JPS62152016A - 産業用ロボツト - 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 本発明は産業用ロボットに関する。

従来の技術 従来の産業用ロボットの関節角検出は、モータ出力の回
転角を検出するインクリメンタル形のロー　ｐ　ＩＪ　
−工７コーダを減速機付きのポテンショメータとによっ
て関節の絶対値を求める方法がとられていた。

以下図面を参照しながら従来の産業用ロボットについて
説明する。

第４図は従来の産業用ロボットの関節構造を示す。第４
図において、１は第１のアーム、２は第２のアーム、３
は関節駆動用モータ、４はモータ出力軸の回転角を検出
しかつ減速機を介してポテンショメータを内蔵している
ポテンショメータ付ロータリーエンコーダ、６は減速機
である。また第５図は第４図中のボテ／シロメータ付ロ
ータリーエンコーダ４の詳細図である。以上のように構
成さｎたロボット関節について以下その関節角検出方法
について述べる。

第４図においてモータ３の出方は三方に分かれ、一方は
歯車６、歯車７を通して減速軸８に伝達さ扛、減速軸８
はハーモニックドライブ減速機６の入力となる。ハーモ
ニックドライブ減速機５で減速された出力は、第１のア
ーム１と、第１のアーム１に揺動自在に支持さ扛た第２
のアーム２との間に相対運動を与える。一方、モータ３
の他方の出力はカツプリング９に連結され、ポテンショ
メータ付きロータリーエンコーダ４の入力軸に回転を伝
える。第５図におけるシャフト１０が、このポテンショ
メータ付きロータリーエンコーダ４の入力軸である。

第６図において、１１はインクリメンタル形ロータリー
エンコーダ部、１２はポテンショメータ部、１３はシャ
フト１ｏの回転を減速してポテンショメータ部１２０ロ
ータ部分に出力する減速機部である。シャフト１ｏに伝
達された回転により、インクリメンタルロータリーエン
コーダ部１１では、１回転中数百からおよそ二千ぐらい
のパルスＡ相およびＢ相と、１回転中１回のパルスＺ相
とが出力さする。また減速機部１３の減速比は、そ−タ
回転と、関節角回転の減速比とほぼ等しく、ポテンショ
メータ部１２により関節角の絶対値を検出することがで
きるようになっている。しかしポテンショメータ部出力
のアナログ値をデジタルに変更するのは時間がかかるた
め普通は予め「原点復帰」という操作によりポテンショ
メータ部１２から得られる関節角の基準値をインクリメ
ンタル形ロータリーエンコーダ部１１と対応させておい
て、その値を基準としてエンコーダから出力されるＺ相
と、Ａ相またはＢ相によ、ってパルス数をカウントし、
そのカウント数を減速比を考慮して計算することにより
、関節角の絶対回転量を求めている。

発明が解決しようとする問題点 しかし以上のような構成により関節角の絶対回転量を求
める場合には、次のような問題点があった。

（１）ポテンショメータ内の刷子と抵抗体間の接紗た睨
抗体が摩耗し、抵抗値が変化するため、経判灯ヒとして
基準値がずｎる可能性がある。

（ｉ＋）　　ポテンショメータ付きロータリーエンコー
ダ内の減速機構のバックラッシュや取付誤差があるため
、ポテンショメータ出力から得られる関節の絶対回転量
の信頼性が欠しい。

（ｉｉｉ）　　ｒ原点復帰」によって関節の基準値とロ
ータリーエンコーダとの間の対応付けが必要であるが、
こげ原点復帰」動作は電源投入後、ロボットの作業前に
必ずさせなけｎばならず、ユーザにとり時間的な無駄を
とらせることになる。

０ψ　ポテンショや減速機構は「原点復帰」時にのみ動
作されるだけであり、その他の時は無駄である。さらに
減速機構は関節部におけるモータ出力の減速機構もあり
無駄なスペースである。

（■）関節の減速比が変わｎば、それに応じた減速比を
もつポテンショ付ロータリーエンコーダが必要となる。

（ｖｌ　　エンコーダの１パルスに相当する関節の回転
角が、各関節によって異なるため、関節角を求めるには
、エンコーダの出力パルスをカウントしたものと減速比
とから計算しなけｎばならなかった。

問題点を解決するだめの手段 上記の問題点を解決するために、本発明では、関節を支
持する第１のアームと、前記第１のアームに対して旋回
または揺動が可能な第２のアームと、前記第１のアーム
または第２のアームに固定さｎたモータと、前記モータ
の出力回転軸の回転角を検出する第１のレゾルバと、前
記モータの出力回転全減速し、出力として前記第１のア
ームと前記第２のアームとの相対運動を与える減速機と
、前記第１のアームまたは前記第２のアームに固定され
、前記第１のアームと前記第２のアームの相対回転角を
検出する第２のレゾルノ（とからなり、かつ前記第１の
レゾルバおよび第２のレゾルノ（の少なくともどちらか
一方の入力励磁周波数に対する周波数変換器を備えるか
、または前記第１のレゾルバと第２のレゾルバの入力に
対して周波数の異なる正弦波発振器を備える構成とした
ものであるＯ 作　　　用 本発明は上記した構成によって従来の問題点を解決する
ことができる。次にこれを説明する。

まず絶対回転角を検出するのに、非接触形のレゾルバを
用いることにより、従来より問題となっていたポテンシ
ョの摺動摩擦を無くすることができる。次にポテンショ
付ロータリーエンコーダ内において、減速機を配するの
でなく出力関節に直接レゾルバを付けることにより、従
来までのポテンショ付ロータリーエンコーダ内の減速機
のスペースおよびバックラッシュや取付は誤差を除くこ
とができる。さらに、レゾルバは絶対回転角検出が可能
なために、原点復帰という手間を無くすことができる。

またさらにはおのおののレゾルバの入力励磁周波数を減
速比によって変えることにより、レゾルバの入出力の位
相差の時間ずｎをカウントして得ら扛るデータと関節角
の対応が、関節の減速比によらず一定にすることができ
、しかも後の計算処理に都合のいい形のデータが得られ
る。

すなわち、レゾルバ出力はレゾルバ入力正弦波に対して
検出角に相当する位相差たけずｎたものであシ、この時
間的なずれをカウンタによってカウントすることにより
検出角は求まるが、カウンタのクロック周波数が決まっ
ているとき、レゾルバの最小分解能は、レゾルバ入力１
周期内にカウントできる数できまる。レゾルバ入力１周
期にカウントできる数は、カウンタのクロック周波ａｔ
レゾルバ入力周波数で除した値であることから、結局レ
ゾルバの最小分解能はレゾルバ入力周波数によって決ま
る。

モータ回転検出用レゾルバが１周期に２回カウント可能
すなわち最小分解能がモータ１／２回転であるとし、関
節回転検出レゾルバが１周期に０回カウント可能すなわ
ち最小分解能が関節１　／　ｍ回転であるとし、関節回
転はモータ回転を−に減速しているとすると、関節１回
転あたりのカウントできる数はｎＸｎ回である。すなわ
ちモータ回転検出用レゾルバの最小分解能を関節角に換
算すに倍（ｋは整数）とすると、こ、ｔ”ｔｉモータ回
転検出用レゾルバ入出力間の位相差のクロックにカウン
ト分が、関節回転検出用レゾルバ入出力間の位相差のク
ロツク１カウント分に等しいという意味になる。通常カ
ウ／トシた値はコンピュータ処理に都合のよい２進表示
されているが、ｋの値が特に２のべき乗で表わすことが
でき、たとえばに＝２ｉ　とすｎば、七−・夕回転検出
用レゾルバの入出力間の位相差分のクロックをカウント
して得られる下位１ビット分をのぞいたデータと、関節
回転検出用レゾルバ入出力間の位相差分のクロックをカ
ウントして得られるデータの下位数ビットが一致するこ
とになり、したがってこの場合は、関節回転検出用レゾ
ルバの位相差分のクロックをカウントしてから得ら扛る
２進データの下位に、モータ回転検出用レゾルバの位相
差分のクロックをカウントして得られる２進データの下
位ｉビットを加えただけの値が、関節角を詳細に表わす
データとなり、関節角の絶対回転量を算出するには、こ
の値に最小分解能を乗するだけですむ。

また、上記のような関節が複数個存在するロボ７トの各
関節において、関節角の最小分解能をすべて等しく定め
ることもできる。これは言い換えると、各関節における
モータ回転検出用レゾルノ（入出力間の位相差のクロッ
クの１力ウント分の関節回転角の大きさが、各関節の減
速比に関係なく同じになるように、モータ回転検出用レ
ゾルバの入力周波数を選んでやることになり、各関節角
の詳細な値を算出するのに、どの関節でも読み込んだデ
ータに同じ定数を乗するだけですむ。このことはロボ７
）の各関節において、関節角を読み込んだデータを処理
するのに、同じ手続きで済み、従来までのように減速比
に応じた計算をしなくとも良いことを意味する。したが
って計算時間の短縮とともに、データ処理する部分の同
一化が図れることになる。

実施例 以下、本発明の実施例における産業用ロボットについて
図面を参照しながら説明する０第１図は本発明の一実施
例における産業用ロボットの関節構造を表わす図である
。第１図において、１４は関節を支持する第１のアーム
、１５は第１のアーム１４に対して揺動回転をなす第２
のアーム、１６は第１のアーム１４に固定さ扛たモータ
、１７ｆ′ｉモータ１６の出力回転角を検出する第１の
レゾルバ、１８はモータ１６の出力を減速し、第１のア
ーム１４と第２のアーム１５に揺動回転を与える減速機
、１９は第１のアーム１４に固定さ扛、第１のアーム１
４と第２のアーム１６の回転角を検出する第２のレゾル
バである。また第２図は、第１のレゾルバおよび第２の
レゾルバの入力および出力の制御回路の概略図である。

第２図において、２ｏはモータ回転検出用のレゾルバ、
２１は関節角検出用レゾルバ、２２はモータ回転検出用
レゾルバ２ｏの入力周波数変更器における位相比較器、
２３は電圧制御発振器、２４はカラ／りである。同じよ
うに２５は関節用検出用レゾルバの入力周波数変更器に
おける位相比較器、２６は電圧制御発振器、２７はカウ
ンタである。

２８はクロック、２９．３０はレゾルバ出力のカウンタ
、３１は発振器である。以上のように構成されたロボッ
トの関節および制御回路について以下にその動作を第１
図と第２図を用いて説明する。

まず第１図において、モータ１６の一方の出力は、ギア
３２および３３全通して減速さＣ１かつ関節の回転軸と
同心のシャフト３４に伝わる。シャフト３４はハーモニ
ックドライブ減速機１８の入力軸であり、ハーモニック
ドライブ減速機１８は出力として、第１のアーム１４と
第２のアーム１６との間に揺動回転を与える。第１のレ
ゾルバ１７はモータ１６のもう一方の出力軸よりモータ
出力回転角を検出し、第２のレゾルバ１９は第１のアー
ム１４に取り付けらｎ、関節の回転角を検出する。モー
タ回転および関節角回転を検出するレゾルバの制御回路
の概略図は第２図に示すようになっており、一つのレゾ
ルバに対して一つの周波数変換器と一つのカウンタが配
さｎて゛いる。周波数変換器の内部は位相比較器２２．
２５電圧制御発振器２３．２６カウンタ２４．２７より
構成されており、このうち位相比較器２２．２５は発振
器３１とカラ／り２４，２７から来る両信号間の位相差
に相当する電圧を出力し、電圧制御発振、　　器２３．
２６では入力さｎた電圧に対応する周波数の正弦波を出
力する。またカウンタ２４，２７では正弦波入力に対し
て正の部分のみを予めカウント内にセットさｎた数だけ
カウントすｎば一つだけパルスが出る。したがって周波
数変換器はカウンタにセットした値に応じて、周波数を
任意に変えることができる。周波数変換器からの出力は
、レゾルバ２０．２１の入力となり、レゾルバ２０　。

２１では入力正弦波に対してロータとステータの相対回
転角に相当する位相差だけ遅ｎた正弦波が出力さｎる。

レゾルバ２０．２１の入力信号とレゾルバ２０．２１か
らの出力信号はカウンタ２９゜３０に入力さｎルゾルバ
の入力に対する出力の位相遅れ時間の分だけのクロック
数だけカウントされ、２進化されたデータとして３５．
３６を提供する。

いま第３図に示すように、ＷＪ１図に示したような関節
が３つ（４１〜４３）あり、そ扛ぞれの関節に第２図に
示すような制御回路があり次表に示すように、こ扛ら３
つの関節について減速比が決まっているとする。クロッ
クの周波数ばそ扛ぞｎ。

１０．２４川とする０ このとき、第１関節についてに１をモータ回転検出用レ
ゾルバの入力周波数、Ｋ２を関節角回転検出用レゾルバ
の入力周波数とする。モータ回転検出用レゾルバの分解
能は、モータ に１ に都合のいいように、 １０．２４　Ｘ　１０６ ＝＝　２１１ に１ に１＝ｓｏｏｏ（田） となるようにモータ回転検出用レゾルバの入力周波数に
１すなわち５ｏｏｏ（＋ＭＬ）を選ぶとする。減速比が
１：２００であるからモータ回転検出用レゾルバの分解
能を、関節角回転に換算すると□であり、一方関節角回
転検出 ２００Ｘ１０．２４Ｘ１０６ であるから、いま、 となるように、Ｋ２を選べば、 ＝　３２００（庵） となりモータ回転角検出用レゾルバの入力周波数を、５
ｋ）ｈ、関節角検出用レゾルバの入力゛周波数を３．２
１とす扛ば、第２図に示すようにモータ回転角検出レゾ
ルバの入出力間の位相差の時間をカウントして得られる
１１ビツトデータ３５のうち、上位４ビツトと、関節角
検出レゾルバの入出力ので、−節角を表わすデータ３７
が得られる。

また、第１関節において最小分解能は、関節。。９６ｏ
０回転であるが、第２および第３関節についても、この
値をとるように、第２関節のモータ回転検出用レゾルバ
の最小分解能を、モーター５６０回転とし、第３関節の
モータ回転検出用レゾルバの最小分解能を、モーターコ
ーー回転ｏ９６ とする。したがって第２関節ではクロック周波数１０．
２４１１１Ｂによって２６６０回カウント可能な周波数
として、 ＝　４０００（ル） となり第３関節では同様にして となる。すなわち、第２関節のモータ回転検出用レゾル
バの入力周波数″’ｉ４％、第３関節のモータ回転検出
用レゾルバの入力周波数を２．５　ｋ）Ｉｚとすれば、
各関節の最小分解能が同じになる。ただし、関節回転検
出用レゾルバの入力周波数は第２関節、第３関節とも第
１関節の関節回転検出用レゾルバの入力周波数に等しく
、３．２匹とする。

以上のように、本実施例によｎば、ロボットの関節にお
いて、モータ回転角検出用レゾルバと、関節回転角検出
用レゾルバと２つのレゾルバを用い、こｎら２つのレゾ
ルバの入力周波数を変えることによって、従来まで問題
となっていた原点復帰操作を無くすことができるととも
に、後の計算処理が非常に少ない形の関節角データを得
ることが可能となる。

発明の効果 以上のように、本発明は関節を支持する第１のアームと
、前記第１のアームに対して旋回または揺動が可能な第
２のアームと、前記第１のアームまたは第２のアームに
固定さｎたモータと、前記として前記第１のアームと前
記第２のアームとの相対運動を与える減速機と、前記第
１のアームまたは前記第２のアームに固定さ扛前記第１
のアームと前記第２のアームの相対回転角を検出する第
２のレゾルバとからなるロボットの関節において、前記
第１のレゾルバおよび前記第２のレゾルバの少なくとも
どちらか一方の入力励磁周波数に対する周波数変換器全
備えるか、または、前記第１のレゾルバと、前記第２の
レゾルバに対して、周波数の異った正弦波を備えた構成
とし、前記第１のレゾルバと前記第２のレゾルバの入力
周波数を変えることによって、従来まで問題となってい
た接触部による経年変化を無くし、信頼性のあるデータ
を原点復帰という手間なく、しかも後の計算が非常に少
ない形で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における産業用ロボットの関
節構造を示す断面図、第２図は本発明の構成図、第４図
は従来の関節構造を示す断面図、第５図は従来の関節構
造のポテンショ付ロータリーエンコーダを示す断面図で
ある。 １４・・・・・第１のアーム、１５　・・・第２のアー
ム、１６・・・・・モータ、１７・・・・・・第１のレ
ゾルバ、１８・・・・・減速機、１９・・・・・・第２
のレゾルバ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 ４２関節 ／−ｍ−第１のアーム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）関節を支持する第１のアームと、前記第１のアー
   ムに対して旋回または揺動が可能な第２のアームと、前
   記第１のアームまたは第２のアームに固定されたモータ
   と、前記モータの出力回転軸の回転角を検出する第１の
   レゾルバと、前記モータの出力回転を減速し、出力とし
   て前記第１のアームと前記第２のアームとの相対運動を
   与える減速機と、前記第１のアームまたは前記第２のア
   ームに固定され前記第１のアームと前記第２のアームの
   相対回転角を検出する第２のレゾルバとからなり、かつ
   前記第１のレゾルバおよび第２のレゾルバの少なくとも
   どちらか一方の入力励磁周波数に対する周波数変換器を
   備えるか、または前記第１のレゾルバと第２のレゾルバ
   の入力に対して周波数の異る正弦波発振器を備えた産業
   用ロボット。
2. （２）第１のアームと第２のアームの相対回転角を検出
   する第２のレゾルバの入力励磁周波数を、モータの出力
   軸の回転角を検出する第１のレゾルバと減速比によって
   決定し、前記第２のレゾルバの出力から得られる関節角
   の最小分解能が、前記第１のレゾルバの出力の最小分解
   能を関節角に換算したときの整数倍となるように前記第
   ２のレゾルバの入力周波数を定め、前記第１のレゾルバ
   と第２のレゾルバの出力によって関節の絶対位置を検出
   するように構成した特許請求の範囲第１項記載の産業用
   ロボット。
3. （３）関節を複数個有し、かつ各関節におけるモータ出
   力軸の回転角を検出する第１のレゾルバの出力の最小分
   解能を関節回転角に換算した値が、どの関節についても
   等しくなるように、各関節の第１のレゾルバの入力励磁
   周波数を定め、前記第１のレゾルバと第２のレゾルバの
   出力によって関節の絶対位置を検出するように　構成し
   た特許請求の範囲第１項または第２項記載の産業用ロボ
   ット。