1(57)【特許請求の範囲】【請求項１】 ロボットの旋回経路に沿って配置された多数の磁気センサと、該磁気センサのそれぞれに直列的に接続された抵抗器と、前記ロボットの旋回と共に移動して前記磁気センサを順次オン状態とする電磁石と、該電磁石の移動によって前記磁気センサがオンした状態の時の前記抵抗値変化によってロボットの回転角度を検出し、また、特定のタイミングで前記電磁石への通電を遮断し、この時の出力電圧によって意図的な無効化かの判定を行う検出回路とを具備したことを特徴とするロボッ 10
トの回転位置検出装置。
【請求項２】 前記検出回路の抵抗器を同一の抵抗値とすることにより、該検出回路からの出力電圧がロボットの旋回角度に一次比例することを特徴とする請求項１記載のロボットの回転位置検出装置。

2【請求項３】 前記検出回路に分圧用抵抗器ＲＨ ，Ｒｗ，Ｒｓ′及びＲｓを接続することによって、正常時と故障時において前記検出回路からの出力電圧が異ならしめたことを特徴とする請求項１記載のロボットの回転位置検出装置。
【請求項４】 前記磁気センサを電磁ノイズ等によって誤動作を生じにくく、かつ、耐久性の高いパワーリードスイッチとしたことを特徴とする請求項１記載のロボットの回転位置検出装置。
【請求項５】前記磁気センサを磁気シールドして外部よりの磁力によって誤動作が生じないようにしたことを特徴とする請求項１記載のロボットの回転位置検出装置。
【請求項６】少なくとも前記磁気センサを外部から操作してオン状態とできないように遮蔽したことを特徴とす
る請求項１記載のロボットの回転位置検出装置。

(2)3【発明の詳細な説明】【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は、工場等に設置されたロボットの作業動作、特に、回転動作における回転角度を正確に検出するためのロボット用回転位置検出装置に関する。
【０００２】【従来の技術】従来、回転を行うことによって作業を行うロボットにおいて、該ロボットが特定の回転角度に到達したか否かを検出するための手段としては、リミットスイッチをロボットの回転始点と回転終点の位置に取付け、該ロボットが回転始点や回転終点に達してリミットスイッチをオンした時にロボットの回転を停止させるものがあった。このリミットスイッチを使用した回転位置検出装置にあっては、回転始点と回転終点との位置検出は行えるが、途中の回転角度を知ることはできなかった。
【０００３】そこで、従来より、ロボットにエンコーダを取付け、原点位置からの相対角度を検出し、この情報に基づいて回転角度を算出するものがあり、また、回転することにより抵抗値が変化するボテンショメータの抵抗値変化によって回転角度を算出するものがある。
【０００４】【発明が解決しようとする課題】ところで、前記したエンコーダを利用した回転角度を検出するものにあっては、エンコーダがフェールセーフでないため、エンコーダの故障やノイズの影響によって誤信号を発生し、ロボットが誤動作を起こし、また、エンコーダが位置ズレを起こした場合には、予想もつかない個所でロボットが作動してしまうといった問題があった。
【０００５】また、前記したポテンショメータを利用してロボットの回転角度を検出している場合には、摺動子が磨耗してしまい、長期間の使用に耐えられないといった問題があった。
【０００６】本発明は前記した問題点を解決せんとするもので、その目的とするところは、ロボットの旋回に伴って移動する電磁石によってロボットの周囲に配置した磁気センサを順次１個ずつオン状態とし、かつ、各磁気センサに接続した抵抗器の抵抗値変化によってロボットの回転位置を検出するようにしたロボット用回転位置検出装置を提供せんとするにある。
【０００７】【課題を解決するための手段】本発明のロボット用回転位置検出装置は前記した目的を達成せんとするもので、その請求項１の手段は、ロボットの旋回経路に沿って配置された多数の磁気センサと、該磁気センサのそれぞれに直列的に接続された抵抗器と、前記ロボットの旋回と共に移動して前記磁気センサを順次オン状態とする電磁石と、該電磁石の移動によって前記磁気センサがオンした状態の時の前記抵抗値変化によってロボットの回転角

1020304050

特許３４９１０４８4度を検出し、また、特定のタイミングで前記電磁石への通電を遮断し、この時の出力電圧によって意図的な無効化かの判定を行う検出回路とを具備したものである。
【０００８】請求項２の手段は、前記した請求項１において、前記検出回路の抵抗器を同一の抵抗値とすることにより、該検出回路からの出力電圧がロボットの旋回角度に一次比例することを特徴とする。
【０００９】請求項３の手段は、前記した請求項１において、前記検出回路に分圧用抵抗器ＲＨ ，Ｒｗ，Ｒｓ′及びＲｓを接続することによって、正常時と故障時において前記検出回路からの出力電圧が異ならしめたことを特徴とする。
【００１０】請求項４の手段は、前記した請求項１において、前記磁気センサを電磁ノイズ等によって誤動作を生じにくく、かつ、耐久性の高いパワーリードスイッチとしたことを特徴とする。
【００１１】請求項５の手段は、前記した請求項１において、前記磁気センサを磁気シールドして外部よりの磁力によって誤動作が生じないようにしたことを特徴とする。
【００１２】請求項６の手段は、前記した請求項１において、少なくとも前記磁気センサを外部から操作してオン状態とできないように遮蔽したことを特徴とする。
【００１３】【発明の実施の形態】以下、本発明に係るロボット用回転位置検出装置の実施の形態を図面と共に説明する。図１〜図３は作業用ロボットの旋回部分を示し、図１は旋回部分の斜視図、図２は図１の要部の拡大斜視図、図３は要部の拡大平面図を示している。
【００１４】図において、１は回転部材、２は該回転部
材１に対してアーム１ａを介して固定された電磁石、３は固定部材にして床面等に固定されている。４は該固定
部材３から鍔状に突出しているリング状のテーブル、５は該テーブル４の状面に放射方向に一定の間隔で固定され、かつ、前記磁石２の回転移動に伴って順次オン、オフする磁気センサにして、電磁ノイズ等によって誤動作を生じにくく、かつ、耐久性の高いパワーリードスイッ
チやリードスイッチあるいはホール素子で構成されている。
【００１５】４１は前記磁気センサ５の上面を覆う非磁性体からなる覆い板であり、磁性粉等の侵入を防ぐ目的で取付けるものである。なお、本発明の研究者らは実験においてパワーリードスイッチを採用したが、前記通常のリードスイッチやホール素子を採用しても本発明の効果は得られるものである。また、実験では磁気センサを５度間隔で７２個をテーブル４に固定して実験を行った。さらに、実験では磁石２として電磁石を用いて実験を行ったが、永久磁石を用いても本発明の効果は得られるものである。
【００１６】図４は前記した磁気センサ５をオン・オフ

(3)特許３４９１０４８56させることにより回転部材１の回転角度を検出するため＊ あり、数４である。の回路ブロックを示し、Ｅは直流電源、Ｒ１ 〜Ｒ７【数４】
２，は前記直流電源Ｅに対して直列接続された炭素皮膜抵抗器（以下、単に抵抗器という）にして、前記抵抗器Ｒ１ 〜Ｒ７２の各抵抗器どうしの接続点には前記磁気センサＳ１ 〜Ｓ７２の一端が接続されている。
【００１７】また、各磁気センサＳ１ 〜Ｓ７２の他端【００２１】ところで、前記した図４の回路では、以下は前記抵抗器Ｒ１ とＲ７２との接続点に接続されていの故障が発生した場合には次のような問題が発生する。
る。さらに、Ｒｓは信号出力を発生させるための抵抗器（イ）図４の「Ａ」の個所で断線が発生すると、Ｖｓ＝であり、この存在によって測定誤差が生じないように数 10 ０となる。一方、スイッチＳ７２の作動時もＶｓ＝０と１としている。また、この回路では、旋回角度に一次比なり、両者の区別ができないことになる。
例した電圧を抵抗器Ｒｓの両端に発生させるために、抵（ロ）図４の「Ｂ」の個所で断線が発生すると、Ｖｓ＝抗値をＲ１ ＝Ｒ２ ＝・・・・・＝Ｒ７２とした。
Ｅとなる。一方、スイッチＳ１の作動時にも近似的にＶ【数１】
ｓ＝Ｅとなり、両者の区別ができないことになる。
（ハ）図４の回路では、磁気センサＳｘに接触不良が発生すると、Ｖｓ＝０となり、一方、図４の「Ａ」の個所で断線が発生すると、Ｖｓ＝０となり、両者の故障を区別できない。
【００１８】６はプログラマブルコントローラ（以下、【００２２】そこで、前記した問題点を解決するものとＰＬＣという）にして、前記電磁石である磁石２への通 20 して図５の回転位置検出回路を提案する。この回路で電と遮断（例えば、１０秒に一回通電を遮断する）を行
は、抵抗器Ｒｗの設置によって、リードスイッチＳ７２い、また、前記直流電源Ｅの両端が接続され、該直流電の作動時には電位０との間に図５のＶｗなる電位差を生源Ｅの電圧を常時監視し、さらに、抵抗器Ｒs の両端電じさせ、前記（イ）の問題点を解消している。また、抵圧Ｖｓ（センサ出力）を監視するものである。
抗器ＲＨ の設置によって、リードスイッチＳ１ の作【００１９】次に、前記した構成に基づいて動作を説明
動時には電位Ｅとの間に図５のＶＨなる電位差を生じさするに、今、電磁石２に通電した状態において、該電磁せ、前記（ロ）の問題点を解決している。さらに、リー石２が回転部材１の回転に伴って回転し、図４に示す１ドスイッチと並列に抵抗Ｒｓ′を設け、これにより、リつの磁気センサＳｘをオン状態にした場合、図４の回路ードスイッチの接触不良時には電位０との間にＶｓ＝Ｒに流れる電流は数２のためにＩ≫ｉとなるから、抵抗器ｓ・Ｅ／（Ｒｓ＋Ｒｓ′）なる電位差を生じさせ、前記Ｒｓの両端には式（１）の出力電圧が発生する。
30 （ハ）の問題点を解決している。
【数２】【００２３】以上により、信号出力Ｖｓは次式となる。
（ａ）正常時【数５】【００２０】
【数３】

【数６】

40
ただし、Ｖｓは抵抗器Ｒｓの両端電圧、Ｅは電源電圧で＊（ｂ）リードスイッチの接触不良、磁石の脱落時
Ｖｓ＝Ｒｓ・Ｅ／（Ｒｓ＋Ｒｓ′）（ｃ）抵抗Ｒｎ（周辺配線分を含む）の断線時
ｘ＜ｎのときＶｓ＝Ｅｘ≧ｎのときＶｓ＝０（ｄ）抵抗器ＲＨ （周辺配線を含む）の断線時
Ｖｓ＝０（ｅ）抵抗器Ｒｗ（周辺配線を含む）の断線時

（３）
（４−１）
（４−２）
（５）

(4)

特許３４９１０４８78
Ｖｓ＝Ｅ（６）【００２４】図６は図５の回路を使用した時の信号出力＊ が明確に区別されるためには、図３のΔＨとΔＬに対しＶｓの概念図である。ここで、正常時出力と故障時出力＊て次の条件が必要である。
ΔＨ＝（Ｅ−Ｖ１ ）＞ε（７）ΔＬ＝（Ｖ７２−ＶＦ ）＞ε（８）ただし、Ｖ１ は（２）式でｘ＝１、Ｖ７２は（２）式８）。前記電磁石２への通電が遮断されると全ての磁気でｘ＝７２のときのＶｓの値である。また、ε（＞０）
センサ５はオフ状態となり、前記式（３）の値となる
はＥとＶ１ ，Ｖ７２とＶＦ を有意に識別するのに必が、作業者が意図的に永久磁石によって何れかの磁気セ要な最小値である。
ンサ５をオンにした場合には、式（３）の値は異なり式【００２５】図７は、回転位置検出回路の正常時と故障 10 （２）によって得られる値と同じになるので、無効化と時の実測結果である。図７からも明らかなように、該回判断してロボットの駆動を停止させ（ステップＳ９）、路が正常のときは信号信号Ｖｓは旋回角度に一次比例し安全性を図っている。
たものとなる。また、磁気センサの接触不良、抵抗器Ｒ【００３１】また、前記したステップＳ８において正常ｎの断線、抵抗器ＲＨ の断線、抵抗器Ｒｗの断線時にであると判断された場合には、再び電磁石２に通電を行
は信号出力Ｖｓは異なった値となり、故障の識別が行えった（ステップＳ１０）後、ステップＳ４に戻り前記しる。以上により、正常時の出力電圧と故障時の出力電圧た動作を繰り返し行って、回転部材１の回転角度と、作とは明確に区別されるため、正常に動作しているか否か業者による無効化が行われたか否かの判定を行うものでの識別が行える。また、磁気センサの接触不良時は＋１ある。
Ｖ、抵抗器の断線時は０または＋ＥＶとなるから、この【００３２】ところで、前記したステップＳ６におい両者の故障の識別も可能である。
20 て、電磁石２への通電を遮断した後における出力Ｖｓの【００２６】以上、説明した動作において、作業者が永電圧を検出して式（３）の演算を行う場合、電磁石２へ久磁石を使用して特定の磁気センサ５を意図的にオンしの通電を遮断してから該電磁石２が完全に消磁するまでた場合には、装置は無効化されてしまい作業上問題が発の時間にタイムラグが発生するので、図９に示すタイミ生する。そこで、本発明にあっては、以下に述べる対策
ングで出力Ｖｓの電圧を検出する。
を行い上記した問題が発生するのを防止した。
【００３３】まず、ＰＬＣによって一定時間毎に電磁石【００２７】すなわち、電磁石を特定のタイミング（例２への通電を遮断するタイミングを１０秒に１回行うとえば、ロボットの動作開始時や数秒間に１回など定期的した場合について説明する。今、図９において、（イ）に）でＰＬＣ６よりの電磁石への通電を遮断し、この時のタイミングはＰＬＣ６よりの指令によって電磁石２がのＶｓの出力電圧が所定の電圧となっている場合には永通電されている状態を示し、所望の磁気センサがオン状久磁石による無効化が発生していないと判定することが 30 態となっていて出力Ｖｓに発生している電圧がＰＬＣ６できる。に入力され、該ＰＬＣ６は式（２）の演算を行って回転【００２８】次に、ＰＬＣ６による全体の動作を、前記部材１の回転角度を監視している。
作業者による無効化を含めて図８のフローチャートと共【００３４】そして、（ロ）においてＰＬＣ６より電磁に説明する。先ず、ＰＬＣ６は直流電源Ｅの電圧が正常
石２への通電を遮断する指令が送出されると電磁石２はであるか否かの判断を行い（ステップＳ１）、異常があ消磁状態となるが、該電磁石２の残留磁気によってる場合にはロボットの運転ができないように動作する（ハ）に示す完全に消磁状態となるまでにタイムラグが（ステップＳ２）。前記判断において直流電源Ｅが正常発生する。そこで、ＰＬＣ６は前記（ロ）〜（ハ）の期であると判断された場合には、ＰＬＣ６は電磁石２に対間だけ出力Ｖｓの読み込みを遅延させた後に、再度、電して通電を行うと共にロボットの回転部材１を駆動させ磁石２を通電するまでの期間（ハ）〜（ニ）の期間におて電磁石２を回転させる（ステップＳ３）。
40 いて出力Ｖｓの読み込みを行い、この読み込んだ出力Ｖ【００２９】次に、前記電磁石２の移動に伴ってオン状ｓをＰＬＣ６は式（３）の演算を実行し、前記したステ態となる磁気センサ５の位置に対する前記式（２）の演ップＳ８の判定を行う。
算を行い回転角度を検出する（ステップＳ４）。この検【００３５】そして、ＰＬＣ６による電磁石２への遮断
出動作時において、ＰＬＣ６は予め設定した時間、例え時間が経過して、再び、（ニ）に示すように電磁石２へば、１０秒経過したかを監視する（ステップＳ５）。その通電が開始されると、電磁石２が（ホ）に示す完全にして、前記時間が経過したと判断すると、電磁石２への着磁状態に達するまでの時間にタイムラグが発生するの通電を遮断する（ステップＳ６）。
で、ＰＬＣ６は（ニ）〜（ホ）の時間だけ出力Ｖｓの読【００３０】この状態における式（３）の演算を実行しみ込みを遅延させ、該遅延時間の後における（ホ）にお（ステップＳ７）、該実行した結果の電圧値が予め得らいて再び出力Ｖｓを読み込んで、前記したステップＳ４れている電圧値と同じか否かの判定を行う（ステップＳ 50 からの動作を行うものである。

(5)

特許３４９１０４８910【００３６】前記した実施の形態にあっては、電気的に＊ 部よりの磁力によって誤動作が生じないようにし、ま無効化が行われたか否かを判断する場合について説明した、少なくとも前記磁気センサを外部から操作してオンたが、図１０に示すように、少なくとも磁気センサ５が状態とできないように遮蔽したことにより、作業者によ外部から近接させた永久磁石等の磁力線によってオンしる意図的な無効化を確実に防止することができる等の効ないように磁気シールド板７によって覆ってもよい。
果を有するものである。
【００３７】また、前記した実施の形態においては、磁【図面の簡単な説明】
気センサ５として磁力線によってオン・オフするパワー【図１】本発明に係るロボットの回転位置検出装置の概リードスイッチや通常のリードスイッチの場合について略を示す斜視図である。
説明したが、ホール素子のような磁力線によって抵抗値【図２】同上の要部を拡大した斜視図である。
が変化する磁気センサの場合には抵抗器は不要あるいは 10 【図３】同上のテーブルを上方から見た平面図である。
ホール素子のバラツキによる補正用の抵抗器を接続する【図４】本発明のロボットの回転位置検出装置の回路構のみでよい。
成図である。
【００３８】さらに、前記した実施の形態にあっては、【図５】他の実施の形態を示す回転位置検出装置の回路
磁気センサ５をテーブル４の上面に取付けたものを示し構成図である。
たが、該磁気センサ５をテーブル４の周面に取付け、か【図６】同上の回路を使用した時の信号出力Ｖｓの概念
つ、磁石２をテーブル４の周面を移動するようにしても図である。
よい。
【図７】（ａ）は正常時における旋回角度に対する出力【００３９】
電圧を示す実測結果、（ｂ）はリードスイッチＳｘの接【発明の効果】本発明は前記したように、ロボットの旋触不良、抵抗器ＲＨ またはＲｗの断線時における旋回回経路に沿って配置された多数の磁気センサのそれぞれ 20 角度に対する出力電圧を示す実測結果、（ｃ）は抵抗器に直列的に抵抗器を接続し、前記ロボットの旋回と共にＲｘの断線時における旋回角度に対する出力電圧を示す
移動して前記磁気センサを順次オン状態とする電磁石の実測結果である。
移動によって前記磁気センサがオンした状態の時の前記【図８】図４または図５の回路の動作を示すフローチャ
抵抗値変化によってロボットの回転角度を検出する検出ートである。
回路より構成したので、ロボットの回転位置を正確に検【図９】電磁石への通電を遮断した時の動作を示すタイ
出することができると共に前記検出回路よりの出力が所
ミングチャートである。
定の範囲からずれた場合にはロボットを急停止すること【図１０】他の実施の形態を示す斜視図である。
ができ、また、特定のタイミングで前記電磁石への通電【符号の説明】を遮断し、この時の前記検出回路よりの出力電圧によっ１回転部材て意図的な無効化かの判定を行うようにしたので、作業 30 ２
磁石者の意図的な無効化を確実に検出してロボットを停止さ３固定部材せることができる。。
４テーブル【００４０】また、分圧用抵抗器を前記検出回路に接続
４１覆い板
し、正常時と故障時において前記検出回路からの出力電５磁気センサ圧が異なるようにしたので、ロボットの正常時と故障時
６プログラマブルコントローラ（検出との判別が容易に行えるものである。
回路）【００４１】また、磁気センサを電磁ノイズ等によって７磁気シールド板
誤動作を生じにくく、かつ、耐久性の高いパワーリード
Ｓ１ 〜Ｓ７２磁気センサスイッチとしたことにより、外乱による誤動作がなく、Ｒ１ 〜Ｒ７２
抵抗器
かつ、耐用年数も大きいものである。
40 ＲＨ ，Ｒｗ，Ｒｓ 分圧用抵抗器【００４２】さらに、磁気センサを磁気シールドして外＊
【図９】

(6)

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図１０】

【図６】

特許３４９１０４８

(7)特許３４９１０４８

【図７】

【図８】

─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き(72)発明者

濱田 健次郎福岡県行橋市西宮市二丁目13番１号 安川コントロール株式会社内(56)参考文献

特開
実開
実開
実開
実開
実開

昭58−58368（ＪＰ，Ａ)
平３−115814（ＪＰ，Ｕ)
昭61−30708（ＪＰ，Ｕ)
平１−148806（ＪＰ，Ｕ)
昭54−76757（ＪＰ，Ｕ)
昭58−66319（ＪＰ，Ｕ)
7(58)調査した分野(Int.Cl. ，ＤＢ名)
G01D 5/00 ‑ 5/62
G01B 7/00 ‑ 7/34