JPS6191510A - 現在位置検出方法および装置 - 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〕 本発明はインクリメンタル式ロータリエンコーダを位置
検出器として使用した、産業用ロボット等の数値制御さ
れる機械の駆動軸の現在位置検出方法および装置に関す
る。

〔従来の技術〕

第７図は、この種の数値制御される機械の従来例を示す
図である。テーブル２１はサーボモータ２２により駆動
されるポールネジ２２により図左右方向に移動し、その
位置はサーボモータ２２の軸に直結されたパルスジェネ
レータ２４により、その速度はタコジェネレータ２５に
よりそれぞれ検出される。

この場合、通電時（初期電源投入時や故障復旧後の再始
動時）の初期状態においてはテーブル２１の位置とパル
スジェネレータ２４の回転位置パルスをカウントするカ
ウンタの内容は一致していないため、これを一致させる
原点復帰動作（シンクロナイジング）が必要となる０通
電時にテーブル２１が実線の位置にあるものとすると、
テーブル２１を一定速度で無条件に図左方向に移動させ
、これが原点選択用リミットスイッチ２６をオンした状
態（二点鎖線で示す）状態で、最初に出力されたパルス
ジェネレータ２４の原点信号の位置でテーブル２１を停
止させるとともに、カウンタの内容をリセット（Ｏにセ
ット）することにより、原点復帰動作が完了する。なお
、２７．２８はオーバーラン検出用リミットスイッチで
ある。

ところで、一般に、ロボットの場合は制御軸数が多く、
また作業治工具が必らずその可動範囲内に存在するため
、（１）原点位置は、動作範囲のうちの最も邪魔になら
ない位置、すなわち可動範囲の端である必要がある。（
２）通電時各軸の初期状態が不明であるため全軸同時に
原点復帰動作を行なうことは危険であり、原則的には１
軸ずつ、かつ低速で原点復帰動作を行なう必要があると
いう制限がつき、その結果、原点復帰動作に時間がかか
り、機械の実働率が低下するという問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、インクリメンタル式ロータリエンコーダを
位置検出器として使用した、産業用ロボット等の数値制
御される従来の機械では、原点復帰動作に時間がかかり
、機械の実働率が低下するという問題があった。

したがって１本発明の目的は、原点復帰動作に要する時
間を大幅に短縮して機械の実（＠率の向上を図った現在
位置検出方法および装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は主検出器（パルスジェネレータ）と変速化が異
なり、サーボモータ軸を駆動軸とする変速機構を設け、
この変速機構の従動軸の回転に伴ないパルス（以下、第
２のマーカ信号という）を出力する副検出器を取付け、
主検出器の原点パルス（以下、第１のマーカ信号という
）と第２のマーカ信号の出力間隔を主検出器の回転位置
パルスをカウントすることにより求めて当該第１のマー
カ信号が主検出器の何回転目の第１のマーカ信号かを判
別して、従来のように原点位置に戻らずども、主検出器
の最大２回転で現在位置を求め、原点復帰動作が完了す
るようにしたものである。

第６図は本発明の原理を示す図である。原点０において
第１のマーカ信号と第２のマーカ信号は同時に出力され
ている。Ｓｌのマーカ信号が出力されてから第２のマー
カ信号が出力されるまでハ の主検出器の回転位置パルス数は、主検出器が１回転す
る毎にΔＰ□　、ΔＰ２＋・・・、ΔＰｎと変化してい
き、そして、これら回転位置パルス数ΔＰ工　、ΔＰ２
　、・・・、ΔＰｎは主検出器の回転数に比例している
。すなわち、主検出器の回転数がｉのときの回転位置パ
ルス数をΔＰｉとするとΔＰｉ＝ｉ・ΔＰ□となる。そ
こで、本発明は、主検出器の変速比と主検出器の１回転
当りの回転位置パルス数ＰＰＲと単位変分パルス数工　
（主検出器と変速機構の変速比によって決まり、第１の
マーカ信号と第２のマーカ信号の位相差に相当する回転
位置パルス数で、第６図でΔＰ工である）と両マーカ信
号間の回転位置パルス数から、そして第１、第２のいず
れのマーカ信号の周期が大きいか、現在位置検出動作開
始後、第１、第２のいずれのマーカ信号が先に発生した
かを考慮して、現在位置Ｐ　（＝原点からの総回転位置
パルス数／主検出器の変速比）を演算により求める。

さらに、本発明は、サーボモータが高速回転で駆動され
ている場合に、現在位置Ｐの演算中の現在位置の行き過
ぎ量を求めてこれを補償する。

以上まとめると、本発明の第１の現在位置検出方法は、
現在位置検出開始指令によってサーボモータを一定方向
に回転させる段階と、一方のマーカ信号が発生してから
他方のマーカ信号が発生するまでの間、サーボモータの
回転に応じた回転位置パルス数をカウンタがカウントす
る段階と、カウントされた回転位置パルス数をカウンタ
からメモリへ転送する段階と、主検出器の１回転当りの
回転位置パルスの総数、単位変分パルス数、主変速器の
変速比、前記のメモリに格納されどいる回転位置パルス
数、最初に発生したマーカ信号の種別モして両マーカ信
号の位相差により現在位置を演算する段階とからなる。

本発明の第２の現在位置検出方法は、前記第１の現在位
置検出方法における、カウントされた回転位置パルスを
メモリへ転送する段階と、現在位置を演算する段階と並
行して行なわれ、カウンタをリセットし前記の現在位置
の演算が終了するまでの間、回転位置パルス数をカウン
トし、このカウントされた補正用回転位置パルス数を第
２のメモリへ転送する段階と、現在位置の演ＩＨ終了後
、この現在位置のデータに前記補正用回転位置パルス数
を加算または減算して現在位置のデータを補正する段階
とからなる。

本発明の現在位置検出装置は、サーボモータ軸に直結さ
れて、第１のマーカ信号を発生し、回転位置パルスをイ
ンクリメンタルに発生する手段と、サーボモータ軸を駆
動軸とする変速機構と、前記変換機構の従動側の回転に
伴なって第２のマーカ信号を発生する手段と、前記回転
位置パルス数をカウントするカウンタと、前記カウンタ
のカウント結果である回転位置パルス数が格納されるメ
モリと、前記第１のマーカ信号または第２のマーカ信号
が発生したときに第１の制御信号を出力し、後続する前
記第２のマーカ信号または第１のマーカ信号が発生した
ときに第２の制御信号を出力する信号指令判別ブロック
と、前記第１のマーカ信号を発生する手段９１１回転当
の前記回転位置パルスの総数、前記第１および第２のマ
ーカ信号の位相差に相当する回転位置パルス数である単
位変分パルス、前記メモリに格納されている回転位置パ
ルス数、および最初に発生したマーカ信号の種別を示す
キャラクタ信号により現在位置を演算する演算手段と、
前記信号指令判別ブロックから出力された第１の制御信
号によって前記カウンタにカウント動作を開始させ、前
記第２の制御信号によって前記カウンタのカウント動作
を停止させるカウンタ制御信号、前記カウンタのカウン
ト結果を前記メモリに転送する転送指令信号、前記転送
指令信号の出力に続いて前記演算手段に演算を開始させ
るための演算開始指令信号、前記キャラクタ信号を出力
し、前記演算手段の演算が終了したときに前記演算手段
から演算終了信号を入力する制御手段とを有する。

〔実施例〕 本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明による現在位置検出装置の一実施例を示
すブロック図である。

サーボモータ１の軸にはマーカ信号Ｐｉ（第１のマーカ
信号）と回転位置パルスΔＰｉまたはＰａｄ（演算した
現在位置の補正用）を発生するパルスジェネレータ３が
直結されている。また、サーボモータｌとパルスジェネ
レータ３の間には第２図に示すように変速装置２（変速
比はｌに極めて近く、しかもｌでない）が介装されてお
り、その駆動側歯車２ａと噛合する従動側歯車２ｂにス
リット２ｃが１側設けられ、ケース２ｄに取付けられた
非接触式リミットスイッチ４（本実施例で磁気式）によ
ってマーカ信号Ｐｓ（第２のマーカ信号）を発生するよ
うになっている。なお、マーカ信号Ｐｉ　とＰｓは制御
原点位置にて同時に発生するように調整されている。カ
ウンタ６はパルスジェネレータ３から出力される回転パ
ルスΔＰｉまたはＰａｄをカウントする。制御器９はサ
ーボモータｌを制御する。

信号指令判別ブロン７０、サブプログラム制御ブロック
７１、演算ブロック７２、メモリ７３，７４，７５．７
８はマイクロコンピュータ７として構成されている。

信号指令判別ブロック５はそれぞれパルスジェネレータ
３および非接触式リミットスイッチ４から出力されたマ
ーカ信号Ｐｉ、Ｐｓを入力するようになっており、開始
／終了信号Ｓｔと最初に入力したで一カ信号の種別を示
すキャラクタ信号Ｓｃｈを出力する。メモリ７３．７４
にはカウンタ６でカウントされた回転位置パルス数ΔＰ
ｉとＰａｄがテータバス８を通じてそれぞれ格納される
。

演算ブロック７２は下記の演算式にしたがって現在位置
Ｐ（制御原点Ｏから現在位置までのパルス数）を演算す
る（第６図参照）。

ここで、ＰＰＲ：サーボモータ１の１回転当りパルスジ
ェネレータ３の発する回転装 置パルスの総数 ΔＰｉ：２つのマーカ信号Ｐｉ、Ｐｓの出現間隔にカウ
ントされた回転位置パ ルス数 ■　：変速機Ｗ２の変速比により生じる単位変分パルス
数（設定値で位置 検出精度±１パルス以内にするた めには３以上が望ましい） 演算ブロック７２は、サーボモータ１が高速回転で駆動
され、現在位置Ｐが極く短時間で検出された場合には、
式（１）で求めた現在位ＩＰをメモリ７４に格納されて
いるカウンタ６がリセットされてから現在位置Ｐの演算
が終了する間の行き過ぎ量を示す回転位置パルス数Ｐａ
ｄで次式により補正する。

Ｐｒ　＝Ｐ±Ｐ　ａｄ　　　　　　　　−（２）メモリ
７５はＮＶＲＡＭで構成され、上記演算における定数Ｐ
ＰＰ、Ｉの値が格納されている。

このようにして求められた現在位置□ＰまたはＰｒはメ
モリ７６に格納された後、不図示の主プログラムブロッ
ク（ロボットの全体を制御）に出力される。

サブプログラム制御ブロック７１は前記主プログラムプ
ロ・ンクから制御信号５ｐｒｏによって制御され、また
信号指令判別ブロック７０から開始／停止信号Ｓｔおよ
びキャラクタ信号Ｓｃｈが入力するようになっている。

サブプログラム制御ブロック７１は、最初の開始／停止
信号Ｓｔ、すなわちマーカ信号Ｐｉ　またはＰｓによっ
てカウンタ６に回転位置パルスΔＰｉまたはＰａｄのカ
ウントを開始させるスタート信号Ｃｓを出力し１次の開
始／停止信号Ｓｔ、すなわち他方のマーカ信号Ｐｓまた
はＰｉによってカウンタ６に回転位置パルスΔＰｉまた
はＰａｄのカウントを停止させるストップ信号Ｓｃ、回
転位装置パルス数Ｐａｄのカウントの際にカウンタ６の
内容をリセットするリセット信号Ｒｔおよびカウント結
果である回転位置パルス数ΔＰｉまたはＰａｄをメモリ
７３．７４にそれぞれ転送するための転送指令信号Ｒｏ
を出力する。この転送指令信号Ｒｏを出力した後、サブ
プログラム制御ブロック７１は演算ブロック７２に現在
位置Ｐの演算を行なわせるために演算開始信号Ｓｃｄを
演算ブロック７２に出力し、またこの現在値Ｐの演算が
終了して、演算結果がメモリ７８に書込まれると演算終
了信号Ｓｃｄが演算ブロック７２から入力される。これ
によって、制御が前記主プログラムブロックに戻される
。

現在位置検出動作の開始指令はマイクロコンピュータ７
の不図示の回路に与えられ、サーボモータｌを駆動する
制御器９への回路指令パルスがこの回路から出力される
。

次に１本実施例の動作を第３図のフローチャートを参照
しながら説明する。

（処理１００） 操作者または他のＣＰＵから動作開始指令がマイクロコ
ンピュータ７の不図示の回路に与えられると、回転指令
パルスが制御器９に発せられると同時に主プログラムブ
ロックからサブプログラム制御ブロック７１に待機指令
５ｐｒｏが発生される。制御器９はこの回路指令パルス
に応じてサーボモータ１へ電力を供給する。これによっ
てサーボモータｌは一定方向へ回転する。

（処理１１０） サーボモータ１の軸に直結されたパルスジェネレータ３
からマーカ信号Ｐｉ、またはサーボモータ１の軸に連結
された変速機構２の従動側に設けた非接触式リミットス
イッチ４からマーカ信号Ｐｓが出力されたかを確認する
。サーボモータ１はこれらマーカ信号ＰｉまたはＰｓが
出力されるまで一定方向へ回転し続ける。

（処理１２０） マーカ信号ＰｉまたはＰｓの一方が出力されると、信号
指令判別ブロック７０に入力され、開始／浮上信号Ｓｔ
をサブプログラム制御ブロック７１ニ出力する。サブプ
ログラム制御ブロック７１はこの開始／停止信号Ｓｔに
応答してカウント開始信号Ｃｓをカウンタ６に出力する
。カウント開始信号Ｃｓを受けたカウンタ６はパルスジ
ェネレータ３の発する回転位置パルスΔＰｉのカウント
を開始する。

（処理１３０） 他方のマーカ信号ＰｉまたはＰｓが出力されたかを確認
する。

（処理１４０） 他方のマーカ信号ＰｉまたはＰｓが出力されると、この
信号は信号指令判別ブロック７０に入力し、開始／停止
信号Ｓｔとキャラクタ信号Ｓｃｈがサブプログラム制御
ブロック７１に入力される。サブプログラム制御プロ・
ンク７１はマーカ信号ＰｉおよびＰｓの両方が入力され
たことを確認し、カウンタ６ヘ力ウント停止信号Ｃｓと
転送指令信号ＲＯを出力するとともに、演算ブロック７
２へ演算開始信号Ｓｃｄおよびキャラクタ信号Ｓｃｈを
出力する。転送指令信号Ｒｏを受けるとカウント結果で
ある回転位置パルス数ΔＰ１の値がデータバス８を通じ
てメモリ７３へ転送される。

（処理１５０） 演算ブロック７２はメモリ７３から回転位置パルス数Δ
Ｐｌ、メモリ７６から定数ＰＰＲ，Ｉの値を読出し、サ
ブプログラム制御ブロック７１からのキャラクタ信号Ｓ
ｃｈに応じて、式１（１）を演算して、現在位：ｒＬＦ
を求める。

（処理１６０） 演算結果Ｐはメモリ７Ｂへ書込まれるとともに、書込み
終了を示す演算終了信号Ｓｃｄがサブプログラム制御ブ
ロック７１へ出力されて現在位置検出動作が終了し、制
御が主プログラムブロックに戻される。

第５図は、第１図においてサーボモータｌを高速回転で
駆動し、極〈短時間で現在位置を検出するときに、カウ
ンタ停止信号Ｃｓが出力されてから現在位置Ｐの演算が
終了するまでの間の行き過ぎ量を補償する、本発明の他
の実施例の動作を示すフローチャートである。

処理１００から１５０は第４図と同じであるので説明を
省略する。

（処理１７０） サブブムグラム制御ブロック７１はカウント停止信号Ｃ
３、転送指令信号Ｒｏに続いてリセット信号Ｒｔを出力
してカウンタ６をリセットする。

（処理１８０） サブプログラム制御ブロック７１は再びカウント開始信
号Ｃ８をカウンタ６に出力し、カウンタ６は回転位置パ
ルスＰａｄをカウントする。

（処理１８０） 演算ブロック７２から演算終了信号５ｃａｌがサブプロ
グラム制御ブロック７１に出力されたかが確認される。

処理１７０におけるカウンタ６のカウント動作はこの演
算終了信号Ｓｃｄが出力されるまで行なわれる。

（処理２００） 演算終了信号５ｃａｎが出力されると、サブプログラム
制御ブロック７１はカウンタ６にカウント停止信号Ｃｓ
を、次に転送指令信号ＲＯを出力する。

この結果、カウンタ６によってカウントされた回転位置
パルス数Ｐａｄがデータバス８を通してマイクロコンピ
ュータ７のメモリ７４に転送される。

（処理２１Ｏ） 処理１５０で求めた現在位置Ｐの補正が処理２００で求
めた回転位置パルス数Ｐａｄによって１式（２）に従っ
て演算ブロック７２で行なわれる。

（処理２２０） 補正された現在位置の値Ｐｒがメモリ７６へ書込まれる
。

第３図は変速機構２が送りネジ５のサーボモータ１とは
反対側の端部に設けられた実施例で、既存の装置の改造
に便利である。

本実施例の変速機構２は歯車で構成されているが、径の
異なるローラや、ベルト（タイミングベルト）とプーリ
で構成してもよい。また、マーカ信号Ｐｉの発生手段と
しては、静電式や光学式のリミットスイッチでもよく、
さらに変速機構の従動軸にパルスジェネレータを取付け
て、これら原点パルスを第２のマーカ信号として利用し
てもよい。

本実施例の変速機構は変速比は１に近く、１ではないが
、これは、例えば変速比が３に近く、３ではないもので
も、スリットを３個にする等して従動軸の１回転につき
３個、等間隔にパルス信号が出力されるようにしても同
じである。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように、主検出器（パルスジェネ
レータ）と変速比が異なりサーポモータ軸を駆動軸とす
る変速機構を設け、この変速機構の従動軸に伴ない（第
２のマーカ信号）を出力する副検出器を取付は主検出器
の原点パルス（第１のマーカ信号）と第２のマーカ信号
の出力間隔を主検出器の回転位置パルスをカウントする
ことにより求めて当該第１のマーカ信号が主検出器の何
回転口の第１のマーカ信号かを判別して、主検出器の最
大２回転で現在位置を求め、原点復帰動作が完了するよ
うにしたものであるので、原点復帰動作の時間が大幅に
短縮されて機械の実働率が向上し、かつ大きな原点復帰
動作がないので作業の安定性が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による現在位ご検出装置の一実施例を示
すブロック図、第２図、第３図は第１図のサーボモータ
１、パルスジェネレータ３、変速機構２．非接触式リミ
ー７トスイッチ４を一部断面で示す図、第４図、第５図
は第１図の現在位置検出装置における現在位置検出の流
れを示すフローチャート、第６図は回転位置パルス、第
１．第２のマーカ信号の関係を示すタイムチャート、第
７図は数値制御される機械の従来例を示す図である。 １：サーボモータ、　　　２：変速機構。 ３：パルスジェネレータ、 ４：非接触式リミットスイッチ、 ６：カウンタ ７：マイクロコンピュータ、 ８：データバス、　　　９：制御器、 ７０：信号指令判別ブロック。 ７１；サブプログラム制御ブロック、 ７２：演算ブロック、 ７３．７４，７５．７６　　：メモリ、Ｐｉ、Ｐｓ　　
：マーカ信号、 ΔＰｉ　：回転位置パルス、 Ｓｔ　：開始／停止信号、 Ｃ３：カウント開始／停止信号、 Ｒｔ　：リセット信号、　Ｒｏ：転送指令信号、５ｃａ
ｆ：演算開始／終了信号、 Ｓｃｈ：キャラクタ信号。 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）数値制御される機械の駆動軸の現在位置検出方法で
   あって、 現在位置検出開始指令によってサーボモータを一定方向
   に回転させる段階と、 一方のマーカ信号が発生してから他方のマーカ信号が発
   生するまでの間、サーボモータの回転に応じた回転位置
   パルス数をカウンタがカウントする段階と、 カウントされた回転位置パルス数をカウンタからメモリ
   へ転送する段階と、 主検出器の１回転当りの回転位置パルスの総数、両マー
   カ信号の位相差に相当する回転位置パルス数である単位
   変分パルス数、主検出器の変速比、前記メモリに格納さ
   れている回転位置パルス数、最初に発生したマーカ信号
   の種別そして両マーカ信号の位相差により現在位置を演
   算する段階とからなることを特徴とする現在位置検出方
   法。 ２）数値制御される機械の駆動軸の現在位置を検出する
   方法であって、 現在位置検出開始指令によってサーボモータを一定方向
   に回転させる段階と、 一方のマーカ信号が発生してから他方のマーカ信号が発
   生するまでの間、サーボモータの回転に応じた回転位置
   パルス数をカウンタがカウントする段階と、 カウントされた回転位置パルス数をカウンタから第１の
   メモリへ転送する段階と、 主検出器の１回転当りの回転位置パルスの総数、両マー
   カ信号の位相差に相当する回転位置パルス数である単位
   変分パルス数、主検出器の変速比、第１のメモリに格納
   されている回転位置パルス数、最初に発生したマーカ信
   号の種別そして両マーカ信号の位相差により現在位置を
   演算する段階と、 カウントされた回転位置パルスを第１のメモリへ転送す
   る段階と現在位置を演算する段階と並行して行なわれ、
   カウンタをリセットし前記の現在位置の演算が終了する
   までの間、回転位置パルス数をカウントし、このカウン
   トされた補正用回転位置パルス数を第２のメモリへ転送
   する段階と、現在位置の演算終了後、この現在位置のデ
   ータに前記補正用回転位置パルス数を加算または減算し
   て現在位置のデータを補正する段階とからなることを特
   徴とする現在位置検出方法。 ３）数値制御される機械の駆動軸の現在位置を検出する
   ための現在位置検出装置であって、 サーボモータ軸に連結されて、第１のマーカ信号を発生
   し、回転位置パルスをインクリメンタルに発生する手段
   と、 サーボモータ軸を駆動軸とする変速機構と、前記変速機
   構の従動軸の回転に伴なって第２のマーカ信号を発生す
   る手段と、 前記回転位置パルス数をカウントするカウンタと、 前記カウンタのカウント結果である回転位置パルス数が
   格納される第１のメモリと、 前記第１のマーカ信号または第２のマーカ信号が発生し
   たときに第１の制御信号を出力し、後続する前記第２の
   マーカ信号または第１のマーカ信号が発生したときに第
   ２の制御信号を出力する信号指令判別ブロックと、 前記第一のマーカ信号を発生する手段の１回転当りの前
   記回転位置パルスの総数、前記第１および第２のマーカ
   信号の位相差に相当する回転位置パルス数である単位変
   分パルス、前記第１のメモリに格納されている回転位置
   パルス数、最初に発生したマーカ信号の種別を示すキャ
   ラクタ信号および第１、第２のマーカ信号の位相差によ
   り現在位置を演算する演算手段と、 前記信号指令判別ブロックから力された前記第１の制御
   信号によって前記カウンタにカウント動作を開始させ、
   前記第２の制御信号によって前記カウンタのカウント動
   作を停止させるカウンタ制御信号、前記カウンタのカウ
   ント結果を前記第１のメモリに転送する転送指令信号、
   前記転送指令信号の出力に続いて前記演算手段に演算を
   開始させるための演算開始指令信号および前記キャラク
   タ信号を出力し、前記演算手段の演算が終了したときに
   前記演算手段から演算終了信号を入力する制御手段とを
   有することを特徴とする現在位置検出装置。