JPH0248923B2 - Dairekutoteiichingugatarobotsutonoseigyosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はダイレクトテイーチング型ロボツトの
制御装置、とくに駆動系に介在させた減速機等に
よる制御の不安定性を解消する様に成したダイレ
クトテイーチング型ロボツトの制御装置に関す
る。

一般に、ダイレクトテイーチング型ロボツトの
場合、ロボツト要素である手首や腕等を教示時に
軽動化させる為に、動力源とロボツト要素との間
の駆動系をなんらかの手段で遮断し、駆動源を停
止させたままでロボツト要素をオペレータが軽く
動かし得る様にする必要がある。

例えば、第１図に示す様にロボツトアーム１を
モータＭによつて回転させる場合、アーム１とモ
ータＭとの間にクラツチ２を介在させ、教示時に
はこのクラツチ２をオフすることによりアーム１
をモータＭや伝達装置である減速機３による抵抗
から切り離し軽動化する。そして従来はアーム１
の位置を検出するパルスエンコーダ等の位置検出
器が一つで、教示時の位置検出と再生時の位置検
出を一つの位置検出器Ｅ１によつて行つていた。
それゆえ教示時のアームの回転位置を検出する為
に位置検出器Ｅ１はアーム１側即ちクラツチ２と
アーム１との間に設けるのが一般的であつた。

しかし第１図に示した従来の自動制御系統で
は、これをブロツク図化すると第２図に示すよう
に、モータの伝達関数Gmと伝達装置を構成する
減速機３や駆動軸の撓み等による機械系の伝達関
数GLが直列に接続され、両者の合成された伝達
関数はその積となり、機械系が柔らかく伝達関数
の固有振動数が低くなると、ループゲインを上げ
た場合に発振現象を生じ制御が不安定となる。上
記第１図に示した制御系のステツプ応答例を第３
図及び第４図に示す。第３図はゲインの低い場合
で、第４図はゲインを若干上げた場合であり、振
動が時間経過と共に増加し、制御不能となつてい
ることが理解できる。

そこで、上記従来の制御系の問題点を解消する
ために、本出願の発明者等は、従来のダイレクト
テイーチング型ロボツトに於ける制御の遅れが教
示、再生の両モードにおける位置検出を一つの位
置検出器に依つて兼用していることに基づくもの
である点に着目し、ロボツト要素とクラツチ機構
間に設けられ、ロボツト要素の回転位置を検出す
る増分式の第１の検出器の他に、駆動源に接続さ
れて駆動源の回転位置を検出する増分式の第２の
検出器を設けると共に、上記第１及び第２の検出
器を教示モード時と再生モード時とで選択的に駆
動源制御手段に接続するスイツチング手段を設け
たロボツトの制御装置を創出し、すでに出願し
た。この制御装置によれば、教示時に於いてはク
ラツチを切ることによつてロボツト要素側の第１
検出器を用いて軽動状態で教示動作を行うことが
出来、また再生時には駆動源側に設けた第２検出
器によつて駆動源の回転数をフイードバツク（帰
還）制御することが出来、第５図に示すようなモ
ータの伝達関数Gmのみを対象とする自動制御が
可能となり、減速機等の伝達装置よりなる機械系
の伝達関数GLの影響を受けないので、再生時の
制御が安定し、ループゲインを上げても発振する
ようなことがなく、そのインパルス応答も第６図
に示すように、第４図に示した応答とおなじゲイ
ンに対し、振動が速やかに減衰し、従来のものに
比し、極めて良好な応答性が得られた。

この改良されたロボツト制御装置の残された問
題点は、増分式の位置検出器を用いることが必須
であるため、スイツチング手段による切り換えが
一回の場合、ロボツト要素側の第１の検出器と駆
動源側の第２の検出器で発生される各々のパルス
に多少の位相差があつてもほとんど誤差を生じな
いが、切り換え回数が多くなると、誤差が蓄積さ
れて無視出来なくなること、及びアブソリユート
タイプの検出器を使用出来ないということであ
る。

それゆえに本発明の目的は、更に誤差の少ない
制御が可能な、その上アブソリユートタイプの検
出器をも使用可能なダイレクトテイーチング型ロ
ボツトの制御装置を提供するにある。

本発明のダイレクトテイーチング型ロボツトの
制御装置は、上記目的を達成するため、クラツチ
機構を含む伝達装置の出力側に設けられ、ロボツ
ト要素の回転位置を検出する第１の検出器と、ク
ラツチ機構を含む伝達装置の入力側に設けられ、
駆動源の回転位置を検出する第２の検出器と、前
記第１の検出器出力と前記第２の検出器出力を切
り換えて選択的に導出する切換手段の他に、更に
前記第１の検出器出力を前記第２の検出器に転送
する転送手段と、教示モード時には前記切換手段
を第１の検出器出力側に切換制御し、その出力を
受けてロボツト要素の教示位置を記憶し、再生モ
ード時には前記転送手段を付勢して前記第１の検
出器出力を前記第２の検出器に転送して第２の検
出器の初期値とすると共に、前記切換手段を第２
の検出器出力側に切換制御し、この第２の検出器
出力と前記記憶されている教示時の第１の検出器
出力に応じた信号を前記駆動源に帰還する制御手
段とを備えてなることを特徴としている。

以下、図面に示す実施例を参照して、本発明を
さらに詳細に説明する。

第７図は、本発明の一実施例を示すダイレクト
テイーチング型ロボツトの制御装置のブロツク図
である。同図に於いて、１，２，３及びＭは、
夫々第１図に示したものと同様のロボツトアー
ム、クラツチ、減速機、モータである。ロボツト
アーム１に直接取り付けられ、ロボツトアーム１
の回転位置を検出する増分式のパルスエンコーダ
よりなる第１検出器Ｅ１の出力端はアツプダウン
カウンタ等の第１のパルスカウンタ４を経て切換
回路５の切換端子ａに接続されている。またモー
タＭに取り付けられた回転角度を検出する増分式
パルスエンコーダよりなる第２図検出器Ｅ２の出
力端はアツプダウンカウンダ等の第２のパルスカ
ウンタ６を経て切換回路５の切換端子ｂに接続さ
れている。切換回路５の共通端子ｃは、制御回路
７に接続されていると共に、比較器８の入力の一
端に接続されている。比較器８の他端は、制御回
路７に接続されており、制御回路７より送出され
るアーム１の目標信号θinと、切換回路５の切換
端子ｂ、共通端子ｃと経て加えられるモータＭの
回転位置信号θmとを比較し、その差をＤ／Ａ変
換器９によつてアナログ量に変換した後、増幅器
１２で増幅してモータＭに印加するようにしてい
る。なお、図中のＴはタコジエネレータで速度を
検出し、前記増幅器１２にフイードバツクする。
第１のパルスカウンタ４のカウント内容値は転送
回路１０を介して第２のパルスカウンタ６に転送
可能なように構成されている。なお切換回路５の
切り換え動作及び転送回路１０の転送動作は、制
御回路７よりの切換指令CS、転送指令TS、によ
りおこなわれる。また、上記制御回路７はマイク
ロコンピユータによつて構成されている。切換回
路５、パルスカウンタ４及び６、比較器８、転送
回路１０等の各回路は制御回路６、即ちマイクロ
コンピユータの外付構成としているが、これら各
回路の機能をマイクロコンピユータの内部処理に
より実現してもよい。

上記のように構成した制御装置の動作を教示モ
ード及び再生モードの場合について説明する。

図示せぬモード切換スイツチを操作して制御回
路７を教示モードにすると、制御回路７からの切
換指令信号CS（例えば信号“０”）により、切換
回路５の共通端子ｃが切換端子ａに切換接続され
る。またクラツチ２をオフ状態とする指令信号
Rsが発せられ、クラツチ２もオフされる。この
状態になるとアーム１はオペレータによつて手動
により回転することができ、その回転量が増分式
の第１のパルスエンコーダＥ１によつてパルス信
号として検出される。かかる増分式（インクリメ
ンタル型）パルスエンコーダは周知のもので、例
えば光電式の場合、回転円盤に一定間隔毎にスリ
ツトとこのスリツトに対して90゜位相のずれたス
リツトの２列のスリツトを持ち、回転方向の弁別
が可能で且つ一回転毎に０信号（以下Ｚ信号と記
す）を出力するタイプのものを用いることができ
る。またこのパルスエンコーダＥ１からのパルス
信号を受けてカウントするパルスカウンタ４に用
いる例えばアツプダウンカウンタも周知のもので
あり、アツプパルス入力端子、ダウンパルス入力
端子及びカウント値を０にするクリア入力端子を
備えている。従つて一定のアーム角度に於いてア
ーム１のストライカ１ａによつて原点検出リミツ
トスイツチLSOがオンし、且つパルスエンコー
ダＥ１からＺ信号が発せられた場合に、クリア入
力端子にハイレベル信号を入力し、その時のアー
ムの位置を原点とすれば、第１のパルスエンコー
ダＥ１から送出されたアツプ方向、又はダウン方
向のパルスを積算するアツプダウンカウンタ４の
出力はアーム１の絶対的な位置を示す。かかる増
分式パルスエンコーダＥ１とパルスカウンタ４と
の関係は、パルスエンコーダＥ２とパルスカウン
タ６に於いても全く同様にあてはまることであ
る。

さて、上記のようにして、アーム１の回転角度
はパルスカウンタ４で測定され、切換回路５を介
して、制御回路７に位置情報として取り込まれ、
アーム１の一定間隔の移動毎にその位置情報が制
御回路７内のメモリｍに記憶される。当然ながら
アーム１の他の自由度についても総て位置検出器
Ｅ１と同様の検出器が備えられており、各自由度
毎に位置情報がメモリｍに蓄積される。こうして
教示に必要な総ての位置情報がメモリｍに記憶さ
れる教示が完了する。

教示が完了して、再生動作に移る場合には、制
御回路７のモード切換スイツチを再生モード側に
切り換える。この切り換えにより制御回路７か
ら、クラツチ２をオンするための指令信号RS
“１”が出力され、クラツチ２は噛み合い状態と
なる。続いて制御回路７から、転送指令信号TS
が出力されて転送回路１０が付勢され、第１のパ
ルスカウンタ４のカウンタ内容、即ちアーム１の
現位置情報が転送回路１０を介して、第２のパル
スカウンタ６に転送されて初期値として設定さ
れ、第２のパルスカウンタ６のカウンタ値は、第
１のパルスカウンタ４のカウント値と全く同じ値
となる。次ぎに制御回路７は切換指令信号CS
“１”を出し、切換回路５の共通端子ｃを切換端
子ｂに切換接続する。この切換動作に依つて、第
２のパルスカウンタ６が切換回路５を介して、制
御回路７に接続される。

再生時には教示に依つてえられたアーム１の位
置情報が順次メモリｍより読みだされ、位置の目
標値θinとして比較器８に出力される。一方、初
期値として第１のパルスカウンタの位置信号が設
定された第２パルスカウンタ６はモータＭのその
後の回転が第２パルスエンコーダＥ２で検出され
るので、その増加分あるいは減少分のパルスを積
算し、その出力値θmを比較器８に加える。比較
器８では検出されたモータの回転角度θmと目標
信号θinとの差がとられ、その差に応じた方向に
モータＭが回転され、アーム１の回転位置が自動
的に目標角度θinに一致するように制御される。

なお、再生モードから教示モードに切り換える
場合の第２のパルスカウンタ６から第１のパルス
カウンタ４への出力値の転送は、再生モードにお
いても、第１のパルスカウンタ４の出力は使用さ
れていないが、そのカウント動作は継続されてい
るので、不要である。

続いて、上記実施例装置に用いた二つの位置検
出器Ｅ１，Ｅ２の具体的取り付け位置の例を第８
図を参照して説明する。

第８図で明らかなようにモータＭを取り付けた
本体ケーシング１５は軸受１６，１７によつて軸
１８を回転自在に支承し、軸１８とモータＭの出
力軸１９とは減速機３によつて連結されている。
軸１８はその中間部に電磁クラツチ２のコイルＣ
を取り囲むコア２０を一体的に有しており、該コ
ア２０とわずかな〓間２１を介して対向するクラ
ツチ板２２は、前記軸１８に軸受２３を介して回
転自在に支承された回転円筒２４にスプライン２
５によつて軸方向に摺動自在に取り付けられてい
る。回転円筒２４はその外周に大ギア２６を有
し、該大ギア２６は軸受２７によつて本体ケーシ
ング１５に回転自在に取り付けられた軸２８と一
体の小ギア２９と噛み合つており、さらに軸２８
に取り付けた大ギア３０はパルスエンコーダであ
る第１検出器Ｅ１と連結された小ギア３１と噛み
合つている。前記モータＭの出力軸１９の後端部
には第２検出器Ｅ２を取り付ける。また回転円転
２４は先端にアーム等のロボツト要素を取り付け
る為の取り付け台３２を有している。従つてモー
タＭが回転するとその回転数は第２検出器Ｅ２で
検出器され、モータＭの出力軸の回転は減速機３
を経てコア２０に伝達され、クラツチがON状態
即ちコイルＣの励磁によりコア２０とクラツチ円
盤２２が密着状態に於いて回転円筒２４及びギア
列２６，２９，３０，３１を経て第１検出器Ｅ１
に伝達され、クラツチ３の取り付け台３２の回転
数が第１検出器Ｅ１により検出される。この場
合、例えば減速機２の減速比が300分の１程度で、
上記ギア列の増速比が30倍とすると、第１検出器
Ｅ１と第２検出器Ｅ２の１回転当たりの発生パル
スを同一とする為に第１検出器Ｅ１の１回転当た
りの発生パルスを10倍とする。但しこのようなパ
ルスを一致させる為に分周器等を用いても良い。

なお、上記実施施例装置において、第１検出器
Ｅ１及び第２検出器Ｅ２として、増分式のものを
例に上げて説明したが、第１検出器については、
本発明ではこれに限ることなくアブソリユートタ
イプの位置検出器を用いてもよい。アブソリユー
トタイプの位置検出器としてはレゾルバ、アブソ
リユートパルスエンコーダ等がある。第１検出器
をアブソリユートタイプにすれば前記の原点合わ
せ動作が不要になるメリツトがある。

以上の様に本発明のダイレクトテイーチング型
ロボツトの制御装置によればクラツチ機構を含む
伝達装置の出力側に設けられロボツト要素の回転
位置を検出する第１の検出器と、前記伝達装置の
入力側に設けられ駆動源の回転位置を検出する第
２の検出器と、前記第１の検出器出力を前記第２
の検出器に転送する転送手段と、前記第１の検出
器出力と前記第２の検出器出力を切り換えて選択
的に導出する切換手段と、教示モード時には前記
切換手段を第１の検出器出力側に切換制御し、そ
の出力を受けてロボツト要素の教示位置を記憶
し、再生モード時には前記転送手段を付勢して前
記第１の検出器出力を前記第２の検出器に転送し
て第２の検出器の初期値とすると共に、前記切換
手段を第２の検出器出力側に切換制御し、この第
２の検出器出力と前記記憶されている教示時の第
１の検出器出力に応じた信号を前記駆動源に帰還
する制御手段とを備えてなるものであるから、教
示モードから再生モードに切り換えた時、第２の
検出器出力を第１の検出器出力に一致させて再生
スタートをなしうるので増分式検出器を用いる場
合、切換動作が繰り返されることによる累積誤差
が解消され、より正確安定な制御を行うことがで
きる。また一般に減速機等の伝達装置の入力側と
出力側では伝達装置の捩れ等により若干の位置的
ずれが生じ教示時の位置検出は、ロボツト要素側
に設けられる第１の位置検出器で行い、再生時の
位置検出は駆動源側に設けられる第２の位置検出
器で行うという、いわゆる切換方式にはアブソリ
ユートタイプの検出器を使用できなかつたが、本
発明では、再生モードに切り換える時に常に第２
の検出器出力を第１の検出器出力に一致させるの
で、上記位置的ずれが生じていても何等支障無
く、従つて上記切換方式にアブソリユートタイプ
の検出器をも使用することができる。

なお、本発明は油圧シリンダ、油圧モータ等を
駆動源とするロボツトにも当然適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のダイレクトテイーチング型ロボ
ツトの制御装置を示すブロツク図、第２図は同制
御装置の数学的モデルを示すブロツク図、第３図
及び第４図は同制御装置のステツプ応答を示す
図、第５図は同制御装置を改良した制御装置の数
学的にモデル化したブロツク図、第６図は同改良
制御装置のステツプ応答を示す図、第７図は本発
明の一実施例を示す制御装置のブロツク図、第８
図は同制御装置に用いる二つの検出器の取り付け
位置の具体的一例を示す駆動機構の側断面図であ
る。 （符号の説明）、Ｍ……モータ（駆動源）、Ｅ
１，Ｅ２……第１、第２検出器、１……アーム
（ロボツト要素）、２……クラツチ、３……減速
機、４，６……カウンタ、５……切換回路、７…
…制御回路、１０……転送回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動源とロボツト要素との間にクラツチ機構
   を含む伝達装置を介在させ、教示モード時には前
   記クラツチ機構をオフして教示し、再生モード時
   には前記クラツチ機構をオンし前記駆動源より前
   記伝達装置を介して前記ロボツト要素を駆動する
   ダイレクトテイーチング型ロボツトにおいて、前
   記伝達装置の出力側に設けられ前記ロボツト要素
   の回転位置を検出する第１の検出器と、前記伝達
   装置の入力側に設けられ前記駆動源の回転位置を
   検出する第２の検出器と、前記第１の検出器出力
   を前記第２の検出器に転送する転送手段と、前記
   第１の検出器出力と前記第２の検出器出力を切り
   換えて選択的に導出する切換手段と、教示モード
   時には前記切換手段を第１の検出器出力側に切換
   制御し、その出力を受けてロボツト要素の教示位
   置を記憶し、再生モード時には前記転送手段を付
   勢して前記第１の検出器出力を前記第２の検出器
   に転送して第２の検出器の初期値とすると共に、
   前記切換手段を第２の検出器出力側に切換制御
   し、この第２の検出器出力と前記記憶されている
   教示時の第１の検出器出力に応じた信号を前記駆
   動源に帰環する制御手段とを備えてなるダイレク
   トテイーチング型ロボツトの制御装置。