JPS5852372B2 - パルス発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、設定されたパルス数の範囲内で、発生するパ
ルスの周波数を関数変化せしめるように構成したパルス
発生装置に関するものである。

従来、外部又は内部に設けた発振器とカウンタとの組み
合わせより成り、カウンタの内容によって発振器を制御
することにより所定のパルスを出力するパルス発生回路
が実用されている。

本発明は、上記従来回路に新たな要素を加えるとともに
新規な回路構成をとることにより、応用性の高い汎用的
なパルス発生装置を提供することを目的とする。

本発明は、設定したパルス数の範囲内で、パルスの発生
周波数を任意の関数で変化させることのできる実用性の
高いパルス発生回路を提供することを目的とする。

本願発明は、上記目的を達成するため、カウンタに任意
のパルス数を設定し、このパルス数をそれに比例した電
圧に変換し、この電圧をその大きさに比例した周波数の
パルスに変換して出力すると共に、前記カウンタに設定
されたパルス数から前記出力パルスを１つずつ減じ、前
記設定パルス数に等しい数の出力パルスを出力する方式
のパルス発生回路において、任意のパターンの電圧信号
を発生するアナログ関数発生器を設けたことを特徴とす
る。

そのアナログ関数発生器は、カウンタの内容を電圧値に
変換するＤＡコンバータに接続され入力された電圧を所
定の関数に基づいて変換する関数変換器と、該関数変換
器に接続されるとともに外部電圧入力端子を有し、関数
変換器から出力される電圧信号と外部電圧入力端子から
入力される外部設定電圧Ｅｖとを比較し、小さい方の信
号を出力する第１の小値選択器と、外部入力端子を有し
、外部入力端子から入力された外部設定電圧Ｅ。

に応じた積分出力を出力する積分器と、および前記第１
の小値選択器と前記積分器とに接続され、第１の小値選
択器から出力さ、れる電圧信号と積分器から出力される
電圧信号とを比較し、小さい方の信号を出力する第２の
小値選択器とから放る。

本発明の他の特徴によれば、前記アナログ発生器におけ
る関数変換器がルート関数変換器により構成される。

さらに、本発明の他の特徴によれば、なめらかな速度パ
ターンを有する高速パルス列を発生するため、前記アナ
ログ関数発生器に、そのアナログ関数発生器が出力する
速度パターン電圧信号の加速度が不連続になる折曲部を
ある曲率をもって時間的に徐々に変化する信号に変換す
る回路を付加する。

以下、図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明により改良される従来のパルス発生回
路を示したもので、端子１よりＩ個のパルスがプリセッ
トアップダウンカウンタ２に設定される。

端子３に出力されたカウンタ２の内容はＤＡコンバータ
４で第２図に示すアナログ電圧Ａに変換される。

端子５に出力されたアナログ電圧ＡはＶＦコンバータ６
でその大きさに比例した周波数のパルス列に変換され、
端子７を通ってアンドゲート８に出力される。

このアンドゲート８はプリセットアップダウンカウンタ
２からの信号Ｂ（第２図）のｒＯＮＪ信号即ち該ブリセ
ットアツプダウンカウンタが偏差を有する間はｒｏＮＪ
である信号が端子９に出力されることによって開かれる
が、このカウンタ２の内容がＯになれば、アンドゲート
８が閉じられるように構成されているので、端子７のパ
ルス列はカウンタ２の内容がＯＶｃなるまで出力される
。

このアンドゲート８から出力されたパルス列Ｃは、端子
１０から外部に出力されると共に、プリセットアップダ
ウンカウンタ２のダウン入力端子に入力される。

カウンタ２ではこのパルス列Ｃの１パルス毎にそのカウ
ンタの内容を１つずつ減するので、カウンタ２の内容の
減り方は指数関数的に減少し、したがって、そのカウン
タ２の内容に比例したアナログ電圧Ａ及びパルス列Ｃの
周波数は第２図のように変化する。

したがって、このパルス発生器は、プリセットアップダ
ウンカウンタ２に設定された■個のパルス数と同じパル
ス数が端子１０から出力されると、カウンタ２の内容が
Ｏになり、カウンタ２は直ちに信号Ｂの「ＯＦＦ」信号
をアンドゲートに送り、端子１０からＩ＋１番目のパル
スが出力されるのを阻止し、一連の動作を完了する。

このように、このパルス発生器では、プリセットアップ
ダウンカウンタ２に設定されたＩ個のパルスが指数関数
的に減少するようなパルス列が得られるものである。

次に第３図により本発明の一実施例を説明する。

この第３図において、第１図と同じ数字は同じものを指
しているが、ＤＡコンバータ４とＶＦコンバータ６との
間に台形速度パターン電圧信号を発生するアナログ関数
発生器１１を付加した点が異っている。

１３は端子１４にあられれるアナログ電圧の立下りを直
線的に変換させるルート関数変換器で、端子５に現われ
たＤＡコンバータ２の出力電圧をルート変換し、端子１
４を介して小値選択器１５に出力する。

また、端子１６には直流電源からＥＶの電圧が送られ、
この小値選択器１５は、端子１４に現われたルート関数
変換器１３の出力電圧と端子１６に現われたアナログ電
圧Ｅｙとの大小関係を判断し、小さい方の値を選択して
端子１７に出力する。

また、積分器１８には直流電源から端子１９を介してア
ナログ電圧Ｅ。

が入力され、このアナログ電圧Ｅ。

は積分されて端子２０に出力する。

小値選択器２１は端子１７と２０に現われたアナログ電
圧のうち、小さい方の値を選択し、端子１２にアナログ
電圧Ａ′を出力する。

このアナログ電圧Ａ′は第６図に示したように、台形状
に変化する。

積分器１８の積分定数はアナログ電圧Ａ′の立ち上り勾
配を制御し、端子１６に入力されるアナログ電圧ＥＶは
アナログ電圧Ａ′の上限値を制御する。

さらに、ルート関数変換器１３のゲインはアナログ電圧
Ａ′の立ち下り勾配を制御する。

次に、この第３図のパルス発生器の作用を説明する。

今、端子１から■個のパルスがプリセットアップダウン
カウンタ２に設定されると、カウンタ２の内容が直ちに
端子３に出力され、この出力をＤＡコンバータ４でアナ
ログ電圧に変換し、端子５に出力する。

ルート変換器１３は端子５に現われた電圧値をルート変
換して、端子１４に出力するが、パルス数■がカウンタ
２に設定された直後は、端子１６に入力されたアナログ
電圧Ｅｖの方が小さいので、小値選択器１５はこのアナ
ログ電圧Ｅｖを選択して端子１７に出力する。

小値選択器２１は端子１７に現われたアナログ電圧ＥＶ
と端子２０に現われた積分器１８の出力を比較選択する
が、パルス数Ｉがカウンタ２に設定された直後は、積分
器１８の出力電圧の方が小さいので、この電圧を選択し
て端子１２に出力する。

したがって、この端子１２には積分器１８の出力がその
まま現われ、この電池はＶＦコンバータ６によってこの
アナログ電圧に比例した周波数のパルス列に変換され、
アンドゲート８に入力される。

この時、端子９に現われる信号Ｂ′は、プリセットアッ
プダウンカウンタ２の内容がＯでないので、アンドゲー
ト８を開き、端子７のパルス列を端子１０に通過させる
。

この端子１０に現われたパルス列は、積分器１８の出力
電圧が端子１７に現われているアナログ電圧Ｅ■より犬
となるまで、徐々に多（なる。

成る時間後、積分器１８の出力がアナログ電圧ＥＶより
大きくなると、端子１２にはこのアナログ電圧ＥＶが選
択されて現われ、ＶＦコンバータ６はこのアナログ電圧
Ｅｖに比例した周波数のパルス列に変換するので、端子
１０から出されたパルス列Ｃ′の周期は、第４図に示し
たように一定周波数となる。

更に、このパルス列Ｃ′は、発生したパルス数だけカウ
ンタ２の内容を減するので、ルート関数変換器１３の出
力電圧がアナログ電圧ＥＶより小さくなり、小値選択器
１５，２１の出力にルート関数変換器１３の出力が選択
されて現われるので、端子１０に現われるパルス列の周
波数は一定の割合で減少し、Ｉ番目のパルスが出力され
ると、カウンタ１の内容がＯになり、第４図Ｂ′の信号
によって、端子１０にＩ＋Ｉ番目のパルスが出力される
のを阻止し、一連の動作を終る。

このように、第５図に示されたパルス発生器では、端子
１０から出力されるパレス列の周波数は台形状に変化し
、発生するパルス数はプリセットアップダウンカウンタ
２に設定されたパルス数と同じである。

第５図は、第３図に示したアナログ関数器１１の具体的
構成を示したもので、ルート関数変換器１３は演算増幅
器ｏｐ１〜ＯＰ５、ダイオードＤ１ 、ツェナーダイオ
ードＤ２から構成されているが、この演算増幅器ＯＰ１
は、ＤＡコンバータ４の出力インピーダンスと次段の
折線近似回路の入力インピーダンスとの整合を取る緩衝
増幅器であり、また、演算増幅器ＯＰ２．ＯＰ４．ＯＰ
５は全体としてゲインが１００倍〜１０００倍に可変で
きる正の増幅器を構成している。

また、このゲインは第４図Ａ′の立ち下り勾配を制御す
る。

演算増幅器ＯＰ３ とダイオードＤ１ は前記圧の増幅
器のゲインを非線形にするもので、演算増幅器ＯＰ２〜
ＯＰ５ とダイオードＤ１ によって、ルート関数を折
線近似によって作り出している。

更に、ツェナーダイオードＤ２は、このルート関数変換
器１３の出力が負のレベルにならないように、また正の
電源電圧に近い高レベルにならないように制御する。

次に、小値選択器１５は演算増幅器ＯＰ６゜Ｏ２０とダ
イオードＤ３ を使って構成されるが、演算増幅器ＯＰ
６ はインピーダンス変換用の緩衝増幅器であり、また
ダイオードＤ３は端子１４に現われるルート変換器の出
力と端子１６に入力されるアナログ電圧Ｅ■のうち、小
さい方の値を選択している。

演算増幅器ＯＰ７ はこの小値選択器１５の出力端子１
７に対するインピーダンス変換用の緩衝増幅器である。

積分器１８はトランジスタＴ１、コンデンサＣ１、抵抗
Ｒから構成され、トランジスタＴ１ と抵抗Ｒにより
定電流電源を構成しており、この抵抗Ｒを通してコンデ
ンサＣ１に一定電流を供給し、全体として一つの積分器
として動作する。

この積分定数は第４図Ａ′の立ち上り勾配を制御する。

小値選択器２１は演算増幅器ＯＰ８ とトランジスタＴ
２ を使って構成され、このトランジスタＴ２は端子１
７に現われる小値選択器１５の出力と端子２０に現われ
る積分器１８のうち、小さい方の出力値を選択する。

端子２０の電圧レベルが端子１７の電圧レベルより低い
場合は、緩衝増幅器ＯＰ８ を通して積分器１８の出力
がそのまま端子１２に出力されるが、端子２０の電圧レ
ベルの方が高くなると、この電圧が端子１２に出力され
ると共に、トランジスタＴ２ を通して端子１７と端子
２０の電圧が短絡されるために、積分器１８の出力は端
子１７に現われる小値選択器１５の出力レベルに追従し
、各サイクルの最後には電圧は零レベルになる。

したがって、外部電圧Ｅ。は、印加の時期は問題になら
ず、印加しつづければよい。

以上のような構成を取ることにより、このアナログ関数
発生器１１は第３図に示した動作を行なうものである。

次に、第５図で示した関数変換器を用いたパルス発生器
の出力を工業用ロボットの位置制御に使う場合の応用例
を説明する。

まず、第３図において、プリセットアップダウンカウン
タ２に制御位置指令値通りのパルス数■が設定されると
、このパルス発生器は第４図Ｃに示したように、台形状
に沿ってパルス列Ｃ′の周波数が変化するので、電気・
油圧パルスモータのようなサーボ機構で動かされる制御
機構は、指令値■がカウンタ２に設定された瞬間から一
定加速度で動き始め、途中は一定速度になり、ある時間
から一定速度で減速し、指令値■のパルスがカウンタ２
からなくなるとサーボ機構は停止するが、その際電気油
圧パルスモータでは、停止した時点で１パルス以内の位
置決め精度を保障している。

このサーボ機構の走行速度のパターンは第４図Ａ′のよ
うなアナログ電圧パターンに相似しているが、極端に指
令値■を小さくすると、一定走行状態がなくなり、一定
加速度で動き始め、一定減速度で停止する。

それは、積分器１８の出力電圧が端子１６に入力される
電圧Ｅｖに達しない前に、ルート関数変換器１３の出力
電圧が積分器１８の出力電圧より小さくなるために必然
的に起るものである。

このように、指令値■が小さくても、すなわち、走行距
離が短くても高速度位置決めが遠戚される。

以上の説明からも明らかなように、このパルス発生器が
発生する速度パターンは最高速度および加速度を制限し
た場合の最短位置決めを実現している。

従来、数値制御方式においてこの最短時間位置決めを実
現するためにはロジック回路にて減速開始点等の速度パ
ターンの演算をしていた。

一方、本方式はアナログ的に演算させた点に特徴があり
、そのために演算回路が簡素化されるのは勿論であるが
応用性、実用性、汎用性を高めるものである。

すなわち以下に述べるように高速パターンを任意に変形
させて、たとえば負荷等の特性に合わせた望ましいパタ
ーンにすることが容易にできる利点を有する。

すなわち工業用ロボット等では腕の剛性が他に比べて低
くなるのが通常であるが、第４図に示す関数変換器を用
いたパルス発生回路を使って第４図の速度パターンを発
生させて駆動しても、加速度が突変する第４図の速度パ
ターン（電圧波形）の４つの折曲部の個所で腕に振動が
生じやすい。

この振動を防止するために、前記折曲部での速度変化（
電圧変化）を第７図の折曲部イ？７ロ、ハ二のように滑
らかに変える、すなわち時間的に徐徐に変えることが必
要になる。

このような着眼点に基づいて構成したパルス発生回路に
ついて第６図に基づき以下説明する。

すなわち、第６図において第５図に記載された符号と同
一符号のものは同一のものを示しているが、ルート関数
変換器１３のダイオードＤ１ のアノードに接続された
可変抵抗器ＶＲ１の値をずらした点、および積分器１８
にコンデンサＣ２、可変抵抗ＶＲ２のＣＲ回路を設け、
小値選択器２１にトランジスタＴ３を設けた点、および
端子１４にコンデンサＣ３と可変抵抗ＶＲ２からなる突
変防止装置２２を設けた点が異っている。

次に、このパルス発生器の動作を説明すると、第５図に
示したパルス発生器では、第７図の実線で示したような
速度パターンを発生するものであったが、積分器１８に
ＣＲ回路をつげることにより、第７図イの部分の加々速
度はなまり（時間的に徐々に変化することを言い、以下
略す）、また口の部分の加加速度は小値選択器２１のト
ランジスタＴ２．Ｔ３の整流特性によりなまり、への部
分は小値選択器１５のダイオードＤ３の整流特性により
なまる。

また、二の部分の加々速度はルート関数変換器１３の可
変抵抗器ＶＲ１の値を少しずらして、端子５に入力され
る値が小さな範囲で完全なルート変換特性でなくするこ
とにより、成る限度を越えないように制限されている。

上述したごとく本実施例では加々速度が時間的に徐々に
変化し、急激に変化しないのでロボットの腕は始点から
終点まで、振動が生ずることなくなめらかに位置を変え
、しかも目標位置に精度よく停止する。

次に第４図、第７図は、一定距離移動して停止する場合
の一軸に関しての速度パターン（電圧波形）であるが、
ロボット等では、始点から終点まで移動する途中にある
特定な点の近傍を停止せずに通過させる必要が発生する
。

このような場合には、ロボットの腕の移動軌跡は二次元
的あるいは三次元的になり、一つの軸の速度パターン（
電圧波形）は、第８図に示すように途中で速度変更をし
なげればならない。

このような場合でも、本発明のアナログ速度パターン（
電圧波形）を発生するパルス発生回路では以下に述べる
ように簡単に実現できる。

第８図において、定速ＥＶＩで走行中１に、第６図の外
部入力端子１６のアナログ電圧をＥＶｔからＥＶ２
に変えて、突然指定速度がＥＶ２ に変更された場合
（ＥＶＩ ＜ＥＶ２ ）は、端子１７に現われるアナロ
グ電圧ＥＶ２ より端子２０の積分器１８の出力の方
が小さくなるので、小値選択器２１は端子２０に現われ
る電圧を選択して端子１２に出力する。

この出力電圧のパターンは第８図の実線で示される。

また、定速ＥＶ＋走行中に突然指令速度がＥＶ３ に
変更された場合（Ｅｖｌ〉Ｅｖ３）は、アナログ電圧の
パターンは第８図の点線ホで示したように第５図の実施
例では、階段上にＥＶｔ からＥＶ３ に突変する
。

このように変化すると１．サーボ機構の応答不能を招く
ことがあるので、端子１４に接続した突変防止装置２２
によりこの速度の突変を防ぎ、第８図へのように滑らか
にＥＶｔからＥＶ３ ”変化させ、ロボットの腕など
の突変時の振動を防止する。

以上説明したように、本発明は、設定したパルス数の範
囲内で、パルスの発生周波数を任意の関数で変化させる
ことができ、また、その構成も簡単であるが、特に、第
３図、第６図に示す方式を工業ロボット等のサーボ機構
に用いた場合は、はぼ最短時間の位置決め、なめらかな
加減速度変動、誤差が１パルス以内の高精度な位置精度
等が実現できるばかりでなく、走行速度を走行中に変更
させることや設定値を変えることができるなど、本発明
は非常に有用性のあるパルス発生器を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により改良される従来のパルス発生回
路のブロック図であり、第２図は、第１図の回路の動作
特性図であり、第３図は、本発明の実施例のブロック図
であり、第４図は、第３図の実施例の動作特性図であり
、第５図は第３図の実施例の具体的構成図であり、第６
図は、本発明の応用例の具体的構成図であり、第７図、
第８図は、第６図の応用例の動作特性図である。 １・・・・・・端子、２・・・・・・プリセットアップ
ダウンカウンタ、４・・・・・・ＤＡコンバータ、６・
・・・・・ＶＦコンバータ、８・・・・・・アンドゲー
ト、１１・・・・・・アナログ関数発生器、１３・・・
・・・ルート関数変換器、１５゜２１・・・・・・小値
選択器、１８・・・・・・積分器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 任意のパルス数を設定するプリセットアップダウン
   カウンタと、 該ブリセットアツプダウンカウンタに接続され入力され
   たパルス数に比例した電圧に変換するＤＡコンバータと
   、 該ＤＡコンバータに接続され入力された電圧を所定の関
   数に基づいて変換する関数変換器と、該関数変換器に接
   続されるとともに外部電圧入力端子を有し、関数変換器
   から出力される電圧信号と外部電圧入力端子から入力さ
   れる外部設定電圧ＥＶとを比較し、小さい方の信号を出
   力する第１の小値選択器と、外部入力端子を有し、外部
   入力端子から入力された外部設定電圧Ｅ。 に応じた積分出力を出力する積分器と、および前記第１
   の小値選択器と前記積分器とに接続され、第１の小値選
   択器から出力される電圧信号と積分器から出力される電
   圧信号とを比較し、小さい方の信号を出力する第２の小
   値選択器とから成り、速度パターン電圧信号を発生する
   アナログ関数発生器と、該アナログ関数発生器に接続さ
   れ該アナログ関数発生器から出力される電圧信号をその
   電圧に応じた周波数のパルス信号に変換するＶＦコンバ
   ータと、および ２つの入力端子を該ｖＦコンバータの出力端子および前
   記プリセットアップダウンカウンタの偏差有りの信号の
   出力端子に接続するとともに出力端子を前記ブリセット
   アツプダウンカウンタのダウン入力端子に接続し、プリ
   セットアップダウンカウンタが信号を出力している間は
   、ＶＦコンバータが出力するパルス信号を出力するアン
   ドゲートから成ることを特徴とするパルス発生装置。 ２ 任意のパルス数を設定するプリセットアップダウン
   カウンタと、 該ブリセットアツプダウンカウンタに接続され入力され
   たパルス数に比例した電圧に変換するＤＡコンバータと
   、 該ＤＡコンバータに接続され入力された電圧をルート出
   力電圧に変換するルート関数変換器と、該ルート関数変
   換器に接続されるとともに外部電圧入力端子を有し、ル
   ート関数変換器から出力されるルート出力電圧信号と外
   部電圧入力端子から入力される外部設定電圧ＥＶとを比
   較し、小さい方の信号を出力する第１の小値選択器と、
   外部入力端子を有し、外部入力端子から入力された外部
   設定電圧Ｅ。 に応じた積分出力を出力する積分器と、および前記第１
   の小値選択器と前記積分器とに接続され、第１の小値選
   択器から出力される電圧信号と積分器から出力される電
   圧信号とを比較し、小さい方の信号を出力する第２の小
   値選択器とから成り、台形速度パターン電圧信号を発生
   するアナログ関数発生器と、 該アナログ関数発生器に接続され該アナログ関数発生器
   から出力される電圧信号をその電圧に応じた周波数のパ
   ルス信号に変換するＶＦコンバータと、および ２つの入力端子を該ＶＦコンバータの出力端子および前
   記プリセットアップダウンカウンタの偏差有りの信号出
   力端子に接続するとともに、出力端子を前記プリセット
   アップダウンカウンタのダウン入力端子に接続し、プリ
   セットアップダウンカウンタが信号を出力している間は
   、ＶＦコンバータが出力するパルス信号を出力するアン
   ドゲートとから成ることを特徴とするパルス発生装置。 ３ 任意のパルス数を設定するプリセットアップダウン
   カウンタと、 該ブリセットアツプダウンカウンタに接続され入力され
   たパルス数に比例した電圧に変換するＤＡコンバータと
   、 該ＤＡコンバータに接続され入力された電圧を所定の関
   数に基づいて変換する関数変換器と、該関数変換器に接
   続されるとともに外部電圧入力端子を有し、関数変換器
   から出力される電圧信号と外部電圧入力端子から入力さ
   れる外部設定電圧ＥＶとを比較し、小さい方の信号を出
   力する第１の小値選択器と、外部入力端子を有し、外部
   入力端子から入力された外部設定電圧Ｅ。 に応じた積分出力を出力する積分器と、および前記第４
   の小値選択器と前記積分器とに接続され、第１の小値選
   択器から出力される電圧信号と積分器から出力される電
   圧信号とを比較し、小さい方の信号を出力する第２の小
   値選択器とから成り、速度パターン電圧信号を発生する
   アナログ関数発生器と、該アナログ関数発生器に接続さ
   れ該アナログ関数発生器から出力される電圧信号をその
   電圧に応じた周波数のパルス信号に変換するＶＦコンバ
   ータと、および ２つの入力端子を該ＶＦコンバータの出力端子および前
   記プリセットアップダウンカウンタの偏差有りの信号の
   出力端子に接続するとともに、出力端子を前記プリセッ
   トアップダウンカウンタのダウン入力端子に接続し、プ
   リセットアップダウンカウンタが信号を出力している間
   は、ＶＦコンバータが出力するパルス信号を出力するア
   ンドゲートとから成るパルス発生装置において、前記ア
   ナログ関数発生器に、該アナログ関数発生器が出力する
   速度パターン電圧信号の加速度が不連続になる折曲部を
   ある曲率をもって時間的に徐々に変化する信号に変換す
   る回路を付加したことを特徴とするパルス発生装置。