JP2005071086A - モーションコントロールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 制御すべきモータの個数（制御軸数）が増加してもサーボ性能を低下させず、また、サーボドライバに対するパラメータの変更指令、特性変更指令、及び内部情報取得指令の送信手段を低コストで実現する。
【解決手段】 モーション指令生成部１０１は、所定の制御周期毎に位置指令を生成して位置・速度制御部１０２に送出する。位置・速度制御部１０２は、この指令された位置に機械装置の所定の部位が位置するようにモータを動作せしむるトルク指令（または速度指令）を生成し、アナログ信号Ａ２により、サーボドライバ１１へ送出する。表示器・キーボード２１からのサーボドライバ１１に対するパラメータ変更要求や内部情報取得要求、及びモーション指令生成部１０１からの特性変更要求は、通信処理部１８から、低速ネットワーク１３を介してサーボドライバ１１へ送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明はモーションコントロールシステムに係り、特に、モーションコントローラとサーボドライバとの間がネットワークで接続されたモーションコントロールシステムに関する。

従来、モーションコントロールシステムは、メカトロニクスの基本概念として、モータによって動作する機械装置の運動を制御する制御技術として幅広く開発されており、このような機械装置としては、例えば、圧延機、鉄道車両、エレベータ、電気自動車、工作機（ＣＮＣ機器を含む）、ロボット（マニピュレータを含む）、磁気ディスク（一般的にはコンピュータの周辺機器）等が挙げられる。
モーションコントロールシステムの一般的な原理は、指令系であるモーションコントローラにおいてモーション指令を生成し、さらに、このモーション指令に基づいてモータの移動速度を決める速度指令及びトルクを決めるトルク指令を生成し、これらの指令を制御系であるサーボドライバに伝達し、最終的にサーボドライバがモータの動作を制御する。
また、位置検出器により、このモータにより動作する機械装置の現在位置が検出され、この位置情報が上記サーボドライバを介して上記モーションコントローラにフィードバックされ、これにより、モータにより動作する機械装置の位置がフィードバック制御される（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００２−３３０１２１号公報 特開平５−２２７７７３号公報

従来のモーションコントロールシステムとしては、前述のモーションコントローラとサーボドライバとを備えて、モータにより動作する機械装置のフィードバック制御を行う構成のものとして、例えば図２に示すようなものがある。

図２は、従来のモーションコントロールシステムの１構成例を示す構成図である。
同図において、従来のモーションコントロールシステムは、モーションコントローラ８０と、サーボドライバ８１と、モータ／位置検出器８２とを備える。
モーションコントローラ８０は、モーション指令生成部８０１と、位置・速度制御部８０２とを備える。
以下、図２に示す従来のモーションコントロールシステムにおける情報伝達方法を説明する。
モーションコントローラ８０からサーボドライバ８１へは、アナログ信号Ａ１により、速度指令、トルク指令が伝達され、サーボドライバ８１からモーションコントローラ８０へは、位置・速度のフィードバック情報等が伝達される。
図３は、従来のモーションコントロールシステムの他の１構成例を示す構成図である。
同図に示す従来のモーションコントロールシステムは、モーションコントローラ９０と、サーボドライバ９１と、モータ／位置検出器９２とを備える。
モーションコントローラ９０は、モーション指令生成部９０１と、位置・速度制御部９０２と、通信制御部９０３とを備える。
通信制御部９０３は、外部の表示器・キーボード２１、及び上位コントローラ２２と接続されている。
以下、図３に示す従来のモーションコントロールシステムにおける情報伝達方法を説明する。
モーションコントローラ９０の通信処理部９０３からサーボドライバ９１へは、高速ネットワーク９３を介して、速度指令、トルク指令、パラメータ情報等が伝送され、サーボドライバ９１からモーションコントローラ９０の通信処理部９０３へは、位置・速度のフィードバック情報、サーボドライバ内部情報等等が伝送される。

しかしながら、上記背景技術で述べた従来のモーションコントロールシステムにあっては、前述の第１の方法の、モーションコントローラ８０とサーボドライバ８１間においてアナログ信号によりデータ伝達を行う方式の場合、サーボドライバ８１の制御特性を変更するためのパラメータの変更が、モーションコントローラ８０から直接、若しくはモーションコントローラ８０を介して外部のキーボード等から間接に行えないという問題点があり、また、アラーム等の内部状態の情報が取得できないという問題点があった。

また、前述の第２の方法のモーションコントローラ９０とサーボドライバ９１間において高速ネットワークを介してデータ伝達を行う方式の場合は、モータを高性能に制御するには数百〔μｓ〕以下の非常に短い周期でデータ伝達を行う必要があるため、非常に高速の通信性能が要求され、高価なシステムになってしまうという問題点があった。
さらに、接続されるモータの数（制御軸数）が増加すると、必要なデータ伝送量が増加するため、モータの接続数を制限せざるを得ず、また、これをデータ伝送周期を遅くすることでカバーしようとすると、サーボ性能を低下させてしまうという問題点があった。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、制御すべきモータの個数（制御軸数）が増加してもサーボ性能を低下させず、かつサーボドライバに対するパラメータの変更指令、特性変更指令、及び内部情報取得指令を、低コストの通信手段を介して送信することができるモーションコントロールシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るモーションコントロールシステムは、モーションコントローラとサーボドライバを備え、前記モーションコントローラと前記サーボドライバ間で伝達されるデータに基づいて、機械装置を作動するモータを制御するモーションコントロールシステムにおいて、前記モーションコントローラと前記サーボドライバ間のデータ伝達手段が、データ伝達速度がサーボ性能に影響を与える性質を有する第１のデータについてはアナログ信号を用いて伝達し、データ伝達速度がサーボ性能に影響を与えない性質を有する第２のデータについてはネットワークを介して送信することを特徴とする。

このような構成により、高速で伝達すべきデータは高速伝送可能なアナログ信号を用いて伝達されるので制御すべきモータの個数（制御軸数）が増加してもサーボ性能が低下したり飽和したりすることを回避することが可能となり、また、低速で送信しても構わない制御データは通常の低速ネットワークを介して送信する手段が与えられるので、例えば、サーボドライバの制御特性を変更したり、サーボドライバの内部情報を取得したりすることが可能なモーションコントロールシステムを提供することができる。

また、前記モーションコントロールシステムにおいて、前記第１のデータは、前記モータを制御するためのトルク指令または速度指令、及び、前記モータによって作動する前記機械装置の所定の部位の位置及び速度のフィードバック情報であることを特徴とする。
このような構成により、高速で伝達すべき前記モータを制御するためのトルク指令または速度指令は、高速伝送可能なアナログ信号を用いて伝達することができるで、制御すべきモータの個数（制御軸数）が増加してもサーボ性能を低下せしめたり飽和せしめたりすることのないモーションコントロールシステムを提供することができる。

また、前記モーションコントロールシステムにおいて、前記第２のデータは、前記サーボドライバのパラメータ変更指令または特性変更指令または内部情報の取得指令であることを特徴とする。
このような構成により、低速で送信することが許容される前記サーボドライバのパラメータ変更指令または特性変更指令は、データ伝送速度が低速の通常のネットワークを介して送信することができるので、通信コストを増加させることがないモーションコントロールシステムを提供することができる。

また、前記モーションコントロールシステムにおいて、前記第２のデータは、キーボードまたは上位システムのコントローラから前記モーションコントローラ及び前記ネットワークを介して前記サーボドライバに送信することを特徴とする。
このような構成により、サーボドライバのパラメータ変更手段、及び特性変更手段を有するモーションコントロールシステムを提供することができる。
また、前記モーションコントロールシステムにおいて、前記ネットワークのデータ伝送速度は、前記アナログ信号が伝達される速度よりも低速であることを特徴とする。

このような構成により、サーボドライバのパラメータ変更手段、及び特性変更手段を有すると共に、通信コストを増加させることがないモーションコントロールシステムを提供することができる。
さらに、前記モーションコントロールシステムにおいて、前記第１のデータは、前記モーションコントローラが備える位置・速度制御手段により送受信し、前記第２のデータは、前記モーションコントローラが備える通信処理手段により送受信することを特徴とする。
このような構成により、必要な伝送速度及び性質がそれぞれ異なる独立した２系統の制御データの各々を、モーションコントローラとサーボドライバ間で確実に伝送することができるモーションコントロールシステムを提供することができる。

以上説明したように、本発明のモーションコントロールシステムによれば、伝達時間が遅くなるとサーボ性能に影響を与えるデータは伝送遅れの無いアナログ信号を用いて伝達し、伝達時間が遅くなってもサーボ性能に影響を与えないデータは低コストな低速ネットワークを介して送信することにより、制御すべきモータの個数（制御軸数）が増加してもサーボ性能が低下したり飽和したりすることを回避することが可能となると共に、サーボドライバの制御特性を変更したり、サーボドライバの内部情報を取得したりすることが可能なモーションコントロールシステムを提供することができる。

以下、本発明のモーションコントロールシステムの最良の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るモーションコントロールシステムの全体構成を示す構成図である。同図において、図３（従来例）と重複する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
同図において、本実施形態のモーションコントロールシステムは、モーションコントローラ１０と、モーションコントローラ１０から指令を受けると共に後述するモータ／位置検出器１２からのフィードバック情報を中継するサーバドライバ１１と、サーバドライバ１１により制御されるモータ／位置検出器１２とを備える。
モーションコントローラ１０は、モーション指令生成部１０１と、位置・速度制御部１０２（請求項６記載の位置・速度制御手段）と、通信処理部１０３（請求項６記載の通信処理手段）とを備える。
モータ／位置検出器１２は、サーバドライバ１１により制御されるモータと、このモータによって動作する機械装置（被制御対象であり、図示は省略する。また、この被制御対象は、モータ自体であってもよいものとする）の所定の部位の現在位置を検出する位置検出器とで構成されている。なお、このモータ／位置検出器１２を、本発明に係るモーションコントロールシステムの構成要素から除外する構成も可能である。
モーションコントローラ１０からサーボドライバ１１への指令情報は、アナログ信号Ａ２により伝達され、また、サーボドライバ１１からモーションコントローラ１０へのフィードミック情報は、アナログ信号Ａ１により伝達される。さらに、モーションコントローラ１０とサーボドライバ１１との間は低速ネットワーク１３で接続するものとする。
モーションコントローラ１０は、外部（外部システム）の表示器／キーボード２１及び上位コントローラ２２と接続されている。なお、この外部（外部システム）の表示器／キーボード２１及び上位コントローラ２２を、本発明に係るモーションコントロールシステムの構成要素に含める構成も可能である。

以下、本実施形態のモーションコントロールシステムの動作を、各構成要素毎に説明する。
モーションコントローラ１０のモーション指令生成部１０１は、所定の制御周期毎に位置指令を生成し、この位置指令を位置・速度制御部１０２に送出する。
位置・速度制御部１０２は、受け取った上記位置指令が指令する位置に機械装置の所定の部位が位置するようにモータを動作せしむることができるトルク指令（但し、速度指令であってもよいものとする）を生成し、このトルク指令または速度指令（請求項１記載の第１のデータ）を、アナログ信号Ａ２により、伝送遅れ無しでサーボドライバ１１へ送出する。これにより、サーボドライバ１１は、モータ／位置検出器１２に対応するモータの制御を行うことができる。
モータ／位置検出器１２の位置検出器は、被制御対象である機械装置の所定の部位の現在位置と速度を検出し、これらのデータ（請求項１記載の第１のデータ）をアナログ信号Ａ１により位置・速度制御部１０２に伝達する。これにより、被制御対象である機械装置の所定の部位は、フィードバック制御される。
表示器・キーボード２１のキーボードより、サーボドライバ１１のパラメータ変更要求がモーションコントローラ１０に入力された場合、若しくはモーション指令生成部１０１でサーボドライバ１１の特性を変更する必要が生じた場合、これを受けた通信処理部１８は、これらのパラメータ変更要求や特性変更要求に対応する特性変更指令または特性変更指令（請求項１記載の第２のデータ）を、低速ネットワーク１３を介してサーボドライバ１１へ送信する。
これにより、サーボドライバ１１は、上記ラメータ変更指令または特性変更指令に従って、内部パラメータの変更または特性の変更を行う。
また、表示器・キーボード２１の表示器や、上位コントローラ２２より、サーボドライバ１１の内部情報の取得要求がモーションコントローラ１０に入力された場合、この内部情報の取得要求を受けた通信処理部１８は、この内部情報の取得要求に対応する内部情報取得指令（請求項１記載の第２のデータ）をサーボドライバ１１に送信し、その応答として、サーボドライバ１１から、サーボドライバ１１の内部情報を低速ネットワーク１３を介して受信し、表示器・キーボード２１の表示器や、上位コントローラ２２へ送出する。
この実施形態によれば、伝達時間が遅くなるとサーボ性能に影響を与えることが明らかなデータの伝達手段には伝送遅れの無いアナログ信号Ａ１，Ａ２を使用し、伝達時間が遅くなってもサーボ性能に影響を与えないデータの伝達手段には低コストの低速ネットワークを使用するので、制御すべきモータの個数（制御軸数）が増加してもデータ伝達遅れによるサーボ性能を低下させることがなく、また、サーボドライバ１１のパラメータの変更や内部情報の取得を行う手段を低コストで構成することができる効果がある。
本発明に係るモーションコントロールシステムは、モータによって作動する全ての機械装置の制御に利用可能であり、例えば、圧延機、鉄道車両、エレベータ、電気自動車、ＣＮＣ機器を含む工作機、マニピュレータを含むロボット、磁気ディスク、さらには一般的なコンピュータの周辺機器の制御等に利用することができる。

本発明の実施形態に係るモーションコントロールシステムの全体構成を示す構成図である。 従来のモーションコントロールシステムの１構成例を示す構成図である。 従来のモーションコントロールシステムの他の１構成例を示す構成図である。

符号の説明

１０ モーションコントローラ
１１ サーボドライバ
１２ モータ／位置検出器
１３ 低速ネットワーク
２１ 表示器・キーボード
２２ 上位コントローラ
１０１ モーション指令生成部
１０２ 位置・速度制御部
１０３ 通信処理部
Ａ１，Ａ２ アナログ信号

Claims (6)

1. モーションコントローラとサーボドライバを備え、前記モーションコントローラと前記サーボドライバ間で伝達されるデータに基づいて、機械装置を作動するモータを制御するモーションコントロールシステムにおいて、
   前記モーションコントローラと前記サーボドライバ間のデータ伝達手段は、データ伝達速度がサーボ性能に影響を与える性質を有する第１のデータについてはアナログ信号を用いて伝達し、データ伝達速度がサーボ性能に影響を与えない性質を有する第２のデータについてはネットワークを介して送信することを特徴とするモーションコントロールシステム。
2. 前記第１のデータは、前記モータを制御するためのトルク指令または速度指令、及び、前記モータによって作動する前記機械装置の所定の部位の位置及び速度のフィードバック情報であることを特徴とする請求項１記載のモーションコントロールシステム。
3. 前記第２のデータは、前記サーボドライバのパラメータ変更指令または特性変更指令または内部情報の取得指令であることを特徴とする請求項１または２記載のモーションコントロールシステム。
4. 前記第２のデータは、キーボードまたは上位システムのコントローラから前記モーションコントローラ及び前記ネットワークを介して前記サーボドライバに送信することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のモーションコントロールシステム。
5. 前記ネットワークのデータ伝送速度は、前記アナログ信号が伝達される速度よりも低速であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のモーションコントロールシステム。
6. 前記第１のデータは前記モーションコントローラが備える位置・速度制御手段により送受信し、前記第２のデータは前記モーションコントローラが備える通信処理手段により送受信することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のモーションコントロールシステム。

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