JPH0342770B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえばモータなどの駆動源の回転
を減速機で減速して作業端の関節軸を駆動し、こ
の関節軸の位置の検出を、前記駆動源に直結した
インクリメンタルエンコーダにより行なうように
した位置検出装置に関し、さらに詳しくは電源投
入時などに、位置検出器のたとえばカウンタ回路
の基準点などの電気的原点を、関節軸の機械的原
点に一致させることにより、位置検出器の初期化
を行なうことができる位置検出装置に関する。

背景技術 第８図は先行技術のロボツトの位置検出装置の
構成を示すブロツク図である。本先行技術の位置
検出装置は、モータ１と、モータ１の出力軸２に
結合された歯車３と、歯車３と組合わされる歯車
４とからなる減速機５とを含む。歯車４に同軸に
固定される回転軸６の他端部には、作業端７が固
定される。回転軸６の歯車４と作業端７との間に
は、回転部材８が同軸に固定される。

回転部材８の外周部には、永久磁石などの被検
出部材９が固定され、回転部材８に近接して、被
検出部材９が近接したことを検出するセンサ１０
が配置される。被検出部材９は、回転部材８の外
周面の所定の位置、たとえば作業端５の可動範囲
の中央点であつて、該位置でセンサ１０に検出さ
れるような位置に固定される。

またモータ１の出力軸２には、エンコーダ１１
が結合される。エンコーダ１１の１回転毎にエン
コーダ１１から導出される零点パルスと、センサ
１０からの出力信号とが、初期化回路１２に与え
られる。初期化回路１２からの出力とエンコーダ
１１からの出力とは、カウンタ回路１３に与えら
れる。

第９図はエンコーダ１１からの零点パルスとセ
ンサ１０からの出力信号とを示す波形図である。
第８図および第９図を参照して、位置検出装置の
動作を説明する。第８図で説明した位置検出装置
において、電源投入時に作業端７を、操作員の判
断に基づき、手動操作によつて角変位し、被検出
部材９がセンサ１０の検知する領域内に入るよう
に移動し停止させている。第９図２で示すよう
に、センサ１０が被検出部材９を感知した時刻ｔ
１で、センサ１０はハイレベルの信号を導出す
る。その後、モータ１によつて出力軸２を、予め
定められた方向に回転駆動する。このようなモー
タ１の回転駆動にともなうエンコーダ１１からの
零点パルスは、第９図１に示される。このとき初
期化回路１２は、第９図２に示されるセンサ１０
からの出力信号と、エンコーダ１１からの零点パ
ルスとを監視しており、センサ１０が被検出部材
９を検知しなくなつた時刻ｔ２以後、最初にくる
エンコーダ１１からの零点パルス、すなわち第９
図１に示すパルスZiが入力されたとき、カウンタ
回路１３を初期化する。

発明が解決しようとする問題点 上述のような先行技術の位置検出装置では、以
下のような問題点があつた。

作業端７はロボツトの関節軸数だけ存在し、
しかも電源投入時に被検出部材９は、センサ１
０に対して任意の位置にある。したがつてすべ
ての関節軸にわたつて、操作員がセンサ１０お
よび被検出部材９の相対的位置関係を判断しつ
つ、手動操作する必要があり、極めて煩雑な操
作を必要とする。またこのような被検出部材９
の位置決め操作においては、ロボツトの周辺部
材が障害となつて、適正な位置決め操作が不可
能になることもある。

モータ１の駆動力および作業端７の動作の分
解能の関係から、減速機３における減速比がた
とえば1/100と大きく、また被検出部材９が取
付けられている回転軸６の直径は、このような
位置検出装置が取付けられる、たとえばロボツ
トなどの機構上あまり大きくできない。回転軸
６の直径を50mmとすると、第９図１に示す隣接
する２つの零点パルスZi−１，Ziの間隔が、被
検出部材９の取付位置の差では1.6mmとなり、
極めて小さな値となる。このため被検出部材９
の取付位置の調整が極めて困難であつた。

温度などの環境によるセンサ１０の感度特性
の変動により、センサ１０の出力が遮断される
タイミングがずれる場合がある。すなわち第９
図において、センサ１０の出力がローレベルと
なる時刻ｔ２は、時刻ｔ１から時間Ｗ１だけ後
の時点であり、零点パルスZI−１，Ziと零点パ
ルスZiとの間である。この時間Ｗ１が変化し
て、時刻ｔ２が零点パルスZi−１より以前にな
つたり、または零点パルスZi以後になつたりす
る場合がある。このような場合、作業端７の初
期化位置に誤差を生じることになり、正確な位
置検出ができなくなり、作業端７の適正な作業
ができなくなつてしまう。

したがつて本発明の目的は、上述の問題点を解
決し、作業端の操作性を著しく向上させるととも
に、構成が簡略化され、しかも常に正確な位置検
出を行なうことができる位置検出装置を提供する
ことである。

問題点を解決するための手段 本発明は、 (a)複 数回転を行うことができる動力源２１の回
転を減速機２３で減速してロボツトの関節軸を
駆動し、この関節軸によつて変位する作業端２
７の位置の検出を、前記動力源２１の出力軸２
２に直結したインクリメンタル形エンコーダ２
８によつて行う位置検出装置において、 (b) インクリメンタル形エンコーダ２８であつ
て、 (b1) 出力軸２２に連結される第１回転部材２８
ａであつて、周方向に単１個の零点パルス用
被検出部４４と、周方向に複数の位置検出用
被検出部４１とが形成される第１回転部材２
８ａと、 (b2) 零点パルス用被検出部４４を検出して零点
パルスを導出する第１検出子２９と、 (b3) 位置検出用被検出部４１を検出する第２検
出素子３０，３１とを有するインクリメンタ
ル形エンコーダ２８と、 (c) 回転検出手段３５であつて、 (c1) 出力軸２２に連結され、周方向に単１個の
回転数検出用被検出部４９が形成される第２
回転部材３５ａと、 (c2) 回転数検出用被検出部４９を検出する第３
検出素子３６，３７とを有する回転数検出手
段３５と、 (d) 第３検出素子３６，３７の出力をカウントす
る回転数カウンタ回路３９と、 (e) 緊急時に電力を、回転数検出手段３５と回転
数カウンタ回路３９とに供給してバツクアツプ
するバツテリ４０と、 (f) 電源投入時などの使用開始以後、第１検出素
子２９からの最初の零点パルスに応答して、回
転数カウンタ回路３９のカウント値ｉを読取る
初期化回路３２と、 (g) 初期化回路３２の出力に応答し、第２回転部
材３５ａの１回転当たり、第２検出素子３０，
３１から導出されるパルス数をＲとするとき、 Ni＝Ｒ×ｉ を演算し、この値Niをストアし、その後、そ
のストア値Niに基づき、第２検出素子３０，
３１から導出されるパルス数をカウントするカ
ウンタ回路３４とを含むことを特徴とする位置
検出装置である。

作 用 本発明に従えば、複数回転を行うことができる
動力源２１の回転を、減速機２３で減速してロボ
ツトの関節軸を駆動し、この関節軸によつて変位
される作業端２７の位置の検出を、インクリメン
ト形エンコーダ２８により行う。緊急時において
電力をバツクアツプして供給するバツテリ４０に
よつて、回転数検出手段３５と回転数カウンタ回
路３９とが常時、動作している。したがつて、電
源投入時などの使用開始時、作業端２７または駆
動源２１などを動作させ、最初に出力される第１
検出素子２９からの零点パルスに応答して、回転
数カウンタ回路３９のカウント値ｉを初期化回路
３２によつて読取り、 Ni＝Ｒ×ｉ をカウンタ回路３４において演算し、このカウン
タ回路３４では、この値Niをストアし、その後、
第２検出素子３０，３１から導出されるパルス数
を、前記ストア値Niに基づき、カウントする。
このようにして構成が簡略化されるとともに、正
確な初期化を行うことができるようになる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の位置検出装置のブ
ロツク図である。本実施例の位置検出装置は動力
源であるモータ２１と、モータ２１の出力軸２２
に設けられる減速機２３とを含む。減速機２３は
出力軸２２に同軸に固定された歯車２４と、歯車
２４に組合わされる他の歯車２５とを含む。歯車
２５には同軸に、ロボツトの関節軸である回転軸
２６が固定され、回転軸２６の他端部には作業端
２７が固定される。

前記出力軸２２の他端部には、回転部材２８ａ
が同軸に固定され、この回転部材２８ａと組合わ
されて、たとえば３つの受光素子２９，３０，３
１が配置される。回転部材２８ａと受光素子２
９，３０，３１とが、インクリメンタル形エンコ
ーダ２８を構成する。受光素子２９から、後述さ
れるような零点検出信号であるいわゆる零点パル
スが、ラインｌ１を介して初期化回路３２に与え
られる。また受光素子３０，３１からの信号は、
ラインｌ２，ｌ３を介して回転方向弁別回路３３
に与えられる。このとき受光素子３０，３１は、
その出力信号の位相が予め定められる値だけずれ
るように配置される。したがつて、回転方向弁別
回路３３は、その出力の位相を検出することによ
り、回転部材２８ａの回転方向を検出することが
できる。

回転方向弁別回路３３からの出力は、回転部材
２８ａの回転方向に対応してそれぞれラインｌ４
またはラインｌ５を介して、位置検出器であるカ
ウンタ回路３４に与えられる。ラインｌ４からの
信号が入力されたとき、カウンタ回路３４はアツ
プカウント動作を行ない、ラインｌ５からの信号
が入力されたときダウンカウント動作を行なう。

前記出力軸２２の他端部には、回転部材３５ａ
が同軸に固定される。回転部材３５ａに近接し
て、たとえばリードスイツチ３６，３７が配置さ
れる。回転部材３５ａおよびリードスイツチ３
６，３７が、回転数検出手段３５を構成する。リ
ードスイツチ３６，３７からの出力は、ラインｌ
６，ｌ７を介して回転方向弁別回路３８に与えら
れる。リードスイツチ３６，３７の配置状態は、
受光素子３０，３１の配置状態と基本的に同様で
ある。

回転方向弁別回路３８からの信号は、回転部材
３５ａの回転方向に対応して、それぞれラインｌ
８またはラインｌ９を介して回転数カウンタ回路
３９に与えられる。回転方向弁別回路３８は、前
記回転方向弁別回路３３と同様の動作によつて、
回転数検出手段１４の回転方向を検出する。回転
数カウンタ回路３９に、ラインｌ８からの信号が
入力されると、アツプカウント動作を行ない、ラ
インｌ９からの信号が入力されると、ダウンカウ
ント動作を行なう。回転数カウンタ回路３９のカ
ウント値は、初期化回路３２に与えられる。

一方、回転方向弁別回路３８および回転数カウ
ンタ回路３９には、給電装置であるバツテリ４０
が備えられる。バツテリ４０は、たとえば停電時
などにおいて、回転方向弁別回路３８および回転
数カウンタ回路３９のバツクアツプ電源として機
能する。

第２図はエンコーダ装置２８の原理を示す斜視
図である。モータ２１の出力軸２２に同軸に固定
された回転部材２８ａには、出力軸２２と同心の
複数の仮想円周上に、それぞれ周方向に間隔をあ
けて形成された透孔４１から成る第１トラツク４
２および第２トラツク４３が形成される。第２ト
ラツク４３よりさらに半径方向内には、周方向に
単一の透孔４４のみが形成されている第３トラツ
ク４５が形成される。これら第１〜第２トラツク
４２，４３の半径方向に対応する各透孔４１の位
置は、それぞれ周方向にずれて形成される。この
ような透孔４１，４４を介して、受光素子２９〜
３１と光経路を構成する発光素子４６，４７，４
８が配置される。

透孔４４に対応して設けられる受光素子２９に
よるパルスは、零点パルスと定義することにす
る。

第３図は本実施例のエンコーダ装置２８の動作
を説明する波形図である。第１図および第３図を
参照して、回転部材２８ａがたとえば矢符Ａ１方
向に回転するとき、受光素子３０は第３図１で示
される波形の信号を導出し、受光素子３１は第３
図１の信号とたとえば90度位相がずれた第３図２
で示されるような信号を導出する。これらの信号
が入力された回転方向弁別回路３３は、第３図３
に示される波形の信号を、回転部材２８ａの回転
方向に対応してラインｌ４またはラインｌ５に導
出する。カウンタ回路３４のカウンタ値は、第３
図４で示される。

第４図は回転数検出手段３５に関連する構成を
示す斜視図であり、第５図は回転数検出手段３５
付近の正面図である。回転部材３５ａの、リード
スイツチ３６，３７によつて近接時に検出される
位置に永久磁石片４９が固定される。リードスイ
ツチ３６は、たとえばガラスなどの材料から成る
封止体５０内に、相互に離間した一対の電極５
１，５２を含む。リードスイツチ３７は、リード
スイツチ３６と同様の構成を有する。

第６図は回転数検出手段３５の動作を説明する
波形図である。第１図および第６図を参照して、
回転部材３５ａが矢符Ａ１方向に回転するとき、
その１回転ごとにリードスイツチ３６から、第６
図１で示される信号がラインｌ７に導出される。
リードスイツチ３７から、第６図１の信号とたと
えば90度位相がずれた信号が、ラインｌ８に導出
される。これらの信号が入力される回転方向弁別
回路３８から、第６図３に示す信号が回転部材３
５ａの回転方向に対応して、それぞれラインｌ８
またはラインｌ９に導出される。ラインｌ８，ｌ
９を介して前記信号が入力された回転数カウンタ
３９のカウント値の変化は、第６図４で示され
る。

第７図は本実施例の動作を説明する波形図であ
る。第１図および第７図を参照して、位置検出装
置の動作を説明する。たとえば電源投入時などの
使用開始時では、まずモータ２１を予め定めた方
向に回転駆動する。このとき第２図の透孔４４
が、発光素子４８および受光素子２９との光経路
に位置したとき、受光素子２９から第７図１に示
される零点パルス…、Zi−１，Zi，Zi＋１，…
が、出力される。

初期化回路３２は、たとえば電源投入時以後、
最初の零点パルスZiが入力されたとき、回転数カ
ウンタ回路３９のカウント値を読取る。前述した
ように回転数カウンタ回路３９は、バツテリ４０
によつてバツクアツプされており、モータ２１の
回転数を常にカウントしストアしている。

ここでＲを、回転部材３５ａの１回転当たり、
たとえばラインｌ４またはラインｌ５に回転方向
弁別回路３３から導出されるパルス数とすると、
初期化回路３２は下式の演算を行なう。

Ni＝Ｒ×ｉ ……(1) Niは、カウンタ回路３４のストア内容がクリ
アされ、改めてカウント値が設定される初期化動
作における初期値である。ここで回転数カウンタ
回路３９のカウント値ｉは第７図２に示される。

このようにして初期化回路３２が、第１式に示
される演算を行なつて初期化動作を行なうとき、
カウンタ回路３４のカウント値を、第１式の初期
値Niとする。このようにカウンタ回路３４が初
期化された時点で、モータ２１の動作を停止す
る。

このようにして、作業端５に関する初期化動作
を、確実に行なうことができる。すなわち、カウ
ンタ回路３４のカウント値を読出すことによつ
て、作業端２７の回転位置を確実に検出すること
ができる。

以上のように、たとえば電源投入時などの使用
開始時にあたつて、カウンタ回路３４の初期化動
作を、必要とされるすべての軸の任意の位置にお
いて、すべて自動的に行うことができる。したが
つて操作性は著しく向上する。

またカウンタ回路３４の初期化動作は、モータ
２１の最大１回転で終了するので、周辺の構成に
よる干渉を低減することができる。

また本発明では、作業端２７側に、第７図を参
照して説明した先行技術における位置検出装置に
おける被検出部材９およびセンサ１０などの構成
と対応する構成を用いないので、構成が簡略化さ
れる。

さらに本発明では、前述の被検出部材９および
センサ１０のたとえば温度などによる特性変化に
よつて、初期化動作における誤差が発生すること
が解消される。

前述の実施例では、ロボツトに関する位置検出
装置について説明したが、本発明はロボツトに限
らず数値制御（NC）される工作機械などに関し
ても、広く実施されることができる。

効 果 以上のように本発明によれば、電源投入時など
の使用開始以後、作業端２７または動力源２１を
駆動し、第１検出素子２９からの最初の零点パル
スに応答して、初期化回路３２によつて回転数カ
ウンタ回路３９のカウント値ｉを読取り、カウン
ト回路３４では、その初期化回路３２において読
取られた値に基づいて演算を行うようにしたの
で、カウンタ回路３４による初期化操作を、任意
の関節軸に関して容易に行うことができ、その構
成が簡略であり、常に正確な位置検出を行うこと
ができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の位置検出装置の構
成を示すブロツク図、第２図はエンコーダ装置２
８の動作原理を説明する斜視図、第３図は第１図
示の位置検出装置の動作を説明する波形図、第４
図は回転数検出手段３５の動作原理を説明する斜
視図、第５図は回転数検出手段３５の正面図、第
６図は回転数検出手段３５の動作を説明する波形
図、第７図は第１図示の位置検出装置の動作を説
明する波形図、第８図は先行技術の位置検出装置
の構成を示すブロツク図、第９図は先行技術の位
置検出装置の動作を説明する波形図である。 ２１……モータ、２２……出力軸、２３……減
速機、２７……作業端、２８……インクリメンタ
ル形エンコーダ、３２……初期化回路、３３，３
８……回転方向弁別回路、３４……カウンタ回
路、３５……回転数検出手段、３９……回転数カ
ウンタ回路、４０……バツテリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 複数回転を行うことができる動力源２１
   の回転を減速機２３で減速してロボツトの関節
   軸を駆動し、この関節軸によつて変位する作業
   端２７の位置の検出を、前記動力源２１の出力
   軸２２に直結したインクリメンタル形エンコー
   ダ２８によつて行う位置検出装置において、 (b) インクリメンタル形エンコーダ２８であつ
   て、 (b1) 出力軸２２に連結される第１回転部材２８
   ａであつて、周方向に単１個の零点パルス用
   被検出部４４と、周方向に複数の位置検出用
   被検出部４１とが形成される第１回転部材２
   ８ａと、 (b2) 零点パルス用被検出部４４を検出して零点
   パルスを導出する第１検出子２９と、 (b3) 位置検出用被検出部４１を検出する第２検
   出素子３０，３１とを有するインクリメンタ
   ル形エンコーダ２８と、 (c) 回転検出手段３５であつて、 (c1) 出力軸２２に連結され、周方向に単１個の
   回転数検出用被検出部４９が形成される第２
   回転部材３５ａと、 (c2) 回転数検出用被検出部４９を検出する第３
   検出素子３６，３７とを有する回転数検出手
   段３５と、 (d) 第３検出素子３６，３７の出力をカウントす
   る回転数カウンタ回路３９と、 (e) 緊急時に電力を、回転数検出手段３５と回転
   数カウンタ回路３９とに供給してバツクアツプ
   するバツテリ４０と、 (f) 電源投入時などの使用開始以後、第１検出素
   子２９からの最初の零点パルスに応答して、回
   転数カウンタ回路３９のカウント値ｉを読取る
   初期化回路３２と、 (g) 初期化回路３２の出力に応答し、第２回転部
   材３５ａの１回転当たり、第２検出素子３０，
   ３１から導出されるパルス数をＲとするとき、 Ni＝Ｒ×ｉ を演算し、この値Niをストアし、その後、そ
   のストア値Niに基づき、第２検出素子３０，
   ３１から導出されるパルス数をカウントするカ
   ウンタ回路３４とを含むことを特徴とする位置
   検出装置。