WO2013146743A1 - ロボットの関節の回転を制御する制御装置 - Google Patents

ロボットの関節の回転を制御する制御装置 Download PDF

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WO2013146743A1
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encoder
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motor
arm
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剛史 上田
喜二 高橋
森田　徹
康 大野
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株式会社デンソーウェーブ
株式会社ニコン
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    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
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    • G05B2219/37297—Two measurements, on driving motor and on slide or on both sides of motor

Definitions

  • the present invention relates to a control device that controls the rotation of a joint of a robot, and more particularly to a control device that controls the rotation of a joint having a structure in which the rotation of an electric motor is decelerated by a speed reducer and transmitted to an arm.
  • Patent Document 1 discloses a method of detecting the rotational position of an arm with a potentiometer in a configuration in which a motor and an arm are connected via a torque cutter.
  • a control device including a microcomputer or the like needs to refer to the rotation position on the motor side and the rotation position on the arm side at the same time.
  • the encoder on the motor side is used instead of the potentiometer on the arm side, and the rotational position data output from each encoder is latched by a latch circuit and read by the control device. It is assumed that Under this assumption, the timing of reading the data of the two latch circuits becomes a problem.
  • the motor is located closer to the control device than the arm. Therefore, in order for the control device to read the encoder data on the arm side and the motor side in parallel, it is appropriate to transfer the data on the arm side to the motor side and read both data in parallel in a lump. Then, there is a possibility that the detection time of both data is shifted by the time required for the transfer. That is, in a configuration that drives through a speed reduction mechanism like a robot arm, the rotational position on the motor side has a higher resolution and changes faster than the rotational position on the arm side, so the received rotational position data on the arm side is In other words, the rotational position data on the motor side becomes a thing of the past. As described above, if there is a deviation in the timing indicating both rotational positions, the motor cannot be accurately controlled.
  • a control device for controlling the rotation of the joint (JT) of the robot having a structure in which the rotation of the electric motor (1) is decelerated by the speed reducer (8) and transmitted to the arm (9). Is done.
  • the control device detects the rotational position of the motor (1) and detects the rotational position of the first encoder (10) that outputs motor rotational position data indicating the rotational position and the arm (9).
  • a second encoder (17) that outputs arm rotational position data indicating the rotational position; a first latch circuit (31) that is disposed in the first encoder (10) and latches the motor rotational position data; A second latch circuit (32) disposed in the second encoder (17) for latching the arm rotational position data; and a second latch circuit (32) disposed in the second encoder (17) for changing the motor rotational position data.
  • the latch signal output means (34, 35) for outputting a latch signal to the first and second latch circuits (31, 32) and the first signal when the latch signal is output.
  • control means (36, 37, 38, 41) for controlling the rotation of the motor (1) based on the motor rotation position data and the arm rotation position data latched in the second latch circuit (31, 32). , 21, 22, 23).
  • the first encoder on the motor side and the second encoder on the arm side are arranged at a certain distance in structure.
  • the control means In order for the control means to correct the rotational position of the arm, it is necessary to acquire the motor rotational position data and the arm rotational position data at the same time. Since the arm is driven via the speed reducer, the resolution of the arm rotational position data is lower than the motor rotational position data. Therefore, a latch signal output means is disposed in the second encoder, and a latch signal is output to the first and second latch circuits every time the arm rotational position data changes. Thereby, even in the first encoder that is far away, the motor rotation position data can be latched and held at the same timing as the above change.
  • the change in the data with the larger detection delay is adopted as the base timing on the time axis.
  • the value of the shifted data substantially corresponds to the data with the larger detection delay. Therefore, both data can be used as values detected at substantially the same timing.
  • the motor rotation can be controlled using the motor rotation position data and arm rotation position data collected at the same timing. Therefore, the accuracy of the motor rotation control can be increased.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a joint of a robot according to an embodiment.
  • 2 is a longitudinal side view of the joint of the robot of FIG.
  • FIG. 3 is a functional block diagram mainly showing the configuration of the data processing units of both the motor-side and arm-side encoders according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing a circuit for controlling the motors of the respective joints for the three-axis robot exemplified in the first embodiment;
  • FIG. 5 is a flowchart showing a rotational position data transfer process between the motor side and arm side encoders in the first embodiment;
  • FIG. 6 is a timing chart illustrating the change state of the rotational position data of the motor and arm.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a joint of a robot according to an embodiment.
  • 2 is a longitudinal side view of the joint of the robot of FIG.
  • FIG. 3 is a functional block diagram mainly showing the configuration of
  • FIG. 7 is a flowchart showing processing contents when the motor controller according to the first embodiment controls the three-axis robot;
  • FIG. 8 is a timing chart showing a transfer state of rotational position data corresponding to the processing of FIG.
  • FIG. 9 is a longitudinal side view of a joint of a robot according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a longitudinal side view of the turntable shown in FIG.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining calculation of an output angle;
  • FIG. 12 is a flowchart showing calculation processing of an output angle, and
  • FIG. 13 is a functional block diagram showing a circuit for controlling the motor of each joint according to the third embodiment.
  • this robot is an industrial robot installed in a factory or the like.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration in which one of joints JT of a robot is driven by a motor
  • FIG. 7 is a vertical side view (however, slightly simplified).
  • the joint JT includes an electric motor 1, a speed reducer 8, and an arm 9.
  • the driving force is transmitted from the motor 1 side to the arm 9 via the speed reducer 8, so the motor 1 side is called “motor side or input side” as necessary, and the arm 9 side is called as needed. This is called “arm side or output side” as necessary.
  • the motor 1 is, for example, an inner rotor type permanent magnet synchronous motor, and is arranged inside a cylindrical base 2 with the tip of the rotary shaft 3 facing upward in the figure.
  • the stator 4 of the motor 1 is composed of a stator core and windings (not shown), and is fixed so that its upper end surface is in contact with the back of the top plate of the base 2.
  • the rotor is composed of a rotating shaft 3 and a permanent magnet disposed so as to face the rotor core and the winding on the stator side (both not shown). In FIG. 6 is shown as being rotatably supported.
  • the rear end portion of the rotating shaft 3 protrudes downward from the rear end surface of the stator 4, and the front end portion protrudes outside through a through hole 7 formed in the top plate of the base 2.
  • the tip portion is connected to the input portion 8I of the speed reducer 8, and the robot arm 9 (control object, load) is connected to the output portion 8O.
  • the detailed configuration of the speed reducer 8 is also not shown.
  • a turntable 11 constituting an optical rotary encoder (hereinafter referred to as an input encoder (input EC)) 10 is attached.
  • an input EC detection unit 12 including a data processing unit including a light projecting element, a light receiving element, a counter (not shown), a register to be described later, and the like, It is attached to the bottom surface of the encoder support member 13 fixed to the end surface. That is, the input EC detection unit 12 detects data indicating the rotational position of the motor 1 by projecting light toward a slit (not shown) of the upper turntable 11 and receiving the reflected light.
  • the rear end portion of the arm rotation shaft 14 (output shaft) is attached to the upper surface side of the arm 9 so as to be coaxial with the rotation shaft 3 (input shaft) of the motor 1.
  • a shaft support member 15 comprising a vertical portion 15V extending upward and a horizontal portion 15H disposed parallel to the arm 9 at the tip of the vertical portion 15V is disposed at the right end in FIG. Has been.
  • the arm rotation shaft 14 passes through the horizontal portion 15H and is rotatably supported by a bearing 16 disposed in the horizontal portion 15H.
  • a rotating plate 18 constituting an optical encoder 17 (hereinafter referred to as an output encoder (output EC)) is attached to the tip surface of the arm rotating shaft 14.
  • the output encoder 17 has the same configuration as that of the input encoder 10, and an output EC detection unit 19 including a light projecting element, a light receiving element, a counter, and the like is disposed above the turntable 18 with a horizontal part 15 ⁇ / b> H in a shape with the cup turned down.
  • the output EC detection unit 19 detects the rotational position of the arm 9 by projecting light toward the slit of the lower rotating disk 18 and receiving the reflected light.
  • the input EC detection unit 12 of the input encoder 10 is connected to the output EC detection unit 19 of the output encoder 17 via the relay bus 21.
  • the rotational position data detected by the output EC detection unit 19 is transferred to the input EC detection unit 12 via the relay bus 21.
  • the output EC detection unit 19 also transmits an edge pulse signal for data latch to the input EC detection unit 12 via the relay bus 21.
  • the input EC detection unit 12 integrates the rotation position data and the rotation position data detected by itself, the input EC detection unit 12 outputs the data to the motor controller 23 (see FIG. 3) via the data bus 22.
  • the relay bus 21 and the data bus 22 are led out to the inside and outside of the base 2 through a through hole 24 formed in the base 2.
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing a control device that controls the rotation of the joint JT of the robot.
  • the control device includes an input encoder 10, an output encoder 17, and a motor controller 23.
  • the input EC detection unit 12 includes, for example, a 20-bit input EC value register 31 (functioning as input data latch means) that holds data of a counter that counts the number of pulses output from the light receiving unit.
  • the output EC detection unit 19 includes an output EC value register 32 (functioning as output data latch means) that holds counter data.
  • the rotation position data of the arm 9 is, for example, 9 bits (the size is smaller than the input side because of the speed reducer 8), but the counter overflows when the rotation speed of the arm 9 is 1 rotation or more. Multi-rotation data (for example, 2 bits) indicating the number of times the image is recorded is also stored. However, this embodiment does not handle multi-rotation data.
  • the output EC value register monitoring unit 34 constituting the data change detection unit 33 monitors whether or not the LSB (Least Significant Bit) of the output EC value register 32 has changed.
  • the output EC value register monitoring unit 34 detects such a change (that is, when the counter value is incremented)
  • the output EC value register monitoring unit 34 outputs an edge pulse to the output EC value register 32 and also functions as an edge pulse output unit 35 (function as a latch signal output unit).
  • a pulse output command In response to this, the edge pulse output unit 35 transmits a latching edge pulse (latch signal) to the input detection unit 12.
  • the data change output value register 36 stores and holds 9-bit rotational position data Pout (t) latched in the EC value register 32 at the rising edge of the edge pulse.
  • the held rotational position data Pout (t) is transmitted to the input EC detection unit 12 via the holding data output unit 37. That is, the edge pulse output unit 35 and the hold data output unit 37 are drivers for transmitting the edge pulse and the rotation position data Pout (t) to the input EC detection unit 12, respectively.
  • the edge pulse transmitted from the edge pulse output unit 35 of the output EC detection unit 19 is received by the edge pulse input unit 39 of the data latch unit 38.
  • the edge pulse input unit 39 outputs the edge pulse to the input EC value register 31.
  • the rotational position data Pout (t) in the data change output value register 36 and the rotational position data Pin (t) in the input value register 31 are latched by the rising edge of the same edge pulse.
  • the rotational position data Pin (t) is output to the motor controller 23 (control device) via the input value data bus 40 that forms part of the data bus 22, and the input / output value register of the data latch unit 38. 41.
  • the rotational position data Pout (t) transmitted from the retained data output unit 37 of the output EC detection unit 19 is also transferred to the input / output value register 41.
  • the total 29-bit rotational position data Pin (t) and Pout (t) stored in the input / output value register 41 are output to the motor controller 23 via the input / output value data bus 42 which forms part of the data bus 22. Is done.
  • 20-bit rotational position data Pin (t) is referred to as an input EC value
  • 29-bit rotational position data Pin (t) and Pout (t) are referred to as input / output EC values.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing the internal configuration of a motor controller (hereinafter simply referred to as a controller) 23, and the configuration shown in FIG. 3 assuming that it is applied to a multi-axis configuration, for example, each axis of a 3-axis robot. 4 shows the connection state between the input EC detection unit 12 (1 to 3) and the motor controller 23 when there are three sets. Reference numerals (1) to (3) correspond to the first to third axes of the robot. The two are connected via a communication interface (not shown).
  • the controller 23 is composed of a microcomputer including a ROM, RAM, and other peripheral circuits (not shown) with the control CPU 43 as a center.
  • the input EC value registers 44 (1 to 3) are registers in which 20-bit input EC values (1 to 3) respectively transmitted from the input EC detection units 12 (1 to 3) are written via the communication interface.
  • the input / output EC value registers 45 (1 to 3) write 29-bit input / output EC values transmitted from the input EC detection unit 12 (1 to 3) via the input / output EC value transmission switch 46. Register.
  • the communication interface and the input / output EC value transmission switching unit 46 are configured by, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • the controller 23 outputs a data transfer request to the input EC detection unit 12 (1 to 3).
  • control data request is a transfer request for input EC values for three axes
  • correction data request is a transfer request for input / output EC values for one axis.
  • the control CPU 43 has, for example, a 32-bit configuration, reads the rotational position data stored in the input EC value register 44 and the input / output EC value register 45, and controls the robot as will be described later.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a rotation position data transfer process between the input EC detection unit 12 and the output EC detection unit 19 shown in FIG.
  • this flowchart represents the function which both the detection parts 12 and 19 and the motor controller 23 perform in cooperation.
  • the control CPU 43 executes control to be described later, and drives the motor 1 to control the rotation of the robot arm 9 (step S1).
  • the output EC value monitoring unit 34 waits while determining whether or not the LSB of the output EC value register 32 has changed (change from Pout (t ⁇ 1) to Pout (t)) every predetermined time (Ste S2).
  • the edge pulse output unit 35 outputs an edge pulse (step S3).
  • the rotational position data Pout (t) is latched in the output EC value register 32 (step S4).
  • the edge pulse is also transmitted to the input EC detection unit 12 via the relay bus 21. Therefore, in the input EC detection unit 12, the edge pulse is output to the input EC value register 31 via the edge pulse input unit 39. As a result, the rotational position data Pin (t) at the time when the edge pulse is input is latched in the input EC value register 31 (step S5).
  • Rotational position data Pout (t) is transmitted from the retained data output unit 37 of the output EC detection unit 19 to the data latch unit 38 (step S6). Thereby, the rotational position data Pin (t) and Pout (t) are stored in the input / output value register 41 (step S7). Next, the rotational position data Pin (t) stored in the input EC value register 31 and the rotational position data Pin (t) and Pout (t) stored in the input / output value register 41 are respectively connected to the data bus 40, The data is transmitted to the motor controller 23 via 42 (step S8).
  • FIG. 6 is a timing chart showing a state in which both rotational position data Pin (t) and Pout (t) change in the above-described processing.
  • an edge pulse is generated (see (a) and (b)), the rotational position data Pout (n) at that time and the rotational position data Pin on the input encoder 10 side.
  • N is latched (see (e) and (f)).
  • FIG. 6C shows a delay when the input encoder 10 receives the rotational position data Pout (t) transmitted from the output encoder 17. Thereby, the latched rotational position data PinL and PoutL become data detected at substantially the same timing.
  • the change in the data Pout (t) with the larger detection delay is used as the base point timing on the time axis.
  • the value of the deviated data substantially corresponds to the data having the larger detection delay. Therefore, both data PinL and PoutL can be used as values detected at substantially the same timing.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the processing contents when the control CPU 43 of the motor controller 23 controls the three-axis robot.
  • the rotational position data Pin (n) is referred to as “input EC value”
  • the rotational position data Pout (t) is referred to as “output EC value”.
  • the motors 1 (1 to 3) of the respective axes are based on the all-axis input EC values acquired in step S12. )
  • the current control and speed control mean that, when the motor 1 is driven by a drive circuit such as an inverter, PI (proportional integration) control or the like is performed based on the deviation between the speed command and the actual speed.
  • step S15 to S17 have the same processing pattern as steps S12 to S14.
  • step S16 the input / output EC values of the second axis are read instead of the first axis in step S13.
  • step S19 the input / output EC value of the third axis is read instead of the second axis in step S16.
  • step S21 using the input / output EC values of the first to third axes acquired in steps S13, S16, S19, the difference (deviation) between the input EC value and the output EC value for each axis is calculated.
  • step S22 The position control of the hand of the robot is performed based on the input EC values of all axes (step S22).
  • step S23 the position control is corrected according to the deviation value calculated in step S21 (step S23). If the hand of the robot reaches the target position (step S24: YES), the operation is terminated, and if it does not reach the target position (step S24: NO), the process returns to step S12 and the above processing is repeated.
  • the processing until the controller 23 acquires data from the input EC detection unit 12 and stores the data in the input EC value register 44 and the input / output EC value register 45 is constant for the communication interface described above. It is executed in the cycle.
  • the control CPU 43 starts the processing after step S12 and accesses the input EC value register 44.
  • the input EC value and the input / output EC value of each axis are transferred to the controller 23 as shown in FIG. That is, the input EC values for all axes are transferred at each transmission cycle, and the input / output EC values for each axis are sequentially transferred at different transmission cycles.
  • the robot joint includes the input encoder 10 that detects the rotational position of the motor 1 and the output encoder 17 that detects the rotational position of the arm 9 via the speed reducer 8.
  • the controller 23 acquires each rotational position data (EC value) detected by the input encoder 10 and the output encoder 17 and controls the motor 1.
  • An input EC value register 31 that latches the input EC value is arranged in the input encoder 10, and an output EC value register 32 that latches the output EC value in the output encoder 17, and the register every time the output EC value changes. 31 and 32 are provided with an edge pulse output unit 35 for outputting edge pulses.
  • the input encoder 10 on the motor 1 side and the output encoder 17 on the arm 9 side are arranged at a certain distance in structure, and in order for the controller 23 to correct the rotational position of the arm 9, It is necessary to obtain an EC value and an output EC value. Since the arm 9 is driven via the speed reducer 8, the resolution of the output EC value is lower than the input EC value. Therefore, if the edge pulse output unit 35 is disposed in the output encoder 17 and an edge pulse is output to the registers 31 and 32 each time the output EC value changes, the above change can be achieved even in the input encoder 10 that is far away. The input EC value can be latched and held at substantially the same timing.
  • the controller 23 acquires the EC values detected by the input encoder 10 (1 to 3) and the output encoder 17 (1 to 3) for a plurality of axes, and controls the motors 1 (1 to 3). In order to perform the control, the controller 23 acquires the input EC values of all the axes at regular intervals and sequentially acquires the input EC value and the output EC value of one axis. That is, the input EC values for each axis are all acquired at regular intervals because they are necessary for controlling the position of the hand of the robot. If an error occurs in the output EC value obtained via the speed reducer 8 with respect to the input EC value in one axis, it is necessary to correct the error. Therefore, the input EC value and the output EC value for performing correction are obtained by switching only one axis at regular intervals and sequentially switching, thereby correcting the output rotation position of each axis while suppressing the data transfer size.
  • the correction is performed with high accuracy by separately acquiring the data used for the correction as a set of the input EC value and the output EC value for each axis. be able to.
  • the output EC value is once transferred from the output encoder 17 to the input encoder 10 and then transferred to the controller 23 via the input encoder 10. That is, it is efficient to integrate the input EC value and the output EC value of each axis and transfer them to the controller 23 at the same time. As described above, since the resolution of the output EC value is low and the data size is small, if the output EC value is transferred to the input encoder 10 and then transferred to the controller 23, the output encoder 17 and the input encoder 10 are connected. The bus width of the relay bus 21 is reduced.
  • the input encoder 10 includes an input value register 31 for transferring the input EC value to the controller 23, and an input / output value register 41 for transferring the input EC value to the control device together with the output EC value. Therefore, the data transferred as a set of the input EC value and the output EC value of one axis only once in a plurality of periods and the input EC value transferred to the controller 23 as a part of all the axes at a constant period. And can be transferred efficiently. Moreover, the controller 23 can acquire and process each data quickly.
  • FIG. 9 shows a state in which the top and bottom of FIG. 7 are reversed (the input side and the output side are reversed).
  • the motor 51 is an inner rotor type permanent magnet type synchronous motor similar to the motor 1, and a rotating shaft (rotor) rotatably supported by a stator 52 and a bearing 53 disposed on the inner peripheral side of the stator 52. 54.
  • An encoder accommodating portion 55 is disposed on the rear end side of the motor 51.
  • the encoder housing portion 55 includes an annular side wall 56 attached to the rear end of the stator 52 and a disk-like support member 57 (fixed portion) that is fixed so as to be inserted into the middle portion of the side wall 56.
  • the support member 57 has a through hole 57a formed at the center thereof, and has a so-called donut shape.
  • a rear end portion of the rotary shaft 54 (input shaft) is inserted into a through hole 57a of the support member 57, and a rotary disc (rotary plate) 58 constituting an encoder is fixed to the rear end thereof.
  • the input EC detection unit 12 is disposed on the upper surface side of the support member 57 so as to face the rotating disk 58. That is, the turntable 58 and the input EC detection unit 12 constitute an input encoder unit 59 corresponding to the input encoder 10 of the first embodiment.
  • the rotating shaft 54 is formed of a hollow member, and the tip thereof is fixed to the inner peripheral side of the hollow portion of the input portion 60I that constitutes the speed reducer 60.
  • the arm 9 is attached to the output portion 60O of the speed reducer 60. Are connected.
  • An output shaft 61 whose rear end is fixed to the arm 9 is inserted into the hollow portion of the rotating shaft 54.
  • a bearing 62 is disposed on the inner peripheral side of the rotating shaft 54, and the output shaft 61 is rotatably supported.
  • An insertion hole 58a having the same diameter as the hollow portion of the rotary shaft 54 is formed in the rotary disk 58, and the tip of the output shaft 61 protrudes into the space inside the encoder housing portion 55 via the insertion hole 58a.
  • a rotating disc 63 having a diameter larger than that of the hollow portion of the rotating shaft 54 is fixed to the tip.
  • An output EC detection unit 19 is disposed on the lower surface side of the turntable 63 so as to face the turntable 58. That is, the turntable 58 and the output EC detection unit 19 constitute an output encoder unit 64 corresponding to the output encoder 17 of the first embodiment.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional structure (a part) of the turntable 58.
  • the turntable 58 has a five-layer structure. Glass plates 58b and 58c are arranged above and below the light shielding plate 58a, and slit films 58d and 58e are arranged above and below the glass plates 58b and 58c. The slit is formed in both the slit films 58d and 58e.
  • edge pulses and rotation position data are transferred to the input EC detection unit 12 by wire connection. Even if the arm 9 makes multiple rotations, the number of rotations is about 3 at most.
  • a cover 65 that covers the opening is attached to the top of the encoder housing 55.
  • FIG. 11 shows the reduction gear 60 and the arm 9 omitted.
  • the rotating disk 58 rotates with the rotation of the rotating shaft 54, so that the input encoder unit 59 is exactly the same as the input encoder 10 of the first embodiment.
  • the rotational position can be detected.
  • the rotating disk 63 rotates as the arm 9-output shaft 61 rotates.
  • the rotation angle of the rotating disk 58 is ⁇ rot1 and the rotating disk 63 rotates in the same direction as the rotating disk 58, and that rotation angle is ⁇ rot2, the angle ⁇ 1 detected by the input EC unit 12 is equal to ⁇ rot1.
  • the processing shown in FIG. 12 is performed to calculate the rotation angle ⁇ out.
  • the rotation angle ⁇ 1 is calculated from the input EC value Pin (t) by the following equation (step S31).
  • a is the reduction ratio of the reduction gear 8.
  • ⁇ 1 360 ⁇ Pin (t) / (2 20 ⁇ a) [deg]
  • the rotation angle ⁇ 2 is calculated from the output EC value Pout (t) by the following equation (step S32).
  • ⁇ 2 360 ⁇ Pout (t) / 2 9 [deg]
  • the rotation angle ⁇ out is obtained by subtracting the rotation angle ⁇ 2 from the rotation angle ⁇ 1 (step S33).
  • the above processing may be performed by hard logic.
  • the rotating shaft 54 of the motor 51 is formed in a hollow shape
  • the output shaft 61 is directly connected to the arm 9 at the rear end, and is inserted into the hollow portion of the rotating shaft 54.
  • the leading end is led out to the rear end side of the rotating shaft 54.
  • the rotation position of the motor 51 and the rotation position of the arm 9 via the speed reducer 60 are detected by the optical input encoder unit 59 and the output encoder unit 64, respectively. And fixed to the rear end side of the rotating shaft 54.
  • the detection unit 19 of the output encoder unit 64 is attached to the distal end side of the output shaft 61, and the detection unit 10 of the input encoder unit 59 is supported on the opposite side of the detection unit 19 with the rotating disk 58 interposed therebetween. It was made to attach to the member 57.
  • the detection unit 10 of the input encoder unit 59 may be attached to the side wall 56 as a fixed unit.
  • the rotational position of the motor 51 can be acquired as usual based on the detection result of the detection unit 10 of the input encoder unit 59.
  • the rotational position of the arm 9 is detected by the input encoder 59 and the rotational position detected by the output encoder 64 in the controller 23 that reads and processes data from the two detectors 10 and 19. And can be obtained by the difference. That is, since the input and output encoder units 59 and 64 detect the rotational position based on the rotation of the same rotating disk 58, it is difficult for a detection error due to the deviation of the axis to occur. And since these encoder parts 59 and 64 are collectively arrange
  • the encoder portions 59 and 64 can be collectively disposed on the rear end side of the motor 51, and the output encoder portion 64 is decelerated. It is not necessary to arrange between the machine 60 and the arm 9.
  • the detection part 10 of the input side encoder 59 is attached to the fixed part located on the opposite side of the rotation disk 58 with respect to the detection part 19 of the output side encoder 64, the two optical encoders 59, 64 There is no possibility that the optical signals output for detecting the rotational position of each of them will be received by the mutual detectors 19 and 10, and erroneous detection can be prevented. Further, since the slit for the output side encoder 59 is provided on one surface of the rotating disk 58 plate and the slit for the input side encoder 64 is provided on the other surface, each of the detection units 10 and 19 detects the rotational position. It is possible to receive reflected light to be performed without interfering with each other.
  • the third embodiment shows a configuration in which a data transfer processing unit 71 is arranged between the input EC detection unit 12 ′ (1 to 3) and output EC detection unit 19 (1 to 3) and the controller 23.
  • the data transfer processing unit 71 has an input / output EC value register provided in the input EC detection unit 12 and a communication interface function. Therefore, the output EC detection unit 19 makes the 9-bit output EC value directly to the data transfer processing unit 71.
  • the data transfer processing unit 71 outputs a 20-bit input EC value and a 29-bit input / output EC value to the controller 23 in response to a request from the communication interfaces 43R and 44 on the controller 23 side.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the number of bits of the input encoder and output encoder may be changed as appropriate according to the individual design.
  • the data transfer method performed between the input EC detection unit 12 and the controller 23 for the three axes shown in FIG. For example, two 32-bit buses are connected between them, and an input EC value for 3 axes (20 bits) and an input / output EC value for 3 axes (29 bits) are selected and A communication interface that transfers only data for one axis to the controller 23 side by communication may be used.
  • the bus size is not limited to 32 bits, and may be 20 bits and 29 bits as the minimum required sizes.
  • the input EC value and the input / output EC value may be transferred by a common 32-bit (or 29-bit) bus.
  • the rotating shaft 54 and the output shaft 61 may rotate in opposite directions.
  • ⁇ It may be applied to robots with 4 or more axes. Further, the present invention is not limited to a multi-axis robot, and may be applied to single-axis motor control.

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Abstract

　ロボットの関節は、駆動用のモータ（１）、モータ(１)の出力軸の回転を減速する減速機（８）、及び減速機（８）に連結されたアーム（９）を備える。さらに、この関節は、モータ（１）の回転位置を検出する入力エンコーダ（１０）と、アーム（９）の回転位置を検出する出力エンコーダ（１７）とを備える。コントローラ（２３）は、入力エンコーダ（１０）及び出力エンコーダ（１７）により検出されるモータ（１）及びアーム（９）の回転位置を示すデータ（ＥＣ値）に基づいてモータ（１）を制御する。入力エンコーダ（１０）に、入力ＥＣ値をラッチして保持するレジスタ（３１）を配置する。出力エンコーダ（１７）に、出力ＥＣ値をラッチして保持するレジスタ（３２）と、出力ＥＣ値が変化する毎に両レジスタ３１及び３２にエッジパルスを出力するエッジパルス出力部（３５）とを備える。このエッジパルスに応答して、両レジスタ３１及び３２はＥＣ値を同じタイミングでコントローラ（２３）に出力する。

Description

ロボットの関節の回転を制御する制御装置
　本発明は、ロボットの関節の回転を制御する制御装置に係り、特に、電動モータの回転を減速機で減速してアームに伝える構造の関節の回転を制御する制御装置に関する。
　現在、多様なロボットが多様な分野で使用されている。このうち、電動モータと、このモータの出力軸の回転を減速する減速機と、この減速機に連結されたアームとを備えた関節を有するロボットがある。この関節においてアームの回転位置を制御する際に、エンコーダにより検出されるアームの回転位置に従いモータを制御する。この場合、減速機を介したアームの回転位置が実際にどのような値になっているのか確認したい場合がある。この確認方法として、例えば特許文献１では、モータとアームとがトルクカッタを介して連結される構成において、アームの回転位置をポテンショメータにより検出する手法が開示されている。
特許第４３６９８８６号公報
　上記のような構成では、マイクロコンピュータ等からなる制御装置は、モータ側の回転位置と、アーム側の回転位置とを同じ時点で参照する必要がある。このために、例えば、回転位置をデジタルデータで取り扱うため、アーム側のポテンショメータに替えてモータ側と同じくエンコーダを用い、各エンコーダより出力される回転位置データをラッチ回路によりラッチして制御装置が読み込むことが想定される。この想定の下では、２つのラッチ回路のデータを読み込むタイミングが問題となる。
　一般にモータは、アームに比較して制御装置の近傍に位置している。したがって、制御装置がアーム側，モータ側のエンコーダデータをパラレルに読み込むには、アーム側のデータをモータ側に転送して、双方のデータを一括してパラレルに読み込むのが適切である。すると、上記の転送に要する時間分だけ、双方のデータの検出時間にずれが生じるおそれがある。すなわち、ロボットのアームのように減速機構を介して駆動する構成では、モータ側の回転位置がアーム側の回転位置よりも分解能が高く、より速く変化するため、受信したアーム側の回転位置データは、モータ側の回転位置データよりも過去のものになってしまう。このように、双方の回転位置を示すタイミングにずれがあると、モータの制御を正確に行うことができなくなる。
　このため、ロボットの軸について入力側，出力側の回転位置を示すデータを時間のずれがない状態で取得することが望まれる。
　好適な実施例によれば、電動のモータ（１）の回転を減速機（８）で減速してアーム（９）に伝える構造を持つロボットの関節（ＪＴ）の回転を制御する制御装置が提供される。この制御装置は、前記モータ（１）の回転位置を検出して当該回転位置を示すモータ回転位置データを出力する第１のエンコーダ（１０）と、前記アーム（９）の回転位置を検出して当該回転位置を示すアーム回転位置データを出力する第２のエンコーダ（１７）と、前記第１のエンコーダ（１０）に配置され、前記モータ回転位置データをラッチする第１のラッチ回路（３１）と、前記第２のエンコーダ（１７）に配置され、前記アーム回転位置データをラッチする第２のラッチ回路（３２）と、前記第２のエンコーダ（１７）に配置され、前記モータ回転位置データが変化する毎に、前記第１及び第２のラッチ回路（３１，３２）にラッチ信号を出力するラッチ信号出力手段（３４，３５）と、前記ラッチ信号が出力されたときに前記第１及び第２のラッチ回路（３１，３２）にラッチされていた前記モータ回転位置データ及び前記アーム回転位置データに基づいて前記モータ（１）の回転を制御する制御手段（３６，３７，３８，４１，２１，２２，２３）と、を備える。
　モータ側の第１のエンコーダとアーム側の第２のエンコーダとは、構造上ある程度の距離を置いて配置されることになる。制御手段がアームの回転位置を補正するためには、同じ時点のモータ回転位置データとアーム回転位置データとを取得する必要がある。アームは減速機を介して駆動されるので、モータ回転位置データに対してアーム回転位置データの分解能は低い。そこで、ラッチ信号出力手段を第２のエンコーダに配置し、アーム回転位置データが変化する毎に第１及び第２のラッチ回路にラッチ信号を出力する。これにより、距離が離れている第１のエンコーダにおいても、上記の変化と同じタイミングでモータ回転位置データをラッチして保持することができる。
　つまり、検出遅れが大きい方のデータの変化を時間軸上の基点タイミングとして採用する。これにより、検出遅れが少ない方のデータが多少ずれていたとしても、そのずれているデータの値は、その検出遅れが大きい方のデータにほぼ対応している。したがって、両データを実質的に同じタイミングで検出した値として使用できる。
　したがって、この同じタイミングで収集したモータ回転位置データ及びアーム回転位置データを用いて、モータの回転を制御できる。したがって、モータの回転制御の精度を高めることができる。
図１は、実施例に係るロボットの関節の構成を概略的に示す斜視図、 図２は、図１のロボットの関節の縦断側面図、 図３は、第１の実施例に係るモータ側及びアーム側の両エンコーダのデータ処理部の構成を中心に示す機能ブロック図、 図４は、第１の実施例において例示する３軸ロボット用の各関節のモータを制御するための回路を示す機能ブロック図、 図５は、第１の実施例におけるモータ側及びアーム側の両エンコーダの間における回転位置データの転送処理を示すフローチャート、 図６は、モータ及びアームの回転位置データの変化状態を例示するタイミングチャート、 図７は、第１の実施例に係るモータコントローラが３軸ロボットを制御する場合の処理内容を示すフローチャート、 図８は、図７の処理に対応した回転位置データの転送状態を示すタイミングチャート、 図９は、第２の実施例に係るロボットの関節の縦断側面図、 図１０は、図９に示す回転盤の縦断側面図、 図１１は、出力角度の計算を説明する図、 図１２は、出力角度の計算処理を示すフローチャート、及び、 図１３は、第３の実施例に係る各関節のモータを制御するための回路を示す機能ブロック図、である。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る、ロボットの関節の回転を制御する制御装置の様々な実施例を説明する。このロボットは一例として工場等に設置される産業用ロボットである。
　　（第１の実施例）
　図１～図８を参照して、第１の実施例に係る、ロボットの関節の回転を制御する制御装置を説明する。
　図１は、ロボットの関節ＪＴの１つをモータにより駆動する構成を示す斜視図であり、図７はその縦断側面図（但し、若干簡略化している）である。
　これらの図に示すように、関節ＪＴは、電動のモータ１、減速機８、及びアーム９を備える。なお、この関節ＪＴにおいて駆動力はモータ１の側から減速機８を介してアーム９に伝わるため、モータ１の側を必要に応じて「モータ側又は入力側」と呼び、アーム９の側を必要に応じて「アーム側又は出力側」と呼ぶ。
　モータ１は、例えばインナーロータタイプの永久磁石型同期モータであり、円筒形をなすベース２の内部に、回転軸３の先端が図中の上方を向いた状態で配置されている。尚、モータ１のステータ４は、ステータコア及び巻線で構成され（図示せず）、その上端面がベース２の天板裏に接するように固定されている。ロータは、回転軸３とロータコア及びステータ側の巻線に対向するように配置される永久磁石とで構成されるが（何れも図示せず）、図２では、回転軸３がステータ４に軸受６により回転自在に支持されているように示している。
　回転軸３の後端部は、ステータ４の後端面より下方に突出しており、先端部は、ベース２の天板に形成された貫通穴７を介して外部に突出している。そして、上記先端部は、減速機８の入力部８Ｉに連結されており、出力部８Ｏには、ロボットのアーム９（制御対象物，負荷）が連結されている。尚、減速機８の詳細構成についても図示を省略している。回転軸３の後端面には、光学式のロータリエンコーダ（以下、入力エンコーダ（入力ＥＣ）と称す）１０を構成する回転盤１１が取り付けられている。
　回転盤１１の下方には、投光素子及び受光素子，カウンタや（図示せず）、後述するレジスタ等からなるデータ処理部を含む入力ＥＣ検出部１２が、カップ状をなしてステータ４の後端面に固定されているエンコーダ支持部材１３の底面部に取り付けられている。すなわち、入力ＥＣ検出部１２は、上方の回転盤１１のスリット（図示せず）に向けて投光し、反射した光を受光することでモータ１の回転位置を示すデータを検出する。
　アーム９の上面側には、モータ１の回転軸３（入力軸）と同軸となるようにアーム回転軸１４（出力軸）の後端部が取り付けられている。ベース２の天板における図２中の右端には、上方に伸びる垂直部１５Ｖと、垂直部１５Ｖの先端にアーム９と平行となるように配置される水平部１５Ｈからなる軸支持部材１５が配置されている。アーム回転軸１４は水平部１５Ｈを貫通しており、水平部１５Ｈに配置されている軸受１６により回転自在に支持されている。
　アーム回転軸１４の先端面には、光学式のエンコーダ１７（以下、出力エンコーダ（出力ＥＣ）と称す）を構成する回転盤１８が取り付けられている。出力エンコーダ１７は、入力エンコーダ１０と同様の構成であり、回転盤１８の上方には、投光素子及び受光素子，カウンタ等を含む出力ＥＣ検出部１９が、カップを伏せた形状で水平部１５Ｈの上面に固定されているエンコーダ支持部材２０の天板裏に取り付けられている。すなわち、出力ＥＣ検出部１９は、下方の回転盤１８のスリットに向けて投光し、反射した光を受光することでアーム９の回転位置を検出する。
　入力エンコーダ１０の入力ＥＣ検出部１２は、出力エンコーダ１７の出力ＥＣ検出部１９と中継バス２１を介して接続されている。出力ＥＣ検出部１９において検出された回転位置データはこの中継バス２１を介して入力ＥＣ検出部１２に転送される。また、出力ＥＣ検出部１９は、この中継バス２１を介して入力ＥＣ検出部１２にデータラッチ用のエッジパルス信号をも送信する。そして、入力ＥＣ検出部１２は、上記回転位置データと自身が検出した回転位置データとを統合すると、データバス２２を介してモータコントローラ２３（図３参照）に出力する。尚、中継バス２１及びデータバス２２は、ベース２に形成されている貫通孔２４を介してベース２の内外に導出される。
　図３は、ロボットの関節ＪＴの回転を制御する制御装置を示す機能ブロック図である。この制御装置は、入力エンコーダ１０、出力エンコーダ１７、及びモータコントローラ２３を備える。
　入力ＥＣ検出部１２は、受光部より出力されるパルス数をカウントするカウンタのデータを保持する、例えば２０ビットの入力ＥＣ値レジスタ３１（入力データラッチ手段として機能する）を備えている。同様に、出力ＥＣ検出部１９は、カウンタのデータを保持する出力ＥＣ値レジスタ３２（出力データラッチ手段として機能する）を備えている。アーム９の回転位置データは例えば９ビットであるが（減速機８を介しているため入力側よりサイズが小さい）、アーム９の回転数が１回転以上となる場合に対応して、カウンタがオーバーフローした回数を示す多回転データ（例えば２ビット）も格納される。但し、本実施例では多回転データについては取り扱わない。
　出力ＥＣ検出部１９において、データ変化検出部３３を構成する出力ＥＣ値レジスタ監視部３４は、出力ＥＣ値レジスタ３２のＬＳＢ（Least　Significant　Bit）が変化したか否かを監視する。出力ＥＣ値レジスタ監視部３４はそのような変化を検出すると（すなわち、カウンタ値がインクリメントすると）、出力ＥＣ値レジスタ３２にエッジパルスを出力すると共に、エッジパルス出力部３５（ラッチ信号出力手段として機能する）にパルス出力命令を出す。これに応じて、エッジパルス出力部３５は、入力検出部１２にラッチ用のエッジパルス（ラッチ信号）を送信する。
　データ変化時出力値レジスタ３６は、エッジパルスの立ち上がりエッジで、ＥＣ値レジスタ３２にラッチされている９ビットの回転位置データＰout（ｔ）を格納して保持する。保持された回転位置データＰout（ｔ）は、保持データ出力部３７を介して入力ＥＣ検出部１２に送信される。すなわち、エッジパルス出力部３５及び保持データ出力部３７は、それぞれ、エッジパルス及び回転位置データＰout（ｔ）を入力ＥＣ検出部１２に送信するためのドライバである。
　入力ＥＣ検出部１２では、出力ＥＣ検出部１９のエッジパルス出力部３５より送信されてきたエッジパルスを、データラッチ部３８のエッジパルス入力部３９で受信する。エッジパルス入力部３９はそのエッジパルスを入力ＥＣ値レジスタ３１に出力する。これにより、データ変化時出力値レジスタ３６における回転位置データＰout（ｔ）と、入力値レジスタ３１における回転位置データＰin（ｔ）とは、同じエッジパルスの立ち上がりエッジによってラッチされることになる。
　上記回転位置データＰin（ｔ）は、前述したデータバス２２の一部をなす入力値データバス４０を介してモータコントローラ２３（制御装置）に出力されると共に、データラッチ部３８の入出力値レジスタ４１に転送される。また、出力ＥＣ検出部１９の保持データ出力部３７より送信された回転位置データＰout（ｔ）も、入出力値レジスタ４１に転送される。この入出力値レジスタ４１に格納された合計２９ビットの回転位置データＰin（ｔ），Ｐout（ｔ）は、データバス２２の一部をなす入出力値データバス４２を介してモータコントローラ２３に出力される。
　尚、データバス４０及び４２のサイズは実際には何れも３２ビットであり、送信に使用しないデータのビットはプルアップ若しくはプルダウンされている。また、以降の説明では、２０ビットの回転位置データＰin（ｔ）を入力ＥＣ値と、２９ビットの回転位置データＰin（ｔ），Ｐout（ｔ）を入出力ＥＣ値と称する。
　図４は、モータコントローラ（以下、単にコントローラと称す）２３の内部構成を機能ブロック図で示すと共に、多軸構成，例えば３軸ロボットの各軸に適用することを想定し、図３に示す構成が３組ある場合の入力ＥＣ検出部１２（１～３）と、モータコントローラ２３との接続状態を示すものである。符号に付した（１）～（３）はロボットの第１軸～第３軸に対応する。両者の間は、図示しない通信インターフェイスを介して接続されている。
　コントローラ２３は、制御用ＣＰＵ４３を中心に、図示しないＲＯＭ，ＲＡＭやその他の周辺回路を備えるマイクロコンピュータで構成されている。入力ＥＣ値レジスタ４４（１～３）は、入力ＥＣ検出部１２（１～３）よりそれぞれ送信される２０ビットの入力ＥＣ値（１～３）が通信インターフェイスを介して書き込まれるレジスタである。また、入出力ＥＣ値レジスタ４５（１～３）は、入力ＥＣ検出部１２（１～３）よりそれぞれ送信される２９ビットの入出力ＥＣ値が入出力ＥＣ値送信切替器４６を介して書き込まれるレジスタである。また、通信インターフェイスや上記入出力ＥＣ値送信切替器４６は、例えばＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）等により構成されている。
　尚、入力ＥＣ検出部１２（１～３）に対するデータ転送要求は、コントローラ２３が出力する。図中の「制御用データ要求」は３軸分の入力ＥＣ値の転送要求であり、「補正用データ要求」は、１軸分の入出力ＥＣ値の転送要求である。制御用ＣＰＵ４３は例えば３２ビット構成であり、入力ＥＣ値レジスタ４４，入出力ＥＣ値レジスタ４５に格納された回転位置データを読み出して、後述するようにロボットの制御を行う。
　次に、本実施例の作用について図５～図８を参照して説明する。
　図５は、図３に示す入力ＥＣ検出部１２と、出力ＥＣ検出部１９との間における回転位置データの転送処理を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、両検出部１２、１９及びモータコントローラ２３が協働して実行する機能を表している。
　制御ＣＰＵ４３が後述する制御を実行して、モータ１を駆動してロボットのアーム９の回転を制御する（ステップＳ１）。次いで、出力ＥＣ値監視部３４が、出力ＥＣ値レジスタ３２のＬＳＢが変化したか（Ｐout（ｔ－１）からＰout（ｔ）への変化）否かを所定時間毎に判断しながら待機する（ステップＳ２）。かかる変化が判断されると（ステップＳ２：ＹＥＳ）、エッジパルス出力部３５がエッジパルスを出力する（ステップＳ３）。このエッジパルスの出力に応答して、出力ＥＣ値レジスタ３２に回転位置データＰout（ｔ）をラッチさせる（ステップＳ４）。
　上記エッジパルスは中継バス２１を介して入力ＥＣ検出部１２にも送信されている。このため、入力ＥＣ検出部１２では、そのエッジパルスがエッジパルス入力部３９を介して入力ＥＣ値レジスタ３１に出力される。これにより、入力ＥＣ値レジスタ３１に、エッジパルスが入力した時点の回転位置データＰin（ｔ）をラッチさせる（ステップＳ５）。
　また、出力ＥＣ検出部１９の保持データ出力部３７より回転位置データＰout（ｔ）がデータラッチ部３８に送信される（ステップＳ６）。これにより、回転位置データＰin（ｔ），Ｐout（ｔ）が入出力値レジスタ４１に格納される（ステップＳ７）。次いで、入力ＥＣ値レジスタ３１に格納された回転位置データＰin（ｔ）と、入出力値レジスタ４１に格納された、回転位置データＰin（ｔ），Ｐout（ｔ）とが、それぞれデータバス４０，４２を介してモータコントローラ２３に送信される（ステップＳ８）。
　図６は、上述した処理において、両方の回転位置データＰin（ｔ），Ｐout（ｔ）が変化する状態を示すタイミングチャートである。出力エンコーダ１７において回転位置データＰout（ｔ）が変化するとエッジパルスが発生し（（ａ），（ｂ）参照）、その時点の回転位置データＰout（ｎ）及び入力エンコーダ１０側の回転位置データＰin（ｎ）がラッチされる（（ｅ），（ｆ）参照）。また、図６（ｃ）は、出力エンコーダ１７より送信された回転位置データＰout（ｔ）を入力エンコーダ１０が受信した際の遅延を示している。これにより、ラッチされた回転位置データＰinＬ，ＰoutＬは、実質的に同じタイミングで検出されたデータとなる。つまり、検出遅れが大きい方のデータＰout（ｔ）の変化を時間軸上の基点タイミングとして使用する。これにより、検出遅れが少ない方のデータＰin（ｔ）が多少ずれていたとしても、そのずれているデータの値は、その検出遅れが大きい方のデータにほぼ対応している。したがって、両データＰinＬ，ＰoutＬを実質的に同じタイミングで検出した値として使用できる。
　次に、図７は、モータコントローラ２３の制御用ＣＰＵ４３が３軸ロボットを制御する場合の処理内容を示すフローチャートである。尚、以下では、回転位置データＰin（ｎ）を「入力ＥＣ値」と、回転位置データＰout（ｔ）を「出力ＥＣ値」と称する。先ず、ロボットの手先の目標位置より各軸モータの動作パターンを決定すると（ステップＳ１１）、制御用ＣＰＵ４３は、入力ＥＣ値レジスタ４４より３軸分の入力ＥＣ値（全軸入力ＥＣ値）を３回のリードサイクルを実行して読み出す（ステップＳ１２）。
　続いて、入出力ＥＣ値レジスタ４５（１）より第１軸の入出力ＥＣ値を読み出すと（ステップＳ１３）、ステップＳ１２で取得した全軸入力ＥＣ値に基づいて各軸モータ１（１～３）を駆動するための電流制御，速度制御を行う。ここでの電流制御，速度制御とは、モータ１をインバータ等の駆動回路により駆動する際に、速度指令と実際の速度との偏差に基づきＰＩ（比例積分）制御等を行うことである。
　続くステップＳ１５～Ｓ１７は、ステップＳ１２～Ｓ１４と同様の処理パターンとなるが、ステップＳ１６では、ステップＳ１３での第１軸に替えて第２軸の入出力ＥＣ値を読み出す。また、続くステップＳ１８～Ｓ２０についても同様であり、ステップＳ１９では、ステップＳ１６での第２軸に替えて第３軸の入出力ＥＣ値を読み出す。
　次のステップＳ２１では、ステップＳ１３，Ｓ１６，Ｓ１９で取得した第１～第３軸の入出力ＥＣ値を用いて、各軸について入力ＥＣ値と出力ＥＣ値との差（ズレ）を計算し、全ての軸の入力ＥＣ値に基づいてロボットの手先の位置制御を行う（ステップＳ２２）。またこのとき、ステップＳ２１で計算したズレの値に応じて、上記の位置制御を補正する（ステップＳ２３）。そして、ロボットの手先が目標位置に到達すれば（ステップＳ２４：ＹＥＳ）動作を終了し、目標位置に到達しなければ（ステップＳ２４：ＮＯ）ステップＳ１２に戻り、以上の処理を繰り返す。
　ここで、図７に示す処理において、コントローラ２３が入力ＥＣ検出部１２よりデータを取得して、入力ＥＣ値レジスタ４４及び入出力ＥＣ値レジスタ４５に格納するまでの処理は上述した通信インターフェイスが一定の周期で実行している。そして、レジスタ４４，４５に各データが格納されると、例えば通信インターフェイスが割り込みを発生させることで、制御用ＣＰＵ４３がステップＳ１２以降の処理を開始し、入力ＥＣ値レジスタ４４にアクセスする。
　以上のように処理が実行される結果、各軸の入力ＥＣ値及び入出力ＥＣ値は、図８に示すようにコントローラ２３に転送される。すなわち、全軸の入力ＥＣ値は送信周期毎に転送され、各軸の入出力ＥＣ値は、それぞれ異なる送信周期で順次転送される。
　以上のように本実施例によれば、ロボットの関節に、モータ１の回転位置を検出する入力エンコーダ１０と、減速機８を介したアーム９の回転位置を検出する出力エンコーダ１７とを備え、コントローラ２３は、入力エンコーダ１０及び出力エンコーダ１７により検出される各回転位置データ（ＥＣ値）を取得してモータ１を制御する。そして、入力エンコーダ１０に、入力ＥＣ値をラッチする入力ＥＣ値レジスタ３１を配置し、出力エンコーダ１７に、出力ＥＣ値をラッチする出力ＥＣ値レジスタ３２と、出力ＥＣ値が変化する毎に、レジスタ３１及び３２にエッジパルスを出力するエッジパルス出力部３５とを備える。
　すなわち、モータ１側の入力エンコーダ１０とアーム９側の出力エンコーダ１７とは、構造上ある程度の距離を置いて配置され、コントローラ２３がアーム９の回転位置を補正するためには、同じ時点の入力ＥＣ値と出力ＥＣ値とを取得する必要がある。アーム９は減速機８を介して駆動されるので、入力ＥＣ値に対して出力ＥＣ値の分解能は低い。したがって、エッジパルス出力部３５を出力エンコーダ１７に配置し、出力ＥＣ値が変化する毎にレジスタ３１及び３２にエッジパルスを出力すれば、距離が離れている入力エンコーダ１０においても、上記の変化と実質的に同じタイミングで入力ＥＣ値をラッチして保持することができる。
　また、コントローラ２３は、複数の軸について入力エンコーダ１０（１～３）及び出力エンコーダ１７（１～３）により検出される各ＥＣ値を取得して各モータ１（１～３）を制御する。当該制御を行うため、コントローラ２３は、一定周期毎に、全ての軸の入力ＥＣ値を取得すると共に、１つの軸の入力ＥＣ値及び出力ＥＣ値を順次切り替えて取得する。すなわち、各軸の入力ＥＣ値は、ロボットの手先の位置を制御するために必要であるから一定周期毎に全て取得する。そして、１つの軸において、入力ＥＣ値に対して減速機８を介して得られる出力ＥＣ値に誤差が発生しているとすれば、その誤差を補正する必要がある。そこで、補正を行うための入力ＥＣ値及び出力ＥＣ値は、一定周期毎に１つの軸だけ取得して順次切り替えることで、データの転送サイズを抑制しながら各軸の出力回転位置を補正できる。
　また、回転位置を補正するためのデータは、同じ時点で取得されたデータを使用するのが好ましい。したがって、同じ周期において全ての軸の入力ＥＣ値を取得するとしても、補正に用いるデータについては、別途各軸について入力ＥＣ値及び出力ＥＣ値の組として取得することで、補正を高い精度で行うことができる。
　そして、出力ＥＣ値を、出力エンコーダ１７から一旦、入力エンコーダ１０に転送し、入力エンコーダ１０を介してコントローラ２３に転送するようにした。すなわち、各軸の入力ＥＣ値及び出力ＥＣ値については、両者を統合して同時にコントローラ２３に転送すると効率が良い。そして、上述したように出力ＥＣ値の分解能は低くデータサイズが小さいので、出力ＥＣ値を入力エンコーダ１０に転送してからコントローラ２３に転送すれば、出力エンコーダ１７と入力エンコーダ１０との間を接続する中継バス２１のバス幅が小さくなる。
　この場合、入力エンコーダ１０に、入力ＥＣ値をコントローラ２３に転送するための入力値レジスタ３１と、入力ＥＣ値を、出力ＥＣ値と共に制御装置に転送するための入出力値レジスタ４１とを備える。したがって、一定周期毎に、全ての軸の一部としてコントローラ２３に転送される入力ＥＣ値と、複数周期に１回だけ、１つの軸の入力ＥＣ値及び出力ＥＣ値の組で転送されるデータとを効率的に転送できる。また、コントローラ２３は、各データを迅速に取得して処理できる。
　（第２の実施例）
　図９ないし図１２を参照して、第２の実施例に係る検出装置を説明する。
　なお、この第２の実施例及びそれ以降の実施例、変形例の説明において、上述した第１の実施例と同一又は同等の構成要素には同一の参照符号を付し、それらの説明を省略又は簡略化する。
　この第２の実施例では、第１の実施例の入力エンコーダ１０及び出力エンコーダ１７に相当する構成を、モータ回転軸の後端側に一体化して配置したものを示す。図９は、図７の上下を反転した状態（入力側及び出力側を反対にした状態）で示している。モータ５１は、モータ１と同様にインナーロータタイプの永久磁石型同期モータであり、ステータ５２と、ステータ５２の内周側に配置された軸受５３により回転自在に支持されている回転軸（ロータ）５４とを備えている。そして、モータ５１の後端側には、エンコーダ収容部５５が配置されている。
　エンコーダ収容部５５は、ステータ５２の後端に取り付けられた円環状の側壁５６と、側壁５６の途中部位に挿入されるように固定されている円板状の支持部材５７（固定部）とを備えている。支持部材５７は、その中心部に貫通穴５７ａが形成されており、所謂ドーナツ状となっている。回転軸５４（入力軸）の後端部は、支持部材５７の貫通穴５７ａに挿通されており、その後端にはエンコーダを構成する回転盤（回転板）５８が固定されている。支持部材５７の上面側には、回転盤５８と対向するように入力ＥＣ検出部１２が配置されている。すなわち、回転盤５８と入力ＥＣ検出部１２とが、第１の実施例の入力エンコーダ１０に対応する入力エンコーダ部５９を構成している。
　回転軸５４は中空の部材で構成されており、その先端は、減速機６０を構成する入力部６０Ｉの中空部内周側に固定されている、そして、減速機６０の出力部６０Ｏにはアーム９が連結されている。また、回転軸５４の中空部分には、後端がアーム９に固定されている出力軸６１が挿通されている。回転軸５４の内周側には軸受６２が配置されており、出力軸６１は回転自在に支持されている。
　回転盤５８には、回転軸５４の中空部と同径の挿通穴５８ａが形成されており、出力軸６１の先端は、挿通穴５８ａを経由してエンコーダ収容部５５内部の空間に突出している。そして、その先端には、回転軸５４の中空部よりも径大である回転盤６３が固定されている。回転盤６３の下面側には、回転盤５８と対向するように出力ＥＣ検出部１９が配置されている。すなわち、回転盤５８と出力ＥＣ検出部１９とが、第１の実施例の出力エンコーダ１７に対応する出力エンコーダ部６４を構成している。
　第２の実施例では、回転位置を検出するため、回転盤５８の下面側と上面側との双方から投光が行われる。したがって、回転盤５８には、第１及び第２の２つの面（例えば両面や、上面と側面など）に位置検出用のパターン（例えばスリット）が形成されている。図１０は、回転盤５８の断面構造（一部分）を示している。回転盤５８は５層構造となっており、遮光板５８ａの上下にガラス板５８ｂ，５８ｃが配置され、ガラス板５８ｂ，５８ｃの上下にスリット膜５８ｄ，５８ｅが配置されている。そして、スリットは、スリット膜５８ｄ，５８ｅの双方に形成されている。
　尚、図示はしないが、回転盤６３に配置されている出力ＥＣ検出部１９に対する電源の供給，及び入力ＥＣ検出部１２とのエッジパルス及び回転位置データの転送は有線接続で行われる。アーム９は、多回転するとしても高々３回転程度であるため、その分だけ接続配線長に余裕を持たせれば良い。そして、エンコーダ収容部５５の上部には、開口部を覆うカバー６５が取り付けられている。
　次に、第２の実施例の作用について図１１及び図１２を参照して説明する。
　図１１は、減速機６０及びアーム９を削除して示している。モータ５１を駆動してアーム９を回転させると、回転盤５８は、回転軸５４の回転に伴い回転するので、入力エンコーダ部５９は、第１の実施例の入力エンコーダ１０と全く同様にモータの回転位置を検出できる。一方、回転盤６３は、アーム９－出力軸６１の回転に伴って回転する。ここで、回転盤５８の回転角度をθrot1，回転盤６３が回転盤５８と同じ方向に回転するとして、その回転角度をθrot2とすると、入力ＥＣ部１２で検出される角度θ１はθrot1に等しい。そして、出力ＥＣ検出部１９において検出される角度θ２は、
　　　θ２＝θrot1－θrot2
となる。
　したがって、モータ５１の回転角度θinは、
　　　θin＝θ１＝θrot1
であり、アーム９の回転角度θoutは、
　　　θout＝θ１－θ２＝θrot1－（θrot1－θrot2）＝θrot2
として求めることができる。
　具体的には、例えば制御用ＣＰＵ４３がステップＳ１３，Ｓ１６，Ｓ１９で入出力ＥＣ値を読み込んだ際に、図１２に示す処理を行って回転角度θoutを計算する。先ず、入力ＥＣ値Ｐin（ｔ）より、回転角度θ１を次式により計算する（ステップＳ３１）。但し、ａは減速機８の減速比である。
　　　θ１＝３６０×Ｐin（ｔ）／（２２０×ａ）　［ｄｅｇ］
次に、出力ＥＣ値Ｐout（ｔ）より、回転角度θ２を次式により計算する（ステップＳ３２）。
　　　θ２＝３６０×Ｐout（ｔ）／２9　［ｄｅｇ］
そして、回転角度θ１より回転角度θ２を減じることで回転角度θoutを求める（ステップＳ３３）。尚、以上の処理をハードロジックで行っても良い。
　以上のように第２の実施例によれば、モータ５１の回転軸５４を中空状に形成し、出力軸６１を、その後端をアーム９に直結し、回転軸５４の中空部に挿通して、先端を回転軸５４の後端側に導出する。そして、モータ５１の回転位置と、減速機６０を介したアーム９の回転位置とを、それぞれ光学式の入力エンコーダ部５９，出力エンコーダ部６４で検出するため、これらが使用する回転盤５８を共通化して回転軸５４の後端側に固定する。そして、出力エンコーダ部６４の検出部１９を出力軸６１の先端側に取り付け、入力エンコーダ部５９の検出部１０を、上記検出部１９に対して、回転盤５８を挟んで逆側に位置する支持部材５７に取り付けるようにした。尚、例えば入力エンコーダ部５９の検出部１０については、固定部としての側壁５６に取り付けるようにしてもよい。
　このように構成すれば、モータ５１の回転位置は、入力エンコーダ部５９の検出部１０の検出結果に基づいて通常通り取得できる。一方、アーム９の回転位置については、２つの検出部１０，１９からのデータを読み込んで処理するコントローラ２３において、入力エンコーダ部５９より検出された回転位置と出力エンコーダ部６４より検出された回転位置との差によって得ることができる。すなわち、入力，出力エンコーダ部５９，６４は、同じ回転盤５８の回転に基づいて回転位置を検出するので、軸心のズレに伴う検出誤差が発生し難くなる。そして、これらのエンコーダ部５９，６４がモータ５１の後端側に一括して配置されるので配置スペースを極力削減でき、２つのエンコーダを用いるエンコーダシステム，及びそのエンコーダシステムと負荷とを組み合わせた構成を小型にすることができる。
　つまり、第２の実施例のように、中空状に形成された回転軸５４を用いることによってエンコーダ部５９，６４をモータ５１の後端側に一括して配置可能となり、出力エンコーダ部６４を減速機６０とアーム９との間に配置する必要が無くなる。
　そして、入力側エンコーダ５９の検出部１０を、出力側エンコーダ６４の検出部１９に対して、回転盤５８を挟んで逆側に位置する固定部に取り付けるので、２つの光学式エンコーダ５９，６４のそれぞれが回転位置を検出するために出力した光信号が、互いの検出部１９，１０によって受光される可能性が無くなり、誤検出を防止することができる。また、回転盤５８板の一方の面に出力側エンコーダ５９用のスリットを設け、他方の面に入力側エンコーダ６４用のスリットを設けたので、それぞれの検出部１０，１９が、回転位置検出を行うための反射光を、互いに干渉しない状態で受光することが可能となる。
　（第３の実施例）
　図１３を参照して、第３の実施例に係る検出装置を説明する。
　第３の実施例は、入力ＥＣ検出部１２’（１～３）及び出力ＥＣ検出部１９（１～３）とコントローラ２３との間に、データ転送処理部７１を配置した構成を示している。データ転送処理部７１は、入力ＥＣ検出部１２が備えていた入出力ＥＣ値レジスタと、通信インターフェイスの機能を備えたものである。したがって、出力ＥＣ検出部１９は、９ビットの出力ＥＣ値をデータ転送処理部７１に直接する。
　そして、データ転送処理部７１は、コントローラ２３側の通信インターフェイス４３Ｒ及び４４からの要求に応じて、２０ビットの入力ＥＣ値及び２９ビットの入出力ＥＣ値をコントローラ２３側に出力する。以上のように構成される第３の実施例による場合も、第１の実施例と同様の効果が得られる。
　本発明は上述した各種の実施例にのみ限定されるものではなく、更なる別の例として、以下のような変形又は拡張が可能である。
　入力エンコーダ及び出力エンコーダのビット数は、個別の設計に応じて適宜変更すれば良い。
　図４に示す３軸分の入力ＥＣ検出部１２とコントローラ２３との間で行うデータ転送方式についても適宜変更して良い。例えば、両者の間を２本の３２ビットバスで接続し、３軸分の入力ＥＣ値（２０ビット）と、３軸分の入出力ＥＣ値（２９ビット）とを選択して、１回の通信で１軸分のデータだけをコントローラ２３側に転送するような通信インターフェイスを用いても良い。
　また、バスサイズは３２ビットに限らず、それぞれ必要最小限のサイズとして２０ビット，２９ビットとしても良い。或いは、入力ＥＣ値と入出力ＥＣ値とを共通の３２ビット（若しくは２９ビット）バスで転送しても良い。
　第２の実施例において、減速機６０の構成によっては、回転軸５４と出力軸６１とが互いに逆方向に回転しても良い。
　４軸以上のロボットに適用しても良い。また、多軸構成のロボットに限ることなく、単一軸のモータ制御に適用しても良い。
　１はモータ、
　８は減速機、
　９はアーム（負荷）、
　１０は入力エンコーダ（第１のエンコーダ）、
　１２は入力ＥＣ検出部、
　１７は出力エンコーダ（第２のエンコーダ）、
　１９は出力ＥＣ検出部、
　２１は中継バス（制御手段）、
　２２はデータバス（制御手段）
　２３はモータコントローラ（制御装置、制御手段）、
　３１は入力ＥＣ値レジスタ（第１のラッチ回路）、
　３２は出力ＥＣ値レジスタ（第２のラッチ回路）、
　３４は出力ＥＣ値レジスタ監視部（ラッチ信号出力手段）
　３５はエッジパルス出力部（ラッチ信号出力手段）、
　３６はデータ変化時出力値レジスタ(制御手段（転送手段）)
　３７は保持データ出力部（制御手段（転送手段））
　３９はエッジパルス入力部(制御手段)
　４１は入出力値レジスタ（制御手段）、
　ＪＴは関節。

Claims (5)

  1. 　電動のモータ（１）の回転を減速機（８）で減速してアーム（９）に伝える構造を持つロボットの関節（ＪＴ）の回転を制御する制御装置において、
    　前記モータ（１）の回転位置を検出して当該回転位置を示すモータ回転位置データを出力する第１のエンコーダ（１０）と、
    　前記アーム（９）の回転位置を検出して当該回転位置を示すアーム回転位置データを出力する第２のエンコーダ（１７）と、
    　前記第１のエンコーダ（１０）に配置され、前記モータ回転位置データをラッチする第１のラッチ回路（３１）と、
    　前記第２のエンコーダ（１７）に配置され、前記アーム回転位置データをラッチする第２のラッチ回路（３２）と、
    　前記第２のエンコーダ（１７）に配置され、前記アーム回転位置データが変化する毎に、前記第１及び第２のラッチ回路（３１，３２）にラッチ信号を出力するラッチ信号出力手段（３４，３５）と、
    　前記ラッチ信号が出力されたときに前記第１及び第２のラッチ回路（３１，３２）にラッチされていた前記モータ回転位置データ及び前記アーム回転位置データに基づいて前記モータ（１）の回転を制御する制御手段（３６，３７，３８，４１，２１，２２，２３）と、
    　を備える制御装置。
  2. 　前記制御手段は、
    　前記モータ（１）の回転を制御するコントローラ（２３）と、
    　前記ラッチ信号が出力されたときに前記第２のラッチ回路（３２）にラッチされている前記アーム回転位置データを前記第２のエンコーダ（１７）から前記第１のエンコーダ（１０）に転送する転送手段（３６，３７）と、
    　前記第１のエンコーダ（１０）に配置され、前記ラッチ信号が出力されたときに前記第１のラッチ回路（３１）にラッチされている前記モータ回転位置データと前記転送手段（３６，３７）によって転送されてきた前記アーム回転位置データとを合成して前記コントローラ（２３）に与えるデータ合成手段（４１）と、
    　を備える請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記データ合成手段は、
    　前記モータ回転位置データと前記アーム位置回転データとを所定ビット数ずつのパラレルデータに合成するレジスタ（４１）と、
    　このレジスタ（４１）が出力する前記パラレルデータを前記コントローラ（２３）に送るデータバス（２２）と、
    　を備える請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記アーム回転位置データのビット数は前記モータ回転位置データのビット数よりも少ない、請求項３に記載の制御装置。
  5. 　前記第１及び第２のエンコーダ（１０．１７）は、当該第２のエンコーダ（１７）から当該第１のエンコーダ（１０）に前記ラッチ信号及び前記アーム回転位置データを送信する中継バス（２１）で結ばれている、請求項２～４の何れか一項に記載の制御装置。
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