專(zhuān)利名稱(chēng)：并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別地，涉及下述并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其具有主控側(cè)及從屬側(cè)的2個(gè)伺服致動(dòng)器，它們彼此并列地配置，具有直線運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部；以及臂部件，其將該致動(dòng)器的可動(dòng)部彼此結(jié)合。
背景技術(shù)：
作為利用2個(gè)致動(dòng)器并行驅(qū)動(dòng)臂部件的現(xiàn)有系統(tǒng)，存在下述兩種系統(tǒng)，即，在主控側(cè)和從屬側(cè)這兩側(cè)的致動(dòng)器上分別具有位置檢測(cè)器的系統(tǒng)、以及在一側(cè)的致動(dòng)器上不具有位置檢測(cè)器的系統(tǒng)。
圖9是表示現(xiàn)有的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)例子的圖。圖9 (a)是僅在主控側(cè)致動(dòng)器上具有位置檢測(cè)器的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。在圖9 (a)中，主控側(cè)及從屬側(cè)的致動(dòng)器的各可動(dòng)部5A及5B通過(guò)具有頭部9的臂部件8進(jìn)行連結(jié)。主控側(cè)伺服放大器12A基于從控制器14接收的位置指令、以及從位置檢測(cè)器10輸入的表示主控側(cè)致動(dòng)器的可動(dòng)部5A的位置的主控側(cè)位置信息，進(jìn)行位置控制。通過(guò)從主控側(cè)伺服放大器12A向從屬側(cè)伺服放大器12B發(fā)送扭矩指令，從屬側(cè)伺服放大器12B使用該扭矩指令進(jìn)行扭矩控制，從而構(gòu)建并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。圖9 (b)是表不現(xiàn)有的其他并彳丁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的圖。在圖9 (b)中，在王控側(cè)和從屬側(cè)的致動(dòng)器上分別具有位置檢測(cè)器IOA及10B。主控側(cè)及從屬側(cè)伺服放大器12A及12B均基于從控制器14接收的位置指令、以及從位置檢測(cè)器IOA及IOB輸入的表示可動(dòng)部5A及5B的位置的位置信息，進(jìn)行位置控制。并且，在圖9 (b)所示的系統(tǒng)中，也可以通過(guò)如虛線的箭頭所示，將由位置檢測(cè)器IOA及IOB得到的位置信息，分別向從屬側(cè)以及主控側(cè)伺服放大器12B及12A輸入，從而共用上述位置信息。構(gòu)建下述并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)在伺服放大器的內(nèi)部，進(jìn)行抑制各致動(dòng)器的可動(dòng)部的位置偏差之差的控制，即，控制為使得主控側(cè)、從屬側(cè)的各可動(dòng)部的位置更同步地移動(dòng)，從而可以高精度地維持臂部件的平行度(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本特開(kāi)2003 - 140751號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2 日本特開(kāi)2004 - 92859號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在圖9 Ca)所示的現(xiàn)有的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于在從屬側(cè)致動(dòng)器上沒(méi)有位置檢測(cè)器，所以可以在將成本抑制得較低的同時(shí)構(gòu)成系統(tǒng)。但是，由于向從屬側(cè)致動(dòng)器發(fā)送與主控側(cè)相同的扭矩指令，所以在臂部件8的重心位置從臂部件8的中心偏離的情況下、或在臂部件8的頭部9的位置向與臂部件8的驅(qū)動(dòng)方向正交的方向移動(dòng)的情況下，臂部件8的平行移動(dòng)精度降低。在此情況下，不僅使得高精度定位變得困難，而且向臂部件8施加的機(jī)械負(fù)載也變大，因此，存在使得臂部件8的高速移動(dòng)變難的問(wèn)題。另一方面，在圖9 (b)所示的現(xiàn)有的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，由于在主控側(cè)以及從屬側(cè)致動(dòng)器這兩者上具有位置檢測(cè)器IOA及10B，在主控側(cè)以及從屬側(cè)的伺服放大器12A及12B中分別進(jìn)行位置控制，因此，可以高速、高精度地對(duì)臂部件8進(jìn)行定位。并且，如果采用如虛線的箭頭所示共用位置信息的結(jié)構(gòu)，則可以進(jìn)行抑制各可動(dòng)部5A及5B的實(shí)際位置差的控制，因此，可以使臂部件8更高精度地平行移動(dòng)。但是，由于在主控側(cè)以及從屬側(cè)這兩側(cè)的致動(dòng)器上具有位置檢測(cè)器IOA及10B，所以存在系統(tǒng)成本高的問(wèn)題。在作為位置檢測(cè)器使用線位移傳感器(linear scale)的情況下，由于通常線位移傳感器的成本與裝置的大小成正比地增加，所以更成為問(wèn)題。本發(fā)明就是為了解決上述問(wèn)題而提出的，實(shí)現(xiàn)一種并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其具有主控側(cè)及從屬側(cè)的2個(gè)伺服致動(dòng)器，它們彼此并列配置，具有直線運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部；以及臂部件，其將該致動(dòng)器的可動(dòng)部彼此結(jié)合，在該并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，可以將系統(tǒng)成本抑制得較低，并且可以進(jìn)行聞速定位。本發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有 第I致動(dòng)器及第2致動(dòng)器，它們彼此并列配置，具有直線運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部；以及臂部件，其架設(shè)在所述第I致動(dòng)器的可動(dòng)部和所述第2致 動(dòng)器的可動(dòng)部上，該并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有位置檢測(cè)單元，其對(duì)所述第I致動(dòng)器的可動(dòng)部的位置信息進(jìn)行檢測(cè)；加速度檢測(cè)單元，其對(duì)所述第2致動(dòng)器的可動(dòng)部的加速度信息進(jìn)行檢測(cè)；第I控制單元，其基于所述位置信息，對(duì)第I致動(dòng)器進(jìn)行控制；以及第2控制單元，其基于所述位置信息及所述加速度信息，對(duì)第2致動(dòng)器進(jìn)行控制。另外，另一個(gè)發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于，所述致動(dòng)器是線性伺服電動(dòng)機(jī)，所述控制裝置是伺服放大器，所述位置檢測(cè)單元是線位移傳感器。另外，在另一個(gè)發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，所述第2控制單元具有第I速度變換單元，其將所述位置信息變換為第I速度信息；第2速度變換單元，其將所述加速度信息變換為第2速度信息；以及速度合成單元，其對(duì)所述第I及第2速度信息進(jìn)行合成，生成合成速度。另外，在另一個(gè)發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，所述速度合成單元具有減法單元，其從所述第I速度信息中減去所述第2速度信息；低通濾波器，其將所述減法單元的輸出作為輸入，具有規(guī)定的截止頻率；以及加法單元，其將所述低通濾波器的輸出和所述第2速度信息相加，生成合成速度。另外，在另一個(gè)發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，所述速度合成單元具有低通濾波器，其將所述第I速度信息作為輸入，具有規(guī)定的截止頻率；高通濾波器，其將所述第2速度信息作為輸入，具有規(guī)定的截止頻率；以及加法單元，其將所述低通濾波器的輸出和所述高通濾波器的輸出相加，生成合成速度。另外，另一個(gè)發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于，所述第2控制單元從所述第I控制單元進(jìn)一步輸入對(duì)所述第I致動(dòng)器的扭矩進(jìn)行控制的控制信號(hào)，所述第2控制單元具有基于所述位置信息和所述加速度信息對(duì)校正扭矩進(jìn)行計(jì)算的扭矩計(jì)算單元，所述第2控制單元基于所述扭矩計(jì)算單元的輸出和所述控制信號(hào)，對(duì)第2致動(dòng)器進(jìn)行控制。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)不具有位置檢測(cè)器，所以具有可以以低成本構(gòu)建系統(tǒng)的效果。另外，由于將通過(guò)主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)的位置檢測(cè)器得到的位置信息，向主控側(cè)以及從屬側(cè)這兩側(cè)的伺服放大器傳遞，所以具有從屬側(cè)也可以進(jìn)行位置控制的效果。另外，由于在從屬側(cè)伺服放大器上具有速度合成部，該速度合成部根據(jù)換算出的主控側(cè)以及從屬側(cè)各自的可動(dòng)部的速度信息，合成從屬側(cè)的速度信息，所以具有可以對(duì)臂部件進(jìn)行高速定位的效果。


圖I是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)部的斜視圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能模塊的框圖。圖4是表示圖3中的速度運(yùn)算部132的結(jié)構(gòu)的框圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式I中的共振抑制效果的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果。圖6是表示圖3中的速度運(yùn)算部132的其他結(jié)構(gòu)的框圖。 圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能模塊的框圖。圖8是表示圖7中的校正扭矩計(jì)算部27的結(jié)構(gòu)的框圖。圖9是用于說(shuō)明現(xiàn)有的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的圖。符號(hào)的說(shuō)明I并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2伺服電動(dòng)機(jī)3伺服電動(dòng)機(jī)固定部4直線引導(dǎo)部5伺服電動(dòng)機(jī)可動(dòng)部6工作臺(tái)部件7臂支撐部件8臂部件9 頭部10位置檢測(cè)器11加速度傳感器12伺服放大器131速度變換部132速度運(yùn)算部14控制器15、17、19、23、25 加法器16位置控制部18速度控制部20電流控制部21微分器22積分器24低通濾波器26、28高通濾波器27校正扭矩計(jì)算部
29P補(bǔ)償部
具體實(shí)施例方式下面，基于表示本實(shí)施方式的附圖，具體地說(shuō)明本發(fā)明。此外，在實(shí)施方式中，將本發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為伺服系統(tǒng)的情況作為例子而進(jìn)行說(shuō)明，在該伺服系統(tǒng)中，由線性伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)成彼此并列配置并具有直線運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部的致動(dòng)器。實(shí)施方式I首先，使用附圖，對(duì)本實(shí)施方式I中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖I是表示本發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I的機(jī)械驅(qū)動(dòng)部的斜視圖。另外，圖2是實(shí)施方式I中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)圖。標(biāo)號(hào)A表示主控側(cè)的結(jié)構(gòu)要素，B表示從屬側(cè)的結(jié)構(gòu)要素。在作為第I致動(dòng)器的主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2A及作為第2致動(dòng)器的從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2B中，主控側(cè)的固定部3A和從屬側(cè)的固定部3B并列配置，固定在未圖示的工作臺(tái)等上。直線引導(dǎo)部4A、4B、4C及4D是直線引導(dǎo)部件，與固定部3A及3B相對(duì)地配置的伺服電動(dòng)機(jī)的可動(dòng)部5A 及5B，沿上述直線引導(dǎo)部4A至4D進(jìn)行直線移動(dòng)、即進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。在可動(dòng)部5A及5B上，在與固定部3A及3B對(duì)抗側(cè)的相反側(cè)分別設(shè)置工作臺(tái)部件6A及6B。在工作臺(tái)部件6A及6B上分別載置臂支撐部件7A及7B，臂支撐部件7A及7B上架設(shè)有臂部件8。通過(guò)使伺服電動(dòng)機(jī)的可動(dòng)部5A及5B驅(qū)動(dòng)，從而對(duì)臂部件8進(jìn)行并行驅(qū)動(dòng)。在臂部件8上設(shè)置有頭部9。在主控側(cè)的工作臺(tái)部件6A上，設(shè)置有作為位置檢測(cè)單元的位置檢測(cè)器10。在實(shí)施方式中，舉出位置檢測(cè)器10為線位移傳感器的例子而進(jìn)行說(shuō)明。在從屬側(cè)的工作臺(tái)部件6B上，設(shè)置有作為加速度檢測(cè)單元的加速度傳感器11。即，在本實(shí)施方式中，如圖I及圖2所示，在從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2B上不具有線位移傳感器，而具有加速度傳感器11。由于通常加速度傳感器11與線位移傳感器相比價(jià)格便宜，所以本實(shí)施方式I與在主控側(cè)以及從屬側(cè)這兩側(cè)作為位置檢測(cè)器10而具有線位移傳感器的現(xiàn)有并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，可以以低成本構(gòu)建系統(tǒng)。另外，將從位置檢測(cè)器10得到的位置信息，向作為第I控制單元的主控側(cè)伺服放大器12A及作為第2控制單元的從屬側(cè)伺服放大器12B這兩者反饋。因此，從屬側(cè)的伺服放大器12B不僅可以進(jìn)行扭矩控制，而且還可以進(jìn)行位置控制。另一方面，將從加速度傳感器11得到的加速度信息，向從屬側(cè)的伺服放大器12B反饋。下面，使用附圖，對(duì)本實(shí)施方式I中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。圖3是表示實(shí)施方式I中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I的功能模塊的框圖。另外，圖4是表示圖3中的速度運(yùn)算部132的結(jié)構(gòu)的框圖。首先，對(duì)主控側(cè)伺服放大器12A的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在圖3中，針對(duì)主控側(cè)伺服放大器12A，從控制器14輸入位置指令，并且從位置檢測(cè)器10輸入與可動(dòng)部5A的實(shí)際位置相當(dāng)?shù)奈恢眯畔ⅰＨ缓?，在加法?5A中，從位置指令中減去位置信息，將作為位置偏差的減法結(jié)果向位置控制部16A輸入。從位置控制部16A輸出與位置偏差的大小對(duì)應(yīng)的速度指令，并以使位置偏差成為0的方式輸出速度指令。還將從位置檢測(cè)器10輸入的位置信息向速度變換部131輸入。速度變換部131通過(guò)對(duì)位置信息進(jìn)行微分，從而變換為實(shí)際速度并輸出。具體地說(shuō)，基于規(guī)定的時(shí)間間隔的位置信息的差，求出實(shí)際速度。將所輸出的實(shí)際速度向加法器17A輸入，從速度指令中減去它，并將作為速度偏差的減法結(jié)果向速度控制部18A輸入。從速度控制部18A輸出與速度偏差對(duì)應(yīng)的扭矩指令，并以使速度偏差成為O的方式輸出扭矩指令。將扭矩指令向加法器19A輸入，減去從電流控制部20A輸出的實(shí)際電流，并將電流偏差向電流控制部20A輸入。電流控制部20A通過(guò)基于電流偏差對(duì)實(shí)際電流進(jìn)行控制，從而對(duì)主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2A的扭矩進(jìn)行控制。下面，對(duì)從屬側(cè)伺服放大器12B的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于從屬側(cè)伺服放大器12B的動(dòng)作中與主控側(cè)伺服放大器12A的動(dòng)作相同的部分，標(biāo)注相對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)，省略說(shuō)明。從屬側(cè)伺服放大器12B的動(dòng)作中與主控側(cè)動(dòng)作不同的部分是速度運(yùn)算部132。向速度運(yùn)算部132中，不僅輸入從位置檢測(cè)器10輸入的位置信息，還輸入由設(shè)置在從屬側(cè)的可動(dòng)部5B上的加速度傳感器11得到的加速度信息。速度運(yùn)算部132基于各可動(dòng)部的速度信息而輸出合成 速度。下面，使用圖4，對(duì)速度運(yùn)算部132的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。在圖4中，將輸入至速度運(yùn)算部132的位置信息通過(guò)作為第I速度變換單元的微分器21而進(jìn)行微分，計(jì)算出主控側(cè)的實(shí)際速度。另一方面，將從加速度傳感器11輸入的加速度信息通過(guò)作為第2速度變換單元的積分器22而進(jìn)行積分，計(jì)算出從屬側(cè)的實(shí)際速度。將計(jì)算出的主控側(cè)以及從屬側(cè)的實(shí)際速度，向由加法器23、低通濾波器24以及加法器25構(gòu)成的速度合成單元輸入。首先，在作為減法單元的加法器23中，從主控側(cè)的實(shí)際速度中減去從屬側(cè)的實(shí)際速度，將它們的差值即實(shí)際速度差向低通濾波器24輸入。低通濾波器24使實(shí)際速度差中比截止頻率fcl高的頻率成分衰減。在作為加法單元的加法器25中，將低通濾波器24的輸出與作為積分器22的輸出的從屬側(cè)的實(shí)際速度相加，并作為合成速度從速度運(yùn)算部132輸出。為了提聞臂部件8的聞速定位以及聞精度勻速進(jìn)給等的性能，必須通過(guò)提聞各控制器的控制增益，從而提高相對(duì)于來(lái)自控制器14的位置指令的追隨性，提高針對(duì)干擾的響應(yīng)。在這里，如果提高控制增益，則控制頻帶變寬，其結(jié)果，作為臂部件8的機(jī)械性固有值的共振頻率包含在控制頻帶內(nèi)。如果臂部件8的共振頻率包含在控制頻帶內(nèi)，則根據(jù)在臂部件8的共振影響下從位置檢測(cè)器10得到的位置信息計(jì)算出的主控側(cè)的實(shí)際速度，與從屬側(cè)可動(dòng)部的實(shí)際速度之間的差變大。此時(shí)，如果以主控側(cè)的實(shí)際速度為基準(zhǔn)構(gòu)成從屬側(cè)伺服放大器12B的速度控制循環(huán)，則由于變大的實(shí)際速度差而使從屬側(cè)伺服放大器12B的控制不穩(wěn)定，難以提高控制增益。其結(jié)果，定位時(shí)間增加，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速定位。另一方面，即使假設(shè)臂部件8產(chǎn)生共振，對(duì)由加速度傳感器11得到的加速度信息進(jìn)行變換而求出的速度信息，也與從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)可動(dòng)部5B的實(shí)際速度一致。因此，如果基于該速度信息，構(gòu)成從屬側(cè)伺服放大器12B的速度控制循環(huán)，則可以期待穩(wěn)定的控制。SP，可以抑制與控制增益降低相伴的定位時(shí)間增加。為了進(jìn)行高速定位，如上述所示，不是利用根據(jù)由位置檢測(cè)器10得到的位置信息計(jì)算出的主控側(cè)的實(shí)際速度，而是必須利用根據(jù)由加速度傳感器11得到的加速度信息計(jì)算出的速度信息，對(duì)從屬側(cè)伺服放大器12B進(jìn)行控制。但是，在實(shí)際的系統(tǒng)中，必須考慮在加速度傳感器11的輸出中混入偏移(offset)等低頻率誤差成分的可能性。如果混入低頻率誤差成分，則速度運(yùn)算部132的輸出響應(yīng)于該誤差成分，產(chǎn)生不需要的扭矩指令。此外，如果以與臂部件8的共振頻率相比充分低的控制頻帶，構(gòu)成從屬側(cè)伺服放大器12B的速度控制循環(huán)，則根據(jù)由位置檢測(cè)器10得到的位置信息計(jì)算出的速度信息和根據(jù)由加速度傳感器11得到的加速度信息計(jì)算出的速度信息的差異較小。因此，即使以根據(jù)由位置檢測(cè)器10得到的位置信息計(jì)算出的速度信息為基準(zhǔn)而構(gòu)成速度控制循環(huán)，也不會(huì)使從屬側(cè)伺服放大器12B的控制不穩(wěn)定。因此，考慮下述系統(tǒng)，S卩，在該系統(tǒng)中，從屬側(cè)伺服放大器12B的速度控制循環(huán)，在低頻區(qū)域中基于從位置檢測(cè)器10得到的速度信息進(jìn)行動(dòng)作，另一方面，在高頻區(qū)域中基于從加速度傳感器11得到的速度信息進(jìn)行動(dòng)作。由此，可以構(gòu)建能夠高速定位且穩(wěn)定的系統(tǒng)。在本實(shí)施方式I中，通過(guò)使用低通濾波器24，從而簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)。下面，對(duì)該情況下的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，如果考慮來(lái)自微分器21的速度信息，則在低通濾波器24中，使速度信息的大于或等于fcl的頻率成分衰減。因此，僅將小于或等 于頻率fcl的成分向作為輸出的合成速度中反映。然后，如果考慮來(lái)自積分器22的速度信息，則積分器22的輸出在被賦予負(fù)號(hào)的基礎(chǔ)上通過(guò)低通濾波器24,向加法器25輸入。另一方面，由于向加法器25的輸入是另外進(jìn)行的，所以其結(jié)果，在加法器25的輸出中，除去了小于或等于頻率fcl的成分。因此，對(duì)于來(lái)自積分器22的速度信息，僅將大于或等于頻率fcl的成分向作為輸出的合成速度中反映。即，在小于或等于fcl的頻帶中，根據(jù)來(lái)自微分器21的速度信息，即從位置檢測(cè)器10得到的速度信息，求出合成速度，另一方面，在大于或等于fcl的頻帶中，根據(jù)來(lái)自積分器22的速度信息，即從加速度傳感器11得到的速度信息，求出合成速度。如上述所示，通過(guò)將fcl設(shè)定在下述所示的范圍內(nèi)，從而對(duì)于從屬側(cè)伺服放大器12B，可以以較寬的頻帶實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，可以構(gòu)建能夠?qū)Ρ鄄考?進(jìn)行高速定位的系統(tǒng)。能夠除去加速度傳感器11輸出的低頻率誤差的頻率< fcl <不會(huì)使從屬側(cè)伺服放大器12的控制不穩(wěn)定的頻率、或者臂部件8的共振頻率式(I)為了定量地確認(rèn)本發(fā)明所涉及的臂部件8的共振抑制效果，而生成模擬模型，實(shí)施對(duì)臂部件8進(jìn)行了高速定位的情況下的計(jì)算機(jī)模擬。圖5 (a) (d)示出計(jì)算結(jié)果。在各圖中，示出速度指令、主控側(cè)以及從屬側(cè)伺服放大器12A及12B的位置偏差(指令位置一實(shí)際位置)以及頭部9的位置各自的表現(xiàn)。此外，各圖的橫軸為時(shí)間。圖5 (a)及(b)是現(xiàn)有的在從屬側(cè)不具有加速度傳感器11的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果。(a)是頭部9位于主控側(cè)的情況，(b)是頭部9位于從屬側(cè)的情況。在發(fā)出速度指令后，即使經(jīng)過(guò)100 y s左右的時(shí)間，位置偏差以及頭部9的位置也還在振蕩。另一方面，圖5 (C)及(d)是本實(shí)施方式中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果。(C)是頭部9位于主控側(cè)的情況，(d)是頭部9位于從屬側(cè)的情況。如果與圖5 (a)及(b)相比，則可知在本實(shí)施方式的情況下，頭部9的振蕩、以及主控側(cè)和從屬側(cè)各自的位置偏差的振蕩均較小，并且衰減較快，在IOOii s左右收斂。如上述所示，根據(jù)本實(shí)施方式1，由于采用在從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2B上不具有位置檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)，所以具有可以以低成本構(gòu)建系統(tǒng)的效果。另外，由于采用將從主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2A的位置檢測(cè)器10得到的位置信息，向主控側(cè)以及從屬側(cè)這兩側(cè)的伺服放大器12A及12B傳遞的結(jié)構(gòu)，所以具有可以進(jìn)行從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2B的位置控制的效果。另外，由于采用在從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2B的可動(dòng)部5B上具有加速度傳感器11，利用從屬側(cè)伺服放大器12B將檢測(cè)出的加速度信息換算為速度，并與將主控側(cè)的位置信息換算為速度后的值進(jìn)行比較的結(jié)構(gòu)，所以具有可以作為速度信息而掌握臂部件8的振蕩狀態(tài)的效果。另外，由于采用下述結(jié)構(gòu)，即，在從屬側(cè)伺服放大器12B上具有速度運(yùn)算器132，該速度運(yùn)算器132根據(jù)計(jì)算出的主控側(cè)以及從屬側(cè)各自的可動(dòng)部5A及5B的速度信息，合成從屬側(cè)的速度信息，所以具有下述效果，即，對(duì)于從屬側(cè)伺服放大器12B，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制，可以實(shí)現(xiàn)臂部件8的高速定位。此外，在本實(shí)施方式I中，作為速度運(yùn)算部132的結(jié)構(gòu)，使用圖4進(jìn)行了說(shuō)明，但并不一定僅限于圖4所示的結(jié)構(gòu)。例如，作為速度運(yùn)算部132的其他結(jié)構(gòu)，也可以采用如圖6所示的結(jié)構(gòu)。在圖6中，利用微分器21以及積分器22將位置信息以及加速度信息變換為主控側(cè)以及從屬側(cè)的實(shí)際速度的功能，與圖4相同。計(jì)算出的主控側(cè)的實(shí)際速度向低通濾波器24輸入,另一方面，從屬側(cè)的實(shí)際速度向高通濾波器26輸入。下面，使用圖6，對(duì)速度運(yùn)算部132的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。低通濾波器24與圖4所示的結(jié)構(gòu)相同地，使比截止頻率fcl高的頻率成分衰減。另一方面，高通濾波器26使比截止頻率fch低的頻率成分衰減。低通濾波器24和高通濾波器26的輸出在加法器25中相加，作為合成速度從速度運(yùn)算部132輸出。 在圖6所示的結(jié)構(gòu)的情況下，基本條件是將低通濾波器24的截止頻率fcl以及高通濾波器26的截止頻率fch，設(shè)為可以使從屬側(cè)伺服放大器12B穩(wěn)定地進(jìn)行控制的范圍，例如比臂部件8的共振頻率低的值，且設(shè)定為fcl = fch。在此情況下，來(lái)自高通濾波器26的輸出，被限制為從積分器22得到的速度信息的大于或等于頻帶fch的信息，相反地，來(lái)自低通濾波器24的輸出，被限制為從微分器21得到的速度信息的小于或等于頻帶fcl的信息。即，產(chǎn)生下述效果以設(shè)定的截止頻率，將成為合成速度的基準(zhǔn)的速度信息，從微分器21的信息替換為積分器22的信息。如上述所示，通過(guò)以與圖4所示的結(jié)構(gòu)相同的考慮方法設(shè)定fcl和fch，從而得到相同的效果。由此，從屬側(cè)伺服放大器12B可以進(jìn)行穩(wěn)定的控制，可以實(shí)現(xiàn)臂部件8的高速定位。此外，在本實(shí)施方式I中，舉出了位置控制部16A及速度控制部18A分別以使位置偏差以及速度偏差成為0的方式輸出速度指令以及扭矩指令的例子，并進(jìn)行了說(shuō)明。但也可以不一定是持續(xù)地進(jìn)行使各偏差成為0的控制。例如，也可以構(gòu)成為，如果位置偏差及速度偏差落在接近0的充分小的規(guī)定值內(nèi)，則中止控制，當(dāng)然可以得到與本發(fā)明相同的效果。實(shí)施方式2在實(shí)施方式I中，說(shuō)明了將從控制器14輸入的位置指令向主控側(cè)以及從屬側(cè)這兩側(cè)的伺服放大器12A及12B輸入，分別進(jìn)行位置控制的情況，但在從屬側(cè)伺服放大器12B中，也并不一定必須進(jìn)行基于來(lái)自控制器14的位置指令的位置控制。例如，也可以如圖9(a)所示的現(xiàn)有的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)那樣，在從屬側(cè)伺服放大器12B中，使用從主控側(cè)伺服放大器12A輸出的扭矩指令，進(jìn)行扭矩控制。在本實(shí)施方式2中，以在從屬側(cè)伺服放大器12B中使用主控側(cè)的伺服放大器12A的扭矩指令的情況為例而進(jìn)行說(shuō)明。圖7是表示本實(shí)施方式2中的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功能模塊的框圖。在圖7中，對(duì)于與圖3相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，省略說(shuō)明。在本實(shí)施方式2中，來(lái)自控制器14的位置指令不向從屬側(cè)伺服放大器12B輸入。從主控側(cè)伺服放大器12A，將速度控制部18A的輸出、即作為控制信號(hào)的扭矩指令向從屬側(cè)伺服放大器12B輸入。
另一方面，與實(shí)施方式I相同地，向從屬側(cè)伺服放大器12B輸入來(lái)自位置檢測(cè)器10的主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)可動(dòng)部5A的位置信息以及來(lái)自加速度傳感器11的加速度信息。將它們向作為扭矩計(jì)算單元的校正扭矩計(jì)算部27輸入，計(jì)算校正扭矩。圖8是表示圖7中的校正扭矩計(jì)算部27的功能模塊的框圖。在圖8中，對(duì)于與圖4相同的結(jié)構(gòu)，標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，省略說(shuō)明。輸入至校正扭矩計(jì)算部27的位置信息以及加速度信息分別變換為主控側(cè)的實(shí)際速度以及從屬側(cè)的實(shí)際速度。然后在加法器23中，計(jì)算它們的差值即實(shí)際速度差，并向高通濾波器28輸入。在高通濾波器28中，使比截止頻率fch低的頻率成分衰減。將高通濾波器28的輸出向P補(bǔ)償部29輸入并乘以規(guī)定的增益后，作為校正扭矩而輸出。校正扭矩在加法器19B中，與從主控側(cè)伺服放大器12A輸入的扭矩指令相加，并且減去向從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)2B供給的實(shí)際電流，將電流偏差向電流控制部20B輸入。下面，對(duì)校正扭矩計(jì)算部27的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，使用圖9 Ca)所示的現(xiàn)有的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。在從屬側(cè)伺服放大器12B中，使用從主控側(cè)伺服放大器12A輸入 的扭矩指令，進(jìn)行扭矩控制。因此，隨著臂部件8的重心位置及頭部9的位置的變化，使驅(qū)動(dòng)時(shí)的臂部件8的平行移動(dòng)精度降低，不僅使向臂部件8施加的機(jī)械負(fù)載變大，而且難以進(jìn)行臂部件8的高速、高精度定位。如果臂部件8的共振頻率包含在控制頻帶內(nèi)，則根據(jù)在臂部件8的共振影響下從位置檢測(cè)器10得到的位置信息計(jì)算出的主控側(cè)的速度信息，與從屬側(cè)可動(dòng)部的實(shí)際速度之間的差變大。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式2所示的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，利用加法器23求出作為上述速度信息的差異的實(shí)際速度差，以使該實(shí)際速度差變小的方式輸出校正扭矩。對(duì)高通濾波器28的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。雖然可能在加速度傳感器11的輸出中混入偏移等低頻率誤差成分，但必須做到不會(huì)由此使從屬側(cè)的校正扭矩發(fā)散化。高通濾波器28就是為了應(yīng)對(duì)這一點(diǎn)而設(shè)置的，相對(duì)于低頻率誤差成分不輸出校正扭矩。因此，可以穩(wěn)定地輸出使得根據(jù)位置檢測(cè)器10的位置信息變換出的速度和根據(jù)加速度傳感器11的加速度信息變換出的速度同步的校正扭矩。其結(jié)果，可以使臂部件8的平行移動(dòng)精度變高，實(shí)現(xiàn)臂部件的高速、高精度定位。此外，在校正扭矩計(jì)算部27的實(shí)際實(shí)現(xiàn)運(yùn)算時(shí)，進(jìn)行積分器22、加法器23中的減法運(yùn)算以及高通濾波器28 —體化的等價(jià)運(yùn)算，以使得即使在加速度傳感器11中存在上述誤差，也不會(huì)使積分器22的輸出等運(yùn)算的中間變量變得無(wú)限大。如上述所示，根據(jù)本實(shí)施方式2，由于在從屬側(cè)伺服放大器12B上具有校正扭矩計(jì)算部27，該校正扭矩計(jì)算部27根據(jù)計(jì)算出的主控側(cè)以及從屬側(cè)各自的伺服電動(dòng)機(jī)可動(dòng)部5A及5B的速度信息，對(duì)校正扭矩進(jìn)行計(jì)算，所以具有下述效果，即，可以實(shí)現(xiàn)臂部件8的高精度的平行移動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)臂部件的高速、高精度定位。此外，在本實(shí)施方式中，舉出了頭部9固定在臂部件8上，即頭部9的移動(dòng)方向僅為臂部件8的驅(qū)動(dòng)方向的例子，并進(jìn)行了說(shuō)明，但頭部9并不一定必須固定在臂部件8上。例如，也可以構(gòu)成為，在頭部9上設(shè)置可以沿與臂部件8的驅(qū)動(dòng)方向正交的方向驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器，以可以將頭部9在X — Y軸上進(jìn)行定位。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，在可以得到本發(fā)明的效果的基礎(chǔ)上，可以將頭部9在X — Y軸上進(jìn)行定位。此外，在本實(shí)施方式中，舉出了一種伺服系統(tǒng)，在該伺服系統(tǒng)中由線性伺服電動(dòng)機(jī)構(gòu)成彼此并列配置并具有直線運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部的致動(dòng)器的例子，并進(jìn)行了說(shuō)明，但并不一定限于此。例如也可以利用旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠的組合等而構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，只要為可動(dòng)部并列地直線運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，就可以得到與本發(fā)明相同的效果。工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明可以在工作機(jī)械等領(lǐng)域中，利用于由臂部件連結(jié)并列配置的直動(dòng)伺服致動(dòng)器而形成的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的臂部定位控制設(shè)備、勻速進(jìn)給控制設(shè)備?！?br> 權(quán)利要求
1.一種并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其具有 第I致動(dòng)器及第2致動(dòng)器，它們彼此并列配置，具有直線運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部；以及 臂部件，其架設(shè)在所述第I致動(dòng)器的可動(dòng)部和所述第2致動(dòng)器的可動(dòng)部上， 該并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于，具有 位置檢測(cè)單元，其對(duì)所述第I致動(dòng)器的可動(dòng)部的位置信息進(jìn)行檢測(cè)； 加速度檢測(cè)單元，其對(duì)所述第2致動(dòng)器的可動(dòng)部的加速度信息進(jìn)行檢測(cè)； 第I控制單元，其基于所述位置信息，對(duì)第I致動(dòng)器進(jìn)行控制；以及 第2控制單元，其基于所述位置信息及所述加速度信息，對(duì)第2致動(dòng)器進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述致動(dòng)器是線性伺服電動(dòng)機(jī)，所述控制裝置是伺服放大器，所述位置檢測(cè)單元是線位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述第2控制單元具有 第I速度變換單元，其將所述位置信息變換為第I速度信息； 第2速度變換單元，其將所述加速度信息變換為第2速度信息；以及 速度合成單元，其對(duì)所述第I及第2速度信息進(jìn)行合成，生成合成速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述速度合成單元具有 減法單元，其從所述第I速度信息中減去所述第2速度信息； 低通濾波器，其將所述減法單元的輸出作為輸入，具有規(guī)定的截止頻率；以及 加法單元，其將所述低通濾波器的輸出和所述第2速度信息相加，生成合成速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述速度合成單元具有 低通濾波器，其將所述第I速度信息作為輸入，具有規(guī)定的截止頻率； 高通濾波器，其將所述第2速度信息作為輸入，具有規(guī)定的截止頻率；以及 加法單元，其將所述低通濾波器的輸出和所述高通濾波器的輸出相加，生成合成速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于， 所述第2控制單元從所述第I控制單元進(jìn)一步輸入對(duì)所述第I致動(dòng)器的扭矩進(jìn)行控制的控制信號(hào)， 所述第2控制單元具有基于所述位置信息和所述加速度信息對(duì)校正扭矩進(jìn)行計(jì)算的扭矩計(jì)算單元， 所述第2控制單元基于所述扭矩計(jì)算單元的輸出和所述控制信號(hào)，對(duì)第2致動(dòng)器進(jìn)行控制。
全文摘要
在并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，以低成本提供即使在從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)上不具有位置檢測(cè)器，也可以減少臂部件的振蕩，并且實(shí)現(xiàn)高速定位的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明所涉及的并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)和從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)，它們彼此并列配置，具有直線運(yùn)動(dòng)的可動(dòng)部；以及架設(shè)在2個(gè)可動(dòng)部上的臂部件，在該并行驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，設(shè)置有位置檢測(cè)器，其對(duì)主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)可動(dòng)部的位置信息進(jìn)行檢測(cè)；加速度傳感器，其對(duì)從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)可動(dòng)部的加速度信息進(jìn)行檢測(cè)；主控側(cè)伺服放大器，其基于位置信息，對(duì)主控側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制；以及從屬側(cè)伺服放大器，其基于位置信息及加速度信息，對(duì)從屬側(cè)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102763050SQ201080064029
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2010年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月17日
發(fā)明者關(guān)口裕幸, 池田英俊, 編笠屋茂男 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社