(57)【要約】【課題】先端の重量物の質量および長尺の伸縮自在のアームの長さが変化する場合でも、停止時の振動を抑制しつつ目標位置に停止させるような機械制御装置を提供する。【解決手段】補正ブロック手段２０にパラメータ変更手段５０を接続し、制御対象機械４０の重量物４１の質量・アーム４２の長さが変化したときに第１パラメータ５２１，第２パラメータ５２２，・・・，第ｎパラメータ５２ｎの中から最適なパラメータを選択することにより、変化に拘わらずに極零相殺を行うようにして重量物４１を振動させることなく停止させる機械制御装置とする。【選択図】  図１
2004206278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令値を出力する位置指令装置と、
機械振動を抑制するように位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正位置指令値に基づいて位置制御を行う位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により目標位置へ移動する制御対象機械と、
位置補正に用いられる複数パラメータの中から切換選択により１のパラメータを選択して補正ブロック手段へ出力するパラメータ変更手段と、
を備えることを特徴とする機械制御装置。
【請求項２】
位置指令値を出力する位置指令装置と、
機械振動を抑制するように位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正位置指令値に基づいて位置制御を行う位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により目標位置へ移動する制御対象機械と、
位置補正に用いられるパラメータを伝送媒体を介して送受信し、補正ブロック手段へ出力するパラメータ変更手段と、
を備えることを特徴とする機械制御装置。
【請求項３】
位置指令値を出力する位置指令装置と、
機械振動を抑制するように位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正位置指令値に基づいて位置制御を行う位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により目標位置へ移動する制御対象機械と、
ある位置から他の位置までの位置指令値と、この二点の位置間の移動時の位置補正に用いられるパラメータと、が関連づけて登録され、位置指令装置へ位置指令値を、および、補正ブロック手段へパラメータをそれぞれ出力するデータテーブル記憶手段と、
を備えることを特徴とする機械制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象機械を目標位置へ移動させて停止させるための機械制御装置に関し、特に、停止時の慣性力による制御対象機械の振動を抑制するようにした機械制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動を伴う機械装置は従来からも各種存在しているが、このうち図９で示すような長尺のアームの先端に搭載された重量物を搬送する機械を制御する機械制御装置には特有の問題がある。以下、このような問題点について説明する。
ここで、図９は従来技術の機械制御装置の構成図である。図１０は機械制御装置の動作を説明する説明図であり、図１０（ａ）は時間−速度線図、図１０（ｂ）は時間−位置線図である。
【０００３】
図９で示す機械制御装置では、位置指令装置１０、補正ブロック手段２０、位置制御装置３０、制御対象機械４０を備えている。
位置指令装置１０、補正ブロック手段２０および位置制御装置３０は、この制御対象機械４０に対して位置制御を行うために設けられている。
この制御対象機械４０は、重量物４１、アーム４２、スライド移動部４３、スライドレール部４４、モータ４５、カップリング４６、および、送りねじ４７を備えている。
【０００４】
続いて各部の動作・機能について概略説明する。
スライドレール部４４は、スライド移動部４３が図９の左右の移動方向にのみ移動するように拘束する。さらに、スライドレール部４４とスライド移動部４３との接触部は低摩擦であり、スライド移動部４３がスライドレール部４４上を滑らかに移動できるようになされている。
また、モータ４５はカップリング４６を介して送りねじ４７と連結され、この送りねじ４７は、スライド移動部４３に取り付けられた図示しないねじ部内に回転自在に螺挿されている。
【０００５】
このモータ４５が送りねじ４７を回転駆動することにより、スライド移動部４３が図９の左右方向へ移動する。このモータ４５には後述する位置制御装置３０が接続されており、この位置制御装置３０は位置指令装置１０・補正ブロック手段２０から送信される指令値に応じて位置制御を行う。
このような位置制御がなされるスライド移動部４３には、長尺のアーム４２が取り付けられており、このアーム４２の先端には重量物４１が取り付けられている。スライド移動部４３の位置制御によりアーム４２の先端の重量物４１も位置制御されることとなる。
【０００６】
続いてこのような機械制御装置における制御方法について説明する。なお、理解を深めるため、まず、図９において補正ブロック手段２０がないような制御系を想定して説明する。
スライド移動部４３を移動させる場合、図１０（ａ）で示すように、時間ａ〜時間ｂでは、所定加速度でスライド移動部４３の移動速度を増大させ、時間ｂ〜時間ｃでは一定速度でスライド移動部４３を移動させ、時間ｃ〜時間ｄでは所定減速度でスライド移動部４３の移動速度を低下させ、最終的に時間ｄで目標位置に達したスライド移動部４３を移動停止させる。
【０００７】
位置指令装置１０は、スライド移動部４３がこのような速度で移動するように時々刻々と変化する位置指令値Ｕ（ｓ）を出力する。なお、Ｕ（ｓ）はラプラス変換変数を用いる関数として表現する。
このような位置指令値Ｕ（ｓ）は、位置制御装置３０へ入力される。スライド移動部４３の位置をＸｍ（ｓ）と表し、また、位置制御装置３０からモータ４５、送りねじ４７、スライド移動部４３までを含む伝達関数をＧ（ｓ）とすると、Ｘｍ（ｓ）は次式のように表される。
【０００８】
【数１】
2004206278.tif 000003
【０００９】
このような機械制御装置では、スライド移動部４３は、位置指令値Ｕ（ｓ）に応じて図１０（ａ）で示したような移動速度で移動して時間ｄで移動が停止することとなり、重量物４１が所定の目標位置に搬送されることとなる。
従来技術の制御対象機械４０は、位置制御装置３０によって上記のように制御される。
【００１０】
このような機械制御装置では、位置制御装置３０及び制御対象機械４０の伝達関数Ｇ（ｓ）を最適に設計することで目標位置へスライド移動部４３を正確に移動させる制御を実現可能であるが、スライド移動部４３に取り付けられたアーム４２はたわみが生じた状態で移動し、スライド移動部４３が目標位置で停止した場合でも、アーム４２の先端にある重量物４１は自らの慣性力によりアーム４２をたわませて指令位置より先に進み、スライド移動部４３が目標位置で停止した後も、即座に停止せずに振動する場合がある。このため、アーム４２の先端に取り付けられた重量物４１の位置を制御することはこのままでは難しかった。
【００１１】
具体的には、図１０（ａ）で示すように、所定減速度で減速させて最終的に時間ｄで目標位置で停止させるようにスライド移動部４３を制御すると、スライド移動部４３は図１０（ｂ）の斜め方向に降りる実線で示すように指令位置で停止するにも拘わらず、重量物４１は図１０（ｂ）の斜め方向に降りる点線で示すように目標位置を中心とした振動を生じてしまう。このような重量物４１の位置であるＸｗ（ｓ）は、スライド移動部４３の位置であるＸｍ（ｓ）を用いて伝達関数として表示すると次式のようになる。
【００１２】
【数２】
2004206278.tif 000004
【００１３】
ここでＫＳ はアーム４２のバネ定数であり、Ｗは重量物４１の質量である。
以上の数式１，２をまとめて、機械制御装置の全体システムを表すと次式のようになる。
【００１４】
【数３】
2004206278.tif 000005
【００１５】
この重量物４１の移動に関する伝達関数は、ラプラス平面上で以下に示すような極を有している。
【００１６】
【数４】
2004206278.tif 000006
【００１７】
伝達関数が数式４のような極を有する場合、重量物４１の位置は正弦波状の振動波形で移動することが知られ、次式で示すような周波数で振動する。
【００１８】
【数５】
2004206278.tif 000007
【００１９】
このように、重量物４１は図１０（ｂ）の点線で示すように目標位置に到達した後も振動し、すぐには整定しない。
従って、スライド移動部４３が目標位置で停止したときに、スライド移動部４３の元位置は指令通りに停止するが、アーム４２の先端位置にある重量物４１は、目標位置を中心とした振動を生じてしまうという問題があった。つまり、重量物４１が直ちに停止しないため、停止するまでの時間が損失時間となっていた。
【００２０】
このような振動を抑制するため、図１１で示すような補正ブロック手段２０が接続されている。続いて補正ブロック手段２０について図を用いて説明する。図１１は補正ブロック手段の構成図、図１２は機械制御装置の動作を説明する説明図であり、図１２（ａ）は時間−速度線図、図１２（ｂ）は時間−位置線図である。
補正ブロック手段２０は、詳しくは図１１で示すように、微分手段２０ａと、ゲイン手段２０ｂと、加算手段２０ｃとを備えている。
【００２１】
微分手段２０ａは、位置指令値Ｕ（ｓ）に対して２階微分を施して２階微分値ｓ２・Ｕ（ｓ） を出力するための手段である。
ゲイン手段２０ｂは、微分手段２０ａから出力された２階微分値ｓ２・Ｕ（ｓ）に対してゲイン定数Ｋを乗算して、出力値Ｋ・ｓ２・Ｕ（ｓ）を出力するための手段である。
加算手段２０ｃは、このゲイン手段２０ｂから出力された出力値Ｋ・Ｕ（ｓ）・ｓ２と位置指令値Ｕ（ｓ）を加算して補正位置指令値Ｕ（ｓ）＋Ｋ・Ｕ（ｓ）・ｓ２を出力するための手段である。
この補正ブロック手段２０が出力する補正位置指令値は（１＋Ｋ・ｓ２）・Ｕ（ｓ）となる。このゲイン定数をＫ＝Ｗ／ＫＳとすると、以下の式で表される補正位置指令値Ｕ’（ｓ）が出力される。
【００２２】
【数６】
2004206278.tif 000008
【００２３】
このような位置指令値Ｕ（ｓ）は、補正ブロック手段２０へ入力されて補正位置指令値Ｕ’（ｓ）に変換され、位置制御装置３０へ入力される。スライド移動部４３の位置をＸｍ（ｓ）と表し、また、位置制御装置３０からモータ４５、送りねじ４７、スライド移動部４３までを含む伝達関数をＧ（ｓ）とすると、Ｘｍ（ｓ）は次式のように表される。
【００２４】
【数７】
2004206278.tif 000009
【００２５】
さらに、アーム４２のたわみを考慮した重量物４１の位置Ｘｗ（ｓ）は、スライド移動部４３の位置をＸｍ（ｓ）を用いた伝達関数として表示すると次式のようになる。
【００２６】
【数８】
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【００２７】
これら数式からＸｍ（ｓ）、Ｕ’（ｓ）を消去して、機械制御装置の全体システムを表すと次式のようになる。
【００２８】
【数９】
2004206278.tif 000011
【００２９】
このような補正ブロック手段２０により、分母部分にあったＷｓ２＋ＫＳ  を消去する極零相殺を行って、振動要素をなくしている。したがって、図１２（ｂ）の実線で示すスライド移動部４３の元位置および図１２（ｂ）の点線で示す重量物４１の位置は、振動することなく目標位置で停止し、整定する。このように、スライド移動部４３の元位置とともにアーム４２の先端位置にある重量物４１は振動することなく停止するため、従来の損失時間を無くし、高速な制御を実現している。
従来技術はこのようなものであった。
【００３０】
上記したような機械制御装置は、ゲイン定数Ｋ＝Ｗ／ＫＳが一定値に維持されるときにアーム４２の先端では振動が抑制される。しかしながら、制御対象機械４０のアーム４２が、例えば、質量の異なる多数種類の重量物を握持する伸縮自在のロボットアームである場合、振動が発生するおそれがあった。この点について図を参照しつつ説明する。
【００３１】
図１３は重量物またはアームの変化による制御系への影響を説明する説明図である。
例えば、図１３（ａ）で示すように重量物４１（質量Ｗ１ ）およびアーム４２（長さＬ１）のときにゲイン手段２０ｂに最適なゲイン定数Ｋ＝Ｗ１／ＫＳが設定されているような機械制御装置４０で、図１３（ｂ）で示すように、アーム４２の先端が重量物４１’（質量Ｗ２）となった場合、最適なゲイン定数Ｋ＝Ｗ2／ＫＳと変化するが、ゲイン手段２０ｂのゲイン定数が依然もとのままであると極零相殺ができなくなり、先端に振動が生じるおそれがある。
【００３２】
また、図１３（ａ）で示すように重量物４１（質量Ｗ１ ）およびアーム４２（長さＬ１）のときにゲイン手段２０ｂに最適なゲイン定数Ｋ＝Ｗ１／ＫＳが設定されているような機械制御装置で、図１３（ｃ）で示すように長さがＬ２のアーム４２となった場合、長さの変化に伴ってばね定数ＫＳ がＫ’Ｓ に変化し、最適なゲイン定数Ｋ＝Ｗ１／Ｋ’Ｓと変化するが、ゲイン手段２０ｂのゲイン定数が依然もとのままであると極零相殺ができなくなり、先端に振動が生じるおそれがある。
このように従来技術では、アーム長の変化・重量物の質量変化に対応できず、振動するおそれがあるという問題があった。
【００３３】
また従来技術の他の例として、このような制御対象機械の変化に対応して制御系を調整するような位置決め装置が、例えば、特許文献１に開示されている。
特許文献１に記載の位置決め制御装置は、質量推定手段により質量の変化に対応するような装置である。
【００３４】
【特許文献１】
特開平６−１８７０４５号公報（［００１７］〜［００４６］，図１）
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、重量物４１の質量およびアーム４２の長さに変化が生じたような場合、ゲイン定数の変化によりアーム４２の先端に振動が発生するおそれがあるという問題があった。振動抑制の調整パラメータとしてゲイン定数を１つ設定するのみであったため、機械の各動作状態において、振動抑制の適合条件が変化した場合に、各動作状態における振動抑制の効果の協調が難しかった。また、特許文献１に記載の発明では、質量の変化に対応できるが、長尺のアームの存在によりフルクローズド制御ができないような機械制御装置に対して単純に適用できないという問題があった。
【００３６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、先端の重量物の質量および長尺の伸縮自在のアームの長さが変化する場合でも、停止時の振動を抑制しつつ目標位置に停止させるような機械制御装置を提供することにある。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
機械振動を抑制するように位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正位置指令値に基づいて位置制御を行う位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により目標位置へ移動する制御対象機械と、
位置補正に用いられる複数パラメータの中から切換選択により１のパラメータを選択して補正ブロック手段へ出力するパラメータ変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２に記載した発明は、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
機械振動を抑制するように位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正位置指令値に基づいて位置制御を行う位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により目標位置へ移動する制御対象機械と、
位置補正に用いられるパラメータを伝送媒体を介して送受信し、補正ブロック手段へ出力するパラメータ変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３９】
また、請求項３に記載した発明は、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
機械振動を抑制するように位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正位置指令値に基づいて位置制御を行う位置制御装置と、
前記位置制御装置の制御により目標位置へ移動する制御対象機械と、
ある位置から他の位置までの位置指令値と、この二点の位置間の移動時の位置補正に用いられるパラメータと、が関連づけて登録され、位置指令装置へ位置指令値を、および、補正ブロック手段へパラメータをそれぞれ出力するデータテーブル記憶手段と、
を備えることを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の機械制御装置の実施形態について説明する。
図１は本発明の第１実施形態の構成図であり、請求項１に記載した発明の実施形態に相当する。
この第１実施形態に係る機械制御装置は、図１に示すように、基本的には従来技術の構成要素である位置指令装置１０と、補正ブロック手段２０と、位置制御装置３０と、制御対象機械４０とを備え、さらにパラメータ変更手段５０が新たに備えられたものである。
【００４１】
この制御対象機械４０は、図９で示した重量物４１、アーム４２、スライド移動部４３、スライドレール部４４、モータ４５、カップリング４６、及び送りねじ４７を含む点は従来技術と同様である。また、この機械制御装置でも、長尺のアーム４２の先端に重量物４１が搭載されており、スライド移動部４３に取り付けられたアーム４２の移動によってたわみが生じる点も従来と同様である。
これら位置指令装置１０、補正ブロック手段２０、位置制御装置３０、制御対象機械４０は従来技術で説明したものと同じであるため、説明を省略するものとし、以下新規な構成であるパラメータ変更手段５０について説明する。
【００４２】
パラメータ変更手段５０は、図１に示すように、パラメータ選択書込手段５１と、第１パラメータ５２１，第２パラメータ５２２，・・・，第ｎパラメータ５２ｎと、を備えている。
これら第１パラメータ５２１，第２パラメータ５２２，・・・，第ｎパラメータ５２ｎは、制御対象機械４０の重量物４１の質量・アーム４２の長さに対し極零相殺できるようにするためのパラメータである。
【００４３】
これらパラメータは、例えば、重量物４１の質量・アーム４２の長さに基づいて決定されたゲイン定数であっても良い。
また、パラメータは、重量物４１の質量・アーム４２の長さとし、補正ブロック手段２０の図示しない演算部で演算してゲインに換算してもよい。
このように各種のパラメータを採用することができる。
切換選択信号を受信したパラメータ選択書込手段５１は、パラメータを一つ選択し、補正ブロック手段２０へ送信する。
【００４４】
切り換えは、（１）制御対象機械の各種の動作状態に応じて外部操作により切り換え操作する方法がある。この動作状態とは、重量物４１の質量変化に応じて機械振動変化するときの重量物４１の振動状態などであり、例えば振動の周波数として検知できる。
また、切り換えは、（２）制御対象機械内部の各種の信号状態に応じて自動的に切り換える方法などが挙げられる。この信号状態とは、経年変化によって機械摩擦が変化し、それにより機械の振動周波数が変わるような制御対象機械において、内部で「装置の稼働時間」を演算し、演算結果によって出力される信号状態であり、例えば単なる数値信号である。
これら信号に基づいて切り換えが必要と判断された場合に切換選択信号が出力されるというものである。
【００４５】
続いて本発明の機械制御装置の第１実施形態をより具体的に構成した例について説明する。
図２は本発明の第１実施形態を具体的に構成した例の構成図、図３は機械振動の検出を説明する説明図である。
この第１実施形態に係る機械制御装置も、図１で示した機械制御装置と同様に、位置指令装置１０と、補正ブロック手段２０と、位置制御装置３０と、制御対象機械４０を備えているが、パラメータをゲインに限定し、補正ブロック手段２０にゲイン変更手段５０’が接続されている点が新規な点である。
【００４６】
これら位置指令装置１０、補正ブロック手段２０、位置制御装置３０、制御対象機械４０は図９を用いて従来技術として説明したものと同じであるため、説明を省略するものとし、以下ではゲイン変更手段５０’について説明する。
ゲイン変更手段５０’は、図１に示すように、ゲイン選択書込手段５１’と、ゲイン定数Ｋ１  ５２１’，ゲイン定数Ｋ２  ５２２’，・・・，ゲイン定数Ｋｎ  ５２ｎ’を備えている。
【００４７】
これらゲイン定数Ｋ１  ５２１’，ゲイン定数Ｋ２  ５２２’，・・・，ゲイン定数Ｋｎ  ５２ｎ’は、重量物４１の質量・アーム４２の長さに基づいて決定されたゲイン定数である。
切換選択信号を受信したパラメータ選択書込手段５１’は、ゲインを一つ選択し、補正ブロック手段２０のゲイン手段２０ｂへ送信する。
【００４８】
例えば、図１３（ａ）で示すように重量物４１（質量Ｗ１ ）およびアーム４２（長さＬ１）のときに最適なゲイン定数Ｋ１＝Ｗ１／ＫＳが設定されているような機械制御装置で、図１３（ｂ）で示すように、アーム４２の先端が重量物４１’（質量Ｗ２）となった場合、最適なゲイン定数Ｋ2 ５２２’（＝Ｗ2／ＫＳ）をゲイン選択書込手段５１が選択してゲイン手段２０ｂに書き込む。これにより極零相殺を行いアーム先端での振動を抑制する。
【００４９】
また、図１３（ａ）で示すように重量物４１（質量Ｗ１ ）およびアーム４２（長さＬ１）のときに最適なゲイン定数Ｋ１＝Ｗ１／ＫＳが設定されているような機械制御装置で、図１３（ｃ）で示すように伸びて長さがＬ２のアーム４２となった場合、長さの変化に伴ってばね定数ＫＳ がＫ’Ｓ に変化した場合、最適なゲイン定数Ｋ3 ５２３’（＝Ｗ１／Ｋ’Ｓ）をゲイン選択書込手段５１’が選択してゲイン手段２０ｂに書き込む。これにより極零相殺を行いアーム先端での振動を抑制する。
【００５０】
なお、選択切換信号の出力は、（１）制御対象機械の各種の動作状態に応じて外部操作により切り換え操作する方法、（２）制御対象機械内部の各種の信号状態に応じて自動的に切り換える方法、（３）操作員の判断により切り換える方法、などが挙げられる。
【００５１】
（１）制御対象機械の各種の動作状態に応じて外部操作により切り換え操作する方法
この動作状態とは、重量物４１の質量変化に応じて機械振動の周波数が変化するときの重量物４１の振動状態であって、周波数を検出することで状態観察を行う。
機械振動の周波数の変化は、例えば、第１の例として重量物４１の振動を測定（例えばレーザ変位計などによる変位の測定や、加速度計による加速度の変化の測定）し、図３（ａ）で示すような振幅信号から、振動の周期を測定して機械振動の周波数を測定し、変化が確認されたような場合に切り換えるというものである。
そこで、このようなシステムは、重量物４１の振動を測定するセンサ（図示せず）、センサから出力される検出信号の処理を行い周波数の変化に基づいて選択切換信号を出力する信号処理部（例えば図示しないコンピュータ）を設けることで実現する。
【００５２】
また機械振動の周波数の変化の第２の例として、機械制御装置の挙動をサーボアナライザで測定し、図３（ｂ）で示すような周波数特性から、機械振動の振動周波数を測定し、変化が確認されたような場合に切り換えるというものである。
図３（ｂ）で示す共振点は、アーム４２先端にある重量物４１が振動しないでモータ４５のモータ軸が振動する周波数であり、また、反共振点は、モータ４５のモータ軸が振動しないでアーム４２先端にある重量物４１先端が振動する周波数であり、この反共振点を計測する。そして、反共振点の周波数（以下反共振周波数という）の変化に応じて切り換えるというものである。
【００５３】
そこで、このようなシステムは、周波数特性を測定する個所に取り付けられるプルーブ、プルーブから出力される検出信号の処理を行い反共振周波数の変化に基づいて選択切換信号を出力する信号処理部（例えばコンピュータ）を設けることで実現する。
なお、サーボアナライザは、（ａ）摩擦が大きい機械、（ｂ）減速機やボールねじ機構など機械的な損失が比較的大きい機械では、反共振周波数が観測できないような場合もあり、その場合には第１の例により選択切り換えを行うこととなる。
【００５４】
（２）制御対象機械内部の各種の信号状態に応じて自動的に切り換える方法
この信号状態とは、経年変化によって機械摩擦が変化し、それにより機械の振動周波数が変わるような機械において、装置内部で「装置の稼働時間」を演算し、演算結果によって切り換えられる信号の状態であり、例えばフラグのような信号である。
このような切り換えは、稼働時間を演算し所定時間経過時に最適なゲインを選択するような選択切換信号を出力する信号処理部を設けることで実現する。
【００５５】
（３）操作員の判断により切り換える方法
重量物４１の質量・アーム４２の長さの変化が数種に限られるような場合、予め操作員が最適なゲイン定数を登録しておき、重量物４１・アーム４２を確認して選択切換信号を出力するように操作しても良い。この場合、操作員の入力に応じて選択切換信号を出力する信号処理部（例えば図示しないコンピュータ）をゲイン変更手段５０’のゲイン切換手段５１’に接続することで実現する。
【００５６】
続いて本発明の機械制御装置の第１実施形態の具体的に構成した他の例について説明する。図４は、本発明の第１実施形態をより具体的に構成した例の構成図である。
例えば、アーム４２をロボットアームとし、先端にあるロボットハンド部により、重量物４１である搬送物を握時して搬送するものとする。そして、それぞれ質量が異なる複数種類の搬送物Ａ，Ｂ，Ｃを運ぶならば、パラメータとしては、例えば、図４で示すように、第１パラメータ５２１をロボットアームが搬送物Ａを搬送するときに搬送物に振動が発生しないように最適となるように調整されたパラメータとし、第２パラメータ５２２を搬送物Ｂ専用に調整されたパラメータとし、第３パラメータ５２３を搬送物Ｃ専用に調整されたパラメータとし、第４パラメータ５２４を搬送物がない状態でロボットアームが移動するときにロボットアーム先端に振動が発生しないように最適となるように調整されたパラメータとする。なお、パラメータはゲインに限られず、例えば、搬送物Ａ，Ｂ，Ｃ別の反共振周波数をパラメータとし、補正ブロック手段２０でゲインを演算するようにしても良い。
【００５７】
この例では、搬送物の質量・ロボットアームの長さの変化が数種に限られれており、操作員が最適なパラメータをパラメータ変更手段５０に予め登録しておき、最適なパラメータが選択されるように選択切換信号を出力するように操作する。この場合、操作員の入力に応じて選択切換信号を出力する信号処理部（例えば図示しないコンピュータ）をパラメータ変更手段５０のパラメータ選択書込手段５１に接続することで実現する。
【００５８】
続いて本発明の機械制御装置の他の実施形態について説明する。
図５は本発明の第２実施形態の構成図であり、請求項２に記載した発明の実施形態に相当する。
この第２実施形態に係る機械制御装置は、図５に示すように、基本的には従来技術の構成要素である位置指令装置１０と、補正ブロック手段２０と、位置制御装置３０と、制御対象機械４０とを備え、さらにパラメータ変更手段６０が新たに備えられたものである。
【００５９】
これら位置指令装置１０、補正ブロック手段２０、位置制御装置３０、制御対象機械４０は従来技術で説明したものと同じであるため、説明を省略するものとし、以下新規な構成であるパラメータ変更手段６０について説明する。
パラメータ変更手段６０は、図５に示すように、パラメータ送信装置６１と、パラメータ書込手段６２とを備えている。
パラメータ送信装置６１は制御対象機械４０が配置されている個所から離れた個所に配置されており、例えば、有線・無線の伝送媒体（ネットワークなど）に接続されたコンピュータ端末などである。このパラメータ送信装置６１は械振動状況（周波数、振幅等）に応じた複数のパラメータを登録し、または最適なパラメータを算出できるようになされており、所望のパラメータを送信する。なお、通信方式としてパラレル通信・シリアル通信等任意の方式を採用することができる。
【００６０】
パラメータ書込手段６２は、上記伝送媒体と補正ブロック手段２０とにそれぞれ接続されており、例えば、コンピュータ端末や書き込み専用に構成されたマイコンなどである。
パラメータ送信手段６１から送信されたパラメータを補正ブロック手段２０へ送信する。
【００６１】
パラメータの切り換えは、上記したような（１）制御対象機械の各種の動作状態に応じて外部操作により切り換え操作する方法、（２）制御対象機械内部の各種の信号状態に応じて自動的に切り換える方法などが挙げられる。
これら切り換えが必要と判断された場合にパラメータ送信装置６１からパラメータが送信されるというものである。
【００６２】
続いて本発明の機械制御装置の第２実施形態をより具体的に構成した例について説明する。図６は本発明の第２実施形態をより具体的に構成した例の構成図である。
この機械制御装置も、図５で示した機械制御装置と同様に、位置指令装置１０と、補正ブロック手段２０と、位置制御装置３０と、制御対象機械４０を備えているが、パラメータをゲインに限定し、補正ブロック手段２０にゲイン変更手段６０’が接続されている点が新規な点である。
【００６３】
これら位置指令装置１０、補正ブロック手段２０、位置制御装置３０、制御対象機械４０は図９を用いて従来技術として説明したものと同じであるため、説明を省略するものとし、以下ではゲイン変更手段６０’について説明する。
ゲイン変更手段６０’は、図６に示すように、ゲイン送信装置６１’と、ゲイン書込手段６２’とを備えている。
【００６４】
ゲイン送信装置６１’は、ゲイン定数Ｋ１  ，ゲイン定数Ｋ２，・・・，ゲイン定数Ｋｎ  という機械振動状況に応じたパラメータを登録したり、あるいはゲインを算出できるような演算機能を備えており、例えば操作員による操作入力により決定されたゲインに係るデータを伝送媒体を介してゲイン書込手段６２’へ送信する。
ゲイン書込手段６２’は、このゲインデータに基づいて補正ブロック手段２０のゲイン手段２０ｂにゲイン定数を書き込む。これにより極零相殺が行われ、アーム４２の先端の振動を抑制する。
【００６５】
このゲインの書換タイミングは、例えば、操作員が目視等で確認したり、また、上記したような（１）制御対象機械の各種の動作状態に応じて外部操作により切り換え操作する方法、（２）制御対象機械内部の各種の信号状態に応じて自動的に切り換える方法などがを採用してもよい。
【００６６】
続いて本発明の機械制御装置の第２実施形態の具体的に構成した他の例について説明する。図５の機械制御装置は、例えば、ロボットアームがアーム先端で搬送物を握時して搬送するものとし、アームの長さはＬminからＬmaxまで無断階に可変し、また、搬送物の質量もＭminからＭmaxまで無断階に可変する場合を想定する。
【００６７】
この場合ロボットアームの長さＬと反共振周波数ｆuは反比例の関係にあり、また、搬送物の質量Ｍと反共振周波数ｆuも反比例の関係にある。これら関係を利用し、反共振周波数ｆuの算出式を次式のように表す。
【００６８】
【数１０】
2004206278.tif 000012
【００６９】
ここに、Ｃは数１０による式を成立させるための定数である。
これにより上記数５やゲイン定数がＫ＝Ｗ／ＫＳであることを考慮すると、最適なゲイン定数Ｋを算出することができる。
パラメータ送信手段６１は、ロボットアームの長さおよび搬送物の質量を得て、上記演算を行ってゲイン定数Ｋを算出してこのＫについてパラメータを書込手段６２へ送信する。パラメータ書込手段６２はこのパラメータを用いて補正ブロック手段に２０書き込むため、極零相殺を行うことができる。
なお、ロボットアームの長さおよび搬送物の質量はセンサ等によりパラメータ送信装置６１へ入力されるようにしたり、また、数値をパラメータ送信装置６１へ入力するようにしても良い。
【００７０】
続いて本発明の機械制御装置の他の実施形態について説明する。
図７は本発明の第３実施形態の構成図であり、請求項３に記載した発明の実施形態に相当する。
この第３実施形態に係る機械制御装置は、図７に示すように、基本的には従来技術の構成要素である位置指令装置１０と、補正ブロック手段２０と、位置制御装置３０と、制御対象機械４０とを備え、さらにデータテーブル記憶手段７０を新たに備えるものである。
【００７１】
これら位置指令装置１０、補正ブロック手段２０、位置制御装置３０、制御対象機械４０は従来技術で説明したものと同じであるため、説明を省略するものとし、以下新規な構成であるデータテーブル記憶手段７０について説明する。
【００７２】
データテーブル記憶手段７０は、図７に示すように、位置データテーブル７１と、パラメータテーブル７２という領域を備えている。
位置データテーブル７１とパラメータテーブル７２とは関連づけられて登録されており、図７で示すように、位置がａ点→ｂ点→ｃ点→ｄ点→・・・→ｘ点→ｚ点を通過するように位置指令装置１０に位置データを出力し、また、補正ブロック手段２０ではａ点→ｂ点では第１パラメータ１を，ｂ点→ｃ点では第２パラメータを，・・・，ｘ点→ｚ点では第ｎパラメータを利用することとなる。
これによりある点から他の点までにおいて、最適となるようなパラメータが選択されるため、極零相殺がなされ振動が抑制される。
【００７３】
続いて、本発明の機械制御装置の第３実施形態をより具体的に構成した例について説明する。図８は本発明の第３実施形態の具体的な構成図である。
この第３実施形態に係る機械制御装置も、図７で示した機械制御装置と同様に、位置指令装置１０と、補正ブロック手段２０と、位置制御装置３０と、制御対象機械４０を備えているが、パラメータをゲインに限定し、補正ブロック手段２０にデータテーブル記憶手段７０’が接続されている点が新規な点である。
【００７４】
これら位置指令装置１０、補正ブロック手段２０、位置制御装置３０、制御対象機械４０は従来技術で説明したものと同じであるため、説明を省略するものとし、以下ではデータテーブル記憶手段７０’について説明する。
データテーブル記憶手段７０’は、図８に示すように、位置データテーブル７１’と、ゲインテーブル７２’という領域を備えている。
【００７５】
位置データテーブル７１’とゲインテーブル７２’とは関連づけられて登録されており、図８で示すように、位置がａ点→ｂ点→ｃ点→ｄ点→・・・→ｘ点→ｚ点を通過するように位置指令装置に位置データを出力し、また、補正ブロック手段２０のゲイン手段２０ｂにゲイン定数Ｋ１，Ｋ２，・・・，Ｋｎ  を出力する。ブロック補正手段２０のゲイン手段２０ｂは、ａ点→ｂ点ではゲイン定数Ｋ１を，ｂ点→ｃ点ではゲイン定数Ｋ２を，・・・，ｘ点→ｚ点ではゲイン定数Ｋｎを乗算することとなる。
これによりある点から他の点までにおいて、最適となるようなゲインが選択されるため、効果的に極零相殺がなされ振動が抑制される。
【００７６】
続いて本発明の機械制御装置の第３実施形態の具体的に構成した他の例について説明する。図７の機械制御装置において、往路または復路で反共振周波数が異なる場合や、搬送する位置で重量物の質量が異なるような場合にフレキシブルに対応できるようにした例である。
【００７７】
例えば、アーム４１をロボットアームとし、このロボットアーム先端に重量物４１として搬送物を握時して搬送するものとし、それぞれ質量が異なる複数種類の搬送物Ａ，Ｂ，Ｃについて、ａ点→ｂ点で搬送物Ａを搬送し、ｂ点→ｃ点で搬送物Ｂを搬送し、ｃ点→ｄ点で搬送物Ｃを搬送し、ｄ点→ａ点で搬送物なしで戻るような搬送を行うものとする。
【００７８】
例えば、ａ点→ｂ点での第１パラメータをロボットアームが搬送物Ａを搬送するときにロボットアーム先端に振動が発生しないように最適となるよう調整されたパラメータとし、第２パラメータを搬送物Ｂ専用に調整されたパラメータとし、第３パラメータを搬送物Ｂ専用に調整されたパラメータとし、第４パラメータ４を搬送物がない状態でロボットアームが移動するときに最適となるように調整されたパラメータとすれば、搬送物Ａ，Ｂ，Ｃの質量の相違に拘わらず、往路・復路ともに振動等が抑制された状態で搬送することができる。なお、パラメータはゲインに限られず、例えば、反共振周波数をそのまま出力し、補正ブロック手段２０の図示しない演算装置によりゲイン等を演算するようにしても良い。
【００７９】
以上、本発明の第１，第２，第３実施形態について説明した。
なお、本実施形態では、説明の具体化のため、送りねじとスライドレール装置とを用いる制御対象機械について説明した。しかしながら、制御対象機械はこのような機械に限定する趣旨ではなく、例えば、回転駆動用のモータにボールねじを連結したスライドレール装置を移動させ、アーム先端の重量物を移動させる制御対象機械、同様に回転駆動用モータとベルトを用いる制御対象機械、ラック・ピニオンを用いる制御対象機械、リニアモータを用いる制御対象機械などに適用することができる。これらは、数式９のＧ（ｓ）内に包含される個所であり、これらの機構が変化しても、Ｇ（ｓ）が変化するのみであって極零相殺させる点では変わりなく、本願発明の効果を奏しうる。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、先端の重量物の質量および長尺の伸縮自在のアームの長さが変化する場合でも、停止時の振動を抑制しつつ目標位置に停止させるような機械制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態を具体的に構成した例の構成図である。
【図３】機械振動の検出を説明する説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態をより具体的に構成した例の構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態の構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態を具体的に構成した例の構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態の構成図である。
【図８】本発明の第３実施形態を具体的に構成した例の構成図である。
【図９】従来技術の機械制御装置の構成図である。
【図１０】機械制御装置の動作を説明する説明図である。
【図１１】補正ブロック手段の構成図である。
【図１２】機械制御装置の動作を説明する説明図である。
【図１３】重量物またはアームの変化による制御系への影響を説明する説明図である。
【符号の説明】
１０        位置指令装置
２０        補正ブロック手段
２０ａ    微分手段
２０ｂ    ゲイン手段
２０ｃ    加算手段
３０        位置制御装置
４０        制御対象機械
４１      重量物
４１’    重量物
４２      アーム
４２’    アーム
４３      スライド移動部
４４      スライドレール部
４５      モータ
４６      カップリング
４７      送りねじ
５０        パラメータ変更手段
５１      パラメータ選択書込手段
５２１    第１パラメータ
５２２    第２パラメータ
５２３    第３パラメータ
５２４    第４パラメータ
５２ｎ    第ｎパラメータ
５０’      ゲイン変更手段
５１’    ゲイン選択書込手段
５２１’  ゲイン定数Ｋ１
５２２’  ゲイン定数Ｋ２
５２ｎ’  ゲイン定数Ｋｎ
６０        パラメータ変更手段
６１      パラメータ送信装置
６２      パラメータ書込手段
６０’      ゲイン変更手段
６１’    ゲイン送信装置
６２’    ゲイン書込手段
７０        データテーブル記憶手段
７１      位置データテーブル
７２      パラメータテーブル
７０’      データテーブル記憶手段
７１’    位置データテーブル
７２’    ゲインテーブル
【図１】
2004206278.tif 000013
【図２】
2004206278.tif 000014
【図３】
2004206278.tif 000015
【図４】
2004206278.tif 000016
【図５】
2004206278.tif 000017
【図６】
2004206278.tif 000018
【図７】
2004206278.tif 000019
【図８】
2004206278.tif 000020
【図９】
2004206278.tif 000021
【図１０】
2004206278.tif 000022
【図１１】
2004206278.tif 000023
【図１２】
2004206278.tif 000024
【図１３】
2004206278.tif 000025