JP6419323B2 - Multi-axis mechanical device simulator, operation command device design support device, motor control device design support device, and motor capacity selection device - Google Patents

Multi-axis mechanical device simulator, operation command device design support device, motor control device design support device, and motor capacity selection device Download PDF

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Description

本発明は、電動機で駆動される複数の駆動軸を持つ多軸機械装置の動作を模擬する多軸機械装置シミュレータ、運転指令装置の設計支援装置、電動機制御装置の設計支援装置及び電動機の容量選定装置に関する。   The present invention relates to a multi-axis mechanical device simulator that simulates the operation of a multi-axis mechanical device having a plurality of drive shafts driven by an electric motor, an operation command device design support device, an electric motor control device design support device, and an electric motor capacity selection. Relates to the device.

半導体製造装置、工作機械又は産業用ロボットにおいて、加工対象と相互作用する装置先端の位置、姿勢及び力を高精度かつ高品位に制御するために、複数の駆動軸を協調駆動する多軸機械装置が数多く存在する。   In a semiconductor manufacturing apparatus, machine tool, or industrial robot, a multi-axis mechanical apparatus that cooperatively drives a plurality of drive axes in order to control the position, posture, and force of the apparatus tip that interacts with an object to be processed with high accuracy and high quality There are many.

各軸に必要とされる駆動力は、装置先端の位置、速度、加速度及び外力により複雑に変化するため、必要な電動機の容量を算出するためには、機械装置の動特性を模擬したシミュレーションを実施する必要があった。   The driving force required for each axis varies in a complex manner depending on the position, speed, acceleration, and external force at the tip of the device, so in order to calculate the required motor capacity, a simulation that simulates the dynamic characteristics of the mechanical device is performed. It was necessary to carry out.

従来の多軸機械の動特性を考慮したシミュレーションを容易化する機械装置シミュレータには、多軸機械の構成要素ごとに数式で表した要素モデルをライブラリにして保持しておき、利用者が機械装置の構成要素間の接続関係と構成要素ごとの物理パラメータとを設定するだけで、機械装置全体の動特性を模擬するシミュレーションモデルを構築できるようにして、利用者が数式を記述しなくても迅速に機械装置のモデリングとシミュレーションとを実施可能としたものがある。   In a machine simulator that facilitates simulation that takes into account the dynamic characteristics of a conventional multi-axis machine, an element model expressed by a mathematical expression is stored as a library for each component of the multi-axis machine, and the user can use the machine model. By simply setting the connection relationship between the components and the physical parameters for each component, it is possible to build a simulation model that simulates the dynamic characteristics of the entire machine, so that users can quickly write mathematical formulas. In some cases, modeling and simulation of mechanical devices can be performed.

また、利用者に負担をかけずに電動機制御装置を選定できるようにするとともに、動作を模擬演算し、電動機制御装置の選定時に用いた条件に従って、利用用途に合致したパラメータ設定することができるようにして、電動機制御装置の選定とパラメータ調整を一括してできるようにすることが特許文献1に開示されている。   In addition, the motor control device can be selected without imposing a burden on the user, the operation can be simulated, and parameters can be set in accordance with the usage application according to the conditions used when selecting the motor control device. Patent Document 1 discloses that the selection of motor control devices and parameter adjustment can be performed collectively.

また、多軸機械の機械選定装置及び機器選定処理方法において、各被駆動機構が負担する負荷質量の変動を加味しつつ、各被駆動機構に適した電動機及び電動機制御装置を含む周辺機器を選定することが特許文献2に開示されている。   In addition, in the machine selection device and device selection processing method for multi-axis machines, peripheral devices including motors and motor control devices suitable for each driven mechanism are selected while taking into account variations in the load mass borne by each driven mechanism. This is disclosed in Patent Document 2.

特開2010−187464号公報JP 2010-187464 A 国際公開第2014/054142号International Publication No. 2014/055422

従来の機械装置シミュレータは、入出力設定が固定であったため、ある用途に適合した入出力設定の機械装置モデルを他の用途のシミュレーションに適用することができなかった。   Since the conventional machine simulator has fixed input / output settings, a machine model with input / output settings suitable for a certain application cannot be applied to simulations for other applications.

また、特許文献1の発明は、複数の駆動軸が協調動作するような多軸機械の選定に関しては、特に考慮されていない。   Further, the invention of Patent Document 1 does not particularly take into consideration the selection of a multi-axis machine in which a plurality of drive shafts cooperate.

また、特許文献2の発明は、複数駆動軸が互いの運動によりコリオリ力のような干渉力又は反力を受ける影響を考慮しておらず、多軸機械に対して間違った選定結果を出力してしまう場合があった。   In addition, the invention of Patent Document 2 does not consider the influence that a plurality of drive shafts are subjected to interference force or reaction force such as Coriolis force by mutual movement, and outputs an incorrect selection result to a multi-axis machine. There was a case.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、用途に適合した入出力設定のモデルを用いて多軸機械装置を模擬できる多軸機械装置シミュレータを得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a multi-axis machine simulator that can simulate a multi-axis machine using a model of input / output setting suitable for the application.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、機械装置を構成する機械要素の特性を数式で表す要素モデルを保持する要素ライブラリを有する。また、本発明は、要素ライブラリから要素モデルを配置し、要素モデル間の接続関係を示す接続情報を入力する接続情報設定手段を有する。また、本発明は、要素モデルごとの物理パラメータを設定する物理パラメータ設定手段を有する。また、本発明は、シミュレーション用途を設定する用途設定手段を有する。また、本発明は、シミュレーション用途に基づき、個別シミュレーションモデルの入出力関係を示す入出力設定を出力するモデル入出力設定保持手段を有する。また、本発明は、入出力設定と、要素モデルと、接続情報と、物理パラメータとから、機械装置の運動学及び力学特性を模擬した個別シミュレーションモデルを構築するシミュレーションモデル構築手段を有する。また、本発明は、制御対象を選択する制御対象選択手段を有する。また、本発明は、入出力設定に基づき、少なくとも一つの個別シミュレーションモデルを接続した複合シミュレーションモデルを出力するモデル結合手段を有する。また、本発明は、複合シミュレーションモデルにより制御対象のシミュレーションを実行するシミュレーション実行手段を有する。また、本発明は、シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段を有する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention has an element library that holds an element model that expresses characteristics of machine elements constituting a machine apparatus by mathematical expressions. The present invention further includes connection information setting means for arranging element models from the element library and inputting connection information indicating a connection relationship between the element models. The present invention also includes physical parameter setting means for setting physical parameters for each element model. The present invention also has application setting means for setting a simulation application. In addition, the present invention includes a model input / output setting holding unit that outputs an input / output setting indicating an input / output relationship of an individual simulation model based on a simulation application. Further, the present invention has input and output setting, and elements model, and connection information, and a physical parameter, the simulation model construction means for constructing a discrete simulation model simulating the kinematics and dynamics characteristics of the machinery. In addition, the present invention includes control target selection means for selecting a control target. In addition, the present invention includes a model combining unit that outputs a composite simulation model in which at least one individual simulation model is connected based on input / output settings. In addition, the present invention includes a simulation execution unit that executes a simulation of a control target using a composite simulation model. The present invention also has a simulation result display means for displaying a simulation result.

本発明にかかる多軸機械装置シミュレータは、用途に適合した入出力設定のモデルを用いて多軸機械装置を模擬できるという効果を奏する。   The multi-axis mechanical device simulator according to the present invention has an effect that the multi-axis mechanical device can be simulated using an input / output setting model suitable for the application.

本発明の実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの構成図Configuration diagram of a multi-axis machine simulator according to the first embodiment of the present invention. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータに適用されるコンピュータの構成を示す図The figure which shows the structure of the computer applied to the multi-axis mechanical apparatus simulator concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータを備えた装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the apparatus provided with the multi-axis mechanical apparatus simulator concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの三次元形状表示手段に表示された二軸マニピュレータの機構概略図Schematic diagram of mechanism of biaxial manipulator displayed on three-dimensional shape display means of multi-axis mechanical apparatus simulator according to first embodiment 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの動作の流れを示すフローチャートA flowchart showing a flow of operations of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの機械要素ライブラリに保持される機械要素の一覧を示す図The figure which shows the list of the machine elements hold | maintained at the machine element library of the multi-axis machine apparatus simulator concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの接続情報設定手段による接続情報の設定例を示す図The figure which shows the example of a setting of the connection information by the connection information setting means of the multi-axis machine apparatus simulator concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの機械要素の物理パラメータ設定手段の一例を示す図The figure which shows an example of the physical parameter setting means of the machine element of the multi-axis machine apparatus simulator concerning Embodiment 1. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの三次元形状表示手段の一例を示す図The figure which shows an example of the three-dimensional shape display means of the multi-axis mechanical apparatus simulator concerning Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータにおいてシミュレーション用途選択手段が提供する用途の一覧を示す図The figure which shows the list of the applications which the simulation application selection means provides in the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータが詳細容量選定に使用する個別シミュレーションモデルと接続関係とを示した図The figure which showed the individual simulation model and connection relation which the multi-axis mechanical apparatus simulator concerning Embodiment 1 uses for detailed capacity | capacitance selection 本発明の実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータの構成を示す図The figure which shows the structure of the multi-axis mechanical apparatus simulator concerning Embodiment 2 of this invention. 実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータの動作の流れを示すフローチャートFlowchart showing the flow of operation of the multi-axis machine simulator according to the second embodiment.

以下に、本発明の実施の形態にかかる多軸機械装置シミュレータ、運転指令装置の設計支援装置、電動機制御装置の設計支援装置及び電動機の容量選定装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, a multi-axis mechanical device simulator, an operation command device design support device, a motor control device design support device, and a motor capacity selection device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの構成図である。多軸機械装置の動作を模擬する多軸機械装置シミュレータ1は、多軸機械装置を構成する機械要素の特性を数式で表す要素モデルを保持する機械要素ライブラリ10、機械要素ライブラリ10から選択した複数の機械要素モデル間の接続情報を設定する接続情報設定手段11、要素固有の物理パラメータを設定する物理パラメータ設定手段13、要素モデルと、接続情報と、物理パラメータとから機械装置の全体構成を三次元で表示する三次元形状表示手段14、入出力設定と、機械要素モデルの数式と、接続情報と、物理パラメータとから、機械装置の運動学及び力学特性を模擬した個別シミュレーションモデルを構築するシミュレーションモデル構築手段15、制御対象を選択する制御対象選択手段16、選択した制御対象の時系列パターンを入力する制御パターン入力手段17、実施したいシミュレーション用途を指定するシミュレーション用途指定手段18、複合シミュレーションモデルを実行するシミュレーション実行手段19、シミュレーション用途に即したシミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段20、用途に対応した入出力設定を出力するモデル入出力設定保持手段21及びシミュレーション用途と入出力設定とに基づき複合シミュレーションモデルを出力するモデル結合手段22を備える。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a multi-axis machine simulator according to the first embodiment of the present invention. A multi-axis machine simulator 1 that simulates the operation of a multi-axis machine is a machine element library 10 that holds an element model that expresses characteristics of machine elements constituting the multi-axis machine by a mathematical expression, and a plurality of machine elements selected from the machine element library 10. Connection information setting means 11 for setting connection information between machine element models, physical parameter setting means 13 for setting element-specific physical parameters, an element model, connection information, and physical parameters. A simulation for constructing an individual simulation model simulating the kinematics and mechanical characteristics of a mechanical device from the original three-dimensional shape display means 14, input / output settings, machine element model formulas, connection information, and physical parameters Model construction means 15, control object selection means 16 for selecting a control object, time series pattern of the selected control object A control pattern input unit 17 for inputting a simulation, a simulation application specifying unit 18 for specifying a simulation application to be executed, a simulation executing unit 19 for executing a composite simulation model, a simulation result display unit 20 for displaying a simulation result according to the simulation application, A model input / output setting holding unit 21 that outputs an input / output setting corresponding to the application and a model combining unit 22 that outputs a combined simulation model based on the simulation application and the input / output setting are provided.

物理パラメータの例には、機械要素モデルの寸法、剛性、ばね定数及び粘性定数を挙げることができる。制御対象の例には、少なくとも一つの機械要素の位置、速度及び加速度のいずれかを挙げることができる。   Examples of physical parameters can include the dimensions, stiffness, spring constant and viscosity constant of the machine element model. As an example of the control target, any one of the position, speed, and acceleration of at least one machine element can be given.

なお、用途に即したシミュレーションを個別シミュレーションモデル一つで行える場合には、シミュレーションモデル構築手段15からモデル結合手段22に入力された一つの個別シミュレーションモデルは、そのまま複合シミュレーションモデルとなる。   When a simulation suitable for the application can be performed with one individual simulation model, one individual simulation model input from the simulation model construction unit 15 to the model combination unit 22 becomes a composite simulation model as it is.

図2は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータに適用されるコンピュータの構成を示す図である。コンピュータ36は、プログラムを実行する演算装置361と、演算装置361がワークエリアに用いるメモリ362と、ファームウェアが格納される不揮発性メモリ363と、情報を記憶する記憶装置364と、情報入力用の入力装置365と、情報を表示する表示装置366とを備える。演算装置361には、CPU(Central Processing Unit)を適用できる。メモリ362には、RAM(Random Access Memory)を適用できる。不揮発性メモリ363には、フラッシュメモリを適用できる。記憶装置364には、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブを適用できる。入力装置365には、キーボード及びマウスを適用できる。表示装置366には液晶表示装置を適用できる。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a computer applied to the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. The computer 36 includes an arithmetic device 361 that executes a program, a memory 362 that the arithmetic device 361 uses as a work area, a nonvolatile memory 363 that stores firmware, a storage device 364 that stores information, and an input for information input A device 365 and a display device 366 for displaying information are provided. A CPU (Central Processing Unit) can be applied to the arithmetic device 361. A RAM (Random Access Memory) can be applied to the memory 362. As the nonvolatile memory 363, a flash memory can be applied. The storage device 364 can be a hard disk drive or a solid state drive. A keyboard and a mouse can be applied to the input device 365. A liquid crystal display device can be used as the display device 366.

図1に示した機械要素ライブラリ10及びモデル入出力設定保持手段21は、記憶装置364によって実現される。図1に示した接続情報設定手段11、物理パラメータ設定手段13、シミュレーションモデル構築手段15、モデル結合手段22及びシミュレーション実行手段19は、演算装置361がメモリ362をワークエリアにしてシミュレーションソフトウェア367を実行することによって実現される。図1に示した接続情報設定手段11、物理パラメータ設定手段13、制御対象選択手段16、シミュレーション用途指定手段18及び制御パターン入力手段17は、シミュレーションソフトウェア367を実行した演算装置361が、入力装置365を通じて行われた操作を受け付けることによって実行される。図1に示した三次元形状表示手段14及びシミュレーション結果表示手段20は、シミュレーションソフトウェア367を実行した演算装置361が表示装置366に情報を表示させることによって実現される。   The machine element library 10 and the model input / output setting holding unit 21 illustrated in FIG. 1 are realized by the storage device 364. 1, the connection information setting unit 11, the physical parameter setting unit 13, the simulation model construction unit 15, the model combination unit 22, and the simulation execution unit 19 execute the simulation software 367 by using the memory 362 as a work area. It is realized by doing. The connection information setting unit 11, physical parameter setting unit 13, control target selection unit 16, simulation application designation unit 18, and control pattern input unit 17 shown in FIG. It is executed by accepting an operation performed through. The three-dimensional shape display means 14 and the simulation result display means 20 shown in FIG. 1 are realized by causing the display device 366 to display information on the calculation device 361 that has executed the simulation software 367.

図3は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータを備えた装置の構成を示す図である。装置34は、駆動軸を有する電動機31、電動機31を制御する電動機制御装置32、駆動軸への指令を生成する運転指令装置33及び多軸機械装置シミュレータ1が実装されたコンピュータ36を有する。装置34は、運転指令装置の設計支援装置、電動機制御装置の設計支援装置、又は電動機の容量選定装置である。装置34が多軸機械装置シミュレータ1を備えることにより、用途に適合した入出力設定のモデルを用いた多軸機械装置のシミュレート結果に基づいて、多軸機械装置の運転指令装置の設計、電動機制御装置の設計及び電動機の容量選定を容易に行える。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus including the multi-axis mechanical apparatus simulator according to the first embodiment. The device 34 includes a motor 31 having a drive shaft, a motor control device 32 that controls the motor 31, an operation command device 33 that generates a command to the drive shaft, and a computer 36 on which the multi-axis machine simulator 1 is mounted. The device 34 is an operation command device design support device, a motor control device design support device, or a motor capacity selection device. When the device 34 includes the multi-axis machine simulator 1, the design of the operation command device of the multi-axis machine device based on the simulation result of the multi-axis machine device using the input / output setting model suitable for the application, the electric motor It is easy to design the controller and select the motor capacity.

次に、多軸機械装置が二軸マニピュレータである場合を例にして実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの動作について説明する。図4は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの三次元形状表示手段に表示された二軸マニピュレータの機構概略図である。ベース41に固定された第1リンク42は、第1電動機43の回転軸により第1減速機及びカップリングを介して回転駆動される。また、第1リンク42の先端に固定された第2リンク44は第1リンク42の先端に固定された第2電動機45により、第2減速機及びカップリングを介して回転駆動される。第1電動機43の軸角度θ1と第2電動機45の軸角度θ2とを位置制御することにより、第2リンク44の先端の水平位置が制御される。なお、第1の減速機、第2の減速機及びカップリングは、第1リンク42又は第2リンク44の内部に配置されるため、三次元形状表示手段14では表示されていない。   Next, the operation of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment will be described by taking as an example the case where the multi-axis machine is a biaxial manipulator. FIG. 4 is a schematic diagram of the mechanism of the biaxial manipulator displayed on the three-dimensional shape display means of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. The first link 42 fixed to the base 41 is rotationally driven by the rotation shaft of the first electric motor 43 via the first reduction gear and the coupling. Further, the second link 44 fixed to the front end of the first link 42 is rotationally driven by the second electric motor 45 fixed to the front end of the first link 42 via the second reduction gear and the coupling. By controlling the position of the shaft angle θ1 of the first motor 43 and the shaft angle θ2 of the second motor 45, the horizontal position of the tip of the second link 44 is controlled. The first reduction gear, the second reduction gear, and the coupling are not displayed on the three-dimensional shape display means 14 because they are arranged inside the first link 42 or the second link 44.

図5は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの動作の流れを示すフローチャートである。ステップS101の機械要素を選択し機械要素間の接続情報を入力するステップでは、接続情報設定手段11を用いて機械要素ライブラリ10から機械要素を選択して配置し、接続情報設定手段11により各機械要素間の接続情報を設定する。ここで配置する機械要素は、ベース41、第1リンク42、第2リンク44、第1電動機43の回転軸及び第2電動機45の回転軸である。   FIG. 5 is a flowchart of an operation flow of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. In the step of selecting machine elements in step S101 and inputting connection information between machine elements, machine elements are selected and arranged from the machine element library 10 using the connection information setting means 11, and each machine is connected by the connection information setting means 11. Set connection information between elements. The mechanical elements arranged here are the base 41, the first link 42, the second link 44, the rotating shaft of the first electric motor 43, and the rotating shaft of the second electric motor 45.

図6は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの機械要素ライブラリに保持される機械要素の一覧を示す図である。剛体要素グループ100は、機械装置の架台、支持部材、リンク部材などをモデル化しており、特定形状の直方体101モデル、円錐モデル102、円柱モデル104、球モデル105に加え、平面形状を指定して押出しにより3次元形状を指定する多角形モデル106と、二次元又は三次元のCAD(Computer Aided Design)図面から寸法及び形状をインポートできるCAD107を含む。関節要素グループ110は装置の自由度を決定する回転関節111、直動関節112及びカルダンジョイント113を含む。電動機要素グループ120は、関節要素グループ110を駆動する回転電動機モデル121及び直動電動機モデル122を含む。伝達要素グループ130は電動機の駆動力を機械要素に接続及び変換して伝達するカップリングモデル131、減速機モデル132、ボールネジモデル133、ベルトモデル134及びクランク機構モデル135を含む。センサ要素グループ140は、機械要素の位置、速度、加速度、角度又は姿勢、角速度及び角加速度のいずれかを測定する運動学センサモデル141と、機械要素に働く力、トルク及びモーメントを測定する力学センサモデル142を含む。指令入力グループ150は剛体要素の位置、速度及び加速度と関節要素の角度及び位置とで示される運転パターンを入力する指令入力要素151を含む。また信号処理要素グループ160は、装置の運転指令及び電動機への運転指令プログラムとをシミュレータ上で構築できるように四則演算161、三角関数162及びPID(Proportional Integral Derivative)演算163を含む。   FIG. 6 is a diagram illustrating a list of machine elements held in the machine element library of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. The rigid element group 100 models a frame, a support member, a link member, and the like of a mechanical device. In addition to a rectangular parallelepiped 101 model, a cone model 102, a cylinder model 104, and a sphere model 105 having a specific shape, a plane shape is designated. A polygon model 106 that designates a three-dimensional shape by extrusion and a CAD 107 that can import dimensions and shapes from a two-dimensional or three-dimensional CAD (Computer Aided Design) drawing are included. The joint element group 110 includes a rotary joint 111, a linear motion joint 112, and a cardan joint 113 that determine the degree of freedom of the apparatus. The electric motor element group 120 includes a rotary electric motor model 121 and a direct acting electric motor model 122 that drive the joint element group 110. The transmission element group 130 includes a coupling model 131, a reduction gear model 132, a ball screw model 133, a belt model 134, and a crank mechanism model 135 that connect and convert the driving force of the electric motor to the mechanical elements. The sensor element group 140 includes a kinematic sensor model 141 that measures any one of the position, velocity, acceleration, angle or orientation, angular velocity, and angular acceleration of a machine element, and a mechanical sensor that measures force, torque, and moment acting on the machine element. Model 142 is included. The command input group 150 includes a command input element 151 for inputting a driving pattern indicated by the position, velocity and acceleration of the rigid body element and the angle and position of the joint element. The signal processing element group 160 includes four arithmetic operations 161, a trigonometric function 162, and a PID (Proportional Integral Derivative) operation 163 so that an operation instruction for the apparatus and an operation instruction program for the motor can be constructed on the simulator.

図7は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの接続情報設定手段による接続情報の設定例を示す図である。図4に示したベース41、第1リンク42及び第2リンク44は、図7においてはいずれも直方体モデル01a,101b,101cで表されている。回転電動機モデル121aは、減速機モデル132a及びカップリングモデル131aを介して、回転関節111aの駆動入力接続点に接続され直方体モデル101bで示された第1リンク42の駆動機構を構成している。同様に回転電動機モデル121bは減速機モデル132b及びカップリングモデル131bを介して、回転関節111bの駆動入力接続点に接続され直方体モデル101cで示された第2リンク44の駆動機構を構成している。回転関節111a,111bは固定側接続点と回転側接続点とを持ち、両接続点に接続された剛体要素を回転自由に結合する。なお、回転関節111a,111bは、前述した駆動入力接続点に回転電動機モデル121が接続されない場合は受動関節となる。直方体モデル101cには、力学センサモデル142aが接続されている。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of setting connection information by the connection information setting unit of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. The base 41, the first link 42, and the second link 44 shown in FIG. 4 are all represented by rectangular parallelepiped models 01a, 101b, and 101c in FIG. The rotary motor model 121a is connected to the drive input connection point of the rotary joint 111a via the speed reducer model 132a and the coupling model 131a, and constitutes a drive mechanism for the first link 42 indicated by the rectangular parallelepiped model 101b. Similarly, the rotary motor model 121b is connected to the drive input connection point of the rotary joint 111b via the speed reducer model 132b and the coupling model 131b, and constitutes the drive mechanism of the second link 44 indicated by the rectangular parallelepiped model 101c. . The rotary joints 111a and 111b have a fixed-side connection point and a rotary-side connection point, and freely couple the rigid elements connected to both connection points. The rotary joints 111a and 111b are passive joints when the rotary motor model 121 is not connected to the drive input connection point described above. A dynamic sensor model 142a is connected to the rectangular parallelepiped model 101c.

ステップS102の機械要素の物理パラメータを設定するステップでは、ステップS101で配置及び接続した機械要素の物理パラメータを、物理パラメータ設定手段13を通じて設定する。設定する物理パラメータの具体例を挙げると、機械要素の寸法、質量、剛性及び粘性摩擦である。   In the step of setting the physical parameters of the machine element in step S102, the physical parameters of the machine elements arranged and connected in step S101 are set through the physical parameter setting means 13. Specific examples of the physical parameters to be set are the size, mass, rigidity, and viscous friction of the machine element.

図8は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの機械要素の物理パラメータ設定手段の一例を示す図である。図1に示した接続情報設定手段11によりパラメータ入力対象を選択すると図8に示す物理パラメータ設定手段13に要素モデルに該当するパラメータ入力項目が表示され編集可能となる。図9は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの三次元形状表示手段の一例を示す図である。要素モデルは図9に示すように三次元形状表示手段14に表示され、入力された接続情報及び物理パラメータの内、配置及び形状に関する項目は即座に三次元表示に反映されるため、装置構成を確認しながら物理パラメータを設定することができる。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the physical parameter setting unit of the machine element of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. When a parameter input target is selected by the connection information setting unit 11 shown in FIG. 1, parameter input items corresponding to the element model are displayed on the physical parameter setting unit 13 shown in FIG. 8 and can be edited. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a three-dimensional shape display unit of the multi-axis mechanical device simulator according to the first embodiment. The element model is displayed on the three-dimensional shape display means 14 as shown in FIG. 9, and the items relating to the arrangement and shape of the input connection information and physical parameters are immediately reflected in the three-dimensional display. Physical parameters can be set while checking.

ステップS103の制御対象とする少なくとも一つの機械要素の物理量を選択するステップでは、ステップS101及びステップS102で入力した機械構成の機械装置が目的とする制御対象を、制御対象選択手段16を通じて指定する。多軸機械装置においては各駆動軸を協調動作させることにより特定機械要素の位置及び速度を制御する場合がある。実施の形態1においては、接続情報設定手段11又は三次元形状表示手段14で制御対象の機械要素を選択した状態で制御対象選択手段16を呼び出すことにより制御対象とする機械要素を選択する。制御対象が位置又は速度であれば、機械要素中心からのオフセット位置及び基準座標といった詳細仕様を適宜設定する。なお、詳細仕様の例には、機械要素中心座標及び絶対座標を挙げることができる。   In the step of selecting a physical quantity of at least one machine element to be controlled in step S103, the control object targeted by the machine device having the machine configuration input in steps S101 and S102 is designated through the control object selection means 16. In a multi-axis machine, the position and speed of a specific machine element may be controlled by operating each drive axis in a coordinated manner. In the first embodiment, the machine element to be controlled is selected by calling the control object selection unit 16 in a state where the machine element to be controlled is selected by the connection information setting unit 11 or the three-dimensional shape display unit 14. If the controlled object is a position or speed, detailed specifications such as an offset position from the center of the machine element and reference coordinates are set as appropriate. Note that examples of detailed specifications may include machine element center coordinates and absolute coordinates.

ステップS104のシミュレーション用途を指定するステップでは、ステップS103までに入力した構成の多軸機械装置において検討したい目的である用途を、シミュレーション用途指定手段18を通じて選択する。図10は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータにおいてシミュレーション用途選択手段が提供する用途の一覧を示す図である。用途には、軸指令生成、軸指令干渉チェック、可動範囲算出、簡易容量選定、詳細容量選定、フィードフォワード駆動力演算、等価慣性演算及び等価軸負荷演算が含まれる。   In the step of designating the simulation application in step S104, the application which is the purpose to be studied in the multi-axis machine having the configuration input up to step S103 is selected through the simulation application designating means 18. FIG. 10 is a diagram illustrating a list of applications provided by the simulation application selection unit in the multi-axis machine simulator according to the first embodiment. Applications include axis command generation, axis command interference check, movable range calculation, simple capacity selection, detailed capacity selection, feedforward driving force calculation, equivalent inertia calculation and equivalent shaft load calculation.

ステップS105のシミュレーションモデルを構築するステップでは、ステップS104で設定されたシミュレーション用途に基づき、機械要素同士の接続情報と物理特性を示した数式とをシンボリック処理することにより機械構成の入出力を変更した個別シミュレーションモデルを生成し、各個別シミュレーションモデルを結合してシミュレーション用途に適した複合シミュレーションモデルを構築する。   In the step of constructing the simulation model in step S105, the input / output of the machine configuration is changed by symbolically processing the connection information between the machine elements and the mathematical expression indicating the physical characteristics based on the simulation application set in step S104. Individual simulation models are generated, and the individual simulation models are combined to construct a composite simulation model suitable for the simulation application.

ここで、シミュレーション用途に詳細容量選定を選択した場合を例にステップS105の詳細動作を説明する。シミュレーション用途に詳細容量選定を選択した場合には、電動機制御装置の位置、速度及び電流のフィードバック制御系の制御ゲイン及び無駄時間を考慮した電動機制御機のシミュレーションモデルと機械装置の動特性モデルとを組み合わせた連成シミュレーションを実施する必要がある。   Here, the detailed operation of step S105 will be described by taking as an example the case where the detailed capacity selection is selected for the simulation application. When detailed capacity selection is selected for the simulation application, a simulation model of the motor controller and a dynamic characteristic model of the mechanical device taking into account the control gain and dead time of the feedback control system of the position, speed and current of the motor controller It is necessary to perform combined coupled simulation.

また、シミュレーション対象が多軸機械装置であってステップS103で選択した制御対象が機械装置先端位置などの電動機軸位置と異なる場合は、複数軸を協調動作させないと装置先端位置を制御できないため、通常電動機制御機の上位に運転指令装置を設け、先端位置及び姿勢を各電動機軸の軸角度に変換する逆運動学演算が必要となる。また制御対象の位置及び姿勢により各軸に印加される等価慣性が変化する場合、速度フィードバック制御系の慣性補償ゲインを修正しないと過補償又は不足補償となりオーバーシュートが発生する。さらに、先端位置及び姿勢により重力負荷、軸間の反力又はコリオリ力が大きく変化する場合は、先端位置及び姿勢から軸に必要な駆動力を逆動力学演算により求め、求めた駆動力をフィードフォワードにより電動機制御装置の駆動力指令に加える必要がある。これは、一般に軸指令に実軸位置を追従させるためにはフィードバック制御系のゲインを上げて制御系の応答帯域を上げればよいが、機械装置に共振周波数があって応答帯域を上げることができない場合及び電動機制御装置の性能の制約により応答帯域の増加に限界があるためフィードバック制御系のみでは制御仕様を達成できない場合があるためである。   In addition, when the simulation target is a multi-axis machine device and the control target selected in step S103 is different from the motor shaft position such as the machine device tip position, the device tip position cannot be controlled unless a plurality of axes are coordinated. An operation command device is provided above the motor controller, and an inverse kinematic calculation for converting the tip position and posture into the shaft angle of each motor shaft is required. Further, when the equivalent inertia applied to each axis changes depending on the position and orientation of the control target, overshoot occurs due to overcompensation or undercompensation unless the inertia compensation gain of the speed feedback control system is corrected. Furthermore, when the gravity load, the reaction force between the axes, or the Coriolis force greatly changes depending on the tip position and posture, the required driving force for the shaft is obtained from the tip position and posture by inverse dynamics calculation, and the obtained driving force is fed. It is necessary to add to the driving force command of the motor control device by forward. Generally, in order to make the actual axis position follow the axis command, it is sufficient to increase the gain of the feedback control system and increase the response band of the control system, but the mechanical device has a resonance frequency and cannot increase the response band. This is because there is a limit to increase in the response band due to the limitation of the performance and the performance of the motor control device, so that the control specification may not be achieved only by the feedback control system.

図11は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータが詳細容量選定に使用する個別シミュレーションモデルとその接続関係とを示した図である。図11は、先端位置から各軸位置指令を算出する逆運動学モデル51、先端位置、速度及び加速度から各軸のフィードフォワード駆動力指令を算出する逆動力学モデル52、先端位置から各軸等価慣性を算出する等価慣性モデル53、軸位置指令から機械装置の駆動軸に印加される駆動力を算出する電動機制御装置の動作モデル54及び駆動力から先端位置を算出する順動力学モデル55とこれらの接続関係とを示している。詳細容量選定ではこれら個別シミュレーションモデルを全て、又は一部を使用して電動機及び電動機制御装置の容量選定と制御パラメータの設定とを実施する。   FIG. 11 is a diagram illustrating an individual simulation model used by the multi-axis mechanical device simulator according to the first embodiment for selecting a detailed capacity and a connection relationship thereof. FIG. 11 shows an inverse kinematic model 51 for calculating each axis position command from the tip position, an inverse dynamics model 52 for calculating a feedforward driving force command for each axis from the tip position, velocity and acceleration, and each axis equivalent from the tip position. An equivalent inertia model 53 that calculates inertia, an operation model 54 of an electric motor controller that calculates a driving force applied to a drive shaft of a mechanical device from an axis position command, a forward dynamics model 55 that calculates a tip position from the driving force, and these The connection relationship is shown. In the detailed capacity selection, all or a part of these individual simulation models are used to select the capacity of the motor and the motor control device and set the control parameters.

図1に示したモデル入出力設定保持手段21は、シミュレーション用途ごとに必要な個別シミュレーションモデルの入出力設定を一つ以上保持しており、選択されたシミュレーション用途に応じて個別シミュレーションモデルごとにモデルの入出力設定を出力する。実施の形態1の詳細容量選定用途では、逆運動学モデルの入力変数は先端位置に、出力変数は各軸角度になる。順動力学モデルでは入力変数は各軸駆動力に、出力変数は先端位置、速度及び加速度になる。逆動力学モデルでは入力変数は先端位置、速度及び加速度に、出力変数は各軸駆動力になる。等価慣性モデルでは入力変数は各軸角度に、出力変数は各軸等価慣性になる。   The model input / output setting holding unit 21 shown in FIG. 1 holds one or more individual simulation model input / output settings required for each simulation application, and the model is set for each individual simulation model according to the selected simulation application. Outputs the input / output settings of. In the detailed capacity selection application of the first embodiment, the input variable of the inverse kinematic model is the tip position, and the output variable is the angle of each axis. In the forward dynamics model, the input variable is the driving force for each axis, and the output variables are the tip position, velocity, and acceleration. In the inverse dynamics model, the input variable is the tip position, velocity, and acceleration, and the output variable is the driving force for each axis. In the equivalent inertia model, the input variable is the angle of each axis, and the output variable is the equivalent inertia of each axis.

図1に示したシミュレーションモデル構築手段15は、モデル入出力設定保持手段21が出力した一つ以上のモデル入出力設定と、ステップS104までに入力した機械要素間の接続情報と、物理パラメータ設定と、制御対象設定とから必要なシミュレーションモデルをシンボリックな数式処理により導出する。   The simulation model construction means 15 shown in FIG. 1 includes one or more model input / output settings output from the model input / output setting holding means 21, connection information between machine elements input up to step S104, physical parameter settings, The necessary simulation model is derived from the control target setting by symbolic mathematical processing.

逆運動学モデルのシミュレーションモデルの導出を用いて実施の形態1でのシミュレーションモデル構築に用いるシンボリックな数式処理を説明する。前述のように各機械要素モデルは要素ごとにその接続点における関係式と物理特性とを数式処理が可能な等式の形で保存している。ここで数式処理とは数式の定数又は変数を記号で表し、その記号に対して微分処理、積分処理又は三角関数を適用して数式の厳密解を求める処理を指すものとする。一般の制御シミュレータでは要素モデルの入出力が固定されており入出力を逆転させた逆関数を求めることはできない。また、要素モデルの入出力を接続して全体のシミュレーションモデルを構築する際に、ある要素モデルの出力が自分自身の入力に接続されると代数ループが発生し、シミュレーションモデルが微分代数方程式で記述されるため収束演算により方程式の解を求める必要があり演算時間が増加していた。   The symbolic mathematical expression processing used for the simulation model construction in the first embodiment will be described using the derivation of the simulation model of the inverse kinematic model. As described above, each machine element model stores, for each element, the relational expression and physical characteristics at the connection point in the form of an equation that can be mathematically processed. Here, mathematical expression processing represents a constant or variable of a mathematical expression as a symbol, and refers to processing for obtaining an exact solution of the mathematical expression by applying differentiation processing, integration processing, or trigonometric function to the symbol. In a general control simulator, the input / output of the element model is fixed, and an inverse function that reverses the input / output cannot be obtained. Also, when building the entire simulation model by connecting the input and output of the element model, an algebraic loop occurs when the output of a certain element model is connected to its own input, and the simulation model is described by differential algebraic equations Therefore, it is necessary to find the solution of the equation by convergence calculation, and the calculation time is increased.

一方、要素モデルをその接続点における関係式と要素モデル固有の物理特性とをシンボリックな数式処理が可能な等式の形で保持している機械シミュレータの場合、要素モデルの接続点ごとに定義された関係式を基に数式を生成し、更に要素モデル固有の物理特性を表す数式を全て収集して、装置全体の物理特性を現す等式群を構築する。機械装置のシミュレーションを実行するために、機械シミュレータは等式から時間依存性と入出力関係を有する微分方程式系に変換する必要がある。入力変数は通常の機械装置のシミュレーションでは軸駆動力となり、機械シミュレータは入力変数から各機械要素の位置及び速度の状態変数との入出力関係、等式間の依存関係を数式処理により導出し、更に等式群から微分方程式系に変換する。通常、数式処理により導出される機械装置の微分方程式系は代数微分方程式系となるが、多くの場合、微分のような数式処理を実施することで代数微分方程式系から収束演算が不要な常微分方程式系に変換することができ、複雑な機構を持つ多軸機械装置の迅速なモデリングと高い速度でのシミュレーション実行とが可能となる。   On the other hand, in the case of a machine simulator that holds an element model in the form of an equation capable of symbolic mathematical processing, the relational expression at the connection point and the physical characteristics unique to the element model are defined for each connection point of the element model. Formulas are generated based on the relational expressions, and all formulas representing physical characteristics unique to the element model are collected, and an equation group expressing the physical characteristics of the entire apparatus is constructed. In order to perform a simulation of a mechanical device, the machine simulator needs to be converted from an equation to a differential equation system having time dependency and input / output relation. The input variable is the shaft driving force in the simulation of a normal machine device, and the machine simulator derives the input / output relationship with the position and speed state variables of each machine element from the input variable, the dependency between equations by mathematical processing, Furthermore, the equation group is converted into a differential equation system. Normally, the differential equation system of mechanical devices derived by mathematical processing is an algebraic differential equation system, but in many cases ordinary differentials that do not require convergence operation from the algebraic differential equation system by performing mathematical processing such as differentiation It can be converted into an equation system, and rapid modeling of a multi-axis mechanical device having a complicated mechanism and simulation execution at a high speed are possible.

しかしながら、上述した数式処理により機械装置のシミュレーションモデルの導出が可能な機械シミュレータの多くは軸駆動力を入力変数に設定しており、順動力学演算以外を検討する場合には位置及び速度の拘束条件を特殊な要素を関節要素に接続して設定したり、複数の個別シミュレーションモデルを組み合わせた検討を実施する際には、個別シミュレーションモデルごとに元のモデルの構成を一部変更し入出力設定を変えたモデルを作成してさらにそれらの入出力を接続する必要があり、軸数の多い多軸機械装置では変更箇所が多くなり誤設定発生の要因となっていた。   However, many of the machine simulators that can derive a simulation model of a mechanical device by the mathematical processing described above set the shaft driving force as an input variable, and when considering other than forward dynamics calculation, position and speed constraints When setting special conditions by connecting special elements to joint elements, or when investigating multiple individual simulation models, change the configuration of the original model for each individual simulation model and set the input / output settings. It is necessary to create a model with different parameters and connect the inputs and outputs of these models. In a multi-axis machine with a large number of axes, the number of changed parts increases, causing erroneous settings.

実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータのシミュレーションモデル構築手段15は、モデル入出力設定に基づき同一の機械構成に対して入出力設定のみを変更して数式処理により個別シミュレーションモデルを出力する。なお、個別シミュレーションモデル出力において出力の演算に不要な演算は数式処理段階で自動的に除外される。例えば、逆運動学演算においては先端位置と軸角度間との運動学的な関係のみが必要なため順動力学演算は不要であり、逆運動学モデル構築時には、等式群から微分又は積分のような数式処理により時間関係を含む等式を検索して除外することで必要な演算処理を実施する逆運動学のシミュレーションモデルを出力できる。また、解析的に逆運動学が求められない場合、同様な数式処理により軸角度の微小変化に対する先端位置の微小変化を表すヤコビ行列を求め、順動力学とヤコビ行列とを併用して収束演算により目標位置への軸角度指令を導出する既知の手法を適用しても良い。   The simulation model construction means 15 of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment changes only the input / output settings for the same machine configuration based on the model input / output settings, and outputs an individual simulation model by mathematical expression processing. In the individual simulation model output, operations unnecessary for output calculation are automatically excluded at the mathematical expression processing stage. For example, in inverse kinematics calculation, only the kinematic relationship between the tip position and the shaft angle is required, so forward dynamics calculation is not necessary. An inverse kinematics simulation model that performs necessary arithmetic processing can be output by searching for and removing an equation including a time relationship by such mathematical processing. Also, if inverse kinematics cannot be obtained analytically, a Jacobian matrix that represents a minute change in the tip position with respect to a minute change in the shaft angle is obtained by similar mathematical processing, and a convergence calculation is performed using both forward dynamics and the Jacobian matrix. Thus, a known method for deriving a shaft angle command to the target position may be applied.

次に、図1に示したモデル結合手段22は、モデル間接続設定とモデル入出力設定とに基づき、個別シミュレーションモデルを接続した複合シミュレーションモデルを出力する。実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの詳細容量選定においては、選択された制御対象は先端位置であるため、位置指令が逆運動学モデルの入力に接続される。逆運動学モデルの出力である軸指令は各電動機制御モデルの指令入力に接続され、各電動機制御モデルの出力である駆動力は順動力学モデルの駆動力入力に接続される。またフィードフォワード制御及び負荷変動を考慮した電動機及び電動機制御機の容量選定又は制御パラメータ調整を実施する際には位置指令が逆動力学モデルと等価慣性モデルとに入力される。逆運動学モデルにおいては先端位置の速度及び加速度も必要となるため、追加された微分演算ブロックにより速度と加速度とを入力にしている。後述するステップS106の制御パターン設定時に、位置に加えて速度及び加速度も含めた指令を与えてもよい。逆動力学モデルの出力であるフィードフォワード駆動力と等価慣性モデルの出力である各軸等価慣性はそれぞれ各電動機制御装置モデルのフィードフォワード指令入力と等価慣性補償ゲイン入力に接続される。なお、逆動力学モデル及び等価慣性モデルは複合シミュレーションモデルの不図示の設定手段で出力を有効にするか無効にするかを設定できるようにしてもよいし、シミュレーション用途設定時に個別シミュレーションモデルを含めないように設定してもよい。また用途選定時に、逆運動学演算のような一部のモデルは使用せずに、機械シミュレータの信号処理要素を用いて実装したモデル又は機械シミュレータのインポート機能を用いて既存の機械装置で使用している逆運動学演算を取り込んだモデルを使用するように設定してもよい。このように設定した場合、既存の指令演算処理を機械装置に適用した際の制御パラメータ調整が可能となる。   Next, the model combining means 22 shown in FIG. 1 outputs a composite simulation model in which individual simulation models are connected based on the inter-model connection setting and the model input / output setting. In the detailed capacity selection of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment, since the selected control target is the tip position, the position command is connected to the input of the inverse kinematic model. The axis command which is the output of the inverse kinematic model is connected to the command input of each motor control model, and the driving force which is the output of each motor control model is connected to the driving force input of the forward dynamic model. Further, when selecting the capacity of the motor and the motor controller in consideration of feedforward control and load fluctuation or adjusting the control parameters, the position command is input to the inverse dynamic model and the equivalent inertia model. In the inverse kinematics model, the velocity and acceleration of the tip position are also required, so the velocity and acceleration are input by the added differential calculation block. At the time of setting a control pattern in step S106 described later, a command including speed and acceleration in addition to the position may be given. The feedforward driving force that is the output of the inverse dynamic model and the equivalent inertia of each axis that is the output of the equivalent inertia model are respectively connected to the feedforward command input and the equivalent inertia compensation gain input of each motor controller model. Note that the inverse dynamics model and equivalent inertial model may be configured to enable or disable the output by setting means (not shown) of the composite simulation model, and include the individual simulation model when setting the simulation application. You may set so that there is no. Also, when selecting an application, do not use some models such as inverse kinematics calculations, but use them with existing machinery using models implemented using machine simulator signal processing elements or machine simulator import functions. It may be set to use a model incorporating the inverse kinematics operation. When set in this way, it is possible to adjust control parameters when an existing command calculation process is applied to a mechanical device.

ステップS106の制御パターンを入力するステップでは、ステップS104で設定した用途での制御対象の制御パターンを入力する。制御パターンは、設定時系列データにより特定形状のパラメータを与えてもよいし、外部ツールを用いて作成しコンピュータ上に保存したデータを読み込むことで入力しても良い。特定形状のパラメータの例には、台形波形、三角波及びS字波形を挙げることができる。また、位置を制御パターンで与えた場合に速度及び加速度が滑らかになるようにS字加減速を加えるようにしても良い。   In the step of inputting the control pattern in step S106, the control pattern to be controlled for the application set in step S104 is input. The control pattern may be given a parameter of a specific shape by setting time series data, or may be input by reading data created using an external tool and stored on a computer. Examples of the specific shape parameter include a trapezoidal waveform, a triangular wave, and an S-shaped waveform. Further, when the position is given by a control pattern, S-shaped acceleration / deceleration may be applied so that the speed and acceleration are smooth.

ステップS107のシミュレーションを実行するステップでは、作成された複合シミュレーションモデルを実行し、シミュレーション用途に基づきシミュレーション結果をシミュレーション結果表示手段20に表示する。   In the step of executing the simulation of step S107, the created composite simulation model is executed, and the simulation result is displayed on the simulation result display means 20 based on the simulation application.

実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの詳細容量選定においては、先端位置指令に対する最大トルク、実効トルク及び最大回転速度が表示されるとともにオーバーシュート量及び整定時間といった電動機制御装置の制御パラメータ及び制御方式に影響を受ける制御指標が表示される。また逆運動学モデルと逆動力学モデルとがそれぞれ出力する軸速度と駆動力とを、ステップS101で選択した電動機モデルが内部パラメータによって持つ仕様とを比較し、いずれかの項目が入力された制御パターンに対して不足する場合には、不足項目を表示するとともに仕様を満たす推奨モデルである電動機モデルを表示する。   In the detailed capacity selection of the multi-axis mechanical device simulator according to the first embodiment, the maximum torque, effective torque and maximum rotation speed with respect to the tip position command are displayed, and the control parameters of the motor control device such as the overshoot amount and settling time and The control index affected by the control method is displayed. Also, the shaft speed and driving force output by the inverse kinematic model and the inverse dynamic model are respectively compared with the specifications of the motor model selected in step S101 according to the internal parameters, and the control in which any item is input. When there is a shortage with respect to the pattern, a shortage item is displayed and a motor model that is a recommended model satisfying the specifications is displayed.

なお、実施の形態1では複合シミュレーションとする簡易容量選定を指定した場合には、先端指令を入力とし軸駆動力及び軸角度を出力とする複合シミュレーションモデルとなる逆動力学モデルが作成され、シミュレーション結果表示手段20には逆動力学モデルの出力である軸駆動力と回転速度とが仕様を満足する電動機モデルとともに表示される。従って、最初に簡易容量選定により電動機制御装置の制御設定を考慮せずに電動機を選定し、選定した電動機モデルを用いて詳細容量選定により電動機制御装置の制御パラメータ設定を実施しても良い。また、詳細容量選定実施時には、要求仕様を満足する電動機が見つかるまで詳細容量選定のシミュレーションを繰り返すように構成しても良い。   In the first embodiment, when the simple capacity selection for the composite simulation is specified, an inverse dynamics model is created as a composite simulation model in which the tip command is input and the shaft driving force and shaft angle are output. The result display means 20 displays the shaft driving force and the rotational speed, which are the outputs of the inverse dynamic model, together with the motor model that satisfies the specifications. Accordingly, first, the motor may be selected without considering the control setting of the motor control device by simple capacity selection, and the control parameter of the motor control device may be set by detailed capacity selection using the selected motor model. Further, when the detailed capacity selection is performed, the detailed capacity selection simulation may be repeated until an electric motor satisfying the required specifications is found.

以上のように、実施の形態1によれば、数式処理が可能な多軸機械装置シミュレータにおいて、要素モデルを選択し、要素モデル間の接続情報を設定し、要素モデルごとの物理パラメータを設定し、制御対象を選択し、シミュレーション用途を設定し、制御パターンを入力して、用途に適合した入出力設定のシミュレーションモデルを構築して実行結果を出力できる。   As described above, according to the first embodiment, in a multi-axis machine simulator capable of mathematical expression processing, an element model is selected, connection information between element models is set, and physical parameters for each element model are set. It is possible to select a control target, set a simulation application, input a control pattern, build an input / output setting simulation model suitable for the application, and output an execution result.

実施の形態1によれば、多軸機械装置の機械要素同士の接続情報と機械要素ごとの物理パラメータと装置の制御対象である機械要素の位置、速度及び加速度とシミュレーション用途とを指定することで、多軸機械装置の機構設計、軸指令生成、電動機及び電動機制御装置の選定、制御パラメータ調整及び制御方式選定の検討に必要なシミュレーションモデルを複数軸の設定を変更しなくても、出力できるようになるので、軸数が多い多軸機械装置においても複雑な運動学特性及び力学特性を正確に模擬可能なシミュレーションモデルを容易に得ることができる。   According to the first embodiment, by specifying connection information between machine elements of a multi-axis machine device, physical parameters for each machine element, position, speed and acceleration of the machine element to be controlled by the apparatus, and a simulation application. , Simulation models necessary for mechanism design of multi-axis machinery, axis command generation, selection of motors and motor control devices, control parameter adjustment and control method selection can be output without changing the settings of multiple axes Therefore, a simulation model capable of accurately simulating complicated kinematic characteristics and mechanical characteristics can be easily obtained even in a multi-axis machine apparatus having a large number of axes.

また、実施の形態1によれば、制御装置の設計支援装置又は制御装置に多軸機械装置シミュレータを組み込んだので、多軸機械の容量選定において複数軸の制御パターン生成並びにコリオリ力及び反力を考慮した軸必要駆動力の算出が容易に実施できるようになる。   Further, according to the first embodiment, since the multi-axis machine simulator is incorporated in the design support device or the control device of the control device, the control pattern generation of multiple axes and the Coriolis force and reaction force are selected in the capacity selection of the multi-axis machine. It is possible to easily calculate the required shaft driving force in consideration.

実施の形態1によれば、用途に適したシミュレーションモデルをコンピュータ上で構築してシミュレーションを実行できるため、試験用の装置を実際に作成する作業は不要である。したがって、試験用の装置を作成して試験を行う場合と比較して、エネルギー消費量及び工数を削減して、製品のライフサイクルにおける環境負荷を低減することができる。   According to the first embodiment, since a simulation model suitable for the application can be constructed on the computer and the simulation can be executed, the work of actually creating a test device is not necessary. Therefore, compared with the case where a test device is created and a test is performed, the energy consumption and the man-hours can be reduced, and the environmental load in the product life cycle can be reduced.

実施の形態2.
図12は、本発明の実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータの構成を示す図である。実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータ201は、実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータ1に対して、多軸機械装置の運転指令を生成する不図示の上位制御装置の座標系に基づき、三次元形状表示手段14により表示される多軸機械装置の姿勢及び配置を変更するとともに、シミュレーションモデル構築手段15で出力される個別シミュレーションモデルの入力である運転指令又は出力である機械先端位置を、上位制御装置の座標と機械装置の座標とに相互変換する座標変換設定を出力する座標系選択手段23、運転指令装置又は電動機制御装置の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段24、シミュレーションモデルを変換し、運転指令装置又は電動機制御装置上で動作する実行コードを出力する実行コード出力手段25、使用者の入力に基づきシミュレーションモデルの送信意思と送信形態とを確認する送信確認手段26及び送信意思と送信形態とに基づき必要に応じて暗号化処理を実施してシミュレーションモデルをテクニカルサポートのサーバに送信する送信手段27を加えた構成となっている。
Embodiment 2.
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a multi-axis machine simulator according to the second embodiment of the present invention. The multi-axis mechanical device simulator 201 according to the second embodiment has a coordinate system of a host controller (not shown) that generates an operation command for the multi-axis mechanical device with respect to the multi-axis mechanical device simulator 1 according to the first embodiment. Based on this, the orientation and arrangement of the multi-axis machine device displayed by the three-dimensional shape display means 14 are changed, and the machine tip position which is an operation command or output which is an input of an individual simulation model output by the simulation model construction means 15 A coordinate system selection means 23 for outputting a coordinate conversion setting for mutual conversion between the coordinates of the host control device and the coordinates of the mechanical device, a control parameter setting means 24 for setting a control parameter of the operation command device or the motor control device, and a simulation model Execution code that outputs the execution code that operates on the operation command device or motor control device The transmission means 25, the transmission confirmation means 26 for confirming the transmission intention and transmission form of the simulation model based on the input of the user, and the simulation model is technically supported by performing the encryption processing as necessary based on the transmission intention and the transmission form. The transmission means 27 for transmitting to the server is added.

また、座標系選択手段23は、シミュレーション用途指定手段18で選択されたシミュレーション用途が容量選定である場合、シミュレーション結果表示手段20に出力される選定された電動機と、座標変換設定に基づいて制御パラメータとを制御パラメータ設定手段24に出力する。   Further, the coordinate system selection unit 23 controls the control parameter based on the selected motor output to the simulation result display unit 20 and the coordinate conversion setting when the simulation application selected by the simulation application specifying unit 18 is capacity selection. Are output to the control parameter setting means 24.

図12に示した座標系選択手段23、制御パラメータ設定手段24、実行コード出力手段25、送信確認手段26及び送信手段27は、演算装置361がメモリ362をワークエリアにしてシミュレーションソフトウェア367を実行することによって実現される。   In the coordinate system selection unit 23, the control parameter setting unit 24, the execution code output unit 25, the transmission confirmation unit 26, and the transmission unit 27 shown in FIG. 12, the arithmetic unit 361 executes the simulation software 367 using the memory 362 as a work area. Is realized.

図13は、実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータの動作の流れを示すフローチャートである。実施の形態1にかかる多軸機械装置シミュレータの動作と比較すると、ステップS103aとステップS108からステップS111とが追加されている点で相違している。   FIG. 13 is a flowchart of an operation flow of the multi-axis machine simulator according to the second embodiment. Compared with the operation of the multi-axis machine simulator according to the first embodiment, the operation is different in that step S103a and steps S108 to S111 are added.

ステップS103aの上位指令装置の座標系を選択するステップでは、座標系選択手段23は、ステップS103で選択した指令対象に与える運転指令の座標系を選択する。   In the step of selecting the coordinate system of the host command device in step S103a, the coordinate system selection means 23 selects the coordinate system of the operation command to be given to the command target selected in step S103.

三次元空間での位置決め又は加工に使用される多軸機械装置は、上位の加工プロセス、生産プロセス又は工場ラインといった、上位プロセスを制御する不図示の上位指令装置により生成された運転指令を指令入力として受け取るが、指令入力の座標系が多軸機械装置の座標系と異なる場合には、上位指令装置と多軸機械装置との間で指令入力及び制御結果である先端位置をやり取りする際に互いの座標に一致させるための座標変換が必要になる。図12に示す実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータ201においては、座標系選択手段23は、三次元形状表示手段14から呼び出され、上位指令装置の座標系は多軸機械装置の直交座標系に対する回転角として与えられる。   A multi-axis machine used for positioning or machining in a three-dimensional space is a command input of operation commands generated by a host command device (not shown) that controls the host process, such as a host process, production process, or factory line. However, if the command input coordinate system is different from the coordinate system of the multi-axis machine device, the command input and the tip position as the control result are exchanged between the host command device and the multi-axis machine device. Coordinate conversion is required to match the coordinates of. In the multi-axis machine simulator 201 according to the second embodiment shown in FIG. 12, the coordinate system selection unit 23 is called from the three-dimensional shape display unit 14, and the coordinate system of the higher order command device is an orthogonal coordinate of the multi-axis machine device. It is given as the rotation angle for the system.

ステップS108の電動機制御装置又は運転指令装置の制御パラメータを設定するステップでは、制御パラメータ設定手段24は、ステップS103aで選択した上位指令装置の座標系と、ステップS104においてシミュレーション用途指定手段18で詳細容量選定を選択した際にステップS107で表示される電動機モデルに基づき、電動機制御装置又は運転指令装置の制御パラメータを設定する。   In the step of setting the control parameter of the motor control device or the operation command device in step S108, the control parameter setting means 24 uses the coordinate system of the higher order command device selected in step S103a and the detailed capacity in the simulation application designation means 18 in step S104. Based on the motor model displayed in step S107 when selection is selected, control parameters of the motor control device or the operation command device are set.

電動機制御装置を機械装置の駆動軸に組み込む際には電動機制御装置の形状及び設計制約により取り付け位置が限定され、機械装置の駆動軸の正逆転の極性と、電動機軸の正逆転の極性とが反転してしまう場合がある。また、電動機自体の極性に加えて伝達要素グループ130に属するカップリングモデル131、ボールネジモデル133又は減速機モデル132によって示される伝達機構との接続によっても極性が一致しなくなる場合がある。 When the motor control device is incorporated into the drive shaft of the machine device, the mounting position is limited by the shape and design constraints of the motor control device, and the polarity of the drive shaft of the machine device and the polarity of the motor shaft forward and backward are different. It may be reversed. Further, there is a case where the polarity will not match even by connection to the transmission mechanism shown by the coupling model 131, the ball screw model 133 or decelerator model 132 belonging to the transfer element groups 130 in addition to the polarity of the motor itself.

一方、多軸機械装置の運転指令装置には運転指令の座標系を変換したり、運転指令正方向の極性を反転する制御パラメータを持つものがある。また、電動機制御装置にも電動機の軸指令正方向、軸フィードバック正方向の極性を反転する制御パラメータを持つものがある。   On the other hand, some operation command devices for multi-axis mechanical devices have control parameters for converting the coordinate system of the operation command or inverting the polarity of the operation command positive direction. Some motor control devices have control parameters that reverse the polarity of the motor's axis command positive direction and axis feedback positive direction.

ステップS108では、制御パラメータ設定手段24は、ステップS103aで選択した上位座標系と、ステップS102でシミュレーション用途として詳細容量選定を選択した際にステップS107で選定される電動機及び電動機制御装置に基づき、軸極性の反転が必要かを判定し、軸極性の反転が必要な場合は電動機制御装置又は運転指令装置の座標系、軸指令正方向、指令正方向及び軸フィードバック方向の少なくとも一つを、制御パラメータ設定手段24を用いて設定し、多軸機械装置の駆動軸と電動機の軸とで正方向を一致させる。   In step S108, the control parameter setting means 24 determines the axis based on the upper coordinate system selected in step S103a and the motor and motor control device selected in step S107 when the detailed capacity selection is selected for simulation use in step S102. Determine whether polarity reversal is required, and if reversal of shaft polarity is required, control parameters of at least one of the coordinate system of the motor control device or operation command device, the axis command positive direction, the command positive direction, and the axis feedback direction. The setting means 24 is used for setting so that the drive shaft of the multi-axis machine device and the shaft of the motor are in the positive direction.

実施の形態2では、制御パラメータ設定手段24を用いて運転指令装置又は電動機制御装置のパラメータを設定しているが、設定内容を電子データにして保存してもよい。   In the second embodiment, the parameters of the operation command device or the motor control device are set using the control parameter setting means 24, but the setting contents may be stored as electronic data.

運転指令装置又は電動機制御装置の実行コードを出力するステップS109では、実行コード出力手段25は、ステップS105で生成した個別シミュレーションモデル又は複合シミュレーションモデルに基づき、運転指令装置又は電動機制御装置上で動作する実行コードを出力する。実行コード出力手段25は、既存のCコード自動生成ツールなどを使用してCコードを生成し、実行コード自体は運転指令装置又は電動機制御装置の開発環境に付属するCコンパイラを使用する構成にしても良いし、運転指令装置又は電動機制御装置に特化したコード生成ツールを用いても良い。この際、ステップS103aで選択した上位指令装置の座標系又はステップS107で選定される電動機及び電動機制御装置に基づき、上位指令装置と運転指令装置と電動機制御装置との極性が一致するように実行コードが出力される。   In step S109 for outputting the execution code of the operation command device or the motor control device, the execution code output means 25 operates on the operation command device or the motor control device based on the individual simulation model or the composite simulation model generated in step S105. Output the execution code. The execution code output means 25 generates C code using an existing C code automatic generation tool or the like, and the execution code itself uses a C compiler attached to the development environment of the operation command device or the motor control device. Alternatively, a code generation tool specialized for the operation command device or the motor control device may be used. At this time, based on the coordinate system of the higher order command device selected in step S103a or the motor and motor control device selected in step S107, the execution code is set so that the polarities of the higher order command device, the operation command device, and the motor control device match. Is output.

出力モデルの送信を確認するステップS110では、送信確認手段26は、ステップS105で出力される個別シミュレーションモデル又は複合シミュレーションモデルを運転指令装置又は電動機制御装置の製造者が管理するサーバへ送信するかを確認する。   In step S110 for confirming transmission of the output model, the transmission confirmation means 26 determines whether to transmit the individual simulation model or the combined simulation model output in step S105 to the server managed by the manufacturer of the operation command device or the motor control device. Check.

具体的には、ステップS110において、送信確認手段26は、ステップS105で出力される個別シミュレーションモデル又は複合シミュレーションモデルをステップS107で選定した電動機制御装置のテクニカルサポートが管理するサーバに送付するかを確認する。実施の形態2では送付するモデルは個別モデルの軸出力から機械先端位置を出力する順動力学モデルであり、使用者が送付を選択した場合は通常は出力モデルにデバッグ情報として保存されるステップS101,S102で設定した機構要素の接続情報又はその物理パラメータ設定を除去するか、更に出力モデルの解析を防止するための暗号化処理を実施するかなどの送信詳細設定を実施する。   Specifically, in step S110, the transmission confirmation unit 26 confirms whether to send the individual simulation model or the composite simulation model output in step S105 to a server managed by the technical support of the motor control device selected in step S107. . In the second embodiment, the model to be sent is a forward dynamics model that outputs the machine tip position from the axis output of the individual model, and when the user selects sending, it is usually saved as debug information in the output model. , The transmission details setting such as whether the connection information of the mechanism element set in S102 or its physical parameter setting is removed, or further, the encryption processing for preventing the analysis of the output model is executed.

ステップS111において、送信手段27は、ステップS110で出力モデルの送信を選択した場合に電動機制御装置のテクニカルサポートが管理するサーバにモデルを送信する。送信手段27は、送信確認手段26で設定した送信詳細設定に基づき、出力モデルから不要な情報を除去し、必要ならば暗号化処理を実施した上で電動機制御装置のテクニカルサポートが管理するサーバに出力モデルを送信する。   In step S111, the transmission unit 27 transmits the model to a server managed by the technical support of the motor control device when transmission of the output model is selected in step S110. The transmission unit 27 removes unnecessary information from the output model based on the detailed transmission settings set by the transmission confirmation unit 26, performs encryption processing if necessary, and outputs it to a server managed by the technical support of the motor control device. Send the model.

実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータ201においては、構築した多軸機械装置のシミュレーションモデルと、電動機及び電動機制御装置の製造者が提供する電動機制御装置及び電動機のシミュレーションモデルとを組み合わせた機械電気の連成シミュレーションを実施することで、装置を実際に製作する前に電動機制御装置の性能も考慮した事前検証が可能となる。   In the multi-axis machine simulator 201 according to the second embodiment, a machine that combines the constructed simulation model of the multi-axis machine and the motor control device and the motor simulation model provided by the manufacturer of the motor and the motor control device. By conducting the electrical coupled simulation, it is possible to perform prior verification considering the performance of the motor control device before actually manufacturing the device.

一方、電動機制御装置の設定パラメータは多岐にわたり、特殊な制御機能のパラメータ設定を電動機制御装置の設計者、フィールドエンジニアが無償又は有償のサービスで代行する場合があるが、実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータ201は、送信手段27を備えることにより、パラメータ設定の代行サービスを利用可能となる。   On the other hand, there are a wide variety of setting parameters for the motor control device, and there are cases where the designer of the motor control device and a field engineer substitute the parameter setting for a special control function with a free or paid service. By providing the transmission unit 27, the axis machine simulator 201 can use a proxy setting service.

実施の形態2にかかる多軸機械装置シミュレータ201は、電動機制御装置の軸指令生成又はフィードフォワード軸指令生成を演算する実行コードを、上位制御装置の座標系、電動機及び電動機制御装置の軸方向並びに指令方向に基づいてシミュレーションモデルから出力することができ、運転指令装置又は電動機制御装置の軸極性が一致するように制御パラメータを設定できるので、電動機の軸方向及び装置先端の座標系が上位制御系と異なる場合でも誤動作しない実行コードを出力することができる。   The multi-axis machine simulator 201 according to the second embodiment includes an execution code for calculating the axis command generation or the feedforward axis command generation of the motor control device, the coordinate system of the host control device, the axial direction of the motor and the motor control device, and It is possible to output from the simulation model based on the command direction, and control parameters can be set so that the axis polarity of the operation command device or the motor control device matches, so the motor's axial direction and the coordinate system at the tip of the device are the upper control system Execution code that does not malfunction even if it is different from can be output.

また、機械装置の製造者又は使用者は、装置の詳細構造及び構成を運転指令装置又は電動機制御装置の製造者に開示せずに機械装置の動特性を十分に模擬できる機械装置のシミュレーションモデルを制御装置の製造者に送付できるため、制御装置の製造者は電動機と電動機制御装置のシミュレーションモデルと機械装置のシミュレーションモデルを用いて制御性能が最適となる制御方式の選定と制御パラメータ値の設定が可能となる。   In addition, a manufacturer or user of a mechanical device can create a simulation model of a mechanical device that can sufficiently simulate the dynamic characteristics of the mechanical device without disclosing the detailed structure and configuration of the device to the manufacturer of the operation command device or the motor control device. Since it can be sent to the manufacturer of the control device, the manufacturer of the control device uses the simulation model of the motor, the motor control device, and the simulation model of the machine device to select the control method that optimizes the control performance and to set the control parameter value. It becomes possible.

このように、実施の形態2によれば、電動機制御装置の軸指令生成又はフィードフォワード軸指令生成を演算する実行コードを上位制御装置の座標系、電動機又は制御装置の軸方向、若しくは電動機又は制御装置の指令方向に基づいてシミュレーションモデルから出力することができるので、電動機の軸方向又は装置先端の座標系が上位制御系と異なる場合でも誤動作しない実行コードを出力することができる。   As described above, according to the second embodiment, the execution code for calculating the axis command generation or the feedforward axis command generation of the motor control device is the coordinate system of the host control device, the axial direction of the motor or control device, or the motor or control. Since it is possible to output from the simulation model based on the command direction of the apparatus, it is possible to output an execution code that does not malfunction even when the axial direction of the motor or the coordinate system at the tip of the apparatus is different from the host control system.

さらに、実施の形態2によれば、機械装置の製造者又は使用者は、装置の詳細構造又は構成を運転指令装置又は電動機制御装置の製造者に開示せずに機械装置の動特性を十分に模擬できる機械装置のシミュレーションモデルを制御装置の製造者に送付できるため、制御装置の製造者は電動機と電動機制御装置のシミュレーションモデルと機械装置のシミュレーションモデルを用いて制御性能が最適となる制御方式の選定とパラメータ値の設定が可能となる。   Furthermore, according to the second embodiment, the manufacturer or user of the mechanical device can sufficiently improve the dynamic characteristics of the mechanical device without disclosing the detailed structure or configuration of the device to the manufacturer of the operation command device or the motor control device. Since the simulation model of the mechanical device that can be simulated can be sent to the manufacturer of the control device, the manufacturer of the control device uses the simulation model of the motor and the motor control device and the simulation model of the mechanical device to control the optimal control performance. Selection and parameter values can be set.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。   The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

1,201 多軸機械装置シミュレータ、10 機械要素ライブラリ、11 接続情報設定手段、13 物理パラメータ設定手段、14 三次元形状表示手段、15 シミュレーションモデル構築手段、16 制御対象選択手段、17 制御パターン入力手段、18 シミュレーション用途指定手段、19 シミュレーション実行手段、20 シミュレーション結果表示手段、21 モデル入出力設定保持手段、22 モデル結合手段、23 座標系選択手段、24 制御パラメータ設定手段、25 実行コード出力手段、26 送信確認手段、27 送信手段、31 電動機、32 電動機制御装置、33 運転指令装置、34 装置、36 コンピュータ、41 ベース、42 第1リンク、43 第1電動機、44 第2リンク、45 第2電動機、51 逆運動学モデル、52 逆動力学モデル、53 等価慣性モデル、54 電動機制御装置の動作モデル、55 順動力学モデル、100 剛体要素グループ、101,101a,101b,101c 直方体モデル、102 円錐モデル、104 円柱モデル、105 球モデル、106 多角形モデル、107 CAD、110 関節要素グループ、111,111a,111b 回転関節、112 直動関節、113 カルダンジョイント、120 電動機要素グループ、121,121a,121b 回転電動機モデル、122 直動電動機モデル、130 伝達要素グループ、131,131a,131b カップリングモデル、132132a,132b 減速機モデル、133 ボールネジモデル、134 ベルトモデル、135 クランク機構モデル、140 センサ要素グループ、141 運動学センサモデル、142 力学センサモデル、150 指令入力グループ、151 指令入力要素、160 信号処理要素グループ、161 四則演算、162 三角関数、163 PID演算、361 演算装置、362 メモリ、363 不揮発性メモリ、364 記憶装置、365 入力装置、366 表示装置、367 シミュレーションソフトウェア。 1,201 Multi-axis machine simulator, 10 machine element library, 11 connection information setting means, 13 physical parameter setting means, 14 three-dimensional shape display means, 15 simulation model construction means, 16 control object selection means, 17 control pattern input means , 18 Simulation application designation means, 19 Simulation execution means, 20 Simulation result display means, 21 Model input / output setting holding means, 22 Model combination means, 23 Coordinate system selection means, 24 Control parameter setting means, 25 Execution code output means, 26 Transmission confirmation means, 27 Transmission means, 31 electric motor, 32 electric motor control device, 33 operation command device, 34 device, 36 computer, 41 base, 42 first link, 43 first electric motor, 44 second link, 45 second electric motor, 51 Inverse kinematic model, 5 Inverse dynamic model, 53 equivalent inertia model, 54 motor controller operation model, 55 forward dynamic model, 100 rigid element group, 101, 101a, 101b, 101c rectangular parallelepiped model, 102 cone model, 104 cylinder model, 105 sphere model 106 polygon model, 107 CAD, 110 joint element group, 111, 111a, 111b rotary joint, 112 linear motion joint, 113 cardan joint, 120 motor element group, 121, 121a, 121b rotary motor model, 122 linear motion motor model , 130 Transmission element group, 131, 131a, 131b Coupling model, 132 , 132a, 132b Reducer model, 133 Ball screw model, 134 Belt model, 135 Crank mechanism model, 140 Sensor element group , 141 kinematic sensor model, 142 dynamic sensor model, 150 command input group, 151 command input element, 160 signal processing element group, 161 four arithmetic operations, 162 trigonometric function, 163 PID operation, 361 arithmetic unit, 362 memory, 363 nonvolatile Memory, 364 storage device, 365 input device, 366 display device, 367 simulation software.

Claims (8)

機械装置を構成する機械要素の特性を数式で表す要素モデルを保持する要素ライブラリと、
前記要素ライブラリから前記要素モデルを配置し、前記要素モデル間の接続関係を示す接続情報を入力する接続情報設定手段と、
前記要素モデルごとの物理パラメータを設定する物理パラメータ設定手段と、
シミュレーション用途を設定する用途設定手段と、
前記シミュレーション用途に基づき、個別シミュレーションモデルの入出力関係を示す入出力設定を出力するモデル入出力設定保持手段と、
前記入出力設定と、前記要素モデルと、前記接続情報と、前記物理パラメータとから、前記機械装置の運動学及び力学特性を模擬した個別シミュレーションモデルを構築するシミュレーションモデル構築手段と、
制御対象を選択する制御対象選択手段と、
前記入出力設定に基づき、少なくとも一つの個別シミュレーションモデルを接続した複合シミュレーションモデルを出力するモデル結合手段と、
前記複合シミュレーションモデルにより制御対象のシミュレーションを実行するシミュレーション実行手段と、
シミュレーション結果を表示するシミュレーション結果表示手段とを有することを特徴とする多軸機械装置シミュレータ。
An element library that holds an element model that expresses the characteristics of the machine elements constituting the machine device by mathematical expressions;
A connection information setting means for placing the element model from the element library and inputting connection information indicating a connection relationship between the element models;
Physical parameter setting means for setting physical parameters for each element model;
Application setting means for setting the simulation application;
Based on the simulation application, model input / output setting holding means for outputting an input / output setting indicating an input / output relationship of the individual simulation model;
Said input setting, before and Kiyo element model, and the connection information from said physical parameter, and simulation model construction means for constructing a discrete simulation model simulating the kinematics and dynamics characteristics of the machine,
A control object selection means for selecting a control object;
Based on the input / output setting, model combining means for outputting a composite simulation model connecting at least one individual simulation model;
Simulation execution means for executing a simulation of a controlled object by the composite simulation model;
A multi-axis mechanical apparatus simulator comprising simulation result display means for displaying a simulation result.
前記制御対象の制御パターンを入力する制御パターン入力手段を有し、
前記シミュレーション実行手段は、前記制御パターン入力手段から入力された制御パターンに従って前記制御対象のシミュレーションを実行することを特徴とする請求項1に記載の多軸機械装置シミュレータ。
Control pattern input means for inputting the control pattern of the control object;
The multi-axis machine simulator according to claim 1, wherein the simulation execution unit executes a simulation of the control target in accordance with a control pattern input from the control pattern input unit.
電動機制御装置又は運転指令装置の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定手段と、
上位制御装置の座標系を選択する座標系選択手段と、
個別シミュレーションモデルを制御装置の実行コードにエクスポートする実行コード出力手段とを有し、
前記上位制御装置の座標系と容量選定で選定した電動機及び電動機制御装置に基づき、前記電動機制御装置又は運転指令装置の座標系、軸指令正方向、指令正方向、軸フィードバック正方向の少なくとも一つを前記制御パラメータ設定手段により前記制御パラメータに設定することを特徴とする請求項1に記載の多軸機械装置シミュレータ。
Control parameter setting means for setting control parameters of the motor control device or the operation command device;
Coordinate system selection means for selecting the coordinate system of the host controller,
Execution code output means for exporting the individual simulation model to the execution code of the control device,
Based on the coordinate system of the host controller and the motor selected by the capacity selection and the motor controller, at least one of the coordinate system of the motor controller or the operation command device, the axis command positive direction, the command positive direction, and the axis feedback positive direction The multi-axis machine simulator according to claim 1, wherein the control parameter setting means sets the control parameter as the control parameter.
出力モデルをエクスポートした実行コードをサーバに送信するか確認する送信確認手段と、実行コードをサーバに送信する送信手段を有することを特徴とする請求項3に記載の多軸機械装置シミュレータ。   The multi-axis machine simulator according to claim 3, further comprising: transmission confirmation means for confirming whether or not the execution code whose output model is exported is transmitted to the server; and transmission means for transmitting the execution code to the server. 前記送信手段は、前記実行コードを暗号化して前記サーバへ送信することを特徴とする請求項4に記載の多軸機械装置シミュレータ。   The multi-axis machine simulator according to claim 4, wherein the transmission unit encrypts the execution code and transmits the encrypted execution code to the server. 請求項1から5のいずれか1項に記載の多軸機械装置シミュレータを備えた運転指令装置の設計支援装置。   A design support device for an operation command device comprising the multi-axis machine simulator according to any one of claims 1 to 5. 請求項1から5のいずれか1項に記載の多軸機械装置シミュレータを備えた電動機制御装置の設計支援装置。   A design support device for an electric motor control device comprising the multi-axis mechanical device simulator according to any one of claims 1 to 5. 請求項1から5のいずれか1項に記載の多軸機械装置シミュレータを備えた電動機の容量選定装置。   A capacity selection device for an electric motor comprising the multi-axis machine simulator according to any one of claims 1 to 5.
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