(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力軸から略垂直に延出させた駆動アームと、この駆動アームの先端部を駆動し前記出力軸を回転させる駆動体と、前記出力軸の回転角度を検出する角度検出手段とを備え、被制御体の設定位置すなわち出力軸の回転角度の設定値と前記角度検出手段による検出値たる現在位置とを比較するとともに出力軸の回転角度の設定値に前記角度検出手段による検出値を近づけるべく出力軸を回転させる機能を有したサーボアクチュエータであって、前記駆動体の移動に連動して出力軸中心に回動する駆動体の位置検出用の位置検出アームを前記駆動アームと別体に設け、前記角度検出手段にこの位置検出アームの角度を検出させて間接的に出力軸の回転角度を得るようにしたものであるとともに、位置検出アームの回転角度を駆動体の位置と１対１に対応させていることを特徴とするサーボアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力軸の回転角度を検出し負帰還制御を行って出力軸を任意の回転角度に設定できるサーボアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、飛翔体の翼等に代表される外力が加わる被制御体の駆動に使用されるアクチュエータは、この被制御体を外力に逆らって設定位置に保持する必要があるため、例えば回転出力を必要とする場合には、前記アクチュエータの出力軸の回転角度を直接的に検出し、この検出値を常に設定値と比較して、出力軸に回転角度を設定値となるよう制御する負帰還制御を行う、いわゆるサーボ系を有するものが一般的で、このようなアクチュエータをサーボアクチュエータと称している。
【０００３】
具体的に、例えば飛翔体の翼等に適用されるこの種のサーボアクチュエータの例を挙げると、図３に示すように、このものは、出力軸１から略垂直に延出させた駆動アーム２と、この駆動アーム２の先端部を駆動し出力軸１を回転させる駆動体たる電動モータ７と、駆動アーム２の回転角度ＰＳｄ、すなわち出力軸１の回転角度を検出する角度検出手段たるロータリポテンショ４とを備えている。
【０００４】
出力軸１は図示しない筐体によってＣ方向に回転可能に支持され、その先端には飛翔体の翼等の被制御体９を連結したものである。駆動アーム２は出力軸１に一体的に設けたもので、その先端中央部から、この先端部を二股に分割するように溝２１を切設している。そして、この二股に別れた先端部を出力軸１方向に一対設けて、これらの間にナット３を挟み込むように配設している。またこの駆動アーム２の基端部には、部分円弧状をなしその周囲にギヤを切設したギヤ部５２を一体的に設けている。
【０００５】
ナット３は、出力軸１と直角に配したボールスクリュ８に螺合し、このボールスクリュ８の正逆回転によりこれに沿って直動進退するものである。このナット３には出力軸１に平行にピン３１が突設されており、このピン３１は溝２１に沿って摺動可能に嵌入されている。ボールスクリュ８はその一端を電動モータ７に連結したもので、電動モータ７によりＡ方向に正逆回転するものである。
【０００６】
ロータリポテンショ４は、その検出軸端に前述したギヤ部５２に噛み合う円盤状の検出ギヤ部４１を設けたもので、ギヤ部５２の回転に伴って検出ギヤ部４１を回転させるようにし、この回転角度をロータリポテンショ４の出力信号ＰＳｂ１として検出するようにしている。なお、この両ギヤ部４１、５２にはアンチバックラッシュギヤを用いて、バックラッシュによるがたを排除している。
【０００７】
そして、別に設けたモータドライバ６に、ロータリポテンショ４の出力信号ＰＳｂ１と、例えば飛翔体においては翼を動かそうとする操縦杆の位置信号である設定値ＰＳａを入力し、内部で処理を行わせ、電動モータ７の駆動信号ｂを出力させるようにしている。この内部処理は例えばモータドライバ６に内蔵した図示しない演算処理装置に行わせるようにしている。
【０００８】
このようなサーボアクチュエータの作動は、図４に示すサーボ系のブロック図のようになる。具体的に述べると、最初に被制御体９の設定位置、すなわち出力軸１の回転角度の設定値ＰＳａを入力すると、ロータリポテンショ４により検出されている検出値ＰＳｂ１たる現在位置との比較がＧにおいて行われ、検出値ＰＳｂ１を設定値ＰＳａに近づけるべく、その差分に対応した値（例えばゲインとこの差分との積）が設定され、モータドライバ６に指令値として入力される。なお、上述した比較や指令値の設定は、前述したモータドライバ６に内蔵した図示しない演算処理装置において行わせている。そして、この指令値に基づいて電動モータの駆動信号ｂが出力され、電動モータ７によりボールスクリュ８が回転し、これに伴いナット３およびピン３１が進退する。次に、このピン３１の進退により、このピン３１を先端部の溝２１に嵌入させた駆動アーム２は回転する。なお、出力軸１とピン３１との距離は、ナット３の進退により伸縮するが、この伸縮距離はピン３１が溝２１に沿って摺動することによって吸収される。最後に、この駆動アーム２の回転により出力軸１が回転し、被制御体９が駆動されることになる。一方、この駆動アーム２の回転角度ＰＳｄはロータリポテンショ４に検出され、再びＧにおいて検出値ＰＳｂ１と設定値ＰＳａとの比較が行われる。つまり、このような動作が繰り返されるという負帰還ループにより、検出値ＰＳｂ１は徐々に設定値ＰＳａに近づいてゆき、最終的に検出値ＰＳｂ１が設定値ＰＳａと等しいと判断された時点で、電動モータ７は停止することになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前述したようなサーボアクチュエータであると、出力軸１の回転角度を直接的にロータリポテンショ４によって検出しているため、そのサーボ系は、駆動アーム２の剛性や、ピン３１と溝２１とのがた等を含む負帰還ループを形成するものとなる。その結果、駆動アーム２の剛性不足や前記がた、あるいはこれらと被制御体９の慣性との関係により、このサーボ系は、応答性が低く共振したりする不安定なものとなってしまう。すなわち、このようなサーボアクチュエータを用いて、被制御体９を設定位置に動かそうとしてもその動きは遅く、また速く動かそうとして負帰還ループのゲインを上げると被制御体９が発振したりして制御不能となる不具合があった。しかし、応答性等を向上させようとしても、特に飛翔体等に適用されるこの種のサーボアクチュエータの場合は、スペース上あるいは重量上の制約が特に大きく、駆動アーム２の剛性を上げるのには限界があった。また、がたを小さくするのも加工精度とコストの兼合いから難しいなどの問題もあり、このサーボアクチュエータの応答性等を大幅に改善することができなかった。本発明はこのような事情に鑑みて為されたものであって、駆動体の位置を検出することによって出力軸の角度検出を間接的に行い、従来の構成を大幅に変更することなく、駆動アームの弾性や、がたの要素を負帰還ループの外に出すようにして、応答性を大きく改善したサーボアクチュエータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は、出力軸から略垂直に延出させた駆動アームと、この駆動アームの先端部を駆動し前記出力軸を回転させる駆動体と、前記出力軸の回転角度を検出する角度検出手段とを備え、出力軸の回転角度の設定値と前記角度検出手段による検出値たる現在位置とを比較するとともに出力軸の回転角度の設定値に前記角度検出手段による検出値を近づけるべく出力軸を回転させる機能を有したサーボアクチュエータであって、前記駆動体の移動に連動して出力軸中心に回動する駆動体の位置検出用の位置検出アームを前記駆動アームと別体に設け、前記角度検出手段にこの位置検出アームの角度を検出させて間接的に出力軸の回転角度を得るようにしたものであるとともに、位置検出アームの回転角度を駆動体の位置と１対１に対応させているものである。
【００１１】
このようなものであれば、駆動アームの剛性や、がたの要素を負帰還ループの外に出しているので、応答性を大きく改善でき、なおかつ、従来のものに位置検出アームのみを駆動アームに連設して追加すればよいので、その他の構成部品の配置の変更をほとんど必要とせず、従来のサーボアクチュエータの形状にほとんど変更が加わらないようにできる。
【００１２】
【実施例】
以下に本発明の一実施例を図１、図２を参照して説明する。なお、本発明において従来例と同一の構成要素には同一符号を記し、重複する部分は説明を省略している。
図１に示すように、本実施例によるサーボアクチュエータは、出力軸１から略垂直に延出させた駆動アーム２と、この駆動アーム２の先端部を駆動し出力軸１を回転させる駆動体たるナット３と、ナット３の移動に連動して出力軸１中心に回動するナット３の位置検出用の位置検出アーム５と、位置検出アーム５の回転角度を検出し間接的に出力軸１の回転角度を検出する角度検出手段たるロータリポテンショ４とを備えたものである。
【００１３】
出力軸１は、ギヤ部５２を設けないようにしている他は従来例と同様の構成である。
位置検出アーム５は、出力軸１にボールベアリング５１によってＣ方向に回動可能に取着したもので、駆動アーム２と被制御体９の間に配置している。そして、駆動アーム２同様、その先端部を二股に分割するように溝５３を切設し、駆動アーム２の溝２１に嵌入しているピン３１をさらに延出して、この溝５３にピン３１を一定のプリロードが掛かった状態で摺動可能に嵌入している。また、この位置検出アーム５の基端部には、従来例と同様のギヤ部５２を一体的に設けるようにし、ロータリポテンショ４の検出ギヤ部４１を噛み合わせ、ギヤ部５２の回転に伴って検出ギヤ部４１を回転させるようにし、位置検出アーム５の回転角度ＰＳｃをロータリポテンショ４の出力信号ＰＳｂとして検出するようにしている。
【００１４】
この他の構成要素、すなわち、ナット３、ボールスクリュ８、電動モータ７、およびモータドライバ６については、従来例と同様の構成であるため説明を省略する。
次に本実施例の作動について図２に示すサーボ系のブロック図を参照して述べる。
【００１５】
最初に被制御体９の設定位置、すなわち出力軸１の回転角度の設定値ＰＳａを入力すると、従来例と同様、ロータリポテンショ４により検出されている検出値ＰＳｂたる現在位置との比較がＧにおいて行われ、検出値ＰＳｂを設定値ＰＳａに近づけるべく、その差分に対応した値（例えばゲインとこの差分との積）が設定され、モータドライバ６に指令値として入力される。この指令値に基づいて駆動信号ｂが出力され、電動モータ７によりボールスクリュ８が回転し、これに伴いナット３およびピン３１が進退する。そして、このピン３１の進退により、このピン３１を先端部の溝２１に嵌入させた駆動アーム２は回転する。そして、この駆動アーム２の回転により出力軸１が回転し、被制御体９が駆動されることになる。一方、位置検出アーム５は、ピン３１の進退に連動して出力軸１中心に回転するので、その回転角度ＰＳｃはナット３の位置と１対１に対応することになる。なお、この回転に伴う出力軸１とピン３１との距離変動は駆動アーム２と同様、ピン３１を溝５３に沿って摺動させて吸収している。そして、この位置検出アーム５の回転角度ＰＳｃをロータリポテンショ４が検出し、再び元に戻り設定値ＰＳａとの比較が行われる。つまり、このような動作が繰り返されるという負帰還ループにより、検出値ＰＳｂは徐々に設定値ＰＳａに近づいてゆき、最終的に検出値ＰＳｂが設定値ＰＳａと等しいと判断された時点で、電動モータ７は停止することになる。
【００１６】
したがって、このような本実施例によれば次のような効果が得られる。すなわち、駆動アーム２と別に位置検出アーム５を設けるとともに、この位置検出アーム５の回転角度ＰＳｃを検出して間接的に出力軸１の回転角度ＰＳｄを検出するようにし、駆動アーム２の剛性や、ピン３１と駆動アーム２とのがた等を含まない負帰還ループを形成して、駆動アーム２の剛性や前記がた、あるいはこれらと被制御体９の慣性との関係によるサーボ系の不安定要因を除去しているため、従来のサーボアクチュエータに比べ、格段に応答性および安定性を向上させることができる。さらに、このことは従来必要とした駆動アーム２の剛性を上げることや、駆動アーム２の溝とピン３１とのがたをできるだけ小さくするための加工精度を不要にし、製作コストの削減にも寄与することになる。なお、この位置検出アーム５は力をほとんど伝達しないものであるから、たわみやピン３１との接合部でのがたを無視できるほど小さくでき、この位置検出アーム５を負帰還ループに入れても上述したサーボ系を不安定にすることはないのはもちろんである。
【００１７】
また、この位置検出アーム５は、従来のサーボアクチュエータに追加して駆動アーム２に連設できるため、その他の構成部品の配置の変更をほとんど必要としないうえ、前述したように大きな剛性を必要としないことから軽量なものでよいため、サーボアクチュエータ全体としての重量をほとんど従来のものと同じにできる。
【００１８】
なお、本発明は以上示した実施例のみに限定されるものではない。特に位置検出アームは、駆動体の移動を駆動アームを介して回転運動に変換する機構を有するサーボアクチュエータならば適用可能である。例えばスイングタイプと称され、ナットと出力軸との距離をナットの進退によらず一定とすべくボールスクリュの一端を筐体に出力軸に対して垂直に回動可能に支持させたものにも適用できる。また、駆動体は、ボールスクリュと電動モータの組合わせで駆動されるものに限らず、ボールスクリュの代わりにアクメネジを用いてもよいし、更に言えばシリンダや液圧モータ等を用いたものによってもよいのはもちろんである。
【００１９】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２０】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明によれば、駆動アームと別に位置検出アームを設けるとともに、この位置検出アームの回転角度を検出して間接的に出力軸の回転角度を検出するようにし、駆動アームの剛性や、ピンと駆動アームとのがた等を含まない負帰還ループを形成して、駆動アームの剛性や前記がた、あるいはこれらと被制御体の慣性との関係によるサーボ系の不安定要因を除去しているため、従来のサーボアクチュエータに比べ、格段に応答性および安定性の向上したサーボアクチュエータを提供することができる。さらに、このことは従来必要とした駆動アームの剛性を上げることや、駆動アームと駆動体の接合部でのがたをできるだけ小さくするための加工精度を不要にするため、製作コストの削減にも寄与できる。
【００２１】
また、この位置検出アームは、剛性をあげる必要がないため、軽量なものでよく、サーボアクチュエータ全体としての重量をもほとんど従来のものと同じにできるうえ、駆動アームに連設できるため、従来のものにこの位置検出アームを追加しても、その他の構成部品の配置の変更をほとんど必要とせず、従来のサーボアクチュエータの形状にほとんど変更が加わらないようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すサーボアクチュエータの概略全体斜視図。
【図２】同実施例のサーボ系を示すブロック図。
【図３】従来例を示すサーボアクチュエータの概略全体斜視図。
【図４】同従来例のサーボ系を示すブロック図。
【符号の説明】
１…出力軸
２…駆動アーム
３…駆動体（ナット）
４…角度検出手段（ロータリポテンショ）
５…位置検出アーム
６…モータドライバ
７…電動モータ
８…ボールスクリュ
９…被制御体（翼）
２１…溝
３１…ピン
４１…検出ギヤ部
５１…ボールベアリング
５２…ギヤ部
５３…溝
ＰＳａ…設定値
ＰＳｂ…検出値
【図１】
0003820660.tif 000002
【図２】
0003820660.tif 000003
【図３】
0003820660.tif 000004
【図４】
0003820660.tif 000005