JPS6010201B2 - 負荷圧力フイ−ドバツク形サ−ボ弁を用いた負荷検出方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、工業用ロボット等における負荷の検出に適用
するための負荷圧力フィードバック形サーボ弁を用いた
負荷検出装置に関するものである。

工業用ロボットにおいて、その腕に作用する負荷、例え
ば腕の把握対象物の重量などを検出する際に重要なこと
は、検出レンジが大きくとれること、ロボットの腕の自
重の影響を容易に取除けることの２点である。

本発明の負荷検出装置は、通常のアナログ位置サーボ機
構の定常位置偏差が負荷の大きさに比例することから、
この定常位置偏差を測定することにより負荷の大きさを
推定することができるという原理に基づくものであるが
、特に上述した問題を解決して、外部からの信号による
自重等の設定を可能とし、負荷の検出範囲も広くとるこ
とができるようにしたことを特徴とするものである。

図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明すると
、第１図において、トルクモータ１は入力電流ｉに応じ
て発生する磁界によりフラッパ２をその電流ｉに比例し
て変位させるもので、このフラッパ２に対向するノズル
３ａ，３ｂは絞り４ａ，４ｂを介して圧油の供給ボート
５に接続し、さらに上記ノズル３ａ，３ｂの背圧を流路
６ａ，６ｂによりスブール７の左右両側の駆動圧力室８
ａ，８ｂに導くように蓮通させている。したがって、上
記フラツパ２が変位すると、その変位に伴ってノズル３
ａ，３ｂの背圧には変位量に応じた差圧が発生し、この
差圧がスプール７の駆動圧力室８ａ，８ｂに導かれて、
スプール７を中立位贋に保つためのスプール両端のスプ
リング９ａ，９ｂと釣合う位置までスプール７を追従変
位させる。

而して、このスプール７の変位に応じて、スプール７の
切換え部１０１こおいて上記供給ボート５からアクチュ
ヱータすなわちシリンダ１ １のボート１２ａまたは１
２ｂに至る流路が開かれると共に、ボート１２ｂまたは
１２ａからタンクに至る排出流路が開かれるので、これ
らの流路を通じてのシリンダ１１に対する圧油の供給、
排出によりピストン１３が動作する。以上に説明したの
は通常のサーボ弁であるが、本発明においては、負荷の
検出を行うに際し、負荷の情報を入力側に加えるため、
シリンダ１１のボート１２ａおよび１２ｂの菱圧すなわ
ち負荷圧力に応じた圧力をフィードバック圧力制御弁１
５ａ，１５ｂからフィードバック経路１４ａ，１４ｂを
経て前記スプール７の両端のフィードバック圧力室１６
ａ，１６ｂに導くように構成している。

上記フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂにおいて
は、スプリング１７によって閉位置に保持された弁体１
８ａおよび１８ｂのそれぞれの一端に流路１９ａ，１９
ｂを通じてシリンダ１１のボート１２ａおよび１２ｂの
負荷圧力が、弁体の池端に稀路２０ｂ，２０ａを通じて
反対側のボート１２ｂ，１２ａの負荷圧力が加えられ、
また弁体１８ａおよび１８ｂに後述する設定圧力Ｐｒｅ
ｆ力功ロえられており、負荷圧力の差圧がその設定圧力
Ｐｒｅｆよりも大きくなると、弁体１８ａ，１８ｂが移
動してその差圧の大きさに応じてフィードバック圧力制
御弁１５ａ，１５ｂの弁関度が制御され、結果として供
給圧を有する流路１４を，１４ｂ′の油圧が制御されて
、フィードバック経路１４ａ，１４ｂを通してスプール
両端のフイードバック圧力室１６ａ，１６ｂに加えられ
る。なお、このフィードバック圧力室１６ａ，１６ｂは
絞り２１ａ，２１ｂを介してタンクに蓮通させている。
このように、スプール７に対してノズル３ａ，３ｂの背
圧、及びフィードバック圧力制御弁１５ｂ，１５ａから
のフィードバック圧力が加えられると、スプール７はこ
れらの圧力に基づく力がバランスする位置まで移動して
停止することになり、これによって入力側に負荷の大き
さに関する情報を与えることができる。

上述した負荷圧力フィードバック形サーボ弁を用いて位
置制御を行うには、図中に示すような位置サーボ系が構
成される。

すなわち、まず目標値Ｅがステップ入力として与えられ
、ポテンショメータ２２によって検出したピストン１３
の現在位置との偏差ｅがサーボアンプで増幅され、電流
ｉとしてトルクモーターに加えられる。そしてこれによ
りスプール７が変位し、ピストン１３が移動する。ここ
で、スプール両端のフィードバック圧力室１６ａ，１６
ｂに負荷圧力のフィードバックを行わない場合あるいは
フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂが閉じている
場合について考えると、この場合には負荷の情報がスプ
ールに転送されないため、通常の油圧サーボ機構と同様
となり、目標値変化分だけピストン１３が移動して停止
する。

一方、第１図に示す如く負荷圧力のフィードバックを行
い「負荷の情報をスブールに転送すると、スブール７に
負荷フィードバック圧力がノズル背圧と逆方向に加えら
れるので、トルクモ」夕１の一定変位に対してスプール
７の変位が上記負荷圧力フィードバックを行わない場合
に比して小さくなり、そのため位置サーボ機構において
は偏差ｅが大きくなり、スプール７にかかるノズル背圧
と負荷圧力とがバランスするに必要なトルクモータへの
偏差電流を発生する状態で停止する。

すなわち、例えばピストン１３にＷ２の負荷がかかって
いるとするとＬピストン１３の下方にはＷ２／Ａ（Ａは
ピストンの断面積）の圧力が保持されなければならず、
この圧力がＷ２／Ａに保持されない場合にはピストン１
３が下降し、その位置検出によって偏差が大きくなるた
め、Ｗ２／Ａに相応する定常的な偏差ｅがあらわれるこ
とになる。そして、この偏差は負荷に比例するので、そ
れを測定することにより負荷の大きさを推定することが
できる（第２図参照）。さらに、上記定常的な偏差はフ
ィードバック圧力室１６ａ，１６ｂに負荷圧力をフィー
ドバックする割合によって自由に変えることができ、そ
のため前記フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂに
よってフィードバックの割合を調節すれば、それが負荷
検出の感度を調節する機能を持つことになる。

而して、前記負荷の検出に際し、ピストン１３の自重の
影響を取除いて負荷の検出を行い得ることが必要であり
、したがって、自重のみに基づく負荷の場合には上記負
荷検出の感度を零にしてフィードバック圧力室１６ａ，
１６ｂに対する負荷圧力のフィードバックがかからない
ようにし、自重に加えて他の負荷が作用したときにのみ
その負荷の大きさに応じてフィードバックがかかるよう
にすればよい。そこで、ピストン１３の自重に基づく負
荷をＷ，とし、第１図においてピストン１３に負荷Ｗ，
のみが作用したとすると、フィードバック圧力制御弁１
５ａ，１５ｂにおける弁体１８ａ，１８ｂの一端にはＷ
，／Ａの圧力が加わるので、弁体１８ａ，１８ｂの端部
に加える前記設定圧力ＰｒぱをＷ，／Ａに等しくセット
しておくことにより、負荷Ｗ，に対して通常の位置サー
ボと同様に作動することになり、偏差電流は負荷に依存
せずほぼ零となる。

また、負荷Ｗ，にさらに負荷Ｗ２が加わった場合には、
圧力制御弁１５ａ，１５ｂの弁体１８ａ，１８ｂはＷ２
／Ａの大きさに応じて変位し、スプール７へフイードバ
ツクがかかることになる。この場合は、前述の如く負荷
に応じた定常電流が流れるので、この電流を測定するこ
とにより負荷Ｗ２を推定することができる。而して、上
記位置サーボ系の定常偏差が負荷Ｗ２に比例し、その大
きさがフィードバック圧力量およびピストンの断面榎等
に関係することは解析的に示すことができる。

また、負荷検出の感度はフィードバック圧力量により変
更することができ、さらに設定圧力Ｐｒｅｆを可変とす
ることにより自重による負荷Ｗ，が変動する場合におい
ても適用することができる。第３図は本発明の他の実施
例を示すもので、前記実施例のサーボ弁における２段ス
プールのように複雑な構造のスプールを使用せず、簡単
な構造のスプール７を用い、スプール７の両端の駆動圧
力室８ａ，８ｂに導いたノズル３ａ，３ｂの背圧をフィ
ードバック経路１４ｂ，１４ａによって直接フィードバ
ック圧力制御弁１５ｂ，１５ａに導いている。

フィードバック圧力制御弁１５ａ，１５ｂの弁体１８ａ
，１８ｂは前記実施例と同様の構成を有し、シリンダ１
１のボート１２ａ，１２ｂ間の差圧に応じて移動するが
、その移動によって駆動圧力室８ａ，８ｂ内のノズル背
圧をタンクに排出するボートの関度が制御され、したが
って弁体１８ａ，１８ｂの変位量すなわちシリンダ負荷
圧力の大きさに応じて駆動圧力室８ｂ，８ａ内のノズル
背圧が減少する。その結果、ノズル背圧とスプリング９
ａ，９Ｍこよって釣合った位置まで変位していたスプー
ル７が上記／ズル背圧の減少分だけ押戻されることにな
る。このことは、前記実施例において負荷圧力フィード
バックによりスプール弁が押戻されることと等価の効果
を与え、したがって前記実施例と同様の方法で負荷検出
を行うことができる。この実施例は、前記第１図の実施
例に比して加工技術的に容易であるという長所をもつが
、フィードバック圧力制御弁が多くの漏れを有する場合
には、不必要にノズル背圧が低下するため、サーボ弁に
おけるトルクモータ、ノズルフラツパ系の感度が低下す
るという問題があり「 したがって用途に応じて上記し
、ずれかの方式を選択使用すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるサーボ機構についての構成図、
第２図は定常偏差についての説明図、第３図はサーボ機
構の他の実施例についての構成図である。 １……トルクモータ、７……スプールＬ １４ａ，１４
ｂ・・・・・・フィードバック経路、１５ａ，１５ｂ・
・・・・０フィードバック圧力制御弁。 第１図第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力電流によるトルクモータの動作に応じてスプー
   ルを変位させ、その変位に応じた圧油の供給、排出によ
   りアクチユエータを目標の位置に向って動作させるサー
   ボ弁と、目標値に対するアクチユエータの位置の偏差を
   増幅して上記入力電流とする位置サーボ系とによって構
   成したサーボ機構において、上記サーボ弁に負荷圧力に
   応じた圧力をフイードバツク圧力制御弁を介してフイー
   ドバツクするフイードバツク経路を設け、上記フイード
   バツク圧力制御弁は、アクチユエータにおける負荷圧力
   に応じて上記サーボ弁に対しそのスプールを負荷に対抗
   している油圧を低下させる方向に移動させるための圧力
   をフイードバツクし、かつ負荷圧力が設定圧力よりも大
   きくなったときに上記フイードバツクが行われるものと
   して構成し、上記位置サーボ系における偏差の測定によ
   り負荷の大きさを検出することを特徴とする負荷圧力フ
   イードバツク形サーボ弁を用いた負荷検出装置。 ２ 入力電流によるトルクモータの動作に応じてスプー
   ルを変位させ、その変位に応じた圧油の供給、排出によ
   りアクチユエータを目標の位置に向って動作させるサー
   ボ弁と、目標値に対するアクチユエータの位置の偏差を
   増幅して上記入力電流とする位置サーボ系とによって構
   成したサーボ機構において、上記サーボ弁のスプールを
   トルクモータの動作に応じて変位させる流体圧力を負荷
   圧力の大きさに応じて排出させることによりサーボ弁に
   負荷圧力の大きさに応じたフイードバツクを与えるフイ
   ードバツク圧力制御弁を設け、上記フイードバツク圧力
   制御弁においては負荷圧力が設定圧力よりも大きくなっ
   たときにその負荷圧力の大きさに応じて上記フイードバ
   ツクが行われるように構成し、上記位置サーボ系におけ
   る偏差の測定により負荷の大きさを検出することを特徴
   とする負荷圧力フイードバツク形サーボ弁を用いた負荷
   検出装置。