JP3891787B2 - 多軸サーボシステム - Google Patents
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Description
本発明は、複数の位置検出器付きサーボモータに対して複数の単軸制御用サーボアンプがそれぞれ設けられている多軸サーボシステムに関するものである。
【従来の技術】
従来の単軸制御用サーボアンプを用いた複数軸サーボシステムの例を図6に示す。図6に示すように、従来は図示しないサーボモータによって複数の軸を駆動する場合に、各サーボアンプ10…と図示しないサーボモータの回転軸または可動子の位置を検出する位置検出器20…とをそれぞれ個別のシリアル信号線路5…で接続している。しかしながら従来の構造では、駆動する軸の数が増えるほど、シリアル信号線路5…の本数が増えることになる。
【発明が解決しようとする課題】
特に、サーボアンプ10と位置検出器20…との距離が数mから数十mも離れると、信号線5…の数が増えれば増えるほど信号ケーブルの引き回しが、より困難になるという問題が生じる。
各サーボアンプが特別な制御機能や通信機能を備えた専用に設計された多軸サーボシステムであれば、1対の共通信号線に各サーボモータに対して設けられた複数の位置検出器の出力をそれぞれ接続し、サーボアンプと対応する位置検出器との間の配線の数を省配線化することは可能である。この場合において、使用するサーボアンプとして、単軸制御用サーボアンプを複数台使用した場合には、各々が非同期に独立して動作するため、各サーボアンプと対応する各位置検出器との通信を調停する機能が無く、1対の共通信号線(シリアル信号線路)のみを用いて省配線化することは難しかった。
本発明の目的は、複数の単軸制御用サーボアンプとこれに対応する複数の位置検出器との間の信号授受を1つのシリアル共通線路を通して可能とする多軸サーボシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、専用の多軸サーボアンプを設計せずに、予め用意した単軸制御用サーボアンプを複数台接続することにより複数のサーボモータを簡単に制御できる多軸サーボシステムを提供することにある。
本発明の他の目的は、複数の単軸制御用サーボアンプの電源が立ち上がるまでの間に、複数の単軸制御用サーボアンプの同期を確立することができる多軸サーボシステムを提供することにある。
本発明の更に他の目的は、シリアル共通線路に接続できる単軸制御用サーボアンプとこれに対応する位置検出器付きサーボモータの台数を簡単に変更することができる多軸サーボシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の位置検出器付きサーボモータに対して複数の単軸制御用サーボアンプがそれぞれ設けられた多軸サーボシステムを改良の対象とする。
本発明においては、複数の位置検出器と複数の単軸制御用サーボアンプとがシリアル共通線路にそれぞれ接続されている。そして複数の単軸制御用サーボアンプと対応する複数の位置検出器とが、シリアル共通線路を介して所定の順番に従って信号の授受を行うように複数の単軸制御用サーボアンプの動作タイミングが同期化されている。このようにすれば複数の単軸制御用サーボアンプと複数の位置検出器とを1つのシリアル共通線路を介して接続することができて、サーボアンプと位置検出器との間の配線の本数を大幅に減らすことができる。
汎用品レベルで製造した単軸制御用サーボアンプを利用して本発明の多軸サーボシステムを構成する場合に、各単軸制御用サーボアンプを所定の順番に従って動作させるための動作タイミングに用いる同期信号を、上位のコントローラから各単軸制御用サーボアンプに与えれば、比較的容易に各単軸制御用サーボアンプの動作タイミングを同期させることができる。しかしながらこれを行うと、上位コントローラ側の制御プログラムが複雑になり、多軸サーボシステムを使用するユーザ側の負担が大きくなるという問題が生じる。また汎用品レベルで生産する単軸制御用サーボアンプを用いて本発明を実施する場合には、各単軸制御用サーボアンプの電源が立ち上がるまでに時間のバラツキがあることが問題となる。そこでこのような問題に対処するために、複数の単軸制御用サーボアンプを次のように構成する。
n台の単軸制御用サーボアンプをそれぞれ、ライントランシーバと、電力増幅器と、同期信号入力端子及び同期信号出力端子と、サーボ指令入力端子とレディ信号出力端子と、カウント手段と、サーボ処理手段と、出力阻止ゲートとから構成する。ライントランシーバは、シリアル共通線路を介して対応する位置検出器との間で信号を授受するように構成する。電力増幅器は、サーボモータの駆動に必要な電力を供給するように構成されている。カウント手段は、電源の投入と同期信号の入力とをカウント開始条件としてカウントをゼロ復帰して予め定めた第1のカウント値のカウントを開始すると同時に内部信号を発生し、カウント値が第1のカウント値よりも小さい第2のカウント値に達すると同期信号出力端子に同期信号を出力し、以後カウント動作を続け、カウント値が第1のカウント値に達するとゼロ復帰して再び第1のカウント値のカウントを開始すると同時に内部信号を発生し、第2のカウント値に達すると同期信号出力端子に同期信号を出力する動作を繰り返すように構成されている。またサーボ処理手段は、内部信号が発生するとライントランシーバを介して位置検出器との間で信号の授受を行って位置検出器から位置検出信号を取得し、この位置検出信号と上位コントローラから入力されるサーボ指令とに基いて電力増幅器に電力出力指令を出力するように構成されている。更に出力阻止ゲートは、電源の投入後予め定めた時間が経過するかまたはカウント手段が予め定めたカウント値のカウント動作を予め定めた回数行うまでは(これらの時間及び回数は、n台の単軸制御用サーボアンプの電源が正常な状態に立ち上がり且つ各単軸制御用サーボアンプの動作タイミングが同期した状態になることを確保するように定められる)、サーボ処理手段からの出力を阻止し、出力阻止動作が終了すると直ちにレディ信号を上位コントローラに送出するように構成されている。
ここで台数がn台とすると、nは第2のカウント値×n≦第1のカウント値になるように定められる。これによってシリアル共通線路にnチャネルの通信チャネルが確保でき、同期が円滑に可能となる。更に第2のカウント値の示す時間間隔は、単軸制御用サーボアンプと対応する位置検出器とがシリアル共通線路を介して信号の授受を行うのに充分な時間をカバーするように定められる。
上記の構成において、更にn台の単軸制御用サーボアンプは、複数の単軸制御用サーボアンプと対応する複数の位置検出器とがシリアル共通線路を介して所定の動作順位に従って信号の授受を行うように、動作順位の上位の順位にある単軸制御用サーボアンプの同期信号出力端子と下位の順位にある単軸制御用サーボアンプの同期信号入力端子とを順次接続する。
このような構成にすると、各単軸制御用サーボアンプの電源が立ち上がり、それぞれの動作タイミングの同期が取れ次第、各単軸制御用サーボアンプよりレディ信号が上位コントローラに集まり、全数(n台)からのレディ信号が揃った状態でシステムとして準備完了と見做して、上位コントローラは各単軸制御用サーボアンプにサーボ指令を送出して、サーボモータによる作業開始動作に入る。そのため制御の対象とするサーボモータの数が変更されても、使用する単軸制御用サーボアンプの数を増減するだけでハード構成は簡単に対応できる。また本発明の多軸サーボシステムに対して設けられる上位コントローラの制御プログラムは各単軸制御用サーボアンプを独立に制御すればよく、容易になる。
この多軸サーボシステムの作用について簡単に説明する。まず起動時に各単軸制御用サーボアンプに電源が投入されると、カウント手段はゼロ復帰してカウントを開始すると同時に内部信号を発生する。カウント値が第2のカウント値に達すると、同期信号を出力して、次位の単軸制御用サーボアンプに同期信号を送る。同期信号を受けた次位の単軸制御用サーボアンプは、電源投入でカウント動作開始しているところへ同期信号を受け、カウントをゼロ復帰してカウントを再開し、上位の単軸制御用サーボアンプに対して同期がとれる。次位の単軸制御用サーボアンプもカウントを続け、第2のカウント値に達すると、同期信号を出力して、更に次位の単軸制御用サーボアンプに同期信号を送る。このようにして同期が順にとれるようになる。この間、各単軸制御用サーボアンプのコマンドの出力阻止ゲートは、電源投入後の所定の阻止時間(予め定めた時間またはカウント手段が第1のカウント値のカウント動作を予め定めた回数行う時間で、それぞれの電源が正常な状態に立ち上がり、かつ同期化に要する時間をカバーするように定められる)出力阻止状態になっている。所定の阻止時間を終了した各単軸制御用サーボアンプはレディ信号を上位コントローラに送信し、全数のレディ信号が揃えば、各単軸制御用サーボアンプの動作タイミングは完全な同期状態になる。上位コントローラは、多軸サーボシステムとしての準備完了とみなして、サーボ指令を各単軸制御用サーボアンプに送る。
さらに必要があれば、最上位の順位の単軸制御用サーボアンプの同期信号入力端子に上位コントローラから同期信号が入力されるようにしてもよい。これによって、上位コントローラと複数の単軸制御用サーボアンプからなる本発明の多軸サーボシステムとの同期が得られる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明の多軸サーボシステムの実施の形態の一例の構成を概念的に示す図である。図1の多軸サーボシステムは、上位コントローラ1と、n台の単軸制御用サーボアンプ11〜15と、複数の単軸制御用サーボアンプ11〜15により制御される複数のサーボモータ61〜65と、サーボモータ61〜65の回転軸の回転位置を検出する複数の位置検出器21〜25と、複数の単軸制御用サーボアンプ11〜15とこれにより駆動される複数のサーボモータ61〜65の位置を検出する複数の位置検出器21〜25との間の信号を送受するシリアル共通線路3とから構成されている。
n台の単軸制御用サーボアンプ(以下、単にサーボアンプと云う)11〜15は、同期信号入力端子T1と同期信号出力端子T2とを備えている。そしてサーボアンプ11〜15の制御順位に従い、上位のサーボアンプの同期信号出力端子T2と次位のサーボアンプの同期信号入力端子T1とが順に接続され、最上位のサーボアンプ11の同期信号入力端子T1には上位コントローラ1から同期信号が送られる。同期信号入力端子T1に同期信号ESYNを受けたサーボアンプは、第2のカウント値CA2によって定まる所定の時間間隔(td)で次位のサーボアンプのための同期用出力信号POUTを同期信号出力端子T2に出力する。これにより同期信号の接続順による制御順位に従い所定の時間間隔(td)で同期がとれるようになる。各サーボアンプ11〜15はこの同期した時間間隔(td)の間はシリアル共通線路3を独占的に使用できるので、自身の対応する位置検出器21〜25に向けて、位置検出器アドレスを含むコマンドをシリアル共通線路3を介して送信する。位置検出器21〜25はシリアル共通線路3からの信号を常時監視していて、自身の位置検出器アドレスを識別手段31〜35で識別したとき、そこに含まれているコマンドを取り込み、同時に自身の位置データをシリアル共通線路3を介して送り返す。この送受信の時間間隔は独占的に使用できる時間間隔(td)の範囲に入るようにする。
それぞれのサーボアンプ11〜15は、同期信号で得られたサーボモータ61〜65の位置データと上位コントローラ1からのサーボ指令によりサーボ処理をして電力増幅を行って駆動信号を作り、図1には図示しない出力線を介して駆動信号をサーボモータ61〜65に出力する。
このサーボアンプの構成の一例を図2を用いて説明する。図2は本発明の構成要素である単軸制御用サーボアンプ40の構成を示すブロック図である。このサーボアンプ40は図1のサーボアンプ11〜15と同じで、カウント手段41と、サーボ処理手段42と、電力増幅器43と、ライントランシーバ44と、同期信号入力端子T1及び同期信号出力端子T2と、コマンドの出力阻止ゲート48と、サーボ指令入力端子T3と、レディ信号出力端子T4とから構成される。ライントランシーバ44は、シリアル共通線路3を介して対応する位置検出器50との間で信号を授受するように構成されている。電力増幅器43は、サーボモータ60の駆動に必要な電力を供給するように構成されている。コマンドの出力阻止ゲート48は、電源投入後予め定めた阻止時間が経過するまで(この予め定めた時間は、各サーボアンプの電源が立ち上がるのに必要とされる立ち上がり時間と同期に要する時間を考慮して、平均的な立ち上がり時間より長い時間に設定する)コマンドの送信を阻止する送信阻止状態になり、所定の阻止時間が経過した後は、直ちにレディ信号をレディ信号出力端子T4を経て上位コントローラに送信するように構成されている。
カウント手段41は、電源の投入と前記同期信号の入力とをカウント開始条件としてカウントをゼロ復帰して予め定めた第1のカウント値CA1のカウントを開始すると同時に内部信号INTを発生する。そしてカウント値が第1のカウント値CA1よりも小さい第2のカウント値CA2に達すると同期信号出力端子T2に同期信号POUTを出力し、カウント動作を続け、カウント値が第1のカウント値CA1に達するとゼロ復帰して再び第1のカウント値CA1のカウントを開始すると同時に内部信号INTを発生し、第2のカウント値CA2に達すると同期信号出力端子T2に同期信号POUTを出力する動作を繰り返す。
上位のサーボアンプの同期信号を受けた次位のサーボアンプは、電源投入でカウント動作開始しているところへ同期信号を受け、カウントをゼロ復帰してカウントを再開し、上位の単軸制御用サーボアンプに対して同期がとれるようになる。この次位のサーボアンプもカウントを続け、第2のカウント値CA2に達すると、同期信号P0UTを出力して、更に次位の単軸制御用サーボアンプに同期信号ESYNを送る。このようにして同期が順にとれるようになる。この間、各単軸制御用サーボアンプのコマンドの出力阻止ゲート48は、電源投入後の所定の阻止時間(予め定めた時間またはカウント手段が第1のカウント値CA1のカウント動作を予め定めた回数行う時間で、それぞれの電源が正常な状態に立ち上がり、かつ同期化に要する時間をカバーするように定められる)出力阻止状態になっている。所定の阻止時間を終了した各単軸制御用サーボアンプはレディ信号をレディ信号出力端子T4を経由して、上位コントローラ1に送信し、全数のレディ信号が揃えば、各単軸制御用サーボアンプの動作タイミングは完全な同期状態になる。上位コントローラ1は、多軸サーボシステムとしての準備完了とみなして、サーボ指令を各単軸制御用サーボアンプのサーボ指令入力端子T3を経由してサーボ処理手段42に送る。
またサーボ処理手段42は、内部信号INTが発生するとライントランシーバ44を介して位置検出器50との間で信号の授受を行って位置検出器50から位置検出信号を取得する。そしてこの位置検出信号と上位コントローラから入力されるサーボ指令とに基いて電力増幅器43に電力出力指令を出力する。具体的には、内部信号INTを受け取ったサーボ処理手段42は、対応する相手の位置検出器50のアドレスを含むコマンドをライントランシーバ44を通しシリアル共通線路3に送信する。シリアル共通線路3を監視している位置検出器50は線路3から送られてくる情報の中に自身のアドレスを識別する識別手段30を有していてそのコマンドを受信し、直ちに位置データをシリアル共通線路3に返送する。単軸制御用サーボアンプ40はサーボ処理手段42によりライントランシーバ44に切替信号を送って受信体制を整え、シリアル共通線路3より自身宛の位置データを受信する。サーボ処理手段42は受信した位置データと上位コントローラからのサーボ指令とでサーボ処理を行い、電力増幅器43で増幅してサーボモータ60へ出力する。
ここでサーボアンプの台数がn台とすると、nは第2のカウント値CP2×n≦第1のカウント値CP1になるように定められる。これによってシリアル共通線路3にnチャネルの通信チャネルが確保できる。更に第2のカウント値CP2の示す時間間隔は、単軸制御用サーボアンプ40と対応する位置検出器50とがシリアル共通線路3を介して信号の授受を行うのに充分な時間をカバーするように定められる。
このようにして構成されたn台のサーボアンプ11〜15(#1乃至#n)が図1に示すように接続される。n台のサーボアンプ11〜15は、n台のサーボアンプと対応するn台の位置検出器21から25(#1乃至#n)とがシリアル共通線路3を介して所定の動作順位に従って信号の授受を行うように、動作順位の上位の順位にあるサーボアンプの同期信号出力端子T2と下位の順位にあるサーボアンプの同期信号入力端子T1とを順次接続する。
上記図2の例では、出力阻止ゲート48をライントランシーバ44の前に配置しているが、出力阻止ゲート48をライントランシーバ44の出力段に内蔵して配置しても同様の効果が得られる。
図3は1台のサーボアンプの動作説明図であり、同期信号(図3では同期用入力信号と記載)ESYNがサーボアンプ40に入力されると、カウント手段41は内部信号INTを出力し、第2のカウント値CA2(図3では第2のカウント値に要する所定の時間間隔tdとして表示)をカウントすると、同期信号POUTを出力する。この間にサーボアンプ40より相手位置検出器アドレスを含んだコマンドをシリアル共通信号線路3に送り出し、対応する相手位置検出器50は、自身の位置検出器アドレスを識別手段30で識別して、検出した位置データをシリアル共通信号線路3を介して送り返す。第2のカウント値CA2(所定の時間間隔td)はこのコマンドとデータの送受時間をカバーするように定められている。
図4は4台のサーボアンプで構成された場合の例で、カウント手段の動作と、同期信号の次位のサーボアンプへの同期の仕方と、4台のコマンド出力阻止時間の関係とを示す図である。電源が投入されると、各サーボアンプの電源はそれぞれの電源用電磁リレーの動作時間の差で、電源の立ち上がりに差ができる。図4では、サーボアンプSA#2が早く、サーボアンプSA#3が遅く動作している。最上位のサーボアンプSA#1がカウンタ動作に入ると、td時間間隔で同期出力信号POUTが発生し、次位のサーボアンプSA#2のカウンタをゼロ復帰させて同期動作に引き込んでいる。同様に、遅れて立ち上がったサーボアンプSA#3は、すぐにサーボアンプSA#2からの同期信号で同期動作に引き込まれている。サーボアンプSA#4は、サーボアンプSA#3の同期に引き込まれ、その後で直ぐに再同期に引き込まれている。これによってサーボアンプSA#1からサーボアンプSA#4までの同期が完了したことになる。また、各サーボアンプからコマンド出力阻止時間終了後、直ちにレディ信号が上位コントローラ1に集まり、4つのレディ信号が揃った時点で、上位コントローラ1は、各サーボアンプへサーボ指令を送る。図中、Cはコマンドを、Dはデータを示し、シリアル共通線路での同期化がとれていることを表している。
図5は、図3及び図4の基本動作に従って図1に示したn台のサーボアンプSA#1〜SA#nが動作する場合の動作を示す図である。この図から分かるように、所定の順序で且つtdの時間間隔で各サーボアンプの動作タイミングは同期がとれている。これにより多数のシリアル信号線路5を必要とする図6の従来例に比べて、シリアル共通信号線路3によりサーボアンプと位置検出器との間の布線が大幅に少なくなり、複数軸サーボシステムの経済性や設置性に良好な結果が得られる。更にこの構成により、各サーボアンプの独立性を確立することができ、多軸間の調停制御を意識することなく利用できる。
【発明の効果】
本発明によれば、複数の単軸制御用サーボアンプとこれに対応する複数の位置検出器との間の信号授受を1つのシリアル共通線路を通して可能とすることができ、サーボアンプと位置検出器との間の配線の数を大幅に削減できる利点がある。また本発明によれば、専用の多軸サーボアンプを設計せずに、予め用意した単軸制御用サーボアンプを複数台接続することにより複数のサーボモータを簡単に制御できる多軸サーボシステムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の多軸サーボシステムの実施の形態の一例の構成を概念的に示す図である。
【図2】図1の実施の形態で用いる単軸制御用サーボアンプの構成の一例を示すブロックである。
【図3】単軸制御用サーボアンプの動作説明図である。
【図4】4台のサーボアンプで構成された場合の例で、カウント手段の動作と、同期信号の次位のサーボアンプへの同期に仕方と、4台のコマンド出力阻止時間の関係とを示す図である。
【図5】n台の単軸制御用サーボアンプの動作を説明するための動作説明図である。
【図6】従来の単軸制御用サーボアンプを用いた多軸サーボシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 上位コントローラ
3 シリアル共通線路
5 シリアル信号線路
10,11〜15,40 単軸制御用サーボアンプ
20,21〜25,50 位置検出器
30,31〜35 識別手段
41 カウント手段
42 サーボ処理手段
43 電力増幅器
44 ライントランシーバ
48 出力阻止ゲート
60,61〜65 サーボモータ
T1 同期信号入力端子
T2 同期信号出力端子
T3 サーボ指令入力端子
T4 レディ信号出力端子
Claims (3)
- n台(nは正の整数)の位置検出器付きサーボモータに対してn台の単軸制御用サーボアンプがそれぞれ設けられている多軸サーボシステムであって、
前記n台の位置検出器付きサーボモータのn台の位置検出器と前記n台の単軸制御用サーボアンプとがシリアル共通線路にそれぞれ接続され、
前記n台の単軸制御用サーボアンプには、それぞれ前記シリアル共通線路を介して対応する前記位置検出器との間で信号を授受するためのライントランシーバと、前記サーボモータの駆動に必要な電力を供給する電力増幅器と、カウント手段に接続されている同期信号入力端子及び同期信号出力端子と、サーボ処理手段に接続されているサーボ指令入力端子と、出力阻止ゲートに接続されているレディ信号出力端子と、電源の投入と前記同期信号の入力とをカウント開始条件としてカウントをゼロ復帰して予め定めた第1のカウント値のカウントを開始すると同時に内部信号を発生し、前記カウント値が前記第1のカウント値よりも小さい第2のカウント値に達すると前記同期信号出力端子に前記同期信号を出力し、以後カウント動作を続け、カウント値が前記第1のカウント値に達するとゼロ復帰して再び第1のカウント値のカウントを開始すると同時に内部信号を発生し、前記第2のカウント値に達すると前記同期信号出力端子に前記同期信号を出力する動作を繰り返す前記カウント手段と、前記内部信号が発生すると前記ライントランシーバを介して対応する前記位置検出器との間で信号の授受を行うためにコマンドを送って前記位置検出器から位置検出信号を取得し、該位置検出信号と上位コントローラから入力されるサーボ指令とに基いて前記電力増幅器に電力出力指令を出力する前記サーボ処理手段と、前記電源の投入後予め定めた時間が経過するかまたは前記カウント手段が前記第1のカウント値のカウント動作を予め定めた回数行うまでは、前記サーボ処理手段からのコマンド出力を阻止し、前記出力阻止動作が終了すると直ちにレディ信号を上位コントローラに送出する前記出力阻止ゲートとを備えており、
前記nは前記第2のカウント値×n≦前記第1のカウント値になるように定められ、
前記n台の単軸制御用サーボアンプは、前記n台の単軸制御用サーボアンプと対応する前記n台の位置検出器とが前記シリアル共通線路を介して所定の動作順位に従って信号の授受を行うように、前記動作順位の上位の順位にある前記単軸制御用サーボアンプの前記同期信号出力端子と下位の順位にある前記単軸制御用サーボアンプの前記同期信号入力端子とが順次接続されていることを特徴とする多軸サーボシステム。 - 前記出力阻止ゲートにおける前記予め定めた時間または前記予め定めた回数は、前記n台の単軸制御用サーボアンプのそれぞれの電源が正常な状態に立ち上がるまでの時間と同期化に要する時間とを考慮して定められている請求項1に記載の多軸サーボシステム。
- 前記同期信号の接続順位において、最上位の順位の前記単軸制御用サーボアンプの前記同期信号入力端子に前記上位コントローラから同期信号が入力されることを特徴とする請求項1及び2に記載の多軸サーボシステム。
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