CN110529461A - 驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驱动装置(1)，能够抑制装置重量的增大并产生大的力，该驱动装置(1)具备：马达驱动部(MD)，其能够利用伺服马达(30)的输出使可动部(20)向预定方向移动；气缸驱动部(AD)，其能够利用气缸(40)的输出使可动部(20)向预定方向移动；以及控制部，其控制马达驱动部(MD)和气缸驱动部(AD)，控制部利用气缸驱动部(AD)和马达驱动部(MD)使可动部(20)向预定方向移动。

Description

驱动装置
技术领域
本发明涉及驱动装置。
背景技术
以往，已知如下装置：利用多个气缸使作为可动部的升降基座向预定方向移动(例如，参照专利文献1。)。
另外，已知如下装置：利用伺服马达驱动可动部(例如，参照专利文献2。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-119791号公报
专利文献2：日本特开2017-19078号公报
发明内容
发明要解决的问题
利用伺服马达驱动的直动装置等驱动装置能够精密地控制可动部的运动。然而，在需要使重量物以大加速度移动的情况下，需要大型减速机构、大型伺服马达等，因此驱动装置的重量变重。另外，大型伺服马达用的放大器等的价格高昂，因此使用大型伺服马达的驱动装置的制造成本变高。
另一方面，气缸即使包含其的空气控制单元，与伺服马达与减速器的组合相比重量也轻。然而，由气缸所进行的可动部的位置、速度、及加速度的控制与由伺服马达所进行的控制相比不精密。
本发明是鉴于前述的情况而做出的。本发明一个目的在于提供一种驱动装置，能够抑制装置重量的增大并产生大的力。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明采用以下方案。
本发明的一个方案的驱动装置具备：马达驱动部，其能够利用伺服马达的输出使可动部向预定方向移动；气缸驱动部，其能够利用气缸的输出使所述可动部向所述预定方向移动；以及控制部，其控制所述马达驱动部和所述气缸驱动部，所述控制部使用所述气缸驱动部和所述马达驱动部使所述可动部向所述预定方向移动。
在该方案中，控制部利用气缸驱动部和马达驱动部这两者使可动部向预定方向移动，因此能够使马达驱动部的伺服马达小型化气缸驱动部的大小，抑制了装置重量的增大。另外，气缸根据活塞面积、气压等产生大的力。因此，使用气缸驱动部和马达驱动部的驱动装置能够产生大的力。
在所述方案中，优选地，所述控制部在使所述可动部向所述预定方向移动时，利用所述马达驱动部对所述可动部施加朝向所述预定方向的力，由此对由所述气缸驱动部对所述可动部施加的朝向所述预定方向的力进行补充。
在该方案中，驱动装置能够产生大的力，而且利用马达驱动装置的伺服马达能够准确地进行该大的力的控制。
在所述方案中，优选地，在使所述可动部向所述预定方向移动时，利用所述马达驱动部对所述可动部施加朝向与所述预定方向相反的方向的力，由此抵消由所述气缸驱动部对所述可动部施加的朝向所述预定方向的力的一部分。
通常难以在短时间内准确地切换气缸的力的产生方向及大小的控制。在本实施方式中，在利用气缸驱动部对可动部持续施加预定方向的力的情况下，能够利用马达驱动部进行可动部的减速、停止等。也就是说，驱动装置通过具有气缸驱动部，从而能够产生大的力，而且能够准确地控制可动部的动作。
在所述方案中，优选地，所述可动部以围绕摆动轴线能够摆动的方式支撑于基座侧部件，所述马达驱动部和所述气缸驱动部能够使所述可动部向围绕所述摆动轴线的预定方向摆动。
在该情况下，使用了气缸驱动部和马达驱动部的驱动装置也能够产生用于使可动部摆动的大的力。
发明效果
本发明的驱动装置能够抑制装置重量的增大并产生大的力。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的驱动装置的主视图。
图2是第一实施方式的驱动装置的控制装置的框图。
图3是示出第一实施方式的驱动装置的动作的一个例子的时序图。
图4是示出第一实施方式的驱动装置的配置的例子的图。
图5是示出第一实施方式的驱动装置的动作的另一个例子的时序图。
图6是本发明的第二实施方式的驱动装置的主视图。
附图标记说明
1、2 驱动装置
10 基座部件
11 槽
20 可动部
21 轨道
30 伺服马达
31 输出轴
32 小齿轮
33 齿条
40 气缸
41 主体部
41a、41b 吸排气口
42 输出轴
44 气缸控制装置
50 控制装置
51 控制部
53 存储部
53a 系统程序
53b 动作程序
60 基座侧部件
70 可动部
MD 马达驱动部
AD 气缸驱动部
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的第一实施方式的驱动装置1进行说明。
如图1所示，本实施方式的驱动装置1具备基座部件10和可动部20，基座部件10在X轴方向上具有长度，可动部20为滑块，并且以沿其长度方向能够移动的方式安装于基座部件10上。在图1中，X轴方向为水平方向，Z轴方向为竖直方向，Y轴方向为与X轴方向及Z轴方向正交的水平方向。在本实施方式中，驱动装置1为直动装置。
基座部件10由金属、硬质塑料等制成，在基座部件10上形成有沿着其长度方向延伸的槽11。
可动部20由金属、硬质塑料等制成，可动部20上设置有轨道21。通过轨道21与槽11卡合，从而可动部20以沿其长度方向能够移动的方式支撑于基座部件10上。
此外，为了使轨道21与槽11之间的滑动顺利，可以在轨道21与槽11之间配置由保持器保持的钢球。
在可动部20上固定有伺服马达30，通过伺服马达30的输出而旋转的输出轴31上安装有小齿轮32。伺服马达30内置有编码器等工作位置检测装置，工作位置检测装置的检测结果被发送至后述的控制装置50。而且，控制装置50利用工作位置检测装置的检测结果控制伺服马达30。
另一方面，基座部件10上固定有沿其长度方向延伸的齿条33，齿条33与小齿轮32啮合。通过该结构，使可动部20根据伺服马达30的工作而移动。也就是说，能够使可动部20沿基座部件10的长度方向移动的马达驱动部MD具有伺服马达30、小齿轮32以及齿条33。此外，可以在伺服马达30与输出轴31之间设置减速器。
另外，在基座部件10上固定有气缸40的主体部41，气缸40的输出轴42的前端固定于可动部20上。通过该结构，使可动部20根据气缸40的工作沿基座部件10的长度方向移动。主体部41的两个吸排气口41a、41b分别通过空气供给管43与气缸控制装置44连接，气缸控制装置44与未图示的空气供给源连接。
另外，在气缸控制装置44内设置有公知的电磁阀，通过电磁阀选择性地向吸排气口41a和吸排气口41b供给空气。也就是说，能够使可动部20沿基座部件10的长度方向移动的气缸驱动部AD具有气缸40和气缸控制装置44。气缸驱动部AD也可以具有公知的连杆机构等其他结构。
如图2所示，控制装置50具备：具有处理器等的控制部51；显示装置52；具有非易失性存储器、ROM、RAM等的存储部53；键盘、触摸面板、操作盘等输入装置54；以及用于发送接收信号的发送接收部55。输入装置54和发送接收部55作为输入部发挥功能。控制装置50向伺服马达30和气缸控制装置44发送控制信号，对其进行控制。
存储部53中存储有系统程序53a，系统程序53a承担控制装置50的基本功能。另外，存储部53中存储有动作程序53b。动作程序53b是控制指令组，用于在利用可动部20的移动进行预定的作业时对伺服马达30和气缸控制装置44进行控制。
在本实施方式中，控制部51基于动作程序53b向伺服马达30和气缸控制装置44发送控制信号，由此使可动部20相对于基座部件10移动。例如，使可动部20向图1的右侧移动的动作及可动部20向图1的左侧移动的动作交替进行。
以下示出在该动作中，使可动部20向图1的右侧移动时由控制部51进行的控制的例子。在以下的说明中，将朝向图1的右侧的方向作为预定方向，但也可以将朝向图1的左侧的方向作为预定方向。
(图3的时序图所示的控制的例子)
在图3的例子中，从时间T1起使可动部20开始向预定方向移动(可动部20开始加速)。另外，在时间T2与时间T3之间，使可动部20以固定加速度向预定方向移动。另外，在时间T3与时间T5之间，通过使加速度逐渐减小，使可动部20成为以固定速度移动的状态。另外，从时间T5起使可动部20开始减速。而且，在时间T6与时间T7之间，使可动部20以固定加速度减速。另外，在时间T8使可动部20停止。
在时间T1使可动部20开始移动时，控制部51从比时间T1更早的时刻起开始对气缸驱动部AD的气缸控制装置44的控制，由此，气缸40开始对可动部20施加朝向预定方向的力。在该例子中，由气缸40施加的朝向预定方向的力在时间T1的前后逐渐变大。
另一方面，控制部51从比时间T1更早的时刻起开始对马达驱动部MD的伺服马达30的控制，由此，伺服马达30开始对可动部20施加与预定方向相反方向的力。在该例子中，由伺服马达30施加的朝向相反方向的力朝向时间T1逐渐变大。在该状态下，从气缸40对可动部20施加朝向预定方向的力，但从伺服马达30对可动部20施加朝向相反方向的力，由此，可动部20静止。
接着，在到达时间T1时，控制部51使由伺服马达30施加的相反方向的力逐渐减小，并且在相反方向的力变为零后，利用伺服马达30开始对可动部20施加朝向预定方向的力。在该例子中，由伺服马达30施加的朝向预定方向的力逐渐变大。
由此，在时间T1，通过来自气缸40的力，使得可动部20开始向预定方向移动。
在该控制下，从比时间T1更早的时刻起，气缸40开始对可动部20施加朝向预定方向的力，伺服马达30开始对可动部20施加朝向相反方向的力。另外，从时间T1起，由伺服马达30施加的朝向相反方向的力开始减小。此外，从时间T1起，伺服马达30也可以开始对可动部20施加预定方向的力。通过该控制，能够使可动部20从其开始移动的时刻起以大的加速度或力稳定地移动。
在时间T2与时间T3之间使可动部20加速时，通过气缸40和伺服马达30对可动部20施加预定方向的力。
在时间T3与时间T5之间，在从气缸40对可动部20持续施加朝向预定方向的力的状态下，控制部51使从伺服马达30对可动部20施加的朝向预定方向的力逐渐减小，并且在预定方向的力变为零后，利用伺服马达30开始对可动部20施加朝向相反方向的力。在该例子中，由伺服马达30施加的朝向相反方向的力逐渐变大。
由于改变气缸40的力的方向的控制容易发生延迟，因此上述控制有利于使可动部20准确地进行预期的运动。
另一方面，在时间T6与时间T7之间使可动部20减速时，利用气缸40和伺服马达30对可动部20施加相反方向的力。
在时间T8使可动部20停止时，控制部51在比时间T8更早的时刻，在从气缸40对可动部20持续施加朝向相反方向的力的状态下，从伺服马达30开始对可动部20施加朝向预定方向的力。而且，控制部51使从伺服马达30对可动部20施加的预定方向的力逐渐增大。由此，在时间T8，在从气缸40对可动部20施加朝向相反方向的力的状态下，使可动部20停止。在气缸40对可动部20施加相反方向的力的状态下，气缸40的控制稳定，因此，该控制有利于准确地进行可动部20的停止控制。
在时间T8经过之后，控制部51使从伺服马达30和气缸40对可动部20施加的力逐渐减小。
(图5的时序图所示的控制的例子)
如图4所示，基座部件10的槽11的一端侧比另一端侧高，由此，存在槽11在上下方向上倾斜的情况。在这种情况下，使用图5的例子的控制。
在图5的例子中，也从时间T1起使可动部20开始向预定方向移动(可动部20开始加速)。另外，在时间T2与时间T3之间，使可动部20以固定加速度向预定方向移动。另外，在时间T3与时间T5之间，通过使加速度逐渐变小，使得可动部20成为以固定速度移动的状态。另外，从时间T5起开始使可动部20减速。而且，在时间T6与时间T7之间，使可动部20以固定的加速度减速。另外，在时间T8使可动部20停止。
在时间T1使可动部20开始移动时，控制部51从比时间T1更早的时刻起开始对气缸驱动部AD的气缸控制装置44的控制，由此气缸40开始对可动部20施加朝向预定方向的力。在该例子中，由气缸40施加的朝向预定方向的力在时间T1的前后不变，或者不大幅变化。
另一方面，控制部51在从比时间T1更早的时刻起开始对马达驱动部MD的伺服马达30的控制，由此伺服马达30开始对可动部20施加与预定方向相反方向的力。在该例子中，由伺服马达30施加的朝向相反方向的力在时间T1之前不变，或不大幅变化。
在该状态下，从气缸40对可动部20施加朝向预定方向的力，但从伺服马达30对可动部20施加朝向相反方向的力，由此可动部20静止。此外，在时间T1之前，伺服马达30可以根据槽11的倾斜的大小、可动部20的重量、对可动部20施加的负载等，对可动部20施加预定方向的力。
接着，在到达时间T1时，控制部51使由伺服马达30施加的相反方向的力逐渐减小，并且在相反方向的力变为零后，利用伺服马达30对可动部20开始施加朝向预定方向的力。在该例子中，由伺服马达30施加的朝向预定方向的力逐渐变大。
由此，在时间T1，通过来自气缸40的力使可动部20开始向预定方向移动。
在该控制中，从比时间T1更早的时刻起，气缸40开始对可动部20施加朝向预定方向的力，伺服马达30开始对可动部20施加朝向相反方向的力。另外，从时间T1起，由伺服马达30施加的朝向相反方向的力开始减小。此外，从时间T1起，伺服马达30也可以开始对可动部20施加预定方向的力。通过该控制，能够使可动部20从其开始移动的时刻起以大的加速度或力稳定地移动。
在图4的例子中，从时间T1之前的某一时刻至经过时间T8后的某一时刻，从气缸40对可动部20持续施加朝向预定方向的力，由气缸40施加的朝向预定方向的力不变，或者不大幅变化。
在该状态下，在时间T2与时间T3之间使可动部20加速时，通过伺服马达30对可动部20施加预定方向的力。
在时间T3与时间T5之间，在从气缸40对可动部20持续施加朝向预定方向的力的状态下，控制部51使从伺服马达30对可动部20施加的朝向预定方向的力逐渐减小，若从伺服马达30对可动部20施加的力变小，则保持该状态。
另一方面，在时间T6与时间T7之间使可动部20减速时，在从气缸40对可动部20持续施加朝向预定方向的力的状态下，通过伺服马达30对可动部20施加相反方向的力。
在时间T8使可动部20停止时，控制部51在从气缸40对可动部20持续施加朝向预定方向的力的状态下，逐渐减小从伺服马达30对可动部20施加的朝向相反方向的力。另外，控制部51通过伺服马达30对可动部20施加如下大小的力：由可动部20的重量及施加于可动部20的负载对可动部20施加的相反方向的力、与从气缸40对可动部20施加的预定方向的力之差。由此，在时间T8，在从气缸40对可动部20施加朝向预定方向的力的状态下，使可动部20停止。在气缸40对可动部20施加预定方向的力的状态下，气缸40的控制稳定，因此，该控制有利于准确地进行可动部20的停止控制。
这样，在本实施方式中，控制部51利用气缸驱动部AD和马达驱动部MD这两者使可动部20向预定方向移动。因此，能够使马达驱动部MD的伺服马达30小型化气缸驱动部AD的大小，抑制了装置重量的增大。另外，气缸40根据活塞面积、气压等产生大的力。因此，使用了气缸驱动部AD和马达驱动部MD的驱动装置1能够产生大的力。
其中，伺服马达30中附属有电流放大器(放大器)，但电流放大器的尺寸、种类等根据伺服马达30的输出等而不同。另外，根据电流放大器的尺寸、种类等，所需的电源装置、控制软件等不同。因此，为了使用比较大型的伺服马达30，需要大型的电流放大器、电源装置等，导致装置大型化以及成本增加。在本实施方式中，由于能够使用较小型的伺服马达30而产生大的力，因此，电流放大器、电源装置等为较小型即可，能够抑制成本。
另外，在本实施方式中，控制部51在使可动部20向预定方向移动时，利用马达驱动部MD对可动部20施加朝向预定方向的力，由此对由气缸驱动部AD对可动部20施加的朝向预定方向的力进行补充。
因此，驱动装置1能够产生大的力，而且能够通过马达驱动装置MD的伺服马达30准确地进行该大的力的控制。
另外，在本实施方式中，控制部51在使可动部20向预定方向移动时，利用马达驱动部MD对可动部20施加朝向与预定方向相反方向的力，由此抵消由气缸驱动部AD对可动部20施加的朝向预定方向的力的一部分。
通常难以在短时间内准确地切换气缸40的力的产生方向及大小的控制。在本实施方式中，在利用气缸驱动部AD对可动部20持续施加预定方向的力的情况下，能够利用马达驱动部MD进行可动部20的减速、停止等。也就是说，驱动装置1由于具有气缸驱动部AD，从而能够产生大的力，而且也能够准确地控制可动部20的动作。
此外，基座部件10与可动部20的连接状态不限定于图1的例子，只要可动部20能够相对于基座部件10向预定方向移动即可。另外，马达驱动部MD和气缸驱动部AD的结构也不限定于图1的例子。马达驱动部MD只要能够利用伺服马达30的输出使可动部20向预定方向移动即可，气缸驱动部AD也只要能够利用气缸40的输出使可动部20向预定方向移动即可。
以下，利用附图对本发明的第二实施方式的驱动装置2进行说明。
如图6所示，第二实施方式的驱动装置2具备马达驱动部MD和与第一实施方式同样的气缸40，马达驱动部MD使支撑于基座侧部件60上的可动部70围绕摆动轴线70a摆动，气缸40的输出轴42的前端与可动部70连接。
基座侧部件60例如是垂直多关节机器人等机器人的最基端侧的臂部件，可动部70是从机器人的基端侧起第二个臂部件。可动部70的一端部围绕摆动轴线70a能够摆动地支撑于基座侧部件60。此外，可动部70也可以是机器人的其他臂部件，在该情况下，基座侧部件60为配置于比可动部70更靠基座侧的臂部件。
马达驱动部MD具有伺服马达30，伺服马达30固定于基座侧部件60上。通过伺服马达30的输出而旋转的输出轴与可动部70连接，可动部70通过伺服马达30围绕摆动轴线70a摆动。
气缸40的主体部41的基端部与基座侧部件60连接，气缸40的输出轴42的前端部与可动部70的远离摆动轴线70a的位置连接。在图6的例子中，输出轴42的前端部与可动部70的一端连接。主体部41以沿上下方向能够摆动的方式与基座侧部件60连接，输出轴42也以沿上下方向能够摆动的方式与可动部70连接。通过该结构，使得用于使可动部70根据气缸40的工作而摆动的力施加于可动部70的一端。
第二实施方式的驱动装置2也具备与第一实施方式同样的控制装置50，在控制装置50的存储部53中存储有系统程序53a和动作程序53b。动作程序53b是控制指令组，用于控制控制伺服马达30和气缸控制装置44，以使可动部70进行预定的动作。
在第二实施方式中，控制部51也利用气缸驱动部AD和马达驱动部MD这两者使可动部70向预定方向(预定的摆动方向或预定的旋转方向)移动。因此，能够使马达驱动部MD的伺服马达30小型化气缸驱动部AD的大小，抑制了装置重量的增大。另外，气缸40根据活塞面积、气压等产生大的力。因此，使用了气缸驱动部AD和马达驱动部MD的驱动装置2能够产生比马达驱动部MD单独所产生的力更大的力。
另外，在第二实施方式中，也进行如下控制：在使可动部70向预定方向移动时，通过马达驱动部MD对可动部70施加朝向预定方向的力，由此对由气缸驱动部AD对可动部70施加的朝向预定方向的力进行补充。
因此，驱动装置2能够产生大的力，而且能够通过马达驱动装置MD的伺服马达30准确地进行该大的力的控制。
另外，在第二实施方式中，也进行如下控制：在使可动部70向预定方向移动时，利用马达驱动部MD对可动部70施加与朝向预定方向相反方向的力，由此抵消由气缸驱动部AD对可动部70施加的朝向预定方向的力的一部分。
通常难以在短时间内准确地切换气缸40的力的产生方向及大小的控制。在第二实施方式中，在利用气缸驱动部AD对可动部70持续施加预定方向的力的情况下，能够利用马达驱动部MD进行可动部70的减速、停止等。也就是说，驱动装置2由于具有气缸驱动部AD，从而能够产生大的力，而且也能够准确地控制可动部70的动作。
此外，基座侧部件60与可动部70的连接状态不限定于图6的例子，只要可动部70相对于基座侧部件60能够向预定方向摆动或旋转即可。另外，马达驱动部MD和气缸驱动部AD的结构也不限定于图6的例子。马达驱动部MD只要利用伺服马达30的输出能够使可动部70向预定方向移动即可，气缸驱动部AD也只要利用气缸40的输出能够使可动部70向预定方向移动即可。

Claims (4)

1.一种驱动装置，其特征在于，具备：
马达驱动部，其能够利用伺服马达的输出使可动部向预定方向移动；
气缸驱动部，其能够利用气缸的输出使所述可动部向所述预定方向移动；以及
控制部，其控制所述马达驱动部和所述气缸驱动部，
所述控制部利用所述气缸驱动部和所述马达驱动部使所述可动部向所述预定方向移动。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述控制部在使所述可动部向所述预定方向移动时，利用所述马达驱动部对所述可动部施加朝向所述预定方向的力，由此对由所述气缸驱动部对所述可动部施加的朝向所述预定方向的力进行补充。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述控制部在使所述可动部向所述预定方向移动时，利用所述马达驱动部对所述可动部施加朝向与所述预定方向相反方向的力，由此抵消由所述气缸驱动部对所述可动部施加的朝向所述预定方向的力的一部分。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述可动部以围绕摆动轴线能够摆动的方式支撑于基座侧部件，
所述马达驱动部和所述气缸驱动部能够使所述可动部向围绕所述摆动轴线的预定方向摆动。
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