JP2000304505A - ポテンショメータ - Google Patents

ポテンショメータ

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JP2000304505A
JP2000304505A JP11115671A JP11567199A JP2000304505A JP 2000304505 A JP2000304505 A JP 2000304505A JP 11115671 A JP11115671 A JP 11115671A JP 11567199 A JP11567199 A JP 11567199A JP 2000304505 A JP2000304505 A JP 2000304505A
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potentiometer
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terminals
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットのアーム等の回転位置検出に用いら
れるポテンショメータにおいて、回転位置検出の死角を
なくして有効電気角を360°にすることができるよう
にし、全方向の連続回転位置検出を可能とし、しかも、
全体形状の小型化を図る。 【解決手段】 抵抗体3を渦巻形状に形成したことによ
り、抵抗体3の両端の始端及び終端端子4,5は渦巻形
状の中心から径方向にずれ、両端子4,5間に抵抗体3
の円周方向に沿う短絡防止用の隙間を設ける必要がなく
なる。これにより、死角がなくなり、ポテンショメータ
1の有効電気角を360°にすることができ、全方向に
連続して回転位置検出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットのアーム
等の回転位置検出に用いられる連続回転型のポテンショ
メータに係わり、特に、検出の有効電気角を広げる技術
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、回転位置検出用のポテンショメー
タは、その抵抗体の両端の終端端子が同一円上にあるの
で、これらの端子が短絡しないように端子間に隙間を設
ける必要がある。この隙間により、出力を取れない死角
(デッドバンド)が生じるため、有効電気角(移動端子
の回転位置を検出することが可能な角度)を360°に
することができない。また、終端端子自身が面積を持っ
ているので、そのスペース分余計に有効電気角が小さく
なる。このように抵抗体両端の終端端子を同一円上に設
けた場合、連続回転するポテンショメータの有効電気角
は、終端端子間の距離と抵抗体の半径との比率に応じて
決まるので、終端端子間の距離を同じとすると、有効電
気角を広げるには抵抗体の半径を大きくしなければなら
ない。そのため、抵抗体及びポテンショメータ本体を大
きくする必要があった。また、巻線型と呼ばれるタイプ
のポテンショメータがあるが、移動端子が数回転すると
機械的なリミットに当たり、連続検出可能な回転数に限
界があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のポ
テンショメータでは、全体形状が大型化し、また、終端
端子間に抵抗体の円周方向に沿って短絡防止用の隙間を
設ける必要があるので、有効電気角を360°にするこ
とができず、検出可能な回転角度範囲が制約され、連続
回転検出が容易でないといった問題がある。
【0004】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、回転位置検出の死角をなくして
有効電気角を360°にすることができるようにし、全
方向の連続回転位置検出を行うことができ、しかも、全
体形状の小型化を図ることが可能なポテンショメータを
提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、抵抗体上を移動端子が摺動することによ
り、抵抗体の一端から移動端子位置までの抵抗値により
移動端子の位置を検出するポテンショメータにおいて、
抵抗体は、円板上に渦巻形状に形成され、移動端子は渦
巻形状の中心を軸心とした回転体に設けられているもの
である。
【0006】上記構成においては、抵抗体が渦巻形状に
形成されているので、抵抗体両端の終端端子は渦巻形状
の中心から径方向にずれ、終端端子間に抵抗体の円周方
向に沿う短絡防止用の隙間を設ける必要がなくなる。こ
れにより、ポテンショメータの有効電気角を360°に
することができるので、全方向に連続して回転位置検出
を行うことができる。
【0007】また、移動端子は、渦巻形状の中心を通る
同一半径上にあって、渦巻形状抵抗体の0°と360°
の各終端を通る円周上に対応して複数に分けて設けら
れ、渦巻形状抵抗体の各半周分毎に切り替えて使用され
るようにすることが望ましい。これにより、ポテンショ
メータの有効電気角を360°にした場合に、移動端子
の回転位置が0°の時と360°の時とで、ポテンショ
メータの出力値を識別することができる。
【0008】また、移動端子の回転に連動して各半周分
毎に位置検出信号を出力するセンサを有し、このセンサ
出力信号に基づいて複数の移動端子の切り替えを行うよ
うにすることが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
ポテンショメータについて図面を参照して説明する。本
実施形態によるポテンショメータは、ロボットのアーム
等の回転位置検出に用いられる。
【0010】図1は本実施形態によるポテンショメータ
の概略構成を示す。ポテンショメータ1の本体円板2上
には、渦巻形状に形成された抵抗体3が設けられてい
る。この抵抗体3の始端及び終端の端子4,5は、渦巻
形状の中心から径方向にずれ、これらの端子4,5と抵
抗体3との境がそれぞれ図中の0°と360°の位置
(原点)にくるように取り付けられている。本体円板2
の中心部であって渦巻形状の中心には、本体円板2(固
定)に対して回転自在な回転軸6が配置されており、こ
の回転軸6には先端部に内周用と外周用の2つのワイパ
7,8(請求項にいう移動端子)を有するアーム9が取
り付けられている。これらワイパ7,8は、回転軸6の
中心を通る同一半径上に並び設けられ、回転軸6の回転
に連動して抵抗体3上を摺動しながら回転する構成とさ
れている。ワイパ7,8は、渦巻形状抵抗体3の0°と
360°の各端子4,5を通る円周上を移動し、これが
図示の旋回軌道10,11となる。また、アーム9が取
り付けられる回転軸6の回転角と、アーム9の先端部に
取り付けられるワイパ7,8の回転角との相対的な位相
差は0°となるように設定されている。
【0011】上記構成のポテンショメータ1において
は、ワイパ7,8が始端端子4から終端端子5に向け
て、いま、時計回りに回動したとすると、0〜180°
近くまでの半周の範囲では、抵抗体3に主として内周側
のワイパ7が摺動し、180°〜360°までの残り半
周の範囲では、主として外周側のワイパ8が摺動する。
従って、回転位置検出に用いるワイパ7,8は、0°
(360°)と180°の位置で後述の電気的又は機械
的な機構を用いて選択的に切り替えるようにする。そし
て、回転軸6の回転に伴って、始端端子4又は終端端子
5からワイパ7,8までの抵抗体3の長さが変わり、こ
れにより、回転軸6の回転量に応じて、抵抗体3の抵抗
値が変わる。従って、抵抗体3の始端端子4及び終端端
子5の間に電圧を印加して、いずれかの端子4,5とワ
イパ7又は8との間の電圧降下の変化を検出することに
より、回転軸6の回転位置を検出することができる。
【0012】図2はポテンショメータ1のワイパ7,8
を選択切り替えするための機構を示し、図3は同機構の
作用を示す図である。選択切り替えのための機構は、回
転軸6上に取り付けられたスリット板21と、このスリ
ット板21の位置検出を行う位置検出センサ22とから
なる。スリット板21は抵抗体3の0°(360°)と
180°の角度に対応して半円周分を切り欠いており、
大径部21aと小径部21bより構成され、位置検出セ
ンサ22は固定側部材23に設けられ、センサ本体22
aとスリット板21を挟んで設けられた投光部22b及
び受光部22cより構成される。投光部22b及び受光
部22cは抵抗体3の0°(360°)の角度の半径2
aを含む面上に設けられる。
【0013】次に、このように構成されたワイパ7、ワ
イパ8の選択切り替えのための機構の動作を説明する。
図3において、ワイパ7,8が始端端子4から半周まで
の範囲では、始めは内周用のワイパ7のみが抵抗体3に
接する状態であり(Aに示す状態)、ワイパ7,8が半
周付近まで移動するにつれて、両方のワイパ7,8が抵
抗体3に接する状態となり(半周状態をBに示す)、残
り半周の終端端子5に至る範囲では、両方のワイパ7,
8が抵抗体3に接する状態から外周用のワイパ8のみが
抵抗体3に接する状態となる(Cに示す状態)。図2及
び図3では、半周付近まで移動した状態におけるスリッ
ト板21を示す。いま、回転軸6及びワイパ7,8が時
計回りに回転する場合を説明すると、回転角が原点(0
°,360°)を通過するとき、回転軸6と一体に回転
するスリット板21は大径部21aが小径部21bに切
り替わるので、投光部22bからの光がスリット板21
により遮光されず、受光部22cで受光されるようにな
り、位置検出センサ22の出力信号はオフからオンに切
り替わる。また、回転角が180°位置を通過するとき
(図2に示す状態のとき)、スリット板21は小径部2
1bから大径部21aに切り替わるので、投光部22b
からの光がスリット板21により遮光されるようにな
り、受光部22cは受光しなくなり、位置検出センサ2
2の出力信号がオンからオフに切り替わる。
【0014】このような位置検出センサ22の出力信号
に応じて、回転軸6の回転角度が0°〜180°の範囲
では、抵抗体3の端子としてワイパ7を選択使用し、1
80°〜360°の範囲では、ワイパ8を選択使用す
る。これにより、回転軸6及びワイパ7,8の回転角に
関わらず、回転角に応じた抵抗体3の抵抗値(電圧降下
値)の変化を検出することができるので、ポテンショメ
ータ1の有効電気角を360°にすることができる。従
って、従来のポテンショメータにおいて有効電気角を広
げるために行われていたポテンショメータ本体の大型化
を行う必要がないので、ポテンショメータ本体の小型化
を図ることができる。また、検出のデッドバンドがない
ので、連続回転に対応して回転位置検出を行うことがで
きる。
【0015】図4は、ポテンショメータ1の電気回路を
示す。ポテンショメータ1のワイパ7,8の端子ライン
はアナログスイッチ32,33を介して出力端子T1と
され、アナログスイッチ32,33は位置検出センサ2
2の出力信号に基づいてオン、オフ制御される。なお、
同センサ22の出力ラインのうち、一方のアナログスイ
ッチ33に接続されるラインにNOTゲート31が介在
されている。抵抗体3の両端に接続された端子T2,T
3と出力端子T1との間にポテンショメータ1の検出信
号が出力される。これら端子T1〜T3は外部装置のデ
ータ入力部35の端子に接続される。データ入力部35
はADコンバータ36を備えている。このような電気回
路構成を用いて、回転軸6の回転角度が0°〜180°
の範囲では、位置検出センサ22の出力信号はオンであ
り、従って、アナログスイッチ32がオンとなり、ワイ
パ7が選択使用される。また、回転軸6の回転角度が1
80°〜360°の範囲では、位置検出センサ22の出
力信号はオフであり、従って、NOTゲート31を経た
アナログスイッチ33がオンとなり、ワイパ8が選択使
用される。
【0016】以下に、本実施形態の螺旋形状の抵抗体3
の具体的な実施例を示す。図1において、 螺旋形状の定義:内側の始端端子4から外側の終端端子
5に向かって、角度に比例して半径が大きくなる。 螺旋の始点(角度θ=0)での半径;r=R 螺旋の終点(角度θ=2π)での半径;r=R+A・2
πとすると、 角度θでの半径;r=R+Aθ
【0017】螺旋に内接する円: 半径;r=R 円弧の長さ;l=Rθ 円弧の長さを角度θで微分すると、dl/dθ=R
【0018】螺旋に外接する円: 半径;r=R+2πA 円弧の長さ;l=(R+2πA)θ 円弧の長さを角度θで微分すると、dl/dθ=R+2
πA
【0019】螺旋:半径が連続して変化する円弧と考え
る。 半径;r=R+Aθ 半径と円弧の長さを角度θで微分したものが等しいと考
えると、 螺旋の円弧の長さを角度θで微分したもの;dl/dθ
=R+Aθ これを角度θで積分して、l=Rθ+(1/2)Aθ2
【0020】本発明は、上記実施形態に限られるもので
はなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形
態では、透過型の光学式センサである位置検出センサ2
2を用いてワイパ7,8の回転位置を検出したが、ワイ
パ7,8の回転位置検出用の装置としては、反射型の光
学式センサであってもよいし、リミットスイッチ等の接
触型の検出装置であってもよい。
【0021】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、抵抗体を
渦巻形状に形成したことにより、抵抗体両端の始端及び
終端端子間に抵抗体の円周方向に沿う短絡防止用の隙間
を設ける必要がなくなるので、死角領域がなくなり、ポ
テンショメータの有効電気角を360°にすることがで
きる。これにより、全方向で、かつ連続回転に対応した
回転位置検出を行うことができる。また、ポテンショメ
ータ本体の径を大きくすることなく有効電気角を広げる
ことができるので、ポテンショメータ本体の小型化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるポテンショメータの
概略構成を示す図である。
【図2】上記ポテンショメータの内周用ワイパと外周用
ワイパの切り替え機構の斜視図である。
【図3】同機構の上面図である。
【図4】上記ポテンショメータの電気回路図である。
【符号の説明】
1 ポテンショメータ 3 抵抗体 4 始端端子 5 終端端子 7 ワイパ(移動端子) 8 ワイパ(移動端子) 9 アーム(回転体) 22 位置検出センサ(センサ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 抵抗体上を移動端子が摺動することによ
    り、該抵抗体の一端から該移動端子位置までの抵抗値に
    より該移動端子の位置を検出するポテンショメータにお
    いて、 前記抵抗体は、円板上に渦巻形状に形成され、前記移動
    端子は前記渦巻形状の中心を軸心とした回転体に設けら
    れていることを特徴とするポテンショメータ。
  2. 【請求項2】 前記移動端子は、前記渦巻形状の中心を
    通る同一半径上にあって、該渦巻形状抵抗体の0°と3
    60°の各終端を通る円周上に対応して複数に分けて設
    けられ、該渦巻形状抵抗体の各半周分毎に切り替えて使
    用されることを特徴とする請求項1に記載のポテンショ
    メータ。
  3. 【請求項3】 前記移動端子の回転に連動して各半周分
    毎に位置検出信号を出力するセンサを有し、このセンサ
    出力信号に基づいて前記複数の移動端子の切り替えを行
    うようにしたことを特徴とする請求項2に記載のポテン
    ショメータ。
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