(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令を入力として、モ−タ位置が前記位置指令に一致するように速度指令を速度制御部に出力する位置制御部と、前記速度指令を入力として、モ−タ速度が前記速度指令に一致するようにトルク指令を電流制御部に出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力として、電流制御を行い、モ−タを駆動する電流制御部と、モ−タ位置を検出する検出部と、前記トルク指令と前記モ−タ速度を入力として、外乱を推定する外乱推定部と、を備える位置決め制御装置において、
前記外乱推定部内で推定される推定外乱力を基に、目標位置に到達した時点で位置決め機構内に残存する弾性変形量を推定し、前記目標位置に前記弾性変形量を加えた位置を新たな目標位置として位置決め制御を行い、前記新たな目標位置に達した後、前記弾性変形量分戻す位置制御を行うことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記弾性変形量を、位置決めが行われる際の減速開始速度、または減速度の関数とすることを特徴とする請求項１記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記目標位置と一致して位置決め停止した状態での外乱力Csを、減速が開始する速度Vdstの関数とし、
Cs = Vdst / α…（１）
但し，α（α≧0）は予め求められた定数
で表し、弾性変形量Xを、
X = Cs / K…（２）
但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数
とすることを特徴とする請求項２記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
前記目標位置と一致して位置決め停止した状態での外乱力Csを、減速度Decの関数とし、
Cs = Dec / β…（３）
但し，β（β≧0）は予め求められた定数
で表し、弾性変形量Xを、
X = Cs / K…（２）
但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数
とすることを特徴とする請求項２記載の位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットや工作機械等の制御装置、特に、高精度位置決め動作を必要とする位置決め制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
位置決め制御を行う場合、目標位置に高速かつ高精度に到達するため、制御系のフィードバックゲインを上げる方法、制御対象をモデル化して、そのモデルに追従するように制御を行う方法、などが一般的である。フィードバックゲインを上げることにより、メカ特性の影響を抑えることが可能になるばかりでなく、高速・高精度応答を実現できる。また、制御対象のモデルを積極的に用いて、予めメカ特性を補償して制御を行うことにより、フィードバックゲインをそれほど上げることなく、高速・高精度応答を実現できる。
また、特開平１０−１６４８７９では、サーボモータの電流とねじれ量の関係を予め求めておき、検出電流に基づき、ねじれ量補償値を速度指令に加える装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところ前記従来の技術では、位置決め停止した状態において、メカの持つ弾性変形の影響を考慮していないため、停止した位置を保持するための保持トルクが必要であるばかりでなく、弾性変形した状態でメカを固定するため、メカを劣化する恐れがある。また、停止した状態から動き出す際、動き出す方向によって、弾性変形をさらに増大させる方向か、弾性変形を解除する方向かによって、弾性変形が外乱として働く特性が異なるため、非常に小さい移動量の位置決め動作に影響するという問題がある。
また、サーボモータの電流からねじれ量補償値を求め、このねじれ補正量を速度指令に加える装置では、位置決めした場合に、ねじれた状態を保持するためのトルクが必要であるという問題がある。
上記課題を解決するため、本発明の位置決め制御装置は、メカの持つ弾性変形を考慮し、高精度な位置決め装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の位置決め制御装置は、位置指令を入力として、モ−タ位置が前記位置指令に一致するように速度指令を速度制御部に出力する位置制御部と、前記速度指令を入力として、モ−タ速度が前記速度指令に一致するようにトルク指令を電流制御部に出力する速度制御部と、前記トルク指令を入力として、電流制御を行い、モ−タを駆動する電流制御部と、モ−タ位置を検出する検出部と、前記トルク指令と前記モ−タ速度を入力として、外乱を推定する外乱推定部と、を備える位置決め制御装置において、前記外乱推定部内で推定される推定外乱力を基に、目標位置に到達した時点で位置決め機構内に残存する弾性変形量を推定し、前記目標位置に前記弾性変形量を加えた位置を新たな目標位置として位置決め制御を行い、前記新たな目標位置に達した後、前記弾性変形量分戻す位置制御を行うことを特徴とするものである。
【０００５】
また、本発明の請求項２記載の位置決め制御装置は、前記弾性変形量を、位置決めが行われる際の減速開始速度、または減速度の関数とすることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明の請求項３記載の位置決め制御装置は、前記目標位置と一致して位置決め停止した状態での外乱力Csを、減速が開始する速度Vdstの関数とし、
Cs = Vdst / α…（１）
但し，α（α≧0）は予め求められた定数
で表し、弾性変形量Xを、
X = Cs / K…（２）
但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数
とすることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明の請求項４記載の位置決め制御装置は、前記目標位置と一致して位置決め停止した状態での外乱力Csを、減速度Decの関数とし、
Cs = Dec / β…（３）
但し，β（β≧0）は予め求められた定数
で表し、弾性変形量Xを、
X = Cs / K…（２）
但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数
とすることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例について具体的に説明する。図１は、本発明の基本的な考え方を説明するブロック図で、図中、位置制御部１では、位置指令Prefを入力しモ−タ位置Pfbが位置指令Prefに一致するように速度指令Vrefを速度制御部２に出力する。速度制御部２では、速度指令Vrefを入力しモ−タ速度Vfbが速度指令Vrefに一致するようにトルク指令Trefを電流制御部３に出力する。電流制御部３では、電流を制御しモ−タ４を駆動する。モ−タ４には機構部５が取り付けてある。この機構部５は、モータ４の軸およびその他減速機等の接続部を含むものである。検出器６はモ−タ位置を検出する。外乱推定部７は、トルク指令とモータ速度を入力し、推定外乱Csを算出する。差分器８はモ−タ位置からモ−タ速度を算出する。次に、外乱推定部７について詳細を示す。外乱推定部７はモータ速度Vfbとトルク指令Trefを入力し、速度ゼロ時のトルク指令を基に、弾性変形量を推定する。位置指令補正部９は、外乱推定部７で推定された弾性変形量に基づいて補正位置指令ΔPrefを加算器ａに出力し、加算器ａは位置指令Prefに補正位置指令ΔPrefを加えた位置指令を位置制御部１に出力する。この位置指令に基づいて位置制御が行われ、位置決め停止した時点で、位置補正部９は、弾性変形分の補正位置指令を減らすために補正位置指令（−ΔPref）を出力し、目標とする位置指令Prefに（−ΔPref）を加えた位置指令に対して再び位置制御を行う。したがって、最終的に位置決めされた位置では、弾性変形することが無いため、弾性変形による保持トルクやメカに負担をかけることなく、位置決め停止することが出来る。
【０００９】
次に、推定外乱Csと弾性変形量について説明する。図２は、リニアモータを用いた位置決め時において、減速開始速度Vdstが異なる場合の位置決め停止時の保持力F（トルク）と速度Vfbをモニタしている。図中、Vr1, Vr2, Vr3は速度指令であり、F1, F2, F3は駆動力であり、Vfb1, Vfb2, Vfb3は速度であり、それぞれ最高速度が2.5mm/s, 5mm/s, 10mm/sである。なお、加減速度は一定(0.01G)にしている。位置決め停止時の保持力は、減速開始速度が2.5mm/s，5.0mm/s，10mm/sの場合が各々F1=5.08N，F2=4.97N，F3=4.80N であり、減速開始速度が小さいほど位置決め停止時の保持力（トルク）が大きいことがわかる。従って、保持力と減速開始速度の関係は、
Cs = Vdst / α…（１）
但し、α（α≧0）は予め求められた定数である。
で表される。
【００１０】
さらに、位置決め停止した状態で、保持力を強制的にゼロにした場合のリニアモータのテーブル変位量を測定した結果を図３に示す。図からわかるようにばね特性を示しながらテーブルが戻されており、テーブル変位量は、減速開始速度が2.5mm/s，5.0mm/s，10mm/sの場合が各々19.6μm,18.3μm,17.0μmであり、減速開始速度が小さいほどテーブル変位量が大きいことがわかる。このテーブル変位はばね特性を示していることから、弾性変形量と考えられ、弾性変位量Xと保持力の関係は、
X = Cs / K…（2）
但し，Ｋ（Ｋ≧0）はばね定数である。
と表すことが出来る。
【００１１】
本実験では、ばね定数はK=0.27N/μmであった。以上の実験結果を整理すると、減速開始速度が小さいほど位置決め停止時の保持力が大きくなり、弾性変形量も大きくなることがわかる。なお、ここでは、減速開始速度の違いによる例を説明したが、減速度が変わった場合も同様に、減速度が小さいほど位置決め停止時の保持力が大きくなり、弾性変形量も大きくなることが実験で確かめられており、この場合は、保持力と減速度の関係は、
Cs = Dec / β…（3）
但し、β（β≧0）は予め求められた定数である。
で表される。減速開始速度と弾性変形量、減速度と弾性変形量の関係は、本説明のように関数として表しても良いし、減速開始する速度や減速度を変えて、実験的に求めても良い。本発明は、この弾性変形が起こることを考慮し、予め弾性変形量分だけ目標位置を行き過ぎる方向にずらし、弾性変形を解除するように位置を戻すことで、最終的な位置決めを実施するものである。
【００１２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、位置決め停止時におけるメカの弾性変形を避けることが出来るため、位置を保持するための余分なトルクが必要でないばかりでなく、その位置からどちらの方向に動作した場合も同じ応答が得られるため、非常に少ない移動量において高精度な位置決め応答を得ることが出来る位置決め制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的な考え方を説明するブロック図
【図２】位置決め停止時の応答例
【図３】保持力を強制的にゼロとした場合のテーブル変位量の例
【符号の説明】
１：位置制御部
２：速度制御部
３：電流制御部
４：モ−タ
５：機構部
６：検出器
７：外乱推定部
８：差分器
９：位置補正部
ａ：加算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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