CN107530879B - 多轴机械装置仿真器、运转指令装置的设计辅助装置、电动机控制装置的设计辅助装置以及电动机的容量选定装置 - Google Patents

Abstract

多轴机械装置仿真器具有：连接信息设定单元，其输入表示要素模型间的连接关系的连接信息；物理参数设定单元，其设定针对每个要素模型的物理参数；用途设定单元，其设定仿真用途；模型输入输出设定保存单元，其基于仿真用途，输出表示独立仿真模型的输入输出关系的输入输出设定；仿真模型构建单元，其根据输入输出设定、机械要素模型的算式、连接信息和物理参数，构建独立仿真模型；控制对象选择单元，其选择控制对象；模型结合单元，其基于输入输出设定，输出将多个独立仿真模型连接得到的复合仿真模型；以及仿真执行单元，其通过复合仿真模型来执行控制对象的仿真。

Description

多轴机械装置仿真器、运转指令装置的设计辅助装置、电动机 控制装置的设计辅助装置以及电动机的容量选定装置

技术领域

本发明涉及一种对具有由电动机驱动的多个驱动轴的多轴机械装置的动作进行模拟的多轴机械装置仿真器、运转指令装置的设计辅助装置、电动机控制装置的设计辅助装置以及电动机的容量选定装置。

背景技术

在半导体制造装置、工作机械或工业用机器人中，存在很多为了对与加工对象相互作用的装置前端的位置、姿态以及力高精度且高品质地进行控制而对多个驱动轴进行协调驱动的多轴机械装置。

各轴所需的驱动力由于装置前端的位置、速度、加速度以及外力而复杂地变化，因此为了计算所需的电动机的容量，需要实施对机械装置的动态特性进行了模拟的仿真。

对于当前的使考虑了多轴机械的动态特性的仿真容易化的机械装置仿真器，设为能够构建仿真模型，该仿真模型将针对多轴机械的每个结构要素而由算式表示的要素模型保存于数据库，仅通过利用者对机械装置的结构要素间的连接关系和针对每个结构要素的物理参数进行设定，就能够对机械装置整体的动态特性进行模拟，从而即使利用者不对算式进行记述也能够迅速地实施机械装置的模型化和仿真。

另外，专利文献1中公开了如下内容，即，设为不给利用者施加负担就能够选定电动机控制装置，并且设为能够对动作进行模拟运算，根据在电动机控制装置的选定时所使用的条件，进行与利用用途相匹配的参数设定，从而能够将电动机控制装置的选定和参数调整集中进行。

另外，专利文献2中公开了如下内容，即，在多轴机械的机械选定装置以及机械选定处理方法中，一边考虑各被驱动机构所担负的负荷质量的变动，一边选定包含适合于各被驱动机构的电动机以及电动机控制装置在内的周边仪器。

专利文献1：日本特开2010-187464号公报

专利文献2：国际公开第2014/054142号

发明内容

当前的机械装置仿真器，输入输出设定是固定的，因此无法将适合于某个用途的输入输出设定的机械装置模型应用于其他用途的仿真。

另外，专利文献1的发明关于多个驱动轴进行协调动作之类的多轴机械的选定，没有特别考虑。

另外，专利文献2的发明没有考虑多个驱动轴由于相互的运动而受到科里奥利力之类的干涉力或反作用力的影响，有时会针对多轴机械输出错误的选定结果。

本发明就是鉴于上述而提出的，目的在于得到一种能够使用与用途相符的输入输出设定的模型而对多轴机械装置进行模拟的多轴机械装置仿真器。

为了解决上述课题，实现目的，本发明具有要素库，该要素库对通过算式来表示构成机械装置的机械要素的特性的要素模型进行保存。另外，本发明具有连接信息设定单元，该连接信息设定单元根据要素库配置要素模型，输入表示要素模型间的连接关系的连接信息。另外，本发明具有物理参数设定单元，该物理参数设定单元设定针对每个要素模型的物理参数。另外，本发明具有用途设定单元，该用途设定单元设定仿真用途。另外，本发明具有模型输入输出设定保存单元，该模型输入输出设定保存单元基于仿真用途，输出表示独立仿真模型的输入输出关系的输入输出设定。另外，本发明具有仿真模型构建单元，该仿真模型构建单元根据输入输出设定、机械要素模型的算式、连接信息和物理参数，构建对机械装置的运动学以及力学特性进行了模拟的独立仿真模型。另外，本发明具有控制对象选择单元，该控制对象选择单元选择控制对象。另外，本发明具有模型结合单元，该模型结合单元基于输入输出设定，输出将多个独立仿真模型连接得到的复合仿真模型。另外，本发明具有仿真执行单元，该仿真执行单元通过复合仿真模型来执行控制对象的仿真。另外，本发明具有仿真结果显示单元，该仿真结果显示单元对仿真结果进行显示。

发明的效果

本发明涉及的多轴机械装置仿真器发挥下述效果，即，能够使用与用途相符的输入输出设定的模型来对多轴机械装置进行模拟。

附图说明

图1是本发明的实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的结构图。

图2是表示应用于实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的计算机的结构的图。

图3是表示具有实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的装置的结构的图。

图4是在实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的三维形状显示单元中显示的二轴操作器的机构概略图。

图5是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的动作流程的流程图。

图6是表示由实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的机械要素库保存的机械要素的一览的图。

图7是表示通过实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的连接信息设定单元进行的连接信息的设定例的图。

图8是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的机械要素的物理参数设定单元的一个例子的图。

图9是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的三维形状显示单元的一个例子的图

图10是表示在实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器中由仿真用途选择单元所提供的用途的一览的图

图11是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器在详细容量选定中使用的单独仿真模型和连接关系的图。

图12是表示本发明的实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器的结构的图。

图13是表示实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器的动作流程的流程图。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的实施方式涉及的多轴机械装置仿真器、运转指令装置的设计辅助装置、电动机控制装置的设计辅助装置以及电动机的容量选定装置进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的结构图。对多轴机械装置的动作进行模拟的多轴机械装置仿真器1具有：机械要素库10，其对要素模型进行保存，该要素模型通过算式来表示构成多轴机械装置的机械要素的特性；连接信息设定单元11，其对从机械要素库10选择的多个机械要素模型之间的连接信息进行设定；物理参数设定单元13，其对要素固有的物理参数进行设定；三维形状显示单元14，其根据要素模型、连接信息和物理参数，以三维方式对机械装置的整体结构进行显示；仿真模型构建单元15，其对单独仿真模型进行构建，该单独仿真模型是根据输入输出设定、机械要素模型的算式、连接信息和物理参数对机械装置的运动学以及力学特性进行模拟得到的；控制对象选择单元16，其对控制对象进行选择；控制模式输入单元17，其输入所选择的控制对象的时间序列模式；仿真用途指定单元18，其对所实施的仿真用途进行指定；仿真执行单元19，其执行复合仿真模型；仿真结果显示单元20，其显示符合仿真用途的仿真结果；模型输入输出设定保存单元21，其输出与用途相对应的输入输出设定；以及模型结合单元22，其基于仿真用途和输入输出设定而输出复合仿真模型。

作为物理参数的例子，能够举出机械要素模型的尺寸、刚性、弹簧常量以及粘性常量。作为控制对象的例子，能够举出至少一个机械要素的位置、速度以及加速度的任意者。

此外，在利用一个单独仿真模型进行与用途相符的仿真的情况下，从仿真模型构建单元15输入至模型结合单元22的一个单独仿真模型直接成为复合仿真模型。

图2是表示应用于实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的计算机的结构的图。计算机36具有：执行程序的运算装置361；由运算装置361用作工作区的存储器362；储存固件的非易失性存储器363；存储信息的存储装置364；信息输入用的输入装置365；以及显示信息的显示装置366。作为运算装置361，能够应用CPU(Central Processing Unit)。作为存储器362，能够应用RAM(Random Access Memory)。作为非易失性存储器363，能够应用闪存。作为存储装置364，能够应用硬盘驱动器或固态硬盘。作为输入装置365，能够应用键盘以及鼠标。作为显示装置366，能够应用液晶显示装置。

图1所示的机械要素库10以及模型输入输出设定保存单元21通过存储装置364来实现。图1所示的连接信息设定单元11、物理参数设定单元13、仿真模型构建单元15、模型结合单元22以及仿真执行单元19通过由运算装置361将存储器362作为工作区并执行仿真软件367来实现。图1所示的连接信息设定单元11、物理参数设定单元13、控制对象选择单元16、仿真用途指定单元18以及控制模式输入单元17通过由执行了仿真软件367的运算装置361接受通过输入装置365而进行的操作来执行。图1所示的三维形状显示单元14以及仿真结果显示单元20通过由执行了仿真软件367的运算装置361使显示装置366显示信息来实现。

图3是表示具有实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的装置的结构的图。装置34具有：具有驱动轴的电动机31；控制电动机31的电动机控制装置32；生成针对驱动轴的指令的运转指令装置33；以及安装有多轴机械装置仿真器1的计算机36。装置34是运转指令装置的设计辅助装置、电动机控制装置的设计辅助装置、或电动机的容量选定装置。装置34具有多轴机械装置仿真器1，由此基于使用了与用途相符的输入输出设定的模型的多轴机械装置的仿真结果，能够容易地进行多轴机械装置的运转指令装置的设计、电动机控制装置的设计以及电动机的容量选定。

下面，以多轴机械装置是二轴操作器的情况为例子对实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的动作进行说明。图4是在实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的三维形状显示单元中显示的二轴操作器的机构概略图。固定于基座41的第1连杆42经由第1减速器以及联轴器而由第1电动机43的旋转轴旋转驱动。另外，固定于第1连杆42的前端的第2连杆44经由第2减速器以及联轴器而由固定于第1连杆42的前端的第2电动机45旋转驱动。对第1电动机43的轴角度θ1和第2电动机45的轴角度θ2进行位置控制，由此控制第2连杆44的前端的水平位置。此外，第1的减速器、第2的减速器以及联轴器配置于第1连杆42或第2连杆44的内部，因此在三维形状显示单元14中不进行显示。

图5是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的动作流程的流程图。步骤S101是选择机械要素并输入机械要素间的连接信息的步骤，在该步骤中，使用连接信息设定单元11从机械要素库10选择机械要素并进行配置，通过连接信息设定单元11设定各机械要素间的连接信息。这里配置的机械要素是基座41、第1连杆42、第2连杆44、第1电动机43的旋转轴以及第2电动机45的旋转轴。

图6是表示保存于实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的机械要素库的机械要素的一览的图。刚体要素组100将机械装置的架台、支撑部件、连杆部件等模型化，在特定形状的长方体101模型、圆锥模型102、圆柱模型104、球模型105的基础上，还包括指定平面形状而通过挤压来指定3维形状的多边形模型106、和能够根据二维或三维的CAD(ComputerAided Design)图面对尺寸以及形状进行输入的CAD107。关节要素组110包括决定装置的自由度的旋转关节111、直动关节112以及万向接头113。电动机要素组120包括驱动关节要素组110的旋转电动机模型121以及直动电动机模型122。传递要素组130包括将电动机的驱动力连接于机械要素以及进行变换而传递的联轴器模型131、减速器模型132、滚珠丝杠模型133、传送带模型134以及曲柄机构模型135。传感器要素组140包括：对机械要素的位置、速度、加速度、角度或姿态、角速度以及角加速度中的任意者进行测定的运动学传感器模型141；以及对作用于机械要素的力、扭矩以及力矩进行测定的力学传感器模型142。指令输入组150包括输入由刚体要素的位置、速度以及加速度和关节要素的角度以及位置表示的运转模式的指令输入要素151。另外，信号处理要素组160包括四则运算161、三角函数162以及PID(Proportional Integral Derivative)运算163。

图7是表示通过实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的连接信息设定单元进行的连接信息的设定例的图。图4所示的基座41、第1连杆42以及第2连杆44在图7中均由长方体模型101a、101b、101c表达。旋转电动机模型121a经由减速器模型132a以及联轴器模型131a与旋转关节111a的驱动输入连接点连接，构成由长方体模型101b表示的第1连杆42的驱动机构。同样地，旋转电动机模型121b经由减速器模型132b以及联轴器模型131b与旋转关节111b的驱动输入连接点连接，构成由长方体模型101c表示的第2连杆44的驱动机构。旋转关节111a、111b具有固定侧连接点和旋转侧连接点，将连接于两连接点的刚体要素结合为可自由旋转。此外，旋转关节111a、111b在旋转电动机模型121没有连接于前述的驱动输入连接点的情况下成为受动关节。在长方体模型101c连接有力学传感器模型142a。

步骤S102是对机械要素的物理参数进行设定的步骤，在该步骤中通过物理参数设定单元13而对在步骤S101中配置以及连接的机械要素的物理参数进行设定。举出所设定的物理参数的具体例，为机械要素的尺寸、质量、刚性以及粘性摩擦。

图8是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的机械要素的物理参数设定单元的一个例子的图。如果通过图1所示的连接信息设定单元11来选择参数输入对象，则在图8所示的物理参数设定单元13显示符合要素模型的参数输入项目，并能够进行编辑。图9是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的三维形状显示单元的一个例子的图。要素模型如图9所示显示于三维形状显示单元14，将所输入的连接信息以及物理参数内的与配置以及形状相关的项目立刻反映为三维显示，因此，能够一边确认装置结构一边设定物理参数。

步骤S103是选择作为控制对象的至少一个的机械要素的物理量的步骤，在该步骤中，通过控制对象选择单元16而指定以在步骤S101以及步骤S102中输入的机械结构的机械装置为目的的控制对象。在多轴机械装置中，有时通过使各驱动轴协调动作，对特定机械要素的位置以及速度进行控制。实施方式1中，在由连接信息设定单元11或三维形状显示单元14选择了控制对象的机械要素的状态下，调用控制对象选择单元16，由此选择作为控制对象的机械要素。如果控制对象为位置或速度，则适当设定距机械要素中心的偏移位置以及基准坐标之类的详细规格。此外，作为详细规格的例子，能够举出机械要素中心坐标以及绝对坐标。

步骤S104是对仿真用途进行指定的步骤，在该步骤中，通过仿真用途指定单元18而选择直至步骤S103为止所输入的结构的多轴机械装置中想要研究的目的即用途。图10是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器中由仿真用途选择单元所提供的用途的一览的图。作为用途，包括轴指令生成、轴指令干涉检查、可动范围计算、简易容量选定、详细容量选定、前馈驱动力运算、等价惯性运算以及等价轴负荷运算。

步骤S105是构建仿真模型的步骤，在该步骤中，基于在步骤S104中设定的仿真用途，对表示机械要素彼此的连接信息和物理特性的算式进行符号处理，生成对机械结构的输入输出进行变更后的单独仿真模型，结合各单独仿真模型而构建符合仿真用途的复合仿真模型。

这里，以针对仿真用途选择了详细容量选定的情况为例子对步骤S105的详细动作进行说明。在针对仿真用途选择了详细容量选定的情况下，需要实施将考虑了电动机控制装置的位置、速度以及电流的反馈控制系统的控制增益以及无用时间的电动机控制器的仿真模型和机械装置的动态特性模型组合得到的耦合仿真。

另外，在仿真对象为多轴机械装置且步骤S103中选择的控制对象为机械装置前端位置等与电动机轴位置不同的情况下，如果不使多个轴协调动作，则无法控制装置前端位置，因此，通常在电动机控制器的上位设置运转指令装置，需要将前端位置以及姿态变换为各电动机轴的轴角度的反向运动学运算。另外，在由于控制对象的位置以及姿态而使得施加于各轴的等价惯性发生变化的情况下，如果不对速度反馈控制系统的惯性补偿增益进行修正，则变为过度补偿或不足补偿，会产生过冲。并且，在由于前端位置以及姿态而使得重力负载、轴间的反作用力或科里奥利力较大程度变化的情况下，需要根据前端位置以及姿态通过反向动力学运算求出轴所需的驱动力，并通过前馈将求出的驱动力施加至电动机控制装置的驱动力指令。这是因为，通常为了使实际轴位置追随轴指令，只要提高反馈控制系统的增益而提高控制系统的响应频带即可，但有时在机械装置存在谐振频率且无法提高响应频带、以及由于电动机控制装置的性能的限制而对于响应频带的增加存在极限，因此仅反馈控制系统无法实现控制规格。

图11是表示实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器在详细容量选定中使用的独立仿真模型和其连接关系的图。图11表示根据前端位置计算出各轴位置指令的反向运动学模型51、根据前端位置、速度以及加速度计算出各轴的前馈驱动力指令的反向动力学模型52、根据前端位置计算出各轴等价惯性的等价惯性模型53、根据轴位置指令计算出施加于机械装置的驱动轴的驱动力的电动机控制装置的动作模型54以及根据驱动力计算出前端位置的正向动力学模型55和它们的连接关系。在详细容量选定中，使用上述独立仿真模型全部或者一部分而实施电动机以及电动机控制装置的容量选定和控制参数的设定。

图1所示的模型输入输出设定保存单元21针对每个仿真用途保存大于或等于1个所需的独立仿真模型的输入输出设定，相应于所选择的仿真用途而针对每个独立仿真模型将模型的输入输出设定输出。在实施方式1的详细容量选定用途中，反向运动学模型的输入变量为前端位置，输出变量为各轴角度。在正向动力学模型中，输入变量为各轴驱动力，输出变量为前端位置、速度以及加速度。在反向动力学模型中，输入变量为前端位置、速度以及加速度，输出变量为各轴驱动力。在等价惯性模型中，输入变量为各轴角度，输出变量为各轴等价惯性。

图1所示的仿真模型构建单元15根据模型输入输出设定保存单元21所输出的大于或等于一个模型输入输出设定、直至步骤S104为止所输入的机械要素间的连接信息、物理参数设定及控制对象设定，通过符号的算式处理而导出所需的仿真模型。

使用反向运动学模型的仿真模型的导出，对在实施方式1中的仿真模型构建所使用的符号的算式处理进行说明。如前所述，各机械要素模型以能够进行算式处理的等式的形式针对每个要素保存其连接点处的关系式和物理特性。这里，算式处理是指，用记号来表示算式的常量或变量，针对该记号应用微分处理、积分处理或三角函数而求出算式的精确解的处理。在一般的控制仿真器中，要素模型的输入输出是固定的，无法求出将输入输出颠倒的逆函数。另外，在将要素模型的输入输出连接而构建整体的仿真模型时，如果某个要素模型的输出与要素模型自身的输入连接，则发生代数环，仿真模型由微分代数方程式记述，因此需要通过收敛运算求出方程式的解，运算时间增加。

另一方面，在将要素模型以其连接点处的关系式和要素模型固有的物理特性能够进行符号的算式处理的等式的形式进行保存的机械仿真器的情况下，基于针对要素模型的每个连接点所定义的关系式而生成算式，并且将表示要素模型固有的物理特性的算式全部收集而构建表示装置全体的物理特性的等式组。为了执行机械装置的仿真，需要机械仿真器根据等式而变换为具有时间依赖性和输入输出关系的微分方程式系统。输入变量在通常的机械装置的仿真中为轴驱动力，机械仿真器根据输入变量并通过算式处理而导出各机械要素的位置以及速度的状态变量的输入输出关系、等式之间的依赖关系，并且从等式组变换为微分方程式系统。通常，通过算式处理导出的机械装置的微分方程式系统为代数微分方程式系统，但多数情况下，通过实施微分之类的算式处理，能够从代数微分方程式系统变换为不需要收敛运算的常微分方程式系统，能够实现具有复杂的机构的多轴机械装置的迅速的模型化和高速度的仿真执行。

然而，能够通过上述算式处理而导出机械装置的仿真模型的机械仿真器大多将轴驱动力设定为输入变量，在对正向动力学运算以外的运算进行研究的情况下，需要将特殊的要素与关节要素连接为对位置以及速度的约束条件进行设定，或者在实施将多个独立仿真模型组合的研究时，制作针对每个独立仿真模型对原始模型的结构进行局部变更并改变输入输出设定而得到的模型，并将它们的输入输出连接，在轴数量多的多轴机械装置中变更部位增多，成为发生误设定的原因。

实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的仿真模型构建单元15，基于模型输入输出设定，针对同一机械结构仅对输入输出设定进行变更，通过算式处理而输出独立仿真模型。此外，在独立仿真模型输出中，对于输出的运算所不需要的运算，在算式处理阶段自动地排除。例如，在反向运动学运算中，仅需要前端位置和轴角度之间的运动学关系，因此不需要正向动力学运算，在反向运动学模型构建时，从等式组中通过微分或积分之类的算式处理对包含时间关系的等式进行检索并排除，从而能够输出实施所需运算处理的反向运动学的仿真模型。另外，在通过分析不能求出反向运动学的情况下，也可以采用如下已知的方法，即，通过同样的算式处理求出表示前端位置的微小变化相对于轴角度的微小变化的雅克比矩阵，同时使用正向动力学和雅克比矩阵，通过收敛运算导出针对目标位置的轴角度指令。

然后，图1所示的模型结合单元22基于模型间连接设定和模型输入输出设定，输出将独立仿真模型连接得到的复合仿真模型。对于实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的详细容量选定，所选择的控制对象为前端位置，因此，将位置指令与反向运动学模型的输入连接。反向运动学模型的输出即轴指令与各电动机控制模型的指令输入连接，各电动机控制模型的输出即驱动力与正向动力学模型的驱动力输入连接。另外，在实施考虑了前馈控制以及负荷变动的电动机以及电动机控制器的容量选定或控制参数调整时，将位置指令输入至反向动力学模型和等价惯性模型。在反向运动学模型中，还需要前端位置的速度以及加速度，因此，通过所追加的微分运算功能模块将速度和加速度设为输入。在后述的步骤S106的控制模式设定时，可以赋予在位置的基础上还包含速度以及加速度的指令。反向动力学模型的输出即前馈驱动力和等价惯性模型的输出即各轴等价惯性，分别与各电动机控制装置模型的前馈指令输入和等价惯性补偿增益输入连接。此外，反向动力学模型以及等价惯性模型也可以通过复合仿真模型的未图示的设定单元对将输出设为有效还是无效进行设定，也可以设定为在仿真用途设定时不包含独立仿真模型。另外，在用途选定时，设定为不使用反向运动学运算之类的局部模型，而是使用下述模型，即，使用机械仿真器的信号处理要素而安装的模型，或者使用机械仿真器的输入功能而将在已有的机械装置中使用的反向运动学运算导入的模型。在这样设定的情况下，能够实现将已有的指令运算处理应用于机械装置时的控制参数调整。

步骤S106是输入控制模式的步骤，在该步骤中，输入在步骤S104中设定的用途下的控制对象的控制模式。对于控制模式，可以通过设定时间序列数据来赋予特定形状的参数，也可以通过读入使用外部工具而制作且保存在计算机上的数据而进行输入。作为特定形状的参数的例子，能够举出梯形波形、三角波以及“S”字波形。另外，在通过控制模式赋予位置的情况下，可以施加“S”字加減速以使得速度以及加速度顺滑。

步骤S107是执行仿真的步骤，在该步骤中，执行所制作的复合仿真模型，基于仿真用途将仿真结果显示于仿真结果显示单元20。

在实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的详细容量选定中，显示针对前端位置指令的最大扭矩、有效扭矩以及最大旋转速度，并且，显示过冲量以及调整时间之类的电动机控制装置的控制参数以及受控制方式影响的控制指标。另外，将反向运动学模型和反向动力学模型分别输出的轴速度和驱动力与在步骤S101中选择的电动机模型根据内部参数而具有的规格进行比较，在任意项目相对于所输入的控制模式而不足的情况下，对不足项目进行显示，并且显示满足规格的作为推荐模型的电动机模型。

此外，在实施方式1中，在指定了设为复合仿真的简易容量选定的情况下，制作将前端指令作为输入、将轴驱动力以及轴角度作为输出的、成为复合仿真模型的反向动力学模型，在仿真结果显示单元20一起显示反向动力学模型的输出即轴驱动力和旋转速度满足规格的电动机模型。因此，可以最初通过简易容量选定来选定电动机，而不考虑电动机控制装置的控制设定，使用所选定的电动机模型，通过详细容量选定来实施电动机控制装置的控制参数设定。另外可以构成为，在详细容量选定实施时，直至发现满足要求规格的电动机为止，反复进行详细容量选定的仿真。

如以上所述，根据实施方式1，在能够进行算式处理的多轴机械装置仿真器中，选择要素模型，设定要素模型间的连接信息，设定针对每个要素模型的物理参数，选择控制对象，设定仿真用途，输入控制模式而构建符合用途的输入输出设定的仿真模型，能够输出执行结果。

根据实施方式1，通过指定多轴机械装置的机械要素彼此的连接信息和针对每个机械要素的物理参数、作为装置的控制对象的机械要素的位置、速度以及加速度和仿真用途，即使不变更多个轴的设定，也能够输出多轴机械装置的机构设计、轴指令生成、电动机以及电动机控制装置的选定、控制参数调整以及控制方式选定的研究所需的仿真模型，因此，能够容易地得到下述仿真模型，即，即使在轴数量多的多轴机械装置中，也能够准确地模拟复杂的运动学特性以及力学特性。

另外，根据实施方式1，在控制装置的设计辅助装置或控制装置组装有多轴机械装置仿真器，因此，在多轴机械的容量选定中，能够容易地实施多个轴的控制模式生成及考虑了科里奥利力以及反力的轴所需驱动力的计算。

根据实施方式1，能够在计算机上构建符合用途的仿真模型并执行仿真，因此，无需实际制作试验用装置的作业。因此，与制作试验用装置而进行试验的情况相比，能够削减能量消耗量以及工时，降低产品的生命周期中的环境负荷。

实施方式2.

图12是表示本发明的实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器的结构的图。相对于实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器1，实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器201追加了如下部件而构成：坐标系选择单元23，其基于生成多轴机械装置的运转指令的未图示的上位控制装置的坐标系，对由三维形状显示单元14显示的多轴机械装置的姿态以及配置进行变更，并且输出坐标变换设定，该坐标变换设定使得由仿真模型构建单元15输出的独立仿真模型的输入即运转指令或者输出即机械前端位置相互变换为上位控制装置的坐标和机械装置的坐标；控制参数设定单元24，其设定运转指令装置或电动机控制装置的控制参数；执行代码输出单元25，其对仿真模型进行变换，输出在运转指令装置或电动机控制装置上动作的执行代码；发送确认单元26，其基于使用者的输入，确认仿真模型的发送意图和发送方式；以及发送单元27，其基于发送意图和发送方式，根据需要实施加密处理，将仿真模型发送至技术支持的服务器。

另外，坐标系选择单元23在由仿真用途指定单元18选择的仿真用途为容量选定的情况下，基于坐标变换设定，将向仿真结果显示单元20输出的所选定的电动机、和控制参数输出至控制参数设定单元24。

图12所示的坐标系选择单元23、控制参数设定单元24、执行代码输出单元25、发送确认单元26以及发送单元27，通过由运算装置361将存储器362作为工作区而执行仿真软件367来实现。

图13是表示实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器的动作流程的流程图。与实施方式1涉及的多轴机械装置仿真器的动作相比，不同点在于追加了步骤S103a、步骤S108至步骤S111。

步骤S103a是对上位指令装置的坐标系进行选择的步骤，在该步骤中，坐标系选择单元23对向在步骤S103中选择的指令对象赋予的运转指令的坐标系进行选择。

在三维空间中的定位或加工中使用的多轴机械装置将对上位的加工过程、生产过程或者工厂生产线之类的上位过程进行控制的、由未图示的上位指令装置生成的运转指令作为指令输入而接收，在指令输入的坐标系与多轴机械装置的坐标系不同的情况下，当在上位指令装置和多轴机械装置之间收发指令输入以及作为控制结果的前端位置时，需要进行用于使相互的坐标一致的坐标变换。在图12所示的实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器201中，坐标系选择单元23被从三维形状显示单元14调用，上位指令装置的坐标系被赋予作为相对于多轴机械装置的直交坐标系的旋转角。

在设定步骤S108的电动机控制装置或运转指令装置的控制参数的步骤中，控制参数设定单元24基于在步骤S103a中选择的上位指令装置的坐标系、和在步骤S104中由仿真用途指定单元18选择了详细容量选定时在步骤S107中显示的电动机模型，设定电动机控制装置或运转指令装置的控制参数。

在将电动机控制装置组装于机械装置的驱动轴时，由于电动机控制装置的形状以及设计限制而限定了安装位置，有时机械装置的驱动轴的正反转的极性和电动机轴的正反转的极性会反转。另外，在电动机自身的极性的基础上，有时由于与隶属于传递要素组130的联轴器模型131、滚珠丝杠模型133或减速器模型132之类的传递机构的连接也使得极性变得不一致。

另一方面，在多轴机械装置的运转指令装置有时具有对运转指令的坐标系进行变换、或使运转指令正方向的极性反转的控制参数。另外，在电动机控制装置也具有使电动机的轴指令正方向、轴反馈正方向的极性反转的控制参数。

在步骤S108中，控制参数设定单元24基于在步骤S103a中选择的上位坐标系、和在步骤S102作为仿真用途选择了详细容量选定时通过步骤S107选定的电动机以及电动机控制装置，判定是否需要轴极性的反转，在需要轴极性的反转的情况下，利用控制参数设定单元24对电动机控制装置或运转指令装置的坐标系、轴指令正方向、指令正方向以及轴反馈方向中的至少一个进行设定，在多轴机械装置的驱动轴和电动机的轴上使正方向一致。

在实施方式2中，利用控制参数设定单元24对运转指令装置或电动机控制装置的参数进行设定，但也可以将设定内容设为电子数据而保存。

在对运转指令装置或电动机控制装置的执行代码进行输出的步骤S109中，执行代码输出单元25基于在步骤S105中生成的独立仿真模型或复合仿真模型，输出在运转指令装置或电动机控制装置上进行动作的执行代码。执行代码输出单元25使用已有的C代码自动生成工具等来生成C代码，执行代码自身可以设为使用附属于运转指令装置或电动机控制装置的开发环境的C编译器的结构，也可以使用专用于运转指令装置或电动机控制装置的代码生成工具。此时，基于在步骤S103a中选择的上位指令装置的坐标系或在步骤S107中选定的电动机以及电动机控制装置，输出执行代码，以使得上位指令装置、运转指令装置和电动机控制装置的极性一致。

在对输出模型的发送进行确认的步骤S110中，发送确认单元26确认是否将在步骤S105中输出的独立仿真模型或复合仿真模型向由运转指令装置或电动机控制装置的制造者管理的服务器进行发送。

具体而言，在步骤S110中，发送确认单元26确认是否将在步骤S105中输出的独立仿真模型或复合仿真模型向在步骤S107中选定的电动机控制装置的技术支持所管理的服务器发送。在实施方式2中发动的模型是根据独立模型的轴输出而输出机械前端位置的正向动力学模型，在使用者选择了发送的情况下，通常实施下述等的发送详细设定，即，是将在输出模型中作为调试信息而保存的、在步骤S101、S102中设定的机构要素的连接信息或其物理参数设定去除，还是实施用于进一步防止对输出模型的分析的加密处理。

在步骤S111中，发送单元27在步骤S110中选择了输出模型的发送的情况下将模型发送至由电动机控制装置的技术支持管理的服务器。发送单元27基于由发送确认单元26设定的发送详细设定，从输出模型去除不需要的信息，如果需要则实施加密处理，在此基础上将输出模型发送至由电动机控制装置的技术支持管理的服务器。

在实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器201中，通过实施将所构建的多轴机械装置的仿真模型、和由电动机以及电动机控制装置的制造者提供的电动机控制装置以及电动机的仿真模型组合得到的机电耦合仿真，能够在实际制作装置之前实现考虑了电动机控制装置的性能的事前验证。

另一方面，电动机控制装置的设定参数很多，有时由电动机控制装置的设计者、现场工程人员通过无偿或有偿服务来代理执行特殊的控制功能的参数设定，但实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器201具有发送单元27，由此能够利用参数设定的代理服务。

实施方式2涉及的多轴机械装置仿真器201能够基于上位控制装置的坐标系、电动机以及电动机控制装置的轴方向及指令方向，将对电动机控制装置的轴指令生成或前馈轴指令生成进行运算的执行代码从仿真模型输出，能够将控制参数设定为运转指令装置或电动机控制装置的轴极性一致，因此在电动机的轴方向以及装置前端的坐标系与上位控制系统不同的情况下，也能够输出没有误动作的执行代码。

另外，机械装置的制造者或使用者能够不将装置的详细构造以及结构公开给运转指令装置或电动机控制装置的制造者，而将能够充分地模拟机械装置的动态特性的机械装置的仿真模型发送至控制装置的制造者，因此，控制装置的制造者能够使用电动机、电动机控制装置的仿真模型和机械装置的仿真模型而实现控制性能最佳的控制方式的选定和控制参数值的设定。

这样，根据实施方式2，能够基于上位控制装置的坐标系、电动机或控制装置的轴方向、或电动机或控制装置的指令方向，将对电动机控制装置的轴指令生成或前馈轴指令生成进行运算的执行代码从仿真模型输出，因此，在电动机的轴方向或装置前端的坐标系与上位控制系统不同的情况下，也能够输出没有误动作的执行代码。

并且，根据实施方式2，机械装置的制造者或使用者不将装置的详细构造或结构公开给运转指令装置或电动机控制装置的制造者，而将能够充分地模拟机械装置的动态特性的机械装置的仿真模型发送至控制装置的制造者，因此，控制装置的制造者能够使用动机、电动机控制装置的仿真模型和机械装置的仿真模型而实现控制性能最佳的控制方式的选定和参数値的设定。

以上的实施方式所示的结构表示本发明的内容的一个例子，还能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1、201多轴机械装置仿真器，10机械要素库，11连接信息设定单元，13物理参数设定单元，14三维形状显示单元，15仿真模型构建单元，16控制对象选择单元，17控制模式输入单元，18仿真用途指定单元，19仿真执行单元，20仿真结果显示单元，21模型输入输出设定保存单元，22模型结合单元，23坐标系选择单元，24控制参数设定单元，25执行代码输出单元，26发送确认单元，27发送单元，31电动机，32电动机控制装置，33运转指令装置，34装置，36计算机，41基座，42第1连杆，43第1电动机，44第2连杆，45第2电动机，51反向运动学模型，52反向动力学模型、53等价惯性模型，54电动机控制装置的动作模型，55正向动力学模型，100刚体要素组，101、101a、101b、101c长方体模型，102圆锥模型，104圆柱模型，105球模型，106多边形模型，107CAD，110关节要素组，111、111a、111b旋转关节，112直动关节，113万向接头，120电动机要素组，121、121a、121b旋转电动机模型，122直动电动机模型，130传递要素组，131、131a、131b联轴器模型，132减速器模型，132a、132b减速器模型，133滚珠丝杠模型，134传送带模型，135曲柄机构模型，140传感器要素组，141运动学传感器模型，142力学传感器模型，150指令输入组，151指令输入要素，160信号处理要素组，161四则运算，162三角函数，163PID运算，361运算装置，362存储器，363非易失性存储器，364存储装置，365输入装置，366显示装置，367仿真软件。

Claims (8)

1.一种多轴机械装置仿真器，其特征在于，具有：

要素库，其保存要素模型，该要素模型通过算式来表示构成机械装置的机械要素的特性；

连接信息设定单元，其根据所述要素库对所述要素模型进行配置，输入表示所述要素模型间的连接关系的连接信息；

物理参数设定单元，其设定针对每个所述要素模型的物理参数；

用途设定单元，其设定仿真用途；

模型输入输出设定保存单元，其基于所述仿真用途，输出表示独立仿真模型的输入输出关系的输入输出设定；

仿真模型构建单元，其根据所述输入输出设定、所述机械要素模型的算式、所述连接信息和所述物理参数，构建对所述机械装置的运动学以及力学特性进行了模拟的独立仿真模型；

控制对象选择单元，其选择控制对象；

模型结合单元，其基于所述输入输出设定，输出将至少一个的独立仿真模型连接得到的复合仿真模型；

仿真执行单元，其通过所述复合仿真模型来执行控制对象的仿真；以及

仿真结果显示单元，其显示仿真结果。

2.根据权利要求1所述的多轴机械装置仿真器，其特征在于，

具有控制模式输入单元，该控制模式输入单元输入所述控制对象的控制模式，

所述仿真执行单元根据从所述控制模式输入单元输入的控制模式而执行所述控制对象的仿真。

3.根据权利要求1所述的多轴机械装置仿真器，其特征在于，具有：

控制参数设定单元，其设定电动机控制装置或运转指令装置的控制参数；

坐标系选择单元，其选择上位控制装置的坐标系；以及

执行代码输出单元，其将独立仿真模型输出至控制装置的执行代码，

基于所述上位控制装置的坐标系和在容量选定中选定的电动机以及电动机控制装置，将所述电动机控制装置或运转指令装置的坐标系、轴指令正方向、指令正方向、轴反馈正方向中的至少一个通过所述控制参数设定单元设定为所述控制参数。

4.根据权利要求3所述的多轴机械装置仿真器，其特征在于，具有：

发送确认单元，其确认是否将输出了输出模型的执行代码发送至服务器；以及

发送单元，其将执行代码发送至服务器。

5.根据权利要求4所述的多轴机械装置仿真器，其特征在于，

所述发送单元将所述执行代码进行加密而向所述服务器发送。

6.一种运转指令装置的设计辅助装置，其具有权利要求1至5中任1项所述的多轴机械装置仿真器。

7.一种电动机控制装置的设计辅助装置，其具有权利要求1至5中任1项所述的多轴机械装置仿真器。

8.一种电动机的容量选定装置，其具有权利要求1至5中任1项所述的多轴机械装置仿真器。

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