CN1058438C - 用于机器人的起始点返回装置 - Google Patents

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Abstract

一种机器人的起始点返回装置，能以极小的转动位移返回操作臂的起始点。用于使第1操作臂返回相对于支承轴的起始点的控制部分包括用于控制电机的电机控制器、在传感器检测开孔时用于对由电机产生的脉冲进行计数的脉冲计数器、用于存储与每个开孔长度对应的电机的脉冲数的存储器；用于从检测开孔时产生的电机的脉冲数检测第1操作臂的当前位置的位置传感器、以及用于将与从位置检测部分检测到的第1操作臂的当前位置到起始点的距离对应的脉冲信号输入到电机控制器的编码器。

Description

用于机器人的起始点返回装置
本发明涉及用于机器人的起始点返回装置(以下称为“返回装置”)，尤其是用于具有改进结构的机器人的返回装置，其改进在于将机器人的手臂返回动作周期的起始点所需的时间减少到最低限度。
如图1所示，工业机器人通常具有多关节结构，其第1和第2操作臂20、30相互可转动地连接在支承轴10上。第1操作臂20由第1电机21及第1减速齿轮22驱动，而第2操作臂30由第2电机31及第2减速齿轮32驱动。这里，减速齿轮22和32分别通过以例如1/50的传动比减小各电机21和31的转速来驱动操作臂20和30。
在具有这种结构的工业机器人中，在初始驱动时刻，控制操作臂20和30，使该2个操作臂返回彼此成一直线的起始点。如图1和2所示，返回装置包括一个固定在支承轴10上并在其外周具有按120°间隔配置的第1、第2和第3挡块42、43、44的圆盘40以及一个固定于第1操作臂20的转轴23并围绕圆盘40的圆周转动的传感器41。这里，传感器41与第1操作臂20一起转动。
第1和第2挡块42和43分别用于限制第1操作臂20的左右转动范围，而第3挡块44用于指示第1操作臂20的起始点。例如，第1操作臂20顺时针转动直到传感器41检测到第2挡块43，因此顺时针转动停止。这里，第1操作臂20的转动范围为240°，而第2操作臂30的转动范围为280°。
同样地，第2操作臂30相对于第1操作臂20的返回装置具有与上述相同的结构。
返回起始点的基本操作顺序为第1操作臂20先返回相对于支承轴10的起始点，然后第2操作臂30返回相对于第1操作臂20的起始点。
以下，将参照图1和2说明具有上述结构的现有返回装置的操作。这里，假定传感器41被配置在第2和第3挡块43和44之间，而且假定起始点返回操作的初始转动方向为顺时针。
参照图2，当开始执行使机器人的手臂返回起始点的操作时，第1操作臂20顺时针转过圆弧″a″并当传感器41检测到第2挡块43时停止。然后，第1操作臂20逆时针转过圆弧″b″并当传感器41检测到第3挡块44时停止，于是，达到第1操作臂20的起始点。因此，第1操作臂20的全部起始点返回弧长等于a+b。
在第1操作臂20返回到如上的起始点后，采用同样方法使第2操作臂30返回相对于第1操作臂20的起始点。
在此期间，当操作臂20和30被配置在第1和第3挡块42和44之间时，返回角度小于120°。但当操作臂20和30被配置在第2和第3挡块43和44之间时，返回角度变为如上所述的a+b，因此返回时间和动作范围增加。就是说，返回过程仅在操作臂20和30转到或左或右的某一极限位置(挡块42或43)之后才完成。因而起始点返回时间较长并有可能与设置在操作臂20和30的转动路径上的其他外围装置发生干扰。
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种改进的机器人的返回装置，其改进在于在返回起始点的过程中能将机器人操作臂的转动范围减小到最低限度，以便缩短起始点返回时间。
为达到上述目的，所提供的机器人的起始点返回装置备有与支承轴可转动地连接的操作臂、用于驱动该操作臂的电机、及用于使该操作臂返回起始点的返回机构，该返回机构包括：固定在支承轴上并加工有多个各具有不同长度并按预定模式相对于起始点配置的开孔的圆盘构件；固定在该操作臂上用于检测该开孔的传感器；以及按照由传感器检测到的开孔位置控制电机以使操作臂返回起始点的控制装置。
这里，控制装置包括：用于控制电机的电机控制器；在传感器检测开孔时用于对由电机产生的脉冲进行计数的脉冲计数器；用于存储与每个开孔长度对应的电机的脉冲数的存储器；用于从检测开孔时产生的电机的脉冲数检测操作臂的当前位置的位置检测部分；以及用于将与从位置检测部分检测的操作臂的当前位置到起始点的距离对应的脉冲信号输入到电机控制器的编码器，该电机控制器根据由编码器输入的脉冲信号控制电机，使操作臂返回起始点。
为达到上述目的，所提供的机器人的起始点返回装置还备有与支承轴可转动地连接的第1和第2操作臂、用于驱动该第1和第2操作臂的第1和第2电机、及用于使第2操作臂返回相对于第1操作臂的起始点的返回机构，该返回机构包括：固定在支承轴上并加工有多个各具有不同长度并按预定模式相对于起始点配置的开孔的圆盘构件；固定在第2操作臂上用于检测该开孔的传感器；以及按照由传感器检测到的开孔位置控制电机以使第2操作臂返回起始点的控制装置。
这里，控制装置包括：用于控制第2电机的电机控制器；在传感器检测开孔时用于对由第2电机产生的脉冲进行计数的脉冲计数器；用于存储与每个开孔长度对应的该电机的脉冲数的存储器；用于从检测开孔时产生的第2电机的脉冲数检测第2操作臂的当前位置的位置检测部分；以及用于将与从位置检测部分检测到的第2操作臂的当前位置到起始点的距离对应的脉冲信号输入到电机控制器的编码器，该电机控制器根据由编码器输入的脉冲信号控制电机，使第2操作臂返回起始点。在本发明中最好是将在圆盘构件各区段上形成的每个开孔均匀地分成预定的个数。
本发明的目的和优点通过参照附图详细地说明最适当的实施例，将看得更加清楚。
图1是说明采用现有返回装置的工业机器人的示意图。
图2是用于阐明现有返回装置的操作的图1中的圆盘构件的示意图。
图3是说明采用根据本发明的返回装置的工业机器人的示意图。
图4和6是说明图3中采用的圆盘构件的示意图。
图5是用于说明本发明返回装置的操作的框图。
图7是说明根据本发明的另一实施例的返回装置的视图。
图8和9分别是为阐明根据本发明的返回装置的操作而示出的圆盘构件一部分的视图，
参照图3，本返回装置像现有的返回装置一样具有多关节结构，其第1和第2操作臂60和70相互可转动地连接在支承轴50上。第1操作臂60由第1电机61及第1减速齿轮62驱动，而第2操作臂70由第2电机71及第2减速齿轮72驱动。这里，减速齿轮62和72分别通过将各电机61和71的转速减低到1/50来驱动各操作臂60和70。例如，当各电机的转速为50rpm时，各操作臂的转速为1rpm。
第1操作臂60的转动范围如图4所示一般为240°(在圆周的点B和C之间)，而第2操作臂70的转动范围约为280°。
本发明的特征在于一个起始点返回机构(下文中称作″返回机构″)，用于在机器人初始启动时使第1和第2操作臂60和70返回起始点。
如图3和4所示，该返回机构包括一个固定在支承轴50上并加工有多个各具有不同长度并按预定模式相对于起始点(A)配置的开孔82的圆盘构件80、定在第1操作臂60上使之能一起转动并用于检测开孔82的传感器81、及按照由传感器81检测到的开孔82的位置控制第一电机61以使第1操作臂60返回起始点(A)的控制装置。
这里，如图7所示开孔82可在从圆盘构件80的圆周伸出的环圈85上形成。
参照图3至5，控制装置包括用于控制第1电机61的电机控制器100、在传感器81检测开孔82时用于对由第1电机61产生的脉冲进行计数的脉冲计数器110、用于存储与每个开孔82的长度对应的第1电机61的脉冲数即每个开孔的固有脉冲数的存储器140、用于从检测开孔82时产生的第1电机61的脉冲数检测第1操作臂的当前位置的当前位置传感器120、用于将与从当前位置传感器120检测到的第1操作臂的当前位置到起始点(A)的距离对应的脉冲信号输入到第1电机控制器100的编码器130、以及用于驱动传感器81的传感器驱动器150。
在具有这种结构的控制装置中，该第1电机控制器100根据由编码器130输入的脉冲信号控制第1电机61，使第1操作臂60返回起始点(A)。
这里，最好是将在圆盘构件80各区段上形成的每个开孔82均匀地分成预定的个数；特别是区段数应等于第1减速齿轮62的减速比的倒数。例如，当第1减速齿轮62的减速比为1/50时，圆盘构件应均匀地分成50个区段并在各区段上分别配置各具有不同长度的开孔82。每个区段的角度如图6所示为7.2°。因此，当第1减速齿轮62的减速比为1/50时，本发明的返回装置能够以第1操作臂60的最大仅为7.2°的转动来决定返回方向。所以，与操作臂必须转到左或右极限位置(图2的挡块42或43)的现有技术相反，本发明的操作臂转动范围大幅度减小，因而能缩短起始点返回时间。
同时，如上所述，因每个开孔82都被加工成具有不同的长度，所以，当传感器81检测各开孔82时操作的第1电机61产生的脉冲数具有与每个开孔82对应的不同值。
以下将说明具有本发明所述结构的机器人返回装置的起始点返回动作。
首先，如图8所示，假定第1操作臂60、也就是传感器81的初始位置设置在偏离起始点(A)的位置(d)，而且当按下起始点返回按钮(图中未示出)时，第1操作臂60的初始操作方向为逆时针方向。在这种状态下，当操作起始点返回按钮时，传感器81检测开孔82。然后，第1操作臂60由第1电机61驱动而逆时针方向转动，随之传感器81位于开孔82的开始位置(e)。在这种状态下，当第1操作臂60顺时针转动时，传感器81从位置(e)到位置(f)检测开孔82。这时，在检测开孔82的位置(e)到位置(f)的同时，脉冲计数器110对第1电机61产生的脉冲数进行计数。接着，通过将第1电机61的脉冲计数结果与在存储器140内存储的该开孔82的固有脉冲数进行比较，确定第1操作臂60的当前位置。这时编码器130将为使第1操作臂60返回所需的与所确定的当前位置对应的脉冲信号输入(到电机控制器100)，该电机控制器100则控制第1电机61使第1操作臂60返回到起始点(A)。
同样，如图9所示，当传感器81的初始位置在位置″j″时，第1操作臂60逆时针转动，然后再顺时针转动，以便检测从位置″k″到位置″l″的开孔82。这时，通过将存储器140内所存储的该被检测开孔82的固有脉冲数与在传感器81检测该开孔82时产生的第1电机61的脉冲数行比较，确定第1操作臂60的当前位置。然后，使第1操作臂60返回起始点(A)。
这样，第1操作臂60的当前位置通过由传感器81检测一个开孔82来识别，而且开孔82位于大约7.2°的范围，所以能通过以第1操作臂60的极微小的转动检测当前位置来完成返回动作。
同时，第2操作臂70相对于第1操作臂60的返回动作可按同样方式在第1操作臂60相对于支承轴50完成上述相同动作之后进行。
例如，圆盘构件80可以固定于第1操作臂60而传感器81可以固定于第2操作臂70。为进行返回控制，电机控制器100控制第2电机71而脉冲计数器110对第2电机71在传感器81检测开孔82时产生的脉冲数进行计数。各个开孔82的固有脉冲数、即与各个开孔82的长度对应的第2电机71的脉冲数存储在存储器140内。当前位置传感器120根据第2电机71在传感器81检测开孔82时产生的脉冲数确定第2操作臂70的当前位置。编码器130将与由传感器120检测的第2操作臂70的当前位置和初始位置(A)之间的距离相对应的脉冲信号输入到电机控制器100。
因此，电机控制器100根据由编码器130输入的脉冲信号控制第2电机71，使第2操作臂70返回相对于第1操作臂60的起始点。
这里，也可以通过将未开孔部分的脉冲数与开孔82的脉冲数相加来确定当前位置从而进行返回动作。在这种情况下，用于确定操作臂当前位置的传感器81的转动区段的角度精确地等于7.2°。
如上所述，按照本发明构成的返回装置具有以下优点。即，与操作臂必须转到左或右极限位置后才能返回起始点的现有技术相反，本发明的操作臂在转过相当于一个开孔的长度后就可返回起始点，因而能缩短操作臂返回起始点所需的返回时间。

Claims (3)

1.一种机器人的起始点返回装置，它备有与支承轴可转动地连接的操作臂、用于驱动该操作臂的电机、及用于使该操作臂返回起始点的返回机构，该返回机构包括：
固定在上述支承轴上并加工有多个各具有不同长度并按预定模式相对于起始点配置的开孔的圆盘构件；
固定在上述操作臂上用于检测开孔的传感器；以及
按照由上述传感器检测到的开孔位置控制上述电机以使上述操作臂返回起始点的控制装置；
用于控制上述电机的电机控制器；
在上述传感器检测上述开孔时用于对由上述电机产生的脉冲进行计数的脉冲计数器；
用于存储与每个开孔长度对应的上述电机的脉冲数的存储器；
用于从检测上述开孔时产生的上述电机的脉冲数检测上述操作臂的当前位置的位置检测部分；以及
用于将与从上述位置检测部分检测的上述操作臂的当前位置到起始点的距离对应的脉冲信号输入到上述电机控制器的编码器，
该电机控制器根据由上述编码器输入的脉冲信号控制上述电机，使上述操作臂返回起始点。
2.根据权利要求1所述的机器人的起始点返回装置，其特征在于：将在上述圆盘构件各区段上形成的上述每个开孔均匀地分成预定的个数。
3.根据权利要求2所述的机器人的起始点返回装置，其特征在于：还包括减速齿轮，用于以预定的减速比减低上述电机的转数，并且上述区段的数目等于该减速比的倒数。
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