电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法
【专利摘要】本发明的特征在于，具有：电子凸轮曲线生成部，其以通过规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标的方式，生成电子凸轮曲线；以及输出部，其将与主轴位置相对应的从轴位置，输出作为遵循电子凸轮曲线的对外部装置的位置指令，电子凸轮曲线生成部生成电子凸轮曲线，使得对电子凸轮曲线关于主轴位置进行微分得到的凸轮速度的波形，具有在每个作为指定坐标间的区域中分别成为恒定凸轮速度的区间，并且，具有在相邻的区域之间通过单调增加或者单调减少进行加速/减速而将成为恒定凸轮速度的区间之间连接起来的单调加减速区间。
【专利说明】电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种将主轴位置和从轴对应于主轴的位置而动作时所应处的位置之间的关系，生成为电子凸轮曲线的电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法。
【背景技术】
[0002]电子凸轮控制装置为如下装置，S卩，不安装机械凸轮机构，而是基于利用软件设定的电子凸轮曲线，输出从轴对应于主轴位置而动作时所应处的位置。在这里，主轴的位置例如是其它轴的伺服电动机的位置、或设置在某个旋转轴上的同步编码器的位置等。
[0003]例如，电子凸轮控制装置被用于转刀装置等，该转刀装置为，在将网状的纸或薄膜连续进给期间，与纸或薄膜的移动同步地驱动转刀，以规定尺寸将纸或薄膜切断。在转刀装置中使用电子凸轮控制装置的情况下，主轴是用于进给纸或薄膜的电动机的位置，从轴是转刀的旋转位置。
[0004]如上所述的电子凸轮控制装置，基于规定了多个主轴位置和从轴位置的关系的多个坐标数据，生成用于输出与主轴位置相对应的从轴位置的电子凸轮曲线。该电子凸轮曲线用于以通过所指定的多个坐标数据的方式，另外，在主轴位置处于坐标数据之间的情况下，通过以规定的方法在坐标数据之间进行插补，从而计算应当用于使从轴移动的位置指令。当前，使用通过对指定坐标进行直线插补而生成电子凸轮曲线的方法。在该方法中，由于对指定坐标进行直线拟合，因此具有能够直观掌握电子凸轮曲线的坐标间的变化特性的优点。即，即使在主轴位置处于坐标之间的情况下，也能够掌握通过电子凸轮曲线将如何控制从轴位置。
[0005]但是，在使用将坐标之间直线连接的电子凸轮曲线进行控制的情况下，以从轴位置对电子凸轮曲线的位置进行微分所得到的凸轮速度，针对各指定坐标之间分别是恒定值。因此，如果主轴以某速度动作，则在通过指定坐标时，速度急剧变化。其结果，在由从轴电动机驱动的机械中产生非常大的冲击或振动。为了防止产生这种冲击或振动，专利文献I的电子凸轮装置按照使得指定坐标处的加速度为O的方式生成凸轮曲线。
[0006]专利文献1:日本特开2002 - 132854号公报
【发明内容】
[0007]但是，在上述现有技术中，由于按照在指定坐标点处加速度为O的方式生成凸轮曲线，因此，会因区间不同而产生很大的加速度。特别地，在通过初始区间和最终区间时，从轴位置的动作是进行加速后、朝向下一个坐标点减速，因此，存在从轴的加速度容易变大的问题。
[0008]在从轴伺服电动机的最大扭矩较小或与从轴伺服电动机连接的机械负载的惯性较大的情况下，如果按照凸轮曲线以较大的加速度控制从轴伺服电动机，则有时会进行超过从轴伺服电动机最大扭矩的动作。在这种情况下会产生下述问题:从轴伺服电动机位置无法完全追随由电子凸轮曲线指示的位置，或者，在从轴中产生振动或冲击。[0009]本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于得到一种电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法，能够生成通过所指定的坐标并抑制驱动时的从轴的加速度的电子凸轮曲线。
[0010]为了解决上述课题并实现目的，本发明的特征在于具有:输入部，其输入规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标；电子凸轮曲线生成部，其以通过所述多个指定坐标的方式，生成以曲线表示所述主轴位置与所述从轴位置的关系的电子凸轮曲线；以及输出部，其将与所述主轴位置相对应的从轴位置，输出作为遵循所述电子凸轮曲线的对外部装置的位置指令、即从轴位置指令，所述电子凸轮曲线生成部生成所述电子凸轮曲线，使得对所述电子凸轮曲线关于所述主轴位置进行微分所得到的凸轮速度的波形，具有在作为每个所述指定坐标间的区域中分别成为恒定凸轮速度的区间，并且具有单调加减速区间，该单调加减速区间为在相邻区域之间通过单调增加或单调减少进行加速/减速而将成为所述恒定凸轮速度的区间之间连接的区间。
[0011]发明的效果
[0012]本发明所涉及的电子凸轮控制装置及电子凸轮曲线生成方法具有能够生成下述电子凸轮曲线的效果，该电子凸轮曲线通过所指定的坐标，并且使驱动时的从轴的加速度得到抑制。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是表示实施方式I所涉及的电子凸轮系统的结构的图。
[0014]图2是表示电子凸轮控制装置的结构的图。
[0015]图3是表示实施方式I所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。
[0016]图4是表示实施方式I所涉及的电子凸轮曲线的图。
[0017]图5是用于说明主轴位置与凸轮速度的关系的图。
[0018]图6是用于说明在主轴的移动量和从轴的移动量之间必须满足的条件的图。
[0019]图7是表示实施方式2所涉及的电子凸轮系统的结构的图。
[0020]图8是表示实施方式2所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。
[0021]图9是表示实施方式3所涉及的电子凸轮系统的结构的图。
[0022]图10是表示实施方式3所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。
[0023]图11是表示实施方式3所涉及的电子凸轮曲线的图。
[0024]图12是表示实施方式4所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。
[0025]图13是表示实施方式4所涉及的电子凸轮曲线的图。
【具体实施方式】
[0026]下面，基于附图，详细说明本发明的实施方式所涉及的电子凸轮控制装置以及电子凸轮曲线生成方法。另外，本发明并不限定于这些实施方式。
[0027]实施方式I
[0028]图1是表示实施方式I所涉及的电子凸轮系统的结构的图。电子凸轮系统具有电子凸轮控制装置1A、伺服放大器3、伺服电动机5、编码器6以及负载机械8。
[0029]电子凸轮控制装置IA是生成电子凸轮曲线，使用所生成的电子凸轮曲线对伺服放大器3、伺服电动机5及负载机械8进行控制的装置。在电子凸轮系统中，通过由电子凸轮控制装置IA控制伺服放大器3，从而由伺服放大器3控制伺服电动机5，并由此对负载机械8进行控制。
[0030]电子凸轮控制装置IA基于用户预先输入的坐标数据信息21和加减速区间信息22而生成电子凸轮曲线，其中，坐标数据信息21规定了主轴位置和从轴位置的位置关系。
[0031]坐标数据信息21是包含有N个（N为自然数)坐标数据(指定坐标)的信息，加减速区间信息22是包含有（N + I)个加减速区间（区间长度数据）的信息。加减速区间是表示使凸轮速度变化的区间的长度的信息。另外，在以下的说明中，将规定出主轴位置和从轴位置的位置关系的N个坐标数据表示为坐标数据（X1, Y1X (X2，X2)、…、（XN，YN)。另外，在主轴位置为Xi (i为I至N的自然数）的情况下，从轴位置通过Y”另外，将（N+1)个加减速区间表示为加减速区间tptp…、tN。
[0032]电子凸轮曲线是使主轴位置与从轴位置一一对应的函数或表格。电子凸轮控制装置IA按照电子凸轮曲线（与函数或表格相对应的波形)，输出与主轴位置相对应的从轴位置，作为从轴位置指令2。主轴位置例如是安装在除了伺服电动机5以外的其他伺服电动机中的编码器的位置或安装在机械上的编码器的位置等。
[0033]电子凸轮控制装置IA使用所生成的电子凸轮曲线，由主轴位置计算从轴位置，并使用所导出的从轴位置生成从轴位置指令2。电子凸轮控制装置IA与伺服放大器3连接，将从轴位置指令2向伺服放大器3输出。
[0034]伺服放大器3与作为从轴的伺服电动机5连接，且伺服电动机5上安装有编码器
6。伺服放大器3基于电子凸轮控制装置IA输出的从轴位置指令2，将用于对作为从轴的伺服电动机5进行控制的电流4输出至伺服电动机5。具体地说，伺服放大器3通过以使得编码器6输出的伺服电动机5的位置7追随从轴位置指令2的方式进行反馈控制，从而输出电流4。负载机械8与作为从轴的伺服电动机5连接，由伺服电动机5驱动。
[0035]图2是表示电子凸轮控制装置的结构的图。电子凸轮控制装置IA具有信息输入部11、电子凸轮曲线生成部12、电子凸轮曲线存储部13、主轴位置输入部14、从轴位置指令生成部15、及输出部16。
[0036]信息输入部11输入坐标数据信息21、加减速区间信息22，并将其发送至电子凸轮曲线生成部12。电子凸轮曲线生成部12使用坐标数据信息21、加减速区间信息22，生成电子凸轮曲线。
[0037]电子凸轮曲线存储部13是储存电子凸轮曲线生成部12所生成的电子凸轮曲线的存储器等。主轴位置输入部14输入从外部装置(编码器等)发送来的主轴位置，并将其发送至从轴位置指令生成部15。从轴位置指令生成部15基于电子凸轮曲线，由主轴位置生成从轴位置指令2。输出部16将从轴位置指令生成部15生成的从轴位置指令2向伺服放大器3输出。
`[0038]图3是表示实施方式I所涉及的电子凸轮曲线的生成处理步骤的流程图。向电子凸轮控制装置IA的信息输入部11输入坐标数据信息21和加减速区间信息22。
[0039]坐标数据信息21是关于规定了主轴位置和从轴位置之间关系的多个指定坐标的信息。具体地说，坐标数据信息21是N个坐标数据（X1, Y1MX2, X2)、…（XN，YN)，它们用于规定在主轴通过位置Xi时从轴应通过的位置I。另外，在这里，主轴位置X1至Xn具有X1< X2 < X3 <吣< Xn的关系。另外，将作为基准的坐标数据设为坐标数据(Xtl,Ytl)= (0，0)。
[0040]另外，加减速区间信息22是表示将电子凸轮曲线的位置以从轴位置进行微分所得到的凸轮速度达到恒定速度为止的区间长度的信息，其为(N + I)个加减速区间tQ、h、…、tN。另外，此处的加减速区间\中存在下述约束条件(式(I)至(3))。如上所述，向电子凸轮控制装置IA的信息输入部11输入N个坐标数据及(N + I)个加减速区间(步骤STD0
[0041][式I]
[0042]to+ti/2 ≤ X1 …(I)
[0043][式2]
[0044]ti/2+ti_1/2 ≤ Xi 一 Xh …(2)
[0045][式3]
[0046]W2+tN ( ΧΝ-ΧΝ_ι...(3)
[0047]信息输入部11将坐标数据信息21和加减速区间信息22输入至电子凸轮曲线生成部12。电子凸轮曲线生成部12计算使用坐标数据信息21和加减速区间信息22定义的常数(步骤ST2)。常数c^、由如下式(4)、(5)示出。另外，在式(4)、(5)中，
O刍i刍N。
[0048][式4]
[0049]a i=l/8....(4)
[0050][式5]
[0051]β j=3/8.tj...(5)
[0052]电子凸轮曲线生成部12基于坐标数据信息21、加减速区间信息22和计算出的常数QpPi，使用变量为各坐标区间的凸轮速度Vi (i = 1,2,…N)的N元联立一次方程式，构成下式(6)(步骤ST3)。
[0053][式6]
[0054]
【权利要求】
1.一种电子凸轮控制装置，其特征在于，具有: 输入部，其输入规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标； 电子凸轮曲线生成部，其以通过所述多个指定坐标的方式，生成以曲线表示所述主轴位置和所述从轴位置的关系的电子凸轮曲线；以及 输出部，其将与所述主轴位置相对应的从轴位置，输出作为遵循所述电子凸轮曲线的对外部装置的位置指令、即从轴位置指令， 所述电子凸轮曲线生成部生成所述电子凸轮曲线，使得对所述电子凸轮曲线关于所述主轴位置进行微分得到的凸轮速度的波形，具有在每个作为所述指定坐标间的区域中分别成为恒定的凸轮速度的区间，并且具有单调加减速区间，该单调加减速区间为在相邻的区域间通过单调增加或单调减少进行加速/减速而将成为所述恒定的凸轮速度的区间之间连接的区间。
2.根据权利要求1所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部以所述凸轮速度的波形构成为在所述单调加减速区间中线性加速/减速的方式，生成所述电子凸轮曲线。
3.根据权利要求1或2所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 还向所述输入部输入用于指定所述单调加减速区间的区间长度的信息， 所述电子凸轮曲线生成部基于所述多个指定坐标和所述单调加减速区间的区间长度，以所述指定坐标处的凸轮速度通过所述单调加减速区间的任意中途点的方式，生成所述电子凸轮曲线。
4.根据权利要求3所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部使用坐标数据和加减速区间的信息，构成表示通过所述坐标数据并以所述恒定的凸轮速度作为未知数的方程式，通过对所述方程式进行求解，从而计算所述恒定的凸轮速度。
5.根据权利要求1所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部以所述凸轮速度的波形构成为在所述单调加减速区间中以S型加速/减速的方式，生成所述电子凸轮曲线。
6.根据权利要求5所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 还向所述输入部输入所述单调加减速区间的区间长度、和指定所述S型加速/减速的S型区间的区间长度的信息， 所述电子凸轮曲线生成部基于所述多个指定坐标、所述单调加减速区间的区间长度、及所述S型区间的区间长度，以所述指定坐标处的凸轮速度通过所述单调加减速区间的任意中途点的方式，生成所述电子凸轮曲线。
7.根据权利要求6所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部使用坐标数据、加减速区间的信息、及所述S型区间的信息，构成表示通过所述坐标数据并以所述恒定的凸轮速度作为未知数的方程式，通过对所述方程式进行求解，从而计算所述恒定的凸轮速度。
8.根据权利要求1、2、4至7中任一项所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部以使得对所述凸轮速度关于所述主轴位置进行微分得到的凸轮加速度的大小，在所述单调加减速区间中均匀化的方式，生成所述电子凸轮曲线。
9.根据权利要求8所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部以与两种情况下的凸轮速度之差的绝对值成正比的方式，设定所述单调加减速区间，其中，所述两种情况是指:所述单调加减速区间将第I指定坐标间以直线连接的情况；以及所述单调加减速区间将与所述第I指定坐标间相邻的第2指定坐标间以直线连接的情况。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部以所述凸轮速度在初始的指定坐标和最后的指定坐标处为O的方式，生成所述电子凸轮曲线。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电子凸轮控制装置，其特征在于， 所述电子凸轮曲线生成部在相邻的指定坐标的从轴位置相同的情况下，在该指定坐标的前后对用于规定所述电子凸轮曲线的坐标区域进行分割，与分割后的各坐标区域相对应，生成各自的电子凸轮曲线，并且，对于相邻的指定坐标的从轴位置相同的坐标区域，生成从轴位置为相同值的电子凸轮曲线，通过将与各坐标区域相对应而生成的电子凸轮曲线连结，从而生成与全部坐标数据相对应的电子凸轮曲线。
12.一种电子凸轮曲线生成方法，其特征在于， 包含: 输入步骤，在该步骤中，输入规定了主轴位置和从轴位置之间的关系的多个指定坐标；以及 电子凸轮曲线生成步骤， 在该步骤中，以通过所述多个指定坐标的方式，生成以曲线表示所述主轴位置和所述从轴位置的关系的电子凸轮曲线， 在生成所述电子凸轮曲线时，以如下方式生成所述电子凸轮曲线， 即，使得将所述电子凸轮曲线关于所述主轴位置进行微分得到的凸轮速度的波形，具有在每个作为所述指定坐标间的区域中分别成为恒定的凸轮速度的区间，并且具有单调加减速区间，该单调加减速区间为在相邻的区域间通过单调增加或单调减少进行加速/减速而将成为所述恒定的凸轮速度的区间之间连接的区间。
【文档编号】G05D3/00GK103562811SQ201280002738
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年5月24日 优先权日:2012年5月24日
【发明者】上田浩一郎, 丸下贵弘, 水野公博 申请人:三菱电机株式会社