JPS6326890B2 - - Google Patents

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JPS6326890B2
JPS6326890B2 JP56189630A JP18963081A JPS6326890B2 JP S6326890 B2 JPS6326890 B2 JP S6326890B2 JP 56189630 A JP56189630 A JP 56189630A JP 18963081 A JP18963081 A JP 18963081A JP S6326890 B2 JPS6326890 B2 JP S6326890B2
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JP
Japan
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speed
ptp
correction
trajectory
control
Prior art date
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JP56189630A
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JPS5890208A (ja
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Shigeru Futami
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP18963081A priority Critical patent/JPS5890208A/ja
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Publication of JPS6326890B2 publication Critical patent/JPS6326890B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Program-control systems
    • G05B19/02Program-control systems electric
    • G05B19/18Numerical 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 program data in numerical form
    • G05B19/416Numerical 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 program data in numerical form characterised by control of velocity, acceleration or deceleration
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/45Nc applications
    • G05B2219/45083Manipulators, robot

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、離散的な点列を与え、これらの点
の間を折線で接続する軌道補間法(PTP制御)
により制御される、複数のサーボ系を有する自動
機械におけるPTP制御の補正方式に関するもの
である。
自動機械において、溶接、塗装、塗布などの作
業を行うには、位置と速度を指定した連続軌道を
発生することが必要であるが、その軌道情報の与
え方として軌道上の離散的な点列を与える方法
(PTP軌道情報)軌道を連続的な情報で与える
方法(CP軌道情報)、が有る。
この両者を比較すると、PTP軌道情報の方が Γ情報量が格段に少ない Γ軌道発生が容易 Γ軌道の一部修正、追加などが容易 Γ速度設定が容易 など多くの有利な性質が有る。
軌道の発生あるいは教示の容易さから、多くの
自動機械でPTP制御が採用されている。
第1図はPTP制御を用いた自動機械の制御の
代表的なブロツクダイアグラムであり、軌道デー
タの2点が与えられたとき、その2点の座標及び
その間の移動速度より演算された各座標系の速度
指令がPTP制御コントローラから出力される。
これらの速度指令はそれぞれ積分器により位置指
令に変換され、各軸のサーボ系の入力として与え
られる。サーボ系の応答が完了すれば、次の2点
のデータがPTP制御コントローラから与えられ、
同様な動作で制御が行われる。なお、第1図では
直交座標系によるサーボ系のものを示したが極座
標系でも応用できまた軌道データとサーボ系の座
標系が異なる場合には途中で座標変換を行つて系
のマツチングを図ることとする。
複数のサーボ系でPTP制御を行うと、各サー
ボ系の速度指令は、一般的には与えられた離散的
な点においてステツプ関数的に変化する。例えば
第2図に示すような点P-1、点P、点P+1が軌道
データとして与えられた場合、各サーボ系の速度
指令V1〜Vnは第3図のa〜cに示すようにステ
ツプ的に変化する波形となる。
ステツプ関数は急峻な不連続関数であるため、
速度指令がステツプ関数的に変化するとサーボ系
は瞬時的に最大加/減速を行い大きな衝撃を発生
する。この衝撃は自動機械の機構部に振動を励起
するとともに、耐久性などに対して悪影響を及ぼ
す。更に、サーボ系の応答は低域通過的なので、
ステツプ関数のような急峻な指令には応答できず
動的な応答遅れを生ずる。このような各サーボ系
の応答遅れにより、複数のサーボ系の応答の合成
である軌道に誤差を生じ、与えられた点を通らな
くなる。この現象を直交二軸系を例にとつて詳細
に説明すると、第4図に示すように、直交二軸系
で点P-1から点PまでX軸に平行に速度Vで移動
し、点Pから点P+1までY軸に平行に速度Vで移
動する軌道P-1・P・P+1を考えた場合、この軌
道に対する速度指令は第5図に示すようにVxは
t=tpにおいてV→0に、またVyは0→Vにス
テツプ関数的に変化する波形となる。このような
ステツプ関数の速度指令が与えられたときのサー
ボ系の応答は第5図の一点鎖線で示すように動的
な遅れを発生する。このような速度応答の遅れに
より、二軸の合成により発生される軌道は第4図
及び第5図に一点鎖線で示すような形となりコー
ナー部で鈍り、点Pを通らない。
本発明は、このようなPTP制御の欠点を改善
することを目的とするものである。
改善方法の望ましい一つのかたちは、第6図に
示ように点Pの近傍で軌道が円弧になるように
し、その円弧1と直線P-1・P及び直線P・P+1
とが一次微係数が等しい点で円弧2,3に連続す
るように補正することである。この方法による軌
道の特徴は、第6図の速度指令に注目すると次の
ようになる。
:点Pの前後で速度指令の補正が行われる。
:速度指令の補正値の積分値は零である。
つまり、最終的には補正による位置ずれは生じな
い。
:補正後の速度指令は連続である。
:加速軸の補正の特徴はt=tpより前に一旦加
速する方向とは逆方向に動かすことであり、減
速軸の補正の特徴はt=tpより後で一旦行き過
ぎを生じさせることである。
本発明の方法は、上記〜の特徴を保存しつ
つ、補正の実現を極めて容易にするために、特定
の補正パターンをあらかじめ用意する。そして、
この補正パターンに基づき、t=tpでの速度指令
のステツプ関数的な変化分に比例した補正を行
う。このような方法では、軌道の形を特定するこ
とはできないが、軌道の形を指定の形から修正す
ることにより補正の実現を容易にしていることに
なる。
第6図の例に対する速度修正パターンを第7図
に示す。図中aは減速軸に対する補正された速度
指令、bはその補正パターン、Cは加速軸に対す
る補正された速度指令、dはその補正パターンで
ある。これらはいずれもt=tpにおける速度のス
テツプ関数的変化を1に正規化している。なお、
同図においてt1,t2,t3,t4はいずれも第6図に
おける直線又は円弧との接続点である各点P1
P2,P3,P4を通過する時刻である。
加速軸と減速軸の分類は、第8図のようにt=
tpの前後のPTP制御による速度指令の絶対値を
比較することで行なわれる。t<tpでの速度を
V1、t>tpでの速度をV2とするとき |V1|≦|V2|のとき加速軸、 |V1|>|V2|のとき減速軸と分類する。加速
軸の例を第9図に示す。
各軸について、加速軸と減速軸とに分類すると
同時に、t=tpにおける速度指令のステツプ関数
的変化幅ΔV=V1−V2を計算する。
各軸の速度補正は、第7図の速度補正パターン
b又はdに示したg−t又はg+tにΔVを乗ず
ることで行なわれる。
以上、速度指令を補正する方法について述べた
が、第10図に示すように速度補正パターンを積
分すれば、位置補正パターンを得るので、全く同
様な補正を位置指令の補正として行うことができ
る。
第10図には、減速軸に対する位置指令パター
ンを示す。
次に本発明の実施方法について述べる。
本発明では発生すべき速度(位置)補正パター
ンはあらかじめ指定される固定パターンであるか
ら、 ◎アナログ関数発生器 ◎デイジタルメモリとD/Aコンバータなどによ
り容易に発生することができる。
第11図には、本発明による補正を適用した自
動機械の軌道発生法のブロツク図を示す。軌道デ
ータから順次連続する3点の情報をPTP制御コ
ントローラに与えて、この間を直線で結ぶような
各サーボ系の速度指令のステツプ変化幅ΔVの計
算とその変化が加速か減速かの判定を行う。
速度指令の点Pの発生時刻t=tpと速度補正関
数の時間原点とを合わせ、かつ速度指令と速度補
正関数を同期して発生するための同期化信号を
PTP制御コントローラから発生する。
同期化信号により時間軸を規定された単位ステ
ツプの加速と減速に対する速度補正関数を加速及
び減速速度補正関数発生器により発生する。サー
ボ系の各軸に対し、この軸が加速ならば加速速度
補正関数を、減速軸ならば減速速度補正関数を選
択し、さらにこの選択された速度補正関数に点P
での速度ステツプ幅ΔVを乗じたものをこの軸の
速度補正関数W(t)とする。各軸のサーボ系の
速度指令U(t)は、PTP制御コントローラの出
力である速度指令V(t)と速度補正関数W(t)
との和となる。
第12図は単位ステツプの加速と減速に対する
速度補正パターンの1例を示したものである。こ
の図に示すように補正パターンとして減速軸用g
−tと加速軸用g+tの二種が用意され、この軸が
加速軸か減速軸かでいずれかが選択される。さら
にこの補正パターンとt=tpにおけるPTP制御
速度指令のステツプ変化幅ΔVとの積が乗算器で
計算され、各軸サーボ系への補正となる。
単位ステツプの加速、減速に対する速度補正関
数g(t)の一般的な性質を下に示す。
tの正負にわたつて関数値がある。
t=0で、加速の時は負方向の、減速の時は
正方向の単位ステツプのジヤンプがある。
t≠0では連続 ∫+∞ -∞g(τ)dτ=0 加速の場合にはt<0で、減速の場合にはt
>0で、唯1つの、下に凸なピークを有する。
第13図には、減速補正パターンのいくつかの
例をあげる。補正後の速度指令とともに減速軸パ
ターンのみ示す。図のaはt=0以後に一定勾配
となる直線で表される補正後の速度指令であり、
bはその補正関数である。ここにTは補正関数の
下がり勾配の直線が0になる時刻である。図のc
は時刻t=0以前から一定勾配で下降する直線で
表される補正後の速度指令であり、dはその補正
関数である。図のeは正弦波で補正された速度指
令であり、fはその補正関数である。またgは2
次曲線で補正された速度指令であり、hはその補
正関数である。
第14図〜第17図は上述した速度または位置
補正関数をPTP制御コントローラからサーボ系
に至るブロツクのどこに加算するかの各例を示す
ものであり、第14図は前述したようにPTP制
御コントローラから出力される速度指令に対して
直線速度補正関数を加算する場合を示し、第15
図はサーボ系内部位置偏差により規定されるサー
ボ系内部の速度指令に対して補正を行う例を示
し、第16図はPTP制御コントローラから出力
される速度指令を積分して位置指令に変換した後
に速度補正関数の積分値を加算する例を示し、第
17図はPTP制御コントローラからの出力が位
置指令である場合に速度補正関数を積分して位置
補正関数に変換した後に加算する例を示すもので
ある。
上述したように本発明の補正方式によれば、下
記のような効果がある。
少なくとも速度指令は連続となり(速度補正
関数の選び方によつては、速度指令の1次以上
の時間微分を連続にできる。)、サーボ系で生ず
る衝撃を微小にできるとともに、指令に対する
サーボ系の応答遅れが非常に小さくなる。
簡便な装置により、PTP制御のための軌道
データからCP制御の軌道が容易に発生できる。
特に本発明の方式ではサーボ系の軸数が増加し
たりサーボ系の構成が変つても、構成に大きな
変化はないという特徴を有する。他のCP制御
の構成の場合、このような変化は大幅な構成の
変化を必要とする。
速度補正関数の「加速の場合にはt<0で、
減速の場合にはt>0で、唯1つの、下に凸な
ピークを有する。」という性質により、急峻に
変化する軌道に対しても軌道データと実際の軌
道との誤差が小さくなる。
軌道の切線速度を一定に保ちたい場合、従来
のPTP制御よりも速度変動が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の速度補正を行わないPTP制御
の自動機械の制御方式を示すブロツクダイアグラ
ム、第2図は3点の離散的な軌道の例を示す説明
図、第3図はその軌道データに基づくPTP制御
コントローラより発生される速度指令の波形を示
す波形図、第4図はその速度指令に基づく実際の
軌道の例を2軸系で示す説明図、第5図はその速
度指令の応答の遅れを示す波形図、第6図は応答
の遅れを改善するための望ましいかたちを示す軌
道の説明図、第7図はその軌道を発生させるため
の速度指令及び速度補正関数を示す波形図、第8
図は本発明で規定する減速軸と加速軸の分類を示
す説明図、第9図は加速軸の例を示す波形図、第
10図は速度補正パターンを積分して得られる位
置補正パターンの例を示す波形図、第11図は本
発明による制御方法の実施例を示すブロツクダイ
アグラム、第12図は単位ステツプの加減速の速
度指令に対する速度補正関数を示す波形図、第1
3図は単位ステツプの減速速度指令に対する速度
補正関数の具体例を示す波形図、第14図〜第1
7図は速度または位置補正をブロツクのどの部分
において行うかの各例を示すブロツクダイアグラ
ムである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 離散的な点列と各点に付随する速度データか
    らなる軌道データがあらかじめ与えられ、この軌
    道を形成する点列の順に互いに隣接する2点のデ
    ータを取り出し、この2点間を直線で結びかつ指
    定された速度で移動するに必要な各サーボ系の速
    度指令もしくは位置指令を発生するPTP制御コ
    ントローラにより制御される複数のサーボ系を有
    する自動位置制御装置において、単位ステツプの
    加速、減速に対し、ステツプ変化の瞬間をt=0
    として、次の条件を満たす時間軸に関する速度補
    正関数g(t) 時間tの正負にわたつて関数値をもつ。 t=0で、加速の時は負方向の、減速の時は
    正方向の単位ステツプのジヤンプがある。 t≠0では連続。 ∫ -∞g(τ)dτ=0 加速の場合にはt<0で、減速の場合にはt
    >0で、唯一つの、下に凸なピークを有する。 を速度補正パターンとして予め設定しておき、前
    記PTP制御コントローラから出力される速度指
    令のステツプ変化幅もしくは位置指令の微分値の
    変化幅を前記速度補正パターンに乗じた値の補正
    関数を用いてPTP制御系の速度指令もしくは位
    置指令に対する補正を行うことを特徴とする自動
    機械におけるPTP制御の軌道補正方式。 2 速度指令のステツプ変化幅を前記速度補正パ
    ターンに乗じた値に比例した補正関数とする特許
    請求の範囲第1項記載の自動機械におけるPTP
    制御の軌道補正方式。 3 PTP制御コントローラから出力されるステ
    ツプ関数的に変化する速度指令に対して補正を行
    うようにした特許請求の範囲第2項記載の自動機
    械におけるPTP制御の軌道補正方式。 4 サーボ系内部位置偏差により規定されるサー
    ボ系内部の速度指令に対して補正を行うようにし
    た特許請求の範囲第2項記載の自動機械における
    PTP制御の軌道補正方式。 5 速度指令のステツプ変化幅を前記速度補正パ
    ターンに乗じた値の積分値を補正関数とする特許
    請求の範囲第1項記載の自動機械におけるPTP
    制御の軌道補正方式。 6 PTP制御コントローラから出力されるステ
    ツプ関数的に変化する速度指令の積分値である位
    置指令に対して補正を行うようにした特許請求の
    範囲第5項記載の自動機械におけるPTP制御の
    軌道補正方式。 7 PTP制御コントローラから直接出力される
    位置指令に対して補正を行うようにした特許請求
    の範囲第5項記載の自動機械におけるPTP制御
    の軌道補正方式。
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JPS5890208A JPS5890208A (ja) 1983-05-28
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JP7010877B2 (ja) 2019-04-25 2022-01-26 ファナック株式会社 機械学習装置、数値制御システム及び機械学習方法
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