JP2001317612A - 制振制御カムメカニズム - Google Patents
制振制御カムメカニズムInfo
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- JP2001317612A JP2001317612A JP2000133230A JP2000133230A JP2001317612A JP 2001317612 A JP2001317612 A JP 2001317612A JP 2000133230 A JP2000133230 A JP 2000133230A JP 2000133230 A JP2000133230 A JP 2000133230A JP 2001317612 A JP2001317612 A JP 2001317612A
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- vibration
- acceleration
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2810/00—Arrangements solving specific problems in relation with valve gears
- F01L2810/03—Reducing vibration
Landscapes
- Gears, Cams (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械の剛性が低く、高速化が困難なカム機
構により最終可動部を位置付けするメカニズムの高速化
が実現可能なカム曲線の設計技術を含む制振技術を提供
すること。 【構成】 カム機構の加減速時間を系の１次の振動固有
値の振動周期あるいはその整数倍になるように設定し、
指令速度の変曲点と系の１次の振動の節を一致させるこ
とにより、系の１次固有値の悪影響を取り除き、カムに
よって駆動される従動機構全体のメカニズムを実質的に
高剛性化し、それによって高速化を実現するもの。
構により最終可動部を位置付けするメカニズムの高速化
が実現可能なカム曲線の設計技術を含む制振技術を提供
すること。 【構成】 カム機構の加減速時間を系の１次の振動固有
値の振動周期あるいはその整数倍になるように設定し、
指令速度の変曲点と系の１次の振動の節を一致させるこ
とにより、系の１次固有値の悪影響を取り除き、カムに
よって駆動される従動機構全体のメカニズムを実質的に
高剛性化し、それによって高速化を実現するもの。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業機械等に広く
用いられているモータとカムとその従動機構との組み合
わせメカニズムにおいて、従動機構の目的とする働き
（回転運動、直進運動）以外の不要振動を抑えてメカニ
ズムの高速動作を実現するための制振技術に関するもの
である。
用いられているモータとカムとその従動機構との組み合
わせメカニズムにおいて、従動機構の目的とする働き
（回転運動、直進運動）以外の不要振動を抑えてメカニ
ズムの高速動作を実現するための制振技術に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】モータにより駆動されるカムによりその
従動機構を制御するタイプのメカニズムの高速化の試み
は、カム曲線による直線加減速やＳ字加減速曲線を用
い、従動機構部が有害振動を誘発しないように（制御不
能であった１次の固有値を励起させないように）可能な
かぎり衝撃を与えない範囲で変位速度の調整を行う方法
が一般的であった。
従動機構を制御するタイプのメカニズムの高速化の試み
は、カム曲線による直線加減速やＳ字加減速曲線を用
い、従動機構部が有害振動を誘発しないように（制御不
能であった１次の固有値を励起させないように）可能な
かぎり衝撃を与えない範囲で変位速度の調整を行う方法
が一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術は１次の固有値の処理を放置したものである
ために、カム曲線とカムの回転速度によって決まる加減
速時間を系の１次の振動固有値の影響の生じない範囲で
しか設定できなかったことにより、著しく限定された低
い動作速度性能しか実現できていない。
の従来技術は１次の固有値の処理を放置したものである
ために、カム曲線とカムの回転速度によって決まる加減
速時間を系の１次の振動固有値の影響の生じない範囲で
しか設定できなかったことにより、著しく限定された低
い動作速度性能しか実現できていない。
【０００４】本発明が解決しようとする課題は、モータ
により駆動されるカムによりその従動機構を制御するタ
イプのメカニズムの高速化が実現可能な制御技術を提供
することである。
により駆動されるカムによりその従動機構を制御するタ
イプのメカニズムの高速化が実現可能な制御技術を提供
することである。
【０００５】本発明の基本的な技術は、特願２０００−
１１８０５２および特願２０００−１２０６９１に記載
の「速度を指令速度まで変化させるときの加速・減速制
御時間を振動固有値（周期）の整数倍に特定する」振動
抑制方法に立脚している。
１１８０５２および特願２０００−１２０６９１に記載
の「速度を指令速度まで変化させるときの加速・減速制
御時間を振動固有値（周期）の整数倍に特定する」振動
抑制方法に立脚している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】メカニズムの高速化を阻
害している最大要因は、代表的な例である台形指令速度
制御において、加減速時間を系の１次の振動固有値の影
響の生じない範囲でしか設定できなかったことにあるこ
とから、本発明においては加減速時間を系の１次の振動
固有値の振動周期あるいはその整数倍になるようにカム
曲線とカムの回転数を設定することによって、メカニズ
ムの加速度変曲点（指令速度の折曲り点）と系の１次の
振動の節を一致させることにより、系の１次固有値の悪
影響を取り除き、それによってメカニズムの高速化を実
現するものである。
害している最大要因は、代表的な例である台形指令速度
制御において、加減速時間を系の１次の振動固有値の影
響の生じない範囲でしか設定できなかったことにあるこ
とから、本発明においては加減速時間を系の１次の振動
固有値の振動周期あるいはその整数倍になるようにカム
曲線とカムの回転数を設定することによって、メカニズ
ムの加速度変曲点（指令速度の折曲り点）と系の１次の
振動の節を一致させることにより、系の１次固有値の悪
影響を取り除き、それによってメカニズムの高速化を実
現するものである。
【０００７】本発明を適用すると、メカニズムの加速度
変曲点において指令速度と従動機構部の実速度との間に
速度差と系が持つ等価的なばねのポテンシャルエネルギ
が発生せず、従って、加速度変更にともなう衝撃力はゼ
ロとなり、制御不能な１次固有値に起因する有害振動の
発生を防ぐことが可能となり、結果サーボ系を高速動作
させることが可能となる。
変曲点において指令速度と従動機構部の実速度との間に
速度差と系が持つ等価的なばねのポテンシャルエネルギ
が発生せず、従って、加速度変更にともなう衝撃力はゼ
ロとなり、制御不能な１次固有値に起因する有害振動の
発生を防ぐことが可能となり、結果サーボ系を高速動作
させることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図に従って具体的な実施の形態を
説明する。図１は本発明の１実施例であり、モータによ
り回転するカムを駆動し、カムの従動機構部が制御され
る一般的に世の中に存在する代表的なメカニズムであ
る。
説明する。図１は本発明の１実施例であり、モータによ
り回転するカムを駆動し、カムの従動機構部が制御され
る一般的に世の中に存在する代表的なメカニズムであ
る。
【０００９】コントローラ１によってモータ２が回転さ
れ、モータにカップリング２０を経由して接続されるカ
ム溝３-１を持つカム３が回転する。カム溝３−１には
カムフォロワ４が勘合している。従動レバー５は一端で
カムフォロワ４を保持し、他端に設けられた長穴５−１
で可動部７上に設けられたピン８を抱き、軸６の周りに
揺動する。最終可動部７はサイドを案内壁９によって案
内されて往復直線運動をする。
れ、モータにカップリング２０を経由して接続されるカ
ム溝３-１を持つカム３が回転する。カム溝３−１には
カムフォロワ４が勘合している。従動レバー５は一端で
カムフォロワ４を保持し、他端に設けられた長穴５−１
で可動部７上に設けられたピン８を抱き、軸６の周りに
揺動する。最終可動部７はサイドを案内壁９によって案
内されて往復直線運動をする。
【００１０】本メカニズムにおいて制御したい対象は最
終可動部７の位置付けである。
終可動部７の位置付けである。
【００１１】然るに、本メカニズムは従動レバー５以降
において各種の遊びと構造材のばね性を持つ。
において各種の遊びと構造材のばね性を持つ。
【００１２】遊びの主要な個所は、カム溝３-１とカム
フォロワ４との間、従動レバー５と軸６の間、長穴５−
１とピン８との間および案内壁９と最終可動部７との間
である。これらはメカニズムの系全体の振動に対しては
等価的にばねとして働く。
フォロワ４との間、従動レバー５と軸６の間、長穴５−
１とピン８との間および案内壁９と最終可動部７との間
である。これらはメカニズムの系全体の振動に対しては
等価的にばねとして働く。
【００１３】直接ばねとして作用するのは、従動レバー
およびその他の係合部のねじれ・撓みである。
およびその他の係合部のねじれ・撓みである。
【００１４】これらのばね性を持つ部分は総合的に等価
ばね（ばね定数ｋ）１０として表せる。
ばね（ばね定数ｋ）１０として表せる。
【００１５】また、従動レバー５以降の従動機構のカム
３のラジアル方向の等価質量（Ｗ）１１とすると、図１
のメカニズムは図２で示されるような等価質量１１を等
価ばね１０で支えカム３で等価質量部の位置付けをする
ばねと質量からなる振動系（等価モデル）で表すことが
できる。９’は等価ばね１０のカム３の溝３−１との仮
想係合ポイントの仮想案内壁である。
３のラジアル方向の等価質量（Ｗ）１１とすると、図１
のメカニズムは図２で示されるような等価質量１１を等
価ばね１０で支えカム３で等価質量部の位置付けをする
ばねと質量からなる振動系（等価モデル）で表すことが
できる。９’は等価ばね１０のカム３の溝３−１との仮
想係合ポイントの仮想案内壁である。
【００１６】図３は、このようなメカニズムにおいて、
カム曲線に沿って最終可動部７を目標位置（指令位置）
に位置付けするときの目標速度(以下、指令速度と呼ぶ)
を一般的に使用される加・減速曲線(台形波状ＯＡＥＦ)
で示し、カム曲線がｏａｅｆｇとなることをで示したも
のである。モータが一定速度で回転するときはカム溝３
−１の形状によってこの指令速度は作り出されるもので
ある。加減速曲線において、ＯＡ間は一定加速度で加速
され、ＡＥ間は加速度ゼロ、ＥＦ間は一定加速度で減速
される。当然のことながらカム曲線の０ａ間、ｅｆ間は
２次曲線となる。
カム曲線に沿って最終可動部７を目標位置（指令位置）
に位置付けするときの目標速度(以下、指令速度と呼ぶ)
を一般的に使用される加・減速曲線(台形波状ＯＡＥＦ)
で示し、カム曲線がｏａｅｆｇとなることをで示したも
のである。モータが一定速度で回転するときはカム溝３
−１の形状によってこの指令速度は作り出されるもので
ある。加減速曲線において、ＯＡ間は一定加速度で加速
され、ＡＥ間は加速度ゼロ、ＥＦ間は一定加速度で減速
される。当然のことながらカム曲線の０ａ間、ｅｆ間は
２次曲線となる。
【００１７】図３のような１次の振動モデルで表される
負荷系の挙動について図４を用いて説明する。カム３の
回転によりカムフォロワ４がこのような指令速度にて直
線変位すると等価質量１１(最終可動部７)の直線運動の
速度は、初めにバネが縮み指令速度より遅くなり、ばね
内にポテンシャルエネルギを蓄積し、次に、この蓄積ポ
テンシャルエネルギを放出しつつばねは伸びはじめ、速
度は指令速度より速くなり、エネルギの放出とともに指
令速度に近づく。つまり点０〜点Ａ〜点Ｂに至る仮想速
度曲線で示されるごとくに、指令速度を中心とした振動
的な速度変化を繰り返すことになる。またこのような等
価モデルで表される系の振動の周期Ｔと振幅Ｐは次式で
与えられることは良く知られている。
負荷系の挙動について図４を用いて説明する。カム３の
回転によりカムフォロワ４がこのような指令速度にて直
線変位すると等価質量１１(最終可動部７)の直線運動の
速度は、初めにバネが縮み指令速度より遅くなり、ばね
内にポテンシャルエネルギを蓄積し、次に、この蓄積ポ
テンシャルエネルギを放出しつつばねは伸びはじめ、速
度は指令速度より速くなり、エネルギの放出とともに指
令速度に近づく。つまり点０〜点Ａ〜点Ｂに至る仮想速
度曲線で示されるごとくに、指令速度を中心とした振動
的な速度変化を繰り返すことになる。またこのような等
価モデルで表される系の振動の周期Ｔと振幅Ｐは次式で
与えられることは良く知られている。
【００１８】Ｔ＝（ｋ／ｍ）０．５ Ｐ＝Ｃ１sin ωｔ＋Ｃ２cos ωｔ （ここに、ｋはばね定数、ｍは質量、ωは角速度、Ｃ１
Ｃ２は定数）
Ｃ２は定数）
【００１９】次に、図４の点Ａにて速度指令を一定速度
になるように折り曲げる、つまりＡ点まで一定加速度で
直線加速していた加速度をゼロとすると、系の実速度は
Ａ〜Ｃで表される振動波形となると容易に想定される。
になるように折り曲げる、つまりＡ点まで一定加速度で
直線加速していた加速度をゼロとすると、系の実速度は
Ａ〜Ｃで表される振動波形となると容易に想定される。
【００２０】ところが系の実速度の振動の節のうち、ば
ねのポテンシャルエネルギがゼロとなる（実速度が指令
速度にある）節と点Ａを一致させると点Ａ以降の実速度
は図５の直線Ａ〜Ｃ〜Ｄで表されるごとく振動のない状
態となる。
ねのポテンシャルエネルギがゼロとなる（実速度が指令
速度にある）節と点Ａを一致させると点Ａ以降の実速度
は図５の直線Ａ〜Ｃ〜Ｄで表されるごとく振動のない状
態となる。
【００２１】この様子を図６を用いて説明する。Ａ、
Ｇ、Ｈ点は一定速度Ｖｃに切り替える切替えポイントと
する。図６よりＧ、Ｈ点で切り替えた場合（実位置は指
令位置近辺にあるが）速度差＝Ｖh−Ｖcはゼロではな
く、ばねのポテンシャルエネルギもゼロではない。点Ａ
での切り替えの場合だけその速度差およびばねのポテン
シャルエネルギはゼロとなる。この速度差とばねのポテ
ンシャルエネルギが等価モデルの等価ばねを励振させる
衝撃力となる。従って、唯一、点Ａにおける切替えが衝
撃力を発生させない条件となる。系の１次固有値の振動
の節以外の切替えポイントは存在しないことになる。図
６はスタートから点Ａに達する時間つまり加速時間Ｔｕ
ｐと系の振動の固有値Ｔ1との大きさによりばねに作用
する衝撃力の有無を図式的に表したものである。
Ｇ、Ｈ点は一定速度Ｖｃに切り替える切替えポイントと
する。図６よりＧ、Ｈ点で切り替えた場合（実位置は指
令位置近辺にあるが）速度差＝Ｖh−Ｖcはゼロではな
く、ばねのポテンシャルエネルギもゼロではない。点Ａ
での切り替えの場合だけその速度差およびばねのポテン
シャルエネルギはゼロとなる。この速度差とばねのポテ
ンシャルエネルギが等価モデルの等価ばねを励振させる
衝撃力となる。従って、唯一、点Ａにおける切替えが衝
撃力を発生させない条件となる。系の１次固有値の振動
の節以外の切替えポイントは存在しないことになる。図
６はスタートから点Ａに達する時間つまり加速時間Ｔｕ
ｐと系の振動の固有値Ｔ1との大きさによりばねに作用
する衝撃力の有無を図式的に表したものである。
【００２２】図７は、図６で示した３つの加速度の切替
えポイントの場合、衝撃力により以降の系の実速度がど
のように変化するかを示したものである。
えポイントの場合、衝撃力により以降の系の実速度がど
のように変化するかを示したものである。
【００２３】以上の説明から、切り替えポイントの選定
は図４，５，６からも容易に推定可能のように振動の節
を選択すればよく、振動の１次の固有値の整数倍とすれ
ば良いことがわかる
は図４，５，６からも容易に推定可能のように振動の節
を選択すればよく、振動の１次の固有値の整数倍とすれ
ば良いことがわかる
【００２４】また、減速時についても加速時とまったく
同様な動作原理がなりたつことは容易に理解できること
であり、説明は省略する。
同様な動作原理がなりたつことは容易に理解できること
であり、説明は省略する。
【００２５】切替えポイントとして振動の節（振動の１
次の固有値の整数倍）を選択するためには、メカニズム
の振動系の固有値を測定し、使用するモータの回転数に
合わせてカム曲線を決定する。
次の固有値の整数倍）を選択するためには、メカニズム
の振動系の固有値を測定し、使用するモータの回転数に
合わせてカム曲線を決定する。
【００２６】コントローラ１はモータ３パワードライブ
と回転数制御を行う。
と回転数制御を行う。
【００２７】以上の実施例ではカムの回転軸に対して垂
直な面に溝カムが設けられている例で説明してきたが、
カムは直線的に動くものであっても、また円筒溝カムで
あっても、その従動機構が振動する系であれば上述の考
え方が適用されることは明白である。
直な面に溝カムが設けられている例で説明してきたが、
カムは直線的に動くものであっても、また円筒溝カムで
あっても、その従動機構が振動する系であれば上述の考
え方が適用されることは明白である。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、系
の１次固有値の悪影響を、あらゆる振動系に対して完全
に取り除くことが可能となり，低剛性機械の少振動駆動
が可能となり、加減速時間の短縮効果によりメカニズム
の高速化が実現できる。また、メカニズムを高剛性化す
ればするほど固有値が高くなり、従って加減速時間も短
縮でき、更にメカニズムを高速化できることとなる。、
の１次固有値の悪影響を、あらゆる振動系に対して完全
に取り除くことが可能となり，低剛性機械の少振動駆動
が可能となり、加減速時間の短縮効果によりメカニズム
の高速化が実現できる。また、メカニズムを高剛性化す
ればするほど固有値が高くなり、従って加減速時間も短
縮でき、更にメカニズムを高速化できることとなる。、
【図１】本発明の１実施例でモータにより回転するカム
を駆動し、カムの従動機構部が制御される代表的なメカ
ニズム
を駆動し、カムの従動機構部が制御される代表的なメカ
ニズム
【図２】図１の従動レバー以降を等価回路にて表現した
概念図
概念図
【図３】実施例メカニズムにおける目標カム曲線と、そ
のカム曲線に沿って最終可動部７を目標位置に位置付け
するときの指令速度（一般的に使用される加・減速曲線
(台形波状) ）を示す図
のカム曲線に沿って最終可動部７を目標位置に位置付け
するときの指令速度（一般的に使用される加・減速曲線
(台形波状) ）を示す図
【図４】本発明を適用しないで加速度を切替えた場合の
系の実速度と指令速度と加速度切替え点の関係の概念図
系の実速度と指令速度と加速度切替え点の関係の概念図
【図５】本発明を適用した場合の系の実速度と指令速度
と加速度切替え点の関係を示す図
と加速度切替え点の関係を示す図
【図６】スタートから点Ａに達する時間すなわち加速時
間Ｔｕｐと系の振動の固有値Ｔ1との大きさによりばね
に作用する衝撃力の有無を図式的に表した図
間Ｔｕｐと系の振動の固有値Ｔ1との大きさによりばね
に作用する衝撃力の有無を図式的に表した図
【図７】加速度切替え点と振動の状態を示す図
１ コントローラ ２ モータ ３ カム ３−１ カム溝 ４ カムフォロワ ５ 従動レバー ５−１ 長穴 ６ 軸 ７ 最終可動部 ８ ピン ９ 案内壁 ９’ 仮想案内壁 １０ 等価ばね １１ 等価質量 ２０ カップリング
Claims (1)
- 【請求項１】 モータ、前記モータによって駆動される
カム、前記カムによって所定の変位動作をするカムフォ
ロア以降の従動機構からなり、前記従動機構の位置変位
動作において速度をを指令速度まで変化させるときの加
速・減速制御時間を前記従動機構の振動の1次固有値の
周期ｔ１あるいはその整数倍になるようにカム曲線によ
って特定し、前記従動機構の振動を抑制して、前記従動
機構の高速動作を可能としたことを特徴とするメカニズ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000133230A JP2001317612A (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | 制振制御カムメカニズム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000133230A JP2001317612A (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | 制振制御カムメカニズム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001317612A true JP2001317612A (ja) | 2001-11-16 |
Family
ID=18641762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000133230A Withdrawn JP2001317612A (ja) | 2000-05-02 | 2000-05-02 | 制振制御カムメカニズム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001317612A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010210010A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 疑似力覚発生装置 |
| WO2016170907A1 (ja) * | 2015-04-21 | 2016-10-27 | アルプス電気株式会社 | 力覚発生装置 |
| CN111030412A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-17 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 一种振动波形的设计方法及振动马达 |
-
2000
- 2000-05-02 JP JP2000133230A patent/JP2001317612A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010210010A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 疑似力覚発生装置 |
| WO2016170907A1 (ja) * | 2015-04-21 | 2016-10-27 | アルプス電気株式会社 | 力覚発生装置 |
| JPWO2016170907A1 (ja) * | 2015-04-21 | 2018-02-15 | アルプス電気株式会社 | 力覚発生装置 |
| US10389220B2 (en) | 2015-04-21 | 2019-08-20 | Alps Alpine Co., Ltd. | Force sense generator |
| CN111030412A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-04-17 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 一种振动波形的设计方法及振动马达 |
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| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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