JPS63146105A - 軌跡制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、工作機械、ロボット等の制御装置において
軌跡制御信号を生成する軌跡制御装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来この種の軌跡制御装置としては、例えば自動制御技
術２６（日本自動制御協会編１９７８年）Ｐ８９−９４
に記載されている数値制御装置があり、その構成を示し
たブロック図を第７図に示す。

同図において、（１）は指令値入力部、（２）は補間演
算部、（３）はスムージング処理部、（４）はサーボ駆
動部である。

指令値入力部（１）は、操作パネルの押ボタンや紙デー
ゾその他の入力媒体から動作指令値を入力し記憶する機
能をもっている。１つの軌跡の指令値はブロックと呼ば
れ、例えばＸ−Ｙ２軸の制御を行う場合について考える
と、これは移動量（Ｙ、Ｘ）等の情報から成っている。

また、円弧移動の場合はプロ９りの始点に対する円弧の
中心座標（Ｉ、Ｊ）、移動速度（Ｆ）、軌跡の種類（直
線／円弧）、加減速制御指令値等の情報から成っている
。補間演算部（２）は、指令値入力部（１）からブロッ
ク単位で指令値を受けとり、順次、軌跡上の座標を計算
する機能をもっている。

第８図は上記の補間演算部（２）の構成例を、第９図は
円弧補間の演算処理の例を示した図である。補間演算部
（２）の各処理は一定のサンプリング周期ΔＴで実行さ
れる。セグメント長計算部（１０）は指令速度Ｆとサン
プリング周期ΔＴの積をとり、この間の移動量ΔＬ（−
Ｆ・ΔＴ）を計算する。座標計算部（１１）は、前回の
補間点Ｐ　　　（１６）の座標（Ｘ　　　、Ｙ　　　）
から距１−ｉ　　　　　　　　　　ｉ−ｔ　　　ｉ−を
離Δしたけ前方の軸跡上の次の補間点Ｐ、（１７）の座
標（Ｘ、Ｙ）を計算する。ブロックの終端判別部（１２
）は、点Ｐ、（１７）がブロックの終端ＰＥ　（１８）
に等しいか、これを越えるかどうかを判別し、越える場
合はＰＥの座標をＰＩの座標におき換え、次のサンプリ
ング周期からは新しいブロックの処理に移行させる。移
動量軸成分計算部（１３）は、今回サンプリング周期間
の移動セグメントΔＬ（１５）の各座標軸成分ΔＸ　１
ΔＹ１をそれぞれ ΔＸｉ　”Ｘｌ　”−Ｘｉ−１ ΔＹ、−Ｙｉ−Ｙ、−１ により求めて、次のスムージング処理部（３）へ送出す
る。

スムージング処理部（３）は、補間演算部（２）で求め
られた座標軸ごとの移動指令（サンプリング周期へＴの
間の移動量（ΔＸ　１ΔＹ１））を受け、それぞれの時
間的変化率（加速度）が一定値以下になるように処理し
、サーボ駆動部（４）が正しく追従し、且つスムーズな
機械駆動ができるように、滑らかな速度指令に変換する
。

第１０図にスムージング処理部（３）の構成例を示すが
、各軸独立に同一の処理が行われるためここではＸ軸に
関連する構成について説明する。

スムージング処理部（３）のサンプリング周期Δｔはこ
こでは補間演算部（２）のサンプリング周期ΔＴの１／
１６に設定されている。まず、分割処理部（２０）は補
間演算部（２）の出力ΔＸ１を、これに１／１６を乗じ
てサンプリング周期Δｔに対応する移動量ΔＸ１に逐次
分割する。次に、この結果をデジタルフィルタ（２１）
で平滑処理し、滑らかな速度指令ΔＰ、に変換した後サ
ーボコ 駆動部（４）へ出力する。この間の処理は例えば次のよ
うに表される。

但し、ｊ−０，１，２、・・・・・・ ΔＰ　−０、Ｄ　　−０， Ｔ；スムージング時定数 上記のΔＸ１は１６サイクルごとに補間演算部（２）の
次の新しい出力で更新される。上記の一連の演算はＹ軸
についても全く同様に行われ、ΔＹ１はΔＱｊに変換さ
れる。

サーボ駆動部（４）は、スムージング処理部（３）の出
力指令を受けて各駆動軸サーボモータの回転角を指令値
に一致させるように駆動する機能を有し、そして、Ｘ、
Ｙの各軸の移動機構の動作の合成によって軸跡が生成さ
れる。

上記の（１）式の処理の中で、Ｄ、は各サンプリング時
点のＸ軸の速度指令値をΔＸ、からΔＰ、に変換する際
の指令値の溜めに相当するもコ ので、この分だけ指令の遅れとなって現われる。

従って、上記の例でΔＰ、とΔＱ、を用いて軸跡ココ を生成した場合には、元の指令軌跡との間に指令の遅れ
に相当する誤差が生じ、しかも、この誤差は速度の大き
さに対応して増大することになる。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の軌跡制御装置は以上のように、軌跡の補間演算を
した後でスムージング処理を行う構成となっており、こ
のため、サーボ駆動部の各軸に対する指令値に遅れが生
じ、この遅れによって軌跡誤差が発生していた。そして
、遅れ′の大きさは速度の大きさに対応するため、高速
駆動する場合には誤差が極めて大きくなる、という問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、高精度な軸跡を発生すると共に、高速で且つ
滑らかな速度制御が可能な軸跡制御装置を得ることを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る軌跡制御装置は、与えられた軌跡指令値
に基づいてで軌跡の経路長を計算する経路長計算手段と
、与えられた速度指令値及びこの経路長計算手段の出力
を用いて移動速度信号を発生する速度信号発生手段と、
この速度信号発生手段の出力に基づいて速度信号の波形
を形成するデジタルフィルタと、形成された速度信号及
び前記軌跡指令値に基づいて、軌跡の移動成分を計算し
、且つその移動成分の各駆動軸成分を逐次計算する補間
演算手段と、を備えたものである。

［作用］ この発明において、補間演算手段は、デジタルフィルタ
の出力と軌跡指令値により軸跡上の次の移動点を決定し
、移動点の座標を計算し、サンプリング周期の各軸移動
成分を求める。

［実施例］ この発明の一実施例の構成を第１図に示す。図において
、第１の補間演算部（２）は入力指令部（１）から１ブ
ロツクの軌跡指令値のうち、移動指令値（Ｘ、Ｙ、Ｉ、
Ｊ）　、軸跡の種類（円／直線）等の情報をうけて、指
令軌跡を必要な精度の直線セグメントに分割補間し、演
算結果をセグメントバッファメモリ（２６）にその空き
に応じて書き込む機能をもっている。セグメントバッフ
ァメモリ（２６）は、第１の補間演算部（２）で計算さ
れたセグメントの長さくΔＬ）・セグメントの座標成分
（ΔＸ、ΔＹ）、指令入力部（１）から出力される移動
速度（Ｆ）及びブロックの開始／終了等の状態量や加減
速制御指令値等から成る制御信号（Ｃ）をセグメント情
報の１つの単位として順次記憶するメモリである。速度
制御処理部（２７）は一定の微小なサンプリング周期Δ
ｔごとにセグメントバッファメモリ（２６）からセグメ
ント情報を順次読み出し、セグメント分割された軌跡を
滑らかな速度制御のちとに生成するための移動指令（Δ
Ｐ１．ΔＱ１）を作りサーボ駆動！ 部（４）へ送出する。

第２図は第１図のハード構成を示すブロック図で、（１
００）はメインＣＰＵ、（１０２）は主メモリ（ＲＯＭ
）、（１０３）は標準入出力ＩＺＦ用メセメモリＡＭ）
、（１０４）はＮＣデータ用メモリ（ＲＡＭ）、（１０
５）はサーボコントローラ、（１０６）はＣＲＴ、（１
０７）はキーボードで、（１０８）は工作機械である。

第１図の指令入力部（１）は標準入出力Ｉ／Ｆ用メセメ
モリ１０３）　、ＮＣデータ用メモリ　（１０４）　、
ＣＲＴ　（１０６）及びキーボード（１０７）によって
構成されており、第１の補間演算部（２）は主メモリ（
１０２）に格納されたプログラムによって演算動作をす
るメインＣＰＵ　（１００）によって構成されている。

また、セグメントバッファメモリ（２６）はＮＣデータ
用メモリ（１０４）によって構成され、速度制御処理部
（２７）は前記メインＣＰＵ　（１００）によって、更
に、サーボ駆動部（４）はその一部がサーボコントロー
ラ（１０５）によって構成されている。

次に、上記に述べた構成の中で本発明の中心をなす速度
制御処理部（２７）について詳しく説明する。第３図は
速度制御処理部（２７）の構成を示すブロック図で、第
４図はその動作を示すフローチャートである。

速度指令発生部（３０）は、セグメントバッファメモリ
（２６）から読み出した速度指令値Ｆ１セグメント長Δ
Ｌ及び制御情報Ｃを読込み（Ｓｌ）、これらのデータを
用いてサンプリング周期Δｔごとの移動量Ｆ・Δｔを求
め、これを速度指令値Ｆ、とじて出力する（Ｓ２）。さ
らに、指令値を出力するごとにセグメントの残距離を求
め（Ｓ３）、残距離を判断しくＳ４）　、移動距離がセ
グメント長ΔＬを越えると判断される場合（残距離く０
）には、そのブロックが終了するまで（Ｓ５）、第１の
リードコントロール部（３１）を駆動させて次のセグメ
ント情報を読み出しくＳ６）、Ｆ、の値が連続するよう
に端数処理を行い、セグメント間を滑らかに接続する速
度指令を発生させる。この動作は制御情報Ｃに含まれる
ブロック終了フラグがセットされているセグメントまで
くり返されて、第５図（Ａ）に示すようなステラ　４プ
状の速度指令Ｆ１が得られる。このとき、各サンプリン
グ出力ごとのＦＩの総和は、１ブロツクの軌跡のセグメ
ント長ΔＬの総和と等しくなるよう出力される。

一方、移動距離がセグメント長ΔＬを越えない場合には
、速度指令Ｆ、を前述したようなデジタルフィルタ（２
１）を通すことにより、第５図（Ｂ）に示すよう形成さ
れた速度信号ｆ１を得る（Ｓ７）。速度信号ｆ１は、次
の積分器（３２）で加算積分され、セグメント始端から
の移動距離り、が計算される（Ｓ８）。セグメント終端
判別）部（３３）はＬｌとΔＬの比較を行う（Ｓ９）。

セグメント終端判別部（３３）によりＬｌがΔＬより小
さいと判断された場合はセグメント長ΔＬとり、の比に
、（−Ｌｌ／ΔＬ）を求め（Ｓ１０）、次に、ΔＰ１及
びΔＱ１を次式により求める（Ｓ　１１）。

但し、ｉ−１，２，３，・・自・・ ΔＸ　　！ΔＹ　　−〇 ０　　　　　　　　　〇 一方、移動距離Ｌｉがセグメント長ΔＬを越えると判断
されたときには、第２のリードコントロール部（３４）
を駆動して、次のセグメント情報をセグメント終端判別
部（３３）及び比例補間演算部（３５）へ読み出しく５
１２）、移動距離ＬＩのオーバ分を次のセグメントで消
化するように端数処理を行い、端数の値を積分器（３２
）及び比例補間演算部（３５）へ送り、それぞれの処理
の初期条件を再設定する。そして、比例補間演算部（３
５）は、セグメントの各座標軸成分（ΔＸ。

ΔＹ）とセグメント終端判別部（３３）の出力を用いて
、移動指令（ΔＰ、、ΔＱ、）を計算する（Ｓ　１３）
。即ち第６図に示すように、Ｌ、がΔＬをオーバしたと
きには、現在のセグメント（４０）から次のセグメント
（４１）へ移動点が移ることになる。この場合はオーバ
した（ＬニーΔＬ）だけ次のセグメント（４１）上を進
んだＡ点（４２）を次の移動点として定め、前回までの
移動点Ｐ　　　（４３）からＡ点（４２）までの変位量
の各座標軸成分をそれぞれΔＰ　、ΔＱ１とすることに
よりセグメント間の移動を滑らかに接続する移動指令を
形成することができる。

なお、上記実施例ではＸ−Ｙ２軸の移動軌跡の生成につ
いて説明したが、３軸以上の場合にも当然適用でき、ま
た、関節型ロボットのような非直交駆動機構を用いた数
値制御装置における軸跡の生成についても同様な効果を
発揮する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、予め計算した経路長
と速度指令値を用いて速度信号を発生させ、これをデジ
タルフィルタを用いて平滑した後にこの速度信号を用い
て経路補間を行うため、滑らかな速度制御の正確な軌跡
指令値が生成され、速度の大きさに依存しない正確な軌
跡制御が可能となっている。このため、特にレーザ加工
機においては微小円弧を高速に高精度に加工することが
可能となっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の軌跡制御装置の一実施例の構成を示し
たブロック図、第２図は第１図の装置のハード構成を示
すブロック図、第３図は速度制御処理部の詳細を示した
ブロック図、第４図はその動作を示したフローチャート
、第５図（Ａ）。 （Ｂ）は前記速度制御処理部の動作波形の説明図、第６
図は比例補間演算部の処理の説明図、第７図は従来の軌
跡制御装置の構成を示したブロック図、第８図は第７図
の補間演算部の構成を示したブロック図、第９図はその
動作例を示した説明図、第１０図は第８図のスムージン
グ処理部の構成を示したブロック図である。 （１）は指令入力部、（２）は補間演算部、（３）はス
ムージング処理部、（４）はサーボ駆動部、（２１）は
デジタルフィルタ、（２６）はセグメントバッファメモ
リ、（２７）は速度制御処理部、（３０）は速度指令発
生部、（３３）はセグメント終端判別部、（３５）は比
例補間演算部を示す。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人　弁理士　佐々木　宗　治 第４図 第５図 第６図 第９図 第１０図 手続補正書（自発） １、事件の表示 特願昭６１−２９２５７９号 ２、発明の名称 軌跡制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　（６０１）三菱電機株式会社 代表者　志岐守哉 ４、代理人 住　所　　　　東京都港区虎ノ門五丁目８番６号５６補
正の対象 明細書の「特許請求の範囲」及び「発明の詳細な説明」
６、補正の内容 （１）明細書の特許請求の範囲の記載を別紙の通り補正
する。 （２）明細書第２頁第１２行〜第１７行「これは・・・
　・・・成っている。」を、次のとおり補正する。 「これは移動量（Ｘ、Ｙ）　、移動速度（Ｆ）、軌跡の
種類（直線、円弧等）、加減速制御指令値等から成って
いる。また、円弧の場合にはブロックの始点に対する円
弧の中心座標（１，Ｊ）も含まれる。ヨ （３）明細書第３行第１５行「今回」を、「今回の」と
補正する。 （４）明細書第４行第１６行「Ｘ、」を、「Ｘ、」ｌ　
　　　　　　　　　　　　　Ｊ と補正する。 （５）明細書第５頁第５行「ｊ−０，１，２、」を、ｒ
ｊ−１，２，３Ｊと補正する。 （６）明細書第５頁１６行「軸跡」を、「軌跡」と補正
する。 （７）明細書第６頁第１行「軸跡」を、「軌跡」と補正
する。 （８）明細書第６頁第１６行「軸跡」を、「軌跡」と補
正する。 （９）明細書第８頁第４行「（ΔＬ）・セグメント」を
、「（ΔＬ）、セグメント」と補正する。 （１０）明細書第１３頁第５行「軸跡」を、「軌跡」と
補正する。 （１１）図面の第４図を別紙補正図面のとおり補正する
。 以上 特許請求の範囲（補正） 「与えられた軌跡指令値に基づいて軌跡の経路長を計算
する経路長計算手段と、与えられた速度指令値とこの経
路長計算手段の出力を用いて移動速度信号を発生する速
度信号発生手段と、速度信号発生手段の出力に基づいて
速度信号の波形を成形するデジタルフィルタと、成形さ
れた速度信号と前記軌跡指令値を用いて、軌跡の移動成
分を計算し、且つ、その移動成分の各駆動軸成分を逐次
計算する補間演算手段と、を備えたことを特徴とする軸
跡制御装置。」 第４　図　　　　補正図面 手続争市正書ｃ　１１発） １、事件の表示 特願昭６１−２９２５７９号 ２、発明の名称 軌跡制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　（８０１）三菱電機株式会社 代表者　志岐守哉 ４、代理人 住　所　　　　東京都港区虎ノ門五丁目８番６号５、補
正の対象 昭和６２年６月２５日付の手続補正書の「補正の内容」
６、補正の内容 （１）昭和６２年６月２５日付手続補正書第２頁第１１
行「第３行」を、「第３頁」と補正する。 （２）前記手続補正書第２頁第１３行「第４行第１６行
」を、「第４頁第１７行」と補正する。 以　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 与えられた軌跡指令値に基づいて軸跡の経路長を計算す
   る経路長計算手段と、与えられた速度指令値とこの経路
   長計算手段の出力を用いて移動速度信号を発生する速度
   信号発生手段と、速度信号発生手段の出力に基づいて速
   度信号の波形を形成するデジタルフィルタと、形成され
   た速度信号と前記軌跡指令値を用いて、軌跡の移動成分
   を計算し、且つ、その移動成分の各駆動軸成分を逐次計
   算する補間演算手段と、を備えたことを特徴とする軸跡
   制御装置。