JPH01414A - 回転角検出装置 - 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、産業用ロボット等において各回転軸の絶対的
な回転角を検出するための回転角検出装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 一般に、産業用ロボット等を制御する際には、そのアー
ムなどの各回転軸の回転角を高精度で検出する検出装置
が必要であり、このような回転角検出装置としては、低
コストで構造の簡素なインクリメンタル（増分）型の検
出装置が一般的に用いられている。このような回転角検
出装置では、インクリメンタルエンコーダを用い、まず
原点合せ動作を行なった後、インクリメンタルエンコー
ダからのインクリメンタル信号を絶対回転角信号として
アップダウンカウンタにてカウントして、絶対回転角を
検出している。

しかし、検出開始前や電源オフ後の検出再開１１汀には
アップダウンカウンタがリセットされるため原点合せを
行なわなければならず、この原点合せ動作に際しては、
近傍に種々の機器が配置さ九た狭い場所でロボットアー
ム等に繁雑な動作させるため、ロボットや周辺機器に損
傷を与えるなどの危険性が高く、このような原点合せ動
作を不要化することが望まれている。

そこで、従来、−旦原点合せを行なった後の電源オフ時
には、インクリメンタル信号を、回転角データとして、
不揮発性メモリ（バブルメモリやＥＥＰＲＯＭ等）に記
憶させたり、バッテリバックアップされたＲＡＭに収納
したりする手段が用いられている。

この場合、再び電源をオンとして検出を再開する際に、
メモリに格納されている回転角データを、強制的にアッ
プダウンカウンタにセットするか、あるいは同回転角デ
ータによりアップダウンカウンタからのカウンタ値を補
正するようにしている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、上述した従来の回転角検出装置では、電
源オフ時に、ロボットアームを駆動用モータ等に取付け
のブレーキで制動しても、ロボットアームが作業員など
との接触や重力モーメントにより回動する場合があり、
このような場合、その回転角がわずかであっても誤差が
累積して検出精度が大きく低下することになって、やは
り電源再投入時に繁雑な原点合せを行なう必要が生じる
。

つまり、上述のようにメモリを設けただけでは、原点合
せの回数を減らすことはできても完全に不要にすること
はできない。

本発明は、このような問題点の解決をはかろうとするも
ので、電源オフ時から電源再投入時までの間に生じた回
転部材の回動分を補正できるようにし電源再投入時にお
ける原点合せ作業を一切不要として、絶対回転角の検出
精度の向上をはかった回転角検出装置を提供することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このため、本発明の回転角検出装置は、回転部材の回転
軸に取り付けられて同回転軸の所定の回転角（１回転あ
るいは有限角度）以内での絶対回転角を検出する絶対回
転角検出器と、上記回転部材の回転に伴い上記所定の回
転角（１回転あるいは有限角度）ごとにパルス信号を出
力するパルス発生手段と、同パルス発生手段からの上記
パルス信号をカウントするパルスカウンタとをそなえた
回転角検出装置において、同回転角検出装置の電源オフ
時における上記絶対回転角検出器からの検出信号および
上記パルスカウンタによるカウント値をそれぞれ記憶す
る第１および第２の記憶手段と、上記回転角検出装置の
電源再投入時に上記絶対回転角検出器からの実検出信号
と上記第１の記憶手段に記憶された電源オフ時検出信号
とを比較する比較手段と、同比較手段による比較結果に
応じ上記第２の記憶手段に記憶された電源オフ時カウン
ト値を実際の絶対回転角に対応した実カウント値に補正
する補正手段とを設けたものである。

［作　　　用］ −Ｌ述の本発明の回転角検出装置では、同装置の電源オ
フ時において、その時点での絶対回転角検出器からの検
出信号（所定の回転角以内の絶対回転角）およびパルス
カウンタによるカウント値（上記所定の回転角の倍数）
がそれぞれ第１および第２の記憶手段に記憶される。そ
して、電源再投入時には、比較手段により、上記絶対回
転角検出器からの実検出信号と上記第１の記憶手段にお
ける電源オフ時検出信号とが比較され、その差に応じて
、補正手段により、上記第２の記憶手段における電源オ
フ時カウント値が、実際の絶対回転角に対応する実カウ
ント値に補正される。

従って、電源オフ時から電源再投入時までの間に回転部
材が回動しても、電源再投入後には、上記回転部材の絶
対回転角が、（上記所定の回転角）×（補正して得られ
た実カウント値）と、絶対回転角検出器からの実検出信
号との和として正確に検出される。

［発明の実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としての回転角検出
装置を説明すると、第１図はそのブロック図であり、第
１図において、１は回転部材としての産業用ロボット等
のアー１１．１ａは同アーム１の回転軸、２は減速機、
３は同減速機２を介してアーム１を回転駆動するモータ
、４は減速機２およびモータ３を介しアーム１の回転軸
１ａに接続されて所定の回転角（本実施例では、１回転
つまり３６０°）以内での絶対回転角（０）を検出する
絶対回転角検出器としてのレゾルバ、５は同レゾルバ４
を励磁するドライバである。また、６はレゾルバ４から
の検出信号をディジタル信号に変換するレゾルバ／ディ
ジタル（Ｒ／Ｄ）変換器、７はレゾルバ４からの検出信
号をパルス化してＡ、Ｂ。

Ｚ相をもつインクリメンタル信号に変換するパルス発生
手段としてのレゾルバ／パルス（Ｒ／Ｐ）変換器である
。ここで、２相のパルス信号は原点設定用のもの、Ａ、
Ｂ相のパルス信号は９０°の位相差をもって出力される
ものでこれらのパルス信号の先後関係をみることにより
回転方向が検出されるようになっている。

８はパルスカウンタとしてのアップダウンカウンタで、
Ｒ／Ｐ変換器７からのＡ、Ｂ相のパルス信号をカウント
し、８ビツト２５６分割したモータ３の１回転以内の絶
対回転角を下位ビット２゜〜２７にて出力するとともに
、モータ３の１回転ごとつまり２５６パルスごとにＲ／
Ｐ変換ｐＱ７がら出力されるＡ、［３相のパルス信号（
Ｚ相のパルス信号を用いてもよい）をカウントし、モー
タ３の絶対回転数として上位ビット２８〜２１．Ｓにて
出力するものである。

そして、９は電源オフ時にその時点でのレゾルバ４から
の検出信号（１回転以内の絶対回転角）をアップダウン
カウンタ８からの下位ビット２°〜２７についてのカウ
ント値として記憶する第１の記憶手段としての第１メモ
リ、１０は電源オフ時にその時点でのアップダウンカウ
ンタ８からの上位ビット２ａ〜２１５についてのカウン
ト値を記憶する第２の記憶手段としての第２メモリ、１
１は比較手段としての比較器で、電源再投入時にＲ／Ｄ
変換器６によりディジタル化されたレゾルバ４からの実
検出信号と第１メモリ９に記憶された電源オフ時検出信
号とを比較するものである。また、１２は補正手段とし
ての補正器で、比較器１１からの比較結果に応じて（詳
細は後述する）、第２メモリ１０に記憶された電源オフ
時カウント値を実際の絶対回転数に対応した実カウント
値に補正した後、その補ｉＥ値をアップダウンカウンタ
８の上位ビット２″〜２１％にセットするものである。

なお１本実施例の装置では、電源再投入時に、Ｒ／Ｄ変
換器６によりディジタル化されたレゾルバ４からの実検
出信号は、アップダウンカウンタ８からの下位ビット２
°〜２７にセットされるようになっている。また、第１
メモリ９および第２メモリ１０は、不揮発性メモリ（バ
ブルメモリやＥＥＦＲＯＭ等）あるいはバッテリバック
アップされたＲＡＭなどで構成する。

一方、本実施例では、モータ３に回転規制機構１３が設
けられている。この回転規制機構１３は、第２，３図に
示すように構成されており、モータ３の回転軸３ａ（回
転軸１ａに減速Ｉａ２を介して接続されている）には円
板状のドラム１３ａが取り付けられるとともに、このド
ラム１３ａの外周部には、切欠き部１３ｂが９０°間隔
で４箇所に形成されている。また、ドラム１３ａの外周
近傍には、切欠き部１３ｂに嵌合して回転軸３ａ（つま
りは回転軸１ａ）の回転を規制しうるロッド１３ｃが配
設されるほか、このロッド１３ｃを電源オフ時にドラム
１３ａの外周部に付勢するスプリング１３ｄと、１！源
オン時にはロッド１３ｃをドラム１３ａから分離させた
状態で固定保持するソレノイド１３ｅとが設けられてい
る。

なお、第２図において、符号３ｂは従来より設けられて
いるモータ３用の摩擦式ブレーキ、３ｃはモータ３の回
転軸３ａを枢支する軸受である。

本発明の一実施例としての回転角検出装置は上述のごと
く構成されているので１通常の回転角検出時には、まず
、原点合せを行なった後、゛ドライバ５からの励磁相（
ｓｉｎωｔ、、　ｃｏｓ（ＩＪｔ）を受けたレゾルバ４
から検出用ｓｉｎ　（ωｔ＋ｏ）が出力され、この検出
相からモータ３の１回転以内の絶対回転角０が得られ、
その検出信号がＲ／Ｐ変換器７によりパルス化される。

そして、パルス信号（Δ、Ｂ相）をアップダウンカウン
タ８によりカウントすることで、下位ビット２°〜２７
から１回転以内の絶対回転角が出力されるとともに、上
位ビット２８〜２１５からモータ３の絶対回転数（カウ
ント値）が出力され、１回転以内の絶対回転角と、（絶
対回転数）　ｘ　３６０°との和として、モータ３の絶
対回転角（つまりは回転軸１ａの絶対回転角）が検出さ
れる。

このとき、回転規制機構１３において、ソレノイド１３
ｅは通電状態であり、ロッド１３ｃは、電磁力によりス
プリング１３ｄの付勢力に対抗してドラム１３ａから分
離した状態となっている。

さて、このように−旦原点合せを行ない回転角を検出し
ている状態で、装置の電源をオフとする場合には、その
時点でのレゾルバ４からの検出信号が、アップダウンカ
ウンタ８からの下位ビット２°〜２７についてのカウン
ト値として第１メモリ９に記憶されるとともに、同時点
でのアップダウンカウンタ８からの上位ビット２８〜２
１５が、第２メモリ１０に記憶される。このとき、電源
をオフとすることで、アップダウンカウンタ８内のカウ
ント値はリセットされるが、第１メモリ９および第２メ
モリ１０内の記憶内容は揮発することはない。

また、電源オフに伴って、モータ３はブレーキ３ｂによ
り制動をかけられるほか１回転規制機構１３においては
、ソレノイド１３ｅへの通電も停止され、ロッド１３ｃ
は、スプリング１３ｄの付勢力を受けてドラム１３ａの
外周面へ押圧された状態となる。この後、再び電源オン
となるまでに、万一アーム１が外力（重力モーメント等
）を受はブレーキ３ｂの制動力に対抗して回動したとし
ても、その回動は、切欠き部１３ｂにロッド１３ｃが嵌
合することで規制（ロック）されるため、本実施例では
、モータ３の回転軸３ａの回転角は、最大でも９０’、
ｆｆｉ源オフと同時に切欠き部１３ｂとロッド１３ｃと
が嵌合している場合には全く回動せず最小の０″となる
。

そして、上述のように電源をオフとしてから。

再び電源を投入した場合には、まず、レゾルバ４からの
検出信号が、Ｒ／Ｄ変換器６によりディジタル化され、
電源再投入時における１回転以内の絶対回転角としてア
ップダウンカウンタ８の下位ビット２°〜２７に改めて
セット入力されるとともに比較器１１にも入力される。

比較器１１においては、レゾルバ４からの実検出信号と
、第１メモリ９から入力される電源オフ時の検出信号と
が比較され、その差に応じて補正器１２へ補正指令が出
力される。

ところで、１回転以内の絶対回転角は、電源オフ後にア
ーム１が回動しても電源再投入後にはレゾルバ４により
検出されるが、電源オフ時にアーム１の回転角がレゾル
バ４のゼロ検出点をクロスした場合（例えば、１０°か
らマイナス方向に回動して３５０°へ、あるいは３５０
°からプラス方向に回動して１０°となるような場合）
、モータ３の回転が１回転分だけカウントされないまま
検出誤差を招くことになる。

そこで、本実施例では、電源オフ期間中のモータ３の回
転は回転規制機構１３により最大９０’に規制されてい
るため、比較器１１における比較結果［（レゾルバ４か
らの実検出信号）−（第１メモリ９からの電源オフ時の
検出信号）］が、−９０°〜＋９０°の場合には補正指
令を出力せず、−３６０゜〜−２７０°の場合には第２
メモリ１０からの電源オフ時のカウント値（上位ビット
２ａ〜２″）に１だけ加算するように補正器１２へ補正
指令を出力する一方、２７０′〜３６０’の場合には上
記カウント値から１だけ減算するように補正器１２へ補
正指令を出力するのである。なお、比較器１１により得
られた上記比較結果が上記の角度範囲以外のものとなっ
た場合には、安全のため、異常値検出として警報を出力
するようにしてもよい。

これにより、電源オフ期間中にモータ３が外力を受けて
回転しレゾルバ４のゼロ検出点をクロスしたとしても、
電源再投入時にモータ３の回転数をミスカウントするこ
とはなく、比較器１１および補正器１２により、第２メ
モリ１０に記憶された電源オフ時のカウント値が、電源
オフ期間中の回転を含む実際の絶対回転数に対応した実
カウント値に補正されてから、アップダウンカウンタ８
の上位ビット２８〜２１５にセットされる。

従って、電源オフ期間中にモータ３が回動していても、
電源再投入時には、モータ３の絶対回転角が、レゾルバ
４からの１回転以内の絶対回転角と、（補正して得られ
た実カウント値）　ｘ　３６０°との和であるアップダ
ウンカウンタ８からの出力として正確に検出される。

このように１本実施例によれば、電源オフ時から電源再
投入時までの間に生じたアーム１（つまりはモータ３）
の回動分が、電源再投入時に確実に補正されるようにな
るので、電源再投入時における原点合せ作業が一切不要
となり、絶対回転角の検出精度が大幅に向上するのであ
る。

なお、上記実施例では、回転規制機構１３を設けて電源
オフ期間中にモータ３が９０’以上回転しないことを前
提としているが、従来からそなえられているモータ３の
ブレーキ３ｂの制動力が十分に大きければ、回転規制機
構１３を設けずにブレーキ３ｂだけで電源オフ期間中の
モータ３の回転を規制するようにしてもよい。

また、上記実施例の回転規制機構１３では、切欠き部１
３ｂをドラム１３ａの外周部の４箇所に形成しモータ３
の回動を最大９０″に規制しているが、切欠き部１３ｂ
を１８０°間隔で２箇所形成してモータ３の回動を最大
１８０°に規制するようにしてもよく、この場合、比較
器１１における比較結果が、−１８０°〜＋１８０°の
とき補正指令を出力せず、−３６０’　〜−１８０＠ノ
ドき第２　メ−１１−＋Ｊ　１０　カらの電源オフ時の
カウント値に１だけ加算する一方、１８０°〜３６０°
のとき上記カウント値から１だけ減算するように補正す
る。

さらに、上記実施例の回転規制機構１３では、ドラム１
３ａの外周部における切欠き部１３ｂにロッド１３ｃを
嵌合させることでモータ３の回転を規制しているが、切
欠き部１３ｂの代わりに突起部を設けて、この突起部に
ロッド１３ｃを当接させることでモータ３の回転を規制
するようにしてもよい。

また、当然のことながら、回転規制機構１３により回転
可能角度範囲は、比較器１１での判定に用いる角度範囲
よりも小さい（マージンをもたせる）方が望ましい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の回転角検出装置によれば
、電源オフ期間中に回転部材が外力を受けて回動しても
、電源再投入後には、その回動分が確実に補正されるよ
うになるので、電源再投入時における原点合せ作業が一
切不要となり、絶対回転角の検出精度が大幅に向上する
とともに、完全な多回転型の絶対回転角検出用の装置を
極めて安価かつ簡素な構成で得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての回転角検出装置を示
すブロック図、第２図は同装置における回転規制機構を
示す縦断面図、第３図は同回転規制機構の正面図である
。 図において、１一回転部材としてのアーム。 １ａ−回転軸、２−減速機、３・・・・モータ、３　ａ
　−・−回転軸、３ｂ・−摩擦式ブレーキ、４・−絶対
回転角検出器としてのレゾルバ、５・・−ドライバ、６
−レゾルバ／ディジタル（Ｒ／Ｄ）変換器、７−・−パ
ルス発生手段としてのレゾルバ／パルス（Ｒ／Ｐ）変換
器、８・・−パルスカウンタとしてのアップダウンカウ
ンタ、９−第１の記憶手段としての第１メモリ。 １０・−第２の記憶手段としての第２メモリ、１１・−
比較手段としての比較器、１２−　補正手段としての補
正器、１３一回転規制機構、１３ａ−ドラム、１３ｂ−
切欠き部、１３ｃ−ロッド、１３ｄ−スプリング、１３
ｅ−ソレノイド。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転部材の回転軸に取り付けられて同回転軸の所定の回
   転角以内での絶対回転角を検出する絶対回転角検出器と
   、上記回転部材の回転に伴い上記所定の回転角ごとにパ
   ルス信号を出力するパルス発生手段と、同パルス発生手
   段からの上記パルス信号をカウントするパルスカウンタ
   とをそなえ、上記絶対回転角検出器からの検出信号に基
   づく回転角と上記パルスカウンタによるカウント値に基
   づく回転角との和を絶対回転角として出力する回転角検
   出装置において、同回転角検出装置の電源オフ時におけ
   る上記絶対回転角検出器からの検出信号を記憶する第１
   の記憶手段と、上記回転角検出装置の電源オフ時におけ
   る上記パルスカウンタによるカウント値を記憶する第２
   の記憶手段とをそなえるとともに、上記回転角検出装置
   の電源再投入時に上記絶対回転角検出器からの実検出信
   号と上記第１の記憶手段に記憶された電源オフ時検出信
   号とを比較する比較手段と、同比較手段による比較結果
   に応じ上記第２の記憶手段に記憶された電源オフ時カウ
   ント値を実際の絶対回転角に対応した実カウント値に補
   正する補正手段とが設けられたことを特徴とする回転角
   検出装置。