CN107894789A - 轨迹生成装置、轨迹生成装置的控制方法以及记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轨迹生成装置，其没有对装置的结构进行大的变更，就能够抑制扭矩的峰值。该轨迹生成装置包括：输入接受部(100)，用于接受指定驱动时间；轨迹部(200)，在呈矩形波、扭矩的最大值以及最小值的绝对值相等且扭矩的最大值与最小值的切换为一次的条件下，调整切换的时刻以及最大值，生成最大值变为最小的扭矩轨迹。

Description

轨迹生成装置、轨迹生成装置的控制方法以及记录介质
技术领域
本发明涉及一种生成向控制装置输入的输入轨迹的轨迹生成装置等。
背景技术
在机械及设备等的动作的控制中，在搬运具有重量的货物的情况或想要使驱动时间缩短的情况下，需要加快驱动部的驱动速度、增大赋予驱动部的扭矩值等的控制。但是，即使增加赋予的扭矩值，如果对应的驱动部(马达)的容量与其不对应，则毫无意义。由此，在当搬运具有重量的货物的情况或缩短驱动时间时扭矩变为超负荷的情况下，需要增大马达的容量。
但是，就增大马达的容量而言，具有电源设备的大型化、消耗电力增大等弊端。另外，在制造利用变换器来进行马达控制的控制装置的行业中，大多希望马达的容量尽可能变小。
因此，以往，为了消除扭矩不足，人们凭感觉选择作为输入轨迹的曲线来进行对应。具体而言，人们参考最高加速度和最高速度并凭感觉选择能够基于多个凸轮曲线使扭矩降低的曲线。但是，所需的扭矩变高还是变低因装置的不同而不同，因此，未必能够选择最合适的曲线。因此，通过选择成为输入轨迹的曲线来进行对应的方法具有界限，在这种情况下，只有增大马达的容量。
此外，专利文献1中记载了用于改善搬运带的驱动扭矩不足的部件安装装置。具体而言，在专利文献1中，用于驱动设置于固定导轨的搬运带的固定侧搬运马达和用于驱动设置于可动导轨的搬运带的可动侧搬运马达以相互不干扰的方式进行配置，从而改善驱动扭矩的不足。
另外，在专利文献2中记载了，既能够防止失调又能够使脉冲马达的速度在短时间内增速至目标速度的脉冲马达的驱动方法。具体而言，在专利文献2中，通过使脉冲马达的速度模式按照曲线的倾斜度逐渐增加的第一速度曲线、单调增加的第二速度直线、曲线的清晰度逐渐减小的第三速度曲线的顺序变化，并使第一速度曲线的设定时间比第三速度曲线的设定时间短，从而使脉冲马达的速度在短时间内增速至目标速度。
专利文献1：日本特开2016-58561号公报(2016年4月21日公开)
专利文献2：日本特开2009-81922号公报(2009年4月16日公开)
在专利文献1中，为了弥补扭矩不足，改造了装置的结构，作出了大的改造。另外，在专利文献2中，虽然对脉冲马达的速度模式进行了设计，但未必是最好的。
由此，就专利文献1、2中所记载的方法而言，不增大马达的容量，就不能搬运具有重量的货物、使驱动时间缩短。
发明内容
本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于，提供一种轨迹生成装置，没有对装置的结构进行大的变更，就能够抑制扭矩的峰值、缩短搬运时间。
为了解决上述课题，本发明的轨迹生成装置生成用于装置的控制的输入轨迹，其特征在于，
包括：
输入接受部，接受控制对象从初始位置移动至规定位置的时间即指定驱动时间，
扭矩轨迹生成部，在呈矩形波、扭矩的最大值以及最小值的绝对值相等且扭矩的最大值与最小值的切换为一次的条件下，调整所述切换的时刻和所述最大值，生成所述最大值变为最小的扭矩轨迹，该扭矩轨迹与所述指定驱动时间相对应，
输入轨迹生成部，基于所述扭矩轨迹生成所述输入轨迹。
根据所述的结构，能够以矩形波、扭矩的最大值以及最小值的绝对值相等、扭矩的最大值和最小值的切换为一次的方式，生成与指定驱动时间相对应的扭矩轨迹。由此，能够使扭矩的峰值变为最小。另外，通过调整切换时刻和扭矩的最大值，能够以适合的指定驱动时间使控制对象从初始位置以初始速度移动至规定位置且达到规定速度。
因此，能够生成所需的扭矩的峰值变为最小的输入轨迹，该输入轨迹是用于使控制对象以指定驱动时间从初始位置以初始速度移动至规定位置且达到规定速度的输入轨迹。
另外，由于能够控制所需的扭矩的峰值，因此，若驱动装置和对应于以往的结构中的峰值的驱动装置相同，与以往相比，则能够提高搬运重量。同样地，如果是与以往相同的驱动装置，则能够缩短搬运时间。
在本发明的轨迹生成装置中，所述输入轨迹生成部也可以基于所述扭矩轨迹，生成表示所述控制对象的时间与速度之间的关系的速度轨迹和表示所述控制对象的时间与位置之间的关系的位置轨迹中的至少一个，来作为所述输入轨迹。
根据所述的结构，能够将基于生成的扭矩轨迹所生成的速度轨迹或者位置轨迹作为输入轨迹。由此，即使在产生模型误差的情况下，也能够使控制对象以指定驱动时间更合适地移动至规定位置。
在本发明的轨迹生成装置中，所述输入轨迹生成部也可以使用高阶系统特性模型来作为所述控制对象的特性模型，生成所述速度轨迹和所述位置轨迹中的至少一个，来作为所述输入轨迹。
根据所述的结构，能够使用高阶系统特性模型生成速度轨迹和位置轨迹中的至少一个来作为输入轨迹。
在本发明的轨迹生成装置中，所述输入轨迹生成部生成也可以对基于所述扭矩轨迹生成的所述速度轨迹和所述位置轨迹中的至少一个进行使用了移动平均的修正的轨迹，来作为所述输入轨迹。
根据所述的结构，生成使用移动平均进行修正的输入轨迹。由此，能够使输入轨迹平滑化，从而能够抑制因模型误差等所引起的噪音而产生扭矩的峰值。
在本发明的轨迹生成装置中，所述输入轨迹生成部也可以导出所述速度轨迹以及所述位置轨迹中的至少任一个的与从所述指定驱动时间减去缩短时间而得到的计算用驱动时间相对应的计算上速度轨迹以及计算上位置轨迹中的至少一个，并计算出在所述计算上速度轨迹和所述计算上位置轨迹中的至少任一个追加了所述缩短时间的轨迹而得到的轨迹的移动平均，从而生成所述输入轨迹。
驱动开始时，因静止摩擦的影响，摩擦变大，因该摩擦在驱动开始部分会产生扭矩的峰值。根据所述的结构，通过使用移动平均来生成输入轨迹，能够使驱动开始部分的扭矩的峰值平滑化。由此，能够抑制产生扭矩的峰值。
另外，通过追加缩短时间来计算移动平均，能够使计算出移动平均之后的轨迹变为与指定驱动时间相对应的轨迹。
在本发明的轨迹生成装置中，所述输入轨迹生成部也可以导出所述速度轨迹以及所述位置轨迹中的至少任一个的与从所述指定驱动时间减去缩短时间而得到的计算用驱动时间相对应的计算上速度轨迹以及计算上位置轨迹中的至少一个，并基于在所述计算上速度轨迹以及计算上位置轨迹中的至少一个的前后追加了所述缩短时间的轨迹而得到的移动平均计算用轨迹来取得移动平均，并生成从取得的移动平均的结果去除所述缩短时间的部分而得到的轨迹来作为所述输入轨迹。
根据所述的结构，由于能够使输入轨迹平滑化，因此，能够抑制产生扭矩的峰值。
另外，通过在计算上速度轨迹以及计算上位置轨迹中的至少任一个的前后追加缩短时间的轨迹来计算移动平均，能够使输入轨迹的前后平滑化。由此，能够抑制驱动开始时以及驱动停止时的模型误差(例如，因由摩擦、跟踪滞后所导致的误差)。
在本发明的轨迹生成装置中，所述扭矩轨迹生成部也可以通过数值分析方法计算出所述扭矩的最大值变为最小的所述切换的时刻和所述扭矩的值，来生成所述扭矩轨迹。
一般而言，扭矩的最大值变为最小的切换的时刻以及扭矩的值的计算很困难。根据所述的结构，通过数值分析方法，能够实现切换的时刻以及扭矩值的计算。此外，数值分析方法可以是基于启发式搜索算法的方法，也可以是牛顿法等基于收敛计算的方法。
为了解决所述课题，本发明的轨迹生成装置的控制方法，该轨迹生成装置生成用于装置的控制的输入轨迹，该控制方法的特征在于，
包括：
输入接受步骤，接受控制对象从初始位置移动至规定位置的时间即指定驱动时间，
扭矩轨迹生成步骤，在呈矩形波、扭矩的最大值以及最小值的绝对值相等且扭矩的最大值与最小值的切换为一次的条件下，调整所述切换的时刻和所述最大值，生成所述最大值变为最小的扭矩轨迹，该扭矩轨迹与所述指定驱动时间相对应，
输入轨迹生成步骤，基于所述扭矩轨迹生成所述输入轨迹。
由此，能够起到与上述的效果相同的效果。
本发明的各实施方式的所述轨迹生成装置可以通过计算机来实现，在这种情况下，计算机可读取存储记录介质也属于本发明的范畴，该记录介质上存储有计算机程序，所述计算机程序通过使计算机作为所述轨迹生成装置所具备的各部分(软件构件)进行动作，利用计算机实现所述轨迹生成装置的轨迹生成装置。
根据本发明，能够达到如下效果，即，没有对装置的结构进行大的变更，就能够抑制扭矩的峰值、缩短搬运时间。
附图说明
图1是表示控制装置1的主要部分的结构的框图。
图2是表示上述实施方式的控制系统的概略的图。
图3是表示上述控制系统的详细结构的图。
图4是表示本实施方式的支持装置的硬件结构的示意图。
图5是表示在上述控制装置中的生成扭矩轨迹的处理的流程的流程图。
图6是表示在上述控制装置中的扭矩轨迹生成部生成的扭矩轨迹的例子的图。
图7是表示扭矩轨迹、控制对象的实际位置、时间之间的关系的图。
图8是表示所述控制装置中的生成速度轨迹、位置轨迹的处理的流程的流程图。
图9是表示在进行使用位置轨迹的位置控制时的扭矩轨迹和控制对象的位置与时间之间的关系的图。
图10是表示实际的摩擦与模型化的摩擦的图。
图11是表示在所述控制装置中使用移动平均来生成输入轨迹的处理的流程的流程图。
图12是用于说明使用了移动平均的输入轨迹的导出方法的图。
图13是表示使用移动平均导出的速度平均的例子的图。
图14是表示使用移动平均导出的位置轨迹和对应的扭矩轨迹的图。
图15是比较使用本实施方式的输入轨迹的情况和使用以往的输入轨迹的情况的图。
图16是比较使用本实施方式的输入轨迹的情况和使用以往的输入轨迹的情况的图。
图17是表示本实施方式的功能模块化的例子的图。
附图标记的说明：
1 控制装置(输入轨迹生成装置)
3 伺服驱动器
4 伺服马达
5 控制对象
8 支持装置
100 输入接受部
200 轨迹部
201 扭矩轨迹生成部
202 输入轨迹生成部
300 动作指示部
具体实施方式
(实施方式1)
以下，对本发明的实施方式进行详细的说明。本实施方式的控制系统为如下的系统，即，在控制装置(与图2等中的控制装置1相对应)中生成使控制对象(与图2等中的控制对象5相对应)在目标时刻(终端时刻)移动到目标位置(规定位置、终端位置)的输入轨迹，并输入到伺服驱动器(与图2等中的伺服驱动器3相对应)，驱动伺服马达(与图2等中的伺服马达4相对应)而使控制对象移动。
另外，在控制装置中生成的输入轨迹能够控制扭矩的峰值。而且，通过控制扭矩的峰值，如果是与以往的结构中的峰值相对应的驱动装置相同的驱动装置，则与以往相比能够提高搬运重量。同样地，如果是与以往相同的驱动装置，也可以缩短搬运时间。
在控制装置中生成的输入轨迹可以是扭矩轨迹，也可以是速度轨迹，还可以是位置轨迹。扭矩轨迹是指，表示施加的扭矩值与时间之间的关系的轨迹。另外，速度轨迹是指，表示控制对象的速度与时间之间的关系的轨迹。另外，位置轨迹是指，表示控制对象的位置与时间之间的关系的轨迹。
此外，在本实施方式中，列举出将伺服驱动器作为控制装置生成的输入轨迹的输入目的地的例子进行说明，但是，控制装置生成的输入轨迹的输入目的地并不限定于伺服驱动器。只要是使用轨迹来进行控制的装置，输入轨迹的输入目的地可以是任何装置。例如，可以是如温度调整装置那样的装置。
[控制系统的概要]
首先，参照图2、图3说明控制系统的概要。图2是表示的控制系统的概略的图。另外，图3是表示控制系统的详细结构的图。
如图2所示，控制系统包括控制装置(轨迹生成装置)1、伺服驱动器3以及控制对象5(伺服马达4)。并且，将在控制装置1生成的指令值(扭矩轨迹、速度轨迹、位置轨迹)向伺服驱动器3输入。伺服驱动器3通过基于接受到的指令值的扭矩来驱动伺服马达4，使控制对象5移动。
控制装置1设定用于控制机械、设备等控制对象的指令值，作为其结构构件包括CPU单元13(图3)。CPU单元13包括微处理器、通信电路和具有微处理器的主存储器的存储单元。CPU单元13构成为，通过反复进行输出数据的发送、输入数据的接收和使用输入数据生成输出数据的控制程序的执行，来对控制对象进行控制。
存储单元用于存储控制程序和对该控制程序的执行和输入数据及输出数据的输入输出进行控制的系统程序。微处理器执行存储于存储单元的系统程序以及控制程序。
通信电路发送输出数据并接收输入数据。作为通信电路，控制装置1具有：第一通信电路，通过控制装置系统总线来进行输出数据的发送以及输入数据的接收；第二通信电路，通过现场网络2(图3)进行输出数据的发送以及输入数据的接收。
参照图3进行更详细的说明。如图3所示，控制装置系统包括控制装置1、经由现场网络2与控制装置1连接的伺服驱动器3即远程IO终端、作为现场设备的传感器6及继电器7。另外，在控制装置1上经由连接电缆10等连接有支持装置8。
控制装置1包括执行主要的运算处理的CPU单元13、一个以上的IO单元14、特殊单元15。这些单元经由PLC系统总线11能够相互交换数据。另外，通过电源单元12向在这些单元供给合适电压的电源。此外，构成控制装置1的各单元由控制装置制造商提供，因此，PLC系统总线11通常由每个控制装置制造商独自开发来使用。相对于此，现场网络2的规格等大多被公开，以能够将不同制造商的产品彼此连接。
IO单元14是与通常的输入输出处理相关的单元，负责开(on)/关(off)这样的被二值化的数据的输入输出。即，IO单元14收集是处于传感器6等传感器正在检测某些对象物的状态(开)还是处于没有检测任何对象的状态(关)这样的信息。另外，IO单元14向继电器7或促动器这样的输出目的地，输出用于激活的指令(开)和用于停用的指令(关)中的任一指令。
特殊单元15具有模拟数据的输入输出、温度控制、根据特定的通信方式进行的通信这样的IO单元14不支持的功能。
现场网络2用于传输与CPU单元13交换的各种数据。作为现场网络2，能够使用典型的各种工业用以太网(注册商标)。作为工业用以太网，例如公知有EtherCAT(注册商标)、Profinet IRT、MECHATROLINK(注册商标)-III、Powerlink、SERCOS(注册商标)-III、CIPMotion等，可以采用其中的某一个。而且，也可以使用工业用以太网以外的现场网络。例如，在不进行运动控制的情况下，可以使用DeviceNet、CompoNet/IP(注册商标)等。在本实施方式的控制装置系统中，典型地例示了采用作为工业用以太网的EtherCAT作为现场网络2的情况的构成。
此外，控制装置1可以是如下结构，即，通过使CPU单元13具有IO单元14的功能和伺服驱动器3的功能，在这样的内置功能能够处理的范围内，使CPU单元13不经由IO单元14和伺服驱动器3等直接对控制对象进行控制。
伺服驱动器3经由现场网络2与CPU单元13连接，并且根据来自于CPU单元13的指令值驱动伺服马达4。更具体而言，伺服驱动器3以规定的周期从控制装置1接受位置指令值、速度指令值、扭矩指令值等指令值(输入轨迹)。另外，伺服驱动器3从与伺服马达4的轴连接的位置传感器(旋转编码器)或扭矩传感器等检测器，获取位置、速度(典型地，根据本次位置和上次位置的差计算)和扭矩等与伺服马达4的动作相关的实测值。并且，伺服驱动器3将来自于CPU单元13的指令值设定为目标值，将实测值作为反馈值，进行反馈控制。即，伺服驱动器3以使实测值接近目标值的方式调整用于驱动伺服马达4的电流。此外，伺服驱动器3有时会被称为伺服马达放大器。
此外，在图3中示出了将伺服马达4和伺服驱动器3组合的系统的例子，但是也能够采用其他结构，例如，将脉冲马达和脉冲马达驱动器组合的系统。
在图3所示的控制装置系统的现场网络2上还连接有远程IO终端。远程IO终端基本上与IO单元14相同，进行与一般的输入输出处理相关的处理。更具体而言，远程IO终端包括用于进行与现场网络2中的数据传输相关的处理的通信耦合器52和一个以上的IO单元53。这些单元能够经由远程IO终端总线51相互交换数据。
[支持装置8的硬件结构]
接着，对用于进行控制装置1执行的程序的制作以及控制装置1的维护等的支持装置8进行说明。图4是表示支持装置8的硬件结构的示意图。支持装置8典型地由通用计算机构成。此外，从维护性的观点触发，支持装置8优选为便携性优异的笔记本式个人计算机。
如图4所示，支持装置8包括：CPU81，用于执行包括OS的各种程序；ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)82，用于存储BIOS和各种数据；存储器RAM83，提供用于存储CPU81所执行的程序所需数据的作业区域；硬盘(HDD)84，非易失性地存储CPU81中所执行的程序等。CPU81相当于支持装置8的运算部，ROM82、RAM83以及硬盘84相当于支持装置8的存储部。
支持装置8还包括：键盘85以及鼠标86，用于接受来自于用户的操作；监视器87，用于向用户提示信息。而且，支持装置8包括通信接口(IF)89，用于与控制装置1(CPU单元13)等进行通信。
支持装置8所执行的各种程序存储于CD-ROM9而进行流通。存储于该CD-ROM9的程序被CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)驱动器88读取，并向硬盘(HDD)84等进行存储。或者，可以通过网络从上位的主计算机等下载程序。
此外，在本实施方式中，记载了将控制装置1和支持装置8作为单独的装置，但是可以作为一个装置由控制装置1构成，在该情况下，支持装置8的硬件结构直接变为控制装置1的硬件结构。
[控制装置1的详细结构]
接着，参照图1说明控制装置1的详细结构。图1是表示控制装置1的主要部分的结构的框图。
如图1所示，控制装置1包括输入接受部100、轨迹部200以及动作指示部300。另外，轨迹部200包括扭矩轨迹生成部201以及输入轨迹生成部202。
输入接受部100经由支持装置8来接受来自于用户的指示，并通知轨迹部200。接受的指示内容例如是“驱动时间”、“初始位置”、“初始速度”、“终端位置”、“终端速度”。另外，在采用后述的实施方式3中所记载的方法的情况下，也接受“移动平均时间”。
轨迹部200用于生成向伺服驱动器3指示的输入轨迹。具体而言，作为输入轨迹，生成扭矩轨迹、速度轨迹以及位置轨迹中的至少任一个。另外，如上所述，轨迹部200包括扭矩轨迹生成部201以及输入轨迹生成部202。
扭矩轨迹生成部201使用经由输入接受部100通知的“驱动时间”、“初始位置”、“初始速度”、“终端位置”、“终端速度”来生成扭矩轨迹。并且，将所生成的扭矩轨迹向输入轨迹生成部202通知。另外，扭矩轨迹生成部201将在扭矩轨迹的生成中所导出的每时每刻的速度信息以及位置信息向输入轨迹生成部202通知。
更详细而言，扭矩轨迹生成部201通过在呈矩形波、扭矩的最大值以及最小值的绝对值相等且扭矩的最大值和最小值的切换为一次的条件下，调整切换的时刻和扭矩的最大值，从而生成扭矩的最大值变为最小的扭矩轨迹。切换的时刻和扭矩的最大值的调整能够使用数值分析方法进行。数值分析方法可以是基于启发式搜索算法(启发式算法)的方法，也可以是牛顿法等基于收敛计算的方法。
输入轨迹生成部202基于从扭矩轨迹生成部201通知的扭矩轨迹生成输入轨迹。在输入轨迹为扭矩轨迹的情况下，将通知的扭矩轨迹作为输入轨迹。另外，如后述的实施方式2、3所述，在将速度轨迹、位置轨迹作为输入轨迹的情况下，基于通知的每时每刻的速度信息、位置信息生成速度轨迹、位置轨迹，并作为输入轨迹。
动作指示部300根据轨迹部200生成的输入轨迹，向伺服驱动器3发送指令。
[在控制装置1中的处理流程]
接着，参照图5说明在控制装置1中生成扭矩轨迹来作为输入轨迹的处理的流程。图5是表示控制装置1中的生成扭矩轨迹的处理的流程的流程图。
如图5所示，在控制装置1中，首先，利用输入接受部100接受驱动时间的指定(S101、输入接受步骤)。此外，如上所述，在输入接受部100中，与驱动时间一起接受初始位置、初始速度、终端位置以及终端速度。
接着，扭矩轨迹生成部201设定在扭矩轨迹中的扭矩值以及切换时间(S102)。参照图6说明扭矩值以及切换时间。图6是表示扭矩轨迹生成部201生成的扭矩轨迹的例子的图。如图6所示，扭矩轨迹生成部201生成的扭矩轨迹是矩形波，并且扭矩值的最大值和最小值切换为一次。扭矩值是图6所示的扭矩轨迹的扭矩值的最大值以及最小值的绝对值的值。另外，切换时间是表示扭矩值的最大值和最小值的切换的时刻的时间。在步骤S102中，设定所述的扭矩值和切换时间。
接着，扭矩轨迹生成部201导出将在步骤S102设定的扭矩值和切换时间的扭矩轨迹作为输入轨迹时的终端时间的控制对象的位置和速度(S103)。终端时间是指所指定的驱动时间结束的时间。并且，扭矩轨迹生成部201判定所导出的终端时间的控制对象的位置以及速度是否在阈值以内(S104)。具体而言，判定终端时间的控制对象的位置和速度是否在与指定的终端位置以及终端速度同值的范围内。
在导出的终端时间的控制对象的位置以及速度不在阈值以内的情况下(S104中为NO)，返回至步骤S102，重复进行步骤S102～S104。
另一方面，在导出的终端时间的控制对象的位置以及速度在阈值以内的情况下(S104中为YES)，扭矩轨迹生成部201将此时的扭矩值以及切换时间确定为用于生成扭矩轨迹的扭矩值以及切换时间，来生成扭矩轨迹(S105)。并且，输入轨迹生成部202使用扭矩轨迹生成部201生成的扭矩轨迹，生成作为输入轨迹的扭矩轨迹(S106、扭矩轨迹生成步骤)。
以上是控制装置1中的生成扭矩轨迹的处理的流程。如上所述，在本实施方式中，直到终端时间的控制对象的位置和速度在阈值以内，通过重复进行步骤S102～S104的启发式搜索算法，导出扭矩值以及切换时间。此外，如上所述，导出扭矩值以及切换时间并不限定于启发式搜索算法，也可以使用任意的数值分析方法。例如，也可以是牛顿法等基于收敛计算的方法。
[实施方式2]
基于图7、图8对本发明的其他实施方式进行说明，具体如下。此外，为了便于说明，对具有与在所述实施方式中说明的部件相同功能的部件，赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
[概要]
在实施方式1中，通过设定扭矩值和切换时间求得扭矩轨迹来作为输入轨迹。然而，在实际的装置中，因产生模型误差，即使以符合指令的扭矩进行控制，也有可能在终端时间控制对象没有到达终端位置且没有变为终端速度。
具体而言，参照图7进行说明。图7是表示在将扭矩轨迹作为输入轨迹时，换言之，扭矩控制时的扭矩轨迹、控制对象的实际位置、时间之间的关系的图。如图7所示，即使将设定了扭矩值和切换时间的扭矩轨迹作为输入轨迹以使在所输入的终端时间到达终端位置，因模型误差也会导致控制对象的实际位置在终端时间没有到达目标位置的情况。
因此，在本实施方式的实施方式1的构成中，在导出扭矩轨迹的过程中，基于每时每刻导出的控制对象的速度和位置，导出速度轨迹和位置轨迹中的至少任一个，并将其作为输入轨迹。
通过使用了速度轨迹或位置轨迹的速度控制或位置控制，能够更加准确地使控制对象在终端时间到达目标位置且变为目标速度。
[使用速度轨迹、位置轨迹时的处理流程]
接着，参照图8说明在控制装置1中生成速度轨迹、位置轨迹来作为输入轨迹的处理的流程。图8是控制装置1中的生成速度轨迹、位置轨迹的处理的流程的流程图。
如图8所示，直至步骤S104为止与所述实施方式1中的图5相同。在本实施方式中，在步骤S104中变为YES之后，与实施方式1中的处理并行进入步骤S201。
在步骤S201中，轨迹部200在生成扭矩轨迹时导出每时每刻的速度信息和位置信息。速度信息以及位置信息在生成扭矩轨迹时被附加地导出。
接着，输入轨迹生成部202基于在步骤S201中所导出的速度信息、位置信息生成速度轨迹、位置轨迹，并将其中的至少某一个作为输入轨迹(S202、输入轨迹生成步骤)。
以上是控制装置1中的生成速度轨迹、位置轨迹的处理的流程。
[实施方式3]
基于图9～图14说明本发明的其他实施方式，具体如下。此外，为了便于说明，对具有与在所述实施方式中说明的部件相同的功能的部件赋予相同的附图标记，并省略对其的说明。
[概要]
通过使用实施方式2中记载的速度轨迹、位置轨迹的方法，能够使控制对象在终端时间到达目标位置且达到目标速度。但是，因模型误差可能会到达扭矩的峰值。作为减小模型误差的方法，考虑对模型不进行数式化而作为表格保持的追加考虑跟踪滞后等无用时间的高维模型的制作。但是，这些方法具有需要先进的技术且要花费很多的时间等弊端，从而不现实。
因此，一般而言，作为控制对象的特性模型使用以下所示的二阶系统模型。此外，可以使用三阶系统以上的高阶系统模型。
MX”+DX’+C＝F
其中，M表示控制对象的质量，D表示因控制对象的速度所产生的摩擦，C表示通常产生的摩擦。
然而，在所述的模型中，具有无法表现出在低速度部分的摩擦的弊端。另外，由于驱动器的增益设为1，因此，也存在无法考虑驱动器的跟踪滞后的弊端。因此，在使用上述的模型的情况下，会引起在驱动开始时产生大扭矩的问题和在驱动停止时产生负的大扭矩的问题。
具体而言，参照图9、图10进行说明。图9是表示在进行使用位置轨迹的位置控制时的扭矩轨迹和控制对象的位置及时间之间的关系的图。另外，图10是表示实际的摩擦和模型化的摩擦的图。
如图9所示，通过进行位置控制，控制对象在指定驱动时间到达目标位置。但是，如扭矩轨迹所示，在驱动开始时和驱动停止时产生了扭矩的峰值。
其原因如下。如图10中的(b)所示，实际上，控制对象的摩擦力在速度为0(Zero)附近产生峰值。然而，如图10中的(a)所示，模型化的摩擦力变成如忽视0(Zero)附近的峰值的轨迹。由此，在控制对象实际的摩擦力和模型化的摩擦力之间产生了差异，即产生了模型误差。由此，在驱动开始时和驱动停止时会产生扭矩的峰值。
因此，在本实施方式中，通过使用移动平均来生成输入轨迹，减少了模型误差的影响，从而能够抑制产生扭矩的峰值。具体而言，首先，导出从驱动时间减去移动平均时间(缩短时间)的时间(下面，称作计算用驱动时间)的速度轨迹或者位置轨迹。接着，在导出的速度轨迹(计算上速度轨迹)或者位置轨迹(计算上位置轨迹)上追加移动平均时间的轨迹，从而取得相对于整个轨迹(移动平均计算用轨迹)的移动平均，并将其作为输入轨迹。由此，能够使轨迹变得平滑，从而能够抑制扭矩的峰值。
另外，由于使用追加移动平均时间的轨迹来计算移动平均，因此，变为能够使控制对象以指定的驱动时间到达指定位置且变为指定速度的输入轨迹。
[使用移动平均时的处理的流程]
接着，参照图11说明在控制装置1中使用移动平均来生成输入轨迹的处理的流程。图11是表示在控制装置1中使用移动平均来生成输入轨迹的处理的流程的流程图。此外，对于与所述的图5和图8的流程图中的步骤执行相同的处理的步骤赋予相同的步骤号码，并省略其详细的说明。
如图11所示，首先，在步骤S101接受驱动时间的指定。接着，输入接受部100接受移动平均时间的指定(S301)。之后，轨迹部200基于驱动时间和移动平均时间计算出计算用驱动时间(S302)。之后，进入步骤S102。
步骤S102～S104与实施方式1、2相同。输入轨迹生成部202对基于在步骤S201导出的位置信息、速度信息导出的位置轨迹、速度轨迹，追加移动平均时间的轨迹(S303)。并且，对追加之后的整个轨迹取得移动平均，从而生成输入轨迹(S304)。
参照图12，使用具体的轨迹例来说明使用移动平均的输入轨迹的导出方法。图12是用于说明使用移动平均的输入轨迹的导出方法的图。此外，在图12中说明了使用位置轨迹的例子，在使用速度轨迹的情况也相同。
首先，图12中的(a)示出了基于计算用驱动时间tf导出的位置轨迹1201。在该位置轨迹1201的前后追加移动平均时间tr的轨迹1202a、轨迹1202b(图12中的(b))。并且，对在位置轨迹1201上追加轨迹1202a和轨迹1202b的整个轨迹取得移动平均，并将驱动时间tm的轨迹作为输入轨迹1203导出(图12中的(c))。
[使用移动平均的结果]
图13示出了使用移动平均导出的速度轨迹的例子。图13是表示使用移动平均导出的速度平均的例子的图。可以看出，通过使用移动平均，驱动时(时间为0s附近)和驱动结束时(时间为0.45s附近)的轨迹变缓。
图14示出了使用移动平均导出的位置轨迹和对应的扭矩轨迹。图14是表示使用移动平均导出的位置轨迹和对应的扭矩轨迹的图。如图14所示，在使用移动平均导出的位置轨迹中，在驱动时和驱动结束时的轨迹曲线变缓。另外，如对应的扭矩轨迹所示，驱动时以及驱动结束时没有产生峰值。
[本实施方式的效果]
参照图15、图16说明本实施方式的效果。图15、图16是比较使用本实施方式的输入轨迹的情况和使用以往的输入轨迹的情况的图。
在图15的(a)中，示出了表示使用本实施方式中的输入轨迹来驱动控制对象时的位置与时间之间的关系的位置轨迹1501和表示使用以往的输入轨迹来驱动控制对象时的位置与时间之间的关系的位置轨迹1511。另外，在图15的(b)中，示出了表示使用本实施方式中的输入轨迹来驱动控制对象时的扭矩与时间之间的关系的扭矩轨迹1502和表示使用以往的输入轨迹来驱动控制对象时的扭矩与时间之间的关系的扭矩轨迹1512。此外，图15所示的例子表示以驱动时间为0.45s、终端位置为100mm进行驱动的情况。
如图15中的(a)所示，就位置轨迹1501和位置轨迹1511而言，初始位置和终端位置一致。但是，如图15中的(b)所示，就扭矩轨迹1502和扭矩轨迹1512而言，最大扭矩值相差25％左右，。即，扭矩轨迹1502的最大扭矩值比扭矩轨迹1512的最大扭矩值小25％左右。这表示，通过使用本实施方式中的输入轨迹，以相同的驱动时间、相同的驱动距离，与以往相比能够将扭矩值的降低抑制到25％左右。
图16是使利用本实施方式中的输入轨迹来驱动控制对象时的扭矩轨迹的最大值和利用以往的输入轨迹来驱动控制对象时的扭矩轨迹的最大值一致的情况的例子。即，使扭矩轨迹1512的最大值与扭矩轨迹1502的最大值一致的情况的例子。
在图16的(a)中，示出了表示使用本实施方式中的输入轨迹来驱动控制对象时的扭矩与时间之间的关系的扭矩轨迹1502和使用以往的输入轨迹来驱动控制对象时的扭矩与时间之间的关系的扭矩轨迹1611。另外，在图16的(b)中，示出了表示使用本实施方式中的输入轨迹来驱动控制对象时的位置与时间之间的关系的位置轨迹1602和表示使用以往的输入轨迹来驱动控制对象时的位置与时间之间的关系的位置轨迹1612。
如图16中的(a)所示，在使扭矩轨迹1502与扭矩轨迹1601的最大值一致的情况下，如图16中的(b)所示，就控制对象到达100mm的位置的时间而言，在位置轨迹1602中为0.45s，在位置轨迹1612中为0.6s。
这是因为，在使扭矩的最大值与以往一致的情况，即使用与以往相同的容量的马达的情况下，通过使用本实施方式中的输入轨迹，能够将用于移动相同驱动距离的搬运时间缩短大约25％左右。
[功能模块化的例子]
参照图17说明将本实施方式的控制装置1功能模块化的其他例子。图17是表示将控制装置1功能模块化的例子的图。
在图17示出的功能模块(peakcut)中，左侧表示输入数据，右侧表输出数据。如图17所示，在本实施方式中，作为输入数据，输入有装置的模型信息(M_machine D_machineC_machine)、控制周期(sampletime)、初始位置，速度(start_pos start_vel)、终端位置、速度(end_pos end_vel)、驱动时间(movetime)以及移动平均时间(acctime)。并且，相对于这些输入，作为输出数据输出有位置(peak_cut_pos)以及速度(peak_cut_vel)。
此外，在图17所示的例子中，输入有装置的模型信息“M、D、C”、控制周期“sampletime”、初始位置“10”、初始速度“10”、终端位置“100”、终端速度“0”、驱动时间“movetime”、移动平均时间“20”，输出有位置“result_pos”和速度“result_vel”。
[通过软件实现的例子]
控制装置1的控制模块(尤其是轨迹部200(扭矩轨迹生成部201、输入轨迹生成部202)以及动作指示部300)可以通过形成于集成电路(IC芯片)等上的逻辑电路(硬件)来实现，也可以使用CPU(Central Processing Unit)通过软件来实现。
在后者的情况下，控制装置1具有对用于实现各功能的软件即程序的命令进行执行的CPU、以计算机(或CPU)可读的方式存储有上述程序及各种数据的ROM(Read OnlyMemory)或存储装置(将这些称为“记录介质”)、以及用于运行上述程序的RAM(RandomAccess Memory)等。另外，通过使计算机(或CPU)从上述记录介质读取上述程序，能够到达本发明的目的。作为上述记录介质能够使用“非暂时有形介质”，例如带、盘、卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。另外，可以经由能够传送程序的任意的传送介质(通信网络和广播波等)将上述程序供给至上述计算机。此外，本发明还能够以处于载波中的数据信号的形式实现，通过对数据信号进行电子传送具体实现上述程序。
本发明不限于上述的各实施方式，在权利要求所示的范围内能够进行各种变更，适当组合在不同的实施方式中分别公开的技术手段而得到的实施方式也包含在本发明的技术的范围内。

Claims (9)

1.一种轨迹生成装置，其生成用于装置的控制的输入轨迹，其特征在于，
包括：
输入接受部，接受控制对象从初始位置移动至规定位置的时间即指定驱动时间，
扭矩轨迹生成部，在呈矩形波、扭矩的最大值以及最小值的绝对值相等且扭矩的最大值与最小值的切换为一次的条件下，调整所述切换的时刻和所述最大值，生成所述最大值变为最小的扭矩轨迹，该扭矩轨迹与所述指定驱动时间相对应，
输入轨迹生成部，基于所述扭矩轨迹生成所述输入轨迹。
2.根据权利要求1所述的轨迹生成装置，其特征在于，
所述输入轨迹生成部基于所述扭矩轨迹，生成表示所述控制对象的时间与速度之间的关系的速度轨迹和表示所述控制对象的时间与位置之间的关系的位置轨迹中的至少一个，来作为所述输入轨迹。
3.根据权利要求2所述的轨迹生成装置，其特征在于，
所述输入轨迹生成部使用高阶系统特性模型来作为所述控制对象的特性模型，生成所述速度轨迹和所述位置轨迹中的至少一个，来作为所述输入轨迹。
4.根据权利要求2或者3所述的轨迹生成装置，其特征在于，
所述输入轨迹生成部生成对基于所述扭矩轨迹生成的所述速度轨迹和所述位置轨迹中的至少一个进行使用了移动平均的修正的轨迹，来作为所述输入轨迹。
5.根据权利要求4所述的轨迹生成装置，其特征在于，
所述输入轨迹生成部导出所述速度轨迹以及所述位置轨迹中的至少任一个的与从所述指定驱动时间减去缩短时间而得到的计算用驱动时间相对应的计算上速度轨迹以及计算上位置轨迹中的至少一个，并计算出在所述计算上速度轨迹和所述计算上位置轨迹中的至少任一个追加了所述缩短时间的轨迹而得到的轨迹的移动平均，从而生成所述输入轨迹。
6.根据权利要求4所述的轨迹生成装置，其特征在于，
所述输入轨迹生成部导出所述速度轨迹以及所述位置轨迹中的至少任一个的与从所述指定驱动时间减去缩短时间而得到的计算用驱动时间相对应的计算上速度轨迹以及计算上位置轨迹中的至少一个，并基于在所述计算上速度轨迹以及计算上位置轨迹中的至少一个的前后追加了所述缩短时间的轨迹而得到的移动平均计算用轨迹来取得移动平均，并生成从取得的移动平均的结果去除所述缩短时间的部分的轨迹来作为所述输入轨迹。
7.根据权利要求1至6任一项所述的轨迹生成装置，其特征在于，
所述扭矩轨迹生成部通过数值分析方法计算出所述扭矩的最大值变为最小的所述切换的时刻和所述扭矩的值，来生成所述扭矩轨迹。
8.一种轨迹生成装置的控制方法，该轨迹生成装置生成用于装置的控制的输入轨迹，该控制方法的特征在于，
包括：
输入接受步骤，接受控制对象从初始位置移动至规定位置的时间即指定驱动时间，
扭矩轨迹生成步骤，在呈矩形波、扭矩的最大值以及最小值的绝对值相等且扭矩的最大值与最小值的切换为一次的条件下，调整所述切换的时刻和所述最大值，生成所述最大值变为最小的扭矩轨迹，该扭矩轨迹与所述指定驱动时间相对应，
输入轨迹生成步骤，基于所述扭矩轨迹生成所述输入轨迹。
9.一种计算机可读取存储记录介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序用于使计算机发挥权利要求1所述的轨迹生成装置的功能，并且使计算机发挥所述扭矩轨迹生成部以及所述输入轨迹生成部的功能。
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