JPH0736991B2

JPH0736991B2 - 産業用ロボットの原点合せ要／不要判定装置

Info

Publication number: JPH0736991B2
Application number: JP63322020A
Authority: JP
Inventors: 和伸古城; 恭秀永浜; 学永田; 利直高山
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1988-12-22
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPH02167689A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、アーク溶接ロボット等の産業用ロボットにお
いて、その動作中に停電を生じた場合にその停電解消後
に原点合せ操作を行なう必要があるか否かの判定を行な
うための装置に関する。

［従来の技術］一般に、アーク溶接ロボット等の産業用ロボットを制限
する際には、そのアームなどの各回転軸（可動部分）の
回転角を高精度で検出する必要があり、また、電源オフ
後の電源再投入時には、原点合せ操作を行なうことな
く、各回転軸の絶対回転角を検出できるようにすること
が望まれている。

そこで、従来、第６図に示すような回転角検出装置が提
案されている。この第６図において、１は産業用ロボッ
トのアーム、1aはアーム１の回転軸、２は減速機、３は
減速機２を介してアーム１を回転駆動するモータ、４は
減速機２およびモータ３を介しアーム１の回転軸1aに接
続されて所定の回転角（例えば１回転つまり360°）以
内での絶対回転角（θ）を検出するレゾルバ、５はレゾ
ルバ４を励磁するドライバ、６はレゾルバ４からの検出
信号をディジタル信号に変換するレゾルバ／ディジタル
（R/D）変換器、７はレゾルバ４からの検出信号をパル
ス化してA,B,Z相をもつインクリメンタル信号に変換す
るレゾルバ／パルス（R/P）変換器である。ここで、Ｚ
相のパルス信号は原点設定用のもの、A,B相のパルス信
号は90°の位相差をもって出力されるものでこれらのパ
ルス信号の先後管径をみることにより回転方向が検出さ
れるようになっている。

また、８はアップダウンカウンタで、R/P変換器７から
のA,B相のパルス信号をカウントし、８ビット256分割し
たモータ３の１回転以内の絶対回転角を下位ビット2⁰〜
2⁷にて出力するとともに、モータ３の１回転に相当する
2⁷のキャリー，ボロー信号をカウントし、モータ３の絶
対回転数として上位ビット2⁸〜2¹⁵にて出力するもので
ある。９は電源オフ時にその時点でのレゾルバ４からの
検出信号（１回転以内の絶対回転角）をアップダウンカ
ウンタ８からの下位ビット2⁰〜2⁷についてのカウント値
として記憶する第１メモリ、10は電源オフ時にその時点
でのアップダウンカウンタ８からの上位ビット2⁸〜2¹⁵
についてのカウント値を記憶する第２メモリ、11は電源
投入時にR/D変換器６によりディジタル化されたレゾル
バ４からの実検出信号と第１メモリ９に記憶された電源
オフ時検出信号とを比較する比較器、12は補正器で、比
較器11からの比較結果に応じて（詳細は後述する）、第
２メモリ10に記憶された電源オフ時カウント値を実際の
絶対回転数に対応した実カウント値に補正した後、その
補正値をアップダウンカウンタ８の上位ビット2⁸〜2¹⁵
にセットするものである。

なお、上述の装置では、電源再投入時に、R/D変換器６
によりディジタル化されたレゾルバ４からの実検出信号
は、アップダウンカウンタ８からの下位ビット2⁰〜2⁷に
セットされるようになっている。また、第１メモリ９お
よび第２メモリ10は、不揮発性メモリやバッテリバック
アップされたRAMなどで構成される。

上述の構成により、通常の回転角検出時には、まず、原
点合せを行なった後、ドライバ５からの励磁相（sinω
t,cosωｔ）を受けたレゾルバ４から検出相sin（ωｔ＋
θ）が出力され、この検出相からモータ３の１回転以内
の絶対回転角θが得られ、その検出信号がR/P変換器７
によりパルス化される。そして、パルス信号（A,B相）
をアップダウンカウンタ８によりカウントすることで、
下位ビット2⁰〜2⁷から１回転以内の絶対回転角が出力さ
れるとともに、上位ビット2⁸〜2¹⁵からモータ３の絶対
回転数が出力され、１回転以内の絶対回転角と、（絶対
回転数）×360°との和として、モータ３の絶対回転角
が検出される。

このように一旦原点合せを行ない回転角を検出している
状態で、装置の電源をオフとする場合には、その時点で
のレゾルバ４からの検出信号が、アップダウンカウンタ
８からの下位ビット2⁰〜2⁷についてのカウント値として
第１メモリ９に記憶されるとともに、同時点でのアップ
ダウンカウンタ８からの上位ビット2⁸〜2¹⁵が、第２メ
モリ10に記憶される。このとき、電源をオフとすること
で、アップダウンカウンタ８内のカウント値はリセット
されるが、メモリ9,10内の記憶内容は揮発しない。

また、電源オフに伴い、モータ３は、ブレーキ（図示せ
ず）により制動をかけられ、再び電源オンとなるまで
に、万一アーム１が外力（重力モーメント等）を受けて
も±180°以上回動しないようにする。このように、電
源オフ時と電源再投入時とでモータ３の回転角の差が±
180°以内であれば、次のようにしてモータ３の絶対回
転角を補正して検出することができ、原点合せ操作を不
要化することができる。

つまり、電源オフ後、再び電源を投入した場合には、ま
ず、レゾルバ４からの検出信号が、R/D変換器６により
ディジタル化され、電源再投入時における１回転以内の
絶対回転角としてアップダウンカウンタ８の下位ビット
2⁰〜2⁷に改めてセット入力されるとともに比較器11にも
入力される。比較器11においては、レゾルバ４からの実
検出信号と、第１メモリ９から入力される電源オフ時の
検出信号とが比較され、その差に応じて補正器12へ補正
指令が出力される。ここで、比較器11における比較結果
［（レゾルバ４からの実検出信号）−（第１メモリ９か
らの電源オフ時の検出信号）］が、−180°〜＋180°の
とき補正指令を出力せず、−360°〜−180°のとき第２
メモリ10からの電源オフ時のカウント値（上位ビット2⁸
〜2¹⁵）に１だけ加算する一方、180°〜360°のとき上
記カウント値から１だけ減算するように補正器12へ補正
指令を出力する。

これにより、電源オフ期間中にモータ３が外力を受けて
回転しレゾルバ４のゼロ検出点をクロスしたとしても、
電源再投入時にモータ３の回転数もミスカウントするこ
とはなく、比較器11および補正器12により、第２メモリ
10に記憶された電源オフ時のカウント値が、電源オフ期
間中の回転を含む実際の絶対回転数に対応した実カウン
ト値に補正されてから、アップダウンカウンタ８の上位
ビット2⁸〜2¹⁵にセットされる。

従って、電源オフ期間中にモータ３が回動していても、
電源再投入時には、モータ３の絶対回転角が、レゾルバ
４からの１回転以内の絶対回転角と、（補正して得られ
た実カウント値）×360°との和であるアップダウンカ
ウンタ８からの出力として正確に検出され、電源オフ中
のモータ３の回転角が±180°を超えない限り、電源再
投入時における原点合せ作業が不要になる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、産業用ロボットの動作停止中に電源をオフす
れば、通常、モータ３のブレーキの制動力により産業用
ロボットの姿勢は十分に保持されるので、電源オフ期間
中のモータ３の回転角は、ブレーキのガタ分の誤差程度
しかなく、±180°を超えるようなことはない。従っ
て、上述した従来の回転角検出装置により、原点合せ操
作を行なうことなく、モータ３の絶対回転角が検出され
る。

また、モータ３がある速度以下で動作していれば、一次
側の電源が突然オフ状態（停電状態）になっても、産業
用ロボットがその停電状態を検出してから、自らの動き
を±180°以内で止め、その時の位置データに関する情
報をメモリ9,10に保管することはできる。しかし、ある
程度を超えると停電により、産業用ロボットを制御する
CPUが作動不可能になるまでの時間内に、ロボットを停
止させることが困難になってくる。

そこで、停電のようにロボットの動作中に一次側電源が
切れた場合は、当初より原点合せ不要化の可能なケース
ではないとして、停電解消後には必ず原点合せ操作を行
なうようにすることも考えられる。しかし、実際のロボ
ットの動作中にはある程度低速でロボットが原点合せ不
要の範囲内で停止する場合が多く、停電した場合にすべ
て停電解消後に原点合せ操作を行なっていては、原点合
せ不要化の可能な割合を停止させるだけで、前述した回
転角検出装置による原点合せ不要化の効果を十分に得ら
れなくなる。

本発明は、このような課題の解決をはかろうとするもの
で、ロボットの動作中に停電を生じた場合にその停電解
消後に原点合せ操作を行なう必要があるか否かの判定を
行なえるようにして、原点合せ不要化技術の適用可能範
囲を拡大した産業用ロボットの原点合せ要／不要判定装
置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明の産業用ロボットの
原点合せ要／不要判定装置は、産業用ロボットへ電力を供給する電源系の停電を検出す
る停電検出手段と、前記産業用ロボットの同一可動部分の位置データを検出
する位置データ検出手段と、前記停電検出手段が停電を検出した後前記同一可動部分
が静止するまでの期間におい所定時間を計時する計時手
段と、前記停電検出手段が停電を検出した後に前記位置データ
検出手段から第１の位置データを記憶し前記計時手段が
前記所定時間を計時した時に前記位置データ検出手段か
ら第２の位置データを記憶する位置データ記憶手段と、前記同一可動部分が停電発生後に原点合せ操作不要な限
界位置で停止しうる速度に対応する位置データ差の許容
値を設定し記憶する許容値設定手段と、前記位置データ記憶手段に記憶された前記第１の位置デ
ータと前記第２の位置データの差を求める演算手段と、前記演算手段によって求められた差と前記許容値設定手
段に記憶された許容値とを比較し、誤差が該許容値を越
えている場合には停電解消後の原点合せ操作が必要であ
ると判定し、前記差が前記許容値以内である場合には停
電解消後の原点合せ操作が不要であると判断する判定手
段とを具備することを特徴とするものである。

［作用］上述した本発明の産業用ロボットの原点合せ要／不要判
定装置では、ロボットの動作中に停電を生じると、これ
が停電検出手段により検出され、その検出後、ロボット
の所定の同一可動部分について、位置データ検出手段に
より、少なくとも２つの位置データが所定時間間隔をあ
けて検出され、その位置データが位置データ記憶手段に
より記憶される。そして、判定手段において、前記位置
データ記憶手段の２つの位置データの差（可動部分の速
度に比例）が求められ、この差が、許容値（予め定めら
れたもので、可動部分が位置データ記憶後に原点合せ操
作不要な限界位置で停止しうる場合の、前記差を求めた
時点における可動部分の速度に比例）と比較される。従
って、判定手段は、前記差が許容値を越えている場合に
は、可動部分の速度が速く可動部分が位置データ記憶後
に原点合せ操作不要な範囲内で停止せず、停電解消後の
原点合せ操作が必要であると判定する。一方、前記差が
許容値以内である場合には、可動部分の速度が遅く可動
部分が位置データ記憶後に原点合せ操作不要な範囲内で
停止し、停電解消後の原点合せ操作が不要であると判定
する。

［発明の実施例］以下、図面により本発明の一実施例としての産業用ロボ
ットの原点合せ要／不要判定装置を説明すると、第１図
はそのブロック図、第２図はその停電検出回路を示す回
路図である。本実施例では、本発明の装置を第６図に示
したものと同様の回転検出装置に適用した場合について
説明する。なお、図中、既述の符号と同一の符号は同一
部分を示しているので、その説明は省略する。

第１図において、13は産業用ロボット（モータ３等）へ
電力を供給する交流電源、14は電源13系統の停電を検出
する停電検出回路（停電検出手段）で、その構成の詳細
は第２図により後述する。また、15a,15bはそれぞれア
ップダウンカウンタ（位置データ検出手段）８からのカ
ウント値（モータ３の回転位置データ）を記憶・保管す
る不揮発性のメモリ（位置データ記憶手段）であり、各
メモリ15a,15bは、停電検出回路14からの記憶指令（停
電検出信号）を受けると、モータ３の回転角に関する所
定時間間隔をあけた２つカウント値を、産業用ロボット
の同一可動部分についての２つの位置データとして記憶
するものである。なお、メモリ15a,15bへのカウント値
の記憶は、メモリ9,10へのカウント値の記憶と同時に行
なわれる。

さらに、16は産業用ロボットの原点合せ操作を停電解消
後に行なう必要があるか否かをメモリ15a,15bに記憶さ
れたデータ（アップダウンカウンタ８の検出結果）に基
づいて判定する判定器（判定手段）であり、この判定器
16は、メモリ15a,15bからの２つのカウント値を比較し
て求めた差を求め、この差と予め設定された許容値とを
比較し、差が許容値を超えている場合には停電解消後の
原点合せ操作が必要であると判定する一方、差が許容値
以内である場合には停電解消後の原点合せ操作が不要で
あると判定するものである。

ここで、上記許容値は、予め実測，演算等により求めら
れて設定されている次のような値である。即ち、モータ
３が、位置データ検出後つまりカウント値をメモリ15a,
15bに保管した後に、原点合せ操作不要な限界位置で停
止した場合における、各メモリ15a,15bに保管された位
置データ（カウント値）の差である。つまり、この許容
値は、モータ３が原点合せ操作不要な限界位置で停止し
うるモータ３の回転速度に比例している。

一方、停電検出回路14は、第２図に示すように、整流化
回路17,平滑化回路18,DC−DCコンバータ19,定電圧回路2
0,判定回路21および伝達回路22等から構成されている。
つまり、停電を検出すべき交流電源13からの電圧を、整
流化回路17により整流するとともに、平滑化回路18によ
り平滑化した後、そのレベルを判定回路21において監視
している。判定回路21には、DC−DCコンバータ19間の電
圧をツェナダイオード等の定電圧回路20に入力しその出
力として得られる電圧が、基準電圧として設定されてお
り、監視している電圧レベルが、基準電圧よりも低くな
った場合に、停電が発生したとして、伝達回路22からCP
U（メモリ15a,15bを含む）へ停電検出信号（記憶指令）
が出力される。なお、停電発生からその停電を検出する
までの時間（第３図のt₁参照）は、停電検出回路14中の
コンデンサC,抵抗R₁〜R₃の値により調整される。

さて、上述のごとく構成された本実施例装置の動作を説
明する前に、産業用ロボットの動作中に交流電源13が突
然停電した場合のロボットの動きを速度変化により示す
と、第３図に示すようになる。まず、停電検出回路14
が、停電発生後、停電を検出するまでに時間t₁（例えば
10msec程度）かかるが、停電を検出すると、これと同時
にサーボ的に停止指令がサーボドライバに入力され（ポ
イントP₁）、ロボットは速度を徐々に落していき、続い
て、ブレーキが作動する（ポイントP₂；例えば停電発生
から50msec経過後）。その後、サーボドライバの電源電
圧が低下して停止能力がなくなり（ポイントP₃）、これ
以降は、モータブレーキのみの作用を受け、ロボットは
最終的に停止する（ポイントP₄）。なお、停電検出後、
ロボットが停止するまえの時間t₂は、200msec程度であ
る。

第３図をより簡素化して示すと、第４図に示すようにな
る。ここで、停電検出回路14による停電検出から時間t₃
経過後に、所定時間間隔Δｔをあけてモータ３の位置デ
ータ（アップダウンカウンタ８のカウント値）を２つそ
れぞれメモリ15a,15bに保管するとし、この時間間隔Δ
ｔが短時間であれば、第４図に示すように、停電検出後
の時間t₃とt₃＋Δｔにおけるロボット（モータ３）の速
度v₁，v₂は、v₁≒v₂であり、また、各メモリ15a,15bに
保管された位置データ（カウント値）の差は、時間間隔
Δｔで除算すれば速度になるので、モータ３の所定時間
間隔における回転速度に比例する。

また、第４図に速度変化にて示したロボットの動きを位
置として示すと、第５図に示すように、その位置の変化
は２次曲線状になる。停電検出後、ロボットが停止する
までの惰走距離ΔX₁は、停電検出時の速度の２乗にほぼ
比例し、停止するまでの時間t₂は、停電検出時の速度に
ほぼ比例する。同様に、メモリ15a,15bに位置データを
記憶・保管し始める停電検出後の時間t₃からロボットが
停止するまでの惰走距離ΔX₂は、その記憶時の速度の２
乗にほぼ比例する。

ここで、判定器16に予め設定される許容値について具体
的な数値例を示す。今、仮りにロボットのモータ３の最
高回転数Nmaxを50回／秒とし、t₂＝200msec（＝0.2
秒），t₃＝0,Δｔ＝20msec（＝0.02秒）とし、Δｔによ
る速度低下を無視できるものとするとともに、最高回転
数Nmaxの状態で停電を検知したとすると、各メモリ15a,
15bに保管されるモータ３の回転角（位置データ）の差
は、 Nmax×Δｔ＝50×0.02＝１回転になる。また、停電検出から停止するまでのモータ３の
回転数は、（1/2）×Nmax×t₂＝（1/2）×50×0.2＝５回転である。第１図に示す回転角検出装置では、第６図によ
り説明したものと同様に、電源オフ中や停電中のモータ
３の回転角が±180°（1/2回転）を超えない限り、電源
再投入時における原点合せ作業は不要になるが、上述の
ように停電中にモータ３が５回転し1/2回転を超える
と、停電解消後には原点合せ操作を行なわなければなら
なくなる。従って、各メモリ15a,15bに保管されるモー
タ３の回転角（位置データ）の差が１回転である場合に
は、停電解消後に原点合せ操作を行なう必要があること
になる。逆に、停電検出から停止するまでのモータ３の
回転数が1/2回転となる停電検出時のモータの回転速度
ｖを求めると、（1/2）×ｖ×〔（v/Nmax）×t₂〕＝1/2 ｖ×〔（v/50）×0.2〕＝１ ∴ｖ≒15.8回転／秒となる。従って、ここで示した数値例では、メモリ15a,
15bに位置データを保管した時点でのモータ３の回転速
度が15.8回転／秒以下であれば、停電解消後に原点合せ
不要の範囲内にモータ３は停止する。このときの各メモ
リ15a,15bの位置データの差は、 15.8×0.02≒0.32回転以下であれば、停電解消後に原点合せ不要の範囲内にモ
ータ３は停止することになる。つまり、ここで示した数
値例では、判定器16に予め設定すべき許容値は、0.32回
転対応するカウント値となる。

なお、ここで示した数値例では、t₃＝０としているが、
実際には、このt₃を大きくできれば、許容でき速度も大
きくでき判定上有利である。また、停電検出後から停止
するまでの時間t₂は、負荷イナーシャやモータ能力によ
って異なるので、ロボットの各軸ごとに決めることが望
ましい。

上述の具体的な数値例で示したようにして、判定器16に
は、予め適当な許容値が設定されており、停電検出回路
14により交流電源13における停電が検出されると、その
時点から適当な時間（t₃）経過後に、各メモリ15a,15b
に、アップダウンカウンタ８により検出される時間間隔
Δｔをあけた２つの位置データ（モータ３の回転角；カ
ウント値）がそれぞれ記憶・保管される。

そして、停電解消時に、判定器16において、メモリ15a,
15bに保管された２つの位置データの差が求められ、こ
の差が、前述のごとく予め設定された許容値と比較さ
れ、原点合せ操作の要／不要が判定される。

つまり、本実施例では、判定器16は、位置データの差が
許容値を超えている場合には、位置データ保管時のモー
タ３の回転速度が速くモータ３が原点合せ操作不要な範
囲内（±180°以内）で停止せず、停電解消後の原点合
せ操作が必要であると判定する。

一方、位置データの差が許容値以内である場合には、位
置データ保管時のモータ３の回転速度が遅くモータ３が
原点合せ操作不要な範囲内（±180°以内）で停止する
ので、第６図により前述したようにメモリ9,10,比較器1
1および補正器12の機能によりモータ３の絶対回転角が
検出される。従って、判定器16は、停電解消後の原点合
せ操作が不要であると判定する。

このように、本実施例の装置によれば、ロボットの操作
中に停電を生じた場合にその停電解消後に原点合せ操作
を行なう必要があるか否かの判定が、簡素な構成で、ま
た場合によってはハードウエアを追加することなくソフ
トウエア的な処置のみによって行なわれるので、原点合
せ不要化技術の適用可能範囲が大きく拡大されるととも
に、第1,6図に示すような回転角検出装置の信頼性を高
めることができる。

なお、上記実施例では、ロボットのモータ３の１軸につ
いてのみ、原点合せ要／不要の判定を行なっているが、
実際の多軸ロボットは、上述のような原点合せ要／不要
の判定を各軸ごとに行ない、１軸でも許容値を超える場
合に原点合せ要と判定する。また、上記実施例中の判定
器16は、ロボット制御用のCPU内に組み入れて構成して
もよい。

［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原点合
せ要／不要判定装置によれば、停電検出手段，位置デー
タ検出手段，位置データ記憶手段および判定手段などに
より、ロボットの動作中に停電を生じた場合にその停電
解消後に原点合せ操作を行なう必要があるか否かの判定
を行なえるように構成したので、簡素な構成により、原
点合せ不要化技術の適用可能範囲が大きく拡大されると
ともに、原点合せ不要化技術の信頼性を高めることがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜５図は本発明の一実施例としての産業用ロボット
の原点合せ要／不要判定装置を示すもので、第１図はそ
のブロック図、第２図はその停電検出回路を示す回路
図、第３〜５図はいずれもその動作を説明するためのグ
ラフであり、第６図は従来の産業用ロボットの回転角検
出装置を示すブロック図である。図において、１……アーム、1a……回転軸、２……減速
機、３……モータ、４……レゾルバ、５……ドライバ、
６……レゾルバ／ディジタル（R/D）変換器、７……レ
ゾルバ／パルス（R/P）変換器、８……アップダウンカ
ウンタ（位置データ検出手段）、９……第１メモリ、10
……第２メモリ、11……比較器、12……補正器、13……
電源、14……停電検出回路（停電検出手段）、15a,15b
……メモリ（位置データ記憶手段）、16……判定器（判
定手段）、17……整流化回路、18……平滑化回路、19…
…DC−DCコンバータ、20……定電圧回路、21……判定回
路、22……伝達回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】産業用ロボットへ電力を供給する電源系の
停電を検出する停電検出手段と、前記産業用ロボットの
同一可動部分の位置データを検出する位置データ検出手
段と、前記停電検出手段が停電を検出した後前記同一可動部分
が静止するまでの期間において所定時間を計時する計時
手段と、前記停電検出手段が停電を検出した後に前記位置データ
検出手段から第１の位置データを記憶し前記計時手段が
前記所定時間を計時した時に前記位置データ検出手段か
ら第２の位置データを記憶する位置データ記憶手段と、前記同一可動部分が停電発生後に原点合せ操作不要な限
界位置で停止しうる速度に対応する位置データ差の許容
値を設定し記憶する許容値設定手段と、前記位置データ記憶手段に記憶された前記第１の位置デ
ータと前記第２の位置データの差を求める演算手段と、前記演算手段によって求められた差と前記許容値設定手
段に記憶された許容値とを比較し、該差が該許容値を超
えている場合には停電解消後の原点合せ操作が必要であ
ると判定し、前記差が前記許容値以内である場合には停
電解消後の原点合せ操作が不要であると判断する判定手
段とを具備することを特徴とする産業用ロボットの原点合せ
要／不要判定装置。