JP4193203B2 - 多回転量検出装置および多回転量検出方法並びに多回転量検出装置付きサーボモータ - Google Patents

Description

本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの多回転量を絶対値角度で検出するバッテリレスの多回転量検出装置および多回転量検出方法並びに多回転量検出装置付きサーボモータに関する。

従来の多回転量検出装置としては、図３に示すように構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。なお、図３は従来の多回転する回転体の回転角度検出装置の斜視図である。
図において、１１は第１の回転体、１２は第１の回転体の外周にも受けた歯車、１３は第２の回転体、１４は第２の回転体の外周に設けた歯車、１５は磁石、１６は第３の回転体、１７は第３の回転体の外周に設けた歯車、１８ 磁石、１９は回転体、２０は回転体の外周に設けた歯車、２１は回転体の外周より内側にある歯車、２２は回転体、２３は回転体の外周に設けた歯車、２４は第１の検出手段、２５は第２の検出手段である。
このような構成において、該回転角度検出装置は、第１の回転体１１より遅い速度で回転するように連結された第２の回転体１３に磁石１５を組み込み、その真下に第１の検出手段２４を配置するとともに、第１の回転体１１より速い速度で回転するように連結された第３の回転体１６に磁石１８を組み込み、その真下に第２の検出手段２５を配置し、第１の回転体１１が回転すると第２の回転体１３と第３の回転体１６が回転し、それぞれに組み込まれている磁石１５、１８が回転し、検出手段２４、２５を貫く磁力の方向が変化し、出力が変化し、その出力を図示しない演算回路部で計算処理し、多回転可能な第１の回転体１１の回転角度を検出するようになっている。
図４は従来の該装置の多回転量検出のフローチャートを示したものである。まず、ステップＳＴ１１で初期条件を設定した後、ステップＳＴ１２において、従動軸の位置を取得し、次にステップＳＴ１３において、ステップＳＴ１２で得られた位置データに基づき多回転量を算出し、多回転量Ｔを出力するものである。
特開２００２−３４０６１８（明細書第２頁〜第３頁、第１図）

しかしながら、従来技術では多回転量を検出する際に減速機構を用いているため、実際には第２の回転体または第３の回転体の機械的な絶対積算角度誤差によって、ミスカウントが発生し、多回転量を計測することが不可能となる場合があった。すなわち、第１の回転体が１回転しているにもかかわらず、多回転量検出部では第２の回転体または第３の回転体の回転量不足によって、多回転量不変として処理回路にて検出されるという問題があった。
この課題を解決するために減速機構の機械的な積算角度誤差を極めて小さく高精度に製造したうえ、従動軸の位置検出装置も極めて高精度の装置を設置せねばならず、大型化する上、高価なものとなり、本方式の適用範囲が狭くなるというような問題も抱えていた。
また、多回転量の補正法もあるが、従来の補正法は絶対積算角度誤差が±λ／３以内の場合のみ有効で、補正可能な範囲が狭いものであった。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、多回転量の補正を行うことにより減速機構の歯車や従動軸のエンコーダの絶対積算角度誤差が大きくても多回転量を計測することができる、小型で安価な多回転量検出装置および多回転量検出方法並びに多回転量検出装置付きサーボモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、回転機械の駆動軸に取り付けられた一回転以内の絶対回転角度を検出する第１のエンコーダと、前記駆動軸に取り付けられた第１の歯車と、該第１の歯車に噛合され、かつ、少なくとも一つ設けられた第２の歯車からなる減速機構と、前記第２の歯車を取り付けた従動軸を有し、前記減速機構を介して絶対回転角度を検出する第２のエンコーダと、前記第１のエンコーダおよび前記第２のエンコーダから得られる信号出力の信号処理を行う信号処理回路と、を備えた多回転量検出装置において、前記信号処理回路は、前記第２の歯車の減速比ｎおよび該減速比ｎに基づいて得られると共に駆動軸が１回転する時の従動軸の角度λを算出する手段と、前記駆動軸を基準としたときの前記第２のエンコーダの絶対積算角度誤差が、±λ／２以内であって、前記第１のエンコーダの位置θ_ｄｒｖおよび前記第２エンコーダの位置θ_ｓｌｖを取得する手段と、前記各エンコーダの位置データを取得後、多回転量を判定するために必要な判定パラメタｔｊ、θ_ｄｓを夫々、ｔｊ＝θ_ｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θ_ｄｓ＝ｎ（θ_ｓｌｖ−ｔｊ×λ）なる式で算出する手段と、前記多回転量の判定パラメタを算出後、多回転量Ｔを、第１のエンコーダの位置データθ_ｄｒｖと第２のエンコーダの位置データθ_ｓｌｖとの差の絶対値が１８０°未満である場合にはＴ＝ｔｊ、０°≦θ_ｄｒｖ＜１８０°の場合にはＴ＝ｔｊ＋１、１８０°≦θ_ｄｒｖ＜３６０°の場合はＴ＝ｔｊ−１として算出する手段とを有する回路であることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、回転機械の駆動軸に取り付けられた第１のエンコーダにより一回転以内の絶対回転角度を検出し、前記駆動軸に取り付けられた第１の歯車と噛合され、かつ、少なくとも一つ設けられた第２の歯車からなる減速機構を介して、前記第２の歯車を取り付けた従動軸を有する第２のエンコーダにより絶対回転角度を検出し、前記第１のエンコーダおよび前記第２のエンコーダから得られる出力を信号処理回路により信号処理を行い、多回転量を検出する多回転量検出方法において、前記第２の歯車の減速比ｎおよび該減速比ｎに基づいて得られると共に駆動軸が１回転する時の従動軸の角度λを算出し、前記駆動軸を基準としたときの前記第２のエンコーダの絶対積算角度誤差が、±λ／２以内とした時に、前記第１のエンコーダの位置θ_ｄｒｖおよび前記第２エンコーダの位置θ_ｓｌｖを取得し、前記各エンコーダの位置データを取得後、多回転量を判定するために必要な判定パラメタｔｊ、θ_ｄｓを夫々、ｔｊ＝θ_ｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θ_ｄｓ＝ｎ（θ_ｓｌｖ−ｔｊ×λ）なる式で算出し、前記多回転量の判定パラメタを算出後、多回転量Ｔを、第１のエンコーダの位置データθ_ｄｒｖと第２のエンコーダの位置データθ_ｓｌｖとの差の絶対値が１８０°未満である場合にはＴ＝ｔｊとして算出し、０°≦θ_ｄｒｖ＜１８０°の場合にはＴ＝ｔｊ＋１として算出し、１８０°≦θ_ｄｒｖ＜３６０°の場合はＴ＝ｔｊ−１として算出することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の多回転量検出装置と、それによって多回転量を絶対値角度で検出されるサーボモータを備えた多回転量検出装置付きサーボモータを特徴としている。

本発明によれば、駆動軸を基準としたときの第２のエンコーダの絶対積算角度誤差が±λ／２以内であっても多回転量を正確に計測することができるので、減速機構の積算角度誤差を極めて小さく高精度に製造することなく、小型で、安価な適用範囲の広い多回転量検出装置および多回転量検出方法を提供することができる。

以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例を示す多回転量検出装置の斜視図である。
図１において、１は回転機械、２は駆動軸、３は第１のエンコーダ、４は第１の歯車、５は第２の歯車、６は従動軸、７は第２のエンコーダ、８は信号処理回路、８１は補正処理部である。このような構成で、回転機械１の駆動軸２には一回転以内の絶対回転角度を検出する第１のエンコーダ３が取り付けられており、駆動軸２には第１の歯車４が接続されている。また、第２のエンコーダ７の従動軸６に第２の歯車５が取り付けられており、この第２の歯車５を前記第１の歯車４に、減速比がｎとなるよう噛合させている。さらに、第１のエンコーダ３および第２のエンコーダ７の信号出力の信号処理は補正処理部８１を内蔵した信号処理回路８により行うと共に多回転量を算出して出力している。

図２は本発明の実施例を示す多回転量検出装置の信号処理回路のフローチャートである。以下、多回転量の算出を各ステップごとに説明する。なお、図２におけるステップＳＴ４の判定２の部分は図１の補正処理部８１に含まれる処理ステップに相当である。
ステップＳＴ１ 信号処理回路８において、初期条件として第２の歯車の減速比ｎ、およびｎから算出した駆動軸２の１回転時における従動軸６の角度λを求めておく。
ステップＳＴ２ 第１のエンコーダ３、および第２のエンコーダ７より角度検出後、図２のフローチャートに従った処理によって補正が行われる。補正に関してさらに図２のフローチャートに従って詳細に説明する。第１のエンコーダ３の位置データθ_ｄｒｖ、第２のエンコーダ７の位置データθ_ｓｌｖを取得する。
ステップＳＴ３ 第１のエンコーダ３、第２のエンコーダ７の位置データを取得後、以下の式（１）、（２）を用いて多回転量判定パラメタｔｊ、θ_ｄｓを算出する。
ｔｊ＝θ_ｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数であり、小数点以下は切り捨て） （１）
θ_ｄｓ＝ｎ（θ_ｓｌｖ−ｔｊ×λ）（但し、ｎは第２の歯車の減速比 ・・（２）
ステップＳＴ４ その後、判定１において、第１のエンコーダ３の位置データθ_ｄｒｖと第２のエンコーダ７の位置データθ_ｓｌｖとの差の絶対値が１８０°未満であるＹＥＳの場合には、Ｔ＝ｔｊとして多回転量Ｔを確定する。さらに、判定１においてＮＯの場合には、すなわち、判定２に進む。判定２における０°≦θ_ｄｒｖ＜１８０°において、ＹＥＳの場合には、Ｔ＝ｔｊ＋１として多回転量Ｔを確定する。また、判定２において、ＮＯの場合には１８０°≦θ_ｄｒｖ＜３６０°となり、Ｔ＝ｔｊ−１として多回転量Ｔを確定する。各判定において、多回転量Ｔを確定した後、多回転量を出力する。
なお、本説明では減速機構に機械式歯車を用いているが、ウォームギアタイプでも、磁気カップリングからなる歯車でも本発明と同様の効果が得られることは自明である。
したがって、本発明は、駆動軸を基準としたときの第２のエンコーダの絶対積算角度誤差が±λ／２以内であっても多回転量を正確に計測することができるため、減速機構の積算角度誤差を極めて小さく高精度に製造することなく、小型で、安価な適用範囲の広い多回転量検出装置を提供することができる。

本発明の実施例を示す多回転量検出装置の斜視図である。 本発明の実施例を示す多回転量検出装置の信号処理回路のフローチャートである。 従来の多回転量検出装置の斜視図である。 従来の多回転量検出装置による多回転量検出のフローチャートである。

符号の説明

１ 回転機械
２ 駆動軸
３ 第１のエンコーダ
４ 第１の歯車
５ 第２の歯車
６ 従動軸
７ 第２のエンコーダ
８ 信号処理回路
８１ 補正処理回路

Claims (3)

1. 回転機械（１）の駆動軸（２）に取り付けられた一回転以内の絶対回転角度を検出する第１のエンコーダ（３）と、
   前記駆動軸（２）に取り付けられた第１の歯車（４）と、該第１の歯車（４）に噛合されかつ少なくとも一つ設けられた第２の歯車（５）からなる減速機構と、
   前記第２の歯車（５）を取り付けた従動軸（６）を有し、前記減速機構を介して絶対回転角度を検出する第２のエンコーダ（７）と、
   前記第１のエンコーダ（３）および前記第２のエンコーダ（７）から得られる出力の信号処理を行う信号処理回路（８）と、を備えた多回転量検出装置において、
   前記信号処理回路（８）は、
   前記第２の歯車（５）の減速比ｎおよび該減速比ｎに基づいて得られると共に駆動軸（２）が１回転する時の従動軸（６）の角度λを算出する手段（ＳＴ１）と、
   前記駆動軸（２）を基準としたときの前記第２のエンコーダ（７）の絶対積算角度誤差が、±λ／２以内であって、前記第１のエンコーダ（３）の位置θ_ｄｒｖおよび前記第２エンコーダ（７）の位置θ_ｓｌｖを取得する手段（ＳＴ２）と、
   前記各エンコーダ（３）、（７）の位置データを取得後、多回転量を判定するために必要な判定パラメタｔｊ、θ_ｄｓを夫々、ｔｊ＝θ_ｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θ_ｄｓ＝ｎ（θ_ｓｌｖ−ｔｊ×λ）なる式で算出する手段（ＳＴ３）と、
   前記多回転量の判定パラメタを算出後、多回転量Ｔを、第１のエンコーダ（３）の位置データθ_ｄｒｖと第２のエンコーダ（７）の位置データθ_ｓｌｖとの差の絶対値が１８０°未満である場合にはＴ＝ｔｊ、０°≦θ_ｄｒｖ＜１８０°の場合にはＴ＝ｔｊ＋１、１８０°≦θ_ｄｒｖ＜３６０°の場合はＴ＝ｔｊ−１として算出する手段（ＳＴ４）とを有する回路であることを特徴とする多回転量検出装置。
2. 回転機械（１）の駆動軸（２）に取り付けられた第１のエンコーダ（３）により一回転以内の絶対回転角度を検出し、
   前記駆動軸（２）に取り付けられた第１の歯車（４）と噛合され、かつ、少なくとも一つ設けられた第２の歯車（５）からなる減速機構を介して、前記第２の歯車（５）を取り付けた従動軸（６）を有する第２のエンコーダ（７）により絶対回転角度を検出し、
   前記第１のエンコーダ（３）および前記第２のエンコーダ（７）から得られる出力を信号処理回路（８）により信号処理を行い、多回転量を検出する多回転量検出方法において、
   前記第２の歯車（５）の減速比ｎおよび該減速比ｎに基づいて得られると共に駆動軸（２）が１回転する時の従動軸（６）の角度λを算出し、
   前記駆動軸（２）を基準としたときの前記第２のエンコーダ（７）の絶対積算角度誤差が、±λ／２以内とした時に、前記第１のエンコーダ（３）の位置θ_ｄｒｖおよび前記第２エンコーダ（７）の位置θ_ｓｌｖを取得し、
   前記各エンコーダ（３）、（７）の位置データを取得後、多回転量を判定するために必要な判定パラメタｔｊ、θ_ｄｓを夫々、ｔｊ＝θ_ｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θ_ｄｓ＝ｎ（θ_ｓｌｖ−ｔｊ×λ）なる式で算出し、
   前記多回転量の判定パラメタを算出後、多回転量Ｔを、第１のエンコーダ（３）の位置データθ_ｄｒｖと第２のエンコーダ（７）の位置データθ_ｓｌｖとの差の絶対値が１８０°未満である場合にはＴ＝ｔｊとして算出し、０°≦θ_ｄｒｖ＜１８０°の場合にはＴ＝ｔｊ＋１として算出し、１８０°≦θ_ｄｒｖ＜３６０°の場合はＴ＝ｔｊ−１として算出することを特徴とする多回転量検出方法。
3. 請求項１に記載の多回転量検出装置と、それによって多回転量を絶対値角度で検出されるサーボモータを備えたことを特徴とする多回転量検出装置付きサーボモータ。