JPH03183911A - ディジタルレゾルバ - 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」 この発明は、産業用ロボットのアーム先端位置の検出等
に適用され、検出した角度の正弦値および余弦値に対応
したディジタルデータを出力するディジタルレゾルバに
関するものである。

「従来の技術」 周知のように、従来のアナログ式のレゾルバは、第５図
に示すように、固定子に互いに直交するように巻回され
た一対の固定子巻線Ｓ　、、Ｓ　、と、回転子に互いに
直交するように巻回された一対の回転子巻線Ｒ＋　、　
Ｒ２とから構成され、これら固定子巻線Ｓ　、、Ｓ　、
と回転子巻線Ｒ１Ｒ２との間の結合が、固定子に対する
回転子の回転角度αによって変化することを利用して回
転角度αを検出するものである。この場合、固定子巻線
Ｓ　Ｉ、Ｓ　２を一次巻線として、これらに交流電圧ｅ
　ｌ　＋　８２を印加すると、回転子の回転角度αに応
じて、回転子巻線Ｒ，，Ｒ２から、次式（＋）、（２）
に示す誘起電圧Ｅ　、、Ｅ　２が各々出力される。

Ｅ、＝ｅ１ｓｉｎａ＋ｅ２−ｃｏｓａ　　　　−（１）
Ｅ２＝ｅ１ｃｏｓα−ｅ２・ｓｉｎα　　　＝−−（２
）これらの式から判るように、レゾルバは単なる角度検
出器としてだけではなく、座標変換や三角関数の演算な
どにも利用できる。また、回転子の電気的接続部分に使
用されるスリップリングとブラシの損耗の問題を解消す
るために、ブラシレス構造のものも開発されている。

ところで、上述した従来のレゾルバは、出力がアナログ
信号であり、レゾルバ自体の検出精度にも限界があるた
め、その出力をＡ／Ｄ変換器によってディジタルデータ
に変換したとしても、高速実時間による産業用ロボット
の連続軌跡制御等に適用するには問題があった。

そこで、従来、産業用ロボットのアーム先端位置を検出
する手段としては、関節の検出角度に対応したディジタ
ルの絶対角度データが得られるロータリーエンコーダが
主に用いられていた。この場合、例えば、第６図に示す
ように、サーボモータ５０の駆動軸５１の一端に多回転
型ロータリーエンコーダ５５が連結され、また多回転駆
動軸５１の他端に高い減速比を有する減速機（例えば、
ハーモニックギヤ等）５２が連結されている。そして、
サーボモータ５０の駆動軸５１の回転が、減速機５２で
減速され、負荷軸５３を介してロボットアーム５４に伝
達される構成となっている。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、一般に、産業用ロボットにおいては、ロボッ
トアーム５４の先端の座標をディジタル演算処理によっ
て求める際に、ロボットアーム５４の回動中心となる関
節の回転角度、すなわち関節角度の正弦値および余弦値
が必要となる。この正弦値および余弦値を求める方法と
しては、■ロータリーエンコーダ５５からの絶対角度デ
ータから、テーラ−展開によって、その正弦値および余
弦値を算出する方法や、■ロータリーエンコーダ５５の
１回転中の代表となる数点の角度の正弦値および余弦値
を予めメモリに記憶させておき、各点間の角度に関して
は、補間演算によりその正弦値および余弦値を求める方
法などが用いられている。

しかしながら、上記■の方法では、テーラ−展開を行う
ための演算処理に長時間を要するため、ロボットアーム
５４の高速位置決め等、ロボットの高速実時間制御を実
現できないという問題があった。また、上記■の方法は
、現在、産業用ロボットの制御に広く用いられているも
のの、補間演算処理に少なからず時間を要するため、高
速実時間制御を行う場合、制御の動特性の向上を達成す
ることができないという問題があった。

さらに、他の問題点としては、第６図に示すように、サ
ーボモータ５０の回動軸５１の一端に多回転型ロータリ
ーエンコーダ５５を連結した構成では、減速機５２のバ
ックラッシュや、負荷軸５３のねじれなどの要因により
、ロボットアーム５４の先端の位置を、ロータリーエン
コーダ５５によって正確に検出することができないとい
う問題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、ロータリーエンコーダから出力さ
れるディジタルの絶対角度データから、−切の演算処理
を行うことなく、その絶対角度の正弦値に対応した正弦
データおよび余弦値に対応した余弦データを即座に得る
ことができるディジタルレゾルバを提供することにある
。

「課題を解決するための手段」 上述した課題を解決するために、この発明は、所定の円
軌道に沿って一定の繰り返し周期でピッチ信号が記録さ
れた回転自在な記録媒体と、前記記録媒体に対向配置さ
れ、前記ピッチ信号を検出するセンサと、前記センサに
よって検出されたピッチ信号に基づいて、前記センサの
所在位置から前記記録媒体の原点までの回転角度に対応
した絶対角度データを出力する信号処理回路とからなる
口−タリーエンコーダと、前記ロータリーエンコーダか
ら出力される絶対角度データをアドレスとして、対応す
る絶対角度の正弦値に対応した正弦データを出力する第
１の読出専用メモリと、前記ロータリーエンコーダから
出力される絶対角度データをアドレスとして、対応する
絶対角度の余弦値に対応した余弦データを出力する第２
の読出専用メモリとを具備することを特徴としている。

「作用」 上記構成によれば、絶対角度データをアドレスとして、
対応する絶対角度の正弦値および余弦値に対応した正弦
および余弦データを各々出力する第１および第２の読出
専用メモリを設けたので、ロータリーエンコーダから出
力されるディジタルの絶対角度データから、−切の演算
処理を行うことなく、その絶対角度の正弦値に対応した
正弦データおよび余弦値に対応した余弦データを即座に
得ることができる。

「実施例ｊ 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例によるディジタルレゾルバ
の構成を示ず図である。この図において、１は環状の磁
気記録媒体であり図示せぬ特殊ベアリングによって円周
方向（図に示す矢印Ｍ方向）に沿って回転自在に支持さ
れている。この磁気記録媒体ｌの外周面にはその全周に
亙って原点トラック２と、ピッチ信号トラック３が平行
に設けられている。そして、この原点トラック２には、
磁気記録媒体１の原点１ａとなる一箇所にのみ、磁気情
報が原点信号として記録されており、また、ピッチ信号
トラック３には、一定波長λの磁気情報がピッチ信号と
して繰り返し記録されている。４および５　ａ、　５　
ｂは、ガラス基板上に磁気抵抗素子を形成してなる磁気
センサである。ここで、磁気抵抗素子は、磁界中に置か
れた場合、その磁界の強さに応じて固有抵抗が変化する
現象、いわゆる磁気抵抗効果が生じる素子材料によって
構成されており、この磁気抵抗効果を利用して、原点ト
ラック２上に記録された原点信号と、ピッチ信号トラツ
り３上に記録されたピッチ信号が読み取られる。

また、磁気センサ５ａおよび５ｂは、磁気情報媒体Ｉの
移動方向Ｍに沿って互いに（ｍ上１／４）λ（但し、ｍ
は整数）だけ離間して状態で、ピッチ信号トラック３に
適当な間隙を隔てて対向配置されている。

そして、磁気センサ５ａおよび５ｂの磁気抵抗素子パタ
ーンはピッチ信号トラック３から受ける磁界によって抵
抗値が変化し、この結果、磁気センサ置関係に応じた１
ノベルの信号が得られるようになっている。すなわち、
ピッチ信号トラック３上の磁気情報Ｉ周期の区間をθ−
０〜２πとすると、磁気センサ５ａからは略正弦波状、
磁気センサ５ｂからは略余弦波状のレベル信号が得られ
る。そして、ピッチ信号トラック３が磁気センサ５ａお
よび５ｂに対して移動すると、それに伴って磁気センサ
５ａおよび５ｂから位相が７ｒ／２ずれた疑似正弦波状
の２相の検出信号ｓｉｎθ（Ａ相）およびｃｏｓθ（Ｂ
相）が得られる。

６は磁極計数回路であり、波形整形回路７．８および９
と、方向判別回路１０と、アップタウン・カウンタ１１
とからなる。波形整形回路７および８では、各々Ａ相お
よびＢ相の検出信号が、段形整形されて出力される。こ
の場合、波形整形回路７および８から各々出力されるＡ
相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂは、互いに位相がπ
／２ずれた矩形波となり、また、磁気記録媒体１の回転
方向が正方向の場合は、Ａ相パルスＰａが進み、負方向
の場合は、Ｂ相パルスＩ）　ｂが進むようになっている
。そして、方向判別回路ＩＯでは、例えば、Ａ相パルス
Ｐａの立ち上がり時にお相パルスＰｂのレベルがＨ”か
Ｌ”かによって方向が判別される。

この方向判別回路１０の出力信号Ｓｗは、アップダウン
カウンタ１１のアップダウン方向判別信号入力端子Ｕ　
／　Ｄに供給される。一方、波形整形回路７から出力さ
れるＡ相パルスＰａはアップダウンカウンタ１１のカウ
ント人力信号として導入される（この場合、波形整形回
路８から出力されるＢ相パルス信号Ｐｂであっても良い
）。そして、カウンタ１１は、信号ＳＷによってカウン
トモートがアップもしくはダウンに切り換えられつつ、
Ａ相パルスＰａがカウントされる。この場合、例えば、
磁気記録媒体１が正方向に回転している時にアップカウ
ント、負方向に回転している時にダウンカウントが行わ
れるようになっている。

一方、磁気記録媒体１の原点１ａが、磁気センサ４の設
置箇所を通過する毎に、この磁気センサ４によって、そ
の原点に記録された原点信号が検出され、これが波形整
形回路９を介して原点パルスＰｚとなり、カウンタ１１
のリセット端子Ｒに供給されるようになっている。この
結果、カウンタ１１は、磁気記録媒体１の原点１ａが、
磁気センサ４の設置箇所に到達する毎にリセットされる
。

従って、カウンタ１１のカウント値Ｎは、磁気記録媒体
１の原点１ａが、磁気センサ４の設置箇所を通過してか
ら、現在に至るまでの間において、磁気センサ５ａ、５
ｂ上を通過したピッチ信号トラック３の磁化区間の数（
磁極数）に対応する値となる。

すなわち、カウント値Ｎは、磁気記録媒体１が回転し、
その原点１ａが図示するようにＩａ’　まで移動したと
すると、その回転角度（絶対角度）αを示す値となる。

そして、このカウンタ１．１のカウント値Ｎが、絶対角
度データとして出力される。

以上によって、磁気記録媒体１の回転角度αに応じた絶
対角度データを出力するロータリーエンコーダ１２が構
成されている。この場合、ロータリーエンコーダ１２の
所要分解能（角度分割数）に応じて、ピッチ信号トラッ
ク３上に記録されたピッチ信号の波長λが決定され、こ
れに応じてカウンタＩＩのビット数およびカウント値Ｎ
の範囲が決定される。この実施例においては、磁気記録
媒体１が１８０度回転するのに応じてカウント値Ｎが０
〜２ｎ（但し、ｎは整数）の範囲で変化し、３６０度回
転するのに応じてカウント値Ｎが０〜２ｎ＋１の範囲で
変化し得るように、カウンタ１１のビット数は（ｎ＋１
）ビットとされ、これに応じて波長λも決定されている
ものとする。

次に、第１図において、１４は、ロータリーエンコーダ
Ｉ２から出力される２　ｎ＋１ビットの絶対角度データ
（カウント値Ｎ）をアドレスとして、対応する絶対角度
αの正弦値に対応した正弦データＳＩＮαを出力する第
１のデータ変換用ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、１５
はロータリーエンコーダ１２から出力される２　ｎ＋１
ビットの絶対角度データ（カウント値Ｎ）をアドレスと
して、対応する絶対角度αの余弦値に対応した余弦デー
タＣＯ８αを出力する第２のデータ変換用ＲＯＭである
。

これらデータ変換用ＲＯＭＩ４および１５？こは、第２
図（イ）および（ロ）に示すように、各アドレス０〜２
ｎ＋１毎に予め所要のデータ（２の補数表示による２°
分解能）が格納されている。すなわち、第１のデータ変
換用ＲＯＭ＋４には、第２図（イ）に示すように、アド
レス０〜２ｎの範囲の各アドレスに対して、次式（３）
によって算出された数値が、２の補数表示による符号付
きｎビットの表現法で各々書き込まれている。

２　ｎ−１・５ｉｎ（１８０’・（アドレス））　・・
・・・・　（３）同様に、アドレス（２”＋１）〜２　
ｎ＋１の範囲の各アドレスに対しては、次式（４）によ
って算出され２ る数値が、２の補数表示による（符号付きｎビット）表
現法で各々書き込まれている。

また、第２のデータ変換用ＲＯＭｌ５には、第２図（ロ
）に示すようＺこ、アドレスＯ〜２ｎ−１および（２ｎ
−１・３＋１）〜２ｎ＋１の範囲の各アドレスに対して
、次式（５）によって算出された数値が、２の補数表示
による符号付きｎビットの表現法で各々書き込まれてい
る。

同様に、アドレス（２°−’十ｉ）〜（２ｎ引・３）の
範囲の各アドレスに対しては、次式（６）によって算出
される数値が、２の補数表示による（符号付きｎビット
）表現法で各々書き込まれている。

これにより、第３図に示すように、磁気記録媒体Ｉの絶
対角度αの変化に応じてカウント値Ｎ（絶対角度データ
）が０〜２　ｎ＋１の範囲で変化すると、４− これに応じて、第１のデータ変換用ＲＯＭ＋４かう正弦
チー’；’　Ｓ　Ｉ　Ｎ　ａ　（＋　２°−１〜−２ｎ
−１）力出力され、第２の変換用ＲＯＭ］５から余弦デ
ータＣＯ８α（＋２”−’〜　２”−’）が出力さｔＬ
る。

以」二により、２の補数表示による符号付きｎピッ）・
の表現法による正弦データＳＩＮαと余弦データＣＯＳ
αを出力するディジタルレゾルバが構成される。

以上、正弦データＳＩＮαを出力する第１のデータ変換
ＲＯＭＩ４、および余弦データＣＯＳαを出力する第２
のデータ変換ＲＯＭｌ５は、２の補数表示による（符号
付きＩＩピッ）・）表現法で各々書き込まれている例を
示したが、これらは２の補数表現に限定されるものでは
なく、他の方法、例えば、オフセットバイナリ、ストレ
ートバイナリ（この場合は極性符号は別の手段で付加す
る）等により、適当な方法で極性符号をイ」加、もしく
は復調する方法を講じれば、どのような２進表現方法で
も同様に適用できることは言うまでもない。

上述した実施例によれば、ロータリーエンコーダ１２か
ら出力された絶対角度データから、−切の演算処理を行
うことなく、その絶対角度αの正弦値および余弦値に対
応した正弦データＳＩＮαおよび余弦データＣＯ６αを
即座に得ることができる。したがって、産業用ロボット
のアーム先端位置の検出等に用いることにより、従来の
テーラ−展開や補間演算等のディジタル演算処理が一切
不要となり、高速実時間によるロボットの連続軌跡制御
を実現することができる。この結果、第６図に示す産業
用ロボットの減速機５２の後段の負荷軸５３、すなわち
ロボットアーム５４の関節軸に、上述したディジタルレ
ゾルバを直接装着することにより、ロボットアーム５４
の先端の位置を正確に求めることができる。

次に、上述した実施例によるディジタルレゾルバの応用
例について説明する。このようなディジタルレゾルバは
、産業用ロボット以外にも、測量機器などにも利用する
ことができる。例えば、第４図に示すように、測定点Ａ
と８間の基線長■７を決定した後、測定点Ａにおいて、
測定点Ｂから被測定点Ｃまでの角度αを上述したディジ
タルレゾルバを装着した測量用光学機器を用いて測定す
る一方、測定点Ｂにおいて、測定点Ａから被測定点Ｃま
での角度βを上述したディジタルレゾルバを装着した測
量用光学機器を用いて測定すれば、ディジタルレゾルバ
から得られる検出角度αおよびβの正弦値および余弦値
を、次式（７）および（８）に代入することにより、単
純な加減乗除の計算により、被測定点Ｃの座標（ｘ、ｙ
）を迅速に求めることができる。

・・・・・　　（７） ・・・・・・　　（８） なお、上述した実施例においては、磁気式の記録媒体と
センサを用いた場合を例に説明したが、光学式、その他
の方式を適用しても全く同様な作用効果を得ることがで
きる。

「発明の効果」 ６ 以」−説明したように、この発明によれば、ロータリー
エンコーダから出力される絶対角度データから、−切の
演算処理を行うことなく、その絶対角度の正弦値および
余弦値に対応した正弦データおよび余弦データを即座に
得ることができ、例えば、産業用ロボットのアーム先端
位置の検出等に用いることにより、従来のテーラ−展開
や補間演算等のディジタル演算処理が一切不要となり、
高速実時間によるロボットの連続軌跡制御が実現でき、
制御の動特性の向上を達成することができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるディジタルレゾルバ
の構成を示すブロック図、第２図は同実施例のデータ変
換用ＲＯＭに格納されたデータ内容を説明するための図
、第３図は同実施例において出力される正弦データおよ
び余弦データを説明するための図、第４図はこの発明の
詳細な説明するための図、第５図は従来のアナログ式の
レゾルバの構成を示す回路図、第６図は従来の産業用ロ
ボットに対するロータリーエンコーダの適用例を説明す
るための概略構成図である。 ■・・・・・・磁気記録媒体、２・・・・・原点トラッ
ク、３　１、．３−・・・・　ピッチ信号トラック、４
．５ａ、５ｂ、５ａ＋、５ｂ＋、５ａｔ、５ｂｚ−磁気
センサ、６・・・・・・磁極計数回路（信号処理回路）
、１２．４２・・・・・・ロータリーエンコーダ、１４
・・・・・・第１のデータ変換用ＲＯＭ（第１の読出専
用メモリ）、 １５・・・・・・第２のデータ変換用ＲＯＭ（第２の読
出専用メモリ）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の円軌道に沿って一定の繰り返し周期でピッ
   チ信号が記録された回転自在な記録媒体と、前記記録媒
   体に対向配置され、前記ピッチ信号を検出するセンサと
   、前記センサによって検出されたピッチ信号に基づいて
   、前記センサの所在位置から前記記録媒体の原点までの
   回転角度に対応した絶対角度データを出力する信号処理
   回路とからなるロータリーエンコーダと、 前記ロータリーエンコーダから出力される絶対角度デー
   タをアドレスとして、対応する絶対角度の正弦値に対応
   した正弦データを出力する第１の読出専用メモリと、 前記ロータリーエンコーダから出力される絶対角度デー
   タをアドレスとして、対応する絶対角度の余弦値に対応
   した余弦データを出力する第２の読出専用メモリと、 を具備することを特徴とするディジタルレゾルバ。
2. （２）前記記録媒体が磁気式であることを特徴とする請
   求項１記載のディジタルレゾルバ。
3. （３）前記記録媒体が光学式であることを特徴とする請
   求項１記載のディジタルレゾルバ。