JPH086641A - 位置検出構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 静かでスムーズなフルクローズドループ制御
を実現する。 【構成】 フィードバック制御される動力源５の駆動に
より変位する負荷８ａの位置を、噛み合う歯車７ｃ，７
ｄの回動変位に変換して位置検出器９に導き、該位置検
出器の出力により制御量をフィードバックするフルクロ
ーズドループ制御の位置検出構造において、歯車に常に
一定方向のトルクを与えるトルク付与手段２０を設け
た。また、フィードバック制御される動力源の駆動によ
り変位する負荷の位置を、噛み合う歯車の回動変位に変
換して位置検出器に導き、該位置検出器の出力により制
御量をフィードバックするフルクローズドループ制御の
位置検出構造において、噛み合う歯車を摩擦駆動車にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変位する負荷の位置を
回動変位に変換して位置検出器に導き、該位置検出器の
出力により制御量をフィードバックするフルクローズド
ループ制御の位置検出構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年にあっては、制御対象となる装置の
入力が任意に変化するとき、出力（位置や方向や角度な
ど）を予め設定した目標値になるように自動的に追従さ
せる、サーボ機構が多く利用されている。例えば、ホテ
ルや宴会場などの舞台用照明器具の一種である、高い天
井などに取り付けて、例えば動き回る演出者などを追尾
照明して演出効果を高めるリモコンスポットライトに
も、サーボ機構が利用されている。

【０００３】さて、サーボ機構とは、制御対象となる装
置の現在の出力（位置や方向や角度など）が予め設定し
た目標値に対してどの程度の偏差であるかを把握しなが
ら、目標値に収束するように制御を行う機構である。従
って、サーボ機構にあっては、制御対象となる装置の現
在の出力（位置や方向や角度など）を、制御系の動力源
（例えばサーボモータなど）にフィードバックするため
の位置検出機構が必要である。

【０００４】次に、従来のリモコンスポットライトのサ
ーボ機構を、図３および図４を用いて説明する。図３は
リモコンスポットライトのサーボ機構を示すブロック図
であり、図４はリモコンスポットライトのサーボ機構の
歯車連動機構系を示す斜視図である。図３に示すリモコ
ンスポットライトのサーボ機構にあっては、遠隔操作部
１と、中央処理装置２と、Ｄ／Ａ変換回路３と、モータ
駆動回路４と、サーボモータ５と、歯車ヘッド６と、歯
車連動機構系７と、スポットライト灯体８と、位置検出
器としてのポテンショメータ９と、Ａ／Ｄ変換回路１０
とを含んで構成されている。

【０００５】遠隔操作部１は、信号線Ｌを介して中央処
理装置２に制御目標値を送信する。中央処理装置２は、
遠隔操作部１から制御目標値を受信すると共にＡ／Ｄ変
換回路１０からスポットライト灯体８の位置情報を受信
し、前記制御目標値と現在位置情報との偏差から制御指
令値を演算して、該制御指令値をＤ／Ａ変換回路３に出
力する。Ｄ／Ａ変換回路３は、中央処理装置２の出力す
るデジタルの制御指令値をアナログの制御指令値に変換
してモータ駆動回路４に出力する。モータ駆動回路４
は、Ｄ／Ａ変換回路３の出力するアナログの制御指令値
を電力増幅してサーボモータ５に出力する。サーボモー
タ５は、モータ駆動回路４の出力に応じた回転を行い、
歯車ヘッド６を介して歯車連動機構系７を駆動する。

【０００６】サーボモータ５により駆動する歯車連動機
構系７は、スポットライト灯体８の照射方向を移動する
と共に、スポットライト灯体８の照射方向の変位をポテ
ンショメータ９に伝達する。ポテンショメータ９は、ス
ポットライト灯体８の照射方向に応じて一意的に定まる
アナログ値をＡ／Ｄ変換回路１０に出力する。Ａ／Ｄ変
換回路１０は、ポテンショメータ９の出力するアナログ
値をデジタル値に変換し、フィードバックの制御量とし
て中央処理装置２に出力する。

【０００７】ところで、上述のリモコンスポットライト
の歯車連動機構系７にあっては、図４に示すように、４
個の歯車７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにより構成されてい
る。歯車７ａは、歯車ヘッド６を介してサーボモータ５
の回転軸（図示せず）に連結されている。歯車７ｂと歯
車７ｃとは、スポットライト灯体８の回動軸８ａに取着
されている。歯車７ｄは、ポテンショメータ９の回動軸
（図示せず）に取着されている。サーボモータ５は歯車
ヘッド６を介して歯車ヘッド固定部８ｂに固定され、ポ
テンショメータ９の本体はセンサ固定部８ｃに固定され
ている。歯車７ａは歯車７ｂと噛み合い、歯車７ｃは歯
車７ｄと噛み合っている。

【０００８】つまり、図３に示すリモコンスポットライ
トのサーボ機構にあっては、図４に示すように、サーボ
モータ５は歯車７ａを回動し、歯車７ａは歯車７ｂを介
して回動軸８ａすなわちスポットライト灯体８を回動す
る。そして、回動軸８ａすなわちスポットライト灯体８
が回動すると、歯車７ｃは回動軸８ａの回動と共に回動
して歯車７ｄを回動する。すると、ポテンショメータ９
の回動軸は回動し、ポテンショメータ９はポテンショメ
ータ９の回動軸の回動位置により定まるアナログ値であ
る抵抗値あるいは電圧値を出力する。このポテンショメ
ータ９の出力するアナログ値は、Ａ／Ｄ変換回路１０に
てデジタル値に変換され、サーボ機構の最終段からのフ
ィードバックであるフルクローズドループ制御の制御量
として、中央処理装置２に入力される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーボ
機構の最終段の変位からのフィードバックであるフルク
ローズドループ制御の制御量を得るための従来の位置検
出構造にあっては、ポテンショメータ９の出力するアナ
ログ値は、歯車７ｃと歯車７ｄとの歯車の歯の噛み合い
による歯車７ｄの回動位置により定まるものの、歯車７
ｃと歯車７ｄとの歯車の歯の噛み合いには、バックラッ
シと称される機械的な遊び（ガタツキ）が存在するため
に、サーボ機構の出力が目標値に収束してサーボモータ
５が静止状態になる場合に振動が発生し、歯車の歯と歯
とのぶつかり合う打音が生ずるという問題点があった。

【００１０】本発明は上記の問題点を解決するために成
されたもので、その目的とするところは、サーボ機構の
出力が目標値に収束しても、バックラッシによる振動や
歯車の歯と歯のぶつかり合う打音の無い、静かでスムー
ズなフルクローズドループ制御を実現するのための位置
検出構造を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するため、請求項１記載の発明にあっては、フィー
ドバック制御される動力源の駆動により変位する負荷の
位置を、噛み合う歯車の回動変位に変換して位置検出器
に導き、該位置検出器の出力により制御量をフィードバ
ックするフルクローズドループ制御の位置検出構造にお
いて、前記歯車に常に一定方向のトルクを与えるトルク
付与手段を設けたことを特徴とする。

【００１２】また、請求項２記載の発明にあっては、フ
ィードバック制御される動力源の駆動により変位する負
荷の位置を、噛み合う歯車の回動変位に変換して位置検
出器に導き、該位置検出器の出力により制御量をフィー
ドバックするフルクローズドループ制御の位置検出構造
において、前記噛み合う歯車を、摩擦駆動車にしたこと
を特徴とする。

【００１３】

【作用】以上のように構成したことにより、請求項１記
載の発明にあっては、トルク付与手段によって、変位す
る負荷の位置を回動変位に変換して位置検出器に導く歯
車は、常に一定方向のトルクが与えられているので、歯
車の歯と歯との噛み合いのバックラッシと称される機械
的な遊びが存在していても、常に歯車と歯車との間には
トルクが作用して歯車の歯と歯とは常に押圧接触してい
るので、振動は生じ難いと共に歯車の歯と歯との打音も
生じないようにできる。

【００１４】また、請求項２記載の発明にあっては、変
位する負荷の位置を回動変位に変換して位置検出器に導
く歯車を摩擦駆動車にしたことにより、歯車の歯と歯と
の噛み合いのバックラッシと称されるような機械的な遊
びの無い状態で、変位する負荷の位置を回動変位に変換
して位置検出器に導くことができるので、振動は生じ難
いと共に歯車の歯と歯との打音も生じないようにでき
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明に係る位置検出構造の一実施例
を図１に基づいて、他の実施例を図２に基づいてそれぞ
れ詳細に説明する。図１と図２とはそれぞれサーボ機構
の位置検出構造を説明するための連動機構系を示す斜視
図である。

【００１６】先ず、図１に示すサーボ機構の連動機構系
を説明する。図１に示すサーボ機構の連動機構系は、従
来の技術で図４を用いて説明したところのリモコンスポ
ットライトのサーボ機構の歯車連動機構系に相当する部
分であり、図４に示すサーボ機構と同等の箇所には同じ
符号を付してあるので、同等の箇所の詳細な説明は省略
する。

【００１７】さて、図１に示すサーボ機構の連動機構系
が従来のサーボ機構の歯車連動機構系と異なり特徴とな
るのは、トルク付与手段に相当する蔓巻きばね２０を付
加した構成である。蔓巻きばね２０は、線状ばね材を円
筒螺旋状に加工したものである。ポテンショメータ９の
回動軸９ａは、蔓巻きばね２０の円筒螺旋状の軸方向に
挿通されている。ポテンショメータ９は、サーボ機構の
最終段の変位のフィードバックであるフルクローズドル
ープ制御の制御量を得る位置検出器に相当するものであ
り、回動軸９ａの回動位置に応じたアナログ値である抵
抗値あるいは電圧値を出力するものである。

【００１８】蔓巻きばね２０は、ほどよい捩じりトルク
を生じるような状態となるように、蔓巻きばね２０の一
端は歯車７ｄの裏面の中心から外れた位置に固定され、
蔓巻きばね２０の他端はセンサ固定部８ｃに固定され
る。すなわち、蔓巻きばね２０は、歯車７ｄに対して常
に一定方向にトルクを与えるように作用する。従って、
サーボ機構の出力が目標値に収束し、サーボモータ５が
静止状態になる場合にあっても、蔓巻きばね２０は常に
歯車７ｄに一定方向のトルクを与えているので、歯車連
動機構系は蔓巻きばね２０により歯車７ｄに作用する一
定方向のトルクとサーボモータ５の出力するトルクとの
釣り合う、緊張した平衡状態を維持することになる。

【００１９】つまり、歯車７ｃと歯車７ｄとの歯車の歯
の噛み合いにはバックラッシと称される機械的な遊びが
存在しているものの、図１に示すサーボ機構の連動機構
系の歯車７ｃと歯車７ｄとの噛み合い部には常に押圧接
触力が作用することになる。従って、図１に示すサーボ
機構の連動機構系にあっては、サーボ機構の振動による
歯車の歯と歯との打音を防止して低騒音化することが可
能であると共に、非線形要素である機械的な遊び（ガタ
ツキ）をなくすことが可能で、特に低速駆動時での制御
応答性と制御精度とを向上することができる。なお、蔓
巻きばねは、ゼンマイばねやゴム紐などで代用すること
も可能である。

【００２０】次に、図２に示すサーボ機構の連動機構系
を説明する。図２に示すサーボ機構の連動機構系は、従
来の技術で図４を用いて説明したところのリモコンスポ
ットライトのサーボ機構の歯車連動機構系に相当する部
分であり、図４に示すサーボ機構と同等の箇所には同じ
符号を付してあるので、同等の箇所の詳細な説明は省略
する。

【００２１】さて、図２に示すサーボ機構の連動機構系
が従来のサーボ機構の歯車連動機構系と異なり特徴とな
るのは、従来の技術で図４を用いて説明したところの歯
車連動機構系中の歯車７ｃと歯車７ｄとを、摩擦駆動車
３０，３１にした構成である。摩擦駆動車３０はスポッ
トライト灯体（図示せず）の回動軸８ａに歯車７ｃの代
わりに取着され、摩擦駆動車３１はポテンショメータ９
の回動軸９ａに歯車７ｄの代わりに取着されている。摩
擦駆動車３０，３１のそれぞれは、伝達力を大きくする
ため、接触面には適切な摩擦係数をもつゴムなどの素材
が貼着されている。

【００２２】従って、図２に示すサーボ機構の連動機構
系にあっても、摩擦駆動車３０と摩擦駆動車３１との連
動には歯車の歯と歯との噛み合いのようなバックラッシ
は存在せず、機械的な遊び（ガタツキ）の無い状態で、
サーボ機構の最終段の制御対象であるスポットライトの
照射方向の変位からのフィードバックとしてのフルクロ
ーズドループ制御の制御量を、ポテンショメータ９の出
力するアナログ値である抵抗値あるいは電圧値として得
ることができる。

【００２３】つまり、図２に示すサーボ機構の連動機構
系にあっても、サーボ機構の振動による歯車の歯と歯と
の打音を防止して低騒音化することが可能であると共
に、非線形要素である機械的な遊び（ガタツキ）をなく
すことが可能で、特に低速駆動時での制御応答性と制御
精度とを向上することができる。但し、摩擦駆動車を用
いると滑りが生じる恐れがあり、ポテンショメータ９の
出力と制御対象であるスポットライトの照射方向とが一
意的に定まらなくなるようなことのないように配慮する
必要がある。

【００２４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、リモコンスポットライトのみならず、サー
ボ機構を利用した各種機器装置に応用することが可能で
あることは言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】本発明の位置検出構造は上述のように構
成したものであるから、請求項１記載の発明にあって
は、サーボ機構の振動による歯車の歯と歯との打音を防
止して低騒音化することが可能であると共に、非線形要
素である機械的な遊び（ガタツキ）をなくすことが可能
で、特に低速駆動時での制御応答性と制御精度とを向上
することができ、請求項２記載の発明にあっては、特別
なトルク付与手段を設けることなく簡単に上記効果と同
等の効果を得ることのできる、優れた位置検出構造を提
供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置検出構造の一実施例を説明す
る斜視図である。

【図２】本発明に係る位置検出構造の他の実施例を説明
する斜視図である。

【図３】従来の位置検出構造を説明するブロック図であ
る。

【図４】従来の位置検出構造を説明する斜視図である。

【符号の説明】

５ 動力源 ７ｃ 歯車 ７ｄ 歯車 ８ａ 負荷 ９ 位置検出器 ２０ トルク付与手段 ３０ 摩擦駆動車 ３１ 摩擦駆動車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィードバック制御される動力源の駆動
   により変位する負荷の位置を、噛み合う歯車の回動変位
   に変換して位置検出器に導き、該位置検出器の出力によ
   り制御量をフィードバックするフルクローズドループ制
   御の位置検出構造において、前記歯車に常に一定方向の
   トルクを与えるトルク付与手段を設けたことを特徴とす
   る位置検出構造。
2. 【請求項２】 フィードバック制御される動力源の駆動
   により変位する負荷の位置を、噛み合う歯車の回動変位
   に変換して位置検出器に導き、該位置検出器の出力によ
   り制御量をフィードバックするフルクローズドループ制
   御の位置検出構造において、前記噛み合う歯車を、摩擦
   駆動車にしたことを特徴とする位置検出構造。