Download 自動グリップ装置の試作

3
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自動グリップ装置の試作
(機械工学科)野原稔
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cMachine
KeyWords:Mi
マイクロコンビュータ，制御，シミュレーション，白動機械
~ 1 緒言
機械部品を製造するには，何らかの方法で製造する部材
ローラに筒の径に対応した舗を入力すると，自動的に筒
を固定する必要がある.部材を自動的に画定する方法とし
をつかむグリップ装置を試作したので，その動作状況に
て，エアーシリンダーや電磁ソレノイドをクランプ装置と
ついて報告する1)2)
組合わせて使用する方法が考えられる.いま，エアーシリ
ンダーを使用して部材を固定し機械部品を製造するとすれ
~2
ハードウェア
ば，コンプレッサー，コントロールパルプおよび配管の引
本システムにおいて，マイクロコンビュータ(以降，マ
回しが必要となり大掛かりな装置となる.とれに対して，
イコンと呼ぶ)による制御は.AKI-80(以降. AKIと呼
部材が，モータの回転運動を直線運動に変換して推力を得
ぶ)を，プログラマプルコントローラによる制御はLUNA
る電動シリンダー(シリノイド)により固定できれば，エ
製の PROGRAMABLEPULSECO
N1R
OLIER(以降，
アーシリンダーやコンプレッサ一等が不要となり省スペー
PCと呼ぶ)を使用した.設計したシステムの全体写真を
ス化が可能となる.
図 1に示す.以降，この装置に使用した主要部品の概要に
本研究においては，使用者が，プログラマプルコント
ついて述べる.
Fig.l Ge
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e
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a
lview ofsystem
3
2
第6
6号 (
2
0
0
4
)
呉工業高等専門学校研究報告
2
.
1 マイコン
を示す.図 2に示すように，との機構は，一本の雄ネジ
マイコンは，シリノイドモータの駆動と停止，シリノイ
を介するととにより，当初有している雄ネジのリード P
ドの原点と移動量の確認，シリノイド移動時の外乱による
を1/2から1/30に減速しながら，回転運動を直線運動に
緊急停止および P
Cとの通信のために使用した.また装置
変換できる.基本的には雄ネジ A，雄ネジと同 Uリード P
の動作は迅速であぎことが望ましいため，これを動作させ
をもっ雌ネジを切ったベアリングの内輪 Bおよびこのベ
る言語はアセンブリ言語を使用した .
A
K
I
の入出力ポート
アリングと雄ネジを圧接させる機能と，雄ネジの軸を支
， Aポート入力および Bポート出力と
は，パラレル1/0を
える機能をもっ 2つの補助ベアリング Cおよび Dから構
して使用した 3)4同 .
成されている.
2
.
2 PC
2
.
3
.
2 シリノイドの運動原理
PCは，入力億すなわち筒の径の設定変更が容易になる
ため使用した.いま，つかむ筒の径に対応した値を P
Cに
に
，
入力すると，ステップモータが駆動し，シリノイドが動作
分回転する.本来， Bの内輪が固定されていれば，この機
する位置にホトセンサを移動させる.その後，シリノイド
構の A の 1回転あたりの直線運動量は Pとなるが， Bの
が駆動してホトセンサに達すると，可動グリップが作動し
内輪が D
l対 D2回転するため，相対的な回転は Dl対 D2
て設定した筒の径で停止する機構としている 6)
回転分減少し，直線運動量は P
(
1D
l
/
D
2
)となる.
2
.
3 シリノイド
2
.
3
.
1 シリノイドとその減速機構
2.
4 シリノイドの特徴
図 3はシリノイドの運動原理を示す.図 3に示すよう
Aが 1回転すると，圧接している Bの内輪は Dl対 D2
シリノイドには以下に示すような特徴がある.
シリノイドは回転運動を直線運動に変換する機構で，小
1.歯車やボールネジを使用しておらず，主要な運動は
型高速モーターの回転をゆっくりとした高トルクの直線運
ベアリング的な要素によって構成されているため，メ
)ノイドの機構構成
動に変換することができる.図 2はシ 1
ンテナンスが不要である.
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野原:自動グリップ装置の試作
2
. 電源のON/OFFのみで動作が可能であるため，取リ
3
3
図 5は筒の径とそれに対応する値との関係を示してい
への入力値である.
る.縦軸が筒の径，横軸がPC
付け位置の制約が少ない.
3
. モータの電圧を調整すると，シリノイドの移動速度
2
.
7 シリノイドの発生推力
を変えるととができる.
使用したシリノイドの型番は. CA-62
でモータの定
4
. モータの電源を OFFにした場合，最大負荷が加わっ
である.このときシリノイドの発生推力は
格電圧は 12V
た状態でも，位置保持ができる.
245N(25Kgf
)となっている.ここでは，自動グリップ構
成上の強度を考慮してモータに供給する電圧を 5Vとした
2.5 グリップの機構
ため，シリノイドに発生する推力は低下する.図 6は発
図 4はグリップの機構を示している.図 4
(
a
)は全開時
生する推力の測定図を示す.図 6に示すように，円環に
の，図 4
(
b
)は筒をグリップ時の状態を示している.図 4
歪みゲージを貼り付け，円環の一端を固定し，他端をシ
(
b
)において，シリンダーが矢印 1の方向に直進すると可
リノイドで引張るととにより推力を測定する構成であ
動グリップの支点 Aは回転し，支点 Bに画定された棒は
る.まず，シリノイドの代わりに既値の荷重を順次猶加
溝に治って矢印 2の方向に移動する.これらの動作によ
させ，歪み量の変化を記録した.そして，との荷重と歪
り可動グリップの先端 C は矢印 3の方向に移動して，可
み量の関係曲線を求めた.次に，シリノイドを取り付け
動グリップと国定グリップ間で筒をつかむことになる.
て円環を引張り，歪み量の変化を求めて荷重査み曲線と
比較し，シリノイドの推力を求めた.とれによるとシリ
2.6 簡の径に対応した PCの値
40
Kgt)となった.
ノイドの推力は， 49N(5
、
、
、
ネ
注
3
5
2
.8 配 線
図 7は，シリノイド，ステップモータ， AKI，リミット
、
、
E30
スイッチ等を結線したシステムの配線図を示す.本シス
、
弘
、-'
テムにおいて， 8ピットのポート A，Bを有するパラレル
~
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、
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:
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， Aポート入力 .Bポート出力として使用した.入
， 1
)ミットスイッチ，ホトセンサおよび信
力ポート A は
¥コ
、
，
p
占 1
5
号入力線を，出力ポート Bは，シリノイドモータおよび、
PCとの通信用出力線を接続した. PCにおいては，原点
1
0
用スイッチ，緊急停止用スイッチおよび、ステップモータ
O
目
2
・4 ・6 ・810・12
用の出力パルスを接続した.また， PCには入出力用のコ
PCvalue
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o(9番ピン)を使用した.
Recorder
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呉工業高等専門学校研究報告
第6
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Motord
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Motor
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野原:自動グリップ装置の試作
3
5
i3 ソフトウェア
以下にプログラムの概要を述べる.
3
.
1 システムの動作言語
本システムを動作させる言語は，
アセンブリ言語と
PC付属の専用言語を使用した.
AKIではパソコン上でアセンブリ言語を使用してプロ
グラムを作成した後，プログラムを ROMライターを使用
して ROMに書き込み，それを AKIのボードに搭載した.
3.2 プログラムの動作
図 8は，システムの外観図を示している.指定した径の
簡をつかむ場合，衝の大きさに対応した値を PC
⑮に設定
F思.
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OUT(PIOAC)，A
， 00010111b
W A
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， 00000011b
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， 11001111b
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， 00010111b
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OUT(PIOBC)，A
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， (PIOAD)
INA
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JPNZ，D2
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C
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c
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Got
oDl
JPD1
， (PIOAD)
ReaddatafromPl
OAD
D2 INA
呉工業高等専門学校研究報告
3
6
03
030
04
05
τ1M
τD
T1
T2
01
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BIT2，A
JPNZ，03
， 02H
LOA
OUT(PIOBO)，
CALL01
JP02 ・‘
， OOH
LDA
OUT(PIOBD)，A
INA
， (PIOAD)
BIT3，A
JPZ，030
INA
， (PIOAD)
BIT1，A
JPNZ，05
LDA
， 01H
OUT(PIOBO)，A
CALL01
lPD4
INA
， (PIOAD)
LDA
，0
4H
OUT(PIOBD)，
A
lPOO
LDB，15
LDC，250
LD0，250
OECO
JPNZ，T2
DECC
JPNZ，T1
OECB
JPNZ，τD
RET
， (PIOAD)
INA
BIT4，A
JPNZ，02
RET
， OOH
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OUT(PIOBO)，A
HALT
Photosensor-1ON，
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C
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Signalout，
sendtoPC
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tCon250
Se
tOon250
第6
6
号(
2
0
0
4
)
を前進させる.この動作が終了すると， PC⑮はAKI⑭に
信号を送信する.信号を受信した AKI⑭は，原点センサ
⑪によりシリノイド本体⑨(以降，本体と呼ぶ)がシリノイ
ド側原点にあるのかどうかの確認をする.もし本体⑨が
シ1
)ノイド側原点になければ，シリノイドモータ⑬を本
体⑨をシリノイド側原点まで戻す.本体⑨がシリノイド
側原点に戻ると，シリノイドモータ⑫は前進し，シリノイ
ド停止用ホトセンサ④が ONになるまで本体⑨を移動さ
せる.次につかんだ筒をはなす場合，プッシュスイッチ⑮
を押すと，本体⑨はシリノイド側原点に戻り，筒をはな
す.そして，本体⑨がシリノイド側原点に戻ると， AKI⑭
から PC⑮へ信号を送信する.信号を受信した PC⑮はシ
リノイド停止用ホトセンサ④をステップ側原点に戻し，
一連の動作を終了する.
3
.
3 フローチャートとシステムの動作プログラム
図 9はプログラムの流れを示すフローチャートを示し
ている.また，表 1はシステムの制御プログラムを，表
2はPC
の制御プログラムを示している.
0~1
D宇
othengotoT2
C~1
C学
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B~1
B宇 o
thengot
oTO
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P
r
ograms
t
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p
S4 結言
本研究において，任意の筒の径を入力すると，自動的に
筒をつかむことのできるシステムを構築した結果を要約
すると次のようになる.
1.プログラマプルコントローラに任意の筒の径を入力す
ると，マイクロコンビュータが作動して簡をつかむこ
とができる装置を製作することができた.
2
.筒をつかむ機構にシリノイド(電動シリンダー) を使
用することにより，非常にコンパクトな装置とするこ
とができた.
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FUN300
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t0t
oOFF
Waitf
o
rp
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t0ON
Retumt
oo
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n
End
参考文献
1)野原， PCコントローラとマイクロコンビュータの組み
合わせによる機器の制御，呉工業高等専門学校研究報告32
巻1
号
，1
996，
P.
4
9-60.
2
)野原，階段を昇降するロボットの制御，呉高専35周 年 記
念学術論文集，2000，
P.55-60.
9
9
3
.
3
) 横田，図解Z-80の使い方，オーム社， 1
する.その後， PC⑮は，原点用リミットスイッチ⑤の反
4
)鈴木，たのしくできるセンサ回路と制御実験，東京電機
応がなければ，シリノイド停止用ホトセンサ④をステッ
9
9
9
.
大学出版局， 1
プ側原点まで戻す.そして，さきに設定した値までステッ
5
) 西野，IC論理回路入門，日刊工業新聞社， 1
9
8
9
.
プモータ⑦を回転させ，シリノイド停止用ホトセンサ④
6
) MPC-Ol取扱説明書.