JPS5997871A - ダイレクトテイ−チング型ロボツトの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイレクトティーチング型ロボットの制御装置
、とくに駆動系に介在させた減速機等による制御の不安
定性を解消する様に成したダイレクトティーチング型ロ
ボットの制御装置に関する一般に、ダイレクトティーチ
ング型ロボットの場合、ロボット要素である手首や腕等
を教示時に軽動化させる為に、動力源とロボット要素と
の間の駆動系をなんらかの手段で遮断し、駆動源を停止
させたままでロボット要素をオペレータが軽く動かし得
る様にする必要がある。

例えば、第１図に示す様にロボットアーム１をモータＭ
によって回転させる場合、アーム１とモータＭとの間に
クラッチ２を介在させ、教示時にはこのクラッチ２をオ
フすることによりアーム１をモータＭや伝達装置である
減速機３による抵抗から切り離し軽動化する。そして従
来はアーム１の位置を検出するパルスエンコーダ等の位
置検出器が一つで、教示時の位置検出と再生時の位置検
出を−フの位置検出器Ｅ１によって行っていた。

それゆえ教示時のアームの回転位置を検出する為に位置
検出器Ｅ　］、　ｌよアーム１側即ちクラッチ２とアー
ム１との間に設けるのが一般的であった。

しかし第１図に示した従来の自動制御系統では、これを
ブロック図化すると第２図に示ずように、モータの伝達
関数Ｇｍと伝達装置を構成する減速機３や駆動軸の撓み
等による機械系の伝達関数Ｇ　Ｌが直列に接続され、両
者の合成された伝達関数はその積となり、機械系が柔ら
か（伝達関数の固有振動数が低くなると、ループゲイン
を上げた場合に発振現象を生じ制御が不安定となる。上
記第１図に示した制御系のステップ応答例を第３図及び
第４図に示す。第３図はゲインの低い場合で、第４図は
ゲインを若干上げた場合であり、振動が時間経過と共に
増加し、制御不能となっていることが理解できる。

そこで、」二記従来の制御系の問題点を解消するために
、本出願の発明者等は、従来のダイレクトティーチング
型ロボットに於ける制御の遅れが教示、再生の両モード
における位置検出を一つの位置検出器に依って兼用して
いるごとに基づくものである点に着目し、ロボソ）・要
素とクラッチ機構間に設けられ、ロボット要素の回転位
置を検出する増分式の第１の検出器の他に、駆動源に接
続されて駆動源の回転位置を検出する増分式の第２の検
出器を設りると共に、上記第１及び第２の検出器を教示
モード時と再生モード時とで選択的に駆動源制御手段に
接続するスイッチング手段を設けたロボノＩ・の制御装
置を創出し、すでに出願した。この制御装置によれば、
教示時に於いてはクラッチを切ることによってロボット
要素側の第１検出器を用いて軽動状態で教示動作を行う
ことが出来、また再生時には駆動源側に設けた第２検出
器によって駆動源の回転数をフィードバック（帰還）制
御することが出来、第５図に示すようなモータの伝達関
数Ｇｍのみを対象とする自動制御が可能となり、減速機
等の伝達装置よりなる機械系の伝達関数ＧＬの影響を受
けないので、再生時の制御が安定し、ループゲインを上
げても発振するようなことがなく、そのインパルス応答
も第６図に示すように、第４図に示した応答とおなしゲ
インに対し、振動が速やかに減衰し、従来のものに比し
、極めて良好な応答性が得られた。

この改良されたロポ７）制御装置の残された問題点は、
増分式の位置検出器を用いることが必須であるため、ス
イッチング手段による切り換えが一回の場合、ロボット
要素側の第１の検出器と駆動源側の第２の検出器で発生
される各々のパルスに多少の位相差があってもほとんど
誤差を生しないが、切り換え回数が多くなると、誤差が
蓄積されて無視出来なくなること、及びアブソリュート
タイプの検出器を使用出来ないということであるそれゆ
えに本発明の目的は、更に誤差の少ない制御が可能な、
その上アブソリュートタイプの検出器をも使用可能なダ
イレクトティーチング型口ボン１−の制御装置を提供す
るにある。

本発明のダイレクトティーチング型ロボットの制御装置
は、」二記目的を達成するため、クラッチ機構を含む伝
達装置の出力側に設けられ、ロボット要素の回転位置を
検出する第１の検出器と、クラッチ機構を含む伝達装置
の入力側に設けられ、駆動源の回転位置を検出する第２
の検出器と、前記第１の検出器出力と前記第２の検出器
出力を切り換えて選択的に導出する切換手段の他に、更
に前記第１の検出器出力を前記第２の検出器に転送する
転送手段と、教示モード時には前記切換手段を第１の検
出器出力側に切換制御し、その出力を受けてロポソＩ・
要素の教示位置を記憶し、再生モード時には前記転送手
段を伺勢して前記第１の検出器出力を前記第２の検出器
に転送して第２の検出盛の初期値とすると共に、前記切
換手段を第２の検出器出力側ムこ切換制御し、この第２
の検出器出力と前記記憶されている教示時の第１の検出
器出力に応じた信号を前記駆動源に帰還する制御手段と
を備えてなることを特徴としている。

以下、図面に示す実施例を参照して、本発明をさらに詳
細に説明する。

第７図は、本発明の一実施例を示すダイレクトティーチ
ング型ロボットの制御装置のブロック図である。同図に
於いて１．２．３及びＭは、夫々第１図に示したものと
同様のロボットアーム、クラッチ、減速機、モータであ
る。ロボットアーム１に直接取り付けられ、ロボットア
ーム】の回転位胃を検出する増分式のパルスエンコーダ
よりなる第１検出器Ｅ１の出力端はアップダウンカウン
タ等の第１のパルスカウンタ４を経て切換回路５の切換
端子ａに接続されている。またモータＭに取りイ１けら
れた回転角度を検出する増分式パルスエンコーダよりな
る第１検出器Ｅ１の出力端はアップダウンカウンタ等の
第２のパルスカウンタ６を経て切換回路５の切換端子す
に接続されている。切換回路５の共通端子Ｃは、制御回
路７に接続されていると共に、比較器８の入力の一端に
接続されている。比較器８の他端は、制御回路７に接続
されており、制御回路７より送出されるアーム１の目標
信号θｉｎと、切換回路５の切換端子ｂ、共通端子Ｃを
経て加えられるモータＭの回転位置信号θｍとを比較し
、その差をＤ／Ａ変換器９によってアナログ量に変換し
た後、増幅器Ｉ２で増幅してモータＭに印加するように
している。

なお、図中のＴはタコジェネレータで速度を検出し、前
記増幅器１２にフィードハックする。第１のパルスカウ
ンタ４のカウント内容値は転送回路１０を介して第２の
パルスカウンタ６に転送可能なように構成されている。

なお切換回路５の切り換え動作及び転送回路１ｏの転送
動作は、制御回ｌ？＆７よりの切換指令ＣＳ、転送指令
ＴＳ、によりおごなわれる。また、上記制御回路７はマ
イクロコンピュータによって構成されている。切換回路
　。

５、パルスカウンタ４及び６、比較器８、転送回路１０
等の各回路は制御回路６、即ちマイクロコンピュータの
外イ］構成としているが、これら各回路の機能をマイク
ロコンピュータの内部処理により実現してもよい。

上記のように構成した制御装置の動作を教示モード及び
再生モードの場合について説明する。

図示せぬモード切換スイッチを操作して制御回路７を教
示モードにすると、制御回路７がらの切換指令信号Ｃ３
（例えば信号“０”）により、切換回路５の共通端子Ｃ
が切換端子ａに切換接続される。またクラッチ２をオフ
状態とする指令信号Ｒｓが発せられ、クラッチ２もオフ
される。この状態になるとアーム１はオペレータによっ
て手動により回転することができ、その回転量が増分式
の第１のパルスエンコーダＥ１によってパルス信号とし
て検出される。かがる増分式（インクリメンタル型）パ
ルスエンコーダは周知のもので、例えば光電式の場合、
回転円盤に一定間隔毎にスリットとこのスリットに対し
て９０”位相のずれたスリットの２列のスリットを持ち
、回転方向の弁別が可能で且つ一回転毎にＯ信号（以下
２信号と記す）を出力するタイプのものを用いることが
できる。またこのパルスエンコーダＥ１がらのパルス信
号を受けてカウントするパルスカウンタ４に用いる例え
ばアンプダウンカウンタも周知のものであり、アップパ
ルス入力端子、ダウンパルス入力端子及びカウント値を
０にするクリア入力端子を備えている。従って一定のア
ーム角度に於いてアーム１のストライカ１ａによって原
点検出リミノＩ・スイッチＬＳＯがオンし、且つパルス
エンコーダＥ１からＺ信号が発せられた場合に、クリア
入力端子にハイレベル信号を入力し、その時のアームの
位置を原点とすれば、第１のパルスエンコーダＥ１から
送出されたアンプ方向、又はダウン方向のパルスを積算
するアンプダウンカウンタ４の出力はアーム１の絶対的
な位置を示す。かがる増分式パルスエンコーダＥ１とパ
ルスカウンタ４との関係は、パルスエンコーダＥ２とパ
ルスカウンタ６に於いても全く同様にあてはまることで
ある。

さて、上記のようにして、アーム１の回転角度はパルス
カウンタ４で測定され、切換回路５を介して、制御回路
７に位置情報として取り込まれ、アーム１の一定間隔の
移動毎にその位置情報が制御回路７内のメモリｍに記憶
される。当然ながらアーム１の他の自由度についても総
て位置検出器Ｅ１と同様の検出器が備えられており、各
自由度毎に位置情報がメモリｍに蓄積される。こうして
教示に必要な総ての位置情報がメモリｍに記憶されると
教示が完了する。

教示が完了して、再生動作に移る場合には、制御回路７
のモード切換スイッチを再生モード側に切り換える。こ
の切り換えにより制御回路７から、クラッチ２をオンす
るための指令信号Ｒ３“】゛が出力され、クラッチ２は
噛み合い状態となる。続いて制御回路７から、転送指令
信号ＴＳが出力されて転送回路１０が付勢され、第１の
パルスカウンタ４のカウント内容、即ちアーム１の現位
、　　置情報が転送回路１０を介して、第２のパルスカ
ウンタ６に転送されて初期値として設定され、第２のパ
ルスカウンタ６のカウント値は、第１のパルスカウンタ
４のカウント値と全く同じ値となる。次ぎに制御回路７
は切換指令信号ＣＳ“１”を出し、切換回路５の共通端
子Ｃを切換端子すに切換接続する。この切換動作に依っ
て、第２のパルスカウンタ６が切換回路５を介して、制
御回路７に接続される。

再生時には教示に依ってえられたアーム１の位置情報が
順次メモリｍより読みだされ、位置の目標値θｉｎとし
て比較器８に出力される。一方、初期値として第１のパ
ルスカウンタの位置信号が設定された第２パルスカウン
タ６ばモータＭのその後の回転が第２パルスエンコーダ
Ｅ２で検出されるので、その増加分あるいは減少分のパ
ルスを積算し、その出力値θｍを比較器８に加える。比
較器８では検出されたモータの回転角度θｍと目標信号
θｉｎとの差がとられ、その差に応じた方向にモータＭ
が回転され、アーム１の回転位置が自動的に目標角度θ
ｉｎに一致するように制御される。

１ なお、再生モードから教示モードに切り換える場合の第
２のパルスカウンタ６から第１のパルスカウンタ４への
出力値の転送は、再生モードにおいても、第１のパルス
カウンタ４の出力は使用されていないが、そのカウント
動作は継続されているので、不要である。

続いて、上記実施例装置に用いた二つの位置検出器Ｅ１
、Ｅ２の具体的取り付は位置の例を第８図を参照して説
明する。

第８図で明らかなようにモータＭを取り付けた本体ケー
シング１５は軸受１６．１７によって軸１８を回転自在
に支承し、軸１８とモータＭの出力軸１９とは減速機３
によって連結されている。

軸１８はその中間部に電磁クラッチ２のコイルＣを取り
囲むコア２０を一体的に有しており、該コア２０とわず
かな隙間２１を介して対向するクラッチ板２２ば、前記
軸１８に軸受２３を介して回転自在に支承された回転円
筒２４にスプライン２５によって軸方向に摺動自在に取
りられている。

回転円筒２４はその外周に大ギア２６を有し、該２ 大ギア２６は軸受２７によって本体ケーシング１５に回
転自在に取りイ・］けられた軸２８と一体の小ギア２９
と噛み合っており、さらに軸２８に取り付けた大ギア３
０はパルスエンコーダである第１検出器Ｅ１と連結され
た小ギア３１と噛み合っている。前記モータＭの出力軸
１９の後端部には第２検出器Ｅ２を取すイ」ける。また
回転円筒２４は先端にアーム等のロボット要素を取り付
ける為の取り付は台３２を有している。従ってモータＭ
が回転するとその回転数は第２検出器Ｅ２で検出器され
、モータＭの出力軸の回転は減速機３を経てコア２０に
伝達され、クラッチがＯＮ状態即ちコイルＣの励磁によ
りコア２０とクラッチ円盤２２が密着状態に於いて回転
円筒２４及びギア列２６．２９．３０．３１を経て第１
検出器Ｅ１に伝達され、クラッチ３の取り付は台３２の
回転数が第１検出ＩＥＩにより検出される。この場合、
例えば減速１ａ２の減速比が３００分の１程度で、上記
ギア列の増速比が３０倍とすると、第１検出器Ｅｌと第
２検出器Ｅ２の１回転当たりの発生パルスを同一とする
為に第１検出器Ｅ１の１回転当たりの発生パルスを１０
倍とする。但しこのようなパルスを一致させる為に分周
器等を用いても良い。

なお、上記実施例装置において、第１検出器Ｅ１及び第
２検出器Ｅ２として、増分式のものを例に上げて説明し
たが、第１検出器については、本発明ではこれに限るこ
となくアブソリュートタイプの位置検出器を用いてもよ
い。アブソリュートタイプの位置検出器としてはレゾル
バ、アブフリューｌ−パルスエンコーダ等がある。第１
検出器をアブソリュートタイプにすれば前記の原点合わ
せ動作が不要になるメリットがある。

以上の様に本発明のダイレクトティーチング型ロボット
の制御装置によればクラッチ機構を含む伝達装置の出力
側に設けられロボット要素の回転位置を検出する第１の
検出器と、前記伝達装置の入力側に設けられ駆動源の回
転位置を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器出
力を前記第２の検出器に転送する転送手段と、前記第１
の検出器出力と前記第２の検出器出力を切り換えて選択
的に導出する切換手段と、教示モード時には前記切換手
段を第１の検出器出力側に切換制御し、その出力を受け
てロボット要素の教示位置を記憶し、再生モード時には
前記転送手段を付勢して前記第１の検出器出力を前記第
２の検出器に転送して第２の検出器の初期値とすると共
に、前記切換手段を第２の検出器出力側に切換制御し、
この第２の検出器出力と前記記憶されている教示時の第
１の検出器出力に応じた信号を前記駆動源に帰還する制
御手段とを備えてなるものであるから、教示モードから
再生モードに切り換えた時、第２の検出器出力を第１の
検出器出力に一致させて再生スタートをなしうるので増
分式検出器を用いる場合、切換動作が繰り返されること
による累積誤差が解消され、より正確安定な制御を行う
ことができる。また一般に減速機等の伝達装置の入力側
と出力側では伝達装置の捩れ等により若干の位置的すれ
が生し教示時の位置検出は、ロポノ１〜要素側に設けら
れる第１の位置検出器で行い、再生時の位５ 置検出は駆動源側に設けられる第２の位置検出器で行う
という、いわゆる切換方式にはアブフリュー１−タイプ
の検出器を使用できなかったが、本発明では、再生モー
トに切り換える時に常に第２の検出器出力を第１の検出
器出力に一致させるので、上記位置的ずれが生じていて
も何等支障無く、従って上記切換方式にアブソリュート
タイプの）★出盛をも使用することができる。

なお、本発明は油圧シリンダ、油圧モータ等を駆動源と
するロボットにも当然適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダイレクトティーチング型ロボットの制
御装置を示すブロック図、第２図は同制御装置の数学的
モデルを示すブロック図、第３図及び第４図は同制御装
置のステップ応答を示す図、第５図は同制御装置を改良
した制御装置の数学的にモデル化したブロック図、第６
図は同改良制御装置のステップ応答を示す図、第７図は
本発明の一実施例を示す制御装置のブロック図、第８図
６ は同制御装置に用いる二つの検出器の取り付は位置の具
体的−例を示す駆動機構の側断面図である（符号の説明
） Ｍ・・・モータ（駆動源） Ｅｌ、Ｅ２・・・第１、第２検出器 １・・・アーム（ロボット要素） ２・・・クラッチ　　　　　３・・・減速機４．６・・
・カウンタ　　　５・・・切換回路７・・・制御回路　
　　　　１０・・・転送回路。 出願人　　株式会社　神戸製鋼所 代理人　　弁理士　　本庄　武男 第１図 １　　　　　２　３ 耳　ＭＴ ａ ０Ｅ ＋ 第３図 １　２　　３　４ 時１ｖＩｔ（Ｓ） 第４図 ２ 賄間　ｔ　（Ｓ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 駆動源とロボット要素との間にクラッチ機構を含む伝達
   装置を介在させ、教示モード時には前記クラッチ機構を
   オフして教示し、再生モード時には前記クラッチ機構を
   オンし前記駆動源より前記伝達装置を介して前記ロボッ
   ト要素を駆動するダイレクトティーチング型ロボットに
   おいて、前記伝達装置の出力側に設けられ前記ロボット
   要素の回転位置を検出する第１の検出器と、前記伝達装
   置の入力側に設けられ前記駆動源の回転位置を検出する
   第２の検出器と、前記第１の検出器出力を前記第２の検
   出器に転送する転送手段と、前記第１の検出器出力と前
   記第２の検出器出力を切り換えて選択的に導出する切換
   手段と、教示モード時には前記切換手段を第１の検出器
   出力側に切換制御し、その出力を受けてロボット要素の
   教示位置を記憶し、再生モード時には前記転送手段を付
   勢して前記第１の検出器出力を前記第２の検出器に転送
   して第２の検出器の初期値とすると共に、前記切換手段
   を第２の検出器出力側に切換制御し、この第２の検出器
   出力と前記記憶されている教示時の第１の検出器出力に
   応じた信号を前記駆動源に帰還する制御手段とを備えて
   なるダイレクトティーチング型ロボットの制御装置。