JPH0656566B2 - 物品移送装置の制振制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、物品把持部を移動させて、物品を移送する物
品移送装置において、駆動機構部の振動を抑制して物品
把持部の位置決め精度を高精度化するための物品移送装
置の制振制御方式に関するものである。

（従来の技術） この種物品移送装置の位置決め制御においては、位置セ
ンサの出力信号（位置信号）と目標位置信号とを比較
し、その差（位置誤差）で駆動機構を駆動する負帰還制
御法が用いられている。この負帰還制御においては、外
乱等により位置誤差が発生した場合、負極性の位置信号
が帰還されるので、位置誤差を小さくする修正力が駆動
機構に働き、位置誤差を修正できる。ところが、駆動機
構に機械的共振があり、かつその周波数が所望の制御帯
域に接近している場合、修正力と駆動機構の移動との位
相遅れが第２図で示すように機械的共振周波数近傍で１
８０度になり、負極性であった帰還位置信号が正極性に
逆転する。

第２図において、２１は物品移送機構の振幅特性曲線、
２２は物品移送機構の位相特性曲線である。

この逆転周波数においては、位置誤差に対して負極性の
帰還位置信号が正極性に逆転するので、位置誤差を増加
させるように駆動機構に作用し、位置決め制御系が不安
定になる。そこで、機械的共振のある駆動機構を安定に
制御するための制振法として、以下の２法が従来良く知
られている。

機械的共振周波数を所望の制御帯域以上にするため、
機構系を高剛性化する方法（第１の方法）。

ローパスフィルタ、バンドリジェクトフィルタ等の電
気回路により、位置信号から機械的共振周波数成分を制
御する方法（第２の方法）。

（発明が解決しようとする問題点） 前述した第１の方法は位置信号に機械的共振成分が含ま
れないので、制振法としては有効な方法であるが、機構
系の高剛性化には密度が小さく、かつ剛性の大きな機構
材料を必要とするので、材料技術の飛躍的な進歩がない
限り、高剛性化には一定の限界がある。

また、第２の方法は、電気的に機械的共振成分を抑制す
るので、機構的な変更を伴わない方法であるが、フィル
タ等の挿入により電気回路的な位相遅れが機械的共振周
波数より低い周波数領域から発生し、この位相遅れによ
る追従誤差〔（目標値−実際位置）／目標値〕が増加す
る欠点があった。

（発明の目的） 本発明の目的は、機構的な変更を伴わず、かつ位相遅れ
による追従誤差増加を最小にできる物品移送装置の制振
制御方式を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、第１の発明は物品を把持する
物品把持部と、該物品把持部を上下又は左右に移動させ
るためのモータを含む駆動機構と、該物品把持部の位置
を検出する位置センサと、該位置センサの出力に応じて
該駆動機構をサンプリング制御する制御部とを備え、該
制御部の出力を零次ホールド回路、電力増幅器を介して
上記モータに印加するようにした物品移送装置におい
て、該駆動機構の機械的共振周波数に、該制御部のサン
プリング周波数を一致させるようにした。また第２の発
明は、物品を把持する物品把持部と、該物品把持部を上
下又は左右に移動させるためのモータを含む駆動機構
と、該物品把持部の位置を検出する位置センサと、該位
置センサの出力に応じて該駆動機構をサンプリング制御
する制御部とを備え、該制御部の出力を零次ホールド回
路、電力増幅器を介して上記モータに印加するようにし
た物品移送装置において、上記位置センサの出力から上
記駆動機構の機械的共振周波数を測定し、該測定周波数
にサンプリング周波数を一致させるように該制御部のサ
ンプリング周波数を補正制御を行うようにした。

（作用） 本発明は、サンプリング制御における零次ホールド回路
の伝達率（入力信号振幅に対する出力信号振幅の割合）
をサンプリング周波数において零にできることを利用し
て、位置信号から機械的共振周波数成分を選択的に抑制
する。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であって、
１は物品把持部、２はワイヤロープ、３はモータ、４は
ドライブプーリ、５は位置センサ、６は位置信号線、７
は駆動電流演算部、８は目標値入力線、９は差信号線、
１０は零次ホールド回路、１１は電力増幅器、１２はア
イドラプーリ、１３は周波数可調形サンプリング信号発
生器であり、上記駆動電流演算部７とサンプリング信号
発生器１３とで制御部を構成する。

ワイヤロープ２に直結された物品把持部１は、モータ３
に直結されたドライブプーリ４により摩擦駆動される。
その位置信号はドライブプーリ４に直結された位置セン
サ５で検出され、位置信号線６を介して駆動電流演算部
７に入力される。この位置信号は、目標値入力線８を介
して上位装置から伝達された目標値から駆動電流演算部
７で減算される。この差信号は差信号９を介して零次ホ
ールド回路１０に出力される。零次ホールド回路１０で
サンプリング期間ホールドされた差信号は、電力増幅器
１１で増幅されてモータ３を駆動する。目標値を零にす
る位置決め制御においては、位置信号は駆動電流演算部
７でその極性が逆転されるので、外乱等で物品把持部１
が目標位置から、たとえば正方向にずれるような位置誤
差が発生した場合、負極性位置信号が電力増幅器１１を
介してモータ３に与えられ、モータ３が負方向に回転し
て位置誤差が修正される。

ところが駆動機構が機械的共振系を構成している場合、
前述したように、モータ３の駆動入力から物品把持部１
までの伝達特性は、機械的共振周波数近傍で機械共振に
より位相遅れが急増し、かつ位置信号の振幅は増加する
ことが第２図の各特性曲線２１，２２からわかる。そこ
で、このような機械的共振特性を持つ駆動機構を用いて
位置決め制御系を構成した場合、この機械的共振による
移送遅れに駆動電流演算部７や電力増幅器１１の電気回
路的な位相遅れが加算され、その大きさが１８０度に達
した時、モータ３に対する位置信号位相が負極性から正
極性に逆転する。このような機械的共振系にわずかな外
乱が作用し、物品把持部１に位置誤差が発生すると、正
極性の機械的共振位置信号成分がモータ３に帰還され、
位置誤差信号が増幅されて、再びモータ３に帰還される
ので、物品把持部１の位置誤差は幾何級数的に増大し、
ついには位置決め制御系が発振する。

ところが、第３図に示すように零次ホールド回路１０の
サンプリング周波数における伝達率３１は零なので、サ
ンプリング周波数を機械的共振周波数に一致させれば、
機械的共振周波数成分を選択的に減衰でき、位置決め制
御系の安定化が図れる。本実施例では、この種業者に良
く知られた方法、例えば、モーダル解析装置等によっ
て、駆動機構の機械的共振周波数を測定し、周波数可調
形サンプリング信号発生器１３の発生周波数を機械的共
振周波数に一致する如く調整する。

なお、把持動作に伴い物品把持部１の重量が変化し、機
械的共振周波数が変動する系に本制振制御方式を適用す
ると共振成分抑制効果が薄れる恐れがある。しかし、実
験によると、零次ホールド回路１０の抑制効果はサンプ
リング周波数を中心として±１０％の範囲では−６０ｄ
Ｂ以下となることが判明したので、重量変動が比較的小
さい系に対しては、本制振制御方式は有効である。

第４図は把持動作に伴う物品把持部１の重量変化が大き
く、第１の実施例では共振成分抑制効果が薄い系に対す
る第２の実施例を説明する図であって、４１はフーリエ
級数演算部、４２はサンプリング信号発振器制御部、４
３はサンプリング信号発振器で、駆動電流演算部７と共
に制御部を構成する。

この実施例では、駆動機構の機械的共振周波数を自動的
に検出するため、サンプリング信号発振器制御部４２
は、駆動命令線１５を介して、駆動電流演算部７にイン
パルス信号の発生を命令する。駆動電流演算部７で発生
したインパルス信号は零次ホールド回路１０を介して電
力増幅器１１で増幅されモータ３を駆動する。モータ３
で駆動された物品把持部１のインパルス応答は位置信号
線６を介してフーリエ級数演算部４１に入力され、そこ
でフーリエ級数が算出される。サンプリング信号発振器
制御部４２は、この種業者には公知の方法によって、フ
ーリエ級数から機械的共振周波数を検出する。つぎに、
このサンプリング信号発振器制御部４２はフーリエ級数
演算部４１から機械的共振周波数を読み取り、読み取り
周波数に一致するようにサンプリング信号発振器４３を
調整する。具体的には、このサンプリング信号発振器４
３を、たとえば電圧制御形発振器（ＶＣＯ）として一般
に販売されている集積回路を用いて構成すると、発振周
波数はＶＣＯの制御電圧により調整できる。それ故、所
望の周波数を得るためには、サンプリング信号発振器制
御部４２は読み取り機械的共振周波数の仕様値から制御
電圧を計算し、それをサンプリング信号発振器４３に与
えればよい。

以上説明したように本発明では、位置信号から駆動機構
の機械的共振周波数を検出し、この周波数にサンプリン
グ周波数を一致させるようにサンプリング信号発振器の
発振周波数を調整するので、零次ホールド回路が持つサ
ンプリング周波数における伝達率を零にできる特性を利
用して、機械的共振周波数成分を選択的に減衰させて位
置決め制御系の安定化を図れ、かつ従来のフィルタ等に
よる抑制法に対して追従誤差を小さくできる。

なお、第１図及び第４図の点線で囲った駆動電流演算部
７およびサンプリング信号発生器１３、４３並びにフー
リエ級数演算部４１及びサンプリング信号発振器制御部
４２の機能は、タイマ機能を内臓したマイクロプロセッ
サ１個で実現できるので、駆動制御回路の小形化と経済
化を図ることも可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、位置信号から駆
動機構の機械的共振周波数を検出し、この周波数にサン
プリング周波数を一致させるように制御部のサンプリン
グ周波数を調整するので、零次ホールド回路が持つサン
プリング周波数における伝達率を零にできる特性を利用
して、機械的共振周波数成分を選択的に減衰させて位置
決め制御系の安定化を図れ、かつ従来のフィルタ等によ
る抑制法に対して追従誤差を小さくできる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を説明するブロック図、
第２図はモータの駆動入力から物品把持部までの物品移
送機構の伝達特性を示す図、第３図は零次ホールド回路
の伝達特性を示す図、第４図は第２図の実施例を示すブ
ロック図である。 １…物品把持部、２…ワイヤロープ、３…モータ、４…
ドライブプーリ、５…位置センサ、６…位置信号線、７
…駆動電流演算部、８…目標値入力線、９…差信号線、
１０…零次ホールド回路、１１…電力増幅器、１２…ア
イドラプーリ、１３…周波数可調形サンプリング信号発
生器、１４…サンプリング信号線、１５…駆動命令線、
２１…物品移送機構の振幅特性、２２…物品移送機構の
位相特性、３１…零次ホールド回路伝達率、３２…零次
ホールド回路から位置信号までの伝達率、４１…フーリ
エ級数演算部、４２…サンプリング信号発振器制御部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物品を把持する物品把持部と、該物品把持
   部を上下又は左右に移動させるためのモータを含む駆動
   機構と、該物品把持部の位置を検出する位置センサと、
   該位置センサの出力に応じて該駆動機構をサンプリング
   制御する制御部とを備え、該制御部の出力を零次ホール
   ド回路、電力増幅器を介して上記モータに印加するよう
   にした物品移送装置において、該駆動機構の機械的共振
   周波数に、該制御部のサンプリング周波数を一致させる
   ことを特徴とする物品移送装置の制振制御方式。
2. 【請求項２】物品を把持する物品把持部と、該物品把持
   部を上下又は左右に移動させるためのモータを含む駆動
   機構と、該物品把持部の位置を検出する位置センサと、
   該位置センサの出力に応じて該駆動機構をサンプリング
   制御する制御部とを備え、該制御部の出力を零次ホール
   ド回路、電力増幅器を介して上記モータに印加するよう
   にした物品移送装置において、上記位置センサの出力か
   ら上記駆動機構の機械的共振周波数を測定し、該測定周
   波数にサンプリング周波数を一致させるように該制御部
   のサンプリング周波数を補正制御を行うことを特徴とす
   る物品移送装置の制振制御方式。