JP3453554B2

JP3453554B2 - 加減速方法

Info

Publication number: JP3453554B2
Application number: JP2000313200A
Authority: JP
Inventors: 謙太郎藤林; 哲夫菱川; 雄策山田
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2003-10-06
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: US20020069029A1; EP1197821A2; EP1197821B1; DE60117113D1; DE60117113T2; US6647353B2; EP1197821A3; JP2002123319A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、包装機械等の産業
機械や工作機械等の移動する２つの対象物に対して一方
を他方に追従させるときの加減速方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に行われている従来の加減速方法
は、目標対象軸（目標移動体等目標対象とされるもの）
の速度のみに追従するよう追従軸（追従させる移動体等
の追従させるもの）を加減速制御する。例えば、図１に
示すように、目標対象軸Ｙの速度Ｖｙに追従軸Ｘの速度
Ｖｘ（速度差Ｖｅ）を追従させようとする場合、加減速
がない場合と、加減速制御した場合（図１で示す例は直
線加減速制御の例である）では、常に加減速による遅れ
分だけ遅れが生じ、目標対象軸Ｙに対して追従軸Ｘは位
置差が残る。図１に示すように、目標対象軸Ｙが速度Ｖ
ｙで移動し、追従軸Ｘが速度Ｖｘで移動している時に、
追従指令が出された場合、追従軸Ｘに対して直線加減速
制御が行われ、追従軸Ｘが追従開始（ｔ＝０）から時間
ｔｅで目的対象軸の速度（目標速度）Ｖｙに達したとす
る（速度差Ｖｅ＝０）。追従開始時に位置の差が「０」
であったとすると、速度差Ｖｅが「０」となり追従軸Ｘ
の速度Ｖｘが目標対象軸Ｙの速度Ｖｙと等しくなった以
降は、面積Ｓ１（＝Ｖｅ×ｔｅ／２）だけの位置の差が
常に存在することになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の加減速方法では、位置ずれが生じ、追従軸Ｘの速度を
目標対象軸Ｙの速度に一致させることはできるが、位置
は目標対象軸Ｙとずれて、位置は一致しない。目標対象
軸Ｙに追従させようとするものを追従させる場合、この
追従軸Ｘの速度も位置も目標対象軸Ｙと一致することが
望ましく、位置も速度も追従することによって完全な追
従制御といえる。

【０００４】そこで本発明の課題は、追従軸（追従物、
追従移動体等の追従させるもの）を目標対象軸（目標移
動体等の目標対象とされるもの）に位置も速度も一致す
るように追従させることができる加減速方法を提供する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、目標対象軸の位置と速度及び追従軸を追
従させる加減速方法において、所定周期毎、目標対象軸
の位置と速度と追従軸の位置と速度より目標対象軸と追
従軸が近づいているかを判別し、近づいていない場合に
は追従軸が目標対象軸の位置を越えない範囲で近づく方
向に加速して速度を制御し、近づいている場合には、目
標対象軸の位置を越えず、且つ目標対象軸と追従軸との
速度差が反転しないように追従軸の速度を制御して追従
軸の位置と速度を目標対象軸の位置と速度と一致するよ
うに制御する加減速方法である。

【０００６】この場合、目標対象軸に対して追従軸を加
速する場合と減速する場合で異なる加速度値を設定して
制御してもよく、また、追従軸の速度を所定値以下にク
ランプするようにしてもよい。

【０００７】より具体的には、所定周期毎、前記目標対
象軸と前記追従軸の位置差と速度差を求めるステップ
と、前記位置差と速度差より目標対象軸と追従軸が近づ
いているか判別するステップと、目標対象軸と追従軸が
近づいていない判別とされたとき、目標対象軸の位置を
越えない範囲で追従軸を目標対象軸に近づく方向に最大
加速度で加速可能か判断するステップと、最大加速度で
加速可能ならば、最大加速度で駆動し、不可能であれ
ば、目標対象軸と前記追従軸の位置差分だけ加速して駆
動するステップと、目標対象軸と追従軸が近づいている
と判別されたとき、最大限加速又は等速で駆動が可能か
判別し、最大限加速可能ならば、最大限の加速で駆動と
し、等速駆動が可能ならば等速で駆動し、最大限加速又
は等速で駆動が不可能な場合には、目標対象軸と追従軸
との速度差が反転しないように追従軸の速度を減速制御
するステップとで構成して加減速制御を行い、追従軸を
目標対象軸に追従させる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の同期制御方法に
おける加減速制御の原理説明図であり、時間に対する速
度変化を示す図である。追従軸（移動体等の追従するも
の）Ｘを目標対象軸（追従させようとする対象）Ｙに追
従させるように制御する本発明の追従加減速方法の原理
説明図である。目標対象軸Ｙの速度がＶｙ、追従軸Ｘの
速度がＶｘで、目標対象軸Ｙと追従軸Ｘとの間には速度
差Ｖｅがあり、追従が開始される時間ｔ＝０で目標対象
軸Ｙと追従軸Ｘとは位置の差がない状態で追従を開始
し、追従軸Ｘを目標対象軸Ｙの速度と同一にすると共に
位置の差も零とするものである。

【０００９】追従軸Ｘは目標対象軸速度Ｖｙを目指して
加速度α（この加速度αは一定とは限らない）で加速さ
れる。時間ｔ１で追従軸Ｘの速度は目標対象軸速度Ｖｙ
に達するが、本発明が採用する追従型加減速は、このま
ま加速を続ける。そして加速度α（αは一定とは限らな
い）で減速を開始し、目標速度Ｖｅに達した段階で位置
の差が零となるような時間ｔ２を求めて、この時間ｔ２
から減速を開始し、目標対象軸速度Ｖｙに達したとき、
減速を停止し目標対象を追従制御する。

【００１０】図２に示すように、目標対象軸速度Ｖｙに
達する（時間ｔ１）までは、追従加減速なしの速度曲線
（目標対象軸Ｙの速度曲線）に対して追従加減速を使用
した速度曲線（追従軸Ｘの速度曲線）で示される追従軸
Ｘの速度Ｖｘは遅いことから、図２で破線で示した面積
Ｓ１（＝Ｖｅ×ｔ１／２）だけの位置の差が生じる。

【００１１】そこで、目標対象軸速度Ｖｙを越えた後、
加速を続け、その後、時間ｔ２で減速して目標対象軸速
度Ｖｙに達するように制御する。そして、追従軸Ｘの速
度がこの目標対象速度Ｖｙを越えている区間で、この越
えた分における移動量を示す面積Ｓ２が上記面積Ｓ１と
等しくなるように、時間ｔ２を制御する。その結果、Ｓ
１＝Ｓ２となり、加速開始直後の区間に生じる位置ずれ
は、直ちに解消され、図２の時間ｔｅ以降において、追
従軸Ｘは速度も位置も目標対象軸Ｙと同じとなる。

【００１２】図３は、上記追従型加減速方法において、
追従軸Ｘが目標対象軸Ｙに対して加速する時と減速する
時の加速度を変えたときの例を示すもので、加速時の加
速度をα（この加速度αは一定とは限らない）、減速時
の加速度をβ（この加速度βも一定とは限らない）とし
ている。この例においても、加速度αでの加速開始から
目標対象速度Ｖｙに達するまで、図３で符号Ｓ１で示す
面積に対応する分の位置の差が生じる。目標対象速度Ｖ
ｙに達した後も、このまま加速し時間ｔ２で加速度βで
減速し、目標対象速度Ｖｙに達したならば等速運動とす
る。これにより、目標対象速度Ｖｙを越えた分による移
動量を示す面積Ｓ２と前記面積Ｓ１が等しくなるように
時間ｔ２を制御して、目標対象軸Ｙと追従軸Ｘの位置と
速度を同一とし同期をとる。

【００１３】図４は本発明の追従型加減速方法の他の一
方法である。この例は、追従加減速の速度にクランプを
かけたものである。この例も、時間ｔ＝０で目標対象軸
Ｙと追従軸Ｘに位置の差はないとしたとき、時間ｔ＝０
から時間ｔ＝ｔ１まで追従軸Ｘが加速される間に、ハッ
チングされたＳ１の面積に相当する位置差が生じる（目
標対象軸Ｙは移動量（Ｖｙ×ｔ）だけ移動することに対
して、追従軸Ｘは（Ｖｙ×ｔ／２）の移動しかなくその
差Ｓ１＝Ｖｙ×ｔ／２だけ追従軸Ｘは遅れている）。

【００１４】そこで、追従軸Ｘをさらに加速し、目標対
象軸Ｙの速度Ｖｙよりも速くし、この遅れ分の距離Ｓ１
に相当する距離Ｓ２（＝Ｓ１）だけ追従軸Ｘの速度Ｖｘ
を目標対象軸Ｙの速度Ｖｙ速くして駆動する。この場
合、追従軸Ｘの速度Ｖｘを所定値以上に増加しないよう
にクランプして、図４に示すように一部等速状態を形成
して、目標対象軸Ｙの速度Ｖｙを越える分の速度で移動
する距離Ｓ２が前記位置差Ｓ１と等しくなるように制御
する。これにより、時間ｔ＝ｔｅで、追従軸Ｘの速度Ｖ
ｘが目標対象軸Ｙの速度Ｖｙと一致した後は、追従軸Ｘ
は目標対象軸Ｙとの位置ずれはなく同一位置となり、同
一位置を保持して同一速度で追従軸Ｘは目標対象軸Ｙと
共に移動することになる。

【００１５】上述した例は、加減速を開始した時（図
２，図３，図４において時間ｔ＝０の時）、追従軸Ｘと
目標対象軸Ｙは位置ずれがなく位置は同一であるものと
して説明した。しかし、加減速を開始する時（時間ｔ＝
０）、追従軸Ｘと目標対象軸Ｙに位置ずれがあった場合
には、この位置ずれをも解消するように制御する。この
加減速開始時に位置ずれがある場合の加減速方法につい
て以下、場合を分けて説明する。

【００１６】なお、目標対象軸Ｙの位置をＰｙ、速度を
Ｖｙ、追従軸Ｘの位置をＰｘ、速度をＶｘとして、加減
速開始時の初期状態での追従軸Ｘ、目標対象軸Ｙの位置
をＰx0、Ｐy0、速度をＶx0、Ｖy0とする。さらに、目標
対象軸Ｙに対する追従軸Ｘの位置差をｄｐ＝Ｐｙ−Ｐ
ｘ、速度差をｄｖ＝Ｖｙ−Ｖｘとし、初期状態での位置
差ｄp0＝Ｐy0−Ｐx0、速度差をｄv0＝Ｖy0−Ｖx0とす
る。（１）追従軸Ｘに対して目標対象軸Ｙが「離れていく」
場合図５は、この（１）の一例で、位置の差、速度の差が共
に正の場合で、目標対象軸Ｙと追従軸Ｘの加減速開始時
の初期状態での位置差ｄp0＝Ｐy0−Ｐx0が正であり、追
従軸Ｘが遅れてている状態で、かつ、速度差ｄｖの初期
状態ｄv0＝Ｖy0−Ｖx0も正の場合である。又、目標対象
軸Ｙも追従軸Ｘも正方向に移動している場合の例であ
る。

【００１７】この場合、図６に示すように、加減速を開
始（ｔ＝０）してから追従軸Ｘの速度Ｖｘが目標対象軸
Ｙの速度Ｖｙに達するまでに追従軸Ｘが目標対象軸Ｙに
対して遅れた量（遅れた距離）は前述したように面積Ｓ
１で示される距離である。一方、追従軸Ｘの速度Ｖｘが
目標対象軸Ｙの速度Ｖｙを越え追従軸Ｘが目標対象軸Ｙ
より進んだ距離に対応する面積Ｓ２（図６で左下下がり
のハッチングを施した部分）が前記面積Ｓ１と等しくな
るように、加速した後減速し、追従軸Ｘの速度を目標対
象軸Ｙの速度Ｖｙと一致させたとすれば、追従軸Ｘと目
標対象軸Ｙの位置ずれは加減速開始時の位置ずれと等し
く、追従軸Ｘは距離差ｄp0だけ遅れている。

【００１８】そこで、この加減速開始時の距離差ｄp0＝
Ｐy0−Ｐx0だけ追従軸Ｘを目標対象軸Ｙに対して追い込
めばよい。これは、図６に示すように、前述した面積Ｓ
２を得る時よりも加速時間を長くして加速から減速に切
り替える時間を遅くし、その遅くしたことにより増加す
る面積Ｓ３（図６で碁盤の目のようなハッチングを入れ
た部分）が加減速開始時の距離差ｄp0＝Ｐy0−Ｐx0に等
しくなるようにこの切替時間ｔ２を制御すればよい。こ
れにより、追従軸Ｘと目標対象軸Ｙは、速度も位置も同
一となり完全に同期した状態が形成される。上述したケ
ースは、追従軸Ｘに対して目標対象軸Ｙが「離れてい
く」場合の１例で、この「離れていく」ケースは図１１
に示すように６つの場合がある。

【００１９】図１１において、（ａ）の場合は、図６に
示すケースで、ｄp0＞０、ｄv0≧０、Ｖｘ＞０、Ｖｙ＞
０のとき、もしくはｄｖ＝０のとき、（ｂ）の場合は、
ｄp0＞０、ｄv0＞０、Ｖx0＜０、Ｖy0＞０のとき、
（ｃ）の場合は、ｄp0＞０、ｄv0≧０、Ｖx0＜０、Ｖy0
＜０のとき、（ｄ）の場合は、ｄp0＜０、ｄv0≦、Ｖx0
＞０、Ｖy0＞０のとき、（ｅ）の場合は、ｄp0＜０、ｄ
v0＜０、Ｖx0＞０、Ｖy0＜０のとき、（ｆ）の場合は、
ｄp0＜０、ｄv0＜０、Ｖx0＜０、Ｖy0＜０のとき、この図１１に示すように、加速方向を切り替えるタイミ
ングを加減速開始時における位置の差ｄp0の大きさによ
って、加減速開始時において位置の差が「０」のときよ
り、遅くすることによって、位置の差ｄp0を解消して、
目標対象軸Ｙと追従軸Ｘの位置Ｐｙ、Ｐｘ及び速度Ｖ
ｙ、Ｖｘを一致させ同期をとることができるものであ
る。（２）追従軸Ｘに対して目標対象軸Ｙが「向かってく
る」場合図７は、（２）の一例で、位置の差が負、速度の差が正
の場合で、追従軸Ｘは目標対象軸Ｙに対して位置がｄp0
だけ進んでおり、差ｄp0＝Ｐy0−Ｐx0が負で、速度は目
標対象軸Ｙが速くその差ｄv0＝Ｖy0−Ｖx0が正の場合で
ある。さらに、目標対象軸Ｙも追従軸Ｘも正方向に移動
している場合の例である。

【００２０】この場合は、加減速開始時の位置差ｄp0、
速度差ｄv0の大きさによって、その加減速方法が異な
る。図８は、加減速開始時の位置差ｄp0が大きく、速度
差ｄv0が小さい時の加減速方法である。

【００２１】まず、位置差を解消するために追従軸Ｘの
速度Ｖｘを負方向に加速する。そして、ある時点ｔ１
で、正方向に加速して追従軸Ｘの速度Ｖｘが時間ｔｅで
目標対象軸Ｙの速度Ｖｙ（＝Ｖy0）と等しくなったとす
る。この場合、目的対象軸Ｙが時間ｔ＝０からｔ＝ｔｅ
までに移動した距離Ｓｙは「Ｖｙ×ｔｅ」である。一
方、追従軸Ｘの移動距離Ｓｘは、図８で左下から右上へ
のハッチングで示した部分の面積に等しい距離である。
その結果、目標対象軸Ｙが移動した距離Ｓｙから追従軸
Ｘが移動した移動距離Ｓｘを差し引いた（Ｓｙ−Ｓｘ）
は目標対象軸Ｙが追従軸Ｘに近づいた距離（図８で左上
から右下の線によるハッチングを施した部分の面積に相
当する距離）であり、この距離（Ｓｙ−Ｓｘ）が、加減
速開始時（ｔ＝０）の位置差ｄp0に等しければ、この位
置差ｄp0を解消して、追従軸Ｘは目標対象軸Ｙと位置及
び速度が一致した状態となる。すなわち、加速度方向を
切り替えるタイミング（時間ｔ１）を制御することによ
って、追従軸Ｘの１と速度を目標対象軸Ｙの位置及び速
度に一致させることができる。

【００２２】又、追従軸Ｘと目標対象軸Ｙの位置差ｄp
0、速度差ｄv0が大きくない場合。すなわち、加減速開
始（ｔ＝０）から、追従軸Ｘをプラス方向に最大加速度
以下の加速度で加速して目標対象軸Ｙの速度Ｖｙに達す
るように制御することによって、位置差ｄｐも解消でき
るような場合は、図９に示すような制御を行う。

【００２３】すなわち、加減速開始（ｔ＝０）から追従
軸Ｘの速度Ｖｘをある加速度でプラス方向に加速し時間
ｔｅで目標対象軸Ｙの速度Ｖｙに達したとすると、加減
速開始（ｔ＝０）からの目標対象軸Ｙの移動量Ｓｙから
追従軸Ｘの移動量Ｓｘを減じた量は図９でハッチングを
施した部分の面積に対応するものであり、この面積に対
応する移動量Ｓｙ−Ｓｘが追従軸Ｘと目標対象軸Ｙの加
減速開始時（ｔ＝０）の位置差ｄp0と等しくなるように
加速度の大きさを制御すればよい。さらに、図１０は、
加減速開始時の位置差ｄp0が小さく、速度差ｄv0が大き
い時の加減速方法を示す図である。

【００２４】加減速開始（ｔ＝０）後、直ちに追従軸Ｘ
の速度Ｖｘを目標対象軸Ｙの速度Ｖｙ（＝Ｖy0）に一致
させるように最大加速度で加速したとしても、追従軸Ｘ
の速度Ｖｘが目標対象軸Ｙの速度Ｖｙに達するまでの時
間ｔ２内に、追従軸Ｘが目標対象軸Ｙを追い越してしま
う場合である。

【００２５】図１０において、加減速開始（ｔ＝０）後
直ちに最大加速度で追従を開始して、時間ｔ２で目標対
象軸Ｙの速度に達したとすると、時間ｔ＝０からｔ＝ｔ
２の間に目標対象軸Ｙが移動した距離から追従軸が移動
した距離を差し引いた距離は図１０で、左上から右下へ
の線で施したハッチングした部分の面積に対応する距離
Ｓ１である。この距離Ｓ１が加減速開始（ｔ＝０）の位
置差ｄp0より大きいときには、追従軸Ｘが目標対象軸Ｙ
の速度Ｖｙに達した時点ｔ＝２では、すでに追従軸Ｘ
は、目標対象軸Ｙから追い越されている。例えば時間ｔ
１で追従軸Ｘは目標対象軸Ｙから追い越されている。

【００２６】そこで、追従軸Ｘの速度Ｖｘを加速し、追
い越されて位置差が生じた分追従軸Ｘを余分に進めてこ
の位置差を解消する。すなわち、Ｓ１−ｄp0＝Ｓ２とな
るような加速度方向の時点ｔ３を求め加速から減速へと
切替て、目標対象速度Ｖｙとなるように制御する。この
追従軸Ｘに対して目標対象軸Ｙが「向かってくる」ケー
スは図１２に示すように６つの場合がある。

【００２７】図１２において、（ａ）の場合は、図７に
示すケースで、ｄｐ≦０、ｄｖ＞０、Ｖｘ＞０、Ｖｙ＞
０のとき、（ｂ）の場合は、ｄｐ＜０、ｄｖ＞０、Ｖｘ
＜０、Ｖｙ＞０のとき、（ｃ）の場合は、ｄｐ＜０、ｄ
ｖ＞０、Ｖｘ＜０、Ｖｙ＜０のとき、（ｄ）の場合は、
ｄｐ≧０、ｄｖ＜０、Ｖｘ＞０、Ｖｙ＞０のとき、
（ｅ）の場合は、ｄｐ＞０、ｄｖ＜０、Ｖｘ＜０、Ｖｙ
＜０のとき、（ｆ）の場合は、ｄｐ＞０、ｄｖ＜０、Ｖ
ｘ＞０、Ｖｙ＜０のとき、図１３は、本発明の加減速方法を採用したシステムの一
実施形態である。この実施形態では制御装置として数値
制御装置を用いた例を示しており、数値制御装置はすで
に公知であることから概略的に記載している。制御装置
を構成する数値制御装置１０は、プロセッサ、ＲＯＭ、
ＲＡＭ等のメモリ、入出力回路、通信インターフェース
等で構成され、この実施形態ではこの制御装置１０によ
って、２軸を駆動する例を示している。制御装置１０は
サーボアンプ１１ｘ、１１ｙを介し、サーボモータＭ
ｘ、Ｍｙを駆動し、該サーボモータＭｘ、Ｍｙ若しくは
該サーボモータによって駆動される被駆動体に取り付け
た位置・速度検出器（図示せず）からのフィードバック
信号により、位置、速度のフィードバック制御を行う。

【００２８】又制御装置１０には、操作員が操作するこ
とによってパルスを発生する手動パルス発生器１２が取
り付けられており、軸を指定し（サーボモータＭｘかサ
ーボモータＭｙの選択）該手動パルス発生器１２を操作
することにより、その操作速度に応じた速度のパレス列
を出力し、制御装置１０はこのパレス列に応じて指定サ
ーボモータを駆動制御する。さらに制御装置１０は、機
械や装置を制御する他の制御装置に通信回線等で接続さ
れ、他の制御装置への信号出力、及び他の制御装置から
の信号入力を受けるようになっている。なお、上記制御
システムの構成は、従来の数値制御システムと何等変わ
るものではなく、実質的に同一のものである。

【００２９】図１４は、この実施形態において制御装置
のプロセッサが実施する本発明の追従加減速方法の処理
を示すフローチャートである。サーボモータＭｙが目標
対象軸Ｙを駆動するものとし、該サーボモータＭｙは目
標対象速度Ｖｙで駆動しているとする。サーボモータＭ
ｘは追従軸Ｘを駆動するものとして、図１４に示す処理
を実行して、該サーボモータＭｘを駆動する。以下、サ
ーボモータＭｙは目標対象軸サーボモータ、サーボモー
タＭｘは追従軸サーボモータという。

【００３０】上述したように、追従軸Ｘの制御は、追従
軸Ｘと目標対象軸Ｙの速度、位置の加減速開始時の関係
状態においてその制御方法が異なるから、まず、制御装
置１０のプロセッサが実行する処理をケース分けして説
明する。

【００３１】はじめに、加速、減速について説明する。
この実施形態では、位置差ｄｐ（＝Ｐｙ−Ｐｘ）が正の
とき、及び、位置差ｄｐ＝０のときで速度差ｄｖ（＝Ｖ
ｙ−Ｖｘ）が正のときには、正方向を加速方向、逆の負
方向を減速方向としている。又、位置差ｄｐが負のと
き、及び、位置差ｄｐ＝０のときで速度差ｄｖが負のと
きは、負方向を加速方向、逆の正方向を減速方向として
いる。Ｉ．追従軸Ｘからみて目標対象軸Ｙが離れて行く場合．追従軸Ｘを所定周期内に最大限加速して移動しても
目標対象物の位置を越えない場合、あるいは、所定周期
内に最大限加速しても目標対象速度を越えない場合、 →前周期の速度に対して最大限加速する。．追従軸Ｘを所定周期内で最大限加速すると、目標対
象物の位置、かつ速度を越えてしまう場合、 →前周期での速度に対して目標対象位置分だけ加速す
る。 II．追従軸Ｘからみて目標対象軸Ｙが向かって来る場合．最大限加速すると、次の周期から最大限減速を続け
ても目標対象軸位置に達しない場合、 →前周期での速度に最大限加速する。．等速にすると、次の周期から最大限減速を続けても
目標対象軸位置を越されない場合、 →前周期の速度と同じ（等速）又は加速の大きさを調整
する。．最大限減速すると速度差の符号が反転する場合、 →前周期の速度に対して距離差に相当する分減速する。．当該周期から最大限減速を続けると目標対象軸位置
を越えない場合、 →前周期の速度と同じ（等速）又は減速の大きさを調整
する。．上記以外の場合（最大限減速しても目標対象軸位置
を越える場合） →前周期の速度に対して最大限減速する。

【００３２】なお、上記II−、II−の「前周期の速
度と同じ（等速）又は加速の大きさを調整する」とは、
位置差ｄｐと目標対象速度Ｖｙに減速するまでに必要な
距離との差分を取り、これを目標対象速度Ｖｙに減速す
るために必要な回数で割ると、１回当たりの加減速量が
決まり、この分だけ加減速する。

【００３３】図１４は、制御装置１０のプロセッサが事
項する加減速処理のフローチャートである。まず、目標
対象軸Ｙは速度Ｖｙで駆動されているとする。そして、
追従軸Ｘに対して追従指令が入力されると、制御装置１
０のプロセッサは図１４で示す処理を所定周期毎開始す
る。

【００３４】まず、目標対象軸Ｙ、追従軸Ｘの位置Ｐ
ｙ、Ｐｘ、速度Ｖｙ、Ｖｘより、目標対象軸Ｙは追従軸
Ｘに向かっているか否か判断する（ステップＡ１）。こ
の位置、速度は各サーボモータに取り付けた位置・速度
検出器からのフィードバック信号から求めてもよい。
又、各軸に各周期毎指令した移動量を積算して現在位置
を求める現在位置レジスタから位置を求め、速度は、前
周期に指令した移動量（所定周期内の移動量であるから
実質的な速度となる）から求めてもよい。ステップＡ１
では、具体的には、位置差ｄｐ（＝Ｐｙ−Ｐｘ）の符号
と速度差ｄｖ（Ｖｙ−Ｖｘ）の符号が異なるかを判断
し、符号が同一であり、目標対象軸Ｙが追従軸Ｘから離
れていっている場合であり、図１１（ａ）〜（ｆ）に示
す場合である。当該周期で最大限の加速を行ったときに
目標対象位置Ｐｙを越えないか、又は、目標対象速度Ｖ
ｙ（＝Ｖy0）を越えないかを判断する。すなわち、上述
したケース分けのＩ−の判断を行う（ステップＡ
２）。少なくとも位置か速度かのどちらか一方が越えな
い場合には、最大限の加速を行う。これは、前周期に出
力した移動量に設定されてる最大限の加速量を加算して
出力し加速を行う。しかし、ステップＡ２の判断で、目
標対象位置Ｐｙも目標対象速度Ｖｙも越えることになる
と判断された場合には、その位置差分だけ前周期の移動
指令量に加算して出力し加速する（ステップＡ４）。

【００３５】ステップＡ１で、目標対象軸Ｙは追従軸Ｘ
に向かっていると判断されたときには、当該周期におい
て最大限の加速を行い、次以降の周期で最大限の減速を
行っても、目標対象軸Ｙの位置Ｐｙしないかを判断し
（ステップＡ５）、達しないときは、前周期に指令した
移動量（速度）に設定されている最大限の加速量を加算
して加速する（ステップＡ１０）。このステップＡ５の
判断処理は上記ケース分け「II−」の場合であり、後
述するが図６の時間ｔ１〜ｔ２の間の処理を意味する。

【００３６】上記ステップＡ５の判断処理は種々の方法
があるが、例えば、前周期の移動指令に対して最大限の
加速量を加算したときの当該周期の指令速度Ｖｘからｎ
回最大限の減速量を行うと目標対象軸Ｙの速度Ｖｙを越
えるたとすると（ｎは、速度差ｄｖを設定された最大限
の減速量で割った値の小数点以下を切り上げたときの
値）、このｎの最大限の減速しての移動量は次のように
なる。減速量をβ、周期の間隔をＴとすると、１回の減
速してときの移動量は、（Ｖｘ−β）×Ｔ、２回目の減
速により移動量は（Ｖｘ−２β）×Ｔ、ｎ回目の減速に
より移動量は（Ｖｘ−ｎβ）×Ｔ、でありｎ回目の減速
による合計移動量Σｘは、 Σｘ＝（Ｖｘ−β）×Ｔ＋（Ｖｘ−２β）×Ｔ＋・・・＋（Ｖｘ−ｎβ）×Ｔ＝ｎ・Ｔ・Ｖｘ−Ｔ・β・（１＋２＋・・・・・ｎ）＝ｎ・Ｔ・Ｖｘ−Ｔ・β・（ｎ（ｎ＋１）／２）・・・・・（１）このｎ回の減速による合計移動量Σｘと、加減速開始か
らの移動量及び、当該周期で最大限加速したときの移動
量を加算したものが追従軸Ｘの移動量であり、追従軸Ｘ
の移動量が、この間の目標対象軸Ｙの移動量との差が、
減速開始時の位置差を超えていないか否かによって判断
する。

【００３７】ステップＡ５の判断がＮＯであったときに
は、ステップＡ６で、上記ケースII−の判断を行う。
当該周期で等速（前周期と同一の移動指令）にすると、
次の周期から最大限の減速を続けると追従軸Ｘが目標対
象軸Ｙを追い越してしまうか否かを判断する。この判断
も例えばステップＡ５で述べた方法によって、判断す
る。当該周期で等速にすると、次の周期から最大限の減
速を続けると目標対象軸Ｙが追い越してしまうと判断さ
れた場合には、前述したように等速にするか加速量を調
整して出力する。これは前述したように、位置差ｄｐと
目標対象速度Ｖｙに減速するまでに必要な距離との差分
を取り、これを目標対象速度Ｖｙに減速するために必要
な回数で割ると、１回当たりの加速量が決まり、この分
だけ加速する処理である（ステップＡ１１）。

【００３８】又、ステップＡ６での判断がＮＯの場合に
は、当該周期を前周期で最大限の減速を行うと速度差ｄ
ｖの符号が反転するか否か判断し（ステップＡ７）、Ｙ
ＥＳの場合には、目標対象軸位置Ｐｙと追従軸位置Ｐｘ
との距離差分減速する（ステップＡ１２）。このステッ
プＡ７，Ａ１２の処理は、上記ケース分けにおけるII−
の処理である。

【００３９】さらに、ステップＡ７での判断がＮＯの場
合には、当該周期から最大限減速を続けると追従軸Ｘが
目標対象軸位置Ｐｙを追い越してしまうか否かを判断す
る（ステップＡ８）。追い越さないような場合には、減
速量を調整して減速する（ステップＡ１３）。この減速
量は、位置差ｄｐと目標対象速度Ｖｙに減速するまでに
必要な距離との差分を求め、これを目標対象速度Ｖｙに
減速するために必要な回数で割り、１回当たりの加速量
を求め、この分を減速量とする。上記ケース分けにおけ
るII−の処理である。

【００４０】又、ステップＡ８の判断がＹＥＳの場合に
は、最大限の減速を行う（ステップＡ９）。上記ケース
分けにおけるII−の処理である。以上の処理により、
図６〜図１２で説明したように各種ケース（状態）に対
して、追従軸Ｘを目標対象軸Ｙに位置も速度も一致させ
同期をとることができる加減速制御を実施することがで
きる。

【００４１】そこで、図５、図６に示した例について、
図１４の処理と共に具体的に説明する。追従加減速指令
が入力されると、図１４の処理を開始する。目標対象軸
Ｙは追従軸Ｘに向かっているか判断する（ステップＡ
１）。位置差ｄｐ、速度差ｄｖは共に正であるから、目
標対象軸Ｙは、追従軸Ｘから離れていると判断されステ
ップＡ２に進み、かつ、最初は最大加速（位置差ｄｐが
正であるから加速方向はプラス方向）しても、目標対象
軸Ｙを越えないから、前周期の移動指令値に最大限の加
速量を加算して最大限の加速を行う（ステップＡ３）。
このステップＡ１〜Ａ３を目標対象軸Ｙの速度Ｖｙを越
えるまで実行する。この期間は図６における時間ｔ０〜
ｔ１の間である。

【００４２】一方時間ｔ１で目標対象軸Ｙの速度Ｖｙを
越えると、追従軸Ｘの方が速度が速くなり、目標対象軸
Ｙは向かってくるようになるためステップＡ１ではＹＥ
Ｓとなり、ステップＡ５に移行し、当該周期で最大限加
速し次以降の周期で最大限の減速をしても目標対象軸Ｙ
は追従軸Ｘから追い越されないか判断する。すなわち図
６に破線矢印で示すように、追従軸Ｘは目標対象軸Ｙを
追い越せるかを判断する。図６で示す例では、始めは、
追従軸Ｘは追い越せないことから、ステップＡ１０に進
み、最大限の加速を行う。毎周期毎ステップＡ１，Ａ
５，Ａ１０の処理を図６の時間ｔ１〜ｔ２の間行う。

【００４３】時間ｔ２に近づいたとき、ステップＡ５の
判断がＮＯとなり、（ステップＡ６に進み、等速（前周
期と同一の移動指令）にすると次周期以降の周期で最大
限の減速をしても目標対象軸Ｙは追従軸Ｘから追い越さ
れてないか判断し、目標対象軸Ｙが追い越されないなら
ば、加速度を調整するか等速とする（ステップＡ１
１）。

【００４４】又、ステップＡ６でＮＯであると、当該周
期で最大限減速すると速度差ｄｖの符号が反転するか否
か判断し（ステップＡ７）、反転する場合には、距離差
に応じた減速を行う（ステップＡ１２）。図６の例では
速度差ｄｖの符号は反転しない。ステップＡ７で、ＮＯ
場合、ステップＡ８で当該周期から最大限の減速を行っ
ても目標対象軸Ｙは追従軸Ｘから追い越されるか否かを
判断する。

【００４５】次の周期では、ステップＡ５はＮＯとな
り、ステップＡ６では通常ＮＯとなる。なぜならば前周
期において、ステップＡ１１の処理で加速度が調整さ
れ、最大限減速を続けると追従軸Ｘが目標対象軸Ｙに追
いつき、位置差ｄｐが「０」となるように調整されてい
るからである。ステップＡ７の判断もＮＯとなるから
（このステップＡ７の判断がＹＥＳとなる場合は上述し
たように速度差ｄｖが「０」の近傍であるからであ
る）、ステップＡ８の判断がなされ、最大限減速をつつ
けると目標対象軸Ｙは追従軸Ｘから追い越される場合は
最大限減速し（ステップＡ９）、追い越されない場合
は、減速を調整する（ステップＡ１３）。

【００４６】以下、図６の時間ｔ２〜ｔ３の間は、ステ
ップＡ９又はステップＡ１３の処理がなされることにな
る。そして、時間ｔ３の近傍で、ステップＡ７で、最大
限減速すると速度差ｄｖの符号が反転すると判断された
ときは、現在の距離差分減速して速度を同一とする（ス
テップＡ１２）。これにより、目標対象軸Ｙと追従軸Ｘ
の速度、位置共に同一となる。次の周期からは、ステッ
プＡ１，Ａ２がＮＯとなり、ステップＡ４に進み目標対
象軸Ｙと追従軸Ｘの位置の差分加速することになるが、
すでに位置、速度は同一となっていることから、誤差分
を除き、位置差は「０」であり、加速はされないことに
なる。これにより追従軸Ｘは目標対象軸Ｙと位置及び速
度が一致した同期した動きとなる。

【００４７】図１１に示した（ａ）〜（ｃ）は、上述し
た動作処理と同一である。一方、図１１（ｄ）〜（ｆ）
の場合は、上述した動作処理とほぼ同一であるが、位置
差ｄｐが負であることから、加速方向が負の方向になっ
ている点が相違するのみである。

【００４８】次に、図７のケースで、図８のような場合
について説明する。この場合、目標対象軸Ｙは追従軸Ｘ
に向かっているからステップＡ１からステップＡ５に進
み、当該周期で最大限加速した後、次の周期から最大限
減速したとは目標対象物は追従軸Ｘから追い越されるか
否かを判断する。なお、このケースの場合は、位置差ｄ
ｐが負であるから、加速方向は負の方向となり減速方向
が正の方向となる。図８の場合では、最大限加速して、
その後最大限減速をつづけても目標対象物は追従軸Ｘか
ら追い越されることはない（図８で破線矢印で示される
ような状態）。そのためステップＡ１０に移行して最大
限の加速を行う。以下、時間ｔ＝０〜ｔ＝ｔ１までは、
ステップＡ１０の処理が行われ、最大限の加速が行われ
る。

【００４９】時間ｔ＝ｔ１の近傍になり、当該周期で最
大限加速した後、次の周期から最大限減速したとき目標
対象物が追従軸Ｘから追い越されると判断されたときに
は、ステップＡ５からステップＡ６に移行し、当該周期
では等速として次の周期から最大限の減速を行ったと
き、目標対象軸Ｙが追従軸Ｘから追い越されないか否か
判断し、追い越されない場合には、加速度を調整する
（ステップＡ１１）。追い越されるようであれば、ステ
ップＡ７に進むがこの場合速度差の反転はないから、ス
テップＡ７はＮＯとなりステップＡ８に進む、ステップ
Ａ８では、当該周期から最大限の減速を続けると目標対
象軸Ｙが追従軸Ｘから追い越されるか否か判断し、追い
越されるようであれば、最大限の減速を行う（ステップ
Ａ９）。又、追い越されないようであれば、その減速度
を追いつくように調整する（ステップＡ１３）。

【００５０】次の周期からは、ステップＡ５、Ａ６，Ａ
７は通常ＮＯとなり、ステップＡ８の判断で、最大限の
減速を行うか（ステップＡ９）、減速度の調整を行う
（ステップＡ１３）。この処理の区間は図８における時
間ｔ１〜ｔｅの区間である。そして、追従軸Ｘの速度Ｖ
ｘが目標対象軸Ｙの速度Ｖｙに近づいた時間ｔｅの近傍
になると、ステップＡ７で、最大限減速すると速度差ｄ
ｖの符号が反転することが検出されると、ステップＡ１
２に移行して現在の距離差分減速する。これにより、追
従軸Ｘは目標対象軸Ｙと位置、速度が一致した同期状態
となる。以降の処理は図６について説明したときと同じ
となる。

【００５１】図９の状態は、加減速開始後、直ちにステ
ップＡ５で、当該周期で最大限加速した後、次の周期か
ら最大限減速したとき目標対象物が追従軸Ｘから追い越
されると判断され、ステップＡ６で当該周期を等速と
し、その後最大限減速したとき目標対象軸Ｙが追い越さ
れると判断され、ステップＡ７に進み、ステップＡ７で
の判断もＮＯとなり、ステップＡ８では、当該周期より
最大限の減速を行うと目標対象軸Ｙの位置を越えられな
いと判断され（なお越えられると判断されるような場合
は後述する図１０のケースである）、ステップＡ１３の
減速度の調整を行う。次の周期からは、図８で説明した
時間ｔ１〜ｔｅの区間の処理と同様である。又、時間ｔ
ｅに近づいたとき、ステップＡ７からステップＡ１２に
移行して目標対象軸Ｙと追従軸Ｘの位置速度を同一とす
る点も図８で説明したときと同一である。

【００５２】図１０に示す例では、目標対象軸Ｙと追従
軸Ｘの位置差ｄp0が小さく速度差ｄv0大きいときの例
で、同期開始指令が出されたとき、直ちに最大限減速し
ても目標対象物が追い越されるような場合である。この
場合、ステップＡ１、Ａ５〜Ａ８が実行され、ステップ
Ａ８で、当該周期から最大限減速すると目標対象軸Ｙが
追従軸Ｘから追い越されると判断し、ステップＡ９の処
理を実行して最大限の減速処理をする。例えば、時間ｔ
１で追い越しが生じたとする。そうすると、以後は、今
まで目標対象軸Ｙが向かってきていたものが、離れてい
く状態となり、次の周期からは、ステップＡ１、ステッ
プＡ２に進み、図６の状態のとき説明したときの処理と
同一となる。

【００５３】図１２の（ａ）〜（ｃ）に示した場合は、
図８〜図１０を参照して説明した動作処理と同様であ
る。又、図１２（ｄ）〜（ｆ）は位置差ｄｐが正である
ことから加速方向が正方向になっている点が異なるだけ
で、他は図８〜図１０を参照して説明した動作処理と同
様である。

【００５４】本実施形態では、加速度を一定として説明
したが、加速度が一次式、二次式などで変化させる方式
もある。図１５は、本発明の加減速方法を適用する一例
である。この例は、上流側のコンベア２３から送られて
くるビン２５を整列機構２２で整列し、充填機２０の所
定位置に載置し、充填機２０でビン２５に充填物を充填
した下流側のコンベア２１に充填物が充填されたビン２
５を取り出し搬送するというシステムである。

【００５５】このシステムにおいて、上流からのビンの
供給が止まると、上流側コンベア２３、整列機構２２は
停止する。一方、充填機２０及び下流側のコンベア２１
は充填されたビン２５が残っているので回転を続ける。
その後、ビンの供給が開始されると、上両側のコンベア
２３及び整列機構２２は駆動を開始するが、整列機構２
２によって、充填機２０の所定位置にビンを載置させね
ばならないことから、整列機構２２と充填機２０は位置
と速度を同期させる必要がある。このような場合におい
て、上述した本発明の加減速制御方法が採用される。例
えば、充填機２０及び下流側のコンベア２１を目標対象
軸Ｙとして駆動し、上流側のコンベア２３及び整列機構
２２を追従軸Ｘとして駆動すれば、整列機構２２と充填
機２０は同期し、その位置、速度は一致することにな
る。

【００５６】なお、上記実施形態では、制御装置１０に
よって、目標対象軸Ｙも追従軸Ｘも駆動するようにした
が、例えば、他の制御装置で目標対象軸Ｙを駆動制御
し、この他の制御装置と当該制御装置１０を接続してお
き、この他の制御装置から目標対象軸Ｙの位置、速度情
報の両方若しくは一方受信し（位置情報のみであれば、
前周期と今周期の位置情報の差によって速度情報が得ら
れる。又速度情報のみを受信する場合には、速度情報を
積算することにして位置情報を得ることができる。）、
この情報に基づいて追従軸Ｘを上述したようにして制御
すればよい。

【００５７】又、逆に、当該制御装置１０が目標対象軸
Ｙを駆動し、上述した図１４の処理をして、得られた移
動指令情報（速度情報）を他の制御装置に送信して、他
の制御装置がこの受信した移動指令情報に基づいて追従
軸Ｘを駆動するようにしてもよい。

【００５８】さらには、手動パルス発生器１２から出力
されるパルス列を目標対象軸Ｙとして追従軸Ｘのサーボ
モータＭｘを駆動するようにしてもよい。すなわち、パ
ルス列の積算値が目標対象軸Ｙの位置を意味し、パルス
の発生速度が目標対象軸Ｙの速度を意味することにな
る。

【００５９】又は、制御装置１０内に備えるタイマーや
ペースメーカなどのカウンタの値を目標対象軸Ｙとし
て、追従軸Ｘを制御するようにしても、他の任意の軸を
目標対象軸Ｙとし、この任意の軸の位置速度を検出器等
で検出し、その検出器で検出された位置、速度に基づい
て追従軸Ｘを上述したように制御するようにしてもよ
い。

【００６０】

【発明の効果】本発明の加減速方法では、追従軸Ｘが目
標対象軸Ｙに対して、位置も速度も一致するように制御
され、完全な同期制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の直線型加減速制御による目標対象軸に対
し追従軸を追従させる制御方法の説明図である。

【図２】本発明の加減速方法の原理説明図である。

【図３】加速時と減速時における加速度の大きさを変え
たときの本発明の加減速方法の原理説明図である。

【図４】本発明の他の加減速方法の形態の原理説明図で
ある。

【図５】本発明の加減速方法を適用する場合の一例にお
ける目標対象軸、追従軸の位置、速度の関係を説明する
説明図である。

【図６】図５に状態で、本発明の加減速方法を実行した
ときの目標対象軸、追従軸の速度曲線、距離差等の説明
図である。

【図７】本発明の加減速方法を適用する場合の別の例に
おける目標対象軸、追従軸の位置、速度の関係を説明す
る説明図である。

【図８】図７の状態で本発明の加減速方法を実行したと
きで、位置差が大きいときの目標対象軸、追従軸の速度
曲線、距離差等の説明図である。

【図９】図７の状態で本発明の加減速方法を実行したと
きで、位置差が小さいときの目標対象軸、追従軸の速度
曲線、距離差等の説明図である。

【図１０】図７の状態で本発明の加減速方法を実行した
ときで、位置差が極めて小さいときの目標対象軸、追従
軸の速度曲線、距離差等の説明図である。

【図１１】本発明の加減速方法を開始したとき目標対象
軸が追従軸から離れるよう状態のとき、本発明の加減速
方法での速度曲線、距離差等の説明図である。

【図１２】本発明の加減速方法を開始したとき目標対象
軸が追従軸に向かって来るよう状態のとき、本発明の加
減速方法での速度曲線、距離差等の説明図である。

【図１３】本発明の加減速方法を実施する一実施形態の
制御装置の概要ブロック図であるる。

【図１４】同一実施形態の制御装置のプロセッサが実施
する加減速方法の処理フローチャートである。

【図１５】本発明の加減速方法の適用例の説明図であ
る。

【符号の説明】

Ｘ追従軸Ｙ目標対象軸Ｖｘ追従軸の速度Ｖｙ目標対象軸の速度Ｐｘ追従軸の位置Ｐｙ目標対象軸の位置ｄｐ位置差ｄｖ速度差

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平６−138920（ＪＰ，Ａ) 特開平８−320714（ＪＰ，Ａ) 特開平３−212707（ＪＰ，Ａ) 特開平１−239607（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−151289（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】目標対象軸の位置と速度に追従軸を追従
させる加減速方法において、所定周期毎、目標対象軸の位置と速度及び追従軸の位置
と速度より目標対象軸と追従軸が近づいているかを判別
し、近づいていない場合には追従軸が目標対象軸の位置を越
えない範囲で近づく方向に加速して速度を制御し、近づいている場合には、目標対象軸の位置を越えず、且
つ目標対象軸と追従軸との速度差が反転しないように追
従軸の速度を制御して追従軸の位置と速度を目標対象軸
の位置と速度と一致するように制御することを特徴とす
る加減速方法。
【請求項２】目標対象軸に対して追従軸を加速する場
合と減速する場合で異なる加速度値を設定して制御する
請求項１記載の加減速方法。
【請求項３】追従軸の速度を所定値以下にクランプす
ることを特徴とする請求項１記載の加減速方法。
【請求項４】目標対象軸の速度に追従軸を追従させる
と共に、前記目標対象軸と前記追従軸が所定の位置関係
を保つように制御する加減速方法において、所定周期毎、前記目標対象軸と前記追従軸の位置差と速
度差を求めるステップと、前記位置差と速度差より目標対象軸と追従軸が近づいて
いるか判別するステップと、目標対象軸と追従軸が近づいていないと判別されたと
き、目標対象軸の位置を越えない範囲で追従軸を目標対
象軸に近づく方向に最大加速度で加速可能か判断するス
テップと、最大加速度で加速可能ならば、最大加速度で駆動し、不
可能であれば、目標対象軸と前記追従軸の位置差分だけ
加速して駆動するステップと、目標対象軸と追従軸が近づいていると判別されたとき、
最大限加速又は等速で駆動が可能か判別し、最大限加速
可能ならば、最大限の加速で駆動とし、等速駆動が可能
ならば等速で駆動し、最大限加速又は等速で駆動が不可
能な場合には、目標対象軸と追従軸との速度差が反転し
ないように追従軸の速度を減速制御するステップと、により追従軸を制御する加減速方法。
【請求項５】前記加速制御から前記減速制御との間に
等速制御を有することを特徴とする請求項４記載の加減
速方法。
【請求項６】加速制御と減速制御の最大加速度値を異
なるようにした請求項４記載の加減速方法。