JP6594330B2 - 回転角センサ - Google Patents

Description

本発明は、回転角センサの分野に関する。回転角センサは、回転する構成部材、例えば駆動軸又は出力軸、の角度位置を正確に求めるために、駆動技術において極めて広範に使用されている。

一般に、回転角センサは２つのタイプに区別される。絶対値センサは、監視される構成部材の角度位置、即ち、基準位置に対して相対的な構成部材の向き、を直接的に表す出力信号を供給するものである。増分センサは、簡単且つ廉価であると共に、同じ大きさにおいて、絶対値センサよりも良好な分解能を達成するものであるが、運動にしか応答しない。よって増分センサは、回転可能な構成部材の角度変化を容易に測定することに適している。角度位置を検出するためには、まず最初に構成部材を基準位置に方向付け、次いで基準方向から注目する角度位置への角度変化を検出する必要がある。

基準位置への到達は、例えば米国特許出願第６７９１２１９号明細書に記載されたように、監視される構成部材が減速伝動装置を介して駆動されていると、特に時間がかかる。減速伝動装置の入力軸が基準位置に到達することでは十分でない。それというのも、伝動装置伝達比がｉである場合に、この基準位置ｉには、監視される構成部材の複数の異なる位置が対応し得るからである。監視される構成部材自体を基準位置にもたらすためには、入力軸をｉ回転まで回転させることが必要な場合がある。
欧州特許出願公開第０４１３１８０号明細書には、伝動装置を介して結合された２つの回転可能なディスクを備える回転センサが開示されている。第１のディスクは、共に回転するマークを有しており、第２のディスクは、共に回転するスパイラル状の参照走査フィールドを有している。第１のディスクが全回転する毎に、参照信号が発生させられる。更に、両ディスクの回転時に、両ディスクは、マークと参照走査フィールドとが交差する位置に達する。この瞬間をセンサが検出して、別の参照信号を発生させる。両参照信号に基づいて、第１のディスクの絶対的な角度測定値を求めることができる。
欧州特許出願公開第０２０１１０６号明細書の文献には、伝動装置を介して結合された２つの軸を備える回転センサが開示されており、前記軸はそれぞれ、共に回転するマークを有している。両マークを同時に解析することにより、両軸の唯一の出力位置において、一致インデックス信号が生ぜしめられる。前記出力位置には、伝動装置伝達比に相応して、入力軸が１６周全回転して初めて再到達する。１６回転する間に生じる両軸の別の回転角一致は、検出され得ない。

本発明の１つの課題として、特に減速伝動装置を介して駆動される構成部材の角度位置の検出に適していると共に、構成部材の角度位置を絶対的に表すことができるようにするために、減速伝動装置の入力軸の少ない回転しか必要としない、簡単に構成される回転角センサを提供することがある。更に、この回転角センサは、角度位置を求めるために必要な信号を送る、個別に形成された複数のセンサの使用が可能であるように構成されていることが望ましい。

この課題は、第１の軸の角度位置を検出するための回転角センサであって、前記第１の軸と共に回転可能な第１のマークと、前記第１の軸に対して一定の比率で回転する第２の軸と、該第２の軸と共に回転可能な第２のマークと、前記第２の軸の角度位置を検出する手段と、前記第１のマークと前記第２のマークとの回転角一致を検出する手段とを備えており、この場合、前記第１のマークと前記第２のマークのうち、一方はセンサであり且つ他方は前記センサにより検出可能である、回転角センサにより解決される。

第１の軸が減速伝動装置の出力部に配置されており、且つ第２の軸が入力部に配置されている場合、第１の軸が全回転する度に、第１のマークと第２のマークとは複数回一致し、第１の軸の生じ得る各角度位置は一義的に、第１のマークと第２のマークとが一致するまでの角距離と、第２の軸が既知の角度位置にある、減速伝動装置の配置に到るまでの角距離とにより特徴付けられている。よって、第１の軸の未知の角度位置から出発して、各軸は、前記一致と第２の軸の角度位置の両方が検出されるまで回転すれば十分であり、これにより、第１の軸の角度位置を表すことができるようになっている。

第２の軸の角度位置を検出する手段は、角度位置を直接的に求めることができる絶対値センサを有していてよい。このような絶対値センサは、例えば回転する磁石片を備えたホールセンサとして形成されていてよく、ホールセンサは、磁石片とホールセンサとの間に生じる磁界の方向から、軸の角度位置を求める。つまり、角度位置を検出するために、軸の回転を必要としない。第１の軸において直接に、その角度位置を検出するために使用するためには、絶対値センサの分解能は極度に低いことが多く、絶対値センサがそれ自体のみで、減速比ｉを有する減速伝動装置の入力軸に使用された場合には、出力軸の角度位置ｉは入力軸の同じ角度位置に相応するので、互いに区別することができない。しかしながら、回転角一致を検出する手段と組み合わせることにより、このような多義性を解析して、出力軸に直接に配置された絶対値センサを用いて可能になるよりもｉ倍良好な精度で、出力軸の角度位置を求めることが可能になる。

但し、第２の軸の角度位置を、０〜３６０°の値の範囲内で求めることができれば十分である。よって、廉価で簡単に実現され得る択一的な構成では、第２の軸の角度位置を検出する手段に、第２の軸と共に回転可能な第３のマーク、位置固定の第４のマーク、及び第３のマークの、第４のマークの周辺通過を検出する手段が含まれていてよい。

各軸と共に回転可能な前記マークは、それぞれ各軸に直接に取り付けられていてよい。但し、任意の補助伝動装置を介して軸に連結することも考えられる。

第２のマーク及び第３のマークが同じ軸に連結されている場合、第２のマークと第３のマークとは同一であってもよい。

一般に位置固定の第４のマークが存在する場合、第４のマークは、典型的には第３のマークの、第４のマークの周辺通過を検出することに適したセンサであろう。

有利には、センサとして形成されたマークは磁界センサであり、検出されるべきマークは磁石である。

第３のマークと第４のマークのうち、一方がセンサであり且つ他方が前記センサにより検出可能である場合、センサの出力は、第２の軸の回転角の周期関数であることが望ましく、この場合、関数の基本周期は、第２の軸の１回転に相当することが望ましい。これにより、信号に別の情報又はノイズが含まれていたとしても、この信号で第３のマークの通過が明確に識別可能であること、又は別のマークが存在する場合には、別のマークの、第４のマークの周辺通過と、第３のマークの通過とを明確に区別することができる、ということが保証されている。

既に上述した、第１の軸と第２の軸とを互いに連結する伝動装置は、それ自体が回転角センサの一部であってよい。

好適には、伝動装置は、第１の軸と第２の軸との間でスリップ無しの伝達を可能にする、形状接続（形状による接続、例えば係合）的な伝動装置として形成されている。

好適には、伝動装置は、減速伝動装置として形成されており、伝動装置の出力軸は、伝動装置伝達比に相応して、伝動装置入力軸よりも低速で回転する。

伝動装置は、任意の構成形式であってよい。例えばロボットアームに取り付けるために好適なのは、軸対称の構成を有する伝動装置又はリングギヤ伝動装置である。このような伝動装置、例えば遊星歯車伝動装置、又は滑りくさび式伝動装置若しくはハーモニックドライブ（登録商標）‐伝動装置、の場合は、１つの伝動装置要素が内側歯列を有しており、内側歯列には、別の伝動装置要素の歯列が噛み合っている。リングギヤは、伝動装置のケーシングに固定的に結合されていてよい。このことは、ロボットアームにおける特に省スペース式の取付けを可能にする。

遊星歯車伝動装置又はハーモニックドライブ‐伝動装置は、好適には２軸運転で作動し、この場合、前記伝動装置の軸のうちの２つが、回転角センサの第１の軸と第２の軸として働き、第３の軸は固定されている。

有利には、第１の軸と第２の軸とは同軸的に位置合わせされている。この場合、両軸の端面は、互いに反対の側に位置しており、一方の端面には第１のマークが配置され且つ他方の端面には第２のマークが配置されてよい。これにより、特に構成空間が最適化された配置形式が達成される。よって、手間のかかる取付け構造は省くことができる。

伝動装置の伝達比、即ち第１の軸が１回転するために必要とされる、第２の軸の全回転の数は、ｉで表されており、この場合、正の値のｉは、双方の軸の同一方向の回転に関し、負の値のｉは、逆方向の回転に関する。

上で既に述べたように、第１のマークと第２のマークのうち、一方がセンサであり且つ他方が前記センサにより検出可能である場合には、センサの出力が、第１の軸の回転角の周期関数であることが望ましく、この場合、一致を明確に識別することができるようにするために、前記関数の基本周期｜ｉ−１｜を、第１の軸の１回転に割り当てることが望ましい。

更に回転角センサは、有利には、回転角一致を検出する手段からの一致信号と、通過を検出すると共に、一致信号受信と通過信号受信との間に進んだ回転角に基づき角度位置を求める手段からの通過信号とを受信する、評価ユニットを有している。

第２の軸の相対的な回転角を求めるために、回転角センサは相応のセンサを有している。相対的な回転角の検出は、第１の軸において間接的に、又は好適には第２の軸において直接的に行うことができる。センサとしては、例えば増分センサが使用可能である。本発明の特に有利な実施形態は、第２の軸の角度位置を検出する手段が絶対値センサを有している限りは、この絶対値センサを同時に、相対的な回転角を求めるためにも利用することを想定している。

本発明による回転角センサは、好適にはロボットに使用される。このロボットは、互いに旋回可能な少なくとも２つの腕部分を有していてよく、これらの腕部分のうち、一方は第１の軸と相対回動不能に結合されており、且つ他方は伝動装置のケーシングと相対回動不能に結合されており、これにより、回転角センサによってロボットの姿勢を正確に求めることができるようになっている。

本発明の別の特徴及び利点は、添付の図面に関する以下の実施例の説明から明らかである。

ロボットを示す図である。 回転角センサの概略的な構成を示す図である。 レゾルバの導体路の部分図である。 択一的な実施形態の回転角センサの概略的な構成を示す図である。 ハーモニックドライブ（登録商標）‐伝動装置を備えた回転角センサの概略的な構成を示す図である。 回転角センサの原理図である。 信号からの回転角検出に関する線図である。 回転角センサの作動方法のフローチャートである。 入力軸と出力軸の回転方向が同じ伝動装置に関して、入力軸の回転角にわたって示された一致信号と通過信号とを表す線図である。 入力軸と出力軸の回転方向が逆の伝動装置に関して、入力軸の回転角にわたって示された一致信号と通過信号とを表す線図である。

図１にはロボット１００が示されている。ロボット１００は、それぞれ旋回可能に互いに結合された複数の腕部分、ここでは基部１０１と、下腕部１０３と、上腕部１０５と、器具１０７と、３つのアングル部材１０２，１０４，１０６とを有している。各アングル部材１０２，１０４，１０６はそれぞれ、互いに直交する２つの軸線１１０を中心として旋回可能に、２つの隣接する腕部分１０１と１０３、１０３と１０５、若しくは１０５と１０７とに結合されている。器具１０７自体は、器具１０７の軸部とエンドエフェクタ１０９とを枢着式に結合するアングル部材１０８を有している。図示のロボットの構成では、軸線１１０のうちの３つが図平面に対して垂直であり、その他の軸線は、特に腕部分１０１，１０３，１０５の長手方向にそれぞれ延びている。

図２には、回転角センサ１と、その周辺とが概略的に示されている。このような回転角センサ１は、ロボット１００の各個別の軸線１１０に接して設けられていてよい。以下、例として、下腕部１０３の方位の向きを監視するために、回転角センサ１が基部１０１と下方のアングル部材１０２との間に配置されているケースを考察する。

アングル部材１０２のケーシング２０にはモータ２３が固く結合されており、これにより回転角センサ１の入力軸２１が駆動されるようになっている。入力軸２１には円盤２２が取り付けられている。円盤２２は、ここでは２つの磁石６，７の形態、又は円盤２２の両側に磁界が広がる単一の磁石の形態の、２つのマーク２，３を有している。別のマーク４が、ケーシング２０に接して不動の位置に取り付けられたセンサ８、例えばホールセンサ、により形成されており、これにより入力軸２１が１回転する毎に１回、磁石６の通過を検出することができるようになっている。

増分センサ１０は、ケーシングに固定されたセンサ１１と、円盤２２の周囲に均等に配分されてセンサ１１により検出可能な多数のマーク１２とを有している。

センサ８が磁石６の通過を検出すると直ちに、入力軸２１の角度位置が判明し、入力軸２１の引き続く回転は、増分センサ１０から供給されるパルスに基づいて定量的に追跡することができる。同じ目的に関して、センサ８と増分センサ１０とは、単独の絶対値センサにより代替可能でもある。絶対値センサの出力信号が所定の値を取ると、例えばゼロを通過すると、このことは、通過の検出と同一視することができる。出力信号の引き続く発生に基づき、軸２１の引き続く回転を監視することができる。

入力軸２１の、片持ち式に支持された一方の端部には、遊星歯車伝動装置１０の太陽歯車２７が位置している。遊星歯車伝動装置１０のリングギヤ３０は、ケーシング２０に固く結合されている。キャリヤ２８により保持された複数の遊星歯車２９が、太陽歯車２７とリングギヤ３０とに噛み合っている。キャリヤ２８は、出力軸２４と固く結合されている。入力軸２１がｉ回、全回転する毎に、出力軸２４を１回転駆動するようになっている。

キャリヤ２８は、各１つの遊星歯車２９が支持された複数の軸ピンを有している。これらの軸ピンのうちの１つは、円盤２２に面した先端に、別のセンサ９の形態のマーク５を有しており、センサ９は、磁石７に小さな間隔を置いて対向して位置した場合に、磁石７を検出するように設けられている。

キャリヤ２８に、周方向において均等に配分された複数のマーク１３は、ケーシングに固定されたセンサ１４と一緒に、別の増分センサ１５を形成している。

センサ８，９，１１，１４の出力は、評価ユニット２５により受信される。評価ユニット２５は、ケーシング２０に固定されたセンサ８，１１，１４に、固定配線により接続されていてよい一方で、センサ９との通信用には、スリップリング又は無線インタフェース２６、例えばＲＦＩＤインタフェース、が設けられている。ＲＦＩＤインタフェースは、評価ユニット２５に対するセンサ９の出力伝送だけでなく、センサ９への作動エネルギの供給をも可能にする。

ここで考察したケースでは、評価ユニット２５はモータ２３にも接続されていて、その回転を制御する。つまり、評価ユニット２５はモータ２３の回転方向を「識別する」ので、任意に定められた開始時点から進んだ回転角を、前記開始時点からセンサ１１，１４のうちの１つにより供給される信号パルスを回転方向に応じてカウントアップ又はカウントダウンすることにより、求めることができる。このケースでは、両増分センサ１５，１０のうちの一方が冗長的であり、この冗長的な増分センサは、ロボット１００の機能を損なうことなく省くこともできる。

本発明の有利な構成は、増分センサ１５及び／又は１０を、レゾルバにより代替することを想定している。このようなレゾルバは、図３に概略的に示されている。レゾルバは、監視されるべき軸と一緒に回転可能な、例えば円盤２２上で軸２１に対して同軸的な円軌道の周りに整数ｎの周期で振動するように延在している導体路１６と、この導体路１６と同じ周期数ｎで、しかし１／４周期だけ互いに位相をずらされて振動するように延在している２つの位置固定の導体路１７，１８とを有している。導体路１６における交流電流は、振幅が導体路１６，１７，１８間の位相ずれに左右される導体路１７，１８に、交流電圧を誘起する。ここでは、導体路１６の各個別の周期１９は、前記マーク１３又は１２のうちの一方と同一視することができ、センサ１１又は１４として働く導体路１７，１８のうちの一方と正確に同位相になると、導体路１７，１８のうちの一方に最大電圧を誘起する。導体路１６が３６０°回転する毎に、前記のような位相の一致がｎ回生じ、これにより、従来の増分センサの場合と同様に、１回転毎にｎパルスが導出され得るようになっている。誘起される振幅は、角度位置と共に連続して変化するが、２つの位相一致箇所間で角度位置を定量的に見積もることもできる。

図４には、回転角センサ１が第１及び第２のマーク３，５の択一的な配置形式と共に、概略的に示されている。この変化態様は特に、第１及び第２の軸２４，２１の端面が向かい合うように配置されている場合に適している。この場合、マーク５は第１の軸２４の端面に取り付けられていてよく、且つマーク３は第２の軸２１の端面に取り付けられていてよく、これにより、より高いコンパクト性が得られるようになっている。ここで、マーク３，５のいずれがセンサであり、いずれがこのセンサにより検出されるのかは重要でない。その他の構成は、図２に示した構成と同様に形成されていてよい。

図５には、図４に示した回転角センサ１の有利な構成が示されており、この回転角センサ１では遊星歯車伝動装置が、ハーモニックドライブ（登録商標）‐伝動装置により代替された。第２の軸２１の端部には、いわゆる「フレックススプライン」３３を駆動する「ウェーブジェネレータ」３２が位置している。「フレックススプライン」３３の外側歯列３３’は、リングギヤ３０の内側歯列と噛み合っている。キャリヤ２８は、「フレックススプライン」３３と第１の軸２４との間の相対回転不能な結合を生ぜしめている。図４に示した構成と同様に、センサ７はやはり、第１の軸２４の端面に配置されていてよく、磁石６は第２の軸２１の端面若しくはキャリヤ２８に配置されていてよい（又は逆に、センサ７は第２の軸２１の端面若しくはキャリヤ２８に配置されていてよく、磁石６は第１の軸２４の端面に配置されていてよい）。

図６には回転角センサ１が、通過並びに回転角一致を検出する機能形式をより詳しく説明するために原理図で示されている。この図面には、同軸的に配置された第１及び第２の軸２４，２１を軸方向に見たところが示されている。両軸２１，２４はそれぞれ、マーク２と４とが合致すると同時に、マーク３と５とが合致する角度位置を占めている（実線で示すマークを参照）。即ち、通過と回転角一致とが同時に生じている。この位置は、第１の軸２４の基準位置を規定するものである。第１の軸２４の回転角ω_１は、前記基準位置からの偏差として表すことができる。これに相応して、第２の軸２１の回転角ω_２も、前記基準位置からの偏差として表すことができる。

基準位置としての図示の位置の選択は、純粋に任意であり、その容易な識別性によるものである。基本的には、軸２１，２４の他の如何なる角度位置も、基準位置として定められてよい。

第２の軸２１が回転軸線１１０を中心として回転すると、第１の軸２４は、伝動装置伝達比ｉに相応して一緒に回転する。伝動装置１０の構成形式に応じて、第１の軸２４は軸２１と同じ方向に回転可能である（即ち、ｉは正である）か、又は逆方向に（即ち、ｉは負である）に回転可能である。両軸が同じ方向に、例えば時計回りに回転する場合、第３のマーク２は、第２の軸２１が１周して全回転すると、再び第４のマーク４と合致する。第４のマーク４の周辺を第３のマーク２が通過したことは、例えばセンサ８として形成された第４のマーク４等の適当な手段によって検出され、通過信号Ｓ_Ｄが、評価ユニット２５に伝送される。引き続き全回転する度に、やはり通過信号Ｓ_Ｄが検出される。

第１の軸２４に位置する第１のマーク５は、第２の軸２１が１周して全回転すると、ω_２＝ｉ・ω_１に基づき、全回転分のｉ（ｉ／３６０°）だけ、更に回転した。よって、第２の軸２１に位置する第２のマーク３が、第１の軸２４に位置する第１のマーク５に追いつくと（図６に破線で示すマークを参照）、次の一致信号Ｓ_Ｋが検出される。マーク３，５の一致は、例えばセンサ９として形成された第１のマーク５等の適当な手段によって検出され、一致信号Ｓ_Ｋは、評価ユニット２５に伝送される。この原理は、両軸の引き続く回転で以て、第１の軸２４の基準位置が再び生じるまで継続される。

両軸２１，２４が逆方向に、例えば第１の軸２４が時計回りに回転し、且つ第２の軸２１は反時計回りに回転する場合には、基準位置から出発して、まず最初に回転角一致が生じ（破線で示すマーク）、次いで第３のマーク２が第４のマーク４と合致する。

理想的には、前記信号Ｓ_Ｋ，Ｓ_Ｄはパルス状である、即ち、これらの信号が零入力値からの偏差に基づき通過若しくは一致を示す角度範囲は、点状と解釈され得る程小さい。このことは、実際には当てはまらないことが多い。その代わり、前記信号が零入力値とは異なる角度範囲は、マーク１２又は１３間の角距離より何倍も大きいことがあり、これにより、通過若しくは一致の最中に複数のパルスが、増分センサ１１若しくは１５のセンサ１１又は１４から生じることがある。

図７には、軸２１又は２４の回転角ωの関数としての信号Ｓ_Ｋの、前記のような推移が例示されており、この場合、増分センサ１１又は１５の複数のパルスが複数の狭幅な垂直線により、ω_ｓにおけるＳ_Ｋの最大値の両側で象徴化されている。

最も簡単なケースでは、評価ユニット２５が正にこの信号最大値の角度を、一致角度として確定する。

択一的に、評価ユニット２５は、曲線Ｓ_Ｋの下側で且つ任意に規定可能な直線Ｓ_０の上側に位置する面積の面重心ＦＳＰを求めることができる。この場合、一義的な角度ω_ｓが面重心ＦＳＰの角度値から得られ、一般に、

で算出され、この場合、積分はその都度、曲線Ｓ_Ｋと直線Ｓ_０との一方の交点から、他方の交点まで延びている。これにより、各一致信号Ｓ_Ｋと各通過信号Ｓ_Ｄとに関して、一義的な角度ω_ｓを求めることができる。

以下の説明部分では、基準位置に対する第１の軸２４の角度位置を求める方法を説明する。この方法の個々のステップは、図８に示されている。図９には、例として選択された伝動装置伝達比ｉ＝１５を有する回転角センサに関して、回転角ωにわたって生ぜしめられる通過と回転角一致とが図示された線図が示されている。線図の縦座標には、基準位置４７を起点として、第２の軸２１の全回転の数ｊが示されている。横座標には、全回転の角度範囲ωが０°〜３６０°まで示されている。基準位置にはｊ＝０、ω＝０が当てはまる。第２の軸２１が、基準位置４７から出発して１周全回転すると、ｊ＝１、ω＝０のところで再び通過信号が検出される。各軸が引き続き回転し、その際に第１の軸２４が第２の軸２１に追いつかれると、ｊ＝１、ω＝３６０°／（ｉ−１）＝約２５．７°において、回転角一致が生じる。通過信号は、ω＝０になる度に生じる。別の回転角一致は、ｊ＝ｎ、ω＝ｎ×３６０°／（ｉ−１）において、その都度生じる。

前記方法は、評価ユニット２５により実施される。方法開始時には、第１の軸２４の角度位置ω_１は不明であり、この角度位置ω_１は、例えば図９に示す点４０又は４４に対応していてよい。同様に、第２の軸２１の角度位置ω_２も不明である。この方法は、ステップＳ１で以て開始される。ステップＳ１では、通過信号Ｓ_Ｄが存在するか否かを調べる。通過信号Ｓ_Ｄが存在しない場合には、ステップＳ２で一致信号Ｓ_Ｋが存在するか否かを調べる。一致信号Ｓ_Ｋも存在していない場合には、第１の軸２４が回転させられ（ステップＳ３）、通過信号Ｓ_Ｄを受信する（ステップＳ１）か、又は一致信号Ｓ_Ｋを受信する（ステップＳ２）まで、ステップＳ１及びＳ２の読出しを繰り返す。

ステップＳ１で通過信号Ｓ_Ｄを受信すると、ステップＳ４で、同時に一致信号Ｓ_Ｋが存在するか否かを調べる。

同時に一致信号Ｓ_Ｋが存在するということは、第１の軸２４に位置する第１のマーク５の角度位置ω_１は、第４のマーク４とも合致しているということである。つまり、第１の軸２４は、その基準位置４７に位置している。よって評価ユニット２５がステップＳ５において、第１の軸２４の回転角をゼロ（ω_１＝０）に決定して、当該方法は終了する。

ステップＳ１で通過信号Ｓ_Ｄ，４１を受信したが、ステップＳ４で同時に一致信号Ｓ_Ｋを受信しなかった場合には、ステップＳ６でカウンタが初期化される。次いで評価ユニット２５が、増分センサ１０からパルスを受信する度にカウンタを進めることにより、回転する第２の軸２１の回転角を測定する（ステップＳ７）。一致信号Ｓ_Ｋ，４２を受信する（ステップＳ８）と直ちに、評価ユニット２５は測定を終了する。この場合、カウンタの値αは、第２の軸２１が通過信号Ｓ_Ｄ，４１の受信を起点として、一致信号Ｓ_Ｋ，４２の受信までに進んだ回転角に対応している。

このカウント値αに基づいて、評価ユニット２５は第１の軸２４の回転角ω_１を求める（ステップＳ９）。意外にもこの回転角ω_１はカウント値αに等しい、即ち、ω_１＝αである。これで当該方法は終了する。

最初にステップＳ１で通過信号Ｓ_Ｄは受信しなかったが、ステップＳ２で一致信号Ｓ_Ｋ，４５を受信した場合には、ステップＳ１０で評価ユニット２５がやはりカウンタを初期化する。評価ユニット２５は、第２の軸２１が回転している間に増分センサ１０から送信されるパルスを検出し（ステップＳ１１）、パルスを受信する毎に、カウンタを進める。評価ユニット２５は、通過信号Ｓ_Ｄ，４６を受信すると直ちに測定を中断する（ステップ１２）。この時点で到達したカウンタのカウント値βは、第２の軸２１が一致信号Ｓ_Ｋ，４５の受信から出発して、通過信号Ｓ_Ｄ，４６の受信までに進んだ回転角を表している。

前記カウント値βに基づいて、評価ユニット２５は第１の軸２４の回転角ω_１を求める（ステップＳ１３）。このために評価ユニット２５は、まず最初に第１の軸２４が回転角一致Ｓ_Ｋ，４５の瞬間に取っていた回転角を求める。この回転角は、３６０°からカウント値βを差し引いて得られる。

但し、回転角一致Ｓ_Ｋ，４５の位置から出発して、第２の軸２１は角度βだけ、更に回転させられた。その結果、伝動装置の伝達比はｉなので、第１の軸２４は回転角一致からβ／ｉだけ、更に回転したことになる。よって数学的表記では、回転角は

で得られる。これで当該方法は終了する。

前記方法を用いて第１の軸の回転角ω_１を一度求めてからは、第１の軸の回転角ω_１を増分センサ１５，１０のパルスに基づき継続して最新に保つことができる。

更に、評価ユニット２５は同様に、第１の軸２４の最新の基準位置４７から測定して第２の軸２１が進んだ角度も求めることができる。それというのも、ω_２＝ｉ×ω_１の関係が不変に当てはまるからである。

当該方法は、同じ方向に回転する軸２１，２４（図９参照）を備えた伝動装置１０と、逆方向に回転する軸２１，２４（図１０参照）を備えた伝動装置１０の両方に対して実施され得る。上で説明した方法は、同じ方向に回転する軸を備えた伝動装置に関するものであった（ｉ＝１５）。当該方法は、逆方向に回転する軸を備えた回転角センサにも同様に転用可能なので、この場合は、伝動装置伝達比ｉ＝−１５において相応する有効な信号が示された図１０だけを参照されたい。

１ 回転角センサ
２ マーク
３ マーク
４ マーク
５ マーク
６ 磁石
７ 磁石
８ センサ
９ センサ
１０ 増分センサ
１１ センサ
１２ マーク
１３ マーク
１４ センサ
１５ 増分センサ
１６ 導体路
１７ 導体路
１８ 導体路
１９ 周期
２０ ケーシング
２１ 軸
２２ 円盤
２３ モータ
２４ 軸
２５ 評価ユニット
２６ 受信器
２７ 太陽歯車
２８ キャリヤ
２９ 遊星歯車
３０ リングギヤ
３１ 伝動装置
３２ ウェーブジェネレータ
３３ フレックススプライン
４０ 未知の角度位置
４１ 通過信号
４２ 一致信号
４４ 未知の角度位置
４５ 一致信号
４６ 通過信号
４７ 基準位置
１００ ロボット
１０１ 基部
１０２ アングル部材
１０３ 下腕部
１０４ アングル部材
１０５ 上腕部
１０６ アングル部材
１０７ 器具
１０８ アングル部材
１０９ エンドエフェクタ
１１０ 軸線

Claims (15)

1. 第１の軸（２４）の角度位置を検出するための回転角センサ（１）であって、前記第１の軸（２４）と共に回転可能な第１のマーク（５）と、前記第１の軸（２４）に対して一定の比率で回転する第２の軸（２１）と、該第２の軸（２１）と共に回転可能な第２のマーク（３）と、前記第２の軸（２１）の角度位置を検出する手段と、前記第１のマーク（５）と前記第２のマーク（３）との回転角一致を検出する手段とを備えている回転角センサ（１）において、
   前記第１のマーク（５）と前記第２のマーク（３）のうち、一方（５）はセンサ（９）であり、且つ他方（３）は前記センサ（９）により検出可能であることを特徴とする、第１の軸の角度位置を検出するための回転角センサ。
2. 前記第１のマーク（５）と前記第２のマーク（３）のうち、それぞれ一方は磁石（７）であり、且つ他方は磁界センサ（９）である、請求項１記載の回転角センサ。
3. 前記第２の軸（２１）の角度位置を検出する手段には、前記第２の軸（２１）と共に回転可能な第３のマーク（２）、位置固定の第４のマーク（４）、及び前記第３のマーク（２）の、前記第４のマーク（４）の周辺通過を検出する手段（２５）が含まれている、請求項１又は２記載の回転角センサ。
4. 前記第３のマーク（２）と前記第４のマーク（４）のうち、一方（４）はセンサ（８）であり且つ他方（２）は前記センサ（８）により検出可能であり、前記センサ（８）の出力は、前記第２の軸（２１）の回転角の周期関数であり、該周期関数の基本周期は、前記第２の軸（２１）の１回転に相当する、請求項３記載の回転角センサ。
5. 前記第２の軸の角度位置を検出する手段は、絶対値センサを有している、請求項１又は２記載の回転角センサ。
6. 前記第１の軸（２４）と前記第２の軸（２１）とは、伝動装置（３１）を介して回転結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の回転角センサ。
7. 前記伝動装置（３１）は、形状接続的な伝動装置である、請求項６記載の回転角センサ。
8. 前記伝動装置（３１）は、減速伝動装置である、請求項６又は７記載の回転角センサ。
9. 前記伝動装置（３１）は、リングギヤ伝動装置である、請求項６から８までのいずれか１項記載の回転角センサ。
10. 前記軸（２１，２４）は、それぞれ同軸的に位置合わせされていて、互いに向かい合う端面を有しており、これらの端面にはそれぞれ、前記第１のマーク（５）及び前記第２のマーク（３）が配置されている、請求項６から９までのいずれか１項記載の回転角センサ。
11. 前記センサ（９）の出力は、前記第１の軸（２４）の回転角（ω_１）の周期関数であり、前記第１の軸（２４）の１回転は、前記周期関数の基本周期｜ｉ−１｜に対応する、請求項６から１０までのいずれか１項記載の回転角センサ。
12. 回転角一致を検出する手段からの一致信号（Ｓ_Ｋ）と、通過を検出すると共に、前記一致信号（Ｓ_Ｋ）の受信と通過信号（Ｓ_Ｄ）の受信との間に進んだ回転角（α，β）に基づき角度位置を求める手段からの通過信号（Ｓ_Ｄ）とを受信する、評価ユニット（２５）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の回転角センサ。
13. 前記第１の軸（２４）及び／又は前記第２の軸（２１）の相対的な回転角を検出するセンサ（１１，１４）が設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の回転角センサ。
14. 請求項６から１１までのいずれか１項記載の回転角センサ（１）を有するロボットにおいて、該ロボット（１００）は、互いに旋回可能な少なくとも２つの腕部分（１０１〜１０９）を有しており、これらの腕部分（１０１〜１０９）のうち、一方は前記第１の軸（２４）と相対回動不能に結合されており、且つ他方は前記伝動装置（３１）のケーシング（２０）と相対回動不能に結合されていることを特徴とする、ロボット。
15. 第１の軸（２４）の角度位置を検出する方法であって、該第１の軸（２４）は、伝動装置（３１）を介して第２の軸（２１）に結合されており、該第２の軸（２１）のｉ回転が、前記第１の軸（２４）の１回転に当たるようになっている方法において、
    前記軸（２１，２４）をそれぞれ回転させるステップと、
    前記第２の軸（２１）と共に回転するマーク（２）の基準位置通過を検出するステップと、
    前記第２の軸（２１）と共に回転するマーク（３）と、前記第１の軸（２４）と共に回転するマーク（５）のうちの一方がセンサであり、他方のマークを検出することにより、両マーク（３，５）の間の回転角一致を検出するステップと、
    前記基準位置通過と前記回転角一致との間に進んだ回転角（α，β）を求めるステップと、
    前記進んだ回転角（α，β）に基づき角度位置を決定するステップと、
    を有することを特徴とする、第１の軸（２４）の角度位置を検出する方法。

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