JPH1076488A - ロボットの位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットの位置決め装置に関し、パルスモー
タを駆動源として、バックラッシュをもっている簡易型
ロボットを制御する上で、バックラッシュを補正しなが
ら安価に位置決めの信頼性を向上させることを目的とす
る。 【解決手段】 ロボットの駆動源としてのパルスモータ
１０と、ロボットの移動部分１５の原点位置を検出する
原点センサ１１と、パルスモータの基準位置を検出する
簡易型エンコーダセンサ１２と、原点センサと簡易型エ
ンコーダセンサの位置関係及びパルスモータの励磁パタ
ーンを使用し、機械的原点位置を算出する手段とを備え
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパルスモータを駆動
源として使用するロボットの位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットのアーム等の移動部分を駆動す
るために、従来はサーボモータを使用することが多い。
しかし、サーボモータを使用すると、複雑な制御回路や
ドライブ回路が必要になるため、ロボットの製造コスト
が高くなる。これに対して、ロボットのマニピュレータ
を駆動するために、パルスモータを使用すると、オープ
ンループの制御が可能なために、ロボットの製造コスト
を低減することができる。

【０００３】図６及び図７はパルスモータを使用したロ
ボットのオープンループの制御の例を示す図である。図
６において、ロボットの位置決め装置は、移動部分を駆
動するためのパルスモータ５０と、原点センサ５１と、
原点補助センサ５２とを有し、制御回路５３は原点セン
サ５１と原点補助センサ５２との信号を受けて、ドライ
バ回路５４に制御信号を送り、ドライバ回路５４はパル
スモータ５０に電流を流して移動部分を運動させる。

【０００４】原点センサ５１はロボットの移動部分の原
点位置（機械的な原点位置）を検出し、原点補助センサ
５２はパルスモータ５０の基準位置を検出する。図７に
おいては、５０ａはパルスモータ５０の励磁パターンを
示し、５１ａは原点センサ５１の出力信号を示し、５２
ａは原点補助センサ５２の出力信号を示す。

【０００５】原点センサ５１の出力信号の変化点Ｘがロ
ボットの機械的原点位置になる。しかし、パルスモータ
５０とマニピュレータ等の移動部分との間にバックラッ
シュがあると、原点センサ５１の出力信号とパルスモー
タ５０の励磁パターンとの間にずれが生じることがあ
る。これを補正するために、原点補助センサ５２の出力
信号が使用される。

【０００６】原点補助センサ５２は例えばパルスモータ
５０の回転軸の位置を検出し、パルスモータ５０の１回
転に対して１回だけオン信号を出力する。そこで、原点
センサ５１の出力信号の変化点Ｘがあった時点の前又は
後の原点補助センサ５２のオン信号を原点位置とする。
これによって、バックラッシュがあっても、正確に原点
位置を検出できる。

【０００７】図８及び図９はパルスモータを使用したロ
ボットのフィードバック制御の例を示す図である。図８
において、ロボットの位置決め装置は、パルスモータ６
０と、原点センサ６１と、エンコーダセンサ６２と、制
御回路６３と、ドライバ回路６４とを有する。原点セン
サ６１はロボットの移動部分の原点位置を検出し、エン
コーダセンサ６２はパルスモータ５０の基準位置を検出
する。

【０００８】図９においては、６０ａはパルスモータ６
０の励磁パターンを示し、６１ａは原点センサ６１の出
力信号を示し、６２ａ、６２ｂはエンコーダセンサ６２
の出力信号を示す。前の例と同様に原点センサ６１の出
力信号の変化点Ｘがロボットの機械的原点位置になる。
エンコーダセンサ６２は例えば光学式にパルスモータ６
０の回転軸の位置を検出し、パルスモータ６０の１回転
に対してパルスモータ６０の分解能と同じかそれ以上の
分解能をもった出力信号６２ａと、パルスモータ６０の
１回転に対して１回だけオン信号を示す出力信号６２ｂ
とを出力する。この場合にも、原点センサ５１の出力信
号のずれをエンコーダセンサ６２の出力信号６２ａ又は
６２ｂを用いて補正することができる。また、この場合
には、エンコーダセンサ６２の出力信号６２ａを使用し
て、パルスモータ６０のフィードバック制御を行うこと
ができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図６及び図７に示した
例の場合には、安価な構成で原点位置を正確に検出する
ことができるが、オープンループ制御であるために、例
えばパルスモータ５０に脱調があった場合にロボットの
移動部分が目的とする位置へ正確にもたらされたかどう
かを知ることはできない。

【００１０】図８及び図９に示した例の場合には、原点
位置を正確に検出することができるばかりでなく、ロボ
ットの移動部分が目的とする位置へ正確にもたらされた
かどうかを知ることができる。しかし、この場合には、
分解能の高いエンコーダセンサ６２を使用するために、
ロボット全体の価格が高くなるという問題がある。さら
に、要求精度がそれほど高くない簡易型ロボットの場
合、分解能の高いエンコーダセンサ６２を使用する必要
がなくなる。

【００１１】本発明の目的は、パルスモータを駆動源と
して、バックラッシュをもっている簡易型ロボットを制
御する上で、バックラッシュを補正しながら安価に位置
決めの信頼性を向上させることのできるロボットの位置
決め装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるロボットの
位置決め装置は、ロボットの駆動源としてのパルスモー
タと、ロボットの移動部分の原点位置を検出する原点セ
ンサと、パルスモータの基準位置を検出する簡易型エン
コーダセンサと、原点センサと簡易型エンコーダセンサ
の位置関係及びパルスモータの励磁パターンを使用し、
機械的原点位置を算出する手段とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１３】上記構成においては、従来の分解能の高い
エンコーダセンサの代わりに、分解能のそれほど高くな
い簡易型エンコーダセンサを使用している。例えば、簡
易型エンコーダセンサはパルスモータの分解能よりも低
い分解能をもったものであり、パルスモータの１回転に
対して数回のオン信号を出力するものである。従来の分
解能の高いエンコーダセンサが例えば複雑な検出パター
ンを蒸着等により形成しているのに対して、本発明で使
用する簡易型エンコーダセンサは円板に幾つかの穴をプ
レスして形成することができ、従来のエンコーダセンサ
よりもかなり安価である。従って、簡易型の安価なロボ
ットを提供することができる。

【００１４】さらに、原点センサと簡易型エンコーダセ
ンサの位置関係及びパルスモータの励磁パターンを使用
し、機械的原点位置を算出する手段とを備えている。簡
易型エンコーダセンサを使用することによって、原点セ
ンサによって検出されたロボットの原点位置を補正する
ことができるばかりでなく、パルスモータをフィードバ
ック制御することができる。

【００１５】また、上記構成において、簡易型エンコー
ダセンサの出力信号変化点２か所と原点センサの位置関
係を利用し、機械的原点位置を精度よく算出する手段を
備えることができる。また、簡易型エンコーダセンサを
使用し、パルスモータの脱調を検出する手段を備えるこ
とができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、本発明による
ロボットの位置決め装置は、パルスモータ１０と、原点
センサ１１と、簡易型エンコーダセンサ１２と、制御回
路１３と、ドライバ回路１４とを有する。ロボットは移
動部分１５を含む。例えば、ロボットが工作機械で使用
される場合には、移動部分１５は被加工部品をつかむア
ームであり、ロボットが半導体製造装置で使用される場
合には、移動部分１５はウエハを搬送する搬送手段であ
る。

【００１７】原点センサ１１はロボットの移動部分１５
の機械的な原点位置を検出する。簡易型エンコーダセン
サ１２はパルスモータ１０の基準位置を検出する。簡易
型エンコーダセンサ１２は例えば光学式にパルスモータ
１０の回転軸の位置を検出するように構成される。簡易
型エンコーダセンサ１２は円板に幾つかの穴を開けても
ので構成され、パルスモータ１０の励磁パターンの分解
能よりせ高くない分解能をもつものである。

【００１８】図２においては、１０ａはパルスモータ１
０の励磁パターンを示す。パルスモータ１０は２相パル
スモータの例であり、４つの励磁パターンＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄを繰り返すように示してある。ただし、本発明では２
相パルスモータに限らず、４相あるいは５相パルスモー
タ等その他のパルスモータを使用することもできる。パ
ルスモータ１０の種類が変われば、励磁パターンも変わ
る。

【００１９】１１ａは原点センサ１１の出力信号を示
し、その出力信号の変化点Ｘがロボットの機械的原点位
置になる。１２ａは簡易型エンコーダセンサ１２の出力
信号を示し、パルスモータ１０の励磁パターンの分解能
よりも高くない分解能をもつ。この簡易型エンコーダセ
ンサ１２は４つの励磁パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄに相当す
る単位でオン信号とオフ信号とを出力する。図９の信号
６２ｂに相当するものはない。

【００２０】原点センサ１１はロボットの移動部分１５
の機械的な原点位置を検出するが、パルスモータ１０と
移動部分１５との間にバックラッシュがあると、原点セ
ンサ１１の出力信号とパルスモータ１０の励磁パターン
との間にずれが生じることがある。簡易型エンコーダセ
ンサ１２の出力信号はこれを補正するために使用され
る。すなわち、原点センサ１１の出力信号の変化点Ｘが
あった時点の前又は後の簡易型エンコーダセンサ１２の
出力信号の変化点Ｙ、Ｚを記憶し、変化点Ｘと変化点
Ｙ、Ｚとの位置関係から補正された原点位置を算出す
る。さらにまた、原点位置を算出においては、簡易型エ
ンコーダセンサ１２の励磁パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄをも
使用し、原点位置をより正確に算出する。

【００２１】このようにして、本発明においては、原点
センサ１１と簡易型エンコーダセンサ１２の位置関係及
びパルスモータ１０の励磁パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを使
用し、機械的原点位置を算出する手段とを備えている。
図３は、原点センサ１１と簡易型エンコーダセンサ１２
の位置関係及びパルスモータ１０の励磁パターンＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄを使用して機械的原点位置を算出する例のフ
ローチャートを示す。

【００２２】ステップ２０において、原点センサ１１の
検出信号の変化点Ｘを検出したら、最初の変化点Ｘの位
置を記憶し、ステップ２１において、最初の変化点Ｘを
検出したときのパルスモータ１０の励磁パターンＡ、
Ｂ、Ｃ、Ｄを記憶する。そこで、次回以降に原点検出を
行う場合には、原点センサ１１の検出信号の変化点Ｘと
そのときのパルスモータ１０の励磁パターンＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄとを比較し、それらの間の関係が最初の変化点Ｘ
と最初のパルスモータ１０の励磁パターンＡ、Ｂ、Ｃ、
Ｄとの間の関係と一致する場合には、そのときに検出し
た原点位置は最初の原点位置と同一と判断することがで
きる。ただし、検出した原点位置がバラツク場合には、
このように簡単にはいかず、次の処理に従う。

【００２３】ステップ２２において、原点センサ１１の
最初の変化点Ｘを検出したときの検出信号の変化点Ｘを
検出したら、そのときの簡易型エンコーダセンサ１２の
出力信号を記憶し、原点センサ１１の最初の変化点Ｘと
簡易型エンコーダセンサ１２の出力信号の位置関係を記
憶する。

【００２４】そこで、ステップ２３において、次回以降
に原点検出を行う場合には、原点センサ１１の検出信号
の変化点Ｘとそのときの簡易型エンコーダセンサ１２の
出力信号とを比較し、それらの間の関係が最初の変化点
Ｘと最初の簡易型エンコーダセンサ１２の出力信号との
間の関係と比較することにより、原点センサ１１の出力
信号のバラツキを補正する。

【００２５】図２においては、簡易型エンコーダセンサ
１２の出力信号変化点２か所Ｙ、Ｚが使用される。これ
は、原点センサ１１の検出信号の変化点Ｘとそのときの
簡易型エンコーダセンサ１２の出力信号の変化点とが重
なってしまった場合に、バラツキにより最初に測定した
簡易型エンコーダセンサ１２の出力信号の変化点と今回
測定した簡易型エンコーダセンサ１２の出力信号の変化
点との相関がとれなくなることを防ぐためである。

【００２６】また、簡易型エンコーダセンサ１２の出力
信号変化点を記憶する場合には、変化点の位置ばかりで
なく、変化方向も記憶しておくことにより、簡易型エン
コーダセンサ１２の出力信号変化点２か所Ｙ、Ｚを誤認
識しないようにするのが望ましい。

【００２７】図４はバックラッシュがある場合の簡易型
エンコーダセンサ１２の正回転時と逆回転時の出力信号
を示す図である。Ｂはバックラッシュである。目的とす
る位置決め位置Ｐに対して、１２ａはパルスモータ１０
が正回転するときの簡易型エンコーダセンサ１２の出力
信号を示し、１２ｂはパルスモータ１０が逆回転すると
きの簡易型エンコーダセンサ１２の出力信号を示する。
このように、簡易型エンコーダセンサ１２の正回転時の
出力信号と逆回転時の出力信号とはタイミング的にずれ
ていることになる。

【００２８】目的とする位置決め位置Ｐに対して、正回
転によって位置決め位置Ｐに位置決めするときと逆回転
によって位置決め位置Ｐに位置決めするときとでは、簡
易型エンコーダセンサ１２の出力信号は異なったものと
なる。そこで、バックラッシュがあるロボットの位置決
めを行う場合、一つの方向からのみ位置決めを行うよう
にした方がよく、例えば正回転で位置決めを行うのを基
準とした場合には、逆回転方向に行く場合には目的とす
る位置決め位置Ｐを少し通り過ぎた後で正回転方向に戻
しながら位置決めを行うのがよい。

【００２９】図５はバックラッシュがある場合において
パルスモータ１０の脱調を検出しながら位置決めを行う
動作を説明する図である。パルスモータ１０の脱調は簡
易型エンコーダセンサ１２の出力信号とパルスモータ１
０の励磁パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとを比較モニターする
ことによって検出できる。

【００３０】図５においては、現在位置がＱであり、目
的とする位置決め位置がＰである。この例においては、
最初に現在位置Ｑから第１の中間位置Ｒへ移動し、それ
から第２の中間位置Ｓへ移動し、それから目的とする位
置決め位置Ｐへ逆に移動するようにパルスモータ１０を
制御する。これによって、上記したバックラッシュがあ
る場合の一定の方向からの位置決めを行うことができ
る。

【００３１】図４から分かるように、ある位置において
は、簡易型エンコーダセンサ１２の正回転時の出力信号
１２ａはオン信号であり、逆回転時の出力信号１２ｂは
オフ信号になっていることがある。その逆もある。正回
転から逆回転に転換するときには、バックラッシュの分
だけ、簡易型エンコーダセンサ１２の信号の変化はな
い。

【００３２】従って、現在位置Ｑからスタートする場
合、簡易型エンコーダセンサ１２の出力信号はオン信号
かオフ信号か特定できないことがあり、この状態ではパ
ルスモータ１０の脱調は検出できない。そこで、最初に
現在位置Ｑから確実にオン信号又はオフ信号があらわれ
る第１の中間位置Ｒへ少し移動する。この移動量はバッ
クラッシュ量を勘案しつつ簡易型エンコーダセンサ１２
の出力信号がオン信号からオフ信号へ又はその逆に確実
に変化するように設定しておく。従って、最初の移動の
過程では、信号の変化が検出されるので、パルスモータ
１０の脱調を検出できる。

【００３３】第２の中間位置Ｓと目的とする位置決め位
置Ｐとの関係は、現在位置Ｑと第１の中間位置Ｒとの関
係と同じに設定される。第２の中間位置Ｓと第１の中間
位置Ｒとはそれぞれ位置決め位置Ｐと現在位置Ｑに対し
て同じ側にある。最初の移動に続く移動の間には、簡易
型エンコーダセンサ１２の出力信号が確実にあらわれる
ので、パルスモータ１０の脱調を検出できる。このよう
にして、原点位置の補正と、パルスモータ１０の脱調の
検出とをともに行うことができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡易型のエンコーダセンサを使用しているので、価格的
に安価にロボットを構成することができ、且つ原点位置
の正確度及び位置決めの信頼性も確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】図１のパルスモータの励磁パターン及びセンサ
の出力信号を示す図である。

【図３】機械的原点位置を算出する制御のフローチャー
トである。

【図４】バックラッシュがある場合の簡易型エンコーダ
センサの正回転時と逆回転時の出力信号を示す図であ
る。

【図５】バックラッシュがある場合においてパルスモー
タの脱調を検出しながら位置決めを行う動作を説明する
図である。

【図６】パルスモータを使用したロボットの従来の制御
例を示す図である。

【図７】図６のパルスモータの励磁パターン及びセンサ
の出力信号を示す図である。

【図８】パルスモータを使用したロボットの他の従来の
制御例を示す図である。

【図９】図８のパルスモータの励磁パターン及びセンサ
の出力信号を示す図である。

【符号の説明】

１０…パルスモータ １１…原点センサ １２…簡易型エンコーダセンサ １３…制御回路 １４…ドライバ回路 １５…移動部分

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットの駆動源としてのパルスモータ
   と、ロボットの移動部分の原点位置を検出する原点セン
   サと、パルスモータの基準位置を検出する簡易型エンコ
   ーダセンサと、原点センサと簡易型エンコーダセンサの
   位置関係及びパルスモータの励磁パターンを使用し、機
   械的原点位置を算出する手段とを備えたことを特徴とす
   るロボットの位置決め装置。
2. 【請求項２】 簡易型エンコーダセンサの出力信号変化
   点２か所と原点センサの位置関係を利用し、機械的原点
   位置を精度よく算出する手段を備えたことを特徴とする
   請求項１に記載のロボットの位置決め装置。
3. 【請求項３】 簡易型エンコーダセンサを使用し、パル
   スモータの脱調を検出する手段を備えたことを特徴とす
   る請求項１に記載のロボットの位置決め装置。