JP2010019575A - エンコーダ装置および信号採択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主に産業用ロボットに組み込まれるエンコーダ装置において、検出回路が故障しても、それ以降の制御を正常に続行できるようにする。
【解決手段】エンコーダ装置１は、検出信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を出力する検出回路５Ａ、５Ｂ、５Ｃが３系統搭載されたエンコーダ本体２と、各検出回路５Ａ、５Ｂ、５Ｃからの検出信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を互いに比較し、いずれの検出信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を採択すべきかを多数決原理に基づいて決定する上位コントローラ３とを有している。これにより、エンコーダ装置１の検出回路５Ａ、５Ｂ、５Ｃが故障しても、故障している検出回路５Ａ、５Ｂ、５Ｃを多数決原理に従って必ず特定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に産業用ロボットに組み込まれるエンコーダ装置と、このエンコーダ装置に適用される信号採択方法に関するものである。

従来、この種のエンコーダ装置の一例としては、図４に示すように、２系統の検出回路５（第１検出回路５Ａ、第２検出回路５Ｂ）が搭載されたエンコーダ本体２と、これらの検出回路５から出力された検出信号Ｓ（Ｓ１、Ｓ２）を受信して所定の出力信号Ｓ４を外部へ出力する上位コントローラ３とを有するエンコーダ装置１が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

このエンコーダ装置１では、一方の検出回路５（第１検出回路５Ａまたは第２検出回路５Ｂ）から想定範囲外の検出信号Ｓ（Ｓ１またはＳ２）が出力された場合や、検出信号Ｓ（Ｓ１またはＳ２）が出力されない場合に、上位コントローラ３は、この検出回路５が故障していると判断し、他方の検出回路５（第２検出回路５Ｂまたは第１検出回路５Ａ）からの検出信号Ｓ（Ｓ２またはＳ１）に基づいて制御を続行することにより、検出回路５の故障に対する安全性、ひいては産業用ロボットの信頼性を高めることができる。
特開２００７−１１４０３２号公報（段落〔００１６〕の欄、図２）

しかしながら、これでは、両方の検出回路５の出力が想定範囲内で互いに異なった場合などにおいて、上位コントローラ３では、いずれか一方の検出回路５が故障していることは判明するものの、いずれの検出回路５が故障しているかは不明であるため、それ以降の制御を正常に続行することができないという不都合があった。

本発明は、このような事情に鑑み、検出回路が故障しても、それ以降の制御を正常に続行することが可能なエンコーダ装置および信号採択方法を提供することを目的とする。

本発明に係る第１のエンコーダ装置（１）は、検出信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を出力する検出回路（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）を３系統以上有するエンコーダ装置としたことを特徴とする。

本発明に係る信号採択方法は、上記エンコーダ装置（１）に適用される信号採択方法であって、前記各検出回路（５Ａ、５Ｂ、５Ｃ）からの検出信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を互いに比較し、いずれの検出信号を採択すべきかを多数決原理に基づいて決定する信号採択方法としたことを特徴とする。

なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものでないことは言及するまでもない。

本発明によれば、エンコーダ装置の検出回路が故障した場合には、２系統以上の検出回路が同時に故障するという極めて希なケースを除き、故障している検出回路を多数決原理に従って必ず特定することができる。したがって、エンコーダ装置の検出回路が故障しても、それ以降の制御を正常に続行することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図３は、本発明の実施の形態１に係る図である。

まず、構成を説明する。

この実施の形態１に係るエンコーダ装置１は、図１に示すように、エンコーダ本体２と上位コントローラ（比較決定手段）３とを有している。エンコーダ本体２は、３系統の検出回路５（第１検出回路５Ａ、第２検出回路５Ｂ、第３検出回路５Ｃ）を備えており、上位コントローラ３は、ＣＰＵ（中央処理装置）３１、比較器３２および出力制御部３３を備えている。

ここで、第１検出回路５Ａは、図１に示すように、光学式反射型の位置検出機構６Ａ、増幅回路７Ａ、処理回路８Ａおよび通信回路９Ａから構成されており、所定の分解能（高分解能）を有している。
そして、位置検出機構６Ａから出力された電圧信号は、増幅回路７Ａによって増幅され、処理回路８Ａによってアナログ信号からディジタル信号に変換された後、通信回路９Ａを経由して上位コントローラ３の比較器３２へ検出信号Ｓ１として出力されるように構成されている。なお、この第１検出回路５Ａから出力される検出信号Ｓ１を主出力信号とする。

また、第２検出回路５Ｂは、図１に示すように、光学式透過型の位置検出機構６Ｂ、増幅回路７Ｂ、処理回路８Ｂおよび通信回路９Ｂから構成されており、第１検出回路５Ａと同じ分解能（高分解能）を有している。そして、位置検出機構６Ｂから出力された電圧信号は、増幅回路７Ｂによって増幅され、処理回路８Ｂによってアナログ信号からディジタル信号に変換された後、通信回路９Ｂを経由して上位コントローラ３の比較器３２へ検出信号Ｓ２として出力されるように構成されている。

さらに、第３検出回路５Ｃは、図１に示すように、磁気式の位置検出機構６Ｃ、増幅回路７Ｃ、処理回路８Ｃおよび通信回路９Ｃから構成されており、第１検出回路５Ａより低い分解能（低分解能）を有している。そして、位置検出機構６Ｃから出力された電圧信号は、増幅回路７Ｃによって増幅され、処理回路８Ｃによってアナログ信号からディジタル信号に変換された後、通信回路９Ｃを経由して上位コントローラ３の比較器３２へ検出信号Ｓ３として出力されるように構成されている。

なお、上位コントローラ３は、３系統の検出回路５の分解能をすべて認識している。

そして、エンコーダ装置１は、図２に示すように、モータ１０に組み込まれて使用される。ここで、モータ１０は、軸心ＣＴ１を中心として正逆方向（矢印Ｍ、Ｎ方向）に回転自在に支持された出力軸１０ａを有しており、出力軸１０ａには、円柱状の回転軸１２が連結されている。回転軸１２には３枚の回転板（ディスク）１３、１４、１５が上下方向に所定の間隔を置いて固着されている。下段の回転板１３には、第１検出回路５Ａの位置検出機構６Ａが取り付けられており、中段の回転板１４には、第２検出回路５Ｂの位置検出機構６Ｂが取り付けられている。さらに、上段の回転板１５には、第３検出回路５Ｃの位置検出機構６Ｃが取り付けられている。

次に、作用について説明する。

このエンコーダ装置１が組み込まれたモータ１０を駆動して産業用ロボット（図示せず）を制御するに際して、モータ１０の出力軸１０ａが軸心ＣＴ１を中心として正逆方向に回転すると、それに同期して回転軸１２も軸心ＣＴ１を中心として正逆方向に回転する。このとき、エンコーダ装置１の上位コントローラ３は、以下に述べるとおり、図３に示す信号採択プログラムＰＲＧに基づき、信号採択動作を繰り返して実行する。

まず、信号採択プログラムＰＲＧのステップＳＴ１で、上位コントローラ３の比較器３２は、第１検出回路５Ａ、第２検出回路５Ｂおよび第３検出回路５Ｃから出力された３つの検出信号Ｓ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を互いに比較する。

その結果、これら３つの検出信号Ｓがすべて一致している場合（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３）は、信号採択プログラムＰＲＧのステップＳＴ２に移行し、比較器３２は、その旨の信号をＣＰＵ３１に出力する。これを受けてＣＰＵ３１は、第１検出回路５Ａ、第２検出回路５Ｂおよび第３検出回路５Ｃがすべて正常に動作していると判断した上で、主出力信号（第１検出回路５Ａからの検出信号Ｓ１）に基づく制御を実行すべく、出力制御部３３に対して、主出力信号を外部（産業用ロボットの制御回路など）へ出力するよう指令する。これを受けて出力制御部３３は、主出力信号を出力信号Ｓ４として外部へ出力する。その結果、産業用ロボットは、主出力信号に基づいて正常に制御が続行されることになる。

また、信号採択プログラムＰＲＧのステップＳＴ１での比較動作の結果、３つの検出信号Ｓのうち何れか１つが残り２つと異なっている場合（Ｓ１≠Ｓ２＝Ｓ３またはＳ２≠Ｓ３＝Ｓ１またはＳ３≠Ｓ１＝Ｓ２）は、信号採択プログラムＰＲＧのステップＳＴ３に移行し、比較器３２は、その旨の信号をＣＰＵ３１に出力する。これを受けてＣＰＵ３１は、１系統の検出回路５が故障したと認識した上で、所定のエラー処理（例えば、エンコーダ装置１にエラーが発生した旨をディスプレイなどの表示装置（図示せず）に表示すること）を行う。続けて、信号採択プログラムＰＲＧのステップＳＴ４に移行し、ＣＰＵ３１は、まず、いずれの検出信号Ｓを採択すべきかを多数決原理に基づいて決定し、さらに、こうして決定された２つの検出信号Ｓの中から、分解能が低くない検出回路５からの検出信号Ｓを選択する。この「多数決原理」とは、同じ検出信号Ｓとなる検出回路５の数が多い方のグループの検出信号Ｓを採択する原理を意味する。

ここでは、３つの検出信号Ｓのうち何れか１つが残り２つと異なっているので、まず、検出信号Ｓのうち残り２つが採択すべきグループとして決定され、さらに、この中から、分解能が低くない検出回路５からの検出信号Ｓが選択される。

例えば、第２検出回路５Ｂの検出信号Ｓ２と第３検出回路５Ｃの検出信号Ｓ３とが一致しており、かつ第１検出回路５Ａの検出信号Ｓ１がこれらの検出信号Ｓ２、Ｓ３と異なっている場合は、第２検出回路５Ｂ、第３検出回路５Ｃがいずれも正常に動作しているとともに、第１検出回路５Ａが故障しており、第２検出回路５Ｂの分解能が第３検出回路５Ｃの分解能より高いため、第２検出回路５Ｂの検出信号Ｓ２が選択される。

また、第３検出回路５Ｃの検出信号Ｓ３と第１検出回路５Ａの検出信号Ｓ１とが一致しており、かつ第２検出回路５Ｂの検出信号Ｓ２がこれらの検出信号Ｓ３、Ｓ１と異なっている場合は、第３検出回路５Ｃ、第１検出回路５Ａがいずれも正常に動作しているとともに、第２検出回路５Ｂが故障しており、第１検出回路５Ａの分解能が第３検出回路５Ｃの分解能より高いため、第１検出回路５Ａの検出信号Ｓ１が選択される。

さらに、第１検出回路５Ａの検出信号Ｓ１と第２検出回路５Ｂの検出信号Ｓ２とが一致しており、かつ第３検出回路５Ｃの検出信号Ｓ３がこれらの検出信号Ｓ１、Ｓ２と異なっている場合は、第１検出回路５Ａ、第２検出回路５Ｂがいずれも正常に動作しているとともに、第３検出回路５Ｃが故障しており、第１検出回路５Ａの分解能が第２検出回路５Ｂの分解能と同じであるため、第１検出回路５Ａの検出信号Ｓ１または第２検出回路５Ｂの検出信号Ｓ２が選択される。

そして、ＣＰＵ３１は、産業用ロボットを安全な位置まで移動させるべく、出力制御部３３に対して、こうして選択された検出信号Ｓを外部へ出力するよう指令する。これを受けて出力制御部３３は、この検出信号Ｓを出力信号Ｓ４として外部へ出力する。

その結果、産業用ロボットは、正常に動作している検出回路５からの検出信号Ｓに基づき、安全な位置まで移動することができる。しかも、正常に動作している２系統の検出回路５のうち分解能が低くない方の検出回路５からの検出信号Ｓが選択されるので、産業用ロボットを高精度に制御することが可能となる。

なお、信号採択プログラムＰＲＧのステップＳＴ１での比較動作の結果、３つの検出信号Ｓがすべて異なっている場合（Ｓ１≠Ｓ２かつＳ２≠Ｓ３かつＳ３≠Ｓ１）は、信号採択プログラムＰＲＧのステップＳＴ５に移行し、ＣＰＵ３１は、２系統以上の検出回路５が同時に故障するという極めて希な事態が生じたと認識した上で、所定のエラー処理を行う。

このように、この実施の形態１によれば、エンコーダ装置１の検出回路５が故障した場合には、２系統以上の検出回路５が同時に故障するという極めて希なケースを除き、故障している検出回路５を多数決原理に従って必ず特定できる。したがって、エンコーダ装置１の検出回路５が故障しても、それ以降の産業用ロボットの制御を正常に続行することが可能となる。

また、第３検出回路５Ｃは、他の検出回路５（第１検出回路５Ａおよび第２検出回路５Ｂ）より低い分解能を有しているので、第１検出回路５Ａおよび第２検出回路５Ｂに比べて第３検出回路５Ｃの製造コストを下げられることから、検出回路５を３系統に増やしつつもエンコーダ装置１全体の製造コストを抑制することができる。

さらに、３系統の検出回路５は、その検出方式が光学式反射型、光学式透過型、磁気式と互いに異なっているので、いずれかの検出回路５が故障したとしても他の検出回路５で正常に検出することができる。例えば、磁気的ノイズが発生した場合、磁気式の検出方式による第３検出回路５Ｃでは正常に検出できなくなる恐れがあっても、光学式反射型または光学式透過型の検出方式による第１検出回路５Ａまたは第２検出回路５Ｂで正常に検出することができる。また、光の直進に影響を及ぼすガスが発生した場合、光学式反射型または光学式透過型の検出方式による第１検出回路５Ａまたは第２検出回路５Ｂでは正常に検出できなくなる恐れがあっても、磁気式の検出方式による第３検出回路５Ｃで正常に検出することができる。したがって、エンコーダ装置１の信頼性を高めることができる。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、検出回路５が３系統であるエンコーダ装置１について説明したが、４系統以上（４系統、５系統など）の検出回路５が搭載されたエンコーダ装置１に本発明を同様に適用することも勿論できる。

また、上述した実施の形態１では、上位コントローラ３が内蔵されたエンコーダ装置１について説明したが、上位コントローラ３をエンコーダ装置１の外部に接続することも可能である。

さらに、上述した実施の形態１では、３系統の検出回路５から検出信号Ｓをパラレル出力する場合について説明した。しかし、これらの検出信号Ｓの出力方法はこれに限るわけではなく、例えば、検出信号Ｓをシリアル出力しても構わない。

また、上述した実施の形態１では、検出回路５を３系統に増やしつつもエンコーダ装置１の製造コストを抑制すべく、第３検出回路５Ｃの分解能を他の検出回路５（第１検出回路５Ａおよび第２検出回路５Ｂ）の分解能より低下させた場合について説明した。しかし、エンコーダ装置１の製造コストを抑制しなくてもよいのであれば、必ずしも第３検出回路５Ｃの分解能を低下させる必要はない。

また、上述した実施の形態１では、いずれかの検出回路５が故障したとしても他の検出回路５で正常に検出できるようにしてエンコーダ装置１の信頼性を高めるべく、３系統すべての検出回路５の検出方式を互いに異ならせた場合について説明した。しかし、少なくとも１系統の検出回路５の検出方式が他の検出回路５の検出方式と異なっていれば、同じ理由でエンコーダ装置１の信頼性を高めることができる。なお、別の手法でエンコーダ装置１の信頼性を高めることができるのであれば、必ずしも検出回路５の検出方式を異ならせる必要はない。

また、上述した実施の形態１では、モータ１０の出力軸１０ａの回転量を検出するエンコーダ装置１、つまりロータリーエンコーダについて説明したが、リニアエンコーダに本発明を同様に適用することも可能である。

本発明は、多関節形ロボットをはじめとする各種の産業用ロボットに広く適用することができる。

本発明の実施の形態１に係るエンコーダ装置の信号処理回路を例示するブロック図である。 同実施の形態１に係るエンコーダ装置の使用状態を示す正面図である。 信号採択プログラムを示すフローチャートである。 従来のエンコーダ装置の信号処理回路を例示するブロック図である。

符号の説明

１……エンコーダ装置
２……エンコーダ本体
３……上位コントローラ（比較決定手段）
５……検出回路
５Ａ……第１検出回路
５Ｂ……第２検出回路
５Ｃ……第３検出回路
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ……位置検出機構
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ……増幅回路
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ……処理回路
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ……通信回路
１０……モータ
１０ａ……出力軸
１２……回転軸
１３、１４、１５……回転板
３１……ＣＰＵ
３２……比較器
３３……出力制御部
ＰＲＧ……信号採択プログラム
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３……検出信号
Ｓ４……出力信号

Claims (6)

1. 検出信号を出力する検出回路を３系統以上有することを特徴とするエンコーダ装置。
2. 前記各検出回路からの検出信号を互いに比較し、いずれの検出信号を採択すべきかを多数決原理に基づいて決定する比較決定手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ装置。
3. 前記検出回路のうち少なくとも１系統の検出回路は、他の検出回路より低い分解能を有していることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ装置。
4. 前記比較決定手段は、採択すべき複数の検出信号の中から、分解能が低くない検出回路からの検出信号を選択することを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ装置。
5. 前記検出回路のうち少なくとも１系統の検出回路の検出方式は、他の検出回路の検出方式と異なることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のエンコーダ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のエンコーダ装置に適用される信号採択方法であって、
   前記各検出回路からの検出信号を互いに比較し、いずれの検出信号を採択すべきかを多数決原理に基づいて決定することを特徴とする信号採択方法。

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