專利名稱：直線移動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)而使臺(tái)車移動(dòng)的直線移動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的變換裝置，使齒條和小齒輪嚙合的齒輪齒條副已被公 知。齒輪齒條副被用于輸送裝置、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)床、精密儀器等要求高效、高精度、長(zhǎng)壽命、 高驅(qū)動(dòng)力傳遞的機(jī)械裝置。齒輪齒條副通常在齒條的齒和小齒輪之間設(shè)置被稱作齒隙的間隙，避免齒之間的 咬入。但若設(shè)置齒隙，則即使小齒輪已停止，具有慣性的小齒輪也會(huì)移動(dòng)與齒隙對(duì)應(yīng)的量， 導(dǎo)致停止時(shí)的位置精度變差。日本專利文獻(xiàn)1提出了避免了這一問題的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的變換裝置100的 方案。該變換裝置100如圖11所示，通過具有由多個(gè)次擺曲線構(gòu)成的齒型的齒104的齒條 105及具有與齒104嚙合的多個(gè)輥106的小齒輪107，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的變換。為 了使與齒條105嚙合的輥106的中心軌跡描畫成次擺曲線的軌跡，齒輪105的齒形被設(shè)置 為，齒根描畫成比輥106的直徑大的大致弧形的軌跡。并且，對(duì)齒條105和小齒輪107施加 預(yù)壓來使用。進(jìn)一步，齒輪105的齒頂形成逐漸離開輥106的外形軌跡的嚙入。專利文獻(xiàn)1 日本特開平10-184842號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但專利文獻(xiàn)1中，將齒條105的齒形加工為次擺曲線等，因加工精度問題而使成本 較高。尤其在長(zhǎng)距離輸送中，高成本的齒條變長(zhǎng)時(shí)，難于同時(shí)兼顧加工精度和適當(dāng)?shù)某杀尽１景l(fā)明基于以上課題而出現(xiàn)，其目的在于提供一種即使不使用高成本的形式的齒 輪，在停止時(shí)也可獲得較高位置精度的直線移動(dòng)裝置?；谝陨夏康?，本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置對(duì)于齒輪驅(qū)動(dòng)用的一個(gè)齒條設(shè)置獨(dú)立驅(qū)動(dòng) 的一對(duì)馬達(dá)。各馬達(dá)上安裝小齒輪。將一對(duì)馬達(dá)中的一個(gè)作為主動(dòng)馬達(dá)，另一個(gè)作為從動(dòng) 馬達(dá)。并且，在移動(dòng)時(shí)，主動(dòng)馬達(dá)和從動(dòng)馬達(dá)被向同一方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)；但停止時(shí)，向從動(dòng)馬 達(dá)提供和主動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向相反的驅(qū)動(dòng)力。這樣一來，可降低齒隙造成的小齒輪的移動(dòng) (空動(dòng))，進(jìn)行高精度的定位。S卩，本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置具有設(shè)置了多個(gè)齒的直線狀齒條；與齒條的齒嚙合 的主動(dòng)小齒輪；在離開主動(dòng)小齒輪的位置與齒條的齒嚙合的從動(dòng)小齒輪；使主動(dòng)小齒輪旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)馬達(dá)；使從動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)馬達(dá)；以及臺(tái)車，主動(dòng)馬達(dá)和從動(dòng)馬達(dá) 被固定，并隨著主動(dòng)馬達(dá)和從動(dòng)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而沿著齒條直線移動(dòng)。并且，本發(fā)明的直線 移動(dòng)裝置的特征在于，在使移動(dòng)的臺(tái)車停止時(shí)，向與移動(dòng)中的主動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方向相反的 方向使從動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。此外，在本發(fā)明中，將2臺(tái)馬達(dá)中、被反向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)定義 為從動(dòng)馬達(dá)。在本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置中，從臺(tái)車開始移動(dòng)時(shí)到停止時(shí)為止，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)馬達(dá)和從動(dòng)馬達(dá)，但不限于此。即，本發(fā)明可在臺(tái)車開始移動(dòng)并達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)后，停止從動(dòng) 馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)。同樣地，在這種情況下，在停止臺(tái)車時(shí)，也可使從動(dòng)馬達(dá)向與移動(dòng)中的主動(dòng)馬 達(dá)的驅(qū)動(dòng)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。由此，可使主動(dòng)馬達(dá)及從動(dòng)馬達(dá)的控制變得簡(jiǎn)單。在本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置中，在從臺(tái)車開始移動(dòng)時(shí)到停止時(shí)為止同時(shí)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)馬 達(dá)和從動(dòng)馬達(dá)的情況下，優(yōu)選通過滑動(dòng)模式控制來控制主動(dòng)馬達(dá)和從動(dòng)馬達(dá)，以用于進(jìn)行 高精度、高保持力的定位。在滑動(dòng)模式控制中，以距最終到達(dá)位置的偏差位置和速度提供超 平面，因此，可通過任意的控制力來進(jìn)行定位。此時(shí)，為了提高定位后的保持力，在不振蕩的 程度的可控范圍內(nèi)切換馬達(dá)控制力即可。在本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置中，在從臺(tái)車開始移動(dòng)時(shí)到停止時(shí)為止同時(shí)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)馬 達(dá)和從動(dòng)馬達(dá)的情況下，如上所述，優(yōu)選通過滑動(dòng)模式控制來控制主動(dòng)馬達(dá)和從動(dòng)馬達(dá)，以 用于進(jìn)行高精度的定位。但在全部區(qū)域內(nèi)執(zhí)行滑動(dòng)模式時(shí)，對(duì)馬達(dá)的負(fù)載變大，因此優(yōu)選 根據(jù)馬達(dá)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)特性(例如馬達(dá)驅(qū)動(dòng)時(shí)的上升時(shí)間)預(yù)測(cè)馬達(dá)負(fù)載，提供和馬達(dá)負(fù) 載對(duì)應(yīng)的適當(dāng)超平面或切換直線的傾角，從而控制各馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置，當(dāng)使正在移動(dòng)的臺(tái)車停止時(shí)，可向與移動(dòng)中的主動(dòng) 馬達(dá)相反的方向使從動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。這樣一來，可降低齒隙的空動(dòng)，進(jìn)行高精度的臺(tái)車定 位。并且，根據(jù)本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置，以齒隙為前提時(shí)也可進(jìn)行高精度的臺(tái)車的定位，因 此可將通用的漸開線直齒輪或斜齒輪用于小齒輪，從而可降低裝置成本。進(jìn)一步，本發(fā)明的 直線移動(dòng)裝置具有2臺(tái)馬達(dá)，因此即使產(chǎn)生較大驅(qū)動(dòng)力，也可進(jìn)行高精度的定位。


圖1是本實(shí)施方式中的直線移動(dòng)裝置的立體圖。圖2是本實(shí)施方式中的直線移動(dòng)裝置的正面圖。圖3是本實(shí)施方式中的直線移動(dòng)裝置的側(cè)面圖。圖4是本實(shí)施方式中的直線移動(dòng)裝置的控制框圖。圖5表示在本實(shí)施方式的直線移動(dòng)裝置中使移動(dòng)臺(tái)車從位置S移動(dòng)到位置E時(shí)的 主動(dòng)馬達(dá)及從動(dòng)馬達(dá)的位置-速度曲線。圖6是本實(shí)施方式的直線移動(dòng)裝置的齒條及小齒輪的局部放大圖。圖7表示在本實(shí)施方式的直線移動(dòng)裝置中使移動(dòng)臺(tái)車從位置S移動(dòng)到位置E時(shí)的 主動(dòng)馬達(dá)及從動(dòng)馬達(dá)的位置-速度曲線。圖8表示說明滑動(dòng)模式的公式。圖9表示說明滑動(dòng)模式的其他公式。圖10是表示應(yīng)用滑動(dòng)模式控制的實(shí)例的圖。圖11是表示日本專利文獻(xiàn)1所公開的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的變換裝置的圖。附圖標(biāo)記1直線移動(dòng)裝置10工作臺(tái)13 齒條13T 齒15線性編碼器
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20移動(dòng)臺(tái)車22主動(dòng)馬達(dá)23從動(dòng)馬達(dá)24主動(dòng)小齒輪25從動(dòng)小齒輪30控制器
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)附圖所示的實(shí)施方式詳細(xì)說明本發(fā)明。本實(shí)施方式中的直線移動(dòng)裝置1以齒輪齒條副為基本結(jié)構(gòu)。直線移動(dòng)裝置1可使移動(dòng)臺(tái)車20在工作臺(tái)10上直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且可在任意位置停止。工作臺(tái)10具有矩形的底板11 ；齒條13，在底板11上沿著移動(dòng)臺(tái)車20進(jìn)行直線 往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方向延伸；與齒條13平行地延伸的軌道14 ；以及與軌道14平行地延伸的線性 編碼器15。在齒條13上，在其長(zhǎng)邊方向上連續(xù)設(shè)置多個(gè)齒13T。齒條13的齒13T的齒形是直 線。軌道14以可自由滑動(dòng)的方式與移動(dòng)臺(tái)車20的滑動(dòng)器27嵌合，并通過滑動(dòng)器27 支撐移動(dòng)臺(tái)車20的負(fù)荷。作為線性編碼器15，可使用光學(xué)式的線性編碼器15。光學(xué)式的線性編碼器15例 如具有玻璃刻度尺15a ；和滑動(dòng)單元15b，掃描玻璃刻度尺15a，以獲得位置信息。所獲得 的位置信息被傳送到下述控制器30。玻璃刻度尺1 鋪設(shè)在線性編碼器15內(nèi)，滑動(dòng)單元 1 與移動(dòng)臺(tái)車20 —體化，在玻璃刻度尺1 上進(jìn)行掃描。線性編碼器15用于識(shí)別移動(dòng)臺(tái) 車20的位置，也可使用磁式的線性編碼器。并且，可將能夠識(shí)別進(jìn)行直線移動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)車 20的位置的設(shè)備替換為線性編碼器15進(jìn)行使用。例如，可廣泛適用利用主動(dòng)馬達(dá)22及從 動(dòng)馬達(dá)23的轉(zhuǎn)速來獲取位置信息的旋轉(zhuǎn)編碼器、激光位移儀、對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(target mask)的 圖像處理法等能夠以所需精度來識(shí)別位置的設(shè)備。移動(dòng)臺(tái)車20具有臺(tái)車下板21 ；主動(dòng)馬達(dá)22，放置在臺(tái)車下板21上，且通過適當(dāng) 的方式被固定 ’從動(dòng)馬達(dá)23 ；主動(dòng)小齒輪24，固定在主動(dòng)馬達(dá)22的輸出軸22S上；以及從 動(dòng)小齒輪25，固定在從動(dòng)馬達(dá)23的輸出軸23S上。作為主動(dòng)馬達(dá)22及從動(dòng)馬達(dá)23，例如 可使用直驅(qū)伺服馬達(dá)(DD馬達(dá))。主動(dòng)馬達(dá)22及從動(dòng)馬達(dá)23從控制簡(jiǎn)單的角度而言優(yōu)選 具有同樣的特性。主動(dòng)小齒輪M及從動(dòng)小齒輪25均是齒形由漸開線構(gòu)成的齒輪(漸開線 齒輪)，與工作臺(tái)10的齒條13嚙合。主動(dòng)馬達(dá)22、從動(dòng)馬達(dá)23的上表面上放置臺(tái)車上板26，并且臺(tái)車上板沈與主動(dòng) 馬達(dá)22和從動(dòng)馬達(dá)23兩者固定。這樣一來，臺(tái)車下板21、主動(dòng)馬達(dá)22、從動(dòng)馬達(dá)23及臺(tái) 車上板沈一體構(gòu)成。臺(tái)車下板21的下表面上，在與工作臺(tái)10的軌道14對(duì)應(yīng)的位置固定滑動(dòng)器27?；?動(dòng)器27的下表面具有與移動(dòng)臺(tái)車20的移動(dòng)方向平行地延伸的嵌合槽27h，該嵌合槽2 和 軌道14的前端部嵌合?；瑒?dòng)器27在與軌道14的前端部嵌合的狀態(tài)下沿著軌道14自由滑動(dòng)。如圖4所示，上述直線移動(dòng)裝置1具有控制移動(dòng)臺(tái)車20(主動(dòng)馬達(dá)22、從動(dòng)馬達(dá) 23)的動(dòng)作的控制器30。控制器30從線性編碼器15獲得移動(dòng)臺(tái)車20的位置信息，并根據(jù)所獲得的位置信 息來控制設(shè)置在移動(dòng)臺(tái)車20上的主動(dòng)馬達(dá)22、從動(dòng)馬達(dá)23的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，從而控制移動(dòng)臺(tái)車 20的移動(dòng)、停止。為了使移動(dòng)臺(tái)車20移動(dòng)，控制器30指示主動(dòng)馬達(dá)22和從動(dòng)馬達(dá)23向同一方向 旋轉(zhuǎn)。這樣一來，安裝在主動(dòng)馬達(dá)22上的主動(dòng)小齒輪M和安裝在從動(dòng)馬達(dá)23上的從動(dòng)小 齒輪25向同一方向旋轉(zhuǎn)，移動(dòng)臺(tái)車20被向軌道14引導(dǎo)的同時(shí)進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。此外，移動(dòng) 臺(tái)車20在主動(dòng)馬達(dá)22和從動(dòng)馬達(dá)23順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)向右移動(dòng)，在主動(dòng)馬達(dá)22和從動(dòng)馬達(dá) 23逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)向左移動(dòng)。圖5表示使移動(dòng)臺(tái)車20從軌道14上的位置S移動(dòng)到位置E時(shí)的主動(dòng)馬達(dá)22和 從動(dòng)馬達(dá)23的位置-速度曲線。在圖5中，實(shí)線表示主動(dòng)馬達(dá)22及從動(dòng)馬達(dá)23被驅(qū)動(dòng)的 情況，虛線表示從動(dòng)馬達(dá)23未被驅(qū)動(dòng)的情況。控制器30發(fā)出驅(qū)動(dòng)指示后，主動(dòng)馬達(dá)22及從動(dòng)馬達(dá)23同時(shí)開始旋轉(zhuǎn)(以該旋轉(zhuǎn) 方向作為正轉(zhuǎn))，移動(dòng)臺(tái)車20隨之開始移動(dòng)。因移動(dòng)初期需要較大驅(qū)動(dòng)力，因此使主動(dòng)馬達(dá) 22及從動(dòng)馬達(dá)23、即2臺(tái)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。控制器對(duì)主動(dòng)馬達(dá)22和從動(dòng)馬達(dá)23進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使移動(dòng)臺(tái)車20以速度Vc 到達(dá)位置I1,之后移動(dòng)臺(tái)車20以速度Vc進(jìn)行勻速運(yùn)動(dòng)?？刂破?0根據(jù)從線性編碼器15 接收的移動(dòng)臺(tái)車20的位置信息來識(shí)別移動(dòng)臺(tái)車20的位置。對(duì)于從動(dòng)馬達(dá)23，如到達(dá)位置 I2，則控制器30使其停止驅(qū)動(dòng)，而由1臺(tái)主動(dòng)馬達(dá)22使移動(dòng)臺(tái)車20移動(dòng)。這是因?yàn)?，可?過和移動(dòng)初期相比較小的驅(qū)動(dòng)力使移動(dòng)臺(tái)車20以速度Vc勻速運(yùn)動(dòng)。從動(dòng)馬達(dá)23，在驅(qū)動(dòng) 力消失時(shí)偏移齒隙的量，從動(dòng)小齒輪25與齒條13的齒13T在與驅(qū)動(dòng)時(shí)相反一側(cè)的面嚙合， 因此隨著移動(dòng)臺(tái)車20的移動(dòng)而空轉(zhuǎn)。如移動(dòng)臺(tái)車20到達(dá)位置13，則控制器30對(duì)正在驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)馬達(dá)22指示減速，使 移動(dòng)臺(tái)車20在位置E停止。位置I3及表示減速程度的傾角Cei根據(jù)移動(dòng)臺(tái)車20開始移動(dòng) 后到達(dá)速度Vc的位置I1、表示加速程度的傾角Cs設(shè)定。如移動(dòng)臺(tái)車20到達(dá)位置14，則控制器30向正在空轉(zhuǎn)但停止驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)馬達(dá)23發(fā) 出指示，以提供與主動(dòng)馬達(dá)22反向旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力。此時(shí)的位置I4及表示加速程度的傾角 Ce2根據(jù)位置13、Cei確定，但對(duì)于Ce2，典型的是Ce彡-CE1。如允許停止后的抖動(dòng)，則也可通 過主動(dòng)馬達(dá)22粗略地定位后，驅(qū)動(dòng)從動(dòng)馬達(dá)22并進(jìn)行最終定位。圖6表示向從動(dòng)馬達(dá)23提供反轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力時(shí)的、主動(dòng)小齒輪M及從動(dòng)小齒輪25 的狀態(tài)。主動(dòng)小齒輪M被提供正轉(zhuǎn)(順時(shí)針的箭頭)的驅(qū)動(dòng)力D1，從動(dòng)小齒輪25被提供 反轉(zhuǎn)(逆時(shí)針的箭頭)的驅(qū)動(dòng)力D2。因此，主動(dòng)小齒輪M(主動(dòng)馬達(dá)2 從齒條13受到圖 中向右的力Fl，從動(dòng)小齒輪25 (從動(dòng)馬達(dá)23)從齒條13受到圖中向左的力F2。力Fl和力 F2方向相反。在此若只考慮主動(dòng)小齒輪對(duì)，則即使停止主動(dòng)馬達(dá)22的驅(qū)動(dòng)力并使主動(dòng)小齒輪 24停止旋轉(zhuǎn)，因在主動(dòng)小齒輪M和齒條13之間設(shè)有齒隙，所以移動(dòng)臺(tái)車20也會(huì)因慣性而
6移動(dòng)齒隙的量，無法高精度地定位于位置E。在使從動(dòng)馬達(dá)23與主動(dòng)馬達(dá)22 —起正轉(zhuǎn)時(shí)也一樣。與之相對(duì)，本實(shí)施方式的移動(dòng)臺(tái)車20中，即使在主動(dòng)小齒輪M和齒條13之間、進(jìn) 一步在從動(dòng)小齒輪25和齒條13之間設(shè)置齒隙時(shí)，由于主動(dòng)小齒輪M和從動(dòng)小齒輪25受 到方向相反的力，所以在停止后移動(dòng)臺(tái)車20也不會(huì)移動(dòng)。因此，直線移動(dòng)裝置1即使將通 用的次擺齒輪用于主動(dòng)小齒輪M及從動(dòng)小齒輪25，也可將移動(dòng)臺(tái)車20高精度地定位于位 置E。并且，直線移動(dòng)裝置1因移動(dòng)臺(tái)車20具有2臺(tái)馬達(dá)，所以驅(qū)動(dòng)力較大，且可高精度地 進(jìn)行定位。以上，進(jìn)行如下控制，使得從位置I2到位置I4不向從動(dòng)馬達(dá)23提供驅(qū)動(dòng)力。該控 制不伴隨有對(duì)從動(dòng)馬達(dá)23從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力的控制，因此具有控制十分簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。 并且，本發(fā)明不限于圖5所示的方式的控制。例如如圖7所示，也可在從位置S到位置E為 止的整個(gè)行程在向主動(dòng)馬達(dá)22提供驅(qū)動(dòng)力的同時(shí)向從動(dòng)馬達(dá)23提供驅(qū)動(dòng)力。從高精度的 定位而言，此時(shí)的控制優(yōu)選通過滑動(dòng)模式進(jìn)行。以下說明滑動(dòng)模式控制。相對(duì)于參數(shù)的變動(dòng)保持穩(wěn)健(robust)的可變構(gòu)造控制(Variable Structure System :VSS)，通過非連續(xù)地切換控制構(gòu)造，可獲得所需的性能?？筛鶕?jù)該VSS理論進(jìn)行滑 動(dòng)模式控制，其特征是，雖然控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但卻是相對(duì)于控制對(duì)象的特性變化保持穩(wěn)健且 低維度的方法。通過將該滑動(dòng)模式控制應(yīng)用于主動(dòng)馬達(dá)22和從動(dòng)馬達(dá)23的定位，可進(jìn)行 相對(duì)于負(fù)載變動(dòng)保持穩(wěn)健且過沖少的高精度的定位?？紤]到DD馬達(dá)的控制構(gòu)造，可通過公式(1)獲得。此外，公式(1) 公式(9)如 圖8所示。公式⑴中的U是馬達(dá)的控制輸入，通過公式(2)獲得。若以公式(3)表示超平 面，則為了滿足作為滑動(dòng)模式控制的存在條件的公式G)，需要滿足公式(5)。其中，將公式 (6)導(dǎo)入公式(5)時(shí)，可同時(shí)滿足達(dá)到超平面s = 0的條件及滑動(dòng)模式的存在條件。因?qū)D馬達(dá)進(jìn)行速度輸入，所以作為控制，根據(jù)上述(7)進(jìn)行位置的比例控制即可。其中，根據(jù)本發(fā)明人的研究，如適當(dāng)設(shè)定切換直線s的傾角C，則可進(jìn)行過沖少、且 殘留振動(dòng)小的定位。在此，使傾角c和負(fù)荷的關(guān)系簡(jiǎn)單地近似為一次函數(shù)，通過負(fù)載同定來 確定C。負(fù)載和傾角C的關(guān)系如公式(8)、(9)所示。公式(8)、(9)可稱為適應(yīng)滑動(dòng)模式。 因使負(fù)荷和傾角c的關(guān)系近似為一次函數(shù)，所以雖然產(chǎn)生近似誤差，但如圖10的例子所示， 可不產(chǎn)生過沖地進(jìn)行定位。并且，位置增益為10倍時(shí)也可定位，可具有高剛性。通過這樣 適當(dāng)選擇切換直線的傾角，對(duì)于負(fù)載變動(dòng)，可更加不易受到影響地進(jìn)行控制。在適應(yīng)滑動(dòng)模式中，伺服驅(qū)動(dòng)器為PI控制系統(tǒng)(PI控制組合了比例動(dòng)作和積分 動(dòng)作的控制方法)中，設(shè)慣性力矩為Ix、粘性系數(shù)為n、DC增益為Grc、AC增益為Gp輸入速 度為Vin時(shí)，成為公式(10)。此外，公式(10)及之后的公式示于圖9中。設(shè)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角為ω，對(duì)ω進(jìn)行一次微分，則得到公式(11)。通過公式(12)得到公式(13)。對(duì)該公式(13)進(jìn)行拉普拉斯變換求出ω (t)，則成為公式(14)。此外，L—1表示拉
普拉斯變換。公式(14)的解中，在公式(15)的情況下求取速度為目標(biāo)速度的1/2的時(shí)間時(shí)，如公式(16)所示。對(duì)公式(16)進(jìn)行求解并近似，得到公式(17)。即，變?yōu)檩斎胨俣鹊?/2的時(shí)間與 慣性力矩Ix成正比。因此，如公式(8)、公式(9)所示，測(cè)定馬達(dá)上升時(shí)間，根據(jù)該時(shí)間預(yù)測(cè) 慣性負(fù)載，提供最佳超平面的切換直線條件，這雖然是簡(jiǎn)單的方法，但在優(yōu)化控制中是很重 要的。以上根據(jù)實(shí)施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。例如，主動(dòng)馬達(dá) 22和從動(dòng)馬達(dá)23具有相同的特性，但當(dāng)主動(dòng)馬達(dá)22和從動(dòng)馬達(dá)23具有不同特性時(shí)，對(duì)其 分別進(jìn)行考慮到了不同特性的控制，也可獲得本發(fā)明的效果。例如主動(dòng)馬達(dá)22 —側(cè)可使用 高分解能力的編碼器，或從動(dòng)馬達(dá)23 —側(cè)可使用與主動(dòng)馬達(dá)22 —側(cè)相比高減速比的減速 機(jī)等，其構(gòu)成可根據(jù)所需的定位分解能力或特性進(jìn)行各種選擇。此外，相反地，也可在從動(dòng) 馬達(dá)23 —側(cè)采用通過不使用減速器的馬達(dá)進(jìn)行的直接驅(qū)動(dòng)方式。直線移動(dòng)裝置1的利用方式不受限制，可廣泛適用于輸送裝置、工業(yè)機(jī)器人、機(jī) 床、精密儀器等。此時(shí)，可以按照使各移動(dòng)臺(tái)車20的移動(dòng)方向以正交方式重疊，使兩個(gè)直線 移動(dòng)裝置1構(gòu)成可在正交的2個(gè)軸上移動(dòng)的裝置。此外，只要不脫離本發(fā)明的主旨，則可適當(dāng)變更或刪除上述實(shí)施方式的構(gòu)成。例如 也可使用3臺(tái)以上的馬達(dá)，使驅(qū)動(dòng)力容易地倍增與所使用的馬達(dá)臺(tái)數(shù)對(duì)應(yīng)的量，能夠兼顧 驅(qū)動(dòng)力和精度。
權(quán)利要求
1.一種直線移動(dòng)裝置，其特征在于， 具有設(shè)置了多個(gè)齒的直線狀齒條； 與上述齒條嚙合的主動(dòng)小齒輪；在離開上述主動(dòng)小齒輪的位置與上述齒條嚙合的從動(dòng)小齒輪； 使上述主動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)馬達(dá)； 使上述從動(dòng)小齒輪旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)馬達(dá)；以及臺(tái)車，上述主動(dòng)馬達(dá)和上述從動(dòng)馬達(dá)被固定，并隨著上述主動(dòng)馬達(dá)和上述從動(dòng)馬達(dá)的 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而沿著上述齒條直線移動(dòng)，在使移動(dòng)的上述臺(tái)車停止時(shí)，向與移動(dòng)中的上述主動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)方向相反的方向使上 述從動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線移動(dòng)裝置，其特征在于，上述臺(tái)車開始移動(dòng)并達(dá)到勻速 運(yùn)動(dòng)后，停止上述從動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線移動(dòng)裝置，其特征在于，上述主動(dòng)馬達(dá)及上述從動(dòng)馬達(dá) 通過滑動(dòng)模式控制來控制驅(qū)動(dòng)力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直線移動(dòng)裝置，其特征在于，上述主動(dòng)馬達(dá)及上述從動(dòng)馬達(dá) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的上升時(shí)間來預(yù)測(cè)與上述各馬達(dá)連接的馬達(dá)負(fù)載，在滑動(dòng)模式控制下通過提供 用于條件判斷的超平面或切換直線的傾角來控制驅(qū)動(dòng)力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線移動(dòng)裝置，其特征在于，上述主動(dòng)小齒輪及上述從動(dòng)小 齒輪是漸開線直齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線移動(dòng)裝置，其特征在于，上述直線移動(dòng)裝置還具有 與上述齒條平行地延伸的軌道；以及線性編碼器，與上述軌道平行地延伸，并用于識(shí)別上述臺(tái)車的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直線移動(dòng)裝置，其特征在于， 上述直線移動(dòng)裝置還具有控制器，上述控制器根據(jù)從上述線性編碼器獲得的上述臺(tái)車的位置信息來控制上述主動(dòng)馬達(dá) 及上述從動(dòng)馬達(dá)的移動(dòng)及停止。
全文摘要
本發(fā)明的直線移動(dòng)裝置(1)具有設(shè)置了多個(gè)齒(13T)的直線狀齒條(13)；與齒條(13)的齒(13T)嚙合的主動(dòng)小齒輪(24)；在離開主動(dòng)小齒輪(24)的位置與齒條(13)的齒輪(13T)嚙合的從動(dòng)小齒輪(25)；使主動(dòng)小齒輪(24)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)馬達(dá)(22)；使從動(dòng)小齒輪(25)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的從動(dòng)馬達(dá)(23)；以及移動(dòng)臺(tái)車(20)，主動(dòng)馬達(dá)(22)和從動(dòng)馬達(dá)(23)被固定，隨著主動(dòng)馬達(dá)(22)和從動(dòng)馬達(dá)(23)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而沿著齒條(13)移動(dòng)；在使移動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)車(20)停止時(shí)，向與移動(dòng)中的主動(dòng)馬達(dá)(22)的驅(qū)動(dòng)方向相反的方向使從動(dòng)馬達(dá)(23)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16H19/04GK102149944SQ20108000261
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者內(nèi)田豐一 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社