JPH10329083A - 原点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パン−チルト機構の機構原点検出を正確に行
う。 【解決手段】 投射器３によりパン−チルト機構２のパ
ン軸６と直交する軸に平行な方向から投射光４を発す
る。この投射光４は、パン−チルト機構２によって遮断
され、このときの受光素子５による出力信号によって遮
断検出器８が遮断トリガを送出する。一方、遮断された
後再透過して受光素子５により受光されると、このとき
の受光素子５の出力信号によって透過検出器９が透過ト
リガを送出する。遮断トリガと透過トリガのトリガ時に
おけるパン軸６回りの回転角とチルト軸７回りの回転角
をそれぞれ回転角検出器１０によって検出し、各々の回
転角の平均値を中点計算機１２で求め、機構原点を決定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は産業用ロボットに係
り、特にパン−チルト機構を有する２自由度の関節機構
の原点を検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の産業用関節ロボットでは、特開平
４−３１０３９３号公報の「産業用ロボット」（以下、
先行発明１という）に記載されるように、各関節軸に取
付けた原点検出センサを用いて機構原点を特定する方法
や、特開平５−２８０９２７号公報の「レーザスリット
光の位置検出方法」（以下、先行発明２という）に記載
されるように多自由度ロボットの先にカメラ等の画像処
理手段を取付け、基準位置とのずれを数学的に求める方
法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た先行発明１においては、原点センサによって検出され
る原点と機構そのものの機構原点は、センサの取付け誤
差、機構の組立て誤差等により正確に一致しないという
問題があった。一方、先行発明２は、複雑な手順とカメ
ラ、画像処理装置等の高価な計測装置が必要であるとい
う問題があった。

【０００４】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、パン−
チルト機構の機構原点検出を単純でかつ正確に行うこと
ができるようにした原点検出装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、パン−チルト機構を有する２自由度の関節
機構の原点を検出する装置において、前記パン−チルト
機構のパン軸と直交する軸に平行な方向から投射光を発
する投光器と、前記投射光が前記パン−チルト機構によ
って遮断されたときにトリガを出力する遮断検出器と、
前記遮断された投射光が前記パン−チルト機構の移動に
よって再び透過したときにトリガを出力する透過検出器
と、前記２種のトリガに応じてトリガ時のそれぞれ２種
のパン軸回り回転角と、２種のチルト軸回り回転角を検
出する回転角検出器と、前記２種のパン軸回りとチルト
軸回りの回転角を記憶する角度メモリと、前記パン軸お
よびチルト軸回りのそれぞれ２種の回転角の平均を求め
る計算手段とを備えたことを特徴とする。本発明におい
ては、投射光がパン−チルト機構によって遮断されたと
きと再透過したときに遮断トリガと透過トリガを出力
し、これらのトリガに応じてトリガ時のパン軸およびチ
ルト軸回りの回転角を検出しているので、取付け誤差、
調整誤差を含むセンサを使用する必要がなく、関節機構
の機構原点を正確に測定することができる。また、カメ
ラ、画像処理装置等を必要としない。

【０００６】また、本発明は、上記発明において、パン
−チルト機構により投射光が遮断、透過する度にトリガ
を出力する投射光検出器を備えたことを特徴とする。本
発明においては、投射光の遮断と透過を１つの投射光検
出器で検出しているので、回路調整工数を少なくするこ
とができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る原
点検出装置の第１の実施の形態を示す概略構成図であ
る。１は固定台、２は固定台１上に設置されたパン−チ
ルト機構で、このパンチルト機構２は、固定台１上に垂
直なチルト軸６回りに回動自在に設けられたパン２Ａ
と、パン２の上端にチルト軸６と直交する水平なチルト
軸７回りに揺動自在に設けられたチルト２Ｂとで構成さ
れている。３，５はチルト３Ｂの両側の空間に対向して
配置された投光器および受光素子である。投光器３は、
パン−チルト機構２のパン軸６と直交する軸に平行な方
向から投射光４を受光素子５に向けて発する。この投射
光４は、その光路上にチルト２Ｂが位置していると遮断
され、位置していないときには受光素子５によって受光
され、これによってパン−チルト機構２による投射光４
の遮断、透過が検出される。遮断検出器８と透過検出器
９は受光素子５からの信号を受け遮断トリガと、透過ト
リガをそれぞれ発生する検出回路である。パン−チルト
コントローラ１３はパン−チルト機構２をパン軸６回り
に回転させたり、チルト２Ｂをチルト軸７回りに揺動さ
せるコントローラである。回転角検出器１０はパン軸
６、チルト軸７の回転角を検出する検出器で回転角を動
作角メモリ１１に出力する。動作角メモリ１１は遮断検
出器８、透過検出器９から出力する遮断トリガ、透過ト
リガに併せて回転角をメモリに格納するメモリである。
中点計算機１２は動作角メモリ１１に格納された回転角
の平均を求める計算機であり、計算した平均値をパン−
チルトコントローラ１３へ出力する。パン軸センサ１
４、チルト軸センサ１５は初期化時に固定台１とパン−
チルト機構２の基準点を決定するセンサで、これらによ
って原点検出装置１６を構成している。

【０００８】次に、原点検出装置１６の動作について説
明する。初めに初期化動作として、固定台ｌとパン−チ
ルト機構２との基準点を求めるためにパン−チルトコン
トローラ１３でパン−チルト機構２をパン軸６回りに回
転させるとともにチルト２Ｂをチルト軸７回りに揺動さ
せ、パン軸センサ１４、チルト軸センサ１５で検出され
る基準点へパンーチルト機構２を移動させる。この時、
パン軸センサ１４およびチルト軸センサ１５から出力さ
れる検出信号をトリガとして回転角検出器１０のエンコ
ーダカウンタをリセットする。

【０００９】図２は第１の原点検出動作時のパン−チル
ト機構２の軌跡を示す図である。第１の原点検出は、パ
ン−チルトコントローラ１３でパン−チルト機構２をパ
ン軸６回りに回転させるとともにチルト２Ｂをチルト軸
７回りに揺動させ、チルト２Ｂが投射光４を十分遮断で
きる任意の位置へ移動させる。ここでチルト軸７を固定
し、パン軸６回りに回転させると、パン−チルト機構２
はチルト２Ｂの先端が円弧状の軌跡を描き、点ａで投射
光４を遮断し、点ｂで再び透過する。受光素子５は投射
光４の光量に応じて電圧を発生する素子、例えば太陽電
池等で実現できる。遮断検出器８、透過検出器９は受光
素子５の出力を増幅し、遮断検出器８、透過検出器９の
基準電圧と比較して遮断トリガ、透過トリガをそれぞれ
発生させる。遮断トリガ、透過トリガは回転角検出器１
０で検出されるパン軸６の基準点に対するａ点、ｂ点の
回転角を角度メモリ１１へ格納する。格納された動作角
の平均値を中点計算機１２で計算し第１の原点である中
点ｃを決定する。

【００１０】図３は第２の原点検出動作時のパン−チル
ト機構２の軌跡を示す図である。第２の原点検出はパン
−チルトコントローラ１３でパン−チルト機構２をパン
軸６回りに回転させ中点ｃまで移勤させる。ここで、パ
ン軸６を固定し、チルト２Ｂを揺動させると、チルト２
Ｂの先端はチルト２Ｂを側方から見た場合円弧状の軌跡
を描くが、前方から見た場合は投影面上において上下方
向に往復直線軌跡を描くため、点ｄで投射光４を遮断
し、点ｄ‘で再び透過する。受光素子５は投射光４の光
量に応じて電圧を発生する。遮断検出器８、透過検出器
９は受光素子５の出力を増幅し、それぞれ遮断検出器
８、透過検出器９の基準電圧と比較して遮断トリガ、透
過トリガをそれぞれ発生させる。遮断トリガ、透過トリ
ガは回転角検出器１０で検出されるチルト軸７の基準点
に対するｄ点、ｄ’点の回転角を角度メモリ１１へ格納
する。格納された動作角の平均値を中点計算機１２で計
算し第２の原点である中点ｅを決定する。第１の原点で
ある中点ｃ、第２の原点である中点ｅによってパン−チ
ルト機構２の機構原点が決定する。

【００１１】図４は回転角検出器１０の動作を示すブロ
ック図である。回転角検出器１０はインクリメンタルエ
ンコーダｌ０１，１０２と、エンコーダカウンタ１０
３，１０４から構成される。インクリメンタルエンコー
ダｌ０１，１０２はパン軸６およびチルト軸７の回転に
応じて回転検出信号を出力する。エンコーダカウンタ１
０３，ｌ０４は初期化時にパン軸センサ１４、チルト軸
センサ１５によって検出した固定台ｌとパン−チルト機
構２の基準点からの回転角の回転検出信号をカウントし
算出する。

【００１２】図５は遮断検出器８の動作を示すブロック
図である。遮断検出器８は増幅器８０１、比較器８０
２、基準電圧８０４から構成される。増幅器８０１は受
光素子５からの遮断情報を含んだ検出電圧を増幅する。
比較器８０２は増幅した検出電圧と基準電圧８０４を比
較し、遮断トリガ８０３を発生させる。

【００１３】図６は透過検出器９の動作を示すブロック
図である。透過検出器９は増幅器９０１、比較器９０
２、基準電圧９０４から構成される。増幅器９０１は受
光素子５からの透過情報を含んだ検出電圧を増幅する。
比較器９０２は増幅した検出電圧と基準電圧９０４を比
較し、遮断トリガ９０３を発生させる。

【００１４】図７は動作角メモリ１１の動作を示すブロ
ック図である。動作角メモリ１１は４つのメモリ１１
１，１１２，１１３，１１４から構成される。メモリ１
１１，１１２，１１３，１１４は第１の原点検出時、第
２の原点検出時に遮断トリガ８０３、透過トリガ９０３
のトリガ信号を受けカウンタ１０３，１０４の動作角を
格納する。

【００１５】このように本発明に係る原点検出装置１に
おいては、投射光４がパン−チルト機構２によって遮断
されたときと再透過したときを受光素子５によって検出
し、その検出信号に基づいて遮断検出器８と透過検出器
９が遮断トリガと透過トリガをそれぞれ出力し、これら
のトリガに応じてトリガ時のパン軸６およびチルト軸７
回りの回転角を検出することにより、パン−チルト機構
２の機構原点を決定するので、上記した先行発明１にお
ける原点センサを必要とせず、関節機構の機構原点を正
確に測定することができる。また、投光器と受光素子を
用いているので、カメラ、画像処理装置等を必要とせ
ず、装置の製造コストを低減することができる。

【００１６】図８は本発明の第２の実施の形態を示す概
略構成図である。本実施の形態では受光素子５の出力先
として１つの投射光検出器２０を設け、この検出器２０
によって投射光の遮断、透過の度にトリガを出力させる
ようにしている。

【００１７】図９は投射光検出器２０の動作を示すブロ
ック図である。投射光検出器２０は増幅器２０１、比較
器２０２、遅延回路２０３、基準電圧２０４、排他論理
和回路２０５から構成される。受光素子５の出力電圧は
投射光検出器２０の増幅器２０１で増幅される。増幅器
２０１で増幅された信号は比較器２０２で基準電圧２０
４と比較され遮断、透過情報をエッジに持つ矩形波信号
に変換される。矩形波信号は排他的論理和回路２０５と
遅延回路２０３に送られる。遅延回路２０３は矩形波を
Δｔだけ遅らせ排他的論理和回路２０５に出力する。排
他的論理和回路２０５は２つの矩形波から遮断、透過情
報を持つ投射光トリガ２０６を生成し、動作角メモリｌ
ｌへ送りパン−チルト軸の回転角を格納することで上記
した実施の形態と同様に機構原点ｅを定めることができ
る。なお、その他の構成は上記した実施の形態と同一で
あるため、同一構成部材については同一符号をもって示
し、その説明を省略する。

【００１８】このような構成においては、１つの透過光
検出器２０によってトリガを発生させるようにしている
ので、検出器および回路調整等の工数を削減することが
できる。

【００１９】図１０は本発明の第３の実施の形態を示す
概略構成図である。本実施の形態においては、１関節当
たり２自由度を持つが、２つの駆動アクチュエータが独
立でなく、互いに干渉しつつ関節の２自由度動作を駆動
する例を示している。このような２自由度動作は、一例
として斜板駆動機構と自在継手を組み合わせることで実
現できる。

【００２０】図ｌ０に示した例では、関節機構３０は１
関節に対してＸ軸３１とＹ軸３２の２つの駆動軸を持っ
ている。初めに初期動作として、関節機構３０の基準点
を求めるために関節コントローラ４０でＸ軸アクチュエ
ータ３３とＹ軸アクチェ工一夕３４を回転させ、Ｘ軸セ
ンサ３５、Ｙ軸センサ３６で検出される基準点に関節機
構３０を移動させる。この時Ｘ軸センサ３５、Ｙ軸セン
サ３６から出力される検出信号をトリガとして回転角検
出器１０内のエンコーダカウンタをリセットする。

【００２１】図１１は第１の原点検出動作時の関節機構
３０の軌跡を示す図である。第１の原点検出は関節コン
トローラ４０で関節機構３０を回転、揺動させ、投射光
４を十分遮断できる任意の位置へ移動させる。ここで、
Ｘ軸アクチュエータ３３とＹ軸アクチュエータ３４を等
速同方向に回転させると、関節機構３０は円弧状の軌跡
を描き点ａで投射光４を遮断し、点ｂで再び透過する。
受光素子５は投射光４の光量に応じて電圧を発生する。
遮断検出器８、透過検出器９は受光素子５の出力を増幅
し、それぞれ遮断検出器８、透過検出器９内部の基準電
圧と比較して遮断トリガ、透過トリガをそれぞれ発生さ
せる。遮断トリガと透過トリガは回転角検出器１０で検
出されるＸ軸アクチュエータ３３、Ｙ軸アクチュエータ
３４の基準点に対するａ点、ｂ点の回転角を角度メモリ
１１へ格納する。格納された動作角の平均値を中点計算
機１２で計算し第１の原点である中点ｃを決定する。

【００２２】図１２は第２の原点検出動作時の関節機構
３０の軌跡を示す図である。第２の原点検出は関節コン
トローラ４０でＸ軸アクチュエータ３３、Ｙ軸アクチュ
エータ３４を回転させ中点ｃまで移動させる。ここで、
Ｘ軸アクチュエータ３３、Ｙ軸アクチュエータ３４を等
速逆方向に回転させると関節機構３０は往復直線軌跡を
描き、点ｄで投射光４を遮断し、点ｄ‘で再び透過す
る。受光素子５は太陽電池等からなり、投射光４の光量
に応じて電圧を発生する。遮断検出器８、透過検出器９
は受光素子５の出力を増幅し、それぞれ遮断検出器８、
透過検出器９内部の基準電圧と比較し遮断トリガ、透過
トリガを発生させる。遮断トリガと透過トリガは回転角
検出器１０で検出されるＸ軸アクチュエータ３３、Ｙ軸
アクチュエータ３４の基準点に対するｄ点、ｄ’点の回
転角を角度メモリ１１へ格納する。格納された動作角の
平均値を中点計算機１２で計算し第２の原点である中点
ｅを決定する。次に、第１の原点である中点ｃ、第２の
原点である中点ｅによって関節機構３０の機構原点が決
定する。なお、遮断検出器８、透過検出器９は第２の実
施の形態で示した投射光検出器２０に変更しても同様に
機構原点を求めることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る原点検
出装置によれば、２自由度の関節機構の機構原点を正確
に求めることができる。その理由は取付け誤差、調整誤
差を含むセンサを使用せず、関節機構の機構原点を空間
に配置された投射器の投射光を用いて測定するためであ
る。また、本発明によれば、関節機構の機構原点を測定
する他の従来方式より安価に原点検出が可能である。そ
の理由は従来方式がカメラ、画像処理装置を利用するの
に対して投光器と受光素子で検出できるためである。さ
らに、本発明によれば、回路調整工数を少なくすること
ができる。その理由は第２の実施の形態で示した投射光
検出器を用い、投射光の遮断と透過を１つの検出器で検
出するためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図
である。

【図２】 第１の原点検出動作時のパン−チルト機構の
軌跡を示す図である。

【図３】 第２の原点検出動作時のパン−チルト機構の
軌跡を示す図である。

【図４】 回転角検出器の動作を示すブロック図であ
る。

【図５】 遮断検出器の動作を示すブロック図である。

【図６】 動作角メモリの動作を示すブロック図であ
る。

【図７】 透過検出器の動作を示すブロック図である。

【図８】 本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図
である。

【図９】 投射光検出器の動作を示すブロック図であ
る。

【図１０】 本発明の第３の実施の形態を示す概略構成
図である。

【図１１】 第ｌの原点検出動作時の関節機構の軌跡を
示す図である。

【図１２】 第２の原点検出動作時の関節機構の軌跡を
示す図である。

【符号の説明】

１…固定台、２…パン−チルト機構、３…投光器、４…
投射光、５…受光素子、６…パン軸、７…チルト軸、８
…遮断検出器、９…透過検出器、１０…回転角検出器、
１１…動作角メモリ、１２…中点計算機、１３…パン−
チルトコントローラ、１４…パン軸センサ、１５…チル
ト軸センサ、２０…投射光検出器、３０…関節機構、３
１…Ｘ軸、３２…Ｙ軸、３３…Ｘ軸アクチュエータ、３
４…Ｙ軸アクチュエータ、３５…Ｘ軸センサ、３６…Ｙ
軸センサ、４０…関節コントローラ、１０１，１０２…
インクリメンタルエンコーダ、１０３，１０４…エンコ
ーダカウンタ、１１１，１１２，１１３，１１４…メモ
リ、２０１…増幅器、２０２…比較器、２０３…遅延回
路、２０４…基準電圧、２０５…排他的論理和回路、２
０６…投射光トリガ、８０１…増幅器、８０２…比較
器、８０３…遮断トリガ、８０４…基準電圧、９０１…
増幅器、９０２…比較器、９０３…透過トリガ、９０４
…基準電圧。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パン−チルト機構を有する２自由度の関
   節機構の原点を検出する装置において、 前記パン−チルト機構のパン軸と直交する軸に平行な方
   向から投射光を発する投光器と、前記投射光が前記パン
   −チルト機構によって遮断されたときにトリガを出力す
   る遮断検出器と、前記遮断された投射光が前記パン−チ
   ルト機構の移動によって再び透過したときにトリガを出
   力する透過検出器と、前記２種のトリガに応じてトリガ
   時のそれぞれ２種のパン軸回り回転角と、２種のチルト
   軸回り回転角を検出する回転角検出器と、前記２種のパ
   ン軸回りとチルト軸回りの回転角を記憶する角度メモリ
   と、前記パン軸およびチルト軸回りのそれぞれ２種の回
   転角の平均を求める計算手段とを備えたことを特徴とす
   る原点検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の原点検出装置において、 パン−チルト機構により投射光が遮断、透過する度にト
   リガを出力する投射光検出器を備えたことを特徴とする
   原点検出装置。