JP2012247234A

JP2012247234A - 原点位置検出機構

Info

Publication number: JP2012247234A
Application number: JP2011117515A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Ito; 正治伊藤
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】本発明は、入力軸と出力軸との間に減速ギア機構を設けると共に、入力軸側と出力軸側に設けたホール素子からの各原点検出信号を用いて出力軸の原点位置を検出することを目的とする。
【解決手段】本発明による原点位置検出機構は、第１原点位置(11a)を検出した第１ホール素子(11)からの第１原点検出信号(11A)と第２原点位置(12a)を検出した前記第２ホール素子(12)からの第２原点検出信号(12A)とのＡＮＤ信号(20)によって出力軸(4)の第２原点位置(12a)を検出する構成である。
【選択図】図２

Description

本発明は、原点位置検出機構に関し、特に、入力軸と出力軸との間に減速ギア機構を設けると共に、入力軸側と出力軸側に設けたホール素子からの各原点検出信号を用いて出力軸の原点位置を検出するための新規な改良に関する。

従来、用いられていた原点位置検出機構としては、例えば、空間安定装置のジンバルの駆動機構として、特許文献１に開示されているように、各軸を駆動するモータにはステップモータを用い、さらに、特許文献２に示されるように、サーボモータにホール素子を配置することにより、原点位置を検出するジンバルの駆動機構が採用されていた。

特開平１０−２１３４３８号公報特開平１１−３３２２８２号公報

従来のジンバル機構は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献１のように、ジンバル機構の各軸にステップモータを採用した場合、パルス制御でステップモータを制御するため、原点検出は比較的容易であるが、ステップモータ自体が重くかつ高価であるため、大型のジンバルしか採用が困難であった。

また、特許文献２のように構成されたホール素子付きのサーボモータを採用した場合、原点位置にホール素子を１個配置することにより位置検出していたため、温度変化などによるホール素子のヒステリシスの影響で原点検出位置がずれていた。
このため、原点の位置精度が必要なシステムでは、レゾルバ等の絶対角度センサを併用する必要があり、形状増大、さらには、大幅なコストアップとなっていた。

本発明による原点位置検出機構は、入力軸と出力軸との間に設けられた減速ギア機構と、前記入力軸側に配置され前記入力軸の第１原点位置を検出するための第１ホール素子と、前記出力軸側に配置され前記出力軸の第２原点位置を検出するための第２ホール素子と、を備え、前記第２原点位置を検出した前記第２ホール素子からの第２原点検出信号と前記第１原点位置を検出した前記第１ホール素子からの第１原点検出信号とのＡＮＤ信号によって、前記出力軸の第２原点位置を検出する構成であり、また、前記入力軸はモータ軸よりなる構成であり、また、前記出力軸の両側には、前記出力軸の正回転側停止位置を検出するための正側リミットセンサ、及び、前記出力軸の負回転側停止位置を検出するための負側リミットセンサが配置されている構成であり、また、前記入力軸と出力軸は、ジンバルの軸に用いられる構成である。

本発明による原点位置検出機構は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、入力軸と出力軸との間に設けられた減速ギア機構と、前記入力軸側に配置され前記入力軸の第１原点位置を検出するための第１ホール素子と、前記出力軸側に配置され前記出力軸の第２原点位置を検出するための第２ホール素子と、を備え、前記第２原点位置を検出した前記第２ホール素子からの第２原点検出信号と前記第１原点位置を検出した前記第１ホール素子からの第１原点検出信号とのＡＮＤ信号によって、前記出力軸の第２原点位置を検出することにより、従来のレゾルバ等の絶対位置センサを使用することなく、ホール素子の追加のみで高精度な原点位置検出を行うことができる。
また、前記入力軸はモータ軸よりなることにより、ジンバル等の軸部の小型化ができる。
また、前記出力軸の両側には、前記出力軸の正回転側停止位置を検出するための正側リミットセンサ、及び、前記出力軸の負回転側停止位置を検出するための負側リミットセンサが配置されていることにより、出力軸の回動範囲を容易に規定することができる。
また、前記入力軸と出力軸は、ジンバルの軸に用いられることにより、ジンバルを小型で安価な構成とすることができる。

本発明による原点位置検出機構を示す斜視構成図である。図１の原点位置検出機構の動作説明図である。図２の原点位置検出機構の動作波形図である。図１のモータに用いるプリント基板を示す斜視図である。図２の原点位置検出機構の動作を示すシーケンス図である。図５の他の形態のシーケンス図である。図５の他の形態のシーケンス図である。図５の他の形態のシーケンス図である。

本発明は、入力軸と出力軸との間に減速ギア機構を設けると共に、入力軸側と出力軸側に設けたホール素子からの各原点検出信号を用いて出力軸の原点位置を検出するようにした原点位置検出機構を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による原点位置検出機構の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において符号１で示されるものはモータ２の入力軸であり、この入力軸１の先端は、減速ギア機構３に接続されている。
前記減速ギア機構３の出力軸４には、ジンバル軸又はアンテナ等の被駆動体が接続されている。
尚、前記入力軸１と出力軸４とは、１００対１のギア比で結合されている。

図２は、図１の原点位置検出機構１０の各部を分解して示す構成であり、前記モータ２には、入力軸１のマグネット（図示せず）が設けられた第１原点位置１１ａを検出するための第１ホール素子１１が配設され、この第１ホール素子１１からは第１原点位置１１ａを示す第１原点検出信号１１Ａが出力されるように構成されている。

前記モータ２の入力軸１の先端に接続された前記減速ギア機構３の出力軸４は、一例として、前記入力軸１が１００回転した時に１回転するように構成され、出力軸４の原点位置であるマグネット（図示せず）を用いた第２原点位置１２ａを検出するための第２ホール素子１２が減速ギア機構３に配設され、この第２ホール素子１２からは第２原点位置１２ａを示す第２原点検出信号１２Ａが出力されるように構成されている。

前記減速ギア機構３には、前記出力軸４の正側＋と負側−に正回転側停止位置Ｐ_１と負回転側停止位置Ｐ_２が設定されており、前記正回転側停止位置Ｐ_１には正側リミットセンサＬＳ１が設けられ、前記負回転側停止位置Ｐ_２には負側リミットセンサＬＳ２が出力軸４のマグネット（図示せず）を検出するように設けられている。

本発明では、ジンバルの駆動系に原点位置検出機構１０を適用した場合を示しており、出力軸４側に設けられた１個の第２ホール素子１２のみでは、この第２ホール素子１２の立上り又は立下り位置のばらつき幅が０．６６度あり、設計目標とする位置精度である０．２度幅（＋−０．１度）に入らないことが確認できているため、前記入力側である入力軸１にも第１ホール素子１１を配置して第１原点検出信号１１Ａを使用することによって、前述の設計目標を達成している。

次に、前述の構成において、マグネット（図示せず）を有する前記入力軸１を回転させて出力軸４の原点位置を検出する場合について説明する。
図３は本発明の原点位置検出機構の動作を示す波形図であり、前記入力軸１を回転させ、前記負側リミットセンサＬＳ２（−）から正側リミットセンサＬＳ１（＋）の方向へ出力軸４を減速ギア機構３を介して回転させてサーチする状態で、入力軸１側の原点位置ずれ幅は、温度試験の結果から１度以内で検出可能である。

従って、前記入力軸１の第１原点位置１１ａを示す第１原点検出信号１１Ａと前記出力軸４のマグネット（図示せず）を検出する第２原点位置１２ａを示す第２原点検出信号１２ＡのＡＮＤ信号２０の立上り２０ａを取ることで、出力軸４側では、減速ギア機構３のギア比１／１００を加味すると、０．０１度以内の精度で出力軸４の原点位置２０ｂを検出することができる。

図４において、前記各ホール素子１１，１２等の位置は、前記入力軸１及び出力軸４の位置等を考慮すると、プリント基板３０は、図１のモータ２と減速ギア機構３との間で、かつ、プリント基板３０の中心孔３１内に前記モータ２の中空軸からなる入力軸１が貫通して外部に突出している。
尚、前述の入力軸１は、図１及び図２では模式図であるため、単なる棒状に表現してあるが、実際には中空状に形成されて前記出力軸４との結合又は他の部材との結合ができるように構成されている。

前記プリント基板３０に設けられた複数のホール素子は、各軸１，４のマグネット（図示せず）を検出できるように、図２に示す第１、第２ホール素子１１，１２及び各リミットセンサＬＳ１（＋）及びＬＳ２（−）が設けられ、第１ホール素子１１はモータ２側に位置し、第２ホール素子１２は減速ギア機構３側に位置するため、各ホール素子１１，１２の長さが異なるように構成されている。
尚、前記各リミットセンサＬＳ１（＋）とＬＳ２（−）の外側には、図２の各停止位置Ｐ_１・Ｐ_２において、前記出力軸４の左右すなわち正負方向の回動位置を機械的に規則するためのメカニカルストッパからなる＋メカストッパ４０及び−メカストッパ４１が図５から図８で示されるように配設されている。

次に、本発明による原点位置検出機構１０の実際の原点位置の検出動作について説明する。
まず、出力軸４の第２原点位置１２ａの再現性を高めるため、原点復帰の初動は、必ず−方向へ移動するものとし、具体的な原点復帰手順は、初期位置の状態により、次の図５から図８で示される４形態について動作を行うように、ドライバ（図示せず）のソフトウェアを設定した。

図５に示す第１形態の場合、前記負側リミットセンサＬＳ２（−）がアクティブ状態において、点Ａから原点復帰を実行した場合、＋方向への移動パルスをモータ２に印加して、原点を＋方向へ抜け出て、反転し、−方向へ移動パルスをモータ２に印加して図１の出力軸４の原点位置２０ｂに入り出力軸４は停止する。

図６に示す第２形態の場合、前記出力軸４が点Ｂから原点復帰を実行した場合、−方向に移動して負側リミットセンサＬＳ２（−）を検出し、その後、＋方向への移動パルスをモータ２へ印加して原点を検出し、＋方向へ抜け出て反転し、再び−方向へ移動して原点位置２０ｂに入り、出力軸４は停止する。

図７に示す第３形態の場合、前記出力軸４が点Ｃから原点復帰を実行した場合、＋方向へ抜け出て反転し、−方向へ移動して原点位置２０ｂに入り、出力軸４は停止する。

図８に示す第４形態の場合、前記出力軸４が点Ｄ１，Ｄ２から原点復帰を実行した場合、−方向へ移動して原点位置２０ｂに入り、出力軸４は停止する。

前述の図１の原点位置検出機構１０及びドライバ（図示せず）を組合わせ、原点位置検出機構１０単体にて作動確認を行った。
その確認結果を表１の第１表に示す。

目標仕様値である原点センサとしての第２ホール素子１２の検出位置精度は、モータ２の入力側角度で判断することにより、前述のように、＋−０．１度以内の値になることが検証できた。
また、前記出力軸４の最大制御範囲に関しても、各リミットセンサＬＳ１（＋）とＬＳ２（−）の検出が＋−９０度以上の位置となることから＋−９０度の範囲を確保できることが検証できた。

本発明による原点位置検出機構は、モータによって駆動できるジンバル及びアンテナに限ることなく、ロボット等の回転駆動する機構の駆動に適用できる。

１入力軸
２モータ
３減速ギア機構
４出力軸
１０原点位置検出機構
１１第１ホール素子
１１ａ第１原点位置
１１Ａ第１原点検出信号
１２第２ホール素子
１２ａ第２原点位置
１２Ａ第２原点検出信号
Ｐ_１正回転側停止位置
Ｐ_２負回転側停止位置
ＬＳ１（＋）正側リミットセンサ
ＬＳ２（−）負側リミットセンサ
２０ＡＮＤ信号
２０ａ立上り
２０ｂ出力軸の原点位置
３０プリント基板
３１中心孔
４０＋メカストッパ
４１ −メカストッパ

Claims

入力軸(1)と出力軸(4)との間に設けられた減速ギア機構(3)と、前記入力軸(1)側に配置され前記入力軸(1)の第１原点位置(11a)を検出するための第１ホール素子(11)と、前記出力軸(4)側に配置され前記出力軸(4)の第２原点位置(12a)を検出するための第２ホール素子(12)と、を備え、
前記第２原点位置(12a)を検出した前記第２ホール素子(12)からの第２原点検出信号(12A)と前記第１原点位置(11a)を検出した前記第１ホール素子(11)からの第１原点検出信号(11A)とのＡＮＤ信号(20)によって、前記出力軸(4)の第２原点位置(12a)を検出することを特徴とする原点位置検出機構。
前記入力軸(1)はモータ軸よりなることを特徴とする請求項１記載の原点位置検出機構。
前記出力軸(4)の両側には、前記出力軸(4)の正回転側停止位置(P₁)を検出するための正側リミットセンサ(LS1(+))、及び、前記出力軸(4)の負回転側停止位置(P₂)を検出するための負側リミットセンサ(LS2(-))が配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の原点位置検出機構。
前記入力軸(1)と出力軸(4)は、ジンバルの軸に用いられることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の原点位置検出機構。