DE69213313T2

DE69213313T2 - Drehstellungsdetektor für einen Roboter

Info

Publication number: DE69213313T2
Application number: DE69213313T
Authority: DE
Inventors: Mitsuyoshi Obata; Noboru Takagi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-03-22
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2012-03-10
Also published as: JPH04294406A; KR940010897B1; EP0513486B1; KR920017774A; DE69213313D1; EP0513486A1; US5254922A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehstellungsdetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere auf einen Drehstellungsdetektor zum Erfassen der Drehstellungen jedes Arms oder Gelenkelementes, das fähig ist, mehrere Drehungen um dieselbe Achse durchzuführen, durch jeden Absolutwertdetektor.
Ein gattungsgemäßer Drehstellungsdetektor ist aus der DE-A-3 720 828 bekannt. Dieser gattungsgemäße Drehstellungsdetektor weist ein motorgetriebenes Drehelement und Absolutwertdetektören auf, die die Drehstellungen des Drehelements erfassen. Die Absolutwertdetektoren sind mit Reduktionsgetrieben verbunden, so daß ein Verhältnis der Drehwinkelperiode des Absolutwertdetektors zudem des Drehelements gleich 1:N ist, wobei N ein Ganzzahlwert ist, der größer als 1 ist. Dieser Drehstellungsdetektor ist jedoch direkt mit dem Drehelement über ein Reduktionsgetriebe verbunden, so daß die Beziehung der Winkelperioden automatisch die Bedingung 1: N erfüllt, wobei N eine Ganzzahl ist, da jedes Reduktionsgetriebe diese Bedingung erfüllt.
Ein anderer herkömmlicher Detektor hat einen Aufbau wie in Fig. 3 gezeigt ist, wobei ein Motor 3, der ein Gelenk 2 über ein Reduktionsgetriebe 1 dreht, mit einem Auflöser 5 über ein Reduktionsgetriebe 4 verbunden ist.
Als der Auflöser 5 wird ein sogenannter Absolutwertdetektor zur Ausgabe der Größe des Drehwinkels verwendet, ausgedrückt als ein Absolutwertsignal bei jeder Drehung einer Erfassungswelle.
Der Motor 3 ist mit einem Auflöser 6 (sogenannter Feinauflöser) montiert, um die Drehstellungen der Abtriebswelle des Motors 3 präzise zu erfassen.
Wenn das Gelenk 2 durch den Motor 3 gedreht wird, wird die Drehstellung des Gelenks 2 auf der Basis eines Ausgabesignals des Auflösers 5 erfaßt.
Bei dem zuvor genannten, herkömmlichen Detektor können, selbst wenn der Auflöser 5 viele Male gedreht wird, die Drehstellungen fortlaufend erfaßt werden, indem die Drehzahl des Auflösers 5 oder ähnliches gezählt wird. Wenn jedoch beispielsweise einmal die Energie aufgrund eines Defekts abgeschaltet und wieder angeschaltet wird, tritt eine Unannehmlichkeit auf, daß die Drehstellungen des Gelenks 2 gemäß Ausgabesignalen des Auflösers 5 fehlerhaft erfaßt werden.
Dies beruht auf der Tatsache, daß sich, wie in Fig. 4 gezeigt ist, für dieselben Signalwerte von dem Auflöser 5 zu dem Gelenk 2, daß zu einer Vielzahl von Drehungen fähig ist, die Drehstellungen voneinander unterscheiden, wie an den Punkten A, B und C gezeigt ist, und zwar abhängig von den Drehbedingungen des Gelenks 2. Daher ist der Drehwinkel des Gelenks 2 beschränkt werden, so daß die Drehung des Auflösers 5 innerhalb einer Umdrehung gehalten werden kann, um einen Absolutstellungserfassungsmechanismus in dem zuvor genannten Detektor zu realisieren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Drehstellungsdetektor zu schaffen, der unter allen Bedingungen die Drehstellung eines Drehelements genau erfassen kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist in Anspruch 2 definiert. Erfindungsgemäß ist jedes der mehreren Drehelemente jeweils einem Absolutwertdetektor zugewiesen. Die Absolutwertdetektoren sind direkt mit den Motoren über Reduktionsgetriebe verbunden. Weiterhin sind Reduktionsgetriebe zwischen den Motoren und den Drehelementen vorgesehen. Diese beiden Reduktionsgetriebe pro Einheit eines Drehelements/Absolutwertdetektors sind so eingestellt, daß die Drehwinkelperioden des Absolutwertdetektors und des Drehelementes gleich 1:N sind. Dadurch ist sichergestellt, daß die Drehstellungen des Drehelements bezüglich seinem Absolutwertdetektor genau einem identischen Wert der Ausgabe des Absolutwertdetektors in jeder Drehbedingung zugewiesen sind.
Bei dem vorliegenden Drehstellungsdetektor mit dem zuvor genannten Aufbau sind, wenn die Drehstellungen identisch zueinander bei jedem Drehelement sind, das viele Male gedreht worden ist, die Signalwerte, die von jedem Absolutwertdetektor gemäß den Drehstellungen ausgegeben werden, immer identisch zueinander.
Mit anderen Worten sind die Absolutstellungen jedes Drehelements immer genau auf der Basis der Ausgabesignalwerte jedes Absolutwertdetektors erfaßt, unbeachtlich der Drehbedingungen der Drehelemente.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Konstruktionsansicht, die den Hauptabschnitt eines Roboters zeigt, der einen Drehstellungsdetektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 2 ist eine Graphik, die die Beziehung zwischen einem Ausgabesignalwert des Auflösers (Absolutwertdetektor), der den in Fig. 1 gezeigten Drehstellungsdetektor bildet, und eine Drehposition eines Gelenkelements zeigt;
Fig. 3 ist eine Konstruktionsansicht, die den Umriß des Hauptabschnitts eines Roboters zeigt, um die Hintergrundtech nologie der vorliegenden Erfindung zu erläutern; und
Fig. 4 ist eine Graphik bezüglich eines herkömmlichen Drehstellungsdetektors, die die Beziehung zwischen einem Ausgabesignalwert eines Absolutwertdetektors und einer Drehposition eines Gelenkelements zeigt.
Das beispielhafte Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Der vorliegende Drehstellungsdetektor ist nahezu gleich wie der herkömmliche, was seinen wesentlichen Aufbau betrifft, mit der Ausnahme, daß jeder Auflöser mit jedem Arm oder Gelenkelement verbunden ist, so daß das Verhältnis der Drehwinkelperiode des Auflösers (sogenannter Absolutwertdetektor) zu der Drehwinkelperiode jedes Arms oder Gelenkelements so gewählt ist, daß es 1:N ist (N ist eine Ganzzahl größer als 1 und ist als 4 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gewählt).
Fig. 1 ist eine Konstruktionsansicht eines Roboters, der den Drehstellungsdetektor umfaßt, wobei ein zylindrischer, erster Arm 7 durch einen Sockel 8 gelagert ist, so daß er um eine Achse α drehbar ist, und der durch einen Servomotor 9, der auf dem Sockel 8 angeordnet ist, über ein Reduktionsgetriebe 10 und Zahnräder 11 und 12 gedreht wird. In diesem Fall ist das Zahnrad 11 bezüglich der Anzahl der Zähne identisch zu dem Zahnrad 12.
Ein zylindrischer, zweiter Arm 13 ist durch den ersten Arm 7 gelagert, so daß er um eine Achse β drehbar ist, die die Achse α schneidet, und der durch einen Servomotor 14, der auf dem Sockel 8 angeordnet ist, über ein Reduktionsgetriebe 15, Zahnräder 16 und 17 und Kegelräder 18 und 19 gedreht wird. In diesem Fall ist die Anzahl der Zähne jeweils zwischen den Zahnrädern 16 und 17 und zwischen den Kegelrädern 18 und 19 gleich gewählt.
Ein Gelenkelement 20 ist auf dem Außenendabschnitt des zwei ten Arms 13 gelagert, so daß es um eine Achse γ drehbar ist, die die Achse β des zweiten Arms 13 schneidet, und daß durch einen Servomotor 21, der auf dem Sockel angeordnet ist, über ein Reduktionsgetriebe 22, Zahnräder 23 und 24 und Kegelräder 25, 26, 27 und 28 gedreht wird. In diesem Fall ist dieselbe Anzahl an Zähnen jeweils zwischen den Zahnrädern 23 und 24, zwischen den Kegelrädern 25 und 26 und zwischen den Kegelrädern 27 und 28 gewählt.
Die Servomotoren 9, 14 und 21 sind mit jeweiligen Auflösern 29, 30 und 31 versehen, um präzise die Drehstellungen der jeweiligen Abtriebswelien der Servomotoren 9, 14 und 21 zu erfassen. Darüberhinaus sind die Servomotoren 9, 14 und 21 über Reduktionsgetriebe 32, 33 und 34 mit Auflösern 35, 36 und 37 (sogenannten Absolutwertdetektoren) verbunden, um die Absolutdrehstellungen des ersten Arms 7, des zweiten Arms 13 und des Gelenkelements 20 zu erfassen.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Übersetzungsverhältnisse der Reduktionsgetriebe 10, 15 und 22 so gewählt, daß sie 1/i&sub1; sind, die jeweiligen Übersetzungsverhältnisse der Reduktionsgetriebe 32, 33 und 34 sind so gewählt, daß sie 1/i&sub2; sind, und i&sub2;/i&sub1; ist so gewählt, daß es N ist.
Bei dem zuvor genannten Ausführungsbeispiel wird daher das Verhältnis der Drehwinkelperioden der Auflöser 35, 36 und 37 zu den Drehwinkelperioden des ersten Arms 7, des zweiten Arms 13 und des Gelenkelements 20 jeweils 1:N.
Wenn entsprechend beispielsweise bei der Beziehung zwischen dem Auflöser 37 und dem Gelenkelement 20 die Ausgangssignalwerte des Auflösers 37 identisch zueinander sind, können jeweilige Absolutdrehstellungen des Gelenkelementes 20, die den Ausgabesignalen entsprechen, immer genau an einem identischen Wert unbeachtlich der Drehbedingungen des Gelenkelements gezeigt werden.
In diesem Fall ist es möglich, die Drehzahl des Gelenkelements 20 vor seiner Positionierung an einer Absolutstellung zu erfassen, indem die Drehzahl des Auflösers 37 erfaßt wird.
Die Beziehung zwischen dem Auflöser 37 und dem Gelenkelement 20, wie sie oben beschrieben ist, kann auf die Beziehung zwischen dem Auflöser 25 und dem ersten Arm 7 und auch auf die Beziehung zwischen dem Auflöser 36 und dem zweiten Arm 13 angewendet werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können daher selbst in einem Fall, in dem die Energie aufgrund eines Defekts einmal abgeschaltet und später wieder angeschaltet wird, die Absolutstellungen des ersten Arms 7, des zweiten Arms 13 oder des Gelenkelements 20 immer genau auf der Grundlage der jeweiligen Ausgabesignalwerte der Auflöser 35, 36 oder 37 erfaßt werden.
Es ist ein Drehstellungsdetektor für einen Roboter offenbart, der die Drehstellungen jedes Drehelements auf der Grundlage der Ausgabewerte jedes Absolutwertdetektors unbeachtlich der Drehbedingungen der Drehelemente immer genau erfassen. Jeder Absolutwertdetektor (Auflöser) ist mit jedem Drehelement so verbunden, daß das Verhältnis der Drehwinkelperiode des Absolutwertdetektors zu der Drehwinkelperiode des Drehelements so gewählt wird, daß es 1:N ist (N ist eine Ganzzahl größer als 1).

Claims

1. Drehstellungsdetektor zum Erfassen der Drehung von Drehelementen eines Roboters mit einem Drehelement (12, 17, 24) das zu mehreren Drehung fähig ist, einem Motor (9, 14, 21) zum Antreiben der Drehelemente (12, 17, 24), Absolutwertdetektoren (35, 36, 37) zum Erfassen der Drehstellungen der Drehelemente (12, 17, 24), Reduktionsgetrieben (32, 33, 34), mit denen die Absolutwertdetektoren (35, 36, 37) jeweils verbunden sind, wobei ein Verhältnis der Drehwinkelperiode des Absolutwertdetektors (35, 36, 37) zu der Drehwinkelperiode des Drehelements (12, 17, 24) gleich 1:N ist, wobei N ein Ganzzahl größer als 1 ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drehelemente (12, 17, 24) jeweils mit jedem der Absolutwertdetektoren (35, 36, 37) verbunden sind, wozu die Absolutwertdetektoren (35, 36, 37) jeweils direkt über die Reduktionsgetriebe (32, 33, 34) mit den Motoren (9, 14, 21) verbunden sind, und weiterhin Reduktionsgetriebe (10, 15, 22) zwischen den Motoren und den Drehelementen (12, 17, 24) vorgesehen sind, wobei die Reduktionsgetriebe (32, 33, 34) der Absolutwertdetektoren (35, 36, 37) und die Reduktionsgetriebe (10, 15, 22) der Drehelemente (12, 17, 34) so zusammenwirken, daß das Verhältnis der Drehwinkelperiode der Absolutwert detektoren (35, 36, 37) zu der Drehwinkelperiode der jeweiligen Drehelemente (12 17, 24) so gewählt ist, daß es 1:N ist, so daß bestimmte Drehstellungen der Drehelemente (12, 17, 24) genau einem identischen Wert des Ausgabesignals der Absolutwertdetektoren (35, 36, 37) zugewiesen sind, unbeachtlich, wie oft die Drehelemente (12, 17, 24) gedreht worden sind.

2. Drehstellungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Drehelemente (12, 17, 24) zur Mehrfachdrehung um dieselbe Achse fähig sind.