JPS6263302A - 多関節ロボツトの機械原点位置検出方法 - 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） 本発明は多関節ロデットの機械原点位置検出方法に関す
るものである。

（従来の技術） 多関節ロボットの作業アーム、手先等の正確な位置決め
のためには、ロゲットの機械原点位置（ホームポ・ゾシ
ョン）を該ロデットの制御を行なう制御装置に正確に認
識させておく必要がある。

先ず、水平多関節ロボットを例に従来の機械原点位置検
出方法について説明する。

第７図は水平多関節０ボツトの外観を示す概略図、第８
図は同口ピットを上方から見た図である。

これらの図において、ｌはロボット本体である。

ロボット本体ｌには第１水平アーム２がその一端側に設
けられた第１回転軸３により回転可能に取付けられてい
る。第１水平アーム２の他端側には第２水平アーム４が
その一端側に設けられた第２回転軸５によ多回転可能に
取付けられている。第２水平アーム４の他端側には鉛直
方向に動く垂直アーム６が取付けられ、この垂直アーム
６にはロボットの手先（図示せず）を支持する支持部材
７が第３回転軸８によシ回転可能に取付けられている。

第１〜第３回転軸３，５．８はそれぞれ対応して設けら
れている図外のモーターによシ回転駆動され、また垂直
アーム６も図外の駆動機構により上下方向に移動可能と
なっている。なお第８図に示すように、第１回転軸３の
中心を通るようにＸ−Ｙ直交座標系を設定し、Ｘ軸と第
１水平アーム２のなす角度をθ１１第１水平アーム２の
長手方向と第２水平アーム４の長手方向のなす角度をθ
２、時計回シの方向を正方向とする。そしてθ１＝０°
、θ２＝４５°のとき、即ち第９図の状態を機械原点位
置とする。

このようなロボットの機械原点位置を検出するには、各
アームの回転軸に対応して設けられた減速スイッチと、
各回転軸を駆動させるモーターに組込まれたロータリー
エンコーダを用いる。

第１Ｏ図は多関節ロボットの回転軸の概略を示す図であ
るが、同図に示すように回転軸にはドグ１１が設けられ
ている。一方、回転軸に対する固定側には、ドグ１１を
検出し減速動作を行なわせるための減速スイッチ１２と
、同じくドグ１１を検出し口？ノドアームの動作領域外
への移動を禁止させるための←）リミットスイッチ１３
が設けられている。第１０図の斜線で示す移動禁止領域
とは構造的にアームの動作が不可能な領域を示す・機械
原点位置検出動作について述べると、先ず正方向の位置
、すなわらドグ１１が減速スイッチ１２よシ正側にある
位置からアームを原点方向（←）方向）に移動させる。

そして減速スイッチ１２がドグ１１を検出した時減速を
開始し、所定の速度まで減速し終えた後はアームを微速
で移動させる。しかる後、後述するロータリーエンコー
ダからの原点検出信号パルスを最初に検出したらアーム
を停止させ、その位置を機械原点位置とする（第１１図
参照）。

ここでロータリーエンコーダの位置検出原理について第
１２図及び第１３図を用いて説明する。

第１２図はロータリーエンコーダの位置検出構造を簡単
に示す図である。同図において２１はアームを回転させ
るモーターの回転軸で、このモーター回転軸２１には、
両足の如く環状に配列された複数の通し穴２２が形成さ
れたスリット円板２３が、該モーター回転軸２１ととも
に回転するように取付けられている。そしてスリット円
板２３の両側には発光ダイオード２４と受光素子２５が
設置されている。モーター回転軸２１が回転するとスリ
ット円板２３も同時に回転し、発光ダイオード２４から
発せられた光は、スリット円板２３本体と通し穴２２に
よって断続的に区切られる。通し穴２２を通った光は受
光素子２５によシ受光される。これによシモーター回転
軸２１の回転に対応したパルス信号が得られ、このパル
ス信号に基づき、モーター回転軸２１の１回転を示し原
点検出のために使用される原点検出信号が作成される。

この原点検出信号のパルスのうち１つは機械原点位置に
対応させである。

次に、第１４図によシ従来の機械原点位置検出方法にお
ける原点復帰動作開始位置の制限について述べる。

従来方法においては、既に説明したように、原点復帰動
作開始位置は必ず減速スイッチ１２（第１０図）のＯＮ
の位置よシ（ト）側でなければならない。従って第１４
図の横軸で示すロボットアーム動作領域のうち、減速領
域よシ（＋）側の原点移動可能領域内の点、例えば３１
．３２の位置からは機械原点位置復帰のための動作が可
能であるが、減速領域よシ←）側の原点移動禁止領域内
の点、例えば３３，３４．３５の位置からは機械原点位
置復帰のための動作が行なえないようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記従来の機械原点位置検出方法では、ドグ１１が減速
スイッチ１２よシ（→側にある位置（第１０図〕からし
か原点位置検出のための動作が行なえないという問題が
ある。そこでアームが原点移動禁止領域にあるときには
、人手にてアームを原点移動可能領域に移動してから機
械原点位置復帰動作をしなければならなかった。また従
来方法では減速スイッチと（→リミットスイッチを個別
に取付けているため、リミットスイッチの形状によシロ
転軸の大きさに制約を受けることになる。つまジアーム
の回転軸を小さくした場合、（→及び（→リミットスイ
ッチ２個を取付けることによシ、ロボットアームの回転
軸の回転範囲が狭くなってしまうという問題が生じてし
まう。

本発明は以上述べた従来技術の問題点を解決するために
なされたものであって、原点復帰動作開始位置の制限を
とシはらい、機械原点位置の検出およびロボットアーム
のリミット位置の検出を簡単に、精度良く、しかもや価
で実現できる多関節ロボットの機械原点位置検出方法を
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、前記従来技術の問題点を解決するため
、次のように多関節ロボットの機械原点位置検出方法を
構成した。

先ず、ロボットアームの回転状態を検知し、ロボットア
ームが所定位置に達したときに該口ざットアームを減速
及び停止させるためのセンサを備えるとともに、ロボッ
トアームを回転駆動させるモーターに、該モーターの回
転情報を検出するモーター回転情報検出手段を設けた。

センサは従来技術の←）リミットスイッチと減速スイッ
チの２つの機能を１個の素子で実現したもので、例えば
磁気センサが使用される。モーター回転情報検出手段と
しては例えばロータリーエンコーダが使用される。

次に、ロボットアームが前記所定位置に達したときに前
記センサの出力に基づき口がットアームを減速停止させ
、次いでロボットアームを反対方向に微速で回転させ、
その後最初に前記モーター回転情報検出手段の回転情報
中の特定情報を受けたときにロボットアームを停止させ
、その位置を機械原点位置とする。ここで回転情報中の
特定情報とは例えばモーターの１回転毎に出力される・
ぐルスをいう。

（作用） 本発明の方法によシロがットアームの機械原点位置を検
出しようとする場合、センサよシ（→側の位置からロボ
ットアームを（→側に移動させる。ロボットアームがセ
ンサの検知位置に達すると、センサはこれを検知しロボ
ットアームの移動を減速させた後、停止させるように働
く。ここでセンサは機械原点位置よシ（へ）側に設けら
れているので、従来における原点移動禁止領域はほとん
ど原点移動可能領域となる。モーター回転情報検出手段
は例えばモーターの１回転毎にそれを示す・ぐルスを送
出するように働く。減速停止後、ロボットアームの移動
方向を反転させ、微速で移動させているとき最初に上記
・ぐルスを検出することにより、ロボットアームを停止
させ、その位置が機械原点位置とされる。したがって原
点移動可能領域を大幅に拡張することができ、かつ簡単
な構成で原点位置検出が可能となり、前記従来技術の問
題点が解決される。

（実施例） 以下本発明による多関節ロボットの機械原点位置検出方
法を詳細に説明する。

本発明の方法では、従来技術の減速スイッチと（へ）リ
ミットスイッチの２個のスイッチの機能を持った磁気セ
ンサと、前述したロータリーエンコーダとを利用して機
械原点位置の検出を行なう。

第１図は本発明の方法が適用される場合のロボットアー
ムの回転軸の概略図で第１０図と同様の図である。第１
図において１０１はドグ、１０２は磁気センサである。

ドグ１０１は従来の場合と同様回転軸に設けられる。磁
気センサ１０２は従来の減速スイッチと（→リミットス
イッチの２つの機能を有し、原点位置より少しく→方向
側に設けられている。

次に、第２図の動作フローチャートにしたがい本発明だ
よる機械原点位置検出動作について説明する。

機械原点位置の検出をしようとする場合、先ずアームが
リミット位置（磁気センサ１０２よシ（→側の位置）に
あるか否かを判断する（ステップ２０１）。アームがリ
ミット位置にないとき、即ちドグ１０１が磁気センサ１
０２の取付位置よシ←）側にあるときには、その位置か
らアームを（→方向に回転移動させ（ステップ２０２）
、磁気センサ１０２がドグ１０１を検出したら（ステッ
プ２０３）、減速停止ｊる（ステップ２０４）・そして
ドグ１０１が磁気センサ１０２の検知領域を越えないう
ちにアームの移動の方向反転を行ない（→方向（Ｃ微速
で移動させる（ステップ２０５及び２０６）。（→リミ
ットの解除後（ステラ７’２０７）、最初にロータリー
エンコーダからの原点極比信号パルス（ＨＰ）を検出し
たらアームを停止させ（ステツｆ２０８及び２０９）、
その位置を機械原点位置とする。そして各軸のロータリ
ーエンコーダのカウントをリセットする（ステップ２１
０）。

一方、ステップ２０１でアームの現在位置かりミント位
置と判断されたときには、（→方向に減速移動させ（ス
テップ２１１）、磁気センサ２０２によりリミット検出
を行ない（ステップ２１２）、その後上記と同様の動作
を行ない機械原点位置の検出を行なう。

上記方法によれば、第３図に示す原点移動可能領域内の
位置であれば、いかなる場所であっても、例えば１１０
，１１１，１１２の各点から原点位置復帰動作が可能と
なる。なお第３図に示す原点移動可能領域は第１４図に
示す同領域に比べて大幅に拡張されていることが分かる
。

なお、第４図はドグ１０１と磁気センサ１０２の取付の
様子を示す要部外観図、第５図は取付関係を示す図であ
る。これらの図において第７図と同じ要素には同一符号
を付してあｐ、１２０はロボットアームをメカニカルに
停止するストンパーである。この例ではストン／＃１２
０は磁気センサ１０２によるリミット位置検出位置と同
一方向に配しである。また１２１は←）側のアーム回転
の制限のためのドグである。

ドグ１０１，１２１の取付位置はロボット動作仕様によ
シ任意に変更可能であシ、またメカニカルなストン／＃
　　１２０の形状も磁気センサ１０２によるドグ検出の
タイミングと動作範囲等の条件による設計仕様から任意
に変更可能である。

第６図は本発明による機械原点位置検出方法が適用され
るロボット制御機構の構成を示すブロック図であ芯。同
図において１５０は全体の制御を司どる中央制御装置（
ＣＰＵ）、１５１はメモリ、１５２は操作ＢＯＸインタ
フェース、１５３−１〜１５３−Ｎは外部インタフェー
ス、１５４はサーがインタフェース、１５５は演算グロ
セッサ、１５６はＩ１０プロセッサ、１５７は補間演算
部、１５８−１〜１５８−４はサーがコントロール部、
１５９は磁気センサである。ここで磁気センサ１５９は
第１図の磁気センサ１０２に対応する。

またサーボコントロール部１５８−１〜１５８−４は各
日がットアームの回転軸の動作の制御を行ない、カウン
タ、Ｄ／Ａフンパータ、サーボアンプ、モーターＣＭ）
、タコゼネレータ（ＴＧ）及びノぐルスエンコーダ（Ｐ
Ｅ）よシ構成される。

なお図中２は垂直アームの上下移動量、θ１は第１水平
アーム２とＸ軸のなす角度、θ２は第１水平アーム２と
第２水平アーム４の両ア「ムの長手方向のなす角度θ３
はロボットの手先を支持する支持部材の基準位置からの
回転量である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、従来の機械原点位
置検出方法における減速スイッチと←）リミットズイッ
チの機能を１個の磁気センサに受は持たせて機械原点位
置の検出を行なうよってしたので、機械原点位置検出可
能な範囲を大幅に拡張することができ、例えば原点位置
からの原点検出も可能となる。

また２個のスイッチを１個に減らしたので、配線処理が
容易となり、それによシ配線ミスや断線を防ぐことがで
きる。更に１本発明の方法は多関節型ロボットに限らず
あらゆる機械原点位置の検出が必要なロボットに適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る機械原点位置検出方法の説明図、
第２図は本発明に係る機械原点位置検出の動作フローチ
ャート、第３図は機械原点位置復帰動作の概略説明図、
第４図は磁気センサとドグの取付位置を示す外観図、第
５図は磁気センサとドグの取付位置の関係を示す図、第
６図は本発明の方法が適用されるロボット制御機構の構
成を示すブロック図、第７図は水平多関節ロボットの外
観図、第８図′は第７図のロボットを上方から見た図、
第９図は第７図のロボットが機械原点位置にある様子を
示す図、第１０図はロボットアームの回転軸の概略図、
第１１図は従来方法による機械原点位置検出動作の説明
図、第１２図はロータリーエンコーダの動作原理図、第
１３図は従来方法におけるモーターの回転、減速スイッ
チ信号及び原点検出信号の関係を示す図、第１４図は従
来方法による機械原点位置復帰動作の概略説明図である
。 ｌ・・・０ゴクト本体、２・・・第１水平アーム、３・
・・第１回転軸、４・・・第２水平アーム、５・・・第
２回転軸、６・・・垂直アーム、７・・・支持部材、８
・・・第３回転軸、１０１・・・ドグ、１０２・・・磁
気センサ。 １０１：　トゲ 第１図 機械原点位置検出の動作フローチャート第２図　・ 第５凶 εニ））］；　　１ 図　９　図 ロボットアームの回転軸の概略図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロボットアームの回転状態を検知し、ロボットアームが
   所定位置に達したときに該ロボットアームを減速及び停
   止させるためのセンサを備え、さらに、ロボットアーム
   を回転駆動させるモーターに、該モーターの回転情報を
   検出するモーター回転情報検出手段を設け、 ロボットアームが前記所定位置に達したときに前記セン
   サの出力に基づきロボットアームを減速停止させ、 次にロボットアームを反対方向に微速で回転させ、 その後最初に前記モーター回転情報検出手段の回転情報
   中の特定情報を受けたときにロボットアームを停止させ
   、その位置を機械原点位置とすることを特徴とする多関
   節ロボットの機械原点位置検出方法。