TWI499878B - 電子凸輪控制裝置及電子凸輪曲線產生方法 - Google Patents

電子凸輪控制裝置及電子凸輪曲線產生方法 Download PDF

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Yoshihiro Marushita
Kimihiro Mizuno
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Description

電子凸輪控制裝置及電子凸輪曲線產生方法
本發明係關於產生出主軸的位置、與從動軸應對應於主軸的位置而到達的位置之關係來作為電子凸輪(cam)曲線之電子凸輪控制裝置及電子凸輪曲線產生方法。
電子凸輪控制裝置，係並非實際安裝機械性的凸輪機構，而是根據以軟體設定的電子凸輪曲線來輸出從動軸應對應於主軸的位置而到達的位置之裝置。此處，主軸的位置係為例如其他的軸的伺服馬達的位置、或某一旋轉軸所具備的同步編碼器(encoder)的位置等。
電子凸輪控制裝置係使用於例如：在連續地輸送網狀的紙或膜(film)的期間，驅動旋轉刀(rotary knife)使之與紙或膜的流動同步，而在每一定的尺寸將紙或膜切斷之旋轉切割裝置等。將電子凸輪控制裝置使用於旋轉切割裝置之情況，主軸係為用來輸送紙或膜之馬達(motor)的位置，從動軸係為旋轉刀的旋轉位置。
如此的電子凸輪控制裝置，係根據複數個座標資料(此複數個座標資料(data)規定了複數個主軸位置與從動軸位置的關係)，來產生要輸出與主軸位置對應的從動軸位置所需之電子凸輪曲線。 藉由讓此電子凸輪曲線通過指定的複數個座標資料，而且在主軸位置位於座標資料之間的情況以預定的方法進行插值，來算出從動軸應到達的位置的位置指令。過去，採用的是套用直線來進行指定座標間的點之插值，而產生電子凸輪曲線之方法。此方法具有：以直線來近似指定座標間的軌跡，可以直覺地掌握電子凸輪曲線的座標間的動向之優點。亦即，就算是主軸位置在座標之間的情況，也可透過電子凸輪曲線而知道該如何控制從動軸位置。
但是，使用以直線連接座標與座標而得到的電子凸輪曲線來進行控制，則以從動軸位置將電子凸輪曲線的位置予以微分所得到的凸輪速度就會在每一個指定座標間的區域都為定值。因此，若主軸以某一個速度動作，則在通過指定座標之際速度會急遽地變化。結果，就會在由從動軸馬達加以驅動的機械發生非常大的衝擊(shock)或振動。為了防止這樣的衝擊或振動之發生，專利文獻1揭示的電子凸輪裝置係產生將指定座標處的加速度設為0之凸輪曲線。
[先前技術文獻] (專利文獻)
(專利文獻1) 日本特開2002-132854號公報
然而，上述的先前技術，因為是產生使加速度在指定座標點為0之凸輪曲線，所以依區間而定會有發生很大的加速度之情形。尤其，在通過開頭區間及最終區間之際，從動軸位置會做先進行加速然後朝向下一個座標點減速之動作，所以會有從動軸的 加速度容易變大之問題。
在從動軸伺服馬達的最大轉矩(torque)很小、或連接至從動軸伺服馬達之機械負載的慣性(inertia)很大之情況，若按照凸輪曲線而以很大的加速度來控制從動軸伺服馬達，就會有超過從動軸伺服馬達的最大轉矩而動作之情形。在如此的情況，就會發生從動軸伺服馬達位置無法充分追隨按電子凸輪曲線而指示的位置之問題、或使得從動軸發生振動或衝擊之問題。
本發明係有鑑於上述情形而完成者，其目的在得到一種可產生不僅通過指定的座標而且也抑制了驅動時的從動軸的加速度之電子凸輪曲線之電子凸輪控制裝置及電子凸輪曲線產生方法。
為了解決上述的課題，達成本發明的目的，本發明具備有：輸入部，將規定了主軸位置與從動軸位置之間的關係之複數個指定座標予以輸入；電子凸輪曲線產生部，產生會通過前述複數個指定座標之以曲線來表示前述主軸位置與前述從動軸位置的關係而得到的電子凸輪曲線；以及輸出部，將對應於前述主軸位置之從動軸位置作為從動軸位置指令而予以輸出以作為按照前述電子凸輪曲線之要給予外部裝置的位置指令，其中，前述電子凸輪曲線產生部係將前述電子凸輪曲線產生成：將前述電子凸輪曲線對前述主軸位置進行微分所得到之凸輪速度的波形，會在每一個前述指定座標間的區域具有凸輪速度為定速之區間，而且在鄰接的區域間具有藉由一面單調增加或單調減少一面進行加減速而將前述凸輪速度為定速之區間相互連接起來之單調加減速區間。
本發明之電子凸輪控制裝置及電子凸輪曲線產生方法，具有可產生不僅通過指定的座標而且也抑制了驅動時的從動軸的加速度之電子凸輪曲線之效果。
1A至1C‧‧‧電子凸輪控制裝置
2‧‧‧從動軸位置指令
3‧‧‧伺服放大器
4‧‧‧電流
5‧‧‧伺服馬達
6‧‧‧編碼器
7‧‧‧伺服馬達的位置
8‧‧‧負載機械
11‧‧‧資訊輸入部
12‧‧‧電子凸輪曲線產生部
13‧‧‧電子凸輪曲線記憶部
14‧‧‧主軸位置輸入部
15‧‧‧從動軸位置指令產生部
16‧‧‧輸出部
21‧‧‧座標資料資訊
22‧‧‧加減速區間資訊
24‧‧‧S字形區間資訊
R‧‧‧參數
第1圖係顯示實施形態1之電子凸輪系統的構成之圖。
第2圖係顯示電子凸輪控制裝置的構成之圖。
第3圖係顯示實施形態1之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。
第4圖係顯示實施形態1之電子凸輪曲線之圖。
第5圖係用來說明主軸位置與凸輪速度的關係之圖。
第6圖係用來說明主軸的移動量與從動軸的移動量之間必須滿足的條件之圖。
第7圖係顯示實施形態2之電子凸輪系統的構成之圖。
第8圖係顯示實施形態2之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。
第9圖係顯示實施形態3之電子凸輪系統的構成之圖。
第10圖係顯示實施形態3之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。
第11圖係顯示實施形態3之電子凸輪曲線之圖。
第12圖係顯示實施形態4之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。
第13圖係顯示實施形態4之電子凸輪曲線之圖。
以下，根據圖式來詳細說明本發明實施形態之電子凸輪控制 裝置及電子凸輪曲線產生方法。惟本發明並不受此等實施形態所限定。
實施形態1.
第1圖係顯示實施形態1之電子凸輪系統的構成之圖。電子凸輪系統具備有：電子凸輪控制裝置1A、伺服放大器(servo amplifier)3、伺服馬達(servo motor)5、編碼器(encoder)6、及負載機械8。
電子凸輪控制裝置1A，係產生電子凸輪曲線，並使用產生的電子凸輪曲線來控制伺服放大器3、伺服馬達5、負載機械8之裝置。電子凸輪系統中，係藉由電子凸輪控制裝置1A控制伺服放大器3，而由伺服放大器3控制伺服馬達5，藉此來控制負載機械8。
電子凸輪控制裝置1A，係根據使用者(user)所預先輸入的規定主軸位置與從動軸位置的位置關係之座標資料資訊21、及加減速區間資訊22來產生電子凸輪曲線。
座標資料資訊21係包含N個(N為自然數)座標資料(指定座標)之資訊，加減速區間資訊22係包含(N+1)個加減速區間(區間長度資料)之資訊。加減速區間係表示使凸輪速度變化之區間的長度之資訊。另外，在以下的說明中，將規定主軸位置與從動軸位置的位置關係之N個座標資料表示成座標資料(X1 ,Y1 ),(X2 ,Y2 ),...,(XN ,YN )。其中，座標資料(Xi ,Yi )係設為當主軸位置為Xi (i為1至N之自然數)時從動軸位置通過Yi 者。此外，將(N+1)個加減速區間表示成加減速區間t0 ,t1 ,...,tN 。
電子凸輪曲線，係使主軸位置與從動軸位置以一對一的方式 相對應之函數或表(table)。電子凸輪控制裝置1A係依據電子凸輪曲線(與函數或表對應之波形)而將對應於主軸位置之從動軸位置做成為從動軸位置指令2然後予以輸出。主軸位置係為例如安裝於伺服馬達5以外的其他伺服馬達之編碼器(encoder)的位置、或安裝於機械之編碼器(encoder)的位置等。
電子凸輪控制裝置1A係使用所產生的電子凸輪曲線，從主軸位置來算出從動軸位置，然後使用導出的從動軸位置來產生從動軸位置指令2。電子凸輪控制裝置1A係連接至伺服放大器3，且將從動軸位置指令2輸出至伺服放大器3。
伺服放大器3係連接至作為從動軸之伺服馬達5，伺服馬達5安裝有編碼器6。伺服放大器3係根據電子凸輪控制裝置1A所輸出的從動軸位置指令2，而將用來控制作為從動軸之伺服馬達5之電流4輸出至伺服馬達5。具體而言，伺服放大器3係藉由進行讓編碼器6所輸出的伺服馬達5的位置7追隨從動軸位置指令2之回授控制(feedback control)而輸出電流4。負載機械8係連接至作為從動軸之伺服馬達5，由伺服馬達5加以驅動。
第2圖係顯示電子凸輪控制裝置的構成之圖。電子凸輪控制裝置1A具有：資訊輸入部11、電子凸輪曲線產生部12、電子凸輪曲線記憶部13、主軸位置輸入部14、從動軸位置指令產生部15、及輸出部16。
資訊輸入部11，係將座標資料資訊21及加減速區間資訊22予以輸入，並將之傳送至電子凸輪曲線產生部12。電子凸輪曲線產生部12使用座標資料資訊21及加減速區間資訊22來產生電子凸輪曲線。
電子凸輪曲線記憶部13，係將電子凸輪曲線產生部12所產生的電子凸輪曲線記憶起來之記憶體(memory)。主軸位置輸入部14，係將從外部裝置(編碼器等)傳送來的主軸位置予以輸入，並將之傳送至從動軸位置指令產生部15。從動軸位置指令產生部15根據電子凸輪曲線而從主軸位置來產生從動軸位置指令2。輸出部16將從動軸位置指令產生部15所產生的從動軸位置指令2輸出至伺服放大器3。
第3圖係顯示實施形態1之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。首先，將座標資料資訊21及加減速區間資訊22輸入至電子凸輪控制裝置1A的資訊輸入部11。
座標資料資訊21係與規定了主軸位置與從動軸位置之間的關係之複數個指定座標有關之資訊。具體而言，座標資料資訊21係包含用來規定在主軸位置通過Xi 之際從動軸位置應通過的位置Yi 之N個座標資料(X1 ,Y1 ),(X2 ,Y2 ),...,(XN ,YN )。其中，主軸位置X1 至XN 具有X1 <X2 <X3 <...<XN 之關係。另外，作為基準之座標資料，係設定為座標資料(X0 ,Y0 )=(0,0)。
加減速區間資訊22係表示以從動軸位置將電子凸輪曲線的位置予以微分所得到的凸輪速度到達一定速度為止的區間長度之資訊，包含(N+1)個加減速區間t0 ,t1 ,...,tN 。其中，加減速區間ti 係滿足以下的限制條件(式(1)至(3))者。因此，係將N個座標資料及(N+1)個加減速區間輸入至電子凸輪控制裝置1A的資訊輸入部11(步驟(step)ST1)。
t0 +t1 /2≦X1 …(1)
ti /2+ti-1 /2≦Xi -Xi-1 …(2)
tN-1 /2+tN ≦XN -XN-1 …(3)
資訊輸入部11使座標資料資訊21及加減速區間資訊22輸入至電子凸輪曲線產生部12。電子凸輪曲線產生部12算出使用座標資料資訊21及加減速區間資訊22而定義出之常數α i ,β i (步驟ST2)。α i ,β i 係如以下之式(4)、(5)所示。式(4)、(5)中，0≦i≦N。
α i =1/8．ti …(4)
β i =3/8．ti …(5)
電子凸輪曲線產生部12，係根據座標資料資訊21、加減速區間資訊22、及算出的α i ,β i ，來構成如以下之式(6)所示之以各座標區間的凸輪速度Vi (i=1,2,...,N)作為變數之N元聯立一次方程式(步驟ST3)。
其中，係數矩陣係為三對角線矩陣(tridiagonal matrix)，其係數係從座標資料資訊、加減速區間資訊、及算出的α i ,β i 而定義成如以下之形式者。
C(1,1)=X1 -t0 /2-α 1 C(1,2)=α 1 C(N,N-1)=-β N-1 +tN-1 /2 C(N,N)=β N-1 +XN -XN-1 -(tN +tN-1 )/2 2≦i≦N-1時，C(i,i-1)=-β α i-1 +ti-1 /2 C(i,i)=β i-1 -α j +Xi -Xi-1 -ti-1 /2 C(i,i+1)=α i
電子凸輪曲線產生部12係藉由求出以凸輪速度Vi (i=1,2,...,N)作為變數之式(6)所示的N元聯立一次方程式的解，來算出凸輪速度Vi (i=1,2,...,N)(步驟ST4)。然後，電子凸輪曲線產生部12使用算出的凸輪速度Vi 來算出電子凸輪曲線(步驟ST5)。具體而言，電子凸輪曲線產生部12所算出的電子凸輪曲線係為如以下的式(7-1)至式(7-9)所示之相對於主軸位置X之從動軸位置Y(X)。電子凸輪曲線產生部12使算出的電子凸輪曲線記憶至電子凸輪曲線記憶部13。
Xi-1 +ti-1 /2<X<Xi -ti /2 y(X)=Yi-1 +βi-1 (Vi -Vi-1 )+Vi-1 ti-1 /2+Vi (X-Xi-1 -ti-1 /2)…(7-5)
XN-1 +tN-1 /2<X<XN -tN y(X)=YN-1 +βN-1 (VN -VN-1 )+VN-1 tN-1 /2+VN (X-XN-1 -tN-1 /2)…(7-8)
接著，說明本實施形態的效果。第4圖係顯示實施形態1之電子凸輪曲線之圖。第4圖顯示按照第3圖之流程圖而產生電子凸輪曲線之情況之電子凸輪曲線(上段的波形)、與將電子凸輪曲線對主軸位置進行微分而得到之凸輪速度的概略波形(下段的波形)之關係。在此，針對指定四個座標(X1 ,Y1 )至(X4 ,Y4 )來作為主軸位置的座標之情況(N=4)進行說明。
第4圖的上段側所示的線圖(graph)，其橫軸為主軸位置，縱軸為從動軸位置。而且，通過座標(X0 ,Y0 )至(X4 ,Y4 )之波形即為電子凸輪曲線。第4圖的下段側所示的線圖，其橫軸為主軸位置，縱軸為凸輪速度。
在主軸位置以一定的比率增加之情況，伺服馬達5(從動軸)的速度係為與凸輪速度成比例之值，伺服馬達5以凸輪速度之波形動作。在構成本實施形態之電子凸輪曲線之情況，凸輪速度係在每一個指定座標間之區域i為定速之凸輪速度Vi ，且到相鄰的凸輪速度Vi+1 、Vi-1 係以單調增加或單調減少的形態加減速。亦即，本實施形態之凸輪速度的波形係為以直線構成之波形。
藉此，使直線性地單調增加或單調減少的直線之座標區間，成為輸入至資訊輸入部11之加減速區間ti (i=0,1,...,N)，且使各指定座標通過各加減速區間的正中點的座標。另外，之所以要使加減速區間ti 滿足式(1)至(3)之限制條件，是因為要使保持定速的凸輪速度Vi 之區間不會變為負值。又，在主軸位置為0及XN (最初的指定座標及最後的指定座標)之情況，凸輪速度皆為0。
使用凸輪速度的波形為如此的形狀(圖樣(pattern))之電子凸輪曲線，具有如以下所述之效果。由於凸輪速度為連續，因此即使在主軸以某一個一定的速度動作之情形，從動軸的速度也不會在指定座標點急遽地變化。因此，具有：亦不會在作為從動軸馬達之伺服馬達5發生急遽的速度變化，即使從動軸按照電子凸輪曲線而動作也不易發生衝擊(shock)之效果。
又，在主軸以一定的速度動作而從某一座標(Xi ,Yi )移動到另一座標(Xi+1 ,Yi+1 )之際，從動軸係在每一個指定座標間的區域i將 凸輪速度設為Vi ，在區域i間則做單調增加或單調減少而變化到另一個凸輪速度Vi+1 之方式動作。因此，不會在指定座標間的移動發生無謂的加減速動作，結果，具有可將驅動時作為從動軸馬達之伺服馬達5的轉矩設得較小之效果。
傳統的電子凸輪曲線，都是只輸入座標資料而已，所以都只決定一個唯一的電子凸輪曲線。因此，依座標資料及主軸位置的速度而定，在按照電子凸輪曲線而驅動從動軸之情況，會有從動軸的轉矩超過最大轉矩之情形。在本實施形態中，電子凸輪曲線產生部12則是在座標資料之外，還使用可變更從動軸的轉矩的大小之加減速區間ti 。因此，將加減速區間ti 加大，伺服馬達5的加減速就會和緩地變化。因此，具有可防止在驅動時作為從動軸馬達之伺服馬達5的轉矩超過最大轉矩之效果。
藉由進行複數個座標資料的插值來構成曲線之方法有很多種，這些方法雖然都保證可通過指定座標，但主軸位置為座標資料之間的值之情況，就很難掌握從動軸位置究竟為何值。根據本實施形態，凸輪速度具有由定速的速度、及單調增加之直線(後述之單調加減速區間)所構成之性質，所以電子凸輪曲線具有接近於用直線將座標資料連接起來而成的曲線之波形。因此，具有就算是主軸位置為座標資料之間的位置之情況，也很容易直覺地理解按照電子凸輪曲線而輸出的從動軸位置之效果。
在主軸位置在0≦X≦XN 的範圍內之情況，電子凸輪曲線係利用式(7-1)至式(7-9)而算出，在主軸位置在XN ≦X≦2XN 的範圍內之情況，則是利用將X-XN 代入式(7-1)至式(7-9)中的X所得到的值來算出從動軸位置。換言之，電子凸輪曲線產生部12在X超過XN 之 情況，係將主軸位置X除以一循環(cycle)長度XN 然後以所得到的餘數作為主軸位置將之代入式(7-1)至式(7-9)中而算出從動軸位置。
即便電子凸輪控制裝置1A進行了如上所述的動作(主軸位置超過最終座標的主軸位置XN 之動作)之情況，只要根據本實施形態，凸輪速度都會如第4圖所示，在主軸位置為0及XN 之情況為0。而且，在主軸位置X從比XN 小的值移動到比XN 大的值之情況(主軸位置X成為跨過XN 的值之情況)，凸輪速度會為0。因此，具有：在驅動時不會在作為從動軸而受到驅動之伺服馬達5發生很大的衝擊(shock)之效果。
在此，針對按照第3圖之流程圖進行計算就可得到具有如第4圖的凸輪速度的波形之電子凸輪曲線的理由進行說明。第5圖係用來說明主軸位置與凸輪速度的關係之圖。第5圖所示之線圖的橫軸為主軸位置，縱軸為凸輪速度。
首先，如第5圖所示，假設在主軸位置0之處的凸輪速度為v。然後，考慮在主軸位置T之處的凸輪速度為V，且凸輪速度呈直線性變化之情況的電子凸輪曲線的凸輪速度。在此情況，可將凸輪速度u表示成與主軸位置X有關之一次式。
u={(V-v)．X/T}+v
凸輪速度係將從動軸的位置指令對主軸位置進行微分而得到者，所以從動軸位置可藉由將凸輪速度對主軸位置進行積分而得到。具體而言，從動軸位置y(X)可使用主軸位置X(0≦X≦T)而表示成以下的式子。
y(X)={(V-v)．X2 /2T}+vX+D其中，D係為在主軸位置0之處的從動軸位置。
再者，主軸位置從0移動到T/2之期間，從動軸位置所移動的量(移動量A1)可用y(T/2)-y(0)之式來算出，且係如以下之式(8)所示。其中，式(8)中之α =(1/8)T。
A1=(V-v)．α+v．T/2…(8)
再者，主軸位置從T/2移動到T之期間，從動軸位置所移動的量(移動量A2)可用y(T)-y(T/2)之式來算出，且係如以下之式(9)所示。其中，式(9)中之β =(3/8)T。
A2=(V-v)．β+v．T/2…(9)
再者，主軸位置從0移動到T之期間，從動軸位置所移動的量(移動量A3)可用α +β 來算出，且係如以下之式(10)所示。
接著，說明為了得到本實施形態的電子凸輪曲線所必須在主軸的移動量與從動軸的移動量之間滿足的條件。第6圖係用來說明必須在主軸的移動量與從動軸的移動量之間滿足的條件之圖。第6圖所示之線圖中的橫軸為主軸位置，縱軸為凸輪速度。
本實施形態之凸輪速度，係由定速的凸輪速度V1 ,...,VN (N=5)、及相對於鄰接區域的定速的凸輪速度而單調增加或單調減少而直線性地加減速之單調加減速度所構成。換言之，所產生的電子凸輪曲線係其凸輪速度之波形不僅在每一個指定座標間之區域具有為定速的凸輪速度之區間，而且在相鄰接的區域間具有藉由單調增加或單調減少之加減速而將凸輪速度為定速之區間相互連接起來之單調加減速區間。
在此情況，為了在加減速區間的正中間通過指定的座標(Xi ,Yi )(i=1,2,...,N)，要考慮凸輪速度之中的定速的凸輪速度V1 ,...,VN 必須滿足怎樣的條件。
主軸位置從0移動到X1 之期間，從動軸所移動的量可用如以下所示之移動量A11至A13的總和來加以表示。
．主軸位置從0移動到t0 之際之從動軸的移動量A11(相當於第6圖中之(a))
．主軸位置從t0 移動到X1 -t1 /2之際之從動軸的移動量A12(相當於第6圖中之(b))
．主軸位置從X1 -t1 /2移動到X1 之際之從動軸的移動量A13(相當於第6圖中之(c))
第6圖中之(a)、(b)、(c)的移動量A11、A12、A13，可利用式(8)至式(10)的關係而分別表示成如以下的式子。
A11=(1/2)V1 t0 A12=V1 (X1 -t0 -t1 /2) A13=α 1 (V2 -V1 )+V1 t1 /2
其中之α 1 係將t=t1 代入式(8)的α 中而得到者，與式(4)的定義一致。以下，α i 、β i 係表示將t=ti 代入式(8)、式(9)的α 、β 中而得到者。該等也與式(4)、式(5)的定義一致。再者，(a)、(b)、(c)的總和(移動量A14)，可表示成如以下的式(11)。
A14=(X1 -t0 /2-α1 )V1 +α1 V2 …(11)
在通過座標(X1 ,Y1 )之際(主軸位置從0移動到X1 之際)，為了使從動軸位置的移動量為Y1 ，必須要使式(11)之移動量A14等於Y1 。此與式(6)的第一行的式子相等。
同樣地，主軸位置從X1 移動到X2 之期間，從動軸所移動的 量可用如以下所示之移動量A21至A23的總和來加以表示。
．主軸位置從X1 移動到X1 +t1 /2之際之從動軸的移動量A21(相當於第6圖中之(d))
．主軸位置從X1 +t1 /2移動到X2 -t2 /2之際之從動軸的移動量A22(相當於第6圖中之(e))
．主軸位置從X2 -t2 /2移動到X2 之際之從動軸的移動量A23(相當於第6圖中之(f))
第6圖中之(d)、(e)、(f)的移動量A21、A22、A23，可利用式(8)至式(10)的關係而分別表示成如以下的式子。
A21=β 1 (V2 -V1 )+V1 t1 /2 A22=V2 {X2 -X1 -(t1 /2)-(t2 /2)} A23=α 2 (V3 -V2 )+V2 t2 /2
(d)、(e)、(f)的總和(移動量A24)，可表示成如以下的式(12)。
A24=(-β1 +t1 /2)V1 +(β1 +X2 -X1 -t1 /2-α2 )V2 +α2 V3 …(12)
在通過座標(X2 ,Y2 )之際(主軸位置從X1 移動到X2 之際)，為了使從動軸位置為Y2 ，必須要使式(12)之移動量A24等於Y2 -Y1 。此與式(6)的第二行的式子相等。
同樣地，關於2≦i≦N-1之i，在通過座標(Xi ,Yi )之際(主軸位置從Xi-1 移動到Xi 之際)，因為要使從動軸位置的移動量為Yi -Yi-1 所以必須要滿足以下的關係。
(-β i-1 +ti-1 /2)Vi-1 +(β i-1 +Xi -Xi-1 -ti-1 /2-α i )Vi +α i Vi+1 =Yi -Yi-1
此與式(6)的第i行(2≦i≦N-1)相等。
再來，主軸位置從XN-1 移動到XN 之期間，從動軸所移動的量可用如以下所示之移動量An1至An3的總和來加以表示。
．主軸位置從XN-1 移動到XN-1 +tN-1 /2之際之從動軸的移動量An1(相 當於第6圖中之(g))
．主軸位置從XN-1 +tN-1 /2移動到XN -tN 之際之從動軸的移動量An2(相當於第6圖中之(h))
．主軸位置從XN -tN 移動到XN 之際之從動軸的移動量An3(相當於第6圖中之(i))
第6圖中之(g)、(h)、(i)的移動量An1,An2,An3，可利用式(8)至式(10)的關係而分別表示成如以下的式子。
An1=β N-1 (VN -VN-1 )+VN-1 tN-1 /2 An2=VN (XN -XN-1 -tN -tN-1 /2) An3=(1/2)VN tN
(g)、(h)、(i)的總和(移動量An4)，可表示成如以下的式(13)。
An4=(-βN-1 +tN-1 /2)VN-1 +(βN-1 +XN -XN-1 -tN-1 /2-tN /2)VN …(13)
在通過座標(XN ,YN )之際(主軸位置從XN-1 移動到XN 之際)，為了使從動軸位置的移動量為YN -YN-1 ，必須要使式(13)之An4等於YN -YN-1 。此與式(6)的第N行的式子相等。
綜上所述，為了通過所有的指定座標(Xi ,Yi )(i=1,2,...,N)，定速之凸輪速度Vi 必須要滿足式(6)。求出式(6)的解，決定出凸輪速度V1 ,...,VN ，就決定出以直線將預定的凸輪速度Vi 、與在一邊與該凸輪速度Vi 鄰接之凸輪速度Vi-1 及在另一邊與該凸輪速度Vi 鄰接之凸輪速度Vi+1 連接起來而成之凸輪速度的波形。因此，相對於主軸位置之凸輪速度的式子，可使用定速的凸輪速度Vi 及指定的座標資料(Xi ,Yi )(i=1,2,...,N)、及加減速區間ti (i=0,2,...,N)來加以表示。而且，藉由將凸輪速度對主軸位置X進行積分，就可利用式(7-1)至式(7-9)來算出相對於任意的主軸位置X之與從動軸位置之關係式(電子凸輪曲線)。
本實施形態中，雖然揭示的是以在加減速區間的正中點通過指定座標之形態來構成電子凸輪曲線的例子，但亦可用在加減速區間的任意途中點(中間點)通過指定座標之形態來構成電子凸輪曲線。此情況也可得到與上述一樣的效果。
如上所述，根據本實施形態，將電子凸輪曲線產生成：以利用定速、及相對於鄰接的定速而以單調增加及單調減少的方式而直線性地加減速之單調加減速來構成凸輪速度，因此不僅可通過指定的座標也可抑制驅動時的從動軸的加速度。
實施形態2.
接著，使用第7及8圖來說明本發明之實施形態2。實施形態1之電子凸輪系統，除了使用指定的N個座標之外，也使用到(N+1)個加減速區間而得到電子凸輪曲線。本實施形態之電子凸輪系統，雖然也得到具有與實施形態1一樣的性質之電子凸輪曲線，但卻並不使用(N+1)個加減速區間，而是改用一個參數(parameter)。本實施形態之電子凸輪系統係從一個參數自動決定出(N+1)個加減速區間，然後得到電子凸論曲線。
第7圖係顯示實施形態2之電子凸輪系統的構成之圖。第7圖的各構成元件之中達成與第1圖所示的電子凸輪系統相同機能的構成元件都標以相同符號，以下將不重複進行這些構成元件的說明。
本實施形態之電子凸輪系統具備有電子凸輪控制裝置1B來取代電子凸輪控制裝置1A。電子凸輪控制裝置1B與電子凸輪控制裝置1A一樣，具有：資訊輸入部11、電子凸輪曲線產生部12、電子凸輪曲線記憶部13、主軸位置輸入部14、從動軸位置指令產 生部15、及輸出部16。
輸入至本實施形態的資訊輸入部11之資訊，係為座標資料資訊21及一個參數R。本實施形態的電子凸輪曲線產生部12使用座標資料資訊21及一個參數R來產生電子凸輪曲線。本實施形態之參數R係用來調整後述的凸輪加速度的大小之參數。
第8圖係顯示實施形態2之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。將座標資料資訊21(N個座標資料)及一個參數R輸入至電子凸輪控制裝置1B的資訊輸入部11(步驟ST10)。此處之參數R的範圍係設定為0<R<1。
然後，電子凸輪曲線產生部12算出只用直線將作為指定座標而輸入之N個座標資料連結起來之情況的凸輪速度Vi ’(i=1,2,...,N)(步驟ST11)。具體而言，電子凸輪曲線產生部12係只用直線將N個座標資料連結起來，然後根據以直線連接起來之座標資料來算出凸輪速度Vi ’。此時，電子凸輪曲線產生部12係使用以下之式(14)來算出凸輪速度Vi ’。其中，假設X0 =0,Y0 =0。
然後，電子凸輪曲線產生部12使用參數R、N個座標資料及凸輪速度Vi ’來算出(N+1)個加減速區間ti (步驟ST12)。具體而言，電子凸輪曲線產生部12係使用算出的凸輪速度Vi ’及座標資料來算出以下的變數G。電子凸輪曲線產生部12係使用以下所示的式(15)來算出變數G。其中之min[A1 ,A2 ,...,AN ]係表示在A1 ,A2 ,...,AN 之中取最小的值之函數。
然後，電子凸輪曲線產生部12使用算出的變數G而如以下的式(16)般算出加減速區間。
t0 =R×G×| V’1 | ti =R×G×| V’i -V’i-1 | 2≦i≦N tN =R×G×| V’N |…(16)
式(16)係相當於以和用直線連接指定座標之情況的凸輪速度Vi ’、與鄰接區域的凸輪速度Vi-1 ’之差的絕對值成比例之方式來設定加減速區間。另外，關於t0 ,tN 係相當於將鄰接的凸輪速度視為0而設定者。換言之，關於t0 ,tN 係相當於以和指定座標之間的主軸位置的差分值成比例之方式來設定加減速區間。
然後，電子凸輪曲線產生部12進行步驟ST13至ST16之處理。步驟ST13至ST16之處理係與實施形態1之利用第3圖說明過的步驟ST2至ST5之處理相同，故將其說明予以省略。
接著，說明本實施形態的效果。實施形態1與本實施形態，只是在直接輸入加減速區間，或是只輸入參數R然後從參數R來算出加減速區間這方面不同。因此，本實施形態也具有與實施形態1一樣之效果。以下，針對實施形態1沒有，但本實施形態可得到的效果進行說明。
將凸輪速度對主軸位置進行微分而得到者稱為凸輪加速度。凸輪加速度係相當於在主軸位置以一定的比率增加之情況之將從動軸的加速度予以定數倍後的值，係決定從動軸馬達的加速度會到何種程度之重要因素。
在實施形態1中，可藉由變更加減速區間ti 的大小來調整凸輪加速度的大小。使加減速區間ti 變大，主軸通過該加減速區間ti 之際，從動軸的加速度會變小。伴隨著從動軸的加速度之變小，從動軸馬達的轉矩(torque)也變小。
在本實施形態中，則可從一個參數R來自動地算出使凸輪加速度大致都一致之加減速區間。而且，可藉由調整參數R的大小而調整該凸輪加速度的大小。具體而言，可藉由使參數R變大來使凸輪加速度變小。因此，具有：可簡單地防止按照電子凸輪曲線來驅動從動軸馬達之際，將從動軸馬達驅動成超過最大轉矩的情形之效果。
以下，針對利用在第8圖之流程圖中說明過的步驟ST10、ST11之計算就可產生不管在哪個加減速區間都使凸輪加速度一致之電子凸輪曲線的理由進行說明。
實施形態1係如第3圖所示般，利用單調增加或單調減少之直線狀波形的凸輪速度來連結設定於鄰接的區域內之定速的凸輪速度。根據實施形態1而得到之電子凸輪曲線，因為是用定速的凸輪速度Vi 來構成凸輪速度的一部份區間，所以具有接近於只用直線來連接座標而成的電子凸輪曲線之性質。如本實施形態之只用直線來將指定座標相互之間連接起來之情況的指定座標間的各區域的凸輪速度Vi ’(i=1,2,...,N)、與實施形態1之定速的凸輪速度Vi (i=1,2,...,N)，係就對應的i而言為分別相近的值。
根據凸輪加速度的定義，各加減速區間之加速度的絕對值，可藉由將鄰接的速度差的絕對值除以加減速區間來計算出。因此，在凸輪加速度在各加減速區間皆相等之凸輪曲線(假設此時之 凸輪加速度的絕對值為a)中，以下之式(17)成立。
使用此式(17)，各加減速區間ti (i=0,1,...,N)就可利用a及Vi (i=1,2,...,N)而表示成如以下之式(18)。
將式(18)代入表示座標資料及加減速區間的限制條件之式(1)、式(2)、式(3)，可得到以下的式(19)。因此，凸輪加速度的倒數必須全部滿足以下的式(20)所示的限制條件。
如前述，因為Vi 與Vi ’可視為大致相等，所以將Vi =Vi ’代 入式(20)可得到以下的式(21)。
式(21)的各右邊項，係分別與式(15)的函數min的參數對應。因此，G係使凸輪加速度的絕對值在各加減速區間都一致所需之值，可將之視為可設定的凸輪加速度的絕對值的倒數的上限。將此上限乘以參數R(0<R<1)所得到之R×G也是使凸輪加速度的絕對值都一致所需之值，可為凸輪加速度的絕對值的倒數。將Vi =Vi ’代入式(18)，再將作為凸輪加速度的絕對值的倒數之1/a=R×G代入式(18)所得到的式子即為式(16)。
舉例來說，若使R變大，則從式(16)可知加減速區間會變大，所以凸輪加速度及從動軸馬達的加速度會變小，驅動轉矩會隨之而變小。另一方面，若使R變小，則加減速區間會變小，所以凸輪加速度及從動軸馬達的加速度會變大，驅動轉矩會隨之而變大。
因此，根據實施形態2，就可從一個參數R來自動地算出使凸輪加速度大致都一致之加減速區間。而且，可藉由調整參數R的大小而調整該凸輪加速度的大小。因此，具有：可簡單地防止按照電子凸輪曲線來驅動從動軸馬達之際，將從動軸馬達驅動成超過最大轉矩的情形之效果。
實施形態3.
接著，利用第9至11圖來說明本發明之實施形態3。實施形 態1、2的電子凸輪系統係將電子凸輪曲線產生成：將從動軸位置對主軸位置進行微分而得到的凸輪速度的波形，係為在鄰接的區域的定速的凸輪速度Vi ,Vi+1 之間為直線的加減速的波形。本實施形態的電子凸輪系統，則是將電子凸輪曲線產生成：用單調增加或單調減少的任意的曲線來將鄰接的區域的定速的凸輪速度相互連接起來之形態。在本實施形態中，針對將電子凸輪曲線產生成：用連續地加減速之曲線來將鄰接的區域的定速的凸輪速度相互連接起來的形態之例進行說明。本實施形態的電子凸輪系統，係產生該連續地加減速之曲線為例如描繪成S字形曲線之電子凸輪曲線。
第9圖係顯示實施形態3之電子凸輪系統的構成之圖。第9圖的各構成元件之中達成與第1圖所示的實施形態1之電子凸輪系統相同機能的構成元件都標以相同符號，以下將不重複進行這些構成元件的說明。
本實施形態之電子凸輪系統具備有電子凸輪控制裝置1C來取代電子凸輪控制裝置1A。電子凸輪控制裝置1C與電子凸輪控制裝置1A一樣，具有：資訊輸入部11、電子凸輪曲線產生部12、電子凸輪曲線記憶部13、主軸位置輸入部14、從動軸位置指令產生部15、及輸出部16。
輸入至本實施形態的資訊輸入部11之資訊，係為座標資料資訊21、加減速區間資訊22、及S字形區間資訊24。本實施形態的電子凸輪曲線產生部12使用座標資料資訊21、加減速區間資訊22、及S字形區間資訊24來產生電子凸輪曲線。S字形區間資訊24，係表示凸輪速度呈S字形曲線的區間(S字形區間)之資訊，具有(N+1)個表示S字形區間之資訊。
第10圖係顯示實施形態3之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。將座標資料資訊21、加減速區間資訊22、及S字形區間資訊24輸入至電子凸輪控制裝置1C的資訊輸入部11(步驟ST20)。具體而言，係以規定主軸通過位置Xi 之際從動軸應通過的位置Yi 之N個座標資料(X1 ,Y1 )、(X2 ,Y2 )、...、(XN ,YN )作為座標資料資訊21而將之輸入至資訊輸入部11。其中，與主軸位置有關之資料係設為具有0<X1 <X2 <X3 <...<XN 之關係。作為基準之座標資料，係設定為座標資料(X0 ,Y0 )=(0,0)。
另外，以表示凸輪速度到達一定速度為止的區間長度之(N+1)個加減速區間t0 ,t1 ,...,tN 作為加減速區間資訊22而將之輸入至資訊輸入部11。以及，以表示加減速區間之中之在開始時及結束時使加減速平滑化的區間之(N+1)個S字形區間d0 ,d1 ,d2 ,...,dN 作為S字形區間資訊24而將之輸入至資訊輸入部11。其中，各S字形區間di (i=0,...,N)要滿足0≦di ≦ti /2之限制條件。
電子凸輪曲線產生部12係使用加減速區間ti 、S字形區間di ，套用以下之式(22)、(23)來算出α i ,β i (步驟ST21)。
然後，電子凸輪曲線產生部12進行步驟ST22、ST23之處理。另外，步驟ST22、ST23之處理係為與實施形態1之利用第3圖說明過的步驟ST3、ST4的處理相同之處理。
具體而言，電子凸輪曲線產生部12，係根據座標資料資訊 21、加減速區間資訊22、及常數αi ,βi ，來構成如式(6)所示之以各座標區間的凸輪速度Vi (i=1,2,...,N)作為變數之N元聯立一次方程式(步驟ST22)。
另外，如實施形態1中說明過的，式(6)係表示：規定了相對於輸入的座標(Xi ,Yi )(i=1,2,...,N)、及加減速區間ti (i=0,2,...,N)而言，應在加減速區間ti 的正中點通過座標(Xi ,Yi )(i=1,2,...,N-1)，且應在加減速區間tN 的結束時點通過座標(XN ,YN )的條件之方程式。
電子凸輪曲線產生部12係在構成式(6)的方程式之後，藉由求式(6)之N元聯立法方程式的解來算出凸輪速度Vi (i=1,2,...,N)(步驟ST23)。
然後，電子凸輪曲線產生部12根據算出的凸輪速度Vi 而套用以下的式(24-1)至式(24-16)來算出相對於主軸位置X之從動軸位置Y(X)(步驟ST24)。
Xi-1 +ti-1 /2<X<Xi -ti /2 y(X)=Yi-1 +βi-1 (Vi -Vi-1 )+Vi-1 ti-1 /2+Vi (X-Xi-1 -ti-1 /2)…(24-8)
XN-1 +tN-1 /2<X<XN -tN y(X)=YN-1 +βN-1 (VN -VN-1 )+VN-1 tN-1 /2+VN (X-XN-1 -tN-1 /2)…(24-13)
接著，說明本實施形態的效果。第11圖係顯示實施形態3之電子凸輪曲線之圖。第11圖顯示按照第10圖之流程圖而產生電 子凸輪曲線之情況之電子凸輪曲線(上段的波形)、與將電子凸輪曲線對主軸位置進行微分而得到之凸輪速度的概略波形(中段的波形)、與將凸輪速度對主軸位置進行微分而得到之凸輪加速度的概略波形(下段的波形)之關係。
第11圖的上段側所示的線圖(graph)，其橫軸為主軸位置，縱軸為從動軸位置。而且，通過座標(X0 ,Y0 )至(X3 ,Y3 )之波形即為電子凸輪曲線。再者，第11圖的中段側所示的線圖，其橫軸為主軸位置，縱軸為凸輪速度。再者，第11圖的下段側所示的線圖，其橫軸為主軸位置，縱軸為凸輪加速度。
本實施形態之凸輪速度具有：定速之凸輪速度Vi 、相對於鄰接的定速的凸輪速度而單調增加或單調減少之單調加減速度、以及隨著主軸位置之增加而進行S字形曲線形態的加減速之S字形變化速度。換言之，凸輪速度的波形係在每一個指定座標間的區域都具有凸輪速度為定速之區間、單調加減速區間、及S字形變化速度。而且，單調加減速區間係在鄰接的區域間以單調增加或單調減少的方式加減速，且配置於前述凸輪速度為定速的區間之間。S字形變化速度係隨著主軸位置之增加而進行S字形曲線形態的加減速，且配置成將前述凸輪速度為定速的區間與前述單調加減速區間連接起來之形態。
電子凸輪曲線係生成為：加減速之區間的長度為ti (i=0,1,...,N)，並在該加減速之區間的中間通過指定座標(Xi ,Yi )(i=1,2,...,N-1)，且在加速結束時通過(XN ,YN )之形態。
另外，本實施形態之電子凸輪曲線，係在加減速區間ti 的開端及終端(區間的端部)設有S字形區間di ，且加減速在S字形區 間變和緩。S字形區間為0之實施形態1、2的凸輪加速度的波形係為矩形。另一方面，在本實施形態中，則因為在凸輪速度設有S字形區間，所以電子凸輪曲線的凸輪加速度的波形，在加減速區間係為梯形狀的波形。
在本實施形態中，係以在定速之凸輪速度Vi 、Vi+1 之間為S字形地單調增加或單調減少之形態進行定速的凸輪速度Vi 、Vi+1 之間之連接，所以具有與實施形態1一樣的效果。又，在本實施形態中，凸輪速度的波形並非呈直線而是呈S字形曲線加減速，所以具有：驅動所需的加速度、轉矩會變平滑，由從動軸馬達加以驅動之機械的衝擊會變得更小之效果。
又，本實施形態中使用之式(24-1)至(24-16)，係以與實施形態1一樣的步驟導出。亦即，根據輸入的座標資料、加減速區間、S字形區間、及從式(6)算出的定速的凸輪速度Vi ，來計算出表示全體的凸輪速度之式子。然後，將表示全體的凸輪速度之式子予以一次積分而得到電子凸輪曲線。
又，在本實施形態中，雖然針對直接輸入加減速區間ti 的例子進行了說明，但如實施形態2中說明過的，亦可輸入參數R，然後利用參數R來自動決定加減速區間。在此情況，可利用相對於加減速區間ti 的大小之比率來設定S字形區間di 。換言之，可將作為用來指定S字形區間di 的資訊之參數r(0≦r≦1)予以輸入，然後將S字形區間設定為di =r/2×ti (i=0,1,...,N)。如此設定，就可自動算出使凸輪速度都大致一致之加減速區間，且得到凸輪速度很平滑之凸輪曲線。
因此，根據實施形態3，使凸輪速度的波形在加減速區間的 端部呈S字形曲線加減速，所以可使驅動所需的加速度、轉矩變平滑，使由從動軸馬達加以驅動之機械的衝擊變得更小。
實施形態4.
接著，利用第12及13圖來說明本發明之實施形態4。實施形態4之電子凸輪系統，係在鄰接的指定座標的從動軸位置相同之情況，將座標資料分割為在該指定座標之前及之後兩部份。換言之，電子凸輪曲線產生部12係在鄰接的指定座標的從動軸位置相同之情況，將規定電子凸輪曲線之座標區域分割為在該鄰接的指定座標之前及之後兩區域。
然後，電子凸輪曲線產生部12針對分割後的各座標資料而產生電子凸輪曲線。此時，電子凸輪曲線產生部12係針對鄰接的指定座標的從動軸位置相同之區域，來產生從動軸位置為相同的值之電子凸輪曲線。然後，電子凸輪曲線產生部12藉由將產生的電子凸輪曲線連結起來而產生針對所有座標資料之電子凸輪曲線。藉此，實施形態4之電子凸輪系統產生能使從動軸位置停止之電子凸輪曲線。
本實施形態之電子凸輪系統具有與實施形態1至3之電子凸輪系統一樣之構成，故在此將其說明予以省略。以下，針對由電子凸輪控制裝置1A產生本實施形態之電子凸輪曲線的情況之產生處理步驟進行說明。
第12圖係顯示實施形態4之電子凸輪曲線的產生處理步驟之流程圖。首先，將座標資料資訊21、及加減速區間資訊22輸入至電子凸輪控制裝置1A的資訊輸入部11(步驟ST30)。具體而言，係將N個座標資料及(N+1)個加減速區間輸入至資訊輸入部11。
另外，亦可不輸入(N+1)個之加減速區間資訊22而輸入實施形態2中說明過之參數R。再者，還可在座標資料資訊21及加減速區間資訊22之外，也將實施形態3中說明過之(N+1)個S字形區間資訊24予以輸入，或以用來決定S字形區間之參數r作為S字形區間資訊而予以輸入。
然後，電子凸輪曲線產生部12進行計算處理所需的變數k及變數i的初始化。具體而言，電子凸輪曲線產生部12使變數k=0，變數i=0(步驟ST31)。
然後，電子凸輪曲線產生部12檢查(check)表示從動軸位置之座標資料Yi 是否等於鄰接的座標資料Yi-1 。換言之，電子凸輪曲線產生部12判定Yi =Yi-1 是否成立(步驟ST32)。若輸入的座標資料之中鄰接的從動軸位置相等(步驟ST32的結果為“是”)，則電子凸輪曲線產生部12算出屬於電子凸輪曲線的一部份之電子凸輪曲線w(X)(步驟ST33)。其中，w(X)表示相對於主軸位置X之從動軸位置。
具體而言，電子凸輪曲線產生部12係使用座標資料(Xk+1 -Xk ,Yk+1 -Yk )、(Xk+2 -Xk ,Yk+2 -Yk )、...、(Xi-1 -Xk ,Yi-1 -Yk )及加減速區間tk ,tk+1 ,...,ti-1 來算出會通過座標資料(Xk+1- Xk ,Yk+1 -Yk )、(Xk+2 -Xk ,Yk+2 -Yk )、...、(Xi-1 -Xk ,Yi-1 -Yk )之電子凸輪曲線w(X)。此時，電子凸輪曲線產生部12係進行實施形態1中說明過的步驟ST2至ST5等之處理而算出電子凸輪曲線w(X)。
在本實施形態中，係使用將座標資料(Xk ,Yk )至(Xi-1 ,Yi-1 )分別減去(Xk ,Yk )而得到的資料來算出電子凸輪曲線w(X)。此係相對於在實施形態1、2、3中，以(0,0)為基準而算出電子凸輪曲線之作 法，而在本實施形態中相當於以相鄰的從動軸位置相等之座標(Xk ,Yk )為基準來算出電子凸輪曲線之作法。另外，因為電子凸輪曲線w(X)通過(Xi-1 -Xk ,Yi-1 -Yk )，所以以下之式(25)成立。
w(Xi-1 -Xk )=Yi-1 -Yk …(25)
電子凸輪曲線產生部12利用以下之式(26)來算出通過N個座標資料之電子凸輪曲線Y(X)之中之與主軸位置Xk ≦X≦Xi 對應之部份(步驟ST34)。
Xk ≦X≦Xi-1 時 y(X)=w(X-Xk )+Yk Xi-1 <X≦Xi 時 y(X)=Yi …(26)
此處之電子凸輪曲線產生部12係藉由將電子凸輪曲線w(X)加上在步驟ST33中扣掉之作為基準的座標資料(Xk ,Yk )而算出電子凸輪曲線。
然後，電子凸輪曲線產生部12將i代入變數k(步驟ST35)。然後，電子凸輪曲線產生部12使變數i加1(i=i+1)(步驟ST36)。
另一方面，若Yi =Yi-1 不成立(步驟ST32的結果為“否”)，則電子凸輪曲線產生部12並不算出電子凸輪曲線w(X)而直接使變數i加1(i=i+1)(步驟ST36)。
使i=i+1後，電子凸輪曲線產生部12判定變數i是否等於N(步驟ST37)。若變數i不等於N(亦即i<N)(步驟ST37的結果為“否”)，則電子凸輪曲線產生部12再度進行步驟ST32至ST36之處理。
另一方面，若變數i等於N(步驟ST37的結果為“是”)，則電子凸輪曲線產生部12判定變數k是否等於0(步驟ST38)。k=0之情況係表示在步驟ST32的處理中，鄰接的從動軸位置的座標相 等之情形一次也沒有發生。若變數k等於0(步驟ST38的結果為“是”)，則電子凸輪曲線產生部12從所有的座標資料(X1 ,Y1 )至(XN ,YN )來產生整體的電子凸輪曲線(步驟ST39)。具體而言，係如實施形態1至3所說明過的。
另一方面，若變數k不等於0(步驟ST38的結果為“否”)，則前進到步驟ST40。在步驟ST40中，從(Xk+1 -Xk ,Yk+1 -Yk )、(Xk+2 -Xk ,Yk+2 -Yk )、...、(XN -Xk ,YN -Yk )來產生主軸位置在0≦X≦XN -Xk 範圍之電子凸輪曲線w(X)。
然後，在步驟ST41中，使用在步驟ST39中計算出的電子凸輪曲線而套用y=w(X-Xk )+Yk 之式子來構成Xk ≦X≦XN 範圍之電子凸輪曲線，然後結束電子凸輪曲線之產生處理。
接著，說明本實施形態的效果。第13圖係顯示實施形態4之電子凸輪曲線之圖。第13圖顯示按照第12圖之流程圖而產生電子凸輪曲線之情況之電子凸輪曲線(上段的波形)、與將電子凸輪曲線對主軸位置進行微分而得到之凸輪速度的概略波形(中段的波形)之關係。
在第13圖中，關於輸入的座標資料之中的從動軸位置係假設Y3 =Y4 。若按照第12圖之流程圖，則經過步驟ST33、ST34，就利用(X1 ,Y1 )、(X2 ,Y2 )、(X3 ,Y3 )而構成一個電子凸輪曲線，經過步驟ST40、ST41，就利用(X4 ,Y4 )、(X5 ,Y5 )、(X6 ,Y6 )而構成另一個電子凸輪曲線。另外，針對從動軸位置相等之座標間範圍X3 ≦X≦X4 ，則是在步驟ST34之Xi-1 ≦X≦Xi 的情況中，構成從動軸位置恆常保持Y3 =Y4 之又另一個電子凸輪曲線。然後，算出將此等電子凸輪曲線整體結合而成之電子凸輪曲線，就得到整體的電子凸輪曲 線。以此方式構成電子凸輪曲線，則在主軸位置X位於X3 ≦X≦X4 內之情況，即使主軸位置X在上述範圍中變動，也可得到從動軸位置不變化之電子凸輪曲線。
換言之，可藉由輸入相鄰的指定座標的從動軸位置相等之資料，而得到可在主軸位置在預定的指定座標間(在第12圖中為X3 ≦X≦X4 )之情況使從動軸位置停止之電子凸輪曲線。因此，可容易地得到可指定使從動軸位置停止的區間之電子凸輪曲線。
因此，根據實施形態4，除了實施形態1、2、3的效果之外，還因為在表示從動軸位置之座標資料Yi 、Yi-1 相等之情況，將座標資料分割為在該座標資料之前及之後兩部份，然後針對分割後的座標資料分別產生其各自的電子凸輪曲線再予以結合起來，所以可得到能夠使從動軸位置停止之電子凸輪曲線。
具有如此的性質之電子凸輪曲線的效果，較典型的係發揮在將電子凸輪控制應用於如下述的液體充填機之應用例。亦即，具有：藉由使搬送部動作而在噴嘴(nozzle)的正下方搬送依照一定間隔配置的瓶子(bottle)之驅動軸；以及驅動用來將噴嘴往位於正下方的瓶子壓、及在液體注入後將噴嘴往上推的動作之驅動軸，以使用一根噴嘴來將液體依序注入多個瓶子之液體充填機。
控制噴嘴的上下動作之驅動軸的動作，必須與控制搬送部之驅動軸的動作同步而動作，所以以控制搬送部之驅動軸為主軸，以控制噴嘴的上下動作之驅動軸為從動軸而進行電子凸輪控制。此時，若在瓶子移動到正下方之前，就將噴嘴往下壓，液體就會灑出，所以希望在控制搬送部的軸從快到瓶子正下方的位置移動到瓶子正下方的位置之期間，使噴嘴上下之軸係維持停止狀態。
使用本實施形態之電子凸輪控制裝置，且令快到瓶子正下方的位置為Xi-1 ，令瓶子正下方的位置為Xi ，以及令噴嘴推到正上方的位置=Yi =Yi-1 ，就可使從動軸在主軸位置位於某一範圍內的期間(亦即，從快到瓶子正下方的位置到瓶子正下方的位置之範圍)維持停止狀態，所以具有不會使液體灑出，可實現充填動作之效果。
(產業上之可利用性)
如以上所述，本發明之電子凸輪控制裝置及電子凸輪曲線產生方法，可利用於能夠抑制從動軸的加速度之電子凸輪曲線之產生。
該代表圖無元件符號及其代表之意義。

Claims (12)

  1. 一種電子凸輪控制裝置，具備有：輸入部，將規定了主軸位置與從動軸位置之間的關係之複數個指定座標予以輸入；電子凸輪曲線產生部，產生會通過前述複數個指定座標之以曲線來表示前述主軸位置與前述從動軸位置的關係而得到的電子凸輪曲線；以及輸出部，以對應於前述主軸位置之從動軸位置作為從動軸位置指令而予以輸出以作為按照前述電子凸輪曲線之要給予外部裝置的位置指令，其中，前述電子凸輪曲線產生部係將前述電子凸輪曲線產生成：將前述電子凸輪曲線對前述主軸位置進行微分所得到之凸輪速度的波形，會在每一個前述指定座標間的區域具有凸輪速度為定速之區間，而且在鄰接的區域間具有藉由一面單調增加或單調減少一面進行加減速而將前述凸輪速度為定速之區間相互連接起來之單調加減速區間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部係將前述電子凸輪曲線產生成：前述凸輪速度的波形在前述單調加減速區間係做直線性的加減速。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電子凸輪控制裝置，其中，對於前述輸入部還將指定前述單調加減速區間的區間長度之資訊予以輸入，前述電子凸輪曲線產生部係根據前述複數個指定座標、及 前述單調加減速區間的區間長度，而將前述電子凸輪曲線產生成：在前述指定座標之凸輪速度會通過前述單調加減速區間的任意的途中點。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部，係使用座標資料及加減速區間之資訊來構成：表示通過前述座標資料並且以前述定速的凸輪速度為未知數之方程式，然後藉由求前述方程式的解來算出前述定速的凸輪速度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部係將前述電子凸輪曲線產生成：前述凸輪速度的波形在前述單調加減速區間係做S字形的加減速。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電子凸輪控制裝置，其中，對於前述輸入部還將指定前述單調加減速區間的區間長度、及前述做S字形加減速之S字形區間的區間長度之資訊予以輸入，前述電子凸輪曲線產生部係根據前述複數個指定座標、前述單調加減速區間的區間長度、及前述S字形區間的區間長度，而將前述電子凸輪曲線產生成：在前述指定座標之凸輪速度會通過前述單調加減速區間的任意的途中點。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部，係使用座標資料及加減速區間之資訊及前述S字形區間之資訊來構成：表示通過前述座標資料並且以前述定速的凸輪速度為未知數之方程式，然後藉由求 前述方程式的解來算出前述定速的凸輪速度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部係將前述電子凸輪曲線產生成：將前述凸輪速度對前述主軸位置進行微分所得到之加速度的大小會在前述單調加減速區間成為一致。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部係將前述單調加減速區間設定成：前述單調加減速區間會與以直線連接第一指定座標間之情況的凸輪速度、及以直線連接與前述第一指定座標間的區域鄰接之第二指定座標間之情況的凸輪速度之差的絕對值成比例。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部係將前述電子凸輪曲線產生成：在最初的指定座標與最後的指定座標中，前述凸輪速度會為0。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電子凸輪控制裝置，其中，前述電子凸輪曲線產生部在鄰接的指定座標的從動軸位置相同之情況，係將規定前述電子凸輪曲線之座標區域分割成在該指定座標之前及之後兩區域，然後針對分割出的各座標區域產生其各自的電子凸輪曲線，以及針對鄰接的指定座標的從動軸位置為相同之座標區域產生從動軸位置會為相同的值之電子凸輪曲線，再將針對各座標區域而產生之電子凸輪曲線連結起來，從而產生針對所有座標資料之電子凸輪曲線。
  12. 一種電子凸輪曲線產生方法，包含：輸入步驟，將規定了主軸位置與從動軸位置之間的關係之 複數個指定座標予以輸入；以及電子凸輪曲線產生步驟，產生會通過前述複數個指定座標之以曲線來表示前述主軸位置與前述從動軸位置的關係而得到的電子凸輪曲線，其中，在產生前述電子凸輪曲線之際，係將前述電子凸輪曲線產生成：將前述電子凸輪曲線對前述主軸位置進行微分所得到之凸輪速度的波形，會在每一個前述指定座標間的區域具有凸輪速度為定速之區間，而且在鄰接的區域間具有藉由一面單調增加或單調減少一面進行加減速而將前述凸輪速度為定速之區間相互連接起來之單調加減速區間。
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