(57)【要約】【課題】駆動軸の多回転量を正確に計測することができ、製造が容易で安価な多回転量検出方法およびその装置を得る。【解決手段】本発明の多回転量検出方法は、多回転量を判定するパラメータｔｊ、θｄｓをそれぞれｔｊ＝θｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θｄｓ＝ｎ（θｓｌｖ−ｔｊ）として算出し、第１のエンコーダの角度θｄｒｖが１２０度以下で、かつ、θｄｓが２４０度を超えた場合、多回転量Ｔをｔｊ＋１とし、θｄｒｖが１２０度以下で、かつθｄｓが２４０度以下の場合、Ｔをｔｊとし、θｄｒｖが１２０度を超え、かつ２４０度未満の場合、Ｔをｔｊとし、θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、θｄｓが１２０度以下の場合、Ｔをｔｊ−１とし、θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、θｄｓが１２０度を超える場合、Ｔをｔｊとして算出するものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記駆動軸に軸支された第１の歯車およびこの歯車に結合し従動軸に軸支された第２の歯車からなる減速機構と、前記従動軸に固定されその絶対回転角度を検出する第２のエンコーダと、前記第１及び第２のエンコーダの信号処理を行う信号処理演算部とを備え、前記第１のエンコーダから得られる前記駆動軸の角度θｄｒｖおよび前記第２のエンコーダから得られる従動軸の角度θｓｌｖから前記駆動軸の多回転量Ｔを検出する多回転量検出方法において、
前記信号処理演算部により、前記第２の歯車の減速比ｎ及び前記駆動軸１回転に対する従動軸の角度λを設定し、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖおよび前記第２のエンコーダの角度θｓｌｖを検出し、つぎに多回転量を判定するパラメータｔｊ、θｄｓをそれぞれｔｊ＝θｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θｄｓ＝ｎ（θｓｌｖ−ｔｊ）として算出し、前記第２のエンコーダの絶対積算角度誤差を前記駆動軸に対して±λ／３以内とし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが１２０度以下で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが２４０度を超えた場合、前記多回転量Ｔをｔｊ＋１とし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが１２０度以下で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが２４０度以下の場合、前記多回転量Ｔをｔｊとし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが１２０度を超え、かつ２４０度未満の場合、前記多回転量Ｔをｔｊとし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが１２０度以下の場合、前記多回転量Ｔをｔｊ−１とし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが１２０度を超える場合、前記多回転量Ｔをｔｊとして算出することを特徴とする多回転量検出方法。
【請求項２】
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、前記駆動軸に軸支された第１の歯車およびこの歯車に結合し従動軸に軸支された第２の歯車からなる減速機構と、前記従動軸に固定されその絶対回転角度を検出する第２のエンコーダと、前記第１及び第２のエンコーダの信号処理を行う信号処理演算部とを備え、前記第１のエンコーダから得られる前記駆動軸の角度θｄｒｖおよび前記第２のエンコーダから得られる従動軸の角度θｓｌｖから前記駆動軸の多回転量Ｔを検出する多回転量検出装置において、
前記信号処理演算部は、前記第２の歯車の減速比ｎ及び前記駆動軸１回転に対する従動軸の角度λを設定する初期条件設定器と、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖおよび前記多回転量判定パラメータθｓｌｖを検出する角度データ取得器と、多回転量を判定するパラメータｔｊ、θｄｓをそれぞれｔｊ＝θｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θｄｓ＝ｎ（θｓｌｖ−ｔｊ）として算出する多回転量判定パラメータ算出器と、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖおよび前記多回転量判定パラメータθｄｓを判定する角度判定器と、前記多回転量Ｔを演算する多回転量演算器とからなり、前記第２のエンコーダの絶対積算角度誤差を前記駆動軸に対して±λ／３以内とし、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを１２０度以下と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが２４０度を超えたと判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊ＋１と演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを１２０度以下と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓを２４０度以下と判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊと演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを１２０度を超え、かつ２４０度未満と判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊと演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを２４０度以上と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓを１２０度以下と判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊ−１と演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを２４０度以上と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓを１２０度を超えたと判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊとすることを特徴とする多回転量検出装置。
【請求項３】
前記歯車は磁気カップリングからなることを特徴とする請求項２記載の多回転量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多回転式エンコーダは、図４に示すように構成されている。図において、１は回転機械、第１のエンコーダ３、及び第１の歯車４が駆動軸２に接続されている。６は第２のエンコーダで、この第２のエンコーダ６と一体に回転する従動軸７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を第１の歯車４に噛合させている。
【０００３】
このように構成した多回転式エンコーダは、回転機械１が回転すると、第２のエンコーダ６には駆動側の第１の歯車４と従動側の第２の歯車５の歯数比により決定される減速比に応じて減速された回転数が伝達される。従来の多回転量検出のフローを図５に示す。すなわち、回転機械１の回転角度は、第１のエンコーダ３を用いて検出され、駆動軸２の多回転量Ｔは第２のエンコーダ６を用いて検出される。多回転量Ｔは第２のエンコーダの回転角度θｓｌｖを第２の歯車のピッチ角度で除したものの整数が多回転量となる。
また、機械式歯車に変えて、磁気カップリングにて多回転量を計測する構成もある。（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特公平６−４１８５３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、実際には多回転量を検出する際に、第２の歯車の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のエンコーダが１回転しているにもかかわらず、多回転検出部では第２の歯車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問題があった。
この課題を解決するために減速機構の積算角度誤差を極めて小さく高精度に製造したうえ、従動軸の角度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、本方式の適用範囲を狭いものにしていた。
本発明は、従来技術の上記欠点に鑑み、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できるようにすることで、製造が容易で安価な多回転量検出方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、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、前記駆動軸に軸支された第１の歯車およびこの歯車に結合し従動軸に軸支された第２の歯車からなる減速機構と、前記従動軸に固定されその絶対回転角度を検出する第２のエンコーダと、前記第１及び第２のエンコーダの信号処理を行う信号処理演算部とを備え、前記第１のエンコーダから得られる前記駆動軸の角度θｄｒｖおよび前記第２のエンコーダから得られる従動軸の角度θｓｌｖから前記駆動軸の多回転量Ｔを検出する多回転量検出方法において、前記信号処理演算部により、前記第２の歯車の減速比ｎ及び前記駆動軸１回転に対する従動軸の角度λを設定し、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖおよび前記多回転量判定パラメータθｓｌｖを検出し、つぎに多回転量を判定するパラメータｔｊ、θｄｓをそれぞれｔｊ＝θｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θｄｓ＝ｎ（θｓｌｖ−ｔｊ）として算出し、前記第２のエンコーダの絶対積算角度誤差を前記駆動軸に対して±λ／３以内とし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが１２０度以下で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが２４０度を超えた場合、前記多回転量Ｔをｔｊ＋１とし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが１２０度以下で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが２４０度以下の場合、前記多回転量Ｔをｔｊとし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが１２０度を超え、かつ２４０度未満の場合、前記多回転量Ｔをｔｊとし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが１２０度以下の場合、前記多回転量Ｔをｔｊ−１とし、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが１２０度を超える場合、前記多回転量Ｔをｔｊとして算出するものである。
また、上記装置に信号処理演算部として、前記第２の歯車の減速比ｎ及び前記駆動軸１回転に対する従動軸の角度λを設定する初期条件設定器と、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖおよび前記第２のエンコーダの角度θｓｌｖを検出する角度データ取得器と、多回転量を判定するパラメータｔｊ、θｄｓをそれぞれｔｊ＝θｓｌｖ／λ（但し、ｔｊは整数）、θｄｓ＝ｎ（θｓｌｖ−ｔｊ）として算出する多回転量判定パラメータ算出器と、前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖおよび前記多回転量判定パラメータθｄｓを判定する角度判定器と、前記多回転量Ｔを演算する多回転量演算器とを加えた構成とし、前記第２のエンコーダの絶対積算角度誤差を前記駆動軸に対して±λ／３以内とし、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを１２０度以下と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓが２４０度を超えたと判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊ＋１と演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを１２０度以下と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓを２４０度以下と判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊと演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを１２０度を超え、かつ２４０度未満と判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊと演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを２４０度以上と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓを１２０度以下と判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊ−１と演算し、前記角度判定器が前記第１のエンコーダの角度θｄｒｖを２４０度以上と判定し、かつ、前記多回転量判定パラメータθｄｓを１２０度を超えたと判定した場合、前記多回転量演算器は前記多回転量Ｔをｔｊとするものである。
上記構成により、第２の歯車を含む多回転検出部の製作が容易となり、多回転量を求めるための整数化が安易に行えるため、安価な多回転式エンコーダを実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の多回転量の検出方法を示すフロー、図２は信号処理演算部を示すブロック図である。図において、８は信号処理演算部で、８１は初期条件設定器、８２は角度データ取得器、８３は多回転量判定パラメータ演算器、８４は角度判定器、８５は多回転量演算器である。なお、構造は図４に示す従来の多回転式エンコーダと同じである説明を省略する。
駆動軸２の多回転量の算出は、つぎのようにして行う。
▲１▼  先ず、信号処理演算部８の初期条件設定器８１において、初期条件として第２の歯車５の減速比ｎ、及びｎから算出した駆動軸２の１回転時の従動軸７の角度λを設定する。
▲２▼  つぎに、角度データ取得器８２により、第１のエンコーダ３、及び第２のエンコーダ６から角度のデータとして、第１のエンコーダの角度θｄｒｖおよび第２のエンコーダの角度θｓｌｖを検出し取得する。
▲３▼  多回転量判定パラメータ演算器８３により、フローチャートに従って、多回転量判定パラメタｔｊ、θｄｓを算出する。
ｔｊ＝θｓｌｖ／λ（但しｔｊは、整数）
θｄｓ＝θｓｌｖ×ｎ−ｔｊ×ｎ
▲４▼  角度判定器８４により、第１のエンコーダ角度θｄｒｖおよび第２のエンコーダの角度θｓｌｖを判定する。
第１のエンコーダ角度θｄｒｖが１２０度以下で、かつ、多回転量判定パラメータθｄｓが２４０を超えた場合、駆動軸２の多回転量Ｔをｔｊ＋１とする。
第１のエンコーダ角度θｄｒｖが１２０度以下で、かつ、多回転量判定パラメータθｄｓが２４０以下の場合、多回転量Ｔをｔｊとする。
次に、第１のエンコーダ角度θｄｒｖが１２０度を超え、かつ、２４０度未満の場合には、多回転量Ｔをｔｊとして、確定する。
最後に、第１のエンコーダ角度θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、多回転量判定パラメータθｄｓが１２０以下のとき多回転量Ｔをｔｊ−１とする。
第１のエンコーダ角度θｄｒｖが２４０度以上で、かつ、多回転量判定パラメータθｄｓが１２０度を超える場合、多回転量Ｔをｔｊとする。
このようにして、多回転量Ｔを算出した後、次の多回転量を計測するため、角度データ取得器８２に戻り、第１のエンコーダの角度θｄｒｖ、第２のエンコーダの角度θｓｌｖを検出する。
つぎに、本発明の多回転量検出方法の効果について調べた。本発明と従来の多回転量検出の方法について、多回転式エンコーダを減速比１３とし、駆動軸を１０度ピッチで多回転量を計測した結果を図３に示す。横軸が多回転式エンコーダの駆動軸に与えた真の多回転量、縦軸が多回転式エンコーダから得られた多回転量である。従来の方法では、与えた多回転量に対して３つの異なる値を算出するのに対して、本発明の方法では、与えた多回転量に対して１つの正しい多回転量を算出しており、正確な検出がされていることがわかる。
本実施の形態では、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。
さらに、多回転量を増やすため、第２のエンコーダを複数配置した場合でも同じ効果が得られる。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、第２のエンコーダの絶対積算角度誤差を駆動軸に対して±λ／３以内とし、多回転量を判定するパラメータｔｊ、θｄｓを用い、多回転量Ｔを算出する方法をｔｊ＋１、ｔｊ、ｔｊ−１の三つに分けて演算するので、駆動軸の多回転量を正確に計測することができる。減速機構の積算角度誤差をラフな状態で製造できるため、小型で、安価な適用範囲の広い多回転式エンコーダを提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の多回転量の検出方法を示すフローチャート図である。
【図２】本発明の多回転量検出装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の多回転量算出の効果を示すグラフである。
【図４】従来例の多回転量検出装置を示す斜視図である。
【図５】従来の多回転量の検出方法を示すフローチャート図である。
【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  第２のエンコーダ
７  従動軸
８  信号処理演算部
８１  初期条件設定器
８２  角度データ取得器
８３  多回転量判定パラメータ演算器
８４  角度判定器
８５  多回転量演算器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004354158.tif 000006
【図５】
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