JPH05240206A - 空気圧アクチュエータの位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置決め範囲の安定性およびスライダーによ
る応答性の向上をはかることを目的とする。 【構成】 空気管１６，１６ａの各々に設けられた圧力
センサー１５，１５ａおよび圧縮空気給排用の電磁弁１
７，１７ａと、圧力センサー１５，１５ａの出力信号お
よびエンコーダ１０の出力信号に基づいて電磁弁１７，
１７ａを、スライダー３の変位が目標値に近づくに従っ
てスライダー３の速度が低下するようにされた所定の指
令速度特性３２および目標値Ｂが中間に存在する停止範
囲ｅを定める所定の停止条件に基づいて制御する制御装
置２２からなり、停止範囲ｅを定める下限側停止条件３
３，３６を、スライダー３の速度が大きい程目標値Ｂか
らの偏差が大きくなるように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロッドレス型空気圧シ
リンダにて作動するロボットのワーク運搬部分等、ロッ
ドレス型空気圧シリンダを使用した空気圧アクチュエー
タのスライダーの位置決め方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に係わる従来技術としては、日本
機械学会主催 ロボティックス・メカトロニクス講演会
'９１論文集８３〜８６頁に記載の位置決め方法があ
る。空気圧アクチュエータは、１組のプーリーと、これ
らプーリーの１つに取り付けられた位置検出用のエンコ
ーダと、前記プーリー間に張設されたタイミングベルト
と、このタイミングベルトに連結されたスライダーを有
するロッドレス型空気圧シリンダと、このロッドレス空
気圧シリンダの両端に接続された空気管と、これら空気
管の各々に設けられた圧力センサーおよび圧縮空気給排
用の電磁弁と、前記圧力センサーの出力信号およびエン
コーダの出力信号に基づいて前記電磁弁を、前記スライ
ダーの変位が目標値に近づくに従ってスライダー速度が
低下するようにされた所定の指令速度特性および前記目
標値が中間に存在する停止範囲を定める所定の停止条件
に基づいて制御する制御装置とよりなる。そして、停止
範囲の上限停止条件は変位目標値に許容誤差を単純加算
したものであり、また下限停止条件も変位目標値に許容
誤差を単純加算したものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気圧
シリンダーのピストンの摩擦力が空気圧シリンダでの摩
耗や温度等の外乱影響を受けて変動することでピストン
速度、つまりスライダー速度が変動することおよび圧縮
性の空気を使用していることにより、下限停止条件を満
足したことに応答してスライダーを停止させる動作に入
ってもスライダーが停止範囲を越えてしまい、位置決め
に要する時間が長くなると言う問題があった。

【０００４】そこで、本発明は、スライダーが停止範囲
を越えることがなく、従って位置決めに要する時間が従
来技術よりも短くて済むようにすることをその技術的課
題とする。

【０００５】

【発明の構成】

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した本発明の技術的
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、少
なくとも１組のプーリーと、これらプーリーの少なくと
も１つに取り付けられた位置検出用のエンコーダと、前
記プーリー間に張設されたタイミングベルトと、このタ
イミングベルトに連結されたスライダーを有するロッド
レス型空気圧シリンダと、このロッドレス空気圧シリン
ダの両端に接続された空気管と、これら空気管の各々に
設けられた圧力センサーおよび圧縮空気給排用の電磁弁
と、前記圧力センサーの出力信号およびエンコーダの出
力信号に基づいて前記電磁弁を、前記スライダーの変位
が目標値に近づくに従ってスライダー速度が低下するよ
うにされた所定の指令速度特性および前記目標値が中間
に存在する停止範囲を定める所定の停止条件に基づいて
制御する制御装置とよりなる空気圧アクチュエータにお
ける前記スライダーの位置決め方法において、前記停止
範囲を定める下限側停止条件を、スライダー速度が大き
い程前記目標値からの偏差が大きくなるように設定した
ことである。

【０００７】

【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、スライ
ダーを停止範囲内に位置決めするためのスライダー停止
動作はスライダーの速度が大きければ大きい程目標値か
らの偏差が大きい段階から開始し、従来技術よりも早目
に停止動作に入ることおよび早目の程度がスライダー速
度に比例的てあることから、停止範囲を越えることが解
消する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について添付図面に基づいて詳細に説明する。

【０００９】図１において、１はロッドレス型空気圧シ
リンダ、２はシリンダ外部のシリンダ可動部、３はスラ
イダーである。

【００１０】シリンダ内部にはピストン４が移動可能に
配置され、このピストン４とシリンダ可動部２にはそれ
ぞれ図示しない磁石が組み込まれ、それらの磁気結合に
よりピストン４の移動に伴ってシリンダ可動部２が移動
する構造である。

【００１１】ロッドレス型空気圧シリンダ１の両端はフ
レーム５に固定された側板６に支持されている。シリン
ダ可動部２にはスライダー３が固着されている。スライ
ダー３は、フレーム５に対して固定関係にあるガイドレ
ール７上を摺動するガイドベアリング８により支持され
ている。スライダー３の上側に位置する上面板９の両端
はフレーム５の両端に下端を固定された側板６，６の上
端に固定されている。

【００１２】上面板９にはプーリー１２，１３が回転自
在に軸により取り付けられている。

【００１３】プーリー１２，１３間にはタイミングベル
ト１１が張設されている。タイミングベルト１１はスラ
イダー３と連結されており、スライダー３の変位に伴っ
てタイミングベルト１１も変位するような構造になって
いる。プーリー１２，１３の少なくとも一方、例えばプ
ーリー１３はタイミングベルト１１に対しスリップが発
生しない係合関係とされ、その回転軸にはエンコーダ１
０が連結され、スライダー１１の変位をエンコーダー１
０により検出できるようになっている。

【００１４】空気圧シリンダ１の両端には圧縮空気を給
排するための分岐管１４，１４ａを接続し、これらの分
岐管１４，１４ａには圧力センサ１５，１５ａおよびチ
ューブ１６，１６ａがそれぞれ接続され、チューブ１
６，１６ａの末端は電磁弁１７，１７ａに接続されてい
る。電磁弁１７，１７ａはチューブ１６，１６ａを給気
口１８，１８ａと排気口２０，２０ａに択一的に連通制
御するためのもので、給気口１８，１８ａは圧縮空気の
供給配管１９と接続されている。また、排気口２０，２
０ａにはサイレンサ２１，２１ａが取付けられている。

【００１５】制御装置２２には、圧力センサ出力信号線
２３、位置センサ出力信号線２４、電磁弁駆動電力線２
５が接続されている。

【００１６】図２は制御装置２２の構成の概略を示すブ
ロック図であり、２６はＣＰＵ、２７はアップダウンカ
ウンタ、２８はＡ／Ｄ変換器、２９は電磁弁駆動回路、
３０はメモリ、３１はＩ／Ｏである。

【００１７】制御装置２２において、ＣＰＵ２６の指令
の下に電磁弁駆動回路２９により電磁弁１７，１７ａに
通電されると電磁弁１７，１７ａが排気状態となり、電
磁弁１７，１７ａに接続しているシリンダ室内の圧力が
低下する。通電しない状態では電磁弁１７，１７ａは給
気状態となり、接続されている図示しないロッドレス型
空気圧シリンダ１のピストン４の両端側の各シリンダ室
の空気圧力は増加し供給圧に達する。

【００１８】ロッドレス型空気圧シリンダ１の各シリン
ダ室の圧力は圧力センサ１５，１５ａ、圧力センサ出力
信号線２３、Ａ／Ｄ変換器２８により測定される。

【００１９】スライダー３の位置は、エンコーダ１０，
位置センサ出力信号線２４，アップダウンカウンタ２７
により測定される構造である。

【００２０】図１に示すロッドレス型空気圧シリンダ１
の位置決め装置において、ＣＰＵ２６による制御特性、
つまりスライダー３と変位の速度の関係を図３に示す。
この図３において、横軸のＸはピストン４の変位（スラ
イダー３の変位）、縦軸のＡはピストン４の速度（スラ
イダー３の速度）、Ｂはピストン４の目標値（スライダ
ー３の目標変位）、ｅはピストン４の目標変位（スライ
ダー３の目標変位）に関する許容誤差、３２は指令速度
直線である。この指令速度直線３２は式〔Ａ＋ＣＸ＝
０〕で表される。ここでＣは定数であり、実験を通して
求め設定したものである。３３〜３６は停止条件直線
で、３３は式〔Ｂ−ｅ−Ｓ・Ｘ〕により、３４は式〔Ｂ
＋ｅ〕により、３５は式〔Ｂ−ｅ〕により、３６は式
〔Ｂ＋ｅ＋Ｓ・Ｘ〕によりそれぞれ表される。３３，３
６は下限停止条件を、また３４，３５は上限停止条件を
それぞれ示す。

【００２１】スライダー３が指定された目標値Ｂに対し
て−側に存在する場合はスライダー３を図１において右
方へ変位させる必要がある。このことをＣＰＵ２６がエ
ンコーダ１０からの出力信号に基づいて検出し、ＣＰＵ
２６が電磁弁１７ａの排気状態にする指令を出す。従っ
て電磁弁１７ａが排気状態となり、図１でピストン４の
右側の空気圧力が低下するのでピストン４が図１で右方
へ摺動し、磁石力結合されたスライダー３がピストン４
に追従する。ＣＰＵ２６は圧力センサ１５，１５ａから
の出力信号によりピストン４の両側の圧力差を検出し、
それをピストン速度（スライダー速度Ａ）に換算する。
そして、ＣＰＵ２６はスライダー３の変位Ｘと速度Ａが
図３の指令速度直線３２に対して上側にあるか下側にあ
るかを判別し、上側にある場合は電磁弁１７ａを排気状
態とし、また下側にある場合は電磁弁１７ａを給気状態
とすることによって、スライダー３の速度Ａが図３の指
令速度直線３２に合致するように制御する。ここで、電
磁弁には動作遅れがあるので、実際のスライダー速度は
図３に示したように階段状となる。

【００２２】スライダー３の変位が目標値Ｂに近くな
り、スライダー３の変位が停止条件直線３３と３４との
間に入った時はＣＰＵ２６は電磁弁１７ａを給気状態に
保持する。従来技術では停止条件直線３３が図３に破線
で示したようであったのに対し、本実施例では停止動作
のタイミングが従来技術よりも早目となるので、スライ
ダー３のオーバーラン現象が改善される。

【００２３】スライダー３を図１で左方へ変位される場
合は停止条件直線３５，３６が使用される。その詳細は
上記説明から理解できると思うので省略する。

【００２４】図４，図５はそれぞれスライダー３の制御
特性の第２，第３の実施例を示したものである。図４で
は図３の指令速度直線３２および停止条件直線３３に対
応するもの、つまり電磁弁１７，１７ａの給気状態，排
気状態を決める基準として、式〔Ｂ＋ｅ＋ｆ（Ａ）＝
０）で表される２次曲線としたものであり、図３の場合
に比べてより滑らかに制御できる。図５では電磁弁１
７，１７ａの給気状態，排気状態を決める基準として階
段状の線（図３の指令速度直線３２および停止条件直線
３３に対応するもの）としたもので となる。従って、切換条件値Ｙは図中のＸ１，Ｘ２の間
の割合を変化させることで見かけ上、直線または曲線で
も可能になるのでビット指令を行うこともできる。

【００２５】また、重量物の運搬など予めオーバーラン
の恐れのあるものに関して速度にかかる速度係数Ｓは傾
きを大きくすることによりオーバーランを防止すること
が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上、述べたように本発明においては、
停止範囲を定める下限側停止条件を、スライダー速度が
大きい程前記目標値からの偏差が大きくなるように設定
したので、スライダーを停止範囲内に位置決めするため
のスライダー停止動作はスライダーの速度が大きければ
大きい程目標値からの偏差が大きい段階から開始し、従
来技術よりも早目に停止動作に入ることおよび早目の程
度がスライダー速度に比例的てあることから、停止範囲
を越えることが解消すると言う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された一実施例を示す空気圧シリ
ンダを組み込んだ位置決め装置および制御装置の外観図
である。

【図２】本発明が適用された一実施例の制御装置内のブ
ロック図である。

【図３】本発明が適用した一実施例の位置決め停止条件
を示すものである。

【図４】本発明が適用した他の実施例の位置決め停止条
件を示すものである。

【図５】本発明が適用した他の実施例の位置決め停止条
件を示すものである。

【図６】従来、適用したスライダーの変位と速度の関係
を示すものである。

【符号の説明】

１ 空気圧シリンダ ２ シリンダ摺動部 ３ スライダ ４ ピストン ５ フレーム ６ 側板 １０ エンコーダ １１ タイミングベルト １２ プーリー，１３ プーリー １４ 分岐管，１４ａ 分岐管 １５ 圧力センサ，１５ａ 圧力センサ １６ チューブ，１６ａ チューブ １７ 電磁弁，１７ａ 電磁弁 １８ 給気口，１８ａ 給気口 １９ 供給配管 ２０ 排気口，２０ａ 排気口 ２１ サイレンサー，２１ａ サイレンサー ３２ 指令速度直線 ３３，３６ 下限停止条件 ３４，３５ 上限停止条件 Ａ ピストンの速度（スライダーの速度） Ｂ ピストンの目標値（スライダーの目標値） ｅ ピストンの目標変位（スライダーの目標変位）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１組のプーリーと、これらプ
   ーリーの少なくとも１つに取り付けられた位置検出用の
   エンコーダと、前記プーリー間に張設されたタイミング
   ベルトと、このタイミングベルトに連結されたスライダ
   ーを有するロッドレス型空気圧シリンダと、このロッド
   レス空気圧シリンダの両端に接続された空気管と、これ
   ら空気管の各々に設けられた圧力センサーおよび圧縮空
   気給排用の電磁弁と、前記圧力センサーの出力信号およ
   びエンコーダの出力信号に基づいて前記電磁弁を、前記
   スライダーの変位が目標値に近づくに従ってスライダー
   速度が低下するようにされた所定の指令速度特性および
   前記目標値が中間に存在する停止範囲を定める所定の停
   止条件に基づいて制御する制御装置とよりなる空気圧ア
   クチュエータにおける前記スライダーの位置決め方法に
   おいて、 前記停止範囲を定める下限側停止条件を、スライダー速
   度が大きい程前記目標値からの偏差が大きくなるように
   設定したことを特徴とする空気圧アクチュエータの位置
   決め方式