200823619 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 、，「線絞動之控制平台」是一項利用絞線所構成的定位平台，該 平口係由步進馬達、平台、位賊測器、絞線和壓轉箬所構成， 藉由簡單的控制策略’可以達到精確的定位精度，該結構具有簡 早、價格便宜和控制容易的優點，使人們可獲得低簾的價格定位 平台。 【先前技術】 將兩條線扭轉將造成長度的減少，此種技術常被利用在建築 地、，'困、、邦物扣’其不需要藉由螺桿、齒輪或是皮帶等，就可以產 生位移的變化，因此具錢單方便等優點。加工或工件檢測時， p而要疋位平台，方便放置工件或是被測物，隨著科技的 進步，對於平台蚊崎度縣也齡越高，但是騎 的價格，摘作嘗糊驗線所構成__設計出—定位 台’該定位平台係·價格便宜的步進馬達作為線扭轉的動力來 源’因此具有結構鮮及容紐制的優點。 目前市面上並無「線絞動之控制平台」，查__ 知-般定位平台均藉由導螺桿、齒輪或是皮帶等設計而成。 :般使用導螺桿驅動之機構主要將是導螺桿之桿細袖承 口以疋位’而導螺桿之桿轴和馬達間則以聯軸器相連接，導螺桿 5 200823619 之桿軸再驅轉鄉之職錢 速移動，如圖丨所示。_動=螺帽帶動移動件快 皆有剛性及輯問題，故快迷移動=:桿:桿細帽 差；再則，由於導螺桿及軸承等構 {有疋位精度之誤 因摩庐的因夸. 牛白有相互接觸性移動，故會 杯1; 到限制；而且兩物經常摩捧合產生損 耗’亦係倾倾，㈣鄉在活 L 、 耗的動作，相對造成活動部、導螺不同滾動、磨 成何翻_，躺物响觸= ==細輯命。此_⑽雜翻外觀尺寸 創:=Γ廠房空間擺設的限制’係—亦與本 料制!Γ 祕騎直接购之顧是使關磁性材 二仏成具有齒狀結構之固定部，並以電磁鐵及永久磁鐵等组合 成—個活動部，姆於固定部移動；其中電磁鐵由於是直接由電 流之通過喊生磁場，稱树性辆之—次側，喊狀結構之鐵 磁I·生材料由於是感應—次側產生之磁場變化者，稱為二次側。此 種設計在雜馬達物速度贿時，上骑沒射摘，但是 $當活動部快速來回移動時，輯部上連接電磁鐵之接線十分容易 ，裂，使用壽命變成很低’為避免突發之故障發生，接線甚至於 而要疋期更換，故實非為—良好之機構，如專利53_號雖然 b藉由、’泉n馬達來提昇定位平台的速度，但其缺點構造複雜及成 200823619 本南等缺失’除不利普通推廣外，亦與本創作内容不同。 另市面制的氣Μ定位平台，不外乎使収位栓、磁力近接 開關或光電開關對壓床氣壓缸作鎖緊定位控制，此定位方式因氣 壓㈣變雜_性造絲猶職料掌控，⑽於定城^ 不高。近幾年來’由於歐美氣壓伺服閥的研究製造改善以及微電 腦技術的發展，氣壓伺服閥已成功被使用來控制氣跑司服系統。 所謂氣壓飼服定位控制係於氣麼缸上裝有位移感測器 LVDT ’ Ρ錢壓缸的移動位移感測器會將氣紅實際行走的位移訊 號傳回給微電腦或數位控制器之中央處理器作為控制器設計的 依據。為謝ω伺服賴缸定位控制架構，由於氣壓伺服系統 因空氣的壓縮性及氣廢缸的摩擦力，為一時變及高度非線性系 統，所以單靠線性的PID控制法則是無法達到較高的定位精度。 因此除了贿1〇控制器外，國際間對於研究氣翻服定位控制 的一些專豕學者使用了適應性控制、模糊控制或類神經控制等控 ::則：卜加速度、加速度働等訊號補償方式來_服氣 奴位的功能’且這些研究成果亦達國際公認水準〇.lmm Z:=精度約介於°，1·〜0.03_之間。但由於氣壓控 制糸、、先為南度非線性及時變李 _ k糸、、充尤其非線性摩擦力造成氣壓系 於m動縣，影響定位精度甚巨。f用複_控制方 均無法有效_償，因蚊位精度—錄難有一 更好的突破。 200823619 如專利200505624號，主要能克服氣壓非線性動摩擦力及消 除系統黏滯滑動現象的速度補償訊號補償控制方法，其缺點為需 具備性能優秀之控制器，方能達到較佳的定位精度，其構造及内 容與本創作不同。 利用壓電元件（piezoelectric element)之晶體組織受電壓作 用而變形之特性’以成為驅動構件者，例如揭露於丨年6月 17曰發證予阿貝先生等（Abeetal )之美國第564〇〇65號專利之 起音波馬達及其驅動方法（Ultrasonic Motor and Method of Driving the Same)。其中’該超音波馬達包括一壓電元件以作為 驅動構件’並使該壓電元件與—長方體彈性件（既恤㈣卜 parallelepipedic elastic body)結合，且包括—驅動電路 (drivingcircuit)，以便在彈性件振動衰減週期内產生一驅動 訊號’因而產生-沿著彈性件縱向之伸/縮振動，以及一傳佈於 彈性件縱向上之彎曲振動（bendlng咐邮⑹，藉以應用在極 小尺寸加工健中’提高被驅動物體之定位精確度，亦與本創作 構造及内容不同。 【發明内容】 ^創作係、由位移感測器、粒平台、步進馬達、控制器、壓 縮弹黃及絞線等元件所構成，主要技術包括下卿份：一、位# 感測器：糊電⑽原理，嫩解細齡該位移_ 8 200823619 潘測仃程為25 mm;二、定位平台：主要藉由兩條絞線互扭， 造成軸向位移長度的變化。三、壓縮彈簧及絞線：藉由壓縮彈菩 德性，可提供絞線扭轉回復時_復力。四、步進馬達：配合 步進馬達驅動器，操用驢叙 口 h ’五Df藉由電腦程式設 冲工v進馬達’能有效計算補償使翻精麵目標值。 器、=利=構成之定位平台，該平台經一 / v進馬達、控制器、_彈簧及絞線等元件所構 間早的控制策略，可财地控败位平台，本創作除了 結構間早’ 娜㈣外，亦爾細定位精度。 為使貝番查委M能進—步了解本發明之結構、精緻及其目 、亚附以圖式及具體實施範例之詳細說明如后。 【實施方式】 σ 本創作包括五個部份··—、位移感卿；二、定 · 一 =菁及絞線;四、步進馬達;五、控制器;將上述五： 、、、口合成一個『線絞動之才允告丨单a 、 如下：^動之㈣千口』’如圖2及圖3所示。主要結構 一、位移感測器（10) ·· 位移感測器用以偵測定位平台的位移距離，目前本發 用电位計來傳回粒平台的位移距離，其檢測行程為25 此處的位移_科限·電位計，柯贿簡碼$ 200823619 元件來代替 二、定位平台（20): 縮彈簧（30) 定位平台機構可裝載受控俸體，藉由絞線及壓 機構的運作’可任意往正方向或反方向移動。 二、壓縮彈簧（3〇)及絞線（40): 在一起，另 固疋點相差lOmm 、、乂線用以在正方向拉動定位平台至指粒置，而壓縮彈菩 =用在反方向推動定位平台至指定位置，如圖4所示。目前本 發^所採_絞線由兩條線所構成。由於兩條線若是平行依靠 在-起’扭轉時造成軸向位移的變化將使線之間產生摩擦 二在本發明中，我們將兩條線—端固定在-起，另-端則相p —段距離，系統中兩條線的線長為45mm，線徑lmm，—端固Γ •--^ 卩•口 m 人一. 四、步進馬達（50): 步進馬達順時針方向旋轉時，會將絞線扭緊，使定位平A 往正方向鑛至指定位置，岭進馬達逆時針方向旋轉時^ 纽鬆絞線’鱗定卿台必驗讎輯簧咖後復力，使 ^平^往反方向#動至指定位置。目前本發贿剌的步進 馬達為四相式單贿錢馬達，配合步進馬達，鶴ϋ，採用半 10 200823619 =因此步進馬達旋轉-圈為侧個脈衝〜 鱗猶㉔喊，也可《_錢騎、 置::’只要是可，旋轉方式將 五、控制器（60) ·· 2㈣爾辦台峨，如圖5所示。本發明所 l可以用來產生脈波，進而控制步進馬達的運動 V進馬達的轉速可以隨控制器輸出·波 :達的轉動角度則可由控制器輸出的脈叫 制器包含有㈣㈣，當定位平台離目標值較遠時，會控2 進馬達以較快的速度前進；#定位平台離目標值—半時，會控 财進馬達財_速度前進；當定位平台到達目標值附近 盼’會控制步進馬達以慢速前進，來避免因慣性作用，造成定 位的誤差。因此整個控制法則可以用表述如下： lf err g 土 0.2 mm then f = 3000Hz 5〇〇Hz 50Hz U 士 〇· 2 mm 2 err > ± 〇· 1 mm then f ^ 土 〇· 1 mm 2 err > ± 0· 02 mm then f if ± 0.02 mm ^ err then f 二 〇Hz 200823619 其中err為定位平台與目標值間的誤差，而 脈波頻率。為了避蚊位平台在目標點附近^為控制器的輪出 樣產生追逐的現象，因此當定位平台進 、慣性和取 目^^點約+ f)。〇 蚪，控制器即停止脈波的輸出，讓步進 —· 咖 ”延悴止運動。 在圖5中，本發明所採用的控制器，其取樣頻率為 電位計在制定位平台位移後所送出的訊號，經由—個1 Ζ 的類比轉數位（A/D)裝置數細#u ;電 =位) 理想狀況下，可以得到解析為h5卿的變化。咖移2.5聰 乂由以上詳細說明’可熟知本項技藝者明瞭本創作的確可達成 月ίι述的目的’貫已符合專利法之規定，爰提出專利申請。 【圖式之簡單說明】 圖1導螺桿傳動結構圖。 圖2本創作結構圖。 圖3本創作定位平台結構圖。 圖4本創作壓縮彈簧和絞線結構圖。 圖5本創作控制流程圖。 12 200823619 【圖式元件標號說明】 位移感測器 壓縮彈簧 步進馬達 線性滑執 r 定位平台 20 絞線 40 控制器 60 底座 80 13