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CN110253563B - 控制装置、控制方法以及存储介质 - Google Patents

控制装置、控制方法以及存储介质 Download PDF

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CN110253563B
CN110253563B CN201910026543.3A CN201910026543A CN110253563B CN 110253563 B CN110253563 B CN 110253563B CN 201910026543 A CN201910026543 A CN 201910026543A CN 110253563 B CN110253563 B CN 110253563B
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Abstract

本发明提供一种控制装置、控制方法以及存储介质，其在主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，以固定周期使主装置与从装置同步而进行控制，且能够增大从装置的位置的自由度，或能够削减用于同步运算的计算量。运算部(30)包括：坐标转换部(31)，以固定周期对于针对主装置(101)的各轴的指令值(CVm)或各轴的经测定的当前值(CVm')，进行从主装置(101)的坐标系向从装置(102)的坐标系的坐标转换；以及同步运算部(32)，对于由所述坐标转换所得的坐标转换结果值，进行用于将主装置(101)的位置与从装置(102)的位置保持于预定对应关系的同步运算。由此，求出针对从装置(102)的各轴的指令值(CVn)。

Description

控制装置、控制方法以及存储介质
技术领域
本发明涉及一种控制装置，更详细而言涉及一种使主装置与从装置同步而进行控制的控制装置。而且，本发明涉及一种进行所述控制的控制方法及存储介质。
背景技术
以前，作为此种控制装置，例如已知下述方式，即：如专利文献1(日本专利特开平6-138920号公报)所公开那样，为了使主装置(协调基准体)与从装置(控制对象体)协调动作，而对于针对从装置的位置指令值加上同步数据作为修正量(修正同步数据)。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开平6-138920号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
与现有例不同，本申请人正开发下述方式，即：以固定周期(例如0.5msec～1msec左右的周期)基于针对主装置的各轴(本说明书全文中意指“控制轴”)的指令值(或各轴的经测定的当前值)，通过运算而求出针对从装置的各轴的指令值，使主装置与从装置同步而进行控制。由此，能够使主装置与从装置高精度地同步。
当这样以固定周期使主装置与从装置同步而进行控制时，进而在主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，在根据针对主装置的各轴的指令值(或各轴的经测定的当前值)求出针对从装置的各轴的指令值的过程中，除了用于将主装置的位置与从装置的位置保持于预定对应关系的同步运算以外，也需要进行从主装置的坐标系向从装置的坐标系的坐标转换。
此处，假设在进行同步运算后进行坐标转换，则例如在主装置的轴数少于从装置的轴数时，由同步运算所得的结果值的自由度相对较少，因而产生从装置的位置(轨迹)的自由度变少等问题。另一方面，在主装置的轴数多于从装置的轴数时，主装置的轴数相对较多，因而产生用于同步运算的计算量增大等问题。
因此，本发明的问题在于提供一种控制装置，其以固定周期使主装置与从装置同步而进行控制，且在主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，能够增大从装置的位置的自由度，或能够削减用于同步运算的计算量。而且，本发明的问题在于提供一种用于所述控制装置的控制方法及程序。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，本公开的控制装置在主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，以固定周期使所述主装置与所述从装置同步而进行控制，其中包括：
运算部，以所述固定周期基于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，通过运算而求出针对所述从装置的各轴的指令值，
所述运算部包括：
坐标转换部，以所述固定周期对于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，进行从所述主装置的坐标系向所述从装置的坐标系的坐标转换；以及
同步运算部，对于由所述坐标转换所得的坐标转换结果值，进行用于将所述主装置的位置与所述从装置的位置保持于预定对应关系的同步运算。
本说明书中，所谓主装置、从装置的“轴”分别意指控制轴。作为主装置、从装置，例如带式输送机(belt conveyor)那样的单轴装置、X-Y平台那样的双轴装置、四轴并联机器人(parallel link robot)那样的四轴装置、五轴水平多关节机器人那样的五轴装置、六轴多关节机器人那样的六轴装置等各种轴数的装置可成为对象。但是，本发明适用于主装置的轴数与从装置的轴数互不相同的情况。
所谓“坐标转换”，是指从以所述主装置的坐标系(例如设为XYZ坐标系)为基准的位置向以所述从装置的坐标系(例如设为xyz坐标系)为基准的位置的转换。例如，当主装置的位置变化在所述从装置的xyz坐标系中相当于倾斜的矢量(x、y、z成分均不为零)时，所谓“坐标转换”，相当于求出此矢量的射影(x、y、z成分)。
所谓“同步运算”，意指以所述固定周期进行，用于将所述主装置的位置与所述从装置的位置保持于预定对应关系的运算。所谓“预定对应关系”，例如是指相对于主装置的位置，从装置的位置在x轴、y轴上进行简单追随，在z轴上依照某凸轮曲线而上下那样的关系。所谓所述主装置、所述从装置的“位置”，意指包含平移成分和/或旋转成分。
本公开的控制装置中，运算部以固定周期基于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，通过运算而求出针对所述从装置的各轴的指令值。此过程中，所述运算部的坐标转换部以所述固定周期，对于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，进行从所述主装置的坐标系向所述从装置的坐标系的坐标转换。然后，所述运算部的同步运算部对于由所述坐标转换所得的坐标转换结果值，进行用于将所述主装置的位置与所述从装置的位置保持于预定对应关系的同步运算。由此，求出针对所述从装置的各轴的指令值。于是，例如当主装置的轴数少于从装置的轴数时，相对于针对所述主装置的各轴的指令值(或各轴的经测定的当前值)的自由度，所述坐标转换结果值的自由度可增加至所述从装置的轴数，因而所述从装置的位置(轨迹)的自由度增大。因此，当进行所述同步运算时，可相对较自由地设计所述从装置的位置(轨迹)。另一方面，当主装置的轴数多于从装置的轴数时，所述从装置的轴数相对较少，因而削减用于所述同步运算的计算量。这样，根据本公开的控制装置，当主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，能够增大从装置的位置的自由度，或能够削减用于同步运算的计算量。
在另一方面，本公开的控制方法在主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，以固定周期基于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，通过运算而求出针对所述从装置的各轴的指令值，使所述主装置与所述从装置同步而进行控制，其中，
以所述固定周期对于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，进行从所述主装置的坐标系向所述从装置的坐标系的坐标转换后，
对于由所述坐标转换所得的坐标转换结果值，进行用于将所述主装置的位置与所述从装置的位置保持于预定对应关系的同步运算。
根据本公开的控制方法，当主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，能够增大从装置的位置的自由度，或能够削减用于同步运算的计算量。
在又一方面，本公开的程序用于使计算机执行所述控制方法。
通过使计算机执行本公开的程序，能够实施所述控制方法。
[发明的效果]
由以上内容表明，根据本公开的控制装置、控制方法以及程序，在主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，能够增大从装置的位置的自由度，或能够削减用于同步运算的计算量。
附图说明
图1是表示将本发明的一实施方式的控制装置适用于某控制系统时的框结构的图。
图2是示意性地表示所述控制系统的外观的图。
图3的(A)～(C)是作为本发明的一实施方式的控制方法的动作例，对所述控制系统中的所述控制装置的中央运算部进行的动作进行说明的图。
图4是表示将所述控制装置适用于另一控制系统时的框结构的图。
图5是示意性地表示所述控制系统的外观的图。
图6的(A)～(C)是作为本发明的一实施方式的控制方法的另一动作例，对所述控制系统中的所述控制装置的中央运算部进行的动作进行说明的图。
符号的说明
10：控制装置
30：中央运算部
31：坐标转换部
32：同步运算部
100、200：控制系统
101、201：主装置
102、202：从装置
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式进行详细说明。
(第一实施方式)
图1表示将本发明的一实施方式的控制装置10适用于某控制系统100时的框结构。而且，图2示意性地表示控制系统100的外观。如这些图所示，此控制系统100大致区分而包括：作为单轴装置的主装置101、作为六轴装置的从装置102、及使这些主装置101与从装置102以固定周期t(例如，t＝0.5msec～1msec左右的周期)同步而进行控制的控制装置10。
如图2所示，本示例中，主装置101是带式输送机，包含：电机111，根据来自控制装置10的指令值CVm而将带101A在X轴方向上驱动；编码器112，与所述电机111一体地构成，测定电机111的当前值(当前位置)CVm'；以及伺服放大器113，基于来自控制装置10的指令值CVm及来自编码器112的表示当前值CVm'的信号而驱动电机111。带101A上的作业对象物(以下称为“工件”)90如箭头A所示，在X轴方向上移动。
本示例中，从装置102包含六轴多关节机器人121、及根据来自控制装置10的表示指令值CVn的信号而驱动机器人121的机器人放大器122。
本示例中，主装置101具有单轴(X轴)的自由度。从装置102具有六轴x、y、z、平摆(yaw)、俯仰(pitch)、横摇(roll)的自由度。即，主装置101的轴数m(本示例中，m＝1)少于从装置102的轴数n(本示例中，n＝6)，成为m＜n。而且，本示例中，主装置101的X轴与从装置102的x、y、z轴均不一致。因此，主装置101的位置X(或后述的同步运算结果值)的变化在从装置102的xyz坐标系中相当于倾斜的矢量(x、y、z成分均不为零)。
如图1所示，控制装置10包括执行由用户指定的程序的程序执行部50、主装置指令值运算部20、中央运算部30及从装置指令值运算部40。本示例中，主装置指令值运算部20、中央运算部30及从装置指令值运算部40构成运算部。
主装置指令值运算部20接受来自程序执行部50的指示，为了控制某轴数m(本示例中，m＝1)的主装置101，而运算制作包含与所述轴数m为相同数量m的要素的、针对主装置101的指令值(主装置指令值)CVm。表示此主装置指令值CVm的信号被发送至主装置101。主装置101的伺服放大器113反映来自编码器112的当前值CVm'，并以固定周期t更新各轴(本示例中为X轴)的主装置指令值CVm，驱动电机111。当前值CVm'被发送至主装置指令值运算部20。由此，利用控制装置10(特别是主装置指令值运算部20)来控制主装置101。
从装置指令值运算部40接受来自未图示的同步命令部的指示，为了控制某轴数n(本示例中，n＝6)的从装置102，而基于后述的同步运算结果值，运算制作包含与所述轴数n为相同数量n的要素的、针对从装置102的指令值(从装置指令值)CVn。表示此从装置指令值CVn的信号被发送至从装置102。从装置102的机器人放大器122反映来自机器人121的各轴的当前值CVn'，并以固定周期t更新各轴的从装置指令值CVn，驱动机器人121。当前值CVn'被发送至从装置指令值运算部40。由此，利用控制装置10(特别是从装置指令值运算部40)来控制从装置102。
中央运算部30包含坐标转换部31及同步运算部32。接下来，作为一实施方式的控制方法的动作例，对控制系统100中的所述控制装置10(特别是中央运算部30)的动作进行说明。
坐标转换部31以固定周期t，对于针对主装置101的各轴(本示例中为X轴)的指令值CVm(或也可为各轴的经测定的当前值CVm')，进行从主装置101的XYZ坐标系(本示例中为X坐标)向从装置102的xyz坐标系的坐标转换(以符号S1表示)。
例如，如图3的(A)所示，设为主装置101的位置(X轴位置)101X随着时间经过而线性增加。此外，图3的(A)及后述的图3的(B)、图3的(C)中，时间轴(横轴)的显示标度与周期t相比非常大，因而未图式每个周期t的曲线图的阶梯状变化(进而，后述的图6的(A)～图6的(C)中也同样)。如上文已述，本示例中，主装置101的位置X的变化在从装置102的xyz坐标系中相当于倾斜的矢量(x、y、z成分均不为零)。坐标转换部31如图3的(B)所示，求出此矢量的射影(x、y、z成分)。具体而言，若将主装置101的位置(X轴位置)101X设为p，则由下式(式1)而求出射影成分Sx、Sy、Sz。
Sx＝Kx×p+Ox
Sy＝Ky×p+Oy
Sz＝Kz×p+Oz…(式1)
(此处，Kx、Ky、Kz表示各轴的系数，而且，Ox、Oy、Oz表示各轴的偏位(offset)值)
此外，如由公式(式1)可知，主装置101的位置X的变化也可在从装置102的xyz坐标系中相当于与xy平面、yz平面、zx平面的任一个平行的矢量，或相当于与x轴、y轴、z轴的任一个平行的矢量。这些情况下，系数Kx、Ky、Kz的任一个或两个成为零。
然后，同步运算部32对于由所述坐标转换S1所得的坐标转换结果值(Sx，Sy，Sz)，进行用于将主装置101的位置与从装置102的位置保持于预定对应关系的同步运算(以符号S2表示)。
本示例中，将预定对应关系设定为随着主装置101的位置(X轴位置)101X的变化，从装置102的位置在x轴、y轴上进行简单追随，在z轴上依照某凸轮曲线q＝f(Sz)而上下的关系。此时，同步运算S2的结果值例如是在图3的(C)中如直线102x、102y、曲线102z所示那样获得。这些直线102x、102y、曲线102z分别表示从装置102的x轴、y轴、z轴应取的位置。
然后，从装置指令值运算部40从同步运算部32接受表示所述直线102x、102y、曲线102z的信号，更新针对从装置102的各轴的指令值CVn。
本示例中，从装置102经由机器人放大器122接受表示所述指令值CVn的信号，如图2中箭头B所示那样，与主装置101的位置的变化(即，箭头A所示的工件90的移动)同步地，在x轴、y轴上进行简单追随，在z轴上依照凸轮曲线q＝f(Sz)而上下。
这样动作的情况下，在如所述示例那样主装置101的轴数m(本示例中，m＝1)少于从装置102的轴数n(本示例中，n＝6)时，相对于针对主装置101的各轴(本示例中为X轴)的指令值CVm(或各轴的经测定的当前值CVm')的自由度，坐标转换结果值(Sx，Sy，Sz)的自由度可增加至从装置102的轴数n，因而从装置102的位置(轨迹)的自由度增大。因此，当进行同步运算S2时，可相对较自由地设计从装置102的位置(轨迹)。
(第二实施方式)
图4表示将所述控制装置10适用于另一控制系统200时的框结构。而且，图5示意性地表示控制系统200的外观。如这些图所示，此控制系统200大致区分而包括作为六轴装置的主装置201、作为双轴装置的从装置202及所述控制装置10。本示例中，控制装置10使这些主装置201与从装置202以固定周期t(例如，t＝0.5msec～1msec左右的周期)同步而进行控制。
如图5所示，本示例中，主装置201包含六轴多关节机器人211、及根据来自控制装置10的表示指令值CVm的信号而驱动机器人211的机器人放大器212。机器人放大器212将表示机器人211的各轴(本示例中为X、Y、Z、平摆(yaw)、俯仰(pitch)、横摇(roll))的所测定的当前值CVm'的信号发送至控制装置10的主装置指令值运算部20。本示例中，由机器人211握持的工件190沿着箭头A1所示那样的曲线而移动。
本示例中，从装置202是X-Y平台220，包含电机/编码器一体型的两个线性滑块221、222、及根据来自控制装置10的表示指令值CVn的信号而分别驱动线性滑块221、222的两个伺服放大器223、224。
控制装置10与所述示例同样地构成。本示例中，主装置指令值运算部20接受来自程序执行部50的指示，为了控制某轴数m(本示例中，m＝6)的主装置201，而运算制作包含与所述轴数m相同数量m的要素的、针对主装置201的指令值(主装置指令值)CVm。表示此主装置指令值CVm的信号被发送至主装置201。主装置201的机器人放大器212反映来自机器人211的各轴的当前值CVm'，并以固定周期t更新各轴的主装置指令值CVm，驱动机器人211。当前值CVm'被发送至主装置指令值运算部20。由此，利用控制装置10(特别是主装置指令值运算部20)来控制主装置201。
从装置指令值运算部40接受来自未图示的同步命令部的指示，为了控制某轴数n(本示例中，n＝2)的从装置202，而基于后述的同步运算结果值，运算制作包含与所述轴数n相同数量n的要素的、针对从装置202的指令值(从装置指令值)CVn。表示此从装置指令值CVn的信号被发送至从装置202。从装置202的伺服放大器223、224反映来自线性滑块221、222的各轴的当前值CVn'，并以固定周期t更新各轴(本示例中为x、y轴)的从装置指令值CVn，驱动线性滑块221、222。当前值CVn'被发送至从装置指令值运算部40。由此，利用控制装置10(特别是从装置指令值运算部40)来控制从装置202。
本示例中，主装置201具有六轴X、Y、Z、平摆(yaw)、俯仰(pitch)、横摇(roll)的自由度。从装置202具有双轴(x、y轴)的自由度。即，主装置201的轴数m(本示例中，m＝6)多于从装置202的轴数n(本示例中，n＝2)，成为m＞n。而且，本示例中，主装置101的六轴X、Y、Z、平摆(yaw)、俯仰(pitch)、横摇(roll)与从装置202的x、y轴均不一致。
接下来，作为一实施方式的控制方法的另一动作例，对控制系统200中的控制装置10(特别是中央运算部30)的动作进行说明。
坐标转换部31以固定周期t，对于针对主装置201的各轴(本示例中为X、Y、Z、平摆(yaw)、俯仰(pitch)、横摇(roll))的指令值CVm(或也可为各轴的经测定的当前值CVm')，进行从主装置201的XYZ坐标系向从装置202的xyz坐标系的坐标转换(以符号S1表示)。
例如，如图6的(A)所示，设为主装置201的X轴位置201X、Y轴位置201Y、Z轴位置201Z随着时间经过而变化。本示例中，X轴位置201X最初增加，从中途开始成为一定。Y轴位置201Y在最初一定，从中途开始减少。Z轴位置201Z最初减少，从中途开始成为一定(大致零)。本示例中，坐标转换部31如图6的(B)所示，将主装置201的X轴位置201X、Y轴位置201Y分别设为X、Y，由下式(式2)而求出从装置202的坐标系中的x、y成分(将其设为Sx1、Sy1)。
Sx1＝Kxx×X+Kxy×Y+Ox
Sy1＝Kyx×X+Kyy×Y+Oy…(式2)
(此处，Kxx、Kxy、Kyx、Kyy表示各轴的系数，而且，Ox、Oy表示各轴的偏位值)
此外，此公式(式2)为对于主装置201的X轴位置201X、Y轴位置201Y，进行绕Z轴的旋转及X轴、Y轴方向上的平行移动的计算。
然后，同步运算部32对于由所述坐标转换S1所得的坐标转换结果值(Sx1，Sy1)，进行用于将主装置201的位置与从装置202的位置保持于预定对应关系的同步运算(以符号S2表示)。
本示例中，将预定对应关系设定为以位于由主装置201(机器人211)所搬运的工件190的正下方的方式，从装置202(X-Y平台220)加速追赶，并在追到后与工件190同步地移动的关系。此时，同步运算S2的结果值例如是在图6的(C)中如粗实线所描画的曲线202x、202y所示那样获得。这些曲线202x、202y分别表示从装置202的x轴、y轴应取的位置。此外，图6的(C)中的细实线是为了进行比较而表示坐标转换结果值(Sx1，Sy1)中，从装置202(X-Y平台220)追到工件190的正下方之前的部分。
然后，从装置指令值运算部40从同步运算部32接受表示所述曲线202x、202y的信号，更新针对从装置202的各轴的指令值CVn。
本示例中，从装置202经由伺服放大器223、224而接受表示所述指令值CVn的信号，如图5中箭头B1所示那样，与主装置201的位置的变化(即，箭头A1所示的工件190的移动)同步地，从装置202(X-Y平台220)在x轴、y轴上加速追赶，并在追到后与工件190同步移动。
这样动作的情况下，在如所述示例那样主装置201的轴数m(本示例中，m＝6)多于从装置202的轴数n(本示例中，n＝2)时，从装置202的轴数n相对较少，因而削减用于同步运算S2的计算量。
如由以上内容表明，根据所述控制装置10，当主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，能够增大从装置的位置的自由度，或能够削减用于同步运算的计算量。
所述控制装置10实质上可由计算机装置(例如可编程逻辑控制器(programmablelogic controller，PLC)等)构成。因此，作为中央运算部30的动作而说明的控制方法(进行坐标转换S1后，进行同步运算S2的处理)理想的是构成为用于由计算机执行的程序。而且，这些程序理想的是分别记录在计算机可读取的非暂时性(non-transitory)的记录介质中。此时，通过使计算机装置读取记录在记录介质中的这些程序并执行，能够实施所述控制方法。
所述第一实施方式中，设为主装置101为单轴带式输送机，从装置102为六轴机器人。而且，第二实施方式中，设为主装置201为六轴机器人，从装置202为双轴X-Y平台。但是不限于此。作为主装置、从装置，例如带式输送机那样的单轴装置、X-Y平台那样的双轴装置、四轴并联机器人那样的四轴装置、五轴水平多关节机器人那样的五轴装置、六轴多关节机器人那样的六轴装置等各种轴数m、n的装置可成为对象。但是，本发明适用于主装置的轴数m与从装置的轴数n互不相同的情况。
以上的实施方式为例示，可不偏离本发明的范围而进行各种变形。所述多个实施方式可分别单独成立，但也可将实施方式彼此组合。而且，不同实施方式中的各种特征也是可分别单独成立，但也可将不同实施方式中的特征彼此组合。

Claims (3)

1.一种控制装置，在主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，以固定周期使所述主装置与所述从装置同步而进行控制，其特征在于，包括：
运算部，以所述固定周期基于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，通过运算而求出针对所述从装置的各轴的指令值，
所述运算部包括：
坐标转换部，以所述固定周期对于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，进行从所述主装置的坐标系向所述从装置的坐标系的坐标转换；以及
同步运算部，对于由所述坐标转换所得的坐标转换结果值，进行用于将所述主装置的位置与所述从装置的位置保持于预定对应关系的同步运算。
2.一种控制方法，当主装置的轴数与从装置的轴数互不相同时，以固定周期基于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，通过运算而求出针对所述从装置的各轴的指令值，使所述主装置与所述从装置同步而进行控制，其特征在于，
以所述固定周期对于针对所述主装置的各轴的指令值或各轴的经测定的当前值，进行从所述主装置的坐标系向所述从装置的坐标系的坐标转换后，
对于由所述坐标转换所得的坐标转换结果值，进行用于将所述主装置的位置与所述从装置的位置保持于预定对应关系的同步运算。
3.一种存储介质，其特征在于，存储用于使计算机执行如权利要求2所述的控制方法的程序。
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