JPS60156104A - ロボツトにおける原点復帰制御方式 - 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、ロボットにおける原点復帰制御方式に関し、
一層詳細には、多軸ロボットにおいてその可動部分の電
気的原点と機械的原点とを一致させる際に手動によるこ
となく障害物を回避して所望の位置まで復帰動作を可能
とした原点復帰制御方式に関する。

電源を投入直後に停止しているロボットを始動させる際
、当該ロボットの可動部分は、電気的にも機械的にも原
位置にいなければならない。

電気的原位置と機械的原位置とが異なる状態において始
動させるとロボットの暴走が惹起してしまうからである
。この場合、ロボットの可動部分にアブソリュートエン
コーダを組み込んでおき、このアブソリュートエンコー
ダの作用下に原点に対する復帰動作を行わせることが可
能である。然しなから、アブソリエートエンコーダ自体
極めて高価であるために、特に、多軸ロボットでその軸
数分のアブソリュートエンコーダを組み込むことは、製
品コストの上昇という点からも大きな難点となる。この
製造コスト面での不都合を回避するために前記アブソリ
エートエンコーダに代えてインクリメンタルエンコーダ
が多用されるに至っているが、この種のエンコーダには
電気的および機械的原点を一致させる機能はなく人為的
に原点復帰を行わざるを得なかった。すなわち、操作者
がロボットの原点復帰経路を予測し障害物との干渉が回
避可能な位置まで手動操作により復帰させなければなら
ないという問題点が指摘されていた。

そこで、本発明者は、鋭意考究並びに試作を重ねた結果
、原点復帰を行う多軸ロボットの一連の動作を各軸毎の
動作に分解して符号化し且つこの符号を不揮発性記憶装
置に予め記憶させておき、途中停止状態から原点位置に
復帰させる場合には夫々の符号に係る動作が２回以上行
われるかをその符号が重複しているかどうかで判断して
ロボットの未作動を回避し、しかも各軸毎の動作におい
てはその軸の原点位置に係る信号からサーボモータの回
転による位置フィードバック信号を減算して原点位置に
復帰した時動作を停止するように構成すれば、前記の種
々の問題点が一掃されることが判った。

従って、本発明の目的は、特に高価な位置検出器を使用
することなく多軸ロボットの可動部分の原位置復帰を確
実にしかも安全に行うことが可能なロボットにおける原
点復帰制御方式を提供するにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、多軸ロボット
において、制御器と、操作盤と、夫々の軸を変位する複
数個の駆動源に接続して前記制御部からの制御信号を前
記駆動源に送給する駆動制御回路とを含み、前記操作盤
を介して前記複数個の軸の原点復帰動作順序を前記制御
部内に一旦記憶させ、操作盤または外部信号系からの原
点復帰指令信号の入力により前記制御部に記憶された原
点復帰順序に従い夫々の軸の前記駆動源に順次原点復帰
のための駆動信号を送給することを特徴とする。

次に、本発明に係るロボットにおける原点復帰制御方式
について好適な実施例を挙げ添付の図面を参照して以下
詳細に説明する。

第１図において、参照符号ｌＯは、制御部を示し、この
制御部ｌＯは、ＣＰＵ１２、記憶装置１４、ｎ軸分の現
在値カウンタ１６、操作盤インターフェイス１８を含む
。記憶装置１４、カウンタ１６、操作盤インターフェイ
ス１８および外部信号系インターフェイス２０は、ＣＰ
Ｕ１２との間で夫々入力信号、出力信号のやりとりが可
能なように接続されている。前記操作盤インターフェイ
ス１８は、操作盤２１と接続し、また、外部信号系用イ
ンターフェイス２０は、外部指令信号系２２並びに外部
警告信号系２４に接続しておく。ＣＰＵ１２は、一方に
おいて、原点信号入力ポート２６と接続し、他方におい
てパルス注入出力ボート２８と接続してなるものである
。原点信号入力ポート２６は、図示しない第１軸乃至第
ｎ軸の原点リミットスイッチからの原点信号を受容する
。

次に、前記パルス注入出力ポート２８は、この多軸ロボ
ットが具有する第１軸乃至第ｎ軸に対応する数の偏差カ
ウンタ３０と接続する。すなわち、偏差カウンタ３０は
、その出力側がＤ／Ａ変換器３２と接続すると共にこの
Ｄ／Ａ変換器３２の出力側はサーボ増幅器３４と接続し
ている。前記サーボ増幅器３４は、これに接続するモー
タ３６にその出力信号を供給するように結線されている
。

なお、モータ３６の図示しない回転駆動軸にはパルスジ
ェネレータからなる位置検出器３８およびタコジェネレ
ータからなる速度検出器４０が連結され、前記位置検出
器３８の出力側は、制御部ｌＯの現在値カウンタ１６へ
接続し、また、速度検出器４０の出力側は、サーボ増幅
器３４の入力側へフィードバックするように接続構成し
てなるものである。

本発明に係るロボットにおける原点復帰制御を行うため
の装置は、基本的には以上のように構成されるものであ
り、次に、その作用について添付のフローチャートを参
照しながら説明する。

多軸ロボットに原点復帰動作を行わさせるためには予め
原点復帰をさせる軸の順序を制御部１０の記憶装置１４
に記憶させてお（必要がある。

この場合、可動な複数個の軸（例えば５軸）に対して夫
々数字を付しておき、この数字列により前記軸の原点復
帰に係る動作順序を特定しておくと好適である。すなわ
ち、Ｘ軸＝１、Ｙ軸＝３、Ｚ軸−２、Ｒ軸＝４、θ軸−
５と定めておけば、この数字列で示される順序により１
番目にＸ軸、２番目にＺ軸、３番目にＹ軸、４番目にＲ
軸、５番目にθ軸という順に原点復帰動作が遂行される
ことになる。この数字列による原点復帰動作順序に係る
信号は、操作盤２１から操作盤インターフェイス１８を
経て一旦ｃＰＵ１２に送られ、次いで記憶装置１４に記
憶されることになる。

これを第２図に示すフローチャートで説明しよう。制御
部１０、操作［１２１を作動状態にしておき、前記のよ
うに操作盤２ｏがら軸の作動順序に係る数字列信号が入
力されるとＣＰＵ１２ではこの信号の入力があったかど
うか判断する（第１ステツプ）。操作１１２０からの入
力信号の存在が確認されると、その入力通、りの数字列
データを読み込み（第２ステツプ）、これを記憶装置１
４に記憶させる（第３ステツプ）。その際、前記数字列
データを記憶するアドレスに関し、その先頭アドレス（
ここではＡ）を予め保存しておく　（第４ステツプ）。

そこで、符号Ａで示されるアドレスより数字列を構成す
る第１番目の数字を読み出す（第５ステツプ）。次いで
、その第１番目の数字が入力した数字列を構成する数字
に含まれるものか否かを判断しく第６ステツプ）、当該
数字列に含まれる数字であると判断した場合には数字列
を構成する残余の数字とこの読み出された数字とが重複
するが否かを判断する（第７ステツプ）。重複しない場
合Ａの値に１を加え（第８ステツプ）同様にして全数字
のチェックが完了するまで第５ステツプから第９ステツ
プまでを繰り返す。全部の数字につぃて数字列を構成す
るか否かおよび他の数字との重複がないかを判断した上
で操作盤２１に受付が完了した旨を表示する（第１０ス
テツプ）。また、第６ステツプにおいて数字列を構成す
る数字ではないと判断した場合には誤りであるとの警告
表示を操作盤２１に行う（第１１ステツプ）。すなわち
、この警告表示により数字の再指定を促すやけである。

さらに、この表示に基づき操作盤２１よりの入力があっ
たかどうかを判断しく第１２ステツプ）それを操作者が
確認したかどうが（第１３ステツプ）により誤りである
との警告が解除される（第１４ステツプ）。このように
して多軸ロボットにおいて、各軸毎の動作が数字列化さ
れて記憶され、記憶装置１４は、不揮発性メモリからな
るために電源を切ってもこれを維持することになる。

そこで、何らかの事由によりロボットがその動作を途中
において停止した状態から各軸がその原点まで復帰する
動作について説明する。

先ず、本発明において原点復帰動作のための開始指令は
、操作盤２１または外部指令信号系２２によって発せら
れる。すなわち、操作盤２１から原点復帰動作指令が出
されると、その指令信号は、制御部ｌＯ内の操作盤イン
ターフェイス１８を経てＣＰＵ１２に導入される。一方
、外部指令信号系２２から原点復帰動作指令が入ると、
その指令信号は、外部信号系用インターフェイス２０を
経てＣＰＵ１２に導入される。このように原点復帰動作
指令信号が出されるとＣＰＵ１２は、先ず、記憶装置１
４に記憶されている原点復帰動作順序に係る数字列の保
存状態を確認する。すなわち、第２図に示すフローチャ
ートの第１ステツプ乃至第１０ステツプあるいは第１ス
テツプ乃至第６ステツプから第１４ステツプに至る動作
と略同−の動作を行う。そこで、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｒ
軸およびθ軸の動作順序を表す数字列１．３．２．４．
５の夫々の数字について重複設定がないことが確認され
るといよいよ原点復帰動作が開始する。

先ず、この原点復帰動作が開始されるとこの信号は、Ｃ
ＰＵ１２から操作盤インターフェイス１８を経て操作盤
２１に表示されると共に外部信号系用インターフェイス
２０を介して外部に表示される。この表示と同時にＣＰ
Ｕ１２は、その原点復帰動作信号をパルス注入出力ポー
ト２８に送給する。すなわち、ＣＰＵ１２は、記憶装置
１４から原点復帰動作に係る数字列の１番目の数字を読
み出し、この数字ｌが表すＸ軸への原点復帰動作信号を
前記パルス注入出力ポート２８に送る。

このパルス注入出力ポート２８は、Ｘ軸の原点復帰動作
信号を原点方向へのパルスとして偏差カウンタ３０に送
給し、この偏差カウンタ３０の出力はＤ／Ａ変換器３２
でアナログ信号に変換される。

このアナログ信号は、次に、サーボ増幅器３４で所定の
電圧まで増幅された上でサーボモータ３６を回転駆動し
、図示しないロボットのＸ軸に係るアームを原点方向へ
と変位させる。この間、ＣＰＵ１２は、入力ボート２６
より原点信号が入っていたか否かを常に監視する。原点
信号は、図示しない玉軸と関連的に配設されているリミ
ットスイッチから導出される。従って、このように原点
復帰動作に係るパルスが偏差カウンタ３０に継続的に導
出された場合において、もし原点復帰信号が入力ボート
２６からＣＰＵ１２に送給されるとなると何らかの原因
により異常が惹起したと認められる。このため、操作者
はＣＰＵ１２を介して原点復帰動作の停止指令を操作盤
２１および外部警告信号系２４に出し、同時にパルス注
入出力ポートへの信号送給を停止する（第１６ステツプ
および１７ステツプ）。このように入力ポート２６から
ｃ　Ｐ　Ｕ１２への停止信号の送給がなければ、ＣＰＵ
２Ｂの原点復帰動作に必要なカウント値の信号をパルス
注入出力ボート２日に導出し続けることは勿論である。

一方、第１図から容易に諒解されるように、　′モータ
３６には位置検出器３８が配設されている。

従って、この位置検出器３８の出力パルスは、一方にお
いてパルス注入出力ポート２８からの出力パルスに対し
て減算要素として働き、原点に近づくにつれてＸ軸方向
の変位を小さくするように作用し、遂には停止させる。

また、他方において、モータ３６に配設されている速度
検出器４０の出力電圧は、Ｄ／Ａ変換器３２の出力であ
る電圧に対して減算要素として機能するためにモータ３
６の回転力も次第に低下し停止に至る。これが原点復帰
である。この間、前記位置検出器３８の出力は、現在値
カウンタ１６にも導入されているためにこのカウンタ１
６内では位置検出器３８の前記出力パルスを蓄積されて
いたカウンタ１６のカウント数から減算し、原点復帰と
同時にこのＸ軸に関する現在値カウンタ１６のカウント
値は初期値に復帰する。このようにしてロボットのＸ軸
に係る電気的原点と機械的原点とが一致する。もし、こ
のようにして原点復帰がなされてもなお現在値カウンタ
１６のカウント値が初期値に至らない場合にはリミット
スイッチによる入力ボート２６からの原点復帰信号で現
在値カウンタ１６を初期値にリセットすればよい（第２
０ステツプ）。

以上のようにＸ軸の原点復帰動作が完了するとそれは操
作盤２１および外部信号系へ導出して表示させる。そし
て、次のＺ軸の原点復帰動作が数字列のうち数字２の選
択により開始され（第２３ステツプ）これをさらにＹ軸
、Ｒ軸、θ軸について行い全軸が原点復帰動作を完了す
る。

本発明によれば、以上のように極めて簡単な構成と操作
とに基づき容易に自動的にロボットの原点復帰動作を行
うことができたものであり、電源故障等予期せぬロボッ
トのダウン状態にあっても操作者の視認により他のロボ
ットとの干渉をすることなく原点復帰動作を行うことが
できる。しかも、各軸の復帰動作順序を任意に選定でき
るため障害物があってもそれを回避して原位置への復帰
が可能となるために衝突あるいはロボットの暴走を回避
できる等の効果も得られる。

以上、本発明につき好適な実施例を挙げて説明したが、
本発明は、この実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置を構成する電気回路ブロック図、
第２図および第３図は、本発明装置の動作順序を示すフ
ローチャート図である。 １０・・制御部　１２・・ＣＰＵ １４・・記憶装置　１６・・現在値カウンター８・・操
作盤インターフェイス ２０・・外部信号系用　２１・・操作盤２２・・外部指
令信号系　２４・・外部警告信号系２６・・入力ボート ２８・・パルス注入出力ボート ３０・・偏差カウンタ　３２・・Ｄ／Ａ変換器３４・・
サーボ増幅器　３６・・モータ３８・・位置検出器　４
０・・速度検出器■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１多軸ロボットにおいて、制御器と、操作盤と、夫
   々の軸を変位する複数個の駆動源に接続して前記制御部
   からの制御信号を前記駆動源に送給する駆動制御回路と
   を含み、前記操作盤を介して前記複数個の軸の原点復帰
   動作順序を前記制御部内に一旦記憶さす、操作盤または
   外部信号系からの原点復帰指令信号の入力により前記制
   御部に記憶された原点復帰順序に従い夫々の軸の前記駆
   動源に順次原点復帰のための駆動信号を送給することを
   特徴とするロボットにおける原点復帰制御方式。 （２、特許請求の範囲第１項記載の原点復帰制御方式に
   おいて、夫々の軸の原点復帰動作順序を数字列化し、こ
   の数字列を前記操作盤より入力して原点復帰のための動
   作順序を特定してなるロボットにおける原点復帰制御方
   式。 （３）特許請求の範囲第２項記載の原点復帰制御方式に
   おいて、数字列は、夫々互いに異なる数字の組み合わせ
   よりなり、軸の原点復帰動作のために同一の数字を入力
   しバ時、制御部は警報信号を発することからなるロボッ
   トにおける原点復帰制御方式。 （４）特許請求の範囲第２項記載の原点復帰制御方式に
   おいて、原点復帰指令信号が入力された際、制御部は、
   操作盤より入力された軸の原点復帰動作：順序□を示す
   数字列中に同一数字が含まれているか否かを確認するこ
   とからなるロボットにおける原点復帰制御方式。 （５）特許請求の範囲第１項記載の原点復帰制御方式に
   おいて、駆動制御回路は、パルス注入出力ボートと偏差
   カウンタとＤ／Ａ変換器と位置検出器と速度検出器とを
   含み、制御部は、−の軸の原点復帰動作が完了するまで
   次軸の原点復帰動作信号の出力を保留してなるロボット
   における原点復帰制御方式。