(57)【要約】【課題】位置偏差のオーバーシュートを防止し、積分ゲインをゼロに設定した場合においても安定したトルク指令を出力することが可能なモータ制御装置を提供する。【解決手段】位置偏差についての第１の閾値及び第２の閾値を設定し、位置偏差が第１の閾値と第２の閾値との間で変動している場合には、積分ゲインを変化させず、前の状態を維持する。従って、位置偏差が変動した場合に、積分ゲインが通常値とゼロとの間で振動的に変化することを防止でき、モータを安定的に制御することができる。また、位置偏差がオーバーシュートすることを防止することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型把持用のアームを作動させるためのモータを制御するモータ制御装置において、
前記モータの速度、及び回転位置を検出するエンコーダと、
前記エンコーダで検出されるモータ位置と位置指令との偏差である位置偏差を求め、該位置偏差に基づいて前記モータの速度指令を求める速度指令演算手段と、
前記速度指令演算手段で求められた速度指令と、前記エンコーダで検出されるモータ速度との偏差である速度偏差に、速度ループゲインを乗じる速度ループゲイン乗算手段と、
前記速度偏差を積算し、この積算値に積分ゲインを乗じる積分ゲイン乗算手段と、
前記積分ゲイン乗算手段の出力値と、前記速度ループゲイン乗算手段の出力値を加算し、この加算結果をトルク指令として前記モータに出力する加算手段と、
前記位置偏差についての第１の閾値、及び前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を設定し、前記位置偏差が第２の閾値を上回った場合には、前記積分ゲインを通常値とし、前記位置偏差が前記第１の閾値を下回った場合には、前記積分ゲインをゼロとし、更に、前記位置偏差が前記第１の閾値と第２の閾値との間である場合には、前の状態を維持するように、前記積分ゲインの出力を設定する積分ゲイン制御手段と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記第１の閾値、及び第２の閾値を所望の数値に変更する閾値変更手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工装置に用いられる金型を把持するためのモータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、タレットパンチプレス装置等の加工装置においては、バッファタレットに装備している金型を、タレットに自動で装着するために、金型自動交換装置（ＡＴＣ；Auto Tool Changer）が設けられている。図５は、従来における金型自動交換装置の構成を示す説明図であり、ロボットアームの先端部に設けられるハンド５１により、保管部（例えば、バッファタレット）に保管されているダイ５７を把持して、タレットの所望の位置にセットする。
【０００３】
ハンド５１には２つのアーム５２ａ，５２ｂが設けられており、各アーム５２ａ，５２ｂにはネジ５３が螺合され、該ネジ５３はモータＭの出力軸に連結している。従って、モータＭを可逆的に回転駆動することにより、２つのアーム５２ａ，５２ｂの間隔を狭めたり、広げたりすることができる。ここでは、モータＭの正転時にアーム間隔が狭くなり、モータＭの逆転時にアーム間隔が広がることとする。
【０００４】
即ち、ＮＣ装置６１の制御によりモータＭを正転させると、図６（ａ）に示すように左側のアーム５２ａは図中右方向に移動し、右側のアーム５２ｂは図中左方向に移動し、各アーム５２ａ，５２ｂ間の間隔が狭くなる。一方、モータＭを逆転させると、図６（ｂ）に示すように、左側のアーム５２ａは図中左方向に移動し、右側のアーム５２ｂは図中右方向に移動し、各アーム５２ａ，５２ｂ間の間隔が広くなる。
【０００５】
また、図５に示すように、モータＭはＮＣ装置６１の制御下で作動し、且つモータＭには回転数を検出するためのエンコーダ１２が取り付けられている。更に、各アーム５２ａ，５２ｂには、それぞれバネ５６ａ，５６ｂを介してクランパ５５ａ，５５ｂが設けられている。
【０００６】
そして、ダイ５７をタレット内の所望部位にセットする際には、２つのクランパ５５ａ，５５ｂがダイ５７の両端に位置するようにハンド５１を移動させ、この状態でモータＭを正転させる。すると、アーム５２ａ，５２ｂの間隔が徐々に狭くなり、やがては、クランパ５５ａ，５５ｂがダイ５７の側面と接触する。その後更にモータＭを正転させると、バネ５６ａ，５６ｂが付勢されてダイ５７をバネ５６ａ，５６ｂの付勢力により把持することができる。
【０００７】
この際、ＮＣ装置６１は、ダイ５７を所望の力で把持するようにモータＭの回転位置を位置指令として設定する。そして、モータＭの実際の回転位置と位置指令との偏差が予め設定した閾値以下となるように制御する。つまり、位置偏差が閾値以下となるようにモータＭに対してトルク指令を出力し、該モータＭを回転駆動する。
【０００８】
図７は、位置偏差、及びトルク指令の変化を示す特性図である。図示のように、位置偏差が大きい場合には、トルク指令を大きくしてクランパ５５ａ，５５ｂを作動させ、位置偏差が小さくなるように制御する。この際、クランパ５５ａ，５５ｂは、静止摩擦係数から動摩擦係数に変化するので、クランパ５５ａ，５５ｂに過度な力が作用し、符号ｑ１に示すように位置偏差がオーバーシュートしてしまう。
【０００９】
この問題を解決するために、トルク指令を設定する際の積分ゲインをゼロに設定する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、従来におけるＮＣ装置６１について、図８に示すブロック図を参照して説明する。
【００１０】
図８に示すように、ＮＣ装置６１は、位置指令とエンコーダ１２の出力の偏差を演算し演算結果を位置偏差信号として出力する減算器１３と、位置偏差に位置ループゲインを乗算して速度指令を求める乗算部１４と、速度指令と速度のフィードバック信号との偏差を演算し、この演算結果を速度偏差として出力する減算器１５と、減算器１５で求められた速度偏差に速度ループゲインを乗算する乗算部１６と、を備えている。
【００１１】
更に、減算器１５で求められた速度偏差を積算する積算部１７と、積算部１７で求められる積算値に積分ゲインを乗算する乗算部１８と、乗算部１６で求められた乗算結果と乗算部１８で求められた乗算結果を加算し、加算結果をトルク指令としてモータＭに出力する加算器１９と、を備えている。
【００１２】
そして、乗算部１８は、モータＭの位置偏差が予め設定された偏差閾値以下となった場合に、積分ゲインをゼロに設定し、乗算部１８の出力信号をゼロとする。その結果、モータＭの位置偏差が小さくなった場合、即ち、クランパ５５ａ，５５ｂの位置が目標となる位置に接近した場合に、トルク指令が大きく変動することを防止でき、図１３の符号ｑ１に示したようなトルク指令の大きな変動を防止でき、位置偏差のオーバーシュートの発生を抑制することができる。
【００１３】
しかしながら、上述した従来の方式を採用した場合には、モータＭの位置偏差が閾値偏差の上下の変動が発生してしまう。即ち、図９、及び図９に示す「Ａ」部の拡大図である図１０に示すように、オーバーシュートの発生は抑制されているが、トルク指令値が上下に振動してしまい、位置偏差が安定しないという問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平４−２３３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、従来におけるモータ制御装置では、位置偏差がゼロに近づいた際に積分ゲインをゼロに設定することにより、位置偏差のオーバーシュートを防止することができるものの、偏差閾値の近傍で位置偏差が上下に振動する場合があり、この場合にはトルク指令値が上下に振動してしまい、安定した制御ができなくなるという問題があった。
【００１６】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、積分ゲインをゼロに設定した場合においても安定したトルク指令を出力することが可能なモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、金型把持用のアームを作動させるためのモータを制御するモータ制御装置において、前記モータの速度、及び回転位置を検出するエンコーダと、前記エンコーダで検出されるモータ位置と位置指令との偏差である位置偏差を求め、該位置偏差に基づいて前記モータの速度指令を求める速度指令演算手段と、前記速度指令演算手段で求められた速度指令と、前記エンコーダで検出されるモータ速度との偏差である速度偏差に、速度ループゲインを乗じる速度ループゲイン乗算手段と、前記速度偏差を積算し、この積算値に積分ゲインを乗じる積分ゲイン乗算手段と、前記積分ゲイン乗算手段の出力値と、前記速度ループゲイン乗算手段の出力値を加算し、この加算結果をトルク指令として前記モータに出力する加算手段と、前記位置偏差についての第１の閾値、及び前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を設定し、前記位置偏差が第２の閾値を上回った場合には、前記積分ゲインを通常値とし、前記位置偏差が前記第１の閾値を下回った場合には、前記積分ゲインをゼロとし、更に、前記位置偏差が前記第１の閾値と第２の閾値との間である場合には、前の状態を維持するように、前記積分ゲインの出力を設定する積分ゲイン制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、前記第１の閾値、及び第２の閾値を所望の数値に変更する閾値変更手段を更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るモータ制御装置では、第１の閾値及び第２の閾値を設定し、位置偏差が第１の閾値と第２の閾値との間で変動している場合には、積分ゲインを変化させず、前の状態を維持する。従って、位置偏差が変動した場合に、積分ゲインが通常値とゼロとの間で振動的に変化することを防止でき、モータを安定的に制御することができる。また、位置偏差がオーバーシュートすることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された自動金型交換装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の、トルク指令計算部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の、積分ゲイン制御部における処理動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係るモータ制御装置の、位置偏差とトルク指令の変化と、第１の閾値、第２の閾値との関係を示す特性図である。
【図５】従来における自動金型交換装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図６】従来における自動金型交換装置の動作を示す説明図である。
【図７】従来における自動金型交換装置を作動させたときの、位置偏差とトルク指令との関係を示す特性図である。
【図８】従来における自動金型交換装置に用いられるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】積分ゲインをゼロとしたときの、位置偏差とトルク指令の変化を示す特性図である。
【図１０】積分ゲインをゼロとしたときの、位置偏差とトルク指令の変化を示す特性図であり、図９に示した「Ａ」部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置が適用された金型自動交換装置の構成を模式的に示す説明図である。図示のように、この金型自動交換装置は、２つのアーム５２ａ，５２ｂを備えたハンド５１と、アーム５２ａ，５２ｂと螺合するネジ５３と、出力軸がネジ５３に連結されるモータＭと、モータＭの速度及び回転位置を検出するエンコーダ１２と、モータＭの駆動を制御するＮＣ装置２２と、ＮＣ装置２２より出力されるトルク指令に応じてモータＭに電流を出力する電流アンプ２１と、を備えている。
【００２２】
更に、各アーム５２ａ，５２ｂの内側に設けられたバネ５６ａ，５６ｂと、各バネ５６ａ，５６ｂの先端に設けられたクランパ５５ａ，５５ｂを備えている。
【００２３】
そして、モータＭを正転させることにより、ネジ５３が正転して該ネジ５３に螺合された各アーム５２ａ，５２ｂが内側に移動する。反対に、モータＭを反転させることにより、ネジ５３が反転して該ネジ５３に螺合された各アーム５２ａ，５２ｂが外側に移動する。従って、ダイ５７を挟む位置に２つのクランパ５５ａ，５５ｂを移動させ、この位置でモータＭを正転させることにより、ダイ５７を把持することができる。その後、ダイ５７を所望する位置に移動させ、この位置でモータＭを反転させることにより、ダイ５７の把持を開放して該ダイ５７を所望位置にセットすることが可能となる。
【００２４】
ＮＣ装置２２は、アーム５２ａ，５２ｂの位置を設定するための位置指令（アーム位置の目標値）を設定する位置指令計算部３２と、該位置指令計算部３２より出力される位置指令に基づいて、トルク指令を計算するトルク指令計算部３１を備えている。
【００２５】
図２は、トルク指令計算部３１の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、モータＭに設けられるエンコーダ１２で検出される位置データは、位置フィードバック信号として減算器１３に出力される。また、エンコーダ１２で検出される速度データは、速度フィードバック信号として減算器１５に出力される。
【００２６】
減算器１３は、位置指令とエンコーダ１２より出力される位置フィードバック信号との偏差を求め、求められた位置偏差を乗算部（速度指令演算手段）１４に出力する。
【００２７】
乗算部１４は、位置ループゲインを記憶しており、減算器１３より出力される位置偏差に該位置ループゲインを乗じることにより、モータＭの速度指令を求め減算器１５に出力する。
【００２８】
減算器１５は、速度指令とエンコーダ１２より出力される速度フィードバック信号との偏差を求め、求めた速度偏差を乗算部（速度ループゲイン乗算手段）１６、及び積算部１７に出力する。
【００２９】
乗算部１６は、速度ループゲインを記憶しており、減算器１５より出力される速度偏差に該速度ループゲインを乗算し、この乗算により得られる信号を加算器（加算手段）１９に出力する。
【００３０】
積算部１７は、減算器１５で求められる速度偏差を積算し、この積算結果を乗算部（積分ゲイン乗算手段）１８に出力する。乗算部１８は、積分ゲインを記憶しており、積算部１７で求められた速度偏差の積算値に積分ゲインを乗算し、この乗算により得られる信号を加算器１９に出力する。加算器１９は、乗算部１６で乗算された信号と、乗算部１８で乗算された信号を加算し、この加算結果をトルク指令として、図１に示す電流アンプ２１に出力する。
【００３１】
また、乗算部１８には、積分ゲイン制御部（積分ゲイン制御手段）２０が接続されており、該積分ゲイン制御部２０は、減算器１３で演算される位置偏差の大きさに応じて、積分ゲインを通常値とするか、或いは積分ゲインをゼロとするかを切り替える制御を行う。具体的には、位置偏差についての第１の閾値、及び第１の閾値よりも大きい第２の閾値を予め設定し、減算器１３より出力される位置偏差が第２の閾値よりも大きい場合には、積分ゲインを通常値とし、位置偏差が第１の閾値よりも小さい場合には、積分ゲインをゼロとする。更に、位置偏差が第１の閾値と第２の閾値との間である場合には、前の状態を維持するように積分ゲインの出力を設定する。
【００３２】
次に、上述のように構成された本実施形態に係るモータ制御装置の作用について説明する。
【００３３】
図１に示す位置指令計算部３２より位置指令が出力されると、モータＭの駆動が開始され、該モータＭに設置されたエンコーダ１２で検出される位置フィードバック信号が図２に示す減算器１３に出力され、速度フィードバック信号が減算器１５に出力される。減算器１３は、位置指令と位置フィードバック信号との偏差を演算し、この演算結果を位置偏差として乗算部１４に出力する。
【００３４】
乗算部１４は、位置偏差に位置ループゲインを乗算し、この乗算結果を速度指令として出力する。減算器１５は、速度指令と速度フィードバック信号との偏差を演算し、この偏差を乗算部１６、及び積算部１７に出力する。
【００３５】
乗算部１６は、速度偏差に速度ループゲインを乗算し、乗算した結果を加算器１９に出力する。一方、積算部１７は、速度偏差を積算しこの積算結果を乗算部１８に出力する。  乗算部１８は、積算部１７より出力された積算結果に積分ゲインを乗算する処理を行い、この乗算結果を加算器１９に出力する。また、積分ゲイン制御部２０は、乗算部１８における積分ゲインを設定する処理を行う。
【００３６】
以下、図３に示すフローチャートを参照して、積分ゲイン制御部２０における処理動作について説明する。
【００３７】
初めに、ステップＳ１１において、積分ゲインをゼロに設定しているか否かを判断する。そして、積分ゲインをゼロに設定していない場合（積分ゲインが通常値の場合）には（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ１２において、位置偏差が予め設定した第１の閾値を下回っているか否かが判断される。即ち、図４の符号ｑ１３に示す位置偏差が小さくなり（図４の特性図では、上に行くほど位置偏差は小さくなる）、第１の閾値ｑ１１を下回ったか否かが判断される。
【００３８】
そして、位置偏差が第１の閾値を下回ったと判断された場合には（図４の時刻ｔ１の地点；ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１４において、積分ゲインを通常値からゼロに切り替える。これにより、トルク指令値が急激に増大してオーバーシュートすることを防止できる。また、符号ｑ１４に示すように、時刻ｔ１にてトルク指令が低減する。
【００３９】
一方、ステップＳ１１の処理において、積分ゲインをゼロに設定している場合には（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ステップＳ１３において、位置偏差が第２の閾値を上回っているか否かが判断される。即ち、図４の符号ｑ１３に示す位置偏差が大きくなり、第２の閾値ｑ１２を上回ったか否かが判断される。
【００４０】
そして、第２の閾値ｑ１２を上回ったと判断された場合には（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ステップＳ１５において、積分ゲインをゼロから通常値に切り替える。これにより、通常の積分制御によるトルク指令値の設定が可能となる。
【００４１】
また、積分ゲインがゼロでない状態で、且つ位置偏差が第１の閾値を下回らない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、及び、積分ゲインがゼロで、且つ位置偏差が第２の閾値を下回った場合（ステップＳ１３でＮＯ）には、ステップＳ１６において、積分ゲインを現在の値から切り替えず、現状を維持する。即ち、位置偏差が図４に示す第１の閾値ｑ１１と第２の閾値ｑ１２との間で変動している場合には、前の状態を維持し積分ゲインを変化させない。
【００４２】
こうして、第１の閾値ｑ１１と第２の閾値ｑ１２との間を不感帯とし、位置偏差がこの範囲内で変動している際には、積分ゲインを変化させないので、むやみに積分偏差が変動することを防止できることとなる。
【００４３】
このようにして、本実施形態に係るモータ制御装置では、位置偏差についての第１の閾値、及び第１の閾値よりも大きい第２の閾値を設定し、位置偏差が第１の閾値よりも小さくなった場合には積分ゲインをゼロに設定し、位置偏差が第２の閾値よりも大きくなった場合には積分ゲインを通常値に設定する。更に、位置偏差が第１の閾値と第２の閾値との間である場合には、前の状態を維持する。従って、積分ゲインの切り替えが頻繁に行われて振動的に変化することを防止でき、積分ゲインを安定的に切り替えることができる。
【００４４】
その結果、モータＭの回転位置と位置指令との偏差がゼロに近づいた場合に、積分ゲインをゼロに設定することにより、トルク指令がオーバーシュートすることを防止でき、且つ、積分ゲインが振動的に変化することを防止でき、モータＭを安定に制御して、指令位置に到達させることができる。
【００４５】
また、上述した実施形態では、積分ゲイン制御部２０にて予め設定されている第１の閾値、及び第２の閾値を用いる例について説明したが、第１の閾値、及び第２の閾値を適宜変更する閾値変更手段を設け、操作者により任意に変更する構成とすることも可能である。このような構成とすることで、把持する対象となるダイの条件に応じた適切な閾値を設定することが可能となる。
【００４６】
以上、本発明のモータ制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、金型を把持する際に用いるモータを安定的に制御することに利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１２  エンコーダ
１３，１５  減算器
１４，１６，１８  乗算部
１７  積算部
１９  加算器
２０  積分ゲイン制御部
２１  電流アンプ
２２  ＮＣ装置
３１  トルク指令計算部
３２  位置指令計算部
５１ハンド
５２ａ，５２ｂ  アーム
５３  ネジ
５５ａ，５５ｂ  クランパ
５６ａ，５６ｂ  バネ
５７  ダイ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013247703.tif 000011
【図１０】
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