JP2008009828A - モーションコントローラの位置指令作成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ショートピッチ作業などの短い距離の位置決め作業における位置決め時間の短縮と、速度パターンが滑らかになるような位置指令を作成する。
【解決手段】指令周期毎に今回値と前回値の差である位置指令差分速度ＶＣが指定された速度に到達するまで加速させる位置指令を作成する過程で、これ以上の加速をさせると指定された加速度ＡＣに従って位置決め位置に減速停止できないと判断した場合は、位置決め位置に減速停止可能な最大の速度となる位置指令差分速度ＶＭから位置指令を作成し、また、速度と時間の関係から形成される速度パターンが左右対称となるような位置指令を作成するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、モーションコントローラの位置指令作成方法および装置に関し、詳しくは、ショートピッチ作業による短い距離の位置決め作業の位置指令方法及び位置指令装置に関するものである。

産業ロボットや工作機械の位置決め制御を行う場合、最も一般的な形態は、よく知られた正の一定加速度値をもつ加速区間、加速度がゼロの一定速度区間、負の一定加速度値をもつ減速区間で構成される台形パターンの速度指令である。こうした位置決め制御の例としては、例えば、特許文献１などが挙げられる。
しかし、スポット溶接などのショートピッチ作業による短い距離の位置決め作業については、台形パターンと異なり、その動作に適合した速度パターンが用いられる。図５はショートピッチ作業の場合などに指令される加速度がゼロとなる一定速度区間が存在しない三角パターンの指令である。すなわち、図５において、縦軸は速度、横軸は時間である。正の勾配の線分Ｌ１は加速であり、負の勾配の線分Ｌ２は減速である。勾配ゼロの線分がこの線図にはないので、ここには定速領域がないことになる。
従来の位置指令作成方法は、図６のように、指令周期Ｔ１〜Ｔ６［単位ｍｓ］、位置決め位置［単位ｐ］、速度［単位ｐ／ｍｓ］、加速度［ｐ／ｍｓ２］で、与えられた制御パラメータに従って、図５のような三角パターンを実現するように指令周期毎の位置指令を作成すると、図７に示す指令周期毎の速度と時間の関係図において、今回指令周期の時刻Ｔ１［ｍｓ］で、現在速度ゼロから加速度に従って加速する位置指令［ｐ］を作成する。次回指令周期の時刻Ｔ２で再び時刻Ｔ１の速度から加速度による位置指令を作成する。
特許２８６２０５２号公報（第４、５頁、図３）

しかしながら、特許文献１の場合は、時刻Ｔ２での速度が与えられた加速度に従って減速停止が不可能と判断された場合は、前回指令周期の時刻Ｔ１での速度［ｐ／ｍｓ］を保持する位置指令を作成する。次回指令周期の時刻Ｔ３についても図７に示す位置指令（Ｐ）の数値のように、同様の方法で位置指令を作成するので、期待した図５のような三角パターンに対して図７のような台形パターンとなってしまい、また、それによって位置決め作業時間が長くなるといった問題があった。
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、指令周期毎に今回値と前回値の差である位置指令差分速度が指定された速度に到達するまで加速させる位置指令を作成する過程で、これ以上の加速をさせると指定された加速度に従って位置決め位置に減速停止できないと判断した場合は、位置決め位置に減速停止可能な最大の速度となる位置指令差分速度から位置指令を作成してショートビッチ作業に適合した一定速度期間の無い三角パターンが実現できると共に、その三角パターンを左右対称とすることができるモーションコントローラの一指令作成方法および装置を提供することを目的としている。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、モーションコントローラの位置指令作成方法に関し、ユーザアプリケーションプログラムなどにより与えられた指定位置と指定速度と加速度に従って、一定の指令周期で位置指令を与え補間するモーションコントローラの指令作成方法において、前記指令周期毎に前記加速度に従って、前記位置指令の今回値と前回値の差である位置指令差分速度ＶＣが前記指定速度ＦＣに到達するまで加速する前記位置指令を作成する過程で、これ以上、前記位置指令差分速度を加速させると減速度で前記指定位置に減速停止できない場合は、前記減速度で前記指令位置に減速停止可能な最大の前記位置指令差分速度ＶＭになるように前記位置指令を作成することを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のモーションコントローラの位置指令作成方法において、前記位置指令差分速度ＶＣと位置決め時間の関係から形成される速度パターンが左右対称となるように前記位置指令を作成することを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載のモーションコントローラの位置指令作成方法において、前記速度パターンが頂点に達した場合に、これ以上の加速が不可能と判断したとき、前回位置指令差分速度ＶＰに残移動距離ＴＤを加速度ＡＣで除算した余り値ＴＡを加算して今回位置指令差分速度とすることを特徴としている。
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載のモーションコントローラの位置指令作成方法において、前記減速停止可能な最大の位置指令差分速度ＶＭが、位置決め位置ＴＰまでの残移動距離ＴＤと、加速度ＡＣを用いて算出することを特徴としている。
また、請求項５記載の発明は、モーションコントローラの位置指令作成装置に係り、各種演算結果を出力するＣＰＵと設定された周期で定周期信号を出力する定周期発生回路と定周期信号を入力としてＣＰＵに割り込み信号を出力する割り込み回路を備えたＣＰＵユニットと、ユーザアプリケーションプログラムと位置指令作成処理が記述された位置指令作成プログラムおよび制御パラメータを記憶したＲＡＭと、を有し、前記ユーザアプリケーションプログラムなどにより与えられた指定位置と指定速度と加速度に従って、一定の指令周期で位置指令を与え補間するモーションコントローラの指令作成装置において、前記位置指令作成プログラムが、前記指令周期毎に前記加速度に従って、前記位置指令の今回値と前回値の差である位置指令差分速度ＶＣが前記指定速度に到達するまで加速する前記位置指令を作成し、その過程で、これ以上、前記位置指令差分速度を加速させると前記減速度で前記指定位置に減速停止できない場合は、前記減速度で前記指令位置に減速停止可能な最大の前記位置指令差分速度ＶＭになるように前記位置指令を作成することを特徴としている。
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載のモーションコントローラの位置指令作成装置において、前記位置指令差分速度ＶＣと位置決め時間の関係から形成される速度パターンが左右対称になるように前記位置指令を作成することを特徴としている。
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載のモーションコントローラの位置指令作成装置において、前記速度パターンが頂点に達した場合、これ以上の加速が不可能と判断したとき、前回位置指令差分速度ＶＰに残移動距離ＴＤを加速度ＡＣで除算した余り値ＴＡを加算して今回位置指令差分速度とすることを特徴としている。
また、請求項８記載の発明は、請求項５記載のモーションコントローラの位置指令作成装置において、前記減速停止可能な最大の位置指令差分速度ＶＭが、位置決め位置ＴＰまでの残移動距離ＴＤと、加速度ＡＣより算出することを特徴としている。

本発明によると、指令周期毎に今回値と前回値の差である位置指令差分速度が指定された速度に到達するまで加速させる位置指令を作成する過程で、これ以上加速させると指定された加速度に従って位置決め位置に減速停止できないと判断した場合は、位置決め位置に減速停止可能な最大の速度となる位置指令差分速度から位置指令を作成するので、ショートピッチ作業に適合する一定速度期間の無い三角パターンを実現して、位置決め作業時間を最小にすることができる。
また、指令周期毎に今回値と前回値の差である位置指令差分速度が指定された速度に到達するまで加速させる位置指令を作成する過程で、これ以上の加速をさせると指定された加速度に従って位置決め位置に減速停止できないと判断した場合は、速度と時間の関係から形成される三角速度パターンが左右対称となる速度から位置指令を作成するので、位置決め作業時間の短縮と同時に、速度パターンを滑らかにすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明によるモーション・コントローラの構成図である。
図１において、１は接続された制御機器をコントロールするモーション・コントローラ、２−ｎ（ｎ＝１、２、・・・）はコントローラ１から出力される指令に従って、接続されるサーボモータの回転駆動を制御するサーボドライブ、３−ｎはサーボモータ、４はコントローラとサーボドライブ、サーボドライブとサーボモータを接続するモーションネットワーク、５は各種演算結果を出力するＣＰＵと設定された周期で定周期信号を出力する定周期発生回路と定周期信号を入力としてＣＰＵに割り込み信号を出力する割り込み回路を備えたＣＰＵユニット、６はユーザによって記述されたユーザアプリケーションプログラム７と位置指令作成処理が記述された位置指令作成プログラム８や各種制御パラメータ等を記憶したＲＡＭ、９はオペレータ等が各種制御パラメータ等を入力する為の入力装置である。
なお、コントローラ１は本来コントローラとして機能するための機能ブロックや通信処理を実行するための機能ブロックを当然備えているものであるが、本発明の説明には直接関係しないため図示していない。
また、本実施例では予め入力装置９によって位置決め位置と送り速度と加速度がオペレータ等によって設定されているものとする。

図２は、図１に示すモーション・コントローラの指令周期（Ｎ）毎に発生するソフトウェア割り込みによって起動する位置指令作成プログラム８の処理手順を示すフローチャートである。
以降に記述する位置指令差分速度ＶＣとは、今回と前回の指令周期で作成した位置指令の差分値を示す。

図３と図４は、図２に示すフローチャートで作成される位置指令によって得る、速度と時間の関係を表す速度パターンである。
図３と図４は、グラフ横軸が時間Ｔ１〜Ｔ５［単位ｍｓ］を、縦軸が速度０〜５００［単位ｐ／ｍｓ］を表している。又、各パラメータ表については、上から、時間［ｍｓ］、位置指令差分速度［ｐ／ｍｓ］、位置指令［ｐ］、を示す。

次に、各図を用いて本発明の処理について詳細に説明する。
はじめに、ソフトウェア割り込みによって起動する図２の位置指令作成プログラム８の説明をする。なお、このプログラムの初回起動時は減速要求フラグはＯＦＦに初期化された状態でスタートするものとする。
まず、Ｓ１において、減速領域に入ったことを示す減速要求フラグがオンであるかどうかを判断する。
減速要求フラグがＯＮである場合はＳ２で減速時ＶＣ設定処理を行う。Ｓ２では、次式（１）式のように
ＶＣ＝ＶＰ−ＡＣ ……（１）
前回位置指令差分速度ＶＰから加速度ＡＣを減算した値を今回位置指令差分速度ＶＣとする。
但し、保存してある前回指令周期の位置指令差分速度：ＶＰと比較し、ＶＰ＜ＡＣである場合はこれ以上の減速ができないことから、所定の例外処理にてＶＣを決定する。
さらに求めたＶＣで走行する距離より、位置決め位置ＴＰまでの残移動距離ＴＤが小さい場合（ＶＣ＞ＴＤ）、今回指令周期の位置指令によって十分位置決め位置ＴＰに到達可能であること意味するので、位置決め位置ＴＰまでの残移動距離ＴＤを今回位置指令差分速度ＶＣによるものとし（ＶＣ＝ＴＤ）、次ステップであるＳ３に遷移する。
一方、Ｓ１で減速要求フラグがＯＮでないと判断された場合は加速領域として、Ｓ１１で保存しておいた前回指令周期の位置指令差分速度ＶＰを取得し、次式（２）式のように、
ＶＣ＝ＶＰ＋ＡＣ ……（２）
予め設定されている加速度ＡＣを加算して、暫定的に今回指令周期の位置指令差分速度ＶＣとする。
次にＳ１２において、今回位置指令差分速度ＶＣと予め設定されている送り速度ＦＣとの値の大小を比較して、ＶＣ＞ＦＣであれば、今回位置指令差分速度ＶＣで送り速度ＦＣに到達すると判断し、Ｓ１３で次式（３）式のように送り速度ＦＣを今回位置指令差分速度ＶＣとする。
ＶＣ＝ＦＣ ……（３）

次に、Ｓ２１において、加速度ＡＣに従って位置決め位置ＴＰに減速停止可能な最大の速度ＶＭを算出する。最大減速停止可能速度ＶＭは、位置決め位置ＴＰまでの残移動距離ＴＤと加速度ＡＣを用いて次式（４）式から算出することができる。なお、次式中のＮは制御周期である。

次にＳ２２においてＳ２１で算出した最大減速停止可能速度ＶＭと今回位置指令差分速度ＶＣとの値の大小を比較して、ＶＭ＜ＶＣである場合は、加速度ＡＣに従って位置決め位置ＴＰに減速停止できないので、これ以上の加速は不可能と判断し、Ｓ２３において次式（５）式のように最大減速停止可能速度ＶＭを今回位置指令差分速度ＶＣとし、
ＶＣ＝ＶＭ ……（５）
Ｓ２４にて減速要求フラグをＯＮにして、Ｓ３のステップに遷移する。
また、Ｓ２２で、ＶＭ＞ＶＣである場合は、加速することが可能と判断して、今回位置指令差分速度ＶＣは更新せずそのままＳ３のステップに遷移する。
最終的に各分岐処理は、Ｓ３において合流し、今回でＴＰに到達可能か（ＴＤ＝＜ＶＣ）を判断して、Ｓ４にて減速要求フラグをＯＦＦに戻し、Ｓ５において各ステップで更新された今回位置指令差分速度ＶＣは、前回周期の位置指令に加算して、今回指令周期の位置指令として下位サーボドライブに出力する。最後にＳ６にて今回位置指令差分速度ＶＣを次回指令周期で参照するためにＶＰとして保存しておく。

次に、左右対称処理について説明する。
図３、図４は、図２に示す位置指令作成方法と図６で与えられた制御パラメータに従って、本発明をシミュレーションしたものである。
図３の時刻Ｔ３において、与えられた加速度に従って位置決め位置に減速停止できないと判断し、減速停止可能な最大速度を今回位置指令差分速度としているので、加速度がゼロとなる一定速度区間が存在しない三角パターンとなり、位置決め時間が最小となる位置指令となっている。
しかし、図３に示す三角パターンは、頂点で速度パターンが左右非対称となっている。これを解消するために、本実施例に追加するのは、図４のＴ３の時刻、つまり図２のＳ２２において、これ以上の加速は不可能と判断した場合、Ｓ２３にて次式（６）式のように、
ＶＣ＝ＶＰ＋ＴＡ ……（６）
前回位置指令差分速度ＶＰに残移動距離ＴＤを加速度ＡＣで除算した余り値ＴＡを加算して今回位置指令差分速度とする。
これにより、図４に示す三角パターンは、図３の三角パターンと異なり、つまり演算結果として、
図３のＴ３時における、
位置指令差分速度ＶＣ＝５７０［ｐ／ｍｓ］、
位置指令 ＝１１７０［ｐ］
が、図４のＴ３時では、
位置指令差分速度ＶＣ＝５００［ｐ／ｍｓ］
位置指令 ＝１１００［ｐ］
に減算され、Ｔ４、Ｔ５時も同様に減算調整されて、三角パターンの頂点で速度パターンが左右対称となる滑らかな速度パターンとなっている。

本発明が従来技術と異なる部分は、指令周期における今回の位置指令差分速度が、予め設定された送り速度に到達していない加速中の過程で、これ以上の加速をすると設定された加速度で位置決め位置に減速停止できないと判断した場合は、設定された加速度で減速停止可能な最大の速度となる位置指令を作成する方法としている部分と、減速停止可能な最大の速度以下で速度パターンが左右対称となるような位置指令を作成する方法としている部分である。
このように、指令周期毎に今回値と前回値の差である位置指令差分速度が、指定された速度に到達するまで加速させる位置指令を作成する過程で、これ以上の加速をさせると指定された加速度に従って位置決め位置に減速停止できないと判断した場合は、位置決め位置に減速停止可能な最大の速度となる位置指令差分速度から位置指令を作成するので、位置決め作業時間を最小にすることができる。
また、速度と時間の関係から形成される速度パターンが左右対称となる速度から位置指令を作成するので、位置決め作業時間の短縮と同時に、速度パターンを滑らかにすることができる。
なお、本発明の他の用途としては、モータなどの可動体を制御する数値制御装置の用途などに適用できる。

本発明の実施例１に係るモーションコントローラの位置指令作成装置の構成図である。 図１に示す位置指令作成装置の処理のフローチャートである。 図１に示す位置指令作成装置の速度パターンを示す図である。 図３に示す速度パターンの改良パターンを示す図である。 従来のショートピッチ作業での速度パターンを示す図である。 従来の位置指令作成装置の制御パラメータを示す図である。 図６に示すパラメータによる速度パターンを示す図である。

符号の説明

１ コントローラ
２ｎ（ｎ＝１、２、・・・） サーボドライブ
３ｎ（ｎ＝１、２、・・・） サーボモータ
４ モーションネットワーク
５ ＣＰＵユニット
６ ＲＡＭ
７ ユーザアプリケーションプログラム
８ 位置指令作成プログラム
９ 入力装置

Claims (8)

1. ユーザアプリケーションプログラムなどにより与えられた指定位置と指定速度と加速度に従って、一定の指令周期で位置指令を与え補間するモーションコントローラの指令作成方法において、
   前記指令周期毎に前記加速度に従って、前記位置指令の今回値と前回値の差である位置指令差分速度ＶＣが前記指定速度ＦＣに到達するまで加速する前記位置指令を作成する過程で、これ以上、前記位置指令差分速度を加速させると減速度で前記指定位置に減速停止できない場合は、前記減速度で前記指令位置に減速停止可能な最大の前記位置指令差分速度ＶＭになるように前記位置指令を作成することを特徴とするモーションコントローラの位置指令作成方法。
2. 前記位置指令差分速度ＶＣと位置決め時間の関係から形成される速度パターンが左右対称となるように前記位置指令を作成す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ラの位置指令作成方法。
3. 前記速度パターンの頂点において、これ以上の加速が不可能と判断した場合、前回位置指令差分速度ＶＰに残移動距離ＴＤを加速度ＡＣで除算した余り値ＴＡを加算して今回位置指令差分速度とすることを特徴とする請求項２記載のモーションコントローラの位置指令作成方法。
4. 前記減速停止可能な最大の位置指令差分速度ＶＭは、位置決め位置ＴＰまでの残移動距離ＴＤと、加速度ＡＣを用いて算出す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ラの位置指令作成方法。
5. 各種演算結果を出力するＣＰＵと設定された周期で定周期信号を出力する定周期発生回路と定周期信号を入力としてＣＰＵに割り込み信号を出力する割り込み回路を備えたＣＰＵユニットと、ユーザアプリケーションプログラムと位置指令作成処理が記述された位置指令作成プログラムおよび制御パラメータを記憶したＲＡＭと、を有し、前記ユーザアプリケーションプログラムなどにより与えられた指定位置と指定速度と加速度に従って、一定の指令周期で位置指令を与え補間するモーションコントローラの指令作成装置において、
   前記位置指令作成プログラムが、前記指令周期毎に前記加速度に従って、前記位置指令の今回値と前回値の差である位置指令差分速度ＶＣが前記指定速度に到達するまで加速する前記位置指令を作成し、その過程で、これ以上、前記位置指令差分速度を加速させると前記減速度で前記指定位置に減速停止できない場合は、前記減速度で前記指令位置に減速停止可能な最大の前記位置指令差分速度ＶＭになるように前記位置指令を作成することを特徴とするモーションコントローラの位置指令作成装置。
6. 前記位置指令差分速度ＶＣと位置決め時間の関係から形成される速度パターンが左右対称になるように前記位置指令を作成することを特徴とする請求項５記載のモーションコントローラの位置指令作成装置。
7. 前記速度パターンの頂点において、これ以上の加速が不可能と判断した場合、前回位置指令差分速度ＶＰに残移動距離ＴＤを加速度ＡＣで除算した余り値ＴＡを加算して今回位置指令差分速度とすることを特徴とする請求項６記載のモーションコントローラの位置指令作成装置。
8. 前記減速停止可能な最大の位置指令差分速度ＶＭは、位置決め位置ＴＰまでの残移動距離ＴＤと、加速度ＡＣより算出することを特徴とする請求項５記載のモーションコントローラの位置指令作成装置。

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