JP2014101917A - Precise drive unit, and precise drive method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人工衛星や飛翔体の搭載機器、あるいは、望遠鏡などの高精度な指向性が要求される精密駆動装置および精密駆動方法に関するものである。 The present invention relates to a precision driving device and a precision driving method that require high-precision directivity, such as a satellite or a flying object-mounted device, or a telescope.
地球や天体を観測する望遠鏡を搭載した人工衛星、対象物にレーザを照射する飛翔体、あるいは、遥か遠方の星を観測する地上望遠鏡などでは、大きな動作範囲全てにおいて、高精度な指向精度が要求されている。そこで、例えば、望遠鏡を搭載した人工衛星の指向軸制御では、衛星本体の駆動により、精度は低いが大きな動作範囲をカバーする粗制御と、比較的小さな精密駆動装置により、精度が高く狭い動作範囲をカバーする精制御とを組み合わせた構成が採用されている(例えば、非特許文献1参照)。 Satellites equipped with telescopes for observing the earth and celestial bodies, flying objects that irradiate objects with lasers, or terrestrial telescopes that observe distant stars require high precision pointing accuracy over the entire operating range. Has been. Therefore, for example, in the pointing axis control of an artificial satellite equipped with a telescope, the accuracy of the operation is high and narrow due to coarse control that covers a large operating range with low accuracy by driving the satellite body and a relatively small precision driving device. The structure which combined the fine control which covers the is employ | adopted (for example, refer nonpatent literature 1).
本発明の対象となる精密駆動装置では、高精度制御を実現するために、高精度なセンサやアクチュエータが利用されている。これらの性能を引き出すためには、駆動部の摩擦を低減することが必要とされている。このため、摩擦の影響がない板バネが駆動部に利用されることが多い(例えば、特許文献1参照)。 In the precision drive device that is the subject of the present invention, high-precision sensors and actuators are used to realize high-precision control. In order to bring out these performances, it is necessary to reduce the friction of the drive unit. For this reason, a leaf spring that is not affected by friction is often used for the drive unit (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
駆動部の摩擦の影響をなくすために板バネを利用した精密駆動装置のうち、アクチュエータのサイズに制限がある場合には、限られたアクチュエータ推力で、必要とされる駆動範囲を動作できるようにするために、板バネを柔らかくしなければいけない。しかしながら、板バネが柔らかくなると、運搬時などに大きな外力が印加された場合に、板バネが破損してしまうという課題がある。
However, the prior art has the following problems.
Of precision drive devices that use leaf springs to eliminate the influence of drive friction, when the actuator size is limited, the required drive range can be operated with limited actuator thrust. To do so, the leaf spring must be softened. However, when the leaf spring becomes soft, there is a problem that the leaf spring is damaged when a large external force is applied during transportation.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運搬時などに大きな外力が印加された場合にも、板バネの破損を防止できる精密駆動装置および精密駆動方法を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a precision driving device and a precision driving method capable of preventing the leaf spring from being damaged even when a large external force is applied during transportation. The purpose is that.
本発明に係る精密駆動装置は、着磁あるいは脱磁をするコイルで吸着力を可変にできる磁石により、板バネに支持された可動ベースを移動させることで、固定ベースに対して可動ベースを結合状態または離間状態に切り換え可能とする保持機構と、磁石の着磁状態/脱磁状態の指標となる磁束を計測する磁気センサと、目標とする着磁状態/脱磁状態になるように磁石の吸着力を可変とするために、磁気センサによる計測結果に基づいてコイルに電流を印加する着磁/脱磁回路と、指令信号に応じて可動ベースを移動させることで、固定ベースとの相対距離を可変とするリニアモータと、着磁/脱磁回路により脱磁状態とすることを目標にコイルに電流を印加した後に、磁気センサにより計測された磁束から磁石の吸着力を推定し、推定した吸着力が脱磁状態の吸着力でない場合には、リニアモータにより脱磁状態の吸着力となる位置に可動ベースを移動させるための補正指令信号を算出し、可動ベースを所望の位置に移動させるために外部から与えられる基準指令信号と、算出した補正指令信号とを加算することで指令信号を算出する補正演算器と、補正演算器で算出された指令信号に基づいてリニアモータを駆動させる駆動回路とを備えるものである。 The precision drive device according to the present invention couples the movable base to the fixed base by moving the movable base supported by the leaf spring by a magnet whose magnetizing or demagnetizing coil can change the attraction force. A holding mechanism that can be switched to a separated state or a separated state, a magnetic sensor that measures a magnetic flux that is an index of the magnetized state / demagnetized state of the magnet, and a magnet that can be set to a target magnetized state / demagnetized state. In order to make the attractive force variable, the relative distance from the fixed base by moving the movable base according to the command signal and the magnetizing / demagnetizing circuit that applies current to the coil based on the measurement result by the magnetic sensor After applying a current to the coil with the goal of demagnetizing with a linear motor and a magnetizing / demagnetizing circuit, the magnet's attractive force was estimated from the magnetic flux measured by the magnetic sensor If the adhering force is not a demagnetizing attracting force, a linear motor calculates a correction command signal for moving the movable base to a position where the demagnetizing attracting force is obtained, and moves the movable base to a desired position. A correction arithmetic unit that calculates a command signal by adding a reference command signal given from the outside to the correction command signal, and a drive circuit that drives the linear motor based on the command signal calculated by the correction arithmetic unit Are provided.
また、本発明に係る精密駆動方法は、着磁あるいは脱磁をするコイルで吸着力を可変にできる磁石により、板バネに支持された可動ベースを移動させることで、固定ベースに対して可動ベースを結合状態または離間状態に切り換え可能とする保持機構を備えた精密駆動装置に用いられる精密駆動方法であって、磁気センサを用いて、磁石の着磁状態/脱磁状態の指標となる磁束を計測する磁束計測ステップと、目標とする着磁状態/脱磁状態になるように磁石の吸着力を可変とするために、磁束計測ステップによる計測結果に基づいてコイルに電流を印加する着磁/脱磁ステップと、着磁/脱磁ステップにより脱磁状態とすることを目標にコイルに電流を印加した後に、磁気センサにより計測された磁束から磁石の吸着力を推定する推定ステップと、推定ステップにより推定した吸着力が脱磁状態の吸着力でない場合には、指令信号に応じて可動ベースを移動させることで固定ベースとの相対距離を可変とするリニアモータにより、脱磁状態の吸着力となる位置に可動ベースを移動させるための補正指令信号を算出する補正量算出ステップと、可動ベースを所望の位置に移動させるために外部から与えられる基準指令信号と、補正量算出ステップにより算出した補正指令信号とを加算することで指令信号を算出する指令信号算出ステップと、指令信号算出ステップで算出された指令信号に基づいてリニアモータを駆動させる駆動ステップとを備えるものである。 In addition, the precision driving method according to the present invention is such that the movable base supported by the leaf spring is moved with respect to the fixed base by moving the movable base supported by the plate spring by a magnet whose magnetizing or demagnetizing force can vary the attraction force. Is a precision driving method used in a precision driving device having a holding mechanism that can be switched to a coupled state or a separated state, and using a magnetic sensor, a magnetic flux serving as an index of the magnetized state / demagnetized state of the magnet is obtained. Magnetic flux measurement step to be measured, and magnetizing / applying current to the coil based on the measurement result of the magnetic flux measurement step in order to make the magnet's attractive force variable so as to achieve the target magnetization / demagnetization state A demagnetizing step and an estimation step for estimating the magnet's attracting force from the magnetic flux measured by the magnetic sensor after applying a current to the coil with the goal of demagnetizing the magnetized / demagnetized step. If the attracting force estimated by the estimation step is not the attracting force in the demagnetized state, demagnetization is performed by a linear motor that can change the relative distance from the fixed base by moving the movable base according to the command signal. Correction amount calculating step for calculating a correction command signal for moving the movable base to a position where the state of the attracting force is obtained, a reference command signal given from the outside for moving the movable base to a desired position, and a correction amount calculation A command signal calculation step for calculating a command signal by adding the correction command signal calculated in the step and a drive step for driving the linear motor based on the command signal calculated in the command signal calculation step are provided. .
本発明によれば、板バネに支持された可動ベースを、着磁あるいは脱磁をするコイルで吸着力を可変にできる磁石により、固定ベースに対して可動ベースを結合状態または離間状態に切り換え可能とする保持機構を取り付けたことにより、運搬時には磁石の吸着力を大きくして、可動ベースと固定ベースを結合することで、運搬時などに大きな外力が印加された場合にも、構成部品の破損を防止できる精密駆動装置および精密駆動方法を得ることができる。 According to the present invention, a movable base supported by a leaf spring can be switched between a coupled base and a separated base with respect to a fixed base by a magnet that can vary the attractive force with a magnet that magnetizes or demagnetizes the movable base. By attaching a holding mechanism to increase the magnet's attractive force during transportation and connecting the movable base to the fixed base, damage to components even when a large external force is applied during transportation, etc. It is possible to obtain a precision driving device and a precision driving method that can prevent the above-described problem.
以下、本発明の精密駆動装置および精密駆動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of a precision driving device and a precision driving method of the present invention will be described with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における精密駆動装置を示す斜視図である。また、図2は、本発明の実施の形態1における運用時の精密駆動装置を示す断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a precision driving device according to
図1、図2に示したように、本実施の形態1における精密駆動装置は、可動ベース1、リニアモータ2、直動板バネ3、固定ベース4、吸着パット5、被吸着パット6、コイル7、磁気センサ8、着磁/脱磁回路9、補正演算器11、および駆動回路12を備えて構成されている。ここで、吸着パット5および被吸着パット6は、着磁あるいは脱磁をするコイル7により吸着力を可変にできる磁石に相当する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the precision drive device according to the first embodiment includes a
なお、本実施の形態1における精密駆動装置は、図2に示すように、固定ベース4により全体が囲まれているが、図1では、構造をわかりやすくするために、底面部だけに固定ベース4がある状態の斜視図として示している。
As shown in FIG. 2, the precision driving apparatus according to the first embodiment is entirely surrounded by a
可動ベース1と固定ベース4は、直動板バネ3で結合されている。可動ベース1は、リニアモータ2で駆動される。硬磁性体である吸着パット5と、吸着パット5を囲むコイル7は、可動ベース1に取付けられている。一方、吸着パット5に吸着される、軟磁性体である被吸着パット6は、固定ベース4に取付けられている。
The
吸着パット5の磁束を計測する磁気センサ8は、吸着パット5の近傍に取付けられている。着磁/脱磁回路9は、磁気センサ8で計測された磁束に相当する磁気センサ信号81に基づいて、コイル7に流す着磁/脱磁電流91を決定する。
A
補正演算器11は、リニアモータ2を駆動することで可動ベース1を所望の位置に移動させるために外部から与えられる基準指令信号111と、磁気センサ8で計測された磁気センサ信号81を読み込み、これらの信号に基づいて補正後指令信号116を生成する。なお、この補正演算器11の動作の詳細は、図4を用いて後述する。さらに、駆動回路12は、補正演算器11で生成された補正後指令信号116を取込み、リニアモータ2への駆動信号121を出力する。
The
図3は、本発明の実施の形態1における運搬時の精密駆動装置を示す断面図である。すなわち、先の図2に示したような運用時においては、固定ベース4に対して可動ベース1が離間された状態となっており、図3に示したような運搬時においては、固定ベース4に対して可動ベース1が結合された状態となっている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the precision drive device during transportation according to Embodiment 1 of the present invention. That is, the
本実施の形態1の構成によれば、コイル7に電流を流し、吸着パット5を着磁すれば、その後、コイル7に電流を流さなくても吸着パット5の磁場により、被吸着パット6が磁化され吸着力が発生し、直動板バネ3が変形して、可動ベース1と固定ベース4は結合される。これにより、運搬時に大きな外力が印加されても、直動板バネ3が破損することを回避できる。
According to the configuration of the first embodiment, if a current is passed through the
逆に、吸着パット5の磁場と反対方向の磁場を発生する着磁/脱磁電流91をコイル7に流し、吸着パット5を脱磁すれば、その後、コイル7に電流を流さなくても、磁化されていた被吸着パット6は磁性を失い、直動板バネ3の復元力により可動ベース1と固定ベース4は、離間する。
Conversely, if a magnetizing / demagnetizing current 91 that generates a magnetic field in the opposite direction to the magnetic field of the
なお、着磁/脱磁回路9は、コイル7への1回目の着磁/脱磁電流91の印加後に、磁気センサ8で吸着パット5の磁束を計測し、脱磁が不十分な場合には、2回目の着磁/脱磁電流91を印加することができる。着磁/脱磁回路9は、このような再印加動作を複数回繰返すことにより、理想的には吸着パット5の磁束をゼロにすることで、吸着パット5と被吸着パット6の吸着力をゼロ(すなわち、脱時状態の吸着力)にすることができる。
The magnetizing / demagnetizing circuit 9 measures the magnetic flux of the attracting
従って、運用時には、リニアモータ2の推力を板バネ変形にだけ利用することができ、低消費電力化に寄与できる。特に、電力消費の制約が重要である人工衛星搭載機器においては、顕著な効果が得られる。
Accordingly, during operation, the thrust of the
さらに、本実施の形態1の構成によれば、人工衛星などの保持機構にしばしば利用される火薬を利用して保持機構を破壊する、爆管式で不可避な解放時の粉塵等のコンタミネーション発生をなくすることができるという効果がある。この効果は、特に、望遠鏡などコンタミネーションがミッション上致命的になる用途では、顕著である。 Further, according to the configuration of the first embodiment, contamination such as dust at the time of release, which is inevitable, is used to destroy the holding mechanism using explosives that are often used for holding mechanisms such as artificial satellites. There is an effect that can be eliminated. This effect is particularly remarkable in applications where the contamination is fatal in terms of mission such as a telescope.
図4は、本発明の実施の形態1における精密駆動装置内の補正演算器11の機能ブロックを示す図である。実際には、使用できるセンサの制約や、環境変化等の不確定な要因により、運用状態において、吸着パット5と被吸着パット6の吸着力がゼロまで小さくすることができないことが想像される。
FIG. 4 is a diagram showing functional blocks of the
そこで、このような場合にも、補正演算器11の働きにより、リニアモータ2の駆動力を利用することで、吸着パット5と被吸着パット6の吸着力がゼロ相当になるように可動ベース1を移動させることで、必要な駆動精度を実現できる。
Therefore, even in such a case, by using the driving force of the
具体的には、補正演算器11は、図4に示すように、吸着力推定器112および指令換算器114を備えて構成されている。そして、吸着力推定器112は、磁気センサ信号81に基づいて、吸着パット5と被吸着パット6の間の吸着力を推定し、推定吸着力信号113として出力する。なお、吸着力推定器112は、例えば、磁気センサ信号81と吸着パット5と被吸着パット6の吸着力との関係をルックアップテーブルにより事前に用意しておくことで、吸着力を推定することができる。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
そして、指令換算器114は、推定吸着力信号113を補正信号115に変換する。その後、補正演算器11は、補正信号115を基準指令信号111に重畳し、補正後指令信号116を出力する。このような一連動作により、必要な駆動精度が実現される。
Then, the
以上のように、実施の形態1によれば、板バネに支持された可動ベースを、着磁あるいは脱磁をするコイルで吸着力を可変にできる磁石により、固定ベースに結合させることができる保持機構を備えている。そして、磁石の着磁と脱磁の状態を、磁気センサにより計測し、目標とする着磁あるいは脱磁の状態になるように、コイルに印加する電流を制御している。 As described above, according to the first embodiment, the movable base supported by the leaf spring can be coupled to the fixed base by the magnet whose adsorption force can be varied with the magnetizing or demagnetizing coil. It has a mechanism. Then, the magnetization and demagnetization state of the magnet is measured by a magnetic sensor, and the current applied to the coil is controlled so as to achieve the target magnetization or demagnetization state.
さらに、このような電流制御によっても除去しきれなかった吸着力が駆動制御の精度を低下させないように、除去しきれなかった吸着力を駆動指令値に反映してリニアモータにより可動ベースの位置を微調整することで、精密駆動を可能にしている。 In addition, the linear motor adjusts the position of the movable base by reflecting the suction force that could not be removed by such current control in the drive command value so that the suction force that could not be removed would reduce the accuracy of drive control. By fine adjustment, precise driving is possible.
このような保持機構を備えることにより、運搬時には、磁石の吸着力を大きくして、可動ベースと固定ベースを結合することで、大きな外力が印加された場合でも、板バネの破損を回避することができる。 By providing such a holding mechanism, it is possible to avoid breakage of the leaf spring even when a large external force is applied by increasing the magnet's attracting force and coupling the movable base and the fixed base during transportation. Can do.
さらに、運用時には、磁石の吸着力を減少あるいはゼロにすることで、可動ベースと固定ベースを離間させることができる。この結果、運用時には、リニアモータの推力を板バネ変形にだけ利用することができ、低消費電力化に寄与でき、アクチュエータのサイズや印加電流に制限がある場合でも、限られたアクチュエータ推力で、必要とされる駆動範囲を動作させることができる。 Furthermore, at the time of operation, the movable base and the fixed base can be separated by reducing or eliminating the magnet's attractive force. As a result, at the time of operation, the thrust of the linear motor can be used only for deformation of the leaf spring, which can contribute to low power consumption, even when the actuator size and applied current are limited, with limited actuator thrust, The required driving range can be operated.
さらに、運用時に十分脱磁ができない場合でも、発生する吸着力を補償し、精密な駆動ができる。さらに、人工衛星での保持機構の1つである爆管方式と比較すると、本構成では、コンタミネーションの観点でも極めて優れた効果を有している。 Furthermore, even when demagnetization cannot be sufficiently performed during operation, the generated attracting force can be compensated and precise driving can be performed. Furthermore, compared with the detonator type which is one of the holding mechanisms in the artificial satellite, this configuration has an extremely excellent effect from the viewpoint of contamination.
なお、多くの先行例にある電磁石を利用した保持機構(例えば、特開平1−215699号公報参照)では、保持あるいは離間時に電流を流し続ける必要がある。これに対して、本発明による保持機構の構成では、磁石の吸着力を着磁あるいは脱磁で変化させている。このため、吸着力を変化させる時には、コイルに電流を流すが、吸着力が変化した後には、定常的に電流を流す必要がなく、低消費電力化に寄与できるという顕著な効果を有する。 In a holding mechanism using an electromagnet in many prior examples (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-215699), it is necessary to keep a current flowing during holding or separation. On the other hand, in the configuration of the holding mechanism according to the present invention, the attractive force of the magnet is changed by magnetization or demagnetization. For this reason, when changing the attraction force, a current is passed through the coil. However, after the attraction force changes, there is no need to steadily flow an electric current, which has a remarkable effect that it can contribute to lower power consumption.
実施の形態2.
先の実施の形態1では、吸着パット5とコイル7が可動ベース1に取り付けられ、被吸着パット6が固定ベース4に取り付けられている場合について説明した。これに対して、本実施の形態2では、吸着パット5とコイル7が固定ベース4に取り付けられ、被吸着パット6が可動ベース1に取り付けられている場合について説明する。
In the first embodiment, the case where the
図5は、本発明の実施の形態2における運用時の精密駆動装置を示す断面図である。また、図6は、本発明の実施の形態2における運搬時の精密駆動装置を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the precision drive device during operation according to
このような本実施の形態2の構成によれば、先の実施の形態1の効果に加え、重量の増加となる吸着パット5とコイル7を固定ベース4に取付けることで、リニアモータ2の被駆動物を軽量化できる。このため、可動ベース1の駆動量を向上、あるいは、リニアモータ2の小型化の効果がある。また、外乱要因となる可動ベース1からの配線を除去できるため、制御精度の向上につながる。
According to such a configuration of the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, by attaching the
以上のように、実施の形態2によれば、吸着パットとコイルを固定ベース側に設ける構造を採用することで、先の実施の形態1の効果に加え、可動ベースの軽量化、リニアモータの小型化、および外乱要因となる可動ベースの配線の排除による制御精度の向上を実現することができる。 As described above, according to the second embodiment, by adopting a structure in which the suction pad and the coil are provided on the fixed base side, in addition to the effects of the first embodiment, the weight of the movable base is reduced, and the linear motor The control accuracy can be improved by downsizing and eliminating the movable base wiring which causes disturbance.
実施の形態3.
本実施の形態3では、可動ベース1と固定ベース4の相対位置を計測するリニアセンサ10を備えることで、さらなる制御精度の向上を実現する方法について説明する。
In the third embodiment, a method for further improving the control accuracy by providing the
図7は、本発明の実施の形態3における運用時の精密駆動装置を示す断面図である。本実施の形態3においては、可動ベース1と固定ベース4の相対位置を計測するためのリニアセンサ10が、固定ベース4に取付けられている。そして、リニアセンサ10により検出されたリニアセンサ信号101は、補正演算器に相当する学習機能付補正演算器21に取込まれ、学習補正後指令信号216を生成する。なお、学習機能付補正演算器21には、リニアセンサ信号101以外に、基準指令信号111、および磁気センサ信号81が取込まれる。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the precision drive device during operation according to
次に、学習機能付補正演算器21の機能について、図面を用いて詳細に説明する。図8は、本発明の実施の形態3における精密駆動装置内の学習機能付補正演算器21の機能ブロックを示す図である。実際には、環境や姿勢により変動する不確定なパラメータにより、補正後指令信号116に誤差量が重畳することが考えられる。
Next, the function of the correction calculator with learning
そこで、このような場合にも、学習機能付補正演算器21の働きにより、リニアセンサ10で計測された可動ベース1と固定ベース4の相対位置に基づく学習結果を利用することで、上述したような誤差量を抑制することができる。
Therefore, even in such a case, as described above, the learning result based on the relative position of the
具体的には、学習機能付補正演算器21は、図8に示すように、学習機能付吸着力推定器212および指令換算器114を備えて構成されている。そして、学習機能付吸着力推定器212は、リニアセンサ10による計測結果であるリニアセンサ信号101、および事前に同定した直動板バネ3の剛性に基づいて、磁気センサ8により計測された磁気センサ信号81と、推定した吸着力との対応関係を更新する学習器を有している。
Specifically, as shown in FIG. 8, the correction calculator with learning
そして、学習機能付吸着力推定器212は、学習器を用いて、磁気センサ8により計測された磁気センサ信号81から吸着パット5と被吸着パット6間の吸着力を推定し、学習推定吸着力信号213として出力する。なお、学習機能付吸着力推定器212は、例えば、先の実施の形態1で説明したような、事前に用意していたルックアップテーブルを、リニアセンサ信号101を利用して更新することができる。
The learning function-adsorbing
そして、指令換算器114は、学習推定吸着力信号213を学習補正信号215に変換する。その後、学習機能付補正演算器21は、学習補正信号215を基準指令信号111に重畳し、学習補正後指令信号216を出力する。このような一連動作により、補正後指令信号に重畳する誤差量を抑制することができる。
Then, the
以上のように、実施の形態3によれば、先の実施の形態2の効果に加え、環境や姿勢により変動する不確定なパラメータにより補正後指令信号に重畳する誤差量を、学習機能付補正演算器の働きにより抑制することができる。 As described above, according to the third embodiment, in addition to the effect of the second embodiment, the error amount superimposed on the corrected command signal by the uncertain parameter that varies depending on the environment and posture is corrected with the learning function. It can be suppressed by the operation of the arithmetic unit.
さらに、運用直前に、学習機能付補正演算器の学習を実施して、実際の運用時には、学習機能を停止するシーケンスにすれば、演算時間は必要なく、ルックアップテーブルへのメモリアクセスだけで学習補正後指令信号を生成することができ、制御の高速化に効果がある。 Furthermore, if learning is performed on the correction computing unit with a learning function immediately before the operation and the learning function is stopped during actual operation, the operation time is not required, and only the memory access to the lookup table is used for learning. A corrected command signal can be generated, which is effective in speeding up the control.
実施の形態4.
本実施の形態4では、可動ベース1と固定ベース4の相対位置を計測するリニアセンサ10を備えることで、リニアセンサ10による計測結果に基づいて、吸着パットと被吸着パット間の吸着力を直接推定する方法について説明する。
In the fourth embodiment, the
図9は、本発明の実施の形態4における運用時の精密駆動装置を示す断面図である。本実施の形態4においては、先の実施の形態3と同様に、可動ベース1と固定ベース4の相対位置を計測するためのリニアセンサ10が、固定ベース4に取付けられている。さらに、本実施の形態4においては、先の実施の形態3における学習機能付補正演算器21の代わりに、直接補正演算器31が設けられている。なお、補正演算器に相当するこの直接補正演算器31には、リニアセンサ信号101のみが取込まれる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the precision drive device during operation according to
次に、直接補正演算器31の機能について、図面を用いて詳細に説明する。図10は、本発明の実施の形態4における精密駆動装置内の直接補正演算器31の機能ブロックを示す図である。実際には、環境や姿勢により変動する不確定なパラメータにより、補正後指令信号116に誤差量が重畳することが考えられる。
Next, the function of the
そこで、このような場合にも、直接補正演算器31の働きにより、リニアセンサ10で計測された可動ベース1と固定ベース4の相対位置に基づく学習結果を利用することで、上述したような誤差量を抑制することができる。
Therefore, even in such a case, the error as described above can be obtained by using the learning result based on the relative position of the
具体的には、直接補正演算器31は、図10に示すように、直接吸着力推定器312および指令換算器114を備えて構成されている。そして、直接吸着力推定器312は、リニアセンサ10による計測結果であるリニアセンサ信号101、および事前に同定した直動板バネ3の剛性Kの積として、吸着パット5と被吸着パット6間の吸着力を推定し、直接推定吸着力信号313として出力する。
Specifically, as shown in FIG. 10, the
そして、指令換算器114は、直接推定吸着力信号313を直接補正信号315に変換する。その後、直接補正演算器31は、直接補正信号315を基準指令信号111に重畳し、直接補正後指令信号316を出力する。このような一連動作により、補正後指令信号に重畳する誤差量を抑制することができる。
Then, the
以上のように、実施の形態4によれば、先の実施の形態2の効果に加え、リニアセンサ信号から直接的に吸着力を測定することにより、環境や姿勢により変動する不確定なパラメータにより補正後指令信号に重畳する誤差量を抑制することができる。 As described above, according to the fourth embodiment, in addition to the effect of the second embodiment, by measuring the suction force directly from the linear sensor signal, it is possible to use uncertain parameters that vary depending on the environment and posture. The amount of error superimposed on the corrected command signal can be suppressed.
さらに、磁気センサにより計測された磁気センサ信号を直接補正演算器では使用しない構成とすることで、配線を省略化できる利点がある。 Furthermore, there is an advantage that wiring can be omitted by adopting a configuration in which the magnetic sensor signal measured by the magnetic sensor is not directly used in the correction calculator.
実施の形態5.
先の実施の形態1〜4では、板バネとして直動板バネ3を使用する場合について説明した。これに対して、本実施の形態5では、板バネとして回転板バネ13を使用する場合について説明する。
In the first to fourth embodiments, the case where the direct acting
図11は、本発明の実施の形態5における運用時の精密駆動装置を示す断面図である。また、図12は、本発明の実施の形態5における運搬時の精密駆動装置を示す断面図である。本実施の形態5においては、直動板バネ3の代わりに、回転板バネ13が取付けられている。また、吸着パット5、コイル7、被吸着パット6、磁気センサ8、および、着磁/脱磁回路9が、回転板バネ13を中心として、可動ベース1の両側に取付けられている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the precision drive device during operation according to
このような本実施の形態5の構成によれば、コイル7に電流を流し、吸着パット5を着磁すれば、その後、コイル7に電流を流さなくても、吸着パット5の磁場により、被吸着パット6が磁化され吸着力が発生し、回転板バネ13が変形して、可動ベース1と固定ベース4は、結合される。
According to the configuration of the fifth embodiment as described above, if an electric current is passed through the
逆に、吸着パット5の磁場と反対方向の磁場を発生する着磁/脱磁電流91をコイル7に流し、吸着パット5を脱磁すれば、その後、コイル7に電流を流さなくても磁化されていた被吸着パット6は磁性を失い、回転板バネ13の復元力により可動ベース1と固定ベース4は、離間する。
On the other hand, if a magnetizing / demagnetizing current 91 that generates a magnetic field in the opposite direction to the magnetic field of the
以上のように、実施の形態5によれば、可動ベースの駆動が直動ではなく、回転に変更された精密駆動装置においても、直動板バネの代わりに回転板バネを適用することで、先の実施の形態4で得られる同等の効果を得ることができる。 As described above, according to the fifth embodiment, even in a precision driving device in which the drive of the movable base is not a direct motion but is changed to a rotation, by applying a rotating leaf spring instead of a direct acting leaf spring, An equivalent effect obtained in the fourth embodiment can be obtained.
実施の形態6.
本実施の形態6においては、先の実施の形態5と同様に回転板バネ13を用いた構成において、吸着パット5と被吸着パット6を、平行板バネ14を用いて結合する、先の実施の形態5とは異なる結合方法について説明する。
In the sixth embodiment, the
図13は、本発明の実施の形態6における運用時の精密駆動装置を示す断面図である。また、図14は、本発明の実施の形態6における運搬時の精密駆動装置を示す断面図である。本実施の形態6においては、被吸着パット6を可動ベース1の端部に取付け、吸着パット5の上下の端面には、軟磁性体を材質とする平行板バネ14が取付けられている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a precision drive device during operation according to
ここで、平行板バネ14、吸着パット5、コイル7、被吸着パット6、磁気センサ8、および、着磁/脱磁回路9が、回転板バネ13を中心として、可動ベース1の両側に取付けられている。また、平行板バネ14の片端141は、吸着パット5と磁気的・機械的に結合されている。
Here, the
このような本実施の形態6の構成によれば、コイル7に電流を流し、吸着パット5を着磁すれば、その後、コイル7に電流を流さなくても、吸着パット5の磁場により、軟磁性体を材質とする平行板バネ14は、磁化される。
According to the configuration of the sixth embodiment as described above, if a current is passed through the
また、平行板バネ14の自由端142も磁化されているため、この磁場により、被吸着パット6が磁化され、平行板バネ14が変形して、平行板バネ14の自由端142と被吸着パット6が結合される。
Further, since the
逆に、吸着パット5の磁場と反対方向の磁場を発生する着磁/脱磁電流91をコイル7に流し、吸着パット5を脱磁すれば、その後、コイル7に電流を流さなくても磁化されていた平行板バネ14、および、被吸着パット6は磁性を失い、平行板バネ14の復元力により、可動ベース1と固定ベース4は、離間する。
On the other hand, if a magnetizing / demagnetizing current 91 that generates a magnetic field in the opposite direction to the magnetic field of the
以上のように、実施の形態6によれば、可動ベースの駆動が直動ではなく、回転に変更された精密駆動装置においても、直動板バネの代わりに回転板バネを適用することで、先の実施の形態4で得られる同等の効果を得ることができる。さらに、先の実施の形態5と比較すると、本実施の形態6の構成を採用することで、運搬時の回転板バネの変形量を小さくできるため、回転板バネの弾性変形領域が小さい場合には、効果的である。
As described above, according to the sixth embodiment, even in a precision driving device in which the driving of the movable base is not a direct motion but is changed to a rotation, by applying a rotating leaf spring instead of a direct acting leaf spring, An equivalent effect obtained in the fourth embodiment can be obtained. Furthermore, in comparison with the
1 可動ベース、2 リニアモータ、3 直動板バネ、4 固定ベース、5 吸着パット、6 被吸着パット、7 コイル、8 磁気センサ、9 着磁/脱磁回路、10 リニアセンサ、11 補正演算器、112 吸着力推定器、114 指令換算器、12 駆動回路、13 回転板バネ、14 平行板バネ、21 学習機能付補正演算器(補正演算器)、212 学習機能付吸着力推定器(吸着力推定器)、31 直接補正演算器(補正演算器)、312 直接吸着力推定器(吸着力推定器)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記磁石の着磁状態/脱磁状態の指標となる磁束を計測する磁気センサと、
目標とする着磁状態/脱磁状態になるように前記磁石の前記吸着力を可変とするために、前記磁気センサによる計測結果に基づいて前記コイルに電流を印加する着磁/脱磁回路と、
指令信号に応じて前記可動ベースを移動させることで、前記固定ベースとの相対距離を可変とするリニアモータと、
前記着磁/脱磁回路により前記脱磁状態とすることを目標に前記コイルに電流を印加した後に、前記磁気センサにより計測された前記磁束から前記磁石の吸着力を推定し、推定した前記吸着力が前記脱磁状態の吸着力でない場合には、前記リニアモータにより前記脱磁状態の吸着力となる位置に前記可動ベースを移動させるための補正指令信号を算出し、前記可動ベースを所望の位置に移動させるために外部から与えられる基準指令信号と、算出した前記補正指令信号とを加算することで前記指令信号を算出する補正演算器と、
前記補正演算器で算出された前記指令信号に基づいて前記リニアモータを駆動させる駆動回路と
を備える精密駆動装置。 By moving the movable base supported by the leaf spring with a magnet that can change the attractive force with a coil that is magnetized or demagnetized, the movable base can be switched to a coupled state or a separated state with respect to the fixed base. Holding mechanism to
A magnetic sensor for measuring a magnetic flux serving as an index of the magnetized state / demagnetized state of the magnet;
A magnetizing / demagnetizing circuit for applying a current to the coil based on a measurement result by the magnetic sensor in order to make the attraction force of the magnet variable so as to be a target magnetized state / demagnetized state; ,
A linear motor that makes the relative distance from the fixed base variable by moving the movable base according to a command signal;
After applying a current to the coil for the purpose of setting the demagnetization state by the magnetization / demagnetization circuit, the adsorption force of the magnet is estimated from the magnetic flux measured by the magnetic sensor, and the estimated adsorption If the force is not the attracting force in the demagnetized state, a correction command signal for moving the movable base to a position where the attracting force in the demagnetized state is obtained by the linear motor is calculated, and the movable base is A correction calculator for calculating the command signal by adding a reference command signal given from the outside to move to a position and the calculated correction command signal;
A precision drive device comprising: a drive circuit that drives the linear motor based on the command signal calculated by the correction calculator.
前記磁石は、前記可動ベースに設けられた吸着パットと、前記固定ベースに設けられた被吸着パットで構成され、
前記板バネは、直動板バネで構成され、
前記コイルは、前記吸着パットを着磁あるいは脱磁するために、前記吸着パットの周囲に巻かれており、
前記磁気センサは、前記吸着パットの磁束を計測する
精密駆動装置。 The precision drive device according to claim 1,
The magnet is composed of a suction pad provided on the movable base and a suction pad provided on the fixed base,
The leaf spring is composed of a direct acting leaf spring,
The coil is wound around the suction pad to magnetize or demagnetize the suction pad;
The magnetic sensor is a precision driving device that measures the magnetic flux of the suction pad.
前記磁石は、前記固定ベースに設けられた吸着パットと、前記可動ベースに設けられた被吸着パットで構成され、
前記板バネは、直動板バネで構成され、
前記コイルは、前記吸着パットを着磁あるいは脱磁するために、前記吸着パットの周囲に巻かれており、
前記磁気センサは、前記吸着パットの磁束を計測する
精密駆動装置。 The precision drive device according to claim 1,
The magnet is composed of a suction pad provided on the fixed base and a suction pad provided on the movable base,
The leaf spring is composed of a direct acting leaf spring,
The coil is wound around the suction pad to magnetize or demagnetize the suction pad;
The magnetic sensor is a precision driving device that measures the magnetic flux of the suction pad.
前記可動ベースと前記固定ベースの相対位置を計測するリニアセンサ
をさらに備え、
前記補正演算器は、前記リニアセンサによる計測結果、および事前に同定した前記直動板バネの剛性に基づいて、前記磁気センサにより計測された前記磁束と、推定した前記吸着力との対応関係を更新する学習器を有しており、前記学習器を用いて、前記磁気センサにより計測された前記磁束から前記吸着パットと前記被吸着パット間の吸着力を推定する
精密駆動装置。 In the precision drive device according to claim 2 or 3,
A linear sensor for measuring the relative position of the movable base and the fixed base;
The correction calculator calculates a correspondence relationship between the magnetic flux measured by the magnetic sensor and the estimated attracting force based on the measurement result of the linear sensor and the rigidity of the linear motion leaf spring identified in advance. A precision driving device that has a learning device to be updated and uses the learning device to estimate an attracting force between the attracting pad and the attracted pad from the magnetic flux measured by the magnetic sensor.
前記可動ベースと前記固定ベースの相対位置を計測するリニアセンサ
をさらに備え、
前記補正演算器は、前記磁気センサにより計測された前記磁束から前記吸着パットと前記被吸着パット間の吸着力を推定する代わりに、前記リニアセンサによる計測結果、および事前に同定した前記直動板バネの剛性に基づいて、前記吸着パットと前記被吸着パット間の吸着力を直接推定する
精密駆動装置。 In the precision drive device according to claim 2 or 3,
A linear sensor for measuring the relative position of the movable base and the fixed base;
Instead of estimating the attractive force between the attracted pad and the attracted pad from the magnetic flux measured by the magnetic sensor, the correction computing unit calculates the linear sensor and the measurement result by the linear sensor and the previously identified linear motion plate A precision driving device that directly estimates the suction force between the suction pad and the suction pad based on the rigidity of the spring.
前記可動ベースと前記固定ベースの相対位置を計測するリニアセンサ
をさらに備え、
前記磁石は、前記固定ベースに設けられた吸着パットと、前記可動ベースに設けられた被吸着パットで構成され、
前記板バネは、前記可動ベースと前記固定ベースを結合する回転板バネで構成され、
前記コイルは、前記吸着パットを着磁あるいは脱磁するために、前記吸着パットの周囲に巻かれており、
前記磁気センサは、前記吸着パットの磁束を計測し、
前記補正演算器は、前記磁気センサにより計測された前記磁束から前記吸着パットと前記被吸着パット間の吸着力を推定する代わりに、前記リニアセンサによる計測結果、および事前に同定した前記回転板バネの剛性に基づいて、前記吸着パットと前記被吸着パット間の吸着力を直接推定する
精密駆動装置。 The precision drive device according to claim 1,
A linear sensor for measuring the relative position of the movable base and the fixed base;
The magnet is composed of a suction pad provided on the fixed base and a suction pad provided on the movable base,
The leaf spring is composed of a rotating leaf spring that couples the movable base and the fixed base,
The coil is wound around the suction pad to magnetize or demagnetize the suction pad;
The magnetic sensor measures the magnetic flux of the suction pad,
Instead of estimating the attractive force between the attracted pad and the attracted pad from the magnetic flux measured by the magnetic sensor, the correction calculator calculates the result of the linear sensor and the rotary leaf spring identified in advance. A precision driving device that directly estimates the suction force between the suction pad and the suction pad based on the rigidity of the suction pad.
前記被吸着パットは、前記可動ベースの端部に取り付けられ、
前記吸着パットの上下の端面に、軟磁性体を材質として設けられ、前記吸着パットに片端が磁気的・機械的に結合されており、前記吸着パットが着磁されることで、他端である自由端が前記被吸着パットと結合される平行板バネ
をさらに備える
精密駆動装置。 In the precision drive device of Claim 6,
The suction pad is attached to an end of the movable base,
A soft magnetic material is provided on the upper and lower end faces of the suction pad, and one end is magnetically and mechanically coupled to the suction pad, and the other end is obtained by magnetizing the suction pad. A precision driving device further comprising: a parallel leaf spring having a free end coupled to the sucked pad.
磁気センサを用いて、前記磁石の着磁状態/脱磁状態の指標となる磁束を計測する磁束計測ステップと、
目標とする着磁状態/脱磁状態になるように前記磁石の前記吸着力を可変とするために、前記磁束計測ステップによる計測結果に基づいて前記コイルに電流を印加する着磁/脱磁ステップと、
前記着磁/脱磁ステップにより前記脱磁状態とすることを目標に前記コイルに電流を印加した後に、前記磁気センサにより計測された前記磁束から前記磁石の吸着力を推定する推定ステップと、
前記推定ステップにより推定した前記吸着力が前記脱磁状態の吸着力でない場合には、指令信号に応じて前記可動ベースを移動させることで前記固定ベースとの相対距離を可変とするリニアモータにより、前記脱磁状態の吸着力となる位置に前記可動ベースを移動させるための補正指令信号を算出する補正量算出ステップと、
前記可動ベースを所望の位置に移動させるために外部から与えられる基準指令信号と、前記補正量算出ステップにより算出した前記補正指令信号とを加算することで前記指令信号を算出する指令信号算出ステップと、
前記指令信号算出ステップで算出された前記指令信号に基づいて前記リニアモータを駆動させる駆動ステップと
を備える精密駆動方法。 By moving the movable base supported by the leaf spring with a magnet that can change the attractive force with a coil that is magnetized or demagnetized, the movable base can be switched to a coupled state or a separated state with respect to the fixed base. A precision driving method used in a precision driving device having a holding mechanism to perform,
A magnetic flux measuring step for measuring a magnetic flux as an index of the magnetized state / demagnetized state of the magnet using a magnetic sensor;
Magnetization / demagnetization step of applying current to the coil based on the measurement result of the magnetic flux measurement step in order to make the attraction force of the magnet variable so as to be a target magnetization state / demagnetization state. When,
An estimation step of estimating an attracting force of the magnet from the magnetic flux measured by the magnetic sensor after applying a current to the coil for the purpose of setting the demagnetization state by the magnetization / demagnetization step;
When the attracting force estimated by the estimating step is not the attracting force in the demagnetized state, a linear motor that varies the relative distance from the fixed base by moving the movable base according to a command signal, A correction amount calculating step for calculating a correction command signal for moving the movable base to a position where the demagnetizing state becomes the attractive force;
A command signal calculating step for calculating the command signal by adding a reference command signal given from the outside to move the movable base to a desired position and the correction command signal calculated in the correction amount calculating step; ,
And a driving step of driving the linear motor based on the command signal calculated in the command signal calculating step.
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