JP2012237633A - Device for detecting multi-turn absolute rotation angle - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for highly accurately calculating a multi-turn absolute rotation angle of a motor rotating shaft connected to a motor output shaft.SOLUTION: In the rotation angle detection device using a calculation method according to the present invention, a rotation angle θof the rotation angle of an n-th rotating shaft satisfies θ=(-(m±1)/m)×θwith respect to a rotation angle θof the motor rotating shaft. In a gear mechanism satisfying the relationship, a multi-turn rotation angle of a first rotating shaft is developed to a detection value pfor the first rotating shaft, which is the rotation angle of the first rotating shaft and R×m+R×m+...R×mwhich corresponds to the number of rotations of the first rotating shaft, coefficients Rto Rare determined on the basis of the detection value from an angle detector for each shaft, and the multi-turn rotation angle for the first rotating shaft is calculated. A detection error generated by the angle detector of the second and subsequent rotating shafts can be effectively suppressed, and high-precision multi-turn rotation angles can be calculated. A plurality of systems of gear mechanisms are juxtaposed and, on the basis of the detection values obtained from the gear mechanisms, a wider rotation angle detection range can be attained.

Description

本発明は、回転軸の回転角を検出する装置およびその回転角の計算方法に関し、さらに詳しくは、バッテリのバックアップ等の手段を用いなくても、多回転アブソリュート回転角を検出することのできる改良された回転角検出装置およびその回転角の計算方法に関する。   The present invention relates to a device for detecting a rotation angle of a rotating shaft and a method for calculating the rotation angle, and more specifically, an improvement capable of detecting a multi-rotation absolute rotation angle without using a means such as a battery backup. The present invention relates to a rotation angle detection device and a method for calculating the rotation angle.

回転角検出装置は、例えば、モータ回転軸の回転角を検出し、その検出値に応答してそのモータにより駆動される工作機械等の移動体の位置を制御する。移動体の位置を広範囲かつ高精度に制御するために、回転角検出装置は、モータ回転軸を多回転かつ絶対回転角で検出できることが望ましい。   The rotation angle detection device detects, for example, the rotation angle of the motor rotation shaft, and controls the position of a moving body such as a machine tool driven by the motor in response to the detected value. In order to control the position of the moving body over a wide range and with high accuracy, it is desirable that the rotation angle detection device can detect the motor rotation shaft with multiple rotations and absolute rotation angles.

このような回転角検出装置として、特開2010−44055号公報(米国特許出願番号第12/168,151号に対応)は、誘導性マルチターン式エンコーダを開示する。この誘導性マルチターン式エンコーダ10は、直列にかつ多段に接続されたギア付の円形ディスク41−46を具備し、それらの内のディスク42,44,46の回転角を検出することにより多回転の角度検出を実現する。この先行技術文献における多回転の角度を検出することのできる範囲は、入力回転軸に対する最終段のディスク46の減速比で決定される。入力回転軸である回転シャフト20は、円形ディスク41と1:4のギア減速比で機械的に接続され、後続のギア付の円形ディスク41と42、42と43、43と44、44と45、及び、45と46も、それぞれ1:4のギア減速比で機械的に接続される。このような1:4のギア減速を6段実行することにより、このマルチターン式エンコーダ10は、4096回転の多回転の検出範囲を得ることができる。   As such a rotation angle detection device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-44055 (corresponding to US Patent Application No. 12 / 168,151) discloses an inductive multi-turn encoder. The inductive multi-turn encoder 10 includes geared circular disks 41-46 connected in series and in multiple stages, and detects the rotation angle of the disks 42, 44, 46 among them to perform multiple rotations. Realize angle detection. The range in which the multi-rotation angle in this prior art document can be detected is determined by the reduction ratio of the final stage disk 46 with respect to the input rotation axis. The rotary shaft 20 as an input rotary shaft is mechanically connected to the circular disk 41 with a gear reduction ratio of 1: 4, and the subsequent circular disks 41 and 42, 42 and 43, 43 and 44, 44 and 45 with gears. , And 45 and 46 are also mechanically connected with a gear reduction ratio of 1: 4, respectively. By executing six stages of such 1: 4 gear reduction, the multi-turn encoder 10 can obtain a multi-rotation detection range of 4096 rotations.

特開2010−440558号公報JP 2010-440558 A 特開2002−107178号公報JP 2002-107178 A 特許第3967963号明細書Japanese Patent No. 3967963 特公平05−38243号公報Japanese Patent Publication No. 05-38243

林幸一、外4名、「バッテリレス多回転検出方式の超高分解能小型アブソリュート・エンコーダの開発」、精密工学会誌、2000年、Vol.66、No.8、p1177−1180Koichi Hayashi and four others, “Development of a batteryless multi-rotation detection ultra-high resolution small absolute encoder”, Journal of Precision Engineering, 2000, Vol. 66, no. 8, p1177-1180

上述した誘導性マルチターン式エンコーダ10は、減速された円形ディスクの回転角から多回転回転角を直接に求めるので、多回転検出範囲を広く設定するために、減速比を大きくする必要がある。その結果、このような誘導性マルチターン式エンコーダ10は、その機構が複雑でかつ大きくなるとともに、コストが上昇するという課題を有する。   Since the inductive multi-turn encoder 10 described above directly determines the multi-rotation rotation angle from the rotation angle of the decelerated circular disc, it is necessary to increase the reduction ratio in order to set a wide multi-rotation detection range. As a result, the inductive multi-turn encoder 10 has a problem that the mechanism is complicated and large, and the cost is increased.

上記課題を改善するために、「バッテリレス多回転検出方式の超高分解能小型アブソリュート・エンコーダの開発」(精密工学会誌、2000年、Vol.66、No.8、p1177−1180)に紹介されたエンコーダ、及び、特開2002−107178号公報に開示されたレゾルバは、回転入力軸に対して並列に異なる変速比で接続された回転軸の回転角を検出するための角度検出器をそれぞれ設け、それらから得られる回転角情報を基に多回転絶対位置を検出する。   In order to improve the above problem, it was introduced in "Development of a battery-less multi-rotation detection ultra-high resolution small absolute encoder" (Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Vol. 66, No. 8, p1177-1180) The encoder and the resolver disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-107178 are each provided with an angle detector for detecting the rotation angle of the rotating shaft connected in parallel to the rotating input shaft at different speed ratios, The multi-rotation absolute position is detected based on the rotation angle information obtained from them.

しかしながら、並列的に異なる変速比で接続された複数軸の回転角の関係から多回転情報を求める方式では、多回転の角度検出範囲は、一般に各軸の角度検出信号を処理して得られる周期信号の最小公倍数で決まる。上記先行文献に記載されたような多回転アブソリュート回転角を検出する方式では、多回転の角度検出範囲を広く取るために、互いに素となる変速を選択する必要があり、その結果ギアの種類が多くなるという問題がある。また、互いに素となる数は限られているため、設計できる多回転の角度検出範囲の自由度が制約されるという問題もある。さらに、他のアプリケーションに適応する多回転の角度検出範囲は様々であるので、実際に実現できる多回転の角度検出範囲は、互いに素となる値の最小公倍数という特殊な値に限定されるという不便さが残る。さらにまた、上述の方式では、各軸の回転角情報から多回転絶対位置が求められるが、その演算が複雑であるという問題がある。   However, in the method of obtaining multi-rotation information from the relationship between the rotation angles of a plurality of axes connected in parallel at different gear ratios, the multi-rotation angle detection range is generally a period obtained by processing the angle detection signal of each axis. Determined by the least common multiple of the signal. In the method of detecting the multi-rotation absolute rotation angle as described in the above-mentioned prior document, it is necessary to select a gear shift that is relatively prime in order to widen the multi-rotation angle detection range. There is a problem of increasing. In addition, since the number of prime numbers is limited, there is a problem that the degree of freedom of the multi-rotation angle detection range that can be designed is limited. Furthermore, since the multi-rotation angle detection range that can be adapted to other applications varies, the multi-rotation angle detection range that can be actually realized is limited to a special value that is the least common multiple of prime values. Remains. Furthermore, in the above-described method, the absolute position of multiple rotation is obtained from the rotation angle information of each axis, but there is a problem that the calculation is complicated.

多回転絶対位置を求める演算が複雑となる上記問題に対処するために、特開2002−107178号公報は、各回転軸の回転角から求められた値と主回転軸の回転数との関係を示すテーブル(図9)をメモリに予め記憶しておき、各回転軸の回転角から求められた値に対応する主回転軸の回転数をそのテーブルから選択する絶対位置検出方法を開示する。しかしながら、多回転検出範囲を広く取るためには、その多回転検出範囲(0から20357)に対応する多くのメモリが消費されるという問題が存在する。   In order to cope with the above-mentioned problem that the calculation for obtaining the multi-rotation absolute position is complicated, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-107178 discloses the relationship between the value obtained from the rotation angle of each rotation axis and the rotation speed of the main rotation axis. An absolute position detection method is disclosed in which a table (FIG. 9) is stored in advance in a memory, and the number of rotations of the main rotation shaft corresponding to the value obtained from the rotation angle of each rotation shaft is selected from the table. However, in order to increase the multi-rotation detection range, there is a problem that a lot of memory corresponding to the multi-rotation detection range (0 to 20357) is consumed.

また、特許第3967963号公報は、2つの周期の内の一方のみの演算結果をメモリに記憶することにより、メモリの消費を節約する演算方法を開示する。しかしながら、この方法においても、メモリを使用することに関し、上述の検出方法と同じ問題を有する。   Japanese Patent No. 3967963 discloses a calculation method that saves memory consumption by storing the calculation result of only one of the two periods in the memory. However, this method also has the same problem as the above-described detection method regarding the use of the memory.

さらに、多回転アブソリュート回転角を求める演算方法に関して、特公平05−38243号公報は、軸の回転角に対する複数の回転角検出器からの検出値の関係式をつくり、各軸の検出値を同時に満足する、軸の回転角を逐次代入し判別するプログラムを使って、多回転アブソリュート回転角を探索する。多回転検出範囲が広くなると、探索する組み合わせが多くなるため計算に時間がかかるという問題があった。   Further, regarding the calculation method for obtaining the multi-rotation absolute rotation angle, Japanese Patent Publication No. 05-38243 discloses a relational expression of detection values from a plurality of rotation angle detectors with respect to the rotation angle of the shaft, Using a program for substituting and discriminating the rotation angle of the shaft that is satisfactory, the multi-rotation absolute rotation angle is searched. When the multi-rotation detection range becomes wide, there is a problem that it takes time to calculate because there are many combinations to search for.

本発明は、上述した課題を解決するためになされ、第1回転軸から第nmax回転軸へ回転を伝達する伝達機構であって、第1回転軸の回転角θに対して、第n回転軸の回転角θ

Figure 2012237633
の関係を満たす伝達機構を具備する多回転アブソリュート回転角検出装置に適用されることを特徴とする。ここで、nmax及びmは3以上の整数であり、かつnは1≦n≦nmaxである。 The present invention is made in order to solve the above-described problem, and is a transmission mechanism that transmits rotation from the first rotation shaft to the nmax rotation shaft, and the nth rotation with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation shaft. The rotation angle θ n of the shaft is
Figure 2012237633
The present invention is applied to a multi-rotation absolute rotation angle detection device having a transmission mechanism that satisfies the above relationship. Here, nmax and m are integers of 3 or more, and n is 1 ≦ n ≦ nmax.

本発明に係る多回転アブソリュート回転角検出装置は、各回転軸に取り付けられた角度検出器によって第n回転軸の1回転内の角度検出値pを検出する。検出された角度検出値p基づいて係数Rn−2を決定し、その決定された係数Rn−2を次の回転角計算式に代入して回転角計算値θ(mn−1)’を求める。回転角計算値θ(mn−1)’は、第1回転軸の多回転回転角を表し、回転角の検出範囲は、0〜mn−1回転である。

Figure 2012237633
上記回転角計算式の数値nを2からnmaxまで繰り返すことにより、係数Rから係数Rnmax−2までの値を順次決定し、第1回転軸の多回転アブソリュート回転角計算値θ(mn−1)’を求める。ここで、係数R〜Rnmax−2は0およびm−1を含む0からm−1の整数、uは基本単位量、および回転角計算値θ(m)’は第1回転軸の角度検出値pである。 Multiple rotation absolute rotational angle detecting apparatus according to the present invention detects an angle detection value p n in one rotation of the first n rotation axis by the angle detector attached to each rotation shaft. Detected angle detected value p n coefficients based R a n-2 was determined, the determined coefficient R n-2 are substituted into the following rotation angle calculation formula rotation angle calculated value θ 1 (m n-1 ) ' The calculated rotation angle θ 1 (m n−1 ) ′ represents the multi-rotation rotation angle of the first rotation axis, and the rotation angle detection range is 0 to m n−1 rotation.
Figure 2012237633
By repeating the numerical value n of the rotation angle calculation formula from 2 to nmax, values from the coefficient R 0 to the coefficient R nmax−2 are sequentially determined, and the multi-rotation absolute rotation angle calculation value θ 1 (m n-1 ) ′. Here, the coefficients R 0 to R nmax-2 are integers from 0 to m−1 including 0 and m−1, u is the basic unit amount, and the calculated rotation angle θ 1 (m 0 ) ′ is the first rotation axis. is the angle detected value p 1.

上記係数Rn−2は、回転軸数がnである場合に、第1回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’を求める回転角計算式の計算結果が以下に示す第1回転軸の回転角検出値θ(mn−1)に近似するように決定される。回転角検出値θ(mn−1)は、第n回転軸までの角度検出値p〜pから以下の式で求められる周期信号S(mn−1)にmn−1を乗じて求められる。回転角検出値θ(mn−1)の回転角検出範囲は、0〜mn−1回転である。

Figure 2012237633
により求めることができ、ここで、k,k,・・・kは、(x+1)n−1の展開式k×x+k×x+k×x・・・kn−1におけるxのn−1次項の係数であり、mod(x,a)は、xをaで割ったときの余りを求める剰余演算であり、Jは、隣接する回転軸間の変速比が−(m−1)/mのとき、J=1であり、変速比が−(m+1)/mのとき、J=−1である符号調整項である。また角度補正値p’は、計算された回転角計算値θ(mn−1)’を、次式の角度補正値計算式、
Figure 2012237633
に代入して計算することができる。 The coefficient R n−2 is calculated from the calculation result of the rotation angle calculation formula for obtaining the rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ of the first rotation axis when the number of rotation axes is n. It is determined so as to approximate the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) of one rotation axis. Rotation angle detection value θ 1 (m n-1) is the m n-1 to the periodic signal is determined by the following formula from the detected angle value p 1 ~p n up to the n rotation axis S (m n-1) It is calculated by multiplying. The rotation angle detection range of the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) is 0 to m n−1 rotations.
Figure 2012237633
It can be obtained by, where, k 1, k 2, ··· k n is, (x + 1) expansions of n-1 k 1 × x 0 + k 2 × x 1 + k 3 × x 2 ··· k n x n−1 is the coefficient of the n−1 order term of x, mod (x, a) is a remainder operation for calculating the remainder when x is divided by a, and J is the value between adjacent rotation axes. This is a sign adjustment term in which J = 1 when the gear ratio is − (m−1) / m and J = −1 when the gear ratio is − (m + 1) / m. In addition, the angle correction value p n ′ is calculated by using the calculated rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ and the following angle correction value calculation formula:
Figure 2012237633
Can be calculated by substituting

また、係数Rn−2は、

Figure 2012237633
の計算結果に最も近似した整数を決定することより求めることができる。 The coefficient R n−2 is
Figure 2012237633
It can be obtained by determining an integer that most closely approximates the result of the calculation.

さらに、係数Rn−2は、

Figure 2012237633
を演算することにより求めることができ、INT(x)は、数値xの小数点以下を切り捨てる演算である。 Further, the coefficient R n-2 is
Figure 2012237633
INT (x) is an operation for rounding down the decimal point of the numerical value x.

また本発明は、上記係数Rn−2を以下の式で示される角度補正値p’が第n回転軸の角度検出値pに最も近似するように決定し、回転角計算値θ(mn−1)’を求めものである。

Figure 2012237633
上記角度補正値計算式の数値nを2からnmaxまで繰り返すことにより、係数Rから係数Rnmax−2までの値が順次決定される。 In the present invention, the coefficient R n−2 is determined so that the angle correction value pn ′ represented by the following formula is closest to the detected angle value pn of the n- th rotation axis, and the calculated rotation angle θ 1. (M n-1 ) ′ is obtained.
Figure 2012237633
By repeating the numerical value n of the angle correction value calculation formula from 2 to nmax, values from the coefficient R0 to the coefficient Rnmax-2 are sequentially determined.

これらの決定された係数R〜Rnmax−2を次式の回転角計算式、

Figure 2012237633
に代入して第1回転軸の多回転アブソリュート回転角計算値θ(mnmax−1)’を求める。ここで、係数R〜Rnmax−2は0およびm−1を含む0からm−1の整数、uは基本単位量、および角度補正値p’は第1回転軸の角度検出値pである。 These determined coefficients R 0 to R nmax−2 are expressed by the following rotation angle calculation formula:
Figure 2012237633
To obtain the calculated value of the multi-rotation absolute rotation angle θ 1 (m nmax−1 ) ′ of the first rotation axis. Here, the coefficients R 0 to R nmax-2 are integers from 0 to m−1 including 0 and m−1, u is the basic unit amount, and the angle correction value p 1 ′ is the detected angle value p of the first rotation axis. 1 .

上記係数Rn−2は、

Figure 2012237633
の計算結果に最も近似した整数を決定することにより求めることができる。 The coefficient R n-2 is
Figure 2012237633
It can be obtained by determining an integer that is closest to the calculation result of.

さらに、係数Rn−2は、

Figure 2012237633
を演算することにより求めることができ、INT(x)は、数値xの小数点以下を切り捨てる演算である。 Further, the coefficient R n-2 is
Figure 2012237633
INT (x) is an operation for rounding down the decimal point of the numerical value x.

さらに、本発明は、上述した伝達機構を複数系列設け、それぞれの系列から周期信号、角度補正値を求め、多回転アブソリュート回転角を演算する方法、および装置である。特に、周期信号の周期を互いに素となるようにmが設定される。   Furthermore, the present invention is a method and apparatus for providing a plurality of transmission mechanisms as described above, obtaining a periodic signal and an angle correction value from each series, and calculating a multi-rotation absolute rotation angle. In particular, m is set so that the periods of the periodic signals are relatively prime.

本発明によれば、角度検出器の検出値に誤差を含んでいても、角度検出器で生じた検出誤差を抑圧し、高精度な多回転回転角検出値を計算することが可能となる。特に、この計算により、第2回転軸以降に取り付けられた角度検出器で生じた検出誤差を打ち消し、第1回転軸の角度検出器で生じた検出誤差内に抑えることができる。その結果、回転軸を増やすことにより多回転回転角の検出範囲を拡大しても、計算された多回転回転角検出値は、第1回転軸の検出誤差内に抑えることが可能となる。   According to the present invention, even if the detection value of the angle detector includes an error, the detection error generated by the angle detector can be suppressed, and a highly accurate multi-rotation rotation angle detection value can be calculated. In particular, this calculation can cancel the detection error caused by the angle detector attached after the second rotation axis, and keep it within the detection error caused by the angle detector of the first rotation axis. As a result, even if the detection range of the multi-rotation rotation angle is expanded by increasing the rotation axis, the calculated multi-rotation rotation angle detection value can be suppressed within the detection error of the first rotation axis.

また、本発明の角度検出器に要求される精度は、係数Rn−2の判別に必要な精度を有していれば良い。各軸の検出値を直接的に計算して多回転角度を得るのに較べて、精度を低くできるので多回転角度検出装置のコストを低減させることが可能になる。 In addition, the accuracy required for the angle detector of the present invention only needs to have the accuracy necessary for the determination of the coefficient Rn -2 . Compared with directly calculating the detection value of each axis to obtain the multi-rotation angle, the accuracy can be lowered, so that the cost of the multi-rotation angle detection device can be reduced.

さらに、本発明が用いられる多回転角度検出装置は、互いに素となる関係の変速を必要としないため、使用するギアの種類が少なくてすむ。また、多回転回転角の検出範囲を自由に設計することできる。さらに、多回転の周期計算において、メモリ参照を必要としないため、多くのメモリを消費してメモリ部品のコストの上昇やサイズの増大を招くことがない。   Furthermore, since the multi-rotation angle detection device to which the present invention is used does not require a gearshift that is a prime relationship, fewer types of gears are used. In addition, the detection range of the multi-rotation rotation angle can be designed freely. Further, since the memory reference is not required in the multi-rotation cycle calculation, a large amount of memory is not consumed, and the cost and size of the memory component are not increased.

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明するが、図面及びその図面に対応する説明は、あくまで本発明を実施するための例示的な記述であり、請求項に係る発明が本実施例に限定されることを意図するものではない。また、本発明は、請求項で定義された用語によってのみ解釈され、その用語は、その一般的な解釈に従うものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the drawings and descriptions corresponding to the drawings are merely exemplary descriptions for carrying out the present invention, and the claimed invention is not limited to the present invention. It is not intended to be limited to the examples. In addition, the present invention is construed only by the terms defined in the claims, and the terms follow their general interpretation.

本発明の一実施例に係る多回転アブソリュート回転角を求める原理を説明するための回転角検出装置の伝達機構の構成ブロック図である。It is a block diagram of the transmission mechanism of the rotation angle detection device for explaining the principle of obtaining the multi-rotation absolute rotation angle according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施例である多回転アブソリュート回転角を検出するための回転角検出装置の構成図である。It is a block diagram of the rotation angle detection apparatus for detecting the multi-rotation absolute rotation angle which is one Example of this invention. 本発明の一実施例において、モータ回転軸の多回転アブソリュート回転角を算出するための回転角検出装置のブロック図を示す。In one Example of this invention, the block diagram of the rotation angle detection apparatus for calculating the multi-rotation absolute rotation angle of a motor rotating shaft is shown. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角と第1〜第4回転角との関係を示すグラフである。In one Example of this invention, it is a graph which shows the relationship between the rotation angle of a 1st rotating shaft, and the 1st-4th rotation angle. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角と各軸の検出値p,p,p,pとの関係を示すグラフである。In one embodiment of the present invention, it is a graph showing the relationship between the detection value p 1, p 2, p 3 , p 4 of the rotation angle and the axis of the first rotary shaft. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角に対する周期信号の関係を示すグラフである。In one Example of this invention, it is a graph which shows the relationship of the periodic signal with respect to the rotation angle of a 1st rotating shaft. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角と各軸の回転角との関係を示すグラフである。In one Example of this invention, it is a graph which shows the relationship between the rotation angle of a 1st rotating shaft, and the rotating angle of each axis | shaft. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角に対する各軸の角度検出器から出力される角度検出値を示す。In one Example of this invention, the angle detection value output from the angle detector of each axis | shaft with respect to the rotation angle of a 1st rotating shaft is shown. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角に対する周期信号の関係を示すグラフである。In one Example of this invention, it is a graph which shows the relationship of the periodic signal with respect to the rotation angle of a 1st rotating shaft. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角と係数R〜Rとの関係を示すグラフである。In one embodiment of the present invention, it is a graph showing the relationship between the rotation angle and the coefficient R 0 to R 2 of the first rotating shaft. 本発明の一実施例において、第1回転軸の回転角計算値における整数部分の構成を説明するためのグラフである。In one Example of this invention, it is a graph for demonstrating the structure of the integer part in the rotation angle calculation value of a 1st rotating shaft. 本発明の第1の実施例において、第1回転軸の回転角計算値を計算処理する手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a procedure for calculating a rotation angle calculated value of a first rotating shaft in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例において、第1回転軸の回転角計算値を計算処理する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the rotation angle calculated value of a 1st rotating shaft in 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例に係る回転角検出装置の伝達機構の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of the transmission mechanism of the rotation angle detection device according to the third embodiment of the present invention.

図1を参照して、本発明の第1の実施例に係る多回転アブソリュート回転角を求める原理を説明する。図1に示される回転角検出装置の伝達機構10の構成ブロック図において、モータ出力軸に結合された第1回転軸11は、角度検出器S1に接続され、第1回転軸11の1回転内の角度を示す回転角θに対応する検出値pを検出する。同様に、角度検出器S2−Snは、第2〜第n回転軸12〜15の角度を示す回転角θ〜θに対応する検出値p〜pをそれぞれ検出する。第1〜第n回転軸11〜15には、歯数m−1(あるいはm+1)及び歯数mのギアがそれぞれ固定されており、第1回転軸11のギア11aは、第2回転軸12のギア12bに噛み合わされる。さらに第2回転軸12に固定されているギア12aは、第3回転軸13のギア13bに噛み合わされる。このように、伝達機構10は、隣接する回転軸間において、歯数m−1(あるいはm+1)を有するギアが歯数mを有するギアに噛み合うギア機構を形成する。 With reference to FIG. 1, the principle of obtaining the multi-rotation absolute rotation angle according to the first embodiment of the present invention will be described. In the configuration block diagram of the transmission mechanism 10 of the rotation angle detection device shown in FIG. 1, the first rotation shaft 11 coupled to the motor output shaft is connected to the angle detector S <b> 1 and within one rotation of the first rotation shaft 11. The detected value p 1 corresponding to the rotation angle θ 1 indicating the angle is detected. Similarly, the angle detector S2-Sn detects a detection value p 2 ~p n corresponding to the rotation angle theta 2 through? N that indicates the angle of the second to n-th rotary shaft 12-15, respectively. Gears with the number of teeth m−1 (or m + 1) and the number of teeth m are respectively fixed to the first to n-th rotation shafts 11 to 15, and the gear 11 a of the first rotation shaft 11 is a second rotation shaft 12. Is engaged with the gear 12b. Further, the gear 12 a fixed to the second rotating shaft 12 is engaged with the gear 13 b of the third rotating shaft 13. Thus, the transmission mechanism 10 forms a gear mechanism in which a gear having the number of teeth m−1 (or m + 1) meshes with a gear having the number of teeth m between adjacent rotating shafts.

本発明に係る実施例は、伝達手段としてギア機構を用いて説明するが、本発明に係る伝達機構は、ギアに限定されるものではなく、回転軸の回転力を伝達することができるあらゆる要素を含む。上述ように配置されたギア機構において、第1回転軸11の多回転アブソリュート回転角は、角度検出器S2−Snによって検出された第1〜第n回転軸11〜15の検出値p1〜pから以下の計算式を実行することにより算出される。 Although the embodiment according to the present invention will be described using a gear mechanism as a transmission means, the transmission mechanism according to the present invention is not limited to a gear, and any element capable of transmitting the rotational force of a rotating shaft. including. In the gear mechanism arranged as described above, the multi-rotation absolute rotation angle of the first rotation shaft 11 is detected values p 1 to p of the first to n-th rotation shafts 11 to 15 detected by the angle detectors S2 to Sn. It is calculated by executing the following calculation formula from n .

図1において、第1〜第n回転軸11〜15に、歯数m−1及び歯数mのギアがそれぞれ噛み合わされている場合を想定すると、ギア変速比は、(m−1)/mで表される。第1回転軸11から第n回転軸15へ直列に配置されるギア機構において、噛み合わされるギア対が同一のギア変速比(m−1)/mを有するので、第1回転軸11の回転角をθとすると、第n回転軸15の回転角θは、式(1)で表される。 In FIG. 1, assuming that the gears having the number of teeth m−1 and the number of teeth m are meshed with the first to n-th rotation shafts 11 to 15, the gear transmission ratio is (m−1) / m. It is represented by In the gear mechanism arranged in series from the first rotating shaft 11 to the n-th rotating shaft 15, the meshed gear pairs have the same gear speed ratio (m−1) / m. When the angle is θ 1 , the rotation angle θ n of the n-th rotation shaft 15 is expressed by Expression (1).

Figure 2012237633
なお、式(1)において(m−1)/mの前のマイナス記号は、第1回転軸11の回転方向をプラス(正)で表現し、その回転と逆の回転方向をマイナス(負)で表現する。
Figure 2012237633
In Equation (1), the minus sign before (m−1) / m expresses the rotation direction of the first rotating shaft 11 as positive (positive), and the rotation direction opposite to the rotation is negative (negative). Express with

図1に示す伝達機構が第1回転軸から第4回転軸によって形成されるギア機構で、モータ出力軸に結合された第1回転軸の回転角をθと仮定すると、第2回転軸の回転角θ、第3回転軸の回転角θ、及び、第4回転軸の回転角θは、式(1)からそれぞれ次のように求められる。 The transmission mechanism shown in FIG. 1 is a gear mechanism formed by a first rotation shaft to a fourth rotation shaft, and assuming that the rotation angle of the first rotation shaft coupled to the motor output shaft is θ 1 , The rotation angle θ 2 , the rotation angle θ 3 of the third rotation axis, and the rotation angle θ 4 of the fourth rotation axis are obtained from the equation (1) as follows.

Figure 2012237633
Figure 2012237633

さて、角度検出器S1〜Snは、第1〜第n回転軸11〜15の回転角度(例えば、0(°)から360(°)を表す検出値)を検出する検出器であるから、第n回転軸がθだけ回転すると、角度検出器Snの検出値pは、式(6)で表現することができる。

Figure 2012237633
ここで、式y=mod(x,a)は、一般にxをaで割ったときの余りyを算出する剰余演算と定義される。すなわち、ある回転軸の回転角の単位を度(°)とし、1周期の回転角を表す数値(基本単位量)であるuを360(°)とする場合、検出値pは、回転角に応じて0から360(°)の値を示す。たとえば、回転角θが90(°),510(°)である場合、検出値pは、それぞれ90(°),150(°)となる。なお、回転角θ=−1(°)とする場合は、検出値pは−1(°)ではなく、359(°)として扱う。回転角θとuは、単位が一致してればどのような単位を採用してもよい。たとえば、単位量を1(回転)とすると、検出値pは、回転角に応じて0から1の値を示す。 The angle detectors S1 to Sn are detectors that detect the rotation angles of the first to nth rotation shafts 11 to 15 (for example, detection values representing 0 (°) to 360 (°)). When n rotary shaft rotates by theta n, the detection value p n of an angle detector Sn can be expressed by equation (6).
Figure 2012237633
Here, the expression y = mod (x, a) is generally defined as a remainder operation for calculating a remainder y when x is divided by a. That is, when the unit of the rotation angle of a certain rotation axis is degrees (°) and u that is a numerical value (basic unit amount) representing the rotation angle of one cycle is 360 (°), the detected value pn is the rotation angle. Depending on, values from 0 to 360 (°) are shown. For example, if the rotation angle theta n is 90 (°), 510 (° ), the detection value p n, respectively 90 (°), the 150 (°). When the rotation angle θ = −1 (°), the detected value p is handled as 359 (°) instead of −1 (°). Any unit may be adopted for the rotation angles θ n and u as long as the units match. For example, if the unit weight and 1 (rotation), the detection value p n denotes a value from 0 to 1 in accordance with the rotation angle.

角度検出器の検出値についてさらに敷衍すると、第1回転軸11から第n回転軸15の回転角を検出する角度検出器S1〜Snは、回転軸が1回転すると1周期の検出値を出力する。例えば、角度検出器S1〜Snは、1周期の単位量をuとすると、回転軸の回転角に応じて検出値0から検出値uまで単調に増加し、回転軸が1回転すると検出値0に戻るのこぎり歯状の検出信号を出力する。単位量uの単位は、1周期当たりの回転角を表す数値であり、回転角の単位と同じであれば、どのような単位であってもよいことは上述したとおりである。   If the detection value of the angle detector is further extended, the angle detectors S1 to Sn for detecting the rotation angle of the first rotation shaft 11 to the n-th rotation shaft 15 output a detection value for one cycle when the rotation shaft makes one rotation. . For example, the angle detectors S1 to Sn monotonically increase from the detection value 0 to the detection value u according to the rotation angle of the rotation shaft, where u is the unit amount of one cycle, and the detection value 0 when the rotation shaft makes one rotation. A sawtooth detection signal is output. The unit amount u is a numerical value representing the rotation angle per cycle, and as described above, any unit may be used as long as it is the same as the rotation angle unit.

次に、式(2)から(5)で表される回転角θからθを式(6)に代入すると、角度検出器S1〜Snの検出値p〜pは、第1回転軸の回転角θから式(7)〜(10)によって算出される。 Next, when the rotation angles θ 1 to θ 4 represented by the equations (2) to (5) are substituted into the equation (6), the detection values p 1 to p 4 of the angle detectors S1 to Sn are the first rotation. from the rotation angle theta 1 of the shaft is calculated by the equation (7) to (10).

Figure 2012237633
Figure 2012237633

さて、第1回転軸のm回転を1周期とする周期信号を想定すると、その周期信号S(m)を表す剰余式は、

Figure 2012237633
と表現できるので、mod(a+b,u)=mod(mod(a,u)+mod(b,u),u)の関係から、第1回転軸の検出値p、及び、第2回転軸の検出値pを用いて、上記周期信号を表す剰余式を式(11)のように変形することができる。
Figure 2012237633
Now, assuming a periodic signal with one cycle of m rotation of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal S (m 1 ) is
Figure 2012237633
From the relationship of mod (a + b, u) = mod (mod (a, u) + mod (b, u), u), the detected value p 1 of the first rotation axis and the second rotation axis using the detection value p 2, the remainder equation representing the periodic signal can be transformed into the equation (11).
Figure 2012237633

また、第1回転軸のm回転を1周期とする周期信号を想定すると、その周期信号S(m)を表す剰余式は、

Figure 2012237633
と表現できるので、第1〜3回転軸の検出値p,p,pを用いて上記周期信号S(m)を表す剰余式を式(12)のように変形することができる。
Figure 2012237633
Further, assuming a periodic signal having one cycle of m 2 rotation of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal S (m 2 ) is
Figure 2012237633
Therefore, the remainder equation representing the periodic signal S (m 2 ) using the detected values p 1 , p 2 , and p 3 of the first to third rotation axes can be transformed as shown in Equation (12). .
Figure 2012237633

さらに、第1回転軸のm回転を1周期とする周期信号を想定すると、その周期信号S(m)を表す剰余式は、

Figure 2012237633
と表現できるので、第1〜4回転軸の検出値p,p,p,pを用いて上記周期信号S(m)を表す剰余式を式(13)のように変形することができる。
Figure 2012237633
Furthermore, assuming a periodic signal having one cycle of m 3 rotations of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal S (m 3 ) is
Figure 2012237633
Therefore, using the detected values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of the first to fourth rotation axes, the remainder equation that represents the periodic signal S (m 3 ) is transformed as shown in Equation (13). be able to.
Figure 2012237633

一般に、第1回転軸のmn−1回転を1周期とする周期信号を想定すると、その周期信号を表す剰余式は、

Figure 2012237633
と表現できるので、式(11)から式(13)を演繹すると、周期信号S(mn−1)は、式(14)の周期信号計算式として表すことができる。ここで、nは、回転軸の数である。
Figure 2012237633
ただし、k,k,・・・,kは、(x+1)n−1の展開式の係数に対応する。すなわち、二項定理から、(x+1)n−1は、k×x0+k×x+・・・+k×xn−1に展開される。 In general, assuming a periodic signal having one cycle of mn-1 rotations of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal is
Figure 2012237633
Therefore, when the equations (11) to (13) are deduced, the periodic signal S (m n-1 ) can be expressed as the periodic signal calculation equation of the equation (14). Here, n is the number of rotation axes.
Figure 2012237633
However, k 1, k 2, ··· , k n corresponds to the coefficients of expansion formula of (x + 1) n-1 . That is, from the binomial theorem, (x + 1) n−1 is expanded to k 1 × x 0 + k 2 × x 1 +... + K n × x n−1 .

したがって、第1回転軸の多回転アブソリュート回転角検出値θ(mn−1)は、式(14)の周期信号にmn−1を乗じることにより計算され、式(15)として表される。

Figure 2012237633
式(15)に示されるように、各回転軸の角度検出器の検出値p〜pを代入することにより、第1軸の多回転回転角検出値θ(mn−1)を求めることができる。nは、回転軸の軸数である。 Therefore, the multi-rotation absolute rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) of the first rotation axis is calculated by multiplying the periodic signal of equation (14) by m n−1 and expressed as equation (15). The
Figure 2012237633
As shown in Expression (15), by substituting the detection values p 1 to pn of the angle detectors of the respective rotation axes, the multi-rotation rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) of the first axis is obtained. Can be sought. n is the number of rotation axes.

なお、上述の計算は、ギア変速比が(m−1)/mであるギア機構を想定しているが、本発明は、ギア変速比が(m+1)/mであるギア機構に対しても適用可能である。上述した周期関数は、以下説明するように符号調整項を導入することによりそれらを区別することができる。   The above calculation assumes a gear mechanism having a gear transmission ratio of (m−1) / m. However, the present invention also applies to a gear mechanism having a gear transmission ratio of (m + 1) / m. Applicable. The periodic functions described above can be distinguished by introducing a sign adjustment term as described below.

上述と同様に、ギア変速比が(m+1)/mであるギア機構に対する場合の周期関数を求めると次のようになる。すなわち、第n回転軸の角度検出値pは、次のように表される。

Figure 2012237633
従って、第1〜4回転軸の角度検出値p〜pは、次のように求められる。
Figure 2012237633
Similarly to the above, the periodic function in the case of a gear mechanism having a gear speed ratio of (m + 1) / m is obtained as follows. That is, the detected angle value pn of the n- th rotation axis is expressed as follows.
Figure 2012237633
Thus, the angle detection value p 1 ~p 4 of the first to fourth rotary shaft is determined as follows.
Figure 2012237633

次に、周期関数S(m)〜S(m)を求めると次のとおりとなる。

Figure 2012237633
上式において、p+pの演算結果が−(1/m)となるので、−1が乗じられる。
Figure 2012237633
Figure 2012237633
Next, the periodic functions S (m 1 ) to S (m 3 ) are obtained as follows.
Figure 2012237633
In the above equation, since the calculation result of p 1 + p 2 is − (1 / m), −1 is multiplied.
Figure 2012237633
Figure 2012237633

上式において、p+3p+3p+pの演算結果が−(1/m)となるので、−1が乗じられる。このように、ギア変速比が(m+1)/mの場合、nが偶数の場合、剰余式内の演算結果がマイナスとなるので、Jを−1とする符号調整項Jn−1が周期関数内に導入される。すなわち、周期関数S(mn−1)は、次式のように表される。

Figure 2012237633
ここで、Jは、隣接する回転軸間の変速比が−(m−1)/mのとき、J=1であり、前記変速比が−(m+1)/mのとき、J=−1である。 In the above equation, since the calculation result of p 1 + 3p 2 + 3p 3 + p 4 is − (1 / m 3 ), −1 is multiplied. Thus, when the gear speed ratio is (m + 1) / m, when n is an even number, the calculation result in the remainder equation is negative, so the sign adjustment term J n−1 with J as −1 is a periodic function. Introduced in. That is, the periodic function S (m n-1 ) is expressed as the following equation.
Figure 2012237633
Here, J is J = 1 when the gear ratio between adjacent rotating shafts is − (m−1) / m, and J = −1 when the gear ratio is − (m + 1) / m. is there.

ここで、図1に示されるギア機構において、例えば、回転軸の軸数を4、歯数mを32(駆動側回転軸の歯数をm−1、受動側回転軸の歯数をmとする)、単位量uを131072(uは、角度検出器S1の検出値pが17ビット(=217)の分解能を有することに対応する。)と仮定すると、式(14)は、

Figure 2012237633
となり、第1回転軸の回転角検出値θ(m)は、式(16)により求められる。
Figure 2012237633
Here, in the gear mechanism shown in FIG. 1, for example, the number of axes of the rotating shaft is 4, the number of teeth m is 32 (the number of teeth on the driving side rotating shaft is m−1, and the number of teeth on the passive side rotating shaft is m. Assuming that the unit quantity u is 131072 (u corresponds to the detection value p 1 of the angle detector S1 having a resolution of 17 bits (= 2 17 )), the equation (14) is
Figure 2012237633
Thus, the rotation angle detection value θ 1 (m 3 ) of the first rotation shaft is obtained by Expression (16).
Figure 2012237633

したがって、第1〜第4回転軸の回転角度を示す検出値p〜pを検出することにより、上記式(16)から、32768(=32)回転で1周期となる第1回転軸の多回転回転角の検出を131072の分解能で実行することが可能となる。 Accordingly, by detecting the detection values p 1 to p 4 indicating the rotation angles of the first to fourth rotating shafts, the first rotating shaft that makes one cycle in 32768 (= 32 3 ) rotations from the above equation (16). Can be detected with a resolution of 131072.

上述した原理に基づいて、多回転アブソリュート回転角を検出する実施例について、以下詳細に述べる。   An embodiment for detecting the multi-rotation absolute rotation angle based on the above-described principle will be described in detail below.

図2は、本発明の第1の実施例である多回転アブソリュート回転角を検出するための回転角検出装置20の構成図である。サーボモータ21の出力回転軸(図示せず)の反対側に設けられた第1回転軸23には、光学式アブソリュート・エンコーダ22が連結されると共に、歯数31を有するギア23aが固定される。ギア23aは、第2回転軸24に固定された歯数32を有するギア24bと噛み合わされる。また、第2回転軸24に固定された歯数31を有するギア24aは、第3回転軸25に固定された歯数32を有するギア25bと噛み合わされる。さらに、第3回転軸25に固定された歯数31を有するギア25aは、第4回転軸26に固定された歯数32を有するギア26bと噛み合わされる。ギア24aとギア24b、ギア25aとギア25b、及び、ギア26aとギア26bは、一体成型された同一形状の樹脂製ギアであり、回転軸とともに一体成型されてもよい。このように、回転角検出装置20は、サーボモータ21の回転が直列に接続されたギア機構を介して第1回転軸23から第4回転軸26に伝達される構造を有する。   FIG. 2 is a configuration diagram of a rotation angle detection device 20 for detecting a multi-rotation absolute rotation angle according to the first embodiment of the present invention. An optical absolute encoder 22 is connected to a first rotating shaft 23 provided on the opposite side of an output rotating shaft (not shown) of the servo motor 21 and a gear 23a having 31 teeth is fixed. . The gear 23 a is meshed with a gear 24 b having the number of teeth 32 fixed to the second rotating shaft 24. Further, the gear 24 a having the number of teeth 31 fixed to the second rotating shaft 24 is engaged with the gear 25 b having the number of teeth 32 fixed to the third rotating shaft 25. Further, the gear 25 a having 31 teeth fixed to the third rotating shaft 25 is meshed with a gear 26 b having 32 teeth fixed to the fourth rotating shaft 26. The gear 24a and the gear 24b, the gear 25a and the gear 25b, and the gear 26a and the gear 26b are integrally formed resin gears having the same shape, and may be integrally formed with the rotating shaft. As described above, the rotation angle detection device 20 has a structure in which the rotation of the servo motor 21 is transmitted from the first rotation shaft 23 to the fourth rotation shaft 26 via the gear mechanism connected in series.

光学式アブソリュート・エンコーダ22は、第1回転軸23の1回転内の絶対角度θを17ビットの分解能(217=131072P/Rev)で検出する。光学式アブソリュート・エンコーダ22は、プリント基板27に実装された信号処理回路28と電気的に接続されており、光学式アブソリュート・エンコーダ22によって検出された第1回転軸23の回転角情報である検出値pは、信号処理回路28に送られる。 The optical absolute encoder 22 detects the absolute angle θ 1 within one rotation of the first rotating shaft 23 with a resolution of 17 bits (2 17 = 131072P / Rev). The optical absolute encoder 22 is electrically connected to a signal processing circuit 28 mounted on the printed circuit board 27 and is detected as rotation angle information of the first rotary shaft 23 detected by the optical absolute encoder 22. The value p 1 is sent to the signal processing circuit 28.

また、第2〜第4回転軸24,25,26の軸端には、ギア24a,25a,26aの径方向と同一方向に2極の着磁された磁石29a,29b,29cがそれぞれ取り付けられ、軸の回転とともに回転する。磁石29a,29b,29cと対向する位置にMR素子を使ったMR回転角センサ30a,30b,30cが基板27上に実装される。MRセンサ30a,30b,30cは、磁石29a,29b,29cが1回転すると、90°位相のずれた2つの正弦波状の電圧が1周期出力する。MRセンサ30a,30b,30cで検出された検出電圧は、それぞれ信号処理回路28に送られる。   In addition, magnets 29a, 29b, 29c having two poles magnetized in the same direction as the radial direction of the gears 24a, 25a, 26a are attached to the shaft ends of the second to fourth rotating shafts 24, 25, 26, respectively. Rotate with shaft rotation. MR rotation angle sensors 30a, 30b, 30c using MR elements are mounted on the substrate 27 at positions facing the magnets 29a, 29b, 29c. When the magnets 29a, 29b, and 29c rotate once, the MR sensors 30a, 30b, and 30c output two sinusoidal voltages that are 90 ° out of phase for one period. The detection voltages detected by the MR sensors 30a, 30b, and 30c are sent to the signal processing circuit 28, respectively.

スペーサ31を用いて形成された樹脂製の構造体32は、上述した第2〜第4回転軸24〜26を保持する。図2に示される第1〜第4回転軸23〜26は、説明を簡易にするために、構造体32内に直線状に保持されているが、構造体32内の空間を有効に利用するために、第1〜第4回転軸23〜26の中心軸が曲線上に配置されてもよい。   The resin structure 32 formed using the spacer 31 holds the second to fourth rotating shafts 24 to 26 described above. The first to fourth rotating shafts 23 to 26 shown in FIG. 2 are linearly held in the structure 32 for the sake of simplicity of explanation, but the space in the structure 32 is effectively used. Therefore, the central axes of the first to fourth rotating shafts 23 to 26 may be arranged on a curve.

次に、図3は、サーボモータ21の多回転アブソリュート回転角θ1(n−1 を算出するための回転角検出装置20のブロック図を示す。図3において、図2に示される要素と同一又は類似の要素は、同一の参照番号が付される。 Next, FIG. 3 shows a block diagram of the rotation angle detection device 20 for calculating the multi-rotation absolute rotation angle θ 1 ( m n−1 ) of the servo motor 21. 3, elements that are the same as or similar to the elements shown in FIG. 2 are given the same reference numerals.

図3において、サーボモータ21の回転軸である第1回転軸23の1周期の回転角を示す検出値pがエンコーダ22によって検出され、信号線33を経由して信号処理回路28内の通信ポート34に送られる。エンコーダ22から出力される検出値pは、17ビットの分解能を有する。通信ポート34によって受信された検出値pは、第1回転軸23の絶対角度を算出するためにさらに多回転演算回路35に送られる。 In FIG. 3, a detection value p 1 indicating the rotation angle of one cycle of the first rotation shaft 23 that is the rotation shaft of the servo motor 21 is detected by the encoder 22, and communication within the signal processing circuit 28 is performed via the signal line 33. Sent to port 34. The detection value p 1 output from the encoder 22 has a resolution of 17 bits. The detection value p 1 received by the communication port 34 is further sent to the multi-rotation arithmetic circuit 35 in order to calculate the absolute angle of the first rotation shaft 23.

第1回転軸23の回転は、ギア機構によって第2〜第4回転軸24〜26に伝達される。第1〜第4回転軸23〜26の回転角θ〜θは、例えばmを32とし、また回転角を回転数で表すと仮定すると、第1回転軸の回転数と第1〜第4回転角θ〜θとの関係は、図4に示されるとおりとなる。ここで、図4の横軸は、第1回転軸の回転数を示し、縦軸は、各軸の回転角θ〜θを表す。縦軸のマイナスは、軸の回転方向が第1回転軸と逆向きであることを示す。例えば、第1回転軸の回転数が32であるすると、第2回転軸は、θ=−31となり、第1回転軸とは逆に31回転することが分かる。これらの関係は、式(2)から(5)に示されるとおりである。 The rotation of the first rotating shaft 23 is transmitted to the second to fourth rotating shafts 24 to 26 by a gear mechanism. Rotation angle theta 1 through? 4 of the first to fourth rotating shafts 23 to 26, for example, m is 32, and assuming to represent the rotation angle in the rotational speed, the first to the rotational speed of the first rotary shaft 4 the relationship between the rotation angle theta 1 through? 4 is a as shown in FIG. Here, the horizontal axis of FIG. 4 represents the rotation speed of the first rotation axis, and the vertical axis represents the rotation angles θ 1 to θ 4 of each axis. A minus sign on the vertical axis indicates that the rotational direction of the shaft is opposite to the first rotational axis. For example, if the number of rotations of the first rotation axis is 32, the second rotation axis is θ 2 = −31, and it can be seen that 31 rotations are performed opposite to the first rotation axis. These relationships are as shown in equations (2) to (5).

図3に戻り、第1〜第4回転軸23〜26の回転角は、MR素子角度検出器30a,30b,30cによってそれぞれ検出され、90°位相のずれた2つの正弦波状の検出電圧(sin成分,cosin成分)が信号線33a,33b,33cを経由してAD変換器37にそれぞれ送られる。2つの検出電圧は、AD変換器37でアナログ値から例えば12ビットのデジタル値へ変換され、それぞれRD変換演算回路38へ送られる。RD変換演算回路38は、受信した2つのデジタル値(sin成分,cosin成分)から角度が算出される。この角度は、12ビットの分解能を有するが、エンコーダ22の検出値pの分解能に合わせるために17ビットに拡張された検出値p,p,pが求められる。具体的には、12ビットの下位に5ビットに0を加え、17ビットの検出値とする。なお、MR素子角度検出器30a,30b,30cの検出電圧は、MR素子自体のばらつきや、磁気・回路・機械精度などの様々な要因で誤差を含むため、検出電圧をそのまま角度に変換するのではなく、電圧信号のオフセット補正、振幅補正を施し、実際の回転角に対する誤差補正や、各回転軸の検出値に関連する補正など様々な精度補正が施される。このような処理が施された検出値p,p,pは、多回転演算回路35に送られる。図5に、上述のようにして求められた検出値p,p,p,pの第1回転軸の回転数に対する変化を示す。なお、多回転演算回路35が受け取る検出値p,p,p,pは、17ビットの分解能を有するので、図5の縦軸に示されるように、各軸の検出値は、各軸が1回転する毎に、0と131072との間を変化する。 Returning to FIG. 3, the rotation angles of the first to fourth rotation shafts 23 to 26 are detected by the MR element angle detectors 30a, 30b, and 30c, respectively, and are detected by two sinusoidal detection voltages (sin). Component, cosin component) are sent to the AD converter 37 via signal lines 33a, 33b, 33c, respectively. The two detection voltages are converted from analog values into, for example, 12-bit digital values by the AD converter 37 and sent to the RD conversion arithmetic circuit 38, respectively. The RD conversion arithmetic circuit 38 calculates an angle from the two received digital values (sin component and cosin component). This angle has a resolution of 12 bits, but detection values p 2 , p 3 , and p 4 extended to 17 bits in order to match the resolution of the detection value p 1 of the encoder 22 are obtained. Specifically, 0 is added to 5 bits in the lower order of 12 bits to obtain a detection value of 17 bits. The detection voltages of the MR element angle detectors 30a, 30b, and 30c include errors due to various factors such as variations in the MR element itself and magnetic / circuit / mechanical accuracy. Therefore, the detection voltage is directly converted into an angle. Instead, offset correction and amplitude correction of the voltage signal are performed, and various accuracy corrections such as error correction with respect to the actual rotation angle and correction related to the detection value of each rotation axis are performed. The detection values p 2 , p 3 and p 4 subjected to such processing are sent to the multi-rotation arithmetic circuit 35. FIG. 5 shows changes in the detected values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 obtained as described above with respect to the rotation speed of the first rotation shaft. Since the detection values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 received by the multi-rotation arithmetic circuit 35 have a resolution of 17 bits, as shown on the vertical axis in FIG. It changes between 0 and 131072 for each rotation of each axis.

多回転演算回路35は、通信ポート34及びRD変換演算回路38から検出値p,p,p,pを受け取り、それらの値を式(16)に代入することにより、mが32、分解能が17ビット(217=131072)、及び、多回転範囲が15ビット(215=32768)とする場合の多回転アブソリュート回転角を算出し、出力することができる。 The multi-rotation arithmetic circuit 35 receives the detection values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 from the communication port 34 and the RD conversion arithmetic circuit 38 and substitutes these values into the equation (16), so that m is 32 The multi-rotation absolute rotation angle when the resolution is 17 bits (2 17 = 131072) and the multi-rotation range is 15 bits (2 15 = 32768) can be calculated and output.

図6は、式(11)〜(13)によって求められるそれぞれの周期信号を表すグラフである。ここで、横軸は、第1回転軸23の回転数を表し、回転数0から32768に亘るが、簡略にするため途中を一部省略している。図6下段のグラフは、式(11)に対応し、32回転を1周期とする周期信号である。第1,2回転軸23,24の検出値p,pを式(11)に代入して求められる周期信号は、第1回転軸23の回転数が0から32までのアブソリュート回転角を検出することができることを示す。また、図6中段のグラフは、式(12)に対応し、1024回転を1周期とする周期信号である。第1〜3回転軸23〜25の検出値p,p,pを式(12)に代入して求められる周期信号は、第1回転軸23の回転数が0から1024までのアブソリュート回転角を検出することができることを示す。さらに、図6上段のグラフは、式(13)に対応し、32768回転を1周期とする周期信号である。第1〜4回転軸23〜26の検出値p,p,p,pを式(13)に代入して求められる周期信号は、第1回転軸23の回転数が0から32768までのアブソリュート回転角を検出することができることを示す。 FIG. 6 is a graph showing each periodic signal obtained by the equations (11) to (13). Here, the horizontal axis represents the number of rotations of the first rotation shaft 23 and ranges from the number of rotations 0 to 32768, but a part of the middle is omitted for simplicity. The lower graph in FIG. 6 corresponds to the equation (11), and is a periodic signal having 32 cycles as one cycle. The periodic signal obtained by substituting the detected values p 1 and p 2 of the first and second rotary shafts 23 and 24 into the equation (11) indicates the absolute rotation angle from 0 to 32 of the first rotary shaft 23. Indicates that it can be detected. The graph in the middle of FIG. 6 corresponds to the equation (12), and is a periodic signal with 1024 rotations as one cycle. A periodic signal obtained by substituting the detected values p 1 , p 2 , and p 3 of the first to third rotating shafts 23 to 25 into the equation (12) is an absolute value in which the rotational speed of the first rotating shaft 23 is from 0 to 1024. It shows that the rotation angle can be detected. Further, the upper graph in FIG. 6 corresponds to the equation (13), and is a periodic signal having 32768 rotations as one cycle. The periodic signal obtained by substituting the detected values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of the first to fourth rotating shafts 23 to 26 into the equation (13) indicates that the rotational speed of the first rotating shaft 23 is 0 to 32768. The absolute rotation angle up to can be detected.

上述した多回転アブソリュート回転角検出装置は、回転軸を増やすことにより、広い多回転検出範囲を達成することができるが、以下説明するように、正確な多回転の回転角検出値を算出するためには、回転軸の検出値を測定する各角度検出器に対して高い精度を要求する。一般に、各角度検出器によって測定された検出値は誤差を含んでいる。そこで、第1回転軸の多回転回転角の計算値を一定の精度に保つために、各角度検出器がどの程度の誤差を許容できるのかを以下検討する。例えば、n軸で構成される多回転アブソリュート回転角検出装置の第1回転軸の回転角検出値θ(mn−1)は、式(15)に示されるように、回転軸数nを2,3,4とする場合、式(11)〜(13)で表される周期信号S(m)〜S(m)に回転角検出範囲m,m,mをそれぞれ乗じることにより算出され、式(17)〜(19)で表される。 The above-described multi-rotation absolute rotation angle detection device can achieve a wide multi-rotation detection range by increasing the rotation axis. However, in order to calculate an accurate multi-rotation rotation angle detection value as described below, Therefore, high accuracy is required for each angle detector that measures the detection value of the rotating shaft. In general, the detection value measured by each angle detector includes an error. Therefore, in order to keep the calculated value of the multi-rotation rotation angle of the first rotation axis with a certain accuracy, the following will examine how much error each angle detector can tolerate. For example, the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) of the first rotation axis of the multi-rotation absolute rotation angle detection device configured with n axes is expressed by the number of rotation axes n as shown in Expression (15). In the case of 2, 3 and 4, the periodic signals S (m) to S (m 3 ) represented by the equations (11) to (13) are respectively multiplied by the rotation angle detection ranges m 1 , m 2 and m 3. And is expressed by equations (17) to (19).

軸数が2である場合

Figure 2012237633
軸数が3である場合
Figure 2012237633
軸数が4である場合
Figure 2012237633
ここで、mは第1回転軸の歯数であり、式(11)〜(13)中の単位量uは、1とする。すなわち、各周期関数は、第1回転軸の回転角に応じて、0から1の値をとる。 When the number of axes is 2
Figure 2012237633
When the number of axes is 3
Figure 2012237633
When the number of axes is 4
Figure 2012237633
Here, m is the number of teeth of the first rotating shaft, and the unit amount u in the formulas (11) to (13) is 1. That is, each periodic function takes a value from 0 to 1 according to the rotation angle of the first rotation axis.

各回転軸の検出誤差の絶対値をenとすると、第1回転軸の回転角検出値θ(mn−1)が1回転(±0.5rev)以下の精度を保つためには、次式(20)〜(22)を満たす必要がある。
軸数2の場合

Figure 2012237633
軸数3の場合
Figure 2012237633
軸数4の場合
Figure 2012237633
In order to maintain the accuracy of the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) of the first rotation axis equal to or less than one rotation (± 0.5 rev), where e n is the absolute value of the detection error of each rotation axis, It is necessary to satisfy the following expressions (20) to (22).
When the number of axes is 2
Figure 2012237633
When the number of axes is 3
Figure 2012237633
For 4 axes
Figure 2012237633

各回転軸の検出誤差がほぼ等しいeと仮定すると、検出誤差は、以下の範囲に入らなければならない。
軸数2の場合

Figure 2012237633
軸数3の場合
Figure 2012237633
軸数4の場合
Figure 2012237633
Assuming that the detection error of each rotation axis is substantially equal, the detection error must fall within the following range.
When the number of axes is 2
Figure 2012237633
In case of 3 axes
Figure 2012237633
For 4 axes
Figure 2012237633

式(23)〜(25)から、軸数nの場合の誤差範囲を演繹すると、次式(26)のように表される。

Figure 2012237633
式(26)から理解されるように、軸数nが増加すると、多回転検出範囲は広くなるが、その増加に伴って各検出軸の角度検出器に対して要求される検出精度も指数的の高くなる。要求される高い検出精度を角度検出器に求めることは、多回転検出装置のコストを上昇させる原因となる。そこで、各回転軸の角度検出器に対して要求される検出精度を抑えつつ、角度検出器の検出誤差に起因する影響を低減させる多回転回転角を求めるための演算処理が必要となる。 From the equations (23) to (25), when the error range in the case of the number of axes n is deduced, the following equation (26) is obtained.
Figure 2012237633
As understood from the equation (26), when the number of axes n is increased, the multi-rotation detection range is widened, but with the increase, the detection accuracy required for the angle detector of each detection axis is also exponential. Will be higher. Obtaining the required high detection accuracy from the angle detector causes an increase in the cost of the multi-rotation detection device. Therefore, it is necessary to perform arithmetic processing for obtaining a multi-rotation rotation angle that reduces the influence caused by the detection error of the angle detector while suppressing the detection accuracy required for the angle detector of each rotation axis.

そこで、図1に示される伝達機構10を用いて、角度検出器の検出誤差に起因する影響を低減させる多回転角度計算値を求める計算方法を以下説明する。一般に、整数Iは、mのべき乗mの列に展開することができる。具体的には、kを0からnの整数、かつaを0≦a<nの整数とすると、
I=a+a+a+・・・a+・・・+a
と表現することができる。例えば、mが10である場合、整数1056は、6×10+5×10+0×10+1×10のように展開することができる。この表現は、10進数と呼ばれる。以下の説明において、多回転アブソリュート回転角の回転数の部分は、このようなm進数の展開を利用する。
Therefore, a calculation method for obtaining a calculated multi-rotation angle value that reduces the influence caused by the detection error of the angle detector using the transmission mechanism 10 shown in FIG. 1 will be described below. In general, the integer I can be expanded into the column of power m n of m. Specifically, if k is an integer from 0 to n and a i is an integer of 0 ≦ a k <n,
I = a 0 m 0 + a 1 m 1 + a 2 m 2 +... A i m i +... + A n m n
It can be expressed as For example, if m is 10, the integer 1056 can be expanded as 6 × 10 0 + 5 × 10 1 + 0 × 10 2 + 1 × 10 3 . This representation is called a decimal number. In the following description, the rotation number portion of the multi-rotation absolute rotation angle uses such m-adic expansion.

さて、図1において、第1回転軸11の多回転アブソリュート回転角は、第1回転軸11の1回転内の角度検出値pと第1回転軸11の多回転回転数との和で数学的に表現することができる。そして、この多回転回転数をm進数(理由は以下に示される)で表すと、第1回転軸の多回転回転角計算値θ(mn−1)’は、次式(27)の回転角計算式で表現することができる。

Figure 2012237633
ここで、mは第1回転軸の歯数に対応し、nは軸数であり、係数R〜Rn−2は、0およびm−1を含む0からm−1の整数であり(0≦R〜Rn−2<m)、そしてuは、基本単位量とする。図1に示される伝達機構10の構造では、回転軸が1軸増加する毎に多回転を検出することのできる範囲がm倍拡大するので、m進数を用いて式(27)の多回転回転数部を表現すると都合が良い。 In FIG. 1, the multi-rotation absolute rotation angle of the first rotation shaft 11 is mathematically calculated by the sum of the angle detection value p 1 within one rotation of the first rotation shaft 11 and the multi-rotation rotation speed of the first rotation shaft 11. Can be expressed. Then, when this multi-rotation rotational speed is represented by an m-adic number (the reason will be described below), the multi-rotation rotational angle calculated value θ 1 (m n−1 ) ′ of the first rotational axis is expressed by the following equation (27). It can be expressed by a rotation angle calculation formula.
Figure 2012237633
Here, m corresponds to the number of teeth of the first rotation axis, n is the number of axes, and the coefficients R 0 to R n-2 are integers from 0 to m−1 including 0 and m−1 ( 0 ≦ R 0 to R n−2 <m), and u is a basic unit amount. In the structure of the transmission mechanism 10 shown in FIG. 1, the range in which multiple rotations can be detected is increased by a factor of m each time the rotation axis is increased by one axis. It is convenient to express several parts.

第1回転軸11の多回転回転角検出値θ(mn−1)は、各回転軸で検出された各検出値p〜pを式(15)に代入することにより求められるが、本質的に回転角検出値θ(mn−1)と回転角計算値θ(mn−1)’は、係数R〜Rn−2を適切に選択することにより、ほぼ等しくすることができる。すなわち、回転角計算値θ(mn−1)’の多回転回転数の部分が回転角検出値θ(mn−1)の回転数の部分と等しくなるように、係数R〜Rn−2を適切に選択すると、回転角計算値θ(mn−1)’に含まれる回転角計算値の誤差は、第1回転軸の検出値pに起因する検出誤差のみにすることができる。以下、各回転軸の検出器により検出した検出値p〜pから回転角計算値θ(mn−1)’を求めるために、係数R〜Rn−2を算出する方法について説明する。 The multi-rotation rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) of the first rotation shaft 11 can be obtained by substituting the detection values p 1 to pn detected by the rotation shafts into the equation (15). Essentially, the detected rotation angle value θ 1 (m n−1 ) and the calculated rotation angle value θ 1 (m n−1 ) ′ are approximately equal by appropriately selecting the coefficients R 0 to R n−2. can do. That is, the coefficient R 0 to the coefficient R 0 to the rotation speed calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ so that the multi-rotation rotation speed portion becomes equal to the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ). If R n−2 is appropriately selected, the error of the rotation angle calculation value included in the rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ is only the detection error caused by the detection value p 1 of the first rotation axis. can do. Hereinafter, a method for calculating coefficients R 0 to R n-2 in order to obtain a rotation angle calculated value θ 1 (m n−1 ) ′ from detection values p 1 to pn detected by the detectors of the respective rotation axes. explain.

説明を簡略にするために、図1に示される伝達機構10において、回転軸数nmaxを4、第1回転軸の歯数mを4、基本単位量uを1と仮定する場合、第1回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’は、式(27)から次式(28)のように表現することができる。

Figure 2012237633
上記の条件の下で、係数R〜Rの算出方法について説明する。 In order to simplify the explanation, in the transmission mechanism 10 shown in FIG. 1, when it is assumed that the number of rotation axes nmax is 4, the number of teeth m of the first rotation axis is 4, and the basic unit amount u is 1, the first rotation The calculated rotation angle value θ 1 (m n−1 ) ′ of the shaft can be expressed by the following equation (28) from equation (27).
Figure 2012237633
A method for calculating the coefficients R 0 to R 2 will be described under the above conditions.

まず、第1回転軸の回転角θと第2,第3,第4回転軸の回転角θ,θ,θは、式(1)に示される関係から明らかなように、次式(29)〜(31)に示される関係をそれぞれ有する。

Figure 2012237633
したがって、第1回転軸の回転角θに対する第2,第3,第4回転軸の回転角θ,θ,θは、図7に示される。 First, the rotation angle θ 1 of the first rotation axis and the rotation angles θ 2 , θ 3 , θ 4 of the second, third, and fourth rotation axes are as follows from the relationship shown in the equation (1). Each has the relationships shown in equations (29) to (31).
Figure 2012237633
Accordingly, the rotation angles θ 2 , θ 3 , and θ 4 of the second, third, and fourth rotation shafts with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation shaft are shown in FIG.

次に、検出値pが第n回転軸における1回転内の検出値を示すから(この例では、基本単位量uが1であるから、0から1の値)、第n回転軸の回転角θと検出値pは、厳密には式(6)に示されるが、実際には角度検出器に誤差を含むためpは、mod(θ,u)にほぼ等しい関係を有する。したがって、各回転軸の検出値p,p,p,pは、各回転軸の回転角θ,θ,θに上記式(29)〜(31)を代入すると、第1回転軸の回転角θと各回転軸の検出値p,p,p,pとの関係は、次式(32)〜(35)のとおりとなる。

Figure 2012237633
したがって、第1回転軸の回転角θに対する各回転軸の検出値p,p,p,pは、図8に示される。 Then, since the detection value p n indicates the detection value within one revolution in the n rotation shaft (in this example, since the base unit quantity u is 1, 0 and 1 or less), the rotation of said n rotary shaft Strictly speaking, the angle θ n and the detected value pn are shown in the equation (6). However, since the angle detector actually includes an error, pn has a relationship substantially equal to mod (θ n , u). . Therefore, the detected values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of each rotation axis are obtained by substituting the above formulas (29) to (31) for the rotation angles θ 2 , θ 3 , and θ 4 of each rotation axis. The relationship between the rotation angle θ 1 of one rotation axis and the detected values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of each rotation axis is expressed by the following equations (32) to (35).
Figure 2012237633
Therefore, the detected values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of each rotation axis with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation axis are shown in FIG.

周期信号S(mn−1)は、角度検出値pに誤差が含まれない場合、式(14)で示される関係を有する。誤差を含む角度検出値pを使用して周期信号S(mn−1)を求めると、それらの誤差が演算に影響し、拡大する。そこで、式(27)で求めた回転角計算値θ(mn−1)’は、第1回転軸の角度検出値p以外の項には誤差を含んでいないので、誤差を含む角度検出値pの代わりに、次式(36)の角度補正値計算式で計算される誤差を含まない角度補正値p’が周期信号S(mn−1)を算出するために用いられる。

Figure 2012237633
Periodic signal S (m n-1), if the detected angle value p n contains no error, it has a relationship represented by the formula (14). When obtaining the periodic signal S (m n-1) by using the detected angle value p n, which includes an error, these errors affect the operation to expand. Therefore, the rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ obtained by Expression (27) does not include an error in terms other than the angle detection value p 1 of the first rotation axis, and therefore includes an angle including an error. Instead of the detection value pn, the angle correction value pn ′ not including an error calculated by the angle correction value calculation formula of the following formula (36) is used to calculate the periodic signal S (m n−1 ). .
Figure 2012237633

各回転軸の角度補正値と周期信号との関係は、次式(37)のように表される。

Figure 2012237633
ここで、角度補正値p’〜pn−1’は、角度検出値p〜pn−1に対する補正値であり、Jは、隣接する回転軸間の変速比が−(m−1)/mのとき、J=1とし、変速比が−(m+1)/mのとき、J=−1とする符号調整項である。 The relationship between the angle correction value of each rotating shaft and the periodic signal is expressed by the following equation (37).
Figure 2012237633
Here, the angle correction values p 2 ′ to p n−1 ′ are correction values for the angle detection values p 2 to pn−1 , and J is a gear ratio between adjacent rotating shafts − (m−1). ) / M is a sign adjustment term in which J = 1, and when the speed ratio is − (m + 1) / m, J = −1.

第1回転軸の4(=m),16(=m),64(=m)回転をそれぞれ1周期とする周期信号S(m),S(m),S(m)を、角度補正値p’を考慮に入れて、式(11)〜(13)から求めると、次式(38)〜(41)のように表現される。なお、第1回転軸の周期信号S(m)は、角度検出値pそのものである。また、剰余計算では、mod(a,c)+mod(b,c)=mod((a+b),c)、およびb×mod(a,c)=mod(a×b,c)の関係が成立するので、周期信号S(m)〜S(m)は、次式(38)〜(41)のように変形される。

Figure 2012237633
Periodic signals S (m), S (m 2 ), S (m 3 ) each having 4 (= m 1 ), 16 (= m 2 ), and 64 (= m 3 ) rotations of the first rotation axis as one period, respectively. Is calculated from the equations (11) to (13) in consideration of the angle correction value p n ′, and is expressed as the following equations (38) to (41). The periodic signal S (m 0 ) of the first rotating shaft is the detected angle value p 1 itself. Further, in the remainder calculation, the relationship of mod (a, c) + mod (b, c) = mod ((a + b), c) and b × mod (a, c) = mod (a × b, c) is established. Therefore, the periodic signals S (m 1 ) to S (m 3 ) are transformed as the following equations (38) to (41).
Figure 2012237633

したがって、周期関数S(m),S(m),S(m)と第1回転軸の回転角θとの関係は、図9に示される。図9に示されるように、周期信号S(m)は、第1回転軸が4回転角毎に、また周期信号S(m)は、16回転角毎に、さらに周期信号S(m)は、64回転角毎にそれぞれ0から1へ単調に増加するのこぎり波となる。 Therefore, the relationship between the periodic functions S (m 1 ), S (m 2 ), S (m 3 ) and the rotation angle θ 1 of the first rotating shaft is shown in FIG. As shown in FIG. 9, the periodic signal S (m 1 ) has a periodic signal S (m 1 ) that is further rotated every 4 rotation angles of the first rotation axis, and the periodic signal S (m 2 ) is further rotated every 16 rotation angles. 3 ) becomes a sawtooth wave that monotonously increases from 0 to 1 every 64 rotation angles.

上述した周期信号の性質から、次式(42)のように、周期関数S(mn−1)にmn−1を乗じると、mn−1までの第1回転軸の回転角検出値S(mn−1)を算出することができる。

Figure 2012237633
従って、nが1から4である場合の周期関数と第1回転軸の回転角θ(mn−1)との関係は、式(43)〜(46)によって表される。
Figure 2012237633
Due to the property of the periodic signal described above, when the periodic function S ( mn-1 ) is multiplied by mn-1 as shown in the following equation (42), the rotation angle detection value of the first rotating shaft up to mn-1 is obtained. S (m n-1 ) can be calculated.
Figure 2012237633
Therefore, the relationship between the periodic function when n is 1 to 4 and the rotation angle θ 1 (m n−1 ) of the first rotation axis is expressed by equations (43) to (46).
Figure 2012237633

式(44)は、第1回転軸が4回転する毎に0から4に変化するのこぎり波を示す。また、式(45)は、第1回転軸が16回転する毎に0から16に変化するのこぎり波を示す。さらに、式(46)は、第1回転軸が64回転する毎に0から64に単調に増加するのこぎり波を示す。   Equation (44) shows a sawtooth wave that changes from 0 to 4 every four rotations of the first rotation axis. Equation (45) represents a sawtooth wave that changes from 0 to 16 every 16 rotations of the first rotation axis. Furthermore, Formula (46) shows a sawtooth wave that monotonously increases from 0 to 64 every 64 rotations of the first rotation axis.

次に、上述された関係式から、式(27)に示される係数R〜Rn−2を算出する算出方法を説明する。式(27)で示される回転角計算値θ(mn−1)’と式(42)で示される回転角検出値θ(mn−1)は、式(42)における係数R〜Rn−2が自然数しかとらないので完全には一致しないが、近似する。すなわち、次式(47)

Figure 2012237633
が成立する。 Next, a calculation method for calculating the coefficients R 0 to R n−2 shown in Expression (27) from the above-described relational expression will be described. The rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ represented by the equation (27) and the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) represented by the equation (42) are the coefficient R 0 in the equation (42). Since ~ Rn -2 takes only natural numbers, they do not match completely, but are approximated. That is, the following formula (47)
Figure 2012237633
Is established.

式(47)の回転角計算値θ(mn−1)’に式(27)を代入すると、次式(48)が導出される。

Figure 2012237633
nが1〜4の場合、回転角計算値θ(m)’,θ(m)’,θ(m)’,θ(m)’は、それぞれ次式(49)〜(52)のように表される。
Figure 2012237633
Substituting equation (27) into the calculated rotation angle θ 1 (m n−1 ) ′ of equation (47) yields the following equation (48).
Figure 2012237633
When n is 1 to 4, rotation angle calculation values θ 1 (m 0 ) ′, θ 1 (m 1 ) ′, θ 1 (m 2 ) ′, and θ 1 (m 3 ) ′ are respectively expressed by the following formulas (49 ) To (52).
Figure 2012237633

式(49)〜(52)に示される関係を演繹すると、回転角計算値θ1(n−1)’は、次式(53)のように表現される。

Figure 2012237633
When the relations expressed by the equations (49) to (52) are deduced, the rotation angle calculation value θ 1 ( m n−1 ) ′ is expressed as the following equation (53).
Figure 2012237633

回転角計算値θ(mn−1)’は回転角検出値θ(mn−1)とほぼ等しいことを考慮して、上式(47),(53)の関係から、次式(54)が得られる。式(54)の関係を満たす係数Rn−2を選択することにより、以下のとおり係数Rn−2が決定される。

Figure 2012237633
まず、式(54)右辺のθ(mn−2)’を左辺に移動すると、式(55)が得られる。
Figure 2012237633
ここで、nを2、基本単位量uを1とすると、
Figure 2012237633
が得られる。ここで、式(44)に示される関係からθ(m)にmod(θ,4)を、またθ(m)’は、式(47)に示されるように、θ(m)にほぼ等しいので、式(43)に示されるmod(θ,1)を式(56)にそれぞれ代入すると、
Figure 2012237633
が成立する。ただし、mは4である。 Rotation angle calculated value θ 1 (m n-1) ' is in consideration of approximately equal to the rotation angle detection value θ 1 (m n-1) , the above equation (47), the relationship (53), the following equation (54) is obtained. By selecting a coefficient R n−2 that satisfies the relationship of Expression (54), the coefficient R n−2 is determined as follows.
Figure 2012237633
First, when θ 1 (m n−2 ) ′ on the right side of Expression (54) is moved to the left side, Expression (55) is obtained.
Figure 2012237633
Here, when n is 2 and the basic unit quantity u is 1,
Figure 2012237633
Is obtained. Here, from the relationship shown in the equation (44), mod (θ 1 , 4) is changed to θ 1 (m 1 ), and θ 1 (m 0 ) ′ is changed to θ 1 as shown in the equation (47). Since it is almost equal to (m 0 ), substituting mod (θ 1 , 1) shown in equation (43) into equation (56), respectively,
Figure 2012237633
Is established. However, m is 4.

式(57)中のmod(θ,4)は、高さが0から4まで上昇する周期4ののこぎり波であり、またmod(θ,1)は、高さが0から1まで上昇する周期1ののこぎり波であるから、式(57)の係数Rは、図10の下段に示されるように、周期4である高さ1の3段の階段状波形を形成する。 Mod (θ 1 , 4) in equation (57) is a sawtooth wave of period 4 in which the height rises from 0 to 4, and mod (θ 1 , 1) rises from 0 to 1 in height. Therefore, the coefficient R 0 in the equation (57) forms a three-step staircase waveform having a height of 1 and a period of 4, as shown in the lower part of FIG.

また、式(52)おいて、uを1、nを3として、上述と同様の処理を施すと、

Figure 2012237633
が成立する。 In the formula (52), when u is 1 and n is 3, and the same processing as described above is performed,
Figure 2012237633
Is established.

式(58)中のmod(θ,16)は、高さ16で周期16ののこぎり波であり、またmod(θ,4)は、高さ4で周期4ののこぎり波であるから、式(58)で示される係数Rは、図10の中段に示されるように、周期16である高さ1の3段の階段状波形を形成する。 In the equation (58), mod (θ 1 , 16) is a sawtooth wave having a height of 16 and a period of 16 and mod (θ 1 , 4) is a sawtooth wave having a height of 4 and a period of 4. The coefficient R 1 represented by the equation (58) forms a three-step staircase waveform having a height of 1 having a period of 16 as shown in the middle stage of FIG.

さらに、式(54)おいてuを1、nを3として、上述と同様の処理を施すと、

Figure 2012237633
が成立する。 Further, in the equation (54), when u is 1 and n is 3, and the same processing as described above is performed,
Figure 2012237633
Is established.

式(59)中のmod(θ,64)は、高さ64で周期64ののこぎり波であり、またmod(θ,16)は、高さ16で周期16ののこぎり波であるから、式(59)の係数Rは、図10の上段に示されるように、周期64である高さ1の3段の階段状波形を形成する。 In the equation (59), mod (θ 1 , 64) is a sawtooth wave having a height of 64 and a period of 64, and mod (θ 1 , 16) is a sawtooth wave having a height of 16 and a period of 16. coefficient R 2 of formula (59), as shown in the upper part of FIG. 10, to form a stepped waveform of the three-stage height 1 is a period 64.

式(28)で計算される回転角計算値θ(m)’の整数部分は、係数R〜Rにそれぞれ1,4,16を乗じた合計であるから、その波形は図11に示されるとおりとなる。すなわち、回転角計算値θ(m)’は、この整数部分に第1回転軸の角度検出値pを合計することにより求められることになる。 Since the integer part of the rotation angle calculation value θ 1 (m 3 ) ′ calculated by the equation (28) is the sum of the coefficients R 0 to R 2 multiplied by 1 , 4 and 16, respectively, the waveform thereof is as shown in FIG. As shown in That is, the calculated rotation angle value θ 1 (m 3 ) ′ is obtained by adding the angle detection value p 1 of the first rotation axis to this integer part.

ここで、式(54)から係数Rn−2を導出すると、次式(60)に変形される。

Figure 2012237633
uが1、nが2〜4の場合、係数R〜Rは次式で示される。
Figure 2012237633
Here, when the coefficient R n−2 is derived from the equation (54), it is transformed into the following equation (60).
Figure 2012237633
When u is 1 and n is 2 to 4, the coefficients R 0 to R 2 are expressed by the following equations.
Figure 2012237633

係数R〜Rn−2は整数であるので、例えば、次式(64)に示されるように、式(60)の右辺に0.5を加え、小数点以下を切り捨てることにより、係数Rn−2の整数が計算される。そして、式(64)のθ(mn−1)にS(mn−1)×mn−1(式(42))を代入すると、式(65)が得られる。

Figure 2012237633
ここで、INT(x)は、数値xを小数点以下で切り捨てる演算を意味する。また、単位量をmとする剰余演算を行っているのは、係数Rn−2が0〜m−1の有効な範囲の計算結果を得るためである。以上のように、式(65)により係数R〜Rn−2を計算するための一般式が得られた。 Since the coefficients R 0 to R n−2 are integers, for example, as shown in the following formula (64), 0.5 is added to the right side of the formula (60), and the decimal part is rounded down to obtain the coefficient R n. An integer of -2 is calculated. Then, by substituting S (m n-1 ) × m n-1 (formula (42)) for θ 1 (m n-1 ) in formula (64), formula (65) is obtained.
Figure 2012237633
Here, INT (x) means an operation of truncating the numerical value x below the decimal point. The reason why the remainder calculation with the unit amount as m is performed is to obtain a calculation result in an effective range where the coefficient R n−2 is 0 to m−1. As described above, the general formula for calculating the coefficients R 0 to R n−2 is obtained from the formula (65).

次に、係数R〜Rn−2を算出する式(65)を用いて、第1回転軸の多回転回転角計算値θ(mn−1)’を具体的に求める。ここで、計算手順の説明を簡易にするために、回転軸の軸数nmaxを4、変速比を3/4(m=4)、基本単位量uを1として、第1回転軸の回転角計算値θ(m)’を求める。最初に、第1回転軸の回転角計算値θ(m)’を算出するに際して、第1回転軸の回転角θが53.5(rev)である場合の、各回転軸の理論的な角度検出値p,p,p,pを求める。 Next, the multi-rotation rotation angle calculated value θ 1 (m n−1 ) ′ of the first rotation axis is specifically obtained using the equation (65) for calculating the coefficients R 0 to R n−2 . Here, in order to simplify the description of the calculation procedure, the rotation angle of the first rotation shaft is assumed with the number of rotation shafts nmax being 4, the speed ratio being 3/4 (m = 4), and the basic unit amount u being 1. The calculated value θ 1 (m 3 ) ′ is obtained. First, when calculating the calculated rotation angle θ 1 (m 3 ) ′ of the first rotation axis, the theory of each rotation axis when the rotation angle θ 1 of the first rotation axis is 53.5 (rev). Angle detection values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 are obtained.

第1回転軸の回転角θに対する第2,3,4回転軸の回転角θ,θ,θは、式(1)から次式のように表される。

Figure 2012237633
The rotation angles θ 2 , θ 3 , and θ 4 of the second , third , and fourth rotation shafts with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation shaft are expressed by the following equation from Equation (1).
Figure 2012237633

また、軸倍角1の角度検出器(回転軸が1回転した場合、角度検出器は1周期の検出信号を出力する。)を使用した場合、各回転軸の角度検出値pは、p=mod(θ,1)で表されるから、各回転軸の理論的な角度検出値p,p,p,pは、次式で求められる数値を示す。

Figure 2012237633
Also, (when the rotation shaft rotates once, the angle detector outputs a detection signal of one period.) Of the angle detector shaft angle multiplier 1 when using the angle detection value p n of each rotating shaft, p n = Mod (θ n , 1), the theoretical angle detection values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of the respective rotation axes are numerical values obtained by the following equations.
Figure 2012237633

しかしながら、実際の角度検出器からの出力信号は誤差を含んでいるため、上記理論的な角度検出値p,p,p,pに例えば0.05(rev)の誤差を加えた以下の角度検出値が検出されたと仮定して、回転角計算値θ(m)’を算出する。
=0.500+0.05=0.550
=0.875+0.05=0.925
=0.094+0.05=0.144
=0.430+0.05=0.480
However, since the output signal from the actual angle detector includes an error, an error of 0.05 (rev) is added to the theoretical angle detection values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 , for example. Assuming that the following angle detection values are detected, the rotation angle calculation value θ 1 (m 3 ) ′ is calculated.
p 1 = 0.500 + 0.05 = 0.550
p 2 = 0.875 + 0.05 = 0.925
p 3 = 0.094 + 0.05 = 0.144
p 4 = 0.430 + 0.05 = 0.480

回転軸の軸数nmaxを4、m=4、基本単位量uを1とすると、式(27)から明らかなように、回転角計算値θ(m)’は、次式(66)のように表される。

Figure 2012237633
したがって、回転角計算値θ(m)’を求めるために、式(37)、式(65)、式(27)、式(36)、をn=2,3,4に対して適用し、係数R,R,Rを順次計算する。 Assuming that the number of rotation axes nmax is 4, m = 4, and the basic unit amount u is 1, the rotation angle calculated value θ 1 (m 3 ) ′ is expressed by the following equation (66) as is apparent from equation (27). It is expressed as
Figure 2012237633
Therefore, in order to obtain the rotation angle calculation value θ 1 (m 3 ) ′, the expressions (37), (65), (27), and (36) are applied to n = 2, 3, and 4. The coefficients R 0 , R 1 and R 2 are calculated sequentially.

係数R,R,Rを算出するための手順は、以下のとおりである。図12のフローチャートに示されるように、まず、回転軸数nmax(以下の例では、4)が設定され、カウンタ値nに2が設定される(ステップ121)。カウンタ値nが2のとき、角度検出値p,pから、式(39)により周期信号値S(m)が算出される(ステップ122)。次に、その周期信号S(m)に対応する係数Rを式(65)により求める(ステップ123)。係数Rは、次の回転角計算値を算出する際に使用するために、メモリに格納される。係数Rが求められると、その係数Rからカウンタ値nが2のときの回転角計算値θ(m)’が式(50)により算出され、メモリに格納される(ステップ124)。次に、カウンタ値nを1だけ増加せ、nmaxより大きくなる場合、回転角計算値を求める計算は終了し、そうでない場合、ステップ126に進む(ステップ125)。算出された回転角計算値θ(m)’は、式(50)における角度検出値p以外の項(この場合は、R×mの項)には検出誤差は含まれていないので、その算出された回転角計算値θ(m)’に対応する角度補正値p’が式(36)によって求められ、メモリに格納される(ステップ126)。この角度補正値p’は、次の回転角計算値θ(m)’を算出する際に使用される。回転軸数nが3,4に対しても以上のステップを繰り返し実行して、係数R,Rを順次求める。最終的に、回転角計算値θ(m)’が算出され(ステップ124)、本フローは終了する(ステップ125)。以上は、回転軸数が4の場合における回転角計算値を計算する各ステップを概略したが、回転軸数が4を超える場合に対しても同様の処理が繰り返され、係数R〜Rn−2を順次求め、最終的に回転角計算値θ(mn−1)’を計算する。以下、上述した各ステップをさらに詳細に説明する。 The procedure for calculating the coefficients R 0 , R 1 , R 2 is as follows. As shown in the flowchart of FIG. 12, first, the number of rotation axes nmax (4 in the following example) is set, and 2 is set to the counter value n (step 121). When the counter value n is 2, the periodic signal value S (m 1 ) is calculated from the detected angle values p 1 and p 2 according to the equation (39) (step 122). Next, a coefficient R 0 corresponding to the periodic signal S (m 1 ) is obtained by the equation (65) (step 123). The coefficient R 0 is stored in the memory for use in calculating the next rotation angle calculation value. When the coefficient R 0 is obtained, the rotation angle calculated value θ 1 (m 1 ) ′ when the counter value n is 2 is calculated from the coefficient R 0 by the expression (50) and stored in the memory (step 124). . Next, when the counter value n is incremented by 1 and becomes larger than nmax, the calculation for calculating the rotation angle calculation ends, otherwise, the process proceeds to step 126 (step 125). The calculated rotation angle calculated value θ 1 (m 1 ) ′ includes a detection error in terms other than the angle detection value p 1 in this equation (50) (in this case, the term R 0 × m 0 ). Therefore, the angle correction value p 2 ′ corresponding to the calculated rotation angle calculated value θ 1 (m 1 ) ′ is obtained by the equation (36) and stored in the memory (step 126). This angle correction value p 2 ′ is used when calculating the next rotation angle calculation value θ 1 (m 2 ) ′. The above steps are repeatedly executed for the number of rotation axes n of 3 and 4, and the coefficients R 1 and R 2 are sequentially obtained. Finally, the calculated rotation angle value θ 1 (m 3 ) ′ is calculated (step 124), and this flow ends (step 125). The above outlines the steps for calculating the rotation angle calculation value when the number of rotation axes is 4, but the same processing is repeated for the case where the number of rotation axes exceeds 4, and the coefficients R 0 to R n are calculated. -2 are sequentially obtained, and finally a rotation angle calculation value θ 1 (m n-1 ) ′ is calculated. Hereinafter, each step described above will be described in more detail.

最初に、回転軸数nmaxを4に設定し、カウンタ値nを2とする(ステップ121)。このとき周期信号S(m)は、次式(67)にp=0.550、p=0.925を代入すると、以下の計算により周期信号S(m)の値は、0.475となる(ステップ122)。

Figure 2012237633
ここで、k,kは、1である。 First, the rotation axis number nmax is set to 4 and the counter value n is set to 2 (step 121). At this time, if the periodic signal S (m 1 ) is substituted by p 1 = 0.550 and p 2 = 0.925 in the following equation (67), the value of the periodic signal S (m 1 ) is 0 by the following calculation. .475 (step 122).
Figure 2012237633
Here, k 1 and k 2 are 1.

次に、係数Rは、次式(68)にS(m)=0.475、m=4、θ(m)’=p=0.550を代入すると、以下の計算により係数Rは、1となる(ステップ123)。

Figure 2012237633
この係数Rは、最終的に求める回転角検出値を算出するときに使用するためにメモリに格納される。 Next, the coefficient R 0 is obtained by substituting S (m 1 ) = 0.475, m = 4, θ 1 (m 0 ) ′ = p 1 = 0.550 into the following equation (68) by the following calculation: The coefficient R0 is 1 (step 123).
Figure 2012237633
This coefficient R 0 is stored in the memory for use when calculating the rotation angle detection value finally obtained.

が求められると、回転角計算値θ(m)’は、式(50)から次式(69)のように求められる(ステップ124)。

Figure 2012237633
When R 0 is obtained, the rotation angle calculated value θ 1 (m 1 ) ′ is obtained from the equation (50) as the following equation (69) (step 124).
Figure 2012237633

カウンタ値nを1だけ増加させ、そのカウンタ値nが4に達していない場合、次のステップに進む(ステップ125)。ステップ126では、この回転角計算値θ(m)’に対応する第2回転軸の角度補正値p’が式(36)によって求められる(ステップ126)。

Figure 2012237633
この角度補正値p’は、カウンタ値nが3の場合の係数Rを求める際に使用される。 When the counter value n is incremented by 1 and the counter value n has not reached 4, the process proceeds to the next step (step 125). In step 126, an angle correction value p 2 ′ of the second rotation axis corresponding to the calculated rotation angle value θ 1 (m 1 ) ′ is obtained by equation (36) (step 126).
Figure 2012237633
The angle correction value p 2 ′ is used when obtaining the coefficient R 1 when the counter value n is 3.

次に、処理フローは、ステップ126からステップ122に戻り、上述と同様の処理が繰り返される。すなわち、カウンタ値nが3のとき、周期関数S(m)は、式(37)から次のように求められる(ステップ122)。

Figure 2012237633
ここで、k=1,k=2,k=1である。 Next, the processing flow returns from step 126 to step 122, and the same processing as described above is repeated. That is, when the counter value n is 3, the periodic function S (m 2 ) is obtained from the equation (37) as follows (step 122).
Figure 2012237633
Here, k 1 = 1, k 2 = 2 and k 3 = 1.

また、係数Rは、式(65)にS(m)=0.370、m=4、θ(m)’=1.55を代入することにより算出される。以下の計算のように、係数Rは、1となる(ステップ123)。

Figure 2012237633
The coefficient R 1 is calculated by substituting S (m 2 ) = 0.370, m = 4, and θ 1 (m 1 ) ′ = 1.55 into the equation (65). As in the following calculation, the coefficient R 1 is 1 (step 123).
Figure 2012237633

が求められると、回転角計算値θ(m)’は、式(51)から次式のように求められる(ステップ124)。

Figure 2012237633
When R 1 is obtained, the rotation angle calculated value θ 1 (m 2 ) ′ is obtained from the equation (51) as the following equation (step 124).
Figure 2012237633

この回転角計算値θ(m)’に対応する第3回転軸の角度補正値p’は、式(36)から次のように求められ、メモリに記憶される(ステップ126)。この角度補正値p’は、カウンタ値nが4の場合の係数Rを求める際に使用される。

Figure 2012237633
The angle correction value p 3 ′ of the third rotation axis corresponding to this rotation angle calculated value θ 1 (m 2 ) ′ is obtained from the equation (36) as follows and stored in the memory (step 126). This angle correction value p 3 ′ is used when obtaining the coefficient R 2 when the counter value n is 4.
Figure 2012237633

次に、回転軸数nが4のとき、周期関数S(m)は、式(37)から次のように求められる(ステップ122)。

Figure 2012237633
ここで、k=1,k=3,k=3,k=1である。 Next, when the number of rotation axes n is 4, the periodic function S (m 3 ) is obtained from the equation (37) as follows (step 122).
Figure 2012237633
Here, k 1 = 1, k 2 = 3, k 3 = 3, k 4 = 1.

また、係数Rは、式(65)にS(m)=0.91、m=4、θ(m)’=5.55を代入することにより算出される。以下の計算により係数Rは、3となる(ステップ123)。

Figure 2012237633
The coefficient R 2 is calculated by substituting S (m 3 ) = 0.91, m = 4, and θ 1 (m 2 ) ′ = 5.55 into the equation (65). Coefficient R 2 by the following calculation is three (step 123).
Figure 2012237633

が求められると、回転角計算値θ(m)’は、式(52)から次のように求められる(ステップ124)。

Figure 2012237633
When R 2 is obtained, the calculated rotation angle θ 1 (m 3 ) ′ is obtained from the equation (52) as follows (step 124).
Figure 2012237633

カウンタ値nは、4であるので、回転角計算値を求める処理は終了する(ステップ125)。以上の計算から、第1回転軸の回転角計算値θ(m)’が53.55と算出された。上記段落0088において述べているように、第1回転軸の回転角が53.5(rev)であることを前提として計算しているので、計算結果である回転角計算値θ(m)’の誤差は、第1回転軸の角度検出値に与えた0.05のみであり、第2回転軸以降の角度検出器の検出誤差は累積されていない。 Since the counter value n is 4, the process for obtaining the rotation angle calculation value ends (step 125). From the above calculation, the rotation angle calculated value θ 1 (m 3 ) ′ of the first rotating shaft was calculated as 53.55. As described in paragraph 0088 above, since the calculation is based on the assumption that the rotation angle of the first rotation axis is 53.5 (rev), the calculated rotation angle θ 1 (m 3 ) as the calculation result. The error of 'is only 0.05 given to the angle detection value of the first rotation axis, and the detection errors of the angle detectors after the second rotation axis are not accumulated.

次に、式(27)における係数R〜Rn−2を求める別の計算方法を説明する。本方法は、各回転軸の角度検出値pおよび式(27)で求められる多回転回転角計算値θ(mn−1)’から求められた各回転軸の補正された角度補正値p’(式(36)を求め、角度検出値pと角度補正値p’とがほぼ等しいことを前提に、角度補正値p’が角度検出値pに最も近似するように係数R〜Rn−2を決定する方法である。 Next, another calculation method for obtaining the coefficients R 0 to R n−2 in Expression (27) will be described. The method corrected angle correction value of each rotating axis calculated from the rotation axis of the angle detection value p n and equation (27) multiple rotations obtained by the rotation angle calculated value θ 1 (m n-1) ' p n 'calculated (formula (36), the angle detection value p n and angle correction value p n' on the assumption that a is approximately equal to the angle correction value p n 'is closest to the detected angle value p n This is a method for determining the coefficients R 0 to R n-2 .

第1回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’は、式(27)で表されるように第1回転軸の角度検出値pと第1回転軸の多回転回転数との和で数学的に表現することができることは、上述したとおりである。式(36)中の回転角計算値θ(mn−1)’に式(27)を代入すると、角度補正値p’は、次式(74)で表すことができる。また、角度補正値p’は、角度検出値pに近似する。

Figure 2012237633
なお、上式(74)における剰余計算中の右の括弧内は、式(27)の回転角計算値θ(mn−1)に相当する。 The rotation angle calculated value θ 1 (m n−1 ) ′ of the first rotation axis is expressed by the equation (27), and the angle detection value p 1 of the first rotation axis and the multi-rotation rotation speed of the first rotation axis. As described above, it can be expressed mathematically by the sum of. If the equation (27) is substituted into the calculated rotation angle value θ 1 (m n−1 ) ′ in the equation (36), the angle correction value p n ′ can be expressed by the following equation (74). The angle correction value p n 'approximates a detected angle value p n.
Figure 2012237633
The right parenthesis in the remainder calculation in the above equation (74) corresponds to the calculated rotation angle θ 1 (m n−1 ) in equation (27).

上記式(74)において、角度検出値pは、各回転軸に取り付けられた角度検出器によって検出された1回転内の角度であり、係数R〜Rn−2は、0およびm−1を含む0からm−1の整数であるので、角度検出値pに最も近似するように係数R〜Rn−2を適切に選択することにより、角度補正値p’を決定することができる。例えば、第2回転軸の角度補正値p’は角度検出値pから次のように決めることができる。すなわち、式(74)から、角度補正値計算式は、

Figure 2012237633
と表され、この角度補正計算式の計算結果が角度検出値pに最も近くになるように0≦R<mである整数の係数Rを適切に選択すればよい。このように決定した係数Rを式(74)に代入することにより、角度補正値p’が求められる。このようにして、nを2からnmaxまで繰り返して、係数R〜Rnmax−2を決定し、式(27)に代入することにより、最終的に第1回転軸の多回転回転角計算値θ(mnmax−1)’を求めることができる。 In the above equation (74), the angle detection value pn is an angle within one rotation detected by an angle detector attached to each rotation shaft, and the coefficients R 0 to R n−2 are 0 and m−. Since it is an integer from 0 to m-1, including 1, the angle correction value pn 'is determined by appropriately selecting the coefficients R0 to Rn -2 so as to approximate the detected angle value pn most closely. be able to. For example, the angle correction value p 2 ′ of the second rotation axis can be determined from the detected angle value p 2 as follows. That is, from the equation (74), the angle correction value calculation formula is
Figure 2012237633
The integer coefficient R 0 satisfying 0 ≦ R 0 <m may be appropriately selected so that the calculation result of the angle correction calculation formula is closest to the detected angle value p 2 . The angle correction value p 2 ′ is obtained by substituting the coefficient R 0 determined in this way into the equation (74). In this way, by repeating n from 2 to nmax, the coefficients R 0 to R nmax−2 are determined and substituted into the equation (27), thereby finally calculating the multi-rotation rotation angle of the first rotation axis. θ 1 (m nmax−1 ) ′ can be obtained.

次に、式(74)から係数R〜Rnmax−2を計算する方程式を以下求める。式(74)に式(53)で表される変形を代入すると、角度補正値p’は、次式(75)の角度補正値計算式で表される。

Figure 2012237633
Next, an equation for calculating the coefficients R 0 to R nmax−2 is obtained from the equation (74). When the deformation represented by the equation (53) is substituted into the equation (74), the angle correction value p n ′ is represented by an angle correction value calculation formula of the following equation (75).
Figure 2012237633

さらに式(75)内を展開すると、角度補正値p’は、次式(76)のように表される。

Figure 2012237633
Further expanding the expression (75), the angle correction value p n ′ is expressed as the following expression (76).
Figure 2012237633

さらに式(76)を変形すると、角度補正値p’は、次式(77)のように表される。

Figure 2012237633
Further transforming the equation (76), the angle correction value p n ′ is expressed as the following equation (77).
Figure 2012237633

剰余演算において、除数を整数倍した数値を加減算しても、剰余演算の結果は、影響されないので、その数値が剰余演算から除かれる。すなわち、bを整数とすると、y=mod(a+b×c,c)=mod(a,c)の関係が成立する。したがって、式(77)において、Rn−2,mm−2は、共に自然数であるので、−1×Rn−2×mm−2×uの項が削除される。その結果、式(77)は、次式(78)のように変形される。

Figure 2012237633
In addition, even if a numerical value obtained by multiplying a divisor by an integer is added or subtracted in the remainder operation, the result of the remainder operation is not affected, and the numerical value is removed from the remainder operation. That is, when b is an integer, the relationship y = mod (a + b × c, c) = mod (a, c) is established. Therefore, in the equation (77), since R n−2 and m m−2 are both natural numbers, the term of −1 × R n−2 × m m−2 × u is deleted. As a result, the equation (77) is transformed into the following equation (78).
Figure 2012237633

角度検出値pは、角度補正値p’とほぼ等しいので、角度検出値pは、次式(79)のように表される。

Figure 2012237633
Since the detected angle value pn is substantially equal to the corrected angle value pn ′, the detected angle value pn is expressed by the following equation (79).
Figure 2012237633

上式(79)のように、角度検出値pと係数Rn−2との関係が導き出されたので、剰余演算の定義に従って、以下のように係数Rn−2を求めることが可能になる。一般に、a±bをcで除したときの余りyを求める剰余演算は、y=mod(a±b,c)と表わされるから、数式a±b=n×c+yが成立する。ここで、nは整数であり、yは0≦y<cである。aを右辺へ移動すると、上記数式は、±b=n×c+y−aとなる。この数式の両辺をcで除したときの余りを求める剰余演算は、mod(±b,c)=mod(n×c+y−a,c)と表現することができる。段落0112で説明されるように、括弧内のn×cの項を削除することができるので、上式は、mod(±b,c)=mod(y−a,c)に整理することができる。ここで、bが0≦b<cである場合、b=mod(±(y−a),c)が成立する。この関係を利用して、式(79)から係数Rn−2を求める式は、以下に示されるように導き出される。 As in the above equation (79), since the relationship between the detected angle value p n and the coefficient R n-2 is derived, as defined by the remainder operation, as can be determined coefficient R n-2 as follows Become. In general, the remainder calculation for obtaining the remainder y when a ± b is divided by c is expressed as y = mod (a ± b, c), and therefore the mathematical formula a ± b = n × c + y is established. Here, n is an integer and y is 0 ≦ y <c. When a is moved to the right side, the above formula becomes ± b = n × c + ya. The remainder calculation for calculating the remainder when both sides of this formula are divided by c can be expressed as mod (± b, c) = mod (n × c + y−a, c). As explained in paragraph 0112, the n × c term in parentheses can be deleted, so the above equation can be rearranged as mod (± b, c) = mod (ya, c). it can. Here, when b is 0 ≦ b <c, b = mod (± (ya), c) is established. Using this relationship, an equation for obtaining the coefficient R n−2 from Equation (79) is derived as shown below.

式(79)中の係数Rn−2は、段落0065で説明されるように、0≦Rn−2<mであるので、0≦(1/m)×Rn−2×u<uが成立する。したがって、定式(79)において、p’をy、(−(m±1)/m)n−1×θ(mn−2)’をa,(1/m)×Rn−2×uをb、uをcと捉えると、上述のように、mod(±b,c)=mod(y−a,c)は、bが0≦b<cである場合、b=mod(±(y−a),c)として演算することができる。すなわち、式(79)の剰余演算内の(1/m)×Rn−2×uは、次式(80)で求められる。

Figure 2012237633
The coefficient R n−2 in equation (79) is 0 ≦ R n−2 <m, as described in paragraph 0065, so that 0 ≦ (1 / m) × R n−2 × u <u Is established. Therefore, in Formula (79), p n ′ is y, (− (m ± 1) / m) n−1 × θ 1 (m n−2 ) ′ is a, (1 / m) × R n−2 Assuming that x u is b and u is c, as described above, mod (± b, c) = mod (y−a, c) is such that when b is 0 ≦ b <c, b = mod ( It can be calculated as ± (y−a), c). That is, (1 / m) × R n−2 × u in the remainder calculation of Expression (79) is obtained by the following Expression (80).
Figure 2012237633

剰余演算において、mod(a,c)×b=mod(a×b,c×b)が成立するので、上式(80)の右辺は、さらに次式(81)のように変形することができる。

Figure 2012237633
係数Rn−2は、式(81)によって求められるが、係数Rn−2は整数であるので、上式(81)の演算結果を四捨五入する。その整数化は、次式(82)に示されるように、演算結果に0.5を加え、剰余演算によって桁上がり処理を行なうことにより達成できる。なお、INT(X)は、Xの小数点以下を切り捨てる演算子である。
Figure 2012237633
In the remainder calculation, mod (a, c) × b = mod (a × b, c × b) is established, so that the right side of the above equation (80) can be further transformed as the following equation (81). it can.
Figure 2012237633
The coefficient R n−2 is obtained by the equation (81). Since the coefficient R n−2 is an integer, the calculation result of the above equation (81) is rounded off. The integerization can be achieved by adding 0.5 to the operation result and performing a carry process by a remainder operation, as shown in the following equation (82). Note that INT (X) is an operator that truncates the decimal part of X.
Figure 2012237633

実際には、mod(mod(a,c)+b,c)=mod(a+b,c)が成立するので、式(82)は、次式(83)のように変形され、剰余演算が1回削減することができる。

Figure 2012237633
Actually, mod (mod (a, c) + b, c) = mod (a + b, c) is established, so that the equation (82) is transformed into the following equation (83), and the remainder operation is performed once. Can be reduced.
Figure 2012237633

さて、上式(83)によって、係数Rn−2を算出する計算式が得られたので、実施例1と同様な各回転軸の検出値(段落0091)を用いて、式(83)からR,R,Rを求め、それらを式(27)に代入して、第1回転軸の回転角計算値θ(m)’を算出する。以下の計算例では、基本単位数u=1000、各回転軸の検出値p=550,p=925,p=144,p=480とする。 Now, since the calculation formula for calculating the coefficient R n−2 is obtained by the above formula (83), from the formula (83) using the detected values (paragraph 0091) of the respective rotary shafts as in the first embodiment. R 0 , R 1 , and R 2 are obtained and substituted into Equation (27) to calculate the calculated rotation angle θ 1 (m 3 ) ′ of the first rotation axis. In the following calculation example, the basic unit number u = 1000, the detection values p 1 = 550, p 2 = 925, p 3 = 144, and p 4 = 480 of each rotation axis.

係数R,R,Rを算出するための手順は、以下のとおりである。図13のフローチャートに示されるように、まず、回転軸数nmax(以下の例では、4)が設定され、カウンタ値nに2が設定される(ステップ131)。カウンタ値nが2のとき、回転角計算値θ(m)’(=p)および角度検出値pが式(83)に代入され、係数Rが算出され、その係数Rを次の回転角計算値を算出する際に使用するために、メモリに格納される(ステップ132)。係数Rが求められると、角度検出値pおよび係数Rが式(27)に代入され、回転角計算値θ1( ’が算出され、メモリに格納される(ステップ133)。次に、カウンタ値nを1だけ増加させ、ステップ132に戻る(ステップ134)。以上の計算処理がカウンタ値n=3,4に対しても繰り返し実行され、係数R,Rが求められる。最終的に、回転角計算値θ(m)’が算出される(ステップ133)。カウンタ値nがnmaxより大きい場合、回転角計算値を求める計算は終了する(ステップ134)。以上は、回転軸数が4の場合の各ステップを概略したが、回転軸数が4を超える場合に対しても同様の処理が繰り返され、係数R〜Rn−2を順次求め、最終的に第1回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’を計算する。以下、上述した各ステップをさらに詳細に説明する。 The procedure for calculating the coefficients R 0 , R 1 , R 2 is as follows. As shown in the flowchart of FIG. 13, first, the number of rotation axes nmax (4 in the following example) is set, and the counter value n is set to 2 (step 131). When the counter value n is 2, the rotation angle calculation value θ 1 (m 0 ) ′ (= p 1 ) and the angle detection value p 2 are substituted into the equation (83), the coefficient R 0 is calculated, and the coefficient R 0 Is stored in the memory for use in calculating the next calculated rotation angle (step 132). When the coefficient R 0 is obtained, the detected angle value p 1 and the coefficient R 0 are substituted into the equation (27), and the rotation angle calculated value θ 1 ( m 1 ) ′ is calculated and stored in the memory (step 133). . Next, the counter value n is incremented by 1, and the process returns to step 132 (step 134). The above calculation process is repeatedly executed for the counter values n = 3 and 4, and the coefficients R 1 and R 2 are obtained. Finally, the rotation angle calculated value θ 1 (m 3 ) ′ is calculated (step 133). When the counter value n is larger than nmax, the calculation for calculating the rotation angle calculation ends (step 134). The above outlines each step when the number of rotation axes is 4, but the same processing is repeated for the case where the number of rotation axes exceeds 4, and the coefficients R 0 to R n−2 are sequentially obtained, and finally Thus, the rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ of the first rotation axis is calculated. Hereinafter, each step described above will be described in more detail.

最初に、回転軸数nmaxを4に設定し、カウンタ値nを2とする(ステップ131)。式(83)にn=2を代入すると、係数Rは、次式(84)により求められる(ステップ132)。

Figure 2012237633
さらに、回転軸間の歯車は減速すると想定し、p=925、θ(m)’=550(=p)、m=4、u=1000を上式(84)に代入すると、次式(85)となる。
Figure 2012237633
算出された係数Rは、後続の処理のためにメモリに格納される。 First, the number of rotation axes nmax is set to 4, and the counter value n is set to 2 (step 131). Substituting n = 2 into the equation (83), the coefficient R0 is obtained by the following equation (84) (step 132).
Figure 2012237633
Furthermore, assuming that the gear between the rotating shafts decelerates, substituting p 2 = 925, θ 1 (m 0 ) ′ = 550 (= p 1 ), m = 4, u = 1000 into the above equation (84), The following equation (85) is obtained.
Figure 2012237633
The calculated coefficient R 0 is stored in the memory for subsequent processing.

次に、回転角計算値θ(m)’は、式(50)から

Figure 2012237633
と表されるので、式(86)にp=550,R=1,m=4、u=1000を代入すると、回転角計算値θ(m)’は、次式のように計算される、メモリに格納される(ステップ133)。
Figure 2012237633
Next, the rotation angle calculated value θ 1 (m 1 ) ′ is calculated from the equation (50).
Figure 2012237633
Therefore, when p 1 = 550, R 0 = 1, m = 4, and u = 1000 are substituted into the equation (86), the rotation angle calculated value θ 1 (m 1 ) ′ is expressed by the following equation: Calculated and stored in memory (step 133).
Figure 2012237633

次に、カウンタ値nを1だけ増加させ(n=3)、処理はステップ132に戻る(ステップ134)。式(83)にn=3を代入すると、係数Rは次式(87)によって求められる(ステップ132)。

Figure 2012237633
さらに、上式にp=144、θ(m)’=1550、m=4、u=1000を代入すると、係数Rは次式(88)によって求められる(ステップ132)。
Figure 2012237633
係数Rは1となり、その値は後続の処理のためにメモリに格納される(ステップ132)。 Next, the counter value n is incremented by 1 (n = 3), and the process returns to step 132 (step 134). Substituting n = 3 into the equation (83), the coefficient R 1 is obtained by the following equation (87) (step 132).
Figure 2012237633
Further, when p 3 = 144, θ 1 (m 1 ) ′ = 1550, m = 4, and u = 1000 are substituted into the above equation, the coefficient R 1 is obtained by the following equation (88) (step 132).
Figure 2012237633
The coefficient R 1 becomes 1, and the value is stored in the memory for subsequent processing (step 132).

また、回転角計算値θ(m)’は、式(51)から

Figure 2012237633
と表されるので、式(89)にθ(m)’=1550,R=1,m=4、u=1000を代入すると、回転角計算値θ(m)’は、次式のように計算される(ステップ133)。
Figure 2012237633
Further, the calculated rotation angle value θ 1 (m 2 ) ′ is calculated from the equation (51).
Figure 2012237633
Therefore, substituting θ 1 (m 1 ) ′ = 1550, R 1 = 1, m = 4, and u = 1000 into Equation (89), the rotation angle calculated value θ 1 (m 2 ) ′ is It is calculated as follows (step 133).
Figure 2012237633

次に、カウンタ値nを1だけ増加させ(n=4)、処理はステップ132に戻る(ステップ134)。式(83)にn=4を代入すると、係数Rは次式(90)によって求められる。

Figure 2012237633
さらに、上式にp=480、θ(m)’=5550、m=4、u=1000を代入すると、係数Rは次式(91)によって求められる(ステップ132)。
Figure 2012237633
係数Rは3となり、その値は後続の処理のためにメモリに格納される(ステップ132) Next, the counter value n is incremented by 1 (n = 4), and the process returns to step 132 (step 134). Substituting n = 4 in formula (83), the coefficient R 2 is determined by the following equation (90).
Figure 2012237633
Furthermore, when p 4 = 480, θ 1 (m 2 ) ′ = 5550, m = 4, and u = 1000 are substituted into the above equation, the coefficient R 2 is obtained by the following equation (91) (step 132).
Figure 2012237633
Coefficient R 2 is 3, and the value is stored in memory for subsequent processing (step 132)

また、θ(m)’は、式(52)から

Figure 2012237633
と表されるので、式(92)にθ(m)’=5550,R=3,m=4、u=1000を代入すると、回転角計算値θ(m)’は、次式のように計算される(ステップ133)。
Figure 2012237633
この結果、実施例2における方法によって計算された第1回転軸の回転角計算値θ(m)’は、53550(基本単位量u=1000)となる。この回転角計算値は、実施例1において求めた第1回転軸の回転角計算値θ(m)’=53.55(基本単位量u=1)と同等である。 Further, θ 1 (m 3 ) ′ is calculated from the equation (52).
Figure 2012237633
Therefore, if θ 1 (m 2 ) ′ = 5550, R 2 = 3, m = 4, and u = 1000 are substituted into Equation (92), the calculated rotation angle θ 1 (m 3 ) ′ is It is calculated as follows (step 133).
Figure 2012237633
As a result, the rotation angle calculated value θ 1 (m 3 ) ′ of the first rotating shaft calculated by the method in Embodiment 2 is 53550 (basic unit amount u = 1000). This rotation angle calculation value is equivalent to the rotation angle calculation value θ 1 (m 3 ) ′ = 53.55 (basic unit amount u = 1) obtained in the first embodiment.

図14は、本発明の第3の実施例に係る回転角検出装置の伝達機構140の構成ブロック図である。この伝達機構140は、図1に示される伝達機構10を並列に設けた伝達機構であり、第1系列の歯車機構141および第2系列の歯車機構142によって形成される。モータ143のモータ回転軸144に取り付けられた歯車144aは、第1回転軸145に取り付けられた歯車145aに噛み合わされ、モータ回転軸144と第1回転軸145の歯車比は1:Nである。図1に示される実施例では、第1回転軸145は、第1,2系列の歯車機構141,142の共通する歯車機構であるが、必ずしも共通する必要はない。   FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the transmission mechanism 140 of the rotation angle detection device according to the third embodiment of the present invention. This transmission mechanism 140 is a transmission mechanism in which the transmission mechanism 10 shown in FIG. 1 is provided in parallel, and is formed by a first-line gear mechanism 141 and a second-line gear mechanism 142. The gear 144a attached to the motor rotation shaft 144 of the motor 143 is meshed with the gear 145a attached to the first rotation shaft 145, and the gear ratio between the motor rotation shaft 144 and the first rotation shaft 145 is 1: N. In the embodiment shown in FIG. 1, the first rotating shaft 145 is a gear mechanism that is common to the first and second series gear mechanisms 141 and 142, but is not necessarily common.

第1系列の歯車機構141は、第1回転軸145から第2、3回転軸146,147へモータの回転を伝達する。第1回転軸145の歯車145bは、第2回転軸146の歯車146aと噛み合い、さらに第2回転軸146の歯車146cは、第3回転軸147の歯車147aと噛み合う。第1〜第3回転軸の回転角度は、角度検出器S1〜S3によってそれぞれ検出される。第1系列の歯車機構141の噛み合わされた歯車の変速比は、(m±1)/mに設定される。 The first series gear mechanism 141 transmits the rotation of the motor from the first rotating shaft 145 to the second and third rotating shafts 146 and 147. The gear 145b of the first rotating shaft 145 meshes with the gear 146a of the second rotating shaft 146, and the gear 146c of the second rotating shaft 146 meshes with the gear 147a of the third rotating shaft 147. The rotation angles of the first to third rotation shafts are detected by angle detectors S1 to S3, respectively. The gear ratio of the meshed gears of the first series gear mechanism 141 is set to (m 1 ± 1) / m 1 .

第2系列の歯車機構142は、図示されるように第4、5回転軸148,149に歯車148a,148b,149aが取り付けられ、モータ143の回転は、第1回転軸145の歯車145cから歯車148a,148bを経由して歯車149aに伝達される。第1、2回転軸の回転角度は、角度検出器S3,S4によってそれぞれ検出される。第2系列の歯車機構142の噛み合わされた歯車の変速比は、(m±1)/mに設定される。 As shown, the second series gear mechanism 142 has gears 148a, 148b, 149a attached to the fourth and fifth rotary shafts 148, 149, and the motor 143 rotates from the gear 145c of the first rotary shaft 145 to the gears. It is transmitted to the gear 149a via 148a and 148b. The rotation angles of the first and second rotation shafts are detected by angle detectors S3 and S4, respectively. The gear ratio of the meshed gears of the second gear mechanism 142 is set to (m 2 ± 1) / m 2 .

モータ143の回転は、歯車144aおよび歯車145aを介して1/Nに減速され、第1回転軸145に伝達される。第1回転軸145の回転は、歯車145bから第1系列の歯車機構141へ、また歯車145cから第2系列の歯車機構142へ伝達される。第1系列の歯車機構141の角度検出器S1〜S3、および第2系列の歯車機構142の角度検出器S1,S4,S5によって検出された角度検出値に基づいて求められる周期信号は、第1実施例において説明された周期信号の算出方法と同じである。各系列で求められた周期が互いに素である場合、それらの周期の最小公倍数の周期の回転数を検出することができることは特許文献2,3に記載されているとおりである。したがって、例えば、第1,2系列の周期信号がそれぞれC,C周期であると、C,Cの最小公倍数の周期信号を生成することにより、その最小公倍数の多回転検出が可能となる。 The rotation of the motor 143 is decelerated to 1 / N via the gear 144a and the gear 145a and transmitted to the first rotating shaft 145. The rotation of the first rotating shaft 145 is transmitted from the gear 145b to the first series gear mechanism 141 and from the gear 145c to the second series gear mechanism 142. The periodic signals obtained based on the angle detection values detected by the angle detectors S1 to S3 of the first series gear mechanism 141 and the angle detectors S1, S4, and S5 of the second series gear mechanism 142 are: This is the same as the periodic signal calculation method described in the embodiment. As described in Patent Documents 2 and 3, when the periods obtained in each series are relatively prime, the number of rotations of the least common multiple of these periods can be detected. Therefore, for example, if the periodic signals of the first and second series have C 1 and C 2 periods, respectively, the rotation signal of the least common multiple can be detected by generating the periodic signal of the least common multiple of C 1 and C 2. It becomes.

図14の伝達機構140において、mを15、mを16とし、Nを10とすると、伝達機構140が検出することのできる多回転回転数は、次のとおりとなる。すなわち、第1系列の歯車機構141および第2系列の歯車機構142は、3段の回転軸により形成されているので、段落0038に記載されているように、それぞれm =225周期,m =256周期の周期信号を作成することができる。それらの周期は互いに素であるので、それらの最小公倍数は、225周期×256周期=57,600周期となる。さらに、第1回転軸145はモータ回転軸144に対して1/10に減速されているので、モータ回転軸の検出可能な多回転検出範囲は、その10倍である576,000回転となる。 In the transmission mechanism 140 of FIG. 14, when m 1 is 15, m 2 is 16, and N is 10, the multi-rotation rotational speed that can be detected by the transmission mechanism 140 is as follows. That is, since the first series gear mechanism 141 and the second series gear mechanism 142 are formed by three stages of rotating shafts, as described in paragraph 0038, m 1 2 = 225 periods, m A periodic signal of 2 2 = 256 periods can be created. Since their periods are relatively prime, their least common multiple is 225 periods × 256 periods = 57,600 periods. Further, since the first rotation shaft 145 is decelerated to 1/10 with respect to the motor rotation shaft 144, the multi-rotation detection range that can be detected by the motor rotation shaft is 106,000 times 576,000 rotations.

以上のように、上記第3実施例では、第1実施例の伝達機構を並列に設け、しかも並列に設けた各伝達機構から求められる回転数の検出範囲あるいは周期信号の周期を互いに素とすることにより、回転角検出装置の多回転検出範囲を容易に拡大することができる。また、上記第3実施例は、2つの並列な伝達機構を設けるが、さらに並列な伝達機構を設けることにより、より広い多回転回転角検出範囲を有する回転角検出装置を実現することができる。   As described above, in the third embodiment, the transmission mechanism of the first embodiment is provided in parallel, and the rotation speed detection range or the period of the periodic signal obtained from each transmission mechanism provided in parallel is relatively prime. Thus, the multi-rotation detection range of the rotation angle detection device can be easily expanded. Moreover, although the said 3rd Example provides two parallel transmission mechanisms, it can implement | achieve the rotation angle detection apparatus which has a wider multi-rotation rotation angle detection range by providing a parallel transmission mechanism further.

なお、上記実施例では、第1回転軸の角度検出器として光学式エンコーダが、第2回転軸から第4回転軸の角度検出器としてMR素子を使ったMR回転角センサが使用されているが、本発明を実施するためには、角度検出器のタイプに制限されるものではない。また、伝達手段として、ギアが使用されているが、回転角を変速する手段は、ギアに限定されるものではなく、ベルト、チェーン、トラクションドライブなどの変速機を含む。さらに、上述した(m±1)/mは、変速比を意味しており、実施例では伝達手段としてギアを用いて説明しているので、m,m±1はギアの歯数に対応しているが、必ずしもギアの歯数に限定されるものではない。   In the above embodiment, an optical encoder is used as the angle detector for the first rotation shaft, and an MR rotation angle sensor using an MR element is used as the angle detector for the second to fourth rotation shafts. In order to implement the present invention, the present invention is not limited to the type of angle detector. Further, although a gear is used as the transmission means, the means for changing the rotation angle is not limited to the gear, and includes a transmission such as a belt, a chain, and a traction drive. Further, (m ± 1) / m mentioned above means a gear ratio, and in the embodiment, the gear is used as the transmission means, so m and m ± 1 correspond to the number of gear teeth. However, the number of gear teeth is not necessarily limited.

また、上記本実施例では、回転角を検出するための基本単位量をu=1(REV)
あるいはu=1000(Pulse/REV)の例を示したが、各回転軸の基本単位量を揃えている限り、u=360(°)やその他どのような単位量を使用してもよい。
In the present embodiment, the basic unit amount for detecting the rotation angle is u = 1 (REV).
Alternatively, although an example of u = 1000 (Pulse / REV) has been shown, u = 360 (°) or any other unit amount may be used as long as the basic unit amounts of the respective rotation axes are aligned.

さらに、上記本実施例では、軸倍角1Xの検出器を使った場合の例を示したが、軸倍角nXの検出器(回転軸が1回転すると、n周期の信号を出力する)を使った場合でも同様に多回転回転角の計算が可能である。その場合、多回転回転角の検出範囲は1/nとなる。なお、軸倍角の異なる検出器を使用しても、基本単位量を合わせる計算処理を行なえば、軸倍角の異なる検出器を用いても多回転回転角を計算することができる。   Furthermore, in the present embodiment, an example in which a detector with a shaft angle multiplier of 1X is used is shown. However, a detector with a shaft angle multiplier of nX (when the rotating shaft makes one revolution, an n-cycle signal is output) is used. Even in this case, it is possible to calculate the multi-rotation rotation angle in the same manner. In that case, the detection range of the multi-rotation rotation angle is 1 / n. Even if detectors with different shaft angle multipliers are used, a multi-rotation rotation angle can be calculated even if detectors with different shaft angle multipliers are used if calculation processing for matching the basic unit amounts is performed.

11〜15,23〜26,73〜75 回転軸
11a,12a,12b,13a,13b,14a,14b,23a,24a,24b,25a,25b,26a,26b,73a,74a,74b,75a ギア
21,71 モータ
22 光学式アブソリュート・エンコーダ
28,82 信号処理回路
29a,29b,29c 磁石
30a,30b,30c MR回転角センサ
S1〜Sn 角度検出器

11-15, 23-26, 73-75 Rotating shaft 11a, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 23a, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b, 73a, 74a, 74b, 75a Gear 21 , 71 Motor 22 Optical absolute encoder 28, 82 Signal processing circuits 29a, 29b, 29c Magnets 30a, 30b, 30c MR rotation angle sensors S1 to Sn angle detectors

Claims (20)

第1回転軸から第nmax回転軸へ回転を伝達する伝達機構であって、前記第1回転軸の回転角θに対して、数値nmax及びmは3以上の整数であり、かつ数値nが1≦n≦nmaxであるとすると、第n回転軸の回転角θは、
Figure 2012237633
の関係を満たす、前記伝達機構、および、前記第1回転軸から前記第nmax回転軸の1回転内の角度検出値p〜pnmaxを検出する角度検出器を有する多回転アブソリュート回転角検出装置において、第1回転軸の多回転アブソリュート回転角を計算する方法は、
(1)前記角度検出器によって第n回転軸の1回転内の前記角度検出値pを検出する段階と、
(2)回転角計算値θ(mn−2)’および前記角度検出値pから係数Rn−2を決定する段階と、
(3)前記決定された係数Rn−2を回転角計算式、
Figure 2012237633
に代入して回転角計算値θ(mn−1)’を求める段階と、
からなる回転角を計算する段階を、前記数値nを2からnmaxまで繰り返すことにより、係数Rから係数Rnmax−2までの値を順次決定し、第1回転軸の多回転アブソリュート回転角計算値θ(mnmax−1)’を求める段階を含み、
ここで、係数R〜Rnmax−2は0およびm−1を含む0からm−1の整数、uは基本単位量、および回転角計算値θ(m)’は第1回転軸の角度検出値pである、
ことを特徴とする多回転アブソリュート回転角を計算する方法。
A transmission mechanism for transmitting rotation from a first rotation axis to an nmax rotation axis, wherein the numerical values nmax and m are integers of 3 or more with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation shaft, and the numerical value n is If 1 ≦ n ≦ nmax, the rotation angle θ n of the n-th rotation axis is
Figure 2012237633
Satisfies the relationship, the transmission mechanism, and a multi-rotation absolute rotational angle detecting device having an angle detector for detecting an angle detected value p 1 ~p nmax within one revolution of the first nmax rotating shaft from said first rotary shaft In the method of calculating the multi-rotation absolute rotation angle of the first rotation axis,
(1) detecting the angle detection value p n in one rotation of the first n rotation axis by the angle detector,
(2) determining a coefficient R n-2 from the rotation angle calculated value θ 1 (m n-2) ' and the detected angle value p n,
(3) Using the determined coefficient R n−2 as a rotation angle calculation formula,
Figure 2012237633
Substituting for the rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′,
The step of calculating the rotation angle consisting of is repeated from the numerical value n from 2 to nmax, thereby sequentially determining values from the coefficient R 0 to the coefficient R nmax-2, and calculating the multi-rotation absolute rotation angle of the first rotation axis. Determining a value θ 1 (m nmax−1 ) ′;
Here, the coefficients R 0 to R nmax-2 are integers from 0 to m−1 including 0 and m−1, u is the basic unit amount, and the calculated rotation angle θ 1 (m 0 ) ′ is the first rotation axis. The detected angle value p 1 of
A method of calculating a multi-rotation absolute rotation angle characterized by:
前記係数Rn−2を決定する段階は、
n軸の検出値より求められる周期信号S(mn−1)を、
Figure 2012237633
により求める段階であって、k,k,・・・kは、(x+1)n−1の展開式k×x+k×x+k×x・・・kn−1におけるxのn−1次項の係数であり、mod(x,a)は、xをaで割ったときの余りを求める剰余演算であり、Jは、隣接する回転軸間の変速比が−(m−1)/mのとき、J=1であり、前記変速比が−(m+1)/mのとき、J=−1である符号調整項である、段階と、
前記第n回転軸の周期信号S(mn−1)にmn−1を乗じて、回転角検出値θ(mn−1)を求める段階と、
第n回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’を求める前記回転角計算式の計算結果が前記回転角検出値θ(mn−1)に近似する係数Rn−2を決定する段階と、からなり、
前記第n回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’は、前記決定された係数Rn−2を前記回転角計算式に代入して求められ、また、
角度補正値p’は、前記求められた回転角計算値θ(mn−1)’を、
Figure 2012237633
に代入して求められる、
ことを特徴とする請求項1記載の多回転アブソリュート回転角を計算する方法。
Determining the coefficient R n-2 includes:
The periodic signal S (m n−1 ) obtained from the detected value of the n axis is
Figure 2012237633
K 1 , k 2 ,..., K n is an expansion expression k 1 × x 0 + k 2 × x 1 + k 3 × x 2 ... K n x of (x + 1) n−1. n−1 is a coefficient of the n−1 order term of x at n−1, mod (x, a) is a remainder operation for obtaining a remainder when x is divided by a, and J is a gear ratio between adjacent rotating shafts. Is a sign adjustment term in which J = 1 when J is − (m−1) / m and J = −1 when the gear ratio is − (m + 1) / m;
Multiplying the periodic signal S (m n-1 ) of the n- th rotation axis by m n-1 to obtain a rotation angle detection value θ 1 (m n-1 );
Coefficient R n−2 where the calculation result of the rotation angle calculation formula for obtaining the rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ of the n- th rotation axis approximates the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ). And the stage of determining
The calculated rotation angle θ 1 (m n−1 ) ′ of the n- th rotation axis is obtained by substituting the determined coefficient R n−2 into the rotation angle calculation formula,
The angle correction value p n ′ is obtained by calculating the calculated rotation angle θ 1 (m n−1 ) ′.
Figure 2012237633
Calculated by substituting
The method of calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 1.
前記係数Rn−2を決定する段階は、
Figure 2012237633
の計算結果に最も近似した整数を決定する段階を含む、
ことを特徴とする請求項1または2記載の多回転アブソリュート回転角計算値を計算する方法。
Determining the coefficient R n-2 includes:
Figure 2012237633
Including the step of determining an integer that most closely approximates the result of
3. The method of calculating a multi-rotation absolute rotation angle calculation value according to claim 1 or 2.
前記係数Rn−2を決定する段階は、
Figure 2012237633
を演算する段階を含み、INT(x)は、数値xの小数点以下を切り捨てる演算である、
ことを特徴とする請求項2記載の多回転アブソリュート回転角を計算する方法。
Determining the coefficient R n-2 includes:
Figure 2012237633
INT (x) is an operation for rounding down the decimal point of the numerical value x.
3. The method of calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 2.
前記伝達機構と並列に設けられた複数の伝達機構をさらに含み、前記伝達機構および前記複数の伝達機構の角度検出器によって検出された角度検出値に基づいて多回転アブソリュート回転角を計算する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の方法。   A step of calculating a multi-rotation absolute rotation angle based on an angle detection value detected by an angle detector of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms, further comprising a plurality of transmission mechanisms provided in parallel with the transmission mechanism; The method of claim 1 further comprising: 前記伝達機構と並列に設けられた複数の伝達機構をさらに含み、前記伝達機構および前記複数の伝達機構の角度検出器によって検出された角度検出値に基づいて前記周期信号を計算する段階をさらに含むことを特徴とする請求項2記載の方法。   The method further includes a plurality of transmission mechanisms provided in parallel with the transmission mechanism, and further comprising calculating the periodic signal based on an angle detection value detected by an angle detector of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms. The method according to claim 2. 前記伝達機構および前記複数の伝達機構から求められた前記周期信号の周期は、互いに素であることを特徴とする請求項6記載の方法。   The method according to claim 6, wherein periods of the periodic signals obtained from the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms are disjoint. 前記伝達機構および前記複数の伝達機構の第1回転軸は、同一の回転軸であることを特徴とする請求項5ないし7記載の方法。   The method according to claim 5, wherein the first rotation shaft of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms is the same rotation shaft. 第1回転軸から第nmax回転軸へ回転を伝達する伝達機構であって、前記第1回転軸の回転角θに対して、数値nmax及びmは3以上の整数であり、かつ数値nが1≦n≦nmaxであるとすると、第n回転軸の回転角θは、
Figure 2012237633
の関係を満たす、前記伝達機構と、
前記第1回転軸から前記第nmax回転軸の1回転内の角度検出値p〜pnmaxを検出する角度検出器と、
前記角度検出値p〜pnmaxに基づいて、第1回転軸の多回転アブソリュート回転角計算値θ(mnmax−1)’を計算する演算装置と、からなり、
前記演算装置は、
回転角計算値θ(mn−2)’および第n回転軸の角度検出値pから係数Rn−2を決定し、前記決定された係数Rn−2に基づいて回転角計算値θ(mn−1)’を回転角計算式、
Figure 2012237633
によって計算し、数値nを2からnmaxまで繰り返すことにより、係数Rから係数Rnmax−2までの値を順次決定し、第1回転軸の多回転アブソリュート回転角計算値θ(mnmax−1)’を求め、ここで、係数R〜Rnmax−2は0およびm−1を含む0からm−1の整数、uは基本単位量、および回転角計算値θ(m)’は前記第1回転軸の角度検出値pである、
ことを特徴とする多回転アブソリュート回転角を計算する装置。
A transmission mechanism for transmitting rotation from a first rotation axis to an nmax rotation axis, wherein the numerical values nmax and m are integers of 3 or more with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation shaft, and the numerical value n is If 1 ≦ n ≦ nmax, the rotation angle θ n of the n-th rotation axis is
Figure 2012237633
Satisfying the relationship:
An angle detector for detecting angle detection values p 1 to p nmax within one rotation of the nmax rotation shaft from the first rotation shaft;
An arithmetic device that calculates a multi-rotation absolute rotation angle calculation value θ 1 (m nmax−1 ) ′ of the first rotation axis based on the detected angle values p 1 to p nmax ;
The arithmetic unit is:
A coefficient R n-2 is determined from the calculated rotation angle value θ 1 (m n−2 ) ′ and the detected angle value pn of the n- th rotation axis, and the calculated rotation angle value based on the determined coefficient R n−2. θ 1 (m n−1 ) ′ is a rotation angle calculation formula,
Figure 2012237633
By repeating the numerical value n from 2 to nmax, the values from the coefficient R 0 to the coefficient R nmax−2 are sequentially determined, and the multi-rotation absolute rotation angle calculated value θ 1 (m nmax− 1 ) ′, where the coefficients R 0 to R nmax−2 are integers from 0 to m−1 including 0 and m−1, u is the basic unit amount, and the calculated rotation angle θ 1 (m 0 ) 'Is the detected angle value p 1 of the first rotation axis.
A device for calculating a multi-rotation absolute rotation angle.
前記演算装置は、
n軸の検出値より求められる周期信号S(mn−1)を、
Figure 2012237633
により求める周期信号S(mn−1)を演算する手段であって、k,k,・・・kは、(x+1)n−1の展開式k×x+k×x+k×x・・・kn−1におけるxのn−1次項の係数であり、mod(x,a)は、xをaで割ったときの余りを求める剰余演算であり、Jは、隣接する回転軸間の変速比が−(m−1)/mのとき、J=1であり、前記変速比が−(m+1)/mのとき、J=−1とする符号調整項である、周期信号を演算する手段と、
前記第n回転軸の周期信号S(mn−1)にmn−1を乗じて、回転角検出値θ1(n−1 を求める手段と、
第n回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’を求める前記回転角計算式の計算結果が前記回転角検出値θ(mn−1)’に近似する係数Rn−2を決定する手段と、
前記決定された係数Rn−2を前記回転角計算式に代入して、第n回転軸の回転角計算値θ(mn−1)’を求める手段と、
前記求められた回転角計算値θ(mn−1)’を、
Figure 2012237633
に代入して、角度補正値p’を求める手段と、
を含むことを特徴とする請求項9記載の多回転アブソリュート回転角を計算する装置。
The arithmetic unit is:
The periodic signal S (m n−1 ) obtained from the detected value of the n axis is
Figure 2012237633
And means for calculating a periodic signal S (m n-1) determined by, k 1, k 2, ··· k n is, (x + 1) expansions of n-1 k 1 × x 0 + k 2 × x 1 + k 3 × x 2 ... K n x n−1 is the coefficient of the (n−1) th-order term of x, and mod (x, a) is a remainder operation for calculating the remainder when x is divided by a. , J is a sign that J = 1 when the gear ratio between adjacent rotating shafts is − (m−1) / m, and J = −1 when the gear ratio is − (m + 1) / m. Means for calculating a periodic signal, which is an adjustment term;
Means for multiplying the periodic signal S (m n-1 ) of the n- th rotation axis by m n-1 to obtain a rotation angle detection value θ 1 ( m n-1 ) ;
Coefficient R n− that the calculation result of the rotation angle calculation formula for calculating the rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ of the n- th rotation axis approximates the rotation angle detection value θ 1 (m n−1 ) ′. Means for determining 2 ;
Means for substituting the determined coefficient R n−2 into the rotation angle calculation formula to obtain a rotation angle calculation value θ 1 (m n−1 ) ′ of the n- th rotation axis;
The calculated rotation angle calculated value θ 1 (m n−1 ) ′ is
Figure 2012237633
Substituting into, means for obtaining the angle correction value p n ′,
The apparatus for calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 9, comprising:
前記係数Rn−2を決定する手段は、
Figure 2012237633
の計算結果に最も近似した整数を決定する段階を含む、
を含むことを特徴とする請求項9または10記載の多回転アブソリュート回転角を計算する装置。
The means for determining the coefficient R n-2 is:
Figure 2012237633
Including the step of determining an integer that most closely approximates the result of
The apparatus for calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 9 or 10, characterized by comprising:
前記係数Rn−2を決定する手段は、
Figure 2012237633
を演算することにより前記係数Rn−2を決定し、
ここで、INT(x)は、数値xの小数点以下を切り捨てる演算であることを特徴とする請求項10記載の多回転アブソリュート回転角を計算する装置。
The means for determining the coefficient R n-2 is:
Figure 2012237633
The coefficient R n−2 is determined by calculating
11. The apparatus for calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 10, wherein INT (x) is an operation for rounding down the decimal point of the numerical value x.
前記伝達機構と並列に設けられた複数の伝達機構をさらに含み、前記伝達機構および前記複数の伝達機構の角度検出器によって検出された角度検出値に基づいて多回転アブソリュート回転角を計算することを特徴とする請求項9記載の多回転アブソリュート回転角を計算する装置。   A plurality of transmission mechanisms provided in parallel with the transmission mechanism; and calculating a multi-rotation absolute rotation angle based on an angle detection value detected by an angle detector of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms. The apparatus for calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 9. 前記伝達機構と並列に設けられた複数の伝達機構をさらに含み、前記伝達機構および前記複数の伝達機構の角度検出器によって検出された角度検出値に基づいて前記周期信号を計算することを特徴とする請求項10記載の多回転アブソリュート回転角を計算する装置。   And further comprising a plurality of transmission mechanisms provided in parallel with the transmission mechanism, wherein the periodic signal is calculated based on an angle detection value detected by an angle detector of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms. The apparatus for calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 10. 前記伝達機構および前記複数の伝達機構から求められた前記周期信号の周期は、互いに素であることを特徴とする請求項14記載の多回転アブソリュート回転角を計算する装置。   15. The apparatus for calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 14, wherein the periods of the periodic signals obtained from the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms are relatively prime. 前記伝達機構および前記複数の伝達機構の第1回転軸は、同一の回転軸であることを特徴とする請求項13ないし15記載の多回転アブソリュート回転角を計算する装置。   16. The apparatus for calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 13, wherein the first rotation shafts of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms are the same rotation shaft. 第1回転軸から第nmax回転軸へ回転を伝達する伝達機構であって、前記第1回転軸の回転角θに対して、数値nmax及びmは3以上の整数であり、かつ数値nが1≦n≦nmaxであるとすると、第n回転軸の回転角θは、
Figure 2012237633
の関係を満たす、前記伝達機構、および、前記第1回転軸から前記第nmax回転軸の1回転内の角度検出値p〜pnmaxを検出する角度検出器を有する多回転アブソリュート回転角検出装置において、第1回転軸の多回転アブソリュート回転角計算値θ(mnmax−1)’を計算する方法は、
前記角度検出器によって前記第1回転軸から前記第nmax回転軸の1回転内の前記角度検出値p〜pnmaxを検出する段階と、
係数Rから係数Rnmax−2までの値を決定する段階であって、第n回転軸の回転角補正値p’から係数Rn−2を決定し、前記決定された係数Rn−2は、次式の角度補正値計算式で求められる角度補正値p’が第n回転軸の角度検出値pに最も近似するように決定され、
Figure 2012237633
前記角度補正値計算式において数値nを2からnmaxまで繰り返すことにより、前記係数Rから係数Rnmax−2までの値を順次決定する段階と、
前記決定された係数R〜Rnmax−2を回転角計算式、
Figure 2012237633
に代入して第1回転軸の多回転アブソリュート回転角計算値θ(mnmax−1)’を求める段階であって、係数R〜Rnmax−2は0およびm−1を含む0からm−1の整数、uは基本単位量、および角度補正値p’は第1回転軸の角度検出値pである、段階と、
から構成されることを特徴とする多回転アブソリュート回転角を計算する方法。
A transmission mechanism for transmitting rotation from a first rotation axis to an nmax rotation axis, wherein the numerical values nmax and m are integers of 3 or more with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation shaft, and the numerical value n is If 1 ≦ n ≦ nmax, the rotation angle θ n of the n-th rotation axis is
Figure 2012237633
Satisfies the relationship, the transmission mechanism, and a multi-rotation absolute rotational angle detecting device having an angle detector for detecting an angle detected value p 1 ~p nmax within one revolution of the first nmax rotating shaft from said first rotary shaft The method of calculating the multi-rotation absolute rotation angle calculated value θ 1 (m nmax−1 ) ′ of the first rotation axis is as follows:
And detecting the detected angle value p 1 ~p nmax within one revolution of the first nmax rotary shaft from the first rotation axis by the angle detector,
A step of determining values from a coefficient R 0 to a coefficient R nmax−2 , determining a coefficient R n−2 from a rotation angle correction value p n ′ of the n-th rotation axis, and determining the determined coefficient R n− 2 is determined so that the angle correction value pn ′ obtained by the following equation for calculating the angle correction value is closest to the detected angle value pn of the n- th rotation axis,
Figure 2012237633
Sequentially determining values from the coefficient R0 to the coefficient Rnmax-2 by repeating the numerical value n from 2 to nmax in the angle correction value calculation formula;
The determined coefficients R0 to Rnmax-2 are calculated as a rotation angle calculation formula,
Figure 2012237633
To calculate a multi-rotation absolute rotation angle calculated value θ 1 (m nmax−1 ) ′ of the first rotation axis, and coefficients R 0 to R nmax−2 are from 0 including 0 and m−1. an integer of m−1, u is a basic unit quantity, and an angle correction value p 1 ′ is an angle detection value p 1 of the first rotation axis;
A method of calculating a multi-rotation absolute rotation angle characterized by comprising:
前記係数Rn−2を決定する段階は、
Figure 2012237633
の計算結果に最も近似した整数を決定する段階を含む、
ことを特徴とする請求項17記載の多回転アブソリュート回転角を計算する方法。
Determining the coefficient R n-2 includes:
Figure 2012237633
Including the step of determining an integer that most closely approximates the result of
The method of calculating a multi-rotation absolute rotation angle according to claim 17.
前記伝達機構と並列に設けられた複数の伝達機構をさらに含み、前記伝達機構および前記複数の伝達機構の角度検出器によって検出された角度検出値に基づいて多回転アブソリュート回転角を計算する段階をさらに含むことを特徴とする請求項17記載の方法。   A step of calculating a multi-rotation absolute rotation angle based on an angle detection value detected by an angle detector of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms, further comprising a plurality of transmission mechanisms provided in parallel with the transmission mechanism; The method of claim 17, further comprising: 前記伝達機構および前記複数の伝達機構の第1回転軸は、同一の回転軸であることを特徴とする請求項17ないし19記載の方法。

20. The method according to claim 17, wherein the first rotation shaft of the transmission mechanism and the plurality of transmission mechanisms are the same rotation shaft.

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