如也可以在机械2中的定位对象部位处配置对位置或速度进行检测的传感器，驱动控制部3将通过该传感器而检测出的检测值作为当前状态值进行使用。另外，也可以构成为，动作指令是对电动机1的定位对象部位的位置或速度进行指示的指令，驱动控制部3基于通过所述传感器而检测出的检测值，对电动机1的当前位置或当前速度进行运算。

在指令生成装置10中，基于指令参数而生成具有比较简单的形状的波形的基准指令，然后，将基准指令加工为考虑到了降低振动的动作指令。基准指令与动作指令同样地，可以是对电动机1的位置或速度进行指示的指令，也可以是对机械2的定位对象部位的位置或速度进行指示的指令。在这里，作为一个例子，假设基准指令是对电动机1的速度进行指示的指令。以时间对基准指令进行积分而得到的值相当于移动距离。使用将大于或等于1个数值信息作为变量的指令模式(pattern)而生成基准指令。指令参数是代入至指令模式所具有的变量中的具体的数值或为了导出具体的数值而所需的信息。

另外，假设指令模式是以恒定的正的加速度进行加速并以将该加速度的符号反转而得到的负的加速度进行加速的模式，具有梯形或者三角形的形状。另外，指令模式例如具有加速度、加速时间、和匀速时间而作为变量。匀速时间是指梯形的基准指令中的速度保持恒定的部分的时间(匀速区间的时间)。另外，加速时间是指梯形或三角形的基准指令中的以正的加速度进行加速的时间(加速区间的时间)。此外，在这里，假设加速区间的时间、和以负的加速度进行加速的时间(减速区间的时间)相等而进行说明。由于基准指令的波形是将具体的数值代入指令模式的变量中而生成的，因此，在这里，是指三角形形状的波形(即按照加速区间和减速区间的顺序而具有这二者的波形)，或者梯形形状的波形(即按照加速区间、匀速区间和减速区间的顺序而具有这三者的波形)中的某一个。

指令参数例如包含移动距离S、移动速度V、以及加速时间Ta。移动距离S是表示电动机1的移动距离的移动距离信息。指令参数所包含的移动速度V及加速时间Ta作为表示第1加速度(后述的加速度A)的信息(加速度信息)进行使用。此外，指令参数也可以包含加速度A本身而作为加速度信息。另外，关于移动距离信息，只要是用于导出移动距离S的信息，则也可以不是移动距离S本身。

在这里，说明与本发明的实施方式进行比较的技术(以下称为对比例)。根据对比例，能够使用从外部输入的指令参数而直接导出基准指令。

根据对比例，首先，根据下面式(1)，运算出加速度A(第1加速度)。

A＝V/Ta (1)

然后，将三角形应用于基准指令的形状，根据下面式(2)，运算出应用了移动速度V及加速时间Ta的情况下的移动距离Sa。

Sa＝A×Ta² (2)

然后，对S和Sa进行比较，在S＞Sa的关系成立的情况下，基准指令的形状确定为梯形。然后，根据下面式(3)，运算出在基准指令的形状为梯形的情况下的匀速时间Tc。

Tc＝S/V-Ta (3)

在S≤Sa的关系成立的情况下，基准指令的形状确定为三角形。在基准指令的形状为三角形的情况下，根据下面式(4)、(5)，运算出用于移动出移动距离S的加速时间Tb及移动速度Vb。

Tb＝sqrt(S/A) (4)

Vb＝A×Tb (5)

此外，移动速度Vb≤移动速度V的关系成立。即，在基准指令的形状为三角形的情况下，在电动机1的速度达到移动速度V之前开始减速。

根据对比例，将由式(1)运算出的加速度A、由式(3)运算出的匀速时间Tc、以及由式(4)运算出的加速时间Tb代入指令模式的变量中。

本发明的实施方式的指令生成装置10具有指令解析部11、基准指令生成部12以及减振指令生成部13。

指令解析部11以使基准指令的加速度成为与对比例所涉及的加速度A(第1加速度)相比较大的第2加速度的方式，对指令参数进行修正。然后，指令解析部11将修正后的指令参数输入至基准指令生成部12。例如，指令解析部11将记述在指令参数中的加速时间Ta修正为更小的值。在这里，作为一个例子，指令解析部11将减振参数所包含的衰减量G与加速时间Ta相乘所得到的值作为修正后的加速时间(加速时间Ta’)。即，第2加速度等于加速度A除以衰减量G而得到的值A’。

基准指令生成部12预先存储有指令模式。基准指令生成部12通过使用由指令解析部11修正后的指令参数，进行与式(1)～(5)所示的运算等同的运算，从而计算出代入至指令模式的变量中的具体数值。然后，基准指令生成部12通过将计算出的具体数值代入至指令模式的变量中，从而生成基准指令。

即，指令解析部11及基准指令生成部12进行协同动作而作为第1生成部起作用，该第1生成部生成基准指令，该基准指令以与从外部输入的指令参数所表示的第1加速度相比较大的第2加速度使电动机1加速。

图2是说明由基准指令生成部12生成的基准指令(实施方式的基准指令)的图。如图所示，实施方式的基准指令与对比例的基准指令相比，加速时间缩短。其结果，通过实施方式的基准指令而实现的加速度大于通过对比例的基准指令而实现的加速度。由于上述2个基准指令以使积分值(即面积)等于移动距离S的方式而生成，因此实施方式的基准指令与对比例的基准指令相比，指令的结束时间缩短。

基准指令和减振参数被输入至减振指令生成部(第2生成部)13。减振指令生成部13通过使基准指令中的一部分延迟与振动周期Td相应的时间，从而生成动作指令。此外，所延迟的时间例如为振动周期Td的半个周期的时间的奇数倍。由此，生成对机械2所产生的振动周期Td的振动进行抑制的动作指令。在这里，为了使动作时间尽可能小，假设所延迟的时间为振动周期Td的半个周期的时间。

图3是表示减振指令生成部13的具体结构例的图。减振指令生成部13具有第1增益乘法部131、第2增益乘法部132、延迟部133、以及加法部134。

减振参数中的衰减量G、和基准指令被输入至第1增益乘法部131及第2增益乘法部132。第1增益乘法部131将衰减量G与基准指令相乘，将通过相乘而得到的指令(第1指令)作为分割后第1指令而输出。第2增益乘法部132将(1－G)与基准指令相乘，将通过相乘而得到的指令(第2指令)输入至延迟部133。

减振参数中的振动周期Td被输入至延迟部133。延迟部133使由第2增益乘法部132输入的指令以振动周期Td的半个周期的时间(即Td/2)进行延迟，作为分割后第2指令而输出。

加法部134将分割后第1指令和分割后第2指令相加(合成)，将通过相加而得到的指令作为动作指令而输出。

图4是说明指令解析部11的动作的流程图。首先，指令解析部11对外部的指令参数的输入进行接收(步骤S 1)。然后，指令解析部11对将衰减量G与加速时间Ta相乘而得到的加速时间Ta’是否小于Td/2进行判定(步骤S2)。

在加速时间Ta’小于Td/2的情况下(步骤S2、Yes)，指令解析部11基于式(1)，对加速度A进行运算，将加速度A除以衰减量G而运算出第2加速度即加速度A’，对加速度A’是否小于容许加速度设定值Amax进行判定(步骤S3)。容许加速度设定值Amax是所容许的最大加速度，例如预先设定于指令解析部11中。容许加速度设定值Amax也可以记述在指令参数中而输入至指令解析部11。容许加速度设定值Amax是任意的设定值。例如，容许加速度设定值Amax也可以设定为机械2能够承受的加速度或由电动机1的规格而确定的容许加速度中的较小的值。

在加速度A’小于容许加速度设定值Amax的情况下(步骤S3、Yes)，指令解析部11将指令参数所包含的信息中的加速时间Ta修正为加速时间Ta’(步骤S4)。然后，指令解析部11输出修正后的指令参数(步骤S5)，结束动作。

在加速时间Ta’大于Td/2的情况下(步骤S2、No)或者加速度A’大于容许加速度设定值Amax的情况下(步骤S3、No)，指令解析部11执行步骤S5的处理。

图5是说明由指令生成装置10所生成的动作指令的图。上边的图表示出基于对比例的基准指令而生成的动作指令，下边的图表示出基于实施方式的基准指令而生成的动作指令。另外，在各个图表中，为了进行参考，示出基于各个基准指令而生成的分割后第1指令及分割后第2指令。细实线表示基准指令，单点划线表示分割后第1指令，双点划线表示分割后第2指令，粗实线表示动作指令。根据实施方式，与对比例相比缩短了加速时间的结果是，与对比例相比缩短了动作时间。

此外，如果将加速时间Ta修正为加速时间Ta’，则基准指令的加速度A修正为加速度A的(1/G)倍的值、即加速度A’。然后，通过减振指令生成部13的内部处理而生成的分割后第1指令的加速度为A，分割后第2指令的加速度为(A’－A)。在这里，在即便加速时间Ta’大于Td/2的情况下(步骤S2、No)仍将加速时间Ta修正为加速时间Ta’的情况下，产生分割后第1指令的加速定时和分割后第2指令的加速定时相重叠的期间。在2个加速定时重叠的期间，动作指令的加速度为大于加速度A的加速度A’。在实施方式中，由于在加速时间Ta’小于Td/2的情况下将加速时间Ta修正为加速时间Ta’，在加速时间Ta’大于Td/2的情况下不对加速时间Ta进行修正，因此在产生分割后第1指令的加速定时和分割后第2指令的加速定时相重叠的期间的情况下，不对加速时间Ta进行修正。

在加速时间Ta’大于Td/2的情况下(步骤S2、No)，分割后第1指令的加速度为(A×G)，分割后第2指令的加速度为{A×(1－G)}。因此，在产生分割后第1指令的加速定时和分割后第2指令的加速定时相重叠的期间的情况下，该期间内的动作指令的加速度与加速度A一致。即，不论是加速时间Ta’大于Td/2的情况，还是加速时间Ta’不大于Td/2的情况，动作指令均不会超过加速度A。

如上所述，通过动作指令而实现的最大加速度不会超过加速度A。因此，根据实施方式，即使在用户基于某种理由而设定了第1加速度的情况下，也能够以电动机1的加速度不超过该第1加速度的方式驱动电动机1。

另外，根据实施方式，在第2加速度即加速度A’小于容许加速度设定值Amax的情况下(步骤S3、Yes)，对加速时间Ta进行修正，在加速度A’大于容许加速度设定值Amax的情况下(步骤S3、No)，不对加速时间Ta进行修正。由此，能够使动作指令的加速度尽可能不超过容许加速度设定值Amax。

此外，指令生成装置10所具有的各个结构要素(指令解析部11、基准指令生成部12、减振指令生成部13、以及构成减振指令生成部13的第1增益乘法部131、第2增益乘法部132、延迟部133及加法部134)中的一部分或者全部可以由专用的硬件实现，也可以由软件实现。由软件实现是指，在具有运算装置及存储装置(存储器)的计算机中，将与结构要素相对应的程序模块预先储存在存储装置中，通过由运算装置执行储存在该存储装置中的程序模块，从而实现该结构要素的功能。

如上所述，根据本发明的实施方式，指令解析部11及基准指令生成部12进行协同动作，生成基准指令，该基准指令用于使电动机1以与从外部输入的指令参数所指示的加速度A相比较大的加速度A’进行加速，使电动机1以由指令参数所指示的移动距离进行驱动。然后，减振指令生成部13通过使基准指令中的一部分延迟与机械2的振动周期Td相应的时间，从而生成针对电动机1的动作指令。根据本发明的实施方式，由于基于具有与相应于指令参数的加速度A相比较大的加速度A’的基准指令而生成动作指令，因此与基于具有加速度A的基准指令而生成动作指令的情况相比，加减速所花费的时间缩短，因此，其结果，动作时间缩短。另外，如在步骤S2～步骤S4中说明的那样，与对二阶传递特性的输出进行运算的情况等相比，用于使基准指令的加速度变大的运算更为简单。因此，能够对由于运算引起的启动时间的延迟进行抑制，并且能够削减对中间数据进行存储的存储器所需的大小。即，本发明的实施方式的指令生成装置10不需要复杂的运算，并且能够对定位控制中的机械的振动进行抑制，且缩短动作时间。

此外，在以上的说明中，将基准指令的形状作为按照加速区间和减速区间的顺序而包含这二者的形状，或者按照加速区间、匀速区间和减速区间的顺序而包含这三者的形状进行了说明，但基准指令的形状不限定于这些。另外，假设基准指令的加减速区间中的加速度恒定而进行了说明，但加速度也可以按照S形函数进行变化。在加减速区间中的加速度由规定的函数进行定义的情况下，基准指令生成部12也可以生成与加速度的平均值大于第1加速度的第2加速度一致的基准指令等。另外，指令生成装置10也可以构成为在基准指令生成部12和减振指令生成部13之间、或者减振指令生成部13和驱动控制部3之间插入任意的滤波器(例如一阶延迟滤波器、平滑滤波器等)。

另外，减振指令生成部13被输入机械2的振动的衰减速度越快则成为越小的值的参数即衰减量G(0.5＜G＜1)，以使第1指令(分割后第1指令)和第2指令之比为G比(1－G)的方式，将基准指令分割为第1指令和第2指令。然后，减振指令生成部13使第2指令延迟与机械2的振动周期Td相应的时间，将延迟后的第2指令(分割后第2指令)与第1指令进行合成。然后，第2加速度即加速度A’等于将第1加速度即加速度A除以衰减量G而得到的值。因此，在分割后第1指令和分割后第2指令的加速区间不相重叠的情况下，能够使动作指令的加速度与从外部输入的指令参数所表示的加速度A一致。

另外，基准指令的形状是按照加速区间和减速区间的顺序而包含这二者的形状，或者按照加速区间、匀速区间和减速区间的顺序而包含这三者的形状，在加速区间的时间大于与机械2的振动周期Td相应的时间的情况下，基准指令生成部12生成使电动机1以加速度A进行加速的基准指令，而非使电动机1以加速度A’进行加速的基准指令。由此，由于在存在分割后第1指令和分割后第2指令的加速区间相重叠的风险的情况下不使加速度增大，因此能够防止动作指令的加速度的最大值超过加速度A。

另外，基准指令生成部12在第2加速度大于容许加速度设定值Amax的情况下，生成使电动机1以加速度A进行加速的基准指令，而非使电动机1以加速度A’进行加速的基准指令。由此，能够防止动作指令的最大值超过容许加速度设定值Amax。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的指令生成装置优选在生成使电动机进行驱动的动作指令的指令生成装置中应用。

标号的说明

1电动机，2机械，3驱动控制部，10指令生成装置，11指令解析部，112基准指令生成部，13减振指令生成部，131第1增益乘法部，132第2增益乘法部，133延迟部，134加法部。

Claims (5)

1.一种指令生成装置，其特征在于，具有：

第1生成部，其被输入包含表示第1加速度的加速度信息和表示移动距离的移动距离信息在内的指令参数，生成预先确定的形状的基准指令，该基准指令用于以大于所述第1加速度的第2加速度使电动机进行加速，使电动机以所述移动距离进行驱动；以及

第2生成部，其通过使所述基准指令中的一部分以延迟时间进行延迟，从而生成针对电动机的动作指令，该延迟时间是机械的振动周期的半个周期的时间的奇数倍，

所述第1生成部，

对所述基准指令的加速区间的时间和所述延迟时间进行比较，

在所述加速区间的时间小于所述延迟时间的情况下，生成以所述第2加速度使所述电动机进行加速的基准指令，

在所述加速区间的时间大于所述延迟时间的情况下，生成以所述第1加速度使所述电动机进行加速的基准指令。

2.根据权利要求1所述的指令生成装置，其特征在于，

所述第2生成部，

设定有参数G，

将所述基准指令以G比(1－G)的比例进行分割而得到第1指令和第2指令，

使所述第2指令以所述延迟时间进行延迟，

将所述第1指令和进行了所述延迟的第2指令合成，生成所述动作指令。

3.根据权利要求2所述的指令生成装置，其特征在于，

所述第2加速度的大小等于所述第1加速度的(1/G)倍的大小。

4.根据权利要求3所述的指令生成装置，其特征在于，

所述延迟时间是所述振动周期的半个周期的时间。

5.根据权利要求1所述的指令生成装置，其特征在于，

所述第1生成部对所述第2加速度和容许加速度设定值进行比较，

在所述第2加速度小于所述容许加速度设定值的情况下，生成以所述第2加速度使所述电动机进行加速的基准指令，

在所述第2加速度大于所述容许加速度设定值的情况下，生成以所述第1加速度使所述电动机进行加速的基准指令。