JP3271684B2 - カム装置 - Google Patents

カム装置

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JP3271684B2
JP3271684B2 JP23443094A JP23443094A JP3271684B2 JP 3271684 B2 JP3271684 B2 JP 3271684B2 JP 23443094 A JP23443094 A JP 23443094A JP 23443094 A JP23443094 A JP 23443094A JP 3271684 B2 JP3271684 B2 JP 3271684B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータなどの回転運動
を周期的な運動に変換するカム装置に関し、とくに、既
存の機械的カムを利用して任意の変位曲線を得るカム装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、モータなどによって駆動される主
軸の回転運動を、従動軸の周期的な直線運動に変換する
ための手段として古くからカム装置が使用されている
が、一つのカムの形状が決まれば周期的な変位曲線は1
種類しか得られない。異なった変位曲線を得るために
は、その変位曲線を実現する異なった形状のカムを作っ
て取り替えなければならず、製作、取り替え、調整のた
めに多くの段取り時間を要していた。これを解決する手
段として、機械的カム装置の代わりに、ボールねじなど
からなる従動軸をサーボモータによって駆動するように
し、変位曲線の位置データを記憶する変位曲線記憶部か
らの指令に基づいてサーボモータを駆動制御することに
よって、従動軸が所望の変位曲線で変位するようにした
電気的カム装置が開示されている(例えば、特開平4−
37910号、特開平5−49279号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、変位曲線記憶部の位置データを入れ替えるだけで、
即座に異なった変位曲線に対応できる長所を有してい
る。しかし、既設備がすでに機械的カム装置を使用して
いた場合、機械的カム装置の撤去、ボールねじなどの従
動軸の購入・設置、およびそれに伴う機械構造の再構築
が必要となり、多くの費用がかかるという欠点があっ
た。本発明は、機械的カム装置を取り外すことなく、ま
た高価なボールねじなどを用いることなく、構造が簡単
で、極めて安価なカム装置を提供することを目的とする
ものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、回転し得る機械カムと、前記機械カムを
回転駆動するサーボモータと、前記サーボモータの回転
量に応じた信号を発生するパルスジェネレータと、速度
制御ループを有し前記サーボモータを駆動するサーボド
ライバと、前記サーボモータの回転角を制御する角度制
御装置とを備えたカム装置において、前記角度制御装置
は、角速度ωと時間tとの関数である位相指令をθ、前
記機械カムの回転角度をθ’、所望する変位曲線をY=
f(θ)、前記機械カムの変位曲線をX=g(θ’)と
したとき、前記機械カムの変位曲線X=g(θ’)上に
所望する変位曲線Y=f(θ)を投影することによって
得られる前記機械カムの回転角度θ’と位相指令θとの
関係を位置パターンとして発生する位置パターン発生器
と、前記位相指令θを前記位置パターン発生器に入力し
て得られる前記回転角度θ’を位置指令とし、前記パル
スジェネレータの検出信号に応じた位置信号をフィード
バック信号とすることにより、前記サーボドライバに対
する速度指令Nref を演算する位置制御ループとからな
るものである。
【0005】
【作用】上記手段により、機械カムの変位曲線X=g
(θ’)上に、所望する変位曲線Y=f(θ)を投影
し、機械カムの回転角度θ’と位相指令θとの関係を求
める。すなわち、g(θ’)=f(θ)とし、gの逆関
数、θ’=g-1(f(θ))から得られる値を位置パタ
ーンとして出力する位置パターン発生回路に位相指令θ
を入力し、位置パターン発生回路から機械カムの回転角
度θ’を出力して、それから演算される速度指令Nref
をサーボドライブに入力し、サーボモータを駆動する。
その結果、サーボモータによって駆動される機械カムは
所望の変位曲線Y=f(θ)を実現する。したがって、
位置パターン発生回路に任意の変位曲線のデータを設定
することにより、1種類の機械カムを利用して任意の変
位曲線のカム動作を実現することができる。
【0006】
【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図1は本発明の実施例を示すブロック図である。
図において、1は所定の変位曲線を有する機械カム、2
は機械カム1を回転駆動するサーボモータ、3はサーボ
モータ2の回転角度を検出するパルスジェネレータ、4
はサーボモータ2を駆動するサーボドライバ、5はサー
ボモータ2の回転角を制御する角度制御装置である。5
1は角速度ωと時間tとの関数である位相指令θに対し
て機械カム1の回転角度θ’における変位の位置パター
ンを発生する位置パターン発生回路、52は位置パター
ン発生回路51から出力される位置指令とパルスジェネ
レータ3からの位置信号をカウンタ53を介してフィー
ドバックする加算器、54は加算器52の出力に位置パ
ターン発生回路51から出力される位置指令をフィード
フォワードする加算器、55は加算器54の出力をD/
A変換するD/A変換器である。したがって、機械カム
1の回転角度θ’を位置指令としたとき、上記構成によ
って位置制御ループを形成し、その出力はサーボモータ
2の速度指令Nref としてサーボドライバ4に入力され
る。
【0007】ここで、位置パターン発生回路51の動作
を説明する。いま、機械カム1が図2に示すような変位
曲線X=g(θ’)を持つとする。ただし、θ’は機械
カムの回転角度とする。これに対し、機械カム1によっ
て、図3に示すような変位曲線Y=f(θ)に変更する
ものとする。なお、位相指令θは角速度をω、時間をt
としたとき、θ=ωtとなるので、ωが一定の場合は、
θは時間tと考えてもよい。また、機械カム1の最大変
位量Xmax と変更したい変位曲線の最大変位量Yma x
の関係は、Xmax ≧Ymax とする。これは、Xmax <Y
max の範囲では、所望する変位が機械カム1の変位を越
えてしまうため、機械カム1を回転することによって所
望する変位を実現することはできないからである。図4
に示すように、求めたい変位曲線Y=f(θ)の各位相
(θ1 、θ2 、θ3 、θ4 、θ5 …)に対する変位曲線
Y=f(θ)上の各変位点(a,b,c,d,e…)を
求める。次に、各変位点(a,b,c,d,e…)を機
械カム1の変位曲線X=g(θ’)の1辺MN上に投影
し、機械カム変位点(a’,b’,c’,d’,e…)
を求め、この機械カム変位点(a’,b’,c’,
d’,e…)の対応する機械カム1の回転角度(θ
1 ’、θ2 ’、θ3 ’、θ4 ’、θ5’…)を求める。
ここで、各位相(θ1 、θ2 、θ3 、θ4 、θ5 …)と
機械カム1の回転角度(θ1 ’、θ2 ’、θ3 ’、θ
4 ’、θ5 ’…)との関係が、gの逆関数として位置パ
ターンθ’=g-1(f(θ))が求まる。
【0008】したがって、位置パターンθ’=g-1(f
(θ))を発生する位置パターン発生回路51に位相指
令θを入力して、位相指令θに対応する回転角度θ’を
出力し、回転角度θ’を位置指令として位置制御ループ
を組むことによって得られる速度指令Nref によりサー
ボモータ2を回転すると、機械カム1によって所望の変
位曲線Y=f(θ)を得ることができる。実際の機械カ
ム1の動作は、図5に示すように、最初はθ=0°の
とき、機械カム1は変位X=0で回転角度θ’=0、次
に、θ=θ1 のとき、機械カム1の変位X=a’で回
転角度θ’=θ’1 、θ=θ2 のとき、機械カム1の
変位X=b’で回転角度θ’=θ’2 、θ=θ3 のと
き、機械カム1の変位X=c’で回転角度θ’=θ’
3 、θ=θ4 のとき、機械カム1の変位X=d’で機
械カムは逆転し、回転角度θ’=θ’4 、θ=θ5
とき、機械カム1の変位X=e’で、回転角度θ’=
θ’5 、θ=360°のとき、機械カム1は変位X=
0で回転角度θ’=0となる。なお、機械カム1の最大
変位量Xmax と変更したい変位曲線の最大変位量Yma x
とが等しい時は、機械カム1の全周に求めたい変位曲線
Y=f(θ)の各位相(θ1 、θ2 、θ3 、θ4 、θ5
…)に対する変位曲線Y=f(θ)上の各変位点(a,
b,c,d,e…)を投影することにより、機械カム1
の1回転を変位曲線の1サイクルとすることができる。
このように、位置パターン発生回路51に任意の変位曲
線Y=f(θ)を設定することにより、機械カムを取り
替えることなく、所望の変位曲線を得ることができ、1
種類の機械カムを利用して任意の変位曲線のカム動作を
即時実現することができる。
【0009】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、位
置パターン発生回路に任意の変位曲線のデータを設定す
ることにより、機械カムを取り替えることなく、1種類
の機械カムを利用して任意の変位曲線を描くカム動作を
実現できるので、機械カムの撤去や高価なボールねじの
設置も不要となり、極めて安価なカム装置を提供できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】 本発明の実施例の機械カムの変位曲線図であ
る。
【図3】 本発明の実施例の所望の変位曲線図である。
【図4】 本発明の実施例の機械カムの変位曲線に所望
の変位曲線を投影する手順を示す説明図である。
【図5】 本発明の実施例の機械カムの動作を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 機械カム、2 サーボドモータ、3 パルスジェネ
レータ、4サーボドライバ、5 角度制御装置、51
位置パターン発生回路、52、54 加算器、53 カ
ウンタ、55 D/A変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04 G05B 19/06 G05B 19/18 - 19/46 B23Q 15/00 - 15/28

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転し得る機械カムと、前記機械カムを
    回転駆動するサーボモータと、前記サーボモータの回転
    量に応じた信号を発生するパルスジェネレータと、速度
    制御ループを有し前記サーボモータを駆動するサーボド
    ライバと、前記サーボモータの回転角を制御する角度制
    御装置とを備えたカム装置において、前記角度制御装置
    は、角速度ωと時間tとの関数である位相指令をθ、前
    記機械カムの回転角度をθ’、所望する変位曲線をY=
    f(θ)、前記機械カムの変位曲線をX=g(θ’)と
    したとき、前記機械カムの変位曲線X=g(θ’)上に
    所望する変位曲線Y=f(θ)を投影することによって
    得られる前記機械カムの回転角度θ’と位相指令θとの
    関係を位置パターンとして発生する位置パターン発生器
    と、前記位相指令θを前記位置パターン発生器に入力し
    て得られる前記回転角度θ’を位置指令とし、前記パル
    スジェネレータの検出信号に応じた位置信号をフィード
    バック信号とすることにより、前記サーボドライバに対
    する速度指令Nref を演算する位置制御ループとからな
    ることを特徴とするカム装置。
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