JPH1044076A

JPH1044076A - ロボットの無限回転制御方法

Info

Publication number: JPH1044076A
Application number: JP19940296A
Authority: JP
Inventors: Masaya Yoshida; 雅也吉田; Masatoshi Sano; 正俊佐野; Nobuaki Nakatsuchi; 宜明中土
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 1998-02-17
Anticipated expiration: 2016-07-29
Also published as: JP3429414B2

Abstract

(57)【要約】【課題】減速手段による回転比を自由に設定すること
ができるロボットの無限回転制御方法を提供すること。【解決手段】回転駆動される回転軸と、回転軸を回転
駆動するための駆動手段と、駆動手段と回転軸との間に
介在された減速手段と、回転軸の回転を制御する主制御
手段１０と、回転軸の無限回転を制御する無限回転制御
手段１２と、を備えたロボットにおける無限回転制御方
法。減速手段は、駆動手段がＮ回転したときと回転軸を
Ｍ回転させ、回転軸の無限回転のとき、駆動手段がＮ回
転する無限回転制御手段１２の計数値はＭ増加し、無限
回転制御手段１２の計数値がＭ増加するまでは、駆動手
段の回転量に基づいて回転軸の回転数および回転量が算
出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの回転軸
を無限に回転する無限回転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの無限回転制御方法として、た
とえば特開平６−７９６７４号公報に開示されたものが
存在する。この無限回転制御方法を適用した装置は、回
転制御される回転軸と、回転軸を駆動するための駆動手
段と、駆動手段の回転数を検出するエンコーダと、回転
軸と駆動手段の間に介在された減速装置と、を備えてい
る。そして、減速装置による回転数の比、すなわち駆動
手段の回転数Ｎと回転軸の回転数Ｍとの回転比Ｒ（Ｒ＝
Ｎ／Ｍ）が２のＰ乗（Ｐ：整数）なるように設定されて
いる。この装置において、無限回転のときには、無限回
転制御手段が前記駆動手段を作動制御し、回転軸が所定
回転数に達したときに駆動手段の作動を停止する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の回転制御方法では、減速手段による回転比Ｒが２の
Ｐ乗となっているので、回転軸の回転比を設定する際上
記条件を満さなけらばならず、それ故に、無限回転式ロ
ボットを設計する際に上記条件が設計上の制約条件とな
る問題がある。

【０００４】本発明の目的は、減速手段による回転比を
自由に設定することができるロボットの無限回転制御方
法を提供することでる。

【０００５】本発明の他の目的は、減速手段による回転
比を任意に設定した場合において、ロボットが故障等に
より回転停止したときでもその角度位置を正確に検出す
ることができる無限回転制御方法を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転自在に支
持された回転軸と、回転軸を回転駆動するための駆動手
段と、駆動手段と回転軸との間に介在された減速手段
と、回転軸の回転を制御する主制御手段と、回転軸の無
限回転を制御する無限回転制御手段と、を備えたロボッ
トにおける無限回転制御方法であって、減速手段は、駆
動手段がＮ回転したときと回転軸をＭ回転させるように
回転比Ｒが設定され、回転軸の無限回転のとき、駆動手
段がＮ回転したとき無限回転制御手段の計数値をＭ増加
させ、駆動手段がＮ回転する無限回転制御手段の計数値
をＭ増加させ、無限回転制御手段の計数値がＭ増加する
までは、駆動手段の回転量に基づいて前記回転軸の回転
数および回転量を算出することを特徴とするロボットの
無限回転制御方法である。本発明に従えば、駆動手段の
回転数Ｎと回転軸の回転数Ｍの回転比ＲがＮ／Ｍに設定
され、駆動軸がＮ回転したとき無限回転制御手段の計数
値がＭ増加するので、回転比Ｒ（Ｒ＝Ｎ／Ｍ）の値を任
意に設定して上記回転数の加減算を行うことができる。
また、無限回転制御手段の計数値がＭ増加するまでは、
駆動手段の回転量に基づいて回転軸の回転数および回転
量を算出するので、駆動手段が故障等により停止しても
回転軸の回転数および回転量を検出することができる。

【０００７】また本発明は、回転軸に関連してその回転
量を検出するためのエンコーダが設けられ、エンコーダ
の値は、主制御手段によって回転される回転軸の回転量
を仮想エンコーダ値として主制御手段に記憶され、無限
回転制御手段によって回転される回転軸の回転量をスピ
ンエンコーダ値として無限回転制御手段に記憶されるこ
とを特徴とする。本発明に従えば、回転軸の回転量を検
出するエンコーダのエンコーダ値は、主制御手段による
制御のときには仮想エンコーダ値として、また無限回転
制御手段による制御のときにはスピンエンコーダ値とし
て記憶されるので、１つのエンコーダでもって通常の回
転と無限回転の双方を制御することができる。

【０００８】また本発明は、回転軸は、ロボットの先端
軸または外部軸としてサーボ制御されることを特徴とす
る。本発明に従えば、ロボットの先端軸または外部軸を
回転軸として適用することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態の無限
回転制御方法を適用したロボットの制御系を簡略的に示
すブロック図であり、図２は図１の制御系の電気的構成
を簡略的に示すブロック図であり、図３は図１のロボッ
トの簡略図である。

【００１０】図１〜図３において、図示のロボットは、
ロボット本体２を備えている。ロボット本体２は、第１
〜第５軸４としてサーボ制御される第１〜第５軸部材５
（旋回自在な５つの軸部材からなり、これらを総称して
第１〜第５軸部材と呼ぶ）と、第５軸部材の先端部に回
転自在に装着された先端軸６を有し、この先端軸６が第
６軸７としてサーボ制御される。実施の形態では、この
先端軸６が、後述する如く、主制御手段１０によって通
常に回転されるとともに、無限回転制御手段１２によっ
て無限回転される。

【００１１】第１〜第５軸部材４および回転軸としての
先端軸６は、ロボットの制御手段８によって作動制御さ
れる。制御手段８は主制御手段１０および無限回転制御
手段１２を有し、また第１〜第５軸４をサーボ制御する
第１サーボ制御手段１４（第１〜第５軸４の各軸に対応
してサーボ制御手段１４が設けられている）および第６
軸７をサーボ制御する第２サーボ制御手段１６を含んで
いる。また、第１〜第５軸４に関連して、その回転量を
検出するための第１エンコーダ１８（第１〜第５軸４の
各軸に対応してエンコーダ１８が設けられている）が設
けられているとともに、第６軸７に関連して、その回転
量を検出するための第２エンコーダ２０が設けられてい
る。第１〜第５軸４は、第１〜第５軸部材５をそれぞれ
回転駆動するための、たとえば電動モータでよい第１駆
動手段２２（第１〜第５軸４の各軸に対応して駆動手段
２２が設けられている）を含み、第１のエンコーダ１８
は第１の駆動手段２２の回転数を検出する。また、第６
軸７は、先端軸６を回転駆動するための第２の駆動手段
２４を有し、第２のエンコーダ２０は、第２の駆動手段
２４の回転数を検出する。

【００１２】実施形態では、主制御手段１０は、第１〜
第５軸４の回転量を制御するためのものであり、主制御
手段１０からの信号に基づいて第１サーボ制御手段１４
が、従来と同様に、第１駆動手段２２を作動制御し、こ
れによって第１〜第５軸部材２２が旋回または回転し、
その旋回または回転量は、第１エンコーダ１８により第
１サーボ制御手段１４にフィードバックされる。この主
制御手段１０は、第１〜第５軸４と同様に、第６軸７の
回転量を制御する。すなわち、主制御手段１０からの信
号に基づいて第２サーボ制御手段１６が第２駆動手段２
４を作動制御し、これによって先端軸６が回転し、その
回転量は、第２エンコーダ２０により第２サーボ制御手
段１６にフィードバックされる。なお、ワーク２６は、
先端軸６に着脱自在に保持される。

【００１３】無限回転制御手段１２は、第６軸７を無限
回転するためのものであり、この無限回転制御手段１２
からの信号に基づいて第２サーボ制御手段１４が第２駆
動手段２４を作動制御して先端軸６を無限回転し、その
回転数等は第２エンコーダ２０により第２サーボ制御手
段１４にフィードバックされる。

【００１４】この実施形態では、第６軸７（先端軸６）
は、主制御手段１０による通常の回転と、無限回転制御
手段１２による無限回転の２つの回転動作を行うように
構成されている。なお、主制御手段１０と無限回転制御
手段１２とは相互に信号および情報の交換を行うように
構成されており、無限回転のとき主制御手段１０と無限
回転制御手段１２との間で信号、情報交換が行われる。

【００１５】制御手段８に関連して、入力手段２８が設
けられている。入力手段２８は、主制御手段１９による
通常回転および無限回転制御手段１２による無限回転の
制御を入力するためのものであり、入力手段２８によっ
て入力された信号は主制御手段１０および無限回転制御
手段１２に送給される。

【００１６】ここで、無限回転用制御手段１２は、ソフ
ト的に主制御手段１０と別個に構成されているものであ
り、図２に示すように、ロボットの制御手段８のＲＯＭ
４０の中に無限回転用プログラムを格納することにより
構成されるものである。ＣＰＵ４４と第１サーボ制御手
段１４および第２サーボ制御手段１６との信号のやり取
りは、入出力インターフェース４６を介して行われる。

【００１７】第６軸７の回転を検出する第２エンコーダ
２０の値は、主制御手段１０による通常回転時の回転量
と無限回転制御手段１２による無限回転時の回転量とが
含まれている。したがって、この実施形態においては、
第２エンコーダ２０の値は、第２サーボ制御部１６によ
って主制御手段１０による回転量と無限回転制御手段１
２による回転量とに分離され、分離された回転量がそれ
ぞれ主制御手段１０および無限回転制御手段１２にフィ
ードバックされる。第２エンコーダ２０の値（実効エン
コーダ値）Ｒのうち、第２サーボ制御手段１６にて分離
されて主制御手段１０に送給されて記憶されるのを仮想
エンコーダ値Ｉであり、同様に分離されて無限回転制御
手段１２に送給されて記憶されるのをスピンエンコーダ
値Ｓである。

【００１８】第６軸７に関連して、図４に示すとおり構
成されている。すなわち、第２駆動手段２４と先端軸６
との間には、減速手段４８が介在されている。減速手段
４８は、たとえば電動モータでよい駆動手段２４の出力
軸５０に装着された第１歯車５１と、先端軸６に固定さ
れた第２歯車５２を備えている。第２エンコーダ２０は
出力軸５０に装着され、出力軸５０と一体に回転する。
第１歯車５１の歯数はｍ個（たとえば２０個）に設定さ
れ、第２歯車５２の歯数はｎ個（たとえば６０個）に設
定され、かく設定したときには、第２駆動手段２４の回
転数と先端軸６の回転数の回転比Ｒは、ｎ／ｍ（たとえ
ばＲ＝６０／２０＝３／１＝Ｎ／Ｍ；Ｎ＝３、Ｍ＝１）
になり、第２駆動手段２４がＮ（たとえば３）回転した
とき先端軸６はＭ（たとえば１）回転する。まお、実施
形態では、減速手段４８を２個の歯車から構成している
が、３個以上の歯車から構成することができ、これら歯
車の歯数を変更することによって第２駆動手段２４の回
転数と先端軸６の回転数との回転比Ｒを任意に設定する
ことができ、設計上の制約条件を少なくすることができ
る。

【００１９】この実施形態では、第２駆動手段２４の出
力軸５０の回転数を検出する手段としてエンコーダが用
いられ、たとえばこのエンコーダ２０のビット数が２１
ビットでもって構成され、２１ビットのうち下位１３ビ
ットが第２エンコーダ２０の回転円盤（図示せず）の１
回転中の回転角度位置検出に利用され、２１ビットのう
ち上位８ビットが第２エンコーダ２０の回転円盤の回転
数検出に利用される。したがって、第２エンコーダ２０
のエンコーダ値は、回転円盤が１回転すると、「０」か
ら「８１９２」に変化し、通常、回転軸６の動作範囲は
ある角度からある角度までと規定されているので、第２
エンコーダ２０の値は「０」〜「８１９２Ｘ２５６」の
間の一定範囲の値しかとらない。

【００２０】主制御手段１０による制御においては、第
２エンコーダ２０のエンコーダ値の増分は主制御手段１
０に記憶された仮想エンコーダ値に加算される。一方、
無限回転制御手段１２による制御においては、第２エン
コーダ２０のエンコーダ値の増分はスピンエンコーダ値
として無限回転制御手段１２に送給されてこれに記憶さ
れる。このとき、仮想エンコーダ値は変化せず、主制御
手段１０に記憶保持される。

【００２１】この無限回転のときのスピンエンコーダ値
は、次のとおりとなる。無限回転時において、無限回転
制御手段１２からの無限回転信号によって第２駆動手段
２４の出力軸５０がＮ回転すると、スピンエンコーダ値
は、「０」から「８１９２ＸＮ」となり、このスピンエ
ンコーダ値に基づいて無限回転制御手段１２の計数値が
Ｍ増加する。そして、この計数値がＭ増加すると、スピ
ンエンコーダ値は「０」に戻り、スピンエンコーダ値は
「０」から再びカウントされ、その後出力軸５０がＮ回
転する（スピンエンコーダ値が「８１９２ＸＮ」増加す
る）ずつ無限回転制御手段１２の計数値がＭ増加し、計
数値がＭ増加する毎にスピンエンコーダ値が「０」に戻
る。無限回転制御手段１２の計数値がＭ増加するまで、
換言すると、先端軸６がたとえばＳ（Ｓ：Ｍの整数倍）
回転から（Ｓ＋Ｍ）回転するまでは、スピンエンコーダ
値を値（８１９２ＸＮ／Ｍ）で除算した商が先端軸６の
回転数となり、この除算の余りが先端軸６の回転量（回
転角度位置）を示す。したがって、無限回転時におい
て、駆動手段２４が故障等によって突然停止しても、無
限回転制御手段１２に送給されたスピンエンコーダ値に
より先端軸６の回転角度位置を正確に検出することがで
きる。

【００２２】次に、主として制御手段８による制御のフ
ローチャートを示す図５を参照して説明すると、まず、
ステップＳ１において電源が投入されてロボットが起動
される。次いで、ステップＳ２にて、ロボットの先端軸
６の指定値が入力される。この指定値は、無限回転開始
前に先端軸６を所定位置に移動させるために行われ、第
１〜第５軸４を旋回または回転させるための指定値が入
力手段２８を介して入力される。そして、ステップＳ３
にて、主制御手段１０および第１サーボ制御手段１４に
よって第１駆動手段２２が作動され、第１〜第５軸４が
旋回または回転され、先端軸６が指定位置に移動され
る。

【００２３】先端軸６が所定位置に移動されると、ステ
ップＳ４に移り、無限回転のスピン回転数が入力され
る。この回転数の入力は、入力手段２８によって所望回
転数（たとえば３０回転）が入力される。その後、ステ
ップＳ５に移り先端軸６のスピン（無限）回転が開始さ
れる。先端軸６のスピン回転は、無限回転制御手段１２
からの無限回転信号によって行われ、無限回転制御手段
１２からの無限回転信号に基づいて第２サーボ制御手段
１６によって第２駆動手段２４が駆動され、かかる第２
駆動手段２４の回転によって行われる。先端軸６の回転
開始後は、その回転数の計測が第２エンコーダ２０から
のエンコーダ値に基づいて行われる。そして、先端軸６
が入力回転数（たとえば３０回転）まで回転すると、ス
テップＳ６からステップＳ７を経てステップＳ８に進
み、第２駆動手段２４が減速され、先端軸６の回転が停
止される。かくして、先端軸６は無限回転制御手段１２
の作用によって所定数（たとえば３０回転）回転され
る。

【００２４】次いで、図６を参照して、第２エンコーダ
２０からのエンコーダ値による先端軸６の回転数および
回転量（回転角度位置）の制御について説明する。ま
ず、ステップＳ１１において、ロボットの先端軸６の回
転数の初期値Ｖが設定される。この初期値Ｖは、無限回
転される際の先端軸６の回転数であり、主制御手段１０
により所定回転角度位置に位置付けられた後の基準位置
からの無限回転開始となるので零（ゼロ）に設定される
（Ｖ＝０）。次に、ステップＳ１２において、先端軸６
の回転量（ＥＮＣ）が初期化される。この回転量（ＥＮ
Ｃ）は、無限回転される際の先端軸６のスピン回転量
（スピンエンコーダ値）であり、主制御手段１０により
所定回転角度位置に位置付けられた後の基準位置からの
無限回転開始となるので零に設定される（ＥＮＣ＝
０）。

【００２５】その後、ステップＳ１３に進み、先端軸６
の回転による第２エンコーダ２０のエンコーダ値がカウ
ントされると、そのカウント量は先端軸６の回転量とし
てスピンエンコーダ値に加算される（ＥＮＣ＝ＥＮＣ＋
回転量）。

【００２６】次いで、ステップＳ１４に進み、先端軸６
の回転数の算出が行われる。先端軸６の回転数（ＲＯ
Ｔ）は、その回転数の初期値Ｖに無限回転による回転数
（スピンエンコーダ値から算出される回転数）を加算し
た値となる。この場合、無限回転開始時からの回転数と
なるので、回転数の初期値Ｖは零（ゼロ）であり、先端
軸６の回転数（ＲＯＴ）は、スピン回転数、すなわちス
ピンエンコーダ値から算出された回転数となる。スピン
回転数は、上述したとおり、先端軸６の回転量（ＥＮ
Ｃ）を値（８１９２ＸＮ／Ｍ）で除算することによって
求めることができ、その商がスピン回転数となり、その
商の余りがスピン回転量（回転角度位置）となる。した
がって、減速手段４８によって任意に回転比Ｒ（Ｒ＝Ｎ
／Ｍ）を設定したとしても、無限回転時の先端軸６の回
転数および回転量を正確に求めることができる。

【００２７】ステップＳ１５においては、先端軸６の回
転量がＭより大きい、すなわちスピンエンコーダ値が値
（８１９２ＸＮ）より大きいか否かが判断される。スピ
ンエンコーダ値が値（８１９２ＸＮ）より小さいときに
はステップＳ１３に戻り、先端軸６の回転量のカウント
が行われる。一方、第２エンコーダ２０からのスピンエ
ンコーダ値が値（８１９２ＸＮ）を超えるとステップＳ
１６に進み、スピン回転数の加算が行われる。本実施の
形態では、スピンエンコーダ値が（８１９２ＸＮ）にな
ると先端軸６がＭ回転するので、この時点でスピン回転
数の値がＭ加算され、無限回転制御手段１２には、スピ
ン回転数（ＲＯＴ）として（ＲＯＴ＋Ｍ）回転が記憶さ
れる。次いで、ステップＳ１７に移り、先端軸６の回転
量のカウント値の減算が行われる。ステップＳ１６にお
いて、スピン回転数がＭ増加したので、このＭ回転に対
応するエンコーダ値（８１９２ＸＮ）がスピン回転量、
すなわちスピンエンコーダ値から減算され、先端軸６の
回転量（ＥＮＣ）は、〔ＥＮＣ−（８１９２ＸＮ）〕と
なる。そして、先端軸６がＭ回転する毎にスピンエンコ
ーダ値から値（８１９２ＸＮ）を減算することによっ
て、スピンエンコーダ値が増加し続けることはなく、そ
れ故に、このスピンエンコーダ値を継続してカウントす
ることができる。

【００２８】ステップＳ１７の後はステップＳ１３に戻
り、継続して先端軸６の回転量のカウントが行われる。
そして、ステップＳ１３〜Ｓ１７が無限回転が終了する
まで繰り返し継続される。

【００２９】なお、先端軸６が上述とは反対方向に回転
するときには、第２エンコーダ２０のエンコーダ値は減
算されるようになるが、その制御は、上述したと同様に
行われる。

【００３０】上記実施の形態では、ロボットの第６軸が
無限回転制御される構成であるが、これに限定されず、
他の形式のロボットの先端軸またはロボットの外部軸で
あっても同様の制御を適用することができる。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、駆動手段の回転数Ｎと
回転軸の回転数Ｍの回転比ＲがＮ／Ｍに設定され、駆動
軸がＮ回転したとき無限回転制御手段の計数値をＭ増加
させるので、回転比Ｒ（Ｒ＝Ｎ／Ｍ）の値を任意に設定
することによって上記回転数の加減算を容易に行うこと
ができる。また、無限回転制御手段の計数値がＭ増加す
るまでは、駆動手段の回転量に基づいて回転軸の回転数
および回転量を算出するので、駆動手段が故障等により
停止しても回転軸の回転数および回転量を検出すること
ができる。

【００３２】また本発明によれば、回転軸の回転量を検
出するエンコーダのエンコーダ値は、主制御手段による
制御のときには仮想エンコーダ値として、また無限回転
制御手段による制御のときにはスピンエンコーダ値とし
て記憶されるので、１つのエンコーダでもって通常の回
転と無限回転の双方を制御することができる。

【００３３】また本発明によれば、ロボットの先端軸ま
たは外部軸を無限回転の回転軸として適用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の無限回転制御方法を適用
したロボットの制御系を簡略的に示すブロック図であ
る。

【図２】図１の制御系の電気的構成を簡略的に示すブロ
ック図でありる。

【図３】図１のロボットの簡略図である。

【図４】図３のロボットの減速手段およびその近傍を簡
略的に示す正面図である。

【図５】図１のロボットの制御系による無限回転制御を
示すフローチャートである。

【図６】図５の制御系における第２エンコーダのスピン
エンコーダ値による回転数および回転量の検出様式を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

２ロボット本体４第１〜第５軸７第６軸８制御手段１０主制御手段１２無限回転制御手段１４第１サーボ制御手段１６第２サーボ制御手段１８第１エンコーダ２０第２エンコーダ２２第１駆動手段２４第２駆動手段２８入力手段４８減速手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に支持された回転軸と、該回転
軸を回転駆動するための駆動手段と、該駆動手段と前記
回転軸との間に介在された減速手段と、前記回転軸の回
転を制御する主制御手段と、前記回転軸の無限回転を制
御する無限回転制御手段と、を備えたロボットにおける
無限回転制御方法であって、前記減速手段は、前記駆動手段がＮ回転したときと前記
回転軸をＭ回転させるように回転比Ｒが設定され、前記
回転軸の無限回転のとき、前記駆動手段がＮ回転したと
き前記無限回転制御手段の計数値をＭ増加させ、前記駆
動手段がＮ回転する前記無限回転制御手段の前記計数値
をＭ増加させ、前記無限回転制御手段の前記計数値がＭ
増加するまでは、前記駆動手段の回転量に基づいて前記
回転軸の回転数および回転量を算出することを特徴とす
るロボットの無限回転制御方法。
【請求項２】前記回転軸に関連してその回転量を検出
するためのエンコーダが設けられ、前記エンコーダの値
は、前記主制御手段によって回転される前記回転軸の回
転量を仮想エンコーダ値として前記主制御手段に記憶さ
れ、前記無限回転制御手段によって回転される前記回転
軸の回転量をスピンエンコーダ値として前記無限回転制
御手段に記憶されることを特徴とする請求項１記載のロ
ボットの無限回転制御方法。
【請求項３】前記回転軸は、ロボットの先端軸または
外部軸としてサーボ制御されることを特徴とする請求項
１または２記載のロボットの無限回転制御方法。