JP2005085177A - Mechanism control program design support device, mechanism control program design support system, mechanism control program design support program, and storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組み込みソフトウェア実行装置からの制御信号に応じて仮想機構モデルをシミュレーション計算させるシミュレーション装置、システム、プログラムおよび記憶媒体に関し、とくに、印加電圧を入力とするアクチュエータを仮想機構モデル上で構築して動作させるシミュレーション装置、機構制御プログラム設計支援プログラムシステム、プログラムおよび記憶媒体に関する。 The present invention relates to a simulation device, a system, a program, and a storage medium that perform a simulation calculation of a virtual mechanism model according to a control signal from an embedded software execution device, and in particular, an actuator that receives an applied voltage as an input is constructed on the virtual mechanism model. The present invention relates to a simulation apparatus, a mechanism control program design support program system, a program, and a storage medium.
組み込みソフトウェア実行装置からの制御信号に応じて仮想機構モデルをシミュレーション計算させる機構制御プログラム開発支援システム、機構制御プログラム開発支援装置、および機構制御プログラム開発支援プログラム記憶媒体は従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。
従来、機構制御のための制御プログラムを開発するさいには、試作品に組み込まれる組み込みソフトウェア実行装置(以下、電子制御装置という場合がある)により組み込みソフトウェア(以下、制御プログラムという場合がある)を実行して、実際の機械で評価する開発を行っている。
しかし、組み込みソフトウェアの構築・検証に上述の開発手法を用いた場合、実機が完成しないと検証を行うことができない。また、試作品が完成したとしても、試作段階では機構の設計変更を行うことは度々あり、その都度、組み込みソフトウェアの開発を中断して、設計変更後の試作品に応じた仕様変更や再コーディングを行わなければならない。
そのため、組み込みソフトウェアの開発には時間やコストがかかり非効率的である。また、大量生産される製品に対する組み込みソフトウェアは、機械のバラツキに対応できなくてはならない。実際の機械を用いた開発では、上記バラツキを考慮した所望の状態のメカを入手することは困難である。
そのため、組み込みソフトウェアがどの程度のバラツキまで対応できているかを知ることは困難である。このような問題を解決する有効な方法は、実際の機械の代わりに計算機上に仮想機構モデルを作成し、このモデルを電子制御装置により制御させることで、実機を用いることなく効率的に組込ソフトウェアの開発を行う方法である。
このような技術が実現されると、制御プログラムの先行開発が可能になる他、新しいアクチュエータやセンサを用いた新規の制御手法を、実機を作成することなく簡単に検証可能になる等の利点が得られる。
Conventionally, when developing a control program for mechanism control, embedded software (hereinafter also referred to as a control program) is installed by an embedded software execution device (hereinafter also referred to as an electronic control device) incorporated in a prototype. It is being developed and evaluated with actual machines.
However, when the above-described development method is used for the construction and verification of embedded software, verification cannot be performed unless the actual machine is completed. Even if the prototype is completed, the design of the mechanism is often changed at the prototype stage.Each time, the embedded software development is interrupted, and the specification change or recoding is performed according to the prototype after the design change. Must be done.
For this reason, the development of embedded software is time consuming and costly and inefficient. In addition, embedded software for mass-produced products must be able to handle machine variations. In development using an actual machine, it is difficult to obtain a mechanism in a desired state in consideration of the variation.
For this reason, it is difficult to know how much variation the embedded software can handle. An effective way to solve such problems is to create a virtual mechanism model on a computer instead of an actual machine, and to control this model with an electronic control unit. This is a method for developing software.
If such a technology is realized, it will be possible to develop a control program in advance, and it will be possible to easily verify a new control method using new actuators and sensors without creating an actual machine. can get.
組み込みソフトウェア実行装置検証のための、仮想機構モデルの制御シミュレーション技術については、上述した特許文献1に、機構制御プログラム開発支援システム、機構制御プログラム開発支援装置、および機構制御プログラム開発支援プログラム記憶媒体が開示されている。
そこでは、シミュレーション装置に目標速度指令電圧を与えて、アクチュエータの動作を規定し、この結果に基づいて、仮想機構モデルの動作シミュレーションを行っている。
しかし、一般にアクチュエータは目標速度指令電圧を受けたモータドライバ等の制御回路が出力するアクチュエータ印加電圧によって動作するものであり、その点で仮想機構モデルは不正確であるという問題点があった。
また、モータドライバの働きを含めた組み込みソフトウェアの開発をしたい場合、その組み込みソフトウェア実行装置から出力される制御量はアクチュエータ印加電圧となるので、上述した特許文献1では対応できない。
そこで本発明の目的は、上記の問題点を解決するために、そこで、組み込みソフトウェア実行装置からの制御量をアクチュエータ回路の印加電圧とすることによって、実際の機械を用いることなく、機構制御プログラムの開発を行えるような、機構制御プログラム設計支援装置、プログラムおよび記憶媒体を提供することにある。
Regarding the control simulation technology of the virtual mechanism model for verification of the embedded software execution device,
There, a target speed command voltage is applied to the simulation apparatus to define the operation of the actuator, and based on this result, an operation simulation of the virtual mechanism model is performed.
However, in general, an actuator is operated by an actuator applied voltage output by a control circuit such as a motor driver that has received a target speed command voltage, and there has been a problem in that the virtual mechanism model is inaccurate.
Further, when it is desired to develop embedded software including the function of the motor driver, the control amount output from the embedded software execution device becomes the actuator applied voltage, and thus cannot be dealt with in
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-described problem, and therefore, by using the control amount from the embedded software execution device as the applied voltage of the actuator circuit, the mechanism control program can be executed without using an actual machine. An object is to provide a mechanism control program design support apparatus, a program, and a storage medium that can be developed.
前記の課題を解決するために、請求項1記載の発明では、制御プログラムを実行して機構装置を制御する組み込みソフトウェア実行装置と、連動して前記機構装置の仮想機構モデルを動作させるシミュレーション装置を有する機構制御プログラム設計支援装置において、前記シミュレーション装置内部に構築されたアクチュエータの回路に加える電圧に応じて前記アクチュエータの挙動を解析するモデルを獲得するアクチュエータモデル獲得手段と、前記アクチュエータの挙動に応じて前記機構装置の挙動を解析するモデルを獲得する機構装置モデル獲得手段と、前記解析モデルに基づいて前記電圧に応じた前記機構装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに解析する機構装置解析手段を備えることを特徴とする。
また、請求項2記載の発明では、前記アクチュエータの印加電圧を、前記アクチュエータの物理モデルに基づいて速度を算出し、前記機構装置の挙動を解析するさいに、その計算途中で前記アクチュエータの瞬間速度の値を決定する請求項1記載の機構制御プログラム設計支援装置を特徴とする。
また、請求項3記載の発明では、前記アクチュエータの変化に応じて前記アクチュエータ回路内の抵抗要素等の特性値を変更する解析モデルを獲得する解析モデル獲得手段と、前記アクチュエータの変化に応じた前記解析モデルの挙動変化を所定の微小時間間隔ごとに解析する挙動変化解析手段を有することを特徴とする。
また、請求項4記載の発明では、前記アクチュエータの挙動に応じて前記機構装置内で連結する部品同士の等価慣性、等価負荷、減速比に基づいて解析モデルの挙動を解析する請求項1記載の機構制御プログラム設計支援装置を特徴とする。
また、請求項5記載の発明では、予め定義された駆動機構の部品関係から、直接的・間接的を問わず駆動軸に連結する部品の慣性を、等価慣性として駆動軸に定義した解析モデルを獲得する等価慣性モデル獲得手段と、前記解析モデルの挙動変化を所定の微小時間間隔ごとに解析する等価慣性モデル挙動変化解析手段を有することを特徴とする。
また、請求項6記載の発明では、予め定義された駆動機構の部品関係から、直接的・間接的を問わず駆動軸に掛かる負荷を、等価負荷として駆動軸に定義した解析モデルを獲得する等価負荷モデル獲得手段と、前記解析モデルの挙動変化を所定の微小時間間隔ごとに解析する解析モデル挙動変化解析手段を有することを特徴とする。
また、請求項7記載の発明では、予め定義された駆動機構の部品関係から、駆動軸から見た部品間の減速比を持つ解析モデルを獲得する減速比モデル獲得手段と、前記解析モデルの挙動変化を所定の微小時間間隔ごとに解析する減速比モデル挙動変化解析手段を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, in the invention according to
According to a second aspect of the present invention, when the applied voltage of the actuator is calculated based on a physical model of the actuator and the behavior of the mechanism device is analyzed, the instantaneous speed of the actuator is calculated during the calculation. The mechanism control program design support apparatus according to
According to a third aspect of the present invention, there is provided an analysis model acquisition means for acquiring an analysis model for changing a characteristic value of a resistance element or the like in the actuator circuit according to a change in the actuator, and the analysis model acquisition means according to the change in the actuator. It is characterized by having behavior change analyzing means for analyzing the behavior change of the analysis model at predetermined minute time intervals.
According to a fourth aspect of the present invention, the behavior of the analysis model is analyzed based on the equivalent inertia, equivalent load, and reduction gear ratio of the parts connected in the mechanism device according to the behavior of the actuator. It features a mechanism control program design support device.
Further, in the invention according to
Further, in the invention described in claim 6, from the parts relationship of the drive mechanism defined in advance, an equivalent model for obtaining an analysis model in which the load applied to the drive shaft, whether directly or indirectly, is defined as the equivalent load is obtained. It has a load model acquisition means and an analysis model behavior change analysis means for analyzing the behavior change of the analysis model at predetermined minute time intervals.
According to a seventh aspect of the present invention, a reduction ratio model acquisition means for acquiring an analysis model having a reduction ratio between parts viewed from the drive shaft from the parts relation of the drive mechanism defined in advance, and the behavior of the analysis model A reduction ratio model behavior change analyzing means for analyzing the change at every predetermined minute time interval is provided.
また、請求項8記載の発明では、前記シミュレーション装置が、前記機構装置の挙動を所定の微小時間間隔で解析することによって、前記組み込みソフトウェア実行装置と実時間で連動する請求項1記載の機構制御プログラム設計支援装置を特徴とする。
また、請求項9記載の発明では、前記シミュレーション装置内部に構築されたアクチュエータの回路に加える電圧に応じてアクチュエータの挙動を解析するモデルを獲得する獲得システムと、前記アクチュエータの挙動に応じて前記機構装置の挙動を解析するモデルを獲得する獲得システムと、前記解析モデルに基づいて前記電圧に応じた前記機構装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに計算する計算システムを備える機構制御プログラム設計支援システムを特徴とする。
また、請求項10記載の発明では、前記シミュレーション装置内部に構築されたアクチュエータの回路に加える電圧に応じてアクチュエータの挙動を解析するモデルを獲得する獲得プログラムと、前記アクチュエータの挙動に応じて前記機構装置の挙動を解析するモデルを獲得する獲得プログラムと、前記解析モデルに基づいて前記電圧に応じた前記機構装置の挙動を所定の微小時間間隔ごとに計算する計算プログラムを備える機構制御プログラム設計支援プログラムを特徴とする。
また、請求項11記載の発明では、請求項10記載のプログラムが格納された機械読み取り可能な記憶媒体を特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the mechanism control according to the first aspect, the simulation device is interlocked with the embedded software execution device in real time by analyzing the behavior of the mechanism device at a predetermined minute time interval. It features a program design support device.
According to a ninth aspect of the present invention, an acquisition system for acquiring a model for analyzing the behavior of an actuator in accordance with a voltage applied to an actuator circuit constructed in the simulation apparatus, and the mechanism in accordance with the behavior of the actuator. A mechanism control program design support system comprising an acquisition system for acquiring a model for analyzing the behavior of a device, and a calculation system for calculating the behavior of the mechanism device according to the voltage for each predetermined minute time interval based on the analysis model It is characterized by.
According to a tenth aspect of the present invention, an acquisition program for acquiring a model for analyzing the behavior of an actuator in accordance with a voltage applied to an actuator circuit constructed in the simulation apparatus, and the mechanism in accordance with the behavior of the actuator. A mechanism control program design support program comprising an acquisition program for acquiring a model for analyzing the behavior of the apparatus, and a calculation program for calculating the behavior of the mechanism apparatus in accordance with the voltage for each predetermined minute time interval based on the analysis model It is characterized by.
The invention according to
本発明によれば、アクチュエータの印加電圧による駆動機構の挙動をシミュレーションによって解析することで、実機駆動機構の有無に関わらず、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、印加電圧に応じたアクチュエータの動作速度を算出して、アクチュエータの挙動に対する制御をすることで、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、アクチュエータ構成要素の変化によるアクチュエータの動作速度を算出して、機構制御プログラムの制御結果からアクチュエータ変化による影響を調べることで、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、前記機構装置内で連結する部品同士の等価慣性、等価負荷、減速比に基づく駆動機構を定義して、リアルタイムに組込ソフトウェア実行装置を動かすことで、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、前記機構装置内の駆動軸に等価慣性を定義して、リアルタイムに組み込みソフトウェア実行装置を動かすことで、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、前記機構装置内の駆動軸に等価負荷を定義して、リアルタイムに組み込みソフトウェア実行装置を動かすことで、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、前記機構装置内の駆動軸に減速比を定義して、リアルタイムに組み込みソフトウェア実行装置を動かすことで、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、リアルタイムに組み込みソフトウェア実行装置とシミュレーション装置を連動させることで、機構制御プログラムを含む組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
本発明によれば、請求項1と同等の効果を持つシステムを構築することで、装置を必要としなくとも同等の効果を実現できる。
本発明によれば、請求項1と同等の効果を持つプログラムを作成することで、装置を必要としなくとも、例えば、コンピュータにインストールすることで同等の効果を実現できる。
本発明によれば、請求項10のプログラムを記憶媒体に保存することで、プログラムを利用可能なコンピュータがある所で使うことができ、持ち運び可能となるので、簡便な利用ができる。
According to the present invention, the behavior of the drive mechanism according to the applied voltage of the actuator is analyzed by simulation, so that the embedded software execution device including the mechanism control program can be verified regardless of the presence or absence of the actual drive mechanism.
According to the present invention, it is possible to verify the embedded software execution device including the mechanism control program by calculating the operation speed of the actuator according to the applied voltage and controlling the behavior of the actuator.
According to the present invention, the embedded software execution device including the mechanism control program can be verified by calculating the operation speed of the actuator due to the change of the actuator component and examining the influence of the actuator change from the control result of the mechanism control program. .
According to the present invention, a mechanism control program is included by defining a drive mechanism based on equivalent inertia, equivalent load, and reduction gear ratio of components connected in the mechanism device and moving the embedded software execution device in real time. The embedded software execution device can be verified.
According to the present invention, it is possible to verify the embedded software execution device including the mechanism control program by defining the equivalent inertia for the drive shaft in the mechanism device and moving the embedded software execution device in real time.
According to the present invention, the embedded software execution device including the mechanism control program can be verified by defining an equivalent load on the drive shaft in the mechanism device and moving the embedded software execution device in real time.
According to the present invention, the built-in software execution device including the mechanism control program can be verified by defining a reduction ratio for the drive shaft in the mechanism device and moving the built-in software execution device in real time.
According to the present invention, the embedded software execution device including the mechanism control program can be verified by linking the embedded software execution device and the simulation device in real time.
According to the present invention, by constructing a system having the same effect as that of the first aspect, the same effect can be realized without requiring an apparatus.
According to the present invention, by creating a program having the same effect as that of the first aspect, the same effect can be realized by installing it in a computer, for example, without requiring an apparatus.
According to the present invention, by storing the program of
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は略図的に示すコンピュータによって構成される本発明による機構制御プログラム設計支援装置の概略図である。
この機構制御プログラム設計支援装置Aは、入力装置1、シミュレーション装置2、組み込みソフトウェア実行装置3、出力装置4により構成されている。入力装置1は、アクチュエータや駆動機構部品等のパラメータ情報をシミュレーション装置2に入力する。
シミュレーション装置2は、アクチュエータと駆動機構それぞれの挙動を解析するモデルを得て、これら2つの解析モデルに基づいて、組み込みソフトウェア実行装置3からの制御信号である印加電圧に応じた仮想機構モデルの挙動を所定の微小時間間隔ごとに計算して、センシング時間の間隔に合わせて、組み込みソフトウェア実行装置3にセンサ信号を送る。
組み込みソフトウェア実行装置3は、この信号に応じた制御量を機構制御プログラムが計算して制御信号をシミュレーション装置2に送る。出力装置4は、制御信号やセンサ信号あるいは仮想機構モデルの状態量を出力する。
以上が、概略的に特徴とすることである。シミュレーション装置2は、CPU、ROMおよびRAM等により構成され、アクチュエータモデルと駆動機構モデルを解析する各種手段を実現する。
図2は本発明の機構制御プログラム設計支援装置の計算手順の一例を示すフローチャートである。まず、機構制御プログラムの検証を開始すると、目標値に対する制御量を制御プログラムが算出(S1)して、制御信号である印加電圧を出力(S2)する。
次に、印加電圧に応じたアクチュエータの挙動を算出(S3)して、そのアクチュエータの挙動によって動作する駆動機構の挙動を算出(S4)する。さらに、センシングする駆動機構の挙動をセンサ信号に換算・出力(S5)する。
この出力を制御プログラムへフィードバックし、この一連の手順を繰り返すことによって、制御プログラムを実行する組み込みソフトウェア実行装置の検証ができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a mechanism control program design support apparatus according to the present invention, which is constituted by a computer schematically shown.
This mechanism control program design support device A is composed of an
The
In the embedded software execution device 3, the mechanism control program calculates a control amount corresponding to this signal and sends a control signal to the
The above is the general feature. The
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the calculation procedure of the mechanism control program design support apparatus of the present invention. First, when verification of the mechanism control program is started, the control program calculates a control amount for the target value (S1), and outputs an applied voltage as a control signal (S2).
Next, the behavior of the actuator corresponding to the applied voltage is calculated (S3), and the behavior of the drive mechanism that operates according to the behavior of the actuator is calculated (S4). Further, the behavior of the sensing drive mechanism is converted into a sensor signal and output (S5).
The embedded software execution device that executes the control program can be verified by feeding back this output to the control program and repeating this series of procedures.
図3は本発明が対象とする制御プログラム設計支援方法の一例として対象物である画像読み取り装置の機械構造の一例を示す概略斜視図である。本発明が対象とする制御プログラム設計支援方法の一例として、画像読み取り装置のモータ印加電圧に応じた第1キャリッジ速度変動を解析して設計を支援する方法について説明する。
この機械構造Bとその動作について説明する。モータ5から、タイミングベルトである19を介して、減速(駆動軸)プーリ6を回転させる。減速プーリ6は、シャフト20によって、ワイヤプーリ7、18と共に固定されている。
したがって、減速プーリ6の回転と共に、ワイヤプーリ7、18は回転する。ここで、ワイヤプーリ7、18に掛け回されたワイヤ21、22について説明する。ワイヤ21は両端を21a、21bで固定され、ワイヤ22は両端を22a、22bで固定されている。
ワイヤ21、22の張力は、プーリ8、15と9、16によって、その力方向を変えられて、第1キャリッジ13を引いて動かす。第2キャリッジ14に軸を固定されているプーリ11、12、23、24は、ワイヤ21、22の張力によって回転移動をする。
プーリ11と23はそれぞれプーリ12と24に隣接して、それらは同一の回転軸によって固定されている。そして、プーリ11、12、23、24の移動に合わせて、第2キャリッジ14も移動する。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing an example of a mechanical structure of an image reading apparatus as an object as an example of a control program design support method targeted by the present invention. As an example of a control program design support method targeted by the present invention, a method for supporting design by analyzing the first carriage speed variation according to the motor applied voltage of the image reading apparatus will be described.
This mechanical structure B and its operation will be described. The
Therefore, the wire pulleys 7 and 18 rotate with the rotation of the deceleration pulley 6. Here, the
The tension of the
図4は図3の実施の形態の手順を示すフローチャートである。まず、機構制御プログラムの検証を開始すると、制御プログラムが、モータ回転角速度の目標値と現在の回転角速度を比較して、モータに印加する電圧値を算出(S11)して、印加電圧を出力(S12)する。
次に、印加電圧に応じたモータ回転角速度を算出(S13)して、その回転角速度によって第1キャリッジ速度を算出(S14)する。さらに、モータ回転角速度をセンサ信号に変換・出力(S15)して、これを再び制御プログラムへフィードバックする。
目標値に対する制御量を制御プログラムが算出するステップ(S11)について説明する。機構制御プログラムは、外部コントローラーから開始の信号を受け取ると、画像読み取り装置にスキャン動作を行わせるために、モータを回転させる命令を出す。さらに、予め決められたスキャン動作での速度を目標速度として、現在速度と比較して制御量を算出する。
制御信号である印加電圧を出力するステップ(S12)について説明する。算出された制御量を基にして、組み込みソフトウェア実行装置から制御信号(印加電圧)が出力される。
このとき、出力された制御信号を必要に応じて加工してもよい。具体的には、シミュレーション装置を壊さないために印加電圧を減幅したり、計算負荷を低減させるためにローパスフィルタを通したりする。
FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the embodiment of FIG. First, when verification of the mechanism control program is started, the control program compares the target value of the motor rotational angular velocity with the current rotational angular velocity, calculates the voltage value to be applied to the motor (S11), and outputs the applied voltage ( S12).
Next, a motor rotation angular velocity corresponding to the applied voltage is calculated (S13), and a first carriage speed is calculated based on the rotation angular velocity (S14). Further, the motor rotation angular velocity is converted into a sensor signal and output (S15), and this is fed back to the control program again.
The step (S11) in which the control program calculates the control amount for the target value will be described. When the mechanism control program receives a start signal from the external controller, the mechanism control program issues a command to rotate the motor in order to cause the image reading apparatus to perform a scanning operation. Further, the control amount is calculated by comparing the current speed with the speed in a predetermined scanning operation as a target speed.
The step (S12) of outputting the applied voltage that is a control signal will be described. Based on the calculated control amount, a control signal (applied voltage) is output from the embedded software execution device.
At this time, the output control signal may be processed as necessary. Specifically, the applied voltage is reduced in order not to break the simulation apparatus, or a low-pass filter is passed in order to reduce the calculation load.
図5はモータ印加電圧からモータ回転角速度を求めるフローチャートである。モータ回路の印加電圧からモータ軸の回転角速度を求めるステップ(S13)について説明する。
このステップ(S13)では、図5に示すようにさらに細かいステップに分けられる。それらは、印加電圧をビット情報に変換するステップ(S131)と回路部分のステップ(S132)と駆動部分のステップ(S133)である。この3つのステップについて説明する。
まず、印加電圧をビット情報に変換するステップ(S131)について説明する。このステップでは、シミュレーション装置に入力された電圧の計測値をデジタル情報に変換する。ところで、以降で利用するモータの回路と運動の方程式で用いる記号を次に列挙する。
FIG. 5 is a flowchart for obtaining the motor rotation angular velocity from the motor applied voltage. The step (S13) for obtaining the rotational angular velocity of the motor shaft from the applied voltage of the motor circuit will be described.
This step (S13) is divided into finer steps as shown in FIG. They are the step of converting the applied voltage into bit information (S131), the step of the circuit part (S132), and the step of the drive part (S133). These three steps will be described.
First, the step (S131) of converting the applied voltage into bit information will be described. In this step, the voltage measurement value input to the simulation apparatus is converted into digital information. By the way, the symbols used in the motor circuit and equation of motion used in the following are listed below.
ここで、モータ等価慣性モーメントの求め方について説明する。図6は図3の画像読み取り装置を駆動機構でモデル化して示す概略図である。ここでは、図3の画像読み取り装置を図6に示す駆動機構でモデル化する。駆動機構の全エネルギーの関係から、モータ出力(動力)はすべての軸にかかる動力の合計に等しいので、数1の式が成り立つ。
Here, how to obtain the motor equivalent moment of inertia will be described. FIG. 6 is a schematic view showing the image reading apparatus of FIG. 3 modeled by a drive mechanism. Here, the image reading apparatus in FIG. 3 is modeled by a driving mechanism shown in FIG. From the relationship of the total energy of the drive mechanism, the motor output (power) is equal to the sum of the power applied to all the shafts, and therefore the
つまり、モータの挙動から駆動機構の挙動を求めるステップ(S4)の前に、組み込みソフトウェア実行装置にセンサ信号を出力するステップ(S5)を行う。こうすることで、制御プログラムとより早い時間間隔で信号の交換ができる。
モータの挙動から駆動機構の挙動を求めるステップ(S4)について説明する。ここでも、図6の駆動機構モデルを用いて説明する。ベルトとワイヤが伸び縮みしたり、プーリに対して滑ったりすることがないと仮定すると、数3の式よりモータの回転角速度に対する第1キャリッジ速度は数7の式で示される。
That is, before the step (S4) of obtaining the behavior of the drive mechanism from the behavior of the motor, a step (S5) of outputting a sensor signal to the embedded software execution device is performed. By doing so, signals can be exchanged with the control program at an earlier time interval.
The step (S4) for obtaining the behavior of the drive mechanism from the behavior of the motor will be described. Here, the description will be made using the drive mechanism model of FIG. Assuming that the belt and the wire do not expand and contract or slide with respect to the pulley, the first carriage speed with respect to the rotational angular speed of the motor is expressed by the following equation (7).
を減速比と呼ぶ。
センシングする駆動機構の挙動をセンサ信号に変換・出力するステップ(S15)について説明する。本実施の形態では、モータ回転角速度を2相のパルス信号に変換し、センサ信号として組込ソフトウェア実行装置にフィードバックしている。
Is called the reduction ratio.
The step (S15) of converting / outputting the behavior of the sensing drive mechanism into a sensor signal will be described. In the present embodiment, the motor rotation angular velocity is converted into a two-phase pulse signal and fed back to the embedded software execution device as a sensor signal.
図6の各部の符号は以下を表している。
J1:モータ5の慣性モーメント(N・m)、J2:減速プーリ6の慣性モーメント(N・m)、J3:ワイヤプーリ7の慣性モーメント(N・m)、J4:プーリ8の慣性モーメント(N・m)、J5:プーリ9の慣性モーメント(N・m)、J6:プーリ10の慣性モーメント(N・m)、J7:プーリ11の慣性モーメント(N・m)、J8:プーリ12の慣性モーメント(N・m)、M:第1キャリッジの質量(kg)、M2:第2キャリッジの質量(kg)、R1:モータ5の半径(m)、R2:減速プーリ6の半径(m)、R3:ワイヤプーリ7の半径(m)、R4:プーリ8の半径(m)、R5:プーリ9の半径(m)、R6:プーリ10の半径(m)、R7:プーリ11の半径(m)、R8:プーリ12の半径(m)、x9:第1キャリッジの変位(m)、x10:第2キャリッジの変位(m)、θ1:モータ5が回転した角度(rad)、θ2:減速プーリ6が回転した角度(rad)、θ3:ワイヤプーリ7が回転した角度(rad)、θ4:プーリ8が回転した角度(rad)、θ5:プーリ9が回転した角度(rad)、θ6:プーリ10が回転した角度(rad)、θ7:プーリ11が回転した角度(rad)、θ8:プーリ12が回転した角度(rad)
The symbols of each part in FIG. 6 represent the following.
J 1 : Moment of inertia of motor 5 (N · m), J 2 : Moment of inertia of reduction pulley 6 (N · m), J 3 : Moment of inertia of wire pulley 7 (N · m), J 4 : Inertia of
図7はモータ回転角速度からパルス信号を求めるフローチャートである。このステップ(S15)では、図7に示すようにさらに細かいステップに分けられる。それらは、モータ回転角速度を毎秒のエンコーダパルス数に換算するステップ(S151)とA相、B相のパルス信号を出力するステップ(S152)である。
この2つのステップについて説明する。まず、モータ回転角速度を毎秒のパルス数に換算するステップ(S151)について説明する。毎秒のパルス数
(pulse/s)
は、数8の式で示される。
FIG. 7 is a flowchart for obtaining a pulse signal from the motor rotational angular velocity. This step (S15) is divided into finer steps as shown in FIG. They are the step (S151) of converting the motor rotation angular velocity into the number of encoder pulses per second (S151) and the step of outputting A-phase and B-phase pulse signals (S152).
These two steps will be described. First, the step (S151) of converting the motor rotation angular velocity into the number of pulses per second will be described. Number of pulses per second
(Pulse / s)
Is expressed by the equation (8).
はモータ1回転に対してエンコーダが出力するパルス数(pulse/r)である。また、
の逆数はパルス周期である。
次に、A相、B相のパルス信号を出力するステップ(S152)について説明する。
ステップ(S152)で求めたパルス周期でA相パルス信号を出力する。B相パルス信号は、A相パルス信号に対してモータ回転角速度の正転時には1/4周期遅らせ、逆転時には1/4周期進める。こうして生成した2相のパルス信号を出力する。
なお、組み込みソフトウェア実行装置が2相のパルス信号をモータ回転角速度に換算する場合について説明する。まず、パルス信号を一定時間間隔でカウントして毎秒のパルス数
を算出する。次に、数8の式を変形した数9の式を用いてモータ回転角速度
を算出する。
Is the number of pulses (pulse / r) output by the encoder for one rotation of the motor. Also,
The reciprocal of is the pulse period.
Next, the step (S152) of outputting A-phase and B-phase pulse signals will be described.
An A-phase pulse signal is output with the pulse period obtained in step (S152). The B-phase pulse signal is delayed from the A-phase pulse signal by ¼ period when the motor rotation angular velocity is forwardly rotated, and advanced by ¼ period when the motor is rotated in reverse. The two-phase pulse signal thus generated is output.
A case where the embedded software execution device converts a two-phase pulse signal into a motor rotation angular velocity will be described. First, count the number of pulses per second by counting the pulse signal at regular time intervals.
Is calculated. Next, the motor rotation angular velocity is obtained by using the formula of the
Is calculated.
1 入力装置
2 シミュレーション装置
3 組み込みソフトウェア実行装置
4 出力装置
A 機構制御プログラム設計支援装置
B 画像読み取り装置の機械構造
1
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003319091A JP2005085177A (en) | 2003-09-10 | 2003-09-10 | Mechanism control program design support device, mechanism control program design support system, mechanism control program design support program, and storage medium |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013517151A (en) * | 2010-01-21 | 2013-05-16 | デュール システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Test device for testing control programs for robotic devices |
US10354048B2 (en) | 2011-11-12 | 2019-07-16 | Kokusai Keisokuki Kabushiki Kaisha | Control program, control method, and control device for driving a mechanical testing device |
-
2003
- 2003-09-10 JP JP2003319091A patent/JP2005085177A/en active Pending
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