JP2554643B2 - マニプレ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明はマニプレータ、特に周囲に何等かの構造物が
存在する狭隘な場所で使用するに適する絶対的位置精度
を必要とするマニプレータに係る。

（従来の技術） 従来の産業用マニプレータ等は、高位置精度を称して
はいるもののこの精度は再現性に関する位置精度であつ
て、マニプレータのベースを基点として任意の先端部座
標を与えた場合、どの程度その座標に近付けるかを示す
絶対的位置精度を意味するものではない。

通常のマニプレータは、アクチユエータに直結したイ
ンクリメンタルなエンコーダを有しているため、アクチ
ユエータからギヤヘツドを介して出力される先端部の位
置（ギヤの遊び等による誤差を含む）を検出していな
い。

（発明が解決しようとする問題点） 従って、前記の絶対的位置精度の点から見ると、誤差
を生じることは避けられない。極端なことを云えば、ア
クチユエータとギヤヘツドとが空転していても、ロボツ
トコントローラは異常を検出することはできない。ま
た、インクリメンタルエンコーダを使用しているため、
事故や、誤操作によるエンコーダのクリアや、ノイズに
よるミスカウント等があると、現在のマニプレータの姿
勢がわからなくなつてしまう。

狭隘な場所にマニプレータを挿入して使用している場
合には、マニプレータを元の状態に戻すことが困難とな
り、周囲の構造物等に損傷を及ぼすおそれがある。

本発明は上記の事情に基づきなされたもので、絶対的
位置精度が得られ、しかも事故や誤操作等によりエンコ
ーダのカウントが狂わされても、元の状態に復帰するこ
とができるマニプレータを提供する。

（問題点を解決するための手段） 本発明のマニプレータは、マニプレータ先端部を駆動
するアクチユエータに直結したインクリメンタルエンコ
ーダと、アクチユエータによりギアヘツド、傘歯車機構
を介して駆動される関節軸に直結したアブソリユートエ
ンコーダとを設けたことを特徴とする。

（作用） 上記構成の本発明のマニプレータにおいては、前記イ
ンクリメンタルエンコーダ、アブソリユートエンコーダ
の出力を使用し、適切な制御回路を使用してアクチユエ
ータを制御すれば、関節部の出力軸に関する制御のみを
する場合に生じる歯車系のバツクラツシ等を原因とする
先端部の位置誤差を解消でき、さらに運動の不安定性を
解消することができる。

（実施例） 第１図は本発明一実施例のマニプレータの一関節部の
構成を示す模式図である。この図において、マニプレー
タ１の関節部２は、筒体３内に収容され関節部のアクチ
ユエータとなるDCモータ４、このDCモータ４により駆動
されるギヤヘツド５、ギヤヘツド５の出力軸5aに連結し
た１箇の大傘歯車6aと、この大傘歯車6aに噛合する１対
の小傘歯車6bとを有し、前記１対の小傘歯車6bを中央片
7aにその一方は可回動に、他方は固定支持するコ字状の
関節軸７とを有する。大傘歯車6a、小傘歯車6bと、関節
軸７とは傘歯車機構６を構成する。

この関節軸７の両脚片7bの先端にはマニプレータ先端
部1aが固着され、さらに関節軸７の中央片7aの筒体３か
ら突出した延長部にはアブソリユートエンコーダ８が取
り付けられている。

また、DCモータ４にはブレーキ９、タコジエネレータ
10が付属されている。図中、11はDCモータ４直結のイン
クリメンタルエンコーダ、12は先端部1aの位置検出を行
うリミツトスイツチを示す。

DCモータ４を回転させれば、ギヤヘツド５を介して大
傘歯車6aが低速で回転され、小傘歯車6bも回転される。
而して、小傘歯車6bの中で中央片7aに固定支持されたも
のが関節軸７を回動させ、先端部1aを関節軸７の中央片
7aを軸として揺動させる。この図には１箇の関節のみを
示したが、マニプレータに複数の関節がある場合にもそ
れ等の関節は前記と同様に構成されている。

上記構成の本発明のマニプレータにおいては、インク
リメンタルエンコーダ11と、アブソリユートエンコーダ
８との間には、ギヤヘツド５と傘歯車機構６とが介在さ
れているため、ギヤヘツド５や傘歯車機構６の遊びが原
因で前記両エンコーダ間にずれを生じる。

本発明のマニプレータの制御は第２図に示す制御回路
によつて行われる。オペレータまたはホストコンピユー
タにより、先端部1aの座標、その姿勢、移動速度のデー
タが補間演算回路20にインプツトされると、補間演算回
路20は前記データとアブソリユートエンコーダ８からイ
ンプツトされた現在の姿勢に関するデータとを比較し、
関節の微小時間毎の角度誤差（インクリメンタルエンコ
ーダのカウント値に換算）を求める。同時にアブソリユ
ートエンコーダ８のデータを変換器21、カウンタ値変換
器22を経由してインクリメンタルエンコーダ11のカウン
タ回路23にプリセツトする。タイミング回路24は、タイ
ミングパルスを発生し、速度算出回路25はそれを受けて
関節の速度データを求め、サーボドライバ26に向けて出
力する。

また、タイミング回路24はカウンタ値変換回路22に対
してタイミングパルスを送り、アブソリユートエンコー
ダ８のカウンタ値をインクリメンタルエンコーダ11のカ
ウンタ値にプリセツトする。

なお、第２図において、27はオペレータまたは緊急停
止スイツチ、28−１、28−２はリレー接点を示してい
る。

上記の制御ルーチンによつてアクチユエータの制御を
行う。

上記のようにすれば、アブソリュートエンコーダ８の
与える先端部1aの実際の状態に関するデータと、インク
リメンタルエンコーダ11によるデータとにより、刻々誤
差を修正しながら関節（先端部1a）を駆動するので、先
端部1aの速度の不安定が解消され、同時に先端部1aの絶
対位置精度が得られることとなる。

第３図はＡ点、Ｂ点間の補間ポイントでは先端部の位
置を出力軸位置センサで求め、Ａ点Ｂ点およびＡ点Ｂ点
間では出力軸センサでアクチユエータ直結のセンサをチ
エツクしながら、駆動がなされることを示す。なお、こ
の図において はひねり関節を示し、 は曲げ関節を示している。

なお、本発明は上記実施例に限定されない。例えば、
アブソリユート、インクリメンタル各エンコーダに代
え、ポテンシヨメータやレゾルバを使用してもよい。

［発明の効果］ 上記から明らかなように本発明のマニプレータにおい
ては、関節部の出力軸に関する制御のみをする場合に生
じる歯車系のバツクラツシを原因とする先端部の位置誤
差を解消でき、さらに運動の不安定性を解消することが
できる。

また、インクリメンタルエンコーダのカウンタ値が何
等かの原因で異常となつても、制御回路による補正がな
されるので、マニプレータの信頼性は向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略断面図、第２図はその制
御回路のブロツクダイヤグラム、第３図は前記実施例の
位置センサの作用を示す図である。 １……マニプレータ、２……関節部、３……筒体、４…
…DCモータ、７……関節軸、7a……中央片、7b……脚
片、８……アブソリユートエンコーダ、９……ブレー
キ、10……タコジエネレータ、11……インクリメンタル
エンコーダ、12……リミツトスイツチ、20……補間演算
回路、21……変換器、22……カウンタ値変換器、23……
カウンタ回路、24……タイミング回路、25……速度算出
回路、26……サーボドライバ、27……オペレータまたは
緊急停止スイツチ、28−１、28−２……リレー接点

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マニプレータ先端部を駆動するアクチュエ
   ータに直結したインクリメンタルエンコーダと、アクチ
   ュエータによりギアヘッド、傘歯車機構を介して駆動さ
   れる関節軸に直結したアブソリュートエンコーダと、こ
   のアブソリュートエンコーダから入力される前記マニプ
   レータ先端部の姿勢に関するデータと外部から入力され
   る到達目標データとを比較して微小時間毎の関節角度を
   算出し前記インクリメンタルエンコーダのカウント値に
   換算する補間演算回路と、タイミングパルスを発生させ
   るタイミング回路と、このタイミングパルスを受けて前
   記アブソリュートエンコーダのカウンタ値を前記インク
   リメンタルエンコーダのカウンタ値にプリセットするカ
   ウンタ値変換回路と、前記タイミングパルスを受けて前
   記微小時間毎の関節角度を用いて関節の速度データを算
   出して駆動装置に出力する速度算出回路とを有すること
   を特徴とするマニプレータ。