(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一軸方向の移動を制御する位置制御装置であって、移動速度の異なる複数の動作区間を有し、各動作区間の制御パラメータとして、速度情報，位置情報とともに速度制御の切り替えポイントを関連付けてデータベースに格納し、各動作区分毎に前記データベースに格納された制御パラメータを取得し、その制御パラメータに基づいて生成される制御信号を出力する手段を備え、
前記速度制御の切り替えポイントは、隣接する前記動作区間の速度を合わせるための加減速区間の制御を、どちらの動作区間側で行うかを設定するものであることを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
前記速度制御の切り替えポイントは、速度変更開始点および速度到達点のいずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項３】
一軸方向の往復移動を制御するものであり、
往路と復路の対応する動作区間に設定されるパラメータが、速度情報，位置情報を同一にし、速度制御の切り替えポイントを異ならせたことを特徴とする請求項１または２に記載の位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位置制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一軸の位置決め装置としては、例えば、モータの出力軸に回転運動を直線の往復運動に変換する動力変換機構（ピニオンとラックなど）を介して作動ロッドを連結し、その作動ロッドの先端の位置制御を行うものがある。
【０００３】
このとき、モータは、制御装置から与えられるパルスに従い、基準角度だけ回転する構造のものを用いると、制御装置から出力されるパルスの数に応じた角度だけモータは回転した後停止する。すると、作動ロッドの移動距離とモータの回転角度は一義的に対応するので、制御装置から出力されるパルス数と、作動ロッドの移動距離は対応し、位置決め制御ができる。
【０００４】
さらに、一軸制御をする場合、作動ロッドの先端を、動作開始から所定の時間で目標位置まで到達するようにし、しかも、最終目標位置に至る手前で、１または複数の通過ポイントを設定し、その通過ポイントに至る時間も正確に制御したいということがある。
【０００５】
係る場合には、制御装置から出力される単位時間あたりのパルス数を調整することにより、作動ロッドの移動速度を調整し、決められた時間で所望位置に至らせるように制御することになる。
【０００６】
係る制御パターンの一例を示すと、例えば図１のようにすることができる。この例では、移動開始当初は高速で移動させ、目標位置に近づくにつれて速度を低下させるようにしている。そして、制御を簡単にするため、等速で移動する区間（図示の例では３つの区間）を設けている。
【０００７】
このような制御パターンにすると、隣接する速度の異なる区間をつなぐための加減速パターン（図示の場合には、直線加減速）を決めておくと、等速移動している際の速度（単位時間あたりに出力するパルス数）と、その区間の終了時点の位置データの２つのパラメータにより１つの区間の制御パターンを定義できる。
【０００８】
つまり、図示のように横軸を時間，縦軸を速度とすると、ある区間における軌跡の積分値がその区間における作動ロッドの移動距離となるので、要求される仕様に併せて速度と、等速移動している時間を適宜に設定することで、各区間の終了時点における作動ロッドの先端位置を、設定した位置データに合わせることができる（加減速区間での移動距離は、演算で求められる）。
【０００９】
ところで、区間の切り替わりでもある速度切替ポイントは、図１中「Ａ」で示す前の動作データの指令位置から速度の切り替わりを開始する（速度変化が始まる）ものと、「Ｂ」で示す前の動作データの指令位置で速度の切り替わりが終了する（速度変化が完了する）ものの２種類がある。
【００１０】
この場合に、図２（ａ），（ｂ）に示すように、区間の終了地点（速度切り替わりポイント）を指定している指令位置を、位置データ▲１▼〜▲３▼（「Ａ」の場合），▲１▼′〜▲３▼′（「Ｂ」の場合）のように設定すると、制御パターンの軌跡は同じになる。つまり、いずれの設定の仕方をとっても、演算して指令位置を適宜に設定することにより、同一の制御パターンをとることはできる。
【００１１】
図示の場合、移動軌跡（各時間での移動距離）を同じにするためには、最初の動作区間では「Ａ」パターンの方が移動距離が長くなるので、位置データ▲１▼＜▲１▼′（減速区間分だけ長い）となり、逆に３番目の動作では、▲３▼＞▲３▼′となる。
【００１２】
但し、いずれの指令位置の切替ポイント（Ａ，Ｂ）をとるかは、動作前に初期設定として選択している。そして、連続動作の中で、速度切り替わりの設定を変えることはできなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしがら、従来の装置では、連続位置決めにおける速度の切り替わりポイントは、運転前の初期設定で変更し、運転中は一つの設定のみ有効となっていたので、例えば、図３に示すように、往路と復路（行きと帰り）が、同一の制御パターン（同じ位置で速度が切り替わる）となるように制御しようとすると、以下に示す問題が生じる。
【００１４】
すなわち、速度切り替わりの設定が動作中で固定されているため、各パラメータを行きと逆の順番でそのまま同じ動作データを並べる（図４参照）だけでは、図５のように速度切り替わりの位置がずれ、行きと帰りの軌跡が一致しない。
【００１５】
つまり、図示の例では、各区間の切替えを前の動作データの指令位置から速度の切り替わりを開始する「Ａ」パターンとすると、上昇する４番目の動作では、実戦で示すＡパターンは、区間の最後まで等速で増速されないので、３番目の動作で設定された位置データ▲３▼分だけ移動するために要する時間が、長くかかる。５番目と６番目の動作も同様の理由から、それぞれ対応する２番目と１番目の動作と同一のタイミングで増減速することはできない。
【００１６】
一方、動作データ（パラメータ）を、図６に示すように、行きと帰りの速度切り替わりの位置が一致するように、帰りの指令位置をあらかじめ用意する（行きと返りの位置データは別のものを使用する）と、図７に示すように、行きと帰りの軌跡が一致する。しかし、このようにすると、６種類のデータが必要となり、係る６種類のデータを演算で求めるのは煩雑で有る。
【００１７】
この発明は、一軸の方向の移動を制御するに際し、動作区間毎に速度切り替えポイントを変更可能にし、さらに、往路と復路（行きと帰り）の動作データ（位置データ，速度データ等）を共通化しつつ、往復の位置決め軌跡を一致させることができる位置制御装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明による位置制御装置は、少なくとも一軸方向の移動を制御する位置制御装置である。移動速度の異なる複数の動作区間を有し、各動作区間の制御パラメータとして、速度情報，位置情報とともに速度制御の切り替えポイントを関連付けてデータベースに格納し、各動作区分毎に前記データベースに格納された制御パラメータを取得し、その制御パラメータに基づいて生成される制御信号を出力する手段を備え、前記速度制御の切り替えポイントは、隣接する前記動作区間の速度を合わせるための加減速区間の制御を、どちらの動作区間側で行うかを設定するものとした。
【００１９】
本発明の対象となる位置制御装置は、少なくとも一軸方向の移動を制御する機能を含むものであれば何でも良く、装置全体としては複数軸（多軸）を制御する位置制御装置でも良い。もちろん、全体としても一軸方向を制御するものでもよい。さらに、複数軸を制御するものとしては、制御対象となる軸が複数あるものの相互に独立して動作，制御するものや、例えばＸＹプロッターのように、直交するＸ方向とＹ方向の軸方向の位置を制御することにより２次平面上の任意の位置に移動させる場合における各軸に対する制御のように複数の軸が相互に関連するようなものも含む。もちろん、これらは例示列挙したものであり、２軸の場合が、ＸＹプロッターに限られないのは言うまでもなく、対象となる軸数も３つ以上でも良い。
【００２０】
制御信号を出力する手段は、実施の形態では、位置決め軌道演算部１２に対応する。制御パラメータは、実施の形態では動作データに対応する。位置情報は、その動作区間における移動距離或いは停止（通過）位置を特定するための情報であり、実施の形態では位置指令値（位置データ）に対応する。
【００２１】
速度制御の切り替えポイントは、速度情報に従う速度制御を切り替える（次の動作区間の速度制御に移行する）ポイントである。制御パラメータに従い制御される動作区間の終期（始期）を特定することでもある。そして、具体的には、上述したように速度制御の切り替えポイントは、隣接する前記動作区間の速度を合わせるための加減速区間の制御をどちらの動作区間側で行うかを設定するものであり、実施の形態で言うと、等速区間終了までのＡパターンは、隣接する動作区間の後側が加減速区間の制御をすることになり、加減速区間終了までのＢパターンは、隣接する動作区間の前側が加減速区間の制御をすることになる。また、前記速度制御の切り替えポイントは、速度変更開始点および速度到達点のいずれか一方とすることができる。
【００２２】
速度制御の切り替えポイントを別の表現をすると、速度情報で規定される速度で動作区分の制御が終了する（次の動作区間の速度情報で規定される速度への変更は、係る次の動作区間での速度制御により実現する）のか、次の動作区間の速度情報で規定される速度へ変化させ（このとき、位置情報の条件も満たす）て、現在の動作区間の速度制御を終了するともいえる。
【００２３】
この発明によれば、制御パラメータとともに、速度制御の切り替えポイントを動作区間毎に設定し、動作区間毎に係るパラメータ等を読み出して制御信号を出力するようにしたため、連続した一軸方向の移動を制御する際に、速度制御の切り替えポイントを途中で変えることができる。
【００２４】
そして、一軸方向の往復移動を制御するものであり、往路と復路の対応する動作区間に設定されるパラメータが、速度情報，位置情報を同一にし、速度制御の切り替えポイントを異ならせるようにする。このようにすると、同じ位置・速度指令を用いつつ往路と復路の位置決め軌跡を一致させることができる。しかも、往路と復路の切り替えも、連続して（一時停止することなく）行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図８は、本発明の好適な一実施の形態を示している。同図に示すように、位置制御装置１０は、動作区分毎の動作データを記憶するデータベース１１と、そのデータベース１１に格納された動作データに従って、制御命令（パルス）を出力する位置決め軌道演算部１２を有している。
【００２６】
データベース１１に記憶されるデータは、各動作毎に位置決め制御をするために必要なデータが格納されており、図示した例では、動作データＮｏ．と、その動作の区間終了時の移動距離（停止位置）を特定するための位置データと、等速移動している際の速度データ等が関連付けられて格納されている。これ以外にも、例えば、加減速区間における加減速パターン（直線加減速等）、加減速区間の時間等がある。これらは、従来から一般に用いられているパラメータである。
【００２７】
そして、本発明では、各動作毎に速度の切り替わるポイントが選択できるようにするため、速度変更モードを格納できるようにした。すなわち、速度変更モードは、速度の切り替わるポイント、つまり、そのパラメータが有効となる動作区間の終了位置を特定するもので、等速区間終了まで（図２（ａ）：「Ａ」パターン）と、加減速区間終了まで（図２（ｂ）：「Ｂ」パターン）の何れかを択一的に選択するようにしている。換言すると、位置指令値（位置データ）を達成するのが、等速区間の終了時点か、加減速区間の終了（次の動作区間の等速区間の開始時点）であるかを選択するようになっている。
【００２８】
位置決め軌道演算部１２は、ＰＬＣなどから動作指令を受けると、データベース１１をアクセスして動作データを取得し、その動作データを満足するように所定のタイミングで制御信号（パルス）を出力する。
【００２９】
具体的には、位置決め軌道演算部１２は、図９に示すフローチャートを実施する機能を有する。すなわち、ＰＬＣからの動作指令を待つ（ＳＴ１）。そして、動作指令を検出すると、データベース１１をアクセスし、起動する動作データ番号の動作データを読み込む（ＳＴ２）。
【００３０】
読み込んだ動作データの速度変更モードをチェックする（ＳＴ３）。そして、「Ａパターン：動作の区間が等速区間終了まで」の場合には、現在の動作データの位置指令値から、次の動作データの指令速度への変化を開始するようにモータドライバへの制御出力を演算する（ＳＴ４）。つまり、位置指令値（位置データ）から動作デ−タの最初の加減速間で進む移動距離を差し引いた移動量を、等速区間で移動する距離として求める。そして、制御出力としては、まず加減速区間中は、あらかじめ決められた加速度パターンに従ってパルスを出力し、その後、移動距離が位置指令値になるまで等速移動させるためのパルスを出力する。そして、この等速区間終了までが、今回の動作データで制御される区分となる。
【００３１】
一方、読み込んだ動作データの速度変更モードが「Ｂパターン：動作の区間が加減速区間の終了まで」の場合には、現在の動作データの位置指令値で、次の動作データの指令速度への変化が終了するようにモータドライバへの制御出力を演算する（ＳＴ５）。つまり、現在の動作デ−タの指令速度から加減速して、次の動作デ−タの等速区間の移動速度に変更するまでの移動距離を、現在の動作デ−タの位置指令値から差し引いた移動量を、等速区間で移動する距離として求める。換言すると、現在の速度と、次の動作区間の速度、および加減速度（あるいは、加減速時間）から、次の動作区間に移行する際の加減速区間での移動距離はわかるので、等速区間を維持する移動量を求める。そして、制御出力としては、まず設定された速度を維持するように所定のタイミングでパルスを出力し、先のようにして求められた移動量に達すると、加減速パターンで決められた速度になるように、出力されるパルスのタイミングを変更する。そして、この加減速区間終了までが、今回の動作データで制御される区分となる。
【００３２】
次いで、上記ステップ４または５で求めた制御出力を、実際にモータドライバ２０に対して制御出力を与える（ＳＴ６）。以後、動作完了するまで次の動作データ番号の動作データを読み込み（ＳＴ７，８，１）、上記処理を繰り返す。
【００３３】
具体的なデータを用いて上記した処理機能を説明する。まず、データベース１１には、図１０に示すようなデータが格納されているとする。図から明らかなように、動作データ番号の▲１▼と▲６▼，▲２▼と▲５▼並びに▲３▼と▲４▼は、それぞれ位置データと速度データは同じである。そして、前半の動作データ番号▲１▼から▲３▼の速度変更モードは、Ａパターンとし、後半の動作データ番号▲４▼から▲６▼の速度変更モードは、Ｂパターンとしている。
【００３４】
この動作データに従って、動作データ番号▲１▼→▲２▼→▲３▼→▲４▼→▲５▼→▲６▼と順に処理すると、図１１中実線で示すようになる。つまり、▲１▼から▲３▼までの動作区分では、等速区間の終了時点（▲３▼は、速度が０になるまで）までが制御対象領域となり、▲４▼から▲６▼はそれぞれ次の区間の等速区間に至るまでが制御対象領域となる。そして、図中波線で示した軌跡は、動作区間▲１▼から▲３▼までを反転したものである。この波線で示した軌跡と、動作区間▲４▼から▲６▼までの軌跡は対象となる。つまり、行きと帰りは、同一の移動軌跡をとることになる。
【００３５】
図８に示すように、上記のようにして位置決め軌道演算部１２から出力される制御信号が、モータドライバ２０に与えられる。モータドライバ２０は、制御信号であるパルスを受ける都度、モータ２１の出力軸を所定角度回転させるように動作させる。つまり、単位時間当たりに出力されるパルス数が多いほど、モータ２１の回転速度も増加する。このモータ２１の正逆回転に伴い、モータ２１の出力軸から動力を受けた装置２２が、往復直線運動をするようになっている。
【００３６】
この装置２２の一例としては、図１２に示すようなコーティング液，薬液等の液体２２ａに、作動ロッド２２ｂの先端に取り付けたワーク２２ｃを浸潤させるシステムがある。この作動ロッド２２ｂは、ラック＆ピニオンのような動力変換機構２２ｄに連携され、図外のモータの正逆回転に従って、昇降移動するようになっている。そして、この昇降移動する際の速度が、モータの回転速度により決定される。
【００３７】
このようなアプリケーションの場合、ワーク２２ｃを液体２２ａに浸けている間は、一定速度を維持させ、一方でタクトを向上させるために、ワーク２２ｃが液体２２ａから離れた時点で、次工程にすばやく移動させたいという要求がある。
【００３８】
この場合、液面（液体２２ａ）までの侵入は高速で動かし、液面の手前で減速、ワークが液に浸かるポイントで目標の一定速度に達するようにする。そして、ワークが液から離れるポイントまでは、一定速度を維持し、液面から離れたポイントで、離脱速度へと加速し、次工程に移動するという制御を行うのが好ましい。
【００３９】
そして、タクトを上げるためには、速度の切替ポイントを、液面に近づけるのが好ましい。そこで、図示するように、４つの動作区分に分けて位置制御を行うようにし、動作▲１▼の区分では、位置データを液面になるように設定し、速度変更モードを加減速区間終了まで（Ｂパターン）と設定することにより、ワーク２２ｃが液面付近にきたときには、次の動作▲２▼の速度データで等速移動する。
【００４０】
また、動作▲３▼の区分では位置データを液面になるように設定し（動作▲２▼の区分での移動距離と等しくする）、速度変更モードを等速区間終了まで（Ａパターン）と設定することにより、ワーク２２ｃが液面付近まで移動してくるまでは、動作▲３▼で設定された速度で等速移動する。つまり、液体２２ｃ中にワークが存在している際は、ワーク２２ｃの移動速度は一定にすることができる。
【００４１】
なお、上記した各例では、同一方向に移動している際は、速度変更モードは同じであったが、本発明は各動作区分毎に速度変更モードを替えることができるので、同一方向に移動している複数の区分のうちの一部の区分の速度変更モードを替えることはもちろんかまわない。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明では、速度制御の切り替えポイントを動作区間毎に設定したため、連続位置決め運転中に、各動作毎に速度の切り替わりポイントを変更することができる。これにより、行きと帰りで動作を中断させることなく、しかも、同じ位置情報を使用しつつ、往復の位置決め軌跡を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例を説明する図である。
【図２】従来例を説明する図である。
【図３】従来例を説明する図である。
【図４】従来例を説明する図である。
【図５】従来例を説明する図である。
【図６】従来例を説明する図である。
【図７】従来例を説明する図である。
【図８】本発明の好適な一実施の形態を示す図である。
【図９】位置決め軌道演算部の機能を説明するフローチャートである。
【図１０】データベースに格納されたデータの一例を示す図である。
【図１１】図１０に示すデータに従って制御された軌跡を示す図である。
【図１２】本発明の適用例を示す図である。
【符号の説明】
１０  制御装置
１１  データベース
１２  位置決め軌道演算部
２０  モータドライバ
２１  モータ
２２  装置
２２ａ  液体
２２ｂ  作動ロッド
２２ｃ  ワーク
２２ｄ  動力変換機構
【図１】
0004366561.tif 000002
【図２】
0004366561.tif 000003
【図３】
0004366561.tif 000004
【図４】
0004366561.tif 000005
【図５】
0004366561.tif 000006
【図６】
0004366561.tif 000007
【図７】
0004366561.tif 000008
【図８】
0004366561.tif 000009
【図９】
0004366561.tif 000010
【図１０】
0004366561.tif 000011
【図１１】
0004366561.tif 000012
【図１２】
0004366561.tif 000013