JP2727542B2 - アーム位置検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は産業用ロボットにおいて、アームの位置を検
出するアーム位置検出方法に関するものである。 従来の技術 産業用ロボットにおいては、制御装置内における計算
上の制御座標と実際のロボットアームの座標を合わせる
際に各アームには原点位置が設けられており、通常ティ
ーチングをしたりプログラムを実行する前には必ず各ア
ームをこの位置に移動させて２つの座標合せが行なわれ
る。このことを以下原点復帰とよぶ。各アームの原点位
置は精度よく設定する必要がある為通常ある定められた
１点に固定される。 以下図面を参照しながら、上述した従来の多関節ロボ
ットの１軸分のアームの原点復帰について説明する。第
５図，第６図は従来の関節ロボットの１軸分のアームの
構成図である。図において、１はアーム、２は減速器、
３はモータ、４はインクリメンタルエンコーダ、５は他
のアーム、６は原点センサである。インクリメンタルエ
ンコーダ４は第７図のようにＡ相,B相以外に１回転に１
パルス分のＺ相を出力する。原点センサ６はアーム角０
゜付近に固定されているものとする。 以上のように構成されたアームの原点復帰について説
明する。第６図において、アームが位置Ａにあるとし、
原点復帰動作を開始するとアームは矢印の方向に回転し
はじめるとすると、アームはＢ点で原点センサ６をけ
り、インクリメンタルエンコーダ４からＺ相が出力され
るとアームが停止し制御装置はその点をアームの原点位
置として認知し、このことによって制御座標とアーム座
標を一致させていた。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では原点復帰をする場
合、原点センサが１点に固定されているので、原点位置
Ｂまで必ずアームを移動させる必要があり広範囲にアー
ムを移動させなければならず、またその時間が長くかか
るという問題点を有していた。 本発明は原点位置を固定するのではなくモータ１回転
につき１ヶ所従来の原点位置に相当するアーム角検出位
置というものを設け、原点復帰動作時におけるアームの
動作巾をモータ１回転以内におさめ、さらに原点復帰動
作時間を大巾に短縮する手法を提供するものである。 問題点を解決するための手段 上記問題を解決するために本発明は、アームに取付け
られたアブソリュートエンコーダ及びアームを駆動する
モータに取付けられたインクリメンタルエンコーダによ
りアームの位置を検出する方法であって，アームをイン
クリメンタルエンコーダのゼロ点まで移動させる工程
と，その時のアームの原点からの角度θｏを求めた後,n
×Δθ≦θｏ＜（ｎ＋１）×Δθ（但しΔθ＝360゜／
アームの減衰比）を満足する整数ｎを求めてアームの原
点位置からインクリメンタルエンコーダのゼロ点までの
角度ΔＺをΔＺ＝θｏ−ｎ×Δθより求める工程と，ア
ームをアーム原点に移動させてその時のアブソリュート
エンコーダの出力データよりアームの原点位置からアブ
ソリュートエンコーダのゼロ点までのオフセット値ΔＤ
とを求める工程と，アームが原点からモータ１回転毎に
とる角度データとそれに対応して変化すアブソリュート
エンコーダ出力の増分累積値との関係を対応テーブルに
作成する工程と，アームを移動させインクリメンタルエ
ンコーダのゼロ点に位置した時，その位置でのアブソリ
ュートエンコーダの出力データと前記角度ΔＺと前記オ
フセット値ΔＤと前記対応テーブルとを用いてアームの
角度を求める工程を有したことを特徴としたものであ
る。 作用 本発明は上記の構成により、原点位置センサのかわり
にアブソリュートエンコーダをアームに取付け、アーム
の原点位置からインクリメンタルエンコーダのゼロ点ま
での角度ΔＺとアームの原点位置からアブソリュートエ
ンコーダのゼロ点までのオフセット値ΔＤと各アームが
原点からモータが１回転毎にとるアームの角度とそれに
対応して変化するアブソリュートエンコーダ出力の増分
累積値をテーブルにした対応テーブルとを備えた構成に
して、アームをインクリメンタルエンコーダのゼロ点に
移動させ、その位置でのアブソリュートエンコーダの出
力データと上記角度ΔＺと上記オフセット値ΔＤと上記
対応テーブルとを用いて、その時のアーム角を求めるこ
とによって制御座標とロボットのアーム座標を一致させ
従来の原点復帰と同様の目的を達成するものである。 実 施 例 以下本発明の一実施例の水平多関節ロボットについて
図面を参照しながら説明する。 第２図は水平多関節ロボットの外観図である。７は第
１アーム、８は第２アームである。双方とも同じ原理で
アーム位置を検出することが可能である。従って以下第
２アームのみについて説明する。第３図は第２アームの
構造を模式的に描いたものである。９はアームの角度を
ディジタル的に測定することが可能なアブソリュートエ
ンコーダである。10は減速機、11はアームを駆動するモ
ータである。12はモータ11と1:1に回転するインクリメ
ンタルエンコーダで第７図のようにＡ相,B相,Z相の３種
類のパルスを出力し、Ｚ相はモータ１回転につき１パル
ス出力するインクリメンタルエンコーダ12のゼロ点を意
味するものである。13は第２アームである。以上のよう
に構成された水平多関節ロボットの第２アームにおいて
以下第１図〜第４図を用いてその動作を説明する。 第３図においてアームが任意の位置Ｄにある場合、モ
ータをたかだか１回転するだけで移動後のアーム角（ア
ーム原点からの角度）を測定する手法を述べる。アーム
13をアームの原点Ｃへ移動した時インクリメンタルエン
コーダ12はゼロ点になっていないのが普通である。この
ズレ量をΔＺで表わす。またアブソリュートエンコーダ
も同様でありこのズレ量をオフセット値と呼びΔＤで表
わす。まずこのΔZ,ΔＤを求める手法を第４図に従って
説明する。 インクリメンエンコーダ12のゼロ点（Ｚ相がONする）
までアームをわずか（たかだかモータ１回転分）に移動
する。この時のアームの角度θ_０を測定する（簡易な測
定方法として、例えば特願昭61−147342号明細書を参
照）。次にこのθ_０からｎ×Δθθ_０＜（ｎ＋１）×
Δθを満足するｎを求める、ここでΔθ＝360/N（Ｎは
減速機10の減速比）である。するとＺ相のズレ量ΔＺは
ΔＺ＝θ_０−ｎ×Δθより求まる。次に現在のアーム位
置θ_０は分ってるのでアーム原点位置へ移動することが
可能である。アームが原点位置にある時のアブソリュー
トエンコーダの出力データがオフセット値ΔＤとなる。
以上の手法を用いることによってΔＺとΔＤが求まるが
これはロボットの組立完成後１度求めるだけでよい。 表はアーム原点からモータが１回転するごとにとるア
ームの角度とアブソリュートエンコーダ出力の増分累積
値とを表にした対応テーブルである。ここで増分累積値
は複数のデータをとってもよい。 以上のＺ相のズレ量ΔＺとアブソリュートエンコーダ
のオフセット値ΔＤと対応テーブルとを用いて、任意の
位置にあるアームをたかだかモータ１回転分移動するこ
とによって移動後のアーム角を求める手法を第１図に従
って説明する。 ＜ステップ＞ まず任意の位置にあるアームをインクリメンタルエン
コーダがＺ相を出力する（ゼロ点）まで回転移動させ
る。 ＜ステップ＞ この時のアブソリュートエンコーダの出力データＤを
読み込む。 ＜ステップ＞ 出力データＤからオフセット値ΔＤを引いた値を求
める。 ＜ステップ＞ この時のがマイナス値であれば，プラスの値に対し
て作成された前記対応テーブルを適用可能とするため，
にアブソリュートエンコーダ１回転の分割数DMを加え
る。 ＜ステップ＞ 対応テーブルからに対応するアーム角を求める。 ４＜ステップ＞ Ｚ相のズレ量ΔＺを補正して現在のアーム角θをθ＝
＋ΔＺより求める。 以上のように本発明によればインクリメンタルエンコ
ーダのズレ量ΔＺとアブソリュートエンコーダのオフセ
ット値ΔＤとモータが１回転するごとにとるアーム角度
とアブソリュートエンコーダ出力の増分累積値を表にし
た対応テーブルとを用いることによってアームをたかだ
かモータ１回転分移動すれば移動後のアーム位置を検出
できることが分る。他のアームについても同様の手法で
現位置のアーム位置を検出することができ、これによっ
て制御座標とロボット本体の座標を一致させることが可
能になり、結果として従来行なわれていた原点復帰動作
と同様の目的が達成できることが分る。 なお、本実施においては対応テーブルは計算後のテー
ブルを用いたがテーブルはそのつど計算によって求めて
もよい。また、ここではΔＺを正またはゼロとしたが負
またはゼロとしても若干の修正で同様のことが考えられ
問題はない 発明の効果 以上のように本発明はアブソリュートエンコーダが付
加された多関節ロボットにおいて、インクリメンタルエ
ンコーダのズレ量ΔＺとアブソリュートエンコーダのオ
フセット値ΔＤとモータが１回転するごとにとるアーム
の角度とアブソリュートエンコーダ出力の増分累積値を
表にした対応テーブルとを用いることによってアームを
たかだかモータ１回転分移動するだけで移動後のアーム
角が検出でき、従来行なわれていた原点復帰動作と同様
の目的が達成できる。これによって、 短時間で従来の原点復帰動作と同様の目的が達成で
きる、 作業する時に動くアームの動作域と従来ロボット原
点と呼ばれていた位置との間をアームが通過することが
なくなる為、その空間を他の目的のために有効に使うこ
とができる、 従来困難であった原点センサの調整が不要、等の効
果がある。 また、本発明とのよく似た方法として上記アブソリュ
ートエンコーダの代りにポテンショメータを使用したも
のも考えられるが、本発明はポテンショメータを使用し
たものより、 ポテンショメータのオフセット量の調整及び角度−
電圧曲線の調整が複雑なのにくらべ、本発明はアブソリ
ュートエンコーダもしくはインクリメンタルエンコーダ
の調整が不要、 ポテンショメータ方式は量産時に全数に渡って個々
の調整が必要なのにくらべ、本発明は対応テーブルが全
数共通で使用できる為個々の調整が不要、 ポテンショメータ方式は温度または経年変化によっ
て再調整が必要なのにくらべ、本発明はその必要がな
い、 等の利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例におけるアーム位置検出方法
のフローチャート図、第２図は水平多関節ロボットの斜
視図、第３図は本発明の一実施例における関節ロボット
の１軸分のアームの斜視図、第４図は本発明の一実施例
におけるアーム位置検出方法のずれ角，オフセット値を
求めるフローチャート図、第５図は従来の関節ロボット
の１軸分のアームの正面図、第６図は同平面図、第７図
a,b,cはインクリメンタルエンコーダの出力波形図であ
る。 ７……第１アーム、８……第２アーム、９……アブソリ
ュートエンコーダ、10……減速機、11……モータ、12…
…インクリメンタルエンコーダ、13……第２アーム、14
……第１アーム。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．アームに取付けられたアブソリュートエンコーダ及
   びアームを駆動するモータに取付けられたインクリメン
   タルエンコーダによりアームの位置を検出する方法であ
   って，アームをインクリメンタルエンコーダのゼロ点ま
   で移動させる工程と，その時のアームの原点からの角度
   θｏを求めた後,n×Δθ≦θｏ＜（ｎ＋１）×Δθ（但
   しΔθ＝360゜／アームの減衰比）を満足する整数ｎを
   求めてアームの原点位置からインクリメンタルエンコー
   ダのゼロ点までの角度ΔＺをΔＺ＝θｏ−ｎ×Δθより
   求める工程と，アームをアーム原点に移動させてその時
   のアブソリュートエンコーダの出力データよりアームの
   原点位置からアブソリュートエンコーダのゼロ点までの
   オフセット値ΔＤとを求める工程と，アームが原点から
   モータ１回転毎にとる角度データとそれに対応して変化
   するアブソリュートエンコーダ出力の増分累積値との関
   係を対応テーブルに作成する工程と，アームを移動させ
   インクリメンタルエンコーダのゼロ点に位置した時，そ
   の位置でのアブソリュートエンコーダの出力データと前
   記角度ΔＺと前記オフセット値ΔＤと前記対応テーブル
   とを用いてアームの角度を求める工程を有したことを特
   徴とするアーム位置検出方法。