JPH0433012A - 速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、工作機械の工具やロボットのハンドを移動
経路に沿って高速に駆動するための速度制御装置に関す
るものである。

〔従来の技術］ 工作機械やロボットなど複数の駆動軸を持つ機械を制御
する数値制御装置において、工具やハンドを直線経路に
沿って動かす場合、予め与えられた速度や加速度を満た
すようにサーボ指令値の速度波形を制御して駆動する方
法がとられる。

従来この種の技術としては、例えば特開昭６３−１４６
１０５号公報に開示されている速度制御装置があり、そ
の構成を第７図に示す。同図において、（１）は移動経
路の指令値を入力する入力部、（２）は入力値に基づい
て経路の移動速度信号を発生する速度信号発生部、（３
）は速度信号発生部（２）の出力速度を、予め与えられ
た一定加速度で加減速する加減速処理部、（４）は加減
速された速度を各駆動軸のそれぞれの軸成分に分解して
出力する速度分配部である。

このように構成された装置において、第８図に示すＸ−
Ｙ平面の直線経路１（５）を移動する場合について動作
を第９図（ａ）〜（ｄ）の各構成部の動作波形を参照し
て説明する。まず、入力部（１）は経路の指令値として
、Ｘ、Ｙ各軸の移動量（Ｘ。

Ｙ）と移動速度Ｆの値を入力する。速度信号発生部（２
）は、大きさＦ、時間幅Ｔのステップ状の速度信号Ｓ（
第９図（ａ））を発生するもので、時間［Ｔは、１１路
−ｊ％Ｌ　（Ｌ＝　　Ｘ　　＋Ｙ　　）　ヲ速度Ｆで動
く時間（Ｔ＝Ｌ／Ｆ）に相当する。加減速処理部（３）
は、このステップ状の速度信号Ｓの立上り、立下りを整
形して、予め設定された一定の加速度の速度変化をもつ
速度信号■（第９図（ｂ））を出力する。速度分配部（
４）は、経路指令値（Ｘ、Ｙ）と経路長りを用いて、加
減速処理部（３）から出力されたこの速度信号■のＸ軸
成分ＶＸ、　Ｙ軸成分ｖＹを次式により求めてそれぞれ
の軸の速度指令信号として出力する（第９図（Ｃ）。

（ｄ））。

Ｘ　　　　　　　　　　　　　　Ｙ ｖｘ＝−・　ｖ　　−ｖＹ＝−・　■ Ｌ　　　　　　　　　　　　　　Ｌ この一連の動作は、経路の指令単位ごとに実行され、経
路１（５）の移動が完了すると次の経路２（δ）の動作
に移る。

一方、ここには図示していない各軸の駆動系においては
、駆動モータのパワー、駆動される機械軸のイナーシャ
や負荷などに応じて指令に追従できる速度や加速度に限
界があるため、この限界値である最大許容速度や最大許
容加速度を越えないようにそれぞれの軸の指令値ＶＸ、
ＶＹを作成する必要がある。通常、速度はプログラム段
階で制約条件を考えて指令値を作成し、加速度は加減速
処理部（３）に設定する値を各駆動軸の最大許容加速度
の最小値に選ぶのが一般的であフた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように従来の速度制御装置は、速度については予
め各軸の最大許容速度の制約条件を考慮して指令値を与
える必要があるためプログラムが面倒で、必ずしも最適
な価となっておらず、加速度についても各軸の最大許容
加速度の最小値などを固定値として設定し、この値で加
減速処理を行う構成となっているため、移動に要する時
間が長くなり高速化かで籾ない等の問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、各駆動軸の許容限界値を満たす最大の速度
あるいは加速度で制御を行い、プログラムが容易で高速
な経路移動を可能とする速度制御装置を得ることを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る速度側ａｔ装置は、移動体を一定経路に
沿って移動させる各駆動軸の移動量と移動速度からなる
経路指令値をもとに、上記各駆動軸の軸速度指令を演算
し、制御部へ出力するものにおいて、上記経路指令値と
予め設定した各軸設大許容速度に基づいて最大経路速度
を計算する速度計算部と、上記経路指令値と予め設定し
た各軸最大許容加速度に基づいて最大経路加速度を計算
する加速度計算部と、該計算された最大経路加速度に基
づき、上記計算された最大経路速度を加減速処理する加
減速処理部と、加減速処理された最大経路速度を各軸方
向の速度に配分する速度分配部とを備えたものである。

また、上記速度計算部は速度計算部は、計算された最大
経路速度と経路指令値として入力された移動速度を比較
し、小さい速度の方を計算結果として出力するものであ
る。

（作用） この発明において、速度計算部は、各軸の最大許容速度
と経路の指令値から動作可能な最大速度を求める。また
、この値と指令速度と比較し小さい方を出力するため、
制約条件を越えた指令値か入力されても自動的に許容さ
れる最大速度に修正される。また、加速度計算部は、各
軸の最大許容加速度と経路の指令値を用いて、動作可能
な最大加速度を求める。

〔実施例］ この発明の一実施例の構成を第１図に示す。図において
、（１０）は速度計算部、（１１）は加速度計算部を示
す。その他の入力部（１）、速度信号発生部（２）、加
減速処理部（３）及び速度分配部（４）は従来と同一の
ものである。第２図は速度計算部（１ｏ）及び加速度計
算部（１１）を中心にした動作フローチャートを示す。

速度計算部（１０）は、入力部（１）から経路指令値（
Ｘ、Ｙ、Ｆ）と、予め設定されたＸ、Ｙ各軸それぞれの
最大許容速度値Ｆｘ、Ｆｙを入力しくステップ１）、こ
れらを用いて経路速度ｆを次式により求める（ステップ
２）。

ただし、Ｌ＝へｒＰｌ−Ｐ−１：経路長：直線経路の最
短移動時間 例えば、第３図に示すような経路の場合、経路１（５）
の経路速度ｆ、（２０）はＸ軸方向速度がＦｘとなるよ
うに決まり、経路２（６）の経路速度ｆ２（２１）はＹ
軸方向速度がＦＹとなるように決まる。すなわち、（Ａ
）式によって、経路速度ｆは、その全ての軸成分がその
軸の最大許容速度値より小さいという条件を満たす最大
の経路速度として求められる。

この経路速度ｆと入力部（１）から入力した速度指令値
Ｆを比較し、小さい方を新たな速度指令値Ｖとして速度
信号発生部（２）に出力する（ステップ３）。

Ｖ＝ＭＩＮ　　（Ｆ、　　ｆ）　　　　−（Ｂ）一方、
加速度計算部（１１）は、予め設定されたＸ、Ｙそれぞ
れの軸の最大許容加速度Ａｘ、ＡＹと、経路指令値（ｘ
、ｙンを入力し、これらを用いて経路の経路加速度Ａを
次式により求め（ステップ４）、加減速処理部（３）の
加速度設定値として出力する。

ただし、ｘ＝Ｏならば右辺（）の中の第１項を除く Ｙ＝Ｏならば右辺０の中の第２項を 除く 例えば、第４図に示すような経路の場合、経路１（５）
の経路加速度Ａ、　（２２）はＸ軸方向加速度かＡｘと
なるように決まり、経路２（６）の経路加速度Ａ２（２
３）はＹ軸方向加速がＡＹとなるように決まる。すなわ
ち、（Ｃ）式によって、経路加速度Ａは、その全ての軸
成分がその軸の最大許容加速度より小さいという条件を
満たす最大の経路加速度として求められる。

以下、従来と全く同様に、速度信号発生部（２）は、上
記の速度計算部（１ｏ）の計算結果を受けて高さＶ、時
間幅Ｔ　（Ｔ＝Ｌ／Ｖ）のステップ状の速度信号Ｓを発
生し、加減速処理部（３）は、このステップ状の速度信
号Ｓの立上り、立ち下がりを上記加速度計算部（１１）
の出力値Ａに合せて波形整形し、速度分配部（４）はこ
の加減速処理された速度波形ＶのＸ軸成分ｖｘ、Ｙ軸成
分ｖＹを求める。これら一連の動作は、経路指令値のブ
ロック毎に繰り返し行われる。

第５図は上記の動作に伴う各部の動作波形を示す。第５
図（ａ）〜（ｄ）は速度信号発生部（２）の圧力波形Ｓ
で、ステップ状の速度波形の高さか速度計算部（ｌＯ）
の計算結果を受けて経路ごとに最大値に選ばれる状況を
示す。第５図（ｂ）は加減速処理部（３）の出力波形Ｖ
で、速度変化の傾斜（加速度）が加速度計算部（１１）
の計算結果を受けて経路に応じ最大値に選ばれる状況を
示す。第５図（Ｃ）（ｄ）は、それぞれ速度分配部（４
）の出力する加減速処理された速度波形■のＸ軸成分ｖ
×、Ｙ軸成分！Ｙをポす。

第６図は、本発明の速度制御装置の他の実施例の構成を
示すブロック図である。図において、（３０）は軸速度
計算部、（３１）は軸速度計算部、（２ａ）　、　（２
ｂ）はそれぞれＸ軸、Ｙ軸の速度発生部、（３ａ）　、
　（３ｂ）はそれぞれＸ軸、Ｙ軸の加速度処理部である
。

軸速度計算部（３０）は、入力部（１）から入力した直
線経路の指令値（ｘ、ｙ）と、予め与えられたＸ、Ｙ各
軸の最大許容速度ＦＸ、ＦＹを用いて、経路の動作可能
な最大速度の各軸成分を次式により計算する。

Ｘ　　　　　　　　　Ｙ ｆＸ＝−・　　ｆＹ＝−・・・（Ｄ） Ｕ　　　　　　　　　Ｕ Ｙ ただし、Ｕ＝ＭＡＸ（−・−） ＦＸ　　　ＦＹ ；直線経路の最短移動時間 軸方向計算部（３１）は、上記の速度計算部（３０）で
求めたｆ、、ｆＹ及び予め与えられた各軸の最大許容加
速度Ａ、、ＡＹを用いて、経路の動作可能な最大加速度
の各軸成分ａＸ＋ａＹを次式により計算する。

ｆｘ　　ｆＹ ただし、Ｗ＝ＭＡＸ（−・−） Ａ×　　＾Ｙ ；経路速度ｆまでの最短加速時間 Ｘ軸の速度信号発生部（２ａ）は、速度計算部（３０）
で求めたｆＸを受けて、大きさｆｘ、時間幅Ｔ＝　（Ｔ
＝ｘ／ｆｘ）のステップ状の速度信号ＳＸを発生し、Ｘ
軸動減速処理部（３ａ）に出力する。Ｘ軸の加減速処理
部（３ａ）は、加速度計算部（３１）で求めたａｘに合
せて、ステップ状の速度信号ＳＸの立ち上がり、立ち下
がりを整形しＸ軸速度指令として出力する。

Ｙ軸についても同様に、Ｙ軸の速度信号発生部（２ｂ）
は、速度計算部（３０）で求めたｆＹを受けて、大きさ
ｆＹ、時間幅Ｔ　（Ｔ＝Ｙ／ｆＹ）のステップ状の速度
信号ＳＹを発生し、Ｙ軸動減速処理部（３ｂ）に出力す
る。Ｙ軸の加減速処理部（３ｂ）は、加速度計算部（３
１）で求めたａｙに合せて、ステップ状の速度信号ＳＹ
の立ち上がり、立ち下がりを整形しＹ軸速度指令として
出力する。

〔発明の効果〕

上記のように、この発明の速度制御装置では駆動系の制
約条件を満たす直線経路、あるいは各駆動軸の最大速度
及び最大加速度が経路の指令単位ごとに計算され、これ
らを用いて制御が行われるため、従来のように個別に速
度指令値を与えたり、一定の加速度で加減速をしていた
場合に比べ移動時間を大幅に短縮することができ、また
、過大な速度指令値が与えられても自動的に最大許容速
度に修正される効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の速度制御装置の一実施例の構成を示
したブロック図、第２図はその動作を示すフロチャート
、第３図は本実施例の速度計算部の動作例を示す説明図
、第４図は本実施例の加速度計算部の動作例を示す説明
図、第５図（ａ）〜（ｄ）は本実施例における速度制御
装置の動作波形の説明図、第６図はこの発明の速度制御
装置の他の実施例の構成を示したブロック図、第７図は
従来の速度制御装置の構成を示すブロック図、第８図は
従来の速度制御装置の動作例を示す説明図、第９図（ａ
）〜（ｄ）は従来の速度制御装置の動作波形の説明図で
ある。 図において、（１）は入力部、（２）は速度信号発生部
、（３）は加減速処理部、（４）は速度分配部、（１０
）は速度計算部、（１１）は加速度計算部。 第 因 第 図 第 図 終躇、１ 第 （ａ） （Ｃ） 図 時間 第 図 −入一一 第 図 手 続 補 正 書（自発） （ａ） 事件の表示 特願平２−１３４３６７号 発明の名称 速度制御装置 ３゜ 補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名　
称（６０１）三菱電機株式会社 代表者志岐守哉 （ｃ） ４゜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動体を一定経路に沿って移動させる各駆動軸の
   移動量と移動速度からなる経路指令値をもとに、上記各
   駆動軸の軸速度指令を演算し、制御部へ出力する速度制
   御装置において、上記経路指令値と予め設定した各軸最
   大許容速度に基づいて最大経路速度を計算する速度計算
   部と、上記経路指令値と予め設定した各軸最大許容加速
   度に基づいて最大経路加速度を計算する加速度計算部と
   、該計算された最大経路加速度に基づき、上記計算され
   た最大経路速度を加減速処理する加減速処理部と、加減
   速処理された最大経路速度を各軸方向の速度に配分する
   速度分配部とを備えたことを特徴とする速度制御装置。
2. （２）速度計算部は、計算された最大経路速度と経路指
   令値として入力された移動速度を比較し、小さい速度の
   方を計算結果として出力することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の速度制御装置。