JP2008543250A - リニア駆動装置の位置制御方法及び／又は速度制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えつつ高い精度の駆動装置の制御を達成すること。
【解決手段】リニア駆動装置の位置制御方法及び／又は速度制御方法であって、電動機１が変換装置３を介して制御ユニット４に接続されており、該電動機１の位置がセンサなし又は位置検出センサにより特定される前記位置制御方法及び／又は速度制御方法において、前記電動機１の位置信号と、制御ユニット４内に設けられ、かつリニア駆動装置の可動部材２に設けられた加速度センサ５が生成する加速度信号とを数学的に処理して速度信号を生成する。そして、該速度信号をリニア駆動装置の制御に用いる。

Description

本発明は、リニア駆動装置、特にリニアロボットのサーボ駆動装置の位置制御方法及び／又は速度制御方法であって、電動機が変換装置を介して制御ユニットに接続されており、該電動機の位置が特にセンサなし又は位置検出センサにより特定される前記位置制御方法及び／又は速度制御方法に関する。

さらに、本発明は、この位置制御方法及び／又は速度制御方法を実行する回路装置にも関する。

公知のサーボ駆動装置は、位置測定システムに機械的に接続されたモータで構成されている。また、アウトプットステージを備えたサーボ変換装置は、ケーブルを介してモータにエネルギを供給する。さらに、位置センサからのデータは、ケーブルを介してサーボ増幅器へ戻される。

上記のような構成は位置フィードバックと呼ばれ、測定された位置は速度と区別されている。また、位置信号における測定ノイズあるいは量子化ノイズは微分されて増幅されるため、回転数制御装置は位置信号の高い精度と同様に動作する。そして、位置制御装置は、位置信号及びその基準値を直接処理する。また、サーボ駆動装置の運動制御には高い精度の位置検出が必要であるが、これにはコストがかかってしまう。

そこで、制御精度に対する高い要求がなされる場合に、更に加速度センサを用いれば微分による不都合が解消される。すなわち、測定された位置と加速度は、例えば非特許文献１に開示されているように、いわゆる監視装置において比較的少ないノイズの下で処理される。しかし、このような方法によれば、やはり加速度センサ及び配線のコストが大きくなってしまう。

また、部分的に統合されつつ高いレベルで同期した駆動装置における可動部材の加速度信号を得るための装置が特許文献１に開示されている。そして、経済的な問題を解消するためには、理論的には解像度の低いセンサを用いればよいことになるが、例えば特許文献２に開示されているセンサを用いない方法では、位置計測を断念しなくてはならない。
独国特許出願公開第１９８５１００３号明細書 欧州特許第０５３９４０１号明細書 Hillar B., Lehner W-D., "Verbesserung der Regelguete durch Ferraris-Sensoren", Antriebstechnik 40, 2001, Nr. 4

すなわち、解像度の低いセンサの使用においても、センサを使用しない場合においても、リニアロボットには使用できない程度の低い制御精度となってしまうという問題がある。

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、上記問題を解消するとともに、高い精度の制御を達成することが可能な冒頭に述べたような位置制御方法及び／又は速度制御方法を提供することにある。

上記目的は、本発明により達成される。すなわち、請求項１記載の発明は、電動機の位置信号と、制御ユニット内に設けられ、かつリニア駆動装置の可動部材に設けられた加速度センサが生成する加速度信号とを数学的に処理して速度信号を生成するとともに、該速度信号をリニア駆動装置の制御に用いることを特徴としている。

したがって、リニア駆動装置の制御に当たって、電動機位置の経済的な検出が可能であるとともに、良好な駆動運動性能が得られる。また、可動部材に設けられた加速度センサにより生成される加速度信号により、位置検出における低い解像度についての問題を解消することが可能である。さらに、監視装置を設けることによって原動機位置検出信号の微分を省略することが可能であるため、制御精度に関しての利点が得られる。すなわち、加速度センサによって、低い解像度の位置測定システムにおける比較的不正確な位置検出信号を良好に使用可能な加速度信号に置き換えることが可能である。

また、本発明の一実施形態は、センサを用いない電動機の位置の特定を、リラクタンスモータ（特にステッピングモータ）の制御信号に基づき行うことを特徴としている。このリラクタンスモータは可動部材の駆動源として設定されており、このリラクタンスモータの制御信号に基づいて電動機位置を特定することが可能である。

また、本発明の一実施形態は、センサを用いない原動機の位置の特定を、制御ユニットから供給される測定値電流及び測定値電圧に基づいて行うとともに、原動機位置検出信号及び加速度信号を、監視装置内で処理してリニア駆動装置の制御に用いることを特徴としている。この実施形態によれば、電動機位置の検出手段にかかわらず、加速度信号をリニア駆動装置の位置制御及び／又は速度制御に使用することが可能である。

また、本発明の一実施形態は、電動機の位置を位置検出センサによって検出し、その検出信号を、加速度信号と共に監視装置内で処理してリニア駆動装置の制御に用いることを特徴としている。この実施形態においても、上記同様、電動機位置の検出手段にかかわらず、加速度信号をリニア駆動装置の位置制御及び／又は速度制御に使用することが可能である。

ところで、本発明の目的は、前記問題を解消するとともに、高い精度の制御を達成することが可能な冒頭に述べたような位置制御方法及び／又は速度制御方法を実行する回路装置を提供することでもある。

本発明による回路装置は、加速度センサを備えた制御ユニットを、少なくとも１つの位置制御装置と、信号の流れに関して該位置制御装置の後ろに設けられた回転数制御装置とで構成し、電動機の位置検出を、センサを用いず制御ユニットから供給される測定値電流及び測定値電圧により行うか、又は位置検出センサを用いて行い、電動機位置検出部及び加速度センサを監視装置に接続するとともに、該監視装置の出力側を回転数制御装置の入力側に接続したことを特徴としている。

この回路装置によれば、例えば加速度センサなどのコストの低い構成部材を用いて駆動装置（特にリニア駆動装置）の経済的かつ最適な制御を達成することが可能である。さらに、本発明による回路装置においては、可動部材に設けられた駆動用電子機器が駆動装置と共に動作し、加速度センサがＭＥＭＳとして形成されて駆動制御装置に直接設けられている。

したがって、高い解像度での位置検出にかかっていた従来の多大なコストを最適な駆動動作性能を損なうことなく削減できるので、極めて安価に位置検出を実施することが可能である。

また、本発明の一実施形態は、加速度センサを、ＭＥＭＳとして構成するとともに制御ユニットに組み込んだことを特徴としている。このＭＥＭＳは微小な電子部品で構成されており、大量に生産することが可能である。したがって、その調達コストを非常に低く抑えることが可能である。

また、本発明の一実施形態は、加速度センサを複数軸方向に対するＭＥＭＳとして構成したことを特徴としている。特に、制御ユニット４によってこれら加速度センサを制御するよう設定する場合、複数軸方向に対して加速度センサを設けるのが好ましい。

さらに、本発明の一実施形態は、変換装置、制御ユニット及び加速度センサを１つのユニットとして構成し、該ユニットをリニア駆動装置の可動部材に設けたことを特徴としている。これにより、回路装置のコンパクト化を図ることが可能である。

本発明によれば、従来の問題を解消するとともに、コストを抑えつつ高い精度の駆動装置の制御を達成することが可能である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態の説明では、同じ部材あるいは同じ状態を、同じ符号を用いて説明する。

図１に示すように、モータ１はリニア駆動装置（リニアロボット）のスライド台２を駆動し、変換装置（特にサーボ変換装置）３は、モータ１の近傍に設けられつつスライド台２と共に移動する。また、モータ１は、例えば歯付きベルト１４（図２）を介してスライド台２を駆動している。なお、変換装置３はモータ１と共にスライド台２に設けられている。

また、図２において、モータ（特に永久磁石同期モータ）１は、変換装置３を介して制御ユニット４に接続されており、モータ位置がセンサなしに、あるいは位置検出センサによって特定される。駆動用電子機器を有するこのような分散的な配置によれば、サーボ増幅器の制御ユニット４を、統合された加速度センサ５の補足のために用いることが可能である。ここで、加速度センサ５は、例えばＭＥＭＳ（微小電気機械システム）として形成されるとともに、制御ユニット４の回路基板上の構成部材として設けられている。

しかして、加速度センサ５を備えた制御ユニット４及び変換装置３（場合によってはアウトプットステージ６）は１つのユニットとして構成されており、該ユニットはリニア駆動装置の可動部材（特にスライド台２）を備えて構成されている。ここで、複数軸方向に対して加速度センサを設けるとともに、特に、制御ユニット４によってこれら加速度センサを制御するよう設定するのが好ましい。

図３においては、モータ１に位置検出センサ７が設けられており、このモータ１はアウトプットステージ６を介して取り付けられている。また、リニア駆動装置の可動部材に設けられた駆動用電子機器は、位置制御装置８、該位置制御装置８の後ろに接続された回転数制御装置９及び電流制御装置１０を備えて構成されている。なお、電流制御装置１０はアウトプットステージ６に接続されている。

ここで、位置検出センサ７により生成されるモータ位置信号と、制御ユニット４内に設けられ、かつ、リニア駆動装置の可動部材に設けられた加速度センサ５が生成する加速度信号とが監視装置１１内で数学的に処理されて速度信号が生成される。そして、この速度信号はリニア駆動装置の制御に用いられる。

図４においては、モータ１の位置検出がセンサなしに行われる。この場合、モータ１の位置は、制御ユニット４から供給される測定値電流及び測定値電圧に基づき、論理素子及びモータ位置検出部１２内においてアルゴリズムによって特定される。そして、モータ位置検出信号及び加速度センサ５が生成する加速度信号は、監視装置１１内で演算処理され、リニア駆動装置の制御に用いられる。

また、より簡単なセンサなしのモータ１の位置検出は、リラクタンスモータ（特にステッピングモータ）の制御信号によって行われる。この場合、このリラクタンスモータは、スライド台２の駆動源として機能し、その制御信号に基づきモータ１の位置が検出される。なお、上述のように、監視装置１１内では数学的モデルによる方法が実行され、加速度センサによる加速度信号及び算出されたモータ１の位置に基づいて速度信号が生成される。

上述の利点は本発明による方法及び回路配置により達成される。すなわち、リニア駆動装置の可動部材がこのリニア駆動装置と共に移動し、さらに、加速度センサ５及びＭＥＭＳの構成部材が駆動制御装置に直接設けられていることによって前記利点が達成される。

なお、本発明の良好な理解のために、図面における各部材間の縮尺は一様に記載されていないとともに、実寸大でも記載していない。

リニア駆動装置の概略図である。 可動部材に設けられた加速度センサと共に示すリニア駆動装置の概略図である。 位置検出センサを用いた制御のブロック線図である。 モータ位置検出についてセンサを用いない制御のブロック線図である。

符号の説明

１ モータ
２ スライド台
３ 変換装置
４ 制御ユニット
５ 加速度センサ
６ アウトプットステージ
７ 位置検出センサ
８ 位置制御装置
９ 回転数制御装置
１０ 電流制御装置
１１ 監視装置
１２ モータ位置検出部
１４ 歯付きベルト

Claims (8)

1. リニア駆動装置の位置制御方法及び／又は速度制御方法であって、電動機が変換装置を介して制御ユニットに接続されており、該電動機の位置がセンサなし又は位置検出センサにより特定される前記位置制御方法及び／又は速度制御方法において、
   前記電動機の位置信号と、
   制御ユニット（４）内に設けられ、かつリニア駆動装置の可動部材に設けられた加速度センサ（５）が生成する加速度信号と
   を数学的に処理して速度信号を生成するとともに、該速度信号をリニア駆動装置の制御に用いることを特徴とする位置制御方法及び／又は速度制御方法。
2. センサを用いない前記電動機の位置の特定を、リラクタンスモータの制御信号に基づき行うことを特徴とする請求項１記載の位置制御方法及び／又は速度制御方法。
3. センサを用いない前記原動機の位置の特定を、制御ユニット（４）から供給される測定値電流及び測定値電圧に基づいて行うとともに、原動機位置検出信号及び加速度信号を監視装置（１１）内で処理してリニア駆動装置の制御に用いることを特徴とする請求項１記載の位置制御方法及び／又は速度制御方法。
4. 前記電動機の位置を位置検出センサ（７）によって検出し、その検出信号を、前記加速度信号と共に監視装置（１１）内で処理してリニア駆動装置の制御に用いることを特徴とする請求項１記載の位置制御方法及び／又は速度制御方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法を実行する回路装置において、
   加速度センサ（５）を備えた前記制御ユニット（４）を、少なくとも１つの位置制御装置（８）と、信号の流れに関して該位置制御装置の後方に設けられた回転数制御装置（９）とで構成し、
   電動機の位置検出を、センサを用いずに前記制御ユニット（４）から供給される測定値電流及び測定値電圧により行うか、又は前記位置検出センサ（７）を用いて行い、
   電動機位置検出部（１２）及び前記加速度センサ（５）を監視装置（１１）に接続するとともに、該監視装置（１１）の出力側を前記回転数制御装置（９）の入力側に接続したことを特徴とする回路装置。
6. 前記加速度センサ（５）をＭＥＭＳとして構成するとともに前記制御ユニット（４）に組み込んだことを特徴とする請求項５記載の回路装置。
7. 前記加速度センサ（５）を複数軸方向に対するＭＥＭＳとして構成したことを特徴とする請求項５又は６記載の回路装置。
8. 前記変換装置（３）、前記制御ユニット（４）及び前記加速度センサ（５）を１つのユニットとして構成し、該ユニットを前記リニア駆動装置の可動部材に設けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の回路装置。

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