JP5736968B2 - エンコーダ装置、駆動装置、及びロボットシステム - Google Patents
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Description
ここで、エンコーダ装置は、回転軸などの角度位置を検出信号として出力する角度位置センサとしてのエンコーダを有するものがある。また、エンコーダ装置は、信号処理回路であって、供給された動作クロックの周波数に応じた処理速度で動作し、エンコーダによって出力された検出信号に基づいて角度位置を検出する信号処理回路を有するものがある。
さらに、このようなエンコーダ装置は、エンコーダをモータの回転軸に複数配置し、単独のエンコーダを用いる場合に比べて高い精度または高い信頼度を有するモータ制御を実現しているものがある(たとえば特許文献1を参照)。
図1は、この発明の一実施形態による駆動装置DR及びエンコーダシステム(エンコーダ装置)ENCの構成を示す概略ブロック図である。
第1のエンコーダ3の第1の信号処理回路6と、第2のエンコーダ4の第2の信号処理回路5とは、通信線12及び設定制御線13を介して接続されている。第1のエンコーダ3と動作クロック供給部15とは、第1の動作クロック供給線16を介して、第2のエンコーダ4と動作クロック供給部15とは、第2の動作クロック供給線17を介して、それぞれ接続されている。
コントローラ8は、モータ制御線14を介して回転制御信号をモータ1に出力することにより、モータ1の回転を制御する。この回転制御信号として、コントローラ8は、たとえば、ステッピングモータであるモータ1を回転させるパルス波を出力する。
モータ1は、コントローラ8から入力される回転制御信号に応じて、入力軸10を回転させる。動力伝達装置2は、入力軸10の回転に応じて、予め定められている伝達比(動力伝達比)で減速して出力軸11を回転させる。
第1のエンコーダ3は、モータ1の入力軸10の角度位置を検出する機能を有しており、モータ1によって回転される入力軸10の角度位置に応じた第1の検出信号を出力する。第1のエンコーダ3と同様に、第2のエンコーダ4は、出力軸11の角度位置を検出する機能を有しており、出力軸11の角度位置に応じた第2の検出信号を出力する。
第1の信号処理回路6は、第1のエンコーダ3で検出される第1の検出信号に基づいて、入力軸10の角度位置を検出する。第2の信号処理回路5は、第2のエンコーダ4で検出される第2の検出信号に基づいて、出力軸11の角度位置を検出する。
ここで、第1のエンコーダ3及び第2のエンコーダ4は、たとえば、ロータリーエンコーダである。動力伝達装置2は、たとえば、1つまたは複数のギア、ベルト装置、チェーン装置、及び、ドライブシャフト装置、または、これらの組み合わせにより構成されている。
次に、図2を用いて、図1を用いて説明したエンコーダシステムENCの構成、及び、第1のエンコーダ3と第2のエンコーダ4とに動作クロック(システムクロック)が供給される経路の構成について説明する。図2において、図1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。
各回路ブロック(603−1〜603−m)はそれぞれ同期式回路で構成されており、供給される動作クロックに応じて互いに同期して動作する。ここで動作クロックは、第1の動作クロック供給線16を介して第1の動作クロックバッファ601に供給され、さらに第1のクロックバス602を介して各回路ブロック(603−1〜603−m)に供給される。
各回路ブロック(603−1〜603−m)は、たとえば、それぞれ協調して処理を行うことにより第1のエンコーダ3によって出力される第1の検出信号に基づいて入力軸10の角度位置を検出する。
第1の動作クロックバッファ601は、第1の動作クロック供給線16を介して供給される動作クロックを各回路ブロックに分配するために適した信号に変換し、変換した信号を各回路ブロックに供給する回路である。ここで各回路ブロック(603−1〜603−m)に供給するために適した信号に変換するとは、たとえば、第1の動作クロック供給線16を介して供給される動作クロックの波形を正確な矩形波に整形することや、回路のインピーダンスを動作クロックの供給に適した値に整合することである。
各回路ブロック(503−1〜503−n)はそれぞれ同期式回路で構成されており、
供給される動作クロックに応じて互いに同期して動作する。ここで動作クロックは、第2の動作クロック供給線17を介して第2の動作クロックバッファ501に供給され、さらに第2のクロックバス502を介して各回路ブロック(503−1〜503−n)に供給される。
各回路ブロック(503−1〜503−n)は、たとえば、それぞれ協調して処理を行うことにより第2のエンコーダ4によって出力される第2の検出信号に基づいて出力軸11の角度位置を検出する。
第2の動作クロックバッファ501は、第2の動作クロック供給線17を介して供給される動作クロックを各回路ブロックに分配するために適した信号に変換し、変換した信号を各回路ブロックに供給する回路である。ここで各回路ブロック(503−1〜503−n)に供給するために適した信号に変換するとは、たとえば、第2の動作クロック供給線17を介して供給される動作クロックの波形を正確な矩形波に整形することや、回路のインピーダンスを動作クロックの供給に適した値に整合することである。
なお、各回路ブロック(503−1〜503−n及び603−1〜603−m)を構成するそれぞれの回路ブロックは、すべてが同一の処理を行う回路構成であってもよいし、一部の回路ブロックが他の回路ブロックと異なる処理を行う回路構成であってもよいし、すべてが互いに異なる処理を行う回路構成であってもよい。
動作クロック供給部15は、予め定められた周波数の動作クロックを発生させ、第1の動作クロック供給線16を介して第1の動作クロックバッファ601に発生させた動作クロックを供給するとともに、第2の動作クロック供給線17を介して第2の動作クロックバッファ501に発生させた動作クロックを供給する。
次に、図3を用いて、図1及び図2を用いて説明したエンコーダシステムENCの構成、及び、第2の信号処理回路5、第1の信号処理回路6及び動作クロック供給部15の構成の一例について説明する。図3において、図1及び図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。
周波数発生源201は、原クロック供給線203を介して動作クロック供給回路202と接続されている。動作クロック供給回路202は、第1の動作クロック供給線16を介して第1の信号処理回路6に備えられる第1の動作クロックバッファ601と接続されており、第2の動作クロック供給線17を介して第2の信号処理回路5に備えられる第2の動作クロックバッファ501と接続されている。
周波数発生源201は、予め定められた単一の周波数の信号を発生するものであり、たとえば、水晶振動子やセラミック振動子によって構成される。動作クロック供給回路202は、周波数発生源201で発生した原クロック信号を各回路に供給するために適した信号に変換し、変換した信号を各回路に供給する回路である。ここで各回路に供給するために適した信号に変換するとは、たとえば、原クロック信号の波形を正確な矩形波に整形することや、回路のインピーダンスを動作クロックの供給に適した値に整合することである。
つまり、動作クロック供給部15は、第2の動作クロック供給線17を介して第2の信号処理回路5と第1の動作クロック供給線16を介して第1の信号処理回路6とに対して、同一の周波数発生源201によって生成された動作クロックを供給する。
第1の動作クロックバッファ601は、第1のクロックバス602を介して、第1の位置データ検出回路61と、第2の位置データ補正回路62と、位置データ合成回路63と、回転数量記憶部64と、外部通信回路65と、伝達比情報記憶部66と、第1の分解能記憶部67と、第2の分解能記憶部68とに接続されている。
第2の動作クロックバッファ501は、第2のクロックバス502を介して、第2の内挿回路51と、第2の位置検出回路52と、送信信号生成出力部53と、伝達比情報記憶部56と、第1の分解能記憶部57と、第2の分解能記憶部58とに接続されている。
まず、第2の信号処理回路5が有する第2の位置データ検出回路50の各構成について説明する。伝達比情報記憶部56には、第1のエンコーダ3と第2のエンコーダ4とを連結する予め定められている動力伝達装置2の伝達比の値を示す情報が、伝達比情報として予め記憶されている。第1の分解能記憶部57には、第1の位置データ検出回路61の分解能が第1の分解能として予め記憶されている。第2の分解能記憶部58には、第2の位置データ検出回路50の分解能が第2の分解能として予め記憶されている。
次に、第1の信号処理回路6の各構成について説明する。伝達比情報記憶部66には、伝達比情報記憶部56と同様に、第1のエンコーダ3と第2のエンコーダ4とを連結する予め定められている動力伝達装置2の伝達比の値を示す情報が、伝達比情報として予め記憶されている。第1の分解能記憶部67には、第1の分解能記憶部57と同様に、第1の位置データ検出回路61の分解能が第1の分解能として予め記憶されている。第2の分解能記憶部68には、第2の分解能記憶部58と同様に、第2の位置データ検出回路50の分解能が第2の分解能として予め記憶されている。
次に、図5を用いて、位置データ合成回路63で実行される処理について詳細に説明する。ここでは、第1の位置データ検出回路61の分解能を13ビットとし、第2の位置データ検出回路50(第2の位置検出回路52)の分解能を11ビットとして説明する。すなわち、第1の位置データ検出回路61は、0から8191(=213−1)の範囲内の整数値である第1の位置データを出力する。そして、第2の位置データ検出回路50は、0から2047(=211−1)の範囲内の整数値である第2の位置データを出力する。また、ここでは、動力伝達装置2の伝達比を100とし、伝達比情報記憶部66には値が100の伝達比情報が予め記憶されているものとして説明する。
ここで、再び図3を用いて、本実施形態による高精度な制御の実現手法の一例を説明する。
位置データ合成回路63は、上述した式3により、第2の位置データ検出回路50と、第1の位置データ検出回路61とが検出する角度位置に基づいて合成位置データを算出する。
図6は、図1の駆動装置DRを備えるロボットシステムRBTの一例を示すブロック図である。
この図において、ロボットシステムRBTは、多軸駆動形ロボットアームであり、2つの駆動装置DR(DR1、DR2)と、2つのアーム部(101、102)と、制御装置105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DRを駆動装置(DR1、DR2)として示す。
なお、上述した第1のエンコーダ3または第2のエンコーダ4は、それぞれ、ロータリー式のエンコーダであるとして説明したが、それぞれリニア式のエンコーダであってもよい。また、本実施形態におけるエンコーダシステムENCは、エンコーダシステムENCの回転数(多回転情報)を検出するために多回転検出部(例、磁気式又は光学式エンコーダ)を第1のエンコーダ3又は第2のエンコーダ4に備える構成としてもよい。
つまり、動作クロック供給回路202は、第1の動作クロックバッファ601または第2の動作クロックバッファ501に対して、周波数発生源201から供給される信号を必要な処理速度に応じて分周した周波数である動作クロックを供給してもよい。これにより、必要な処理速度に応じて動作クロックの周波数を低減できるのでエンコーダシステムENCの消費電力を低減することができる。
Claims (6)
- 駆動部によって回転される回転軸の角度位置に応じた第1の検出信号を出力する第1の
エンコーダと、
前記第1のエンコーダで検出される前記第1の検出信号に基づいて、前記回転軸の角度
位置を検出する第1の角度位置検出回路と、
前記回転軸の角度位置に応じた第2の検出信号を出力する第2のエンコーダと、
前記第2のエンコーダで検出される前記第2の検出信号に基づいて、前記回転軸の角度
位置を検出する第2の角度位置検出回路と、
前記第1の角度位置検出回路と前記第2の角度位置検出回路とに対して、同一の周波数
発生源によって生成された動作クロックを供給する動作クロック供給部と、
前記動作クロックに応じて同期して前記第1の角度位置検出回路と前記第2の角度位置検出回路を動作させることにより、合成角度位置情報を算出する位置データ合成回路と、
を備えることを特徴とするエンコーダ装置。 - 前記動作クロック供給部は、前記第1の角度位置検出回路と前記第2の角度位置検出回
路とに対して、互いに同一の周波数を有する前記動作クロックをそれぞれ供給する
ことを特徴とする請求項1に記載のエンコーダ装置。 - 前記動作クロック供給部によって供給される前記動作クロックを分周した信号に応じて
前記第1の角度位置検出回路は前記回転軸の角度位置を検出し、または前記動作クロック
供給部によって供給される前記動作クロックを分周した信号に応じて前記第2の角度位置
検出回路は前記回転軸の角度位置を検出する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエンコーダ装置。 - 前記回転軸には、前記駆動部によって回転される入力軸と、前記入力軸と動力伝達部を
介して接続される出力軸とが含まれ、
前記第1の角度位置検出回路は、前記入力軸の角度位置を出力し、前記第2の角度位置
検出回路は、前記出力軸の角度位置を出力する
ことを特徴とする請求項1から請求項3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4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5に記載の駆動装置
を備えることを特徴とするロボットシステム。
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