JPS6274593A - ロボツト関節角検出装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明はロボット関節角検出装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

ロボットの制御では、各関部角の回転角度を粘度よく検
出することが必要である。

一般に回転角検出器としては、回転軸に減速機を介して
ポテンショメータやレゾルバを結合したアブソリュート
形のエンコーダと、回転軸にパルス発生器（以下ＰＧと
秤ぶ）を結合して出力パルスをカウントするインクリメ
ン１〜形のエンコーダが用いられる。

アブソリュート形のエンコーダは絶対角■を検出づるの
で、停電であっても停電が恢復すれば元の検出値に復元
するが、減速機によるバックラッシュや直線性が劣るな
どの問題がある。

インクリメント形のエンコーダは直線性がよく、検出精
度も高いが、停電でカウントが停止すると共にカウント
値が消滅してしまい、停電が恢復しても現在の関節角を
復元できないという問題がある。

このためロボッ１−の関節角検出には、上記アブソリュ
ート形エンコーダとインクリメント形エンコーダを併用
することが行なわれているが、停電が発生すると、ロボ
ットを原点に復帰させてアブソリコート形エンコーダと
パルスカウンタの零点調整を行なう必要があり、ロボッ
トの停止位置によっては原点復帰が困難であり、作業能
率を低■させるという問題がある。

また、アブソリュート形の回転角検出器とインクリメン
１へ形の回転数検出器の組立てに際し、ゼロ位置合せを
正確に行なわないと、角度０の近傍で角度検出の誤差が
生ずるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は、インクリメント形の回転数検出器専用の電池
を別途設けることによって停電時にも回転数検出器を停
止させず、これにＪ：って復電時の原点復帰を必要とせ
ず、また、回転角検出器および回転数検出器の組立てに
際してゼロ位置合せを正確に行なわなくても、正確に角
度を検出できるロボット関節角検出装置を提供すること
を目的とする。

（発明の概要〕 本発明は、ロボットの関ｍ＠を減速機を介して駆動する
電動ｎの回転軸にアブソリュート形の回転角検出器とイ
ンクリメン１へ形の回転数検出器を結合し、両方の出力
を演算して関節軸の回転角を検出するロボット関節角検
出装置において、停電時にインクリメント形の回転数検
出器とこの回転数検出器の出力パルス数をＪ１数するカ
ウンタの電３≦１としての電池を設けると共に、復電時
に上記回転角検出器と上記カウンタの出力値からこの回
転角検出器と上記回転数検出器のゼロ位置補正を行ない
、その侵関節角の演算を行なうようにし、ロボットが特
別な原点復帰作業を行なうことなく直ちに正しい関節角
を検出できるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図において、１は複数の関節軸２を有するロボット
であり、簡単のため１＠のみを図示している。

各関節軸２はそれぞれ減速機３を介して電動機Ｍで駆動
される。

電動機ＭにはそれぞれレゾルバＲＥおよびパルス発生器
Ｐ　Ｇが結合され、パルス発振器４のパルス出力で駆動
されるパルス発生器ＰＧの発生するパルスは、ラッチ回
路５を介してカウンタ回路６でカウントされる。

１８は上記パルス発振器４、パルス発生器ＰＧ、ラッチ
回路５およびカウンタ回路６用の専用の電池であり、逆
流防止用ダイオード７と共にモータユニット８として各
関節軸ごとにユニット化されている。

９は関節軸ごとに設けた複数のモータユニット８の各カ
ウンタ回路６の出力をそれぞれラッチするラッチ回路で
あり、その出力は伝送回路１０を介してロボットコント
ローラ１１にシリアル伝送される。１２は−Ｆ記クラッ
チ回路９伝送回路１０を含む伝送ユニットでロボット１
に内蔵される。

上記ロボットコン１−〇−ラ１１には、モータユニット
８と伝送ユニット１２へ電源を供給するコントローラ電
源１３と、伝送ユニット１２の伝送信号とレゾルバＲＥ
の出力値から関節角を演算する関節角部ｔ１器１４を含
む。

なお、パルス発振器４、パルス発生器ＰＧおよびカウン
タ回路６は例えば第２図のように構成する。

図示の例では、パルス発振器４は、オンオフ比を１／１
００以上とした発振回路４１、発振回路４１のオフ時に
同期して一定時間中のパルスを出力づる駆動回路４２、
発振回路４１のオフ信号を駆動回路４２の出力パルス幅
以上に遅らせて出力づる遅延回路４３を含む。

また、パルス発生器ＰＧは電動機Ｍの回転軸に結合され
た半月形の回転円板１５、電動ＩＭの回転角度９０’の
回転位置に配置され、そのスリットを回転円板１５の突
起部が通過するようにした２ｆｔ！ｌのフォトインタラ
プタ１６Ａ、１６［３，このフォトインタラプタ１６Ａ
、１６Ｂの出力を増幅づる２個の増幅回路１７Ａ、１７
Ｂを含む。

なお、ラッチ回路５も増幅回路１７Ａ、１７Ｂの出力を
それぞれラッチするため２個（５Ａ、５Ｂ）のラッチ回
路を配置するものとする。

またカウンタ回路６は、ラッチ回路５Ａ、５Ｂの出力信
号にＭづき電動１ｊ１Ｍの回転方向を判別する正逆転判
別−回路６１、正逆転判別回路６１の出力信号である正
転パルスＦと逆転パルスＲを入力して電ＩＩ機Ｍの回転
数を計数するアップダウンカウンタ６２を含む。

なＪ３、第２図では伝送ユニット１２を省略してアップ
ダウンカウンタ６２の出力を、ゼロ位置補正回路１４１
と関節角演算器路１７′Ｉ２で構成する関節角演算器１
４に直接入力するように示しているがこれは図示を簡単
にするためである。

第１図の構成において、減速機３の減速比を１／Ｒ，パ
ルス発生器ＰＧは１回転ごとに２パルス発生ずるとして
そのパルス数を２Ｎ　　レゾルバＰＧ’ ＲＥの出力をθ　°とすると、関節角θ°はＲＥ θ−（３６ＯＮ、。＋θ、、）１／Ｒ・・・・・・（１
）であたえられる。

ロボットの関節角を原点調整するときは、電動機Ｍを駆
動して原点位置に戻し、レゾルバＲＥの回転方位ｎをゼ
ロ（基準方位δ）に合わせ、カウンタ回路６のカラン１
−値をゼロにクリアする。

ロボットは電動機Ｍの駆動によって姿勢制御が行なわれ
るが、カウンタ回路６の出力はパルス間隔をもつデジタ
ル信＋ｌＮ、Ｇとなるのでそれぞれの関節軸ごとにラッ
チ回路９でいったんラッチされ、伝送回路６を介してロ
ボットコントローラ１１に送られた後、関節角演算器１
４で対応するレゾルバＲＥの瞬時出力値θＲＥと共に上
記（１）式の溜筒が行なわれ、それぞれの関節角θが算
出される。

この場合、常時はカウンタ回路６を含むすべての回路は
ロボッ１−コントローラ１１内に設けられたコントロー
ル電源１３から給電されるが、停電時はパルス発振器４
、パルス発生器ＰＧ、ラッチ回路５およびカウンタ回路
６のみがモータユニット８に設けた電池１８から給電さ
れる。

上記のモータユニット８の構成回路と関節角演算器１４
の動作を第３図のタイミングチャートにより説明する。

第３図において、電動ｍＭが回転したときの回転円板１
５の突起部１５Ａの回転稼動を波形Ａで表わし、これと
９０’の位相差の波形をＢとする。

これらはそれぞれフォトインタラプタ１６Ａ。

１６Ｂの出力を表ねす。発振回路４１の出力パルスＣＫ
は、立ち上がりパルス幅がフ第１−インタラプタ１６Ａ
、１６Ｂ用増幅回路１７Ａ、１７Ｂの電源安定化時間幅
に定められ、周期が電動機Ｍの最高速度における回転周
期の１／４以下となるように設定されている。駆動回路
４２の出力パルスＰは、パルスＣＫの立ち下がりに同期
して立上りフォトインタラプタ１６の応答時間幅を立ち
上がりパルス幅とする。また遅延回路４３の出力パルス
Ｐ。は、入力したパルスＣＫの立ち■がりのタイミング
をパルスＰの時間幅よりも遅らせることにより、フォト
インタラプタの応答遅れに対して電源の通電を確保づる
ように設定されている。ラッチ回路５Ａ、５Ｂは増幅回
路１７Δ、１７Ｂで増幅されたフォトインクラブタ出力
をパルスＰの立ち下がりに同期してラッチし、それぞれ
ラッチ信号Ａ、Ｂｏを出力する。すなわち、フォトイン
タラプタ１６Ａ、１６ＢがパルスＰの立ち上がりパルス
幅の時間だけ駆動されるが、この出力は応答遅れのため
パルスＰの立ち下がり時にはいまだパルスＰに対する出
力を維持しているので、この出力をラッチすることにな
る。

この結果、このラッチ信号Ａ。、Ｂｏは、フォトインタ
ラプタ１６Ａ、１６Ｂをパルス駆動したにもかかられず
通常のパルス発生器と同様の２相出力となる。ただし発
振回路４１の出力パルスＣＫの周期だけに相当する、回
転円板１５に対する位相遅れが発生するが、電動１ｆｉ
Ｍの回転数検出には問題とならない。また７Ｂ動機Ｍが
停止［シている時は回転円板１５に対する位相遅れはな
い。

これらの２相出力△　、Ｂ　は、データセレクＯ 夕を備えた正逆判別回路６１に入力され、これらに基づ
いて回転方向の正逆が判別され、判別結果に応じて正転
パルスＦ、逆転パルスＲが出力される。正転パルス「、
逆転パルスＲはアップダウンカウンタ６２で計数されて
、これにより電動ｔｆｆｉＭの回転数が計数される。

このように゛、停電中は他の回路は動作を中断するが、
パルス発撮冴４、パルス発生２ＳＰＧ、ラッチ回路５お
よびカウンタ回路６は動作を継続するので、停電中にロ
ボット１の１１１１節軸２が移動してもカウンタ回路６
は正しいカウント値をポリことになる。

つぎに、このカウンタ回路６の出力とレゾルバＲＥの出
力から演算を行なう関節角演鈴器１４の作用について説
明する。

第２図に示すような回転円板１５を使用した場合、第３
図の如く正転パルスＦ及び逆転パルスＲは、回転円板１
５の１回転に対して２パルス発生するので、カウンタ回
路６の出力ビットのうち最下位を除いたものが電ｅ　Ｉ
Ｉ　Ｍの回転数に対応することになる。第３図のカウン
タ出力値はデジタルアナログ変換した後の値を示してお
り、電動ＩＭの回転数に対応して変化するのがわかる。

またカウンタ回路６の出力ビットの最下位ビットは電動
機Ｍの１回転に１パルスとなっていることがわかる。

今、停電が恢復すると、レゾルバＲＥの出力値と共に、
カウンタ回路６の出力がラッチ回路９でラッチされ伝送
回路１０を介して関節角ｉｔｓ器１４に人力される。こ
こで第４図に示すような２個のコンパレータ１４１ａ、
１４１ｂとインバータ１４１Ｃと２個のＡＮＤ回路１４
１ｄ、１４１ｅで構成するゼロ位置補正回路１／１１に
おいて、レゾルバＲＥの出力値が０°に近い第１の所定
（直Ｃ以下でカウンタ６の下位ビット出力値が“Ｌ”レ
ベルのとぎ、またはレゾルバＲＥの出力値が３６０°に
近い第２の所定ｒｌＩｉｄ以上でかつカウンタ６の下位
ピッ１〜出力値が゛Ｈ″レベルのときそれぞれプラス補
正又はマイナス補正の判別が行なわれる。この出力は関
節角演Ｑ回路１４２において、カウンタ回路６の下位ビ
・Ｉトを除く出力値に対してプラス補正の場合プラス１
回転、マイナス補正の場合マイナス１回転の補正を行な
い、レゾルバＲ［の出ツノ値と共に（１）式にポリ演ｎ
に用いられ、これにより復電時のロボット関節角がより
正確に求まることとなる。

なお、コンパレータ１４１ａ、１４１ｂに設定する値ｃ
、ｄはレゾルバＲＥの出力値の９０°以下及び２７０°
以上とすれば良いが、これは前記したように発振回路４
１の発振周期を？１ｌｌｉ動１１Ｍの最高速度におりる
回転周期の１／４以下となるように設定しているためで
あり、光撮周朋をり、０く寸れぽこれに合わせて補正範
囲も狭くし、カウンタ６の下位ビットの出力周期の半周
期以内になるようにづれば良い。

但し、以上の説明は電動機Ｍが回転中に補正を行なう場
合の条件であり、停止時においてｔまこの条件を広げる
ことも可能である。

上記の構成を用いると、停電があっても停電が恢復すれ
ば直ちに正しい関節角が検出されるので、原点復帰の操
作を必要とせず、これによる作業上のトラブルが発生せ
ず、作業能率が向上する。また、停電時の電動機の回転
数検出も最少限の電池電力により行なうことができる。

さらにレゾルバのゼロ点位置と回転円板の切り欠き部を
正確に合わせる必要がなく、組立作業性が良好となる。

上記の実施例では透過形のフォトインタラプタ１６を使
用して説明したが、反射形のフォトセンＩＪを使用して
も良い。

また、フォトインタラプタ１６出力を増幅するために増
幅回路１７を使用したが、フォトインタラプタ１６にこ
の増幅回路を内蔵したものを使用寸れば、遅延回路４３
の出力信号Ｐ、をこのフォトインタラプタの電源端子に
入力するようにして、増幅回路１７を省略することがで
きる。

更に、本実施例ではゼロ位置補正回路１４１を第４図の
如くハードウェアで構成しているが、関節角演算をソフ
トウェアで行ｔ【う場合にはこの演σ時に併せてゼロ位
置の補正を行なうようにすることもできる。

〔発明の効果〕

以−し説明したように本発明によれば、レゾルバなどを
用いたアブソリュート形のエンコーダとパルス発生器な
どを用いたインクリメント形のエンコーダを併用してＩ
！Ｑ節角を検出するロボット閏箇角検出装置において、
アブソリュート形のエンコーダとインリメント形のエン
コーダの組立てに際しゼロ位置合わせを正確に行なわな
くても、エンコーダの出力値に対して補正を行なうので
、正確に回転数を検出できる。また回転数検出器に専用
の電池を設けて停電時にも回転数検出器が必要最少限の
消費電力により動作を継続するようにし、これによって
停電が恢復したとき特別な原点復帰作業を行なうことな
く、直ちに正しい関節角が検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例のロボット関節角検出装置を示
すブロック図、第２図は第１図の装ｄの一部を詳細に示
すブロック図、第３図は第１図の装置のＥ）＋作を示す
タイムチャート、第４図は第２図のゼロ位置補正回路の
一例を示すブロック図である。 １・・・ロボット、２・・・関節角、３・・・減速機、
４・・・パルス発振器、５Ａ、５Ｂ、’）・・・ラッチ
回路、６・・・カウンタ回路、７・・・ダイオード、８
・・・モータユニット、１０・・・伝送回路、１１・・
・ロボッ１−コントローラ、１２・・・伝送ユニット、
１３・・・コントローラ電源、１４・・・関節角演算器
、４１・・・発振回路、４２・・・駆動回路、４３・・
・遅延回路、１６Ａ、１６Ｂ・・・フォトインタラプタ
、１７Ａ、１７Ｂ・・・増幅回路、６１・・・正逆転判
別回路、６２・・・アップダウンカウンタ、１５・・・
回転円板、Ｍ・・・駆動電動機、Ｐ　Ｇ・・・パルス発
生器、ＲＥ・・・レゾルバ、１８・・・電池、１４１・
・・ゼロ位置補正回路、１４２・・・関節角演算回路。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ロボットの関節軸を減速機を介して駆動する電動機
   の回転軸にアブソリュート形の回転角検出器とインクリ
   メンタル形の回転数検出器を結合し、両方の出力値を演
   算して関節軸の回転角を検出するロボット関節角検出装
   置において、停電時に上記インクリメンタル形の回転数
   検出器とこの回転数検出器の出力を計数するカウンタの
   電源としての電池を設けると共に、上記回転角検出器と
   上記カウンタの出力値からこの回転角検出器と上記回転
   数検出器のゼロ位置補正を行なうことを特徴とするロボ
   ット関節角検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記回
   転角検出器の回転角が略０°を通過する時に前記回転数
   検出器の回転数検出値が１だけ変化するよう前記回転角
   検出器および前記回転数検出器が互いにゼロ位置合せさ
   れ、前記回転数検出値が１だけ変化する時に第１の値か
   ら第２の値に変化し、前記回転数検出値が１だけ変化す
   る時相互間で第２の値から第１の値に変化する２値信号
   を発生する手段と、前記回転角検出器の回転角検出値が
   ３６０°に近い第１の所定値以上でかつ前記２値信号が
   第２の値のときにプラス補正出力を発生し、前記回転角
   検出値が０°に近い第２の所定値以下で前記２値信号が
   第１の値のときにマイナス補正出力を発生する手段とを
   備え、前記プラス補正出力により前記回転数検出値に１
   を加算し、前記マイナス補正出力により前記回転数検出
   値から１を減算することを特徴とする装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、前記回
   転数検出器は、１回転につき２回パルスを発生するもの
   であり、前記カウンタは前記回転数検出器の出力パルス
   を受け、最下位ビット以外のビットの出力が回転数計数
   値として出力され、最下位ビットの出力が前記２値信号
   として用いられることを特徴とする装置。