JPS6073103A - 液圧アクチユエ−タの精密位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、各種のロボットや精密搬送装置等に適用され
る液圧アクチュエータの精密位め決め装置に関するもの
である。

（ロ）従来技術 例えば、油圧モータの回転動力をハーモニック減速機等
の伝動機構を介して出力し得るようにした油圧アクチュ
エータによりロボットのアームを旋回圧動させるような
場合、前記ハーモニック減速機に生じる撓みが問題とな
る。すなわち、かかる構成のものでは、１ｊ１１記ハ一
モニツク減速機にロストモーションやばね定数に係る撓
みが存在するため、１１１記アームを精密に位置決めし
たい場合には前記ハーモニック減速機の出目側、つまり
、前記油圧アクチュエータの出力軸側で位置検出を行な
う必要があり、特に、精密用〜°ｆロボットの場合等で
は１回転あたり数子方分割程度の分解能が要求される。

しかしながら、このようハイレベルな精密回転位置検出
器は非常に高価であるため、実用的ではない。そのため
、一般には、繰返し１１）現精度が出れば良いというこ
とで、入力端、つまリ、１１１記油圧モータの回転位置
のみをアブソリエフ＋−化し、この繰返し回転数はコン
ピュータ等でカラン）・シ、これをメモリパックアンプ
する方法が用いられる。ところが、かかる方式は、負荷
か一定であるということが１１１１提になっている。

したかって、負荷が変化する場合には、前記ハーモニッ
ク減速機の撓みの影響を避けることができず、精害な位
だ決めを行なうことができないという問題がある。

（ハ）目的 本発明はこのような゛１イ情に着１」シてなされたもの
で１分解能の非常に高い高価な回転位置検出器を用いる
必要がなく、しかも、負荷が変化しても高い位置決め精
度を確保することができる液圧アクチュエータの精密イ
☆置決め装置を提供することを目的とする。

（ニ）構成 本発明は、かかる目的を達成するために、液圧アクチュ
エータの入力端である液圧モータの回転位置を検出し、
この検出値に基づいてフィードパンク制御を行なうにす
るととともに、ハーモニック減速機等の伝動機構の撓み
に比例する物理現象として液圧モータを通過する作動油
の重接差圧を検出し、この検出１＋Ｕを利用して前記液
圧アクチュエータの出力軸の回転位置に対応する出力値
を補止するようにしたことを特徴とするものである。

（ホ）実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図を参１！ヘシ
て説明する。

第１図は、液圧アクチュエータＰを示す断面図であり、
この液圧アクチュエータＰは、液圧モータｌの動力を伝
動機構たるハーモニック減速機２を介して出力するよう
になっている。

液圧モータｌは、偏心部３ａを４１した支軸３と、この
支軸３の軸心０１回りに回転可能なケーシング４とを有
している。ケーシング４は、前記支軸３の偏心部３ａを
囲繞するカップ状の本体部４ａと、この本体部４ａの開
口部を閉塞する＋ｉ！￥部４ｂとからなるもので、前記
支軸３の一端部は前記蓋部４ｂを嵌通してケーシング４
外へ突出している。また、前記ケーシング４の内周に奇
数個の乎血部４Ｃを円周方向に等角間隔をあけて形成し
ている。そして、このケーシング４の内側の前記各・１
ｉｌＩ′ｉ′ｉ部４ｃに’ｔ−１１５する部位にそれぞ
れピストン５を配設し、これら各ピストン５の先端面を
静圧ベアリング６を介して対応する・ｉ１面部４ｃに添
設ごせている。静圧ベアリング６は、前記ピストン５の
先端１ｎｉを１ｉｉ７記平面部４ｃに密着するように平
面状に形成するとともに、この先端面に圧力ポケント７
を形成し、この圧力ポケット７内に流体圧を４人するよ
うにしたものである。また、１ｉｉｒ記支輔３の偏心部
３ａにシリンダブロック８を回転１１丁能にｌ羨７ンし
、このシリンダブロック８によって前記各ビスＩ・ン５
のノ＾端１ｒｏ側に前記ケーシング４の回転に伴って容
積が増減する空間９を形成している。基体的に説明すれ
ば、シリンダブロック８には複数のシリンダ１１が円周
方向に等角間隔をあけて放射状に形成されている。そし
て、これら各シリンダ１１に前記各ピストン５がスライ
ド自在に嵌合させてあり、これら各ビスｉ・ン５のノ＾
端１ｎ１と前記各シリンダ１１の内面とによって前記り
と間９が形成されている。なお、このシリンダブロック
８の端面にはビン１２か突設されており、このピン１２
の先端＋Ｏｉをｒｔｉｊ記ケーシング４に設けたばか穴
１３に遊嵌させることによって該ソリンタブロ・ンク８
が前記ケーシング４に対して一定回転角度以Ｊ二自転し
ないようにしである。すなわち、このシリンダブロック
８は＋ｉｉｊ記ケーシング４に追従して回転するように
なっている。また、前記ケーシング４内を１ｊｉｉ記支
軸３の軸心０１と偏心部３ａの軸心０２とを通る仮想分
割ｔ！ｉｔＦを境にして第１領域Ａｋｍ２領域Ｂとに２
分割し、前記第１領域Ａ内を通過中の前記空間９を第１
の流体流通経路１４に連通させるとともに第２領域Ｂを
通過中の空間９を第２の流体流通経路１５に連通させて
いる。第１の流体流通経路１４は、前記偏心部３ａの外
周面に設けた第１領域Ａ側の圧力ポケント１６を支軸３
の先端部に設けた第１１７）流出入口（図示せず）に連
通させているためのちので、Ｔ１す記支軸３内に形成さ
れている。また、第２の流体流通経路１５は、前記偏心
部の外周面に設けた第２領域Ｂ側の圧力ポケット１７を
支軸３の先端面に設けた第２の流出入口（図示せず）に
連通させるためのもので、前記支軸３内に形成されてい
る。そして、これらの流出入口はサーボ弁ｌＯを介して
油圧源Ｑに接続されている。また、前記各ピストン５の
軸心部には対応する空間９内の流体１［を対応する静圧
ベアリング６内の圧力ポケント７内に導入するための圧
力導入路１８が設けである。

方、ハーモニック減速機２は、内周に内向歯２１を有し
たリング状のサーキュラ争スプライン２２と、このサー
キュラやスプライン２２の内側に軸心を一致させて配設
され開「１端部外周に前記内向１＆４２１とピンチが同
一・で数が若＝１少ない外向１↓７２３をイ１した薄肉
カップ状のフレクスプライン２４と、このフレクスプラ
イン２４の開［コ端部を横断面楕円状に弾性変形させて
その長袖部分において前記外向山２３を前記内向歯２１
に噛合させるとともにその噛合位置ａ、ｂを逐次円周方
向に移動させるウェーブジェネレータ２５とを具備して
なる。サーキュラ・スプライン２２はリング状の剛体で
あり、円板状の支持部材２６に支持されている。また、
フレクスプライン２４は弾性変形良好な材料により作ら
れたカップ状のもので、その開口端を前記支持部材２６
の内面に臨ませてあり、このフレクスプライン２４と前
記支持部材２６とによってモータ収容室３０が形成され
ている。ま−た、このフレクスプライン２４の底壁中心
部には出力軸３１の基端が固着されており、この出力軸
３１によってロボットのアート等を作動させるようにし
ている。また、ウェーブジェネレータ２５は、前記フレ
クスプライン２４の軸心回りに回転Ｌ］ｆ能な楕円カム
３２をフレキシブルなポーＪＬ／ヘアリング３３を介し
て前記フレクスプライン２４の内周に嵌合させたもにで
、′前記ポールベアリング３３のアウターリング３３ａ
は前記フレクスプライン２４と共に弾性変形しイ１）る
ようになっている。

そして、＋ｉｉｊ記液圧モータ１の支軸３を前記第１の
支持部材２６の軸心部に固着するとともに該ポンプ１の
ケーシング４を前記フレクスプライン２４内に配設し、
このケーシング４に前記ウェーブジェネレータ２５を一
体重に設けている。すなわち、このケーシング４の蓋部
４ｂの外周に前記楕円カム３２を・体に形成している。

また、前記モータ収容室３０内に、前記液圧モータｌの
ケーシング４が前記支持部材２６に対して停（１−する
ように制動をかけるための電磁ブレーキ３２を、没けて
いる。電磁ブレーキ３２は、前記ケーシング４の端面に
固着したブレーキシュー３３と　複数の案内ピン３４を
介して前記支持部材２６に回転Ｏｆ能にかつ軸心方向に
進退口（能に保持された磁性体製のアーマチュア３５と
、このアーマチュア３５の前記ブレーキシュー３３に対
向する面に添設されたライニング３６と、前記アーマチ
ュア３５を前記ケージング４方向に伺勢することにより
前記ライニング３６を前記ブレーキシュー３３に押し付
けて前記ケーシング４に制動をかける複数の制動用ばね
３７と、前記支持部材２６に支持されて前記アーマチュ
ア３５の背りｍ側に配置され通電時に前記アーマチュア
３５をｍ紀ばね３７の付勢力に抗して前記ケーシング４
か、＃Ｉれる方向に吸引し０ｆ１記うＩコンク３５を前
記ブレーキシュー３３から離間させる制動解除用励磁コ
イル３８とを具備してなるものである。

ここで、この液圧アクチュエータＰの作動を説明する。

まず、高圧の流体を１例えば、弔ｌの流体流通系路１４
を通して第１領域Ａに存在、する空１１１１９内に供給
すると、第１領域Ａに存在する静圧ベアリング６部に高
い流体圧が導入され、これらの流体圧によって該液圧モ
ータのケーシング４に偏心部３ｃの軸心０２を通り１）
１１記ケーシング４のＩＩＬ向部４Ｃに直行する力Ｆａ
、Ｆｂが作用することになる。しかして、これらの力Ｆ
ａ、Ｆｂの合力Ｆａｂの作用線は前記軸心０２を通り前
記ケーシング４のψ転中心たる支軸３の軸心Ｏ１からあ
る距ｇＩｌだけ偏位することになる第４図参照）。

その結果、前記ケーシング４にはＩＦａｂｌＸｌなるモ
ーメンＩ・か働くことになり、それによって該ケーシン
グ４が矢印Ｘ方向に回転する。この場合、第１領域Ａに
存在する空間９は前記ケーシング４の回転に伴って漸次
容積が増大し、第２領域Ｂに存在する空間９は漸次容積
が縮小するため、市ハニの流体は第１の流体流通系路１
４を通して第１領域Ａを通過中の空間９内に逐次流入し
、仕４Ｖをし終った流体は第２領域Ｂを通過中の空間９
から第２の流体流通系路１５を通して逐次外部へ排出さ
れる。このようにして’Ｉｔｋ圧モータｌのケーシング
４が、例えば、矢印Ｘ方向に回転すると、それに伴って
ウェーブジェネレータ２５の楕円カム３２か回しく矢印
Ｘ方向に回転し、フレクスプライン２４の外向歯２３と
、サーキュラ会スプライン２２の内向歯２１との１−合
位ｍａ、ｂが矢印Ｘ方向に移動する。そうすると、前記
楕円カム３２か１回転する毎に前記フレクスプライン２
４が前記内向歯２１と外向歯２３との歯数差分だけ矢印
Ｙ方向に回転することになり、その回転が出力軸３１を
介してハウシング２８外へ取り出される。

しかして、このようなものであれは、第１　、　：ＪＳ
２の流体流通系路１４．１５に供給する圧力流体の方向
およびＪ定量を制御することにより、所望の１０１転力
を出力軸３１から取り出すことができる。

第５図は、以上のような液圧アクチュエータＰの精密位
置決め装置を示すブロフク図である。この精密位置決め
装置は、前記液圧アクチュエータＰと、この液圧アクチ
ュエータＰの液Ｊ［：モータｌの回転位置を検出する回
転位置検出器４１と、この回転位置検出器４１からのフ
ィートハック信号に−２（づいてｌ１ｉｉ記液圧アクチ
ユエータＰを所望の（＜／置まで作動させるブイ−ドパ
ツク制御ｉ１機構４２と、前記液圧モータ１を通過する
作動液の前後差圧を検出する圧力検出器４３と、この圧
力検出Ｘ（４３からの信号値に基づいて出力ｆｉｔｉを
補正し＋１ム記ハーモニ・アク０表速機２の撓みによる
イ１ン；〆１ずれを修由する出力値補正機構４４とを具
ｌ１ｉｔしてなる。詳述すれば、前記回転検出器４１は
、例えば、特贋１昭５７−４５３３１号に示されるよう
な磁気式のエンコータであり、具体的には、ｊｉｉｊ記
ケーフケ−ソング４ｉｉ記支軸３に対する回転位置を検
出し得るように構成されており、前記モータ収容室３０
内に配設されている。また、フイードノヘンク制ｖ４機
構４２は、対をなす補償回路４５．４６と、速度変換器
４７と、前記サーボ弁１０とを具備してなる通常のもの
である。また、圧力検出器４３は、前記液圧アクチュエ
ータＰの第１の流体流通系路１４内の作動液の圧力と、
第２の流体流通系路１５内の作動液の圧力との差を検出
し、その検出値を出力値補正機構４４に向けて出力し得
るように構Ｉノｋ　したＩ（：カセンサである。出力値
補正機構４４は、マイクロコンピュータ等により構成さ
れたもので、次のような′ｒ−順で演算を行なうように
なっている。まず、１１１１記液圧アクチユエータＰの
出力←１１３１に作用する角付トルクが零で前記流体流
通系路１４．１５内の作動液間に圧力差が生じないＪＪ
Ｍ合は、予め設冗′した回転方向および前記出力軸３１
の回転位置に対応する出力値をそのままに維持した状！
ｎ；で１ｉ１１記フイードパ、り制御機＠４２＋こ指令
を出す。−力、前記出力軸３１に負荷トリレフが作用し
て前記流体流通系路１４．’１５内の作動液間に圧力差
が生じた場合には、１１１■記ハ０力検出器４３からの
信号値にｉ（ｉ記／＼−モニ・ツク武速４！１２の撓み
特性に対応する固有の補ｉ１Ｅ定数を東して補Ｉｌ゛値
を算出し、前記液圧アクチュエータＰの出力軸３１の位
置を示す出力値（表示値〕にこの補ｉ１：　（（ｉを加
減して前記／＼−モニツク減速機２の撓み番とよる位置
ずれを補ＩＦするようにしている。すなわら、前記出力
軸３１に作用する負４：；ｉ　）ルクをＴ（ｋｇ−ｍＩ
ｌｌ）、前記／＼−モニンク減減温器のロストモーショ
ンに対応するトルクをＴ　（Ｉ　Ｉ　（ｋｇ−ｍｍ）「
既知」、ロストモーションをｅ「既知」、回誠速器２の
ばね定数をＫ　（ｋｇ−ｍ　／　ｒａｄ　）　ｒ既知ｊ
、液圧をｐ　（ｋｇｆ／ｍｍ）　、液圧モータの理論押
しのけ容積をｑ　（ｍｍ／　ｒ　ｅ　ｖ）　、液圧モー
タの機械効率をη２、南東効率をη３とすると前記ノ＼
−モ二、り減速機２の撓みによるねしれ角θは、となり
、ｅと１間は各組合わせにつき−・人的に決まる。した
かって、液圧モータ１の前後差圧に固有の補正定数を乗
じて７ＩＶた補１［：値を前記出力値に加減することに
よって、前記ねじれ角θの影響をなくすごとができるわ
けである。

このような構成のものであれば、入力側である液圧モー
タｌの回転位置を検出するだけで出力軸のイＶ′Ｌ置決
めを行なうことができるので、分解能の高い高価な精雀
回転検出器を用いる必要がなく、実用性か高い。しかも
、外部前爪や摩擦抵抗あるいは加呟度等に基づく負荷、
つまり、＋ｉｉｆ記出力軸３１にイ′１用する負６ηト
ルクＴと、ハーモニック減速機２の撓みとの間には前述
のような一定の関係かあるため、前記負荷トルク′ｒに
比例する液圧モータ１の１１１１後差圧に基づいて出力
値を補正するようにすれば、前記ハーモニック減速機２
の撓みによる（）／置ずれを確実になぐすことかできる
。したがって、負荷が変動するような場合でも常に出力
＋１１３１を所望の（Ｓ＋、置に１１＝確に位置決めす
ることができるものである。

なお、液圧アクチュエータは、前記実施例のものに限ら
れないのは勿論であり、例えば、第６図に示すようなも
のであってもよい。すなわち、第６図に示す液圧アクチ
ュエータＰ°は、ｆム動機構としてポールスクリュベア
リング機構５２を採用したものである。このボールスク
リ、・＼アリンク機構５２は、液圧モータ５１に接続し
た送りねじ軸５３と、この送りねじ輔５３に螺装したす
７１・５４とからなるもので、前記送りねし輔５３を前
記モータ５３により市逆転させることによって、負荷に
接続した前記ナンド５４を螺合進退させることかできる
ようになっている。しかして、このものも、１ｉｉｊ記
ホ一ルスクリユヘアリング機構５２の撓みと前記液圧モ
ータ５１を通過するｆ１動液の前後差圧との間には、比
例関係かあるため、前記差圧に適切な補正定数を乗じて
補市飴を算出し実際に表小されている値にこの捕ｈＥ、
　＜＋ｔｉを加減することて精密なｆ１／置決めを行な
うことができる。すなわち、送りねじ軸系のばね定数を
Ｋ（ｋｇｆ／ｍｍ）　、送りねし軸系にかかる荷屯をＦ
（ｋｇｆ）とすると送りねし系の弾性偏位δ（ＩＩＩＩ
ｌｌ）はδ　＝　− ■（ となる。また、外部前用と′ｊ−圧による摩擦トルクと
加速とによる負荷トルクをＴ（ｋｇｆφｎ＋ｍ）、ねし
効−考ｌをη１．リード：ｉＬ（ｍｍ）とすると、とな
る。また、液圧をｐ、液圧モータの理論押しのけ容積を
ｑ、液圧モータの機械効率をη２とすると、 となり、δと１間は各組合わせにつき一義的に決まるわ
けである。

（へ）効果 本発明は以」−のような構成であるため、分解能の非常
に高い高価な回転位置検出器を用いる必要がなく、しか
も、負荷が変化しても高い位置決め精度を確保すること
ができる液圧アクチュエータの精密位置決め装置を提供
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示し、第１図は液
圧アクチュエータの断面図、第２図は第１図にお：する
ＩＩ　−ＩＩ線に！イ）う概略断面図、第３−図は、第
１図における■−■線に沿う概略断面図、第４図は作用
説明図、第５図は、精密位置決め装置のブロック図であ
る。第６図は、本発明の他の実施例を示す一部９Ｊ欠し
た１■−面図である。 １．５１Φ赤・液圧モータ ２・・・伝動機構（ハーモニ、り減速機）３１・・・出
力軸 ４１・・幸回転検出機 ４２・・・フィードバック制御機構 ４３・・・圧力検出機 ４４・・・出力埴補止機構 ５２・Φ・伝動機構（ボールスクリュベアリング機構） Ｐ、Ｐ”・・・液圧アクチュエータ 代理人　弁理士　赤澤−・トＩＩ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液圧モータの回転動力を伝動４１１＠を介して出力し７
   １するように構成した液圧アクチュエータと、前記液圧
   モータの回転位置を検出する回転位置検出器と、この回
   転位置検出器からのフィードバック４ｊ　””ｆにノ、
   ％ついて前記液圧アクチュエータを所望の荀１〆；まで
   作動させるフィードバンク制御機構と、前記液圧モータ
   を通過する作動液の前後差圧を検出する圧力検出器と、
   この圧力検出器からの信号値にＩｊｌ記伝動機構の撓み
   特性に対応する固有の補＋ｌ二定数を乗じて補正値を４
   −出し前記液圧アクチュエータの出力（１ｒｉにこの補
   １１日値を加減して前記伝動機構の撓みによる位置ずれ
   を補ＩＦする出力値補正機構とを具備してなる液圧アク
   チュエータの精密位置決め装置。