JPH06221307A - 空気圧シリンダの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンの始動開始までの時間が短く、次の
目標位置への位置決め時間を短くすること。 【構成】 内部にピストン１が介挿され、ピストンの動
きに磁気的に連動する位置センサ２１を配置したスライ
ダ２を有する磁気式ロッドレス空気圧シリンダ３と、シ
リンダ３の両端に設けた空気管４Ｌ、４Ｒと、各空気管
４Ｌ、４Ｒにそれぞれ配設された圧力センサ５Ｌ、５Ｒ
と、各空気管４Ｌ、４Ｒを介してピストン１によって分
割された左右の部屋３Ｌ、３Ｒへの空気圧の給気量およ
び排気を制御する電磁弁６Ｌ、６Ｒと、次の移動位置へ
の移動に先立ち予めピストンの静止摩擦力に相当する圧
力差より低い目標圧力差を形成するために、電磁弁６
Ｌ、６Ｒの給排を制御するためのコントロール信号を出
力するコントローラ７と、コントローラ７からのコント
ロール信号に基づき電磁弁の駆動信号を出力する電磁弁
駆動回路８とから成る空気圧シリンダの制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ピストンにより分割さ
れた左右の部屋に供給される空気圧を電磁弁により制御
される空気圧シリンダにおいて、次の移動位置への移動
に先立ち予めピストンの静止摩擦力に相当する圧力差よ
り若干低い目標圧力差に制御する空気圧シリンダの制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の空気圧シリンダの制御装置（特開
平４−２０３６０６）は、図５に示されるように、位置
決めが完了した停止時にはピストンＰにより分割された
シリンダＣ内の左右の部屋ＬＣ、ＲＣの圧力が同一であ
り、次の目標位置に移動する場合はこの圧力差が無い状
態から電磁弁Ｍにより左右の部屋に移動に必要な圧力差
を形成した後にピストンＰが移動するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の空気圧シリ
ンダの制御装置は、停止時においてはピストンＰにより
分割されたシリンダＣ内の左右の部屋ＬＣ、ＲＣの圧力
が同一で、圧力差が無い状態であり、次の目標位置に移
動する場合は制御装置Ｓからの制御信号により電磁弁Ｍ
が制御され、圧力差が無い状態からピストンＰとシリン
ダＣとの静止摩擦力に打ち勝つ圧力差になって初めてピ
ストンＰが移動し始めるので、ピストンＰの始動開始ま
での遅れが大きく、次の目標位置への位置決め時間が長
くなるという問題が有った。

【０００４】そこで本発明者らは、次の目標位置への移
動に先立ち予めピストンとシリンダとの静止摩擦力に相
当する圧力差よりは若干低い圧力差を形成しておくとい
う本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ね
て、ピストンの始動開始までの時間が小さく、次の目標
位置への位置決め時間を短くするという目的を達成する
本発明に到達した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の空気圧シリンダ
の制御装置は、ピストンにより分割された左右の部屋に
供給される空気圧を電磁弁により制御される空気圧シリ
ンダにおいて、次の移動位置への移動に先立ち予めピス
トンの静止摩擦力に相当する圧力差より若干低い目標圧
力差を形成する制御信号を出力するコントローラと、コ
ントローラからの制御信号により前記左右の部屋の圧力
を予め前記目標圧力差に保つべく供給空気圧を制御する
電磁弁とから成るものである。

【０００６】

【作用】上記構成より成る本発明の空気圧シリンダの制
御装置は、コントローラが次の移動位置への移動に先立
ち予めピストンの静止摩擦力に相当する圧力差より若干
低い目標圧力差を形成する制御信号を出力し、電磁弁が
コントローラからの制御信号により供給空気圧を制御す
ることによって左右の部屋の圧力を目標圧力差に維持す
るものである。

【０００７】

【発明の効果】上記作用を奏する本発明の空気圧シリン
ダの制御装置は、ピストンによって分割されたシリンダ
の左右の部屋の圧力が予めピストンの静止摩擦力に相当
する圧力差より若干低い目標圧力差に維持されているの
で、直ちにピストンの静止摩擦力に相当する圧力差に制
御されるため、ピストンの移動開始までの時間が短く、
次の目標位置への位置決め時間を短くするという効果を
奏する。

【０００８】

【実施例】以下本発明の実施例につき、図面を用いて説
明する。

【０００９】（第１実施例）第１実施例の空気圧シリン
ダの制御装置は、図１ないし図４に示すように内部にピ
ストン１が介挿され、ピストンの動きに磁気的に連動す
る位置センサ２１を配置したスライダ２を有する磁気式
ロッドレス空気圧シリンダ３と、シリンダ３の両端に設
けた空気管４Ｌ、４Ｒと、各空気管４Ｌおよび４Ｒにそ
れぞれ配設された圧力センサ５Ｌ、５Ｒと、各空気管４
Ｌおよび４Ｒを介してピストン１によって分割された左
右の部屋３Ｌおよび３Ｒへの空気圧の給気量および排気
を制御する電磁弁６Ｌおよび６Ｒと、電磁弁６Ｌおよび
６Ｒの給排を制御するためのコントロール信号を出力す
るコントローラ７と、コントローラ７からのコントロー
ル信号に基づき電磁弁の駆動信号を出力する電磁弁駆動
回路８とから成り、ピストン１の位置を制御することに
より、磁気的にスライダ２の位置決めを行うものであ
る。

【００１０】空気圧シリンダ３は、中空円筒体３０で構
成され、ピストン１により面積Ａ１およびＡ２（Ａ１＝
Ａ２）の左右の部屋３Ｌおよび３Ｒを有し、両端におい
てフレーム３Ｆに固定された側板３Ｐによって支持され
るとともに、分岐管３Ｄが配設され、分岐管３Ｄに圧力
センサ５Ｌ、５Ｒと空気管４Ｌ、４Ｒとが配設されてい
る。

【００１１】空気圧シリンダ３の中空円筒体３０の外部
には、磁石ｍを組込んだシリンダ可動部３１が配設さ
れ、ピストン１の移動に応じて磁気的結合によりシリン
ダ可動部３１の移動を可能にする構成より成る。

【００１２】スライダ２は、ロの字状部材２０で構成さ
れ、フレーム３Ｆ上に配設されたガイドレール２Ｇ上を
摺動するガイドベアリング２Ｂ上に載置されるととも
に、前記シリンダ可動部３１を内蔵固着しており、ピス
トン１の移動に応じたスライダ２の移動を可能にする構
成より成る。

【００１３】位置センサ２１は、スライダ２のロの字状
部材２０の後方上部に配設された非接触位置センサで構
成され、前記側板３Ｐの後方上部関節軸に架設したスケ
ール２Ｓに一定の距離を置いて対向しており、スライダ
の現在位置を非接触で検出するものである。

【００１４】電磁弁６Ｌおよび６Ｒは、空気管４Ｌ、４
Ｒを介して空気圧シリンダ３の左右の部屋３Ｌおよび３
Ｒに連絡しているとともに、給気口は空気圧の供給配管
５１に連絡しており、排気口５２にはサイレンサ５３が
配設されている。

【００１５】コントローラ７は、図１に示すように位置
センサ２１に接続したアップダウンカウンタ６１と、左
右の圧力センサ５Ｌ、５Ｒに接続したＡ−Ｄ変換器６２
と、ＲＯＭ−ＲＡＭおよびＩ／Ｏ（図示せず）を具備し
たＣＰＵ６３とから成り、従来の位置決め用コントロー
ル信号に加え、次の目標位置に移動するに先立ち始動信
号発生時までピストンの静止摩擦力に相当する圧力差Ｐ
ｃの約７０％を中心とする一定範囲内の目標圧力差に維
持するための目標圧力差用コントロール信号を出力す
る。

【００１６】上記目標圧力差用コントロール信号は、始
動信号発生時の約０．５sec 前から始動信号発生までの
間の圧力差Ｐｃの７０％を中心にして±２０％の範囲で
振れる鋸歯状のコントロール信号であり、図３に示すＣ
ＰＵ６３のＲＯＭに予め格納されたフローチャートに従
い出力されるものである。

【００１７】すなわち、フローチャートに従ってＣＰＵ
６３は、まず停止が完了すると次の目標位置への移動方
向である動作方向が正か負かを判別し、移動方向を考慮
して目標圧力Ｐｏ又は−Ｐｏを目標圧力差Ｐｃ′に設定
して指令する。

【００１８】次に左右の圧力センサ５Ｌ、５Ｒの検出圧
力Ｐｉ（ｉ＝１、２・・・）読み取り、上記目標圧力差
Ｐｃ′である指令圧力と圧力センサ５Ｌ、５Ｒによる実
際の検出圧力Ｐｉとの差ΔＰを演算し、図３のフローチ
ャート中に示された関係式に従い電磁弁６Ｌおよび６Ｒ
の給排気時間ｔ_v を演算する。その結果、圧力差Ｐｃの
７０％を中心にして±２０％で振れる鋸歯状のコントロ
ール信号が作成される。

【００１９】上述の様な鋸歯状の変動を繰り返す中で次
の目標位置に位置決めするための始動開始信号が出力さ
れると、上記鋸歯状のコントロール信号から、上述の特
開平４−２０３６０６に詳細に示される様に、空気圧シ
リンダ３の摩擦力を推定し、左右の部屋３Ｌおよび３Ｒ
の差圧に対し前記推定した摩擦力に相当するオフセット
値として付加質量、加速度からなる慣性力と、検出した
変位、速度とから成る所定の条件式に従い電磁弁の給排
気を切換制御するための位置決め用コントロール信号に
変更して出力するものである。

【００２０】上記構成より成る第１実施例の空気圧シリ
ンダの制御装置は、ある目標位置への移動が完了した
後、次の目標位置へ移動する上述の一定時間前になる
と、次の目標位置への移動方向が判別され、左右の圧力
センサ５Ｌ、５Ｒによって検出された左右の部屋３Ｌお
よび３Ｒの圧力Ｐ１およびＰ２、検出時点には圧力Ｐｉ
と目標圧力差Ｐｃ′との差ΔＰを演算する。さらに電磁
弁６Ｌおよび６Ｒの給排気時間ｔ_v が演算され、圧力差
Ｐｃの７０％のレベルである目標圧力差Ｐｃ′を中心に
して±２０％の範囲内で振れる鋸歯状の目標圧力差用コ
ントロール信号がコントローラ７から出力され、このコ
ントロール信号に基づき電磁弁６Ｌおよび６Ｒの給排気
時間ｔ_v が制御され、シリンダ３内の左右の部屋３Ｌお
よび３Ｒの圧力が図４の目標圧力差Ｐｃ′を中心とする
鋸歯状の波形となり一定範囲内に維持される。

【００２１】この状態において次の目標位置へ移動する
ための位置決め用コントロール信号の始動信号が出力さ
れると、予め目標圧力差Ｐｃ′を中心とする±２０％の
範囲内のレベルに維持されているので、そのレベルから
静止摩擦力に相当する圧力差Ｐｃを越える圧力差になる
ように電磁弁６Ｌおよび６Ｒの給排気時間が制御され、
次の目標位置にピストン１およびスライダ２が移動制御
される。

【００２２】上記作用を奏する第１実施例の空気圧シリ
ンダの制御装置は、位置決め用の始動信号が出力される
と、シリンダ３内の左右の部屋３Ｌおよび３Ｒを目標圧
力差Ｐｃ′から圧力差Ｐｃ以上に高めるだけで良いた
め、従来のように停止している状態の圧力差零から圧力
差Ｐｃまで高める（図４中破線Ｐ２′で示す）のに比
べ、短時間で高めることが出来るので、ピストン１およ
びスライダ２の移動開始までの時間（遅れ）を短くして
速度を高くする（図４中矢印で示す）とともに、スライ
ダ２を次の目標位置へ位置決めするための位置決め時間
を短くすることが出来るという効果を奏する。

【００２３】上述の様に第１実施例装置は、スライダ２
の位置決め時間を短縮するので、ロボットハンドの駆動
および動作を高速・短時間で行うことを可能にするとい
う効果を奏する。

【００２４】上述の実施例は、説明のために例示したも
ので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。

【００２５】上述の第１実施例については、ロボットハ
ンド駆動用の磁気式ロッドレス空気圧シリンダに本発明
を適用した例について代表的に述べたが、それに限定す
るものでは無く、ロボットハンド駆動用以外の用途、お
よびロッドを有する空気圧シリンダについても適用可能
である。

【００２６】上述の第１実施例は、目標圧力差Ｐｃ′を
一例として静止摩擦に相当する圧力差Ｐｃの約７０％の
レベルに設定して±２０％の範囲で変動する鋸歯状の圧
力波形で制御する例について述べたが、本発明は、目標
圧力差Ｐｃ′を上記圧力差Ｐｃの約８０％のレベルに設
定して±１０％の範囲で変動する正弦波状の圧力波形で
制御することも可能で、その他用途に応じて制御するこ
とも可能である。

【００２７】上述の第１実施例においては、次の目標位
置に移動する前に予め静止摩擦に相当する圧力差Ｐｃよ
り低い目標圧力差Ｐｃまで左右の部屋３Ｌおよび３Ｒの
圧力差を高める例について述べたが、本発明は、空気圧
シリンダを機械式ブレーキにより制動を付与した状態で
次の目標位置の移動に先立ち静止摩擦に相当する圧力差
Ｐｃより大きな最大圧力差を目標圧力差Ｐｃ′として付
与しておき、始動信号が入力されると直ちに機械式ブレ
ーキを解除することにより、大きな加速度で位置決めす
るという変形例も採用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例装置を示すブロック図であ
る。

【図２】第１実施例装置を示す斜視図である。

【図３】第１実施例装置のＣＰＵに格納されたフローチ
ャートを示すチャート図である。

【図４】第１実施例の空気圧シリンダの圧力変化の状態
およびピストンの速度変化の状態を示す線図である。

【図５】従来装置を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ ピストン ２ スライダ ３ 空気圧シリンダ ４Ｌ、４Ｒ 空気管 ５Ｌ、５Ｒ 圧力センサ ６Ｌ、６Ｒ 電磁弁 ７ コントローラ ８ 電磁弁駆動回路 ２０ ロの字状部材 ２１ 位置センサ ２Ｓ スケール ３０ 中空円筒体 ３Ｆ フレーム ３Ｐ 側板 ３Ｄ 分岐管 ３Ｌ、３Ｒ 部屋 ５１ 供給配管 ５２ 排気口 ５３ サイレンサ ６１ アップダウンカウンタ ６２ Ａ−Ｄ変換器 ６３ ＣＰＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピストンにより分割された左右の部屋に
   供給される空気圧を電磁弁により制御される空気圧シリ
   ンダにおいて、 次の移動位置への移動に先立ち予めピストンの静止摩擦
   力に相当する圧力差より若干低い目標圧力差を形成する
   制御信号を出力するコントローラと、 コントローラからの制御信号により前記左右の部屋の圧
   力を予め前記目標圧力差に保つべく供給空気圧を制御す
   る電磁弁とから成ることを特徴とする空気圧シリンダの
   制御装置。