JPH06230818A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標とする任意の目標経路に対して、制御対
象が許容加速度と許容速度の制約内で高速かつ高精度に
追従できるようなサーボ制御装置を提供する。 【構成】目標速度発生部２は、入力装置１から与えられ
た目標経路データと目標速度データから制御対象の各駆
動軸の速度目標値ｖ_i （ｔ）を発生する。各軸毎に設け
た加速度検出器３−ｉは速度目標値から加速度目標値を
検出し、比較器４−ｉは加速度目標値の所定の加速度の
許容値に対する割合を第１の信号として、速度目標値の
所定の速度の許容値に対する割合を第２の信号として発
生する。軸間協調部５−ｉは、第１の信号と第２の信号
の大きさを比較し、全てのモータが加速度と速度の許容
値を満足するよう各モータに共通の時間方向変化量を演
算する。速度変換部６−ｉは、時間方向変化量に応じて
速度目標値を変更し、駆動軸のモータが追従可能な速度
信号に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は工作機械あるいはロボッ
ト等のサーボ制御装置に関し、特に目標経路に高速かつ
高精度に追従できるサーボ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械やロボット等における曲面加工
や多自由度ロボットハンドの経路を制御する場合、制御
対象の移動経路を緻密に制御することが重要である。こ
こで、目標とする空間経路に対して、制御対象の移動経
路を追従させる制御を経路追従制御という。

【０００３】従来、高速かつ高精度な経路追従制御を実
現するため、制御系のシステムゲインを上げるのが有効
であるが、実際は機械系の制約により、許容された精度
を満たすところまで目標速度を下げて経路追従させる必
要があり、これが高速性を阻んでいる。

【０００４】これに対して、フィードフォワード制御に
よって疑似的にシステムゲインを上げて高速性を確保す
るサーボ制御装置がある。しかし、これは高速性を維持
したままで目標経路に対する応答性を上げており、目標
経路のコーナ部での急激な変化にも高速のままで厳密に
追従しようとする。この結果、機械系特にモータの能力
を超えるような大きな加速度が要求され、ショックや振
動を発生する。一方、制御対象の各軸の速度目標値を線
形フィルタに通すことにより急激な速度変化を防ぐサー
ボ制御装置もある。しかし、制御系にローパスフィルタ
が接続されることになるので、目標経路の高周波成分が
失われ、結果的に追従した経路に誤差を生じる。

【０００５】また、目標経路の形状を認識することでコ
ーナ部の移動方向変化を検出し、大きな加速度を必要と
する部分で速度を下げて、加速度を小さく抑えて追従精
度を上げるサーボ制御装置がある。しかし、加速度を検
出するために形状認識や移動方向の検出などの複雑な処
理が必要となり、高い演算処理能力を必要とするので実
現が難しい。

【０００６】また、別のサーボ制御装置として、予め与
えられた許容速度や許容加速度の制約を満たすように速
度目標値を設定する方法が、特開平４−３３０１２号公
報に開示されている。 図１６は、このサーボ制御装置
を示すブロック図である。図において、速度計算部１０
２は入力部１０１から与えられた速度目標値と予め設定
されたＸ，Ｙ軸の速度許容値とを比較して、小さい方を
新たな速度目標値として出力する。また、加速度計算部
１０５は、予め設定された各軸の加速度許容値と入力部
１０１から供給される速度目標値の変化量から許容加速
度を発生し、加速度処理部１０４へ加速度設定値として
出力する。速度信号発生部１０３は速度計算部１０２の
計算結果からステップ状の速度信号を発生し、加減速処
理部１０４はこのステップ状の速度信号の立上り、立ち
下がりを加速度計算部１０５の出力値に合わせて滑らか
に波形整形する。速度分配部１０６はこの加減速処理さ
れた速度波形の各軸成分を求める。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１６に示した従来技
術によれば、ステップ状の速度目標値の急激な立ち上が
りと立ち下がりが加速度の許容値で変化するので、高速
かつ高精度な経路追従を実現できる。

【０００８】しかし、このサーボ制御装置は、加速度処
理部がステップ状の速度信号に対してしか加減速処理を
行わないため、速度信号が時々刻々変化する任意の自由
曲線経路に対する追従制御ができないという問題点があ
った。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、曲線を
含む種々の形状の目標経路に制御対象を高速かつ高精度
に追従させるサーボ制御装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、目標経路の形状を認
識せずに制御対象を高速かつ高精度に追従させるサーボ
制御装置を提供することにある。

【００１１】本発明によるサーボ制御装置は、制御対象
を駆動する複数の軸に接続する複数のモータを使用し、
目標速度発生部が目標経路に基づいて各モータの駆動速
度の目標値となる速度目標値を各軸毎に発生する。そし
て、各軸毎に設けられた加速度検出器が目標速度発生部
からの速度目標値から加速度目標値を検出する。次に比
較器または演算器は、加速度検出部で検出された加速度
目標値の所定の加速度の許容値に対する割合を示す第１
の信号と、速度目標値の所定の速度の許容値に対する割
合を示す第２の信号とを発生し、軸間協調部へ出力す
る。軸間協調部は、第１の信号と第２の信号の大きさを
比較し、複数のモータが加速度の許容値と速度の許容値
を満足するよう各モータに共通の時間方向変化量を演算
する。最後に、速度変換部は、速度目標値でモータを駆
動するときに制御対象が移動する距離と同じ距離だけ動
くよう、時間方向変化量に応じて速度目標値を変更し速
度信号を発生すると同時に速度信号の発生する時間も変
化させる。速度信号はモータを回転させる信号である。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００１３】図１は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。

【００１４】図１において、入力装置１はホストコンピ
ュータあるいはＮＣプログラムに基づいて動作するＮＣ
装置で、目標経路の形状または位置座標を表す目標経路
データＤＴと目標経路の追従速度を表す目標速度データ
ＤＶを発生する。目標経路に追従する制御対象は、一例
として第１軸，第２軸，‥‥，第ｎ軸のモータ１１−
１，１１−２，‥‥，１１−ｎによって各軸方向に動く
ロボットハンドとする。目標経路データＤＴは、目標経
路が円の場合、その円の中心座標と半径のデータであ
り、目標経路が直線の場合、直線の始点と終点の位置座
標データである。また目標経路が自由曲線の場合、その
経路を所定の間隔でサンプルした位置座標データであ
る。

【００１５】目標速度発生部２は、入力装置１からの目
標経路データＤＴと目標速度データＤＶに基づいて第１
軸から第ｎ軸それぞれに速度目標値ｖ_i （τ）（ｉ＝
１，２，３，‥‥，ｎ；τは時間パラメータ）を発生す
る。この速度目標値は目標経路に応じて各軸方向にロボ
ットハンドを動かすためのモータの角速度信号で、所定
のサンプル時間ｄτで順次発生する。すなわち、速度目
標値ｖ_i （τ）は微小時間ｄτの間にモータ１１−ｉを
回転させる角速度信号である。ｄτは例えば１ｍｓであ
る。

【００１６】加速度検出器３−ｉ（ｉ＝１，２，３‥
‥，ｎ）と比較器４−ｉと軸間協調部５−ｉと速度変換
部６−ｉとバッファ７−ｉとストップ信号発生器８は、
速度目標値ｖ_i （τ）を高速かつ高精度な経路追従制御
を実現するために変換速度信号ｖ_i （ｔ）へ変更する装
置である。ただし、各参照数字の添字ｉは制御対象を駆
動する第１〜ｎ軸を表す。

【００１７】加速度検出器３−ｉは、速度目標値ｖ
_i （τ）とその速度目標値の１サンプル前の速度目標値
に対する変換速度信号ｖ_i （ｔ）との差から加速度目標
値を発生する。比較器４−ｉは、加速度目標値と速度目
標値がそれぞれ予め設定された加速度許容値と、速度許
容値を越えるか否かを検出し、さらにそれぞれの超えた
割合を示す第１、第２の信号を出力する。軸間協調部５
−ｉは、各比較器４−ｉからの第１、第２の信号の中か
ら最大値を求め、その最大値を時間方向変化量Ｓ（τ）
として出力する。速度変換部６−ｉは、時間τの時間軸
を時間方向変化量Ｓ（τ）だけ伸長することで時間τを
新しい時間ｔに変換し、それにともなって各軸の速度目
標値ｖ_i （τ）を時間方向変化量Ｓ（τ）の逆数倍に落
とすことによって時間ｔの速度信号ｖ_i （ｔ）に変換す
る。バッファ７−ｉは、加速度検出部３−ｉ、比較部４
−ｉおよび軸間協調部５−ｉの処理時間だけ速度目標値
ｖ_i （τ）を一時記憶するための記憶手段である。また
インタロック信号発生器８は、時間方向変化量Ｓ（τ）
によって伸びた時間分だけ速度目標値ｖ_i （τ）の発生
をストップするストップ信号ＳＴを発生する。

【００１８】次に、図１のサーボ制御装置の各部の構成
と動作についてさらに詳しく説明する。

【００１９】図２は、目標速度発生部２のブロック図で
ある。目標速度発生部２は、入力装置１とのインタフェ
ース２１と、目標経路データＤＴと目標速度データＤＶ
に基づいて各軸の速度目標値ｖ_i （τ）を演算するマイ
クロプロセッサ２２と、マイクロプロセッサ２２の演算
のためのプログラムが記憶されたリードオンリメモリ
（ＲＯＭ）２３と、演算中に使用するワークエリアをも
つランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２４とを有する。
マイクロプロセッサ２２は速度目標値ｖ_i （τ）をサン
プル時間ｄτごとに連続して発生するが、ストップ信号
発生器８からストップ信号ＳＴが供給される間は速度目
標値の出力を休止する。

【００２０】図３は、速度目標値ｖ_i （τ）の発生から
変換速度指令ｖ_i （ｔ）の発生までの動作を示すフロー
チャートである。

【００２１】目標速度発生部２は、目標経路データＤＴ
と目標速度データＤＶに応じて第１軸から第ｎ軸の各軸
の速度目標値ｖ_i （τ）を発生する（ステップ１，
２）。加速度検出器３−ｉは、その速度目標値ｖ
_i （τ）と１サンプル前の速度目標値に対する変換速度
信号ｖ_i （ｔ）との差から加速度目標値ａ_i （τ）を発
生する（ステップ３）。ここで、加速度目標値ａ
_i （τ）は次式 ａ_i （τ）＝｛ｖ_i （τ＋ｄτ）−ｖ_i （ｔ）｝／ｄτ （１） で与えられる。すなわち、加速度目標値ａ_i （τ）は、
１サンプル前に実際にモータ１１−ｉを動かした速度信
号ｖ_i （ｔ）を、次のサンプルで速度目標値ｖ_i（τ）
とするのに必要な加速量に相当する。

【００２２】比較器４−ｉは加速度目標値ａ_i （τ）を
所定の加速度許容値Ａ_{i , m a x} （ｉ＝１，２，３，‥
‥，ｎ）と比較し、また速度目標値ｖi （τ）を所定の
速度許容値Ｖ_{i , m a x} （ｉ＝１，２，３，‥‥，ｎ）
と比較する。さらに、比較器４−ｉは、加速度検出部３
−ｉにより検出された加速度目標値ａ_i （τ）が加速度
許容値Ａ_{i , m a x} を超えているとき（ステップ５）、
軸間協調部５−ｉにその情報を加速度超過信号Ｓ_{a , i}
（τ）として伝える（ステップ６）。この際、加速度超
過信号Ｓ_{a , i} （τ）は次式により求める。 Ｓ_{a , i} （τ）＝｜ａ_i （τ）｜／Ａ_{i , m a x} （２） ただし、許容値を超えていない場合には、Ｓ
_{a , i} （τ）＝１とする（ステップ７）。加速度超過信
号Ｓ_{a , i} （τ）は加速度が許容値を超えている度合い
を表している。また同様に、比較器４−ｉは、速度目標
値ｖ_i （τ）が所定の速度許容値Ｖ_{i , m a x} を超えて
いるとき（ステップ９）にも、軸間協調部５−ｉにその
情報を速度超過信号Ｓ_{v , i} （τ）として伝える（ステ
ップ１０）。この際、速度超過信号Ｓ_{v , i} （τ）は次
式により求める。 Ｓ_{v , i} （τ）＝｜ｖ_i （τ）｜／Ｖ_{i , m a x} （３） ただし、許容値を超えていない場合には、Ｓ
_{v , i} （τ）＝１とする（ステップ１１）。速度超過信
号Ｓ_{v , i} （τ）は速度が許容値を超えている度合いを
表している。

【００２３】図４は、比較器４−ｉの詳細なブロック図
である。図において、比較器４−ｉは、図３のステップ
４〜７を実行する回路４０〜４３と、ステップ８〜１１
を実行する回路４４〜４７とを有する。回路４０〜４３
と回路４４〜４７は同じ構成でかつ同時に動作する。す
なわち、比較器４−ｉは絶対値回路４０，４４と、加速
度目標値｜ａ_i （τ）｜が加速度許容値Ａ_{i , m a x} を
超えるか否かを検出する比較回路４１と、速度目標値｜
ｖ_i （τ）｜が速度許容値Ｖ_{i , m a x} を超えるか否か
を検出する比較回路４５と、（２）式を演算する除算回
路４２と、（３）式を演算する除算回路４６と、比較器
４１の出力に応じ”１”データか除算回路４２の出力を
加速度超過信号Ｓ_{a , i} （τ）として選択する選択回路
４３と、比較器４５の出力に応じ”１”データか除算回
路４６の出力を速度超過信号Ｓ_{v, i} （τ）として選択
する選択回路４７とを有する。

【００２４】図２に戻って、軸間協調部５−ｉは、比較
器４−ｉからの加速度超過信号Ｓ_{a, i} （τ）と速度超
過信号Ｓ_{v , i} （τ）を受けて、制約条件を超えている
駆動軸を検索し、制約条件を超える軸がある場合、すな
わちＳ_{a , i} （τ）＞１またはＳ_{v , i} （τ) ＞１のと
きには、全ての駆動軸が加速度許容値と速度許容値の制
約を満たすように時間方向の変化量（時間パラメータτ
に対する実際の時間ｔの変化率）を決定して、その値を
各軸の速度変換部６−ｉに伝える。この際、時間方向変
化量Ｓ（τ) は次式により求める（ステップ１２）。 Ｓ（τ）＝ｍａｘ｛Ｓ_{a , i} （τ），Ｓ_{v , i} (τ) ｝ （４） すなわち、Ｓ（τ）は第１軸から第ｎ軸に対する加速度
超過信号および速度超過信号のうちで最大の信号であ
る。軸間協調部５−１から５−ｎは、（４）式から求め
た時間方向変化量Ｓ（τ）を同時に出力する。これによ
り、軸間協調部はすべての軸において時間軸を時間方向
変化量Ｓ（τ）に応じて伸長する指示を出して、各軸の
動きを協調するよう速度変換部６−ｉを制御する。全て
の軸が制約条件を満たしている場合にはＳ（τ）＝１に
なるので、その間は時間軸の伸長が行われない。

【００２５】図５は軸間協調部５−１〜５−ｎのブロッ
ク図である。各軸間協調部５−ｉは、入力信号の大小を
比較し最大の入力信号を出力信号として選択する最大値
選択回路５０−ｉを有し、それらが制御回路５１によっ
て制御される。最初、最大値選択回路５０−１は、制御
信号ｃ₁ によって加速度超過信号Ｓ_{a , 1} （τ）と速度
超過信号Ｓ_{v , 1} （τ）とを比較し、大きい方の信号を
選択する。次に、最大値選択回路５０−２は、制御信号
ｃ₂ によって最大値選択回路５０−１の出力信号と加速
度超過信号Ｓ_{a , 2} （τ）と速度超過信号Ｓ
_{v , 2} （τ）の中で最も大きい信号を選択し、出力す
る。この動作が軸間協調部５−ｎまで順次行われること
により、（４）式を満たす時間方向変化量Ｓ（τ）が得
られる。

【００２６】速度変換部６−ｉは、時間パラメータτを
軸間協調部５−ｉで決定された時間方向変化量Ｓ（τ）
倍だけ伸長させ、同時に伸長分だけ速度を下げること
で、移動距離を一定に保つように各軸の変換速度信号ｖ
_i （ｔ）を生成し、出力する（ステップ１３，１４）。
この際、各軸の変換速度信号ｖ_i （ｔ）は次式により求
める。

【００２７】 ｖ_i （ｔ）＝Ｓ（τ）／ｖ_i （τ） （５） したがって、速度変換部６−ｉは、加速度あるいは速度
の、許容値に対する割合の最大値に応じて各軸の速度目
標値を下げることで、常に加速度及び速度の許容値を満
たして各軸を駆動できる。また、変換後の実際の時間ｔ
と変換前の時間パラメータτの関係は次式による。

【００２８】

【数１】

【００２９】全ての軸が制約条件を満たしている場合
（Ｓ（τ）＝１）には、速度目標値ｖ_i（τ）がそのま
ま速度信号ｖ_i （ｔ）として出力され、一軸でも制約条
件を超えている場合には、その間だけ時間を伸長すると
ともに速度目標値を下げることになる。これによって、
速度目標値ｖ_i （τ）は駆動系が追従可能な滑らかな速
度信号ｖ_i （ｔ）に変換される。

【００３０】以上のステップ２からステップ１４までの
動作は、速度目標値ｖ_i （τ）のサンプル値の発生毎に
繰り返し実行される。

【００３１】速度変換部６−ｉからの速度信号ｖ
_i （ｔ）は、減算器９−ｉに供給され、モータ１１−ｉ
の回転角速度の検出信号との差が算出される。補償器１
０−ｉはその差が最小となるようモータ１１−ｉの駆動
を制御する制御回路（例えば、ＰＩＤ制御回路）から成
る。モータ１１−ｉはＰＩＤ制御によって安定した回転
が行われる。

【００３２】次に図６に示すように、第１軸と第２軸を
含む平面上の円軌道に沿って制御対象を動かすときの図
１のサーボ制御装置の動作について、ＮＣ工作機械のＸ
−Ｙテーブルを例にとり説明する。

【００３３】入力装置１は円軌道の半径および駆動すべ
き軸を示す目標経路データＤＴと円軌道上の追従速度を
表す目標速度データＤＶを発生する。目標速度発生部２
は、目標経路データＤＴと目標速度データＤＶに基づい
て、第１軸と第２軸に対する速度目標値ｖ₁ （τ）とｖ
₂ （τ）を算出して出力する。図７はそれぞれ速度目標
値ｖ₁ （τ），ｖ₂ （τ）とそれらに対する変換速度信
号ｖ₁ （ｔ），ｖ₂ （ｔ）の時間変化を示す図である。
ただし、図７の速度目標値ｖ₁ （τ）とｖ₂ （τ）には
ストップ信号ＳＴによる休止時間が含まれていない。速
度目標値ｖ₁ （τ）とｖ₂ （τ）はアナログ的に変化す
る波形を示しているが、実際の速度目標値ｖ₁ （τ），
ｖ₂ （τ）は、図８に示すように図７の波形を微小時間
ｄτでサンプルしたサンプル値に等しい。図８で時間τ
の各軸上の各時点τ₁ ，τ₂ ，τ₃ ，‥‥でのサンプル
値、すなわち目標速度発生部２からの速度目標値はそれ
ぞれ第１軸に対してｖ₁ （τ₁ ），ｖ₁ （τ₂ ），ｖ₁
（τ₃ ），‥‥、第２軸に対してｖ₂ （τ₁ ），ｖ
₂ （τ₂ ），ｖ₂ （τ₃ ），‥‥となる。ここでｄτ＝
τ₂ −τ₁ ＝τ₃ −τ₂ ＝τ₄ −τ₃ ＝‥‥である。

【００３４】加速度検出部３−１，３−２は、それぞれ
速度目標値ｖ₁ （τ），ｖ₂ （τ）と１サンプル前の速
度目標値に対する変換速度ｖ₁ （ｔ），ｖ₂ （ｔ）との
差に応じて加速度目標値を発生するが、最初の時間τ₁
では変換速度信号が発生していないので、前述の（１）
式でｖ₁ （ｔ）とｖ₂ （ｔ）は共に０である。したがっ
て、速度目標値ｖ₁ （τ₁ ），ｖ₂ （τ₁ ）に対する加
速度目標値ａ₁ （τ₁），ａ₂ （τ₁ ）は次式で与えら
れる。 ａ₁ （τ₁ ）＝ｖ₁ （τ₁ ）／ｄτ ａ₂ （τ₁ ）＝ｖ₂ （τ₁ ）／ｄτ 次に比較部４−１，４−２はそれぞれ加速度目標値ａ₁
（τ₁ ），ａ₂ （τ₁）が加速度許容値Ａ_{1 , m a x} ，
Ａ_{2 , m a x} を超えるか否か、また速度目標値ｖ₁ （τ
₁ ），ｖ₂ （τ₁ ）が速度許容値Ｖ_{1 , m a x} ，Ｖ
_{2 , m a x} を超えるか否かを検出し、（２）および
（３）式から加速度超過信号Ｓ_{a , 1} （τ₁ ），Ｓ
_{a , 2} （τ₁ ）と速度超過信号Ｓ_{v , 1} （τ₁ ），Ｓ
_{v , 2} （τ₁ ）を発生する。軸間協調部５−１，５−２
は（４）式により全ての軸の加速度超過信号と速度超過
信号の中で最も大きいものを検出し、それを時間方向変
化量Ｓ（τ₁ ）として出力する。図８に示すように経路
追従開始時に速度目標値ｖ₂ （τ₁ ）に達するまでの加
速度がきわめて大きく、その加速度超過信号Ｓ
_{a , 2} （τ₁ ）が最大の場合には、時間方向変化量Ｓ
（τ₁ ）＝Ｓ_{a , 2} （τ₁ ）になる。

【００３５】図９に示すように、速度変換部６−１，６
−２は（５）および（６）式に基づき、時間パラメータ
ｄτを実際の時間ｄｔ₁ ＝ｔ₂ −ｔ₁ ＝Ｓ（τ₁ ）・ｄ
τに、また第１軸，第２軸の速度目標値ｖ₁ （τ₁ ），
ｖ₂ （τ₁ ）をそれぞれ速度信号ｖ₁ （ｔ₁ ）＝ｖ
₁ （τ₁ ）／Ｓ₁ （τ₁ ），ｖ₂ （ｔ₁ ）＝ｖ
₂ （τ₁ ）／Ｓ₂ （τ₁ ）に変換する。この変換は、第
１および第２軸の時間軸と速度の変換のみで、移動距離
の変更を生じさせない。

【００３６】以上で、速度目標値ｖ₁ （τ₁ ），ｖ
₂ （τ₁ ）に対する速度信号ｖ₁ （ｔ₁），ｖ
₂ （ｔ₁ ）への変換を終了する。次に、目標速度発生部
２は速度変換部６−１，６−２が変換速度信号ｖ₁ （ｔ
₁ ），ｖ₂ （ｔ₁ ）を発生している間に次の速度目標値
ｖ₁ （τ₂ ），ｖ₂ （τ₂ ）を発生し、加速度検出部３
−１，３−２はそれぞれ次式から加速度目標値ａ₁ （τ
₂ ），ａ₂ （τ₂ ）を検出する。 ａ₁ （τ₂ ）＝｛ｖ₁ （τ₂ ）−ｖ₁ （ｔ₁ ）｝／ｄτ ａ₂ （τ₂ ）＝｛ｖ₂ （τ₂ ）−ｖ₂ （ｔ₁ ）｝／ｄτ 以降、比較器４−１，４−２から速度変換部６−１，６
−２まで同じ動作を繰り返す。

【００３７】以上のようにして変換された第１軸と第２
軸の速度信号により、Ｘ−Ｙテーブルは加速度および速
度の制約条件の下で高速かつ高精度に円軌道に追従す
る。すなわち、図６に示すように目標経路に対し本実施
例による経路はほぼ一致する。

【００３８】以上説明した本発明の実施例では、少なく
とも一つの軸の速度目標値がｖ_i （τ）または加速度目
標値ａ_i （τ）が加速度または速度の制約条件を超え、
加速度超過信号Ｓ_{a , i} （τ）＞１または速度超過信号
Ｓ_{v , i} （τ）＞１となったときに、全ての軸の速度目
標値を抑制しかつ各軸の時間軸を伸長していた。しか
し、軽いＸ−Ｙテーブルを用いたときのように、逆に全
ての軸の速度目標値ｖ_i（τ）と加速度目標値ａ
_i （τ）の両方が加速度および速度の制約条件より小さ
く、モータの駆動能力に余裕がある場合には、制約条件
まで速度を上げる制御をしてはいない。すなわち、後者
の場合、比較器４−ｉが加速度超過信号Ｓ_{a , i}（τ）
と速度超過信号Ｓ_{v , i} （τ）を強制的に１にし、時間
方向変化量Ｓ（τ）を１にするので、速度変換部６−ｉ
は速度目標値を速度信号ｖ_i （ｔ）としてそのまま出力
していた。

【００３９】本発明の第２の実施例では、比較器４−ｉ
の替わりに、前述の（２）および（３）式を演算する演
算器だけ、すなわち図４の演算器４２，４６だけを使用
する。これにより、加速度超過信号Ｓ_{a , i} （τ）と速
度超過信号Ｓ_{v , i} （τ）を１以下に設定することがで
き、全ての軸の速度目標値ｖ_i （τ）と加速度目標値ａ
_i （τ）の両方が加速度および速度の制約条件より小さ
い場合に、時間方向変化量Ｓ（τ）が１以下になる。こ
の場合、速度変換部６−ｉは少なくとも一つの軸が加速
度あるいは速度の制約条件にかかるところまで速度を上
げることができ、高速性能が更に向上する。

【００４０】図１０は本発明のサーボ制御装置の第３の
実施例を示すブロック図である。

【００４１】図において、本実施例のサーボ制御装置
は、図１のサーボ制御装置に許容値制御回路１２−ｉ
（ｉ＝１，２，３，‥‥，ｎ）を設け、加速度許容値Ａ
_{i , m ax} と速度許容値Ｖ_{i , m a x} を可変にしたもの
である。

【００４２】一般に、モータ１１−ｉの負荷１３−ｉが
変動し急に重くなると、モータ１１−ｉは予め設定され
た加速度許容値および速度許容値の制約条件では目標経
路に正確に追従するのが難しくなる。このような場合、
加速度または速度をさらに下げて追従精度を回復させる
必要がある。許容値制御回路１２−ｉは、負荷１３−ｉ
の変化による駆動系の応答特性の変化を検出し、検出さ
れた変化量に応じて加速度許容値Ａ_{i , m a x} と速度許
容値Ｖ_{i , m a x} を下げることによって追従精度の回復
を実現している。負荷１３−ｉの変化を検出する方法と
して、本実施例では速度信号ｖ_i （ｔ）とモータ１１−
ｉの角速度検出信号から駆動系の応答特性を測定し、間
接的に負荷変化を検出する方法を用いる。

【００４３】図１１は許容値制御回路１２−ｉのブロッ
ク図である。

【００４４】許容値制御回路１２−ｉは、減算器９−ｉ
の仮想モデル１２１−ｉ、補償部１０−ｉの仮想モデル
１２２−ｉ、モータ１１−ｉの仮想モデル１２３−ｉ、
負荷１３−ｉの仮想モデル１２４−ｉをソフトウェアで
構成して速度信号ｖ_i （ｔ）を入力したときのモータの
回転角速度をマイクロプロセッサによって演算し推定す
る仮想演算回路１２０−ｉと、モータ１１−ｉからの角
速度検出信号と仮想演算回路１２０−ｉからの角速度推
定信号との差を検出する減算器１３０−ｉと速度信号ｖ
_i （ｔ）と減算器１３０−ｉの出力に基づいて負荷モデ
ルに修正を加える負荷モデル調整回路１４０−ｉと、負
荷モデルの修正に応じて新たな加速度許容値Ａ
_{i , m a x} と速度許容値Ｖ_{i , m a x} を発生する許容値
発生回路１５０−ｉとを含む。

【００４５】仮想演算回路１２０−ｉは、ある一定の負
荷モデルを想定して角速度推定信号を出力している。こ
のため負荷１３−ｉが急激に変動し重くなると、減算器
１３０−ｉからの差信号が大きくなる。負荷モデル調整
回路１４０−ｉは、大きくなった差信号と速度信号ｖ_i
（ｔ）から負荷の変化を検出し、負荷モデルのパラメー
タを推定して負荷モデルに修正を加えると同時にこのパ
ラメータを許容値発生回路１４０−ｉに出力する。許容
値発生回路１４０−ｉは、修正された負荷モデルのパラ
メータに基づいて新たな加速度許容値Ａ_{i , m a x} と速
度許容値Ｖ_{i ,m a x} を出力することで許容値を下げ
る。

【００４６】今、目標経路として図１２に示すように第
１軸および第２軸を含む平面上の正方形が与えられると
する。もし、許容値制御回路１２−ｉがないと、変換速
度信号ｖ₁ （ｔ），ｖ₂ （ｔ）とモータ１１−１，１１
−２の回転角速度は図１３に示すように変化する。図１
３において、区間２０１，２０２は負荷１３−１，１３
−２に大きな変動がないとき、区間２０３，２０４は負
荷１３−１が変動して重くなったときを示し、実線は変
換速度信号ｖ₁ （ｔ）とｖ₂ （ｔ）の時間変化を、破線
はモータ１１−１と１１−２の角速度の時間変化を示
す。図に示すように、区間２０１，２０２では各区間の
立ち上がり、立ち下がり時にモータ１１−１と１１−２
に加速度許容値、速度許容値の制約条件の下で駆動され
かつ変換速度信号ｖ₁ （ｔ），ｖ₂ （ｔ）にもよく追従
するが、区間２０３，２０４では過負荷のためモータ１
１−１が追従できなくなり、図１２の破線に示すように
経路が乱れる。

【００４７】しかし、図１０に示す実施例のように許容
値制御回路１２−ｉを追加することにより、区間２０
３，２０４で負荷の変動に適応して加速度許容値を小さ
くすることができる。このため、図１４に示すように、
変換速度信号ｖ₁ （ｔ），ｖ₂（ｔ）に対してモータ１
１−１，１１−２が追従できるようになり、経路の乱れ
が生じない。

【００４８】図１５は本発明のサーボ制御装置の第４の
実施例を示すブロック図である。図において、比較器４
−ｉへの加速度許容値Ａ_{i , m a x} と速度許容値Ｖ
_{i ,m a x} は入力装置１から直接供給されており、目標
速度発生部２以降の回路は図１に示すサーボ制御装置と
同じである。入力装置１は移動指令プログラムが記憶さ
れたメモリ１Ａを接続している。移動指令プログラムは
目標経路や目標速度を指示するサブプログラムと加速度
許容値Ａ_{i , m a x} と速度許容値Ｖ_{i , m a x}を指示す
るサブプログラムから成る。

【００４９】入力装置１はメモリ１Ａから移動指令プロ
グラムを読み込み、目標経路や目標速度を指示するサブ
プログラムによって、目標経路データＤＴと目標速度デ
ータＤＶを発生し目標速度発生部に出力し、また加速度
許容値Ａ_{i , m a x} と速度許容値Ｖ_{i , m a x} を指示す
るサブプログラムによって、加速度許容値Ａ_{i , m ax}
と速度許容値Ｖ_{i , m a x} を比較器４−ｉへ出力する。
本実施例は、動作や加工状態によって変わる速度および
加速度の制約条件を予めプログラムの中に書き込むこと
で設定することができるので、例えばロボットの姿勢が
大きく変わったり、ロボットハンドで物をつかんで運ぶ
場合やＮＣ工作機械で加工物の硬さが変化する場合のよ
うに、制御対象特に負荷の変化が既知の場合に、モータ
を停止することなく制約条件をリアルタイムに変更し
て、機械の性能を最大限に引き出すとともに常に所望の
追従精度を確保することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のサーボ制
御装置によれば、速度目標値から速度信号への変換の際
に時間軸方向の変換を用いることで、任意の目標経路に
対して適用することができる。この際、時間方向変化量
を決定するために軸間協調手段を設けているため、各駆
動軸の動作を協調させて経路の形状を保つことができ
る。また、速度と加速度を許容値内に抑えるだけでな
く、逆に速度と加速度に余裕がある場合には時間軸方向
に縮める変換を行って速度を上げることもできるため、
機械の能率をより向上させることができる。

【００５１】さらに、制御対象のパラメータの変化を検
出して加速度あるいは速度の許容値を変更する許容値制
御手段を設けたため、制御対象のパラメータが時間によ
って変動する場合でも、位置ずれを起こさず高精度な経
路追従ができる。このほか、移動指令プログラムの中か
ら加速度や速度の制約条件を設定できる手段をもたせる
ことで、制御対象特に負荷の変化が既知の場合に、モー
タを停止することなく制約条件をリアルタイムに変更し
て、機械の性能を最大限に引き出すとともに常に所望の
追従精度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるサーボ制御装置の第１の実施例を
示すブロック図である。

【図２】図１に示すサーボ制御装置に使用される目標速
度発生部の詳細ブロック図である。

【図３】図１に示すサーボ制御装置の動作を示すフロー
チャートである。

【図４】図１に示すサーボ制御装置に使用される比較器
の詳細ブロック図である。

【図５】図１に示すサーボ制御装置に使用される軸間協
調部の詳細ブロック図である。

【図６】目標経路と図１に示すサーボ制御装置により制
御される制御対象の経路とを示す平面図である。

【図７】図６に示す目標経路に追従するための速度目標
値と変換速度信号の時間変化を示す図である。

【図８】図６に示す速度目標値の時間変化を詳細に示す
タイミングチャートである。

【図９】図６に示す変換速度信号の時間変化を詳細に示
すタイミングチャートである。

【図１０】本発明によるサーボ制御装置の第３の実施例
を示すブロック図である。

【図１１】図１０に示すサーボ制御装置に使用される許
容値制御回路の詳細ブロック図である。

【図１２】正方形の目標経路と負荷が途中で変動したと
きの制御対象の経路を示す平面図である。

【図１３】図１１に示す許容値制御回路がないときに、
図１２に示す目標経路に対する変換速度信号とモータの
角速度の時間変化を示す図である。

【図１４】図１１に示す許容値制御回路を使用したとき
に、図１２に示す目標経路に対する変換速度信号とモー
タの角速度の時間変化を示す図である。

【図１５】本発明によるサーボ制御装置の第４の実施例
を示すブロック図である。

【図１６】従来のサーボ制御装置の一例を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１ 入力装置 ２ 目標速度発生部 ３ 加速度検出器 ４ 比較器 ５ 軸間協調部 ６ 速度変換部 ７ バッファ ８ ストップ信号発生器 ９ 減算器 １０ 補償器 １１ モータ １２ 許容値制御回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標経路に対し制御対象の移動経路を追
   従させるサーボ制御装置において、 前記制御対象を駆動する複数の軸に接続する複数のモー
   タと、 前記目標経路に基づいて、前記複数の軸それぞれを駆動
   する前記複数のモータの目標駆動速度を表す速度目標値
   を各軸毎に発生する目標速度発生手段と、 前記各軸毎に設けられ、前記目標速度発生手段からの前
   記速度目標値から加速度目標値を検出する加速度検出手
   段と、 前記加速度検出手段により検出された加速度目標値の所
   定の加速度の許容値に対する割合を示す第１の信号と、
   前記速度目標値の所定の速度の許容値に対する割合を示
   す第２の信号とを発生する手段と、 前記第１の信号と第２の信号の大きさを比較し、前記複
   数のモータが前記加速度の許容値と前記速度の許容値を
   満足するよう各モータに共通の時間方向変化量を演算す
   る軸間協調手段と、 前記速度目標値で前記モータが駆動されるときに前記制
   御対象が移動する距離と同じ距離だけ動くよう、前記時
   間方向変化量に応じて前記速度目標値を変更し速度信号
   を発生すると同時に前記速度信号の発生する時間も変化
   させる速度変換手段と、 を備えたことを特徴とするサーボ制御装置。
2. 【請求項２】 前記目標速度発生手段は、前記速度目標
   値をサンプル値として順次発生することを特徴とする請
   求項１記載のサーボ制御装置。
3. 【請求項３】 前記加速度検出手段は、前記速度目標値
   と１サンプル前の前記速度目標値に対する前記速度変換
   手段からの速度信号との差に応じて加速度目標値を発生
   することを特徴とする請求項２記載のサーボ制御装置。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の信号の発生手段
   は、前記加速度目標値が前記加速度の許容値を超えると
   きは超える度合いを示す加速度超過信号を、また超えな
   いときは”１”の信号を前記第１の信号として発生し、
   前記速度目標値が前記速度の許容値を超えるときは超え
   る度合いを示す速度超過信号を、また超えないときは”
   １”の信号を前記第２の信号として発生することを特徴
   とする請求項１記載のサーボ制御装置。
5. 【請求項５】 前記軸間協調手段は、前記第１の信号と
   前記第２の信号の中から最大値を検出し、前記最大値の
   信号を前記時間方向変化量として出力することを特徴と
   する請求項１記載のサーボ制御装置。
6. 【請求項６】 前記サーボ制御装置は、さらに前記加速
   度の許容値あるいは前記速度の許容値の少なくとも一方
   を前記制御対象の負荷の変動に応じて変化させる許容値
   制御手段を有する請求項１記載のサーボ制御装置。
7. 【請求項７】 前記目標速度発生手段は、前記加速度の
   許容値および前記速度の許容値を発生する手段を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。