モーションコントロール
デジタル一眼レフカメラのタイム露出／タイムラプス機能を使って撮影した夜空の動画です。撮影者は、コンピューター制御の望遠鏡マウントにカメラを取り付け、通常の赤道軸からランダムな方向にカメラを移動させることで、カメラの動き（モーションコントロール）を加えました。

モーション コントロールはオートメーションのサブフィールドであり、制御された方法で機械の可動部分に関係するシステムまたはサブシステムを網羅しています。モーション コントロール システムは、精密工学、マイクロ製造、バイオテクノロジー、ナノテクノロジーなど、さまざまな分野のオートメーションに広く使用されています。[ 1 ]主なコンポーネントには、通常、モーション コントローラ、エネルギー アンプ、1 つ以上の原動機またはアクチュエータが含まれます。モーション コントロールは、オープン ループまたはクローズド ループです。オープン ループ システムでは、コントローラはアンプを介して原動機またはアクチュエータにコマンドを送信しますが、目的の動作が実際に達成されたかどうかは認識しません。一般的なシステムには、ステッピングモーターやファンの制御が含まれます。より厳密に、より正確に制御するために、測定装置をシステムに追加できます (通常は動作の終端近く)。測定値が信号に変換されてコントローラに送り返され、コントローラが誤差を補正すると、クローズド ループ システムになります。

通常、機械の位置や速度は、油圧ポンプ、リニアアクチュエータ、電動モータ（一般的にはサーボモータ）などのデバイスを使用して制御されます。モーションコントロールはロボット工学やCNC工作機械の重要な部分ですが、これらの場合、運動学が通常より単純な専用機械で使用される場合よりも複雑です。後者はしばしば汎用モーションコントロール（GMC）と呼ばれます。モーションコントロールは、包装、印刷、繊維、半導体製造、組立などの業界で広く使用されています。モーションコントロールは、物体の移動に関連するあらゆる技術を網羅しています。シリコン型マイクロ誘導アクチュエータなどのマイクロサイズシステムから、宇宙プラットフォームなどのマイクロシステムまで、あらゆるモーションシステムをカバーしています。しかし、今日では、モーションコントロールの焦点は、DC/ACサーボモータなどの電動アクチュエータを備えたモーションシステムの特殊な制御技術にあります。ロボットマニピュレータの制御もモーションコントロールの分野に含まれます。なぜなら、ほとんどのロボットマニピュレータは電動サーボモータによって駆動され、主な目的はモーションの制御だからです。[ 2 ]

概要

モーション制御システムの基本アーキテクチャは次のとおりです。

  • モーション コントローラは、アクチュエータが従うべき機械的軌道 (モーション プロファイル) を計算および制御し (つまり、モーション プランニング)、閉ループ システムではフィードバックを使用して制御修正を行い、閉ループ制御を実装します。
  • モーションコントローラからの制御信号をアクチュエータに供給されるエネルギーに変換するドライブまたはアンプ。最新の「インテリジェント」ドライブは、位置ループと速度ループを内部で閉じることができるため、より正確な制御が可能になります。
  • 出力動作用の油圧ポンプ、空気圧シリンダー、リニアアクチュエータ、電気モーターなどの原動機またはアクチュエータ。
  • 閉ループ システムでは、絶対エンコーダや増分エンコーダ、リゾルバ、ホール効果デバイスなどの 1 つ以上のフィードバック センサーがアクチュエータの位置または速度をモーション コントローラに返し、位置または速度の制御ループを閉じます。
  • アクチュエータの動きを目的の動きに変換する機械部品には、ギア、シャフト、ボールねじ、ベルト、リンケージ、リニアベアリングと回転ベアリングなどがあります。

モーションコントローラとそれが制御するドライブ間のインターフェースは、協調動作が必要な場合、緊密な同期を提供する必要があるため、非常に重要です。歴史的に、協調動作制御の要件を満たすオープンインターフェースが開発されるまでは、アナログ信号のみがオープンインターフェースでした。最初のオープンインターフェースは1991年のSERCOSであり、現在はSERCOS IIIに拡張されています。その後、モーション制御が可能なインターフェースとしては、Ethernet/IP、Profinet IRT、Ethernet Powerlink、EtherCATなどが挙げられます。

一般的な制御機能は次のとおりです。

  • 速度制御。
  • 位置（ポイントツーポイント）制御：動作軌跡を計算する方法はいくつかあります。これらの方法は、三角形状、台形状、S字曲線状など、動作の速度プロファイルに基づいていることが多いです。
  • 圧力または力の制御。
  • インピーダンス制御: このタイプの制御は、ロボット工学などの環境との相互作用やオブジェクトの操作に適しています。
  • 電子ギアリング（またはカムプロファイリング）：スレーブ軸の位置は、マスター軸の位置と数学的に結びついています。この良い例としては、2つの回転ドラムが互いに一定の比率で回転するシステムが挙げられます。電子ギアリングのより高度な例として、電子カムがあります。電子カムでは、スレーブ軸はマスター軸の位置の関数となるプロファイルに沿って動きます。このプロファイルはソルトでなくても構いませんが、アニメーション化された関数である必要があります。

参照

さらに読む

  • Tan KK、TH Lee、S. Huang、「精密モーション制御：設計と実装」、第2版、ロンドン、Springer、2008年。
  • エリス、ジョージ『制御システム設計ガイド 第4版：コンピュータを用いたフィードバックコントローラの理解と診断』

参考文献

  1. ^ Ma, Jun; Li, Xiaocong; Tan, Kok Kiong (2020). 「1.1：モーションコントロールシステムの概要」.モーションコントロールシステムの高度な最適化. 米国：CRC Press, Taylor & Francis Group. p. 1. ISBN 978-1000037111。[1]、Googleブックス、 2020年4月30日閲覧。
  2. ^原島 文雄 (1996). 「メカトロニクスの最近の進歩」. IEEE国際産業エレクトロニクスシンポジウム論文集. 第1巻. pp.  1– 4. doi : 10.1109/ISIE.1996.548386 . ISBN 0-7803-3334-9. S2CID  108759313 .
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