JPS62175810A

JPS62175810A - 産業用ロボツト制御装置

Info

Publication number: JPS62175810A
Application number: JP1889686A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tanaka; 雅樹田中
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-01-29
Filing date: 1986-01-29
Publication date: 1987-08-01

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】〈発明の技術分野〉この発明は、例えばロボット関節部の位置検出用として
インクリメンタル形のロータリーエンコーダ（以下、単
に「エンコーダ」という）が用いられた多関節型の産業
用ロボットに関連し、殊にこの発明は、この種の産業用
ロボットにおいて、各関節部をメカストッパーへ押し当
てることにより各関節部のキャリブレーション（原点位
置合わせ）を実施するための産業用ロボット制御装置に
関する。

〈発明の背景〉従来の産業用ロボットにおいて、各関節部でのアームの
動作範囲を規定するのに、回転軸の正負回転方向の各終
端位置に対応してメカストッパーが配設されている。こ
の種構造の産業川口ボットにつき、先般、各関節部のキ
ャリブレーションを実施するに際して、まず回転軸を正
。

負いずれか方向へ回転させて、メカストッパーに当接さ
せた後、回転軸を逆方向へ回転させ、前記エンコーダが
最初のＺ相出力を出力したとき、これを基準として原点
位置の設定並びに８■整を行なう方法が開発された。こ
のキャリブレーション方式を多関節型の産業用ロボット
に実施する場合、キャリブレーションに要する時間を短
縮する目的で、全ての関節部につき回転軸をメカストッ
パーに向けて一斉に回転させ、全回転軸がメカストッパ
ーに当接した時点で、各関節部につき順々にキャリブレ
ーションを実行してゆく方法がとられる。ところがかか
る方法の場合、全ての関節部において同時にメカストッ
パーへ当接するとは限らず、特に先に当接状態となった
関節部については、残り全ての関節部が当接状態となる
までの間、メカストッパーに押し当てられたままとなる
。従ってこの間モータには、サーボアンプが流し得る最
大電流程度の大きな電流が流れることになるため、この
通電状態が長時間続くと、モータの温度上昇、界磁の減
磁、モータの断線、サーボアンプの破損等、種々の不都
合を招くという問題があった。

〈発明の目的〉この発明は、上記問題を解消するためのものであって、
キャリブレーションに際し、メカストッパーへの当接時
にモータ電流を適宜制限することによって、モータの温
度上昇等を防止し得る新規な産業用ロボット制′ａ装置
を提供することを目的とする。

〈発明の構成および効果〉上記目的を達成するため、この発明の産業用ロボット制
御装置では、複数のロボット関節部における各回転軸を駆動するため
のモータと、前記各回転軸の回転角度範囲を規定するための各ロボッ
ト関節部に配設されるメカストッパーと、キャリブレーション時に各関節部においてメカストッパ
ーの当接を検知する検知手段と、この検知手段の検知動
作に基づきそれぞれモータの電流を制限する電流制限手
段とを具備させることにした。

この発明によれば、複数の関節部につき同時にキャリブ
レーションを実行する場合に、ある関節部においてメカ
ストッパーに当接しても、他の全ての関節部が当接状態
となるまでの間、その関節部のモータへ流す電流を小さ
く制限するから、従来のように大電流の通電状態が長時
間続くおそれがなく、モータの温度上昇、界磁の減磁、
モータの断線、サーボアンプの破損等の発生を完全に防
止できる。またキャリブレーション時における消費電力
が小さくなるから、ロボット制御装置の電源部のコスト
ダウンが可能であり、また複数の関節部につき同時にキ
ャリブレーションを実行できるから、キャリブレーショ
ンに要する時間の短縮が可能であり、作業能率の向上を
実現する等、発明目的を達成した顕著な効果を奏する。

〈実施例の説明〉第２図は、この発明の一実施例にかかる多関節型の産業
用ロボットの全体構成例を示す。

図示例のロボット本体ＲＢは、３個の関節部１〜３にお
いてθ１〜θユの回転自由度を有し、第１〜第３の各ア
ーム４．５．６がそれぞれ回転軸７．　８．　９を中心
に正逆回動する。前記回転軸７．８．９は、駆動機構と
しての直流サーボモータＭ１− に「モータ」という）によってそれぞれ独立駆動される
もので、前記各関節部１〜３には、回転軸？．８．９の
回転角度範囲を規定するだめのメカストッパー１１〜１
５が、回転軸の正負回転方向の各終端位置に対応して配
設されている。すなわち第１関節部１の回転軸７は、ペ
ース部１０に設けられたメカストッパー１１と第１アー
ム４に設けられたメカストッパー１２との間で、また第
２関節部２の回転軸８は、第２アーム５に設けられたメ
カストッパー１３と第１アーム４との間で、さらに第３
関節部３の回転軸９は第２アーム５に設けられたメカス
トッパー１４と第３アーム６に設けられたメカストッパ
ー１５との間で、それぞれ回転角度範囲が規制されるよ
うになっている。

第３図は、上記産業用ロボットの制御装置１６の回路構
成例を示す。

図示例において、ＣＰＵ１７はＲＯＭ１８やＲＡＭＬ９
、さらにはキーボード２０とともにマイクロコンピュー
タを構成しており、命令解析、指令値計算１位１制御演
算等の各種演算や処理を実行する。ＲＯＭ１８は、ロボ
ット制御用のプログロム等を格納し、ＲＡＭ１９は演算
結果その他のデータを記憶する。またキーボード２０は
ＣＰＵＬ７に対する人力用である。

ＣＰＵＩ　７の出力はサーボアンプＡ、〜Ａ。

に与えられており、これらのサーボアンプＡｔ〜Ａ、は
ＣＰＵＩ　７からのそれぞれの出力値（電流指令値）を
増幅して、第１〜第３関節部１〜３の各モータＭ１〜Ｍ
、へ与える。エンコーダＥ、〜Ｅ２は、モータＭ　＋　
”’　Ｍ　ｚにそれぞれ取り付けられたインクリメンタ
ル形のロータリーエンコーダであって、それぞれエンコ
ーダＥ１〜Ｅユは、Ａ相およびＢ相出力として回転角度
に応じた出力パルス（例えば１回転につき１０００パル
ス）をＣＰＵ１７へ出力すると共に、Ｚ相出力として回
転の基準位置を与える基準信号（例えば１回転につき１
パルス）を基準信号検知回路２１へ出力する。この基準
信号検知回路２１は、いずれかエンコーダＥ、〜Ｅ、に
おいて基準信号が発生する毎に、これを検知してＣＰＵ
１７へ割込みをかけるためのものであるが、この実施例
の場合、ＣＰＵ　Ｌ　７の側では、この割込みを許可ま
たは不許可とするためのマスク設定やマスク解除を行う
ようになっている。

第４図は、−例として第１関節部１についての回転軸７
の回転角度範囲α１と、その両端のメカストッパー１１
．１２の当接位置ＳＪ　、　　Ｓｔとを例示したもので
あって、図示例の場合−前記回転角度範囲α、の中間位
置に原点ｐ、が設定されている（他の関節部も同様）。

なお図中、Ｚ、−２９は、回転軸７の回動時に、エンコ
ーダＥ、がＺ相出力（基準信号）を出力する角度位置を
示している。

上記原点ｐｔ　　（ただしｉ　＝１．２．３　）の位置
合わせ（キャリブレーション）はエンコーダＥ１〜Ｅ、
の基準信号（Ｚ相出力）とを利用して、電源投入後に実
施されるもので、その具体的手順は、第１図に示すとお
りである。

なおこのキャリブレーションにおいては、前記ＣＰＵＬ
７は、各関節部１〜３においてメカストッパーの当接を
検知する検知手段、この検知手段の検知動作に基づきモ
ータ電流の狐限（詳細は後述する）を実行する電流制限
手段として機能する他、キャリブレーションに関連する
各種演算や処理を実行する。またＲＯＭ１Ｂは、キャリ
ブレーションを実行するためのプログラムの他、後記す
る電流制限値等の固定データを格納するのに用いられ、
褒だＲＡＭ１９は、前記出力パルスの計数値等の各種デ
ータを記憶する他、作業エリアとしての利用に供される
。

第１図のスタート時点において、ＣＰＵＩ　７に対しキ
ーボード２０よりキャリブレーションの実行命令が入力
されると、ＣＰＵ１７は、ステップ１（図中、ｒｓＴｌ
ｌで示す）において、基準信号検知回路２１からの割込
みを不許可するためにマスク設定を行う。つぎのステッ
プ２で、ＣＰＵ１７は、全てのモータＭ８〜Ｍ３を一斉
駆動して回転軸７〜９を正回転方向（第４図参照）へ回
転させる。この動作は、第３図に示す如く、ＣＦ’Ｕ　
Ｌ　Ｔ内に各エンコーダＥ１〜Ｅ、の出力パルス（人相
またはＢ相出力）を取り込み、ＣＰＵＩ　７にて位置制
御のサーボ系の演算を実行し、その演算結果である電流
指令値を各サーボアンプＡｔ〜Ａ２に指令して、各モー
タＭ、〜Ｍ３を回転駆動するものである。

かくして回転軸７〜９がそれぞれ適当角度回転し、いず
れか関節部においてメカストッパーに当接したとき、Ｃ
ＰＵ１７がこれを検知して、ステップ３の「メカストッ
パーに当たったか？」の判定力＜’ＹＥＳ”となる。な
おこのメカストッパーへの当接は、エンコーダからの出
力パルスがＣＰＵ１７へ人力されなくなったことから検
出できる。

つぎにＣＰＵ１７は、ステップ４において、全ての関節
部１〜３がメカストッパーへ当接したか否かを判定して
おり、この場合、その判定は“ＮＯ”であるから、ステ
ップ４からステップ５へ進むことになる。いま仮に第１
間節部１においてメカストッパー１１．１２間力く当接
したものと仮定すると、ステップ５では、この関節部１
を駆動するモータＭ１への電流を所定の電流制限（直に
制限するような出力がＣＰＵ１７よりサーボアンプＡ１
に与えられる。

第５図は、キヤリプレーシ式ン時における時間ｔに対す
るモータ電流値■の変化を示す。同図において、時間ｔ
０はキャリブレーションを開始する時点を、時間ｔ□は
自己の関節部（この場合、第１関節部１）においてメカ
ストッパーに当ったことが検出された時点を、時間ｔ２
は全ての関節部１〜３においてメカストッパーに当たっ
たことが検出された時点を、それぞれ示しており、時間
１．でメカストッパーの当接が検出されると、それａ、
時間ｔ２で全ての関節部１〜３においてメカストッパー
に当たったことが検出されるまでの間、モータＭ１に流
す電流値をメカストッパーの当接検出時の電流値■４よ
りはるかに小さい所定の電流制限値Ｉ３に制限するもの
である。なお同図の電流変化特性中、Ａで示す部分は回
転軸７が正方向へ定速回転している状態を、Ｂの部分は
メカストッパーの当接後モータ電流が急激に上昇してい
る状態を、Ｃで示す部分はモータＭ、へ前記電流制限値
■１の電流を流してメカストッパーの当接状態を保持し
ている状態を、それぞれ示す。また図中、鎖線部Ｅはモ
ータ電流に制限を加えない従来方式についての電流特性
である。

第１図に戻づて、まず第１関節部１がメカストッパーに
当接したことはすでに述べたが、この段階では他の関節
部２．３はいまだメカストッパーに当接しておらず、こ
れらについては前記したステップ２．３が実行されるこ
とになる。

その結果、全ての関節部１〜３においてメカストッパー
に当接して、ＣＰＵＩ　７がこれを次々に検出すると、
ステップ４の判定が“ＹＥＳ“となってステップ６へ進
み、ＣＰＵＩ　７は基準信号検知回路２１からの割込み
を許可すべく前記マスクを解除する。

かくしてつぎのステップ７に進み、まず第１関節部１に
ついてのキャリブレーションを実行すべく、モータ■１
を逆駆動させて、回転軸７を負回転方向（前記と反対方
向）へ低速で回転させる。なおこのときのモータ電流は
、第５図中、Ｄで示す如く、負の値となる。この回転動
作にともなって、ＣＰＵＬ７ヘエンコーダＥｔより出力
パルスが送られてくるが、ＣＰＵ１７はこの出力パルス
の数を計数すると共に、基準信号検知回路２１からの割
込みに待機する。そしてエンコーダＥＬが１回転に１パ
ルスの基準信号（Ｚ相出力）が出力し、基準信号検知回
路２Ｌがこれを検知して割込み信号を発生させると、Ｃ
ＰＵＩ　７は前記原点Ｐ、に対する最初の基準信号の出
力位置Ｚ、を示す情報（エンコーダＥ１のＡ相またはＢ
相出力の計数値に換算した値）を現在位置情報としてＲ
ＡＭＬ９の所定エリアへ書き込むと共に、モータＭ、の
回転を停止させる。

こうして第１間節部１のキャリブレーションが完了する
と、同様にしてつぎに第２関節部２のキャリブレーショ
ンを実行し、第２関節部２のキャリブレーションが完了
すると、最後に第３関節部のキャリブレーションを実行
して、一連のキャリブレーション処理を完了する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるキャリブレーション
動作を示すフローチャート、第２図はこの発明の一実施
にかかる産業用ロボットの全体概略構成を示す図、第３
図は産業用ロボット制御装置の回路構成例を示すブロッ
ク図、第４図は回転軸の回転角度範囲の一例を示す図、
第５図はキャリブレーション時におけるモータ電流の変
化を示す図である。ＲＢ・・・・ロボット本体　　１〜３・・・・関節部７
〜９・・・・回転軸１７・・・・ＣＰ　Ｕ　　　　　　１８・・・・ＲＯＭ
１９・・・・ＲＡＭＭＬ−Ｍ、・・・・モータ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のロボット関節部における各回転軸を駆動す
るためのモータと、前記各回転軸の回転角度範囲を規定するための各ロボッ
ト関節部に配設されるメカストッパーと、キャリブレーション時に各関節部においてメカストッパ
ーの当接を検知する検知手段と、この検知手段の検知動
作に基づきそれぞれモータの電流を制限する電流制限手
段とを具備して成る産業用ロボット制御装置。
（２）前記モータは、直流サーボモータである特許請求
の範囲第１項記載の産業用ロボット制御装置。
（３）前記検知手段および電流制限手段は、マイクロコ
ンピュータのＣＰＵである特許請求の範囲第１項記載の
産業用ロボット制御装置。