JPH10161750A

JPH10161750A - 移動速度制御システム

Info

Publication number: JPH10161750A
Application number: JP32060596A
Authority: JP
Inventors: Koji Shirota; 幸司城田; Tatsuya Saito; 達哉斉藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】物体の移動を高速かつショックを少なくして
行う。【解決手段】台形速度パターンにより、現在位置から
目的位置に移動する。このとき、減速部分において、速
度が十分に低くなったときに、一定期間所定の低速で物
体を移動する。これによって、目的位置における停止時
の物体の慣性によるショックの発生を抑制できる。ま
た、加速部分および減速部分を放物線の組み合わせで、
Ｓ字状のパターンとすることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＣマシンの工具
などの移動を制御する移動速度制御装置、特に移動停止
時の速度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、機械加工、機械組み付け等各
種の作業において、ＮＣ（数値制御）マシンが広く利用
されている。このようなＮＣマシンにおいては、三軸の
移動などにより工具を任意の位置に移動する。この際、
工具の移動には、実際に加工を行う移動と、加工を開始
する位置までの空送りの移動がある。そして、特に空送
りの移動においては、目標位置までなるべく早く移動し
たいという要望がある。

【０００３】一方、現在位置から目標位置までの移動を
考えると、現在位置での速度０から加速し、その後減速
して、目的位置で速度０となる。そこで、この移動の制
御には、台形速度パターンがよく利用される。この台形
速度パターンは、加速度一定の加速部分と、一定速度の
定速部分と、減速度一定の減速部分からなっている。こ
のため、加速度、定速時速度、減速度を決定しておけ
ば、移動する２点の座標を与えることで、その移動速度
パターンを簡単に算出でき、さらに得られた速度パター
ンに基づいて、２点間移動を容易に制御できる。

【０００４】そして、この台形速度パターンにおいて、
目標位置までなるべく早く移動するためには、加速度お
よび減速度を大きくすればよい。ところが、加速度およ
び減速度が大きいと、始動時および停止時におけるショ
ックが大きくなり、高精度の位置決めを必要とする機械
的移動系に悪影響がでる。また、機械系の慣性により動
作の追従が困難になり、停止時にショックが発生した
り、制御の収束性が悪化して位置決め精度も悪化するこ
とになる。

【０００５】そこで、始動時に加速度を徐々に大きくし
たり、停止時に減速度を徐々に小さくすることも提案さ
れている。例えば、シグモイド関数を利用して、加速時
および減速時の速度パターンをＳ字型に制御することが
提案されている。この手法によれば、始動時および停止
時のショックを少なくすることができ、上述のような問
題を解消できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、シグモイド関
数を利用すると、滑らかに（緩やかに）速度を変化させ
ようとするため、同一距離の移動に余分に時間を要する
という問題があった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、始動時および停止時のシ
ョックを少なくしつつ、短い時間で移動が行える移動制
御システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、物体を現在位
置から目標位置まで移動させる際の移動速度を制御する
移動速度制御システムであって、現在位置からの移動開
始後に所定の加速度一定の加速区間を有し、目標位置に
至る前に所定の減速度一定の減速区間を有すると共に、
目標位置に至る直前に、減速区間における減速度より減
速度の小さなソフト減速区間を挿入配置することを特徴
とする。

【０００９】このように、本発明では、目標位置に至る
直前に減速度の小さなソフト減速区間を挿入配置する。
従って、このソフト減速区間において、移動物体の慣性
を小さくすることができ、目標位置での停止の際のショ
ックをやわらげることができる。また、移動は基本的に
台形速度パターンにより行われるため、その制御等が非
常に容易である。

【００１０】また、本発明は、上記ソフト減速区間は、
所定の低速度の定速区間であることを特徴とする。この
ように、ソフト減速区間を定速にすることで、その制御
が非常に容易なものになる。また、低速であるため、十
分な移動物体の慣性の低減を図ることができる。

【００１１】また、本発明は、物体を現在位置から目標
位置まで移動させる際の移動速度を制御する移動速度制
御システムであって、現在位置からの移動開始後に所定
の加速度の加速区間を有し、目標位置に至る前に所定の
減速区間を有すると共に、上記減速区間は、現在位置に
近い高速側において上に凸の放物線に従い移動速度が変
化する領域を有し、目標位置座標に近い低速側において
下に凸の放物線に従い移動速度が変化する領域を有する
ことを特徴とする。

【００１２】このように、本発明では、放物線を組み合
わせて、減速区間を形成する。そこで、目標位置におけ
る停止の際に、移動速度が徐々に０に近づくため、停止
時のショックを低減できる。また、放物線の組み合わせ
は、数学的に比較的簡単であり、その制御も容易であ
る。また、減速区間の時間を延長しなくてもＳ字速度パ
ターンによる制御が行える。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。このシステムは、自動車のクレイモデルの作成
用に構成されている。

【００１４】図１は、本実施形態のシステムの全体構成
を示している。このシステムは、基準面１に対して左側
に半面モデル２が用意されており、右側には、反転モデ
ル作成用のワーク５が用意されている。以下、半面モデ
ル２の側を計測側、ワーク５の側を転写側という。

【００１５】「計測側の構成」計測側には直交三次元計
測器（以下、計測器という）１０が設置されている。計
測器１０のベース１１は、定盤上を移動可能に設けられ
ている。ベース１１には、コラム軸１２が鉛直に固定さ
れており、コラム軸１２にコラムヘッド１３が嵌めら
れ、コラムヘッド１３にアーム軸１４が嵌められてい
る。コラムヘッド１３はコラム軸１２に沿って上下に移
動可能であり、アーム軸１４はコラムヘッド１３に支持
されて水平方向に移動可能である。アーム軸１４の先端
には、プローブ１５が取り付けられている。

【００１６】コラム軸１２にはコラム軸リニアスケール
１６が固定されており、このコラム軸リニアスケール１
６は、０．００５ｍｍ間隔で、Ｎ極とＳ極に交互に着磁
されたマグネスケールである。コラムヘッド１３には、
コラム軸リニアスケール１６と対向するようにコラム軸
リーディングヘッド１７が固定されている。コラム軸リ
ーディングヘッド１７は磁気抵抗素子を有し、コラムヘ
ッド１３の上下動に伴うスケール上の磁極（Ｎ、Ｓ）の
変化を検出する。計測器１０は、磁極の変化の回数に基
づいてコラムヘッド１３の上下方向の移動量を求め、こ
の移動量からプローブ１５先端の高さ位置を求める。

【００１７】同様に、アーム軸１４にはアーム軸リニア
スケール１８が固定されており、コラムヘッド１３に
は、アーム軸リニアスケール１８と対向するようにアー
ム軸リーディングヘッド１９が固定されている。そし
て、アーム軸リーディングヘッド１９の検出結果に基づ
いて、計測器１０は、アーム軸１４の水平方向の移動量
を求め、この移動量からプローブ１５先端の水平方向の
位置を求める。

【００１８】ここで、計測器１０は、作業者Ａにより、
以下のように使用される。作業者Ａは半面モデル２上の
代表点を決め、アーム軸１４を動かして代表点にプロー
ブ１５を接触させる。作業者Ａは、半面モデル２上の複
数の点を代表点として選ぶ。さらに作業者Ａは、ベース
１１を移動し、モデル全体について同様の作業を行う。
ここで代表点は、作業者Ａにより任意の位置に設定さ
れ、例えばコーナー部分では多数の代表点が設定され
る。

【００１９】計測器１０は、半面モデル２に対するプロ
ーブ１５の接触を検出し、接触時のプローブ１５先端の
位置座標（すなわち対応点の位置座標）を求める。位置
座標の検出は、ベース１１の位置とコラム軸リーディン
グヘッド１７、アーム軸リーディングヘッド１９の出力
に基づいて行われる。計測器１０は、検出した位置座標
を、順次、制御部５０へ出力する。

【００２０】「転写側の構成」一方、転写側には、ベー
ス２１が移動可能に設けられ、ベース２１には、コラム
軸２２が鉛直に固定されている。そして、計測側と同様
に、コラム軸２２にはコラムヘッド２３が嵌められ、コ
ラムヘッド２３にアーム軸２４が嵌められている。コラ
ムヘッド２３はコラム軸２２に沿って上下に移動可能で
あり、アーム軸２４はコラムヘッド２３に支持されて水
平方向に移動可能である。

【００２１】アーム軸２４の先端には、ボーリングヘッ
ドユニット２５が取り付けられている。このボーリング
ヘッドユニット２５は、水平方向および垂直方向に向け
て取り付け可能である。

【００２２】コラムヘッド２３には、コラム軸駆動ユニ
ット２６が取り付けられている。コラム軸駆動ユニット
２６は、コラム軸２２に対してコラムヘッド２３を上下
移動させるためのユニットである。

【００２３】さらに、コラムヘッド２３には、アーム軸
駆動ユニット３７が取り付けられている。アーム軸駆動
ユニット３７は、コラムヘッド２３に対してアーム軸２
４を水平移動させるためのユニットであり、コラム軸駆
動ユニット２６と同様の構成を有する。従って、アーム
軸駆動ユニット３７のモータが回転すると、アーム軸２
４が水平方向に移動する。アーム軸２４と共に、ボーリ
ングヘッドユニット２５も水平方向に移動する。

【００２４】また、コラム軸２２には、コラム軸リニア
スケール３８が取り付けられ、コラムヘッド２３には、
コラム軸リニアスケール３８と対向するようにコラム軸
リーディングヘッド３９が取り付けられている。アーム
軸２４には、アーム軸リニアスケール４０が取り付けら
れ、コラムヘッド２３には、アーム軸リニアスケール４
０と対向するようにアーム軸リーディングヘッド４１が
取り付けられている。各スケールおよびヘッドの構成は
計測側と同様である。そして、各ヘッドは、磁極（Ｎ、
Ｓ）の変化を検出するごとにパルス信号を生成する。

【００２５】その他、転写側には、作業者によって操作
される操作リモコン４２が備えられている。

【００２６】「制御部の構成」図１に示すように、制御
部５０は、制御用コンピュータ５１および制御盤５２を
備える。制御部５０には、計測器１０から代表点の位置
座標が入力される。また、制御部５０には、転写側のコ
ラム軸リーディングヘッド３９、アーム軸リーディング
ヘッド４１からパルス信号が入力され、操作リモコン４
２から各ボタンのＯＮ／ＯＦＦを示す信号が入力され
る。制御部５０は、入力信号に基づいて、コラム軸駆動
ユニット３６およびアーム軸駆動ユニット３７へ制御信
号を出力する。

【００２７】その他、制御部５０には、図示しないデザ
インＣＡＤ用のワークステーションからＣＡＤデータが
入力される。このＣＡＤデータには、ワークステーショ
ン上でデザインされた形状を示す情報が示されている。
このＣＡＤデータも、計測器１０から送られた情報と同
様に処理される。

【００２８】図２には、制御部５０の構成が示されてい
る。制御用コンピュータ５１のインターフェイス部５３
には、上記のように、計測器１０から三次元座標データ
（代表点の位置座標）が入力される。三次元座標データ
は、制御用コンピュータ５１のメモリ領域のＦＩＦＯ
（First In First Out）処理部に、入力順にストックさ
れる。制御用コンピュータ５１は、制御盤５２からの要
求に応じ、入力時と同じ順番で三次元座標データを出力
する。また、制御用コンピュータ５１にはディスプレイ
５４が接続されている。制御用コンピュータ５１の拡張
スロット５５には、ＰＩＯ（Parallel Input Output）
ボード５６およびＤＳＰ（Digital SignalProcessor）
ボード５７が入れられており、さらにＤＳＰボード５７
と接続されているＡ／Ｄ・Ｄ／Ａボード５８およびＰＩ
Ｏカウンタボード５９からなる。

【００２９】制御盤５２は、リモコン制御部６０とモー
タ制御部６１からなり、制御盤５２には１００Ｖの交流
電流が供給されている。リモコン制御部６０は、ＰＩＯ
ボード５６および操作リモコン４２と接続されており、
操作リモコン４２のボタン操作に関する情報をＰＩＯボ
ード５６へ出力する。リモコン制御部６０は、インター
ロック・駆動回路６２、運転準備・非常停止回路６３お
よびブレーキ・クラッチ回路６４からなる。インターロ
ック・駆動回路６２は、操作リモコン４２のスタートボ
タン４３、復帰ボタン４６、バックステップボタン４７
およびセーフティボタン４８と接続され、運転準備・非
常停止回路６３は、停止ボタン４４、及び、図示しない
制御盤前面の非常停止ボタン及び運転準備ボタンと接続
されている。また、ブレーキ・クラッチ回路６４はクラ
ッチ開放ボタン４５と接続され、さらに、アーム軸駆動
ユニット３７およびコラム軸駆動ユニット２６の電磁摩
擦クラッチ３１および保持ブレーキ３５と接続されてい
る。ブレーキ・クラッチ回路６４には、電源装置６５よ
り２４Ｖの直流電流が供給され、この直流電流は電磁摩
擦クラッチ３１および保持ブレーキ３５へ供給される。

【００３０】一方、モータ制御部６１のアーム軸ドライ
バ６６にはＡ／Ｄ・Ｄ／Ａボード５８が接続され、ま
た、アーム軸ドライバ６６は、アーム軸駆動ユニット３
７のモータ３３およびエンコーダ３６に接続されてい
る。Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａボード５８からアーム軸ドライバ６
６へは、モータ制御用の制御指令が入力される。アーム
軸ドライバ６６は、制御指令とエンコーダ３３からの入
力信号に基づき、モータ３３へモータ駆動用の電流を供
給する。同様に、コラム軸ドライバ６７は、Ａ／Ｄ・Ｄ
／Ａボード５８およびコラム軸駆動ユニット２６と接続
され、制御指令に従って、モータ３３へモータ駆動用の
電流を供給する。

【００３１】アーム軸デテクタ６８は、転写側のアーム
軸リーディングヘッド４１と接続され、また、ＰＩＯカ
ウンタボード５９に接続されている。アーム軸リーディ
ングヘッド４１からアーム軸デテクタ６８へは、前述の
ように、パルス信号（磁気（ＮＳ）パルス信号）が入力
される。アーム軸デテクタ６８は、入力信号に基づい
て、ＤＳＰボード５７での処理用のパルス信号を生成し
てＰＩＯカウンタボード５９へ出力する。同様に、コラ
ム軸デテクタ６９は、コラム軸リーディングヘッド３９
からの入力信号に基づいて、ＤＳＰボード５７での処理
用のパルス信号を生成してＰＩＯカウンタボード５９へ
出力する。なお、アーム軸デテクタ６８およびコラム軸
デテクタ６９には、電源装置７０より５Ｖの直流電流が
供給されている。また電源装置７０は、ＰＩＯボード５
６に対して１２Ｖの直流電流を供給している。

【００３２】「ＤＳＰ制御ループの構成」図３は、ＤＳ
Ｐボード５７、制御盤５２およびコラム軸駆動ユニット
２６を含むＤＳＰ制御ループの構成を示している。ＤＳ
Ｐ制御は、ボーリングヘッドを目標位置へ移動させるた
めの制御であり、ＤＳＰ制御の制御対象は、コラム軸駆
動ユニット２６やアーム軸駆動ユニット３７のモータ３
３である。

【００３３】ＤＳＰボード５７の移動軌跡制御部７１で
は、所定の移動軌跡制御ロジックが実行され、目標位置
が出力される。すなわち、計測側における代表点に対応
する対応点を求め、この対応点からアーム軸に沿ってボ
ーリンクヘッドのストローク分だけ後退した位置決め点
が求められ、この位置決め点が目標位置となる。目標位
置は、微分回路７２にて微分され、目標軸移動速度に変
換される。この目標軸移動速度は、アーム軸２４が上下
方向に移動する速度である（ボーリングヘッド、アーム
軸２４およびコラムヘッド２３は共に上下移動する）。
目標軸移動速度は、定数Ｋ１倍されることにより、モー
タ３３の目標角速度に変換される。ここで、ピニオン２
９の直径を４５（ｍｍ）、減速機３２の減速比を３３と
すると、定数Ｋ１＝（２π／（４５×π））×３３であ
る。そして、目標角速度にフィードフォワードゲインＧ
がかけられて加算器７３に入力される。ここで、ボーリ
ングヘッドの目標軸移動速度は、所定の速度パターンに
基づいて決定するが、これについては後述する。

【００３４】一方、制御盤５２のコラム軸デテクタ６９
からＰＩＯカウンタボード５９へは、前述のようにパル
ス信号が入力される。このパルス信号は、コラム軸リー
ディングヘッド３９に対してコラム軸リニアスケール３
８が移動した時の、スケール上の磁極の変化（Ｎ→Ｓ、
Ｓ→Ｎ）を示している。そして、スケール上では、０．
００５ｍｍごとに磁極が変化する。ＰＩＯカウンタボー
ド５９は、パルス信号からパルス数を求める。このパル
ス数が、定数Ｋ３倍（Ｋ３＝０．００５）されてボーリ
ングヘッド先端の上下方向の実位置に変換され、実位置
が加減算器７４に入力される。加減算器７４では、上記
の実位置と、移動軌跡制御部７１から出力された目標位
置との位置偏差が計算され、この位置偏差がＰＩコント
ローラ７５を経由して加算器７３に入力される。

【００３５】加算器７３が出力した角速度は、定数Ｋ２
倍されてモータ制御用の指令電圧（±１０Ｖ）に変換さ
れ、そして、指令電圧が制御盤５２のコラム軸ドライバ
６７へ入力される。コラム軸ドライバ６７は、指令電圧
に従い、モータ３３へ電流を供給する。ここでは、エン
コーダ３６から入力されるモータ角速度を用いたフィー
ドバック制御が行われる。モータ３３は供給された電流
によって駆動され、モータ３３の回転が、減速機３２に
て減速された後、電磁クラッチ３１を介してピニオン２
９へ伝えられる。

【００３６】その他、ＰＩＯカウンタボード５９が出力
したパルス数は、制御コンピュータ５１へ出力される。
制御コンピュータ５１では、パルス数がボーリングヘッ
ドの実位置に変換される。そして、実位置は、ＣＲＴ座
標表示部７６にて表示用の座標値に変換され、ディスプ
レイ５４に表示される。

【００３７】以上がコラム軸駆動ユニット２６を制御す
るＤＳＰ制御ループである。アーム軸駆動ユニット３７
を制御するＤＳＰ制御ループの構成も同様である。上記
のＤＳＰ制御により、ボーリングヘッドは、一制御単位
ごとの目標位置を順次たどる。このようにして、干渉回
避動軌跡制御ロジックにて決定された移動軌跡に従って
ボーリングヘッドが移動する。

【００３８】「システムの動作」次に、本実施形態の造
形モデル反転システムの動作を説明する。計測側では、
作業者Ａが、計測器１０のベース１１を半面モデル２の
前面側の計測開始位置に保持する。そして、作業者Ａは
半面モデル２上の代表点を決め、アーム軸１４を移動さ
せて代表点にプローブ１５先端を接触させる。計測器１
０は、プローブ１５が代表点に接触した時に、プローブ
１５先端の位置座標を求める。この位置座標が、対応点
の位置として、制御コンピュータ５１のインターフェイ
ス部５３に入力される。作業者Ａは、ベース１１を計測
開始位置に保持した状態で、半面モデル２上の複数の点
（上端から下端まで）を代表点として選び、上記の作業
を行う。そして、作業者Ａは、ベース１１を所定距離づ
つ離れた位置に移動させ、各位置にて同様の作業を行
う。作業者Ａは、ベース１１を半面モデル２の前面、側
面、後面へと移動させる。この際、前面から側面に移る
時、および側面から後面に移る時には、ベース１１の向
きを９０度変更する。以上のようにして、中型クラスの
自動車のモデルの場合で、約１３００の代表点の位置座
標が順次インターフェイス部５３に入力される。入力さ
れた位置座標は、順次、制御コンピュータ５１のメモリ
領域のＦＩＦＯ処理部にストックされる。

【００３９】一方、転写側では、下記のように、代表点
をワーク５に転写する転写作業が行われる。作業者Ｂ
は、上記の計測開始位置と対象な位置にベース２１を保
持する。そして、操作リモコン４２のセーフティボタン
４８を押しながら、スタートボタン４３を押す。制御盤
５２のインターロック・駆動回路６２は、スタートボタ
ン４３が押されたことを示す情報をＰＩＯボード５６へ
出力する。

【００４０】ここで、インターロック・駆動回路６２
は、セーフティボタン４８が押されていなければ、スタ
ートボタン４３が押されても機能しない。これにより、
システムの安全性が確保されている。なお、復帰ボタン
４６、バックステップボタン４７が押された時も同様で
ある。

【００４１】スタートボタン４３が押されると、制御コ
ンピュータ５１は、ＦＩＦＯ処理部に記憶された一つ目
の代表点の位置座標をＤＳＰボード５７に出力する。Ｄ
ＳＰボード５７の移動軌跡制御部７１は、所定の移動軌
跡制御ロジックを実行してボーリングヘッドの移動軌跡
を求める。ここでは、まず、代表点に対応する位置決め
点の座標が求められる。位置決め点は、代表点に対する
対応点からボーリングヘッドのストロークだけ離れた点
である。そして、現在のボーリングヘッドの位置を出発
点とし、位置決め点を到達点とする移動軌跡が算出され
る。この移動軌跡は、円弧状のものであっても、コラム
軸方向に一旦進んだ後アーム軸方向に進むものでもよ
い。

【００４２】算出された移動軌跡に従い、図３に示した
ＤＳＰ制御ループにより、コラム軸駆動ユニット２６お
よびアーム軸駆動ユニット３７が制御される。そして、
ボーリングヘッドが移動軌跡上を位置決め点へ向けて移
動する。

【００４３】ボーリングヘッドが位置決め点へ到達する
と、ＤＳＰボード５７は、アーム軸ドライバ６６、コラ
ム軸ドライバ６７への指令電圧を０Ｖにする。また、制
御盤５２のブレーキ・クラッチ回路６４が、コラム軸駆
動ユニット２６およびアーム軸駆動ユニット３７の保持
ブレーキ３５への電流を遮断し、保持ブレーキ３５がモ
ータ３３にブレーキをかける。これにより、コラムヘッ
ド２３がコラム軸２２に対して動かないように保持さ
れ、また、アーム軸２４がコラムヘッド２３に対して動
かないように保持される。従って、ボーリングヘッド
は、位置決め点にて、移動しないように保持される。

【００４４】ボーリングヘッドが保持されると、作業者
Ｂは、ボーリングヘッドユニット２５のスイッチを入れ
てボーリングヘッドを回転させる。そして、作業者Ｂ
は、ボーリングヘッドを押してストロークだけ移動させ
る。この作業で、ボーリングヘッドによりワーク５にド
リル穴が開けられる。ドリル穴の底は対応点と一致す
る。

【００４５】作業者Ｂは、ボーリングヘッドを元の位置
に戻し、再び、セーフティボタン４８を押しながら、ス
タートボタン４３を押す。これに応じて、制御用コンピ
ュータ５１は、ＦＩＦＯ処理部から２番目の代表点の位
置座標を出力する。ＤＳＰボード５７の移動軌跡制御部
７１は、ボーリングヘッドの現在位置を位置決め点に更
新し、代表点から位置決め点を求める。そして、位置決
め点を出発点、位置決め点を到達点とする移動軌跡を求
める。

【００４６】作業者Ｂにより、スタートボタン４３を押
す作業と、ボーリングヘッドを使った穴開け作業が繰り
返される。これにより、順次、代表点がワーク５へ転写
される。そして、ベース２１を最初に保持した位置での
転写作業が終了すると（すなわち、計測側で計測開始位
置にて求められた全代表点の転写が終了すると）、作業
者Ｂはベース２１を移動する。作業者Ｂは、ベース２１
を所定距離づつ離れた位置に移動し、各位置にて同様の
作業を行う。この所定距離は、ベース１１を移動する際
の距離と同じに設定されている。作業者Ｂは、計測側と
同様に、コラム軸２１をワーク５の前面、側面、後面へ
と移動させ、前面から側面に移る時、および側面から後
面に移る時には、ベース２１の向きを９０度変更する。

【００４７】ワーク５全体の転写作業が終了すると、従
来と同様にワーク５が削られる。ドリル穴の底は反転モ
デルの表面上の点を示しているので、ドリル穴を加工用
目印としてワーク５が削られる。この際、作業者は、へ
ら等を使い、ドリル穴がなくなるまでドリル穴周辺の粘
土を削る。このようにして、半面モデルと対称な反転モ
デルが作成される。

【００４８】次に、操作リモコン４２の他のボタンが押
された時の動作を説明する。停止ボタン４４が押される
と、運転準備・非常停止回路６３は、アーム軸ドライバ
６６およびコラム軸ドライバ６７にモータ３３への電流
供給を停止させる。また、ブレーキ・クラッチ回路６４
に電磁摩擦クラッチ３１を開放させ、保持ブレーキ３５
を解除させる。

【００４９】また、クラッチ開放ボタン４５がＯＮ状態
の時は、ブレーキ・クラッチ回路６４が電磁摩擦クラッ
チ３１を開放し、ＯＦＦ状態の時は電磁摩擦クラッチ３
１を接続する。

【００５０】また、復帰ボタン４６が押されると、電磁
摩擦クラッチ３１が接続され、現在の目標位置への移動
が自動スタートされる。すなわち、復帰時点で設定され
ている次の位置決め点への移動軌跡が算出され、この移
動軌跡に従ってボーリングヘッドが移動する。

【００５１】また、バックステップボタン４７が押され
ると、一つ前の位置決め点への移動が自動スタートされ
る。すなわち、現在の位置決め点を出発点とし、一つ前
の位置決め点を到達点とする移動軌跡が算出され、この
移動軌跡に従ってボーリングヘッドが移動する。

【００５２】「台形速度パターンによる移動」ここで、
本実施形態においては、転写側のボーリングヘッドを１
つの位置決め点から次に位置決め点に送る際に、台形速
度パターンを用いて移動速度を決定する。そこで、ここ
で使用する速度パターンについて、以下に説明する。

【００５３】（第１制御例）第１制御例について、図４
のフローチャートおよび図５の速度パターンに基づいて
説明する。まず、各軸移動距離ｄを演算算出する（Ｓ１
１）。ｄ＝｜目標座標−現在座標｜である。この例で
は、まずコラム軸方向に移動し、その後アーム軸方向に
移動する。そこで、以下の説明では、１軸方向の移動に
ついてのみ説明する。軸移動距離ｄが算出された場合に
は、次に定速部分の時間Ｔｃを次式で演算する（Ｓ１
２）。

【００５４】

【数１】Ｔｃ＝ｄ／Ｖｍａｘ−｛Ｔａ＋（１＋Ｋｓｆ）
Ｔｄ＋２Ｋｓｆ・Ｔｓｆ｝／２ここで、Ｖｍａｘは各軸到達目標速度（定速部分の移動
速度）、Ｔａは各軸加速時定数（Ｖｍａｘまで加速する
のに必要な時間）、Ｔｄは各軸減速時定数（Ｖｍａｘか
らＫｓｆ・Ｖｍａｘまで減速するのに必要な時間）、Ｔ
ｓｆは各軸ソフト減速継続時間（予め定めたＫｓｆ・Ｖ
ｍａｘでの移動の継続時間）、Ｋｓｆはソフト減速係数
（予め定めた値）である。

【００５５】このようにして、Ｔｃが求められた場合に
は、求められたＴｃが０以上か否かを判定する（Ｓ１
３）。すなわち、加速部分の加速により、移動速度がＶ
ｍａｘに至るか否かについて判定する。

【００５６】Ｓ１３において、Ｔｃが０以上であった場
合には、加速部分の速度指令Ｖａを出力し始動する（Ｓ
１４）。この速度指令Ｖａは、Ｖａ＝（Ｖｍａｘ／Ｔａ）・ｔで決定される。ここで、ｔは時間であり、この速度指令
Ｖａにより、一定の加速度（Ｖｍａｘ／Ｔａ）で速度Ｖ
ｍａｘまで加速する。

【００５７】そして、時刻Ｔａに至った（速度Ｖｍａｘ
に至った）場合には、定速部分の速度指令Ｖｃ＝Ｖｍａ
ｘを出力する（Ｓ１５）。これによって、一定速度Ｖｍ
ａｘでの定速の移動が行われる。次に、時刻Ｔａ＋Ｔｃ
に至った場合には、減速部分の速度指令Ｖｄを出力する
（Ｓ１６）。このＶｄは、次式によって決定される。

【数２】Ｖｄ＝−｛（１−Ｋｓｆ）・Ｖｍａｘ／Ｔｄ｝
・ｔ＋｛Ｖｍａｘ＋（１ーＫｓｆ）・Ｖｍａｘ／Ｔｄ｝
・（Ｔａ＋Ｔｃ）これによって、一定の減速度で速度が減少する。そし
て、時刻Ｔａ＋Ｔｃ＋Ｔｄに至った（速度がＫｓｆ・Ｖ
ｍａｘに至った）場合には、ソフト減速部分の速度指令
Ｖｓｆを出力する（Ｓ１７）。このＶｓｆは、Ｖｓｆ＝Ｖｍａｘ・Ｋｓｆで決定される。そして、時刻がＴａ＋Ｔｃ＋Ｔｄ＋Ｔｓ
ｆに至った場合には、速度ゼロ指令を出力し、停止する
（Ｓ１８）。

【００５８】次に、Ｓ１３においてＴｃ＜０であり、定
速部分が存在しない場合について説明する。すなわち、
Ｓ１３において、Ｔｃ＜０の場合には、Ｔｃ＝０となる
ような変換係数Ｋ１を演算する（Ｓ１９）。この変換係
数Ｋ１は、次式によって算出する。

【００５９】

【数３】これは、上述の数１において、ＶｍａｘおよびＴａ、Ｔ
ｄ、ＴｓｆにＫ１を掛けておき、Ｔｃ＝０とすることに
よって、求められる。すなわち、

【数４】ｄ／Ｋ１・Ｖｍａｘ＝Ｋ１｛Ｔａ＋（１＋Ｋｓ
ｆ）Ｔｄ＋２Ｋｓｆ・Ｔｓｆ｝／２を解くことによって得られる。

【００６０】変換係数Ｋ１が得られた場合には、このＫ
１を用いて設定パラメータを変換する（Ｓ２０）。すな
わち、Ｖｍａｘ←Ｋ１・Ｖｍａｘ、Ｔａ←Ｋ１・Ｔａ、
Ｔｄ←Ｋ１・Ｔｄ、Ｔｓｆ←Ｋ１・Ｔｓｆとする。

【００６１】このように、パラメータを変換することに
より、その後の加速部分、減速部分ソフト減速部分にお
ける速度指令は同一の式によって算出できる。また、Ｔ
ｃ＝０であるため、Ｓ１５はその時間が０となる。この
ため、上述のＳ１４からＳ１８をそのまま行えばよい。

【００６２】図の例では、Ｓ１４〜Ｓ１８に対応する動
作について、別のフローとして示してある。まず、加速
部分の速度指令Ｖａを出力する（Ｓ２１）。この状態
で、時刻Ｔａ＝Ｋ１・Ｔａに至った場合には減速部分の
速度指令Ｖｄを出力する（Ｓ２２）。これは、定速部分
がなく、Ｔｃ＝０だからであり、これによって加速部分
の終了後直ぐに減速部分が続く。次に、時刻Ｔａ＋Ｔｄ
＝Ｋ１・（Ｔａ＋Ｔｄ）に至った場合には、ソフト減速
部分の速度指令Ｖｓｆを出力する（Ｓ２３）。そして、
時刻Ｔａ＋Ｔｄ＋Ｔｓｆ＝Ｋ１（Ｔａ＋Ｔｄ＋Ｔｓｆ）
に至った場合には、速度ゼロ指令を出力し（Ｓ２４）、
移動動作を終了する。

【００６３】このように、停止前に所定時間Ｔｓｆまた
はＴｓｆ＝Ｋ１・Ｔｓｆの低速度の定速移動区間が形成
される。従って、慣性によるショックを抑制して、好適
な停止制御が行える。また、そのための制御も非常に簡
単である。

【００６４】この説明では、１軸の移動についてのみ説
明した。しかし、上述のように、本実施形態では、２軸
の移動が必要である。この場合、図６に示すように、ア
ーム側の移動が終了に十分近づいた時（移動が所定の％
以上終了したとき）、コラム側の移動を開始する。そこ
で、アーム軸方向の移動終了直前には、両軸方向で移動
が行われる。そして、目標位置に到達したときにコラム
側の移動が終了する。

【００６５】また、この制御による現在位置から目標位
置までの軌跡は、図７に示したようにものになる。

【００６６】（第２制御例）次に、第２制御例につい
て、図８のフローチャートおよび図９の速度パターンに
基づいて説明する。まず、各軸移動距離ｄを演算する
（Ｓ３１）。これは、上述の場合と同様に、ｄ＝｜目標
座標−現在座標｜により算出する。次に、定速部分の時
間ＴｓｃをＴｓｃ＝ｄ／Ｖｍａｘ−（Ｔｓａ＋Ｔｓｄ）／２により演算する（Ｓ３２）。ここで、Ｖｍａｘは各軸到
達目標速度、Ｔｓａは各軸Ｓ字加速時定数、Ｔｓｄは各
軸Ｓ字減速時定数である。

【００６７】次に、計算された定速部分の時間Ｔｓｃが
０以上か否かを判定する（Ｓ３３）。Ｔｓｃ≧０であっ
た場合には、定速部分が存在する。そこで、加速部分
（放物線１）の速度指令Ｖ１を出力し、移動を開始する
（Ｓ３４）。このＶ１は、Ｖ１＝（２Ｖｍａｘ／Ｔｓａ²）・ｔ² により算出する。従って、時刻ｔがＴｓａ／２になった
ときに、Ｖ１はＶｍａｘ／２となる。そして、時刻ｔが
Ｔｓａ／２になったときには、加速部分（放物線２）の
速度指令Ｖ２を出力する（Ｓ３５）。このＶ２は、Ｖ２＝−（２Ｖｍａｘ／Ｔｓａ²）・（ｔ−Ｔｓａ）²＋
Ｖｍａｘにより算出する。従って、時刻がＴｓａになったとき
に、Ｖ２はＶｍａｘとなり加速が終了する。

【００６８】次に、時刻がＴｓａになったときには、定
速部分の速度指令Ｖｓｃを出力する（Ｓ３６）。そし
て、時刻がＴｓａ＋Ｔｓｃになったとき、すなわちＴｓ
ｃの時間の定速部分が終了したときには、減速部分（放
物線３）の速度指令Ｖ３を出力する（Ｓ３７）。この速
度指令Ｖ３は、Ｖ３＝−（２Ｖｍａｘ／Ｔｓｄ²）・（ｔ−Ｔｓａ−Ｔ
ｓｃ）²＋Ｖｍａｘにより算出する。そして、時刻Ｔｓａ＋Ｔｓｃ＋Ｔｓｄ
／２になり、Ｖ３がＶｍａｘ／２になった時には、減速
部分（放物線４）の速度指令Ｖ４を出力する（Ｓ３
８）。この速度指令Ｖ４は、Ｖ４＝−（２Ｖｍａｘ／Ｔｓｄ²）・（ｔ−Ｔｓａ−Ｔ
ｓｃ−Ｔｓｄ）² により算出する。そして、時刻Ｔｓａ＋Ｔｓｃ＋Ｔｓｃ
＋Ｔｓｄに至り、Ｖ４は０となった時には、速度ゼロ指
令を出力し、移動を停止する（Ｓ３９）。

【００６９】次に、Ｓ３３においてＴｓｃ＜０であり、
定速部分が存在しない場合について説明する。すなわ
ち、Ｓ３３において、Ｔｓｃ＜０の場合には、Ｔｓｃ＝
０となるような変換係数Ｋ２を演算する（Ｓ４０）。こ
の変換係数Ｋ２は、次式によって算出する。

【００７０】

【数５】これは、上述のＴｓｃを求める式において、Ｖｍａｘお
よびＴａ、Ｔｄ、ＴｓｆにＫ２を掛けておき、Ｔｓｃ＝
０とすることによって、求められる。すなわち、

【数６】ｄ／Ｋ２・Ｖｍａｘ＝Ｋ２（Ｔｓａ＋Ｔｓｄ）
／２を解くことによって得られる。

【００７１】変換係数Ｋ２が得られた場合には、このＫ
２を用いて設定パラメータを変換する（Ｓ４１）。すな
わち、Ｖｍａｘ←Ｋ２・Ｖｍａｘ、Ｔｓａ←Ｋ２・Ｔｓ
ａ、Ｔｓｄ←Ｋ２・Ｔｓｄとする。

【００７２】このように、パラメータを変換することに
より、その後の加速部分（放物線１、２）、減速部分
（放物線３、４）における速度指令は同一の式によって
算出できる。また、Ｔｓｃ＝０であるため、Ｓ３６はそ
の時間が０となる。このため、上述のＳ３４からＳ３９
をそのまま行えばよい。

【００７３】図の例では、Ｓ３４〜３９に対応する動作
について、不要な工程であるＳ３６に対応する工程を削
除した別のフローとして示してある。すなわち、加速部
分（放物線１）の速度指令Ｖ１の出力（Ｓ４２）、加速
部分（放物線２）の速度指令Ｖ２の出力（Ｓ４３）、減
速部分（放物線３）の速度指令Ｖ３の出力（Ｓ４４）、
減速部分（放物線４）の速度指令Ｖ４の出力（Ｓ４５）
を順に出力した後、速度ゼロ指令を出力し処理を終了す
る（Ｓ４６）。

【００７４】このように、放物線の組み合わせという非
常に簡単な手法で、滑らかな始動、停止が行える軸移動
制御が行える。また、放物線を用いたこの制御では、上
述の台形制御に対し、移動に要する時間が長くなるとい
うことがない。

【００７５】また、この例においても２軸の移動が必要
である。そこで、上述の場合と同様に、アーム側の移動
が終了に十分近づいた時、コラム側の移動を開始し、目
的位置に到達したときにコラム側の移動が終了する。こ
れについて、図１０に示す。また、このような制御を行
った場合の移動軌跡を図１１に示す。

【００７６】「その他の構成」上述の例では、本発明の
移動速度制御システムを造形モデル反転システムに適用
した例について説明した。しかし、本移動速度制御シス
テムは、ＮＣデバイスにおける工具のから送りなど各種
の物体移動における速度制御に利用することができる。
また、３軸の移動にも利用でき、また円弧状の軌跡の移
動にも利用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態が適用される造形モデル反
転システムの構成を示す説明図である。

【図２】図１のシステムを制御する制御部の構成を示
すブロック図である。

【図３】ＤＳＰボード、制御盤およびコラム軸駆動ユ
ニットを含むＤＳＰ制御ループの構成を示すブロック図
である。

【図４】制御例１の軸移動の動作を示すフローチャー
トである。

【図５】制御例１の軸移動速度のパターンを示す図で
ある。

【図６】制御例１の２軸移動のパターンを示す図であ
る。

【図７】制御例１の２軸移動の軌跡を示す図である。

【図８】制御例２の軸移動の動作を示すフローチャー
トである。

【図９】制御例２の軸移動速度のパターンを示す図で
ある。

【図１０】制御例２の２軸移動のパターンを示す説明
図である。

【図１１】制御例２の２軸移動の軌跡を示す図であ
る。

【符号の説明】

１基準面、２半面モデル、５ワーク、１０直交
三次元計測器、１５プローブ、２２コラム軸、２３
コラムヘッド、２４アーム軸、２５ボーリングヘッ
ドユニット、２６コラム軸駆動ユニット、３７アー
ム軸駆動ユニット、３８コラム軸リニアスケール、３
９コラム軸リーディングヘッド、４０アーム軸リニ
アスケール、４１アーム軸リーディングヘッド、４２
操作リモコン、５０制御部、５１制御用コンピュ
ータ、５２制御盤。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体を現在位置から目標位置まで移動さ
せる際の移動速度を制御する移動速度制御システムであ
って、現在位置からの移動開始後に所定の加速度一定の加速区
間を有し、目標位置に至る前に所定の減速度一定の減速
区間を有すると共に、目標位置に至る直前に、減速区間における減速度より減
速度の小さなソフト減速区間を挿入配置することを特徴
とする移動速度制御システム。
【請求項２】請求項１に記載のシステムにおいて、上記ソフト減速区間は、所定の低速度の定速区間である
ことを特徴とする移動速度制御システム。
【請求項３】物体を現在位置から目標位置まで移動さ
せる際の移動速度を制御する移動速度制御システムであ
って、現在位置からの移動開始後に所定の加速度の加速区間を
有し、目標位置に至る前に所定の減速区間を有すると共
に、上記減速区間は、現在位置に近い高速側において上に凸
の放物線に従い移動速度が変化する領域を有し、目標位
置座標に近い低速側において下に凸の放物線に従い移動
速度が変化する領域を有することを特徴とする移動速度
制御システム。