JPH0736992B2 - 産業用ロボットの原点合せ要／不要判定装置 - Google Patents

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御
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
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2⁸〜2
¹⁵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の回転数を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、ロボ
ットが停電時にある値以上の速度で動いていると、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低下させるだけで、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。

このような課題を解決するために、停電発生時には、停
電解消後の原点合せが必要か不要かの判定を次のように
行なうことも提案されている。

第７図に示すように、停電が発生してから時間t₁経過後
にその停電が検出されると、停止指令がサーボドライバ
に入力され、ロボットは徐々に速度を落としていくが、
このとき、停電検出から時間t₃経過後と時間t₃＋Δｔ経
過後との少なくとも２回、ロボットの同一可動部分の位
置データを検出する。そして、得られた２つの位置デー
タの差ΔX₃に基づき、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判定する。即ち、〔差
ΔX₃〕と、〔前記可動部分が位置データ検出後に原点合
せ操作不要な限界位置で停止しうる場合についての差Δ
X₃に対応する許容値〕とを比較し、差ΔX₃が前記許容値
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ΔX₃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定
する。なお、第７図において、ΔX₁は停電検出後にロボ
ットが停止するまでの惰走距離、t₂は停電検出後にロボ
ットが停止するまでの時間、ΔX₂は停電検出後の時間t₃
からロボットが停止するまでの惰走距離である。

このような原点合せ要／不要判定に際して、その要／不
要を正確に判定するためには、時間t₃を十分大きくとる
（できうれば時間t₂よりも大きくする）ことが望まし
い。しかし、一般に、停電検出後からロボットが停止す
るまでの時間t₂は200msec程度と考えられるのに対し
て、ロボットの制御機器であるCPUやその他のLSIが動作
している時間（つまり停電後に動作に必要な電源電圧が
保持される時間）は100msec程度である。いずれの時間
も使用条件に応じてその都度変化するものであるが、特
に後者の動作時間は、停電後のコンデンサ等の蓄電器に
蓄えられた残電圧によって決まり、コンデンサの状態等
により極めて不安定である。動作時間を延長するために
はコンデンサ等の容量を大きくする必要があり経済的に
も限度があるので、上述した原点合せ要／不要判定で
は、停電検出後、100msec程度の間だけCPUを作動させな
がら、例えば時間t₃を80msec、Δｔを20msecと設定する
ので最良といえる。しかしながら、前述したようにCPU
の作動する時間は極めて変動的であるので、原点合せ要
／不要判定が実行されるための安全性を考慮すれば、時
間t₃を小さくせざるを得ず、判定の正確さと判定実行の
安全性とが二律背反することになる。

本発明は、上述した種々の課題を解決しようとするもの
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
正確に且つ確実に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、(a)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、 (b)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、 (c)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設定手段と、 (d)前記停電検出手段が停電を検出した後に、所定時間
間隔ごとを順次進めつつ計時する計時手段と、 (e)前記所定時間間隔をあけた最新の２つの前記位置デ
ータを更新しつつ記憶する位置データ記憶手段と、 (f)前記位置データ記憶手段に更新され記憶された２つ
の前記位置データの差を求める演算手段と、 (g)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
を越えている場合には前記(d)〜(f)を繰り返させて再び
前記許容値と比較し、前記差が前記許容値以内になった
場合のみ停電解消後の原点合せ不要と判断し、それ以外
の場合は停電解消後の原点合わせ要と判断する判定手段
と を備えてなるものである。

［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、位置データが一定時間間隔ごとに連続的に検出さ
れる。そして、判定手段において、前記位置データ検出
手段からの一定時間間隔をあけた２つの位置データの差
（可動部分の速度に比例）が求められる。この差は、同
差が所定の許容値以下となるまで順次求められ、判定手
段は、前記差が前記所定の許容値以内になった場合にの
み、可動部分の速度が遅く可動部分が原点合せ操作不要
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
のそのブロック図、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）を記憶するメモ
リであり、各メモリ15a,15bは、停電検出回路14からの
停電検出信号を受けると、モータ３の回転角に関するカ
ウント値を、一定時間間隔Δｔ（例えば制御周期20mse
c）ごとに交互に産業用ロボットの同一可動部分につい
ての位置データとして記憶するものである。

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を介して
入力される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からのカウント値を比較することに
より、第３図に示すように一定時間間隔Δｔをあけた２
つの位置データPn,P_n-1の差（Pn−P_n-1）を順次求め
（第３図にはｎ＝７まで示す）、この差と予め設定され
た所定の許容値Δx₀とを比較し、そのが所定の許容値Δ
x₀以内になった場合にのみ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。なお、判定器16にお
いて、差（Pn−P_n-1）は、所定の許容値Δx₀以下となる
まで順次求め続けられる。

ここで、所定の許容値Δx₀は、予め実測，演算等により
求められて設定されたもので、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,判定器16を含む）へ停電検出信号
（判定開始指令）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について説明すると、
その動きは例えば第３図に示すような２次曲線状にな
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、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。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、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。なお、停電検出後、ロボットが停止す
るまでの時間t₂は、200msec程度である。

本実施例の装置は、第４図は示すフローに従って原点合
せの要／不要を判定する。即ち、判定器16には、予め適
当な所定の許容値Δx₀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（ステ
ップS1）、その時点から一定時間間隔Δｔごとに、位置
データ（モータ３の回転角；カウント値）Pnがアップダ
ウンカウンタ８により検出され（ステップS2）、各メモ
リ15a,15bに交互に記憶されていく。

そして、判定器16においては、メモリ15a,15bを介して
得られるアップダウンカウンタ８からの一定時間間隔Δ
ｔをあけた２つの位置データの差（Pn−P_n-1）が求めら
れる（ステップS3）。なお、ここで時間間隔Δｔが短時
間であれば、停電検出後の一定時間間隔Δｔをあけたロ
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（Pn−P_n-1）は、一定時間間隔Δｔで除算す
れば速度になるので、モータ３の回転速度に比例する。

求められた位置データの差（Pn−P_n-1）の絶対値は、所
定の許容値Δx₀と比較され（ステップS4）、その差つま
り|Pn−P_n-1｜が所定の許容値Δx₀以内になった場合に
のみ、モータ３の速度が遅くモータ３が原点合せ操作不
要な範囲内（±180°以内）で停止するので、停電解消
後の原点合せ操作が不要であると判定して、原点合せ不
要フラグをたてるとともに、最終の位置データPnを記憶
する（ステップS5）。最終の位置データPnは、メモリ9,
10に記憶される一方、原点合せ不要フラグは、図示しな
い不揮発性メモリに記憶される（例えば、フラグをたて
た場合に“1"たてない場合に“0"として記憶する）。

また、本実施例では、位置データの差（Pn−P_n-1）の演
算は所定の許容値Δx₀以内になるまで繰り返される。例
えば｜P₄−P₃｜＞Δx₀で｜P₅−P₄｜≦Δx₀であれば、位
置データP₅の位置検出まで実行して、その後の作業を中
止する。一方、ステップS4における条件|Pn−P_n-1｜≦
Δx₀が満たされないうちに、電源電圧が低下してCPU
（判定器16）が作動しなくなった場合には、原点合せ不
要フラグはたたない。従って、電源再投入時には、第５
図に示すように、原点合せ不要フラグがたっているか否
か（“1"になっているか否か）を判定し（ステップS
6）、フラグがたっていない場合には原点合せ作業を行
なう一方（ステップS7）、フラグがたっている場合に
は、最終の位置データPnを用い、従来と同様の手順で現
在値（モータ３の絶対回転角）が作成される（ステップ
S8）。なお、最終の位置データPnを用いて現在値を作成
する作業中に、原点合せが必要と判定された場合には、
原点合せ作業を実行することになる。

このように、本実施例の装置によれば、ロボットの動作
中に停電を生じた場合にその停電検出後に原点合せ操作
を行なう必要があるか否かの判定が、停電後の極めて不
安定な状態のなかで確実に且つ正確に行なわれるので、
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。また、本実施例では、原点合
せの要／不要が、簡素な構成で、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。

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では、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軸でも原点合せ要と判
定された場合には原点合せを行なう。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。

また、上記実施例では、条件|Pn−P_n-1｜≦Δx₀が満た
された時点で、検出，判定作業を中止するとしたが、こ
の条件が満たされてもCPUが作動している間は位置デー
タを検出し続け、CPUの停止直前の実質的最終位置デー
タPmを記憶し、この位置データPmを利用して電源再投入
時の現在値を作成するようにしてもよい。

［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
タ検出手段および判定手段により、ロボットの動作中に
停電を生じた場合にその停電検出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。

また、停電を検出した後、原点合せ操作不要な限界位置
で停止しうる速度に至るまで、所定時間間隔毎に連続し
て許容値と比較するため、停電検出後にCPUが停止する
までに変動要因が生じたとしても、正確且つ確実に原点
合せ要／不要を判断できる。そのため、原点合せ不要を
幅広く検出し、余分な原点合せを極力減少させることが
できる。また、所定時間間隔と許容値を小さくすること
により、殆ど停止状態に至るまで位置データを採取しつ
つ原点合せ要／不要を判断できるため、位置データ記憶
手段の最終の位置データを用いて現在値を作成すること
もできる。

【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図はその動作を説明するためのグラフ、第4,5
図はいずれもその動作を説明するためのフローチャート
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、第７図は産業用ロボットの原点合
せ要／不要判定手段の一例を説明するためのグラフであ
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、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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】(a)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、 (b)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、 (c)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、 (d)前記停電検出手段が停電を検出した後に、所定時間
   間隔ごとを順次進めつつ計時する計時手段と、 (e)前記所定時間間隔をあけた最新の２つの前記位置デ
   ータを更新しつつ記憶する位置データ記憶手段と、 (f)前記位置データ記憶手段に更新され記憶された２つ
   の前記位置データの差を求める演算手段と、 (g)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前記(d)〜(f)を繰り返させて再び
   前記許容値と比較し、前記差が前記許容値以内になった
   場合のみ停電解消後の原点合せ不要と判断し、それ以外
   の場合は停電解消後の原点合わせ要と判断する判定手段
   と を備えてなる産業用ロボットの原点合せ要／不要判定装
   置。