JP2576956B2 - 産業用ロボツトの回転角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、産業用ロボツト等において各回転軸の絶対
的な回転角を検出するための回転角検出装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 一般に、産業用ロボツト等を制御する際には、そのア
ームなどの各回転軸の回転角を高精度で検出する検出装
置が必要であり、このような回転角検出装置として、構
造が複雑でそのため高価なアブソリユート型の検出装置
よりも低コストで構造の簡素なインクリメンタル（増
分）型の検出装置が一般的に用いられている。

この回転角検出装置としては、従来、第3,4図に示す
ようなものがある。第3,4図において、１は産業用ロボ
ツト等のアーム、２は図示しない減速機を介してアーム
１を回転駆動するモータ、３はパルスエンコーダ（PE）
である。このパルスエンコーダ３は、モータ２の回転軸
に結合され、第５図に示すように、モータ２（アーム
１）の回転に伴つて、モータ２（パルスエンコーダ３）
の１回転ごとに原点設定もしくは回転数検知兼用のＺパ
ルス信号を出力するとともに、回転角検出用のA,Bパル
ス信号を出力するものである。ここで、A,Bパルス信号
は、90゜の位相差をもつて出力され、これらのA,Bパル
ス信号の先後関係をみることにより回転方向が検出され
るようになつている。

また、４はアーム１に固着されたストライカ、５は固
定側に配置されストライカ４によりON,OFFされてアーム
１が原位置にあることを検出するためのリミツトスイツ
チ、６はパルスエンコーダ３からのA,Bパルス信号の数
をカウントしそのカウント値を回転角として出力するア
ツプダウンカウンタ、７はゼロ信号発生器である。この
ゼロ信号発生器７は、リミツトスイツチ５からのON,OFF
信号によりパルスエンコーダ３からのＺパルス信号を受
けて、アツプダウンカウンタ６の原点を設定するための
ものである。

さらに、８はアツプダウンカウンタ６からのカウント
値をアーム１の回転角として受け同アーム１を駆動制御
する主制御装置である。

上述の構成により、回転角を検出する際には、まずア
ーム１が原位置から動き始めると、第４図に示すよう
に、パルスエンコーダ３からZ,A,Bパルス信号が出力さ
れ始めるとともに、リミツトスイツチ５にストライカ４
が当接してOFFからONになる。そして、このリミツトス
イツチ５がONになつてから、最初にＺパルス信号がゼロ
信号発生器７に入力される時点を原点とすべく、ゼロ信
号発生器７は、その時点でアツプダウンカウンタ６をリ
セツトするクリア信号を出力して、原点合せが行なわれ
る。

その後、アツプダウンカウンタ６において、パルスエ
ンコーダ３から入力されるA,Bパルス信号により回転方
向を判定しながら、その回転方向の正逆に応じてA,Bパ
ルス信号をカウントアツプまたはカウントダウンする。

このようにして、アツプダウンカウンタ６によりカウ
ントされたカウント値（第４図には16ビットの場合を示
す）が、検出すべき回転角として出力される。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、回転角検出を開始するにあたつては、前述
したようにリミツトスイツチ5,ゼロ信号発生器７および
パルスエンコーダ３からのＺパルス信号により原点合せ
を行なう必要がある。一旦、原点合せを行なつた後に
は、アツプダウンカウンタ６におけるカウンタ値が消え
ない限りは、このアツプダウンカウンタ６の出力をアブ
ソリユート信号（絶対的な回転角）として用いることが
できる。

しかしながら、上述した従来の回転角検出装置では、
アツプダウンカウンタ６へ電力を供給する電源８がカウ
ンタ６から断たれると、カウンタ値が消えてしまう。例
えば、１日の作業が終了したとき、ロボツトの異常を知
り非常停止状態とした時の場合がこれに当る。再び電源
８を投入した時には、再度上述の原点合せを行なわなけ
れば、原点位置からの絶対的な回転角を検出できなくな
る。原点合せの作業に際しては、近傍に種々の機器が配
置された狭い場所でアーム１を原点位置に戻すために、
ロボツトに繁雑な動作をさせなければらず、ロボツトや
周辺機器に損傷を与えるなどの危険性が高い。

そこで、アップダウンカウンタだけに補助供給電源を
接続し、供給電源オフ時のカウント値を保持することも
提案されている（特開昭61−120903号公報参照）。しか
し、産業用ロボットの場合、供給電源を切った状態で作
業者が保守点検を行うものであり、供給電源を切った状
態でロボットアームが動かされたり、または、衝撃によ
ってロボットアームが回ったりすることがあり、また保
持しているブレーキによってもモータ軸に多少のガタを
生じさせることがあり、アップダウンカウンタだけをバ
ックアップしても、正しい回転角度が保持されないとい
う問題点がある。供給電源オフ時でも正しい回転角度を
保持するためには、パルスエンコーダ、ゼロ信号発生器
もバックアップする必要があり、大きな容量のバックア
ップ電源を設けなければならないという問題点がある。

本発明は、このような問題点の解決をはかろうとする
もので、従来の低コストで構造の簡素なインクリメンタ
ル型検出器を回転数および回転方向検知機能として用
い、所定回転角以内の絶対回転角の検知にはアブソリユ
ート検出器を用いることとし、インクリメンタル型検出
器自体とその出力信号をカウントするカウンタをバツク
アツプする補助供給電源を設けた産業用ロボツトの回転
角検出装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このための本発明の産業用ロボットの回転角度検出装
置は、ロボットにおける回転部材の回転軸に設けられ、
所定回転角以内の絶対的な回転角を検出する絶対角検出
器と、該絶対角検出器の信号を受けて検出値を下位ビッ
トとして出力する第１の変換回路と、前記回転軸に設け
られ、前記所定回転角ごとにパスル信号を出力するパル
ス検出器と、前記パルス信号により回転方向を判定しな
がら前記所定回転角の倍数に相当する信号を上位ビット
として出力する第２の変換回路とを備え、前記回転軸の
絶対回転角を前記下位ビット出力と前記上位ビット出力
とから出力するようにした産業用ロボットの回転角検出
装置であって、 前記パルス検出器及び前記第２の変換回路に対して供
給電源オフ時にバックアップする補助供給電源を設け、 供給電源オフ後に再投入した時には、再投入された供
給電源によって出力しなおす前記下位ビット出力と、前
記供給電源オフ時は、前記補助供給電源にて作動し続
け、前記供給電源の再投入後は再投入された供給電源に
て引き続いて作動し、出力し続ける前記上位ビット出力
と、により前記回転軸の絶対回転角を求めることを要旨
とするものである。

また、前記パルス検出器は、磁気センサを用いるも
の、例えば磁化したドラムをホール素子で検出するもの
が好ましい。

［作用］ 上述の本発明の産業用ロボットの回転角検出装置で
は、供給電源オフになっても、回転部材の所定回転角以
内の角度が絶対角検出器及びその第１変換回路により供
給電源を再投入した時に絶対的なものとして下位ビット
で出力され、供給電源オフ時にロボットアームが動かさ
れても、動かされた後の回転部材の絶対角が検出され
る。一方、パルス検出器とその第２変換回路は補助供給
電源でバックアップされており、所定回転角毎のパルス
信号を上記ビットで出力し続けており、供給電源オフ時
にロボットアームが動かされても、絶対角を除く回転の
程度が検出される。そして、再投入電源による下位ビッ
ト（所定回転角内の絶対角）と補助供給電源による上位
ビット（所定回転角毎のもの）とをから、動かされた後
の回転軸の絶対回転角が検出される。

前記パルス検出器に、磁化したドラムをホール素子で
検出するものの如く磁気センサを用いるものにすると、
バックアップ時の消費電力が少なくなる。

［発明の実施例］ 以下、地面により本発明の一実施例としての回転角検
出装置を説明すると、第１図はそのブロツク図であり、
第１図において、１は回転部材としての産業用ロボツト
等のアーム、２は図示しないが減速機を介してアーム１
を回転駆動するモータ、９はモータ２を介しアーム１の
回転軸に接続されて所定の回転角以内での絶対回転角を
検出する絶対角検出器としてのレゾルバである。このレ
ゾルバ９としては、回転軸１回転分（360゜）以内の絶
対回転角を検出できる２極タイプや、回転軸半回転分
（180゜）以内の絶対回転角を検出できる４極タイプな
どがあるが、本実施例では、上記所定の回転角を360゜
とする２極タイプのレゾルバを用いるものとする。ま
た、10はレゾルバ９からの検出信号を２進数の絶対回転
角信号に変換し下位ビツト（2⁰〜2⁹の10ビツト）として
出力する変換回路としての変換器である。

一方、11はアーム１の回転に伴いその回転軸１回転ご
とにA,Bパルス信号を出力するパルス検出器としてのパ
ルスエンコーダで、A,Bパルス信号は、第２図に示すよ
うに、90゜の位相差をもつて出力され、これらのA,Bパ
ルス信号の先後関係をみることにより回転軸の回転方向
が検出されるようになつている。このパルスエンコーダ
11としては、回転軸にスリツトを有する円板を取り付け
そのスリツトをフオトカプラで検出するものや、磁化し
たドラムをホール素子等で検出するものなどを用いる。

そして、12はパルスエンコーダ11からのA,Bパルス信
号の数をカウントする変換回路としてのアツプダウンカ
ウンタで、そのカウント値に基づく回転角つまり360゜
の倍数に相当する絶対回転角信号を上位ビツト（2¹⁰〜2
¹⁵の６ビツト）として出力するものである。

さらに、13はパルスエンコーダ11およびアツプダウン
カウンタ12へ電力を供給する補助供給電源としてのバツ
クアツプ用電源である。

本発明の一実施例としての回転角検出装置は上述のご
とく構成されているので、アーム１の回転角を検出する
際には、360゜以内の回転角が、レゾルバ９により常に
絶対的なものとして検出され、変換器10で２進数に変換
されて下位ビツト（10ビツト分）で出力される。このレ
ゾルバ９は、電源OFF後い再投入した時にも360゜以内の
回転角については正しい（絶対的な）回転角を検出す
る。

また、アツプダウンカウンタ12において、パルスエン
コーダ11から出力されるA,Bパルス信号により回転方向
を判定しながら、その回転方向の正逆に応じてA,Bパル
ス信号をカウントアツプまたはカウントダウンして、ア
ーム１に接続されるモータ２の回転軸の回転数が検出さ
れ、そのカウント値が、360゜の倍数に相当する絶対回
転角信号として上位ビツト（６ビツト分）で出力され
る。

そして、変換器10からの下位ビツト出力とアツプダウ
ンカウンタ12からの上位ビツト出力とから、アーム１の
絶対回転角が得られる。

さらに、本実施例では、アツプダウンカウンタ12にお
けるカウンタ値は、インクリメンタル方式で電力供給が
ストツプすると消えてしまうので、上位ビツト（６ビツ
ト分）についてのみ出力を行なうパルスエンコーダ11お
よびアツプダウンカウンタ12へバツクアツプ用電源13か
ら電力を常時供給することで、常に絶対回転角が検出さ
れるようになる。

このように、本実施例によれば、１回転以内の角度検
出についてはレゾルバ９により常に絶対的な回転角を検
出し、回転軸の回転数（360゜の倍数）についてはパル
スエンコーダ11およびアツプダウンカウンタ12を用いイ
ンクリメンタル方式で検出して、これらのパルスエンコ
ーダ11およびアツプダウンカウンタ12をバツクアツプ用
電源13でバツクアツプする構成としたので、インクリメ
ンタル方式でのみ回転角検出を行なつていた従来装置で
は16ビツトのカウンタに常時電力供給を行なわなければ
ならなつかのに対し、必要最小限の６ビツトのアツプカ
ウンタ12とパルスエンコーダ11とへ電力供給をすればよ
くなり、バツクアツプに要する消費電力を極めて小さく
でき、長時間に亘るバツクアツプが可能となつて、回転
角検出装置としての信頼性が大幅に向上するのである。

なお、上記実施例で示したレゾルバを回転角検出器と
して用いる場合では、回転数をカウントするカウンタを
バツクアツプするだけでなく、Ｒ−Ｐ変換器（レゾルバ
−パルス変換）をもバツクアツプしなければならず、こ
れらに要する消費電力が大き過ぎるが、インクリメンタ
ル型検出器各々の特有な点を組み合わせて利用すること
により、バツクアツプに要する回転部材の回転角検出デ
ータが保存できて、アブソリユート式回転角検出装置と
してなり得るものである。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の産業用ロボットの回転
角検出装置によれば、所定回転角内の絶対角を下位ビッ
トとして出力するアブソリュート式の絶対角検出器と、
所定回転角毎のパルス信号に基づく上位ビットとして出
力するインクリメンタル型のパルス検出器とを回転部材
の回転軸に設けるという特有の組み合わせを採用し、パ
ルス検出器の上位ビット出力が保たれるようにバックア
ップ用補助電源回路を接続するという構成によって、供
給電源オフ時にロボットアームが動かされても、動いた
後の回転部材の絶対回転角が検出可能である共に、補助
電源回路がバックアップすべきパルス検出器は大まかは
上位ビット出力であるため、補助供給電源の消費電力が
少なくて済み、長時間の供給電源オフ時に対応できると
いう効果を奏する。このパルス検出器は、所定回転角毎
のパルスを発生するという程度のものであるため、消費
電力が大きく高速でオンオフするLEDを使用するタイプ
ではなく、オンオフの速度を遅くし応答が遅いホール素
子等の磁気センサを使用するタイプでもよいことにな
り、補助供給電源の消費電力を最小限にするという選択
を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての産業用ロボットの回
転角検出装置を示すブロツク図、第２図は上記実施例の
パルス検出器から出力されるパルス信号を示す波形図、
第３〜５図は従来の回転角検出装置を示すもので、第３
図は同装置を適用される回転部材の正面図、第４図はそ
のブロツク図、第５図はそのパルスエンコーダから出力
されるパルス信号および原点設定手段を説明するための
タイミングチヤートである。 図において、１……回転部材としてのアーム、２……モ
ータ、９……絶対角検出器としてのレゾルバ、10……変
換回路としての変換器、11……パルス検出器としてのパ
ルスエンコーダ、12……変換回路としてのアツプダウン
カウンタ、13……補助供給電源としてのバツクアツプ用
電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 学 鎌倉市手広731−１ (56)参考文献 特開 昭61−120903（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47501（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロボットにおける回転部材の回転軸に設け
   られ、所定回転角以内の絶対的な回転角を検出する絶対
   角検出器と、該絶対角検出器の信号を受けて検出値を下
   位ビットとして出力する第１の変換回路と、前記回転軸
   に設けられ、前記所定回転角ごとにパスル信号を出力す
   るパルス検出器と、前記パルス信号により回転方向を判
   定しながら前記所定回転角の倍数に相当する信号を上位
   ビットとして出力する第２の変換回路とを備え、前記回
   転軸の絶対回転角を前記下位ビット出力と前記上位ビッ
   ト出力とから出力するようにした産業用ロボットの回転
   角検出装置であって、 前記パルス検出器及び前記第２の変換回路に対して供給
   電源オフ時にバックアップする補助供給電源を設け、 供給電源オフ後に再投入した時には、再投入された供給
   電源によって出力しなおす前記下位ビット出力と、前記
   供給電源オフ時は、前記補助供給電源にて作動し続け、
   前記供給電源の再投入後は再投入された供給電源にて引
   き続いて作動し、出力し続ける前記上位ビット出力と、
   により前記回転軸の絶対回転角を求めることを特徴とす
   る産業用ロボットの回転角検出装置。
2. 【請求項２】前記パルス検出器は、磁気センサを用いる
   ものである特許請求の範囲１記載の産業用ロボットの回
   転角検出装置。