JPH02271140A

JPH02271140A - 回転摩擦駆動装置の制御装置

Info

Publication number: JPH02271140A
Application number: JP8964489A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sawada; 康宏澤田; Takeo Tanida; 武雄谷田; Masateru Yasuhara; 正輝安原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1989-04-11
Publication date: 1990-11-06

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］この発明は、回転体を摩擦ローラを介して、所定の減速
比により回転駆動するための回転摩擦駆動装置を制御す
るための制御装置に関し、特に、上記摩擦ローラのすべ
りを検知したときの、この回転摩擦駆動装置の制御の改
良に関する。

［従来の技術］従来、多関節ロボット等において用いられる回転摩擦駆
動装置としては、例えば、特開昭６０−１６１０８３号
公報等の駆動モータからの回転力を減速ギヤを介して伝
達する方式のものや、例えば、特公昭６２−４６７４２
号公報に示された遊星歯車機構を備えたものがある。

これらの先行技術の欠点を解消するために、本願の出願
人達は、先に、高速かつ高精度で回転運動を行うことの
できる手段として、ローラの摩擦力で回転体を駆動さえ
る回転機構を提案した（実願昭６３−１２０４６２号）
。

この提案に係る技術は、基台に軸支した剛性を有する回
転体と、前記回転体に接する剛性摩擦ローラ及び剛性駆
動ローラと、前記駆動ローラに接続され、これを回転駆
動するための駆動手段とを具備し、前記摩擦ローラは、
これを前記回転体に圧接すると共に、前記駆動ローラを
回転体に圧接する圧接手段による圧接力を受けるように
構成されている。

しかしながら、この提案したような回転機構では次のよ
うな問題がある。即ち、回転体と、これを挟持するごと
くに配置された駆動ローラとの間の摩擦力のみによって
駆動力が伝達されるために、回転体の負荷が増加した時
（特に、水平多関節形ロボットではアーム形状により慣
性負荷変動が著しいので、回転体の負荷の増加は不可避
である）、成るいは、回転体と駆動ローラ間の環境が変
化した時（例えば、湿度、オイルの付着等したとき）な
どは、十分な摩擦力が得られずすべりを起こすおそれが
あるのである。

このようなすべりが生じると、回転体、駆動ローラは著
しい摩耗をおこし、装置寿命が短くなる。さらに、あま
りすべりが生じると回転状態が不安定となり、ロボット
の位置決め制御が不可能となるという問題もある。一方
、負荷の変化環境の変化をあらかじめ予測し必要な圧接
力を算出することも、また困難である。

本発明の目的は、上述した従来の問題に鑑みて提案され
たもので、駆動ローラのすべりを減少させ、安定した回
転制御が行えると共に摩耗を減少し装置の長寿命化をは
かることのできる回転摩擦駆動装置の制御装置を提供す
る。

［課題を解決するための手段及び作用］上記課題を達成
するための本発明の回転摩擦駆動装置の制御装置の構成
は、回転自在に軸支された回転体と、駆動モータ手段と
、この駆動モータ手段に結続され、回転自在に固定され
た駆動ローラと、前記回転体の回転軸に平行な壁面に前
記駆動ローラ面を圧接する圧接手段とを備えた回転摩擦
駆動装置であって、前記回転体の回転量を検出する第１
の回転量検出手段と、前記駆動ローラ若しくは駆動モー
タ手段の回転量を検出する第２の回転量検出手段と、前
記第１の回転量検出手段および前記第２の回転量検出手
段夫々の検出値に基づいて、前記駆動モータ手段の駆動
トルクを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
。

従って、制御手段は、第１の回転量検出手段および第２
の回転量検出手段夫々の検出値に基づいて、駆動モータ
手段の駆動トルクを適正に制御することができるので、
駆動モータ手段若しくは駆動ローラと、回転体とのすべ
りの発生が防止される。

［実施例］以下に、この発明に係わる回転摩擦駆動装置の制御装置
の実施例の構成を、多関節ロボットに適用した場合に。

つき、詳細に説明する。

先ず、この多関節ロボットｌＯは、第２図に示すように
、水平スカラー式に構成されており、図示しない土台上
に構成される基台１２と、この基台１２上に、垂直軸回
りに回転自在に取り付けられ、回転摩擦駆動装置１４を
介して回転駆動される起立軸部１６とを０７８えている
。この起立軸部１６の先端部には、水平に延出する第１
の水平アーム１８の基端部が固着されている。また、こ
の第１の水平アーム】８の先端部には、第２の水平アー
ム２０の基端部が回転自在に取り付けられている。この
第２の水平アーム２０の先端部には、垂直アーム２２が
垂直軸回りに回動自在に、且つ、垂直軸に沿って上下動
可能に取り付けられている。そして、この垂直アーム２
２の下端には、コンプライアンス装置２４を介して、フ
ィンガ装置２６が取着されている。

上述した起立軸部１６には、第１の水平アーム１８に対
して第２の水平アーム２０を回転駆動するための第２の
駆動モータ２８が収納されている。そして、第１の水平
アーム１８内を延出した状態で、第２の水平アーム２０
の基端部と駆動モータ２８の駆動軸とを互いに連結する
エンドレスベルト・３０が張設されている。

また、起立軸部１６の上部には、垂直アーム２２を上下
方向に沿って移動駆動するための第３の駆動モータ３２
ａと、回転駆動するための第４の駆動モータ３２ｂが載
置されている。これら第３及び第４の駆動モータ３２ａ
、３２ｂの駆動力は、図示しない動力伝達機構を介して
、垂直アーム２２に伝達されるよう設定されている。更
に、上述したフィンガ装置２６は、図示しない駆動機構
を介して駆動され、図示しない部品を把持するように構
成されている。

次に、起立軸部１６を回転駆動するための回転摩擦駆動
装置１４について、第３図及び第４図を参照して説明す
る。

第３図に示すように、この回転摩擦駆動装置１４は、上
述した基台１２の中心部上に固着された段付き円筒状の
固定支持台３４を備えている。

この固定支持台３４の上部外周縁には、クロスローラベ
アリング３６を介して、リング状の回転体３８（第４図
に示す）が垂直軸回りに回転自在に取り付けられている
。この回転体３８の上面には、出力フランジ部材４０が
固着されており、この出力フランジ部材４０の上面には
、上述した起立軸部１６の下端が、これと共に一体回転
するように接続されている。

ここで、この基台１２の左右両端には、いんろうの関係
で、図中左右方向に沿って移動可能に、且つ、この基台
１２から下方へ脱落不能に、圧接ハウジング４２及び駆
動ハウジング４４が、夫々取着されている。これら圧接
ハウジング４２と駆動ハウジング４４とは、４本の接続
ロッド４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを介して、互い
に接続されている。換言すれば、これら圧接ハウジング
４２と駆動ハウジング４４とは、４本の接続ロッド４６
ａ〜４６ｄを介して、互いに一体に、左右方向に沿って
移動するよう接続されている。

この駆動ハウジング４４は、回転体３８に対向する側面
が開放された中空筐体から形成され、これの上面には、
取付ステイ４８を介して第１の駆動モータ５０が取着さ
れている。この第１の駆動モータ５０は、垂直軸回りに
回転駆動されるモータ軸５２を下方に向けて延出した状
態で備えている。このモータ軸５２の下端は、カップリ
ングジヨイント５４を介して、駆動軸５６の上端に接続
されている。

この駆動軸５６は、一対のベアリング５８ａ。

５８ｂを介して、駆動ハウジング４４に垂直軸回りに回
転自在に取り付けられている。また、この駆動軸５６の
上端は、駆動ハウジング４４を突出して、これの」二方
に取り出されており、上述したように、カップリングジ
ヨイント５４に接続されている。この駆動軸５６の両ベ
アリング５８ａ。

５８ｂに挾まれた部分には、上述した回転体３８の外周
面に転接する摩擦ローラとしての駆動ローラ６０が同軸
に固着されている。このように、駆動ローラ６ｏの上下
両端部をベアリング５８ａ。

５８ｂにより軸支されているので、これが回転体３８に
圧接状態で転接する場合において、回転軸線の倒れ込み
が確実に防止されることになる。

一方、上述した圧接ハウジング４２も、駆動ハウジング
４４と同様に、回転体３８に対向する側面が開放された
中空筐体から形成されている。この圧接ハウジング４２
内には、所定の直径の延出方向に沿って摺動自在に、ロ
ーラ支持部材６２が配設されている。このローラ支持部
材６２には、一対の圧接ローラ６４，６６が、摩擦ロー
ラとして、対応する支軸６４ａ、６４ｂを介して、垂直
軸回りに回転自在に軸支されている。これら圧接口・−
ラ６４，６６は、上述・した回転体３８の外周面に転接
するよう配設されているにこで、これら摩擦ローラとしての駆動ローラ６０及び圧
接ローラ６４，６６においては、各々の外周面が太鼓状
に半径方向外方に膨出するよう形成されている。一方、
各ローラ６０，６４゜６６が転接する回転体３８の外周
面も、同様に、太鼓状に形成されている。

また、この圧接ハウジング４２内には、このローラ支持
部材６２を延出方向に沿って回転体３８に向けて付勢し
：これに支持された両圧接ローラ６４．６６が回転体３
８の外周面に所定の付勢力で圧接するように、ばね機構
６８が設けられている。このばね機構６８は、複数の皿
ばねを、交互に逆転させた状態で積み重ねて内蔵されて
いる。これら皿ばねは、圧縮状態から解放される際の偏
倚に応じて、付勢力を発揮するよう設定されている。

ここで、このように回転駆動される回転体３８と一体に
回転される出力フランジ部材４０の中央部には、透孔４
０ａが形成されており、この透孔４０ａの上方に位置し
た状態で、取付ステイア０を介して、回転体３８の回転
位置を正確に検出するための第１のロークリエンコーダ
７２が取り付けられている。また、固定支持台３４の中
央部上、即ち、第１のロータリエンコーダ７２の直下方
の固定支持台３４上には、第１のロータリエンコーダ７
２の検出端７２ａを相対的に回転駆動するための固定軸
７４が上下方向に延出した状態で固定されている。この
固定軸７４の上端は、上述した透孔４　’Ｏａ　＋：貫
通して第１のロークリエンコーダ７２の直下方に延出し
ており、これと検出端７４ａの下端とは、カップリング
ジヨイント７６を介して互いに連結されている。

このように第１のロークリエンコーダ７２が設けられて
いるので、第１の駆動モータ５０の駆動力が、駆動ロー
ラ６０と回転体３８との摩擦係合を介して回転体３８に
伝達され、この回転体３８が回転駆動されると、この回
転体３８の回転に同期して、第１のロークリエンコーダ
７２も回転されることになる。ここで、この第１のロー
タリエンコーダ７２の検出端７２ａは、固定軸７４に連
結されているので、この検出端７２ａは、第１のローク
リエンコーダ７２に対して相対的に回転することになる
。このようにして、回転体３８の回転位置、即ち、起立
軸部１６の回転位置が正確に検出されることになる。

一方、第１の駆動モータ５０のモータ軸５２の上端には
、第２のロータリエンコーダ７８と、タコジェネレータ
（第１図のＦ／Ｖ変換器）８０とが共に取着されている
。ここで、第２のロータリエンコーダ７８は、第１の駆
動モータ５０の回転量、即ち、駆動ローラ６０の回転量
もしくは回転位置を検出するために設けられており、タ
コジェネレータ８０は駆動ローラ６０の回転速度を検出
するために設けられている。尚、この第１及び第２のロ
ータリエンコーダ７２．７８とタコジェネレータ８０と
の検出結果は、後述する制御回路１０１に送られ、この
制御ユニットにおけるロボット１０の駆動制御に用いら
れるものである。

以上のように構成される回転摩擦駆動装置１４において
、以下に、その回転駆動動作を説明する。

圧接ハウジング４２において、ばね機構６８の付勢力が
セラ］・されると、このセットに応じて、ローラ支持部
材６２は、回転体３８に向けて偏倚し、この結果、この
ローラ支持部材６２に支持された両圧接ローラ６４．，
６６は、回転体３８の外周面に所定の圧接力で圧接する
ことになる。−方、この圧接力の反力として、圧接ハウ
ジング４２は回転体３８から離間する方向に偏倚される
ことになる。

この結果、圧接ハウジング４２に４本の接続ロッド４６
ａ〜４６ｄを介して一体に接続された駆動ハウジング４
４は、回転体３８に対して近接する方向に偏倚されるこ
ととなる。即ち、この駆動ハウジング４４に軸支された
駆動ローラ６０は、所定の圧接力で、回転体３８の外周
面に圧接することになる。

このように駆動ローラ６０が回転体３８の外周面に圧接
する状態において、両者は摩擦係合し、駆動ローラ６０
の回転に応じて、回転体３８は回転駆動されることにな
る。

第１図により、すべり量を低下させる制御の原理を説明
する。１０１は回転体３８の制御回路であり、不図示の
ホストコンピュータからの目標回転位置指令を受けて、
指令電流調整回路１０２を経て、駆動モータ５０を駆動
する。目標回転位置に到達したかは、第１のエンコーダ
７２の出力信号から判断する。一方、タコ発生器である
Ｆ／Ｖ′変換器８０は、モータ５０の回転速度信号を制
御回路１０１に出力しているので、この制御回路１０１
は、システムに暴走が起きていないか等を監視すること
ができる。

さて、前述したように、回転体制御回路１０１のプログ
ラムに従って回転体３８は回転するのであるが、第３図
に示した圧接力発生手段としてのバネ機構６８のバネ力
が弱いと、駆動ローラ６０と回転体３８の圧接状態が不
良となり、駆動ローラ６０がすべりを起こす。このとき
、駆動モータ５０に直結された第２のエンコーダ７８の
出力と回転体に結続された第２のエンコーダ１２の出力
に差が生じ、この差は加算器１０７により検出される。

つまり、すべりをおこしている駆動モータ５０に直結さ
れた第２のエンコータ７８の出力の方が、第１のエンコ
ーダ７２の出力より余分にカウントされる。よって、第
１のエンコーダ７２の出力と第２のエンコーダ７８の出
力の差が、駆動ローラ６０のすべり量を示している。尚
、第３図に示すように、駆動ローラ６０と回転体３８と
は、一定の減速比で結続している。従って、第２のエン
コーダ７８が検出した回転量は第１のエンコーダ７２の
出力よりも常に大きくなる。そこで、加算器１０７は周
辺に除算器（不図示）を有し、すべりがないときは、加
算器１０７の出力は“０”を示すように較正されている
。

この加算器１０７の出力であるすべり量と、予め設定し
た第１の設定値１０４との大小を比較器１０３により判
別し、すべり量がこの設定値１０４を越えているとき、
駆動モータ５０への指令電流を、第５図に示したような
ある特性関数（すべり量と指令電流の関係）に従って調
整する。そのために、指令電流調整回路１０２に信号を
送り、駆動モータ５０の供給電流を低下させる。すると
、駆動モータ５０へ流れ込む電流が低下し、駆動モータ
５０の発生トルクが低下する。これにより、すべり量が
低下する。

さらに、すべり量が設定値１０４を大きく上まわって、
第２の設定値１０５を超えたときは、回転体３８の動作
を停止させるとともに、異常検知状態を表示器１０６に
表示する。

以上の実施例の制御装置によれば、駆動ローラ６０のす
べり量を検出し、すべり量が適正か否かを判別し、この
判別に基づいて回転装置の異常を検知し、駆動モータ５
０へ供給する電流を調整することにより駆動ローラ６０
のすべり量を低下させることができる。これにより駆動
ローラの摩耗を防ぐことができる。また、このような異
常状態は表示され、更に、ロボットの破壊等に結び付き
そつな程にすべりが増えたときは、回転そのものが停止
されるので、大事に至ることが未然に防止される。

本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能で
ある。

例えば、上記実施例では、すべりをおこしている駆動モ
ータ５０に直結された第２のエンコータ７８の出力の方
が、第１のエンコーダ７２の出力より余分にカウントさ
れる場合を想定している。

即ち、モータは回転しているのに、回転体は停止してい
る場合である。このような状態は、回転の開始時点に特
に起こり易い。一方、目標回転位置に到着しつつあると
きの回転の終了時の減速過程でもすべりは発生する。こ
のときは、モータは制御回路１０１からの指令で減速を
行なっているが、回転体３８は自身の慣性でそれまでの
回転速度で回ろうとする。かかる場合は、第２のエンコ
ータ７８の出力の方が、第１のエンコーダ７２の出力よ
り小さくなる。従って、本発明はこのような場合にも適
用できる。このようにできるために、加算器１０７は、
２つの入力の差の絶対値を出力するようになっている。

また、本出願人は、実願昭６３−１２０４６２号で種々
の回転摩擦駆動装置を提案しているが、本発明は、それ
らの回転摩擦駆動装置の全てに適用可能である。

また、上記実施例はロボットに本発明を適用した実施例
であったが、本発明の制御装置が適用されるべき回転体
の摩擦駆動装置はこれに限定されないのは明らかであり
、即ち、摩擦駆動により、回転運動が伝えられ、しかも
、すべりが問題となるような分野であれば、全ての分野
に適用可能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明の回転摩擦駆動装置の制御
装置は、回転自在に軸支された回転体と、駆動モータ手
段と、この駆動モータ手段に結続され、回転自在に固定
された駆動ローラと、前記回転体の回転軸に平行な壁面
に前記駆動ローラ面を圧接する圧接手段とを備えた回転
摩擦駆動装置であって、前記回転体の回転量を検出する
第１の回転量検出手段と、前記駆動ローラ若しくは駆動
モータ手段の回転量を検出する第２の回転量検出手段と
、前記第１の回転量検出手段および前記第２の回転量検
出手段夫々の検出値に基づいて、前記駆動モータ手段の
駆動トルクを制御する制御手段とを備えたことを特徴と
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る制御装置のブロック図
、第２図は本発明を多関節ロボットに適用した実施例の全
体図、第３図は第２図実施例における摩擦駆動回転装置の一部
切り欠き側面断面図、第４図は第２図実施例における回転装置の平面図、第５図は実施例の制御に用いられるモータ５０への指令
電流の関数曲線を示すグラフ図である。図中、ｌＯ・・・多関節ロボット、１２・・・基台、１４・・
・回転摩擦駆動装置、１６・・・起立軸部、１８・・・
第１の水平アーム、２０・・・第２の水平アーム、２２
・・・垂直アーム、２４・・・コンプライアンス装置、
２６・・・フィンガ装置、２８・・・第２の駆動モータ
、３０・・・エンドレスベルト、３２ａ・・・第３の駆
動モータ、３２ｂ・・・第４の駆動モータ、３４・・・
固定支持台、３４ａ・・・本体、３４ｂ・・・周壁部、
３６・・・クロスローラベアリング、３８・・・回転体
、３８ａ・・・膨出部、４０・・・出力フランジ部材、
４０ａ・・・透孔、４２・・・圧接ハウジング、４４・
・・駆動ハウジング、４６ａ〜４６ｄ・・・接続ロッド
、４８・・・取付ステイ、５０・・・第１の駆動モータ
、５２・・・モータ軸、５４・・・カップリングジヨイ
ント、５６・・・駆動軸、５８ａ：５８ｂ・・・ベアリ
ング、６０・・・駆動ローラ、６２・・・ローラ支持部
材、６４　；　６６・・・圧接ローラ、６８・・・ばね
機構、６８ａ・・・板ばね、７０・・・取付ステイ、７
２・・・第１のロータリエンコーダ、７２ａ・・・検出
端、７４・・・固定軸、７６・・・カップリングジヨイ
ント、７８・・・第２のロータリエンコータ゛、８０・
・・タコジェネレータ（、Ｆ　／　Ｖ変換器）、１０１
・・・回転体制御回路、１０２・・・指令電流調整回路
、１０３・・・判別部、１０４・・・第１の設定値、１
０５・・・第２の設定値、１０６・・・表示器、１０７
・・・加算？ａＮである。特許出願人　　　キャノン株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転自在に軸支された回転体と、駆動モータ手段
と、この駆動モータ手段に結続され、回転自在に固定さ
れた駆動ローラと、前記回転体の回転軸に平行な壁面に
前記駆動ローラ面を圧接する圧接手段とを備えた回転摩
擦駆動装置のための制御装置であって、前記回転体の回転量を検出する第１の回転量検出手段と
、前記駆動ローラ若しくは駆動モータ手段の回転量を検出
する第２の回転量検出手段と、前記第１の回転量検出手段および前記第２の回転量検出
手段夫々の検出値に基づいて、前記駆動モータ手段の駆
動トルクを制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
る回転摩擦駆動装置の制御装置。
（２）前記制御手段は、前記２つの検出値に基づいて前
記駆動ローラのすべり量を検出するすべり量検出手段を
含む事を特徴とする請求項の第１項に記載の回転摩擦駆
動装置の制御装置。
（３）前記駆動モータ手段は駆動回路と電流調整回路と
を含み、前記制御手段は、すべり量検出手段による検出値と所定
の第１の基準値とを比較し、この第１の基準値を越えた
ときには、前記電流調整回路に駆動電流の調整を行なわ
せるように制御する事を特徴とする請求項の第２項に記
載の回転摩擦駆動装置の制御装置。
（４）前記すべり量が、第１の基準値を越えたときに、
異常検知状態を表示する手段を更に備えたことを特徴と
する請求項の第１項記載の回転摩擦駆動装置の制御装置
。
（５）前記すべり量が第１の基準値を越え、さらに第２
の基準値も越えたときに、回転体を停止する手段を更に
備えたことを特徴とする請求項の第１項記載の回転摩擦
駆動装置の制御装置。