JPH01121757A - 回転数計数装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばロボットアーム等の回転体の凡その回
転数を計数する回転数計数装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ロボットアーム等の回転軸における回転数の検出
方法として、 ■：モータ軸とロボットアームの回転軸との間に回転板
を設け、この回転板上の一部に突起部を設け、その突起
部を検知するセンサを設けたものがある。

■二また別の方法として、前記回転軸に多回転形のポテ
ンショメータを取り付け、回転軸の回転数を検知する方
法がある。

■二また別の方法として、特開昭第５９−１１０５９４
号に示されたように、エンコーダ２個とギア列をもって
回転原点を検出する方法がある。

［発明が解決しようとしている問題点］しかしながら上
記従来例においては、 ■の方法では、ロボットアームの回転軸が１回転以上す
る場合、既に何回転しているか検知することはできない
。回転数を計数できないのであるから、回転原点を検知
できないのは言うまでもない。この不都合を改善する方
法として、モータ軸とロボットアームの回転軸の間にモ
ータ軸の回転を減速させるギア列を設け、減速されたギ
ア上に上記原点の検知手段を設けたものがあるが、コス
トがかかり装置が大きくなるため、高速運動するロボッ
ト装置等には不適な方法である。

■の方法では、ロボットアームが多回転した場合でも、
何回転口かを検知することは可能であるが、回転検知を
制御するコントローラの存在を前提とし、特に、このコ
ントローラが暴走した時にロボット本体を保護する独立
の暴走防止装置が別に必要となる等、ロボット装置のコ
ストアップ、装置の大型化の原因の１つになっている。

好ましくは、回転を計数することをロボット′のアーム
側で行なうと共に、この計数機構を利用した暴走防止機
構へと発展可能なものが望ましいのである。

■の方法では、エンコーダ２個とギアー列を構成するた
め、コストが高いものとなり、さらに、■と同様に暴走
防止機構への発展を考慮した場合、さらに、エンコーダ
２個とギアー列が必要となり、コストが大幅にアップす
ることは避けられない。

そこで本発明は上記従来例の欠点を除去すると共に、簡
易な構成で、ロボットアーム等の回転体の回転数を確実
に計数する回転数計数装置を提案することを目的とする
。

［問題点を解決するための手段］ そこで上記課題を達成するための本発明の構成は、外部
に回転力を出力する回転体と、この回転体と共に回転す
る係合部材と、前記回転体の一回転のうちの一定の間に
前記係合部材と係合する部分を１つ以上有する被係合部
材であって、一回の係合により一定量移動する被係合部
材と、前記被係合部材の移動位置を検出する検出手段と
を具備することにより、回転体の回転数を計数すること
特徴とする。

［実施例］ 以下添付図面を参照して、本発明をロボットアーム先端
の回転軸の回転部分に適用した実施例を例にして説明す
る。

〈ハンド回転駆動装置の構成〉 第１図はこの実施例に係るロボット装置のハンドを回転
軸周りに回転するハンド回転駆動装置１００の断面図で
ある。この回転駆動装置１００は、サーボモータ２の回
転を減速して、回転板８に伝達し、この回転板８に装着
されたハンド１５をメインシャフト５の周りに定められ
た角度だけ回転するものである。そして、この回転駆動
装置Ｚｏｏには、この駆動装置単体で、凡その回転数を
検出し、また、回転数が一定以上を超えようとするとき
は、未然に回転を抑止して暴走を防ぐ機構が工夫されて
いる。

１は、この駆動装置１００をロボットアーム（不図示）
に基台７を介して取付ける回転軸取り付プレートである
。基台７には、メインシャフト５、減速機構（ハーモニ
ックドライブ）等を含む固定枠体４がねじ止めされてい
る。この枠体４の上部に、サーボモータ２が、そのシャ
フト２４がメインシャフト５と同軸になるように固定さ
れている。サーボモータ２の上部には、このモータ２の
正確な回転位置を検出するためのロータリエンコーダ２
２が設置されている。

外部のロボットコントローラ２００からサーボモータ２
に通電されると、シャフト２４が回転する。モータシャ
フト２４の回転運動は周知のハーモニックドライブ機構
３に伝達されて、そこで減速される。この減速された回
転運動はドライブ機構３の枠体２５に伝達され、さらに
枠体２５にネジ止めされたメインシャフト５に伝達され
る。メインシャフト５が回転すると、このメインシャフ
ト５にねじ止めされた回転板８が回転し、さらにハンド
１５が回転する構造になっている。メインシャフト５の
回転を滑らかにするために、ボールベアリング６が装着
されている。

回転板８にはピン９が固定されており、このピン２９の
周りにボールベアリング１６が装着されている。即ち、
回転板８の回転と共に、ピン９及びボールベアリング１
６がメインシャフト５の周りに回転する。

基台７には、メインシャフト５と平行な回転軸を有する
シャフト１１が、ボールベアリング１３を介して取付け
られている。シャフト１１の基台７の下部部分には、第
３Ａ図等に示すような形状をした移動板１ρが、シャフ
ト１１の回転軸周りに回動するように固定キー１２によ
って取付けられている。移動板１０は、ボールベアリン
グ１３によりシャフト１１の周りに回動自在であるが、
この駆動装置１００が休止しているときに、移動板１０
が勝手に移動するのを防止するために、デイテント止め
機構が設けられている。即ち、第３Ａ図に示すように、
移動板１０にはデイテント穴２７ａ〜２７ｃが設けられ
、さらに第１図に示すように、ばね１４ａにより下方に
向けて付勢されたボールプランジャ１４が基台７に設け
られている。移動板１０が移動して、上記３つのデイテ
ント穴のいずれかにボールプランジャ１４が位置すると
、移動板１０は係止され自由に移動することはなくなる
。第２図、第３Ａ図は、ボールプランジャ１４が穴２７
ｂに係止している状態である。

後に詳しく説明するように、回転板８が回転すると、ボ
ールベアリング１６と移動板１０とが、所定の回転位相
の間で係合し、この移動板１０を一定の角度だけ回動さ
せる。

第２図は駆動部１００を上方からみた平面図である。第
２図において、１０はシャフト１１に固着された前述の
移動板であり、１８，１９ａ、１９ｂは光透過型のセン
サである。これらのセンサは、移動板１０が回転移動し
て、いずれかのセンナを遮蔽すると、その出力が“１”
になる。特に、センサ１８は、移動板１０がこれを遮蔽
する位置にくると、回転板８が初期回転位置（即ち、原
点）に来たものと考えられる位置に設けられている。ま
た、センサ１９ａは、このセンサを移動板１０が遮蔽し
たことは、回転板８が第２図の状態で反時計回りに回転
し過ぎたことを示すオーバランセンサ、センサ１９ｂは
同じように、回転板８が時計方向に回転し過ぎたことを
示すオーバランセンサである。これらセンサの出力はロ
ボットコントローラ２００に送出される。

第２図には更に、−ストッパ１７ａ、１７ｂが示されて
いる。これらの２つのストッパは基台フの下方に伸びた
円柱状の部材であり、例えば、第３Ｄ図のようにい移動
板１０がストッパ１０ａに当接すると、回転板８はそれ
以上に反時計方向に回転できなくなる。

〈回転計数機構の動作） 第３Ａ図〜第３Ｅ図は、第１図のＸ−Ｘ平面での断面図
である。これらの図面に従って、本実施例の回転駆動装
置１００が、どのように回転数を記憶し、原点を検出し
、オーバランを検出し、暴走を防止するかを説明する。

尚、第４図は、回転板８が一定角速度で反時計回りに回
転し、その後、時計回りに同じ角速度で回転するときの
、移動板１０及び原点センサ１８．オーバランセンサ１
９ａ、１９ｂの出力変化を示したものである。

今、第３Ａ図に示したような位置に、移動板１０及びビ
ン９のボールベアリング１６があるとする。即ち、この
状態ではボールベアリング１６が移動板１０の二股に分
れた凹部に係合されている。この状態で、サーボモータ
２が回転して、回転板８が反時計方向に回転すると、回
転板８と共に移動板１０がその軸周りに時計方向に回転
する。回転板８が回転を続けて、第３Ｂ図のような位置
に来ると、ボールベアリング１６と移動板１０との係合
は外れ、移動板１０の回動は停止する。このときの、回
転板８の反時計回りの回転角をθ。、移動板１０の時計
回りの回転角をα。ヒする。第４図のＩにも示すように
、第３８図ｃ３第３Ｃ図の状態に至るまでは、移動板１
０は回動しない。移動板１０は、ボールプランジャ１４
が穴２７ａに係止することにより、移動板１０とボール
ベアリング１６の係合が解除されても、角度α。の位置
を保つ。また、第３Ｂ図のようにｓａ板１０が時計回り
にα。度回動した状態では、移動板１０は原点センサ１
８を遮蔽しない。

回転板８が回転を続けて、ｉ３ｃ図の位置に来ると、ボ
ールベアリング１６の外縁部が移動板１０の端部１０ａ
に当接する。すると、移動板１０は、ボールベアリング
１６の反時計方向の回転と共に、時計方向の回転を開始
し、やがて、原点センサ１８を覆う。センサ１８の出力
が“１″に変化すると（第４図の■）、この変化を受け
た外部ロボットコントローラ２００は、通常、サーボモ
ータ２の回転を停止する。これ以上回すとオーバランに
なるからである。

く暴走防止機構の動作〉 もし何等かの原因でさらに回転が継続されると、移動板
１０はオーバランセンサ１９ａを遮蔽すると共に、スト
ッパ１７ａに当接する（！４図のＩＩＩ）、移動板１０
がストッパ１７ｍに当接すると、回転板８はこれ以上反
時計回りに回転できないから、ロボットハンドの暴走回
転が未然に防止される。一般に、ロボットハンド１５に
はフィンガーが装着される。即ち、吸着用バキュームエ
アのためのエアホースがホース口２７に、ソレノイド等
の制御信号用ケーブルがケーブル口２８に接続される。

これらのホースやケーブルは、通常、回転駆動装置１０
０の外部にとり巻かれている。

従って、上記の暴走が起こると、すぐにこれらのホース
等が破損さてしまうのであるが、本実施例のような暴走
抑止機構が設けられていると、破損が未然に防止される
。

オーバラン信号により回転がオーバしたことを知らされ
たロボットコントローラ２００側では、サーボモータ２
を時計方向に逆転させる（第４図■）。回転板８が逆転
すると、第３Ｄ図中第３Ｃ図口第３Ｂ図というように、
再び移動板１０とボールベアリング１６とが係合する状
態に移る（第４図のＶ）。係合が開始すると、移動板１
０はボールベアリング１６と共に回転して、第３Ａ図の
状態に移る。第３Ａ図から、更に時計方向に逆転すると
、やがて、ボールベアリング１６が移動板１０との係合
を離れて、移動板１０の回動は止まる（第４図の■）。

尚、移動板１０は係合が外れても、ボールプランジャ１
４が穴２７ｃ位置でデイ−テントしているので、動くこ
とはない。

さらに回転板８が時計方向に回転すると、やがて、ボー
ルベアリング１６が移動板１０の端部１０ｂに当接する
（第４図の■）、そして、穆動、板１０・とボールベア
リング１６とは共に回転し、移動板１０の端部１０ｃが
ストッパ１７ａに当接し、回転は停止する。かくして、
時計回り方向の暴走回転も未然に防止された。

く多回転駆動装置への展開） 上記実施例で、は、第３Ａ図〜第３Ｅ図にも明らかなよ
うに、移動板１０とボールベアリング１６との係合箇所
は１つであり、従って、ストッパ１７ａ、１７ｂとも相
まって、回転板８は約１．７回転しかできないようにな
っている。そこで、２回転以上回転が必要なような回転
駆動装置への本発明の通用について第５図を用いて説明
する。

第５図は、３回転未満の回転数を検出する場合の移動板
４０の構成例である。上記実施例では２回転未満を検知
するのに、２枚の腕が必要であったが、３回転未満を検
出する場合は、３枚の腕が必要である。一般に、ｎ回転
未満を検出する場合には、ｎ個の略Ｕ字状の保合部分が
必要であり、そのときは、（ｎ＋１）個の腕が必要とな
る。ｎが大きくなると、腕間の距離は小さくする必要が
ある。そのときは、ボールベアリング１６（ピン９）の
、回転板８の回転中心からの距離を短くする必要がある
。

〈直線移動型への展開〉 上記実施例は、移動板１０（４０）が回動する場合であ
ったが、本発明は移動板が直線的に移動するタイプにも
適用できる。その実施例を第６図に示す。

第６図の実施例では、移動板５０は係合部分を２つ有し
、３回転未満まで計、数できるようになっている。移動
板５０は摺動ガイド５５上を、移動板５０がボールベア
リング１６と係合したときのみ摺動する。５１はデイテ
ント止めを行なうための穴（第１図実施例の２７ａ等に
対応）、５４は原点センサ（第１図実施例の１８に対応
）、５２ａ、５２ｂはストッパ（第１図実施例の１７ａ
。

１７ｂに対応）、５３ａ、５３ｂはオーバランセンサ（
第１図実施例の１９ａ、１９ｂに対応）する。

く原点検出〉 次に、第７図のフローチャートに従って、以上説明した
複数例の回転駆動装置１００が、いかに容易に原点出し
を行なうことができるかを説明する０本装置においては
、ロボットコントローラ２００の電源を切った場合、通
常モータ２の回転位置がどこにあるかはわからなくなっ
てしまう。もし、回転位置が電気的にメモリ上に記憶さ
れていたとしても、ロボットアームが移動してしまう恐
れがあるために不適である０本装置においては、多回転
してもその回転した情報（回転板８）が移動板１０　（
４０，５０）に残されているため、たとえロボットコン
トローラ２００の電源を切ったとしても、今まで何回転
したかが、移動板１０（４０，５０）の位置を検知する
ことにより認識できる。

第７図は、ロボットコントローラ２００が、駆動装置１
００の電源断後の電源投入を検知するか、若しくはロボ
ット動作時にオーバラン信号を前述のセンサ１９ａ、１
９ｂから受けるかしたときに、起動されるコントローラ
２００側の制御フローチャートである。尚、このフロー
チャートは第１図実施例等の回転型移動板タイプに対す
るものであるが、第６図のような実施例に対しては、こ
れをほとんど変更することなく適用できる。

まず、ステップＳ２で、原点センサ１８が移動板１０に
より遮蔽されているかを確認する。遮蔽されていれば、
そのセンサの出力は“°１”である。センサ１８の出力
が“１″であるとは、第１図実施例の駆動装置１００が
第３Ｄ図の状態にあるときであり、例えば、サーボモー
タ２の回転状態が原点位置にあったときか、または、反
時計回り方向にオーバランしていたときである。センサ
出力が“１″のときは、ステップＳ４．ステップＳ６で
、センサ出力がオフするまで、回転板８を時計回り方向
に回す。回転板８を時計回り方向に回せば、ボールベア
リング１６と移動板１０とが係合して、やがて、移動板
１０がセンサ１８の位置から外れる。ざらのステップＳ
８．ステップＳ１０で、エンコーダ２２が零回転位置に
或ことを示すところの零信号が１”になるまで、回転板
８を時計回りに回す。零信号が１“であると、エンコー
ダ２２は正規の零位置に来ているので、原点出しを終了
する。

最初から原点センサ１８の出力が“０”であったならば
、ステップＳ２−＞ステップ５１２０ステツプＳ１４に
進み、センサ出力が１″になるまで反時計回りに回転板
８を回す。

もし移動板が第５図のようなタイプのものであれば、セ
ンサ１８の出力が１″になるまでに、何回かエンコーダ
２２の零信号が１″になることであろう。しかし、本発
明に係る実施例の原点出し機構によれば、移動板の存在
により、現在何回目の回転位置にあるかがわかり、従っ
て、センサ１８を移動板１０が遮蔽したときをもって、
回転板８が零番目の回転サイクルに入ったと判断するの
で、正規のエンコーダ零位置を正確に検出できるのであ
る。即ち、ステップＳ１４で、センサ１８の出力が“１
”になれば、ステップＳ８に進み、前述のフローチャー
トをステップＳ＋３＝＞ステップＳ１０を行なう。この
ようにして、正確な原点検出が行なわれる。

尚、ここで注意すべきは、 ■：センサ１８の位置精度と、 ■：センサ１８の位置とエンコーダ２２の零出力の位相
関係である。

まず■について説明すると、センサの出力が“０″口“
１″　（または、“１”φ″０”）に変わる点を、エン
コーダ２２の零信号出力が“０“口“１”　（または、
“１”中“０”）と変わる点に正確に一致させることが
できるならば、ステップＳ８．ステップＳ１０の動作は
基本的に必要なくなる。しかし、そのようにセンサ１８
を正確に製作することは高価であるので、この実施例の
ようにセンサ１８が遮蔽されたことをもって、回転板８
が零番目の回転サイクルに入ったと判断し、より正確な
零位置の判断はエンコーダ信号の出力（零信号）を使う
のである。

■について説明する。一般にセンサ１８には幅があるか
ら、その出力が０“口“１”の変化と、１″−ＭＯ″の
変化とは、第８Ａ図、第８Ｂ図に示すように、回転板８
の回転位置に関して一致していない。そして、エンコー
ダ２２の零信号の出力タイミングが問題になる。そこで
、第８Ａ図、第８Ｂ図に示すように、零信号の出力タイ
ミングを、センサ１８の“Ｏ″日“１”の変化点及び“
１”口“０”の変化点よりも、さらに少し時計回り側の
位置に置く（時間的に遅らせる）ことにより、ステップ
Ｓ６における“１”中“０”の変化か、ステップ５１４
における０”口“１”の変化のいずれかがあれば、ステ
ップＳ８で、−律に時計回りに回転板８を回転すること
により、エンコーダ２２の零位置が確実に検出できる。

尚、第８図において、エンコーダ２２の零信号出力タイ
ミングを時間的に進ませるようなセツティングをすれば
、ステップＳ８における回転方向は反時計回りであるの
は言うまでもない。

く回転計数計への展開〉 上述した実施例における原点センナ１８（５４）等は原
点センナとしての役目であった。これは、換言すれば、
原点は零回転口の意味であることである。そこで、第Ｓ
図のように、移動板４０に穴４２ａ〜４２ｃを設け、基
台７側に透過型センサ４４ａ〜４４ｃを設けて、これら
のセンサ出力により、現在の回転位置を検出することが
できる。

〈実施例の効果〉 以上説明した回転駆動装置によれば、 ■：第３図、第５図のように、移動板の腕の数を２個以
上にするか、または、第６図のように係合部分を１個以
上にして、さらに、 回転駆動装置に、 ■−１：第２図のように、１８のようなセンサを１つ設
けることにより、多回転駆動装置であっても、低コスト
、小規模に駆動装置側で確実な原点出しが可能になり、 ■−２：第５図のように複数個設ければ、多回転駆動装
置であっても、現在の回転数が検出できる。

この場合、センサの分解能及びセンサ位置を正確に３作
すれば、原理的にはセンサ出力がそのまま回転の原点と
して使用できるが、原点（零回転）センサに汎用のセン
サを用い、エンコーダ２２の出力の助けを借りて、安い
コストで正確な原点出しが可能となる。

■−３＝回転計数のための移動板が、暴走抑止のための
ストッパとの当接部材として兼用できるので、低コスト
化が図れる。

■：第３図もしくは第５図のような回転型の移動板とス
トッパに組合せにより、または、第６図のような直線移
動型の移動板とストッパの組合せにより、 ■−１：電気的暴走が起きても、機械的に暴走を防止す
ることができる。

■−２：また、多数回転を行なうような回転駆動装置で
あっても、減速ギア等を必要とせずに、低コスト、小規
模で暴走防止ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の回転数計数装置によれば
、簡単な構成で、回転駆動装置側での回転数計数が可能
となる。特に、この回転数を初期回転ととらえれば、回
転駆動装置の例えばサーボ回転制御に不可欠な原点出し
が容易となる。

可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１つの実°施例に係る回転駆動装置の断面図、 第２図は３４１図実施例の回転駆動装置の上面図、 第３Ａ図〜第３Ｅ図は回転板８の回転に応じた移動板１
０の動作を説明する図、 第４図は回転板８の回転角と移動板１０の回動角との関
係を示すタイミングチャート、第５図は多回転型の実施
例における移動板の構成を示す図、 第６図は直線移動型の実施例の構成を示す図、第７図は
原点検出のための、ロボットコントローラの制御フロー
チャート、 第８Ａ図、第８Ｂ図は零信号出力タイミングとセンサ１
８との位相関係を説明する図である。 図中、 １・・・取付プレート、２・・・サーボモータ、３・・
・ハーモニックドライブ機構、４・・・駆動装置の固定
枠体、５・・・メインシャフト、６，１３．１６・・・
ボールベアリング、７・・・基台、８・・・回転板、９
・・・ビン、１０．４０・・・回転型移動板、１１・・
・シャフト、１２・・・固定キー、１４・・・ボールプ
ランジャ、１４　ａ−・・ばね、１５・・・ハンド、１
７ａ、１フｂ　−・・ストッパ、１８・・・原点センサ
、１９ａ、１９ｂ・・・オーバランセンサ、２４・・・
モータシャフト、２５・・・ハーモニックドライブ機構
枠体、２７・・・ホース、２フａ〜２フＣ・・・デイテ
ント止め穴、４２ａ〜４２　ｃ−・・回転数計測用穴、
４４ａ〜４４ｃ・・・回転数計測用センサ、５０・・・
摺動型穆動板、５１・・・デイテント穴、５２ａ、５２
ｂ・・・ストッパ、５３ａ、５３ｂ・・・オーバランセ
ンサ、５４・・・原点センサ、５５・・・摺動ガイド、
１００・・・回転駆動装置、２００・・・ロボットコン
トローラである。 第２図 第３Ａ図 第３８図 第３０図 ＷＩ３Ｄ図 第３Ｅ図 第５図 第６図 第７図 第８Ａ図 第８８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部に回転力を出力する回転体と、 この回転体と共に回転する係合部材と、 前記回転体の一回転のうちの一定の間に前記係合部材と
   係合する部分を１つ以上有する被係合部材であつて、一
   回の係合により一定量移動する被係合部材と、 前記被係合部材の移動位置を検出する検出手段とを具備
   することにより、回転体の回転数を計数すること特徴と
   する回転数計数装置。
2. （２）前記係合部材は前記回転体と共に回転する突状で
   あり、 前記被係合部材は上記突状と係合する凹部を有する複数
   の腕部を有すると共に、前記回転体の回転軸に平行な回
   転軸の周りに回動自在に設けられることにより、 前記係合部材との係合による前記被係合部の移動は回転
   である事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の回
   転数計数装置。
3. （３）前記係合部材は前記回転体と共に回転する突状で
   あり、 前記被係合部材は上記突状と係合する凹部を一定間隔毎
   に略直線状に有する摺動部材を有し、前記係合部材との
   係合による前記被係合部の移動は摺動である事を特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の回転数計数装置。
4. （４）前記検出手段は、前記被係合部と前記係合部とが
   初期係合状態にあるときの、前記被係合部材の移動方向
   についての端部位置を検出するためのセンサを含むこと
   により、前記回転体の回転原点を検出する事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の回転数計数装置。