JPS63139687A - 産業用ロボツトの位置検出方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、産業用ロボットの姿勢制御に必要な位置検出
方式に係り、特に１回転型アクチュエータを用いた産業
用ロボットに好適な位置検出方式〔従来の技術〕 産業用ロボットで、そのマニプレータの駆動に電気モー
タなどの回転型アクチュエータを用い。

かつ、このアクチュエータの出力軸に取り付けたインク
リメンタルロータリーエンコーダを用いてマニプレータ
の姿勢制御を行なうよう釦したシステムでは、電源投入
後、動作開始に先立って、そのマニプレータの実際の姿
勢とソフトウェアが保有している姿勢とを一致させる操
作、いわゆる原点合わせが必要である。

これは、姿勢制御のための位置検出に、上記したように
、インクリメンタルロータリーエンコーダを用いている
からであり、かつ、このエンコーダがマニプレータの対
応する可動部分のストローク範囲で２回転以上してしま
うことによる。

ところで、このインクリメンタルロータリーエンコーダ
（以下、単にＲエンコーダという）は。

回転軸を備え、この軸が所定の角度回動するごとＫＡ相
とＢ相の位相を異にする２種のパルスを発生すると共に
、上記回転軸が１回転するごとに所定の角度位置でＺ相
と呼ばれる１個のパルスを発生するように構成されてい
るものである。

そこで、この原点合わせの従来例について説明すると、
まず、第８図に示す例がある。

このＴ１Ｓ図において、１は回転型アクチュエータの一
種である電気モータで、これによる回転駆動力がプーリ
２．ベルト３．プーリ４を介して回転ネジ軸５に伝達さ
れるようになっている。−万。

この回転ネジ軸５には雌ネジ部材６が設けてあり。

そし℃、この雌ネジ部材６は矢印入方向には動き得るが
、それ自体は回転できないようにして回転ネジ軸５に挿
入されている。

従って、　Ｗ、気モータ１を回転させることにより回転
ネジ軸５も回転し、この結果％雌ネジ部材６は矢印入方
向に動かされることになり、全体として直線方向の駆動
力を発生するアクチュエータとして動作することになる
ので、この雌ネジ部材６の動きをマニプレータの対応す
る可動部材に伝達させることにより姿勢制御を行なうこ
とができる。

なお、実用上からは、これらの回転ネジ軸５と雌ネジ部
材６としては、それらの摺動部分にポールを用いた。い
わゆるポールネジ、ポールナツトと呼ばれる機構が採用
されている。

次に、７はＲエンコーダで、電気モータ１の回転軸に取
り付けられており、このＲエンコーダ７のパルスにより
雌ネジ部材６の位置を検出してマニプレータの姿勢制御
を行なうようになっている。

さらに、８は近接スイッチで、雌ネジ部材６に取り付け
である金属片（ドッグなどと呼ばれている）９の接近を
検出し℃パルスを発生する働きをし、この結果、この近
接スイッチ８からパルスが検出されたときでのマニプレ
ータの姿勢は一義的に決められることＫなる。

そこで、この従来例では、を源投入後、ロボットを所定
の姿勢から所定の方向に動かし、近接スイッチ８からの
パルスが得られてから最初にＲエンコーダ７からの２相
のパルスを検出し、このときをソフトウェア上での姿勢
の原点とするようにして原点合わせが得られるようにし
ていた。

しかしながら、この従来例では、原点合わせのためにロ
ボットの姿勢を太き（変化させる必要があり９作業効率
上問題がある。

一方、他の従来例としては１例えば！９図に示すように
０回転伝達比が１から僅かに異なる値をとるようにした
歯車１０．１１を介して電気モータ１から回転させられ
るようになっているポテンショメータ１２を用いるシス
テムも知られている。なお。

これは１例えば特開昭５８−８２６９４号公報忙より開
示されているものである。

この第９図の従来例では、雌ネジ部材６をその可動スト
ローク範囲の全域に動かすのに必要な電気モータｌの回
転数が１例えば１００回転であったとすれば９例えば歯
車ｌＯとして歯数が１００枚、歯車１１としては歯数が
１０１枚のものというようにし、これにより電気モータ
ｌからポテンショメータ１２への回転伝達比（この場合
には減速比となる）が１０１７１００　＝　１．０１と
いうように、ｌから僅かに異なる値となるようにしてあ
り、これに応じてポテンショメータ１２として、その回
転数が３６０度を超えて自由に回転できるよ５Ｋｔ、た
可変抗抵器を用いるようになっている。

そうすると、を気モータ１が回転してＲエンコーダ７の
２相パルスが検出されてたとき、このポテンショメータ
１２から成る電圧が現われていたとし、このあとさらに
電気モータ１を１回転させて次にＺ相パルスが検出した
ときにポテンショメータ１２から現われる電圧は前の雷
、圧とは異なった値となり、結局、電気モータｌを回転
させてＺ相パルスが検出されたときにポテンショメータ
１２から与えられてくる電圧値は、各Ｚ相パルス毎に異
なったものとなり、その電圧値はロボットの姿勢に対応
したものとなる。

従って、この従来例ｆよれば、Ｒエンコーダ７からＺ相
パルスが検出されたときにポテンショメータ１２から現
われている電圧値を見るだけでロボットの姿勢が判り、
この結果、　Ｔ１．源投入後、雷気モータｌを１回転さ
せるだけで原点合わせができることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来技術では、ポテンショメータの
寿命や直線性、或いはその特性の経年変化などの点くつ
いて配慮されておらず、コストアップや信頼性低下の問
題があった。すなわち、上記従来技術では、ポテンショ
メータが電気モータとほとんど同じ割合で回転するため
、その摺動部分での摩耗が早く、また、このポテンショ
メータは、その直線性が１例えば、第１０図のようにな
っていて、必ずしも充分には得られない上、この特性に
おける経年変化も無視できず、さらに、このポテンショ
メータ自体、かなりのコスト負担になり、結局、コスト
アップや信頼性低下となってしまうのである、 なお、第１０図で、横軸のＺ、〜２．はＲエンコーダの
Ｚ相パルスが発生する回転角位置を表わし、縦軸のＶ、
〜■４は横軸の２．〜Ｚ４に対応して現われるポテンシ
ョメータからの電圧値を表わす。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に対処し、
ローコストで充分な信頼性が得られるようにした産業用
ロボットの位置検出方式を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は１本発明によれば、エンコーダの回転軸に対
して、１から僅かに異なる回転伝達比で回転駆動される
パルス発生器を設け、このパルス発生器の出力を用いて
原点合わせを行なうようにして解決される。

〔作用〕

エンコーダの２相パルスの発生位置に対してパルス発生
器によるパルスが発生する位置は、エンコーダの回転に
伴って規則的にずれてゆく。そこで、このずれをエンコ
ーダの人相とＢ相のパルスのカウントにより検出するこ
とによりエンコーダの３６０度を超えた回転位置が判り
、原点合わせが可能になる。

〔実施例〕

以下１本発明による産業用ロボットの位置検出方式につ
いて１図示の実施例により詳細忙説明する。

＠１図は本発明の一実施例で、この図において。

１３は金属片（ドッグ）、１４は近接スイッチであり。

その他は第９図の従来例と同じである。

金属片１３は近接スイッチ１４を動作させるための部材
で、歯車１１の周辺部から突出すようにして。

この歯車１１に固着されている。既に、第９図に関連し
て説明したように、この歯車１１はもう１枚の歯車１０
を介して電気モータ１により回転させられるよ５になっ
ており、このとき、これも上記したよ５に、これらの歯
車１０　、１１による回転伝達比は。

１００／１ｏ１＝１．０１　　となっているものである
。

近接スイッチ１４は歯車】１の周辺部の近傍に位置する
ようにして１図示してない固定部材により保持されてお
り、これらの相対位置関係は第２図に示すようになって
いる。なお、この第２図は、第１図を下側から見た状態
でのものである。

そして、この結果、この近接スイッチ１４は、歯Ｊｉｉ
ｌｌが回転されて金属片１３が所定位置に達したときに
動作され、検出パルスを発生する働きをする。

次に、この実施例の動作について説明する。

この第１図の実施例においても、そのマニプレータ動作
用のアクチュエータとしての動作は第９図の従来例と同
じで、電気モータｌを回転制御することにより回転ネジ
軸５が回転され、これにより雌ネジ部材６が矢印Ａ方向
に動かされてロボット（マニプレータ）のアームなどの
可動部材を動かす。そして、このときの電気モータ１の
回転をＲエンコーダ７で検出し、ロボットの姿勢制御を
行なうのである。

次に、この実施例における原点合わせについて説明する
。

まず、電気モータ１１７）［Ｅ！１転角度位置をθとし
。

それが１丁度、　Ｉｔエンコーダ７のＺ相パルスが発生
する位置にあり、かつ、このときに、これ本丁度、近接
スイッチ１４から検出パルスが発生する位置に金属片１
３が来るようにしておき、このときの角度位置θをθ二
〇の原点とし、これを０１．とする。

一方、第９図の従来例の場合と同じく、１４車１゜と１
１との回転伝達比は、　１００／］旧＝１．０１となっ
ているから、上記した原点角度θ。から電気モータｌが
１回転（３６０度）して、Ｒエンコーダ７から次のＺ相
パルスＺ、（なお、原点角度θ。で得られるＺ相パルス
はＺＬｌとする）が発生したときでも、まだ近接スイッ
チ１４からは次の検出パルスＸ、（従って。

原点角度θ。での検出パルスはＸｏとなる）はまだ発生
せず、この検出パルスＸ、が得られるのは、″ｒＩｌ気
モータｌが、原点角度θ。から ３６０Ｘ　１０１／１００＝　３６３．６　（度）回転
したときとなり、Ｚ相パルスＺ、から３．６度ずれた位
置で検出パルスＸ１か発生することになる。

そして、このことは、Ｚ相パルスが次々と発生するごと
に繰り返され、結局、［気モータ１が１回転するごとに
、Ｚ相パルスと検出パルスとは順次、３．６度づつずれ
てゆくことになり、従って。

このときの電気モータ１の回転角θと上記したパルス間
での角度差θｄは第３図に示すようになる。

なお、この第３図で、角度θ。、θ１．θ２．θ８．θ
４はそれぞれｚ相パＡ／、ＫＺ、、Ｚ、　、Ｚｔ＋Ｚｓ
　、ｚ、が発生する角度である。

そこで、この実施例では、これらＺ相パルスと近接スイ
ッチ１４からの検出パルスとの角度差θｄを検出するこ
と釦より原点合わせな行なうように構成されており、以
下、この点について説明する。

８４図は原点合わせを行なう制御回路の一実施例で、全
体を４０で表わしてあり、この図において。

４１はパルス変換器、４２はカウンタ、４３はラッチ。

４４はマイコンＣマイクロコンピュータ）であり。

Ｒエンコーダ７と近接スイッチ１３は第１図及び第２図
に示したとおりである。

パルス変換器４１はＲエンコーダ７からの人相とＢ相の
パルスａ、ｂを入力し、Ｒエンコーダ７の回転角変化を
表わす角度パルスＣに整形する働きをする。

第３図は、このときのＲエンコーダ７のパルス出力とパ
ルス変換器４２の動作を示したもので１人相とＢ相のパ
ルスａ、ｂの双方の立上りと立下りの各エツジをそれぞ
れ検出して角度パルスＣを得るよう釦なっている。なお
、参考のためにＺ相パルス事も示しである。

カウンタ４２はＲエンコーダ７から入力される２相パル
ス２によってクリアされたあとパルス変換器４１から入
力されている角度パルスＣのカウントを行なう働きをす
る。

ラッチ４３は同じくＺ相パルス２によってクリアされた
あと、近接スイッチ１４からの検出パルスＸの立上りで
カウンタ４２のカウントデータをラッチして保持する働
きをする。

マイコン４４はラッチ４３からのラッチデータＬＤの取
り込みや、２相パルス声、検出パルスＸなど各種の信号
やデータの取り込み、それに電気モータ１の制御など原
点合わせに必要な各種の処理を行なう。

以下、このマイコン４４による原点合わせ動作を第６図
のフローチャートで説明する。なお、この処理は、ロボ
ット装置に電源が投入されたときに自動的にスタートす
るようにしてもよく、或いはオペレータによるスタート
操作により開始するようにしてもよい。

この第６図の処理が開始されると、まず、１！気モータ
１を所定の速度で正回転させる（Ｓｌ）。

その後、２相パルス２と検出パルスＸを監視しながらＳ
２と８３の判断を行ない、パルス２が検出されたあとで
パルスＸが検出されたら、この時点で８４の処理を行な
い、ロボットを停止させ。

ついでラッチ４３からラッチデータＬＤの取り込みを行
なう（Ｓ５）。

こうしてラッチデータＬＤの取り込みを終ったら、ひき
続いて８６〜Ｓ８の処理を遂次性ない。

ラッチデータＬＤが所定数ｄの何倍圧なっているかの判
定を行なう。そして、これら８６〜Ｓ８の判定結果に応
じて８９〜８１２のいずれかの処理によりロボットの位
置を求め、原点合わせな得るのである。

次に、この処理により原点合わせが得られる理由につい
て、第７図により説明する。

この第７図において、横軸は電気モータ１を原点から正
回転させたときに、パルス変換器４１から得られる角度
パルスＣのパルス数ＣＶを表わし、縦軸は原点からのロ
ボットの距離（位置）Ｌを表わしたものであり、そうす
ると、これらは直線特性関係となる。

また、ｚ、〜Ｚ、はそれぞれＺ相パルス２が発生したと
きのパルスＣの数を表わすが、この結果、各点２１〜２
４間、それにＺ、と原点との間でのパルスＣの数はすべ
て等しく、ｍとなる。

そこで、いま、Ｒエンコーダ７が１回転当りに人相とＢ
相のパルスａ、ｂをそれぞれ３００個発生するものとす
れば、ｍ＝６００となる。

次だ、この第７図中のｄは、パルスＺ、が発生してから
さらにＲエンコーダ７が回転して次に検出パルスＸ、が
発生するまでに現われたパルスＣの数である。そして、
上記した第１図ないし第３図で説明したように、歯車１
０と１１による回転伝達比は１．０１であり、従って、
パルスＺ、が発生してからパルスＸ、が発生するまでの
間に現われるパルスＣの数ｄは、原点からパルスＸ、が
発生するまでに現われるパルスＣの数をＰとすると。

Ｐ　＝　ＦｌｏｏＸ　１．０１＝　ＦｔＯｆｉ　。

ｄ　＝　Ｐ−ｍ　＝　６０ｆｉ　−６００＝　６となる
。

上記したように、原点ではパルスＺ。と−緒にパルスＸ
ｏも発生しているから、結局、上記したパルスＰは各検
出パルスＸ間でのパルス数となり、第７図から明らかな
ように、このパルス数Ｐはどの検出パルスＸ間でも等し
くなる。そして、この結果、第３図でも説明したように
、２相パルスがＺ。

のときでのＺ相パルスと検出パルスとの間でのパルスＣ
の数はｄ＝５となるのに対して、Ｚｔのときではパルス
ｄの数ｃｖ＝＝２ｄ＝１２．　Ｚ３ではｃｖ＝　３ｄ　
＝　１８゜・・・・・・というように順次、６個づつ多
くなっている。

一方、第７図から明らかなよう釦、このようなＲエンコ
ーダを用いたシステムでは、電気モータｌを回転させて
Ｒエンコーダ７からＺ相パルスが得られたとき、そのパ
ルスがＺ。−Ｚｎのいずれであるかが判れば、ロボット
の位置が原点からどれだけの距離にあるかが検出でき、
従って、原点合わせを得ることができる筈である。

そして、上記実施例においては、第６図の８１ないしＳ
５の処理が終った段階では、ラッチ４３（第４図）には
、Ｚ相パルスＺ０〜Ｚｎのいずれかが発生してからその
直後での検出パルス嶌〜Ｘｏの対応したパルスが発生す
るまでのパルスＣの数を表わすものとなっており１例え
ば、このときのラッチデータＬＤがｄであれば、このと
きの２相パルスはＺ、であり、従って、電気モータｌの
停止位置はＺ相パルスＺ、が発生してからパルスＣがｄ
＝６個発生した位置であることが判り、ロボットの位置
は】ｔであることが判る。なお、ここで、ｔは。

電気モータ１が回転してＲエンコーダ７からパルスＣが
ｍ＋ｄ個得られるまでにロボットが移動した距離で、ロ
ボットによって定まる定数である。

従って、この実施例によれば、Ｓ５の処理のあとＳ９な
いＩ、Ｓ１２のいずれか一つの処理が実行され、原点合
わせが得られるのである。

そして１以上の説明から明らかなように、この実施例に
よれば、とにかくｚ相パルスとそれの直後での検出パル
スを検出しさえすれば、それだけで原点合わせを行なう
ことができ、従って、最大限でも、を気モータ１の２回
転に要する時間で済み、簡単に短時間で原点合わせを得
ることができる。

なお１以上の実施例では、検出パルスを得るために近接
スイッチを用いているが、Ｚ相パルスだけを発生するエ
ンコーダを用いてもよく、その他。

マイクロスイッチなどを用いるようにしてもよし・。

また、上記実施例では、舅４図で説明したように、Ｒエ
ンコーダ７からのパルスの計数や、その計数結果の保持
にカウンタやラッチなどを別に設けているが、これらの
機能もマイコンに含めるように構成してもよいことは言
うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、可変抵抗器など
摺動部分を含む機器を要せず、しかも短時間で容易に原
点合わせを得ることができ、長寿命でしかもローコスト
の産業用ロボットを容易に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第】図は本発明による産業用ロボットの位置検出方式の
一実旅例を示す側面間、第２図は第１図の下面図、第３
図は動作説明用の特性図、第４図は制御回路の一実施例
を示すブロック図１ｗ、ＦＩ図は動作説明用の波形図、
第６図は同じく動作説明用のフローチャート、第７図は
同じく動作説明用の特性図、第８図は従来例の側面図、
第９図は他の従来例の側面図、　＠］０１ｉ６は従来例
の動作説明用の特性図である、 １・・・・・・電気モータ、２，４・・・・・・プーリ
、３・・・・・・ベルト、５・・・・・・回転ネジ軸、
６・・・・・・雌ネジ部材。 ７・・・・・・インクリメンタルロータリーエンコーダ
。 １０　、１１・・・・・・歯車、１３・・・・・・金属
片、１４・・・・・・近接スイッチ、 第１図 第２図 第３図 θｄ モータ回車云山 θ０　　θ１　　θ２　　θ３　　ｅ４（−０’）　（
−３６０°＋　！−７２０”＋＋＝１０８０’）　（＝
＋４４０°）第４図 第５図 第７図 □坤９１゛らのハ１ルスＣの吏ズ 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、被駆動部材の可動範囲内で少くとも２回転する回転
   型アクチュエータを備え、上記被駆動部材の位置検出を
   上記回転型アクチュエータの出力軸に取り付けたインク
   リメンタルロータリーエンコーダで行なうようにした産
   業用ロボットにおいて、上記回転型アクチュエータの出
   力軸から整数部分が１で小数点以下に端数を有する回転
   数伝達比で回転駆動されるパルス発生器を設け、このパ
   ルス発生器の出力を上記回転型アクチュエータの回転数
   指標として上記インクリメンタルロータリーエンコーダ
   による位置検出を行なうように構成したことを特徴とす
   る産業用ロボットの位置検出方式。