JP4763935B2 - 多軸制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣモータ等の制御用モータの複数を駆動制御する多軸制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多軸制御装置は、例えば特開平５−５３６２２号公報において示されたように、産業ロボット用のものが知られている。即ち、各軸を制御するための３個のモータ毎に各々、電流センサ、位置センサを備え、コントロール回路によって各モータの作動順序や作動量等の制御が行われるように構成されていた。又、既存の設備について制御用モータを追加したい場合があっても、後付けに大幅な改造が必要となるので、実質的に追加できないことが多かった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術では、複数個の、例えばＮ個のモータを使って多軸駆動させる場合、駆動回路はＮ個必要であるとともに、モータがＤＣモータではその配線は２Ｎ本必要になる。そのため駆動部が大型化し、駆動部と各モータ間の配線も太くなるという問題があった。多軸制御を多用する機械や設備では、その問題傾向が明確化するものであり、改善の余地があるように思える。
【０００４】
本発明の目的は、複数の制御用モータを用いて多軸制御を行わせる装置を、配線の大径化や装置の大型化を招くこと無く、コンパクトに構成できるようにする点にある。又、既存のハードに追加することで、制御軸数を容易に増やすことができるようにする点も目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の構成は、複数の制御用モータを駆動制御する多軸制御装置であって、複数の制御用モータのうちのいずれかの制御用モータへ択一的に電流供給するための切換手段を設け、複数の制御用モータのうちの駆動状態にある制御用モータで駆動される軸が目標位置にまで駆動され、該制御用モータの電流が所定値を越えると、前記切換手段を切換操作することにより、該駆動状態にある制御用モータ以外の制御用モータを駆動するように、複数の制御用モータに対する電流検出手段と切換手段とを連係する制御部を設けてある自動車の自動運転用の多軸制御装置である。
【０００６】
請求項１の構成によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、現に電流供給されて駆動状態にある制御用モータへの供給電流が予め設定された所定値以上か否かによって、他の制御モータを駆動する状態に切換えるか否かが決まるように制御作動されるようになる。例えば、制御用モータで駆動される軸等がストッパーで定められた所定の位置に到達してそれ以上動けなくなることにより、回転停止された制御用モータへの供給電流が一気に増大する現象を利用することで実現させることができる。
【０００７】
これによれば、電流検出手段によって駆動すべき制御用モータの切換時期が検出できるので、駆動される軸等の可動部の位置を検出する位置センサが不要になる。それによってモータ数の如何に拘らずに、制御用モータの駆動回路が単一で済ませることも可能になる。又、既存のハードにモータ及び切換接点を追加することで、多様な多軸制御に対応させることが可能になる。
【０００８】
請求項２の構成は、請求項１の構成において、切換手段を外部からの切換信号によって動作させることが可能に構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の構成によれば、詳しくは実施形態の項にて説明するが、切換手段を外部からの切換信号によって動作させることが可能であるから、例えば、自動車を車外からエンジンスタートさせるとか、部品倉庫に収容されている多種多様な部品の中から所望の部品を取出す制御を、倉庫外からのリモコン操作で行わせるといったことが可能になる。
【００１０】
請求項３の構成は、請求項１又は２の構成において、制御部を動作させるための電流が、制御用モータを駆動するための電流から供給されるように構成してあることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３の構成によれば、制御用モータの駆動切換機能を担う制御部の電源として、制御用モータを駆動させるための電源からの電流を共用するものであるから、各別に電源を用意する場合に比べて、設備構成の簡素化や小型化、或いはコストダウンを図ることが可能になる。これは、制御用モータ駆動用の電流の方が、制御部用の信号電流よりも大電流であることで可能となっている。
【００１２】
請求項４の構成は、請求項１〜３の構成において、制御用モータに並列接続されるコンデンサを設けてあることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の構成によれば、複数の制御用モータを同時駆動させることが可能になる。即ち、制御用モータに通電されることによって、その駆動されている制御用モータと並列に装備されたコンデンサに電荷を貯めることができるから、制御部が動作して他の制御用モータの駆動状態に切換えられても、暫くの間はコンデンサに貯えられた電荷によって駆動し続けることができるからであり、コンデンサが放電する迄の間は制御用モータの同時駆動が行えることになる。つまり、この発想を進めると、順次切換えて各モータに電流を供給することで同時に複数のモータの連続駆動が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
−第１実施形態−
図１に、本発明による多軸制御装置Ａの回路図が示されている。即ち、図示しない電源からの電圧が印加される陽極端子１と陰極端子２、第１モータＭ１、第２モータＭ２、電流検出手段３、信号保持部６と切換部７とを有した制御部４、及び切換スイッチ５から多軸制御装置Ａが構成されている。
【００１５】
電流検出手段３は、第１モータ（制御用モータの一例）Ｍ１又は第２モータ（制御用モータの一例）Ｍ２への供給電流値、即ち駆動トルクを検出することが可能であり、切換部７は、駆動すべきモータを選択する切換スイッチ（切換手段の一例）５の切換を実行する。信号保持部６は、切換信号を保持することで切換わった状態を維持させることが可能である。
【００１６】
陰極端子２には、両モータＭ１，Ｍ２の一方の電極が直接導通接続され、切換スイッチ５との間に電流検出手段３が介装されている陽極端子１には、両モータＭ１，Ｍ２の他方の電極が切換スイッチ５によって択一的に導通接続される。制御部４に対する電源は、モータＭ１，Ｍ２用の陽極及び陰極の端子１，２への供給電流を用いることで兼用構成しする構造である。尚、図１において、細線（実線）はモータ駆動用電流の経路を示し、一点破線は制御部４に対する制御電源としての経路を示している。
【００１７】
この多軸制御装置Ａによる制御回路の動作は次のようである。
（１） 陽極及び陰極端子１，２間（以下、モータ端子間と称呼する）に、図示しない電源から電圧が供給（印加）され、先ず第１モータＭ１が駆動される。
（２） 目標位置にまで駆動される等によって第１モータＭ１が回転停止し、第１モータＭ１に一定以上の負荷が作用すると、無負荷時のときの電流値を大きく上回る電流が第１モータＭ１に流れる。流れる電流値は、電流検出手段３によって検出され、増大した電流値が、予め制御部４等に記憶させてある閾値（所定値の一例であり、スレッシュホールドとも言う）以上になると、その情報が切換部７に伝達され、切換信号を出力して切換スイッチ５を切換操作する。
（３） モータ端子間に電圧は供給されたままであるため、即座に第２モータＭ２の駆動状態に切換わる。信号保持部６は、モータ端子間（制御部４）に一定電圧以上の電圧が印加されている限り、そのときの切換スイッチ５の状態を保持し、駆動すべきモータを第１モータＭ１から第２モータＭ２へ切換えた状態を維持することが可能となる。
【００１８】
このような多軸制御装置Ａは、例えば、自動車の自動運転ロボットにおいて、エンジンを始動させる制御手段として用いることができる。従来では、メインキーを回転させるという１軸動作のみでエンジン始動操作が実現できていたが、安全性や操作性向上の点から、近年ではメインキーを回転させ、かつ、スタートボタンを押すという２軸動作の車種が開発されてきている。これには、本発明の多軸制御装置Ａを用いるのが好適であり、先ず第１モータＭ１によってメインキーを回し、次いで、第２モータＭ２によってスタートボタンを押し操作させるのである。
【００１９】
このとき、図４に示すように、制御部４に作用して切換スイッチ５の切換操作が行える外部信号発生手段８（無線式又は有線式のリモコンスイッチ等）を設けて、外部からの切換信号によって切換スイッチ５を動作させることが可能に構成された多軸制御装置Ｃとしても良い。これにより、モータの切換えを従来と同様に行うことが可能であり、前記自動運転ロボット機能を備えた自動車を、車外からエンジンスタートさせる、といった制御に好適なものとなる。
【００２０】
他に、二輪車におけるエンジン始動も、メインキーを回し操作してからセルフスタートボタンを押し、スロットルを開く、というパターンが一般的であるから、この場合にも良好に適用させることができる。これ自動車や二輪車の開発時等におけるシャーシダイナモテスト等において、一定時間隔でエンジン始動させる試験等の設備として、本発明の多軸制御装置は有効である。
【００２１】
又、ヨーロッパ等では、カードを入れてからキーを回すことでエンジン始動させる車種もあり、このようにカード挿入操作とキー回し操作とが必要となる場合にも本発明の多軸制御装置が有効である。さらに、オートマチック車において、エンジンキー回し用の駆動回路を使う等により、アクセル、ブレーキ、クラッチとの切換操作が併用されるオーバードライブ用の自動運転制御にも、本発明の多軸制御装置を適用できる。
【００２２】
−第２実施形態−
図２に、図１に示すものに幾つかの部品を追加して再構成した状態の多軸制御装置Ｂの回路図が示されている。この多軸制御装置Ｂによれば、第１実施形態による多軸制御装置Ａの動作がそのまま行えるとともに、第２モータＭ２、第１モータＭ１の順で逆方向に順次動作（即ち、多軸制御装置Ａのその後の動作）させることが可能になる。
【００２３】
図１に対する追加部分は、第１〜第４ダイオードＤ１〜Ｄ４、コンデンサＣ１である。信号保持部６、切換部７の制御電源は、第１実施形態の場合と同様に、モータ端子間の電圧で行っている（共用している）ため、端子間電圧の極性に依存する。各ダイオードＤ１〜Ｄ４にて整流することにより、モータ端子間の電圧の極性に拘らず制御可能となる。又、電圧の極性を切換えた瞬時の制御電源は、コンデンサＣ１にチャージされた電荷により供給される。
【００２４】
前記第１実施形態による多軸制御装置Ａの動作（１）〜（３）に続くその後の動作は下記（４）、（５）である。
（４） モータ端子間に供給する電圧を瞬時に反転することにより、第２モータＭ２が逆方向に動作する。制御部４への電源は電圧反転時の過渡期もコンデンサＣ１で供給されるので、切換信号が保持されたままである。
（５） その後数秒間モータ端子間の電圧供給を断った後（コンデンサＣ１が放電し、制御部４への電源供給が無くなった後）、反転電圧をモータ端子間に印加すると、信号保持部６は信号保持を止め、切換スイッチ５は第１モータＭ１側に戻っているため、第１モータＭ１を逆転動作させることができるのである。参考に、これら一連の動作を表すタイムチャートを図３に示す。
【００２５】
図２仮想線で示すように、第１モータＭ１の両端にコンデンサ（又は電解コンデンサ）Ｃ２を並列接続することにより、駆動されるモータが第１モータＭ１から第２モータＭ２に切換わった後も、暫くは第１モータＭ１の駆動状態が続行されることが可能である。即ち、切換わった後に両モータＭ１，Ｍ２の同時動作が可能である。尚、コンデンサＣ２を第２モータＭ２に並列接続するとか、全てのモータＭ１，Ｍ２に接続したり、或いは３個のモータのうちの２個に並列接続させることも可能である。
【００２６】
〔別実施形態〕
《１》 以上の技術は、前述したオートマチック車のオーバードライブ動作に適用され、自動車自動運転ロボットを用いた運転試験及び当該ロボットのドライブ機構等にも適用が可能である。又、その他の市場においては自動倉庫（前後左右及び上下に品物を移動させる必要がある）等に適用できる。
《２》 つまり、例えば、品物を特定の場所に保管するとき、▲１▼品名または保管場所を指定すると、▲２▼品物はＸ軸方向の特定位置（Ｘｎ）に移動し、▲３▼次に、Ｙ軸方向の特定位置（Ｙｎ）まで移動し、▲４▼最後にＺ軸方向の特定位置（Ｚｎ）に移動後、▲５▼押圧手段によりラック上の指定された場所に押入される機構が知られている。ここに、本発明を適用すると、以下の動作が行われる。
【００２７】
▲１▼の指定によりモータ１が動作を開始し、
▲２▼の操作が行われ、Ｘｎに到達すると、そこに設けられた停止部材により品物が停止するとともに、モータ１の負荷変動による電流変化が生じ、モータ１からモータ２に切換わり、
▲３▼の操作が開始される。
【００２８】
同様の操作が、▲３▼から▲４▼でのＹｎ、▲４▼から▲５▼でのＺｎにおいても生じ、順次モータを切換えてゆく。
【００２９】
以上のような多軸操作においては、倉庫の拡大、ラックの追加に伴う移動方向の追加がよく起こりうるものであるから、既存のハードに外付け追加することで、制御軸数を容易に増やすことができる本発明は、特に有効である。
《３》 電流検出手段３は、前述のように複数の制御用モータに対して１個装備する構造の他、各制御用モータＭ１，Ｍ２毎に設ける構造を採ることも可能である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１に記載の多軸制御装置では、制御用モータへの電流値の多小、即ち制御用モータの負荷トルクの増大に伴って駆動すべき制御用モータを切換えるように作動させる工夫により、必要な機能を損なうことなく制御用モータの動作に関する位置センサの省略と、制御用モータ駆動用電力線数の削減とが行え、駆動回路の縮小化、配線の小径化や装置の小型化、並びにコストダウンも可能となる合理的なものとして提供することができた。又、制御部と切換手段とを付加することにより、既存の制御用モータ駆動回路に外付け状態で追加設定することにより、多軸駆動制御に対応可能となる付随効果もある。
【００３１】
請求項２に記載の多軸制御装置では、請求項１の構成による前記効果を奏するとともに、例えば、自動車のエンジンを先に始動させておき、実際に乗車するときには暖気運転が完了して直ぐに発進できる状態にしておく、といった具合に、多軸制御を行う機器をその外部から操作することにより、作業能率が向上し、かつ、便利に使用できるという利点が追加される。
【００３２】
請求項３に記載の多軸制御装置では、制御用モータの駆動回路用電流が制御部の信号電流よりも大電流であることを利用して、制御用モータの駆動回路用電源を、制御用モータの切換を行う制御部の電源に兼用させることにより、装置のより一層の簡素化や小型化が可能となり、請求項１又は２の構成による前記いずれかの効果を強化することができた。
【００３３】
請求項４に記載の多軸制御装置では、請求項１〜３の構成による前記いずれかの効果を奏するとともに、制御用モータにコンデンサを並列接続させる簡単な改造でありながら、制御用モータの同時駆動状態を現出させることが可能となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態による多軸制御装置を示す回路図である。
【図２】第２実施形態による多軸制御装置を示す回路図である。
【図３】図２に示す多軸制御装置のタイムチャートを示す図である。
【図４】外部から切換スイッチの操作が可能な多軸制御装置を示す回路図である。
【符号の説明】
３ 電流検出手段
４ 制御部
５ 切換手段
８ 外部信号発生手段
Ｍ１，Ｍ２ 制御用モータ
Ｃ２ コンデンサ

Claims (4)

1. 複数の制御用モータを駆動制御する多軸制御装置であって、
   前記複数の制御用モータのうちのいずれかの制御用モータへ択一的に電流供給するための切換手段を設け、
   前記複数の制御用モータのうちの駆動状態にある制御用モータで駆動される軸が目標位置にまで駆動され、該制御用モータの電流が所定値を越えると、前記切換手段を切換操作することにより、該駆動状態にある制御用モータ以外の制御用モータを駆動するように、前記複数の制御用モータに対する電流検出手段と前記切換手段とを連係する制御部を設けてある自動車の自動運転用の多軸制御装置。
2. 前記切換手段を外部からの切換信号によって動作させることが可能に構成されている請求項１に記載の多軸制御装置。
3. 前記制御部を動作させるための電流が、前記制御用モータを駆動するための電流から供給されるように構成してある請求項１又は２に記載の多軸制御装置。
4. 前記制御用モータに並列接続されるコンデンサを設けてある請求項１〜３のいずれか一項に記載の多軸制御装置。

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