JP2006221558A - モーション制御装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通信異常が発生しても制御を継続させることができるモーション制御装置を提供する。
【解決手段】コントローラ１０は、所定の減速プロファイル１５を記憶し、正常時は指令プログラム１１を選択し、通信異常時は前記減速プロファイル１５を選択して動作指令を生成する動作指令生成部１２と、前記サーボドライブとの通信をする通信部１３とを備え、サーボドライブは、同じ減速プロファイルを記憶し、正常時は前記コントローラ１０の動作指令に基づき動作し、通信異常時は前記減速プロファイルに基づき動作するサーボ制御部２１、３１と、コンとローラ１０との通信をする通信部２２、３２とを備え、通信異常を検出した場合は減速プロファイルで減速し、通信復帰時はサーボドライブ２０、３０はコントローラ１０の指令に基づいて動作するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、コントローラとサーボドライブが制御データを相互に送受信しながら、制御対象をサーボ制御するモーション制御装置とその制御方法に関する。

従来のモーション制御装置のブロック図を図５に示して説明する。図において、１０は時々刻々の制御データ５０を生成しサーボドライブ２０，３０へ指令を送信するコントローラである。このコントローラ１０は指令プログラム１１と動作指令生成１２および、通信異常検出１４を持った通信部１３を有している。コントローラ１０は指令プログラム１１に従い、動作指令生成１２にて制御データ５０を生成し、通信部１３を介してサーボドライブ２０，３０へ制御データ５０を送信するとともに、そのサーボドライブからの応答を受信する。

サーボドライブ２０はサーボ制御部２１と通信異常検出２３を持った通信部２２を有している。通信部２２はコントローラ１０から制御データを受信するとともに、その応答をコントローラへ返す。サーボ制御部２１は受信した制御データ５０に従ってサーボモータ２５を駆動する。サーボドライブ３０についても同様の構成であり、複数のサーボドライブがつながることを示している。

通常、コントローラ１０とサーボドライブ２０はネットワーク通信にて結合されており、異常検出１４，２３はＣＲＣ方式などにより送受信データの通信エラーを常時監視している。一般的に通信エラーが発生したときは、サーボ制御ができなくなるため、同一通信サイクル内に制御データを再送し、同一通信サイクル内に通信が復旧しない場合はサーボ制御を中断している。また、通信バッファを設けて通信異常の影響を少なくするなどの工夫がなされているものもある（例えば、特許文献１）。図６は特許文献１の従来例の構成示すもので１１１はＣＮＣ装置、１１３はモータ、１１４はＣＮＣ装置からサーボドライバへの指令、１１５はサーボドライバからＣＮＣ装置への応答、１２０はサーボドライバ、１２１は記憶装置、１２２は判断装置である。サーボドライバ１２０は、内部に記憶装置１２１と、判断装置１２２とを備えており、記憶装置１２１は、ＣＮＣ装置１１１からサンプリング周期毎に送信された指令を順番に記憶する。判断装置１２２は、ＣＮＣ装置１１１から送信された指令が、目的の位置を絶対座標で示した目標位置や速度等の移動を制御するためのデータを含む移動指令であるか、サーボドライバ１２０の初期化、状態の問い合わせ、あるいは動作モードの変更等を指示するためのデータを含むその他の指令の管理指令であるかを判断する。

図７は従来例の動作フローチャートである。サーボドライバ１２０は、ＣＮＣ装置１１１から送信された制御データが記載されている指令を受信して（手順５０１）、手順５０２の処理を行う。手順５０２では、受信が正常に行われたかどうかを確認し、受信が正常に行われた場合は指令を記憶して（手順５０３）、手順５０４の処理を行い、受信が正常に行われなかった場合はエラー内容を応答にセットした後（手順５２１）、手順５２２の処理を行う。手順５０４では、受信した指令が移動指令であるかどうかを確認し、移動指令である場合は手順５０５の処理を行い、移動指令でない場合、すなわち管理指令の場合は移動中フラグをクリアして（手順５１０）指令を実行した後（手順５１１）、手順５１２の処理を行う。手順５１２では、前回の指令が移動指令でないことを確認し、前回の指令が移動指令ではない、すなわち管理指令である場合は応答を送信して（手順５０８）処理を終了し、前回の指令が移動指令である場合は前回の指令を実行して（手順５０７）、手順５０８の処理を行う。手順５０５では、受信した移動指令が最初の移動指令であるかどうかを確認し、最初の移動指令でない場合は手順５０６の処理を行い、最初の移動指令である場合は移動中フラグをセットした後（手順５１５）、手順５０８の処理を行う。手順５０６では、前回の受信が正常であったかどうかを確認し、前回の受信が正常に行われた場合は手順５０７の処理を行い、前回の受信が正常に行われなかった場合は仮位置の座標を算出して（手順５１３）、仮位置への移動を実行した後（手順５１４）、手順５０８の処理を行う。なお、仮位置の座標は、記憶されている前々回の目標位置と今回記憶した目標位置の中間の位置として算出する。また、手順５２２では、移動中であるかどうかを確認し、移動中である場合は手順５２３の処理を行い、移動中でない場合は手順５０８の処理を行う。手順５２３では、前回の受信が異常であったかどうかを確認し、前回の受信が正常であった場合は手順５０７の処理を行い、前回の受信も異常であった場合はアラームを表示して、動作を中止するというものである。
特開２００２−２６８７５１（図１、図２）

以上に述べた従来のモーション制御装置の課題は、通信異常発生の再送処理に備えた伝送帯域の確保による伝送帯域の減少や通信処理の複雑化である。また、特許文献１においてもバッファによるサーボ駆動の遅れや必ずしも正確な軌跡が保証できない課題を残しながら、通信エラーが２回以上連続した場合にはアラームを発生させてサーボ制御を中断させている。上記は、高精度な軌跡制御が必要とされる用途においては適切な方法であるが、災害対策や生活支援ロボットなどの精度よりも動き続けることが重要な用途の制御に関しては不向きである。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、コントローラとサーボドライブ間の通信異常が発生してもモーション制御を停止することのないモーション制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。

請求項１に記載の発明は、コントローラと、サーボドライブと、前記コントローラと前記サーボドライブ間の通信を行う通信部を有し、制御データを相互に送受信しながら、制御対象を位置制御するモーション制御装置において、前記コントローラは、所定の減速プロファイルを記憶し、通信正常時は指令プログラムを選択し、通信異常時は前記減速プロファイルを選択して動作指令を生成する動作指令生成部と、前記サーボドライブとの通信をする前記通信部とを備え、前記サーボドライブは、前記減速プロファイルを記憶し、通信正常時は前記コントローラの動作指令に基づき動作し、通信異常時は前記減速プロファイルに基づき動作するサーボ制御部と、前記コントローラとの通信をする前記通信部とを備え、前記サーボドライブが、通信異常を検出した場合は減速プロファイルで減速し、通信復帰時は、前記コントローラの指令に基づいて動作することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモーション制御装置において、前記サーボドライブが、通信異常を検出してから通信復帰までの間は、位置制御ゲインを所定の値に下げて減速停止することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のモーション制御装置において、前記サーボドライブは、通信異常復旧時に前記コントローラの管理位置に所定の速度で移動した後、正常運転に復帰することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、コントローラと、サーボドライブと、前記コントローラと前記サーボドライブ間の通信を行う通信手段を有し、制御データを相互に送受信しながら、制御対象を位置制御するモーション制御方法において、前記コントローラは、前記サーボドライブとの通信の応答受信をするステップと、正常受信か異常受信かを判定するステップと、正常であれば正常な指令を生成するステップと、異常であれば所定の減速プロファイルを選択して指令を生成するステップと、生成した指令をサーボドライブに送信するステップとを備え、前記サーボドライブは、指令を受信するステップと、正常受信か異常受信かを判定するステップと、正常受信であれば受信データからサーボ指令をセットするステップと、異常受信であれば前記減速プロファイルからサーボ指令をセットするステップと、前記サーボ指令に基づきサーボ制御を行うステップとを備え、前記サーボドライブが、通信異常を検出した場合は減速プロファイルで減速し、通信復帰時は前記サーボドライブは前記コントローラの指令に基づいて動作することを特徴とするものである。

本発明によると、コントローラとサーボドライブ間の通信異常が発生してもモーション制御を停止することのないモーション制御装置および制御方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態としてモーション制御装置の実施例を図１〜図４に基づいて説明する。

図１は、本発明に関わるモーション制御装置のブロック図である。図１において、１０はコントローラ、２０、３０はサーボドライブ、２５、３５はモータである。１１は指令プログラム、１２は動作指令生成手段、１３はコントローラの通信部、１４はコントローラの異常検出手段である。また、２１はサーボ制御部、２２はサーボドライブの通信部、２３はサーボ部の異常検出手段、２４は減速プロファイルである。

サーボドライブ２０の異常検出手段２３が、通信異常を検出するとコントローラからの制御データに代えて減速プロファイル２４に従って減速を開始する。一方、コントローラもサーボドライブからの応答データにより通信異常が発生したことを異常検出１４が検出し、指令プログラム１１に代えて減速プロファイル１５により制御データを生成しサーボドライブへ送信する。そして、サーボドライブ２０の異常検出２３が通信復旧を検出するとコントローラからの指令に切り替えてサーボ制御する。

サーボドライブ及びコントローラの処理を図２にフローチャートで示す。図２（ａ）はサーボドライブの処理で、ステップＳＡ１はサーボドライブがコントローラからの指令を受信するステップであり、ステップＳＡ２は受信が正常かどうかを判定するステップである。正常の場合はステップＳＡ３に、異常の場合はステップＳＡ５に処理が移動する。ステップＳＡ３では、正常に受信したことをコントローラへ応答送信する。ステップＳＡ４では、受信データからサーボ指令をセットする。ステップＳＡ５では異常通信であることをコントローラへ応答送信し、ステップＳＡ６であらかじめ記憶されている所定の減速プロファイルからサーボ指令データをセットする。ステップＳＡ７ではサーボ指令データの基づきサーボ制御処理をする。図２（ｂ）はコントローラの処理で、ステップＳＢ１はコントローラがサーボドライブから応答の受信をする。次にステップＳＢ２で、受信が正常か異常かの判定を行い、正常であればステップＳＢ３へ、異常であればステップＳＢ４に処理が移動する。ステップＳＢ３は受信が正常の場合で通常どおり指令プログラムから指令を生成する。ステップＳＢ４は、受信が異常の場合で、あらかじめ記憶されている所定の減速プロファイルを使用して指令を生成する。次にステップＳＢ５では指令をサーボドライブに送信して終了する。

図３、４は、本発明の動作シーケンスを示す図であり、図３はサーボドライブが制御データの異常を検出した場合、図４はコントローラがサーボドライブからの応答データの異常を検出した場合をそれぞれ示している。

図３において、サーボドライブが制御データＣ２の異常を検出すると、減速プロファイルによる指令に切り替え、コントローラは応答Ｒ２で異常が検出されたことを認識しコントローラ側の減速プロファイルから減速した制御データを生成する。そして、制御データＣ４が正常に受信され正常運転に復帰している。

図４では、応答データＲ２の受信が異常となり、コントローラ側の減速プロファイルに従って減速運転に入り、応答データＲ４で正常復帰したパターンを示している。この場合、サーボドライブは異常を認識せずに通常通りコントローラからの指令に従って動作する。

図８は、通信異常発生時の位置制御ゲインを調整するときのフローチャートである。通信異常発生で、位置制御ゲインＫｐを下げ、減速停止し、管理位置にあるかどうか確認し、通信異常が正常復帰したかどうか確認し、管理位置内にあり、通信が正常であれば、プログラム指令による運転を再開する。
図８（ａ）はサーボドライブの処理を示す。ステップＳＣ１でコントローラからの指令を受信しステップＳＣ２で受信が正常かどうか判断する。正常な場合は、ステップＳＣ３へ移行し、異常の場合はステップＳＣ１１に移行する。ステップＳＣ３で正常状態に復帰中かどうか判断し復帰中であればステップＳＣ６に移行し、復帰中でなければステップＳＣ４に移行する。ステップＳＣ４では、正常に受信したことをコントローラへ応答送信し、ステップＳＣ５で受信データをサーボ指令にセットする。復帰中の場合はステップＳＣ６で正常状態であるか異常状態であることをコントローラへ応答送信し、ステップＳＣ７で受信データをサーボ指令にセットする。また、受信が異常であった場合には、ステップＳＣ１１で異常検出フラグをセットし、ステップＳＣ１２で異常受信であったことをコントローラへ応答送信する。次にステップＳＣ１３で位置ゲインを予め設定された量づつ下げて位置制御ゲインの下限値にクランプする。
図８（ｂ）はコントローラの処理を示す。ステップＳＤ１はサーボドライブからの応答信号を受信する。ステップＳＤ７で受信が正常に行われたかどうか判定し、正常の場合はステップＳＤ３に移行し、異常の場合はステップＳＤ４に移行する。ステップＳＤ３では指令を生成し、ステップＳＤ５で指令を送信する。ステップＳＤ４では指令生成を停止する。

本発明によると、コントローラとサーボドライブ間の通信異常が発生しても制御を継続するので、高精度な軌跡制御が必要とされる用途ではなく、災害対策機器や生活支援ロボットなどのように精度よりも動き続けることが必要な用途へ適用が期待できる。

本発明の第１実施例を示すモーション制御装置のブロック図 同実施例の処理を示すフローチャート サーボドライブが異常検出した場合の動作シーケンス図 コントローラが異常検出した場合の動作シーケンス図 従来のモーション制御装置のブロック図 従来のモーション制御装置のブロック図 従来のモーション制御装置の動作を示すフローチャート 本発明の通信異常時の位置制御ゲインを調整するフローチャート

符号の説明

１０ コントローラ
１１ 指令プログラム
１２ 動作指令生成
１３ 通信部
１４ 異常検出手段
１５ コントローラ側の減速プロファイル
２０、３０ サーボドライブ
２１ サーボ制御部
２２ 通信部
２３ 異常検出手段
２４ サーボドライブ側の減速プロファイル
２５、３５ サーボモータ
５０ コントローラからサーボドライブへの制御データ
５１ サーボドライブからの応答データ

Claims (4)

1. コントローラと、サーボドライブと、前記コントローラと前記サーボドライブ間の通信を行う通信部を有し、制御データを相互に送受信しながら、制御対象を位置制御するモーション制御装置において、
   前記コントローラは、所定の減速プロファイルを記憶し、通信正常時は指令プログラムを選択し、通信異常時は前記減速プロファイルを選択して動作指令を生成する動作指令生成部と、前記サーボドライブとの通信をする前記通信部とを備え、
   前記サーボドライブは、前記減速プロファイルを記憶し、通信正常時は前記コントローラの動作指令に基づき動作し、通信異常時は前記減速プロファイルに基づき動作するサーボ制御部と、前記コントローラとの通信をする前記通信部とを備え、
   前記サーボドライブが、通信異常を検出した場合は減速プロファイルで減速し、通信復帰時は、前記コントローラの指令に基づいて動作することを特徴とするモーション制御装置。
2. 前記サーボドライブが、通信異常を検出してから通信復帰までの間は、位置制御ゲインを所定の値に下げて減速停止することを特徴とする請求項１記載のモーション制御装置。
3. 前記サーボドライブは、通信異常復旧時に前記コントローラの管理位置に所定の速度で移動した後、正常運転に復帰することを特徴とする請求項１記載のモーション制御装置。
4. コントローラと、サーボドライブと、前記コントローラと前記サーボドライブ間の通信を行う通信手段を有し、制御データを相互に送受信しながら、制御対象を位置制御するモーション制御方法において、
   前記コントローラは、前記サーボドライブとの通信の応答受信をするステップと、正常受信か異常受信かを判定するステップと、正常であれば正常な指令を生成するステップと、異常であれば所定の減速プロファイルを選択して指令を生成するステップと、生成した指令をサーボドライブに送信するステップとを備え、
   前記サーボドライブは、指令を受信するステップと、正常受信か異常受信かを判定するステップと、正常受信であれば受信データからサーボ指令をセットするステップと、異常受信であれば前記減速プロファイルからサーボ指令をセットするステップと、前記サーボ指令に基づきサーボ制御を行うステップとを備え、
   前記サーボドライブが、通信異常を検出した場合は減速プロファイルで減速し、通信復帰時は前記サーボドライブは前記コントローラの指令に基づいて動作することを特徴とするモーション制御方法。

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