(57)【要約】【課題】      従来と同じ性能の通信線を使っていても同期補間制御可能な軸数を増やせるようにする。【解決手段】  軸指令生成部１２１と軸制御部１３１を搭載したモーションコントローラ１０１が同期通信の通信線１００に接続され、多軸補間指令Ｄを入力すると、各モーションコントローラの軸指令生成部１２１どうし、軸制御部１３１どうしが同期して各軸を制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信線に接続されて同期通信をサポートする通信処理部と軸指令を生成する軸指令生成部とその軸指令を受けてモータを制御する軸制御部とからなるモーションコントローラが前記モータとペアになって複数設けられた分散型モーションコントロールシステムにおいて、
各モーションコントローラが次の手順で動作し、補間指令に基づいて前記モータを同期補間制御することを特徴とする分散型モーションコントロールシステムの制御方法。
（１）前記通信処理部が他のモーションコントローラの通信処理部と同期して補間指令を入力する。
（２）前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と同期して前記補間指令を入力し、モータを駆動する軸指令を作成する。
（３）前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と同期して前記軸指令を入力し、モータを駆動する。
（４）前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と互いに同期して動作するとともに、前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と互いに同期して動作する。
【請求項２】
前記モーションコントローラがイベントを検出すると次の手順で動作することを特徴とする請求項１に記載の分散型モーションコントロールシステムの制御方法。
（１）前記通信処理部が前記イベントを入力して前記同期通信によって他のモーションコントローラへ前記イベントを送信する。
（２）他のモーションコントローラの通信処理部が前記同期通信によって前記イベントを受信する。
（３）他のモーションコントローラの通信処理部が同期して前記イベントを入力する。
（４）入力した前記イベントに同期して各モーションコントローラの軸指令生成部が動作する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のモータを同期補間制御する分散型モーションコントロールシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の数値制御装置は、互いにネットワーク接続された数値制御部と複数の軸制御部とで構成されており（例えば特許文献１参照）、図５はその構成を示すブロック図である。この数値制御装置は、数値制御部５１０と軸制御部５２０、５３０、画面制御部５４０とで構成されており、これらがネットワーク５５０で接続されている。数値制御部５１０は、数値制御装置全体を制御する数値制御器５１１と工作機械を制御するＰＭＣ制御器５１２と、ネットワーク５５０を制御するネットワーク制御部５１３から構成されている。軸制御部５２０、５３０は図示しないサーボ駆動系を制御する軸制御器５２１、５３１とネットワーク５５０を制御するネットワーク制御部５２２、５３２から構成されている。簡単化のため、軸制御部を２つだけ示しているが、実際にはネットワークの転送能力に応じて必要数の軸制御部が使われる。画面制御部５４０はＣＲＴ／ＭＤＩ等の図示しない入出力装置を制御する画面制御器５４１とネットワーク５５０を制御するネットワーク制御部５４２から構成されている。このような構成でネットワーク５５０を介して数値制御部５１０と、軸制御部５２０、５３０、画面制御部５４０の間でデータの送受信ができるようになっている。
数値制御器５１１は同期補間制御をするすべての軸制御部５２０、５３０の軸指令を作成して、予め定められた一定の通信周期ごとに軸指令をネットワーク５５０に送信する。軸制御部５２０、５３０が各々の軸指令を受信すると軸制御部５２０、５３０の間で一定の同期信号で同期をとって同期補間制御をしていると推測される。
【特許文献１】特開平９−７３３１０号公報（第５頁、図１）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の数値制御装置では、数値制御部５１０が多軸の軸指令を生成して軸制御部５２０、５３０にあるネットワーク制御部５２２、５３２の通信周期内に収められるような十分な性能を有している場合、同期補間可能な制御軸数は通信性能の制約を受ける。すなわち、
（１）通常、通信周期は軸制御部の制御周期に見合った短いものである必要があり、
（２）ネットワークに接続される軸制御部の数は、要求される通信周期以内で送信可能な軸指令データの量に応じて決定され、ネットワークのデータ帯域の制約をうける。
従って、数値制御部が多軸補間指令を軸指令へ変換できる性能を有している場合であっても、ネットワークの通信性能の制約のゆえに同期補間制御する軸制御部の数を増やすことができないという拡張性の問題があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、従来と同じ通信性能の通信線を使っても、従来の構成と比べて同期補間制御可能な軸数を増やすことができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
第１の発明は、通信線に接続されて同期通信をサポートする通信処理部と軸指令を生成する軸指令生成部とその軸指令を受けてモータを制御する軸制御部とからなるモーションコントローラが前記モータとペアになって複数設けられた分散型モーションコントロールシステムにおいて、各モーションコントローラが次の手順で動作し、補間指令に基づいて前記モータを同期補間制御することを特徴としている。（１）前記通信処理部が他のモーションコントローラの通信処理部と同期して補間指令を入力する。（２）前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と同期して前記補間指令を入力し、モータを駆動する軸指令を作成する。（３）前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と同期して前記軸指令を入力し、モータを駆動する。（４）前記軸指令生成部が他のモーションコントローラの軸指令生成部と互いに同期して動作するとともに、前記軸制御部が他のモーションコントローラの軸制御部と互いに同期して動作する。
また第２の発明は、前記モーションコントローラがイベントを検出すると次の手順で動作することを特徴としている。（１）前記通信処理部が前記イベントを入力して前記同期通信によって他のモーションコントローラへ前記イベントを送信する。（２）他のモーションコントローラの通信処理部が前記同期通信によって前記イベントを受信する。（３）他のモーションコントローラの通信処理部が同期して前記イベントを入力する。（４）入力した前記イベントに同期して各モーションコントローラの軸指令生成部が動作する。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に記載の発明によると、ドライブ一体型モーションコントローラとネットワークとを組み合わせた分散型モーションコントロールシステムとすることにより、モーションコントローラが入力する補間指令は軸指令生成部への入力である多軸補間指令となり、多軸分の軸指令よりもデータ量が少なくてすむ。また多軸補間指令は通常、軸指令の数〜数十個分に相当するため、多軸補間指令送信時の通信周期は、軸指令送信時と比べて長く設定することができる。従って、本発明の構成とすることにより、従来と同じ通信性能のネットワークであっても、従来構成の場合と比べて同期補間制御可能な軸数を増やすことができる。
また、第２の発明によると、いずれか一つのモーションコントローラで検出したイベントに対して同期してアクションを起こすことが可能であるため、例えば、あるモーションコントローラで検出した減速停止イベントをすべてのモーションコントローラが同期して処理することができるので、多軸補間指令の補間軌道から外れない軸指令を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明の方法を実施する分散型モーションコントロールシステムの構成を示すブロック図である。図において、１０１〜１０４はモーションコントローラであり、同期通信をサポートする通信線１００が接続されている。また、それぞれが通信処理部１１１〜１１４と軸指令生成部１２１〜１２４、軸制御部１３１〜１３４を備えて回転検出器付きのモータ１５１〜１５４が接続されている。通信処理部１１１〜１１４は通信線１００の同期信号Ｃを受けて互いに同期しており、軸指令生成部１２１〜１２４も軸制御部１３１〜１３４も同様に互いに同期している。通信処理部１１１〜１１４は通信線１００の通信周期に応じて同一の補間指令Ｄを入力してそのまま出力しており、これを受けた軸指令生成部１２１〜１２４が軸指令ＳＰ１〜ＳＰ４を生成している。軸制御部１３１〜１３４は軸指令ＳＰ１〜ＳＰ４とモータ１５１〜１５４のエンコーダフィードバックＥｆ１〜Ｅｆ４を入力して動作し、モータ１５１〜１５４を駆動する。
【０００９】
図２は図１の分散型モーションコントロールシステムの第１の制御方法の動作タイミングを示すタイミングチャートである。モーションコントローラ１０１〜１０４の動作はすべて同じであるので、代表としてモーションコントローラ１０１を使って説明する。図において、通信線１００は通信周期Ｔ１で同期通信を行っている。軸指令生成部１２１は軸指令生成周期ＴＦごとにタイマ割り込みで起動され、補間指令Ｄを入力すると、軸指令ＳＰ１を生成して軸制御部１３１へ出力する。一方、軸制御部１３１は軸制御周期Ｔ２ごとにタイマ割り込みで起動され、軸指令ＳＰ１を入力すると軸指令生成周期ＴＦと軸制御周期Ｔ２に応じて軸指令ＳＰ１を分割する。ここでは軸指令生成周期ＴＦが軸制御周期Ｔ２の２倍になるように設定されているので、軸指令ＳＰ１はＳＰ１１、ＳＰ１２に２分割される。そして、軸制御部１３１はＳＰ１１処理とＳＰ１２処理の２つの処理をしてモータ１５１を駆動する。
【００１０】
図３は本発明の第１の制御方法の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。図３を用いて図１で示したモーションコントローラ１０１〜１０４の動作を説明する。モーションコントローラ１０１〜１０４の動作はすべて同じであるので、代表としてモーションコントローラ１０１を使い、順を追って説明する。
（Ｓ１）まずモーションコントローラ１０１が起動すると軸指令生成部１２１がタイマ割り込み起動待ちとなる
（Ｓ２）次に、軸指令生成部１２１がタイマ割り込みによって起動すると、
（Ｓ３）通信処理部１１１が補間指令Ｄを受信したかどうかを確認し、受信していなければＳ１に戻って再びタイマ割り込み起動待ちとなる。
（Ｓ４）通信処理部１１１が補間指令Ｄを受信していれば補間指令Ｄを入力し、
（Ｓ５）補間指令Ｄに応じた速度を生成して
（Ｓ６）速度に対応した次補間点ベクトルを計算し、
（Ｓ７）次補間ベクトルからモータ１５１の成分を抽出して出力し、
（Ｓ８）モータ１５１を駆動する。
【００１１】
ここでＳ３〜Ｓ７を具体的に説明すると以下のようになる。まず補間指令Ｄとして曲線補間ｆ（ｕ）＝（ｘ(ｕ)、ｙ（ｕ）、ｚ（ｕ））（ｕは曲線パラメータ、ｕ≧ｕ０）を考える。軸指令生成部１２１がｆ（ｕ）を入力すると（Ｓ４）、ｆ（ｕ）の始点ｆ（ｕ０）から、軸指令生成周期ＴＦ経過した時刻における補間速度Ｖ１を計算する（Ｓ５）。例えば、接線加速度Ａが与えられている場合、始点における速度を０とすると補間速度Ｖ１は次のようになる。
V1=A*TF
このＶ１を使うと、この時間の移動距離ΔＬ１は次のようになり、
ΔL1=V1* TF/2
このときの曲線パラメータの変化量Δｕ１は次のようになる。
Δu1=ΔL1/|f’(u0)|
従って、この時刻における補間点は次のように計算される（ＳＴ６）。
f(u0+Δu1)=(x(u0+Δu1)、y(u0+Δu1)、z(u0+Δu1))
【００１２】
次に、モーションコントローラ１０１が補間点ｆ（Δｕ１）を軸指令ＳＰ1に変換する。通常、多関節ロボットや多軸工作機械において、作業空間におけるアームやツールの位置をモータへの軸指令に変換する場合、キネマティクスと呼ばれる変換行列が用いられる。この変換行列の要素は作業空間上の各位置ｐの関数となるため、変換行列をＭ（ｐ）とすると、軸指令ＳＰ1は以下のように計算される。
(SP1)= M( f(u0+Δu1))・ f(u0+Δu1)
（Ｓ７）これによってモータ１５１に対する軸指令ＳＰ１が抽出され、
（Ｓ８）軸制御部１３１が軸指令ＳＰ１とモータ１５１からのエンコーダフィードバックＥＦ１を入力して働き、モータ１５１を駆動する。
（Ｓ９）次に補間指令Ｄの補間が完了しているかどうかを確認し、完了していれば再びタイマ割り込み起動待ち（Ｓ１）に戻り、
（Ｓ１０）未完であればタイマ割り込み起動待ち、
（Ｓ１１）タイマ割り込み起動を経て、
（Ｓ５）速度を生成し、以下（Ｓ５）〜（Ｓ９）の手順を繰り返す。
なお（Ｓ４）〜（Ｓ９）のいずれかの段階で何らかのエラーが検出されると、モーションコントローラ１０１はモータ１５１の制御を停止させるようになっているが、図３のフローチャートではその手順を省略している。
以上の動作はいずれのモーションコントローラ１０１〜１０４でも同様であるので、軸指令生成部１２１〜１２４が互いに同期し、軸制御部１３１〜１３４も互いに同期分散型モーションコントロールシステムの同時多軸補間制御が可能となるのである。
【実施例２】
【００１３】
図４は図１の分散型モーションコントロールシステムの第２の制御方法の動作タイミングを示すタイミングチャートである。モーションコントローラ１０１〜１０４の動作はすべて同じであるので、代表としてモーションコントローラ１０１と１０２を使って説明する。
まず通信処理部１１１が停止信号を検出すると、次回の送信タイミング時に他のモーションコントローラ１０２へ停止イベントを送信する。モーションコントローラ１０２は通信処理部１１２が停止イベントを受信すると、軸指令生成部１２１、１２２の双方が軸指令生成周期Ｔ１で停止イベントを入力し、軸指令生成処理を実施する。このとき軸指令生成部１２１、１２２の軸指令生成周期Ｔ１は同期しているので、補間指令Ｄの軌道に沿って補間処理を一時停止することが可能となる。
なお、以上の説明ではイベントの例として補間処理の停止イベントを用いたが、本発明の趣旨に従えばこれに限定されるものではなく、他のあらゆるイベントであってもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明によれば、従来と同じ通信性能の通信線を使っていても、従来の構成と比べて同期補間制御可能な軸数を増やすことができるため、従来よりも多軸の補間制御が要求される複数の多関節ロボットの協調制御をするシステムなどに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の方法を実施する分散型モーションコントロールシステムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の方法の第１実施例の動作タイミングを示すタイミングチャート
【図３】モーションコントローラの制御アルゴリズムを示すフローチャート
【図４】本発明の方法の第２実施例の動作タイミングを示すタイミングチャート
【図５】従来の数値制御装置の概念図
【符号の説明】
【００１６】
１００  通信線、                   １０１〜１０４  モーションコントローラ、
１１１〜１１４  通信処理部、       １２１〜１２４  軸指令生成部、
１３１〜１３４  軸制御部、         １５１〜１５４  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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