(57)【要約】【課題】関節付き機械における関節部分や旋回軸付き機械における旋回軸の回転角度の検出に適用されて、小型・高分解能で、絶対角度の検出が可能であり、環境変化にも強く、組立性・組込性を向上させることができる回転角度検出装置を提供する。【解決手段】  関節部分を有する建設機械または産業機械等の関節付き機械において、前記関節部分の回転角度を検出する回転角度検出装置である。前記関節部分を構成する互いに回転自在な一対の関節構成部材のうちの片方の関節構成部材に回転中心回りの円周方向異方性を有する磁気発生手段２８を設ける。この磁気発生手段２８の回転中心の軸方向に対向してもう片方の関節構成部材に、前記磁気発生手段２８の磁気を検出する磁気アレイセンサ２９を設ける。この磁気アレイセンサ２９の出力から磁気発生手段２８の回転角度を算出する角度算出手段３０を設ける。【選択図】      図３
2007071612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関節部分を有する建設機械または産業機械等の関節付き機械において、前記関節部分の回転角度を検出する装置であって、前記関節部分を構成する互いに回転自在な一対の関節構成部材のうちの片方の関節構成部材またはこの関節構成部材と一体化された部材に設けられて回転中心回りの円周方向異方性を有する磁気発生手段と、この磁気発生手段の回転中心の軸方向に対向してもう片方の関節構成部材またはこの関節構成部材と一体化された部材に設けられて前記磁気発生手段の磁気を検出する磁気アレイセンサと、この磁気アレイセンサの出力から磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段とを備えたものであることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記関節部分を構成する互いに回転自在な一対の関節構成部材が、軸受を介して互いに回転自在に連結されたものであり、前記軸受が、前記磁気発生手段および磁気アレイセンサを有する角度検出部が設けられた回転検出装置付き軸受である回転角度検出装置。
【請求項３】
旋回軸を有する建設機械等の旋回軸付き機械において、前記旋回軸の回転角度を検出する装置であって、前記旋回軸またはこの旋回軸と一体に旋回する部材に設けられて旋回中心回りの円周方向異方性を有する磁気発生手段と、この磁気発生手段の旋回中心の軸方向に対向して非旋回側部材に設けられて前記磁気発生手段の磁気を検出する磁気アレイセンサと、この磁気アレイセンサの出力から磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段とを備えたものであることを特徴とする回転角度検出装置。
【請求項４】
請求項３において、前記旋回軸が軸受を介して旋回自在に支持されたものであり、前記軸受が、前記磁気発生手段および磁気アレイセンサを有する角度検出部が設けられた回転検出装置付き軸受である回転角度検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転角度検出装置を複数設け、これら複数の回転角度検出装置の間で互いに信号を送受するデータ伝送手段を設けた回転角度検出装置接続体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建設機械や産業機械等の関節付き機械における関節部分の回転角度や、旋回軸を有する建設機械等の旋回軸付き機械における旋回軸の回転角度を検出する回転角度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械、産業機械、ロボットなどの関節部や旋回軸の回転角度を検出するために、接触式のポテンショメータや、ＭＲセンサやホールセンサ等の磁気式の回転センサを、関節部や旋回軸等に設置することが多い。
【０００３】
なお、小型の機器に組み込みが可能で、かつ高精度な回転検出が可能な回転角度検出装置としては、磁気発生手段と磁気ラインセンサとを組み合わせたものが提案されている（特許文献２）。これには、小型モータの回転制御のための回転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出に用いられることが開示されている。また、軸受と回転検出手段とを一体化して回転検出装置付き軸受とすることが開示されている。
【特許文献１】特開平９−１０５６０４号公報
【特許文献２】特開２００４−０３７１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、接触式のポテンショメータでは、以下に挙げるような問題が有る。
（１）接触式では摩耗が生じることから耐久性に問題が有り、さらに接触子の接触圧力管理など組立調整が必要である。
（２）接触式では抵抗体の抵抗値（電圧値）から回転角度への換算が必要で、検出精度を上げるために非線型性の補正も必要である。
【０００５】
また、磁気式の回転センサでも、以下に挙げるような問題が有る。
（１）磁気式では、パルス出力方式の場合には絶対角度が検出できないため、絶対角度の原点を検出する手段を別途設けて、運転前に原点出し動作を実行する必要がある。
（２）磁気式では分解能を上げるためにセンサギャップを厳しく管理する必要があり、組立調整作業が複雑化する。
（３）磁気センサで検出する磁気パターンを細かくしなければならず、小径化、小型化が難しい。
（４）磁気式で絶対角度を検出する場合は、検出精度を確保するためにセンサの非線型性を補正する手段が必要で、温度特性の補正も必要となる。
【０００６】
特許文献２に示される磁気ラインセンサ式の回転角度検出装置は、種々の優れた機能を有するが、適用例として、小型モータの回転制御のための回転検出や、事務機器の位置検出のための回転検出が開示されているのみで、関節部や旋回軸等への適用例は開示されていない。
【０００７】
この発明の目的は、関節付き機械における関節部分や旋回軸付き機械における旋回軸の回転角度の検出に適用されて、小型・高分解能で、絶対角度の検出が可能であり、環境変化にも強く、組立性・組込性を向上させることができる回転角度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の第１の発明にかかる回転角度検出装置は、関節部分を有する建設機械または産業機械等の関節付き機械において、前記関節部分の回転角度を検出する装置であって、前記関節部分を構成する互いに回転自在な一対の関節構成部材のうちの片方の関節構成部材またはこの関節構成部材と一体化された部材に設けられて回転中心回りの円周方向異方性を有する磁気発生手段と、この磁気発生手段の回転中心の軸方向に対向してもう片方の関節構成部材またはこの関節構成部材と一体化された部材に設けられて前記磁気発生手段の磁気を検出する磁気アレイセンサと、この磁気アレイセンサの出力から磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段とを備えたものであることを特徴とする。
上記磁気アレイセンサと磁気発生手段の組み合わせによると、磁界の分布測定により回転角度を検出できるため、磁界の強さで検出するものと異なり、小型・高分解能で、絶対角度検出が可能な回転角度検出装置となる。そのため、関節付き機械の関節部分に上記構成の回転角度検出装置を搭載すると、省スペースで関節部分の絶対回転角度を高分解能に検出できる。また、この回転角度検出装置は磁界分布測定に基づく原理を利用したものであるため、磁気発生手段の温度特性の影響を受けず、環境変化に強いという特性が得られる。これにより、取付け調整の精度も不要となり、組み付け作業を簡便化できる。その結果、コンパクトで、環境変化にも強く、組立性・組込性を向上させることができる。
【０００９】
この発明において、前記関節部分を構成する互いに回転自在な一対の関節構成部材が、軸受を介して互いに回転自在に連結されたものであり、前記軸受が、前記磁気発生手段および磁気アレイセンサを有する角度検出部が設けられた回転検出装置付き軸受であっても良い。
このように軸受に回転角度検出装置を一体化することで、取付調整を簡略化でき、また軸受使用機器である関節付き機械の部品点数、組立工数の削減、およびより一層のコンパクト化が図れる。
【００１０】
この発明の第２の発明にかかる回転角度検出装置は、旋回軸を有する建設機械等の旋回軸付き機械において、前記旋回軸の回転角度を検出する装置であって、前記旋回軸またはこの旋回軸と一体に旋回する部材に設けられて旋回中心回りの円周方向異方性を有する磁気発生手段と、この磁気発生手段の旋回中心の軸方向に対向して非旋回側部材に設けられて前記磁気発生手段の磁気を検出する磁気アレイセンサと、この磁気アレイセンサの出力から磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段とを備えたものであることを特徴とする。
この構成の場合も、磁気アレイセンサと磁気発生手段の組み合わせにより、小型・高分解能で、絶対角度検出が可能という利点が効果的に発揮できる。特に、旋回軸に適用する場合、上記磁気アレイセンサによると、旋回軸の外周面を回転角度の検出に使用しなくて済むので、小型化の利点がより効果的なものとなり、旋回軸の絶対回転角度を高い分解能で検出できる。その結果、装置の高分解能化とコンパクト化が実現できる。また、環境変化にも強く、組立性・組込性を向上させることができる。
【００１１】
この発明において、前記旋回軸が軸受を介して旋回自在に支持されたものであり、前記軸受が、前記磁気発生手段および磁気アレイセンサを有する角度検出部が設けられた回転検出装置付き軸受であっても良い。
この構成の場合も、軸受に回転角度検出装置を一体化することで、取付調整を簡略化でき、また軸受使用機器である旋回軸付き機械の部品点数、組立工数の削減、およびより一層のコンパクト化が図れる。
【００１２】
この発明の第３の発明にかかる回転角度検出装置接続体は、上記発明のいずれかの回転角度検出装置を複数設け、これら複数の回転角度検出装置の間で互いに信号を送受するデータ伝送手段を設けたものである。
このようにデータ伝送手段を設けた場合、回転角度検出装置を設ける装置が直列多関節ロボットのような構成であっても、１系統の配線で各回転角度検出装置間を接続できる。そのため、回転角度検出装置をコンパクトに構成できると共に、接続ケーブルの本数が減少し配線作業での接続ミスも低減できる。また、直列多関節ロボット等の装置の設計自由度も高まる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の第１の発明にかかる回転角度検出装置は、関節部分を有する建設機械または産業機械等の関節付き機械において、前記関節部分の回転角度を検出する装置であって、前記関節部分を構成する互いに回転自在な一対の関節構成部材のうちの片方の関節構成部材またはこの関節構成部材と一体化された部材に設けられて回転中心回りの円周方向異方性を有する磁気発生手段と、この磁気発生手段の回転中心の軸方向に対向してもう片方の関節構成部材またはこの関節構成部材と一体化された部材に設けられて前記磁気発生手段の磁気を検出する磁気アレイセンサと、この磁気アレイセンサの出力から磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段とを備えたものとしたため、関節付き機械における関節部分の回転角度の検出に適用して、省スペースで高分解能な絶対角度の検出が可能で、環境変化にも強く、組立性・組込性を向上させることができる。
【００１４】
この発明の第２の発明にかかる回転角度検出装置は、旋回軸を有する建設機械等の旋回軸付き機械において、前記旋回軸の回転角度を検出する装置であって、前記旋回軸またはこの旋回軸と一体に旋回する部材に設けられて旋回中心回りの円周方向異方性を有する磁気発生手段と、この磁気発生手段の旋回中心の軸方向に対向して非旋回側部材に設けられて前記磁気発生手段の磁気を検出する磁気アレイセンサと、この磁気アレイセンサの出力から磁気発生手段の回転角度を算出する角度算出手段とを備えたものとしたため、旋回軸付き機械における旋回軸の回転角度の検出に適用して、省スペースで高分解能な絶対角度の検出が可能で、環境変化にも強く、組立性・組込性を向上させることができる。
【００１５】
この発明の第３の発明にかかる回転角度検出装置接続体は、この発明の上記いずれかの構成の回転角度検出装置を複数設け、これら複数の回転角度検出装置の間で互いに信号を送受するデータ伝送手段を設けたものであるため、多数のセンサ信号を少ない配線で取り出すことが可能になり、多関節ロボット等に適用した場合に、回転角度検出装置をコパクトに構成できると共に、省配線化も可能となり、ロボット等の設計自由度が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１は、この実施形態の回転角度検出装置を適用した関節付き機械である多関節ロボットと、その制御装置のケーブル接続図を示す。多関節ロボット１は、複数のアーム部３を関節部分２で直列に接続し、各アーム部３を関節部分２で互いに回動自在とした直列多関節ロボットであって、各関節部分２の軸４がそれぞれ回転検出装置付き軸受５で支持されている。すなわち、各関節部分２は関節構成部材である互いに回転自在な一対のアーム部３，３で構成され、これら両アーム部３のうち片方のアーム部３の一端に前記軸４が設けられ、この軸４に前記回転検出装置付き軸受５を介してもう片方のアーム部３の一端が回動自在に接続されている。各軸受５の回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄ（図２）と多関節ロボット１の全体を制御する制御装置２０とは、ケーブル７を介してデイジーチェーン方式で接続して、各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄから出力される検出信号である回転情報（回転数または回転角度）を制御装置２０へ送信するようになされている。
【００１７】
図２は、前記多関節ロボット１に搭載される回転検出装置付き軸受５の一例を示す断面図である。この回転検出装置付き軸受５は、内輪２１と外輪２２の転走面間に、保持器２３に保持された転動体２４を介在させた転がり軸受である。転動体２４はボールからなり、この転がり軸受５は深溝玉軸受とされている。また、例えば回転部材となる軸４が内輪２１に嵌合し、転動体２４を介して外輪２２に支持されている。図１における隣接する２つのアーム部３において、その一方のアーム部３に前記軸４が設けられ、他方のアーム部３に前記外輪２２が設置される。
【００１８】
内輪２１には磁気発生手段取付部材２６が取付けられ、この磁気発生手段取付部材２６に磁気発生手段２８が取付けられている。外輪２２には、センサ取付部材２７が取付けられ、このセンサ取付部材２７に、図３の磁気アレイセンサ２９および角度算出手段３０の集積された半導体チップからなる角度検出部８が取付けられている。また、このセンサ取付部材２７にケーブル７も取付けられている。これらの構造と、データ通信部９ａ（図５）とで回転検出装置６Ａ〜６Ｄが構成される。
【００１９】
図３は、前記回転検出装置付き軸受５における回転検出装置６Ａ〜６Ｄの概念構成を示す斜視図である。図２の軸受５における相対的に回転する内輪２１および外輪２２のうち、内輪２１側（磁気発生手段取付部材２６）に磁気発生手段２８が設けられ、軸４の回転中心Ｏ回りを相対回転する。外輪２２側（センサ取付部材２７）には、磁気アレイセンサ２９および角度算出手段３０の集積された半導体チップからなる角度検出部８が設けられている。
【００２０】
磁気発生手段２８は磁気を発生する部材であり、永久磁石の単体、あるいは永久磁石と磁性材の複合体からなり、回転中心Ｏ回りの方向性を有する。ここでは、磁気発生手段２８は、１つの永久磁石３１を２つの磁性体ヨーク３２，３２で挟んで一体化して概形が二叉のフォーク状とされ、一方の磁性体ヨーク３２の一端がＮ磁極、他方の磁性体ヨーク３２の一端がＳ磁極となる。
【００２１】
磁気アレイセンサ２９は磁気発生手段２８の磁気を検出するセンサであって、図４のように仮想の矩形の４辺における各辺に沿って配置されたセンサ列２９Ａ〜２９Ｄからなる。各辺のセンサ列２９Ａ〜２９Ｄは、磁気センサ素子２９ａを１列または複列に並べた磁気ラインセンサからなる。この場合、前記矩形の中心は、軸４の回転中心Ｏに一致する。各磁気センサ素子２９ａは、例えば磁気トランジスタ素子またはホール素子等からなる。磁気アレイセンサ２９における各磁気センサ素子２９ａの出力は、増幅されてＡＤ変換回路によってディジタル化される。
角度算出手段３０は集積回路からなり、半導体チップ上に、磁気アレイセンサ２９と共に集積されている。各磁気センサ素子２９ａの出力の信号から、角度算出手段３０が所定の関係式または所定の関係テーブル等に従って回転角度を算出することにより、角度信号を出力することができる。
なお、磁気アレイセンサ２９は、上記のようなセンサ列２９Ａ〜２９Ｄを矩形に配置したものとする代わりに、縦横に複数列のマトリクス状に磁気センサ素子を配置したものであっても良い。
【００２２】
この構成の回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄによると、半導体に集積されたセンサ素子２９ａと角度算出手段３０によって、角度検出処理が実現されているため、単体で絶対角度を精度良く検出できる。磁界の強さそのものを用いて検出する方式では、磁石の温度特性や、センサの非線形特性による影響が大きいため、複雑な補正処理が必要になる。しかし、この磁気アレイセンサ２９上の磁界の分布から角度を検出するために、温度や非線形特性等の影響を受けず、補正処理の必要がない。そのため、回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄの構成が単純になり、部品点数も少なく、コンパクトな構成で高分解能の角度検出を実現できる。また、非接触式であるため、摩耗の問題もない。
【００２３】
図５は、上記多関節ロボット１における回転角度検出装置接続体１０の一部を示すブロック図である。ケーブル７は、データケーブル７Ａと電源ケーブル７Ｂを含む。回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄは、回転角度あるいは回転数を検出する角度検出部８と、この角度検出部８の回転情報を識別番号ＩＤと共に出力端子から送信するデータ通信部９ａと、他の回転角度検出装置から送信された回転情報および識別番号ＩＤを入力可能な入力端子とを備える。各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄのデータ通信部９ａ、よびデータケーブル７Ａにより、各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄの間で互いに信号を送受するデータ伝送手段９が構成される。具体的には、データ通信部９ａは、制御装置２０から見た各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄの識別番号ＩＤを、複数の回転検出装置６Ａ〜６Ｄの接続状態によって決定する識別番号決定機能を有する。すなわち、識別番号決定機能は、入力端子に入力された他の回転角度検出装置の回転情報および識別番号ＩＤのうち、識別番号ＩＤに所定の演算を施して前記回転情報と共に出力端子から出力すると共に、自己の識別番号ＩＤを付与する。ここでは、各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄで付与する自己の識別番号ＩＤは、いずれも同一（具体的にはＩＤ＝０）とされる。
【００２４】
この回転角度検出装置接続体１０における情報伝達動作を、図６と共に、図５を参照して以下に説明する。この回転角度検出装置接続体１０におけるデータの流れでは、回転角度検出装置６Ａから見ると、回転角度検出装置６Ｂは上流側となり、制御装置２０は下流側となる。さらに、回転角度検出装置６Ｃは回転角度検出装置６Ｂから見て上流側となり、回転角度検出装置６Ｄは回転角度検出装置６Ｃから見て上流側となる。例えば、回転検出装置６Ｂからの出力信号は、下流の回転検出装置６Ａを経て制御装置２０に入力される。回転検出装置６Ａからの出力信号を受け取った制御装置２０は、受け取った回転情報がいずれの回転角度検出装置のものかを識別する必要があるため、以下の手順によってその識別を行う。
【００２５】
例えば回転角度検出装置６Ｂのデータ通信部９ａ（図５）から送信されたパケット（識別番号ＩＤ＋回転情報）は、回転角度検出装置６Ａで受信された後、制御装置２０へ送信される。すべての回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄは、自己の回転情報（回転数や角度）に識別番号ＩＤとして０番を付けたパケットを下流側へ送信する。各回転検出装置６Ａ〜６Ｄは、他の回転角度検出装置からパケット受信したとき、そのパケットの中の識別番号ＩＤに１を加算して下流へ送信する。下流へ送信するときに、誤り訂正符号が識別番号ＩＤに依存するときは、誤り訂正符号も訂正する。
制御装置２０がパケットを受信したとき、パケットの中の識別番号ＩＤが０番であれば、そのパケットの回転情報は回転角度検出装置６Ａのものであり、パケットの中の識別番号ＩＤが１番であれば、制御装置２０は、そのパケットの回転情報が回転角度検出装置６Ｂのものであると判別できる。
【００２６】
すなわち、以上の動作を要約すると、次のようになる。
（１）  各回転検出装置６Ａ〜６Ｄの固有の識別番号ＩＤは０番とされており、各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄは、それらの識別番号ＩＤを回転情報と共にヘッダや誤り符号等を付加し１つのパケットとして下流へ出力する。
（２）  各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄは、上流から得た回転角度検出装置のパケットについては、識別番号ＩＤに１を加算して下流へ送信する。
上記手順によって、制御装置２０から見た各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄの識別番号ＩＤは、回転角度検出装置６Ａが０番、回転角度検出装置６Ｂが１番、回転角度検出装置６Ｃが２番、回転角度検出装置６Ｄが３番となり、制御装置２０において回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄの識別が可能となる。つまり、各回転検出装置６Ａ〜６Ｄと制御装置２０とはケーブル７を介してデイジーチェーン方式で接続されているので、制御装置２０に信号が入力された時点で識別番号ＩＤが自動的に決定される。なお、回転角度検出装置６Ｄよりもさらに上流に回転角度検出装置が接続されている場合、その回転角度検出装置の識別番号ＩＤは４番となり、上流側に至るほど、制御装置２０から見た回転角度検出装置の識別番号ＩＤの値が増えて行く。
【００２７】
このように、多関節ロボット１に上記回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄを搭載した場合、省スペースで関節部分２の絶対回転角度を高分解能に検出できる。また、回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄは磁界分布測定に基づく原理を利用したものであるため、磁気発生手段２８の構成部材である永久磁石３１（図３）の温度特性の影響を受けず、環境変化に強いという特性が得られる。これにより、取付け調整の精度も不要となり、組み付け作業を簡便化できる。とくに、この実施形態では、回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄと軸受を一体化した回転検出装置付き軸受５（図２）を多関節ロボット１に搭載しているので、取付調整を不要とできる。その結果、コンパクトで、環境変化にも強く、組立性・組込性を向上させることができる。また、回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄが非接触式であるため摩耗の問題もない。
【００２８】
また、図５に示した構成の回転角度検出装置接続体１０によると、各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄの自己の識別番号ＩＤは全て０番であるため、回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄに固有の識別番号ＩＤを設定する必要がない。したがって、固有の識別番号ＩＤを設定するスイッチや、回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄ内に書き込み可能な不揮発性メモリを設けて識別番号ＩＤを記憶させる必要がなく、回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄをコンパクトに、かつ低コストで構成することができると共に、識別番号ＩＤが重複しないように管理する必要もなくなることから制御装置２０の構成を単純化できる。
また、各回転角度検出装置６Ａ〜６Ｄと制御装置２０とがデイジーチェーン方式で接続されるため、関節付き機械が直列多関節ロボット１のような構成であっても、先端まで１系統の配線でよいことからケーブル７の本数が減少し、制御装置２０の入力端子数を減らすことができて、ケーブル７の配線作業での接続ミスも低減できる。また、多関節ロボット１の設計自由度も高まる。
【００２９】
図７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図２〜図４に示した回転角度検出装置を関節付き機械である人間型ロボットにおける多関節ハンド１５に適用したものであり、多関節ハンド１５の各指１５Ａ〜１５Ｅの関節部分にそれぞれ回転角度検出装置６が設けられている。この実施形態における回転角度検出装置接続体１０では、全ての回転角度検出装置６を一筆書き状にケーブル７で接続するのではなく、各指１５Ａ〜１５Ｅの回転角度検出装置６毎にデイジーチェーン方式で接続し、各指のケーブル７と制御装置２０とを５入力・１出力の中継装置１６で中継している。
【００３０】
この実施形態における回転検出装置接続体１０の情報伝達動作において、各指１５Ａ〜１５Ｅ毎に並ぶ回転角度検出装置から中継装置１６へのデータの流れは、図１〜図６に示した第１の実施形態における制御装置２０へのデータの流れと同じである。前記データ伝送手段９は、この中継装置１６、図５のデータ通信部９ａ、およびデータケーブル７Ａにより構成される。図７の実施形態では、中継装置１６において、各入力端子から入力されてくる各指１５Ａ〜１５Ｅからのパケットの識別信号ＩＤに各指毎に異なる所定の数値（０を含む）を加算してから、１つの出力端子より制御装置２０に出力する。これにより、制御装置２０が受信したパケットにおいて、各回転角度検出装置６Ａ１〜６Ｅ３の識別番号ＩＤが異なることになり、制御装置２０は各回転角度検出装置６Ａ１〜６Ｅ３の回転情報を認識することができる。
【００３１】
多関節ハンド１５に回転角度検出装置６を搭載したこの実施形態では、各指１５Ａ〜１５Ｅの関節部分の絶対角度がコンパクトな回転角度検出装置６で検出され、デジタル化された数値として出力される。これらのデータ収集に必要な配線は最小限で済むため、ロボットの配線が単純化されて、信頼性、組立性、メンテナンス性を向上させることができる。
【００３２】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、互いに交差する複数の回転軸からなる関節部分２を有するロボット等の関節付き機械に、第１の実施形態で示した回転角度検出装置（図３）を搭載したものである。この場合の関節部分２は、垂直に配置された回転軸１３と、水平に配置された回転軸１４とを有する。垂直回転軸１３の上端には断面Ｕ字状の第１の関節構成部材１１が設けられ、この関節構成部材１１の左右一対の立板部１１ａ，１１ａ間に第２の関節構成部材１２が配置されている。また、第１の関節構成部材１１の両立板部１１ａ，１１ａ間に跨がって上記水平回転軸１４が回転自在に横架されており、この水平回転軸１４が第２の関節構成部材１２を貫通して関節構成部材１２に連結されている。これにより、第２の関節構成部材１２は、垂直回転軸１３の軸心回りに旋回自在で、かつ水平回転軸１４の軸心回りに揺動自在となる。垂直回転軸１３は、基台１９上に突設された軸受ハウジング１７に軸受を介して回転自在に支持され、軸受ハウジング１７と垂直回転軸１３との間に回転角度検出装置６が設けられる。
【００３３】
この場合、固定側部材である軸受ハウジング１７に磁気発生手段２８（図３）が、また回転側部材である垂直回転軸１３に磁気アレイセンサ２９および角度算出手段３０を含む角度検出部８（図３）がそれぞれ設けられる。また、水平回転軸１４も、前記第２の関節構成部材１２の片方の立板部１１ａに固定された軸受ハウジング１８に軸受を介して回転自在に支持され、軸受ハウジング１８と水平回転軸１４との間に回転角度検出装置６が設けられる。
【００３４】
このように複数の回転軸１３，１４が交差する構造の関節部分２に回転角度検出装置６を搭載した場合にも、回転角度検出装置６がコンパクトで検出分解能も高いことから、搭載が容易で関節モジュールの設計の自由度を高めることができると共に、十分な回転角度検出能力を確保することができる。
また、前記各回転軸１３，１４をモータによって駆動する構成の場合、これら回転軸１３，１４とモータの出力軸との間に減速機が介在することから、減速後の回転角度を検出しなければならない場合がある。この場合、前記回転角度検出装置６と軸受を一体化した第１の実施形態における回転検出装置付き軸受５（図２）を用いることにより、コンパクトに搭載できて回転軸１３，１４の回転角度検出を容易に行うことができる。
【００３５】
図９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、複数の関節部分２を有する建設機械に、第１の実施形態で示した回転角度検出装置（図３）を搭載したものである。この場合の建設機械２５は、複数のアーム３４，３５を関節部分２で屈曲可能に連結したショベルカーである。第１のアーム３４の一端部が関節部分２で車体３３に連結され、そのアーム３４の他端部に第２のアーム３５の基部が関節部分２で連結されている。第１のアーム３４はシリンダ３６により車体３３側の関節部分２回りに回動され、第２のアーム３５はシリンダ３７により基部の関節部分２回りに回動される。また、第２のアーム３５の先端部には関節部分２でショベル３８が揺動自在に連結され、図示しないワイヤーによってショベル３８が揺動駆動される。この場合、アーム３４，３５の先端の動作を制御したり、車体３３との干渉を防止するために、上記各関節部分２に、第１の実施形態における回転角度検出装置６（図３）、あるいは回転検出装置付き軸受５（図２）が搭載され、アーム３４，３５の回転角度が検出される。なお、車体３３は、走行用のクローラ３９の上に旋回軸４０を介して旋回自在に設置されるが、旋回軸４０にも車体３３の旋回角度を検出する回転角度検出装置６（図３）が設けられる。旋回軸４０の支持には、例えば薄形大径リング状の軸受であるターンテーブル軸受（図示せず）等が用いられる。
【００３６】
このように関節付き機械であるショベルカー２５に回転角度検出装置６を搭載した場合には、回転角度検出装置６における磁気発生手段２８（図３）の磁気強度が温度変化によって変化しても角度検出でき、また非接触方式であることから、信頼性の高い回転角度検出が可能となる。また、回転角度検出装置６を上記各関節部分２に直接搭載するのに代えて、回転角度検出装置６と軸受を一体化した第１の実施形態における回転検出装置付き軸受５（図２）を搭載しても良く、この場合にはコンパクトに搭載できて組付け調整も不要となる。また、各回転角度検出装置６を、第１の実施形態における回転角度検出装置接続体１０（図５）で接続することにより、アーム３５の先端までのケーブルの配線も少なくできる。
【００３７】
図１０は、建設機械等の旋回軸付き機械に使用される磁気アレイセンサ・ポテンショメータ併用形の回転角度検出装置４１の例を示す。旋回軸４２は段付き軸からなり、ハウジング４３に嵌入された２個の軸受４４により、軸大径部４２ａが回転自在に支持されている。旋回軸４２の一端の軸小径部４２ｂは、ハウジング４３の天板部の孔から外部に突出している。旋回軸４２の他端は段付き形状をしており、リング状の軸受幅押え４５と刷子アッセンブリ４６とが、互いに同心に配置されてビスで固定されている。刷子アッセンブリ４６にはブラシ４６ａが軸方向に取付けられている。また、旋回軸４２の他端の中央には、第１の実施形態における回転角度検出装置６（図３）の磁気発生手段２８が固定されている。
【００３８】
ハウジング４３は、上端に端壁を有する竪形円筒状に形成されて、下端の開口外周に鍔４３ａを有しており、下端開口は蓋体である押え蓋４７で閉じられている。押え蓋４７は、ハウジング４３の下端開口の周縁に設けられた座繰状部に嵌合してハウジング４３にビス固定される。この押え蓋４７は、前記座繰状部に続くハウジング４３内の内径面に嵌合したリング状のスペーサ４８を介して軸受４４の外輪を押し込んでいる。押え蓋４７の外側面には封止樹脂４９が設けられている。
【００３９】
押え蓋４７の内側面には、刷子アッセンブリ４６と対応する径方向位置に、ポテンショメータ５０を構成する電気抵抗体５０ａと電極５０ｂとが同心のリング状に設けられている。これら電気抵抗体５０ａおよび電極５０ｂは、押え蓋４７に固定された回路基板５１に設けられている。ポテンショメータ５０と接触させる刷子アッセンブリ４６には予圧を与える必要があるため、旋回軸４２の軸端と回路基板５１とのギャップはある程度の精度が確保されている。前記回路基板５１のポテンショメータ配置面の中央には、前記磁気発生手段２８に対応する位置に、回転角度検出装置６の磁気アレイセンサ２９（図３）を含む角度検出部８が設けられている。前記旋回軸４２側の刷子アッセンブリ５０と押え蓋４７側のポテンショメータ５０とで、非接触式の回転角度検出装置６とは別の接触式の回転角度検出装置部５２が構成される。
【００４０】
この回転角度検出装置４１は、接触式センサの電気抵抗体５０ａが印刷された回路基板５１上に、磁気センサ素子をアレイ状に並べた磁気アレイセンサを搭載したものであるため、１枚の回路基板５１に２種類のセンサを実装することができる。電気抵抗体５０ａと接触させる電極５０ｂには予圧を与える必要があるため、軸端と回路基板５１とのギャップはある程度の精度が確保されている必要がある。非接触式の回転角度検出装置６の場合はギャップ変化の影響を受けにくいため、あらためてギャップ管理をする必要はない。
【００４１】
押え蓋４７の外側面から離れた位置にはバックプレート５３が固定されている。この押え蓋４７とバックプレート５３の間の空間は、調整検査終了後に、封止樹脂４９で固められる。前記回路基板５１に接続されたケーブル５４は、ハウジング４３の外部へ径方向に導出されて、コネクタを介して外部機器（いずれも図示せず）に接続される。
【００４２】
この構成によると、接触式の回転角度検出装置部５２と非接触式の回転角度検出装置６とを組み合わせているので、信頼性の高い回転角度検出が可能となる。
このような旋回軸付き機械４１において、旋回軸４２の回転角度を検出するのに、旋回軸４２の外周面にホールセンサ等の磁気センサを配置することで、非接触で回転角度を検出する構成が知られているが、この場合には検出能力を確保するために磁気センサの配置半径をできるだけ大きくする必要があり、コンパクト化が難しい。また、磁気センサを外周面付近に配置し、さらに信号処理回路も別に必要なため部品点数が多くなる。さらに、外周面で回転角度を検出する方式であるため、絶対角度の検出も難しい。
これに対して、この実施形態の場合、旋回軸４２の端面を利用して回転検出を行うものであるため、旋回軸４２の外周面を回転角度の検出に使用しなくて済む。そのため、装置の小型化が可能で、絶対回転角度を高い分解能で検出でき装置の高機能化とコンパクト化を実現できる。
【００４３】
図１１は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１０の実施形態において、旋回軸４２における押え蓋４７側に向く軸端を軸極小径部４２ｃとし、この軸極小径部４２ｃを、回転角度検出装置６と軸受を一体化した第１の実施形態における回転検出装置付き軸受５（図２）を介して押え蓋４７で支持するようにしたものである。この場合、図２と同様に外輪２２に取付けられたセンサ取付部材２７に固定した角度検出部８は、回転部材に固定された磁気発生手段２８と対向する位置に固定されている。角度検出部８からのリード線５５は、回路基板５１に接続されたケーブル５４と共に、ハウジング４３の外部へ径方向に導出されて、コネクタを介して外部機器（いずれも図示せず）に接続される。その他の構成は図１０の実施形態の場合と同じである。
【００４４】
この構成によると、非接触式の回転角度検出装置６が回転検出装置付き軸受５として軸受とユニット化されているので、回路基板５１への実装などの手間が不要となり、メンテナンス性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる回転角度検出装置を搭載した多関節ロボットとその制御装置のケーブル接続図である。
【図２】同多関節ロボットに搭載される回転検出装置付き軸受の一例を示す断面図である。
【図３】同回転検出装置付き軸受における回転角度検出装置の概念構成を示す斜視図である。
【図４】同回転角度検出装置における半導体チップ上での磁気アレイセンサおよび角度算出手段の配置例を示す平面図である。
【図５】多関節ロボットに適用される回転角度検出装置接続体のブロック図である。
【図６】同回転角度検出装置接続体における情報伝達動作の説明図である。
【図７】この発明の他の実施形態にかかる回転角度検出装置を搭載した多関節ハンドとその制御装置のケーブル接続図である。
【図８】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転角度検出装置を搭載した関節部分の斜視図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転角度検出装置を搭載したショベルカーの側面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転角度検出装置を搭載した旋回軸付き機械の断面図である。
【図１１】この発明のさらに他の実施形態にかかる回転角度検出装置を搭載した旋回軸付き機械の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…多関節ロボット
２…関節部分
３…アーム部（関節構成部材）
５…回転検出装置付き軸受
６，６Ａ〜６Ｄ…回転角度検出装置
８…角度検出部
９ａ…データ通信部
９…データ伝送手段
１０…回転角度検出装置接続体
１１，１２…関節構成部材
１５…多関節ハンド
２５…ショベルカー
２８…磁気発生手段
２９…磁気アレイセンサ
３０…角度算出手段
３４，３５…アーム
４１…回転角度検出装置
４２…旋回軸
５２…回転角度検出装置部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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