JP3597726B2

JP3597726B2 - Object movement control device

Info

Publication number: JP3597726B2
Application number: JP5288999A
Authority: JP
Inventors: 哲郎杉藤
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2019-03-01
Also published as: JP2000252318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の移動制御装置に関し、特に物体の速度が時間に対してサイクロイド曲線で示されるように物体の移動を制御し、物体の移動距離の基準となる基準移動距離よりも短い移動距離を移動するときの物体の移動制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の物体の移動制御装置は、往復移動や反復回転などの始動・停止を繰り返す物体の移動において、物体の速度が時間に対してサイクロイド曲線で示されるように物体の移動を制御し、物体を移動距離の基準となる基準移動距離よりも短い移動距離で移動させるときの移動制御に使用されており、例えばワイヤボンディング装置の、ボンディングツールを保持するアームを上下方向に揺動させるボイスコイルモータやリニアモータなどのアクチュエータの駆動制御に利用されている。またワイヤボンディング装置の、ボンディングツールをボンディング対象物に対して相対的に水平面内で移動させるＸＹ移動テーブル装置の駆動モータの駆動制御にも利用されている。
【０００３】
図３は従来の物体の移動制御装置の一例を示すブロック図である。
図３を参照すると、従来の物体の移動制御装置は、物体の移動距離情報と移動時間情報とを入力する入力手段１０と、物体の速度を時間に対してサイクロイド曲線で示す関数と物体の移動時間を示す関数とを記憶する記憶手段１１と、物体の移動を制御するアクチュエータ１３と、記憶手段１１に記憶された関数を読み出し入力手段１０から移動距離情報および移動時間情報を受けてアクチュエータ１３を駆動する信号を出力する制御手段１２とを有する。
入力手段１０は、物体を移動させようとするとき基準となる基準移動距離と基準移動距離よりも短い移動距離とを入力することにより移動距離情報Ｓ１を生成し、基準移動距離を移動するに要する時間である基準移動時間を入力することにより移動時間情報Ｓ２を生成する。
記憶手段１１には、平方根サイクロイド速度関数記憶手段１４と平方根移動時間関数記憶手段１５とが含まれる。平方根サイクロイド速度関数記憶手段１４は、物体の速度を時間に対するサイクロイド曲線で示す数式３
【０００４】
【数３】

【０００５】
の平方根サイクロイド速度関数を記憶する。この関数の定数および係数には、物体の移動距離を基準移動距離で除した値の平方根の値が使用されている。平方根移動時間関数記憶手段１５は、物体の移動距離に対応する移動時間を示す数式４
【０００６】
【数４】

【０００７】
の平方根移動時間関数を記憶する。この関数は物体の移動距離を基準移動距離で除した値の平方根の値を基準移動時間に乗じたもので物体の移動時間の演算に使用される。
制御手段１２には、平方根サイクロイド速度制御手段１６と平方根移動時間演算手段１７と移動制御手段１８とアクチュエータ駆動回路１９とが含まれる。平方根サイクロイド速度制御手段１６は、平方根サイクロイド速度関数記憶手段１４から数式３で示される平方根サイクロイド速度制御関数を読み出し、入力手段１０から移動距離情報Ｓ１を受けて平方根サイクロイド速度関数の定数および係数を演算し、この値を入れた速度関数を速度制御情報として出力する。平方根移動時間演算手段１７は、平方根移動時間関数記憶手段１５から数式４で示される平方根移動時間関数を読み出し、入力手段１０から移動距離情報Ｓ１および移動時間情報Ｓ２を受けて、物体の移動距離に対応する移動時間を演算し移動時間演算情報として出力する。移動制御手段１８は、平方根サイクロイド速度制御手段１６から速度制御情報を受け平方根移動時間演算手段１７から移動時間演算情報を受けて、その時間長だけ速度制御情報に従ってアクチュエータ１３を動作させるアクチュエータ制御信号を生成出力する。アクチュエータ駆動回路１９は、移動制御手段１８から出力されたアクチュエータ制御信号を増幅し、アクチュエータ１３を駆動するアクチュエータ駆動信号として出力する。アクチュエータ１３の駆動により物体は速度が時間に対するサイクロイド曲線で示されるように速度制御され移動するようになっている。
【０００８】
次に従来の物体の移動制御装置を使用したときの、物体の位置，速度，加速度および躍動のシミュレーションについて説明する。
図４は図３の従来の物体の移動制御装置を使用して物体を移動させたときの、物体の位置，速度，加速度および躍動をシミュレーションした波形図である。
このシミュレーションでは、物体の基準移動距離を１．０とし基準移動距離の移動時間を１．０として、物体を基準移動距離の１／４だけ移動させる場合について位置，速度，加速度および躍動の波形を図４に示すように重ねて図示している。図４の（ａ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の移動距離と移動時間との関係を示している。基準移動距離の移動時間を１．０としたときの１／４移動距離における物体の移動時間は数式４により０．５と算出される。図４の（ａ）の移動距離は数式３で示される平方根サイクロイド速度関数を積分した数式５
【０００９】
【数５】

【００１０】
により得られる。図４の（ｂ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の速度と移動時間との関係を示している。この図の速度は数式３で示される平方根サイクロイド速度関数により得られる。図４の（ｃ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の加速度と移動時間との関係を示している。この図の加速度は数式３で示される平方根サイクロイド速度関数を微分した数式６
【００１１】
【数６】

【００１２】
により得られる。図４の（ｄ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の躍動と移動時間との関係を示している。この躍動は数式３で示される平方根サイクロイド速度関数を２回微分した数式７
【００１３】
【数７】

【００１４】
により得られる。図４の（ｃ）から１／４移動距離における加速度の最大値は基準移動距離の加速度の最大値と同じであることが分かる。加速度の最大値を求めるには、先ず数式６の加速度を微分した数式７で示される躍動が０となる時刻を求め、この時刻は加速度が最大となる時刻であるので、この値を数式６に代入することにより加速度の最大値を求めることができる。数式７に示される躍動を０とした数式８
【００１５】
【数８】

【００１６】
から躍動が０となる時刻を求める数式９
【００１７】
【数９】

【００１８】
が得られる。数式９に物体の基準移動距離Ｓｍと移動距離Ｓを代入することにより躍動が０となる時刻が求められる。躍動が０となる時刻は加速度が最大となる時刻であるので、数式９に示すｔ_１およびｔ_２の値を数式６に代入することにより数式１０
【００１９】
【数１０】

【００２０】
に示す加速度の最大値が求められる。これから物体の加速度の最大値は距離の項が消去されるので、移動距離に関係なくなり、移動距離が短くなっても加速度の最大値は常に絶対値が等しくなることが分かる。図４の（ｄ）から１／４移動距離における躍動の最大値は、基準移動距離の躍動の最大値より大きくなっていることが分かる。躍動の最大値を求めるには、先ず数式７の躍動を微分した数式の値が０となる時刻を求め、この時刻を数式７に代入することにより求められる。数式７を微分し、Ｑ′＝０と置いた数式１１
【００２１】
【数１１】

【００２２】
から躍動が最大となる時刻を求める数式１２
【００２３】
【数１２】

【００２４】
が得られる。数式１２に物体の基準移動距離Ｓｍと移動距離Ｓを代入することにより躍動が最大となる時刻を求めることができる。このときの躍動の最大値は数式１２に示すｔ_０，ｔ_１およびｔ_２の値を数式７のｔに代入することにより求められる。これらの値を数式７に代入すると数式７の分子のＣｏｓの項は１，−１，１となりその大きさは一定である。これに対して分母のＳ／Ｓｍの平方根は移動距離Ｓが短くなるにつれ小さくなっていくから、結局、数式７で示される躍動の値は移動距離Ｓが短くなるにつれ大きくなっていくことになる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来の技術には次のような問題点があった。
従来の物体の移動制御装置は、物体の速度を時間に対してサイクロイド曲線で示す物体の移動において、物体を基準移動距離よりも短い値の移動距離を移動するときに、速度関数の定数および係数に、物体の移動距離を基準移動距離で除した値の平方根の値を使用した数式３（平方根サイクロイド速度関数）を使用しており、また物体の移動時間の演算に、物体の移動距離を基準移動距離で除した値の平方根を基準移動時間に乗じた数式４を使用しているので、前述のように物体の移動距離が短くなるにつれて加速度を微分した躍動の最大値が次第に増加していき、物体の移動により生じる衝撃が次第に大きくなり振動が発生するということである。
【００２６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、物体の速度が時間に対してサイクロイド曲線で示すように物体を移動する物体の移動制御装置において、物体を基準移動距離よりも短い移動距離を移動させる場合、物体の移動距離が短くなることにより移動時間が短くなっても加速度を微分した躍動は大きくならず、躍動の最大値が常に等しくなる最も短い移動時間で物体を移動させる物体の移動制御装置を提供することにある。これにより、物体の移動により生じる衝撃が抑制され、振動の発生を抑制できる。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために次の各手段構成を有する。
本発明は、入力手段から移動距離情報と移動時間情報とを入力し、アクチュエータによって物体の移動を制御する装置であって、下記構成を具備することを特徴とする物体の移動制御装置である。
（イ）物体の速度を時間に対するサイクロイド曲線で示す数式１３
【００２８】
【数１３】

【００２９】
の立方根サイクロイド速度関数を記憶する立方根サイクロイド速度関数記憶手段
（ロ）物体の移動距離に対応する移動時間を示す数式１４
【００３０】
【数１４】

【００３１】
の立方根移動時間関数を記憶する立方根移動時間関数記憶手段
（ハ）前記立方根サイクロイド速度関数記憶手段から数式１３で示される立方根サイクロイド速度関数を読み出し、前記入力手段から移動距離情報を受けて、立方根サイクロイド速度関数の定数および係数を演算しこの値を入れた速度関数を速度制御情報として出力する立方根サイクロイド速度制御手段
（ニ）前記立方根移動時間関数記憶手段から数式１４で示される立方根移動時間関数を読み出し、前記入力手段から移動距離情報および移動時間情報を受けて、物体の移動距離に対応する移動時間を演算し移動時間演算情報として出力する移動時間演算手段
（ホ）前記立方根サイクロイド速度制御手段から速度制御情報を受け前記立方根移動時間演算手段から移動時間演算情報を受けて、その時間長だけ速度制御情報に従って前記アクチュエータを動作させるアクチュエータ制御信号を生成出力する移動制御手段
（ヘ）前記移動制御手段から出力されたアクチュエータ制御信号を増幅し、アクチュエータ駆動信号として出力するアクチュエータ駆動回路
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、物体の移動距離情報と移動時間情報とを入力する入力手段と、物体の移動を制御するアクチュエータと、記憶手段と、制御手段とを有する。前記入力手段と前記アクチュエータとは従来の物体の移動制御装置と同じである。前記記憶手段と前記制御手段とは、従来の物体の移動制御装置の記憶手段と制御手段とを、下記記載の記憶手段と制御手段とに代えたものである。さらに従来の物体の移動制御装置では、物体の速度を時間に対するサイクロイド曲線を示す数式３の平方根サイクロイド速度関数の定数および係数と、物体の移動距離に対応する移動時間を示す数式４の平方根移動時間関数とに、物体を移動させようとするときの移動距離を基準移動距離で除した値の平方根の値を使用していたのを、本発明では立方根の値に代えたものである。
前記記憶手段には、立方根サイクロイド速度関数記憶手段と立方根移動時間関数記憶手段とが含まれる。前記立方根サイクロイド速度関数記憶手段は、物体の速度を時間に対するサイクロイド曲線で示す立方根サイクロイド速度関数を記憶する。前記立方根移動時間関数記憶手段は、物体の移動距離に対応する移動時間を示す立方根移動時間関数を記憶する。前記制御手段には、立方根サイクロイド速度制御手段と立方根移動時間演算手段と移動制御手段とアクチュエータ駆動回路とが含まれる。立方根サイクロイド速度制御手段は、前記立方根サイクロイド速度関数記憶手段から立方根サイクロイド速度関数を読み出し、前記入力手段から移動距離情報を受けて、立方根サイクロイド速度関数の定数および係数を演算しこの値を入れた速度関数を速度制御情報として出力する。立方根移動時間演算手段は、前記立方根移動時間関数記憶手段から立方根移動時間関数を読み出し、入力手段から移動距離情報および移動時間情報を受けて、物体の移動距離に対応する移動時間を演算し移動時間演算情報として出力する。移動制御手段は、前記立方根サイクロイド速度制御手段から速度制御情報を受け前記立方根移動時間演算手段から移動時間演算情報を受け、その時間長だけ速度制御情報に従って前記アクチュエータを動作させるアクチュエータ制御信号を生成出力する。アクチュエータ駆動回路は、前記移動制御手段から出力されたアクチュエータ制御信号を増幅し、前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動信号を出力する。アクチュエータの駆動により物体は速度がサイクロイド曲線で示されるように速度制御され移動するようになっている。
【００３３】
本発明の物体の移動制御装置は、従来は数式３の平方根サイクロイド速度関数の定数および係数と、物体の移動距離に対応する移動時間を演算する数式４の平方根移動時間関数とに、移動距離を基準移動距離で除した値の平方根の値を使用していたのを、本発明では立方根の値に代えることにより、物体を基準移動距離よりも短い移動距離を移動させる場合、物体は移動距離が短くなり移動時間が短くなっても、加速度を微分した躍動は大きくならず、躍動の最大値が常に等しくなる最も短い移動時間で物体を移動することができる。これにより、物体の移動により生じる衝撃が抑制され振動の発生を抑制できる。
【００３４】
【実施例】
以下本発明の物体の移動制御装置の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の物体の移動制御装置の一実施例のブロック図である。
図１を参照すると、本発明の物体の移動制御装置は、物体の移動距離情報と移動時間情報とを入力する入力手段１０と、物体の速度を時間に対してサイクロイド曲線で示す関数と物体の移動時間を示す関数とを記憶する記憶手段１と、物体の移動を制御するアクチュエータ１３と、記憶手段１に記憶された関数を読み出し入力手段１０から移動距離情報および移動時間情報を受けてアクチュエータ１３を駆動する信号を出力する制御手段２とを有し、入力手段１０とアクチュエータ１３とは従来の技術と同じである。さらに従来の物体の移動制御装置では、速度を時間に対してサイクロイド曲線で示す数式３の平方根サイクロイド速度関数における定数および係数と、物体の移動距離に対応する移動時間を示す数式４の平方根移動時間関数とに、物体を移動させようとする移動距離を基準移動距離で除した値の平方根の値を使用していたのを、本発明では立方根の値に代えたものである。
【００３５】
入力手段１０は、物体を移動させようとするとき基準となる基準移動距離と基準移動距離よりも短い移動距離とを入力することにより移動距離情報Ｓ１を生成し、基準移動距離を移動するに要する時間である基準移動時間を入力することにより移動時間情報Ｓ２を生成する。
記憶手段１には、立方根サイクロイド速度関数記憶手段３と立方根移動時間関数記憶手段４とが含まれる。立方根サイクロイド速度関数記憶手段３は、物体の速度を時間に対してサイクロイド曲線で示す数式１３の立方根サイクロイド速度関数を記憶する。この関数の定数および係数には、物体の移動距離を基準移動距離で除した値の立方根の値を使用している。立方根移動時間関数記憶手段４は、物体の移動距離に対応する移動時間を示す数式１４の立方根移動時間関数を記憶する。この関数は物体の移動距離を基準移動距離で除した値の立方根の値を基準移動時間に乗じたもので物体の移動時間の演算に使用される。
【００３６】
制御手段２には、立方根サイクロイド速度制御手段５と立方根移動時間演算手段６と移動制御手段７とアクチュエータ駆動回路１９とが含まれる。立方根サイクロイド速度制御手段５は、立方根サイクロイド速度関数記憶手段３から数式１３で示される立方根サイクロイド速度制御関数を読み出し、入力手段１０から移動距離情報Ｓ１を受けて立方根サイクロイド速度関数の定数および係数を演算し、この値を入れた速度関数を速度制御情報Ｓ３として出力する。立方根移動時間演算手段６は、立方根移動時間関数記憶手段４から数式１４で示される立方根移動時間関数を読み出し、入力手段１０から移動距離情報Ｓ１および移動時間情報Ｓ２を受けて、物体の移動距離に対応する移動時間を演算し移動時間演算情報Ｓ４として出力する。移動制御手段７は、立方根サイクロイド速度制御手段５から速度制御情報Ｓ３を受け立方根移動時間演算手段６からの移動時間演算情報Ｓ４を受け、その時間長だけ速度制御情報Ｓ３に従ってアクチュエータ１３を動作させるアクチュエータ制御信号Ｓ５を生成出力する。アクチュエータ駆動回路１９は、移動制御手段７から出力されたアクチュエータ制御信号Ｓ５を増幅し、アクチュエータ１３を駆動するアクチュエータ駆動信号Ｓ６として出力する。アクチュエータ１３の駆動により物体は速度が時間に対してサイクロイド曲線で示されるように速度制御され移動するようになっている。
【００３７】
次に、本発明の一実施例の動作について説明する。
入力手段１０に、物体を移動させようとするとき基準となる基準移動距離と基準移動距離よりも短い移動距離とを入力することにより移動距離情報Ｓ１が生成され、基準移動距離を移動するに要する時間である基準移動時間を入力することにより移動時間情報Ｓ２が生成される。立方根サイクロイド速度制御手段５では、立方根サイクロイド速度関数記憶手段３から数式１３で示される立方根サイクロイド速度関数が読み出され、入力手段１０から移動距離情報Ｓ１を受けて、立方根サイクロイド速度関数の定数および係数が演算され、この値を入れた速度関数を速度制御情報Ｓ３として移動制御手段７へ出力される。立方根移動時間演算手段６では、立方根移動時間関数記憶手段４から数式１４で示される立方根移動時間関数が読み出され、入力手段１０から移動距離情報Ｓ１を受けて、移動距離に対応する移動時間が演算され移動時間演算情報Ｓ４として移動制御手段７へ出力される。移動制御手段７では、立方根サイクロイド速度制御手段５から速度制御情報Ｓ３を受け立方根移動時間演算手段６から移動時間演算情報Ｓ４を受け、その時間長だけ速度制御情報Ｓ３に従ってアクチュエータ１３を動作させるアクチュエータ制御信号Ｓ５が生成出力される。アクチュエータ制御信号Ｓ５は、アクチュエータ駆動回路１９へ送られ増幅されてアクチュエータ駆動信号Ｓ６として出力される。アクチュエータ駆動信号Ｓ６は、アクチュエータ１３へ送られアクチュエータ１３が駆動される。アクチュエータ１３の駆動により、アクチュエータ１３に連結された物体は速度が時間に対してサイクロイド曲線で示すように速度制御され移動される。
【００３８】
次に本発明の物体の移動制御装置を使用したときの、物体の位置，速度，加速度および躍動のシミュレーションについて説明する。
図２は図１の物体の移動制御装置を使用したときの物体の位置，速度，加速度および躍動をシミュレーションした波形図である。
このシミュレーションでは、物体の基準移動距離を１．０とし基準移動距離の移動時間を１．０として、物体を基準移動距離の１／４だけ移動させた場合について位置，速度，加速度および躍動の波形を図２に示すように、基準移動距離を移動させた場合の波形に重ねて図示している。図２の（ａ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の移動距離と移動時間との関係を示している。基準移動距離の移動時間を１．０としたときの１／４移動距離における物体の移動時間は数式１４により０．６３と算出される。図２の（ａ）の移動距離は数式１３で示される立方根サイクロイド速度関数を積分した数式１５
【００３９】
【数１５】

【００４０】
により得られる。図２の（ｂ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の速度と移動時間との関係を示している。この図の速度は数式１３の立方根サイクロイド速度関数により得られる。図２の（ｃ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の加速度と移動時間との関係を示している。この図の加速度は数式１３で示される立方根サイクロイド速度関数を微分した数式１６
【００４１】
【数１６】

【００４２】
により得られる。図２の（ｄ）は、基準移動距離と１／４移動距離における物体の躍動と移動時間との関係を示している。この図の躍動は数式１３で示される立方根サイクロイド速度関数を２回微分した数式１７
【００４３】
【数１７】

【００４４】
により得られる。図２の（ｄ）から１／４移動距離の加速度を微分した躍動の最大値は、基準移動距離の躍動の最大値と等しくなっていることが分かる。躍動の最大値を求めるには、先ず数式１７の躍動を微分した数式で示される値が０となる時刻を求め、この時刻は躍動が最大となる時刻であるので、この値を数式１７に代入することにより躍動の最大値を求めることができる。数式１７を微分し、Ｑ＝０と置いた数式１８
【００４５】
【数１８】

【００４６】
から躍動が最大となる時刻を求める数式１９
【００４７】
【数１９】

【００４８】
が得られる。数式１９に物体の基準移動距離Ｓｍと移動距離Ｓを代入することにより躍動が最大となる時刻が求められる。このときの躍動の最大値は数式１９に示すｔ_０，ｔ_１およびｔ_２の値を数式１７に代入することにより数式２０
【００４９】
【数２０】

【００５０】
に示す躍動の最大値が求められる。数式２０では移動距離に関係する項が消えるので物体の躍動の最大値は移動距離に関係なく、移動距離が短くなっても躍動の最大値は常に絶対値が等しくなることが分かる。
このような躍動の最大値が常に等しくなる物体の移動制御装置では、数式１４の立方根移動時間関数により求められる物体の移動時間は最も短くなる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の物体の移動制御装置は次の効果を有する。
本発明の物体の移動制御装置は、従来は定数および係数に移動距離を基準移動距離で除した値の平方根を用いた数式３の平方根サイクロイド速度関数を使用していたのを、本発明では立方根を使用した数式１３のサイクロイド速度関数に代えると共に、物体の移動距離に対応する移動時間の演算に、移動距離を基準移動距離で除した値の平方根を用いた数式４の平方根移動時間関数を使用していたのを、本発明では立方根の値を使用した数式９の立方根移動時間関数に代えることにより、物体を基準移動距離よりも短い移動距離を移動させる場合、物体は移動距離が短くなり移動時間が短くなっても、加速度を微分した躍動は大きくならず、躍動の最大値が常に等しくなり最も短い時間で移動することができる。これにより物体の移動により生じる衝撃が抑制され振動の発生を抑制できる。
本発明の物体の移動制御装置を、往復移動や反復回転などの始動・停止を繰り返す物体の移動制御に利用することにより、往復移動や反復回転により生じる衝撃による振動の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の物体の移動制御装置の一実施例のブロック図である。
【図２】図１の物体の移動制御装置を使用したときの物体の位置，速度，加速度および躍動をシミュレーションした波形図である。
【図３】従来の物体の移動制御装置の一例を示すブロック図である。
【図４】図３の従来の物体の移動制御装置を使用したときの物体の位置，速度，加速度および躍動をシミュレーションした波形図である。
【符号の説明】
１記憶手段
２制御手段
３立方根サイクロイド速度関数記憶手段
４立方根移動時間関数記憶手段
５立方根サイクロイド速度制御手段
６立方根移動時間演算手段
７移動制御手段
１０入力手段
１１記憶手段
１２制御手段
１３アクチュエータ
１４平方根サイクロイド速度関数記憶手段
１５平方根移動時間関数記憶手段
１６平方根サイクロイド速度制御手段
１７平方根移動時間演算手段
１８移動制御手段
１９アクチュエータ駆動回路
Ｓ１移動距離情報
Ｓ２移動時間情報
Ｓ３速度制御情報
Ｓ４移動時間演算情報
Ｓ５アクチュエータ制御信号
Ｓ６アクチュエータ駆動信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a movement control device for an object, and in particular, controls the movement of an object so that the speed of the object is represented by a cycloid curve with respect to time, and sets a movement distance shorter than a reference movement distance that is a reference of the movement distance of the object. It belongs to the technical field of a movement control device for moving an object.
[0002]
[Prior art]
A conventional object movement control device controls the movement of an object such that the speed of the object is represented by a cycloid curve with respect to time in the movement of the object that repeatedly starts and stops, such as reciprocating movement and repetitive rotation, and moves the object. It is used for movement control when moving at a movement distance shorter than a reference movement distance that is a reference of the movement distance.For example, a voice coil motor that swings an arm holding a bonding tool in a vertical direction in a wire bonding apparatus, It is used for drive control of actuators such as linear motors. It is also used for drive control of a drive motor of an XY moving table device for moving a bonding tool of a wire bonding apparatus relative to a bonding object in a horizontal plane.
[0003]
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a conventional object movement control device.
Referring to FIG. 3, a conventional object movement control device includes an input unit 10 for inputting information on a movement distance and movement time of an object, a function indicating a speed of the object by a cycloid curve with respect to time, and a movement of the object. A storage unit 11 for storing a function indicating time, an actuator 13 for controlling the movement of the object, and a function for reading the function stored in the storage unit 11 and receiving the movement distance information and the movement time information from the input unit 10 to change the actuator 13 Control means 12 for outputting a driving signal.
The input means 10 generates moving distance information S1 by inputting a reference moving distance that is a reference when moving an object and a moving distance shorter than the reference moving distance, and is required for moving the reference moving distance. The travel time information S2 is generated by inputting a reference travel time which is a time.
The storage means 11 includes a square root cycloid velocity function storage means 14 and a square root movement time function storage means 15. The square root cycloid velocity function storage means 14 stores the velocity of the object by a cycloid curve with respect to time.
[0004]
(Equation 3)

[0005]
Memorize the square root cycloid velocity function of. As the constant and coefficient of this function, the value of the square root of the value obtained by dividing the moving distance of the object by the reference moving distance is used. The square root moving time function storage means 15 stores the moving time corresponding to the moving distance of the object,
[0006]
(Equation 4)

[0007]
The square root travel time function of is stored. This function is obtained by multiplying the square root of the value obtained by dividing the moving distance of the object by the reference moving distance by the reference moving time, and is used for calculating the moving time of the object.
The control means 12 includes a square root cycloid velocity control means 16, a square root movement time calculation means 17, a movement control means 18, and an actuator drive circuit 19. The square root cycloid velocity control means 16 reads the square root cycloid velocity control function represented by Expression 3 from the square root cycloid velocity function storage means 14, receives the moving distance information S1 from the input means 10, and calculates constants and coefficients of the square root cycloid velocity function. Then, the speed function containing this value is output as speed control information. The square root movement time calculation means 17 reads the square root movement time function represented by the formula 4 from the square root movement time function storage means 15, receives the movement distance information S1 and the movement time information S2 from the input means 10, and calculates the movement distance of the object. The corresponding travel time is calculated and output as travel time calculation information. The movement control means 18 receives the speed control information from the square root cycloid speed control means 16, receives the movement time calculation information from the square root movement time calculation means 17, and generates an actuator control signal for operating the actuator 13 in accordance with the speed control information by the time length. Generate and output. The actuator drive circuit 19 amplifies the actuator control signal output from the movement control means 18 and outputs it as an actuator drive signal for driving the actuator 13. When the actuator 13 is driven, the object moves with its speed controlled as indicated by a cycloid curve with respect to time.
[0008]
Next, a description will be given of a simulation of the position, speed, acceleration, and jerk of an object when a conventional object movement control device is used.
FIG. 4 is a waveform diagram simulating the position, velocity, acceleration, and movement of an object when the object is moved using the conventional object movement control device of FIG.
In this simulation, the position, velocity, acceleration, and pulsation waveforms are obtained when the object is moved by 1/4 of the reference movement distance, where the reference movement distance of the object is 1.0 and the movement time of the reference movement distance is 1.0. As shown in FIG. FIG. 4A shows the relationship between the moving distance and the moving time of the object at the reference moving distance and the 1/4 moving distance. The moving time of the object at the 1/4 moving distance when the moving time of the reference moving distance is set to 1.0 is calculated by Expression 4 as 0.5. The moving distance in FIG. 4A is calculated by integrating the square root cycloid velocity function shown in Expression 3 into Expression 5.
[0009]
(Equation 5)

[0010]
Is obtained by FIG. 4B shows a relationship between the speed of the object and the moving time at the reference moving distance and the 1/4 moving distance. The velocity in this figure is obtained by the square root cycloid velocity function shown in Expression 3. FIG. 4C shows the relationship between the acceleration of the object and the movement time at the reference movement distance and the 1/4 movement distance. The acceleration in this figure is obtained by differentiating the square root cycloid velocity function shown in Expression 3 from Expression 6.
[0011]
(Equation 6)

[0012]
Is obtained by FIG. 4D shows the relationship between the movement of the object and the movement time at the reference movement distance and the 1/4 movement distance. This dynamic is obtained by differentiating the square root cycloid velocity function shown in Equation 3 twice.
[0013]
(Equation 7)

[0014]
Is obtained by From FIG. 4C, it can be seen that the maximum value of the acceleration at the 1/4 movement distance is the same as the maximum value of the acceleration at the reference movement distance. In order to obtain the maximum value of the acceleration, first, a time at which the jerk represented by Expression 7 obtained by differentiating the acceleration of Expression 6 becomes 0 is obtained. Since this time is the time at which the acceleration becomes maximum, this value is expressed by Expression 6. By substituting, the maximum value of the acceleration can be obtained. Equation 8 with the dynamic shown in Equation 7 set to 0
[0015]
(Equation 8)

[0016]
Equation 9 for calculating the time at which the dynamism becomes 0 from
[0017]
(Equation 9)

[0018]
Is obtained. By substituting the reference moving distance Sm and the moving distance S of the object into Equation 9, the time at which the jump becomes zero is obtained. Since the time at which the jerk becomes 0 is the time at which the acceleration becomes maximum, the values of t ₁ and t ₂ shown in Expression 9 are substituted into Expression 6 to obtain Expression 10
[0019]
(Equation 10)

[0020]
Is obtained. From this, it can be seen that since the term of the distance is deleted from the maximum value of the acceleration of the object, it is not related to the moving distance, and the absolute value of the maximum value of the acceleration is always the same even if the moving distance becomes short. From FIG. 4D, it can be seen that the maximum value of the movement at the 1/4 movement distance is larger than the maximum value of the movement at the reference movement distance. In order to obtain the maximum value of the jump, first, a time at which the value of the equation obtained by differentiating the jump of Equation 7 becomes 0 is obtained, and this time is substituted into Equation 7. Equation 11 obtained by differentiating Equation 7 and setting Q ′ = 0
[0021]
(Equation 11)

[0022]
Equation 12 for calculating the time at which the dynamic is maximized from
[0023]
(Equation 12)

[0024]
Is obtained. By substituting the reference moving distance Sm and the moving distance S of the object into Equation 12, the time at which the movement becomes maximum can be obtained. The maximum value of the dynamic at this time is obtained by substituting the values of t ₀ , t ₁ and t ₂ shown in Expression 12 into t in Expression 7. When these values are substituted into Equation 7, the term of Cos of the numerator of Equation 7 is 1, −1, 1, and its size is constant. On the other hand, the square root of S / Sm of the denominator becomes smaller as the moving distance S becomes shorter, so that the value of the dynamism shown by Expression 7 becomes larger as the moving distance S becomes shorter. .
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technique has the following problems.
A conventional object movement control device includes a constant and a coefficient of a speed function when moving an object through a movement distance having a value shorter than a reference movement distance in the movement of the object that shows the speed of the object with a cycloid curve with respect to time. Equation 3 (square root cycloid velocity function) using the square root of the value obtained by dividing the moving distance of the object by the reference moving distance is used, and the calculation of the moving time of the object is based on the moving distance of the object. Since Equation 4 in which the square root of the value divided by the moving distance is multiplied by the reference moving time is used, the maximum value of the jerk obtained by differentiating the acceleration gradually increases as the moving distance of the object becomes shorter as described above. That is, the impact generated by the movement of the object gradually increases, and vibration occurs.
[0026]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described problems of the related art, an object of the present invention is to provide an object movement control device that moves an object such that the speed of the object is represented by a cycloid curve with respect to time. When moving a distance, even if the moving time is shortened due to the moving distance of the object being shortened, the jerk obtained by differentiating the acceleration does not increase, and the object that moves the object in the shortest moving time where the maximum value of the jerk is always equal Another object of the present invention is to provide a movement control device. Thereby, the impact generated by the movement of the object is suppressed, and the occurrence of vibration can be suppressed.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following means in order to achieve the above object.
The present invention is an apparatus for inputting moving distance information and moving time information from input means and controlling the movement of an object by an actuator, comprising the following configuration.
(A) Equation 13 showing the speed of an object by a cycloid curve with respect to time
[0028]
(Equation 13)

[0029]
Cubic root cycloid velocity function storage means for storing the cubic root cycloid velocity function of (b) Expression 14 indicating the moving time corresponding to the moving distance of the object
[0030]
[Equation 14]

[0031]
(3) A cubic root cycloid velocity function represented by Expression 13 is read from the cubic root cycloid velocity function storage means, and moving distance information is received from the input means to obtain a cubic root cycloid. Cubic root cycloid velocity control means for calculating constants and coefficients of the velocity function and outputting the velocity function information as velocity control information. (D) Reading the cubic root movement time function represented by equation (14) from the cubic root movement time function storage means. Moving time calculating means for receiving moving distance information and moving time information from the input means, calculating a moving time corresponding to the moving distance of the object, and outputting the calculated moving time as moving time calculating information; Receiving control information from the cubic root moving time calculating means; A movement control means for generating and outputting an actuator control signal for operating the actuator according to the speed control information for the time length; and (f) amplifying the actuator control signal output from the movement control means and outputting the amplified signal as an actuator drive signal. Actuator drive circuit
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention includes an input unit for inputting information on a moving distance and a moving time of an object, an actuator for controlling the movement of the object, a storage unit, and a control unit. The input means and the actuator are the same as a conventional object movement control device. The storage unit and the control unit are obtained by replacing the storage unit and the control unit of the conventional object movement control device with the storage unit and the control unit described below. Further, in the conventional object movement control device, the constant and coefficient of the square root cycloid velocity function of Equation 3 showing the cycloid curve with respect to the velocity of the object, and the square root movement time of Equation 4 showing the movement time corresponding to the moving distance of the object In the present invention, the value of the square root of the value obtained by dividing the moving distance when attempting to move the object by the reference moving distance is used as the function, instead of the cubic root value in the present invention.
The storage means includes a cube root cycloid velocity function storage means and a cube root movement time function storage means. The cubic root cycloid velocity function storage means stores a cubic root cycloid velocity function indicating the velocity of the object by a cycloid curve with respect to time. The cubic root moving time function storage means stores a cubic root moving time function indicating a moving time corresponding to a moving distance of the object. The control means includes a cubic root cycloid velocity control means, a cubic root movement time calculating means, a movement control means, and an actuator drive circuit. The cubic root cycloid velocity control means reads out the cubic root cycloid velocity function from the cubic root cycloid velocity function storage means, receives the moving distance information from the input means, calculates constants and coefficients of the cubic root cycloid velocity function, and enters the velocity into which this value is entered. Output the function as speed control information. The cubic root moving time calculating means reads the cubic root moving time function from the cubic root moving time function storage means, receives the moving distance information and the moving time information from the input means, calculates the moving time corresponding to the moving distance of the object, and calculates the moving time. Output as calculation information. The movement control means receives speed control information from the cube root cycloid speed control means, receives movement time calculation information from the cube root movement time calculation means, and generates and outputs an actuator control signal for operating the actuator according to the speed control information for the time length. I do. The actuator drive circuit amplifies the actuator control signal output from the movement control means and outputs an actuator drive signal for driving the actuator. By driving the actuator, the object moves at a controlled speed such that the speed is indicated by a cycloid curve.
[0033]
Conventionally, the object movement control device of the present invention calculates the moving distance by using the constant and the coefficient of the square root cycloid velocity function of Equation 3 and the square root moving time function of Equation 4 for calculating the moving time corresponding to the moving distance of the object. Instead of using the value of the square root of the value divided by the reference movement distance, the present invention substitutes the value of the cubic root to move the object by a movement distance shorter than the reference movement distance. Even if the movement time is shortened and the movement time is shortened, the movement obtained by differentiating the acceleration does not increase, and the object can be moved in the shortest movement time in which the maximum value of the movement is always equal. Thereby, the impact generated by the movement of the object is suppressed, and the generation of the vibration can be suppressed.
[0034]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the object movement control device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the object movement control device of the present invention.
Referring to FIG. 1, an object movement control device according to the present invention includes an input means 10 for inputting information on a movement distance and movement time of an object, a function indicating a speed of the object with respect to time by a cycloid curve, and a function of the object. A storage unit 1 for storing a function indicating a movement time; an actuator 13 for controlling the movement of an object; an actuator 13 for reading out the function stored in the storage unit 1 and receiving movement distance information and movement time information from an input unit 10 And the control means 2 for outputting a signal for driving the input means. Further, in the conventional object movement control device, a constant and a coefficient in the square root cycloid velocity function of Equation 3 showing the velocity with respect to time with respect to time, and the square root movement time of Equation 4 showing the movement time corresponding to the moving distance of the object In the present invention, the value of the square root of the value obtained by dividing the moving distance for moving the object by the reference moving distance is used as the function, instead of the cubic root value in the present invention.
[0035]
The input means 10 generates moving distance information S1 by inputting a reference moving distance that is a reference when moving an object and a moving distance shorter than the reference moving distance, and is required for moving the reference moving distance. The travel time information S2 is generated by inputting a reference travel time which is a time.
The storage means 1 includes a cube root cycloid velocity function storage means 3 and a cube root movement time function storage means 4. The cubic root cycloid velocity function storage means 3 stores a cubic root cycloid velocity function of Expression 13 which shows the velocity of the object by a cycloid curve with respect to time. As the constant and coefficient of this function, the value of the cubic root of the value obtained by dividing the moving distance of the object by the reference moving distance is used. The cubic root moving time function storage means 4 stores a cubic root moving time function of Expression 14 indicating a moving time corresponding to the moving distance of the object. This function is obtained by multiplying the cubic root value of the value obtained by dividing the moving distance of the object by the reference moving distance by the reference moving time, and is used for calculating the moving time of the object.
[0036]
The control means 2 includes a cubic root cycloid velocity control means 5, a cubic root movement time calculating means 6, a movement control means 7, and an actuator drive circuit 19. The cubic root cycloid velocity control means 5 reads out the cubic root cycloid velocity control function represented by Expression 13 from the cubic root cycloid velocity function storage means 3, receives the moving distance information S1 from the input means 10, and calculates constants and coefficients of the cubic root cycloid velocity function. Then, the speed function containing this value is output as speed control information S3. The cubic root moving time calculating means 6 reads out the cubic root moving time function represented by Expression 14 from the cubic root moving time function storing means 4, receives the moving distance information S1 and the moving time information S2 from the input means 10, and calculates the moving distance of the object. The corresponding travel time is calculated and output as travel time calculation information S4. The movement control means 7 receives the speed control information S3 from the cubic root cycloid speed control means 5, receives the movement time calculation information S4 from the cubic root movement time calculation means 6, and operates the actuator 13 according to the speed control information S3 by the time length. It generates and outputs a control signal S5. The actuator drive circuit 19 amplifies the actuator control signal S5 output from the movement control means 7 and outputs it as an actuator drive signal S6 for driving the actuator 13. When the actuator 13 is driven, the object moves at a controlled speed so that the speed is shown by a cycloid curve with respect to time.
[0037]
Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described.
The moving distance information S1 is generated by inputting a reference moving distance that is a reference when moving an object to the input means 10 and a moving distance shorter than the reference moving distance, which is necessary for moving the reference moving distance. Moving time information S2 is generated by inputting a reference moving time, which is a time. The cubic root cycloid velocity control means 5 reads out the cubic root cycloid velocity function represented by Expression 13 from the cubic root cycloid velocity function storage means 3, receives the moving distance information S1 from the input means 10, and receives the constant and coefficient of the cubic root cycloid velocity function. Is calculated, and the speed function containing this value is output to the movement control means 7 as speed control information S3. The cubic root moving time calculating means 6 reads out the cubic root moving time function represented by Expression 14 from the cubic root moving time function storing means 4, receives the moving distance information S1 from the input means 10, and receives the moving time corresponding to the moving distance. It is calculated and output to the movement control means 7 as movement time calculation information S4. The movement control means 7 receives the speed control information S3 from the cubic root cycloid speed control means 5, receives the movement time calculation information S4 from the cubic root movement time calculation means 6, and operates the actuator 13 according to the speed control information S3 by the time length. A signal S5 is generated and output. The actuator control signal S5 is sent to the actuator drive circuit 19, amplified, and output as the actuator drive signal S6. The actuator drive signal S6 is sent to the actuator 13 to drive the actuator 13. By driving the actuator 13, the speed of the object connected to the actuator 13 is controlled with respect to time so that the speed is represented by a cycloid curve, and the object is moved.
[0038]
Next, a description will be given of a simulation of the position, speed, acceleration, and jerk of an object when the object movement control device of the present invention is used.
FIG. 2 is a waveform diagram simulating the position, velocity, acceleration and movement of the object when the object movement control device of FIG. 1 is used.
In this simulation, waveforms of position, velocity, acceleration and jerk are obtained when the object is moved by １／ of the reference movement distance, where the reference movement distance of the object is 1.0 and the movement time of the reference movement distance is 1.0. Are superimposed on the waveform when the reference moving distance is moved as shown in FIG. FIG. 2A shows the relationship between the moving distance and the moving time of the object at the reference moving distance and the 1/4 moving distance. The moving time of the object at the 1/4 moving distance when the moving time of the reference moving distance is 1.0 is calculated as 0.63 by Expression 14. The moving distance in FIG. 2A is obtained by integrating the cubic root cycloid velocity function shown in Expression 13 into Expression 15.
[0039]
[Equation 15]

[0040]
Is obtained by FIG. 2B shows the relationship between the speed of the object and the moving time at the reference moving distance and the 1/4 moving distance. The velocity in this figure is obtained by the cubic root cycloid velocity function of Expression 13. FIG. 2C shows a relationship between the acceleration of the object and the movement time at the reference movement distance and the 1/4 movement distance. The acceleration in this figure is obtained by differentiating the cubic root cycloid velocity function shown in Expression 13 from Expression 16
[0041]
(Equation 16)

[0042]
Is obtained by FIG. 2D shows the relationship between the movement of the object and the movement time at the reference movement distance and the 1/4 movement distance. The dynamic of this figure is obtained by differentiating the cubic root cycloid velocity function shown in Expression 13 twice, as shown in Expression 17
[0043]
[Equation 17]

[0044]
Is obtained by From FIG. 2D, it can be seen that the maximum value of the jump obtained by differentiating the acceleration of the 1/4 movement distance is equal to the maximum value of the jump of the reference movement distance. In order to obtain the maximum value of the dynamics, first, a time at which the value represented by the mathematical expression obtained by differentiating the dynamics of Expression 17 becomes 0 is obtained, and since this time is the time at which the dynamics becomes maximum, this value is substituted into Expression 17 By doing so, the maximum value of the dynamism can be obtained. Expression 18 obtained by differentiating Expression 17 and setting Q = 0
[0045]
(Equation 18)

[0046]
Expression 19 for calculating the time at which the dynamic is maximized from
[0047]
[Equation 19]

[0048]
Is obtained. By substituting the reference movement distance Sm and the movement distance S of the object into Equation 19, the time at which the movement becomes maximum is obtained. The maximum value of the dynamic at this time is obtained by substituting the values of t ₀ , t _1, and t ₂ shown in Expression 19 into Expression 17 to obtain Expression 20.
[0049]
(Equation 20)

[0050]
Is obtained. In Equation 20, since the term relating to the moving distance disappears, it can be understood that the maximum value of the movement of the object does not depend on the moving distance, and the maximum value of the movement is always the same even when the moving distance is shortened.
In such an object movement control device in which the maximum value of the movement is always equal, the object movement time obtained by the cubic root movement time function of Expression 14 is the shortest.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the object movement control device of the present invention has the following effects.
The object movement control apparatus of the present invention conventionally uses the square root cycloid velocity function of Equation 3 using the square root of a value obtained by dividing a movement distance by a reference movement distance into constants and coefficients. Is used instead of the cycloid velocity function of Equation 13 using the following equation, and the square root moving time function of Equation 4 using the square root of the value obtained by dividing the moving distance by the reference moving distance is used for calculating the moving time corresponding to the moving distance of the object. In the present invention, when the object is moved by a moving distance shorter than the reference moving distance by substituting the cubic root moving time function of Equation 9 using the value of the cubic root in the present invention, the moving distance of the object becomes shorter. Even if the time becomes short, the jerk obtained by differentiating the acceleration does not become large, and the maximum value of the jerk is always equal, so that it is possible to move in the shortest time. Thereby, the impact generated by the movement of the object is suppressed, and the generation of the vibration can be suppressed.
By using the object movement control device of the present invention for movement control of an object that repeatedly starts and stops, such as reciprocating movement and repetitive rotation, it is possible to suppress the generation of vibration due to an impact caused by reciprocating movement and repetitive rotation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an object movement control device according to the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram simulating the position, velocity, acceleration, and jerk of an object when the object movement control device of FIG. 1 is used.
FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of a conventional object movement control device.
FIG. 4 is a waveform diagram simulating the position, velocity, acceleration, and jerk of an object when the conventional object movement control device of FIG. 3 is used.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 storage means 2 control means 3 cubic root cycloid velocity function storage means 4 cubic root movement time function storage means 5 cubic root cycloid velocity control means 6 cubic root movement time calculation means 7 movement control means 10 input means 11 storage means 12 control means 13 actuator 14 square root cycloid Speed function storage means 15 square root movement time function storage means 16 square root cycloid velocity control means 17 square root movement time calculation means 18 movement control means 19 actuator drive circuit S1 movement distance information S2 movement time information S3 speed control information S4 movement time calculation information S5 actuator Control signal S6 Actuator drive signal

Claims

What is claimed is: 1. An apparatus for controlling movement of an object by inputting movement distance information and movement time information from input means and controlling movement of the object by an actuator, comprising:
(A) a cube root cycloid velocity function storage means for storing a cubic root cycloid velocity function of Equation 1 which shows the velocity of an object by a cycloid curve with respect to time; (3) A cubic root cycloid velocity function represented by Formula 1 is read from the cubic root cycloid velocity function storage means, and moving distance information is received from the input means. A cubic root cycloid velocity control means for calculating a coefficient and outputting a velocity function containing this value as velocity control information (d) reading a cubic root movement time function represented by equation 2 from the cubic root movement time function storage means, and from the input means Receives travel distance information and travel time information, and (E) receiving speed control information from the cubic root cycloid speed control means, receiving travel time calculation information from the cubic root travel time calculation means, and calculating the time. Movement control means for generating and outputting an actuator control signal for operating the actuator according to the speed control information by a length (f) Actuator drive circuit for amplifying the actuator control signal output from the movement control means and outputting it as an actuator drive signal