JP2685962B2

JP2685962B2 - エンコーダ異常検出装置

Info

Publication number: JP2685962B2
Application number: JP13021690A
Authority: JP
Inventors: 真人高瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1997-12-08
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JPH0425716A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、入力軸の回転に応じて、Ａ相とＢ相、それ
にＺ相の３種パルス信号を発生するパルス発生器をセン
サ本体とした、いわゆるパルスカウント型ロータリーエ
ンコーダの異常検出装置に係り、特に産業用ロボットの
制御用に好適なロータリーエンコーダの異常検出装置に
関する。

〔従来の技術〕

例えば、産業用ロボットなどにおいては、その制御に
幾つかのロータリーエンコーダを必要とするが、このと
き、これらのロータリーエンコーダとしては、コストや
信号処理速度の点から、主として上記としたパルスカウ
ント型ロータリーエンコーダが主として用いられてい
る。

ところで、このような産業用ロボットなどでは、ロー
タリーエンコーダによる位置検出が正確に得られなくな
ると、ロボットの動きが異常になり、危険な事態発生の
虞れを生じる。

そこで、エンコーダを常時監視し、異常発生に備える
必要があるが、このようなエンコーダの異常検出装置の
従来技術としては、例えば、特開平１−197813号公報に
記載のように、上記のようなパルスカウント型ロータリ
ーエンコーダに対して、検出位置を絶対位置データとし
て出力する、いわゆるアブソリュート型のロータリーエ
ンコーダを組み合わせ、これら複数のエンコーダの検出
結果を常時比較して異常を検出する装置が知られてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、本来のエンコーダに加えて、かなり
高価なアブソリュート型のロータリーエンコーダが必要
になる点について配慮がされておらず、著しいコストア
ップを伴うという問題があった。

本発明の目的は、本来のパルスカウント型エンコーダ
だけで確実に異常が検出でき、充分な信頼姓を持ったエ
ンコーダ異常検出装置をローコストで提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、パルスカウント
型エンコーダのパルス発生器から出力されるＡ相パルス
信号とＢ相パルス信号によってインクリメントされるア
ップダウンカウンタのカウントデータを所定の定数デー
タと比較し、このカウントデータの数値が、上記パルス
発生器の入力軸が１回転したときに発生する上記Ａ相パ
ルス信号とＢ相パルス信号の個数から定まる第１の所定
値を越えたときと、上記Ｚ相パルス信号が発生した時点
での上記カウントデータ値が、上記パルス発生器の入力
軸が１回転したときに発生する上記Ａ相パルス信号とＢ
相パルス信号の個数から定まる第２の所定値及び数値０
のいずれとも一致しなかったとき、異常検出出力が発生
されるようにしたものである。

〔作用〕

エンコーダを構成するパルス発生器から出力されるＡ
相、Ｂ相、それにＺ相の各パルス信号についてみると、
パルス発生器が１回転したとき発生されるＡ相とＢ相の
パルス信号の個数をＮとすれば、２個のＺ相パルス信号
間でのＡ相とＢ相のパルス信号によるカウント値は、必
ず−Ｎ、Ｏ、Ｎのいずれかになる筈ではある。

従って、このカウント値が−Ｎよりも小さくなった
り、Ｎよりも大きくなったとすれば、パルス発生器が１
回転以上したにも係らずＺ相パルス信号が発生されなか
ったことを意味し、他方、それが、−Ｎ、Ｏ、Ｎのいず
れとも一致しなかったときは、パルス発生器の回転にも
係らずＡ相とＢ相の少なくとも一方のパルス信号が正し
く発生されなかったことを意味するので、これらの判定
により異常を検出できる。

そして、このとき、本発明では、エンコーダのパルス
発生器から出力されるＡ相パルス信号とＢ相パルス信
号、それに上記Ｚ相パルス信号の３種の信号のうち、２
種の信号に同時に異常が発生する確率が極めて低いこと
から、充分な異常検出精度を容易に得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明によるエンコーダ異常検出装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、産業用ロボットのマニ
プレータ駆動用モータの制御に本発明を適用したもの
で、ロボット制御装置から与えられる位置指令は加算器
10に入力され、位置フィードバック値との偏差に変換さ
れ、この偏差に応じてモータ制御回路11がモータ電流を
出力し、モータ12を駆動する。そして、このモータ12の
回転をパルス発生器13でＡ相パルス信号とＢ相パルス信
号として検出し、エンコーダ信号処理回路14でUPパルス
信号とDWUNパルス信号に変換した後、アップダウンカウ
ンタ15に入力して位置フィードバック値を得るようにな
っており、これにより位置指令に対応したモータ12の制
御が得られるようになっている。

次に、16はエンコーダ信号異常検出回路で、エンコー
ダ信号処理回路14から出力されているUPパルス信号とDW
UNパルス信号及びパルス発生器13から直接発生されてい
るＺ相パルス信号とを入力し、後述する演算処理により
異常検出を行い、異常発生時にエンコーダ異常信号を出
力する働きをする。

また、17は異常処理回路で、エンコーダ信号異常検出
回路16からエンコーダ異常信号が入力されたとき、これ
に応じてモータ12の制御系に所定の信号を送り、モータ
12の駆動を禁止するなどの所定の異常処理を行う。

次に、この実施例の動作について、さらに詳しく説明
する。

パルス発生器13からは、モータ12が回転するにつれて
Ａ相、Ｂ相、Ｚ相の３種のパルス信号が発生するが、こ
れらの信号は、第２図に示すような関係になっている。
すなわち、Ａ相とＢ相のパルス信号は互いに90度の位相
差をもち、且つ、これらの信号の位相関係は、パルス発
生器13が一方向（正方向）に回転したときには、Ａ相の
パルス信号が進み位相をとり、反対方向（負方向）のと
きにはＢ相のパルス信号が進み位相となる。そして、こ
れらのＡ相とＢ相のパルス信号は、上記したように、パ
ルス発生器13が１回転する間に、それぞれＮ個発生す
る。

他方、Ｚ相パルス信号は、パルス発生器13が１回転す
る毎に１個発生するが、この実施例では、このときのＺ
相パルス信号は、図示のように、Ａ相パルス信号に同期
して発生するようになっている。

次に、第３図はエンコーダ信号処理回路14の一実施例
で、この回路は、図示のように、２個のＤフリップ・フ
ロップ14a、14bと１個のクロック信号発生器14c、３個
のインバータ14e、14f、14gと５個のアンド回路14h、14
i、14j、14k、14l、14m、それに２個のオア回路14n、14
pとで構成されている。そして、このとき、クロック信
号発生器14cによるクロック信号の周波数は、Ａ相とＢ
相のパルス信号の起こり得る最大の周波数に比して充分
に高い周波数になるように選ばれている。

まず、Ｂ相パルス信号をＤフリップ・フロップ14aに
入力し、さらにその出力を次のＤフリップ・フロップ14
bに入力することにより、このＢ相パルス信号のクロッ
ク信号に同期した信号を作り出す。そして、これらＤフ
リップ・フロップ14a、14bの出力をインバータ14f、14g
とアンド回路14h、14iからなる回路で処理することによ
り、それぞれＢ相パルス信号の立上りと立ち下がり時
に、クロック信号に同期して現われる立ち上がりパルス
と立ち下がりパルスがアンド回路14h、14iから出力され
る。

次に、これらの立ち上がりパルスと立ち下がりパルス
を、インバータ14eの出力を含むＡ相パルス信号と共
に、アンド回路14j〜14mと、オア回路14n、14pとからな
る回路で処理し、これらのオア回路14n、14pの出力から
UPパルス信号とDOWNパルス信号をそれぞれ得るのであ
る。

従って、このエンコーダ信号処理回路14は、Ａ相パル
ス信号がレベル“1"のとき、Ｂ相パルス信号が立ち上が
った場合にはエンコーダが正方向に回転したものとして
UPパルス信号を１パルス出力し、反対にＡ相パルス信号
がレベル“0"のとき、Ｂ相パルス信号が立ち上がった場
合にはエンコーダが負方向に回転したものとしてDOWNパ
ルス信号を１パルス出力するように動作することにな
る。そして、この結果、エンコーダが１回転したときに
は、それぞれUPパルス信号とDONWパルス信号のパルス個
数は2N個となる。

次に、第４図は、エンコーダ信号異常検出回路16の一
実施例で、図示のように、アップダウンカウンタ41とＳ
−Ｒフリップ・フロップ42、データラッチ43、それに４
個の比較器44、45、46、47、定数設定器48、49、50、5
1、さらにオア回路48、50とノア回路49とで構成されて
いる。

アップダウンカウンタ41はリセット信号によりカウン
ト値０にクリアされ、カウント値容量が2N以上から−2N
以下まで有するカウンタで、UPパルス信号によりアップ
カウントを行い、DOWNパルス信号によりダウンカウント
を行う働きをする。

また、アップダウンカウンタ41のリセット信号は、Ｚ
相パルス信号と、システム・リセット信号によりリセッ
トされ、Ｚ相パルス信号によりリセットされるＳ−Ｒフ
リップ・フロップ42の出力信号の双方の信号が入力され
ているオア回路52の出力から供給されるようになってお
り、従って、このアップダウンカウンタ41は、Ｚ相パル
ス信号が発生される毎にリセットされると共に、システ
ム・リセット信号が入力されてから最初にＺ相パルス信
号が発生されるまでの期間もリセット状態を保つように
される。なお、これは、システム・リセット時から最初
にＺ相パルス信号が発生されるまでの期間は、アップダ
ウンカウンタ41の状態が不確定なので、誤検出の虞れが
あるからである。

アップダウンカウンタ41の出力であるカウント値Ｄ
は、４個の比較器41〜47に供給されることになるが、こ
のとき、比較器44には、カウント値Ｄがそのまま直接供
給されるが、他方、残りの比較器45〜47には、一旦、デ
ータラッチ43にラッチされ、ラッチデータＤ′となって
から入力されるようになっている。

そこで、まず、比較器44についてみると、これにはカ
ウント値Ｄがそのまま入力されているので、これが定数
設定器48から与えられている定数2Nと常時、比較されて
いることになる。

なお、上記したように、数値Ｎは、パルス発生器13が
１回転する間、つまり、或るＺ相パルス信号が発生して
から次のＺ相パルス信号が発生してくるまでの間に発生
するＡ相パルス信号とＢ相パルス信号のパルス数であ
る。

そこで、いま、何らかの理由により、カウント値Ｄが
定数2Nを越えたとすると、この比較器44から出力が発生
する。

ここで、このカウント値Ｄが定数2Nを越えたことが意
味する点についてみると、これはパルス発生器13（エン
コーダ）が少なくとも１回転したにもかかわらず、アッ
プダウンカウンタ41にリセットが掛らなかった、つまり
オア回路52からリセット信号が出力されなかったことを
意味し、その原因がＺ相パルス信号の異常にあることか
ら、結局、Ｄ＞2N を条件として動作する比較器44の出力により、Ｚ相パル
ス信号の異常が検出できることになる。

次に、データラッチ43についてみると、このデータラ
ッチ43はＺ相パルス信号をクロック信号としているの
で、Ｚ相パルス信号の発生タイミングごとにアップダウ
ンカウンタ41のカウント値Ｄを取り込み、それをラッチ
データＤ′として順次、保持し、このラッチデータＤ′
を比較器45、46、47にそれぞれ入力する働きをしてい
る。

そこで、まず、比較器45についてみると、この比較器
45には定数設定器49から定数が与えられているから、結
局、この比較器45からは、ラッチデータＤ′が定数（−
2N＋１）に等しくなったときだけ、出力が発生する。

以下、同様にして、比較器46からは、ラッチデータ
Ｄ′が定数（０）に等しくなったときだけ、出力が発生
し、比較器47からは、ラッチデータＤ′が定数（2N−
１）に等しくなったときだけ、出力が発生する。

そして、これらの３個の比較器45〜47の出力はノア回
路53に入力されているのであるから、結局、このノア回
路53は、ラッチデータＤ′について、以下の、、
の条件が全て成立していないときだけ出力を発生するこ
とになる。

Ｄ′＝（−2N＋１）Ｄ′＝（０）Ｄ′＝（2N−１）ここで、まず、これらの条件が成立する場合について
考えてみると、ラッチデータＤ′は、Ｚ相パルス信号が
発生する毎に取り込まれ、更新されているのでから、こ
のデータは、或るＺ相パルス信号が発生してから次のＺ
相パルス信号が発生されるまでの間に現われるＡ相パル
ス信号とＢ相パルス信号のパルス数、つまりUPパルス信
号とDOWNパルス信号のパルス数である。

一方、或るＺ相パルス信号が発生してから次のＺ相パ
ルス信号が発生されるまでの間でのパルス発生器13の挙
動についてみると、それは、次の３種の場合に限られ
る。

（１）正方向に回動を開始したあと、元の回動開始位
置に戻ること無く、次のＺ相パルス信号が発生される位
置に到達したとき。

（２）正方向又は負方向に回動を開始したあと、次の
Ｚ相パルス信号が発生される位置に到達しないままで、
元の回動開始位置に戻ったとき。

（３）負方向に回動を開始したあと、元の回動開始位
置に戻ること無く、次のＺ相パルス信号が発生される位
置に到達したとき。

そうすると、パルス発生器13に異常がなく、Ａ相パル
ス信号とＢ相パルス信号、それにＺ相パルス信号が正し
く発生されているときだけ、上記、、のいずれか
の条件が満足されることになり、結局、ノア回路53が出
力を発生するのは、Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号に
異常を生じたときとなり、従って、このノア回路53の出
力によりＡ相パルス信号とＢ相パルス信号の異常が検出
できることになる。

比較器44とノア回路53の出力はそれぞれオア回路54に
入力されるので、結局、このオア回路54の出力をエンコ
ーダ異常信号とすることにより、Ａ相パルス信号とＢ相
パルス信号、それにＺ相パルス信号のいずれに異常が発
生しても、直ちに異常を検出することができることにな
る。

第１図に戻り、エンコーダ信号異常検出回路16から出
力されたエンコーダ異常信号は異常処理回路17に入力さ
れ、既に説明したように、モータ12の駆動を禁止するな
どの処理を行い、エンコーダ信号の異常に起因するロボ
ットの異常動作を抑え、危険な状態の発生を未然に防止
する。

従って、この実施例によれば、アブソリュート型ロー
タリーエンコーダを併用することなく、確実にエンコー
ダ信号の異常を検出でき、ローコストで容易にロボット
などの安全性確保に万全を期すことができる。

なお、上記実施例では、エンコーダ信号異常検出回路
16も含めて、全ての機能をハードウエア構成により得る
ようにしたが、これはあくまでも一実施例であり、本発
明は、必要に応じて任意のグレードでソフトウエア化も
可能ことは、言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、余分なエンコーダの併設を要せず
に、簡単な信号処理機能の付加だけで、常に確実にエン
コーダ信号の異常を検出することができるから、信頼性
の高いエンコーダ異常検出装置をローコストで容易に提
供することができる。

また、本発明によれば、エンコーダ信号に異常が発生
した場合には、このエンコーダの入力軸が、多くても１
回転するまでの時間で、その異常を確実に検出すること
ができるから、モータ駆動機構のサーボ制御系におい
て、異常処理を応答性良く実行できるので、ロボットの
暴走事故を抑え、充分に安全性を高めることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエンコーダ異常検出装置の一実施
例を示すブロック図、第２図はエンコーダ信号を説明す
るための波形図、第３図はエンコーダ信号処理回路の一
実施例を示すブロック図、第４図はエンコーダ信号異常
検出回路の一実施例を示すブロック図である。 10……加算器、11……モータ制御回路、12……モータ、
13……パルス発生器、14……エンコーダ信号処理回路、
15……アップダウンカウンタ、16……エンコーダ信号異
常検出回路アンローダ、17……異常処理回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力軸の所定回動角毎に位相のずれた２個
のパルスをＡ相パルス信号とＢ相パルス信号として発生
すると共に、入力軸１回転中の所定回動角位置で１個の
パルスをＺ相パルス信号として発生するパルス発生器
と、上記Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号から上記入力
軸の一方向回転時にUPパルス信号を、そして他方向回転
時にDWUNパルス信号をそれぞれ発生する信号処理回路と
を備えたロータリーエンコーダにおいて、上記UPパルス
信号によりカウントアップされ上記DOWNパルス信号によ
りカウントダウンされると共に上記Ｚ相パルス信号によ
りリセットされるアップダウンカウンタと、このアップ
ダウンカウンタのカウントデータを所定の定数データと
比較する演算手段とを設け、上記カウントデータ値が、
上記パルス発生器の入力軸が１回転したときに発生する
上記Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号の個数から定まる
第１の所定値を越えたときと、上記Ｚ相パルス信号が発
生した時点での上記カウントデータ値が、上記パルス発
生器の入力軸が１回転したときに発生する上記Ａ相パル
ス信号とＢ相パルス信号の個数から定まる第２の所定値
及び数値０のいずれとも一致しなかったとき、上記演算
手段から異常検出出力が発生されるように構成したこと
を特徴とするエンコーダ異常検出装置。