JPH0425716A

JPH0425716A - エンコーダ異常検出装置

Info

Publication number: JPH0425716A
Application number: JP13021690A
Authority: JP
Inventors: Masato Takase; 真人高瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1992-01-29
Anticipated expiration: 2012-12-08
Also published as: JP2685962B2

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、入力軸の回転に応じて、Ａ相とＢ相、それに
Ａ相の３種パルス信号を発生するパルス発生器をセンサ
本体とした、いわゆるパルスカウント型ロータリーエン
コーダの異常検出装置に係り、特に産業用ロボットの制
御用に好適なロータリーエンコーダの異常検出装置に関
する。

〔従来の技術〕

例えば、産業用ロボットなどにおいては、その制御に幾
つかのロータリーエンコーダを必要とするが、このとき
、これらのロータリーエンコーダとしては、コストや信
号処理速度の点から、主として上記したパルスカウント
型ロータリーエンコーダが主として用いられている。

ところで、このような産業用ロボットなどでは、ロータ
リーエンコーダによる位置検出が正確に得られなくなる
と、ロボットの動きが異常になり、危険な事態発生の虞
れを生じる。

そこで、エンコーダを常時監視し、異常発生に備える必
要があるが、このようなエンコーダの異常検出装置の従
来技術としては、例えば、特開平１−１９７８１３号公
報に記載のように、上記のようなパルスカウント型ロー
タリーエンコーダに対して、検出位置を絶対位置データ
として出力する、いわゆるアブソリュート型のロータリ
ーエンコーダを組み合わせ、これら複数のエンコーダの
検出結果を常時比較して異常を検出する装置が知られて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、本来のエンコーダに加えて、かなり高
価なアブソリュート型のロータリーエンコーダが必要に
なる点について配慮がされておらず、著しいコストアッ
プを伴うという問題があった。

本発明の目的は、本来のパルスカウント型エンコーダだ
けで確実に異常が検出でき、充分な信頼性を持った工〉
・コーダ異常検出装置をローコストで提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は、パルスカウント型
エンコーダのパルス発生器から出力されるＡ相パルス信
号とＢ相パルス信号によってインクリメントされるアッ
プダウンカウンタのカウントデータを所定の定数データ
と比較し、このカウントデータの数値が、上記パルス発
生器の入力軸が１回転したときに発生する上記Ａ相パル
ス信号とＢ相パルス信号の個数から定まる第１の所定値
を越えたときと、上記Ａ相パルス信号が発生した時点で
の上記カウントデータ値が、上記パルス発生器の入力軸
が１回転したときに発生する上記Ａ相パルス信号とＢ相
パルス信号の個数から定まる第２の所定値及び数値Ｏの
いずれとも一致しなかったとき、異常検出出力が発生さ
れるようにしたものである。

〔作用〕

エンコーダを構成するパルス発生器から出力されるＡ相
、Ｂ相、それにＺ相の各パルス信号についてみると、パ
ルス発生器が１回転したとき発生されるＡ相とＢ相のパ
ルス信号の個数をＮとすれば、２個のＡ相パルス信号間
でのＡ相とＢ相のパルス信号によるカウント値は、必ず
−Ｎ、０、Ｎのいずれかになる筈ではある。

従って、このカウント値が−Ｎよりも小さくなったり、
Ｎよりも大きくなったとすれば、パルス発生器が１回転
以上したにも係らすＡ相パルス信号が発生されなかった
ことを意味し、他方、それか、　Ｎ、Ｏ，Ｈのいずれと
も一致しなかったときは、パルス発生器の回転にも係ら
ずＡ相とＢ相の少なくとも一方のパルス信号が正しく発
生されなかったことを意味するので、これらの判定によ
り異常を検出できる。

そして、このとき、本発明では、エンコーダのパルス発
生器から出力されるＡ相パルス信号とＢ相パルス信号、
それに上記Ａ相パルス信号の３種の信号のうち、２種の
信号に同時に異常が発生する確率が極めて低いことから
、充分な異常検出精度を容易に得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明によるエンコーダ異常検出装置について、
図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、産業用ロボットのマニプ
レータ駆動用モータの制御に本発明を適用したもので、
ロボット制御装置から与えられる位置指令は加算器ＩＯ
に入力され、位置フィードバック値との偏差に変換され
、この偏差に応じてモータ制御回路１１かモータ電流を
出力し、モータ１２を駆動する。そして、このモータ１
２の回転をパルス発生器１３でＡ相パルス信号とＢ相パ
ルス信号として検出し、エンコーダ信号処理回路ｌ４で
ＵＰパルス信号と［）ＷＵＮパルス信号に変換した後、
アップダウンカウンタ１５に入力して位置フィードバッ
ク値を得るようになっており、これにより位置指令に対
応したモータ１２の制御が得られるようになっている。

次に、１６はエンコーダ信号異常検出回路で、エンコー
ダ信号処理回路１４から出力されているＬＩＰパルス信
号とＤＷＵＮパルス信号及びパルス発生器１３から直接
発生されているＺ相パルス信号とを入力し、後述する演
算処理により異常検出を行い、異常発生時にエンコーダ
異常信号を出力する働きをする。

また、１７は異常処理回路で、エンコーダ信号異常検出
回路１６からエンコーダ異常信号が入力されたとき、こ
れに応じてモータ１２の制御系に所定の信号を送り、モ
ータ１２の駆動を禁止するなどの所定の異常処理を行う
。

次に、この実施例の動作について、さらに詳しく説明す
る。

パルス発生器１３からは、モータ１２か回転するにつれ
てＡ相、Ｂ相、Ｚ相の３種のパルス信号が発生するが、
これらの信号は、第２図に示すような関係になっている
。すなわち、Ａ相とＢ相のパルス信号は互いに９０度の
位相差をもち、且つ、これらの信号の位相関係は、パル
ス発生器１３が一方向（正方向）に回転したときには、
Ａ相のパルス信号が進み位相をとり、反対方向（負方向
）のときにはＢ相のパルス信号が進み位相となる。そし
て、これらのＡ相とＢ相のパルス信号は、上記したよう
に、パルス発生器１３が１回転する間に、それぞれＮ個
発生する。

他方、Ｚ相パルス信号は、パルス発生器１３が１回転す
る毎に１個発生するが、この実施例では、このときのＺ
相パルス信号は、図示のように、Ａ相パルス信号に同期
して発生するようになっている。

次に、第３図はエンコーダ信号処理回路１４の一実施例
で、この回路は、図示のように、２個のＤフリップ・フ
ロップ１４ａ、１４ｂと１個のクロック信号発生器１４
ｃ、３個のインバータ１４ｅ、１４ｆ、１４ｇと５個の
アンド回路１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１４Ｑ、
１４ｍ、それに２個のオア回路１４ｎ、１４ｐとで構成
されている。そして、このとき、クロック信号発生器１
４ｃによるクロック信号の周波数は、Ａ相とＢ相のパル
ス信号の起こり得る最大の周波数に比して充分に高い周
波数になるように選ばれている。

まず、Ｂ相パルス信号をＤフリップ・フロップ１４ａに
入力し、さらにその出力を次のＤフリップ・フロップ１
４ｂに人力することにより、このＢ相パルス信号のクロ
ック信号に同期した信号を作り出す。そして、これらＤ
フリップ・フロップ１４ａ、１４ｂの出力をインバータ
１４ｆ、１４ｇとアンド回路１４ｈ、１４ｉからなる回
路で処理することにより、それぞれＢ相パルス信号の立
上りと立ち下がり時に、クロック信号に同期して現われ
る立ち上がりパルスと立ち下がりパルスがアンド回路１
４ｈ、１４ｉから出力される。

次に、これらの立ち上がりパルスと立ち下がりパルスを
、インバータ１４ｅの出力を含むＡ相パルス信号と共に
、アンド回路１４ｊ〜１４ｍと、オア回路１４ｎ、１４
ｐとからなる回路で処理し、これらのオア回路１４ｎ、
１４ｐの出力からＵＰパルス信号とＤＯＷＮパルス信号
をそれぞれ得るのである。

従って、このエンコーダ信号処理回路１４は、Ａ相パル
ス信号がレベル″１”のとき、Ｂ相パルス信号が立ち上
がった場合にはエンコーダが正方向に回転したものとし
てＵＰパルス信号を１パルス出力し、反対にＡ相パルス
信号がレベル“０”のとき、Ｂ相パルス信号が立ち上が
った場合にはエンコーダが負方向に回転したものとして
ＤＯＷＮパルス信号を１パルス出力するように動作する
ことになる。そして、この結果、エンコーダが１回転し
たときには、それぞれＵＰパルス信号とＤＯＷＮパルス
信号のパルス個数は２Ｎ個となる。

次に、第４図は、エンコーダ信号異常検出回路１６の一
実施例で、図示のように、アップダウンカウンタ４１と
Ｓ−Ｒフリップ・フロップ４２、データラッチ４３、そ
れに４個の比較器４４．４５．４６．４７、定数設定器
４８．４９．５０゜５１、さらにオア回路４８．５０と
ノア回路４９とで構成されている。

アップダウンカウンタ４１はリセット信号によりカウン
ト値０にクリアされ、カウント値容量が２Ｎ以上から一
２Ｎ以下まで有するカウンタで、ＵＰパルス信号により
アップカウントを行い、ＤＯＷＮパルス信号によりダウ
ンカウントを行う働きをする。

また、アップダウンカウンタ４１のリセット信号は、Ａ
相パルス信号と、システム・リセット信号によりセット
され、Ａ相パルス信号によりリセットされるＳ−Ｒフリ
ップ・フロップ４２の出力信号の双方の信号が入力され
ているオア回路５２の出力から供給されるようになって
おり、従って、このアップダウンカウンタ４１は、Ａ相
パルス信号が発生される毎にリセットされると共に、シ
ステム・リセット信号が入力されてから最初にＡ相パル
ス信号が発生されるまでの期間もリセット状態を保つよ
うにされる。なお、これは、システム・リセット時から
最初にＡ相パルス信号が発生されるまでの期間は、アッ
プダウンカウンタ４１の状態が不確定なので、誤検出の
虞れがあるからである。

アップダウンカウンタ４１の出力であるカウント値りは
、４個の比較器４４〜４７に供給されることになるが、
このとき、比較器４４には、カウント値りがそのまま直
接供給されるが、他方、残りの比較器４５〜４７には、
−旦、データラッチ４３にラッチされ、ラッチデータＤ
°　となってから入力されるようになっている。

そこで、まず、比較器４４についてみると、これにはカ
ウント値りがそのまま入力されているので、これが定数
設定器４８から与えられている定数２Ｎと常時、比較さ
れていることになる。

なお、上記したように、数値Ｎは、パルス発生器１３が
１回転する間、つまり、成るＡ相パルス信号が発生して
から次のＡ相パルス信号が発生してくるまでの間に発生
するＡ相パルス信号とＢ相パルス信号のパルス数である
。

そこで、いま、何らかの理由により、カウント値りが定
数２Ｎを越えたとすると、この比較器４４から出力が発
生ずる。

ここで、このカウント値りが定数２Ｎを越えたことが意
味する点についてみると、これはパルス発生器１３（エ
ンコーダ）が少なくとも１回転したにもかかわらず、ア
ップダウンカウンタ４１にリセットが掛らなかった、つ
まりオア回路５２からリセット信号が出力されなかった
ことを意味し、その原因がＡ相パルス信号の異常にある
ことから、結局、Ｄ＞２Ｎを条件として動作する比較器４４の出力により、Ａ相パ
ルス信号の異常が検出できることになる。

次に、データラッチ４３についてみると、このデータラ
ッチ４３はＡ相パルス信号をクロック信号としているの
で、Ａ相パルス信号の発生タイミングごとにアップダウ
ンカウンタ４１のカウント値りを取り込み、それをラッ
チデータＤ′　として順次、保持し、このラッチデータ
Ｄ°　を比較器４５．４６．４７にそれぞれ入力する働
きをしている。

そこで、まず、比較器４５についてみると、この比較器
４５には定数設定器４９から定数が与えられているから
、結局、この比較器４５からは、ラッチデータＤ゛が定
数（−２Ｎ＋１）に等しくなったときだけ、出力が発生
する。

以下、同様にして、比較器４６からは、ラッチデータＤ
゛　が定数（０）に等しくなったときだけ、出力が発生
し、比較器４７からは、ラッチデータＤ゛が定数（２Ｎ
−１）に等しくなったときだけ、出力が発生する。

そして、これらの３個の比較器４５〜４７の出力はノア
回路５３に入力されているのであるから、結局、このノ
ア回路５３は、ラッチデータＤ゛について、以下の■、
■、■の３条件が全て成立していないときだけ出力を発
生することになる。

■　Ｄ’　＝（−２Ｎ＋１） ■　Ｄ’　＝（０） ■　Ｄ’　＝（２Ｎ−１）二二で、まず、これらの条件が成立する場合について考
えてみると、ラッチデータＤ′は、Ａ相パルス信号が発
生する毎に取り込まれ、更新されているのでから、この
データは、成るＡ相パルス信号が発生してから次のＡ相
パルス信号が発生されるまでの間に現われるＡ相パルス
信号とＢ相パルス信号のパルス数、つまりＵＰパルス信
号とＤ○ＷＮパルス信号のパルス数である。

一方、成るＡ相パルス信号が発生してから次のＡ相パル
ス信号が発生されるまでの間でのパルス発生器１３の挙
動についてみると、それは、次の３種の場合に限られる
。

（１）　　正方向に回動を開始したあと、元の回動開始
位置に戻ること無く、次のＡ相パルス信号が発生される
位置に到達したとき。

（２）正方向又は負方向に回動を開始したあと、次のＡ
相パルス信号が発生される位置に到達しないままで、元
の回動開始位置に戻ったとき。

（３）　　負方向に回動を開始したあと、元の回動開始
位置に戻ること無く、次のＡ相パルス信号が発生される
位置に到達したとき。

そうすると、パルス発生器１３に異常がなく、Ａ相パル
ス信号とＢ相パルス信号、それにＡ相パルス信号が正し
く発生されているときだけ、上記■、■、■のいずれか
の条件が満足されることになり、結局、ノア回路５３が
出力を発生するのは、Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号
に異常を生じたときとなり、従って、このノア回路５３
の出力により人相パルス信号とＢ相パルス信号の異常が
検出できることになる。

比較器４４とノア回路５３の出力はそれぞれオア回路５
４に人力されるので、結局、このオア回路５４の出力を
エンコーダ異常信号とすることにより、Ａ相パルス信号
とＢ相パルス信号、それにＡ相パルス信号のいずれに異
常が発生しても、直ちに異常を検出することができるこ
とになる。

第１図に戻り、エンコーダ信号異常検出回路１６から出
力されたエンコーダ異常信号は異常処理回路１７に入力
され、既に説明したように、モータ１２の駆動を鎮圧す
るなどの処理を行い、エンコーダ信号の異常に起因する
ロボットの異常動作を抑え、危険な状態の発生を未然に
防止する。

従って、この実施例によれば、アブソリュート型ロータ
リーエンコーダを併用することなく、確実にエンコーダ
信号の異常を検出でき、ローコストで容易にロボットな
どの安全性確保に万全を期すことができる。

なお、上記実施例では、エンコーダ信号異常検出回路１
６も含めて、全ての機能をハードウェア構成により得る
ようにしたが、これはあくまでも一実施例であり、本発
明は、必要に応じて任意のグレードでソフトウェア化も
可能ことば、言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、余分なエンコーダの併設を要せずに、
簡単な信号処理機能の付加だけで、常に確実にエンコー
ダ信号の異常を検出することができるから、信頼性の高
いエンコーダ異常検出装置をローコストで容易に提供す
ることができる。

また、本発明によれば、エンコーダ信号に異常が発生し
た場合には、このエンコーダの入力軸が、多くても１回
転するまでの時間で、その異常を確実に検出することが
できるから、モータ駆動機構のサーボ制御系において、
異常処理を応答性良く実行できるので、ロボットの暴走
事故を抑え、充分に安全性を高めることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるエンコーダ異常検出装置の一実施
例を示すブロック図、第２図はエンコーダ信号を説明す
るための波形図、第３図はエンコーダ信号処理回路の一
実施例を示すブロック図、第４図はエンコーダ信号異常
検出回路の一実施例を示すブロック図である。１０・・・・・・加算器、１１・・・・・・モータ制御
回路、１２・・・・・・モータ、１３・・・・・・パル
ス発生器、１４・・・・・・エンコーダ信号処理回路、
１５・・・・・・アップダウンカウンタ、１６・・・・
・・エンコーダ信号異常検出回路アンローダ、１７・・
・・・・異常処理回路。印　　　耶く　　　　句

Claims

【特許請求の範囲】

１、入力軸の所定回動角毎に位相のずれた２個のパルス
をＡ相パルス信号とＢ相パルス信号として発生すると共
に、入力軸１回転中の所定回動角位置で１個のパルスを
Ｚ相パルス信号として発生するパルス発生器と、上記Ａ
相パルス信号とＢ相パルス信号から上記入力軸の一方向
回転時にＵＰパルス信号を、そして他方向回転時にＤＷ
ＵＮパルス信号をそれぞれ発生する信号処理回路とを備
えたロータリーエンコーダにおいて、上記ＵＰパルス信
号によりカウントアップされ上記ＤＯＷＮパルス信号に
よりカウントダウンされると共に上記Ｚ相パルス信号に
よりリセットされるアップダウンカウンタと、このアッ
プダウンカウンタのカウントデータを所定の定数データ
と比較する演算手段とを設け、上記カウントデータ値が
、上記パルス発生器の入力軸が１回転したときに発生す
る上記Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号の個数から定ま
る第１の所定値を越えたときと、上記Ｚ相パルス信号が
発生した時点での上記カウントデータ値が、上記パルス
発生器の入力軸が１回転したときに発生する上記Ａ相パ
ルス信号とＢ相パルス信号の個数から定まる第２の所定
値及び数値０のいずれとも一致しなかったとき、上記演
算手段から異常検出出力が発生されるように構成したこ
とを特徴とするエンコーダ異常検出装置。