JP5389251B2 - 並列駆動システム - Google Patents

Description

本発明は並列駆動システムに関するものであり、特に、互いに並列に配置され直動する可動部を有するマスター側及びスレーブ側の２つのサーボアクチュエータと、当該アクチュエータの可動部同士を結合するアーム部材を有する並列駆動システムに関するものである。

アーム部材を２つのアクチュエータで並列駆動する従来のシステムとして、マスター側とスレーブ側の双方のアクチュエータ毎に位置検出器を備えるシステムと、片側のアクチュエータに位置検出器を持たないシステムとがある。

従来の並列駆動システムの一例を示す図を図９に示す。図９（ａ）はマスター側アクチュエータにだけ位置検出器を備える並列駆動システムの構成図である。図９（ａ）においてマスター側及びスレーブ側のアクチュエータの各可動部５Ａ及び５Ｂは、ヘッド９を備えたアーム部材８にて連結される。マスター側サーボアンプ１２Ａはコントローラ１４から受ける位置指令、及び位置検出器１０から入力されるマスター側アクチュエータの可動部５Ａの位置を示すマスター側位置情報に基づき位置制御を行う。マスター側サーボアンプ１２Ａからスレーブ側サーボアンプ１２Ｂにはトルク指令が送られ、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは当該トルク指令を用いてトルク制御を行うことで並列駆動システムを構築する（例えば、特許文献１参照）。

図９（ｂ）は従来の別の並列駆動システムを示す図である。図９（ｂ）ではマスター側とスレーブ側それぞれのアクチュエータに位置検出器１０Ａ及び１０Ｂを備える。マスター側及びスレーブ側サーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂは、ともにコントローラ１４から受ける位置指令、及び位置検出器１０Ａ並びに１０Ｂから入力される可動部５Ａ及び５Ｂの位置を示す位置情報に基づき位置制御を行う。さらに図９（ｂ）に示すシステムにおいては、破線の矢印で示すように位置検出器１０Ａ及び１０Ｂで得られる位置情報を、それぞれスレーブ側及びマスター側サーボアンプ１２Ｂ及び１２Ａに入力することで、これらの位置情報を共有してもよい。サーボアンプの内部で、各アクチュエータの可動部の位置偏差の差を抑制する制御、すなわち、マスター側、スレーブ側の各可動部の位置がより同期して移動するよう制御することで、アーム部材の平行度を高精度に維持できる並列駆動システムを構築する（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１４０７５１号公報 特開２００４−９２８５９号公報

図９（ａ）に示す従来の並列駆動システムでは、スレーブ側アクチュエータに位置検出器がないため、コストを低く抑えつつシステムを構成することができる。しかしながら、スレーブ側アクチュエータにマスター側と同じトルク指令が与えられるため、アーム部材８の重心位置がアーム部材８の中心からずれている場合や、アーム部材８におけるヘッド９の位置がアーム部材８の駆動方向と直交する方向へ移動する場合には、アーム部材８の平行移動精度が低下する。この場合、高精度位置決めが難しくなるだけでなく、アーム部材８への機械的負荷が大きくなるため、アーム部材８の高速移動が難しくなるという問題があった。

一方、図９（ｂ）に示す従来の並列駆動システムにおいては、マスター側及びスレーブ側アクチュエータ双方に位置検出器１０Ａ及び１０Ｂを備え、マスター側及びスレーブ側のサーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂそれぞれにおいて位置制御を行うため、アーム部材８を高速、高精度に位置決めできる。さらに破線の矢印で示すように位置情報を共有する構成とすれば、各可動部５Ａ及び５Ｂの実際の位置の差を抑制する制御を行うことができるので、アーム部材８をさらに高精度に平行移動することが可能となる。しかしながら、マスター側及びスレーブ側双方のアクチュエータに位置検出器１０Ａ及び１０Ｂを備えるため、システムのコストが高いという問題があった。位置検出器としてリニアスケールを用いる場合は、一般的に装置の大きさに比例してリニアスケールのコストが増大するため、さらに問題となる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、互いに並列に配置され直動する可動部を有するマスター側及びスレーブ側の２つのサーボアクチュエータと、当該アクチュエータの可動部同士を結合するアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、システムコストを低く抑え、かつ高速位置決めを可能とするシステムを実現するものである。

この発明に係る並列駆動システムは、互いに並列に配置され直動する可動部を有する第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと、前記第１のアクチュエータの可動部と前記第２のアクチュエータの可動部とに橋架されるアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、前記第１のアクチュエータの可動部の位置情報を検出する位置検出手段と、前記第２のアクチュエータの可動部の加速度情報を検出する加速度検出手段と、前記位置情報に基づき第１のアクチュエータを制御する第１の制御手段と、前記位置情報及び前記加速度情報に基づき第２のアクチュエータを制御する第２の制御手段と、を備えたものである。

また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記アクチュエータはリニアサーボモータであり、前記制御装置はサーボアンプであり、前記位置検出手段はリニアスケールであることを特徴とするものである。

また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記第２の制御手段は、前記位置情報を第１の速度情報に変換する第１の速度変換手段と、前記加速度情報を第２の速度情報に変換する第２の速度変換手段と、前記第１及び第２の速度情報を合成して合成速度を生成する速度合成手段と、を備えたものである。

また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記速度合成手段は、前記第１の速度情報から前記第２の速度情報を減算する減算手段と、前記減算手段の出力を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力と前記第２の速度情報とを加算して合成速度を生成する加算手段と、を備えたものである。

また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記速度合成手段は、前記第１の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、前記第２の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたハイパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力と前記ハイパスフィルタの出力とを加算して合成速度を生成する加算手段と、を備えたものである。

また、次の発明に係る並列駆動システムは、前記第２の制御手段は、前記第１の制御手段から前記第１のアクチュエータのトルクを制御する制御信号がさらに入力され、前記位置情報と前記加速度情報とに基づき補正トルクを計算するトルク計算手段を備え、前記トルク計算手段の出力と前記制御信号とに基づき第２のアクチュエータを制御することを特徴とするものである。

この発明によれば、スレーブ側サーボモータは位置検出器を備えないため、低コストでシステムを構築できるという効果を奏する。また、マスター側サーボモータの位置検出器により得た位置情報をマスター側及びスレーブ側両方のサーボアンプに取り込むため、スレーブ側も位置制御ができるという効果を奏する。また、換算したマスター側及びスレーブ側それぞれの可動部の速度情報から、スレーブ側の速度情報を合成する速度合成部をスレーブ側サーボアンプに備えるため、アーム部材を高速位置決めできるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１における並列駆動システムの機械駆動部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における並列駆動システムの構成図である。 本発明の実施の形態１における並列駆動システムの機能ブロックを示すブロック図である。 図３における速度演算部１３２の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における共振抑制効果を示す計算機シミュレーション結果である。 図３における速度演算部１３２の別の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における並列駆動システムの機能ブロックを示すブロック図である。 図７における補正トルク計算部２７の構成を示すブロック図である。 従来の並列駆動システムを説明するための図である。

以下この発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。なお実施の形態では、この発明に係る並列駆動システムを、互いに並列に配置され直動する可動部を有するアクチュエータをリニアサーボモータで構成したサーボシステムである場合を例にとり説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態１における並列駆動システムの構成を図を用いて説明する。図１はこの発明に係る並列駆動システム１の機械駆動部を示す斜視図である。また図２は実施の形態１における並列駆動システム１の構成図である。符号のＡはマスター側、Ｂはスレーブ側の構成要素であることを表す。第１のアクチュエータであるマスター側サーボモータ２Ａ及び第２のアクチュエータであるスレーブ側サーボモータ２Ｂにおいて、マスター側の固定部３Ａとスレーブ側の固定部３Ｂは並列に配置され、図示しないテーブル等に固定される。リニアガイド４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄは直線案内部材であり、固定部３Ａ及び３Ｂに対向して配置されるサーボモータの可動部５Ａ及び５Ｂは、これらリニアガイド４Ａ乃至４Ｄに沿って直動すなわち直線運動を行う。

可動部５Ａ及び５Ｂには、固定部３Ａ及び３Ｂと対抗する側の反対側にテーブル部材６Ａ及び６Ｂがそれぞれ設けられる。テーブル部材６Ａ及び６Ｂには、それぞれアーム支持部材７Ａ及び７Ｂが載置され、アーム支持部材７Ａ及び７Ｂはアーム部材８が橋架されている。サーボモータの可動部５Ａ及び５Ｂが駆動されることで、アーム部材８が並列駆動される。アーム部材８にはヘッド９が設けられる。

マスター側のテーブル部材６Ａには位置検出手段である位置検出器１０が設けられる。実施の形態では、位置検出器１０はリニアスケールであるものとして説明する。スレーブ側のテーブル部材６Ｂには加速度検出手段である加速度センサ１１が設けられる。すなわち本実施の形態では、図１及び図２に示すように、スレーブ側サーボモータ２Ｂにリニアスケールではなく加速度センサ１１を備える。一般に加速度センサ１１はリニアスケールと比較して安価であることから、本実施の形態１は、マスター側及びスレーブ側の双方に位置検出器１０としてリニアスケールを備える従来の並列駆動システムと比較して、低コストなシステム構築が可能となる。

また、位置検出器１０から得られた位置情報は、第１の制御手段であるマスター側サーボアンプ１２Ａ及び第２の制御手段であるスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの双方にフィードバックされる。このため、スレーブ側のサーボアンプ１２Ｂはトルク制御だけでなく位置制御も可能となる。一方、加速度センサ１１から得られた加速度情報は、スレーブ側のサーボアンプ１２Ｂにフィードバックされる。

次に本実施の形態１における並列駆動システムの動作を図を用いて説明する。図３は、実施の形態１における並列駆動システム１の機能ブロックを示すブロック図である。また図４は、図３における速度演算部１３２の構成を示すブロック図である。まず、マスター側サーボアンプ１２Ａの動作を説明する。

図３においてマスター側サーボアンプ１２Ａにはコントローラ１４から位置指令が入力されるとともに、位置検出器１０から可動部５Ａの実際の位置に相当する位置情報が入力される。そして加算器１５Ａにおいて位置指令から位置情報が減算され、位置偏差である減算結果は位置制御部１６Ａに入力される。位置制御部１６Ａからは、位置偏差の大きさに応じた速度指令が出力され、位置偏差が０となるように速度指令が出力される。

位置検出器１０から入力される位置情報は、速度変換部１３１にも入力される。速度変換部１３１は、位置情報を微分することで実速度に変換して出力する。具体的には所定の時間間隔における位置情報の差に基づいて実速度を求める。出力された実速度は加算器１７Ａに入力されて速度指令から減算され、速度偏差である減算結果は速度制御部１８Ａに入力される。速度制御部１８Ａからは、速度偏差に応じたトルク指令が出力され、速度偏差が０となるようにトルク指令が出力される。トルク指令は加算器１９Ａに入力されて電流制御部２０Ａから出力される実電流が減算され、電流偏差が電流制御部２０Ａに入力される。電流制御部２０Ａは、電流偏差に基づき実電流を制御することで、マスター側サーボモータ２Ａのトルクを制御する。

次にスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの動作を説明する。スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの動作のうち、マスター側サーボアンプ１２Ａの動作と同じものについては対応する符号を付して説明を省略する。スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの動作のうちマスター側と動作が異なるものは、速度演算部１３２である。速度演算部１３２には位置検出器１０から入力される位置情報だけでなく、スレーブ側の可動部５Ｂに設けられた加速度センサ１１で得られた加速度情報も入力される。速度演算部１３２は各可動部の速度情報に基づき、合成速度を出力する。

次に、図４を用いて速度演算部１３２の動作を説明する。図４において速度演算部１３２に入力された位置情報は、第１の速度変換手段である微分器２１によって微分され、マスター側の実速度が算出される。一方、加速度センサ１１から入力される加速度情報は、第２の速度変換手段である積分器２２によって積分され、スレーブ側の実速度が算出される。算出されたマスター側及びスレーブ側の実速度は、加算器２３、ローパスフィルタ２４、及び加算器２５で構成される速度合成手段に入力される。まず、減算手段である加算器２３においてマスター側の実速度からスレーブ側の実速度が減算され、これらの差分すなわち実速度差がローパスフィルタ２４へ入力される。ローパスフィルタ２４は、実速度差において遮断周波数ｆｃｌよりも高い周波数成分を減衰させる。ローパスフィルタ２４の出力は加算手段である加算器２５において積分器２２の出力であるスレーブ側の実速度と加算され、合成速度として速度演算部１３２から出力される。

アーム部材８の高速位置決め及び高精度定速度送り等の性能を向上するためには、各制御器の制御ゲインを上げることでコントローラ１４からの位置指令に対する追従性を上げ、外乱に対する応答を高める必要がある。ここで制御ゲインを上げると制御帯域が広がり、結果としてアーム部材８の機械的に固有な値である共振周波数が制御帯域内に含まれることとなる。

アーム部材８の共振周波数が制御帯域内に含まれると、アーム部材８の共振の影響で位置検出器１０から得られる位置情報から算出したマスター側の実速度は、スレーブ側可動部の実速度との差が大きくなる。このとき、マスター側の実速度を基準にスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループを構成すると、大きくなった実速度の差に起因して、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの制御が不安定となり、制御ゲインを上げることが困難となる。結果として、位置決め時間が増加してしまい、高速位置決めが達成できない。

一方、アーム部材８に共振が発生したとしても、加速度センサ１１で得られた加速度情報を変換して求めた速度情報はスレーブ側サーボモータ可動部５Ｂの実速度と一致する。従って、この速度情報に基づきスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループを構成すれば、安定した制御を期待できる。すなわち、制御ゲイン低下に伴う位置決め時間増加を抑制できる。

高速位置決めを行なうためには、上記のように位置検出器１０で得られた位置情報から算出したマスター側の実速度ではなく、加速度センサ１１で得られた加速度情報から算出した速度情報によりスレーブ側サーボアンプ１２Ｂを制御する必要がある。しかし、実際のシステムでは加速度センサ１１の出力にオフセット等の低周波数誤差成分が混入する可能性を考慮しなければならない。低周波数誤差成分が混入すると速度演算部１３２の出力が当該誤差成分に応答し、不要なトルク指令が発生してしまう。なお、アーム部材８の共振周波数よりも十分低い制御帯域でスレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループを構成すれば、位置検出器１０で得られた位置情報から算出した速度情報と加速度センサ１１で得られた加速度情報から算出した速度情報の差異は少ない。このため、位置検出器１０で得られた位置情報から算出した速度情報を基準に速度制御ループを構成しても、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの制御が不安定となることはない。

そこで、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂの速度制御ループが、低周波領域では位置検出器１０から得られる速度情報を元にして動作する一方、高周波領域では加速度センサ１１から得られる速度情報を元にして動作するシステムを考える。これにより、高速位置決め可能、かつ、安定なシステムが構築できる。本実施の形態１においては、ローパスフィルタ２４を用いることで、これを簡単に実現する。

この場合の動作について以下に説明する。まず微分器２１からの速度情報を考えると、ローパスフィルタ２４において、速度情報のｆｃｌ以上の周波数成分は減衰する。このため、周波数ｆｃｌ以下の成分しか出力である合成速度に反映されない。次に積分器２２からの速度情報を考えると、積分器２２の出力はマイナス符号を付加した上でローパスフィルタ２４を通過し、加算器２５に入力される。一方で、加算器２５への入力も別途行われるため、結果として、加算器２５の出力では周波数ｆｃｌ以下の成分はキャンセルされる。このため、積分器２２からの速度情報は、周波数ｆｃｌ以上の成分しか出力である合成速度に反映されない。すなわち、ｆｃｌ以下の周波数帯では、微分器２１からの速度情報、つまり位置検出器１０から得られる速度情報により合成速度が求められ、一方でｆｃｌ以上の周波数帯では、積分器２２からの速度情報、つまり加速度センサ１１から得られる速度情報により合成速度が求められる。

以上のように、ｆｃｌを次に示す範囲に設定することで、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは広い帯域で安定な制御が可能となり、アーム部材８を高速位置決め可能なシステムを構築することができる。

加速度センサ１１出力の低周波数誤差を除去可能な周波数＜ｆｃｌ＜スレーブ側サーボアンプ１２の制御が不安定にならない周波数、または、アーム部材８の共振周波数 式（１）

本発明によるアーム部材８の共振抑制効果を定量的に確認するためシミュレーションモデルを作成し、アーム部材８を高速位置決めした場合の計算機シミュレーションを実施した。計算結果を図５（ａ）〜（ｄ）に示す。各図中に速度指令、マスター側及びスレーブ側サーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂの位置偏差（指令位置−実位置）及びヘッド９の位置のそれぞれの挙動を示す。なお各図の横軸は時間である。図５（ａ）及び（ｂ）は従来のスレーブ側に加速度センサ１１を備えていない並列駆動システムの計算結果である。（ａ）はマスター側にヘッド９が位置する場合、（ｂ）はスレーブ側にヘッド９が位置する場合である。速度指令が与えられた後、１００μｓ程度の時間が経過しても、位置偏差及びヘッド９の位置は振動している。

一方、図５（ｃ）及び（ｄ）が本実施の形態における並列駆動システムの計算結果である。（ｃ）はマスター側にヘッド９が位置する場合、（ｄ）はスレーブ側にヘッド９が位置する場合である。図５（ａ）及び（ｂ）と比較すると、本実施の形態の場合は、ヘッド９の振動、及びマスター側ならびにスレーブ側それぞれの位置偏差の振動はともに小さいうえ減衰も速く、１００μｓ程度で収束することがわかる。

以上述べたように、本実施の形態１によれば、スレーブ側サーボモータ２Ｂに位置検出器を備えない構成としたので、低コストでシステムを構築することができるという効果を奏する。また、マスター側サーボモータ２Ａの位置検出器１０より得た位置情報をマスター側及びスレーブ側双方のサーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂに取り込む構成としたので、スレーブ側サーボモータ２Ｂの位置制御が可能となるという効果を奏する。さらに、スレーブ側サーボモータ２Ｂの可動部５Ｂに加速度センサ１１を備え、検出した加速度情報をスレーブ側サーボアンプ１２Ｂで速度に換算し、マスター側の位置情報を速度に換算した値と比較する構成としたので、アーム部材８の振動状態が速度情報として把握できるという効果を奏する。さらに、算出したマスター側及びスレーブ側それぞれの可動部５Ａ及び５Ｂの速度情報から、スレーブ側の速度情報を合成する速度演算器１３２をスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに備える構成としたので、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは安定な制御が可能となり、アーム部材８の高速位置決めが可能となるという効果を奏する。

なお、本実施の形態１では、速度演算部１３２の構成として図４を用いて説明したが、必ずしも図４に示す構成だけに限られない。例えば速度演算部１３２の別の構成として、図６に示すような構成としてもよい。図６において、微分器２１及び積分器２２にて位置情報及び加速度情報をマスター側及びスレーブ側の実速度に変換する機能は図４と同様である。算出されたマスター側の実速度はローパスフィルタ２４へ入力される一方、スレーブ側の実速度はハイパスフィルタ２６へ入力される。

次に図６を用いて、速度演算部１３２の動作を説明する。ローパスフィルタ２４は、図４に示す構成と同様に遮断周波数ｆｃｌよりも高い周波数成分を減衰させる。一方、ハイパスフィルタ２６は、遮断周波数ｆｃｈよりも低い周波数成分を減衰させる。ローパスフィルタ２４とハイパスフィルタ２６の出力は加算器２５において加算され、合成速度として速度演算部１３２から出力される。

図６に示す構成の場合、ローパスフィルタ２４の遮断周波数ｆｃｌ、及びハイパスフィルタ２６の遮断周波数ｆｃｈを、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂが安定に制御可能な範囲、例えばアーム部材８の共振周波数よりも低い値とし、かつｆｃｌ＝ｆｃｈと設定するのが基本となる。この場合、ハイパスフィルタ２６からの出力は、積分器２２から得た速度情報の周波数帯域ｆｃｈ以上の情報に制限され、逆に、ローパスフィルタ２４からの出力は、微分器２１から得た速度情報の周波数帯域ｆｃｌ以下の情報に制限される。つまり、設定した遮断周波数にて、合成速度の基準となる速度情報が微分器２１の情報から、積分器２２の情報に入れ替わるという効果が生まれる。

以上のように、ｆｃｌとｆｃｈを図４に示す構成と同等の考え方で設定することで、同等の効果が得られる。これにより、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂは安定な制御が可能となり、アーム部材８の高速位置決めが可能となる。

なお、本実施の形態１では、位置制御部１６Ａや速度制御部１８Ａは、それぞれ位置偏差及び速度偏差が０となるように速度指令及びトルク指令を出力するものとして説明した。必ずしも常時、各偏差が０となる制御を行わなくてもよい。例えば、位置偏差や速度偏差が、０に近い十分小さな所定の値内になれば、制御を中止する構成としてもよく、本発明と同じ効果を得ることができることは言うまでもない。

実施の形態２．
実施の形態１では、コントローラ１４から入力される位置指令をマスター側及びスレーブ側双方のサーボアンプ１２Ａ及び１２Ｂに入力し、それぞれで位置制御を行う場合について説明したが、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂでは、必ずしもコントローラ１４からの位置指令に基づく位置制御を行わなくてもよい。例えば、図９（ａ）に示した従来の並列駆動システムのように、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂにおいてはマスター側サーボアンプ１２Ａから出力されるトルク指令を用いてトルク制御を行ってもよい。本実施の形態２では、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂでマスター側のサーボアンプ１２Ａのトルク指令を用いる場合を例にとり説明する。

図７は、本実施の形態２における並列駆動システムの機能ブロックを示すブロック図である。図７において、図３と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態２では、コントローラ１４からの位置指令はスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに入力されない。マスター側サーボアンプ１２Ａからは、速度制御部１８Ａの出力である、制御信号であるトルク指令がスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに入力される。

一方、スレーブ側サーボアンプ１２Ｂには、実施の形態１と同様に位置検出器１０からのマスター側サーボモータ可動部５Ａの位置情報及び加速度センサ１１からの加速度情報が入力される。これらはトルク計算手段である補正トルク計算部２７に入力されて、補正トルクが計算される。

図８は、図７における補正トルク計算部２７の機能ブロックを示すブロック図である。図８において図４と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。補正トルク計算部２７に入力された位置情報及び加速度情報はそれぞれマスター側の実速度及びスレーブ側の実速度に変換される。そして加算器２３において、これらの差分すなわち実速度差が算出され、ハイパスフィルタ２８に入力される。ハイパスフィルタ２８では、遮断周波数ｆｃｈよりも低い周波数成分を減衰させる。ハイパスフィルタ２８の出力はＰ補償部２９に入力されて所定のゲインを乗算された後、補正トルクとして出力される。補正トルクは加算器１９Ｂにおいてマスター側サーボアンプ１２Ａから入力されるトルク指令に加算され、さらにスレーブ側サーボモータ２Ｂに供給される実電流が減算されて電流偏差が電流制御部２０Ｂに入力される。

次に補正トルク計算部２７の動作について説明する。まず、図９（ａ）に示した従来の並列駆動システムを用いて説明する。スレーブ側サーボアンプ１２Ｂではマスター側サーボアンプ１２Ａから入力されるトルク指令を用いてトルク制御を行う。このため、アーム部材８の重心位置やヘッド９の位置の変化により、駆動時のアーム部材８の平行移動精度が低下し、アーム部材８への機械的負荷が大きくなるだけでなく、アーム部材８の高速、高精度位置決めが困難となる。アーム部材８の共振周波数が制御帯域内に含まれると、アーム部材８の共振の影響で位置検出器１０から得られる位置情報から算出したマスター側の速度情報は、スレーブ側可動部の実速度との差が大きくなる。これに対して本実施の形態２に示す並列駆動システムでは、これらの速度情報の差異である実速度差を加算器２３により求め、この実速度差が少なくなるよう、補正トルクを出力する。

ハイパスフィルタ２８の動作について説明する。加速度センサ１１の出力にはオフセット等の低周波数誤差成分が混入する可能性があるが、これにより、スレーブ側の補正トルクが発散しないようにする必要がある。ハイパスフィルタ２８はこれを対策するために備えられており、低周波数誤差成分に対しては補正トルクが出力されなくなる。そのため、位置検出器１０の位置情報から変換した速度と、加速度センサ１１の加速度情報から変換した速度が同期するような補正トルクを安定に出力することが可能となる。結果として、アーム部材８の平行移動精度が高くなり、アーム部材の高速、高精度決めが可能となる。なお、補正トルク計算部２７の実際の演算の実装に際しては、加速度センサ１１に前記誤差があっても積分器２２の出力など演算の中間変数が無限大にならないよう、積分器２２、加算器２３における減算演算、及びハイパスフィルタ２８とが一体となった等価な演算を行うものである。

以上述べたように、本実施の形態２によれば、算出したマスター側及びスレーブ側それぞれのサーボモータ可動部５Ａ及び５Ｂの速度情報から補正トルクを算出する補正トルク計算部２７をスレーブ側サーボアンプ１２Ｂに備えるため、アーム部材８の高精度な平行移動が可能となり、アーム部材の高速、高精度位置決めが可能となるという効果を奏する。

なお、本実施の形態では、ヘッド９はアーム部材８に固定されている、すなわちヘッド９の移動方向はアーム部材８の駆動方向のみとして説明したが、ヘッド９は必ずしもアーム部材８に固定される必要はない。例えば、ヘッド９をＸ−Ｙ軸で位置決めが可能となるよう、ヘッド９に対してアーム部材８の駆動方向と直交する方向に駆動できるアクチュエータを設ける構成としてもよい。このような構成により本発明の効果を得ることができるうえ、ヘッド９をＸ−Ｙ軸で位置決めすることができる。

なお、本実施の形態では、互いに並列に配置され直動する可動部を有するアクチュエータをリニアサーボモータで構成したサーボシステムであるものとして説明したが、これは必ずしもこの限りではない。例えば駆動系を回転型モータとボールネジの組み合わせ等により構成してもよく、可動部が並列に直動する構成であれば、本発明と同じ効果を得ることができる。

この発明は工作機械などの分野において、並列に配置した直動サーボアクチュエータをアーム部材にて連結した並列駆動システムのアームの位置決め制御機器、定速度送り制御機器に利用できる。

１ 並列駆動システム
２ サーボモータ
３ サーボモータ固定部
４ リニアガイド
５ サーボモータ可動部
６ テーブル部材
７ アーム支持部材
８ アーム部材
９ ヘッド
１０ 位置検出器
１１ 加速度センサ
１２ サーボアンプ
１３１ 速度変換部
１３２ 速度演算部
１４ コントローラ
１５、１７、１９、２３、２５ 加算器
１６ 位置制御部
１８ 速度制御部
２０ 電流制御部
２１ 微分器
２２ 積分器
２４ ローパスフィルタ
２６、２８ ハイパスフィルタ
２７ 補正トルク計算部
２９ Ｐ補償部

Claims (5)

1. 互いに並列に配置され直動する可動部を有する第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと、
   前記第１のアクチュエータの可動部と前記第２のアクチュエータの可動部とに橋架されるアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、
   前記第１のアクチュエータの可動部の位置情報を検出する位置検出手段と、
   前記第２のアクチュエータの可動部の加速度情報を検出する加速度検出手段と、
   前記位置情報に基づき第１のアクチュエータを制御する第１の制御手段と、
   前記位置情報及び前記加速度情報に基づき第２のアクチュエータを制御する第２の制御手段と、
   を備え、
   前記第２の制御手段は、
   前記位置情報を第１の速度情報に変換する第１の速度変換手段と、
   前記加速度情報を第２の速度情報に変換する第２の速度変換手段と、
   前記第１及び第２の速度情報を合成して合成速度を生成する速度合成手段と、
   を備えることを特徴とする並列駆動システム。
2. 前記アクチュエータはリニアサーボモータであり、前記制御装置はサーボアンプであり、前記位置検出手段はリニアスケールであることを特徴とする、請求項１に記載の並列駆動システム。
3. 前記速度合成手段は、
   前記第１の速度情報から前記第２の速度情報を減算する減算手段と、
   前記減算手段の出力を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタの出力と前記第２の速度情報とを加算して合成速度を生成する加算手段と、
   を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の並列駆動システム。
4. 前記速度合成手段は、
   前記第１の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたローパスフィルタと、
   前記第２の速度情報を入力とする所定の遮断周波数を備えたハイパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタの出力と前記ハイパスフィルタの出力とを加算して合成速度を生成する加算手段と、
   を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の並列駆動システム。
5. 互いに並列に配置され直動する可動部を有する第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータと、
   前記第１のアクチュエータの可動部と前記第２のアクチュエータの可動部とに橋架されるアーム部材とを有する並列駆動システムにおいて、
   前記第１のアクチュエータの可動部の位置情報を検出する位置検出手段と、
   前記第２のアクチュエータの可動部の加速度情報を検出する加速度検出手段と、
   前記位置情報に基づき第１のアクチュエータを制御する第１の制御手段と、
   前記位置情報及び前記加速度情報に基づき第２のアクチュエータを制御する第２の制御手段と、
   を備え、
   前記第２の制御手段は、
   前記第１の制御手段から前記第１のアクチュエータのトルクを制御する制御信号がさらに入力され、
   前記位置情報と前記加速度情報とに基づき補正トルクを計算するトルク計算手段を備え、
   前記トルク計算手段の出力と前記制御信号とに基づき第２のアクチュエータを制御する
   ことを特徴とする並列駆動システム。

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