CN1782444A - 用于电动执行机构的控制系统 - Google Patents

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Abstract

驱动器(18)包括根据方向指示信号转换旋转驱动源(12)旋转方向的转向装置(34)、将换向装置(34)输出的电压转化成相应的电流并将电流限制在预定基准电流IMAX (阈值)的电流放大器/限流器(36)、检测供给旋转驱动源(12)的电流的电流传感器(38)、和将电流传感器提供的信号反馈给电流放大器/限流器(36)上游的电流回路(40)。

Description

用于电动执行机构的控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于电动执行机构的控制系统，其能适当保护用于驱动电动执行机构的旋转驱动源。
背景技术
通常，使用安装型工业机器人时，用螺栓或类似物固定底座。由于互锁之类的故障，当机器人末端被过度挤压或撞击时，通过检测过载电流状态而终止机器人运转。也就是说，主要目的是通过检测安装型工业机器人的过载电流状态防止机器人和工件损坏。不考虑机器人本身的位置偏差。
由于上述原因，公开号为No.2002-66969的日本待审查专利申请公开了一种技术构思，其目的在于即使在机器手末端被过度挤压或撞击到周围的设备上时，也防止自动或无人操纵的运输车漂移。
也就是说，公开号为No.2002-66969的日本待审查专利申请公开了一种控制设备，当机器手末端根据机器手姿态控制和位置控制运动时，如果施加给机器手关节的关节扭矩达到预定极限值，所述控制设备对用于驱动机器手关节的伺服电机执行限制电流的操作。
然而，在应用公开号为No.2002-66969的日本待审查专利申请中公开的技术构思时，例如用于将电机旋转运动转化为滑块或类似物直线运动的电动执行机构时，需要设置例如编码器和解算器的探测器和控制电路，以便控制例如滑块位置和工作速度，其中生产成本变得很高。
发明内容
本发明的总体目的是提供一种用于电动执行机构的控制系统，其中所述控制系统使得即使在向旋转驱动源施加高负载时，也可以通过使用简单电路限制施加到旋转驱动源的电流，所述旋转驱动源被设置用于驱动电动执行机构。
结合附图从以下说明中，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更明显，本发明的优选实施方案通过示例性实施例的方式在附图中示出。
附图说明
图1是图解根据本发明实施例的控制系统透视图，用于电动执行机构的驱动器结合在所述控制系统中；
图2是示意性框图，其图解图1所示用于电动执行机构的驱动器的配置；
图3是图解图2所示电流放大器/限流器配置的框图；
图4是特性曲线图，其图解电动执行机构的滑块位移量与供给旋转驱动源的电流之间的关系；
图5是图解涉及对比实施例1的继电器电路配置的框图；
图6是图解涉及对比实施例2的伺服电路配置的框图；
图7是图解电动执行机构的变化实施例的侧视图；
图8是图解电动执行机构框架的侧视图；
图9是局部剖面平面图，其图解电动执行机构的变化实施例；
图10是透视图，其图解附有外罩的电动执行机构变化实施例；
图11是透视图，其图解利用支架装配传感器的电动执行机构的变化实施例；
图12是图解变化实施例的透视图，其中电动执行机构和利用压缩空气的执行机构结合使用；
图13是透视图，其图解与真空孔连接的电动执行机构的变化实施例；
图14是局部放大纵剖图，其图解设置于图13所示的电动执行机构的防尘圈；
图15是局部剖面平面图，其图解在框架和滑块之间具有树脂制针轴的电动执行机构的变化实施例；
图16是图解电动执行机构变化实施例的正视图；
图17是透视图，其图解沿三个轴线X、Y和Z装配电动执行机构的状态；
图18是以轴向截取的纵剖图，其图解由SMC KABUSHIKIKAISHA提出的自动转换减速比的设备；
图19A至图19C是剖视图，其分别图解用于自动转换减速比的装置中输入轴和输出轴之间的连接；
图20A和20D是剖视图，其分别图解在自动转换减速比的装置中输入轴和输出轴之间设置各种机构的状态；
图21是局部纵剖图，其图解通过皮带装置移动滑块的状态；
图22是局部剖开的侧视图，其图解电动夹具设备；
图23是图解电动夹具设备的轴向截取的垂直剖视图；
图24是局部剖开的侧视图，其图解液压缸并置的状态；
图25是轴向截取的纵剖图，其图解自动转换减速比的设备变化实施例；
图26是图解控制系统的透视图，根据变化实施例的驱动器结合在所述控制系统中；
图27是图解用于构建所述系统的电动执行机构的透视图；
图28是图27中所示电动执行机构轴向截取的局部纵剖图；
图29是沿图27中所示的线XXIX-XXIX截取的放大垂直剖视图；
图30是图解端部缓冲件的透视图；
图31是图解柱塞缓冲件的透视图；
图32是局部纵剖图，其图解在中间位置柱塞杆紧靠工件的状态；
图33是局部放大纵剖图，其图解图32所示状态中的柱塞缓冲件吸收冲击的状态；
图34是局部放大纵剖图，其图解柱塞缓冲件和柱塞杆向前运动端的端部缓冲件吸收冲击的状态；
图35是图解用于构建所述系统的驱动器的透视图；
图36是图解结合在所述系统中的另一电动执行机构的透视图；
图37是沿图36所示的线XXXVII-XXXVII截取的局部纵剖图；
图38是沿图37所示的线XXXVIII-XXXVIII截取的局部放大纵剖图；
图39是特性曲线图，其图解旋转驱动源单独使用或与减速器一起使用时获得的扭矩与速度之间的关系；
图40是将多个方向控制驱动器组装到集成器中的透视图；
图41是图解电动机驱动器特性的特性曲线图；
图42是图解负载-速度控制特性的特性曲线图。
具体实施方式
参照图1，附图标记10表示根据本发明实施例的控制系统，用于电动执行机构的驱动器(以下称为“驱动器”)结合在所述控制系统中。
控制系统10包括电动执行机构16、驱动器18和控制器20，电动执行机构16包含在旋转驱动源12的驱动作用下作线性往复运动的滑块14，驱动器18使为电动执行机构16配备的旋转驱动源12通电和断电，控制器20向驱动器18输出方向指示信号。
控制器20和驱动器18通过轨道构件22可连接地设置，轨道构件22可以与分别形成在控制器20和驱动器18的外壳后表面的凹槽配合。
旋转驱动源12可以由电动机例如电刷式直流电动机、无刷直流电动机、交流伺服电动机、感应电动机和步进电动机构成，旋转驱动源12被驱动并旋转。可以使用线性电动机例如螺线管来替代旋转驱动源12。
电动执行机构16包括执行机构主体24、借助螺纹构件与执行机构主体24一端连接的旋转驱动源12、在执行机构主体24和端块26之间平行延伸的一对引导轴28a、28b、和通过未图示的联轴器构件与旋转驱动源12的驱动轴连接的滚珠螺杆轴30。
电动执行机构16进一步包括滑块14和杆32，滑块14具有与滚珠螺杆轴30拧紧的未图示的滚珠螺母，滑块14在一对引导轴28a、28b的引导下作线性往复运动，杆32与滑块14连接，杆32的一部分从端块26的孔向外部突出并与滑块14一体前后移动。滑块14和杆32用作可移动构件。
接着，图2示出图解驱动器18配置的示意性方框图。
驱动器18包括换向装置34和电流放大器/限流器36，换向装置34根据从控制器20获得的方向指示信号通过转换电压的极性将旋转驱动源12的旋转方向转换为向前或向后，电流放大器/限流器36将换向装置输出的电压转换成相应的电流，其参照预定基准电流IMAX(阈值)限制电流。
驱动器18进一步包括电流传感器(电流检测装置)38和电流回路40，电流传感器38设置在电流放大器/限流器36下游侧，其检测供给旋转驱动源12的电流，电流回路40将来自电流传感器38的检测信号反馈给电流放大器/限流器36的上游侧。
如图3所示，电流放大器/限流器36设置有比较装置44和限流装置46，比较装置44比较存储在存储装置42中的预定基准电流IMAX和由电流传感器38通过检测路线41提供的电流值检测信号，限流装置46限制供给旋转驱动源12的电流以便电流不超过基准电流IMAX，例如，在向旋转驱动源12施加高负载和供给旋转驱动源12的电流超过基准电流IMAX时。
驱动器18有未图示的电路板。例如，电流传感器38优选由配置在电路板上的小电阻器组成。驱动器18通过连接器与电源86连接。
根据本发明实施例的控制系统10基本如上构成，驱动器18结合在其中。接着，将说明其操作、功能和效果。
首先，来自控制器20的方向指示信号被引入驱动器18。驱动器18基于所述方向指示信号通过转换电压的极性将旋转驱动源12的旋转方向转换成向前和向后方向的任意一种。与由换向装置34供给旋转驱动源12的电流对应的电压被输入电流放大器/限流器36。
电流放大器/限流器36将换向装置34输出的电压转换成供给旋转驱动源12的电流。由此，旋转驱动源12被驱动并以预定方向旋转。
旋转驱动源12的旋转运动传递给与旋转驱动源12的驱动轴连接的滚珠螺杆轴30。通过滚珠螺杆轴30和未图示的滚珠螺母之间的螺旋配合将所述旋转运动转换成直线运动。所述直线运动传递给滑块14。因此，例如，杆32与滑块14一体向外伸展以将未图示的工件推压向预定位置。
滑块14达到冲程末端后，在工件被杆32推压到预定位置而且高负载施加到旋转驱动源12时，旋转驱动源12的驱动轴停止旋转并受到限制。在这种情况下，由旋转驱动源12的驱动轴输出的扭矩与施加给旋转驱动源12的电流成比例。因此，旋转运动受到限制时，超过预定值的电流(过载电流)可能不合要求地施加给旋转驱动源12，引起旋转驱动源12熄火。
因此，在本发明的实施方案中，来自电流传感器38的检测信号通过检测线路41引入电流放大器/限流器36，电流传感器38用于检测供给旋转驱动源12的电流。电流放大器/限流器36借助比较装置44比较来自电流传感器38的检测信号和存储在存储装置42中的预定基准电流IMAX。此外，通过电流限制装置46(参见图4)将供给旋转驱动源12的电流限制为不超过基准电流IMAX。
如上所述，在本发明实施例中，通过电流传感器38检测供给旋转驱动源12的电流值，然后电流放大器/限流器36将施加给旋转驱动源12的电流限为等于或小于基准电流IMAX。因此，即使在高负载施加到旋转驱动源12时，在通电状态下的旋转驱动源12的驱动轴停止并受到限制，这样能防止由于过载电流引起旋转驱动源12熄火，这是因为供给旋转驱动源12的电流被限制为不超过预定基准电流IMAX。当然，通过限制施加到旋转驱动源12的电流能控制所述扭矩。
在本发明实施例中，不需要提供例如编码器和解算器的检测器以及控制滑块14工作速度和位置的控制电路。通过使用一简单电路例如电流放大器/限流器36能防止旋转驱动源12熄火，使得可以减少生产成本。
在这种配置中，优选的是，驱动器18应用于其中仅杆32的推压运动和旋转驱动源12旋转方向受控的驱动设备(电动执行机构)。
尽管是非限制性的，本发明已经根据所述实施例进行解释，其中通过电动执行机构16的杆32推压工件，例如，该实施例适用于借助未图示的电动卡盘握持工件或通过后文描述的电动夹具夹住工件而通过电动执行机构16的杆32运送、填塞、推动或支撑工件。
图7至17示出电动执行机构16的变化实施例。在所述变化实施例中，与上述实施例中相同的部件用相同的附图标记标识，而且将省略它们的具体解释。
在图7所示的变化实施例中，在电动执行机构16中，引导轴28a、28b被轻质合金例如铝制成的框架100包住，从而更精确的引导滑块14。
在图8所示的变化实施例中，电动执行机构16设置有框架104，其形成有空间102用于容纳旋转驱动源12和包围引导轴28a、28b。框架104可以是薄壁型从而具有较轻的重量和增强的刚度。
在图9中所示的变化实施例中，电动执行机构16设置有用于给引导轴28a、28b导向的引导单元106a、106b，引导轴28a、28b的末端通过盘108彼此连接。此外，衬套110设置在引导单元106a、106b中。
在图10中所示的变化实施例中，外罩112结合到电动执行机构16上，其刚性通过上述框架104增强。一对传感器114、114设置在外罩112的凹槽中，以便检测滑块14的位置。可以用作传感器114的包括各种传感器，例如磁性传感器、防撞传感器和显微照相传感器。
图11中所示的变化实施例涉及图9中所示的变化实施例，其中支架120通过带118与具有圆形横截面的外罩116接合。传感器114由支架120夹持。
图12中所示变化实施例涉及这样一种配置，即，使用压缩空气的执行机构122进一步设置有使用旋转驱动源12的电动执行机构16。空气管道124a、124b与执行机构122连接。消音器126a、126b靠近管道124a、124b设置以便在排放压缩空气时进行消音。
图13中所示的变化实施例如下构成。即，真空孔130与电动执行机构16连接，从而在杆32和包围杆32的外罩132之间的空间实现真空状态以去除杆32滑动运动期间可能产生的尘埃。也可以在外罩132末端设置接触和挤压杆32周壁表面的挡尘圈134。
图15和16中所示的变化实施例如下构成。即，电动执行机构16中，多个树脂制成的针轴140在框架100和滑块14之间轴向延伸以替代引导轴28a、28b，多个针轴140优选一侧三个，两个共六个。这种电动执行机构16能更廉价地制造。
在上述图7至图16所示的各个变化实施例中，杆32两维地向前和向后移动。然而，可以将许多电动执行机构16三维地结合起来以执行三维动作。这种配置在图17中示出。
图17所示的变化实施例中，电动执行机构16分别沿X轴、Y轴和Z轴接合，从而使Z轴的电动执行机构16的杆32从一个重要的观察位置开始三维地移动。
即，例如，由于上述工件运送操作、工件握持操作或夹持操作而将高负载施加给旋转驱动源12时，旋转驱动源12驱动轴的旋转停止并受到限制，供给旋转驱动源12的电流被限制为不超过基准电流IMAX。
接着，将对与本发明实施例比较的对比实施例1和对比实施例2进行解释。与本发明实施例中相同的部件用相同的附图标记标识，而且将省略其具体说明。
图5示出涉及对比实施例1的继电电路50。在这种配置中，多个继电电路50组合时，可以转换旋转驱动源12的旋转方向。然而，旋转驱动源12的驱动轴停止且受到限制时，可能施加超过旋转驱动源12功率的电流并由此引起其熄火。
图6示出涉及对比实施例2的伺服电路60。伺服电路60具有一检测器例如解算器器和编码器62，其包括借助速度回路64和速度放大器/限制器66而用于反馈控制速度的控制电路，和借助位置回路68和位置放大器/限制器70而用于定位的控制电路。因此，涉及对比实施例2的伺服电路60需要高精度控制电路用于控制例如位置和速度。由此，伺服电路60是很昂贵的，制造成本变得很高。
相反，本发明实施例使得可以在低成本下结合涉及对比实施例1的继电电路50和涉及对比实施例2的伺服电路60的部分功能。此外，在本发明实施例中，能按照与电磁操作阀相同的开/关控制方式操纵电动执行机构16，由此电动执行机构16能优选地用作方向控制设备，例如，用于推压、传送等。此外，在本发明实施例中，不需要额外提供检测器如设置在旋转驱动源12外部的编码器。由此，可以减小尺寸和重量。
在上述实施例中，旋转驱动源12和滚珠螺杆轴30之间的关系未作详细解释。当然，二者可以直接彼此连接。然而，用于转换减速比的机构也可以插入它们之间。对于这种减速比转换机构，SMCKABUDHIKI KAISHA在日本专利申请号为No.2004-170263的申请中已经提出“用于自动转换减速比的设备”。参照该申请，如图18所示，螺旋齿轮用作中心齿轮216、行星齿轮218和内齿轮220。因此，当超过预定扭矩的负载施加给内齿轮220时，内齿轮220朝输入轴方向或朝输出轴方向移动，同时以不同于中心齿轮216的方向旋转，由此减速比自动转换。
关于上述旋转驱动源12和滚珠螺杆轴30之间的直接连接，本发明还构思了多种实施方案。在图19A中，输出轴，即滚珠螺杆轴30的输入轴与所述输入轴(即，旋转驱动源12的输出轴)直接连接。在图19B中，粘性耦合器230插入所述输入轴和输出轴之间。在图19C中，粉末离合器240插入输入轴和输出轴之间。
如图20A所示，即使在插入粘性耦合器230的配置中，通过拧动调节螺钉250以挤压位于输出轴侧的一个圆盘来增加/减小流体阻力，由此调节旋转驱动源12的旋转力。
在图20B所示的配置中，为输入轴和输出轴之间转子261设置磁铁260。铝或铜制成的盘状构件264接合在外壳262内部。通过调节螺钉266使盘状构件264前后移动，从而通过磁铁260的磁通量改变使旋转阻力变化。在图20C所示的配置中，线圈267布置在转子261周围。电阻器268的阻值根据线圈267变化，由此控制转子261的旋转。如图20D所示，可以通过制动器270简单抱紧转子261来控制转子261旋转的进行/停止。
在上述实施例中，旋转驱动源12和滑块14通过滚珠螺杆轴30彼此连接，从而传递旋转驱动源12的旋转力。然而，但不限于所述的滚珠螺杆轴30。例如在公开号为No.2005-106284的日本待审查专利申请中所述，滑块14可以用带300移动(参见图21)。
本发明也可用于这样的结构，即，在所述结构中，旋转驱动源12和滚珠螺杆轴30并置在图22和23所示的电动夹具中(待审查日本申请专利公开号No.2001-105332和No.2002-219625)，或并置液压缸302(待审查日本申请专利公开号No.2005-54862，参见图24)。
此外，如图25中所示，本发明也可用在以下结构中。即，磁铁400、402设置在位于输入轴和输出轴之间的定子和转子的各侧上。环形齿轮404相对行星齿轮406移动。环形齿轮404被强制移动到中间位置并被保持在此位置。
接着，图26示出控制系统10a，根据变化实施例的驱动器18a结合在其中。与图1所示控制系统10中相同的部件用相同的附图标记标识，将省略其具体解释。
控制系统10a包括电动执行机构511、驱动器18a、控制器20和电源523，在电动执行机构511中，柱塞522和柱塞杆524在旋转驱动源514的驱动作用下进行线性往复运动，所述驱动器18a给电动执行机构511配备的旋转驱动源514通电和断电，所述控制器20向驱动器18a产生方向指示信号，所述电源523通过连接器与驱动器18a连接。
如图27所示，电动执行机构511包括由基本平坦的块状件组成的外壳512、与外壳512一端连接的旋转驱动源514、与外壳512间隔预定距离设置在与旋转驱动源514连接的那侧相反的一侧上的杆外罩(端块)516、和通过如下文所述的联轴器构件传递旋转驱动源514的旋转驱动力的进给螺杆轴518。
旋转驱动源514适当地由伺服电机构成，例如，包括有刷直流电机、无刷直流电机和步进电机。线性电机例如螺线管可以用作旋转驱动源514。
电动执行机构511进一步包括一对引导杆520a、520b、柱塞522、中空圆筒形柱塞杆524和管座526。引导杆520a、520b设置成与布置在其间的进给螺杆轴518平行，所述引导杆具有通过第一螺纹构件519a、519b(参见图28)与外壳512连接的第一端和通过第二螺纹构件521a、521b(参见图28)与杆外罩516连接的第二端，柱塞522在进给螺杆轴518传递的驱动力作用下可以沿一对引导杆520a、520b移动，中空圆柱柱塞杆524穿过杆外罩516并与柱塞522一体进行前后运动，管座526安装到柱塞杆524的末端以封闭所述孔。
柱塞522和柱塞杆524用作可移动构件。优选的是，化学镀镍处理用作进给螺杆轴518的表面处理。进给螺杆轴518通常可以用作电机轴而不需要使用联轴器构件528。
如图28所示，设置第一轴承530a和第二轴承530b，它们分别并置在靠近外壳512中的联轴器构件528布置的进给螺杆轴518的末端。借助第一轴承支撑件532a和第二轴承支撑件532b保持第一轴承530a和第二轴承530b。
具有允许进给螺杆轴518贯穿其中的通孔534的第一末端缓冲件536a保持在外壳512面向柱塞522的端部处。如图30所示，第一端部缓冲件536a整体上包括具有预定壁厚的圆筒部分538和比圆筒部分538的外径在径向外方向上直径略微扩大的凸缘部分540。
在这种配置中，第一末端缓冲件536a的凸缘部分540由外壳512的环形凹部542紧固。因此，第一末端缓冲件536a保持在圆筒部分538的一部分(末端)从外壳512的端面向柱塞522突出预定长度的状态。
第二末端缓冲件536b和衬套544设置在杆外罩516的内壁上，柱塞522穿过杆外罩516。第二末端缓冲件536b具有与第一末端缓冲件536a相同的形状。凸缘部分540由杆外罩516的环形凹部546紧固。因此，第二末端缓冲件536b保持在圆筒部分538的一部分(末端)从杆外罩516端面向柱塞522突出预定长度的状态。
优选的是，第一末端缓冲件536a和第二末端缓冲件536b均由弹性构件例如氨基甲酸乙酯橡胶制成。
如图29所示，柱塞522包括形成在其中心部分轴向贯通的具有基本椭圆形垂直截面的通孔548，和形成在通孔548两侧用于减轻重量的一对减重孔550、550b。例如，柱塞522整体由金属材料例如铝制成。具有螺纹孔550的基本圆筒形滑动螺母552插入柱塞522的通孔548，进给螺杆轴518旋拧入该螺纹孔550中，由此滑动螺母552能在进给螺杆轴518轴向中进行滑行运动。
在这种配置中，滑动螺母552和柱塞522设置成可以在进给螺杆轴518的轴向中相对滑动。此外，通过形成在滑动螺母552外圆周面上的一对平面部分554a、554b防止柱塞522在圆周方向旋转。
如图31所示的一对环形柱塞缓冲件556a、556b安装到滑动螺母552两端的环形凹部。该对柱塞缓冲件556a、556b设置成从滑动螺母552端面轴向突出预定长度。
在这种配置中，柱塞缓冲件556a、556b各自具有形成在其外圆周面上的一对平坦部分557a、557b(参见图31)。柱塞缓冲件556a、556b形成为与滑动螺母552的垂直剖视的外圆周形状平齐。
具有用于在其中插入进给螺杆轴518的通孔558的连接构件560轴向设置在柱塞522一端。连接构件560包括第一环形部分564、第二环形部分562和环形凸缘部分566，第一环形部分564具有由其中螺纹连接柱塞522阴螺纹的阳螺纹构成的第一螺纹部分，第二环形部分562具有由其中螺纹连接中空柱塞杆524阴螺纹的阳螺纹构成的第二螺纹部分，环形凸缘部分566设置在第一环形部分564和第二环形部分562之间。第一环形部分564、第二环形部分562和环形凸缘部分566以一体的方式形成。
具有形成在其外圆周表面上的阳螺纹部分的环形构件568轴向连接柱塞522的另一端，柱塞522的阴螺纹部分旋拧到所述阳螺纹部分上。环形构件568设置成与柱塞522的端面平齐。
在这种配置中，从滑动螺母552端面突出预定长度的一个柱塞缓冲件556a设置成与连接构件560的第一环形部分564接触。从滑动螺母552端面突出预定长度的另一个柱塞缓冲件556b设置成与环形构件568接触。
因此，借助固定在柱塞522两端的连接构件560和环形构件568将滑动螺母552保持在柱塞522中，除非柱塞杆524紧靠工件W以及冲击作用在柱塞杆524上时。在与进给螺杆轴518螺纹配合的作用下，滑动螺母552可以与柱塞522一起轴向移动。
优选的是，成对柱塞缓冲件556a、556b采用与第一和第二末端缓冲件536a、536b相同的方式由弹性构件如氨基甲酸乙酯橡胶制成。
各自具有基本圆弧形截面的引导部分570(参见图29)形成在垂直于轴线延伸的柱塞522两侧面上。柱塞522介于该对引导杆520a、520b之间。树脂制成的一对板572a、572b粘合到引导部分570上，板572a、572b与引导杆520a、520b外圆周面线接触并且在引导杆520a、520b的轴线方向延伸。通过在分别由金属材料制成的柱塞522和引导杆520a、520b之间插入树脂材料制成的板572a、572b，可以减少滑动阻力。
在负载径向施加到柱塞522和负载以旋转方向施加到柱塞522的其中之一的情况下，理想的情况为，由成对引导杆520a、520b吸收所述负载。在旋转方向施加负载时，成对引导杆520a、520b用于使旋转停止。
如图35所示，驱动器18a具有设置许多从宽边侧面突出的散热片119的箱体121。通过电缆与控制器20电连接的多个控制终端123设置在箱体121上部。设置在箱体121下部的是未图示的通过电缆与电源523连接的电源终端，和未图示的与旋转驱动源514连接用于旋转驱动源的输出终端。
设置在驱动器18a的窄宽度侧面上的是扭矩设定调节器125、对应未图示的多个LED发射的光线而可识别的多个显示灯127a至127d和可以根据手动操作完成例如检测操作的多个手动开关，利用扭矩设定调节器125，可以通过使用例如十字螺丝起子在预定方向调节旋转角度，从外部任意调节旋转驱动源514的旋转扭矩(推力)。
手动开关包括根据开/关操作表示A相方向(柱塞杆524伸长方向)和B相方向(柱塞杆524收缩方向)两个方向的相位换向开关129、给驱动器18a通电和断电的接通/断开开关131、和设定开关133，在设定开关133中，开关断开时，创建初始设置，开关接通时，利用扭矩设定调节器125选择外部推力。
利用相位换向开关129，柱塞杆524的前后运动在一些情况下依据未图示的齿轮而在A相方向和B相方向之间反向转换。
从控制器20引入驱动器18a的控制信号由开/关二进制信号组成。
通过使用例如未图示的电阻器、变压器或内部电路，或通过将旋转驱动源514结合在未图示的桥式电路中以提供用于反馈桥式电路不平衡电压的电子调节器(未示出)，并通过任意改变从电源523施加给驱动器18a的应用电压，则能控制旋转驱动源514的旋转速度。
凸缘137形成在与设置上述手动开关和其它构件的窄宽度侧面相对的侧面上，连接孔135穿过凸缘137形成。
驱动器18a的其它部分采用与图1所示驱动器18相同方式构成(参见图2)，其具体解释将省略。
其中结合有根据变化实施例的驱动器18a的控制系统10a基本如上所述构建。接着，将说明其操作、功能和效果。
首先，方向指示信号(二进制信号)从控制器20引入驱动器18a。驱动器18a根据方向指示信号转换电压极性。由此，旋转驱动源514的旋转方向转变为向前或向后方向。与换向装置34提供给旋转驱动源514的电流相应的电压输入到电流放大器/限流器36中。
电流放大器/限流器36将换向装置34输出的电压转换成供给旋转驱动源514的相应电流。由此，旋转驱动源514被驱动并以预定方向旋转，旋转驱动源514的旋转驱动力通过联轴器构件528传递到进给螺杆轴518。
以预定方向旋转的进给螺杆轴518螺纹连接用作进给螺母的滑动螺母552的螺纹孔550。由此，通过成对引导杆520a、520b的引导，滑动螺母552和柱塞522在轴向与柱塞杆524一体移动。因此，柱塞杆524与柱塞522一体向外移动，柱塞杆524达到冲程末端，从而将未图示的工件推压到预定位置。
如图32所示，当柱塞522没有到达两个冲程末端且推压工件W的操作在它们之间的中间位置进行时，冲击通过紧靠工件W的管座526、柱塞杆524和连接构件560传递到柱塞522。
在这种情况中，与连接构件560相接触的柱塞缓冲件556a的末端如图33所示地变形，由此吸收冲击。此外，设置在柱塞522中的滑动螺母556在进给螺杆轴518轴向相对柱塞522略微滑动(参见图33中所示的双点划线)。由此，如所希望地，冲击被吸收。
换句话说，彼此连接的柱塞522和连接构件560设置成可以响应施加到柱塞杆524的冲击在进给螺杆轴518轴向中移动。柱塞522和连接构件560的微小位移被柱塞缓冲件556a吸收，缓冲件556a具有弹性，其安装在滑动螺母556末端。由此，如所预期地，冲击被吸收。
在这种情况下，滑动螺母556相对于进给螺杆轴518不移动，因为滑动螺母556与进给螺杆轴518螺纹固定。此外，防止了冲击传递到滑动螺母556和进给螺杆轴518的螺纹配合部分。由此，可以如所希望地保护滑动螺母556和进给螺杆轴518的螺纹配合部分。
因此，即使在两个冲程末端之间的中间位置，工件W被压靠柱塞杆524时，施加给柱塞杆524的冲击被柱塞522和滑动螺母556之间的相对滑行移动以及弹性柱塞缓冲件556a平顺地吸收。因此，可以避免电动执行机构511耐久性变坏。
此外，因为活塞缓冲件556a和连接构件560的环形凸缘部分566跨靠第二末端缓冲件536b的协同缓冲作用，在柱塞杆524向前运动冲程末端引起冲击时，冲击被更好地吸收(参见图34)。
类似地，因为柱塞缓冲件556b和环形构件568端面及柱塞522紧靠第一端面缓冲件536a的协同缓冲作用，在柱塞杆524向后运动冲程末端产生冲击时，冲击被更好地吸收(参见图28)。
如上所述，设置缓冲机构，其包括设置于柱塞522的成对柱塞缓冲件556a、556b，和设置于外壳512及杆外罩516的第一及第二末端缓冲件536a、536b。由此，在包括两个冲程末端和它们之间中间位置的任何位置，都能优选缓冲柱塞522上的冲击。
电动执行机构能以被电机驱动的执行机构使用，即使在压缩空气不足或压缩空气不能使用的环境中，其可以采用与气缸相同的方式使用。
在这种情况中，措辞“采用与气缸相同的方式”是指，例如，电动执行机构根据开/关控制被驱动，不需要控制器，可以推压柱塞522，可以驱动电动执行机构而不需要任何传感器，且可控制速度和推力。
此外，通过成对平行引导杆520a、520b保持预定刚性，而不需要刚性体。由此，部件的数量减少，制造成本降低，可以实现较轻重量。
而且，冲击吸收件(缓冲件)通常布置在操作设备中部件彼此相碰的部分。然而，设定缓冲件的性能、尺寸和位移量时，将这些参数设置得使碰撞时的冲击值不大于5G，优选不大于2G，可以改善缓冲件的耐久性，从而改善电动执行机构的耐久性。通过限制冲击值，能降低各部件的强度，由此可以减小设备的尺寸和重量。
对于制造外壳512和杆外罩516的方法，优选使用，例如，基于铝拉模铸造的整体模铸、平板深冲压或通过堆叠许多钢板一体形成的叠层钢板。
对于进给螺杆轴518，优选使用，例如，树脂制成的滑动螺杆轴、金属制成的滑动螺杆轴、滚珠螺杆轴或悬挂在带轮之间的同步皮带。
当柱塞杆524将工件W推压到预定位置时，在柱塞522及柱塞杆524到达冲程末端后，高负载施加给旋转驱动源514，旋转驱动源514驱动轴的旋转停止并受到限制。在这种情况中，旋转驱动源514的驱动轴输出的扭矩与施加到旋转驱动源514的电流成比例。因此，当驱动轴受到限制时，不小于预定电流值的电流(过载电流)施加给旋转驱动源514。过载电流产生时，旋转驱动源514可能会不希望地熄火。
因此，由检测供给旋转驱动源514的电流所用电流传感器38提供的检测信号通过检测线41引入到电流放大器/限流器36中。电流放大器/限流器36通过比较装置44比较存储在存储装置42的预设基准电流IMAX和电流传感器38提供的检测信号。此外，通过电流限制装置46限制供给旋转驱动源514的电流，从而使该电流不超过基准电流IMAX(参见图2)。
旋转驱动源514被控制时使用的电流值被限制为：例如，在旋转驱动源514的驱动轴停止和受限制时，不超过0.6A，在没有负载的驱动状态期间，不超过0.2A。由此，旋转驱动源514能具有较长的使用寿命。
如上所述，本实施例的驱动器18a中，电流传感器38监控供给旋转驱动源514的电流值，电流放大器/限流器36用于限制施加给旋转驱动源514的电流不超过基准电流IMAX。结果，即使在高负载施加到旋转驱动源514和处于工作状态的旋转驱动源514的驱动轴停止和受限制时，供给旋转驱动源514的电流也被限制为不超过预定基准电流IMAX。因此，可以防止旋转驱动源514由于过载电流而熄火。必然的结果是，通过限制供给旋转驱动源514的施加电流能限制与施加电流成比例的扭矩。
接着，电动执行机构的变化实施例如图36至38所示。与图27所示电动执行机构511中相同的构成部件用相同的附图标记标识，其具体解释将省略。
根据本发明变化实施例的电动执行机构580与电动执行机构511的不同在于，没有设置一对引导杆520a、520b，而是设置长圆柱管586以连接圆筒外壳582和阶梯式圆柱杆外罩584，柱塞590容纳在管586的中空部分588中。
紧固在柱塞590外圆周表面的凹入部中的是分别由树脂材料制成且轴向延伸的一对引导板592a、592b，和分别具有半圆形结构的一对磁铁594a、594b，所述半圆形结构具有弧形截面。
在这种配置中，只有成对引导板592a、592b沿形成在管586内壁上的平坦引导面596a、596b滑动。由此，引导柱塞590且防止管586在圆周方向旋转。在柱塞590外壁和管586内壁之间除了引导板592a、592b所在的部分之外设置有预定间隙598(参见图38)。
具有相同形状的滑动螺母552采用与上述电动执行机构511相同的方式可滑动地安装在柱塞590中。借助连接柱塞590一端的连接构件600和安装在柱塞590另一端的C形夹602来保持滑动螺母552的位置。
包括例如防撞传感器和显微照相传感器在内的一或多个传感器通过未图示的带子连接在管586外圆周表面的预定部分上。通过安装到管586的传感器(未图示)检测磁铁594a、594b的磁场。由此，检测柱塞522的位置。
成对柱塞缓冲件556a、556b和第一及第二末端缓冲件536a、536b的功能与电动执行机构511中的相同，其具体解释将省略。
在所述实施例中，尽管只描述了活塞杆524在其中伸长或回缩的杆式电动执行机构，但是不仅限于此。当然，本发明也可以用于滑动工作台式的电动执行机构，其通过将未图示的滑动工作台与柱塞522连接进行使用。
采用滑动工作台式电动执行机构时，通过将柱塞杆524从柱塞522拆除并通过使用另一种未图示的、其中封闭允许柱塞杆524穿透的孔的杆外罩，可以将杆式简便转变成滑动工作台式。
优选的是，控制系统10a结合有一种设备，当超过预定扭矩的负载施加给旋转驱动源514时，所述设备自动转换减速比。这样，能根据负载控制旋转驱动源514的旋转速度。
图39示出，仅设置旋转驱动源514时和旋转驱动源514配备有自动转换减速比的设备时所获得的扭矩和速度的特性曲线。如图39所示，与仅设置旋转驱动源514的情况相比，当旋转驱动源514配备有自动转换减速比的设备时，可以简便控制相对于速度的扭矩。
图40示出图解用于方向控制的驱动器集成器透视图。
与多个电动执行机构511(电动气缸)连接的多个用于方向控制的驱动器18叠置以组成集成器。在这种配置中，用于方向控制的多个驱动器18通过电信号(例如串行信号)经由未图示的连接器总线连接。优选的是，另外设置电源产生单元601以产生要施加的例如100V至200V交流电或24V直流电。用于方向控制的多个驱动器18借助长轨道构件603可拆卸地叠加。优选的是，为多个驱动器18和电源产生单元601设置风扇604。
接着，图41示出有关于转数和扭矩(电流值)的电动机驱动器特性。如图41所示，电流受到限制时，能防止电动机(旋转驱动源514)熄火，且可以限制扭矩。图42示出与转数和扭矩(电流值)之间关系相关的的负载-速度控制特性。在相应于负载设定电流值时，电流极限(例如，极限1至4)被设定。在这种情况下，负载取决于例如发电机和固有粘滞阻力。
在前面的说明中，电动机包括例如至少直流电动机、无芯电动机、无刷直流电动机、线性电动机和音圈电动机。
作为结合在控制系统10、10a中的方向控制设备的驱动器18、18a分别符合开放网络(例如，设备网、PROFIBUS、CAN和国际计算机互联网)。可以与其它控制设备一起形成网络。例如，可以使用网络通过互联网或便携式终端(包括便携式电话)执行远程操作和故障诊断。
此外，复合体的方向控制设备使得可以通过使用一个方向控制设备控制多个电动机。通过例如电池组和电池(包括燃料电池)替代普通电源，能驱动所述方向控制设备。
尽管详细图示和说明了本发明的一些优选实施例，应当理解的是，可以在其中进行各种变化和改变，而不脱离随附的权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种用于电动执行机构的控制系统，所述电动执行机构具有在旋转驱动源的旋转驱动作用下可以移动的可动构件，所述控制系统包括：
所述电动执行机构(16)，其具有在所述旋转驱动源(12)的所述驱动作用下进行线性往复运动的所述可动构件；
驱动器(18)，其使所述电动执行机构(16)配备的所述旋转驱动源(12)通电和断电；和
控制器(20)，其向所述驱动器(18)输出方向指示信号，其中，
所述电动执行机构(16)包括执行机构主体(24)、与所述执行机构主体(24)一端连接的所述旋转驱动源(12)、在所述执行机构主体(24)和端块(26)之间平行延伸的一对引导轴(28a、28b)、与所述旋转驱动源(12)的驱动轴连接的进给螺杆轴(30)、和通过螺纹连接所述进给螺杆轴(30)从而沿所述成对引导轴(28a、28b)进行所述线性往复运动的所述可动构件；以及
所述驱动器(18)设置有对供给所述旋转驱动源(12)的电流进行检测的电流检测装置(38)、将来自所述电流检测装置(38)的检测信号和预设基准电流进行比较的比较装置(44)、和电流限制装置(46)，所述电流限制装置(46)限制供给所述旋转驱动源(12)的所述电流，以便在负载施加到处于通电状态的所述旋转驱动源(12)且所述旋转驱动源(12)的驱动轴被停止并受限制时，所述电流不超过所述基准电流。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于：
所述电动执行机构的所述可动构件包括在由所述进给螺杆轴(518)传递的驱动力作用下可以沿一对引导杆(520a、520b)移动的柱塞(522)，和穿过所述端块(516)并与所述柱塞(522)一体进行前后运动的中空圆筒形柱塞杆(524)；
滑动螺母(552)，其具有用于螺纹连接所述进给螺杆轴(518)的螺纹孔(550)，该滑动螺母(552)内配合在形成于所述柱塞(522)轴向的通孔(548)中；以及
由弹性材料制成的一对柱塞缓冲件(556a、556b)在轴向上设置在所述滑动螺母(552)的两端，它们处于所述一对柱塞缓冲件(556a、556b)从所述滑动螺母(552)的端面突出预定长度的状态。
3.如权利要求2所述的控制系统，进一步包括一对第一和第二端部缓冲件(536a、536b)，它们设置在所述执行机构主体中，而且它们在所述柱塞杆(524)冲程末端吸收冲击。
4.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于：
从外部设定所述旋转驱动源(514)的旋转扭矩的扭矩设定调节器(125)、多个显示灯(127a至127d)和多个手动操作开关设置在所述驱动器(18a)的窄边侧面上；以及
所述手动开关包括在所述可动构件伸长方向和所述可动构件收缩方向之间执行转换的相位换向开关(129)。
5.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于：用于转换减速比的机构插入所述旋转驱动源(12)和所述进给螺杆轴(30)之间，用于转换减速比的所述机构设置有各自由螺旋齿轮构成的中心齿轮(216)、行星齿轮(218)和内齿轮(220)。
6.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述驱动器(18a)具有箱体(121)，其包括从宽边侧面突出的多个散热片(119)。
7.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于：多个所述驱动器(18)连续叠加以形成集成器。
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