JPH011910A - 産業用ロボツトの回転角検出装置 - 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、産業用ロボット等において各回転軸の絶対的
な回転角を検出するための回転角検出装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 一般に、産業用ロボット等を制御する際には、そのアー
ムなどの各回転軸の回転角を高精度で検出する検出装置
が必要であり、このような回転角検出装置として、構造
が複雑でそのため高価なアブソリュート型の検出装置よ
りも低コストで構造の簡素なインクリメンタル（増分）
型の検出装置が一般的に用いられている。

この回転角検出装置としては、従来、第３，４図に示す
ようなものがある。第３，４図において、１は産業用ロ
ボット等のアーム、２は図示しない減速機を介してアー
ム１を回転駆動するモータ、３はパルスエンコーダ（Ｐ
Ｅ）である、この“パルスエンコーダ３は、モータ２の
回転軸に結合され、第５図に示すように、モータ２（ア
ーム１）の回転に伴って、モータ２（パルスエンコーダ
３）の１回転ごとに原点設定もしくは回転数検知兼用の
Ｚパルス信号を出力するとともに、回転角検出用のＡ。

Ｂ／＜ルス信号を出力するものである。ここで、Ａ。

Ｂパルス信号は、９０’の位相差をもって出方され、こ
れらのＡ、Ｂパルス信号の先後関係をみることにより回
転方向が検出されるようになってぃる。

また、４はアーム１に固着されたストライカ、５は固定
側に配置されストライカ４によりＯＮ。

ＯＦＦされてアーム１が原位置にあることを検出するた
めのリミットスイッチ、６はパルスエンコーダ３からの
Ａ、Ｂパルス信号の数をカウントしそのカウント値を回
転角として出力するアップダウンカウンタ、７はゼロ信
号発生器である。このゼロ信号発生器７は、リミットス
イッチ５からのＯＮ、ＯＦＦ信号によりパルスエンコー
ダ３からのＺパルス信号を受けて、アップダウンカウン
タ６の原点を設定するためのものである。

さらに、８はアップダウンカウンタ６からのカウント値
をアーム１の回転角として受は同アーム１を駆動制御す
る主制御装置である。

上述の構成により、回転角を検出する際には、まずアー
ム１が原位置から動き始めると、第４図に示すように、
パルスエンコーダ３からＺ、Ａ。

Ｂパルス信号が出力され始めるとともに、リミットスイ
ッチ５にストライカ４が当接してＯＦＦからＯＮになる
。そして、このリミットスイッチ５がＯＮになってから
、最初にＺパルス信号がゼロ信号発生器７に入力される
時点を原点とすべく、ゼロ信号発生器７は、その時点で
アップダウンカウンタ６をリセットするクリア信号を出
力して、原点合せが行なわれる。

その後、アップダウンカウンタ６において、パルスエン
コーダ３から入力されるＡ、Ｂパルス信号により回転方
向を判定しながら、その回転方向の正逆に応じてＡ、Ｂ
パルス信号をカウントアツプまたはカウントダウンする
。

このようにして、アップダウンカウンタ６によりカウン
トされたカウント値（第４図には１６ビツトの場合を示
す）が、検出すべき回転角として出力される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで１回転角検出を開始するにあたっては、前述し
たようにリミットスイッチ５．ゼロ信号発生器７および
パルスエンコーダ３からのＺパルス信号により原点合せ
を行なう必要がある。−旦、原点合せを行なった後には
、アップダウンカウンタ６におけるカウンタ値が消えな
い限りは、このアップダウンカウンタ６の出力をアブソ
リュート信号（絶対的な回転角）として用いることがで
きる。

しかしながら、上述した従来の回転角検出装置では、ア
ップダウンカウンタ６へ電力を供給する電源８がカウン
タ６から断たれると、カウンタ値が消えてしまう。例え
ば、１日の作業が終了したとき、ロボットの異常を知り
非常停止状態とした時の場合がこれに当る。再び電源８
を投入した時には、再度上述の原点合せを行なわなけれ
ば、原点位置からの絶対的な回転角を検出できなくなる
。

原点合せの作業に際しては、近傍に種々の機器が配置さ
れた狭い場所でアーム１を原点位置に戻すために、ロボ
ットに繁雑な動作をさせなければらず、ロボットや周辺
機器に損傷を与えるなどの危険性が高い。

本発明は、このような問題点の解決をはかろうとするも
ので、従来の低コストで構造の簡素なインクリメンタル
型検出器を回転数および回転方向検知機能として用い、
所定回転角以内の絶対回転角の検知にはアブソリュート
検出器を用いることとし、インクリメンタル型検出器自
体とその出力信号をカウントするカウンタをバックアッ
プする補助供給電源を設けた産業用ロボットの回転角検
出装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このため１本発明の産業用ロボットの回転角検出装置は
、所定回転角（１回転あるいは半回転など）以内の絶対
回転角を検出する絶対角検出器と所定回転角（１回転）
ごとにパルス信号を出力するパルス検出器（インクリメ
ンタル型検出器）とを回転部材の回転軸に設け、各検出
器の信号を各々に受けて検出値をビット出力する変換回
路とがあり、その変換回路と対となる検出器への供給電
源を各各段けるとともに、前記パルス検出器とその変換
回路の供給電源に補助供給電源を設けたものである。

［作　　　用］ 上述の本発明の産業用ロボットの回転角検出装置では、
回転部材の所定の回転角以内の角度が、絶対回転角検出
器により供給電源を再投入したときに絶対的なものとし
て検出される一方、パルス検出器により得られる所定回
転角ごとのパルス信号をカウントする変換回路にて回転
数が得られる。

従って、上記のパルス検出器とその変換回路（パルスカ
ウンタ）への供給電源に補助供給電源を設けることで、
回転部材の絶対回転角が常に検出されるようになる。

［発明の実施例コ 以下１図面により本発明の一実施例としての回転角検出
装置を説明すると、第１図はそのブロック図であり、第
１図において、１は回転部材としての産業用ロボット等
のアーム、２は図示しないが減速機を介してアーム１を
回転駆動するモータ、９はモータ２を介しアーム１の回
転軸に接続されて所定の回転角以内での絶対回転角を検
出する絶対角検出器としてのレゾルバである。このレゾ
ルバ９としては、回転軸１回転分（３６０”　）以内の
絶対回転角を検出できる２極タイプや１回転軸半回転分
（１８０°）以内の絶対回転角を検出できる４極タイプ
などがあるが、本実施例では、上記所定の回転角を３６
０°とする２極タイプのレゾルバを用いるものとする。

また、１０はレゾルバ９からの検出信号を２進数の絶対
回転角信号に変換し下位ビット（２°〜２ｓの１０ビツ
ト）として出力する変換回路としての変換器である。

一方、１１はアーム１の回転に伴いその回転軸１回転ご
とにＡ、Ｂパルス信号を出力するパルス検出器としての
パルスエンコーダで、Ａ、Ｂパルス信号は、第２図に示
すように、９０’の位相差をもって出力され、これらの
Ａ、Ｂパルス信号の先後関係をみることにより回転軸の
回転方向が検出されるようになっている。このパルスエ
ンコーダ１１としては１回転軸にスリットを有する円板
を取り付けそのスリットをフォトカプラで検出するもの
や、磁化したドラムをホール素子等で検出するものなど
を用いる。

そして、１２はパルスエンコーダ１１からのＡ。

Ｂパルス信号の数をカウントする変換回路とじてのアッ
プダウンカウンタで、そのカウント値に基づく回転角つ
まり３６０°の倍数に相当する絶対回転角信号を上位ビ
ット（２１０〜２１５の６ビツト）として出力するもの
である。

さらに、１３はパルスエンコーダ１１およびアップダウ
ンカウンタ１２へ電力を供給する補助供給電源としての
バックアップ用電源である。

本発明の一実施例としての回転角検出装置は上述のごと
く構成されているので、アーム１の回転角を検出する際
には、３６０°以内の回転角が、レゾルバ９により常に
絶対的なものとして検出され、変換器１０で２進数に変
換されて下位ビット（１０ビット分）で出力される。こ
のレゾルバ９は、電源ＯＦＦ後に再投入した時にも３６
０＠以内の回転角については正しい（絶対的な）回転角
を検出する。

また、アップダウンカウンタ１２において、パルスエン
コーダ１１から出力されるＡ、Ｂパルス信号により回転
方向を判定しながら、その回転方向の正逆に応じてＡ、
Ｂパルス信号をカウントアツプまたはカウントダウンし
て、アーム１に接続されるモータ２の回転軸の回転数が
検出され、そのカウント値が、３６０°の倍数に相当す
る絶対回転角信号として上位ビット（６ビツト分）で出
力される。

そして、変換器１０からの下位ビット出力とアップダウ
ンカウンタ１２からの上位ビット出力とから、アーム１
の絶対回転角が得られる。

さらに、本実施例では、アップダウンカウンタ１２にお
けるカウンタ値は、インクリメンタル方式で電力供給が
ストップすると消えてしまうので、上位ビット（６ビツ
ト分）についてのみ出力を行なうパルスエンコーダ１１
およびアップダウンカウンタ１２ヘパツクアツプ用電源
１３から電力を常時供給することで、常に絶対回転角が
検出されるようになる。

このように、本実施例によれば、１回転以内の角度検出
についてはレゾルバ９により常に絶対的な回転角を検出
し、回転軸の回転数（３６０°の倍数）についてはパル
スエンコーダ１１およびアップダウンカウンタ１２を用
いインクリ、メンタル方式で検出して、これらのパルス
エンコーダ１］、およびアップダウンカウンタ１２をバ
ックアップ用電源１３でバックアップする構成としたの
で、インクリメンタル方式でのみ回転角検出を行なって
いた従来装置では１６ビツトのカウンタに常時電力供給
を行なわなければならなつかのに対し、必要最小限の６
ビツトのアップカウンタ１２とパルスエンコーダ１１と
へ電力供給をすればよくなり、バックアップに要する消
費電力を極めて小さくでき、長時間に亘るバックアップ
が可能となって、回転角検出装置としての信頼性が大幅
に向上するのである。

なお、上記実施例で示したレゾルバを回転角検出器とし
て用いる場合では、回転数をカウントするカウンタをバ
ックアップするだけでなく、Ｒ−Ｐ変換器（レゾルバ−
パルス変換）をもバックアップしなければならず、これ
らに要する消費電力が大き過ぎるが、インクリメンタル
型検出器各々の特有な点を組み合わせて利用することに
より、バックアップに要する回転部材の回転角検出デー
タが保存できて、アブソリュート式回転角検出装置とし
てなり得るものである。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の産業用ロボットの回転角
検出装置によれば、インクリメンタル型検出器における
各々の特有な点を組み合わせて供給電源をＯＦＦした時
に所望のデータが消滅する部分のみをバックアップして
、アブソリュート式回転角検出装置として利用でき、そ
のバックアップするインクリメンタル型検出器をパルス
検出器（パルスエンコーダ）とし、データを長時間保存
できることから、アブソリュート式回転角検出装置とし
ての信頼性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての産業用ロボットの回
転角検出装置を示すブロック図、第２図は上記実施例の
パルス検出器から出力されるパルス信号を示す波形図、
第３〜５図は従来の回転角検出装置を示すもので、第３
図は同装置を適用される回転部材の正面図、第４図はそ
のブロック図、第５図はそのパルスエンコーダから出力
されるパルス信号および原点設定手段を説明するための
タイミングチャートである。 図において、１一回転部材としてのアーム、２・−モー
タ、９−絶対角検出器としてのレゾルバ、１ｏ・−変換
回路としての変換器、１１−パルス検出器としてのパル
スエンコーダ、１２・−変換回路としてのアップダウン
カウンタ、１３−補助供給電源としてのバックアップ用
電源。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定回転角以内の絶対回転角を検出する絶対角検出器
   と所定回転角ごとにパルス信号を出力するパルス検出器
   とを回転部材の回転軸に設け、各検出器の信号を各々に
   受けて検出値をビット出力する変換回路とがあり、その
   変換回路と対となる検出器への供給電源を各々に設ける
   とともに、前記パルス検出器とその変換回路の供給電源
   に補助供給電源を設けたことを特徴とする産業用ロボッ
   トの回転角検出装置。