JPH01320511A - 立設軸を駆動するモータの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鉛直方向に立設された軸を介して被駆動体を鉛
直方向に移動させる機構を有した産業機械において、立
設軸を駆動するモータの駆動制御方法に関する。こうし
た産業機械の例としては、旋盤、ボール盤、マシニング
センタ、産業用ロボット等が挙げられる。

〔従来の技術〕

例えば産業用ロボットの内で胴体が鉛直上下方向に移動
するタイプのものが存在するが、この被駆動体である胴
体には常に鉛直下方に重力を受けている。該胴体を下方
位置から上方位置へ、又は上方位置から下方位置へ移動
させる場合には、その移動の前半部分では胴体を増速さ
せ、後半部分では減速させることによって所定の位置に
迅速に到達せしめる必要がある。

胴体を下方位置から上方位置へ移動させる際には、その
移動の前半部分の増速時の加速度の方向と重力の作用す
る方向とは互いに逆方向であり、後半の減速時の加速度
の方向と重力方向とは同一方向である。また、上方位置
から下方位置へ移動させる場合には、前半の増速時の加
速度の方向と重力の作用する方向とは同一であり、後半
の減速時の加速度の方向と重力方向とは逆方向である。

従って、前者では増速時において重力作用に基づきモー
タの負荷トルクが増大し、後者では減速時において重力
作用に基づきモータの負荷トルクが増大する。また、モ
ータの駆動制御方法を簡便にすることを考慮し、各移動
における増速加速度と減速加速度の大きさを一定、即ち
増速時間と減速時間とを同一に設定する駆動制御方法が
採用されている。以上に基づき、増速並びに減速の加速
度の大きさはモータの性能に応じ、上昇移動時に達成可
能な増速加速度と、下降移動時に達成可能な減速加速度
の内、大きさの小さい方の加速度により制限される。

（発明が解決しようとする課題〕 然しなから被駆動体を迅速に移動させる観点からは、上
述した増速時並びに減速時の加速度の大きさを同一値に
設定することには改良される余地がある。

依って本発明は斯る課題の解決を図って、被駆動体の鉛
直方向移動に要する時間を可及的に低減させることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的に鑑みて本発明は、鉛直方向に立設されている
と共にモータにより駆動される立設軸を介して被駆動体
を前記鉛直方向に移動させる制御方法であって、該移動
が重力の作用する方向か或いはその逆方向かを判定し、
該判定結果に応じて前記移動の前半における増速時の加
速度値と後半における減速時の加速度値とを最適に選定
し、これらの各選定加速度値に応じた電流を前記モータ
へ通電することによって前記被駆動体を最小の時間で移
動させることを特徴とする立設軸を駆動するモータの駆
動制御方法を提供する。

Ｃ作　用〕 被駆動体の移動が重力の作用する方向と逆の方向、即ち
鉛直上方向である場合には、増速時に重力がモータの負
荷増加となり、減速時には負荷軽減に寄与することを考
慮して夫々モータの性能限界まで使用する条件により増
速、並びに減速の各加速度を決定し、これらの各加速度
に応じた電流をモータに通電することにより被駆動体を
目標位置に到達停止させる。また、移動方向が鉛直下方
向である場合には増速時に重力がモータの負荷軽減に寄
与し、逆に減速時には重力がモータの負荷増加となるこ
とを考慮して夫々モータの性能限界まで使用する条件に
より増速、並びに減速の各加速度を決定し、これらの各
加速度に応じた通電を行なって被駆動体を目標位置に到
達停止させる。

こうして駆動モータを常にその性能限度まで使用するこ
とによって被駆動体の移動時間を最小にすることができ
る。

〔実施例〕

以下本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳細
に説明する。第３図は本発明に係る制御方法によって駆
動制御される産業用ロボ７）の略示部分断面図である。

水平に据え付けられている外胴２４の内部には鉛直上下
方向に延長したボールねじ軸１８が軸受２０によって回
転可能に軸承されている。該ボールねじ軸１８の下部に
はプーリＩ４が取り付けられており、駆動用サーボモー
タ１０の出力軸に取り付けたブー１Ｊ１２との間にタイ
ミングベルト１６が張架されている。一方、ボールねじ
軸１８にはボールナツト２２が螺合されており、該ボー
ルナツト２２には内胴２６が一体的に固定されており、
駆動用サーボモータ１゜の駆動力によってボールねじ軸
１８が回転し、これにより内胴２６はボールナツト２２
と共に鉛直上下方向に移動する。該内胴２６の上部には
先端に作業用ハンド３０を有したアーム２８が取り付け
られている。駆動用サーボモータ１０は制？ｉｌ装？Ｉ
３２によって通電電流等が制御されている。

第１図と第２図を参照しながら、本発明に係るモータの
駆動制御方法を説明する。第１図は内胴２６、即ちポー
ルナツト２２がボールねじ軸１８の下方値ｚＡから上方
の目標値ＩＤまで移動する場合の参照図である。以下被
駆動体は内胴２６として説明する。内胴２６は位置Ａに
おいては静止しており、モータ１０によって加速度α１
を与えて増速し１、位置Ｂに至る。位置Ｂより速度Ｖに
て等速移動し、位置Ｃに至る。位ＩＣからは下方に向く
加速度α２を与えて減速し、目標位置りにおいて停止さ
せる。この移動に要する時間を低減させるには、増速時
並びに減速時において駆動用サーボモータの性能限界ト
ルクを作用させればよい。

位置ＡとＢとの間では発生加速度α１の方向と重力加速
度ｇの方向が反対であり、位ＷＣとＤとの間では発生加
速度α２の方向と重力加速度ｇの方向が同一であること
を考慮すると次式が成立する。

Ｔ１＝Ｋ　　（α１＋ｇ）　　　　　　・・・・・・・
・・イＴ２＝Ｋ　（α２−ｇ）　　　　　　　・・・・
・・・・・口ここで、 Ｔ１：ＡＢ間におけるモータの負荷トルク、Ｔ２：Ｂで
間におけるモータの負荷トルク、Ｋ　：モータ並びに動
力伝達機構を含めた比例定数、 である、前述の如く、モータ１０の負荷トルクＴ１とＴ
２とは共に該駆動用サーボモータ１０の性能限界トルク
Ｔ　ｔｔｒａｘになる様に制御Ｂ装置３２によってモー
タ１０への通電電流が制御されている。

従って、 Ｔ　１　＝Ｔ　２　＝Ｔｍａｘ という関係が成り立ち、式イ及び口を考慮すると、α２
′α１＋２ｇ　　　　　　　………ハという関係が成り
立つ、即ち内胴を上昇させる場合には移動後半部におけ
る減速時の加速度α２は前半部の増速時の加速度α１よ
りも２ｇだけ大きく設定する０位置Ａから位ｉＢまで移
動する間の所要時間をｔｌ、位置Ｂから位置Ｃまで移動
する間の所要時間をｔ２、位ｙｃから位ｉＤまで移動す
る間の所要時間をｔ３とすると次式が成立する。

１−１１　＋１２＋ｌ１３ ＝　（１／２）・α１・ｔ　ｉ”　＋ｖ、、、・　ｔ２
＋　（１／２）・α２・ｔ３２　　　　　・・・・・・
二Ｖｓ＋ａｘ　＝α１１ｔ　１＝α２・ｔ３　　　・・
・…ホここで、 ｌ　１Ｖ百の距離、 ＪＬ：ＡＢの距離、 １２：丁での距離、 １３：で］丁の距離、 Ｖｍａｘ　　：位置Ｂから位置Ｃまでの移動速度、であ
る。

以上より、式イで示す関係から増速加速度αｌがモータ
の負荷トルクＴ　Ｉ　　Ｃ＝　Ｔｍａｘ）より定まり、
式ハにより減速加速度α２が定まり、二及びホの両式か
ら増速時間ｔ１と減速時間Ｌ３が定まる。

また、 ／　１　＝　（１／２）・α１・ｔ１２１３　＝　（１
／２）・α２・ｔ３ｆｆｉの関係から距離１１と１３と
が定まる。以上の結果に基づき駆動用サーボモータ１０
の駆動制御方法、即ち通電電流の制御が定まる。

次に第２図は上方位置Ｄ′から下方の目標位置Ａ′まで
移動する場合の参照図である。第１図の場合と同様にし
て以下の関係が成立する。

Ｔ２’＝Ｋ（α２’−ｇ）　　　　　・・・・・・へＴ
１’＝Ｋ（α１’＋ｇ）　　　　　　・・・・・・トこ
こで、 Ｔ２’ｓＤ　　Ｃ間におけるモータの負荷トルク、 Ｔｌ’：丁７τ７間におけるモータの負荷トルク である。モータ１０の負荷トルクＴ２’とＴＩ’とは共
に性能限界トルクＴｍａｘに設定するので、α２′＝α
１　’　＋２ｇ　　　　　　　・・・・・・チの関係が
成立する。即ち内胴を下降させる場合には移動前半部の
増速時の加速度α２′は後半部の減速時の加速度αｌ′
よりも２ｇだけ大きく設定する。また次の式が成立する
。

１’＝１３’＋１２’＋ｌｌ’ −（１／２）・α２′・（ｔ３’）”＋Ｖ’、□・ｔ２
’＋　　（１／２）・α１′　・（ｔｌ’）”　　　・
・・すＶ’ｍａｘ　＝ａ：’ｌ’−ｔ３’−α１　’　
−ｔ　１　’　−・・ヌここで、 ２′　　：Ｄ　Ａ　の距離、 １３’：？の距離、 １２’：ＣＢ　　の距離、 ｊｌ’：Ｂ　　Ａ　　の距離、 Ｖ’ｍａｘ：位置Ｃ′から位置Ｂ′までの移動速度、ｔ
３’：Ｄ’からＣ′まで移動する間の所要時間、 ｔ２’：Ｃ’からＢ′まで移動する間の所要時間、 ｔｌ’：Ｂ’からＡ′まで移動する間の所用時間、 である。

以上より、式へで示す関係から増速加速度α２′がモー
タｌＯの負荷トルクＴ　２　’　　（＝Ｔｍａｘ）より
定まり、式チにより減速加速度α１′が定まる。

す及びヌの両式から増速時間ｔ３’と減速時間ｔ１’と
が定まる。また、 ／　３　’　−（１／２）・α２′・（ｔ　３　’）”
Ｉｌｌ　’　−（１／２）・α１′・（ｔ　１　’）”
の関係より、距離１３’と１１′とが定まる。以上の結
果に基づき駆動用サーボモータ１０への通電電流の制御
方法が定まる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかな様に本発明によれば、駆動モー
タを常に性能限界まで使用するため、被駆動体の移動時
間を可及的に低減させることが可能となる。逆の見方を
すると、移動時間を従来と同一に設定するならば使用さ
れる駆動モータとしては低出力のモータが使用可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は上方向移動の場合における本発明に係る制御方
法の説明図、 第２図は下方向移動の場合における本発明に係る制御方
法の説明図、 第３図は本発明に係る制御方法によって駆動制御される
産業用ロボットの略示部分断面図。 １０・・・駆動サーボモータ、 １８・・・立設ボールねじ軸、　　２６・・・内胴、α
１・・・上昇時の増速加速度、 α２・・・上昇時の減速加速度、 α１′・・・下降時の減速加速度、 α２′・・・下降時の増速加速度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、鉛直方向に立設されていると共にモータにより駆動
   される立設軸を介して被駆動体を前記鉛直方向に移動さ
   せる制御方法であって、該移動が重力の作用する方向か
   或いはその逆方向かを判定し、該判定結果に応じて前記
   移動の前半における増速時の加速度値と後半における減
   速時の加速度値とを最適に選定し、これらの各選定加速
   度値に応じた電流を前記モータへ通電することによって
   前記被駆動体を最小の時間で移動させることを特徴とす
   る立設軸を駆動するモータの駆動制御方法。