JPH0996545A - 出力回転軸のアブソリュート位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の多回転型アブソリュート位置検出器を
用いた場合と同程度の分解能で、従来に比べて簡単で廉
価な構成で、アクチュエータの出力回転軸のアブソリュ
ート位置を検出可能な装置を提案することにある。 【解決手段】 減速機３の減速比と、その出力回転軸４
に取付けアブソリュート位置検出器６の分解能とを同一
となるように設定して、モータ回転軸２ａの１回転に対
応する出力回転軸４の動作角度を、アブソリュート位置
検出器６の多ビット出力のうちの最下位ビット出力の１
ビット幅に一致させ、モータ１回転中の原点信号（Ｚ相
信号）に同期して出力回転軸４のアブソリュート位置を
検出する。分解能の低いアブソリュート位置検出器６を
使用しても、現行の多回転型アブソリュート位置検出器
を使用する場合と同程度の分解能で出力回転軸４のアブ
ソリュート位置を簡単な演算で検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ回転を減速
機を介して出力するアクチュエータに関し、その出力回
転軸のアブソリュート位置を簡易な機構によって従来と
同程度の分解能で検出できる出力回転軸のアスソリュー
ト位置検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】産業ロボット、工作機械等における高い
位置決め精度が要求される駆動部分には、モータの出力
回転を高い伝達精度の減速機を介して出力するように構
成されたアクチュエータが使用されている。例えば、減
速機として波動歯車減速機が使用されている。

【０００３】このようなアクチュエータを用いて被駆動
部材の位置決め等を精度良く行なうためには、アクチュ
エータの出力回転軸の回転を高い精度で制御する必要が
ある。ここで、出力回転軸の分解能は減速機の減速比と
モータ（エンコーダ）の分解能の積となり、高分解能を
簡単に得ることができる。しかし、出力回転軸の回転を
高い精度で制御するためには、出力回転軸の回転位置を
精度良く検出する必要がある。

【０００４】このために、例えば、出力回転軸の分解能
に対応した高分解能のアブソリュート位置検出器（エン
コーダ）が使用される。しかし、このような高分解能の
アブソリュート位置検出器は極めて高価なので、一般に
は、モータの回転軸に多回転型のアブソリュートエンコ
ーダを搭載し、このエンコーダから得られるモータ回転
軸の回転位置情報と、減速機の減速比から、出力回転軸
のアブソリュート位置を演算によって求めるようにして
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな多回転型のアブソリュートエンコーダを使用した場
合においても、それ専用の受信回路の設置、電源オフ時
におけるアブソリュート位置情報のバックアップ等のた
めの回路構成が必要となる。このために、より簡単で廉
価な構成で、アクチュエータの出力回転軸のアブソリュ
ート位置を検出できる機構が望まれている。

【０００６】本発明の課題は、従来に比べて簡単で廉価
な構成で、しかも従来と同程度の分解能でアクチュエー
タの出力回転軸のアブソリュート位置を検出可能な装置
を提案することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、減速機の減速比と、その出力
回転軸に取付けアブソリュート位置検出器の分解能とを
同一となるように設定すれば、モータ回転軸の１回転に
対応する出力回転軸の動作角度が、アブソリュート位置
検出器の多ビット出力のうちの最下位ビット出力の１ビ
ット幅に一致することに着目し、モータ１回転中の原点
信号に同期して出力回転軸のアブソリュート位置を検出
すれば、分解能の低いアブソリュート位置検出器を使用
しても、現行の多回転型アブソリュート位置検出器を使
用する場合と同程度の分解能で出力回転軸のアブソリュ
ート位置を検出できることを見いだしたのである。

【０００８】すなわち、本発明は、モータおよびこのモ
ータの出力回転を減速する減速機を備え、この減速機の
出力によって被駆動部材を駆動するアクチュエータにお
いて、前記モータの回転軸に取り付けたインクリメンタ
ル位置検出器と、前記減速機の出力回転軸に取り付けた
アブソリュート位置検出器と、前記減速機の出力回転軸
のアブソリュート位置を演算する演算手段と、前記モー
タを駆動制御するモータ制御手段とを有し、前記減速機
の減速比は前記アブソリュート位置検出器の分解能と同
一の値に設定されており、前記モータ制御手段により前
記モータを１回転させることにより前記インクリメンタ
ル位置検出器から得られるＺ相信号に同期して、前記演
算手段は、前記アブソリュート位置検出器の出力に基づ
き前記減速機の出力回転軸のアブソリュート位置を演算
するようにしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施を形態を説明する。

【００１０】図１には、本発明を適用したアクチュエー
タのアブソリュート位置検出装置の全体構成を示してあ
る。本例のアクチュエータ１は、モータ２と、このモー
タの回転軸２ａに同軸状に連結した波動歯車減速機３
と、この波動歯車減速機の出力側に同軸状に連結された
出力回転軸４とを備えた構成となっている。

【００１１】本例で使用している波動歯車減速機３は所
謂カップ型の波動歯車減速機であり、環状の剛性内歯歯
車３１と、その内側に配置されたカップ型の可撓性外歯
歯車３２と、その内側に嵌め込まれた一般的に楕円形の
波動発生器（図示せず）とを有しており、波動発生器を
回転することにより、剛性内歯歯車３１に対する可撓性
外歯歯車３２の噛み合い位置が円周方向に移動して、こ
れらの内歯および外歯の歯数差に応じた相対回転が発生
する。通常は、剛性内歯歯車３１が固定側とされ、カッ
プ型の可撓性外歯歯車３２が減速回転して、そのカップ
底面の形成した厚肉のボスの部分３２ａに連結した出力
回転軸４から減速回転が出力される。

【００１２】モータ１の回転軸２ａの元端側には、光学
式のインクリメンタル位置検出器（エンコーダ）５が取
付けられており、モータ回転軸２ａの回転位置を検出可
能である。このインクリメンタル位置検出器５からは、
回転軸２ａの回転方向を示すＡ相およびＢ相信号が出力
されると共に、原点位置を示すＺ相信号が出力される。
これに対して、アクチュエータの出力回転軸４の側に
は、同じく光学式のアブソリュート位置検出器（エンコ
ーダ）６が取付けられている。このアブソリュート位置
検出器６の分解能は例えば６４であり、出力回転軸のア
ブソリュート位置を示すための６ビット分のパラレル信
号が出力される。

【００１３】ここで、本例の波動歯車減速機３の減速比
は、アブソリュート位置検出器６の分解能と同一の６４
となるように構成歯車の歯数が設定されている。アブソ
リュート位置検出器の分解能は２の乗数倍の値となるの
で、減速機の減速比も２の乗数倍に設定される。現実的
には６４、１２８あるいは２５６となるように設定さ
れ、これに対応する分解能のアブソリュート位置検出器
６が採用される。

【００１４】上記のアブソリュート位置検出器６および
インクリメンタル位置検出器５の検出信号は、それぞ
れ、演算回路７に供給される。演算回路７では、検出信
号に基づき、出力回転軸５のアブソリュート位置を検出
すると共に、外部から入力される回転要求に応じた回転
角度位置となるように出力回転軸５の位置制御を行な
う。演算回路７の出力はモータ制御回路８に供給され
る。モータ制御回路８では、入力された指令信号に基づ
き、モータ２の回転駆動を制御する。

【００１５】図２（ａ）にはインクリメンタル位置検出
器５の検出信号を示してあり、同図（ｂ）にはアブソリ
ュート位置検出器６の検出信号を示してある。ここで、
本例では、上記のように波動歯車減速機３の減速比と、
出力回転軸４の側のアブソリュート位置検出器６の分解
能が同一の値に設定されている。したがって、アブソリ
ュート位置検出器６の最下位ビット出力の１ビット幅
は、モータ２が１回転したときの出力軸４の動作幅（角
度）に対応することになる。

【００１６】なお、本例においては、インクリメンタル
位置検出器５のＺ相の信号の中心が、出力回転軸４の側
のアブソリュート位置検出器６の最下位ビットである１
ビット信号の丁度中心に一致するように、位相調整を行
なってある。

【００１７】出力回転軸４の側の分解能は、アブソリュ
ート位置検出器６の分解能とモータ側インクリメンタル
位置検出器５の分解能との積となる。また、出力回転軸
４の側の分解能は、モータ側のインクリメンタル位置検
出器の側の分解能によって調整することができる。

【００１８】次に、本例の装置における出力回転軸４の
アブソリュート位置検出動作を説明する。

【００１９】まず、モータ制御回路８によってモータ２
を原点位置に復帰させる。すなわち、Ｚ相信号を原点位
置として原点復帰を行なわせる。この原点復帰により発
生するＺ相信号に同期させて、出力回転軸４の側のアブ
ソリュート位置検出器６の検出信号を読み込む。この読
み込み値を用いて、次の演算を行なって、出力回転軸４
のアブソリュート位置を演算する。

【００２０】（出力回転軸位置を示すパルス数）＝（出
力回転軸のアブソリュート位置検出器の読み込み値 ＋
０．５）×（モータ側インクリメンタル位置検出器の
分解能） （出力回転軸の位置）＝ ３６０度×（出力回転軸のア
ブソリュート位置検出器の読み込み値）÷（出力回転軸
のアブソリュート位置検出器の分解能） このようにして、原点位置における出力回転軸４のアブ
ソリュート位置を検出した後は、出力回転軸４の側の分
解能に基づき、出力回転軸を希望する回転位置となるよ
うに、モータ側のインクリメンタル位置検出器のＡ相信
号およびＢ相信号を用いて行なうことができる。

【００２１】移動パルス数 ＝｛（位置決め先の位置）
÷３６０度｝×（出力回転軸側の分解能）−（検出した
出力回転軸位置を示すパルス数） （その他の実施の形態）なお、以上の説明においては、
アクチュエータとして波動歯車減速機を備えたものにつ
いて説明した。しかし、減速機としては、これ以外の形
式のもの、例えば、遊星歯車減速機、サイクロ減速機
（商標名）等を用いた場合も同様に適用できる。すなわ
ち、減速機の減速比と、出力回転軸の側のアブソリュー
ト位置検出器の分解能を同一の値に設定して、モータ１
回転当たりの出力回転軸の動作角が、出力回転軸の側の
分解能に等しくなるようにすればい。

【００２２】また、アクチュエータに使用するモータも
各種の形式のものを採用することができる。特に、本発
明においては、モータの側に一定の分解能を備えると共
に、モータ１回転中に１か所の信号出力（原点信号）が
得られるものであれば良い。

【００２３】したがって、ステッピングモータを備えた
アクチュエータに対しては、本発明をそのまま適用でき
る。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の出力回転
軸のアブソリュート位置検出装置においては、減速機の
減速比を、出力回転軸の側に取り付けたアブソリュート
位置検出器の分解能と同一の値となるように設定するこ
とにより、モータ１回転当たりの出力回転軸の動作角
を、アブソリュート位置検出器の最下位ビットの１ビッ
ト幅に対応するようにしてある。また、回転出力軸のア
ブソリュート位置の検出に当たっては、モータ回転の原
点位置を示す信号をモータの側から得ると共に、この信
号に同期させて出力回転軸の側のアブソリュート位置を
読み込むようにしている。したがって、この構成によれ
ば、簡単な演算動作により出力回転軸のアブソリュート
位置を従来における多回転型アブソリュート位置検出器
を用いた場合と同様な精度で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したアブソリュート位置検出装置
を示す概略構成図である。

【図２】図１の各検出器の出力信号を示す信号波形図で
ある。

【符号の説明】

１ アクチュエータ ２ モータ ３ 波動歯車減速機 ４ 出力回転軸 ５ インクリメンタル位置検出器 ６ アブソリュート位置検出器 ７ 演算回路 ８ モータ制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータおよびこのモータの出力回転を減
   速する減速機を備え、この減速機の出力によって被駆動
   部材を駆動するアクチュエータにおいて、前記モータの
   回転軸に取り付けたインクリメンタル位置検出器と、前
   記減速機の出力回転軸に取り付けたアブソリュート位置
   検出器と、前記減速機の出力回転軸のアブソリュート位
   置を演算する演算手段と、前記モータを駆動制御するモ
   ータ制御手段とを有し、前記減速機の減速比は前記アブ
   ソリュート位置検出器の分解能と同一の値に設定されて
   おり、前記モータ制御手段により前記モータを１回転さ
   せることにより前記インクリメンタル位置検出器から得
   られる原点信号に同期して、前記演算手段は、前記アブ
   ソリュート位置検出器の出力を読み込み、当該読み込み
   値に基づき前記減速機の出力回転軸のアブソリュート位
   置を演算するようになっていることを特徴とする回転出
   力軸のアブソリュート位置検出装置。