JP4407083B2 - 指令値生成方法および指令値生成システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置など各種製造装置、エレベータ、エスカレータ、ミシン、座標測定器、プロッタ、搬送装置、自動車・列車・航空機などの輸送機器、或いは玩具など複数の軸を備えた駆動系およびそれらの制御装置の指令値生成方法、およびそれらの指令値生成システムに関するもので、特に、数値制御装置いわゆるＮＣ装置やロボットコントローラなどの指令値生成システムからの指令によって動作する加工機、ロボット、成形機など複数軸の動作の総合により目的とする動作を行う駆動系に対する指令値を生成する指令値生成方法および指令値生成システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数値制御装置いわゆるＮＣ装置やロボットコントローラなどの駆動対象に対する指令値を生成する指令値生成システムでは、上記指令値生成システムに指令するプログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭなどのプログラム作成装置によってプログラム指令された指令経路と指令速度に基づいて、ロボットや加工機などの駆動対象が保有する複数の各軸に対して各軸を動作させるための指令値を与えることにより、上記各軸に対応する各可動部を同時に動作させ、各可動部の動作の総合によって目的の作業を行わせる。このとき、プログラム指令された送り速度に対し、上記指令値生成システムにおいて、各可動部の加減速を行うための指令値を生成して各可動部に自動的に加減速をかけることで、滑らかな動作を実現させるのが一般的である。
図１６は、従来の指令値生成方法における流れ図を示したものである。図１６において、Ｆは指令速度、Ｐは指令経路、ｔは時間、Ｖは速度、ＸおよびＹは座標軸である。
従来の方法は、図１６に示したように、プログラムから各サーボ軸への指令値を生成する手順は、「前処理」、「加減速」、「補間」および「座標変換」というように行われる。すなわちプログラミング等を行うＣＡＤ／ＣＡＭなどのプログラム作成装置で指令速度と指令経路がプログラム指令され、上記指令速度と指令経路はＮＣ装置などの数値制御システムに読込まれ、例えばプログラム座標系上の数値である指令速度Ｆ４０や、指令経路Ｐ１からＰ２までの曲線に沿った長さ等を計算するなどの前処理がなされる。次いで、上記指令経路に沿った方向に速度を滑らかにする加減速が行われ、加減速された後の加減速後速度Ｖｋに基づいて、現在の位置Ｐｋから単位時間当たりの移動量、すなわち加減速後速度Ｖｋと補間周期ｄｔの積に相当する分だけ進んだ位置Ｐｋ＋１を計算して各軸の座標値を求める補間が行われる。さらに、プログラム座標系上の座標値から、機械構造に応じて座標値を駆動対象の有する各軸の単位移動量を要素とする座標系、すなわち機械座標系上の座標値に変換されることにより、各サーボ軸への滑らかな指令値が作成される。上述の従来法における加減速は、一般に補間前加減速と呼ばれるもので、加減速による遅れに起因する軌跡誤差が発生しない長所をもつが、各軸の加速度が所定の許容加速度を越えないように制御しなければならないという制限があった。
【０００３】
図１７は、特開平０３-０７８００６号公報に掲載された従来の指令値生成方法を示すＮＣ装置などの指令値生成システムにおける指令値生成部の構成図である。図１７において、８００は指令値生成部全体、８１はプログラム指令された指令要素に対して指令の解釈や補正などの前処理を行う前処理部、８２は上記前処理部８１で前処理された指令要素を格納するバッファ、８３、８４はそれぞれ上記バッファ８２に格納された指令要素中の指令経路および指令速度、８５は上記指令経路８３および各軸の許容加速度から移動方向の許容加速度を求める加速度計算部、８６は上記加速度計算部８５で求められた移動方向の許容加速度および上記指令経路８３と指令速度８４に基づいて加減速を行う加減速部、８７は上記加減速部８６において加減速された結果である加減速後速度と上記指令経路８３から補間を行い、各サーボ制御部に対応する実軸座標系上の指令位置を求める補間部である。
また、Ａは上記加速度計算部８５で求められた可動部が移動する移動方向の許容加速度、Ａ１〜Ａｎは複数軸からなる可動部分の各軸の許容加速度、Ｂはプログラム指令された指令要素、Ｂｄは上記前処理部８１で前処理された後の指令要素、ＳＶ１〜ＳＶｎは各サーボ制御部に対応する各軸、Ｖａは上記加減速部８６で加減速された結果である加減速後速度を示す。
【０００４】
次に、動作について説明する。
図１７に示すように、プログラム作成部で作成された指令要素Ｂは、指令値生成部８００の中で、先ず、指令値生成部内の前処理部８１において指令の解釈や補正などの前処理が行われ、前処理された指令要素Ｂｄとしてバッファ８２に格納される。バッファ８２に格納された上記指令要素Ｂｄの構成要素である指令経路８３と指令速度８４は、指令値生成部の加速度計算部８５において各軸の許容加速度Ａ１〜Ａｎから移動方向の許容加速度Ａが求められた後、加減速部８６において上記移動方向の許容加速度Ａおよび上記指令要素Ｂｄの指令経路８３と指令速度８４に基づいて加減速が行われる。次いで加減速された結果である上記加減速後速度Ｖａとバッファ８２に格納された指令要素Ｂｄの指令経路８３とから補間部８７にて補間が行われる。指令要素Ｂｄはこのようにして補間部８７において補間された後、最終的に各サーボ制御部に対応する各軸ＳＶ１〜ＳＶｎの実軸座標系上の位置指令が求められる。ここで特徴的な点は、加速度計算部８５がバッファ８２に格納された指令要素の指令経路で決まる移動方向許容加速度を各軸の許容加速度Ａ１〜Ａｎに応じて求める点であり、これにより移動方向や向きによって加速度を切換えることができる。
【０００５】
上述したように、従来の指令値生成法における加減速処理は、プログラムする指令要素毎、或いは一定周期毎に加速度を切換える必要があり、そのため複雑な計算を頻繁に行わなければならず、それゆえ加減速処理に要する計算量が多くなって、加工時間が増大したり、加減速時に速度パターンが乱れるなどの問題があった。特に、先読みを用いて複数ブロックにまたがる加減速処理をする場合、計算量が極めて多くなり、実用上適さないという問題があった。また、指令経路と指令速度をプログラム指令する際に基準として用いるプログラム座標系は、一般に作業対象に対する作業工具の座標値を表す作業座標系と異なっており、上記プログラム座標系と作業座標系が一致していない場合、従来技術では、例えば、軌跡制御、力制御、外乱補償、各種誤差補正などの高度な制御を行うことが困難であった。このように従来技術では、指令値生成方法などに起因して加工時間が短く、加減速時の速度パターンの乱れなどが少ない、スムースで、かつ高性能な駆動を容易に実現することが難しかった。
【０００６】
この発明は、上記のような従来の指令値生成方法や指令値生成システムおよびプログラム作成装置がもつ問題点を解決するためになされたものであり、容易に短時間で効率よく加減速処理が行える指令値生成方法および遅れやずれのない高性能かつスムースな駆動が実現できる指令値生成システムおよびプログラム作成装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第一の構成による指令値生成方法は、複数軸を備え、それら複数軸の各軸に対応する可動部を動作させ、その動作の総合により目的とする作業を行う駆動対象の加減速を行うための指令値を生成する指令値生成方法において、上記駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系をそれぞれ設け、プログラム指令する指令経路と指令速度の少なくともいずれか一方は、加減速を行うための上記第三の座標系上の指令値に変換し、上記座標変換した指令値と上記第三の座標系上の加減速パラメータとに基づいて上記駆動対象の加減速を行うようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る第二の構成による指令値生成方法は、第三の座標系は、作業対象に対する作業工具を表す座標系としたものである。
【００１２】
この発明に係る第三の構成による指令値生成方法は、駆動対象が有する各軸の加減速動作を補間する補間は、第一乃至第三の座標系のいずれかを用いて行うようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る第四の構成による指令値生成システムは、複数軸を備え、それら複数軸の各軸に対応する可動部を動作させ、その動作の総合により目的とする作業を行う駆動対象の加減速を行うための指令値を生成する指令値生成システムにおいて、上記駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系を備え、プログラム指令する指令経路と指令速度の少なくともいずれか一方は、加減速を行うための上記第三の座標系上の指令値に変換し、上記座標変換した指令値と上記第三の座標系上の加減速パラメータとに基づいて上記駆動対象の加減速を行うものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に本発明によるＮＣ装置などの指令値生成システムにおける指令値生成部の構成図を示す。図１において、１００は本発明の指令値生成部であり、１はプログラム指令された指令要素に対して指令の解釈や補正などの前処理を行う前処理部、２は上記前処理部１で前処理された指令要素Ｂを格納するバッファ、３は上記バッファ２に格納された指令要素の指令経路Ｐｍおよび指令速度Ｆｍを各々指令経路Ｐａおよび指令速度Ｆａに変換する座標変換部、４は上記座標変換部３において座標変換された指令経路Ｐａと指令速度Ｆａおよび加速度Ａｃに基づいて加減速を行う加減速部、５は上記加減速部４において加減速された結果である加減速後速度Ｖａと上記座標変換部３において座標変換された指令経路Ｐａとから補間処理を行う補間部、６は上記補間部５で補間された位置指令Ｑａを各サーボ制御部各軸に対応する機械座標系上の位置指令Ｑｍに変換する座標逆変換部である。
【００１６】
図２は本発明による指令値生成方法の流れ図を示したものである。図２において、Ｆは指令速度、Ｐは指令経路、ｔは時間、Ｖは速度、ＸおよびＹは座標軸である。
本発明による指令値生成方法の流れは、図２に示したように、指令速度と指令経路がプログラム指令されると、従来法と同様に先ず前処理が行われ、前処理された指令速度と指令経路は加減速前に、加減速を行うための指令値を表す第三座標系へ座標変換され、その後、加減速される。次いで、加減速後速度Ｖｋに基づいて、現在の位置Ｐｋから単位時間当たりの移動量、すなわち加減速後速度Ｖｋと補間周期ｄｔの積に相当する分だけ進んだ位置Ｐｋ＋１を計算して各軸の座標値を求める補間が行われ、再び、プログラム座標系に座標変換され、さらに、プログラム座標系上の座標値から、機械構造に応じて機械座標系上の座標値に変換されることにより、各サーボ軸への滑らかな指令値が作成される。
【００１７】
次に、図１に示した指令値生成部の動作について説明する。
まず、プログラム指令された指令要素Ｂは、指令値生成部１００の前処理部１において、プログラム指令を行うための指令値を表す座標系によって指令された指令速度Ｆｍと指令経路Ｐｍが読み込まれ、指令速度や長さ等が計算されて前処理され、上記前処理後に指令要素Ｂｄとしてバッファ２に格納される。上記バッファ２に格納された上記指令要素Ｂｄの指令速度Ｆｍと指令経路Ｐｍは、座標変換部３において上記プログラム指令を行うための指令値を表す座標系とは異なる加減速を行うための指令値を表す第三の座標系である加減速座標系によって指令経路Ｐａ、指令速度Ｆａに数値変換される。次いで、加減速部４において、加減速を行うための指令値を表す上記加減速座標系によって数値変換された指令経路Ｐａと指令速度Ｆａおよび加速度Ａｃに基づいて、経路に沿った方向に速度を滑らかにする加減速処理が行われる。その後、補間部５において、上記加減速処理された加減速後速度Ｖａと上記指令経路Ｐａに基づいて現在位置から単位時間あたりの移動量、すなわち加減速後の速度と補間周期ｄｔの積の分だけ進んだ位置Ｐｋ＋１を計算して各軸の座標値を求める補間処理が行われる。さらに、座標逆変換部６において、上記補間処理された各軸の座標値すなわち加減速座標系上の指令位置Ｑａは、上記加減速座標系上の数値から各サーボ軸ＳＶ１〜ＳＶｎに応じた機械座標系上の数値、すなわち滑らかな位置指令Ｑｍに変換される。
【００１８】
ところで、本発明において、加減速部４で加減速を行うための指令値を表す座標系としては、駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系およびプログラムを行うための指令値を表す第二の座標系とは異なる、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系を用いるものである。上記加減速を行うための指令値を表す第三の座標系は、上記第一の座標系および上記第二の座標系に対して、例えば、少なくともひとつの座標軸の最小単位量が異なる、或いは座標軸の方向が異なる、或いは座標軸の原点が異なる、或いは座標系の備える軸数が異なる、或いは直交座標系、斜交座標系、極座標系、円筒座標系などのように座標系の種類が異なるように設け、この第三の座標系を用いて、上記第三の座標系の各軸、或いは合成方向の速度、加速度、加加速度、時定数、精度などの加減速パラメータを指定し、それらのパラメータに基づいて第三の座標系上で加減速処理を行うものである。
【００１９】
第三の座標系として、プログラム座標系を軸毎の許容加速度で正規化した座標系を用いる場合を図３に示す。
図３において、Ａｘ，ＡｙはそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の許容加速度、Ｆは指令速度、Ｇ９０は絶対座標値モード、Ｇ１は直線補間、Ｎはブロック、Ｐは座標位置、Ｕは加減速を行うための指令値を表す座標系上の単位移動量、ＸはＸ軸座標値、ＹはＹ軸座標値である。また、図３（ｉ）はプログラム、図３（ｉｉ）はプログラム座標系、図３（ｉｉｉ）は加減速を行うための指令値を表す加減速座標系である。
【００２０】
図３(ｉ)のプログラム指令値は、図３（ｉｉ）に示すように、プログラム座標系上の座標値Ｘｐ、Ｙｐで与えられ、指令速度Ｆは４０で、ブロックＮ１で位置Ｐ１すなわちＸｐ＝４，Ｙｐ＝０まで直線補間で移動し、次にブロックＮ２で位置Ｐ２すなわちＸｐ＝４、Ｙｐ＝４まで直線補間で移動するようにプログラム指令されている。例えば、プログラム座標系上のＸ軸方向の許容加速度Ａｘを１、Y軸方向の許容加速度Ａｙを２とする。このとき加減速を行うための指令値を表す第三の座標系を、原点および座標系のＸ軸、Ｙ軸ともにプログラム座標系と同一方向で、各軸方向の単位移動量Ａｘ，Ａｙを各々１、２とし、図３（ｉｉｉ）のように設定する。
【００２１】
次に、プログラム座標系を軸毎の許容加速度で正規化した座標系を用いて計算した例を図４に示す。
図４において、Ａｘ，ＡｙはそれぞれＸ軸方向の許容加速度、およびＹ軸方向の許容加速度、φは座標変換行列である。また、図４（ｉ）はプログラム、図４（ｉｉ）は加減速を行うための指令値を表す加減速座標系を示す。
【００２２】
プログラム指令を行うための指令値を表す座標上の座標値が各々Ｘｐ、Yｐで表される場合、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系上の座標値ＸａおよびＹａは、上記図４（ｉ）に示したような式で与えられる。例えば、加減速を行うための指令値を表す加減速座標系における点Ｏｐの座標値Ｘａ、Ｙａがそれぞれ０、０、点Ｐ１の座標値Ｘａ、Ｙａがそれぞれ４、０、点Ｐ２の座標値Ｘａ，Ｙａがそれぞれ４、２となる。このとき加減速を行うための指令値を表す第三の座標系である加減速座標系においてブロックＮ１の移動量はΔＸａ＝４ 、ΔＹａ＝０で長さが４、ブロックＮ２の移動量は ΔＸａ＝０、ΔＹａ＝２で長さが２となっている。さらに移動速度が長さに比例するように速度計算すると、ブロックＮ１の移動速度は、４０×４／４＝４０ 、ブロックＮ２の移動速度は、４０×２／４＝２０ となり図４（ｉｉ）に示したようになる。
【００２３】
図５は本発明による指令値生成方法を実施した場合の速度パターンを従来のものと比較して示したものである。同一番号、同一符号は同じものを表す。
図５において、（ｉ）は従来の速度パターン、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）はそれぞれ本発明の速度パターンであり、横軸は時間、縦軸は合成速度である。
【００２４】
従来の指令値生成法では、プログラム指令を行うための指令値を表す座標系上で一定の加速度、すなわちＸｐ軸とＹｐ軸のなかで一番低い加速度、すなわちＡ＝１を用いて加減速を行うため図５（ｉ）に示したような速度パターンとなる。
一方、本発明によれば、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系は各軸の許容加速度で正規化されており軸毎の特性（許容加速度）はすべて等しく、すべて１になる。加減速部においては、この軸ごとの特性がすべて等しい加減速座標系上を、前述の図４（ｉｉ）の指令系経路と指令速度に対して、一定の加速度で加減速を行い、その結果として図５（ｉｉ）に示すような速度パターンが得られる。この速度パターンに基づいて補間を行い、補間された座標値に座標変換行列φを乗じて、再びプログラム指令を行うための指令値を表す座標系上の数値に変換する。すなわち、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系である加減速座標系上の位置指令Ｑａと機械座標系上の位置指令Ｑｍとの関係式Ｑｍ＝φ×Ｑａによって数値変換される。上記の関係式を二回微分すると、機械座標系上の加速度Ａは、φと加減速を行うための指令値を表す第三の座標系上の加速度（最大１）との積となり、各軸の許容加速度を超えないようになっていることがわかる。このときのプログラム座標系上の合成速度は、図５（ｉｉｉ）に示したような速度パターンとなり、結果的にプログラム座標系上におけるブロックＮ２の移動では加速度Ａ＝２で加減速されるため、従来に比べ加工時間が短縮できる。
【００２５】
このように本発明では加減速処理を行うための指令値を表す第三の座標系自身を許容加速度で正規化したことにより、加減速処理としては一定の加速度を使用でき、そのため過渡的に速度パターンが乱れることなく、かつ簡単な加減速処理で容易に各軸の許容加速度に応じた各サーボ制御部への指令が得られるため、移動方向等に応じて加速度を切り替えるのと同等の時間で移動を終えることが可能となる。
【００２６】
また、上記以外にも、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系として、作業対象に対する作業工具を表す作業座標系を用いることで作業目的に合致した制御を実現することができる。例えば２軸からなる関節型ロボット、一対の２軸が平行でもう一対の２軸が平行な機械、２軸が互いに直交していない機械、或いは直線軸と回転軸を組合わせた機械などにおいて、プログラムに機械の備える各軸の座標値を指令する場合、それぞれ作業対象に対する作業工具を表す座標系は被加工物を基準とした直交座標系とし、この座標系をもって加減速を行うための指令値を表す第三の座標系として上記座標系上の工具先端に対応する座標値に注目して加減速を行う。
【００２７】
図６に第三の座標系として、作業工具を表す作業座標系を用いる場合の実施例を示す。
図６において、Ｘａ、Ｙａは各々第三の座標系である加減速座標系上のＸ軸、Ｙ軸、Ｘｐ、Ｙｐはプログラム座標系上のＸ軸、Ｙ軸、Ｘｗ、Ｙｗは作業座標系上のＸ軸、Ｙ軸であり、θは被加工物とプログラム座標系上のＸ軸との傾き角である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。また、図６（ｉ）はプログラム座標系上の作業座標系、図６（ｉｉ）は加減速座標系、図６（ｉｉｉ）は加減速座標系上の速度、長さを示す図である。
【００２８】
先ずプログラム座標系のＸ軸は、紙面の左右方向、Ｙ軸は上下方向に設けられているとし、プログラム座標系に対して被加工物がθ＝４５°回転した位置に置かれているとする。また、被加工物の加工面を加工するために加工面に平行な方向の動作として、指令速度Ｆ＝４０で、ブロックＮ１でＸｐ＝３、Ｙｐ＝３まで直線補間で移動し、ブロックＮ２でＸｐ＝１、Ｙｐ＝５まで移動するようにプログラム指令されているとする。このときの作業座標系とプログラム座標系との関係は図６（ｉ）のようになり、さらに上記作業座標系を第三の座標系、すなわち加減速座標系として用いた場合、プログラム座標系と加減速座標系の関係は図６（ｉｉ）のようになる。加減速座標系の原点は（０、０）、Ｘａ軸は４５°方向で単位長さＵｘａは√２／２、Ｙａ軸は１３５°方向で単位長さＵｙａは√２となる。また、プログラム座標系と加減速座標系との関係式から、加減速座標系上の座標値、長さ、および長さに比例するように移動速度を求めるとそれぞれ図６（ｉｉｉ）に示したように、Ｎ１の移動長さ６、移動速度５７、Ｎ２の移動長さ２、移動速度２８になる。
【００２９】
図７に、本発明の指令値生成方法を実施した場合の速度パターンを従来法場合と比較して示す。
図７において、Ａは加速度であり、同一符号は同一のものを表す。図７（ｉ）は従来法の速度パターン、図７（ｉｉ）は本発明の加減速座標系上の速度パターン、図７（ｉｉｉ）は本発明の指令値生成方法を実施した場合のプログラム座標系上の速度パターンを示す。
【００３０】
従来技術では、プログラム座標上で一定の加速度、すなわちＸｐ軸とＹｐ軸のなかで最小の加速度である√２／２を用いて加減速を行う。そのため図７（ｉ）に示したような速度パターンとなる。
本発明の指令値生成方法によれば、加減速座標系は各軸の許容加速度で正規化されているので加減速座標系上ではどの軸についても加速度は１である。そのため前述の図６（ｉｉｉ）に示した指令経路と指令速度に対して、一定の加速度１で加減速を行い、その結果として図７（ｉｉ）のような速度パターンとなる。上記速度パターンに基づいて補間を行い、再びプログラム座標系上の座標値に変換すると、プログラム座標系上の合成速度は図７（ｉｉｉ）に示したような速度パターンとなる。その結果、本発明の方法によればＮ２の移動ではプログラム座標系上の加速度Ａ＝√２で加減速され、従来法に比べて加工時間が短縮される。
【００３１】
図８は軸毎の許容加速度に基づいて移動方向に応じて加速度を変更する場合の実施例を示したものである。
図８において、Ａは加速度、Ｆは速度、Ｎはブロック、Ｐは指令経路、Ｕは単位長さを示す。また、図８（ｉ）はプログラム座標系、図８（ｉｉ）は加減速座標系を示す。
【００３２】
図８（ｉ）のように、プログラム座標系上の指令速度Ｆ＝４０、ブロックＮ１でＸｐ＝４、Ｙｐ＝３まで直線補間で移動するように指令されているとする。プログラム座標系上のＸ軸およびＹ軸の許容加速度ＡｘおよびＡｙがそれぞれ１、２とする。加減速座標系とプログラム座標系との関係から図８（ｉｉ）に示すように、加減速座標系上の座標値ＸａおよびＹａはそれぞれ４、１．５、速度Ｆ＝３４、移動方向の加速度Ａｃ′は１．２５となる。このように、本発明の方法では、従来法のように方向によらず一定加速度１を用いた場合よりも、加速度を大きくとれるため、加工時間が短縮できる。
【００３３】
図９に加減速座標系として軸方向だけを変え、加減速座標系上の許容加速度を軸毎に異なるようにした場合の実施例を示す。
図９において、Ａｃ′は移動方向の加速度、Ａａｘ、Ａａｙは加減速座標系上の許容加速度、Ａｊｘ、Ａｊｙはプログラム座標系上の許容加速度である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。また、図９（ｉ）はプログラム座標系、図９（ｉｉ）は加減速座標系、図９（ｉｉｉ）はプログラム座標系と加減速座標系の関係を示したものである。
【００３４】
図９（ｉ）のように、プログラム座標系上の指令速度Ｆ＝４０、ブロックＮ１でＸｐ＝０、Ｙｐ＝４まで直線補間で移動するように指令されているとする。また、図９（ｉｉ）に示すように、加減速座標系上のＸａ軸、Ｙａ軸は、それぞれ４５°方向、１３５°方向傾き、単位長さは、それぞれ１、１とし、許容加速度Ａａｘ、Ａａｙをそれぞれ√２／２、√２に設定する。図９（ｉｉｉ）のように、プログラム座標系と加減速座標系の関係から移動方向の加速度Ａｃ′は各軸の加速度が許容加速度に到達する加速度のうち最小の値、Ａｃ′＝１となり、設定値がプログラム座標系上の最小の許容加速度に制限される従来法に比べて高い値となる。このようにプログラム座標系や機械座標系とは異なる方向に許容加速度の異方性がある場合には、本発明の指令値生成方法によれば短時間で移動が完了できる効果がある。
【００３５】
なお、加減速を行うための指令値を生成する座標系としては、上述の各軸の許容加速度で正規化する以外に、各軸の許容速度、許容負荷トルク、減速比、許容振動レベル、許容誤差などで正規化してもよい。さらに、許容加速度を含めてこれらのうち少なくともひとつ以上を所定の関数式で総合した値によって正規化したものを用いてもよく、その場合には、複数の指標を同時に考慮することも可能となる。
【００３６】
また、ここでは一定の加速度で加減速を行う場合について述べたが、そのほかにも、時定数一定型の移動平均フィルタを用いる、或いは一次／二次／ｎ次遅れ型加減速を用いる、或いは一定の加速度で加減速を行う場合を含めてこれらの組み合わせを用いてもよく、特に、移動時間の短さと加減速動作の滑らかさを両立するためには、一定の加速度で加減速を行った後に、移動平均フィルタなどの後置フィルタ（Ｓ字フィルタ）を設けると非常に効果的である。そのほかの加減速を行うための指令値を表す第三の座標系としては、機械座標系を回転させた座標系、任意の一次変換行列を乗じて変換した座標系、および非線形な変換を含めて任意の変換を行った座標系を用いてもよい。
【００３７】
上述の例では、サーボ制御部が位置指令を受け取ることを想定し、指令値生成部からサーボ制御部に位置指令を送信するように構成したが、サーボ制御部がそれ以外のデータ、例えば速度指令や加速度指令を受け取る場合には、指令値生成部は位置指令から例えば１回ないしは２回微分をとることで速度指令ないしは加速度指令を作成し、サーボ制御部に送信すればよい。
【００３８】
実施の形態２．
ここでは、円弧やスプライン曲線、ＮＵＲＢＳ曲線など指令要素中においても時々刻々移動方向が異なり、指令要素中においても時々刻々と加減速のための座標系を切り替える場合について説明する。
図１０は本発明の実施の形態２における指令値生成システムの指令値生成部の構成を示すブロック図である。
図１０において、２００は指令値生成部、７はバッファ２に格納された指令経路Ｐｍを分割してセグメントを作成するセグメント作成部を示す。また、Ｐｍ１はセグメント毎の指令経路、Ｆｍ１はセグメント毎の指令速度、Ｐａ１は上記セグメント毎の指令経路Ｐｍ１を、第三の座標系である加減速を行うための指令値を表す加減速座標系上の値に座標変換した指令経路、Ｆａ１は上記セグメント毎の指令速度Ｆｍ１を、第三の加減速を行うための指令値を表す加減速座標系上の値に座標変換した指令速度を示す。なお、同一番号および同一符号は上述の場合と同一のものを示す。
【００３９】
次いで動作について説明する。
動作は、上記指令値生成部２００内の上記セグメント作成部７において、前処理されバッファに格納された指令要素Ｂｄを分割してセグメント化した指令経路Ｐｍ１、指令速度Ｆｍ１が作成される。次いで、上記指令経路Ｐｍ１、指令速度Ｆｍ１が座標変換部３において、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系上の座標値に変換された後、上記実施の形態１と同様に加減速部４、補間部５および座標逆変換部６において各処理がセグメント単位で行われる。アルゴリズムとしては前述の実施の形態１と同様で、同様の効果がある。
【００４０】
図１１に、本発明を円弧に対して適用する場合を示す。
図１１において、Ｓはセグメント作成部で作成されるセグメントであり、同一番号、同一符号は上述の場合と同様のものを示す。また、図１１（ｉ）はプログラム、図１１（ｉｉ）はプログラム座標系、図１１（ｉｉｉ）本発明の加減速を行うための指令値を表す座標系、図１１（ｉｖ）、および図１１（ｖ）はそれぞれ本発明の加減速を行うための指令値を表す座標系上に示す速度パターン、およびプログラム座標系上に示す速度パターンである。
【００４１】
プログラムが図１１（ｉ）のように与えられている場合、プログラムが示す座標値ＸｐおよびＹｐはプログラム指令を行う指令値を表すプログラム座標系上の座標値を指し、指令速度は４０、ブロックＮ１でＸｐ＝１４１、Ｙｐ＝０まで中心の座標（７１、−７１）の時計回りの円弧補間で移動する。
前述の図１０に示した上記セグメント作成部７において、図１１（ｉｉ）のように円弧を始点Ｐ１１から終点Ｐ１５の間に、例えばＰ１２からＰ１４の３点を均等な間隔でとり、円弧を４つのセグメントに分割すると、Ｐ１１〜Ｐ１５の各点のプログラム指令を行うための指令値を生成する座標系上の座標値ＸｐおよびＹｐは、各々（０、０）、（３２、２２）、（７１、２１）、（１０９、２２）、（１４１、０）となり、各セグメントの長さは３９となる。
この後、加減速を行うための指令値を表す座標系上の座標値に座標変換する座標変換部において、φ−１を用いて上記Ｐ１１〜Ｐ１５の各点を座標変換すると、加減速を行うための指令値を表す座標系上のＰ１１〜Ｐ１４各点の座標値Ｘａ、Ｙａは、図１１（ｉｉｉ）に示すように各々（０、０）、（５４、−５）、（１００、−２１）、（１３１、−４４）、（１４１、−７１）となる。また、各セグメントの移動量Ｓ１１〜Ｓ１５の各座標値Ｘａ、Ｙａは、各々（５４、−５）、（４６、−１６）、（３１、−２３）、（１０、−２７）であり、Ｓ１１〜Ｓ１４各セグメントの長さは５４、４８、３８、２９となる。さらに、プログラム座標系上の指令速度４０に上記座標系上の各セグメントの長さに対する加減速を行うための指令値を表す座標系上の各セグメント長の比率を乗じると、加減速を行うための指令値を表す座標系上の各セグメントＳ１１〜Ｓ１４の指令速度Ｆは、各々５５、５０、３９、３０となる。
次いで加減速部において、上記指令経路Ｐと指令速度Ｆに対して、一定の加速度で加減速を行うと、図１１（ｉｖ）に示すような速度パターンが得られる。さらに、補間部において、上記速度パターンに基づいて補間を行い、その後座標逆変換部において、補間された座標値にφを乗じてプログラム座標系上の座標値に変換する。結果としてプログラム指令座標系上の合成速度は図１１（ｖ）に示した速度パターンとなる。
なお、セグメント分割を細かくすれば、速度パターンの波形はより滑らかにできる。本発明では、ひとつのブロック内においても移動方向に応じて加速度を変えることができるので従来法に比べ加工時間が短縮される。
【００４２】
上述のように、本発明では指令要素を分割したセグメント毎に座標系変換処理を行うため、指令要素中においても時々刻々と加減速のための座標系を切り替えることができ、結果として指令要素中で移動方向が変わる場合であっても、効率の良い加減速処理が容易に、かつ乱れることなく実現できる。
なお、本実施の形態では一定の加速度で加減速を行う場合について述べたが、そのほかにも、時定数一定型の移動平均フィルタを用いたり、一次／二次／ｎ次遅れ型加減速を用いたり、或いは一定の加速度で加減速を行う場合を含めてこれらの組み合わせを用いたりしても同様の効果がある。
【００４３】
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３における指令値生成部の構成図であり、プログラム指令を行うための指令値を表す座標系が、駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする座標系、すなわち機械座標系と異なる場合のものである。
図１２において、３００は指令値生成部、８は座標逆変換部の後に設けられた座標変換部で、座標逆変換部６でプログラム座標系に変換された位置指令を機械座標系上の位置指令に座標変換するものであり、ｊ１は分岐点を示す。
例えば第一の座標系上の位置指令θ、および第二の座標系上の位置ｐは、一般に非線形の関係ｐ＝Ｈｐ（θ）として与えられる。ここで関数Ｈｐ（θ）は駆動対象の可動間の幾何学的関係や上記第一の座標系の取り方に依存して決まるもので、関数Ｈｐ（θ）のヤコビアンをＪｐ（θ）と置く。
【００４４】
次に、加減速を行うための指令値を表す座標系として、プログラム座標系を正規化した座標系を用いる場合の動作について述べる。
図１２において、プログラム座標系上の指令経路Ｐｐおよび指令速度Ｆｐは、座標変換部３で座標変換される。すなわちプログラム座標系上の各軸の許容加速度をＡｐ１〜Ａｐｎ、Ａｐ１〜Ａｐｎを対角成分にもつ行列をψとして、ψの逆行列ψ-1を用いてＰａ＝ψ-1（Ｐｐ）、Ｆａ＝ψ-1（Ｆｐ）により加減速を行うための指令値を表す座標系上の指令経路Ｐａおよび指令速度Ｆａに座標変換する。次いで加減速部４、補間部５で上述の実施の形態１と同様の処理を行った後、座標逆変換部６において、Ｑｐ＝ψ×Ｑａの関係から加減速を行うための指令値を表す座標系上の位置指令Ｑａをプログラム座標系上の位置指令Ｑｐに変換する。さらに、座標変換部８において、Ｑｍ＝Ｈｐ-1（Ｑｐ）の関係から駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系上の位置指令Ｑｍに変換する。
【００４５】
次に、加減速を行うための指令値を表す座標系として、駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系を正規化した座標系を用いる場合の動作について述べる。
前処理部の動作は上述の場合と同様である。座標変換部３において、駆動対象の備える各軸の許容加速度をＡ１〜Ａｎ、上記Ａ１〜Ａｎを対角成分にもつ行列をφとし、φの逆行列φ-1を用いて、Ｐａ＝φ-1×Ｈｐ-1（Ｐｐ）、Ｆａ＝φ-1×Ｊｐ-1（Ｆｐ）の関係に基づきプログラム座標系上の指令経路Ｐｐおよび指令速度Ｆｐを、加減速を行うための指令値を表す座標系上の指令経路Ｐａおよび指令速度Ｆａに変換する。続いて、加減速部４、補間部５において、上述の場合と同様の処理を行った後、座標逆変換部６において、Ｑｐ＝Ｈｐ（φ×Ｑａ）の関係から位置指令Ｑａをプログラム座標系上の位置指令Ｑｐに変換し、さらに、座標変換部８において、Ｑｍ＝Ｈｐ-1（Ｑｐ）の関係から駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系上の位置指令Ｑｍに変換する。
【００４６】
上述のように、本発明によれば、プログラム指令を行うための指令値を表す第二の座標系や駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系とは独立に加減速を行うための指令値を表す第三の座標系を設計でき、性能も向上できる。例えば実施の形態１と同様に、加減速を行うための指令値を表す座標系として、駆動対象の備える各軸の座標系を軸ごとの許容加速度で正規化した座標系を選べば、駆動対象の備える各軸の出しうる加速度をフルに活用して短時間に移動を完了し、かつその波形が乱れることなく、また簡単に加減速処理、加工処理を実現することができる。またプログラム座標系が目的とする作業を表している場合、或いは機械座標系よりもプログラム座標系の方が目的とする作業を表す座標系に近い場合には、プログラム座標系を正規化した座標系を、加減速を行うための指令値を表す座標系とすることで、作業目的に合致した制御を実現することが出来る。なお、上述の実施例では、座標逆変換部６の後に座標変換部８を設けたが、前処理部１の前または後に設置しても良い。
【００４７】
実施の形態４．
図１３にプログラム作成装置において直接、第三座標系である加減速座標系上の指令速度が指令される場合の実施例を示す。同一番号、同一符号は同一のものを表す。
図１３に示すように、先ず、プログラム作成装置において、プログラム座標系上の指令経路と加減速座標系上の指令速度が作成され、上記作成された指令経路と指令速度が指令値生成部に指令され、前処理されてバッファに格納される。次いで、指令経路Ｐｐは座標変換部３において加減速座標系上の数値に変換され、指令速度Ｆａはバッファから直接、加減速部４に送られ、加減速部４において加減速座標系上の指令経路Ｐａと指令速度Ｆａおよび加速度Ａｃに基づき加減速される。上記の場合においても前述の実施例と同様の効果がある。
なお、図１３ではプログラム作成装置において、指令速度が加減速座標系上の座標値に変換されて指令値生成部に指令される場合について述べたが、プログラムで指令するのは、少なくとも加減速座標系に変換された指令速度、指令経路のいずれかで一方で良く、いずれの場合についても同様の効果がある。
【００４８】
実施の形態５．
図１４は本発明のプログラム作成装置および指令値生成システムと、加工機の関係を示すブロック図である。
図１４において、６０はＣＡＤ／ＣＡＭなどのプログラム作成装置、７０はＮＣ装置などの指令値生成システム、８０は上記指令値生成システム７０によって駆動制御される加工機、９０は上記加工機の駆動対象である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。
【００４９】
また、図１５は本発明のプログラム作成装置の構成を示すブロック図である。
図１５において、５１は指令経路および指令速度の計算部、５２、５３はプログラム座標系上の指令経路、指令速度、５４は座標変換部、５５は加減速座標系上の指令速度、５６はプログラム出力部である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。
【００５０】
次に、動作について説明する。
図１５に示すように、工具、被加工物、要求加工精度などに基づいて、指令経路および指令速度の計算部５１においてプログラム座標系上の指令経路および指令速度が計算され、次いで指令速度５３は座標変換部５４で加減速座標系上の座標値に変換される。上記加減速座標系上の座標値に変換された指令速度５５はプログラム座標系上の指令経路５２とともにプログラム出力部５６に送られる。上記プログラム出力部に送られた加減速座標系上の指令速度とプログラム座標系上の指令経路は、プログラム出力部５６から指令値生成システムに指令される。その後は、ＮＣ装置などの指令値生成システムの指令値生成部において上述の実施例と同様に指令値生成され、加減速処理される。
上述の例では、プログラム作成装置においてプログラム座標系上の指令速度を加減速座標系上の数値に変換してプログラム指令する場合について述べたが、指令経路を加減速座標系上の座標値に変換してプログラム指令しても良く、少なくとも指令経路、指令速度のいずれか一方を加減速座標系上の数値に変換して、プログラム指令し、加減速処理することで前述の場合と同様の効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系をそれぞれ設け、上記第三の座標系上で指令速度および指令経路を座標変換し、上記第三の座標系上の加減速パラメータに基づいて駆動対象が備える各軸の加減速を行うための指令値を生成するようにしたことにより、円滑かつ効率よく加減速処理が実現でき遅れやずれのない高性能な指令値生成方法および指令値生成システムを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図２】 本発明の指令値生成方法を示す流れ図。
【図３】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図４】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図５】 本発明による実施の形態１の速度パターンを示す図。
【図６】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図７】 本発明による実施の形態１の速度パターンを示す図。
【図８】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図９】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図１０】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図１１】 本発明による実施の形態２の実施例を示す図。
【図１２】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図１３】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図１４】 本発明のシステム全体の構成図。
【図１５】 本発明のプログラム作成装置を示す構成図。
【図１６】 従来の指令値生成方法の流れ図。
【図１７】 従来の指令値生成部を示す構成図。
【符号の説明】
１ 前処理部、 ２ バッファ、 ３ 座標変換部、 ４ 加減速部、 ５ 補間部、 ６ 座標逆変換部、 ７ セグメント作成部、 ８ 座標変換部、 ５１ 指令経路および指令速度の計算部、 ５２ プログラム座標系上の指令経路、 ５３ プログラム座標系上の指令速度、 ５４ 座標変換部、 ５５ 加減速座標系上の指令速度、 ５６ プログラム出力部、 ６０ プログラム作成装置、 ７０ 指令値生成システム、 ８０ 加工機、 ８１ 前処理部、 ８２ バッファ、 ８３ 指令経路、 ８４ 指令速度、 ８５ 加速度計算部、８６ 加減速部、 ８７ 補間部、 ９０ 駆動対象、 １００ 指令値生成部、 ２００ 指令値生成部、 ３００ 指令値生成部、 ４００ 指令値生成部、 ５００ 駆動制御システム、 ６００ プログラム作成装置、 Ａ 加速度、 Ａｃ′ 移動方向の加速度、 Ｂ 指令要素、 Ｆ 指令速度、 Ｇ１ 直線補間、 Ｇ９０ 絶対座標値モード、 Ｎ ブロック、 Ｐ 指令経路、 Ｑ 指令位置、 ＳＶ サーボ制御部各軸、 Ｕ 単位長さ、 Ｖａ 加減速後速度、 Ｖｋ 加減速後速度、 Ｘａ 加減速座標系上のＸ軸、 Ｙａ 加減速座標系上のＹ軸、 Ｘｍ 機械座標系上のＸ軸、 Ｙｍ 機械座標系上のＹ軸、Ｘｐ プログラム座標系上のＸ軸、 Ｙｐ プログラム座標系上のＹ軸、 Ｘｗ 機械座標系上のＸ軸、 Ｙｗ 機械座標系上のＹ軸。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置など各種製造装置、エレベータ、エスカレータ、ミシン、座標測定器、プロッタ、搬送装置、自動車・列車・航空機などの輸送機器、或いは玩具など複数の軸を備えた駆動系およびそれらの制御装置の指令値生成方法、およびそれらの指令値生成システムに関するもので、特に、数値制御装置いわゆるＮＣ装置やロボットコントローラなどの指令値生成システムからの指令によって動作する加工機、ロボット、成形機など複数軸の動作の総合により目的とする動作を行う駆動系に対する指令値を生成する指令値生成方法および指令値生成システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数値制御装置いわゆるＮＣ装置やロボットコントローラなどの駆動対象に対する指令値を生成する指令値生成システムでは、上記指令値生成システムに指令するプログラムを作成するＣＡＤ／ＣＡＭなどのプログラム作成装置によってプログラム指令された指令経路と指令速度に基づいて、ロボットや加工機などの駆動対象が保有する複数の各軸に対して各軸を動作させるための指令値を与えることにより、上記各軸に対応する各可動部を同時に動作させ、各可動部の動作の総合によって目的の作業を行わせる。このとき、プログラム指令された送り速度に対し、上記指令値生成システムにおいて、各可動部の加減速を行うための指令値を生成して各可動部に自動的に加減速をかけることで、滑らかな動作を実現させるのが一般的である。
図１６は、従来の指令値生成方法における流れ図を示したものである。図１６において、Ｆは指令速度、Ｐは指令経路、ｔは時間、Ｖは速度、ＸおよびＹは座標軸である。
従来の方法は、図１６に示したように、プログラムから各サーボ軸への指令値を生成する手順は、「前処理」、「加減速」、「補間」および「座標変換」というように行われる。すなわちプログラミング等を行うＣＡＤ／ＣＡＭなどのプログラム作成装置で指令速度と指令経路がプログラム指令され、上記指令速度と指令経路はＮＣ装置などの数値制御システムに読込まれ、例えばプログラム座標系上の数値である指令速度Ｆ４０や、指令経路Ｐ１からＰ２までの曲線に沿った長さ等を計算するなどの前処理がなされる。次いで、上記指令経路に沿った方向に速度を滑らかにする加減速が行われ、加減速された後の加減速後速度Ｖｋに基づいて、現在の位置Ｐｋから単位時間当たりの移動量、すなわち加減速後速度Ｖｋと補間周期ｄｔの積に相当する分だけ進んだ位置Ｐｋ＋１を計算して各軸の座標値を求める補間が行われる。さらに、プログラム座標系上の座標値から、機械構造に応じて座標値を駆動対象の有する各軸の単位移動量を要素とする座標系、すなわち機械座標系上の座標値に変換されることにより、各サーボ軸への滑らかな指令値が作成される。上述の従来法における加減速は、一般に補間前加減速と呼ばれるもので、加減速による遅れに起因する軌跡誤差が発生しない長所をもつが、各軸の加速度が所定の許容加速度を越えないように制御しなければならないという制限があった。
【０００３】
図１７は、特開平０３-０７８００６号公報に掲載された従来の指令値生成方法を示すＮＣ装置などの指令値生成システムにおける指令値生成部の構成図である。図１７において、８００は指令値生成部全体、８１はプログラム指令された指令要素に対して指令の解釈や補正などの前処理を行う前処理部、８２は上記前処理部８１で前処理された指令要素を格納するバッファ、８３、８４はそれぞれ上記バッファ８２に格納された指令要素中の指令経路および指令速度、８５は上記指令経路８３および各軸の許容加速度から移動方向の許容加速度を求める加速度計算部、８６は上記加速度計算部８５で求められた移動方向の許容加速度および上記指令経路８３と指令速度８４に基づいて加減速を行う加減速部、８７は上記加減速部８６において加減速された結果である加減速後速度と上記指令経路８３から補間を行い、各サーボ制御部に対応する実軸座標系上の指令位置を求める補間部である。
また、Ａは上記加速度計算部８５で求められた可動部が移動する移動方向の許容加速度、Ａ１〜Ａｎは複数軸からなる可動部分の各軸の許容加速度、Ｂはプログラム指令された指令要素、Ｂｄは上記前処理部８１で前処理された後の指令要素、ＳＶ１〜ＳＶｎは各サーボ制御部に対応する各軸、Ｖａは上記加減速部８６で加減速された結果である加減速後速度を示す。
【０００４】
次に、動作について説明する。
図１７に示すように、プログラム作成部で作成された指令要素Ｂは、指令値生成部８００の中で、先ず、指令値生成部内の前処理部８１において指令の解釈や補正などの前処理が行われ、前処理された指令要素Ｂｄとしてバッファ８２に格納される。バッファ８２に格納された上記指令要素Ｂｄの構成要素である指令経路８３と指令速度８４は、指令値生成部の加速度計算部８５において各軸の許容加速度Ａ１〜Ａｎから移動方向の許容加速度Ａが求められた後、加減速部８６において上記移動方向の許容加速度Ａおよび上記指令要素Ｂｄの指令経路８３と指令速度８４に基づいて加減速が行われる。次いで加減速された結果である上記加減速後速度Ｖａとバッファ８２に格納された指令要素Ｂｄの指令経路８３とから補間部８７にて補間が行われる。指令要素Ｂｄはこのようにして補間部８７において補間された後、最終的に各サーボ制御部に対応する各軸ＳＶ１〜ＳＶｎの実軸座標系上の位置指令が求められる。ここで特徴的な点は、加速度計算部８５がバッファ８２に格納された指令要素の指令経路で決まる移動方向許容加速度を各軸の許容加速度Ａ１〜Ａｎに応じて求める点であり、これにより移動方向や向きによって加速度を切換えることができる。
【０００５】
上述したように、従来の指令値生成法における加減速処理は、プログラムする指令要素毎、或いは一定周期毎に加速度を切換える必要があり、そのため複雑な計算を頻繁に行わなければならず、それゆえ加減速処理に要する計算量が多くなって、加工時間が増大したり、加減速時に速度パターンが乱れるなどの問題があった。特に、先読みを用いて複数ブロックにまたがる加減速処理をする場合、計算量が極めて多くなり、実用上適さないという問題があった。また、指令経路と指令速度をプログラム指令する際に基準として用いるプログラム座標系は、一般に作業対象に対する作業工具の座標値を表す作業座標系と異なっており、上記プログラム座標系と作業座標系が一致していない場合、従来技術では、例えば、軌跡制御、力制御、外乱補償、各種誤差補正などの高度な制御を行うことが困難であった。このように従来技術では、指令値生成方法などに起因して加工時間が短く、加減速時の速度パターンの乱れなどが少ない、スムースで、かつ高性能な駆動を容易に実現することが難しかった。
【０００６】
この発明は、上記のような従来の指令値生成方法や指令値生成システムおよびプログラム作成装置がもつ問題点を解決するためになされたものであり、容易に短時間で効率よく加減速処理が行える指令値生成方法および遅れやずれのない高性能かつスムースな駆動が実現できる指令値生成システムおよびプログラム作成装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第一の構成による指令値生成方法は、複数軸を備え、それら複数軸の各軸に対応する可動部を動作させ、その動作の総合により目的とする作業を行う駆動対象の加減速を行うための指令値を生成する指令値生成方法において、上記駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系をそれぞれ設け、プログラム指令する指令経路と指令速度の少なくともいずれか一方は、加減速を行うための上記第三の座標系上の指令値に変換し、上記座標変換した指令値と上記第三の座標系上の加減速パラメータとに基づいて上記駆動対象の加減速を行うようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る第二の構成による指令値生成方法は、第三の座標系は、作業対象に対する作業工具を表す座標系としたものである。
【００１２】
この発明に係る第三の構成による指令値生成方法は、駆動対象が有する各軸の加減速動作を補間する補間は、第一乃至第三の座標系のいずれかを用いて行うようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る第四の構成による指令値生成システムは、複数軸を備え、それら複数軸の各軸に対応する可動部を動作させ、その動作の総合により目的とする作業を行う駆動対象の加減速を行うための指令値を生成する指令値生成システムにおいて、上記駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系を備え、プログラム指令する指令経路と指令速度の少なくともいずれか一方は、加減速を行うための上記第三の座標系上の指令値に変換し、上記座標変換した指令値と上記第三の座標系上の加減速パラメータとに基づいて上記駆動対象の加減速を行うものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に本発明によるＮＣ装置などの指令値生成システムにおける指令値生成部の構成図を示す。図１において、１００は本発明の指令値生成部であり、１はプログラム指令された指令要素に対して指令の解釈や補正などの前処理を行う前処理部、２は上記前処理部１で前処理された指令要素Ｂを格納するバッファ、３は上記バッファ２に格納された指令要素の指令経路Ｐｍおよび指令速度Ｆｍを各々指令経路Ｐａおよび指令速度Ｆａに変換する座標変換部、４は上記座標変換部３において座標変換された指令経路Ｐａと指令速度Ｆａおよび加速度Ａｃに基づいて加減速を行う加減速部、５は上記加減速部４において加減速された結果である加減速後速度Ｖａと上記座標変換部３において座標変換された指令経路Ｐａとから補間処理を行う補間部、６は上記補間部５で補間された位置指令Ｑａを各サーボ制御部各軸に対応する機械座標系上の位置指令Ｑｍに変換する座標逆変換部である。
【００１６】
図２は本発明による指令値生成方法の流れ図を示したものである。図２において、Ｆは指令速度、Ｐは指令経路、ｔは時間、Ｖは速度、ＸおよびＹは座標軸である。
本発明による指令値生成方法の流れは、図２に示したように、指令速度と指令経路がプログラム指令されると、従来法と同様に先ず前処理が行われ、前処理された指令速度と指令経路は加減速前に、加減速を行うための指令値を表す第三座標系へ座標変換され、その後、加減速される。次いで、加減速後速度Ｖｋに基づいて、現在の位置Ｐｋから単位時間当たりの移動量、すなわち加減速後速度Ｖｋと補間周期ｄｔの積に相当する分だけ進んだ位置Ｐｋ＋１を計算して各軸の座標値を求める補間が行われ、再び、プログラム座標系に座標変換され、さらに、プログラム座標系上の座標値から、機械構造に応じて機械座標系上の座標値に変換されることにより、各サーボ軸への滑らかな指令値が作成される。
【００１７】
次に、図１に示した指令値生成部の動作について説明する。
まず、プログラム指令された指令要素Ｂは、指令値生成部１００の前処理部１において、プログラム指令を行うための指令値を表す座標系によって指令された指令速度Ｆｍと指令経路Ｐｍが読み込まれ、指令速度や長さ等が計算されて前処理され、上記前処理後に指令要素Ｂｄとしてバッファ２に格納される。上記バッファ２に格納された上記指令要素Ｂｄの指令速度Ｆｍと指令経路Ｐｍは、座標変換部３において上記プログラム指令を行うための指令値を表す座標系とは異なる加減速を行うための指令値を表す第三の座標系である加減速座標系によって指令経路Ｐａ、指令速度Ｆａに数値変換される。次いで、加減速部４において、加減速を行うための指令値を表す上記加減速座標系によって数値変換された指令経路Ｐａと指令速度Ｆａおよび加速度Ａｃに基づいて、経路に沿った方向に速度を滑らかにする加減速処理が行われる。その後、補間部５において、上記加減速処理された加減速後速度Ｖａと上記指令経路Ｐａに基づいて現在位置から単位時間あたりの移動量、すなわち加減速後の速度と補間周期ｄｔの積の分だけ進んだ位置Ｐｋ＋１を計算して各軸の座標値を求める補間処理が行われる。さらに、座標逆変換部６において、上記補間処理された各軸の座標値すなわち加減速座標系上の指令位置Ｑａは、上記加減速座標系上の数値から各サーボ軸ＳＶ１〜ＳＶｎに応じた機械座標系上の数値、すなわち滑らかな位置指令Ｑｍに変換される。
【００１８】
ところで、本発明において、加減速部４で加減速を行うための指令値を表す座標系としては、駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系およびプログラムを行うための指令値を表す第二の座標系とは異なる、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系を用いるものである。上記加減速を行うための指令値を表す第三の座標系は、上記第一の座標系および上記第二の座標系に対して、例えば、少なくともひとつの座標軸の最小単位量が異なる、或いは座標軸の方向が異なる、或いは座標軸の原点が異なる、或いは座標系の備える軸数が異なる、或いは直交座標系、斜交座標系、極座標系、円筒座標系などのように座標系の種類が異なるように設け、この第三の座標系を用いて、上記第三の座標系の各軸、或いは合成方向の速度、加速度、加加速度、時定数、精度などの加減速パラメータを指定し、それらのパラメータに基づいて第三の座標系上で加減速処理を行うものである。
【００１９】
第三の座標系として、プログラム座標系を軸毎の許容加速度で正規化した座標系を用いる場合を図３に示す。
図３において、Ａｘ，ＡｙはそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向の許容加速度、Ｆは指令速度、Ｇ９０は絶対座標値モード、Ｇ１は直線補間、Ｎはブロック、Ｐは座標位置、Ｕは加減速を行うための指令値を表す座標系上の単位移動量、ＸはＸ軸座標値、ＹはＹ軸座標値である。また、図３（ｉ）はプログラム、図３（ｉｉ）はプログラム座標系、図３（ｉｉｉ）は加減速を行うための指令値を表す加減速座標系である。
【００２０】
図３(ｉ)のプログラム指令値は、図３（ｉｉ）に示すように、プログラム座標系上の座標値Ｘｐ、Ｙｐで与えられ、指令速度Ｆは４０で、ブロックＮ１で位置Ｐ１すなわちＸｐ＝４，Ｙｐ＝０まで直線補間で移動し、次にブロックＮ２で位置Ｐ２すなわちＸｐ＝４、Ｙｐ＝４まで直線補間で移動するようにプログラム指令されている。例えば、プログラム座標系上のＸ軸方向の許容加速度Ａｘを１、Y軸方向の許容加速度Ａｙを２とする。このとき加減速を行うための指令値を表す第三の座標系を、原点および座標系のＸ軸、Ｙ軸ともにプログラム座標系と同一方向で、各軸方向の単位移動量Ａｘ，Ａｙを各々１、２とし、図３（ｉｉｉ）のように設定する。
【００２１】
次に、プログラム座標系を軸毎の許容加速度で正規化した座標系を用いて計算した例を図４に示す。
図４において、Ａｘ，ＡｙはそれぞれＸ軸方向の許容加速度、およびＹ軸方向の許容加速度、φは座標変換行列である。また、図４（ｉ）はプログラム、図４（ｉｉ）は加減速を行うための指令値を表す加減速座標系を示す。
【００２２】
プログラム指令を行うための指令値を表す座標上の座標値が各々Ｘｐ、Yｐで表される場合、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系上の座標値ＸａおよびＹａは、上記図４（ｉ）に示したような式で与えられる。例えば、加減速を行うための指令値を表す加減速座標系における点Ｏｐの座標値Ｘａ、Ｙａがそれぞれ０、０、点Ｐ１の座標値Ｘａ、Ｙａがそれぞれ４、０、点Ｐ２の座標値Ｘａ，Ｙａがそれぞれ４、２となる。このとき加減速を行うための指令値を表す第三の座標系である加減速座標系においてブロックＮ１の移動量はΔＸａ＝４ 、ΔＹａ＝０で長さが４、ブロックＮ２の移動量は ΔＸａ＝０、ΔＹａ＝２で長さが２となっている。さらに移動速度が長さに比例するように速度計算すると、ブロックＮ１の移動速度は、４０×４／４＝４０ 、ブロックＮ２の移動速度は、４０×２／４＝２０ となり図４（ｉｉ）に示したようになる。
【００２３】
図５は本発明による指令値生成方法を実施した場合の速度パターンを従来のものと比較して示したものである。同一番号、同一符号は同じものを表す。
図５において、（ｉ）は従来の速度パターン、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）はそれぞれ本発明の速度パターンであり、横軸は時間、縦軸は合成速度である。
【００２４】
従来の指令値生成法では、プログラム指令を行うための指令値を表す座標系上で一定の加速度、すなわちＸｐ軸とＹｐ軸のなかで一番低い加速度、すなわちＡ＝１を用いて加減速を行うため図５（ｉ）に示したような速度パターンとなる。
一方、本発明によれば、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系は各軸の許容加速度で正規化されており軸毎の特性（許容加速度）はすべて等しく、すべて１になる。加減速部においては、この軸ごとの特性がすべて等しい加減速座標系上を、前述の図４（ｉｉ）の指令系経路と指令速度に対して、一定の加速度で加減速を行い、その結果として図５（ｉｉ）に示すような速度パターンが得られる。この速度パターンに基づいて補間を行い、補間された座標値に座標変換行列φを乗じて、再びプログラム指令を行うための指令値を表す座標系上の数値に変換する。すなわち、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系である加減速座標系上の位置指令Ｑａと機械座標系上の位置指令Ｑｍとの関係式Ｑｍ＝φ×Ｑａによって数値変換される。上記の関係式を二回微分すると、機械座標系上の加速度Ａは、φと加減速を行うための指令値を表す第三の座標系上の加速度（最大１）との積となり、各軸の許容加速度を超えないようになっていることがわかる。このときのプログラム座標系上の合成速度は、図５（ｉｉｉ）に示したような速度パターンとなり、結果的にプログラム座標系上におけるブロックＮ２の移動では加速度Ａ＝２で加減速されるため、従来に比べ加工時間が短縮できる。
【００２５】
このように本発明では加減速処理を行うための指令値を表す第三の座標系自身を許容加速度で正規化したことにより、加減速処理としては一定の加速度を使用でき、そのため過渡的に速度パターンが乱れることなく、かつ簡単な加減速処理で容易に各軸の許容加速度に応じた各サーボ制御部への指令が得られるため、移動方向等に応じて加速度を切り替えるのと同等の時間で移動を終えることが可能となる。
【００２６】
また、上記以外にも、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系として、作業対象に対する作業工具を表す作業座標系を用いることで作業目的に合致した制御を実現することができる。例えば２軸からなる関節型ロボット、一対の２軸が平行でもう一対の２軸が平行な機械、２軸が互いに直交していない機械、或いは直線軸と回転軸を組合わせた機械などにおいて、プログラムに機械の備える各軸の座標値を指令する場合、それぞれ作業対象に対する作業工具を表す座標系は被加工物を基準とした直交座標系とし、この座標系をもって加減速を行うための指令値を表す第三の座標系として上記座標系上の工具先端に対応する座標値に注目して加減速を行う。
【００２７】
図６に第三の座標系として、作業工具を表す作業座標系を用いる場合の実施例を示す。
図６において、Ｘａ、Ｙａは各々第三の座標系である加減速座標系上のＸ軸、Ｙ軸、Ｘｐ、Ｙｐはプログラム座標系上のＸ軸、Ｙ軸、Ｘｗ、Ｙｗは作業座標系上のＸ軸、Ｙ軸であり、θは被加工物とプログラム座標系上のＸ軸との傾き角である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。また、図６（ｉ）はプログラム座標系上の作業座標系、図６（ｉｉ）は加減速座標系、図６（ｉｉｉ）は加減速座標系上の速度、長さを示す図である。
【００２８】
先ずプログラム座標系のＸ軸は、紙面の左右方向、Ｙ軸は上下方向に設けられているとし、プログラム座標系に対して被加工物がθ＝４５°回転した位置に置かれているとする。また、被加工物の加工面を加工するために加工面に平行な方向の動作として、指令速度Ｆ＝４０で、ブロックＮ１でＸｐ＝３、Ｙｐ＝３まで直線補間で移動し、ブロックＮ２でＸｐ＝１、Ｙｐ＝５まで移動するようにプログラム指令されているとする。このときの作業座標系とプログラム座標系との関係は図６（ｉ）のようになり、さらに上記作業座標系を第三の座標系、すなわち加減速座標系として用いた場合、プログラム座標系と加減速座標系の関係は図６（ｉｉ）のようになる。加減速座標系の原点は（０、０）、Ｘａ軸は４５°方向で単位長さＵｘａは√２／２、Ｙａ軸は１３５°方向で単位長さＵｙａは√２となる。また、プログラム座標系と加減速座標系との関係式から、加減速座標系上の座標値、長さ、および長さに比例するように移動速度を求めるとそれぞれ図６（ｉｉｉ）に示したように、Ｎ１の移動長さ６、移動速度５７、Ｎ２の移動長さ２、移動速度２８になる。
【００２９】
図７に、本発明の指令値生成方法を実施した場合の速度パターンを従来法場合と比較して示す。
図７において、Ａは加速度であり、同一符号は同一のものを表す。図７（ｉ）は従来法の速度パターン、図７（ｉｉ）は本発明の加減速座標系上の速度パターン、図７（ｉｉｉ）は本発明の指令値生成方法を実施した場合のプログラム座標系上の速度パターンを示す。
【００３０】
従来技術では、プログラム座標上で一定の加速度、すなわちＸｐ軸とＹｐ軸のなかで最小の加速度である√２／２を用いて加減速を行う。そのため図７（ｉ）に示したような速度パターンとなる。
本発明の指令値生成方法によれば、加減速座標系は各軸の許容加速度で正規化されているので加減速座標系上ではどの軸についても加速度は１である。そのため前述の図６（ｉｉｉ）に示した指令経路と指令速度に対して、一定の加速度１で加減速を行い、その結果として図７（ｉｉ）のような速度パターンとなる。上記速度パターンに基づいて補間を行い、再びプログラム座標系上の座標値に変換すると、プログラム座標系上の合成速度は図７（ｉｉｉ）に示したような速度パターンとなる。その結果、本発明の方法によればＮ２の移動ではプログラム座標系上の加速度Ａ＝√２で加減速され、従来法に比べて加工時間が短縮される。
【００３１】
図８は軸毎の許容加速度に基づいて移動方向に応じて加速度を変更する場合の実施例を示したものである。
図８において、Ａは加速度、Ｆは速度、Ｎはブロック、Ｐは指令経路、Ｕは単位長さを示す。また、図８（ｉ）はプログラム座標系、図８（ｉｉ）は加減速座標系を示す。
【００３２】
図８（ｉ）のように、プログラム座標系上の指令速度Ｆ＝４０、ブロックＮ１でＸｐ＝４、Ｙｐ＝３まで直線補間で移動するように指令されているとする。プログラム座標系上のＸ軸およびＹ軸の許容加速度ＡｘおよびＡｙがそれぞれ１、２とする。加減速座標系とプログラム座標系との関係から図８（ｉｉ）に示すように、加減速座標系上の座標値ＸａおよびＹａはそれぞれ４、１．５、速度Ｆ＝３４、移動方向の加速度Ａｃ′は１．２５となる。このように、本発明の方法では、従来法のように方向によらず一定加速度１を用いた場合よりも、加速度を大きくとれるため、加工時間が短縮できる。
【００３３】
図９に加減速座標系として軸方向だけを変え、加減速座標系上の許容加速度を軸毎に異なるようにした場合の実施例を示す。
図９において、Ａｃ′は移動方向の加速度、Ａａｘ、Ａａｙは加減速座標系上の許容加速度、Ａｊｘ、Ａｊｙはプログラム座標系上の許容加速度である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。また、図９（ｉ）はプログラム座標系、図９（ｉｉ）は加減速座標系、図９（ｉｉｉ）はプログラム座標系と加減速座標系の関係を示したものである。
【００３４】
図９（ｉ）のように、プログラム座標系上の指令速度Ｆ＝４０、ブロックＮ１でＸｐ＝０、Ｙｐ＝４まで直線補間で移動するように指令されているとする。また、図９（ｉｉ）に示すように、加減速座標系上のＸａ軸、Ｙａ軸は、それぞれ４５°方向、１３５°方向傾き、単位長さは、それぞれ１、１とし、許容加速度Ａａｘ、Ａａｙをそれぞれ√２／２、√２に設定する。図９（ｉｉｉ）のように、プログラム座標系と加減速座標系の関係から移動方向の加速度Ａｃ′は各軸の加速度が許容加速度に到達する加速度のうち最小の値、Ａｃ′＝１となり、設定値がプログラム座標系上の最小の許容加速度に制限される従来法に比べて高い値となる。このようにプログラム座標系や機械座標系とは異なる方向に許容加速度の異方性がある場合には、本発明の指令値生成方法によれば短時間で移動が完了できる効果がある。
【００３５】
なお、加減速を行うための指令値を生成する座標系としては、上述の各軸の許容加速度で正規化する以外に、各軸の許容速度、許容負荷トルク、減速比、許容振動レベル、許容誤差などで正規化してもよい。さらに、許容加速度を含めてこれらのうち少なくともひとつ以上を所定の関数式で総合した値によって正規化したものを用いてもよく、その場合には、複数の指標を同時に考慮することも可能となる。
【００３６】
また、ここでは一定の加速度で加減速を行う場合について述べたが、そのほかにも、時定数一定型の移動平均フィルタを用いる、或いは一次／二次／ｎ次遅れ型加減速を用いる、或いは一定の加速度で加減速を行う場合を含めてこれらの組み合わせを用いてもよく、特に、移動時間の短さと加減速動作の滑らかさを両立するためには、一定の加速度で加減速を行った後に、移動平均フィルタなどの後置フィルタ（Ｓ字フィルタ）を設けると非常に効果的である。そのほかの加減速を行うための指令値を表す第三の座標系としては、機械座標系を回転させた座標系、任意の一次変換行列を乗じて変換した座標系、および非線形な変換を含めて任意の変換を行った座標系を用いてもよい。
【００３７】
上述の例では、サーボ制御部が位置指令を受け取ることを想定し、指令値生成部からサーボ制御部に位置指令を送信するように構成したが、サーボ制御部がそれ以外のデータ、例えば速度指令や加速度指令を受け取る場合には、指令値生成部は位置指令から例えば１回ないしは２回微分をとることで速度指令ないしは加速度指令を作成し、サーボ制御部に送信すればよい。
【００３８】
実施の形態２．
ここでは、円弧やスプライン曲線、ＮＵＲＢＳ曲線など指令要素中においても時々刻々移動方向が異なり、指令要素中においても時々刻々と加減速のための座標系を切り替える場合について説明する。
図１０は本発明の実施の形態２における指令値生成システムの指令値生成部の構成を示すブロック図である。
図１０において、２００は指令値生成部、７はバッファ２に格納された指令経路Ｐｍを分割してセグメントを作成するセグメント作成部を示す。また、Ｐｍ１はセグメント毎の指令経路、Ｆｍ１はセグメント毎の指令速度、Ｐａ１は上記セグメント毎の指令経路Ｐｍ１を、第三の座標系である加減速を行うための指令値を表す加減速座標系上の値に座標変換した指令経路、Ｆａ１は上記セグメント毎の指令速度Ｆｍ１を、第三の加減速を行うための指令値を表す加減速座標系上の値に座標変換した指令速度を示す。なお、同一番号および同一符号は上述の場合と同一のものを示す。
【００３９】
次いで動作について説明する。
動作は、上記指令値生成部２００内の上記セグメント作成部７において、前処理されバッファに格納された指令要素Ｂｄを分割してセグメント化した指令経路Ｐｍ１、指令速度Ｆｍ１が作成される。次いで、上記指令経路Ｐｍ１、指令速度Ｆｍ１が座標変換部３において、加減速を行うための指令値を表す第三の座標系上の座標値に変換された後、上記実施の形態１と同様に加減速部４、補間部５および座標逆変換部６において各処理がセグメント単位で行われる。アルゴリズムとしては前述の実施の形態１と同様で、同様の効果がある。
【００４０】
図１１に、本発明を円弧に対して適用する場合を示す。
図１１において、Ｓはセグメント作成部で作成されるセグメントであり、同一番号、同一符号は上述の場合と同様のものを示す。また、図１１（ｉ）はプログラム、図１１（ｉｉ）はプログラム座標系、図１１（ｉｉｉ）本発明の加減速を行うための指令値を表す座標系、図１１（ｉｖ）、および図１１（ｖ）はそれぞれ本発明の加減速を行うための指令値を表す座標系上に示す速度パターン、およびプログラム座標系上に示す速度パターンである。
【００４１】
プログラムが図１１（ｉ）のように与えられている場合、プログラムが示す座標値ＸｐおよびＹｐはプログラム指令を行う指令値を表すプログラム座標系上の座標値を指し、指令速度は４０、ブロックＮ１でＸｐ＝１４１、Ｙｐ＝０まで中心の座標（７１、−７１）の時計回りの円弧補間で移動する。
前述の図１０に示した上記セグメント作成部７において、図１１（ｉｉ）のように円弧を始点Ｐ１１から終点Ｐ１５の間に、例えばＰ１２からＰ１４の３点を均等な間隔でとり、円弧を４つのセグメントに分割すると、Ｐ１１〜Ｐ１５の各点のプログラム指令を行うための指令値を生成する座標系上の座標値ＸｐおよびＹｐは、各々（０、０）、（３２、２２）、（７１、２１）、（１０９、２２）、（１４１、０）となり、各セグメントの長さは３９となる。
この後、加減速を行うための指令値を表す座標系上の座標値に座標変換する座標変換部において、φ−１を用いて上記Ｐ１１〜Ｐ１５の各点を座標変換すると、加減速を行うための指令値を表す座標系上のＰ１１〜Ｐ１４各点の座標値Ｘａ、Ｙａは、図１１（ｉｉｉ）に示すように各々（０、０）、（５４、−５）、（１００、−２１）、（１３１、−４４）、（１４１、−７１）となる。また、各セグメントの移動量Ｓ１１〜Ｓ１５の各座標値Ｘａ、Ｙａは、各々（５４、−５）、（４６、−１６）、（３１、−２３）、（１０、−２７）であり、Ｓ１１〜Ｓ１４各セグメントの長さは５４、４８、３８、２９となる。さらに、プログラム座標系上の指令速度４０に上記座標系上の各セグメントの長さに対する加減速を行うための指令値を表す座標系上の各セグメント長の比率を乗じると、加減速を行うための指令値を表す座標系上の各セグメントＳ１１〜Ｓ１４の指令速度Ｆは、各々５５、５０、３９、３０となる。
次いで加減速部において、上記指令経路Ｐと指令速度Ｆに対して、一定の加速度で加減速を行うと、図１１（ｉｖ）に示すような速度パターンが得られる。さらに、補間部において、上記速度パターンに基づいて補間を行い、その後座標逆変換部において、補間された座標値にφを乗じてプログラム座標系上の座標値に変換する。結果としてプログラム指令座標系上の合成速度は図１１（ｖ）に示した速度パターンとなる。
なお、セグメント分割を細かくすれば、速度パターンの波形はより滑らかにできる。本発明では、ひとつのブロック内においても移動方向に応じて加速度を変えることができるので従来法に比べ加工時間が短縮される。
【００４２】
上述のように、本発明では指令要素を分割したセグメント毎に座標系変換処理を行うため、指令要素中においても時々刻々と加減速のための座標系を切り替えることができ、結果として指令要素中で移動方向が変わる場合であっても、効率の良い加減速処理が容易に、かつ乱れることなく実現できる。
なお、本実施の形態では一定の加速度で加減速を行う場合について述べたが、そのほかにも、時定数一定型の移動平均フィルタを用いたり、一次／二次／ｎ次遅れ型加減速を用いたり、或いは一定の加速度で加減速を行う場合を含めてこれらの組み合わせを用いたりしても同様の効果がある。
【００４３】
実施の形態３．
図１２は本発明の実施の形態３における指令値生成部の構成図であり、プログラム指令を行うための指令値を表す座標系が、駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする座標系、すなわち機械座標系と異なる場合のものである。
図１２において、３００は指令値生成部、８は座標逆変換部の後に設けられた座標変換部で、座標逆変換部６でプログラム座標系に変換された位置指令を機械座標系上の位置指令に座標変換するものであり、ｊ１は分岐点を示す。
例えば第一の座標系上の位置指令θ、および第二の座標系上の位置ｐは、一般に非線形の関係ｐ＝Ｈｐ（θ）として与えられる。ここで関数Ｈｐ（θ）は駆動対象の可動間の幾何学的関係や上記第一の座標系の取り方に依存して決まるもので、関数Ｈｐ（θ）のヤコビアンをＪｐ（θ）と置く。
【００４４】
次に、加減速を行うための指令値を表す座標系として、プログラム座標系を正規化した座標系を用いる場合の動作について述べる。
図１２において、プログラム座標系上の指令経路Ｐｐおよび指令速度Ｆｐは、座標変換部３で座標変換される。すなわちプログラム座標系上の各軸の許容加速度をＡｐ１〜Ａｐｎ、Ａｐ１〜Ａｐｎを対角成分にもつ行列をψとして、ψの逆行列ψ-1を用いてＰａ＝ψ-1（Ｐｐ）、Ｆａ＝ψ-1（Ｆｐ）により加減速を行うための指令値を表す座標系上の指令経路Ｐａおよび指令速度Ｆａに座標変換する。次いで加減速部４、補間部５で上述の実施の形態１と同様の処理を行った後、座標逆変換部６において、Ｑｐ＝ψ×Ｑａの関係から加減速を行うための指令値を表す座標系上の位置指令Ｑａをプログラム座標系上の位置指令Ｑｐに変換する。さらに、座標変換部８において、Ｑｍ＝Ｈｐ-1（Ｑｐ）の関係から駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系上の位置指令Ｑｍに変換する。
【００４５】
次に、加減速を行うための指令値を表す座標系として、駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系を正規化した座標系を用いる場合の動作について述べる。
前処理部の動作は上述の場合と同様である。座標変換部３において、駆動対象の備える各軸の許容加速度をＡ１〜Ａｎ、上記Ａ１〜Ａｎを対角成分にもつ行列をφとし、φの逆行列φ-1を用いて、Ｐａ＝φ-1×Ｈｐ-1（Ｐｐ）、Ｆａ＝φ-1×Ｊｐ-1（Ｆｐ）の関係に基づきプログラム座標系上の指令経路Ｐｐおよび指令速度Ｆｐを、加減速を行うための指令値を表す座標系上の指令経路Ｐａおよび指令速度Ｆａに変換する。続いて、加減速部４、補間部５において、上述の場合と同様の処理を行った後、座標逆変換部６において、Ｑｐ＝Ｈｐ（φ×Ｑａ）の関係から位置指令Ｑａをプログラム座標系上の位置指令Ｑｐに変換し、さらに、座標変換部８において、Ｑｍ＝Ｈｐ-1（Ｑｐ）の関係から駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系上の位置指令Ｑｍに変換する。
【００４６】
上述のように、本発明によれば、プログラム指令を行うための指令値を表す第二の座標系や駆動対象の備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、すなわち機械座標系とは独立に加減速を行うための指令値を表す第三の座標系を設計でき、性能も向上できる。例えば実施の形態１と同様に、加減速を行うための指令値を表す座標系として、駆動対象の備える各軸の座標系を軸ごとの許容加速度で正規化した座標系を選べば、駆動対象の備える各軸の出しうる加速度をフルに活用して短時間に移動を完了し、かつその波形が乱れることなく、また簡単に加減速処理、加工処理を実現することができる。またプログラム座標系が目的とする作業を表している場合、或いは機械座標系よりもプログラム座標系の方が目的とする作業を表す座標系に近い場合には、プログラム座標系を正規化した座標系を、加減速を行うための指令値を表す座標系とすることで、作業目的に合致した制御を実現することが出来る。なお、上述の実施例では、座標逆変換部６の後に座標変換部８を設けたが、前処理部１の前または後に設置しても良い。
【００４７】
実施の形態４．
図１３にプログラム作成装置において直接、第三座標系である加減速座標系上の指令速度が指令される場合の実施例を示す。同一番号、同一符号は同一のものを表す。
図１３に示すように、先ず、プログラム作成装置において、プログラム座標系上の指令経路と加減速座標系上の指令速度が作成され、上記作成された指令経路と指令速度が指令値生成部に指令され、前処理されてバッファに格納される。次いで、指令経路Ｐｐは座標変換部３において加減速座標系上の数値に変換され、指令速度Ｆａはバッファから直接、加減速部４に送られ、加減速部４において加減速座標系上の指令経路Ｐａと指令速度Ｆａおよび加速度Ａｃに基づき加減速される。上記の場合においても前述の実施例と同様の効果がある。
なお、図１３ではプログラム作成装置において、指令速度が加減速座標系上の座標値に変換されて指令値生成部に指令される場合について述べたが、プログラムで指令するのは、少なくとも加減速座標系に変換された指令速度、指令経路のいずれかで一方で良く、いずれの場合についても同様の効果がある。
【００４８】
実施の形態５．
図１４は本発明のプログラム作成装置および指令値生成システムと、加工機の関係を示すブロック図である。
図１４において、６０はＣＡＤ／ＣＡＭなどのプログラム作成装置、７０はＮＣ装置などの指令値生成システム、８０は上記指令値生成システム７０によって駆動制御される加工機、９０は上記加工機の駆動対象である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。
【００４９】
また、図１５は本発明のプログラム作成装置の構成を示すブロック図である。
図１５において、５１は指令経路および指令速度の計算部、５２、５３はプログラム座標系上の指令経路、指令速度、５４は座標変換部、５５は加減速座標系上の指令速度、５６はプログラム出力部である。同一番号、同一符号は同一のものを表す。
【００５０】
次に、動作について説明する。
図１５に示すように、工具、被加工物、要求加工精度などに基づいて、指令経路および指令速度の計算部５１においてプログラム座標系上の指令経路および指令速度が計算され、次いで指令速度５３は座標変換部５４で加減速座標系上の座標値に変換される。上記加減速座標系上の座標値に変換された指令速度５５はプログラム座標系上の指令経路５２とともにプログラム出力部５６に送られる。上記プログラム出力部に送られた加減速座標系上の指令速度とプログラム座標系上の指令経路は、プログラム出力部５６から指令値生成システムに指令される。その後は、ＮＣ装置などの指令値生成システムの指令値生成部において上述の実施例と同様に指令値生成され、加減速処理される。
上述の例では、プログラム作成装置においてプログラム座標系上の指令速度を加減速座標系上の数値に変換してプログラム指令する場合について述べたが、指令経路を加減速座標系上の座標値に変換してプログラム指令しても良く、少なくとも指令経路、指令速度のいずれか一方を加減速座標系上の数値に変換して、プログラム指令し、加減速処理することで前述の場合と同様の効果が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系をそれぞれ設け、上記第三の座標系上で指令速度および指令経路を座標変換し、上記第三の座標系上の加減速パラメータに基づいて駆動対象が備える各軸の加減速を行うための指令値を生成するようにしたことにより、円滑かつ効率よく加減速処理が実現でき遅れやずれのない高性能な指令値生成方法および指令値生成システムを提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図２】 本発明の指令値生成方法を示す流れ図。
【図３】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図４】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図５】 本発明による実施の形態１の速度パターンを示す図。
【図６】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図７】 本発明による実施の形態１の速度パターンを示す図。
【図８】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図９】 本発明による実施の形態１の実施例を示す図。
【図１０】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図１１】 本発明による実施の形態２の実施例を示す図。
【図１２】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図１３】 本発明の指令値生成部を示す構成図。
【図１４】 本発明のシステム全体の構成図。
【図１５】 本発明のプログラム作成装置を示す構成図。
【図１６】 従来の指令値生成方法の流れ図。
【図１７】 従来の指令値生成部を示す構成図。
【符号の説明】
１ 前処理部、 ２ バッファ、 ３ 座標変換部、 ４ 加減速部、 ５ 補間部、 ６ 座標逆変換部、 ７ セグメント作成部、 ８ 座標変換部、 ５１ 指令経路および指令速度の計算部、 ５２ プログラム座標系上の指令経路、 ５３ プログラム座標系上の指令速度、 ５４ 座標変換部、 ５５ 加減速座標系上の指令速度、 ５６ プログラム出力部、 ６０ プログラム作成装置、 ７０ 指令値生成システム、 ８０ 加工機、 ８１ 前処理部、 ８２ バッファ、 ８３ 指令経路、 ８４ 指令速度、 ８５ 加速度計算部、８６ 加減速部、 ８７ 補間部、 ９０ 駆動対象、 １００ 指令値生成部、 ２００ 指令値生成部、 ３００ 指令値生成部、 ４００ 指令値生成部、 ５００ 駆動制御システム、 ６００ プログラム作成装置、 Ａ 加速度、 Ａｃ′ 移動方向の加速度、 Ｂ 指令要素、 Ｆ 指令速度、 Ｇ１ 直線補間、 Ｇ９０ 絶対座標値モード、 Ｎ ブロック、 Ｐ 指令経路、 Ｑ 指令位置、 ＳＶ サーボ制御部各軸、 Ｕ 単位長さ、 Ｖａ 加減速後速度、 Ｖｋ 加減速後速度、 Ｘａ 加減速座標系上のＸ軸、 Ｙａ 加減速座標系上のＹ軸、 Ｘｍ 機械座標系上のＸ軸、 Ｙｍ 機械座標系上のＹ軸、Ｘｐ プログラム座標系上のＸ軸、 Ｙｐ プログラム座標系上のＹ軸、 Ｘｗ 機械座標系上のＸ軸、 Ｙｗ 機械座標系上のＹ軸。
Claims (4)
- 複数軸を備え、それら複数軸の各軸に対応する可動部を動作させ、その動作の総合により目的とする作業を行う駆動対象の加減速を行うための指令値を生成する指令値生成方法において、上記駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系をそれぞれ設け、プログラム指令する指令経路と指令速度の少なくともいずれか一方は、加減速を行うための上記第三の座標系上の指令値に変換し、上記座標変換した指令値と上記第三の座標系上の加減速パラメータとに基づいて上記駆動対象の加減速を行うことを特徴とする指令値生成方法。
- 第三の座標系は、作業対象に対する作業工具を表す座標系とすることを特徴とする請求項１に記載の指令値生成方法。
- 駆動対象が有する各軸の加減速動作の補間は、第一乃至第三の座標系のいずれかを用いて行うようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の指令値生成方法。
- 複数軸を備え、それら複数軸の各軸に対応する可動部を動作させ、その動作の総合により目的とする作業を行う駆動対象の加減速を行うための指令値を生成する指令値生成システムにおいて、上記駆動対象が備える各軸の単位移動量を要素とする第一の座標系、プログラム指令する際に基準として用いる第二の座標系、および上記第一の座標系を上記駆動対象が備える各軸の許容加速度で正規化した第三の座標系を備え、プログラム指令する指令経路と指令速度の少なくともいずれか一方は、加減速を行うための上記第三の座標系上の指令値に変換し、上記座標変換した指令値と上記第三の座標系上の加減速パラメータとに基づいて上記駆動対象の加減速を行うことを特徴とする指令値生成システム。
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