JPH09201790A - 産業用ロボット、及び産業用ロボットにおけるリミットスイッチ検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動軸の数が増加されるような場合であって
も、配線ケーブル数を削減し配線空間を比較的小さくし
て駆動軸の小型化が阻害されない産業用ロボットを提供
し、さらに、リミットスイッチの作動信号を確実に認識
することができる産業用ロボットにおけるリミットスイ
ッチの検出方法を提供することを目的としている。 【解決手段】 各駆動軸が駆動のためのモータと、モー
タの回転の停止を検出するためのリミットスイッチと、
出力軸の回転量に応じたパルスを発生しこれをカウント
して出力軸の移動量を計測するためのエンコーダとを備
えた産業用ロボットにおいて、リミットスイッチの接点
がモータ駆動回路に接続されていることを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の駆動軸を備
え配線ケーブル数を削減して駆動軸の小型化が阻害され
ない産業用ロボットに関し、さらに、リミットスイッチ
の作動信号を確実に認識することができる産業用ロボッ
トにおけるリミットスイッチの検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業用ロボットにおいて、複数のアーム
の関節等の駆動軸は、モータの駆動により旋回等される
ように構成されている。図５に示すように、これら複数
個の駆動軸には、各々、旋回等のための複数個のモー
タ、即ち、第１モータ１０３−１……第ｎモータ１０３
−ｎが設けられている。これら第１モータ１０３−１…
…第ｎモータ１０３−ｎは、各々、各モータを駆動して
制御するための第１モータ駆動制御部１０２−１……第
ｎモータ駆動制御部１０２−ｎに独立に２本の配線ケー
ブルにより接続されている。各モータには、そのモータ
の正逆回転の停止を検出するための正・逆リミットスイ
ッチ１０５，１０６が設けられていると共に、出力軸の
回転量に応じたパルスを発生しこれをカウントして出力
軸の移動量を定量的に計測するためのエンコーダ１０４
が設けられており、これら正・逆リミットスイッチ１０
５，１０６及びエンコーダ１０４は、各々のモータ駆動
制御部に合計５本の配線ケーブルにより接続されてい
る。さらに、第１モータ駆動制御部１０２−１……第ｎ
モータ駆動制御部１０２−ｎは、マイクロコンピュータ
システム部１０７により統括的に制御されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示す
ように、マイクロコンピュータシステム部１０７及び第
１モータ駆動制御部１０２−１……第ｎモータ駆動制御
部１０２−ｎは、制御筐体側に配設されている一方、第
１モータ１０３−１……第ｎモータ１０３−ｎ、正・逆
リミットスイッチ１０５，１０６、及びエンコーダ１０
４は、機体配線側に配設されている。そのため、各駆動
軸では、モータ、正逆リミットスイッチ及びエンコーダ
からの配線ケーブルが機体配線側から制御筐体側まで延
ばされる必要がある。

【０００４】しかしながら、上述したように、各駆動軸
では、モータ、正逆リミットスイッチ及びエンコーダか
らは、合計８本もの配線ケーブルが必要とされているた
め、制御筐体側においては、複数の駆動軸から各々８本
ずつの配線ケーブルが集められ、膨大な数の配線ケーブ
ルが配設されている。その結果、将来、駆動軸の数が増
加されるような場合には、配線ケーブルの配線空間を確
保するために、ロボットの駆動軸の小型化が阻害される
といった虞れがある。

【０００５】さらに、各モータの正・逆リミットスイッ
チの作動信号をソフトウェアにて認識したいという要望
もある。

【０００６】本発明は、上述したような事情に鑑みてな
されたものであって、駆動軸の数が増加されるような場
合であっても、配線ケーブル数を削減し配線空間を比較
的小さくして駆動軸の小型化が阻害されない産業用ロボ
ットを提供し、さらに、リミットスイッチの作動信号を
確実に認識することができる産業用ロボットにおけるリ
ミットスイッチの検出方法を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る産業用ロボットは、各駆動
軸が駆動のためのモータと、モータの回転の停止を検出
するためのリミットスイッチと、出力軸の回転量に応じ
たパルスを発生しこれをカウントして出力軸の移動量を
計測するためのエンコーダとを備えた産業用ロボットに
おいて、上記リミットスイッチの接点がモータ駆動回路
に接続されていることを特徴としている。

【０００８】このように、リミットスイッチの接点がモ
ータ駆動回路に組み込まれているため、リミットスイッ
チ自体のための配線ケーブルが不要になり、その結果、
各駆動軸における機体側と制御筐体側とを結ぶ配線ケー
ブルの数を削減することができ、これにより、駆動軸の
数が増加されるような場合であっても、配線ケーブル数
を削減し配線空間を比較的小さくして駆動軸の小型化が
阻害されることがない。

【０００９】また、本発明の請求項２に係る産業用ロボ
ットにおけるリミットスイッチ検出方法は、各駆動軸が
駆動のためのモータと、モータの回転の停止を検出する
ためのリミットスイッチと、出力軸の回転量に応じたパ
ルスを発生しこれをカウントして出力軸の移動量を計測
するためのエンコーダとを備え、さらに、リミットスイ
ッチの接点がモータ駆動回路に接続されている産業用ロ
ボットにおけるリミットスイッチ検出方法において、上
記エンコーダから発生されるパルスのカウント値を検出
する工程と、先行して検出したカウント値と後続して検
出したカウント値とを比較する工程と、比較の結果、両
カウント値が変動していない場合には、リミットスイッ
チが作動したと判別する工程と、を具備することを特徴
としている。

【００１０】このように、先行のカウント値と後続のカ
ウント値との比較の結果、両カウント値が変動していな
い場合には、リミットスイッチが作動したと判別されて
いるため、リミットスイッチの作動信号を直接ＣＰＵに
取り込む必要がなく、リミットスイッチの作動信号をソ
フトウェアにて確実に認識することができる。

【００１１】さらに、請求項３に係る産業用ロボットに
おけるリミットスイッチ検出方法は、上記の判別する工
程において、先行のカウント値と後続のカウント値とを
比較した結果、両カウント値の差が許容範囲に収まって
いる場合には、リミットスイッチが作動したと判別する
ことを特徴としている。

【００１２】このように、カウント値の変動判定基準に
許容範囲つまり余裕を持たせることにより、エンコーダ
の入力軸が微動してカウント値が変動した場合でも、安
定してリミットスイッチの作動認識を行うことができ
る。

【００１３】さらに、請求項４に係る産業用ロボット
は、上記エンコーダと出力軸との間に介装される少なく
とも１個の歯車に、アンチバックラッシュギヤが用いら
れていることを特徴としている。

【００１４】このように、アンチバックラッシュギヤが
用いられているため、ロボット全体の振動によりエンコ
ーダの入力軸が微動することによるエンコーダのカウン
ト値の変動が防止される。

【００１５】さらに、請求項５に係る産業用ロボット
は、上記モータの軸とエンコーダの入力軸とが直結され
ていることを特徴としている。

【００１６】このように両軸が直結されているため、ロ
ボット全体の振動によりエンコーダの入力軸が微動する
ことによるエンコーダのカウント値の変動が防止され
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る産
業用ロボット及び産業用ロボットにおけるリミットスイ
ッチ検出方法を図面を参照しつつ説明する。

【００１８】図１及び図２に、第１実施形態に係る産業
用ロボットを示す。

【００１９】産業用ロボットでは、複数のアームの関節
等の駆動軸は、モータの駆動により旋回等されるように
構成されている。図１に示すように、これら複数個の駆
動軸には、各々、旋回等のための複数個のモータ、即
ち、第１モータ３−１……第ｎモータ３−ｎが設けられ
ている。これら第１モータ３−１……第ｎモータ３−ｎ
は、各々、各モータを駆動して制御するための第１モー
タ駆動制御部２−１……第ｎモータ駆動制御部２−ｎに
独立に２本の配線ケーブルにより接続されている。各モ
ータには、出力軸３０（図２）の回転量に応じたパルス
を発生しこれをカウントして出力軸の移動量を定量的に
計測するためのエンコーダ４が設けられており、エンコ
ーダ４は、１本の配線ケーブルにより各モータ駆動制御
部に接続されている。さらに、第１モータ駆動制御部２
−１……第ｎモータ駆動制御部２−ｎは、マイクロコン
ピュータシステム部１により統括的に制御されている。

【００２０】さらに、本実施形態では、正方向のリミッ
トスイッチ５の接点がモータ駆動回路の配線ケーブルに
直列接続されており、この正方向のリミットスイッチ５
に、ダイオード７が並列接続されている。同様に、逆方
向のリミットスイッチ６の接点がモータ駆動回路の配線
ケーブルに直列接続されており、この正方向のリミット
スイッチ６に、ダイオード８が並列接続されている。

【００２１】さらに、図２に示すように、駆動軸の機構
として、駆動軸の出力軸３０に、歯車３２を介して変速
ユニット３１が連結されており、この変速ユニット３１
に各モータ３が連結されている。モータ３の駆動回路に
は、図１にも示したように、正・逆リミットスイッチ
５，６が直列に接続されており、これらにダイオード
７，８が並列に接続されている。さらに、出力軸３０
は、歯車３３及び歯車３４を介してエンコーダ４の入力
軸に連結されている。

【００２２】次に、第１実施形態の作用を説明する。

【００２３】図１に示すように、大略的には、マイクロ
コンピュータシステム部１からの指令が第１モータ駆動
制御部２−１……第ｎモータ駆動制御部２−ｎに送ら
れ、これに基づいて、第１モータ３−１……第ｎモータ
３−ｎが正転又は逆転駆動される。

【００２４】マイクロコンピュータシステム部１からの
指令により正転でリミット検出された場合、リミットス
イッチ５が作動し接点が離れ、モータ印加電圧がゼロに
なってモータ３は停止される。この時点から逆転される
場合には、逆電圧をかけることにより、接点の離れたリ
ミットスイッチ５と並列接続されているダイオード７を
通じてモータ３に電圧印加される。さらに、反対に、逆
転でリミットスイッチ６が作動した場合には、当該接点
が離れモータは停止し、正電圧をダイオード８を通じて
印加することにより、モータ３は正転される。

【００２５】本実施形態では、制御筐体側のモータ駆動
制御部２から機体配線側に接続される配線ケーブルは、
モータ印加電圧線の２本と、エンコーダ４の１本（多芯
ケーブル）だけとなり、従来エンコーダ４等と同様に機
体配線されるリミットスイッチケーブルの４本が削減さ
れる。その結果、駆動軸の数が増加する程削減される配
線ケーブルの本数も多くなり、ｎ個の駆動軸では、４×
ｎ本もの配線ケーブルが削減され、結果として機体配線
スペースが小さくされ、ロボットの小型化が極めて容易
に行うことができる。

【００２６】次に、図３を参照して、第２実施形態であ
る産業用ロボットにおけるリミットスイッチ検出方法に
ついて説明する。

【００２７】大略的には、本検出方法は、エンコーダか
ら発生されるパルスのカウント値を検出する工程と、先
行して検出したカウント値と後続して検出したカウント
値とを比較する工程と、比較の結果、両カウント値が変
動していない場合には、リミットスイッチが作動したと
判別する工程と、を具備している。このように、先行の
カウント値と後続のカウント値との比較の結果、両カウ
ント値が変動していない場合には、リミットスイッチが
作動したと判別されているため、リミットスイッチの作
動信号を直接ＣＰＵに取り込む必要がなく、リミットス
イッチの作動信号をソフトウェアにて確実に認識するこ
とができる。

【００２８】次いで、具体的には、図３のフローチャー
トに示すように、ステップ１０において、エンコーダ４
のパルスのカウント値ＣＮＴ（ｎ）が読みとられる。次
いで、ステップ２０において、先行して検出したカウン
ト値ＣＮＴ（ｎ）と後続して検出したカウント値ＣＮＴ
（ｎ−１）とが比較される。その結果、両カウント値に
変化がない場合には、ステップ３０において、タイマー
が作動される。なお、既にタイマーが作動している場合
には、ステップは次のステップ４０に進む。

【００２９】次いで、ステップ４０では、両カウント値
に変化がある場合（ＮＯ）には、上記タイマーがリセッ
トされ、ステップ１０のエンコーダのカウント値の読み
とり処理に戻される。一方、ステップ３０でタイマーが
作動しタイムアップした時点で、フローはステップ５０
に入り、このタイムアップの時点（即ちエンコーダパル
スがある一定時間以上発生しない時間）を、リミットス
イッチが作動し出力軸が動かなくなった時点とみなし、
この事実によりリミットスイッチ検出を認識する。

【００３０】このように、本実施形態では、リミットス
イッチの信号を直接マイクロコンピュータに取り込まな
いシステムであっても、ソフトウェアによりリミットス
イッチの作動を検知することができる。

【００３１】次に、図３を参照して、第２実施形態の変
形例である産業用ロボットにおけるリミットスイッチ検
出方法について説明する。

【００３２】上述した第２実施形態におけるリミットス
イッチ検出方法において、図２に示すように、リミット
スイッチが作動して出力軸３０が停止された時に、モー
タ３、変速ユニット３１等の駆動系で何からの振動が生
起されている場合には、図２に示すように、出力軸３０
は停止しているものの歯車３４との間にはバックラッシ
ュが存在するため、振動によりエンコーダ４の入力軸が
振れる場合がある。

【００３３】この時、図３に示すフローチャートのステ
ップ２０では、リミットスイッチが作動しているにも拘
わらず、先行と後続の両カウント値が変動したとして、
ステップ６０に戻され、フローは、ステップ１０〜２０
〜６０を回るのみであるため、リミットスイッチの検知
が不可能となる。

【００３４】このようなバックラッシュ分で振動するエ
ンコーダ４の動きは、ある一定の範囲内であり、また実
測により既知とすることができる。そこで、本変形例で
は、図３に示すフローチャートのステップ２０におい
て、両カウント値を判別する判別工程で、先行のカウン
ト値と後続のカウント値とを比較した結果、両カウント
値の差が所定の許容範囲に収まっている場合には、リミ
ットスイッチが作動したと判別する。この所定の許容範
囲は、バックラッシュに伴う誤差分である。このよう
に、許容範囲内での判別を行うことにより、何らかの振
動があり、エンコーダ４のカウント値が変動した場合で
あっても、変動判別基準に歯車のバックラッシュの移動
量に余裕をもつことができ、その結果、安定したリミッ
トスイッチの作動認識を行うことができる。

【００３５】次に、図２を参照して、第３実施形態に係
る産業用ロボットを説明する。上記変形例でも述べたよ
うに、リミットスイッチが作動して出力軸が停止してい
ても、振動等の原因によりエンコーダが振動しカウント
値の変動が生起され、ソフトウェアによるリミットスイ
ッチ作動検出が困難になる場合があった。また、このエ
ンコーダ４の振動による動きは、上述のように、出力軸
３０とのバックラッシュが存在するためである。

【００３６】そこで、本実施形態では、図２に示すよう
に、エンコーダ４の入力軸に噛合された歯車３４に、ア
ンチバックラッシュギヤが用いられている。これによ
り、振動によるエンコーダの入力軸の振れそのものを抑
止することができ、振動が生起される環境下にあって
も、安定したリミットスイッチの検出が可能になる。

【００３７】次に、図４を参照して、第４実施形態に係
る産業用ロボットを説明する。本実施形態でも、バック
ラッシュ対策として、エンコーダ４の入力軸が出力軸３
０により駆動されるのではなく、モータ３の軸に直結さ
れている。これにより、振動が存在する環境下にあって
も、リミットスイッチが作動し出力軸が停止した状態
で、振動がモータ３の軸に作用しても、モータ３及び変
速ユニット３１の減速比分が減衰するため、エンコーダ
４の入力軸自体に作用する力はごくわずかであり、エン
コーダ４自体の振動を抑制できる。従って、振動が作用
する環境下においても、安定したリミットスイッチの検
出が可能になる。

【００３８】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されないのは勿論であり、種々変形可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１に
係る産業用ロボットでは、リミットスイッチの接点がモ
ータ駆動回路に接続されていることを特徴としている。
このように、リミットスイッチの接点がモータ駆動回路
に組み込まれているため、リミットスイッチ自体のため
の配線ケーブルが不要になり、その結果、各駆動軸にお
ける機体側と制御筐体側とを結ぶ配線ケーブルの数を削
減することができ、これにより、駆動軸の数が増加され
るような場合であっても、配線ケーブル数を削減し配線
空間を比較的小さくして駆動軸の小型化が阻害されるこ
とがない。

【００４０】また、本発明の請求項２に係る産業用ロボ
ットにおけるリミットスイッチ検出方法では、エンコー
ダから発生されるパルスのカウント値を検出する工程
と、先行して検出したカウント値と後続して検出したカ
ウント値とを比較する工程と、比較の結果、両カウント
値が変動していない場合には、リミットスイッチが作動
したと判別する工程と、を具備することを特徴としてい
る。このように、先行のカウント値と後続のカウント値
との比較の結果、両カウント値が変動していない場合に
は、リミットスイッチが作動したと判別されているた
め、リミットスイッチの作動信号を直接ＣＰＵに取り込
む必要がなく、リミットスイッチの作動信号をソフトウ
ェアにて確実に認識することができる。

【００４１】さらに、請求項３に係る産業用ロボットに
おけるリミットスイッチ検出方法では、上記の判別する
工程において、先行のカウント値と後続のカウント値と
を比較した結果、両カウント値の差が許容範囲に収まっ
ている場合には、リミットスイッチが作動したと判別す
ることを特徴としている。このように、カウント値の変
動判定基準に許容範囲つまり余裕を持たせることによ
り、エンコーダの入力軸が微動してカウント値が変動し
た場合でも、安定してリミットスイッチの作動認識を行
うことができる。

【００４２】さらに、請求項４に係る産業用ロボットで
は、エンコーダと出力軸との間に介装される少なくとも
１個の歯車に、アンチバックラッシュギヤが用いられて
いることを特徴としている。このように、アンチバック
ラッシュギヤが用いられているため、ロボット全体の振
動によりエンコーダの入力軸が微動することによるエン
コーダのカウント値の変動が防止される。

【００４３】さらに、請求項５に係る産業用ロボットで
は、上記モータの軸とエンコーダの入力軸とが直結され
ていることを特徴としている。このように両軸が直結さ
れているため、ロボット全体の振動によりエンコーダの
入力軸が微動することによるエンコーダのカウント値の
変動が防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る産業用ロボットの
制御系の模式図。

【図２】本発明の第１又は第３実施形態に係る産業用ロ
ボットの駆動系の模式図。

【図３】本発明の第２実施形態である産業用ロボットの
リミットスイッチ検出方法のフローチャート。

【図４】本発明の第４実施形態に係る産業用ロボットの
駆動系の模式図。

【図５】従来の産業用ロボットの制御系の模式図。

【符号の説明】

１ マイクロコンピュータシステム部 ２−１……２−ｎ 第１モータ駆動制御部……第ｎモー
タ駆動制御部 ３−１……３−ｎ 第１モータ……第ｎモータ ４ エンコーダ ５ 正リミットスイッチ ６ 逆リミットスイッチ ７，８ ダイオード ３０ 出力軸 ３１ 変速機ユニット ３２ 歯車 ３３ 歯車 ３４ 歯車

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各駆動軸が駆動のためのモータと、モータ
   の回転の停止を検出するためのリミットスイッチと、出
   力軸の回転量に応じたパルスを発生しこれをカウントし
   て出力軸の移動量を計測するためのエンコーダとを備え
   た産業用ロボットにおいて、 上記リミットスイッチの接点がモータ駆動回路に接続さ
   れていることを特徴とする産業用ロボット。
2. 【請求項２】各駆動軸が駆動のためのモータと、モータ
   の回転の停止を検出するためのリミットスイッチと、出
   力軸の回転量に応じたパルスを発生しこれをカウントし
   て出力軸の移動量を計測するためのエンコーダとを備
   え、さらに、リミットスイッチの接点がモータ駆動回路
   に接続されている産業用ロボットにおけるリミットスイ
   ッチ検出方法において、 上記エンコーダから発生されるパルスのカウント値を検
   出する工程と、 先行して検出したカウント値と後続して検出したカウン
   ト値とを比較する工程と、 比較の結果、両カウント値が変動していない場合には、
   リミットスイッチが作動したと判別する工程と、を具備
   することを特徴とする産業用ロボットにおけるリミット
   スイッチ検出方法。
3. 【請求項３】上記の判別する工程において、先行のカウ
   ント値と後続のカウント値とを比較した結果、両カウン
   ト値の差が許容範囲に収まっている場合には、リミット
   スイッチが作動したと判別することを特徴とする請求項
   ２に記載の産業用ロボットにおけるリミットスイッチ検
   出方法。
4. 【請求項４】上記エンコーダと出力軸との間に介装され
   る少なくとも１個の歯車に、アンチバックラッシュギヤ
   が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の産
   業用ロボット。
5. 【請求項５】上記モータの軸とエンコーダの入力軸とが
   直結されていることを特徴とする請求項１に記載の産業
   用ロボット。