JPH05104466A - 多関節ロボツトの原点復帰制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 簡単な装置構成でアームの原点復帰ができる
多関節ロボットの原点復帰制御装置を提供すること。 【構成】 多関節ロボットのアーム１５，１７，３５
は、ハイポイドギア２６，３０，３４を介してモータ２
７，３１，３７によりそれぞれ回動制御される。各モー
タ２７，３１，３７はそれぞれエンコーダ２７ａ，３１
ａ，３７ａにより回転位置が検出される。停電時にロボ
ットは駆動停止されるが、この時、各アーム１５，１
７，３５はハイポイドギア２６，３０，３４により回動
しない。この停電時の各アーム１５，１７，３５の回転
位置をバックアップＲＡＭ５１ｃに記憶させておき、電
源再投入時にその位置を読み出し（Ｓ１１０）、原点復
帰移動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のアームを駆動さ
せて作業を行なう多関節ロボットの原点復帰制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、多関節ロボットでは、アーム
の位置を精密に制御するために、関節軸（回転軸）の回
転角度（位置）を正確に検出するセンサが使用されてい
る。このセンサとしては、例えば回転軸にパルス発生器
を結合し、回転角度をパルス数でカウントするインクリ
メンタル形のセンサ（インクリメンタルエンコーダ）が
知られている。

【０００３】この様な多関節ロボットでは、アームの位
置制御は原点位置を基準にして行われている。ところ
が、インクリメンタルエンコーダを使用したものでは、
停電してカウンタが停止すると、通電が再開されても元
のカウンタ値を回復することがなく、また電源が断たれ
た時のアームの停止位置は各々場合によって異なり、し
かもアームは停止後に外力にによって移動することがあ
る。そこで、通常は、電源投入時にはアームを一旦原点
位置に復帰させ、そこから教示された内容に従って動作
を開始している。

【０００４】また、近年では、この様な原点復帰の動作
をする必要のない構成として、回転軸にポテンシヨメー
タやレゾルバを結合して、回転軸の絶対角度を検出する
アブソリュート形のセンサを使用する多関節ロボットも
開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た多関節ロボットでは下記の様な問題があり、必ずしも
好適ではなかった。例えば前記インクリメンタルエンコ
ーダを使用した多関節ロボットにて、原点復帰を行なう
場合、原点位置がアームの可動範囲の中心にあるときに
は、ドグ等でどちらの領域にあるかを判断して、アーム
の原点復帰方向を決定している。

【０００６】ところが、この方法では、領域センサを原
点センサと別に設けるか、或は原点センサを領域センサ
と兼用しドグ等を増加するなどの工夫が必要となり、そ
のため、アームの径を細くできないという問題や、アー
ムの軽量化ができないという問題が発生してしまう。ま
た、ドグ等の複雑な機構をアーム内に配置することは、
製造上望ましくないという問題があり、更に、領域セン
サ等は使用中に故障が発生しない様に十分に防滴対策を
施さねばならず、コストアップの原因となるという問題
もあった。

【０００７】一方、アブソリュート形のセンサの場合に
は、確かに原点復帰が不要という利点はあるが、形状が
大きいのでアームの径が大きくなるという問題があり、
よって軽量化にも不都合であった。またセンサの構造が
複雑で、コストも高いという問題があった。

【０００８】本発明は前記課題を解決するためになさ
れ、簡単な装置構成で、アームの原点復帰ができる多関
節ロボットの原点復帰制御装置を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、図１に例示する様に、ロボットのアーム
Ｍ１を駆動するモータＭ２と、前記アームＭ１の移動位
置を検出するインクリメンタルエンコーダＭ３とを備
え、電源の再投入時に前記アームＭ１の原点復帰を行な
う多関節ロボットの原点復帰制御装置において、前記電
源がオフした場合に、前記アームＭ１の停止位置からア
ームＭ１の外力による移動を防止する逆効率の低いギア
Ｍ４と、前記インクリメンタルエンコーダＭ３によって
検出した前記アームＭ１の位置情報を、前記電源がオフ
した場合に保持する位置記憶手段Ｍ５と、前記電源が再
度オンした場合に、前記位置記憶手段Ｍ５に記憶した前
記アームＭ１の位置情報に基づいて、前記アームＭ１の
停止位置からの原点復帰を行なう原点復帰制御手段Ｍ６
と、を備えたことを特徴とする多関節ロボットの原点復
帰制御装置を要旨とする。

【００１０】

【作用】本発明では、モータＭ２によってロボットのア
ームＭ１を駆動し、インクリメンタルエンコーダＭ３に
よってアームＭ１の移動位置を検出して、電源の再投入
時にアームＭ１の原点復帰を行なう。

【００１１】そして、逆効率の低いギアＭ４によって、
電源がオフした場合にアームＭ１の停止位置からアーム
Ｍ１の外力による移動を防止する。また、位置記憶手段
Ｍ５により、電源がオフした場合には、インクリメンタ
ルエンコーダＭ３によって検出したアームＭ１の位置情
報を保持する。更に、原点復帰制御手段Ｍ６により、電
源が再度オンした場合には、位置記憶手段Ｍ５に記憶し
たアームＭ１の位置情報に基づいて、アームＭ１の停止
位置からの原点復帰を行なう。

【００１２】つまり、アームＭ１は、逆効率の低いギア
Ｍ１によって、電源オフ時に停止位置から移動しないの
で、停止位置の情報を電源オフ時に記憶して、電源再投
入時には、この位置情報に基づいてアーム１の原点復帰
を行なうものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を具体化した多関節ロボットの
原点復帰制御装置の実施例を、図面に基づいて説明す
る。本実施例の多関節ロボットは、例えばＮＣ加工機に
取り付けられて、被加工物（ワーク）の移動を行うもの
である。

【００１４】図２及び図３に示す様に、ＮＣ加工機は、
その周囲を覆うハウジング１内に格納されており、ハウ
ジング１の正面（図１）には、左右方向に移動して開口
部３を開閉する扉５が取り付けられている。更に、この
扉５と近接した位置に、本実施例の多関節ロボット９が
取り付けられている。

【００１５】前記多関節ロボット９は、扉５の下方に配
置されてロボット本体を左右方向に移動させる摺動機構
１１と、摺動機構１１上を移動するスライダ１３と、ス
ライダ１３上に設けられて動作する第１アーム１５，第
２アーム１７及び第３アーム（ハンド部）３５とを備え
ている。

【００１６】前記摺動機構１１は、扉５の移動方向と平
行に配置されてスライダ１３を案内する２本の走行軸
（ガイド）１９ａ，１９ｂ（１９と総称する）と、両ガ
イド１９の間に配置されてスライダ１３を移動させるボ
ール螺子機構２１と、ボール螺子機構２１の右端部に配
置されて該機構を駆動する図示しないスライダ用モータ
とを備えている。

【００１７】前記スライダ１３は、ボール螺子機構２１
と噛み合って左右方向に移動する基台であり、図４に示
す様に、スライダ１３の内部には、第１関節部２５の第
１ギア２６を介して第１アーム１５を駆動する第１アー
ム用モータ２７が配置されている。

【００１８】この第１アーム１５内には、第２関節部２
９の第２ギア３０を介して第２アーム１７を駆動する第
２アーム用モータ３１が配置され、また、第２アーム１
７内には、第３関節部３３の第３ギア３４を介してハン
ド部３５を駆動するハンド部用モータ３７が配置されて
いる。

【００１９】また、前記モータ２７，３１，３７に接続
された各ギア２６，３０，３４は、逆効率の低いハイポ
イドギアであり、このハイポイドギアは、図５に示す様
に、極めて減速比が大きく、かつ伝達側に外力を加えて
も駆動側が回転しない構造となっている。

【００２０】更に、前記アーム１５，１７，３５内に
は、モータ２７，３１，３７に対応して、その回転角度
（位置）を検出するために、周知のインクリメンタルエ
ンコーダ２７ａ，３１ａ，３７ａが配置され、また、ア
ーム１５，１７，３５の原点を検出するために、原点セ
ンサ１５ａ（図６），１７ａ，３５ａが各々配置されて
いる。

【００２１】そして、上述した構造の多関節ロボット９
を制御するために、図６に示す様な電子制御装置（ＥＣ
Ｕ）５１が使用されている。このＥＣＵ５１は、周知の
ＣＰＵ５１ａ，ＲＯＭ５１ｂ，バックアップＲＡＭ５１
ｃを論理演算回路の中心として構成され、外部機器との
入出力を行う入出力部５１ｄ等をコモンバス５１ｅを介
して相互に接続されている。

【００２２】そして、この入出力部５１ｄには、原点セ
ンサ１５ａ，１７ａ，３５ａが接続されるとともに、ア
ップダウンカウンタ回路２７ｂ，３１ｂ，３７ｂを介し
てエンコーダ２７ａ，３１ａ，３７ａが接続されてお
り、更に、図示しない駆動回路を介して各モータ２７，
３１，３７が接続されている。尚、前記エンコーダ２７
ａ，３１ａ，３７ａからアップダウンカウンタ回路２７
ｂ，３１ｂ，３７ｂを介してＥＣＵ５１に入力された信
号に基づいて、モータ２７，３１，３７の回転方向が判
別される。

【００２３】次に、本実施例の原点復帰制御装置の動作
を、図７のフローチャートに基づいて説明するが、この
制御では、各アーム１５，１７，３５の位置情報は、バ
ックアップＲＡＭ５１ｃに記憶されているので、電源が
オフされた場合にもその位置情報が消失することはな
い。尚、このフローチャートでは、説明を明瞭にするた
めに、一つのアーム１５の原点復帰制御について説明す
るが、他のアーム１７やハンド部３５の原点復帰制御も
ほぼ同様である。

【００２４】まず、ステップ１００にて、多関節ロボッ
ト９の電源が再投入された否かを判定し、ここで肯定判
断されるとステップ１１０に進む。ステップ１１０で
は、バックアップＲＡＭ５１ｃに記憶された電源オフ時
のアーム１５の位置をチェックする。即ち、アーム１５
は、逆効率の低いハイポイドギアである第１ギア２６に
よって、電源オフ時から移動していないので、このバッ
クアップＲＡＭ５１ｃに記憶したアーム１５の位置が電
源再投入時のアーム１５の位置を意味する。

【００２５】続くステップ１２０にて、このバックアッ
プＲＡＭ５１ｃに記憶したアーム１５の位置に基づい
て、原点位置までの距離（回転角度）を算出し、原点位
置に復帰するための回転方向が正転方向か否か（逆転方
向か）を判定する。ここで、正転方向であると判断され
ると、ステップ１３０にて、第１アーム用モータ２７を
正転方向に早送りしてステップ１４０に進み、一方、逆
転方向であると判断されると、ステップ１５０にて、第
１アーム用モータ２７を逆転方向に早送りして同じくス
テップ１４０に進む。

【００２６】ステップ１４０では、原点センサ１５ａが
オンか否か、即ちアーム１５が原点位置近傍に復帰した
か否かを判定し、ここで肯定判断されるとステップ１６
０に進み、一方否定判断されるとステップ１２０に戻
る。ステップ１６０では、アーム１５を正確な位置に停
止させるために、第１アーム用モータ２７の速度をクリ
ープ速度に減速する処理を行なう。

【００２７】続くステップ１７０では、原点センサ１５
ａがオフか否か、即ちアーム１５の正確な停止位置か否
かを判定し、ここで否定判断されるとステップ１６０に
戻り、一方肯定判断されると、ステップ１９０にて、第
１アーム用モータ２７を、エンコーダ２７ａのＺ相（原
点パルス）で停止し、一旦本処理を終了する。

【００２８】この様に本実施例の原点復帰制御装置で
は、関節部２５，２９，３３に、モータの回転を減速し
て伝達するギア２６，３０，３４として、ハイポイドギ
アを使用しているので、電源がオフされた場合にアーム
１５，１７，３５に外力が加わっても、アーム１５，１
７，３５の位置がずれることがない。更に、アーム１
５，１７，３５の位置情報は、エンコーダ２７ａ，３１
ａ，３７ａからの信号を処理してバックアップＲＡＭ５
１ｃに記憶しているので、電源オフ時にも位置情報が消
失することがない。

【００２９】従って、電源が再投入された場合には、こ
のバックアップＲＡＭ５１ｃに記憶したデータ通りの位
置に、そのままアーム１５，１７，３５があることにな
るので、この記憶された位置情報に基づいて、迅速かつ
的確にアーム１５，１７，３５の原点復帰を行なうこと
ができるという大きな効果がある。

【００３０】つまり、従来の様にアブソリュート形のセ
ンサや領域センサ等の複雑で高価な装置を使用すること
なく、インクリメンタルエンコーダの様な簡単で小型な
機構を使用して原点復帰を行うことができるので、アー
ム１５，１７，３５の径を小さくすることができ、しか
も軽量化も促進できるという利点がある。

【００３１】尚、本発明は前述の実施例に何等限定され
ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に於て変更
可能である。例えば、逆効率の低いギアとしては、ハイ
ポイドギアに限らず、アームが外力によって移動しない
様な構成であれば、特に限定はない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかな様に、本
発明は、逆効率の低いギアによって、電源がオフした場
合にアームの移動を防止するとともに、位置記憶手段に
より、電源がオフした場合のアームの位置情報を保持す
るので、電源が再度オンした場合には、記憶したアーム
の位置情報に基づいて、迅速に原点復帰を行なうことが
できる。

【００３３】また、本発明による装置の構造は、従来と
比較して簡易であるので、アームの径を小さくすること
ができ、しかも軽量化が可能で、コストも低減できると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を例示するブロック図であ
る。

【図２】本実施例のＮＣ加工機に取り付けられた多関節
ロボットを示す正面図である。

【図３】本実施例の多関節ロボットの動作を示す説明図
である。

【図４】本実施例の多関節ロボットのアームの断面図で
ある。

【図５】本実施例の多関節ロボットに使用されるギアを
示す斜視図である。

【図６】本実施例の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図７】本実施例の動作を説明するためのフローチャー
トである。

【符号の説明】

９…多関節ロボット １５…第１アーム １７…第２
アーム ２６…第１ギア ２７ａ，３１ａ，３７ａ…インク
リメンタルエンコーダ ３０…第２ギア ３４…第３ギア ３５…第３
アーム（ハンド部） ５１ｃ…バックアップＲＡＭ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットのアームを駆動するモータと、
   前記アームの移動位置を検出するインクリメンタルエン
   コーダとを備え、電源の再投入時に前記アームの原点復
   帰を行なう多関節ロボットの原点復帰制御装置におい
   て、 前記電源がオフした場合に、前記アームの停止位置から
   アームの外力による移動を防止する逆効率の低いギア
   と、 前記インクリメンタルエンコーダによって検出した前記
   アームの位置情報を、前記電源がオフした場合に保持す
   る位置記憶手段と、 前記電源が再度オンした場合に、前記位置記憶手段に記
   憶した前記アームの位置情報に基づいて、前記アームの
   停止位置からの原点復帰を行なう原点復帰制御手段と、 を備えたことを特徴とする多関節ロボットの原点復帰制
   御装置。