JPS61265520A - 位置検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、たとえばモータなどの駆動源の回転を減Ｍ機
で減速して作業端の１′！ｌｆｆｌ１紬を駆動し、この
関節軸の位置の検出を、前記駆動源にｆ（結したインク
リメンタルエンコーダにより行なうようにした位置検出
装置に関し、さらに詳しくは電源投入時などに、位置検
出器のたとえばカウンタ回路の基準点などの電気的原点
を、関節軸の機械的原点に一致させることにより、位置
検出器の初期化を行なうことができる位置検出Ｈ置に関
する。

背景技術 ｔＩｔＪ８図は先行技術のロボットの位置検出装置の構
成を示すブロック図である。本先行技術の位置検出装置
は、モータ１と、モータ１の出力軸２に結合された歯Ｒ
Ｌ３と、歯１′＄Ｌ３と組合わされる歯車４とからなる
減速１ｆ！５とを含む、歯車４に同軸に固定される回転
軸６のａ端部には、作業端７が固定される６回転ｍ６の
歯車４と作業端７との間には、回転部材８が同軸に固定
される。

回転部材８の外周部には、永久磁石などの被検出部材９
が固定され、回転部材８に近接して、被検出部材９が近
接したことを検出するセンサ１゜が配置される。被検出
部材９は、回転部材８の外周面の所定の位置、たとえば
作業端５の可動範ＩＴＭの中央魚であって、該位置でセ
ンサ１０に検知されるような位置に固定される。

またモータ１の出力軸２には、エンコーダ１１が結合さ
れる。エンコーダ１１の１回松毎にエンコーダ１１から
導出される零点パルスと、センサ１０からの出力信号と
が、初期化回路１２に与えられる。初期化回路１２から
の出力とエンコーダ１１からの出力とは、カウンタ回路
１３に与えられる。

第９図はエンコーダ１１からの零点パルスとセンサ１０
からの出力信号とを示す波形図である。

第８図および第９図を参照して、位置検出装置の動作を
説明する。第８図で説明した位置検出装置において、電
源投入時に作業端７を、操作員の判断に基づき、手動操
作によって角変位し、被検出部材９がセンサ１０の検知
する領域内に入るように移動し停止させていた。第９図
（２）で示すように、センサ１０が被検出部材９を感知
した時刻ｔ１で、センサ１０はハイレベルの信号を導出
する。

この後、モータ１によって出力軸２を、予め定められた
方向に回転駆動する。このようなモータ１の回転駆動に
ともなうエンコーダ１１からの零点パルスは、第９図（
１）に示される。このと島初期化回路１２は、第９図（
２）に示されるセンサ１゜からの出力信号と、エンコー
ダ１１からの零点パルスとを監視しており、センサ１０
が被検出部材９を検知しなくなった時刻ｔ２　　以後、
最初にくるエンコーダ１１からの零点パルス、すなわち
＄２図（１）に示すパルスＺｉが入力されたとき、カウ
ンタ回路１３を初期化するようにしていた。

発明が解決しようとする問題点 上述のような先行技術の位置検出装置では、以下のよう
な問題点があった。

■作業端７はロボットの関節輪数だけ存在し、しかも電
源投入時に被検出部材９は、センサ１゜に対して任意の
位置にある。したがってすべての関節軸にわたって、操
作員がセンサ１ｏおよび被検出部材９の相対的位置関係
を判断しつつ、手動操作する必要があり、極めて煩雑な
繰作を必要としていた。またこのような被検出部材９の
位置決め操作においては、ロボットの周辺部材が障害と
なって、適正な位置決め操作が不可能になることもあっ
た。

■モータ１の駆動力および作ｉ端７の動作の分解能の関
係から、減速Ｗ１３における減速比がたとえば１／１０
０と大きく、また被検出部材９が取付けられている回転
軸６の直径は、このような位置検出装置が取付けられる
、たとえばロボットなどの機構上あまり大きくできない
。回転軸６の直径を５０−一とすると、第８図（１）に
示す隣接する２つの零点パルスＺｉ−１，Ｚｉの間隔が
、被検出部材９の取付位置の差では１．６＠ＩＩとなり
、極めて小さな値となる。このため被検出部材９の取付
位置の調整が極めて困難であった。

■温度などの環境によるセンサ１０の感度特性の変動に
より、センサ１０の出力が連断されるタイミングがずれ
る場合がある。すなわち第９図において、センサ１０の
出力がローレベルとなる時刻ｔ２は、時刻ｔ１から時間
Ｗ１だけ後の時点であり、零、αパルスＺｉ−１．Ｚｉ
と零点パルスＺｉ　との間であった。この時間Ｗ１が変
化して、時ｉＪ　ｔ　２が零点パルスＺｉｌより以前に
なったり、または零点パルスＺｉ以後になったりする場
合がある。

このような場合、作業端７の初期化位置に誤差を生じる
ことになり、正確な位置検出ができなくなり、作業端７
の適正な作業ができなくなってしまう。

したがって本発明の目的は、上述の問題点を解決し、作
業端の操作性を著しく向上させるとともに、構成が簡略
化され、しかも常に正確な位置検出を行なうことができ
る位置検出装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、複数回転を行なうことができる動力源の回転
を減速機で減速してロボットの関節軸を駆動し、この関
節軸によって変位する作業端の位置の検出を、前記動力
源に直結したインクリメンタル形エンコーダによって行
なう位置検出装置において、 緊急時に電力を供給する給電装置を備える回忙数検出装
置を前記エンコーダに直結して、作！Ｉｉ端を所定の動
作方向に動作させて、最初に出力されるエンコーダから
の零、貞検出信号と、前記回転数検出装置の出力値とに
よって位置検出器を初期化するようにしたことを特徴と
する位置検出装置である。

作　　用 複数回転を行なうことができる動力源の回転を、減速機
で減速してロボットの関節軸を駆動し、この関節軸によ
って変位される作業端の位置の検出を、前記動力源に直
結したインクリメンタル形エンコーダにより行なう位置
検出装置を準備する。

エンコーダに、緊急時において電力を供給する給電装置
を備える回転数検出装置が直結される。前記作業端を所
定の動作方向に動作させ、最初に出力されるエンコーダ
からの零点検出信号と、前記回転数検出装置の出力値と
によって、位置検出器を初期化する。したがって構成が
簡略化されるとともに、正確な初期化を行なうようにす
ることができる。

実施例 第１図は本発明の一実施例の位置検出装置のブロック図
である。本実施例の位置検出装置は動力源であるモータ
２１と、モータ２１の出力軸２２に設けられる減速８！
２３とを含む。減速機２３は出力軸２２に同軸に固定さ
れた歯車２４と、歯車２４に組合わされる他の歯車２５
とを含む、歯車２５には同軸に、ロボットの関節軸であ
る回転軸２６が固定され、回転軸２６の他端部には作業
端２７が固定される。

前記出力軸２２の他端部には、回転部材２８ａが同軸に
固定され、この回転部材２８ａと組合わされて、たとえ
ば３つの受光素子２９，３０．３１が配置される。回転
部材２８ａと受光素子２９，３０．３１とが、インクリ
メンタル形エンコーダ２８を構成する。受光素子２９か
ら、後述されるような零点検出信号であるいわゆる零点
パルスが、ラインＪ！１を介して初期化回路３２に与え
られる。

また受光素子３０，３１からの信号は、ラインノ２、ノ
３を介して回転方向弁別回路３３に与えられる。このと
き受光素子３０．３１は、その出力信号の位相が予め定
められる値だけずれるように配置される６　したがって
、回転方向弁別回路３３は、その出力の位相を検出する
ことにより、回転部材２８Ｍの回転方向を検出すること
ができる。

回転方向弁別回路３３からの出力は、回ｖｔ５Ｓ材２８
ａの回転方向に対応してそれぞれラインＪ！４またはラ
インＪ！５を介して、位置検出器であるカウンタ回路３
４に与えられる。ラインＪ！４からの信号が入力された
とき、カウンタ回路６はアップカウント動作を行ない、
ライン！５からの信号が入力されたときダウンカウント
動作を行なう。

前記出力軸２２の他端部には、回転部材３５ａが同軸に
固定される、回転部材３５ｍに近接して、たとえばリー
ドスイッチ３６．３７が配置される。

回転部材３５ｍおよびリードスイッチ３６．３７が、回
転数検出子ｙ、３５を構成する。リードスイッチ３６．
３７からの出力は、ラインノロ、ノアを介して回転方向
弁別回路３８に与えられる。リードスイッチ３６．３７
の配置状態は、受光素子３０．３１の配置状態と基本的
に同様である。

回転方向弁別回路３８からの信号は、回転部材３５ａの
回転方向に対応して、それぞれライン１８またはライン
ノ９を介して回転数カウンタ回路３９に与えられる８回
転方向弁別回路３８は、前記回転方向弁別回路３３と同
様の動作によって、回転数検出手段１４の回転方向を検
出する６回転数カウンタ回路３９に、ライン７８からの
信号が入力されると、アップカウント動作を行ない、ラ
イン！９からの信号が入力されると、ダウンカウント動
作を行なう１回転数カウンタ回路３９のカウント値は、
初期化回路３２に与えられる。

一方、回転方向弁別回路３８および回転数カウンタ回路
、３９には、給電装置であるバッテリ４０が備えられる
。バッテリ４０は、たとえば停電時などにおいて、回転
方向弁別回路３８および回転数カウンタ回路３９のバッ
クアップ電源として機能する。

第２図はエンコーダ装置２８の原理を示す斜視図である
。モータ２１の出力軸２２に同軸に固定された回転部材
２８ａには、出力軸２２と同心の複数の仮想円周上に、
それぞれ周方向に間隔をあけて形成された透孔４１から
成る第１トラツク４２お上り第２トラツク４３が形成さ
れる。第２トラツク４３よりさらに半径方向内方には、
周方向に単一の透孔４４のみが形成されている第３トラ
ツク４５が形成される。これら第１〜第２トラック４２
．４３の半径方向に対応する各透孔４１の位置は、それ
ぞれ周方向にずれて形成される。このような透孔４１．
４４を介して、受光素子２９〜３１と光経路を構成する
発光素子４ｉ＞１４７゜４８が配置される。

第３図は本実施例のエンコーダ装置２８の動作を説明す
る波形図である。第１図および第３図を参照して、回転
部材２８ａがたとえば矢符Ａ１方向に回転するとき、受
光素子３０は＃１１３図（１）で示される波形の信号を
導出し、受光素子３１は第３図（１）の信号とたとえば
９０度位相がずれた第３図（２）で示されるような信号
を導出する。これらの信号が入力された回転方向弁別回
路３３は、第３図（３）に示される波形のイざ号を、回
転部材２８ａの回転方向に対応してライン！４またはラ
イン！５に導出する。カウンタ回路３４のカウンタ値は
、ＰｌｔＪ３図（４）で示される。

第４図は回転数検出手段３５に関連する構成を示す斜視
図であり、ｔｐＪ５図は回転数検出手段３５付近の正面
図である。回転部材３５ａの、リードスイッチ３６．３
７によって近接時に検出される位置に永久磁石片４９が
固定される。リードスイッチ３６は、たとえばガラスな
どの材料から成る封止体５０内に、相互に離間した一対
の電極５１゜５２を含む。リードスイッチ３７は、リー
ドスイッチ３６と同様の構成を有する。

第６図は回転数検出手段３５の動作を説明する波形図で
ある。ＷｆＪ１図および第６図を参照して、回転部材３
５ａが矢符Ａ１方向に回転するとき、その１回転ごとに
リードスイッチ３６から、第６図（１）で示される信号
がラインノアに導出される。

リードスイッチ３７から、第６図（１）の信号とたとえ
ば９０度位相がずれた信号が、ライン！８に導出される
。これらの信号が入力される回転方向弁別回路３８から
、第６図（３）に示す信号が回転部材３５ａの回転方向
に対応して、それぞれライン１８またはライン！９に導
出されろ、ライン１８、ノ９を介して前記信号が入力さ
れた回転数カウンタ３９のカウント値の変化は、ｖＪ６
図（４）で示される。

第７図は本実施例の動作を説明する波形図である。第１
図および第７図を参照して、位置検出装置の動作を説明
する。たとえば１！源投入時などの使用開始時では、ま
ずモータ２１を予め定めた方向に回転駆動する。このと
き第２図の透孔４４が、発光素子４８および受光素子２
９との光経路に位置したとき、受光素子２９から第７図
（１）に示される零点パルス・・・ｒＺ　ｉ−１ｙＺ　
ｉ＋Ｚ　ｉ　＋　１　＋・・・が、出力される。

初期化回路３２は、たとえば電源投入時以後、最初の零
点パルスＺｉが入力されたとき、回転数カウンタ回路３
９のカウント値を読取る。前述したように回転数カウン
タ回路３つは、バッテリ４０によってバックアップされ
ており、モータ２１の回転数を常にカフントしストアし
ている。

ここでＲを、回転部材３５ａの１回転当たり、たとえば
ライン！４またはラインノ５に回転方向弁別回路３３か
ら導出されるパルス数とすると、初期化回路３２は下式
の演算を行なう。

Ｎ１＝ＲＸｉ　　　　　　　　　　　＝１１）Ｎｉは、
カウンタ回路３４のストア内容がクリアされ、改めてカ
ウント値が設定される初期化動作における初期値である
。ここで回転数カウンタ回路３９のカウント値ｉは第７
図（２）に示される。

このようにして初期化回路３２が、第１式に示される演
算を行なって初期化動作を行なうとき、カウンタ回路３
４のカウント値を、第１式の初期値Ｎｉ　とする。この
ようにカウンタ回路３４が初期化された時点で、モータ
２１の動作を停止する。

このようにして、作業端５に関する初期化動作を、確実
に行なうことができる。すなわち、カウンタ回路３４の
カウント値を読出すことによって、作業端５の回転位置
を確実に検出することができる。

前述の実施例でカウンタ回路３４は、回転軸２２の複！
＆回転に伴なうカウント動作をイテなうようにしたが、
他の実施例として回転軸２２の１回転以内の角変位を検
出する構成も本発明の精神に含まれる。

以上のように、たとえば電源投入時などの使用開始時に
あたって、位置検出装置の初期化動作を、必要とされる
すべての軸の任意の位置において、すべて自動的に行な
うことができる。したがって繰作性は着しく向上する。

また位置検出装置の初期化動作は、モータ２１の１回転
未満で終了するので、周辺の構成によるモ渉を低減する
ことができる。

また作業端２７ｆＭに、第７図を参照して説明した先行
技術における位置検出装置における被検出部材９およ１
センサ１０などの構成と対応する構成を用いないので、
構成が簡略化される。

前述の被検出部材９およびセンサ１０のたとえば温度な
どによる特性変化によって、初期化動作−における誤差
が発生することが解消される。

前述の実施例では、ロボットに関する位置検出装置につ
いて説明したが、本発明はロボットに限らず数値制御（
ＮＣ）される工作機械などに関しても、広〈実施される
ことができる。

効　　果 以上のように本発明にしたがえば、インクリメンタル形
エンコーダに直結された回転数検出装置を用い、作業端
を所定の動作方向に動作させて、最初に出力されるエン
コーダからの零、べ検出信号と、前記回転数検出装置の
出力値とによって、位置検出器を初期化するようにした
。したがって初期化繰作を、任意のａＳ袖に関して自動
的に行なうことができるので、位置検出装置の操作性を
格段に向上することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の位置検出装置の構成を示す
ブロック図、第２図はエンコーダ装（！！２８の動作原
理を説明する斜視図、第３図は第１図示の位置検出装置
の動作を説明する波形図、第４図は回転数検出手段３５
の動作原理を説明する斜視図、第５図は回転数検出手段
３５の正面図、第６図は回転数検出手段３５の動作を説
明する波形図、第７図は第１図示の位１２！検出装置の
動作を説明する波形図、第８図は先行技術の位置検出装
置の構成を示すブロック図、第９図は先行技術の位置検
出装置の動作を説明する波形図である。 ２１・・・モータ、２２・・・出力軸、２３・・・減速
機、２７・・・作業端、２８エンフーグ装置、３２・・
・初期化回路、３３．３８・・・回転方向弁別回路、３
４・・・カウンタ回路、３５・・・回転数検出手段、３
９・・・回転数カウンタ回路、４０・−・バッテリ代理
人　　弁理士　画数　圭一部 第２　図 第３図 第４図 あ コ１ 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数回転を行なうことができる動力源の回転を減速機で
   減速してロボットの関節軸を駆動し、この関節軸によつ
   て変位する作業端の位置の検出を、前記動力源に直結し
   たインクリメンタル形エンコーダによつて行なう位置検
   出装置において、緊急時に電力を供給する給電装置を備
   える回転数検出装置を前記エンコーダに直結して、作業
   端を所定の動作方向に動作させて、最初に出力されるエ
   ンコーダからの零点検出信号と、前記回転数検出装置の
   出力値とによつて位置検出器を初期化するようにしたこ
   とを特徴とする位置検出装置。