JP2801528B2 - 物体駆動時間低減方法及び多軸ロボット・システム - Google Patents

物体駆動時間低減方法及び多軸ロボット・システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は全般的にモータの制御に
関し、具体的には、ロボット技術や迅速プロトタイプ作
成の応用分野で使用されるような、ステッパ・モータの
制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】高性能ロボット・システムは、位置セン
サ、速度センサ、加速度センサ、フィードバック計算と
フィードフォワード計算、信号濾波などの閉ループ制御
を使用することがある。フィードバックを使用すると、
２点間移動の速度及び精度の最適レベルに近い性能が可
能になる。
【０００３】一例を挙げると、迅速プロトタイプ作成シ
ステム（ＲＰＳ）用に適合され、フィードバックを使用
してｘ−ｙ−ｚ座標基準枠内の押出しノズルの位置を制
御するロボット・システムが、１９９１年１月３日出願
の米国特許出願第０７／６３７５７０号（廃棄済み）の
継続出願である１９９３年３月２２日出願のＪ．Ｓ．バ
チェルダー（Ｂａｔｃｈｅｌｄｅｒ）他の"Model Gener
ation System HavingClosed-Loop Extrusion Nozzle Po
sitioning"と題する、本出願人に譲渡された米国特許出
願第０８／０３４１８０号に開示されている。
【０００４】エンコーダと恐らくはタコメータを使用し
た、ロボット技術における一般に応用されるフィードバ
ック使用の例は、米国特許第４７４９３４７号に開示さ
れている。
【０００５】しかし、低コストのロボット・アクチュエ
ータを得るには、フィードバック・センサとサーボ増幅
器を設けるための追加コストが法外なものとなる可能性
がある。
【０００６】ロボットの応用分野では多軸運動の同期化
も必要となることがある。通常は米国特許第４４１５９
６７号に記載されているようなマスタ／スレーブ技術が
使用される。
【０００７】しかし、２点間移動時間を最適化しても、
ある軌道に沿った全移動時間は最適化されない。特に興
味ある応用例では、本発明で対処する問題は、２つの簡
単な軌道の比較によって理解できる。
【０００８】第１の事例では、それぞれ長さ０．０１イ
ンチ（約０．２５mm）の線分１０００本を連結して直径
３．１８インチ（約８．１cm）の円を作成する。各軸に
沿って発生し得る最終ステップ・サイズによる切捨て効
果を無視すれば、ロボットがこの円運動を行う最大速度
は、機構が正確に支持できる求心加速度の大きさによっ
て規定される。加速度が０．３ｇの典型的な場合、ロボ
ットは、縦方向の加速と減速に必要な部分を含めずに毎
秒１３．６インチ（約３４．５cm）の平均ピーク速度で
円を通過しなければならない。
【０００９】第２の事例では、０．０１インチ（０．２
５mm）の線分１０００本が９０度ずつ折れ曲がって階段
状となる。ステップ・サイズによってシステムの所望の
精度が設定されると仮定すると、９０度の方向変更を１
回のモータ・ステップで達成しなければならない。やは
り加速度０．３ｇとし、典型的なステップ・サイズ０．
０００３インチ（約０．７６mm）とすると、コーナでの
速度は毎秒最大０．１３２インチ（約３．３５cm）とな
る。ロボットがコーナ間の区間でできるだけ速く加速し
減速するとしても、平均最大速度は毎秒１．０５インチ
（約２．６７cm）であり、第１の事例よりも１桁以上遅
い。
【００１０】明らかに、軌道の性質を決定するためにか
なりの距離を見越しておく必要がある。鋭い曲がり角が
あった場合、加速限界を越えないよう速度を十分に下げ
なければならない。また、ロボットの加速能力を最大限
に活用することが望ましい。すなわち、ロボットが常に
加速または減速していることが好ましい。
【００１１】いくつかの既知の高性能ロボット制御装置
は、瞬間的な位置、速度、加速度を測定し、この情報を
今後の軌道に基づくフィードフォワード補正と共に使っ
て直線状の２点間移動を制御する。こうした実時間制御
装置は、現在使用できる最高速のデジタル信号処理ハー
ドウェアを使用しているが、せいぜい２点間移動を見越
すことしかできない。前の例で示されたように、こうし
た短い見通しの手法は、全体的に最大化された軌道に比
べて、軌道に沿って大きな移行時間を要する可能性があ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の一目的は、ロ
ボットの運動学的特性が、時間最適化された軌道の詳細
な特徴をどのように規定するかを正確に予見し、次いで
簡単な時間ベースの制御装置を使用して、この軌道の実
現に必要なアクチュエータ・パルス列を生成することに
ある。
【００１３】本発明の他の目的は、ロボット移動の実行
前に軌道最適化を達成する方法及び装置を提供すること
である。
【００１４】本発明の他の目的は、現在使用できるマイ
クロプロセッサ技術を利用して、１０００回の直線状２
点間移動の見通し長さから全体的に最適化された軌道を
もたらせるようにする方法及び装置を提供することであ
る。
【００１５】本発明の他の目的は、軌道をできるだけ速
やかに通過するように、基礎となるロボット・システム
の機械的拘束条件を越えずにモータ駆動シーケンスを最
適化するために、所望の軌道を事前処理する方法及び装
置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】モータ駆動ロボットの全
体的に最適な軌道と速度を決定する方法により、上記そ
の他の問題が克服され、本発明の諸目的が達成される。
この方法では、各頂点ごとの最大速度の偏向角の計算
と、どの頂点も過大な速度をもたないように全体的に保
証するためのヒープ・ソートと、ロボットができるだけ
速やかに直線移動を実行することを保証する頂点加算技
術とを利用する。
【００１７】さらに具体的には、本発明は、複数のモー
タによりｎ次元（ただしｎは２以上）空間中で所定の軌
道に沿ってある物体を駆動するのに必要な時間を減らす
方法を提供する。軌道は、それぞれｎ次元空間内のある
位置を規定する座標を有する、複数の頂点によって定義
される。この方法は、（ａ）それぞれ１本の線分によっ
て少なくとも１つの他の頂点と分離され、所望の軌道を
定義する、１組の頂点を提供するステップと、（ｂ）各
頂点ごとに、その頂点に対応する軌道中の１点を通って
その物体を並進運動させながら支持できる最大速度を決
定するステップと、（ｃ）どの頂点でも最大速度を越え
ずに、最短時間でその物体軌道を通過させる、軌道に沿
った速度プロフィルを達成するために、必要ならば頂点
リストを修正するステップと、（ｄ）修正済み頂点リス
トに従って複数のモータにその物体を並進運動させるた
めに、修正済み頂点リストをモータ駆動信号に変換する
ステップとを含む。
【００１８】本方法に従って動作する開ループ・ロボッ
ト・システムの好ましい実施例では、モータは、駆動信
号パルスに応答してステップ間隔ｄjずつ移動する、ス
テッパ・モータである。ただし、Ｊは自由度の数で、１
≦ｊ≦Ｊである。その物体を軌道上の１点を通って頂点
ｉ−１からｉへさらにｉ＋１へ並進運動させると、角度
θiだけ偏向することになる。本発明の一態様では、ｃ
ｏｓθiの値を使って、最適速度を有する軸（マスタ軸
とも称する）に関連するステッパ・モータ用の駆動信号
パルス間の遅延時間を決定する。
【００１９】修正ステップは、（ａ）所望の軌道に対応
する走行長さにわたって、トルクなどステッパ・モータ
の動的特性に従って決定される速度プロフィルを決定す
るステップと、（ｂ）頂点対間での最大加速と最大減速
の作用をテストして、結果として生じる速度がその頂点
対の１つの頂点で所定の最大速度を越えるかどうか決定
するステップと、（ｃ）頂点間で最大加速と最大減速が
使用できるように頂点の速度を調節し、必要ならばその
頂点対の頂点間に１つまたは複数の中間頂点を挿入する
ステップとを含む。
【００２０】本発明の上記その他の特徴は、以下の本発
明の詳細な説明を添付の図面と併せ読めばより明らかに
なる。
【００２１】
【実施例】図１は、高速プロトタイプ作成システム１０
における本発明の適用を示す構成図である。ロボットを
番号１で全般的に示す。ロボット１は、複数のステッパ
・モータ（ＳＭ１−ＳＭ４）に結合された出力１２ａ−
１２ｄを有する、実時間制御装置１２を含む。これらの
ステッパ・モータは通常の様式で動作して、入力パルス
に応答してシャフトの増分式回転（ステップ）をもたら
す。ステッパ・モータは、入力パルスに応答してアクチ
ュエータ素子の増分式線形運動をもたらす型式のもので
もよい。ステッパ・モータは、高速プロトタイプ作成工
程に使用されるツール１４に機械的に結合されている。
例を挙げると、ツール１４は、ポリマーなどの射出物の
供給源であるポンプ１５に結合された押出しノズルであ
る。その最終結果として、射出物のビード１６が制御下
で付着されて、当該の物体の三次元モデルを形成する。
図示したシステムは、移動度４のシステムであり、ツー
ル１４がステッパ・モータＳＭ１−ＳＭ３の作用によっ
てｘ−ｙ−ｚ座標の基準フレーム内で並進運動し、か
つ、ノズルの押出し速度がＳＭ４によって制御される。
ステッパ・モータのうちの１つまたは複数を、製造中に
物体を支持する支持構造（図示せず）に機械的に結合で
きることを理解されたい。このタイプのシステムでは、
ツールはいくつかの自由度を有することができ、基礎と
なる支持構造も同様である。
【００２２】各軸に沿ったステップ・サイズが、その軸
に沿った位置が決定される精度（ステップ・サイズの±
１／２）を規定する。偏向角の計算では、１／２ステッ
プ・サイズ程度の誤差は許容されるものと仮定し、した
がって、妥当な速度で有限の偏向角がナビゲートでき
る。ステッパ・モータの代わりに同期モータとエンコー
ダを使用するのが望ましい場合は、ステッパ・モータの
ステップ・サイズの代わりに閉ループ・システムの位置
決め誤差の２倍を使用するならば、やはり以下の分析が
適用される。
【００２３】微小ステップ式ステッパ・モータを使用す
る場合、以下で使用する「ステップ」の語は「マイクロ
ステップ」を表すものと解釈すべきである。
【００２４】ロボット１は、開ループ・システムであ
り、ツール１４の位置決めを制御するために位置フィー
ドバックあるいはその他のタイプのフィードバックを使
用する必要がないことを指摘しておく。
【００２５】また、ツール１４として押出しノズルを使
用するのは例にすぎず、ツール１４はたとえばステレオ
リソグラフィ・プロトタイプ作成システムで行われるよ
うに、フォトポリマを硬化させるためのレーザまたはレ
ーザ・ビームを方向付ける手段を備えることも可能なこ
とを理解されたい。またツール１４は、たとえば材料塊
から材料を選択的に除去するために研磨材料の流れを方
向付ける、レーザやノズルなどの装置でもよい。
【００２６】一般に、本発明の教示は、複雑な経路を
（非均一な速度で）速やかにナビゲートすることによっ
て性能が決定される、どんなロボット・システムにも有
利に適用できる。こうした応用例には、平床プロッタ、
ドラム・プロッタ、迷路探求、接着剤及びコークの塗
布、フィルムのパターン付け、はんだペーストの押出し
などが含まれる。本発明の教示はまた、利益は少なくな
るが、機械加工や塗装など一定の送り速度を必要とする
応用例にも使用できる。
【００２７】すなわち、本発明の教示は、アディテイブ
法またはサブトラクティブ法によって動作する三次元プ
ロトタイプ作成システムに適用される。さらに本発明の
教示は、高速プロトタイプ作成システム以外の応用例、
特に物体を制御可能に位置決めしまたは並進運動させる
ことが望ましい応用例にも適用できる。
【００２８】本発明の教示によれば、プロセッサ１８
は、制御装置１２の入力に結合された出力１８ａを有
し、ロボット１を最も効率よく利用するように最適化さ
れた頂点リストを提供する。プロセッサ１８の動作は、
下記に詳しく説明する。プロセッサ１８は、対話型計算
機支援設計（ＣＡＤ）システムなどの供給源から頂点リ
ストを受け取る入力１８ｂを有する。ＣＡＤシステムか
ら出力される頂点リストは、ロボット１によって製造す
べき三次元物体の、少なくとも外側シェルと恐らくは内
部支持構造の指定とすることができる。オペレータの入
力に基づくこうした頂点リストの生成は当技術分野でよ
く知られており、したがってこれ以上詳しくは説明しな
い。一般に頂点リストは、ある頂点から次の頂点に至る
直線線分のシーケンスによって、システムの所望の動き
を指定する。
【００２９】次に、ステッパ・モータで駆動されるロボ
ット１の所与の軌道に沿った最短時間の移動を決定する
ための現在好ましい方法について述べる。
【００３０】この方法では、下記の条件が存在するもの
と仮定する。
【００３１】１． ある物体に対する所望の直線軌道を
定義する、２次元、３次元またはさらに高次元の（追加
の自由度の）１組の頂点または点Ｖバーi＝（ｘi、
ｙi、ｚi、ｐ i．．．）（１≦ｉ≦Ｎ）が与えられてい
る。
【００３２】２． 物体の空間装置が、トルク曲線や時
間応答など既知の動的特性を有するステッパ・モータに
よって操作される。
【００３３】３． ロボット操作装置の機械的特性が時
間に依存しない。
【００３４】最初の目標は、ロボット１に所望の軌道を
できるだけ速やかに通過させることである。第２の目標
は、この工程をできるだけ低コストで達成することであ
る。この第２の目標から、開ループ（フィードバックな
し）ステッパ・モータ・システムが示唆される。コンピ
ュータ要件を最低レベルに保つため、関連する目標は、
最適制御シーケンス（すなわち、どのステッパ・モータ
がいつパルス動作するか）を予め決定しておいて、安価
な実時間制御装置１２が所定のシーケンスを実行できる
ようにすることである。
【００３５】この方法の現在好ましい実施例を図１１と
１２に示す。
【００３６】この方法は、押出しノズルなどの物体を複
数のモータ（ＳＭ１−ＳＭ４など）によりｎ次元空間
（ｎは２以上）中の所定の軌道に沿って駆動させるのに
要する時間を減らす働きをする。軌道は、それぞれｎ次
元空間内のある位置を規定する座標を有し、互いに少な
くとも１つの他の頂点からある線分で分離された頂点の
リストによって定義される。頂点対は、軌道に沿って隣
接し、１本の直線線分で分離された、２個の頂点とみな
される。
【００３７】この方法は、下記のステップを実行する。
【００３８】（Ａ）物体がある線分から次の線分へと駆
動される際に方向を変えるとき、各頂点ごとに維持でき
る最大速度を決定するステップ。
【００３９】（Ｂ）最大速度の昇順に頂点をソートする
ステップ。
【００４０】（Ｃ）最低速度の頂点と軌道中の次の頂点
とからなる頂点の対を検査するステップ。
【００４１】（Ｄａ）次の頂点での決定された最大速度
が、最低速度の頂点からできるだけ速く加速することに
よって丁度達成されることが判明した場合、（Ｄｂ）次
の頂点での決定された最大速度を、正しいものとマーク
するステップ。
【００４２】（Ｄｃ）次の頂点での決定された最大速度
が、決定された最大速度よりも大きいことが判明した場
合、（Ｄｄ）次の頂点の最大速度を、最低速度の頂点か
らできるだけ速く加速することによって達成される値に
まで減らすステップと、（Ｄｂ）次の頂点での減少後の
最大速度を、正しいものとマークするステップ。
【００４３】次の頂点での決定された最大速度が、決定
された最大速度より小さいことが判明した場合、次のス
テップで、（Ｄｅ）次の頂点を、少なくとも１つの中間
頂点を後で追加すべきものとマークする。
【００４４】この方法では次に、最低速度の頂点と軌道
中の前の頂点とからなる頂点の対を検査する。
【００４５】（Ｅａ）最低速度の頂点での決定された最
大速度が、前の頂点から最低速度の頂点へとできるだけ
速く減速することによって丁度達成されることが判明し
た場合、この方法は次のステップを実行する。（Ｅｂ）
前の頂点での最大速度を、正しいものとマークする。
【００４６】（Ｅｃ）前の頂点での決定された最大速度
が、決定された最大速度より大きいことが判明した場
合、（Ｅｄ）前の頂点の最大速度を、前の頂点から最低
速度の頂点へとできるだけ速く減速することによって達
成される値に減少するステップと、（Ｅｂ）前の頂点の
減少後の最大速度を、正しいものとマークするステッ
プ。
【００４７】前の頂点での決定された最大速度が、決定
された最大速度よりも低いことが判明した場合、（Ｅ
ｅ）前の頂点を、少なくとも１つの中間頂点を後で追加
すべきものとマークする。
【００４８】（Ｆ）次のステップでは、最大速度が最低
の頂点を頂点リストから除去し、（Ｇ）すべての頂点対
の検査が済んだかどうか判定する。
【００４９】ステップＧでノーの場合、方法はステップ
（Ｂ）ないし（Ｇ）を繰り返す。
【００５０】ステップＧでイエスの場合、（Ｈ）以前に
頂点を追加すべきものとマークした各頂点対の間に、前
の頂点からの最大加速及び次の頂点への最大減速に対応
する速度の、少なくとも１つの中間頂点を追加し、
（Ｉ）その結果得られた頂点リストから、得られた頂点
リストの各頂点で指示された速度が達成されるように物
体を軌道に沿って駆動させる、モータ制御信号のシーケ
ンスを決定する。
【００５１】すなわち、得られた頂点リストが、プロセ
ッサ１８からケーブル１８ａを経て制御装置１２にダウ
ンロードされ、次いで制御装置１２が頂点リストから、
ロボット１の、したがって製造ツール１４の最適移動を
達成するためのＳＭ１−ＳＭ４のステッパ・モータ・パ
ルス列を決定する。
【００５２】図１では、モータはステッパ・モータであ
るので、第１の頂点対からの完全加速及び第２の頂点対
からの完全減速の結果、それらの頂点対を結合する線分
に沿った加速速度と減速速度が同じとなり、両方の頂点
から整数のステッパ・モータ・ステップ数であり、交点
での速度が最大許容速度より小さくなる位置が得られる
場合、ステップ（Ｈ）で単一の頂点を追加する。
【００５３】頂点対間の線分に沿った完全加速とその後
の完全減速によって速度が最大許容速度に達する場合、
ステップ（Ｈ）で、速度が最初に最大許容速度に達す
る、その線分上の点に第１の頂点を追加し、完全加速の
結果、所定の最大速度で第２の頂点に達する、その線分
上の点に第２の頂点を追加する。
【００５４】完全加速ランプと完全減速ランプが非整数
のステッパ・モータ・ステップ数の所で交差する場合、
ステップ（Ｈ）で、１ステッパ・モータ・ステップだけ
離れたその線分上の２個の頂点を追加し、その結果、加
速も減速も起こらなくなる。
【００５５】高速プロトタイプ作成アプリケーション用
の前記の諸ステップを実施するＣ言語サブルーチンを、
付録Ａ（ｍｏｖｅ＿ｃｏｍｐｉｌｅ（））として添付す
る。得られた頂点リストは、サブルーチン（ｈａｕ
ｌ（））により開ループ制御装置１２によって実時間で
実行される。
【００５６】実時間ステッパ・モータ制御装置１２は、
軌道全体に沿って各モータＳＭ１−ＳＭ４をどんな速度
でどの方向にパルス動作すべきかを知らなければならな
い。必ずしも必要ではないが、以下では、特定の線分上
で最大ステップ数を必要とする軸（以下ではその線分の
主軸と称する）に対するパルス間の時間を決定するため
に、制御装置１２がソフトウェア遅延を実行するものと
仮定する。さらに、他の軸へのパルスが主軸パルスと同
時に発生され、線分に沿って均一に分配されるものと仮
定する。これは補間と切捨てによって行われる（ｈａｕ
ｌ（）参照）。
【００５７】この方法を実施する際の主要な特徴は、ヒ
ープ・ソートを使用して、第２に低速の頂点を見つけ、
隣接する２つの頂点の速度が変化した場合にそれらの頂
点を再ソートすることである。頂点がＮ個の場合、頂点
リストは、最大Ｎ−２回再ソートされる（ソートされる
数は各ソートごとに１ずつ減少する）。その結果、ソー
ト処理の効率が高いことが望ましい。ヒープ・ソートは
ｌｏｇ（Ｎ）のソート時間をもたらし、最低速度の残り
の頂点（ヒープの上端）を識別する。適切なヒープ・ソ
ート・アルゴリズムは、Ｒ．セッジウィック（Ｓｅｄｇ
ｅｗｉｃｋ）著Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ、米国ニューヨー
ク、Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ社、１９８８年刊、
ＩＳＢＮ ０−２０１−０６６７３−４、ｐｐ．１３２
−１３９に開示されている。
【００５８】この方法を実施する際のもう１つの重要な
時間節減特徴は、所与の頂点に関連する最大速度を決定
するための効率的で信頼性の高い手段である。
【００５９】この点に関連して、ある頂点に接する両方
の線分のピタゴラス長が予め決定されているものと仮定
する。高速プロトタイプ作成の応用例では、各線分の長
さが追加または除去すべき材料の量を決定するので、一
般に上記のことが成り立つ。押出しヘッドを有する高速
プロトタイプ作成システムでは、所与の頂点で接続され
ている各線分について必要な押出しポンプ・ステップの
数が予め決定されているということになる。
【００６０】３％ｒｍｓ精度の場合、次式が成立するこ
とに留意されたい。
【数１】max = ｛｜x｜、｜y｜、｜z｜｝の最大値
【数２】
【００６１】また、各軸が独立しており、各軸の時間応
答がほぼ同じであると仮定する。分子中の数字は数値フ
ィットから導かれる。
【００６２】各ステップごとに軸ｉが距離ｄiだけ移動
し、かつ軸ｉの定常開始からの平均加速度がａiである
場合、第１ステップをとるのに要する時間の関係式は次
式で表される。
【数３】
【００６３】各軸上の負荷及び力は異なることがあり得
るが、ステップ間隔ｄiは、すべての軸で応答時間τiが
ほぼ同じになるように各軸ごとに調節することができ
る。
【００６４】これらの仮定を用いると、各頂点に関連す
る速度を図３に示すように決定することができる。
【００６５】頂点ｉ−１からｉにさらにｉ＋１に移動す
る際、軌道はθiだけ偏向する。ただし、
【数４】
【００６６】その頂点での加速のみが求心的である、す
なわち移動方向に沿った速度が一定
【数５】 であると仮定する。ただし、τは任意の軸についてステ
ップ当りの最短時間、ｄは最高速度の軸のステップ間隔
である。偏向角が小さい場合、平均求心加速度は次のよ
うになる。
【数６】
【００６７】ステップ当たりの時間について解くと、次
式が得られる。
【数７】
【００６８】
【数８】 はすべての軸で同じなので、パルス間の時間遅延は移動
方向とは無関係である。
【００６９】線分が直線状である場合、ｃｏｓ（θi）
は次のようにして求めることができる。
【数９】
【００７０】求めたｃｏｓ（θi）の値を使って、ルッ
クアップ・テーブルにインデックスして、最も速く移動
する軸（主軸とも称する）に関するパルス間の遅延時間
τiを得ることが好ましい。どの実軸よりも速い関連移
動を有する仮想軸を主軸と定義することもできることに
留意されたい。明らかに、頂点ｉの速度は次のようにな
る。
【数１０】
【００７１】各軸の応答時間が同じである、あるいは異
なる軸が独立している必要はない。こうした場合、所与
の頂点の速度の決定は同様であるが、より複雑である。
【００７２】頂点速度の再設定に関して、ロボットがど
の頂点にもその頂点を巡回する際に最大速度より大きな
速度で達しないように保証する手順は、図４を参照する
と最もよく理解できる。図４にはｘ−ｙにおけるロボッ
ト軌道の例を示す。
【００７３】所与の線分ｉについて、maxi = maximum
｛｜Xi｜,｜Yi｜,｜Zi｜,｜Pi｜｝とし、走行長i＝
【数１１】 （全走行長と同様）と定義する。計算した頂点速度を走
行長に対してプロットしたグラフを図５に示す。
【００７４】後の計算を容易にするため、やや標準的で
ない速度スケールを使用する。図６に示すようにモータ
のトルク曲線をトルク＝Ｔstall−Ｋ・ＲＰＳとしてモ
デル化する場合、図７に示すように速度プロフィルは次
のようになることがわかる。
【数１２】
【００７５】制御装置１２にマイクロプロセッサを使用
した好ましい実施例では、軸の速度は次のようになる。
【数１３】ｖ＝ｄ／（ｎ・γd'）
【００７６】上式で、ｄはステップ間隔、γdは単一ソ
フトウェア遅延ループの時間、ｎは実行された遅延ルー
プの数である。
【００７７】速度ランプは、遅延ループ・カウントのイ
ンデックス付きアレイ｛ｎi｝として仮定される。した
がって加速には、次のステップのたとえばｎj+1個の遅
延ループの使用が必要である。したがって、離散数の速
度ｖjのみが使用できる。
【数１４】ｖj＝ｄ／（ｎjγd・）
【００７８】速度を整数のインデックス値で表し、移動
距離を累積主軸ステップで表す方法は、加速が必ず＋４
５゜の斜線として現れ、同様に減速が−４５゜の斜線と
なるので、有用である。その目的は、図８に示したタイ
プの、走行長に対する速度インデックスをもたらし、し
たがってすべての頂点を±４５゜傾斜した線で連結する
ことである。図８に示した事例では、頂点９−１０だけ
がそのように連結されている。
【００７９】図９は、図１１と１２に関して述べたステ
ップＣ、Ｄ、Ｅを適用した結果を示す。隣接するどちら
かの頂点から公称加速度で達するには速すぎる頂点は、
より低速の頂点に再設定される。
【００８０】最適な「正しい」速度をもつ頂点を決定
し、速い頂点の速度を必要に応じて再設定した後、次に
頂点の追加を実行する。線分がその開始頂点速度と終了
頂点速度の差に比べて長い場合、ロボット１をその線分
に沿ってまず加速させ次いで減速させることにより、時
間が節減される。これは、図１０に示すように頂点１１
−１７を追加することと等価である。
【００８１】離散的な速度インデックスと走行長だけが
有効なため、加速ランプと減速ランプが半整数の所で交
わるケースがある。
【００８２】こうした場合、頂点５と６の間で、最も近
い整数値の所に２個の頂点（１３と１４）が追加され
る。
【００８３】また、加速ランプと減速ランプが、ロボッ
トが達成できるよりも大きな速度で交わるケースもあ
る。指数的速度関係（図７）を使用する場合は、通常は
そうはならない。この場合、最大速度の所に２個の頂点
（たとえば頂点１６と１７）が挿入される。
【００８４】move_compiler サブルーチン（付録Ａ）が
繰り返し呼び出される。move_compiler サブルーチンが
呼び出されるたびに、新しく要求されたツール１４の位
置が、大域変数（x-requested、y-requested、z-reques
ted）を介して供給される。これがシーケンス中で最初
の呼出しである場合、頂点０−２が初期設定される。要
求された移動が限界に違反しないかどうか検査する。必
要ならば、１６ビット整数が使用できるようにそれをよ
り小さな一連の移動に分割する。必要なら、ピタゴラス
長を計算し、材料押出しポンプ・ステップを計算する。
次いで前の頂点の最大可能速度を計算する。move_compi
ler サブルーチンを呼び出すたびに、割り振られたメモ
リが満杯になるまで、あるいはルーチンがシーケンスの
終りを示すまで、上記の手順を繰り返す。
【００８５】次に（ルーチン dump-it の後に）材料付
着を改善するための余分の移動が追加される。
【００８６】次に、頂点をヒープ・ソート・アルゴリズ
ムにより最低速度によってソートする。
【００８７】次に、最低速度の頂点に隣接する頂点を検
査して、速すぎないかあるいは遅すぎないか調べる。速
すぎる場合はその速度を減少させ、ヒープを再ソートす
る。次いで、最低速度の頂点をヒープから除去し、ヒー
プが空になるまでこの手順を繰り返す。
【００８８】次に、加速とその後の減速を支持できる線
分に沿って１個または２個の頂点を追加する。
【００８９】最後に、データがｈａｕｌ（）に送られ、
ｈａｕｌ（）はステッパーモータ・パルス・シーケンス
を実時間で生成する。
【００９０】図２に、ｈａｕｌ（）ルーチンの動作がハ
ードウェアで（具体的にはブロック２６）実施される、
本発明のもう１つの実施例を示す。
【００９１】図２において、ロボット・システム２０
は、軌道生成装置（図示せず）から出力された頂点リス
ト２２を含む。頂点リストの出力２２ａは、移動コンパ
イラ２４に頂点を提供し、移動コンパイラ２４は、上記
に詳述した方法の諸ステップを実施する。移動コンパイ
ラ２４の出力２４ａは、各軸に関するステップ数と、主
軸の速度とからなるリストである。ブロック２６は、ｈ
ａｕｌ（）ルーチンの諸機能を実施し、各軸に関する同
期パルス列を補間する。ブロック２６の出力はフィード
バック・ブロック２８に供給される。フィードバック・
ブロック２８の出力２８ａはステッパ・モータ・ドライ
バ・ブロック３０に供給される。ステッパ・モータ・ド
ライバ・ブロック３０は、ステッパ・モータ１〜ｎを駆
動するための複数（ｎ個）の出力を有する。
【００９２】システム２０はさらに、各ステッパ・モー
タごとに１個ずつ、計ｎ個のエンコーダを含み、それら
のエンコーダの出力はエンコーダ・データ・ブロック３
２に供給される。ブロック３２は、エンコーダの出力を
デジタル化し、このデータをフィードバック・ブロック
２８に入力２８ｂとして供給する。各エンコーダ出力は
関連するステッパ・モータの位置を表す。
【００９３】一般に、スイッチＳＷ１で示されるよう
に、システム２０は、１つまたは複数のステッパ・モー
タを加速するとき開ループ（ＯＬ）構成で動作し、１つ
または複数のステッパ・モータを位置変更する必要があ
る場合は閉ループ（ＣＬ）構成で動作する。閉ループ動
作が必要になるのは、たとえば加速中または減速中にス
テッパ・モータをストールさせるべき場合である。
【００９４】動作に際して、フィードバック・ブロック
２８は、各軸の予想位置を、関連するエンコーダ・デー
タによって示されるその実際位置と比較する。２つの位
置が異なる場合、及び軸が主軸でない場合、及び軸のス
テップ速度が所定のしきい値より低い場合、フィードバ
ック・ブロック２８によって、誤った軸を所望の位置に
復元するための補正ステップが出力される。
【００９５】補間ブロック２６は、ｈａｕｌ（）ルーチ
ンの諸機能を迅速に実行するアプリケーション固有集積
回路（ＡＳＩＣ）として実施できる。ブロック２２と２
４は、ワークステーションなどの接続プロセッサ内に含
めることができ、その場合リンク２４ａはワークステー
ションと実際のロボットの補間ブロック２６との間の通
信リンクとなる。フィードバック・ブロック２８は、ス
テッパ・モータ駆動信号を出力し、予想位置と実際位置
を比較し、必要なとき補正ステップ・シーケンスを生成
する諸機能を実行する、独立したプロセッサで実施する
ことができる。
【００９６】先に指摘したように、本発明の教示は高速
プロトタイプ作成システムに限定されるものではなく、
またステッパ・モータとのみの使用に限定されるもので
もない。たとえば、各モータがエンコーダまたは類似の
フィードバック・センサの使用による閉ループ制御を備
える、同期モータにも本発明の教示が使用できる。この
場合、最小分解可能距離（たとえば半ミル：参考１ミル
＝１０００分の１インチ＝０．０２５ｍｍ）が「ステッ
プ・サイズ」として使用され、移動コンパイラから出力
されるコマンド・ストリームが、各同期モータとエンコ
ーダの組合せへの入力として使用される。本発明を使用
すると、閉ループ利得を減少させ、それによって、高速
で大域的に最適な位置決めを可能にするために必要な軌
道の事前処理という利点をもたらしながら、安定性を改
善することが可能になる。
【００９７】以上、本発明をその好ましい実施例に関し
て具体的に図示し、記述してきたが、本発明の範囲及び
趣旨から逸脱することなくその形態及び細部に変更を加
えられることが当業者には理解されよう。
【００９８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００９９】（１）それぞれｎ次元空間（ｎは２以上）
内のある位置を定義する座標を有する複数の頂点によっ
て定義される、ｎ次元空間中の所定の軌道に沿って、複
数のモータによってある物体を駆動するのに要する時間
を減らす方法であって、それぞれ少なくとも１個の他の
頂点から１本の線分によって分離された所望の軌道を定
義する１組の頂点を提供するステップと、各頂点につい
て、その頂点に対応する軌道上の１点を通って物体を並
進運動させながら支持できる最大速度を決定するステッ
プと、必要な場合、物体をどの頂点でも最大速度を越え
ずに最短時間で軌道を通過させる、軌道に沿った速度プ
ロフィルが達成されるように、頂点リストを修正するス
テップと、修正済み頂点リストをモータ駆動位置に変換
して、複数のモータに修正済み頂点リストに従って物体
を並進運動させるステップと、を含む方法。 （２）モータが、駆動信号パルスに応答してステップ距
離ｄを移動するステッパ・モータであり、軌道上の１点
を通って物体を頂点ｉ−１からｉを経てｉ＋１に並進移
動させると角度θiの偏向が生じ、cosθiの値を使っ
て、最高速の移動を有する軸に関連するステッパ・モー
タについて駆動信号パルス間の遅延時間を決定すること
を特徴とする、上記（１）に記載の方法。 （３）前記修正ステップが、所望の軌道に対応する走行
長にわたって、ステッパ・モータの動的特性に従って速
度プロフィルを決定するステップと、頂点対間の最大加
速及び最大減速の作用をテストして、得られる速度がそ
の対の１つの頂点で決定された最大速度を越えるかどう
か判定するステップと、頂点間で最大加速及び最大減速
を使用できるように頂点の速度を調節し、必要ならばそ
の対の頂点間に１つまたは複数の中間頂点を挿入するス
テップと、を含むことを特徴とする、上記（２）に記載
の方法。 （４）動的特性がトルクであることを特徴とする、上記
（３）に記載の方法。 （５）それぞれｎ次元空間（ｎは２以上）内のある位置
を定義する座標を有し、他の少なくとも１つの頂点から
１本の線分によって分離された頂点のリストによって定
義される、ｎ次元空間中の所定の軌道に沿って、複数の
モータによってある物体を駆動するのに要する時間を減
らす方法であって、（ａ）物体がある線分から次の線分
に駆動される際に方向を変えるとき、各頂点ごとに維持
できる最大速度を決定するステップと、（ｂ）最大速度
の昇順に頂点をソートするステップと、（ｃ）最低速の
頂点と軌道中の次の頂点とからなる頂点の対を検査する
ステップと、次の頂点における決定された最大速度が、
最低速の頂点からできるだけ速やかに加速することによ
って丁度達成されることが判明した場合に、（ｄ）次の
頂点における決定された最大速度を、正しいものとマー
クするステップと、次の頂点における決定された最大速
度が、決定された最大速度より大きいことが判明した場
合に、（ｅ）次の頂点の最大速度を、最低速の頂点から
できるだけ速やかに加速することによって達成される値
に減少させるステップと、（ｆ）次の頂点における減少
後の最大速度を、正しいものとマークするステップと、
次の頂点における決定された最大速度が、決定された最
大速度より低いことが判明した場合に、（ｇ）次の頂点
を、後で少なくとも１つの中間頂点を追加すべきものと
マークするステップと、（ｈ）最低速の頂点と軌道中の
前の頂点とからなる頂点の対を検査するステップと、最
低速の頂点における決定された最大速度が、前の頂点か
ら最低速の頂点へできるだけ速やかに減速することによ
って丁度達成されることが判明した場合に、（ｉ）前の
頂点における最大速度を、正しいものとマークするステ
ップと、前の頂点における決定された最大速度が、決定
された最大速度よりも大きいことが判明した場合に、
（ｊ）前の頂点の最大速度を、前の頂点から最低速の頂
点へできるだけ速やかに減速することによって達成され
る値に減少させるステップと、（ｋ）前の頂点の減少後
の最大速度を、正しいものとマークするステップと、前
の頂点における決定された最大速度が、決定された最大
速度より低いことが判明した場合に、（ｌ）前の頂点
を、後で少なくとも１つの中間頂点を追加すべきものと
マークするステップと、（ｍ）最大速度が最低の頂点を
頂点リストから除去するステップと、（ｎ）すべての頂
点対が検査を終えたかどうか判定するステップと、
（ｏ）ステップ（ｎ）でノーの場合、ステップ（ｂ）か
ら（ｎ）までを繰り返すステップと、（ｐ）ステップ
（ｎ）でイエスの場合、前に頂点を追加すべきものとマ
ークした各頂点対の間に少なくとも１つの中間頂点を追
加するステップと、（ｑ）得られた頂点リストの各頂点
で指示された速度を達成するように物体を軌道に沿って
駆動させるため、得られた頂点リストからモータ制御信
号のシーケンスを決定するステップと、を含む方法。 （６）モータがステッパ・モータであり、ステップ
（ｑ）で、頂点対の第１の頂点からの完全加速及び頂点
対の第２の頂点への完全減速により、その頂点対を連結
する線分上で、加速速度と減速速度が同じで、両方の頂
点からの整数のステッパ・データ・ステップ数であり、
交点での速度が最大許容速度より小さくなる位置が得ら
れる場合に、単一の頂点を追加することを特徴とする、
上記（５）に記載の方法。 （７）頂点対間の線分に沿った完全加速とその後に続く
完全減速により速度が最大許容速度に達する場合に、ス
テップ（ｑ）で、速度が最初に最大許容速度に達する線
分上の点に第１の頂点を追加し、完全加速の結果、第２
の頂点が決定された最大速度に達する線分上の点に第２
の頂点を追加することを特徴とする、上記（５）に記載
の方法。 （８）データがステッパ・モータであり、完全加速ラン
プと完全減速ランプが非整数のステッパ・モータ・ステ
ップ数で交差する場合に、ステップ（ｑ）で、加速さも
減速さももたらさない１つのステッパ・モータ・ステッ
プで互いに分離された、線分上の２個の頂点を追加する
ことを特徴とする、上記（７）に記載の方法。 （９）ステップ（ｂ）がヒープ・ソートによって実施さ
れることを特徴とする、上記（５）に記載の方法。 （１０）モータがステッパ・モータであり、軌道上の１
点を通って物体を頂点ｉ−１からｉを経てｉ＋１に並進
運動させると、角度θiの偏向が生じ、ステップ（ａ）
でcosθiの値を使って、頂点ｉについての最大速度を決
定することを特徴とする、上記（５）に記載の方法。 （１１）それぞれｎ次元空間（ｎは２以上）内のある位
置を定義する座標を有する複数の頂点によって定義され
る、ｎ次元空間中の所定の軌道に沿って、ある物体を制
御可能に位置決めするための複数のモータを有する多軸
ロボット・システムであって、それぞれ他の少なくとも
１つの頂点から１本の線分によって分離された、所望の
軌道を定義する１組の頂点を事前処理する手段を備え、
前記事前処理手段が、各頂点について、その頂点に対応
する軌道上の１点を通って物体を並進運動させながら支
持できる最大速度を決定する手段と、必要な場合、物体
をどの頂点でも最大速度を越えずに最短時間で軌道を通
過させる、軌道に沿った速度プロフィルが達成されるよ
うに、頂点リストを修正する手段と、修正済み頂点リス
トをモータ駆動信号に変換して、複数のモータに修正済
み頂点リストに従って物体を並進運動させる手段と、を
含むロボット・システム。 （１２）モータが、駆動信号パルスに応答してステップ
距離ｄを移動するステッパ・モータであり、軌道上の１
点を通って物体を頂点ｉ−１からｉを経てｉ＋１に並進
移動させると角度θiの偏向が生じ、前記決定手段が、
最高速の移動を有する軸に関連するステッパ・モータに
ついて駆動位置パルス間の遅延時間に決定するために使
用されるcosθiの値を決定する手段を含むことを特徴と
する、上記（１１）に記載のロボット・システム。 （１３）前記修正手段が、所望の軌道に対応する走行長
にわたって、ステッパ・モータの動的特性に従って速度
プロフィルを決定する手段と、頂点対間の最大加速及び
最大減速の作用をテストして、得られる速度がその対の
１つの頂点で決定された最大速度を越えるかどうか判定
する手段と、前記テスト手段の動作に応答して、頂点間
で最大加速及び最大減速を使用できるように頂点の速度
を調節し、必要ならばその対の頂点間に１つまたは複数
の中間頂点を挿入する手段とを備えることを特徴とす
る、上記（１２）に記載のロボット・システム。 （１４）動的特性がトルクであることを特徴とする、上
記（１３）に記載のロボット・システム。 （１５）物体が３次元構造を製作するためのツールであ
り、頂点リストが３次元構造の少なくとも一部分を定義
することを特徴とする、上記（１１）に記載のロボット
・システム。 （１６）製作ツールが、軌道に沿って射出物のビードを
押し出すための押出しノズルであることを特徴とする、
上記（１５）に記載のロボット・システム。 （１７）さらに、前記モータのそれぞれに関連するフィ
ードバック・センサ手段と、前記フィードバック・セン
サ手段に応答して、前記モータのうちの１つまたは複数
を、位置決め誤差を補償するように制御可能に再位置決
めする手段とを備えることを特徴とする、上記（１１）
に記載のロボット・システム。
【０１００】
【発明の効果】本発明によれば、ロボットの運動学的特
性が、時間最適化された軌道の詳細な特徴をどのように
規定するかを正確に予見し、次いで簡単な時間ベースの
制御装置を使用して、この軌道の実現に必要なアクチュ
エータ・パルス列を生成することができ、ロボット移動
の実行前に軌道最適化を達成する方法及び装置を提供す
ることができ、現在使用できるマイクロプロセッサ技術
を利用して、１０００回の直線状２点間移動の見通し長
さから全体的に最適化された軌道をもたらすようにする
方法及び装置を提供することができ、軌道をできるだけ
速やかに通過するように、基礎となるロボット・システ
ムの機械的拘束条件を越えずにモータ駆動シーケンスを
最適化するために、所望の軌道を事前処理する方法及び
装置を提供することができる。 付録Ａ ファイル名 ＪＯＧＭＴＲ．ＣＰＰ include <stdio.h> include <conio.h> include <math.h> include <stdlib.h> include <dos.h> include <c:＼heap＼jog.h> 3つの構造アレイmove_position, move_delta, move_parms はそれぞれ12バイ ト 長。 truct global_position { signed long x ; //エンコーダ比較に必要 signed long y ; //ステップによる絶対位置 signed long z ; }far move_position [1503]; truct { //印刷すべき頂点の空間位置を与える構造 signed short x ; signed short y ; signed short z ; signed short p ; signed short max ; signed short templat; //モータ方向を設定する }far move_delta[1503]; enum accelerations { not_defined, decelerate, coast, accelerate }; enum vertex_adding { un_tested, correct, add_a_vertex }; truct { signed short last ; // 直前の頂点のインデックス signed short next ; // 直後の頂点のインデックス signed short start_speed; // no_op インデックス；この頂点に至る線分の // 開始時の速度 signed short end_speed; // この頂点での no_op インデックス signed int acc : 4 ; // // 0 = 未定義、1 = 減速、2 = 慣性運動、3 = 加速 unsigned int left_tested :4; // 隣接する頂点の状況比較 signed int flow :2; // 1 ポンピング、-1 吸収、ゼロ なし unsigned int corner :4; // コーナリング運動を追加する unsigned int lift :2; // ｚ移動との関係を断つ unsigned int phantom :2; // 実際には移動しない unsigned int inspect :2; // 任意選択で層の最後に unsigned int delay :1; // 頂点に達した後 unsigned int encode :1; // エンコーダを読み取る unsigned int correct :2; // 希望する場合は固定する unsigned int matloc :4; // 0 裸、1 左にマット、2 右にマット、3 unsigned int quality :4; // 0 最高速、2 最低速 } far move_parms[1530]; signed short far speed_table{8197]; // 余弦偏向を速度に変換する signed short far no_op[16390]; // ランプ遅延ルックアップ・テーブル signed short vertex_count;// 全頂点+2(ヘッド・トークンとテール・トークン signed short heap_count; // ヒープの総数 signed short next_v; // 次の開いた頂点位置のアドレス signed short this_v; // 現頂点位置のアドレス signed short max_M = 1500; // 最大許容ヒープ // for add_move() signed long temp_request[4], max_temp_request; // for set_velocity() coat hypotenuse_xyzp_steps; coat last_hypotenuse_xyzp_steps; move_parms[heap[k]].spead はヒープ中の k 番目のエントリまたはキーの速 度 インデックス signed short heap[2003]; // ヒープの順序付け inverse[i] は、i 番目のvelocity_index のヒープ・アレイ内へのインデック ス signed short inverse[2003]; // 各頂点のヒープ位置 したがって、最小速度はヒープの最初のメンバー: in_box[heap[1]] == smallest velocity Let heap[1] == k Then inverse[k] = 1. // // どの velocity_index も <1 でないことを必要とし、したがって 0 をシーケ // ンス値として使用できる。 // // move_parms[]とmove_delta[]は、ガントリを操作するための最終移動コマン ド // 情報をすべて含む２つの構造である。定義により、move_...[1]は、シーケン // ス開始時の静止ノズルの位置を記述するものと仮定する。これは、速度イン デ // ックスが０の唯一の移動である（一般に、これは pqupheap() に留保された 監 // 視値である）。また、シーケンス中の最後の移動（このシーケンスは //move_... [1] の後に追加される vertex_count である）の指定速度は１であ // る。終了移動は、速度１のインデックス vertex_count+2 の所に追加される 。 // 機能が現れるようにするための機能的プロトタイプ・ // これらは move_compiler() ルーチンのみに使用される。 void set_acceleration ( signed short ); void add_move ( signed short ); void add_parms ( signed short ); void set_velocity ( signed short ); signed short add_vertex_before ( signed short ); void add_deltas ( signed short ); void pqconstruct ( void ); void pqdownheap ( signed short ); void pqinsert ( signed short ); void pqupheap ( signed short ); void pqremove ( void ); void compute_hysteresis ( signed short ); void set_template ( signed short ); signed short haul ( void ); short unsigned limit_recovery ( void ); void dump_parms ( FILE * ); void data_checker ( void ); // // 移動コンパイラは間接ヒープ・ソートの一例である。 // // Robert Sedgewick 著 ALGORITHMS pp. 132-139 から抜粋。 // signed short move_compile ( int terminate ) { // i は検査中の現頂点 // j は i の次の頂点 // h は i の前の頂点 // k はループ・カウンタ用 // h_i は h と i の間に挿入される頂点 // i_j は i と j の間に挿入される頂点 static signed short h, i, j, k, h_i, i_j; // max_delta_... はどの軸もとる大部分のステップである。 static signed short max_delta_h_i, max_delta_h_ii; // 長セグメントが再分割されつつある場合、スプライスは真である; static char splice; signed short d, e, v, n_loops; static char initialize = 1; signed short haul_return, temporary_vertex_count; static float steps_to_inches_squared[3]; static float hypotenuse_xyz_steps, hypotenuse_xyz_inches; signed long p_requested; static long signed temporary_layer; if (initialize) { initialize = 0; temporary_layer = layer_count; add_parms(0); for (k=0; k<3; k++) { temp_request[k] = 0; steps_to_inches_squared[k] = (float) inches_per_step[k]* (float) inches_per_step[k]; } temp_request[3] = 0; hypotenuse_xyzp_steps = 1000000.; // cos (偏向)を強制的にゼロにす る last_hypotenuse_xyzp_steps = 1000000.; move_parms[0].next = 1; move_parms[0].last = 0; move_position[0].x = x_stage; move_position[0].y = y_stage; move_position[0].z = z_stage; move_parms[0].left_tested = correct; move_parms[0].inspect = 0; move_parms[0].start_speed = speed_table[2]; move_parms[0].end_speed = speed_table[2]; set_acceleration(0); move_parms[0].flow = flow_cmd; move_delta[0].templat = dio_template｜p_plus_mask; // [1] は始動移動構造 move_parms[1].next = 2; move_parms[1].last = 0; add_move(1); move_parms[1].left_tested = correct; move_parms[1].inspect = 0; move_parms[1].start_speed = speed_table[2]; move_parms[1].end_speed = speed_table[2]; set_acceleration(1); move_delta[1].templat = dio_template｜p_plus_mask; move_parms[1].flow = flow_cmd; // [2] は最初の有効な頂点移動構造 move_parms[2].next = 3; move_parms[2].last = 1; add_move(2); move_parms[2].left_tested = correct; move_parms[2].start_speed = speed_table[2]; move_parms[2].end_speed = speed_table[2]; set_acceleration(2); move_delta[2].templat = dio_template｜p_plus_mask; move_parms[2].flow = flow_cmd; vertex_count = 2; this_v = 2; next_v = 3; } // 早期に終了すべきかどうかテストして調べる if (terminate ｜｜(temporary_layer != layer_count)) goto dump_it; // ソフトウェア限界外の移動かどうかテストする haul_return = 256; if (x_limit_minimum > x_requested) haul_return += x_minus_limit; if (x_limit_maximum < x_requested) haul_return += x_plus_limit; if (y_limit_minimum > y_requested) haul_return += y_minus_limit; if (y_limit_maximum < y_requested) haul_return += y_plus_limit; if (z_limit_minimum > z_requested) haul_return += z_minus_limit; if (z_limit_maximum < z_requested) haul_return += z_plus_limit; if (haul_return != 256) return haul_return; else haul_return = 0; // 指令された移動をデータ構造 move_delta[], move_parms[],move_position // []中にロードする。 // vertex=1 は出発点として留保する // vertex=vertex_count は終了点として使用する // next_v は次の開いた頂点位置pliced_line:// 計算された p_requested 中で
ポンプ・ステップを導出するtemp_request[0] = x_requested - move_position
[this_v].x;temp_request[1] = y_requested - move_position[this_v].y;temp_
request[2] = z_requested - move_position[this_v].z;hypotenuse_xyz_inches
= 0.;hypotenuse_xyz_steps = 0.;for (k=0; k<3; k++){hypotenuse_xyz_steps
+= (float)(temp_request[k]*temp_request[k]);hypotenuse_xyz_inches += st
eps_to_inches_squared[k]*hypotenuse_xyz_steps;}hypotenuse_xyz_inches =
(float)sqrt((double)hypotenuse_xyz_inches);// 流れがないと、正常な p_req
uested に０を掛けることになるp_requested = (long signed)(bead_diameter*b
ead_diameter*(double)flow_cmd*hypotenuse_xyz_inches*p_steps_per_cubic_in
ch);temp_request[3] = p_requested;// 速度計算のため全斜辺を計算するlast_
hypotenuse_xyzp_steps = hypotenuse_xyzp_steps;hypotenuse_xyzp_steps = (f
loat)sqrt((double)hypotenuse_xyz_steps +(double)(p_requested*p_requeste
d));// セグメントを再分割する必要があるかどうか検出するmax_temp_request
= 0;// max_temp_request より多くのステップをとる軸があるかどうか調べる{i
f(labs(temp_request[k])>(long signed)segment_limit)if(max_temp_request<l
abs(temp_request[k])){splice = k;max_temp_request = temp_request[k];}}//
そうである場合、部分移動に入るif(max_temp_request!=0){temp_request[spli
ce] = (temp_request[splice]> 0.)?(long signed)segment_limit: (long signe
d)(-segment_limit);hypotenuse_xyzp_steps = 0.;for(k=0; k<4; k++)if(k!=sp
lice)temp_request[k] = (temp_request[splice]*temp_request[k])/max_temp_r
equest;for(k=0; k<4; k++)hypotenuse_xyzp_steps += (float)(temp_request
[k]*temp_request[k]);hypotenuse_xyzp_steps = (float)sqrt((double)hypoten
use_xyzp_steps);}add_move(next_v);set_velocity(this_v);set_acceleration
(this_v);if((!move_parms[next_v].phantom)&&move_delta[next_v].max){// 移
動がファントム移動でない場合、あるいは何らかの運動が存在する場// 合、セ
ーブするthis_v = next_v;vertex_count++;next_v++;}// 必要ならば長セグメン
トの残り部分に読み込むif(max_temp_request!=0)goto spliced_line;// リスト
がほぼ満杯の場合、あるいは光学データ・リストが満杯の場合、シー// ケンス
を終了する。そうでない場合は、単に戻ってその後の移動を待つ。if((!optics_
list_full)&&(next_v<(max_M>>2)))return 0;ump_it:// 移動がない場合は、早
期にクイットするif(vertex_count==2){initialize = 1;return 0;}// 最後の実
際移動は速度インデックス＝２で終わらなければならないtemp_request[k] = 0;
add_move(next_v);move_parms[next_v].inspect = 0;move_parms[next_v].left_
tested = correct;move_parms[this_v].end_speed = speed_table[2];move_parm
s[this_v].start_speed =move_parms[move_parms[this_v].last].end_speed;set
_acceleration(this_v);move_parms[next_v].start_speed = speed_table[2];mo
ve_parms[next_v].end_speed = speed_table[2];set_acceleration(next_v);mov
e_delta[next_v].templat = dio_template;move_parms[next_v].flow = flow_cm
d;next_v++;// [vertex_count+1] は終了移動構造add_move(next_v);move_parms
[next_v].next = next_v;move_parms[next_v].last = next_v;move_parms[next_
v].inspect = 0;move_parms[next_v].left_tested = correct;move_delta[next_
v].templat = dio_template;move_parms[next_v].start_speed = speed_table
[2];move_parms[next_v].end_speed = speed_table[2];set_acceleration(next_
v);move_parms[next_v].flow = flow_cmd;// next_v をオープン・メモリを指す
ように位置決めし直すnext_v++;// リストを走査し、z-リフト、逆吸引、事前ポ
ンピング、コーナ鋭角化、// 待機、その他の後端追加移動を追加するtemporary
_vertex_count = vertex_count;h = 2;for(k=1; k<temporary_vertex_count; k+
+){ // h は前の頂点、 i は現頂点、j は次の頂点i = move_parms[h].next;j
= move_parms[i].next;// did bead shut off at vertex i?if((move_parms
[i].flow==1)&&(move_parms[j].flow==0)&&(bead_lift_steps｜｜bead_cut_of
f)){i_j = add_vertex_before(j); // 別の頂点に固着するmove_parms[i_j].in
spect = 0;move_delta[i_j].x = 0;move_delta[i_j].y = 0;move_delta[i_j].z
= bead_lift_steps;move_delta[i_j].p = -bead_cut_off;move_delta[i_j].max
= (bead_lift_steps>bead_cut_off)?bead_lift_steps: bead_cut_off;move_delt
a[j].z -= bead_lift_steps;if(move_delta[j].max<bead_lift_steps)move_delt
a[j].max = bead_lift_steps;move_position{i_j].x = move_position[i].x;mov
e_position{i_j].y = move_position[i].y;move_position{i_j].z = move_posit
ion[i].z +(signed long)bead_lift_steps;set_template(i_j);set_template
(j);move_parms[i_j].end_speed = speed_table[2];set_acceleration(i_j);mov
e_parms[j].start_speed = speed_table[2];set_acceleration(i_j);move_parms
[i_j].flow = -1;h = i;i = i_j;}// ビートは頂点 i で始動したか？if((move_
parms[i].flow==0)&&(move_parms[j].flow==1)&&(bead_lift_steps｜｜bead_sta
rt_up)){ // 追加された頂点からドロップダウンし、事前ポンピングするh_i =
add_vertex_before(i); // 別の頂点に固着するmove_parms[h_i].inspect =
0;move_position{h_i].x = move_position[i].x;move_position{h_i].y = move_
position[i].y;move_position{h_i].z = move_position[i].z +(signed long)be
ad_lift_steps;move_delta[h_i].x = move_delta[i].x;move_delta[h_i].y = mo
ve_delta[i].y;move_delta[h_i].z = bead_lift_steps + move_delta[i].z;move
_delta[h_i].p = 0;move_delta[h_i].max = abs(move_delta[h_i].x);if(abs(mo
ve_delta[h_i].y)>move_delta[h_i].max)move_delta[h_i].max = abs(move_delt
a[h_i].y);if(abs(move_delta[h_i].z)>move_delta[h_i].max)move_delta[h_i].
max = abs(move_delta[h_i].z);move_delta[i].x = 0;move_delta[i].y = 0;mov
e_delta[i].z = -bead_lift_steps;move_delta[i].p = bead_start_up;move_del
ta[i].max = (bead_lift_steps>bead_start_up)?bead_lift_steps: bead_start_
up;set_template(h_i);set_template(i);move_parms[h_i].end_speed = speed_t
able[2];set_acceleration(h_i);move_parms[i].start_speed = speed_table
[2];set_acceleration(i);move_parms[h_i].flow = 0;move_parms[i].flow = 1;
h = h_i;}// ビートは頂点 i で鋭角コーナを曲がったか？if((move_parms[i].c
orner){// 当面は何もしない}h = i;}// 速度によるソートの準備としてヒープ
を生成するpqconstruct();// 最低速の頂点に隣接する頂点が単純加速ランプで
達することができるか検査// するfor(k=1; k<=vertex_count; k++){i = heap
[1];// ヒープ上端の左隣のリンクがテスト済みか調べるif(move_parms[i].left
_tested==un_tested){// h は付着シーケンス中で i の直前にあるより高速の頂
点h = move_parms[i].last;// 前の点から減速すると前の速度インデックスが可
能になるかどうか// 調べるd = move_parms[i].end_speed + move_delta[i].ma
x;e = move_parms[h].end_speed;if(d==e) // 前の頂点が丁度可能なだけの速
さ{ // テスト済みで発見済みとマークするmove_parms[i].left_tested =
correct;goto test_right;}if(d>e) // 前の頂点が可能なよりも遅い{
// 後で頂点を追加すべきものとマークするmove_parms[i].left_tested = add
_a_vertex;goto test_right;}// ここの場合、前の速度をドロップする必要があ
るmove_parms[h].end_speed = d;set_acceleration(h);i = move_parms[h].nex
t; // これはコンパイラ・バグを見つけるため// に入れるmove_parms[i].star
t_speed = d;set_acceleration(i);move_parms[i].left_tested = correct;//
左隣が前にその速度がテスト済みか調べる// そうである場合、後で追加の頂点
を加えなければならないif(move_parms[h].left_tested != un_tested)move_par
ms[h].left_tested = add_a_vertex;// 必要に応じて、左隣をヒープの上方に向
けるpqupheap(inverse[h]);}test_right:// ヒープ上端の右隣のリンクがテスト
済みか調べる// j は付着シーケンス中で i の直後にあるより速い頂点j = move
_parms[i].next;if(move_parms[j].left_tested==un_tested){// 次の頂点へ加
速すると次の速度インデックスが可能になるかどうか// 調べるd = move_parms
[i].end_speed + move_delta[j].max;e = move_parms[j].end_speed;if(d>e)
// 次の頂点が可能なよりも遅い{ // 後で頂点を追加すべきものとマー
クするmove_parms[j].left_tested = add_a_vertex;goto test_done;}if(d==e)
// 次の頂点が丁度可能なだけの速さ{ // テスト済みで発見済みとマー
クするmove_parms[j]/left_tested = correct;goto test_done;}// ここの場
合、次の速度をドロップする必要があるmove_parms[j].end_speed = d;set_acce
leration(j);move_parms[move_parms[j].next].start_speed = d;set_accelerat
ion(move_parms[j].next);move_parms[j].left_tested = correct;// 右隣が前
にその速度がテスト済みか調べる。// そうである場合、後で追加の頂点を加え
なければならない。if(move_parms[move_parms[j].next].left_tested != un_te
sted)move_parms[move_parms[j].next].left_tested = add_a_vertex;// 必要に
応じて右隣をヒープの上方に向けるpqupheap(inverse[j]);}test_done:// 上端
のまたは最低速の頂点をヒープから除去し、やり直すpqremove();}// このと
き、必要な余分の頂点を追加するh = 2; // 最初の頂点を見つけるtemp
orary_vertex_count = vertex_count;for(k=1; k<=temporary_vertex_count; k+
+){i = move_parms[h].next; // h は最後の頂点if(move_parms[i].left_tes
ted == add_a_vertex){// ２つの頂点を追加する必要があるか調べる。頂点から
のランプが整// 数速度で互いに出合わない場合、あるいは最大速度を越える速
度で// 出合う場合はそうである。d = move_parms[i].end_speed + move_parms
[h].end_speed+ move_delta[i].max;v = d>>1;v = (v > max_ramp_steps)? max_
ramp_steps: v;max_delta_h_ii = d - 2*v;max_delta_h_i = (d - 2*move_parms
[h].end_speed- max_delta_h_ii)>>1;if(!max_delta_h_i){if(!max_delta_h_ii)
// 頂点 h の速度を複数回リセットするので、今は中間頂点は// 必要でない。
{move_parms[i].left_tested = correct;goto add_done;}else{max_delta_h_i =
max_delta_h_ii;max_delta_h_ii = 0;}}// max_delta_h_i は、h 頂点から頂点
h_i で限界速度ｖに達するた// めのステップ数。// max_delta_h_ii は、頂点
h_i から h_i と i の間の頂点に行くた// めのステップ数。// max_delta_h_i
i!=0 の場合、２つの頂点が必要。// 最初の頂点を挿入するh_i = add_vertex_b
efore(i);if(next_v > max_M) // check for memory overflow{printf("Addi
ng vertices caused memory overflow.＼n");return 1;}// ここで、i と h の
間にある頂点 n の位置と速度を計算する。// h 番目の頂点と i 番目の頂点か
らのランプがどこで交差するか見つ// けるmove_delta[h_i].max = max_delta_h
_i;move_parms[h_i].end_speed = v;set_acceleration(h_i);move_parms[i].sta
rt_speed = v;set_acceleration(i);add_deltas(i);if(!max_delta_h_ii) //
１頂点分だけスキップするgoto add_done;// 加速と慣性運動だけで減速はない
かどうか調べるif(move_parms[h_i].end_speed == move_parms[i].end_speed)go
to add_done;// 慣性運動と減速しかないかどうか調べるif(move_parms[h_i].en
d_speed == move_parms[h].end_speed)goto add_done;h = h_i; // n が前
の頂点となるh_i = add_vertex_before(i);move_delta[h_i].max = max_delta_h
_ii;move_parms[h_i].end_speed = v;set_acceleration(h_i);add_deltas(i);ad
d_done:move_parms[i].left_tested = correct;}if(debug_optional)dump_parms
(optional_stream);h = i; // h が前の頂点になる}// 移動しない高速
度の頂点を除去するi = move_parms[1].next;temporary_vertex_count = vertex
_count;for(k=1; k<=temporary_vertex_count; k++){// 頂点を追加したときの
丸め誤差から、すべての個別構成要素が０のとき// maxは非ゼロとなり得る。//
必要に応じて有効な頂点を検査リストに移す。if( (move_delta[i].x == 0)&&
(move_delta[i].y == 0)&&(move_delta[i].z == 0)&&(move_delta[i].p == 0)&&
(move_parms[i].start_speed > speed_table[2])){vertex_count--;move_parms
[move_parms[i].last].next = move_parms[i].next;move_parms[move_parms[i].
next].last = move_parms[i].last;}if((move_parms[i].inspect > 0)&&(!optic
s_list_full))add_to_inspection_list(move_position[i].x,move_position[i].
y, move_position[i].z);i = move_parms[i].next;}// シーケンスを図形表示す
る// エラーの有無を検査するif(debug_checker){data_checker();haul_return
= 0;}// そうでない場合、移動を実行するelsehaul_return = haul();// 次に新
しい頂点シーケンスを開始するinitialize = 1;return haul_return;}void set_
acceleration( signed short i){move_parms[i].acc = coast;if(move_parms
[i].start_speed>move_parms[i].end_speed)move_parms[i].acc = decelerate;i
f(move_parms[i].start_speed<move_parms[i].end_speed)move_parms[i].acc =
accelerate;return;}// 頂点 i に関するデルタおよび位置構造に移動データを
追加するため、add_mo// ve(i) を呼び出す。temp_request[] は定義済みと仮
定。void add_move( signed short i){move_parms[i].last = i-1;move_parms
[i].next = i+1;add_parms(i);move_position[i].x = temp_request[0] + move_
position[i-1].x;move_position[i].y = temp_request[1] + move_position[i-
1].y;move_position[i].z = temp_request[2] + move_position[i-1].z;move_de
lta[i].x = (short signed)temp_request[0];move_delta[i].y = (short signe
d)temp_request[1];move_delta[i].z = (short signed)temp_request[2];move_d
elta[i].p = (short signed)temp_request[3];move_delta[i].max = abs(move_d
elta[i].x);if(abs(move_delta[i].y)>move_delta[i].max)move_delta[i].max =
abs(move_delta[i].y );if(abs(move_delta[i].z)>move_delta[i].max)move_de
lta[i].max = abs(move_delta[i].z);if(abs(move_delta[i].p)>move_delta[i].
max)move_delta[i].max = abs(move_delta[i].p);set_template(i);compute_hys
teresis(i);return;}// 頂点 i に関する move_parms[i] フラグをセットするvo
id add_parms( signed short i ){move_parms[i].left_tested = un_tested;mov
e_parms[i].flow = flow_cmd;move_parms[i].corner = 0;move_parms[i].phanto
m = 0;move_parms[i].inspect = inspect_cmd;move_parms[i].delay = 0;move_p
arms[i].encode = 0;move_parms[i].correct = 0;move_parms[i].lift = 0;move
_parms[i].matloc = 0;move_parms[i].quality = 0;return;}// 頂点 i に関す
る最高速度のインデックスを見つけるため。// 頂点 i に接近する線分用の斜辺
が hypotenuse_xyzp_steps 中にある。// 前の線分用の斜辺は、last_hypotenus
e_xyzp_steps 中になければならない。move_parms[i].next が有効でなければな
らない。void set_velocity( signed short i ){float cos_angle, float_inde
x;signed short j, v;move_parms[i].start_speed = move_parms[move_parms
[i].last].end_speed;if((hypotenuse_xyzp_steps==0.)｜｜(last_hypotenuse_x
yzp_steps==0.)){ // どちらかの移動が長さゼロの場合、最低速度を使用するmo
ve_parms[i].end_speed = 1;return;}j = move_parms[i].next;cos_angle = ((f
loat)move_delta[i].x*(float)move_delta[j].x +(float)move_delta[i].y*(flo
at)move_delta[j].y +(float)move_delta[i].z*(float)move_delta[j].z +(floa
t)move_delta[i].p*(float)move_delta[j].p)＼(hypotenuse_xyzp_steps*last_h
ypotenuse_xyzp_steps);if(cos_angle>=1.) cos_angle = 0.9999;float_index =
2./(1.-cos_angle);if(float_index>8196.)v = 8196;elsev = (short signed)f
loat_index;move_parms[i].end_speed = speed_table[v];return;}// i 番目の
頂点と i の直前の頂点の間に頂点を挿入する。next_v が空の場所を// 指し、a
cc が両方の初期頂点からその新しい頂点へ向かうと仮定する。signed short ad
d_vertex_before( signed short i ){short signed k, return_value;// 頂点は
i 番目の頂点の前に行くと仮定move_parms[next_v].next = i;k = move_parms
[i].last;move_parms[next_v].last = k;move_parms[i].last = next_v;move_pa
rms[k].next = next_v;add_parms(next_v);move_parms[next_v].start_speed =
move_parms[k].end_speed;return_value = next_v;next_v++;vertex_count++;re
turn return_value;}// 頂点 h が i の前に挿入された後、まず h に次いで i
に行くために要するス// テップ数を区分する。void add_deltas( signed short
i ){float ratio;double product;signed short h;h - move_parms[i].last;if
((move_delta[i].max<1)｜｜(move_delta[h].max<1)){printf("Vertex %i has l
ength %i.＼n",i, move_delta[i].max);printf("Vertex %i has length %i.＼
n",h, move_delta[h].max);if(debug_motors){fprintf(motors_stream,"Vertex
%i has length %i.＼n",i, move_delta[i].max);fprintf(motors_stream,"Verte
x %i has length %i.＼n",h, move_delta[h].max);dump_parms(motors_strea
m);}return;}ratio = (float)move_delta[h].max/(float)move_delta[i].max;//
丸め誤差に注意することproduct = (double)(ratio*(float)move_delta[i].x);
move_delta[h].x = (signed short)floor(product+0.5);move_delta[i].x -= mo
ve_delta[h].x;product = (double)(ratio*(float)move_delta[i].y);move_delt
a[h].y = (signed short)floor(product+0.5);move_delta[i].y -= move_delta
[h].y;product = (double)(ratio*(float)move_delta[i].z);move_delta[h].z =
(signed short)floor(product+0.5);move_delta[i].z -= move_delta[h].z;pro
duct = (double)(ratio*(float)move_delta[i].p);move_delta[h].p = (signed
short)floor(product+0.5);move_delta[i].p -= move_delta[h].p;move_delta
[h].max = abs(move_delta[h].x);// 悪い比率を選んだ場合、最大値が正しいか
検査するif(abs(move_delta[h].y)>move_delta[h].max)move_delta[h].max = ab
s(move_delta[h].y);if(abs(move_delta[h].z)>move_delta[h].max)move_delta
[h].max = abs(move_delta[h].z);if(abs(move_delta[h].p)>move_delta[h].ma
x)move_delta[h].max = abs(move_delta[h].p);move_delta[i].max -= move_del
ta[h].max;move_parms[h].left_tested = correct;move_parms[i].left_tested
= correct;move_position[h].x = move_position[i].x - (long signed)move_de
lta[i].x;move_position[h].y = move_position[i].y - (long signed)move_del
ta[i].y;move_position[h].z = move_position[i].z - (long signed)move_delt
a[i].z;set_template(h);compute_hysteresis(h);return;}// velocity_index
の値が連続する in_box 構造中にロードされていると仮定す// ると、pqconstru
ct は隣接するポインタを割り当て、（ヒープ・インデックス// から in_box を
指す）アレイ heap[]と（in_box インデックスからヒープを指// す）inverse[]
とをソートする。void pqconstruct( void ){signed short k, i;// ヒープ中
に初期ゼロ速度の移動 [1] を含めるheap_count = vertex_count;// ヒープ・イ
ンデクシング・アレイを初期設定する// 注：ヒープ [0] は pqupheap() 用に留
保されている。// 注：ヒープの上端はヒープ [1] でなければならない。i = mo
ve_parms[1].next;for(k=1; k<=heap_count; k++){heap[k] = i;inverse[i] =
k;i = move_parms[i].next;}for(k=heap_count>>1; k>=1; k--)pqdownheap(k);}
// pqdownheap は、ヒープ中の k 番目のエントリに関連する速度をその子につ
い// てテストする。その方が大きい場合は、それを子のうちで小さい方と交換
し、// その後、次の１対の子について再度テストする。void pqdownheap( sign
ed short k ){signed short j, v;v = heap[k];while( k<= (heap_count>>1) )
// >>1 は右に１シフトまたは２で割るを意// 味する{j = k + k;if(j<heap_c
ount)// j は２つの子のうち小さい方を指すif(move_parms[heap[j]].end_speed
＞move_parms[heap[j+1]].end_speed) j++;if(move_parms[v].end_speed<=move_
parms[heap[j]].end_speed)goto done;// j にある子がテスト・エントリよりも
小さい場合は、その子をヒー// プ上のより高い位置（最小値に近い位置）に再
割当てするheap[k] = heap[j];// 逆ルックアップを適当に修正するinverse[hea
p[j]] = k;// その子の子と突き合わせてテストする準備をするk = j;}done://
in_box[v] がそのどちらの子よりも小さい場合は、それをヒープ中のその// 位
置に割り当てる。heap[k] = v;inverse[v] = k;return;}// 既存のヒープに in_
box[v] を追加するため、それを最後の開いたブランチに// 仮留めし、その道を
進ませるvoid pqinsert( signed short v ){heap_count++;heap[heap_count] =
v;pqupheap(heap_count);}// ある要素をヒープの上方に（値が最小の構成要素
の方に）向かわせるため、監// 視インデックスをヒープ [0] に割り当てること
から始める。注：これは０が// 最小許容 velocity_index よりも小さいことが
必要。void pqupheap( signed short k ){signed short v;v = heap[k];// マス
タ親に固有 in_box を割り当てるheap[0] = max_M;inverse[max_M] = 0;// その
親に全体で最低の速度を割り当てるmove_parms[max_M].end_speed = 0;// ヒー
プ中の k 番目の要素をその親と突き合わせて検査するwhile(move_parms[heap[k
＞＞1]].end_speed>=move_parms[v].end_speed){// 親の方が大きい場合、親を
子の位置に置くheap[k] = heap[k>>1];// 逆アレイを整えるinverse[heap]k]] =
k;// 続いて次の親と比較するk = k>>1;}// 親より大きい場合は、最終位置に
割り当てるheap[k] = v;// 逆アレイを整えるinverse[v] = k;}ヒープの一番上
のメンバーをヒープから取り出すため：void pqremove( void ){heap[1] = heap
[heap_count];heap_count--;pqdownheap(1);return;}// 頂点 i 用の移動方向テ
ンプレートを設定するvoid set_template( signed short i ){move_delta[i].te
mplat = dio_template;move_delta[i].templat ｜= (move_delta[i].x>=0)?x_pl
us_mask: x_minus_mask;move_delta[i].templat ｜= (move_delta[i].y>=0)?y_p
lus_mask: y_minus_mask;move_delta[i].templat ｜= (move_delta[i].z>=0)?z_
plus_mask: z_minus_mask;move_delta[i].templat ｜= (move_delta[i].p>=0)?p
_plus_mask: p_minus_mask;return;}// ステッパ・モータ中の磁気メモリを補償
するため、必要に応じて追加のステッ// プを適用し、あるいは適用するステッ
プを減らす。// 前の頂点に適用されたステップを除去し、現頂点に適用可能な
ステップを追加// する。void compute_hysteresis( signed short i ){signed
short h, index;signed short last, current;h = move_parms[i].last;index =
(move_position[h].x-pole_offset[0])%steps_between_poles[0];if(x_plus_ma
sk)last = (x_plus_mask&move_delta[h].templat)?plus_v_hysteresis[0][inde
x]: minus_v_hysteresis[0][index];elselast = (x_minus_mask&move_delta[h].
templat)?minus_v_hysteresis[0][index]: plus_v_hysteresis[0][index];index
= (move_position[i].x-pole_offset[0])%steps_between_poles[0];if(x_plus_
mask)current = (x_plus_mask&move_delta[i].templat)?plus_v_hysteresis[0]
[index]: minus_v_hysteresis[0][index];elsecurrent = (x_minus_mask&move_d
elta[i].templat)?minus_v_hysteresis[0][index]: plus_v_hysteresis[0][inde
x];move_delta[i].x += current - last;index = (move_position[h].y-pole_of
fset[1])%steps_between_poles[1];if(y_plus_mask)last = (y_plus_mask&move_
delta[h].templat)?plus_v_hysteresis[1][index]: minus_v_hysteresis[1][ind
ex];elselast = (y_minus_mask&move_delta[h].templat)?minus_v_hysteresis
[1][index]: plus_v_hysteresis[1][index];index = (move_position[i].y-pole
_offset[1])%steps_between_poles[1];if(y_plus_mask)current = (y_plus_mask
＆move_delta[i].templat)?plus_v_hysteresis[1][index]: minus_v_hysteresis
[1][index];elsecurrent = (y_minus_mask&move_delta[i].templat)?minus_v_hy
steresis[1][index]: plus_v_hysteresis[1][index];move_delta[i].y += curre
nt - last;index = (move_position[h].z-pole_offset[2])%steps_between_pole
s[2];if(z_plus_mask)last = (z_plus_mask&move_delta[h].templat)?plus_v_hy
steresis[2][index]: minus_v_hysteresis[2][index];elselast = (z_minus_mas
k&move_delta[h].templat)?minus_v_hysteresis[2][index]: plus_v_hysteresis
[2][index];index = (move_position[i].z-pole_offset[2])%steps_between_pol
es[2];if(z_plus_mask)current = (z_plus_mask&move_delta[i].templat)?plus_
v_hysteresis[2][index]: minus_v_hysteresis[2][index];elsecurrent = (z_mi
nus_mask&move_delta[i].templat)?minus_v_hysteresis[2][index]: plus_v_hys
teresis[2][index];move_delta[i].z += current - last;return;}// HAUL()
は、ステッパ・モータの１つを実際に走らせるただ３つのルーチンの// １つで
ある。SQUIRT()とLIMIT_RECOVERY()が他の２つである。//// HAUL() は、構造 m
ove_parms 及び move_delta 中に頂点のリストを予想す// る。それが実行する
頂点の数は、大域 vertex_count で与えられる。HAUL()// は、move_parms[1].n
ext が最初に実行すべき実際の移動を指すものと仮定す// る；move_parms.next
ポインタは、頂点のシーケンス全体を読み出すのに使用// される。//// デー
タに対して限界についての検査は行われない。x_stage, y_stage, z_stage （ス
テップ単位で表した現位置の長カウンタ）は各頂点で更新される。stage_positi
on[] は、移動シーケンス全体の最後に更新される。実行が成功の場合は、０が
返される。機械的限界にぶつかった場合は、limit_switches が返される。signe
d short haul( void ){unsigned short direction_template, temporary_mask;u
nsigned short register i_loop;signed short x_step, y_step, z_step, p_ste
p;signed short vertex, acc, i_v, speed_index;signed short return_value,
loop_count;signed long maximum_delta, i;signed long delta_x_h, delta_y_
h, delta_z_h, delta_p_h;signed long x_steps_taken, y_steps_taken;signed
short z_steps_taken, p_steps_taken;signed long delay_counter;後からくる
ものに対して、Slo_Syn 移動制御装置は、CW/CCW 線がハイにアサートされたと
きと、最初のパルスがくる可能性があるときの間に、時間遅延を必要とする。1
または2 outw()時間では十分でない。したがって、移動用の方向テンプレートを
設定し、ソフトウェア遅延を行い、次いでモータ駆動パルスを送る。
*/x_steps_taken = 0;y_ste
ps_taken = 0;z_steps_taken = 0;p_steps_taken = 0;if((limit_switches=inp
(io_address))>limit_test)goto limit_reached;if(debug_motors) /* 要
求された場合、モータ移動を記録する */{i_v = move_parms[1].next;fprintf
(motors_stream,"vertex delta-x delta-y ");fprintf(motors_stream,"delta-z
delta-p speed ");fprintf(motors_stream,"acceleration template (x,y,z)＼
r＼n");for(vertex=1; vertex<=vertex_count; vertex++){fprintf(motors_stre
am,"v%i x%i y%i z%i p%i ss%i es%i a%i t%X",vertex, move_delta[i_v].x,mov
e_delta[i_v].y, move_delta[i_v].z,move_delta[i_v].p, move_parms[i_v].sta
rt_speed,move_parms[i_v].end_speed,move_parms[i_v].acc_2, move_delta[i_
v].templat);fprintf(motors_stream," (%li,%li,%li)",move_position[i_v].
x, move_position[i_v].y,move_position[i_v].z);fprintf(motors_stream,"
(%.3lf,%.3lf,%.3lf)＼r＼n",(double)move_position[i_v].x*inches_per_step
[0],(double)move_position[i_v].y*inches_per_step[1],(double)move_positio
n[i_v].z*inches_per_step[2],i_v = move_parms[i_v].next;}}i_v = move_parm
s[1].next;_disable(); /* 持続期間中割込みをキルする */// 移動
のリストを実行するfor(vertex=1; vertex<=vertex_count; vertex++){maximum
delta = (signed long)move_delta[i_v].max;delta_x_h = (signed long)abs(mo
ve_delta[i_v].x);delta_y_h = (signed long)abs(move_delta[i_v].y);delta_z
_h = (signed long)abs(move_delta[i_v].z);delta_p_h = (signed long)abs(mo
ve_delta[i_v].p);x_steps_taken = 0;y_steps_taken = 0;z_steps_taken = 0;p
_steps_taken = 0;direction_template = move_delta[i_v].templat;// acc = -
1 減速、０慣性運動、１加速acc = move_parms[i_v].acc - 2;speed_index = mo
ve_parms[i_v].start_speed;for(i=1;i<=maximum_delta;i++){x_step=( (i*delt
a_x_h > maximum_delta*x_steps_taken)? 1: 0 );y_step=( (i*delta_y_h > max
imum_delta*y_steps_taken)? 1: 0 );z_step=( (i*delta_z_h > maximum_delta*
z_steps_taken)? 1: 0 );p_step=( (i*delta_p_h > maximum_delta*p_steps_tak
en)? 1: 0 );temporary_mask = (x_step*x_pulse_mask)｜(y_step*y_pulse_mas
k)｜(z_step*z_pulse_mask)｜(p_step*p_pulse_mask);/* 方向テンプレートをセ
ットする */outp(io_address, direction_template);next_step:loop_count =
no_op[speed_index] -((i==1)? outer_calculation_delay: inner_calculation_
delay);for(i_loop=loop_count; i_loop!=0; i_loop--);/* 少なくとも１台のモ
ータにパルスを送る */outp(io_address,temporary_mask｜direction_templat
e);// 入出力ポートを回復させるfor(i_loop=9; i_loop!=0; i_loop--);outp(io
_address,direction_template);for(i_loop=9; i_loop!=0; i_loop--);if((limi
t_switches=inp(io_address))>limit_test)if(limit_recovery()) goto limit_r
eached;x_steps_taken += (signed long)x_step;y_steps_taken += (signed lon
g)y_step;z_steps_taken += (signed long)z_step;p_steps_taken += (signed l
ong)p_step;speed_index += acc;}x_stage += (long signed)move_delta[i_v].
x;y_stage += (long signed)move_delta[i_v].y;z_stage += (long signed)move
_delta[i_v].z;next_vertex:i_v = move_parms[i_v].next;}_enable();
/* 割込み処理を復元する */delay_counter=0;while(delay_counter<settli
ng_time){delay_counter += 40000;for(i_loop=40000; i_loop!=0; i_loop--);}
stage_position[0] = (double)x_stage*inches_per_step[0];stage_position[1]
= (double)y_stage*inches_per_step[1];stage_position[2] = (double)z_stag
e*inches_per_step[2];return 0;limit_reached:x_stage += (x_requested>x_st
age)? x_steps_taken: (-x_steps_taken);y_stage += (y_requested>y_stage)?
y_steps_taken: (-y_steps_taken);z_stage += (z_requested>z_stage)? z_step
s_taken: (-z_steps_taken);if(limit_recovery())cprintf(" 回復不能な限界条
件。");return limit_switches;}// limit_recovery() は、ステージを機械式限
界スイッチから外すために呼び出// す。スイッチのトリップに基づいて、モー
タ方向マスクとパルス・マスクがセ// ットされる。タイムアウトまであるいは
限界がトリップ解除されるまでステー// ジは移動される。大域 x_stage, y_sta
ge, z_stage と stage_position[] が// 更新される。Short unsigned limit_re
covery( void ){short unsigned register i_loop;long signed timeout, j;uns
igned short direction_template, pulse_mask;if(limit_flag) return 0;for(t
imeout=0; timeout < limit_timeout; timeout++){direction_template = dio_t
emplate;pulse_mask = 0;if(limit_switches & x_plus_limit){direction_templ
ate ｜= x_minus_mask;pulse_mask ｜= x_pulse_mask;x_stage -= 1;}elseif(li
mit_switches & x_minus_limit){direction_template ｜= x_plus_mask;pulse_m
ask ｜= x_pulse_mask;x_stage += 1;}if(limit_switches & y_plus_limit){dir
ection_template ｜= y_minus_mask;pulse_mask ｜= y_pulse_mask;y_stage -=
1;}elseif(limit_switches & y_minus_limit){direction_template ｜= y_plus_
mask;pulse_mask ｜= y_pulse_mask;y_stage += 1;}if(limit_switches & z_plu
s_limit){direction_template ｜= z_minus_mask;pulse_mask ｜= z_pulse_mas
k;z_stage -= 1;}elseif(limit_switches & z_minus_limit){direction_templat
e ｜= z_plus_mask;pulse_mask ｜= z_pulse_mask;z_stage += 1;}outp(io_addr
ess,direction_template);for(i_loop=5; i_loop!=0; i_loop--);outp(io_addre
ss,direction_template｜pulse_mask);for(i_loop=5; i_loop!=0; i_loop--);ou
tp(io_address,direction_template);for(i_loop=no_op[0]; i_loop!=0; i_loop
--);limit_switches = inp(io_address);if(limit_switches <= limit_test) br
eak;}stage_position[0] = (double)x_stage*inches_per_step[0];stage_positi
on[1] = (double)y_stage*inches_per_step[1];stage_position[2] = (double)z
_stage*inches_per_step[2];if(limit_switches > limit_test)return 1;return
0;}void squirt( int profile ){short unsigned pump_no_op;short unsigned
register i_loop;short unsigned direction_template;long signed i, j, step
s;static long signed i_ramp_limit;/* profile = 0 = ramp_up_and_down *//*
profile = 1 = ramp_up *//* profile = 2 = run *//* profile = 3 = ramp_do
wn *//* ポンピング用の正しいステップ・カウント */steps = 1000;direction_
template = dio_template + p_plus_mask;for(i=1; i<steps; i++){outp(io_add
ress,direction_template);if((i<max_ramp_steps)&&(2*i<steps)&&((profile==
ramp_up_and_down)｜｜(profile==ramp_up))){pump_no_op = no_op[i];i_ramp_l
imit = i;goto next_step;} /* ランプダウン */if((( /* run_r
amp_cycles に達する最初のケース */((i+max_ramp_steps)>steps)&&((2*max_ra
mp_steps)<=steps))｜｜(2*(i+1)>steps))&& /* 限界に達しない第２のケー
ス */((profile==ramp_up_and_down)｜｜(profile==ramp_down))){pump_no_op =
no_op[steps-i-1];goto next_step;}/* 全速 */pump_no_op = no_op[i_ramp_li
mit];t_step:for(i_loop=pump_no_op; i_loop!=0; i_loop--);outp(io_address,
direction_template+p_pulse_mask);for(i_loop=5; i_loop!=0; i_loop--);outp
(io_address,direction_template);}return;}/* no-op アレイを初期設定する、
12/92 記事参照 */t set_up_no_op( void ){double a, t, velocity;int return
value;signed short i;/* a は一時的変数であり、tan (最大許容角) */a = po
w(acceleration_peak*G*inches_per_step[0],0.5)/velocity_maximum;return_va
lue = 0;t = 0.;no_op[0] = (signed short)max_loop_count;no_op[1] = (signe
d short)max_loop_count;if(debug_ramp){fprintf(ramp_stream,"turn angle at
highest speed is %1f＼r",180./pi*atan(a));fprintf(ramp_stream,"start lo
op count is %i＼r",no_op[0]);fprintf(ramp_stream,"start velocity is %1f
＼r",velocity_minimum);fprintf(ramp_stream,"acceleration time is %1f＼
r",acceleration_time);fprintf(ramp_stream,"io call rate is %1f＼r＼r",io
_call_rate);fprintf(ramp_stream,"time, velocity, count, index＼r");}for
(i=2; i<=(long signed)max_ramp_length; i++){t += (double)no_op[i-1]/io_c
all_rate; /* seconds */velocity = velocity_minimum +(velocity_maximum -
velocity_minimum)*(1. - exp(-t/acceleration_time));no_op[i] = (short si
gned)(inches_per_step[0]*io_call_rate/velocity);if(debug_ramp)fprintf(ra
mp_stream,"%1f %f %i %i＼r＼n",t, velocity, no_op[i], i);max_ramp_steps
= i; /* 全速に循環する */if(no_op[i]<=min_loop_count) break;}// ア
レイの残り部分を記入するfor(i=max_ramp_steps; i<=(long signed)max_ramp_l
ength; i++)no_op[i] =min_loop_count;if(outer_calculation_delay>(min_loop
_count+2)){printf("Calculation delay > minimum step time.＼n");return 1
3;}if(max_ramp_steps>(short unsigned)(max_ramp_length-2)){printf("Warnin
g: ramp step memory limit reached.＼n");min_loop_count = no_op[max_ramp_
steps];return_value += 2;}printf("Min and Max x speeds are %1f and %1f i
nches persecond.＼n", velocity_minimum, velocity_maximum);return_value +
= 1;if(debug_ramp)fpringf(ramp_stream,"run ramp cycles is %i＼r",max_ram
p_steps);make_speed_table();return return_value;}// no_op アレイのセット
アップ後、頂点速度を設定するためのルックアップ// ・テーブルを初期設定で
きるvoid make_speed_table( void ){double tau, cos_angle, delay;short sig
ned k, n, i, j, m;tau = sqrt((sqrt(2.)*inches_per_step[0])/(G*accelerati
on_peak));for(k=1; k<8197; k++){cos_angle = 1. - 2./(double)k;delay = ta
u*pow((1.-cos_angle),0.25);n = (short signed)(delay*io_call_rate);if(n>m
ax_loop_count) n = max_loop_count;if(n<min_loop_count) n = min_loop_coun
t;// 適当な no_op インデックスを求めて探索するi = max_ramp_length >> 1;j
= i >> 1;for(m=0; m<13; m++){if(n>=(no_op[i]))i -= j;elsei += j;j = j >
＞ 1;}if(n>no_op[i]) i--;speed_table[k] = i;if(debug_ramp)fprintf(ramp_s
tream,"For cos_angle &1f velocity index is%i＼r＼n", cos_angle, i);}spee
d_table[0] = 1;return;}void dumb_parms( FILE *stream ){short signed i,
j;i = 1;for(j=1; j<=vertex_count; j++){i = move_parms[i].next;fprintf(st
ream,"v%i x%i y%i z%i p%i ss%i es%i a%i t%X",i, move_delta[i].x,move_del
ta[i].y, move_delta[i].z,move_delta[i].p, move_parms[i].start_speed,move
_parms[i].end_speed,move_parms[i].acc-2, move_delta[i].templat);fprintf
(stream,"lt%i mx%i (%li, %li, %li)＼r＼n",move_parms[i].left_tested, mov
e_delta[i].max,move_position[i].x, move_position[i].y,move_position[i].
z);fprintf(stream,"last%i next%i flow%i phant%i insp%i",move_parms[i].la
st, move_parms[i].next,move_parms[i].flow, move_parms[i].phantom,move_pa
rms[i].inspect);fprintf(stream," (%.3lf,%.3lf,%.3lf)＼r＼n",(double)mov
e_position[i].x*inches_per_step[0],(double)move_position[i].y*inches_per
_step[0],(double)move_position[i].z*inches_per_step[0],}}// エネーブルさ
れた場合、この検査ルーチンは、haul() に置き換わる。// 下記の場合を除き、
モータにステップを失わせることになるあらゆるケースを// 見つけるべきであ
る：// 初期頂点速度の計算が誤っている// ランプ加速が誤っている//
雑音またはその他の電子的機械的問題// 注：ヒステリシス補正を加えるとき
は、検査合計ならびに move_position と// move_delta の比較をディスエーブ
ルすべきである。void data_checker( void ){signed long x_steps_taken, y_s
teps_taken, j;signed long vertex_x_steps, vertex_y_steps, vertex_z_spte
s,vertex_p_steps;signed short z_steps_taken, p_steps_taken;signed short
x_step, y_step z_step, p_step;short signed i, h, mx, vertex;char dump_ve
rtex;fprintf(checker_stream,"Layer %li checking set of %ivertices.＼r＼
n", layer_count, vertex_count);vertex_x_steps = 0;vertex_y_steps = 0;ver
tex_z_steps = 0;vertex_p_steps = 0;i = move_parms[1].next;for(vertex=1;
vertex<=vertex_count; vertex++){dump_vertex = 0;h = i;i = move_parms[h].
next;// 各軸における変化が絶対位置を反映しているか？if( (((long signed)m
ove_delta[i].x + move_position[h].x)!=move_position[i].x)｜｜(((long sig
ned)move_delta[i].y + move_position[h].y)!=move_position[i].y)｜｜(((lon
g signed)move_delta[i].z + move_position[h].z)!=move_position[i].z) )-{f
printf(checker_stream," old (x,y,z) + deltas != new(x,y,z)＼r＼n");dump_
vertex = 1;}// これは無視できる移動か？if((!move_delta[i].max)&&(move_pa
ms[i].end_speed>2)){fprintf(checker_stream," zero length move＼r＼n");du
mp_vertex = 1;}// h の最終速度が i の開始速度と一致するか？if(move_parms
[i].start_speed !=move_parms[h].end_speed){fprintf(checker_stream," old
end speed !=new start speed＼r＼n");dump_vertex = 1;}// i の最大値が何れ
かの軸に沿った最大ステップと本当に等しいか？mx = abs(move_delta[i].x);mx
= (abs(move_delta[i].y)>mx)? abs(move_delta[i].y): mx;mx = (abs(move_de
lta[i].z)>mx)? abs(move_delta[i].z): mx;mx = (abs(move_delta[i].p)>mx)?
abs(move_delta[i].p): mx;if(mx != move_delta[i].max){fprintf(checker_str
eam," maximum not a true maximum＼r＼n");dump_vertex = 1;}// 最大値が最
長許容線分より大きいか？if(move_delta[i].max>segment_limit){fprintf(chec
ker_stream," segment too long. Limit is %i＼r＼n",segment_limit);dump_v
ertex = 1;}// i の開始速度 + acc.*max = i の最終速度か？if((move_parms
[i].start_speed +(move_parms[i].acc-2)*move_delta[i].max) !=move_parms
[i].end_speed){fprintf(checker_stream," can't accel from start to end＼r
＼n");dump_vertex = 1;}// 加速が 1, 2, 3 以外か？if((move_parms[i].acc<
1)｜｜(move_parms[i].acc>3)){fprintf(checker_stream," illegal accelerati
on＼r＼n");dump_vertex = 1;}// 速度は限界内か？if((move_parms[i].end_spe
ed>max_ramp_steps){fprintf(checker_stream," excessive velocity＼r＼n");d
ump_vertex = 1;}// アレイ・サイズは限界内か？if(i>max_M){fprintf(checker
_stream," array out of range.%i should be %i＼r＼n", i, max_M);dump_vert
ex = 1;}// 何かの問題が検出された場合、その頂点をダンプアウトするif(dump
_vertex){fprintf(checker_stream," Vertex %i, location %i, next %i,last %
i＼r＼n", vertex, i, move_parms[i].next, h);fprintf(checker_stream," (d
x,dy,dz,dp)(%i,%i,%i,%i)max=%i＼r＼n",move_delta[i].x, move_delta[i].y,
move_delta[i].z,move_delta[i].p, move_delta[i].max);fprintf(checker_stre
am," start %i end %i acc %i temp%x＼r＼n",move_parms[i].start_speed,
move_parms[i].end_speed,move_parms[i].acc-2, move_delta[i].templat);fpri
ntf(checker_stream," left tested%i position(%li,%li,%li)＼r＼n,move_parm
s[i].left_tested,move_position[i].x, move_positon[i].y,move_position[i].
z);fprintf(checker_stream," flow %i phantom %i inspect %i",move_parms
[i].flow, move_parms[i].phantom,move_parms[i].inspect);fprintf(checker_s
tream," and position in inches=(%.3lf,%.3lf,%.3lf)＼r＼n",(double)move_p
osition[i].x*inches_per_step[0],(double)move_position[i].y*inches_per_st
ep[0],(double)move_position[i].z*inches_per_step[0]);}x_steps_taken = 0;
y_steps_taken = 0;z_steps_taken = 0;p_steps_taken = 0;// 正しい数のステ
ップが実際にとられたかどうか検査する// 各軸について累計検査合計を行うfor
(j=1;j<=move_delta[i].max;j++){x_step=((j*(signed long)abs(move_delta
[i].x))> ((signed long)move_delta[i].max*x_steps_taken))? 1: 0;y_step=
((j*(signed long)abs(move_delta[i].y))> ((signed long)move_delta[i].max*
y_steps_taken))? 1: 0;z_step=((j*(signed long)abs(move_delta[i].z))> ((s
igned long)move_delta[i].max*z_steps_taken))? 1: 0;p_step=((j*(signed lo
ng)abs(move_delta[i].p))> ((signed long)move_delta[i].max*p_steps_take
n))? 1: 0;x_steps_taken += (signed long)x_step;y_steps_taken += (signed
long)y_step;z_steps_taken += (signed long)z_step;p_steps_taken += (signe
d long)p_step;vertex_x_steps += (move_delta[i].x>0)? x_step: -x_step;ver
tex_y_steps += (move_delta[i].y>0)? y_step: -y_step;vertex_z_steps += (m
ove_delta[i].z>0)? z_step: -z_step;vertex_p_steps += (move_delta[i].p>0)
? p_step: -p_step;}if((long signed)abs(move_delta[i].x)!=x_steps_taken)f
printf(checker_stream,"Vertex %i: ｜dx｜=%i, was actually%i＼r＼n", i, a
bs(move_delta[i].x), x_steps_taken);if((long signed)abs(move_delta[i].y)
!=y_steps_taken)fprintf(checker_stream,"Vertex %i: ｜dy｜=%i, was actual
ly%i＼r＼n", i, abs(move_delta[i].y), y_steps_taken);if((long signed)abs
(move_delta[i].z)!=z_steps_taken)fprintf(checker_stream,"Vertex %i: ｜dz
｜=%i, was actually%i＼r＼n", i, abs(move_delta[i].z), z_steps_taken);if
((long signed)abs(move_delta[i].p)!=p_steps_taken)fprintf(checker_strea
m,"Vertex %i: ｜dp｜=%i, was actually%i＼r＼n", i, abs(move_delta[i].p),
p_steps_taken);}if( ((move_position[1].x + vertex_x_steps)!=move_positi
on[i].x) ｜｜((move_position[1].y + vertex_y_steps)!=move_position[i].y)
｜｜((move_position[1].z + vertex_z_steps)!=move_position[i].z) ){fprin
tf(checker_stream," move check sum error＼r＼n");fprintf(checker_strea
m," expected (%li,%li,%li),got (%li,%li,%li)＼r＼n",move_position[i].x,
move_position[i].y, move_position[i].z,move_position[1].x + vertex_x_ste
ps,move_position[1].y + vertex_y_steps,move_position[1].z + vertex_z_ste
ps,}return;}
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による製造ツールを位置決めするロボッ
トを含む高速プロトタイプ作成システムの構成図であ
る。
【図２】本発明の他の実施例の構成図である。
【図３】本発明で使用する速度決定技術を示す図であ
る。
【図４】複数の頂点を含む、ロボット用の所望の軌道の
例を示す図である。
【図５】計算された頂点速度をプロットしたグラフであ
る。
【図６】ステッパ・モータのトルク曲線を示すグラフで
ある。
【図７】図６のトルク曲線の速度プロフィルを示すグラ
フである。
【図８】速度インデックスを走行長さに対してプロット
したグラフである。
【図９】図１１及び１２の流れ図の１ステップを適用し
た後の、速度インデックスを走行長さに対してプロット
した、改訂後のグラフである。
【図１０】図１１及び１２の流れ図に従って頂点を追加
した後の速度インデックスを走行長さに対してプロット
した、別の改訂後のグラフである。
【図１１】本発明の現在好ましい方法を示す流れ図であ
る。
【図１２】本発明の現在好ましい方法を示す流れ図であ
る。
【符号の説明】
１ ロボット １０ 高速プロトタイプ作成システム １２ 実施例時間制御装置 １４ ツール １５ ポンプ １６ ビード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−25779（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−100813（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−201719（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−72414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−231608（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05B 19/416

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 それぞれｎ次元空間（ｎは２以上）内の
    ある位置を定義する座標を有し、他の少なくとも１つの
    頂点から１本の線分によって分離された頂点のリストに
    よって定義される、ｎ次元空間中の所定の軌道に沿っ
    て、複数のモータによってある物体を駆動するのに要す
    る時間を減らす方法であって、 （ａ）物体がある線分から次の線分に駆動される際に方
    向を変えるとき、各頂点ごとに維持できる最大速度を決
    定するステップと、 （ｂ）最大速度の昇順に頂点をソートするステップと、 （ｃ）最低速の頂点と軌道中の次の頂点とからなる頂点
    の対を検査するステップと、 次の頂点における決定された最大速度が、最低速の頂点
    からできるだけ速やかに加速することによって丁度達成
    されることが判明した場合に、 （ｄ）次の頂点における決定された最大速度を、正しい
    ものとマークするステップと、 次の頂点における決定された最大速度が、決定された最
    大速度より大きいことが判明した場合に、 （ｅ）次の頂点の最大速度を、最低速の頂点からできる
    だけ速やかに加速することによって達成される値に減少
    させるステップと、 （ｆ）次の頂点における減少後の最大速度を、正しいも
    のとマークするステップと、 次の頂点における決定された最大速度が、決定された最
    大速度より低いことが判明した場合に、 （ｇ）次の頂点を、後で少なくとも１つの中間頂点を追
    加すべきものとマークするステップと、 （ｈ）最低速の頂点と軌道中の前の頂点とからなる頂点
    の対を検査するステップと、 最低速の頂点における決定された最大速度が、前の頂点
    から最低速の頂点へできるだけ速やかに減速することに
    よって丁度達成されることが判明した場合に、 （ｉ）前の頂点における最大速度を、正しいものとマー
    クするステップと、 前の頂点における決定された最大速度が、決定された最
    大速度よりも大きいことが判明した場合に、 （ｊ）前の頂点の最大速度を、前の頂点から最低速の頂
    点できるだけ速やかに減速することによって達成される
    値に減少させるステップと、 （ｋ）前の頂点の減少後の最大速度を、正しいものとマ
    ークするステップと、 前の頂点における決定された最大速度が、決定された最
    大速度より低いことが判明した場合に、 （ｌ）前の頂点を、後で少なくとも１つの中間頂点を追
    加すべきものとマークするステップと、 （ｍ）最大速度が最低の頂点を頂点リストから除去する
    ステップと、 （ｎ）すべての頂点対が検査を終えたかどうか判定する
    ステップと、 （ｏ）ステップ（ｎ）でノーの場合、ステップ（ｂ）か
    ら（ｎ）までを繰り返すステップと、 （ｐ）ステップ（ｎ）でイエスの場合、前に頂点を追加
    すべきものとマークした各頂点対の間に少なくとも１つ
    の中間頂点を追加するステップと、 （ｑ）得られた頂点リストの各頂点で支持された速度を
    達成するように物体を軌道に沿って駆動させるため、得
    られた頂点リストからモータ制御信号のシーケンスを決
    定するステップと、 を含む方法。
  2. 【請求項２】 モータがステッパ・モータであり、ステ
    ップ（ｑ）で、頂点対の第１の頂点からの完全加速及び
    頂点対の第２の頂点への完全減速により、その頂点対を
    連結する線分上で、加速速度と減速速度が同じで、両方
    の頂点からの整数のステッパ・データ・ステップ数であ
    り、交点での速度が最大許容速度より小さくなる位置が
    得られる場合に、単一の頂点を追加することを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 頂点対間の線分に沿った完全加速とその
    後に続く完全減速により速度が最大許容速度に達する場
    合に、ステップ（ｑ）で、前記頂点の内の一つからの完
    全加速により速度が最初に最大許容速度に達する線分上
    の点に第１の頂点を追加し、完全加速後に前記第１の頂
    点から前記最大速度に達している線分上の点に第２の頂
    点を追加することを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 データがステッパ・モータであり、完全
    加速ランプと完全減速ランプが非整数のステッパ・モー
    タ・ステップ数で交差する場合に、ステップ（ｑ）で、
    １つのステッパ・モータ・ステップで互いに分離され
    た、線分上の２個の頂点を追加し、前記２個の頂点の間
    では加速も減速もされないことを特徴とする、請求項１
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】 ステップ（ｂ）がヒープ・ソートによっ
    て実施されることを特徴とする、請求項１に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 モータがステッパ・モータであり、軌道
    上の１点を通って物体を頂点ｉ−１からｉを経てｉ＋１
    に並進運動させると、角度θｉの偏向が生じ、ステップ
    （ａ）でｃｏｓθｉの値を使って、頂点ｉについての最
    大速度を決定することを特徴とする、請求項１に記載の
    方法。
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