JP2003208230A - 機械の制振制御方法，装置および制振制御型機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御対象のモデル化をすることなく、制御対
象の移動時間に制約を受けることもなく、機械の振動を
抑制し得る制振制御を実現する。 【解決手段】 可動部材１２と、サーボモータ１６と、
その駆動源の運動を可動部材１２に伝達するボールねじ
１４およびナット１５と、それらを保持する機台１０
と、サーボモータの回転角度、最高回転角速度、回転角
加・減速度に基づく生位置指令θ_M ^*を生成する生位置指
令生成手段を備えた制御装置２２とを含む機械の機台１
０の振動を抑制する。そのために、上記生位置指令θ_M
^**を、機台１０のの振動極を相殺する零点を有する多項
式を分子とし、生位置指令の加・減速時間に対応した極
を有する多項式を分母とする伝達関数で表される特性を
有するフィルタ２０により処理して修正位置指令θ_M ^**
を作成し、それをサーボモータ１６の駆動回路１８に供
給する。機台１０の、可動部材１２の移動方向に平行な
方向の共振を抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】作動装置と、駆動源を備えて
前記作動装置を駆動する駆動装置と、それらを保持する
機台とを備えた機械の、二慣性共振系以外の形態で振動
する振動部の振動の抑制に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボットアームや電子部品装着機など、
電動機等の駆動源と、その駆動源に接続された作動装置
とを含む機械の特定部分が、作動装置の作動時に、二慣
性共振系の形態や、二慣性共振系以外の形態で比較的大
きく振動し、機械の性能低下を招くことがある。さら
に、機械周辺環境へ悪影響を及ぼす場合もある。

【０００３】この種の振動に対するモーションコントロ
ール技術は広く研究されている。その結果、現在提案さ
れている制御手法は、オープンループ的手法とクローズ
ドループ的手法とに大別される。そして、オープンルー
プ的手法には、 (1)制御系の振動特性を予めモデル化し
て最適な制御入力波形を与える手法や、 (2)加速・減速
時間やピークトルクの時間差を考慮した位置指令パター
ンを生成する手法等があり、クローズドループ的手法に
は、 (3)現代制御理論を基にフィードバック系を構成
し、その伝達関数を非振動的に設計する手法や、 (4)振
動発生個所に加速度センサを取り付け、その信号をフィ
ードバックして制振する手法等がある。

【０００４】上記各手法はそれぞれ有効性が証明されて
いるものの、各々問題も内包している。各手法を比較し
て示したのが表１である。手法 (1)は、制御対象のモデ
ル化が妥当に行われることが前提条件となる。手法 (2)
は、制御対象の移動時間の制約を受け、制御対象の移動
時間を常に所望の長さにするということができない。手
法 (3)は手法 (1)と同じ前提が必要になる上、振動発生
後にその振動を抑制するものであるため、振動を０にす
ることはできない。手法 (4)も手法 (3)と同様に振動発
生後にしか抑制できない。また、手法 (1)および手法
(3)にはさらに、制御対象のモデル化から補償器設計ま
での一連の制御設計に膨大な時間が必要になる場合があ
り、潜在的なコスト高の要因を含んでいる。

【０００５】

【表１】

【０００６】それに対し、本発明の発明者らは、先に、
機械の特定部分が作動装置の作動時に二慣性共振系の形
態で振動する場合に、制御対象のモデル化を要すること
も、制御対象の移動時間に制約されることもなく、抑制
し得る技術を開発した。この技術に関しては後に詳述す
るが、その後の研究によって、同じ技術が二慣性共振系
以外の形態で振動する振動部の振動抑制にも有効である
という事実を見出した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題，課題解決手段および効
果】本発明は、以上の事情を背景とし、駆動源とその駆
動源に接続された作動装置とを含む機械の特定部分が、
二慣性共振系以外の形態で振動することを、作動装置，
駆動装置等制御対象のモデル化を要することなく、制御
対象の移動時間に制約されることもなく、抑制し得る技
術を提供することを課題としてなされたものであり、本
発明によって、下記各態様の制振制御方法，制振制御装
置および制振制御型機械が得られる。各態様は請求項と
同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて
他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あく
までも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書
に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各
項に記載のものに限定されると解釈されるべきではな
い。また、一つの項に複数の事項が記載されている場
合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければなら
ないわけではない。一部の事項のみを選択して採用する
ことも可能なのである。

【０００８】なお、以下の各項において、 (1)項が請求
項１に相当し、 (2)項が請求項２に相当し、 (3)項が請
求項３に、 (4)項が請求項４に、 (5)項が請求項５に、
(6)項が請求項６にそれぞれ相当する。

【０００９】（１）作動装置と、駆動源を備えて前記作
動装置を駆動する駆動装置と、それらを保持する機台と
を備えた機械の特定部分が、二慣性共振系以外の形態で
振動する場合に、前記駆動源に対する位置指令、速度指
令、加減速度指令等の生指令に含まれる前記特定部分の
固有振動周期の振動成分を低減させ、代わりにその生指
令を、その生指令の振動成分が前記駆動源の加速時間ま
たは減速時間の固有振動周期に同期するものに修正する
ことにより、前記特定部分の固有振動を低減させること
を特徴とする機械の制振制御方法。機械の作動時に、駆
動源から駆動装置および作動装置に加えられる駆動力
（あるいは駆動トルク）に機械の特定の振動部の固有振
動数に対応する振動成分が多く含まれれば、その特定の
振動部が共振し，振幅が大きくなるのであるが、本発明
に従って、駆動源に対する生指令の、振動部の固有振動
数に対応する振動成分を低減させれば、特定の振動部が
共振し難くなり、その振動部の振動が低減させられる。 （２）作動装置と、駆動源を備えて前記作動装置を駆動
する駆動装置と、それらを保持する機台とを備えた機械
の、二慣性共振系以外の形態で振動する振動部の振動を
抑制する方法であって、前記駆動源に対する位置指令、
速度指令，加減速度指令等の生指令を、前記駆動源の加
速時間あるいは減速時間の固有振動数が振動抑制効果を
有するという物理現象と、前記振動部の振動の極を零点
により相殺する零極点相殺との二つを陽に用いるフィル
タにより処理して修正指令を生成し、その修正指令を前
記駆動源に与えることにより、前記振動部の振動を抑制
することを特徴とする機械の制振制御方法。本項に係る
発明は、フィルタにより生指令を処理して修正指令を作
成することによって、機械の特定の振動部の振動の極を
零点で相殺し、新たな極を生成することにより振動の極
を望ましい振動数の位置にずらし、制御対象部の振動を
低減させるものであり、可動部材の移動時間を変更する
ことによって振動エネルギの周波数分布を自由に変えら
れるという事実と、制振制御技術の分野で公知の零極点
相殺技術とを合体させた点に特徴を有するものである。
対象とする機械に、二慣性共振系以外の形態で振動する
振動部が複数ある場合には、振幅の大きい振動部や、そ
の部分の振動が機械の性能に与える悪影響が大きい振動
部等、特に振動を抑制したい振動部を、制振対象の振動
部と定め、その特定の振動部に対して本発明を適用すれ
ばよい。本発明は従来技術と比較して下記３つの特有の
効果を奏する。 イ 制御対象のモデル化は不要であって、振動の固有振
動数さえ既知であれば、補償器に依存せずに直ちに振動
抑制が実現でき、短期間で問題を解決し得る。 ロ 移動時間に制約を受けない制振効果を有する修正位
置指令プロファイルを作成できる。 ハ 二慣性共振系の形態で振動する振動部は勿論、二慣
性系以外の形態で振動する振動部の振動をも抑制し得
る。二慣性共振系の振動は共振点と反共振点との両方を
有し、前述のように、本発明の発明者らは先に、この形
態の振動を、上記イおよびロの条件を満たしつつ抑制し
得る技術を開発したのであるが、この度は、その同じ技
術が、例えば、共振点は有するが反共振点は有しない形
態の振動を始め、二慣性系以外の形態で振動する振動部
の振動を抑制する上でも有効であることを見出し、本発
明を完成するに到った。換言すれば、本発明は、後述の
図３の集中定数系ブロックでは近似できない振動系、あ
るいはその系の枠組みのみでは伝達特性を説明できない
振動系、あるいは振動部がある固有振動数を持って振動
する場合に、その帯域において入力との線形性（入力の
ある振動数の振動成分が大きくなれば、振動部の同じ振
動数の振幅も大きくなる特性）を有する振動等の抑制に
有効なのである。 （３）前記振動部の振動を検出し、その振動の周波数帯
をオンライン解析し、その解析結果に基づいて前記フィ
ルタにおける前記振動部の固有振動数を更新することを
特徴とする (2)項に記載の制振制御方法。本項に記載の
特徴を採用すれば、機械の設置条件、機械の個体差等に
より振動周波数が変わる場合でも、例えば加速度センサ
を含んで機械の振動周波数を探索できる計測系を追加
し、その計測系から得られる情報に応じてフィルタにお
ける制振対象部（特定の振動部）の固有振動数を更新
し、修正指令プロファイルの振動抑制周波数を変更する
ことによって、常に効率よく振動抑制を行うことができ
る。 （４）作動装置と、駆動源を備えて前記作動装置を駆動
する駆動装置と、それらを保持する機台とを備えた機械
の、二慣性共振系以外の形態で振動する振動部の振動を
抑制する装置であって、前記振動部の振動極を相殺する
零点を有する多項式を分子とし、前記駆動源に対する位
置指令、速度指令、加減速度指令等の生指令の加・減速
時間に対応した極を有する多項式を分母とする伝達関数
で表される特性を有し、前記生指令を入力とし、前記振
動部の制振効果を有する修正指令を前記駆動源に向かっ
て出力するフィルタを含むことを特徴とする制振制御装
置。上記フィルタの出力である修正指令を駆動源に付与
すれば、駆動源の駆動力あるいは駆動トルクのエネルギ
分布の、制振対象部の固有振動数に対応する成分を小さ
くすることができ、制振対象部の共振振動を低減させる
ことができる。 （５）前記振動部の振動を検出する振動センサと、その
振動センサにより検出された振動の周波数帯をオンライ
ン解析し、その解析結果に基づいて前記フィルタにおけ
る前記振動部の固有振動数を更新する固有振動数更新部
とを含むことを特徴とする (4)項に記載の制振制御装
置。前記(3)項に関する説明が本項にも当てはまる。 （６）作動装置と、駆動源を備えて前記作動装置を駆動
する駆動装置と、それらを保持する機台と、二慣性共振
系以外の形態で振動する振動部と、前記駆動源の作動
量、最高作動速度および作動加・減速度を含む生位置指
令を生成する生位置指令生成手段を備え、前記駆動源を
制御する制御装置と、前記特定の振動部の振動極を相殺
する零点を有する多項式を分子とし、前記生位置指令の
加・減速時間に対応した極を有する多項式を分母とする
伝達関数で表される特性を有し、前記生位置指令を入力
とし、前記振動部の制振効果を有する修正位置指令を前
記制御装置に出力するフィルタとを含むことを特徴とす
る制振制御型機械。本項の発明によれば、制振対象部
（特定の振動部）の振動が抑制される機械が得られる。
例えば、機台自体の弾性変形に起因する機台の共振等が
抑制されるのである。なお、本項のフィルタとして前記
(2)項に記載のフィルタを採用することも可能である。 （７）前記フィルタの伝達関数が次式で表されるもので
ある (4)項または(5)項に記載の制振制御装置、あるい
は(6)項に記載の制振制御型機械。

【数１】 ただし、 ω_a ²は制振対象部の共振周波数 ω_an ²は生位置指令の加・減速時間の固有振動数 ｓはラプラス変換演算子 本項のフィルタは、可動部材の加速時間と減速時間とが
等しく、生位置指令がいわゆるＳ字カーブで表されるも
のである場合に特に効果的なものである。 （８）前記駆動源が回転角度の正確な制御が可能な電動
モータである(4)項，(5)項または(7)項に記載の制振制
御装置、あるいは(6)項または(7)項に記載の制振制御型
機械。 （９）前記電動モータがサーボモータである(8)項に記
載の制振制御装置、あるいは(8)項に記載の制振制御型
機械。 （１０）前記作動装置が直線的に移動可能な可動部材を
備えたものであり、前記駆動装置が、ボールねじ等の送
りねじおよびそれと螺合するナットを含み、前記電動モ
ータの回転を前記可動部材の直線運動に変換する運動変
換装置を含む (8)項または (9)項に記載の制振制御装
置、あるいは(8)項または (9)項に記載の制振制御型機
械。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施形態である
機械の一例を示す。ただし、この機械は具体的にいかな
る作業を行うかを考えて構成されたものではなく、機台
１０により１つの可動部材１２が一直線に平行な方向に
移動可能に支持され、ボールねじ１４を介してサーボモ
ータ１６により移動させられるものを模型化したもので
ある。この機械において、可動部材１２が移動させられ
る際には、例えば、可動部材１２が一定の加速度で加速
され、次に一定の減速度で減速され、速度が０になって
停止するるか、あるいは、最高速度に達したならばしば
らくその最高速度に維持され、次に一定の減速度で減速
され、速度が０になって停止する。これら加速時や減速
時には、サーボモータ１６のロータのイナーシャ（一次
側イナーシャ）および可動部材１２のイナーシャ（二次
側イナーシャ）と、可動部材１２とサーボモータ１６の
ロータとを接続しているボールねじ１４をはじめとする
運動機構のばね性とに基づいて、サーボモータ１６から
可動部材１２までの系が固有振動数で振動し易い。ま
た、機台１０が固有振動数で振動することもある。

【００１１】本実施形態は、上記機台１０の固有振動数
での振動、すなわち共振を抑制するために本発明を適用
したものである。本実施形態においては、図２に示す手
順で振動抑制を考慮した位置指令プロファイルθ_M ^**が
作成される。生位置指令プロファイルθ_M ^*が伝達関数Ｎ
（ｓ）／Ｄ（ｓ）で表されるフィルタにより処理され、
振動抑制を考慮した修正位置指令プロファイルθ_M ^**が
作成されるのである。ここで、Ｎ（ｓ）は制振対象部と
しての機台１０の共振の振動極を相殺する零点を有する
多項式、Ｄ（ｓ）は使用する位置指令の加速時間(減速
時間は加速時間に等しい)に対応する極を有する多項式
であり、ｓはラプラス変換演算子である。従来は、生位
置指令プロファイルθ_M ^*が図１の機械の駆動源たるサー
ボモータ１６の駆動回路１８に与えられていたのを、図
１に示すように、フィルタ２０を備えた制御装置２２に
よって、修正位置指令プロファイルθ_M ^**が与えられる
ようにすることによって、本発明の実施例装置とされて
いるのである。

【００１２】具体的には、まず、手順１で可動部材１２
を移動させるために必要なサーボモータ１６の回転角
度、許容される最高回転速度および回転加速度（回転減
速度も絶対値は同じ）が設定され、それらに基づいて手
順２で位置指令プロファイルθ _M ^*が作成される。この位
置指令プロファイルθ_M ^*は振動抑制が考慮されていない
ものであり、また、二回微分可能なものである。そし
て、手順３で、位置指令プロファイルθ_M ^*が、例えば、

【数２】 の特性を有するフィルタで処理され、振動抑制を考慮し
た位置指令プロファイルθ_M ^**が作成される。上記フィ
ルタは、系の振動極ｓ＝±ｊω_aを零点（ｓ²＋ω_a ²）に
より相殺する一方で、加速・減速時間の固有振動数に対
応した新たな振動極ｓ＝±ｊω_anを生成することにより
制振制御を実現するものである。

【００１３】上記フィルタは二慣性共振系の制御対象に
対して位置制御系を構成した状況下で以下のようにして
導かれる。一般的な二慣性系のモデルを図３のブロック
線図で示す。ここで、 Ｊ_M，Ｊ_L ： 一次側モータイナーシャ、二次側イナーシ
ャ Ｋ_G ： ばね定数 θ_M，θ_L ： 一次側モータ位置、二次側負荷位置 τ_M，τγ ： モータ発生トルク、ねじれ反力トルク であり、モータ外乱トルク、負荷外乱トルクならびに粘
性摩擦は考慮しない。

【００１４】モータ側に伝わる反力トルクを抑制するた
め、次式で示す外乱オブザーバ

【数３】 ここで、 Ｆ（ｓ） ： オブザーバのフィルタ Ｊ_Mn ： 一次側イナーシャのノミナル値 を制御系に加え、Ｆ（ｓ）＝１とできた場合、ブロック
線図は図４のように簡略化され、一次側モータ位置と、
二次側負荷位置の伝達特性は、〔数４〕で示される。

【数４】 ここで、ω_a＝√（Ｋ_G／Ｊ_L）で与えられるのは共振角
周波数であり、ｓ＝±ｊの振動極を持つ。

【００１５】次に、位置指令をθ_M ^*として、図５のよう
に位置補償器には比例制御（Ｋpp：比例ゲイン）、速度
マイナーループには比例積分制御（Ｋsp：比例ゲイン、
Ｋsi：積分ゲイン）を用いた場合、位置指令−負荷位置
間の伝達特性は、〔数５〕に示すようになる。

【数５】

【００１６】また、位置指令入力として用いられる図６
に示すS字カーブ(ａ:加速度、ｔ_a：加速時間、ｔ_d:減速
開始時間、Ｌ：目標位置振幅)をθ_M ^*とした場合、θ_M ^*
（ｓ）は

【数６】 で表されるので、〔数５〕，〔数６〕からθ_Lの時間応
答解析解は次の〔数７〕で与えられる。

【数７】 ここで、 μ（ｔ）； 単位関数 Ｃ₁〜Ｃ₁₄ ； 定数 Ｋ₁〜Ｋ₃ ； ω_aを含まない定数

【００１７】〔数７〕において、第一項は目的位置で第
二項から平方根を含む項の手前迄の項は位置制御系に起
因する振動・減衰を示すので、共振振動と関係する項は
平方根が含まれている項だけであり、負荷位置は〔数
８〕の振幅をもつ共振振動が生じることがわかる。

【数８】 したがって、S字プロファイルによる共振振動を抑制す
るためには、上式振幅を零にすればよい。すなわち、

【数９】 のいずれかの条件を満足するように、加速時間をｔ_a＝
２ｎΠ／ω_a 、もしくは減速開始時間をｔ_d＝２ｎΠ／
ω_a と選ぶことで制振制御が可能である。

【００１８】このように、加速時間、減速開始時間の調
整次第で制振制御が可能ではあるが、移動時間が共振角
振動数に依存し、任意の移動時間が設定できない欠点が
ある。そこで、この制御則を常に所望の移動時間を実現
できる手法に拡張するため、図１で示した、θ_M ^*−θ_M
^**間に存在するプレフィルタを

【数１０】 のように設計し、新たな位置指令を生成する。

【００１９】前述のように、このプレフィルタは制振対
象の振動極を相殺する零点と、加減速時間の固有振動周
期に対応した極を有する形で構成される。本フィルタに
より、振動極が加減速時間の固有振動周期に変動させら
れているのがわかるが、この振動は前述した加速時間，
減速時間に依存した振動抑制則を適用することにより、
抑制可能である。つまり、ω_anを実際に使用される加減
速時間に合わせて設定することで、常に所望の移動時間
に対して振動抑制を考慮した、位置指令プロファイルの
作成が実現可能となる。

【００２０】以上の説明から明らかなように、本実施形
態におけるプレフィルタは、本来、二慣性共振系の制御
対象の振動抑制を目的として考えられたものであり、駆
動源たるサーボモータ１６とボールねじ１４およびナッ
ト１５とにより構成される駆動装置によって、可動部材
１２を主体とする作動装置が作動させられる機械におい
て、サーボモータ１６のロータのイナーシャ（一次側イ
ナーシャ）および可動部材１２のイナーシャ（二次側イ
ナーシャ）と、ボールねじ１４をはじめとする運動機構
のばね性とに基づいて、サーボモータ１６から可動部材
１２までの系がその系の固有振動数で振動する二慣性共
振系の共振を抑制することができるものである。この二
慣性共振系の共振は、共振点と反共振点とを有する共振
であり、本実施形態におけるプレフィルタを使用すれば
この共振を良好に抑制し得るのであるが、本発明の発明
者らは、同じプレフィルタが機台１０の共振の抑制にも
有効であることに気付いた。機台１０の共振は二慣性共
振系では表現できない振動であるが、二慣性共振系の固
有振動数の代わりに機台１０の固有振動数を使用すれ
ば、機台１０の振動を抑制できるのである。

【００２１】その具体的な実現手順、すなわち本発明の
実施形態の一例は以下の通りである。 （手順１）機械の、二慣性共振系では表現できない形態
で振動する部分の固有振動数をオフラインで測定し、制
御装置内に固有値データとして保存する。これをω_aと
する。 （手順２）駆動源の作動量、作動速度、作動加速度（作
動減速度は作動加速度に等しくする）を指定して、二回
微分可能な位置指令プロファイルを計算する。 （手順３）（手順２）で計算した位置指令プロファイル
から加速時間ｔ（sec）を導出し、これからω_an＝２π
×１／ｔ を導出する。 （手順４）ω_a，ω_anの値を用いて，数（７）の離散化
したフィルタの係数を計算する。 （手順５）（手順２）で求めた位置指令（これが生位置
指令である）を、（手順４）での計算結果を反映したフ
ィルタ式に通過させ、あらたな位置指令（これが修正位
置指令である）を生成する。ただし、位置指令（生位置
指令）は二回微分可能なものであるから、加速度プロフ
ァイルをフィルタで処理し、二回積分する方法や、速度
プロファイルをフィルタで処理し、一回積分する方法で
新たな位置指令を生成することも出来る。また、上記手
順５に続く手順として、手順５で生成された修正位置指
令が、実現可能なものであるか否かを判定する手順６を
付加することが望ましい。これは、トルク発生装置であ
るモータアンプに上限トルクが存在する上、生成された
位置指令があまりに大きな加速度を発生するものであれ
ば、トルクが飽和してしまうこともあるため、手順６に
おいて、生成された修正位置指令が実現可能なものであ
るか否かを判定し、判定結果がＮＯであれば、トルクが
飽和しないような調整、すなわち、移動時間の調整等を
行うことが望ましいからである。

【００２２】本発明は、上記実施形態とは異なる以下の
形態で実施することも可能である。 （手順１）事前のオフライン計測により、抑制したい機
台振動１次モードの固有振動数を把握し、制御装置内に
固有値データとして保存しておく。これをω_aとする。 （手順２）振動周波数を再測定したい場合、加速度セン
サ設置箇所の延長線上に駆動軸を移動させ（駆動軸が加
速度センサ設置箇所の延長線上から外れた位置へ移動さ
せ得るものである場合）、その後、加速度センサ方向に
軸動作させる。この時、加速時間は２５ms以下、加速度
を１Ｇ以上の単純な二回微分可能な移動指令で動作させ
る。その時の加速度センサ信号を制御装置に取り込み、
動作開始から約１秒間程度の信号をＦＦＴ処理してパワ
ースペクトル推定を行う。そして、一次モードの固有振
動数を再推定し、必要に応じてω_aを更新する。 （手順３）前述の本発明の実施形態における（手順２）
以降と同じ手順で制振プロファイルを適用する。本実施
形態によれば、オンラインで振動周波数が観測でき、設
置条件、機械の個体差等で振動周波数が変わる場合にも
良好に振動を抑制し得る制御システムが構築できる。

【００２３】次に、本発明を電子部品装着機に適用した
場合の実施形態を説明する。図７は、部品保持ヘッドが
ＸＹロボットによって移動させられ、静止した回路基板
に電子部品を装着するタイプの電子部品装着機を示す。
機台２６上に、Ｘ軸方向に回路基板としてのプリント配
線板２８を搬送する基板コンベヤ３０が設けられてい
る。基板コンベヤ３０は搬送経路の途中にプリント配線
板２８を位置決めして保持する基板保持装置３１を備え
ている。その基板コンベヤ３０の上方にはＸＹロボット
３２が設けられている。ＸＹロボット３２は、Ｘ軸方向
に移動可能なＸ軸スライド３４と、Ｙ軸方向に移動可能
なＹ軸スライド３６とを備えている。Ｘ軸スライド３４
は機台２６の上面に配設された図示しない一対のガイド
により案内され、一対ずつのＸ軸モータ４０および送り
ねじ４２によりＸ軸方向に移動させられる。Ｘ軸スライ
ド３４のガイドは送りねじ４２の下方に、送りねじ４２
と平行に配設されている。Ｙ軸スライド３６は、Ｘ軸ス
ライド３４に設けられたガイド４４により案内され、Ｙ
軸モータ４６と図示しない送りねじとによってＹ軸方向
に移動させられる。Ｙ軸スライド３６には部品保持ヘッ
ド４８が、垂直なＺ軸方向に昇降可能に設けられてお
り、図示しないガイドに案内され、Ｚ軸モータと送りね
じとにより昇降させられる。部品保持ヘッド４８は、部
品供給装置４９から電子部品を受け取り、プリント配線
板２８の所定の位置に装着する。

【００２４】上記Ｘ軸モータ４０，Ｙ軸モータ４６，Ｚ
軸モータはいずれもサーボモータである。これらモータ
は部品保持ヘッド４８等と共に制御装置５０により制御
されるが、本実施形態においてはＸ軸モータ４０および
Ｙ軸モータ４６の制御に本発明が適用されている。これ
ら両モータへの生位置指令θ_M1 ^*，θ_M2 ^*がフィルタ５
２，５４により処理された修正位置指令θ_M1 ^**，θ_M2 ^**
がＸ軸モータ４０，Ｙ軸モータ４６の各駆動回路５６，
５８に供給されるようになっているのである。フィルタ
５２，５４の制振対象部の固有振動数が、機台２６のＸ
軸およびＹ軸にそれぞれ平行な２方向の固有振動数とさ
れているのであり、それによって、機台２６の弾性変形
に起因する機台２６のＸ軸に平行な方向およびＹ軸に平
行な方向の共振振動が低減させられるようにされている
のである。なお、部品保持ヘッド４８を昇降させる昇降
装置等に本発明を適用することも可能である。

【００２５】図８に本発明の別の実施形態を示す。本実
施形態は、理解を容易にするために機台６１の上部が除
去された状態で図示されている。その機台６１の上部に
回転可能に保持された間欠回転体６２の間欠回転によ
り、複数の部品保持ヘッド６０が垂直な旋回軸線のまわ
りに旋回させられつつ複数の停止位置に順次停止させら
れ、それら停止位置の一つである部品受取位置におい
て、部品供給装置６４から電子部品を受け取り、基板保
持装置６６に保持されたプリント配線板６８に装着する
ものである。そのため、部品保持ヘッド６０は図示しな
い昇降装置により、間欠回転体６２に対して相対的に昇
降させられる。基板保持装置６６は、ＸＹテーブル６９
によりＸＹ座標面上の任意の位置へ移動させられる。Ｘ
Ｙテーブル６９は、サーボモータであるＸ軸モータ７０
と送りねじ７２とによりガイド７４に沿ってＸ軸方向に
移動させられるＸ軸テーブル７６と、サーボモータであ
るＹ軸モータ７８と送りねじ８０とによりガイド８２に
沿ってＸ軸スライド７６上をＹ軸方向に移動させられる
Ｙ軸テーブル８４とを備えている。部品供給装置６４
は、それぞれサーボモータであるＤ軸モータ８６と送り
ねじ８８とによりＸ軸に平行なＤ軸方向に移動させられ
る部品テーブル９０を２台備えており、各部品テーブル
９０上に複数の部品フィーダ９１が搭載されている。部
品フィーダ９１はそれぞれ１種類ずつの電子部品を多数
収容しており、一定の部品供給部に１個ずつ位置決めす
る。

【００２６】上記Ｘ軸モータ７０，Ｙ軸モータ７８，Ｄ
軸モータ８６，間欠回転体６２、昇降装置等は制御装置
９２により制御されるが、モータ７０，７８，８６の制
御に本発明が適用されている。図８に代表的に示すよう
に、生位置指令θ_M1 ^*，θ_M2 ^*がフィルタ９４，９５等に
より処理された修正位置指令θ_M1 ^**，θ_M2 ^**が、Ｘ軸モ
ータ７０，Ｄ軸モータ８６等の駆動回路９７，９８に供
給されるようになっているのである。フィルタ９４，９
５等の制振対象部の固有振動数が、機台６１のＸ軸に平
行な方向の固有振動数やフィーダ６１のＤ軸に平行な方
向の固有振動数とされているのであり、それによって、
機台６１やフィーダ９１の弾性変形に起因する共振が低
減させられる。

【００２７】以上、本発明のいくつかの実施形態を説明
したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、前記〔発明
が解決しようとする課題，課題解決手段および効果〕の
項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づ
いて種々の変更、改良を施した形態で実施することがで
きる。

【００２８】

【実施例】本発明を前記図１に示したサーボモータ１６
がボールねじ１４に直結されて可動部材１２を動かすい
わゆるボールねじシステムが機台１０に搭載された機械
に適用した場合のシミュレーションを行った。この制御
対象において、一般的な二慣性系で捉えた場合、ボール
ねじ１４のねじれ振動等が機構振動として現れるが、そ
れ以外にも機台１０が加減速動作時に発生する負荷トル
クによる反作用を吸収しきれない場合に、機台１０の固
有振動数に依存した振動を起こす場合がある。力(トル
ク)は，サーボモータ１６→ボールねじ１４→可動部材
１２と伝達していくが、このとき可動部材１２にかかる
推力に機台１０の固有振動数に相当するエネルギーが多
く含まれれば、機台１０と共振し，機台１０の振動が大
きくなると考えられる。

【００２９】そこで、次の方法で機台１０の振動を測定
した。図１の機台１０に、図９に示すように、ボールね
じ１４と同軸で、かつサーボモータ１６とは反対側の位
置において加速度センサ１００を設置した。機台１０の
振動は一般的に１０〜３０Ｈｚの低周波域で発生するこ
とが多いことを考慮した上で、動作時間ができるだけ短
く、かつ十分な加速度を得られるような位置指令を用い
て動作させた。具体的には、移動時間を約５０ms（加速
時間，減速時間共に２５ms）、加速度を約１Ｇとする位
置指令を用いた。その時の動作開始から約１秒間の加速
度センサ１８の信号についてＦＦＴ演算によるパワース
ペクトル推定を行った結果を図１０に示すが、１９Ｈｚ
に鋭いピーク点が存在することがわかる。実際には他に
も幾つかの振動モードが見受けられるが、ここでは、抑
制したい振動周波数が機台振動の１次モードの振動周波
数と一致するものとする。

【００３０】本発明によれば、二慣性系の振動のみなら
ず、このような機台振動への抑制効果も期待できる。そ
の事実を確認するために、図１１のような一慣性系でシ
ミュレーションを行った。図１１において、スイッチ１
０２が上側の場合、本発明の手法により新たな位置指令
θ_M ^**が生成され、下側ではθ_M ^*がそのまま用いられ
る。位置ループ１０４は速度フィードフォワード１０６
と比例ゲイン１０８の二自由度系を構成し、速度ループ
１１０は比例ゲイン１１２のみを用いる。各補償器のパ
ラメータはスイッチの上下にかかわらず、全く同一であ
る。シミュレーションで用いる位置指令は図１２（ａ）
に示す通りである。図において実線は、移動距離、速
度、加速・減速度から計算される２回微分可能な位置指
令であるる生位置指令θ_M ^*を表し、点線は本発明の手法
を用いて１９Ｈｚの振動抑制効果を持つ新たな位置指令
である修正位置指令θ_M ^**を表す。生位置指令θ_M ^*が修
正位置指令θ_M ^**に修正されることにより、速度、加速
度がそれぞれ図１２（ｂ）および図１２（ｃ）に示すも
のに変わる。シミュレーション結果として得られたトル
ク指令のパワースペクトル推定の結果を図１３に示す。
図１３（ａ）は生位置指令θ_M ^*を用いた場合のトルク指
令のエネルギー分布であり、図１３（ｂ）は修正位置指
令θ_M ^**を用いた場合のエネルギー分布である。生位置
指令θ_M ^*における加減速時間は約７２msで、加減速時間
の周波数は１／０．０７２＝１３．８８Hzとなることか
ら、図１３（ａ）において１４〜１５Ｈｚ周辺のトルク
エネルギーは減少しているが、１９Hzのトルクエネルギ
ーは大きくなる。一方、本発明を適用した場合の図１３
（ｂ）においては、図１３（ａ）に比べて１９Hzのトル
クエネルギーが軽減させられており、本発明が制御対象
の振動項の有無にかかわらず、特定の周波数帯のトルク
エネルギーを軽減させる効果を奏することがわかる。な
お、上記のようにトルク指令のエネルギー分布を比較す
る代わりに、加速度指令や速度指令のエネルギ分布を比
較することによっても、本発明の効果を確認することが
できる。

【００３１】次に、前記図１に示した機械のサーボモー
タ１６に、上記シミュレーションにおけると同様に、生
位置指令θ_M ^*と修正位置指令θ_M ^**とを与え、機台１０
の振動を図９に示した位置に設けた加速度センサ１８に
よって測定した。その結果を図１４に示す。図１４
（ａ）が生位置指令θ_M ^*を与えた場合、すなわち本発明
を適用しない普通の位置指令を与えた場合の結果であ
り、図１４（ｂ）が修正位置指令θ_M ^**を与えた場合、
すなわち本発明を適用した場合の結果である。図１４に
おける一番上の波形がモータ速度、真ん中が機台１０の
振動波形、下が位置指令の払い出し区間を示すグラフで
ある。図１４（ｂ）における機台１０の振幅は図１４
（ａ）におけるそれに比較して明らかに小さくなってお
り、本発明に従えば、従来の位置指令における払い出し
時間を全く変えずに、機台振動を低減できることが確認
できた。なお、補償器に関しては、前述のシミュレーシ
ョンと同様の制御系しか用いておらず、複雑な補償器設
計を行うことなく、容易に振動抑制を行い得ることが明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である機械の一例を示す斜
視図である。

【図２】本発明の一実施形態である制振制御方法の実施
手順を示すブロック線図である。

【図３】本発明の一実施形態において使用されるフィル
タの導出過程を説明するためのブロック線図である。

【図４】本発明の一実施形態において使用されるフィル
タの導出過程を説明するためのブロック線図である。

【図５】本発明の一実施形態において使用されるフィル
タの導出過程を説明するためのブロック線図である。

【図６】本発明の一実施形態において使用されるフィル
タの導出過程で使用されるＳ字カーブの位置指令を表す
グラフである。

【図７】本発明の一実施形態である電子部品装着機を示
す平面図である。

【図８】本発明の別の実施形態である電子部品装着機を
示す平面図である。

【図９】図１に示した機械の振動を検出するための加速
度センサの配設位置を示す要部平面図である。

【図１０】上記加速度センサにより検出された振動のパ
ワースペクトルを示すグラフである。

【図１１】本発明の有効性を確認するために行ったシミ
ュレーションで使用した制振制御装置のブロック線図で
ある。

【図１２】上記制振制御装置における生位置指令と修正
位置指令とを比較して示すグラフである。

【図１３】上記シミュレーションの結果である振動のパ
ワースペクトルを示すグラフである。

【図１４】図１に示した機械において実際に振動抑制効
果を調べた結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：機台 １２：可動部材 １４：ボールねじ
１５：ナット １６：サーボモータ １８：駆動
回路 ２０：フィルタ ２２：制御回路 ４０：Ｘ軸モータ ４６：Ｙ軸モータ ５０：制御
装置 ５２，５４：フィルタ ５６，５８：駆動回
路 ７０：Ｘ軸モータ ７８：Ｙ軸モータ ９２：制御装置 ９４，９５：フィルタ ９７，９
８：駆動回路 １００：加速度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 信行 愛知県名古屋市昭和区御器所町（番地な し） 名古屋工業大学内 (72)発明者 岩崎 誠 愛知県名古屋市昭和区御器所町（番地な し） 名古屋工業大学内 Ｆターム(参考） 3J048 AA10 AB11 AB15 CB22 5H004 GA09 GB16 HA07 HA08 HB07 HB08 JB22 KB02 KB04 KB06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動装置と、駆動源を備えて前記作動装
   置を駆動する駆動装置と、それらを保持する機台とを備
   えた機械の特定部分が、二慣性共振系以外の形態で振動
   する場合に、前記駆動源に対する位置指令、速度指令、
   加減速度指令等の生指令に含まれる前記特定部分の固有
   振動周期の振動成分を低減させ、代わりにその生指令
   を、その生指令の振動成分が前記駆動源の加速時間また
   は減速時間の固有振動周期に同期するものに修正するこ
   とにより、前記特定部分の固有振動を低減させることを
   特徴とする機械の制振制御方法。
2. 【請求項２】 作動装置と、駆動源を備えて前記作動装
   置を駆動する駆動装置と、それらを保持する機台とを備
   えた機械の、二慣性共振系以外の形態で振動する振動部
   の振動を抑制する方法であって、 前記駆動源に対する位置指令、速度指令，加減速度指令
   等の生指令を、前記駆動源の加速時間あるいは減速時間
   の固有振動数が振動抑制効果を有するという物理現象
   と、前記振動部の振動の極を零点により相殺する零極点
   相殺との二つを陽に用いるフィルタにより処理して修正
   指令を生成し、その修正指令を前記駆動源に与えること
   により、前記振動部の振動を抑制することを特徴とする
   機械の制振制御方法。
3. 【請求項３】 前記振動部の振動を検出し、その振動の
   周波数帯をオンライン解析し、その解析結果に基づいて
   前記フィルタにおける前記振動部の固有振動数を更新す
   ることを特徴とする請求項２に記載の制振制御方法。
4. 【請求項４】 作動装置と、駆動源を備えて前記作動装
   置を駆動する駆動装置と、それらを保持する機台とを備
   えた機械の、二慣性共振系以外の形態で振動する振動部
   の振動を抑制する装置であって、 前記振動部の振動極を相殺する零点を有する多項式を分
   子とし、前記駆動源に対する位置指令、速度指令、加減
   速度指令等の生指令の加・減速時間に対応した極を有す
   る多項式を分母とする伝達関数で表される特性を有し、
   前記生指令を入力とし、前記振動部の制振効果を有する
   修正指令を前記駆動源に向かって出力するフィルタを含
   むことを特徴とする制振制御装置。
5. 【請求項５】 前記振動部の振動を検出する振動センサ
   と、 その振動センサにより検出された振動の周波数帯をオン
   ライン解析し、その解析結果に基づいて前記フィルタに
   おける前記振動部の固有振動数を更新する固有振動数更
   新部とを含むことを特徴とする請求項４に記載の制振制
   御装置。
6. 【請求項６】 作動装置と、 駆動源を備えて前記作動装置を駆動する駆動装置と、 それらを保持する機台と、 二慣性共振系以外の形態で振動する振動部と、 前記駆動源の作動量、最高作動速度および作動加・減速
   度を含む生位置指令を生成する生位置指令生成手段を備
   え、前記駆動源を制御する制御装置と、 前記特定の振動部の振動極を相殺する零点を有する多項
   式を分子とし、前記生位置指令の加・減速時間に対応し
   た極を有する多項式を分母とする伝達関数で表される特
   性を有し、前記生位置指令を入力とし、前記振動部の制
   振効果を有する修正位置指令を前記制御装置に出力する
   フィルタとを含むことを特徴とする制振制御型機械。