JPH01415A - 回転規制機構付き回転角検出装置 - 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、産業用ロボット等において各回転軸の絶対回
転角を検出するための回転角検出装置に関し、特に同装
置の電源オフ時に回転角を検出すべき回転軸の回転を規
制する回転規制機構をそなえた回転角検出装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 一般に、産業用ロボッ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は、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。このような回転角検
出装置では、インクリメンタルエンコーダを用い、まず
原点合せ動作を行なった後、インクリメンタルエンコー
ダからのインクリメンタル信号を絶対回転角信号として
アップダウンカウンタにてカウントして、絶対回転角を
検出している。

しかし、検出開始前や電源オフ後の検出再開前にはアッ
プダウンカウンタがリセットされるため原点合せを行な
わなければならず、この原点合せ動作に際しては、近傍
に種々の機器が配置された狭い場所、でロボットアーム
等に繁雑な動作させるため、ロボットや周辺機器に損傷
を与えるなどの危険性が高く、このような原点合せ動作
を不要化することが望まれている。

そこで、従来、−旦原点合せを行なった後の電源オフ時
には、インクリメンタル信号を、回転角データとして、
不揮発性メモリ（バブルメモリやＥ　Ｅ　Ｐ　ＲＯＭ等
）に記憶させたり、バッテリバックアップされたＲＡＭ
に収納したりする手段が用いられている。

この場合、再び電源をオンとして検出を再開する際に、
メモリに格納されている回転角データを、強制的にアッ
プダウンカウンタにセラ１−するか、あるいは同回転角
データによりアップダウンカウンタからのカウンタ値を
補正するようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述した従来の回転角検出装置では、電
源オフ時に、ロボットアームを駆動用モータ等に取付け
のブレーキで制動しても、ロボットアームが作業員など
との接触や重力モーメントにより回動する場合があり、
このような場合、その回転角がわずかであっても誤差が
累積して検出精度が大きく低下することになって、やは
り電源再投入時に繁雑な原点合せを行なう必要が生じる
。

つまり、上述のようにメモリを設けただけでは、原点合
せの回数を減らすことはできても完全に不要にすること
はできない。

そこで、電源オフ期間中にアームが完全に回動しないよ
うに、制動力の十分大きなブレーキをそなえることも考
えられるが、この場合、ブレーキが大型で高コストのも
のとなってしまう。

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、電源オフ時から電源再投入時までの間に生じる回
転部材の回転角を所定の角度範囲内に規制できるように
して、絶対回転角の検出精度の向上をはかった回転規制
機構付き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、本発明の回転規制機構付き回転角検出装置は
１．絶対回転角を検出すべき回転部材の回転軸に板状の
ドラムを設けるとともに、同ドラムの外周部に複数の切
欠き部または突起部を等角度間隔に設け、これらの切欠
き部または突起部に嵌合または当接して上記回転軸の回
転を規制しうる規制部材と、本装置の電源オフ時に上記
規制部材を上記ドラムの外周部へ向けて付勢するスプリ
ングとを設けたものである。

［作　　　用］ 上述の本発明の回転規制機構付き回転角検出装置では、
同装置の電源オフ時において、規制部材がスプリングの
付勢力によりドラムの外周部へ付勢されるため、万一回
転部材が回動しても、その回動は、上記規制部材が上記
ドラム外周部における切欠き部または突起部と嵌合また
は当接した時点で規制され、その回転角は確実に所定の
角度範囲内になる。

［発明の実施例］ 以下１図面により本発明の一実施例としての回転規制機
構付き回転角検出装置を説明すると、第１図はその回転
規制機構を示す縦断面図、第２図は同回転規制機構の正
面図、第３図は本装置の全体構成を示すブロック図であ
る。

まず、第３図により本実施例の回転角検出装置の全体構
成について説明する。第３図において、１は回転部材と
しての産業用ロボット等のアーム、１ａは同アーム１の
回転軸、２は減速機、３は同減速機２を介してアーム１
を回転駆動するモータ、４は減速機２およびモータ３を
介しアーム１の回転軸１ａに接続されて所定の回転角（
本実施例では、１回転つまり３６０°）以内での絶対回
転角（θ）を検出する回転角検出手段としてのレゾルバ
、５は同レゾルバ４を励磁するドライバである。また。

６はレゾルバ４からの検出信号をディジタル信号に変換
するレゾルバ／ディジタル（Ｒ／Ｄ）変換器、７はレゾ
ルバ４からの検出信号をパルス化してＡ。

Ｂ、Ｚ相をもつインクリメンタル信号に変換するレゾル
バ／パルス（Ｒ／Ｐ）変換器である。ここで、Ｚ相のパ
ルス信号は原点設定用のもの、Ａ、Ｂ相のパルス信号は
９０°の位相差をもって出力されるものでこれらのパル
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
るようになっている。

８はアップダウンカウンタで、Ｒ／Ｐ変換器７からのＡ
、Ｂ相のパルス信号をカウントし、８ビツト２５６分割
したモータ３の１回転以内の絶対回転角を下位ビット２
°〜２７にて出力するとともに、モータ３の１回転ごと
つまり２５６パルスごとにＲ／Ｐ変換器７から出力され
るＡ、Ｂ相のパルス信号（Ｚ相のパルス信号を用いても
よい）をカウントし、モータ３の絶対回転数として上位
ビット２ｓ〜２１５にて出力するものである。

そして、９は電源オフ時にその時点でのレゾルバ４から
の検出信号（１回転以内の絶対回転角）をアップダウン
カウンタ８からの下位ビット２°〜２７についてのカウ
ント値として記憶する記憶手段としての第１メモリ、１
０は電源オフ時にその時点でのアップダウンカウンタ８
からの上位ビット２°〜２１５についてのカウント値を
記憶する記憶手段としての第２メモリ、１１は比較器で
、電源再投入時にＲ／Ｄ変換器６によりディジタル化さ
れたレゾルバ４からの実検出信号と第１メモリ９に記憶
された電源オフ時検出信号とを比較するものである。ま
た、１２は補正器で、比較器１１からの比較結果に応じ
て（詳細は後述する）、第２メモリ１０に記憶された電
源オフ時カウント値を実際の絶対回転数に対応した実カ
ウント値に補正した後、その補正値をアップダウンカウ
ンタ８の上位ビット２′〜２１ｓにセットするものであ
る。

なお１本実施例の装置では、電源再投入時に、Ｒ／Ｄ変
換器６によりディジタル化されたレゾルバ４からの実検
出信号は、アップダウンカウンタ８からの下位ビット２
°〜２７にセットされるようになっている。また、第１
メモリ９および第２メモリ１０は、不揮発性メモリ（バ
ブルメモリやＥＥＰＲＯＭ等）あるいはバッテリバック
アップされたＲＡＭなどで構成する。

このように構成された回転角検出装置において、本実施
例では、モータ３に回転規制機構１３が設けられている
。この回転規制機構１３は、第１゜２図に示すように構
成されており、モータ３の回転軸３ａ（回転軸１ａに減
速機２を介して接続さ。

れている）には円板状のドラム１３ａが取り付けられる
とともに、このドラム１３ａの外周部には、切欠き部１
３ｂが９０°間隔で４箇所に形成されている。また、ド
ラム１３ａの外周近傍には、切欠き部１３ｂに嵌合して
回転軸３ａ（つまりは回転軸１ａ）の回転を規制しうる
規制部材としてのロッド１３ｃが配設されるほか、この
ロッド１３ｃを電源オフ時にドラム１３ａの外周部に付
勢するスプリング１３ｄと、電源オン時にはロッド１３
ｃをドラム１３ａから分離させた状態で固定保持するソ
レノイド１３ｅとが設けられている。

なお、第１図において、符号３ｂは従来より設けられて
いるモータ３用の摩擦式ブレーキ、３ｃはモータ３の回
転軸３ａを枢支する軸受である。

本発明の一実施例としての回転規制機構付き回転角検出
装置は上述のごとく構成されているので、通常の回転角
検出時には、まず原点合せを行なった後、ドライバ５か
らの励磁相（ｓｉｎωｔ、ｃｏｓωｔ）を受けたレゾル
バ４から検出釦ｓｉｎ　（ωを十〇）が出力され、この
検出釦からモータ３の１回転以内の絶対回転角θが得ら
れ、その検出信号がＲ／Ｐ変換器７によりパルス化され
る。そして、パルス信号（Ａ、Ｂ相）をアップダウンカ
ウンタ８によりカウントすることで、下位ビット２°〜
２７から１回転以内の絶対回転角が出力されるとともに
、上位ビット２８〜２１５からモータ３の絶対回転数（
カウント値）が出力され、１回転以内の絶対回転角と、
（絶対回転数）　ｘ　３６０°との和として、モータ３
の絶対回転角（つまりは回転軸１ａの絶対回転角）が検
出される。

このとき、回転規制機構１３において、ソレノイド１３
ｅは通電状態であり、ロッド１３ａは。

電磁力によりスプリング１３ｄの付勢力に対抗してドラ
ム１３ａから分離した状態となっている。

さて、このように−旦原点合せを行ない回転角を検出し
ている状態で、装置の電源をオフとする場合には、その
時点でのレゾルバ４からの検出信号が、アップダウンカ
ウンタ８からの下位ビット２１１〜２７についてのカウ
ント値として第１メモリ９に記憶されるとともに、同時
点でのアップダウンカウンタ８からの上位ビット２１〜
２　ｔｓが、第２メモリ１０に記憶される。このとき、
電源をオフとすることで、アップダウンカウンタ８内の
カウント値はリセットされるが、第１メモリ９および第
２メモリ１０内の記憶内容は揮発することはない。

また、電源オフに伴って、モータ３はブレーキ３ｂによ
り制動をかけられるほか、回転規制機構１３においては
、ソレノイド１３ｅへの通電も停止され、ロッド１３ｃ
は、スプリング１３ｄの付勢力を受けてドラム１３ａの
外周面へ押圧された状態となる。この後、再び電源オン
となるまでに、万一アーム１が外力（重力モーメント等
）を受はブレーキ３ｂの制動力に対抗して回動したとし
ても、その回動は、切欠き部１３ｂにロッド１３ｃが嵌
合することで規制（ロック）されるため、本実施例では
、モータ３の回転軸３ａの回転角は、最大でも９０°、
電源オフと同時に切欠き部１３ｂとロッド１３ｃとが嵌
合している場合には全く回動せず最小の０°となる。

そして、上述のように電源をオフとしてから、再び電源
を投入した場合には、まず、レゾルバ４からの検出信号
が、Ｒ／Ｄ変換器６によりディジタル化され、電源再投
入時における１回転以内の絶対回転角としてアップダウ
ンカウンタ８の下位ビット２°〜２７に改めてセット入
力されるとともに比較器１１にも入力される。比較器１
１においては、レゾルバ４からの実検出信号と、第１メ
モリ９から入力される電源オフ時の検出信号とが比較さ
れ、その差に応じて補正器１２へ補正指令が出力される
。

ところで、１回転以内の絶対回転角は、電源オフ後にア
ーム１が回動しても電源再投入後にはレゾルバ４により
検出されるが、電源オフ時にアーム１の回転角がレゾル
バ４のゼロ検出点をクロスした場合（例えば、１０°か
らマイナス方向に回動して３５０＠へ、あるいは３５０
°からプラス方向に回動して１０°となるような場合）
、モータ３の回転が１回転分だけカウントされないまま
検出誤差を招くことになる。

そこで、本実施例では、電源オフ期間中のモータ３の回
転は回転規制機構１３により最大９０゜に規制されてい
るため、比較器１１における比較結果［（レゾルバ４か
らの実検出信号）−（第１メモリ９からの電源オフ時の
検出信号）］が、−９０”〜＋９０°の場合には補正指
令を出力せず、−３６０’〜−２７００の場合には第２
メモリ１０からの電源オフ時のカウント値（上位ビット
２８〜２１５）に１だけ加算するように補正器１２へ補
正指令を出力する一方、２７０’〜３６０’の場合には
上記カウント値から１だけ減算するように補正器１２へ
補正指令を出力するのである。なお、比較器１１により
得られた上記比較結果が上記の角度範囲以外のものとな
った場合には、安全のため、異常値検出として警報を出
力するようにしてもよい。

これにより、電源オフ期間中にモータ３が外力を受けて
回転しレゾルバ４のゼロ検出点をクロスしたとしても、
電源再投入時にモータ３の回転数をミスカウントするこ
とはなく、比較器１１および補正器１２により、第２メ
モリ１０に記憶された電源オフ時のカウント値が、電源
オフ期間中の回転を含む実際の絶対回転数に対応した実
カウント値に補正されてから、アップダウンカウンタ８
の上位ビット２＠〜２　ｉｓにセットされる。

従って、電源オフ期間中にモータ３が回動していても、
電源再投入時には、モータ３の絶対回転角が、レゾルバ
４からの１回転以内の絶対回転角と、（補正して得られ
た実カウント値）　ｘ　３６０’　との和であるアップ
ダウンカウンタ８からの出力として正確に検出される。

このように、本実施例によれば、電源オフ時から電源再
投入時までの間に生じるアーム１（つまりはモータ３）
の回動が、大型のブレーキを用いることなく回転規制機
構１３により所定の角度範囲（本実施例では９０°）内
に確実に規制されるので、その回動骨が電源再投入時に
容易に補正されるようになり、電源再投入時における原
点合せ作業が一切不要となって、絶対回転角の検出精度
が大幅に向上するのである。

なお、上記実施例の回転規制機構１３では、切欠き部１
３ｂをドラム１３ａの外周部の４箇所に形成しモータ３
の回動を最大９０°に規制しているが、切欠き部１３ｂ
を１８０°間隔で２箇所形成してモータ３の回動を最大
１８０°に規制するようにしてもよく、この場合、比較
器１１における比較結果が、−１８０°〜＋１８０’の
とき補正指令を出力せず、−３６０°〜−１８０°のと
き第２メモリ１０からの電源オフ時のカウント値に１だ
け加算する一方、１８０°〜３６０″′のとき上記カウ
ント値から１だけ減算するように補正する。

また、上記実施例の回転規制機構１３では、ドラム１３
ａの外周部における切欠き部１３ｂにロッド１３ｃを嵌
合させることでモータ３の回転を規制しているが、切欠
き部１３ｂの代わりに突起部を設けて、この突起部にロ
ッド１３ｃを当接させることでモータ３の回転を規制す
るようにしてもよい。

また、当然のことながら、回転規制機構１３により回転
可能角度範囲は、比較器１１での判定に用いる角度範囲
よりも小さい（マージンをもたせる）方が望ましい。

さらに、上記実施例では、回転角検出手段として、１回
転用のレゾルバ４を用いているが、１回転用のアブソリ
ュートエンコーダや２パルス付きのインクリメンタルエ
ンコーダを用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の回転規制機構付き回転角
検出装置によれば、電源オフ期間中に回転部材が外力を
受けて回動しても、回転規制機構により所定の角度範囲
内に確実に規制されるので、電源再投入後には、その回
動分が容易に補正されるようになって、電源再投入時に
おける原点合せ作業が一切不要となり、絶対回転角の検
出精度が大幅に向上するとともに、完全な多回転型の絶
対回転角検出用の装置を極めて安価かつ簡素な構成で得
られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の一実施例としての回転規制機構付
き回転角検出装置を示すもので、第１図はその回転規制
機構を示す縦断面図、第２図は同回転規制機構の正面図
、第３図は本装置の全体構成を示すブロック図である。 図において、１一回転部材としてのアーム、１ａ・−回
転軸、２・・−減速機、３−モータ、３ａ−・−回転軸
、３ｂ−摩擦式ブレーキ、４一回転角検出手段としての
レゾルバ、５・−ドライバ、６−レゾルバ／ディジタル
（Ｒ／Ｄ）変換器、７−レゾルバ／パルス（Ｒ／Ｐ）変
換器、８−アップダウンカウンタ、９−記憶手段として
の第１メモリ、１０−記憶手段としての第２メモリ、１
１−比較器。 １２−補正器、１３一回転規制機構、１３ａ−ドラム、
１３ｂ−切欠き部、１３ｃ−規制部材としてのロンド、
１３ｄ−スプリング、１３ｅ−ソレノイド。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転部材の回転軸に取り付けられて同回転軸の絶対回転
   角を検出する回転角検出手段と、電源オフ時に上記回転
   角検出手段からの検出信号を記憶する記憶手段とをそな
   え、上記回転軸に円板状のドラムを設けるとともに、同
   ドラムの外周部に複数の切欠き部または突起部を等角度
   間隔に設け、これらの切欠き部または突起部に嵌合また
   は当接して上記回転軸の回転を規制しうる規制部材と、
   上記回転角検出装置の電源オフ時に上記規制部材を上記
   ドラムの外周部へ向けて付勢するスプリングとが設けら
   れたことを特徴とする、回転規制機構付き回転角検出装
   置。