JP5736968B2 - エンコーダ装置、駆動装置、及びロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンコーダ装置、駆動装置、及びロボットシステムに関する。

産業用ロボットやサービスロボットなど、人と協調作業を行うロボットシステムが知られている。このようなロボットシステムは、エンコーダ装置を備えた駆動装置によって駆動され、エンコーダ装置が検出した駆動装置の回転軸などの角度位置に基づいて、回転軸などの位置制御及び速度制御を行っている。
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）。

特開２００３−７０２８４号公報

しかしながら、上記のようなエンコーダ装置では、各エンコーダの信号処理回路に供給される動作クロックの周波数に差が生じる場合がある。このような場合に、複数の信号処理回路によって検出された複数の角度位置を合成した信号に周期的変動（うなり）が生じることがある。

たとえば、２つの信号処理回路に、それぞれ異なる周波数の動作クロックＡ（周波数ｆ１）と動作クロックＢ（周波数ｆ２）とが供給された場合、２つの信号処理回路によって検出された角度位置を合成して得た信号には、これらの動作クロック周波数の差すなわち、Ｎ＝｜ｆ１−ｆ２｜を周波数とするうなりが生じる場合がある。

こうしたうなりが生じた場合に、複数のエンコーダの信号処理回路によって検出された複数の角度位置に基づいて駆動部を制御すると、制御の精度が低下することがある。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、エンコーダ装置として複数のエンコーダを用いた場合においても、駆動部を高精度に制御することを可能とするエンコーダ装置、駆動装置、及びロボットシステムを提供することにある。

本発明の一実施形態は、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である。

また、本発明の一実施形態は、上記のエンコーダ装置を備えることを特徴とする駆動装置である。

また、本発明の一実施形態は、上記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である。

本発明によれば、駆動部を高精度に制御することができる。

この発明の一実施形態によるエンコーダシステムの構成を示すブロック図である。 図１のエンコーダシステムにおける信号処理回路に対して動作クロックが供給される経路の構成を説明する図である。 図１のエンコーダシステムにおける信号処理回路及び動作クロック供給部の構成を示すブロック図である。 一例としての２相信号などの波形を示す波形図である。 一例としての位置データ合成回路の動作を説明する説明図である。 本実施形態によるエンコーダシステムを備えるロボットシステムの構成を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
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。

この駆動装置ＤＲは、モータ（駆動部）１と、動力伝達装置（動力伝達部）２と、エンコーダシステムＥＮＣと、入力軸１０と、出力軸１１と、を備える。エンコーダシステムＥＮＣは、第１のエンコーダ３と、第２のエンコーダ４と、動作クロック供給部１５と、を備える。第１のエンコーダ３は、第１の信号処理回路（第１の角度位置検出回路）６を有する。第２のエンコーダ４は、第２の信号処理回路（第２の角度位置検出回路）５を有する。
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。

エンコーダシステムＥＮＣの上位装置であるコントローラ８は、通信ライン９を介して第１のエンコーダ３と接続されており、モータ制御線１４を介してモータ１と接続されている。
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。

エンコーダシステムＥＮＣの回転軸には、入力軸１０と、出力軸１１とが含まれる。入力軸１０は、モータ１と接続される。出力軸１１は、動力伝達装置２を介して入力軸１０と接続される。
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。

第１のエンコーダ３と第２のエンコーダ４とは、たとえば、入力軸１０または出力軸１１のうちの対応する軸の回転に応じて回転するＮ極とＳ極とを有する回転ディスクと、この回転ディスクの回転中心軸に対して互いの角度が９０度になるようにして所定の位置に配置されている磁気センサ装置としての２つのホール素子とで、それぞれ構成されている。そして、入力軸１０または出力軸１１が回転することにより、この軸に対応する回転ディスクがＮ極とＳ極とを有する回転磁石として回転し、これにより、ホール素子からは、一回転につき１パルスの正弦波状の信号がそれぞれ出力される。なお、ホール素子は、互いに９０度の角度を有して配置されているため、正弦波状の信号として、９０度の位相差を有する正弦波、いわゆる２相擬似正弦波が出力される。

このようにして、第１のエンコーダ３は、たとえば、それぞれが入力軸１０の１回転に対して１周期の正弦波であるとともに、予め定められている位相分だけ互いの位相が異なる２つの信号である２相正弦波信号を第１の検出信号として出力する。また、第１のエンコーダ３と同様に、第２のエンコーダ４は、たとえば、それぞれが出力軸１１の１回転に対して１周期の正弦波であるとともに、予め定められている位相分だけ互いの位相が異なる２つの信号である２相正弦波信号を第２の検出信号として出力する。

なお、動作クロック供給部１５についての説明は後述する。

＜動作クロックが供給される経路の構成＞
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。

第１の信号処理回路６は、第１の動作クロックバッファ６０１と、たとえばｍ個の回路ブロック（６０３−１〜６０３−ｍ）とを有する。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を介して各回路ブロック（６０３−１〜６０３−ｍ）と接続されている。
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。

上述した第１の信号処理回路６と同様に、第２の信号処理回路５は、第２の動作クロックバッファ５０１と、たとえばｎ個の回路ブロック（５０３−１〜５０３−ｎ）とを有する。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を介して各回路ブロック（５０３−１〜５０３−ｎ）と接続されている。
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、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と接続され、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と接続されている。
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。

＜第２の信号処理回路５と第１の信号処理回路６との構成＞
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。

動作クロック供給部１５は、周波数発生源２０１と、動作クロック供給回路２０２とを有する。
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の信号処理回路６は、第１の動作クロックバッファ６０１と、上述した回路ブロック（６０３−１〜６０３−ｍ）として第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とを有している。
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の信号処理回路５は第２の位置データ検出回路５０を有している。この第２の位置データ検出回路５０は、第２の動作クロックバッファ５０１と、上述した回路ブロック（５０３−１〜５０３−ｎ）として第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とを有している。
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。

ここで、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。この動作クロックは、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を介して各回路に供給される。

また、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。この動作クロックは、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を介して各回路に供給される。

＜第２の信号処理回路５の各構成＞
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。

第２の内挿回路５１は、第２のエンコーダ４から入力された第２の検出信号を内挿処理して出力軸１１の角度位置を示す第２の位置データを検出する。第２の位置検出回路５２は、第２の内挿回路５１が検出した第２の位置データと伝達比情報記憶部５６から読み出した伝達比情報とを乗じた値を、第２の分解能記憶部５８から読み出した第２の分解能の値で除算した値の整数部分の値を回転数量として算出するとともに、この除算した値の少数部分の値に第１の分解能記憶部５７から読み出した第１の分解能の値を乗じた値を推定値として算出する。この推定値とは、第１のエンコーダ３により正確に検出される第１の位置データを、第２のエンコーダ４が検出した第２の検出信号に基づいて算出して推定する位置データである。

たとえば、第２の位置検出回路５２は回転数量ｍと推定値ｓとを次の式により算出する。

ｍ＝ＩＮＴ（ｎ（Ｐ２／Ｒ２）） ・・・ （式１）

ｓ＝Ｒ１×（ｎ（Ｐ２／Ｒ２）−ｍ） ・・・ （式２）

上記の式１と式２とにおいて、Ｐ２は第２の内挿回路５１が検出した第２の位置データであり、Ｒ１は第１の分解能記憶部５７に記憶されている第１の分解能であり、Ｒ２は第２の分解能記憶部５８に記憶されている第２の分解能であり、ｎは伝達比情報記憶部５６から読み出した伝達比情報である。また、なお、ＩＮＴは、小数点以下を切り捨てて、整数部分のみを抽出する演算子である。

このように、この第２の位置データ検出回路５０は、第２の内挿回路５１と第２の位置検出回路５２とにより、第２のエンコーダ４が検出した第２の検出信号を内挿処理した値と伝達比情報記憶部５６から読み出した伝達比情報とに基づいて、第１のエンコーダ３の回転数量を算出するとともに第１の位置データに対応する位置データを推定値として算出する。

送信信号生成出力部５３は、第２の位置検出回路５２が算出した推定値に基づいて、入力軸１０の回転数量の値を示す送信信号を生成して第２の位置データ補正回路６２に出力する。この送信信号生成出力部５３は、送信信号を、たとえば、互いに位相が９０度異なる第１の矩形波信号である多回転Ａ信号と第２の矩形波信号である多回転Ｂ信号である２相信号として生成して出力する（図４参照）。なお、この２相信号は、外来のノイズなどに耐性を有するようにするために、波形が矩形波となる２相矩形波信号であることが望ましい。

この図４においては、入力軸が１回転することに応じて、すなわち、第１の位置データの値が０から１３１０７１をとることに応じて、多回転Ａ信号と多回転Ｂ信号とが、ＨとＬ、ＨとＨ、ＬとＨ、及び、ＬとＬ、という信号パターンに変化する。ここで、ＨとＬとは、たとえば、電気信号の電位で予め定められたハイレベルとロウレベルとである。そして、入力軸が１回転する毎に、多回転Ａ信号と多回転Ｂ信号とは、上記の信号パターンを繰り返す。

この送信信号生成出力部５３が生成する多回転Ａ信号と多回転Ｂ信号とは、入力軸の１回転において、伝達比ｎと第２の位置データ検出回路５０の分解能Ｒ２とにより、次の関係となる。

多回転Ａ信号は、Ｒ２／４ｎの剰余が０から２ｎの期間はＨ、それ以外はＬとなる。一方、多回転Ｂ信号は、Ｒ２／４ｎの剰余がｎから３ｎの期間はＨ、それ以外はＬとなる。

送信信号生成出力部５３は、たとえば、次のようにして、上述した多回転Ａ信号と多回転Ｂ信号とを生成する。送信信号生成出力部５３は、第２の位置検出回路５２の算出した推定値に、第２の位置データ検出回路５０の分解能Ｒ２を乗じた値に対して、４ｎで除算した値が、０から２ｎであれば、多回転Ａ信号をＨとして出力し、それ以外であれば、多回転Ａ信号をＬとして出力する。また、送信信号生成出力部５３は、第２の位置検出回路５２の算出した推定値に、第２の位置データ検出回路５０の分解能Ｒ２を乗じた値に対して、４ｎで除算した値が、１ｎから３ｎであれば、多回転Ｂ信号をＨとして出力し、それ以外であれば、多回転Ｂ信号をＬとして出力する。

なお、本実施形態による多回転Ａ信号と多回転Ｂ信号との２相信号は、伝達比情報記憶部５６に記憶されている伝達比情報などに基づいて、送信信号生成出力部５３により生成される。そのため、エンコーダシステムＥＮＣにおいて、動力伝達装置２の伝達比が異なる値となる場合でも、送信信号生成出力部５３は、この異なる伝達比に対応した２相信号を生成することが容易に可能である。

＜第１の信号処理回路６の各構成＞
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。

第１の位置データ検出回路６１は、第１のエンコーダ３から入力された第１の検出信号に基づいて、予め定められている第１の信号処理（内挿処理）により、入力軸１０の角度位置を示す第１の位置データを検出する。

第２の位置データ補正回路６２は、第２の位置データ検出回路５０が検出した第２の位置データを、多回転Ａ信号と多回転Ｂ信号として第２の位置データ検出回路５０の送信信号生成出力部５３から入力する。なお、第２の位置データ補正回路６２は、第２の位置データ検出回路５０が検出した第２の位置データを、この第２の位置データと第１の位置データ検出回路６１が検出した第１の位置データとに基いて予め定められている補正処理により補正する。

位置データ合成回路６３は、第２の位置データ補正回路６２が補正した第１のエンコーダ３の回転数量の値と、第１の位置データ検出回路６１が検出した第１の位置データの値とに基づいて、合成位置データを生成する。なお、この位置データ合成回路６３は、第１の位置データ検出回路６１が検出した第１の位置データと、第２の位置データ検出回路５０が検出した第２の位置データとを合成する場合に、伝達比情報記憶部６６から読み出した伝達比情報に基づいて合成位置データを合成する。

また、この位置データ合成回路６３は、一例として、第１の位置データ検出回路６１が検出した第１の位置データと、第２の位置データ検出回路５０が検出した第２の位置データとを合成する場合に、伝達比情報記憶部６６から読み出した伝達比情報、第１の分解能記憶部６７から読み出した第１の分解能、及び、第２の分解能記憶部６８から読み出した第２の分解能に基づいて、予め定められている算出方法により、合成位置データを合成する。

たとえば、位置データ合成回路６３は、合成位置データを、次の式３により算出する。

合成位置データ＝Ｐ１＋Ｒ１×ＩＮＴ（ｎ×Ｐ２／Ｒ２） ・・・ （式３）

ここで、Ｐ１は第１の位置データであり、Ｐ２は第２の位置データであり、ｎは伝達比である。また、Ｒ１は第１の位置データ検出回路６１の分解能であり、Ｒ２は第２の位置データ検出回路５０の分解能である。なお、ＩＮＴは、小数点以下を切り捨てて、整数部分のみを抽出する演算子である。

位置データ合成回路６３は、この式３により、第２の位置データ検出回路５０の一回転内の位置割合（Ｐ２／Ｒ２）に伝達比（ｎ）を乗じた値の整数部分（ＩＮＴ）の値に、第１の位置データ検出回路６１の分解能（Ｒ１）を乗じて、更に、第１の位置データ（Ｐ１）の値を加算した値を、合成位置データとして算出する。

また、位置データ合成回路６３は、生成した合成位置データを、外部通信回路６５を介し通信ライン９を通じて、コントローラ８に出力する。

外部通信回路６５は、通信ライン９を通じてコントローラ８との間の通信処理を実行する。たとえば、外部通信回路６５は、通信ライン９を通じてコントローラ８から受信した伝達比情報を、伝達比情報記憶部６６に記憶させるとともに、設定制御線１３を介して伝達比情報記憶部５６に記憶させる。

また、外部通信回路６５は、通信ライン９を通じてコントローラ８から受信した第１の分解能を、第１の分解能記憶部６７に記憶させるとともに、設定制御線１３を介して第１の分解能記憶部５７に記憶させる。また、外部通信回路６５は、通信ライン９を通じてコントローラ８から受信した第２の分解能を、第２の分解能記憶部６８に記憶させるとともに、設定制御線１３を介して第２の分解能記憶部５８に記憶させる。

なお、この伝達比情報記憶部６６及び伝達比情報記憶部５６は、それぞれ、たとえば、不揮発性メモリである。そのため、伝達比情報記憶部６６に記憶された伝達比情報の値は、一度設定されれば、エンコーダシステムＥＮＣの電源が落ちても、消えることは無い。本構成により、エンコーダシステムＥＮＣで使用可能な動力伝達装置２及び動力伝達装置２の伝達比の、選択肢を広げることが可能となる。

また、第１の分解能記憶部５７、第１の分解能記憶部６７、第２の分解能記憶部５８、及び、第２の分解能記憶部６８も、伝達比情報記憶部６６及び伝達比情報記憶部５６と同様に、それぞれ、たとえば、不揮発性メモリである。そのため、同様に、エンコーダシステムＥＮＣで使用可能な第１の位置データ検出回路６１及び第２の位置データ検出回路５０の分解能の値について、選択肢を広げることが可能となる。

回転数量記憶部６４には、第２のエンコーダ４で検出された入力軸１０の回転数量の値が記憶されている。そして、第２の位置データ補正回路６２は、第２の信号処理回路５からの送信信号の受信に応じて、回転数量記憶部６４に記憶されている回転数量の値を、１上げるまたは１下げることにより、この回転数量の値を検出する。

なお、回転数量記憶部６４には、エンコーダシステムＥＮＣの起動時に、第２のエンコーダ４で検出された入力軸１０の回転数量の値が記憶される。たとえば、エンコーダシステムＥＮＣの起動時に、第２の信号処理回路５の送信信号生成出力部５３は、１ＫＨｚの周期で、図４を用いて説明した多回転Ａ信号と多回転Ｂ信号との信号パターンを回転数量分だけ繰り返して、回転数量分の多回転信号を初期値設定信号として出力する。そして、第２の位置データ補正回路６２は、第２の信号処理回路５の送信信号生成出力部５３から受信した初期値設定信号に対応する値を、回転数量記憶部６４に記憶させる。その結果、回転数量記憶部６４には、回転数量の情報が記憶される。

以降、第２の位置データ補正回路６２は、第２の信号処理回路５からの送信信号の受信に応じて、回転数量記憶部６４に記憶されている回転数量の値を上げるまたは下げることにより、回転数量の値を検出する。

これにより、回転数量の値が上がったこと、または、回転数量の値が下ったことを示す２相信号である送信信号により、第２の信号処理回路５から第１の信号処理回路６に、回転数量そのものの値を送信することができる。

＜位置データ合成回路６３の詳細＞
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。

ここでは、一例として、第１の位置データ検出回路６１が、第１の位置データの値を１０００として出力した場合について説明する。また、第２の位置データ検出回路５０が、第２の位置データの値として３１０を出力し、第２の位置データ補正回路６２も、第２の位置データの値として３１０を出力した場合について説明する。また、入力軸１０の回転数量が１５である場合について説明する。

位置データ合成回路６３は、上述した式３により、合成位置データを算出する。この場合、第１の位置データＰ１の値が１０００であり、第２の位置データＰ２の値が３１０であり、伝達比ｎの値が１００であり、第１の位置データ検出回路６１の分解能Ｒ１の値が８１９２であり、第２の位置データ検出回路５０の分解能Ｒ２の値が２０４８であるため、位置データ合成回路６３は、上記の式３により、合成位置データの値として１２３８６５を算出する。

＜駆動部を高精度に制御するための構成＞
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。

ここで、上述したように、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、さらに、第１のクロックバス６０２を介して第１の信号処理回路６に備えられる各回路ブロック（６０３−１〜６０３−ｍ）と接続されている。同様に、動作クロック供給回路２０２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、さらに、第２のクロックバス５０２を介して第２の信号処理回路５に備えられる各回路ブロック（５０３−１〜５０３−ｎ）と接続されている。すなわち、動作クロック供給回路２０２は、第１の信号処理回路６と、第２の信号処理回路５とに対して、互いに同一の周波数を有する動作クロックをそれぞれ供給する。

第１の信号処理回路６を構成する各回路ブロック（６０３−１〜６０３−ｍ）と、第２の信号処理回路５を構成する各回路ブロック（５０３−１〜５０３−ｎ）とは、いずれも同一の周波数発生源２０１で生成された単一の信号に基づいた動作クロックに応じて、それぞれ互いに同期して動作する。すなわち、この合成位置データは、周波数発生源２０１で生成された単一の信号に基づいた動作クロックに応じて同期して動作する第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算出される。

ここで一般的に、各エンコーダの信号処理回路の動作クロックの周波数に差が生じると、各エンコーダの信号処理回路によって検出される複数の角度位置を合成した合成位置データには角度位置の周期的変動（うなり）が生じることがある。このうなりは、たとえば、動作クロックの周波数の差が、時間経過によらず一定である場合においても、時間経過とともに変動する場合においても同様に生じることがある。さらに、うなりの周波数が、可聴周波数範囲である場合には、うなりの発生に伴って異音などが発生することがある。

一方、本実施形態によれば、エンコーダシステムＥＮＣは第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とに供給される動作クロックの差が発生しないため、合成位置データに上述のような、うなりが発生することを防ぐことができる。これにより、エンコーダシステムＥＮＣはモータ１を高精度に制御することができる。さらに、エンコーダシステムＥＮＣは、このうなりを原因とする異音などの発生を防ぐ（低減する）ことができる。

また、このエンコーダシステムＥＮＣを備える駆動装置ＤＲは、駆動する対象を高精度に制御することができる。さらに、駆動装置ＤＲは、うなりを原因とする異音などの発生を防ぐ（低減する）ことができる。

また、図６に示すように、このエンコーダシステムＥＮＣを備える駆動装置ＤＲは、産業用ロボットやサービスロボットなどのロボットシステムに適用することができる。次に、その適用例について説明する。
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。

駆動装置ＤＲ２は、アーム部１０２を駆動させ、駆動装置ＤＲ１は、アーム部１０２に設けられてアーム部１０１を駆動させる。駆動装置ＤＲ２は、支柱１０３を介して台座１０４に固定されている。この台座１０４は、たとえば車輪などを備えており、水平方向に移動可能であってもよい。

なお、駆動装置ＤＲ１と接続されない側のアーム部１０１の端部は、たとえば、作業対象に対して機械的な作用を生じさせる手先部が備えられる。この手先部とは、たとえば、作業対象を挟持する挟持部、作業対象を溶接する溶接部、作業対象を切断する切断部、または、作業対象であるネジやボルトを開閉する開閉部などのことである。なお、アーム部１０１自体が、このような手先部そのものであってもよい。

制御装置１０５は、信号線１０６を介して入力された駆動装置（ＤＲ１、ＤＲ２）の回転位置に基づいて、駆動装置（ＤＲ１、ＤＲ２）を制御する。これにより、アーム部（１０１、１０２）の回転位置が制御され、アーム部１０１の端部に備えられる手先部の位置が制御される。なお制御装置１０５は、制御線１０７を介して、駆動装置（ＤＲ１、ＤＲ２）を制御する。また、この制御装置１０５は、制御線１０７を介して、手先部を制御してもよい。

以上のように、ロボットシステムＲＢＴは、上記で説明した駆動装置ＤＲ（ＤＲ１、ＤＲ２）を備えている。そのため、ロボットシステムＲＢＴは、エンコーダシステムＥＮＣと同様の効果を得ることができる。つまり、ロボットシステムＲＢＴは、アーム部（１０１，１０２）を高精度に制御することができる。さらに、ロボットシステムＲＢＴは、うなりを原因とする異音などの発生を防ぐ（低減する）ことができる。

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、磁気式のエンコーダであってもよいし、光学式のエンコーダであってもよい。
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。

なお、上記の説明においては、第２の位置データ検出回路５０と第２の位置データ補正回路６２とはそれぞれ異なるユニットに備えられる構成として説明したが、この第２の位置データ検出回路５０が第２の位置データ補正回路６２を含む構成としてもよい。これにより、エンコーダシステムＥＮＣの用途や設置形態に応じてエンコーダシステムＥＮＣに必要なユニットを適切に構成することができる。

なお、図１においては動作クロック供給部１５を、第１のエンコーダ３及び第２のエンコーダ４とは異なる独立したユニットが備える構成として説明したが、第１のエンコーダ３または第２のエンコーダ４のいずれかが動作クロック供給部１５を備える構成としてもよい。これにより、エンコーダシステムＥＮＣの構成に必要なユニット数を減らすことができるため、エンコーダシステムＥＮＣを小型化することができる。

なお、駆動装置ＤＲは動力伝達装置２を備えていない構成であってもよい。つまり、図１において、第１のエンコーダ３と、第２のエンコーダ４とのいずれもがモータ１の回転軸の回転を検知する構成としてもよい。これにより、エンコーダシステムＥＮＣは複数のエンコーダによって冗長化することができるため、エンコーダシステムＥＮＣの信頼性を高くすることができる。なお、本実施形態における駆動装置ＤＲは、中空部を有する入力軸１０と、その中空部に挿入され軸方向のモータ１側へ延伸させた出力軸１１と、を備える構成にして、該中空部を介して延伸させた出力軸１１の端部側に第２のエンコーダ４を設ける構成としてもよい。また、駆動装置ＤＲは、配線などを通すために、出力軸１１を中空に形成する構成としてもよい。

なお、上述した伝達比情報記憶部５６と伝達比情報記憶部６６、第１の分解能記憶部５７と第１の分解能記憶部６７、及び、第２の分解能記憶部５８と第２の分解能記憶部６８には、それぞれ、同一の情報が記憶される。そこで、伝達比情報記憶部５６と伝達比情報記憶部６６、第１の分解能記憶部５７と第１の分解能記憶部６７、及び、第２の分解能記憶部５８と第２の分解能記憶部６８を、それぞれ、一体として構成して、第１の信号処理回路６または第２の信号処理回路５のうちいずれか一方、または、エンコーダシステムＥＮＣの第１の信号処理回路６と第２の信号処理回路５とは異なる回路ブロックが有するようにしてもよい。そして、第１の信号処理回路６及び第２の信号処理回路５は、これら一体とした記憶部から、それぞれ読み出すようにしてもよい。これにより、回路規模を小さくすることができるため、エンコーダシステムＥＮＣの小型化ができる。

なお、図１においては第１のエンコーダ３は第１の信号処理回路６を含み、第２のエンコーダ４は第２の信号処理回路５を含む構成として説明したが、第１の信号処理回路６は第１のエンコーダ３と異なるユニットが備える構成としてもよく、第２の信号処理回路５は第２のエンコーダ４と異なるユニットが備える構成としてもよい。これにより、エンコーダシステムＥＮＣの用途や設置形態に応じてエンコーダシステムＥＮＣに必要なユニットを適切に構成することができる。

なお、エンコーダシステムＥＮＣは、動作クロック供給回路２０２によって供給される動作クロックを分周した信号に応じて第１の信号処理回路６は入力軸１０の角度位置を検出し、または動作クロック供給回路２０２によって供給される動作クロックを分周した信号に応じて第２の信号処理回路５は出力軸１１の角度位置を検出す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。

なお、図３においては動作クロック供給部１５に動作クロック供給回路２０２を有する構成として説明したが、動作クロック供給回路２０２を介さずに、周波数発生源２０１から動作クロックを第１の動作クロックバッファ６０１及び第２の動作クロックバッファ５０１に対して供給してもよい。これにより、動作クロック供給部１５を小型化することができる。また、第１の動作クロックバッファ６０１及び第２の動作クロックバッファ５０１において周波数発生源２０１から供給される信号を分周した周波数である動作クロックをそれぞれ生成してもよい。これにより、各回路に必要な処理速度に応じて適切な周波数とした動作クロックを各回路に対して供給することができる。

なお、図３における第１の信号処理回路６及び第２の信号処理回路５を構成する各回路は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。

なお、この第１の信号処理回路６及び第２の信号処理回路５を構成する各回路は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、この第１の信号処理回路６及び第２の信号処理回路５を構成する各回路はメモリ及びＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、第１の信号処理回路６及び第２の信号処理回路５を構成する各回路の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１…モータ、２…動力伝達装置、３…第１のエンコーダ、４…第２のエンコーダ、５…第２の信号処理回路、６…第１の信号処理回路、６Ａ…第１の検出信号処理回路、６Ｂ…第２の検出信号処理回路、８…コントローラ、１０…入力軸、１１…出力軸、１５…動作クロック供給部、１６…第１の動作クロック供給線、１７…第２の動作クロック供給線、５２…第２の位置検出回路、６１…第１の位置データ検出回路、６３…位置データ合成回路、２０１…周波数発生源、２０２…動作クロック供給回路、５０１…第２の動作クロックバッファ、５０２…第２のクロックバス、６０１…第１の動作クロックバッファ、６０２…第１のクロックバス、ＥＮＣ…エンコーダシステム、ＤＲ…駆動装置、ＲＢＴ…ロボットシステム

Claims (6)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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