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JP3528949B2 - Absolute position detection device for output rotary shaft - Google Patents
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JP3528949B2 - Absolute position detection device for output rotary shaft - Google Patents

Absolute position detection device for output rotary shaft

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JP3528949B2
JP3528949B2 JP25169995A JP25169995A JP3528949B2 JP 3528949 B2 JP3528949 B2 JP 3528949B2 JP 25169995 A JP25169995 A JP 25169995A JP 25169995 A JP25169995 A JP 25169995A JP 3528949 B2 JP3528949 B2 JP 3528949B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、モータ回転を減速
機を介して出力するアクチュエータに関し、その出力回
転軸のアブソリュート位置を簡易な機構によって従来と
同程度の分解能で検出できる出力回転軸のアスソリュー
ト位置検出装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】産業ロボット、工作機械等における高い
位置決め精度が要求される駆動部分には、モータの出力
回転を高い伝達精度の減速機を介して出力するように構
成されたアクチュエータが使用されている。例えば、減
速機として波動歯車減速機が使用されている。 【0003】このようなアクチュエータを用いて被駆動
部材の位置決め等を精度良く行なうためには、アクチュ
エータの出力回転軸の回転を高い精度で制御する必要が
ある。ここで、出力回転軸の分解能は減速機の減速比と
モータ(エンコーダ)の分解能の積となり、高分解能を
簡単に得ることができる。しかし、出力回転軸の回転を
高い精度で制御するためには、出力回転軸の回転位置を
精度良く検出する必要がある。 【0004】このために、例えば、出力回転軸の分解能
に対応した高分解能のアブソリュート位置検出器(エン
コーダ)が使用される。しかし、このような高分解能の
アブソリュート位置検出器は極めて高価なので、一般に
は、モータの回転軸に多回転型のアブソリュートエンコ
ーダを搭載し、このエンコーダから得られるモータ回転
軸の回転位置情報と、減速機の減速比から、出力回転軸
のアブソリュート位置を演算によって求めるようにして
いる。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな多回転型のアブソリュートエンコーダを使用した場
合においても、それ専用の受信回路の設置、電源オフ時
におけるアブソリュート位置情報のバックアップ等のた
めの回路構成が必要となる。このために、より簡単で廉
価な構成で、アクチュエータの出力回転軸のアブソリュ
ート位置を検出できる機構が望まれている。 【0006】本発明の課題は、従来に比べて簡単で廉価
な構成で、しかも従来と同程度の分解能でアクチュエー
タの出力回転軸のアブソリュート位置を検出可能な装置
を提案することにある。 【0007】 【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、減速機の減速比と、その出力
回転軸に取付けアブソリュート位置検出器の分解能とを
同一となるように設定すれば、モータ回転軸の1回転に
対応する出力回転軸の動作角度が、アブソリュート位置
検出器の多ビット出力のうちの最下位ビット出力の1ビ
ット幅に一致することに着目し、モータ1回転中の原点
信号に同期して出力回転軸のアブソリュート位置を検出
すれば、分解能の低いアブソリュート位置検出器を使用
しても、現行の多回転型アブソリュート位置検出器を使
用する場合と同程度の分解能で出力回転軸のアブソリュ
ート位置を検出できることを見いだしたのである。 【0008】すなわち、本発明は、モータおよびこのモ
ータの出力回転を減速する減速機を備え、この減速機の
出力によって被駆動部材を駆動するアクチュエータにお
いて、前記モータの回転軸に取り付けたインクリメンタ
ル位置検出器と、前記減速機の出力回転軸に取り付けた
アブソリュート位置検出器と、前記減速機の出力回転軸
のアブソリュート位置を演算する演算手段と、前記モー
タを駆動制御するモータ制御手段とを有し、前記減速機
の減速比は前記アブソリュート位置検出器の分解能と同
一の値に設定されており、前記モータ制御手段により前
記モータを1回転させることにより前記インクリメンタ
ル位置検出器から得られるZ相信号に同期して、前記演
算手段は、前記アブソリュート位置検出器の出力に基づ
き前記減速機の出力回転軸のアブソリュート位置を演算
するようにしている。 【0009】 【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施を形態を説明する。 【0010】図1には、本発明を適用したアクチュエー
タのアブソリュート位置検出装置の全体構成を示してあ
る。本例のアクチュエータ1は、モータ2と、このモー
タの回転軸2aに同軸状に連結した波動歯車減速機3
と、この波動歯車減速機の出力側に同軸状に連結された
出力回転軸4とを備えた構成となっている。 【0011】本例で使用している波動歯車減速機3は所
謂カップ型の波動歯車減速機であり、環状の剛性内歯歯
車31と、その内側に配置されたカップ型の可撓性外歯
歯車32と、その内側に嵌め込まれた一般的に楕円形の
波動発生器(図示せず)とを有しており、波動発生器を
回転することにより、剛性内歯歯車31に対する可撓性
外歯歯車32の噛み合い位置が円周方向に移動して、こ
れらの内歯および外歯の歯数差に応じた相対回転が発生
する。通常は、剛性内歯歯車31が固定側とされ、カッ
プ型の可撓性外歯歯車32が減速回転して、そのカップ
底面の形成した厚肉のボスの部分32aに連結した出力
回転軸4から減速回転が出力される。 【0012】モータ1の回転軸2aの元端側には、光学
式のインクリメンタル位置検出器(エンコーダ)5が取
付けられており、モータ回転軸2aの回転位置を検出可
能である。このインクリメンタル位置検出器5からは、
回転軸2aの回転方向を示すA相およびB相信号が出力
されると共に、原点位置を示すZ相信号が出力される。
これに対して、アクチュエータの出力回転軸4の側に
は、同じく光学式のアブソリュート位置検出器(エンコ
ーダ)6が取付けられている。このアブソリュート位置
検出器6の分解能は例えば64であり、出力回転軸のア
ブソリュート位置を示すための6ビット分のパラレル信
号が出力される。 【0013】ここで、本例の波動歯車減速機3の減速比
は、アブソリュート位置検出器6の分解能と同一の64
となるように構成歯車の歯数が設定されている。アブソ
リュート位置検出器の分解能は2の乗数倍の値となるの
で、減速機の減速比も2の乗数倍に設定される。現実的
には64、128あるいは256となるように設定さ
れ、これに対応する分解能のアブソリュート位置検出器
6が採用される。 【0014】上記のアブソリュート位置検出器6および
インクリメンタル位置検出器5の検出信号は、それぞ
れ、演算回路7に供給される。演算回路7では、検出信
号に基づき、出力回転軸5のアブソリュート位置を検出
すると共に、外部から入力される回転要求に応じた回転
角度位置となるように出力回転軸5の位置制御を行な
う。演算回路7の出力はモータ制御回路8に供給され
る。モータ制御回路8では、入力された指令信号に基づ
き、モータ2の回転駆動を制御する。 【0015】図2(a)にはインクリメンタル位置検出
器5の検出信号を示してあり、同図(b)にはアブソリ
ュート位置検出器6の検出信号を示してある。ここで、
本例では、上記のように波動歯車減速機3の減速比と、
出力回転軸4の側のアブソリュート位置検出器6の分解
能が同一の値に設定されている。したがって、アブソリ
ュート位置検出器6の最下位ビット出力の1ビット幅
は、モータ2が1回転したときの出力軸4の動作幅(角
度)に対応することになる。 【0016】なお、本例においては、インクリメンタル
位置検出器5のZ相の信号の中心が、出力回転軸4の側
のアブソリュート位置検出器6の最下位ビットである1
ビット信号の丁度中心に一致するように、位相調整を行
なってある。 【0017】出力回転軸4の側の分解能は、アブソリュ
ート位置検出器6の分解能とモータ側インクリメンタル
位置検出器5の分解能との積となる。また、出力回転軸
4の側の分解能は、モータ側のインクリメンタル位置検
出器の側の分解能によって調整することができる。 【0018】次に、本例の装置における出力回転軸4の
アブソリュート位置検出動作を説明する。 【0019】まず、モータ制御回路8によってモータ2
を原点位置に復帰させる。すなわち、Z相信号を原点位
置として原点復帰を行なわせる。この原点復帰により発
生するZ相信号に同期させて、出力回転軸4の側のアブ
ソリュート位置検出器6の検出信号を読み込む。この読
み込み値を用いて、次の演算を行なって、出力回転軸4
のアブソリュート位置を演算する。 【0020】(出力回転軸位置を示すパルス数)=(出
力回転軸のアブソリュート位置検出器の読み込み値 +
0.5)×(モータ側インクリメンタル位置検出器の
分解能) (出力回転軸の位置)= 360度×(出力回転軸のア
ブソリュート位置検出器の読み込み値)÷(出力回転軸
のアブソリュート位置検出器の分解能) このようにして、原点位置における出力回転軸4のアブ
ソリュート位置を検出した後は、出力回転軸4の側の分
解能に基づき、出力回転軸を希望する回転位置となるよ
うに、モータ側のインクリメンタル位置検出器のA相信
号およびB相信号を用いて行なうことができる。 【0021】移動パルス数 ={(位置決め先の位置)
÷360度}×(出力回転軸側の分解能)−(検出した
出力回転軸位置を示すパルス数) (その他の実施の形態)なお、以上の説明においては、
アクチュエータとして波動歯車減速機を備えたものにつ
いて説明した。しかし、減速機としては、これ以外の形
式のもの、例えば、遊星歯車減速機、サイクロ減速機
(商標名)等を用いた場合も同様に適用できる。すなわ
ち、減速機の減速比と、出力回転軸の側のアブソリュー
ト位置検出器の分解能を同一の値に設定して、モータ1
回転当たりの出力回転軸の動作角が、出力回転軸の側の
分解能に等しくなるようにすればい。 【0022】また、アクチュエータに使用するモータも
各種の形式のものを採用することができる。特に、本発
明においては、モータの側に一定の分解能を備えると共
に、モータ1回転中に1か所の信号出力(原点信号)が
得られるものであれば良い。 【0023】したがって、ステッピングモータを備えた
アクチュエータに対しては、本発明をそのまま適用でき
る。 【0024】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の出力回転
軸のアブソリュート位置検出装置においては、減速機の
減速比を、出力回転軸の側に取り付けたアブソリュート
位置検出器の分解能と同一の値となるように設定するこ
とにより、モータ1回転当たりの出力回転軸の動作角
を、アブソリュート位置検出器の最下位ビットの1ビッ
ト幅に対応するようにしてある。また、回転出力軸のア
ブソリュート位置の検出に当たっては、モータ回転の原
点位置を示す信号をモータの側から得ると共に、この信
号に同期させて出力回転軸の側のアブソリュート位置を
読み込むようにしている。したがって、この構成によれ
ば、簡単な演算動作により出力回転軸のアブソリュート
位置を従来における多回転型アブソリュート位置検出器
を用いた場合と同様な精度で検出することができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an actuator for outputting the rotation of a motor through a speed reducer, and an absolute position of an output rotating shaft of the actuator is comparable to that of a conventional actuator by a simple mechanism. The present invention relates to a device for detecting an assolute position of an output rotary shaft which can be detected with a resolution of 1. 2. Description of the Related Art An actuator configured to output an output rotation of a motor via a speed reducer having high transmission accuracy is provided on a driving portion of an industrial robot, a machine tool, or the like where high positioning accuracy is required. It is used. For example, a wave gear reducer is used as a reducer. In order to accurately position a driven member using such an actuator, it is necessary to control the rotation of the output rotary shaft of the actuator with high accuracy. Here, the resolution of the output rotary shaft is the product of the reduction ratio of the speed reducer and the resolution of the motor (encoder), and high resolution can be easily obtained. However, in order to control the rotation of the output rotary shaft with high accuracy, it is necessary to accurately detect the rotational position of the output rotary shaft. [0004] For this purpose, for example, a high-resolution absolute position detector (encoder) corresponding to the resolution of the output rotary shaft is used. However, since such a high-resolution absolute position detector is extremely expensive, in general, a multi-rotation type absolute encoder is mounted on the rotation axis of the motor, and the rotation position information of the motor rotation axis obtained from this encoder and the deceleration are obtained. The absolute position of the output rotary shaft is obtained by calculation from the speed reduction ratio of the machine. [0005] However, even when such a multi-rotation type absolute encoder is used, it is necessary to install a dedicated receiving circuit, back up the absolute position information when the power is turned off, and the like. Circuit configuration is required. Therefore, a mechanism that can detect the absolute position of the output rotation shaft of the actuator with a simpler and less expensive configuration is desired. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to propose an apparatus which can detect an absolute position of an output rotation shaft of an actuator with a simpler and less expensive configuration than conventional ones and at the same resolution as the conventional one. In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, the reduction ratio of the speed reducer and the resolution of the absolute position detector attached to the output rotation shaft thereof are the same. Focusing on the fact that the operating angle of the output rotary shaft corresponding to one rotation of the motor rotary shaft matches the one-bit width of the least significant bit output of the multi-bit output of the absolute position detector, If the absolute position of the output rotary shaft is detected in synchronization with the origin signal during one rotation of the motor, the absolute position detector with low resolution can be used in the same way as when using the current multi-rotation type absolute position detector. It was found that the absolute position of the output rotary shaft could be detected with a resolution of the order. That is, the present invention comprises a motor and a speed reducer for reducing the output rotation of the motor. In an actuator for driving a driven member by the output of the speed reducer, an incremental position detecting device attached to a rotating shaft of the motor is provided. Device, an absolute position detector attached to the output rotary shaft of the speed reducer, a calculating means for calculating the absolute position of the output rotary shaft of the speed reducer, and a motor control means for driving and controlling the motor, The reduction ratio of the speed reducer is set to the same value as the resolution of the absolute position detector, and is synchronized with the Z-phase signal obtained from the incremental position detector by rotating the motor once by the motor control means. Then, the calculating means outputs the output of the speed reducer based on the output of the absolute position detector. The absolute position of the rotating axis so as to calculation. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration of an actuator absolute position detecting apparatus to which the present invention is applied. The actuator 1 of the present embodiment includes a motor 2 and a wave gear reducer 3 coaxially connected to a rotation shaft 2a of the motor.
And an output rotary shaft 4 coaxially connected to the output side of the wave gear reducer. The wave gear reducer 3 used in this embodiment is a so-called cup-type wave gear reducer, and has a ring-shaped rigid internal gear 31 and a cup-shaped flexible external gear disposed inside thereof. It has a gear 32 and a generally elliptical wave generator (not shown) fitted inside it, and by rotating the wave generator, a flexible external gear with respect to the rigid internal gear 31 is provided. The meshing position of the tooth gear 32 moves in the circumferential direction, and relative rotation occurs according to the difference in the number of internal teeth and external teeth. Normally, the rigid internal gear 31 is fixed, and the cup-shaped flexible external gear 32 rotates at a reduced speed, and the output rotary shaft 4 connected to the thick boss portion 32a formed on the bottom surface of the cup. Outputs the reduced rotation. An optical incremental position detector (encoder) 5 is attached to the base end of the rotating shaft 2a of the motor 1, and can detect the rotating position of the motor rotating shaft 2a. From this incremental position detector 5,
An A-phase signal and a B-phase signal indicating the rotation direction of the rotating shaft 2a are output, and a Z-phase signal indicating the origin position is output.
On the other hand, an optical absolute position detector (encoder) 6 is mounted on the output rotation shaft 4 side of the actuator. The resolution of the absolute position detector 6 is, for example, 64, and a 6-bit parallel signal for indicating the absolute position of the output rotation axis is output. The reduction ratio of the wave gear reducer 3 of this embodiment is 64, which is the same as the resolution of the absolute position detector 6.
The number of teeth of the constituent gear is set such that Since the resolution of the absolute position detector is a value that is a multiple of two, the reduction ratio of the speed reducer is also set to a value that is a multiple of two. Practically, the absolute position detector 6 is set to be 64, 128, or 256, and the absolute position detector 6 having the corresponding resolution is adopted. The detection signals of the absolute position detector 6 and the incremental position detector 5 are supplied to an arithmetic circuit 7, respectively. The arithmetic circuit 7 detects the absolute position of the output rotary shaft 5 based on the detection signal, and controls the position of the output rotary shaft 5 so that the output rotary shaft 5 has a rotational angle position according to a rotation request input from the outside. The output of the arithmetic circuit 7 is supplied to a motor control circuit 8. The motor control circuit 8 controls the rotation of the motor 2 based on the input command signal. FIG. 2A shows a detection signal of the incremental position detector 5, and FIG. 2B shows a detection signal of the absolute position detector 6. here,
In this example, as described above, the reduction ratio of the wave gear reducer 3 and
The resolution of the absolute position detector 6 on the side of the output rotary shaft 4 is set to the same value. Therefore, one bit width of the least significant bit output of the absolute position detector 6 corresponds to the operation width (angle) of the output shaft 4 when the motor 2 makes one rotation. In the present embodiment, the center of the Z-phase signal of the incremental position detector 5 is the least significant bit of the absolute position detector 6 on the side of the output rotary shaft 4 which is 1
The phase is adjusted so that it exactly matches the center of the bit signal. The resolution on the side of the output rotary shaft 4 is the product of the resolution of the absolute position detector 6 and the resolution of the motor-side incremental position detector 5. The resolution on the side of the output rotary shaft 4 can be adjusted by the resolution on the side of the incremental position detector on the motor side. Next, the operation of detecting the absolute position of the output rotary shaft 4 in the apparatus of this embodiment will be described. First, the motor control circuit 8 controls the motor 2
To the home position. That is, origin return is performed with the Z-phase signal as the origin position. The detection signal of the absolute position detector 6 on the output rotary shaft 4 side is read in synchronization with the Z-phase signal generated by the home position return. Using the read value, the following calculation is performed, and the output rotation shaft 4
Calculate the absolute position of (Number of pulses indicating the position of the output rotary shaft) = (Read value of the absolute position detector of the output rotary shaft +
0.5) × (resolution of the motor-side incremental position detector) (position of the output rotary shaft) = 360 degrees × (read value of the absolute position detector of the output rotary shaft) ÷ (of the absolute position detector of the output rotary shaft) After detecting the absolute position of the output rotary shaft 4 at the origin position in this way, based on the resolution of the output rotary shaft 4, the output rotary shaft is set to a desired rotational position based on the resolution of the output rotary shaft 4. This can be performed using the A-phase signal and the B-phase signal of the incremental position detector. Number of moving pulses = {(position of destination)
{360 degrees} × (resolution on output rotation axis side) − (number of pulses indicating detected output rotation axis position) (Other Embodiments) In the above description,
The actuator provided with the wave gear reducer has been described. However, other types of reduction gears such as a planetary gear reduction gear and a cyclo reduction gear (trade name) can be similarly applied. That is, the reduction ratio of the reduction gear and the resolution of the absolute position detector on the side of the output rotary shaft are set to the same value, and the motor 1
The operating angle of the output rotary shaft per rotation should be equal to the resolution on the output rotary shaft side. The motor used for the actuator may be of various types. In particular, in the present invention, it is sufficient that the motor has a certain resolution and that a signal output (origin signal) can be obtained at one place during one rotation of the motor. Therefore, the present invention can be directly applied to an actuator having a stepping motor. As described above, in the absolute position detecting device for the output rotary shaft of the present invention, the reduction ratio of the speed reducer is determined by the resolution of the absolute position detector mounted on the output rotary shaft side. By setting the same value, the operating angle of the output rotation shaft per one rotation of the motor corresponds to one bit width of the least significant bit of the absolute position detector. In detecting the absolute position of the rotation output shaft, a signal indicating the origin position of the motor rotation is obtained from the motor side, and the absolute position on the output rotation shaft side is read in synchronization with this signal. Therefore, according to this configuration, the absolute position of the output rotary shaft can be detected with a simple calculation operation with the same accuracy as in the case of using the conventional multi-rotation type absolute position detector.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明を適用したアブソリュート位置検出装置
を示す概略構成図である。 【図2】図1の各検出器の出力信号を示す信号波形図で
ある。 【符号の説明】 1 アクチュエータ 2 モータ 3 波動歯車減速機 4 出力回転軸 5 インクリメンタル位置検出器 6 アブソリュート位置検出器 7 演算回路 8 モータ制御回路
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an absolute position detection device to which the present invention is applied. FIG. 2 is a signal waveform diagram showing an output signal of each detector of FIG. [Description of Signs] 1 Actuator 2 Motor 3 Wave gear reducer 4 Output rotation shaft 5 Incremental position detector 6 Absolute position detector 7 Operation circuit 8 Motor control circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−99696(JP,A) 特開 平4−60708(JP,A) 特開 昭60−231113(JP,A) 実開 昭62−99808(JP,U) 実開 昭59−152411(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01B 11/00 - 11/30 G01P 1/00 - 3/80 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-5-99696 (JP, A) JP-A-4-60708 (JP, A) JP-A-60-231113 (JP, A) 99808 (JP, U) Fully open sho 59-152411 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01D 5/00-5/62 G01B 7 /00-7/34 G01B 11/00-11/30 G01P 1/00-3/80

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 モータおよびこのモータの出力回転を減
速する減速機を備え、この減速機の出力によって被駆動
部材を駆動するアクチュエータにおいて、前記モータの
回転軸に取り付けたインクリメンタル位置検出器と、前
記減速機の出力回転軸に取り付けたアブソリュート位置
検出器と、前記減速機の出力回転軸のアブソリュート位
置を演算する演算手段と、前記モータを駆動制御するモ
ータ制御手段とを有し、前記減速機の減速比は前記アブ
ソリュート位置検出器の分解能と同一の値に設定されて
おり、前記モータ制御手段により前記モータを1回転さ
せることにより前記インクリメンタル位置検出器から得
られる原点信号に同期して、前記演算手段は、前記アブ
ソリュート位置検出器の出力を読み込み、当該読み込み
値に基づき前記減速機の出力回転軸のアブソリュート位
置を演算するようになっていることを特徴とする回転出
力軸のアブソリュート位置検出装置。
(57) [Claim 1] An actuator which includes a motor and a speed reducer for reducing the output rotation of the motor, and which drives a driven member by the output of the speed reducer. Incremental position detector attached, Absolute position detector attached to the output rotation shaft of the reduction gear, Calculation means for calculating the absolute position of the output rotation shaft of the reduction gear, and Motor control means for driving and controlling the motor The reduction ratio of the speed reducer is set to the same value as the resolution of the absolute position detector, and is obtained from the incremental position detector by rotating the motor once by the motor control means. In synchronization with the origin signal, the calculating means reads the output of the absolute position detector and reads the output. Absolute position detection device for a rotary output shaft, characterized in that adapted to calculate the absolute position of the output rotation shaft of said reduction gear based on the observed values.
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