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直線の移動時間の計算(台形・三角形の運転パターン)

移動の距離・最高速度・加速度・減速度から、加速・等速・減速の時間と移動時間を求めます(距離が短いときは三角形の運転)。目標の時間に入るための最高速度も逆算します。

入力

vt_at_ct_dt
求めたいもの

最高速度から移動時間を求めるか、目標の時間から必要な最高速度を求めるかを選びます。

1 回の移動の距離(片道)。例:300 mm

加速が終わって等速で動くときの速度。例:500 mm/s

加速するときの加速度。加速時間で決めているときは、加速度 = 最高速度 ÷ 加速時間。例:0.3 G(約 2.94 m/s²)

減速するときの減速度(大きさ)。加速度と同じなら同じ値を入れます。例:0.3 G

止まってから位置が落ち着くまでの時間。入れると移動時間に足します。例:0.05 s

移動(と整定)にかけてよい時間。移動時間を求めるときは任意で、入れると判定します。必要な最高速度を求めるときは必須。例:0.8 s

アクチュエータ・モーターの出せる最高速度。必要な最高速度を求めるときに入れると判定します。

結果

計算すると、ここに結果を図で示します。

入力すると、ここに結果が出ます。

参考

  • University Physics Volume 1「3.4 Motion with Constant Acceleration」・OpenStax(ライス大学)・等加速度運動の式(加速・減速の区間の距離と時間のもとになる式)・資料を開く
    台形・三角形の速度の形の移動時間の式そのものは載っていません。
  • General Catalog 2012/2013 Technical Reference — Calculation(英語)・Oriental Motor(米国)・G-28 運転パターン(台形・三角形)・資料を開く
  • Selection Criteria – Example Ball Screw Selections(515-1E、英語)・THK・「High-Speed Transfer Equipment (Horizontal Use)」「Vertical Conveyance System」の運転条件・資料を開く

参考先は MechOwl が独自に選んだもので、参考先が推奨・保証するものではありません。

解説

止まった状態から動き、止まるまでの直線の移動の時間を、台形の速度の形(一定の加速度で加速、最高速度で等速、一定の減速度で減速)で求めます。加速と減速に要る距離の合計が移動の距離より長いときは、最高速度に届く前に減速を始める三角形の運転になります。

使い方

移動の距離・最高速度・加速度・減速度を入れます。整定時間を入れると足し、目標の時間を入れると判定します。必要な最高速度を求めるときは、最高速度の代わりに目標の時間を入れます。加速時間で決めているときは、加速度 = 最高速度 ÷ 加速時間 で直して入れます。

例題(手計算)

  1. 例題 1:300 mm・500 mm/s・加減速 2.5 m/s²

    加速の時間 = 0.5 / 2.5 = 0.2 s、加速の距離 = 0.5² / (2 × 2.5) = 0.05 m = 50 mm(減速も同じ)。等速の距離 = 300 − 100 = 200 mm、等速の時間 = 0.2 / 0.5 = 0.4 s。移動時間 = 0.2 + 0.4 + 0.2 = 0.8 s。

  2. 例題 2:40 mm・1,000 mm/s・加速 4 m/s²・減速 2 m/s²(三角形)・整定 0.05 s・目標 0.3 s

    加速と減速に要る距離 = 1² / (2 × 4) + 1² / (2 × 2) = 0.125 + 0.25 = 0.375 m > 0.04 m なので三角形。v_p = √(2 × 0.04 × 4 × 2 / (4 + 2)) = 0.3266 m/s。加速 0.3266 / 4 = 0.0816 s、減速 0.3266 / 2 = 0.1633 s。移動 0.2449 s + 整定 0.05 s = 0.2949 s。目標 0.3 s 以下なので「入力条件内で条件を満たす」。

  3. 例題 3:300 mm・500 mm/s・2.5 m/s²・目標 0.8 s ちょうど

    移動時間 0.8 s が目標 0.8 s ちょうど。上限ちょうどは含むので「入力条件内で条件を満たす」。

  4. 例題 4:300 mm を 0.8 s で・2.5 m/s²・機器の最高速度 600 mm/s

    k = 1/(2 × 2.5) + 1/(2 × 2.5) = 0.4 s²/m。v = (0.8 − √(0.8² − 4 × 0.4 × 0.3)) / (2 × 0.4) = (0.8 − 0.4) / 0.8 = 0.5 m/s = 500 mm/s。最短の時間 = 2√(0.4 × 0.3) = 0.6928 s。機器の 600 mm/s 以下なので満たす。

  5. 例題 5:300 mm を 0.6 s で・2.5 m/s²(この加減速では届かない)

    最短の時間(三角形)= 2√(0.4 × 0.3) = 0.6928 s > 0.6 s。どんな最高速度でも、この加速度・減速度では目標の時間に入らないので「入力条件内で不足」。

よくある間違い

  • 距離 ÷ 速度 だけで時間を見る:台形では、加速と減速の時間の合計の半分だけ長くなります。
  • 短い距離で最高速度に届くと考える:届かないときは三角形の運転になります。
  • G と m/s² を取り違える:1 G = 9.80665 m/s² です。

よくある質問

S 字の加減速では。
このページは一定の加速度(台形)だけです。S 字の加減速は、同じ最大の加速度で比べると加速の時間が延び、移動時間は少し長くなります。
サイクルタイム全体は。
この移動時間に、ほかの動作・待ち・処理の時間を足して積み上げます。

適用範囲

一定の加速度・減速度で止まった状態から止まるまでの、直線の 1 回の移動の時間(台形・三角形)と、目標の時間に入るための最高速度。

この計算で扱わないこと:

  • S 字の加減速(ジャーク)
  • モーター・アクチュエータが速度と加速度を出せるか
  • 複数の軸の同時の動き・軌跡

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