JP2613530B2 - 先端軸が無限回転可能なロボットおよびロボットの先端軸の無限回転方法 - Google Patents

先端軸が無限回転可能なロボットおよびロボットの先端軸の無限回転方法

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JP2613530B2
JP2613530B2 JP25724792A JP25724792A JP2613530B2 JP 2613530 B2 JP2613530 B2 JP 2613530B2 JP 25724792 A JP25724792 A JP 25724792A JP 25724792 A JP25724792 A JP 25724792A JP 2613530 B2 JP2613530 B2 JP 2613530B2
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robot
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和男 工藤
宜明 中土
毅 前原
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、先端軸が無限回転可能
なロボットおよびロボットの先端軸の無限回転方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より精密鋳造においては、中子10
1に接着剤を塗布する工程や、接着剤が塗布された中子
101に砂を散布する工程において、図8に示すよう
に、ロボットの先端軸102に設けられた位置検出器1
03により先端軸102の位置決めを行うとともに、同
じく先端軸102にとりつけられ回転用モータ104に
より中子101の無限回転がなされている。
【0003】ここで、無限回転とは、先端軸102を回
転数に制限を設けることなく同一方向に回転しつづけさ
せることをいう。ただし、実際にはプロセスからの要求
からくる有限の回転数とされている。
【0004】しかしながら、かかる構成により前述の作
業を行っているので、次のような問題が生じている。す
なわち、
【0005】砂が位置検出器103や回転用モータ1
04にかかるので、これらが故障しやすい。
【0006】中子101を炉内に搬入する際に、位置
検出器103や回転用モータ104が邪魔になり搬入作
業が煩雑となる。
【0007】中子101を回転させる回転用モータ1
04が先端軸102に保持されているので、ロボットア
ームに許容できるワーク重量や有効許容トルクの減少を
招来している。
【0008】回転用モータ104が大きいため、作業
の邪魔になる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、先端軸に回転
用モータを設けることなく、先端軸の無限回転がなしう
るロボットおよび先端軸の無限回転方法を提供すること
を目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明のロボットは、先
端軸が該先端軸とは離隔して設けられている駆動手段に
より回転されてなるロボットにおいて、前記ロボット
が、前記駆動手段の回転数を検出する回転数検出手段
と、前記ロボットの制御装置内に設けられた無限回転用
制御手段とを有し、前記先端軸が所要回数回転されるま
では、前記回転数検出手段により得られた回転数がその
測定範囲を超える場合、前記無限回転用制御手段が前記
回転数検出手段をオーバーフロー処理して前記回転数検
出手段を計測可能な状態し、前記駆動手段の回転を持続
させ、それにより前記先端軸が無限回転されてなること
を特徴としている。
【0011】本発明のロボットにおいては、例えば、
記回転数検出手段がエンコーダであり、そしてエンコー
ダの値がその上限値を超えた場合には、エンコーダから
その上限値に相当する数値が除去され、エンコーダの値
がその下限値を未満となる場合には、エンコーダにその
上限値に相当する数値が加算されるのが好ましい。
【0012】また、本発明のロボットにおいては、前記
先端軸と前記エンコーダとの減速比が1:2nとされて
いるのが好ましい。
【0013】本発明のロボットの制御方法は、回転数検
出手段と制御手段とを有する、先端軸が該先端軸とは離
隔して設けられている駆動手段により回転されているロ
ボットの制御方法であって、前記先端軸が所要回数回転
させられるまでは、前記回転数検出手段により前記駆動
手段の回転数を検出する工程と、前記検出された回転数
その計測範囲を超える場合、前記制御手段により前記
回転数検出手段をオーバーフロー処理して、前記回転数
検出手段を計測可能な状態にする工程との組合せにより
前記駆動手段の回転を持続させ、それにより前記先端軸
を無限回転させることを特徴としている。
【0014】本発明のロボットの制御方法においては、
前記回転数検出手段がエンコーダであり、そしてエンコ
ーダの値がその上限値を超えた場合には、エンコーダか
らその上限値に相当する数値を除去し、エンコーダの値
がその下限値未満となる場合には、エンコーダにその上
限値に相当する数値を加算するのが好ましい。
【0015】また、本発明のロボットの制御方法におい
ては、前記先端軸と前記エンコーダとの減速比が1:2
nとされているのが好ましい。
【0016】
【作用】本発明のロボットは前述の如く構成されている
ので、先端軸に回転用モータを別個に設けることなく先
端軸の無限回転がなしうる。そのため、従来先端軸に設
けられていた回転用モータおよび位置検出器が不要とな
り、それに伴い当然のことながら前記位置検出器やモー
タに発生していた故障がなくなり、ロボットの稼働率お
よび信頼性が向上する。また、ロボットアームが負担し
ていた回転用モータの荷重をワークに振り向けることが
できるので、ロボットアームの有効荷重や有効トルクが
上昇する。さらに、先端軸からモータがなくなることに
より先端部がスマートになり、作業の円滑化が図られ
る。
【0017】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。
【0018】図1は本発明のロボットの一実施例の機能
ブロック図、図2は同実施例の電気的構成の概略図、図
3は同実施例のロボットアームの概略図、図4は先端軸
とエンコーダとの減速比の説明図、図5は本発明のロボ
ットの制御方法の一実施例の概略フローチャート、図6
〜7は同実施例の部分詳細フローチャートである。図に
おいて、1はロボットの制御装置、2は主制御装置、3
は無限回転用制御装置、4は第6軸駆動用サーボ制御
部、5は第1〜5軸駆動用サーボ制御部、6は第6軸
(手首軸、または先端軸)、7,9はエンコーダ、8は
第1〜5軸、10は入力装置、Rは実エンコーダ値、S
はスピンエンコーダ値、Iは仮想エンコーダ値、Oは無
限回転指令、Wはワークを示す。
【0019】図1〜3に示される本発明の一実施例にお
いては、第1〜5軸8までは従来と同様に、主制御装置
2の指令に基づいて動作するサーボ制御部5によりアク
チュエータ81が駆動され軸部材82が旋回あるいは回
転等の所定動作を行い、またその回転量等は、例えばエ
ンコーダ9によりサーボ制御部5にフィードバックされ
ている。第6軸(以下、手首軸あるいは先端軸というこ
ともある)6は、第1〜5軸8と同様に、主制御装置2
の指令に基づいて動作するサーボ制御部4により、第6
軸とは離隔して設けられているアクチュエータ61(図
3参照)が駆動され軸部材62が回転動作を行う一方、
同サーボ制御部4が無限回転用制御装置3の指令に基づ
いても動作されることにより、同アクチュエータ61の
回転が持続され、それにより軸部材62が無限回転も行
う。この様に、本実施例においては、第6軸6の軸部材
62は、通常の位置決めのための回転動作とスピン回転
のための無限回転動作の2つの動作を同一のアクチュエ
ータ61により行うよう構成されている。つまり、第6
軸6を仮想的に位置決めを行う軸と無限回転を行う軸と
を組合せたものとして取り扱うものである。ここで、主
制御装置2と無限回転用制御装置3とは相互に情報交換
を行うよう構成されている。例えば、入力装置10から
主制御装置2に入力されたスピン回転数は、主制御装置
2により無限回転用制御装置3に送出される一方、無限
回転用制御装置3で検出されたスピン回転数が主制御装
置2に送出される。また、第6軸6の回転量は第1〜5
軸8と同様に、例えばエンコーダ7により計測されサー
ボ制御部4にフィードバックされている。また、軸部材
62の先端にはワークWが係止されている。
【0020】ここで、無限回転用制御装置3は、ソフト
的に主制御装置2と別個に構成されているものであり、
図2に示すように、ロボットの制御装置1のROMの中
に無限回転用プログラムを格納することにより構成され
るものである。
【0021】また、第6軸6の回転数を計測しているエ
ンコーダ7の値には、主制御装置2による回転量と無限
回転用制御装置3による回転量とが含まれているので、
サーボ制御部4によりそれらが分離されて、主制御装置
2および無限回転用制御装置3にフィードバックされ
る。このエンコーダ値Rのうち、分離されて主制御装置
2へ行くものを仮想エンコーダ値Iと定義し、分離され
て無限回転用制御装置3へ行くものをスピンエンコーダ
値Sと定義する。
【0022】ここで仮想エンコーダ値Iとは6軸の位置
のみを想定したエンコーダ値であり、6軸のとり得る値
の範囲内の値であるので、例えばロボットがスピン動作
のみを行っている場合この値は変化しないという性質の
ものである。
【0023】一方、スピンエンコーダ値Sは初期値とし
てちょうど一回転の位置である8192×16の倍数を
与えるようにするので、停止位置は必ず8192×16
の倍数をとるものである。前記の和が実際のエンコーダ
値Rとなるように分離する。
【0024】次に、図5のフローチャートを参照しなが
ら本発明のロボットの制御方法により手首軸6の無限回
転(スピン)を行う場合について説明する。
【0025】ステップ1:ロボットを起動する。
【0026】ステップ2:ロボットアームの手首軸位置
を入力する。
【0027】ステップ3:ロボットアームの手首軸6を
主制御装置2により、指定位置に移動する。
【0028】ステップ4:手首軸6のスピン回転数(例
えば、50回転)を入力する。この場合、仮想エンコー
ダ値Iとスピンエンコーダ値Sとの分離を容易にするた
めに、入力するスピン回転数は整数とされている。この
ようにスピン回転数を設定すれば、無限回転が終了した
後においても、ロボットアームの手首軸6を指定位置に
保持できる。
【0029】ステップ5:手首軸6の無限回転(スピ
ン)を開始する。
【0030】ステップ6:回転数検出装置7により手首
軸駆動用アクチュエータ61の回転数を計測する。
【0031】ステップ7:回転数が所定数(この場合、
50回)に達すれば、手首軸6のスピンを停止する。
【0032】ところで、本実施例においては、無限回転
数制御装置3は、次のようにして回転を持続させ無限回
転を実現する(図6〜7参照)。
【0033】なお、ここでは、回転数検出装置7として
エンコーダを用い、そのビット数を21ビットとし、内
下位13ビットによりエンコーダの回転円盤の1回転中
の位置がカウントされ、上位8ビットにより回転円盤の
何回転したかという回転数がカウントされるものとされ
ている。したがって、エンコーダ7の値が256x81
92−1を超えるとエンコーダ7はオーバーフローす
る。また、軸部材62とアクチュエータ61との減速比
は1:16とされている(図4参照)。通常、軸の動作
範囲はある角度からある角度までと規定されているため
エンコーダ7は0〜8192×256−1の間の一定範
囲の値しかとらないものである。したがって、オーバー
フロー等は考えないでよい。しかるに、今回は無限回転
を行わせるので、エンコーダ7が0〜8192×256
−1の範囲では足りなくなるため、オーバーフロー等の
処理を行うものである。
【0034】ステップ11:スピン回転数の初期値を設
定する(n=0)。
【0035】ステップ12:スピン回転数をカウントす
る。
【0036】ステップ13:エンコーダ7の下位13ビ
ットの値がその上限値8191(8192−1)を超え
た場合、下位13ビットから8192を引き去り、上位
8ビットの値を1増加させる。
【0037】ステップ14:上位8ビットの値が16増
加した場合、手首軸6のスピン回転数を1増加させる
(n=n+1)。
【0038】ステップ15:上位8ビットの値がその上
限値255(256−1)を超えた場合、上位8ビット
から256を引き去る。
【0039】これにより、エンコーダ7が再び計測可能
になり、アクチュエータ61は回転を継続するので、ス
テップ12に戻りカウントを継続する。
【0040】以後、これらのステップを所望のスピン回
転数が得られるまで繰り返す。
【0041】この様にしてエンコーダ7の値を操作すれ
ば、エンコーダ7の計測範囲が有限であっても、アクチ
ュエータ61の回転を持続させ、それにより手首軸6の
軸部材62を無限回転させることができる。
【0042】以上、アクチュエータ61が正回転されエ
ンコーダ7の値が増加する場合について説明してきた
が、アクチュエータ61が逆回転されエンコーダ7の値
が減少する場合については、前記の逆の操作を行う。す
なわち、
【0043】ステップ21:スピン回転数の初期値を設
定する(n=0)。
【0044】ステップ22:スピン回転数をカウントす
る。
【0045】ステップ23:エンコーダ7の下位13ビ
ットの値がその下限値0を超えた場合(下限値未満の場
合)、下位13ビットに8192を足し、上位8ビット
の値を1増加させる。
【0046】ステップ24:上位8ビットの値が16増
加した場合、手首軸6のスピン回転数を1増加させる
(n=n+1)。
【0047】ステップ25:上位8ビットの値がその下
限値0を超えた場合(下限値未満の場合)、上位8ビッ
トに256を足す。
【0048】これにより、エンコーダ7が再び計測可能
になり、アクチュエータ61は回転を継続するので、ス
テップ22に戻りカウントを継続する。
【0049】以後、これらのステップを所望のスピン回
転数が得られるまで繰り返す。
【0050】なお、ここでは、手首軸6の軸部材62と
アクチュエータ61の減速比を1:16としたが、減速
比はこれに限定されるものではなく、1:2nとされて
いればよい。減速比をこの様に設定すれば、停電時等に
おいても角度保証が可能となり、停電等の後の復帰が容
易となる。
【0051】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、手首軸あるいは先端軸に回転用アクチュエータを別
個に設けることなくして、同軸の無限回転がなし得る。
したがって、部品点数が減少することにより故障原因も
減少し、ロボットの稼働率が向上する。また、ロボット
の制御装置内に設けられ主制御装置と情報交換を行って
いる無限回転用制御装置により無限回転を行っているの
で、スピン回転時の加速度や速度を最適に設定すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のロボットの一実施例の機能ブロック図
である。
【図2】同実施例の電気的構成の概略図である。
【図3】同実施例のロボットアームの概略図である。
【図4】先端軸とエンコーダとの減速比の説明図であ
る。
【図5】本発明のロボットの制御方法の一実施例の概略
フローチャートである。
【図6】同実施例の部分詳細フローチャートの一部であ
る。
【図7】同実施例の部分詳細フローチャートの一部であ
る。
【図8】従来のロボットアームの概略図である。
【符号の説明】
1 ロボットの制御装置 2 主制御装置 3 無限回転用制御装置 4 第6軸駆動用サーボ制御部 5 第1〜5軸駆動用サーボ制御部 6 第6軸(手首軸、または先端軸) 7,9 エンコーダ 8 第1〜5軸 10 入力装置 R 実エンコーダ値 S スピンエンコーダ値 I 仮想エンコーダ値 O 無限回転指令 W ワーク
フロントページの続き (72)発明者 清水 宏志 明石市川崎町1番1号 川崎重工業株式 会社 明石工場内 (56)参考文献 特開 昭58−4382(JP,A) 特開 平3−65088(JP,A) 特開 平2−65982(JP,A)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端軸が該先端軸とは離隔して設けられ
    ている駆動手段により回転されてなるロボットにおい
    て、 前記ロボットが、前記駆動手段の回転数を検出する回転
    数検出手段と、前記ロボットの制御装置内に設けられた
    無限回転用制御手段とを有し、 前記先端軸が所要回数回転されるまでは、前記回転数検
    出手段により得られた回転数がその測定範囲を超える場
    合、前記無限回転用制御手段が前記回転数検出手段を
    ーバーフロー処理して前記回転数検出手段を計測可能な
    状態し、前記駆動手段の回転を持続させ、それにより前
    記先端軸が無限回転されてなることを特徴とするロボッ
    ト。
  2. 【請求項2】 前記回転数検出手段がエンコーダである
    ことを特徴とする請求項1記載のロボット。
  3. 【請求項3】 前記オーバーフロー処理が、エンコーダ
    の値がその上限値を超えた場合には、エンコーダからそ
    の上限値に相当する数値を除去することであることを特
    徴とする請求項2記載のロボット。
  4. 【請求項4】 前記オーバーフロー処理が、エンコーダ
    の値がその下限値未満となる場合には、エンコーダにそ
    の上限値に相当する数値を加算することであることを特
    徴とする請求項2記載のロボット。
  5. 【請求項5】 前記先端軸と前記エンコーダとの減速比
    が1:2nとされていることを特徴とする請求項2、3
    または4記載のロボット。
  6. 【請求項6】 回転数検出手段と制御手段とを有する、
    先端軸が該先端軸とは離隔して設けられている駆動手段
    により回転されているロボットの制御方法であって、前
    記先端軸が所要回数回転させられるまでは、 前記回転数検出手段により前記駆動手段の回転数を検出
    する工程と、 前記検出された回転数がその計測範囲を超える場合、
    記制御手段により前記回転数検出手段をオーバーフロー
    処理して、前記回転数検出手段を計測可能な状態にする
    工程との組合せにより前記駆動手段の回転を持続させ、
    それにより前記先端軸を無限回転させることを特徴とす
    るロボットの制御方法。
  7. 【請求項7】 前記回転数検出手段がエンコーダである
    ことを特徴とする請求項6記載のロボットの制御方法。
  8. 【請求項8】 前記オーバーフロー処理が、エンコーダ
    の値がその上限値を超えた場合には、エンコーダからそ
    の上限値に相当する数値を除去することであることを特
    徴とする請求項7記載のロボットの制御方法。
  9. 【請求項9】 前記オーバーフロー処理が、エンコーダ
    の値がその下限値未満となる場合には、エンコーダにそ
    の上限値に相当する数値を加算することであることを特
    徴とする請求項7記載のロボットの制御方法。
  10. 【請求項10】 前記先端軸と前記エンコーダとの減速
    比が1:2nとされていることを特徴とする請求項7、
    8または9記載のロボットの制御方法。
JP25724792A 1992-09-01 1992-09-01 先端軸が無限回転可能なロボットおよびロボットの先端軸の無限回転方法 Expired - Lifetime JP2613530B2 (ja)

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