JPS61245209A

JPS61245209A - 加減速制御方式

Info

Publication number: JPS61245209A
Application number: JP8550385A
Authority: JP
Inventors: Hajime Kishi; 甫岸; Shinsuke Sakakibara; 伸介榊原
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1985-04-23
Filing date: 1985-04-23
Publication date: 1986-10-31

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）本発明は、加減速制御方式に係り、特に工作機械の可動
部やロボットのハンドなどの駆動に適用して好適な加減
速制御方式に関する。

（従来の技術）従来、工作機械、ロボット等の軸移動の制御を行なう制
御方式においては、一般に軸移動の開始時及び減速時に
機械系にショックや振動を与えないような加速、減速が
行なわれる。かかる加減速制御方式としては、例えば、
軸移動距離に対応して発生するパルス信号の供給速度を
指数関数的に加速あるいは減速する方式がある。

この方式では、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸の直線補間の場合、サ
ンプリング周期をＴ、与えられた送り速度をＦ、Ｘ軸の
移動量をｘ、Ｙ軸の移動量ｙ、接線方向の移動量を５　
（＝　ｉ）とすると、第２図に示す粗補間器１において
、サンプリング周期Ｔ毎にΔｓ＝Ｆ拳Ｔの演算を行なっ
て接線方向の微小な移動量成分ΔＳを求め、ΔＳから次
式によりＸ軸、Ｙ軸方向の移動量成分ΔＸ、Δｙを求め
、 Δｘ　＝　Ａ　Ｓ＠Ｘ　／　Ｆ７７７−・・−（１）Δ
ｙ＝ΔＳ”　Ｖ／２　　　　　・・・（２）このΔＸ、
Δｙに対して各軸独立に遅れを持たせて相補間及び加減
速を行なう。

第２図において、粗補間器ｌは送り速度Ｆ、Ｘ軸及びＹ
軸の移動量ｘ、ｙを用いて（１）。

（２）式から各種の相補間データΔＸ、Δｙを演算し、
それぞれパルス分配器２，６に入力する。

精補間器としてのパルス分配器２，６は相補間データΔ
Ｘ、Δｙに基づいてパルス分配演算を行なって１サンプ
リング時間の間にΔＸ、Δｙに相当する数の分配パルス
Ｘｐ、Ｙｐを発生し、それぞれ加減速回路３，７に入力
する。各加減速回路３．７は立上り時、立下り時共に第
３図に示すように指数関数形の加減速を行なうものとす
れば、第４図に示す構成を有する。第４図において３ａ
はパルス分配器２，６から出力される分配パルスＸｐ、
Ｙｐと加減速回路３，７の出力パルスｘＣＰ、ＹＣＰと
を合成する合成回路、３ｂは合成回路３ａから出力され
るパルスを累積するレジスタ、３Ｃはアキュムレータ、
３ｄはレジスタ３ｂの内容Ｅと７キユムレータ３ｃの内
容を一定速度ＦｃのパルスＰが発生する毎に加算し、そ
の結果をアキュムレータ３Ｃにセットする加算器である
。今１分配パルスＸｐの速度をＦ、出力パルスｘＣＰの
速度をＦ。とすれば次式が成立する。

ｄ　Ｅ　／　ｄ　ｔ　＝　Ｆ　−Ｆ　ｏ　　　　　　・
・・（３）ＦＯ＝（Ｆ　ｃ／２”）−Ｅ　　　　　　−
（４）ただし、アキュムレータ３Ｃのビット数はｎであ
る。さて、上式において、（３）式はレジスタ３ｂに累
積されるパルス数の単位時間当りの増分であり、（４）
式はアキュムレータ３Ｃから単位時間ちりに出力される
桁上げパルス（出力パルスｘｃｐ）の数である。この（
３）、（４）式より、パルスＦ、を求めれば、Ｆｏ＝Ｆ　［１−ｅｘｐ（−ｋｔ）］　　　　・・・（
５）ただし、ｋ＝定数となり、第３図の破線にて示すステップ入力に対応する
出力パルス速度Ｆ。は起動時指数関数的に加速され、停
止時指数関数的に減速される。加減速回路３，７により
指数関数的に加減速された出力パルスＸＣＰ、ＴＣＰは
サーボ回路４，８に入力され、それぞれサーボモータ５
．９を駆動する。

このような指数関数形加減速制御方式においては、加減
速制御を補間と全く無関係に行なえばよく、単に補間を
開始すれば加速がかかり、補間を終了すれば減速がかか
ることになり、補間器や加減速回路自体の構成が簡単に
なるという利点を持っている。しかし、この方式は、各
軸独立な遅れを持っているため円弧補間の場合は、機械
系が正確に指令位置に停止せず、加減速後の経路につい
て誤差を生じる欠点を有している。

そこで、この欠点を解消するために、円弧補間での加減
速後の経路誤差をできるだけ少なくし、且つ与えられた
時定数の時間で第５図に示すような直線形の加速、減速
を行なうようにする加減速制御方式が提案されている（
例えば特願昭５７−１７２８６３号参照）。

第６図はこの直線形加減速回路のブロック図（Ｘ軸につ
いてのみ詳細に示している）である。

粗補間器から出力される各軸の相補間データΔＸｎ、Δ
Ｙｎは加減速回路１０．２０に入力される。各加減速回
路１０．２０はそれぞれ、ｎ個（ただし、ｎは時定数を
τ、サンプリング時間をＴとするときで／Ｔに等しい）
のバッファレジスタ＃１．＃２拳・・・＃（ｎ−１）、
＃ｎと、加算回路ＡＤＤと、加算結果を一時的に記憶す
るアキュムレータＡＣＣと、加算結果を転送するレジス
タＳＵＭと、加算結果を１　／　ｎする除算器ＤＩＶを
有している。各バッファレジスタ＃ｌ〜＃ｎは直列的に
接続され、ｌサンプリング毎に最新の相補間データΔＸ
ｎをバッファレジスタ＃ｌに記憶すると共に各バッファ
レジスタの内容を次段のバッファレジスタに転送し、最
終段のバッファレジスタ＃ｎの内容Δｘｏを加算器ＡＤ
Ｄに入力する。

従って、あるサンプリング時点において、加算器ＡＤＤ
は、レジスタＳＵＭの内容をＳｔとすれば、 ΔＸｎ−ΔＸｏ＋Ｓｔ＋Ｓｔの演算を行ない、演算結果を７キユムレータＡＣＣに格
納する。アキュムレータＡＣＣの内容は、除算器ＤＩＶ
によりｌ　／　ｎされ、出力される。これと同時に各バ
ッファレジスタ（＃ｌ〜＃ｎ）の内容は次段のバッファ
レジスタにシフトされ、また、ΔＸｎは先頭のバッファ
レジスタ＃１に記憶され、更にアキュムレータＡＣＣの
内容ＳｔはレジスタＳＵＭに転送される。

このようにして、直線形加減速回路を構成し。

第５図に示されるような直線形の加減速を行なわせるこ
とができる。

この方式は、円弧経路誤差を従来の場合と比べるとはる
かに小さくすることができ、この加減速回路においては
補間と全く無関係に加減速制御できるから回路構成が簡
単である。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような直線形の加減速を行なうと、
第５図の加減速指令パターンから明らかなように、第３
図の指数関数形加減速制御の場合にくらべて角の部分が
生じて、この角すなわち加速度の急に変化する部分で、
機械系にシ菫ツクや振動が生じ、速度制御とともに位置
決め制御を必要とするロボットのハンドなどでは、機械
系に剛性がないためハンドに生じた振動がなかなか吸収
されないという問題があった。また、加減速時の時定数
τが特定の値、つまりｎ＊Ｔに固定されてしまうため、
移動すべき距離が短かい場合には指令速度Ｆまで加速で
きない、すなわち、時定数τ＝ｎａＴと移動距離Ｓとか
ら送り速度の最大値ＦがＦ　＝　ｓ　／　ｎ・Ｔとして
決定されるから、速度指定をする意味がなくなってしま
うなどの問題があった。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記問題点を解決するために、所定のサンプ
リング周期で送り速度を指令して、指令速度まで送り速
度を加速し且つ減速して機械系を目標位置まで移動する
ようにした加減速制御方式において、各サンプリング時
点での移動量成分に重み付け演算を施す第１の演算部と
、重み付けされた移動量成分を順次記憶する記憶部と、
所定個数の移動量成分を加重平均する第２の演算部と、
これら第１、第２の演算部の重みパラメータを設にする
設定手段とを具備し、前記第２の演算部での演算結果を
指令速度として出力するようにした加減速制御方式を提
供することを目的とする。

（作用）上記構成の加減速制御方式においては、移動量成分に重
み付け演算をし、所定側数の移動量成分を荷重平均して
、指令速度Ｆに到達するまでの加速パターン、定速領域
での送り速度および停止に至る減速パターンを所望の形
状で設定することができ、移動距離がみじかいときでも
、指令位置に正しく停止させるようにして、剛性のない
機械系での加減速制御時の振動を速やかに吸収して、円
滑な駆動を可能としている。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図で、機械
系のｘｆｄＩ駆動制御部についてのみ詳細に示している
ものである。

粗補間器１は前記（１）、（２）式の演算を行なってｌ
サンプリング毎に各軸の相補間データΔＸｎ、ΔＹ１を
発生し、加減速回路１１．２１に入力する。

加減速回路１１は、各サンプリング時点での移動量成分
としての相補間データ（ΔＸ　ｉ　）に対応して設定さ
れる重みパラメータ（ａｔ）によって重み付け演算を施
す第１の演算部１例えば乗算器１２と１ｍ個のバッファ
レジスタ＃ｌ　、　＃２　、・・・＃ｍ（但し、ｍは加
、減速の時定数の最大設定値し、サンプリング時間Ｔの
時、ｔ／Ｔに等しい、）と、第２の演算部、例えば乗算
器１２とｍ番目のバッファレジスタ＃ｍとに接続される
加算回路ＡＤＤ、この加算結果を一時的に記憶するアキ
ュムレータＡＣＣ，この加算結果を上記加算回路ＡＤＤ
に転送するレジスタＳＵＭ、アキュムレータＡＣＣの出
力を１／Σａｉする除算器などから構成され、加減速回
路２１も同様の構成からなり、それら加減速回路１１．
２１の重みパラメータ（ａｉ）　　、（ｂｉ）はパラメ
ータ設定回路３０で設定するようにしている。

上記各バッファレジスタ＃ｌ、＃２．・・ハ直列的に接
続され、ｌサンプリング周期毎に最新の相補間データΔ
Ｘｉが初段のバッファレジスタ＃ｌに記憶され、かつ各
レジスタの内容は次段のレジスタに転送され、最終段の
レジスタ＃ｍの出方は符号が反転されて上記加算器ＡＤ
Ｄに入力されるので、乗算器１２での重み付け演算のた
めの重みパラメータ（ａｉ）を設定回路３ｏから供給し
ておくと、あるサンプリング時点での加算器ＡＤＤの出
力はΔＸＩＸａｌ＋Δｘ２ｘａ２＋・・拳＋ΔＸ　ｍ　
Ｘ　ａ　ｍとなる。この時、アキュムレータＡＣＣの内
容は、除算器ＤＩＶにおいてｌ／Σａｉされ、この演算
結果は指令速度として精補間器として機能するＸ軸周の
パルス分配器４０Ｘに出力される。

また、上記実施例では１重み付けされた移動量成分ＡＸ
Ｉ　Ｘａ　１．ＡＸ２　Ｘａ２、・・・ΔｘｍＸａｍを
ｚ＜ッファレジスタ＃ｌ、＃２．・・・＃ｍで順次記憶
させているが、シフトさせずにポインタを使用すること
で、加算器ＡＤＤに出方すべき移動量成分を決定するこ
とができ、また、重みパラメータ（ａｉ）の一部を零に
して、荷重平均される移動量成分の個数を任意に設定す
れば、停止位置の精度を低下させることなく加速時間、
減速時間あるいは定速での移動距離を任意に決めること
ができる。

このようにして、第７図の矩形の速度指令入力に対して
１重みパラメータ（ａｉｌ、（ｂｉ）を適宜に設定し、
所定個数の移動量成分を荷重平均した出力をパルス分配
器４０Ｘ、４０Ｙに指令速度として供給して機械系を加
減速制御することができるので、目標とする指令位置に
機械系を正しく移動することができるうえ、加速度の急
激な変化を少くすることが容易である。又、たとえばロ
ボットのハンドの駆動に際して、ハンドが重量物を把持
しているときには、加速時間、減速時間をそれに応じて
長く設定するなどして、ハンドの振動をすみやかに吸収
し、安定した加減速制御が可能である。

なお、上記実施例は、例えば第２の演算部の除算器ＤＩ
Ｖでの演算結果に剰余が生じることを考慮して、アキュ
ムレータなどを別途設けて次周期での除算器ＤＩＶの入
力に加算することで、位置精度を向上できるなど種々の
変更が可能であり、本発明が上記実施例に限定されるも
のでないことは言うまでもない。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、移動量成分に重み付
け演算をし、所定個数の移動量成分を荷重平均して、指
令速度に到達するまでの加速パターン、定速領域での送
り速度および停止に至る減速パターンを所望する形状で
設定することができ、しかも容易に指令位置に停止させ
ることができるので、剛性の少ない機械系での加減速制
御時の振動を速やかに吸収し、精度の良い円滑な駆動を
可能とする加減速制御方式を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す回路ブロック図、第
２図は、従来の加減速制御方式を示すブロック図、第３
図は、指数関数型加減速制御を示す説明図、第４図は、
加減速回路の一例を示す構成図、第５図は、従来の直線
形加減速制御を示す説明図、第６図は、直線形加減速回
路の一例を示す構成図、第７図は、本発明における制御
の一例を示す特性説明図である。１１．１２・・・加減速回路、１２・・・乗算器、・・
・バッファレジスタ、ＡＤＤ・・・加ｊＥ器、ＡＣＣ・
・・アキュムレータ、ＤＩＶ・・・除算器、３０Φｅ・
パラメータ設定回路、４゜Ｘ、４０Ｙ・・・パルス分配
器。特許出願人　ファナック株式会社代　　理　　人　　弁理士　　　辻　　　實第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

所定のサンプリング周期で送り速度を指令して、指令速
度まで送り速度を加速し且つ減速して機械系を目標位置
まで移動するようにした加減速制御方式において、各サ
ンプリング時点での移動量成分に重み付け演算を施す第
１の演算部と、重み付けされた移動量成分を順次記憶す
る記憶部と、所定個数の移動量成分を加重平均する第２
の演算部と、これら第１、第２の演算部の重みパラメー
タを設定する設定手段とを具備し、前記第２の演算部で
の演算結果を指令速度として出力するようにしたことを
特徴とする加減速制御方式。