用於電動執行機構的控制系統的製作方法
2023-06-14 02:56:31 2
專利名稱：用於電動執行機構的控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電動執行機構的控制系統，其能適當保護用於驅動電動執行機構的旋轉驅動源。
背景技術：
通常，使用安裝型工業機器人時，用螺栓或類似物固定底座。由於互鎖之類的故障，當機器人末端被過度擠壓或撞擊時，通過檢測過載電流狀態而終止機器人運轉。也就是說，主要目的是通過檢測安裝型工業機器人的過載電流狀態防止機器人和工件損壞。不考慮機器人本身的位置偏差。
由於上述原因，公開號為No.2002-66969的日本待審查專利申請公開了一種技術構思，其目的在於即使在機器手末端被過度擠壓或撞擊到周圍的設備上時，也防止自動或無人操縱的運輸車漂移。
也就是說，公開號為No.2002-66969的日本待審查專利申請公開了一種控制設備，當機器手末端根據機器手姿態控制和位置控制運動時，如果施加給機器手關節的關節扭矩達到預定極限值，所述控制設備對用於驅動機器手關節的伺服電機執行限制電流的操作。
然而，在應用公開號為No.2002-66969的日本待審查專利申請中公開的技術構思時，例如用於將電機旋轉運動轉化為滑塊或類似物直線運動的電動執行機構時，需要設置例如編碼器和解算器的探測器和控制電路，以便控制例如滑塊位置和工作速度，其中生產成本變得很高。
發明內容
本發明的總體目的是提供一種用於電動執行機構的控制系統，其中所述控制系統使得即使在向旋轉驅動源施加高負載時，也可以通過使用簡單電路限制施加到旋轉驅動源的電流，所述旋轉驅動源被設置用於驅動電動執行機構。
結合附圖從以下說明中，本發明的上述和其它目的、特徵和優點將變得更明顯，本發明的優選實施方案通過示例性實施例的方式在附圖中示出。
圖1是圖解根據本發明實施例的控制系統透視圖，用於電動執行機構的驅動器結合在所述控制系統中；圖2是示意性框圖，其圖解圖1所示用於電動執行機構的驅動器的配置；圖3是圖解圖2所示電流放大器/限流器配置的框圖；圖4是特性曲線圖，其圖解電動執行機構的滑塊位移量與供給旋轉驅動源的電流之間的關係；圖5是圖解涉及對比實施例1的繼電器電路配置的框圖；圖6是圖解涉及對比實施例2的伺服電路配置的框圖；圖7是圖解電動執行機構的變化實施例的側視圖；圖8是圖解電動執行機構框架的側視圖；圖9是局部剖面平面圖，其圖解電動執行機構的變化實施例；圖10是透視圖，其圖解附有外罩的電動執行機構變化實施例；圖11是透視圖，其圖解利用支架裝配傳感器的電動執行機構的變化實施例；圖12是圖解變化實施例的透視圖，其中電動執行機構和利用壓縮空氣的執行機構結合使用；圖13是透視圖，其圖解與真空孔連接的電動執行機構的變化實施例；圖14是局部放大縱剖圖，其圖解設置於圖13所示的電動執行機構的防塵圈；圖15是局部剖面平面圖，其圖解在框架和滑塊之間具有樹脂制針軸的電動執行機構的變化實施例；圖16是圖解電動執行機構變化實施例的正視圖；
圖17是透視圖，其圖解沿三個軸線X、Y和Z裝配電動執行機構的狀態；圖18是以軸向截取的縱剖圖，其圖解由SMC KABUSHIKIKAISHA提出的自動轉換減速比的設備；圖19A至圖19C是剖視圖，其分別圖解用於自動轉換減速比的裝置中輸入軸和輸出軸之間的連接；圖20A和20D是剖視圖，其分別圖解在自動轉換減速比的裝置中輸入軸和輸出軸之間設置各種機構的狀態；圖21是局部縱剖圖，其圖解通過皮帶裝置移動滑塊的狀態；圖22是局部剖開的側視圖，其圖解電動夾具設備；圖23是圖解電動夾具設備的軸向截取的垂直剖視圖；圖24是局部剖開的側視圖，其圖解液壓缸並置的狀態；圖25是軸向截取的縱剖圖，其圖解自動轉換減速比的設備變化實施例；圖26是圖解控制系統的透視圖，根據變化實施例的驅動器結合在所述控制系統中；圖27是圖解用於構建所述系統的電動執行機構的透視圖；圖28是圖27中所示電動執行機構軸向截取的局部縱剖圖；圖29是沿圖27中所示的線XXIX-XXIX截取的放大垂直剖視圖；圖30是圖解端部緩衝件的透視圖；圖31是圖解柱塞緩衝件的透視圖；圖32是局部縱剖圖，其圖解在中間位置柱塞杆緊靠工件的狀態；圖33是局部放大縱剖圖，其圖解圖32所示狀態中的柱塞緩衝件吸收衝擊的狀態；圖34是局部放大縱剖圖，其圖解柱塞緩衝件和柱塞杆向前運動端的端部緩衝件吸收衝擊的狀態；圖35是圖解用於構建所述系統的驅動器的透視圖；圖36是圖解結合在所述系統中的另一電動執行機構的透視圖；圖37是沿圖36所示的線XXXVII-XXXVII截取的局部縱剖圖；
圖38是沿圖37所示的線XXXVIII-XXXVIII截取的局部放大縱剖圖；圖39是特性曲線圖，其圖解旋轉驅動源單獨使用或與減速器一起使用時獲得的扭矩與速度之間的關係；圖40是將多個方向控制驅動器組裝到集成器中的透視圖；圖41是圖解電動機驅動器特性的特性曲線圖；圖42是圖解負載-速度控制特性的特性曲線圖。
具體實施例方式
參照圖1，附圖標記10表示根據本發明實施例的控制系統，用於電動執行機構的驅動器(以下稱為「驅動器」)結合在所述控制系統中。
控制系統10包括電動執行機構16、驅動器18和控制器20，電動執行機構16包含在旋轉驅動源12的驅動作用下作線性往復運動的滑塊14，驅動器18使為電動執行機構16配備的旋轉驅動源12通電和斷電，控制器20向驅動器18輸出方向指示信號。
控制器20和驅動器18通過軌道構件22可連接地設置，軌道構件22可以與分別形成在控制器20和驅動器18的外殼後表面的凹槽配合。
旋轉驅動源12可以由電動機例如電刷式直流電動機、無刷直流電動機、交流伺服電動機、感應電動機和步進電動機構成，旋轉驅動源12被驅動並旋轉。可以使用線性電動機例如螺線管來替代旋轉驅動源12。
電動執行機構16包括執行機構主體24、藉助螺紋構件與執行機構主體24一端連接的旋轉驅動源12、在執行機構主體24和端塊26之間平行延伸的一對引導軸28a、28b、和通過未圖示的聯軸器構件與旋轉驅動源12的驅動軸連接的滾珠螺杆軸30。
電動執行機構16進一步包括滑塊14和杆32，滑塊14具有與滾珠螺杆軸30擰緊的未圖示的滾珠螺母，滑塊14在一對引導軸28a、28b的引導下作線性往復運動，杆32與滑塊14連接，杆32的一部分從端塊26的孔向外部突出並與滑塊14一體前後移動。滑塊14和杆32用作可移動構件。
接著，圖2示出圖解驅動器18配置的示意性方框圖。
驅動器18包括換向裝置34和電流放大器/限流器36，換向裝置34根據從控制器20獲得的方向指示信號通過轉換電壓的極性將旋轉驅動源12的旋轉方向轉換為向前或向後，電流放大器/限流器36將換向裝置輸出的電壓轉換成相應的電流，其參照預定基準電流IMAX(閾值)限制電流。
驅動器18進一步包括電流傳感器(電流檢測裝置)38和電流迴路40，電流傳感器38設置在電流放大器/限流器36下遊側，其檢測供給旋轉驅動源12的電流，電流迴路40將來自電流傳感器38的檢測信號反饋給電流放大器/限流器36的上遊側。
如圖3所示，電流放大器/限流器36設置有比較裝置44和限流裝置46，比較裝置44比較存儲在存儲裝置42中的預定基準電流IMAX和由電流傳感器38通過檢測路線41提供的電流值檢測信號，限流裝置46限制供給旋轉驅動源12的電流以便電流不超過基準電流IMAX，例如，在向旋轉驅動源12施加高負載和供給旋轉驅動源12的電流超過基準電流IMAX時。
驅動器18有未圖示的電路板。例如，電流傳感器38優選由配置在電路板上的小電阻器組成。驅動器18通過連接器與電源86連接。
根據本發明實施例的控制系統10基本如上構成，驅動器18結合在其中。接著，將說明其操作、功能和效果。
首先，來自控制器20的方向指示信號被引入驅動器18。驅動器18基於所述方向指示信號通過轉換電壓的極性將旋轉驅動源12的旋轉方向轉換成向前和向後方向的任意一種。與由換向裝置34供給旋轉驅動源12的電流對應的電壓被輸入電流放大器/限流器36。
電流放大器/限流器36將換向裝置34輸出的電壓轉換成供給旋轉驅動源12的電流。由此，旋轉驅動源12被驅動並以預定方向旋轉。
旋轉驅動源12的旋轉運動傳遞給與旋轉驅動源12的驅動軸連接的滾珠螺杆軸30。通過滾珠螺杆軸30和未圖示的滾珠螺母之間的螺旋配合將所述旋轉運動轉換成直線運動。所述直線運動傳遞給滑塊14。因此，例如，杆32與滑塊14一體向外伸展以將未圖示的工件推壓向預定位置。
滑塊14達到衝程末端後，在工件被杆32推壓到預定位置而且高負載施加到旋轉驅動源12時，旋轉驅動源12的驅動軸停止旋轉並受到限制。在這種情況下，由旋轉驅動源12的驅動軸輸出的扭矩與施加給旋轉驅動源12的電流成比例。因此，旋轉運動受到限制時，超過預定值的電流(過載電流)可能不合要求地施加給旋轉驅動源12，引起旋轉驅動源12熄火。
因此，在本發明的實施方案中，來自電流傳感器38的檢測信號通過檢測線路41引入電流放大器/限流器36，電流傳感器38用於檢測供給旋轉驅動源12的電流。電流放大器/限流器36藉助比較裝置44比較來自電流傳感器38的檢測信號和存儲在存儲裝置42中的預定基準電流IMAX。此外，通過電流限制裝置46(參見圖4)將供給旋轉驅動源12的電流限制為不超過基準電流IMAX。
如上所述，在本發明實施例中，通過電流傳感器38檢測供給旋轉驅動源12的電流值，然後電流放大器/限流器36將施加給旋轉驅動源12的電流限為等於或小於基準電流IMAX。因此，即使在高負載施加到旋轉驅動源12時，在通電狀態下的旋轉驅動源12的驅動軸停止並受到限制，這樣能防止由於過載電流引起旋轉驅動源12熄火，這是因為供給旋轉驅動源12的電流被限制為不超過預定基準電流IMAX。當然，通過限制施加到旋轉驅動源12的電流能控制所述扭矩。
在本發明實施例中，不需要提供例如編碼器和解算器的檢測器以及控制滑塊14工作速度和位置的控制電路。通過使用一簡單電路例如電流放大器/限流器36能防止旋轉驅動源12熄火，使得可以減少生產成本。
在這種配置中，優選的是，驅動器18應用於其中僅杆32的推壓運動和旋轉驅動源12旋轉方向受控的驅動設備(電動執行機構)。
儘管是非限制性的，本發明已經根據所述實施例進行解釋，其中通過電動執行機構16的杆32推壓工件，例如，該實施例適用於藉助未圖示的電動卡盤握持工件或通過後文描述的電動夾具夾住工件而通過電動執行機構16的杆32運送、填塞、推動或支撐工件。
圖7至17示出電動執行機構16的變化實施例。在所述變化實施例中，與上述實施例中相同的部件用相同的附圖標記標識，而且將省略它們的具體解釋。
在圖7所示的變化實施例中，在電動執行機構16中，引導軸28a、28b被輕質合金例如鋁製成的框架100包住，從而更精確的引導滑塊14。
在圖8所示的變化實施例中，電動執行機構16設置有框架104，其形成有空間102用於容納旋轉驅動源12和包圍引導軸28a、28b。框架104可以是薄壁型從而具有較輕的重量和增強的剛度。
在圖9中所示的變化實施例中，電動執行機構16設置有用於給引導軸28a、28b導向的引導單元106a、106b，引導軸28a、28b的末端通過盤108彼此連接。此外，襯套110設置在引導單元106a、106b中。
在圖10中所示的變化實施例中，外罩112結合到電動執行機構16上，其剛性通過上述框架104增強。一對傳感器114、114設置在外罩112的凹槽中，以便檢測滑塊14的位置。可以用作傳感器114的包括各種傳感器，例如磁性傳感器、防撞傳感器和顯微照相傳感器。
圖11中所示的變化實施例涉及圖9中所示的變化實施例，其中支架120通過帶118與具有圓形橫截面的外罩116接合。傳感器114由支架120夾持。
圖12中所示變化實施例涉及這樣一種配置，即，使用壓縮空氣的執行機構122進一步設置有使用旋轉驅動源12的電動執行機構16。空氣管道124a、124b與執行機構122連接。消音器126a、126b靠近管道124a、124b設置以便在排放壓縮空氣時進行消音。
圖13中所示的變化實施例如下構成。即，真空孔130與電動執行機構16連接，從而在杆32和包圍杆32的外罩132之間的空間實現真空狀態以去除杆32滑動運動期間可能產生的塵埃。也可以在外罩132末端設置接觸和擠壓杆32周壁表面的擋塵圈134。
圖15和16中所示的變化實施例如下構成。即，電動執行機構16中，多個樹脂製成的針軸140在框架100和滑塊14之間軸向延伸以替代引導軸28a、28b，多個針軸140優選一側三個，兩個共六個。這種電動執行機構16能更廉價地製造。
在上述圖7至圖16所示的各個變化實施例中，杆32兩維地向前和向後移動。然而，可以將許多電動執行機構16三維地結合起來以執行三維動作。這種配置在圖17中示出。
圖17所示的變化實施例中，電動執行機構16分別沿X軸、Y軸和Z軸接合，從而使Z軸的電動執行機構16的杆32從一個重要的觀察位置開始三維地移動。
即，例如，由於上述工件運送操作、工件握持操作或夾持操作而將高負載施加給旋轉驅動源12時，旋轉驅動源12驅動軸的旋轉停止並受到限制，供給旋轉驅動源12的電流被限制為不超過基準電流IMAX。
接著，將對與本發明實施例比較的對比實施例1和對比實施例2進行解釋。與本發明實施例中相同的部件用相同的附圖標記標識，而且將省略其具體說明。
圖5示出涉及對比實施例1的繼電電路50。在這種配置中，多個繼電電路50組合時，可以轉換旋轉驅動源12的旋轉方向。然而，旋轉驅動源12的驅動軸停止且受到限制時，可能施加超過旋轉驅動源12功率的電流並由此引起其熄火。
圖6示出涉及對比實施例2的伺服電路60。伺服電路60具有一檢測器例如解算器器和編碼器62，其包括藉助速度迴路64和速度放大器/限制器66而用於反饋控制速度的控制電路，和藉助位置迴路68和位置放大器/限制器70而用於定位的控制電路。因此，涉及對比實施例2的伺服電路60需要高精度控制電路用於控制例如位置和速度。由此，伺服電路60是很昂貴的，製造成本變得很高。
相反，本發明實施例使得可以在低成本下結合涉及對比實施例1的繼電電路50和涉及對比實施例2的伺服電路60的部分功能。此外，在本發明實施例中，能按照與電磁操作閥相同的開/關控制方式操縱電動執行機構16，由此電動執行機構16能優選地用作方向控制設備，例如，用於推壓、傳送等。此外，在本發明實施例中，不需要額外提供檢測器如設置在旋轉驅動源12外部的編碼器。由此，可以減小尺寸和重量。
在上述實施例中，旋轉驅動源12和滾珠螺杆軸30之間的關係未作詳細解釋。當然，二者可以直接彼此連接。然而，用於轉換減速比的機構也可以插入它們之間。對於這種減速比轉換機構，SMCKABUDHIKI KAISHA在日本專利申請號為No.2004-170263的申請中已經提出「用於自動轉換減速比的設備」。參照該申請，如圖18所示，螺旋齒輪用作中心齒輪216、行星齒輪218和內齒輪220。因此，當超過預定扭矩的負載施加給內齒輪220時，內齒輪220朝輸入軸方向或朝輸出軸方向移動，同時以不同於中心齒輪216的方向旋轉，由此減速比自動轉換。
關於上述旋轉驅動源12和滾珠螺杆軸30之間的直接連接，本發明還構思了多種實施方案。在圖19A中，輸出軸，即滾珠螺杆軸30的輸入軸與所述輸入軸(即，旋轉驅動源12的輸出軸)直接連接。在圖19B中，粘性耦合器230插入所述輸入軸和輸出軸之間。在圖19C中，粉末離合器240插入輸入軸和輸出軸之間。
如圖20A所示，即使在插入粘性耦合器230的配置中，通過擰動調節螺釘250以擠壓位於輸出軸側的一個圓盤來增加/減小流體阻力，由此調節旋轉驅動源12的旋轉力。
在圖20B所示的配置中，為輸入軸和輸出軸之間轉子261設置磁鐵260。鋁或銅製成的盤狀構件264接合在外殼262內部。通過調節螺釘266使盤狀構件264前後移動，從而通過磁鐵260的磁通量改變使旋轉阻力變化。在圖20C所示的配置中，線圈267布置在轉子261周圍。電阻器268的阻值根據線圈267變化，由此控制轉子261的旋轉。如圖20D所示，可以通過制動器270簡單抱緊轉子261來控制轉子261旋轉的進行/停止。
在上述實施例中，旋轉驅動源12和滑塊14通過滾珠螺杆軸30彼此連接，從而傳遞旋轉驅動源12的旋轉力。然而，但不限於所述的滾珠螺杆軸30。例如在公開號為No.2005-106284的日本待審查專利申請中所述，滑塊14可以用帶300移動(參見圖21)。
本發明也可用於這樣的結構，即，在所述結構中，旋轉驅動源12和滾珠螺杆軸30並置在圖22和23所示的電動夾具中(待審查日本申請專利公開號No.2001-105332和No.2002-219625)，或並置液壓缸302(待審查日本申請專利公開號No.2005-54862，參見圖24)。
此外，如圖25中所示，本發明也可用在以下結構中。即，磁鐵400、402設置在位於輸入軸和輸出軸之間的定子和轉子的各側上。環形齒輪404相對行星齒輪406移動。環形齒輪404被強制移動到中間位置並被保持在此位置。
接著，圖26示出控制系統10a，根據變化實施例的驅動器18a結合在其中。與圖1所示控制系統10中相同的部件用相同的附圖標記標識，將省略其具體解釋。
控制系統10a包括電動執行機構511、驅動器18a、控制器20和電源523，在電動執行機構511中，柱塞522和柱塞杆524在旋轉驅動源514的驅動作用下進行線性往復運動，所述驅動器18a給電動執行機構511配備的旋轉驅動源514通電和斷電，所述控制器20向驅動器18a產生方向指示信號，所述電源523通過連接器與驅動器18a連接。
如圖27所示，電動執行機構511包括由基本平坦的塊狀件組成的外殼512、與外殼512一端連接的旋轉驅動源514、與外殼512間隔預定距離設置在與旋轉驅動源514連接的那側相反的一側上的杆外罩(端塊)516、和通過如下文所述的聯軸器構件傳遞旋轉驅動源514的旋轉驅動力的進給螺杆軸518。
旋轉驅動源514適當地由伺服電機構成，例如，包括有刷直流電機、無刷直流電機和步進電機。線性電機例如螺線管可以用作旋轉驅動源514。
電動執行機構511進一步包括一對引導杆520a、520b、柱塞522、中空圓筒形柱塞杆524和管座526。引導杆520a、520b設置成與布置在其間的進給螺杆軸518平行，所述引導杆具有通過第一螺紋構件519a、519b(參見圖28)與外殼512連接的第一端和通過第二螺紋構件521a、521b(參見圖28)與杆外罩516連接的第二端，柱塞522在進給螺杆軸518傳遞的驅動力作用下可以沿一對引導杆520a、520b移動，中空圓柱柱塞杆524穿過杆外罩516並與柱塞522一體進行前後運動，管座526安裝到柱塞杆524的末端以封閉所述孔。
柱塞522和柱塞杆524用作可移動構件。優選的是，化學鍍鎳處理用作進給螺杆軸518的表面處理。進給螺杆軸518通常可以用作電機軸而不需要使用聯軸器構件528。
如圖28所示，設置第一軸承530a和第二軸承530b，它們分別並置在靠近外殼512中的聯軸器構件528布置的進給螺杆軸518的末端。藉助第一軸承支撐件532a和第二軸承支撐件532b保持第一軸承530a和第二軸承530b。
具有允許進給螺杆軸518貫穿其中的通孔534的第一末端緩衝件536a保持在外殼512面向柱塞522的端部處。如圖30所示，第一端部緩衝件536a整體上包括具有預定壁厚的圓筒部分538和比圓筒部分538的外徑在徑向外方向上直徑略微擴大的凸緣部分540。
在這種配置中，第一末端緩衝件536a的凸緣部分540由外殼512的環形凹部542緊固。因此，第一末端緩衝件536a保持在圓筒部分538的一部分(末端)從外殼512的端面向柱塞522突出預定長度的狀態。
第二末端緩衝件536b和襯套544設置在杆外罩516的內壁上，柱塞522穿過杆外罩516。第二末端緩衝件536b具有與第一末端緩衝件536a相同的形狀。凸緣部分540由杆外罩516的環形凹部546緊固。因此，第二末端緩衝件536b保持在圓筒部分538的一部分(末端)從杆外罩516端面向柱塞522突出預定長度的狀態。
優選的是，第一末端緩衝件536a和第二末端緩衝件536b均由彈性構件例如氨基甲酸乙酯橡膠製成。
如圖29所示，柱塞522包括形成在其中心部分軸向貫通的具有基本橢圓形垂直截面的通孔548，和形成在通孔548兩側用於減輕重量的一對減重孔550、550b。例如，柱塞522整體由金屬材料例如鋁製成。具有螺紋孔550的基本圓筒形滑動螺母552插入柱塞522的通孔548，進給螺杆軸518旋擰入該螺紋孔550中，由此滑動螺母552能在進給螺杆軸518軸向中進行滑行運動。
在這種配置中，滑動螺母552和柱塞522設置成可以在進給螺杆軸518的軸向中相對滑動。此外，通過形成在滑動螺母552外圓周面上的一對平面部分554a、554b防止柱塞522在圓周方向旋轉。
如圖31所示的一對環形柱塞緩衝件556a、556b安裝到滑動螺母552兩端的環形凹部。該對柱塞緩衝件556a、556b設置成從滑動螺母552端面軸向突出預定長度。
在這種配置中，柱塞緩衝件556a、556b各自具有形成在其外圓周面上的一對平坦部分557a、557b(參見圖31)。柱塞緩衝件556a、556b形成為與滑動螺母552的垂直剖視的外圓周形狀平齊。
具有用於在其中插入進給螺杆軸518的通孔558的連接構件560軸向設置在柱塞522一端。連接構件560包括第一環形部分564、第二環形部分562和環形凸緣部分566，第一環形部分564具有由其中螺紋連接柱塞522陰螺紋的陽螺紋構成的第一螺紋部分，第二環形部分562具有由其中螺紋連接中空柱塞杆524陰螺紋的陽螺紋構成的第二螺紋部分，環形凸緣部分566設置在第一環形部分564和第二環形部分562之間。第一環形部分564、第二環形部分562和環形凸緣部分566以一體的方式形成。
具有形成在其外圓周表面上的陽螺紋部分的環形構件568軸向連接柱塞522的另一端，柱塞522的陰螺紋部分旋擰到所述陽螺紋部分上。環形構件568設置成與柱塞522的端面平齊。
在這種配置中，從滑動螺母552端面突出預定長度的一個柱塞緩衝件556a設置成與連接構件560的第一環形部分564接觸。從滑動螺母552端面突出預定長度的另一個柱塞緩衝件556b設置成與環形構件568接觸。
因此，藉助固定在柱塞522兩端的連接構件560和環形構件568將滑動螺母552保持在柱塞522中，除非柱塞杆524緊靠工件W以及衝擊作用在柱塞杆524上時。在與進給螺杆軸518螺紋配合的作用下，滑動螺母552可以與柱塞522一起軸向移動。
優選的是，成對柱塞緩衝件556a、556b採用與第一和第二末端緩衝件536a、536b相同的方式由彈性構件如氨基甲酸乙酯橡膠製成。
各自具有基本圓弧形截面的引導部分570(參見圖29)形成在垂直於軸線延伸的柱塞522兩側面上。柱塞522介於該對引導杆520a、520b之間。樹脂製成的一對板572a、572b粘合到引導部分570上，板572a、572b與引導杆520a、520b外圓周面線接觸並且在引導杆520a、520b的軸線方向延伸。通過在分別由金屬材料製成的柱塞522和引導杆520a、520b之間插入樹脂材料製成的板572a、572b，可以減少滑動阻力。
在負載徑向施加到柱塞522和負載以旋轉方向施加到柱塞522的其中之一的情況下，理想的情況為，由成對引導杆520a、520b吸收所述負載。在旋轉方向施加負載時，成對引導杆520a、520b用於使旋轉停止。
如圖35所示，驅動器18a具有設置許多從寬邊側面突出的散熱片119的箱體121。通過電纜與控制器20電連接的多個控制終端123設置在箱體121上部。設置在箱體121下部的是未圖示的通過電纜與電源523連接的電源終端，和未圖示的與旋轉驅動源514連接用於旋轉驅動源的輸出終端。
設置在驅動器18a的窄寬度側面上的是扭矩設定調節器125、對應未圖示的多個LED發射的光線而可識別的多個顯示燈127a至127d和可以根據手動操作完成例如檢測操作的多個手動開關，利用扭矩設定調節器125，可以通過使用例如十字螺絲起子在預定方向調節旋轉角度，從外部任意調節旋轉驅動源514的旋轉扭矩(推力)。
手動開關包括根據開/關操作表示A相方向(柱塞杆524伸長方向)和B相方向(柱塞杆524收縮方向)兩個方向的相位換向開關129、給驅動器18a通電和斷電的接通/斷開開關131、和設定開關133，在設定開關133中，開關斷開時，創建初始設置，開關接通時，利用扭矩設定調節器125選擇外部推力。
利用相位換向開關129，柱塞杆524的前後運動在一些情況下依據未圖示的齒輪而在A相方向和B相方向之間反向轉換。
從控制器20引入驅動器18a的控制信號由開/關二進位信號組成。
通過使用例如未圖示的電阻器、變壓器或內部電路，或通過將旋轉驅動源514結合在未圖示的橋式電路中以提供用於反饋橋式電路不平衡電壓的電子調節器(未示出)，並通過任意改變從電源523施加給驅動器18a的應用電壓，則能控制旋轉驅動源514的旋轉速度。
凸緣137形成在與設置上述手動開關和其它構件的窄寬度側面相對的側面上，連接孔135穿過凸緣137形成。
驅動器18a的其它部分採用與圖1所示驅動器18相同方式構成(參見圖2)，其具體解釋將省略。
其中結合有根據變化實施例的驅動器18a的控制系統10a基本如上所述構建。接著，將說明其操作、功能和效果。
首先，方向指示信號(二進位信號)從控制器20引入驅動器18a。驅動器18a根據方向指示信號轉換電壓極性。由此，旋轉驅動源514的旋轉方向轉變為向前或向後方向。與換向裝置34提供給旋轉驅動源514的電流相應的電壓輸入到電流放大器/限流器36中。
電流放大器/限流器36將換向裝置34輸出的電壓轉換成供給旋轉驅動源514的相應電流。由此，旋轉驅動源514被驅動並以預定方向旋轉，旋轉驅動源514的旋轉驅動力通過聯軸器構件528傳遞到進給螺杆軸518。
以預定方向旋轉的進給螺杆軸518螺紋連接用作進給螺母的滑動螺母552的螺紋孔550。由此，通過成對引導杆520a、520b的引導，滑動螺母552和柱塞522在軸向與柱塞杆524一體移動。因此，柱塞杆524與柱塞522一體向外移動，柱塞杆524達到衝程末端，從而將未圖示的工件推壓到預定位置。
如圖32所示，當柱塞522沒有到達兩個衝程末端且推壓工件W的操作在它們之間的中間位置進行時，衝擊通過緊靠工件W的管座526、柱塞杆524和連接構件560傳遞到柱塞522。
在這種情況中，與連接構件560相接觸的柱塞緩衝件556a的末端如圖33所示地變形，由此吸收衝擊。此外，設置在柱塞522中的滑動螺母556在進給螺杆軸518軸向相對柱塞522略微滑動(參見圖33中所示的雙點劃線)。由此，如所希望地，衝擊被吸收。
換句話說，彼此連接的柱塞522和連接構件560設置成可以響應施加到柱塞杆524的衝擊在進給螺杆軸518軸向中移動。柱塞522和連接構件560的微小位移被柱塞緩衝件556a吸收，緩衝件556a具有彈性，其安裝在滑動螺母556末端。由此，如所預期地，衝擊被吸收。
在這種情況下，滑動螺母556相對於進給螺杆軸518不移動，因為滑動螺母556與進給螺杆軸518螺紋固定。此外，防止了衝擊傳遞到滑動螺母556和進給螺杆軸518的螺紋配合部分。由此，可以如所希望地保護滑動螺母556和進給螺杆軸518的螺紋配合部分。
因此，即使在兩個衝程末端之間的中間位置，工件W被壓靠柱塞杆524時，施加給柱塞杆524的衝擊被柱塞522和滑動螺母556之間的相對滑行移動以及彈性柱塞緩衝件556a平順地吸收。因此，可以避免電動執行機構511耐久性變壞。
此外，因為活塞緩衝件556a和連接構件560的環形凸緣部分566跨靠第二末端緩衝件536b的協同緩衝作用，在柱塞杆524向前運動衝程末端引起衝擊時，衝擊被更好地吸收(參見圖34)。
類似地，因為柱塞緩衝件556b和環形構件568端面及柱塞522緊靠第一端面緩衝件536a的協同緩衝作用，在柱塞杆524向後運動衝程末端產生衝擊時，衝擊被更好地吸收(參見圖28)。
如上所述，設置緩衝機構，其包括設置於柱塞522的成對柱塞緩衝件556a、556b，和設置於外殼512及杆外罩516的第一及第二末端緩衝件536a、536b。由此，在包括兩個衝程末端和它們之間中間位置的任何位置，都能優選緩衝柱塞522上的衝擊。
電動執行機構能以被電機驅動的執行機構使用，即使在壓縮空氣不足或壓縮空氣不能使用的環境中，其可以採用與氣缸相同的方式使用。
在這種情況中，措辭「採用與氣缸相同的方式」是指，例如，電動執行機構根據開/關控制被驅動，不需要控制器，可以推壓柱塞522，可以驅動電動執行機構而不需要任何傳感器，且可控制速度和推力。
此外，通過成對平行引導杆520a、520b保持預定剛性，而不需要剛性體。由此，部件的數量減少，製造成本降低，可以實現較輕重量。
而且，衝擊吸收件(緩衝件)通常布置在操作設備中部件彼此相碰的部分。然而，設定緩衝件的性能、尺寸和位移量時，將這些參數設置得使碰撞時的衝擊值不大於5G，優選不大於2G，可以改善緩衝件的耐久性，從而改善電動執行機構的耐久性。通過限制衝擊值，能降低各部件的強度，由此可以減小設備的尺寸和重量。
對於製造外殼512和杆外罩516的方法，優選使用，例如，基於鋁拉模鑄造的整體模鑄、平板深衝壓或通過堆疊許多鋼板一體形成的疊層鋼板。
對於進給螺杆軸518，優選使用，例如，樹脂製成的滑動螺杆軸、金屬製成的滑動螺杆軸、滾珠螺杆軸或懸掛在帶輪之間的同步皮帶。
當柱塞杆524將工件W推壓到預定位置時，在柱塞522及柱塞杆524到達衝程末端後，高負載施加給旋轉驅動源514，旋轉驅動源514驅動軸的旋轉停止並受到限制。在這種情況中，旋轉驅動源514的驅動軸輸出的扭矩與施加到旋轉驅動源514的電流成比例。因此，當驅動軸受到限制時，不小於預定電流值的電流(過載電流)施加給旋轉驅動源514。過載電流產生時，旋轉驅動源514可能會不希望地熄火。
因此，由檢測供給旋轉驅動源514的電流所用電流傳感器38提供的檢測信號通過檢測線41引入到電流放大器/限流器36中。電流放大器/限流器36通過比較裝置44比較存儲在存儲裝置42的預設基準電流IMAX和電流傳感器38提供的檢測信號。此外，通過電流限制裝置46限制供給旋轉驅動源514的電流，從而使該電流不超過基準電流IMAX(參見圖2)。
旋轉驅動源514被控制時使用的電流值被限制為例如，在旋轉驅動源514的驅動軸停止和受限制時，不超過0.6A，在沒有負載的驅動狀態期間，不超過0.2A。由此，旋轉驅動源514能具有較長的使用壽命。
如上所述，本實施例的驅動器18a中，電流傳感器38監控供給旋轉驅動源514的電流值，電流放大器/限流器36用於限制施加給旋轉驅動源514的電流不超過基準電流IMAX。結果，即使在高負載施加到旋轉驅動源514和處於工作狀態的旋轉驅動源514的驅動軸停止和受限制時，供給旋轉驅動源514的電流也被限制為不超過預定基準電流IMAX。因此，可以防止旋轉驅動源514由於過載電流而熄火。必然的結果是，通過限制供給旋轉驅動源514的施加電流能限制與施加電流成比例的扭矩。
接著，電動執行機構的變化實施例如圖36至38所示。與圖27所示電動執行機構511中相同的構成部件用相同的附圖標記標識，其具體解釋將省略。
根據本發明變化實施例的電動執行機構580與電動執行機構511的不同在於，沒有設置一對引導杆520a、520b，而是設置長圓柱管586以連接圓筒外殼582和階梯式圓柱杆外罩584，柱塞590容納在管586的中空部分588中。
緊固在柱塞590外圓周表面的凹入部中的是分別由樹脂材料製成且軸向延伸的一對引導板592a、592b，和分別具有半圓形結構的一對磁鐵594a、594b，所述半圓形結構具有弧形截面。
在這種配置中，只有成對引導板592a、592b沿形成在管586內壁上的平坦引導面596a、596b滑動。由此，引導柱塞590且防止管586在圓周方向旋轉。在柱塞590外壁和管586內壁之間除了引導板592a、592b所在的部分之外設置有預定間隙598(參見圖38)。
具有相同形狀的滑動螺母552採用與上述電動執行機構511相同的方式可滑動地安裝在柱塞590中。藉助連接柱塞590一端的連接構件600和安裝在柱塞590另一端的C形夾602來保持滑動螺母552的位置。
包括例如防撞傳感器和顯微照相傳感器在內的一或多個傳感器通過未圖示的帶子連接在管586外圓周表面的預定部分上。通過安裝到管586的傳感器(未圖示)檢測磁鐵594a、594b的磁場。由此，檢測柱塞522的位置。
成對柱塞緩衝件556a、556b和第一及第二末端緩衝件536a、536b的功能與電動執行機構511中的相同，其具體解釋將省略。
在所述實施例中，儘管只描述了活塞杆524在其中伸長或回縮的杆式電動執行機構，但是不僅限於此。當然，本發明也可以用於滑動工作檯式的電動執行機構，其通過將未圖示的滑動工作檯與柱塞522連接進行使用。
採用滑動工作檯式電動執行機構時，通過將柱塞杆524從柱塞522拆除並通過使用另一種未圖示的、其中封閉允許柱塞杆524穿透的孔的杆外罩，可以將杆式簡便轉變成滑動工作檯式。
優選的是，控制系統10a結合有一種設備，當超過預定扭矩的負載施加給旋轉驅動源514時，所述設備自動轉換減速比。這樣，能根據負載控制旋轉驅動源514的旋轉速度。
圖39示出，僅設置旋轉驅動源514時和旋轉驅動源514配備有自動轉換減速比的設備時所獲得的扭矩和速度的特性曲線。如圖39所示，與僅設置旋轉驅動源514的情況相比，當旋轉驅動源514配備有自動轉換減速比的設備時，可以簡便控制相對於速度的扭矩。
圖40示出圖解用於方向控制的驅動器集成器透視圖。
與多個電動執行機構511(電動氣缸)連接的多個用於方向控制的驅動器18疊置以組成集成器。在這種配置中，用於方向控制的多個驅動器18通過電信號(例如串行信號)經由未圖示的連接器總線連接。優選的是，另外設置電源產生單元601以產生要施加的例如100V至200V交流電或24V直流電。用於方向控制的多個驅動器18藉助長軌道構件603可拆卸地疊加。優選的是，為多個驅動器18和電源產生單元601設置風扇604。
接著，圖41示出有關於轉數和扭矩(電流值)的電動機驅動器特性。如圖41所示，電流受到限制時，能防止電動機(旋轉驅動源514)熄火，且可以限制扭矩。圖42示出與轉數和扭矩(電流值)之間關係相關的的負載-速度控制特性。在相應於負載設定電流值時，電流極限(例如，極限1至4)被設定。在這種情況下，負載取決於例如發電機和固有粘滯阻力。
在前面的說明中，電動機包括例如至少直流電動機、無芯電動機、無刷直流電動機、線性電動機和音圈電動機。
作為結合在控制系統10、10a中的方向控制設備的驅動器18、18a分別符合開放網絡(例如，設備網、PROFIBUS、CAN和國際計算機網際網路)。可以與其它控制設備一起形成網絡。例如，可以使用網絡通過網際網路或可攜式終端(包括可攜式電話)執行遠程操作和故障診斷。
此外，複合體的方向控制設備使得可以通過使用一個方向控制設備控制多個電動機。通過例如電池組和電池(包括燃料電池)替代普通電源，能驅動所述方向控制設備。
儘管詳細圖示和說明了本發明的一些優選實施例，應當理解的是，可以在其中進行各種變化和改變，而不脫離隨附的權利要求的範圍。
權利要求
1.一種用於電動執行機構的控制系統，所述電動執行機構具有在旋轉驅動源的旋轉驅動作用下可以移動的可動構件，所述控制系統包括所述電動執行機構(16)，其具有在所述旋轉驅動源(12)的所述驅動作用下進行線性往復運動的所述可動構件；驅動器(18)，其使所述電動執行機構(16)配備的所述旋轉驅動源(12)通電和斷電；和控制器(20)，其向所述驅動器(18)輸出方向指示信號，其中，所述電動執行機構(16)包括執行機構主體(24)、與所述執行機構主體(24)一端連接的所述旋轉驅動源(12)、在所述執行機構主體(24)和端塊(26)之間平行延伸的一對引導軸(28a、28b)、與所述旋轉驅動源(12)的驅動軸連接的進給螺杆軸(30)、和通過螺紋連接所述進給螺杆軸(30)從而沿所述成對引導軸(28a、28b)進行所述線性往復運動的所述可動構件；以及所述驅動器(18)設置有對供給所述旋轉驅動源(12)的電流進行檢測的電流檢測裝置(38)、將來自所述電流檢測裝置(38)的檢測信號和預設基準電流進行比較的比較裝置(44)、和電流限制裝置(46)，所述電流限制裝置(46)限制供給所述旋轉驅動源(12)的所述電流，以便在負載施加到處於通電狀態的所述旋轉驅動源(12)且所述旋轉驅動源(12)的驅動軸被停止並受限制時，所述電流不超過所述基準電流。
2.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於所述電動執行機構的所述可動構件包括在由所述進給螺杆軸(518)傳遞的驅動力作用下可以沿一對引導杆(520a、520b)移動的柱塞(522)，和穿過所述端塊(516)並與所述柱塞(522)一體進行前後運動的中空圓筒形柱塞杆(524)；滑動螺母(552)，其具有用於螺紋連接所述進給螺杆軸(518)的螺紋孔(550)，該滑動螺母(552)內配合在形成於所述柱塞(522)軸向的通孔(548)中；以及由彈性材料製成的一對柱塞緩衝件(556a、556b)在軸向上設置在所述滑動螺母(552)的兩端，它們處於所述一對柱塞緩衝件(556a、556b)從所述滑動螺母(552)的端面突出預定長度的狀態。
3.如權利要求2所述的控制系統，進一步包括一對第一和第二端部緩衝件(536a、536b)，它們設置在所述執行機構主體中，而且它們在所述柱塞杆(524)衝程末端吸收衝擊。
4.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於從外部設定所述旋轉驅動源(514)的旋轉扭矩的扭矩設定調節器(125)、多個顯示燈(127a至127d)和多個手動操作開關設置在所述驅動器(18a)的窄邊側面上；以及所述手動開關包括在所述可動構件伸長方向和所述可動構件收縮方向之間執行轉換的相位換向開關(129)。
5.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於用於轉換減速比的機構插入所述旋轉驅動源(12)和所述進給螺杆軸(30)之間，用於轉換減速比的所述機構設置有各自由螺旋齒輪構成的中心齒輪(216)、行星齒輪(218)和內齒輪(220)。
6.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於所述驅動器(18a)具有箱體(121)，其包括從寬邊側面突出的多個散熱片(119)。
7.如權利要求1所述的控制系統，其特徵在於多個所述驅動器(18)連續疊加以形成集成器。
全文摘要
驅動器(18)包括根據方向指示信號轉換旋轉驅動源(12)旋轉方向的轉向裝置(34)、將換向裝置(34)輸出的電壓轉化成相應的電流並將電流限制在預定基準電流I
文檔編號F15B13/00GK1782444SQ20051012691
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月28日 優先權日2004年11月29日
發明者永井茂和, 廣瀨毅 申請人:Smc株式會社