JP2014174842A - Ｓ字加減速制御プログラム、動作制御プログラム、記録媒体、コントローラ、ｓ字加減速制御演算方法およびワーク動作制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】サーボモータ・アクチュエータ・ロボットアーム等の動作起動や停止に用いられるＳ字加減速制御において、ユーザが加速時間や最大速度運転時間を把握できる、Ｓ字加減速制御プログラム等を提供すること。
【解決手段】Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１０は、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能なプログラムであって、直線部所要時間指定手順Ｓ１０、起動時延長時間指定手順Ｓ２０、真円円弧部半径演算手順Ｓ３０の各手順を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はＳ字加減速制御プログラム、動作制御プログラム、記録媒体、コントローラ、Ｓ字加減速制御演算方法およびワーク動作制御システムに係り、特に、サーボモータ・アクチュエータ・ロボットアーム等の動作起動や停止に用いられるＳ字加減速制御において、ユーザが加速時間を容易に把握でき、それにより最大速度運転時間も把握することのできる、Ｓ字加減速制御プログラム等に関するものである。

サーボモータ等で使用する最も簡単な加減指令として、台形の加減速がある。この台形加減速は手軽に使用できるため、従来、多くの装置で台形の加減速を使用している。しかし、台形加減速制御ではトルクの急峻な変動が発生し、オーバーシュートや停止時の整定時間に悪影響を及ぼす。また、トルク変動は振動の原因となり、ワークが揺れる結果となる

かかるトルク変動を減少させるために、従来からＳ字制御が用いられており、サーボモータを始め、アクチュエータ・ロボットアーム等の動作起動や停止等においてＳ字制御による加減速（Ｓ字加減速）が利用されている。Ｓ字加減速のモーション制御は、サーボドライバやドライバへ指令を行うコントローラにより制御されるが、制御に係る曲線の生成は、２次曲線や直線の台形加減速にフィルタリング等をすることによってなされる。

図８は、従来の一般的なＳ字加減速制御方法を示すグラフである。図示するように従来の多くの方法では、台形加減速に係る直線を用いずに、これに代えて、その開始から終了までの時間に亘るＳ字曲線を用いる。そのため、最大加速度の絶対値は台形加減速の場合と比較すると、大きいものとなっている。なお図示したものは一例であり、従来の方法の中には、真円に近い弧を描き、その曲線に基づいて速度制御を行うものもある。

また、Ｓ字加減速制御方法については複数の特許出願もなされている。このうち特許文献１には、運動指令を滑らかに処理してシステムの定常誤差を軽減し、サーボシステムの位置追跡を改善するための技術として、時間設定によって加速度・減速度の基本増分を計算し、当該基本増分の使用を記録し、速度指令が速度指令のリファレンス点に達したかチェックするため基本増分を使用し、速度指令が速度指令のリファレンス点に達した後、速度指令の状態によって加速度の計算を行ない、速度指令と加速度の速度差によってＳ字の滑らかな速度指令を発生させるという方法が開示されている。

また特許文献２には、加減速時の振動を極力抑えつつ多関節型ロボットの動作サイクルタイム短縮や機構やモータへの過大な負荷を軽減する技術として、基準関節軸の暫定的なＳ字加減速軌道を生成し、この暫定的なＳ字加減速軌道において、加速度が最大となる区間のうち速度が最大となる時刻ｔｍ１または加速度が最小となる区間のうち速度が最大となる時刻ｔｍ２を算出し、予め設定された動力学モデルを用いて時刻ｔｍ１または時刻ｔｍ２における各関節の推定トルクτを算出し、Ｓ字加速度到達時間を一定に保持したまま動力学モデルを用いて求めた推定トルクτが予め設定された目標トルクτtgになるよう基準関節軸の修正最大加速度または修正最小加速度を求めることでＳ字加減速軌道を生成する方法が開示されている。

特開２００５−２９３５４１号公報「Ｓ字の滑らかな指令を発生させる方法と手段」(拒絶査定) 特開２０１０−２６９３８５号公報「Ｓ字加減速軌道生成方法および多関節型ロボットシステム」

さて、図８に示した例および各特許文献開示技術の例を含め、従来のＳ字加減速指令曲線（軌道）生成方法においては結局、台形加減速の場合と比較して最大加速度が大きくなってしまうという問題があった。最大加速度が大きくなると、それによりワークに必要以上の加速度を与えてしまうことになる。また、台形加減速以上の加速度を指令するため、トルク（電流）の管理も困難ないしは不可能となってしまう。さらに減速時においては、回生抵抗器で電圧を消費して回生電圧の上昇を抑制しようとしても、加速度に応じた回生電圧の過度な上昇を抑制できない場合がある、という問題もある。

加えて、台形加減速制御であれば、運転時間（所要時間）は、加速時間＋最大速度時間＋減速時間 の計算によって容易に把握可能であるところ、Ｓ字加減速制御を用いた場合は、加速時間が容易に把握できなければ最大速度運転時間も把握しにくくなるという問題もある。そもそも従来のＳ字加減速制御曲線の生成方法は演算が複雑であり、台形加減速制御より単純な演算方法が求められる。

そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、演算方法が従来よりも単純でありつつもＳ字の滑らかな速度および位置指令が可能であり、全加速時間を容易かつ明確に把握でき、それによって運転時間（所要時間）の把握も容易であり、想定以上のトルクすなわちサーボドライバからモータへの電流指令が出力されず、加速度が大きくなることを抑制でき、かつワークに必要以上の加速度を与えることがなく、さらにトルク（電流）の管理も可能であり、減速時には加速度に応じた回生電圧の過度な上昇を抑制できる、Ｓ字加減速制御プログラム、動作制御プログラム、記録媒体、コントローラ、Ｓ字加減速制御演算方法およびワーク動作制御システムを提供することである。

また本発明の課題は特に、サーボモータ・アクチュエータ・ロボットアーム等の動作起動や停止に用いられるＳ字加減速制御において、ユーザが加速時間を容易に把握でき、それにより最大速度運転時間も把握でき、その他上述の効果を得ることのできる、Ｓ字加減速制御プログラム等を提供することである。

本願発明者は上記課題について検討した結果、従来一部で用いられていた真円に近似するも真円ではない弧を用いるのではなく、全くの真円による弧を用い、しかもそれは必要最小限の使用にとどめて、その他は極力台形制御に係る直線を用いることとし、これらをつなげることによってＳ字制御用の曲線を得るという演算方法に想到し、かかる方法に基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。

〔１〕 ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能なＳ字加減速制御演算プログラムであって、該プログラムは、台形加減速直線部およびその端部に設けられる真円円弧部とからなる速度曲線を形成するための演算を、下記の手順＜Ａ＞〜＜Ｃ＞によって、該コントローラまたはコンピュータに機能させることを特徴とする、Ｓ字加減速制御演算プログラム。
＜Ａ＞ 直線部所要時間指定手順＿予め設定済みの到達速度に基づいて、基本となる台形加減速直線（以下、「基本直線」という。）の所要時間ｔ１を指定し、該基本直線を決定する。
＜Ｂ＞ 起動時延長時間指定手順＿該真円円弧部形成のために該基本直線の末端の外に新たに設けるべき時間（以下、「延長時間」という。）ｔ２を指定する。
＜Ｃ＞ 真円円弧部半径演算手順＿該延長時間ｔ２の末端および該基本直線に接する真円の半径ｒを演算する。

〔２〕 前記各手順により、前記延長時間ｔ２の末端から前記基本直線との接点（以下、「円弧直線接点」という。）までの前記真円の円弧（真円円弧部）、および該円弧直線接点から先の前記基本直線（台形加速直線部）からなる曲線が、速度曲線として形成されることを特徴とする、〔１〕に記載のＳ字加減速制御演算プログラム。
〔３〕 Ｓ字の滑らかな速度および位置指令が可能であり、想定以上のトルク（サーボドライバからモータへの電流指令）が出力されず、前記ワークに必要以上の加速度を与えないことを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のＳ字加減速制御演算プログラム。
〔４〕 前記ワークがサーボモータ、アクチュエータまたはロボットアームのいずれかであることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラム。

〔５〕 下記の手順＜Ｄ＞がなされることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラム。
＜Ｄ＞ 速度・目標位置演算手順＿前記真円円弧部および台形加速直線部それぞれについて、指令周期ごとの速度および目標位置を演算し、速度データおよび目標位置データを作成する。
〔６〕 〔５〕に記載のＳ字加減速制御演算プログラムを内蔵しており、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能であることを特徴とする、動作制御プログラム。

〔７〕 前記手順＜Ｄ＞に続き、下記手順＜Ｅ＞がなされることを特徴とする、〔６〕に記載の動作制御プログラム。
＜Ｅ＞ 位置指令出力手順＿前記真円円弧部および台形加速直線部それぞれについて、手順＜Ｄ＞で得られた目標位置データを指令周期ごとに出力する。
〔８〕 〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラムが記録された、コントローラまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

〔９〕 〔６〕または〔７〕に記載の動作制御プログラムが記録された、コントローラまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
〔１０〕 〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラムの格納された、または該プログラムを実行可能なコントローラ。
〔１１〕 〔６〕または〔７〕に記載の動作制御プログラムの格納された、または該プログラムを実行可能なコントローラ。

〔１２〕 ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能なＳ字加減速制御演算方法であって、該方法は下記の手順＜ａ＞〜＜ｃ＞を備えてなることを特徴とする、Ｓ字加減速制御演算方法。
＜ａ＞ 直線部所要時間指定手順＿予め設定済みの到達速度に基づいて、基本となる台形加減速直線（基本直線。）の所要時間ｔ１を指定し、該基本直線を決定する。
＜ｂ＞ 起動時延長時間指定手順＿該真円円弧部形成のために該基本直線の末端の外に新たに設けるべき時間（延長時間）ｔ２を指定する。
＜ｃ＞ 真円円弧部半径演算手順＿該延長時間ｔ２の末端および該基本直線に接する真円の半径ｒを演算する。
〔１３〕 前記各手順により、該延長時間ｔ２の末端から該基本直線との接点（円弧直線接点）までの該真円の円弧（真円円弧部）、および該円弧直線接点から先の該基本直線（台形加速直線部）からなる曲線が、速度曲線として形成されることを特徴とする、ことを特徴とする、〔１２〕記載のＳ字加減速制御演算方法。

〔１４〕 前記各手順についで下記の手順＜ｄ＞がなされることを特徴とする、〔１２〕または〔１３〕に記載のＳ字加減速制御演算方法。
＜ｄ＞ 速度・目標位置演算手順＿前記真円円弧部および台形加速直線部それぞれについて、指令周期ごとの速度および目標位置を演算し、速度データおよび目標位置データを作成する。
〔１５〕 ワークと、該ワーク動作制御用のコントローラまたはコンピュータと、および〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラムとを備えて構成されていることを特徴とする、ワーク動作制御システム。
〔１６〕 前記ワークがサーボモータ、アクチュエータまたはロボットアームのいずれかであることを特徴とする、〔１５〕に記載のワーク動作制御システム。

本発明のＳ字加減速制御プログラム、動作制御プログラム、記録媒体、コントローラ、Ｓ字加減速制御演算方法およびワーク動作制御システムは上述のように構成されるため、これによれば、従来と異なって真円を使用することで、演算方法が従来よりも単純なものとなり、しかもそれでいてＳ字の滑らかな速度および位置指令が可能となる。また、基本となる直線の台形制御の加減速時間とＳ字制御部分の加減速時間との加算演算により、全加速時間を容易かつ明確に把握できるため、ユーザはそれによって運転時間（所要時間）も容易に把握することができる。

従来の多くのＳ字加減速指令では最大加速度が台形制御のものに比べて大きくなってしまうところ、本発明によれば、加速時でいえば起動時と最大速度に達する時にのみ真円を用いた速度制御指令を演算し、それ以外は基本となる台形の加速部分も使用して曲線を生成するため、加速度が台形制御時よりも大きくなってしまうことを抑制することができる。したがって、ワークに必要以上の加速度を与えることがない。

また本発明によれば、Ｓ字の滑らかな速度および位置指令が可能であり、想定以上のトルク（サーボドライバからモータへの電流指令）が出力されない。したがって、選定したモータ能力を最大トルク近くで有効に運転することができる。もちろん、ワークに必要以上の加速度を与えることがない。さらに本発明によれば、台形加減速以上の加速度（絶対値）を指令しないので、トルク（電流）の管理も可能である。そして、減速時には加速度に応じた回生電圧の過度な上昇を抑制できる。

本発明のＳ字加減速制御プログラム等によれば、ユーザが加速時間を容易に把握でき、それにより最大速度運転時間も把握でき、その他上述の各効果を得ることができるため、サーボモータ・アクチュエータ・ロボットアーム等の動作起動や停止に用いられるＳ字加減速制御を行う場合に、特に有効である。

本発明のＳ字加減速制御演算プログラムの構成を示す概念図である。 本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成過程を示すグラフであり、基本となる台形加減速直線（基本直線）の形成を示す。 本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成過程を示すグラフであり、真円円弧部の形成を示す。 本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成過程を示すグラフであり、起動から停止に至るまでの速度曲線例を示す。 本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成例に係る速度曲線を示すグラフである。 本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成例に係る加速度曲線を示すグラフである。 本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成例に係る変位曲線を示すグラフである。 本発明のＳ字加減速制御演算プログラムの別の構成を示す概念図である。 本発明の動作制御プログラムの構成を示す概念図である。 本発明の動作制御プログラムの例を示すフロー図である。 本発明のワーク動作制御システムの構成を示す概念図である。 従来の一般的なＳ字加速制御方法を示すグラフである。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のＳ字加減速制御演算プログラムの構成を示す概念図である。図示するように本Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１０は、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能なプログラムであって、
＜Ａ＞ 直線部所要時間指定手順Ｓ１０
＜Ｂ＞ 起動時延長時間指定手順Ｓ２０
＜Ｃ＞ 真円円弧部半径演算手順Ｓ３０
の各手順を備えて構成される。動作制御対象のワークとしては、主としてサーボモータ、アクチュエータ、あるいはロボットアームが挙げられるが、これに限定されない。

このうち直線部所要時間指定手順Ｓ１０は、予め設定済みの到達速度に基づいて、基本となる台形加減速直線（基本直線）の所要時間ｔ１を指定し、該基本直線を決定するという手順である。また起動時延長時間指定手順Ｓ２０は、真円円弧部形成のために該基本直線の末端の外に新たに設けるべき時間（延長時間）ｔ２を指定するという手順である。また真円円弧部半径演算手順Ｓ３０は、延長時間ｔ２の末端および基本直線に接する真円の半径ｒを演算するという手段である。

かかる構成により本発明Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１０は、コントローラまたはコンピュータに対して、台形加減速直線部およびその端部に設けられる真円円弧部とからなる速度曲線を形成するための演算を実行させる。すなわち、まず直線部所要時間指定手順Ｓ１０によって、予め設定済みの到達速度に基づき、基本となる台形加減速直線（基本直線）の所要時間ｔ１が指定されて、基本直線が決定される。ついで起動時延長時間指定手順Ｓ２０によって、基本直線の末端の外に新たに設けるべき時間（延長時間）ｔ２が指定されて、真円円弧部形成の用意がなされる。そして真円円弧部半径演算手順Ｓ３０によって、延長時間ｔ２の末端および基本直線に接する真円の半径ｒが演算される。

このようにして本発明Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１０により、台形加減速直線部およびその端部に設けられる真円円弧部とからなる速度曲線を形成するための演算が、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにおいて実行される。つまり、各手順Ｓ１０〜Ｓ３０が実行されることにより、延長時間ｔ２の末端から基本直線との接点（円弧直線接点）までの真円の円弧（真円円弧部）、および円弧直線接点から先の基本直線（台形加速直線部）からなる曲線が、速度曲線として生成、形成される。

図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃは、本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成過程を示すグラフであり、図２Ａは基本となる台形加減速直線（基本直線）の形成、図２Ｂは真円円弧部の形成、図２Ｃは起動から停止に至るまでの速度曲線例を示す。これらに示すように、基本直線の所要時間はｔ１（台形加速時間ｔ１ともいう。）であり、Ｓ字形成のために加算される時間たる延長時間はｔ２である。なお、延長時間は減速時においても加算され、この場合は、図中ではｔ３で示している。つまり両者を合わせた場合は、延長時間はｔ２＋ｔ３である。

このｔ１、ｔ２、ｔ３はユーザの操作によりコントローラにおいて設定されるものであり、したがって全加速時間（減速時間も同様）は加算演算のみで容易に把握することができる。したがってそれにより、動作指令時間（運転時間、所要時間）も容易に把握することができる。なお、図２Ｃに示すとおり、起動から停止に至るまでには、最高速度に達する時や減速時を含め、最低４ヶ所において、Ｒ（Ｓ字）を持った加減速制御が行われる。

本プログラムＰ１０により真円から加速度を演算するためには三角関数の演算を行う必要があるが、プログラムの実行されるコントローラやコンピュータにはＣＰＵが搭載されているため、これらが三角関数のリアルタイム演算を実施することには何ら問題がなく、容易に行うことができる。そして演算結果は、加減速制御指令としてワークたるサーボドライバ等へ出力される。

各図に示すように本発明プログラムＰ１０によって生成される曲線は、真円円弧部および台形加速直線部からなるため、演算方法が従来よりも単純なものとなり、しかもそれでいてＳ字の滑らかな速度および位置指令が可能となる。また、基本となる直線の台形制御の加減速時間とＳ字制御部分の加減速時間との加算演算により、全加速時間を容易かつ明確に把握でき、したがって運転時間（所要時間）も容易に把握することができる。

従来のＳ字加減速指令では最大加速度が台形制御のものに比べて大きくなってしまうところ、本発明プログラムＰ１０によれば、図２Ｃに示すように、起動時と最大速度に達する時、減速時と停止時にのみ真円を用いた速度制御指令を演算し（真円円弧部）、それ以外は基本となる台形の加速部分（基本直線）も使用して速度曲線を生成するため、加速度が台形制御の時よりも大きくなってしまうことを抑制することができる。つまり、最大加速度は台形制御における加速度である。したがって、ワークに必要以上の加速度を与えずに制御することができる。

また本発明プログラムＰ１０によれば、図示するとおり、Ｓ字の滑らかな速度および位置指令が可能であり、想定以上のトルク（サーボドライバからモータへの電流指令）が出力されず、ワークに必要以上の加速度を与えない。したがって、選定したモータ能力を最大トルク近くで有効に運転することができる。さらに本発明プログラムＰ１０によれば、上述のとおり台形加減速以上の加速度（絶対値）を指令しないので、トルク（電流）の管理も可能である。そして、減速時には加速度に応じた回生電圧の過度な上昇を抑制できる。

図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、本発明のＳ字加減速制御演算プログラムによる速度曲線生成例を示すグラフであり、図３Ａは速度曲線、図３Ｂは加速度曲線、図３Ｃは変位曲線を示す。これらに示した例では、次のように仮定した。
台形加速 θ＝６０°
起動時の延長時間 ｔ２＝３０ ｍｓｅｃ
また、
真円の半径：ｒ
真円上での速度（時間ｔ＝０ から ｔ２経過時の速度 ）：ｖ

図３Ａのグラフは、起動時における真円円弧部の速度指令と基本直線（台形加速直線部）の速度指令を表す速度曲線（軌道）である。具体的には次のようにして、真円の半径ｒおよび速度ｖが演算される。

仮定によりθ＝６０°、ｔ２＝３０ ｍｓｅｃであるため、真円の半径ｒは次のようになる。
ｒ ＝ｔ２／ｔａｎ（θ／２）
真円上で台形加速接線の交点は開始点を０°とすると６０°である。そうすると、真円上での時間ｔにおける速度計算ｖは次のようになる。
ｖ＝ｒ−（ｒ^２−ｔ^２）^１／２ （ただし、０°≦θ≦６０°）
また、直線上での速度ｖ_Ｌは次のとおりである。
ｖ_Ｌ＝ｔ×ｔａｎθ

上記演算により、起動時には真円による円弧速度を指令し、台形の直線部の速度指令へと繋ぐ。なお、トルクの急峻な変化が抑制されるのは、本発明によるＳ字加速の特徴である。コントローラ等は実際には、かかる演算により得られた速度ｖ、ｖ_Ｌから目標位置を演算して、ワークたるドライバ（サーボドライバ）等に対して、位置の指令を出力する。

図３Ｂは、図３Ａに示した速度曲線に係る加速度αを表す。台形直線部が最大加速度である。トルク（出力電流）は容易に予測することができ、また、それを超えることはない。同様に減速時においても、モータが発電する回生電圧を容易に予測することができる。また、図３Ｃは図３Ａの速度曲線に係る変位を表す。通信指令の場合には通信周期毎に、サーボドライバへ位置指令が出力される。

本発明の実際の運用としては、たとえば次のような方法がある。
モーションコントロール用ユーザプログラムとして、真円によるＳ字加減速制御プログラムを用いる運転モードを、コントローラに追加する。最大速度は既にプログラム済みとしておく。ユーザは、当該ユーザプログラムへの記述として、基本の台形加速直線部の所要時間を指定し、次に、起動時等の真円円弧部形成に係る延長時間を指定する（加減速時間ともに同様な延長時間としてもよい）。つまりユーザは、直線部の加速時間と延長時間のみをパラメータとして記述するだけで、本発明Ｓ字加減速制御プログラムおよびＳ字加減速制御方法を実行することができる。

図４は、本発明のＳ字加減速制御演算プログラムの別の構成を示す概念図である。図示するように本Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１２０は、図１に示した、
＜Ａ＞ 直線部所要時間指定手順Ｓ１０
＜Ｂ＞ 起動時延長時間指定手順Ｓ２０
＜Ｃ＞ 真円円弧部半径演算手順Ｓ３０
の各手順に加え、
＜Ｄ＞ 速度・目標位置演算手順Ｓ４０、Ｓ５０
を備えた構成とすることができる。

ここで、速度・目標位置演算手順Ｓ４０は、真円円弧部について、指令周期ごとの速度および目標位置を演算し、速度データおよび目標位置データを作成する手順であり、一方、速度・目標位置演算手順Ｓ５０は、台形加速直線部について、指令周期ごとの速度および目標位置を演算し、速度データおよび目標位置データを作成する手順である。

かかる構成により本発明Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１２０は、コントローラまたはコンピュータに対して、台形加減速直線部およびその端部に設けられる真円円弧部とからなる速度曲線を形成するための演算を実行させる。すなわち、まず直線部所要時間指定手順Ｓ１０によって、予め設定済みの到達速度に基づき、基本となる台形加減速直線（基本直線）の所要時間ｔ１が指定されて、基本直線が決定される。ついで起動時延長時間指定手順Ｓ２０によって、基本直線の末端の外に新たに設けるべき時間（延長時間）ｔ２が指定されて、真円円弧部形成の用意がなされる。そして真円円弧部半径演算手順Ｓ３０によって、延長時間ｔ２の末端および基本直線に接する真円の半径ｒが演算される。

その後、速度・目標位置演算手順Ｓ４０によって、真円円弧部について、指令周期ごとの速度および目標位置が演算され、速度データおよび目標位置データが作成される。そしてまた、速度・目標位置演算手順Ｓ５０によって、台形加速直線部について、指令周期ごとの速度および目標位置が演算され、速度データおよび目標位置データが作成される。

このようにして本発明Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１２０により、台形加減速直線部およびその端部に設けられる真円円弧部とからなる速度曲線を形成するための演算が、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにおいて実行され、さらに、速度・目標位置演算手順Ｓ４０、Ｓ５０によって、真円円弧部および台形加速直線部の双方について、ワークの動作制御のための速度データおよび目標位置データが用意される。

図５は、本発明の動作制御プログラムの構成を示す概念図である。図示するように本動作制御プログラムＰ２００は、図４に示したＳ字加減速制御演算プログラムの各手順を内蔵しており、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能に構成されている。特に上述の
＜Ｄ＞ 速度・目標位置演算手順Ｓ４０、Ｓ５０
に続いて、
＜Ｅ＞ 位置指令出力手順Ｓ４６、Ｓ５６
が設けられた構成とする。

ここで、位置指令出力手順Ｓ４６は、真円円弧部について、速度・目標位置演算手順Ｓ４０で得られた目標位置データを指令周期ごとに出力する手順であり、一方、位置指令出力手順Ｓ５６は、台形加速直線部について、速度・目標位置演算手順Ｓ５０で得られた目標位置データを指令周期ごとに出力する手順である。

かかる構成により本発明動作制御プログラムＰ２００は、コントローラまたはコンピュータに対して、台形加減速直線部およびその端部に設けられる真円円弧部とからなる速度曲線を形成するための演算を実行させ、速度・目標位置演算手順Ｓ４０、Ｓ５０によって、真円円弧部および台形加速直線部の双方について、ワークの動作制御のための速度データおよび目標位置データを作成させた後、位置指令出力手順Ｓ４６、Ｓ５６によって、真円円弧部および台形加速直線部双方について、目標位置データを指令周期ごとにワークに対して出力させる。このようにして、本プログラムＰ２００がコントローラ等に実行させる、ワークに対する動作制御がなされる。

図６は、本発明の動作制御プログラムの例を示すフロー図である。つまり、コントローラ等内において実行される手順の例である。図示するように、起動（ＳＴＡＲＴ）後、まず直線部所要時間指定手順Ｓ１０、ついで起動時延長時間指定手順Ｓ２０が実行された後、真円円弧部半径演算手順Ｓ３０が実行される。これが既に実行済みと判断された場合は、台形加速直線部演算の要否を判断する直線部演算要否判断手順Ｓ３５を経て、速度・目標位置演算手順Ｓ５０へと進む。

真円円弧部半径演算手順Ｓ３０が実行されて延長時間ｔ２の末端および基本直線に接する真円の半径ｒが得られると、ついで速度・目標位置演算手順Ｓ４０、さらに位置指令出力手順Ｓ４６が実行され、ドライバ等のワークに対して目標位置データが指令周期ごとに出力される。ここまで終了すると真円円弧部半径演算手順Ｓ３０の要否の判断がなされ、手順が繰り返される。

直線部演算要否判断手順Ｓ３５により台形加速直線部演算が必要と判断されると、速度・目標位置演算手順Ｓ５０、さらに位置指令出力手順Ｓ５６が実行され、ドライバ等のワークに対して目標位置データが指令周期ごとに出力される。ここまで終了すると真円円弧部半径演算手順Ｓ３０の要否の判断がなされ、手順が繰り返される。

直線部演算要否判断手順Ｓ３５により台形加速直線部演算が不要と判断されると、初期の真円円弧および直線からなる部分の生成過程が終了（ＥＮＤ）し、ついで、加速終了時における真円円弧演算へと進み、このようにして速度曲線が生成される。

以上説明した本発明のＳ字加減速制御演算プログラムや動作制御プログラムは、従来公知の適宜の方法によって提供可能である。たとえば、コントローラまたはコンピュータに読み取り可能な記録媒体として提供することとしてもよいし、また、コントローラに格納された形態で提供することとしてもよい。

また、以上説明したＳ字加減速制御演算プログラムの手順によって、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能なＳ字加減速制御演算方法がなされる。

図７は、本発明のワーク動作制御システムの構成を示す概念図である。図示するように本ワーク動作制御システム１０００は、ワーク９００と、該ワーク９００動作制御用のコントローラまたはコンピュータ８００と、および上述したいずれかに記載の構成のＳ字加減速制御演算プログラムＰ１５０とを備えて構成される。ワーク９００は、たとえばサーボモータ、アクチュエータまたはロボットアーム等である。かかる構成により本ワーク動作制御システム１０００においては、Ｓ字加減速制御演算プログラムＰ１５０がコントローラ等８００によって実行されて、ワーク９００の動作制御がなされる。

本発明のＳ字加減速制御プログラム、動作制御プログラム、記録媒体、コントローラ、Ｓ字加減速制御演算方法およびワーク動作制御システムによれば、演算方法が従来よりも単純となり、しかもＳ字の滑らかな速度および位置指令が可能となる。また、ユーザは全加速時間を容易かつ明確に把握でき、運転時間（所要時間）も容易に把握することができる。

また、加速度が台形制御時よりも大きくなることを抑制でき、ワークに必要以上の加速度を与えない。さらにトルク（電流）も管理でき、減速時には加速度に応じた回生電圧の過度な上昇を抑制できる等、サーボモータ・アクチュエータ・ロボットアーム等の動作起動や停止に用いられるＳ字加減速制御を行う場合に特に有効である。したがって、動作制御技術を用いる全分野において、産業上利用性が高い発明である。

Ｐ１０、Ｐ１２０、Ｐ１５０…Ｓ字加減速制御演算プログラム
Ｐ２００…動作制御プログラム
Ｓ１０…直線部所要時間指定手順
Ｓ２０…起動時延長時間指定手順
Ｓ３０…真円円弧部半径演算手順
Ｓ３５…直線部演算要否判断手順
Ｓ４０…速度・目標位置演算手順（真円円弧部）
Ｓ４６…位置指令出力手順（真円円弧部）
Ｓ５０…速度・目標位置演算手順（台形加速直線部）
Ｓ５６…位置指令出力手順（台形加速直線部）
８００…コントローラまたはコンピュータ
９００…ワーク
１０００…ワーク動作制御システム

Claims (16)

1. ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能なＳ字加減速制御演算プログラムであって、該プログラムは、台形加減速直線部およびその端部に設けられる真円円弧部とからなる速度曲線を形成するための演算を、下記の手順＜Ａ＞〜＜Ｃ＞によって、該コントローラまたはコンピュータに機能させることを特徴とする、Ｓ字加減速制御演算プログラム。
   ＜Ａ＞ 直線部所要時間指定手順＿予め設定済みの到達速度に基づいて、基本となる台形加減速直線（以下、「基本直線」という。）の所要時間ｔ１を指定し、該基本直線を決定する。
   ＜Ｂ＞ 起動時延長時間指定手順＿該真円円弧部形成のために該基本直線の末端の外に新たに設けるべき時間（以下、「延長時間」という。）ｔ２を指定する。
   ＜Ｃ＞ 真円円弧部半径演算手順＿該延長時間ｔ２の末端および該基本直線に接する真円の半径ｒを演算する。
2. 前記各手順により、前記延長時間ｔ２の末端から前記基本直線との接点（以下、「円弧直線接点」という。）までの前記真円の円弧（真円円弧部）、および該円弧直線接点から先の前記基本直線（台形加速直線部）からなる曲線が、速度曲線として形成されることを特徴とする、請求項１に記載のＳ字加減速制御演算プログラム。
3. Ｓ字の滑らかな速度および位置指令が可能であり、想定以上のトルク（サーボドライバからモータへの電流指令）が出力されず、前記ワークに必要以上の加速度を与えないことを特徴とする、請求項１または２に記載のＳ字加減速制御演算プログラム。
4. 前記ワークがサーボモータ、アクチュエータまたはロボットアームのいずれかであることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラム。
5. 下記の手順＜Ｄ＞がなされることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラム。
   ＜Ｄ＞ 速度・目標位置演算手順＿前記真円円弧部および台形加速直線部それぞれについて、指令周期ごとの速度および目標位置を演算し、速度データおよび目標位置データを作成する。
6. 請求項５に記載のＳ字加減速制御演算プログラムを内蔵しており、ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能であることを特徴とする、動作制御プログラム。
7. 前記手順＜Ｄ＞に続き、下記手順＜Ｅ＞がなされることを特徴とする、請求項６に記載の動作制御プログラム。
   ＜Ｅ＞ 位置指令出力手順＿前記真円円弧部および台形加速直線部それぞれについて、手順＜Ｄ＞で得られた目標位置データを指令周期ごとに出力する。
8. 請求項１ないし５のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラムが記録された、コントローラまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
9. 請求項６または７に記載の動作制御プログラムが記録された、コントローラまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
10. 請求項１ないし５のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラムの格納された、または該プログラムを実行可能なコントローラ。
11. 請求項６または７に記載の動作制御プログラムの格納された、または該プログラムを実行可能なコントローラ。
12. ワークの動作制御用のコントローラまたはコンピュータにより実行可能なＳ字加減速制御演算方法であって、該方法は下記の手順＜ａ＞〜＜ｃ＞を備えてなることを特徴とする、Ｓ字加減速制御演算方法。
    ＜ａ＞ 直線部所要時間指定手順＿予め設定済みの到達速度に基づいて、基本となる台形加減速直線（基本直線。）の所要時間ｔ１を指定し、該基本直線を決定する。
    ＜ｂ＞ 起動時延長時間指定手順＿該真円円弧部形成のために該基本直線の末端の外に新たに設けるべき時間（延長時間）ｔ２を指定する。
    ＜ｃ＞ 真円円弧部半径演算手順＿該延長時間ｔ２の末端および該基本直線に接する真円の半径ｒを演算する。
13. 前記各手順により、該延長時間ｔ２の末端から該基本直線との接点（円弧直線接点）までの該真円の円弧（真円円弧部）、および該円弧直線接点から先の該基本直線（台形加速直線部）からなる曲線が、速度曲線として形成されることを特徴とする、ことを特徴とする、請求項１２記載のＳ字加減速制御演算方法。
14. 前記各手順についで下記の手順＜ｄ＞がなされることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のＳ字加減速制御演算方法。
    ＜ｄ＞ 速度・目標位置演算手順＿前記真円円弧部および台形加速直線部それぞれについて、指令周期ごとの速度および目標位置を演算し、速度データおよび目標位置データを作成する。
15. ワークと、該ワーク動作制御用のコントローラまたはコンピュータと、および請求項１ないし５のいずれかに記載のＳ字加減速制御演算プログラムとを備えて構成されていることを特徴とする、ワーク動作制御システム。
16. 前記ワークがサーボモータ、アクチュエータまたはロボットアームのいずれかであることを特徴とする、請求項１５に記載のワーク動作制御システム。