JPS6257009A - 位置制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はモータ及び位置検出器を用いて可動部材の速度
、位置を制御する位置制御装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

活字型シリアルプリンタにおいては、活字ヘッドを搭載
したキャリッジを所定の位置まで移動、位置決めして印
字が行われる。このキャリッジの移動９位置決めの制御
は、回転型ＤＣモータからワイヤ・ブー９−系を介して
キャリッジに伝達される駆動力と回転型ＤＣモータの軸
上に取シ付けられた回転位置検出器から得られる位置情
報とを用いて行われている。即ち、直接的にはモータの
回転角の回転速度、停止位置の制御を行い、この回転角
をワイヤ・プーリー系によりキャリッジの動作に伝達す
る構成をとっている。従って、実際に得られるキャリッ
ジの速度９位置にはワイヤ・プーリー系の特性が直接影
響を与え、例えばワイヤーの伸びＫよる振動、ワイヤと
プーリーとの摩擦による停止位置のばらつき等が生じ、
このためキャリッジの位置決め速度１位置決め精度が制
限され、プリンタとしての印字速度、印字品位を向上さ
せることができない原因となっている。

キャリッジの位置精度を確保するためには、直接キャリ
ッジ位１ｔ’に検出するＩＪ　ニア位置検出器を用いて
制御を行うことが考えられるが、この場合キャリッジの
駆動を従来と同じワイヤプーリー系を介して行っては、
ワイヤ・プーリー系による伝達遅れのため、制御系の発
根が避けられず、リニアＤＣモータ等、直接キャリッジ
を駆動するモータを用いる必要がある。

しかし、リニアＤＣモータは、キャリッジの可動範囲全
体にわたって磁気回路を形成する必要がｓｂ、モータの
大型化１重量増加が避けられず、小型、軽量化が必須条
件となっているプリンタに応用することはできない。

又、キャリッジの可動範囲全体にわたってキャリッジの
位１ｆヲ検出できる位置検出器も従来の光学式、誘導式
のものは高価で取９付は調整が微妙でアシ、やはりプリ
ンタに組み込んで使用することはできない。

また、直交座標系で動作する工業用ロボットには、リニ
アＤＣモータと光学式リニア位置検出器とを用い可動部
の位置決め制御を行っているものがあるが、上述のプリ
ンタにおけるのと同様に、よシ小型、軽量なりニアモー
タと、安価で取り付けの容易な位置検出器との実現が強
く望まれている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した欠点を除き、超音波モータと
超音波位置検出器とを同一の超音波伝送用レールを用い
て実現した小型、軽量、安価でかつ構成が簡単な位置制
御装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の位置制御装置は、レールと、このレールに接触
して設けられたスライダと、前記レールに第１の超音波
振動を発生させて前記スライダを駆動する駆動手段と、
前記レールに発生させた第２の超音波振動によシ前記ス
ライダの位置を検出する位置検出手段とｔ含んで構成さ
れる。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明による位置制御装置の一実施例を示す
ブロック図である。

レールｌの両端付近の適切な位置に接続され几超音波振
動子２．２′の一方の超音波振動子２を励振してレール
ｌに駆動用超音波振動を発生し、他方の超音波振動子２
′にて駆動用超音波振動を吸振すると、駆動用超音波振
動は超音波振動子２から２′への方向に進む進行波とな
９、前記レール！に適当な圧力で接触させられているス
ライダ３が前記レールｌよシ進行波の進行方向と逆方向
に駆動される。これは、レールｌの表面の各点は進行波
によシ随円軌動を描いて運動し、進行波の頂点付近のみ
がスライダ３と接触するためであり、超音波モータとし
てよく知られており、その原理的説明は省略する。

一方、第二の発振器４の出力に応じてレールｌの一端付
近に接続された第二の超音波撮動子５からレールｌに位
置検出用超音波振動を送波し、この振動をスライダ３上
に搭載された検出器６にて受波し、位置検出回路７にて
第二の発振器４の出力と検出器６の出力とを入力してこ
の両信号間の遅延時間を測定することにより、スライダ
３の位置が検出され、位置信号７１として出力される。

なお、位置検出用超音波振動は十分高い周波数に設定す
ることにより、特に吸振器等を設けなくても、レールｌ
の端部を処理して散乱させる等して実用的な進行波を得
ることができる。

位置信号７１は制御回路８に入力され、必要に応して速
度信号を生成する等の処理を施されて、外部の制御機器
（図示せず）より与えられる制御入力信号８０より指定
される目標位置あるいは目標速度と比較され、この結果
に基づいて第一の超音波振動子２．２′の出力レベルを
決める第一の発振器８２の出力レベルの設定、前記第一
の超音波振動子２．２′のどちらを発振器とし、どちら
を吸振器とするかの回路の切り換えが行われる。この結
果、前述したレールｌ上に発生される駆動用超音波振動
の強さ、方向が定められる。

以上述べた構成により、超音波モータでスライダ３を動
かし、このスライダ３の位置を超音波位置検出器で検出
してフィードバックするサーボ系が形成され、位置制御
装置が構成される。この位置制御装置は駆動力がスライ
ダ３とレールｌとの接触部で発生されるため、スライダ
３が直接駆動され、ワイヤ・プーリー系を必要とせず、
大きく重い磁気回路本不要である。又、位置検出もスラ
イダ３の位置を直接測定できる上に駆動系と同一のレー
ルｌ共用するので特に複雑な構成となることがない。こ
の結果、スライダ３に対し直接駆動、直接位置検出を行
えることにより高精度、高帯域な位置制御が行え、しか
も小型、軽量、安価でかつ構成が簡単な位置制御装置が
得られる。

第２図は位置検出回路７のブロック図である。

第１図の第二の発振器４より間欠的に出力されるバース
ト信号４１及び検出器６より検出されたバースト信号６
１ａ位置検出回路７に入力されると、それぞれバースト
検出回路７２．７３にて例えばバーストの開始を検出す
ること等により、互いに対応したタイミング信号を発生
し、これをカウンタクリア信号７２１．ラッチ信号７３
１として出力する。このカウンタクリア信号７２１は、
クロック発生器７４より発生されたクロック７４１によ
りカウントアツプされているカウンタ７５をクリアし前
記バースト信号４Ｉが発生されるごとに積算が開始され
るカウンタ出カフ５１を発生し、ラッチ７６へ入力する
。ラッチ信号７３　’ｌはラッチ７６に入力されたカウ
ンタ出カフ５１をラッチし位置信号７１として出力する
。

従って、位置検出回路７の出力となる位置信号７１は、
第一図において第二の発振器４からバースト信号が発生
されて検出器６からバースト信号が検出されるまでの遅
れ時間に対応した値を有してお９、この遅れ時間は第二
の発振器４からスライダ３までの距離に比例するので、
スライダ３の位置を示す信号となる。

位置信号７１は、第二の発振器４のバースト信号４１の
発生周期により決るスライダ位置に対する繰り返し周期
と、クロック７４１により決る分解能を有し、第二の発
掘器４のバースト信号発生周期ごとに得られる位置信号
となる。第二の発振器４のバースト信号発生周期金、超
音波がレールｌの全長を伝播するに要する時間以上に設
定しておくことにより、レールｌ上の位置と位置信号７
１とが一対一に対応するように設定することができる。

なお、本実施例においては第二の発振器４より出力され
るバースト信号４１ｅ入力してバースト信号４１の発生
のタイミングを検出する方法をとったために、バースト
信号検出回路７２が必要となったが、第二の発振器４の
内部で用いられるバースト信号４１発生のためのタイミ
ング信号を位置検出回路７に入力し、直接カウンタ７５
のクリア信号７２１　として用いることも、もちろん可
能である。

第３因は制御回路８のブロック図である。

スライダ３を目標位置まで移動位置決めする際には、ス
ライダ３が目標位置近傍のあらかじめ定められた範囲内
に入るまでは、スライダ３の速度を制御する速度制御モ
ード、入った後にスライダ３の位置を制御する位置制御
モードと、モードを切り換えて制御を行う。このモード
を切り換える信号は、外部の制御機器より与えられる目
標位置を示す制御入力信号８０と位置信ｇ７１とをモー
ド信号発生器８１にて比較することによりモード信号Ｓ
ｔｔ　として発生される。

速度制御モードでは、制御入力信号８０が基準速度発生
器８３に、位置信号７１が基準速度発生器８３と速度信
号発生器８４とに入力され、基準速度発生器８３におい
て目標位置までの残差距離に応じて適切に定められたス
ライダ３のとるべき基準速度を示す基準速度信号８３１
を発生する一方で、速度信号発生器８４においてスライ
ダ３の速度を示す速度信号８４１ｔ−生成し、減算器８
５でこの基準速度信号８３１から速度信号８４１を減算
１．、速度偏差信号８５１に出力する。この速度偏差信
号８５１は、前述したモード信号８１１に、【り切り換
えが行われるセレクタ８６に入力されモード信号８１１
が速度制御モードを示していることを受けて制（財）偏
差信−＠８６１として出力される。制御偏差信号８６１
は絶対値を示す信号８６２とマチ１号を示す信号８６３
とから成り、このうち絶対値ｒ示すイぎ号８６２は第一
の発振器８２に入力され、この出力レベルを定め、さら
にこの第一の発振器８２の出力と、符号を示す信号８６
３とは駆動回路８７に入力され、符号を示す信号８６３
に応じて制御回路８の２本の出力８７１．８７２（それ
ぞ・れが超音波振動子２．２′に入力）の一方に第一の
発振器８２の出力に応じた駆動信号を出力し、他方を駆
動回路８７の内部にある吸振回路に接続する。この結果
、第一図における第一の超音波振動子２，２′のどちら
から超音波振動が発生されどちらに吸収されるかが符号
を示す信号８６３により決まり、その超音波振動の強さ
が絶対値を示す信号８６２により決まることになシ、レ
ールｌ上に発生される駆動用超音波振動の強さと方向と
が定められる。

一方、位置制御モードでは、目標位ｔＩｔ′ｌｋ示す制
御大力信号８０と位置信号７１とは位置誤差信号発生器
８８に入力され、目標位置までの残差距離を示す信号を
出力し、さらに補償器８９において位相補償されて位置
偏差信号８９」を出力する。

この位置偏差信号８９１は、前述したセレクタ８６に入
力され、モード信号８１１が位置制御モードを示してい
ることを受けて制御偏差信号８６１として出力される。

この制御偏差信号８６１は、先に速度制御モードにおい
て説明したのと同様に制御回路８の出力８７１，８７２
を決定し、レールｌ上に発生される駆動用超音波振動の
強さと方向とを定める。

以上述べた制御回路８の働きにより、レールｌ上のスラ
イダ３は、外部の制御機器より与えられる制御入力信号
８０に従って、目標位置近傍までは速度があらかしめ定
められた基準速度に追従し、目標位置近傍では目標位置
に停止するように制御される。

なお、ここで述べた制御回路８においては、スライダ３
をある目標位置に位置決めすることを主眼とした制御回
路について述べたが、制御入力信号８０として速に選択
信号を付加し前述したスライダ３のとるべき基準速度を
この速度選択毎号により選択する構成とすることにより
、容易にスライダ３の移動速度全制御することを主眼と
した制御回路を実現することもできる。

又、上に述べた実施例においてはスライダ３の位置検出
のために第二の超音波振動子５をレールｌの一端に設置
する構成としたが、この位置検出用の超音波振動を駆動
用の第一の超音波振動子會用いて発生し、第二の超音波
振動子５を用いない構成とすること本可能である。この
場合、第１図において、第二の発振器４よシ第二の超音
波振動子５に入力されていた信号は制御回路８に入力さ
れ、第一の超音波振動子２．２′のどちらか定まった一
方から、ある場合には駆動用超音波振動と重畳して、又
ある場合には駆動用超音波振動の吸振回路に寄生する形
で位置検出用超音波振動を発生する構成となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、超音波モータと
超音波位置検出器とを同一の超音波伝送用のレールを用
いて実現した、小型、軽量、安価で構成が簡単であり、
かつ高Ｍ度高帯域な制御が行える位置制御装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１１１は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は第１図に示す位置検出回路７のブロック図、第３図は
第１図に示す制御回路８のブロック四である。 １・・・・・・レール、２．２’・・・・・・第一の超
音波振動子、３・・・・・・スライダ、４・・・・・・
第二の発振器、５・・・・・・第二の超音波振動子、６
・・・用検出器、７・・・・・・位置検出回路、８・・
・・・・制御回路、８２・旧・・第一の発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レールと、このレールに接触して設けられたスライダと
   、前記レールに第１の超音波振動を発生させて前記スラ
   イダを駆動する駆動手段と、前記レールに発生させた第
   ２の超音波振動により前記スライダの位置を検出する位
   置検出手段とを含むことを特徴とする位置制御装置。