(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗動機構と、
前記粗動機構より単位変位量が小さい微動機構と、
前記粗動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく粗動機構制御信号により前記粗動機構を制御する粗動機構制御部と、
前記微動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく微動機構制御信号により制御する微動機構制御部と、
前記粗動機構及び前記微動機構に関するパラメータを記憶する記憶部と、
前記粗動機構制御信号及び前記粗動機構のセンサ信号と、前記記憶部に記憶された粗動機構及び微動機構に関するパラメータとから、機構の運動方程式に基づいて前記粗動機構の動作により発生する前記微動機構の加速度又は角加速度を算出し、前記微動機構の目標物に対する追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を前記加速度又は角加速度に応じて生成して前記微動機構制御信号に加算する追跡補正信号生成部と
を具備することを特徴とする位置決め装置。
【請求項２】
粗動機構と、前記粗動機構より単位変位量が小さい微動機構と、前記粗動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく粗動機構制御信号により前記粗動機構を制御する粗動機構制御部と、前記微動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく微動機構制御信号により制御する微動機構制御部とを備える位置決め装置に用いられる方法であって、
前記粗動機構及び前記微動機構に関するパラメータを記憶し、
前記粗動機構制御信号及び前記粗動機構のセンサ信号と、前記記憶された粗動機構及び微動機構に関するパラメータとから、機構の運動方程式に基づいて前記粗動機構の動作により発生する前記微動機構の加速度又は角加速度を算出し、前記微動機構の目標物に対する追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を前記加速度又は角加速度に応じて生成して前記微動機構制御信号に加算することを特徴とする位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、目標追跡装置などに用いられる位置決め装置及び位置決め方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
目標追跡装置では、目標物を追跡する範囲を広くすること、より速い速度で移動する目標物に対しても追跡できること、遠方にある目標物や小さな目標物等に対しても高い精度で追跡できること等が求められる。そのため、粗動機構と微動機構とを組み合せて装置を構成する場合が多く、一般的には、粗動機構の可動部上に微動機構の固定部が取り付けられる。
【０００３】
粗動機構は、微動機構に比べて動作範囲を広くとる等の理由によって、大型で可動部の質量やイナーシャを大きくする必要があり、応答周波数を低くせざるをえない。したがって、粗動機構の目標物の移動に対する追跡性能は、微動機構の目標物の移動に対する追跡性能に比べて低いものとなる。従来は、微動機構が、目標物の移動に対する追跡性能があまりよくない粗動機構の可動部上に取付けられていても、目標物の移動速度があまり速くなく、また、目標物の移動に対する追跡誤差がある程度大きくても許容されていたため、微動機構の追跡性能によって、移動する目標物を追跡することができた。
【０００４】
一方、高速・高精度な位置決め性能や目標への追従性能を実現するために、次のような公知文献が挙げられる。特許文献１では、機構系の共振等がある装置に対してモデルを内蔵型の適応制御系を構成して応答特性を改善する制御手法が提案されている。特許文献２では、慣性センサの信号をフィードバック制御し、動揺等の外乱に対する空間安定機能の高精度化と広帯域化が図られている。特許文献３では、角加速度センサの信号をフィードバック制御することによって、動揺等の外乱に対する空間安定精度の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２６７２９６公報
【特許文献２】特開２００４−１４５４２２公報
【特許文献３】特許３２０３８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、より高速で移動する目標物に対して追跡動作を行ったり、より高い精度で追跡動作を行う場合には、粗動機構と微動機構とを合わせた追跡性能では、目標への追跡誤差を十分に低減させることは困難であった。
【０００７】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、高速で移動する目標物に対して高精度に追跡することが可能な位置決め装置及び位置決め方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するためにこの発明に係る位置決め装置は、粗動機構と、前記粗動機構より単位変位量が小さい微動機構と、前記粗動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく粗動機構制御信号により前記粗動機構を制御する粗動機構制御部と、前記微動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく微動機構制御信号により制御する微動機構制御部と、前記粗動機構及び前記微動機構に関するパラメータを記憶する記憶部と、前記粗動機構制御信号及び前記粗動機構のセンサ信号と、前記記憶部に記憶された粗動機構及び微動機構に関するパラメータとから、機構の運動方程式に基づいて前記粗動機構の動作により発生する前記微動機構の加速度又は角加速度を算出し、前記微動機構の目標物に対する追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を前記加速度又は角加速度に応じて生成して前記微動機構制御信号に加算する追跡補正信号生成部とを具備する。
【０００９】
また、この発明に係る位置決め方法は、粗動機構と、前記粗動機構より単位変位量が小さい微動機構と、前記粗動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく粗動機構制御信号により前記粗動機構を制御する粗動機構制御部と、前記微動機構の位置、角度、速度及び角速度のうち少なくとも１つに関するセンサ信号に基づく微動機構制御信号により制御する微動機構制御部とを備える位置決め装置に用いられる方法であって、前記粗動機構及び前記微動機構に関するパラメータを記憶し、前記粗動機構制御信号及び前記粗動機構のセンサ信号と、前記記憶された粗動機構及び微動機構に関するパラメータとから、機構の運動方程式に基づいて前記粗動機構の動作により発生する前記微動機構の加速度又は角加速度を算出し、前記微動機構の目標物に対する追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を前記加速度又は角加速度に応じて生成して前記微動機構制御信号に加算するものである。
【発明の効果】
【００１０】
したがってこの発明によれば、高速で移動する目標物に対して高精度に追跡可能な位置決め装置及び位置決め方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る位置決め装置の一実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示した位置決め装置の機能ブロック図。
【図３】図１に示した追跡補正信号生成部の動作を示すフローチャート。
【図４】粗動機構及び微動機構の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１に、本発明に係る位置決め装置の一実施形態を示す構成図を示す。図２に、この位置決め装置の機能ブロック図を示す。
【００１４】
粗動微動機構部５は、粗動機構１及び微動機構２を備える。粗動機構１は、広範な動作範囲内で高速に対象物の位置・方向に指向させる機構で、微動機構２は、粗動機構１に比べると単位変位量が小さく、狭い動作範囲内で精密な位置・方向を合わせる機構である。
【００１５】
制御駆動部５０は、粗動機構制御駆動部１０、微動機構制御駆動部２０及び追跡補正信号生成部３０を備える。粗動機構制御駆動部１０は、粗動機構１の位置・角度・速度・角速度等に関するセンサ信号に基づく粗動機構制御信号により粗動機構１を制御し駆動する。微動機構制御駆動部２０は、微動機構２の位置・角度・速度・角速度等に関するセンサ信号に基づく微動機構制御信号により微動機構２を制御し駆動する。
【００１６】
追跡補正信号生成部３０は、微動機構追跡補正信号演算部３１と機構パラメータ記憶部３２とを備える。機構パラメータ記憶部３２には、例えば、粗動機構１及び微動機構２のそれぞれについての、可動部の質量、慣性モーメント、重心位置、動作軸の種類（並進、回転）と個数、動作軸の取付位置と向き、並びに粗動機構可動部に対する微動機構の取付位置と向きが記憶される。微動機構追跡補正信号演算部３１は、粗動機構制御駆動部１０内の粗動機構制御系１１に入出力される粗動機構駆動信号及び粗動機構センサ信号と、機構パラメータ記憶部３２に記憶されている粗動機構パラメータ及び微動機構パラメータとから、機構の運動方程式に基づいて、粗動機構１を動作させることによって発生する微動機構２の加速度又は角加速度を算出し、粗動微動機構部５の目標物に対する追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を前記加速度又は角加速度に応じて生成し、微動機構制御駆動部２０内の微動機構制御系２１からの出力である微動機構制御信号に加算する。
【００１７】
次にこのように構成された位置決め装置の動作について説明する。  
図３に、上述した追跡補正信号生成部３０における動作のフローチャートを示す。また、図４に、粗動機構１の動作軸が回転２軸で微動機構２の動作軸が回転２軸の場合の構成例を示す。本実施形態では、図４の構成の位置決め装置を例に挙げて説明するが、本発明は、この構成に限らず、動作軸が回転１軸又は回転３軸の場合などの構成にも同様に適用できる。
【００１８】
図３において、追跡補正信号生成部３０は、起動時に、予め粗動機構１及び微動機構２のパラメータ値を機構パラメータ記憶部３２から読み出しておく（ステップＳ１）。
【００１９】
微動機構２の各制御タイムステップごとに、以下の処理を繰り返し行う。
【００２０】
まず、微動機構追跡補正信号演算部３１は、粗動機構制御系１１から粗動機構制御信号と粗動機構センサ信号とを取り込む（ステップＳ２）。
【００２１】
次に、微動機構追跡補正信号演算部３１は、粗動機構１を動かすことに起因する微動機構２の加速度又は角加速度を機構の運動方程式に基づいて算出し、微動機構２の追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を生成する（ステップＳ３）。以下に、粗動機構１の動作軸が回転２軸の場合の粗動機構の運動方程式を次式に示す。
【数１】
0005459662.tif 000002
【００２２】
次に、粗動機構の動作軸の方向と微動機構の動作軸とのなす角度の方向余弦から微動機構の動作軸の加速度又は角加速度を算出する。以下に、上記図４に示したように、粗動機構１の動作軸が回転２軸で微動機構２の動作軸が回転２軸の場合の微動機構２の第１及び第２の動作軸の角加速度の算出式の一例を示す。
【００２３】
微動機構の第１の動作軸の角加速度＝
粗動機構の第１の動作軸の角加速度×ｃｏｓ（θ１１）
＋粗動機構の第２の動作軸の角加速度×ｃｏｓ（θ２１）
微動機構の第２の動作軸の角加速度＝
粗動機構の第１の動作軸の角加速度×ｃｏｓ（θ１２）
＋粗動機構の第２の動作軸の角加速度×ｃｏｓ（θ２２）
ここで、  
θ１１：粗動機構の第１の動作軸と微動機構の第１の動作軸とのなす角度  
θ１２：粗動機構の第１の動作軸と微動機構の第２の動作軸とのなす角度  
θ２１：粗動機構の第２の動作軸と微動機構の第１の動作軸とのなす角度  
θ２２：粗動機構の第２の動作軸と微動機構の第２の動作軸とのなす角度
次に、粗動機構１の動作軸の加速度又は角加速度から、微動機構２の追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を生成する。微動機構２の動作軸が回転２軸の場合の微動機構追跡補正信号の算出式の一例を示す。  
微動機構の第１軸の追跡補正信号＝微動機構の第１の動作軸の角加速度×第１のゲイン  
微動機構の第２軸の追跡補正信号＝微動機構の第２の動作軸の角加速度×第２のゲイン
微動機構追跡補正信号演算部３１は、上記ステップＳ３で算出された微動機構追跡補正信号を微動機構制御信号に加算する（ステップＳ４）。このように、微動機構追跡補正信号が加算された微動機構制御信号により微動機構２を駆動させることによって、高速で移動する目標物に対する粗動微動機構部５の追跡性能を向上させる。微動機構追跡補正信号演算部３１は、粗動微動機構部５の動作終了まで、各制御タイムステップ毎に上記ステップＳ１〜ステップＳ４の処理を繰り返し行う（ステップＳ５）。
【００２４】
以上述べたように、上記実施形態では、粗動機構制御信号及び粗動機構１のセンサ信号と、粗動機構１及び微動機構に関するパラメータとから、粗動機構１の動作により発生する微動機構２の加速度又は角加速度を算出し、粗動微動機構部５の目標物に対する追跡誤差を低減させるための微動機構追跡補正信号を前記加速度又は角加速度に応じて生成して微動機構制御信号に加算するようにしている。
【００２５】
したがって、上記実施形態によれば、粗動機構１の動作によって生じる微動機構２の加速度や角加速度情報を用いることによって，目標の移動方向を推測することができ，高速で移動する目標物に対して高精度に追跡することが可能な位置決め装置を実現することができる。
【００２６】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
５…粗動微動機構部、１…粗動機構、２…微動機構、５０…制御駆動部、１０…粗動機構制御駆動部、２０…微動機構制御駆動部、３０…追跡補正信号生成部、１１…粗動機構制御系、１２…粗動機構駆動系、２１…微動機構制御系、２２…微動機構駆動系、３１…微動機構追跡補正信号演算部、３２…機構パラメータ記憶部。
【図１】
0005459662.tif 000003
【図２】
0005459662.tif 000004
【図３】
0005459662.tif 000005
【図４】
0005459662.tif 000006