JP2018120358A - ワーク搬送制御システム、及び運動案内装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ワークから掛かる搬送荷重を算出する算出部と、を備え、前記制御部は、前記算出部により算出される、前記一又は複数の運動案内装置のそれぞれにおける前記搬送荷重に基づいて、前記搬送制御でのフィードバック制御に関連する制御ゲインを調整する。
号の2,3のみを記載する。
されている。
ここで変位センサ2、3は、例えば静電容量式の変位計であり、レール11に対するキャリッジ12の変位を非接触で検出する(図5(b)の拡大図参照)。図2に示すように、キャリッジ12の移動方向の両端部には、一対のセンサ取付け部材15a、15bが取り付けられる。一方のセンサ取付け部材15aには、4つの変位センサ2a〜2dが取り付けられる。4つの変位センサ2a〜2dは、レール11の長手方向において同一の位置に配置される。他方のセンサ取付け部材15bにも、4つの変位センサ3a〜3dが取り付けられる。4つの変位センサ3a〜3dは、レール11の長手方向において同一の位置に配置される。レール11の長手方向における変位センサ2a〜2dと変位センサ3a〜3dとの間の距離はL1である(図2を参照)。なお、各変位センサ2a〜2d、3a〜3dをキャリッジ12の移動方向沿いに互いにずらして配置することも可能である。
−1と一対の袖部15−2とを有し、変位センサ3a〜3dが変位センサ2a〜2dにそれぞれ対応する位置に配置される。
リニアエンコーダ4は、何れかのキャリッジ12のx軸方向の位置を検出する。例えば、リニアエンコーダ4は、ベース7又はレール11に取り付けられるスケールと、搬送テーブル8又はキャリッジ12に取り付けられ、スケールを読み取るヘッドと、を備える。なお、レール11上のキャリッジ12の位置を検出する位置検出手段は、リニアエンコーダに限定されるものではない。例えば、搬送テーブル8がボールねじ駆動の場合、位置検出手段として、ボールねじを駆動するモータの角度を検出するロータリーエンコーダを用いることもできる。
駆動用ドライバ部30は、変位センサ2、3等の検出値を処理するための演算装置や一時的に記憶するメモリ等を有し、当該演算装置により所定の制御プログラムが実行されることで様々な機能が発揮される。
駆動用ドライバ部30は、フィードバック制御における制御ゲインを設定する。ここで、本実施例に係るアクチュエータ5のフィードバック制御について説明する。
ここで、駆動用ドライバ部30による制御ゲインの設定方法について説明する。図7は、本実施例に係る制御ゲインの設定フローを示したフローチャートである。図7に示す処
理は、駆動用ドライバ部30によって所定の時間間隔で繰り返し実行される処理である。レール11に対するキャリッジ12の変位量を算出するにあたり、駆動用ドライバ部30は、まず、リニアエンコーダ4が検出するキャリッジ12の位置情報を基に、キャリッジ12が停止中であるか否かの判定を行う(S101)。次に、駆動用ドライバ部30は、各変位センサ2、3からキャリッジ12の変位量を取得する(S102)。そして、駆動用ドライバ部30は、S102で取得したキャリッジ12の変位量のデータを基に、キャリッジ12に作用する荷重の計算を行う(S103)。算出された荷重に基づいて、アクチュエータ5をフィードバック制御する際の制御ゲインを設定する(S104)。以下に、上述した算出処理の各ステップの処理の詳細について説明する。
S101において、駆動用ドライバ部30は、キャリッジ12が停止中であるか否かの判定を行う。キャリッジ12が停止中であるか否かは、リニアエンコーダ4が検出するキャリッジ12の位置情報を基に判定することができる。駆動用ドライバ部30は、例えば、リニアエンコーダ4が検出するキャリッジ12の位置情報が時系列で変化していればキャリッジ12が移動中と判定し、位置情報が時系列で変化していなければキャリッジ12が停止中と判定する。本実施例では、キャリッジ12が移動を開始する前にフィードバック制御における制御ゲインを予め設定しておくために、S101においてキャリッジ12が停止中であるか否か判定している。
S102では、駆動用ドライバ部30は、各変位センサ2a〜2d、3a〜3dからキャリッジ12の変位量を取得する。各変位センサ2a〜2d、3a〜3dの計測値はセンサから転動面までの距離であるため、駆動用ドライバ部30は、キャリッジ12に荷重が加わっていない無負荷時のセンサから転動面までの距離を基準とし、この距離からの差分をキャリッジ12の変位量として取得する。キャリッジ12が複数備わる場合には、夫々のキャリッジ12について、各変位センサ2a〜2d、3a〜3dから変位量を取得する。
次に、S103では、駆動用ドライバ部30は、キャリッジ12の変位に基づいて、キャリッジ12に働く荷重を算出する。駆動用ドライバ部30は、荷重を算出するにあたって、まず、各変位センサ2a〜2d、3a〜3dから取得したキャリッジ12の変位量に基づいて、キャリッジ12の変位5成分を算出する。次に、駆動用ドライバ部30は、変位5成分に基づいて、複数の玉16それぞれに働く荷重及び接触角を算出する。次に、駆動用ドライバ部30は、各玉16の荷重及び接触角に基づいて、キャリッジ12に働く荷重(外力5成分)を算出する。上記の3工程を詳細に以下に説明する。
図3に示すように、運動案内装置1にx−y−z座標軸を設定すると、x−y−z座標軸の座標原点に働く荷重は、ラジアル荷重のFyと、水平荷重のFzである。キャリッジ12をレール11に押し付ける方向で、図3のy軸の正方向ヘ働く荷重がラジアル荷重である。キャリッジ12をレール11に対し横へずらす方向で、図3のz軸正負方向へ働く荷重が水平荷重である。
る変位5成分、すなわちラジアル変位α1(mm)、ピッチング角α2(rad)、ローリング角α3(rad)、水平変位α4(mm)、ヨーイング角α5(rad)が生ずる。
(数1)
α1=(A1+A2+A3+A4)/4
(数2)
α4=(B1−B2+B3−B4)/4
(数3)
α2=((A3+A4)/2−(A1+A2)/2)/L1
(数4)
α3=((A1+A3)/2−(A2+A4)/2)/L2
(数5)
α5=((A1+A4)/2−(A2+A3)/2)/L2
キャリッジ12内の玉16が接触している部分をx軸方向に断面にした状態を図9に示す。図9により、各玉ピッチは、1より少し大きい値をとるκを用いてκDaとし、各玉のx座標が決定され、それをXiとする。キャリッジ12内の玉16が転動する部分の長さを2Uxとする。2Ux内に並ぶ玉数を有効玉数といいIとする。キャリッジ12の両端部分には、半径Rで深さがλεとなるようなクラウニング加工と呼ばれるR形状の大きな曲面加工が施されている。
(数7)
δyij=α1+α2xi+α3zcij
δzij=α4+α5xi−α3ycij
と表すことができる。ここで、zc、ycは、点Acの座標である。
(数8)
Vyij=(2f−1)Dasinγj+δyij
Vzij=(2f−1)Dacosγj+δzij
と表せる。これによりAr、Ac´間の距離は、
(数9)
となり、接触角βijは、
(数10)
となる。以上より玉16の弾性変形量δijは、
(数11)
となる。
(数12)
ここで、Cbは非線形のばね定数(N/mm3/2)であり、下記の式で与えられる。(数13)
ここで、Eは縦弾性係数、1/mはポアソン比、2K/πμはHertz係数、Σρは主曲率和である。
あとは、上記の式を使って外力としての5成分、すなわちラジアル荷重Fy、ピッチングモーメントMa、ローリングモーメントMc、水平荷重Fz、ヨーイングモーメントMbに関するつり合い条件式をたてればよい。
(数14)
ラジアル荷重Fyに関して、
(数15)
ピッチングモーメントMaに関して、
(数16)
ローリングモーメントMcに関して、
ここで、ωijは、モーメントの腕の長さを表し、次式で与えられる。zr、yrは、点Arの座標である。
(数17)
水平荷重Fzに関して、
(数18)
ヨーイングモーメントMbに関して、
以上の式からキャリッジ12に働く荷重(外力5成分)を算出することができる。なお、本実施例においてはS103を処理する駆動用ドライバ部30が、本発明における算出部に相当する。
次に、S104では、駆動用ドライバ部30が、キャリッジ12に働く荷重を基に、制御ゲインを設定する。ここでは、位置ループゲインKp、速度ループゲインKvの夫々が設定される。駆動用ドライバ部30は、各キャリッジ12に働く荷重から得られるワークの全荷重に対応する制御ゲインをマップとして記憶している。なお、このマップを記憶しておく代わりに、ワークの全荷重から制御ゲインを求める計算式を記憶していてもよい。駆動用ドライバ部30は、S103において算出される各キャリッジ12に働く荷重に基づいてワークの全荷重を算出し、該ワークの全荷重に基づいて、制御ゲインを設定する。例えば、ワークの全荷重が大きいほど、制御ゲインが小さくなるように、当該制御ゲインを設定する。駆動用ドライバ部30は、各キャリッジ12に働く荷重に基づいて、予め作
成した式に従ってワークの全荷重を算出する。なお、制御ゲインの適切な値はワークの全荷重と関連しているため、本実施例において設定する制御ゲインとワークの全荷重との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
算出された荷重及び制御ゲインを駆動用ドライバ部30に出力し、この制御ゲインを用いて駆動用ドライバ部30がアクチュエータ5をフィードバック制御してもよい。この場合の運動案内装置1は、本発明における算出部及び出力部を備えているといえる。
S201において、駆動用ドライバ部30は、キャリッジ12が停止中であるか否かの判定を行う。S201ではS101と同様の処理により、キャリッジ12が停止中であるか否かの判定を行う。
S202では、駆動用ドライバ部30は、各変位センサ2a〜2d、3a〜3dから各キャリッジ12a〜12dの変位量を取得する。S202ではS102と同様の処理により、各キャリッジ12a〜12dの変位量を取得する。
S203では、駆動用ドライバ部30は、各キャリッジ12a〜12dの変位量に基づいて、各キャリッジ12a〜12dに働く荷重を算出する。S203ではS103と同様の処理により、各キャリッジ12a〜12dに働く荷重を算出する。本実施例においてはS203を処理する駆動用ドライバ部30が、本発明における算出部に相当する。
S204では、駆動用ドライバ部30は、各キャリッジ12a〜12dに働く荷重に基づいて、ワークの荷重分布または重心位置を算出する。駆動用ドライバ部30は、各キャリッジ12a〜12dに働く荷重に基づいて、予め作成した式に従ってワークの荷重分布または重心位置を算出する。
S205では、駆動用ドライバ部30は、S204において算出されるワークの荷重分布または重心位置を基に、制御ゲインを設定する。ここでは、第一アクチュエータ5a及び第二アクチュエータ5bの夫々について、位置ループゲインKp及び速度ループゲインKvを設定する。駆動用ドライバ部30は、ワークの荷重分布または重心位置に対応する各アクチュエータ5a、5bの制御ゲイン(第一制御ゲイン及び第二制御ゲイン)をマップとして記憶しており、S203において算出されるワークの荷重分布または重心位置に基づいて、制御ゲインが夫々設定される。なお、制御ゲインの適切な値はワークの荷重分布または重心位置と関連しているため、本実施例において設定する制御ゲインとワークの荷重分布または重心位置との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておく。本実施例においてはS204を処理する駆動用ドライバ部30が、本発明における出力部に相当する。
ることにより、適切な制御ゲインを設定することができる。したがって、ワークの搬送時間を短縮することができる。また、キャリッジ12の変位量に基づいて荷重を検出しているため、システムの小型化が可能となる。さらに、ワークの種類によらずにワークの荷重分布または重心位置を算出することができるため、複数種類のワークを扱うラインであっても、夫々のワークに対して適切な制御ゲインを設定することができる。また、キャリッジ12が停止した状態で制御ゲインを設定することができるため、搬送時間を短縮することができる。また、運動案内装置1の向きに関わらず、適切な制御ゲインを設定することができる。さらに、キャリッジ12が移動中であっても、ワークの荷重分布または重心位置に基づいて制御ゲインを設定することができる。また、各キャリッジ12の変位量に基づいてワークの重心位置を算出することができるため、例えばガントリーの駆動系において重要となる発生力配分の算出にも活用することができる。
Claims (8)
- 長手方向に沿って延在する軌道部材と、転動溝内を転動可能に配置された転動体を介して該軌道部材に対向するように配置され且つ該軌道部材の該長手方向に沿って相対的に移動可能な移動部材と、を有する運動案内装置によってワークを移動可能に支持しながら、該ワークの搬送を行うワーク搬送制御システムであって、
一又は複数の前記運動案内装置と、
前記ワークが載置されるテーブルであって、前記一又は複数の運動案内装置によって支持される搬送テーブルと、
前記搬送テーブルが搬送されるように駆動力を付与するアクチュエータと、
前記アクチュエータによる前記ワークの搬送時に、フィードバック制御による搬送制御を行う制御部と、
前記一又は複数の運動案内装置のそれぞれの前記移動部材に前記ワークから掛かる搬送荷重を算出する算出部と、
を備え、
前記制御部は、前記算出部により算出される、前記一又は複数の運動案内装置のそれぞれにおける前記搬送荷重に基づいて、前記搬送制御でのフィードバック制御に関連する制御ゲインを調整する、
ワーク搬送制御システム。 - 前記制御部は、前記算出部により算出される、前記一又は複数の運動案内装置のそれぞれにおける前記搬送荷重に基づいて、前記ワークの全荷重又は該ワークの荷重分布を推定するとともに、該推定されたワークの全荷重又は該ワークの荷重分布に対応するゲイン値を前記制御ゲインとして設定する、
請求項1に記載のワーク搬送制御システム。 - 前記制御部は、前記算出部により算出される、前記一又は複数の運動案内装置のそれぞれにおける前記搬送荷重に基づいて、該ワークの全荷重又は該ワークの荷重分布が変化したと判定されたときに、該変化後において前記アクチュエータにより該ワークを初めて駆動させる前に、変化後の該ワークの全荷重又は該ワークの荷重分布に対応するゲイン値を前記制御ゲインとして設定する、
請求項2に記載のワーク搬送制御システム。 - 前記算出部は、前記ワークの停止時に前記搬送荷重を算出する、
請求項1から請求項3の何れか1項に記載のワーク搬送制御システム。 - 前記一又は複数の運動案内装置のそれぞれは、更に、前記移動部材において所定数の変位方向における該移動部材の変位を検出する複数の変位センサを有し、
前記算出部は、前記一又は複数の運動案内装置のそれぞれについて、該それぞれの運動案内装置の前記複数の変位センサの検出値に基づいて前記搬送荷重を算出する、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載のワーク搬送制御システム。 - 前記アクチュエータは、第一アクチュエータであって、
前記ワーク搬送制御システムは、
前記第一アクチュエータとは別のアクチュエータであって、該第一アクチュエータと共に前記搬送テーブルが搬送されるように駆動力を付与する第二アクチュエータを、更に備え、
前記搬送制御システムは、前記運動案内装置を複数備え、
前記制御部は、前記第一アクチュエータ及び前記第二アクチュエータにより同時に前記ワークを搬送する際に、各アクチュエータにおいてフィードバック制御による搬送制御を
行うとともに、前記算出部により算出される、前記複数の運動案内装置のそれぞれにおける前記搬送荷重に基づいて、該搬送制御での該第一アクチュエータのためのフィードバック制御に関連する第一制御ゲインと、該第二アクチュエータのためのフィードバック制御に関連する第二制御ゲインを調整する、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載のワーク搬送制御システム。 - 前記制御部は、前記算出部により算出される、前記複数の運動案内装置のそれぞれにおける前記搬送荷重に基づいて、前記搬送テーブルにおける該ワークの荷重分布を推定するとともに、該推定された荷重分布に対応して前記第一制御ゲイン及び前記第二制御ゲインを設定する、
請求項6に記載のワーク搬送制御システム。 - 長手方向に沿って延在する軌道部材と、転動溝内を転動可能に配置された転動体を介して該軌道部材に対向するように配置され且つ該軌道部材の該長手方向に沿って相対的に移動可能な移動部材を有する運動案内装置であって、
前記移動部材において所定数の変位方向における該移動部材の変位を検出する複数の変位センサと、
前記複数の変位センサの検出値に基づき、前記移動部材に前記ワークから掛かる搬送荷重を算出する算出部と、
外部の制御装置により、運動案内装置によってワークを移動可能に支持しながら該ワークの搬送がフィードバック制御を介して行われる際に該フィードバック制御のための制御ゲインに関連するゲイン関連情報を、前記搬送荷重に基づいて生成し出力する出力部であって、該ゲイン関連情報は、該ワークの荷重が変化した際に該制御ゲインの調整処理に供される、出力部と、
を備える、運動案内装置。
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