JP2020201783A - エンコーダおよびデータ送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で、通信周期の短縮化を図る手段を提供する。【解決手段】エンコーダ１０は、予め定められた周期で、測定対象の位置データを要求する要求信号を、測定対象を制御する制御装置１２から受信して、位置データを含んだ応答信号を制御装置１２に送信する。エンコーダ１０は、要求信号を受信する受信部１６と、測定対象の位置に応じたアナログ信号を生成する検出部２０と、アナログ信号に基づいて位置データを含んだ応答信号を生成する応答信号生成部２４と、応答信号を制御装置１２に送信する送信部１８と、を備え、応答信号生成部２４は、要求信号を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に送信部１８が応答信号を送信できるように応答信号を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、位置データを送信するエンコーダおよびデータ送信方法に関する。

下記特許文献１に示されるように、モータの回転角度等（位置）を検出するエンコーダと、当該エンコーダを制御するサーボアンプ等の制御装置との間のシリアル通信においては、制御装置が回転位置等を示す位置データを要求する要求信号を送信する。そして、エンコーダは、要求信号を受信すると、当該制御装置に位置データを含んだ応答信号を送信する。

特開２００８−９０８２５号公報

しかし、特許文献１のように同一の通信周期内で、制御装置とエンコーダとの間で、要求信号と応答信号とを送受信しようとする場合に、通信周期を短縮化しようとすると、高速な演算処理の実行が可能な、高価なＡ／Ｄ変換器等が必要になる。したがって、安価に通信周期を短縮できないという問題があった。

そこで、本発明は、安価な構成で、通信周期の短縮化が図れるエンコーダおよびデータ送信方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、予め定められた周期で、測定対象の位置データを要求する要求信号を、前記測定対象を制御する制御装置から受信して、前記位置データを含んだ応答信号を前記制御装置に送信するエンコーダであって、前記要求信号を受信する受信部と、前記測定対象の位置に応じたアナログ信号を生成する検出部と、前記アナログ信号に基づいて前記位置データを含んだ前記応答信号を生成する応答信号生成部と、前記応答信号を前記制御装置に送信する送信部と、を備え、前記応答信号生成部は、前記要求信号を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に前記送信部が前記応答信号を送信できるように前記応答信号を生成する。

本発明の第２の態様は、予め定められた周期で、測定対象の位置データを要求する要求信号を、前記測定対象を制御する制御装置から受信して、前記位置データを含んだ応答信号を前記制御装置に送信するエンコーダのデータ送信方法であって、前記要求信号を受信する受信ステップと、前記測定対象の位置に応じたアナログ信号を生成する検出ステップと、前記アナログ信号に基づいて前記位置データを含んだ前記応答信号を生成する応答信号生成ステップと、前記応答信号を前記制御装置に送信する送信ステップと、を含み、前記応答信号生成ステップは、前記要求信号を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に前記送信ステップが前記応答信号を送信できるように前記応答信号を生成する。

本発明によれば、安価な構成で、通信周期の短縮化が図れる。

実施の形態におけるエンコーダの構成図である。 制御装置とエンコーダとの間のデータのやりとりを説明する図である。 Ｎ＝１の場合のエンコーダのデータ通信方法を説明するための図である。 Ｎ＝２の場合のエンコーダのデータ通信方法を説明するための図である。 実施の形態のエンコーダによるデータ送信方法を説明するフローチャートである。 変形例２におけるエンコーダの構成図である。 従来のエンコーダのデータ通信方法を説明するための図である。

本発明に係るエンコーダおよびデータ送信方法について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

本願の実施の形態の説明に先立って、比較のため従来のエンコーダのデータ通信方法について説明する。図７は、従来のエンコーダのデータ通信方法を説明するための図である。従来のエンコーダにおいては、要求信号１００を受信した周期内に位置データを含んだ応答信号１０２を送信できるように応答信号１０２が生成されていた。すなわち、要求信号１００の受信に応じて生成されたトリガ信号１０４に基づいて、位置データを含んだ応答信号１０２が同一周期内に送信されていた。この場合、トリガ信号１０４の生成タイミングから応答信号１０２の送信タイミングまでの時間ｔｓは、周期Ｔを長くすれば大きくできるが、周期Ｔを短くすれば小さくする必要がある。周期Ｔを短くしても時間ｔｓの間に応答信号１０２を生成するためには、高速演算処理が可能な高価なＡ／Ｄ（Analog−to−Digital）変換器（Ａ／Ｄ変換部）等が必要であった。

［実施の形態］
図１は、実施の形態におけるエンコーダ１０の構成図である。図２は、制御装置１２とエンコーダ１０との間のデータのやりとりを説明する図である。

エンコーダ１０は、予め定められた通信周期毎に、モータ（図示せず）の位置データを要求する要求信号をサーボアンプ等の制御装置１２から受信して、測定対象の位置を算出し、算出されたモータの位置（例えば、回転位置等）を示す位置データを含んだ応答信号を制御装置１２に送信する。

エンコーダ１０は、受信部１６と、送信部１８と、検出部２０と、応答信号生成部２４と、を備える。

受信部１６は、制御装置１２からのシリアルデータである要求信号を受信する。送信部１８は、応答信号をシリアルデータとして制御装置１２に送信する。受信部１６および送信部１８は、例えば、カスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）等の集積回路、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ、および通信のための各種インターフェース回路等により構成することができる。集積回路が予め設計された電子回路に基づいて処理を実行し、またはプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムや各種情報を用いて処理を実行し、各種インターフェースを介することにより、受信部１６および送信部１８の各機能を実現する。

検出部２０は、測定対象であるモータの回転位置といった位置に応じたアナログ信号を生成する。検出部２０は、磁気抵抗素子や受光素子等の検出素子を含む検出回路である。

応答信号生成部２４は、検出部２０が生成するアナログ信号に基づいて位置データを含んだ応答信号を生成する。応答信号生成部２４は、Ａ／Ｄ変換部２６と、位置データ生成部２８と、信号生成部３０と、を備える。応答信号生成部２４は、例えば、カスタムＬＳＩ等の集積回路、ＣＰＵまたはＭＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭまたはＲＡＭ等のメモリ、およびアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等により構成することができる。集積回路が予め設計された電子回路に基づいて処理を実行し、またはプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムまたは各種情報を用いて処理を実行することにより、応答信号生成部２４の上記機能を実現する。

Ａ／Ｄ変換部２６は、モータの回転に伴い検出部２０が連続的に生成するアナログ信号をデジタル信号に変換して位置データ生成部２８に出力する。位置データ生成部２８は、Ａ／Ｄ変換部２６が出力したデジタル信号を補正することにより位置データを生成して信号生成部３０に出力する。信号生成部３０は、位置データ生成部２８が生成した位置データを含んだ応答信号を生成して送信部１８に出力する。

ここで、本実施の形態の応答信号生成部２４は、要求信号３２を受信した周期よりＮ周期後の周期に送信部１８が応答信号３４を送信できるように応答信号３４を生成する。Ｎは１以上の整数（自然数）である。本実施の形態ではＮ＝１として説明する。図３は、Ｎ＝１の場合のエンコーダ１０のデータ通信方法を説明するための図である。図３の横軸は時間ｔであり、一定の（通信）周期Ｔ毎に、制御装置１２とエンコーダ１０との間で送受信される要求信号３２、応答信号３４、および要求信号３２に基づいて受信部１６が生成するトリガ信号３６が示されている。制御装置１２は、モータの制御のために、周期Ｔ毎にエンコーダ１０へ位置データを要求する要求信号３２を送信し、これに応じてエンコーダ１０は応答信号３４を送信する。図３では、要求信号３２が受信される周期とそれに対応する応答信号３４が送信される周期は１周期ずれている。

より詳細には、受信部１６は、要求信号３２を受信すると受信したタイミングでトリガ信号３６を生成して、生成したトリガ信号３６をＡ／Ｄ変換部２６に送信する。図３に示すように、トリガ信号３６は受信部１６が要求信号３２を受信した周期と同じ周期内に生成される。そして、受信した要求信号３２に基づいたタイミングで生成されたトリガ信号３６が周期Ｔ毎に示されている。

そして、時刻ｔ１に生成されたトリガ信号３６に基づいて、Ａ／Ｄ変換部２６は、検出部２０によって生成されているアナログ信号をラッチして、デジタル信号に変換して出力する。位置データ生成部２８はこのデジタル信号から位置データを生成する。そして、信号生成部３０は上記位置データを含んだ応答信号３４を生成する。送信部１８は、時刻ｓにこの応答信号３４を制御装置１２にシリアルデータとして送信開始する。ここで、時刻ｓが含まれる周期は、時刻ｔ１が含まれる周期の１周期後になっている。ただし、時刻ｓは、時刻ｓが含まれる周期内に応答信号３４の送信が完了するタイミングである必要がある。

図３に示されるように、信号生成部３０は、位置データに加えて付随データおよびＣＲＣも含まれるように応答信号３４を生成する。付随データとしては、例えば、緊急性を要しないデータ、エンコーダ１０により常時取得されるデータ、位置データ生成部２８による位置データの生成処理の過程において得られるデータ等が挙げられる。ＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）は誤り検出符号である。なお、送信部１８がシリアルデータとして応答信号３４を送信する際、位置データと付随データの送信順は逆でもよい。

なお、Ｎ＝２の場合を簡単に説明する。図４は、Ｎ＝２の場合のエンコーダ１０のデータ通信方法を説明するための図である。図４の場合は、応答信号３４が制御装置１２にシリアルデータとして送信される時刻ｓが含まれる周期Ｔは、トリガ信号３６が生成された時刻ｔ２が含まれる周期Ｔの２周期後になっている。

ここで、１以上の値であるＮの値は予め設定されており、図示せぬ記憶部等に記憶されていてもよい。要求信号３２を受信した周期よりＮ周期後の周期に送信部１８が位置データを含んだ応答信号３４を送信できないとき、信号生成部３０は、異常信号を送信部１８に出力する。つまり、信号生成部３０は、時刻ｓまでに応答信号３４を生成できないとき、異常信号を送信部１８に出力する。そして、信号生成部３０から異常信号を受け取った送信部１８は、異常信号を制御装置１２に送信する。これにより、制御装置１２は、位置データを正常に取得できなかったことを把握することができる。具体的には、制御装置１２は、受信した応答信号３４に含まれる位置データの情報が無効であると判断すること等が可能になる。

以上説明したように、実施の形態のエンコーダ１０は、要求信号３２を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に、当該要求信号３２の受信に基づいて生成した位置データを含んだ応答信号３４を送信する。これにより、Ａ／Ｄ変換の処理時間および位置データの計算時間を含んだ応答信号３４を生成するために要する時間を延ばすことが可能になる。したがって、高速演算処理が可能なＡ／Ｄ変換器等を用いない安価な構成で、通信周期の短縮化を図ることができる。

図５は、実施の形態のエンコーダ１０によるデータ送信方法を説明するフローチャートである。

まず、受信部１６が制御装置１２からの要求信号３２を受信する（ステップＳ１）。

受信部１６は、要求信号３２を受信するとトリガ信号３６を生成し、トリガ信号３６を受信した応答信号生成部２４は応答信号３４の生成を開始する（ステップＳ２）。具体的には、生成されたトリガ信号３６に基づいて、Ａ／Ｄ変換部２６は、検出部２０によって生成されているアナログ信号をラッチして、デジタル信号に変換して出力する。そして、位置データ生成部２８はＡ／Ｄ変換部２６が出力したデジタル信号から位置データを生成して出力する。信号生成部３０は、位置データ生成部２８が生成した位置データを含んだ応答信号３４の生成を行う。ステップＳ２では、これら一連の動作を順次実行することが開始される。

そして、信号生成部３０は、現在の時刻が応答信号３４の送信開始のタイミングである時刻ｓを経過したか否かを判定する（ステップＳ３）。

時刻ｓを経過していないと判定された場合（ステップＳ３：ＮＯ）、信号生成部３０は、位置データ生成部２８が生成した位置データを含んだ応答信号３４の生成が完了したか否かを判定する（ステップＳ４）。応答信号３４の生成が完了していない場合（ステップＳ４：ＮＯ）、再びステップＳ３の判定を行う。

応答信号３４の生成が完了した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、要求信号３２が受信された周期よりＮ周期後の周期に含まれる時刻ｓに、送信部１８は、ステップＳ４で生成された応答信号３４をシリアルデータとして制御装置１２に送信する（ステップＳ５）。これで、要求信号３２の受信から応答信号３４の送信までの処理は終了する。

ステップＳ３において、時刻ｓを経過したと判定された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、信号生成部３０は、異常信号を送信部１８に出力し、送信部１８は、異常信号を制御装置１２に送信する（ステップＳ６）。これで、要求信号３２の受信からの処理は終了する。

図５の処理は、受信部１６が制御装置１２からの要求信号３２を受信する毎に実行される。

［変形例］
上記実施の形態は、以下のように変形してもよい。

（変形例１）
変形例１においては、応答信号３４は、上記実施の形態におけるＮ（Ｎ≧１）を示す情報をさらに含んでいる。具体的には、信号生成部３０は、応答信号３４の付随データにＮを示す情報を含ませる。これにより、制御装置１２は、Ｎの値と周期Ｔに基づいて、受信した位置データがどのくらい過去の情報であるかを把握できるので、位置データの補正等に利用することができる。

（変形例２）
図６は、変形例２におけるエンコーダ１０の構成図である。変形例２では、応答信号生成部２４が異常信号を生成したときは、予め設定されているＮの値を大きくする。図６の応答信号生成部２４は、図１の応答信号生成部２４に変更部４０が追加されている。図６の変更部４０以外の構成は図１と同様なので説明を省く。

変更部４０は、信号生成部３０が異常信号を出力したときに、設定されているＮの値を大きくするように変更する。これにより、位置データを含んだ応答信号３４を生成するために要する時間をさらに延長することができる。すなわち、要求信号３２を受信した周期より変更後のＮ周期後の周期に応答信号３４が送信可能となるように、信号生成部３０が応答信号３４を生成することができる。

（変形例３）
上記実施の形態および変形例１、２は、矛盾の生じない範囲で任意に組み合わされてもよい。

［実施の形態から得られる発明］
上記実施の形態から把握しうる発明について、以下に記載する。

（第１の発明）
エンコーダ（１０）は、予め定められた周期で、測定対象の位置データを要求する要求信号（３２）を、測定対象を制御する制御装置（１２）から受信して、位置データを含んだ応答信号（３４）を制御装置（１２）に送信する。エンコーダ（１０）は、要求信号（３２）を受信する受信部（１６）と、測定対象の位置に応じたアナログ信号を生成する検出部（２０）と、アナログ信号に基づいて位置データを含んだ応答信号（３４）を生成する応答信号生成部（２４）と、応答信号（３４）を制御装置（１２）に送信する送信部（１８）と、を備え、応答信号生成部（２４）は、要求信号（３２）を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に送信部（１８）が応答信号（３４）を送信できるように応答信号（３４）を生成する。

これにより、高速演算処理が可能なＡ／Ｄ変換器等を要さない安価な構成で、通信周期の短縮化を図ることができる。

応答信号生成部（２４）は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（２６）と、デジタル信号から位置データを生成する位置データ生成部（２８）と、位置データを含んだ応答信号（３４）を生成する信号生成部（３０）と、を備えてもよい。

応答信号（３４）は、Ｎを示す情報をさらに含んでもよい。これにより、制御装置（１２）は、Ｎの値と周期Ｔに基づいて、受信した位置データがどのくらい過去の情報であるかを把握できるので、位置データの補正等に利用することができる。

送信部（１８）は、要求信号（３２）を受信した周期よりＮ周期後の周期に位置データを含んだ応答信号（３４）を送信できない場合は、異常信号を制御装置（１２）に送信してもよい。これにより、制御装置（１２）は、位置データを正常に取得できなかったことを把握することができる。

エンコーダ（１０）は、応答信号生成部（２４）が異常信号を生成したときに、Ｎの値を大きくする変更部（４０）をさらに備えてもよい。これにより、位置データを含んだ応答信号（３４）を生成するために要する時間をさらに延長することができる。

（第２の発明）
データ送信方法は、予め定められた周期で、測定対象の位置データを要求する要求信号（３２）を、測定対象を制御する制御装置（１２）から受信して、位置データを含んだ応答信号（３４）を制御装置（１２）に送信するエンコーダ（１０）のデータ送信方法である。データ送信方法は、要求信号（３２）を受信する受信ステップと、測定対象の位置に応じたアナログ信号を生成する検出ステップと、アナログ信号に基づいて位置データを含んだ応答信号（３４）を生成する応答信号生成ステップと、応答信号（３４）を制御装置（１２）に送信する送信ステップと、を含み、応答信号生成ステップは、要求信号（３２）を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に送信ステップが応答信号（３４）を送信できるように応答信号（３４）を生成する。

これにより、高速演算処理が可能なＡ／Ｄ変換器等を要さない安価な構成で、通信周期の短縮化を図ることができる。

応答信号生成ステップは、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップと、デジタル信号から位置データを生成する位置データ生成ステップと、位置データを含んだ応答信号（３４）を生成する信号生成ステップと、を含んでもよい。

応答信号（３４）は、Ｎを示す情報をさらに含んでもよい。これにより、制御装置（１２）は、Ｎの値と周期Ｔに基づいて、受信した位置データがどのくらい過去の情報であるかを把握できるので、位置データの補正等に利用することができる。

送信ステップは、要求信号（３２）を受信した周期よりＮ周期後の周期に位置データを含んだ応答信号（３４）を送信できない場合は、異常信号を制御装置（１２）に送信してもよい。これにより、制御装置（１２）は、位置データを正常に取得できなかったことを把握することができる。

データ送信方法は、応答信号生成ステップが異常信号を生成したときに、Ｎの値を大きくする変更ステップをさらに含んでもよい。これにより、位置データを含んだ応答信号（３４）を生成するために要する時間をさらに延長することができる。

１０…エンコーダ １２…制御装置
１６…受信部 １８…送信部
２０…検出部 ２４…応答信号生成部
２６…変換部 ２８…位置データ生成部
３０…信号生成部 ３２、１００…要求信号
３４、１０２…応答信号 ３６、１０４…トリガ信号
４０…変更部

Claims (10)

1. 予め定められた周期で、測定対象の位置データを要求する要求信号を、前記測定対象を制御する制御装置から受信して、前記位置データを含んだ応答信号を前記制御装置に送信するエンコーダであって、
   前記要求信号を受信する受信部と、
   前記測定対象の位置に応じたアナログ信号を生成する検出部と、
   前記アナログ信号に基づいて前記位置データを含んだ前記応答信号を生成する応答信号生成部と、
   前記応答信号を前記制御装置に送信する送信部と、
   を備え、
   前記応答信号生成部は、前記要求信号を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に前記送信部が前記応答信号を送信できるように前記応答信号を生成する、エンコーダ。
2. 請求項１に記載のエンコーダであって、
   前記応答信号生成部は、
   前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
   前記デジタル信号から前記位置データを生成する位置データ生成部と、
   前記位置データを含んだ前記応答信号を生成する信号生成部と、
   を備える、エンコーダ。
3. 請求項１または２に記載のエンコーダであって、
   前記応答信号は、前記Ｎを示す情報をさらに含む、エンコーダ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンコーダであって、
   前記送信部は、前記要求信号を受信した周期より前記Ｎ周期後の周期に前記位置データを含んだ前記応答信号を送信できない場合は、異常信号を前記制御装置に送信する、エンコーダ。
5. 請求項４に記載のエンコーダであって、
   前記応答信号生成部が前記異常信号を生成したときに、前記Ｎの値を大きくする変更部をさらに備える、エンコーダ。
6. 予め定められた周期で、測定対象の位置データを要求する要求信号を、前記測定対象を制御する制御装置から受信して、前記位置データを含んだ応答信号を前記制御装置に送信するエンコーダのデータ送信方法であって、
   前記要求信号を受信する受信ステップと、
   前記測定対象の位置に応じたアナログ信号を生成する検出ステップと、
   前記アナログ信号に基づいて前記位置データを含んだ前記応答信号を生成する応答信号生成ステップと、
   前記応答信号を前記制御装置に送信する送信ステップと、
   を含み、
   前記応答信号生成ステップは、前記要求信号を受信した周期よりＮ（Ｎ≧１）周期後の周期に前記送信ステップが前記応答信号を送信できるように前記応答信号を生成する、データ送信方法。
7. 請求項６に記載のデータ送信方法であって、
   前記応答信号生成ステップは、
   前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換ステップと、
   前記デジタル信号から前記位置データを生成する位置データ生成ステップと、
   前記位置データを含んだ前記応答信号を生成する信号生成ステップと、
   を含む、データ送信方法。
8. 請求項６または７に記載のデータ送信方法であって、
   前記応答信号は、前記Ｎを示す情報をさらに含む、データ送信方法。
9. 請求項６〜８のいずれか１項に記載のデータ送信方法であって、
   前記送信ステップは、前記要求信号を受信した周期より前記Ｎ周期後の周期に前記位置データを含んだ前記応答信号を送信できない場合は、異常信号を前記制御装置に送信する、データ送信方法。
10. 請求項９に記載のデータ送信方法であって、
    前記応答信号生成ステップが前記異常信号を生成したときに、前記Ｎの値を大きくする変更ステップをさらに含む、データ送信方法。

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