JPH02205717A - 移動体の位置・速度検出方法並びに装置及び原点位置復帰方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロボット等の位置・速度制御に用いる位置・
速度信号を検出するに当って、エンコーダを用い、エン
コーダパルス間を補間することにより、サンプリング時
の検出値の高分解能化・検出誤差縮小化をはかる方法及
び装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、エンコーダパルス間を補間することにより高分解
能化をはかった移動体の位置・速度検出方法及び装置に
ついては、特開昭６０−２１６２６２号公報に開示され
ている。この従来例につき、第４２図乃至第４４図を用
いて説明する。第４２図は位置検出のタイムチャート図
、第４３図は位置・速度検出のフロチャート図、第４４
図は位置・速度検出装置のブロック図を示す。移動体の
粗位置は、エンコーダ原信号を波形整形回路に通すこと
により得られる零交差位置で発生するパルスのパルス数
を計数することにより求めている。微細位置は、２相信
号及び零値信号をサンプリング時にサンプルホールドし
、鋸歯状波信号（Ｓ　Ｓ信号）によりパルス幅変調し、
Ｓ、〜Ｓｉ。信号を得て、時間幅Ｔ＾〜Ｔｃを計数器で
計数することにより。

ディジタル値に変換し、下式（１）より微細位置を求め
ている。

’Ｐ＝ｔａｎ−１（（Ｔｃ−ＴＡ）／（Ｔ（！−Ｔａ）
）　−（１）そして粗位置と微細位置の和として位置を
求め、位置の変化から速度を求める方法及びそれを実現
するための装置が開示されている。

また、インクリメンタル方式の移動量検出器を有するサ
ーボモータで駆動される移動体の原点位置復帰方法につ
いては、特開昭６１−１２３９０５号公報に開示されて
いる。この従来例につき、第４７図及び第４８図を用い
て説明する。第４７図は回転運動する移動体の特定位置
検出装置を示す図、第４８図は移動体の原点位置復帰動
作時に検出される各領域の関係を示す図である。第４７
図において、移動体２４と結合された被検出体２７には
、別個の原点位置・オーバラン検出部９２と領域判別部
９３があり、各部を４個の検出センサ２５ａ、２５ｂ、
９Ｑ、９１で検出する構成となっている。移動体２４の
原点位置復帰動作時には、第４８図に示すように移動体
２４がオーバランしていないことを確認し、移動体２４
の原点位置に対していずれの側にあるかを領域判別セン
サ９１で検出した上で原点位置の方向へ誤りなく移動さ
せ、真の原点位置の近傍に設定されている原点位置を検
出し、真の原点位置の方向に移動体２４を移動させ、エ
ンコーダのＺ相を検出した位置を真の原点位置とし、移
動体の絶対位置を検出する方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術はエンコーダ原信号及び零値信号をサンプ
リング時点でサンプルホールドし、その値を用いて逆正
接等の演算を行っているため、サンプリング時にエンコ
ーダ原信号及び零値信号にノイズが混入した場合（第３
０図参照）、各々同程度にノイズが混入すればＴｃ−Ｔ
＾、Ｔｃ−Ｔａを演算するため微細位置検出誤差は小さ
くなると考えられるが、実際は不規則なノイズが各信号
に重畳されると考えられる。従ってサンプリング時に大
きいノイズが混入した場合は著しく微細位置検出誤差が
大きくなる欠点があった。

エンコーダ原信号等のノイズ混入は、フィルタを通すな
どノイズ対策を施すことによりある程度低域可能である
が、溶接等の大電力使用機器と共に使用する場合はノイ
ズ混入による微細位置検出誤差が大きくなることは避け
られない。

また、移動体の位置・速度検出方法及び装置に関する上
記従来技術は、エンコーダ２相原信号及び零値信号を用
いて粗位置・微細位置検出を行っているため、エンコー
ダ２相原信号の位相差に９０°から位相ずれがある場合
、著しく検出誤差が大きくなる問題があった。通常エン
コーダ２相原信号の許容位相差は９０＠±３０’である
。位相ずれにより生ずる検出誤差につき、第４５図及び
第４６図を用いて説明する。第４５図は位相ずれ３０°
　（正転時位相差１２０’、逆転時位相差６０°）の場
合の位置検出のタイミチャート図を示し、第４６図は微
細位置４５°における位相ずれと微細位置検出誤差の関
係を示している。まず粗位置検出誤差については、第４
５図において。

エンコーダパルス（Ｔ　１信号）の発生間隔が対応エン
コーダ信号位相で１２０’　、６０’　、１２０＠６０
°・・・と変化するため、３０°の区間で１パルスの計
数誤差が生ずる。これは回転方向２位相ずれ符号が異な
る場合も同様である。また、微細位置検出誤差について
は、Ｔ＾、Ｔｓ、Ｔｃの検出値（Ｓ、〜Ｓ１゜信号）が
、第４２図に示した検出値と大きく異なっており、位相
差９０’を仮定した前記（１）式の演算結果として求ま
る微細位置にも大きい差異が生ずる。微細位置検出誤差
ΔθＦは微細位置θＦ９位相ずれでの場合次式（２）で
示される。

ΔθＦは八〇Ｆ＝Ｏ”では０であり、ＯＦが９０゜に近
づくほど大きくなる。θＦ＝４５°の場合につき第４６
図に示したが、最大２５°の微細位置検出誤差があり、
位置を粗位置、微細位置の和として求めることによる補
正効果が不十分である。

また、インクリメンタル方式のエンコーダの接続された
サーボモータにより開動される移動体の原点位置復帰方
法に関する上記従来技術は、原点位置検出センサと領域
判別センサの両方の出力信号を用いて原点位置復帰を行
っていたので復帰方法が複雑となる問題があった。

本発明の目的は、ノイズ混入による微細位置検出誤差を
小さくできる位置・速度検出方法及び装置を提供するこ
とにある。

また、本発明の目的は、エンコーダ２相原信号位相差に
９０°から位相ずれがある場合に移動体の位置・速度検
出誤差を低減する方法・装置を提供することにあり、更
に移動体の原点復帰動作を最小数のセンサ信号を用いて
簡易な検出アルゴリズムで行い、上記位相ずれ検出を移
動体の無駄な動作なく行えるような方法を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記ノイズ混入による微細位置検出誤差を小さくすると
いう目的を達成するために、微細位置を検出する方法と
して、サンプリング時のエンコーダＡ相、Ｂ相信号、零
値信号をＡ／Ｄ変換するのではなく、各信号を電圧制御
発振器を通すことにより、電圧により周波数可変の高周
波数パルスを発生させ、エンコーダパルス発生時からサ
ンプリング時までの総パルス数を計数することにより（
第３１図参照）、エンコーダのＡ、Ｂ相信号及び零値信
号の積分値相当量を求め、この値をもとに微細位置を演
算する方法とした。これにより、エンコーダ原信号に正
負のノイズが混入しても積分することによりその影響は
軽微となり、部分的に大きいノイズが混入しても総パル
ス数に占める割合が小さいため、演算全体に及ぼす影響
を小さくすることができる。

すなわち、本発明に係る移動体の位置・速度検出方法は
、移動体に接続されたエンコーダからのエンコーダパル
スによる粗位置検出工程と、エンコーダ原信号を電圧−
周波数変換手段に入力して得られる正弦波状周波数分布
を有するパルス列を用いて粗位置パルス発生時からのパ
ルス数を計数して行なう微細位置検出工程と、前記粗位
置と微細位置の和として移動体の位置検出を行なう工程
と、位置の変化量に基いて移動体の速度を検出する工程
と、を含むものである。

また、本発明は、移動体に接続されたエンコーダからの
エンコーダパルスによる粗位置検出工程と、エンコーダ
原信号を電圧−周波数変換手段に入力して得られる正弦
波状周波数分布を有するパルス列を用いて粗位置パルス
発生時からのパルス数を計数して行なう微細位置検出工
程と、前記粗位置と微細位置の和として移動体の位置検
出を行なう工程と、を含む移動体の位置検出方法である
。

前記位置・速度検出方法において、エンコーダのパルス
検出位置間の補間を行うために、２相の９０°位相の異
なるエンコーダ原信号のパルス検出時からサンプリング
時までのパルス変換されたパルス数を計数し、零値信号
を電圧制御発振器、計数器を通して同一時刻間で得られ
るパルス数を前記各パルス数から減じて得られる各パル
ス数より、エンコーダパルス発生位置からサンプリング
位置までの微細位置を演算し、前記粗位置と前記微細位
置の和として求められる精位置を位置情報とし、サンプ
リング時の精位置の変化から移動体の速度を検出するも
のがよい。

また、前記位置・速度検出方法において、エンコーダ原
信号のパルス検出時からはじめてのサンプリング時（第
にサンプリング時）までのエンコーダＡ、Ｂ相原信号及
び零値信号を電圧制御発振器、計数器を通して得られる
各パルス数Ｎ＾。

ＮＢ、Ｎｏ　　を記憶し、第に＋ｎサンプリング時まで
、エンコーダ原信号のパルス検出が無い場合は第に＋ｉ
サンプリング時（１＜　ｉ　＜　ｎ　）の各検より算出
し、エンコーダ原信号のパルス検出位置からサンプリン
グ時までの微細位置を演算し、前記粗位置と前記微細位
置の和として求められる精位置を位置情報とし、サンプ
リング時の位置の変化から速度を検出するものがよい。

また、前記位置・速度検出方法において、位置検出時に
エンコーダ２相原信号各々の正負関係から定まる１／４
周期位置を検出し、移動方向をエンコーダ２相原信号を
パルス化する際に得られる方向弁別信号に基づく粗検出
と、エンコーダパルス発生間隔で微細位置変化量の符号
検出による微細検出を組み合わせて検出するものがよい
。

また、本発明に係る移動体の位置・速度検出装置は、移
動体に接続されたエンコーダによる位置・速度検出装置
において、エンコーダ原信号よりエンコーダパルス及び
移動方向弁別信号を発生する波形整形回路と、前記エン
コーダパルスにより粗位置を検出するアップ・ダウン計
数器と、その粗位置をサンプリング時間毎にサンプリン
グ信号を発生するサンプリング・パルス・タイマからの
当該サンプリング時間に同期化させる一時記憶回路とを
備えた粗位置検出部と、エンコーダ原信号及び零値信号
を入力として前記エンコーダパルス及びサンプリングパ
ルスがゲート信号となり前記電圧−周波数変換手段より
送出される３種のパルス列の計数を開始・終了する計数
器を備えた微細位置検出部と、エンコーダパルス間でエ
ンコーダ２相原信号の正負関係より定まる１／４周期位
置検出回路と、前記粗位置検出部、微細位置検出部及び
１／４周期位置検出回路の動作制御を行う中央処理部と
、を備えたものである。

前記位置・速度検出装置において、微細位置検出部の電
圧−周波数変換手段は、バイアスされた出力電圧を発生
させるバイアス電圧印加回路と。

前記バイアス電圧印加回路出力が入力となり入力電圧に
より異なる周波数のパルス列を発生する電圧制御発振器
と、を備え、３種のパルス列は前記電圧制御発振器より
送出されるものがよい。

また、電圧制御発振器を電圧可変抵抗を有するＣＲ発振
回路により構成し、前記電圧制御発振器の発振周波数が
入力電圧と一次関数関係となるように前記バイアス電圧
印加回路、前記電圧可変抵抗等の各構成要素を構成した
ものがよい、ここで。

電圧可変抵抗を電圧印加側かコイルで巻回されている磁
性材料と、微小隙間でその両端が接しており出力端子を
有する磁気抵抗素子とにより構成されているものがよい
。また、電圧可変抵抗以外の抵抗もしくはコンデンサが
複数種類並列に設けられ、出力段には分局器が設けられ
、中央処理部からの信号により特定の抵抗もしくはコン
デンサ及び分局器の特定の分局比が選択可能に構成され
たものがよい。また、要求分解能に応じて特定の抵抗も
しくはコンデンサ及び分周器の特定の分周比を選択する
ことにより、前記電圧制御発振器において特定の発振周
波数可変幅をうる手段を僅えたものがよい、前記位置・
速度検出装置において、移動体の位置・速度検出装置を
移動体を駆動するモータのモータ制御装置と接続し、モ
ータ制御方法に関するプログラムを中央処理部に備えて
いるものがよい、ここで、モータ制御装置により駆動さ
れるモータがロボット関節駆動用であり、位置検出用エ
ンコーダがモータもしくは駆動される関節に結合されて
いるものがよい。

また、前記位置・速度検出装置において、Ａ相計数器、
Ｂ相計数器、零値計数器を各々一対の計数器で構成し、
一方の計数器の計数終了時に他方の計数器に計数開始さ
せる手段を備えたものがよい。

次に、上記位相ずれがある場合の検出誤差を低減すると
いう目的を達成するために、移動体の位置・検出につい
ては、移動体の等速動作区間において、タイマによりエ
ンコーダのパルス発生間隔を検出することによりエンコ
ーダ２相原信号位相差の９０°からの位相ずれを検出し
、エンコーダ原信号、１／４周期位置、移動方向との関
係を記憶し、通常動作開始時及び移動方向変化時にエン
コーダ原信号の１／４周期位置を検出することにより、
エンコーダパルスを基準となる１／４周期位置より２パ
ルス（１８０’）毎に計数することにより粗位置を検出
し、１８０°間をエンコーダ２相原信号、零値信号、移
動方向２位相ずれに基づき逆正接演算を行うことにより
微細位置（補間量）を求め、粗位置と微細位置の和とし
て位置を求めるようにしたものである。

すなわち、本発明に係る移動体の位置・速度検出方法は
、移動体に接続されたエンコーダにより、ある時刻の位
置・速度を求める際に、移動体移動時にエンコーダ２相
原信号が零値を切る時刻に発生するエンコーダパルスを
計数することにより粗位置を検出し、エンコーダ２相原
信号と零値信号をもとに前記エンコーダパルス間の微細
位置（補間量）を検出し、粗位置と微細位置の和として
位置を検出し、その位置の変化量に基づき速度を検出す
る移動体の位置・速度検出方法において、移動体の等速
動作にエンコーダパルスの時間間隔を計時し、あわせて
その間隔におけるエンコーダ２相原信号の正負より定ま
るエンコーダの１７４周期位置位置正転時、逆転時共に
０→１→２→３→０となるよう各移動方向につき番号付
けられる）及び移動方向Ｓ（正転：１．逆転：−１）を
検出し、特定の連続するｑ値（例えばｑ＝ｏｐｌ）を有
するエンコーダパルス間隔ｔｑ、。Ｈｔｑｍ、より次式
によりエンコーダ２相原信号の９０”からの位相ずれＴ
を検出・記憶し、 を噌−１−し呵−〇 Ｔ＝３６０°４（ｔｑ−０＋ｔｑ−ｘ）°Ｓ次に、移動
体の通常動作中における移動方向変化時の変化直前・直
後のエンコーダ２相原信号の１／４周期位置ｑ工、ｑ２
（ただし、通常動作開始時のｑ値はｑ２とし、整数Ｘの
整数ｙの剰余をｍｏｄｙ（ｘ）と表記する場合、ｑ、＝
＝ｍ　ｏ　ｄ４（ｑ２−１））及びサンプリング時の１
／４周期位’ｔｌｑを検出し、基準となる１／４周期位
置（例えばｑ＝０）より２パルス毎に粗位置を計数する
よう計数値を補正する方法をとり、サンプリング時のエ
ンコーダパルス計数値Ｐ。２回転角度／エンコーダパル
ス数＝に２．移動方向変化直前・直後の移動方向Ｓ１．
Ｓ、（正転：１．逆転：−１．但し、通常動作開始時は
Ｓ２：移動方向、Ｓ□：移動方向と反対方向とする）と
した場合、粗位置ＯＲを次式で求め、 （ｉ）移動方向変化時からｍｏｄ、（ｑ）＝１となるま
で θＢ＝　ｋ、（Ｐ、＋　Ｓ、　・ｍ　ｏ　ｄｓ（ｑｘ）
　）（ｎ）移動方向変化後でｍ　ｏ　ｄ２（ｑ）＝　１
となった後 θＲ＝　ｋｚ（Ｐａ　　Ｓ２　・ｍ　ｏ　ｄｉ（ｑ）　
）微細位置θＦはエンコーダパルス２パルス分の範囲（
エンコーダ原信号の位相１８０°分）を補間するように
、エンコーダ２相原信号、零値信号。

移動方向、１／４周期位置及び位相ずれをもとに逆正接
演算（例えば、サンプリング時のエンコーダ２相原信号
瞬時値ｅ＾、ａｎ、零値信号瞬時値ｅｃ、位相ずれψ、
移動方向Ｓとし、例えば次式Ｓｔ　’ｌ’　ｐ　ｅＡｔ
　ｅ　Ｂｙ　ｅ　Ｃを与えてθＦを求める）を行うこと
により求め、位置θを粗位［ＯＲと微細位置θＦの和と
して検出するものである。

前記位置・速度検出装置において、移動体の初期動作（
インクリメンタル方式エンコーダを用いた場合は、原点
復帰動作及び通常動作開始位置への移動、絶対番地方式
のエンコーダを用いた場合は通常動作開始位置への移動
）時の等速動作区間を利用してエンコーダパルス間隔を
計時し、エンコーダ２相原信号位相差の９０°からの位
相ずれを検出するものがよい。また、移動体の移動方向
検出をエンコーダ原信号をパルス化する際に得られる粗
検出と、エンコーダパルス間における微細位置の変化量
の符号変化から検出する微細検出とから求めるものがよ
い。また、移動体の通常動作時の等速区間において、エ
ンコーダのパルス間隔。

１／４周期位置及び移動方向を検出・記憶し、エンコー
ダ２相原信号の位相差の９０°からの位相ずれを演算・
記憶し、サンプリング時にサンプリング直前に検出され
た位相ずれに基づき逆正接を演算し、微細位置を検出す
るものがよい。また、微細位置検出に当り、正弦波状エ
ンコーダ２相原信号及び零値信号を電圧制御発振器に通
すことにより正弦波状周波数分布を有するパルス列に変
換し、エンコーダのパルス検出時からサンプリング時ま
でのパルス数を計数し、エンコーダパルス検出時からサ
ンプリング時までの２相正弦波積分量相当値より、逆正
接演算を行うことにより微細位置を検出するものがよい
、また、微細位置検出に当り、サンプリング時にエンコ
ーダ２相原信号と零値信号をサンプルホールドし、Ａ／
Ｄ変換し、サンプリング時の２相正弦波瞬時値より逆正
接演算を行うことにより微細位置を検出するものがよい
。

また、本発明に係る移動体の位置・速度検出装置は、移
動体に接続されたエンコーダによる移動体の位置・速度
検出装置において、エンコーダのパルス間隔を検出する
タイマと、１／４周期位置検出回路と、各移動方向Ｓ（
正転時１．逆転時−１）につき、エンコーダ２相原信号
の位相差の９０°からの位相ずれｒ（０）及び１／４周
期位置ｑより２相原信号瞬時値比もしくは積分量相当値
比に対応する逆正接データ（例えばｑ＝Ｑの場合　Ｓ−
３ｉｎθＦ／Ｃｏｇ（ＯＦ＋　’Ｉ’　）　）より微細
位置θＦを探索可能なデータの記憶されたＲＯＭを有す
ることを特徴とするものである。ここで、エンコーダ２
相原信号よりエンコーダパルス及び移動方向弁別信号を
発生する波形整形回路と前記エンコーダパルスにより粗
位置を検出するアップ・ダウン計数器と、その粗位置を
サンプリング時間毎にサンプリング信号を発生するサン
プリング・パルス・タイマからの当該サンプリング時間
に同期化させる一時記憶回路とを備えた粗位置検出部と
、エンコーダ２相原信号及び零値信号を入力としてバイ
アスされた出力電圧を発生させるバイアス電圧印加回路
、前記バイアス電圧印加回路出力が入力となり、入力電
力により異なる周波数のパルス列を発生する電圧制御発
振器、前記エンコーダパルス及びサンプリングパルスが
ゲート信号となり前記電圧制御発振器より送出される３
種のパルス列の計数を開始・終了する計数器とを備えた
微細位置検出部と、前記各検出部の動作制御を行う中央
処理部とを備えたものがよい。

また、前記装置において、エンコーダ２相原信号よりエ
ンコーダパルス及び移動方向弁別信号を発生する波形整
形回路と前記エンコーダパルスにより粗位置を検出する
アップ・ダウン計数器と、その粗位置をサンプリング時
間毎にサンプリング信号を発生するサンプリング・パル
ス・タイマからの当該サンプリング時間に同期化させる
一時記憶回路とを備えた粗位置検出部と、エンコーダ２
相原信号及び零値信号にバイアス電圧を印加するバイア
ス電圧印加回路と、゛前記各信号をサンプリング・パル
スに同期してサンプルホールドするサンプルホールドと
、サンプルホールダ出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器
とを備えた微細位置検出部と、前記各検出部の動作制御
を行う中央処理部とを備えたものがよい。

また、前記装置において、移動体と接続されたエンコー
ダがインクリメンタル方式のもので構成され、移動体の
移動限界位置のみで検出される限界位置検出部と真の原
点位置近傍の原点位置で検出されるステップ状の原点位
置検出部とを有し、原点位置の各移動方向の可動筒・囲
でその段差を保ち移動体と一体的に駆動される被検出体
と、移動体の移動限界両端位置に配置されそれぞれ前記
被検出体の限界位置検出部を検出する限界位置検出セン
サと、前記真の原点位置近傍の前記原点位置に配置され
前記被検出体の原点位置検出部が原点位置にあるかまた
は原点位置両側のどちらの領域にあるかを検出する原点
位置検出センサと、移動体と結合された衝突部材と、移
動体が移動限界位置を越えて移動した際前記衝突部材と
当接し移動体の移動を停止するストッパとを備えたもの
がよい。

また、前記装置において、移動体の位置・速度検出装置
を移動体を能動するモータのモータ制御装置と接続し、
モータ制御方法に関するプログラムを中央処理部に備え
ているものがよい。ここで、モータ制御装置により駆動
されるモータがロボット関節暉動用であり、位ｎ検出用
エンコーダがモータもしくは駆動される関節に結合され
ているものがよい。

また、移動体の原点位置復帰方法については、移動体と
結合された原点位置検出部を有する被検出体を原点位置
でステップ状の段差を有し、面移動方向の動作範囲内で
その段差を保つ構造とすることにより、原点位置検出セ
ンサ１ケで原点位置と、原点位置に対していずれの移動
方向側にあるかの領域判別を行うことができ、原点復帰
動作アルゴリズムを簡略化できるようにした。また、本
原点復帰方法等の前記移動体の初期動作時に位相ずれ検
出を行うことにより、移動体の無駄な動作を省略できる
ようにしたものである。

すなわち、本発明に係る移動体の位置・速度検出方法は
、インクリメンタル方式のエンコーダを有するサーボモ
ータにより駆動される移動体の原点位置復帰方法におい
て、動作開始時に検出センサにより移動体が原点位置に
対して、いずれの側にあるかを検出し、移動体を原点位
置方向へ移動し、等速区間において、初期動作時の位相
ずれ検出を行い、真の原点位置近傍に設けられている原
点位置を検出センサにより検出し、次に原点位置に対し
てエンコーダＺ相（真の原点位置）が検出される方向に
移動体を移動し、エンコーダＺ相が検出されると移動体
の移動が停止されるものである。

〔作用〕

移動体と接続されたエンコーダは、その移動部に一定間
隔毎に目盛が設けられており、それに光を照射すること
によりフォトダイオードで目盛の移動を検出する（光学
式）もしくは磁気センサで目盛の移動を検出する（磁気
式）ことにより９０゜位相の異なる２相の正弦波状のエ
ンコーダ原信号（Ａ相、Ｂ相）が得られる。Ａ、Ｂ相互
いの位相の進み・遅れは移動体の移動方向に依存する。

本位置・速度検出装置は、波形整形回路によりエンコー
ダ原信号をその零点位置におけるパルス列に変換し、計
数器で計数することにより粗位置を算出する。また、パ
ルス間を補間するため、エンコーダ原信号をバイアスし
、電圧可変抵抗と接続することにより、電圧可変抵抗の
印加電圧と抵抗が反比例関係にある電圧領域で利用でき
る。このような特性の電圧可変抵抗を有する発振器を発
振させることにより、エンコーダ原信号入力端子におけ
る印加電圧と発振器発振周波数が一次関数関係となるよ
うにする。

これにより、発振器発振パルス数をエンコーダパルス発
生時からサンプリング時まで計数することにより、エン
コーダ原信号の同時刻間の積分量に相当する量をうろこ
とができ、三角関数演算により補間ｆｆｔ（微細位置）
を求めることができる。

また、サンプリング周期の間にエンコーダパルスが発生
しない場合は、前回のエンコーダパルス発生時からの積
算パルス数を求め、三角関数演算を行うことにより同様
に補間量（微細位置）を求めることができる。

前述の粗位置と微細位置を加算することにより精密な位
置をうろことができる。前述の発振器発振パルス計数値
は大きい値を示すため、部分的に大きいノイズがエンコ
ーダ原信号に重畳された場合もその影響を受けにくい高
分解能の位置・速度検出が可能となる。

また、移動体と接続されたエンコーダは、一定間隔毎に
被検出格子が設けられており、移動体が移動するとほぼ
９０’位相差のある零ボルトを中心とした２相の正弦波
状原信号を発生する。ここで、移動方向により位相差の
符号は異なる。エンコーダ２相原信号は波形整形回路に
通すことにより、各正弦波状信号の零交差位置（はぼ１
／４周期毎）にパルスを発生し、更に移動方向弁別信号
を発生する。移動速度が大きくなると正弦波の周期が短
くなるため一定時間に発生するパルス数が多くなる。移
動体の位置・速度は、高速動作時はこのパルス数を計数
するのみでも、ある程度正確に検出可能であるが、低速
動作時はサンプリング周期内に発生するパルス数が少な
くなり、全く無い場合もあり、パルス間の補間を行う必
要が生ずる。正弦波状のエンコーダ２相原信号をもとに
逆正接を求めて補間位置を求める方法は、その検出分解
能を高めることにより補間位置を高分解能で求めること
が可能である。この方法は、サンプリング時の２相信号
と零信号の差の商に相当する量から逆正接演算を行うた
め、エンコーダ２相信号の振幅変動、零点ドリフトの影
響を受けにくいという長所がある。しかし、エンコーダ
２相原信号位相差に９０°から位相ずれがある場合、９
０゜位相差を仮定した逆正接演算を行うため、検出誤差
が大きくなるという短所がある。

本発明で着目した点は、はぼ１／４周期毎に発生スるエ
ンコーダパルスは、上記位相ずれがある場合にも１パル
ス置きに計数すれば、２パルス間隔は１８０°であるこ
とを利用し、エンコーダパルスに基づく粗位置検出はあ
る基準の１／４周期位置より２パルス毎に計数すること
により行い、１８ｏ°間の微細位置検出は、初期動作時
に上記位相ずれを検出し、通常動作サンプリング時の１
／４周期位置２位相ずれ、移動方向、エンコーダ２相原
信号及び零値信号に基づき位相ずれを考慮した正接を演
算することにより行う構成とした。

これにより、エンコーダ２相原信号位相差の９０゜から
の位相ずれは補正され、低速動作時にも正確な位置が検
出できる。

また、移動体の原点位置復帰方法においては、移動体と
結合された原点位置・領域判別用被検出体を原点位置で
ステップ状段差を有し、各移動方向可動範囲内でその段
差を保つ構造とすることにより、Ｊ７Ｎ点位置検出セン
サは、初期位置の信号レベルにより、移動体が原点位置
に対していずれの側にあるかを検出することができ、ス
テップ状段差部で原点位置を検出することができ、領域
判別センサを別に設ける必要が無くなり、また、原点位
置復帰動作アルゴリズムを簡略化することができる。更
に、本原点位置復帰動作中にエンコーダ２相原信号の９
０’からの位相ずれを検出することにより、前記移動の
位置・速度検出を移動体の無駄な動作を省いて行うこと
ができる６〔実施例〕 以下、本発明の第１の実施例を第１図〜第８図。

第１１図〜第１３図を用いて説明する。第１図は本発明
の位置・速度検出のタイムチャート図を示し、第２図は
本発明の位置・速度検出装置のブロック図を示しく図中
破線部は第２の実施例で用いられる）第３図は１／４周
期位置とエンコーダ原信号の正負及び移動方向との関係
を示し、第４図は本発明の位置・速度検出方法のフロー
チャート図を示し、第５図は本実施例の電圧制御発振器
の回路図を示し、第６図は本発明のバイアス電圧印加回
路と電圧可変抵抗の例を示し、第７図は第５図の電圧制
御発振器を第２図の位置・速度検出装置に適用した場合
のＡ点印加電圧と電圧制御発振器の発振周波数の関係を
示し、第８図は第６図に示した電圧可変抵抗の抵抗値と
入力電圧の関係を示し、第１１図、第１２図は第５図に
示した電圧制御発振器の発振周波数と受動素子特性値の
関係を示し、第１３図はサンプリング周期がエンコーダ
パルス発生周期と比して小さい場合の位置検出のタイム
チャート図を示している。

まず位置・速度検出装置の全体構成を第２図及び第１図
を用いて説明する。移動体と接続されたエンコーダより
発生する２相のエンコーダ原信号が粗位置検出部３６．
微細位置検出部３７に送られる。粗位置検出部３６は波
形整形回路１とアップ・ダウン計数器２より構成される
。波形整形回路１は波形整形、エンコーダパルス相の零
クロス時のパルス発生（”ｒ　を信号）、移動体の移動
方向弁別信号発生（Ｓ２信号）を行う、アップ・ダウン
計数器２はＴ□倍信号移動方向毎に２チヤンネルで入力
されるため、正方向移動パルス数と逆方向移動パルス数
が計数され、サンプリング・パルス・タイマ６により発
生されるサンプリング・パルスに同期して一時記憶回路
３にラッチされる。

また、微細位置検出部３７はバイアス電圧印加回路４．
電圧制御発振器５．Ａ相計数器７．Ｂ絹針数冊８及び零
値計数器９より構成される。微細位置検出部３７にエン
コーダ原信号が送られるとまずバイアス電圧印加回路４
でバイアスされた電圧波形となる。これは電圧制御発振
器５の中に設けられた電圧可変抵抗が印加電圧−抵抗値
が双曲線特性を示す印加電圧レベルの中央に零値を設定
する機能を有する。電圧制御発振器５は電圧可変抵抗を
抵抗要素として含むＣＲ発振回路により構成されており
、電圧可変抵抗の印加電圧と発振周波数は一次関数関係
となるよう設定されている。

従って、正弦波状のエンコーダ原信号が微細位置検出部
３７に入力されると、Ａ、Ｂ相バイアス電圧信号は、正
弦波状の周波数分布を有するパルス列に変換され、零値
バイアス電圧信号は均一周波数のパルス列に変換される
（第１図参照）、Ａ。

Ｂ相及び零値計数器は、Ｔ、信号によりリセットされて
計数開始し、サンプリングパルスにより一時記憶回路に
ラッチすることにより、第１図中央に斜線で示す計数器
出力が得られる。サンプリングされないＴ工信号のパル
ス間では計数値は記憶されずにリセットされる。また各
移動方向につきエンコーダパルス（Ｔ１信号）発生区間
において、エンコーダ２相原信号の正負関係は一定であ
り、正負関係により番号づけられる区間位置を１／４周
期位置と呼ぶ。１／４周期位置は各移動方向にＯ→１→
２→３→０となるよう第３図のように番号づけられてお
り、１７４周期位置検出回路１５により検出される。こ
の装置には粗位置検出部３６、微細位置検出部３７等を
上位で制御するｃｐＵ１２、逆正接テーブル等方するＲ
ＯＭ１３、プログラム領域を有するＲＡＭ１４等がデー
タバス１０、アドレスバス１１を介して接続されている
。

次に電圧制御発振器５の構成及び動作について第５図及
至第８図、第１１図及び第１２図を用いて説明する。電
圧制御発振器５の回路構成例を第５図に示した。本発振
回路は抵抗１８〜２０、コンデンサ２１、インバータ素
子２２〜２４により構成され、インバータ素子２２．２
３が直流電源として作用し、コンデンサ２１の充放電に
伴うラインバータ素子２２．２３入力端の電位が各側の
しきい電圧値を越える度にインバータ素子２２゜２３の
入出力器の信号レベルが反転することを利用して発振す
る動作原理となっている。インバータ素子２４は波形整
形の役割をはたす。インバータ素子として信号の立上り
時間の極めて短いトランジスタ・トランジスタ・ロジッ
ク回路７４Ｓ０４を用いた場合、Ｒ工＋Ｒ３（Ω）、　
Ｒ２（ΩＬ　Ｃ（Ｆ）を可変として実験を行った所、発
振周波数ｆ　（Ｈ−）と上記受動素子特性値の間に発振
限界付近から離れた領域ではほぼ次式（３）の関係がな
りたつことがわかった（第１１図、第１２図参照）。

式（３）中の定数はトランジスタ・トランジスタ・ロジ
ック回路内のトランジスタの特性値、抵抗値などの諸定
数から決まる値であり、他のインバー夕景子を用いた場
合は変化すると考えられるが。

各受動素子特性値間の定性的関係は十分示す式であると
考えられ、本発振回路の発振周波数は一般に次式（４）
で示されると考えられる。（ただしα、β、γは正の定
数である） また、第１１図、第１２図かられかるように、Ｒ工＋Ｒ
１、Ｒ２を増大させると発振周波数ｆは下がるが、イン
バータ素子２２．２３の入出力端許容電流から定まる発
振限界が存在し、発振周波数ｆの可変域は限られる。

第５図ではＲ工を電圧可変抵抗としていることから、Ｒ
工が電圧可変抵抗印加電圧■と次式（５）で示す反比例
関係にあり、Ｒ，ｆｌ＋Ｒ３＝γ、Ｒ２−定とすると、
前記式（４）は次式（６）の形となり、発振周波数ｆと
印加電圧Ｖの間に一次関数関係が成立する。

Ｒ□＝δ／　（Ｖ＋　ｉ　）　＋Ｒ，。　　　　　・・
・（５）（ξ′、ζ′ニ一定値） 抵抗値と印加電圧の間に反比例関係の成りたつ材料とし
て、例えばＦｅＮｉ合金からなる磁気抵抗素子は、第６
図に示すよう１次側でコイルに電圧を印加し、電磁石を
構成すると第８図に示す特性が得られるため、コイル印
加電圧Ｖがｖ１≦■≦Ｖ、の範囲内では双曲線特性と近
似することが可能である。Ｖ、、Ｖ、の中間値Ｖ。。が
バイアス電圧となるように、例えば第６図に示すような
バイアス電圧印加回路によりバイアス電圧を印加し、エ
ンコーダ原信号の最大最小電圧印加時にコイル印加電圧
がＶ、以上■、以下となるよう設定すれば、エンコーダ
原信号電圧ｅＪと電圧可変抵抗印加電圧Ｖ、エンコーダ
原信号電圧ｅＪと発振周波数ｆの間には次式（７）（８
）の関係がなりたつ。

ｆ＝ξ′ηｅＪ＋ξ′Ｖ０゜＋ζ′ ＝ξｅ１＋ξ　　（ξ′、ζ′ニ一定値）・・・（８）
従って、第７図に示すエンコーダ原信号電圧と発振周波
数の１次関数関係が得られる。

次に、本実施例の位置・速度検出方法について第４図及
び第１３図を用いて説明する。

まず、粗位置検出方法について述べる。サンプリングパ
ルスと同期して一時記憶回路にラッチされた正方向、逆
方向移動位置θｕｐ（ｈ）、θｄｖｎ　（ｋ）（正確に
はパルス数の形で記憶されるが、位置換算量として扱う
）より粗位置ＯＲ（ｋ）は次式（９）により計算される
。

０Ｒ（ｋ）＝θｕｐ（ｈ）−θｄｗｎ（ｋ）　　　　・
＝　（９）正方向移動量は正、逆方向移動量は負の符号
をとる。エンコーダＡ、Ｂ相原信号ｅ＾、ｅＢが次式（
１０）で示される場合、粗位置分解能はπ／２ＫＥ（エ
ンコーダの一回転当りの目盛数にピとする）となる。

向、１／４周期位置により各々異なる計数器出力ｆ（Ｎ
ｊ）を示す。これはバイアスされた正弦波状周波数分布
を有する計数器出力をその正弦波のＱ’　、９Ｑ’　、
１８０°、２７０＠位相の所から任意の位置θまで積分
した結果と対応している。

そこで、（８）（１０）式を用いてエンコーダＡ、　Ｂ
相、零値の各区間の周波数分布を示す式、計数値を下式
（１１）、　（１２）に示した。

ここではＡ相がＢ相に対して９０’位相遅れを正方向移
動、９０°位相進みを逆方向移動とする。

次に微細位置検出方法について述べる。第１図に示すよ
うに、Ａ、Ｂ相の計数器出力は、移動力筒１図はサンプ
リング周期がエンコーダのパルス発生周期より長い例を
示したが、短い場合（低連動作時）を第１３図を用いて
説明する。図中斜線部は各サンプリング時の計数値を面
積で示している。この場合、サンプリング周期内にエン
コーダパルスが入らない場合は（１３）式に示すように
エンコーダパルスが入った時から積算した計数値をＮＪ
値として用いていることにより、サンプリング周期がエ
ンコーダパルス発生周期より長い場合と同様に扱うこと
ができる。

第に−に＋４サンプリング時： の移動方向変化時を正確に把えることができ、移動方向
が変化する際の位置も正確に検出することができる。

生位置）からの微細位置θＦを求めると表１に示す式が
得られる６本式の演算はＲＯＭ１３中に設けられた逆正
接テーブルを参照して行う。

また、移動方向についてもエンコーダ原信号をパルス化
する際に得られる方向弁別信号（８２信号）により粗検
出し、エンコーダパルス発生間隔における微細位置変化
量の符号の変化の有無を検出することによる微細検出を
併用すれば、第１図以上から、粗位置θＲ（ｈ）、微細
位置θＦ（ｋ）を求めることができ、サンプリング時の
精位置θ（ｋ）は、θ（ｋ）＝θＲ（ｈ）＋θＦ（ｋ）
　　　　　　　・・・（１４）として求められる。エン
コーダ原信号にノイズが混入した場合もノイズ混入によ
るＮ＾、　Ｎａ、　Ｎ。

各々の計数誤差ΔＮ　Ａ　、ΔＮａ、ΔＮ　ｏ　＜　Ｎ
　Ａ　＃　Ｎ　ｎ　＋Ｎｏであるため（第３１図参照）
、表１に示した演算・判定結果に及ぼす影響は小さく、
微細位置検出誤差を低減できる。

また、速度ω（ｋ）は前回サンプリング時の精位置θ（
ｋ−１）と今回サンプリング時の精位ｆｆｉ　Ｄ　（ｋ
）、サンプリング周期に反比例する計数に、とすると式
（１５）により求められる。

ω（ｋ）＝に、（θ（ｋ）−〇（ｋ−１））　　　　・
・・（１５）本方法によると、ノイズ混入による速度検
出誤差も低減できる。

次に本発明の第２の実施例を第２図、第４図、第９図及
至第１２図を用いて説明する。第９図は本発明の第２の
実施例の位置・速度検出装置の中の電圧制御発振器の回
路図、第１０図は第９図に示す電圧制御発振器を装置に
適用した場合の発振周波数可変軸と可変抵抗値の関係を
示す図である。

第１の実施例で示した位置・速度検出装置は発振周波数
可変域が第７図のように固定されているため、用途（要
求分解能）に応じた分解能の変更ができない、この解決
はエンコーダ原信号の最大最小電圧印加時の発振周波数
可変幅を変えることにより可能となる。可変幅は、発振
周波数を変化させると変化する。周波数可変幅Δｆ、電
圧電圧可変抵抗印加電圧幅振幅Ｖとすると（６）式より
Δｆ＝ξ’（Ｒ２）ΔＶとなり、Ｒ２大となるとξ′小
となるため、Ｒ２大となるとΔｆ小となる。第９図に示
す電圧制御発振器は（４）式に示す発振周波数と受動素
子特性値の関係を有するため、抵抗２０の抵抗値Ｒ２も
しくはコンデンサ２１の静電容量を可変とすれば発振周
波数及びその可変幅を変えられる。ここでは、発振周波
数と一次関数関係にある抵抗Ｒ２として複数種類オーダ
の異なる抵抗値を有する抵抗を並列接続し、マルチプレ
クサ２８にＣＰＵＩ２より信号を送り、用途に応じた設
定を可能とした構成の装置を示した。また、第１１．１
２図に示すように発振回路は低周波数域では発振限界が
存在するため、Ｒ２を大きくして発振周波数を低くする
のには限界がある。そこで、発振回路の発振周波数は高
く保ち、出力段に発振周波数及びその可変幅を小さくす
る分局器３０を設け、その分周比（通常で）をマルチプ
レフサ２９で切り換え可能とすることにより、電圧制御
発振器から安定した低周波数で小さい周波数可変幅を有
する発振パルス（低分解能パルス）をうろことが可能と
なる。

第１ｏ図は、第９図の発振回路構成とした際の発振周波
数可変幅と抵抗Ｒ２の関係を示したものであり、広い周
波数域にわたって安定したパルス発振と可変幅変更が可
能となる。また、第２図、第４図の破線部は本実施例を
適用する場合に、位置・速度検出装置及び方法に追加さ
れる部分を示している。本実施例を用いると、ハードウ
ェア。

ソフトウェアともに煩雑さをほとんど増すことなく電圧
制御発振器の発振周波数可変幅を拡げ、用途に応じた最
適の分解能をうることが可能となる。

また、第９図では抵抗Ｒ２として複数種類の中から１つ
選択する方式を示したが、ＣＰＵ１２よりＤ／Ａ変換器
を介して抵抗値をほぼ連続的に可変とできる電圧可変抵
抗をＲ２に用いることにより、より細かい発振周波数可
変幅の設定を行うことが可能となる。

次に、計数器７〜９の詳ａｔ構成につき、第１４図及び
第１５図を用いて説明する。位置は計数器により、移動
体の高速移動時にはエンコーダ粗位置パルス発生時から
サンプリングパルス発生時まで検出しなければならず、
低速移動時にはサンプリングパルス発生間隔で検出する
ことになる。従って、エンコーダパルスもしくはサンプ
リングパルスが入った時は計数器をクリアする若しくは
ラッチする必要があり、かつ、クリア、ラッチ時間にも
パルス計数を続ける必要がある。そこで、第１４図に示
すように各計数器７〜９を計数器ａと対計数器すにより
構成し、エンコーダパルスｆｆｌ　号もしくはサンプリ
ングパルス信号が入ると、計数器、対計数器を切り換え
て位置検出を行う構成とした。また、中央処理部がいず
れの計数器の計数値を読み出すか判定するため、計数器
の計数開始信号（Ｓ信号）もラッチ回路３８に取り込ま
れるよう構成されている。第１５図に、サンプリングパ
ルス信号若しくはエンコーダパルスが入った時の計数器
、対計数器のオン・オフ動作をタイムチャート図で示し
た。両方オンとなることはなく。

常に一方にて計数が行われる。

次に、本発明の第３の実施例を第１６図、第４図及び第
１７図を用いて説明する。第１６図は本発明の位置・速
度検出装置を位置・速度を検出する移動体を踵動するモ
ータの制御装置に適用した場合のモータ制御装置のブロ
ック図、第１７図は、本発明の位置・速度検出装置によ
り位置・速度を検出される移動体がロボットアーム、ロ
ボット手首軸である場合の移動体の構造例（水平長関節
形直接駆動ロボット）を示す図である。

第１６図を用いて、本発明の位置・速度検出装置をモー
タ制御装置に適用し位置制御を行う例を示す。モータ制
御装置１７にトルク指令を与える部分まではソフトウェ
アサーボで構成されており、サンプリング周期毎に移動
体もしくはモータの位置・速度が検出されると、あらか
じめ生成されている移動体３９の移動軌跡を実現するた
めに、位置偏差、速度偏差が検出され、モータの不感帯
、トルクリミットを考慮したトルク指令が生成され、モ
ータ制御装置１７よりモータ４０にトルク電流が供給さ
れる。第４図に本動作のフローを示したが、移動体３９
が目標位置に達するまでモータ制御装置１７に送られる
トルク指令はサンプリング周期毎に書き換えられ、目標
位置に対し、位置偏差が０となると、移動体に外力（例
えば重力）に対する保持トルクのみモータに発生させる
トルク指令が生成される。モータ制御のソフトウェアサ
ーボ部４２の演算機能は１本位置・速度検出装置４３の
中央処理部に持たせることも可能であり、モータ制御に
必要な諸パラメータ値は、ソフトウェアで設定すること
により、ハードウェアを変更することなく実現可能であ
るという利点がある。

次に、本位置・速度検出装置の適用される例として、制
御対象が水平多関節形ロボットである例を第１７図を用
いて説明する。本ロボットは第１アーム５０、第２アー
ム５７がアウタロータ形直接１１ｉ１ｉ　動モータ４４
，５１により回転能動され、第２アーム先端に作業用ツ
ールを先端に有する上下・回転動作の可能な手首軸（ス
プライン軸）７１が設けられている。手首軸７１は、そ
の上下動作についてはモータ５８よりベルト６３を介し
て回転動力がボールネジ６５に伝達され、ポールネジナ
ツト部と結合されたブラケット６７にスプライン軸７１
が回転可能、上下方向拘束で設けられ、ころがり軸受等
で半径方向に支持されているため、ブラケット６７及び
スプライン軸７１はボールネジ６５の回転に対して回り
止めされた状態で、ボールネジ６５の回転と共にネジの
ピッチ分だけ上下方向に移動する構造になっている。

また、手首軸７１の回転動作はモータ６０より減速機６
１、ベルト６３、スプライン軸受取付部材６９、スプラ
イン軸受７０を介してスプライン談合されているスプラ
イン軸７１に動力伝達される。

主軸及び手首軸にはインクリメンタル方式のエンコーダ
が設けられ、エンコーダの基準位置からの相対回転数、
回転角の検出が行われている。また、基準位置への復帰
動作、オーバラン防止のための検出センサ４７，５４　
（一部のみ図示）及び被検出体４．６，５３，６６．６
８が設けられており、オーバラン検出後さらに行き過ぎ
た動作を防止するためのストッパ４９．５６．７２及び
移動体で当接する衝突部材４８，５５．７３が設けられ
ている。

第１アーム５０．第２アーム５７を回転駆動する直接駆
動モータ４４，５１は、モータ出力軸に減速機が設けら
れていないため、減速機を装着しモータ回転軸にエンコ
ーダを取りつけて位置検出をする場合と比して同一の位
置分解能をうるのに減速比倍の高分解能のものが求めら
れる。その点で、本発明で述べた位置・検出方法は高分
解能でかつ用途に応じて可変分解能とすることができ、
有効である。

以下、次に位相ずれによる検出誤差を低減する本発明の
第１の実施例を第１８図及至第２９図及び第３図により
説明する。本実施例ではモータに移動体及びエンコーダ
が結合され、エンコーダ信号等のセンサ信号が位置・速
度検出装置に取り込まれ、位置・速度検出を行う例につ
き説明する。

第１８図は本実施例の移動体の通常動作時の位置・速度
検出のタイムチャート図、第１９図はインクリメンタル
方式のエンコーダを用いた移動体の全体動作のうち特に
位相ずれ検出を示すタイムチャート図、第２０図は絶対
番地方式のエンコーダを用いた移動体の全体動作のうち
特に位相ずれ検出を示すタイムチャート図、第２１図は
移動体の位置・速度検出装置のブロック図、第２２図は
インクリメンタル方式のエンコーダを用いた場合の初期
動作（原点復帰動作）のフローチャート図、第２３図は
絶対番地方式のエンコーダを用いた場合の初期動作のフ
ローチャート図、第２４図は移動体の通常動作時の位置
・速度検出方法を示すフローチャート図、第２５図は移
動体の位置・速度制御装置のブロック図、第２６・図は
インクリメンタル方式のエンコーダを装着した直接駆動
モータによりアーム状移動体を回転駆動する装置の縦断
面図、第２７図は第２６図（７）ＸＸＶＩＩ−ＸＸＶ１
１部断面図、第２８図は第２６図及び第２７図で示した
回転駆動装置の各領域及び原点位置復帰方法を示す図、
第２９図は第１８図で示した微細位置検出に用いる逆正
接データテーブルの構成を示す図である。

エンコーダ２相原信号位相差に９０°から位相ずれがあ
る場合の位置検出誤差を低減するためには位相ずれを検
出しなければならない。エンコーダ２相原信号位相差の
９０°からの位相ずれを移動体に無駄な動作を行わせる
ことなく検出するため、本発明では移動体の初期動作時
に検出することにした。エンコーダには、相対位置を検
出可能なインクリメンタル方式のものと、常に絶対位置
が検出可能な絶対番地方式のものがある。インクリメン
タル方式のエンコーダを用いて移動体の位置検出を行う
場合には、動作開始時に移動体の絶対位置が不明である
ため、初期動作としてあらかじめ設定された原点位置へ
の復帰動作を行ってから、移動体を動作開始位置へ移動
し、通常動作を開始する。従って、原点位置復帰動作若
しくは、動作開始位置への移動の等速区間を利用すれば
。

移動体に無駄な動作を行わせることなく位相ずれ検出を
行うことが可能である。また、絶対番地方式のエンコー
ダを用いて移動体の位置検出を行う場合には、原点位置
復帰動作は、不要であるが、作業開始位置まで移動体を
移動させる初期動作時の等速区間において位相ずれ検出
を行えば、無駄な動作なく位相ずれ検出が行える。

位相ずれの検出に当っては、エンコーダを波形整形した
後で出力されるエンコーダパルスの間隔を計時すること
により行う。位相ずれ無しで移動体等速動作時にはエン
コーダパルス間隔は常に一定であるが位相ずれがある場
合は一定ではなく１つおきに同一となる。

まず、本発明で対象とするモータ、移動体、エンコーダ
を含む装置について述べる。インクリメンタル方式のエ
ンコーダの装着された直接廓動モータによりアーム状移
動体を（動作範囲２４０”　）を回転湘動する装置を第
２６図を用いて説明する９モータステータ２３ａはベー
ス３０に結合されており、モータロータ２３ｂには移動
体２４．特定位置検出用被検出体２７及び衝突部材２９
が結合されている。また、エンコーダ２２はモータロー
タ２３ｂ、ステータ２３ａの相対位置を検出できるよう
配置されている。絶対番地方式のエンコーダの装着され
た装置では、特定位置検出用被検出体２７及び検出用セ
ンサ２５，２６の無い構造となる。第２６図で示した特
定位置検出用被検出体２７、衝突部材２９、ストッパ２
８の形状を第２７図を用いて説明する。被検出体２７は
オーバラン検出部３１と原点位置検出・領域判別部３２
より構成することにより原点位置検出用センサ２６は領
域判別用にも兼用でき、両側のオーバラン検出用センサ
２５ａ、２５ｂと合わせて３ケのセンサで全ての特定位
置検出を行うことができる。これにより、第４７図に示
した従来例と比してセンサ数を１ヶ減らすことができる
。また、移動体２４はオーバラン検出用センサ２５ａ、
２５ｂによりオーバランが検出されて更に行き過ぎた動
作を行うと、移動体２４と結合されている衝突部材２９
がストッパ２８に当接し、移動動作を停止する構造とな
っている。

本装置の原点位置復帰動作を第２８図を用いて説明する
。原点位置検出センサ２６は、初期位置において、移動
体２４が原点位置に対していずれの側（Ｌ領域、Ｒ領域
）にあるかを判定し、原点位置の方向を検知し、移動体
２４を原点位置方向へ動作させる。原点位置検出センサ
２６により原点位置が検出されると、移動体２４を真の
原点位置の方向へ移動させる。そして、エンコーダの２
相が検出された位置を真の原点位置と定め、移動を停止
する。以後の動作は、この位置を基準位置として相対変
位を検出することにより行う。本原点位置復帰方法は第
４８図に示した従来例と比して原点領域部の検出を行わ
ない分だけ動作アルゴリズムが簡略化されている。

次に、本発明の位置・速度検出方法を説明する。

本発明の位置・速度検出は、■移動体の初期動作時のエ
ンコーダ２相原信号位相差の９０°からの位相ずれ検出
、■移動体の通常動作時の前記位相ずれを考慮した位置
・速度検出、の２つの手順により構成されている。まず
■について、第１９図及至第２３図を用いて説明する。

第１９図及至第２３図を用いて説明する。第１９図及び
２０図にインクリメンタル方式、絶対番地方式のエンコ
ーダを用いた場合の位置検出のタイムチャート図を示し
た。移動体の初期動作は、インクリメンタル方式では、
原点復帰動作と通常動作開始位置への移動の２動作があ
り、絶対番地方式では通常動作開始位置への移動から成
っている。従って、位相ずれ検出は各方式において、い
ずれかの、動作の中にて行えばよい。第１９図は原点復
帰動作時に、第２０図は通常動作開始位置への移動時に
位相ずれ検出を行う例を示している。図に示すように等
速動作区間では、エンコーダパルスの時間間隔はエンコ
ーダ２相原信号の零交差時の位相差に対応する。従って
、エンコーダ２相原信号の正負関係から各移動方向Ｓ（
正転：１、逆転：−１）に第３図に示すような４つの１
／４周期位置ｑ　（＝０゜１．２．３）を定義し、第２
１図の１／４周期位置検出回路より検出することにより
、基準となる１／４周期位置（ｑ＝０とする）からの連
続するパルス間隔ｔ　ｑ＝０及びｔ９＝１より次式（１
６）により位相ずれてか演算できる。

・　　ｔｑ−１ｔｑ−Ｏ ｙ＝３６０　４（ｔ、。、十、９．。）°Ｓ°゛（１６
）第２２図及び第２３図にインクリメンタル方式、絶対
番地方式の初期動作のフローチャートをボしている。タ
イマは２ヶ用い、エンコーダパルスが入力する度に交互
に別のタイマで計時することにより、計時遅れを防ぐこ
とが可能となる。また、各タイマは等速区間中の偶数番
目、奇数番目のエンコーダパルス間隔を検出・記憶して
いるため、各々の同一のｑ値におけるパルスの時間間隔
平均値ｔ　ｑ＝０、ｔｑ＝ｔを用いて式（１６）より演
算することにより、誤差の小さい位相ずれ検出が可能と
なる。第２１図に本実施例の移動体の位置・速度検出装
置のブロック図を示したが、移動体の初期動作に関係す
る部位としては、エンコーダ原信号より１／４周期位置
を検出する１／４周期位置検出回路１８、エンコーダ原
信号を波形整形回路ｌに通して得られるエンコーダ・パ
ルスの時間間隔を検出する位相ずれ検出タイマ１７、イ
ンクリメンタル方式で必要となる特定位置検出部３５及
びそれらのデータの読み出しを行うためのデコーダ１９
などがある。

次に、前記■の移動体の通常動作時の前記位相ずれを考
慮した位置・速度検出について、第１８図、第２１図、
第２４図、第２５図、第２９図を用いて説明する。第１
８図は移動体の位置・速度検出のタイムチャートを示し
、第２１図は、位置・速度検出装置のブロック図を示し
ているが、この２つの図を主に用いて説明する。第１８
図は、位相ずれ３０°の場合を示しているが、移動体は
等速動作しいているにも拘らずエンコーダパルスは不均
一な周期で発生するため、エンコーダパルスのみを計数
した位置（粗位置）には、３０’の位相部分で±１パル
スの計数誤差が生ずる６そこで。

本発明では、エンコーダパルス発生位相差は２パルス毎
に１８００となることを利用し、粗位置は基準とする１
／４周期位置（ｑ＝０．２とする）より２パルス毎に計
数する補正を行う構成とした（第１８図中実線部参照）
。これは、整数ｘｔｉ−整数ｙでわった剰余をｍｏｄｙ
（ｘ）と表記するとした時、移動方向変化時の変化直前
・直後のエンコーダ２相原信号の１／４周期位ｆａｑ工
ｔ　ｑｘ、移動方向Ｓ□、Ｓ２（但し、正転：１、逆転
：−１）、第にサンプリング時のエンコーダ・パルス計
数値ＰＯ（ｋｌ１回転角／エンコーダパルス数＝に２．
粗位置検出値θＲ（ｂ）とすると、次式で示される。

（ｉ）移動方向変化時からｍｏｄ、（ｑ）＝１となるま
で θｎｎ）　＝Ｋｚ（Ｐｏｎ）　＋　Ｓ、・ｍ　ｏ　ｄｚ
（ｑｌ）Ｅ・（１７）（ｎ）移動方向変化後にｍｏｄｚ
（ｑ）＝１となった後 θＲｎｕ　＝Ｋｚ（Ｐｏ＋に＋　＋　Ｓ２・ｍ　ｏ　ｄ
２（ｑ））　・・・（１８）また、式（１７）　（１８
）は、通常動作開始時は動作開始時の１／４周期位置を
９２とし、ｑ、＝ｍ　ｏ　ｄ４（ｑｚ　　１）とし、動
作開始時移動方向を８２とし、Ｓ１＝　−Ｓ、とするこ
とによりそのまま利用できる。

次に、粗位置は２パルス毎に計数するため、サンプリン
グ時の位置を高精度に求めるため、１８０゜位相（２パ
ルス分）内の微細位置（補間量）を位相ずれを考慮して
検出する。その微細位置検出方法について述べる。ここ
では位相ずれでとし、移動体正方向移動時にはエンコー
ダ原信号のＡ相はＢ相に対して９０”＋ψの位相遅れが
あり、移動体逆方向移動時にはＡ相はＢ相に対して９０
’−での位相進みがあるとする（第１８図参照）。

この場合、第１８図に示すようにサンプリング時にエン
コーダ２相原信号及び零値信号を各々サンプルホールド
すると（Ａ、Ｂ相電圧ｅ＾、　ｅａ、零値電圧ｅｃとす
る）、移動方向Ｓ（正方向：１、゛逆方向：−１）とす
ると、第にサンプリング時の微細位置θＦ　（ｋ）と各
信号値の間には次の関係が成立する。

（Ｓ　ｎ＋　＝　１　ノドき、０≦（３Ｆ　ｌｋｌ≦１
８０゜Ｓ＋ｈ＋＝　　１（７）トき、−１８０”；ａ　
８ｒＩｍ＋≦Ｏとする） 上記θＦ値は１位相ずれにより等速動作時にも異なるエ
ンコーダ・パルス間隔がいずれも９０’　となるよう補
正が加えられている。また、移動体の移動方向Ｓ　ｌｋ
ｌはエンコーダ原信号を波形整形回路でパルス化する際
に得られる方向弁別信号より検出される粗検出を（１９
）式より得られる微細位置ＯＦの変化量の符号より検出
される微細検出により補正することにより、高精度に移
動方向を検出できる。

以上検出された粗位置ＯＲｌｋｌと微細位置θＦ　ｌｋ
ｌより次式（２０）　（２１）により位置１１１ｉｋ１
．速度ω。。

を求めることができる（　Ｋ　Ｓはサンプリング周期の
逆数に比例する係数である）。

θ、ｋ）＝θＲ傭）十０ＦＬｋ）　　　　　　・・・・
・・（２０）ω、に、＝に、（θ＋ｋｌ　−０＋に−ｔ
ｌ　）　　　　・・・・・・（２１）本位置・速度検出
法はサンプリング周期の間にエンコーダパルスが１つも
入らない低速動作時にも逆正接演算により微細位置変化
が検出されるため低速動作にも適用可能な方法である。

上記の通常動作時の位置・速度検出のフローチャート図
を第２４図に示した。通常動作開始時の１／４周期位置
はエンコーダパルスの発生位置によっては誤検出する可
能性があるため、１パルス発生後に１／４周期位ｆｉ１
ｍ　Ｏｄ４（ｃｑ２＋　１　）を検出し、動作開始時の
１／４周期位置ｑ２を検出する構成とした。

また、サンプリングパルスが発生した時にわり込みが入
り、各種検出及び演算を行う構成とし、それ以外の時刻
においては常に１７４周期位置の検出・記憶と移動方向
変化の有無の検出を行い、移動方向変化時には変化前後
の１／４周期位置ｑ工。

ｑ２及び移動方向Ｓ□ＦＳ２を検出、記憶し、その後の
サンプリング時の（１７）　、　（１８）式の演算に利
用する構成とした。また、（１９）式の逆正接テーブル
は第２９図に示すように、移動方向により異なるアドレ
ス群にわりつけられており、位相ずれとエンコーダ２相
原信号電圧比をアドレス指定することにより、（１９）
式に示す微細位置θＦが検出できるようにした。

また、移動体の通常動作時の位置・速度検出を行うのに
使用する装置は第２１図に示した装置における粗位置検
出部１５．微細位置検出部１６等であり、サンプリング
パルスに同期してエンコーダパルスを計数し、その計数
値を中央処理部３６に取り込み、　（１，７）、（１８
）式に示す粗位置補正を行う。また、微細位置検出に当
っては、Ａ／Ｄ変換器７〜９入力端子を正値とするよう
にエンコーダ原信号をバイアス電圧印加回路５に通すこ
とにより、バイアス及びゲイン調整を行い、サンプリン
グパルスに同期してサンプルホールド６でサンプルホー
ルドし、Ａ／Ｄ変換器７〜９によりディジタル変換され
、ｅ＾〜ｅｃ検出値が中央処理部３６に取り込まれ、以
上の検出値と移゛動方向、１／４周期位置検出値から微
細位置演算、位置・速度演算が行われる６本装置は従来
例のブロック図（第４４図参照）と微細位置検出部の構
成が若干具なるが、従来例はｅ＾〜ｅｃのＡ／Ｄ変換を
パルス幅変調により行っているのであり、従来例の微細
位置検出部を第２１図の微細位置検出部にそのまま適用
しても同一の方法により位置検出誤差を著しく低減する
ことができる。

また、第２５図は５本位置・速度検出装置をロボットア
ーム等移動体２４を駆動するモータ２３の制御装置８２
と接続して、移動体２４の位置制御を行う例を示す。前
記の移動体の位置・速度検出においては、移動体の位置
・速度を検出するのが目的であったが、本装置では、目
標位置に到達する移動体２４の動作をうるために、位置
偏差、速度偏差をもとにトルク指令を生成し、モータ制
御装置８２よりトルク電流を発生し、モータ２３を駆動
することにより、移動体２４が目標位置に到達するまで
サンプリング周期毎にトルク指令値が変更される。また
、位置指令発生部からトルク指令発生部までソフトウェ
アサーボで構成されているため、第２１図の中央処理部
３６に所要のプログラム、データを備えることにより、
本位置・速度検出装置を移動体の位置・速度制御装置の
一部として用いることができる。上記制御演算アルゴリ
ズムは第２４図中にも一点鎖線部として示した。

次に本発明の第２の実施例として、エンコーダ２相原信
号及び零値信号より微細位置を検出するに当って、サン
プリング時のエンコーダ原信号の瞬時値を検出するので
はなく、エンコーダ・パルス発生時からサンプリング時
までの積分値相当量をディジタル量としてうることによ
り行う方法及び装置を第３０図乃至第４０図を用いて説
明する。

第３０図はエンコーダ原信号瞬時値検出を示す図、第３
１図はエンコーダ原信号積分値検出を示す図、第３２図
はエンコーダ原信号積分値検出時に、サンプリング周期
の間にエンコーダパルスが発生しない低速動作時の検出
値を示す図、第３３図はエンコーダ原信号の積分値相当
ディジタル量を検出することにより移動体の通常動作時
の位置・速度検出方法及び移動体位置制御方法を示す図
、第３４図はエンコーダ原信号の積分値相当ディジタル
量を検出する移動体の位置・速度検出装置のブロック図
、第３５図は電圧制御発振器の構成例を示す図、第３６
図は電圧可変抵抗とバイアス電圧印加回路の構成例を示
す図、第３７図は磁気抵抗素子の特性例を示す図、第３
８図は第３５図に示した電圧制御発振器の発振周波数と
バイアス電圧印加回路入力電圧の関係を示す図、第３９
図及び第４０図は第３５図に示した電圧制御発振器の発
振周波数と受動素子特性値の関係を示す図である。

まず、第３０図及び第３１図を用いてエンコーダ原信号
の瞬時値を検出する場合と、エンコーダパルス発生時か
らサンプリング時までの積分値を検出する場合の比較を
行う。瞬時値検出により前記（１９）式の演算を行う場
合は第３０図に示すようにエンコーダ原信号にノイズが
混入している場合に検出誤差が大きくなる欠点がある。

ノイズ混入を防ぐにはバイアス電圧印加回路出力端にフ
ィルタを設けるなど対策することによりある程度低減可
能であるが、溶接作業などの大電流使用環境付近で使用
する場合には低減効果にも限界がある。

その点第３１図に示す積分値検出を行うと、エンコーダ
原信号にノイズが混入した場合にもノイズ成分が検出値
に占める割合は小さく検出誤差を低減できる。ここでは
、第３４図に示すように、エンコーダ原信号をバイアス
した信号を入力電圧と発振周波数に一次関数関係のある
電圧制御発振器４０に通すことにより、パルス列に変換
し、エンコーダ、パルス発生、サンプリングパルスに同
期して計数器３７〜３９によりエンコーダ原信号の積分
値相当量Ｎ＾、Ｎａ、Ｎｃを検出できるようにしたもの
である。微細位置θＦは各移動方向Ｓ（正方向１、逆方
向−１）につき１７４周期位置位置上らず次式で計算さ
れる。（ＫＥＥＬ回転当りのエンコーダの目盛数） ・・・　（２２） （但し、Ｓ＝１のとき０≦ＯＦ≦１８０゜５＝−１のと
き１８０°≦θＦ≦０） また、第３２図に示すようにサンプリング周期内にエン
コーダパルスが入らない（粗位置の変化量から求めた速
度を粗速度と呼ぶと、粗速度０）低速動作時は、（２２
）式の関係式は成り立たないため、Ｎ＾、Ｎａ、Ｎａ値
としては次式（２３）に示すようにエンコーダパルスの
発生時（ｊ＝ｏ）からサンプリング時（ｊ−ｎ）までの
総和を求めて（２２）式より微細位置を求める・必要が
ある。

従って第３３図に示したフローチャート図においても粗
速度Ｏか否かの判定を行っている。その他は第２４図に
示した第１の実施例と同一である。

次に、上記電圧制御発振＠４ｏの例について第３５図乃
至第４０図′を用いて説明する。第３５図に抵抗４１〜
４３、コンデンサ４４及びインバータ素子４５〜４７よ
り構成されるＣＲ形発振回路を示す。本発振回路は、イ
ンバータ素子４５゜４６が直流電源として作用し、コン
デンサ４４の充放電に伴うインバータ素子４５．４６人
出力側の電位が各側のしきい電圧値を越える度にインバ
ータ素子４５．４６の入出力側の信号レベルが反転する
ことを利用して発振する動作原理となっている。インバ
ータ素子４７は波形整形の役割をはたす。インバータ素
子として信号の立上り時間の極めて短いトランジスタ・
トランジスタ・ロジック回路７４ＳＯ４を用いた場合、
Ｒ工＋Ｒ３（Ω）。

Ｒ２（Ω）、　Ｃ（Ｆ）を可変としてＢ点の発振周波数
ｆ　（Ｈｚ）と上記受動素子特性値間には第３９図、第
４０図に示す関係が得られ１発振限界付近から離れた領
域ではほぼ次式（２４）の関係がなりたつことがわかっ
た。

式中の定数はトランジスタ・トランジスタ・ロジック回
路内のトランジスタの特性値、抵抗値などの諸室数から
決まる値であり、他のインバータ素子を用いた場合は変
化すると考えられるが、各受動素子特性値間の定性的関
係は十分示す式であると考えられ、本発振回路の発振周
波数は一般に次式（２５）で示されると考えられる。（
ただし、α。

β、γは正の定数である） “−β１′　　　　　　　・・・（２５）ｆ”（Ｒ２＋
　Ｒ，−γ）Ｃ 式（２５）から明らかなように電圧可変抵抗を用いれば
抵抗−次側電圧を変えることにより、発振周波数を変え
ることができる。ここでは、抵抗−次側にエンコーダ原
信号をバイアスした信号を印加し、電圧制御発振器４０
を通すことによりパルス列に変換する。式（２５）にお
いて、Ｒｏを電圧可変抵抗とし、電圧可変抵抗として、
第３６図に示すような１次側をコイル４８で巻回された
コア４９に微小な隙間を隔てて設けられている磁気抵抗
素子５０の両端子より可変抵抗をうる構造のものを用い
る。原理としては、第３６図においてＡ点印加電圧が変
化するとコイル４８に流れる電流が変化し、磁気抵抗素
子５０に作用する磁気力が変化することによる磁気抵抗
素子の抵抗変化を利用するものである。磁気抵抗素子は
一般に第３７図に示す抵抗特性を示すため、双曲線特性
を有する部位で利用できるようバイアス電圧を印加し、
Ｒ，、＋　Ｒ３＝γと設定すると電圧制御発振器の発振
周波数ｆと印加電圧Ｖの間には次式（２６）　、　（２
７）の−次関数関係が成りたつ。

Ｒ１＝δ／（Ｖ　＋　Ｅ　）　＋　Ｒｏ、　　　　　　
　・（２６）（ξ′、ζ′ニ一定値） エンコーダ原信号ｅ□がバイアス電圧印加回路５におい
て、第３７図のｖ、、　（＝　（Ｖα十Ｖβ）／２）の
バイアス電圧が印加され、コイル両端電圧がＶα以上■
β以下となるよう設定すれば、エンコーダ原信号が第３
６図Ａ点に印加されると、エンコーダ原信号電圧ｅｊと
電圧可変抵抗印加電圧Ｖ、発振周波数ｆの間には次式（
２８）　（２９）の関係がなりたつ。

１／４周期位置ｑ＝２．３の場合 ｆ；ξ′ηｅＪ＋ξ′■。。＋ζ′ ；ξｅＪ＋ζ（ξ、ζニ一定値）　・・・（２９）従っ
て、第３８図に示すようにエンコーダ原信号電圧と発振
周波数の１次関数関係が得られる。

これから、移動体の正方向移動時には、エンコーダ原信
号に対応する電圧制御発振器出力パルス列の周波数及び
計数値は次式（３０）〜（３２）で示される。

１／４周期位置ｑ＝Ｏ＊１の場合 逆方向移動の場合も同様に求められ、これらの式より求
められる前記式（２２）により微細位置ａｒを求めるこ
とができる。

また、作業により求められるエンコーダ分解能は異なる
ため、所望の分解能をうるため、第３５図に示すように
Ｒ２可変として式（２７）に基づき発振周波数可変幅Δ
ｆ　（＝ξ’（ＲＺ）ΔＶ、ξ′；Ｒ，ｔとすると小と
なる。ΔＶ：エンコーダ電圧電圧幅振幅応する電圧可変
抵抗印加電圧両振幅）を可変とする装置が考えられる。

また、Ｒ２可変とした場合は、第３９図に示すように発
振周波数の低い領域（Ｒ２ｔの場合）では発振限界が存
在することから、第３５図に示すようにＢ点では高周波
数でパルス発振させ、分周器５２で１／２１に発振周波
数を下げることにより安定した発振が可能となる。抵抗
値Ｒ２と分周比は位置速度検出装置の中央処理部３６よ
りマルチプレクサ５１ａ。

５１ｂに信号を送り適当な値を選ぶことによりＣ点発振
周波数可変幅（エンコーダ分解能に対応）を用途に応じ
て最適に選択することが可能となる。

次に、本発明の第３の実施例を第４１図を用いて説明す
る。第４１図は移動体の初期動作及び通常動作において
、エンコーダ２相原信号位相差の９０’からの位相ずれ
を検出する移動体の位置・速度検出方法のタイムチャー
ト図を示す。第１の実施例では移動体の初期動作におけ
る等遠因間を利用してエンコーダ２相原信号位相差の９
０°からの位相ずれを検出する例を示したが、産業用ロ
ボットなどでは長時間にわたって連続運転する場合が多
く、環境条件の変化などによりエンコーダ２相原信号位
相差の９０’からの位相ずれが変化することが考えられ
る。そこで、通常動作中の等遠因間において位相ずれを
検出し、初期動作時に検出し記憶されているデータを書
き替えることにより、長時間連続運転にも適した位相ず
れ補正を行うことができ、位置・速度検出誤差を低減で
きる。第４１図において、位相検出タイマは初期動作時
のみならず通常動作時の等遠因間においても位相検出を
行っており、位相ずれを式（１６）に基づき算出し、記
憶データを修正することができる。

次に本発明の位置・速度検出対象となる移動体がロボッ
トアーム、ロボット手首軸である例を前記第１７図を用
いて説明する。第１７図は水平多関節形直接訃動ロボッ
トであり、第１アーム５０、第２アーム５７は直接駆動
モータ４４，５１により駆動され、ロボット手首上下軸
はサーボモータ５８の回転をベルト６３で動力伝達し、
ボールネジ６５で回転・直進運動変換を行うことにより
駆動されており、ロボット手首回転軸はサーボモータ６
０の回転が回転形減速機６１で減速され、ベルト６４、
スプライン軸受取付部材６９、スプライン軸受７０を介
してスプライン軸７１に動力伝達される。手首上下軸の
動作は、ボールネジ６５ナツト部と結合されているブラ
ケット６７が上下動作することによりブラケット６７に
対して上下方向拘束、回転方向自由に連結されているス
プライン軸７１がスプライン軸受７０に対してスプライ
ン嵌合されているため上下方向に動作することによりな
されるゆ 第１７図で示したエンコーダはすべてインクリメンタル
方式の例を示しており、４軸すべてに特定位置検出用被
検出体４６，５３，６６．６８及び特定位置検出センサ
４７，５４　（一部を図示した）が設けられている。第
１、第２アーム・手首上下軸にはオーバランした時１、
各軸の動作を停止させるストッパが設けられている。

第１アーム５０、第２アーム５７を駆動する直接駆動モ
ータ４４，５１は出力軸に減速機が無いため、減速機付
きでモータ回転軸にエンコーダを装着して位置検出する
場合と比べると、出力軸で同一位置分解能をつるのにエ
ンコーダに減速比倍の高分解能のものが求められる。そ
の点、本発明で述べた位置検出方法は高分解能でかつ用
途に応じて可変分解能とすることができ有効である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成さ九ているので以下
に記載され″るような効果を有する。

（１）　　エンコーダ原信号の積分量相当のパルス数を
計数して微細位置検出を行っているため、エンコーダ原
信号に部分的に大きいノイズが混入した場合にも微細位
置検出誤差を小さくすることが可能である。

（２）　　エンコーダ原信号をパルス列に変換する発振
回路はその発振周波数可変幅を外部信号により容易に変
更可能であり、用途に応じた分解能をエンコーダよりう
ろことが可能である。

（３）　　サンプリング周期がエンコーダパルス発生周
期より短い低速動作時にも本位置・速度検出方法は高分
解能の位置・速度検出が可能である。

（４）移動方向検出を粗検出と微細検出を併用して行う
ことにより、移動方向変化時にも位置を正確に検出でき
る。

（５）　　サーボモータにより駆動される移動体の位置
検出用エンコーダの２相原信号位相差に９０”から位相
ずれがある場合にも位相ずれを考慮してエンコーダパル
ス間の補間位置を検出するため位置検出誤差を小さくで
きる。

（６）　　サンプリング周期内にエンコーダパルスが全
く発生しない低速動作時にもエンコーダ原信号に基づき
位置・速度検出を行っているため、移動体の低速動作時
の制御性は損われない。

（７）移動方向を粗検出・微細検出を組み合わせて行っ
ているため低速移動時の移動方向変化時にも移動方向を
正確に検出でき１位置を正確に検出できる。

（８）移動体が長時間連続動作時にもその等遠因間にお
いて、エンコーダ２相原信号位相差の９０’からの位相
ずれを検出することにより、環境条件の変化により位相
ずれ変化にも対応可能である。

（９）電圧制御発振器を用いてエンコーダパルス間の補
間位置検出を行うことにより、エンコーダ原信号のノイ
ズ混入による補間位置検出誤差を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置・速度検出のタイムチャート図、
第２図は本発明の位置検出装置のブロック図、第３図は
エンコーダの１７４周期位置とエンコーダ原信号符号の
関係を示す図、第４図は本発明の位置・速度検出方法の
フローチャート図。 第５図は第１の実施例の電圧制御発振器の回路図、第６
図は本発明のバイアス電圧印加回路と電圧可変抵抗の例
を示す図、第７図は第５図の電圧制御発振器を第２図の
位置・速度検出装置に適用した場合の第２図Ａ点印加電
圧と電圧制御発振器の発振周波数の関係を示す図、第８
図は第６図に示した電圧可変抵抗の抵抗値と入力電圧の
関係を示す図、第９図は本発明の第２の実施例の電圧制
御発振器の回路図、第１０図は第９図の電圧制御発振器
を装置に組み込んだ場合の電圧制御発振器の発振周波数
可変幅と可変抵抗値の関係を示す図、第１１図及び第１
２図は第５図に示す電圧制御発振器の動作素子特性値を
変化させた時の発振周波数の変化を示す図、第１３図は
サンプリング周期がエンコーダパルス発生周期より短い
低速動作時の位置検出のタイムチャート図、第１４図は
計数器の詳細な構成図、第１５図は計数器・対計数器の
動作タイムチャート図、第１６図は本発明の第３の実施
例で述べた位置・速度検出装置を移動体の位置・速度制
御装置に適用した場合の制御装置のブロック図、第１７
図は位置・速度検出装置の検出対象の例として示した産
業用ロボットの構造図、第１８図は本発明の移動体の通
常動作時の位置・速度検出方法のタイムチャート図、第
１９図は本発明の第１の実施例のインクリメンタル方式
のエンコーダを用いた移動体の位相ずれ検出方法を示す
タイムチャート図、第２０図は本発明の第１の実施例の
絶対番地方式のエンコーダを用いた移動体の位相ずれ検
出方法を示すタイムチャート図、第２１図は本実施例の
移動体の位置・速度検出装置のブロック図、第２２図は
インクリメンタル方式のエンコーダを用いた移動体の初
期動作方法を示すフローチャート図、第２３図は絶対番
地方式のエンコーダを用いた移動体の初期動作方法を示
すフローチャート図、第２４図は本発明の移動体の通常
動作時の位置・速度検出方法を示すフローチャート図、
第２５図は本発明の移動体の位置・速度検出装置を含む
移動体の位置・速度制御装置のブロック図、第２６図は
インクリメンタル方式のエンコーダを用い、直接駆動モ
ータによりアーム状移動体を回転駆動する装置の構造を
示す縦断面図、第２７図は第２６図のＸＸ側−ＸＸ■部
断面断面図２８図はインクリメンタル方式のエンコーダ
を用いた移動体の原点位置復帰方法を示す図、第２９図
はエンコーダのパルス間の補間位置の演算を行うのに用
いるテーブルの構成を示す図、第３０図はサンプリング
時にエンコーダ原信号の瞬時値検出を行う場合の検出量
を示す図、第３１図はサンプリング時にエンコーダ原信
号のエンコーダパルス発生時からの積分値検出を行う場
合の検出量を示す図、第３２図はサンプリング周期の間
にエンコーダパルスが１ケも発生しない場合のエンコー
ダ原信号の積分値検出を行う場合の検出量を示す図、第
３３図は本発明の第２の実施例の移動体の通常動作時の
位置・速度検出方法を示すフローチャート図、第３４図
は第２の実施例の移動体の位置・速度検出装置のブロッ
ク図、第３５図は第３４図における電圧制御発振器の回
路構成例を示す図、第３６図は第３４図におけるバイア
ス電圧印加回路の例及び電圧可変抵抗の構成例を示す図
、第３７図は磁気抵抗素子の特性を示す図、第３８図は
第３５図の電圧制御発振器と第３６図の電圧可変抵抗、
バイアス電圧印加回路を組み合わせた場合の発振特性を
示す図、第３９図及び第４０図は第３５図の示す電圧制
御発振器の発振周波数と受動素子特性値の関係を示す図
、第４１図は本発明の第３の実施例の位相ずれ検出方法
を示すタイムチャー図、第４２図は従来の移動体の位置
・速度検出方法を示すタイムチャート図、第４３図は従
来の移動体の位置・速度検出方法を示すフローチャート
図、第４４図は従来の移動体の位置・速度検出装置のブ
ロック図、第４５図はエンコーダ２相原信号位相差に９
０°からの位相ずれがある場合の移動体の位置・速度検
出のタイムチャート図、第４６図は真の微細位置４５°
時のエンコーダ２相原信号位相差の９０°からの位相ず
れとと微細位置検出誤差の関係を示す図、第４７図は従
来の移動体の特定位置検出センサと特定位置被検出体の
配置を示す図、第４８図は従来の移動体の原点位置復帰
方法を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、移動体に接続されたエンコーダからのエンコーダパ
   ルスによる粗位置検出工程と、エンコーダ原信号を電圧
   −周波数変換手段に入力して得られる正弦波状周波数分
   布を有するパルス列を用いて粗位置パルス発生時からの
   パルス数を計数して行なう微細位置検出工程と、前記粗
   位置と微細位置の和として移動体の位置検出を行なう工
   程と、位置の変化量に基いて移動体の速度を検出する工
   程と、を含む移動体の位置・速度検出方法。 ２、移動体に接続されたエンコーダからのエンコーダパ
   ルスによる粗位置検出工程と、エンコーダ原信号を電圧
   −周波数変換手段に入力して得られる正弦波状周波数分
   布を有するパルス列を用いて粗位置パルス発生時からの
   パルス数を計数して行なう微細位置検出工程と、前記粗
   位置と微細位置の和として移動体の位置検出を行なう工
   程と、を含む移動体の位置検出方法。 ３、請求項１において、エンコーダのパルス検出位置間
   の補間を行うために、２相の９０°位相の異なるエンコ
   ーダ原信号のパルス検出時からサンプリング時までのパ
   ルス変換されたパルス数を計数し、零値信号を電圧制御
   発振器、計数器を通して同一時刻間で得られるパルス数
   を前記各パルス数から減じて得られる各パルス数より、
   エンコーダパルス発生位置からサンプリング位置までの
   微細位置を演算し、前記粗位置と前記微細位置の和とし
   て求められる精位置を位置情報とし、サンプリング時の
   精位置の変化から移動体の速度を検出する移動体の位置
   ・速度検出方法。 ４、請求項１又は３において、エンコーダ原信号のパル
   ス検出時からはじめてのサンプリング時（第ｋサンプリ
   ング時）までのエンコーダＡ、Ｂ相原信号及び零値信号
   を電圧制御発振器、計数器を通して得られる各パルス数
   Ｎ＿Ａ＾（＾ｋ＾）、Ｎ＿Ｂ＾（＾ｋ＾）、Ｎ＿Ｏ＾（
   ＾ｋ＾）を記憶し、第ｋ＋ｎサンプリング時まで、エン
   コーダ原信号のパルス検出が無い場合は第ｋ＋ｉサンプ
   リング時（１≦ｉ≦ｎ）の各検出パルス数を▲数式、化
   学式、表等があります▼、▲数式、化学式、表等があり
   ます▼、▲数式、化学式、表等があります▼に より算出し、エンコーダ原信号のパルス検出位置からサ
   ンプリング時までの微細位置を演算し、前記粗位置と前
   記微細位置の和として求められる精位置を位置情報とし
   、サンプリング時の位置の変化から速度を検出する移動
   体の位置・速度検出方法。 ５、請求項１、３又は４において、位置検出時にエンコ
   ーダ２相原信号各々の正負関係から定まる１／４周期位
   置を検出し、移動方向をエンコーダ２相原信号をパルス
   化する際に得られる方向弁別信号に基づく粗検出と、エ
   ンコーダパルス発生間隔で微細位置変化量の符号検出に
   よる微細検出を組み合わせて検出する移動体の位置・速
   度検出方法。 ６、移動体に接続されたエンコーダによる位置・速度検
   出装置において、エンコーダ原信号よりエンコーダパル
   ス及び移動方向弁別信号を発生する波形整形回路と、前
   記エンコーダパルスにより粗位置を検出するアップ・ダ
   ウン計数器と、その粗位置をサンプリング時間毎にサン
   プリング信号を発生するサンプリング・パルス・タイマ
   からの当該サンプリング時間に同期化させる一時記憶回
   路とを備えた粗位置検出部と、 エンコーダ原信号及び零値信号を入力として前記エンコ
   ーダパルス及びサンプリングパルスがゲート信号となり
   前記電圧−周波数変換手段より送出される３種のパルス
   列の計数を開始・終了する計数器を備えた微細位置検出
   部と、エンコーダパルス間でエンコーダ２相原信号の正
   負関係より定まる１／４周期位置検出回路と、前記粗位
   置検出部、微細位置検出部及び１／４周期位置検出回路
   の動作制御を行う中央処理部と、を備えた移動体の位置
   ・速度検出装置。 ７、請求項６において、微細位置検出部の電圧−周波数
   変換手段は、バイアスされた出力電圧を発生させるバイ
   アス電圧印加回路と、前記バイアス電圧印加回路出力が
   入力となり入力電圧により異なる周波数のパルス列を発
   生する電圧制御発振器と、を備え、３種のパルス列は前
   記電圧制御発振器より送出されるものである移動体の位
   置・速度検出装置。 ８、請求項６において、電圧制御発振器を電圧可変抵抗
   を有するＣＲ発振回路により構成し、前記電圧制御発振
   器の発振周波数が入力電圧と一次関数関係となるように
   前記バイアス電圧印加回路、前記電圧可変抵抗等の各構
   成要素を構成した移動体の位置・速度検出装置。 ９、請求項８において、電圧可変抵抗を電圧印加側がコ
   イルで巻回されている磁性材料と、微小隙間でその両端
   が接しており出力端子を有する磁気抵抗素子とにより構
   成した移動体の位置・速度検出装置。 １０、請求項８又は９において、電圧可変抵抗以外の抵
   抗もしくはコンデンサが複数種類並列に設けられ、出力
   段には分周器が設けられ、中央処理部からの信号により
   特定の抵抗もしくはコンデンサ及び分周器の特定の分周
   比が選択可能に構成された移動体の位置・速度検出装置
   。 １１、請求項８において、要求分解能に応じて特定の抵
   抗もしくはコンデンサ及び分周器の特定の分周比を選択
   することにより、前記電圧制御発振器において特定の発
   振周波数可変幅をうる手段を備えた移動体の位置・速度
   検出装置。 １２、請求項７〜１１のいずれかにおいて、移動体の位
   置・速度検出装置を移動体を駆動するモータのモータ制
   御装置と接続し、モータ制御方法に関するプログラムを
   中央処理部に備えている移動体の位置・速度検出装置。 １３、請求項１２において、モータ制御装置により駆動
   されるモータがロボット関節駆動用であり、位置検出用
   エンコーダがモータもしくは駆動される関節に結合され
   ている移動体の位置・速度検出装置。 １４、請求項５〜１３のいずれかにおいて、Ａ相計数器
   、Ｂ相計数器、零値計数器を各々一対の計数器で構成し
   、一方の計数器の計数終了時に他方の計数器に計数開始
   させる手段を備えた移動体の位置・速度検出装置。 １５、移動体に接続されたエンコーダにより、ある時刻
   の位置・速度を求める際に、移動体移動時にエンコーダ
   ２相原信号が零値を切る時刻に発生するエンコーダパル
   スを計数することにより粗位置を検出し、エンコーダ２
   相原信号と零値信号をもとに前記エンコーダパルス間の
   微細位置（補間量）を検出し、粗位置と微細位置の和と
   して位置を検出し、その位置の変化量に基づき速度を検
   出する移動体の位置・速度検出方法において、 移動体の等速動作にエンコーダパルスの時間間隔を計時
   し、あわせてその間隔におけるエンコーダ２相原信号の
   正負より定まるエンコーダの１／４周期位置ｑ（正転時
   、逆転時共に０→１→２→３→０となるよう各移動方向
   につき番号付けられる）及び移動方向Ｓ（正転：１、逆
   転：−１）を検出し、特定の連続するｑ値（例えばｑ＝
   ０、１）を有するエンコーダパルス間隔ｔ＿ｑ＿＝＿０
   、ｔ＿ｑ＿＝＿１より次式によりエンコーダ２相原信号
   の９０°からの位相ずれψを検出・記憶し、 ψ＝３６０°［ｔ＿ｑ＿＝＿１−ｔ＿ｑ＿＝＿０］／［
   ４（ｔ＿ｑ＿＝＿０＋ｔ＿ｑ＿＝＿１）］・Ｓ次に、移
   動体の通常動作中における移動方向変化時の変化直前・
   直後のエンコーダ２相原信号の１／４周期位置ｑ＿１、
   ｑ＿２｛ただし、通常動作開始時のｑ値はｑ＿２とし、
   整数ｘの整数ｙの剰余をｍｏｄ＿ｙ（ｘ）と表記する場
   合、ｑ＿１＝ｍｏｄ＿４（ｑ＿２−１）｝及びサンプリ
   ング時の１／４周期位置ｑを検出し、基準となる１／４
   周期位置（例えばｑ＝０）より２パルス毎に粗位置を計
   数するよう計数値を補正する方法をとり、サンプリング
   時のエンコーダパルス計数値Ｐ＿０、回転角度／エンコ
   ーダパルス数＝ｋ＿２、移動方向変化直前・直後の移動
   方向Ｓ＿１、Ｓ＿２（正転：１、逆転：−１、但し、通
   常動作開始時はＳ＿２：移動方向、Ｓ＿１：移動方向と
   反対方向とする）とした場合、粗位置θ＿Ｒを次式で求
   め、 （ｉ）移動方向変化時からｍｏｄ＿２（ｑ）＝１となる
   まで θ＿Ｒ＝ｋ＿２｛Ｐ＿０＋Ｓ＿１・ｍｏｄ＿２（ｑ＿１
   ）｝（ｉｉ）移動方向変化後でｍｏｄ＿２（ｑ）＝１と
   なった後 θ＿Ｒ＝ｋ＿２｛Ｐ＿０−Ｓ＿２・ｍｏｄ＿２（ｑ）｝
   微細位置θ＿Ｆはエンコーダパルス２パルス分の範囲（
   エンコーダ原信号の位相１８０°分）を補間するように
   、エンコーダ２相原信号、零値信号、移動方向、１／４
   周期位置及び位相ずれをもとに逆正接演算（例えば、サ
   ンプリング時のエンコーダ２相原信号瞬時値ｅ＿Ａ、ｅ
   ＿Ｂ、零値信号瞬時値ｅ＿Ｃ、位相ずれψ、移動方向Ｓ
   とし、例えば次式において、 ［Ｓ・ｓｉｎθ＿Ｆ］／［ｃｏｓ（θ＿Ｆ−ψ）］＝（
   ｅ＿Ａ−ｅ＿Ｃ）／（ｅ＿Ｂ−ｅ＿Ｃ）Ｓ、ψ、ｅ＿Ａ
   、ｅ＿Ｂ、ｅ＿Ｃを与えてθ＿Ｆを求める）を行うこと
   により求め、位置θを粗位置θ＿Ｒと微細位置θ＿Ｆの
   和として検出することを特徴とする移動体の位置・速度
   検出方法。 １６、請求項１５において、移動体の初期動作（インク
   リメンタル方式エンコーダを用いた場合は、原点復帰動
   作及び通常動作開始位置への移動、絶対番地方式のエン
   コーダを用いた場合は通常動作開始位置への移動）時の
   等速動作区間を利用してエンコーダパルス間隔を計時し
   、エンコーダ２相原信号位相差の９０°からの位相ずれ
   を検出する移動体の位置・速度検出方法。 １７、請求項１５又は１６において、移動体の移動方向
   検出をエンコーダ原信号をパルス化する際に得られる粗
   検出と、エンコーダパルス間における微細位置の変化量
   の符号変化から検出する微細検出とから求める移動体の
   位置・速度検出方法。 １８、請求項１５〜１７のいずれかにおいて、移動体の
   通常動作時の等速区間において、エンコーダのパルス間
   隔、１／４周期位置及び移動方向を検出・記憶し、エン
   コーダ２相原信号の位相差の９０°からの位相ずれを演
   算・記憶し、サンプリング時にサンプリング直前に検出
   された位相ずれに基づき逆正接を演算し、微細位置を検
   出する移動体の位置・速度検出方法。 １９、請求項１５〜１８のいずれかにおいて、微細位置
   検出に当り、正弦波状エンコーダ２相原信号及び零値信
   号を電圧制御発振器に通すことにより正弦波状周波数分
   布を有するパルス列に変換し、エンコーダのパルス検出
   時からサンプリング時までのパルス数を計数し、エンコ
   ーダパルス検出時からサンプリング時までの２相正弦波
   積分量相当値より、逆正接演算を行うことにより微細位
   置を検出する移動体の位置・速度検出方法。 ２０、請求項１５〜１８のいずれかにおいて、微細位置
   検出に当り、サンプリング時にエンコーダ２相原信号と
   零値信号をサンプルホールドし、Ａ／Ｄ変換し、サンプ
   リング時の２相正弦波瞬時値より逆正接演算を行うこと
   により微細位置を検出する移動体の位置・速度検出方法
   。 ２１、移動体に接続されたエンコーダによる移動体の位
   置・速度検出装置において、エンコーダのパルス間隔を
   検出するタイマと、１／４周期位置検出回路と、各移動
   方向Ｓ（正転時１、逆転時−１）につき、エンコーダ２
   相原信号の位相差の９０°からの位相ずれψ（０）及び
   １／４周期位置ｑより２相原信号瞬時値比もしくは積分
   量相当値比に対応する逆正接データ｛例えばｑ＝０の場
   合Ｓ・ｓｉｎθ＿Ｆ／ｃｏｓ（θ＿Ｆ＋ψ）｝より微細
   位置θ＿Ｆを探索可能なデータの記憶されたＲＯＭを有
   することを特徴とする移動体の位置・速度検出装置。 ２２、請求項２１において、エンコーダ２相原信号より
   エンコーダパルス及び移動方向弁別信号を発生する波形
   整形回路と前記エンコーダパルスにより粗位置を検出す
   るアップ・ダウン計数器と、その粗位置をサンプリング
   時間毎にサンプリング信号を発生するサンプリング・パ
   ルス・タイマからの当該サンプリング時間に同期化させ
   る一時記憶回路とを備えた粗位置検出部と、 エンコーダ２相原信号及び零値信号を入力としてバイア
   スされた出力電圧を発生させるバイアス電圧印加回路、
   前記バイアス電圧印加回路出力が入力となり、入力電力
   により異なる周波数のパルス列を発生する電圧制御発振
   器、前記エンコーダパルス及びサンプリングパルスがゲ
   ート信号となり前記電圧制御発振器より送出される３種
   のパルス列の計数を開始・終了する計数器とを備えた微
   細位置検出部と、 前記各検出部の動作制御を行う中央処理部とを備えた移
   動体の位置・速度検出装置。 ２３、請求項２１において、エンコーダ２相原信号より
   エンコーダパルス及び移動方向弁別信号を発生する波形
   整形回路と前記エンコーダパルスにより粗位置を検出す
   るアップ・ダウン計数器と、その粗位置をサンプリング
   時間毎にサンプリング信号を発生するサンプリング・パ
   ルス・タイマからの当該サンプリング時間に同期化させ
   る一時記憶回路とを備えた粗位置検出部と、 エンコーダ２相原信号及び零値信号にバイアス電圧を印
   加するバイアス電圧印加回路と、前記各信号をサンプリ
   ング・パルスに同期してサンプルホールドするサンプル
   ホールダと、サンプルホールダ出力をＡ／Ｄ変換するＡ
   ／Ｄ変換器とを備えた微細位置検出部と、前記各検出部
   の動作制御を行う中央処理部とを備えた移動体の位置・
   速度検出装置。 ２４、請求項２１〜２３のいずれかにおいて、移動体と
   接続されたエンコーダがインクリメンタル方式のもので
   構成され、移動体の移動限界位置のみで検出される限界
   位置検出部と真の原点位置近傍の原点位置で検出される
   ステップ状の原点位置、検出部とを有し、原点位置の各
   移動方向の可動範囲でその段差を保ち移動体と一体的に
   駆動される被検出体と、移動体の移動限界両端位置に配
   置されそれぞれ前記被検出体の限界位置検出部を検出す
   る限界位置検出センサと、前記真の原点位置近傍の前記
   原点位置に配置され前記被検出体の原点位置検出部が原
   点位置にあるかまたは原点位置両側のどちらの領域にあ
   るかを検出する原点位置検出センサと、移動体と結合さ
   れた衝突部材と、移動体が移動限界位置を越えて移動し
   た際前記衝突部材と当接し移動体の移動を停止するスト
   ッパとを備えた移動体の位置・速度検出装置。 ２５、請求項２１〜２４のいずれかにおいて、移動体の
   位置・速度検出装置を移動体を駆動するモータのモータ
   制御装置と接続し、モータ制御方法に関するプログラム
   を中央処理部に備えている移動体の位置・速度検出装置
   。 ２６、請求項２５において、モータ制御装置により駆動
   されるモータがロボット関節駆動用であり、位置検出用
   エンコーダがモータもしくは駆動される関節に結合され
   ている移動体の位置・速度検出装置。 ２７、インクリメンタル方式のエンコーダを有するサー
   ボモータにより駆動される移動体の原点位置復帰方法に
   おいて、動作開始時に検出センサにより移動体が原点位
   置に対して、いずれの側にあるかを検出し、移動体を原
   点位置方向へ移動し、等速区間において、初期動作時の
   位相ずれ検出を行い、真の原点位置近傍に設けられてい
   る原点位置を検出センサにより検出し、次に原点位置に
   対してエンコーダＺ相（真の原点位置）が検出される方
   向に移動体を移動し、エンコーダＺ相が検出されると移
   動体の移動が停止されることを特徴とする移動体の原点
   位置復帰方法。