JP2020106930A - 制御方法、制御装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】マスタコントローラによる制御ができない異常状態が発生したときに、安全に移動体を停止させられる制御方法、制御装置及びプログラムを提供すること。【解決手段】本発明に係る制御方法は、マスタコントローラ２からの指示に従って駆動機構４により移動体３を移動させる駆動システム１における駆動機構４の制御方法であって、マスタコントローラ２による制御ができない異常状態を検知する異常検知工程と、前記異常検知工程において異常状態を検知したときに、前記移動体３の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離を算出する残存距離算出工程と、前記残存距離算出工程において算出した前記残存距離で停止できる前記移動体の限界減速度を算出する限界減速度算出工程と、前記限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構４を制御する限界停止制御工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、制御方法、制御装置及びプログラムに関する。

複数の駆動軸を有する工作機械等の中には、各駆動軸の駆動機構を個別の制御装置（スレーブコントローラ）によりそれぞれ制御し、マスタコントローラから各制御装置にそれぞれの駆動軸に要求される動作を指示することで、複数の駆動軸が協調して動作するよう制御される駆動システムを備えるものがある。

駆動機構が移動体を直線移動させるものである場合、移動体の可動範囲が限られるため、マスタコントローラは、移動体を可動範囲内でのみ移動させるようスプログラミングされる。しかしながら、例えばマスタコントローラとスレーブコントローラとの間の通信異常等により、移動体が移動している間にマスタコントローラによるスレーブコントローラの制御ができない異常状態となった場合には、移動体が移動限界位置を超えて移動することで他の構成要素に衝突することがないよう、スレーブコントローラが独自の判断で移動体を停止させなければならない。

このような異常時の移動体の停止方法としては、モータの最大トルクで減速して移動体を停止させる電流リミット停止、モータを制御せずにモータ及びモータを駆動する回路の損失や駆動機構の摩擦等によって自然に移動体を停止させるフリーラン停止、及び予め設定される一定の減速度（負の加速度）で移動体を停止させるよう制御する減速度停止が挙げられる。電流リミット停止は、移動体を最も短い距離で停止させられるが、振動を生じやすく駆動機構への負荷が大きい。一方、フリーラン停止及び減速度停止は、異常状態を検知したタイミングによっては、移動体が他の構成要素の衝突することを防止できないおそれがある。

下記特許文献１には、前記減速度停止を採用して、移動体（ステージ）が移動限界位置を超えて移動して支持枠に衝突することを防止する技術が記載されている。具体的には、特許文献１には、ステージの検出位置における移動速度の許容値を一定の減速度で減速するものとして算出し、算出した許容値が検出された移動速度以下であるときに異常信号を発生させ、ステージの駆動を停止するとともにブレーキを作動させる位置決めステージ装置が記載されている。この方法では、減速度の設定を可能な限り大きくしなければステージが支持枠に衝突することを防止できないおそれや、通常のステージの可動範囲を小さく制限する必要がある。減速度の設定を大きくすることは振動生じる可能性が増大するため好ましくない、通常のステージの可動範囲を制限することも好ましくない。

特開平７−１９１７５７号公報

本発明は、マスタコントローラによる制御ができない異常状態が発生したときに、安全に移動体を停止させられる制御方法、制御装置及びプログラムを提供することを課題とする。

（１） 本発明に係る制御方法は、マスタコントローラ（例えば、後述するマスタコントローラ２）からの指示に従って駆動機構（例えば、後述する駆動機構４）により移動体（例えば、後述する移動体３）を移動させる駆動システム（例えば、後述する駆動システム１）における駆動機構の制御方法であって、マスタコントローラによる制御ができない異常状態を検知する異常検知工程（例えば、後述するステップＳ１の異常検知工程）と、前記異常検知工程において異常状態を検知したときに、前記移動体の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離を算出する残存距離算出工程（例えば、後述するステップＳ２の残存距離算出工程）と、前記残存距離算出工程において算出した前記残存距離で停止できる前記移動体の限界減速度を算出する限界減速度算出工程（例えば、後述するステップＳ５の限界減速度算出工程）と、前記限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する限界停止制御工程（例えば、後述するステップＳ６の限界停止制御工程）と、を備える。

（２） （１）の制御方法は、前記異常検知工程において異常状態を検知したときに、予め設定される設定減速度で減速した場合に前記移動体が停止するまでに移動する停止距離を算出する停止距離算出工程（例えば、後述するステップＳ３の停止距離算出工程）と、前記停止距離が前記残存距離以下である場合に、前記設定減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する通常停止制御工程（例えば、後述するステップＳ７の通常停止制御工程）と、をさらに備え、前記限界停止制御工程は、前記停止距離が前記残存距離を超える場合にのみ行われてもよい。

（３） 本発明に係る制御装置（例えば、後述するスレーブコントローラ５）は、マスタコントローラ（例えば、後述するマスタコントローラ２）からの指示に従って移動体（例えば、後述する移動体３）を移動させる駆動機構（例えば、後述する駆動機構４）を制御する制御装置であって、マスタコントローラによる制御ができない異常状態を検知する異常検知部（例えば、後述する異常検知部１２）と、前記異常検知部が異常状態を検知したときに、前記移動体の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離を算出する残存距離算出部（例えば、後述する残存距離算出部１３）と、前記残存距離算出部が算出した前記残存距離で停止できる前記移動体の限界減速度を算出する限界減速度算出部（例えば、後述する限界減速度算出部１６）と、前記限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する限界停止制御部（例えば、後述する限界停止制御部１７）と、を備える。

（３） 本発明に係るプログラムは、マスタコントローラ（例えば、後述するマスタコントローラ２）からの指示に従って移動体（例えば、後述する移動体３）を移動させる駆動機構（例えば、後述する駆動機構４）を制御する制御装置のプログラムであって、マスタコントローラによる制御ができない異常状態を検知する異常検知要素と、前記異常検知要素が異常状態を検知したときに、前記移動体の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離を算出する残存距離算出要素と、前記残存距離算出要素が算出した前記残存距離で停止できる前記移動体の限界減速度を算出する限界減速度算出要素と、前記限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する限界停止制御要素と、を備える。

本発明によれば、マスタコントローラによる制御ができない異常状態が発生したときに、安全に移動体を停止させられる制御方法、制御装置及びプログラムを提供することができる。

本発明の一実施形態の制御装置を備える駆動システムの構成を示す模式図である。 図１の制御装置における制御の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態の制御装置を備える駆動システム１の構成を示す模式図である。図２は、図１の制御装置における制御の手順を示すフローチャートである。

駆動システム１は、マスタコントローラ２と、移動体３を駆動する駆動機構４と、駆動機構４を制御する本発明の一実施形態に係るスレーブコントローラ５とを備える。

駆動システム１は、例えば工作機械において例えばテーブル等の移動体３の直線移動させるシステムであり、マスタコントローラ２の指示に従って移動体３を移動させる。駆動システム１は、マスタコントローラ２の指示に従って駆動される他の構成要素（不図示）を備えることができ、移動体３を他の構成要素の動きと協調して位置決めすることができる。一例として、駆動システム１は、移動体３に加工対象物（ワーク）を保持し、他の構成要素により位置決めされる工具との相対位置が制御されることによって、加工対象物に所望の加工を行う工作機械を構成するために用いることができる。

マスタコントローラ２は、例えば数値制御装置等の制御装置である。マスタコントローラ２は、例えばＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータ装置に制御プログラムを読み込ませることによって実現することができる。

駆動機構４は、スレーブコントローラ５からの入力信号に従って移動体３の位置決め制御することができるものであれよく、その構成は特に限定されないが、図示するように、スレーブコントローラ５からの入力信号に応じた電圧を出力するサーボアンプ６と、サーボアンプ６の出力電圧により駆動されるサーボモータ７と、サーボモータ７によって回転させられる送りねじ８と、送りねじ８に係合し、移動体３に固定されるナット９とを有する構成とすることができる。図示する駆動機構４では、送りねじ８の両端部を支持する支持体１０，１１によって移動体３の移動限界位置（可動範囲の両端）Ｐ１，Ｐ２が定められる。

スレーブコントローラ５は、マスタコントローラ２からの指示に従って駆動機構４により移動体３を移動させる。つまり、マスタコントローラ２から指示される位置や速度で移動体３を移動及び位置決めするよう、サーボモータ７の回転速度を決定し、その情報をサーボアンプ６に入力する。

スレーブコントローラ５は、本発明の一実施形態の制御方法を実施する装置である。スレーブコントローラ５は、集積回路等を有する専用の回路基盤やモジュールによって構成されてもよく、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータに本発明に係るプログラムを読み込ませることによって実現される制御装置であってもよい。

スレーブコントローラ５は、異常検知部１２、残存距離算出部１３、停止距離算出部１４、距離比較部１５、限界減速度算出部１６、限界停止制御部１７、及び通常停止制御部１８を備える。これらの構成要素は、機能的に区分されるものであって、物理的又はスレーブコントローラ５を実現するためのプログラムにおいて独立していなくてもよい。

スレーブコントローラ５が行う本発明の一実施形態の制御方法は、図２に示すように、異常検知工程（ステップＳ１）、残存距離算出工程（ステップＳ２）、停止距離算出工程（ステップＳ３）、距離比較部工程（ステップＳ４）、限界減速度算出工程（ステップＳ５）、限界停止制御工程（ステップＳ６）、及び通常停止制御工程（ステップＳ７）を備える。スレーブコントローラ５の異常検知部１２はステップＳ１の異常検知工程を実行する構成要素であり、残存距離算出部１３はステップＳ２の残存距離算出工程を実行する構成要素であり、停止距離算出部１４はステップＳ３の停止距離算出工程を実行する構成要素であり、距離比較部１５はステップＳ４の停止距離算出工程を実行する構成要素であり、限界減速度算出部１６はステップＳ５の限界減速度算出工程を実行する構成要素であり、限界停止制御部１７はステップＳ６の限界停止制御工程を実行する構成要素であり、通常停止制御部１８はステップＳ７の通常停止制御工程を実行する構成要素である。

また、スレーブコントローラ５を実現する本発明の一実施形態のプログラムは、ステップＳ１の異常検知工程を実行するプログラム要素である異常検知要素と、ステップＳ２の残存距離算出工程を実行するプログラム要素である残存距離算出要素と、ステップＳ３の工程を実行するプログラム要素である停止距離算出要素と、ステップＳ４の停止距離算出工程を実行するプログラム要素である停止距離算出要素と、ステップＳ５の限界減速度算出工程を実行するプログラム要素である限界減速度算出要素と、ステップＳ６の限界停止制御工程を実行するプログラム要素である限界停止制御要素と、ステップＳ７の通常停止制御工程を実行するプログラム要素である通常停止制御要素とを備える。

ステップＳ１の異常検知工程において、異常検知部１２は、マスタコントローラ２による制御ができない異常状態を検知する。具体例としては、異常検知部１２は、マスタコントローラ２からの制御信号が途絶した場合、マスタコントローラ２から異常信号を受信した場合等に異常状態であると判断するよう構成することができる。

ステップＳ１の異常検知工程で異常検知部１２が異常状態を検知したときは、ステップＳ２の残存距離算出工程において、残存距離算出部１３は、移動体３の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離Ｓｒを算出する。図１では、移動体３が右向きに移動しており、残存距離Ｓｒは、移動体３の現在位置Ｐ０から右側の移動限界位置Ｐ２まで距離である。なお、残存距離Ｓｒを算出する際に用いる移動限界位置Ｐ１，Ｐ２は、移動体３が支持体１０，１１に当接する位置としてもよく、一定のマージンを残した位置としてもよい。

ステップＳ１の異常検知工程で異常検知部１２が異常状態を検知したときは、ステップＳ３の停止距離算出工程において、停止距離算出部１４は、現在の移動体３の速度Ｖを取得して、予め設定される設定減速度Ｄｐで減速した場合に移動体３が停止するまでに移動する停止距離Ｓｐを算出する。具体的には、停止距離算出部１４は、停止距離Ｓｐを、Ｓｐ＝Ｖ^２／２Ｄｐとして算出することができる。

ステップＳ４の距離比較工程において、距離比較部１５は、残存距離Ｓｒと停止距離Ｓｐとを比較する。スレーブコントローラ５は、停止距離Ｓｐが残存距離Ｓｒを超える場合（Ｓｐ＞Ｓｒ）にはステップＳ５の限界減速度算出工程及びステップＳ６の限界停止制御工程を実行し、停止距離Ｓｐが残存距離Ｓｒ以下である場合（Ｓｐ≦Ｓｒ）にはステップＳ７の通常停止制御工程を実行する。

停止距離Ｓｐが残存距離Ｓｒを超える場合に実行されるステップＳ５の限界減速度算出工程において、限界減速度算出部１６は、現在の移動体３の速度Ｖを取得して、残存距離算出部１３が算出した残存距離Ｓｒで停止できる移動体３の限界減速度（移動体３の速度がゼロになる瞬間までの移動量が残存距離Ｓｒと等しくなる減速度）Ｄｒを算出する。具体的には、限界減速度算出部１６は、限界減速度Ｄｒを、Ｄｒ＝Ｖ^２／２Ｓｒとして算出することができる。

停止距離Ｓｐが残存距離Ｓｒを超える場合に実行されるステップＳ６の限界停止制御工程において、限界停止制御部１７は、限界減速度Ｄｒ以上の減速度で移動体を停止させるよう駆動機構４を制御する。これによって、移動体３が止まり切れずに支持体１０，１１に衝突することを防止することができる。

なお、実際の移動体３の減速度にはサーボアンプ６又はサーボモータ７の仕様により上限が存在するため、移動体３の速度Ｖが大きく、残存距離Ｓｒが短い場合には、移動体３を移動限界位置Ｐ１，Ｐ２に停止させることができない可能性がある。しかしながら、マスタコントローラ２が正常に機能している間は、移動体３を移動限界位置Ｐ１，Ｐ２の間に留めるよう制御されるため、マスタコントローラ２による制御ができなくなった場合に、遅滞なく本実施形態の制御方法を実行すれば、移動体３を移動限界位置Ｐ１，Ｐ２の間に停止させることができる。

サーボモータ７等の特性によっては、異常検知部１２による異常状態の検知が遅れ、スレーブコントローラ５が設定する減速度の値がサーボアンプ６又はサーボモータ７の限界を超えたときには、減速トルクが大きく低下する可能性がある。サーボモータ７がこのような特性を有する場合、スレーブコントローラ５が設定する減速度の値に上限を設定してもよい。つまり、異常検知部１２による異常状態の検知が遅れて限界減速度Ｄｒが駆動機構４により実現可能な最大加速度を超えたときには、スレーブコントローラ５が設定する減速度の値を駆動機構４の最大加速度と同じ値としてもよい。

移動限界位置Ｐ１，Ｐ２が一定のマージンを残した位置である場合、実際の減速度を限界減速度Ｄｒと等しく設定することが好ましく、逆に、実際の減速度を限界減速度Ｄｒと等しくできるよう、制御誤差を考慮して移動限界位置Ｐ１，Ｐ２を設定することが好ましい。また、移動限界位置Ｐ１，Ｐ２が十分なマージンを残していない位置である場合、実際の減速度を限界減速度Ｄｒよりも一定量だけ大きい値とすることにより、制御誤差があっても移動体３が支持体１０，１１に衝突しないようにすることができる。

停止距離Ｓｐが残存距離Ｓｒ以下である場合に実行されるステップＳ７の通常停止制御工程において、通常停止制御部１８は、設定減速度Ｄｐで移動体３を停止させるよう駆動機構４を制御する。これによって、移動体３が停止するまでの時間が必要以上に長くなることを防止することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態に係るスレーブコントローラ５は、マスタコントローラ２からの指示に従って移動体３を移動させる駆動機構４を制御する制御装置であって、マスタコントローラ２による制御ができない異常状態を検知する異常検知部１２と、異常検知部１２が異常状態を検知したときに、移動体３の現在の移動方向の移動限界位置Ｐ１，Ｐ２までの残存距離Ｓｒを算出する残存距離算出部１３と、残存距離算出部１３が算出した残存距離Ｓｒで停止できる移動体３の限界減速度Ｄｒを算出する限界減速度算出部１６と、限界減速度Ｄｒ以上の減速度で移動体３を停止させるよう駆動機構４を制御する限界停止制御部１７と、を備える。これにより、マスタコントローラ２による制御ができない異常状態となった場合に移動体３が止まり切れずに支持体１０，１１に衝突することを防止することができるとともに、移動体３の減速度を必要最小限に留めて振動及び駆動機構４の負荷を抑制することができる。

また、スレーブコントローラ５は、異常検知部１２が異常状態を検知したときに、予め設定される設定減速度Ｄｐで減速した場合に移動体３が停止するまでに移動する停止距離Ｓｐを算出する停止距離算出部１４と、停止距離Ｓｐが残存距離Ｓｒ以下である場合に、設定減速度Ｄｐで移動体３を停止させるよう駆動機構４を制御する通常停止制御部１８と、をさらに備え、停止距離Ｓｐが残存距離Ｓｒを超える場合にのみ、限界停止制御部１７によって限界減速度Ｄｒ以上の減速度で移動体３を停止させるよう駆動機構４を制御する。これにより、必要以上に移動体３の減速度を小さくせず、移動体３を迅速に停止させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

以上のスレーブコントローラ５の有利な効果は、本発明の一実施形態に係る制御方法、及び本発明の一実施形態に係るプログラムの有利な効果でもある。

本発明に係る制御方法、制御装置及びプログラムは、マスタコントローラによる制御ができない異常状態を検知した場合は常に、限界減速度を算出して、限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう駆動機構を制御してもよい。つまり、本発明に係る制御方法において、停止距離算出工程、距離比較工程及び通常停止制御工程は必須の構成ではなく、本発明に係る制御装置において、停止距離算出部、距離比較部及び通常停止制御部は必須の構成ではなく、本発明に係るプログラムにおいて、停止距離算出要素、距離比較要素及び通常停止制御要素は必須の構成ではない。

本発明に係る制御方法、制御装置及びプログラムは、移動体を直線移動させる駆動機構以外にも適用することができる。具体的には、本発明に係る制御方法、制御装置及びプログラムは、例えば移動体を一定の範囲内で揺動させる駆動機構等、移動体の可動範囲が制限される任意の駆動機構の制御に適用することができる。

１ 駆動システム
２ マスタコントローラ
３ 移動体
４ 駆動機構
５ スレーブコントローラ（制御装置）
１２ 異常検知部
１３ 残存距離算出部
１４ 停止距離算出部
１５ 距離比較部
１６ 限界減速度算出部
１７ 限界停止制御部
１８ 通常停止制御部

Claims (4)

1. マスタコントローラからの指示に従って駆動機構により移動体を移動させる駆動システムにおける駆動機構の制御方法であって、
   マスタコントローラによる制御ができない異常状態を検知する異常検知工程と、
   前記異常検知工程において異常状態を検知したときに、前記移動体の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離を算出する残存距離算出工程と、
   前記残存距離算出工程において算出した前記残存距離で停止できる前記移動体の限界減速度を算出する限界減速度算出工程と、
   前記限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する限界停止制御工程と、
   を備える制御方法。
2. 前記異常検知工程において異常状態を検知したときに、予め設定される設定減速度で減速した場合に前記移動体が停止するまでに移動する停止距離を算出する停止距離算出工程と、
   前記停止距離が前記残存距離以下である場合に、前記設定減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する通常停止制御工程と、
   をさらに備え、
   前記限界停止制御工程は、前記停止距離が前記残存距離を超える場合にのみ行われる請求項１に記載の制御方法。
3. マスタコントローラからの指示に従って移動体を移動させる駆動機構を制御する制御装置であって、
   マスタコントローラによる制御ができない異常状態を検知する異常検知部と、
   前記異常検知部が異常状態を検知したときに、前記移動体の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離を算出する残存距離算出部と、
   前記残存距離算出部が算出した前記残存距離で停止できる前記移動体の限界減速度を算出する限界減速度算出部と、
   前記限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する限界停止制御部と、
   を備える制御装置。
4. マスタコントローラからの指示に従って移動体を移動させる駆動機構を制御する制御装置のプログラムであって、
   マスタコントローラによる制御ができない異常状態を検知する異常検知要素と、
   前記異常検知要素が異常状態を検知したときに、前記移動体の現在の移動方向の移動限界位置までの残存距離を算出する残存距離算出要素と、
   前記残存距離算出要素が算出した前記残存距離で停止できる前記移動体の限界減速度を算出する限界減速度算出要素と、
   前記限界減速度以上の減速度で前記移動体を停止させるよう前記駆動機構を制御する限界停止制御要素と、
   を備えるプログラム。

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