JP2008067562A

JP2008067562A - サーボアンプと多軸サーボシステムとその制御方法

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Publication number: JP2008067562A
Application number: JP2006245190A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Iwata; 吉弘岩田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】制御時間が所定時間内に入る最も遅いクロック周波数で制御ＣＰＵを動作させて低消費電力にしたサーボアンプとそれを使用した多軸サーボシステムと制御方法を提供する
【解決手段】モーションコントローラ（５）と通信をする通信ＩＣ（２０４）と、モーションコントローラのコマンドに基づきモータ駆動信号を生成するサーボ制御ＩＣ（２０３）と、モータ駆動信号に基づきモータを駆動するモータ駆動回路（２０２）と、モータ制御ＩＣと通信ＩＣを制御する制御ＣＰＵ（２０１）と、を備えたサーボアンプにおいて、サーボ制御ＩＣは、前記モーションコントローラのコマンドにより制御ＣＰＵに供給するクロック周波数を変更するクロック周波数変更部（３０５）を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、分散配置型のサーボアンプと多軸サーボシステムとその制御方法に関する。

従来の移動ロボットは図３に示すように、各軸のサーボアンプを分散配置し、モーションコントローラとサーボアンプの情報伝達には、ＩＥＥＥ１３９４などの高速ネットワークを使用している。また、サーボアンプは容量を除き全て同一の仕様である。図４に示すようにＩＥＥＥ１３９４通信で制御されるサーボアンプは制御ＣＰＵ、サーボモータ駆動回路、サーボモータ駆動回路を制御するサーボ制御ＩＣ、ＩＥＥＥ１３９４通信用ＬＩＮＫチップ、ＩＥＥＥ１３９４用通信ＰＨＹチップによって構成される。サーボ制御ＩＣは、ＰＬＬ、分周器を備え、制御ＣＰＵ２０１に動作クロックを供給する。また制御ＣＰＵに合わせて動作クロックが変更できるようＳＷによってクロック選択セレクタを制御してｆａ、ｆｂ、ｆｃの周波数を選択する。ＩＥＥＥ１３９４は通信周期を備えた同期型ネットワーク通信であり、移動体ロボット等のように各間接に分散配置されたサーボアンプを同期制御する場合に有効である。また、サーボ制御ＩＣは内部にＰＬＬ、分周器を備えており、制御ＣＰＵへ動作クロックを供給する。図３に示すように移動体ロボットは、下半身部の制御時間が上半身部に比べ速い。この為、制御周期が遅い部分は、制御周期が速い部分に比べ制御ＣＰＵを高速に動作させる必要はない。しかしながら、同一のサーボアンプを分散配置しているため、制御周期の速い軸のサーボアンプの制御ＣＰＵと制御周期の遅い軸のサーボアンプの制御ＣＰＵは同じ周波数で動作している。近年、移動体ロボットの多軸化が進むにつれて発熱対策、バッテリ寿命延長が問題となっていることから、制御周期に合わせて最適なクロックで制御ＣＰＵが動作する必要があった。この為、ネットワークによる制御ＣＰＵの周波数変更を行う手法が必要となった。ネットワークによる制御ＣＰＵの周波数を変更する手法は、例えば、特許文献１「省電力機能を有するネットワークシステム」に開示されている。
特開平１０−３１２３７０号公報

特許文献１は制御ＣＰＵのスリープモードから動作状態への復帰対策である為、常にＯＳを動作させる必要があり、制御ＣＰＵを動作させながらのクロック周波数変更であった。一般的にＣＰＵは動作中のＣＰＵクロックの変更を補償していない。これは、周波数変更後、ＰＬＬのフェーズロックが外れた場合、ＣＰＵ内部動作が不安定になる為である。またフェーズロックが外れなくても変更直後のＣＰＵ内部信号間のタイミングは補償外であり、誤動作する恐れがあるという問題があった。また、特許文献１はＣＰＵへのクロックを制御する制御回路が周辺装置のステータス保持回路と、コマンド解析回路と、周辺デバイスＩＦ回路等で構成され、新たに多くの回路を追加する必要があり、小形化できないという問題があった。また、分散配置型多軸サーボシステムにおいては、ネットワークにより軸検出処理の初期化処理を行い、通常運転へ移行する。この為、通常運転への移行後、制御ＣＰＵの動作クロックを変更した場合、制御ＣＰＵがリセットされると軸検出処理の初期化時に設定されたデータがリセットされてしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、制御時間が所定時間内に入る最も遅いクロック周波数で制御ＣＰＵを動作させて低消費電力にしたサーボアンプとそれを使用した多軸サーボシステムと制御方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、上位のモーションコントローラと通信をする通信ＩＣと、前記モーションコントローラのコマンドに基づきモータ駆動信号を生成するサーボ制御ＩＣと、前記モータ駆動信号に基づきモータを駆動するモータ駆動回路と、前記モータ制御ＩＣと前記通信ＩＣを制御する制御ＣＰＵと、を備えたサーボアンプにおいて、前記サーボ制御ＩＣは、前記モーションコントローラのコマンドにより前記制御ＣＰＵに供給するクロック周波数を変更するクロック周波数変更部を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のサーボアンプにおいて、前記クロック周波数変更部は、クロック周波数を分周して複数のクロック周波数を生成する分周器と、前記モーションコントローラからのコマンドにより前記複数のクロック周波数のひとつを選択するクロック周波数選択器と、を備えることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のサーボアンプにおいて、前記クロック周波数は、前記制御ＣＰＵによって設定することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３記載のサーボアンプにおいて、前記クロック周波数は、制御時間が所定時間内におさまり、かつ最も遅い周波数であることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載のサーボアンプにおいて、前記通信ＩＣは、ＩＥＥＥ１３９４規格に準拠したＰＨＹチップとＬＩＮＫチップであることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５記載のサーボアンプにおいて、前記制御ＩＣは、クロック周波数を変更した後、ＩＥＥＥ１３９４通信にバスリセットを発生させ通信の初期化を行うことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、プログラムに基づいてコマンドを送信しレスポンスを受信するモーションコントローラと、受信した前記指令に基づきモータに電流を流すとともに前記モーションコントローラへ位置・速度・トルク・アラームなどのサーボ情報をレスポンスとして送信する複数のサーボアンプと、前記電流により機械を駆動するモータと、前記モーションコントローラと前記複数のサーボアンプとを接続する通信媒体と、を備える多軸サーボシステムにおいて、前記サーボアンプは、前記モーションコントローラのコマンドにより、前記制御ＣＰＵのクロック周波数を、制御時間が所定時間内におさまり、かつ最も遅い周波数を選択する、ことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項５記載の多軸サーボシステムにおいて、前記サーボアンプは、前記制御ＣＰＵのクロック周波数を、制御時間が所定時間内におさまり、かつ最も遅い周波数を選択することを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、モーションコントローラからコマンドを受けレスポンスを返す通信ＩＣと、前記コマンドに基づきモータ駆動信号を生成するサーボ制御ＩＣと、前記モータ駆動信号に基づきモータを駆動するモータ駆動回路と、前記モータ制御ＩＣと前記通信ＩＣを制御する制御ＣＰＵと、を備えたサーボアンプの制御方法において、前記モーションコントローラのコマンドを受信するステップと、前記コマンドが前記制御ＣＰＵクロック周波数変更の場合は、前記クロック周波数を所定の制御時間内におさまり、かつ最も遅い周波数に変更するステップと、前記制御ＣＰＵをリセットして初期化するステップと、を備えることを特徴とものである。

請求項１乃至４記載の発明によれば、各軸の制御周期に合わせて制御ＣＰＵの周波数をネットワーク経由で最適設定し低消費電力のサーボアンプを提供できる。
請求項５記載の発明によれば、各軸の制御周期に合わせて制御ＣＰＵの周波数をＩＥＥＥ１３９４ネットワーク経由で最適設定し低消費電力のサーボアンプを提供できる。
請求項６記載の発明によれば、バスリセット発生によりネットワークの再構築を容易に行えるサーボアンプを提供できる。
請求項７乃至８記載の発明によれば、各軸の制御周期に合わせて制御ＣＰＵの周波数をネットワーク経由で最適設定し低消費電力のサーボアンプを使用した多軸サーボシステムを提供できる。
請求項９記載の発明によれば、各軸の制御周期に合わせて制御ＣＰＵの周波数をネットワーク経由で最適設定し低消費電力のサーボアンプを使用した多軸サーボシステムの制御方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例を示す図である。図１において、１、２はサーボアンプ、３、４はサーボモータ、５はモーションコントローラ、６は通信媒体、２０１は制御ＣＰＵ、２０２はモータ制御回路、２０３はサーボ制御ＩＣ、２０４はＩＥＥＥ１３９４通信のＰＨＹチップ、２０５はＩＥＥＥ１３９４通信のＬＩＮＫチップ、２０６はＰＬＬ、２０７は分周器、２０８はスイッチＳＷ、２０９はクロック選択セレクタ、３００はモータ制御回路、３０１はクロック設定レジスタ、３０２はクロックステータスレジスタ、３０３はＯＳＣ、３０４はＣＰＵリセット回路、３０５はクロック周波数変更部である。クロック周波数変更部３０５は、分周器２０７と、クロック周波数選択部であるクロック選択セレクタ２０９と、で構成される。

次に、動作について説明する。サーボモータの制御は制御ＣＰＵ２０１、サーボ制御ＩＣ２０３、サーボモータ駆動回路２０２によって行われる。サーボ制御ＩＣ２０３は、ＰＬＬ２０６、分周器２０７を備え、制御ＣＰＵ２０１に動作クロックを供給する。動作クロックの周波数はクロック設定レジスタ３０１によってクロック選択セレクタ２０９を制御してｆａ、ｆｂ、ｆｃの周波数を選択できる。電源投入時はＳＷ２０８によって動作クロックが決められ、その後、制御ＣＰＵ２０１によるクロック設定レジスタ３０１の変更によりクロック選択セレクタ２０９を制御して動作クロックを変更することが可能である。制御ＣＰＵ２０１はクロック設定レジスタ３０１を変更した場合は、クロックステータスレジスタ３０２に“１”がセットされる。変更ステータスレジスタ３０２に“１”がセットされると制御ＣＰＵ２０１のＣＰＵリセット回路３０４へ外部リセット信号を出力する。制御ＣＰＵ２０１クロック変更後に制御ＣＰＵ２０１にリセットが発生する為、制御ＣＰＵ２０１の内部のクロックは安定する為、制御ＣＰＵ２０１動作中の動作クロック変更に伴う誤動作防止となる。ＩＥＥＥ１３９４はバスリセット機能を備えており、１つでも子局がバスリセットを発生すると全子局にバスリセットが発生し、親局が再び軸検出処理の初期ルーチンを開始する。制御ＣＰＵ２０１はリセット後、クロックステータスレジスタ３０２をリードし、“１”になっている場合は、ＩＥＥＥ１３９４ＰＨＹチップ２０５にバスリセット発生を設定する。図２は動作フロー図である。クロックステータスレジスタ３０２を確認し、変更なしの場合は、通常運転へ移行する。モーションコントローラからクロック変更の指令を受信した場合は、制御ＣＰＵ２０１はクロック設定レジスタ３０１を変更する。また、制御ＣＰＵ２０１はクロックステータスレジスに“１”を設定する。クロック選択セレクタを制御し、制御ＣＰＵ２０１クロックを変更する。変更後、制御ＣＰＵ２０１に対しリセットを発生する。制御ＣＰＵ２０１はリセット復帰後、クロックステータスレジスタ３０２を確認する。制御ＣＰＵ２０１はクロックステータスレジスタ３０２に“０”を設定し、ＩＥＥＥ１３９４ＰＨＹにバスリセット発生を設定する。設定後、クロックステータスレジスタ３０２を確認した後、“０”になっていることを確認し、通常運転状態へと移行する。制御ＣＰＵ２０１のクロック変更をＩＥＥＥ１３９４経由で制御周期に合わせた最適な周波数の設定を安定して行えることを特徴としている。

図５は本発明の制御方法を示すフローチャートである。ステップＳＴ１で上位のモーションコントローラのコマンドを受信し、ステップＳＴ２でコマンドが制御ＣＰＵクロック周波数変更の場合は、ステップＳＴ３でクロック周波数を所定の制御時間内におさまり、かつ最も遅い周波数に変更する。次にステップＳＴ４で、制御ＣＰＵをリセットして初期化する。

本発明のサーボアンプおよびそれを使用した多軸サーボシステムは、消費電力化が必要な用途に適用できる。例えばバッテリ駆動の分散配置多軸サーボシステムには最適である。

本発明の実施例を表すブロック図本発明の実施例を表すフローチャート従来の構成を表すブロック図従来の構成を表すブロック図本発明の制御方法を示すフローチャート

符号の説明

・サーボアンプ
・サーボモータ
５モーションコントローラ
６通信媒体
１０１移動体ロボット
１０２サーボアンプ
２０１制御ＣＰＵ
２０２サーボモータ駆動回路
２０３サーボ制御ＩＣ
２０４ＩＥＥＥ１３９４通信ＬＩＮＫチップ
２０５ＩＥＥＥ１３９４通信ＰＨＹチップ
２０６ＰＬＬ
２０７分周器
２０８ＳＷ
２０９クロック選択セレクタ
３０１クロック設定レジスタ
３０２クロックステータスレジスタ
３０３ＯＳＣ
３０４ＣＰＵリセット回路
３０５クロック周波数変更部

Claims

上位のモーションコントローラと通信をする通信ＩＣと、前記モーションコントローラのコマンドに基づきモータ駆動信号を生成するサーボ制御ＩＣと、前記モータ駆動信号に基づきモータを駆動するモータ駆動回路と、前記モータ制御ＩＣと前記通信ＩＣを制御する制御ＣＰＵと、を備えたサーボアンプにおいて、
前記サーボ制御ＩＣは、前記モーションコントローラのコマンドにより前記制御ＣＰＵに供給するクロック周波数を変更するクロック周波数変更部を備えることを特徴とするサーボアンプ。
前記クロック周波数変更部は、クロック周波数を分周して複数のクロック周波数を生成する分周器と、前記モーションコントローラからのコマンドにより前記複数のクロック周波数のひとつを選択するクロック周波数選択器と、を備えることを特徴とする請求項１記載のサーボアンプ。
前記クロック周波数は、前記制御ＣＰＵによって設定することを特徴とする請求項１記載のサーボアンプ。
前記クロック周波数は、制御時間が所定時間内におさまり、かつ最も遅い周波数であることを特徴とする請求項３記載のサーボアンプ。
前記通信ＩＣは、ＩＥＥＥ１３９４規格に準拠したＰＨＹチップとＬＩＮＫチップであることを特徴とする請求項１記載のサーボアンプ。
前記制御ＩＣは、クロック周波数を変更した後、ＩＥＥＥ１３９４通信にバスリセットを発生させ通信の初期化を行うことを特徴とする請求項５記載のサーボアンプ。
プログラムに基づいてコマンドを送信しレスポンスを受信するモーションコントローラと、受信した前記指令に基づきモータに電流を流すとともに前記モーションコントローラへ位置・速度・トルク・アラームなどのサーボ情報をレスポンスとして送信する複数のサーボアンプと、前記電流により機械を駆動するモータと、前記モーションコントローラと前記複数のサーボアンプとを接続する通信媒体と、を備える多軸サーボシステムにおいて、
前記サーボアンプは、前記モーションコントローラのコマンドにより、前記制御ＣＰＵのクロック周波数を、制御時間が所定時間内におさまり、かつ最も遅い周波数を選択する、
ことを特徴とする多軸サーボシステム。
前記サーボアンプは、前記制御ＣＰＵのクロック周波数を、制御時間が所定時間内におさまり、かつ最も遅い周波数を選択することを特徴とする請求項５記載の多軸サーボシステム。
モーションコントローラからコマンドを受けレスポンスを返す通信ＩＣと、前記コマンドに基づきモータ駆動信号を生成するサーボ制御ＩＣと、前記モータ駆動信号に基づきモータを駆動するモータ駆動回路と、前記モータ制御ＩＣと前記通信ＩＣを制御する制御ＣＰＵと、を備えたサーボアンプの制御方法において、
前記モーションコントローラのコマンドを受信するステップと、
前記コマンドが前記制御ＣＰＵクロック周波数変更の場合は、前記クロック周波数を所定の制御時間内におさまり、かつ最も遅い周波数に変更するステップと、
前記制御ＣＰＵをリセットして初期化するステップと、
を備えることを特徴とするサーボアンプの制御方法。