マブチサーボモーター                  2008/12/16

近接センサーよりロータリエンコーダー (レゾルバ)応用と来れば、当然サーボモーターになってしまいます。

この試作はマブチの12V(車載ワイパーなどに利用されるカーボンブラシタイプ)
ブラシの抵抗が大きく機械的にサーボ制御しにくいモーターですが、何とかしました。





回転角測定とモータ駆動制御(簡易比例制御)のプログラムを1チップ(1kword)に押し込んだ。
よってPWMが利用できないため簡易間欠ソフトウェアPWM制御なので余り制御性は良くない。
(制御部はCPUとモータードライブICのみで、小型化すれば10mm角程度は無理なく可能)


パソコンから232C経由にて位置指令を増減させ、回転角をフィードバックにて表示するだけの簡単な物であるが
モーター軸を2-3度程度の指示角に停止させることが出来る。
(ブラシ位置によっては・・・となる) 改良済み
またブラシによるノイズなどセンサーにとっては一番過酷な条件である。

でも、しっかり動作します。
動作している状態は写真では判らないので動画(AVI)ファイルを参照下さい。
動画ファイル

ビーンと言う音はモータ電流を遅いPWMで駆動しているためのモーター共振音で、
停止から連続回転して指示回転角に停止させ、徴動させ連続回転、指定位置に停止と言う動作を
パソコンからキーボード操作ししている。

ブラシレスモータの方が制御し易いのであるが、低コストに徹底してみた
オモチャのロボットには十分使える能力は確認できた。
(センサーの耐久性は飛躍的に延びることは言うまでもなく、ボリュームの様な限界点も無い)

また、アブソリュートエンコーダーなので、原点を出す必要が無く電源を入れてすぐにモーターの回転位置に制御できる。
(通常サーボモータのエンコーダーはコスト面からインクリメンタル型が利用されており、電源を入れてから原点の設定が必要)
※多回転の場合はマイコンメモリに回転数のみ記憶させておいて、タイマーで時々確認する程度でも実用になる。
また近接センサーでなく、回転体を他励して回転角を得るものはレゾルバと呼ばれ光学エンコーダー、静磁界による磁気エンコーダー
などが利用できない悪環境で利用されているが、この方式は自励レゾルバと同じことになり、他励用のブラシもコイルも不要となる。

また、本試験器では、テストのため回転体に検出の難しいアルミ円板を用いており、強磁性体を検出体とすれば
市販のレゾルバ同等以上の性能を低コストにて実現可能であり、200度を超える(コアのキュリー点に係わらず)環境下であっても
空コイルのみの組み合わせであっても実現できる特徴がある。(タングステンコイルを用いれば1000度を超える超高温の作動も可能である)


モーターにステッピングモーターを適用させれば、1ステップ中の任意位置にも制御が可能で勿論脱調は無い。
(一般的なダイレクトドライブモーター及びリニアモーターがこの原理である)

モーターからネジで直線駆動すれば超微細な位置決めも容易である。
(一般的な電動シリンダがこの機構である)

2008/12/27 +
制御プログラムに積分動作を附加して、作動を素早く正確にし、マルチターン駆動も可能にした。
制御回転数は、16bit/768にて 0を基準に+/-42.6回転内で360度/768カウント=0.47度分解能
停止精度 +/-5カウントになった。
(モーター軸ダイレクトなのでラジコン用サーボとは比較にならない高速作動である)  

三相モーターからリバーシルモーター(単相)モーターの種類に依らず駆動可能であり、ソレノイドの位置制御も可能である。
(逆にモーターをエンコーダーとして利用する手段も可能であり、信号の重畳を利用して”センサーレス”サーボも可能かも知れない)

これは、携帯の振動モーター(外形φ6mm)のコアに直接配線して磁気センサーの磁気コアとして、
軟鉄ケーシングの中心とコア軸に偏心量を持たせて、世界最小?アブソリュートロータリーエンコーダーとしたものである。
(上はオリジナルのモーター ケーシングは丸棒からの削りだし)




さて次は
電動シリンダ? 空圧シリンダ? リニアモーター? サーボ制御しようか
はたまた
マイクロメーター? リ二アゲージでサブミクロン*ロングストロークなども出来る。

もしご要望があればお問い合わせ下さい。

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