JPH0438921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加圧流体の給排により膨径変形し、軸
方向に収縮力を生起するニユーマチツク・アクチ
ユエータを具えた駆動装置、特に基準位置設定装
置を有する駆動装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来のニユーマチツク・アクチユエータは、い
わゆるエアーシリンダタイプのものが多いが、そ
のシリンダ−ピストン組立体は鉄製とされるを通
例とするので、操作部としてその自重が、操作力
の割りには過大となるきらいがある。

一方で、エアーバツグタイプもまた既知であ
り、この場合エアーバツグの制御圧力適用による
膨径に基く軸方向の収縮力を、操作力として利用
するので、エアーバツグ自体軽量なほか、摺動部
分を含まず摩擦力の影響やエアー洩れの心配もな
いなどの利点が認められる。

かかるエアーバツグタイプのニユーマチツク・
アクチユエータとしては、例えば、第１図に示す
ようなものが特公昭52−40378号公報に記載され
ているように従来既知である。

第１図において、１は管状体、２はその外周の
編組み補強構造、３は両端の閉鎖部材、４はかし
めキヤツプである。

管状体１は、ゴムまたはゴム状弾性材料がエア
ー不透過製、可撓性の面で重宝に活用され得る
が、均等材料、たとえば各種のプラスチツクで代
替してもよい。

編組み補強構造２は、たとえば耐圧ゴムホース
における慣用に準じるが、その場合にいわゆる静
止角（54°44′）に近い編組み角とされるのに反し
て管状体１の内圧充てんによる最大膨径において
上記静止角に至るように、のぞましくは編組み角
度初期値θ₀を、20°程度において、常用の歪みε
がほぼ0.3程度に至るように使用条件を定める。

この編組み補強構造２に用いる耐張強化素子
は、有機または無機質高張力繊維類、たとえば芳
香族ポリアミド繊維（ケプラー：商品名）や、極
細金属ワイヤの如きフイラメントの撚りまたは無
撚りの束などが適合する。

閉鎖部材３の一方は少くとも片側で、ニツプル
５の長さ方向に形成した孔９を介し管状体１の内
部空洞１０と連通する接続孔１１をあけ、ここに
フイツテイング１２を取付ける。フイツテイング
１２には図示しないが操作圧力源たとえばエアー
コンプレツサを、３方弁を含む管路により接続
し、管状体１の内部空洞１０内に制御圧力を適用
することにより、編組み構造２の編組み角θ₀のθ_x
に至る拡大つまり、パンタグラフ運動によつて、
管状体１の膨径と、それに由来した軸方向の収縮
すなわち閉鎖部材３の連結ピン孔間距離の縮少を
もたらす。

一方上記制御圧力の開放にて、内部空洞中のエ
アーは３方弁を通して大気中に放散され、管状体
１は、編組み補強構造２の編組み角θ_xの減少の下
に復元伸長するのはいうまでもない。

従つてこのようなニユーマチツク・アクチユエ
ータを、たとえば第２図または第３図に模式的に
示したように少なくとも２本で１組とし、支持部
材１５に回動自在に支持したシーブ１６、または
シーブ１６に一体としたアーム１７をニユーマチ
ツク・アクチユエータへの加圧流体の給排により
回動させることができることは明らかである。

ところでこのようなニユーマチツク・アクチユ
エータを用いた駆動装置の回転変位を検出する変
位センサとしては、第２図ｂに示すようなポテン
シヨメータ１８またはパルスエンコーダが広く用
いられる。ポテンシヨメータを用いる場合、ポテ
ンシヨメータ１８の回転軸１９を例えばシーブ１
６の回転軸に一体に取り付ける。第２図ｂに示す
非接触式のポテンシヨメータは、磁界を加えるた
めの永久磁石２０と、磁界の強弱により比抵抗が
変化する半導体素子２１とを具え、回転軸１９を
回転させることにより磁界を変化させ素子２１に
より回転変位を検知する。しかしながらポテンシ
ヨメータは他の変位センサ、例えばパルスエンコ
ーダに比べ精度や直線性の点で劣つている。また
近年盛んに用いられるようになつた、所謂デジタ
ル機器に接続するには、別途Ａ−Ｄ変換器を用意
しなければならないためコスト的にも割高となる
場合がある。

これに対しパルスエンコーダ、例えば光学式エ
ンコーダを例に取れば、同期的に繰返して設けた
スリツトを有する回転円板と、この円板を挿んで
配設した発光素子および受光素子とを具え光の変
化により回転を検出する。このようなパルスエン
コーダには、一定間隔にスリツトを形成した回転
円板を用いるインクリメンタル型と、ある角度位
置固有の２進化符号のスリツトを形成した回転円
板を用いるアブソリユート型とに分類される。従
つてアブソリユート型パルスエンコーダは、常に
絶対角を知ることができると言う長所を有する
が、反面高価であるためコスト的にその使用が制
限される場合がある。一方インクリメンタル型エ
ンコーダでは、回転円板、またはこの回転円板を
支持する軸の１回転に対し一定の割合のパルス数
よりなる第１信号（またはＡ相信号）、およびこ
の第１信号に対し一定の位相差を持つた第２信号
（またはＢ相信号）が出力され、これら信号のパ
ルス数、および信号レベルに基づいて回転変位並
らびに回転方向を検出する。さらに軸１回転に１
パルス（原点パルス）よりなる第３信号（または
Ｚ相信号）を出力するインクリメント型パルスエ
ンコーダ（以後原点パルス付きエンコーダと言
う）もある。しかしインクリメンタル型パルスエ
ンコーダでは、電源投入時に基準位置が分らない
ためアブソリユート型パルスエンコーダのように
絶対角を知ることができない。反面アブソリユー
ト型エンコーダに比して価格的に有利であり頻繁
に回転変位センサーに利用される。

そこでロボツト・アームなどの回転駆動部分の
基準位置を検出するのにパルスエンコーダを用い
る場合には、高価であることは考えずにアブソ
リユート型エンコーダを用いる。Ｚ相信号も出
力可能なインクリメンタル型エンコーダと他の装
置とを組合わせて用いる。例えば、(ア)上記エンコ
ーダとポテンシヨメータとを併用し、シーブ１６
を回転させポテンシヨメータの値が設定範囲内に
入る時にＺ相信号が出力された点を基準点とする
（第２図参照）。または(イ)第３図に示すように、例
えば近接スイツチ２０をアーム１７の外方に設
け、アーム１７の旋回運動により近接スイツチが
オンになり、引く続くアーム１７の運動によりエ
ンコーダからＺ相信号が出力された点を基準点と
するものである。別な方法では、(ハ)機械的なスト
ツパを用意し、例えばアームに設けた衝合部材が
このストツパに衝合した点を基準点とするなどで
ある。

しかしながらアブソリユート型、またはインク
リメンタル型のいずれかのエンコーダを回転変位
センサとして用いるにしても、一方は高価であ
り、他方は補助的な手段を別に必要とするのでス
ペース的にもコスト的にもあまり有利な方法とは
言えない。さらに回転変位を精度良く求めようと
して分解能の高いエンコーダを用いようとすれば
価格の上昇は免れ得ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術の上記欠点を排除
し、ある程度の分解能を有する比較的安価な原点
パルス付きエンコーダを用いて精度良く基準位置
を設定できる駆動装置を提供することである。

〔発明の構成〕

この目的を達成するため、本発明の基準位置設
定装置付き駆動装置では、被駆動部材に連結され
被駆動部材の運動を拡大して伝達する伝達手段
と、その伝達手段に連結され被駆動部材の運動に
関連してＡ相、Ｂ相、Ｚ相の各信号を出力するロ
ータリエンコーダと、このロータリエンコーダに
接続され上記Ａ相、Ｂ相の各信号をカウントする
カウンタと、実質的に等圧に保持されたニユーマ
チツク・アクチユエータを加圧流体を給排し漸次
一方は加圧し他方は減圧することにより被駆動部
材を運動させ、Ｚ相信号の立上りに対応して上記
カウンタをリセツトすると共に、基準位置設定の
ためのニユーマチツク・アクチユエータへの加圧
流体の給排を停止するリセツト手段とを具える。
従つて本発明駆動装置は、上記２本のニユーマチ
ツク・アクチユエータに等圧の加圧流体を供給す
ると被駆動部がほぼ定位置に位置することを利用
し、近接スイツチ、機械的なストツパ、パルスエ
ンコーダなどを用いることなく、基準位置を設定
することができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明を詳述する。なお、
図中第１〜３図と同一符号を付したものは、それ
と同等な作用をなす。

第４図は、本発明の第１の実施例を示す図であ
る。エアーバツクタイプの２本の一組のニユーマ
チツク・アクチユエータ１，１の１端を固定部に
それぞれピン連結し、各他端をシーブ１６に巻掛
けしたロープにそれぞれ連結する。シーブ１６
は、本実施例では被駆動部材としてのアーム１７
およびシーブ１６の運動を拡大して伝達する伝達
手段としての歯車２２に一体とする。なおシーブ
１６は支持部材１５を介して固定部に支持する。
歯車２２をロータリエンコーダの軸２４に固着し
た歯車２３に掛合させる。歯車２３の歯数に対す
る歯車２２の歯数の比は、シーブ１６の回転をロ
ータリエンコーダの軸２４に拡大して伝達するよ
う選択するが、本実施例では6.25とした。さら
に、ロータリエンコーダにカウンタ２５、および
リセツト手段２６を接続する。カウンタ２５はロ
ータリエンコーダからのＡ相およびＢ相信号出力
をカウントする。リセツト手段２６は、基準位置
を決定するため、各ニユーマチツク・アクチユエ
ータに加圧流体を供給しアクチユエータ内圧を実
質的に等しく保持した時にセツトされ、最初にＺ
相信号が入力された時にカウンタ２５をリセツト
すると共に弁２７，２７を絞り、基準位置設定の
ためのアクチユエータ１，１への加圧流体の給排
を停止する。

次に本発明駆動装置の作動を説明する。まず電
源を投入し、各ニユーマチツク・アクチユエータ
に加圧流体を供給し、各ニユーマチツク・アクチ
ユエータ内の圧力を等しく保持する。なお圧力は
やや高目に設定し、不要な初期誤差を排除する。
その結果、シーブ１６、アーム１７、歯車２２，
２３を含む被駆動部材は、ニユーマチツク・アク
チユエータの有するヒステリシス、各運動部分の
摩擦などにより、多少左右に運動した後停止す
る。この停止は常に定位置で行なわれるわけでは
ないが、ある範囲内で行なわれる。次に一方のニ
ユーマチツク・アクチユエータに引続いて加圧流
体を供給し徐々にてアクチユエータ内の圧力を高
める。これに対し他方のニユーマチツク・アクチ
ユエータでは加圧流体を排出し徐々にアクチユエ
ータ内の圧力を低める。この結果、被駆動部はゆ
つくりと回動する。この時シーブ１６の回動運動
は拡大手段としての歯車２２，２３を介してロー
タリエンコーダの回転軸２４に拡大して伝達さ
れ、シーブ１６が１回転しなくても回転軸２４は
数回転し歯車２２，２３の歯数比に比例した数の
Ｚ相信号を出力する。そこでニユーマチツク・ア
クチユエータ内の圧力を実質的に等しく保持した
時を始点とし、最初に出力されたＺ相信号のパル
スの立上り位置を基準点とする。リセツト手段は
この信号を検知したならば、Ａ相およびＢ相の各
信号をカウントするカウンタ２５をリセツトする
と共に、弁２７，２７を閉止してニユーマチツ
ク・アクチユエータへの基準位置設定のための加
圧流体の給排を停止する。なお各ニユーマチツ
ク・アクチユエータへの基準位置設定のための加
圧流体を給排に際しては、第４図ａにおいて、例
えば上方のニユーマチツク・アクチユエータを加
圧するよう決めたならば、以後の基準位置設定に
際しては常に上方のニユーマチツク・アクチユエ
ータを加圧し、下方のニユーマチツク・アクチユ
エータを減圧するようにする。

この時のロータリパルスエンコーダからの各出
力信号の様子を第４図ｂに示す。両アクチユエー
タ１，１を等圧に加圧した後一方は加圧し、他方
は減圧する。そして図中矢印Ｓで示したようにＺ
相信号出力が出力されたならば、Ａ相、Ｂ相各信
号はリセツトされ、以後駆動装置の所望の運動に
追従し回転変位を検出する。

なお、本実施例では、拡大手段として１組の歯
車を用いたがこれに限定されるものでなく、被駆
動部の運動を拡大して伝達できるものであれば良
く、例えば直径の異なる１組のプーリであつても
良い。

第５図は本発明の他の実施例を示す。本実施例
では、第４図の駆動装置と異なり、アクチユエー
タ１への加圧流体を給排により、被駆動部材２８
は第５図において左右に並進運動する。なお簡略
のため、カウンタ２５、リセツト手段２６、弁２
７の各作用は第４図と同様であるので省略した。
本実施例では、被駆動部２８の側方にラツクを形
成し、このラツクに掛合するピニオン２９に拡大
手段をなす歯車２３を一体に形成し、被駆動部材
２８の拡大した運動を歯車２３を介して、ロータ
リエンコーダの回転軸２４に伝達する。なお以後
の操作は第４図に示した実施例と同様である。

〔発明の効果〕

上述した様に本発明の駆動装置によれば、少な
くとも２本で一組のエアーバツグタイプのニユー
マチツク・アクチユエータに作用する加圧流体を
等圧に保持すると被駆動部材はほぼ常に定位置に
位置することに着目し、被駆動部材の運動を拡大
してロータリエンコーダに伝達し回転変位を検知
するので、分解能のあまり高くない比較的安価な
パルスエンコーダを用いて精度よく設定できる
上、従来装置のように他の部品、例えば原点スイ
ツチまたは機械的なストツパが不用となりコスト
的にも有利である。また収縮率が増大するにつれ
収縮力が減少するエアバツグタイプのニユーマチ
ツク・アクチユーエータの特性を生かし、収縮率
が小さく収縮力が大きな領域で基準位置を設定す
るので、有効仕事量に対する基準設定に費される
機械的な損失の割合が小さいと言う特徴も有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明駆動装置に使用するエアーバ
ツグタイプのニユーマチツク・アクチユエータの
一部を断面として示す正面図、第２図は、第１図
に示すアクチユエータを用いた駆動装置を示す
図、第３図は、基準位置設定のための近接スイツ
チを有するアーム駆動装置を示す図、第４図は、
本発明駆動装置の好適な実施例を模式的に示す
図、第５図は、他の好適な実施例を模式的に示す
図である。 １……管状体、２……編組み補強構造、３……
閉鎖部材、４……かしめキヤツプ、９……孔、１
０……内部空洞、１１……接続孔、１２……フイ
ツテイング、１５……支持部材、１６……シー
ブ、１７……アーム、１８……ポテンシヨメー
タ、１９……回転軸、２０……永久磁石、２１…
…半導体素子、２２，２３……歯車、２４……ロ
ータリエンコーダ回転軸、２５……カウンタ、２
６……リセツト手段、２７……弁、２８……被駆
動部材、２９……ピニオン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １端を固定部に連結し他端を被駆動部材に直
   接または間接にそれぞれ連結した２本で一組のニ
   ユーマチツク・アクチユーエータを具え、前記ニ
   ユーマチツク・アクチユーエータへの加圧流体の
   給排により生ずる前記ニユーマチツク・アクチユ
   エータの軸方向の収縮力によつて前記被駆動部に
   旋回または並進運動を賦与する駆動装置におい
   て、 前記被駆動部材に連結され前記被駆動部材の前
   記運動を拡大して伝達する伝達手段と、その伝達
   手段に連結され軸１回転に対し一定数のパルスよ
   りなる第１信号、その第１信号に対し一定の位相
   差を有し前記第１信号との比較により前記軸の回
   転方向を決定する第２信号および前記軸１回転に
   対し１パルスよりなる第３信号をそれぞれ出力す
   るロータリエンコーダと、前記ロータリエンコー
   ダに接続され前記第１信号および第２信号をカウ
   ントするカウンタと、実質的に等圧に保持した前
   記ニユーマチツク・アクチユエータを漸次一方は
   加圧し他方は減圧することにより前記ロータリエ
   ンコーダの前記軸を回転させ前記第３信号のパル
   スの立上りに対応して前記カウンタをリセツトす
   ると共に、基準位置設定のための前記加圧流体の
   前記ニユーマチツク・アクチユエータへの前記給
   排を停止するリセツト手段とを具えたことを特徴
   とする基準位置設定装置付き駆動装置。