JP2007164260A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補間動作に必要な個々の軸の速度を計算する必要がなく、動作可能な範囲で最大速度の補間動作をすることができ、かつ、速度によらず経由動作の軌跡を一定に保つことができるモータ制御装置を実現する。
【解決手段】モータ制御装置に関し、特に速度によらず経由動作の軌跡を一定に保つことができるモータ制御装置に関するものである。上位コントローラからの目標位置及び目標速度を含む指令値から軌道生成用データを生成するデータ生成手段と、軌道生成用データから目標位置までの軌道を生成する軌道生成手段とを有し、データ生成手段は、上位コントローラから経由動作指令を受けると現在位置から次の目標位置となる第１の目標位置までの第１の区間において減速する割合が２段階に変化する減速用データを生成するとともに、第１の目標位置の次の目標位置となる第２の目標位置までの第２の区間において加速する割合が２段階に変化する加速用データを生成する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関し、特に速度によらず経由動作の軌跡を一定に保つことができるモータ制御装置に関するものである。

図５は従来のモータ制御装置の直線補間動作の説明図である。図５（ａ）はモータ制御される対象の軌跡、図５（ｂ）はＸ軸及びＹ軸の速度パターンを示している。
図５（ａ）の位置Ｐ１からＰ２、及びＰ２からＰ３の動作を直線補間動作させるためには、Ｘ軸とＹ軸が同時に動作開始して、同時に動作完了するように制御する必要がある。そのため、図５（ｂ）のように、Ｐ１からＰ２への動作では、移動距離の短いＸ軸の速度をＹ軸の移動時間に合わせるように調整し、Ｐ２からＰ３への動作では、移動距離の短いＹ軸の速度をＸ軸の移動時間に合わせるように調整する制御を行っている。

直線補間動作では、すべての軸に動作可能な範囲で最大の速度を設定することにより、モータ制御装置が移動時間の最も長くかかる軸に合わせて他の軸の速度を再計算する。これにより、ユーザは補間動作に必要な個々の軸の速度を計算することなく、動作可能な範囲で最大速度の補間動作を実現することができる。

図６は従来のモータ制御装置の経由動作の説明図である。図６（ａ）はモータ制御される対象の軌跡、図６（ｂ）はＸ軸及びＹ軸の速度パターンを示している。
図６（ａ）の位置Ｐ２で停止せず、Ｐ１からＰ２近傍を通りＰ３へと移動させる経由動作では、図６（ｂ）のように、Ｐ１からＰ２の動作が減速を開始するタイミングからＰ１からＰ２への動作が終了するまでＰ２からＰ３への動作速度を加算する制御を行う。ここで、２つの位置決め動作が重なって動作している区間を経由区間という。
Ｐ１からＰ２への動作が終了した後は、Ｐ２からＰ３への動作を継続する。

位置Ｐ１からＰ３へ移動させる際に、Ｐ１とＰ３の間に障害物が存在し、Ｐ１からＰ３へ直線的に移動できない場合、障害物回避のためＰ２近傍を経由してＰ３へ移動させれば（経由動作）、Ｐ１からＰ２へ移動、Ｐ２で一旦停止、Ｐ２からＰ３へ移動という動作をさせるよりも、移動時間を短縮することができ、モータ制御装置により制御される装置等のサイクルタイムを短縮することができる。

位置決めと減速停止の制御を一連に行うようにしてタクトタイムを減少させたモータ制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものがあった。

特開２００２−３２５４７４号公報

従来の経由動作では、最初の動作と次の動作の速度の違いにより、モータ制御される対象の軌跡が変わってしまい、経由点を指定することが困難であるという問題点があった。
例えば、最初の動作がＸ軸のみの動作、次の動作がＹ軸のみの動作で、Ｘ軸の最大速度がＹ軸の最大速度より大きい場合、経由動作開始及び終了のタイミングが早くなり、逆に、Ｘ軸の最大速度がＹ軸の最大速度より小さい場合、経由動作開始及び終了のタイミングが遅くなり、経由動作の軌跡が変わってしまっていた。

一方、軌跡を保証する円弧補間の方法もあるが、この方法の場合、各軸の動作方向の接線速度で速度を設定する必要があり、接線速度一定で動作させるような場合、最大速度の小さい軸の速度に合わせて動作させることとなり、移動時間が長くなって、結果的にモータ制御装置により制御される装置のサイクルタイムが伸びてしまっていた。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、補間動作に必要な個々の軸の速度を計算する必要がなく、動作可能な範囲で最大速度の補間動作をすることができ、かつ、速度によらず経由動作の軌跡を一定に保つことができるモータ制御装置を実現することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
（１）位置決め用の軌道を生成し、モータを駆動するドライバに位置指令値を出力するモータ制御装置において、
上位コントローラからの目標位置及び目標速度を含む指令値から軌道生成用データを生成するデータ生成手段と、
前記軌道生成用データから目標位置までの軌道を生成する軌道生成手段と、を有し、
前記データ生成手段は、上位コントローラから経由動作指令を受けると現在位置から次の目標位置となる第１の目標位置までの第１の区間において減速する割合が２段階に変化する減速用データを生成するとともに、前記第１の目標位置の次の目標位置となる第２の目標位置までの第２の区間において加速する割合が２段階に変化する加速用データを生成することを特徴とするモータ制御装置。

（２）前記２段階に変化する減速用データは、経由動作開始位置の前後で減速する割合が変わり、経由動作開始位置後の減速する割合が経由動作開始位置前の減速する割合よりも小さく、前記２段階に変化する加速用データは、経由動作終了位置の前後で加速する割合が変わり、経由動作終了位置前の加速する割合が経由動作終了位置後の加速する割合よりも小さいことを特徴とする（１）記載のモータ制御装置。

（３）前記データ生成手段は、経由動作中の移動距離で各軸の距離のベクトル和である合成経由距離の設定値と、経由動作中の移動速度で各軸の速度のベクトル和である合成経由速度の設定値とを用いて前記減速用データと加速用データを生成することを特徴とする（１）又（２）記載のモータ制御装置。

（４）前記第１の区間における経由動作開始位置後の減速する割合と、前記第２の区間における経由動作終了位置前の加速する割合は等しいことを特徴とする（２）又は（３）記載のモータ制御装置。

（５）前記軌道生成手段は、前記減速用データを用いて前記第１の区間の軌道を生成する第１の軌道生成部と、前記加速用データを用いて前記第２の区間の軌道を生成する第２の軌道生成部と、これらの軌道を合成することにより経由動作の軌道を生成する経由動作軌道生成部と、を有することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のモータ制御装置。

（６）前記第２の軌道生成部は、経由動作終了時に前記第２の区間の軌道生成用データを前記第１の軌道生成部に受け渡すことを特徴とする（５）記載のモータ制御装置。

本発明によれば次のような効果がある。
補間動作に必要な個々の軸の速度を計算する必要がなく、動作可能な範囲で最大速度の補間動作をすることができるとともに、速度によらず経由動作の軌跡を一定に保つことができる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。
データ生成手段２０は、上位コントローラ（図示せず）からの指令により、軌道生成用データを生成する。
軌道生成手段３０は、データ生成手段２０により生成された軌道生成用データから目標位置までの軌道を生成し、モータドライバ（図示せず）に位置指令値４１をパルス列で出力する。
これによりパルスモータやサーボモータ等のモータ（図示せず）が制御される。

各軸が同時にスタートし、同時に停止する直線補間動作の場合について説明する。
上位コントローラからは、各軸の目標位置、目標速度、加速時間、減速時間等の指令値１１がデータ生成手段２０に与えられ、補間動作加減速データ生成部２１では、指令値１１に基づいて加減速用のデータを生成する。
この際、ユーザは、目標速度として、すべての軸に動作可能な範囲で最大の速度を設定する。データ生成手段２０では、直線補間動作において移動時間の最も長くかかる軸に合わせて他の軸の速度を再計算し、各軸の軌道の時間関数である軌道生成用データを生成する。
軌道生成手段３０の第１の軌道生成部３１ａは、データ生成手段２０で生成した軌道生成用データを取得し、直線補間動作の位置決め用の軌道を生成して、位置指令値４１として出力する。

次に、目標位置の近傍を通過する経由動作の場合について説明する。
上位コントローラからは、各軸の目標位置、目標速度、加速時間、減速時間等に加え、合成経由距離、合成経由速度の指令値１２が加減速データ生成手段２０に与えられる。
経由動作減速データ生成部２２ａでは、上位コントローラから経由動作指令を受けると、指令値１２に基づいて現在位置から次の目標位置となる第１の目標位置までの経路（第１の区間）の減速用データを生成する。
一方、経由動作加速データ生成部２２ｂでは、上位コントローラから経由動作指令を受けると、指令値１２に基づいて第１の目標位置の次の目標位置となる第２の目標位置までの経路（第２の区間）の加速用データを生成する。

軌道生成手段３０の第１の軌道生成部３１ａは、減速用データを含む第１の軌道生成用データをデータ生成手段２０から取得し、第１の区間の軌道を生成する。第２の軌道生成部３１ｂは、加速用データを含む第２の軌道生成用データをデータ生成手段２０から取得し、第２の区間の軌道を生成する。経由動作軌道生成部３２では、これらの軌道を加算することにより経由動作の軌道を生成し、これを位置指令値４１として出力する。

第１の軌道生成部３１ａは、第１の区間の動作が終了すると、経由動作終了信号を第２の軌道生成部３１ｂへ送る。第２の軌道生成部３１ｂは、経由動作終了信号を受け取ると、第２の区間の動作の軌道生成用データを第１の軌道生成部３１ａへ引き渡す。その後、第１の軌道生成部３１ａは、通常の補間動作として軌道を生成する。

図２は本発明のモータ制御装置の動作説明図である。図２（ａ）はモータ制御される対象の軌跡、図２（ｂ）は経由動作時のＸ軸、Ｙ軸及び合成の速度パターンを示している。
ここでは、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸の場合を示すが、２軸以外の場合であってもよい。
図２（ａ）のように、位置Ｐ２で停止せず、Ｐ１からＰ２近傍を通りＰ３へと移動させる経由動作について説明する。
ユーザの設定項目として、各軸の目標位置、目標速度、加速時間、減速時間等の他に、合成経由速度、合成経由距離を追加する。
合成経由速度、合成経由距離は、各補間軸の速度、距離をそれぞれ合成してものでる。 合成経由速度Ｖは、Ｖ＝√（Ｖｘ^２＋Ｖｙ^２＋Ｖｚ^２＋・・・）で表され、合成経由距離Ｄは、Ｄ＝√（Ｄｘ^２＋Ｄｙ^２＋Ｄｚ^２＋・・・）で表されるベクトル和である。ユーザは、合成経由速度及び合成経由距離の設定の際には、各軸ごとの速度、距離から計算して設定する必要はなく、合成経由速度Ｖの値、合成経由距離Ｄの値を直接設定する。図１のデータ生成手段２０は、この値を用い、各動作において、移動時間の最も長くかかる軸を代表軸とし、代表軸経由速度、代表軸経由距離を算出する。
具体的には、（代表軸経由速度）＝（合成経由速度）×（代表軸の総移動距離）÷（合成移動距離）、（代表軸経由距離）＝（合成経由距離）×（代表軸の総移動距離）÷（合成移動距離）として、経由速度と経由距離を代表軸ベースに換算した上で、２段加減速とする。
その他の軸については、（代表軸の移動量の時間関数）÷（代表軸の目標位置までの総移動距離）を係数として、（各軸の総移動距離）に乗算して（各軸の移動量の時間関数）とする。

図３は本発明の動作手順を示したフローチャートである。図３（ａ）は経由動作指令時の処理、図３（ｂ）は経由動作中の処理を示している。
図３（ａ）で、上位コントローラから経由動作コマンドが発行されると（Ｓ１０）、現在動作中の動作（第１の区間）の減速を２段減速に変更し、その指令値から２段減速用データを生成する（Ｓ２０）。次の動作（第２の区間）において移動時間の最も長くかかる軸を代表軸として選択し（Ｓ３０）、次の動作の加速を２段加速として、指令値から２段加速用データを生成する（Ｓ４０）。

図３（ｂ）で、現在動作中の動作（第１の区間）が完了した場合（Ｓ５０）、通常の補間動作処理へ移行する（Ｓ５５）。動作が完了していない場合には、動作中の速度が経由速度以下かどうか判断される（Ｓ６０）。
動作中の速度が経由速度以下になっていない場合は、動作中の動作のみを継続し（Ｓ６５）、動作中の速度が経由速度以下になった場合は、次の動作（第２の区間）の速度をオーバーラップさせて経由動作を行う（Ｓ７０）。

図４は本発明の他の実施例を示した図である。
位置Ｐ１からＰ２へ移動中に上位コントローラから目標位置変更の指令が与えられると、即Ｐ１からＰ２の移動を２段減速させ、Ｐ３へ移動を２段加速させる。
このように、直線補間動作の実行中に、目標位置を変更する場合にも同じ構成で目標位置変更中の軌跡を規定することができる。

以上のように、各動作において移動時間の最も長くかかる軸を代表軸として、その他の軸を換算することで、ユーザは補間動作に必要な個々の軸の速度を計算する必要がない。この際、ユーザは、目標速度として、すべての軸に動作可能な範囲で最大の速度を設定するので、動作可能な範囲で最大速度の補間動作を実現することができる。
また、合成経由速度と合成経由距離を設定し、２段減速、２段加速とすることにより、経由距離とその動作速度を規定することができるので、速度の違いにより経由動作の開始及び終了のタイミングが変わることがない経由動作を実現することができる。
よって、本モータ制御装置により制御される装置において、経由動作における経由点の指定が容易となり、かつ、装置のサイクルタイムを短くすることができる。

本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明のモータ制御装置の動作説明図である。 本発明の動作手順を示したフローチャートである。 本発明の他の実施例を示した図である。 従来のモータ制御装置の直線補間動作の説明図である。 従来のモータ制御装置の経由動作の説明図である。

符号の説明

２０ データ生成手段
３０ 軌道生成手段
３１ａ 第１の軌道生成部
３１ｂ 第２の軌道生成部
３２ 経由動作軌道生成部

Claims (6)

1. 位置決め用の軌道を生成し、モータを駆動するドライバに位置指令値を出力するモータ制御装置において、
   上位コントローラからの目標位置及び目標速度を含む指令値から軌道生成用データを生成するデータ生成手段と、
   前記軌道生成用データから目標位置までの軌道を生成する軌道生成手段と、を有し、
   前記データ生成手段は、上位コントローラから経由動作指令を受けると現在位置から次の目標位置となる第１の目標位置までの第１の区間において減速する割合が２段階に変化する減速用データを生成するとともに、前記第１の目標位置の次の目標位置となる第２の目標位置までの第２の区間において加速する割合が２段階に変化する加速用データを生成することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記２段階に変化する減速用データは、経由動作開始位置の前後で減速する割合が変わり、経由動作開始位置後の減速する割合が経由動作開始位置前の減速する割合よりも小さく、前記２段階に変化する加速用データは、経由動作終了位置の前後で加速する割合が変わり、経由動作終了位置前の加速する割合が経由動作終了位置後の加速する割合よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記データ生成手段は、経由動作中の移動距離で各軸の距離のベクトル和である合成経由距離の設定値と、経由動作中の移動速度で各軸の速度のベクトル和である合成経由速度の設定値とを用いて前記減速用データと加速用データを生成することを特徴とする請求項１又２記載のモータ制御装置。
4. 前記第１の区間における経由動作開始位置後の減速する割合と、前記第２の区間における経由動作終了位置前の加速する割合は等しいことを特徴とする請求項２又は３記載のモータ制御装置。
5. 前記軌道生成手段は、前記減速用データを用いて前記第１の区間の軌道を生成する第１の軌道生成部と、前記加速用データを用いて前記第２の区間の軌道を生成する第２の軌道生成部と、これらの軌道を合成することにより経由動作の軌道を生成する経由動作軌道生成部と、を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置。
6. 前記第２の軌道生成部は、経由動作終了時に前記第２の区間の軌道生成用データを前記第１の軌道生成部に受け渡すことを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
   

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