JP2002361579A - 成形品取出し装置のアームの振動抑制方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 成形品取出し装置において、電動機が駆動さ
れると、該電動機の軸が回転することによって動かされ
るアームを、サーボ制御装置のゲインを高くして駆動す
るときでも、該アームの残留振動を極力抑えられるよう
にする。 【解決手段】 成形品取出し装置に、アーム１４と、ア
ーム１４を動かすための軸１を有するモータ２と、モー
タ２の角速度を検出する角速度検出手段（エンコーダ３
と速度演算部９）と、サーボ制御装置１１と、を設け、
サーボ制御装置１１は、電流制御器７を含むとともに、
前記軸１で実際に発生しているトルクを推定する軸トル
ク推定手段８を具備し、軸トルク推定手段８は、前記角
速度検出手段からの出力信号とモータ２への入力信号で
あるモータ駆動電流ｉｑとを取込み、それら二つの信号
に基づき前記軸１で発生している軸トルクを推定する構
成とするとともに、サーボ制御装置１１は、軸トルク推
定手段８の出力を電流制御器７へネガティブフィードバ
ックさせる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、成形品取出し機な
いし成形品取出し装置（以後、成形品取出し装置と称す
る）が具備している製品取出しアーム（以後、アームと
称する）の停止時の微少振動、いわゆる残留振動を制振
制御する方式に係るものであり、成形品取出し装置のア
ームの振動抑制方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】射出成形機などの固定金型の上に設置す
る成形品取出し装置は、一種の制御システムないし制御
系と見なし得る。この制御系は、負荷である製品（成形
品）、製品を掴む（チャック付き）アーム、アームを駆
動する電動機（例、モータ）、モータを駆動制御するサ
ーボ制御装置、モータの回転角度または回転速度を検出
する検出手段（例、エンコーダないしロータリエンコー
ダ。以後、ロータリエンコーダのことをエンコーダと称
する。）などを主構成要素として含むものである。成形
品取出し装置の製品取出し動作の主動作の一つに、アー
ムを所定待機位置から製品把持位置まで前進させて、製
品把持位置で該製品を掴み、所定位置まで製品を移動さ
せる、というものがある。この場合のように、アームを
所定位置から所定位置まで動かすには、アーム駆動用の
モータに電流を流して、モータを動かす。そのために
は、サーボ制御系の目標値、すなわち位置指令演算器の
出力（位置指令）がＳ字型カーブになるようにするのが
通常のモータの一駆動制御方法である。図２は、従来の
取出し装置の位置指令演算器の出力を示すグラフであ
る。通常のモータの加減速方法では、位置指令電圧の推
移を示すＳ字型カーブの変極点（一点鎖線と破線が交わ
る点）が、加速開始（時刻０）と加速終了（一定電圧に
達した時刻）の中間点、及び、電圧０と最大電圧の中間
点付近に来る。ところが、成形品取出し装置のアーム
は、概略角柱状であり、長手方向が短手方向に比べて、
かなり長い。つまり長板状である。従って、加速時や減
速時にアームがたわみ、アームが停止したとき（例、製
品取出し位置に到達したとき）に、残留振動と呼ばれる
製品取出しには不都合な微小振動を起こすことがある。
そこで、従来、本発明の発明者は、この標準のＳ字型カ
ーブの変極点（一点鎖線と破線が交わる点）を通常の場
合から、前後にずらすことにより微小振動（残留振動）
を抑える工夫をしてきた。本発明者の経験的研究によれ
ば、制御系の位置指令演算器の出力が示すＳ字型カーブ
の変極点を、通常のＳ字型カーブの変極点の時刻から後
ろにずらすことによって、アームの残留振動を抑えるこ
とができることが知られている。図２の変形Ｓ字型カー
ブの波形は、そのことを示している。モータの加速をゆ
っくりと行うことにより、長くてたわみやすいアームを
なるべくたわまないようにしようというわけである。そ
の結果、アーム停止時の残留振動も小さくなるものと推
測される。

【０００３】しかしながら、変形Ｓ字型カーブに従う位
置指令を制御系に与えるモータ駆動方法ないし駆動方式
によっても、アーム停止時の残留振動の程度は、満足で
きるものではなかった。特に、サーボ制御装置のゲイン
を高くすると、制御系は振動的になり、アームの残留振
動が無視できなくなってくる。つまり、残留振動が収ま
ってから製品を把持しなければならないため、製品取出
しに余計な時間が掛かるようなことも起きてくる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明に係る成形品取
出し装置のアームの振動抑制方式は、従来の技術が有す
る問題点に鑑み成されたもので、次の課題を解決するこ
とを目的とする。成形品取出し装置において、サーボ制
御装置のゲインを高くして、電動機を駆動してアームを
駆動させるときでも、アームの残留振動を、極力抑えら
れるようにする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る成形品取出
し装置のアームの振動抑制方式は、上記した課題を解決
したものであり、その第１発明は、請求項１に記載した
通りの発明であり、次のような構成である。成形機上に
設置する成形品取出し装置を一つの制御系と見なしたも
のにおいて、前記制御系は、前記成形品取出し装置が具
備する成形品取出し用のアームと、前記アームを動かす
ための軸を有する電動機と、前記電動機の角速度を検出
する角速度検出手段と、前記電動機をＰＩ制御するサー
ボ制御装置と、を構成要素として含んでいる。前記サー
ボ制御装置は、前記電動機を駆動する電流を演算する部
分である電流制御器を含むとともに、前記電動機が有す
る前記軸で実際に発生しているトルクを推定する軸トル
ク推定手段を具備している。一方、前記軸トルク推定手
段は、前記角速度検出手段からの出力信号と前記電動機
への入力信号である電動機駆動電流とを取込むととも
に、それら二つの信号に基づき、前記軸に前記軸の外側
から加わる軸トルク外乱を推定する構成としている。ま
た、前記サーボ制御装置は、前記軸トルク推定手段の出
力を前記電流制御器へネガティブフィードバックさせる
構成である。

【０００６】本発明の第２発明は、請求項２に記載した
通りの発明であり、次のような構成である。請求項１記
載の成形品取出し装置のアームの振動抑制方式におい
て、前記アームと前記アームを動かすための前記軸との
間には、プーリと駆動ベルトが介在するものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明に係る成形
品取出し装置のアームの振動抑制方式の実施の形態を説
明する。図１は、本発明の実施の一形態を示すブロック
図である。成形品取出し装置（図示せず）というのは、
射出成形機（図示せず）などの固定金型上に設置して、
成形品（製品）を取出す装置であり、製品取出し用のア
ームを備えている。アーム１４の一方の先端部がいわゆ
るチャック部１２であり、ここで製品を把持する。ま
た、製品取出し装置は、サーボ制御装置１１と電動機
（例、モータ２）を具備しており、モータ２は、モータ
駆動軸（軸１）を具備している。このモータ２には、Ｄ
Ｃモータまたはブラシレスモータ（ＡＣサーボモータ）
などを使用することができる。モータ２が回転すると、
軸１も同様に回転し、回転力が連結機構１３の方へ伝達
される。アーム１４と軸１の間には、連結機構１３が介
在しており、この連結機構１３は、当業者が適宜設計す
る。さらに、モータ２には、エンコーダ３が取り付けて
あり、エンコーダ３は、モータ２ないし軸１の単位時間
当りの回転角度θを出力している。速度演算部９とエン
コーダ３とで、角速度検出手段を成している。速度演算
部９は、エンコーダ３出力θを入力させ、該θを微分し
て、モータ２ないし軸１の角速度ωを演算し、後段へ出
力する。このように、成形品取出し装置というのは、サ
ーボ制御装置１１、モータ２（含む軸１）、連結機構１
３及びアーム１４（含むチャック部１２）を制御要素と
して含む一つの制御系１０を成している、と見なし得
る。

【０００８】サーボ制御装置１１は、モータ２またはモ
ータ２からアーム１４までを、いわゆるフィードバック
制御する装置であり、従来通り、位置指令演算器４、位
置制御器５、速度制御器６、電流制御器７を備え、それ
ぞれ位置ループ、速度ループ、電流ループ（加速度ルー
プ）を形成している。また、速度演算部９も具備してい
る。但し、速度演算部９は、サーボ制御装置１１の外側
に設けてもよい。位置指令演算器４の出力が制御系１０
の目標値、設定値、または基準入力要素に相当するもの
であり、図２のＳ字型カーブもしくは同変形Ｓ字型カー
ブの波形で示される指令電圧である。エンコーダ３の出
力である回転角度θは、そのまま、もしくは微分されて
角速度ωとして、制御系１０を構成する各要素にフィー
ドバックされ、位置制御器５でＰ制御、速度制御器６で
ＰＩ制御、電流制御器７でＰＩ制御され、モータ駆動電
流（トルク指令ｉｑ）が演算される。よって、モータ２
は、サーボ制御装置１１によって、駆動制御される。な
お、制御系１０を構成する各要素のいわゆる制御パラメ
ータ（例、比例ゲイン、積分ゲインなど）は、当業者や
ユーザが適宜設計して定める。

【０００９】軸トルク推定手段８は、モータ２への入力
信号であるトルク指令ｉｑと、モータ２の出力信号に相
当するエンコーダ３からの出力、角速度ωを入力する。
すなわち、モータ２への入力信号と、モータ２からの出
力信号を取り込む。角速度ωを微分すると、モータ２、
厳密にはその軸１において発生している加速度、すなわ
ち力が得られる。加速度と力は比例するからである。モ
ータ２の場合、発生する力は、回転力であるので、軸ト
ルク推定手段８は、モータ２へのトルク指令と実際にモ
ータ２ないしその軸１で発生しているトルク（以後、軸
トルクと称する）を入力させている、と言うことができ
る。

【００１０】図３は、制御系の連結機構の実施の一形態
を示す模式図である。サーボ制御装置１１は、モータ２
を制御する。モータ２には、（モータ駆動）軸１が付い
ており、その軸１には、駆動プーリ１６を連結してい
る。モータ２が回転すると、軸１が回転し、駆動プーリ
１６が回転する。駆動プーリ１６、駆動ベルト１８及び
従動プーリ１７、すなわち連結機構１３は、軸１とアー
ム１４の間に介在する駆動力伝達機構であり、モータ２
の回転運動を直線運動に変換する手段である。成形品の
取出し装置というのは、板状のアーム１４がたわみやす
いという性質を持つ上に、図３で示すように、駆動ベル
ト１８も、その形状からして、たわみやすい。また、プ
ーリ（１６、１７）と駆動ベルト１８、駆動ベルト１８
とアーム１４の接触部分にねじれやがたなどの外乱要素
が発生しやすい。つまり、連結機構１３が原因による軸
１への外乱が発生しやすいということである。連結機構
１３は、軸１だけにつながっているので、アーム１４と
連結機構１３とで発生した外乱要素は、軸に１対する外
力（外乱トルク、以後、軸トルク外乱と称する）として
加わると考えてよい。一般に、モータ２というのは、そ
の原理上、電動機であると同時に発電機であることが知
られている。すなわち、モータ２に外力が加わると逆起
電力が発生する。従って、図３で示すように、モータ２
ないしその軸１に、成形品取出し装置の機械構造から起
因するところの軸トルク外乱１５が発生すると、図１の
トルク指令ｉｑでは、モータ２で発生するトルクが充分
に目標値（位置指令）に追従できないことが考えられ
る。これが、走行していたアーム１４が停止したときの
微小振動の原因の一つである。

【００１１】そこで、本発明では、軸トルク推定手段８
を設けるとともに、モータ２への入力信号であるトルク
指令ｉｑと、軸１で実際に発生しているトルク（上述の
ようにωから演算したもの）と、を軸トルク推定手段８
の内部で比較して、外乱トルクを打ち消すべく、所定の
電流補償指令（値）として、電流制御器７にネガティブ
フィードバックを掛けている。すなわち、軸トルク推定
手段８は、トルク指令ｉｑ（例えば電流センサで検出す
ればよい。電流センサは図示していない。）と、モータ
２の回転速度検出値である角速度ωとから、軸トルク外
乱１５の値（軸ねじれトルクの値）を推定する（演算す
る）。軸トルク外乱１５を推定するのに、どのような演
算式を使うかは、当業者の設計上の選択事項であるが、
例えば、次式を使ってもよい。軸トルク外乱１５をＴｆ
とおくと、 Ｔｆ＝１／（Ｔｃ×ｓ＋１）×（Ｋｔ×ｉｑ−Ｊｍ×ω
×ｓ） である。但し、１／Ｔｃは、軸トルク推定手段８のカッ
トオフ周波数（折点周波数）、ｓは、ラプラス演算子、
Ｊｍは、モータの慣性モーメント（使用するモータ２に
より定まる）、Ｋｔは、トルク定数（使用するモータ２
によって定まる）、である。この演算式で得られる軸ト
ルク外乱１５、すなわちＴｆに適当なゲインを掛けたも
のを軸トルク推定手段８の出力とすることができる。上
記したように、軸トルク推定手段８の出力は、電流制御
器７にネガティブフィードバックされる。

【００１２】この結果、このような軸トルク推定手段８
を設けたサーボ制御装置１１ないし制御系１０は、最終
的には、電流制御器７の出力であるトルク指令ｉｑが、
軸１に加わろうとする軸トルク外乱１５を補償した値と
なるので、トルク指令ｉｑによって、（モータ２や連結
機構１３を介して）走行させられていると言っていいア
ーム１４が走行状態から停止状態になったとき、該アー
ム１４が残留振動しようとすることを抑制することがで
きる。よって、製品取出し装置において、サーボ制御装
置１１のゲイン（例えば位置制御器５や速度制御器６の
ゲイン）を高くしてモータ２を駆動したとしても、サー
ボ制御装置１１に軸トルク推定手段８を設けていない従
来の製品取出し装置よりも、軸トルク外乱１５に起因す
ると推定される走行中のアーム１４の振動を抑制するこ
とが期待でき、該アーム１４が停止したときも残留振動
を小さくすることができる。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係る成形品取出し装置のアーム
の振動抑制方式は、以上説明したように構成されている
ので、以下に記載する効果を奏する。例えば、プーリ
（１６、１７）と駆動ベルト１８を具備するモータ駆動
軸１と製品取出し装置のアーム１４との間に介在する連
結機構１３で発生する外乱が、軸トルク外乱１５として
軸１に加わろうとするのを、軸トルク推定手段８から電
流制御器７にフィードバック制御を掛けて、モータ２へ
のトルク指令ｉｑを該軸トルク外乱１５を打ち消すよう
に自動制御する。よって、成形品取出し装置において、
電動機が駆動されると、該電動機の軸１が回転すること
によって動かされるアーム１４を、サーボ制御装置１１
のゲインを高くして駆動するときでも、該アーム１４の
残留振動を極力抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すブロック図

【図２】従来の取出し装置の位置指令演算器の出力を示
すグラフ

【図３】制御系の連結機構の実施の一形態を示す模式図

【符号の説明】

１ （モータ駆動）軸 ２ モータ ３ エンコーダ ４ 位置指令演算器 ５ 位置制御器 ６ 速度制御器 ７ 電流制御器 ８ 軸トルク推定手段 ９ 速度演算部 １０ 制御系 １１ サーボ制御装置 １２ チャック部 １３ 連結機構 １４ アーム １５ 軸トルク外乱 １６ 駆動プーリ １７ 従動プーリ １８ 駆動ベルト θ 回転角度 ω 角速度 ｉｑ トルク指令（モータ駆動電流）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C007 AS05 HS27 HT02 KS35 KS40 KV01 KX15 LV23 LW04 MT05 5H303 AA04 AA10 BB02 CC03 DD01 EE03 GG11 HH02 JJ02 JJ09 KK02 KK03 KK11 KK17 KK33

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 成形機上に設置する成形品取出し装置を
   一つの制御系と見なしたものにおいて、 前記制御系は、 前記成形品取出し装置が具備する成形品取出し用のアー
   ムと、 前記アームを動かすための軸を有する電動機と、 前記電動機の角速度を検出する角速度検出手段と、 前記電動機をＰＩ制御するサーボ制御装置と、を構成要
   素として含み、 前記サーボ制御装置は、 前記電動機を駆動する電流を演算する部分である電流制
   御器を含むとともに、前記電動機が有する前記軸におい
   て発生しているトルクを推定する軸トルク推定手段を具
   備しており、 前記軸トルク推定手段は、前記角速度検出手段からの出
   力信号と前記電動機への入力信号である電動機駆動電流
   とを取込むとともに、それら二つの信号に基づき、前記
   軸に加わる軸トルク外乱を推定する構成とし、 前記サーボ制御装置は、前記軸トルク推定手段の出力を
   前記電流制御器へネガティブフィードバックさせる構成
   としたことを特徴とする、 成形品取出し装置のアームの振動抑制方式。
2. 【請求項２】 前記アームと前記アームを動かすための
   前記軸との間には、プーリと駆動ベルトが介在する請求
   項１記載の成形品取出し装置のアームの振動抑制方式。