JPH04172288A - 位置決め装置 - 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、位置決め装置に係り、特に位置決めの自動補
正機能をもつ位置決め装置に関する。

（従来の技術と発明が解決しようとする課題）例えばア
ブソリュート方式のロータリエンコーダ（以下、単にエ
ンコーダと呼ぶ。）が付されたプレイバックロボットに
おいて、各ロボット軸に対する動作指令情報は、各軸の
基準位置からの相対位置（エンコーダのパルス数Ｐ２）
として予め教示・記憶され、その基準位置は、通常、ス
トッパにより決定される各軸の動作限位置（エンコ−ダ
のパルス値Ｐ、）に設定される。この場合、実際の各軸
への動作指令の信号は、 Ｐ１＋Ｐ２ で与えられる。

それ故、各ロボット軸がそれぞれ所定の目標位置（これ
は絶対位置である。）に常に正確に再生されるためには
、ストッパの移動等により各軸の動作限位置ないし基準
位置がずれないことが要求される。仮に軸の動作限位置
がずれてそのエンコーダパルス値がＰ１′になったとす
ると、Ｐ１′≠Ｐ１ であるため、 ｐ１’＋ｐ、、、≠Ｐ１＋Ｐ２ となり、従前と同一の動作指令（Ｐ２）を与えても目標
位置への到達が不可能となってしまう。

そこで、従来の位置決め装置としては、例えば、ストッ
パの現在位置を検出し、予め設定・記憶した基準位置と
比較してストッパの移動量だけ、駆動手段によりストッ
パを元に戻すようにしたものがある（実開昭５８−１１
０３３０号公報参照）。

しかしながら、このような従来の位置決め装置にあって
は、単に所定の基準位置からずれたストッパを移動量だ
け元に戻すだけであるため、例えば、ストッパの形状自
体が摩耗等により変化した場合や、ストッパとその移動
経路との間にがたが生じた場合等には、たとえストッパ
を移動量だけ元に戻したとしても、ロボット軸の動作限
位置は以前の動作限位置と必ずしも一致するわけではな
い。従って、当該軸を正確に目標位置に動かすためには
、キャリブレーション時に新規の動作限位置と目標位置
との間の相対位置を動作指令情報として改めて教示し直
す必要がある。

また、一般に、エンコーダを交換した場合には、各ロボ
ット軸の動作限位置（絶対位置）にずれがないとしても
、その動作限位置に対応するエンコーダパルス値が変わ
る可能性がある。このときのエンコーダパルス値をＰ１
′とすれば、Ｐ１′≠Ｐ１ であるため、 Ｐ、’　十ｐ２≠Ｐ、　十Ｐ２ となり、従前と同一の動作指令（Ｐ２）による目標位置
への到達は不可能である。従って、この場合にも、キャ
リブレーション時に動作指令情報の再教示が必要となる
。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであり、定期的なあるいはエンコーダ交換時の
キャリブレーションに際し動作指令情報の再教示を要す
ることなく位置決めを自動補正して、所定の目標位置を
常に正確に再現し得る位置決め装置を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、機械的に規制され
た範囲内で動作する被駆動体と、該被駆動体を駆動する
駆動手段と、前記被駆動体の現在位置を検出する検出手
段と、前記被駆動体に対する動作指令を前記被駆動体の
動作限位置からの相対位置の形で予め記憶する第１記憶
手段と、前記動作指令の基礎となる前記被駆動体の動作
限位置を絶対基準位置として記憶する第２記憶手段と、
キャリブレーション時に前記検出手段により検出された
前記被駆動体の動作限位置を基準位置として記憶する第
３記憶手段と、前記第２記憶手段に記憶されている絶対
基準位置と前記第３記憶手段に記憶されている基準位置
との差分を記憶する第１記憶□手段と、前記第１記憶手
段に記憶されている動作指令と前記第３記憶手段に記憶
されている基準位置と前記第１記憶手段に記憶されてい
る差分とに基づいて前記被駆動体の目標位置を演算する
演算手段と、前記被駆動体の実際位置が前記演算手段に
より演算された目標位置と一致するよう前記駆動手段を
制御する制御手段とを有することを特徴とする。

（作用） このように構成された位置決め装置は、次のように作用
する。

第１記憶手段に動作指令が教示・記憶されると、第２記
憶手段は、この動作指令の基礎となる被駆動体の動作限
位置を絶対基準位置として記憶する。

この絶対基準位置の値は、検出手段の交換時に更新され
る。第３記憶手段は、キヤリプレーション時に検出手段
により検出された被駆動体の動作限位置を基準位置とし
てその都度記憶し、第１記憶手段は、キャリブレーショ
ンの度に演算される絶対基準位置と基準位置との差分を
記憶する。よって、第３記憶手段に記憶されている基準
位置と第１記憶手段に記憶されている差分とを加算すれ
ば、常に、動作指令の基礎である絶対基準位置と一致す
るようになっている。

キャリブレーション終了後に被駆動体を実際に動作させ
るに際しては、まず、演算手段は、第１記憶手段に記憶
されている動作指令と第３記憶手段に記憶されている基
準位置と第１記憶手段に記憶されている差分とに基づい
て被駆動体の目標位置を演算する。よって、この目標位
置は、常に、同一の絶対位置になる。それから、制御手
段は、被駆動体の実際位置がその演算手段により演算さ
れた目標位置と一致するよう駆動手段のフィードバック
制御を行う。

こうして、被駆動体は、たとえその動作限位置にずれが
発生したとしても、所定の動作指令に対して常に同一の
絶対位置に位置決めされることになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に係る位置決め装置の概略
構成図である。なお、本実施例では、被駆動体として、
プレイバックロボットの動作軸のうち伸縮運動を行うロ
ボット軸を例にとり、この軸に対する位置決め装置につ
いて説明する。

第１図に示すように、このロボット軸は、サーボモータ
１と結合されたボールねじ２を介して回転運動を直線運
動に変換し、ボールねじ軸２と平行な１組のガイドレー
ル３上の走行部４を図中のＭ方向に直線的に走行させる
機構をもつ。走行部４の動作範囲は、フレーム５に固定
された前後それぞれ２つ１組のストッパ６と７によって
規制される。実際の走行部４の動作限位置は、走行部４
がストッパ６．７と当接する位置である。なお、被駆動
体は、ボールねじ２と走行部４とによって構成され（以
下、走行部４で代表する。）、駆動手段は、サーボモー
タ１によって構成されている。

また、サーボモータ１は、適当な減速機構を備えている
。

サーボモータ１には、検出手段としてアブソリュート方
式のロータリエンコーダ８（以下、単にエンコーダと呼
ぶ。）が取り付けられている。このエンコーダ８によっ
て走行部４の現在位置が絶対位置として検出される。そ
の際、走行部４の現在位置は、エンコーダ８の出力パル
ス値ｐ（出力パルス数を零からカウントした値）の形で
表現される。

サーボモータ１およびエンコーダ８はコントローラ９に
接続され、このコントローラ９によって当該ロボット軸
の動作が制御されるようになっている。コントローラ９
は、外部信号を入力する入力部１０と、制御演算処理を
行う制御演算部１１と、各種情報を記憶する記憶部１２
と、指令信号を外部へ出力する出力部１３とからなり、
そのうち記憶部１２には、所要の動作をロボットに記憶
させる教示機器１４（いわゆるティーチボックス等）が
接続されている。なお、教示機器１４は、後述するキャ
リブレーションを行う際の操作盤の機能をも兼ねている
。

本システムにおいて、ロボット軸に対する動作指令情報
りは、ある基準位置からの相対位置情報として教示機器
１４によって予め教示・記憶される。具体的には、教示
される動作指令情報りは、エンコーダ８のパルス数の形
で付与される。このパルス数をｐ、で表わせば、動作指
令情報りは、走行部４を基準位置からエンコーダパルス
数ｐ３だけ移動せよ、という指令内容をもつものである
。

本実施例では、その基準位置は、走行部４がストッパ６
と当接する位置（図中のＢ位置）に設定されている。な
お、以下では、基準位置のうち前記動作指令（パルス数
ｐ３）の基礎となる基準位置のことを特に絶対基準位置
Ａと呼び、現在の動作限位置を単に基準位置Ｂと呼んで
両者を区別する。

また、走行部４が絶対基準位置Ａたる動作限位置にある
時のエンコーダパルス値をｐｌで、基準位置たる現在の
動作限位置Ｂにある時のそれをｐ２でそれぞれ表わす。

よって、走行部４の目標位置（絶対位置）Ｑをエンコー
ダパルス値ｑで表わせば、 ｐ１＋ｐ３±ｑ　　・・・式（１） という基本的な関係が成立するため、ロボット軸に対し
、実質的に式（１）の関係を満たすような動作指令信号
を出力させるようにすれば、ロボット軸は常に正確に所
定の目標位置Ｑに再生されることになる。

例えば、現在の動作限位置Ｂ（パルス値ｐ２）が絶対基
準位置Ａ（パルス値ｐ１）と一致している限り、動作指
令信号を ｐ２　＋ｐ３ で与えれば、同一の指令（パルス数１）３）に対し、ｐ
２＋ｐ３＝ｐ１＋ｐ３ が成立するため、所定の目標位置Ｑに正確に再生される
。

ところが、前述した通り、ストッパ６の摩耗等に起因し
て走行部４の動作限位置Ｂ（パルス値ｐ２）は絶対基準
位置Ａ（パルス値ｐユ）からずれる場合がある。このと
き、 ｐ２　≠ｐゴ となるため、前例のような ｐ２　　　ｐ３ という動作指令信号を出力したのでは、ｐ２＋ｐ３≠ｐ
１＋ｐ３ となり、目標位置Ｑの再生は不可能である。そこで、定
期的にキャリブレーションを行うことによって、そうし
たずれを補償し常に実質的に式（１）の関係を実現でき
るよう位置決め補正を行う必要がある。

また、前述した通り、エンコーダ８の故障等によりそれ
を交換した場合、サーボモータユに対するエンコーダ８
の取り付は角度の違いから、走行部４が同一位置にあっ
たとしてもその位置に対応するエンコーダパルス値ｐの
値が変化する可能性がある。従って、エンコーダ８の交
換時にもキャリブレーションを行って位置決めの補正を
行う必要がある。

第２図は、このような要請に応えるための本位置決め装
置の制御系のブロック図である。

第２図に示すように、コントローラ９の記憶部１２は、
教示機器１４により教示された動作指令情報Ｄ（パルス
数ｐ３）を記憶する第１記憶手段たる教示データ記憶部
１５と、その動作指令情報Ｄ（パルス数ｐ３）の基礎と
なる絶対基準位置Ａ（パルス値ｐ１）を記憶する第２記
憶手段たる絶対基準位置記憶部１６と、キャリブレーシ
ョン時にエンコーダ８により検出された現在の動作限位
置Ｂ（パルス値ｐ２）を記憶する第３記憶手段たる基準
位置記憶部１７と、後述の差分値算出部２０で算出され
た差分値Ｃ（パルス数δ）を記憶する第１記憶手段たる
差分値記憶部１８とを有する。

また、コントローラ９の制御演算部１１は、キャリブレ
ーション時にエンコーダ８からの入力パルス値ｐを基準
位置Ｂとして基準位置記憶部１７に、あるいは絶対基準
位置Ａとして絶対基準位置記憶部１６に設定・記憶させ
る位置設定部１９と、絶対基準位置記憶部１６に記憶さ
れている絶対基準位置Ａ（パルス値ｐ１）と基準位置記
憶部１７に記憶されている基準位置Ｂ（パルス値ｐ２）
との差分Ｃを算出する差分値算出部２０とを有する。

ここで算出された差分値Ｃのパルス数をδで表わすと、 ｐＩ　　Ｔ）２＝δ　　・・・式（２）という関係式が
成立する。

また、制御演算部１１は、エンコーダ８交換後最初のキ
ャリブレーション時において、新規に基準位置記憶部１
７に記憶された基準位置Ｂ（パルス値ｐ２）と差分値記
憶部１８に記憶されている前回の差分値Ｃ（パルス数δ
）とを加算して、新規エンコーダ８の絶対基準位置Ａを
設定する絶対基準位置設定部２１を有する。この絶対基
準位置設定部２１で設定された絶対基準位置Ａの新規の
エンコーダパルス値は、絶対基準位置記憶部１６に改め
て記憶される。すなわち、 ｐ２＋δ→Ａ である。

さらに、制御演算部１１は、基準位置記憶部１７に記憶
されている基準位置Ｂ（パルス値ｐ２）と差分値記憶部
−１８に記憶されている差分値Ｃ（パルス数δ）と教示
データ記憶部１５に記憶されている動作指令Ｄ（パルス
数ｐ３）とを加算して、走行部４の目標位置Ｑ（パルス
値ｑ）を算出する演算手段たる目標位置算出部２２を有
する。

すなわち、実際の動作指令信号を ｐ２＋δ＋ｐ３ というパルス値に設定すれば、式（２）の関係よりｐ２
＋δ＝ｐ１ という関係が成り立ち、上記の動作指令信号が、実質的
に式（１〉の関係 ｐｌ　＋Ｔ）３＝Ｑ を満たすことになるため、走行部４は常に正確に所定の
目標位置Ｑに再生され得ることになる。

また、本制御系は、走行部４の位置決めに当たりフィー
ドバック制御を行うため、目標位置算出部２２で算出さ
れた動作指令信号とエンコーダ８により検出された走行
部４の現在の到達位置と比較する指令算出部２３と、こ
の指令算出部２３で算出された指令を処理・増幅するサ
ーボアンプを有する。サーボモータ１は、直接的にはこ
のサーボアンプ２４からの信号に従って動作する。なお
、制御手段は、指令算出部２３およびサーボアンプ２４
によって構成されている。

第３図は、このように構成された制御系におけるキャリ
ブレーション時の処理のフローチャートである。

まず、教示機器１４を操作して走行部４をキャリブレー
ション位置、つまり動作限位置Ｂに移動させる（Ｓｌ）
。

それから、位置設定部１９は、このときのエンコーダ８
の出力パルス値ｐを入力する（Ｓ２）。

それから、位置設定部１９は、入力したエンコーダパル
ス値ｐを、基準位置Ｂ（パルス値ｐ２）として基準位置
記憶部１７に（改めて）記憶させる（Ｓ３）。

それから、制御演算部１１は、今回のキャリブレーショ
ンが動作指令（パルス数ｐ３）の教示後最初のキャリブ
レーションであるか否かを判断する（Ｓ４）。

ステップ４の判断として今回のキャリブレーションが教
示後最初のキャリブレーションであれば、位置設定部１
９は、さらに、入力したエンコーダパルス値ｐを、絶対
基準位置Ａ（パルス値ｐ１）として絶対基準位置記憶部
１６に記憶させる（Ｓ５）。そして、制御演算部１１は
、差分値記憶部１８の差分値Ｃをパルス敷写（０）にリ
セットする（Ｓ６）。なお、ステップ６を省略して、ス
テップ５の次にステップ８に進むようにしても良い。

ステップ４の判断として今回のキャリブレーションが教
示後最初のキャリブレーションでなければ、制御演算部
１１は、引き続き、今回のキャリブレーションがエンコ
ーダ８の交換後最初のキャリブレーションであるか否か
を判断する（Ｓ７）。

ステップ７の判断として今回のキャリブレーションがエ
ンコーダ８の交換後最初のキャリブレーションでなけれ
ば、つまり、エンコーダ８の交換を伴わない定期的なキ
ャリブレーションであれば、差分値算出部２０は、まず
、絶対基準位置記憶部１６から絶対基準位置Ａのパルス
値ｐ１、並びに、基準位置記憶部１７から新規に記憶し
た基準位置Ｂのパルス値ｐ２を読み出しくＳ８）、両者
の差分値δを算出する（Ｓ９）。それから、この差分値
δを、差分値Ｃとして改めて差分値記憶部１８に記憶さ
せる（Ｓ　１０）。

一方、ステップ７の判断として今回のキャリブレーショ
ンがエンコーダ８の交換後最初のキャリブレーションで
あれば、絶対基準位置設定部２１は、まず、基準位置記
憶部１７から新規に記憶した基準位置Ｂのパルス値ｐ２
、並びに、差分値記憶部１８から前回のキャリブレーシ
ョン時に記憶した差分値Ｃのパルス数δを読み出しく５
ｌｌ）、両者を加算して新規エンコーダ８における絶対
基準位置Ａの新規のパルス値ｐ１を設定する（Ｓ１２）
。それから、この新たに設定された絶対基準位置のパル
ス値ｐ、を、絶対基準位置Ａとして改めて絶対基準位置
記憶部１６に記憶させる（Ｓ　　　’１３）。

このようにして、キャリブレーションを行うたびに、本
システムにおいて走行部４の正確な位置決め制御に要す
る各種データ（絶対基準位置Ａ、基準位置Ｂ、差分値Ｃ
）のパルス値（ｐｌ、ｐ２、δ）が、実質的に前述の式
（１）、つまりｐ１＋ｐ３＝Ｑ という関係を満たし得る最新の正確な値に更新されるよ
うになっている。

第１図は、この制御系における実際の動作指令時の処理
のフローチャートである。

所定の目標位置Ｑに走行部４を実際にプレイバックさせ
る場合、目標位置算出部２２は、基準位置記憶部１７か
ら基準位置Ｂのパルス値ｐ２を、差分値記憶部１８から
差分値Ｃのパルス数δを、教示データ記憶部１５から動
作指令りのパルス数ｐ３をそれぞれ読み出しくＳ１４、
Ｓ１５．５１６）、これらのすべての値を加算して目標
位置Ｑのパルス値ｑを算出する（Ｓ　１７）。この目標
位置Ｑのパルス値 ｐ２＋δ十ｐ３　　（−”１）＋　＋ｐ３　＝Ｑ）は、
指令算出部２３に送出される。

それから、指令算出部２３は、エンコーダ８から走行部
４の現在位置のパルス値ｐを入力しく５１８）、目標位
置Ｑのパルス値ｑと現在位置のパルス値ｐとを比較して
具体的な指令信号を算出して（Ｓ　１９）サーボアンプ
２４に送出する。

それから、指令算出部２３は、走行部４が目標位置Ｑに
到達したか否かを判断しく５２０）、この判断として走
行部４が目標位置Ｑに到達してなければ、ステップ１８
に戻って以降の動作を繰り返す。

このようにして、エンコーダ８の出力パルス値ｐが、算
出された目標位置Ｑのパルス値ｑと一致するよう、フィ
ードバック制御か行われる。

以上、本実施例によれば、キャリブレーション時にロボ
ット軸の動作限位置Ｂの変化を監視してこれに対する動
作指令情報（パルス数Ｔ）３）の基礎となる絶対基準位
置Ａ（パルス値ｐ＋）を正確に設定・維持し得る構成と
したため、定期的なあるいはエンコーダ交換時のキャリ
ブレーションに際し動作指令情報の再教示を要すること
なく位置決めを自動補正して、所定の目標位置Ｑを常に
正確に再現するこ、とができる。

なお、本実施例にあっては、被駆動体として、プレイバ
ックロボットの動作軸のうち伸縮運動を行うロボット軸
を例にとって説明したが、本発明は、回転・旋回運動を
行うロボット軸についても適用可能であるばかりか、位
置決め制御を要する加工ユニット一般にも適用できる。

また、本実施例では、検出手段として、アブソリュート
方式のロータリエンコーダを採用したが、これに限らず
、電源を切ったときや停電時に改めて原点法めを要する
点でアブソリュート式に比べ若干の手間がかかることが
許容されれば、インクリメント方式のロータリエンコー
ダでも良い。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、キ
ャリブレーション時に被駆動体への動作指令の再教示を
行うことなく一定の位置決め精度の確保が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る位置決め装置の概略
構成図、 第２図は、その制御系のブロック図１ 、第３図は、その制御系におけるキャリブレーション時
の処理のフローチャート、 第１図は、その制御系における動作指令時の処理のフロ
ーチャートである。 １・・・サーボモータ（駆動手段）、２・・・ボールね
じ（被駆動体）、３・・・ガイドレール、４・・・走行
部（被駆動体）、６．７・・・ストッパ、８・・・アブ
ソリュート式エンコーダ（検出手段）、１５・・・教示
データ記憶部（第１記憶手段）、１６・・・絶対基準位
置記憶部（第２記憶手段）、１７・・・基準位置記憶部
（第３記憶手段）、１８・・・差分値記憶部（第１記憶
手段）、２２・・・目標位置算出部（演算手段）、２３
・・・指令算出部（制御手段）、２４・・・サーボアン
プ（制御手段）、Ｂ・・・動作限位置。 特許出願人　　　日産自動車株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 機械的に規制された範囲内で動作する被駆動体と、 該被駆動体を駆動する駆動手段と、 前記被駆動体の現在位置を検出する検出手段と、前記被
   駆動体に対する動作指令を前記被駆動体の動作限位置か
   らの相対位置の形で予め記憶する第１記憶手段と、 前記動作指令の基礎となる前記被駆動体の動作限位置を
   絶対基準位置として記憶する第２記憶手段と、 キャリブレーション時に前記検出手段により検出された
   前記被駆動体の動作限位置を基準位置として記憶する第
   ３記憶手段と、 前記第２記憶手段に記憶されている絶対基準位置と前記
   第３記憶手段に記憶されている基準位置との差分を記憶
   する第１記憶手段と、 前記第１記憶手段に記憶されている動作指令と前記第３
   記憶手段に記憶されている基準位置と前記第１記憶手段
   に記憶されている差分とに基づいて前記被駆動体の目標
   位置を演算する演算手段と、前記被駆動体の実際位置が
   前記演算手段により演算された目標位置と一致するよう
   前記駆動手段を制御する制御手段とを有することを特徴
   とする位置決め装置。