JPH03122703A - 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〕 本発明は交流の同期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、制御対象の位置を検
出する位置検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

交流モータを用いた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動作対象物の座
標（物理座標）とを一致させる必要がある。このため動
作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。即ち水平多
関節ロボット等においてはアーム、工作機械ではＸＹ子
テーブルをモータによって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
ついての制御機構を示す図である。本図において動作対
象物を例えばアーム３１とする。

アーム３１はモータ３２によりロータリーエンコーダ３
３及び減速機３４を介して駆動され、その位置が制御さ
れる。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３１を
二点鎖線で示す位置Ｂの方向へ移動し、原点センサ３５
に検知された状態でアーム３１の移動を停止する。制御
装置はその点をアームの原点と認識することにより制御
座標とアーム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〕

しかしながらこのような構成で原点復帰を行う場合には
、原点センサが１点に固定されているので原点位置まで
必ずアームを移動させる必要があり、広範囲にアームを
移動させる必要があるだけでなく時間が長（かかるとい
う問題点を有していた。

そこで特開平１−３１２０９号に示されているように、
モータ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。しかしながら前者は２種類のエンコーダを用
いる必要があり、又テーブルを参照するため大容量をメ
モリを要し、構成が複雑なものとなる。又後者はアブソ
リュート型のエンコーダを用いるため分解能を向上させ
ることが困難であるという欠点があった。

又原点までの復帰に代えてアーム等の位置を検出する場
合には、そのときの回転子の位置を認識しモータの電流
波形を規定する必要がある。

本発明は従来のインクリメンタル型エンコーダを用いて
比較的簡単な構成で動作対象物の現在位置を検出し、又
モータの回転子の位置を検出できるようにすることを技
術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は同期電動機を用いて制御対象を駆動する装置に
用いられ、制御対象の位置を検出する位置検出装置であ
って、同期電動機に接続され１回転当たり所定数のパル
スを発生するロータリーエンコーダと、ロータリーエン
コーダの出力を計数するカウンタと、カウンタの計数値
をバックアップする電源と、カウンタの計数値に基づい
て動作対象物の現在位置を判別する位置検出手段と、同
期電動機の１回転当たりのパルス数を極対数又はその約
数で除算した商でロータリーエンコーダの計数値の剰余
を演算する剰余演算手段と、剰余演算手段の出力に基づ
いて同期電動機の回転子の位置を検出する回転子位置検
出手段と、を有することを特徴とするものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本発明によれば、電源投入後わ
ずかにモータを回転させることによってロータリーエン
コーダからのパルスを検出し、そのときに得られるカウ
ンタの計数値によって動作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。又１回
転当たりのロータリーエンコーダの出力のパルス数を極
対数又はその約数で割った商で計数値の剰余を演算し、
その値に基づいてモータの回転子の位置を認識するよう
にしている。

〔実施例〕

次に本発明の一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ットの１アームの基本構成
を示す図である。本図においてモータ１が減速機２を介
してアーム３に接続される。

ここでモータ１は例えば４極間期電動機とし、その回転
軸にカウンタ内蔵型のインクリメンタル型ロータリーエ
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９０゜の位相差を持つＡ相、Ｂ相の出力と１回転当
たり所定数、例えば４パルスのＺ相出力を出すものであ
る。このＺ相出力はカウンタ６によって計数される。こ
のカウンタ６には電源オフ時にも計数値を保持するため
のバックアンプ電源７が接続されており、その計数値は
ロボットアーム位置検出手段８と剰余演算手段９に与え
られる。ロボットアーム位置検出手段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。

又剰余演算手段９は後述するようにカウンタ値に基づい
て剰余値を演算するものであって、その出力をモータ回
転子位置検出手段１０に与える。モータ回転子位置検出
手段１０はこの出力によってモータの回転子の位置を検
出するものである。

次に本実施例の動作について説明する。第２図はロボッ
トアーム３の位置とカウンタ値の関係を示す図であって
、θ２はロータリーエンコーダ５のＺ相のパルス間での
アーム３の回転角度を示している。又ΔＤはロボットア
ームの原点からカウンタ値がＯの位置までのオフセント
値である。さてカウンタ６の計数値をＮとすると、Ｚ相
を検出したときのロボットのアーム３の位置りはアーム
原点をＯとして次式で示される。

Ｄ＝ＮＸθ２−ΔＤ　　・−・−（１）ここでθ２．Δ
Ｄはロボットの製造時に定まるものであり、それらの値
を既知すると式（１）の演算によってロボットアームの
角度、即ちアーム位置を認識することができる。第１図
のロボットアーム位置検出手段８はこの演算によってア
ーム位置を認識するものである。

第３図は４極間朋電動機の無負荷誘導電圧と１回転当た
り４パルスを持つＺ相の出力パルス及びその計数値を示
す図である。このモータ１を４極間期電動機とすれば、
その１回転毎に第３図に示すような信号が得られる。こ
こで無負荷誘導電圧の零クロス点とＺ相パルス出力との
オフセントをΔｄとする。このとき１回転当たりのＺ相
のパルス数は４．極対数は２であるので、この場合のカ
ウンタ６の計数値Ｎは次式で表される。

Ｎ＝２ｘｎ＋ｍ　　　　　−・−＋２１ｎ：整数、　　
ｍ：Ｑ又は１ 一般に１回転当たりのＺ相のパルス数をｎＺ＋　モータ
の極数をＰとし、極対数Ｐ／２の約数の集合Ｍ０の１つ
の要素をｍｏとすると、計数値Ｎは次式で示される。

ｍ（１ ｎ：整数、ｒｎ：ｍ０未溝の負でない整数この式により
Ｚ相の計数値Ｎは剰余ｍの値で分類することができる。

剰余ｍはモータｌの回転子の位置に対応しており、Ｚ相
出力が得られたときの回転子の位置ｄ２は電気角で次の
ように表すことができる。

π　Ｐ ｄｚ　”　　　Ｘｍ−Δｄ　・曲−・（４）ｚ 例えば第４図はモータ１を１２極モータとし、ロータリ
ーエンコーダのＺ相出力を１回転当たり１２パルスとし
たときの無負荷誘起電圧とＺ相出力の関係を示す図であ
る。この場合には極対数Ｐ／２は６であり、その約数の
集合Ｍ０は次のようになる。

Ｍｏ　＝　（ｍｏ　　ｌ　１．　２．　３．　６）　　
−−−−−１５１従って分類された剰余の集合をＭｌと
しその要素をｍ、とすると、１回転当たりのＺ相のパル
ス数ｎ２は１２であるので、剰余系の集合Ｍ、はｎ２７
ｍ、で表され、以下のように示される。

Ｍ＋　＝　（ｍ＋　　ｌ　２．４．６．１２）　　−−
−−−（ａ）夫々の剰余ｍの値とそれに対応する回転子
の角度は以下の表に示される。

この値によって回転子の位置を検出しモータに流す電流
位相を決定することができる。

次に剰余演算手段９とロボットアーム位置検出手段８及
びモータ回転子位置検出手段１ｏの機能は実際にはマイ
クロコンピュータ等によっテ実現される。第５図はこれ
らの動作を示すフローチャートである。本図において動
作を開始するとまずステ・／プ２１．２２において任意
の位置にあるアーム３をロータリーエンコーダ４のＺ相
出力が得られるまで回転させる。そしてＺ相の出力が得
られればステップ２３に進んでそのときのロータリーエ
ンコーダ４に内蔵されたカウンタ６の計数値Ｎを読込む
。そしてステップ２４に進んでアーム３の位置りを前述
した式（１）に基づいて演算する。ここでステップ２４
はロボットアーム位置検出手段８の機能を達成している
。さてこの演算を終了するとステップ２５に進んで（１
回転当たりのＺ相パルス）÷（極対数又はその約数）の
商ａ１によってカウント値Ｎの剰余ｍを得る。このステ
ップ２５は第１図の剰余演算手段９の機能を達成してい
る。そしてステップ２６に進み得られた剰余ｍに基づい
て回転子の位置を式（４）によって演算する。こうすれ
ばモータの回転子の位置を検出することができる。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。

尚本実施例では剰余演算はマイクロコンピュータによる
ソフトウェア処理によって行っているが、ジョンソンカ
ウンタ等のカウンタを用いたハードウェアによって実現
することも可能である。

又本実施例ではロボットアームのアーム位置を検出する
装置について説明しているが、本発明は旋回型のロボッ
トアームだけでなく直線型のロボットや工作機械、ＸＹ
子テーブル、同期式の交流モータを用いて電源投入時に
その位置検出を行う種々の装置に適用することが可能で
ある。

更に本実施例はロータリーエンコーダをカウンタ内蔵型
のものを用いているが、カウンタを独立して設けてもよ
い。又モータの１回転に対して複数のパルスを出力する
Ｚ相の出力を用いているが、Ａ相又はＢ相の他の出力を
用いてもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕 このように本発明によれば、インクリメンタル型エンコ
ーダを用いてＺ相のパルス数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の座標とを一致させるようにし
ている。従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ができ、ロ
ボット等の原点位置にアームを復帰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。

又比較的簡単な演算処理により複雑なテーブルを用いる
ことなく制御対象の位置を認識することができる。更に
原点センサを用いる必要はな（その調整も不要になると
いう効果が得られる。更にモータの１回転以下の回転だ
けの時間で回転子の位置も検出でき、その位置に対応し
たモータ電流を与えてモータを駆動することによって制
御を開始することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による水平多関節ロボットと
その構成を示すブロック図、第２図はロボ・７トアーム
の位置とカウンタの計数値の関係を示す図、第３図は４
掻モータの無負荷誘導電圧と１回転当たりのパルス数出
力及びＺ相とその余剰との関係を示す図、第４図は１２
極モータの無負荷誘起電圧と１回転当たり１２パルスの
Ｚ相を持つＺ相出力との関係を示す図、第５図はアーム
の位置検出及びモータの回転子の位置検出の動作を示す
フローチャート、第６図は従来の水平多関節ロボットの
１軸分の基本構成を示す図、第７図はその原点復帰動作
を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）同期電動機を用いて制御対象を駆動する装置に用
   いられ、制御対象の位置を検出する位置検出装置であっ
   て、 前記同期電動機に接続され１回転当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、前記ロータリーエ
   ンコーダの出力を計数するカウンタと、 前記カウンタの計数値をバックアップする電源と、 前記カウンタの計数値に基づいて動作対象物の現在位置
   を判別する位置検出手段と、 前記同期電動機の１回転当たりのパルス数を極対数又は
   その約数で除算した商で前記ロータリーエンコーダの計
   数値の剰余を演算する剰余演算手段と、 前記剰余演算手段の出力に基づいて前記同期電動機の回
   転子の位置を検出する回転子位置検出手段と、を有する
   ことを特徴とする位置検出装置。