JP2012234452A - 位置制御装置の制御パラメータ調整方法及び制御パラメータ調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置の制御パラメータを調整する作業を簡単化する。
【解決手段】位置制御装置２８により２つの駆動系のモータ１６，２４を同時に駆動して各駆動系の位置決めデータを採取し、遺伝的アルゴリズムを用いて各駆動系の位置決めデータの特徴量を評価して、その評価値が要求性能（設計仕様）を満足するように位置制御装置２８の制御パラメータを調整する。この際、各駆動系の位置決めデータとして、位置指令波形、実位置波形及びトルク波形を採取し、各駆動系の位置決めデータの特徴量として位置決め波形を評価するようにすると良い。また、調整対象となる制御パラメータは、例えば、位置指令パラメータ、フィードバックゲインパラメータ及びフィードフォワードゲインパラメータである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な複数の駆動系を備えた位置制御装置の制御パラメータ調整方法及び制御パラメータ調整システムに関する発明である。

複数の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な複数の駆動系を備えた位置制御装置においては、複数の駆動系のギア等が接触して駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある場合がある。例えば、ロータリーヘッド型（リボルバヘッド型）の部品実装機では、特許文献１（特開２００４−３９８１８号公報）に記載されているように、部品実装機の装着ヘッドを回転させるＲ軸駆動系と、装着ヘッドに支持された複数本の吸着ノズルを回転させるＱ軸駆動系とが設けられ、両駆動系のギア等が接触して駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある。このような構成では、各駆動系に作用する摩擦力によって各駆動系の駆動状態が影響を受けて位置制御性能が悪化してしまう可能性がある。

そこで、従来より、互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある複数の駆動系を備えた位置制御装置では、制御パラメータを調整する工程で、熟練者が各駆動系に作用する摩擦力の影響を考慮しながら、試行錯誤的に制御パラメータを変化させて各駆動系を駆動して位置制御性能を計測するという処理を何回も繰り返すことで、位置制御性能が要求性能を満足する制御パラメータを探索するようにしていた。

特開２００４−３９８１８号公報 ＷＯ０３／０６７３０６号公報

しかし、上記従来の制御パラメータの調整方法では、作業者の熟練性と膨大な工数が必要となり、熟練者でも制御パラメータの調整作業に多大の時間がかかるという問題があった。

この問題の解決策として、近年、制御パラメータを能率良く調整する手法として、特許文献２（ＷＯ０３／０６７３０６号公報）に記載されているように、遺伝的アルゴリズムを用いることが提案されているが、この特許文献２では、複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係とはなっていないため、各駆動系毎に遺伝的アルゴリズムを用いて制御パラメータを調整するようになっている。

しかし、ロータリーヘッド型の部品実装機のように、複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置では、特許文献２のように、各駆動系毎に遺伝的アルゴリズムを用いて制御パラメータを調整しても、他の駆動系からの摩擦力の影響を受けるため、最適な制御パラメータを得ることはできない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置の制御パラメータを調整する作業を簡単化できるようにすることである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、複数の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置の制御パラメータを調整する位置制御装置の制御パラメータ調整方法において、前記位置制御装置により前記複数の駆動系を同時に駆動して各駆動系の位置決めデータを採取し、遺伝的アルゴリズムを用いて前記各駆動系の位置決めデータの特徴量を評価して、その評価値が要求性能を満足するように前記位置制御装置の制御パラメータを調整するようにしたものである。

本発明の制御パラメータ調整方法では、複数の駆動系を同時に駆動して各駆動系の位置決めデータを採取するため、遺伝的アルゴリズムを用いて位置制御装置の制御パラメータを調整する際に、各駆動系に作用する摩擦力の影響を考慮しながら制御パラメータを調整することが可能となり、複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置の制御パラメータを調整する作業を簡単化することができる。

この場合、請求項２のように、各駆動系の位置決めデータとして、位置指令波形、実位置波形及びトルク波形を採取し、各駆動系の位置決めデータの特徴量として位置決め波形を評価するようにすると良い。これにより、位置制御精度を向上させることができる。

また、請求項３のように、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを備えた位置制御装置に本発明を適用する場合は、遺伝的アルゴリズムを用いて、位置指令パラメータ、フィードバックゲインパラメータ及びフィードフォワードゲインパラメータを調整すると良い。これにより、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系の両方を最適な条件で作動させることができ、位置決め応答性向上（高速化）と停止位置精度向上とを両立させることができる。

以上説明した請求項１〜３に係る発明は、複数の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある様々な位置制御装置に適用可能であり、例えば、請求項４のように、部品実装機の装着ヘッドを回転させるＲ軸駆動系と、前記装着ヘッドに支持された複数の吸着ノズルを回転させるＱ軸駆動系を持つ位置制御装置に適用しても良い。ロータリーヘッド型の部品実装機では、Ｒ軸駆動系とＱ軸駆動系のギア等が接触して駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にあるため、本発明を適用すれば、Ｒ軸駆動系とＱ軸駆動系を制御する制御パラメータを調整する作業を簡単化できる。

尚、請求項５は、請求項１に記載の「位置制御装置の制御パラメータ調整方法」の発明と実質的に同じ技術思想を「位置制御装置の制御パラメータ調整システム」の発明として記載したものである。

図１は本発明の一実施例における装着ヘッド駆動装置の構成を示す図である。 図２は制御パラメータ調整プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態をロータリーヘッド型の部品実装機の制御パラメータ調整方法に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１を用いて装着ヘッド駆動装置１１の構成を説明する。
複数本の吸着ノズル１２を下向きに支持する装着ヘッド１３は、Ｒ軸１４の下端に嵌着され、該Ｒ軸１４の上端にはＲ軸ギア１５が嵌着されている。このＲ軸ギア１５には、Ｒ軸モータ１６の回転軸に固定されたギア１７が噛み合い、Ｒ軸モータ１６のギア１７の回転によりＲ軸ギア１５が回転して、装着ヘッド１３がＲ軸１４を中心として複数本の吸着ノズル１２と一体的に回転するようになっている。

Ｒ軸１４には、上下２段のＱ軸ギア２０，２１が回転可能に支持され、下段のＱ軸ギア２１には、各吸着ノズル１２と一体に回転する回転軸２２の上端に嵌着されたギア２３が噛み合っている。上段のＱ軸ギア２０には、Ｑ軸モータ２４の回転軸に固定されたギア２５が噛み合い、Ｑ軸モータ２４のギア２５の回転によりＱ軸ギア２０，２１が一体に回転して各ギア２３が回転し、各吸着ノズル１２が各回転軸２２を中心として回転するようになっている。

Ｒ軸モータ１６とＱ軸モータ２４は、それぞれ位置制御装置２８によって制御される。Ｒ軸モータ１６とＱ軸モータ２４には、それぞれモータ回転角度を検出するロータリエンコーダ等の回転角度センサ２９，３０が搭載され、各回転角度センサ２９，３０の出力信号が位置制御装置２８に入力される。

位置制御装置２８は、フィードバック制御系（Ｆ／Ｂ制御系）とフィードフォワード制御系（Ｆ／Ｆ制御系）とを組み合わせて構成され、回転角度センサ２９，３０の出力信号を取り込んで位置制御対象（装着ヘッド１３と吸着ノズル１２）の位置を検出しながらＲ軸モータ１６とＱ軸モータ２４を駆動して、位置制御対象を指令位置まで駆動するように制御する。

以上のように構成した装着ヘッド駆動装置１１では、装着ヘッド１３を回転させるＲ軸駆動系と、装着ヘッド１３に支持された複数本の吸着ノズル１２を回転させるＱ軸駆動系とが接触して駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある。このため、位置制御装置２８の制御パラメータを調整する工程では、各駆動系に作用する摩擦力の影響を考慮する必要がある。

そこで、本実施例では、位置制御装置２８の制御パラメータを調整する工程で、位置制御装置２８により２つの駆動系のモータ１６，２４を同時に駆動して各駆動系の位置決めデータを採取し、遺伝的アルゴリズムを用いて各駆動系の位置決めデータの特徴量を評価して、その評価値が要求性能（設計仕様）を満足するように位置制御装置２８の制御パラメータを調整するようにしている。この際、各駆動系の位置決めデータとして、位置指令波形、実位置波形及びトルク波形を採取し、各駆動系の位置決めデータの特徴量として、位置決め波形を評価するようにすると良い。また、調整対象となる制御パラメータは、位置指令パラメータ、フィードバックゲインパラメータ及びフィードフォワードゲインパラメータとすれば良い。

以上説明した本実施例の制御パラメータの調整は、制御パラメータ調整用のコンピュータ（制御パラメータ調整手段）によって図２の制御パラメータ調整プログラムに従って、以下の手順で実行される。本プログラムが起動されると、位置制御装置２８により２つの駆動系のモータ１６，２４を同時に駆動して（ステップ１０１Ｑ，１０１Ｒ）、各駆動系の位置決めデータである位置指令波形、実位置波形及びトルク波形を採取する（ステップ１０２Ｑ，１０２Ｒ）。最初の駆動時には、位置制御装置２８の制御パラメータは、初期値（例えば設計値、中央値等）に自動設定される。

次のステップ１０３Ｑ，１０３Ｒで、各駆動系の位置決め性能に対する評価値を算出する。ここで、評価項目としては、例えば、以下の(1) 〜(6) が挙げられる。尚、これらの評価項目は一例であり、設計仕様に合わせて評価項目を変更しても良いことは言うまでもない。

(1) トルク飽和
作業者が定義する任意の評価時間内に、実トルク波形が設計仕様トルク上限値から外れているか否かについて評価を行う関数である。具体的には、評価時間内において、トルク値が飽和した期間の回転角度センサ２９，３０の出力パルス（エンコーダパルス）のカウント数に対して任意の重み関数を掛け算して得られた値を評価値とする。

(2) 停止位置精度
設計仕様移動時間内に実位置波形が設計仕様停止位置精度内に到達しているか否かについて評価を行う関数である。具体的には、評価時間内において、
「｜目標停止位置精度−実最大停止位置精度｜÷目標停止位置精度」
に対して任意の重みを掛け算して得られた値を評価値とする。

(3) 移動時間
設計仕様移動時間内に実位置波形が到達しているか否かについて評価を行う関数である。具体的には、評価時間内において、
「｜目標移動時間−実移動時間｜÷目標移動時間」
に対して任意の重みを掛け算して得られた値を評価値とする。

(4) 偏差積分
設計仕様移動時間内に到達後、実位置波形が目標停止位置に対して収束性が高いか否かについて評価を行う関数である。具体的には、評価時間内において、位置偏差の絶対値積分に対して任意の重みを掛け算して得られた値を評価値とする。

(5) 振動条件
作業者が定義する任意の評価時間内に、実位置波形に振動的な要素が含まれているか否かについて評価を行う関数である。具体的には、評価時間内において、位置偏差の振動波形の有無に対して任意の重みを掛け算して得られた値を評価値とする。

(6) オーバーシュート条件
実位置波形が一旦、目標停止位置に到達後、設計仕様精度の閾値からの乖離性について評価を行う関数である。具体的には、評価時間内において、最大オーバーシュート量に対して任意の重みを掛け算して得られた値を評価値とする。

尚、各評価項目(1) 〜(6) の「重み」は、作業者が任意に設定可能な係数で、各評価項目の優先度を示す値であり、優先度が高いほど大きな値となる（優先度が低いほど小さい値となる）。これにより、優先度が高い評価項目では、評価値が相対的に大きくなる仕組みとなっている。

各評価項目(1) 〜(6) の評価値を算出した後、ステップ１０４に進み、２つの駆動系の各評価項目(1) 〜(6) の評価値の総和（合計値）を算出し、これを最終的な評価値とする。この後、ステップ１０５に進み、評価値の総和が設計仕様（要求性能）を満足しているか否かを判定し、評価値の総和が設計仕様を満足していないと判定されれば、ステップ１０６に進み、今回の評価値の総和を現時点での最適解と比較して、今回の評価値の総和が現時点での最適解より大きいか否かを判定する（ステップ１０７）。その結果、今回の評価値の総和が現時点での最適解より大きいと判定されれば、ステップ１０８に進み、今回の評価値の総和を新たな最適解と判断して、これを更新・保存する。

これに対し、上記ステップ１０７で、今回の評価値の総和が現時点での最適解以下であると判定されれば、ステップ１０９に進み、今回の評価値の総和は、最適解ではないと判断して、これを破棄し、最適解の更新を見送る。

この後、ステップ１１０に進み、最適解を規範値とし、次評価用の各駆動系の制御パラメータ（位置指令パラメータ、フィードバックゲインパラメータ及びフィードフォワードゲインパラメータ）を更新する。そして、更新した制御パラメータを用いて、再び、２つの駆動系のモータ１６，２４を同時に駆動して（ステップ１０１Ｑ，１０１Ｒ）、各駆動系の位置決めデータである位置指令波形、実位置波形及びトルク波形を採取し（ステップ１０２Ｑ，１０２Ｒ）、以後、上述した各ステップの処理を繰り返して、より最適な制御パラメータを探索する。

その後、上記ステップ１０５で、評価値の総和が設計仕様を満足していると判定されれば、ステップ１１１に進み、試行回数が予め設定した回数を越えたか否かを判定し、試行回数が設定回数を越えていないと判定されれば、ステップ１０６以降の処理を実行して、より最適な制御パラメータを探索する。

一方、上記ステップ１１１で、試行回数が設定回数を越えていると判定されれば、ステップ１１２に進み、現時点の制御パラメータを最適な制御パラメータとして保存し、制御パラメータの同時調整を終了する。

以上説明した本実施例では、位置制御装置２８の制御パラメータを調整する工程で、２つの駆動系を同時に駆動して各駆動系の位置決めデータを採取するため、遺伝的アルゴリズムを用いて位置制御装置２８の制御パラメータを調整する際に、各駆動系に作用する摩擦力の影響を考慮しながら制御パラメータを調整することが可能となり、２つの駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置２８の制御パラメータを調整する作業を簡単化することができる。

尚、本発明は、装着ヘッド駆動装置１１に限定されず、複数の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある様々な位置制御装置に適用可能であり、従って、３つ以上の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な３つ以上の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置にも適用可能である。

１１…装着ヘッド駆動装置、１２…吸着ノズル、１３…装着ヘッド、１４…Ｒ軸、１５…Ｒ軸ギア、１６…Ｒ軸モータ、１７…ギア、２０，２１…Ｑ軸ギア、２２…回転軸、２３…ギア、２４…Ｑ軸モータ、２５…ギア、２８…位置制御装置、２９，３０…回転角度センサ

Claims (5)

1. 複数の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置の制御パラメータを調整する位置制御装置の制御パラメータ調整方法において、
   前記位置制御装置により前記複数の駆動系を同時に駆動して各駆動系の位置決めデータを採取し、遺伝的アルゴリズムを用いて前記各駆動系の位置決めデータの特徴量を評価して、その評価値が要求性能を満足するように前記位置制御装置の制御パラメータを調整することを特徴とする位置制御装置の制御パラメータ調整方法。
2. 前記各駆動系の位置決めデータとして、位置指令波形、実位置波形及びトルク波形を採取し、前記各駆動系の位置決めデータの特徴量として位置決め波形を評価することを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置の制御パラメータ調整方法。
3. 前記位置制御装置は、フィードバック制御系とフィードフォワード制御系とを備え、
   前記遺伝的アルゴリズムを用いて調整する前記位置制御装置の制御パラメータは、位置指令パラメータ、フィードバックゲインパラメータ及びフィードフォワードゲインパラメータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の位置制御装置の制御パラメータ調整方法。
4. 前記複数の駆動系は、部品実装機の装着ヘッドを回転させるＲ軸駆動系と、前記装着ヘッドに支持された複数の吸着ノズルを回転させるＱ軸駆動系であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の位置制御装置の制御パラメータ調整方法。
5. 複数の位置制御対象を互いに独立して駆動可能な複数の駆動系が駆動時に互いに摩擦力を及ぼし合う関係にある位置制御装置の制御パラメータを調整する位置制御装置の制御パラメータ調整システムにおいて、
   前記位置制御装置により前記複数の駆動系を同時に駆動して各駆動系の位置決めデータを採取する手段と、
   遺伝的アルゴリズムを用いて前記各駆動系の位置決めデータの特徴量を評価して、その評価値が要求性能を満足するように前記位置制御装置の制御パラメータを調整する制御パラメータ調整手段と
   を備えていることを特徴とする位置制御装置の制御パラメータ調整システム。

Images