CN107924198A - 控制装置、控制方法、控制程序 - Google Patents

控制装置、控制方法、控制程序 Download PDF

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Abstract

本发明实现能够抑制由多轴(多个伺服马达)间的响应延迟时间的不均引起的轨迹偏差的控制装置。控制装置对与多个伺服马达对应的多个伺服驱动器发出指令，将与所述多个伺服马达中的响应延迟时间最大的基准伺服马达对应的伺服驱动器作为基准伺服驱动器，使向其他伺服驱动器发出指令的时序比向所述基准伺服驱动器发出指令的时序延迟所述基准伺服马达的响应延迟时间与对应于所述其他伺服驱动器的伺服马达的响应延迟时间的差。

Description

控制装置、控制方法、控制程序
技术领域
本发明涉及一种控制装置、控制方法、控制程序。
背景技术
专利文献1中公开了如下方法：对机器人的动作进行控制的控制装置按轴，计算相对于指令值的目标轨迹与实际的动作轨迹之差作为伺服延迟时间，并将最短的伺服延迟时间作为基准时间，基于每个轴的伺服延迟时间与所述基准时间来计算每个轴的补偿转矩，将反映了每个轴的补偿转矩的指令值输出至各伺服，对机器人的动作进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009-151527号公报(2009年7月9日公开)
发明内容
发明所要解决的问题
所述方法的问题在于：基于每个轴的伺服延迟时间与所述基准时间的补偿转矩的计算、及反映了补偿转矩的指令值的算出太复杂。
本发明是鉴于所述问题点而成的发明，其目的在于实现能够抑制由多轴(多个伺服马达)间的响应延迟时间的不均引起的轨迹偏差的控制装置。
解决问题的技术手段
本控制装置是对与多个伺服马达对应的多个伺服驱动器发出指令的控制装置，其特征在于：将与所述多个伺服马达中的响应延迟时间最大的基准伺服马达对应的伺服驱动器作为基准伺服驱动器，使向其他伺服驱动器发出指令的时序比向所述基准伺服驱动器发出指令的时序延迟所述基准伺服马达的响应延迟时间与对应于所述其他伺服驱动器的伺服马达的响应延迟时间的差。
发明的效果
根据本控制装置，能够抑制由多个伺服马达间的响应延迟时间的不均引起的轨迹偏差。
附图说明
图1是表示多轴结构的示意图。
图2是对由轴间响应延迟时间差引起的轨迹偏差的例子进行说明的参考图。
图3是对由轴间响应延迟时间差引起的轨迹偏差的原理进行说明的参考图。
图4是对本控制装置的位置指令进行说明的说明图。
图5是对由加速度变化时的位置偏差引起的轨迹偏差的例子进行说明的参考图。
图6是对抑制由加速度变化时的位置偏差引起的轨迹偏差的原理进行说明的说明图。
图7是对抑制由加速度变化时的位置偏差引起的轨迹偏差的方法进行说明的说明图。
图8是表示本控制装置的功能模块的示意图。
图9是表示本实施方式的各伺服驱动器的结构例的示意图。
图10是表示本控制装置的处理工序的流程图。
图11是表示本实施方式的效果的轨迹图。
具体实施方式
使用图1～图11对本发明的实施方式进行说明。以下，以如图1所示的三轴(X轴、Y轴、Z轴)结构的同步群为前提进行说明，但本实施方式的同步群只要为二轴以上的结构即可。
在如图1所示的三轴结构中，例如接受了来自控制装置的指令的X轴用伺服驱动器控制X轴用伺服马达，工件Wx通过X轴用伺服马达沿着X轴方向移动(X轴用伺服马达的动作信息反馈至X轴用伺服驱动器)。另外，接受了来自控制装置的指令的Y轴用伺服驱动器控制Y轴用伺服马达，工件Wy通过Y轴用伺服马达沿着Y轴方向移动(Y轴用伺服马达的动作信息反馈至Y轴用伺服驱动器)。另外，接受了来自控制装置的指令的Z轴用伺服驱动器控制Z轴用伺服马达，工件Wz通过Z轴用伺服马达沿着Z轴方向移动(Z轴用伺服马达的动作信息反馈至Z轴用伺服驱动器)。
[由响应延迟时间的轴间差引起的轨迹偏差的抑制]
一般来说，发往X轴用伺服驱动器、Y轴用伺服驱动器及Z轴用伺服驱动器的指令同步，但在轴之间，从接受指令到对应的伺服马达作出响应为止的时间(响应延迟时间)不均。
例如在Y轴系统几乎无响应延迟(小)，Z轴系统的响应延迟大的情况下，如图2所示，Y轴系统的指令速度与反馈速度几乎一致，而Z轴系统的指令速度与反馈速度在时间上存在偏差，因此，在角落轨迹中，Z轴方向的上升延迟，导致成为比目标更靠外的轨迹。
即，如图3(a)所示，在将X轴用伺服驱动器(以下称为伺服驱动器SDx)的响应延迟时间设为Rx，将Y轴用伺服驱动器(以下称为伺服驱动器SDy)的响应延迟时间设为Ry，将Z轴用伺服驱动器(以下称为伺服驱动器SDz)的响应延迟时间设为Rz，位置指令与时刻t同步地到达伺服驱动器SDx、伺服驱动器SDy及伺服驱动器SDz的情况下，伺服马达SMx的响应时刻为Tx(＝t+Rx)，响应延迟时间最小的伺服马达SMy的响应时刻为Ty(＝t+Ry)，响应延迟时间最大的伺服马达SMz的响应时刻为Tz(＝t+Rz)，三个伺服马达在时间上零乱地作出响应，如图3(b)所示，沿着偏离目标轨迹的轨迹前进。
因此，在本实施方式中，为了抑制由响应延迟时间的轴间差引起的轨迹偏差，如图4(a)所示，使发往伺服驱动器SDx、伺服驱动器SDy及伺服驱动器SDz的位置指令在时间上错开。
具体来说，将响应延迟时间最大的伺服马达SMz作为基准伺服马达，为了使伺服马达SMX及伺服马达SMy与伺服马达SMz的响应时刻T同步地作出响应，相对于向对伺服马达SMz(基准伺服马达)进行控制的伺服驱动器SDz(基准伺服驱动器)发出指令的指令时刻tz，使向伺服驱动器SDx发出指令的指令时刻tx延迟dx(基准伺服马达SMz与伺服马达SMx之间的响应延迟时间之差＝Rz-Rx)，并使向伺服驱动器SDy发出指令的指令时刻tx延迟dy(基准伺服马达SMz与伺服马达SMy之间的响应延迟时间之差＝Rz-Ry)。
例如，若某时刻的目标位置坐标为(Px，Py，Pz)，则使发往伺服驱动器SDx的Px的位置指令比发往伺服驱动器SDz的Pz的位置指令迟dx，并使发往伺服驱动器SDy的Py的位置指令比发往伺服驱动器SDz的Pz的位置指令迟dy。由此，能够形成如图4(b)所示的接近于目标轨迹的轨迹。
[由加速度变化时的位置偏差引起的轨迹偏差的抑制]
通过所述方法，轴之间的响应时序一致，但各轴自身存在响应延迟。因此，如图5所示，在发往X轴用的伺服驱动器的速度指令从小变大，发往Y轴用的伺服驱动器的速度指令从大变小的情况下，有时X轴的位置偏差(指令位置与反馈位置之差)会随着时间增加，另一方面，Y轴的位置偏差(指令位置与反馈位置之差)会随着时间减少，如图5所示，沿着比目标轨迹靠内的轨迹前进。
发明人发现在如图6(a)所示的指令速度与反馈速度偏差了响应延迟时间的模型中，如图6(b)所示，对于由加速度变化时(包含正方向的变化与负方向的变化)的位置偏差引起的轨迹偏差，有效的是进行阴影部分的修正。具体来说，以与阴影部分的面积即(1/2)×响应延迟时间的二次方×加速度(预测加速度)相当的量，对指令位置进行修正。
由此，即使在如图7(a)所示的折回轨迹的反馈位置未到达折回点的情况下，通过所述指令位置的修正，如图7(b)所示，反馈位置也会到达折回点。
[控制装置的处理器的功能模块]
本实施方式的控制装置包括具有如图8所示的功能模块的处理器。处理器所包括的功能模块是预测同步计算部、指令位置产生部、X轴位置修正部、Y轴位置修正部、Z轴位置修正部、X轴指令部、Y轴指令部及Z轴指令部。
预测同步计算部从伺服驱动器SDx、伺服驱动器SDy及伺服驱动器SDz读取伺服参数，算出包含X轴响应延迟时间、Y轴响应延迟时间、Z轴响应延迟时间及基准响应延迟时间的预测位置同步修正参数。
此处，X轴响应延迟时间(图3、图4的Rx)(即位置环路增益的倒数)设为伺服驱动器SDx的伺服参数之一，Y轴响应延迟时间(图3、图4的Ry)(即位置环路增益的倒数)设为伺服驱动器SDy的伺服参数之一，Z轴响应延迟时间(图3、图4的Rz)(即位置环路增益的倒数)设为伺服驱动器SDz的伺服参数之一，并将基准响应延迟时间设为Rx、Ry及Rz中的最大值。
指令位置产生部基于目标轨迹而产生X轴指令位置、Y轴指令位置及Z轴指令位置，将X轴指令位置输入至X轴位置修正部，将Y轴指令位置输入至Y轴位置修正部，并将Z轴指令位置输入至Z轴位置修正部。
X轴位置修正部基于预测位置同步修正参数进行X轴指令位置的修正(与响应延迟时间的轴间差相关的修正、及与因加速度变化而产生的位置偏差相关的修正)，X轴指令部基于修正后的X轴指令位置，向伺服驱动器SDx发出位置指令。
Y轴位置修正部基于预测位置同步修正参数进行Y轴指令位置的修正(与响应延迟时间的轴间差相关的修正、及与因加速度变化而产生的位置偏差相关的修正)，Y轴指令部基于修正后的Y轴指令位置，向伺服驱动器SDy发出位置指令。
Z轴位置修正部基于预测位置同步修正参数进行Z轴指令位置的修正(与响应延迟时间的轴间差相关的修正、及与因加速度变化而产生的位置偏差相关的修正)，Z轴指令部基于修正后的Z轴指令位置，向伺服驱动器SDz发出位置指令。
如图9所示，伺服驱动器SDx包括接受来自控制装置的位置指令的X轴位置控制部、接受来自X轴位置控制部的输出的X轴速度控制部及接受来自X轴速度控制部的输出的X轴电流控制部(X轴转矩控制部)，伺服马达SMx的旋转部通过X轴电流控制部的输出而驱动，伺服马达SMx的编码器的输出反馈至X轴位置控制部、X轴速度控制部及X轴电流控制部。X轴位置控制部将位置环路增益输出至控制装置，X轴速度控制部将速度环路增益输出至控制装置。
另外，伺服驱动器SDy包括接受来自控制装置的位置指令的Y轴位置控制部、接受来自Y轴位置控制部的输出的Y轴速度控制部及接受来自Y轴速度控制部的输出的Y轴电流控制部(Y轴转矩控制部)，伺服马达SMy的旋转部通过Y轴电流控制部的输出而驱动，伺服马达SMy的编码器的输出反馈至Y轴位置控制部、Y轴速度控制部及Y轴电流控制部。Y轴位置控制部将位置环路增益输出至控制装置，Y轴速度控制部将速度环路增益输出至控制装置。
另外，伺服驱动器SDz包括接受来自控制装置的位置指令的Z轴位置控制部、接受来自Z轴位置控制部的输出的Z轴速度控制部及接受来自Z轴速度控制部的输出的Z轴电流控制部(Z轴转矩控制部)，伺服马达SMz的旋转部通过Z轴电流控制部的输出而驱动，伺服马达SMz的编码器的输出反馈至Z轴位置控制部、Z轴速度控制部及Z轴电流控制部。Z轴位置控制部将位置环路增益输出至控制装置，Z轴速度控制部将速度环路增益输出至控制装置。
控制装置的处理器例如通过执行本实施方式的控制程序来执行图10的步骤S1～步骤S8。
即，在步骤S1中，从伺服驱动器取得(预先设定的同步群的)各轴的位置环路增益，在步骤S2中，算出各轴的响应延迟时间，在步骤S3中，对各轴的响应延迟时间彼此进行比较，在步骤S4中，算出响应延迟时间中的最大响应延迟时间，在步骤S5中，算出各轴响应延迟时间与最大响应延迟时间之间的差，在步骤S6中，针对各轴算出的差对指令位置进行延迟的修正，在步骤S7中，对于步骤S6的结果，进行与因加速度变化而产生的位置偏差相关的修正，具体来说，进行与加速度成比例地产生的位置偏差的修正，在步骤S8中，基于步骤S7中获得的修正后的指令位置，向对应的伺服驱动器发出位置指令。
已知如上所述，通过进行与响应延迟时间的轴间差相关的修正、及与加速度变化时的位置偏差相关的修正，如图11所示，相对于目标轨迹的偏差受到抑制。
[位置修正部的处理例]
在图8的X轴修正部或图10的步骤S7中，与响应延迟时间的轴间差相关的修正能够通过下述式Ax的第一项实现，以及与加速度变化时的位置偏差相关的修正能够通过下述式Ax的第二项实现。
Xcp(t)＝X(t-(Rs-Rx))-(1/2)×Rx2×Ax…式1
X(t)：目标位置(目标轨迹)
Xcp(t)：给予伺服驱动器SDx的指令位置
Rx：X轴的响应延迟时间(倒数为其位置环路增益)
Ax：X轴的加速度(预测加速度)
td：通信延迟时间(在轴之间通用)
Rs：基准响应延迟时间(Rx、Ry、Rz的最大值)
通过所述式1，能够获得式2的效果。
Xpp(t)：预测位置
Xap(t)：给予了Xcp(t)时的实际位置(反馈位置)
此处，关于式1第二项的加速度Ax，对通过(d2x/dt2)(t-(Rs-Rx))求出的结果进行将位置环路增益的倒数Rx作为一次延迟时间常数的一次延迟运算，并进一步进行将1/(2π×速度环路增益)作为一次延迟时间常数的一次延迟运算，将运算所得的结果用作加速度Ax。
另外，在图8的Y轴修正部或图10的步骤S7中，与响应延迟时间的轴间差相关的修正能够通过下述式3的第一项实现，以及与加速度变化时的位置偏差相关的修正能够通过下述式3的第二项实现。
Ycp(t)＝Y(t-(Rs-Ry))-1/2×Ry2×Ay…式3
Y(t)：目标位置(目标轨迹)
Ycp(t)：给予伺服驱动器SDy的指令位置
Ry：Y轴的响应延迟时间(倒数为其位置环路增益)
Ay：Y轴的加速度(预测加速度)
td：通信延迟时间(在轴之间通用)
Rs：基准响应延迟时间(Rx、Ry、Rz的最大值)
通过所述式3，能够获得式4的效果。
Ypp(t)：预测位置
Yap(t)：给予了Ycp(t)时的实际位置(反馈位置)
此处，关于式3第二项的加速度Ay，对通过(d2y/dt2)(t-(Rs-Ry))求出的结果进行将位置环路增益的倒数Ry作为一次延迟时间常数的一次延迟运算，并进一步进行将1/(2π×速度环路增益)作为一次延迟时间常数的一次延迟运算，将运算所得的结果用作加速度Ay。
另外，在图8的Z轴修正部或图10的步骤S7中，与响应延迟时间的轴间差相关的修正能够通过下述式5的第一项实现，以及与加速度变化时的位置偏差相关的修正能够通过下述式5的第二项实现。
Zcp(t)＝Z(t-(Rs-Rz))-1/2×Rz2×Az…式5
Z(t)：目标位置(目标轨迹)
Zcp(t)：给予伺服驱动器SDz的指令位置
Rz：Z轴的响应延迟时间(倒数为其位置环路增益)
Az：Z轴的加速度(预测加速度)
td：通信延迟时间(在轴之间通用)
Rs：基准响应延迟时间(Rx、Ry、Rz的最大值)
通过所述式5，能够获得式6的效果。
Zpp(t)：预测位置
Zap(t)：给予了Zcp(t)时的实际位置(反馈位置)
此处，关于式5第二项的加速度Az，对通过(d2z/dt2)(t-(Rs-Rz))求出的结果进行将位置环路增益的倒数Rz作为一次延迟时间常数的一次延迟运算，并进一步进行将1/(2π×速度环路增益)作为一次延迟时间常数的一次延迟运算，将运算所得的结果用作加速度Az。
[利用软件的实现例]
控制装置的各功能模块可以使用中央处理器(Central Processing Unit，CPU)并通过软件实现，也可以通过形成于集成电路(集成电路(integrated circuit，IC)芯片)等的逻辑电路(硬件)实现。
在前者的情况下，控制装置包括执行实现各功能的软件即控制程序的命令的CPU、以计算机(或CPU)可读取的方式记录有控制程序及各种数据的只读存储器(Read OnlyMemory，ROM)或存储装置(将这些称为“记录介质”)、展开控制程序的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。接着，计算机(或CPU)从记录介质读取并执行控制程序，由此，实现本实施方式的目的。记录介质能够使用“非临时的有形介质”例如光盘、卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。另外，控制程序也可以经由能够传输此控制程序的任意的传输介质(通信网络或广播等)而供应至计算机。再者，本实施方式也能够以通过电子传输使控制程序具体化的载波中所嵌入的数据信号的方式实现。
本控制装置是对与多个伺服马达对应的多个伺服驱动器发出指令的控制装置，其特征在于：将与所述多个伺服马达中的响应延迟时间最大的基准伺服马达对应的伺服驱动器作为基准伺服驱动器，使向其他伺服驱动器发出指令的时序比向所述基准伺服驱动器发出指令的时序延迟所述基准伺服马达的响应延迟时间与对应于所述其他伺服驱动器的伺服马达的响应延迟时间的差。
根据所述结构，因为所述多个伺服马达的响应时序一致，所以能够抑制由多轴(多个伺服马达)间的响应延迟时间的不均引起的轨迹偏差。
本控制装置也能够设为如下结构，即，所述指令是基于目标轨迹的位置指令。
本控制装置也能够设为如下结构，即，各伺服马达的响应延迟时间由对应的伺服驱动器的位置环路增益的倒数表示。
本控制装置也能够设为如下结构，即，在各伺服马达的加速度变化时，以添加与加速度成比例的量的修正的方式发出位置指令。
根据所述结构，能够抑制由加速度变化时的位置偏差引起的轨迹偏差。
本控制方法是对与多个伺服马达对应的多个伺服驱动器发出指令，使所述多个伺服马达作出响应的控制方法，其特征在于包括：第一步骤，获得各伺服马达的响应延迟时间；第二步骤，对响应延迟时间进行比较；以及第三步骤，将与所述多个伺服马达中的响应延迟时间最大的基准伺服马达对应的伺服驱动器作为基准伺服驱动器，使发往其他伺服驱动器的位置指令比发往所述基准伺服驱动器的位置指令延迟所述基准伺服马达的响应延迟时间与对应于所述其他伺服驱动器的伺服马达的响应延迟时间的差。
根据所述方法，因为所述多个伺服马达的响应时序一致，所以能够抑制由多轴(多个伺服马达)间的响应延迟时间的不均引起的轨迹偏差。
对于本控制方法，也可以在所述第二步骤中，对各伺服驱动器的位置环路增益的倒数进行比较。
本控制程序的特征在于：使处理器执行所述第一步骤～第三步骤。
本记录介质是记录有所述控制程序且可由计算机读取的记录介质。
本发明并不限定于所述实施方式，基于技术常识将所述实施方式适当变更所得的实施方式或将这些实施方式加以组合而获得的实施方式也包含于本发明的实施方式。
符号的说明
SDx：伺服驱动器(X轴)
SDy：伺服驱动器(Y轴)
SDz：伺服驱动器(Z轴)
SMx：伺服马达(X轴)
SMy：伺服马达(Y轴)
SMz：伺服马达(Z轴)
Rx：响应延迟时间(X轴)
Ry：响应延迟时间(Y轴)
Rz：响应延迟时间(Z轴)

Claims (8)

1.一种控制装置，其是对与多个伺服马达对应的多个伺服驱动器发出指令的控制装置，其特征在于：
将与所述多个伺服马达中的响应延迟时间最大的基准伺服马达对应的伺服驱动器作为基准伺服驱动器，使向其他伺服驱动器发出指令的时序比向所述基准伺服驱动器发出指令的时序延迟所述基准伺服马达的响应延迟时间与对应于所述其他伺服驱动器的伺服马达的响应延迟时间的差。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：
所述指令是基于目标轨迹的位置指令。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：
各伺服马达的响应延迟时间由对应的伺服驱动器的位置环路增益的倒数表示。
4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：
在各伺服马达的加速度变化时，以添加与所述加速度成比例的量的修正的方式发出所述位置指令。
5.一种控制方法，其是对与多个伺服马达对应的多个伺服驱动器发出指令，使所述多个伺服马达作出响应的控制方法，其特征在于包括：
第一步骤，获得各伺服马达的响应延迟时间；
第二步骤，对所述响应延迟时间进行比较；以及
第三步骤，将与所述多个伺服马达中的响应延迟时间最大的基准伺服马达对应的伺服驱动器作为基准伺服驱动器，使发往其他伺服驱动器的位置指令比发往所述基准伺服驱动器的位置指令延迟所述基准伺服马达的响应延迟时间与对应于所述其他伺服驱动器的伺服马达的响应延迟时间的差。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：
在所述第二步骤中，对从各伺服驱动器读取的位置环路增益的倒数进行比较。
7.一种控制程序，其特征在于：
使处理器执行根据权利要求5或6所述的第一步骤～第三步骤。
8.一种记录介质，记录有根据权利要求7所述的控制程序且能够由计算机读取。
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