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JPH0685136B2 - Complex eccentric precision positioning controller - Google Patents
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JPH0685136B2 - Complex eccentric precision positioning controller - Google Patents

Complex eccentric precision positioning controller

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JPH0685136B2
JPH0685136B2 JP15568889A JP15568889A JPH0685136B2 JP H0685136 B2 JPH0685136 B2 JP H0685136B2 JP 15568889 A JP15568889 A JP 15568889A JP 15568889 A JP15568889 A JP 15568889A JP H0685136 B2 JPH0685136 B2 JP H0685136B2
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eccentric
rotation angle
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motor
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輝臣 中谷
修 岡本
誠三 鈴木
尚明 桑野
義典 坂井
健二 荻本
泰明 谷口
裕史 川口
外満 原
真 浜田
剛二 伊庭
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Kawasaki Motors Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、偏心ロータを組み合わせて回転機構のみでX
−Y−θの3軸位置決めができる複合偏心型精密位置決
め制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of application) The present invention is a combination of an eccentric rotor and an X-type rotary mechanism.
The present invention relates to a complex eccentric type precision positioning control device capable of 3-Y-θ positioning.

(従来の技術) 従来、ワークテーブル等を2次元面内で移動させて位置
決めする装置としては、X、Y軸に夫々油圧駆動等のシ
リンダ装置、パルスモータやサーボモータ駆動によるラ
ックピニオン機構、ボールネジ機構、ベルト機構等のリ
ニア送り機構を配置して二軸機構部とし、X軸、Y軸ご
とに時系列で別々に線形制御を行って駆動させ、任意の
位置に移動させている。そのX−Y面の位置決め制御
は、一軸に設けたボールネジ等の送り機構、AC、DCサー
ボモータ、又はパルスモータ等の組合せによって異なる
が、一般にはネジピッチ、バックラッシュ及びエンコー
ダ等の機構部による補正係数を予め制御回路に入力し、
位置決め精度を上げる方式の制御が行われている。
(Prior Art) Conventionally, as a device for moving and positioning a work table or the like in a two-dimensional plane, a cylinder device such as a hydraulic drive for the X and Y axes, a rack and pinion mechanism driven by a pulse motor or a servo motor, a ball screw, etc. A linear feed mechanism such as a mechanism and a belt mechanism is arranged to form a biaxial mechanism section, and linear control is separately performed in time series for each of the X-axis and the Y-axis to drive and move them to an arbitrary position. The positioning control on the XY plane differs depending on the combination of a feed mechanism such as a ball screw provided on one axis, an AC or DC servo motor, or a pulse motor, etc. Input the coefficient to the control circuit in advance,
The control of the method of increasing the positioning accuracy is performed.

(発明が解決しようとする問題点) 従来の二次元面内の位置決め装置は、X−Y軸に沿って
別々に線形制御を行っているために、非線形の動きを行
おうとするには、段階状の軌跡を描き、それを最小にす
るには、二軸機構部及び制御装置も複雑になり、高価に
なる欠点があった。また、従来の直交座標系の位置決め
装置は、位置決め精度に機構上の限界があり、また急激
な加速度変化を伴うので高速化にも限界があった。本発
明者は、上記従来の2軸別リニアー駆動による位置決め
装置の欠点を解消する位置決め装置として、先に電動直
接駆動される偏心ロータの組合せからなる偏心型電動直
接駆動位置決め装置を提案した。
(Problems to be Solved by the Invention) Since a conventional two-dimensional in-plane positioning device performs linear control separately along the XY axes, it is necessary to perform a non-linear movement in steps. In order to draw a line-shaped locus and minimize it, the biaxial mechanism and the control device are complicated and expensive. In addition, the positioning device of the conventional orthogonal coordinate system has a mechanical limit in positioning accuracy and also has a limit in speeding up because of a rapid change in acceleration. The present inventor has previously proposed an eccentric type electric direct drive positioning device composed of a combination of eccentric rotors that are electrically driven directly, as a positioning device that solves the drawbacks of the above-described conventional linear driving positioning device for two axes.

本発明は、上記複合偏心型精密位置決め装置の専用の制
御装置を提供するために創案されたものであり、偏心ロ
ータを組み合わせて回転機構のみで行うX−Y−θの3
軸位置決めを、高効率、高速、高精度ででき、且つ出力
軸のX−Y平面内で線形・非線形の複雑な位置決め制御
を行うことができる制御装置を提供することを目的とす
る。
The present invention was devised to provide a dedicated control device for the above complex eccentric precision positioning device, and it is an XY-θ 3 system that combines an eccentric rotor with a rotating mechanism.
It is an object of the present invention to provide a control device that can perform axis positioning with high efficiency, high speed, and high accuracy, and can perform complicated linear / non-linear positioning control in the XY plane of the output shaft.

(問題点を解決するための手段) 上記目的を本発明の複合偏心型精密位置決め制御装置
は、固定基筒、該固定基筒に順次偏心して多段に設けら
れた複数の二次元面並進用偏心ロータ、該二次元面並進
用偏心ロータの最終段の偏心ロータの偏心位置に設けら
れた被位置決め物固定用出力軸ロータとを有し、前記各
ロータは、電動直接駆動モータにより各々独立して直接
回転駆動されて出力軸ロータを二次元面内の位置及び回
転角度の位置決めができる複合偏心型精密位置決め制御
装置であって、二次元面内の移動位置をX−Y座標系で
入力し、出力軸ロータの回転角を角度で入力する入力手
段、該入力手段からの入力情報により二次元面並進用偏
心ロータの各回転角及び出力軸ロータの回転角度を演算
する演算手段、各電動直接駆動モータの回転角を検出す
る回転角検出手段、該回転角検出手段の検出値と前記演
算手段の演算値と比較する比較手段、該比較手段からの
信号を受け、各電動直接駆動モータを駆動するモータ駆
動回路からなることを特徴とする構成を採用することに
よって達成した。
(Means for Solving Problems) A compound eccentric precision positioning control device according to the present invention has the above-described object. A fixed base cylinder, and a plurality of two-dimensional surface translational eccentricities that are sequentially eccentric to the fixed base cylinder. A rotor, and an output shaft rotor for fixing an object to be positioned, which is provided at an eccentric position of an eccentric rotor at a final stage of the eccentric rotor for two-dimensional surface translation, and each rotor is independently driven by an electric direct drive motor. A complex eccentric precision positioning control device capable of directly rotating to position an output shaft rotor in a two-dimensional position and a rotation angle, wherein a moving position in the two-dimensional surface is input in an XY coordinate system, Input means for inputting the rotation angle of the output shaft rotor by angle, calculation means for calculating each rotation angle of the eccentric rotor for two-dimensional surface translation and rotation angle of the output shaft rotor by input information from the input means, each electric direct drive Motor times Rotation angle detecting means for detecting a turning angle, comparing means for comparing the detected value of the rotating angle detecting means with the calculated value of the calculating means, and a motor drive for receiving each signal from the comparing means and driving each electric direct drive motor This is achieved by adopting a configuration characterized by being composed of a circuit.

(作用) 各偏心ロータの回転により各偏心ロータの偏心量が合成
され、例えば、第2偏心ロータBの中心が第1偏心ロー
タAの中心からr1だけ偏心し、且つ出力軸ロータCの中
心が第2偏心ロータBの中心からr2だけ偏心していると
き、r1≦r2であるとその出力軸ロータCの軸心は、固定
基筒の中心点を中心とする半径r1+r2の円内を範囲とし
て移動することができ、該範囲内で被位置決め物を二次
元面内の所望の位置に移動させることができる。r1>r2
の場合は、半径r1+r2の円内Sの中心部半径r1−r2の円
内を除く範囲内で移動が可能である。
(Operation) The eccentric amount of each eccentric rotor is combined by the rotation of each eccentric rotor. For example, the center of the second eccentric rotor B is eccentric from the center of the first eccentric rotor A by r 1 and the center of the output shaft rotor C is Is eccentric by r 2 from the center of the second eccentric rotor B, and if r 1 ≦ r 2 , the axis of the output shaft rotor C has a radius r 1 + r 2 about the center of the fixed base cylinder. It is possible to move within the range of the circle, and the object to be positioned can be moved to a desired position within the two-dimensional plane within the range. r 1 > r 2
In the case of, it is possible to move within the range excluding the circle of the center radius r 1 −r 2 of the circle S of radius r 1 + r 2 .

上記位置決め装置において、X−Y面内の並進移動を偏
心量が同じ(r1=r2=r)2個の二次元面並進用偏心ロ
ータで行う場合の例について、本発明の位置決め制御則
を説明する。
In the above positioning device, the positioning control law of the present invention is applied to an example in which the translational movement in the XY plane is performed by two two-dimensional surface translational eccentric rotors having the same eccentricity (r 1 = r 2 = r). Will be explained.

位置決め入力の二次元面内位置をX−Yの座標系で行
い、出力軸の回転角度をθで入力する。座標入力から各
段の電動直接駆動モータの目標回転角を演算し、該演算
値で各段のモータの制御を行う。今、二次元面並進用偏
心ロータである第1段目のロータA及び第2段目のロー
タBを駆動する直接駆動モータMa及びMb、出力軸ロータ
である第3段目のロータCを駆動する直接駆動モータMc
の動きに対する各パラメーターの関係を第4図のように
おくと、次のような関係になる。なお、該図は固定基筒
中心点を座標原点としており、半径r1の円b上を第2段
目のロータBの中心が移動することができ、円bの円周
上を中心が移動する半径r2の円c上を出力軸ロータCの
中心が移動することができる。従って、半径r1+r2の円
s内の任意の位置に出力軸Cの中心は移動することがで
きる。
The two-dimensional in-plane position of the positioning input is performed in the XY coordinate system, and the rotation angle of the output shaft is input as θ. The target rotation angle of the electric direct drive motor of each stage is calculated from the coordinate input, and the motor of each stage is controlled by the calculated value. Now, drive the direct drive motors Ma and Mb that drive the first-stage rotor A and the second-stage rotor B that are eccentric rotors for two-dimensional surface translation, and drive the third-stage rotor C that is the output shaft rotor. Direct drive motor Mc
When the relationship of each parameter with respect to the movement of is set as shown in FIG. 4, the following relationship is obtained. In the figure, the center point of the fixed base cylinder is used as the coordinate origin, and the center of the rotor B of the second stage can move on the circle b of radius r 1 and the center moves on the circumference of the circle b. The center of the output shaft rotor C can move on a circle c having a radius r 2 . Therefore, the center of the output shaft C can be moved to an arbitrary position within the circle s having the radius r 1 + r 2 .

基準座標軸(X,Y)に対する各電動直接駆動モータの見
掛けの回転角をθ12、実際に回転した角度を
α,β,γとすると、 α=θ、β=θ−θ、γ=θ−θ となる。
If the apparent rotation angles of the electric direct drive motors with respect to the reference coordinate axes (X, Y) are θ 1 , θ 2 , θ 3 and the actually rotated angles are α, β, γ, α = θ 1 , β = θ 2- ? 1 ,? =? 3- ? 2 .

今、r1=r2=rの場合、原点Oを中心とする半径2rの円
内に位置する任意の点Q(x,y)に出力軸ロータCの中
心を移動させ、且つ出力軸を角度θだけ回転させる場
合、各直接駆動モータMa〜Mcの回転角度は次のようにし
て求めることができる。第4図から x=rcosθ+rcosθ r=rsinθ+rsinθ であるから x2+y2=2r2+2r2cos(θ−θ) ∴|θ−θ2|=cos-1{(x2+y2−2r2)/2r2} =|β| ・・・・・(1) 一方、tan(θ+α)=y/x であるから、 θ+α=tan-1(y/x) また、α=β/2であるから、 θ=tan-1(y/x)−(1/2)cos-1{(x2 +y2−2r2)/2r}=α ・・・・・(2) となる。従って、式(1)及び(2)より出力軸ロータ
をQ点(x,y)位置に移動させるための第1段目ロータ
A及び第2段目ロータBの原点からの回転角度が求ま
る。なお、式(1)及び(2)の解は、複数存在するの
で、プログラム内に y>0,x>0⇒第1象限 y>0,x<0⇒第2象限 y<0,x<0⇒第3象限 y<0,x>0⇒第4象限 x=0,y=0⇒原点 と判断する判別式を設けることによって解を決定するこ
とができる。
Now, in the case of r 1 = r 2 = r, the center of the output shaft rotor C is moved to an arbitrary point Q (x, y) located within a circle having a radius 2r with the origin O as the center, and the output shaft is moved. When rotating by the angle θ, the rotation angles of the direct drive motors Ma to Mc can be obtained as follows. From FIG. 4, since x = rcos θ 1 + rcos θ 2 r = rsin θ 1 + rsin θ 2 , x 2 + y 2 = 2r 2 + 2r 2 cos (θ 1 −θ 2 ) ∴ | θ 1 −θ 2 | = cos −1 {( x 2 + y 2 −2r 2 ) / 2r 2 } = | β | (1) On the other hand, since tan (θ 1 + α 1 ) = y / x, θ 1 + α 1 = tan −1 ( y / x) Also, since α 1 = β / 2, θ 1 = tan −1 (y / x) − (1/2) cos −1 {(x 2 + y 2 −2r 2 ) / 2r} = α (2) Therefore, the rotational angles from the origin of the first-stage rotor A and the second-stage rotor B for moving the output shaft rotor to the Q point (x, y) position can be obtained from the equations (1) and (2). Since there are multiple solutions of equations (1) and (2), y> 0, x> 0 ⇒ first quadrant y> 0, x <0 ⇒ second quadrant y <0, x <in the program. The solution can be determined by providing a discriminant that determines 0⇒third quadrant y <0, x> 0⇒fourth quadrant x = 0, y = 0⇒origin.

一方、出力軸ロータCの回転角はロータA及びロータB
がα及びβ回転することにより、見掛け上(α+β)回
転することになるから、出力ロータCがθ回転するた
めにはそのぶん補正しなければならず、出力軸ロータの
回転角γは γ=θ−(α+β) ・・・・・(3) となる。
On the other hand, the rotation angle of the output shaft rotor C is the rotor A and the rotor B.
Is rotated by α and β, which causes apparent rotation (α + β). Therefore, in order for the output rotor C to rotate θ 3, rotation must be corrected accordingly, and the rotation angle γ of the output shaft rotor is γ. = Θ 3 − (α + β) (3)

以上のようにして求まるα、β、γは、何れも基準点か
らの絶対角度であるから、回転開始時の出力軸ロータが
基準点にない場合はその分を減算して補正をしなければ
ならない。
Since α, β, and γ obtained as described above are all absolute angles from the reference point, if the output shaft rotor at the start of rotation is not at the reference point, it must be subtracted and corrected. I won't.

以上のようにして各モータの回転角度を求める演算機能
の制御プログラムをROM化して、メインコントローラに
組み込んでおき、メインコントローラに入力装置より、
位置決め位置x,y,θを与えれば各ロータの回転角が演算
される。
As described above, the control program of the arithmetic function for obtaining the rotation angle of each motor is made into a ROM and is incorporated in the main controller.
If the positioning position x, y, θ is given, the rotation angle of each rotor is calculated.

本制御装置が適用される複合偏心型精密位置決め装置で
は、各ロータがモータの回転子となって直接駆動される
ので、各モータの回転角が直接各ロータの回転角とな
る。従って、各モータの回転角検出手段であるエンコー
ダのα,β,γに対応する出力をEa,Eb,Ecとすると、 Ea=α、Eb=β、Ec=γ=θ−(Ea+Eb) となる。従って、上記α,β,γを目標値としてメイン
コントローラから各モータのサーボ系コントローラに与
え、エンコーダの出力値がそれぞれα、β、γとなるま
でフィードバック制御を行って、各モータを駆動すれ
ば、分解能が高いモーター及びエンコーダを採用するこ
とによって、それらのモーターの複合回転による超精密
な位置決めができる。
In the complex eccentricity type precision positioning device to which the present control device is applied, since each rotor serves as a rotor of the motor and is directly driven, the rotation angle of each motor directly becomes the rotation angle of each rotor. Therefore, if the outputs corresponding to α, β, γ of the encoder that is the rotation angle detection means of each motor are Ea, Eb, Ec, then Ea = α, Eb = β, Ec = γ = θ− (Ea + Eb) . Therefore, if α, β, γ are given as target values from the main controller to the servo system controller of each motor, feedback control is performed until the output values of the encoder become α, β, γ, respectively, and each motor is driven. By using a motor and encoder with high resolution, it is possible to perform ultra-precision positioning by compound rotation of those motors.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
(Example) Hereinafter, the Example of this invention is described in detail based on drawing.

第3図は、本発明が適用される複合偏心型精密位置決め
装置の一実施例を示している。該複合偏心型精密位置決
め装置1は、機台2に固定される固定基筒3、該固定基
筒3に嵌合する円筒外壁4を有し、その軸心から偏心し
た位置に円筒内壁5が形成された第1段目偏心ロータ
A、該第1段目偏心ロータAの円筒内壁5に嵌合する円
筒外壁6を有し、その軸心と偏心した位置に円筒内壁7
が形成された第2段目偏心ロータB、該第2段目偏心ロ
ータBの円筒内壁7に嵌合する円筒外壁8を有する中空
の出力軸ロータCからなり、それらがボールベアリング
等の軸受10を介して順次嵌合して回転自在に組立られて
いる。そして、各嵌合部には固定基筒3に対して第1段
目偏心ロータAを、第1段目偏心ロータAに対して第2
段目偏心ロータBを、第2段目偏心ロータBに対して出
力軸ロータCを夫々独立して正逆回転させる電動直接駆
動モータMa〜Mcが設けられている。本実施例では、電動
直接駆動モータとして、DCブラシレスモータを採用し、
11が該モータを構成するロータのフィールドマグネット
である永久磁石であり、12がアマチュアコイルである。
第1段目偏心ロータA及び第2段目偏心ロータBは、そ
れぞれの回転角における偏心量に応じてその偏心は二次
元面内を並進し、二次元面並進ロータを構成する。
FIG. 3 shows an embodiment of a compound eccentric type precision positioning device to which the present invention is applied. The complex eccentric precision positioning device 1 has a fixed base cylinder 3 fixed to a machine base 2 and a cylindrical outer wall 4 fitted into the fixed base cylinder 3, and a cylindrical inner wall 5 is provided at a position eccentric from the axis. The formed first-stage eccentric rotor A has a cylindrical outer wall 6 that fits into the cylindrical inner wall 5 of the first-stage eccentric rotor A, and the cylindrical inner wall 7 is eccentric to the axial center of the cylindrical inner wall 7.
A second stage eccentric rotor B, and a hollow output shaft rotor C having a cylindrical outer wall 8 that fits into a cylindrical inner wall 7 of the second stage eccentric rotor B. These bearings 10 are ball bearings or the like. They are sequentially fitted through and rotatably assembled. Then, the first-stage eccentric rotor A is attached to the fixed base cylinder 3 and the second-stage eccentric rotor A is attached to each fitting portion.
Electric direct drive motors Ma to Mc that rotate the output eccentric rotor B independently of the output eccentric rotor B with respect to the second eccentric rotor B are provided. In this embodiment, a DC brushless motor is adopted as the electric direct drive motor,
Reference numeral 11 is a permanent magnet that is a field magnet of a rotor that constitutes the motor, and 12 is an amateur coil.
The first-stage eccentric rotor A and the second-stage eccentric rotor B have their eccentricities translated in a two-dimensional plane according to the amount of eccentricity at their respective rotation angles to form a two-dimensional plane translation rotor.

従って、出力軸偏心ロータCに被位置決め物を取り付け
ると、該被位置決め物は、第1段目偏心ロータA及び第
2段目偏心ロータBを夫々の直接駆動モータで回転させ
ることにより、その偏心量に応じて二次元面内を移動
し、出力軸ロータCを回転させることによりその軸心回
りの回転を行い、2軸平面内の並進移動と、回転の3自
由度の位置決めができる。各ロータは電動直接駆動され
るので、極めて高い分解能を有し、0.10ミクロンオーダ
ーの微細な動きを制御することができ、高精度の位置決
めができる。
Therefore, when the object to be positioned is attached to the output shaft eccentric rotor C, the object to be positioned is eccentric by rotating the first-stage eccentric rotor A and the second-stage eccentric rotor B by their respective direct drive motors. By moving in a two-dimensional plane according to the amount and rotating the output shaft rotor C, the output shaft rotor C is rotated about its axis, and translational movement in a biaxial plane and positioning with three degrees of freedom of rotation can be performed. Since each rotor is directly driven by electric motor, it has extremely high resolution, can control fine movement of 0.10 micron order, and can perform highly accurate positioning.

第1図及び第2図は、以上のように構成される位置決め
装置の制御装置のブロック図を示す。
1 and 2 are block diagrams of the control device of the positioning device configured as described above.

本発明の制御装置は、メインコントローラ15、各段のモ
ータM毎にそのコントローラ25a、25b、25c、各段のモ
ータMa、Mb、Mcから構成されている。
The control device of the present invention comprises a main controller 15, controllers 25a, 25b and 25c for each motor M of each stage, and motors Ma, Mb and Mc of each stage.

メインコントローラ15は、マイコン又はパソコンで構成
され、基本的にはキーボード16又はテープ等の入力手段
から入力される位置指定情報としてのx,y,θ情報及びエ
ンコーダーから与えられる各モータの回転角検出値θ
a、θb、θc(各ロータの現在値を示す)を受け渡す
入力インターフェース17、中央演算処理装置CPU18、x,
y,θ情報を各ロータの駆動角度に演算制御する制御プロ
グラムが格納されているROM19、データを一時的に記憶
するRAM20、及び出力インターフェース21から構成され
ている。
The main controller 15 is composed of a microcomputer or a personal computer, and basically, x, y, θ information as position designation information input from an input means such as a keyboard 16 or tape, and rotation angle detection of each motor given from an encoder Value θ
a, θb, θc (showing the current value of each rotor), an input interface 17, a central processing unit CPU 18, x,
It is composed of a ROM 19 in which a control program for calculating and controlling y and θ information for each drive angle of each rotor is stored, a RAM 20 for temporarily storing data, and an output interface 21.

また、各モータのコントローラ25は、メインコントロー
ラから与えられる目標角度α、β、γとエンコーダから
与えられ各モーターの検出角度θrとの差を比較する比
較器26、該比較器からの偏差信号θεを処理してサーボ
系を安定させて位置決め性能を改善させる補償回路27、
モータのアマチュアコイルへの通電タイミングを制御す
る駆動回路28、パワーアンプ29、各ロータの位置を検出
するエンコーダ30、及びエンコーダで検出信号を絶対角
度に変換する変位/角度変換回路31で構成されている。
該変位/角度変換回路は、エンコーダ30として、インク
リメンタルエンコーダを採用した場合に必要で、インク
リメンタル情報を絶対値に変換するカウンタ回路で構成
され、インクリメンタルエンコーダと組合せて等価的に
アブソリュートエンコーダと等しいものを実現すること
ができる。該カウンタ部分をC−MOS ICで構成して、
バッテリー・バックアップを行えば停電があっても、モ
ータの現在位置を記憶することができる。また、該カウ
ンターを2系列備えると、任意に原点リセットと元の角
度への復帰ができる。該変位/角度変換回路からの出力
は、フィードバックデーターとして比較器に与えられる
と共に、現在位置情報として入力インターフェースより
A/D変換されてメインコントローラに与えられる。
The controller 25 of each motor includes a comparator 26 for comparing the difference between the target angles α, β, γ given by the main controller and the detected angle θr of each motor given by the encoder, and a deviation signal θε from the comparator 26. Compensation circuit 27 that processes the signal to stabilize the servo system and improve the positioning performance.
It is composed of a drive circuit 28 for controlling the energization timing to the amateur coil of the motor, a power amplifier 29, an encoder 30 for detecting the position of each rotor, and a displacement / angle conversion circuit 31 for converting the detection signal into an absolute angle by the encoder. There is.
The displacement / angle conversion circuit is necessary when an incremental encoder is used as the encoder 30, and is composed of a counter circuit that converts incremental information into an absolute value. Can be realized. The counter part is composed of C-MOS IC,
With battery backup, the current position of the motor can be stored even in the event of a power failure. Further, if the counter is provided in two lines, the origin can be reset and the original angle can be restored arbitrarily. The output from the displacement / angle conversion circuit is given to the comparator as feedback data, and is also input from the input interface as current position information.
A / D converted and given to the main controller.

以上のように構成された制御装置によって行なう位置決
め制御を第5図に示すフローチャートを基にして説明す
る。
Positioning control performed by the control device configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

キーボードより位置決め情報xyθが入力される(ステッ
プ)と、現在の各ロータの絶対回転角θa、θb、θ
cを読み込む(ステップ)。各段モータの原点からの
駆動角度である第1段目ロータAの回転角α及び第2段
目ロータBの回転角βを演算し、それにより出力軸ロー
タCの補正回転角γを演算し、さらに、現在の各ロータ
の絶対回転角θa、θb、θcで各ロータの駆動回転角
を補正する(ステップ)。各段コントローラに設定角
度を出力し各モータの駆動を開始させ(ステップ)、
各モータの現在角度が設定角度と一致するまで各モータ
を駆動する(ステップ)、一致すると移動完了信号を
メインコントローラに出力して終了する(ステップ
)。
When the positioning information xyθ is input from the keyboard (step), the current absolute rotation angles θa, θb, θ of each rotor
c is read (step). The rotation angle α of the first-stage rotor A and the rotation angle β of the second-stage rotor B, which are drive angles from the origin of each stage motor, are calculated, and thereby the corrected rotation angle γ of the output shaft rotor C is calculated. Further, the drive rotation angle of each rotor is corrected by the current absolute rotation angles θa, θb, and θc of each rotor (step). Output the set angle to each stage controller and start driving each motor (step),
Each motor is driven until the current angle of each motor matches the set angle (step). When they match, the movement completion signal is output to the main controller and the process ends (step).

なお、メインコントローラでは、必要により、変位/角
度変化器を通して入力される各モーターの検出回転角よ
り、現在の出力軸の位置を演算し、CRTに出力して出力
軸の現在位置を画面に表示する。また、現在位置から目
標位置への各ロータの回転は、行程の近い方へ回転させ
るように、プログラムすることによって、より高速化が
図れる。
If necessary, the main controller calculates the current output axis position from the detected rotation angle of each motor input through the displacement / angle changer and outputs it to the CRT to display the current output axis position on the screen. To do. Further, the rotation of each rotor from the current position to the target position can be made faster by programming the rotor so that it rotates closer to the stroke.

以上の実施例では、直接駆動モータとしてブラシレスDC
モータを使用したが、必ずしも該モータに限らず、パル
スモータ等も採用できる。
In the above embodiments, the brushless DC is used as the direct drive motor.
Although a motor is used, a pulse motor or the like can be adopted without being limited to the motor.

(効果) 以上のように、本発明の制御装置は、X−Y−θを回転
角に換算する位置決め演算手段を有しているので、出力
が回転運動であっても、X−Y座標で入力することがで
き、位置指定が容易であり、且つ制御が簡単である。ま
た、3軸機構部(モータ)を制御するコントローラと目
標角を演算しコントローラに指令を与えるメインコント
ローラ部を別々設けたので、各モータを同時に駆動させ
て高効率且つ高速に制御することができる。
(Effect) As described above, since the control device of the present invention has the positioning calculation means for converting XY-θ into a rotation angle, even if the output is a rotational motion, the XY coordinate is used. It can be input, the position can be easily specified, and the control is simple. Further, since the controller for controlling the three-axis mechanism unit (motor) and the main controller unit for calculating the target angle and giving a command to the controller are separately provided, it is possible to drive the motors at the same time and control them efficiently and at high speed. .

また、偏心ロータの回転の組合せのみで2次元面の移動
を行なうので、サイクロイド曲線が比較的自由に描ける
等、非線形の複雑な移動をさせることができる。しか
も、エンコーダが直接各ロータの回転角を検出して位置
決めするから、従来のリニアー駆動による位置決めのよ
うに、バックラッシュ等もなく、超精密な位置決めがで
きる。
Further, since the two-dimensional surface is moved only by the combination of the rotations of the eccentric rotor, it is possible to make the cycloid curve relatively freely and perform a non-linear complicated movement. In addition, since the encoder directly detects the rotation angle of each rotor and performs positioning, it is possible to perform ultra-precision positioning without backlash unlike the conventional linear driving positioning.

さらに、位置指定情報x,y、θを各ロータの駆動角度に
換算する制御プログラムをROM化してあるので、制御が
容易であり、且つ偏心量が相違する場合でも制御プログ
ラムを変更することなく、拡大・縮小した運動が得られ
る。
Further, since the control program for converting the position designation information x, y, θ into the drive angle of each rotor is ROMized, the control is easy, and even if the eccentricity is different, the control program is not changed, Enlarged / reduced movement can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の制御装置のブロック線図、第2図はメ
インコントロール部のブロック線図、第3図は本発明が
適用される複合偏心型精密位置決め装置の一実施例の正
面断面図、第4図は位置指定入力値x、y、θと各ロー
タの回転角αβγとの関係を表す図表、第5図は本発明
の制御装置のフローチャートである。 A:第1偏心ロータ、B:第2偏心ロータ C:出力軸ロータ、M:電動直接駆動モータ 1:複合偏心型精密位置決め装置 3:固定基筒、15:メインコントローラ 16:入力インターフェース、18:CPU 19:ROM、21:出力インターフェース 25:コントローラ、26:比較器 27:補償回路、28:駆動回路、29:パワーアンプ、30:エン
コーダ、31:変位/角度変換回路
FIG. 1 is a block diagram of a control device of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a main control portion, and FIG. 3 is a front sectional view of an embodiment of a compound eccentric precision positioning device to which the present invention is applied. , FIG. 4 is a chart showing the relationship between the position designation input values x, y, θ and the rotation angle αβγ of each rotor, and FIG. 5 is a flowchart of the control device of the present invention. A: 1st eccentric rotor, B: 2nd eccentric rotor C: Output shaft rotor, M: Electric direct drive motor 1: Complex eccentric precision positioning device 3: Fixed base cylinder, 15: Main controller 16: Input interface, 18: CPU 19: ROM, 21: Output interface 25: Controller, 26: Comparator 27: Compensation circuit, 28: Drive circuit, 29: Power amplifier, 30: Encoder, 31: Displacement / angle conversion circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 誠三 東京都三鷹市新川3―8―4 (72)発明者 桑野 尚明 東京都調布市深大寺東町7―43―3 航鷹 療 (72)発明者 坂井 義典 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 (72)発明者 荻本 健二 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 (72)発明者 谷口 泰明 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 (72)発明者 川口 裕史 岐阜県各務原市川崎町1番地 川崎重工業 株式会社岐阜工場内 (72)発明者 原 外満 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (72)発明者 浜田 真 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (72)発明者 伊庭 剛二 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (56)参考文献 特開 昭63−92242(JP,A) 特開 昭59−60615(JP,A) 特開 昭54−82779(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Seizo Suzuki 3-8-4 Shinkawa, Mitaka City, Tokyo (72) Inventor Naoaki Kuwano 7-43-3 Jindaiji Higashi-cho, Chofu City, Tokyo (72) Inventor Yoshinori Sakai 1 Kawasaki-cho, Kakamigahara-shi, Gifu Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Gifu factory (72) Inventor Kenji Ogimoto 1 Kawasaki-cho, Kakamigahara-shi, Gifu Kawasaki Heavy Industries, Ltd. Gifu factory (72) Inventor Yasuaki Taniguchi Kagamihara, Gifu prefecture Ichikawasaki, Ichi, Kawasaki Heavy Industries, Ltd., Gifu Factory (72) Inventor, Hiroshi Kawaguchi 1, Kawasaki-machi, Kakamigahara-shi, Gifu Prefecture, Kawasaki Heavy Industries, Ltd., Gifu, Ltd. (72) Inventor, Genma Hara, 20 Ishigane, Toyama, Toyama Prefecture Fujikoshi Co., Ltd. (72) Inventor Makoto Hamada 20 Ishigane, Toyama City, Toyama Prefecture Fujikoshi Co., Ltd. (72) Inventor Goji Inaba Toyama Prefecture 20 Ishigane, Toyama City Fujikoshi Co., Ltd. (56) Reference JP-A-63-92242 (JP, A) JP-A-59-60615 (JP, A) JP-A-54-82779 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固定基筒、該固定基筒に順次偏心して多段
に設けられた複数の二次元面並進用偏心ロータ、該二次
元面並進用偏心ロータの最終段の偏心ロータの偏心位置
に設けられた被位置決め物固定用出力軸ロータとを有
し、前記各ロータは、電動直接駆動モータにより各々独
立して直接回転駆動されて出力軸ロータを二次元面内の
位置及び回転角度の位置決めができる複合偏心型精密位
置決め制御装置であって、二次元面内の移動位置をX−
Y座標系で入力し、出力軸ロータの回転角を角度で入力
する入力手段、該入力手段からの入力情報により二次元
面並進用偏心ロータの各回転角及び出力軸ロータの回転
角度を演算する演算手段、各電動直接駆動モータの回転
角を検出する回転角検出手段、該回転角検出手段の検出
値と前記演算手段の演算値とを比較する比較手段、該比
較手段からの信号を受け、各電動直接駆動モータを駆動
するモータ駆動回路からなることを特徴とする複合偏心
型精密位置決め制御装置。
1. A fixed base cylinder, a plurality of two-dimensional surface translational eccentric rotors which are sequentially eccentric to the fixed base cylinder and are provided in multiple stages, and at the eccentric position of the final stage of the two-dimensional surface translational eccentric rotor. An output shaft rotor for fixing an object to be positioned is provided, and each of the rotors is directly and independently driven to rotate by an electric direct drive motor to position the output shaft rotor in a two-dimensional position and a rotation angle. A complex eccentric precision positioning control device capable of performing a movement position in a two-dimensional plane by X-
Input means for inputting in the Y coordinate system and inputting the rotation angle of the output shaft rotor by angle, and calculating each rotation angle of the eccentric rotor for two-dimensional surface translation and the rotation angle of the output shaft rotor by the input information from the input means. Calculating means, rotation angle detecting means for detecting the rotation angle of each electric direct drive motor, comparing means for comparing the detected value of the rotating angle detecting means with the calculated value of the calculating means, and a signal from the comparing means, A composite eccentric precision positioning control device comprising a motor drive circuit for driving each electric direct drive motor.
JP15568889A 1989-06-20 1989-06-20 Complex eccentric precision positioning controller Expired - Lifetime JPH0685136B2 (en)

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