JPH024001B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明はパルス方式エンコーダおよびステツプ
モータを具備して成り、ステツプモータの運動教
示とその運動を再生する装置に関する。

〔従来の技術〕 ステツプモータの運動教示とその運動を再生す
る装置として第１図にブロツク図で示す機構のも
の（第一の例）が知られている。例えば歯数50の
ステツプモータ１に、このステツプモータ１の１
ステツプ角度（１相励磁の場合、360度／ロータ
歯数／４）当り１ケのパルスが出るパルス式エン
コーダ２を取り付けた構成を基本としている。し
かしてステツプモータ１に連動しうるより取りつ
けた例えばロボツトの腕３に所要の動作（運動）
を行なわせるに際して、先ず所要の動作を教示す
る。この動作の教示においては上記エンコーダ２
から出るＡ相信号とＢ相信号とを、CW（時計回
り）パルスと、CCW（反時計回り）パルスとに分
別機構４にて分別される。ここで分別されたCW
パルスおよびCCWパルスはステツプモータ１の
回転方向によつて、例えば第２図の如く、CW回
りの時は間歇的に１ケのパルスをCCW回りの時
は間歇的に２ケのパルスをそれぞれ有する２種の
信号として信号発生器５を介し取り出され、これ
ら２種の信号を例えばテープレコーダなどの記憶
装置６に記憶させる。かくして教示した動作を再
生（再現）するに当つては前記記憶させておいた
２種の信号を再生させ、この信号パルスが間歇的
に１ケか、間歇的に２ケかでCW回りか、CCW
回りかを判別機構７にて判別し、判別した信号に
よつて励磁相決定回路８を介しステツプモータ１
の各相を励磁し、前記教示した動作をステツプモ
ータ１に具現させ、もつてステツプモータ１に連
動するように取り付けたロボツトの腕３に所要の
動作を起生させる構成を採つている。

またステツプモータを用いた運動の教示とその
再生装置の他の例（第２の例）として第３図とし
てブロツク図で示す構成のものが知られている。
即ちステツプモータ１にそのステツプモータ１の
１ピツチ（360度／ロータ歯数）の間に、一波長
のサイン波とコサイン波とを出せるエンコーダ
２′を取り付けた構成を基本としているものであ
る。しかしてこの装置における運動の教示と再生
とは次のように行なわれる。先ずエンコーダ２′
に連動しうるよう取り付けた例えばロボツトの腕
３を人手などで動作させ、この時エンコーダ２′
から出力されるサイン波とコサイン波をそれぞれ
例えばデータレコーダなどのアナログメモリ９に
記憶させる。こうして記憶させた運動を再生する
に当つては、上記２つの信号を再生させ例えばパ
ワーアンプ１０で増幅してステツプモータ１の１
相と２相とを励磁すれば上記サイン波およびコサ
イン波の一波長に対してステツプモータ１は１ピ
ツチ角度だけなめらかに回転する。このステツプ
モータ１の回転は減速機１１を介して前記エンコ
ーダ２′に取りつけられているロボツトの腕３に
伝達され教示された運動が再生されることにな
る。

〔従来技術の問題点〕

しかしながらこれら従来知られている装置につ
いては次のような問題がある。先ず第１の例にお
いては、ステツプモータ１の各相が、各相に電流
を流すか流さないかと云う所謂るデジタル的に励
磁されるため、ステツプモータ１の回転が低速の
場合モータ１の回転が間歇的となり振動が起り易
くなる。従つて再生する運動例えばロボツトの腕
３についてみるとスムースな動作を損なわれる場
合が往々起ると云う不都合がある。

一方第２の例においては、先ずサイン波および
コサイン波を出力できるエンコーダ２′が高価で
あるうえ、サイン波やコサイン波の波形に歪があ
つたりして所望の運動（動作）を再現し難かつた
りするとともにステツプモータ１の特性を考慮し
た波形の選択もできないと云う不都合がある。次
にエンコーダ２′からの信号、即ちサイン波とコ
サイン波の二つの波形を記憶するためステツプモ
ータ１１個当り、データレコーダ９については２
チヤンネルを要し構成が複雑化するとともに、上
記データレコーダ９は記憶（録音）、再生におけ
るテープ速度が定つているため、運動教示時の速
度に対して運動再生時の速度を例えば1.2倍とか、
1.6倍と任意に選択変更できないなど操作上の不
都合さがある。さらにデータレコーダ９では所謂
るドロツプアウト現象によつてテープが損なわれ
易く、従つて長時間の使用に耐え難い。

〔発明の目的〕

本発明は上記の如き問題点に対処して、多関節
形、直交座標形或いは円筒座標形などの所謂るロ
ボツト構成に適するステツプモータを用いた運動
（動作）の教示と、この教示された運動の再生
（再現）装置を提供しようとするものである。

〔発明の要旨〕

本発明は、ステツプモータと、このステツプモ
ータの１ピツチ（360度／ロータの歯数）を、３
以上に分割できる分解能をもつパルスエンコーダ
と、前記パルスエンコーダに所定の運動を教示し
この運動に対応して発生するパルスエンコーダか
らのパルスをリングカウンタでカウントしそのカ
ウント値を少なくとも２点でサンプリングしうる
周波数にてサンプリングしそのサンプリング値を
記憶させる機構と、前記記憶させたサンプリング
値から前記カウント値を再生させこのカウント値
に対応づけられた割合で上記ステツプモータとの
各相を励磁して前記教示した運動をステツプモー
タに再現させる機構とを具備して成ることを特徴
とするステツプモータを用いた運動の教示とその
再生装置である。

〔発明の実施例〕

第４図は本発明に係るステツプモータを用いた
運動（動作）の指示（教示）と指示（教示）され
た運動（動作）の再生装置の一構成例を示すブロ
ツク図である。即ちハイブリツド形ステツプモー
タ１１はカツプリング１１を介してパルスエンコ
ーダ２に連接され、さらにこのパルスエンコーダ
２はパルス分別器４を介しリングカウンタ１２お
よびICメモリやフロツピーデスクなどの記憶素
子１３からなる機構に接続している。また記憶素
子１３は前記記憶させたサンプリング値、即ちリ
ングカウンタ１２でカウントされ、少なくとも２
点でサンプリングしうる周波数でサンプリング
し、記憶されたサンプリング値から前記カウント
値を再生させ、且つこの再生したカウント値に対
応した電流を流す糸１４および前記電流を増幅し
て上記ハイブリツド形ステツプモータの各相を選
択的に励磁させる機構１５がハイブリツド形ステ
ツプモータ１１に接続した構成を採つている。

次にこのように構成したステツプモータを用い
た運動（動作）の教示とこの教示された運動（動
作）の再生機構を説明する。例えば第５図に示す
如くハイブリツド形ステツプモータ１１１、２相
のみを用いバイポーラ駆動するとこのステツプモ
ータ１１においてはトルクＴと１相の電流I₁、２
相の電流I₂との関係は若干の高周波成分を無視す
ると、 Ｔ＝−KI₁sinNθ＋KI₂cosNθ ……() （式中Ｋ＝トルク定数、Ｎ＝ロータ歯数、θ＝ロ
ータ位置）となる。

ところでエンコーダ２からのＡ相信号、Ｂ相信
号はパルス分別器４で分別され、CWパルスと
CCWパルスに分け、これらのパルスをパルス数
Ｍで１巡する所謂るリングカウンタ１２に入れ
る。ここでリングカウンタ１２は例えばCWパル
スのときアツプカウントし、CCWパルスのとき
ダウンカウントする。しかしてパルスエンコーダ
２の回転角をφ（rad）とするカウンタ値ｍは ｍ＝mod（〔Ｌφ／2π〕、Ｍ） （式中〔 〕＝ガウス記号であり、mod（Ａ、Ｂ）
はＡをＢで除した剰余） となる。かくして得られるカウンタ値に対し第１
相の電流I₁、第２相の電流I₂を次式のように対応
づける。この対応は例えばＰ−ROMを使用する
ことにより達成できる。

I₁＝Icos（2πｍ／Ｍ） I₂＝Isin（2πｍ／Ｍ） ……() 式()の電流I₁，I₂で電流増幅器を介しステツ
プモータ１１の第１相、第２相を励磁すると前記
式()は Ｔ＝KIsin（2πｍ／Ｍ−Nθ） ……() となり、さらにｍが近似的に連続な値をとり得る
と仮定し、sinが周期関数であることを考慮する
と 2πｍ／Ｍ＝Ｌ／Ｍφ ……() （式中Ｌ＝エンコーダの総パルス数） と置換えられるので、上記式()は Ｔ＝KIsin（Ｌ／Ｍφ−Nθ） ……() となる。この式()は、ステツプモータ１１の電
気角（ローターの位置とローター歯数との積）
Nθがパルスエンコーダ２の回転角の定数倍
（Ｌ／Ｍ）φに追従するようにトルクＴを発生するこ とを示す。従つてステツプモータ１１のローター
位置θとパルスエンコーダ２の回転角φとの関係
が θ＝１／Ｎ・Ｌ／Ｍφ を満足するような位置サーボ系を構成しうるよう
になる。本発明においてはこのサーボ系に、例え
ばICメモリやフロツピーデスクなどの記憶素子
をみ込んである。つまりパルスエンコーダ２から
のＡ相信号およびＢ相信号はパルス分別され、
CWパルスとCCWパルスとしてリングカウンタ
１２にてカウントされる。しかしこのカウント値
ｍを少なくとも２点でサンプリングしうる周波数
にてそれぞれサンプリングして先ず記憶素子に記
憶させておく。これが所謂ば運動、動作の指示
（教示）の過程である。第６図はリングカウンタ
１２にてカウントされた値と時間との関係例を示
す曲線図である。かくして記憶させておいたサン
プリング値から前記カウント値ｍを再生させ、上
記式()によつて対応づけられた電流I₁，I₂によ
つてステツプモータ１１が駆動されるため、上記
教示された動作（運動）が再現されるに至る。

尚上記においてはステツプモータとしてハイブ
リツド形ステツプモータを用いた例を示したが、
永久磁石形ステツプモータ、可変リラクタンス形
ステツプモータであつてもよく、またこれらの駆
動はバイポーラ駆動に限らずユニポーラ駆動でも
よい。さらに記憶素子１３からの再生信号を複数
のステツプモータ駆動回路をそれぞれ介し、ステ
ツプモータを駆動することにより複数の例えばロ
ボツト３について同じ運動を再生させうる。しか
しパルスエンコーダについては組合せるステツプ
モータの１ピツチ（360度／ロータ歯数）を３以
上に分解できる分解能を有する必要がある。即ち
２以下の場合は、パルスエンコーダの回転方向を
判別できないからである。例えば２分割の場合は
リングカウンタの値は、０と１しかとり得ず、パ
ルスエンコーダがどちらに回転しているか判定で
きない。従つて上記分解能はパルスエンコーダそ
れ自身が直接有しなくとも、例えば減速、増速機
構の付加により上記の如き関係を実質的に満足さ
せうればよいことになる。

一方、エンコーダからのパルスをリングカウン
トし、このカウント値を少なくとも２点でサンプ
リングしうる周波数にてサンプリングするのは次
の理由による。記憶すべきカウント値の数は、で
きるだけ少ない方が良い。しかし、リングカウン
タが一巡する間に、１ケのカウント値しかサンプ
リングできないとすると、再生時に、リングカウ
ンタが１回転した後の値か、１回転しなかつた時
の値か判定できないからである。又、少なくとも
２点でサンプリングすれば、再生時に、この２点
のカウント値を基に、内挿することにより３点以
上のカウント値を計算することができる。

〔発明の効果〕

上記の如き本発明に係る運動（動作）の指示
（教示）と、指示（教示）された運動（動作）の
再現とを行なう装置は構成が簡単で、信頼性高く
且つ操作し易いと云う利点がある。即ち本発明装
置によれば指示された運動の記憶はサイン波、コ
サイン波の直接記憶でなくカウンタ値の記憶であ
るため情報量が少なくて足り、且つ記憶はICメ
モリーやフロツピーデスクでよいので構造も簡略
化できる。また上記の如く、信号についても一般
に正確な正弦波が得られ、ステツプモータの特性
に応じて歪んだ正弦波や短形波も容易に得られる
ので、所要の運動（動作）を着実に再現できる。
この信号の再現性、適合性（整合性）の良さは記
憶素子にフロツピーデスクやICメモリーなどを
使用しうることに伴なう寿命などの点とともに信
頼性の向上に大きく寄与している。さらに本発明
装置によれば運動（動作）の指示（教示）時と、
再生時（再現時）との速度は、サンプリングの周
波数を変更することにより任意に選択できる。例
えば指示時に較べ速く再生したり、或る動作だけ
を速く再生しうるなどの速度の変更、調整も容易
になしうる。このことは例えばロボツト機構に適
用した場合その運動の種類により、所要時間の短
縮を図りうると云う点で大きな利点と云える。

かくして本発明に係る装置は、複数個組合せる
ことにより多関接形ロボツト、直交座標形ロボツ
ト、円筒座標形ロボツトなど構成した場合、多く
の利点をもたらす、即ちポイントツウポイント
（PTP）制御でなく、コンテニウスパス（CP）
制御であり、教示した通りの行呈を完全に再現で
きる。また一般的なステツプモータのオープンル
ープ制御を組合せれば上記CP制御とPTP制御の
組合されたロボツトが構成できる。さらに上記実
施例の構成において、記憶機構を除去しリングカ
ウントと位置サーボ糸とを直結すれば角度検出器
に追従して動作する角度伝達系をも構成できる。
この角度伝達系は例えば直流サーボモータなどに
よる場合に較べ構成が簡単で、可焼性ガス雰囲気
中での使用も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のステツプモータを用いた運動の
教示とその再生装置の構成例を示すブロツク図、
第２図は第１図示構成装置における信号パルスと
回転方向例を示す模式図、第３図は従来のステツ
プモータを用いた運動の教示とその再生装置の他
の構成例を示すブロツク図、第４図は本発明に係
る運動の教示と再生装置の構成例を示すブロツク
図、第５図は本発明に係る装置のステツプモータ
駆動例を説明するための説明図、第６図は本発明
に係る装置のリングカウント値と時間との関係例
を示す曲線図である。 ２…パルスエンコーダ、３…ロボツト、４…分
別器、１１…ステツプモータ、１２…リングカウ
ンタ、１３…記憶素子、１４…カウント値に対応
した電流を流す機構、１５…励磁機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステツプモータと、このステツプモータの１
   ピツチ（360度／ロータ歯数）を３以上に分割で
   きる分解能をもつパルスエンコーダと、前記パル
   スエンコーダに所定の運動を教示しこの運動に対
   応して発生するパルスエンコーダからのパルスを
   リングカウンタでカウントし、そのカウント値を
   少なくとも２点でサンプリングしうる周波数にて
   サンプリングしそのサンプリング値を記憶させる
   機構と、前記記憶させたサンプリング値から前記
   カウント値を再生させこのカウント値に対応づけ
   られた割合で上記ステツプモータの各相を励磁し
   て前記教示した運動をステツプモータに再生させ
   る機構とを具備して成ることを特徴とするステツ
   プモータを用いた運動の教示とその再生装置。