(57)【要約】【課題】  簡単な演算で滑らかな位置指令を作成できるようにする。【解決手段】位置指令の入力の有無を判断して、位置指令が有る場合は位置指令入力処理として位置差分指令を入力して、位置差分指令変化量を求め（Ｓ１）、位置指令作成処理として、位置差分指令変化量の積分処理を行って、制御周期毎の位置差分指令を作成する（Ｓ２）ものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御周期のＮ倍の指令周期で上位コントローラから位置差分指令が与えられる位置制御装置の指令補間方法において、
前記指令周期毎に位置差分指令の今回値と前回値の差を位置差分指令変化量として保存し、前記位置差分指令変化量を制御周期毎に積分し、積分値として保存するとともに、前記積分値をＮの二乗で除した値を制御周期毎に補間して位置差分指令とすることを特徴とする位置指令作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置制御装置の位置指令作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業ロボットや工作機械の位置決め制御を行う場合、最も、一般的な形態は、良く知られた、正の一定加速度値を持つ加速区間、加速度がゼロの一定速度区間、負の一定加速度値を持つ減速区間、で構成される台形パターンの速度指令である。しかし、スポット溶接のようなショートピッチ作業による短い距離の位置決め作業については、台形パターンとは異なる、その動作軌跡に適合した制御パターンが用いられる。こうしたショートピッチ作業の位置決め制御の例としては、例えば、特許文献１に開示の「位置決め制御系の指令作成方法」が挙げられる。
図３はショートピッチ作業の場合の速度指令パターンを示す図であり、図３は加速度ゼロとなる一定速度区間が存在しない三角パターンである。また、この場合の加減速を１次関数で表した場合の加速度指令の波形は矩形波状となるが、図４に示すように応答には追従遅れが発生する、こうした追従遅れや、負荷軸に生ずる振動を抑制するためには、図５に示すような、逆伝達関数方式による位置決め制御が行われている。図５において、１０１は指令生成部、１０２は位置制御部、１０３は速度制御部、１０４はモータ部、１０５は機構部である。指令生成部１０１では、位置指令θｍｒｅｆは、負荷の参照回転角θｌｒｅｆから５階微分値までの、それぞれに係数ａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５を掛けて加算し、それらにフィルタ１０６を通して生成される。
この、特許文献１では、請求項に「教示したある点から次の教示点への位置の補間を行い各軸のサーボモータの制御周期毎の位置指令θｍｒｅｆを作成する位置決め制御系の指令作成方法において、…」と言った記述がされているので、１見、位置指令の補間処理が主題のようにも見受けられるが、そうでは無く、発明の目的として「産業用ロボットなど剛性の低い制御対象の位置決め制御系においても、負荷軸先端の追従遅れを解消し、負荷軸先端に生ずる振動を抑制する指令作成方法を目的とする。」と記述されていることから、位置指令間を補間して設定された各制御周期において、その各制御周期区間内での追従遅れの改善と振動抑止を図ることで追従精度を向上させようとするものであって、制御周期毎にステップ状に変化する位置指令を滑らかな変化に調整すると言った、各制御周期区間の間のつなぎを調整・補間するものではないと解される。
【０００３】
また、その他、ロボットやＮＣ等で使用されるサーボ・システムは用途も様々であり、与えられたティーチングポイントデータや、数値制御データに基づいて離散的に位置指令あるいは速度指令を出力する上位コントローラと、上位コントローラからの指令に基づいて各軸のデジタルサーボ系を制御する下位制御部（例えば、サーボドライバ、位置制御装置等）という構成は一般的なものであり、例えば、ネットワークサーボの多軸制御システム等もこれに該当する。こうしたネットワーク構成では、上位コントローラからの指令の出力間隔（指令周期）に比較して、位置制御装置での各軸のデジタルサーボ系の制御のためのサンプリング周期（制御周期）の方が大幅に短いのが通例なので、位置制御装置のサンプリング周期（制御周期）に見合うように、上位コントローラが出力する離散的な指令（指令周期）を補間して、平準化する必要があり、この場合に対象となる制御パターンは台形パターンが一般的である。
このように指令の補間処理で、上位コントローラから通信を介して位置指令が入力される位置制御装置においては、通常、位置制御装置の制御周期のＮ倍の通信周期毎に位置指令が位置制御装置に入力される。
また、上位コントローラが連続的な位置指令を作成する場合は、位置指令は通信周期毎の位置移動量、即ち位置差分指令として位置制御装置に入力される。従来の位置制御装置では、前記位置差分指令をＮで除した値を制御周期毎の位置差分指令とする位置指令作成方法が一般的であった。
【特許文献１】特開平１０−１４９２１０号公報（図１、図５、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の位置指令作成方法では、制御周期毎の位置差分指令が指令周期毎にステップ状に変化するため、滑らかな位置指令を実現できないという問題があった。
また、その改善策として移動平均演算を付加することにより、制御周期毎の位置差分指令を滑らかにすることが可能であるが、この場合、移動平均演算のためにソフトウェア処理時間の増大とメモリ使用量が増大するという問題があった。
また、特許文献１の場合は、ショートピッチ作業用の三角パターンによる位置決め制御において、位置制御装置の制御周期単位の位置決め制御を、複雑で高次の近似式を用いて、その追従精度を上げることが目的であって、制御周期毎にステップ状に変化する位置指令を滑らかに補正すると言った補間のつなぎ処理については特に考慮されていないという問題があった。
【０００５】
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、ソフトウェア処理時間や演算処理の増大とメモリ使用量の増大なしに、簡単な構成で滑らかな制御周期毎の位置差分指令を作成できる位置指令作成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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、制御周期のＮ倍の指令周期で上位コントローラから位置差分指令が与えられる位置制御装置の指令補間方法において、前記指令周期毎に位置差分指令の今回値と前回値の差を位置差分指令変化量として保存し、前記変化量を制御周期毎に積分し、積分値として保存するとともに、前記積分値をＮの二乗で除した値を制御周期毎に補間して位置差分指令とすることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、位置差分指令変化量を制御周期毎に積分して、Ｎの二乗で除した値により補間して位置差分指令とすることによって、簡単な演算で滑らかな位置差分指令を作成することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の位置指令作成方法のソフトウェア処理フローである。
図２は図１に示す位置差分指令のタイムチャートである。
図１に示す、本発明の位置指令作成方法は、ステップ１、ステップ２（Ｓ１、Ｓ２と略す）により基本的な処理を行う。
先ず、位置指令入力処理（Ｓ１）では、上位コントローラからの位置差分指令が入力された場合は、位置差分指令の今回値から前回値の差を演算し、位置差分指令変化量として保存する。上位コントローラからの位置差分指令が入力されない場合は何もしない。位置指令作成処理（Ｓ２）では、位置差分指令変化量を積分し、積分値として保存するとともに、その積分値を制御周期と指令周期の倍率Ｎの二乗で除すことにより、制御周期毎の位置差分指令を作成する。
【０００９】
つぎに図２を参照して具体的な処理について詳細に説明する。
図２は、位置制御装置の制御周期の４倍の周期（Ｎ＝４）で上位コントローラからの位置差分指令が与えられる場合の例を示したものである。
その動作は、図２に示すように、位置指令差分の変化量及び同積分値０の初期状態から開始し、上位コントローラからの最初の位置差分指令値１６が与えられると、図２の（６）の位置差分指令の変化量が１６となり、図２の（７）の位置差分指令の変化量の積分値は１６となる。図２の（５）の制御周期毎の位置差分指令は、１６を４の二乗で除すことにより１となる。次の制御サイクルでは、上位コントローラからの位置差分指令は入力されないので図２の（６）の位置差分指令の変化量は１６のままであり、図２の（７）の位置差分指令の変化量の積分値はさらに１６が加算され３２となる。図２の（５）の制御周期毎の位置差分指令は、３２を４の二乗で除すことにより２となる。以降の制御サイクルでは、同様の演算により、図２の（５）の制御周期毎の位置差分指令は、３、４と変化する。
【００１０】
次に、図２の（３）のように上位コントローラから位置差分指令値１６が与えられると、図２の（６）の位置差分指令の変化量は０となるため、図２の（７）の位置差分指令の変化量の積分値は変化しなくなる。このため、図２（５）の制御周期毎の位置差分指令は、一定値４となる。
次に、上位コントローラから位置差分指令値０が与えられると、図２の（６）の位置差分指令の変化量は−１６となり、図２の（７）の位置差分指令の変化量の積分値は−１６が加算されるため４８となり、図２の（５）の制御周期毎の位置差分指令は、４８を４の二乗で除すことにより３となる。次の制御サイクルでは、上位コントローラからの位置差分指令は入力されないので
図２の（６）の位置指令差分指令の変化量は−１６のままであり、図２の（７）の位置指令差分指令の変化量の積分値はさらに−１６が加算され３２となる。図２の（５）の制御周期毎の位置差分指令は、３２を４の二乗で除すことにより２となる。
以降の制御サイクルでは、同様の演算により、図２の（５）の制御周期毎の位置差分指令は、１、０と変化する。次に、上位コントローラから位置差分指令値０が与えられると、図２の（６）の位置差分指令の変化量は０となるため、図２の（７）の位置差分指令の変化量の積分値は変化しなくなる。このため、図２の（５）の制御サイクル毎の位置差分指令は、一定値０となる。
このように、図２の（５）から明らかなように、積分値は相対速度を表し相対速度の増加は加速度の正方向への増加区間、つまり加速区間を表し、積分値（相対速度）の固定区間は一定速度区間を表し、積分値（相対速度）の負方向への低下は減速区間を表していることから、図２の（５）は台形パターンを表している。
また、ここで三角パターンを考えてみると、図２の（５）で定速度区間を除いて、加速区間の終点から直ちに減速区間に切り替わるとすれば、図２の（３）の第２の位置差分指令入力時点の制御サイクルにおいて、図２の（４）の位置差分指令は０指令となる。従って、図２の（５）の位置差分指令の変化量＝０−１６＝−１６、となり、積分値は４８、位置差分指令は４８／１６＝３となる。次の制御サイクルでは、同じく、位置差分指令の変化量＝０−１６＝−１６、積分値は３２、位置差分指令は３２／１６＝２となり、図２の（５）の位置差分指令は「１２３４  ３２１０」となって三角パターン相当となる。
【００１１】
図２の（４）は、従来手法による制御周期毎の位置差分指令を示したものである。従来手法では、上位コントローラから位置差分指令値をＮで除す平均分割により、制御周期毎の位置差分指令を作成するため、制御周期毎の位置差分指令がステップ状に変化する。
しかし、本発明によれば、制御周期毎の位置差分指令が滑らかに変化するため、従来手法と比べて、滑らかな追従性の高い位置指令を作成することが可能となる。
なお、本説明では、説明を簡単にするために、除算による余りが発生しない場合の数値例を示したが、除算による余りが発生する場合も、例えば、除算による余りは、次の制御区間の演算に再度含める整数型積分演算等による一般的な余り処理手法により簡単に対応可能である。
【００１２】
制御周期のＮ倍の指令周期で位置差分指令が与えられる位置制御装置において、前記指令周期毎に位置差分指令の今回値と前回値の差を位置差分指令変化量として保存し、前記位置差分指令変化量を制御周期毎に積分し、積分値として保存するとともに、前記積分値をＮの二乗で除した値を制御周期毎の位置差分指令とすることによって、簡単な演算で位置差分指令を作成することができるので、位置制御装置全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の位置指令作成方法のソフトウェア処理フローである。
【図２】図１に示す位置差分指令の変化を示すタイムチャートである。
【図３】従来の位置決め制御系の指令作成方法の三角パターンを示す図である。
【図４】従来の位置決め制御における加速度応答の追従遅れを示す図である。
【図５】従来の位置決め制御系のブロック図である。
【符号の説明】
【００１４】
Ｓ１      位置指令入力処理
Ｓ２      位置指令作成処理
３、１６  上位コントローラからの位置差分指令
４        従来の制御周期毎の位置差分指令
５        本発明による制御周期毎の位置差分指令
６        上位コントローラからの位置差分指令の変化量
７        位置差分指令の変化量の積分値 
【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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