JPH01280207A - 移動体の位置検出装置および原点位置復帰方法 - 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、移動体の位置検出装置および原点位置復帰方
法に係り、特に、ロボットの位置決めを正確に行うため
の位置検出および原点復帰に好適な装置および方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来の移動体の位置検出装置および原点位置復帰方法に
おいては、特開昭６１−１２３９０５号に記載のように
、原点位置検出センサと領域判別センサとを用いて原点
位置検出および領域判別を実行していた。

インクリメンタル方式の移動量検出器を有するサーボモ
ータで駆動される移動体は、電源投入時に移動体の絶対
位置を知ることができない。そこで予め明らかな位置を
真の原点位置を定め、移動量検出器の基準信号発生装置
と一致させ、電源投入後はまず移動体をこの位置に移動
させ、真の原点位置からの相対位置を移動量検出器で検
出することにより、絶対位置を検出している。以下の説
明では、この真の原点位置に移動させる動作を位置復帰
動作という。また、原点位置には、原点位置検出センサ
により検出される大まかな原点位置と移動量検出器の基
準信号から検出される精密な原点位置とがある。前者を
原点位置、後者を真の原点位置という。さらに、移動量
検出器と原点位置・限界位置検出センサと移動体に結合
されているセンサ被検出体とからなる移動体の位置検出
装置において、移動量検出器を除いた装置を特定位置検
出装置と呼ぶことにする。

従来の移動体の位置検出装置および原点位置復帰方法を
、第９図〜第１５図を参照して説明する。

従来は、第９図または第１０図に示すように、原点位置
検出センサ５と限界位置検出センサ３゜４とにより被検
出体１の突起形状の同一部位を検出し、上記センサ３，
４．５とは移動方向に対して同一線上にない領域判別セ
ンサ６により被検出体１の原点位置でステップ状段差を
有する部位を検出する装置構成となっていた。

この装置では、限界位置に達すると、限界位置検出セン
サ３，４が被検出体１の凸形部位を検出し、限界位置に
到達し、たことを検出する。一方。

領域判別センサ６および原点位置検出センサ５により被
検出体１が原点位置に対して右領域（Ｌ領域）にあるか
左領ｔ！Ａ（Ｒ領域）にあるか原点領域にあるかを判定
して、真の原点位置に迅速に到達するための移動方向を
判定していた（第１５図参照）。

位置検出センサ３，４，５，６として用いられているセ
ンサ８の構成例を第１１図〜第１３図に示す。被検出体
１がセンサ８に所定距離近付くか遠ざかるかまたは通過
することにより、各センサの出力信号レベルが反転する
。この特性を利用して特定位置を検出できる。

次に、原点位置復帰方法を第１４図および第１５図によ
り説明する。本方法では、Ｌ領域から原点領域に移り、
最初に基準信号が検出される位置を真の原点位置として
いる。すなわち、原点位置検出センサ５がオンとなって
いないときは、領域判別センサ６の出力をみて、Ｒ領域
にあるかどうかを判別する。Ｒ領域にあるときは、−旦
原点領域から更にＬ領域側に通り過ぎさせ、Ｌ領域から
原点領域に戻して真の原点位置に到達させる。−方、Ｌ
領域または原点領域にあるときは、そのままＲ領域側に
わずか移動させ、真の原点位置に到達させる。

また、従来のロボットは１例えば特開昭６１−１１７０
８２号、特開昭６１−１３１８８３号。

実開昭６２−１３８５９２号に記載のように、本体外部
に露出したケーブル部材やストッパ群やクツション部材
を用いて、所定位置を行きすぎたアーム等を停止させる
ようになっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、原点位置検出センサと領域判別セン
サとの両方の出力信号を用いて移動体の原点位置復帰を
行っていたので、装置が複雑かつ高価となり、原点位置
復帰動作も複雑になる問題があった。

また１本体外部に露出したケーブル部材やストッパ群や
クツション部材を用いて、所定位置を行きすぎたアーム
等を停止させるようになっていたことから、それらがア
ーム等の移動体の衝突を受けるたびに、長い間には表面
がわずかずつ破壊されて飛散し、設置環境２例えばＩＣ
製造工程のクリーンルーム等の環境を汚染する欠点があ
った。

さらに、外部ノイズの混入等により誤った信号が出力さ
れ、誤動作する問題もあった。

本発明の目的は、単純な構成で真の原点位置を正確かつ
迅速に検出でき、しかもｖｉ置場所の環境を塵埃等で汚
染することがなく、誤動作を確実に防止できる移動体の
位置検出装置および原点位置復帰方法を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、予め明らかな真
の原点位置で基準信号を発生するインクリメンタル方式
の移動量検出器を有するサーボモータで駆動される移動
体をまず前記真の原点位置に移動させ当該位置からの相
対位置により前記移動体の絶対位置を検出する移動体の
位置検出装置において、前記移動体の移動限界位置のみ
で検出される限界位置検出部と前記真の１点位置近傍の
原点位置で検出されるステップ状の原点位置検出部とを
有し前記移動体と一体的に駆動される被検出体と、前記
移動体の移動限界両端位置に配置されそれぞれ前記被検
出体の限界位置検出部を検出する限界位置検出センサと
、前記真の原点位置近傍の前記原点位置に配置され前記
被検出体の原点位置検出部が原点位置にあるかまたは原
点位置両側のどちらの領域にあるかを検出する原点位置
検出センサとを備えた移動体の位置検出装置を捉案する
ものである。

前記位置検出装置のハウジング内には、前記被検出体の
限界位置検出部が前記移動限界位置よりわずかに行きす
ぎたときに前記限界位置検出部が当たる位置にストッパ
を設けることができる。

前記原点位置は、前記原点位置検出センサが前記原点位
置を検出してから前記サーボモータが減速し前記真の原
点位置に最短時間で正確に到達できる距離だけ前記真の
原点位置から離れた位置に配置することが望ましい。

本発明はまた、予め明らかな真の原点位置で基準信号を
発生するインクリメンタル方式の移動量検出器と、前記
移動体の移動限界位置のみで検出される限界位置検出部
と前記真の原点位置近傍の原点位置で検出されるステッ
プ状の原点位置検出部とを有し前記移動体と一体的に駆
動される被検出体と、前記移動体の移動限界両端位置に
配置されそれぞれ前記被検出体の限界位置検出部を検出
する限界位置検出センサと、前記真の原点位置近傍の前
記原点位置に配置され前記被検出体の原点位置検出部が
原点位置にあるかまたは原点位置両側のどちらの領域に
あるかを検出する原点位置検出センサとを備え、サーボ
モータで駆動される前記移動体の絶対位置を検出する移
動体の位置検出装置を用いた移動体の原点位置復帰方法
において、前記原点位置検出センサの信号により前記移
動体が前記原点位置両側のどちらの領域にあるかを判定
し、前記原点位置方向に前記移動体を直接移動させて原
点位置に到達させ、前記移動方向が前記原点位置から前
記真の原点位置への移動方向と一致する場合はそのまま
同方向に移動させ、前記移動量検出器が基準信号を発生
したときに前記移動体を停止させる一方、前記移動方向
が前記原点位置から前記真の原点位置への移動方向と異
なる場合は逆方向に移動させ、前記移動量検出器が基準
信号を発生したときに前記移動体を停止させる移動体の
原点位置復帰方法を提案するものである。

前記基準信号検出時には、既に記憶してある基準信号パ
ターンを複数回読み出し前記検出された基準信号と複数
回比較することにより一致を判定し、ノイズの影響を排
除する。

〔作用〕

本発明においては、領域判別センサに原点位置検出セン
サの役目を兼ねさせであるので、装置構成が単純になり
、制御方法も手順数が減少し簡略化される。

また、ストッパがハウジング内に配置されることから、
アーム等が所定位置を行きすぎてストッパに衝突しても
、ストッパから削れた破片等が飛散することがなく、ク
リーンルーム等の環境を汚染しない。

原点位置センサ、両限界位置センサとしては。

例えば光学式近接センサを用いる。このセンサは、対象
物が所定距離より近付くか遠ざかると出力信号が反転す
る。出力信号は二値信号であるが、外部ノイズの混入等
により誤った信号が出力される場合があり得るので、中
央処理装置から読み出すときは、複数回読み出してその
一致により信号レベルの確定と判定すれば、誤った信号
読み出しによる誤動作を防止できる。

原点位置復帰動作時には、上記センサの信号レベルに応
じて中央処理装置内に記憶されているプログラムにより
移動体の現在位置の判定がなされ、サーボモータ駆動装
置に速度指令が送信される。

サーボモータ駆動装置は、サーボモータにより駆動され
る移動体の移動方向およびその移動速度が指令値と合致
するようにフィードバック制御されるため、誤動作する
ことはない。真の原点位置に到達すると、速度指令が０
となり、移動体は停止する。

〔実施例〕

上記従来例では、Ｌ領域とＲ領域との間に原点領域を設
けであるが、原点領域を設けない構造としても同一機能
を簡略に実現可能である。以下。

この考え方に基づき本発明によりなされた移動体の位置
検出装置および原点位置復帰方法の実施例を、第１図〜
第８図を用いて説明する。

第１図は回転運動する移動体の特定位置検出装置を示し
ている。本実施例は、第９図従来装置の原点位置検出セ
ンサ５を取り除き、領域判別センサ６のみにより領域判
別と原点位置検出とを行う構成としてある。第１図では
、被検出体１の限界位置検出部が、限界位置のみで凸部
が検出される形状の例を示したが、限界位置のみで凹部
が検出される形状でもよい。なお、以下の説明では、従
来の領域判別センサ６の位置に配置されこの領域判別機
能と原点位置検出機能とを兼ねる本発明のセンサを、便
宜上、原点位置検出センサ６Ａと呼ぶことにする。

その原点位置復帰方法を第２図および第３図により説明
する０本方法は、第１４図の従来例よりも少ないステッ
プ数で、同一の機能を実現するものである。

電源投入時の位置で原点位置検出センサ６Ａの出力がオ
ンかオフかにより、現在、被検出体１が原点位置に対し
てＲ領域にあるかＬ領域にあるかを検出する。

被検出体１がＲ領域にある場合は、Ｌ方向に移動させ、
−旦り領域に入らせる。続いてＲ方向に移動させ、原点
位置検出センサ６Ａが原点位置を検出し出力を反転する
と、より低速の駆動に切換え、移動量検出器に基準信号
が検出された段階で、その位置を真の原点位置とし、被
検出体１を停止させる。

一方、最初り領域にある場合は、Ｒ方向に移動させ、原
点位置で出力が反転すると、より低速の駆動に切換え、
真の原点位置を検出し、停止させる。

本方法は、原点領域を省略してあるので、従来の方法と
比較して、ステップ数が３少なく、装置そのものの構成
が単純になるとともに、原点位置復帰方法も簡略化され
る。

また、各センサ等の信号の読み出しに当たっては、連続
して複数回読み出し、それらの結果が一致したときにそ
の検出結果をもとに位置判定を行う方法を各ステップで
採用しているので、外部ノイズの混入等による誤った読
み出しとそれによる誤動作を防止できる。

さらに、被検出体１の凸形限界位置検出部は、限界位置
検出位置を越えて行きすぎた場合、ストッパ９に当たり
、被検出体１と同じ動きをする移動体の移動が強制的に
停止される。したがって、本実施例の位置検出装置を用
いることにより、安全性を確保できるのは勿論であるが
、ストッパ９の部分が本装置のハウジング内に密封され
ているために、ストッパ９がたびかさなる衝突を受けて
少しずつ破損したとしても、その破片等が外部に出るこ
とがなく、クリーンルーム等の設置環境を汚染しない。

第１図の特定位置検出装置を組み込んだ内筒回転子型ダ
イレクト・ドライブ・モータ（Ｄ　−Ｄモータ）の例を
第４図に示す。図において、１０はＤ−Ｄモータ・ロー
タ、１１はＤ−Ｄモータ・ステータ、１２は移動量検出
器である。ここでは移動量検出器１２として、ブラシレ
スレゾルバを用いた例を示したが、光学式エンコーダ、
磁気エンコーダ等地の移動量検出器を採用してもよい。

このように位置検出装置を中空型Ｄ−Ｄモータに直接装
着することにより、中空孔に他の配線を通すことができ
、外部に露出するストッパ等の突起部材がないため、外
部への発塵量を著しく低減でき、クリーンルーム等での
使用に適している。

第４図のＤ−Ｄモータを用いた水平多関節型Ｄ・Ｄロボ
ットの一例を第５図に示す。このロボットは、１軸駆動
Ｄ−Ｄモータ１３のロータに装着された第１アーム１４
と、第１アーム１４の先端に設けられた２軸駆動Ｄ−Ｄ
モータ１５のロータに装着された第２アーム１６と、第
２アーム１６の先端に設けられスプライン軸１８の上下
動作・回転動作を可能とする手首装Ｎ１７とからなる。

手首装置１７は、上下軸モータ〕９の回転を。

プーリ・タイミングベルトを介してボールねじ軸２０に
伝え、ボールねじナツト部の上下運動を発生させ、この
ボールねじナツト部とブラケット２４とを介して、ブラ
ケット２４に上下方向を拘束されているスプライン軸１
８の上下運動を生じさせる。また、手首回転軸駆動モー
タ２１の回転は、減速機２２により減速され、プーリ・
タイミングベルトにより、スプライン軸受に結合された
プーリに伝達される。スプライン軸受は、その回転力を
スプライン軸１８に伝達し、回転させる。

次に、直線移動体の特定位置検出装置の基本構成を第６
図に示す。被検出体１は、Ｌ字形の凸状に形成してある
。図で上方の凸部が限界位置検出用被検出部であり、下
方が領域判別と原点位置検出とを兼ねた被検出部である
。領域判別用被検出部有効長（センサ径を除いた距Ｍ）
Ｑ工を原点位置検出センサ６Ａと左方限界位置検出用セ
ンサ３との間の距離Ｑ２以上の長さとすると（Ｑ１≧Ｌ
）、原点位置検出センサ６Ａは、被検出体の領域判別部
がセンサ６Ａの設置位置より左方にあるときは必ず覆わ
れ、右方にあるときは必ず覆われないため、領域判別が
可能となる。また、その覆われるか覆われないかのエツ
ジで原点位置を検出できる。

移動量検出器の基準信号発生位置（真の原点位置）を前
記原点位置よりもやや右方に設定すると、前記回転型と
同様に、第２図のアルゴリズムにより、真の原点位置に
正確に到達できる。真の原点位置の配置に関しては、勿
論、右と左とは逆転することも可能であり、上下方向に
置き換えることもできる。

前記第５図実施例のボールねじ軸２０の特定位置検出装
置に第６図の基本構成を適用した実施例を第７図に示す
。第７図は第５図■−■断面図である。板状部材２８お
よび２９で挾まれた固定板３０と取付板３１との間に軸
受を介してボールねじ軸２０が設けられている。ボール
ねじナツト部２３は、ブラケット２４と結合されており
、ブラケット２４＃１面には、被検出体１が取付けられ
ている。一方、板状部材２８に固定されたセンサ取付板
３２には、原点位置検出センサ６Ａが、限界位置検出セ
ンサ３，４を結ぶ直線から離れた位置に取付けられてい
る。被検出体１の原点位置検出並びに領域判別部の図示
有効検出比＠　ｎ　ｔと原点位置から下限位置までの下
限領域有効距煎Ｑ３との間にＱ工≧Ｑ３なる関係を満た
すように、寸法を決定すると、誤動作なく領域判別と原
点検出とを実行できる。また、ストッパ９ａ、９ｂをセ
ンサ取付板３２上に２点鎖線で示す位置に設けると、被
検出体１が動作範囲を越えて行きすぎた場合、被検出体
１の限界位置検出部がストッパ９ａまたは９ｂに当たり
、運動を停止する。

なお、この上下運動機構系では、ボールねじナツト２３
の上面・下面を用いて、固定板３０下面と取付板３１上
面とにそれぞれストッパ９ａ、９ｂを設け、動作を停止
させる方式とすることも可能である。

この直線移動体の移動検出装置を含む手首上下軸駆動装
置の場合も、第１０図の従来例と比較して、センサの数
を削減可能であり、また、ハウジング内に設けたストッ
パにより安全を確保できる。

さらに、原点位置復帰方法のステップ数も減少する。

次に、第５図Ｄ−Ｄロボットの手首回転軸の特定位置検
出装置を第８図により説明する。減速機２２により減速
された回転軸モータ２１の動力が、プーリ・タイミング
ベルトを介してプーリ２７に伝達される。プーリ２７は
、スプライン軸１８と　１回転方向に拘束されているた
め、プーリ２７に被検出体１を取付け、動作範囲が３６
０度未満の場合は、第４図例と同様に、位置検出が可能
となり。

位置検出装置および原点位置復帰方法がともに簡略化さ
れる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インクリメンタル方式の移動量検出器
を有する移動体の原点位置検出、限界位置検出、領域判
別を最小のセンサ数で実現でき、原点位置復帰動作を従
来より少ないステップ数で迅速に実行できるので、ロボ
ットアーム等の移動体の初期設定時間を短縮し、コスト
を低減し、作業効率を上げることが可能である。

また、本発明のいずれの例においても、限界位置検出部
が所定位置を越えて動作した場合のストッパを装置ハウ
ジング内に密封状態で内蔵してあるので、ストッパがた
びかさなる衝突により削られても、その破片等が飛散し
クリーンルーム等の設置環境を汚染することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転運動する移動体の本発明による特定位置検
出装置を示す図、第２図は第１図装置の原点位置復帰方
法のフローチャート、第３図は本発明における各領域の
関係を示す図、第４図は第１図特定位置検出装置を装着
したＤ−Ｄモータの縦断面図、第５図は本発明による特
定位置検出装置を装着したＤ−Ｄロボットの縦断面図、
第６図は左右運動する移動体の特定位置検出装置を示す
図、第７図は第６図装置を手首上下軸に適用した特定位
置検出装置の縦断面図、第８図は第５図ロボットの手首
回転軸の特定位置検出装置の縦断面図、第９図は従来の
回転運動する移動体の特定位置検出装置を示す図、第１
０図は従来の直線運動する移動体の特定位置検出装置を
示す図、第１１図〜第１３図は位置検出センサの例を示
す図、第１４図は従来の原点位置復帰方法を示すフロー
チヤード、第１５図は従来例の各領域の関係を示す図で
ある。 １・・・被検出体、２・・・固定体、３，４・・・限界
位置検出センサ、５・・・原点位置検出センサ、６・・
・領域判別センサ、６Ａ・・・本発明の原点位置検出セ
ンサ、７・・・被検出体の移動方向、８・・・位置検出
センサ、９・・・ストッパ、１０・・・Ｄ−Ｄモータ・
ロータ、１１・・・Ｄ−Ｄモータ・ステータ、１２・・
・移動量検出器、１３・・・１軸Ｄ−Ｄモータ、１４・
・・第１アーム、１５・・・２軸Ｄ−Ｄモータ。 １６・・・第２アーム、１７・・・手首装置、１８・・
・スプライン軸、１９・・・手首上下軸モータ、２０・
・・ボールねじ軸、２１・・・手首回転モータ、２２・
・・減速機、２３・・・ボールねじナツト部、２４・・
・ブランケット、２５・・・プーリ、２６・・・スプラ
イン軸受、２７・・・プーリ、２８，２９・・・板状部
材。 ３０・・・固定板、３１・・・取付板、３２・・・セン
サ取付板、３３・・・スプライン軸受取付部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、予め明らかな真の原点位置で基準信号を発生するイ
   ンクリメンタル方式の移動量検出器を有するサーボモー
   タで駆動される移動体をまず前記真の原点位置に移動さ
   せ当該位置からの相対位置により前記移動体の絶対位置
   を検出する移動体の位置検出装置において、 前記移動体の移動限界位置のみで検出される限界位置検
   出部と前記真の原点位置近傍の原点位置で検出されるス
   テップ状の原点位置検出部とを有し前記移動体と一体的
   に駆動される被検出体と、 前記移動体の移動限界両端位置に配置されそれぞれ前記
   被検出体の限界位置検出部を検出する限界位置検出セン
   サと、 前記真の原点位置近傍の前記原点位置に配置され前記被
   検出体の原点位置検出部が原点位置にあるかまたは原点
   位置両側のどちらの領域にあるかを検出する原点位置検
   出センサと を備えたことを特徴とする移動体の位置検出装置。 ２、請求項１記載の移動体の位置検出装置において、 前記位置検出装置ハウジング内で前記被検出体の限界位
   置検出部が前記移動限界位置よりわずかに行きすぎたと
   きに前記限界位置検出部が当たる位置にストッパを設け
   たことを特徴とする移動体の位置検出装置。 ３、請求項１または２記載の移動体の位置検出装置にお
   いて、 前記原点位置検出センサが前記原点位置を検出してから
   前記サーボモータが減速し前記真の原点位置に最短時間
   で正確に到達できる距離だけ前記原点位置を前記真の原
   点位置から離れた位置に配置したことを特徴とする移動
   体の位置検出装置。 ４、予め明らかな真の原点位置で基準信号を発生するイ
   ンクリメンタル方式の移動量検出器と、前記移動体の移
   動限界位置のみで検出される限界位置検出部と前記真の
   原点位置近傍の原点位置で検出されるステップ状の原点
   位置検出部とを有し前記移動体と一体的に駆動される被
   検出体と、前記移動体の移動限界両端位置に配置されそ
   れぞれ前記被検出体の限界位置検出部を検出する限界位
   置検出センサと、前記真の原点位置近傍の前記原点位置
   に配置され前記被検出体の原点位置検出部が原点位置に
   あるかまたは原点位置両側のどちらの領域にあるかを検
   出する原点位置検出センサとを備え、サーボモータで駆
   動される前記移動体の絶対位置を検出する移動体の位置
   検出装置を用いた移動体の原点位置復帰方法において、 前記原点位置検出センサの信号により前記移動体が前記
   原点位置両側のどちらの領域にあるかを判定し、前記原
   点位置方向に前記移動体を直接移動させて原点位置に到
   達させ、 前記移動方向が前記原点位置から前記真の原点位置への
   移動方向と一致する場合はそのまま同方向に移動させ、
   前記移動量検出器が基準信号を発生したときに前記移動
   体を停止させる一方、 前記移動方向が前記原点位置から前記真の原点位置への
   移動方向と異なる場合は逆方向に移動させ、前記移動量
   検出器が基準信号を発生したときに前記移動体を停止さ
   せる ことを特徴とする移動体の原点位置復帰方法。 ５、請求項４記載の移動体の原点位置復帰方法において
   、 前記基準信号検出時に、既に記憶してある基準信号パタ
   ーンを複数回読み出し前記検出された基準信号と複数回
   比較することにより一致を判定することを特徴とする移
   動体の原点位置復帰方法。