JPH04165996A - リニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般的にいえば１組立ライン等ＦＡ市場で用
いられるリニアアクチュエータに関するもので、さらに
具体的にいえば、主にステッピングモータを駆動源とし
、エンドエフェクタを載置可能として、且つ直線方向に
案内された移動体を前記ステッピングモータが発生する
駆動力によって移動させるリニアアクチュエータに関す
る。

［従来の技術］ 従来より組立ライン等ＦＡ市場で用いられるリニアアク
チュエータの駆動制御方式は、ＤＣモータを用いた閉ル
ープ制御方式やステッピングモータを用いた開ループ方
式が採用されている。

これらの駆動制御方式の内で、リニアアクチュエータの
低価格化を図る場合は、後者のステッピングモータを用
いた開ループ制御方式が用いられている。

°一方、これらのモータが発生する駆動力が伝達される
リニアアクチュエータの移動体には、ワーク搬送用のハ
ンド等リニアアクチュエータの使用目的に沿ったエンド
エフェクタが装着される。

第７図は、従来例のリニアアクチュエータの制御装置を
ブロック化して示したもので、外部制御装置３（例えば
プログラムシーケンサ）からリニアアクチュエータ制御
装置１に入力された歩進命令信号がインターフェース回
路４で適切なレベルに変換後、演算処理回路５に入力さ
れる。

演算処理回路５には教示装置８によって予め一連の移動
位置座標が記憶されており、前記歩進命令によって順次
モータ励磁電流制御回路６に所定数の駆動パルスを送り
込む。

モータ励磁電流制御回路６では所定の励磁パターンを発
生し、運転中の脱調を回避するため十分余裕をもった駆
動力が得られるように駆動源のステッピングモータ９に
通電する励磁電流を制御している。

ステッピングモータ９が発生ずる駆動力は適切な伝達手
段を介して移動体１１が直線移動を行うように伝達され
、この移動体１１に装着されたエンドエフェクタ１２に
よって利用者の所望の作業を実行する。

従って、ステッピングモータ９の停止点においては発熱
防止や省電力化を目的として励磁電流の低減が行われる
ことがあってもエンドエフェクタ１２による作業中に脱
調現象を生じないように移動体１１の停止位置保持力が
保証されている。

このようなリニアアクチュエータを利用した作業の一例
として所定の搬送作業行程の中に第５図に示すようにワ
ークの整形作業（例えば電磁ワイヤの整形作業等）を行
うものがある。

第５図（ａ）でエンドエフェクタとして搭載されたハン
ド１２°に把持された治具１７と基部１８ａと先端部１
８ｂより成るワーク１８の位置決めが完了すると、リニ
アアクチュエータによって比較的低速度でＸ方向に治具
１７の移動が開始される。

このとき、移動体の位置保持力が前述のようにステッピ
ングモータ９の安定点における静止トルクによって強め
られているため、整形作業によってワ−り１８に余分な
力が加えられ、同図（ｂ）に示すようにワーク１８の先
端部１８ａの整形がなされた後も持続するときには、ワ
ーク１８が破損してしまうという不都合があった。

従って、従来のリニアアクチュエータを用いて」二連の
整形作業を行う場合はエンドエフェクタに特別に余力を
吸収する機構を設ける必要があり。

結果的にシステム全体として高価なリニアアクチュエー
タを用いる必要があった。

［発明が解決しようとする課題］ このような不都合を生じる理由としては９次の点が考え
られる。

■ステッピングモータを駆動源とした従来のリニアアク
チュエータでは、移動体の停止位置確保に重点が置かれ
９位置保持力に柔軟性を兼ね備えていないこと。

上述のような整形作業にも適したリニアアクチュエータ
を安価に実現するためには、移動体の停止位置保持力に
柔軟性を付加することが必要である。

■また。移動体の停止位置保持力に柔軟性を付加するこ
とによって生じる位置ズレを補正する機能を兼備するこ
とが必要である。

本発明は従来の上記した課題（問題点）を解決するよう
にしたリニアアクチュエータを提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明では、上記課題を解決するために、基本的にはス
テッピングモータの励磁電流を種々選択可能とするモー
タ励磁電流設定手段を設りるようにしたものである。

なお、移動体の位置の補正を行うために位置検出器を設
けるようにすることもできる。

［作用］ ステッピングモータの励磁電流設定手段を用いて励磁電
流を種々変更することにより、ステ・ンピングモータの
駆動力を伝達されたリニアアクチュエータの移動体の停
止位置保持力に柔軟性を付加され、その結果、意識的に
ステッピングモータに脱調現象を生じさせて種々の保持
力で規制された移動軸方向の作業を行うことができるよ
うにしている。

また、この停止位置におけるステッピングモータの脱調
現象による位置ズレを補正したい場合。

このズレ景を位置検出器で検出して補正する機能ももた
ぜている。

「実施例］ 以下第１図〜第６図に示す本発明の一実施例により本発
明を具体的に説明する。

各図において、従来のものと対応する部分については第
７図と同一の符号を付して示した。

第１図は１本発明の一実施例としてリニアアクチュエー
タ制御装置のブロック図を示すもので。

第７図の構成との相違点はモータ励磁電流設定手段７と
位置検出器１０とを設けた点である。

同図において、外部装置３（例えばプログラムシーケン
サ）からリニアアクチュエータ制御装置１に入力された
歩進命令信号がインターフェース回路４で適切なレベル
に変換後、演算処理回路５に入力される。

演算処理回路５には教示装置８によって予め一連の移動
位置座標が記憶されており、前記歩進命令によって、順
次モータ励磁電流制御回路６に所定数の駆動パルスを送
り込む。

モータ励磁電流制御回路６では所定の励磁パターンを発
生し、運転中の脱調を回避するため十分余裕をもった駆
動力が得られるように駆動源のステッピングモータ９に
通電する励磁電流を制御している。

ステッピングモータ９が発生する駆動力は適切な伝達手
段を介して移動体１１が直線移動を行うように伝達され
、一方１位置検出器１０から演算処理回路５に対するフ
ィードバック信号も考慮されて、教示装置８によって教
示・記憶されている所定の位置に位置決めされる。

一７＝ 位置決め終了後２この移動体］１に装着されたエンドエ
フェクタ１２によって利用者の所望の作業を実行する。

このとき、演算処理回路５はモータ励磁電流設定手段（
例えば複数ビット構成によるコード発生スイッヂ）７の
電流設定値を読み込んて電流指令をモータ励磁電流制御
回路６に送り込む。

一般的にステッピングモータの停止位置における最大静
止トルク特性は第４図のようになり、励磁電流■５の値
によって同図のように変化する。

ステッピングモータの移動子（ロータまたはムーバ）に
安定点を基点として△θの変位が与えられると励磁電流
丁。によって決定される最大トルクが発生し、さらに変
位が与えられると不安定点を超えて次の安定点に停止す
る。

つまり励磁電流ＴＥ−１１のとき、Ｔ＝１’、の最大ト
ルクが得られ、励磁電流１．−Ｔ２のとき。

Ｔ−Ｔ２の最大トルクが得られことになる。

このような特性を有しているステッピングモータを駆動
源としたリニアアクチュエータの概略構造を第２図に示
す。

同図で駆動源のステッピングモータ９の回転軸に取り付
けられた駆動プーリ１４の外周に、モータが発生する駆
動力を移動体１１に伝達する伝達手段としてワイヤ１６
が巻き付けられており、その一端が移動体１１に結合さ
れている。

また、ワイヤ１６のもう一端も、アイドラプーリ１５を
介して移動体１１に結合されている。

この結果、ステッピングモータ９が発生する回転運動が
移動体１１に伝達され、略０．０１．／ステツプ　の分
解度で移動体１１に直線運動を行わしめるように構成し
た案内棒１３ａ、１３ｂによって移動体１１が直線的に
移動可能となっている。

移動体１１には、所望の作業を行わせるために利用者が
夫々の目的に適したハンド等のエンドエフェクタ１２を
装着する。

このリニアアクチュエータを用いて、移動軸方向の動作
力を用いて整形作業を行う様子を第５図に示す。

同図（ａ）でハンド１２゛に把持された治具１７が、所
定の位置決め終了後ワーク１８に向かってＸ方向に移動
を開始する。

（ｂ）図のようにワークの先端部１８ａに対する整形が
進行すると共にＲ方向の力が治具１７を把持しているハ
ンド１２′つまり移動体１１に対して加わる。

このとき、伝達手段のワイヤ１６を介して移動体１１に
加えられたＲの方向の力がステッピングモータ９に伝達
されるが、前述のようなステッピングモ〜り９の発生ト
ルクが予め所定の最大１〜ルクに規制されるように励磁
電流■５を設定しておけばＲ方向の力によって概略分解
度にステッピングモータの励磁相数を乗じた量の脱調を
引き起こし、移動軸方向の動作力が規制される。

このような作業が終了した後、移動体１１の位置を補正
したい場合は第１図に示した位置検出器１０を用いて整
形作業中の脱ｔｌｌｉを検出し、その検出量を演算処理
装置５ヘフイードバツクすることによって次の位置決め
点へ移動させるための駆動パルス数の増減を行い脱調量
を補正することが可能となる。

位置検出器１０は一例として光学式エンコーダを用い、
第２図に示すようにステッピングモータの回転軸へ結合
することによって間接的に移動体１１の位置を検出する
ことが可能であるが、第３図のように直線駆動機構部の
端部の予め計測済み位置にリミットスイッチや光センサ
のような位置検出器１０を設け、整形作業を終了後、−
旦移動体１１を位置検出器１０が動作するまで移動させ
ることによって脱調量を直接的に知ることができ。

その量を第２図の例と同様に補正可能となる。

なお１以上の実施例はステッピングモータ９に回転型モ
ータを用い、その発生力を伝達手段を用いて間接的に移
動体１１に伝達する場合について説明したが、第６図に
示すリニアステッピングモータを用いて構成したリニア
アクチュエータにおいても同様の効果を発揮できる。

この場合、モータのムーバが直接移動体１１”となり、
励磁コイル２０に通電する励磁電流を可変とすることに
よって、第４図と類似の推力特性が得られる。

また１位置検出器は、ステータ１つと平行に光学式リニ
アエンコーダを設けてもよいし、第３図と同様にステー
タ１９の一端の予め計測済み位置にリミットスイッチや
光センサのような位置検出器を設けてもよい。

「発明の効果］ 本発明は上記のように構成されるので１次のような優れ
た効果を有する。

■ステッピングモータの励磁電流設定手段を用いて励磁
電流を種々変更することにより、ステッピングモータの
駆動力を伝達されたリニアアクチュエータの移動体の停
止位置保持力に柔軟性が付加され、その結果、意識的に
ステッピング・モータに脱調現象を生じさせて種々の保
持力で規制された移動軸方向の作業ができるようになっ
た。

■また。この停止位置におけるステッピングモータの脱
調現象による位置ズレを補正したい場合。

このスレ量を位置検出器で検出して補正する機−１２〜 能を存することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の具体的な実施例を示すもので
、その内、第１図は本発明によるリニアアクチュエータ
の制御回路を示すブロック線図。 第２図は本発明によるリニアアクチュエータの概略構造
の第−例を示す斜視図、第３図は本発明によるリニアア
クチュエ〜りの概略構造の第二例を示す斜視図、第４図
はステッピングモータの最大静止トルク特性を示す特性
図、第５図（ａ）。 （ｂ）は本発明のリニアアクチュエータを用いた応用作
業を説明する要部縦断正面図、第６図はリニアステッピ
ングモータを示す斜視図である。 第７図は従来例のリニアアクチュエータの制御回路を示
すブロック線図である。 ３：外部制御装置 ５：演算処理回路 ６：モータ励磁電流制御回路 ７、モータ励磁電流設定手段 ８　教示手段 ９：ステラピンクモータ ］０：位置検出器 ］１：移動体 １２：エンドエフェクタ 出願人　　　　日本サーボ株式会社 代理人　　　　弁理士　　斎藤春弥 ほか１名 −゛に０ぐｄ■−のｄ臣 ■） へ −一　　へ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　ステッピングモータを駆動源とし，このステッピ
   ングモータの励磁電流値を可変制御する駆動電流制御手
   段と，エンドエフェクタとを載置可能とした移動体の直
   線移動を可能とする案内機構と，このステッピングモー
   タの発生力を前記移動体に直接または間接に伝達する手
   段とを備えたリニアアクチュエータにおいて，前記駆動
   電流制御手段によって前記ステッピングモータの励磁電
   流を変更して所定の移動行程における前記移動体の移動
   軸方向の位置保持力を可変とし，移動体に所定の位置保
   持力を超える負荷が与えられたときにステッピングモー
   タを脱調させて移動体の移動軸方向の動作力を規制する
   ようにしたことを特徴としたリニアアクチュエータ。
2. ２．　前記移動体の位置を直接または間接に検出する手
   段を設けて前記ステッピングモータの脱調量を検出し，
   その検出量をもとに移動体の停止点における位置を補正
   する機能をもたせるようにした請求項１記載のリニアア
   クチュエータ。