JP2006285886A - Control method of distributed motion control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のモータを同期補間制御する分散型モーションコントロールシステムの制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a distributed motion control system that performs synchronous interpolation control of a plurality of motors.
従来の数値制御装置は、互いにネットワーク接続された数値制御部と複数の軸制御部とで構成されており(例えば特許文献1参照)、図5はその構成を示すブロック図である。この数値制御装置は、数値制御部510と軸制御部520、530、画面制御部540とで構成されており、これらがネットワーク550で接続されている。数値制御部510は、数値制御装置全体を制御する数値制御器511と工作機械を制御するPMC制御器512と、ネットワーク550を制御するネットワーク制御部513から構成されている。軸制御部520、530は図示しないサーボ駆動系を制御する軸制御器521、531とネットワーク550を制御するネットワーク制御部522、532から構成されている。簡単化のため、軸制御部を2つだけ示しているが、実際にはネットワークの転送能力に応じて必要数の軸制御部が使われる。画面制御部540はCRT/MDI等の図示しない入出力装置を制御する画面制御器541とネットワーク550を制御するネットワーク制御部542から構成されている。このような構成でネットワーク550を介して数値制御部510と、軸制御部520、530、画面制御部540の間でデータの送受信ができるようになっている。
数値制御器511は同期補間制御をするすべての軸制御部520、530の軸指令を作成して、予め定められた一定の通信周期ごとに軸指令をネットワーク550に送信する。軸制御部520、530が各々の軸指令を受信すると軸制御部520、530の間で一定の同期信号で同期をとって同期補間制御をしていると推測される。
The
このような従来の数値制御装置では、数値制御部510が多軸の軸指令を生成して軸制御部520、530にあるネットワーク制御部522、532の通信周期内に収められるような十分な性能を有している場合、同期補間可能な制御軸数は通信性能の制約を受ける。すなわち、
(1)通常、通信周期は軸制御部の制御周期に見合った短いものである必要があり、
(2)ネットワークに接続される軸制御部の数は、要求される通信周期以内で送信可能な軸指令データの量に応じて決定され、ネットワークのデータ帯域の制約をうける。
従って、数値制御部が多軸補間指令を軸指令へ変換できる性能を有している場合であっても、ネットワークの通信性能の制約のゆえに同期補間制御する軸制御部の数を増やすことができないという拡張性の問題があった。
In such a conventional numerical control device, the numerical control unit 510 generates a multi-axis axis command and has sufficient performance so as to be within the communication cycle of the
(1) Normally, the communication cycle must be short enough to match the control cycle of the axis control unit,
(2) The number of axis control units connected to the network is determined in accordance with the amount of axis command data that can be transmitted within the required communication cycle, and is subject to restrictions on the data bandwidth of the network.
Therefore, even if the numerical control unit has a performance capable of converting a multi-axis interpolation command into an axis command, the number of axis control units that perform synchronous interpolation control cannot be increased due to restrictions on network communication performance. There was a problem of extensibility.
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、従来と同じ通信性能の通信線を使っても、従来の構成と比べて同期補間制御可能な軸数を増やすことができる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and there is provided a method capable of increasing the number of axes that can be controlled by synchronous interpolation compared to the conventional configuration even when using a communication line having the same communication performance as the conventional one. The purpose is to provide.
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
第1の発明は、通信線に接続されて同期通信をサポートする通信処理部と軸指令を生成する軸指令生成部とその軸指令を受けてモータを制御する軸制御部とからなるモーションコントローラが前記モータとペアになって複数設けられた分散型モーションコントロールシステムにおいて、各モーションコントローラが次の手順で動作し、補間指令に基づいて前記モータを同期補間制御することを特徴としている。(1)前記通信処理部が他のモーションコントローラの通信処理部と同期して補間指令を入力する。(2)前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と同期して前記補間指令を入力し、モータを駆動する軸指令を作成する。(3)前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と同期して前記軸指令を入力し、モータを駆動する。(4)前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と互いに同期して動作するとともに、前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と互いに同期して動作する。
また第2の発明は、前記モーションコントローラがイベントを検出すると次の手順で動作することを特徴としている。(1)前記通信処理部が前記イベントを入力して前記同期通信によって他のモーションコントローラへ前記イベントを送信する。(2)他のモーションコントローラの通信処理部が前記同期通信によって前記イベントを受信する。(3)他のモーションコントローラの通信処理部が同期して前記イベントを入力する。(4)入力した前記イベントに同期して各モーションコントローラの軸指令生成部が動作する。
In order to solve the above problem, the present invention is as follows.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a motion controller including a communication processing unit that is connected to a communication line and supports synchronous communication, an axis command generation unit that generates an axis command, and an axis control unit that receives the axis command and controls a motor. In a distributed motion control system provided in pairs with the motor, each motion controller operates according to the following procedure, and performs synchronous interpolation control of the motor based on an interpolation command. (1) The communication processing unit inputs an interpolation command in synchronization with the communication processing unit of another motion controller. (2) The axis command generation unit inputs the interpolation command in synchronization with an axis command generation unit of another motion controller, and generates an axis command for driving the motor. (3) The axis control unit inputs the axis command in synchronization with the axis control unit of another motion controller, and drives the motor. (4) The axis command generation unit operates in synchronization with the axis command generation unit of another motion controller, and the axis control unit operates in synchronization with the axis control unit of another motion controller.
The second invention is characterized in that when the motion controller detects an event, it operates according to the following procedure. (1) The communication processing unit inputs the event and transmits the event to another motion controller through the synchronous communication. (2) A communication processing unit of another motion controller receives the event through the synchronous communication. (3) Communication processing units of other motion controllers input the event in synchronization. (4) The axis command generation unit of each motion controller operates in synchronization with the input event.
請求項1に記載の発明によると、ドライブ一体型モーションコントローラとネットワークとを組み合わせた分散型モーションコントロールシステムとすることにより、モーションコントローラが入力する補間指令は軸指令生成部への入力である多軸補間指令となり、多軸分の軸指令よりもデータ量が少なくてすむ。また多軸補間指令は通常、軸指令の数〜数十個分に相当するため、多軸補間指令送信時の通信周期は、軸指令送信時と比べて長く設定することができる。従って、本発明の構成とすることにより、従来と同じ通信性能のネットワークであっても、従来構成の場合と比べて同期補間制御可能な軸数を増やすことができる。
また、第2の発明によると、いずれか一つのモーションコントローラで検出したイベントに対して同期してアクションを起こすことが可能であるため、例えば、あるモーションコントローラで検出した減速停止イベントをすべてのモーションコントローラが同期して処理することができるので、多軸補間指令の補間軌道から外れない軸指令を生成することができる。
According to the first aspect of the present invention, by providing a distributed motion control system that combines a drive-integrated motion controller and a network, the interpolation command input by the motion controller is an input to the axis command generator. Interpolation commands are used, and the amount of data is less than the number of axis commands for multiple axes. In addition, since the multi-axis interpolation command normally corresponds to several to several tens of axis commands, the communication cycle at the time of multi-axis interpolation command transmission can be set longer than that at the time of axis command transmission. Therefore, by adopting the configuration of the present invention, the number of axes that can be subjected to synchronous interpolation control can be increased even in a network having the same communication performance as in the conventional case as compared with the case of the conventional configuration.
Further, according to the second invention, since it is possible to take an action in synchronization with an event detected by any one of the motion controllers, for example, a deceleration stop event detected by a certain motion controller is set to all motions. Since the controller can process synchronously, an axis command that does not deviate from the interpolation trajectory of the multi-axis interpolation command can be generated.
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の方法を実施する分散型モーションコントロールシステムの構成を示すブロック図である。図において、101〜104はモーションコントローラであり、同期通信をサポートする通信線100が接続されている。また、それぞれが通信処理部111〜114と軸指令生成部121〜124、軸制御部131〜134を備えて回転検出器付きのモータ151〜154が接続されている。通信処理部111〜114は通信線100の同期信号Cを受けて互いに同期しており、軸指令生成部121〜124も軸制御部131〜134も同様に互いに同期している。通信処理部111〜114は通信線100の通信周期に応じて同一の補間指令Dを入力してそのまま出力しており、これを受けた軸指令生成部121〜124が軸指令SP1〜SP4を生成している。軸制御部131〜134は軸指令SP1〜SP4とモータ151〜154のエンコーダフィードバックEf1〜Ef4を入力して動作し、モータ151〜154を駆動する。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a distributed motion control system for implementing the method of the present invention. In the figure, reference numerals 101 to 104 denote motion controllers, to which a communication line 100 that supports synchronous communication is connected. Further, each includes
図2は図1の分散型モーションコントロールシステムの第1の制御方法の動作タイミングを示すタイミングチャートである。モーションコントローラ101〜104の動作はすべて同じであるので、代表としてモーションコントローラ101を使って説明する。図において、通信線100は通信周期T1で同期通信を行っている。軸指令生成部121は軸指令生成周期TFごとにタイマ割り込みで起動され、補間指令Dを入力すると、軸指令SP1を生成して軸制御部131へ出力する。一方、軸制御部131は軸制御周期T2ごとにタイマ割り込みで起動され、軸指令SP1を入力すると軸指令生成周期TFと軸制御周期T2に応じて軸指令SP1を分割する。ここでは軸指令生成周期TFが軸制御周期T2の2倍になるように設定されているので、軸指令SP1はSP11、SP12に2分割される。そして、軸制御部131はSP11処理とSP12処理の2つの処理をしてモータ151を駆動する。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation timing of the first control method of the distributed motion control system of FIG. Since the operations of the motion controllers 101 to 104 are all the same, a description will be given using the motion controller 101 as a representative. In the figure, the communication line 100 performs synchronous communication at a communication cycle T1. The axis
図3は本発明の第1の制御方法の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。図3を用いて図1で示したモーションコントローラ101〜104の動作を説明する。モーションコントローラ101〜104の動作はすべて同じであるので、代表としてモーションコントローラ101を使い、順を追って説明する。
(S1)まずモーションコントローラ101が起動すると軸指令生成部121がタイマ割り込み起動待ちとなる
(S2)次に、軸指令生成部121がタイマ割り込みによって起動すると、
(S3)通信処理部111が補間指令Dを受信したかどうかを確認し、受信していなければS1に戻って再びタイマ割り込み起動待ちとなる。
(S4)通信処理部111が補間指令Dを受信していれば補間指令Dを入力し、
(S5)補間指令Dに応じた速度を生成して
(S6)速度に対応した次補間点ベクトルを計算し、
(S7)次補間ベクトルからモータ151の成分を抽出して出力し、
(S8)モータ151を駆動する。
FIG. 3 is a flowchart showing a control algorithm of the first control method of the present invention. The operation of the motion controllers 101 to 104 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Since the operations of the motion controllers 101 to 104 are all the same, the motion controller 101 is used as a representative and will be described in order.
(S1) When the motion controller 101 is activated, the
(S3) The
(S4) If the
(S5) A speed corresponding to the interpolation command D is generated, and (S6) a next interpolation point vector corresponding to the speed is calculated,
(S7) Extract and output the components of the
(S8) The
ここでS3〜S7を具体的に説明すると以下のようになる。まず補間指令Dとして曲線補間f(u)=(x(u)、y(u)、z(u))(uは曲線パラメータ、u≧u0)を考える。軸指令生成部121がf(u)を入力すると(S4)、f(u)の始点f(u0)から、軸指令生成周期TF経過した時刻における補間速度V1を計算する(S5)。例えば、接線加速度Aが与えられている場合、始点における速度を0とすると補間速度V1は次のようになる。
V1=A*TF
このV1を使うと、この時間の移動距離ΔL1は次のようになり、
ΔL1=V1* TF/2
このときの曲線パラメータの変化量Δu1は次のようになる。
Δu1=ΔL1/|f’(u0)|
従って、この時刻における補間点は次のように計算される(ST6)。
f(u0+Δu1)=(x(u0+Δu1)、y(u0+Δu1)、z(u0+Δu1))
Here, S3 to S7 will be specifically described as follows. First, as the interpolation command D, curve interpolation f (u) = (x (u), y (u), z (u)) (u is a curve parameter, u ≧ u0) is considered. When the axis
V1 = A * TF
Using this V1, the movement distance ΔL1 at this time is as follows:
ΔL1 = V1 * TF / 2
The change amount Δu1 of the curve parameter at this time is as follows.
Δu1 = ΔL1 / | f '(u0) |
Therefore, the interpolation point at this time is calculated as follows (ST6).
f (u0 + Δu1) = (x (u0 + Δu1), y (u0 + Δu1), z (u0 + Δu1))
次に、モーションコントローラ101が補間点f(Δu1)を軸指令SP1に変換する。通常、多関節ロボットや多軸工作機械において、作業空間におけるアームやツールの位置をモータへの軸指令に変換する場合、キネマティクスと呼ばれる変換行列が用いられる。この変換行列の要素は作業空間上の各位置pの関数となるため、変換行列をM(p)とすると、軸指令SP1は以下のように計算される。
(SP1)= M( f(u0+Δu1))・ f(u0+Δu1)
(S7)これによってモータ151に対する軸指令SP1が抽出され、
(S8)軸制御部131が軸指令SP1とモータ151からのエンコーダフィードバックEF1を入力して働き、モータ151を駆動する。
(S9)次に補間指令Dの補間が完了しているかどうかを確認し、完了していれば再びタイマ割り込み起動待ち(S1)に戻り、
(S10)未完であればタイマ割り込み起動待ち、
(S11)タイマ割り込み起動を経て、
(S5)速度を生成し、以下(S5)〜(S9)の手順を繰り返す。
なお(S4)〜(S9)のいずれかの段階で何らかのエラーが検出されると、モーションコントローラ101はモータ151の制御を停止させるようになっているが、図3のフローチャートではその手順を省略している。
以上の動作はいずれのモーションコントローラ101〜104でも同様であるので、軸指令生成部121〜124が互いに同期し、軸制御部131〜134も互いに同期分散型モーションコントロールシステムの同時多軸補間制御が可能となるのである。
Next, the motion controller 101 converts the interpolation point f (Δu1) into the axis command SP1. Usually, in an articulated robot or a multi-axis machine tool, when converting the position of an arm or tool in a work space into an axis command to a motor, a conversion matrix called kinematics is used. Since the elements of this transformation matrix are functions of each position p in the work space, when the transformation matrix is M (p), the axis command SP1 is calculated as follows.
(SP1) = M (f (u0 + Δu1)) ・ f (u0 + Δu1)
(S7) Thereby, the axis command SP1 for the
(S8) The
(S9) Next, it is confirmed whether or not the interpolation of the interpolation command D is completed. If completed, the process returns to the timer interrupt activation wait (S1) again.
(S10) Wait for timer interrupt activation if incomplete,
(S11) After timer interrupt activation,
(S5) A speed is generated, and the following steps (S5) to (S9) are repeated.
If any error is detected at any stage of (S4) to (S9), the motion controller 101 stops the control of the
Since the above operations are the same in any of the motion controllers 101 to 104, the axis
図4は図1の分散型モーションコントロールシステムの第2の制御方法の動作タイミングを示すタイミングチャートである。モーションコントローラ101〜104の動作はすべて同じであるので、代表としてモーションコントローラ101と102を使って説明する。
まず通信処理部111が停止信号を検出すると、次回の送信タイミング時に他のモーションコントローラ102へ停止イベントを送信する。モーションコントローラ102は通信処理部112が停止イベントを受信すると、軸指令生成部121、122の双方が軸指令生成周期T1で停止イベントを入力し、軸指令生成処理を実施する。このとき軸指令生成部121、122の軸指令生成周期T1は同期しているので、補間指令Dの軌道に沿って補間処理を一時停止することが可能となる。
なお、以上の説明ではイベントの例として補間処理の停止イベントを用いたが、本発明の趣旨に従えばこれに限定されるものではなく、他のあらゆるイベントであってもかまわない。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation timing of the second control method of the distributed motion control system of FIG. Since the operations of the motion controllers 101 to 104 are all the same, a description will be given using the
First, when the
In the above description, the interpolation process stop event is used as an example of the event. However, according to the gist of the present invention, the event is not limited to this, and may be any other event.
本発明によれば、従来と同じ通信性能の通信線を使っていても、従来の構成と比べて同期補間制御可能な軸数を増やすことができるため、従来よりも多軸の補間制御が要求される複数の多関節ロボットの協調制御をするシステムなどに適用できる。 According to the present invention, even when a communication line having the same communication performance as the conventional one is used, the number of axes capable of synchronous interpolation control can be increased as compared with the conventional configuration. It can be applied to a system that performs coordinated control of a plurality of articulated robots.
100 通信線、 101〜104 モーションコントローラ、
111〜114 通信処理部、 121〜124 軸指令生成部、
131〜134 軸制御部、 151〜154 モータ
100 communication line, 101-104 motion controller,
111-114 communication processing unit, 121-124 axis command generation unit,
131-134 Axis control unit, 151-154 Motor
Claims (2)
各モーションコントローラが次の手順で動作し、補間指令に基づいて前記モータを同期補間制御することを特徴とする分散型モーションコントロールシステムの制御方法。
(1)前記通信処理部が他のモーションコントローラの通信処理部と同期して補間指令を入力する。
(2)前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と同期して前記補間指令を入力し、モータを駆動する軸指令を作成する。
(3)前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と同期して前記軸指令を入力し、モータを駆動する。
(4)前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と互いに同期して動作するとともに、前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と互いに同期して動作する。 A motion controller comprising a communication processing unit connected to a communication line and supporting synchronous communication, an axis command generation unit for generating an axis command, and an axis control unit for controlling the motor in response to the axis command is paired with the motor. Multiple distributed motion control systems,
A control method for a distributed motion control system, wherein each motion controller operates according to the following procedure, and performs synchronous interpolation control of the motor based on an interpolation command.
(1) The communication processing unit inputs an interpolation command in synchronization with the communication processing unit of another motion controller.
(2) The axis command generation unit inputs the interpolation command in synchronization with an axis command generation unit of another motion controller, and generates an axis command for driving the motor.
(3) The axis control unit inputs the axis command in synchronization with the axis control unit of another motion controller, and drives the motor.
(4) The axis command generation unit operates in synchronization with the axis command generation unit of another motion controller, and the axis control unit operates in synchronization with the axis control unit of another motion controller.
(1)前記通信処理部が前記イベントを入力して前記同期通信によって他のモーションコントローラへ前記イベントを送信する。
(2)他のモーションコントローラの通信処理部が前記同期通信によって前記イベントを受信する。
(3)他のモーションコントローラの通信処理部が同期して前記イベントを入力する。
(4)入力した前記イベントに同期して各モーションコントローラの軸指令生成部が動作する。 2. The method of controlling a distributed motion control system according to claim 1, wherein when the motion controller detects an event, the motion controller operates according to the following procedure.
(1) The communication processing unit inputs the event and transmits the event to another motion controller through the synchronous communication.
(2) A communication processing unit of another motion controller receives the event through the synchronous communication.
(3) Communication processing units of other motion controllers input the event in synchronization.
(4) The axis command generation unit of each motion controller operates in synchronization with the input event.
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