JP6716425B2 - 回転角検出装置及びロータリエンコーダ - Google Patents
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Description
そこで、本発明は、基準座標系に固定することなく、回転軸の基準座標系に対する回転角を正しく検出できる回転角検出装置を提供することを課題とする。
より具体的には、たとえば、このような回転角検出装置は、前記検出部において、前記第1の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第2の傾斜角センサが検出した傾斜角との平均を前記第1の傾斜角センサ及び前記第2の傾斜角センサの真の傾斜角として、前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角を算出し、算出した前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角に前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出するように構成してもよい。
前記回転軸の回転角を検出する検出部とを備えたものである。ここで、前記第1の傾斜角センサと前記第2の傾斜角センサとは、前記ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が180度異なる位置において前記ベースに固定されている。そして、前記検出部は、前記第1の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第2の傾斜角センサが検出した傾斜角とを用いて算出した前記ベースの傾斜角と、前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出する。
まず、第1の実施形態について説明する。
図1aに、本第1実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す。
いま、図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図1a1は回転角検出装置の前面を表し、図1a2は回転角検出装置の左側面を表し、図1a3は回転角検出装置の後面を表し、図1a4は図1a1の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図1a5は回転角検出装置を斜視したようすを表す。
また、カバー2は、ベース1に固定され回転角検出装置の内部を保護している。
ここで、このような回転角検出装置は、図1d1、d2に示すように、回転角を検出する回転軸100に検出用回転シャフト4を固定して使用する。すなわち、回転角検出装置の全体が回転軸100によって支持されている形態で、回転軸100の回転角を検出する。
図示するように、信号処理系8は、制御部81、検出処理部82、外部と無線通信を行う無線通信インタフェース83よりなる。
なお、図1では図示を省略したがベース1には、信号処理系8の電源を供給するバッテリも固定されている。また、バッテリは、ウエイト9またはウエイト9の一部として機能するように、ベース1の下部に配置することが好ましい。
ここで、回転角センサ6が検出している、ベース1に対する回転軸100に固定された検出用回転シャフト4の回転角をθ1、第1傾斜角センサ7aが検出する鉛直方向に対するベース1の傾斜角をθa、第2傾斜角センサ7bが検出する鉛直方向に対するベース1の傾斜角をθbとして、
検出処理部82は、ベース1の傾斜角θ2を、
θ2=(θa+θb)/2
により算出し、
回転軸100の回転角θを、
θ=θ1+θ2により算出する。
一方、ベース1が角加速度をもって回転しているときには、図4aに示すように第1傾斜角センサ7aと第2傾斜角センサ7bには重力に加えて、角加速度による力70a、70bが第1傾斜角センサ7a、第2傾斜角センサ7bから見て傾斜した方向に加わり、第1傾斜角センサ7aが検出する傾斜角θaと、第2傾斜角センサ7bが検出する傾斜角θbには、真のベース1の傾斜角θ2に対する誤差が生じる。
よって、
θa=θ2+θe
θb=θ2-θe
となり、
θ2=(θa+θb)/2
が成り立つ。
さて、制御部81は無線インタフェースを介して受信した外部からのモード設定指令に従って、検出モードとして連続回転角検出モード、ロータリエンコーダモード、静止回転角検出モードのいずれかを検出処理部82に設定する。
θ2=(θa+θb)/2
θ=θ1+θ2
によって算出した回転軸100の回転角θを、無線通信インタフェース83を介して外部に無線通信により出力する処理を繰り返し行う。
θ2=(θa+θb)/2
θ=θ1+θ2
によって算出した回転軸100の回転角θが所定の単位角度増減したときにパルス信号を、無線通信インタフェース83を介して外部に無線通信により出力する処理を行う。
このような第1実施形態に係る回転角検出装置によれば、検出用回転シャフトを回転軸100に固定するだけで、回転軸100から加わるトルク等によるベースの角加速度の影響を排した形態で回転軸100の回転角を正確に検出することができるので、基準座標系に対する固定の必要ない回転角検出装置が実現される。
本第2実施形態に係る回転角検出装置の構成を図5aに示す。
図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図5a1は回転角検出装置を斜視したようすを表し、図5a2は回転角検出装置の前面を表し、図5a3は回転角検出装置の左側面を表し、図5a4は図5a2の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図5a5は図5a3、a4の断面線B-Bによる回転角検出装置の断面を表している。なお、回転角検出装置の後面は前面と同様に現れる。
また、カバー52は、ベース51に固定され回転角検出装置の内部を保護している。
次に、回転角検出装置の信号処理系58の機能構成、動作は、第1実施形態に係る信号処理系8の機能構成、動作と同様である。
このような本第2実施形態に係る回転角検出装置によっても、第1実施形態に係る回転角検出装置と同様に、検出用回転シャフト54を回転軸100に固定するだけで、回転軸100から加わるトルク等によるベース51の角加速度の影響を排した形態で回転軸100の回転角を正確に検出することができるので、基準座標系に対する固定の必要ない回転角検出装置が実現される。
図6aに、本第1実施形態に係る回転角検出装置の外観を示す。
いま、図中に示すように前後左右上下を定めるものとして、図6a1は回転角検出装置の前面を表し、図6a2は回転角検出装置の左側面を表し、図6a3は回転角検出装置の後面を表し、図6a4は図6a1の断面線A-Aによる回転角検出装置の断面を表し、図6a5は回転角検出装置を斜視したようすを表している。
ここで、図6bに検出用回転シャフト65と磁石66と回転角センサ68の配置関係を示すように、回転角センサ68は、磁石66と対向する配置でベース61に固定されており、磁石66の回転角、すなわち、ベース61に対する検出用回転シャフト65の回転角を検出する。
ここで、このような回転角検出装置は、図6d1、d2に示すように、回転角を検出する回転軸100に検出用回転シャフト65を固定して使用する。すなわち、回転角検出装置の全体が回転軸100によって支持されている形態で、回転軸100の回転角を検出する。
すなわち、まず、第1に、本第3実施形態では、ベース61にはウエイトを設けないので、バッテリが第1実施形態のようにベース61のウエイトまたはその一部として機能することはない。
また、第2に、本第3実施形態では、第1傾斜角センサ69aが検出している傾斜角をθa、第1傾斜角センサ69aが検出している傾斜角をθbとして、ベース61の傾斜角θ2を、
θ2=(θa+θb)/2-θ2ref
により算出する。
θ2ref=(θa+θb)/2
により算出、ベース61の傾斜角の初期値である。
θ=θ1+θ2
により算出する点を含め、第1実施形態に係る信号処理系8の動作と同様である。
ところで、以上の第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態では、回転角検出装置から外部に無線通信を介して検出した回転角θやパルス信号を出力したが、これは、回転角検出装置と外部とをケーブルにより接続し、回転角検出装置から外部にケーブルを介して検出した回転角θやパルス信号を出力するようにしてもよい。また、この場合には、当該ケーブルを介して回転角検出装置の電源を供給するようにしてよい。
Claims (5)
- 回転軸の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、
前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたベースと、
前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、
前記ベースの下部に固定されたウエイトと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第1の傾斜角センサと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第2の傾斜角センサと、
前記回転軸の回転角を検出する検出部とを有し、
前記第1の傾斜角センサと前記第2の傾斜角センサとは、前記ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が180度異なる位置において前記ベースに固定されており、
前記検出用回転シャフトが静止しているときに、重力によって収斂する前記ベースの姿勢を正立姿勢として、前記検出部は、前記第1の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第2の傾斜角センサが検出した傾斜角とを用いて算出した前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角と、前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。 - 請求項1記載の回転角検出装置であって、
前記検出部は、前記第1の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第2の傾斜角センサが検出した傾斜角との平均を前記第1の傾斜角センサ及び前記第2の傾斜角センサの真の傾斜角として、前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角を算出し、算出した前記ベースの前記正立姿勢からの傾斜角に前記回転角センサが検出した回転角を加算した角度を、前記回転軸の回転角として検出することを特徴とする回転角検出装置。
- 請求項1または2記載の回転角検出装置であって、
前記検出用回転シャフトは管形状を有し、当該管形状の中空に前記回転軸を貫通させた状態で、当該検出用回転シャフトは前記回転軸に固定されることを特徴とする回転角検出装置。
- 回転軸の回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記回転軸に同軸状に固定され当該回転軸と共に回転する検出用回転シャフトと、
前記検出用回転シャフトと同軸に回転可能に、当該検出用回転シャフトに軸支されたサブベースと、
前記サブベースと同軸に回転可能に、当該サブベースに軸支されたベースと、
前記ベースに対する検出用回転シャフトの回転角を検出する回転角センサと、
前記サブベースの下部に固定されたウエイトと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第1の傾斜角センサと、
前記ベースに固定された、鉛直方向に対する傾斜角度を検出する第2の傾斜角センサと、
前記回転軸の回転角を検出する検出部とを有し、
前記第1の傾斜角センサと前記第2の傾斜角センサとは、前記ベースの回転中心軸までの距離が等しく当該回転中心軸まわりの回転角が180度異なる位置において前記ベースに固定されており、
前記検出部は、前記第1の傾斜角センサが検出した傾斜角と前記第2の傾斜角センサが検出した傾斜角とを用いて算出した前記ベースの傾斜角と、前記回転角センサが検出した回転角とを用いて、前記回転軸の回転角を検出することを特徴とする回転角検出装置。
- 請求項1、2、3または4記載の回転角検出装置と、
前記検出部が検出した前記回転軸の回転角が、所定の単位角度変化する度に、所定の信号を出力する信号出力部とを有することを特徴とするロータリエンコーダ。
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