JPH0675638A - 自動化装置の初期位置設定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 制御部５２が、動作指令出力後、モータ２２
の電流等の駆動力相当の信号を電流検出器２５でモニタ
し、比較器５１においてその信号がある設定値を越えた
ことが検出されることでメカストッパ位置を検出し、カ
ウンタ４２をプリセットする。このように、運動部１０
の移動がメカストッパ３１によって強制的に阻止された
ときの運動部１０に対する駆動力増大を捕捉することで
初期位置を検出するようになっている。 【効果】 従来、相対位置検出器を使った自動化装置で
必要とされていたリミットセンサなどのカウンタ初期設
定部品が不要になった。また、リミットセンサ等が不要
となったため信号ケーブルの削減ができ、ロボット等多
自由度の自動化装置では、よりすっきりした設計が可能
となった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクリメンタルエン
コーダのような、カウンタと併用して絶対位置を検出す
る位置検出手段を備えた自動化装置の初期位置設定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、駆動手段によって駆動され、その
動作範囲がメカストッパにより規定される運動部と、こ
の運動部の位置を検出する位置検出手段とを備えた形態
の自動化装置がある。

【０００３】この種の自動化装置の位置検出手段は、電
源投入時にその絶対位置が検出できるポテンショメー
タ、差動検出器、またはアブソリュートエンコーダ等の
絶対位置検出器と、電源投入後にその絶対位置を設定し
なければ相対変位しか分からない、本来速度検出器の要
素が強いインクリメンタルエンコーダやレゾルバ等の相
対位置検出器とに大別される。

【０００４】後者の相対位置検出器は、その出力によっ
てカウント動作し、カウント値が上記運動部の位置情報
となるアップダウンカウンタと併用してその役割を果た
すが、絶対位置検出器に比べ、小型でかつ高い分割能の
位置検出を行えるため、ロボットなどの自動化装置に広
く使用されている。しかし、その反面で運動部の絶対位
置を知るために、カウンタ値初期設定操作と呼ぶ処理を
行う必要が生ずる。

【０００５】以下にその従来例の１つを図６を使って説
明する。

【０００６】この図において、まず、１０は運動部、２
２はモータ、２３はボールネジ、２４はカップリング、
３２はガイドバーである。モータ２２、ボールネジ２
３、カップリング２４、ガイドバー３２は運動部１０の
駆動手段を構成するもので、ボールネジ２３はモータ２
３の出力軸にカップリング２４によって連結されてい
る。ボールネジ２３とガイドバー３２とは平行に延び、
運動部１０はボールネジ２３と螺合するとともにガイド
バー３２に摺動可能に挿通されている。これによって、
モータ２３が回転動作すると、その回転動力がボールネ
ジ２３に伝達され、このボールネジ２３の回転方向に応
じて運動部１０が矢印方向のいずれかに移動する。

【０００７】ガイドバー３２の一端部にはメカストッパ
３１ａが配置され、同他端部にはメカストッパ３１ｂが
配置されており、運動部１０はこれらメカストッパ３１
ａ，３１ｂにより各方面への移動が機械的・強制的に阻
止され、その動作範囲が規定されるようになっている。

【０００８】４１はエンコーダ、４２はアップダウンカ
ウンタであり、これらは相対位置検出器を構成する。エ
ンコーダ４１はモータ２２に連結され、カウンタ４２は
その周波数及び符号に基づいてカウント動作する。

【０００９】５２は制御部、４３はＦ／Ｖ（周波数／電
圧）変換器、２１はサーボドライバ、５４ａ，５４ｂは
光電スイッチからなるリミットセンサ、５３ａ，５３ｂ
は光電センサアンプであり、モータ２２等からなる駆動
手段の動作はこれによって制御される。すなわち、サー
ボドライバ２１にはＦ／Ｖ変換器４３を介してエンコー
ダ４１の出力がモータ２２の速度情報として入力される
とともに、制御部５２から速度指令及び回転方向指令が
入力される。サーボドライバ２１は、エンコーダ４１の
出力に基づいてモータ２２の速度を監視し、制御部５２
からの指令に応じるようにモータ２２を駆動する。制御
部５２にはカウンタ４２の出力が入力され、制御部５２
はそのカウント値による位置情報で運動部１０の位置を
監視し、運動部１０が停止位置に来るとサーボドライバ
２１への速度指令を“０”にする。リミットセンサ５４
ａは運動部１０のメカストッパ３１ａに対応する停止位
置での存在を検知し、リミットセンサ５４ｂは運動部１
０のメカストッパ３１ｂに対応する停止位置での存在を
検知するようにされており、各出力は、対応する光電セ
ンサアンプ５３ａないしは５３ｂにより停止指示として
サーボドライバ２１に与えられる。よって、このサーボ
ドライバ２１は運動部１０が停止位置に到達したときに
は制御部５２からの速度“０”指令の他にリミットセン
サ５４ａ，５４ｂからの停止指令をも受けてモータ２２
の動作を停止させる。なお、速度指令“０”、停止指示
のいずれか一方だけでモータ２２の停止制御は可能であ
るが、ここではカウンタ４２の初期設定のために設けら
れているリミットセンサ５４ａ，５４ｂを安全性向上の
意図で有効利用しているものである。

【００１０】さて、エンコーダ４１、カウンタ４２は相
対位置検出器を構成するものであり、前述したように初
期位置設定が必要である。以下、その動作について図７
をも参照しつつ説明する。この図７はカウンタ値設定操
作のアルゴリズムを示したものである。

【００１１】まず、制御部５２が一定速度指令を出す
（ステップＳＴ７０１）。すると、上記したと同様にサ
ーボドライバ２１によってモータ２２が駆動され運動部
１０が移動する。以降、制御部５２は光電センサアンプ
５３ａ，５３ｂの出力監視に入る（ステップＳＴ７０
２，７０３）。運動部１０がリミットセンサ５４ａない
しは５４ｂを動作させると、光電センサアンプ５３ａな
いしは５３ｂはリミット検出されたものとして、その検
出信号は制御部５２に割り込み信号ＩＲＱとして入力さ
れる。すると、制御部５２は速度指令“０”を出力し
（ステップＳＴ７０４）、また同時に、駆動手段である
サーボドライバ２１が内蔵する図示しない動作限界停止
スイッチを作動させ、運動部１０を停止させる。制御部
５２は、光電センサアンプ５３ａないしは５３ｂからの
割り込み信号を受け取ると、リミットセンサ５４ａ，５
４ｂの絶対位置が既知であるので、検出された側のリミ
ットセンサ位置にあたるカウンタ値をアップダウンカウ
ンタ４２にプリセットする（ステップＳＴ７０５）。初
期設定後は、カウンタ値が絶対位置情報になる。

【００１２】なお、図７では光電センサアンプ５３が行
う割り込み発生処理もアルゴリズム化して示している
が、基本的には等価である。

【００１３】この他に、原点センサを使った初期設定操
作や、絶対位置検出手段を併用してこの絶対位置を基準
にカウンタ値初期設定する方式などが公知である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
相対位置検出手段の初期設定には、光電スイッチなどの
リミットセンサが必要であり、自動化装置の部品点数を
増やし好ましくない。

【００１５】また、配線にあたっては運動部の動きの邪
魔にならないように配慮しなければならない関係上、セ
ンサ信号線数が多くなると望ましくない。特にロボッ
ト、それも多自由度になるほどその問題は重大となる。

【００１６】本発明は上記従来技術の有する問題点に鑑
みてなされたもので、その目的とするところは、リミッ
トセンサ以外の既存部品から初期設定のための初期位置
情報を得る、自動化装置の初期位置設定装置を提案する
ことにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】課題を解決する手段とし
て、本発明の装置は、駆動手段によって駆動され、その
動作範囲の定位置に配されたメカストッパにより規定さ
れる運動部と、この運動部の位置を検出する相対位置検
出手段とを備えた自動化装置において、上記駆動手段が
発生する駆動力を検出する駆動力検出手段と、その検出
駆動力を設定値と比較する比較手段と、その比較結果の
変化点を捕らえて上記相対位置検出手段の初期設定を行
う制御手段とを備えたことを特徴としている。

【００１８】このような構成において、制御部が一定速
度指令を駆動手段に出力すると、駆動手段により運動部
が定速移動する。この運動部がメカストッパに当たらな
い限り、駆動力は余り大きくならないが、運動部がメカ
ストッパに当たり停止すると、駆動手段は、運動部を指
令速度に加速しようと、大きな駆動力を発生させるた
め、その結果として、駆動力検出手段の出力信号は、比
較手段における設定値以上になる。

【００１９】この比較手段は、駆動力信号を閾値となる
その設定値と比較し、駆動力が大きければメカストッパ
に当っていると判断し、制御部にそのことを知らせる。
これにより、制御部はメカストッパの絶対位置を相対位
置検出手段にプリセットすることとなる。

【００２０】ここでの駆動力検出手段は、駆動手段の一
部であるサーボドライバが通常内蔵している電流モニタ
（電機子電流検出器）のような検出手段で良い。なぜな
ら、サーボドライバがモータに流す電機子電流は、モー
タの駆動トルクにほぼ比例しており、この電流値からお
およその駆動力を推定できるためである。

【００２１】また、力制御を必要とするロボット等で
は、駆動軸に力センサを設けたものもあり、この場合は
力検出器を駆動力検出手段としても良い。

【００２２】さらに、比較器が制御部に内包され、陽に
現れない形式でも良い。

【００２３】以上により、カウンタ初期設定のためにわ
ざわざ光電センサ等を設ける必要がなくなり、通常の自
動化処理で必要とされる装置だけで、位置検出器の初期
設定操作を行えるようになる。

【００２４】

【作用】本発明によれば、運動部の移動がメカストッパ
によって強制的に阻止されたときの運動部に対する駆動
力増大を捕捉することで初期位置を検出するようになっ
ているので、相対位置検出手段の初期設定のためのリミ
ットセンサを省略することができ、自動化装置の部品点
数や配線上の問題を解消することができることとなる。

【００２５】

【実施例】図１は本発明の第１実施例のシステム構成を
示すものである。

【００２６】本発明実施例のシステムでは図６に示すシ
ステムのようなリミットセンサは無く、代わりに電流検
出器２５と比較器５１ａ，５１ｂとが設けられている点
が異なる。

【００２７】図３は本システムの初期設定アルゴリズム
を示すものである。

【００２８】制御部５２が一定速度指令を駆動手段の一
部であるサーボドライバ２１に出力し（ステップＳＴ３
０１）、比較器５１ａ，５１ｂの出力監視状態に入る
（ステップＳＴ３０２，３０３）。サーボドライバ２１
は運動部の速度が指令速度になるように速度フィードバ
ックを行い、駆動手段の一部であるモータ２２に電機子
電流を流す。この際のフィードバック情報である運動部
の速度は、エンコーダ４１の出力信号をＦ／Ｖ変換器４
３により変換することで得られる。サーボドライバ２１
の出力である電機子電流は、モータ２２の駆動トルクに
ほぼ比例しており、電流検出器２５によってこの電流を
モニタすることで、おおよその駆動力を推定する。電流
検出器２５は通常のサーボドライバには一般的に内蔵さ
れているもので既存している。

【００２９】駆動手段により動作する運動部１０は、メ
カストッパ３１に当らない限りほぼ指令速度で定速移動
する。この場合、モータ電流すなわち駆動力は余り大き
くならない。しかし、運動部１０がメカストッパ３１に
当たり停止すると、駆動手段であるサーボドライバ２１
とモータ２２は、運動部を指令速度に加速しようと大き
な駆動力を発生させ、その結果として、駆動力検出手段
である電流検出器２５の出力信号はある設定値以上にな
る。

【００３０】比較器５１ａないしは５１ｂは、電流検出
器２５の出力信号を予め設定された閾値と比較し、観測
された信号が大きければ、運動部１０がメカストッパ３
１に当たったものと判断し、ドライバ２１に内在する図
示しない動作限界停止スイッチを動作させると共に、制
御部５２に割り込み信号を発生し、メカストッパ位置の
検出を知らせる。

【００３１】制御部５２は、この割り込みを受けると、
サーボドライバ２１への速度指令をクリアし（ステップ
ＳＴ３０４）、そのメカストッパ３１の絶対位置にあた
るカウンタ値をアップダウンカウンタ４２にプリセット
する処理を行う（ステップＳＴ３０５）。

【００３２】尚、プリセット処理は必ずしもこの位置で
行う必要はなく、メカストッパ位置からあるカウンタ数
分運動部を移動させてから行っても良い。

【００３３】図２は本発明の第２実施例のシステム構成
を示すものである。

【００３４】この実施例では、制御部が直接駆動力検出
手段の出力信号をモニタし、比較器を制御部が内包する
形態となっている。初期設定アルゴリズムは、制御部５
２が電流検出器２５の出力を直接受けて比較手段を担う
ようになっている他は図３に示すものと基本的に同様で
ある。

【００３５】制御部５２は一定速度指令をサーボドライ
バ２１に出力した後、制御部５２はサーボドライバ２１
に内在する電流検出器２５の信号をモニタし、その値が
予め設定された値より小さければ、再び電流検出器２５
の電流モニタ信号を検出し続ける。制御部５２は入力し
た電流モニタ信号が設定値より大きくなれば、運動部１
０がメカストッパ位置にあると判断し、駆動手段である
サーボドライバ２１への速度指令をクリアし、メカスト
ッパ３１の絶対位置にあたるカウンタ値をアップダウン
カウンタ４２にプリセットする処理を行う。

【００３６】この例では安全のため、制御部５２がサー
ボドライバ２１へ速度指令クリアを出力する他に、サー
ボドライバが内包する図示しない動作停止スイッチのｏ
ｎ／ｏｆｆも行っている。

【００３７】尚、カウンタ値初期設定後のいわゆる通常
の自動化処理では、動作範囲をメカストッパ位置とする
のは望ましくない、制御部の処理で動作範囲を規定し、
ドライバへの動作停止や割り込み発生処理を行えば、メ
カストッパの内側に動作範囲を設定でき、リミットセン
サは不要である。

【００３８】図４は本発明の第３実施例のシステム構成
を示すものである。この図に示すシステムでは各軸に力
センサを持つ多自由度のロボットに本発明を適用してい
ることに特徴がある。尚、ここでは１自由度に対応して
示しており、実際には各軸に対して、この図に示すもの
が設置される。

【００３９】２６は減速機、２７は歯車連結機構、１０
´はリンク形態の運動部である。減速機２６の入力軸は
モータ２２の出力軸に連結され、歯車連結機構２７の入
力歯車は減速機２６の出力軸に固定されている。運動部
１０´は歯車連結機構２７の出力歯車に固定されてお
り、この歯車連結機構２７の出力歯車と一体的に回転運
動するようになっている。

【００４０】５５はトルクセンサ、５６はトルクセンサ
アンプであって、これらは駆動力検出手段を構成してい
る。トルクセンサ５５は減速機２６の出力軸と連結歯車
機構２７の入力歯車との連結部において当該軸の駆動ト
ルクを検出するもので、その出力はトルクセンサアンプ
５６によって増幅されて制御部５２へ駆動力情報として
与えられる。

【００４１】図５は本実施例における初期設定アルゴリ
ズムを示すものである。

【００４２】制御部５２は各軸毎に後述するステップＳ
Ｔ５０１〜５０８の処理を行うようになっている。

【００４３】まず、制御部５２は制御対象の設定を行い
（ステップＳＴ５０１）、その軸に対する一定速度指令
をサーボドライバ２１に出力し、制御部５２は当該軸の
トルクセンサ５５のセンサアンプ５６の出力信号をモニ
タする（ステップＳＴ５０３，５０４）。

【００４４】各軸のトルクセンサ５５及びセンサアンプ
５６は、外力をモニタする力検出手段であるが、その駆
動軸のリンク１０がメカストッパ３１に当接し、停止す
ると、外力とモータの駆動力は一致し、トルクセンサア
ンプ５６の出力は駆動力を観測したものと等価になる。

【００４５】制御部５２はトルクセンサの値とあらかじ
め設定された閾値とを比較し、検出力が設定値より大き
くなれば、サーボドライバ２１への速度指令をクリアし
（ステップＳＴ５０５）、メカストッパ１０の絶対位置
にあたるカウンタ値をアップダウンカウンタ４２にプリ
セットする処理を行う（ステップＳＴ５０６）。制御部
５２は、その後基準となる初期位置に運動部である運動
部１０´を位置制御し（ステップＳＴ５０７）、全軸の
初期化が終了したか否かを確認し（ステップＳＴ５０
８）、次の駆動軸のカウンタ値初期設定動作を開始す
る。すべての駆動軸のカウンタ初期設定が終了するまで
この動作を繰り返す。

【００４６】尚、この例ではトルクセンサ５５を駆動力
観測手段として用いたが、サーボドライバが内蔵する図
示しない電流検出器を駆動力観測手段として用いても良
い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、運
動部の移動がメカストッパによって強制的に阻止された
ときの運動部に対する駆動力増大を捕捉することで初期
位置を検出するようになっているので、相対位置検出器
を使った自動化装置で必要とされていたリミットセンサ
などのカウンタ初期設定部品が不要になった。また、リ
ミットセンサ等が不要となったため信号ケーブルの削減
ができ、ロボット等多自由度の自動化装置では、よりす
っきりした設計が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る装置のシステム構成
を示すブロック図。

【図２】本発明の第２実施例に係る装置のシステム構成
を示すブロック図。

【図３】図１、図２に示すシステムでの初期設定アルゴ
リズムを示すフローチャート。

【図４】本発明の第３実施例に係る装置のシステム構成
を示すブロック図。

【図５】図４に示すシステムでの初期設定アルゴリズム
を示すフローチャート。

【図６】従来装置のシステム構成を示すブロック図。

【図７】図６に示すシステムでの初期設定アルゴリズム
を示すフローチャート。

【符号の説明】

１０，１０´ 運動部 ２１ サーボドライバ ２２ モータ ２３ ボールネジ ２４ カップリング ２５ 電流検出器 ２６ 減速機 ２７ 連結歯車機構 ３１ａ，３１ｂ メカストッパ ３２ ガイドバー ４１ エンコーダ ４２ アップダウンカウンタ ４３ Ｆ／Ｖ変換器 ５１ａ，５１ｂ 比較器 ５２ 制御部 ５５ トルクセンサ ５６ トルクセンサアンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動手段によって駆動され、その動作範囲
   の定位置に配されたメカストッパにより規定される運動
   部と、該運動部の位置を検出する相対位置検出手段とを
   備えた自動化装置において、前記駆動手段が発生する駆
   動力を検出する駆動力検出手段と、その検出駆動力を設
   定値と比較する比較手段と、その比較結果の変化点を捕
   らえて前記相対位置検出手段の初期設定を行う制御手段
   とを備えたことを特徴とする、自動化装置の初期位置設
   定装置。