JP2550328B2 - Positioning mechanism - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工作機械やロボット等に用いられる位置決
め動作機構に関するものであり、特に、ブラシレスモー
タを駆動手段として用いている位置決め動作機構に関す
るものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a positioning operation mechanism used in machine tools, robots, and the like, and more particularly to a positioning operation mechanism using a brushless motor as drive means. Is.
近年のモータの動向として、工作機械やロボットの駆
動手段にブラシレスモータが用いられるようになってき
た。ブラシレスモータは、ブラシを必要としない代わり
に、励磁位置を検出するための励磁位置検出センサが必
要となる。かかる励磁位置検出センサは、一般にブラシ
レスモータの駆動軸の負荷と反対側の位置に取り付けら
れている。As a recent trend of motors, brushless motors have come to be used as driving means for machine tools and robots. The brushless motor does not need a brush, but needs an excitation position detection sensor for detecting the excitation position. Such an excitation position detection sensor is generally attached to a position on the opposite side of the load of the drive shaft of the brushless motor.
第２図は、このようなブラシレスモータを用いた従来
の位置決め動作機構を示す構成図である。この位置決め
動作機構は、クローズドループ方式と呼ばれ、駆動伝達
系の弾性やバックラッシュの悪影響を位置決め精度に与
えない方式として高精度の機械によく採用されている。
同図において、１はブラシレスモータ、２はレゾルバ等
の励磁位置検出センサ、３はモータ励磁制御回路、４は
モータ駆動指令回路、５は被位置決め部材であるテーブ
ルである。６はテーブル５の位置を検出する位置検出セ
ンサであり、ブラシレスモータ１の回転によりテーブル
５が矢印方向に移動するようになっている。７は入力端
子、９および10は歯車、11は螺旋溝が施されているテー
ブル案内軸である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional positioning operation mechanism using such a brushless motor. This positioning operation mechanism is called a closed loop system, and is often adopted in high-precision machines as a system that does not adversely affect the positioning accuracy due to the elasticity of the drive transmission system and the backlash.
In the figure, 1 is a brushless motor, 2 is an excitation position detection sensor such as a resolver, 3 is a motor excitation control circuit, 4 is a motor drive command circuit, and 5 is a table which is a positioned member. Reference numeral 6 is a position detection sensor for detecting the position of the table 5, and the table 5 is moved in the arrow direction by the rotation of the brushless motor 1. Reference numeral 7 is an input terminal, 9 and 10 are gears, and 11 is a table guide shaft provided with a spiral groove.
このような構成において入力端子７に位置指令信号が
入力されると、モータ駆動指令回路４において、位置指
令信号と位置検出センサ６の出力信号とが比較され、モ
ータ１の駆動方向やトルク等に関する駆動指令信号が出
力される。モータ励磁制御回路３ではこの駆動指令信号
に従うべく、励磁位置検出センサ２からの励磁位置信号
に基づいてモータ励磁を行い、テーブル５を位置指令信
号に基づく所望の位置まで移動させる。When the position command signal is input to the input terminal 7 in such a configuration, the motor drive command circuit 4 compares the position command signal with the output signal of the position detection sensor 6, and relates to the driving direction of the motor 1 and torque. The drive command signal is output. In order to comply with this drive command signal, the motor excitation control circuit 3 performs motor excitation based on the excitation position signal from the excitation position detection sensor 2 and moves the table 5 to a desired position based on the position command signal.
第３図は、別の従来例を示す構成図であり、上述した
クローズドループ方式に対してセミクローズドループ方
式と呼ばれている。この方式ではテーブル５の位置を直
接検出するための位置検出センサ６が備えられていな
い。位置検出センサ６を具備する代わりにテーブル位置
検出回路８を具備し、励磁位置検出センサ２の出力信号
をテーブル位置検出回路８で換算することによりテーブ
ル５の位置を導き出している。FIG. 3 is a configuration diagram showing another conventional example, which is called a semi-closed loop system as opposed to the closed loop system described above. In this method, the position detection sensor 6 for directly detecting the position of the table 5 is not provided. The table position detecting circuit 8 is provided instead of the position detecting sensor 6, and the position of the table 5 is derived by converting the output signal of the excitation position detecting sensor 2 by the table position detecting circuit 8.
しかし、上記クローズドループ方式においては、被位
置決め部材（テーブル５）専用の位置決めセンサ６と励
磁位置検出センサ２という２つの位置検出センサを備え
る必要があり、高精度に位置決めができるという特長を
有するが、高価なものとならざるを得ない。However, the closed loop method requires the provision of two position detection sensors, that is, the positioning sensor 6 dedicated to the member to be positioned (table 5) and the excitation position detection sensor 2, and has the feature of enabling highly accurate positioning. , It has to be expensive.
一方、セミクローズドループ方式においては、位置決
めセンサ６が不要であることから、低価格化を図ること
ができる。しかし、励磁位置検出センサ２の出力を利用
して被位置決め部材の位置を導き出しているため、動力
伝達系（歯車9,10や案内軸11）の弾性変形やバックラッ
シュの影響を受けて、検出位置に誤差が生じる。On the other hand, in the semi-closed loop system, since the positioning sensor 6 is unnecessary, the cost can be reduced. However, since the position of the member to be positioned is derived by using the output of the excitation position detection sensor 2, it is detected by the influence of elastic deformation or backlash of the power transmission system (gear 9, 10 or guide shaft 11). There is an error in the position.
本発明の位置決め動作機構は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであり、このブラシレスモータの駆動軸に動力
伝達系を介して接続されている被位置決め部材と、この
被位置決め部材の位置を前記動力伝達系の終端側におい
て直接検出する位置検出センサと、前記位置検出センサ
が出力する位置信号と外部から入力された位置指令信号
とから前記ブラシレスモータに対する駆動指令信号を作
るモータ駆動指令回路と、前記位置信号を励磁位置検出
用の信号として入力すると共に前記モータ駆動指令信号
を入力し両信号に基づいて前記ブラシレスモータに電機
子電流を供給するモータ励磁制御回路とを具備するもの
である。The positioning operation mechanism of the present invention has been made in view of the above problems, and a positioned member connected to a drive shaft of the brushless motor via a power transmission system and a position of the positioned member are set to the power source. A position detection sensor that directly detects on the terminal side of the transmission system, a motor drive command circuit that creates a drive command signal for the brushless motor from a position signal output from the position detection sensor and a position command signal input from the outside, and A motor excitation control circuit is provided which inputs a position signal as a signal for detecting an excitation position, inputs the motor drive command signal, and supplies an armature current to the brushless motor based on both signals.
位置検出センサを被位置決め部材の位置検出センサと
みた場合には、位置検出センサが出力する位置信号は、
被位置決め部材の位置検出に際して動力伝達系における
歪の影響を全く受けず、ブラシレスモータの励磁位置検
出センサとみた場合には、ブラシレスモータの励磁位置
検出に際して動力伝達系の歪による影響を受けることに
なるがその誤差は無視できる程度となる。When the position detection sensor is regarded as the position detection sensor of the positioned member, the position signal output by the position detection sensor is
When detecting the position of the positioned member, it is not affected by distortion in the power transmission system at all, and when viewed as an excitation position detection sensor of the brushless motor, it is affected by distortion of the power transmission system when detecting the excitation position of the brushless motor. However, the error is negligible.
以下、実施例と共に本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.
第１図は本発明の一実施例を示す構成図であり、第２
図または第３図と同一もしくは相当部分には同一の符号
を付してある。本実施例の特徴は、被位置決め部材の位
置検出用センサを励磁位置検出センサとしても利用する
と共に、この位置検出センサを動力伝達系の終端側に取
り付け、被位置決め部材の位置を直接検出するようにし
た点にある。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
The same or corresponding parts as those in FIG. The feature of this embodiment is that the position detecting sensor of the member to be positioned is also used as an exciting position detecting sensor, and the position detecting sensor is attached to the terminal side of the power transmission system to directly detect the position of the member to be positioned. It is in the point that I made it.
三相のブラシレスモータ１の駆動軸には歯車９が固着
され、その回転力は歯車10および回動軸12を介して、ア
ーム13に伝達される。アーム13において回動軸12と反対
側（歯車9,10および回動軸12からなる動力伝達系の終端
側）には、回動軸12と同軸に位置検出用軸20が取り付け
られ、この軸20の端部には位置検出センサ21が設けられ
ている。位置検出センサ21はアーム13の回動角度を検出
するセンサであり、その出力はモータ駆動指令回路４お
よびモータ励磁制御回路３に供給される。モータ駆動指
令回路４では、入力端子７からの位置指令信号と位置検
出センサ21からの位置信号とを比較して、モータの回転
方向やトルク等のモータ駆動指令信号を出力する。A gear 9 is fixed to the drive shaft of the three-phase brushless motor 1, and its rotational force is transmitted to the arm 13 via the gear 10 and the rotary shaft 12. A position detecting shaft 20 is mounted coaxially with the rotating shaft 12 on the side of the arm 13 opposite to the rotating shaft 12 (the end side of the power transmission system including the gears 9 and 10 and the rotating shaft 12). A position detection sensor 21 is provided at the end of 20. The position detection sensor 21 is a sensor that detects the rotation angle of the arm 13, and its output is supplied to the motor drive command circuit 4 and the motor excitation control circuit 3. The motor drive command circuit 4 compares the position command signal from the input terminal 7 with the position signal from the position detection sensor 21, and outputs a motor drive command signal such as the rotation direction and torque of the motor.
モータ励磁制御回路３は、励磁位置検出回路15、電流
分配回路16および増幅回路17〜19を具備している。励磁
位置検出回路15は、位置検出センサ21からの位置信号に
基づいて、ブラシレスモータの励磁位置を検出する回路
であり、励磁位置信号を出力する。電流分配回路16は、
モータ駆動指令信号および励磁位置信号に基づいて電流
分配を行い、分配された各相別の電流信号は増幅回路17
〜19で増幅されて、電機子電流としてブラシレスモータ
１に供給される。The motor excitation control circuit 3 includes an excitation position detection circuit 15, a current distribution circuit 16 and amplification circuits 17-19. The excitation position detection circuit 15 is a circuit that detects the excitation position of the brushless motor based on the position signal from the position detection sensor 21, and outputs an excitation position signal. The current distribution circuit 16 is
The current is distributed based on the motor drive command signal and the excitation position signal, and the distributed current signal for each phase is amplified by the amplifier circuit 17.
Is amplified by ˜19 and is supplied to the brushless motor 1 as an armature current.
このように構成されているので、すなわち歯車9,10お
よび回動軸12からなる動力伝達系の終端側に位置検出セ
ンサ21を取り付けてアーム13の位置を直接検出するよう
にしているので、位置検出センサ21を被位置決め部材で
あるアーム13の位置決めセンサとしてみると、動力伝達
系を介在させることなく、すなわち動力伝達系における
歪による影響を全く受けずに、アーム13の位置を直接検
出することができる。すなわち、位置検出センサ21の検
出した位置は、ブラシレスモータ１の駆動軸のθａなる
回転に対して動力伝達系における歪Δθを含んで変化す
るアーム13の真の回転位置であり、動力伝達系での弾性
変形等の影響は全く受けていない。したがって、位置検
出センサ21の精度さえ十分に高ければ、第２図で示した
クローズドループ方式と同様の高精度の位置決めを行う
ことができる。With this configuration, that is, the position detection sensor 21 is attached to the terminal side of the power transmission system including the gears 9 and 10 and the rotating shaft 12 to directly detect the position of the arm 13. When the detection sensor 21 is regarded as a positioning sensor for the arm 13 that is a member to be positioned, it is possible to directly detect the position of the arm 13 without interposing a power transmission system, that is, without being affected by distortion in the power transmission system at all. You can That is, the position detected by the position detection sensor 21 is the true rotational position of the arm 13 that changes including the distortion Δθ in the power transmission system with respect to the rotation of the drive shaft of the brushless motor 1 by θa, and the position in the power transmission system is changed. It is not affected by the elastic deformation of. Therefore, as long as the position detection sensor 21 has a sufficiently high accuracy, it is possible to perform high-precision positioning similar to the closed loop method shown in FIG.
一方、位置検出センサ21を励磁位置検出センサとして
みれば、その位置精度は動力伝達系で生じた誤差を含む
ことになるが、すなわちブラシレスモータ１の駆動軸の
θａなる回転に対して動力伝達系における歪Δθを含む
ことになるが、実際には励磁の位置検出に要求される精
度はあまり厳しくない。通常、電気的周期の1/100程度
であれば十分に許容できる誤差である。1/100の誤差
は、たとえば４極のモータを例にとって機械角度に換算
すると、 360°×2/4p×1/100＝1.8° となる。動力伝達系の弾性変形量やバックラッシュの量
はこの角度（1.8°）の1/100以下の範囲に収まり全く問
題ない。On the other hand, when the position detection sensor 21 is regarded as an excitation position detection sensor, its position accuracy includes an error generated in the power transmission system, that is, the power transmission system with respect to the rotation of the drive shaft of the brushless motor 1 by θa. However, in reality, the accuracy required for detecting the excitation position is not so severe. Usually, about 1/100 of the electrical cycle is a sufficiently acceptable error. The error of 1/100 is 360 ° × 2 / 4p × 1/100 = 1.8 ° when converted to the mechanical angle using a 4-pole motor as an example. The amount of elastic deformation and backlash of the power transmission system is within 1/100 of this angle (1.8 °) and there is no problem.
なお、本実施例では被位置決め部材として、従来例に
示したような左右に移動するテーブル５に代えて、軸12
を中心に回転駆動するアーム13を採用したが、いずれを
用いても本発明の趣旨を逸脱するものではない。左右に
移動するテーブルを被位置決め部材とする場合には、例
えば、第２図に示したリニアな位置検出センサ６を上記
実施例の位置検出センサ21の代わりに用いればよい。In this embodiment, as the member to be positioned, the shaft 12 is used instead of the table 5 which moves to the left and right as shown in the conventional example.
Although the arm 13 that is rotationally driven around is used, any of them may be used without departing from the spirit of the present invention. When the table that moves left and right is used as the member to be positioned, for example, the linear position detection sensor 6 shown in FIG. 2 may be used instead of the position detection sensor 21 of the above embodiment.
また、位置検出センサ21は、ブラシレスモータ１およ
び動力伝達系とは被位置決め部材（アーム13）によって
力的に切り離されている位置に設けられていればよく、
上記実施例の如く負荷軸12と同軸に設けることに限定さ
れるものではない。Further, the position detection sensor 21 may be provided at a position that is mechanically separated from the brushless motor 1 and the power transmission system by the positioned member (arm 13),
It is not limited to being provided coaxially with the load shaft 12 as in the above embodiment.
以上説明したように本発明の位置決め動作機構によれ
ば、被位置決め部材のための位置検出センサとブラシレ
スモータの励磁位置検出用の位置検出センサとを、一つ
の位置検出センサで兼用しているので、低価格化に非常
に有効である。しかも、位置検出センサにより位置決め
部材の位置を動力伝達系の終端側において直接検出する
ようにしているので、すなわちブラシレスモータの駆動
軸のθａなる回転に対して動力伝達系における歪Δθを
含んで変化する位置決め部材の位置を位置検出センサに
より直接検出するようにしているので、位置検出センサ
を被位置決め部材の位置検出センサとみた場合には、位
置検出センサが出力する位置信号は、被位置決め部材の
位置検出に際して動力伝達系における歪の影響を全く受
けず、ブラシレスモータの励磁位置検出センサとみた場
合には、ブラシレスモータの励磁位置検出に際して動力
伝達系の歪による影響を受けることになるがその誤差は
無視できる程度であるので、高価なクローズドループ方
式の位置決め動作機構と同様の精度で位置決めが可能と
なる。As described above, according to the positioning operation mechanism of the present invention, one position detection sensor serves as both the position detection sensor for the positioned member and the position detection sensor for detecting the excitation position of the brushless motor. , Very effective in lowering prices. Moreover, since the position of the positioning member is directly detected by the position detection sensor on the terminal side of the power transmission system, that is, the change in the power transmission system including the distortion Δθ with respect to the rotation of the drive shaft of the brushless motor by θa. Since the position detection sensor directly detects the position of the positioning member to be positioned, when the position detection sensor is regarded as the position detection sensor of the positioned member, the position signal output by the position detection sensor is When the position of the brushless motor is not affected by the distortion of the power transmission system at all, and it is regarded as the excitation position detection sensor of the brushless motor, it is affected by the distortion of the power transmission system when the excitation position of the brushless motor is detected. Is negligible, so the accuracy is the same as that of the expensive closed-loop positioning mechanism. Positioning becomes possible.
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は従来
のクローズドループ方式の位置決め動作機構を示す構成
図、第３図は従来のセミクローズドループ方式の位置決
め動作機構を示す構成図である。 １……ブラシレスモータ、３……モータ励磁制御回路、
４……モータ駆動指令回路、9,10……歯車、12……回転
軸、13……アーム、21……位置検出センサ。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a conventional closed-loop positioning operation mechanism, and FIG. 3 is a configuration showing a conventional semi-closed-loop positioning operation mechanism. It is a figure. 1 ... Brushless motor, 3 ... Motor excitation control circuit,
4 ... Motor drive command circuit, 9,10 ... Gear, 12 ... Rotary axis, 13 ... Arm, 21 ... Position detection sensor.
Claims (1)
続されている被位置決め部材と、 この被位置決め部材の位置を前記動力伝達系の終端側に
おいて直接検出する位置検出センサと、 前記位置検出センサが出力する位置信号と外部から入力
された位置指令信号とから前記ブラシレスモータに対す
る駆動指令信号を作るモータ駆動指令回路と、 前記位置信号を励磁位置検出用の信号として入力すると
共に前記モータ駆動指令信号を入力し両信号に基づいて
前記ブラシレスモータに電機子電流を供給するモータ励
磁制御回路と を具備する位置決め動作機構。1. A brushless motor, a positioned member connected to a drive shaft of the brushless motor via a power transmission system, and a position for directly detecting the position of the positioned member on the terminal side of the power transmission system. A detection sensor, a motor drive command circuit that creates a drive command signal for the brushless motor from a position signal output from the position detection sensor and a position command signal input from the outside, and the position signal as a signal for exciting position detection. And a motor drive control signal, and a motor excitation control circuit that supplies an armature current to the brushless motor based on both signals.
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|---|---|---|---|
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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