DE112013001843B4

DE112013001843B4 - Steuervorrichtung zum Steuern einer Drehung von Gelenken eines Roboters

Info

Publication number: DE112013001843B4
Application number: DE112013001843.8T
Authority: DE
Inventors: c/o NIKON CORPORATION Takahashi Yoshiji; c/o NIKON CORPORATION Morita Toru; c/o NIKON CORPORATION Ohno Kou; c/o DENSO WAVE INCORPORATED Ueda Takeshi
Original assignee: Nikon Corp; Denso Wave Inc; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp; Denso Wave Inc
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2033-03-27
Also published as: CN104245242B; DE112013001843T5; US9306434B2; CN104245242A; JP5943676B2; US20150048724A1; WO2013146743A1; JP2013208664A

Abstract

Steuervorrichtung, die eine Drehung eines Gelenks (JT) eines Roboters mit einem Aufbau steuert, bei dem eine Drehung eines elektrischen Motors (1) durch einen Drehzahlreduzierer (8) reduziert ist und auf einen Arm (9) übertragen wird, aufweisend: einen ersten Encoder (10), der eine Drehposition des Motors (1) zum Ausgeben von die Drehposition anzeigenden Motordrehpositionsdaten erfasst; einen zweiten Encoder (17), der eine Drehposition des Arms (9) zum Ausgeben von die Drehposition anzeigenden Armdrehpositionsdaten erfasst; eine erste Latch-Schaltung (31), die in dem ersten Encoder (10) angeordnet ist und die Motordrehpositionsdaten speichert; eine zweite Latch-Schaltung (32), die in dem zweiten Encoder (17) angeordnet ist und die Armdrehpositionsdaten speichert; eine in dem zweiten Encoder (17) angebrachte Latch-Signalausgabeeinrichtung (34, 35), die ein Latch-Signal zu den ersten und zweiten Latch-Schaltungen (31 und 32) jedes Mal ausgibt, wenn es eine Veränderung in den Armdrehpositionsdaten gibt; und eine Steuereinrichtung (36, 37, 38, 21, 22 und 23), die wenn das Latch-Signal ausgegeben wird, die Drehung des Motors (1) auf der Basis der Motordrehpositionsdaten und der Armdrehpositionsdaten steuert, die in den ersten und zweiten Latch-Schaltungen (31 und 32) gespeichert sind.

Description

Hintergrund
[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Drehung von Gelenken eines Roboters und insbesondere eine Steuervorrichtung zum Steuern von Gelenken mit einem Aufbau, bei dem die Drehung eines elektrischen Motors durch einen Drehzahlreduzierer reduziert wird und auf einen Arm übertragen wird.
[HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK]
In der letzten Zeit wird eine Vielzahl von Roboter in einer Vielzahl von Gebieten verwendet. Unter diesen ist ein Roboter mit einem Gelenk, der einen elektrischen Motor, einen Drehzahlreduzierer, der die Drehung einer Abtriebswelle des Motors verlangsamt, und einen mit dem Drehzahlreduzierer verbundenen Arm enthält. Beim Steuern einer Drehposition des Arms in dem Gelenk wird der Motor entsprechend der Drehposition des Arms gesteuert, der durch einen Encoder erfasst wird. In diesem Fall ist es wünschenswert, zu bestätigen, dass ein Wert für die Drehposition des Arms mit Eingriff des Drehzahlreduzierers tatsächlich verwendet wird. Als Verfahren zur Bestätigung offenbart beispielsweise PTL 1 ein Verfahren zum Erfassen einer Drehposition eines Arms mit einem Potentiometer in einer Konfiguration, in dem der Motor und der Arm über einen Drehmomentunterbrecher verbunden sind.

[Patentliteratur 1] JP 4 369 886 B2

Bei der Konfiguration, wie vorstehend beschrieben, ist eine Steuervorrichtung, die beispielsweise einen Mikrocomputer aufweist, erforderlich, um eine motorseitige Drehposition und eine armseitige Drehposition zum gleichen Zeitpunkt zu beziehen. Aus diesem Zweck kann beispielsweise eine Idee sein, dass das armseitige Potentiometer durch einen Encoder, wie an der Motorseite, ersetzt werden kann, um mit der Drehposition hinsichtlich der digitalen Daten zu umzugehen, und dass die von den individuellen Encoder ausgegebenen Drehpositionsdaten durch entsprechende Latch-Schaltungen gespeichert werden, so dass die Steuervorrichtung die Daten lesen kann. Gemäß dieser Idee, ist der Zeitpunkt des Lesens der Daten der zwei Latch-Schaltungen ausschlaggebend.
Im Allgemeinen ist der Motor zu einer Steuervorrichtung relativ näher als zu einem Arm positioniert. Demgemäß ist es, damit die Steuervorrichtung parallel die armseitigen und motorseitigen Daten lesen kann, angebracht, die armseitigen Daten zu der Motorseite zu übertragen und anschließend beide Daten kollektiv und parallel einzulesen. Dies kann jedoch einen Versatz der Erfassungszeit der beiden Daten verursachen, wobei der Versatz der Zeit entspricht, die für die vorstehend erwähnte Übertragung benötigt wird. Mit anderen Worten, weist bei einer Konfiguration des Antriebs eines Arms eines Roboters beispielsweise über einen Drehzahlreduktionsmechanismus die motorseitige Drehposition eine höhere Auflösung auf und dadurch verändert sie sich schneller als die armseitige Drehposition. Daher sind die empfangenen armseitigen Drehpositionsdaten älter als die motorseitigen Drehpositionsdaten. Aus diesem Grund deaktiviert der Versatz bei dem mit beiden Drehpositionen einhergehenden Zeitpunkt die Korrektursteuerung des Motors.
Weiterer Stand der Technik hierzu ist aus der JP 2011-134 050 A und der US 6 091 219 A bekannt.
Kurzfassung der Erfindung
Daher ist es wünschenswert, die die eingabeseitigen und ausgabeseitigen Drehpositionen bezüglich einer Achse eines Roboters anzeigenden Daten ohne Zeitverzögerung zu erlangen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die eine Drehung eines Gelenks JT eines Roboters mit einer Struktur bzw. einem Aufbau steuert, bei der bzw. bei dem die Drehung des elektrischen Motors 1 durch einen Drehzahlreduzierer 8 reduziert wird und auf eine Arm 9 übertragen wird. Die Steuervorrichtung enthält einen ersten Encoder 10, der eine Drehposition des Motors 1 zum Ausgeben von den die Drehposition anzeigenden Motordrehpositionsdaten erfasst; einen zweiten Encoder 17, der eine Drehposition des Arms 9 zum Ausgeben von den die Drehposition anzeigenden Drehpositionsdaten erfasst; eine erste Latch-Schaltung 31, die in dem ersten Encoder 10 angeordnet ist, und die Motordrehpositionsdaten zwischenspeichert bzw. hält; eine zweite Latch-Schaltung 32, die in den zweiten Encoder 17 angeordnet ist, und die Armdrehpositionsdaten zwischenspeichert bzw. hält; eine Latch-Signalausgabeeinrichtung 34 und 35, die in dem zweiten Encoder 17 angeordnet ist, und ein Latch-Signal zu den ersten und zweiten Latch-Schaltungen 31 und 32, jedes Mal ausgibt, wenn es eine Veränderung in den Armdrehpositionsdaten gibt; und eine Steuereinrichtung 36, 37, 38, 41, 21, 22 und 23, die, wenn das Latch-Signal ausgegeben wird, eine Drehung des Motors 1 auf der Basis der Motordrehpositionsdaten und der Armdrehpositionsdaten ausgibt, die in den ersten und zweiten Latch-Schaltungen 31, 32 zwischengespeichert bzw. gehalten werden.
Der erste Encoder auf der Motorseite und der zweite Encoder auf der Armseite sind strukturelle nebeneinander mit etwas Abstand angeordnet. Damit die Steuereinrichtung die Drehposition des Arms korrigiert, ist es notwendig, die Motordrehpositionsdaten und die Armdrehpositionsdaten zum gleichen Zeitpunkt zu erlangen. Da der Arm zwischenliegend durch den Drehzahlreduzierer angetrieben wird, ist die Auflösung der Armdrehpositionsdaten relativ klein zu den Motordrehpositionsdaten. Diesbezüglich ist die Latch-Signalausgabeeinrichtung in dem zweiten Encoder angeordnet und das Latch-Signal wird mit den ersten und zweiten Latch-Schaltungen jedes Mal ausgegeben, wenn es eine Veränderung bei den Drehpositionsdaten gibt. Dadurch können auch bei dem beabstandeten ersten Encoder die Motordrehpositionsdaten gespeichert werden und gleichzeitig mit der vorstehenden Veränderung beibehalten werden.
Insbesondere wird die Veränderung der Daten mit einer größeren Erfassungsverzögerung als ein Basiszeitpunkt auf einer temporären Achse verwendet. Dadurch entspricht, falls die Daten mit einer kleineren Erfassungsverzögerung im gewissen Maße versetzt sind, der Wert der Versatzdauer im Wesentlichen den Daten mit der größeren Erfassungsverzögerung. Demgemäß können beide Daten im Wesentlichen gleichzeitig verwendete Werte verwenden.
Demgemäß kann die Drehung des Motors mit den Motordrehpositionsdaten und den Armdrehpositionsdaten gesteuert werden, die gleichzeitig gesammelt wurden. Dadurch kann die Genauigkeit der Steuerung der Drehung des Motors verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den begleitenden Figuren zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Gelenks eines Roboters betreffend eine Ausführungsform darstellt;
2 eine vertikale Querschnittsseitenansicht des Gelenks eines in 1 dargestellten Roboters;
3 ein Funktionsblockdiagramm, das hauptsächlich Konfigurationen der Datenprozessoren sowohl des motorseitigen als auch des armseitigen Encoders betreffend einer ersten Ausführungsform darstellt;
4 ein funktionales Diagramm, das eine Schaltung zum Steuern eines Motors jedes Gelenks zur Verwendung eines in der ersten Ausführungsform vereinfachten Dreiachsenroboters darstellt;
5 ein Flussdiagramm, das einen Übertragungsprozess für Drehpositionsdaten darstellt, die zwischen den motorseitigen und armseitigen Encodern in der ersten Ausführungsform ausgeführt werden;
6 ein Zeitdiagramm, das eine Veränderung der Drehzahlpositionsdaten eines Motors und eines Arms darstellt;
7 ein Flussdiagramm, das einen Prozess darstellt, durch den ein Motorcontroller betreffend der ersten Ausführungsform einen Dreiachsenroboter steuert;
8 ein Zeitdiagramm, das eine Übertragung von Drehpositionsdaten darstellt, die mit dem in 7 dargestellten Prozess korrelieren;
9 eine vertikale Querschnittsseitenansicht eines Gelenks eines Roboters betreffend einer zweiten Ausführungsform;
10 eine vertikale Querschnittsseitenansicht einer in 9 dargestellten Drehscheibe;
11 ein Diagramm, das eine Berechnung eines Ausgabewinkels erläutert;
12 ein Flussdiagramm, das einen Berechnungsprozess für einen Ausgabewinkel darstellt; und
13 ein funktionales Blockdiagramm, das eine Schaltung zum Steuern eines Motors jedes Gelenks betreffend einer dritte Ausführungsform darstellt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Mit Bezug auf die begleitenden Figuren werden nachstehend verschiedene Ausführungsformen einer Steuervorrichtung zum Steuern einer Drehung eines Gelenks eines Roboters beschrieben, die die vorliegende Erfindung betreffen. Dieser Roboter beispielsweise ist ein Industrieroboter, der in einer Fabrik aufgebaut ist.
(Erste Ausführungsform)
Bezugnehmend auf die 1 bis 8 wird eine Steuervorrichtung zum Steuern einer Drehung eines Gelenks eines Roboters beschrieben, die eine erste Ausführungsform betrifft.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration darstellt, mit der eines von Gelenken JT eines Roboters durch einen Motor angetrieben wird. 7 zeigt eine vertikale Querschnittsseitenansicht (obwohl etwas vereinfacht), die die Konfiguration darstellt.
Wie in diesen Figuren gezeigt, enthält jedes Gelenk JT einen elektrisch angetriebenen Motor 1, einen Drehzahlreduzierer 8 und einen Arm 9. In dem Gelenk JT wird eine Antriebskraft von einer Seite eines Motors 1 auf den Arm 9 über den Drehzahlreduzierer 8 übertragen. Daher wird nach Bedarf die Seite des Motors 1 als eine „Motorseite oder Eingabeseite” bezeichnet und eine Seite eines Arms 9 wird bei Bedarf als „Armseite oder Ausgabeseite” bezeichnet.
Der Motor 1 ist ein permanentmagnetischer Synchronmotor, wie z. B. ein Innenrotortyp, und enthält eine zylindrisch geformte Basis 2, in der eine Drehwelle 3 in einem Zustand positioniert ist, bei dem deren Ende in der Figur aufwärts orientiert ist. Es soll beachtet werden, dass der Motor 1 einen Stator 4 enthält, der durch einen Statorkern und eine Wicklung (nicht gezeigt) konfiguriert ist, und dass eine obere Endfläche des Stators 4 an das hintere einer oberen Platte der Basis 2 fixiert ist und mit ihr in Kontakt steht. Ein Rotor wird durch die Drehwelle 3 konfiguriert, und durch einen Drehkern und Permanentmagneten konfiguriert, die der statorseitigen Wicklung (keine von diesen ist gezeigt) zugewandt angeordnet sind. 2 zeigt, dass die Drehwelle 3 drehend durch den Stator 4 über Lager 6 abgestützt ist.
Die Drehwelle 3 weist einen hinteren Endabschnitt auf, der von einer hinteren Endfläche des Stators 4 nach unten hervorragt, und einen oberen Endabschnitt aufweist, der extern über ein Durchgangsloch 4, das in der oberen Platte der Basis 2 ausgebildet ist, hervorragt. Der obere Endabschnitt ist mit einem Eingabeabschnitt 8I des Drehzahlreduzierers 8 verbunden, während der Arm 9 (gesteuertes Objekt oder Last) des Roboters mit dem Ausgabeabschnitt 80 verbunden ist. Es soll beachtet werden, dass auf eine detaillierte Konfiguration des Drehzahlreduzierers 8 von der Darstellung auch verzichtet wird. Die Drehwelle 3 weist eine hintere Endfläche auf, die an einer Drehscheibe 11 montiert ist, die einen optischen Drehencoder 10 konfiguriert (nachstehend als ein Eingabeencoder bezeichnet (Eingabe-EC; EC kürzt einen Encoder ab)).
Unterhalb der Drehscheibe 11 ist ein Eingabe-EC-Detektor 12 an eine Bodenoberfläche eines becherförmigen Encoder-Tragelements 13 montiert, das mit der hinteren Endfläche des Stators 4 fixiert ist. Der Eingabe-EC-Detektor 12 enthält einen Datenprozessor, der beispielsweise ein Projektorelement und ein Lichtempfangselement aufweist, einen Zähler (nicht gezeigt) und einen Widerstand, der nachstehend beschrieben wird. Insbesondere projiziert der Eingabe-EC-Detektor 12 Licht in Richtung eines Schlitzes (nicht gezeigt) der nach oben positionierten Drehscheibe 11 und empfängt das reflektierte Licht, um dadurch Daten zu erfassen, die die Drehposition des Motors 1 anzeigt.
Der Arm 9 weist eine obere Oberfläche auf, an der eine Armdrehwelle 14 (Abtriebswelle) über deren hinteren Endabschnitt montiert ist, um koaxial zu der Drehwelle 3 (Antriebswelle) des Motors 1 zu sein. An dem rechten Ende der oberen Platte der Basis 2 bei Betrachtung in 2 ist ein Wellentragelement 15 angeordnet, das einen nach oben erstreckenden vertikalen Abschnitt 15V aufweist, und ein horizontaler Abschnitt 15H ist an dem oberen Ende des vertikalen Abschnitts 15V angebracht, um parallel zu dem Arm 9 zu sein. Die Armdrehwelle 14 geht durch den horizontalen Abschnitt 15H durch, während sie drehbar durch die Lager 16 abgestützt wird, die in dem horizontalen Abschnitt 15H angeordnet sind.
Die Armdrehwelle 14 weist eine obere Endfläche auf, die an der Drehscheibe 18 montiert ist, die einen optischen Encoder 17 konfiguriert (nachstehend als Ausgabeencoder (Ausgabe-EC) bezeichnet). Der Ausgabeencoder 17 weist eine ähnliche Konfiguration wie der Eingabeencoder 10 auf. Über der Drehscheibe 18 ist ein Ausgabe-EC-Detektor 19 an die Rückseite einer Endplatte eines invertierten becherförmigen Encoder-Tragelements 20 montiert, der an einer oberen Oberfläche des horizontalen Abschnitts 15H fixiert ist. Der Ausgabe-EC-Detektor 19 weist beispielsweise ein Projektorelement und ein Lichtempfangselement und einen Zähler auf. Insbesondere projiziert der Ausgabe-EC-Detektor 19 Licht in Richtung eines Schlitzes der nach unten positionierten Drehscheibe 18 und empfängt das reflektierte Licht, wodurch die Drehposition des Arms 9 erfasst wird.
Der Eingabe-EC-Detektor 12 des Eingabeencoders 10 ist mit dem Ausgabe-EC-Detektor 19 des Ausgabeencoders 17 über einen Relaisbus 21 verbunden. Die durch den Ausgabe-EC-Detektor 19 erfassten Drehpositionsdaten werden zu dem Eingabe-EC-Detektor 12 über den Relaisbus 21 übertragen. Ferner überträgt auch der Ausgabe-EC-Detektor 19 ein Flankenimpulssignal zum Datenspeichern bzw. -halten zu dem Eingabe-EC-Detektor 12 über den Relaisbus 21. Anschließend kombiniert der Eingabe-EC-Detektor 12 die vorstehenden Drehpositionsdaten und die durch sich selbst erfassten Drehpositionsdaten, gefolgt durch eine Ausgabe der kombinierten Daten zu dem Motorcontroller 23 (siehe 3) über einen Datenbus 22. Es soll beachtet werden, dass der Relaisbus 21 und der Datenbus 22 innerhalb und außerhalb der Basis 2 über ein in der Basis 2 ausgebildetes Durchgangsloch 24 heraus verlegt bzw. verlaufen sind.
3 zeigt ein funktionales Blockdiagramm, das eine Steuervorrichtung darstellt, die die Drehung der Gelenke JT des Roboters steuert. Die Steuervorrichtung enthält den Eingabeencoder 10, den Ausgabeencoder 17 und den Motorcontroller 23.
Der Eingabe-EC-Detektor 12 enthält einen Eingabe-EC-Wertwiderstand 31 (der als eine Eingabedaten-Latch-Einrichtung funktioniert), wie z. B. von 20 Bits, der Daten eines Zählers zwischenspeichert bzw. beibehält, der die Anzahl der von einem Lichtempfänger ausgegebenen Impulse zählt. Auf ähnliche Weise enthält der Ausgabe-EC-Detektor 19 einen Ausgabe-EC-Wertwiderstand 32 (der als eine Ausgabedaten-Latch-Einrichtung funktioniert), der Daten eines Zählers zwischenspeichert bzw. beibehält. Beispielsweise sind die Drehpositionsdaten des Arms 9 neun Bits (deren Größe ist kleiner als auf der Eingabeseite aufgrund des Eingriffs des Drehzahlreduzierers 8), aber der Widerstand speichert auch mehrere Drehdaten (z. B. von zwei Bits), der die Anzahl der Male eines Überlaufs des Zählers anzeigt, um mit dem Fall zurechtzukommen, bei dem die Anzahl der Drehungen des Arms 9 eins oder mehr ist. Allerdings wird sich bei der vorliegenden Erfindung nicht mit den mehreren Drehdaten beschäftigt.
Bei dem Ausgabe-EC-Detektor 19 überwacht eine Ausgabe-EC-Wertwiderstandsüberwachungsvorrichtung 34, die eine Datenveränderungserfassungseinheit 33 konfiguriert, ob ein LSB (niedrigstwertiges Bit) des Ausgabe-EC-Wertwiderstands 32 verändert hat. Beim Erfassen einer solchen Veränderung (d. h. beim Implementieren eines Zählwerts) gibt die Ausgabe-EC-Wertwiderstandsüberwachungsvorrichtung 34 einen Flankenimpuls zu dem Ausgabe-EC-Wertwiderstand 32 aus und zum gleichen Zeitpunkt gibt sie einen Impulsausgabebefehl zu einer Flankenimpulsausgabesektion 35 aus (die als eine Latch-Signalausgabeeinrichtung funktioniert). Als Reaktion überträgt die Flankenimpulsausgabesektion 35 einen zum Speichern des Eingabedetektors 12 verwendeten Flankenimpuls (Latch-Signal).
An einer ansteigenden Flanke des Flankenimpulses speichert ein AN-Daten-Veränderung-Ausgabewertregister 36 Neun-Bit-Drehpositionsdaten Paus(t) und hält diese bei, die durch das EC-Wertregister 32 gespeichert werden. Die beibehaltenen Drehpositionsdaten Paus(t) werden zu dem Eingabe-EC-Detektor 12 über eine Beibehaltdatenausgabesektion 37 übertragen. Mit anderen Worten, die Flankenimpulsausgabesektion 35 und die Beibehaltdatenausgabesektion 37 dienen als Treiber, die jeweils den Flankenimpuls und die Drehpositionsdaten Paus(t) zu dem Eingabe-EC-Detektor 12 übertragen.
Bei dem Eingabe-EC-Detektor 12 empfängt eine Flankenimpulseingabesektion 39 einer Daten-Latch 38 den von der Flankenimpulsausgabesektion 35 des Ausgabe-EC-Detektors 19 übertragenen Flankenimpuls. Die Flankenimpulseingabesektion 39 gibt den Flankenimpuls zu dem Eingabe-EC-Wertregister 31 aus. Dadurch werden die Drehpositionsdaten Paus(t) in dem AN-Daten-Veränderung-Ausgabewertregister 36 und dem Drehpositionsdaten Pein(t) in dem Eingabewertregister 31 bei einer ansteigenden Flanke des gleichen Flankenimpulses gespeichert.
Die Drehpositionsdaten Pein(t) werden zu dem Motorcontroller 23 (Steuervorrichtung) über einen Eingabewertdatenbus 40 ausgegeben, der ein Teil des vorstehend erwähnten Datenbusses 22 konfiguriert, und zur gleichen Zeit zu dem Eingabe-/Ausgabe-Wertregister 41 des Daten-Latches 38 übertragen. Ferner werden die Drehpositionsdaten Paus(t), die von der Beibehaltdatenausgabesektion 37 des Ausgabe-EC-Detektors 19 übertragen werden, auch zu dem Eingabe-/Ausgabe-Wertregister 41 übertragen. Die Drehpositionsdaten Pein(t) und Paus(t) mit insgesamt 29 Bits werden zu dem Motorcontroller 23 über einen Eingabe-/Ausgabe-Wertdatenbus 42 ausgegeben, der einen Teil des Datenbusses 22 konfiguriert.
Es soll beachtet werden, dass die Größe jedes der Datenbusse 40 und 42 tatsächlich 32 Bits ist, und die Bits von Daten, die nicht zur Übertragung verwendet werden, hoch oder nieder gezogen werden (pulled up oder down). Bei der nachstehenden Beschreibung werden die Drehpositionsdaten Pein(t) von 20 Bits als ein Eingabe-EC-Wert bezeichnet, während die Drehpositionsdaten von Pein(t) und Paus(t) von 29 Bits als Eingabe-/Ausgabe-EC-Wert bezeichnet wird.
4 zeigt ein funktionales Blockdiagramm, das eine innere Konfiguration des Motorcontrollers 23 darstellt (nachstehend einfach als Controller bezeichnet). Es wird eine Mehrfachachsenkonfiguration angenommen, z. B. wird eine Anwendung des Gelenks auf jede Achse des dreiachsigen Roboters angenommen, und 4 zeigt eine Verbindung jedes der Eingabe-EC-Detektoren 12 (1 bis 3) mit dem Motorcontroller 23 bei dem Fall, bei dem drei Sätze von in 3 dargestellten Konfigurationen verwendet werden. (1) bis (3), die an den Zeichen entsprechend der jeweiligen ersten bis dritten Achse des Roboters befestigt sind. Die beiden sind mit einer nicht gezeigten Kommunikationsschnittstelle verbunden.
Der Controller 23 ist durch einen Mikrocomputer konfiguriert, der hauptsächlich eine Steuerungs-CPU 43 sowie einen ROM, einen RAM und andere nicht gezeigten peripheren Schaltungen enthält. Eingabe-EC-Wertregister 44 (1 bis 3) dienen als Register, in denen die Eingabe-EC-Werte (1 bis 3) der 20 Bits über die Kommunikationsschnittstelle geschrieben werden. Ferner dienen die Eingabe-/Ausgabe-EC-Wertregister 45 (1 bis 3) als Register, in denen die Eingabe-/Ausgabe-EC-Werte von 29 Bits, die von den Eingabe-EC-Detektoren 12 (1 bis 3) übertragen werden, über einen Eingabe-/Ausgabe-EC-Wertübertragungsschalter 46 geschrieben werden. Zudem werden die Kommunikationsschnittstelle und der Eingabe-/Ausgabe-EC-Wertübertragungsschalter 46 beispielsweise durch FPGA (feldprogrammiertes Gate-Array) oder dergleichen konfiguriert.
Eine in die Eingabe-EC-Detektoren 12 (1 bis 3) eingegebene Datenübertragungsanforderung wird zu dem Controller 23 ausgegeben. Bei der Figur „Steuerdatenanforderung” bezeichnet eine Anforderung zum Übertragen die Eingabe-EC-Werte entsprechend der drei Achsen, und „Korrekturdatenanforderung” bezeichnet eine Anforderung einer Übertragung des Eingabe-/Ausgabe-EC-Werts entsprechend einer Achse. Die Steuerungs-CPU 43 weist beispielsweise eine 32-Bit-Konfiguration auf und liest die in den Eingabe-EC-Wertregistern 44 und den Eingabe-/Ausgabe-EC-Wertregister 45 gespeicherten Drehpositionsdaten aus, um dadurch den Roboter wie nachstehend beschrieben zu steuern.
Bezugnehmend nunmehr auf die 5 bis 8 wird nachstehend ein Betrieb bei der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
5 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Übertragungsprozess für Drehpositionsdaten darstellt, die zwischen dem Eingabe-EC-Detektor 12 und dem Ausgabe-EC-Detektor 19, die in 3 gezeigt sind, ausführt. Es soll beachtet werden, dass das Flussdiagramm Funktionen austritt, die gemeinsam durch beide Detektoren 12 und 19 und dem Motorcontroller 23 ausgeführt werden.
Die Steuerungs-CPU 43 führt eine nachstehend diskutierte Steuerung zum Aktivieren des Motors 1 aus und dadurch die Steuerung des Arms 9 des Roboters (Schritt S1). Anschließend wartet die Ausgabe-EC-Wertüberwachungsvorrichtung 34, während bei jedem vorbestimmten Zeitintervall bestimmt wird, ob das LSB des Ausgabe-EC-Wertregisters 32 sich verändert hat oder nicht (von Paus(t-1) zu Paus(t)) (Schritt S2). Falls bestimmt wird, dass eine solche Veränderung aufgetreten ist (JA bei Schritt S2), gibt die Flankenimpulsausgabesektion 35 einen Flankenimpuls aus (Schritt S3). Als Reaktion auf die Ausgabe des Flankenimpulses wird ermöglicht, dass das Ausgabe-EC-Wertregister 32 die Drehpositionsdaten Paus(t) (Schritt S4) speichert.
Der Flankenimpuls wird auch zu dem Eingabe-EC-Detektor 12 über den Relaisbus 21 übertragen. Demgemäß wird der Flankenimpuls zu dem Eingabe-EC-Wertregister 31 über die Flankenimpulseingabesektion 39 ausgegeben. Dadurch wird ermöglicht, dass das Eingabe-EC-Wertregister 31 die Drehpositionsdaten Pein(t) zum Zeitpunkt speichert, wenn der Flankenimpuls eingegeben wird (Schritt S5).
Ferner werden die Drehpositionsdaten Paus(t) von der Beibehaltdatenausgabesektion 37 des Ausgabe-EC-Detektors 39 zu dem Daten-Latch 38 (Schritt S6) übertragen. Dadurch werden die Drehpositionsdaten Pein(t) und Paus(t) in dem Eingabe-/Ausgabe-Wertregister 41 (Schritt S7) gespeichert. Anschließend werden die in dem Eingabe-EC-Wertregister 31 gespeicherten Drehpositionsdaten Pein(t) und die in dem Eingabe-/Ausgabe-Wertregister 41 gespeicherten Drehpositionsdaten Pein(t) und Paus(t) zu dem Motorcontroller 23 über die jeweiligen Datenbusse 40 und 42 übertragen (Schritt S8).
6 zeigt ein Zeitdiagramm, das eine Veränderung der beiden Drehpositionsdaten Pein(t) und Paus(t) in dem vorstehend beschriebenen Prozess darstellt. Beim Verändern der Drehpositionsdaten Paus(t) in dem Ausgabeencoder 17 wird ein Flankenimpuls erzeugt (siehe (a) und (b)), und Drehpositionsdaten Paus(n) zu diesem Zeitpunkt und Drehpositionsdaten Pein(n) auf der Seite des Eingabeencoders 10 werden gespeichert (siehe (e) und (f)). Ferner zeigt 6(c) eine Verzögerung, wenn die von dem Ausgabeencoder 17 übertragenen Drehpositionsdaten Paus(t) durch den Eingabeencoder 10 empfangen werden. Dadurch werden gespeicherte Drehpositionsdaten Pein L und Paus L im Wesentlichen gleichzeitig die erfassten Daten. Mit anderen Worten, die Veränderung der Daten Paus(t) mit einer größeren Erfassungsverzögerung wird als ein Basiszeitpunkt auf einer temporären Achse verwendet. Dadurch entspricht, falls die Daten Pin(t) mit einer kleinen Erfassungsverzögerung im gewissen Masse versetzt werden, der Wert der Versatzdaten im Wesentlichen den Daten mit der größeren Erfassungsverzögerung. Demgemäß können sowohl die Pein L und Paus L als im Wesentlichen gleichzeitig erfasste Werte verwendet werden.
Als Nächstes zeigt 7 ein Flussdiagramm, das einen Prozess bei dem Fall darstellt, bei dem die Steuerungs-CPU 43 des Motorcontrollers 23 den Dreiachsenroboter steuert. Es soll beachtet werden, dass bei der nachstehenden Beschreibung die Drehpositionsdaten Pein(n) als „Eingabe-EC-Wert” bezeichnet werden, während die Drehpositionsdaten Paus(t) als „Ausgabe-EC-Wert” bezeichnet werden. Zunächst liest, wenn ein Bewegungsmuster jedes der Achsen von einer Zielposition des Endeffektors des Roboters (Schritt S11) bestimmt wird, die Steuerungs-CPU 43 die Eingabe-EC-Werte der drei Achsen (Gesamtachsen-Eingabe-EC-Wert) von den Eingabe-EC-Wertregistern 44 durch Ausführen eines Lesezyklus für drei Zeiten (Schritt S12) aus.
Anschließend werden, wenn der Erst-Achsen-Eingabe-/Ausgabe-EC-Wert von dem Eingabe-/Ausgabe-EC-Wertregister 45 (1) (Schritt S13) ausgelesen wird, eine Stromsteuerung und eine Drehzahlsteuerung zum Aktivieren des Achsenmotors 1 (1 bis 3) auf der Basis des Gesamtachsen-Eingabe-EC-Werts ausgeführt, der bei Schritt S12 erlangt wird. Die Stromsteuerung und die Drehzahlsteuerung beziehen sich hier auf das Ausführen von PI (Proportionalintegral) beispielsweise auf der Basis einer Abweichung zwischen einem Drehzahlbefehl und einer tatsächlichen Drehzahl beim Aktivieren des Motors 1 mit Antriebsschaltungen, wie z. B. Invertern.
Bei den anschließenden Schritten S15 bis S17 werden Prozessmustern ähnlich zu jenen von den Schritten S12 bis S14 ausgeführt, aber bei Schritt S16 wird ein Zwei-Achsen-Eingabe-/Ausgabe-EC-Wert anstelle der ersten Achse bei Schritt S13 ausgelesen. Das Gleiche gilt für die anschließenden Schritte S18 bis S20 auch, aber bei Schritt S19 wird ein Dritt-Achsen-Eingabe-/Ausgabe-EC-Wert anstelle der zweiten Achse wie bei Schritt S16 ausgelesen.
Bei dem anschließenden Schritt S21 werden die bei den Schritten S13, S16 und S19 erlangten Erst- bis Dritt-Achsen-Eingabe-/Ausgabe-EC-Werte, die bei den Schritten S13, S16 und S19 erlangt werden, zum Berechnen eines Unterschieds (Versatz) zwischen dem Eingabe-EC-Wert und dem Ausgabe-EC-Wert für jede der Achsen verwendet. Anschließend wird die Positionssteuerung des Endeffektors des Roboters auf der Basis der Eingabe-EC-Werte aller Achsen (Schritt S22) ausgeführt. In diesem Fall wird die Positionssteuerung gemäß der Werte der bei Schritt S21 (Schritt S23) berechneten Versätze korrigiert. Anschließend wird, wenn der Endeffektor des Roboters eine Zielposition erreicht hat (JA bei Schritt S24), der Betrieb beendet, aber wenn er noch die Zielposition nicht erreicht hat (NEIN bei Schritt S24), kehrt die Steuerung zu Schritt S12 zurück und die vorstehend beschriebenen Verarbeitungen werden wiederholt.
Bei dem in 7 dargestellten Prozess werden die Verarbeitungen des Controllers 23 von Erlangung der Daten von den Eingabe-EC-Detektoren 12 zum Speichern der Daten in die Eingabe-EC-Wertregister 44 und der Eingabe-/Ausgabe-EC-Wertregister 45 durch die vorstehend erwähnte Kommunikationsschnittstelle bei einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt. Wenn die Daten in die Register 44 und 45 gespeichert werden, wird eine Unterbrechung durch die Kommunikationsschnittstelle beispielsweise derart verursacht, dass die Steuerungs-CPU 43 die Verarbeitungen an oder nach dem Schritt S12 starten kann und die Eingabe-EC-Wertregister 44 abrufen kann.
Als Ergebnis des Ausführens des Prozesses, wie vorstehend beschrieben, werden die Eingabe-EC-Werte und die Eingabe-/Ausgabe-EC-Werte der individuellen Achsen, wie in 8 gezeigt, zu dem Controller 23 übertragen. Mit anderen Worten, der Gesamtachsen-Eingabe-EC-Wert wird zu jedem Übertragungszyklus übertragen und die Eingabe-/Ausgabe-EC-Werte der individuellen Achsen werden zu unterschiedlichen Übertragungszyklen anschließend übertragen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie vorstehend beschrieben, enthält ein Gelenk eines Roboters den Eingabeencoder 10, der eine Drehposition des Motors 1 erfasst, und einen Ausgabeencoder 17, der eine Drehposition des Arms 9 über den Drehzahlreduzierer 8 erfasst. Der Controller 23 erlangt die Drehpositionsdaten (EC-Werte), die durch den Eingabeencoder 10 und den Ausgabeencoder 17 erfasst werden, um dadurch den Motor 1 zu steuern. Ferner ist der Eingabeencoder 10 an das Eingabe-EC-Wertregister 31 angeordnet, das den Eingabe-EC-Wert speichert, während der Ausgabeencoder 17 mit dem Ausgabe-EC-Wertregister 32, das den Ausgabe-EC-Wert speichert, und einer Flankenimpulsausgabesektion 35 vorgesehen ist, die einen Flankenimpuls zu den Register 31 und 32 jedes Mal ausgibt, wenn es eine Veränderung des Ausgabe-EC-Werts gibt.
Insbesondere ist der Eingabeencoder 10 auf der Seite des Motors 1 strukturell mit etwas Abstand von dem Ausgabeencoder 17 auf der Seite des Arms 9 daneben. Damit der Controller 23 die Drehposition des Arms 9 korrigiert, ist es notwendig, den Eingabe-EC-Wert und den Ausgabe-EC-Wert zum gleichen Zeitpunkt zu er”n. Da der Arm 9 über den zweiten Drehzahlreduzierer angetrieben wird, ist die Auflösung des Ausgabe-EC-Werts relativ klein zu dem Eingabe-EC-Wert. Demgemäß kann durch Anordnen der Flankenimpulsausgabesektion 35 in dem Ausgabeencoder 17 und durch Ausgeben eines Flankenimpulses zu den Registern 31 und 32 jedes Mal, wenn es eine Veränderung in dem Ausgabe-EC-Wert gibt, der Eingabe-EC-Wert auch in dem beanstandeten Eingabeencoder 10 im Wesentlichen gleichzeitig mit der vorstehenden Veränderung gespeichert werden und beibehalten werden.
Ferner erlangt der Controller 23 die durch den Eingabeencoder 10 (1 bis 3) und den Ausgabeencoder 17 (1 bis 3) einer Mehrzahl von Achsen erfassten EC-Werte zum Steuern der entsprechenden Motoren 1 (1 bis 3). Um die Steuerung bei einem vorbestimmten Zyklus auszuführen, erlangt der Controller 23 die Eingabe-EC-Werte von allen Achsen, während ein Eingabe-EC-Wert und ein Ausgabe-EC-Wert einer Achse durch sequentielles Schalten der Achsen erlangt wird. Insbesondere sind die Eingabe-EC-Werte der individuellen Achsen zum Steuern der Position des Endeffektors des Roboters notwendig und dadurch werden sie bei einem vorbestimmten Zyklus erlangt. Ferner ist es erforderlich, bei einer Achse, falls ein Fehler bei dem Ausgabe-EC-Wert auftritt, der über den Drehzahlreduzierer 8 erhalten wird, relativ zu dem Eingabe-EC-Wert, den Fehler zu korrigieren. Daher werden der Eingabe-EC-Wert und der Ausgabe-EC-Wert zum Ausführen der Korrektur auf der Ein-Achsenbasis bei einem vorbestimmten Zyklus durch sequentielles Schalten der Achsen erlangt, wodurch eine Korrektur der Ausgabedrehpositionen der individuellen Achsen ermöglicht wird, während die Größe der Daten bei der Übertragung unterdrückt wird.
Falls es wünschenswert ist, dass die zum Korrigieren einer Drehposition verwendeten Daten die zum gleichen Zeitpunkt erlangten Daten sind. Demgemäß werden, während die Eingabe-EC-Daten an einer Gesamtachsenbasis zum gleichen Zyklus erlangt werden, die zur Korrektur verwendeten Daten als ein Satz des Eingabe-EC-Werts und des Ausgabe-EC-Werts auf der Ein-Achsenbasis erlangt. Dadurch kann die Korrektur mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
Dadurch wird sichergestellt, dass jeder Ausgabe-EC-Wert einmal von dem Ausgabeencoder 17 zu dem Eingabeencoder 10 übertragen wird und anschließend zu dem Controller 23 über den Eingabeencoder 10. Insbesondere werden der Eingabe-EC-Wert und der Ausgabe-EC-Wert jeder Achse kombiniert und gleichzeitig zu dem Controller 23 zum Aktivieren einer guten Effizienz übertragen. Wie vorstehend erwähnt, weist der Ausgabe-EC-Wert eine geringe Auflösung und eine kleine Datengröße auf. Daher wird durch Übertragen des Ausgabe-EC-Werts zu dem Eingabeencoder 10 und anschließend zu dem Controller 23 ermöglicht, dass der Relaisbus 21, der zwischen dem Ausgabeencoder 17 und dem Eingabeencoder 10 verbunden ist, eine kleine Breite aufweist.
In dem Fall ist der Eingabeencoder 10 mit dem Eingabewertregister 31 zum Übertragen des Eingabe-EC-Werts zu dem Controller 23 vorgesehen, und das Eingabe-/Ausgabe-Register 41 zum Übertragen des Eingabe-EC-Werts zu der Steuervorrichtung zusammen mit dem Ausgabe-EC-Wert. Demgemäß wird eine effiziente Übertragung bezüglich des Eingabe-EC-Werts, der bei einem vorbestimmten Zyklus als Teil von allen Achsen übertragen wird, und bezüglich der Daten, die einmal in einer Mehrzahl von Zyklen als ein Satz des Eingabe-EC-Werts und des Ausgabe-EC-Werts für eine Achse übertragen werden, erreicht. Zudem kann der Controller 23 rasch die Daten erlangen und verarbeiten.
(Zweite Ausführungsform)
Bezugnehmend auf die 9 und 12 wird nachstehend eine Erfassungsvorrichtung betreffend einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
Es soll beachtet werden, dass in dem zweiten und den anschließenden Beispielen und Abwandlungen den Komponenten, die identisch oder ähnlich zu jenen der ersten Ausführungsform sind, die gleichen Bezugszeichen zum Zwecke des Verzichts oder Vereinfachung der Erläuterung gegeben werden.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Konfiguration entsprechend dem Eingabeencoder 10 und dem Ausgabeencoder 17 der ersten Ausführungsform integral an einer hinteren Endseite der Drehwelle des Motors angeordnet. 9 zeigt ein vertikales umgekehrtes Diagramm von 7 (ein Zustand, bei dem die Eingabeseite und die Ausgabeseite umgekehrt sind). Ähnlich zu dem Motor 1 ist ein Motor 51 ein permanentmagnetischer Synchronmotor eines Innenrotortyps und enthält einen Stator 52 und eine Drehwelle (Rotor) 54, die durch die an einer inneren Peripherieseite des Stators 52 angeordneten Lager 53 drehbar abgestützt ist. An einer hinteren Endseite des Motors 51 ist ein Encodergehäuse 55 angeordnet.
Das Encodergehäuse 55 enthält eine ringförmige Seitenwand 56, die an einem hinteren Ende des Stators 52 montiert ist, und ein scheibenförmiges Tragelement 57 (Fixierabschnitt), das fest in einen Mittelabschnitt der Seitenwand 56 eingeführt bzw. eingebracht ist. Das Abstützelement 57 weist einen Mittelabschnitt auf, in dem ein Durchgangsloch 57a zum Vorsehen einer sogenannten Doughnutform ausgebildet ist. Die Drehwelle 54 (Eingabewelle) weist einen hinteren Endabschnitt auf, der in das Durchgangsloch 57a des Abstützelements 57 eingeführt wird, mit einer Drehscheibe (Rotorplatte) 58, die den Encoder konfiguriert, der an dem hinteren Ende der Drehwelle fixiert ist. Das Abstützelement 57 weist eine obere Oberfläche auf, auf dem der Eingabe-EC-Detektor 12 so angeordnet ist, dass er zu der Drehscheibe 58 zugewandt ist. Mit anderen Worten, die Drehscheibe 58 und der Eingabe-EC-Detektor 12 konfigurieren eine Eingabeencodereinheit 59, die den Eingabeencoder 10 der ersten Ausführungsform entspricht.
Die Drehwelle 54 wird durch ein hohles Element konfiguriert, das ein oberes Ende aufweist, das an eine innere Peripherie eines Hohlraums eines Eingabeabschnitts 60I fixiert ist, der einen Drehzahlreduzierer 60 konfiguriert. Der Drehzahlreduzierer 60 weist einen Ausgabeabschnitt 60O auf, mit dem der Arm 9 verbunden ist. In dem Hohlraum der Drehwelle 54 ist eine Abtriebswelle 61 mit deren hinteren Ende eingebracht, das mit dem Arm 9 fixiert ist. Die Drehwelle 54 weist eine innere Peripherie auf, in der Lager 62 angeordnet sind, um drehbar die Abtriebswelle 61 abzustützen.
Die Drehscheibe 58 ist mit einem Einführungsloch 58a mit einem Durchmesser, der gleich dem des Hohlraums der Drehwelle 54 ist, ausgebildet. Die Abtriebswelle 61 weist ein oberes Ende auf, das in einen Raum innerhalb des Encodergehäuses 55 durch das Einführloch 58a hervorsteht. Eine Drehscheibe 63 mit einem Durchmesser, der größer als der der Drehwelle 54 ist, ist an das obere Ende der Ausgabewelle fixiert. Der Drehtisch 63 weist eine untere Oberfläche auf, auf der der Ausgabe-EC-Detektor 19 so angeordnet ist, dass er der Drehscheibe 58 zugewandt ist. Mit anderen Worten, der Drehtisch 58 und der Ausgabe-EC-Detektor 19 konfiguriert eine Ausgabeencodereinheit 64, die den Ausgabeencoder 17 der ersten Ausführungsform entspricht.
Bei der zweiten Ausführungsform wird Licht von der unteren Oberflächenseite und der oberen Oberflächenseite der Drehscheibe 58 zum Erfassen einer Drehposition projiziert. Demgemäß ist die Drehscheibe 58 mit einem Positionserfassungsmuster (z. B. Schlitz) in jeder von der ersten und der zweiten zwei Oberflächen ausgebildet (z. B. beide Oberflächen, oder obere Oberfläche und Seitenoberfläche). 10 zeigt einen Querschnittsansichtsaufbau (teilweise) der Drehscheibe 58. Die Drehscheibe 58 weist einen Fünf-Schichtaufbau auf, in der Glasplatten 58b und 58c oberhalb und unterhalb einer Lichtschutzplatte 58a angeordnet sind, und Schlitzfilme 58d und 58e sind oberhalb und unterhalb der Glasplatten 58b und 58c jeweils angeordnet. Ein Schlitz ist in beiden der Schlitzfilme 58d und 58e ausgebildet.
Obwohl nicht gezeigt, ist eine verdrahtete Verbindung zum Zuführen der Leistungsquelle zu dem an der Drehscheibe 63 angeordneten Ausgabe-EC-Detektor 19 und zur Übertragung eines Flankenimpulses und der Drehpositionsdaten zu dem Eingabe-EC-Detektor 12 verwendet. Der Arm 9 kann für mehrere Male gedreht werden, aber die Anzahl der Drehungen ist höchstens drei oder so, und dadurch kann die Drahtlänge der Verbindung Raum für die Drehung aufweisen. Das Encodergehäuse 55 weist einen oberen Abschnitt auf, zu dem die Abdeckung 65 zum Abdecken der Öffnung angeordnet ist.
Bezugnehmend auf 11 und 12 ist ein Betrieb der zweiten Ausführungsform beschrieben.
11 zeigt ein Diagramm, von dem auf den Drehzahlreduzierer 60 und den Arm 9 verzichtet wurde. Wenn der Motor 51 zum Drehen des Arms 9 aktiviert wird, dreht sich die Drehscheibe 58 mit der Drehung der Drehwelle 54. Demgemäß kann die Eingabeencodereinheit 59 die Drehposition des Motors auf die vollständig gleiche Weise erfassen, wie es der Eingabeencoder 10 bei der ersten Ausführungsform durchführt. Andererseits dreht die Drehscheibe 63 die Drehung der Abtriebswelle 61 des Arms 9. Wenn die Drehscheibe 58 hier einen Drehwinkel θrot1 aufweist, und die Drehscheibe 63, angenommen, dass sie sich in die gleiche Richtung wie die Drehscheibe 58 dreht, ein Drehwinkel θrot2 aufweist, ein bei dem Eingabe-EC-Detektor 12 erfasster Winkel θ1 gleich zu dem θrot1 ist. Ferner wird ein in dem Ausgabe-EC-Detektor 19 erfasster Winkel θ2 ausgedrückt durch: θ2 = θrot1 – θrot2
Demgemäß wird ein Drehwinkel θein des Motors 51 ausgedrückt durch: θein = θ1 = θrot1 und ein Drehwinkel θaus des Arms 9 kann berechnet werden als: θaus = θ1 – θ2 = θrot1 – (θrot1 – θrot2) = θrot2
Insbesondere wird beispielsweise, wenn eine Steuerungs-CPU 43 die Eingabe-/Ausgabe-EC-Werte bei den Schritten S13, S16 und S19 liest, ein in 12 gezeigter Prozess zum Berechnen des Drehwinkels θaus ausgeführt. Zunächst wird der Drehwinkel θ1 von dem Eingabe-EC-Wert Pein(t) mit der nachstehenden Formel (Schritt S31) berechnet. Allerdings ist a ein Drehzahlreduktionsverhältnis des Drehzahlreduzierers 8. θ1 = 360 × Pein(t)/(2²⁰ × a) [deg]
Anschließend wird der Drehwinkel θ2 von dem Ausgabe-EC-Wert Paus(t) mit der nachstehenden Formel (Schritt S32) berechnet. θ2 = 360 × Paus(t)/(2⁹ × a) [deg]
Anschließend wird der Drehwinkel θaus durch Subtrahieren des Drehwinkels θ2 von dem Drehwinkel θ1 (Schritt S33) berechnet. Es soll beachtet werden, dass der vorstehende Prozess unter Verwendung einer harten Logik ausgeführt wird.
Gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wird die Drehwelle 45 des Motors 51 in einer hohlen Form ausgebildet, und die Abtriebswelle 61 ist direkt über deren hinteren Ende mit dem Arm 9 verbunden, und in den Hohlraum der Drehwelle 54 zum Verlegen des oberen Endes der Abtriebswelle zu der hinteren Endseite eingeführt. Ferner wird, um die Drehposition des Motors 51 zu erfassen und um die Drehposition des Arms 9 zu erfassen, zwischen denen der Drehzahlreduzierer 60 dazwischenliegt, unter Verwendung jeweils des optischen Eingabeencoders 59 und der Encodereinheit 64 der verwendeten Drehscheibe 58 durch diese vereinheitlicht (commonalized) und mit der hinteren Endseite der Drehwelle 54 fixiert. Ferner wird sichergestellt, dass der Detektor 19 die Ausgabeencodereinheit 64 an der oberen Endseite der Abtriebswelle 61 montiert, und es sichergestellt wird, dass der Detektor 10 der Eingabeencodereinheit 59 mit dem Abstützelement 57 montiert ist, das an der gegenüberliegenden Seite des Detektors 19 positioniert ist, der zwischen der Drehscheibe 58 sandwichartig aufgenommen ist. Es soll beachtet werden, dass beispielsweise der Detektor 10 der Eingabeencodereinheit 59 an der Seitenwand 56 montiert werden kann, die als Fixierabschnitt dient.
Mit dieser Konfiguration kann die Drehposition des Motors 51 normal auf der Basis der Erfassungsergebnisse des Detektors 10 der Eingabeencodereinheit 59 erlangt werden. Andererseits kann die Drehposition des Arms 9 auf der Basis des Unterschieds zwischen der durch die Eingabeencodereinheit 59 erfassten Drehposition und der durch die Ausgabeencodereinheit 64 erfassten Drehposition in dem Controller 23 erhalten werden, der Verarbeitungen durch Lesen von Daten von zwei Detektoren 10 und 19 ausführt. Insbesondere erfassen Eingabe- und Ausgabeencodereinheiten 59 und 64 die entsprechenden Drehpositionen auf der Basis der Drehung der einzelnen Drehscheibe 58 und daher ist es unwahrscheinlich, dass ein Erfassungsfehler, der mit dem Versatz der Achse einhergeht, auftritt. Ferner sind die Encodereinheiten 59 und 64 kollektiv bei der hinteren Endseite des Motors 51 angeordnet und demgemäß ist der Anbringungsraum so viel wie möglich reduziert. Dies führt zum Erreichen eines zu einem verkleinerten Encodersystems, das zwei Encoder verwendet, sowie einer verkleinerten Konfiguration, in der das Encodersystem mit zwei Lasten kombiniert ist.
Insbesondere ermöglicht, wie in der zweiten Ausführungsform, die Verwendung der Drehwelle 54 mit einer hohlen Form eine kollektive Anordnung der Encodereinheiten 59 und 64 auf der hinteren Endseite des Motors 51. Dadurch ist es nicht länger notwendig, die Ausgabeencodereinheit 54 zwischen dem Drehzahlreduzierer 60 und dem Arm 9 anzuordnen.
Ferner ist der Detektor 10 des Eingabeseitenencoders 59 an dem Fixierabschnitt montiert, der an der gegenüberliegenden Seite des Detektors 19 des ausgabeseitigen Encoders 54 positioniert ist, der sandwichartig zwischen der Drehscheibe 58 angeordnet ist. Demgemäß gibt es keine Wahrscheinlichkeit, dass die jeweils durch die zwei optischen Encoder 59 und 64 ausgegebenen optischen Signale zum Erfassen der Drehpositionen durch gegenseitige falsche Detektoren 19 und 10 empfangen werden, wodurch eine fehlerhafte Erfassung verhindert wird. Zudem ist eine Oberfläche der Drehscheibe 58 mit einem Schlitz für den ausgabeseitigen Encoder 59 und dessen andere Oberfläche ist mit einem Schlitz für den eingabeseitigen Encoder 64 vorgesehen. Demgemäß kann das reflektierte Licht der Detektoren 10 und 19 zum Ausführen einer Drehpositionsrichtung in einem Zustand einer gegenseitigen Störung empfangen werden.
(Dritte Ausführungsform)
Bezugnehmend auf 13 wird eine Erfassungsvorrichtung betreffend eine dritte Ausführungsform beschrieben.
Die dritte Ausführungsform vereinfacht eine Konfiguration, in der ein Datenübertragungsprozessor 71 zwischen den Eingabe-EC-Detektoren 12' (1 bis 3) und den Ausgabe-EC-Detektoren 19 (1 bis 3) und den Controller 23 angeordnet sind. Der Datenübertragungsprozessor 71 weist Funktionen des Eingabe-/Ausgabe-EC-Wertregisters auf, das in dem Eingabe-EC-Detektor 12 und der Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist. Demgemäß überträgt der Ausgabe-EC-Detektor 19 direkt einen Neun-Bit-Ausgabe-EC-Wert mit dem Datenübertragungsprozessor 71.
Anschließend gibt als Reaktion auf eine Anforderung einer Controller 23-Seitenkommunikationsschnittstelle 43R und 44 der Datenübertragungsprozessor 71 einen 20-Bit Eingabe-EC-Wert und einen 29-Bit Eingabe-/Ausgabe-EC-Wert zu der Seite des Controllers 23 aus. Bei der wie vorstehend konfigurierten dritten Ausführungsform werden Wirkungen, die ähnlich zu jenen der ersten Ausführungsform sind, erhalten.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht allein auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform ausgelegt werden, aber sie kann durch andere Ausführungsformen wie folgt abgewandelt und erweitert werden.
Die Anzahl der Bits des Eingabeencoders und des Ausgabeencoders kann geeignet entsprechend der individuellen Ausgestaltung verwendet werden.
Das in 4 gezeigte Datenübertragungsverfahren, das zwischen den Eingabe-EC-Detektoren 12 der drei Achsen und des Controllers 23 ausgeführt wird, kann auch geeignet verändert werden. Beispielsweise können beide über 32-Bit-Busse verwendet werden, und eine verwendete Kommunikationsschnittstelle kann ausgewählte Eingabe-EC-Werte (20 Bits) der drei Achsen und Eingabe-/Ausgabe-EC-Werte (29 Bits) der drei Achsen zum Übertragen von Daten von lediglich einer Achse bei einer Zeitkommunikation zu der Seite des Controllers 23 ausgewählt werden.
Ferner ist die Größe der Busse nicht auf 32 Bits beschränkt, sondern kann 20 Bits oder 29 Bits als eine minimale Größe für jeden davon sein. Alternativ können die Eingabe-EC-Werte und die Eingabe-/Ausgabe-EC-Werte über einen gewöhnlichen 32-Bit(oder 29-Bit)-Bus übertragen werden.
Bei der zweiten Ausführungsform können die Drehwelle 54 und die Ausgabewelle 61 in einander entgegengesetzten Richtungen gedreht werden, abhängig von der Konfiguration des Drehzahlreduzierers 60.
Die vorliegende Erfindung kann auf vier oder mehrere Achsenroboter angewandt werden. Ferner soll die Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht beschränkend auf einen Roboter mit einer Mehrfachachsenkonfiguration ausgelegt werden, sondern die vorliegende Erfindung kann auf die Steuerung eines Einzelachsenroboters angewandt werden.
Bezugszeichenliste

1: ist ein Motor,
8: ist ein Drehzahlreduzierer,
9: ist ein Arm (Last),
10: ist ein Eingabeencoder (erster Encoder),
12: ist ein Eingabe-EC-Detektor,
17: ist ein Ausgabeencoder (zweiter Encoder),
19: ist ein Ausgabe-EC-Detektor,
21: ist ein Relaisbus (Steuereinrichtung),
22: ist ein Datenbus (Steuerungseinrichtung),
23: ist ein Motorcontroller (Steuerungsvorrichtung, Steuerungseinrichtung),
31: ist ein Eingabe-EC-Wertregister (erste Latch-Schaltung),
32: ist ein Ausgabe-EC-Wertregister (zweite Latch-Schaltung),
34: ist eine Ausgabe-EC-Wertregisterüberwachungsvorrichtung (Latch-Signalausgabeeinrichtung),
35: ist eine Flankenimpulsausgabesektion (Latch-Signalausgabeeinrichtung),
36: ist ein AN-Daten-Veränderung-Ausgabewertregister (Steuerungseinrichtung (Übertragungseinrichtung)),
37: ist eine Beibehaltdatenausgabesektion (Steuereinrichtung (Übertragungseinrichtung)),
39: ist eine Flankenimpulseingabesektion (Steuereinrichtung),
41: ist ein Eingabe-/Ausgabe-Wertregister (Steuereinrichtung), und
JT: ist ein Gelenk.

Claims

Steuervorrichtung, die eine Drehung eines Gelenks (JT) eines Roboters mit einem Aufbau steuert, bei dem eine Drehung eines elektrischen Motors (1) durch einen Drehzahlreduzierer (8) reduziert ist und auf einen Arm (9) übertragen wird, aufweisend: einen ersten Encoder (10), der eine Drehposition des Motors (1) zum Ausgeben von die Drehposition anzeigenden Motordrehpositionsdaten erfasst; einen zweiten Encoder (17), der eine Drehposition des Arms (9) zum Ausgeben von die Drehposition anzeigenden Armdrehpositionsdaten erfasst; eine erste Latch-Schaltung (31), die in dem ersten Encoder (10) angeordnet ist und die Motordrehpositionsdaten speichert; eine zweite Latch-Schaltung (32), die in dem zweiten Encoder (17) angeordnet ist und die Armdrehpositionsdaten speichert; eine in dem zweiten Encoder (17) angebrachte Latch-Signalausgabeeinrichtung (34, 35), die ein Latch-Signal zu den ersten und zweiten Latch-Schaltungen (31 und 32) jedes Mal ausgibt, wenn es eine Veränderung in den Armdrehpositionsdaten gibt; und eine Steuereinrichtung (36, 37, 38, 21, 22 und 23), die wenn das Latch-Signal ausgegeben wird, die Drehung des Motors (1) auf der Basis der Motordrehpositionsdaten und der Armdrehpositionsdaten steuert, die in den ersten und zweiten Latch-Schaltungen (31 und 32) gespeichert sind.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Steuereinrichtung aufweist: einen Controller (23), der eine Drehung des Motors (1) steuert; eine Übertragungseinrichtung (36 und 37), die Armdrehpositionsdaten, die in der zweiten Latch-Schaltung (32) gespeichert werden, von dem zweiten Encoder (17) zu dem ersten Encoder (10) überträgt, wenn das Latch-Signal ausgegeben wird; und eine in dem ersten Encoder (10) angebrachte Datenkombiniereinrichtung, die, wenn das Latch-Signal ausgegeben wird, die in der ersten Latch-Schaltung (31) gespeicherten Motordrehpositionsdaten mit den durch die Übertragungseinrichtung (36 und 37) übertragenen Armdrehpositionsdaten zur Bereitstellung an den Controller (23) kombiniert.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die Datenkombiniereinrichtung aufweist: ein Register, das die Motordrehpositionsdaten und die Armpositionsdrehdaten in parallele Daten bei einer Rate einer vorbestimmten Anzahl von Bits kombiniert; und einen Datenbus (22), der die durch das Register ausgegebenen parallelen Daten zu dem Controller (23) überträgt.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Anzahl der Bits der Armdrehpositionsdaten kleiner als die Anzahl der Bits der Motordrehpositionsdaten sind.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der erste und zweite Encoder (10 und 17) miteinander durch einen Relaisbus (21) verbunden sind, der das Latch-Signal und die Armdrehpositionsdatei von dem zweiten Encoder (17) zu dem ersten Encoder (10) überträgt.