WO2011101897A1 - 並列駆動システム - Google Patents

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WO2011101897A1
WO2011101897A1 PCT/JP2010/000997 JP2010000997W WO2011101897A1 WO 2011101897 A1 WO2011101897 A1 WO 2011101897A1 JP 2010000997 W JP2010000997 W JP 2010000997W WO 2011101897 A1 WO2011101897 A1 WO 2011101897A1
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WO
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speed
information
drive system
actuator
slave
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PCT/JP2010/000997
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茂男 編笠屋
関口裕幸
池田英俊
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三菱電機株式会社
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Publication date
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Priority to CN201080064029.6A priority patent/CN102763050B/zh
Priority to KR1020127018897A priority patent/KR101440702B1/ko
Priority to PCT/JP2010/000997 priority patent/WO2011101897A1/ja
Priority to JP2012500380A priority patent/JP5389251B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/21—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device
    • G05B19/23—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control
    • G05B19/231—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude
    • G05B19/237—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an incremental digital measuring device for point-to-point control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude with a combination of feedback covered by G05B19/232 - G05B19/235
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50228—Synchronize two slides, portal gantry, raising, moving

Definitions

  • the present invention relates to a parallel drive system, and in particular, has two servo actuators on a master side and a slave side that have movable parts arranged in parallel to each other and linearly move, and an arm member that couples the movable parts of the actuators.
  • the present invention relates to a parallel drive system.
  • FIG. 9A is a configuration diagram of a parallel drive system including a position detector only on the master side actuator.
  • the movable parts 5 A and 5 B of the master side and slave side actuators are connected by an arm member 8 provided with a head 9.
  • the master servo amplifier 12A performs position control based on the position command received from the controller 14 and master position information indicating the position of the movable portion 5A of the master actuator input from the position detector 10.
  • a torque command is sent from the master servo amplifier 12A to the slave servo amplifier 12B, and the slave servo amplifier 12B constructs a parallel drive system by performing torque control using the torque command (see, for example, Patent Document 1). ).
  • FIG. 9B is a diagram showing another conventional parallel drive system.
  • position detectors 10A and 10B are provided in the actuators on the master side and the slave side, respectively.
  • Both the master-side and slave-side servo amplifiers 12A and 12B perform position control based on position commands received from the controller 14 and position information indicating the positions of the movable parts 5A and 5B input from the position detectors 10A and 10B.
  • the position information obtained by the position detectors 10A and 10B as shown by the broken arrows is input to the slave side and master side servo amplifiers 12B and 12A, respectively. May be shared.
  • a parallel drive system capable of maintaining parallelism with high accuracy is constructed (for example, see Patent Document 2).
  • the slave actuator since the slave actuator does not have a position detector, the system can be configured while keeping costs low.
  • the position of the center of gravity of the arm member 8 deviates from the center of the arm member 8 or the position of the head 9 on the arm member 8 drives the arm member 8.
  • the parallel movement accuracy of the arm member 8 is lowered. In this case, there is a problem that not only high-precision positioning becomes difficult, but also the mechanical load on the arm member 8 becomes large, so that high-speed movement of the arm member 8 becomes difficult.
  • both the master side and slave side actuators are provided with position detectors 10A and 10B, and position control is performed in the master side and slave side servo amplifiers 12A and 12B, respectively. Therefore, the arm member 8 can be positioned at high speed and with high accuracy. Further, if the position information is shared as indicated by the broken arrow, it is possible to control to suppress the difference between the actual positions of the movable parts 5A and 5B, so that the arm member 8 is paralleled with higher accuracy. It becomes possible to move.
  • the position detectors 10A and 10B are provided in both the master side and slave side actuators, there is a problem that the cost of the system is high. When a linear scale is used as the position detector, the cost of the linear scale generally increases in proportion to the size of the apparatus, which is further problematic.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and includes two master-side and slave-side servo actuators having movable parts arranged in parallel with each other and linearly moving, and movable parts of the actuators.
  • a parallel drive system having an arm member to be coupled, a system capable of reducing the system cost and enabling high-speed positioning is realized.
  • a parallel drive system includes a first actuator and a second actuator that are arranged in parallel with each other and have a movable part that linearly moves, a movable part of the first actuator, and a movable part of the second actuator.
  • a parallel drive system having an arm member that is bridged to a position, a position detection unit that detects position information of the movable part of the first actuator, and an acceleration detection unit that detects acceleration information of the movable part of the second actuator And a first control means for controlling the first actuator based on the position information, and a second control means for controlling the second actuator based on the position information and the acceleration information.
  • the parallel drive system according to the next invention is characterized in that the actuator is a linear servo motor, the control device is a servo amplifier, and the position detecting means is a linear scale.
  • the second control means includes first speed conversion means for converting the position information into first speed information, and the acceleration information as second speed information.
  • the speed synthesizing means has a subtraction means for subtracting the second speed information from the first speed information, and a predetermined shut-off using the output of the subtraction means as inputs.
  • the speed synthesizing means has a low-pass filter having a predetermined cutoff frequency that receives the first speed information, and a predetermined that receives the second speed information. And a high-pass filter having a cut-off frequency, and an adding means for adding the output of the low-pass filter and the output of the high-pass filter to generate a combined speed.
  • the second control means further receives a control signal for controlling the torque of the first actuator from the first control means, and the position information and the acceleration Torque calculation means for calculating a correction torque based on the information is provided, and the second actuator is controlled based on the output of the torque calculation means and the control signal.
  • the slave servo motor since the slave servo motor does not include a position detector, the system can be constructed at low cost.
  • the slave side since the position information obtained by the position detector of the master side servo motor is taken into the servo amplifiers on both the master side and the slave side, the slave side can also control the position.
  • the slave side servo amplifier is provided with a speed synthesis unit that synthesizes the slave side speed information from the converted master side and slave side speed information, the arm member can be positioned at high speed.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the mechanical drive part of the parallel drive system in Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram of the parallel drive system in Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows the functional block of the parallel drive system in Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the speed calculating part 132 in FIG. It is a computer simulation result which shows the resonance suppression effect in Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows another structure of the speed calculating part 132 in FIG. It is a block diagram which shows the functional block of the parallel drive system in Embodiment 2 of this invention. It is a block diagram which shows the structure of the correction torque calculation part 27 in FIG. It is a figure for demonstrating the conventional parallel drive system.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical drive unit of a parallel drive system 1 according to the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the parallel drive system 1 according to the first embodiment.
  • the symbol A represents a component on the master side
  • B represents a component on the slave side.
  • the master-side fixing portion 3A and the slave-side fixing portion 3B are arranged in parallel and fixed to a table (not shown) or the like. Is done.
  • the linear guides 4A, 4B, 4C, and 4D are linear guide members, and the movable portions 5A and 5B of the servo motor disposed facing the fixed portions 3A and 3B move linearly along these linear guides 4A to 4D, that is, Perform a linear motion.
  • the movable members 5A and 5B are provided with table members 6A and 6B on the opposite side of the side facing the fixed portions 3A and 3B, respectively.
  • Arm support members 7A and 7B are placed on the table members 6A and 6B, respectively, and the arm members 8 are bridged on the arm support members 7A and 7B.
  • the arm members 8 are driven in parallel by driving the movable portions 5A and 5B of the servo motor.
  • the arm member 8 is provided with a head 9.
  • the master side table member 6A is provided with a position detector 10 as position detecting means.
  • the position detector 10 will be described as a linear scale.
  • the slave side table member 6B is provided with an acceleration sensor 11 serving as acceleration detecting means. That is, in the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the slave servomotor 2B is provided with an acceleration sensor 11 instead of a linear scale. Since the acceleration sensor 11 is generally less expensive than a linear scale, the first embodiment is compared with a conventional parallel drive system that includes a linear scale as a position detector 10 on both the master side and the slave side. This makes it possible to construct a low-cost system.
  • the position information obtained from the position detector 10 is fed back to both the master-side servo amplifier 12A as the first control means and the slave-side servo amplifier 12B as the second control means. For this reason, the servo amplifier 12B on the slave side can perform not only torque control but also position control. On the other hand, the acceleration information obtained from the acceleration sensor 11 is fed back to the servo amplifier 12B on the slave side.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating functional blocks of the parallel drive system 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the speed calculation unit 132 in FIG. First, the operation of the master servo amplifier 12A will be described.
  • a position command is input from the controller 14 to the master servo amplifier 12A, and position information corresponding to the actual position of the movable portion 5A is input from the position detector 10. Then, the position information is subtracted from the position command in the adder 15A, and the subtraction result as the position deviation is input to the position control unit 16A. From the position control unit 16A, a speed command corresponding to the magnitude of the position deviation is output, and a speed command is output so that the position deviation becomes zero.
  • Position information input from the position detector 10 is also input to the speed conversion unit 131.
  • the speed conversion unit 131 differentiates the position information to convert it into an actual speed and outputs it. Specifically, the actual speed is obtained based on the difference in position information at a predetermined time interval.
  • the output actual speed is input to the adder 17A and subtracted from the speed command, and the subtraction result as the speed deviation is input to the speed control unit 18A.
  • a torque command corresponding to the speed deviation is output, and the torque command is output so that the speed deviation becomes zero.
  • the torque command is input to the adder 19A, the actual current output from the current control unit 20A is subtracted, and the current deviation is input to the current control unit 20A.
  • the current control unit 20A controls the torque of the master servo motor 2A by controlling the actual current based on the current deviation.
  • the speed calculator 132 is different from the master. Not only the position information input from the position detector 10 but also the acceleration information obtained by the acceleration sensor 11 provided in the slave-side movable unit 5B is input to the speed calculation unit 132. The speed calculation unit 132 outputs a combined speed based on the speed information of each movable part.
  • the position information input to the speed calculation unit 132 is differentiated by the differentiator 21 that is the first speed conversion means, and the actual speed on the master side is calculated.
  • the acceleration information input from the acceleration sensor 11 is integrated by the integrator 22 as the second speed conversion means, and the actual speed on the slave side is calculated.
  • the calculated actual speeds on the master side and the slave side are input to a speed synthesis unit including an adder 23, a low-pass filter 24, and an adder 25.
  • the actual speed on the slave side is subtracted from the actual speed on the master side, and these differences, that is, the actual speed difference is input to the low-pass filter 24.
  • the low-pass filter 24 attenuates a frequency component higher than the cutoff frequency fcl in the actual speed difference.
  • the output of the low-pass filter 24 is added to the actual speed on the slave side which is the output of the integrator 22 in the adder 25 which is addition means, and is output from the speed calculation unit 132 as a combined speed.
  • the actual speed on the master side calculated from the position information obtained from the position detector 10 due to the resonance of the arm member 8 is equal to the actual speed of the slave-side movable unit.
  • the difference becomes larger.
  • the speed control loop of the slave servo amplifier 12B is configured based on the actual speed on the master side, the control of the slave servo amplifier 12B becomes unstable due to the increased actual speed difference, and the control gain It becomes difficult to raise. As a result, positioning time increases, and high-speed positioning cannot be achieved.
  • the speed information obtained by converting the acceleration information obtained by the acceleration sensor 11 coincides with the actual speed of the slave servo motor movable portion 5B. Therefore, if a speed control loop of the slave servo amplifier 12B is configured based on this speed information, stable control can be expected. That is, it is possible to suppress an increase in positioning time due to a decrease in control gain.
  • the slave side does not use the actual speed on the master side calculated from the position information obtained by the position detector 10 as described above, but the speed information calculated from the acceleration information obtained from the acceleration sensor 11. It is necessary to control the servo amplifier 12B. However, in an actual system, the possibility that a low frequency error component such as an offset is mixed in the output of the acceleration sensor 11 must be considered. When the low frequency error component is mixed, the output of the speed calculation unit 132 responds to the error component, and an unnecessary torque command is generated. If the speed control loop of the slave servo amplifier 12B is configured in a control band sufficiently lower than the resonance frequency of the arm member 8, the speed information calculated from the position information obtained by the position detector 10 and the acceleration sensor 11 are obtained. There is little difference in speed information calculated from the obtained acceleration information. For this reason, even if the speed control loop is configured based on the speed information calculated from the position information obtained by the position detector 10, the control of the slave servo amplifier 12B does not become unstable.
  • the speed control loop of the slave servo amplifier 12B operates based on the speed information obtained from the position detector 10 in the low frequency region, while operating based on the speed information obtained from the acceleration sensor 11 in the high frequency region.
  • a high-speed positioning and stable system can be constructed. In the first embodiment, this is easily realized by using the low-pass filter 24.
  • the low-pass filter 24 attenuates frequency components of fcl or more of speed information. For this reason, only the component below the frequency fcl is reflected in the synthesis speed that is output.
  • the output of the integrator 22 is added with a minus sign, passes through the low-pass filter 24, and is input to the adder 25.
  • the input to the adder 25 is also performed separately, as a result, the component below the frequency fcl is canceled in the output of the adder 25.
  • the speed information from the integrator 22 is reflected in the combined speed, which is the output of only the component having the frequency fcl or higher. That is, in the frequency band below fcl, the combined speed is obtained from the speed information from the differentiator 21, that is, the speed information obtained from the position detector 10, while in the frequency band above fcl, the speed information from the integrator 22 is obtained. That is, the combined speed is obtained from the speed information obtained from the acceleration sensor 11.
  • the slave servo amplifier 12B can perform stable control over a wide band, and a system capable of positioning the arm member 8 at high speed can be constructed.
  • Acceleration sensor 11 output low frequency error elimination frequency ⁇ fcl ⁇ frequency at which slave servo amplifier 12 does not become unstable or resonance frequency of arm member 8 Equation (1)
  • Each figure shows the behavior of the speed command, the position deviation of the master side and slave side servo amplifiers 12A and 12B (command position-actual position), and the position of the head 9.
  • the horizontal axis is time.
  • 5A and 5B show calculation results of a parallel drive system that does not include the acceleration sensor 11 on the conventional slave side.
  • (A) is the case where the head 9 is located on the master side
  • (b) is the case where the head 9 is located on the slave side. Even if a time of about 100 ⁇ s elapses after the speed command is given, the position deviation and the position of the head 9 vibrate.
  • FIGS. 5C and 5D show calculation results of the parallel drive system in the present embodiment.
  • (C) is a case where the head 9 is located on the master side
  • (d) is a case where the head 9 is located on the slave side.
  • both the vibration of the head 9 and the vibration of the positional deviation on the master side and the slave side are both small and fast, and converges in about 100 ⁇ s.
  • the slave servomotor 2B since the slave servomotor 2B is not provided with a position detector, the system can be constructed at a low cost. Further, since the position information obtained from the position detector 10 of the master side servo motor 2A is taken into both the master side and slave side servo amplifiers 12A and 12B, the position control of the slave side servo motor 2B can be performed. There is an effect. Further, the movable portion 5B of the slave servomotor 2B includes an acceleration sensor 11, and the detected acceleration information is converted into speed by the slave servo amplifier 12B, and the position information on the master side is compared with the value converted into speed. As a result, the vibration state of the arm member 8 can be grasped as speed information.
  • the slave-side servo amplifier 12B includes the speed calculator 132 that synthesizes the slave-side speed information from the calculated speed information of the movable parts 5A and 5B on the slave side, the slave-side servo amplifier 12B has the effect that stable control becomes possible and the arm member 8 can be positioned at high speed.
  • the configuration of the speed calculation unit 132 has been described with reference to FIG. 4, but is not necessarily limited to the configuration illustrated in FIG. 4.
  • another configuration of the speed calculation unit 132 may be configured as shown in FIG. 6, the function of converting position information and acceleration information into actual speeds on the master side and slave side by the differentiator 21 and the integrator 22 is the same as in FIG.
  • the calculated actual speed on the master side is input to the low-pass filter 24, while the actual speed on the slave side is input to the high-pass filter 26.
  • the low-pass filter 24 attenuates a frequency component higher than the cutoff frequency fcl as in the configuration shown in FIG.
  • the high pass filter 26 attenuates a frequency component lower than the cutoff frequency fch.
  • the outputs of the low-pass filter 24 and the high-pass filter 26 are added by the adder 25 and output from the speed calculation unit 132 as a combined speed.
  • the cutoff frequency fcl of the low-pass filter 24 and the cutoff frequency fch of the high-pass filter 26 are in a range that can be stably controlled by the slave servo amplifier 12B, for example, a value lower than the resonance frequency of the arm member 8
  • the output from the high-pass filter 26 is limited to information that is equal to or higher than the frequency band fch of the speed information obtained from the integrator 22, and conversely, the output from the low-pass filter 24 is the speed information obtained from the differentiator 21. It is limited to information below the frequency band fcl. That is, there is an effect that, at the set cut-off frequency, speed information serving as a reference for the composite speed is switched from information of the differentiator 21 to information of the integrator 22.
  • the slave servo amplifier 12B can perform stable control, and the arm member 8 can be positioned at high speed.
  • the position control unit 16A and the speed control unit 18A have been described as outputting the speed command and the torque command so that the position deviation and the speed deviation become 0, respectively. It is not always necessary to perform control so that each deviation becomes zero. For example, if the position deviation or the speed deviation is within a predetermined value that is sufficiently small close to 0, the control may be stopped, and it goes without saying that the same effect as the present invention can be obtained.
  • Embodiment 2 the case where the position command input from the controller 14 is input to the servo amplifiers 12A and 12B on both the master side and the slave side and the position control is performed respectively has been described.
  • the slave side servo amplifier 12B The position control based on the position command from the controller 14 is not necessarily performed.
  • the slave servo amplifier 12B may perform torque control using a torque command output from the master servo amplifier 12A.
  • the torque command of the master servo amplifier 12A is used in the slave servo amplifier 12B will be described as an example.
  • FIG. 7 is a block diagram showing functional blocks of the parallel drive system in the second embodiment.
  • the position command from the controller 14 is not input to the slave servo amplifier 12B.
  • a torque command which is an output of the speed controller 18A, which is a control signal, is input to the slave servo amplifier 12B.
  • the slave side servo amplifier 12B receives the position information of the master side servo motor movable part 5A from the position detector 10 and the acceleration information from the acceleration sensor 11 as in the first embodiment. These are input to the correction torque calculation unit 27 which is a torque calculation means, and the correction torque is calculated.
  • FIG. 8 is a block diagram showing functional blocks of the correction torque calculator 27 in FIG. In FIG. 8, the same components as those in FIG.
  • the position information and acceleration information input to the correction torque calculator 27 are converted into an actual speed on the master side and an actual speed on the slave side, respectively.
  • the adder 23 calculates these differences, that is, the actual speed difference, and inputs the difference to the high-pass filter 28.
  • the high-pass filter 28 attenuates frequency components lower than the cutoff frequency fch.
  • the output of the high-pass filter 28 is input to the P compensator 29, multiplied by a predetermined gain, and then output as a correction torque.
  • the correction torque is added to the torque command input from the master servo amplifier 12A in the adder 19B, and the actual current supplied to the slave servo motor 2B is subtracted, and the current deviation is input to the current controller 20B.
  • the slave servo amplifier 12B performs torque control using the torque command input from the master servo amplifier 12A. For this reason, due to the change in the position of the center of gravity of the arm member 8 and the position of the head 9, the accuracy of parallel movement of the arm member 8 during driving is reduced, and not only the mechanical load on the arm member 8 is increased, but also the arm member 8. High-speed, high-precision positioning becomes difficult.
  • the speed information on the master side calculated from the position information obtained from the position detector 10 due to the influence of the resonance of the arm member 8 is the actual speed of the slave-side movable unit.
  • the difference becomes larger.
  • the actual speed difference which is the difference between these speed information, is obtained by the adder 23 and the correction torque is output so that the actual speed difference is reduced.
  • the operation of the high pass filter 28 will be described. Although there is a possibility that a low frequency error component such as an offset may be mixed in the output of the acceleration sensor 11, it is necessary to prevent the correction torque on the slave side from spreading.
  • the high-pass filter 28 is provided to prevent this, and no correction torque is output for the low frequency error component. Therefore, it is possible to stably output a correction torque such that the speed converted from the position information of the position detector 10 and the speed converted from the acceleration information of the acceleration sensor 11 are synchronized. As a result, the parallel movement accuracy of the arm member 8 is increased, and the speed and accuracy of the arm member can be determined.
  • the integrator 22 and the adder 23 are arranged so that intermediate variables of calculation such as the output of the integrator 22 do not become infinite even if the acceleration sensor 11 has the error.
  • the subtraction operation and the high pass filter 28 are integrated to perform an equivalent operation.
  • the correction torque calculation unit 27 that calculates the correction torque from the calculated speed information of the servo motor movable units 5A and 5B on the master side and the slave side is provided on the slave side servo amplifier. Since 12B is provided, the arm member 8 can be translated with high accuracy, and the arm member can be positioned at high speed and with high accuracy.
  • the head 9 is fixed to the arm member 8, that is, the moving direction of the head 9 is described only as the driving direction of the arm member 8, but the head 9 is not necessarily fixed to the arm member 8. There is no need.
  • an actuator that can drive the head 9 in a direction orthogonal to the driving direction of the arm member 8 may be provided so that the head 9 can be positioned on the XY axes. With such a configuration, the effects of the present invention can be obtained, and the head 9 can be positioned on the XY axes.
  • the actuator is a servo system in which an actuator having a movable part that is arranged in parallel and linearly moves is a linear servo motor.
  • the drive system may be configured by a combination of a rotary motor and a ball screw, and the same effect as the present invention can be obtained as long as the movable part is configured to linearly move in parallel.
  • the present invention can be used in the field of machine tools and the like for arm positioning control devices and constant speed feed control devices of parallel drive systems in which linear motion servo actuators arranged in parallel are connected by arm members.

Abstract

　並列駆動システムにおいて、スレーブ側サーボモータに位置検出器を備えなくてもアーム部材の振動を低減するとともに、高速位置決めが可能となるシステムを低コストで提供する。この目的を達成するため、本発明にかかる並列駆動システムは、互いに並列に配置され直動する可動部を有するマスター側サーボモータとスレーブ側サーボモータと、２つの可動部に橋架されるアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、マスター側サーボモータ可動部の位置情報を検出する位置検出器と、スレーブ側サーボモータ可動部の加速度情報を検出する加速度センサと、位置情報に基づきマスター側サーボモータを制御するマスター側サーボアンプと、位置情報及び加速度情報に基づきスレーブ側サーボモータを制御するスレーブ側サーボアンプと、を設けた。

Description

並列駆動システム
　本発明は並列駆動システムに関するものであり、特に、互いに並列に配置され直動する可動部を有するマスター側及びスレーブ側の２つのサーボアクチュエータと、当該アクチュエータの可動部同士を結合するアーム部材を有する並列駆動システムに関するものである。
　アーム部材を２つのアクチュエータで並列駆動する従来のシステムとして、マスター側とスレーブ側の双方のアクチュエータ毎に位置検出器を備えるシステムと、片側のアクチュエータに位置検出器を持たないシステムとがある。
　従来の並列駆動システムの一例を示す図を図９に示す。図９（ａ）はマスター側アクチュエータにだけ位置検出器を備える並列駆動システムの構成図である。図９（ａ）においてマスター側及びスレーブ側のアクチュエータの各可動部５Ａ及び５Ｂは、ヘッド９を備えたアーム部材８にて連結される。マスター側サーボアンプ１２Ａはコントローラ１４から受ける位置指令、及び位置検出器１０から入力されるマスター側アクチュエータの可動部５Ａの位置を示すマスター側位置情報に基づき位置制御を行う。マスター側サーボアンプ１２Ａからスレーブ側サーボアンプ１２Ｂにはトルク指令が送られ、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは当該トルク指令を用いてトルク制御を行うことで並列駆動システムを構築する（例えば、特許文献１参照）。
　図９（ｂ）は従来の別の並列駆動システムを示す図である。図９（ｂ）ではマスター側とスレーブ側それぞれのアクチュエータに位置検出器１０Ａ及び１０Ｂを備える。マスター側及びスレーブ側サーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂは、ともにコントローラ１４から受ける位置指令、及び位置検出器１０Ａ並びに１０Ｂから入力される可動部５Ａ及び５Ｂの位置を示す位置情報に基づき位置制御を行う。さらに図９（ｂ）に示すシステムにおいては、破線の矢印で示すように位置検出器１０Ａ及び１０Ｂで得られる位置情報を、それぞれスレーブ側及びマスター側サーボアンプ１２Ｂ及び１２Ａに入力することで、これらの位置情報を共有してもよい。サーボアンプの内部で、各アクチュエータの可動部の位置偏差の差を抑制する制御、すなわち、マスター側、スレーブ側の各可動部の位置がより同期して移動するよう制御することで、アーム部材の平行度を高精度に維持できる並列駆動システムを構築する（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３－１４０７５１号公報 特開２００４－９２８５９号公報
　図９（ａ）に示す従来の並列駆動システムでは、スレーブ側アクチュエータに位置検出器がないため、コストを低く抑えつつシステムを構成することができる。しかしながら、スレーブ側アクチュエータにマスター側と同じトルク指令が与えられるため、アーム部材８の重心位置がアーム部材８の中心からずれている場合や、アーム部材８におけるヘッド９の位置がアーム部材８の駆動方向と直交する方向へ移動する場合には、アーム部材８の平行移動精度が低下する。この場合、高精度位置決めが難しくなるだけでなく、アーム部材８への機械的負荷が大きくなるため、アーム部材８の高速移動が難しくなるという問題があった。
　一方、図９（ｂ）に示す従来の並列駆動システムにおいては、マスター側及びスレーブ側アクチュエータ双方に位置検出器１０Ａ及び１０Ｂを備え、マスター側及びスレーブ側のサーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂそれぞれにおいて位置制御を行うため、アーム部材８を高速、高精度に位置決めできる。さらに破線の矢印で示すように位置情報を共有する構成とすれば、各可動部５Ａ及び５Ｂの実際の位置の差を抑制する制御を行うことができるので、アーム部材８をさらに高精度に平行移動することが可能となる。しかしながら、マスター側及びスレーブ側双方のアクチュエータに位置検出器１０Ａ及び１０Ｂを備えるため、システムのコストが高いという問題があった。位置検出器としてリニアスケールを用いる場合は、一般的に装置の大きさに比例してリニアスケールのコストが増大するため、さらに問題となる。
　本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、互いに並列に配置され直動する可動部を有するマスター側及びスレーブ側の２つのサーボアクチュエータと、当該アクチュエータの可動部同士を結合するアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、システムコストを低く抑え、かつ高速位置決めを可能とするシステムを実現するものである。
　この発明に係る並列駆動システムは、互いに並列に配置され直動する可動部を有する第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータの可動部と前記第２のアクチュエータの可動部とに橋架されるアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、前記第１のアクチュエータの可動部の位置情報を検出する位置検出手段と、前記第２のアクチュエータの可動部の加速度情報を検出する加速度検出手段と、前記位置情報に基づき第１のアクチュエータを制御する第１の制御手段と、前記位置情報及び前記加速度情報に基づき第２のアクチュエータを制御する第２の制御手段と、を備えたものである。
　また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記アクチュエータはリニアサーボモータであり、前記制御装置はサーボアンプであり、前記位置検出手段はリニアスケールであることを特徴とするものである。
　また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記第２の制御手段は、前記位置情報を第１の速度情報に変換する第１の速度変換手段と、前記加速度情報を第２の速度情報に変換する第２の速度変換手段と、前記第１及び第２の速度情報を合成して合成速度を生成する速度合成手段と、を備えたものである。
　また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記速度合成手段は、前記第１の速度情報から前記第２の速度情報を減算する減算手段と、前記減算手段の出力を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力と前記第２の速度情報とを加算して合成速度を生成する加算手段と、を備えたものである。
　また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記速度合成手段は、前記第１の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、前記第２の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたハイパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力と前記ハイパスフィルタの出力とを加算して合成速度を生成する加算手段と、を備えたものである。
　また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段から前記第１のアクチュエータのトルクを制御する制御信号がさらに入力され、前記位置情報と前記加速度情報とに基づき補正トルクを計算するトルク計算手段を備え、前記トルク計算手段の出力と前記制御信号とに基づき第２のアクチュエータを制御することを特徴とするものである。
　この発明によれば、スレーブ側サーボモータは位置検出器を備えないため、低コストでシステムを構築できるという効果を奏する。また、マスター側サーボモータの位置検出器により得た位置情報をマスター側及びスレーブ側両方のサーボアンプに取り込むため、スレーブ側も位置制御ができるという効果を奏する。また、換算したマスター側及びスレーブ側それぞれの可動部の速度情報から、スレーブ側の速度情報を合成する速度合成部をスレーブ側サーボアンプに備えるため、アーム部材を高速位置決めできるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１における並列駆動システムの機械駆動部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における並列駆動システムの構成図である。 本発明の実施の形態１における並列駆動システムの機能ブロックを示すブロック図である。 図３における速度演算部１３２の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における共振抑制効果を示す計算機シミュレーション結果である。 図３における速度演算部１３２の別の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における並列駆動システムの機能ブロックを示すブロック図である。 図７における補正トルク計算部２７の構成を示すブロック図である。 従来の並列駆動システムを説明するための図である。
　以下この発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお実施の形態では、この発明に係る並列駆動システムを、互いに並列に配置され直動する可動部を有するアクチュエータをリニアサーボモータで構成したサーボシステムである場合を例にとり説明する。
実施の形態１．
　まず本実施の形態１における並列駆動システムの構成を図を用いて説明する。図１はこの発明に係る並列駆動システム１の機械駆動部を示す斜視図である。また図２は実施の形態１における並列駆動システム１の構成図である。符号のＡはマスター側、Ｂはスレーブ側の構成要素であることを表す。第１のアクチュエータであるマスター側サーボモータ２Ａ及び第２のアクチュエータであるスレーブ側サーボモータ２Ｂにおいて、マスター側の固定部３Ａとスレーブ側の固定部３Ｂは並列に配置され、図示しないテーブル等に固定される。リニアガイド４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄは直線案内部材であり、固定部３Ａ及び３Ｂに対向して配置されるサーボモータの可動部５Ａ及び５Ｂは、これらリニアガイド４Ａ乃至４Ｄに沿って直動すなわち直線運動を行う。
　可動部５Ａ及び５Ｂには、固定部３Ａ及び３Ｂと対抗する側の反対側にテーブル部材６Ａ及び６Ｂがそれぞれ設けられる。テーブル部材６Ａ及び６Ｂには、それぞれアーム支持部材７Ａ及び７Ｂが載置され、アーム支持部材７Ａ及び７Ｂはアーム部材８が橋架されている。サーボモータの可動部５Ａ及び５Ｂが駆動されることで、アーム部材８が並列駆動される。アーム部材８にはヘッド９が設けられる。
　マスター側のテーブル部材６Ａには位置検出手段である位置検出器１０が設けられる。実施の形態では、位置検出器１０はリニアスケールであるものとして説明する。スレーブ側のテーブル部材６Ｂには加速度検出手段である加速度センサ１１が設けられる。すなわち本実施の形態では、図１及び図２に示すように、スレーブ側サーボモータ２Ｂにリニアスケールではなく加速度センサ１１を備える。一般に加速度センサ１１はリニアスケールと比較して安価であることから、本実施の形態１は、マスター側及びスレーブ側の双方に位置検出器１０としてリニアスケールを備える従来の並列駆動システムと比較して、低コストなシステム構築が可能となる。
　また、位置検出器１０から得られた位置情報は、第１の制御手段であるマスター側サーボアンプ１２Ａ及び第２の制御手段であるスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの双方にフィードバックされる。このため、スレーブ側のサーボアンプ１２Ｂはトルク制御だけでなく位置制御も可能となる。一方、加速度センサ１１から得られた加速度情報は、スレーブ側のサーボアンプ１２Ｂにフィードバックされる。
　次に本実施の形態１における並列駆動システムの動作を図を用いて説明する。図３は、実施の形態１における並列駆動システム１の機能ブロックを示すブロック図である。また図４は、図３における速度演算部１３２の構成を示すブロック図である。まず、マスター側サーボアンプ１２Ａの動作を説明する。
　図３においてマスター側サーボアンプ１２Ａにはコントローラ１４から位置指令が入力されるとともに、位置検出器１０から可動部５Ａの実際の位置に相当する位置情報が入力される。そして加算器１５Ａにおいて位置指令から位置情報が減算され、位置偏差である減算結果は位置制御部１６Ａに入力される。位置制御部１６Ａからは、位置偏差の大きさに応じた速度指令が出力され、位置偏差が０となるように速度指令が出力される。
　位置検出器１０から入力される位置情報は、速度変換部１３１にも入力される。速度変換部１３１は、位置情報を微分することで実速度に変換して出力する。具体的には所定の時間間隔における位置情報の差に基づいて実速度を求める。出力された実速度は加算器１７Ａに入力されて速度指令から減算され、速度偏差である減算結果は速度制御部１８Ａに入力される。速度制御部１８Ａからは、速度偏差に応じたトルク指令が出力され、速度偏差が０となるようにトルク指令が出力される。トルク指令は加算器１９Ａに入力されて電流制御部２０Ａから出力される実電流が減算され、電流偏差が電流制御部２０Ａに入力される。電流制御部２０Ａは、電流偏差に基づき実電流を制御することで、マスター側サーボモータ２Ａのトルクを制御する。
　次にスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの動作を説明する。スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの動作のうち、マスター側サーボアンプ１２Ａの動作と同じものについては対応する符号を付して説明を省略する。スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの動作のうちマスター側と動作が異なるものは、速度演算部１３２である。速度演算部１３２には位置検出器１０から入力される位置情報だけでなく、スレーブ側の可動部５Ｂに設けられた加速度センサ１１で得られた加速度情報も入力される。速度演算部１３２は各可動部の速度情報に基づき、合成速度を出力する。
　次に、図４を用いて速度演算部１３２の動作を説明する。図４において速度演算部１３２に入力された位置情報は、第１の速度変換手段である微分器２１によって微分され、マスター側の実速度が算出される。一方、加速度センサ１１から入力される加速度情報は、第２の速度変換手段である積分器２２によって積分され、スレーブ側の実速度が算出される。算出されたマスター側及びスレーブ側の実速度は、加算器２３、ローパスフィルタ２４、及び加算器２５で構成される速度合成手段に入力される。まず、減算手段である加算器２３においてマスター側の実速度からスレーブ側の実速度が減算され、これらの差分すなわち実速度差がローパスフィルタ２４へ入力される。ローパスフィルタ２４は、実速度差において遮断周波数ｆｃｌよりも高い周波数成分を減衰させる。ローパスフィルタ２４の出力は加算手段である加算器２５において積分器２２の出力であるスレーブ側の実速度と加算され、合成速度として速度演算部１３２から出力される。
　アーム部材８の高速位置決め及び高精度定速度送り等の性能を向上するためには、各制御器の制御ゲインを上げることでコントローラ１４からの位置指令に対する追従性を上げ、外乱に対する応答を高める必要がある。ここで制御ゲインを上げると制御帯域が広がり、結果としてアーム部材８の機械的に固有な値である共振周波数が制御帯域内に含まれることとなる。
　アーム部材８の共振周波数が制御帯域内に含まれると、アーム部材８の共振の影響で位置検出器１０から得られる位置情報から算出したマスター側の実速度は、スレーブ側可動部の実速度との差が大きくなる。このとき、マスター側の実速度を基準にスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループを構成すると、大きくなった実速度の差に起因して、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの制御が不安定となり、制御ゲインを上げることが困難となる。結果として、位置決め時間が増加してしまい、高速位置決めが達成できない。
　一方、アーム部材８に共振が発生したとしても、加速度センサ１１で得られた加速度情報を変換して求めた速度情報はスレーブ側サーボモータ可動部５Ｂの実速度と一致する。従って、この速度情報に基づきスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループを構成すれば、安定した制御を期待できる。すなわち、制御ゲイン低下に伴う位置決め時間増加を抑制できる。
　高速位置決めを行なうためには、上記のように位置検出器１０で得られた位置情報から算出したマスター側の実速度ではなく、加速度センサ１１で得られた加速度情報から算出した速度情報によりスレーブ側サーボアンプ１２Ｂを制御する必要がある。しかし、実際のシステムでは加速度センサ１１の出力にオフセット等の低周波数誤差成分が混入する可能性を考慮しなければならない。低周波数誤差成分が混入すると速度演算部１３２の出力が当該誤差成分に応答し、不要なトルク指令が発生してしまう。なお、アーム部材８の共振周波数よりも十分低い制御帯域でスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループを構成すれば、位置検出器１０で得られた位置情報から算出した速度情報と加速度センサ１１で得られた加速度情報から算出した速度情報の差異は少ない。このため、位置検出器１０で得られた位置情報から算出した速度情報を基準に速度制御ループを構成しても、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの制御が不安定となることはない。
　そこで、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループが、低周波領域では位置検出器１０から得られる速度情報を元にして動作する一方、高周波領域では加速度センサ１１から得られる速度情報を元にして動作するシステムを考える。これにより、高速位置決め可能、かつ、安定なシステムが構築できる。本実施の形態１においては、ローパスフィルタ２４を用いることで、これを簡単に実現する。
　この場合の動作について以下に説明する。まず微分器２１からの速度情報を考えると、ローパスフィルタ２４において、速度情報のｆｃｌ以上の周波数成分は減衰する。このため、周波数ｆｃｌ以下の成分しか出力である合成速度に反映されない。次に積分器２２からの速度情報を考えると、積分器２２の出力はマイナス符号を付加した上でローパスフィルタ２４を通過し、加算器２５に入力される。一方で、加算器２５への入力も別途行われるため、結果として、加算器２５の出力では周波数ｆｃｌ以下の成分はキャンセルされる。このため、積分器２２からの速度情報は、周波数ｆｃｌ以上の成分しか出力である合成速度に反映されない。すなわち、ｆｃｌ以下の周波数帯では、微分器２１からの速度情報、つまり位置検出器１０から得られる速度情報により合成速度が求められ、一方でｆｃｌ以上の周波数帯では、積分器２２からの速度情報、つまり加速度センサ１１から得られる速度情報により合成速度が求められる。
　以上のように、ｆｃｌを次に示す範囲に設定することで、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは広い帯域で安定な制御が可能となり、アーム部材８を高速位置決め可能なシステムを構築することができる。
　　　加速度センサ１１出力の低周波数誤差を除去可能な周波数＜ｆｃｌ＜スレーブ側サーボアンプ１２の制御が不安定にならない周波数、または、アーム部材８の共振周波数　　　式（１）
　本発明によるアーム部材８の共振抑制効果を定量的に確認するためシミュレーションモデルを作成し、アーム部材８を高速位置決めした場合の計算機シミュレーションを実施した。計算結果を図５（ａ）～（ｄ）に示す。各図中に速度指令、マスター側及びスレーブ側サーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂの位置偏差（指令位置－実位置）及びヘッド９の位置のそれぞれの挙動を示す。なお各図の横軸は時間である。図５（ａ）及び（ｂ）は従来のスレーブ側に加速度センサ１１を備えていない並列駆動システムの計算結果である。（ａ）はマスター側にヘッド９が位置する場合、（ｂ）はスレーブ側にヘッド９が位置する場合である。速度指令が与えられた後、１００μｓ程度の時間が経過しても、位置偏差及びヘッド９の位置は振動している。
　一方、図５（ｃ）及び（ｄ）が本実施の形態における並列駆動システムの計算結果である。（ｃ）はマスター側にヘッド９が位置する場合、（ｄ）はスレーブ側にヘッド９が位置する場合である。図５（ａ）及び（ｂ）と比較すると、本実施の形態の場合は、ヘッド９の振動、及びマスター側ならびにスレーブ側それぞれの位置偏差の振動はともに小さいうえ減衰も速く、１００μｓ程度で収束することがわかる。
　以上述べたように、本実施の形態１によれば、スレーブ側サーボモータ２Ｂに位置検出器を備えない構成としたので、低コストでシステムを構築することができるという効果を奏する。また、マスター側サーボモータ２Ａの位置検出器１０より得た位置情報をマスター側及びスレーブ側双方のサーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂに取り込む構成としたので、スレーブ側サーボモータ２Ｂの位置制御が可能となるという効果を奏する。さらに、スレーブ側サーボモータ２Ｂの可動部５Ｂに加速度センサ１１を備え、検出した加速度情報をスレーブ側サーボアンプ１２Ｂで速度に換算し、マスター側の位置情報を速度に換算した値と比較する構成としたので、アーム部材８の振動状態が速度情報として把握できるという効果を奏する。さらに、算出したマスター側及びスレーブ側それぞれの可動部５Ａ及び５Ｂの速度情報から、スレーブ側の速度情報を合成する速度演算器１３２をスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに備える構成としたので、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは安定な制御が可能となり、アーム部材８の高速位置決めが可能となるという効果を奏する。
　なお、本実施の形態１では、速度演算部１３２の構成として図４を用いて説明したが、必ずしも図４に示す構成だけに限られない。例えば速度演算部１３２の別の構成として、図６に示すような構成としてもよい。図６において、微分器２１及び積分器２２にて位置情報及び加速度情報をマスター側及びスレーブ側の実速度に変換する機能は図４と同様である。算出されたマスター側の実速度はローパスフィルタ２４へ入力される一方、スレーブ側の実速度はハイパスフィルタ２６へ入力される。
　次に図６を用いて、速度演算部１３２の動作を説明する。ローパスフィルタ２４は、図４に示す構成と同様に遮断周波数ｆｃｌよりも高い周波数成分を減衰させる。一方、ハイパスフィルタ２６は、遮断周波数ｆｃｈよりも低い周波数成分を減衰させる。ローパスフィルタ２４とハイパスフィルタ２６の出力は加算器２５において加算され、合成速度として速度演算部１３２から出力される。
　図６に示す構成の場合、ローパスフィルタ２４の遮断周波数ｆｃｌ、及びハイパスフィルタ２６の遮断周波数ｆｃｈを、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂが安定に制御可能な範囲、例えばアーム部材８の共振周波数よりも低い値とし、かつｆｃｌ＝ｆｃｈと設定するのが基本となる。この場合、ハイパスフィルタ２６からの出力は、積分器２２から得た速度情報の周波数帯域ｆｃｈ以上の情報に制限され、逆に、ローパスフィルタ２４からの出力は、微分器２１から得た速度情報の周波数帯域ｆｃｌ以下の情報に制限される。つまり、設定した遮断周波数にて、合成速度の基準となる速度情報が微分器２１の情報から、積分器２２の情報に入れ替わるという効果が生まれる。
　以上のように、ｆｃｌとｆｃｈを図４に示す構成と同等の考え方で設定することで、同等の効果が得られる。これにより、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは安定な制御が可能となり、アーム部材８の高速位置決めが可能となる。
　なお、本実施の形態１では、位置制御部１６Ａや速度制御部１８Ａは、それぞれ位置偏差及び速度偏差が０となるように速度指令及びトルク指令を出力するものとして説明した。必ずしも常時、各偏差が０となる制御を行わなくてもよい。例えば、位置偏差や速度偏差が、０に近い十分小さな所定の値内になれば、制御を中止する構成としてもよく、本発明と同じ効果を得ることができることは言うまでもない。
実施の形態２．
　実施の形態１では、コントローラ１４から入力される位置指令をマスター側及びスレーブ側双方のサーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂに入力し、それぞれで位置制御を行う場合について説明したが、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂでは、必ずしもコントローラ１４からの位置指令に基づく位置制御を行わなくてもよい。例えば、図９（ａ）に示した従来の並列駆動システムのように、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂにおいてはマスター側サーボアンプ１２Ａから出力されるトルク指令を用いてトルク制御を行ってもよい。本実施の形態２では、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂでマスター側のサーボアンプ１２Ａのトルク指令を用いる場合を例にとり説明する。
　図７は、本実施の形態２における並列駆動システムの機能ブロックを示すブロック図である。図７において、図３と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態２では、コントローラ１４からの位置指令はスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに入力されない。マスター側サーボアンプ１２Ａからは、速度制御部１８Ａの出力である、制御信号であるトルク指令がスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに入力される。
　一方、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂには、実施の形態１と同様に位置検出器１０からのマスター側サーボモータ可動部５Ａの位置情報及び加速度センサ１１からの加速度情報が入力される。これらはトルク計算手段である補正トルク計算部２７に入力されて、補正トルクが計算される。
　図８は、図７における補正トルク計算部２７の機能ブロックを示すブロック図である。図８において図４と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。補正トルク計算部２７に入力された位置情報及び加速度情報はそれぞれマスター側の実速度及びスレーブ側の実速度に変換される。そして加算器２３において、これらの差分すなわち実速度差が算出され、ハイパスフィルタ２８に入力される。ハイパスフィルタ２８では、遮断周波数ｆｃｈよりも低い周波数成分を減衰させる。ハイパスフィルタ２８の出力はＰ補償部２９に入力されて所定のゲインを乗算された後、補正トルクとして出力される。補正トルクは加算器１９Ｂにおいてマスター側サーボアンプ１２Ａから入力されるトルク指令に加算され、さらにスレーブ側サーボモータ２Ｂに供給される実電流が減算されて電流偏差が電流制御部２０Ｂに入力される。
　次に補正トルク計算部２７の動作について説明する。まず、図９（ａ）に示した従来の並列駆動システムを用いて説明する。スレーブ側サーボアンプ１２Ｂではマスター側サーボアンプ１２Ａから入力されるトルク指令を用いてトルク制御を行う。このため、アーム部材８の重心位置やヘッド９の位置の変化により、駆動時のアーム部材８の平行移動精度が低下し、アーム部材８への機械的負荷が大きくなるだけでなく、アーム部材８の高速、高精度位置決めが困難となる。アーム部材８の共振周波数が制御帯域内に含まれると、アーム部材８の共振の影響で位置検出器１０から得られる位置情報から算出したマスター側の速度情報は、スレーブ側可動部の実速度との差が大きくなる。これに対して本実施の形態２に示す並列駆動システムでは、これらの速度情報の差異である実速度差を加算器２３により求め、この実速度差が少なくなるよう、補正トルクを出力する。
　ハイパスフィルタ２８の動作について説明する。加速度センサ１１の出力にはオフセット等の低周波数誤差成分が混入する可能性があるが、これにより、スレーブ側の補正トルクが発散しないようにする必要がある。ハイパスフィルタ２８はこれを対策するために備えられており、低周波数誤差成分に対しては補正トルクが出力されなくなる。そのため、位置検出器１０の位置情報から変換した速度と、加速度センサ１１の加速度情報から変換した速度が同期するような補正トルクを安定に出力することが可能となる。結果として、アーム部材８の平行移動精度が高くなり、アーム部材の高速、高精度決めが可能となる。なお、補正トルク計算部２７の実際の演算の実装に際しては、加速度センサ１１に前記誤差があっても積分器２２の出力など演算の中間変数が無限大にならないよう、積分器２２、加算器２３における減算演算、及びハイパスフィルタ２８とが一体となった等価な演算を行うものである。
　以上述べたように、本実施の形態２によれば、算出したマスター側及びスレーブ側それぞれのサーボモータ可動部５Ａ及び５Ｂの速度情報から補正トルクを算出する補正トルク計算部２７をスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに備えるため、アーム部材８の高精度な平行移動が可能となり、アーム部材の高速、高精度位置決めが可能となるという効果を奏する。
　なお、本実施の形態では、ヘッド９はアーム部材８に固定されている、すなわちヘッド９の移動方向はアーム部材８の駆動方向のみとして説明したが、ヘッド９は必ずしもアーム部材８に固定される必要はない。例えば、ヘッド９をＸ－Ｙ軸で位置決めが可能となるよう、ヘッド９に対してアーム部材８の駆動方向と直交する方向に駆動できるアクチュエータを設ける構成としてもよい。このような構成により本発明の効果を得ることができるうえ、ヘッド９をＸ－Ｙ軸で位置決めすることができる。
　なお、本実施の形態では、互いに並列に配置され直動する可動部を有するアクチュエータをリニアサーボモータで構成したサーボシステムであるものとして説明したが、これは必ずしもこの限りではない。例えば駆動系を回転型モータとボールネジの組み合わせ等により構成してもよく、可動部が並列に直動する構成であれば、本発明と同じ効果を得ることができる。
　この発明は工作機械などの分野において、並列に配置した直動サーボアクチュエータをアーム部材にて連結した並列駆動システムのアームの位置決め制御機器、定速度送り制御機器に利用できる。
１　並列駆動システム
２　サーボモータ
３　サーボモータ固定部
４　リニアガイド
５　サーボモータ可動部
６　テーブル部材
７　アーム支持部材
８　アーム部材
９　ヘッド
１０　位置検出器
１１　加速度センサ
１２　サーボアンプ
１３１　速度変換部
１３２　速度演算部
１４　コントローラ
１５、１７、１９、２３、２５　加算器
１６　位置制御部
１８　速度制御部
２０　電流制御部
２１　微分器
２２　積分器
２４　ローパスフィルタ
２６、２８　ハイパスフィルタ
２７　補正トルク計算部
２９　Ｐ補償部

Claims (6)

  1. 互いに並列に配置され直動する可動部を有する第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと、
    前記第１のアクチュエータの可動部と前記第２のアクチュエータの可動部とに橋架されるアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、
    前記第１のアクチュエータの可動部の位置情報を検出する位置検出手段と、
    前記第２のアクチュエータの可動部の加速度情報を検出する加速度検出手段と、
    前記位置情報に基づき第１のアクチュエータを制御する第１の制御手段と、
    前記位置情報及び前記加速度情報に基づき第２のアクチュエータを制御する第２の制御手段と、
    を備えることを特徴とする並列駆動システム。
  2. 前記アクチュエータはリニアサーボモータであり、前記制御装置はサーボアンプであり、前記位置検出手段はリニアスケールであることを特徴とする、請求項１に記載の並列駆動システム。
  3. 前記第２の制御手段は、
    前記位置情報を第１の速度情報に変換する第１の速度変換手段と、
    前記加速度情報を第２の速度情報に変換する第２の速度変換手段と、
    前記第１及び第２の速度情報を合成して合成速度を生成する速度合成手段と、
    を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の並列駆動システム。
  4. 前記速度合成手段は、
    前記第１の速度情報から前記第２の速度情報を減算する減算手段と、
    前記減算手段の出力を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタの出力と前記第２の速度情報とを加算して合成速度を生成する加算手段と、
    を備えることを特徴とする、請求項３に記載の並列駆動システム。
  5. 前記速度合成手段は、
    前記第１の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、
    前記第２の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたハイパスフィルタと、
    前記ローパスフィルタの出力と前記ハイパスフィルタの出力とを加算して合成速度を生成する加算手段と、
    を備えることを特徴とする、請求項３に記載の並列駆動システム。
  6. 前記第２の制御手段は、
    前記第１の制御手段から前記第１のアクチュエータのトルクを制御する制御信号がさらに入力され、
    前記位置情報と前記加速度情報とに基づき補正トルクを計算するトルク計算手段を備え、
    前記トルク計算手段の出力と前記制御信号とに基づき第２のアクチュエータを制御する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の並列駆動システム。
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