JP2012137310A - エンコーダ装置、駆動装置、及びロボット装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンコーダ装置は、第1信号を出力する第1のエンコーダと、第2信号を出力する第2のエンコーダと、第1信号に基づいて、第1のエンコーダの回転位置情報を示す第1位置情報を生成する第1位置情報生成部と、第2信号と第2のエンコーダの回転位置情報の補正値を示す補正テーブルとに基づいて、第2のエンコーダの回転位置情報を示す第2位置情報を生成する第2位置情報生成部と、第1位置情報と第2位置情報とを用いて前記第1位置情報に対する第2位置情報の相対的な変位を検知する判定部と、第2位置情報の相対的な変位を検知した場合に、第2位置情報の変位に応じて補正テーブルを生成する補正テーブル生成部とを備える。
【選択図】図3
Description
図1は、本発明の一実施形態による駆動装置1を示すブロック図である。
この図において、駆動装置1は、ギヤ2、第1のエンコーダ3、第2のエンコーダ4、モータ7、入力軸10、及び出力軸11を備えている。なお、駆動装置1は、エンコーダ装置20を備え、エンコーダ装置20は、第1のエンコーダ3及び第2のエンコーダ4を備えている。
第2のエンコーダ4は、1回転型のアブソリュートエンコーダであって、入力軸10とギヤ2を介して連結される出力軸11の回転位置に応じた第2の検出信号(第2信号)を出力する。
すなわち、第1のエンコーダ3は、モータ7の入力軸10の位置変位を検知する機能を有しており、機械角360度の何処に位置するのかを検知できる1回転型のアブソリュートエンコーダである。なお、1回転型のアブソリュートエンコーダとは、回転情報として何回転、回ったかを示す多回転情報を検知する事が出来ないエンコーダのことである。ここで、第1のエンコーダ3は、例えば、13ビットの分解能(0〜8191)のアブソリュートエンコーダである。
図2は、図1の駆動装置1におけるエンコーダ装置20の構成を示すブロック図である。
まず、図2を用いて、第1のエンコーダ3と第2のエンコーダ4との構成について説明する。
また、受光センサ303から出力される二種類の信号における他方の信号であって、インクリメンタルパターンから検出される信号は、第1のインクリメンタル信号(又は、2相擬似正弦波)として、信号処理回路6(後述する第1の内挿回路612)に出力される。
第2のエンコーダ4は、ディスク面上においてN極とS極とに2分割されている領域を有する回転ディスク401(円盤)を備えている。すなわち、回転ディスク401は、N極とS極との磁極構成を持つ円盤である。この回転ディスク401は、出力軸11の回転に伴い、回転する。
図3は、エンコーダ装置20おける信号処理回路6の構成を示すブロック図である。
この図において、信号処理回路6は、第1の位置データ検出回路61、第2の位置データ検出回路62、位置データ合成回路63、位置データ比較・照合回路64、外部通信回路65、補正テーブル生成部67、及び記憶部68を備えている。
また、第1の位置データ検出回路61は、絶対位置検出回路611、第1の内挿回路612、位置検出回路613、及び変換テーブル記憶部614を備えている。
変換テーブル記憶部614には、絶対位置検出用信号(M系列信号)と、入力軸の一回転内における絶対位置を示す情報であって、所定の分解能である絶対位置情報とが関連付けて予め記憶されている。この絶対位置情報とは、入力軸10の回転における絶対位置を示す情報である。
位置検出回路613は、絶対位置検出回路611が検出した絶対位置情報と第1の内挿回路612が内挿処理した第1のインクリメンタル信号とに基づいて、第1の位置データを検出する。一例として、位置検出回路613は、絶対位置検出回路611が検出した絶対位置情報と、第1の内挿回路612が細分化したインクリメンタル信号とを、予め定められている算出方法により、整合をとりながら合成する。これによって、位置検出回路613は、絶対位置検出回路611が検出した絶対位置情報より高い分解能の絶対位置情報である第1の位置データを生成する。
また、第2の位置データ検出回路62は、第2の内挿回路621を備えている。
ここで、入力軸10と出力軸11との間の伝達誤差とは、ギヤ2自体が本質的に有する誤差を示している。例えば、理想的な出力軸11の回転中心に対して、ギヤ2の回転系の中心がずれていた場合に、後述する偏心誤差成分が累積誤差として現れる。本実施形態では、第2の内挿回路621が、主に偏心誤差による上述の伝達誤差を、補正テーブル681を用いて補正する。
なお、位置データ比較・照合回路64は、例えば、第2の位置データのずれ量が予め定められた閾値である第1閾値以上であると判定した場合に、「第2の位置データのずれを検知した」と判定する。
補正テーブル681は、第2のエンコーダ4の回転位置情報の補正値を示す情報である。補正テーブル681において、第2のインクリメンタル信号(2相擬似正弦波)によって検知された伝達誤差を含んだ第2の位置データと、補正された第2の位置データとが関連づけられている。例えば、記憶部68に入力されるアドレス情報に伝達誤差を含んだ第2の位置データを用いて、補正された第2の位置データを出力させるように、補正テーブル681は、予め作成されている。これにより、第2の内挿回路621は、伝達誤差を含んだ第2の位置データに基づいて、補正された高精度な第2の位置データを得ることができる。
図4は、本実施形態における第2のエンコーダ4の偏心誤差を説明する図である。
この図において、ポイントP1は、出力軸11の中心点を示している。また、円状の軌跡L1は、第2のエンコーダ4の回転ディスク401(出力軸11)がポイントP1を中心に回転した場合に、回転ディスク401の中心が描く軌跡を示している。ここで、回転ディスク401の中心とポイントP1とのずれ量を示す変位量を偏心量εとした場合、偏心誤差成分θは、関係式(1)によって表現される。
また、図5(c)は、偏心誤差成分θに基づいて算出された補正テーブル681の一例を示す図である。この図において、横軸は、第2のエンコーダ4における補正前の第2の位置データを示しており、縦軸は、第2のエンコーダ4における補正後の第2の位置データを示している。つまり、波形W3は、偏心誤差成分θに基づいて算出された、補正テーブル681を示している。なお、波形W2は、偏心誤差が全くない場合の例(補正をしない場合の例)を示したものである。
なお、第2のエンコーダ4は、例えば、11ビットの位置データを検出し、0〜2047の第2の位置データを出力する。したがって、図5(c)における横軸の0度〜360度の位置データは、補正テーブル681において、0〜2047のデータとして示される。
まず、エンコーダ装置20が、第1のエンコーダ3と第2のエンコーダ4とを用いて出力軸11における合成位置データを検出する動作を説明する。
これにより、コントローラ8は、生成した合成位置データを検出することができ、コントローラ8は、検出した合成位置データに基づいて、駆動装置1の様々な制御を行うことができる。
そして、位置データ比較・照合回路64は、第2の位置データ検出回路62が検出した第2の位置データと、算出したこの第2の位置データの推定値とを比較及び照合する。なお、位置データ比較・照合回路64は、この比較及び照合する際に、第2の位置データのずれ量を算出する。位置データ比較・照合回路64は、例えば、第2の位置データのずれ量が予め定められた閾値である第1閾値以上(例えば、10LSB(量子化単位)以上)であると判定した場合に上述の再生成指令を補正テーブル生成部67に出力する。
ここでは、図6(a)に示されるように、第1のエンコーダ3の第1の位置データが“0”の場合に、第2のエンコーダ4の第2の位置データが“20”となる相対位置関係に変位した場合を説明する。つまり、第2の位置データのずれ量が“20”である場合となる。
そこで、補正テーブル生成部67は、位置データ比較・照合回路64によって算出される第2の位置データのずれ量に基づいて補正テーブル681を再生成する場合に、既に生成されている補正テーブル681を記憶部68から読み出して、第2の位置データのずれ量分シフトすることにより、補正テーブル681を再生成する。補正テーブル生成部67は、再生成した補正テーブル681を記憶部68に記憶させる。これにより、第2の位置データのずれに対応した新しい補正テーブル681が生成され、エンコーダ装置20は、第2の位置データのずれを補正することが可能になる。
これにより、補正テーブル生成部67は、入力軸10及び出力軸11の回転状態において補正テーブル681を再生成して更新することができる。したがって、本実施形態におけるエンコーダ装置20は、入力軸10及び出力軸11の回転状態において上述のような位置情報の変位が生じた場合に、常に(又は動的に)位置情報を高精度に検出することができる。
これにより、第2の位置データのずれ量に許容範囲が設けられるため、エンコーダ装置20は、ノイズなどにより第1のエンコーダ3及び第2のエンコーダ4に誤検出が発生した場合に、誤って補正テーブル681を再生成して更新してしまうことを防止できる。また、エンコーダ装置20は、第2の位置データのずれが、既に生成されている補正テーブル681によって対応できる範囲のずれである場合に、不要な補正テーブル681の再生成を防止することができる。
本実施形態におけるエンコーダ装置20は、第2のエンコーダ4の第2位置情報と第1のエンコーダ3の分解能B1と第2のエンコーダ4の分解能B2とに基づいて、入力軸10の多回転情報(例、回転回数)を算出する構成である。したがって、エンコーダ装置20は、入力軸10の多回転情報を不揮発性メモリに保持させるためのバックアップ用バッテリを備える必要がない。
これにより、入力軸10の回転位置情報であり、第1のエンコーダ3の回転位置情報を示す第1の位置データを正確に検知することができる。
これにより、検出系が2重化されるため、外乱に対して強く、エンコーダ装置20の信頼性を向上させる事が可能となる。
これにより、上述のような位置情報の変位が生じた場合に、出力軸11を一回転させて伝達誤差情報を再取得するので、補正テーブル生成部67は、第2の位置データのずれ量に基づいて、シフト又は算出によって補正テーブル681を生成する場合よりも、精度よく補正可能な補正テーブル681を生成することができる。つまり、この第3の生成方法は、第1の生成方法及び第2の生成方法に比べて、より精度よく第2位置情報を補正可能な補正テーブル681を生成することができる。
これにより、補正テーブル生成部67は、上述した出力軸11を一回転させて伝達誤差情報を取得する場合(第3の生成方法)よりも、補正テーブル681を生成するために必要な期間を短縮することができる。
また、コントローラ8は、第2の位置データのずれ量が第1閾値以上である場合に、モータ7をゆっくり回転させて、出力軸11を一回転させ、補正テーブル生成部67に補正テーブル681を再生成させる。補正テーブル生成部67は、第2の位置データのずれ量が第1閾値以上である場合に、第3の生成方法又は第4の生成方法により補正テーブル681を再生成する。
図7は、図1の駆動装置1におけるエンコーダ装置20の構成の別の一例を示す第2のブロック図である。この図において、図2と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。エンコーダ装置20aは、第1のエンコーダ3aと第2のエンコーダ4とを備えている。
また、図8は、図1の駆動装置における信号処理回路6の構成の別の一例を示す第2のブロック図である。この図において、図3と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
そして、受光センサ303は、アブソリュートパターンから検出される信号と、インクリメンタルパターンから検出される信号との二種類の信号を信号処理回路6aに出力する。また、また、磁気センサ304は、磁気パターン305が通過したことを検出する信号(多回転検出信号)を、信号処理回路6aに出力する。
多回転検出回路69は、磁気センサ304から出力された多回転検出信号に基づいて、入力軸10の回転回数を示す多回転情報を検出する。多回転検出回路69は、検出した多回転情報を位置データ合成回路63及び位置データ比較・照合回路64に出力する。
なお、本実施形態において、入力軸10の回転回数を検出することにより、出力軸11の多回転に対応させる形態を説明したが、第2のエンコーダ4における出力軸11の回転回数を検出する形態でもよい。この場合も同様に、出力軸11の多回転に対応した回転位置情報を検出することができる。
また、本実施形態において、磁気センサ305を用いて回転回数を検出する形態を説明したが、絶対位置検出用信号を用いて回転回数を検出する形態でもよい。この場合、回転位置データ“0”を通過する回数をカウントすることにより、実現してもよい。
図9は、図1の駆動装置1を備えるロボット装置5の一例を示すブロック図である。
この図において、ロボット装置5は、多軸駆動形ロボットアームであり、2つの駆動装置(1A、1B)と、2つのアーム部(51、52)と、制御装置55とを備えている。なお、この図において、図1に示される駆動装置1を駆動装置(1A、1B)として示す。
上記の各実施形態において、位置データ比較・照合回路64(又は64a)は、第2の位置データと、第1の位置データとから算出される第2の位置データの推定値とを比較及び照合する形態を説明したが、他の形態でもよい。例えば、位置データ比較・照合回路64(又は64a)は、第1の位置データと、第2の位置データから算出される第1の位置データの推定値(第1の推定値)とを比較及び照合する形態でもよい。この場合、位置データ比較・照合回路64(又は64a)は、第1の位置データのずれ量(変位量)を用いて第2の位置データのずれ量を算出する。つまり、第2の位置データの推定値を用いる形態と、第2の位置データの推定値を用いる形態とのいずれの場合も、第2の位置データのずれ量を算出することができる。
また、動力伝達部であれば、ギヤ2に限定されるものでななく、例えば、減速機、プーリ、伝達方向変換等でもよい。
また、上記の各実施形態において、エンコーダ装置20は、補正テーブル681を備えている形態を説明したが、エンコーダ装置20は補正テーブル681を備えずに、駆動装置1が備えている形態でもよい。
上記の各実施形態において、記憶部68は、補正テーブル681と偏心情報682とを記憶する形態を説明したが、補正テーブル681と偏心情報682とをそれぞれ異なる記憶部が記憶する形態でもよい。
また、上記の各実施形態において、エンコーダ装置20(又は20a)は、第1のエンコーダ3と第2のエンコーダ4とがアブソリュートエンコーダである形態で説明したが、他のエンコーダを用いる形態でもよい。また、本実施形態における光学式のエンコーダは、透過式であっても反射式であってもよい。なお、本実施形態における入力軸10は、中空状の軸部材であってもよい。入力軸10が中空の場合、出力軸11を入力軸10の軸内に延伸し、第2のエンコーダ4を第1のエンコーダ3と同様にモータ7側に配置してもよい。また、本実施形態における出力軸11は、中空状の軸部材であってもよい。また、例えば、本実施形態におけるエンコーダ装置20(又は20a)の位置データ比較・照合回路64による入力軸10と出力軸11との相対位置関係の変位の検知は、位置情報の検出と同期させて行ってもよいし、第1のエンコーダ3又は第2のエンコーダ4の分解能に応じて所定間隔と同期させて行ってもよい。
Claims (15)
- 駆動部によって回転される入力軸の回転位置に応じた第1信号を出力する第1のエンコーダと、
前記入力軸と動力伝達部を介して連結される出力軸の回転位置に応じた第2信号を出力する第2のエンコーダと、
前記第1信号に基づいて、前記第1のエンコーダの回転位置情報を示す第1位置情報を生成する第1位置情報生成部と、
前記第2信号と前記第2のエンコーダの回転位置情報の補正値を示す補正テーブルとに基づいて、前記第2のエンコーダの回転位置情報を示す第2位置情報を生成する第2位置情報生成部と、
前記第1位置情報と前記第2位置情報とを用いて、前記第1位置情報に対する前記第2位置情報の相対的な変位を検知する判定部と、
前記判定部によって前記第2位置情報の相対的な変位を検知した場合に、前記第2位置情報の変位に応じて前記補正テーブルを生成する補正テーブル生成部と
を備えることを特徴とするエンコーダ装置。 - 前記補正テーブル生成部は、前記判定部によって算出される前記第2位置情報の変位量に基づいて前記補正テーブルを生成する
ことを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ装置。 - 前記補正テーブル生成部は、前記第1位置情報と、前記第2位置情報と、前記入力軸と前記出力軸との間の伝達誤差を示す伝達誤差情報と、に基づいて前記補正テーブルを生成する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエンコーダ装置。 - 前記伝達誤差情報は、前記第2のエンコーダに設けられた円盤であって、位置情報を示すパターンを有する該円盤の中心から前記パターンまでの距離情報と、予め測定されている前記入力軸の中心と前記出力軸の中心との偏心量と、に基づき算出される
ことを特徴とする請求項3に記載のエンコーダ装置。 - 前記伝達誤差情報は、
前記出力軸を一回転させて検出した前記第1位置情報と前記第2位置情報とに基づいて取得されることを特徴とする請求項4に記載のエンコーダ装置。 - 前記伝達誤差情報は、
前記出力軸を回転させて検出した前記第1位置情報と前記第2位置情報とに基づいて、前記第2のエンコーダの測定誤差における上限値と下限値とに対応する前記第2のエンコーダの位置情報を含み、
前記補正テーブル生成部は、
取得した前記上限値と前記下限値とに対応する前記第2のエンコーダの位置情報に基づいて、前記補正テーブルを生成することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のエンコーダ装置。 - 前記判定部は、前記第2位置情報と、前記第1位置情報から算出される第2の推定値と、に基づき前記第2位置情報の変位量を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 - 前記判定部は、前記第1位置情報と、前記第2位置情報から算出される第1の推定値と、に基づく前記第1位置情報の変位量を用いて前記第2位置情報の変位量を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のエンコーダ装置。 - 前記補正テーブル生成部は、前記判定部によって前記第2位置情報の変位量が予め定められた第1閾値以上であると判定された場合に、前記補正テーブルを生成する
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のエンコーダ装置。 - 前記補正テーブル生成部は、
前記変位量が前記第1閾値より小さく、且つ前記第1閾値より小さい予め定められた第2閾値以上である場合に、前記第2閾値を前記変位量として、前記第2閾値と前記伝達誤差情報とに基づいて、前記補正テーブルを生成する
ことを特徴とする請求項9に記載のエンコーダ装置。 - 前記補正テーブルを記憶する記憶部を備え、
前記補正テーブル生成部は、
生成した前記補正テーブルを前記記憶部に記憶させる
ことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のエンコーダ装置。 - 前記記憶部は、不揮発性記憶部であることを特徴とする請求項11に記載のエンコーダ装置。
- 前記第1のエンコーダは、前記入力軸の回転における絶対位置情報を検出するアブソリュートエンコーダであることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のエンコーダ装置。
- 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載のエンコーダ装置を備えることを特徴とする駆動装置。
- 請求項14に記載の駆動装置を備えることを特徴とするロボット装置。
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