CN117250559A - 编码器配线的故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种编码器配线的故障检测装置，在具备具有编码器的被控制设备和控制被控制设备的控制器的系统中，当编码器配线中发生故障时能够检测故障的发生，并且能够容易地特定故障的发生部位。将从编码器(60)向控制器(10)发送的信号设为第一信号，将从控制器(10)向编码器(60)发送的信号设为第二信号，设置有检测发送第一信号的编码器配线中的故障的第一检测电路(42)和检测发送第二信号的编码器配线中的故障的第二检测电路(45)。

Description

编码器配线的故障检测装置

技术领域

本发明涉及一种故障检测装置，其在具备具有编码器的被控制设备和基于来自编码器的信号进行被控制设备的控制的控制器的系统中，检测编码器配线中的故障。

背景技术

有一种由具备编码器的被控制设备和基于来自编码器的信号控制该被控制设备的控制器构成的系统。例如，在由每个轴均具备电动机的机械手和对机械手内的电动机进行伺服控制的控制器构成的机器人系统中，对于各轴的电动机安装有检测该电动机的旋转位置的编码器，由编码器检测到的电动机位置被反馈给控制器侧以进行伺服控制。近年来，数字化的编码器正在普及，相对于数字编码器，从控制器侧对编码器发送命令。因此，在控制器和机械手内的编码器之间，为了传递信号而设置有编码器配线。作为的形式，除了简单地以发送编码器脉冲或者“0”及“1”的二值逻辑值的方式构成的编码器配线之外，还知道以传输由逻辑信号和其反转信号构成的一对差动输出信号的方式构成的差动信号配线等。

当编码器配线中产生断线或短路等故障时，系统将无法正常动作。因此，提出了检测编码器配线中的故障的各种方法。专利文献1及专利文献2公开有一种断线检测电路，其在由差动信号配线构成编码器配线时，向异或(ExOR)门输入来自构成差动信号配线的一对信号线的信号，在异或门的输出成为“0”时判定为在编码器配线中存在断线。专利文献3公开有为了检测编码器配线从开路集电极输出型的编码器的断线而使用编码器电源、电压比编码器电源高的断线检测用电源、以及编码器侧的过电压防止用二极管的技术。

作为在与编码器的通信中发生异常时容易地进行异常部位的特定的装置，专利文献4公开有一种编码器通信电路，其具有通信部和编码器数据创建部，所述通信部具有与编码器的接口相同的接口，所述编码器数据创建部创建预先确定的编码器数据。在与编码器的通信发生异常时，通过取代该编码器而连接编码器通信电路，能够进行异常的原因处于配线、还是处于编码器本身、或者处于控制器侧的通信电路的区分。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭62－91267号公报

专利文献2：日本特开平4－355322号公报

专利文献3：专利第4058431号公报

专利文献4：日本特开2008－92620号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在编码器配线中发生故障的情况下，为了特定故障部位，需要通过目视来确认所有的编码器配线，或者更换配线来确认故障部位，故障部位的特定需要时间。例如在包含输送用的机器人的系统的情况下，从控制器到机械手的配线长度有时超过10m，在机械手的内部，至各个编码器的配线长度也有时超过10m，作为整体，编码器配线的延长也有时达到几十m。在机器人系统中，在发生了编码器配线中的故障时，用于故障部位的特定的停机时间变长。即使通过使用专利文献1～3所示的检测电路能够检测编码器配线的断线，在断线部位的特定中也需要进行通过目视来确认编码器配线的整体等的作业。即使使用了专利文献4所示的编码器通信电路，也无法检测在编码器配线的哪里产生了故障。即使由控制器控制的被控制设备是机械手以外的设备，在该设备具备编码器且控制器根据来自编码器的输出进行控制时，也产生同样的课题。

本发明的目的在于，提供一种在编码器配线中发生故障时能够检测故障的发生并且能够容易地特定故障的发生部位的故障检测装置。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的一方式提供一种故障检测装置，其在具备具有编码器的被控制设备和控制被控制设备的控制器且编码器和控制器经由编码器配线连接的系统中检测在编码器配线中发生的故障。将从编码器向控制器发送的信号设为第一信号，将从控制器向编码器发送的信号设为第二信号，故障检测装置具有检测发送第一信号的所述编码器配线中的故障的第一检测电路和检测发送第二信号的所述编码器配线中的故障的第二检测电路。

迄今为止，检测编码器配线中的故障的发生的检测电路在控制器中仅设置于接收来自编码器侧的信号的位置。仅此而已，对在编码器配线中发生的故障的检测不充分，并且不易进行故障发生部位的特定。在一方式的故障检测装置中，通过对从编码器向控制器发送的信号(即第一信号)的编码器配线和从控制器向编码器发送的信号(即第二信号)的编码器配线双方设置检测电路，能够更可靠地检测编码器配线中的故障的发生，也可容易地进行故障发生部位的特定。在该情况下，通过将第二检测电路设置于被控制设备，能够进一步可靠地检测从控制器到被控制设备的区间中的第二信号的编码器配线中的故障的发生。

在一方式中，优选的是，在被控制设备上例如设置接口部作为电路基板，之后，将编码器配线分割为控制器和接口部之间的接口配线以及接口部和编码器之间的设备内配线，在接口部设置：经由设备内配线接收第一信号的第一接收机；基于第一接收机的接收结果而经由接口配线发送第一信号的第一驱动器；经由接口配线接收第二信号的第二接收机；以及基于第二接收机的接收结果而经由设备内配线发送第二信号的第二驱动器，将第一检测电路在接口部设置于第一接收机的输入侧，将第二检测电路在接口部设置于第二接收机的输入侧。设置接收机，从编码器配线接收信号，在基于接收机的接收结果从驱动器向另外的编码器配线送出信号时，即使在与接收机连接的编码器配线中存在故障，接收机也输出“0”或“1”的逻辑信号，驱动器基于该逻辑信号向编码器配线送出信号。即，在从驱动器送出信号的一编码器配线中观察到正常的信号。这意味着，通过将以接收机的输出与驱动器的输入连接的方式将接收机和驱动器组合的部件插入编码器配线，能够在该插入位置区分编码器配线中的故障。因此，通过在接口部配置接收机和驱动器，容易特定编码器配线中的故障部位。

优选的是，在将第一检测电路和第二检测电路设置于被控制设备的接口部时，设置与控制器连接的微处理器等处理器，将第一检测电路及第二检测电路的检测结果输入处理器。通过这样构成，能够在控制器侧知道第一检测电路及第二检测电路的检测结果，在控制器中，能够容易地特定编码器配线中的故障发生部位。另外，优选的是，在被控制设备具备多个编码器时，在每个编码器中均设置有编码器配线、第一检测电路以及第二检测电路，但对于这些多个编码器共同地设置处理器。在该结构中，即使编码器为多个，也仅在接口部设置一个处理器，因此，能够简化接口部的结构，并且能够削减接口部和控制器之间的配线数量。

在将第一检测电路设置于接口部的情况下，也可以将检测发送第一信号的接口配线中的故障的第三检测电路设置在控制器的内部。通过设置第三检测电路，可以更容易地进行编码器配线中的故障部位的特定。

在另一方式的故障检测装置中，第一检测电路及第二检测电路设置在控制器的内部。即使在不能在被控制设备中设置第一检测电路或第二检测电路的情况下，由于第一检测电路及第二检测电路设置在控制器的内部，因此编码器配线中的故障部位的特定也变得容易。

第一信号及第二信号的传输方式是任意的，第一信号和第二信号例如以差动输出信号的方式传输。在该情况下，通过使用异或门构成第一检测电路及第二检测电路，能够以简单的电路结构检测各种故障类型的故障。

将基于本发明的故障检测装置作为对象的被控制设备例如是机器人系统中的机械手。在机械手的情况下，其中所设置的编码器数量增多，另外，编码器配线也容易变长，但通过应用基于本发明的故障检测装置，能够大幅度地削减在编码器配线中发生故障时为了特定故障部位而需要的时间。

发明效果

根据本发明，能够在编码器配线中发生故障时检测故障的发生，并且能够容易地特定故障的发生部位。

附图说明

图1是表示一般的机器人系统中的编码器配线的图。

图2是表示本发明的一实施方式的机器人系统的框图。

图3是表示以差动输出信号进行与编码器的通信时的图2所示的机器人系统的结构的图。

图4是表示另一实施方式的机器人系统的框图。

附图标记说明

10…控制器；11…上位控制电路；12…连接部；13、16、42、45…检测电路；14、43、46、62…接收机；15、44、47、61…驱动器；18、48…微处理器；21…异或(ExOR)门；22～24…电阻；30…接口电缆；31…串行通信线；40…机械手；41…接口部；49…分配部；50…设备内电缆；60…编码器。

具体实施方式

接下来，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。基于本发明的故障检测装置在具备具有编码器的被控制设备和控制被控制设备的控制器且编码器和控制器经由编码器配线连接的系统中，检测编码器配线中发生的故障。以下，设为系统是由控制器和机械手构成的机器人系统，被控制设备是机械手的方式进行说明。在该情况下，控制器基于来自设置在机械手的各轴的电动机上的编码器的输出，进行这些电动机的伺服控制。当然，应用本发明的系统不限于机器人控制器，被控制设备也不限于机械手。

首先，使用图1对一般的机器人系统中的编码器配线进行说明。图1所示的机器人系统由控制器10和机械手40构成。机械手40具备多个轴，编码器60也设置有多个。图中，描绘有两个编码器60。在图中，粗线表示编码器配线。在每个编码器60中均设置有从编码器60向控制器10发送信号的编码器配线p和从控制器10向编码器60发送信号的编码器配线q。控制器10和机械手40之间由捆扎与多个编码器60分别对应的编码器配线p、q的接口电缆30连接。而且，在机械手40上设置有成为接口电缆30的连接部位的分配部49，在分配部49，将与接口电缆30捆扎在一起的编码器配线p、q分为向各个编码器60的编码器配线p、q。在分配部49和各个编码器60之间，编码器配线p、q容纳于每个编码器60的设备内电缆50。

在控制器10中，设置有上位控制电路11和连接部12，所述上位控制电路11基于从编码器60通过信号通知的电动机位置进行用于伺服控制的运算，另外，生成对于编码器60的命令，作为信号发送，所述连接部12与上位控制电路11连接，并且连接编码器配线p、q。在连接部12设置有：检测电路13，其与各编码器60对应地检测从编码器60发送信号的编码器配线p中的断线等故障；接收机14，其接收由该编码器配线p发送的信号并向上位控制电路11输出；以及驱动器15，其与上位控制电路11连接，接收信号，并将该信号通过编码器配线q向编码器60发送。对于检测电路13，使用例如专利文献1～3等所示的断线检测电路，检测电路13的检测结果输入上位控制电路11。另外，在编码器60上设置有对编码器配线p发送信号的驱动器61和经由编码器配线q接收信号的接收机62。

在图1所示的机器人系统中，在发生从编码器60向控制器10发送信号的编码器配线p中的断线等故障时，能够通过检测电路13检测该故障的发生。但是，无法特定故障的发生部位是接口电缆30还是设备内电缆50。另外，不能直接检测从控制器10向编码器60发送信号的编码器配线q中的故障。如果编码器配线q中产生故障，则命令无法到达编码器60，因此，尽管发送了命令，但检测到编码器60没有发送与命令对应的信号，由此，能够间接地估计编码器配线q中的故障的发生。然而，在该情况下，不能区分是编码器配线q中的故障还是编码器60本身的故障，另外，也不能特定编码器配线q中的故障的发生部位是接口电缆30还是设备内电缆50。

基于本发明的故障检测装置要解决的技术问题是在如图1所示的一般的机器人系统中存在对于编码器配线中的故障的发生的检测和故障部位的特定不充分这一点。图2表示本发明的一实施方式的机器人系统。该机器人系统具备基于本发明的故障检测装置而构成。

图2所示的机器人系统在图1所示的机器人系统的机械手40中，取代分配部49而设置有接口部41，并在控制器10的连接部12设置有微处理器18。来自设置在控制器10内的检测电路13的检测结果不是直接输入上位控制电路11，而是输入微处理器18。而且，从编码器60向控制器10发送信号的编码器配线p被分割为从编码器60到接口部41的编码器配线即设备内配线a和从接口部41到控制器10的接口配线b。同样，从控制器10向编码器60发送信号的编码器配线q被分割为从控制器10到接口部41的接口配线c和从接口部41到编器60的设备内配线d。在接口电缆30中，将与多个编码器60对应的接口配线b、c捆扎在一起。在对每个编码器60由机械手40设置的设备内电缆50中，向对应的编码器的设备内配线a、d捆扎在一起。

在接口部41，关于从编码器60发送信号的设备内配线a，在每个编码器60中均设置有检测设备内配线a中的断线或短路等故障的检测电路42、接收由设备内配线a发送的信号的接收机43、以及基于接收机43的接收结果而经由接口配线b朝向控制器10发送信号的驱动器44。另外，在接口部41，关于从控制器10发送信号的接口配线c，在每个编码器60中均设置有检测接口配线c中的故障的检测电路45、接收由接口配线c发送的信号的接收机46、以及基于接收机46的接收结果而经由设备内配线d朝向对应的编码器60发送信号的驱动器47。在该结构中，在接口部41，检测电路42设置于接收机43的输入侧，检测电路45设置于接收机46的输入侧。作为检测电路42、45，能够使用与设置于控制器10的检测电路13同样的结构。

在接口部41还设置有微处理器48。即使在机械手40上设置多个编码器60，且与编码器60的个数对应的数量的检测电路42、45、接收机43、46及驱动器44、47设置于接口部41的情况下，设置于接口部41的微处理器48的数量在原则上也是一个，对于多个编码器60共同地设置该微处理器48。微处理器48与设置在控制器10内的微处理器18经由设定在接口电缆30内的串行通信线31连接。来自设定在接口部41内的检测电路42、47的检测结果输入微处理器48。微处理器48将接收到的检测结果经由控制器10内的微处理器18向上位控制电路11发送。作为微处理器48，也可以使用用于将设置在机械手40内的温度传感器(未图示)、加速度传感器(未图示)的测定结果向控制器10发送的已有的微处理器。

考虑在图2所示的机器人系统中的编码器配线中发生故障的情况。当从编码器60向控制器10发送信号的编码器配线中的设备内配线a中发生故障时，该故障由接口部41内的检测电路42检测，发生故障的情况经由微处理器48向控制器10侧传递。即使在设备内配线a中发生了故障，接收来自设备内配线a的信号的接收机43也对驱动器44输出例如“0”或“1”的二值逻辑信号，驱动器44基于来自接收机43的信号对接口配线b输出信号。此时向接口配线b输出的信号具有与通常时的信号相同的特征，被视为正常的信号。而且，此时如果接口配线b正常，则控制器10内的检测电路13不检测故障。即，如果是图1所示的机器人系统，则由检测电路13检测为编码器配线p的某处的故障，但在图2所示的系统中，检测为机械手40内的作为编码器配线的设备内配线a中的故障，详细地特定了故障部位。同样地，当接口配线b中发生故障时，由控制器10内的检测电路13检测，但此时设置于接口部41的检测电路42、47不检测故障，在该情况下，也能够详细地特定故障部位。接口配线c中的故障由设置于接口部41的检测电路45检测。

在图2所示的机器人系统中，检测电路42、47的检测结果经由微处理器48和微处理器18向上位控制电路11传递，检测电路13的检测结果经由微处理器18向上位控制电路11传递。上位控制电路11基于这些检测结果，识别编码器配线中的故障的发生，进行故障发生部位的特定。如果能够特定故障发生部位，则上位控制电路例如能够在显示装置(未图示)上图示编码器线路的哪个部分发生了故障。

图3表示在图2所示的机器人系统中，将差动输出信号用于编码器配线中的信号的传输时的结构的详情。在图3中，为了容易观察附图，仅描绘出一个与机械手40连接的编码器60。为了进行差动输出信号的传输，驱动器15、44、47、62构成为同时输出非反转逻辑信号和反转逻辑信号的总线驱动器，接收机4、43、46、61构成为同时接收非反转逻辑信号和反转逻辑信号的总线接收机。设备内配线a由一对信号线构成，该一对信号线由非反转逻辑信号的信号线A和反转逻辑信号的信号线/A构成。同样，接口配线b由信号线B、/B构成，接口配线c由信号线C、/C构成，设备内配线d由信号线D、/D构成。

检测电路13、42、45为相同的结构。例如，检测电路42由在一输入端子上连接信号线A且在另一输入端子上连接信号线/A的异或(ExOR)门21、插入到信号线A和信号线/A之间的电阻22、以及将信号线A和信号线/A分别上拉至电源电压的电阻23、24构成。在使用ExOR门21的该检测电路42中，如果设备内配线a正常，则信号线A和信号线/A相互反转，所以ExOR门21的输出为“1”。与此相反，当设备内电缆50内信号线A和信号线/A中的一方断线时，由于有电阻22，ExOR门21的两个输入端子成为相同的电平，所以ExOR门21的输出成为“0”，能够检测故障发生。当信号线A和信号线/A双方断线时，因为也有上拉用的电阻23、24，两个输入端子的电平相同，因此，能够检测故障发生。当信号线A输出“1”时，如果信号线A成为接地短路，则ExOR门21的两个输入端子成为“0”，因此，同样能够检测故障发生。同样，当信号线A输出“1”时，如果信号线/A成为电源短路，则ExOR门21的两个输入端子成为“1”，所以同样能够检测故障发生。当信号线A和信号线/A短路时，ExOR门21的两个输入端子成为相同的电平，所以能够检测故障发生。检测电路13、45也同样能够检测故障发生。这样，根据检测电路13、42、45，能够以简单的电路结构检测编码器配线中的各种故障类型的故障。

在以上说明的实施方式中，在机械手40上设置接口部41，将编码器配线分割为控制器10侧的接口配线b、c和编码器60侧的设备内配线a、d，在接口部41，经由接收机43、46和驱动器44、47的组合连接接口配线b、c和设备内配线a、d，而且在接收机43、46的输入侧设置检测电路42、45，由此，能够特定故障发生部位并且检测故障的发生。

图4表示另一实施方式的机器人系统。使用图2或图3的机器人系统是在图1所示的机器人系统中，在机械手40侧也要设置检测电路42、45的机器人系统。然而，也有时在机械手40侧设置检测电路比较困难。在这样的情况下，如图4所示，除了检测从编码器60向控制器10发送信号的编码器配线p中的故障的检测电路13之外，将检测从控制器10向编码器60发送信号的编码器配线q中的故障的检测电路16设置在控制器10内即可。在图1所示的机器人系统中，不能直接检测编码器配线q中的故障的发生，但在图4所示的机器人系统中，能够直接检测编码器配线q中的故障的发生。在编码器配线中，信号以差动输出信号的方式发送，另外，作为检测电路16，使用与使用图3进行了说明的检测电路13相同的电路结构，在图4所示的机器人系统中，对于编码器配线q，能够检测非反转逻辑信号的信号线和反转逻辑信号的信号线之间的短路、或这些信号线中的电源短路、接地短路等故障的发生。

此外，本技术能够采用如下的结构。

(1)一种故障检测装置，其在具备具有编码器的被控制设备和控制所述被控制设备的控制器且所述编码器和所述控制器经由编码器配线连接的系统中，检测所述编码器配线中发生的故障，其中，

将从所述编码器向所述控制器发送的信号设为第一信号，将从所述控制器向所述编码器发送的信号设为第二信号，具有：

第一检测电路，其检测发送所述第一信号的所述编码器配线中的故障；

第二检测电路，其检测发送所述第二信号的所述编码器配线中的故障。

(2)根据(1)所述的故障检测装置，其中，至少第二检测电路设置于所述被控制设备。

(3)根据(2)所述的故障检测装置，其中，具有设置在所述被控制设备上的接口部，

所述编码器配线被分割为所述控制器和所述接口部之间的接口配线以及所述接口部和所述编码器之间的设备内配线，

所述接口部具有：经由所述设备内配线接收所述第一信号的第一接收机；基于所述第一接收机的接收结果而经由所述接口配线发送所述第一信号设为第一驱动器；经由所述接口配线接收所述第二信号的第二接收机；基于所述第二接收机的接收结果而经由所述设备内配线发送所述第二信号的第二驱动器，

所述第一检测电路在所述接口部设置于所述第一接收机的输入侧，所述第二检测电路在所述接口部设置于所述第二接收机的输入侧。

(4)根据(3)所述的故障检测装置，其中，还具有设置于所述接口部并与所述控制器连接的处理器，

所述第一检测电路及所述第二检测电路的检测结果输入所述处理器。

(5)根据(4)所述的故障检测装置，其中，所述被控制设备具备多个所述编码器，在每个所述编码器中均设置有所述编码器配线、所述第一检测电路以及所述第二检测电路，对于所述多个编码器共同地设置所述处理器。

(6)根据(3)～(5)中任一项所述的故障检测装置，其中，还具备第三检测电路，所述第三检测电路检测设置于所述控制器的内部且发送所述第一信号的所述接口配线中的故障。

(7)根据(1)所述的故障检测装置，其中，所述第一检测电路及所述第二检测电路设置在所述控制器的内部。

(8)根据(1)～(7)中任一项所述的故障检测装置，其中，所述第一信号及所述第二信号以差动输出信号的方式传输，所述第一检测电路及所述第二检测电路均具备异或门。

(9)根据(1)～(8)中任一项所述的故障检测装置，其中，所述被控制设备为机械手。

Claims (9)

1.一种编码器配线的故障检测装置，其在具备具有编码器的被控制设备和控制所述被控制设备的控制器且所述编码器和所述控制器经由编码器配线连接的系统中，检测所述编码器配线中发生的故障，其中，

将从所述编码器向所述控制器发送的信号设为第一信号，将从所述控制器向所述编码器发送的信号设为第二信号，具有：

第一检测电路，其检测发送所述第一信号的所述编码器配线中的故障；

第二检测电路，其检测发送所述第二信号的所述编码器配线中的故障。

2.根据权利要求1所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

至少第二检测电路设置于所述被控制设备。

3.根据权利要求2所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

具有设置于所述被控制设备的接口部，

所述编码器配线被分割为所述控制器和所述接口部之间的接口配线以及所述接口部和所述编码器之间的设备内配线，

所述接口部具有：经由所述设备内配线接收所述第一信号的第一接收机；基于所述第一接收机的接收结果而经由所述接口配线发送所述第一信号的第一驱动器；经由所述接口配线接收所述第二信号的第二接收机；以及基于所述第二接收机的接收结果而经由所述设备内配线发送所述第二信号的第二驱动器，

所述第一检测电路在所述接口部设置于所述第一接收机的输入侧，所述第二检测电路在所述接口部设置于所述第二接收机的输入侧。

4.根据权利要求3所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

还具有设置于所述接口部并与所述控制器连接的处理器，

所述第一检测电路及所述第二检测电路的检测结果输入所述处理器。

5.根据权利要求4所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

所述被控制设备具备多个所述编码器，在每个所述编码器中均设置有所述编码器配线、所述第一检测电路以及所述第二检测电路，对于所述多个编码器共同地设置所述处理器。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

还具备第三检测电路，所述第三检测电路检测设置于所述控制器的内部并发送所述第一信号的所述接口配线的故障。

7.根据权利要求3～5中任一项所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

所述第一信号及所述第二信号以差动输出信号的方式传输，所述第一检测电路及所述第二检测电路均具备异或门。

8.根据权利要求3～5中任一项所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

所述被控制设备为机械手。

9.根据权利要求1所述的编码器配线的故障检测装置，其中，

所述第一检测电路及所述第二检测电路设置于所述控制器的内部。