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技術 機械装置、および機械装置の振動制御方法

出願人 三菱電機株式会社
発明者 細川義浩堀内弥猿田祐輔
出願日 2016年4月22日 (4年7ヶ月経過) 出願番号 2016-085774
公開日 2017年10月26日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-194881
状態 特許登録済
技術分野 防振装置 機械的変量の制御(その他)
主要キーワード 非駆動軸 応答帯域 方向検出器 設定加速度 加速度パターン 駆動パラメータ 振動軸 位置パターン
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重要な関連分野

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図面 (15)

課題

振動を抑制しつつワインドアップを抑えることができる機械装置を得ること。

解決手段

駆動機構を備えた機械装置において、機械装置の振動と当該振動の方向を検出する振動検出器と、駆動機構を制御する駆動機構制御器とを備え、駆動機構制御器は、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタと、振動検出器により検出される振動の周波数を抽出し、周波数フィルタの特性を、抽出した振動の周波数のうち抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定するとともに、設定された周波数フィルタにより駆動パターンの信号が変更された後の駆動パターンの信号の妥当性を判断し、妥当でない場合は、駆動パターンを再設定して周波数フィルタの特性を再設定する、駆動パターン・周波数フィルタ設定部と、を備えるようにした。

概要

背景

一般に、空間を走査する機能を有する機械装置アクチュエータで駆動される。また、アクチュエータの制御方式として、検出器(例えばエンコーダー)の値を利用しないフィードフォワード方式と検出器の値を利用するフィードバック方式がある。

このような機械装置において、機械装置を駆動すると、(駆動部質量)×(駆動部加速度)により決まる反力の作用により、該機械装置の筐体等の構造体機械要素)が振動する。これらの構造体の振動は機械装置における駆動部の位置決め精度に悪影響を及ぼすので、このような振動の発生を抑制することが要求される。

そこで上述のような振動の発生を抑制するために、従来は、振動が減衰するまで待って作業する、構造体が振動しないように機械装置の駆動部を低速で駆動させる、動吸振器を取り付ける、いわゆるアクティブ制振を行なう、等によって必要精度を出すようにしていた。また機械装置の駆動パターン周波数成分に分解し、構造体の固有振動周波数に該当する周波数成分を減衰させ、代わりに機械装置の駆動パターンが有する周波数成分を増加させることにより、機械装置自体の振動を抑制する方法(例えば、特許文献1、特許文献2)などが提案されている。

概要

振動を抑制しつつワインドアップを抑えることができる機械装置を得ること。駆動機構を備えた機械装置において、機械装置の振動と当該振動の方向を検出する振動検出器と、駆動機構を制御する駆動機構制御器とを備え、駆動機構制御器は、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタと、振動検出器により検出される振動の周波数を抽出し、周波数フィルタの特性を、抽出した振動の周波数のうち抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定するとともに、設定された周波数フィルタにより駆動パターンの信号が変更された後の駆動パターンの信号の妥当性を判断し、妥当でない場合は、駆動パターンを再設定して周波数フィルタの特性を再設定する、駆動パターン・周波数フィルタ設定部と、を備えるようにした。

目的

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、振動を抑制しつつワインドアップを抑えることができる機械装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

駆動機構を備えた機械装置において、前記機械装置の振動と当該振動の方向を検出する振動検出器と、前記駆動機構を制御する駆動機構制御器とを備え、前記駆動機構制御器は、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタと、前記振動検出器により検出される振動の周波数を抽出し、前記周波数フィルタの特性を、抽出した振動の周波数のうち抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定するとともに、設定された周波数フィルタにより前記駆動パターンの信号が変更された後の駆動パターンの信号の妥当性を判断し、妥当でない場合は、前記駆動パターンを再設定して前記周波数フィルタの特性を再設定する、駆動パターン・周波数フィルタ設定部と、を備えたことを特徴とする機械装置。

請求項2

複数の駆動機構と、前記複数の駆動機構をそれぞれ制御する複数の駆動機構制御器とを備え、前記複数の駆動機構制御器はそれぞれ、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタとを有し、前記駆動パターン・周波数フィルタ設定部は、それぞれの前記周波数フィルタの特性を、前記振動検出器で検出された振動のうち、前記複数の駆動機構の駆動軸の方向のいずれの方向とも異なる非駆動軸の方向の振動の周波数のうち抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定することを特徴とする請求項1に記載の機械装置。

請求項3

前記駆動機構制御器は駆動機構の駆動方向を検出する駆動機構駆動方向検出器を備え、前記周波数フィルタから出力されるそれぞれのフィルタリングされた信号と前記駆動機構駆動方向検出器により検出される信号の誤差増幅してフィードバック制御を行う駆動機構制御部を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載の機械装置。

請求項4

前記駆動機構制御部に制御部周波数フィルタを備え、前記駆動パターン・周波数フィルタ設定部は、前記抑制する優先度の高い周波数のうち、予め設定された周波数以上の周波数の信号を、前記制御部周波数フィルタにより抑制するように設定することを特徴とする請求項3に記載の機械装置。

請求項5

前記駆動機構の数が2であり、前記非駆動軸が前記駆動機構のそれぞれの駆動軸に垂直な面となす角度をそれぞれαA、αBとし、βを0より大きく1以下の実数としたとき、(sin(αA)+sin(αB))/2<βを満足することを特徴とする請求項2に記載の機械装置。

請求項6

駆動機構を備えた機械装置であって、前記機械装置の振動と当該振動の方向を検出する振動検出器と、前記駆動機構を制御する駆動機構制御器とを備え、前記駆動機構制御器は、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタとを有する機械装置の製造方法において、前記駆動機構駆動パターン生成部において生成された駆動パターンにより前記駆動機構を駆動し、この時に前記振動検出器により検出される振動の周波数を抽出するステップと、前記周波数フィルタの特性を、抽出した振動の周波数のうち抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定するステップと、この特性が設定された周波数フィルタにより前記駆動パターンの信号が変更された後の駆動パターンの信号の妥当性を判断し、妥当でない場合は、前記駆動パターンを再設定して、必要な場合は前記周波数フィルタの特性も再設定するステップと、を備えたことを特徴とする機械装置の製造方法。

請求項7

複数の駆動機構を備えた機械装置であって、前記機械装置の振動と当該振動の方向を検出する振動検出器と、前記複数の駆動機構をそれぞれ制御する複数の駆動機構制御器とを備え、前記複数の駆動機構制御器はそれぞれ、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタとを有する機械装置の製造方法において、前記複数の駆動機構を同時に駆動して、前記振動検出器により検出される振動の周波数のうち、前記複数の駆動機構の駆動軸の方向のいずれの方向とも異なる非駆動軸の方向の振動の周波数である抽出振動周波数を抽出するステップと、それぞれの駆動機構制御器ごとに、それぞれの前記周波数フィルタを、それぞれの駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンによりそれぞれの駆動機構を単独で駆動して、前記振動検出器により検出される振動の周波数のうち、前記抽出振動周波数と同一の周波数であって、抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定するステップと、この特性が設定された周波数フィルタにより前記駆動パターンの信号が変更された後の駆動パターンの信号の妥当性を判断し、妥当でない場合は、前記駆動パターンを再設定して、必要な場合は前記周波数フィルタの特性も再設定するステップと、を含むことを特徴とする機械装置の製造方法。

請求項8

前記駆動機構の数が2であり、前記非駆動軸が前記駆動機構のそれぞれの駆動軸に垂直な面となす角度をそれぞれαA、αBとし、βを0より大きく1以下の実数としたとき、(sin(αA)+sin(αB))/2<βを満足することを特徴とする請求項7に記載の機械装置の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、機械装置の駆動に伴って振動する機械要素を有する機械装置の制振方法に関するものである。

背景技術

0002

一般に、空間を走査する機能を有する機械装置はアクチュエータで駆動される。また、アクチュエータの制御方式として、検出器(例えばエンコーダー)の値を利用しないフィードフォワード方式と検出器の値を利用するフィードバック方式がある。

0003

このような機械装置において、機械装置を駆動すると、(駆動部質量)×(駆動部加速度)により決まる反力の作用により、該機械装置の筐体等の構造体(機械要素)が振動する。これらの構造体の振動は機械装置における駆動部の位置決め精度に悪影響を及ぼすので、このような振動の発生を抑制することが要求される。

0004

そこで上述のような振動の発生を抑制するために、従来は、振動が減衰するまで待って作業する、構造体が振動しないように機械装置の駆動部を低速で駆動させる、動吸振器を取り付ける、いわゆるアクティブ制振を行なう、等によって必要精度を出すようにしていた。また機械装置の駆動パターン周波数成分に分解し、構造体の固有振動周波数に該当する周波数成分を減衰させ、代わりに機械装置の駆動パターンが有する周波数成分を増加させることにより、機械装置自体の振動を抑制する方法(例えば、特許文献1、特許文献2)などが提案されている。

先行技術

0005

特開2002−181122号公報
特開2003−208230号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上述の振動が減衰するまで待つ、あるいは低速で移動させる等の方法では、作業時間が長くなり効率が低下する。また動吸振器を設けたり、アクティブ制振を行ったりする方法では、高価な装置と高度な専門知識が必要となり、コストアップ要因となる。

0007

また、特許文献1の方法では機械装置の共振周波数を避ける駆動パターンを決定するため、駆動時間を任意に設定することが出来ない。さらに、特許文献2の方式では、任意の駆動時間を設定可能であるが、駆動パターンを修正するためのフィルタ位相特性により、移動体の駆動時に移動体が一時的に予定移動量を上回る量を移動する現象ワインドアップ)を生じる可能性が高くなる。これは、移動体の駆動パターンが有する周波数成分を増加させることにより任意の移動時間を設定可能にしているため、フィルタによる位相遅れが増加するためである。

0008

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、振動を抑制しつつワインドアップを抑えることができる機械装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、駆動機構を備えた機械装置において、機械装置の振動と当該振動の方向を検出する振動検出器と、駆動機構を制御する駆動機構制御器とを備え、駆動機構制御器は、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタと、振動検出器により検出される振動の周波数を抽出し、周波数フィルタの特性を、抽出した振動の周波数のうち抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定するとともに、設定された周波数フィルタにより駆動パターンの信号が変更された後の駆動パターンの信号の妥当性を判断し、妥当でない場合は、駆動パターンを再設定して周波数フィルタの特性を再設定する、駆動パターン・周波数フィルタ設定部と、を備えたものである。

0010

また、本発明は、駆動機構を備えた機械装置であって、機械装置の振動と当該振動の方向を検出する振動検出器と、駆動機構を制御する駆動機構制御器とを備え、駆動機構制御器は、駆動機構駆動パターン生成部と、この駆動機構駆動パターン生成部で生成された駆動パターンの信号をフィルタリングする周波数フィルタとを有する機械装置の製造方法において、駆動機構駆動パターン生成部において生成された駆動パターンにより駆動機構を駆動し、この時に振動検出器により検出される振動の周波数を抽出するステップと、周波数フィルタの特性を、抽出した振動の周波数のうち抑制する優先度の高い周波数の信号を抑制する特性に設定するステップと、この特性が設定された周波数フィルタにより駆動パターンの信号が変更された後の駆動パターンの信号の妥当性を判断し、妥当でない場合は、駆動パターンを再設定して、必要な場合は前記周波数フィルタの特性も再設定するステップと、を備えたものである。

発明の効果

0011

この発明によれば、機械共振を抑制し、さらにワインドアップを抑制しつつ、機械装置を任意の駆動時間で駆動することが可能となる。

図面の簡単な説明

0012

本発明の実施の形態1による機械装置の駆動機構制御器の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態1による機械装置の動作の概念を説明するための斜視図である。
本発明の実施の形態1による機械装置の動作の概念を説明するための上面図である。
本発明の実施の形態1による機械装置の駆動パターンの一例を示す線図である。
本発明の実施の形態1による機械装置の周波数フィルタの特性の一例を示すボード線図である。
本発明の実施の形態1による機械装置の周波数フィルタの特性および駆動パターンを決定するフロー図である。
本発明の実施の形態2による機械装置の動作の概念を説明するための斜視図である。
本発明の実施の形態2による機械装置の動作の概念を説明するための要素図である。
本発明の実施の形態2による機械装置の駆動機構制御器の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態2による機械装置の周波数フィルタの特性および駆動パターンを決定する第一のフロー図である。
本発明の実施の形態2による機械装置の周波数フィルタの特性および駆動パターンを決定する第二のフロー図である。
本発明の実施の形態2による機械装置の周波数フィルタの特性および駆動パターンを決定する第三のフロー図である。
本発明の実施の形態3による機械装置の駆動機構制御器の構成を示すブロック図である。
本発明の実施の形態6による機械装置の駆動機構制御器の構成を示すブロック図である。

実施例

0013

実施の形態1.
図2および図3は、本発明を適用する、機械装置の一例を示す図である。図2が斜視図、図3図2の上面図である。図2で示す機械装置3では、駆動機構1を備え、かつ機械装置3の振動を検出する振動検出器8を備える。駆動機構1は図2及び図3に示すようなタイヤによる駆動方式でも、また、ダイレクトドライブモータコイル磁石が分離しているモータ)、またこれらの組み合わせでもよい。

0014

振動検出器8は、機械装置3の振動の大きさ(振動振幅)と振動方向を検出可能な検出器である。振動検出器8は1つの軸方向の振動を検出出来る検出器を複数設置しても、複数の振動軸を同時に検出出来る検出器を1つ設置しても良い。振動検出器8の代表的な検出器として、加速度センサがある。また、振動検出器8は機械装置3の振動が大きい点もしくは当該振動が機械装置3の性能に影響を及ぼす点、すなわち振動を抑制したい点に設置するのが良い。ここで述べる機械装置3の性能とは、機械装置3の駆動性能のみでは無く、機械装置3の本質的な目的の性能を含む。例えば、機械装置3が物体射出することを目的としていれば、物体を射出する性能に影響する振動が発生する点に、振動検出器8を設置するのが良い。

0015

本発明において、機械装置を制御するための駆動機構制御器のブロック図を図1に示す。図中において、実線で示した信号線は、機械装置3の制御中に随時データのやりとりが発生する信号フローを、破線で示した信号線は、ある決められた時点でデータのやりとりが発生する信号フローを示す。ある決められた時点とは、連続でない1回以上の時点を示し、例として、初期設定時点や機械装置3の駆動パラメータが変更となった時点などがある。

0016

始めに、駆動機構駆動パターン生成部20における、駆動パターン生成方法を説明する。駆動パターン生成には、所定移動時間Tm、移動量D、設定加速度Aがパラメータとなる。ここで、Tm≧0、D≧0、A≧0とする。加速度パターンa(t)、速度パターンv(t)、位置パターンp(t)及び移動量Dはそれぞれ次の式で表せる。ここで、積分範囲のTsは軌道生成開始時間を、Teは軌道生成の終了時間を示し、Ts≦0≦Tm≦Teの関係が成り立つ。

0017

図4に駆動パターンの一例を示す。図4では設定加速度Aを1[m/s^2]、Dを25[m]として設定値として与え、所定移動時間Tmが自動的に決定される例を示している。まず、加速度Aを利用して、図4(a)のように加速度の駆動パターン生成を行う。加速度は、図4(a)に示すように設定加速度Aで加速し(0秒から5秒)、次に設定加速度Aで減速(5秒から10秒)するような、加速度パターンとする。次に、図4(b)のような速度パターン生成を行う。図4(b)は図4(a)を時間軸において1回積分した値である。続いて、図4(c)のような位置パターン生成を行う。図4(c)は図4(a)を時間軸において2回積分した値である。

0018

本駆動パターン生成方法では、所定移動時間Tm、移動量D、設定加速度Aのうち2つを設定値として与えれば、残りの1つが自動的に決定する。すなわち、所定移動時間Tmと移動量Dが決まっている場合、本駆動パターンによれば、設定加速度Aを決定することが可能である。

0019

周波数フィルタ15は駆動機構駆動パターン生成部20で生成した駆動パターンに対して適用するフィルタを示す。周波数フィルタ15の一例として、ノッチフィルタローパスフィルタ、これらの組み合わせがある。一例として、図5(a)に中心周波数を4Hzとした2次ノッチフィルタの周波数特性図5(b)に伝達関数を示す。周波数フィルタ15は複数段のフィルタで構成しても良い。本発明において、周波数フィルタ15にl段(lは自然数)から構成されるローパスフィルタを併せて導入することが効果的である。ここで、lはローパスフィルタの段数を示し、l=5もしくは6が適切である。

0020

駆動機構制御部16は、駆動機構1を駆動し、駆動機構駆動方向検出器18によって検出された駆動量(移動量)をフィードバック制御する制御系を示す。駆動機構制御部16の一例として、比例ゲイン積分ゲイン微分ゲインの全てもしくは一部を利用した制御方式がある。

0021

この構成において、周波数フィルタ15の周波数特性及び駆動パターン生成部20における駆動パターンの決定方法のフローチャート図6に示す。まず、駆動パターンを生成する。所定移動時間Tmと移動量Dを設定値として、先に述べた手法を利用して、駆動パターンを生成する。所定移動時間Tmは、機械装置3が実際に駆動する所望移動時間Trの間に移動が完了するよう
Tm≦Tr
の関係が成り立つように、設定する。

0022

駆動パターンの生成により決定された設定加速度をAとする(ステップST1)とき、設定加速度Aが駆動機構1が出力可能な加速度Apより大きい場合(ステップST2 NO)、駆動出来ない条件である。この場合、所定移動時間Tmを長くするか、移動量Dを短くするか、あるいは駆動機構1を変更し、加速度Apを大きくし(ステップST3)駆動パターンの生成をやり直す(ステップST1に戻る)。

0023

次に、生成した駆動パターンで機械装置3を駆動し、そのときの振動を振動検出器8を利用して検出し、機械装置3の振動周波数を抽出する(ステップST4)。この時の振動周波数のうち、影響の大きい周波数からn個の周波数を除去するような周波数フィルタ15を設計する(ステップST5)。ここで、nは自然数とする。ここで述べる「影響の大きい」とは、機械装置3の駆動性能や機械装置3の本質的な目的の性能に対して影響が大きいという意味である。すなわち、例えば、機械装置3が物体を射出することを目的としていれば、物体を射出する性能に影響する割合が大きい振動周波数の順にn個の周波数を除去するような周波数フィルタ15を設計する。すなわち、周波数フィルタ15として、抑制する優先度が高い振動の周波数の信号を抑制する周波数フィルタ15とするのである。ここで、周波数フィルタ15を導入する事で、周波数フィルタ出力値27において、移動時間が変化する。この変化後の移動時間をTdとする(ステップST6)。

0024

次に、所望移動時間Trと変化後の移動時間Tdの間の大小関係を判断する(ステップST7)。TrとTdが同じ場合は、現在の駆動パターンをそのまま採用する。Trの方がTdより大きい場合は、元の設定加速度Aより小さい設定加速度A'と移動量Dを設定値として、駆動パターンを再設計することで、TrとTdを等しくする(ステップST8)。Trの方がTdより小さい場合、所定移動時間をTm-(Td-Tm)に変更する(ステップST9)。この変更後の所定移動時間をTm'とする。次に変更後の所定移動時間Tm'と移動量Dを設定値として、駆動パターンを再設計する。このとき、再設計により再決定された設定加速度をA'とする(ステップST10)。ここで、設定加速度A'と駆動機構1が出力可能な加速度Apとの大きさを比較する(ステップST11)。Apの方が大きい場合(ステップST11 YES)は、この時の駆動パターンを採用する。A'の方が大きい場合は、周波数フィルタ15のパラメータを再設計する(ステップST12)。再設計する時の指針として、振動検出器8で検出した振動周波数から影響の大きいn個の周波数を選定するとき、nの値を小さくする方法がある。あるいは、周波数フィルタ15に図5で示したようなノッチフィルタを利用する場合において、ノッチの深さを浅くする方法でも良く、またその両方でも良い。周波数フィルタ15にローパスフィルタを利用している場合は、そのローパスフィルタの数を減らす方法でも良い。この修正した周波数フィルタ15を元に、変化後の移動時間Tdを再度測定し(ステップST6に戻る)、同様の手順を実行する。

0025

以上をまとめると、周波数フィルタの特性設定後、当該周波数フィルタにより変更された駆動パターンの妥当性を判断し、設定加速度が駆動機構が出力不可能である場合、所望移動時間Trと変更後の駆動パターンの移動時間Tdとが異なる場合など、駆動パターンが妥当ではないと判断された場合、駆動パターン、あるいは周波数フィルタを再設定し、変更後の移動時間Tdが所望移動時間Trとなるようにするのである。

0026

以上のステップは、機械装置の設計時に設計者が実行する。あるいは、以上のステップを実行するように駆動機構1を制御し、振動検出器8の信号を解析して振動周波数を抽出して周波数フィルタ15を再設定し、また駆動パターン発生部20を制御して駆動パターンを再設定させる機能を有する駆動パターン・周波数フィルタ設定部50により行うこともできる。この場合、駆動機構駆動パターン生成部20および周波数フィルタ15は、駆動パターン・周波数フィルタ設定部50からの信号にしたがって、それぞれ駆動パターンおよび周波数特性を設定できるよう構成されていなければならない。駆動パターン・周波数フィルタ設定部50を有する場合、機械装置3の駆動パラメータが変更される都度、あるいは機械装置3の経年変化による特性変化に追随させるため例えば機械装置の補修時に、駆動パターンおよび周波数フィルタの再設定を行うことができる。

0027

以上のようなフローにより周波数フィルタ15及び駆動機構駆動パターン生成部20において周波数フィルタの特性および駆動パターンを設定することで、過剰なフィルタ設計による悪影響を排除しつつ、機械装置3の振動を抑制することが可能となる。さらに、機械装置3の振動を抑制するような駆動パターンを生成しつつ、任意の時間で機械装置3を駆動させることが可能となる。

0028

実施の形態2.
図7は、本発明の実施の形態2による機械装置の概略構成を示す斜視図、および図8は、本発明の実施の形態2による機械装置の概念図である。本実施の形態2は、駆動機構の駆動軸として2つの回転軸を有する機械装置に本発明を適用する場合の実施の形態である。図7において、この駆動機構は、面9を天空上の任意の点に対するように回転移動することが可能となるよう、第一駆動機構1を方位軸、第二駆動機構2を仰角軸に設置している。図7および図8で示すような回転駆動機構において、第一駆動機構1の軸である第一駆動機構駆動軸10に垂直な面と非駆動軸方向7の軸である非駆動軸12との空間上における角度をαA、第二駆動機構2の軸である第二駆動機構駆動軸11に垂直な面と非駆動軸12との空間上における角度をαBとする。次に、軸構成パラメータとしてβを決める
。βは、0より大きく1以下の実数である。このとき、非駆動軸12もしくは非駆動軸群は
(sin(αA)+sin(αB))/2<β (1)
を満たすように選定する。ここで、βの選定方法は構造体の規模や駆動軸の数によって異なるが、大きな数字とすると本発明の効果が十分に発揮出来なくなる。本発明の効果を発揮するためには、αA及びαBが30度以下の角度を持つことが望ましく、すなわちβは0.5以下が望ましい。この条件は、非駆動軸方向が、各駆動軸と平行な方向から大きくずれた方向となる条件である。よって、この方向を非駆動軸方向と称する。図7図8では、典型的な例として、非駆動軸方向が各駆動軸に垂直な方向に近い、すなわちαA〜0度、αB〜0度、式(1)の左辺が0に近い方向である例を示している。

0029

本発明において、このような複数の駆動軸を有する機械装置を制御するためのブロック図を図9に示す。図9は第一駆動機構1および第二駆動機構2の2つの駆動機構を駆動する制御を示している。図中において、実線で示した信号線は、機械装置3の制御中に随時データのやりとりが発生する信号フローを、破線で示した信号線は、ある決められた時点でデータのやりとりが発生する信号フローを示す。ある決められた時点とは、連続でない1回以上の時点を示し、例として、初期設定時点や機械装置3の駆動パラメータが変更となった時点などがある。図9において、第一駆動機構駆動パターン生成部20および第二駆動機構駆動パターン生成部21は実施の形態1の図1における駆動機構駆動パターン生成部20と同等な構成、第一周波数フィルタ15および第二周波数フィルタ23は周波数フィルタ15と同等な構成、第一駆動機構制御部16および第二駆動機構制御部17は、駆動機構制御部16と同等な構成、第一駆動機構駆動方向検出器18および第二駆動機構駆動方向検出器19は、駆動機構駆動方向検出器18と同等な構成である。

0030

この構成における、第一駆動機構駆動パターン生成部20における駆動パターン生成と第一周波数フィルタ15の周波数、および第二駆動機構駆動パターン生成部21における駆動パターン生成と第二周波数フィルタ23の周波数の決定方法のフローチャートを図10図12に示す。

0031

図10に示すように、始めに、第一駆動機構1および第二駆動機構2を同時に駆動する(ステップST21)。このとき、振動検出器8を利用し、機械装置3の振動周波数を検出する(ステップST22)。検出した機械装置3の振動周波数から、非駆動軸方向7の振動周波数を抽出し、この周波数群を抽出振動周波数とする(ステップST23)。その後、図11に示すフローにしたがって、第一駆動機構の駆動パターンと第一周波数フィルタ15の周波数、および図12に示すフローにしたがって、第二駆動機構の駆動パターン生成と第二周波数フィルタ23の周波数、をそれぞれ決定する。

0032

図11のフローに示す、第一駆動機構駆動パターン生成部20における駆動パターン生成と第一周波数フィルタ15の周波数の決定方法について述べる。第一駆動機構1における所定移動時間Tmと移動量Dを設定値として、実施の形態1で述べた手法を利用して、駆動パターンを生成し、第一駆動機構1の駆動パターンとする(ステップST24)。所定移動時間Tmは、機械装置3が実際に駆動する必要がある所望移動時間Trとの間に、Tm≦Trの関係が成り立つように、設定する。駆動パターンの生成により決定された設定加速度をAとするとき、設定加速度Aが第一駆動機構1が出力可能な加速度Apより大きい場合、駆動出来ない条件である(ステップST25 NO)。この場合、所定移動時間Tmを長くするか、移動量Dを短くするか、あるいは第一駆動機構1を変更することにより加速度Apを大きして(ステップST26)再度駆動パターンを生成する(ステップST24に戻る)。

0033

駆動パターンが決定できたら、決定した駆動パターンで第一駆動機構1を駆動し、そのときの振動を振動検出器8を利用して検出し、機械装置3の振動周波数群を検出する(ステップST27)。この周波数のうちステップST23で抽出した抽出振動周波数に一致する振動周波数群を抽出する(ステップST28)。この抽出した振動周波数群のうち、影響の大きい周波数からn個の周波数を除去するような第一周波数フィルタ15を設計する(ステップST29)。ここで、nは自然数とする。ここで述べる「影響の大きい」とは、機械装置3の駆動性能や機械装置3の本質的な目的の性能に対して影響が大きいという意味である。すなわち、例えば、機械装置3が物体を射出しすることを目的としていれば、物体を射出する性能に影響する割合が大きい振動周波数の順にn個の周波数を除去するような第一周波数フィルタ15を設計する。すなわち、第一周波数フィルタ15として、抑制する優先度が高い振動の周波数の信号を抑制する第一周波数フィルタ15とするのである。

0034

ここで、第一周波数フィルタ15を導入する事で、第一周波数フィルタ出力値27において、所定移動時間が変化する。この変化後の移動時間をTdとする(ステップST30)。次に、所望移動時間Trと変化後の移動時間Tdの間の大小関係を判断する(ステップST31)。TrとTdが同じ場合は、現在の第一駆動機構の駆動パターンをそのまま採用する。Trの方がTdより大きい場合は、元の設定加速度Aより小さい設定加速度A'と移動量Dを設定値として、第一駆動機構の駆動パターンを再設計することで、TrとTdを等しくする(ステップST32)。Trの方がTdより小さい場合、所定移動時間をTm-(Td-Tm)に変更する(ステップST33)。この変更後の所定移動時間をTm'とする。次に変更後の所定移動時間Tm'と移動量Dを設定値として、第一駆動機構の駆動パターンを再設計する。このとき、再設計により再決定された設定加速度をA'とする(ステップST34)。ここで、設定加速度A'と第一駆動機構1が出力可能な加速度Apとの大きさを比較する(ステップST35)。Apの方が大きい場合(ステップST35 YES)は、この時の駆動パターンを採用する。Aの方が大きい場合(ステップST35 NO)は、第一周波数フィルタ15のパラメータを再設計する(ステップST36)。再設計する時の指針として、振動検出器8で検出した振動周波数から影響の大きいn個の周波数を選定するとき、nの値を小さくする方法がある。また、第一周波数フィルタ15に図5で示したようなノッチフィルタを利用する場合において、ノッチの深さを浅くする方法もある。この修正した第一周波数フィルタ15を元に、変化後の移動時間Tdを再度測定し(ステップST30に戻る)、同様の手順を実施する。

0035

次に、第二駆動機構2の駆動パターンと第二周波数フィルタ23を図12のフロー図に従って決定する。図12のフロー図におけるステップST44〜ステップST56は、上述の第一駆動機構の駆動パターンと第一周波数フィルタ15の決定フローであるステップST24〜ステップST36と全く同じであるので説明を省略する。

0036

このような手法を利用することで、複数の駆動軸を有しかつ共振周波数が複数存在するような複雑な機械装置に対して、過剰なフィルタ設計による悪影響を排除しつつ、機械装置の振動を抑制することが可能となる。さらに、機械装置の振動を抑制するような駆動パターンを生成しつつ、任意の時間で機械装置を駆動することが可能となる。

0037

実施の形態3.
図13は、本発明の実施の形態3による機械装置の駆動機構制御器の構成を示すブロック図である。図13の駆動パターン・周波数フィルタ設定部50の信号線が実線で示されているように、駆動パターン・周波数フィルタ設定部50は駆動機構1を常に監視し、機械装置3の運転を利用して、周波数フィルタ15および駆動機構駆動パターン生成部20の両方またはどちらか一方のみの設定を変化させる構成としても良い。この場合においても、図6で示したフローチャートの手順を踏む。すなわち、機械装置3の運転中に、振動検出器8を利用して機械装置3の振動を検出し、図6におけるフローチャートの最後まで行ったタイミングで、周波数フィルタ15および駆動機構駆動パターン生成部20の両方またはどちらか一方のみを更新する。このような構成とすることで、機械装置3の共振周波数が例えば経時変化する場合でも、本発明の効果を発揮することが可能となる。

0038

実施の形態4.
図1の駆動機構制御部16、あるいは図9の第一駆動機構制御部16および第二駆動機構制御部17の両方またはどちらか一方のみに、機械装置3の共振周波数の励振を抑制するための、制御部周波数フィルタを有する構成としても良い。ここでは、駆動機構制御部16にのみ制御部周波数フィルタを含む構成の場合を説明する。駆動機構制御部16を含むフィードバックループ制御帯域をCHz(但しCは0より大きい実数)とする。ここで、駆動機構制御部16に導入する正gy部周波数フィルタが、CHz以下の場合、導入する制御部周波数フィルタの影響で制御帯域の低下を招き、駆動機構制御部16を含むフィードバックループの応答性能の低下を招く。そのため、機械装置3の共振を抑制する周波数フィルタは少なくともCHzより高い周波数とする必要がある。一方、本発明における周波数フィルタ15は、CHzよりも低い周波数に入れても、駆動機構制御部16を含むフィードバックループの制御帯域の低下につながらない。一方、周波数フィルタ15で多くの周波数を減衰することは、制御ループへ入力するエネルギー量の減衰を意味する。そのため、周波数フィルタ15で多くの周波数を減衰しながら、同等の応答性能を確保するためには、駆動機構1が出力可能な加速度を大きくする必要がある。

0039

そこで、図6に示すフローにおいて、設計される周波数フィルタのうち、CHzより高い周波数のものを駆動機構制御部16の中の制御部周波数フィルタとし、C以下の周波数のものを周波数フィルタ15とする。この構成とすることで、全てを周波数フィルタ15とする場合と比較し、駆動機構制御部16へ入力するコマンド信号の応答性能が改善し、かつ、駆動機構制御部16を含むフィードバックループの応答帯域を確保することが可能となる。

0040

実施の形態5.
また、駆動パターン生成の生成手法において、加速時の加速度と減速時の加速度を異なる加速度として設定する方式としても良い。加速時の設定加速度をA1、減速時の設定加速度をA2とするとき、駆動パターン生成は次の式による。

0041

この駆動パターンを利用することで、駆動機構1の加速時と減速時の加速度制限値が異なる場合において、所定移動時間Tmと移動量Dが同等でも、周波数フィルタ15で除去するエネルギーを大きくすることが可能となり、本発明の効果をより発揮出来る。

0042

実施の形態6.
図14は、本発明の実施の形態6による機械装置の駆動機構制御器の構成を示すブロック図である。制御方式として、駆動機構駆動方向検出器18を利用しない、フィードフォワード方式としてもよい。図14は、フィードフォワード方式で機械装置を制御するための駆動機構制御器のブロック図である。駆動パターン・周波数フィルタ設定部50の動作は、例えば実施の形態1の駆動パターン・周波数フィルタ設定部50と同様である。本実施の形態6によれば、例えば、実施の形態1、すなわち図1における駆動機構制御部16を、図14に示すようにフィードフォワード方式の駆動機構制御部160とすることで制御の応答速度を早めることができる。これは、本発明の効果の一つである、応答速度の低下を最小限にとどめながら振動を抑制するという効果を、より高めるものである。さらに本発明にフォードフォワード方式を適用する事で、フィードバック制御が無い場合においても、振動を低減することが可能となる。このように、駆動機構駆動方向検出器18を利用せずに、本発明の効果を発揮することが可能となり、コスト削減が可能となる。

0043

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

0044

1駆動機構(第一駆動機構)、2 第二駆動機構、3機械装置、5 駆動機構1の駆動方向、6 第二駆動機構2の駆動方向、7非駆動軸方向、8振動検出器、12 15周波数フィルタ(第一周波数フィルタ)、16 駆動機構制御部(第一駆動機構制御部)、17 第二駆動機構制御部、18 駆動機構駆動方向検出器(第一駆動機構駆動方向検出器)、19 第二駆動機構駆動方向検出器、20 駆動機構駆動パターン生成部(第一駆動機構駆動パターン生成部)、21 第二駆動機構駆動パターン生成部、23 第二周波数フィルタ、50 駆動パターン・周波数フィルタ設定部、160 駆動機構制御部

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