用于控制机器人关节旋转的控制装置制造方法

用于控制机器人关节旋转的控制装置制造方法
【专利摘要】机器人的关节具备驱动用电机(1)，用于对电机(1)输出轴的旋转进行减速的减速机(8)，以及连接到减速机(8)的臂(9)。进一步，该关节具备用于检测电机(1)的旋转位置的输入编码器(10)，以及用于检测臂(9)的旋转位置的输出编码器(17)。控制器(23)基于用于表示由输入编码器(10)以及输出编码器(17)检测出的电机(1)以及臂(9)的旋转位置的数据(EC值)，对电机(1)进行控制。在输入编码器(10)中配置用于锁存并保持输入EC值的寄存器(31)。在输出编码器(17)中具备：寄存器(32)，用于锁存并保持输出EC值；以及沿脉冲输出部(35)，每当输出EC值发生变化时，向两个寄存器31以及32输出沿脉冲。两个寄存器31以及32对该沿脉冲做出响应，在同一时间点将EC值输出给控制器(23)。
【专利说明】用于控制机器人关节旋转的控制装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于控制机器人关节旋转的控制装置，特别是涉及用于控制如下结构的关节旋转的控制装置:将电机的旋转通过减速机减速后传递到臂。

【背景技术】
[0002]当前，在多个领域使用着多种多样的机器人。其中，有一种具有关节的机器人，该关节具备电机、对该电机的输出轴的旋转进行减速的减速机、以及连接到该减速机的臂。在该关节处控制臂的旋转位置时，根据由编码器检测出的臂的旋转位置来控制电机。这种情况下，有时需要确认经由减速机的减速后、臂的旋转位置实际为何值。作为该确认方法，例如在专利文献I中公开了在借助扭转力切断器连接电机和臂的结构中，通过电位器检测臂的旋转位置的方法。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特许第4369886号公报


【发明内容】

[0006]发明所要解决的技术问题
[0007]在上述结构中，由微型计算机等构成的控制装置需要在同一时间点参照电机侧的旋转位置以及臂侧的旋转位置。因此，例如设想如下结构:为了以数字数据的方式管理旋转位置，代替臂侧的电位器而与电机侧同样地使用编码器，通过锁存电路锁存由各个编码器输出的旋转位置数据，并且由控制装置读取该旋转位置数据。在该设想下，读取两个锁存电路的数据的时机就成为问题。
[0008]通常，电机相比于臂更靠近控制装置的附近。因此，控制装置并行读取臂侧、电机侧的编码器数据时，适当的做法是将臂侧的数据传送到电机侧，再将双方的数据统一并行读取。这样，双方数据的检测时间可能会产生偏差，该偏差为上述传送所需的时间。即，在例如机器人臂那样借助减速机构进行驱动的结构中，电机侧的旋转位置比臂侧的旋转位置的分辨率更高且变化更迅速，因而，相比于电机侧的旋转位置数据，接收到的臂侧的旋转位置数据是旧的数据。这样，如果表示双方旋转位置的时间点有偏差，则无法正确地进行电机的控制。
[0009]因此，期望在没有时间偏差的状态下取得用于表示机器人的轴的输入侧、输出侧旋转位置的数据。
[0010]用于解决技术问题的方案
[0011]根据优选实施例，提供一种控制装置，用于控制机器人的关节(JT)的旋转，该机器人的关节(JT)具备将电机⑴的旋转通过减速机⑶减速后传递到臂(9)的结构。该控制装置具备:第一编码器(10)，用于检测所述电机(I)的旋转位置，并输出表示该旋转位置的电机旋转位置数据；第二编码器(17)，用于检测所述臂(9)的旋转位置，并输出表示该旋转位置的臂旋转位置数据；第一锁存电路(31)，配置在所述第一编码器(10)中，用于锁存所述电机旋转位置数据；第二锁存电路(32)，配置在所述第二编码器(17)中，用于锁存所述臂旋转位置数据；锁存信号输出单元(34、35)，配置在所述第二编码器(17)中，每当所述臂旋转位置数据发生变化时，向所述第一以及第二锁存电路(31、32)输出锁存信号；控制单元(36、37、38、41、21、22、23)，基于在输出所述锁存信号时被锁存在所述第一以及第二锁存电路(31、32)中的所述电机旋转位置数据以及所述臂旋转位置数据，对所述电机(I)的旋转进行控制。
[0012]电机侧的第一编码器与臂侧的第二编码器在结构上相隔一定程度的距离而配置。控制单元为了补正臂的旋转位置，需要取得同一时间点的电机旋转位置数据与臂旋转位置数据。由于臂借助减速机被驱动，因而臂旋转位置数据的分辨率相对于电机旋转位置数据较低。因此，将锁存信号输出单元配置在第二编码器中，每当臂旋转位置数据发生变化时，向第一以及第二锁存电路输出锁存信号。由此，即使在相隔一定距离的第一编码器中，也能够在与上述变化相同的时间点锁存并保持电机旋转位置数据。
[0013]也就是，采用检测延迟较大的数据的变化作为时间轴上的基点时间点。由此，即使检测延迟较小的数据有少许偏差，该存在偏差的数据的值也大致与该检测延迟较大的数据相对应。因此，可以将两个数据作为在实质相同的时间点检测出的值而使用。
[0014]因此，可以利用在该同一时间点收集到的电机旋转位置数据以及臂旋转位置数据，对电机的旋转进行控制。因此，能够提高电机的旋转控制的精度。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1是概略示出涉及实施例的机器人关节结构的立体图。
[0016]图2是图1的机器人关节的纵剖侧视图。
[0017]图3是主要示出涉及第一实施例的电机侧以及臂侧的两个编码器的数据处理部的结构的功能框图。
[0018]图4是示出用于对在第一实施例中举例示出的3轴机器人用的各关节电机进行控制的电路的功能框图。
[0019]图5是示出在第一实施例中的电机侧以及臂侧的两个编码器之间的、旋转位置数据的传送处理的流程图。
[0020]图6是举例示出电机以及臂的旋转位置数据的变化状态的时序图。
[0021]图7是示出涉及第一实施例的电机控制器控制3轴机器人时的处理内容的流程图。
[0022]图8是示出与图7的处理相对应的旋转位置数据的传送状态的时序图。
[0023]图9是涉及第二实施例的机器人关节的纵剖侧视图。
[0024]图10是图9示出的旋转盘的纵剖侧视图。
[0025]图11是用于说明输出角度的计算的图。
[0026]图12是示出输出角度的计算处理的流程图。以及
[0027]图13是示出用于对涉及第三实施例的各关节电机进行控制的电路的功能框图。【具体实施方式】
[0028]下面，参照附图，对涉及本发明的用于控制机器人关节旋转的控制装置的各种实施例进行说明。作为一例，该机器人是设置在工厂等处的工业机器人。
[0029](第一实施例)
[0030]参照图1?图8，对涉及第一实施例的用于控制机器人关节旋转的控制装置进行说明。
[0031]图1是示出通过电机驱动机器人的关节JT的一个关节的结构的立体图，图2是其纵剖侧视图(但是有少许简化)。
[0032]如图所示，关节JT具备电机1、减速机8以及臂9。此外，在该关节JT中，由于驱动力从电机I 一侧借助减速机8传递到臂9，因此，必要时将电机I 一侧称作“电机侧或输入侧”，必要时将臂9 一侧称作“臂侧或输出侧”。
[0033]电机I例如是内转子型的永久磁铁型同步电机，以旋转轴3的顶端朝向图中上方的状态配置在呈圆筒形的基座2内部。此外，电机I的定子4由定子铁芯以及绕组构成(未图示)，其上端面以接触到基座2顶板背面的方式进行固定。转子由旋转轴3和永久磁铁构成(都未图示)，该永久磁铁以与转子铁芯以及定子侧的绕组相对置的方式进行配置，图2中示出了旋转轴3通过轴承6旋转自如地被支承在定子4中。
[0034]旋转轴3的后端部从定子4的后端面突出到下方，顶端部通过形成在基座2顶板处的贯通孔7突出到外部。而且，上述顶端部连接到减速机8的输入部81，输出部80上连接着机器人的臂9 (控制对象物、负荷)。此外，关于减速机8的详细结构，也省略图示。旋转轴3的后端面安装有旋转盘11，该旋转盘11构成光学式的旋转编码器(以下称作输入编码器(输入 EC:encoder)) 10。
[0035]在旋转盘11的下方，包含有数据处理部的输入EC检测部12安装在编码器支承部件13的底面部，该数据处理部由投光元件、受光元件、计数器(未图示)和后述的寄存器等构成，该编码器支承部件13呈杯形并且被固定在定子4的后端面。S卩，输入EC检测部12朝着上方的旋转盘11的裂隙(未图示)投光，通过接收反射光来检测表示电机I的旋转位置的数据。
[0036]臂9的上表面侧安装着臂旋转轴14 (输出轴)的后端部，该臂旋转轴14与电机I的旋转轴3(输入轴)形成为同轴。基座2顶板中位于图2中的右端处，配置有由朝上方延伸的垂直部15V以及水平部15H构成的轴支承部件15，该水平部15H以与臂9平行的方式配置在垂直部15V的顶端。臂旋转轴14贯通水平部15H，通过配置在水平部15H的轴承16旋转自如地被支承。
[0037]臂旋转轴14的顶端面安装有旋转盘18，该旋转盘18构成光学式的编码器17 (以下称作输出编码器(输出EC))。输出编码器17是与输入编码器10同样的结构，在旋转盘18的上方，包含投光元件、受光元件以及计数器等的输出EC检测部19安装在编码器支承部件20的顶板背面，该编码支承部件20呈倒置的杯形并且被固定在水平部15H的上表面。即，输出EC检测部19朝着下方的旋转盘18的裂隙投光，通过接收反射光来检测臂9的旋转位置。
[0038]输入编码器10的输入EC检测部12借助中继总线21与输出编码器17的输出EC检测部19连接。在输出EC检测部19中检测出的旋转位置数据经由该中继总线21被传送到输入EC检测部12。另外，输出EC检测部19借助该中继总线21还向输入EC检测部12发送用于锁存数据的沿脉冲信号。而且，输入EC检测部12 —旦将上述旋转位置数据与自身检测出的旋转位置数据统合，就借助数据总线22输出到电机控制器23 (参照图3)。此夕卜，中继总线21以及数据总线22通过形成于基座2上的贯通孔24被导出到基座2的内侧和外侧。
[0039]图3是示出用于对机器人的关节JT的旋转进行控制的控制装置的功能框图。该控制装置具备输入编码器10、输出编码器17以及电机控制器23。
[0040]输入EC检测部12具备例如20位的输入EC值寄存器31 (作为输入数据锁存单元而发挥作用)，用于保持对由受光部输出的脉冲数进行计数的计数器的数据。同样地，输出EC检测部19具备用于保持计数器的数据的输出EC值寄存器32 (作为输出数据锁存单元而发挥作用)。臂9的旋转位置数据例如是9位(由于经由了减速机8，因此宽度小于输入侧)，但是，为应对臂9的旋转数大于等于I周的情况，还存储多旋转数据(例如2位)，该多旋转数据用于表示计数器溢出的次数。但是，本实施例中并不处理多旋转数据。
[0041]在输出EC检测部19中，构成数据变化检测部33的输出EC值寄存器监视部34监视输出EC值寄存器32的LSB (Least Significant Bit:最低有效位)是否发生了变化。一旦输出EC值寄存器监视部34检测出发生了那样的变化(即，计数器数值有增量)，则向输出EC值寄存器32输出沿脉冲，并且向沿脉冲输出部35 (作为锁存信号输出单元而发挥作用)发出脉冲输出命令。据此，沿脉冲输出部35将锁存用的沿脉冲(锁存信号)发送到输入检测部12。
[0042]在沿脉冲的上升沿，数据变化时输出值寄存器36存储并保持锁存于EC值寄存器32中的9位的旋转位置数据Pout (t)。被保持的旋转位置数据Pout (t)通过保持数据输出部37被发送到输入EC检测部12。S卩，沿脉冲输出部35以及保持数据输出部37是分别用于将沿脉冲以及旋转位置数据Pout (t)发送到输入EC检测部12的驱动器。
[0043]在输入EC检测部12中，通过数据锁存部38的沿脉冲输入部39接收由输出EC检测部19的沿脉冲输出部35发送过来的沿脉冲。沿脉冲输入部39将该沿脉冲输出到输入EC值寄存器31。由此，通过同一个沿脉冲的上升沿，使得数据变化时输出值寄存器36中的旋转位置数据Pout (t)以及输入值寄存器31中的旋转位置数据Pin (t)被锁存。
[0044]上述旋转位置数据Pin (t)通过构成前述数据总线22的一部分的输入值数据总线40被输出到电机控制器23 (控制装置)，并且被传送到数据锁存部38的输入输出值寄存器41。另外，从输出EC检测部19的保持数据输出部37发送的旋转位置数据Pout (t)也被传送到输入输出值寄存器41。存储在该输入输出值寄存器41中的合计29位的旋转位置数据Pin (t)、Pout (t)通过构成数据总线22的一部分的输入输出值数据总线42被输出到电机控制器23。
[0045]此外，数据总线40以及42的宽度实际都为32位，未用于发送的数据位被上拉或者下拉。另外，在以下的说明中，将20位的旋转位置数据Pin(t)称为输入EC值，将29位的旋转位置数据Pin (t)、Pout (t)称作输入输出EC值。
[0046]图4用功能框图示出了电机控制器(以下仅称作控制器)23的内部结构，并且设想成应用于多轴结构、例如3轴机器人的各轴的情况，示出了图3所示的结构为3组时的输入EC检测部12(1?3)与电机控制器23之间的连接状态。附在符号后的(I)?(3)对应于机器人的第I轴?第3轴。两者之间借助未图示的通信接口连接。
[0047]控制器23以控制用CPU (Central Processing Unit:中央处理器)43为中心，由具备未图不的 ROM (Read Only Memory:只读存储器)、RAM (Random Access Memory:随机存取存储器)以及其它周边电路的微型计算机构成。输入EC值寄存器44 (I?3)是被写入经由通信接口从输入EC检测部12(1?3)分别发送的20位的输入EC值(I?3)的寄存器。另外，输入输出EC值寄存器45 (I?3)是被写入经由输入输出EC值发送切换器46从输入EC检测部12(1?3)分别发送的29位的输入输出EC值的寄存器。另外，通信接口和上述输入输出EC值发送切换器46例如由FPGA (Field Programmable Gate Array:现场可编程门阵列)等构成。
[0048]此外，对于输入EC检测部12 (I?3)的数据传送请求由控制器23输出。图中的“控制用数据请求”是对3个轴的输入EC值的传送请求，“补正用数据请求”是对I个轴的输入输出EC值的传送请求。控制用CPU43例如是32位的结构，该控制用CPU43读取出输入EC值寄存器44、输入输出EC值寄存器45中存储的旋转位置数据之后，对机器人执行如后所述的控制。
[0049]接下来，参照图5?图8说明本实施例的作用。
[0050]图5是表示在图3中示出的输入EC检测器12与输出EC检测部19之间的旋转位置数据的传送处理的流程图。此外，该流程图显示出了由两个检测部12、19以及电机控制器23协同工作执行的功能。
[0051]控制CPU43执行后述的控制，驱动电机I以控制机器人的臂9的旋转(步骤SI)。接着，输出EC监视部34 —边待机一边每隔规定时间判断输出EC值寄存器32的LSB是否发生了变化(从Pout (t-Ι)变为Pout(t))(步骤S2)。当判断发生了相关变化时(步骤S2:是)，沿脉冲输出部35输出沿脉冲(步骤S3)。对该沿脉冲的输出做出响应，将旋转位置数据Pout⑴锁存在输出EC值寄存器32中(步骤S4)。
[0052]上述沿脉冲通过中继总线21也被发送到输入EC检测部12。因此，在输入EC检测部12中，该沿脉冲经由沿脉冲输入部39被输出到输入EC值寄存器31中。由此，将沿脉冲输入的时间点的旋转位置数据Pin (t)锁存在输入EC值寄存器31中(步骤S5)。
[0053]另外，旋转位置数据Pout (t)从输出EC检测部19的保持数据输出部37被发送到数据锁存部38 (步骤S6)。由此，旋转位置数据Pin (t) ,Pout (t)被存储在输入输出值寄存器41中。接着，存储在输入EC值寄存器31中的旋转位置数据Pin (t)以及存储在输入输出值寄存器41中的旋转位置数据Pin(t)、Pout(t)分别通过数据总线40、42被发送到电机控制器23 (步骤S8)。
[0054]图6是示出在上述处理中双方的旋转位置数据Pin (t)、Pout (t)的变化状态的时序图。一旦在输出编码器17中旋转位置数据Pout (t)发生变化，则会产生沿脉冲(参照(a)、(b))，该时间点的旋转位置数据Pout (η)以及输入编码器10—侧的旋转位置数据Pin (η)被锁存(参照(e)、(f))。另外，图6(c)示出了输入编码器10接收从输出编码器17发送过来的旋转位置数据Pout (t)时的延迟。由此，被锁存的旋转位置数据PinUPoutL成为实际在同一时间点被检测出的数据。也就是，使用检测延迟较大的数据Pout (t)的变化作为时间轴上的基点时间点。由此，即使检测延迟较小的数据Pin(t)有少许偏差，该存在偏差的数据的值也大致与该检测延迟较大的数据相对应。因此，可以将两个数据PinUPoutL作为在同一时间点检测出的值而使用。
[0055]接下来，图7是示出电机控制器23的控制用CPU43控制3轴机器人时的处理内容的流程图。此外，下面将旋转位置数据Pin (η)称作“输入EC值”，将旋转位置数据Pout (t)称作“输出EC值”。首先，根据机器人的末端执行器的目标位置确定好各轴电机的动作模式之后(步骤Sll)，控制用CPU43执行3次读取周期(read cycle)，从输入EC值寄存器44中读取出3个轴的输入EC值(全轴输入EC值)(步骤S12)。
[0056]接着，从输入输出EC值寄存器45 (I)中读取出第I轴的输入输出EC值之后(步骤S13)，根据步骤S12中取得的全轴输入EC值，执行用于驱动各轴电机I (I?3)的电流控制和速度控制。此处的电流控制和速度控制是指，通过变换器等的驱动电路驱动电机I时，基于速度指令与实际速度之间的偏差进行PI (比例积分)控制等。
[0057]接下来的步骤S15?S17是与步骤S12?S14同样的处理模式，在步骤S16中，代替步骤S13中的第I轴而读取出第2轴的输入输出EC值。而且，接下来的步骤S18?S20也是同样的，在步骤S19中，代替步骤S16中的第2轴而读取出第3轴的输入输出EC值。
[0058]在接下来的步骤S21中，利用在步骤S13、S16、S19中取得的第I轴?第3轴的输入输出EC值，对各轴计算输入EC值与输出EC值之差(偏差)，基于所有的轴的输入EC值，执行机器人的末端执行器的位置控制(步骤S22)。另外，此时，根据步骤S21中计算出的偏差值，对上述位置控制进行补正(步骤S23)。然后，如果机器人的末端执行器到达目标位置(步骤S24:是)，则结束动作，如果没有到达目标位置(步骤S24:否)，则返回步骤S12，重复以上的处理。
[0059]此处，在图7示出的处理中，上述通信接口以固定的周期执行下述处理，即，从控制器23自输入EC检测部12取得数据到将该数据存储在输入EC值寄存器44以及输入输出EC值寄存器45中为止的处理。而且，当各数据被存储在寄存器44、45中时，例如通信接口将产生中断，由此，控制用CPU43开始步骤S12以后的处理，访问输入EC值寄存器44。
[0060]如上所述那样执行处理的结果，各轴的输入EC值以及输入输出EC值如图8所示那样被传送到控制器23。即，全轴的输入EC值在每个发送周期被传送，各轴的输入输出EC值分别在不同的发送周期依次被传送。
[0061]如上所述，根据本实施例，机器人的关节具备用于检测电机I的旋转位置的输入编码器10、以及用于检测借助减速机8减速后的臂9的旋转位置的输出编码器17，控制器23取得由输入编码器10以及输出编码器17检测出的各旋转位置数据(EC值)，从而对电机I进行控制。而且，在输入编码器10中配置有用于锁存输入EC值的输入EC值寄存器31 ；在输出编码器17中具备用于锁存输出EC值的输出EC值寄存器32，以及每当输出EC值发生变化时向寄存器31以及32输出沿脉冲的沿脉冲输出部35。
[0062]S卩，电机I侧的输入编码器10与臂9侧的输出编码器17在结构上相隔一定程度的距离而配置，控制器23为了补正臂9的旋转位置，需要取得同一时间点的输入EC值与输出EC值。由于臂9借助减速机8被驱动，因而输出EC值的分辨率相对于输入EC值较低。因此，如果将沿脉冲输出部35配置在输出编码器17中，每当输出EC值发生变化时，向寄存器31以及32输出沿脉冲，那么即使在相隔一定距离的输入编码器10中，也能够在与上述变化实质相同的时间点锁存并保持输入EC值。
[0063]另外，控制器23取得多个轴的、由输入编码器10(1?3)以及输出编码器17(1?3)检测出的各EC值，从而对各电机1(1?3)进行控制。为了执行该控制，控制器23每隔固定周期便取得所有轴的输入EC值，并且依次切换并取得一个轴的输入EC值以及输出EC值。即，由于各轴的输入EC值是控制机器人的末端执行器的位置所必需的，因而每隔固定周期便取得全部各轴的输入EC值。而且，在一个轴中，假如借助减速机8减速后获得的输出EC值对于输入EC值产生了误差，则需要补正该误差。由此，每隔固定周期依次切换取得一个轴的用于执行补正的输入EC值以及输出EC值，从而既可以抑制数据的传送宽度又能够补正各轴的输出旋转位置。
[0064]另外，用于补正旋转位置的数据优选为使用在同一时间点取得的数据。因此，即使在同一个周期中取得所有轴的输入EC值，但对于用于补正的数据，作为输入EC值以及输出EC值的组合而另行取得各轴的用于补正的数据，从而能够以高精度进行补正。
[0065]而且，输出EC值一旦从输出编码器17传送到输入编码器10，就会通过输入编码器10传送到控制器23。即，统合各轴的输入EC值以及输出EC值并将其同时传送到控制器23，可获得良好的效率。而且，如上所述，由于输出EC值的分辨率低且数据宽度小，因此，如果将输出EC值传送到输入编码器10之后再传送到控制器23，那么连接在输出编码器17与输入编码器10之间的中继总线21的总线宽度也会变小。
[0066]这种情况下，在输入编码器10具备:输入值寄存器31,用于将输入EC值传送到控制器23 ;输入输出值寄存器41，用于将输入EC值与输出EC值一起传送到控制装置。因此，能够高效地传送下述数据:每隔固定周期，作为所有轴的一套数据而被传送到控制器23的输入EC值；以及以一个轴的输入EC值与输出EC值的组合的方式在多个周期仅仅被传送一次的数据。另外，控制器23能够迅速取得并处理各个数据。
[0067](第二实施例)
[0068]参照图9至图12，对涉及第二实施例的检测装置进行说明。
[0069]此外，在该第二实施例及其以后的实施例、变形例的说明中，对与上述第一实施例相同或同等的结构要素赋予相同的附图标记，并且省略或简略其说明。
[0070]在该第二实施例中，示出了将相当于第一实施例的输入编码器10以及输出编码器17的结构一体化，并配置在电机旋转轴的后端侧。图9示出了图7的上下反转后的状态(输入侧以及输出侧相互反转的状态)。电机51与电机I相同，是内转子型的永久磁铁型同步电机，具备定子52以及旋转轴(转子)54，该旋转轴54通过配置在定子52内周侧的轴承53旋转自如地被支承。而且，在电机51的后端侧配置有编码器收容部55。
[0071]编码器收容部55具备安装在定子52后端的圆环状的侧壁56，以及以插入侧壁56中途部位的方式进行固定的圆板状的支承部件57 (固定部)。支承部件57在中心部形成有贯通孔57a，该贯通孔57a是所谓的面包圈形状。旋转轴54 (输入轴)的后端部插通到支承部件57的贯通孔57a中，其后端固定有构成编码器的旋转盘(旋转板)58。在支承部件57的上表面侧，以与旋转盘58相对置的方式配置有输入EC检测部12。S卩，旋转盘58以及输入EC检测部12构成了与第一实施例的输入编码器10相对应的输入编码器部59。
[0072]旋转轴54由中空的部件构成，其顶端固定在构成减速机60的输入部601的中空部内周侧，而且，减速机60的输出部600上连接着臂9。另外，旋转轴54的中空部分插通有输出轴61，该输出轴61的后端固定在臂9上。旋转轴54的内周侧配置有轴承62，输出轴61旋转自如地被支承。
[0073]旋转盘58上形成有与旋转轴54的中空部直径相同的插通孔58a，输出轴61的顶端经由插通孔58a突出到编码器收容部55内部的空间。而且，其顶端上固定有旋转盘63，该旋转盘63的直径大于旋转轴54的中空部。在旋转盘63的下表面侧，以与旋转盘58相对置的方式固定有输出EC检测部19。S卩，旋转盘58以及输出EC检测部19构成了与第一实施例的输出编码器17相对应的输出编码器部64。
[0074]在第二实施例中，为了检测旋转位置，从旋转盘58的下表面侧与上表面侧两侧进行投光。因此，在旋转盘58中，第一以及第二的两个面(例如两个表面、或者上表面与侧面等)上形成有位置检测用的图案(例如裂隙)。图10示出了旋转盘58的截面结构(一部分)。旋转盘58为5层结构，遮光板58a的上下配置有玻璃板58b、58c，玻璃板58b、58c的上下配置有裂隙膜58d、58e。而且，裂隙形成在两个裂隙膜58d、58e上。
[0075]此外，虽然没有图示，但是，通过有线连接，对配置在旋转盘63上的输出EC检测部19供给电源，以及向输入EC检测部12传送沿脉冲和旋转位置数据。臂9即使多旋转也至多旋转3周左右，因此，使连接配线的长度保有多旋转3周左右的余量即可。而且，在编码器收容部55的上部安装有用于覆盖开口部的盖体65。
[0076]接下来，参照图11以及图12，对第二实施例的作用进行说明。
[0077]图11省略了减速机60以及臂9而进行表示。当驱动电机51并且使臂9旋转时，由于旋转盘58伴随着旋转轴54的旋转而旋转，因此，输入编码器部59能够与第一实施例的输入编码器10完全相同地检测出电机的旋转位置。另外，旋转盘63伴随着臂9-输出轴61的旋转而旋转。在此，当假定旋转盘58的旋转角度为Θ rotU旋转盘63与旋转盘58朝着同一方向旋转且其旋转角度为θι.ο?2时，由输入EC部12检测出的角度Θ1与θι.ο?1相等。而且，在输出EC检测部19中检测出的角度Θ 2为:
[0078]Θ 2 = Θ rotl- Θ rot2。
[0079]因此，可以求得电机51的旋转角度Θ in为:
[0080]Θ in = Θ I = Θ rotl,
[0081]臂9的旋转角度Θ out为:
[0082]Θ out = θ 1- θ 2 = θ rotl—( θ rotl—θ rot2) = θ rot2。
[0083]具体而言，例如控制用CPU43在步骤S13、S16、S19中读取出输入输出EC值时，执行图12中示出的处理并且计算旋转角度eout。首先，根据输入EC值Pin (t)，通过下式计算旋转角度Θ1(步骤S31)。其中，a是减速机8的减速比。
[0084]Θ I = 360 X Pin (t)/ (220Xa) [deg]
[0085]接下来，根据输出EC值Pout (t),通过下式计算旋转角度Θ2(步骤S32)。
[0086]Θ 2 = 360 XPout (t) /29 [deg]
[0087]然后，从旋转角度Θ I中减去旋转角度Θ 2求得旋转角度Θ out (步骤S33)。此夕卜，也可以通过硬逻辑执行上述处理。
[0088]如上所述，根据第二实施例，电机51的旋转轴54形成为中空状，输出轴61插通到旋转轴54的中空部，并且其后端连接到臂9，顶端导出旋转轴54的后端侧。而且，由于分别用光学式的输入编码器部59、输出编码器部64来检测电机51的旋转位置以及借助减速机60减速后的臂9的旋转位置，因此，将它们所使用的旋转盘58共通化并且固定在旋转轴54的后端侧。而且，输出编码器部64的检测部19安装在输出轴61的顶端侧，输入编码器部59的检测部10相对于上述检测部19，隔着旋转盘58安装在位于相反侧的支承部件57上。此外，例如也可以将输入编码器部59的检测部10安装在作为固定部的侧壁56上。
[0089]根据这样的结构，能够根据输入编码器部59的检测部10的检测结果，像通常一样取得电机51的旋转位置。另一方面，在读取来自两个检测部10、19的数据并且进行处理的控制器23中，根据由输入编码器部59检测出的旋转位置与由输出编码器部64检测出的旋转位置之差，能够得出臂9的旋转位置。S卩，由于输入、输出编码器部59、64基于同一旋转盘58的旋转来检测旋转位置，因而，很难产生与轴心偏移相伴的检测误差。而且，由于这些编码器部59、64统一配置在电机51的后端侧，因而能够极力削减配置空间，从而能够使得使用了两个编码器的编码器系统、以及由该编码器系统与负荷组合而成的结构小型化。
[0090]也就是，如第二实施例那样，通过使用形成为中空状的旋转轴54，能够将编码器部59、64统一配置在电机51的后端侧,而无需将输出编码器部64配置在减速机60与臂9之间。
[0091]而且，由于输入侧编码器59的检测部10相对于输出侧编码器64的检测部19隔着旋转盘58配置在位于相反侧的固定部，因此，两个光学式编码器59、64分别输出的用于检测旋转位置的光信号不会被彼此的检测部19、10受光，从而能够防止错误检测。另外，由于在旋转盘58的板的一侧的面上设置输出侧编码器59用的裂隙，在另一侧的面上设置输入侧编码器64用的裂隙，因此，各自的检测部10、19能够在相互不干扰的状态下接收用于进行旋转位置检测的反射光。
[0092](第三实施例)
[0093]参照图13，对涉及第三实施例的检测装置进行说明。
[0094]第三实施例示出了在输入EC检测部12' (I?3)、以及输出EC检测部19(1?3)与控制器23之间配置了数据传送处理部71的结构。数据传送处理部71具备输入EC检测部12所具有的输入输出EC值寄存器与通信接口的功能。因此，输出EC检测部19直接向数据传送处理部71传送9位的输出EC值。
[0095]而且，数据传送处理部71根据来自控制器23 —侧的通信接口 43R以及44的请求，将20位的输入EC值以及29位的输入输出EC值输出到控制器23 —侧。根据以上构成的第三实施例，也能够得到与第一实施例同样的效果。
[0096]本发明不仅仅限定于上述各种实施例，作为根进一步的其它实施例，可以做出以下变形或者扩展。
[0097]输入编码器以及输出编码器的位数可以根据个别的设计做出适当变更。
[0098]图4示出的3个轴的输入EC检测部12与控制器23之间进行的数据传送方式也可以做适当变更。例如，在两者之间用两条32位总线进行连接，选择3个轴的输入EC值(20位)与3个轴的输入输出EC值(29位)，可以使用在一次通信中仅将I个轴的数据传送到控制器23 —侧的通信接口。
[0099]另外，总线的宽度不限定于32位，作为各自所必需的最小限度的宽度可以设置成20位、29位。或者，可以用同一个32位(或者29位)总线传送输入EC值与输入输出EC值。
[0100]在第二实施例中，根据减速机60的结构，旋转轴54与输出轴61可以朝着彼此相反的方向旋转。
[0101]也可以应用于4轴以上的机器人。而且，不限于多轴结构的机器人，还可以应用于单一轴的电机控制。
[0102]附图标记
[0103]1:电机
[0104]8:减速机
[0105]9:臂(负荷)
[0106]10:输入编码器(第一编码器)
[0107]12:输入EC检测部
[0108]17:输出编码器(第二编码器)
[0109]19:输出EC检测部
[0110]21:中继总线(控制单元)
[0111]22:数据总线(控制单元)
[0112]23:电机控制器(控制装置、控制单元)
[0113]31:输入EC值寄存器(第一锁存电路)
[0114]32:输出EC值寄存器(第二锁存电路)
[0115]34:输出EC值寄存器监视部(锁存信号输出单元)
[0116]35:沿脉冲输出部(锁存信号输出单元)
[0117]36:数据变化时输出值寄存器(控制单元(传送单元))
[0118]37:保持数据输出部(控制单元(传送单元))
[0119]39:沿脉冲输入部(控制单元)
[0120]41:输入输出值寄存器(控制单元)
[0121]JT:关节
【权利要求】
1.一种控制装置，用于控制机器人的关节(JT)的旋转，所述机器人的关节(JT)具备将电机⑴的旋转通过减速机⑶减速后传递到臂(9)的结构，其特征在于，具备: 第一编码器(10)，用于检测所述电机(I)的旋转位置，并输出表示该旋转位置的电机旋转位置数据； 第二编码器(17)，用于检测所述臂(9)的旋转位置，并输出表示该旋转位置的臂旋转位置数据； 第一锁存电路(31)，配置在所述第一编码器(10)中，用于锁存所述电机旋转位置数据； 第二锁存电路(32)，配置在所述第二编码器(17)中，用于锁存所述臂旋转位置数据； 锁存信号输出单元(34、35)，配置在所述第二编码器(17)中，每当所述臂旋转位置数据发生变化时，向所述第一以及第二锁存电路(31、32)输出锁存信号；以及 控制单元(36、37、38、41、21、22、23)，基于在输出所述锁存信号时被锁存在所述第一以及第二锁存电路(31、32)中的所述电机旋转位置数据以及所述臂旋转位置数据，对所述电机(I)的旋转进行控制。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于， 所述控制单元具备: 控制器(23)，用于控制所述电机(I)的旋转； 传送单元(36、37)，将在输出所述锁存信号时被锁存在所述第二锁存电路(32)中的所述臂旋转位置数据从所述第二编码器(17)传送到所述第一编码器(10);以及 数据合成单元(41)，配置在所述第一编码器(10)中，用于对在输出所述锁存信号时被锁存在所述第一锁存电路(31)中的所述电机旋转位置数据、与通过所述传送单元(36、37)传送过来的所述臂旋转位置数据进行合成，并将该合成数据提供给所述控制器(23)。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于， 所述数据合成单元具备: 寄存器(41)，用于将所述电机旋转位置数据与所述臂旋转位置数据合成为规定位数的并行数据；以及 数据总线(22)，用于将该寄存器(41)输出的所述并行数据传送到所述控制器(23)。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于， 所述臂旋转位置数据的位数小于所述电机旋转位置数据的位数。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的控制装置，其特征在于， 所述第一以及第二编码器(10、17)通过中继总线(21)相连接，该中继总线(21)用于将所述锁存信号以及所述臂旋转位置数据从该第二编码器(17)发送到该第一编码器(10)。
【文档编号】B25J9/10GK104245242SQ201380018602
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2012年3月30日
【发明者】上田刚史, 高桥喜二, 森田徹, 大野康 申请人:电装波动株式会社, 株式会社尼康