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  • 特開-アクチュエータ 図1
  • 特開-アクチュエータ 図2
  • 特開-アクチュエータ 図3
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  • 特開-アクチュエータ 図5
  • 特開-アクチュエータ 図6
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023095269
(43)【公開日】2023-07-06
(54)【発明の名称】アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
   H02P 5/46 20060101AFI20230629BHJP
【FI】
H02P5/46 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021211058
(22)【出願日】2021-12-24
(71)【出願人】
【識別番号】391008515
【氏名又は名称】株式会社アイエイアイ
(74)【代理人】
【識別番号】100092842
【弁理士】
【氏名又は名称】島野 美伊智
(74)【代理人】
【識別番号】100166578
【弁理士】
【氏名又は名称】鳥居 芳光
(72)【発明者】
【氏名】西 匡宏
【テーマコード(参考)】
5H572
【Fターム(参考)】
5H572AA14
5H572BB08
5H572EE04
5H572HC01
5H572HC04
5H572HC07
5H572JJ03
5H572JJ16
5H572KK04
5H572KK07
5H572LL09
5H572LL33
5H572MM09
5H572PP02
(57)【要約】
【課題】 容易に仕様を変更できるアクチュエータを提供すること。
【解決手段】 モータとモータドライバ回路が設けられたモータユニットと、上記モータユニットに接続されるとともにインターフェース回路が設けられたインターフェースユニットと、を具備し、複数の種類の上記モータユニットと上記インターフェースユニットがあり、上記モータユニットと上記インターフェースユニットの組み合わせを変更し、容易に仕様を変更できるもの。
【選択図】 図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータとモータドライバ回路が設けられたモータユニットと、
上記モータユニットに接続されるとともにインターフェース回路が設けられたインターフェースユニットと、
を具備し、
複数の種類の上記モータユニットと上記インターフェースユニットがあり、
上記モータユニットと上記インターフェースユニットの組み合わせを変更できることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項2】
請求項1記載のアクチュエータにおいて、
上記インターフェースユニットには上記モータの動作を制御するコントローラが設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項3】
請求項2記載のアクチュエータにおいて、
上記コントローラは2点間制御を行うものであることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項4】
請求項2記載のアクチュエータにおいて、
上記コントローラは多点間制御を行うものであることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項5】
請求項1記載のアクチュエータにおいて、
上記インターフェースユニットが上記モータユニットに接続された際に通信を行ない、上記モータユニットは接続された上記インターフェースユニットの種類を判別して自身の振る舞いを決定するとともに上記インターフェースユニットは接続された上記モータユニットの種類を判別して自身の振る舞いを決定することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項6】
請求項5記載のアクチュエータにおいて、
上記インターフェースユニットと上記モータユニットとの間の通信のフォーマットとコネクタが上記インターフェースユニットの種類にかかわらず共通であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項7】
請求項1から請求項6の何れかに記載のアクチュエータにおいて、
上記モータユニットにエンコーダ回路が設けられていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項8】
請求項1から請求項7の何れかに記載のアクチュエータにおいて、
上記インターフェースユニットが上記モータユニットに対して着脱可能であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項9】
請求項8記載のアクチュエータにおいて、
上記インターフェースユニットが上記モータユニットの外部に設置されることを特徴とするアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アクチュエータに係り、特に、容易に仕様を変更できるように工夫したものに関する。
【背景技術】
【0002】
従来のアクチュエータとして、特許文献1に記載されたリニアアクチュエータのようなものが存在している。
特許文献1に記載されたリニアアクチュエータは、モータによって駆動され回転されるスクリューによってナットが前進後退されることにより、上記ナットに固定されたロッド状のエンドエフェクタが直線運動するものである。
【0003】
上記モータの回転軸にはエンコーダスリット板が取り付けられていて、上記リニアアクチュエータには、上記エンコーダスリット板の回転を検出するフォトカプラが実装されたモータ制御回路と、上記モータを駆動するドライブ素子が実装されたモータドライブ回路がある。
【0004】
また、このような構成に加え、コントローラ等の他の機器と通信するためのインターフェース回路が実装されたアクチュエータもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000-92811号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記従来の構成では次のような問題があった。
例えば、通信の方式を変更したい場合は、インターフェース回路のみならず、上記インターフェース回路とやり取りを行うモータドライブ回路も変更する必要があり、容易に仕様を変更することができない。これは、上記インターフェース回路の種類によって上記モータドライブ回路側の上記インターフェース回路に対する動作が異なるためである。
【0007】
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその目的とするところは、容易に仕様を変更できるアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するべく本願発明の請求項1によるアクチュエータは、モータとモータドライバ回路が設けられたモータユニットと、上記モータユニットに接続されるとともにインターフェース回路が設けられたインターフェースユニットと、を具備し、複数の種類の上記モータユニットと上記インターフェースユニットがあり、上記モータユニットと上記インターフェースユニットの組み合わせを変更できることを特徴とするものである。
又、請求項2によるアクチュエータは、請求項1記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットには上記モータの動作を制御するコントローラが設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項3によるアクチュエータは、請求項2記載のアクチュエータにおいて、上記コントローラは2点間制御を行うものであることを特徴とするものである。
又、請求項4によるアクチュエータは、請求項2記載のアクチュエータにおいて、上記コントローラは多点間制御を行うものであることを特徴とするものである。
又、請求項5によるアクチュエータは、請求項1記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットが上記モータユニットに接続された際に通信を行ない、上記モータユニットは接続された上記インターフェースユニットの種類を判別して自身の振る舞いを決定するとともに上記インターフェースユニットは接続された上記モータユニットの種類を判別して自身の振る舞いを決定することを特徴とするものである。
又、請求項6によるアクチュエータは、請求項5記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットと上記モータユニットとの間の通信のフォーマットとコネクタが上記インターフェースユニットの種類にかかわらず共通であることを特徴とするものである。
又、請求項7によるアクチュエータは、請求項1から請求項6の何れかに記載のアクチュエータにおいて、上記モータユニットにエンコーダ回路が設けられていることを特徴とするものである。
又、請求項8によるアクチュエータは、請求項1から請求項7の何れかに記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットが上記モータユニットに対して着脱可能であることを特徴とするものである。
又、請求項9によるアクチュエータは、請求項8記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットが上記モータユニットの外部に設置されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0009】
以上述べたように、本願発明の請求項1記載のアクチュエータによると、モータとモータドライバ回路が設けられたモータユニットと、上記モータユニットに接続されるとともにインターフェース回路が設けられたインターフェースユニットと、を具備し、複数の種類の上記モータユニットと上記インターフェースユニットがあり、上記モータユニットと上記インターフェースユニットの組み合わせを変更できるので、容易に仕様を変更できる。
又、請求項2記載のアクチュエータによると、請求項1記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットには上記モータの動作を制御するコントローラが設けられているので、上記インターフェースユニットの変更に合わせて容易にコントローラも変更できる。
又、請求項3記載のアクチュエータによると、請求項2記載のアクチュエータにおいて、上記コントローラは2点間制御を行うものであるので、上記インターフェースユニットによって2点間制御の機能を容易に付加できる。
又、請求項4のアクチュエータによると、請求項2記載のアクチュエータにおいて、上記コントローラは多点間制御を行うものであるので、上記インターフェースユニットによって多点間制御の機能を容易に付加できる。
又、請求項5記載のアクチュエータによると、請求項1記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットが上記モータユニットに接続された際に通信を行ない、上記モータユニットは接続された上記インターフェースユニットの種類を判別して自身の振る舞いを決定するとともに上記インターフェースユニットは接続された上記モータユニットの種類を判別して自身の振る舞いを決定するので、使用者が設定操作を行うことなく容易に仕様を変更することができる。
又、請求項6記載のアクチュエータによると、請求項5記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットと上記モータユニットとの間の通信のフォーマットとコネクタが上記インターフェースユニットの種類にかかわらず共通であるので、使用者が設定操作を行うことなく容易に仕様を変更することができる。
又、請求項7記載のアクチュエータによると、請求項1から請求項6の何れかに記載のアクチュエータにおいて、上記モータユニットにエンコーダ回路が設けられているので、精度の高い制御を行うことができる。
又、請求項8記載のアクチュエータによると、請求項1から請求項7の何れかに記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットが上記モータユニットに対して着脱可能であるので、更に容易に仕様を変更できる。
又、請求項9記載のアクチュエータによると、請求項8記載のアクチュエータにおいて、上記インターフェースユニットが上記モータユニットの外部に設置されるので、更に容易に仕様を変更できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】本発明の第1の実施の形態を示す図で、アクチュエータを模式的に示す図である。
図2】本発明の第1の実施の形態を示す図で、アクチュエータのモータドライバ基板とインターフェース基板を模式的に示す図である。
図3】本発明の第1の実施の形態を示す図で、アクチュエータのモータユニットとインターフェースユニットの組み合わせを模式的に示す図である。
図4】本発明の第1の実施の形態を示す図で、モータドライバ回路での処理を示すフローチャートである。
図5】本発明の第1の実施の形態を示す図で、インターフェース回路での処理を示すフローチャートである。
図6】本発明の第2の実施の形態を示す図で、アクチュエータを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図1乃至図5を参照しながら、本発明の第1の実施の形態について説明する。
アクチュエータ1は、図1に示すように、アクチュエータ本体2、モータユニット3、及び、インターフェースユニット5から構成されている。上記アクチュエータ本体2には本体フレーム6がある。上記アクチュエータ本体2にはテーブル7がある。上記テーブル7は上記本体フレーム6に移動可能に設置されている。また、上記モータユニット3にはモータケース9がある。上記モータケース9は、上記本体フレーム6の後方(図2中右側)に設置されている。
【0012】
上記モータユニット3にはサーボモータ11がある。上記サーボモータ11は上記モータケース9に内装されている。上記アクチュエータ本体2にはネジ軸13がある。上記ネジ軸13は上記本体フレーム6内に回転可能に設置されていて、上記サーボモータ11によって駆動される。上記アクチュエータ本体2にはナット15がある。上記ナット15は上記ネジ軸13に螺合されていて、上記テーブル7は上記ナット15に固着されている。上記ネジ軸13と上記ナット15によるネジナット機構により上記テーブル7が前後方向(図1中左右方向)に往復動されるようになっている。
【0013】
上記モータユニット3にはエンコーダ基板21、コンバータ基板23、及び、モータドライバ基板25がある。上記エンコーダ基板21、コンバータ基板23、及び、モータドライバ基板25は、例えば、図4に示すように、上記モータケース9に内装されている。
上記エンコーダ基板21にはエンコーダ回路27が実装されている。上記サーボモータ11の出力軸28にはエンコーダ用磁石29が固着されていて、上記エンコーダ回路27には上記エンコーダ用磁石29の回転数を検出する磁気センサ31が実装されている。
また、上記エンコーダ基板21にはコネクタ33が実装されている。
【0014】
上記コンバータ基板23にはコンバータ回路35が実装されている。上記コンバータ回路35は上記エンコーダ回路27からの信号のA/D変換等を行うものである。また、上記コンバータ基板23にはコネクタ37とコネクタ39が実装されている。上記エンコーダ基板21と上記コンバータ基板23は上記コネクタ33と上記コネクタ37によって接続される。
【0015】
上記モータドライバ基板25には、図2に示すように、モータドライバ回路41が実装されている。上記モータドライバ回路41には、モータ制御回路43とドライバ側CPU45が実装されている。また、上記モータドライバ回路41にはコネクタ47とコネクタ49が実装されている。上記コンバータ基板23と上記モータドライバ基板25は上記コネクタ39と上記コネクタ47によって接続される。
【0016】
上記コンバータ回路35の図示しないCPUから上記モータドライバ回路41のドライバ側CPU45に信号が送られ、上記ドライバ側CPU45からの信号により上記モータドライバ回路41を介して上記サーボモータ11が制御されて上記ネジ軸13が回転されることで、上記ナット15、ひいては、テーブル7の移動が制御される。また、上記エンコーダ回路27により、上記エンコーダ用磁石29の回転数を検出することで上記コンバータ回路35において上記テーブル7の位置を検出できるようになっている。
【0017】
上記インターフェースユニット5には、インターフェース基板51がある。上記インターフェース基板51にはインターフェース回路53が実装されている。上記インターフェースユニット5のインターフェース回路53は、各種フィールドネットワークと通信を行うもので、インターフェース側CPU55が実装されている。上記インターフェース基板51には、コネクタ59、通信コネクタ61、及び、電源コネクタ63が実装されている。上記インターフェースユニット5と上記モータドライバ基板25は、上記コネクタ59と上記コネクタ49によって接続される。
【0018】
また、上記インターフェース基板51には制御電源生成回路57が実装されている。上記電源コネクタ63には図示しない電源が接続され、上記制御電源生成回路57により上記図示しない電源からの電力を、上記インターフェース基板51、上記モータドライバ基板25、上記コンバータ基板23、上記エンコーダ基板21、及び、上記サーボモータ11に供給できるように変換される。
また、上記通信コネクタ61には、図示しないケーブルが接続される。
また、上記インターフェース基板51にはコントローラ回路65が実装されている。上記コントローラ回路65は上記モータドライバ回路41を介して上記テーブル7を任意の位置の2点間で移動させる2点制御を行うものである。
上記インターフェースユニット5は上記モータケース9に内装されている。
【0019】
また、図3に示すように、上記アクチュエータ1のインターフェースユニット5は、別の種類のインターフェースユニット5´と置き換えることができるようになっている。上記インターフェースユニット5´にはコントローラ回路65´が設けられている。上記コントローラ回路65´は上記モータドライバ回路41を介して上記テーブル7の多点間制御を行うものである。
また、通信方式や制御方式が異なる図示しない別の種類のインターフェースユニットもある。
上記インターフェースユニット5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットにも、上記コネクタ59と同じコネクタが実装されている。また、上記コネクタ59を介した上記インターフェース基板51と上記モータドライバ基板25との通信フォーマットと、上記インターフェースユニット5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットと上記モータドライバ基板25との通信フォーマットは同じものである。すなわち、上記インターフェースユニット5を上記インターフェースユニット5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットと置き換えることで、上記アクチュエータ1の制御方式を変更することができるようになっている。
【0020】
また、上記インターフェースユニット5、5´や図示しない別の種類のインターフェースユニットは、上記モータユニット3とは別の種類のモータユニット3´や図示しない別の種類のモータユニットとも接続させることができるようになっている。上記別の種類のモータユニット3´には、サーボモータ11の代わりに、例えば、ステッピングモータ11´が設置されている。上記別の種類のモータユニット3´にも上記モータユニット3と同じ上記コネクタ49が設置されていて、通信フォーマットも同じである。上記図示しない別の種類のモータユニットにも同じコネクタと通信フォーマットが用いられている。
また、上記アクチュエータ本体2の他に、上記テーブル7の代わりに図示しないロッドが移動可能に設けられた図示しないアクチュエータ本体を用いることが考えられる。
【0021】
上記モータユニット3、3´や上記図示しない別の種類のモータユニットでは上記インターフェースユニット5、5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットとの接続処理が行われるようになっている。
図4のフローチャートに示すように、上記モータドライバ基板25に上記インターフェースユニット5、5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットが接続されると、まず、ステップS1において初期化処理が行われ、次のステップS2に移行する。
【0022】
上記ステップS2では上記インターフェースユニット5、5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットとの通信が行われ、上記インターフェースユニット5、5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットの種類(以下、接続デバイスタイプ)が取得される。次にステップS3に移行する。
【0023】
上記ステップS3では、接続デバイスタイプに応じて処理が分岐される。すなわち、接続デバイスタイプがタイプ0(2点間制御)であればステップS4に移行し、接続デバイスタイプがタイプ1(多点間制御)であればステップS5に移行する。
上記ステップS4では2点間制御に対応したよる上記インターフェースユニット5との通信が行われ、上記ステップS5では多点間制御に対応した上記インターフェースユニット5´との通信が行われる。
なお、上記図4のフローチャートには記載していないが、上記図示しない別の種類のインターフェースユニットに対応した処理も実装されている。
【0024】
また、上記インターフェースユニット5、5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットでは図5のフローチャートに示す処理が行われる。
上記インターフェースユニット5、5´や上記図示しない別の種類のインターフェースユニットと上記モータドライバ基板25が接続されると、まず、ステップS6において初期化処理が行われ、次のステップS7に移行する。
【0025】
上記ステップS7では上記モータドライバ基板25との通信が行われ、上記モータドライバ基板25の種類(以下、接続デバイスタイプ)が取得される。次にステップS8に移行する。
【0026】
上記ステップS8では、接続デバイスタイプに応じて処理が分岐される。すなわち、接続デバイスタイプがタイプ0(サーボモータ)であればステップS9に移行し、接続デバイスタイプがタイプ1(ステッピングモータ)であればステップS10に移行する。
上記ステップS9ではサーボモータに対応した処理が行われ、上記ステップS10ではステッピングモータに対応した処理が行われる。
【0027】
次に、この第1の実施の形態による作用について説明する。
アクチュエータ1はサーボモータ11を回転駆動させることで、図示しないネジ軸ナット機構によりテーブル7を前後方向(図2中左右方向)に往復動させる。
上記アクチュエータ1はインターフェースユニット5を介して図示しない機器やネットワークと通信を行い、上記インターフェースユニット5を介して制御される。
【0028】
また、上記アクチュエータ1は、上記モータユニット3に対して組み合わされるインターフェースユニットが変更されることで、制御方式が変更される。
また、上記アクチュエータ1は、上記インターフェースユニット5に対して組み合わされるモータユニットが変更されることで、別の種類のモータが設けられたものが利用される。また、アクチュエータ本体2としてロッドが設けられたものなどが利用される。
【0029】
上記モータユニット3、モータユニット3´、及び、その他の種類のモータユニットと、上記インターフェースユニット5、インターフェースユニット5´、及び、その他の種類のインターフェースユニットは、互いに接続されると、接続された相手に対応した処理を行う。
【0030】
次に、この第1の実施の形態による効果について説明する。
アクチュエータ1は、複数の種類のモータユニットとインターフェースユニットを組み合わせることができ、容易に仕様を変更することができ、簡易な構成によりバリエーションを増やすことができる。
また、上記モータユニットとインターフェースユニットは、接続されると、接続された相手の種類を認識し、接続された相手に対応した処理を行うようになっているので、使用者が設定操作を行うことなく容易に仕様を変更することができる。
また、上記インターフェースユニットと上記モータユニット間においては、上記インターフェースユニットと上記モータユニットの種類によらず、同じコネクタ59とコネクタ49によって接続され、同じフォーマットで通信が行われることによっても、使用者が設定操作を行うことなく容易に仕様を変更することができる。
【0031】
次に、図6を参照しながら、本発明の第2の実施の形態について説明する。
この第2の実施の形態によるアクチュエータ101は、前記した第1の実施の形態によるアクチュエータ1と略同様の構成であるが、モータユニット103の外側にピッグテールタイプのインターフェースユニット105が着脱可能に設置されている。
また、この第2の実施の形態の場合にも、モータの種類などが異なる複数種類のモータユニットと、通信方式が異なる複数種類のインターフェースユニットがあり、上記モータユニットと上記インターフェースユニットの組み合わせを任意に選択できるようになっている。
【0032】
この第2の実施の形態の場合は、インターフェースユニット105がモータユニット103の外部に着脱可能に設置されているので、更に容易に仕様を変更できる。
【0033】
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
この第3の実施の形態によるアクチュエータは、前記した第1の実施の形態によるアクチュエータ1や第2の実施の形態によるアクチュエータ101と略同様の構成であるが、インターフェースユニットには通信方式の違うものがある。例えば、上記インターフェースユニットとしては、各種フィールドネットワークと通信するものの他、例えば、無線通信を行うものや、イーサネットによる通信を行うもの等がある。
この第3の実施の形態では、上記インターフェースユニットを別の種類のインターフェースユニットと置き換えることで、上記アクチュエータ1の他の機器との通信方式を変更することができるようになっている。
【0034】
なお、本発明は前記第1の実施の形態から第3の実施の形態に限定されない。
インターフェースユニットの通信方式には様々な場合が考えられる。
また、第3の実施の形態においてコントローラ回路による制御には様々なものが考えられる。すなわち、インターフェースユニットを交換することで、制御方法を容易に変更することができるようになっている。
また、モータユニットのモータの種類にも様々な場合が考えられる。
その他、図示した構成はあくまで一例である。
【産業上の利用可能性】
【0035】
本発明は、アクチュエータとアクチュエータに係り、特に、容易に仕様を変更できるように工夫したものに関し、例えば、産業用ロボットに好適である。
【符号の説明】
【0036】
1 アクチュエータ
3 モータユニット
3´ モータユニット
5 インターフェースユニット
5´ インターフェースユニット
11 モータ
27 エンコーダ回路
41 モータドライバ回路
63 コントローラ回路
101 アクチュエータ
103 モータユニット
105 インターフェースユニット
図1
図2
図3
図4
図5
図6