JP2611124B2 - エンコーダシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンコーダシステムに関
する。さらに詳しくは、エンコーダと制御装置間の信号
線の本数が削減されてなるエンコーダシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ロボットやＮＣ工作機などにおいてはサ
ーボモーターなどのアクチュエータが用いられている。
このアクチュエータは、ロボット等に所望の動作をさせ
るために、通常複数個用いられている。例えば、溶接ロ
ボット等の産業用ロボットにおいては、６個のサーボモ
ーターが用いられている。通常、このサーボモーター等
のアクチュエータには、その回転位置や電気角の検出の
ためにエンコーダが設けられている。

【０００３】そして、このエンコーダで検出されたデー
タはデータ送信用信号線を介してロボットコントローラ
等の制御装置に送られる。また、制御装置からの制御信
号も制御信号送信用信号線を介してエンコーダに送信さ
れる。この信号線の配線に関しては、例えば特開平４ー
１７２２０３号に開示されているように、エンコーダの
ドライバーから制御装置へ２本の信号線が配線され、ま
たエンコーダのレシーバーへは制御装置から２本の信号
線が配線されるという方式が採られている（図６参
照）。すなわち、エンコーダと制御装置との間には合計
４本の信号線が配線されることになる。したがって、産
業用ロボットにおいては６個のエンコーダが用いられて
いるので、合計２４本もの信号線がエンコーダと制御装
置の間に配線されることになる。しかも、この多数の信
号線が、ロボットのアーム等の可動部を通って、このエ
ンコーダが設置されている場所とは別の場所に設置され
ている制御装置まで配線されることになる。この制御装
置は場合によっては、５０ｍ程度離れた場所に設置され
ていることもある。

【０００４】かかる多数の信号線が、可動部を通ってし
かも遠く離れて設置されている制御装置に配線された場
合には、当然のことながらそれ相応の配線スペースが必
要となるという問題がある。その他に、次のような装置
の信頼性にかかわる重要な問題が生じている。この点に
ついて図７を参照しながら説明する。

【０００５】図７には、１個のエンコーダが設けられて
いる機械装置側からの信号が制御装置側に送信される場
合の典型的な配線経路が示されている。図７から明らか
なように、機械装置側で２〜３ヵ所のコネクター接続が
あり、また２〜３ヵ所の可動部（屈曲する部分）（図７
においては、Ｒ部が可動部を示している）。一方、制御
装置側においては、入力されたエンコーダからの信号
は、断線検出回路を経て信号処理部へ入力される。かか
る構成を有する回路においては、次のような問題が生じ
ている。

【０００６】（１）信号線の本数が多くなるほどケーブ
ルの太さは太くなるが、太いケーブルほど屈曲させられ
ると断線しやすい。

【０００７】（２）断線検出回路は信号線に比例した回
路数が必要となり、プリント基板にそれに応じたスペー
スが必要となる。それとともに、ノイズによる断線検出
回路の誤動作の可能性が高くなる。したがって、機械装
置が誤って停止される可能性も高くなる。

【０００８】（３）ケーブルにコネクターを取り付ける
作業は自動化が困難であるため、手作業により取り付け
られている。したがって、作業者による品質のバラツキ
が大きいとともに、その品質管理が困難である。

【０００９】（４）コネクターやケーブルなどの材料
費、および製作工程中の人件費は、信号線の本数にほぼ
比例する。そのため、信号線の本数が多い程、製品コス
トが上昇する。

【００１０】（５）信号線の本数が多くなると、それに
伴いコネクターによる接続点数も多くなる。そのため接
触不良になる可能性も高くなり、その結果、誤って機械
装置側が停止される可能性も高くなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、エンコーダ側
と制御装置間の信号線の本数が削減され、それにより信
号伝達の信頼性が向上されてなるエンコーダシステムを
提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンコーダ側
に検出部からのパラレル信号をシリアル信号に変換する
パラレル／シリアル変換手段と、該パラレル／シリアル
変換手段により変換されたシリアル信号を送信する送信
手段と、制御装置側からの制御信号を受信する受信手段
と、エンコーダ側の送受信を制御する送受信制御手段
と、制御装置側にエンーダ側へ制御信号を送信する送信
手段と、エンコーダ側からの信号を受信する受信手段
と、該受信手段からのシリアル信号をパラレル信号に変
換するシリアル／パラレル変換手段と、制御装置側の送
受信を制御する送受信制御手段と、前記エンコーダ側と
前記制御装置側との間の信号伝達用の一対の信号線とを
備えてなることを特徴とするエンコーダシステムに関す
る。

【００１３】本発明のエンコーダシステムにおいては、
エンコーダ側に各種のデータを格納する記憶手段と、制
御装置側からのシリアル信号をパラレル信号に変換する
シリアル／パラレル変換手段と、制御装置側にエンコー
ダ側の前記記憶手段にデータを送るためのパラレル／シ
リアル変換手段とが付加されてもよい。

【００１４】また、本発明のエンコーダシステムにおい
ては、機械装置側に複数のエンコーダが備えられてもよ
い。

【００１５】

【作用】制御装置側の主制御部から送受信制御手段にデ
ータリクエスト信号が入力されると、送受信制御手段
は、送信手段をオンするとともに、データリクエスト信
号を送信手段に入力する。送信手段は入力されたデータ
リクエスト信号を信号線を介してエンコーダ側の受信手
段に入力する。エンコーダ側の受信手段は入力されたデ
ータリクエスト信号を送受信制御手段に入力する。送受
信制御手段は入力されたデータリクエスト信号に基づい
て、受信手段をオフし、送信手段をオンし、しかるのち
パラレル／シリアル変換手段にシリアルデータの送信手
段への入力を指示する。パラレル／シリアル変換手段は
この指示により送信手段へシリアルデータを入力する。
送信手段は、信号線を介して制御装置側の受信手段にシ
リアルデータを入力する。受信手段はこのシリアルデー
タをシリアル／パラレル変換手段に入力する。シリアル
／パラレル変換手段は入力されたシリアルデータをパラ
レルデータに変換して主制御部に入力する。

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００１７】図１は本発明の一実施例にかかわるエンコ
ーダシステムの機能ブロック図、図２は実施例１の詳細
ブロック図、図３は本発明の実施例２にかかわるエンコ
ーダシステムの詳細ブロック図、図４は本発明の実施例
３にかかわるエンコーダシステムの詳細ブロック図、図
５は本発明の実施例４にかかわるエンコーダシステムの
概略ブロック図である。図において、１は検出部、２は
パラレル／シリアル変換手段（変換器）、３は送信手段
（ドライバー）、４は受信手段（レシーバー）、５は送
受信制御手段（送受信制御部）、１１は主制御部、１２
は送受信制御手段（送受信制御部）、１３は送信手段
（ドライバー）、１４は受信手段（レシーバー）を示
す。

【００１８】実施例１ 実施例１は、エンコーダから制御装置への単一データを
転送する場合を示す。

【００１９】実施例１にかかわるエンコーダシステム
は、図２に示すように、エンコーダ側に図示されていな
い検出部（本実施例ではアブソリュートエンコーダが用
いられている）からのパラレル信号をシリアル信号に変
換するパラレル／シリアル変換器２と、このパラレル／
シリアル変換器２からのシリアル信号を制御装置側へ送
信するドライバー３と、制御装置側からのデータリクエ
スト信号を受信するレシーバー４と、このレシーバーか
らのデータリクエスト信号によりエンコーダ側の送受信
を制御する送受信制御部５とを主要構成要素として備
え、また制御装置側にデータリクエスト信号により制御
装置側の送受信を制御する送受信制御部１２と、データ
リクエスト信号をエンコーダ側に送信するドライバー１
３と、エンコーダ側からのシリアル信号を受信するレシ
ーバー１４と、レシーバーからのシリアル信号をパラレ
ル信号に変換するシリアル／パラレル変換器１５とを主
要構成要素として備え、そして、エンコーダ側と制御装
置側との間の信号伝達のための一対の信号線を備えてな
るものである。

【００２０】ここで、エンコーダ側の送受信制御部５
は、前記のごとく、エンコーダ側の送受信を制御する機
能を有するものであるため、例えば、レシーバ４から入
力されるデータリクエスト信号でセットされ、パラレル
／シリアル変換器２からの送信完了信号でリセットされ
るフリップフロップ素子で構成される。

【００２１】また、制御装置側の送受信制御部１２は、
前記のごとく、制御装置側の送受信を制御する機能を有
するものであるため、エンコーダ側と同様にデータリク
エスト信号でセットされ、シリアル／パラレル変換器１
５からの受信完了信号でリセットされるフリップフロッ
プ素子で構成される。

【００２２】その他の構成要素の詳細な説明は省略する
が、その種の素子に従来より用いられているものを好適
に用いることができる。

【００２３】なお、エンコーダ側は前記各機能を１個の
ＬＩＳに組み込ませて構成させることもできる。また、
制御装置側の送受信制御部は、主制御部にかかる機能組
み込ませて構成することもできる。

【００２４】次に、このように構成されたエンコーダシ
ステムの動作について説明する。

【００２５】まず、通常状態ではエンコーダ側はレシー
ブモード（受信モード）、制御装置側はドライブモード
（送信モード）となっている。

【００２６】ステップ１：制御装置側の主制御部（図示
せず）よりデータリクエスト信号が送受信制御部１２に
入力される。

【００２７】ステップ２：送受信制御部１２は、データ
リクエスト信号をドライバーに入力する。

【００２８】ステップ３：ドライバー１３はこのデータ
リクエスト信号を信号線を介してエンコーダ側のレシー
バー４に入力する。しかるのち、送受信制御部１２は制
御装置側をレシーブモードに変換する。すなわち、送受
信制御部１２はドライバー１３のエネイブル端子にオフ
信号を入力しドライバー１３をオフするとともに、レシ
ーバー１４のエネイブル端子にオン信号を入力しレシー
バー１４をオンする。また、シリアル／パラレル変換器
１５をリセットする。

【００２９】ステップ４：レシーバー４は入力されたこ
のデータリクエスト信号を送受信制御部５に入力する。

【００３０】ステップ５：送受信制御部５はこのデータ
リクエスト信号に基づいてエンコーダ側をドライブモー
ドに変換する。すなわち、ドライバー３のエネイブル端
子にオン信号を入力しドライバー３をオンするととも
に、レシーバー４のエネイブル端子にオフ信号を入力し
レシーバーをオフする。また、パラレル／シリアル変換
器２に保持しているシリアルデータのドライバー３への
入力を指示する。

【００３１】ステップ６：パラレル／シリアル変換器２
はこの指示に基づいてパラレルデータをシリアルデータ
に変換してドライバー３に入力する。

【００３２】ステップ７：ドライバー３はこのシリアル
データを信号線を介して制御装置側のレシーバー１４に
入力する。送受信制御部はパラレル／シリアル変換器２
からデータ送信完了信号を受け、エンコーダ側をレシー
ブモードに変換する。すなわち、レシーバー４をオンす
るとともにドライバー３をオフする。また、パラレル／
シリアル変換器２をリセットする。

【００３３】ステップ８：制御装置側のレシーバー１４
は入力されたシリアルデータをシリアル／パラレル変換
器１５に入力する。

【００３４】ステップ９：シリアル／パラレル変換器１
５は生成したパラレルデータを主制御部（図示せず）に
入力する。こののち通常状態に戻る。

【００３５】このように実施例１においては、一対の信
号線によりエンコーダ側のデータを制御装置側へ転送す
ることができる。

【００３６】実施例２ 実施例２に、エンコーダ側の複数データのうちの１つの
データを選択的に制御装置へ転送する場合を示す。

【００３７】実施例２にかかわるエンコーダシステム
は、図３に示すように、エンコーダ側にパルス変換器
と、パルスカウンターと、第１ラッチ回路と、第２ラッ
チ回路と、パラレル／シリアル変換器と、送受信制御部
と、ドライバーと、レシーバーとを備え、制御装置側に
シリアル／パラレル変換器と、送受信制御部と、ドライ
バーと、レシーバーとを備え、そして両者を接続する信
号線とを主要構成要素として備えてなるものである。

【００３８】かかる構成を有するエンコーダシステムに
おいては、サーボモーターのロータ軸に取付けられたイ
ンクリメンタルエンコーダ部からは、従来と同様に、９
０度位相差のあるＡ相、Ｂ相の矩形波信号ＰＡ，ＰＢお
よび一回転に一回の一回転信号（基準位置信号ともい
う）ＰＺが出力される。なお、この信号発生部の構成は
従来と同一であるので、その詳細は省略されている。

【００３９】実施例２においても、エンコーダ側はかか
る機能を有する１個のＬＳＩにより構成されてもよく、
また制御装置側の送受信制御部は主制御部に一体的に構
成されてもよい。

【００４０】前記矩形波信号ＰＡ，ＰＢはパルス変換器
に入力される。パルス変換器は、入力された矩形波信号
の順序によって回転が正転か逆転かを判別し、正転時の
パルスＵＰ、逆転時のパルスＤＰを出力する。そして、
この正転時のパルスＵＰ、逆転時のパルスＤＰはパルス
カウンターに入力され、パルス数が積算されるようにな
っている。そして、このパルスカウンターの値は第１ラ
ッチ回路および第２ラッチ回路に入力される。この第２
ラッチ回路は、基準位置信号ＰＺに基づいて、入力され
ているパルスカウンターの値をラッチする。

【００４１】本実施例ではエンコーダ側の２つのデー
タ、すなわち、データリクエスト信号が入力された瞬間
のパルスカウンタの値（第１ラッチ回路でラッチす
る）、あるいは基準位置信号ＰＺにより第２ラッチ回路
にラッチされたパルスカウンタの値のどちらかを選択し
て制御装置へ転送する場合を示す。

【００４２】以下に、その動作について説明する。

【００４３】実施例１ではデータリクエスト信号は単に
データ転送を指示するだけの意味しか持たないが、実施
例２ではデータの選択と転送という２つの指示が必要と
なる。したがって、ここでのデータリクエスト信号は２
ビットのシリアル信号になる。すなわち、データリクエ
スト信号の１ビット目で受信したいデータを指定し、２
ビット目で転送を指示するという構成がとられている。

【００４４】エンコーダ側の送受信制御部はデータリク
エスト信号の内容に従って、２つのラッチ回路のどちら
か一方にセレクト信号（第１ラッチ回路に対してはラッ
チおよびセレクト信号）を出し、その後、選択したラッ
チ回路のデータはパラレル／シリアル変換器を通してド
ライバーへ送信される。

【００４５】実施例２におけるエンコーダ側の送受発信
制御部は、２ビットのデータリクエスト信号を受ける必
要があるため、例えば、フリップフロップ素子２個で構
成される。

【００４６】その他モード切替などの動作は実施例１と
同様に処理される。

【００４７】このように実施例２においては、一対の信
号線によりエンコーダ側のデータを選択して制御装置側
へ転送することができる。

【００４８】実施例３ 実施例３に、エンコーダと制御装置間でデータのやりと
りをする場合を示す。

【００４９】実施例３にかかわるエンコーダシステム
は、図４に示すように、エンコーダ側に複数（図３に示
す例においては３個）のデータと、パラレルデータをシ
リアルデータに変換するパラレル／シリアル変換器と、
制御装置側からのシリアル型式で送信されてくるデータ
をパラレル信号に変換するシリアル／パラレル変換器
と、送受信制御部と、レシーバーと、ドライバーとを主
要構成要素として備え、制御装置側にパラレル型式のデ
ータリクエスト信号をシリアルデータに変換するパラレ
ル／シリアル変換器と、エンコーダ側からのシリアルデ
ータをパラレルデータに変換するシリアル／パラレル変
換器と、送受信制御部と、ドライバーと、レシーバーと
を主要構成要素として備え、そして両者を接続する信号
線とを備えてなるものである。

【００５０】実施例３のエンコーダ側のデータには、例
えばパルスカウンターの値、検出部が正常であるか否か
の情報、基準位置信号ＰＺに基づいてラッチされたパル
スカウンターの値、モータの電気角検出信号などがあ
る。

【００５１】ここで、エンコーダ側の送受信制御部は、
レシーバーおよびドライバーのオン・オフを制御し、パ
ラレル／シリアル変換器およびシリアル／パラレル変換
器の入出力を制御し、シリアル／パラレル変換器から入
力される制御装置側からの送信データを解析して、指示
されている動作を制御する機能を有している。

【００５２】前記説明から明らかなように、実施例３の
システムは、エンコーダと制御装置の間でデータをやり
とりするものである。すなわち、エンコーダに対しある
データを受信したい、あるいはエンコーダのあるデータ
を制御装置から送るデータにセットしたいというような
動作を行なうものである。

【００５３】したがって、制御装置側から送信されるデ
ータリクエスト信号は次のような意味を表現できるデー
タとなる。その具体例をあげれば以下のようになる。

【００５４】エンコーダのデータを指定する。

【００５５】そのデータを制御装置へ読み込むのか、
制御装置の指示するデータを書き込むのかを指定する。

【００５６】転送開始を指定する。

【００５７】そして、制御装置側においてこれらの情報
を必要な長さのシリアルデータとされて、エンコーダ側
に指令がなされる。また、エンコーダ側は、受信した指
令を解析してそれに従った動作を行なう。

【００５８】このように実施例３においては、一対の信
号線によりエンコーダ側と制御装置側とのデータの送受
信ができる。

【００５９】実施例４ 実施例４に、複数個のエンコーダと制御装置間でデータ
の送受信を行なう場合を示す。

【００６０】実施例４にかかわるエンコーダシステム
は、図５に示すように、機械装置側にｎ個のエンコーダ
を有する。

【００６１】実施例４の各のエンコーダは実施例３に示
すエンコーダにさらに自己の番号を識別する機能を追加
したものである。

【００６２】したがって、制御装置からのデータリクエ
スト信号は、実施例３に加えてエンコーダ番号の情報が
含まれる。このデータリクエスト信号を受信した各エン
コーダは、自分にあらかじめ与えられている番号と、デ
ータリクエスト信号に含まれるエンコーダ番号が一致す
ると、はじめて一連のデータの送受信動作を開始する。

【００６３】ここで当然のことながら、データリクエス
ト信号に含まれるエンコーダ番号と一致しないエンコー
ダは何の動作も行なわない。

【００６４】このように実施例４においても、一対の信
号線によりエンコーダ側と制御装置側との信号の交換が
できる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のエン
コーダシステムによれば次のような効果が得られる。

【００６６】（１）エンコーダ側と制御装置側との間の
信号線の本数が２本でよいためケーブルの太さは細くて
よい。そのため、屈曲させられても断線しにくい。

【００６７】（２）制御装置側に設けられる断線検出回
路の個数が削減されるので、プリント基板を小さくする
ことができる。また、断線検出回路の個数が削減される
ので、誤動作の確率も減少する。したがって、断線検出
回路の誤動作により機械装置が不用意に停止させられる
事態が著しく減少する。

【００６８】（３）信号線の本数が削減されているの
で、コネクターの数も削減することができる。そのた
め、接触不良が発生する確率も減少する。

【００６９】（４）信号線の本数が削減できるので、信
号線にかかわるコストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかわるエンコーダシステ
ムの機能ブロック図である。

【図２】本発明の実施例１にかかわる詳細ブロック図で
ある。

【図３】本発明の実施例２にかかわる詳細ブロック図で
ある。

【図４】本発明の実施例３にかかわる詳細ブロック図で
ある。

【図５】本発明の実施例４にかかわる詳細ブロック図で
ある。

【図６】従来のエンコーダシステムの概略ブロック図で
ある。

【図７】従来のエンコーダシステムにおける信号線の説
明図である。

【符号の説明】

１ 検出部 ２ パラレル／シリアル変換手段（変換器） ３ 送信手段（ドライバー） ４ 受信手段（レシーバー） ５ 送受信制御手段（送受信制御部） １１ 主制御部 １２ 送受信制御手段（送受信制御部） １３ 送信手段（ドライバー） １４ 受信手段（レシーバー）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−108226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−271114（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110799（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120420（ＪＰ，Ａ) 特許2516678（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンコーダ側に検出部からのパラレル信
   号をシリアル信号に変換するパラレル／シリアル変換手
   段と、該パラレル／シリアル変換手段により変換された
   シリアル信号を送信する送信手段と、制御装置側からの
   制御信号を受信する受信手段と、エンコーダ側の送受信
   を制御する送受信制御手段と、制御装置側にエンーダ側
   へ制御信号を送信する送信手段と、エンコーダ側からの
   信号を受信する受信手段と、該受信手段からのシリアル
   信号をパラレル信号に変換するシリアル／パラレル変換
   手段と、制御装置側の送受信を制御する送受信制御手段
   と、前記エンコーダ側と前記制御装置側との間の信号伝
   達用の一対の信号線とを備えてなることを特徴とするエ
   ンコーダシステム。
2. 【請求項２】 エンコーダ側に、制御装置側からのシリ
   アル信号をパラレル信号に変換するシリアル／パラレル
   変換手段と、制御装置側にエンコーダ側へのパラレル信
   号をシリアル信号に変換するパラレル／シリアル変換手
   段とが付加されてなることを特徴とする請求項１記載の
   エンコーダシステム。
3. 【請求項３】 複数のエンコーダが備えられてなること
   を特徴とする請求項１記載のエンコーダシステム。