JP2653057B2 - 原点復帰方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、パルスジェネレータの原点復帰方法に関す
る。

（従来の技術） 最近では、産業界においては自動機械によって各種の
作業を行なわせるに至っており、この自動機械の中には
高精度が要求されるものが数多くある。

高精度が要求されるもののうち、代表的なものには産
業用ロボットを挙げることができる。

この産業用ロボットの内、簡単な構造を持つものに
は、例えば、第４図に示すような関節型のロボットがあ
り以下のように構成されている。

図に示すような関節型の産業用ロボットにおいては、
基台Ｂに対して旋回可能に取付けられた旋回台１にアー
ム２が図中矢印で示す方向に回動可能に取付けられてお
り、この旋回台１及びアーム２は一般的に電動ないし油
圧モータによって駆動されている。このアーム２の回動
駆動を行なう駆動機構は第５図のように構成され、旋回
台１に固着した支持軸３に対してアーム２が回動自在に
取付けられている。支持軸３に固着された従動側歯車と
しての大傘歯車４は、モータ５と減速機を有する駆動本
体６に取付けられた駆動側歯車としての小傘歯車７と噛
み合っており、駆動ユニット本体６はアーム２にボルト
８によって取付けられている。そして、モータ５には、
その回転軸の回転角度をパルス信号として検出するパル
スジェネレータ９が取付けられている。さらに、支持軸
３には、平歯車11が設けられ、この平歯車11によってア
ーム２の回動角度を検出するポテンショメータ10の軸が
回転するようになっている。

従って、モータ５を駆動すると、小傘歯車７が回転し
て大傘歯車４の回りを公転し、アーム２が回動すること
になる。そして、アーム２の回動角度に応じた信号がパ
ルスジェネレータ９とポテンショメータ10から図示しな
い制御装置に入力され、これらの信号によってアーム２
の位置制御が行なわれるようになっている。尚、パルス
ジェネレータ９は第８図に示すようなパルスをその回転
とともに出力するようになっており、通常Ａ相とＢ相の
発生パルス数は、パルスジェネレータ一回転当たり500,
1000,2000などの種々のものがあり、Ｚ相の発生パルス
数は一回転当たり１パルスである。また、ここでいう制
御装置は外部の信号を受けてモータ５の回転数、回転方
向を制御するものである。

このアーム２を所定の位置に位置決めする場合には、
第６図の動作フローチャートに示すように、パルスジェ
ネレータ９とポテンショメータ10からの信号を処理し、
位置決め動作を行なっている。以下にこの動作フローチ
ャートを第４図、第５図及び第７図を参照しながら説明
する。

まず、アーム２の動作中、第７図に示すようにパルス
ジェネレータ９がＡ点にあるときに原点復帰指令が制御
装置に入力されると（ステップ１）、この制御装置は、
モータ５を予め設定した原点処理速度（通常の制御速度
よりも遅い速度）で所定の回転方向（この回転方向は、
パルスジェネレータ９の各原点位置毎におけるポテンシ
ョメータ10の値のデータ列を取ったときの方向と同一方
向である。）に回転させ、パルスジェネレータ９を第７
図中Ｂ方向に回転させる（ステップ２）。そして、所定
時間経過後、パルスジェネレータ９の原点パルス（前記
したＺ相から出力されるもの）の受け入れを可能にし、
パルスジェネレータ９の位置パルス（前記したＡ相,B相
から出力されるもの）を積算カウントするカウンタの初
期化動作を準備する（ステップ３）。

次に、制御装置は原点パルスが入力されるまでステッ
プ２とステップ３の処理（パルスジェネレータ９を第７
図中Ｂ方向に回転させる。）を行ない、制御装置はこの
原点パルス（第７図中Ｃに相当する原点パルス）の入力
と同時に前記カウンタのカウント値を初期化するととも
に再初期化を不可にするカウンタ処理を行なう（ステッ
プ4,ステップ５）。

そして、制御装置は、ステップ５におけるカウンタ処
理の終了直後にポテンショメータ10の出力値Ｐを読込み
（第７図におけるポテンショメータの値Ｐに相当）、パ
ルスジェネレータ９の位置パルスを積算カウントするカ
ウンタのカウント値が０になるまでモータ５を逆回転さ
せ、パルスジェネレータ９をカウント値０の原点復帰位
置（第７図中、Ｃに相当する原点パルスが発生した位置
Ｄ）に位置決めする（ステップ6,ステップ７）。

さらに、ステップ６において読込んだポテンショメー
タ10の出力値Ｐの値がどの原点位置区間内であるかを、
パルスジェネレータ９の各原点位置とその各位置におけ
るポテンショメータ10の値とのデータ列の中から判断し
（第７図においてはPiとPi₊₁の区間内）、このポテンシ
ョメータ10の値Ｐと原点位置区間内においてこの値Ｐに
最も近いポテンショメータの値（第７図においてはPi）
の差を求め、この差がその原点位置区間のポテンショメ
ータの値の差ΔＰの1/3未満であるかどうかを判断し、
前記した差が原点位置区間内のポテンショメータの値の
差ΔＰの1/3以上であれば異常処理を行なうプログラム
を実行する（ステップ8,ステップ９）。

そして、ステップ９において読込み異常でないと判断
されれば、最も近いポテンショメータの値（第７図にお
いてはPi）に相当する原点パルスの積算値を読込み、そ
の値をオフセット値とし、このオフセット値に現在の位
置パルスのカウント値を加算して現在位置を設定する
（ステップ10,ステップ11）。

以上のような順序でプログラムを実行して、パルスジ
ェネレータ９の原点復帰処理を行ない、高精度の位置制
御を行なうようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の原点復帰方法にあっ
ては、パルスジェネレータ９がどの位置にあろうとも原
点復帰指令が入力されると同時に第６図に示した動作フ
ローチャートに基づいて原点復帰動作が行なわれるよう
になっていたために、例えば、パルスジェネレータ９が
第９図に示すＥ位置にあるときに原点復帰指令が入力さ
れた場合のパルスジェネレータ９の原点復帰位置と、Ｆ
位置にあるときに原点復帰指令が入力された場合のパル
スジェネレータ９の原点復帰位置とでは、その復帰位置
が異なってしまうという問題がある。

すなわち、従来では第６図に示した動作フローチャー
トに示すように、原点復帰指令が入力された後、最初の
原点パルスの入力（パルスの立上がり時）によって位置
パルスを積算するカウンタの初期化を行なうため、原点
位置以外の位置である第９図中Ｅ位置において原点復帰
指令が出力された場合には、Ｇのパルスが入力されたと
きに前記カウンタの初期化が行なわれ、この場合の原点
復帰位置はＨ位置となる。

一方、原点位置である同図中Ｆ位置において原点復帰
指令が出力された場合には、Ｉのパルスが入力されたと
きに前記カウンタの初期化が行なわれ、この場合の原点
復帰位置はＪ位置となる。尚、第９図においては原点パ
ルスがチャタリングを起こしている状態が示してある
が、これは、現実的な状態を忠実に再現してあるからで
かる。

このように、原点復帰指令を入力した時点が、原点パ
ルスの発生位置とこの位置以外の場所とでは原点復帰位
置が異なることになり、例えばロボットのアーム等の位
置制御精度に大きな影響を与えることになる。

本発明は、このような従来の問題点を解消するために
成されたものであり、原点復帰指令がパルスジェネレー
タのどの位置で入力されても、常に同一の原点復帰位置
に復帰させることができる原点復帰方法を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明は、１回転毎に原点
位置を示す原点パルスを出力するパルスジェネレータ
と、当該パルスジェネレータに接続され、その回転数を
検出するポテンショメータとを有し、前記パルスジェネ
レータと前記ポテンショメータから出力される信号に基
づいて前記パルスジェネレータを原点位置に復帰させる
原点復帰方法において、外部装置から原点復帰信号を受
けると同時に前記ポテンショメータの出力値を読み込
み、当該出力値に基づいて各原点位置における前記ポテ
ンショメータ値のデータを検索し、この検索により前記
ポテンショメータの出力値から最も近い原点位置を選択
し、当該選択した原点位置とその隣の原点位置との間の
任意の位置に相当する前記ポテンショメータ値を求め、
前記ポテンショメータの出力値が、この求めたポテンシ
ョメータ値を呈する前記任意の位置まで前記パルスジェ
ネレータを回転させ、当該任意の位置を起点として定め
られた一方向に前記パルスジェネレータを原点パルスが
出力されるまで回転して原点位置を検出し、この検出さ
れた原点位置に基づいて原点復帰させるようにしたもの
である。

（作用） このような方法で位置決めを行なうようにすると、原
点復帰指令がパルスジェネレータ９のどの位置（原点パ
ルスが発生している位置又はこれ以外の位置）において
入力されても、一旦、パルスジェネレータ９を原点位置
以外のあらかじめ定めた任意の位置まで回転させ、その
後、所定の一方向に原点パルスが入力されるまでパルス
ジェネレータ９を回転させるので、常に同方向から原点
パルスの検出を行なうことができ、パルスジェネレータ
９を常に同一の原点復帰位置に復帰させることができる
ことになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明す
る。

第１図には、本発明に係る原点復帰方法により位置決
め動作する制御装置を用いたロボット制御系の概略構成
図が示してある。

この制御装置22には、ロボット制御系の動作を制御す
る中央処理装置（CPU）23が設けられ、この中央処理装
置23には、信号線25を介して、パルスジェネレータ９の
原点位置である原点パルス発生位置毎におけるポテンシ
ョメータ10の値に関するデータを格納したポテンショ電
圧格納メモリ24と、パルスジェネレータ９から出力され
た位置パルスの積算パルス数を格納するアーム角度格納
メモリ29とが接続され、この中央処理装置23によってこ
れらのメモリ24,29にそれぞれのデータが出入れされ
る。

一方、減速機６を介してモータ５によって駆動される
アーム２の絶対位置を検出するポテンショメータ10は、
信号線12を介してA/D変換器15に接続され、このA/D変換
器15は、信号線18を介して中央処理装置23に接続されて
いる。これにより、アーム２の絶対位置は、A/D変換器1
5によってポテンショメータ10の端子電圧をデジタルデ
ータに変換し、この変換後のデータを中央処理装置23に
出力し、このデータをポテンショ電圧格納メモリ24のデ
ータと比較することによって認識することができる。

また、モータ５には、この回転角度に応じたパルス列
を出力するパルスジェネレータ９が機械的に接続され、
このパルスジェネレータ９には、信号線13を介して原点
パルスを受け入れる原点パルスゲート16が、信号線14を
介して位置パルスを受け入れるパルスカウンタ17がそれ
ぞれ接続されている。そして、この原点パルスゲート16
及びパルスカウンタ17は信号線19,20,21によって中央処
理装置23に接続され、パルスジェネレータ９から出力さ
れたＺ相のパルスいわゆる原点パルスは原点パルスゲー
ト16を介して、同様にＡ相,B相から出力されたパルスい
わゆる位置パルスはパルスカウンタ17を介して中央処理
装置23に出力されることになる。そして、このモータ５
にはモータ駆動回路26が信号線28によって接続され、モ
ータ駆動回路26は信号線27によって中央処理装置23に接
続されている。したがって、モータ５は、中央処理装置
23からの指令に基いてモータ駆動回路26によって駆動さ
れることになる。

このように構成されたロボットの制御系において、ア
ーム２を位置決めする際の位置決め動作は、第２図に示
す動作フローチャートに基づいて以下のように行なわれ
る。この動作を第３図を参照しながら説明する。

まず、アーム２の動作中、第３図に示すようにパルス
ジェネレータ９がＫ点にあるときに原点復帰指令が図示
しない外部装置から中央処理装置23に入力されると、中
央処理装置23は、この原点復帰指令の入力と同時に、A/
D変換器15によって変換されたポテンショメータ10の出
力値P₀をレジスタに一時記憶し（ステップ20）、次に、
中央処理装置23は、ポテンショ電圧格納メモリ24に記憶
されているデータの中から、このポテンショメータの出
力値P₀に最も近い原点パルス発生位置におけるポテンシ
ョメータ10の値（第３図においてはPi₊₁）を選択する
（ステップ21）。

そして、中央処理装置23は、ステップ20においてレジ
スタに記憶したポテンショメータ10の出力値P₀とステッ
プ21において選択したポテンショメータ10の値とからパ
ルスジェネレータ９の原点パルス発生位置区間における
他の一点のポテンショメータ10の値（第３図においては
Pi）を求め、目標とするポテンショメータ10の値を算出
する。本実施例では、この値は原点パルス発生位置区間
の中間点におけるポテンショメータ10の値（第３図にお
いてはＰ′）としている（ステップ22）。

次に、中央処理装置23は、このポテンショメータの値
がＰ′になるまでモータ５を所定の速度（この速度は、
P₀とＰ′との差から演算される。）で駆動すべき信号を
モータ駆動回路26に出力し、モータ５を回転させ、中央
処理装置23に入力されるポテンショメータの値がＰ′に
なったら、モータ５を停止すべき信号をモータ駆動回路
26に出力してモータ５を停止する（ステップ23,ステッ
プ24,ステップ25）。したがって、外部装置から原点復
帰指令が出力されると、パルスジェネレータ９の位置は
第３図中Ｌ位置に設定されることになり、原点復帰動作
は必ず原点パルス発生位置以外の位置を起点として行な
われることになる。

そして、以降は、第６図に示した従来の原点復帰処理
と同様の処理を行なうことによってパルスジェネレータ
９を原点復帰させている。

すなわち、中央処理装置23は、モータ５を原点処理速
度で回転させて、パルスジェネレータ９を第３図中Ｍ方
向に回転させ、所定時間経過後、原点パルスゲート16か
らの原点パルスの受け入れを可能にするとともにパルス
カウンタ17の初期化動作を準備する。

次に、原点パルスゲート16から原点パルスが入力され
ると、中央処理装置23は、パルスカウンタ17のカウント
値を初期化つまりカウント値を０にし、同時に再初期化
を不可能にするカウンタ処理を行なう。そして、このカ
ウンタ処理の終了直後にポテンショメータ10の出力値Ｐ
を読込み（第７図におけるポテンショメータの値Ｐに相
当）、パルスカウンタ17カウント値が０になるまでモー
タ５を逆回転させ、パルスジェネレータ９をカウント値
０の原点復帰位置（第３図中、Ｎ位置）に位置決めす
る。

さらに、読込んだポテンショメータ10の出力値Ｐの値
がどの原点位置区間内であるかを、ポテンショ電圧格納
メモリ24のデータから判断し、（第７図においてはPiと
Pi₊₁の区間内）、このポテンショメータ10の値Ｐと原点
位置区間内においてこの値Ｐに最も近いポテンショメー
タの値（第７図においてはPi）の差を求め、この差がそ
の原点位置区間のポテンショメータの値の差ΔＰの1/3
未満であるかどうかを判断し、前記した差が原点位置区
間内のポテンショメータの値の差ΔＰの1/3以上であれ
ば異常処理を行なうプログラムを実行する。そして、読
込み異常でないと判断されれば、最も近いポテンショメ
ータの値（第７図においてはPi）に相当する原点パルス
の積算値を読込み、その値をオフセット値とし、このオ
フセット値に現在の位置パルスのカウント値を加算して
現在位置を設定する。

したがって、パルスジェネレータ９の原点復帰は必ず
原点パルス発生位置以外の位置から行なわれるので、ア
ーム２の位置制御精度を一定に保つことができることに
なる。

尚、本実施例においては、ロボットの制御系を一例と
して本発明の原点復帰方法を例示したが、パルスジェネ
レータとポテンショメータとを用いて位置制御を行なう
装置であれば、どのような装置であっても本発明の原点
復帰方法が適用可能であるのはもちろんである。

（発明の効果） 以上の説明により明らかなように、本発明によれば、
原点復帰指令がパルスジェネレータのどの位置において
入力されても、一旦、パルスジェネレータを原点位置以
外のあらかじめ定めた任意の位置まで回転させ、その
後、所定の一方向から原点パルスが入力されるまでパル
スジェネレータを回転させるようにしたので、常に同方
向から原点パルスの検出を行なうことができることにな
り、原点復帰位置を常に一定の位置に設定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る原点復帰方法により位置決め動
作する制御装置を用いたロボット制御系の概略構成図、
第２図は、本発明に係る原点復帰方法の動作フローチャ
ート、第３図は、第２図の動作フローチャートの動作説
明に供する図、第４図及び第５図は、一般的に用いられ
ている関節型ロボットの構成図、第６図は、従来の原点
復帰方法の動作フローチャート、第７図乃至第９図は、
第６図の動作フローチャートの動作説明に供する図であ
る。 ２…アーム、９…パルスジェネレータ、10…ポテンショ
メータ、22…制御装置、23…中央処理装置（CPU）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１回転毎に原点位置を示す原点パルスを出
   力するパルスジェネレータと、当該パルスジェネレータ
   に接続され、その回転数を検出するポテンショメータと
   を有し、前記パルスジェネレータと前記ポテンショメー
   タから出力される信号に基づいて前記パルスジェネレー
   タを原点位置に復帰させる原点復帰方法において、 外部装置から原点復帰信号を受けると同時に前記ポテン
   ショメータの出力値を読み込み、 当該出力値に基づいて各原点位置における前記ポテンシ
   ョメータ値のデータを検索し、 この検索により前記ポテンショメータの出力値から最も
   近い原点位置を選択し、 当該選択した原点位置とその隣の原点位置との間の任意
   の位置に相当する前記ポテンショメータ値を求め、 前記ポテンショメータの出力値が、この求めたポテンシ
   ョメータ値を呈する前記任意の位置まで前記パルスジェ
   ネレータを回転させ、当該任意の位置を起点として定め
   られた一方向に前記パルスジェネレータを原点パルスが
   出力されるまで回転して原点位置を検出し、 この検出された原点位置に基づいて原点復帰させること
   を特徴とする原点復帰方法。