JP3444638B2 - Control amount control device - Google Patents
Control amount control deviceInfo
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- JP3444638B2 JP3444638B2 JP33454693A JP33454693A JP3444638B2 JP 3444638 B2 JP3444638 B2 JP 3444638B2 JP 33454693 A JP33454693 A JP 33454693A JP 33454693 A JP33454693 A JP 33454693A JP 3444638 B2 JP3444638 B2 JP 3444638B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、位置、速度、力等の制
御量を高精度かつ迅速に制御する装置に関するもので、
ロボット、精密加工機械、精密測定装置、ステッパ−等
の用途に広く利用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for controlling a controlled variable such as position, speed and force with high precision and speed,
Widely used for robots, precision processing machines, precision measuring devices, steppers, etc.
【0002】[0002]
【従来の技術】時代の要請である高性能化に答えるべ
く、メカトロニクス、特に制御の分野に於いては、位
置、速度、力等の制御量を高精度且つ迅速に制御する努
力がなされてきた。従来これらの制御量を制御する装置
としては、駆動系、駆動伝達系、作動部、および駆動系
を制御する制御器からなるセミクローズドループ制御
(ブロック線図を図1の(a)に示す)が一般的に使用
されてきたが、作動部の情報を駆動系にフィードバック
して制御量を制御する機構でないため、作動部の制御量
を再現良く高精度に制御することが困難であった。これ
を改良するため、作動部にセンサーを具備して作動部の
情報を駆動系にフィードバックし制御量を制御するクロ
ーズトループ制御(ブロック線図を図1の(b)に示
す)が取り入れられるようになった。しかしこの制御
は、伝達系および作動部には減速器のアソビ、使用機材
の剛性に基づくブレや歪み等の問題があり、より高精度
に制御するためフィードバックゲインを上げれば上げる
ほど、作動部の振動が大きくなり制御が困難になるとい
う欠点があった。これを改善するため、電気粘性流体の
粘性力を利用した制御手段が提案されてきた。2. Description of the Related Art In order to meet the demand for higher performance of the times, efforts have been made to control the controlled variables such as position, speed and force with high precision and speed in the field of mechatronics, particularly in the field of control. . Conventionally, as a device for controlling these control amounts, a semi-closed loop control composed of a drive system, a drive transmission system, an operating part, and a controller for controlling the drive system (a block diagram is shown in FIG. 1A). However, since it is not a mechanism for controlling the control amount by feeding back the information of the operation unit to the drive system, it is difficult to control the control amount of the operation unit with good reproducibility and high accuracy. In order to improve this, closed loop control (a block diagram is shown in FIG. 1 (b)) in which a sensor is provided in the actuating unit and information of the actuating unit is fed back to the drive system to control the control amount is introduced. Became. However, in this control, there are problems in the transmission system and the operating part such as speed reducer association, blurring and distortion due to the rigidity of the equipment used, and the higher the feedback gain, the more accurate the control gain. There is a drawback that the vibration becomes large and the control becomes difficult. In order to improve this, a control means utilizing the viscous force of the electrorheological fluid has been proposed.
【0003】電気粘性流体とは電圧印加によりその粘性
が瞬間的に著しく大きく、かつ可逆的に変化する流体で
ある。このような電気粘性流体の粘性変化を制御に利用
すると、従来の摩擦力、圧力、電磁気力等の機械的ある
いは電気・機械的な力を利用した制御に比べて迅速で精
度の高い制御が可能となり、またシンプルでコンパクト
な機構となる。The electrorheological fluid is a fluid whose viscosity is remarkably remarkably and reversibly changed by applying a voltage. By using such viscosity change of electrorheological fluid for control, quicker and more accurate control is possible compared with conventional control using mechanical force such as friction force, pressure, electromagnetic force, etc. or electric / mechanical force. Also, the mechanism is simple and compact.
【0004】特開昭64−78776号公報にはロボッ
トの関節部分に電気粘性流体を使用したダンパを設けて
ダンピング定数を切り替えて振動を迅速に制御する方法
が、特開平4−272529号公報には、支持部材と回
転する可動部材の間隙に介在させた電気粘性流体に電圧
を印加し減衰力を与え可動部材を所定の位置に停止させ
る方法が、特開平4−277335号公報には固定部材
と可動部材の間隙に電気粘性流体を介在させてなる位置
制御用ダンパの電圧印加のタイミングに関する使用方法
が記載されている。しかし、これらの提案はいずれも、
フィ−ドバック制御に電気粘性流体を利用するのではな
く、電気粘性流体の粘性の増大を機械的な抑制力として
(後2者では駆動系を停止した後の)振動を迅速に抑え
るための単なる振動ダンピングに使用するに過ぎない。Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-78776 discloses a method of providing a damper using an electrorheological fluid at a joint portion of a robot and switching a damping constant to rapidly control vibration. JP-A-4-277335 discloses a method of applying a voltage to an electrorheological fluid interposed in a gap between a support member and a rotating movable member to apply a damping force to stop the movable member at a predetermined position. And a method of using a position control damper formed by interposing an electrorheological fluid in the gap between the movable member and the voltage applying timing. However, none of these suggestions
Instead of using the electrorheological fluid for feedback control, the increase in the viscosity of the electrorheological fluid is used as a mechanical restraining force to simply suppress the vibration (after the drive system is stopped in the latter two cases). It is only used for vibration damping.
【0005】一方、特開平4−158414号公報は、
作動制御系にサ−ボ機構を備えたアクチュエ−タ−にお
いて、作動値(観測値)と目標値の偏差に応じて電気粘
性流体の流動抵抗に基づく減衰力を及ぼし位置や角度を
高精度に制御する方法が記載されている。この方法はク
ロ−ズループ制御(ブロック形図を図2に示す)に類す
るものであり、電気粘性流体を本発明に言う補助製造シ
ステムに用いたものである。。On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 4-158414 discloses
In an actuator equipped with a servo mechanism in the operation control system, a damping force based on the flow resistance of the electrorheological fluid is applied according to the deviation between the operation value (observed value) and the target value to accurately adjust the position and angle. A method of controlling is described. This method is similar to the closed loop control (a block diagram is shown in FIG. 2) and uses an electrorheological fluid in the auxiliary manufacturing system referred to in the present invention. .
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】電気粘性流体を用いた
これらの制御方法は、電気粘性流体を用いない従来の方
法に比べてある程度の効果は得られるものの、クロ−ズ
ドループ制御をしない特開昭64−78776号公報や
特開平4−272529号公報等の方法では振動減衰を
速めることはできるものの絶対精度や再現精度のよい制
御を行うことは出来ない。またクロ−ズドループ制御を
行う特開平4−158414号公報の方法も制御精度を
上げるためには大きな問題点のあることが分かった。こ
の問題点を位置決め制御にこの方法を用いた場合を例に
以下に説明する。即ち、この方法は、静止させるべき目
標値と作動値(観測値)の偏差(この場合距離または角
度)に応じて電気粘性流体の粘性抵抗に基づく減衰力を
及ぼし、制御対象の位置を制御するものであり、この偏
差に応じた粘性抵抗を電気粘性流体に発現させるため
に、偏差を刻々測定してその偏差に対応する粘性抵抗を
発現するように電気粘性流体に印加する電圧を刻々調整
(明細書の説明では偏差が小さくなるに従って大きな電
圧を印加)することが述べられている。一般に制御対象
を目標位置に静止させる場合、目標値に近づくにつれて
制御対象の移動速度を減少させる必要があることから、
特にミクロン単位の高精度の位置決め制御を行う場合に
は、静止前後での移動速度は極めて小さなものとなる。
上記の方法による位置決め制御は、この微細な偏差を検
出するための極めて高精度の位置センサを必要とし、更
に、この微細な偏差に対応して電気粘性流体に印加する
電圧を調整する制御器を必要とする。しかし現実にはそ
のような高性能の位置センサは極めて高価であり、また
微細な偏差に合わせて刻々印加電圧を調整することは困
難である。Although these control methods using the electrorheological fluid have some effects as compared with the conventional methods not using the electrorheological fluid, they do not perform the closed droop control. According to the methods disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-78776 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-272529, vibration damping can be accelerated, but control with good absolute accuracy and reproducibility cannot be performed. It was also found that the method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-158414, which performs the closed droop control, has a serious problem in order to improve the control accuracy. This problem will be described below by taking the case of using this method for positioning control as an example. That is, this method controls the position of the controlled object by exerting a damping force based on the viscous resistance of the electrorheological fluid according to the deviation (in this case, the distance or the angle) between the target value and the operation value (observed value) to be made stationary. In order to develop a viscous resistance corresponding to this deviation in the electrorheological fluid, the deviation is measured every moment, and the voltage applied to the electrorheological fluid is adjusted every moment so as to develop the viscous resistance corresponding to the deviation ( In the description of the specification, it is stated that a larger voltage is applied as the deviation becomes smaller. Generally, when the controlled object is stopped at the target position, it is necessary to decrease the moving speed of the controlled object as it approaches the target value.
In particular, when performing highly precise positioning control in the micron unit, the moving speed before and after the standstill becomes extremely low.
The positioning control by the above method requires an extremely high-precision position sensor for detecting this minute deviation, and further, a controller for adjusting the voltage applied to the electrorheological fluid corresponding to this minute deviation is required. I need. However, in reality, such a high-performance position sensor is extremely expensive, and it is difficult to adjust the applied voltage momentarily according to minute deviations.
【0007】更に該公報では、電気粘性流体として粒子
分散タイプの流体を使用しているが、このタイプの流体
はビンガム流体的流動挙動を示すことから、剪断速度が
下がるにつれて、見かけ粘度が急激に上昇する特徴があ
る。従ってこのような制御方法では、制御対象が目標位
置に近づきその速度が下がるにつれて見かけ粘度が急激
に上昇し、たとえ一定電圧の印加(上記の偏差に対応し
て印加電圧を調整する方法ではますます粘度が増大)で
も減衰力が静止前に大きくなり過ぎて、いわゆるク−ロ
ン摩擦的な静止をともなうため、精密な位置決めは本質
的に難しい。Further, in this publication, a particle dispersion type fluid is used as the electrorheological fluid. However, since this type of fluid exhibits Bingham fluid flow behavior, the apparent viscosity rapidly increases as the shear rate decreases. There is a rising feature. Therefore, in such a control method, the apparent viscosity rises sharply as the controlled object approaches the target position and its speed decreases, and even if a constant voltage is applied (the applied voltage is adjusted according to the above deviation). Even if the viscosity is increased), the damping force becomes too large before the stationary state, and the so-called Coulomb frictional stationary state is involved, so that precise positioning is essentially difficult.
【0008】本発明の目的は、電気粘性流体を用いた新
しい制御安定化システムを備えたクロ−ズドフィ−ドバ
ック制御により、位置、力、速度等の制御量を高精度か
つ迅速に制御する装置を提供することにある。An object of the present invention is to provide a device for controlling a controlled variable such as position, force, speed, etc. with high precision and speed by closed feedback control equipped with a new control stabilizing system using an electrorheological fluid. To provide.
【0009】[0009]
【問題を解決するための手段】本発明者らは、上記の精
密位置決めの制御で、制御対象が静止あるいは微調整で
始動する前後で必要な減衰力は、目標値と観測値の偏差
に対応した力ではなく、制御対象の速度に比例した力で
あり、このような減衰力を発現する電気粘性流体を制御
に応用すれば、前記の課題を解決しうると考えた。そし
て、ある種の液晶性高分子が電圧印加時に剪断速度に比
例した剪断応力を発現する、いわゆるニュートン流体的
流動挙動を示す電気粘性流体となりうること、及びその
合成方法を見いだした。この電気粘性流体を用い、位
置、速度、力、速度等の制御量を制御する方法、装置に
ついて検討を重ねた結果、極めて良好な制御装置を実現
することが可能となり、本発明に到達することができ
た。According to the inventors of the present invention, the damping force required before and after the controlled object is stopped or started by fine adjustment corresponds to the deviation between the target value and the observed value in the above-described precise positioning control. It was thought that the above problems could be solved by applying an electrorheological fluid that exerts such a damping force to the control, rather than the generated force, which is a force proportional to the speed of the controlled object. Then, they found that a certain kind of liquid crystalline polymer can be an electrorheological fluid that exhibits a shear stress proportional to the shear rate when a voltage is applied, that is, a so-called Newtonian fluid flow behavior, and a synthesis method thereof. As a result of repeated studies on a method and apparatus for controlling a controlled variable such as position, speed, force, speed, etc. using this electrorheological fluid, it becomes possible to realize an extremely good control apparatus and reach the present invention. I was able to.
【0010】即ち、本発明は、駆動系、伝達系および作
動部からなる制御対象、制御器、作動部または伝達系に
具備されたセンサ、および制御安定化システムから構成
され、センサからの情報を制御器にフィ−ドバックして
制御量を制御する装置において、前記制御安定化システ
ムに電圧印加時にニュ−トン流動を示す電気粘性流体が
使用されており、制御器からの信号により、電気粘性流
体に所定の一定電圧を印加して制御対象を安定化するこ
とを特徴とする制御量制御装置である。本発明の装置の
代表例についてそのブロック線図を図3に示す。That is, the present invention comprises a controlled object including a drive system, a transmission system and an actuation unit, a controller, a sensor provided in the actuation unit or the transmission system, and a control stabilization system. In a device that feeds back to a controller to control a controlled variable, an electrorheological fluid that exhibits Newtonian flow when a voltage is applied is used in the control stabilization system, and an electrorheological fluid is generated by a signal from the controller. A controlled variable control device characterized in that a controlled object is stabilized by applying a predetermined constant voltage to the control target. A block diagram of a typical example of the device of the present invention is shown in FIG.
【0011】本発明に言う駆動系とは、電磁力、空気
圧、油圧等のエネルギで回転あるいは直進運動を行い作
動部を駆動するモ−タ、ソレノイド、シリンダ等のシス
テムであり、本発明では、このもの自体がエンコ−ダや
リニアスケ−ル、タコジェネレ−タ、サ−ボバルブ等の
センサ機能を具備するものが好ましい。また伝達系と
は、駆動系のエネルギを作動部に伝達するシャフト、ロ
ッド、ア−ム、リニアガイド、減速器、クラッチ、ギ
ア、トルクコンバ−タ、トランスミッション、ジョイン
ト、フランジ、ベルト、ワイヤ、ボ−ルネジ、軸受け等
のいずれかの組み合わせからなるシステムである。The drive system referred to in the present invention is a system such as a motor, a solenoid, a cylinder, etc. for rotating or rectilinearly moving to drive an operating part by energy such as electromagnetic force, air pressure, hydraulic pressure, etc. In the present invention, It is preferable that the device itself has a sensor function such as an encoder, a linear scale, a tachogenerator, and a servo valve. Further, the transmission system means a shaft, rod, arm, linear guide, speed reducer, clutch, gear, torque converter, transmission, joint, flange, belt, wire, and button for transmitting the energy of the drive system to the operating portion. It is a system that consists of any combination of a screw and a bearing.
【0012】また作動部とは、本発明の装置での制御さ
れた位置、力、速度等の制御量が装置外部の物体に対し
て作用する部分であり、ロボットに於いては関節やア−
ムの先端や指、またその指に把持された物体部分を指
し、ステッパ−に於いては露光装置部分等を指す。本発
明に言う制御器とは、ハ−ド部分とコンピュ−タソフト
部分から構成され、伝達系または作動部に具備されたセ
ンサからの制御量の情報に基づき、制御安定化システム
の作動を制御するものをいう。具体的には電気粘性流体
に電圧を印加あるいは解除するタイミングや印加する電
圧の強さ(これらは制御器のコンピュ−タに予め記憶さ
せたデ−タに基づく)を設定するとともに、電圧の印加
や解除を行う。急激な電圧の印加や解除よる衝撃を避け
るためこれらは段階的に行ってもよい。また本制御器は
制御安定化システムの制御と同時に駆動系の制御も行う
ものである。The actuating portion is a portion where a controlled amount of controlled position, force, speed, etc. in the device of the present invention acts on an object outside the device. In the robot, joints and arms are used.
In the case of a stepper, it refers to the exposure device portion or the like. The controller referred to in the present invention is composed of a hard part and a computer soft part, and controls the operation of the control stabilizing system based on the information of the controlled variable from the sensor provided in the transmission system or the operating part. Say something. Specifically, the timing of applying or releasing a voltage to the electrorheological fluid and the strength of the applied voltage (these are based on the data stored in advance in the computer of the controller) are set, and the voltage is applied. And release. These may be performed stepwise in order to avoid a shock due to sudden application or release of voltage. The controller also controls the drive system as well as the control stabilization system.
【0013】伝達系または作動部に具備されたセンサと
は、位置、力、速度等の制御量を検出し制御器にその情
報をフィ−ドバックするもので、光波長、歪、抵抗、圧
力、ネジレ、等の物理量の変化を観測し、距離、速度、
圧力、張力等を検出する。本発明に言う制御安定化シス
テムとは、伝達系あるいは作動部の移動や振動に対し
て、流動抵抗によるダンピング効果を及ぼし、制御量を
迅速かつ高精度に制御するためのシステムである。この
システムでは、伝達系あるいは作動部に連結してこれと
ともに回転、直進あるいは往復運動する可動部と、ほぼ
一定の間隙を介して可動部と隔離された固定部(場合に
よっては可動部と独立に運動させることもできる)から
なり、これら可動部と固定部の対向面にはそれぞれ電極
が形成され、間隙には電気粘性流体が封入されている。
この電気粘性流体に電圧を印加することにより可動部に
かかる粘性抵抗が増大し、可動部の動きが重たくなる。
これが駆動系および制御対象を安定化させ、よりゲイン
の高い制御器の使用を可能とする。本安定化システムは
制御器からの信号により(例えば制御量が所定の範囲に
達した際)に始動する。始動させる方法には、制御量が
所定の範囲に達するのに必要な時間を実験で予め求め、
この時間をもって始動させる方法等がある。制御安定化
システムの作動は、クロ−ズドル−プ制御の下で行われ
る。The sensor provided in the transmission system or the operating section is for detecting a controlled variable such as position, force, speed and the like and feeding back the information to the controller. The wavelength, strain, resistance, pressure, Observe changes in physical quantities such as twist, distance, speed,
Detect pressure, tension, etc. The control stabilization system according to the present invention is a system for exerting a damping effect by flow resistance against movement or vibration of a transmission system or an operating portion, and controlling the control amount quickly and highly accurately. In this system, a movable part that is connected to a transmission system or an operating part and rotates, rectilinearly, or reciprocally moves with it, and a fixed part that is separated from the movable part through a substantially constant gap (independently from the movable part in some cases). Electrodes are formed on the facing surfaces of the movable portion and the fixed portion, and an electrorheological fluid is sealed in the gap.
By applying a voltage to this electrorheological fluid, the viscous resistance applied to the movable portion increases, and the movement of the movable portion becomes heavy.
This stabilizes the drive system and the controlled object and enables the use of a controller with a higher gain. The stabilization system is triggered by a signal from the controller (eg, when the controlled variable reaches a predetermined range). As a method of starting, the time required for the controlled variable to reach a predetermined range is experimentally obtained in advance,
There is a method of starting at this time. The operation of the control stabilization system takes place under closed-loop control.
【0014】また、本発明で言う制御量とは、位置(ま
たは角度)、速度(または角速度)、力(またはトル
ク)等である。本発明に言うニュ−トン流動を示す電気
粘性流体とは、電圧印加時に剪断速度に比例した剪断応
力を示す流体であり、電圧を印加した際の粘度が下式を
満足する流体である。The controlled variable in the present invention means position (or angle), speed (or angular speed), force (or torque), or the like. The electrorheological fluid exhibiting Newtonian flow referred to in the present invention is a fluid exhibiting a shear stress proportional to the shear rate when a voltage is applied, and the viscosity when a voltage is applied satisfies the following equation.
【0015】τ=η(D−D0)n +C 式(1)
ここで、τは剪断応力[Pa]、ηは見かけの粘性率
[Pa・sec]、Dは剪断速度[sec-1]、D0 は
遅延値[sec-1]、nは係数[正の実数]、また、C
は降伏応力[Pa]であり、好ましい範囲は、nは0.
8≦n≦1.5、より好ましくは、0.9≦n≦1.
2、Cは0≦C≦300、より好ましくは、0≦C≦1
00(3kv/mmの電圧を印加時の値)、D0 は0≦
D0 ≦50である。見かけの粘性率ηはできるだけ大き
いことが望ましいが、小さくても電圧解除時の値(η
off)との比であるη/ηoff、が大きければ大きいほど
本発明にはより有効に用いることができる。降伏応力C
は従来の粒子分散系電気粘性流体、例えば、含水シリカ
粒子分散系では300〜1000、含水イオン交換樹脂
粒子分散系では1000〜5000であるのに対して、
本発明に使用されるニュ−トン流動を示す電気粘性流体
は300以下のものであり、零に近いもの程好ましい。
遅延値D0 は印加電圧が低いとやや大きくなる傾向があ
るが、低い方が好ましい。また、式(1)で剪断速度D
がD0より低い領域においてはD−D0 は零と見なす。Τ = η (D−D 0 ) n + C Equation (1) where τ is the shear stress [Pa], η is the apparent viscosity [Pa · sec], and D is the shear rate [sec −1 ]. , D 0 is a delay value [sec −1 ], n is a coefficient [positive real number], and C
Is the yield stress [Pa], and the preferable range is that n is 0.
8 ≦ n ≦ 1.5, more preferably 0.9 ≦ n ≦ 1.
2, C is 0 ≦ C ≦ 300, more preferably 0 ≦ C ≦ 1
00 (value when voltage of 3 kv / mm is applied), D 0 is 0 ≦
D 0 ≦ 50. It is desirable that the apparent viscosity η be as large as possible, but even if it is small, the value (η
The larger the ratio η / η off , which is the ratio of off ), the more effectively it can be used in the present invention. Yield stress C
Is 300 to 1000 in a conventional particle-dispersed electrorheological fluid, for example, a hydrous silica particle dispersion, and 1000 to 5000 in a water-containing ion exchange resin particle dispersion.
The electrorheological fluid showing the Newtonian flow used in the present invention is 300 or less, and the one close to zero is more preferable.
The delay value D 0 tends to increase a little when the applied voltage is low, but a low value is preferable. Also, in equation (1), the shear rate D
In the region where D is lower than D 0 , D−D 0 is regarded as zero.
【0016】なお、位置決め制御を行う場合は、本発明
は静止に近づいた際の機械的抑制力を対象とするもので
あり、上記の式(1)は、剪断速度が0〜50[sec
-1]の領域で成立させるとよい。このような粘性挙動を
示す代表的な電気粘性流体として、例えばある種の化合
物からなるサ−モトロピック液晶が挙げられる。前記化
合物の例には、複数個の液晶性基をシリコ−ン等の屈曲
性分子鎖に結合した液晶性化合物が挙げられ、これらに
ついては特願平3−220064号公報に具体的に記載
されている。In the case of performing the positioning control, the present invention is intended for the mechanical restraining force when approaching a stationary state, and the above equation (1) has a shear rate of 0 to 50 [sec].
-1 ] is recommended. A typical electrorheological fluid that exhibits such viscous behavior is, for example, a thermotropic liquid crystal composed of a certain compound. Examples of the compound include a liquid crystal compound in which a plurality of liquid crystal groups are bonded to a flexible molecular chain such as silicone, which are specifically described in Japanese Patent Application No. 3-220064. ing.
【0017】複数個の液晶性基をシリコ−ン等の屈曲性
分子鎖に結合した液晶性化合物は、粒子を分散させたも
のでないことから、粒子沈降や粒子摩耗の問題もない均
一系の電気粘性流体であり特に好ましい。なお、これま
でに均一系の電気粘性流体としてニトロベンゼンなどの
極性液体(Japan.J.Appl.Phys.16
1775(1977))、コレステリック液晶混合物
(Communications 3865(196
5))やメトキシベンジリデンブチルアニリン(MBB
A)などの低分子液晶(Japan.J.Appl.P
hys.171525(1978)および、GB220
8515A)、強誘電性ポリマー溶液(第39回高分子
討論会予稿集,18U07、1990)等が報告されて
いるが、これらの電気粘性流体も使用することができ
る。Since a liquid crystal compound in which a plurality of liquid crystal groups are bonded to a flexible molecular chain such as silicone is not one in which particles are dispersed, there is no problem of particle sedimentation and particle abrasion, and thus a uniform system electric A viscous fluid is particularly preferred. Heretofore, a polar liquid such as nitrobenzene (Japan. J. Appl. Phys. 16) has been used as a homogeneous electrorheological fluid.
1775 (1977), cholesteric liquid crystal mixture (Communications 3865 (196).
5)) and methoxybenzylidene butylaniline (MBB
A) such as low molecular weight liquid crystal (Japan. J. Appl. P)
hys. 171525 (1978) and GB220
8515A), a ferroelectric polymer solution (proceedings of the 39th Symposium on Polymers, 18U07, 1990) and the like, but these electrorheological fluids can also be used.
【0018】一般に 移動する物体に外力を加えて静止
させる際、静止に必要な力は物体の速度に比例する。こ
の速度に比例した力(減衰力)で制御対象を制御するこ
とによってスム−ズかつ安定に制御値を目標値に制御す
ることができる。本発明で用いられる電気粘性流体は、
ニュ−トン流動すなわち剪断応力が剪断速度に比例する
と言う特徴を持つことから、制御対象を所定の位置に静
止させるに必要な減衰力は、予め求められた印加電圧と
流体の粘性の関係を基に割り出された一定値の電圧を印
加するだけで、速度が刻々変化しても印加電圧をそれに
合わせて調整することなく、速度に比例した減衰力を自
動的に得ることができる。そのため本発明の制御装置は
高精度の位置決め制御に極めて好都合であるばかりか、
力(力の検出は基本的には位置あるいは位置の変化量で
ある)の制御にも好都合なものと言える。 更に、本発
明の制御装置は、速度、特に速度の安定化にも応用する
ことができる。例えば、回転体の回転速度を一定のプロ
グラムに従って高速域に上げていく際、ある回転速度で
共振現象を発生させるが、本発明の制御安定化システム
を働かせることによって、この共振を効果的に抑えるこ
とが可能になる。また、一般には極めて低い速度、例え
ば10mm/分を精度よく制御することは難しいが、本
発明の制御では可能である。In general, when an external force is applied to a moving object to make it stand still, the force required to stand still is proportional to the speed of the object. By controlling the controlled object with a force (damping force) proportional to this speed, the control value can be smoothly and stably controlled to the target value. The electrorheological fluid used in the present invention is
Since the Newtonian flow, that is, the shear stress has a characteristic that it is proportional to the shear rate, the damping force required to make the controlled object stand still at a predetermined position is based on the relationship between the applied voltage and the viscosity of the fluid obtained in advance. Even if the speed changes momentarily, it is possible to automatically obtain a damping force proportional to the speed without adjusting the applied voltage in accordance with the constant voltage, which is determined by the above. Therefore, the control device of the present invention is extremely convenient for high-precision positioning control,
It can be said that it is also convenient for controlling force (the force detection is basically the position or the amount of change in the position). Furthermore, the control device according to the invention can also be applied to speed, in particular speed stabilization. For example, when the rotation speed of the rotating body is increased to a high speed range according to a certain program, a resonance phenomenon is generated at a certain rotation speed, but this resonance is effectively suppressed by operating the control stabilization system of the present invention. It will be possible. Further, in general, it is difficult to accurately control an extremely low speed, for example, 10 mm / min, but the control according to the present invention makes it possible.
【0019】更にニュ−トン流体の特性から、例えば、
ある設定の速度(加速度)で運動している場合、速度が
設定値よりも速くなるとその分大きな抑制力が働き、ま
た、遅くなるとその分抑制力が小さくなり、速度(加速
度)を設定値に保持する、いわゆる自己調整機能、を発
現し速度制御にも好ましく使用できる。制御系の設計に
際し、数学モデルの誤差、不確かさを許容し、制御対象
の特性変動もある程度吸収して、性能が劣化しないロバ
ストな安定性が重要となる。ロバスト安定性やロバスト
制御性能を考慮した制御理論として、近年開発されたロ
バスト制御理論を本発明のニュ−トン流動を示す電気粘
性流体を用いた制御装置に組み合わせて用いることによ
り、制御の迅速性や精度の向上に極めて大きな相乗効果
が発現することを見出した。ロバスト制御理論と電気粘
性流体の組み合わせの考え方について以下に説明する。Further, from the characteristics of the Newtonian fluid, for example,
When exercising at a certain set speed (acceleration), when the speed becomes faster than the set value, a large suppression force works, and when the speed becomes slower, the suppression force becomes smaller and the speed (acceleration) becomes the set value. It has a so-called self-regulating function of holding and can be preferably used for speed control. When designing a control system, it is important to allow for errors and uncertainties in the mathematical model, absorb the characteristic fluctuations of the controlled object to some extent, and robust stability that does not degrade performance. As a control theory in consideration of robust stability and robust control performance, the robust control theory developed in recent years is used in combination with the control device using the electrorheological fluid showing the Newtonian flow of the present invention, whereby the control speed is increased. It has been found that an extremely large synergistic effect is exhibited in improving the precision and accuracy. The concept of the combination of robust control theory and electrorheological fluid will be described below.
【0020】制御を行うために得られた数学モデルを伝
達関数Po(s)で表すことにする。しかし、この数学
モデルと実際の制御対象の伝達関数P(s)との間に
は、必ずモデル誤差Δ(s)が存在する。即ち、
P(s)=Po(s)+Δ(s) 式(2)
このモデル誤差Δが、次のように周波数重み関数W(j
ω)で抑えられるものとする。The mathematical model obtained for controlling is represented by the transfer function Po (s). However, a model error Δ (s) always exists between this mathematical model and the actual transfer function P (s) of the controlled object. That is, P (s) = Po (s) + Δ (s) Formula (2) This model error Δ is expressed by the frequency weighting function W (j
ω).
【0021】 |Δ(jω)|<|W(jω)| 式(3) このとき、次に示す関係[0021] | Δ (jω) | <| W (jω) | Equation (3) At this time, the relationship shown below
【0022】[0022]
【数1】 [Equation 1]
【0023】を満足する補償器Cが得られれば、この系
はロバスト安定となる。即ち、式(3)を満たす範囲内
でモデルが変動しても閉ル−プ系の安定性は保証され
る。また、式(4)は不確かさの度合いの高い(Wのゲ
イン特性の大きい)周波数帯域では、制御器のゲイン特
性を小さくする必要があることを意味している。一般
に、機械システムでは各部に存在する弾性等のために、
周波数応答におけるゲイン特性にピ−クを有する場合が
多く、この共振ピ−クのためにその制御が非常に難しく
なってくる。ニュ−トン流動を示す電気粘性流体は、そ
の粘性特性によってこのピ−クを低く抑えることが可能
となる。これにより、モデル誤差Δを式(3)のように
抑え込むWのゲイン特性が小さくできる。結果として、
制御器のゲイン特性を十分に上げることができ、閉ル−
プ系の応答性能を高めることができる。なお本発明に言
うロバスト制御理論とは式(2)、(3)および(4)
を基本とする制御理論であり、この理論に基ずく応用も
本発明に含まれる。If a compensator C satisfying the above condition is obtained, the system becomes robustly stable. That is, the stability of the closed loop system is guaranteed even if the model fluctuates within the range satisfying the expression (3). Further, the expression (4) means that it is necessary to reduce the gain characteristic of the controller in the frequency band where the degree of uncertainty is high (the gain characteristic of W is large). Generally, in mechanical systems, due to the elasticity etc. existing in each part,
In many cases, the gain characteristic in the frequency response has a peak, and this resonance peak makes the control very difficult. An electrorheological fluid exhibiting a Newtonian flow can keep this peak low due to its viscous characteristics. As a result, the gain characteristic of W that suppresses the model error Δ as in Expression (3) can be reduced. as a result,
The gain characteristic of the controller can be raised sufficiently, and the closed loop
It is possible to improve the response performance of the system. Note that the robust control theory referred to in the present invention is expressed by equations (2), (3) and (4).
Is a control theory based on, and applications based on this theory are also included in the present invention.
【0024】なお、ロバスト制御理論の詳細について
は、Peter Dorato, ”Robust c
ontrol”IEEE Press(1987)に記
載されている。For details of the robust control theory, see Peter Dorato, "Robust c.
ontrol "IEEE Press (1987).
【0025】[0025]
【実施例】本発明を具体的に説明するために、以下に実
施例を挙げて図面を参考にしながら述べる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to explain the present invention in detail, the embodiments will be described below with reference to the drawings.
【0026】[0026]
【実施例1】図4は電気粘性流体を用いた速度および位
置決め制御機構(ロボットア−ムの関節部を始めとする
多くのメカトロニクス機器に適応が可能)を具備した装
置をモデル的に示す。ロボットア−ム4は減速器2の出
力側シャフト3に取り付け固定され、サ−ボモ−タ−1
によって駆動され円運動をする。シャフト3には更に上
端部に下部フランジ6と上部フランジ9の一対のフラン
ジからなる電気粘性流体を用いた制御機構が取り付けら
れている。シャフト3に取り付け固定された下部フラン
ジ6の上面には幅広いリング状の平らな溝が彫られてお
り、溝にはリング状の電極板5(絶縁材でフランジ6と
は電気的に絶縁されている)が取り付けられ(固定)て
いる。一方、ベアリング10を介してシャフト3に取り
付けられたフランジ9の下面にもリング状の電極板8
(絶縁材でフランジ9とは電気的に絶縁されている)が
取り付けられている。これら一対の電極板の平行でかつ
一定の間隙(1.0mm)には、電気粘性流体7が封入
され、電源14により電圧が印加されるようになってい
る。上部フランジ9は剛体フレ−ム11に固定されてい
る。[Embodiment 1] FIG. 4 schematically shows an apparatus equipped with a velocity and positioning control mechanism using an electrorheological fluid (which can be applied to many mechatronics devices including a joint part of a robot arm). The robot arm 4 is attached and fixed to the output side shaft 3 of the decelerator 2, and the servo motor-1
Driven by a circular motion. A control mechanism using an electrorheological fluid including a pair of lower flange 6 and upper flange 9 is attached to the upper end of the shaft 3. A wide ring-shaped flat groove is engraved on the upper surface of the lower flange 6 fixed to the shaft 3, and the ring-shaped electrode plate 5 (which is electrically insulated from the flange 6 by an insulating material) is formed in the groove. Is attached (fixed). On the other hand, the ring-shaped electrode plate 8 is also formed on the lower surface of the flange 9 attached to the shaft 3 via the bearing 10.
(It is electrically insulated from the flange 9 by an insulating material). An electrorheological fluid 7 is sealed in a parallel and constant gap (1.0 mm) between the pair of electrode plates, and a voltage is applied by a power source 14. The upper flange 9 is fixed to the rigid frame 11.
【0027】ラフな精度でのロボットアーム4の駆動制
御においては、サーボモーター1に取り付けられた制御
機構で制御され、電気粘性流体には電圧は印加されな
い。精度良く速度及び位置決めを制御する場合や、低速
で且つ高精度にロボットアーム4を制御する場合には、
位置(又は角度)センサー12からモーター1にフィー
ドバックされる信号に基づき電気粘性流体に電圧が印加
されて制御される。In the drive control of the robot arm 4 with rough accuracy, it is controlled by the control mechanism attached to the servomotor 1, and no voltage is applied to the electrorheological fluid. When controlling the speed and positioning with high accuracy, or when controlling the robot arm 4 at low speed and with high accuracy,
A voltage is applied to the electrorheological fluid based on a signal fed back from the position (or angle) sensor 12 to the motor 1 to control the electrorheological fluid.
【0028】図5はこの装置の制御系のブロック線図を
示す。Xは精密な位置決めを行いたい量、F(X’,Vi
n)は剪断速度X’と印加電圧Vinの関係から決まる推
進力を表す関数である。本発明に用いられるニュ−トン
流体的粘性挙動を示す電気粘性流体では関数Fが剪断速
度X’に対してほぼ線形であることから、制御系が安定
化し易く、高精度の位置決め制御が可能となる。なお、
印加電圧Vinは精密位置決めを行なう間際に印加され
る。FIG. 5 shows a block diagram of the control system of this apparatus. X is the amount that you want to perform precise positioning, F (X ', Vi
n) is a function representing the driving force determined by the relationship between the shear rate X'and the applied voltage Vin. In the electrorheological fluid showing the Newtonian fluid viscous behavior used in the present invention, since the function F is almost linear with respect to the shear rate X ′, the control system is easily stabilized, and highly accurate positioning control is possible. Become. In addition,
The applied voltage Vin is applied just before performing the fine positioning.
【0029】図6は電気粘性流体に、本発明のニュ−ト
ン流体的流動挙動をする側鎖型液晶性シリコ−ン化合物
を用いた場合(a)と、従来のビンガム流体的流動挙動
をする粒子分散系のものを用いた場合(b)の、ロボッ
トア−ムの目標停止位置の近傍に到達した後の静止状況
を比較したものである。評価はモ−タ−1でロボットア
−ム4を一定の速度で駆動し、所定の位置に静止させる
ようサ−ボモ−タ−の制御条件を設定し、静止予定約
0.3秒前に電気粘性流体に所定の電圧を印加して行っ
た。(b)では本来は停止過程の位置を検出しつつ、そ
の信号を制御装置にフィ−ドバックし速度情報に変換し
た後これに対応した電圧を刻々計算して電気粘性流体に
フィ−ドバックしなければならないが、本評価は
(a)、(b)ともにそれぞれ所定の一定電圧を印加し
て行った。FIG. 6 shows the conventional Bingham fluid flow behavior when the side chain type liquid crystalline silicone compound having the Newtonian fluid flow behavior of the present invention is used as the electrorheological fluid (a). This is a comparison of the stationary state after reaching the vicinity of the target stop position of the robot arm in the case of using a particle dispersion system (b). The evaluation was made by driving the robot arm 4 at a constant speed with the motor-1 and setting the control condition of the servo motor so that the robot arm 4 was stopped at a predetermined position. A predetermined voltage was applied to the electrorheological fluid. In (b), the position of the stopping process should be detected originally, and the signal should be fed back to the control device and converted into speed information, and then the voltage corresponding to this should be calculated moment by moment to feed back to the electrorheological fluid. This must be done, but this evaluation was performed by applying a predetermined constant voltage to both (a) and (b).
【0030】なお、使用した電気粘性流体は以下の組成
のものであり、(a)は60℃で、(b)は30℃で評
価を行なった。
側鎖型液晶性シリコ−ン:化学式1に示す構造の化合物
をジメチルシリコ−ン(100cst)50重量部で希
釈したものThe electrorheological fluid used had the following composition. (A) was evaluated at 60 ° C. and (b) was evaluated at 30 ° C. Side chain type liquid crystalline silicone: A compound of the structure shown in Chemical Formula 1 diluted with 50 parts by weight of dimethyl silicone (100 cst).
【0031】[0031]
【化1】 [Chemical 1]
【0032】粒子分散系電気粘性流体:球状シリカ粒子
(粒径:約5μm、含水率:7wt%)30重量部をジ
メチルシリコ−ン(20cst)に分散させたものParticle-dispersed electrorheological fluid: 30 parts by weight of spherical silica particles (particle size: about 5 μm, water content: 7 wt%) dispersed in dimethyl silicone (20 cst).
【0033】[0033]
【実施例2】図7は電気粘性流体を用いた速度および位
置決め制御機構を具備したエア−サ−ボシリンダ−のモ
デル図を示す。空気圧で駆動するサ−ボシリンダ−部分
と電気粘性流体を用いたダンパ−部分が一つのシャフト
1で連結した構造をなしている。シリンダ−部分には空
気の供給口2と排出口3にそれぞれサ−ボバルブ(図面
には記載されず)が取り付けられ、ピストン4の左右の
空気圧の差によりシャフト1の駆動が制御されている。
ダンパ−部分は二重円筒構造になっており内側円筒の外
面全体にはシリンダ−本体やシャフト1とは電気的に絶
縁された電極5が形成されている。また、内側円筒の両
端部には多くの穴6が空けられており、ピストン7の左
右の電気粘性流体8が二重円筒の間隙を通して移動でき
る構造になっている。ア−スされた外側円筒(金属製)
の内面はア−ス側の電極となり、電極5との間隙(2m
m)に存在する電気粘性流体に所定の電圧が電源9から
印加できるようになっている。シャフト1の動きは位置
センサ−10によって計測され、その信号が制御装置
(図面には記載されず)に送られている。Second Embodiment FIG. 7 shows a model diagram of an air-servo cylinder equipped with a velocity and positioning control mechanism using an electrorheological fluid. It has a structure in which a servo cylinder part driven by air pressure and a damper part using an electrorheological fluid are connected by one shaft 1. A servo valve (not shown in the drawings) is attached to each of the air supply port 2 and the air discharge port 3 in the cylinder portion, and the drive of the shaft 1 is controlled by the difference in air pressure between the left and right of the piston 4.
The damper portion has a double cylindrical structure, and an electrode 5 electrically insulated from the cylinder body and the shaft 1 is formed on the entire outer surface of the inner cylinder. Further, many holes 6 are formed at both ends of the inner cylinder so that the electrorheological fluid 8 on the left and right of the piston 7 can move through the gap of the double cylinder. Aerated outer cylinder (made of metal)
The inner surface of the electrode becomes the electrode on the ground side, and the gap with the electrode 5 (2 m
A predetermined voltage can be applied from the power source 9 to the electrorheological fluid existing in m). The movement of the shaft 1 is measured by a position sensor-10, and its signal is sent to a control device (not shown in the drawing).
【0034】図8はシャフトを10mm/分の一定の速
度で動かした際のシャフトの動きの状態を示すものであ
る。(a)は本発明のニュ−トン流体的流動挙動を示す
側鎖型液晶性シリコ−ン化合物を電気粘性流体に用いた
場合を、(b)は従来のビンガム流体的流動挙動を示す
粒子分散系の電気粘性流体を用いた場合を、(c)は電
気粘性流体を全く用いない場合を、示す。電気粘性流体
へは常時、一定電圧を印加する方法を電圧値を変えて繰
り返し行い、それらの結果の最も良い例を示すものであ
る。なお、電気粘性流体は実施例1と同じものを用い
た。また、一定の速度(1m/秒)で駆動させたシャフ
トを、所定の位置に静止させるようにサ−ボバルブの制
御条件を設定し、静止予定約0.5秒前に電気粘性流体
に所定の電圧を印加し、目標静止位置到達後の静止状況
を調べたところ、実施例1と同様に(a)は極めて0.
5秒内に目標位置に約10μmの誤差伴って停止した
が、(b)は約2秒かかり約60μmの、また(c)は
3秒でも安定せず130μmの誤差を伴って停止した。FIG. 8 shows the state of movement of the shaft when the shaft is moved at a constant speed of 10 mm / min. (A) is a case where a side chain type liquid crystalline silicone compound showing the Newtonian fluid flow behavior of the present invention is used for an electrorheological fluid, and (b) is a particle dispersion showing a conventional Bingham fluid flow behavior. (C) shows the case where the electrorheological fluid of the system is used, and the case where the electrorheological fluid is not used at all. A method of constantly applying a constant voltage to the electrorheological fluid is repeatedly performed by changing the voltage value, and the best example of the results is shown. The same electrorheological fluid as in Example 1 was used. Further, the control condition of the servo valve is set so that the shaft driven at a constant speed (1 m / sec) is stopped at a predetermined position, and a predetermined amount of electrorheological fluid is applied to the electrorheological fluid about 0.5 seconds before the scheduled stop. When a voltage was applied and the stationary state after the target stationary position was reached was examined, (a) was extremely low as in Example 1.
Although it stopped at the target position within 5 seconds with an error of about 10 μm, (b) took about 2 seconds and was about 60 μm, and (c) was not stable even after 3 seconds and stopped with an error of 130 μm.
【0035】[0035]
【実施例3】ダイレクトドライブモ−タ−を用いた駆動
系(リニアタイプのものも含む)の位置決め制御に、電
気粘性流体を使用した図9のブロック線図に示す制御方
式を適応した装置で高精度の制御を迅速に行うことがで
きる。制御量Xが外乱等により目標値Xrから外れかけ
た時、モ−タ−の強力な力(トルク)で元の目標値Xr
に復元させる制御方式(高剛性制御と呼ばれる)を行う
には、モ−タ−の角速度X’を高ゲインでフィ−ドバッ
クし、次に角度Xを高ゲインでフィ−ドバックする必要
がある。従来のモ−タ−制御では、コストあるいは技術
的困難さから、角速度X’を直接測定せず、角度Xから
X’を近似的に得ることが多い。このような方法では低
回転速度時には質の高い角速度情報を得ることが困難で
あるため、高ゲインのフィ−ドバックが難しい。その結
果、角度Xの高ゲインフィ−ドバックの困難となり、高
剛性制御の実現が阻まれている。本実施例では、速度フ
ィ−ドバックの一部を電気粘性流体を用いて代替するこ
とにより、角度Xを高ゲインでフィ−ドバックすること
が可能となる。剪断応力が剪断速度にほぼ比例する電気
粘性流体を使用しているため印加電圧Vinの制御も容易
に行うことができる。[Embodiment 3] An apparatus in which a control system shown in the block diagram of FIG. 9 using an electrorheological fluid is applied to positioning control of a drive system (including a linear type) using a direct drive motor. High-precision control can be performed quickly. When the control amount X is about to deviate from the target value Xr due to disturbance or the like, the original target value Xr is generated by the powerful force (torque) of the motor.
In order to carry out a control method for restoring the motor speed (called high rigidity control), it is necessary to feed back the angular velocity X'of the motor with a high gain, and then feed back the angle X with a high gain. In the conventional motor control, the angular velocity X ′ is often not directly measured but the angles X to X ′ are approximately obtained because of cost or technical difficulty. With such a method, it is difficult to obtain high-quality angular velocity information at low rotation speeds, and thus high gain feedback is difficult. As a result, it becomes difficult to perform high gain feedback of the angle X, and realization of high rigidity control is hindered. In the present embodiment, it is possible to feed back the angle X with a high gain by substituting a part of the velocity feedback with an electrorheological fluid. Since the electrorheological fluid whose shear stress is almost proportional to the shear rate is used, the applied voltage Vin can be easily controlled.
【0036】産業機械(ロボットや工作機械を含む)の
高速化のためには、モ−タ−の減速比をできるだけ下げ
ることが望ましく、その極限がダイレクトドライブモ−
タ−である。低減速比のシステムではサ−ボ剛性を上げ
ることが一つの課題であり、本実施例はこれを解決する
上で極めて有効である。In order to increase the speed of industrial machines (including robots and machine tools), it is desirable to reduce the reduction ratio of the motor as much as possible, and the limit is the direct drive motor.
It is a target. In a low reduction ratio system, one problem is to increase servo rigidity, and this embodiment is extremely effective in solving this problem.
【0037】[0037]
【実施例4】実施例1のニュ−トン流動を示す電気粘性
流体を用いた実験に、ロバスト制御理論を組み合わせて
その制御性を検討した。ロバスト安定性を高めるための
実験条件、周波数重み関数W、補償器C等、の設定につ
いては、第11回日本ロボット学会講演会予稿集、N
o.11、2B22(1993)に記載されている。図
10にア−ムの停止過程の挙動を示す。(a)はロバス
ト制御理論を組み合わせた実施例の結果を、(b)は電
気粘性流体を用いずロバスト制御理論だけを適応して行
った比較例の結果を示す。これより(a)は(b)に比
べて遥かに短時間に目標位置に停止させ得ることが理解
できる。Example 4 The controllability was examined by combining the experiment using the electrorheological fluid showing the Newtonian flow of Example 1 with the robust control theory. For the setting of the experimental condition, frequency weighting function W, compensator C, etc. for enhancing robust stability, the 11th Proceedings of the Robotics Society of Japan, N,
o. 11, 2B22 (1993). FIG. 10 shows the behavior of the arm stopping process. (A) shows the result of the example which combined robust control theory, (b) shows the result of the comparative example which applied only robust control theory without using electrorheological fluid. From this, it can be understood that (a) can be stopped at the target position in a much shorter time than (b).
【0038】[0038]
【発明の効果】本発明の装置は、一定電圧を印加するだ
けで速度に比例する減衰力を自然に及ぼすニュ−トン流
動を示す電気粘性流体を制御安定化システムに用いて制
御対象を安定化し、位置、速度、力等の制御量を制御す
ることができる。従って従来には達成が困難であった制
御を高精度かつ迅速に行なうことが可能となり、ロボッ
ト、精密加工機械、精密測定装置、ステッパ−等に広く
利用できる。The apparatus of the present invention stabilizes a controlled object by using an electrorheological fluid that exhibits a Newtonian flow that naturally exerts a damping force proportional to the speed by applying a constant voltage to a control stabilization system. It is possible to control the controlled variables such as position, speed, force, and the like. Therefore, it becomes possible to perform control which has been difficult to achieve in the past with high precision and speed, and it can be widely used for robots, precision processing machines, precision measuring devices, steppers and the like.
【図1】従来の装置制御系のブロック線図FIG. 1 is a block diagram of a conventional device control system.
【図2】従来の別の制御系のブロック線図FIG. 2 is a block diagram of another conventional control system.
【図3】本発明の制御系の一例のブロック線図FIG. 3 is a block diagram of an example of a control system of the present invention.
【図4】実施例1のロボットア−ムの駆動装置のモデル
図FIG. 4 is a model diagram of a drive device for the robot arm according to the first embodiment.
【図5】図4の装置の制御系のブロック線図5 is a block diagram of a control system of the apparatus shown in FIG.
【図6】ア−ムの停止過程の挙動を示すグラフFIG. 6 is a graph showing the behavior of the arm stopping process.
【図7】実施例2のサ−ボシリンダ−のモデル図FIG. 7 is a model diagram of a servo cylinder according to the second embodiment.
【図8】一定の低速度実験でシャフトを動かした際のシ
ャフトの動き状態図FIG. 8 is a movement state diagram of the shaft when the shaft is moved in a constant low speed experiment.
【図9】ダイレクトドライブ系に適応した際の制御ブロ
ック線図FIG. 9 is a control block diagram when adapted to a direct drive system.
【図10】実施例4に於けるロバスト制御理論を組み合
わせた制御によるア−ムの停止過程の挙動を示すグラフFIG. 10 is a graph showing the behavior of the arm stopping process under the control combined with the robust control theory in the fourth embodiment.
1 サ−ボモ−タ− 2 減速器 3 シャフ 4 ロボットアーム 5 電極板 6 下部フランジ 7 電気粘性流体 8 電極 9 上部フランジ 10 ベアリング 11 剛体フレーム 12 位置(角度)センサー 13 電源 14 穴 15 供給口 16 排気口 17 ピストン 18 内側円筒電極 1 Servo motor 2 reducer 3 shuffs 4 robot arm 5 electrode plate 6 Lower flange 7 Electro-rheological fluid 8 electrodes 9 Upper flange 10 bearings 11 rigid frame 12 Position (angle) sensor 13 power supply 14 holes 15 Supply port 16 exhaust port 17 pistons 18 Inner cylindrical electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−158414(JP,A) 特開 平4−194328(JP,A) 特開 平4−191511(JP,A) 特開 平2−300525(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) References JP-A-4-158414 (JP, A) JP-A-4-194328 (JP, A) JP-A-4-191511 (JP, A) JP-A-2- 300525 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20
Claims (6)
御対象、制御器、作動部または伝達系に具備されたセン
サ、および制御安定化システムから構成され、センサか
らの情報を制御器にフィ−ドバックして制御量を制御す
る装置において、前記制御安定化システムに電圧印加時
にニュ−トン流動を示す電気粘性流体が使用されてお
り、制御器からの信号により、電気粘性流体に所定の一
定電圧を印加して制御対象を安定化することを特徴とす
る制御量制御装置。1. A control object comprising a drive system, a transmission system and an actuation unit, a controller, a sensor provided in the actuation unit or the transmission system, and a control stabilization system. Information from the sensor is fed to the controller. In an apparatus for controlling a controlled variable by performing a feedback, an electrorheological fluid that exhibits Newtonian flow when a voltage is applied is used in the control stabilization system, and a predetermined constant is applied to the electrorheological fluid according to a signal from a controller. A controlled variable control device characterized in that a voltage is applied to stabilize a controlled object.
御装置。2. The controlled variable control device according to claim 1, wherein the controlled variable is position.
装置。3. The controlled variable control device according to claim 1, wherein the controlled variable is force.
御装置。4. The controlled variable control device according to claim 1, wherein the controlled variable is speed.
晶性物質である請求項1の制御量制御装置。5. The controlled variable control device according to claim 1, wherein the electrorheological fluid exhibiting Newtonian flow is a liquid crystalline substance.
制御する請求項1の制御量制御装置。6. The controlled variable control apparatus according to claim 1, wherein the controlled variable is controlled by incorporating a robust control theory.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33454693A JP3444638B2 (en) | 1993-01-25 | 1993-12-28 | Control amount control device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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