JPH09210671A - 絶対位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロボットアームのように駆動部に減速器を有
する機構に対し出力軸側の絶対位置を検出する装置にお
いて、定期交換必要な電池等を使用せずモータ１回転と
いう微少な移動量で信頼性高く絶対位置検出を完了する
絶対検出装置を提供する。 【解決手段】 インクメンタルエンコーダ２と、減速器
３の減速比に対応して減速手段の出力軸の絶対位置領域
を区別する符号化スリット板５と、前記符号化スリット
板の符号を検出するフォトセンサ６を備え、インクリメ
ンタルエンコーダのＺ相信号を検出した後、インクリメ
ンタルエンコーダの設定パルスカウント値毎に符号化ス
リット板の符号を取り込んでいき減速器出力軸４の絶対
位置領域を認知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットアームの
ように駆動部に減速器を有する機構に対し出力軸側の絶
対位置を検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ロボット等の駆動手段としてモー
タが主として使用され、その回転位置の検出にはインク
リメンタルエンコーダを使用するのが一般的である。こ
のインクリメンタルエンコーダは、互いに９０度位相の
ずれたＡ相、Ｂ相信号と１回転に１パルスのＺ相信号を
有し、モータ１回転以内にモータの基準位置すなわち原
点位置を検出することができる。しかしモータ軸に減速
機構を接続した場合、モータは多回転するため電源投入
時モータが何回転した位置で停止しているかがわからな
い。減速機構出力軸の絶対位置を認知するためには、減
速機構の出力軸側に設けられた出力軸原点位置検出機構
等とあわせて原点位置を検出する原点復帰動作が必要と
なる。

【０００３】図３は従来の絶対位置検出装置の構成図で
あり、図４は出力軸原点位置検出用スリット板の１例で
ある。図３において７は駆動手段であるモータ、８はイ
ンクリメンタルエンコーダ、９は減速手段である減速
器、１０は減速器の出力軸、１１は出力軸原点位置検出
用スリット板、１２は出力軸原点位置信号を検出するフ
ォトセンサである。原点復帰動作において、モータ７は
出力軸原点位置の方向へ回転を開始し減速器９を介して
出力軸１０を移動させる。出力軸原点位置検出用スリッ
ト板１１とフォトセンサ１２より出力原点位置信号が検
出されるまでモータ７は一定速で回転し、出力原点位置
信号が検出された時点で減速する。原出力軸原点位置信
号が出力されている間でインクリメンタルエンコーダ８
のＺ相信号が検出された所を減速器の出力軸１０の原点
と判定し、原点復帰動作を完了する。図５にインクリメ
ンタルエンコーダ８のＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号及び出力軸
原点位置信号の関係図を示す。

【０００４】また上記の構成では、電源投入時に毎回原
点復帰動作を必要とし、電源遮断時のモータの位置によ
っては原点復帰時の移動量及び移動時間が大きくなるた
め、特許昭６２−１６６６４１２号公報に示されるよう
なモータの多回転情報を電池でバックアップしておく絶
対値エンコーダ方式がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記インクリメンタル
エンコーダと出力軸原点位置検出用スリットを組み合わ
せた方式では、原点復帰時の移動量が大きくなり所要時
間も大きいという問題を有していた。また上記絶対値エ
ンコーダ方式に関しては、部品の増大、高価格化及び電
池の寿命による定期的部品交換が必要という問題を有し
ていた。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するもので、定
期交換必要な電池等を使用せずモータ１回転という微少
な移動量で信頼性高く絶対位置検出を完了する絶対検出
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の発明は、
インクリメンタルエンコーダと、減速器の減速比に対応
して減速器出力軸の絶対位置領域を区別する符号化スリ
ット板と、符号化スリット板の符号を検出する符号検出
手段を備え、インクリメンタルエンコーダのＺ相信号検
出後、設定されたパルスカウント値毎に符号化スリット
板の符号を取り込んでいくことを特徴とするものであ
る。

【０００８】更に、本発明の第２の発明は、符号化スリ
ット板の符号に符号検出誤りを検出するための符号を付
加したものである。

【０００９】更に、本発明の第３の発明は、インクリメ
ンタルエンコーダのＺ相信号検出後、符号化スリット板
の符号取り込みに際し、設定された符号検出位置の補正
値をインクリメンタルエンコーダのパルスカウント値で
記憶しておく符号検出位置補正値記憶手段を付加するも
のである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、駆動手段の駆動軸に接続されたインクリメンタルエ
ンコーダと、前記駆動軸に接続された減速手段と、前記
減速手段の減速比に対応して前記減速手段の出力軸の絶
対位置領域を区別する符号化スリット板と、前記符号化
スリット板の符号を検出する符号検出手段を備え、前記
インクリメンタルエンコーダの設定された検出位置毎に
前記符号化スリットの符号を取り込むことを特徴とする
絶対位置検出装置としたものであり、最初に駆動手段で
設定方向に駆動軸を回転させインクリメンタルエンコー
ダのＺ相信号を検出した後、上記設定方向と逆方向に駆
動軸を回転させ、インクリメンタルエンコーダの設定パ
ルスカウント値毎に符号化スリット板の符号を取り込ん
でいくことで、減速手段出力軸の減速比分割されたどの
絶対位置領域であるかを判定できることとなる。これに
より、駆動手段出力軸１回転以内の微少動作で短時間に
減速手段出力軸の絶対位置が検出され原点復帰動作を完
了することができ、また機構の簡素化、低価格化、およ
び電池等の短寿命部品の削減が図れるという作用を有す
る。

【００１１】請求項２に記載の発明は、前記符号化スリ
ット板の符号に符号検出誤りを検出するための符号を付
加した請求項第１記載の絶対位置検出装置としたもので
あり、符号化スリット板の符号に符号検出誤りを検出す
るための符号を付加することで、原点復帰時に符号スリ
ット板や符号検出手段の異常を即座に判断でき、より高
信頼化が図れるという作用を有する。

【００１２】請求項３に記載の発明は、前記符号化スリ
ット板の符号検出位置の補正値を前記インクリメンタル
エンコーダのパルスカウント値で記憶しておく符号検出
位置補正値記憶手段を付加した請求項第１記載の絶対位
置検出装置としたものであり、記憶された補正値分だけ
補正された位置から符号を取り込んで行くことでソフト
データのでの微調が可能となり、組立時のインクリメン
タルエンコーダのＺ相信号と、符号化スリット板の基準
位置の固定調整時間の短縮が図れるという作用を有す
る。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施例における絶対位置
検出装置の構成図である。図１において１は駆動手段で
あるモータ、２はインクリメンタルエンコーダ、３は減
速手段である減速器、４は減速器３の出力軸、５は出力
軸４に取り付けられた符号化スリット板、６は符号検出
手段である光学式のフォトセンサである。

【００１５】ここでは減速器３の減速比を１／５０、イ
ンクリメンタルエンコーダ２の１回転のパルスカウント
数を１０００として絶対位置検出の流れの説明を進め
る。モータ１の出力軸の片側に接続されたインクリメン
タルエンコーダ２は、Ａ相、Ｂ相信号を出力し、それら
の信号をカウントすることでモータ１の回転角が検出さ
れる。またＺ相信号を用いてそのカウント値をクリア
し、モータ１回転以内の基準位置を検出することができ
る。

【００１６】まず最初にモータ１を設定された方向に回
転させ、インクリメンタルエンコーダ２の信号をもと
に、Ｚ相信号検出位置まで移動させる。インクリメンタ
ルエンコーダ２のカウント値をＰ１とすると、Ｚ相信号
を検出した時点でＰ１は０となり、以後Ｚ相信号を検出
してもカウント値のクリアは行わない。次に減速器３の
出力軸４の絶対位置の検出を行うため、Ｚ相信号検出時
に回転させた方向と逆の方向に回転させる。この回転の
なかで、インクリメンタルエンコーダ２から検出される
パルスが設定されたパルスに達する毎に符号化スリット
板５の符号をフォトセンサ６を通して取り込んで行き、
出力軸４がどの絶対位置領域にあるかを認知する。Ｚ相
信号検出後逆方向に回転させる意味は、一連の絶対位置
検出工程でモータ１の一回転以内の移動量で動作を完了
させるためである。

【００１７】出力軸４の絶対位置領域認知工程に関して
以下に詳細を説明する。減速器３の減速比が１／５０で
あるので符号化スリット板５は５０の領域を区別する必
要がある。符号検出用のフォトセンサ６が１個の場合、
１回の符号取り込みで１か０の２通りの区別が可能であ
る。そのため５０の領域を区別するためには、 ２×２×２×２×２×２＝６４＞５０ （１） 上式のように１つの領域に最低６個の符号があれば５０
の内のどの絶対位置領域であるかを認知できることとな
る。フォトセンサ６が複数個の場合は、１つの領域の符
号数が少なくて済むことは明白であるが、本実施例では
フォトセンサ６が１個として説明を進める。この場合モ
ータ１一回転で６回符号を取り込むので１回転１０００
パルスのインクリメンタルエンコーダ６で１０００／６
パルスカウント値毎に符号を取り込んで行けば良いこと
になる。すなわち符号取り込みのタイミングはカウント
値Ｐ１が、 （１０００／６０）×Ｎ （Ｎ＝０〜５ ：Ｎは整数）） （２） 上式の値に達した時点と言うことになる。この際、符号
化スリット板５の１つの符号化スリット幅は、 ３６０°÷５０÷６＝（６／５）° （３） 上式のように（６／５）°刻みに配置される必要があ
る。図２に符号化スリット板６の１例を示す。

【００１８】上記工程で、出力軸４の１回転３６０°を
５０分割した領域の内どの絶対位置領域であるかが決定
され、各領域の範囲が３６０°／５０であることから、
仮に領域２５内におけるインクリメンタルエンコーダ２
のＺ相信号検出位置を出力軸４の原点とすると、その決
定された領域ＮＯ．がＮの場合、領域オフセットパルス
カウント値Ｐ２は、 Ｐ２＝（Ｎ−２５）×１０００ （４） と表すことができる。すなわち上式Ｐ２が求められた時
点で、モータ１の多回転情報が得られたこととなる。よ
って減速器３の出力軸４の絶対位置は、インクリメンタ
ルエンコーダ２のパルスカウント値Ｐ１と、（４）式の
領域オフセットパルスカウント値Ｐ２の和として表さ
れ、絶対位置認知が完了したことになる。

【００１９】したがって上記構成のように、インクリメ
ンタルエンコーダの設定されたパルスカウント値毎に、
減速器の減速比に対応して減速器出力軸の絶対位置領域
を区別する符号化スリット板の符号を取り込み、モータ
の多回転情報を得、インクリメンタルエンコーダのパル
スカウント値と合わせることで、減速器出力軸の原点位
置検出をモータ１回転以内の移動量で完了することがで
きる。

【００２０】また本実施例では、減速手段に回転型減速
器を用いたが、ボールネジの様な直線型の減速手段を用
いても同様の効果が得られることは言うまでもない。

【００２１】次に符号化スリット板５の符号検出異常の
判定方法について説明する。上記（１）式より符号化ス
リット板５の１つの領域に６個の符号があれば５０の内
のどの絶対位置領域であるかを認知できることを述べた
が、仮に符号化スリット板の１つのスリットが異物等で
遮蔽された場合、その領域での絶対位置領域認知を誤っ
てしまうことになる。そこで上記６個の符号に誤り検出
用の符号を１個追加し１つの領域に７個の符号を挿入
し、０か１である各符号の合計が奇数になるかあるいは
偶数になるよう誤り検出用符号を設定することで、符号
取り込み時に符号検出誤りを検出する。例えば各符号の
合計を奇数と設定し、ある領域の符号が１０１０１０で
あった場合、各符号の合計は３であるので誤り検出用の
符号は０となり、１０１０１００という符号になるよう
その領域のスリットを作成すればよいことになる。これ
によりこの領域の符号取り込みを行った時、１つのスリ
ットが遮蔽され１０００１００と検出された場合、各符
号の合計が偶数であるので即座に符号取り込みの異常が
判定できる。また符号検出手段であるフォトセンサ６が
異常の場合も考えられるが、符号化スリット板５の各絶
対位置領域の符号が全て１あるいは全て０という構成が
無いように作成しておくことで、そのような符号が取り
込まれた時フォトセンサ６の異常と判定することができ
る。ここで上記の様に１つの領域の符号を７個にした場
合、符号化スリット板５の１つの符号化スリット幅は、 ３６０°÷５０÷７＝（３６／３５）° （５） 上式のように（３６／３５）°刻みに配置される必要が
あり、またモータ１一回転で７回符号を取り込むので１
回転１０００パルスのインクリメンタルエンコーダ６で
１０００／７パルス毎に符号を取り込んで行けば良いこ
とになる。

【００２２】したがって上記構成のように、符号化スリ
ット板の符号に符号検出誤りを検出するための符号を付
加することで、原点位置検出時に符号スリット板や符号
検出手段の異常を即座に判断でき、より高信頼化が図れ
る。

【００２３】次にインクリメンタルエンコーダ２のＺ相
信号と符号化スリット板５の取り付け調整方法について
述べる。上記のようにインクリメンタルエンコーダ２の
Ｚ相信号検出位置を起点として符号化スリット５の符号
を取り込んで減速器３の出力軸絶対位置領域を認知しよ
うとした時、各領域の最初の符号スリット内でＺ相信号
が検出される必要がある。またスリット端面ではフォト
センサ６の感度や温度変化等による検出誤差も存在する
ため、符号スリットの中心位置でＺ相信号が検出される
よう取り付け調整されることが望ましい。しかし、符号
化スリット板の微小なスリット幅の中心位置にインクリ
メンタルエンコーダ２のＺ相検出位置を取り付け調整す
ることは困難であり、調整に時間がかかる。そこで符号
化スリット板５の符号を取り込むタイミングを補正する
符号検出位置補正パルスカウント値Ｐ３を記憶しておく
メモリ等の記憶手段を設け、符号取り込み時のタイミン
グをインクリメンタルエンコーダ２のカウント値Ｐ１が （１０００／６０）×Ｎ＋Ｐ３ （Ｎ＝０〜５ ：Ｎは整数）） （６） 上式の値に達した時点とする。これにより取り付け後、
ソフトデータでの微調が可能となり、組み立て時の取り
付け調整時間の短縮が図れる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、インクリ
メンタルエンコーダと、減速手段の減速比に対応して減
速手段の出力軸の絶対位置領域を区別する符号化スリッ
ト板と、前記符号化スリット板の符号を検出する符号検
出手段を備え、インクリメンタルエンコーダのＺ相信号
を検出した後、インクリメンタルエンコーダの設定パル
スカウント値毎に符号化スリット板の符号を取り込んで
行くことで、駆動手段出力軸１回転以内の微少動作で短
時間に減速手段出力軸の絶対位置検出を完了することが
でき、また機構の簡素化、低価格化、および電池等の短
寿命部品の削減が図れるという有利な効果が得られる。

【００２５】また、本発明の第２の発明によれば、符号
化スリット板の符号に符号検出誤りを検出するための符
号を付加することで、絶対位置検出時に符号スリット板
や符号検出手段の以上を即座に判断でき、より高信頼化
が図れるという有利な効果が得られる。

【００２６】さらに、本発明の第３の発明によれば、符
号化スリット板の符号検出位置の補正値をインクリメン
タルエンコーダのパルスカウント値で記憶しておく符号
検出位置補正値記憶手段を付加し、記憶された補正値分
だけ補正された位置から符号を取り込んでいくことでソ
フトデータでの微調が可能となり、組み立て時のインク
リメンタルエンコーダのＺ相信号と、符号化スリット板
の基準位置の固定調整時間の短縮が図れるという有利な
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における絶対位置検出装置の
構成図

【図２】符号化スリット板の１例を示す図

【図３】従来の絶対位置検出装置の構成図

【図４】出力軸原点位置検出用スリット板の１例を示す
図

【図５】インクリメンタルエンコーダのＡ相、Ｂ相、Ｚ
相信号及び出力軸原点位置信号の関係図

【符号の説明】

１ モータ ２ インクリメンタルエンコーダ ３ 減速器 ４ 減速器出力軸 ５ 符号化スリット板 ６ フォトセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 康博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動手段の駆動軸に接続されたインクリ
   メンタルエンコーダと、前記駆動軸に接続された減速手
   段と、前記減速手段の減速比に対応して前記減速手段の
   出力軸の絶対位置領域を区別する符号化スリット板と、
   前記符号化スリット板の符号を検出する符号検出手段を
   備え、前記インクリメンタルエンコーダの設定された検
   出位置毎に前記符号化スリットの符号を取り込むことを
   特徴とする絶対位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記符号化スリット板の符号に符号検出
   誤りを検出するための符号を付加した請求項１記載の絶
   対位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記符号化スリット板の符号検出装置の
   補正値を前記インクリメンタルエンコーダのパルスカウ
   ント値で記憶しておく符号検出位置補正値記憶手段を付
   加した請求項１記載の絶対位置検出装置。