(57)【要約】      （修正有）【課題】機械ギア群を採用して構造が簡単で体積が小さく、集積しやすく、計測範囲が制限されなく、使用環境に対する要求が高くないマルチターンアブソリュートエンコーダを提供する。【解決手段】マルチターンアブソリュートエンコーダ１００は、回転軸１と、その一方の側に回転軸１が垂直に設けられる制御回路板２と、回転軸１に固定接続される磁石３と、制御回路板２の他方の側において磁石３に対応する位置に設けられ、電気がオフとされた後、回転軸１のターン数情報を採取するためのホールセンサと、電気がオフとされた後、ホールセンサのデータを採取するためのコントローラと、回転軸１の絶対位置情報を算出するメインコントローラ６と、制御回路板２の一方の側において磁石３よりも下部にある位置に設けられ、電気がオンとされた後、回転軸１の相対位置情報を採取するためのシングルターンアブソリュートエンコーダ７と、不揮発性メモリ８とを備える。【選択図】図１
2020101516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を含むマルチターンアブソリュートエンコーダであって、
一方の側に前記回転軸が垂直に設けられる制御回路板と、
前記制御回路板の一方の側に設けられ、前記回転軸に固定接続されて前記回転軸と同期に回動する磁石と、
前記制御回路板の他方の側において前記磁石に対応する位置に設けられ、電気がオフとされた後、前記回転軸のターン数情報を採取するためのホールセンサと、
前記制御回路板に設けられ、前記ホールセンサに電気的に接続され、電池によって給電され、電気がオフとされた後、前記ホールセンサのデータを採取するためのコントローラと、
前記制御回路板に接続され、前記コントローラに電気的に接続されるメインコントローラと、
前記制御回路板の一方の側において前記磁石よりも下部にある位置に設けられ、前記メインコントローラに電気的に接続され、電気がオンとされた後、前記回転軸の相対位置情報を採取するためのシングルターンアブソリュートエンコーダと、
前記制御回路板に設けられ、前記メインコントローラに電気的に接続され、電気がオフとされる時に、電気がオフとされる前に前記メインコントローラにより算出された回転軸の絶対位置情報を記憶するための不揮発性メモリと、
を更に備え、
前記メインコントローラは、前記回転軸のターン数情報、前記回転軸の相対位置情報、及び前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することを特徴とするマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
前記ホールセンサは第１のバイポーラホールセンサと第２のバイポーラホールセンサを含み、前記第１のバイポーラホールセンサと前記第２のバイポーラホールセンサとが前記制御回路板に直交に分布され、前記ホールセンサと前記磁石との距離は２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記コントローラは低エネルギー消耗コントローラであることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記シングルターンアブソリュートエンコーダと前記磁石との距離は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記コントローラは、第１のピンと第２のピンによってそれぞれ前記ホールセンサの電源ピンと信号出力ピンに接続され、電気がオフとされる時に、前記第１のピンをオンにし、前記第１のピンと前記電源ピンとを連通させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項６】
前記メインコントローラは前記制御回路板の一方の側に設けられ、前記コントローラは前記制御回路板の他方の側に設けられることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項７】
前記メインコントローラと前記コントローラとはＩ２Ｃバスによって接続され、前記メインコントローラと前記シングルターンアブソリュートエンコーダとはＳＰＩバスによって接続されることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項８】
電気がオフとされる時に、前記不揮発性メモリによって、電気がオフとされる前に前記メインコントローラにより算出された回転軸の絶対位置情報を記憶することと、
電気がオフとされた後、前記コントローラは第１のモードで動作し、前記ホールセンサが動作するように制御し、前記ホールセンサによって前記回転軸のターン数情報を採取することと、
電気がオンとされた後、前記コントローラは第２のモードで動作し、前記ホールセンサが動作しないように制御し、前記メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって前記回転軸の相対位置情報を採取することと、
前記メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に前記不揮発性メモリにより記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記コントローラにより採取された電気がオフとされた後の前記回転軸のターン数情報、及び前記シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の前記回転軸の相対位置情報を読み取ることと、
前記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法。
【請求項９】
前記第１のモードでは、前記コントローラはタイマーをオンにして時間計測を開始し、タイミング周期に達する際にタイマーを中断し、前記ホールセンサが動作し始めるように制御し、前記ホールセンサの電気レベルを検出し、目前の回転軸のターン数情報を算出して得ることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記した前記ホールセンサが動作し始めるように制御することは、
前記第１のピンをオンにし、前記第１のピンと前記電源ピンを連通させ、前記ホールセンサへ給電することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のモードでは、前記コントローラはタイマーをオフにすることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記コントローラは外部中断信号によって電気オフと電気オンを判断することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記メインコントローラは、前記コントローラにより採取された電気がオフとされた後の前記回転軸のターン数情報を読み取ることは、
前記メインコントローラは前記コントローラへ前記コントローラのアドレスを送信することと、
前記コントローラは前記アドレスを受信し、前記アドレスが前記コントローラの実際的なアドレスにマッチングするかを判断することと、
前記コントローラによって前記アドレスと前記コントローラの実際的なアドレスとがマッチングすると判断すれば、前記コントローラは、前記メインコントローラへアドレスマッチング確認情報を返信することと、
前記メインコントローラは前記コントローラへデータ読取りコマンドを送信することと、
前記コントローラは受信された前記データ読取りコマンドに基づいて、前記メインコントローラへその採取された回転軸のターン数情報を返信することと、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することは、具体的には、
Ｗ＝ＩＮＴ（Ｘ＋Ｙ）＋Ｚである、
（ここで、Ｗは前記回転軸の絶対位置情報を表し、Ｘは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報を表し、Ｙは前記回転軸のターン数情報を表し、Ｚは前記回転軸の相対位置情報を表し、ＩＮＴは整数を表す。）
ことを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
電気がオフとされた後、コントローラは第１のモードで動作し、ホールセンサが動作するように制御し、前記ホールセンサによって前記回転軸のターン数情報を採取することと、
電気がオンとされた後、前記コントローラは第２のモードで動作し、前記ホールセンサが動作しないように制御し、メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって前記回転軸の相対位置情報を採取し、前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むことを特徴とするエンコード方法。
【請求項１６】
電気がオンとされた後、前記メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって前記回転軸の相対位置情報を採取することと、
前記メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に前記不揮発性メモリにより記憶された前記回転軸の絶対位置情報、電気がオフとされ後の回転軸のターン数情報、及び前記シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の前記回転軸の相対位置情報を読み取ることであって、前記回転軸のターン数情報は、電気がオフとされた後に第１のモードで動作するコントローラによって前記ホールセンサが動作するように制御し、前記コントローラによって前記ホールセンサから採取されたことと、
前記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むことを特徴とするエンコード方法。
【請求項１７】
処理モジュールと、
前記処理モジュールに通信接続される記憶モジュールと、
を備え、
前記記憶モジュールには前記処理モジュールにより実行可能な指令が記憶され、前記指令が前記処理モジュールにより実行される時に、前記処理モジュールに、請求項１５に記載のエンコード方法におけるステップを実行させることを特徴とするコントローラ。
【請求項１８】
処理モジュールと、
前記処理モジュールに通信接続される記憶モジュールと、
を備え、
前記記憶モジュールには前記処理モジュールにより実行可能な指令が記憶され、前記指令が前記処理モジュールにより実行される時に、前記処理モジュールに、請求項１６に記載のエンコード方法におけるステップを実行させることを特徴とするコントローラ。
【請求項１９】
コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、請求項１５に記載のエンコード方法におけるステップが実現されることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項２０】
コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、請求項１６に記載のエンコード方法におけるステップが実現されることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項２１】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダが設けられることを特徴とするロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーエンコーダ技術分野に関し、特に、マルチターンアブソリュートエンコーダ、エンコード方法、コントローラ及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーエンコーダ（ｒｏｔａｒｙ  ｅｎｃｏｄｅｒ）は軸エンコーダとも称され、回転位置又は回転量をアナログ又はデジタル信号に変換する機械・電気設備であり、一般的には、回転物体において回転軸に対して垂直な面に取り付けられる。ロータリーエンコーダは、回転位置及び速度を正確に計測する必要がある場合、例えば工業制御、ロボット技術、専用レンズ、コンピュータ入力デバイス（例えばマウス及び軌跡ボール）等に適用される。
【０００３】
ロータリーエンコーダは、アブソリュート（ａｂｓｏｌｕｔｅ）エンコーダ、及びインクリメンタル（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ）エンコーダを含む。また、アブソリュートエンコーダは、シングルターンアブソリュートエンコーダとマルチターンアブソリュートエンコーダに分けられる。
【０００４】
システム電気がオフとされた後、マルチターンアブソリュートエンコーダは依然として位置情報を保持できる。システム電気がオンとされた後、目前の回転軸の絶対位置を直接的に読み取ることができる。エンコーダ値と制御される機械の物理位置との間の関係は組み立てられる時に設定されるため、システムは、較正点に戻すことなく位置情報を保持できる。ここで、回転軸の絶対位置とは、回転軸を取り付ける時、人工的に定義される位置を意味し、シングルターンの絶対位置情報とターン数情報を含む。
【０００５】
今のところ、マルチターンアブソリュートエンコーダは多くの場合、光学式マルチターンアブソリュートエンコーダであり、機械ギア群を有し、コストが高くて体積が大きく、集積化・小型化には向かず、機械ギア群を利用してターン数を記録するため、計測範囲が限られる。光学式マルチターンアブソリュートエンコーダは、光電コードディスクを利用して光学検出方法によって検出するため、環境に対する要求が高く、ダストが多く悪い環境ではペレットが光学経路に浸透するようになり、無効化を引き起こしやすく、また、光電コードディスクと機械ギア群からなる光学式マルチターンアブソリュートエンコーダは、その検出ターン数レンジが限られる。
【０００６】
従来の電子式マルチターンアブソリュートエンコーダは電気がオフとされた後、エネルギー消耗が高いため、エンコーダ回動のまま長期間にカウントすることはできない。光電式マルチターンアブソリュートエンコーダは光電コードディスクを利用し、光電コードディスクと機械ギア群が弱いため、衝撃と振動には耐えなく、使用中においてコードディスクと機械ギア群の割れが生じやすく、使用寿命に影響を与える。
【０００７】
マルチターンアブソリュートエンコーダはシステム電気がオフとされた後、回転軸の絶対位置が失われることはなく、システム電気がオンとされた後、回転軸の位置を直接的に読み出すことができるが、その内部構造が煩雑で体積が大きく、コストが高くて使用環境に対する要求が高く、集積し難くて計測する最大ターン数が限られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態の１つの目的は、従来のマルチターンアブソリュートエンコーダによる、内部構造が煩雑で体積が大きく、コストが高くて使用環境に対する要求が高く、集積し難くて計測する最大ターン数が制限されるという技術課題を解決する、マルチターンアブソリュートエンコーダ及びそのエンコード方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、上記した技術課題を解決するために、以下の手段を提供した。
【００１０】
本発明の実施形態は、第１の局面において、回転軸を含むマルチターンアブソリュートエンコーダであって
その一方の側に回転軸が垂直に設けられる制御回路板と、
上記制御回路板の一方の側に設けられ、上記回転軸に固定接続されて上記回転軸と同期して回動する磁石と、
上記制御回路板の他方の側において上記磁石に対応する位置に設けられ、電気がオフとされた後、上記回転軸のターン数情報を採取するためのホールセンサと、
上記制御回路板に設けられ、上記ホールセンサに電気的に接続され、電池により給電され、電気がオフとされた後、上記ホールセンサのデータを採取するためのコントローラと、
上記制御回路板に設けられ、上記コントローラに電気的に接続されるメインコントローラと、
上記制御回路板の一方の側において上記磁石よりも下部にある位置に設けられ、上記メインコントローラに電気的に接続され、電気がオンとされた後、上記回転軸の相対位置情報を採取するためのシングルターンアブソリュートエンコーダと、
上記制御回路板に設けられ、上記メインコントローラに電気的に接続され、電気がオフとされる時に、電気がオフとされる前に上記メインコントローラにより算出された回転軸の絶対位置情報を記憶するための不揮発性メモリと、
を更に備え、
上記メインコントローラは、上記回転軸のターン数情報、上記回転軸の相対位置情報、及び前回の電気がオフとされた時に記憶された上記回転軸の絶対位置情報に基づいて、上記回転軸の絶対位置情報を算出するマルチターンアブソリュートエンコーダを提供した。
【００１１】
更に、上記ホールセンサは第１のバイポーラホールセンサと第２のバイポーラホールセンサを含み、上記第１のバイポーラホールセンサと上記第２のバイポーラホールセンサとが上記制御回路板に直交に分布され、上記ホールセンサと上記磁石との距離は２．５ｍｍ以下である。
【００１２】
更に、上記コントローラは低エネルギー消耗コントローラである。
【００１３】
更に、上記シングルターンアブソリュートエンコーダと上記磁石との距離は２ｍｍ以下である。
【００１４】
更に、上記コントローラは第１のピンと第２のピンによってそれぞれ上記ホールセンサの電源ピンと信号出力ピンに接続され、電気がオフとされる時に、上記第１のピンをオンにし、上記第１のピンと上記電源ピンとを連通させる。
【００１５】
更に、上記メインコントローラは上記制御回路板の一方の側に設けられ、上記コントローラは上記制御回路板の他方の側に設けられる。
【００１６】
更に、上記メインコントローラと上記コントローラとはＩ２Ｃバスによって接続され、上記メインコントローラと上記シングルターンアブソリュートエンコーダとはＳＰＩバスによって接続される。
【００１７】
本発明の実施形態は、第２の局面において、上記のようなマルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法であって、
電気がオフとされる時に、上記不揮発性メモリによって、電気がオフとされる前に上記メインコントローラにより算出された回転軸の絶対位置情報を記憶することと、
電気がオフとされた後、上記コントローラは第１のモードで動作し、上記ホールセンサが動作するように制御し、上記ホールセンサによって上記回転軸のターン数情報を採取することと、
電気がオンとされた後、上記コントローラは第２のモードで動作し、上記ホールセンサが動作しないように制御し、上記メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって上記回転軸の相対位置情報を採取することと、
上記メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に上記不揮発性メモリにより記憶された上記回転軸の絶対位置情報、上記コントローラにより採取された電気がオフとされた後の上記回転軸のターン数情報、及び上記シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の上記回転軸の相対位置情報を読み取ることと、
上記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された上記回転軸の絶対位置情報、上記回転軸のターン数情報、及び上記回転軸の相対位置情報に基づいて、上記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含む方法を提供した。
【００１８】
更に、上記第１のモードでは、上記コントローラはタイマーをオンにして時間計測を開始し、タイミング周期に達する際にタイマーを中断し、上記ホールセンサが動作し始めるように制御し、上記ホールセンサの電気レベルを検出し、目前の回転軸のターン数情報を算出して得る。
【００１９】
更に、上記した上記ホールセンサが動作し始めるように制御することは、
上記第１のピンをオンにし、上記第１のピンと上記電源ピンとを連通させ、上記ホールセンサへ給電することを含む。
【００２０】
更に、上記第２のモードでは、上記コントローラはタイマーをオフにする。
【００２１】
更に、上記コントローラは外部中断信号によって電気オフと電気オンを判断する。
【００２２】
更に、上記メインコントローラは、上記コントローラにより採取された電気がオフとされた後の上記回転軸のターン数情報を読み取ることは、
上記メインコントローラは上記コントローラへ上記コントローラのアドレスを送信することと、
上記コントローラは上記アドレスを受信し、上記アドレスが上記コントローラの実際的なアドレスにマッチングするかを判断することと、
上記コントローラによって上記アドレスと上記コントローラの実際的なアドレスとがマッチングすると判断すれば、上記コントローラは、上記メインコントローラへアドレスマッチング確認情報を返信することと、
上記メインコントローラは上記コントローラへデータ読取りコマンドを送信することと、
上記コントローラは受信された上記データ読取りコマンドに基づいて、上記メインコントローラへその採取された回転軸のターン数情報を返信することと
を含む。
【００２３】
更に、上記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された上記回転軸の絶対位置情報、上記回転軸のターン数情報、及び上記回転軸の相対位置情報に基づいて、上記回転軸の絶対位置情報を算出することは、具体的には、
Ｗ＝ＩＮＴ（Ｘ＋Ｙ）＋Ｚである。
（ここで、Ｗは上記回転軸の絶対位置情報を表し、Ｘは前回の電気がオフとされた時に記憶された上記回転軸の絶対位置情報を表し、Ｙは上記回転軸のターン数情報を表し、Ｚは上記回転軸の相対位置情報を表し、ＩＮＴは整数を表す。）
【００２４】
本発明の実施形態は、第３の局面において、
電気がオフとされた後、コントローラは第１のモードで動作し、ホールセンサが動作するように制御し、上記ホールセンサによって上記回転軸のターン数情報を採取することと、
電気がオンとされた後、上記コントローラは第２のモードで動作し、上記ホールセンサが動作しないように制御し、メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって上記回転軸の相対位置情報を採取し、前回の電気がオフとされた時に記憶された上記回転軸の絶対位置情報、上記回転軸のターン数情報、及び上記回転軸の相対位置情報に基づいて、上記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むエンコード方法を提供した。
【００２５】
本発明の実施形態は、第４の局面において、
電気がオンとされた後、上記メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって上記回転軸の相対位置情報を採取することと、
上記メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に上記不揮発性メモリにより記憶された上記回転軸の絶対位置情報、電気がオフとされた後の回転軸のターン数情報、及び上記シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の上記回転軸の相対位置情報を読み取ることであって、上記回転軸のターン数情報は、電気がオフとされた後に第１のモードで動作するコントローラによって上記ホールセンサが動作するように制御し、上記コントローラによって上記ホールセンサから採取されたことと、
上記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された上記回転軸の絶対位置情報、上記回転軸のターン数情報、及び上記回転軸の相対位置情報に基づいて、上記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むエンコード方法を提供した。
【００２６】
本発明の実施形態は、第５の局面において、
処理モジュールと、
上記処理モジュールに通信接続される記憶モジュールと、
を備え、
上記記憶モジュールには上記処理モジュールにより実行可能な指令が記憶され、上記指令が上記処理モジュールにより実行される時に、上記処理モジュールに、上記のようなエンコード方法におけるステップを実行させるコントローラを提供した。
【００２７】
本発明の実施形態は、第６の局面において、
処理モジュールと、
上記処理モジュールに通信接続される記憶モジュールと、
を備え、
上記記憶モジュールには上記処理モジュールにより実行可能な指令が記憶され、上記指令が上記処理モジュールにより実行される時に、上記処理モジュールに、上記のようなエンコード方法におけるステップを実行させるコントローラを提供した。
【００２８】
本発明の実施形態は、第７の局面において、コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、上記のようなエンコード方法におけるステップが実現されるコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供した。
【００２９】
本発明の実施形態は、第８の局面において、コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、上記のようなエンコード方法におけるステップが実現されるコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供した。
【００３０】
本発明の実施形態は、第９の局面において、上記のようなマルチターンアブソリュートエンコーダが設けられるロボットを提供した。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の実施形態は、以下の有利な効果がある。回転軸に接続される磁石を設置することによって、回転軸の回動に従って磁石が同期に回動し、電気がオンとされた後、シングルターンアブソリュートエンコーダによって磁石の回動に基づいて回転軸の相対位置情報を採取し、電気がオフとされた後、コントローラによってホールセンサを制御し、上記磁石の回動に基づいて回転軸のターン数情報を採取し、メインコントローラは回転軸のターン数情報、回転軸の相対位置情報、及び前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報に基づいて、回転軸の絶対位置情報を算出する。本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダは、従来技術におけるマルチターンアブソリュートエンコーダに比べると、機械ギア群を採用して構造が簡単で体積が小さく、コストが低くて集積しやすく、また、計測範囲が制限されなく、光電コードディスクを採用しないため、使用環境に対する要求が高くない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
１つ又は複数の実施形態を、その対応する添付図面における図に基づいて例示的に説明するが、これらの例示的な説明によって実施形態を限定することはない。添付図面において同じ参照数字符号を有する素子は、相当の素子を表し、特に説明しない限り、比例は添付図面における図によって制限されない。
【００３３】
【図１】図１は本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダの一方の側の構造模式図である。
【図２】図２は発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダの他方の側の構造模式図である。
【図３】図３は本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダの軸方向構造模式図である。
【図４】図４は本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダにおける制御回路板の回路構造ブロック図である。
【図５】図５は本発明の実施形態におけるバイポーラホールセンサのヒステリシス区間模式図である。
【図６】図６は本発明の実施形態における直交ホールセンサの出力特性模式図である。
【図７】図７は本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法のフローチャートである。
【図８】図８は本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダにおけるコントローラによるエンコード方法のフローチャートである。
【図９】図９は本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダにおけるコントローラの１回目の初期化のフローチャートである。
【図１０】図１０は本発明の１つの具体実施例においてコントローラが外部中断信号を受信する処理フローチャートである。
【図１１】図１１は本発明の１つの具体実施例においてコントローラデータを読み取るフローチャートである。
【図１２】図１２は本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダにおけるメインコントローラによるエンコード方法のフローチャートである。
【図１３】図１３は本発明の１つの具体実施例におけるメインコントローラの動作フローチャートである。
【図１４】図１４は本発明の実施形態により提供されるコントローラの構造ブロック図である。
【図１５】図１５は本発明の実施形態により提供されるメインコントローラの構造ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の目的、手段及び利点を更に明らかにするように、添付図面及び実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。理解されるべきであるように、ここで記述される具体的な実施形態は、単に本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定しない。
【００３５】
本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダは、正確な回転位置及び速度が必要である場合、例えば工業制御、ロボット技術、専用レンズ、コンピュータ入力デバイス（例えばマウス及び軌跡ボール）などの場合に用いられてもよい。一般的には、回転物体においてこの回転物体の回転軸に垂直する面に取り付けられ、この回転物体の回転位置を計測する。
【００３６】
図１〜図４に示すように、本発明の実施形態は、回転軸１と、制御回路板２と、磁石３と、ホールセンサ４と、コントローラ５と、メインコントローラ６と、シングルターンアブソリュートエンコーダ７と、不揮発性メモリ８とを備えるマルチターンアブソリュートエンコーダ１００を提供した。
【００３７】
本実施形態において、回転軸１、磁石３、メインコントローラ６、及びシングルターンアブソリュートエンコーダ７が制御回路板２の一方の側に設けられ、ホールセンサ４、コントローラ５、及び不揮発性メモリ８が制御回路板２の他方の側に設けられる。ここで、回転軸１が制御回路板２の径方向平面に垂直し、磁石３が回転軸１に固定接続されて回転軸１と同期に運動し、例えば、磁石３が回転軸１に接着される。磁石３としては、径方向に着磁され、ニッケルがメッキされたＮｄＦｅＢ磁石を採用してもよい。回転軸１及び磁石３は制御回路板２と接続関係がなく、いずれも制御回路板２に接触しないようになり、この２つの部材は制御回路板２から一定のキャップがある。当業者であれば理解できるように、回転軸１は、被測回転物体に固定接続され、被測回転物体の回動に従って回転軸１が回動し、磁石３を連れて回動させる。
【００３８】
当業者であれば理解できるように、他の実施形態において、上記部材の制御回路板２における位置、又は制御回路板２に対する位置は他の形態で設置されてもよく、例えば、回転軸１、磁石３、シングルターンアブソリュートエンコーダ７、コントローラ５、及び不揮発性メモリ８が制御回路板２の一方の側に設けられ、メインコントローラ６、及びホールセンサ４が制御回路板２の他方の側に設けられるが、本実施形態に制限されない。
【００３９】
ホールセンサ４は、制御回路板２の他方の側において磁石３に対応する位置、即ち、磁石３の直下に設けられ、電気がオフとされた後、回転軸１のターン数情報を採取する。本実施形態において、ホールセンサ４は第１のバイポーラホールセンサ４１と第２のバイポーラホールセンサ４２を含み、第１のバイポーラホールセンサ４１と第２のバイポーラホールセンサ４２とが制御回路板２に直交に分布され、ホールセンサ４と磁石３との距離は２．５ｍｍ以下である。ここで、バイポーラは磁気極性を指す。
【００４０】
バイポーラホールセンサはヒステリシス特性を有する。磁界のＮ極がバイポーラホールセンサに近づくと、磁界強度は、ホール素子をオフにする磁界強度であるＢＲＰよりも小さくなり、その場合、バイポーラホールセンサは高い電気レベルを出力するようになる。Ｓ極がバイポーラホールセンサに近づくと、磁界強度はホール素子をオンにする磁界強度であるＢＯＰよりも大きくなり、その場合、バイポーラホールセンサは低い電気レベルを出力するようになる。磁界強度をＢと仮設すると、バイポーラホールセンサのヒステリシス区間はＢＲＰ＜Ｂ＜ＢＯＰになり、図５に示すように、Ｂｈｙｓ＝|ＢＯＰ−ＢＲＰ|であり、ここで、Ｂｈｙｓはバイポーラホールセンサの磁気オン・オフ点ヒステリシスウィンドウである。ホール素子の伝送機能は、オン・オフ点の間のこの差分によって適用において機械振動又は電磁ノイズによる磁界の小さい波動値をろ過するようになる。
【００４１】
バイポーラホールセンサは感度スイッチとして設計される。バイポーラ型スイッチは、一致のヒステリシス特性を有するが、異なる素子において、正極又は負極に生されるオン・オフ点の範囲は異なる。磁界の極性を変更してオン・オフ点の切替えを確保する必要があり、また、周期を確保するために一致のヒステリシス特性が必要であるため、バイポーラホールセンサは、密に配列されて南北の両極を切替えて使用する必要がある。回転軸が回転している時に、磁界領域はバイポーラホールセンサに対して移動する。バイポーラホールセンサは最も近い磁界に影響され、南極の磁界に対向する場合、バイポーラホールセンサがオンとされ、北極の磁界に対向する場合、バイポーラホールセンサがオフとされる。
【００４２】
直交ホールセンサの出力特性は図５に示すように、２つのセンサが直交に設置され、それぞれに対応する符号がＰ１とＰ２であり、磁石が直交ホールセンサの直上にあり、磁石が１ターンで回動すると、対応するＰ１とＰ２の出力は、それぞれ００、０１、１１、１０である４種の状態があり、この４種の状態によって、回転軸が正転か逆転か、及び回転のターン数を判断できる。直交ホールセンサにより採取される回転軸のターン数情報はその精度が低く、回転軸の１ターンは３６０度であり、直交ホールセンサにより採取されるターン数は、最上９０度まで正確し、その分解能が０．２５ターンであり、回転軸の回動のターン数を採取することだけに用いられる。
【００４３】
コントローラ５は制御回路板２に設けられ、ホールセンサ４に電気的に接続され、電池９により給電され、システム電気がオフとされる時に動作し、電気がオフとされた後、ホールセンサ４のデータを採取する。本実施形態において、コントローラ５は低エネルギー消耗コントローラであり、電池９からの給電によって運転し、消耗電気エネルギーが少ない。コントローラ５は第１のピン５ａと第２のピン５ｂによってそれぞれホールセンサ４の電源ピン４ａと信号出力ピン４ｂに接続され、電気がオフとされる時に、第１のピン５ａとオンにし、第１のピン５ａと電源ピン４ａとを連通させ、ホールセンサ４へ給電することによって、ホールセンサ４は電気がオフとされた後、動作し始める。第１のピン５ａと第２のピン５ｂは、いずれもＧＰＩＯ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐｕｒｐｏｓｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｏｕｔｐｕｔ、汎用入力／出力）ピンである。
【００４４】
メインコントローラ６は制御回路板２に設けられ、コントローラ５に電気的に接続される。本実施形態において、メインコントローラ６とコントローラ５とはＩ２Ｃバスによって接続され、それぞれ自分のＧＰＩＯピンによってデータのリード・ライト操作を行う。メインコントローラ６とシングルターンアブソリュートエンコーダ７とはＳＰＩバスによって接続される。
【００４５】
低エネルギー消耗コントローラとメインコントローラ６としては、いずれもＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、集積回路）チップを採用してもよい。
【００４６】
シングルターンアブソリュートエンコーダ７は制御回路板２の一方の側において磁石３よりも下部にある位置、即ち、磁石３の直下に設けられる。シングルターンアブソリュートエンコーダ７はメインコントローラ６に電気的に接続され、電気がオンとされた後、回転軸１の相対位置情報を採取する。本実施形態において、シングルターンアブソリュートエンコーダ７として、高精度の磁気シングルターンアブソリュートロータリーエンコーダが採用される。その採取される位置情報は精度が高いターン数情報であり、例えばターンあたり３６０度であり、０．０２度まで正確にでき、回転軸１の位置を表すことに用いられる。シングルターンアブソリュートエンコーダ７と磁石３との距離は２ｍｍ以下である。
【００４７】
不揮発性メモリ８は制御回路板２に設けられ、メインコントローラ６に電気的に接続され、電気がオフとされる時に、電気がオフとされる前にメインコントローラ６により算出された回転軸１の絶対位置情報を記憶する。本実施形態において、不揮発性メモリ８としては、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ、電気的に消去可能なプログラマブル読み取り専用メモリ）が採用される。
【００４８】
メインコントローラ６は、前回の電気がオフとされた時に不揮発性メモリ８により記憶された回転軸１の絶対位置情報、コントローラ５により採取された電気がオフとされた後の回転軸１のターン数情報、及びシングルターンアブソリュートエンコーダ７により採取された電気がオンとされた後の回転軸１の相対位置情報を読み取り、上記３つの情報に基づいて、回転軸１の絶対位置情報を算出する。
【００４９】
本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダは、回転軸に接続される磁石を設置することによって、回転軸の回動に従って磁石が同期して回動し、電気がオンとされた後、シングルターンアブソリュートエンコーダによって磁石の回動に基づいて回転軸の相対位置情報を採取し、電気がオフとされた後、コントローラによってホールセンサを制御し、磁石の回動に基づいて回転軸のターン数情報を採取し、メインコントローラは回転軸のターン数情報、回転軸の相対位置情報、及び前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報に基づいて、回転軸の絶対位置情報を算出する。本発明の実施形態は、従来技術におけるマルチターンアブソリュートエンコーダに比べると、機械ギア群を採用しなくて構造が簡単で体積が小さく、コストが低くて集積しやすく、また、計測範囲が制限されなく、光電コードディスクを採用しないため、使用環境に対する要求が高くない。
【００５０】
図７に示すように、本発明の実施形態は、マルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法を提供し、この方法は上記実施形態に係るマルチターンアブソリュートエンコーダを利用し、以下のステップを含む。
【００５１】
ステップＳ７０１  電気がオフとされる時に、不揮発性メモリによって、電気がオフとされる前にメインコントローラにより算出された回転軸の絶対位置情報を記憶する。
具体的には、メインコントローラがどのように回転軸の絶対位置情報を算出かは、後に詳述する。
【００５２】
ステップＳ７０２  電気がオフとされた後、コントローラは第１のモードで動作し、ホールセンサが動作するように制御し、ホールセンサによって回転軸のターン数情報を採取する。
第１のモードは低エネルギー消耗モード、即ち、コントローラの動作モードである。第１のモードでは、コントローラはタイマーをオンにして時間計測を開始し、タイミング周期に達する際にタイマーを中断し、ホールセンサが動作し始めるように制御し、ホールセンサの電気レベルを検出し、目前の回転軸のターン数情報を算出して得る。具体的には、第１のピンをオンにすることによって、第１のピンと電源ピンとを連通させ、ホールセンサへ給電し、ホールセンサが動作し始めるように制御する。コントローラは外部中断信号によってシステム電気がオフかオンかを判断し、例えば、外部中断ピンレベルが高い電気レベルであると検出する場合、システム電気がオンとされると確定し、外部中断レベルが低い電気レベルであると検出する場合、システム電気がオフとされると確定する。具体的には、メインコントローラから低エネルギー消耗コントローラへ中断信号を送信することによって、低エネルギー消耗コントローラの異なる動作モードをトリガーする。システム電気がオフとされた後、シャットダウン状態にある。
【００５３】
ステップＳ７０３  電気がオンとされた後、コントローラは第２のモードで動作し、ホールセンサが動作しないように制御し、メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって回転軸の相対位置情報を採取する。
第２のモードはスリープモード、即ち、コントローラの非動作モードである。第２のモードでは、コントローラはタイマーをオフにし、第１のピンをオンにしないため、ホールセンサは電源から給電されなくて動作しない。
【００５４】
ステップＳ７０４  メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に不揮発性メモリにより記憶された回転軸の絶対位置情報、コントローラにより採取された電気がオフとされた後の回転軸のターン数情報、及びシングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の回転軸の相対位置情報を読み取る。
ここで、メインコントローラはコントローラにより採取された電気がオフとされた後の回転軸のターン数情報を読み取ることは、以下のステップを含む。
【００５５】
ステップＡ１  メインコントローラはコントローラへコントローラのアドレスを送信する。
ステップＡ２  コントローラはアドレスを受信し、アドレスがコントローラの実際的なアドレスにマッチングするかを判断する。
ステップＡ３  コントローラによってアドレスとコントローラの実際的なアドレスとがマッチングすると判断すれば、コントローラは、メインコントローラへアドレスマッチング確認情報を返信する。
ステップＡ４  メインコントローラはコントローラへデータ読取りコマンドを送信する。
ステップＡ５  コントローラは受信されたデータ読取りコマンドに基づいて、メインコントローラへその採取された回転軸のターン数情報を返信する。
【００５６】
ステップＳ７０５  メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報、回転軸のターン数情報、及び回転軸の相対位置情報に基づいて、回転軸の絶対位置情報を算出する。
回転軸の絶対位置情報の算出形態は、
Ｗ＝ＩＮＴ（Ｘ＋Ｙ）＋Ｚである。
（ここで、Ｗは回転軸の絶対位置情報を表し、Ｘは前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報を表し、Ｙは回転軸のターン数情報を表し、Ｚは回転軸の相対位置情報を表し、ＩＮＴは整数を表す。）
【００５７】
例えば、前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報は２．０であり、即ち、Ｘ＝２．０である。電気がオフとされた後、回転軸が０．５ターンで正転し、ホールセンサにより採取された回転軸のターン数情報は０．５であり、即ち、Ｙ＝０．５である。電気がオンとされた後、回転軸が０．３ターンで正転し、シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された回転軸の相対位置情報は０．３であり、即ち、Ｚ＝０．３である。Ｗ＝ＩＮＴ（Ｘ＋Ｙ）＋Ｚ＝ＩＮＴ（２．０＋０．５）＋０．３＝ＩＮＴ（２．５）＋０．３＝２．０＋０．３＝２．３になる。
【００５８】
本発明の実施形態により提供されるマルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法は、電気がオンとされた後、シングルターンアブソリュートエンコーダによって磁石の回動に基づいて回転軸の相対位置情報を採取し、電気がオフとされた後、コントローラによってホールセンサを制御し、磁石の回動に基づいて回転軸のターン数情報を採取し、メインコントローラは回転軸のターン数情報、回転軸の相対位置情報、及び前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報に基づいて、回転軸の絶対位置情報を算出する。本発明の実施形態は、従来技術におけるマルチターンアブソリュートエンコーダに比べると、機械ギア群を採用する必要がなくて構造が簡単で体積が小さく、コストが低くて集積しやすく、また、計測範囲が制限されなく、光電コードディスクを採用する必要がないため、使用環境に対する要求が高くない。
【００５９】
本発明の実施形態は、更に、マルチターンアブソリュートエンコーダにおけるコントローラによるエンコード方法を提供し、この方法は低エネルギー消耗コントローラに利用されてもよく、図８に示すように、この方法は以下のステップを含む。
ステップＳ８０１  電気がオフとされた後、コントローラは第１のモードで動作し、ホールセンサが動作するように制御し、ホールセンサによって回転軸のターン数情報を採取する。
ステップＳ８０２  電気がオンとされた後、コントローラは第２のモードで動作し、ホールセンサが動作しないように制御し、メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって回転軸の相対位置情報を採取し、前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報、回転軸のターン数情報、及び回転軸の相対位置情報に基づいて、回転軸の絶対位置情報を算出する。
この方法の具体的な実現過程は、上記マルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法の実施形態を参照でき、ここでは繰り返して記述しない。
【００６０】
以下、図８におけるコントローラが低エネルギー消耗コントローラであることを例として、具体実施例によってコントローラの動作フローを詳細に説明する。
【００６１】
図９に示すように、低エネルギー消耗コントローラの１回目の初期化フローであり、以下のステップを含む。
ステップＳ９０１  システム初期化。
ステップＳ９０２  タイマーをオンにし、低エネルギー消耗モードＩに入る。
ステップＳ９０３  タイミング周期に達するかを判断し、もし達していれば、ステップＳ９０４を実行し、もし達していなければ、ステップＳ９０２に戻して実行する。
ステップＳ９０４  ホールセンサに接続される給電ＩＯピンをオンにし、ホールセンサの数値を読み取り、回転軸のトータルターン数情報を算出する。
【００６２】
本実施例において、低エネルギー消耗コントローラの１回目の初期化の時、まず、低エネルギー消耗コントローラは電気がオンとされてから初期化し、低エネルギー消耗Ｉモードに入り、タイミング周期に達してから、タイマー中断に入り、タイマー中断において、低エネルギー消耗コントローラはＩＯピンを制御してホールセンサの給電ピンをオンにし、そしてホールセンサの電気レベルを検出して算出し、目前の回転軸のターン数を得る。
【００６３】
図１０に示すように、低エネルギー消耗コントローラが外部中断信号を受信するフローであり、以下のステップを含む。
ステップＳ１００１  外部中断信号を受信した。
ステップＳ１００２  外部中断ピン電気レベルが高い電気レベルであるかを判断し、もしそうであれば、ステップＳ１００３を実行し、もしそうでなければ、ステップＳ１００４を実行する。
ステップＳ１００３  タイマーをオフにし、スリープモードＩＩに入る。
ステップＳ１００４  タイマーをオンにし、低エネルギー消耗モードＩに入る。
ステップＳ１００５  中断プログラムから戻す。
【００６４】
本実施例において、低エネルギー消耗コントローラは外部中断信号によってシステム電気がオンとされるかを判断し、システム電気がオンとされると検出した後、低エネルギー消耗コントローラはスリープモードＩＩに入り、その場合、低エネルギー消耗コントローラはタイマーをオフにし、ホールセンサによって回転軸のターン数情報を採取することなく、メインコントローラのシングルターンアブソリュートエンコーダによって回転軸の相対位置情報を採取する。システムがシャットダウンされた後、低エネルギー消耗コントローラは外部中断ピンによってシステムシャットダウンを検出し、外部中断処理プログラムに入り、タイマーをオンにし、低エネルギー消耗Ｉモードに入り、ホールセンサによって回転軸のターン数情報を採取し始める。
【００６５】
図１１に示すように、低エネルギー消耗コントローラデータを読み取るフローであり、以下のステップを含む。
ステップＳ１１０１  メインコントローラからＩ２Ｃバスによって送信されたＩ２Ｃ中断を受信した。
ステップＳ１１０２  アドレス受信状態にあるかを判断し、もしそうであれば、ステップＳ１１０３を実行し、もしそうでなければ、ステップＳ１１０５を実行する。
ステップＳ１１０３  受信されたアドレスが自身の実際的なアドレスにマッチングするかを判断し、もしそうであれば、ステップＳ１１０４を実行し、もしそうでなければ、ステップＳ１１０８を実行する。
ステップＳ１１０４  データ読み取り状態に入る。
ステップＳ１１０５  データ読み取り状態にあるかを判断し、もしそうであれば、ステップＳ１１０６を実行し、もしそうでなければ、ステップＳ１１０７を実行する。
ステップＳ１１０６  回転軸のターン数情報をメインコントローラへ返信する。
ステップＳ１１０７  アドレス受信状態に入る。
ステップＳ１１０８  中断プログラムから戻す。
【００６６】
本実施例において、メインコントローラはＩ２Ｃバスによって、低エネルギー消耗コントローラにより採取されたターン数情報を読み取る。まず、メインコントローラは低エネルギー消耗コントローラへ低エネルギー消耗コントローラのアドレスを送信し、もしアドレスがマッチングすれば、データを書き込む又は読み取る必要があるコマンドを送信し、低エネルギー消耗コントローラは受信されたコマンドに基づいて、ターン数情報を返信し、最後にメインコントローラによって通信を完了させる。
【００６７】
本発明の実施形態は、更に、マルチターンアブソリュートエンコーダにおけるメインコントローラによるエンコード方法を提供し、この方法はメインコントローラに利用されてもよく、図１２に示すように、この方法は、以下のステップを含む。
ステップＳ１２０１  電気がオンとされた後、メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって回転軸の相対位置情報を採取する。
ステップＳ１２０２  メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に不揮発性メモリにより記憶された回転軸の絶対位置情報、電気がオフとされた後の回転軸のターン数情報、及びシングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の回転軸の相対位置情報を読み取り、ここで、回転軸のターン数情報は、電気がオフとされた後に第１のモードで動作するコントローラによってホールセンサが動作するように制御し、コントローラによってホールセンサから採取された。
ステップＳ１２０３  メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された回転軸の絶対位置情報、回転軸のターン数情報、及び回転軸の相対位置情報に基づいて、回転軸の絶対位置情報を算出する。
この方法の具体的な実現過程は、上記マルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法の実施形態を参照でき、ここでは繰り返して記述しない。
【００６８】
以下、図１２におけるコントローラがメインコントローラであることを例として、具体実施例によってコントローラの動作フローを詳細に説明する。
【００６９】
図１３に示すように、メインコントローラの動作フローであり、以下のステップを含む。
ステップＳ１３０１  システム初期化。
ステップＳ１３０２  低エネルギー消耗コントローラのターン数情報を読み取り、外部中断信号を送信し、低エネルギー消耗コントローラをスリープモードＩＩに入らせる。
ステップＳ１３０３  ＥＥＰＲＯＭに格納された、前回のシステム電気がオフとされる又はシャットダウンされる時の絶対位置情報を読み取る。
ステップＳ１３０４  シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された相対位置情報を読み取る。
ステップＳ１３０５  回転軸の目前の絶対位置情報を算出する。
ステップＳ１３０６  システム電気がオフとされた又はシャットダウンされたかを判断し、もしそうであれば、ステップＳ１３０７を実行し、もしそうでなければ、ステップＳ１３０４に戻して実行する。
ステップＳ１３０７  回転軸絶対位置情報をＥＥＰＲＯＭに格納し、低エネルギー消耗コントローラが低エネルギー消耗モードＩに入るようにトリガーする。
【００７０】
本実施例において、メインコントローラは電気がオンとされた後、初期化し、ＧＰＩＯ、ＳＰＩバス、Ｉ２Ｃバスなどの初期化を含む。まず、低エネルギー消耗コントローラに格納されたシステム電気がオフとされた後の回転軸ターン数情報を読み取り、そして、ＥＥＰＲＯＭに格納されたシステムシャットダウンの時点の回転軸絶対位置情報を読み取り、最後に、シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された回転軸相対位置情報を読み取る。上記した３つの位置情報に基づいて、回転軸マルチターン絶対位置情報を算出する。具体的な算出形態は、上記したマルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法の実施形態における算出形態を参照でき、ここでは繰り返して記述しない。
【００７１】
本発明の実施形態は、更に、コントローラを提供し、上記実施形態における低エネルギー消耗コントローラであってもよい。図１４に示すように、このコントローラ１４０は、処理モジュール１４１と、処理モジュール１４１に通信接続される記憶モジュール１４２とを備え、記憶モジュール１４２には処理モジュール１４１により実行可能な指令が記憶され、指令が処理モジュール１４１により実行される時に、処理モジュール１４１に、上記のような実施形態に係るコントローラ（例えば、低エネルギー消耗コントローラ）によるエンコード方法におけるステップを実行させる。
【００７２】
本発明の実施形態は、更に、コントローラを提供し、上記実施形態におけるメインコントローラであってもよい。図１５に示すように、このコントローラ１５０は処理モジュール１５１と、処理モジュール１５１に通信接続される記憶モジュール１５２を備え、記憶モジュール１５２には処理モジュール１５１により実行可能な指令が記憶され、指令が処理モジュール１５１により実行される時に、処理モジュール１５１に、上記のような実施形態に係るコントローラ（例えば、メインコントローラ）によるエンコード方法におけるステップを実行させる。
【００７３】
更に説明すると、上記コントローラ、例えば低エネルギー消耗コントローラとメインコントローラは、いずれもＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ，集積回路）チップによって実現されてもよい。その場合、処理モジュールと記憶モジュールはＩＣチップに集積される。
【００７４】
上記コントローラ内の情報やり取り、実行過程などの内容は、本発明の方法の実施形態と同じ構想に基づくため、その具体的な内容は本発明の方法の実施形態の記述を参照でき、ここでは繰り返して記述しない。
【００７５】
本発明の実施形態は、更に、コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、上記のような実施形態に記載のコントローラ（例えば、低エネルギー消耗コントローラ）によるエンコード方法におけるステップが実現されることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供した。
【００７６】
本発明の実施形態は、更に、コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、上記のような実施形態に記載のコントローラ（例えば、メインコントローラ）によるエンコード方法におけるステップが実現されることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供した。
【００７７】
本発明の実施形態は、更に、上記のような実施形態に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダが設けられるロボットを提供した。
【００７８】
当業者が理解できるように、上記実施形態方法における全部又は一部のステップの実現は、プログラムによって関連するハードウェアを命令して完成されてもよく、上記したプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶されてもよく、このプログラムが実行される時に、上記のような各方法の実施形態のフローを含んでもよく、ここで、上記した記憶媒体は、磁気ディスク、ディスク、リードオンリーメモリ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）、又はランダムアクセスメモリ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）などであってもよい。
【００７９】
以上に記載されたのは本発明の実施形態であり、本発明の特許範囲がこれに制限されることはない。本発明の明細書及び添付図面の内容に基づいて成される等価構造や等価フロー変更、又は他の関連する技術分野における直接又は間接的な利用は、同じ理由で、本発明の特許保護範囲に含まれるようになる。
【図１】
2020101516.tif 000003
【図２】
2020101516.tif 000004
【図３】
2020101516.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020101516.tif 000009
【図８】
2020101516.tif 000010
【図９】
2020101516.tif 000011
【図１０】
2020101516.tif 000012
【図１１】
2020101516.tif 000013
【図１２】
2020101516.tif 000014
【図１３】
2020101516.tif 000015
【図１４】
2020101516.tif 000016
【図１５】
2020101516.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和2年4月14日(2020.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を含むマルチターンアブソリュートエンコーダであって、
一方の側に前記回転軸が垂直に設けられる制御回路板と、
前記制御回路板の一方の側に設けられ、前記回転軸に固定接続されて前記回転軸と同期に回動する磁石と、
前記制御回路板の他方の側において前記磁石に対応する位置に設けられ、電気がオフとされた後、前記回転軸のターン数情報を採取するためのホールセンサと、
前記制御回路板に設けられ、前記ホールセンサに電気的に接続され、電池によって給電され、電気がオフとされた後、前記ホールセンサのデータを採取するためのコントローラと、
前記制御回路板に接続され、前記コントローラに電気的に接続されるメインコントローラと、
前記制御回路板の一方の側において前記磁石よりも下部にある位置に設けられ、前記メインコントローラに電気的に接続され、電気がオンとされた後、前記回転軸の相対位置情報を採取するためのシングルターンアブソリュートエンコーダと、
前記制御回路板に設けられ、前記メインコントローラに電気的に接続され、電気がオフとされる時に、電気がオフとされる前に前記メインコントローラにより算出された回転軸の絶対位置情報を記憶するための不揮発性メモリと、
を更に備え、
前記メインコントローラは、前記回転軸のターン数情報、前記回転軸の相対位置情報、及び前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することを特徴とするマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項２】
前記ホールセンサは第１のバイポーラホールセンサと第２のバイポーラホールセンサを含み、前記第１のバイポーラホールセンサと前記第２のバイポーラホールセンサとが前記制御回路板に直交に分布され、前記ホールセンサと前記磁石との距離は２．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項３】
前記コントローラは低エネルギー消耗コントローラであることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項４】
前記シングルターンアブソリュートエンコーダと前記磁石との距離は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項５】
前記コントローラは、第１のピンと第２のピンによってそれぞれ前記ホールセンサの電源ピンと信号出力ピンに接続され、電気がオフとされる時に、前記第１のピンをオンにし、前記第１のピンと前記電源ピンとを連通させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項６】
前記メインコントローラは前記制御回路板の一方の側に設けられ、前記コントローラは前記制御回路板の他方の側に設けられることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項７】
前記メインコントローラと前記コントローラとはＩ２Ｃバスによって接続され、前記メインコントローラと前記シングルターンアブソリュートエンコーダとはＳＰＩバスによって接続されることを特徴とする請求項１に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダ。
【請求項８】
電気がオフとされる時に、前記不揮発性メモリによって、電気がオフとされる前に前記メインコントローラにより算出された回転軸の絶対位置情報を記憶することと、
電気がオフとされた後、前記コントローラは第１のモードで動作し、前記ホールセンサが動作するように制御し、前記ホールセンサによって前記回転軸のターン数情報を採取することと、
電気がオンとされた後、前記コントローラは第２のモードで動作し、前記ホールセンサが動作しないように制御し、前記メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって前記回転軸の相対位置情報を採取することと、
前記メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に前記不揮発性メモリにより記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記コントローラにより採取された電気がオフとされた後の前記回転軸のターン数情報、及び前記シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の前記回転軸の相対位置情報を読み取ることと、
前記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダによるエンコード方法。
【請求項９】
前記第１のモードでは、前記コントローラはタイマーをオンにして時間計測を開始し、タイミング周期に達する際にタイマーを中断し、前記ホールセンサが動作し始めるように制御し、前記ホールセンサの電気レベルを検出し、目前の回転軸のターン数情報を算出して得ることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記した前記ホールセンサが動作し始めるように制御することは、
前記コントローラの第１のピンをオンにし、前記第１のピンと前記ホールセンサの電源ピンを連通させ、前記ホールセンサへ給電することを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２のモードでは、前記コントローラはタイマーをオフにすることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記コントローラは外部中断信号によって電気オフと電気オンを判断することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記メインコントローラは、前記コントローラにより採取された電気がオフとされた後の前記回転軸のターン数情報を読み取ることは、
前記メインコントローラは前記コントローラへ前記コントローラのアドレスを送信することと、
前記コントローラは前記アドレスを受信し、前記アドレスが前記コントローラの実際的なアドレスにマッチングするかを判断することと、
前記コントローラによって前記アドレスと前記コントローラの実際的なアドレスとがマッチングすると判断すれば、前記コントローラは、前記メインコントローラへアドレスマッチング確認情報を返信することと、
前記メインコントローラは前記コントローラへデータ読取りコマンドを送信することと、
前記コントローラは受信された前記データ読取りコマンドに基づいて、前記メインコントローラへその採取された回転軸のターン数情報を返信することと、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することは、具体的には、
Ｗ＝ＩＮＴ（Ｘ＋Ｙ）＋Ｚである、
（ここで、Ｗは前記回転軸の絶対位置情報を表し、Ｘは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報を表し、Ｙは前記回転軸のターン数情報を表し、Ｚは前記回転軸の相対位置情報を表し、ＩＮＴは整数を表す。）
ことを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
電気がオフとされた後、コントローラは第１のモードで動作し、ホールセンサが動作するように制御し、前記ホールセンサによって回転軸のターン数情報を採取することと、
電気がオンとされた後、前記コントローラは第２のモードで動作し、前記ホールセンサが動作しないように制御し、メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって前記回転軸の相対位置情報を採取し、前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むことを特徴とするエンコード方法。
【請求項１６】
電気がオンとされた後、メインコントローラはシングルターンアブソリュートエンコーダによって回転軸の相対位置情報を採取することと、
前記メインコントローラは、前回の電気がオフとされた時に不揮発性メモリにより記憶された前記回転軸の絶対位置情報、電気がオフとされ後の回転軸のターン数情報、及び前記シングルターンアブソリュートエンコーダにより採取された電気がオンとされた後の前記回転軸の相対位置情報を読み取ることであって、前記回転軸のターン数情報は、電気がオフとされた後に第１のモードで動作するコントローラによってホールセンサが動作するように制御し、前記コントローラによって前記ホールセンサから採取されたことと、
前記メインコントローラは前回の電気がオフとされた時に記憶された前記回転軸の絶対位置情報、前記回転軸のターン数情報、及び前記回転軸の相対位置情報に基づいて、前記回転軸の絶対位置情報を算出することと、
を含むことを特徴とするエンコード方法。
【請求項１７】
処理モジュールと、
前記処理モジュールに通信接続される記憶モジュールと、
を備え、
前記記憶モジュールには前記処理モジュールにより実行可能な指令が記憶され、前記指令が前記処理モジュールにより実行される時に、前記処理モジュールに、請求項１５に記載のエンコード方法におけるステップを実行させることを特徴とするコントローラ。
【請求項１８】
処理モジュールと、
前記処理モジュールに通信接続される記憶モジュールと、
を備え、
前記記憶モジュールには前記処理モジュールにより実行可能な指令が記憶され、前記指令が前記処理モジュールにより実行される時に、前記処理モジュールに、請求項１６に記載のエンコード方法におけるステップを実行させることを特徴とするコントローラ。
【請求項１９】
コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、請求項１５に記載のエンコード方法におけるステップが実現されることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項２０】
コンピュータにより実行可能な指令が記憶され、当該コンピュータにより実行可能な指令が処理モジュールにより実行される時に、請求項１６に記載のエンコード方法におけるステップが実現されることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項２１】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のマルチターンアブソリュートエンコーダが設けられることを特徴とするロボット。