モーションコントローラとは

 



モーションコントローラとは

このページでは、モーションコントローラについて、わかりやすく説明します。

モーションコントローラの
モーションとは、「動き」
コントローラとは、「制御する物」という意味です。


まず、「モーション」について、説明して、
その後、「モーションコントローラ」
について説明します。



◆目次
・モーションとは
・希望のモーションを実現するための構成
・ステージ
・モータとモータドライバ
・モーションコントローラ
・モーションコントローラならでは機能
・モーションコントローラの上位接続
・モーションコントローラ仕様



★モーションとは

一般には、3次元の空間内の移動を意味します。
移動を観測するために、直方体上状の目盛をつければ、
3個のデータで現在位置を示すことができます。
その3個のデータをX座標値、Y座標値、Z座標値として、
時刻をtとすれば、
(ti,xi,yi,zi) i:整数
4つの数字の組み合わせの羅列で移動を表現することができます。




球の表面を行ったり来たりなぞっているモーションの例を示します。


専門用語で「3次元円弧補間」というモーションです。


参考)
移動する物が、棒状のものであれば、その向きを含めることもあります。
この場合は、時刻を含めて、7個のデータが必要になりますが、
このページでは、説明しません。



★希望のモーションを実現する構成

刻々と所望の位置に行くために

・機械構造(ステージ)
・動力源(モータとモータドライバ)
・所望の位置の指令を出す指令出力機器(モーションコントローラ)

が必要になります。




★ステージ

移動する物の3次元の位置を決めるために、指示構造が必要です。
直線状に動作して指定位置に動く機械構造を「直動ステージ」と言います。
これを2つ、直角になるように固定すると「直交ステージ」、「直交ロボット」
あるいは「2軸ステージ」、「XYステージ」と言います。
さらに、もう1つ直角に組み合わせる「3軸ステージ」になって、
直方体状のX座標値、Y座標値、Z座標値で位置を決めることが可能になります。


参考)
Z座標値の位置を決めるステージを、天井(上)から、吊り下げる方法もあります。


参考)
回転状に動作して、指定の角度に動く機械構造は、「回転ステージ」と言います。

参考)
回転するアーム(腕)の上に回転アームを載せて、
物の3次元の位置を決める機械構造も可能です。
この場合の機械構造は、「ロボットアーム」と呼ばれます。
このページでは、複雑になるので、説明しません。

参考)ステージの構成
以下の2種類があります。
・回転運動を直線運動に変換するタイプ
主に、「ボールねじ」と呼ばれる部品を使って、回転を直線に変換します。
ボールねじのシャフトは、回転型モータで回転させます。


・もともと直線運動をするタイプ
回転部が無くて、直線移動型のモータ「リニアモータ」を使います。



★モータとモータドライバ

ステージに使うモータには大きく分けて、以下の2つがあります。
・サーボモータ
・ステッピングモータ
それぞれに、モータを回して、位置を決めるためのモータドライバがあります。
磁石と電磁石の関係で力を出す原理は同じなので、ここでは詳しく説明しません。
モータドライバは、刻々と、指示を受けた位置をめざして、モータを動かして
位置を決めていきます。

参考)
刻々と位置の指示を受けて、モータを動かすモータドライバを
「位置指令入力タイプ」のモータドライバを言います。

参考)
「位置指令入力タイプ」は、主に2つに分類されます。
・パルス列指令入力タイプ
パルスの累積した数が、位置を示します。
1パルス毎に時計の秒針が1秒進む、と想像してください。
・シリアル通信入力タイプ



★モーションコントローラ

ユーザがプログラムしたモーション、
例えば、3次元空間に円を描くようなモーションを指定して、
その指示に従って、刻々と、モータドライバに、位置の指示を出します。


参考)
モーションコントローラの性能によって、
・3次元の円は描けない。2次元(XY平面上)なら描ける。
専門的には、「3軸円弧補間可能」、「2軸円弧補間可能」と言います。
・位置の指示を1ms毎、出せる。10ms毎なら、出せる。
専門的には、「軌跡指令生成周期」という数値仕様になります。
・制御軸数が変わります。
3軸円弧補間は1セットのみ、あるいは2セット、合計6軸可能、と
バリエーションがあります。


参考)
「円弧補間」のような、2軸以上の複数軸の協調制御を指示できない位置指令出力機器は、
「モーションコントローラ」と言いません。
そのような機器は、
「位置決めコントローラ」、「位置決めボード」と呼ばれます。


参考)
モーションコントローラの形状によって、
・スタンドアローン型(独立型)
・内蔵型
があります。
内蔵型は、パソコンに内蔵したり、
シーケンサ(PLC)のバックプレーンにユニットとして
装着したりします。


写真の左側は、内蔵型でパソコンに内蔵するPCIボードタイプ、
右側は、スタンドアローン型です。


参考)
「直交ステージ」以外の機械構造で、「円弧補間」等の2軸以上の複数軸の協調制御を、
指示できるか、できないか、バリエーションの一つです。


参考)
モーションの指示をする方法(プログラム言語)にバリエーションがあります。
・G言語
・C言語
・専用機械制御言語



★モーションコントローラならでは機能

モーションコントローラでは、位置を刻々と管理しています。
高性能なモーションコントローラでは、この位置管理とIO機能
・DOUT(ディジタルアウトポート)機能
・DIN(ディジタルアウトポート)機能
・DA(ディジタルアナログコンバータ)機能
・AD(アナログディジタルコンバータ)機能
を連動して、動作させることができます。
「IO連動モーション」

シーケンサ(PLC)の場合、
IOとモーションの関係を指示するCPUユニットと
モーションを管理しているモーションユニットが
別ユニット、別CPUなので、高速な「IO連動モーション」ができません。


例1)
位置を監視していて、所定の位置でDOUTをオンして、
所定の位置でDOUTをオフする。
DOUTポートに、接着剤塗布バルブや、噴霧バルブを接続すると
モーションを停止することなく、正確な塗布や噴霧ができます。

例2)
指定圧力でONセンサを監視していて、センサがONしたら、
移動を停止する。
ばらつきの少ないはめ込みができます。

例3)
ロードセル出力をADに接続し、AD入力が指定値を超えたら
移動を停止する。
位置やADの監視周期が短いほど、高速の荷重制御、サーボブレスが実現できます。

例4)
アナログ電圧制御できる接着剤塗布バルブにDAを接続し、
位置を監視していて、位置指令が曲線(円)になったら、
DA出力を小さくする。
カーブになると塗布量を小さくするので、接着剤の溜まりがなくなります。



★モーションコントローラの上位接続

モーションコントローラは、さらに上位のコントローラから
指示を受けます。
以下の接続例があります。
・Windowsパソコン(USB経由)
・Windowsパソコン(LAN経由)
・WindowsパソコンやPLC(RS232回線経由)
・三菱電機PLC(三菱電機シーケンサ)(Ethernet経由)
・オムロンPLC(オムロンシーケンサ)(Ethernet経由)
・キーエンスPLC(キーエンスPLC)(Ethernet経由)
・RS485回線





★モーションコントローラ仕様

プライムモーション社のモーションコントローラ
・「InterMotion」シリーズ
・「JOY-RT8」シリーズ
について、仕様をまとめます。


写真右側が「JOY-RT8」シリーズ、左側が「InterMotion」シリーズです。

番号 モーションコントローラ
機能
モーションコントローラ
「InterMotion」仕様
モーションコントローラ
「JOY-RT8」シリーズ仕様
基本機能
1 形状 スタンドアローン
(独立型)
PCIカード
(パソコン内蔵型)
2 位置指令作成周期
[ms]
1 1
3 最大制御軸数 16軸 40軸
4 3軸円弧補間動作 不可 可能
5 3軸らせん補間動作 可能 可能
6 3軸直線補間動作 可能 可能
7 8軸同期PTP動作 可能 可能
8 直交ステージ以外の
機械構造
対応可能 対応可能
9 DIN、DOUTの
監視制御周期[ms]
1 1
10 AD入力の
監視周期[ms]
不可 1
下位接続インターフェイス
1 モータドライバとの
接続信号
パルス列位置指令
可能
最大10Mpps
可能
最大10Mpps
2 モータドライバとの
接続信号
高速シリアル通信指令
可能
パナソニック社高速シリアル通信
100MHz
RealtimeExpress(RTEX)
MINAS A5N対応
不可
3 アブソリュート
エンコーダ対応
可能
パナソニック社高速シリアル通信
RealtimeExpress(RTEX)
MINAS A5N対応
不可
拡張IO機能
1 最大DINポート数 192(リモートIN) 512(パラレルIN)
+1024(リモートIN)
2 最大DOUTポート数 192(リモートOUT) 512(パラレルOUT)
+1024(リモートOUT)
3 最大AD入力チャネル数 不可 32ch
(16bit分解能)
4 最大DA出力チャネル数 不可 16ch
(12bit分解能)
5 最大RS232チャネル数 1ch 8ch
6 最大RS485チャネル数 1ch 不可
外部で232/485変換
してください
上位接続インターフェイス
1 パソコンと
USBでの通信
可能 可能
2 パソコンと
Ethernetで通信
可能 可能
3 三菱PLCと
Ethernetで通信
可能 不可
4 オムロンPLCと
Ethernetで通信
可能 不可
5 キーエンスPLCと
Ethernetで通信
可能 不可
モーションコントローラのプログラミング
1 機械制御
プログラミング言語
「MOS言語」
機械制御関数を
充実させた
ポインタがないC言語
「MOS言語」
機械制御関数を
充実させた
ポインタがないC言語
2 機械制御
プログラム開発環境
「MOSBench AM」
モスベンチ・エーエム
「MOSBench」
モスベンチ



 

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・InterMotion(インターモーション)価格表

 

 

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