CN110235081A - 工件运送控制系统以及运动引导装置 - Google Patents

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田中由纪
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Abstract

抑制装置的大型化并且合适地设定反馈控制中的控制增益。具备：一个或者多个运动引导装置；载置工件的平台；向平台赋予驱动力的致动器、进行基于反馈控制的运送控制的控制部；和对从工件向一个或者多个运动引导装置各自的移动部件施加的运送载荷进行计算的计算部，基于一个或者多个运动引导装置各自的运送载荷，对与运送控制中的反馈控制相关的控制增益进行调整。

Description

工件运送控制系统以及运动引导装置
技术领域
本发明涉及一边通过具有轨道部件和移动部件的运动引导装置能移动地支承工件，一边进行该工件的运送的工件运送控制系统、以及该工件运送控制系统中使用的运动引导装置。
背景技术
在伺服机构中，进行基于移动部件的位置等的反馈控制。为了缩短工件的运送时间，在该反馈控制中设定最佳的控制增益变得重要。这里，在运送工件的线中，在运送工件的区间和未堆积工件的空载的区间，由于作用于移动部件的载荷不同，控制增益的最佳值可能不同。对此，进行设定在两个区间中可应用的共用的控制增益，或者切换对各个区间预先设定的控制增益。此外，也进行从多个组合之中选择反馈控制时的控制增益(例如，参照专利文献1。)。此外，也进行自动调整控制增益。
在先技术文献
专利文献
专利文献：JP特开2009-124803号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
这里，在自动调整控制增益的情况下，需要使移动部件实际移动。因此，由于不能在移动部件开始移动前预先求取控制增益，因此成为工件的运送时间变长的原因。此外，在切换控制增益的方法中，需要预先知道工件的质量，因此难以对应多个品种的工件。此外，在从多个控制增益的组合中选择控制增益的情况下，由于可设定的增益的数量存在限制，因此能够对应的工件的种类也被限制。此外，也考虑使用称重传感器(load cell)来测定工件的质量并基于该质量来设定控制增益的方法，但由于称重传感器的尺寸较大，因此系统可能大型化。
本发明鉴于上述的问题点而作出，其目的在于，提供一种抑制装置的大型化并且合适地设定反馈控制中的控制增益的技术。
-解决课题的单元-
在本发明中，为了解决上述课题，采用对运动引导装置的运送载荷进行计算，基于该运送载荷，调整控制增益的结构。详细地，本发明是一种工件运送控制系统，一边通过运动引导装置能移动地支承工件，一边进行该工件的运送，所述运动引导装置具有沿着长边方向延伸的轨道部件和移动部件，所述移动部件被配置为经由在转动槽内能转动地配置的转动体而与该轨道部件对置并且沿着该轨道部件的该长边方向能相对移动，所述工件运送控制系统具备：一个或者多个所述运动引导装置；运送台，是载置所述工件的平台，被所述一个或者多个运动引导装置支承；致动器，赋予驱动力以使得所述运送台被运送；控制部，在所述致动器执行所述工件的运送时，进行基于反馈控制的运送控制；和计算部，对从所述工件向所述一个或者多个运动引导装置各自的所述移动部件施加的运送载荷进行计算，所述控制部基于由所述计算部计算的、所述一个或者多个运动引导装置各自的所述运送载荷，对与所述运送控制中的反馈控制相关的控制增益进行调整。
本发明所涉及的工件运送控制系统是具备具有轨道部件和移动部件的运动引导装置、并且还具备对从工件向各个移动部件作用的运送载荷进行计算的计算部的系统。由该计算部计算的作用于各个移动部件的运送载荷与适合于运送控制的控制增益相关。因此，通过基于从工件向各个移动部件作用的运送载荷来调整控制增益，能够设定适合于此时的工件的控制增益。
这样，通过在各个移动部件中计算运送载荷，不需要另外准备对工件本身的质量进行测定的传感器，因此能够实现装置的小型化。进一步地，根据运送载荷来调整控制增益，因此能够实现运送时间的缩短。
-发明效果-
能够抑制装置的大型化并且合适地设定反馈控制中的控制增益。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的系统的概略结构的图。
图2是示意性地表示运动引导装置与驱动用驱动器部的关联的图。
图3是本实施方式的运动引导装置的外观立体图。
图4是表示本实施方式的运动引导装置的内部构造的概要的图。
图5的(a)是从导轨的长边方向观察的运动引导装置的主视图，(b)是B部放大图。
图6是反馈控制的框图。
图7是表示控制增益的设定流程的流程图。
图8是表示向滑架施加外力时的传感器的输出的变化的图。
图9是表示滑架内的球所接触的部分的图。
图10是表示产生位移5分量之前的内部载荷的状态的图。
图11是表示产生位移5分量之后的内部载荷的状态的图。
图12是表示本实施方式所涉及的系统的概略结构的图。
图13是表示控制增益的设定流程的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图来对本发明的具体实施方式进行说明。本实施例所述的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别记载，则不是将发明的技术范围限定于这些的主旨。
实施例1
图1是表示本实施例所涉及的系统的概略结构的图。本实施例所涉及的系统包含装置部20、驱动用驱动器部30。装置部20中，具备：用于支承工件的运动引导装置1、载置工件的台子、即被运动引导装置1支承的运送台8、赋予驱动力以使得运送台8被运送的致动器(伺服马达)5、对移动部件的位置进行检测的线性编码器4、对运动引导装置1的位移进行检测的位移传感器2、3。另外，位移传感器2、3具备多个，符号2a～2d、3a～3d表示位移传感器。在本申请说明书中，在分别表现位移传感器的情况下，在参照编号的2、3之后为了识别各个体而记载字母，在统称表现位移传感器的情况下仅记载参照编号的2、3。
装置部20与驱动用驱动器部30电连接，以使得能够向驱动用驱动器部30发送基于位移传感器2、3的检测值的位移信息、以及基于线性编码器4的检测值的位置信息等。驱动用驱动器部30对来自各传感器的信号进行处理，并且对致动器5进行反馈控制。进一步地，驱动用驱动器部30设定对致动器5进行反馈控制时的控制增益。驱动用驱动器部30与致动器5电连接，驱动用驱动器部30对致动器提供驱动电流，对该致动器5进行反馈控制。
这里，基于图2～图5来对运动引导装置1的构造、以及基于搭载于运动引导装置1的位移传感器2、3的检测值的信息等的流动进行说明。首先，对运动引导装置1的结构进行说明。运动引导装置1具备：导轨11(本申请中所谓的“轨道部件”的一个例子)、被组装为可沿着导轨11的长边方向相对移动的两个滑架12a、12b(本申请中所谓的“移动部件”的一个例子)。另外，在本申请说明书中，在分别表现滑架的情况下，接着参照编号的12之后为了识别各个体而记载字母，在统称表现滑架的情况下仅记载参照编号的12。
在本实施例中，导轨11被安装于基座7，在滑架12安装运送台8。包含运送台8的可动部的运动方向被运动引导装置1引导。另外，也能够将运动引导装置1上下翻转，将滑架12安装于基座7，将导轨11安装于运送台8。此外，运动引导装置1也可以在导轨11的长边方向不是水平而是相对于水平面倾斜或者正交的状态下被使用。另外，滑架12也能够沿着导轨11设置多个，也能够仅设置一个。此外，针对运动引导装置1，也能够设置两个以上。
图3表示运动引导装置1的外观立体图。为了说明的方便，将导轨11配置于水平面，将从导轨11的长边方向观察时的方向、即图3所示的x轴设为前后方向，将y轴设为上下方向，将z轴设为左右方向来对运动引导装置1的结构进行说明。当然，运动引导装置1的配置并不局限于这样的配置。
在导轨11的左右的两侧分别设置上下两条的转动面11a。转动面11a的剖面为圆弧状。在导轨11的上表面，通过用于将导轨11与基座7紧固的紧固部件的通孔11b沿着长边方向以适当的间距而被设置。
滑架12具有：与导轨11的上表面对置的水平部12-1、与导轨11的侧面对置的一对套筒部12-2，剖面为コ字状。滑架12具备：移动方向的中央的滑架主体13、被配置于滑架主体13的移动方向的两端的一对盖部件14a、14b、被配置于一对盖部件14a、14b的移动方向的两端的一对传感器安装部件15a、15b(参照图2)。盖部件14a、14b具有：与导轨11的上表面对置的水平部14-1、与导轨11的侧面对置的一对套筒部14-2，剖面为コ字状。传感器安装部件15a、15b也具有：与导轨11的上表面对置的水平部15-1、与导轨11的侧面对置的一对套筒部15-2，剖面为コ字状(参照图5的(a))。盖部件14a、14b通过螺栓等的紧固部件而与滑架主体13紧固。传感器安装部件15a、15b通过螺栓等的紧固部件而与滑架主体13以及盖部件14a、14b紧固。另外，在图3、图4中，省略传感器安装部件15a、15b。
图4是表示运动引导装置1的内部构造的概要的图。如图4所示，在滑架主体13，设置与导轨11的四条转动面11a对置的四条转动面13a。在滑架主体13，与各转动面13a平行地设置返回路13b。在盖部件14a、14b，设置将各转动面13a与各返回路13b连结的U字状的方向转换路14c。方向转换路14c的内周侧由与滑架主体13一体的剖面半圆状的内周部13c构成。通过导轨11的转动面11a与滑架主体13的转动面13a之间的负荷滚动路径、一对方向转换路14c、返回路13b来构成跑道状的循环路。在循环路中，收纳多个球16(本申请中所谓的“转动体”的一个例子)。若滑架12相对于导轨11相对移动，则存在于这些之间的球16在负荷滚动路径转动。转动到负荷滚动路径的一端的球16被导入到一个方向转换路14c，经由返回路13b、另一个方向转换路14c，返回到负荷滚动路径的另一端。
<传感器的结构>
这里位移传感器2、3例如是静电电容式的位移仪，通过非接触的方式来检测滑架12相对于导轨11的位移(参照图5(b)的放大图)。如图2所示，在滑架12的移动方向的两端部，安装一对传感器安装部件15a、15b。在一个传感器安装部件15a，安装四个位移传感器2a～2d。四个位移传感器2a～2d在导轨11的长边方向被配置于同一位置。在另一个传感器安装部件15b，也安装四个位移传感器3a～3d。四个位移传感器3a～3d在导轨11的长边方向被配置于同一位置。导轨11的长边方向上的位移传感器2a～2d与位移传感器3a～3d之间的距离为L1(参照图2)。另外，也能够将各位移传感器2a～2d、3a～3d沿着滑架12的移动方向相互偏离地配置。
图5的(a)表示从导轨11的长边方向观察的传感器安装部件15a。如上所述，传感器安装部件15a具有：与导轨11的上表面11c对置的水平部15-1、和与导轨11的左右侧面对置的一对套筒部15-2。在水平部15-1，配置对径向的位移进行检测的两个位移传感器2a、2b。位移传感器2a、2b在导轨11的上表面11c隔开缝隙地相向，对到导轨11的上表面11c为止的缝隙进行检测。两个位移传感器2a、2b间的左右方向上的距离为L2。
在一对套筒部15-2，配置对水平方向的位移进行检测的两个位移传感器2c、2d。位移传感器2c、2d在导轨11的侧面11d隔开缝隙地相向，对到侧面11d为止的缝隙进行检测。
在假定为将导轨11配置于水平面的状态下，位移传感器2a、2b以及位移传感器2c、2d被配置于比滑架12的上表面(安装面)更靠下方的位置。这是由于在滑架12的上表面(安装面)的上方安装运送台8。位移传感器2a～2d的电缆2a1～2d1被从传感器安装部件15a的套筒部15-2在左右方向拉出。另外，也能够将电缆2a1～2d1从传感器安装部件15a的前面向前方(与纸面垂直方向)拉出。此外，也能够使传感器安装部件15a的上表面的高度比滑架12的上表面(安装面)低，将传感器安装部件15a的上表面与运送台8的缝隙利用为拉出电缆2a1、2b1的缝隙。
图2所示的传感器安装部件15b也与传感器安装部件15a同样地，具有水平部15-1和一对套筒部15-2，位移传感器3a～3d被配置于位移传感器2a～2d分别对应的位置。
<线性编码器的结构>
线性编码器4对任意滑架12的x轴方向的位置进行检测。例如，线性编码器4具备：被安装于基座7或者导轨11的标尺、被安装于运送台8或者滑架12并读取标尺的头。另外，对导轨11上的滑架12的位置进行检测的位置检测单元并不限定于线性编码器。例如，在运送台8是滚珠丝杠驱动的情况下，作为位置检测单元，也能够使用对驱动滚珠丝杠的马达的角度进行检测的旋转编码器。
<驱动用驱动器部30的功能结构>
驱动用驱动器部30具有用于处理位移传感器2、3等的检测值的运算装置、暂时存储的存储器等，通过该运算装置来执行规定的控制程序从而发挥各种功能。
位移传感器2a～2d、3a～3d的检测值即滑架12的位移信息、以及滑架12的位置信息按照每个规定的取样周期，对驱动用驱动器部30进行输出。另外，通过位移传感器2a～2d、3a～3d，检测滑架12相对于导轨11的位移量。滑架12相对于导轨11的位移量是与未对滑架12施加载荷的无负荷状态下的位移传感器2a～2d、3a～3d的检测值的差分。在驱动用驱动器部30中，将由位移传感器2a～2d、3a～3d检测到的位移信息的值减去预先存储的无负荷状态下的位移传感器2a～2d、3a～3d的检测值所得到的值设为滑架12相对于导轨11的位移量。
<反馈控制>
驱动用驱动器部30对反馈控制中的控制增益进行设定。这里，对本实施例所涉及的致动器5的反馈控制进行说明。
图6是致动器5的反馈控制的框图。控制框被大致分为位置控制运算部101、速度控制运算部102、电流控制运算部103这3个，设为具有各自的反馈循环的3重的循环结构。另外，关于与致动器5有关的反馈控制，不必是针对位置控制、速度控制、电流控制来执行，至少在任意一个控制(例如，位置控制)中执行反馈控制即可。首先，向位置控制运算部101输入目标位置104与由线性编码器4检测的实际位置之差即位置偏差。在位置控制运算部101中，输出位置偏差乘以位置循环增益(Kp)得到的值。此外，位置控制运算部101的输出与通过速度检测部105对由线性编码器4检测的位置信息进行微分而得到的速度之差即速度偏差成为速度控制运算部102的输入。在速度控制运算部102中，输出速度偏差乘以速度循环增益(Kv)的值。该速度控制运算部102的输出为转矩指令。该转矩指令与对向致动器5的电流进行检测的电流检测器输出的电流信号之差为电流控制运算部103的输入，例如经由功率放大器而被放大到驱动致动器5的电平。
<驱动用驱动器部30的详细>
这里，对基于驱动用驱动器部30的控制增益的设定方法进行说明。图7是表示本实施例所涉及的控制增益的设定流程的流程图。图7所示的处理是通过驱动用驱动器部30以规定的时间间隔被反复执行的处理。对滑架12相对于导轨11的位移量进行计算时，驱动用驱动器部30首先基于线性编码器4检测的滑架12的位置信息，进行滑架12是否为停止中的判定(S101)。接下来，驱动用驱动器部30从各位移传感器2、3获取滑架12的位移量(S102)。然后，驱动用驱动器部30基于S102中获取的滑架12的位移量的数据，进行作用于滑架12的载荷的计算(S103)。基于计算的载荷，设定对致动器5进行反馈控制时的控制增益(S104)。以下，对上述计算处理的各步骤的处理的详细进行说明。
<S101>
在S101中，驱动用驱动器部30进行滑架12是否为停止中的判定。滑架12是否为停止中，能够基于线性编码器4所检测的滑架12的位置信息来进行判定。例如，若线性编码器4检测的滑架12的位置信息按照时间序列变化，则驱动用驱动器部30判定为滑架12是移动中，若位置信息未按照时间序列变化则判定为滑架12是停止中。在本实施例中，为了在滑架12开始移动之前预先设定反馈控制中的控制增益，在S101中判定滑架12是否为停止中。
<S102>
在S102中，驱动用驱动器部30从各位移传感器2a～2d、3a～3d获取滑架12的位移量。各位移传感器2a～2d、3a～3d的测量值是从传感器到转动面的距离，因此驱动用驱动器部30以从未向滑架12施加载荷的无负荷时的传感器到转动面的距离为基准，将与该距离的差分获取为滑架12的位移量。在具备多个滑架12的情况下，针对各个滑架12，从各位移传感器2a～2d、3a～3d获取位移量。
<S103>
接下来，在S103中，驱动用驱动器部30基于滑架12的位移，计算作用于滑架12的载荷。驱动用驱动器部30在计算载荷时，首先，基于从各位移传感器2a～2d、3a～3d获取的滑架12的位移量，计算滑架12的位移5分量。接下来，驱动用驱动器部30基于位移5分量，计算分别作用于多个球16的载荷以及接触角。接下来，驱动用驱动器部30基于各球16的载荷以及接触角，计算作用于滑架12的载荷(外力5分量)。以下详细说明上述的3工序。
<工序1：滑架的位移5分量的计算>
如图3所示，若对运动引导装置1设定x-y-z坐标轴，则作用于x-y-z坐标轴的坐标原点的载荷是径向载荷的Fy和水平载荷的Fz。在将滑架12向导轨11按压的方向，向图3的y轴的正向作用的载荷是径向载荷。在将滑架12相对于导轨11在横向偏离的方向，向图3的z轴正负方向作用的载荷为水平载荷。
此外，x-y-z坐标轴周围的力矩是纵摇力矩的合计即Ma、偏摆力矩的合计即Mb、旋转力矩的合计即Mc。作为外力，向滑架12作用径向载荷Fy、纵摇力矩Ma、旋转力矩Mc、水平载荷Fz、偏摆力矩Mb。若向滑架12作用这些的外力5分量，则产生滑架12分别对应的位移5分量，即径向位移α1(mm)、纵摇角α2(rad)、旋转角α3(rad)、水平位移α4(mm)、偏摆角α5(rad)。
图8表示向滑架12作用外力时的、位移传感器2a～2d的输出的变化。在图8中，附带斜线阴影的箭头是输出变化的传感器，在图8中空心的箭头是输出不变化的传感器。在向滑架12作用径向载荷Fy时，滑架12与导轨11之间的上下方向的缝隙根据径向载荷Fy的大小而变化。位移传感器2a、2b对该上下方向的缝隙的变化(位移)进行检测。另外，被安装于传感器安装部件15b(参照图2)的位移传感器3a、3b也对该上下方向的位移进行检测。
在向滑架12作用径向载荷Fy时，若将位移传感器2a、2b检测到的位移设为A1、A2，将位移传感器3a、3b检测到的位移设为A3、A4，则滑架12的径向位移α1例如通过以下的公式而被赋予。
(式1)
α1＝(A1+A2+A3+A4)/4
在向滑架12作用水平载荷Fz时，滑架12相对于导轨11朝横向偏离，滑架12的一个套筒部12-2与导轨11之间的水平方向的缝隙变小，滑架12的另一个套筒部12-2与导轨11之间的水平方向的缝隙变大。位移传感器2c、2d对该水平方向的缝隙的变化(位移)进行检测。另外，被安装于传感器安装部件15b(参照图2)的位移传感器3c、3d也对该水平方向的位移进行检测。若将位移传感器2c、2d检测到的位移设为B1、B2，将位移传感器3c、3d检测到的位移设为B3、B4，则滑架12的水平位移α4例如通过以下的公式而被赋予。
(式2)
α4＝(B1-B2+B3-B4)/4
在向滑架12施加纵摇力矩Ma时，位移传感器2a、2b与导轨11之间的缝隙变大，位移传感器3a、3b与导轨11之间的缝隙变小。若纵摇角α2设为充分小，则纵摇角α2(rad)例如通过以下的公式而被赋予。
(式3)
α2＝((A3+A4)/2-(A1+A2)/2)/L1
在向滑架12作用旋转力矩Mc时，位移传感器2a、3a与导轨11之间的缝隙变小，位移传感器2b、3b与导轨11之间的缝隙变大。若旋转角α3设为充分小，则旋转角α3(rad)例如通过以下的公式而被赋予。
(式4)
α3＝((A1+A3)/2-(A2+A4)/2)/L2
在向滑架12作用偏摆力矩Mb时，位移传感器2c、3d与导轨11之间的缝隙变小，位移传感器2d、3c与导轨11之间的缝隙变大。若偏摆角α5设为充分小，则偏摆角αs(rad)例如通过以下的公式而被赋予。
(式5)
α5＝((A1+A4)/2-(A2+A3)/2)/L2
通过以上，能够基于位移传感器2a～2d、3a～3d检测的位移，计算滑架12的位移5分量。
<工序2：作用于各球的载荷以及接触角的计算>
图9中表示将滑架12内的球16接触的部分在x轴方向设为剖面的状态。根据图9，各球间距使用取稍大于1的值的κ来设为κDa，决定各球的x坐标，将其设为Xi。将滑架12内的球16转动的部分的长度设为2Ux。将在2Ux内排列的球数称为有效球数并设为I。向滑架12的两端部分，实施半径R且深度为λε的被称为凸面加工的R形状的较大的曲面加工。
在向滑架12作用外力5分量、即径向载荷Fy、纵摇力矩Ma、旋转力矩Mc、水平载荷Fz以及偏摆力矩Mb时，对滑架12产生位移5分量、即径向位移α1、纵摇角α2、旋转角α3、水平位移α4、偏摆角α5，成立理论式。
图10中表示滑架12的球编号i中的滑架12内剖面的、位移5分量产生之前的内部载荷的状态，图11中表示位移5分量产生之后的内部载荷的状态。这里，将滑架12的球列编号设为j，将球列内的球编号设为i。球径为Da，导轨11侧、滑架12侧都将转动面与球16的适合度设为f，即转动面曲率半径设为fDa。此外，将导轨侧转动面曲率中心位置设为Ar，将滑架侧转动面曲率中心位置设为Ac，将连结这些的线与z轴所成的角即接触角的初始状态设为γ。进一步地，将分别在处于导轨11的上侧的两个转动面转动的球16彼此的球中心间距离设为2Uz12，将分别在处于导轨11的下侧的两个转动面转动的球16彼此的球中心间距离设为2Uz34，将分别在导轨11的上侧的转动面以及下侧的转动面转动的球16彼此的球中心间距离设为2Uy。
对球16作用预压。首先，对预压的原理进行说明。被导轨11、滑架12的对置的转动面间夹着的部分的尺寸根据导轨11、滑架12的设计时的尺寸以及转动面的几何形状来决定。应进入到该处的球径是设计时的球径，但若在该处设置比设计时的球径稍大的尺寸Da+λ的球16，则球16与转动面的接触部根据Hertz的接触论，进行弹性变形，形成接触面，产生接触应力。这样产生的载荷是内部载荷，是预压载荷。
在图10中，将其载荷表示为P0，将基于接触部的弹性变形的导轨11、滑架12间的相互接近量表示为δ0。实际上，球位置存在于由图10的点划线描绘的、导轨11、滑架12的转动面间的中心位置，但与两转动面的球16的适合度f相等，因此在球16的两个位置的接触部产生的基于Hertz的接触论的各特性值相同。因此，通过将球16在导轨侧转动面位置偏离描绘，从而容易理解导轨11、滑架12的转动面间的相互接近量δ0。
通常，预压载荷定义为每一个滑架上侧的两列(或者下侧的两列)的径向载荷，因此预压载荷Ppre被表示为下式。
(式6)
接下来，从该状态起向运动引导装置1作用外力5分量，说明位移5分量产生的状态。如图11所示，通过设为坐标原点的运动引导装置1的中心为位移5分量的径向位移α1、纵摇角α2、旋转角α3、水平位移α4、偏摆角α5，产生第i个球位置处的导轨11与滑架12的相对位移。
此时，导轨侧转动面曲率中心不动，滑架12移动，因此滑架侧转动面曲率中心在各球位置几何学地移动。其样子表示为滑架侧转动面曲率中心即Ac向Ac′移动。将该Ac向Ac′移动的量分为y方向和z方向考虑，将向y方向移动的量设为δy，将向z方向移动的量设为δz，则以后下角标表示第i个球、第j个球列，能够表示为：
(式7)
δyij＝α1+α2xi+α3zcij
δzij＝α4+α5xi-α3ycij。
这里，zc、yc是点Ac的坐标。
接下来，将导轨11侧与滑架12侧的转动面曲率中心连结的线成为球载荷的法线方向的接触角，因此作为初始接触角的γj变化为βij，进一步地，该两转动面曲率中心间距离从最初的Ar、Ac间的距离变化为Ar、Ac′间的距离。该两转动面曲率中心间距离的变化为球16的两接触部处的弹性变形，与图10中说明时同样地，将球16向导轨侧转动面位置偏离描绘，从而求取球16的弹性变形量δij。
该Ar、Ac′间的距离也分为y方向和z方向考虑，将y方向的距离设为Vy，将z方向的距离设为Vz，则使用所述的δyij、δzij，表示为：
(式8)
Vyij＝(2f-1)Dasinγj+δyij
Vzij＝(2f-1)Dacosγj+δzij。
由此Ar、Ac′间的距离为：
(式9)
接触角βij为：
(式10)
根据以上，球16的弹性变形量δij为：
(式11)
这里，在图9所示的滑架12内的球16接触的部分在x轴方向设为剖面的状态下，进入到凸面、加工部分的球16的弹性变形量δij为滑架12侧的转动面曲率中心的Ac′从导轨侧转动面曲率中心Ac偏离的形态，与该部分相应地减少。这正好可视为与将球径以与其对应的形态减小同等，因此将其量作为λxi在上式中减去。
若使用表示通过Hertz的接触论来导出的转动体为球的情况下的弹性接近量的公式，则根据弹性变形量δij，转动体载荷Pij通过下述的公式来求取。
(式12)
这里，Cb是非线形的弹性常量(N/mm3/2)，通过下述的公式而被赋予。
(式13)
这里，E是纵弹性系数，1/m是泊松比，2K/πμ是Hertz系数，∑ρ是主曲率和。
通过以上，使用滑架12的位移5分量α1～α5，针对滑架12内的全部的球16，能够通过公式来表示接触角βij、弹性变形量δij、转动体载荷Pij。
另外，在上述中，为了容易理解，使用将滑架12考虑为刚体的刚体模型负荷分布理论。也能够使用将该刚体模型负荷分布理论扩张、为了加上滑架12的套筒部12-2的变形而应用了梁理论的滑架梁模型负荷分布理论。进一步地，也能够使用将滑架12、导轨11设为FEM模型的滑架/导轨FEM模型负荷分布理论。
<工序3：载荷(外力5分量)的计算>
之后，使用上述的公式，与作为外力的5分量、即径向载荷Fy、纵摇力矩Ma、旋转力矩Mc、水平载荷Fz、偏摆力矩Mb有关的平衡条件式成立即可。
(式14)
关于径向载荷Fy，
(式15)
关于纵摇力矩Ma，
(式16)
关于旋转力矩Mc，
这里，ωij表示力矩的臂的长度，通过下式而被赋予。zr、yr是点Ar的坐标。
(式17)
关于水平载荷Fz，
(式18)
关于偏摆力矩Mb，
根据以上的公式能够计算作用于滑架12的载荷(外力5分量)。另外，在本实施例中，使用S103的驱动用驱动器部30相当于本发明中的计算部。
<S104>
接下来，在S104中，驱动用驱动器部30基于作用于滑架12的载荷，设定控制增益。这里，位置循环增益Kp、速度循环增益Kv被分别设定。驱动用驱动器部30将根据作用于各滑架12的载荷而得到的工件的全载荷所对应的控制增益存储为映射。另外，也可以取代存储该映射，存储根据工件的全载荷来求取控制增益的计算式。驱动用驱动器部30基于S103中计算的作用于各滑架12的载荷来计算工件的全载荷，基于该工件的全载荷，设定控制增益。例如，将该控制增益设定为工件的全载荷越大，控制增益越小。驱动用驱动器部30基于作用于各滑架12的载荷，根据预先创建的公式来计算工件的全载荷。另外，控制增益的适当的值与工件的全载荷相关，因此在本实施例中通过预先实验或者模拟等来求取设定的控制增益与工件的全载荷的关系。
通过S104来设定的控制增益在滑架12的停止中被设定。并且，滑架12最初被刚刚驱动之前设定的控制增益为控制致动器5时的控制增益。另外，图7所示的处理以规定的时间间隔被反复执行，也可以取代于此，在判定为工件的全载荷变化时执行。即，也可以在工件的全载荷的变化后，并且通过致动器5来使工件首先驱动之前，对变化后的工件的全载荷所对应的控制增益进行设定。本实施例中处理S104的驱动用驱动器部30相当于本发明中的输出部。
如以上说明那样，通过检测滑架12的位移量，能够求取工件的全载荷。并且，通过根据工件的全载荷来设定致动器5的控制增益，能够对此时的工件设定适当的控制增益。因此，能够缩短工件的运送时间。此外，由于基于滑架12的位移量能够检测载荷，因此不需要另外设置例如称重传感器等的大型的装置来测定工件的质量。因此，能够实现系统的小型化。进一步地，能够不根据工件的种类来计算工件的全载荷，因此即使是处理多个种类的工件的线，也能够对各个工件设定适当的控制增益。此外，由于能够在滑架12停止的状态下设定控制增益，因此不需要例如通过自动调整来调整控制增益时那样使致动器5实际工作。由此，也能够缩短运送时间。此外，由于能够通过非接触来测定滑架12的位移，因此例如相比于称重传感器，能够使额定载荷非常大。因此，能够与各种质量的工件对应。
另外，在上述说明中，是在基座7的上方设置运动引导装置1的状态，但也可以取代于此，是在基座7的横向或者基座7的下方设置运动引导装置1的状态。即，即使在运动引导装置1被挂在墙壁的状态(导轨11在垂直方向延伸的状态)、或者吊在天花板的状态(导轨11被安装于天花板、滑架12在导轨11的下部移动的状态)，也能够基于滑架12的位移来计算作用于滑架12的载荷，因此能够计算工件的全载荷。因此，能够与运动引导装置1的朝向无关地，设定适当的控制增益。
此外，在本实施例中，基于滑架12的停止中的该滑架12的位移量来设定控制增益，但也能够取代于此，基于滑架12的移动中的该滑架12的位移量来设定控制增益。即，即使滑架12为移动中，也能够计算作用于滑架12的载荷，作用于该滑架12的载荷与工件的全载荷存在相关关系，因此能够基于滑架12的位移量来计算工件的全载荷。并且，即使滑架1为移动中，也能够基于工件的全载荷来设定控制增益。
此外，在本实施例中，驱动用驱动器部30对作用于滑架12的载荷进行计算，但也可以取代于此，运动引导装置1对作用于滑架12的载荷进行计算。并且，也可以将由运动引导装置1计算的载荷输出到驱动用驱动器部30，在驱动用驱动器部30中计算控制增益。此外，也可以运动引导装置1对作用于滑架12的载荷以及控制增益进行计算。并且，也可以将由运动引导装置1计算的载荷以及控制增益输出给驱动用驱动器部30，使用该控制增益，驱动用驱动器部30对致动器5进行反馈控制。可以说该情况下的运动引导装置1具备本发明中的计算部以及输出部。
实施例2
图12是表示本实施例所涉及的系统的概略结构的图。在实施例1中，装置部20分别具备一个运动引导装置1以及致动器5，驱动用驱动器部30对一个致动器5进行反馈控制。另一方面，在本实施例中，装置部20分别具备两个运动引导装置以及致动器，驱动用驱动器部30对这两个致动器5进行反馈控制。并且，将对各致动器5进行反馈控制时的控制增益分别设定为工件的载荷分布或者重心位置所对应的值。另外，工件的重心位置能够基于工件的载荷分布来得到。预先创建根据工件的载荷分布来求取重心位置的公式。
在本实施例中，作为运动引导装置，具备第一运动引导装置1a以及第二运动引导装置1b，作为致动器，具备第一致动器5a以及第二致动器5b。第一运动引导装置1a具备：第一导轨111(本申请中所谓的“轨道部件”的一个例子)、沿着第一导轨111的长边方向可相对移动地组装的两个滑架12a、12b(本申请中所谓的“移动部件”的一个例子)。第二运动引导装置1b具备：第二导轨112(本申请中所谓的“轨道部件”的一个例子)、沿着第二导轨112的长边方向可相对移动地组装的两个滑架12c、12d(本申请中所谓“移动部件”的一个例子)。第一致动器5a对第一导轨111上的两个滑架12a、12b进行驱动，第二致动器5b对第二导轨112上的两个滑架12c、12d进行驱动。在四个滑架12a～12d的上部，安装共用的运送台8。因此，运送台8被四个滑架12a～12d支承。各滑架12a～12d的构造与实施例1所涉及的滑架12相同，因此省略说明。在本实施例中，通过第一致动器5a以及第二致动器5b来同时运送工件。
在本实施例中，驱动用驱动器部30也基于各滑架12a～12d的位移量，计算作用于各滑架12a～12d的载荷。另外，作用于各滑架12a～12d的载荷的计算方法与实施例1相同，因此省略说明。并且，在本实施例中，基于作用于各滑架12a～12d的载荷，计算工件的载荷分布或者重心位置，基于该工件的载荷分布或者重心位置，分别设定对第一致动器5a以及第二致动器5b进行反馈控制时的控制增益。
这里，图13是表示本实施例所涉及的控制增益的设定流程的流程图。图13所示的处理是通过驱动用驱动器部30来以规定的时间间隔反复执行的处理。另外，图13所示的处理也可以取代以规定的时间间隔反复执行，在判定为工件的载荷分布变化之后、通过致动器5来使滑架12最初驱动之前执行。
<S201>
在S201中，驱动用驱动器部30进行滑架12是否为停止中的判定。在S201中，通过与S101相同的处理，进行滑架12是否为停止中的判定。
<S202>
在S202中，驱动用驱动器部30从各位移传感器2a～2d、3a～3d获取各滑架12a～12d的位移量。在S202中，通过与S102相同的处理，获取各滑架12a～12d的位移量。
<S203>
在S203中，驱动用驱动器部30基于各滑架12a～12d的位移量，计算作用于各滑架12a～12d的载荷。在S203中，通过与S103相同的处理，计算作用于各滑架12a～12d的载荷。在本实施例中，处理S203的驱动用驱动器部30相当于本发明中的计算部。
<S204>
在S204中，驱动用驱动器部30基于作用于各滑架12a～12d的载荷，计算工件的载荷分布或者重心位置。驱动用驱动器部30基于作用于各滑架12a～12d的载荷，根据预先创建的公式来计算工件的载荷分布或者重心位置。
<S205>
在S205中，驱动用驱动器部30基于S204中计算的工件的载荷分布或者重心位置，设定控制增益。这里，分别针对第一致动器5a以及第二致动器5b，设定位置循环增益Kp以及速度循环增益Kv。驱动用驱动器部30将工件的载荷分布或者重心位置所对应的各致动器5a、5b的控制增益(第一控制增益以及第二控制增益)存储为映射，基于S203中计算的工件的载荷分布或者重心位置，分别设定控制增益。另外，控制增益的适当的值与工件的载荷分布或者重心位置相关，因此在本实施例中，预先通过实验或者模拟等来求取设定的控制增益与工件的载荷分布或者重心位置的关系。在本实施例中处理S204的驱动用驱动器部30相当于本发明中的输出部。
这样，滑架12能够基于停止中的各滑架12a～12d的位移量来计算工件的载荷分布或者重心位置。并且，能够对各个致动器5a、5b设定其载荷分布或者重心位置所对应的适当的控制增益。
如以上说明那样，滑架12能够基于停止中的各滑架12a～12d的位移量，求取工件的载荷分布或者重心位置。并且，通过根据工件的载荷分布或者重心位置来设定各个致动器5a、5b的控制增益，能够设定适当的控制增益。因此，能够缩短工件的运送时间。此外，基于滑架12的位移量来检测载荷，因此能够实现系统的小型化。进一步地，能够不根据工件的种类地计算工件的载荷分布或者重心位置，因此即使是处理多个种类的工件的线，也能够对各个工件设定适当的控制增益。此外，在滑架12停止的状态下能够设定控制增益，因此能够缩短运送时间。此外，能够与运动引导装置1的朝向无关地，设定适当的控制增益。进一步地，即使滑架12为移动中，也能够基于工件的载荷分布或者重心位置来设定控制增益。此外，能够基于各滑架12的位移量来计算工件的重心位置，因此也能够活用于例如Gantry的驱动系统中重要的产生力分配的计算。
-符号说明-
1...运动引导装置，2a、2b、2c、2d、3a、3b、3c、3d...传感器，4...线性编码器，5...致动器，8...运送台，11...导轨，12...滑架，15a、15b...传感器安装部件，20...装置部，30...驱动用驱动器部。

Claims (8)

1.一种工件运送控制系统，一边通过运动引导装置能移动地支承工件，一边进行该工件的运送，所述运动引导装置具有沿着长边方向延伸的轨道部件和移动部件，所述移动部件被配置为经由在转动槽内能转动地配置的转动体而与该轨道部件对置并且沿着该轨道部件的该长边方向能相对移动，所述工件运送控制系统具备：
一个或者多个所述运动引导装置；
运送台，是载置所述工件的平台，被所述一个或者多个运动引导装置支承；
致动器，赋予驱动力以使得所述运送台被运送；
控制部，在所述致动器执行所述工件的运送时，进行基于反馈控制的运送控制；和
计算部，对从所述工件向所述一个或者多个运动引导装置各自的所述移动部件施加的运送载荷进行计算，
所述控制部基于由所述计算部计算的、所述一个或者多个运动引导装置各自的所述运送载荷，对与所述运送控制中的反馈控制相关的控制增益进行调整。
2.根据权利要求1所述的工件运送控制系统，其中，
所述控制部基于由所述计算部计算的、所述一个或者多个运动引导装置各自的所述运送载荷，对所述工件的全载荷或者该工件的载荷分布进行推断，并且将该推断出的工件的全载荷或者该工件的载荷分布所对应的增益值设定为所述控制增益。
3.根据权利要求2所述的工件运送控制系统，其中，
所述控制部基于由所述计算部计算的、所述一个或者多个运动引导装置各自的所述运送载荷，在判定为该工件的全载荷或者该工件的载荷分布变化时，在该变化后通过所述致动器来使该工件最初驱动前，将变化后的该工件的全载荷或者该工件的载荷分布所对应的增益值设定为所述控制增益。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的工件运送控制系统，其中，
所述计算部在所述工件的停止时计算所述运送载荷。
5.根据权利要求1至4的任意一项所述的工件运送控制系统，其中，
所述一个或者多个运动引导装置分别还具有：对所述移动部件中规定数量的位移方向上的该移动部件的位移进行检测的多个位移传感器，
所述计算部针对所述一个或者多个运动引导装置的每一个，基于各个该运动引导装置的所述多个位移传感器的检测值来计算所述运送载荷。
6.根据权利要求1至5的任意一项所述的工件运送控制系统，其中，
所述致动器是第一致动器，
所述工件运送控制系统还具备：
第二致动器，是与所述第一致动器不同的致动器，与该第一致动器一起赋予驱动力以使得运送所述运送台，
所述运送控制系统具备多个所述运动引导装置，
所述控制部在通过所述第一致动器以及所述第二致动器来同时运送所述工件时，在各致动器中进行基于反馈控制的运送控制，并且基于由所述计算部计算的、所述多个运动引导装置各自的所述运送载荷，调整与该运送控制中的用于该第一致动器的反馈控制相关的第一控制增益、和与用于该第二致动器的反馈控制相关的第二控制增益。
7.根据权利要求6所述的工件运送控制系统，其中，
所述控制部基于由所述计算部计算的、所述多个运动引导装置各自的所述运送载荷，对所述运送台中的该工件的载荷分布进行推断，并且对应于该推断出的载荷分布，对所述第一控制增益以及所述第二控制增益进行设定。
8.一种运动引导装置，具有：沿着长边方向延伸的轨道部件；以及移动部件，该移动部件被配置为经由被配置为能在转动槽内转动的转动体而与该轨道部件对置并且沿着该轨道部件的该长边方向能相对移动，
所述运动引导装置具备：
多个位移传感器，对所述移动部件中规定数量的位移方向上的该移动部件的位移进行检测；
计算部，基于所述多个位移传感器的检测值，对从所述工件向所述移动部件施加的运送载荷进行计算；和
输出部，基于所述运送载荷，生成并输出增益相关信息，该增益相关信息是与在一边通过运动引导装置能移动地支承工件、一边通过外部的控制装置经由反馈控制来进行该工件的运送时与用于该反馈控制的控制增益相关的信息，该增益相关信息在该工件的载荷变化时被提供给该控制增益的调整处理。
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