(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）運動輪郭を発生させるために、開始速度、開始加速度、速度制限、加速度制限、減速度制限、加速度ジャーク制限、及び減速度ジャーク制限を、ユーザインターフェースを介して手動でプログラムするステップと、
（ロ）前記運動輪郭に生じる速度逆転を回避するための臨界ジャーク値を臨界ジャーク計算器により計算するステップと、
（ハ）計算した前記臨界ジャーク値とプログラムした前記減速度ジャーク制限とを運動立案部により比較するステップと、
（ニ）運動立案部により、前記計算した臨界ジャーク値と、前記プログラムした減速度ジャーク制限と、のいずれか大きいほうを、計算された最大減速度ジャーク制限として設定して、前記運動輪郭に生じる前記速度逆転を除去するステップと、
を順次有することを特徴とする運動輪郭に生じる速度逆転を除去する方法。
【請求項２】
開始速度、開始加速度、速度制限、加速度制限、減速度制限、加速度ジャーク制限、減速度ジャーク制限、及び計算された最大減速度ジャーク制限、に基づく補間を介して、運動輪郭内の任意の点における位置、速度、加速度、ジャーク、を計算するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記速度がゼロに等しくなった時には、前記臨界ジャーク値を前記計算された最大減速度ジャーク制限として設定しないことにより、前記臨界ジャーク値を必要な時にのみ用いることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記プログラムされた減速ジャーク制限を、速度輪郭の変化を最小にするために最小の増分偏差で修正して前記臨界ジャーク制限と等しい値とすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記運動輪郭を、Ｓ―曲線速度輪郭またはＳ―曲線加速度輪郭とすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
（イ）所定の運動を行う負荷と、
（ロ）前記負荷の運動を制御するための運動輪郭を発生させるために、開始速度、開始加速度、速度制限、加速度制限、減速度制限、加速度ジャーク制限、及び減速度ジャーク制限をプログラムすることをユーザに許容するユーザインターフェースと、
（ハ）前記インターフェースに接続され、前記ユーザによって入力された前記開始速度、前記開始加速度、前記速度制限、前記加速度制限、前記減速度制限、前記加速度ジャーク制限、及び前記減速度ジャーク制限をユーザから受領して前記運動輪郭を発生させる運動制御器と、
（ニ）前記運動制御器に接続され、該運動制御器からのコマンドを受領して前記モータを回転させるための電流を発生する、駆動部と、
（ホ）前記負荷に接続され、前記駆動部から電気エネルギーを受領し、この電気エネルギーを機械的エネルギーに変換して前記負荷を所望の位置に動かすトルクを発生させる、モータと、
（ヘ）前記運動制御器に接続され、前記運動輪郭において生じる速度逆転を回避するための臨界ジャーク値を計算する、臨界ジャーク計算器と、
（ト）前記運動輪郭において生じる速度逆転を阻止するために、前記ユーザによって入力された前記開始速度、前記開始加速度、前記速度制限、前記加速度制限、前記減速度制限、前記加速度ジャーク制限、及び前記減速度ジャーク制限と、前記臨界ジャーク計算器によって計算された臨界ジャーク値と、に基づいて、前記駆動部に対して出力する制御値を決定する運動立案部と、
を備えた、運動輪郭に生じる速度逆転を阻止する運動制御システムであって、
前記運動立案部が、前記臨界ジャーク計算器によって計算された前記臨界ジャーク値とプログラムされた減速度ジャーク制限とを比較して、前記臨界ジャーク値と前記プログラムした減速度ジャーク制限とのいずれか大きいほうを、計算された最大減速度ジャーク制限として設定して、前記運動輪郭に生じる前記速度逆転を除去するように構成されている
ことを特徴とする運動制御システム。
【請求項７】
前記モータの位置を検出して、その結果を前記運動制御器に報告する位置フィードバック装置と、前記負荷の運動のために該負荷と前記モータとを結合する機械的装置と、を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の運動制御システム。
【請求項８】
前記運動立案部が、前記運動輪郭を通して連続的に位置、速度、加速度、及びジャークを監視し、速度がゼロに等しくなった時には、最大減速度ジャーク制限を臨界ジャーク値に等しい値に設定しないことにより、前記臨界ジャーク値を必要な時にのみ用いるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の運動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は運動制御システムに関するものである。本発明の一実施形態に係る運動制御システムにおいては、該運動制御システムの速度、加速度及びジャークを修正することができる。本発明には、望ましくない不測の速度逆転を除去するために運動制御システムのジャークパラメータを制御する、という特別の応用が見いだされているけれども、記載された実施形態は他の類似の用途にも適用することができるものである。
【背景技術】
【０００２】
運動制御システムは、所定のシステムにおける動作を制御するために用いられている。一般的な運動制御システムには、運動制御器、駆動部、モータ、１以上の機械的要素及び位置フィードバック装置が備えられている。かかる運動制御システムは、ソフトウェアによって目標位置と運動制御輪郭とを指示することができる。運動制御器は、所望の目標位置と運動輪郭とを得てモータが追従すべき軌道を創作することによりシステムの知能として動作する。駆動部は、前記運動制御器からの指令を受けてモータを駆動あるいは回転させるのに必要な電流を発生する。モータは、電気エネルギーをメカニカルエネルギーに転換して所望の目標位置に移動するのに必要なトルクを発生させる。また、モータはリニアスライド、ロボットアームあるいはアクチュエータの如き機構にトルクを供給するように指示される。位置フィードバック装置はステップモータのような動作制御用途であれば必要とされないが、サーボモータといった他の機器には採用される。位置フィードバック装置は、直交エンコ−ダで構成されることが通常であるが、モータ位置を検出し、その検出結果を運動制御器に対して報告するために使用され、それによって運動制御器へのループが閉じられる。
【０００３】
運動制御器は、夫々指示された動作軌道を計算し、更にかくして計算された動作軌道を利用して適切なトルクコマンドを決定してモータ駆動装置に送るとともに実際に動作を惹起する。動作軌道は運動制御器ボード制御信号又はコマンド信号出力として駆動部に与えられ、その結果モータが運動輪郭に従って動作する。代表的な運動制御器はプログラムされたパラメータ値に基づいて運動輪郭軌道成分を計算する。運動制御器はシステムに与えられた所望の目標位置、最大の目標速度及び加速度を用いて、３つの主な動作成分または区間（すなわち加速、等速及び減速区間）にどの程度の時間が消費されるかを決定する。
【０００４】
モータを酷使することなく円滑な高速運動を達成するためには、運動制御器は、最適な結果を成就すべく駆動器を賢明に動作させるよう指示する必要がある。これは、必要とされる加速輪郭及び減速輪郭を制限するために明確化された（ｓｈａｐｅｄ；あるいは加工を施された）速度輪郭を使用することによって達成される。ここで、互いに本質的に相違する２つの輪郭が共通に採用されている、すなわち、１つは台形輪郭であり、もう１つはＳ―曲線輪郭である。台形輪郭は目標速度に到達するまで速度がリニア形態で（すなわち線形的に）変化する。台形輪郭は典型的には比較的短い期間に終結する運動に対応するものである。また、かかる台形輪郭においては、減速時には速度は０速度に到達するまで速度がリニア形態で減少する。時間と速度との関係をグラフで表わせば結果として台形プロットが得られる。技術的な進歩によって、より洗練された運動制御器を実装してユーザにより加速／減速の修正を行うことができるようになってきており、種々の運動パラメータに対して個別的な設定が可能になっている。このように、台形運動輪郭は、段階をスキップしてしまうことなく、あるいは失速することなくより高速度を得るために採用される。
【０００５】
台形速度輪郭は大部分の応用に対しては充分なものであるが、システムによっては、台形輪郭のコーナ部分においてシステム障害が生じる可能性がある。これらの障害は障害が収束する時間を要するところの小さな振動として生じることがある。この現象の発生に対して敏感な要求の高い用途においては、台形輪郭はその加速期間及び減速期間においてＳ字形を有するように適宜修正される。このＳ―曲線輪郭によって、運動制御システムにより制御される装置によって生じる振動を最小にすることができる。このＳ―曲線輪郭は輪郭の終止までにより多くの時間を必要とするが、開始時、終了時及び過度時点におけるジャーク応答が除去される。ジャークは加速から最大速度へ、最大速度から減速への過度期点において見出されうる。
【０００６】
Ｓ―曲線加速度及びＳ―曲線減速度は所与の運動における速度輪郭の形状をさす。Ｓ―曲線加速度を用いずに加速度、速度及び位置の荷重を与えると、モータは即座にゼロから指定された加速度に移行しようと試みる。モータがこれを実行すると、モータは台形速度輪郭を創作する。モータが停止しようとする場合には、モータは、ゼロ速度になるまでできるだけ速く再びゼロ加速度から負の加速度に至り、次いで突然に停止する。これらの不意の始動及び停止により台形輪郭の鋭いコーナが創作される。この鋭いコーナは極めて高いジャークにつながる。ここにいうジャークとは加速度を微分したものであって、加速度の急激な変化を表わす。
【０００７】
速度指令の変更のための円滑な制御には、加速度及び減速度制御が用いられている。算術的にいえば、加速度は位置を２階微分したもの又は速度を１階微分したものである。モータは一の位置から他の位置へ負荷を運動させるために採用されている。モータが休息している時には、モータ輪郭の開始はモータに対して新しい速度を要求する。モータ速度のこのような即座の要求は多大のエネルギー伝達あるいは“ジャーク”を必要とする。ジャークは加速度の変化が発生した時にのみ発生し、しかも算術的には加速度の微分として定義される。リニアな加速度が傾斜路のように見えるために、ジャーク輪郭は運動の加速度部分の開始時と終了時とに衝撃を与える。Ｓ―曲線加速度はジャークをソフトにする手段として用いられる。加速度率は、初めは低く指示され、次いで最大速度に増加され、続いて目標の速度に到達するまで再び減少させられる。これにより、負荷へのエネルギー伝達が軽減される。この種の輪郭の２つの大きな用途としては、負荷上の（良く締結されていない）物体の移動を制御すること及び高慣性の負荷におけるオーバシュートを阻止すること、が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
Ｓ―曲線輪郭の難点は、直線的な加速度輪郭のケースと比較した場合に、所与の加速度時間に対して、より大きなピーク加速度が要求され、しばしばより大型のモータ（高いトルク）が必要となるという点にある。しかして、Ｓ―曲線速度輪郭は、設定時間が増えるのでより円滑な運動を提供する。結局、より低いスループットがもたらされる。しかるに、Ｓ―曲線輪郭は高速時に必要なトルクを削減するので、ピーク電力所要量は減少する。
【０００９】
従来、運動制御システムに対して、ユーザが初期速度、初期加速度、最大速度、加速度及び減速度の各値をプログラムしていた。これらのプログラムされた値に対応する最大ジャーク値及び最小ジャーク値はシステム内部で計算され、個々の運動輪郭という形で運動立案部により適用される。一度運動輪郭が開始されると、ユーザはジャーク値がシステムに及ぼす効果を厳密に経験的な証拠に基づいて視認することになる。これらの値に対する変更は使用する各運動輪郭に対する正確なジャークパラメータを推計することにより実行される。
【００１０】
運動制御システムによっては、前段階の運動が終了する前に運動パラメータ（例えば速度及び加速度制限）を変更することができる。若しＳ―曲線速度輪郭が選択されていれば、このようなパラメータの変更により、しばしば好ましくない速度輪郭がもたらされる。かかる輪郭は典型的に「速度逆転（ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｒｅｖｅｒｓａｌ）」、終端位置オーバシュート（ｅｎｄ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）、あるいは速度の急上昇（ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｒｕｎａｗａｙ）などとよばれる。ユーザの視点からみれば、これらの挙動はジャーク速度の制約条件を考慮すれば正しいものではある。ただ問題は、経験豊富なユーザであっても、パラメータの変更が安全であるかどうかを見極めるのが困難であるという点にある。それゆえ、（１）上述した望ましくない速度逆転を除去し、（２）すべての他の場合における過去の調和（ｂａｃｋｗａｒｄ  ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）を維持するとともに、（３）運動立案部の設計にまで立ち入らずにより直観的な制御を実現することができるように運動立案部を修正することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の１つの特徴は、運動輪郭に生じる速度逆転を除去する方法である。開始速度、開始加速度、速度制限、加速度制限、減速度制限、加速度ジャーク制限、及び減速ジャーク制限は、運動輪郭を生成するためにプログラムされる。また、臨界ジャーク値はプログラムされた減速度ジャーク制限値と比較される。さらに、臨界ジャーク値と、プログラムされた減速度ジャー制限値とのいずれか大きい値が、運動輪郭に対する計算された最大減速度ジャーク制限として設定される。
【００１２】
本発明の他の特徴は、運動輪郭を観念しうる負荷要素を有するシステムにおいて速度逆転を阻止することにある。このシステムは、負荷と、運動制御器と、駆動部と、モータと、臨界ジャーク計算器と、運動立案部と、ユーザインターフェースとを備えている。運動制御器はユーザから位置、速度、加速度、及びジャークのうち少なくとも１つを受領して、負荷の運動を制御する運動輪郭を生成する。駆動部は運動制御器からコマンドを受領し、モータを回転するに必要な電流を発生させる。モータは駆動部から電気エネルギーを受領して回転し、機械的エネルギーに変換し、所望の位置に負荷を動かすトルクを発生する。臨界ジャーク計算器は運動輪郭に生じる速度逆転を回避するのに必要な臨界ジャーク値を計算する。運動立案部は、運動輪郭に生じる速度逆転を阻止するために、ユーザがユーザインターフェースから入力したパラメータと臨界ジャーク計算器から得られた情報とに基づいて、どの制御値を駆動部に対して出力するかを決定する。
【００１３】
本発明の更に他の特徴は、速度逆転を阻止するＳ―曲線速度輪郭のための最大減速度ジャーク値を計算するのに利用される方法である。開始速度、開始加速度、プログラムされた減速度ジャーク制限、プログラムされた加速度ジャーク制限、プログラムされた減速度制限、プログラムされた加速度制限、及びプログラムされた速度制限の各値が設定される。開始速度値と開始加速度値との積が計算され、開始速度値と開始加速度値との積がゼロより大きいか否かの決定がなされる。この比較の結果、ゼロより大きいと判断されれば、臨界ジャーク値はゼロに等しくなるように設定され、若し結果がゼロより大きくない時には開始速度の絶対値で割った開始加速度を２乗した値を更に２で割った値に等しく設定される。さらに、この臨界ジャーク値がプログラムされた減速度ジャーク制限と比較される。若しプログラムされた減速度ジャーク制限が臨界ジャーク値よりも小さい時には、計算された最大減速度ジャーク値は臨界ジャーク値に等しくなるように設定され、若しプログラムされた減速度ジャーク制限が臨界ジャーク値よりも大きい時には、計算された最大減速度ジャーク値はプログラムされた減速度ジャーク値に等しくなるように設定される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の代表的な実施例に従って運動制御輪郭における速度逆転を除去する方法を示す図である。
【図２】本発明の代表的な実施例に従って負荷の運動制御をするシステムの図である。
【図３】本発明の代表的な実施例においてＳ―曲線速度輪郭に対応する時間に対する加速度輪郭を示す図である。
【図４】本発明の代表的な実施例に従って運動制御システムのための１以上の臨界ジャーク値を計算するアルゴリズムのブロック構成図である。
【図５】本発明の代表的な実施例に従って運動立案部によって創作された速度輪郭を示す図である。
【図６】本発明の代表的な実施例に従って運動立案部によって創作された速度輪郭を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態に係る運動制御システムを、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
望ましくない速度逆転（ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｔｒａｖｅｒｓａｌ）は典型的に軸が減速している時に減速度ジャーク制限を減少させることにより惹起される。代表的な実施例において、運動立案部アルゴリズムは好ましくない速度逆転を阻止するように修正されている。このアルゴリズムは次のように動作する。１）速度逆転が存在していないかどうか、速度輪郭を分析する。２）速度逆転が見いだされた際には減速度ジャークを増加させることにより速度逆転を除去する。３）速度逆転の危険が除去される（例えば加速度が正となる）とすぐに、後続する速度輪郭の部分に対しては、減速度ジャークは元の値に戻る。これらのステップは、速度輪郭の変化を最小にするために、減速度ジャークの最小限必要な偏差を用いている。このように、修正された速度輪郭はゼロに減速されているが、逆転あるいはオーバシュートは生じない。
【００１７】
図１は本発明に係る方法論を示した図である。説明の簡単化のために、方法論は動作の連続として描画及び記述されている。本発明は図示された動作により限定されるものではなく及び／又は例えば種々の順序で起る動作及び／又は同時に起る動作により限定されるものでもなく、ここに現れない、ここに記述されていない動作によって限定されるものでもないことは理解されかつ認識される。更に、すべての記述された動作ではないが、本発明に従って方法論を実行する必要がある。加うるに、この分野における通常の知識を有するものであれば方法論は状態の線図あるいはイベントを通して相互に関係づけられた一連の状態として表わされることを理解されるかあるいは認識される。
【００１８】
図１は運動制御輪郭における好ましくない速度逆転を除去するための方法論１００を図示している。周知の如く、運動制御輪郭（ｍｏｔｉｏｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｒｏｆｉｌｅ）は、速度輪郭（ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｐｒｏｆｉｌｅ）、加速度輪郭（ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ｐｒｏｆｉｌｅ）及びジャーク輪郭（ｊｅｒｋ  ｐｒｏｆｉｌｅ）で構成されている。方法論１００は一の特定の運動輪郭を採用している。しかしながら、この方法論は任意の数の（複数の）運動輪郭に対して実行できることが認識される。ステップ１０２において、開始速度の値、開始加速度の値、速度制限の値、加速度制限の値、及び減速度制限の値がプログラムされる。このような値は、例えば、運動の開始点から終了点までの距離、モータ速度、最大モータトルク出力といった、特定の機械的システムにおける種々かつ固有の制約条件に依存している。同様に、１以上のパラメータのプログラムされた値は、用いられる用途の種別によっても影響を受ける。例えば、ガラス製ボトル等のスムーズな運動が求められる壊れやすい材料を含む用途には、運動輪郭に用いられる最大速度値や加速度値が制限されるなどである。
【００１９】
ステップ１０４において、加速度ジャーク制限及び減速度ジャーク制限がプログラムされる。加速度ジャーク制限及び減速度ジャーク制限を手動でプログラムする場合、運動輪郭に関して固有の問題、特に意図しない速度逆転を惹起することがある。かかる速度逆転を除去するために、ステップ１０６において、臨界ジャーク値が計算される。この臨界ジャーク値は速度逆転を回避するのに必要な最小のジャーク値である。臨界ジャーク値は一例として以下のようなアルゴリズムを使用することにより計算することができる。第１に、運動制御システム内に正の加速が存在するかどうかの決定がなされる。ここで、若し開始速度と開始加速度との積がゼロより大きければ加速度は正である。若しそうであれば、臨界ジャーク値はゼロに等しくなる。しかしながら、若し加速度が正でなければ、臨界ジャーク値は、開始速度値の絶対値で割った開始加速度値の２乗をさらに２で割った値に等しくなる。
【００２０】
ステップ１０８において、臨界ジャーク値とステップ１０４でプログラムされた減速ジャーク値とを比較する。若し臨界ジャーク値がプログラムされた減速ジャーク値よりも大きくない時には、プログラムされた減速ジャーク値が採用される（ステップ１１０）。しかしながら、若し臨界ジャーク値がプログラムされた減速ジャーク値よりも大きい時には、臨界ジャーク値を減速ジャーク値の下限値（ｌｏｗｅｒ  ｌｉｍｉｔ  ｖａｌｕｅ）として採用する（ステップ１１２）。多くの場合において、この下限値は運動輪郭を実行する運動立案部によって採用されている。このようにして、運動輪郭内の速度逆転は除去される。
【００２１】
図２は負荷の運動を制御するシステム２００を示している。運動制御器２０２はモータ２０６に結合されている駆動部２０４に対して出力制御信号を供給する。モータ２０６はさらに機械的成分２１０を介して動く負荷２０８に結合されている。１つの例において、負荷２０８はロボットの手であり、機械的成分２１０はロボットの腕である。位置フィードバック装置２１２は負荷２０８の位置をモータし、周期的に運動制御器２０２に対する負荷の位置と通信する。ユーザインターフェース２１４はユーザに対して負荷２０８の動きに関する１つまたはもっと多くのパラメータに手動で介入することを許容する。ユーザインターフェース２１４は例えば、コンピュータ、セルフォン、パーソナルデータアシスタントあるいはプログラム可能なロジックコントローラ等により構成することができる。
【００２２】
運動制御器２０２は更に駆動部２０４に出力する値を制御するのを決定する運動立案部２１６を含んでいる。運動立案部は運動制御器２０２を介してユーザインターフェースから所望の運動値を受領する。加うるに、運動立案部は臨界ジャーク計算器２１８から情報を受領し、駆動部２０４に出力する適宜の値を決定する。１つの例として、ユーザインターフェース２１４を介して入力される値は１つあるいはもっと多くの構成要素の変更あるいは生涯を惹起する。安全な機構を供給するために、運動立案部２１６は（ユーザが入力した値の代わりに）臨界ジャーク計算器により供給された値を採用し、１以上のシステム２００の成分の予想される損害あるいは障害を軽減する。代案としてあるいは加うるに、運動立案部２１６は負荷２０８の望ましい運動を与えるために適宜の出力値を選択しかつ利用するために１以上のアルゴリズム、ルックアップテーブル等を利用することができる。
【００２３】
ユーザインターフェース２１４は、ユーザに構築すること、編集すること、保存すること等、１以上の種々のもの及びそれらに関する１つあるいはそれ以上の処理をすることを許容する実質上任意の装置であり得る。１つの例として、ユーザインターフェースは特別のソフトウェアパッケージを利用して、複数のオプションを提供し、ユーザに対して１以上の特別の運動を定義しかつ実行することを許容している。ユーザインターフェース２１４はシステムの運動に関連した複数のパラメータに関する複数の視野を提供することができる。１つの局面において、ユーザは開始速度、開始加速度、速度制限、加速度制限、減速度制限、加速度ジャーク制限、及び減速度ジャーク制限のための値を指示することができる。加速度ジャーク制限及び減速度ジャーク制限は、若しかかる値が特定のしきい値の集合（ｓｅｔ）から外れるのであれば、運動制御システム２００内の１以上の構成要素に対して損害を惹起する。
【００２４】
従来、ユーザは速度輪郭を最適化するために（間接的にあるいは直接的に）ジャーク値を修正していた。このジャークの設定は、開始速度及び加速度に関しては不適当である、なぜならば、高い負の開始減速度と低い減速度ジャークとの組み合せは加速度輪郭における意図しない速度逆転を惹起することがあるからである。図２に示されている如く、運動制御システム２００は減速ジャーク値を計算して少なくとも速度逆転の危険がなくなるまで利用するようにして、かかる有害な効果を軽減するために採用することができる。
【００２５】
運動制御システム２００は加速度ジャーク制限値及び減速度ジャーク制限値を修正することをユーザに許容している。これらの値のことを、ここでは「プログラムされた加速度ジャーク制限」及び「プログラムされた減速度ジャーク制限」とよぶことにする。このように、運動立案部は、運動輪郭の位置、速度、加速度及びジャークを正確に制御できるような粒度の細かい態様で運動を制御することができる。ユーザにそのようなジャーク値を修正することを許容することには従来の運動制御システムに比して明らかな利益があるけれども、運動制御システム２００内に適正でないジャークの有害な結果（例えば速度逆転）を軽減する１つまたはより多くの臨界ジャーク値とユーザが入力したジャーク値とを比較する必要がある。臨界のジャーク計算器２１８は、かかる有害な結果を回避するために１以上の運動制御パラメータのセットの臨界ジャーク値を決定するために採用することができる。
【００２６】
一例において、負荷２０８の速度逆転を回避するために最小ジャーク値（例えば臨界ジャーク値）を決定する臨界ジャーク計算器２１８によって、アルゴリズムが使用されている。最初に運動制御システム２００内に正の加速度が存在するか否かについての決定がなされる。１つのアプローチとしては、若し開始速度及び開始加速度の結果がゼロよりも大きい場合には、その時には加速度は正である。若しそうであるならば、臨界ジャーク値はゼロに等しい。しかしながら、若し加速度が正でなければ、臨界ジャーク値は、開始速度値の絶対値で割った開始加速度値の２乗をさらに２で割った値に等しくなる。
【００２７】
次に、計算された最大減速度ジャークとして使用されるのはどんな値のものかについての決定がなされる。一度臨界ジャーク値が計算されれば、計算された臨界ジャーク値はプログラムされた減速度ジャーク制限と比較される。ここで、若しプログラムされた減速度ジャーク制限が臨界ジャーク値より小さい時には、計算された最大減速度ジャーク値は臨界ジャーク値と等しくなるように設定される。若しプログラムされた減速度ジャーク制限が臨界ジャーク値よりも大きい時には、計算された最大減速度ジャーク値はプログラムされた減速度ジャーク制限と等しくなるように設定される。このように、臨界ジャークは計算された減速度ジャーク値の下限値として機能する。
【００２８】
最後に、計算された減速度ジャーク値は運動立案部２１６に利用される。１つのアプローチとしては、計算された最大減速度ジャークは加速度輪郭全体の減速度ジャークとして利用される。もう１つのアプローチとしては、計算された最大減速度ジャークは加速度輪郭の最初の部分の減速度ジャークとして利用される。例えば、計算された減速度ジャーク値は正の加速度値に最初に到達するまで利用される。この動作は図３に描画されている。
【００２９】
図３は時間に対する運動輪郭の加速度を示す図であり、Ｘ軸の下は負であり、Ｘ軸の上は正である、加速度輪郭の部分３０２は加速度がＸ軸と交差する点３０４に到達するまで負の値を持つ。加速度輪郭３０６の残りの部分は時間の経過に従って種々の値を有する。この実施例の１つの局面において、臨界ジャーク値は点３０４迄採用される。この方法において、運動に関連する速度逆転は回避される。
【００３０】
図４は運動制御システム２００のための１つあるいはそれ以上の臨界ジャーク値を計算する臨界ジャーク計算器２１８により採用されるアルゴリズムのブロック構成４００を示している。この臨界ジャーク値は運動制御システム２００への有害な結果を阻止するために運動立案部２１６によって採用されている。１つのアプローチとしては、このアルゴリズムは運動立案部２１６により採用されている計算された最大減速ジャーク値を決定するために採用される。最初に、開始速度４０２（ＳＴＡＲＴ＿ＳＰＥＥＤ）、開始加速度４０４（ＳＴＡＲＴ＿ＡＣＣＥＬＥＲＡＴＩＯＮ）、プログラムされた減速度ジャーク制限４０６（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ＿ＤＥＣＥＬ＿ＪＥＲＫ＿ＬＩＭＩＴ）、プログラムされた加速度ジャーク制限４０８（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ＿ＡＣＣＥＬ＿ＪＥＲＫ＿ＬＩＭＩＴ）、プログラムされた減速度制限４１０（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ＿ＤＥＣＥＬ＿ＬＩＭＩＴ）、プログラムされた加速度制限４１２（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ＿ＡＣＣＥＬ＿ＬＩＭＩＴ）及びプログラムされた速度制限４１４（ＰＲＯＧＲＡＭＭＥＤ＿ＳＰＥＥＤ＿ＬＩＭＩＴ）の各値を設定する。１つの局面において、これらの値はユーザインターフェース２１４を介して入力される。
【００３１】
ブロック４１６において、開始速度と開始加速度との比が計算される。ブロック４１８において、開始加速度と開始速度との比がゼロより大きいか否かが決定され、加速度が正（例えば、加速度が速度と同じ符号を有する）であることを指示する。若しそうであるならば、臨界ジャーク値はゼロに等しくなる。しかしながら、加速度と速度の比が正でない（例えば加速度が速度と同じ符号を持っていない）ならば、開始速度で除した開始加速度値の２乗がブロック４２０で計算される。ブロック４２２において、ブロック４２０で計算された結果の絶対値が決定される。ブロック４２４において、臨界ジャーク値は４２２で計算された絶対値を２で除することにより決定される。
【００３２】
次に、計算された最大減速度ジャークとしてどのような値を利用するかについての決定がなされる。一度臨界ジャーク値が計算されると、計算された臨界ジャーク値とプログラムされた減速度ジャーク制限とがブロック４２６で比較される。若しプログラムされた減速度ジャーク制限が臨界ジャーク値よりも小さいときには、計算された最大減速度ジャーク値は臨界ジャーク値に等しくなるように設定される。若しプログラムされた減速度ジャーク制限が臨界ジャーク値よりも大きいときには、計算された最大減速度ジャーク値はプログラムされた減速度ジャーク制限と等しくなるように設定される。このように、臨界ジャーク値は計算された減速度ジャーク値に対する下限値として機能する。適切に計算された最大減速度ジャーク制限は臨界ジャーク計算器２１８により運動立案部２１６に対して出力される。
【００３３】
図５及び図６は運動立案部２１６により創作された２つの速度輪郭５００及び６００を図示したものである。開始速度、開始加速度、速度制限、減速度制限、減速度ジャーク制限、及び加速度ジャーク制限のためのプログラムされた各値が与えられた結果として示されるものである。図５は臨界ジャーク計算器２１８より受領された臨界ジャーク値が採用されていない時の結果としての速度輪郭５００を示している。そして、かかる場合には、加速度ジャーク制限及び減速度ジャーク制限は、それぞれユーザにより入力された値に従う。点５０２は開始速度（及び開始加速度）を示している。時間の経過と共に速度は輪郭５００の成分５０４に示される如く負の値に進行する。このような負性の速度値は速度、加速度、ジャーク及びそれらに関連した制限との間で互いに両立しない値をプログラムすることにより惹起される。１つの例において、これは軸が減速している時に減速ジャーク制限値を減少させることによって惹起される。
【００３４】
輪郭６００は運動立案部２１６により創作された修正された速度輪郭を示しており、図示の如く負性の速度値は除去されている。点６０２は特定の速度輪郭のための開始速度（及び開始加速度）を示している。前述した如く、アルゴリズムは、最大減速ジャーク値が臨界ジャーク計算器２１８により決定される如き臨界ジャーク値よりも小さくならないように、最大減速ジャーク値を制限することにより速度逆転を除去するように構成されている。成分６０４は、この区間では、臨界ジャーク値がプログラムされた減速ジャーク値よりも大きい限り、プログラムされた減速ジャーク値に代えて臨界ジャーク値が採用されていることを示している。かかる値の代用は、加速度値がゼロあるいは正になるまで（例えば、速度逆転のリスクが解消されるまで）適用される。成分６０６に示すように、一度加速度値がゼロあるいは正になると、プログラムされた減速ジャーク制限または計算された減速ジャーク制限のいずれかを適用することができる。
【００３５】
このように、運動制御システムはユーザが加速度及び減速度ジャーク制限をプログラムするのを安全に許容することができる。このような軽い安全な（すなわち安全側の）措置は運動制御システム内の設備に対する損害を防止するのに必要なものである。このように、運動制御システム２００は臨界ジャーク値と比較してプログラムされた減速度ジャーク制限値をモニタする。そのような値は現在の速度及び現在の運動輪郭内の加速度を考慮してモニタされ、臨界ジャーク値が必要な時にのみ用いられるようにする。１つの例において、臨界ジャーク値は正の加速度が到達されるかあるいは速度値がゼロに等しくなるのに続いて採用されるのみである。
【００３６】
以上本発明の典型的な実施例は良好な実施例を参照して説明されてきた。前述された詳細な説明を読み、かつ理解される如く、本発明については種々の修正及び変更が想起されることは明らかである。ここで示された実施例は本発明による典型的な実施例であり、本発明はそのような修正及び変更のすべてを含むように構成することができ、特許請求の範囲に記載された範囲内である限りそれらはすべて本発明の精神及び範囲内に包含されるものである。
【符号の説明】
【００３７】
２００…運動制御システム
２０２…運動制御器
２０４…駆動部
２０６…モータ
２０８…負荷
２１０…機械的成分
２１２…位置フィードバック装置
２１４…ユーザインターフェース
２１６…運動立案部
２１８…臨界ジャーク計算器
３０６…加速度輪郭
４０２…開始速度
４０４…開始加速度
４０６…プログラムされた減速度ジャーク制限
４０８…プログラムされた加速度ジャーク制限
４１０…プログラムされた減速度制限
４１２…プログラムされた加速度制限
４１４…プログラムされた速度制限
【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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