JP2023015770A - コントローラ及びその指令値の補外方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上位装置側から送られてくる位置指令値に基づいてモータのサーボ制御を行なうコントローラにおいて、通信異常などによって位置指令値を受け取れない場合にも、そのモータを備えるロボットなどの機器がスムースに動けるようにする。【解決手段】通信により上位装置から指令値を受け取るとともに使用する指令値を所定の更新周期で更新しつつ指令値に基づいてモータをサーボ制御するときに、ｔ番目の更新周期においてサーボ制御のために使用する指令値をｙ（ｔ）とする。ｋ番目の更新周期において上位装置から指令値を受け取らなかったときあるいは通信において異常が発生したときに、ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝またはｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝にしたがう補外演算によって、ｋ番目の更新周期で用いる指令値ｙ（ｋ）を算出する。【選択図】図１０

Description

本発明は、軸ごとにその軸を駆動するモータを備える機器を制御するコントローラに関し、特にコントローラにおける指令値の補外に関する。

軸ごとにその軸を駆動するモータが設けられている機器として、例えばロボットや、あるいは各種の搬送機器などがある。これらの機器を制御するコントローラは、例えば、ロボットコントローラやモーションコントローラなどと呼ばれ、モータごとに対応して設けられてそのモータに対する位置指令値に基づいてそのモータを制御する位置制御部を備えている。以下では、このようなコントローラの一例として、ロボットコントローラを説明する。指定された軌道に沿ってロボットを動作させるためにはロボットが備える複数の軸を同時に動かす必要があるから、ロボットコントローラは、ロボットの複数の軸（例えばロボットの全ての軸）に対する位置指令値を一括して計算して出力する複数軸位置指令生成部も備える。複数軸位置指令生成部は、位置制御部に対する上位装置として機能するので、軸ごとの位置制御部を備えたロボットコントローラとは別体のものとして設けられてもよい。複数軸位置指令生成部と位置制御部との間は信号線あるいは通信ネットワークで接続される。

位置制御部は、例えば百μｓから数百μｓの一定の周期で複数軸位置指令生成部側から対応する軸についての位置指令値を受け取り、受け取った位置指令値に基づいてその軸のモータのサーボ制御を行なう。このとき、複数軸位置指令生成部での処理負荷や通信ネットワークの帯域などの制限によっては、位置制御部側での位置指令値の更新周期（サンプリング周期ともいう）よりも複数軸位置指令生成部から位置指令部への位置指令値の送信間隔が長くなることがある。そのような場合には、位置制御部において、受け取った位置指令値に基づいて補間演算（内挿演算ともいう）を行って、サーボ制御のための位置指令を生成する必要がある。また、通信異常のために位置制御部が位置指令値を受け取れない場合があり、その場合は既に受け取った位置指令値に基いて位置指令値の補外演算（外挿演算ともいう）を行う必要がある。補間演算や補外演算による位置指令値が適切な値でないときは、ロボットの動きが滑らかなものではなくなり、ロボットにおいて異音や振動が発生する。位置指令値ではなく速度指令値によってモータのサーボ制御を行なう場合であっても、同様に速度指令値の補間演算や補外演算を行う必要が生じる。

ロボットコントローラにおける位置指令値の補外演算の例として特許文献１は、補外演算による位置指令値を所定の更新周期だけ遅らせるともに、前回の更新周期と今回の更新周期での補外演算による位置指令値の差分値が上位装置側から受けとった位置指令値における差分値よりも大きい場合に、補外演算による位置指令値をさらに補正することを開示している。また特許文献２は、上位装置から受け取った位置指令値とその受信時刻とをリングバッファに書き込み、リングバッファに書き込まれている位置指令値と受信時刻とに基づいて現在時刻に対する位置指令値を補外演算で算出することを開示している。

特開２００９－１３４３８０号公報 特開昭６３－２８０３０７号公報

特許文献１に記載された方法では、位置指令値の更新周期が異なる位置指令部が混在する場合にロボットの動きにおける不自然さをもたらすおそれがある。また、補外演算による位置指令値をさらに補正するので、演算負荷が大きいという課題も有する。特許文献２に記載された方法は、位置指令値を常に受信できることが前提であるので、通信異常などのために１つ以上の位置指令値を取りこぼしたような場合には適用することができない。軸ごとにその軸を駆動するモータを備える、ロボット以外の機器においてもこのような課題が生じる。

本発明の目的は、通信異常によって上位装置側から送られてくる指令値の取りこぼしがあるときにも異音や振動を発生させず、かつ、補外演算の演算負荷が小さいコントローラと、そのようなコントローラにおける指令値の補外方法とを提供することにある。

本発明のコントローラは、軸ごとにその軸を駆動するモータを備える機器を制御するコントローラであって、軸ごとのモータに対応して設けられそのモータに対する指令値に基づいてそのモータをサーボ制御する制御部を備え、制御部は、通信により上位装置から指令値を受信するとともに使用する指令値を所定の更新周期で更新するものであり、ｔ番目の更新周期において制御部が使用する指令値をｙ（ｔ）として、制御部は、ｋ番目の更新周期において上位装置から指令値を受け取らなかったときあるいは通信において異常が発生したときに、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝
または、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝
にしたがってｋ番目の更新周期で使用する指令値ｙ（ｋ）を算出する補外演算部を備える。

本発明の別のコントローラは、軸ごとにその軸を駆動するモータを備える機器を制御するコントローラであって、軸ごとのモータに対応して設けられそのモータに対する指令値に基づいてそのモータをサーボ制御する制御部を備え、制御部は、通信により上位装置から指令値を受信するとともに使用する指令値を所定の更新周期で更新するものであって、ｍを２以上の整数として、上位装置が指令値を送信する送信周期は制御部が指令値を更新する周期のｍ倍であり、ｔ番目の更新周期において制御部が使用する指令値をｙ（ｔ）として、制御部は、ｋ番目の更新周期において上位装置から指令値を受け取らなかったときあるいは通信において異常が発生したときに、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－ｍ）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－ｍ－１）｝
にしたがってｋ番目の更新周期で使用する指令値ｙ（ｋ）を算出する補外演算部を備える。

上述した本発明の各コントローラによれば、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝、または
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－ｍ）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－ｍ－１）｝
によって表される補外演算を行うことにより、通信異常などもよって上位装置から指令値を受信できなかった場合においても異音や振動の発生を抑えてモータを備える機器をスムースに動かすことができるようになる。本発明に基づくコントローラは、例えば、ロボットコントローラあるいはモーションコントローラである。

本発明のコントローラは、制御部に、モータに接続するエンコーダからそのモータの位置に関する情報がフィードバックされてサーボ制御に必要な演算を行うサーボ演算部と、更新周期ごとに指令値を上位装置から有効に受信したかを判定する異常検出部と、を備えてもよい。この場合、補外演算部は、指令値を有効に受信したと異常検出部が判定したときは上位装置から受け取った指令値をサーボ演算部に渡し、指令値を有効に受信したと異常検出部が判定しなかったときは補外演算部で算出した指令値をサーボ演算部に渡す。このようにロボットコントローラを構成することにより、上位装置から指令値を受信できた更新周期では受信した指令値によってサーボ制御が行なわれることとなり、上位装置側で生成した指令値に対してより忠実な制御を行なうことができるようになる。

本発明のコントローラでは、指令値は例えばモータに対する位置指令値である。位置指令値を補外演算の対象とすることより、モータを備える機器におけるよりスムースな動きを実現することができる。

本発明のコントローラでは、上位装置は、例えば、モータを備える機器における複数の軸のモータに対する指令値を一括して計算し出力する複数軸指令生成部を含む。複数軸指令生成部側での処理能力などのために制御部での指令値の更新周期に合わせて上位装置側から指令値を送信できない場合に通信異常などが発生しても、本発明によればモータを備える機器をスムースに動かすことが可能になる。

本発明の補外方法は、軸ごとのモータに対する指令値を上位装置から受け取るとともに使用する指令値を所定の更新周期で更新しつつ指令値に基づいてそのモータをサーボ制御するコントローラにおける補外方法であって、ｔ番目の更新周期においてサーボ制御のために使用する指令値をｙ（ｔ）として、ｋ番目の更新周期において上位装置から指令値を受け取らなかったときあるいは通信において異常が発生したときに、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝
または、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝
にしたがってｋ番目の更新周期で用いる指令値ｙ（ｋ）を算出する。

本発明の別の補外方法は、軸ごとのモータに対する指令値を上位装置から受け取るとともに使用する指令値を所定の更新周期で更新しつつ指令値に基づいてそのモータをサーボ制御するコントローラにおける補外方法であって、ｍを２以上の整数として、上位装置が指令値を送信する送信周期は更新周期のｍ倍であり、ｔ番目の更新周期においてサーボ制御のために使用する指令値をｙ（ｔ）として、ｋ番目の更新周期において上位装置から指令値を受け取らなかったときあるいは通信において異常が発生したときに、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－ｍ）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－ｍ－１）｝
にしたがってｋ番目の更新周期で用いる指令値ｙ（ｋ）を算出する。

上述した本発明の各補外方法によれば、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝、
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝、または
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－ｍ）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－ｍ－１）｝
によって表される補外演算を行うことにより、通信異常などもよって上位装置から指令値を受信できなかった場合においても異音や振動の発生を抑えてモータを備える機器をスムースに動かすことができるようになる。本発明の補外方法の適用対象となるコントローラは、例えば、ロボットコントローラあるいはモーションコントローラである。

本発明の補外方法では、指令値は例えばモータに対する位置指令値である。位置指令値を補外演算の対象とすることより、モータを備える機器におけるよりスムースな動きを実現することができる。

本発明によれば、通信異常によって上位装置側から送られてくる指令値の取りこぼしがあるときであっても、異音や振動を発生させることなく、小さな演算負荷で補外演算を行うことができるようになる。

ロボットコントローラの構成の一例を示す図である。 位置制御部の構成の一例を示すブロック図である。 ロボットコントローラの構成の別の例を示す図である。 ロボットコントローラの構成の別の例を示す図である。 ロボットコントローラの構成の別の例を示す図である。 位置指令値とその２周期間後退差分値との関係を示す図である。 補外方法の例を示す図である。 補外方法の例を示す図である。 本発明に基づく補外方法を示す図である。 本発明に基づく補外方法の別の例を示す図である。 本発明に基づく補外方法の別の例を示す図である。 本発明に基づく補外方法の別の例を示す図である。 本発明に基づく補外方法の別の例を示す図である。 本発明に基づく補外方法の別の例を示す図である。 本発明に基づく補外方法の別の例を示す図である。 本発明に基づく補外方法の別の例を示す図である。 補外演算部の構成の一例を示すブロック図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。以下では、本発明が適用されるコントローラがロボットの制御に用いられるロボットコントローラであるものとするが、本発明は、軸ごとにその軸を駆動するモータを備える機器を制御するコントローラに広く適用することができる。そのようなコントローラの例として、ロボットコントローラのほかに、例えばモーションコントローラがある。図１は、本発明が適用可能なロボットコントローラの構成の一例を示している。図１に示すロボットコントローラ１０は、複数の軸を備えるロボット５０の制御を行なうものである。ロボット５０では、軸ごとに、モータ（Ｍ）５１とモータ５１に接続してモータ５１の回転位置を検出するエンコーダ（Ｅ）５２とが設けられている。図示される例では、ロボット５０は８軸のロボットである。

ロボットコントローラ１０は、ロボット５０内のモータ５１ごとに対応して設けられてそのモータ５１に対する位置指令値に基づいてそのモータ５１を制御する位置制御部３０を備えている。ロボット５０が８軸であるので、位置制御部３０も図においてＣ－１からＣ－８で示されるように８個設けられている。また、指定された軌道に沿ってロボット３０を運動させるためにロボット５０が備える複数の軸に対する位置指令値を一括して計算して出力する複数軸位置指令生成部２０もロボットコントローラ１０に設けられている。複数軸位置指令生成部２０は、例えばマイクロプロセッサによって構成される。ロボットコントローラ１０は、通常、ロボット５０に近接して設けられるが、複数軸位置指令生成部２０は、複数のロボット５０を統括する上位装置として、少なくとも位置制御部３０を備えるロボットコントローラ１０の本体からは離れた場所に設けられていてもよい。複数のロボット５０を統括するような大規模な複数軸位置指令生成部２０は、例えば、サーバコンピュータによって構成することもできる。複数軸位置指令生成部２０は複数軸指令生成部に対応し、位置制御部３０は制御部に対応する。

複数軸位置指令生成部２０と複数の位置制御部３０とは信号線あるいは通信ネットワークを介して接続され、複数軸位置指令生成部２０から各位置制御部３０に対して位置指令値が送信される。図１に示したものでは、複数軸位置指令生成部２０から位置制御部３０への位置指令値の送信を中継するために、通信中継ＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）２５が設けられている。１つの通信中継ＭＣＵ２５には最大２つの位置制御部３０との通信が可能であり、ここに示した例では、８つの位置制御部３０が設けられているので、図においてＢ－１からＢ－４で示す４つの通信中継ＭＣＵ２５が設けられている。図においてＡで示す複数軸位置指令生成部２０と４つの通信中継ＭＣＵ２５との間は、高速通信が可能なネットワーク２２によって接続している。ネットワーク２２では、オープンな産業用通信ネットワークプロトコルによる通信が行われる。そのようなネットワーク２２でのプロトコルの例として、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）やＣＣ－Ｌｉｎｋ（登録商標）がある。

通信中継ＭＣＵ２５と位置制御部３０との間は、通信中継ＭＣＵ２５ごとに設けられているネットワーク２７を介して接続している。ネットワーク２７ごとに最大で２つの位置制御部３０が接続する。このネットワーク２７では、位置制御部３０に特有のプロトコルで通信が行われる。図１に示すロボットコントローラ１０では、マイクロプロセッサなどを備える通信中継ＭＣＵ２５を介して複数軸位置指令生成部２０と各位置制御部３０の間の通信が行われるから、プロトコル変換機能を通信中継ＭＣＵ２５に持たせることにより、位置制御部３０側の通信プロトコルがどのようなものであれ、複数軸位置指令生成部２０側のさまざまな通信プロトコルに対応することが可能になる。言い換えれば、複数のロボット５０を統括する上位装置として複数軸位置指令生成部２０を設ける場合に、通信中継ＭＣＵ２５の置き換えや通信中継ＭＣＵ２５で実行されるソフトウエアでの選択により、種々のロボットコントローラ１０を接続することが可能になる。なお、通信中継ＭＣＵ２５は、複数軸位置指令生成部２０とその通信中継ＭＣＵ２５との間の通信の異常状態を判定し、その判定結果に基づいて各位置制御部３０に向けて、通信有効状態の信号を送信する。

図２は、位置制御部３０の構成を示している。位置制御部３０は、複数軸位置指令生成部２０から送られてきた位置指令に基づいてその軸のモータ５１を制御するものであり、例えばマイクロプロセッサなどによって構成される位置制御ＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）３１と、三相モータであるモータ５１を駆動するドライブ回路３６とを備えている。ドライブ回路３６にはインバータ回路が含まれる。位置制御ＭＣＵ３１は、その論理的な構成として、受信した位置指令値に対して誤り検出符号などの技術を適用して通信異常などの発生の有無を検出する異常検出部３２と、位置指令値を受信して必要なときに補外処理を行って内部位置指令値を生成する補外演算部３３と、モータ５１に接続したエンコーダ５２からのモータ５１の回転位置がフィードバックされ、内部位置指令値とフィードバックされた回転位置とに基づいてサーボ制御のための演算を行い、演算結果に基づいてドライブ回路３６を制御するサーボ演算部３４と、を備えている。異常検出部３２には、通信中継ＭＣＵ２５からの通信有効状態の信号も入力する。異常検出部３２は、後述する更新周期ごとに、位置指令値として受信したデータが有効かどうかを判定し、受信値有効状態の信号を補外演算部３３に送信する。受信値有効状態の信号は、位置指令値を正常に受信したときは「正常」を示す値をとり、位置指令値を受信しなかった場合や通信異常を検出した場合には「異常」を示す値をとる。通信中継ＭＣＵ２５から受信した通信有効状態の信号が、複数軸位置指令生成部２０と通信中継ＭＣＵ２５との間の通信が「無効」であることを示すときも、異常検出部３２は、「無効」を示す受信値有効状態の信号を出力する。補外演算部３３は、受信値有効状態が「正常」の場合には入力した位置指令値を内部位置指令値としてそのままサーボ演算部３４に渡し、受信値有効状態が「異常」の場合には補外演算の結果を内部位置指令値としてサーボ演算部３４に渡す。

図１に示すロボットコントローラ１０では、ロボット５０の軸数すなわち位置制御部３０の数に応じて複数軸位置指令生成部２０と通信中継ＭＣＵ２５での処理負荷が変動し、軸数が多いときには処理負荷が重くなる。個々の位置制御部３０は例えば２５０μｓを更新周期（サンプリング周期）として位置指令値を取り込もうとする。理想的には各位置制御部３０に対してその位置制御部３０の位置指令値の更新周期で位置指令値を送信することが望まれる。しかしながら複数軸位置指令生成部２０や通信中継ＭＣＵ２５での処理負荷が重いときには、位置制御部３０での更新周期で位置指令値を生成して位置制御部３０に対して送信することができなくなり、位置指令値の送信周期が長くせざるを得なくなる。例えば図３に示すように１つの通信中継ＭＣＵ２５に対して１つの位置制御部３０が接続するときは、通信中継ＭＣＵ２５は２５０μｓの周期で位置制御部３０に位置指令値を送信できるが、図１に示すように１つの通信中継ＭＣＵ２５に対して２つの位置制御部３０が接続するときは、通信中継ＭＣＵ２５は、それぞれの位置制御部３０に対して５００μｓの周期で位置指令値を送信する。

複数軸位置指令生成部２０においても同様にそこに直接または通信中継ＭＣＵ２５を介して接続される位置制御部３０の数に応じて位置指令値の送信周期が変化する。図４は、通中継ＭＣＵ２５を介さずにネットワーク２２を介して８つの位置制御部３０が複数軸位置指令生成部２０に接続しているロボットコントローラ１０を示している。図５は、図４と同様のロボットコントローラ１０であるが、複数軸位置指令生成部２０に接続する位置制御部３０の数が４個であるロボットコントローラ１０を示している。図５に示す場合は、複数軸位置指令生成部２０は、位置制御部３０の更新周期（例えば２５０μｓ）でそれぞれの位置制御部３０に位置指令値を送ることができる。これに対し図４に示す場合には、位置制御部３０の個数が多く複数軸位置指令生成部２０の演算負荷が大きくなるので、複数軸位置指令生成部２０から各位置制御部３０に対して位置制御部３０での更新周期よりも長い周期（例えば５００μｓ）でしか位置指令値を送信することができない。

位置制御部３０で考えると、位置制御部３０での更新周期ごとに位置指令値が存在しないと、対応するモータ５１のサーボ制御を行なえなくなる。したがって、位置制御部３０での更新周期より長い周期でしか位置指令値を受信できないときは、位置指令値を受信できなかった更新周期について、それまでに受信した位置指令値に基づいてその更新周期で用いる位置指令値を算出する。これが補外演算部３３が実行する補外演算である。実際には、位置制御部３０への位置指令値の送信周期を位置制御部での位置指令の更新周期の整数倍とし、位置指令値を受信しなかった更新周期については前回受信した位置指令値をそのまま使用することが一般的である。

位置指令値を受信すべきタイミングであるが通信異常などによって受信できず位置指令値が欠落したときも、補外演算部３３において同様に補外演算を実行する。ただし受信すべき位置指令値が通信異常などのために欠落したときに前回受信した位置指令値をそのまま使用すると、本来受信すべき位置指令値とはかけ離れた位置指令値によってモータ５１がサーボ制御され、そのためロボット５０において異音や振動が発生することがある。したがって本発明は、このような異音や振動が発生しないような補外方法を提供することを目的とする。

図６は、図１を用いて説明したロボットコントローラ１０において位置制御部３０での更新周期が例えば２５０μｓであるとして、通信中継ＭＣＵ２５が位置制御部３０に本来送るべき位置指令値と、その位置指令値の２周期間後退差分値とを示している。図６では横軸が時間、縦軸が位置指令値あるいはその２周期間後退差分値であり、破線で示す垂直線は、更新周期ごとに位置制御部３０が位置指令値を取り込むべきすなわちサンプリングすべきタイミングを示している。ここでは図１に示すロボットコントローラ１０の複数軸位置指令生成部２０はロボット５０の全ての軸すなわち８軸分の位置指令値を生成しており、そのため、着目している位置制御部３０に対する位置指令値は、位置制御部３０での２更新周期（例えば５００μｓ）ごとに生成されているものとする。図６に示した例では、等速でモータ５１を回転させるものとして、２更新周期ごとに位置指令値が一定の増加量で大きくなっている。このとき、２周期間後退差分値には変化が生じていない。２周期間後退差分値に急激な変化があるときは、ロボット５０がスムースな動きをしていないときであり、ロボット５０における異音や振動の発生が起こり得るときである。

ある更新周期ｔすなわちある基準時刻から数えてｔ番目の更新周期での位置指令値をｙ（ｔ）で表すこととする。図７は、本来の位置指令値の変化が図６で示されるものであるときに、更新周期ｋでの位置指令値ｙ（ｋ）をその１つ前の更新周期ｋ－１での位置指令値ｙ（ｋ－１）で補外するとして、位置指令値を正常に受信できなかったときの位置指令値とその２周期間後退差分値の挙動を示している。すなわちこの場合の補外演算は、（１）式で示されるものとなる。
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－１） （１）

図において実線の白抜き円は、正常に受信できた位置指令値を示し、破線の白抜き円は、異常発生により受信できなかった位置指令値を示している。異常の発生の有無は、例えば通信データに対する誤り検出を行うことによって知ることができる。そしてハッチングを付した円は、異常発生により受信できなかった位置指令値があったときにその位置指令値を補外演算によって求めたときの、補外演算による位置指令値と、補外演算を行ったことによる２周期間後退差分値を示している。図７は（ａ）に示すように、前回の更新周期よりも位置指令値が増加すべき更新周期において異常が発生し補外演算を行った場合、位置制御部３０では位置指令値が変化せず、その結果、２周期間後退差分値に急激な変化が生じている。２周期間後退差分値に急激な変化が生じているので、図７（ａ）に示す場合では、ロボット５０における異音や振動が誘発されるおそれがある。

図７（ｂ）は、図６に示すように位置指令値が変化するとして、前回の更新周期での位置指令値と同じ位置指令値が送信されるべきタイミングで異常が発生した場合の、補外後の位置指令値とその２周期間後退差分値をと示している。異常が発生したタイミングが、前回の更新周期での位置指令値からは変化がないタイミングであるので、（１）式によって補外したときは本来の位置指令値と同じ値が得られ、その結果、２周期間後退差分値には急激な変化は生じず、ロボット５０においても異音や振動は誘発されない。図７（ａ）に示す場合において２周期間後退差分値に急激な変化が生じているので、（１）式による補外では、通信異常による位置指令値の欠落に適切に対応できないことになる。

図８は、図６に示すように位置指令値が変化するとして、下記の（２）式に基づいて補外演算を行ったときの位置指令値とその２周期間後退差分値を示している。
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－１）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－２）｝ （２）

図８（ａ）は、前回の更新周期よりも位置指令値が増加すべき更新周期において異常が発生した場合を示している。このとき、補外によって算出される位置指令値は図７（ａ）の場合と同じであり、２周期間後退差分値に急激な変化が生じている。図８（ｂ）は、前回の更新周期での位置指令値と同じ位置指令値が送信されるべきタイミングで異常が発生した場合を示している。このときは、（２）式における｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－２）｝の項が影響して、補外によって算出される位置指令値は本来の位置指令値よりも大きなものとなる。その結果、２周期間後退差分値にも急激な変化が生じている。（２）式による補外でも、通信異常による位置指令値の欠落に適切に対応できないことになる。

図９は、本発明に基づく補外方法を説明する図であって、図６に示すように位置指令値が変化するとして、下記の（３）式に基づいて補外演算を行ったときの位置指令値とその２周期間後退差分値を示している。（３）式は本発明の補外方法での演算アルゴリズムの一例を示すものである。ここでは、位置指令値の位置制御部３０への送信周期は、位置制御部３０での位置指令値の更新周期の２倍であるものとのとする。
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝ （３）

図９（ａ）は、前回の更新周期よりも位置指令値が増加すべき更新周期において異常が発生した場合を示している。図９（ｂ）は、前回の更新周期での位置指令値と同じ位置指令値が送信されるべきタイミングで異常が発生した場合を示している。いずれの場合においても補外演算によって算出される位置指令値は本来の位置指令値であり、２周期間後退差分値は一定である。図６に示すように位置指令値が変化するときの通信異常による位置指令値の欠落に対して（３）式による補外演算が適切に対応できることが分かる。

本発明に基づく補外演算は、（３）式に示すものに限られない。図１０は、本発明に基づく補外方法の別の例を説明する図であって、図６に示すように位置指令値が変化するとして、下記の（４）式に基づいて補外演算を行ったときの位置指令値とその２周期間後退差分値を示している。（４）式は本発明の補外方法での演算アルゴリズムの別の例を示すものである。
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝ （４）

図１０（ａ）は、前回の更新周期よりも位置指令値が増加すべき更新周期において異常が発生した場合を示している。図１０（ｂ）は、前回の更新周期での位置指令値と同じ位置指令値が送信されるべきタイミングで異常が発生した場合を示している。いずれの場合においても補外演算によって算出される位置指令値は本来の位置指令値であり、２周期間後退差分値は一定である。図６に示すように位置指令値が変化するときの通信異常による位置指令値の欠落に対して（４）式による補外演算が適切に対応できることが分かる。

図９及び図１０に示した例は、位置指令値の位置制御部３０への送信周期は、位置制御部３０での位置指令値の更新周期の２倍であって、位置指令値が送信されてこない更新周期においては補外演算を行うことが必要な場合についてのものである。これに対し、位置指令値の位置制御部３０への送信周期が位置制御部３０での位置指令値の更新周期と一致する場合には、原則的には補外演算を行う必要はないが、通信障害などにより位置指令値を受信できなかったときには補外演算を行う必要がある。ここでは、位置指令値の位置制御部３０への送信周期が位置制御部３０での位置指令値の更新周期と一致する場合における補外演算を説明する。

図１１は、各更新周期ごとに一定の増加分で位置指令値が増加するときに通信異常が発生したとして、（３）式による補外を行った場合の位置指令値とその２周期間後退差分値を示している。補外演算によって本来の位置指令値と一致する位置指令値が算出されており、２周期間後退差分値も一定である。図１２は、図１１に示す場合と同様に通信異常が発生したとして、（４）式による補外を行った場合の位置指令値とその１周期間後退差分値を示している。（４）式を用いる場合においても補外演算によって本来の位置指令値と一致する位置指令値が算出されており、１周期間後退差分値も一定である。以上より、等速でモータ５１を回転させようとするときは、位置制御値の送信周期が位置制御部３０での位置指令値の更新周期の１倍であっても２倍であっても、また（３）式による補外を行っても（４）式による補外を行っても、通信異常による位置指令値の欠落の際に滑らかに補外を行うことができることが分かる。（３）式と（４）式との間に性能の差はない。

図１１及び図１２は、モータ５１を等速で回転させる位置指令値を位置制御部３０に送信する場合を示しているが、モータ５１を加速または減速させる位置指令値を位置制御部３０に送信しているときに通信異常が発生することもある。加速であるか減速であるかは補外演算には本質的な影響を与えないので、ここでは、位置指令値の位置制御部３０への送信周期が位置制御部３０での位置指令値の更新周期と一致する場合にモータ５１を加速させる位置指令値を位置制御部３０に送信する場合を考える。図１３は、（３）式を用いて補外演算を行ったときの位置指令値とその１周期間後退差分値を示している。同様に図１４は、（４）式を用いて補外演算を行ったときの位置指令値とその１周期間後退差分値を示している。加速時であるので、通信異常などがなければ、位置指令値は放物線に沿うように増加し、１周期間後退差分値は右上がりの直線に沿うように増加する。（３）式を用いたときは、異常が発生した更新周期において、補外演算後の位置指令値が直前の更新周期の位置指令値よりもやや小さくなっており、１周期間後退差分値も同様にやや小さくなっている。これに対して（４）式を用いたときは、異常が発生した更新周期において、補外演算後の位置指令値は、本来の値よりも小さいものの直前の更新周期における値よりも大きく、これに伴って、１周期間後退差分値における本来の値からの差も軽微なものとなっている。（３）式による補外演算も（４）式による補外演算も、モータ５１の加減速時における通信異常による位置指令値の欠落には対応できるものであるが、性能としては（４）式による補外演算の方が優れている。

以上説明した例は、位置制御部３０の一連の更新周期のうちの１つだけにおいて通信異常などが発生して位置指令値が欠落する場合を示している。本発明に基づく補外方法は、モータ５１を等速で駆動する場合において、連続する更新周期において通信異常などにより位置指令値が欠落するときにも有効である。図１５は、図６に示すように位置指令値が変化するとして、位置制御部３０での更新周期で数えて連続する４つの更新周期において通信異常などにより位置指令値が欠落した場合における。（４）式に示す補外演算を行ったときの位置指令値とその２周期間後退差分値を示している。補外演算で使用する位置指令値には、先の補外演算によって求めた位置指令値も含まれるものとする。図１５に示されるように、本発明の補外方法によれば、連続する２以上の更新周期の位置指令値を補外演算で求めることができる。

位置指令値の位置制御部３０への送信周期が、位置制御部３０での位置指令値の更新周期の３倍以上である場合にも本発明の補外方法は有効である。そこで、ｍを２以上の整数として、位置指令値の位置制御部３０への送信周期が、位置制御部３０での位置指令値の更新周期のｍ倍である場合に一般化して本発明に基づく補外方法を説明する。図１６は、このように一般化した補外方法を説明する図であり、モータ５１を等速で駆動しようとするときにこの一般化した補外方法を適用したときの位置指令値とそのｍ周期間後退差分値とを示している。図１６で示す例では、一般化した補外演算の式として、（５）式を使用している。
ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－ｍ）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－ｍ－１）｝ （５）

ｍ＝２とすれば、（５）式は（４）式に一致する。位置制御部３０での更新周期に比べて位置制御部３０への位置指令値の送信周期を極端に長くするとロボット５０の適切な制御を行なうことができなくなるから、実用的にはｍは４以下であると考えられる。位置制御部３０での更新周期に比べて位置制御部３０への位置指令値の送信周期がｍ倍となっているので、位置制御部３０では更新周期でｍ周期ごとに位置指令値を受信する。位置指令値を受信してから次の位置指令値を受信するまでの更新周期では、直近に受信した位置指令値をその更新周期での位置指令値として使用する。図１５（ａ）は、位置指令値を受信すべき更新周期において通信異常が発生した場合を示し、図１５（ｂ）は、位置指令値を受信すべき更新周期の次の更新周期において通信異常が発生した場合を示している。いずれの場合も補外演算によって本来の位置指令値が算出されており、ｍ周期間後退差分値も一定のままである。すなわち、（５）式による補外演算によれば、通信異常などにより位置指令値が欠落した場合であっても適切に位置指令値を算出できることが分かる。（５）式による補外は、上位装置側からの位置指令値の送信知タイミングではないが位置制御部３０の更新周期による位置指令値のサンプリングタイミングであるときの補外演算にも使用できる。

図１７は、位置制御部３０の位置制御ＭＣＵ３１内において（５）式で示す補外演算を実行する補外演算部３３の論理的な構成を示す図である。補外演算部３３は、異常検出部３２から受信した受信値有効状態の信号によって選択動作を行うセレクタ４１と、受信した位置指令値をｍ更新周期だけ遅延させる遅延要素４２と、遅延要素４２の出力からセレクタ４１の出力を減算する減算要素４３と、減算要素４３の出力を１更新周期だけ遅延させる遅延要素４４と、遅延要素４２の出力と遅延要素４４の出力とを加算する加算要素４５とを備えている。受信した位置指令値と加算要素４５の出力とがセレクタ４１に入力しており、セレクタ４１の出力が内部位置指令値としてサーボ演算部３４に出力される。セレクタ４１は、受信値有効状態が「有効」のときに、受信した位置指令値を選択し、受信値有効状態が「無効」のときに、加算要素４５の出力を選択する。加算要素４５の出力は明らかに（５）式で示される値となっており、その結果、受信値有効状態が「有効」のときには受信した位置指令値がそのまま内部位置指令値としてサーボ演算部３４に送られ、「無効」のときには（５）式による補外演算を行った結果が内部位置指令値としてサーボ演算部３４に送られることになる。

以上説明したロボットコントローラでは、（３）式、（４）式あるいは（５）式に示す補外方法を使用することにより、通信異常などによって上位装置側からの位置指令値を受け取ることができない場合に、位置指令値の適切な補外演算を行うことができて、ロボット５０における異音や振動の発生などを防ぐことができる。ここでは位置指令値についての補外を説明したが、本発明に基づく補外は、速度指令値に対する補外にも適用することができる。

１０…ロボットコントローラ；２０…複数軸位置指令生成部；２２，２７…ネットワーク；２５…通信中継ＭＣＵ；３０…位置制御部；３１…位置制御ＭＣＵ；３２…異常検出部；３３…補外演算部；３４…サーボ演算部；３６…ドライブ回路；４１…セレクタ；４２，４４…遅延要素；４３…減算要素：４４…加算要素；５０…ロボット；５１…モータ；５２…エンコーダ。

Claims (8)

1. 軸ごとに当該軸を駆動するモータを備える機器を制御するコントローラであって、
   前記軸ごとのモータに対応して設けられ当該モータに対する指令値に基づいて当該モータをサーボ制御する制御部を備え、
   前記制御部は、通信により上位装置から前記指令値を受信するとともに使用する前記指令値を所定の更新周期で更新するものであり、
   ｔ番目の前記更新周期において前記制御部が使用する指令値をｙ（ｔ）として、前記制御部は、ｋ番目の前記更新周期において前記上位装置から前記指令値を受け取らなかったときあるいは前記通信において異常が発生したときに、
   ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝
   または、
   ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝
   にしたがって前記ｋ番目の更新周期で使用する指令値ｙ（ｋ）を算出する補外演算部を備える、コントローラ。
2. 軸ごとに当該軸を駆動するモータを備える機器を制御するコントローラであって、
   前記軸ごとのモータに対応して設けられ当該モータに対する指令値に基づいて当該モータをサーボ制御する制御部を備え、
   前記制御部は、通信により上位装置から前記指令値を受信するとともに使用する前記指令値を所定の更新周期で更新するものであって、ｍを２以上の整数として、前記上位装置が前記指令値を送信する送信周期は前記制御部が前記指令値を更新する周期のｍ倍であり、
   ｔ番目の前記更新周期において前記制御部が使用する指令値をｙ（ｔ）として、前記制御部は、ｋ番目の前記更新周期において前記上位装置から前記指令値を受け取らなかったときあるいは前記通信において異常が発生したときに、
   ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－ｍ）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－ｍ－１）｝
   にしたがって前記ｋ番目の更新周期で使用する指令値ｙ（ｋ）を算出する補外演算部を備える、コントローラ。
3. 前記制御部は、
   前記モータに接続するエンコーダから当該モータの位置に関する情報がフィードバックされてサーボ制御に必要な演算を行うサーボ演算部と、
   前記更新周期ごとに前記指令値を前記上位装置から有効に受信したかを判定する異常検出部と、
   を備え、
   前記補外演算部は、前記指令値を有効に受信したと前記異常検出部が判定したときは前記上位装置から受け取った前記指令値を前記サーボ演算部に渡し、前記指令値を有効に受信したと前記異常検出部が判定しなかったときは前記補外演算部で算出した前記指令値を前記サーボ演算部に渡す、請求項１または２に記載のコントローラ。
4. 前記指令値は位置指令値である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコントローラ。
5. 前記上位装置は、前記機器における複数の軸の前記モータに対する前記指令値を一括して計算し出力する複数軸指令生成部を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコントローラ。
6. 軸ごとのモータに対する指令値を上位装置から受け取るとともに使用する前記指令値を所定の更新周期で更新しつつ前記指令値に基づいて当該モータをサーボ制御するコントローラにおける補外方法であって、
   ｔ番目の前記更新周期においてサーボ制御のために使用する指令値をｙ（ｔ）として、ｋ番目の前記更新周期において前記上位装置から前記指令値を受け取らなかったときあるいは前記通信において異常が発生したときに、
   ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－３）｝
   または、
   ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－２）＋｛ｙ（ｋ－２）－ｙ（ｋ－４）｝
   にしたがって前記ｋ番目の更新周期で用いる指令値ｙ（ｋ）を算出する補外方法。
7. 軸ごとのモータに対する指令値を上位装置から受け取るとともに使用する前記指令値を所定の更新周期で更新しつつ前記指令値に基づいて当該モータをサーボ制御するコントローラにおける補外方法であって、
   ｍを２以上の整数として、前記上位装置が前記指令値を送信する送信周期は前記更新周期のｍ倍であり、
   ｔ番目の前記更新周期においてサーボ制御のために使用する指令値をｙ（ｔ）として、ｋ番目の前記更新周期において前記上位装置から前記指令値を受け取らなかったときあるいは前記通信において異常が発生したときに、
   ｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ－ｍ）＋｛ｙ（ｋ－１）－ｙ（ｋ－ｍ－１）｝
   にしたがって前記ｋ番目の更新周期で用いる指令値ｙ（ｋ）を算出する補外方法。
8. 前記指令値は位置指令値である、請求項６または７に記載の補外方法。

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