JP3370759B2 - アクチュエータシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、複数のアクチュエータ
を組み合わせてなるアクチュエータシステムに関し、特
に、アクチュエータの置換、組み替え等によるシステム
の再構成が容易なアクチュエータシステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】モータやシリンダに代表される電動アク
チュエータや流体圧アクチュエータ、もしくは直線動作
や回転動作をするアクチュエータ等は、モータドライバ
や電磁弁等によって制御されている。また、各アクチュ
エータは電動装置と関連付けられて構成されている。そ
して、ロボットアクチュエータを含むこれらのアクチュ
エータは、コントローラや制御装置とは独立して、一体
化されずに配置されるのが通常である。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、製造業、リ
ハビリテーション装置等を有する医療機関、家庭内等で
耐水性（電源ラインを含めて）、電気的絶縁性耐防爆性
を有するロボットアクチュエータを含むアクチュエータ
システムは、再構成や、搬入搬出のため、分解もしくは
組立が容易で、また、精度、安全性が確保なければなら
ない。また、生体医療分野でのＤＮＡ分析装置、ゲル作
動装置、コンピュータにより管理制御される試料試薬位
置決め多数点注入装置、自動シーケンサ（自動電気泳動
装置）およびロボットは、ＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ
抽出、タンパク質人ゲノム自動解析等の自動解析装置で
の数１００万塩基／日程度の塩基配列（コード）をＣＩ
Ｍネットワークシステムで実行、管理解析報告、故障診
断、自動修復する必要がある。 【０００４】さらに、組立機械の場合においても、企業
レベルの会社、協力工場との連関的経営、製造、物流、
販売システムではＣＩＭのように、経営、工場運営を具
体化、具現化するコンピュータによる統合的、同時的製
造、生産をすることが必要となっている。 【０００５】さらにまた、研究、設計、開発部門と生産
技術部門、生産現場、物流ロジスティクスの同時進行の
ため、同一データベース上、同一システム管理上での作
業に対応することが必要である。従来のＮＣ機械等は単
なる通信機能は有しても組み替え等の適応性や、統合的
管理、また下層レベルの生産現場全体の生産や状態に対
応することができず、極めて非効率的、非人間的なシス
テムであった。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、複数のアクチュエータを連結することで
構成されるアクチュエータシステムにおいて、 前記各ア
クチュエータは、自己の動作制御を行うコントローラを
備え、前記各コントローラは、動作制御を行う当該アク
チュエータを同定するＩＤコードを記憶するＩＤ記憶手
段を備えるとともに、当該アクチュエータシステムを統
括制御するマスターコントローラとの間で信号の授受を
行う通信手段を備えることを特徴とする。 【０００７】 【０００８】 【作用】本発明に係るアクチュエータシステムでは、ア
クチュエータ構成体を構成する個々の要素に各々コント
ローラを設け、各コントローラが自己認識できるように
したので、アクチュエータ構成体の組み替えを容易に行
うことができる。 【０００９】 【実施例】本発明は、特願平４−４４９７５号、特願平
４−１９７１７８号、特願平５−１６８２３５号、特願
平５−１６８２３２号、特願平５−２８０１２４号と関
連している。特願平５−２８０１２４号に開示された技
術は、本発明とともに用いたり、複合したり、一体にし
たりするものであり、当然、当業者によって予測される
作用効果も本発明になり得る。 【００１０】一般的には、ＣＩＭ（Computer Integrate
d Manufacturing ）の利用者は、自社の商品を効率的に
生産するために、ＣＩＭ、ＦＡ（Factory Automation）
の運用手段についての研究開発を行っている。当社（エ
スエムシー株式会社）が行うその研究開発に対する仕事
としては、ＣＩＭの利用者に対して当社で製造する、例
えば、アクチュエータを利用したＣＩＭ、ＦＡの為にそ
の部品をシステムに組み込むための（開発の）支援協力
が主体となる。 【００１１】この支援協力の手段として、実際のアクチ
ュエータをＣＩＭ、ＦＡに対し構成し易い形、適切な性
能、それに適した製造方法、供給方法、手段、互換性、
メインテナンス性を有するものとする。 【００１２】そして、これらのアクチュエータ自身がそ
の支援協力手段を持つのみならず、当社と他のユーザ、
協力者との間、および他の会社の内部での発注、製造、
管理、計画、組合せがやり易いよう取り扱われるシステ
ム（例えば、企業間勘定システム、企業間物流システ
ム、企業間設計共同作業ネットワークコンピュータシス
テム）に適することが必要である。そのための技術的装
置（コンピュータネットワーク、ＥＷＳネットワーク管
理システム、組立モジュール管理プロセッサ、それらの
ネットワーク管理ソフトウエア、ＯＳ）、組立、加工、
倉庫、物流システムのインテリジェントネットワーク
（ＷＡＮ、ＬＡＮ、ＬＯＮ（例えば、特公表３−５０４
０６６号、３−５０５６４２号））、そしてそれらのマ
ンマシンインタフェース、さらに、異なる工場間、異な
る部門間、異なる企業間、異なる地域、国の間の異なる
システム、管理ＣＩＭ、ＦＡシステムをソフトウエアや
プログラムやキャラクタの想定のみならず、その管理方
法、データ構造、データ形式、ファイル構造、ファイル
形式、データベース管理方法、発注システム等のインタ
フェースを合わせる手段を有する。これらの手段（プロ
トコル、データ構造等）は、検索構造すべてを管理し、
合わせ、時によっては双方ともに適当な対応修復を行
う。 【００１３】前記の目的のために、 Ａ. アクチュエータ構造体、およびその構成部品（モー
タ、ボールねじ、タイミングベルト、ベアリングボック
ス、ベベルギヤボックス、センサ、プーリ、遠隔もしく
は直角動力伝導ＨＳＴ（Hydro Static Transmission
（アキシャルピストン形油圧ポンプモータ式））等）を
全て形状、取り付け、穴位置、幅等が規格化、互換性を
有するブロック構造もしくはモジュール構造とすること
により、それぞれが独立して使用できるし、それらを組
み立てることができる。また、取り付けも基本寸法を共
通化することにより統一される。 Ｂ. 各部材の、その製造方法、製造経過、検査結果およ
びその設計方法、取扱方法、それに接続される他部材お
よび全体構成（階層構造）をデータ化し、その部材の使
われ方のデータを全てコード化し、半導体回路等の回路
手段や生物分子回路手段の人工的、疑似生物的回路によ
るアーティフィシャルライフと呼ばれる突然変位、交
差、自然淘汰を有するＧＡ（二重螺旋構造、三重螺旋構
造等の螺旋構造により好適に実施される Genetic Algor
ithm）、磁気的記録媒体や分子構造（核の配置等の）に
よるコード（ＤＮＡ）の形に記憶させる。そしてそれら
の組合せのデータを各部材が有するように、例えば、バ
ーコード、メタルコード（磁性、非磁性によるパター
ン）、また、金属の表面にダイレクトレーザトリミン
グ、もしくはリソグラフィ法によるパターン（これら
は、電気、電子回路、メモリ、ＣＰＵ、プログラマブル
システムを有し、金属の表面の凹部に加工され、その表
面は金属表面と面一になるようコーティングする）を作
成し、それらを記憶させたコード媒体は、部材の内部や
表面にカプセルやテープ状のもので張り付ける。 【００１４】もちろん、各部材のデータは管理コードに
よって他のコンピュータ上に管理データとして全て蓄
え、コードによって引き出すことができる。 【００１５】ところで、このような構成にしたのでは管
理コンピュータやそのためのシステムのある場合にのみ
利用可能で、現場で緊急時に利用することはできない。 【００１６】よってこれらのコード読み取り器を現場に
持って行き、または、現場に必要に応じて配置したり、
ロボットやアクチュエータに内蔵もしくは、予め決めら
れた取り着け手段によって配置され、その場でその部材
の経歴、処理、再構成のための対応を実行する自己再生
手段を有する部材、アクチュエータ等の機能が必要であ
る。 【００１７】そのために、アクチュエータの制御装置が
モータや電磁弁の種類に対して自由度、置換、組み替え
ができるようにし、アクチュエータの Identification
（同定）が自己および周囲から、さらには相互にできる
手段を設ける（バーコード、メモリカード、ＲＡＭ、Ｅ
ＰＲＯＭ、演算装置、マイクロウエーブ等によるワイア
レスＩＤモジュール等）。 【００１８】そして、各アクチュエータが個々にコント
ローラを有し、ネットワーク通信手段によって統合化さ
れ、それらはいくつかの機械的に統合されたアクチュエ
ータグループ、いくつかの相関的に作業、関連するアク
チュエータグループ、もしくはそれらが統合化されＦＭ
Ｓに各アクチュエータが負荷、生産工程、および変更、
最適化に従って再配置、再構成されるアクチュエータ群
およびそのセル化、グループ化、ユニット化されたもの
とする。さらに、これがネットワーク手段によって統合
化される各セル、グループ、ユニット、各アクチュエー
タは、ネットワーク上のネットワークアドレスやネット
ワークコントロールプロセス管理体によって管理され、
必要に応じて資源やアドレス、その他が再構成される。
それらは、ネットワークが作動していてもなされる。ネ
ットワーク管理はＵＮＩＸ等にインプリメントされてい
るＬＡＮコントロール（ＮＦＳ等のネットワークプロト
コルＴＣＰ／ＩＰ）やＭＡＰ等においてコントロールさ
れる。ローカルコントローラのプログラムも上位、中
位、下位、並列の他のコントローラから適宜初期ロー
ド、再ロードされる（ロードは、ダウンロード、アップ
ロードされる）。本システムに現れる部品、アクチュエ
ータ構造体、ＣＰＵ、コンピュータネットワーク、ネッ
トワーク群、アクチュエータ、モータ、シリンダ、コン
トローラ等がアドレスとして世界絶対アドレスをアドレ
ス設定承認管理配布機構によって世界唯一のアドレスを
供給する。 【００１９】この絶対アドレスは、４８ビット、６４ビ
ット、９６ビット、１２８ビットアドレッシングまたは
適宜のアドレッシングであり、必要に応じて与えられ
る。 【００２０】各コントローラは各アクチュエータの構造
体の内部に配置され、好適には外に突起が出ないように
形成されている。構造体は規格にあった、もしくは、標
準化（特願平４−１８０１３３号）されＴスロットを有
したアクチュエータ構造体、構造部材である。各構造部
材は各コントローラに関連する信号線、ネットワーク用
配線およびワイヤレス結合がなされ各、また、ブロック
も流体結合し、プロファイル内の孔部、溝部、内部、外
部に付帯される。また、空気通路をその利用に供する。
各アクチュエータまたは構造体は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、
ＦＲＰ、ＣＦＲＰ、３次元織物からなるＦＲＰ、ＣＦＲ
Ｐ、コンクリート、セラミック、焼結金属等からなる機
械的相互結合と共に相互もしくは一方のみについて相互
に拘束されている時、固定、相対運動をする結合におい
て、信号、電源、空気圧等を送ったり送られたりする機
能を有する。また、各構造体は、プリズム、ビームスプ
リッタ、反射板による光路によって全てを結合する伝送
路およびその複合伝送路を有し、光伝送路は光ファイバ
の代わりに水、油、空気伝送路を利用してもよい。 【００２１】アクチュエータ構造体の相関の拘束を与え
る直線や回転のガイド手段はアクチュエータの構造部
材、構造体本体に直接構成される。 【００２２】信号系は、バス、光通信、ワイヤレス通
信、マイクロウェーブ、超音波通信により行われる。電
気パワーは、トロリーガイド、回転ブラシ、コロブラシ
により集電される。光電池等によって伝送されるマイク
ロウエーブ等によってパワーと信号を一体として伝送す
る。センサ、コントローラ、ドライブはマイクロウエー
ブ等からのパワーを使用もしくは電池を有してストレー
ジして使用する。 【００２３】各アクチュエータに対し、これらのステー
ションを一つもしくは二つ以上の規格化されたモジュー
ル回路、ボックスが配されている。 【００２４】また、各アクチュエータは、全ての制御機
能要素を有することができ、また、その制御機能要素の
一部を適宜選択して置換移設をすることができる。それ
は組立てる前でも途中でもその後でも実行できる。 【００２５】コントローラは、各制御のための電源（発
電機、化学電池、燃料電池、生体電池、内燃エンジン、
太陽電池、マイクロウエーブ）を有し、また、自立的に
制御ドライブすることもできる。また、コントローラは
流体圧制御の切り替え弁（パイロット式２方、３方、４
方、５方弁）を有したり、比例制御弁、ＰＷＭパルスバ
ルブやスクロールコンプレッサ等のコンプレッサ、真空
ポンプを個々または１台のスクロールコンプレッサの吸
気を真空発生に用いたものを配し、吸着式、冷凍式、中
空子式等、もしくはその組み合わせによる除湿装置（手
段）、デミスタ、疎水性セメントを一体ブロックにした
もの、ＦＲＬ（フィルタ、減圧弁、必要に応じてルブリ
ケータ、ピストン、スクロール、ベーンの増圧器、もし
くはポンプ）を有する。そしてまた、（コンプレッサ＋
ＦＲＬ）や（真空ポンプ＋真空圧力制御）のみでなく、
可変容量制御、インバータサーボ回転数制御によりＰＩ
Ａコントローラ付き、ディジタル表示付き、故障予知機
能付き、シリコンダイヤフラム圧力制御センサフィード
バック制御により、分散圧力制御装置を構成してよい。
電動アクチュエータと流体系を複合化して制御を行う各
コントローラは、電動アクチュエータとエアバランサ
（重りカウンタバランサ）との組合せが可能となってい
るもの、そして各アクチュエータや上位制御装置や上位
経営レベルコンピュータの中身を見たりデータを変更し
たりすることもできる手段（画面入力タッチパネルもし
くは Virtual Realityと Artificial Reality 等の入出
力装置（データグローブ、音声入力、脳波入力、出力等
のマンマシンインタフェース））を有し、カラーＬＣＤ
を有し、マイクロキーボードを有する。 【００２６】ここで、アクチュエータの構造の一例を図
と共に説明する。 【００２７】図１は、アクチュエータを用いた構成の一
例を示したものである。 【００２８】図１において、アクチュエータ１０が脚部
１６、１６の間に取り付けられている。前記アクチュエ
ータ１０には、メカニカルハンド１２（これは、エゼク
タ、供給弁、破壊弁、スイッチを有する吸着ハンドシス
テムでもよい）を駆動するためのシリンダ１４（これ
は、ボールねじ駆動、ストリングねじ駆動、（プラスチ
ック製多条ナット＋転造ねじ＋無潤滑）駆動、プラスチ
ックねじ駆動、チェンジナット方式送りねじ駆動、タイ
ミングベルト駆動、スチールベルト駆動、リニア電動駆
動アクチュエータでもよい）が取り付けられている。そ
して、一方の脚部１６には、前記アクチュエータ１０に
対するコントローラ１８、通信システム２０、電源２２
等が組み込まれている。 【００２９】このアクチュエータ１０とシリンダ１４と
の関係を図２に示す。 【００３０】アクチュエータ１０には移動体２４が収納
されており、この移動体２４に対してシリンダ１４が取
り付けられている。アクチュエータ１０の移動体２４
は、アクチュエータフレーム２６内をシャフト２８およ
びガイド３０を介して案内され摺動するよう構成され
る。そして、移動体２４には、電源制御部３２とコント
ローラ３４とが実装され（この電源制御部３２とコント
ローラ３４とは一体にしてもよい。なお、ＣＰＵ（ＲＩ
ＳＣ、ＤＳＰ、マルチＣＰＵ）、多層基板を一体としさ
らにＤＳＰによって作動させると高速制御になる）、そ
の電源制御部３２には、フレーム２６に設けられた電源
バス３６から移動体２４に設けられた電源用摺動部３８
を介して電力が供給される。また、ネットワーク通信手
段を有するコントローラ３４には、電源制御部３２から
の電力と、フレーム２６に設けられた光等を用いた非接
触の信号バス（図示せず）からの信号とが供給される。
なお、信号バスからの信号は、移動体２４に設けられた
信号受信部４０に供給される。 【００３１】電源制御部３２、コントローラ３４からの
信号は、コネクタ４２によってシリンダ１４に供給され
る。 【００３２】また、図３に他のアクチュエータ５０とそ
れに接続される脚部５２との関係を示す。 【００３３】この例では、アクチュエータ５０は、モー
タ５４と移動体５６とフレーム５８とコントローラ６０
とから構成され、移動体５６には信号接続用の接点６２
が設けられ、フレーム５８の端部には、信号接続用の信
号バス６４が露出している。そして、信号バス６４と脚
部５２のバス６６とはそれらが結合される際に接続され
る。コントローラ６０には、必要に応じて、各アクチュ
エータやセンサ、自己診断モニタ、故障診断モニタ、上
位制御装置や上位経営レベルコンピュータの中身を表示
できるディスプレイ６８を設けたり、ディスプレイ６８
に表示させるデータを取り出すための信号を入力したり
する入力手段を設ける。一方、脚部５２にはコントロー
ラ７０を設け、コントローラ７０にもコントローラ６０
と同様にディスプレイ７２等を設ける。なお、このディ
スプレイ６８、７２は必要に応じてコントローラ６０、
７０の表面と面一に収納することが可能なように構成す
ることができる。さらに、コントローラ６０、７０に
は、図４に示すように、フロントパネル７４を設け、こ
れに各部材の全てのデータを記憶すると共に識別用のＩ
Ｄを有するカード７６を挿入できるようにする。なお、
フロントパネル７４には、周知のバーコードリーダ、デ
ータキャリアの書き込み、読み込み手段を設けることも
できる。 【００３４】以上のようなコントローラ３４、６０、７
０を有するアクチュエータ１０等は、図５に示すように
組み立てることができる。先ず、脚部８０の下部には基
台８２が設けられ、これには、マスターコントローラ８
４が設置される。脚部８０に設けられたスレーブコント
ローラ８６はマスターコントローラ８４とバスで結合さ
れる。さらに、アクチュエータ８８、９０のコントロー
ラ９２、９４にもバスによりマスターコントローラ８４
からの信号を伝達する。この、マスターコントローラ８
４の制御下でスレーブコントローラ８６、９２、９４、
９６が制御される。 【００３５】次に、柱状部材（脚部等）やアクチュエー
タ等を組み合わせた構成体について説明する。 【００３６】図６において、周知もしくは剛性を高めた
補助ジョイントを有するアクチュエータの構成体１１０
は、作業工程に応じて、第１セクション１１２と、それ
に併設される第２セクション１１４とから基本的に構成
され、第１セクション１１２にはベルトコンベア１１６
が併設されている。図６において、シリンダとして記載
されたものは電動アクチュエータや他のアクチュエータ
を使用してもよい。互換性のあるアクチュエータを適宜
用途に合わせて用いることにより、構成体の再構成、構
築が容易になる。 【００３７】第１セクション１１２には、アクチュエー
タ１１８の一端部にアクチュエータ１１８の上面と面一
に配設されたモータボックス１２０および表示部を有す
るコントローラ１２２が設けられている。このモータボ
ックス１２０およびコントローラ１２２は、これらが配
設されるアクチュエータ１１８の上面と面一に形成する
ことにより、他の部材に取り付ける際の互換性を有する
と共に、形状がコンパクトであるためスペースの有効利
用を図ることができる。従って、図中に示す他のモータ
ボックス１２４、１２６等においても、配設されたアク
チュエータの上面と面一に形成することが可能である。 【００３８】第２セクション１１４は、アクチュエータ
１２８、１３０に併設されたバランサ１３２がそれぞれ
対向して立設され、併設されたアクチュエータ１２８、
１３０およびバランサ１３２の移動体１３４、１３６に
は、アクチュエータ１３８の両端部がそれぞれ連結され
る。アクチュエータ１３８は併設されたアクチュエータ
１２８、１３０およびバランサ１３２に対してそれぞれ
略直交すると共に、略水平状態を保持して連結される。
アクチュエータ１３８の移動体１４０にはアクチュエー
タ１４２が連結され、アクチュエータ１４２の移動体１
４４にはロッドの先端部にメカニカルハンド１４６が接
続されたシリンダ１４８が連結されている。第１セクシ
ョン１１２と第２セクション１１４とが連結される部位
およびその長手方向に指向してアクチュエータ１５０、
１５２が連設され、アクチュエータ１５０、１５２の移
動体１５４、１５６にはそれぞれ位置決め用のシリンダ
ロッドを有するシリンダ１５８、１６０が連結されてい
る。 【００３９】一方、第１セクション１１２と連設してベ
ルトコンベア１１６が設けられ、その連設部位には、制
御システムへの入出力装置としての機能を有するプログ
ラミングキーボード１６２、１６４が設けられている。
このプログラミングキーボード１６２、１６４は、柱状
部材１６６に対して着脱自在に取着され、構成体１１０
内に組み入れられた各種機器、具体的には各種アクチュ
エータ１６８、１３８、１４２、１２８、１３０、１５
０、１５２、バランサ１３２、シリンダ１５８、１４
８、１６０、メカニカルハンド１４６、およびベルトコ
ンベア１１６等を制御システムにより統括的に管理させ
ることができる。なお、制御システムを構成する各種コ
ントローラ、プロセッサ、および、例えば、光信号、電
気信号、流体圧信号等からなる各種信号の伝達回路は、
前述したように、それぞれアクチュエータ１６８等およ
び柱状部材１６６の内部に収納される。 【００４０】この場合、流体圧（空気、油圧、その他の
流体）を利用したアクチュエータはバルブやそのコント
ローラ、通信回路が一体化され、省スペース化、小型化
が図られ、配管の省略化により、高効率、低損失にな
る。電動アクチュエータも、ドライバ、コントローラ、
通信回路が一体化されることにより同様の効果が得られ
る。 【００４１】特にシリンダは、低摩擦シリンダやブレー
キ付きシリンダを使用するとよりその効果を増す。ま
た、摺動部に超高分子ポリエチレン（ＰＥ）を用いるこ
とができる。また、トライ・テック・ワン（Ｔ．Ｔ．
Ｉ）（大同メタル工業製（ＣＡＴＮｏ．２０５０ ９
３．９ ３０，０００ＰＮ））の如く、すべりところが
しをハイブリッドしカムフォロアのごとく使用したり、
さらには回転ベアリングを直線ベアリングに展開して直
線リニアガイドとして直接使用する直線ガイドを用いる
ことができる。緊急時や停電時のシリンダロックは安全
性を向上させる。また、空気圧シリンダを位置、速度、
加速度、力、圧力フィードバック制御やフィードフォワ
ード制御を行うことにより、より高速なサーボシリンダ
ができる。電動アクチュエータも同様、ブレーキを付
け、低摩擦直線ベアリングガイド、高精度ギヤ、ベル
ト、ベアリングを使用してインテリジェント化ができ、
電動アクチュエータ、シリンダと共に同様の効果が得ら
れる。 【００４２】各アクチュエータ構造体は配線、信号、動
力（パワー）等は必要に応じてコネクタによる接続、信
号のシリアル伝送化がなされている。 【００４３】特に、流体圧供給は自立分散型の組立、加
工セルを構成するべく独立のコンプレッサ、増圧器（Bo
oster ）、真空ポンプ、燃料発電機を有する低レベル
（０．５〜１．２kg／cm² 程度のタービン型大容量圧縮
器）の工場集中圧力源をローカルに必要とする場合、
３．５kg／cm² 、７kg／cm² と昇圧を必要に応じて行え
ばよい。また、空気圧の分配には、切換弁と圧力制御弁
（減圧弁）とフィルタ、必要であればルブリケータを一
体化した圧力制御切り換え弁ユニットを使用する。これ
によりメンテナンスが容易になる。また、これらの切換
弁、圧力制御弁には圧力モニタセンサ、圧力スイッチを
内蔵させる。 【００４４】これらのセル、加工ユニットは、流量計、
圧力計等がディジタル化されており、また、アクチュエ
ータ、制御装置、弁、動力発生制御装置と一体化されて
いる。また、Active Noise Controlをしてより一層消音
をする。 【００４５】もちろん、故障検知機構を圧力、流量、応
答時間、電流値、コイルのインピーダンス、振動解析、
ノイズ解析によって行い、故障の予知に供する。 【００４６】これらのセルはＣＩＭを利用しさらにはＡ
Ｉ（Artificial Intelligence ）等でセルの組立、構成
の設計を行い、機器の自動選定、発注を行い、空気圧回
路、電気回路、ネットワーク回路、シーケンス回路、こ
れらのプロシージャ（Procedure ）、フローチャート、
プログラムを自動的に制作、変更する。 【００４７】これらの加工セルは、材料の素地そのまま
でも良いが、より人間的な作業環境としては白系、乳白
色の塗装、もしくは有色アルマイト処理を行って全体と
して明るいイメージの色、色調、明度とし、色の配色や
色のポイントの組合せを全体として人間の精神、人間工
学、感性工学に健康なものになるよう自動設計（ＡＩや
３次元ＣＡＤ、ＣＡＥ）する。 【００４８】さらには、人間の嗅覚のために排気を周囲
に出さないことや出したとしても活性炭入りのフィル
タ、サイレンサ、ウレタンチューブ、ナイロンチュー
ブ、弁、シリンダ、補器、プラスチックまたはそれが保
有する吸臭体のプラスチックによって臭いを取り除くと
共に上記部材に匂いの物質入りマイクロカプセルや匂い
物質を有する微小粉体や液体によって柑橘系や香水等の
香りを発生させる。 【００４９】また、アクティブノイズコントロールや各
構造体、アクチュエータのＴスロットや振動体の接合部
に緩衝部材を入れたりして、人間の不快な音（周波数）
を小さくするようにする。これらの選択、自動設計は、
前記ＣＩＭ、ＡＩ、ＣＡＥシステムで行われる。この場
合、３次元モデルによる音場解析によってインテンシテ
ィやモーダル解析もしくは実験データからの振動モデル
とシミュレーションモデルを検証して行われる。 【００５０】また、各表示器は全体のラインの状態、Ｃ
ＩＭによる検査、出荷のカウントの状態を表示できる。
また、この加工ラインの利益率をも表示し、ライン、セ
ルの財務的管理も行う。 【００５１】また、管理者、作業日程、緊急対応のヘル
プ機能を有する。 【００５２】特に、エアチャック、真空ハンドを有する
エンドエフェクトはＡＣサーボモータアクチュエータ、
ＡＨＣ（Auto Hand Changer ）、ＡＴＣ（Auto Tool Ch
anger ）の手段を有し、且つ、その接続は、自動結合コ
ネクタによって行われる。制御信号、検知信号は双方向
もしくは片方向の組合せで相互にシリアル手段によって
行う光通信用コネクタや空間伝送でも良い。無線でも良
い。電力と信号を両方向一体に送れるマイクロウエーブ
でも良い。 【００５３】エアもしくは電力はチェック弁付きコネク
タや自動開閉器付きコネクタによって、自動着脱が行わ
れる。ハンド自身にシリアル通信機能付き電磁弁マニホ
ールドもしくはシリアル通信機能付き弁や分散通信機能
は電動アクチュエータコントローラ／ドライバを内蔵さ
せる。これにより、ＡＨＣの結合部の配線、配管が少な
くなり、配線、配管一体ワイヤリング、コネクタ等によ
ってもノイズが減り、接点が減少し信頼性が向上する。
そして、ハンド部の配線、配管が減少し軽量化される。 【００５４】これらのアクチュエータ（電動アクチュエ
ータ、シリンダ）のサーボ系は振動解析、モーダル解析
等によって解析し、最適解を求める。振動音もボールね
じ、ベルト音、ガイドの音、フレームの振動、組合せ構
造体の振動特性を考慮して設計、プログラム化される。
学習機能や、現代制御理論によって動作途中に最適化し
ても良い。 【００５５】振動解析においては、位置、速度、加速
度、加速度の微分をフィードバックもしくはフィードフ
ォワードによって制振する。 【００５６】次に、前記構成体１１０が全体において複
数の工程を有し、独立した生産ラインとして機能する場
合について説明する。 【００５７】図７に示すように、倉庫１７０より無人車
１７２およびベルトコンベア１１６を介して図示しない
ＩＤモジュールを備えた部品パレット１７４が搬送され
る。この部品パレット１７４は、構成体１１０の第１セ
クション１１２に搬入され、所定の工程が施される。な
お、ワーク１７６おいて同様にＩＤモジュールが備えら
れているものとする。その後、図示しない搬送手段を介
して部品パレット１７４を第２セクション１１４に搬入
する。第２セクション１１４においては、所定の工程が
施された後、所定の生産ライン全工程を終えてさらに他
の工程に搬送される。 【００５８】一方、アクチュエータの構成体１１０の各
セクションが独立した生産ラインとして機能する場合に
ついて説明する。 【００５９】図７において、アクチュエータ１１８は第
１のアクチュエータコントローラ２００により、アクチ
ュエータ１６８、シリンダ１７８および吸着用パッド１
８０は第２のアクチュエータコントローラ２０２によ
り、アクチュエータ１８２およびバランサ１３２は第１
のバランサコントローラ２０４によりそれぞれ制御され
る。さらに、第１のアクチュエータコントローラ２００
および第２のアクチュエータコントローラ２０２および
第１のバランサコントローラ２０４は、それぞれマルチ
バス１８４を介して第１の多軸コントローラ２０６に接
続され、一つの作業単位として統合的に制御される。ま
た、アクチュエータ１５０およびシリンダ１５８は、第
３のアクチュエータコントローラ２０８により制御さ
れ、マルチバス１８４を介して第２の多軸コントローラ
２１０に接続され、一つの作業単位として統合的に制御
される。 【００６０】このように、構成体１１０における第１セ
クション１１２の統合的制御は、電気信号、光信号、無
線通信等を利用したＬＡＮにより第１の多軸コントロー
ラ２０６および第２の多軸コントローラ２１０に接続さ
れた第１の管理用マイクロプロセッサ２１２を介して行
われる。 【００６１】構成体１１０における第２セクション１１
４において、前記と同様に、アクチュエータ１３８は、
第４のアクチュエータコントローラ２１６により、アク
チュエータ１４２、シリンダ１４８およびメカニカルハ
ンド１４６は第５のアクチュエータコントローラ２１８
により、アクチュエータ１５２およびシリンダ１６０は
第６のアクチュエータコントローラ２２０により、アク
チュエータ１２８およびバランサ１３２は第２のバラン
サコントローラ２２２により、アクチュエータ１３０お
よびバランサ１３２は第３のバランサコントローラ２２
４によりそれぞれ制御される。さらに、第２のバランサ
コントローラ２２２および第３のバランサコントローラ
２２４はアクチュエータ１３８を水平状態に保持しなが
ら略鉛直方向に移動させるためにそれぞれローカルコン
トローラ１８６に接続され、統合同期制御が行われる。
第４および第５のアクチュエータコントローラ２１６、
２１８およびローカルコントローラ１８６は、それぞれ
マルチバス１９６を介して第３の多軸コントローラ２２
６に接続され、一つの作業単位として統合的に制御され
る。従って、第２のセクション１１４における統合的制
御も、電気信号、光信号、無線通信を利用したＬＡＮに
より第３の多軸コントローラ２２６および第４の多軸コ
ントローラ２２８に接続された第２の管理用マイクロプ
ロセッサ２３０により行われる。なお、これらの第１乃
至第６のアクチュエータコントローラは、それぞれバラ
ンサコントローラとして機能することも可能であり、一
方、第１乃至第３のバランサコントローラはアクチュエ
ータコントローラとして機能することも可能である。 【００６２】次に、ベルトコンベア１１６は、ベルトコ
ンベア用コントローラ１８８により制御され、無人車１
７２および倉庫１７０はそれぞれ図示しない制御装置、
制御システムにより制御される。 【００６３】第１の管理用マイクロプロセッサ２１２お
よび第２の管理用マイクロプロセッサ２３０、ベルトコ
ンベア用コントローラ１８８および無人車１７２、倉庫
１７０の各制御装置（図示せず）は、それぞれ電気信
号、光信号、無線信号等を利用したＬＡＮによりネット
ワーク化されており、相互に自由に情報を伝達すること
ができ、このため、独立した生産ラインとしてのアクチ
ュエータの構成体１１０の統合的な制御システムを構成
することができる。 【００６４】このＬＡＮネットワークには、同等の生産
ラインとしてのアクチュエータの構成体１１０の制御シ
ステムにとどまらず、他の生産、管理、情報、通信、制
御システムが接続されて、より大規模な統合生産管理シ
ステムが構築される。例えば、ＬＡＮネットワークにＦ
Ａ、ＣＩＭに見られるような上位の経営コンピュータと
して働く生産管理用コンピュータ１９０を接続し、さら
に大規模な統合生産システムのネットワークの一部とし
てもよい。この場合、ＣＩＭにより管理された工程、発
注システムに応じて発注、工程管理、組立、加工、搬送
手順とそれに伴う各アクチュエータ、センサ、パレッ
ト、ロボット、制御装置等制御対象を上記工程に従って
作動させるよう適宜プログラム手順もしくはプログラム
編集をリアルタイムで行う。 【００６５】これらのシステムのユーザインタフェース
としては、図６に示すようなプログラミングキーボード
１６２、１６４等の入出力装置１９２、１９４が用意さ
れている。これらの入出力装置１９２、１９４は、ＲＳ
２３２Ｃ、ＲＳ４２２Ｃ等の汎用インタフェースや電気
信号、光同軸通信、無線信号等によるＬＡＮおよびマル
チバス、イーサーネット、トークンリンクにより自由に
各コントローラ、プロセッサ、コンピュータ等に接続す
ることができる。また、上位のＣＩＭコンピュータやコ
ントローラ、プロセッサ等に接続可能な入出力装置また
は汎用インタフェースが用意されている、この場合、コ
ントロールプログラムの編集、作成、変更、ダウンロー
ド、アップロード、入出力等の作業全体を上位のＣＩＭ
コンピュータだけにとどまらず、各コントローラ、プロ
セッサ、コンピュータ等で行うことが可能である。さら
に、任意のコントローラ、プロセッサ、コンピュータに
アクセスすることが可能である。この場合、マルチナ
ス、ＬＡＮを介して通信を行っても良いが、それぞれす
べてのコントローラ、プロセッサ、コンピュータを互い
にネットワークにより直接的に連結しても良い。また、
ソフトウエア的に仮想ネットワークにより直接に連結し
てもよい。また、障害発生時等に自動的に経路変更して
もよい。そして、各コントローラ、コンピュータ、入出
力装置は、状況に応じてマスタ、スレーブを変えること
ができるようにすることにより、故障時、ネットワーク
ダウン時の防御機構とすることができる。これにより、
作業現場における全体の制御、管理情報の監視、操作が
可能になり、作業性の向上のみならず各作業、工程管理
におけるシステム全体の統合性を保存した独立個別制御
が可能となる。これは、システム全体の柔軟性を高める
こととなり、システム変更、保守、多品種少量生産に非
常に有効である。 【００６６】なお、上記のようなアクチュエータの構成
体に用いるアクチュエータの他の形状を図８乃至図１０
に示す。 【００６７】図８に示すアクチュエータ２５０は、基本
的にはモータ２６２と移動体２５６とフレーム２５８と
コントローラ２６０とから構成されている。この場合、
移動体２５６とモータ２６２はカバー２５２で覆われて
おり、フレーム２５８の端部はエンドカバー２５４、２
５４により蓋がされている。また、コントローラ２６０
はフレーム２５８に収納されるように構成され、着脱自
在に構成されている。このコントローラ２６０の表面に
は、ディスプレイ２６８が設けられており、さらにディ
スプレイ２６８の表示内容を選択したりする入力手段２
６４が設けられている。このアクチュエータ２５０にお
いては、カバー２５２がモータ２６２の部分で高くなっ
ているが、コントローラ２６０の表面と面一にしてもよ
い。 【００６８】図９においては、コントローラ２７４、２
７６をアクチュエータ２７０の端部に着脱自在に取り付
けるようにしたものであり、コントローラ２７４、２７
６は、シングルもしくはダブルで取り付け可能である。
例えば、シングルの場合には、コントローラ２７４がア
クチュエータ２７０を制御し、ダブルの場合には、アク
チュエータ２７０、２７２各々を二つのコントローラ２
７４、２７６で制御するようにしたものである。これら
のコントローラ２７４、２７６は通信ラインによりシー
ケンサもしくはメインコントローラ２７８に接続され、
それからの制御信号によりアクチュエータ２７０、２７
２を制御するように構成される。 【００６９】図１０に示すアクチュエータ２８０は、ペ
ルチェ式冷却方式等の放熱部２８２を有した特殊形状の
コントローラ２８４を備えたものである。 【００７０】 【００７１】アクチュエータの構成要素は規格化された
アクチュエータ構造部材、ジョイント、アダプタ、コン
トローラ配線、コネクタであることから、ＣＡＤ、ＣＡ
Ｍ、ＣＡＥをコンピュータ上で操作ハンドリングがで
き、３次元データとして表示したり、拡大、縮小した
り、詳しく見たり、各部の設計を行うことができ、そし
て、ＣＩＭ全体、現場、物流、開発を含めてシミュレー
ション（構造解析、流体熱解析、機構解析、プラスチッ
ク流動解析等）もでき、全体として工場、企業のコンカ
レントエンジニアリングができる。そしてまた、そのま
ま物理的な構造体、アクチュエータが制御部周辺を含め
て部品のＮＣによる製作、製造、製作構築をすることが
でき、さらに、統計的データベースを使用し、見積もで
きる。ＬＡＮが下層までできているので、各アクチュエ
ータからのセンサ信号を全体の経営レベルまで含めて合
理的に管理できる。 【発明の効果】以上のように構成することにより、各コ
ントローラがＩＤ記憶手段に記憶されたＩＤコードから
各アクチュエータを同定することができるため、アクチ
ュエータを組み替えてアクチュエータシステムを再構成
することが極めて容易になる。また、各アクチュエータ
は、個々のコントローラによって分散して所定の制御を
行うことができる一方、マスターコントローラがそれら
の処理を統括して制御することができるため、複雑な処
理を負荷の少ない状態で遂行することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係るアクチュエータシステムを示す図
である。 【図２】アクチュエータの構造を示す断面概略図であ
る。 【図３】アクチュエータと脚部の関係を示す図である。 【図４】コントローラの構成を示す図である。 【図５】コントローラを有するアクチュエータの組立説
明図である。 【図６】アクチュエータの構成体を示す図である。 【図７】図６に示すアクチュエータの構成体の機能を説
明する図である。 【図８】アクチュエータの構成を示す図である。 【図９】アクチュエータとコントローラの接続形状を示
す図である。 【図１０】コントローラの特別な形状を示す図である。 【符号の説明】 １０、５０、８８、９０、１１８、１２８、１３０、１
３８、１４２、１５０、１５２…アクチュエータ １４、１４８…シリンダ １６、５２…脚部 １８、３、６０、７０、９２、９４、１２２…コントロ
ーラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 19/18 - 19/46 H02P 5/00 H02P 6/00 - 6/02 H02P 7/00 - 7/01 H02P 9/00 - 9/48

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】複数のアクチュエータを連結することで構
   成されるアクチュエータシステムにおいて、 前記各アクチュエータは、自己の動作制御を行うコント
   ローラを備え、前記各コントローラは、動作制御を行う
   当該アクチュエータを同定するＩＤコードを記憶するＩ
   Ｄ記憶手段を備えるとともに、当該アクチュエータシス
   テムを統括制御するマスターコントローラとの間で信号
   の授受を行う通信手段を備え ることを特徴とするアクチ
   ュエータシステム。