JPH04123205A - 制御対象物の初期位置検出装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、電動機を用いて制御対象を制御するロボット
や工作機械等に用いられ、制御対象の電源投入時の初期
位置を検出する制御対象物の初期位置検出装置に関する
。

従来の技術 産業用ロボットや工作機械等においては、電源投入後に
位置決め制御を行う前に制御装置内における制御座標と
実際のロボット等の制御対象物の座標とを一致させる必
要がある。このため制御対象物自体を原点位置に移動し
、これらの座標を一致させた後必要な制御を行うように
している。すなわち多関節ロボット等ではアーム、また
工作機械ではＸＹテーブル等を電動機によって原点位置
まで移動させることによって原点復帰を行うようにして
いる。

第６図は従来の水平多関節ロボットの１軸分のアームに
ついての機構図である。本図において制御対象はアーム
３１である。アーム３１は電動機（モータ）３３により
減速機３２を介して駆動され、その位置が制御される。

３４はロータリーエンコーダである。

さて電源投入時にはアーム３１は例えば第７図のＡの位
置にあるものとすると電源投入後アーム３］を位置Ｂの
方向へ移動し、原点センサ３５に検知された後移動を停
止する。制御装置はその時点をアーム３１の原点と認識
することにより制御座標とアーム３１の物理座標とを一
致させている。

発明が解決しようとする課題 しかしなからこのような構成で原点復帰を行う場合には
、原点センサ３５が１点に固定されているので原点位置
まで制御対象物を移動させる必要があり、広範囲に制御
対象物を移動させる必要があるだけでなく時間が長くか
かるという問題点を有していた。

そこで特開平１−３１２０９号公報に示されているよう
に、アブソリュート型エンコーダとインクリメンタル型
エンコーダとを接続し、その組み合わせによってアーム
位置を検出する方法や、多回転型のアブソリュートエン
コーダを用いてアームの位置を検出する方法が知られて
いる。しかしなから前者は２種類のエンコーダを用いる
必要かあり、またデータテーブルを参照するため大容量
のメモリを要し、構成か複雑なものとなる。また後者は
アブソリュートエンコーダを用いるため分解能を向上さ
せることか困難であるという欠点かあった。

本発明は一つのインクリメンタル型のエンコーダを用い
て比較的簡単な構成で電源投入後の制御対象の位置をモ
ータ１回転以内移動するたけて検出し、原点復帰動作を
少なく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初期位置検出装置は
、電動機に接続され１回転あたり所定数のパルスを発生
するロータリーエンコーダと、そのロータリーエンコー
タのＣ相（Ｚ相）パルスの順位を判別する手段と、エン
コーダの回転角に応して変化するカウンタと、そのカウ
ンタの計数値をバックアップする電源と、カウンタの計
数値とロータリーエンコーダのパルス順位とに基づいて
制御対象の位置を判別する手段とを備え、制御対象の原
点復帰動作の動き量を少なくする初期位置検出手段であ
る。

作用 上記の構成による本発明によれば、電源投入後モータを
回転させることによってエンコーダからのＣ相パルスを
検出し、そのときに得られるカウンタの計数値によって
制御対象物の位置を認識し、制御座標と物理座標とを一
致させるようにしている。Ｃ相パルスはエンコーダの１
回転中に１個以上あるので原点復帰動作はモータ１回転
以内におさまる。

実施例 以下本発明の第１の実施例について図面を参照しつつ説
明する。第１図は水平多関節ロボフトの一つのアームの
基本構成を示す図である。本図において、電動１１１（
モータ）３は減速機２を介して制御対象物、この場合は
アーム１に接続される。

モータ３の回転軸にカウンタ内蔵型のインクリメンタル
ロータリーエンコーダ４を接続する。このエンコーダ４
は図示のようにロータリーエンコーダ本体（ＲＥ）５と
カウンタ６から成り立っている。ロータリーエンコーダ
本体５はインクリメンタル型のロータリーエンコーダで
あって、電気的に９００の位相差を持つＡ相、Ｂ相の出
力と１回転あたり所定数、例えば８パルスのＣ相出力を
出すものである。カウンタ６は、モータ３の回転量を計
数するカウンタであって、モータ３の回転によって値が
増減する。例えばエンコーダか時計方向に９００回転す
れば１カウントアツプし、逆方向に９０°回転すると１
カウントダウンする。またカウンタ６にはバックアップ
電源７が接続され、制御機器の主電源かオフの状態でも
計数することができる。その計数値は位置検出手段８に
与えられる。位置検出手段８はこの計数値に基づいてロ
ボットアームの位置を検出するものである。

第２図は、メカ原点とＣ相、モータの回転量の関係を示
す図である。メカ原点からエンコーダ原点までのＡ、Ｂ
相エンコーダ出力パルス数を原点補正値ΔＺとする。こ
こでいうエンコーダ原点は任意のＣ相パルスの位置で、
そのＣ相パルスの順位を０番とする。

モータ３がエンコーダ原点から何回転したかを表す回転
量はｍで表され、カウンタ６から位置検出手段８に出力
される計数値（ｎで表す）より求められる。モータ３の
１回転あたりの計数値の増分をΔｎとすると、モータ３
の回転量ｍは次の０式となる。

ｍ＝ＩＮＴ（ｎ／Δｎ　）　　　　　−−■ＩＮＴは０
内の値の整数値を取り出す演算である。

エンコーダ１回転あたり（ｉ＋１）個のＣ相を持つ場合
、それぞれのＣ相を０からｉまでの添字を用いてｃ＊　
（ｋ　：　ｋ＝ｏ〜１）で表す。Ｃ１パルスの位置はＣ
ｏを基準として１回転内であれば、ｋを用いて次の■式
で表される。

ＩＮ／　（ｉ＋１）］　　ｘｋ　　　　・・・・・・■
Ｎはモータ３の１回転あたりの出力パルス数である。た
だし、エンコーダ直接の出力でなくても良く、位置検出
手段８に取り込むときの加工されたパルス数でも良い。

これらを用いてメカ原点から、電源投入後はじめて検出
したＣ相パルスがＣ。

パルスである場合、メカ原点からそこまでの移動量は次
の０式で求められる。

［メカ原点からの移動量］ −［モータ１回転内の移動量］ ＋［（モータの回転量）ＸＮコ ＋［原点補正値］ ＝　（Ｎ／　（ｉ＋１）ｌ　ｘｋ＋ｍｘＮ＋ΔＺ・・・
・・・■ 第３図は、電源投入から現在位置検出のフローチャート
を示す。本図においてまず電源投入後、ステップ１６．
１７において任意の位置にあるアームをロータリーエン
コーダのＣ相出力が得られるまで回転させる。モしてＣ
相の出力が得られればステップ１８に進み、その時のカ
ウンタ６の計数値ｎを読み込み、そしてステップ１９に
よって先に得られたＣ相の順位ｋを知り、次にステップ
２０によって０式を用いてモータ３の回転量を算出する
。そしてステップ２４．２２に進んで０式からアーム３
のメカ原点からの移動量を求める。ここで２０．２１．
２２は一つのステップであっても良いし、ステップ１８
と１９の順番やステップ２０と２１の順番は逆になって
も良い。これによって制御対象物であるアーム１の位置
を検出することができる。主電源をオフしてもカウンタ
はバックアップ電源７で保持されているためこうして得
られたアームの物理座標を制御座標と一致させることに
よって従来行われていた原点復帰動作と同様の目的を達
成することができる。なお、ｋの値の求め方はハードウ
ェアまたはソフトウェアのいずれで求めてもよい。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第１の実施例では１回転中のＣ相をＯからｉまで区別し
ていたが、あるＣ相を検出したときのカウンタの計数値
が隣のＣ相を検出したときのカウンタの計数値と異なっ
ている場合、すなわち１回転あたりのＣ相の数が１回転
あたりのカウンタの増分よりも少ないまたは等しい場合
について第４図を用いて説明する。第２図と同様にメカ
原点からエンコーダ原点までの差を原点補正値ΔＺとす
る。１回転あたりのエンコーダの出力パルスをＮとし、
Ｃ相の数を（ｊ＋ｌ）個とする。１回転あたりのカウン
タの増分をΔｎとする。電源投入後はじめてＣ相を検出
した時の計数値をｎとするとそこの位置は次の０式で表
される。

［メカ原点からの移動量］ ＝［計数値１あたりの移動量Ｘ計数値］十［原点補正値
］ ＝（Ｎ／Δｎ）Ｘｎ＋ΔＺ　　　・・・・・・■この場
合のフローチャートは、第３図のステップ１９．２０を
省略したもので実現できる。

次に本発明の第３の実施例について説明する。

第２の実施例では、あるＣ相を検出したときのカウンタ
の値と隣のＣ相を検出したときのカウンタの値が異なっ
ている場合の例であったが、同じになる場合、すなわち
１回転あたりのＣ相の数が１回転あたりのカウンタの増
分よりも多い場合について説明する。この場合はＣ相を
検出した時、隣のＣ相とカウンタの値が等しいのでこの
Ｃ相を区別する手段が必要となる。具体的な例を第５図
を用いて説明する。第２図と同様にメカ原点から；ンコ
ーダ原点までの差を原点補正値ΔＺとする。

１回転あたりのエンコーダの出力パルスをＮとし、Ｃ相
の数を（ｉ＋１）個とする。１回転あ六りのカウンタの
増分をΔｎとする。ここで例として１＝７、Δｎ＝２と
する。カウンタの計数個（以下計数値と言う）あたり４
個のＣ相があるので２ビツトのデータを用いてその４つ
のＣ相をメ刑する。その２ビツトのデータの値をｋとす
ると、電源投入後はじめて得られたＣ相の位置は次の０
式で表される。

［メカ原点からの移動量コ ＝［計数値内の移動量］ ＋［計数あたりの移動量ｘｙ１］ ＋［原点補正値〕 ＝　ＩＮ／　（ｊ＋１）］　ｘｋ ＋（Ｎ／Δｎ）Ｘｎ十ΔＺ　　　・・・・・・■この場
合のフローチャートは第３図のステップ２０を省略した
もので実唄できる。

なお、ｋを求めるのに２ビツトのデータを用いたか、Ｃ
相の区別ができればその目的は達成できるのでその値に
はこだわらない。またこの場合ハードウェアでの判別で
あったか、ソフトウェアで行っても良くその手段につい
ては問わない。これらの実施例では水平多関節ロホント
のアームについて説明したか、直交タイプの制御対象物
であっても他の旋回型の制御対象物でも良い。またモー
タの種類も問わない。また、もちろんこれらの実施例の
組み合わせも可能である。要は電源投入後、Ｃ相を検出
した時のカウンタの計数値およびＣ相の順位からアーム
等制御対象物の位置か検出できればよい。

発明の効果 このように本発明によれば、ロータリーエンコーダを用
いてモータの回転量をカウンタにより計数し、その計数
値を保持しておくことによって制御座標とロボットアー
ム等の制御対象物の座標とを一致させるようにしている
。したがって電源投入後モータをわずかに回転させるだ
けで原点復帰と同様の目的を達成することかでき、ロホ
ノト等の原点位置にアームを移動させることなく制御座
標とアーム座標とを一致させることができる。

また比較的簡単な演算処理により実現でき、複雑なテー
ブルを用いることなく制御対象物の位置を認識すること
ができる。さらに原点センサを用いる必要はなくその調
整も不要になるという効果か得られる。さらにモータの
１回転以下の回転だけの時間で位置の検出ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による水平多関節ロボッ
トの一つのアームの構成を示すブロック図、第２図はロ
ボットアームの位置とカウンタの計数値とモータの回転
量とＣ相の関係を示す図、第３図はアームの位萱検出の
手順を示すフローチャート、第４図は本発明の第２の実
施例のＣ相とカウンタの計数値の関係を示す図、第５図
は本発明の第３の実施例のＣ相とカウンタの計数値の関
係を示す図、第６図は従来の水平多関節ロボットの一つ
のアームの構成を示す図、第７図は原点復帰を説明する
図である。 １・・・・・・アーム（制御対象物）、２・・・・・・
減速機、３・・・・・・電動機、４・・・・・・ロータ
リーエンコーダ、５・・・・・・エンコーダ本体、６・
・・・・・カウンタ、７・・・・・・バックアップ電源
、８・・・・・・位置検出手段。 代理人の氏名　弁理士小鍜治明　ほか２名艷＃織 ロータソーエンコータ １ンコ−ダ不イ不 カクンタ 瘍 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御対象物を駆動する電動機と、その電動機に接続され
   ており、９０度位相差のＡ相およびＢ相の信号およびエ
   ンコーダの１回転中に１個または複数個のＣ相（Ｚ相）
   信号を出力するロータリーエンコーダと、上記複数個の
   Ｃ相信号の順位を判別する手段と、上記エンコーダの回
   転量を計数するカウンタと、そのカウンタのバックアッ
   プ電源と、上記カウンタの計数値および上記Ｃ相信号の
   順位にもとづいて制御対象物の位置を判別する位置検出
   手段とを備えた制御対象物の初期位置検出装置。