JPH067061B2 - 回転角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、産業用ロボツ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、産業用ロボツ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つた後、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
アツプダウンカウンタにてカウントして、機械回転角を
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前にはアツ
プダウンカウンタがリセツ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れた狭い場所でロボツトアーム等
に繁雑な動作させるため、ロボツ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、一旦原点合せを行なつた後の電源オフ時
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、バツテリバツクアツプされた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、強制的にアツ
プダウンカウンタにセツトするか、あるいは同回転角デ
ータによりアツ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] 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、ロボツ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、ロボツ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つても誤差が
累積して検出精度が大きく低下することになつて、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、機械回転角の検出
精度の向上をはかつ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一定回転角
(例えば、1/256回転)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
の機械回転角に対応した実カウトン値に補正する補正手
段とを設けたものである。

[作 用] 上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、実際の機械回
転角に対応する実カウント値に補正される。

従つて、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、上記回転部材の機
械回転角が、１回転内については絶対回転角検出器の電
源オフ時と再投入時との差で補正され、回転数にあたる
上位ビットは、絶対回転角検出器の電源オフ時と再投入
時との差で判定された補正量で補正されるので、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図はそのブロツク図であり、第
１図において、１は回転部材としての産業用ロボツト等
のアーム、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１
ａ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(θ)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
号をデイジタル信号に変換するレゾルバ／デイジタル
(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、Ｚ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
もつ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つてい
る。

８はパルスカウンタとしてのアツ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
対回転角を下位ビツト２^０〜２⁷にて出力するととも
に、モータ３の１回転に相当する２⁷ビットのキャリ
ー，ボロー信号をカウントし、モータ３の回転数として
上位ビツト２⁸〜２¹⁵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Ｒ／Ｄ変換器６
の出力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ツプダウンカ
ウンタ８からの上位ビツト２⁸〜２¹⁵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によりデイ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回転数に対応して実カウント値に
補正した後、その補正値をアツプダウンカウンタ８の上
位ビツト２⁸〜２¹⁵にセツトするものである。

なお、本実施例の装置では、電源再投入時に、Ｒ／Ｄ変
換器６によりデイジタル化されたレゾルバ４からの実検
出信号と同信号の電源オフ時の値である第１メモリ９内
の値との差で、第２メモリ１０の２⁰〜２⁷ビットである
下位ビットを補正器１２により(加算)補正し、アツプダ
ウンカウンタ８からの下位ビツト２⁰〜２⁷にセツトされ
るようになつている。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ＥＥＰＲ
ＯＭ等)あるいはバツテリバツクアツプされた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に減速機２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ツド１３ｃが配設
されるほか、このロツド１３ｃを電源オフ時にドラム１
３ａの外周部に付勢するスプリング１３ｄと、電源オフ
時にはロツド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、通常の回転角検出時には、ま
ず、原点合せを行なつた後、ドライバ５からの励磁相(s
inωt,cosωt)を受けたレゾルバ４から検出相sin(ωt＋
θ)が出力され、この検出相からモータ３の１回転以内
の全体回転角θ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(Ａ，Ｂ
相)をアツプダウンカウンタ８によりカウントすること
で、下位ビツト２⁰〜２⁷から１回転以内の回転角が出力
されるとともに、上位ビツト２⁸〜２¹⁵からモータ３の
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、(回転数)×360°との和として、モータ３の機械
回転角(つまりは回転軸１ａの機械回転角)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、ロツド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
離した状態となつている。

さて、このように一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、Ｒ／Ｄ変換器６
の出力値として第１メモリ９に記憶されるとともに、同
時点でのアツプダウンカウンタ８の値が、第２メモリ１
０に記憶される。このとき、電源をオフとすることで、
アツプダウンカウンタ８内のカウント値はリセツトされ
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、電源オフに伴つて、モータ３はブレーキ３ｂによ
り制動をかけられるほか、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、ロツド１３
ｃ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)を受けブレーキ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にロツド１３ｃが
嵌合することで規制(ロツク)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
°、電源オフと同時に切欠き部１３ｂとロツド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によりデイジタル化され、電源再投
入時における１回転以内の絶対回転角が求められ、同じ
く電源オフ時の１回転内の絶対回転角の値である第１メ
モリ９の内容との差で、補正器１２により第２メモリ１
０の内容に(加算)補正を施した値でアツプダウンカウン
タ８の下位ビツト２⁰〜２⁷に改めてセツト入力されると
ともに、比較器１１にも上記電源再投入時の１回転以内
の全体回転角の値と電源オフ時の同値との差が入力され
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(上位ビツト２⁸〜２¹⁵)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つた場合には、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、アツプダウンカウンタ８
の上位ビツト２⁸〜２¹⁵にセツトされる。

このように、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、機械回転角の検出精度が大幅に向上するのであ
る。

以上のように、第１図に示す実施例では、下位ビットに
あたる２⁰〜２⁷ビットには、電源再投入時のＲ／Ｄ変換
器６の出力と電源オフ時の同出力である第１メモリ９の
内容との差を補正器１２により加算補正した第２メモリ
１０の下位ビット値をセットし、上位ビットにあたる２
⁸〜２¹⁵には、補正器１２により補正された第２メモリ
１０の上位ビット値をセットして、電源再投入時の絶対
回転角を得るように構成したが、第４図に示すブロック
構成のように、オフセットメモリ１５を設け、このオフ
セットメモリ１５とアップダウンカウンタ８との和を演
算・出力する加算器１６の出力を絶対回転角出力とする
とともに、電源オフ時には加算器１６の出力をメモリ１
０Ａに記憶し、電源再投入時にはアップダウンカウンタ
８の値をリセットし、メモリ１０Ａの内容を、下位ビッ
トにあたる２⁰〜２⁷についてはＲ／Ｄ変換器６の出力値
と電源オフ時の出力値である第１メモリ９の内容との差
で加算補正し、また、上位ビットにあたる２⁸〜２¹⁵に
ついては前記Ｒ／Ｄ変換器６の出力値と第１メモリ９の
内容との差でもって補正した補正後の絶対回転角とし
て、オフセツトメモリ１５に書き込むようにしてもよ
い。なお、補正手段は前述の実施例と同じである。

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°のとき第２メモリ１０から
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にロツド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
ロツド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。

なお、実施例では、一定回転角ごとにパルスを発生させ
る手段をレゾルバとＲ／Ｐ変換器としたが、これを本来
のインクリメンタルエンコーダとし、また、所定角度内
の絶対角度検出器をアブソリュートエンコーダとしても
よい。この場合、機械部が若干複雑化するが電気回路的
にはシンプルな構成になる。

[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、完全な多回転型の全体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
すブロツク図、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、第４
図は本発明の他の実施例としての回転角検出装置を示す
ブロック図である。 図において、１……回転部材としてのアーム、１ａ……
回転軸、２……減速機、３……モータ、３ａ……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／
デイジタル(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
ウンタとしてのアツプダウンカウンタ、９……第１の記
憶手段としての第１メモリ、９Ａ……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、１
３……回転規制機構、１３ａ……ドラム、１３ｂ……切
欠き部、１３ｃ……ロツド、１３ｄ……スプリング、１
３ｅ……ソレノイド、１５……オフセットメモリ、１６
……加算器、１７……補正器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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一定回転角ご
   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、上記パルスカウンタによるカウント
   値に基づく回転角を機械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
   ント値を実際の機械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。