JPS6257010A - 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成
、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、位置決めの制御
は、回転型ＤＣモータからワイヤ・プーリー系を介して
キャリッジに伝達される駆動力と回転型ＤＣモータの軸
上に取り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
？ワイヤ・プーリー系に工りキャリッジの動作に伝達す
る構成ケとっている。従って、実際に得られるキャリッ
ジの速度、位置にはワイヤープーリー系の特性が直接影
響を与え、例えばワイヤの伸びによる振動、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、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
ッジ位置を検出するリ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振が避けら
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あり、モータの大
型化、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ｉｔ検出できる位置検出器も従来の光学式、誘導式の
ものは高価で取り付は勇整が微妙であり、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罠、より小型、軽量なＩＪ　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、上述した欠点ケ除き、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
て実現し友小型、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＆は、レールと、第一の発ぞれの付
近に接触した一対の出力に応じて前記レールに接触し前
記超音波進行波に接続された一対の発振器と、前記レー
ルの一端付近に接触し前記第二の発振器の出力に応じて
前記レールに位置検出用超音波振動を送波する第二の超
音波振動子と、前記スライダ上に搭載され前記位置検出
用超音波振勧會受波する検出器と、前記第二の発振器の
出力信号から対応する前記検出器の出力信号までの信号
遅れ時間を検出し前記スライダの位置に対応した位置信
号を出力する位置検出回路と、前記位置信号に応じて前
記第一の発振器の出力を変化させるとともに一対の前記
第一の超音波振動子のいずれか？超音波を発生させるも
のとしそ選択することにより前記超音波進行波の大きさ
と方向とを制御する制御回路とを含んで構成される。

回路とを含んで構成される。

〔実施例〕

以下図面ケ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触した超音波振動
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′
にて前記駆動用超音波振動を吸撮すると、前記駆動用超
音波振動は超音波振動子２から２′への方向に進む進行
波となシ、前記レール１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１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
行波により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ｓｂ、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１の一端付
近に接触した第二の超音波振動子５からレール１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、必要忙応じて速
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１１ｆ５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か行われる。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３０位ｔＩｔｔ超音波位籠検出器で
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！ｃ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も不要である。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ｔｔ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シ高精度、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
１は位置検出回路７に入力されると、それぞれバースト
検出回路７２．７３にて例えハハーストの開始を検出す
ること等によシ互いに対応したタイミング信号を発生し
これｔカウンタクリア信号７２１．ラッチ信号７３１と
して出力する。このカウンタクリア信号７２１Ｈ，りＱ
ツク発生器７４よシ発生され几クロック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４１が発生されるごとに積算が開始されるカ
ウンタ７５１　を発生し、ラッチ７６へ入力する。ラッ
チ信号７３１は前記ラッチ７６に入力されたカクンタ出
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シ、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３０位ｍ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シ返し周期
と、クロック７４１にょシ決る分解能を有し、第二の発
振器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。従って前記第二の発振器４のバースト信号発生
周期を、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７１とが一対一に対応するように設定すること
ができる。

又、本実施例においては第二の発振器４よシ出力される
バースト信号４１を入力してバースト信号４Ｉ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図は制御回路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ｔ制御する速度側のモー
ド、入った後はスライダ３の位置全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。このモード全
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と位置信号７１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８１
１　として発生される。

速度制御モードでは、制御入力信号８ｏ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１１ｆ’に示す速度信号８４１　を生成し、減
算器８５でこの基準速度信号８３１から速度信号８４１
に減算し速度偏差信号８５１を出力する。この速度偏差
信号８５１は前述したモード信号８目により切り換えが
行われるセレクタ８６に入力され前記モード信号８１１
が速度制御モードを示していることを受けて制御偏差信
号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と符号を示す信号８６３とから
成シ、このうち絶対値を示す信号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８６３とは駆動回
路８７に入力され、前記符号を示す信号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）の一方に前記第一の発振器
８２の出力に応じた駆動信号を出力し、他方ケ駆動回路
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によシ決まり、その超音波振動の強さが絶対
値ケ示す信号８６２により決まることになり、レール１
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、目標位置を示す制御入力信
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ケ出力し、
さらに補償器８９において位相補償されて位置偏差信号
８９１　ｅ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
ることケ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
ｆｔ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人力信号８
０に従って、目標位置近傍までは速度があらかじめ定め
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？主眼とした制御回
路について述べたか、制御式カイぎ号８０として速度選
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
をこの速度選択信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の移動速度を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。

〔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金柑
いて実現した、小型、軽量、安価で構成が簡単であシか
つ高精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１図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のブロック図でろる。 ！・・・・・・レール、２．２′・旧・・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・・
・・・・検出器、７・・・・・・位置検出回路、８・・
・・・・制御回路、８２・・・・・・第一の発振器。 代理人　弁理士　　内　原　　　音 生１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レールと、第一の発振器と、この第一の発振器の出力に
   応じて前記レールに超音波進行波を発生させ前記レール
   の両端それぞれの付近に接続された一対の第一の超音波
   振動子と、前記レールに接触し前記超音波進行波により
   駆動されるスライダと、第二の発振器と、前記レールの
   一端付近に接続され前記第二の発振器の出力に応じて前
   記レールに位置検出用超音波振動を送波する第二の超音
   波振動子と、前記スライダ上に搭載され前記位置検出用
   超音波振動を受波する検出器と、前記第二の発振器の出
   力信号から対応する前記検出器の出力信号までの信号遅
   れ時間を検出し前記スライダの位置に対応した位置信号
   を出力する位置検出回路と、前記位置信号に応じて前記
   第一の発振器の出力を変化させるとともに一対の前記第
   一の超音波振動子のいずれかを超音波を発生させるもの
   として選択することにより前記超音波進行波の大きさと
   方向とを制御する制御回路とを含むことを特徴とする位
   置制御装置。