JPS6238302A - 角度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は角度検出装置に関し、特に、産業用ロボット、
ＮＣ機械などにおける位置決めを高精度に行うための装
置として有用である。

「従来技術」 従来の産業用ロボット、ＮＣ機械などにおける位置決め
装置として、レゾルバとレゾルバ／デジタル変換器とか
らなる角度検出装置がある。

この角度検出装置では、レゾルバが検出軸の回転角度θ
に応じてＡ　ｓｉｎθ・　ｓｉｎω（なる第１アナログ
信号とＡｃｏｓθ・　ｓｉｎωｔなる第２アナログ信号
を出力し、レゾルバ／デジタル変換器が前記２つのアナ
ログ信号を角度θに対応したデジタル値に変換するもの
である。

また、特表昭５７−５００４８８号公報において、多チ
ヤンネル用の角度検出装置が提案されている。

「発明の課題」 従来装置は、処理速度１分解能３価格などのいずれかの
点で充分満足できないものである。

例えば、分解能について考えると、レゾルバから第４図
に示す如き正弦波信号が出力され、この出力信号から角
度θを得ようとすると、θ−９０゜とθ−２７０°の近
傍では、角度の変化へ〇に対する出力信号の変化εが、
θ−０’、１８０°。

３６０°の近傍における値よりも著しく小さくなるため
に、出力信号に対する分解能ε／Ａを一定とすれば、θ
＝９０°および２７０°近傍での角度θの分解能Δθが
、θ−０．１８０°、３６０°の近傍におけるそれより
も著しく悪くなるという問題点がある。

これは観点を変えれば、θ−９０°や２７０゜の近傍で
角度θについて高い分解能（小さなΔθ）を得ようとす
れば、出力信号に対する分解能ε／Ａを著しく高めなけ
ればならず、価格が高くなるということを意味している
。

また、それだけ処理速度が遅くなる（長い処理時間を要
する）ということになる。

本発明の目的とするところは、処理速度が速く、高分解
能を得られ、しかも安価に構成できる角度検出装置を提
供することにある。

「発明の構成」 本発明の角度検出装置は、検出軸の回転角度情報を正弦
波信号と余弦波信号の形態でそれぞれ含む第１アナログ
信号と第２アナログ信号を出力する検出手段、前記第１
アナログ信号と第２アナログ信号の絶対値を比較し、絶
対値の小なる側の信号を絶対値の大なる側の信号で除算
する比較除算＊￥ｌｔ′ＹＩＥｔｌＡ″−ｒ−＋ｃｌ（
ｙｓ”（Ｄｆｆ％に’ｔｉ、　＠ＥｆＡ　　　　　　　
　。

２アナログ信号の符号情報もしくは前記比較除算手段に
おける比較情報のうち少なくとも１つを含む区間信号を
出力する区間信号出力手段、および　　　　　　　　　
　　１□ 前記比較演算手段の出力信号と前記区間信号とに　　　
　　　　　　　　１基づいて角度データを出力する角度
データ出力手段を具備してなることを特徴とするもので
ある。

「作用」 本発明の角度検出装置では、検出手段から出力される正
弦波信号骨と余弦波信号骨のうち絶対値の小なる側の信
号分を絶対値の大なる側の信号分で除算し、その商信号
に基づいて角度データを得るようにしている。

これは換言すれば、正接波信号骨と余接波信号分のうち
絶対値の小なる側の信号分を選択的に出力し、その出力
信号に基づいて角度データを得る、ということを意味し
ている。

そこで、第２図または第３図に示す如き出力信号波形か
ら角度θを得ることになるが、第３図から理解されるよ
うに、角度変化Δθに対する出力信号の変化δは、第４
図の８に比較してかなり大きく、また、θ＝０“〜３６
０°の全範囲で同程度になりでいる。

そこで、出力信号に対する分解能δ／Ｃをそれほど高め
なくても、角度θの分解能を大幅に向上７°６°　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｌ「実施例
」 以下・図９示す実施例１″″基′″″゛７本発明２更６
°　　　　　　　　　　　１詳しく説明する。ここに第
１図は本発明の一実施　　　　　　　　　　　　１例の
角度検出装置の構成ブロック図、第２図は第　　　　　
　　　　　　ト１図に示す角度検出装置においてＡ／Ｄ
変換器の　　　　　　　　　　　１いヵｔｓ、、、＋□
。ゆ、１３４よや２．□１□　　　　　　Ｉぺ ”“′″ｌ［″２″′″′″ｔｘ＊ｉｏｍ＊ｗ、　＊“
７　　　　　　［は正弦波信号による分解能を説明する
ための波形　　　　　　　　　　　シトｆｆｉ　５１！
ｌ＃、［７’＠　６　［ｆｆ１ｌ；！１ＬｆｔＬ＊Ｑ”
（８４ｋ（Ｄ　　　　　　　　。

１′ 実施例の構成ブロック図である。なお、図に示す　　　
　　　　　　　　（２し 実施例により本発明が限定されるものではない、ｉ：第
１図に示す角度検出装置１は、８個のレゾル　　　　　
　　　　　　Ｈｌ： バＲ５〜Ｒ８を検出手段として有し、それらを時　　　
　　　　　　　　ｒ分割的に順次センスして、各レゾル
バＲ，の角度　　　　　　　　　　　１１［１ θ、をそれぞれ対応するデジタル値Ｄ　（１１で出力す
　　　　　　　　　　　［：る装置、あ６．：） ：＋ 各レゾルバＲ４からは第１アナログ信号として　　　　
　　　　　　　、。

［Ｔ ９゛”°“”°゛”°″ｔ　１ｒＴｊＪ＊ｈ゛１ゞ゛Ｊ
Ｒ２７＋＋ナログ信号としてＡ　ｃｏｓθ、・　ｓｉｎ
ωｔが出力さ　　　　　　　　　　　　、）れる、これ
は従来と同様である。

第１アナログ信号は第１マルチプレクサ２に入力され、
また、第２アナログ信号は第２マルチプレクサ３に入力
されている。

第１マルチプレクサ２および第２マルチプレクサ３は、
ＣＰＵからの指示により、８ＩｌａｌのレゾルバＲ３〜
Ｒ，のいずれかを順次選択し、その選゛択したレゾルバ
Ｒ，の第１アナログ信号および第２アナログ信号をそれ
ぞれ出力する。

なお、表現を簡単にするためにｉを省略し、第１マルチ
プレクサ２の出力信号はＡ　ｓｉｎθ・　ｓｉｎωｔで
あるとし、第２マルチプレクサ３の出力信号はＡ　ｃｏ
ｓθ・　ｓｉｎωｔであるとする。

第１マルチプレクサ２の出力信号Ａ、ｓｉｎθ・ｓｉｎ
ω【は、第１除算器ｌＯに被除数として、また、第２除
算器１１に除数信号として入力される。

一方、第２マルチプレクサ３の出力信号Ａ　ｃｏｓθ・
　ｓｉｎω【は、第１除算器１０に除数信号として、ま
た、第２除算ａｌｌに被除数信号として入力される。

そこで、第１１Ｉｉ−算器１０の出力は、ｔａｎ　θと
なり、第２除算器１１の出力はｃｏｔ　θとなる。

第１マルチプレクサ２と第２マルチプレクサの出力信号
は、それぞれ第１絶対値回路４と第２絶対値回路５に入
力される。

第１絶対値回路４と第２絶対値回路５は、それぞれ１Ａ
ｓｌｎθ番５ｉｎａ＋ｔ　ｌとＩ　Ａ　ｃｏｓθ・３Ｉ
ｎωｔ　１を出力する。

絶対値回路４と５の出力信号はコンパレータ６で比較さ
れ、第１絶対値回路４の出力が第２絶対値回路５の出力
より大なるときは「１」が出力され、その反対のときは
「０」が出力される。

コンパレータ６の出力信号は、ｎｏｔ回路９を介するこ
とで負論理で第１アナログスイツチ７の切換信号に用い
られ、また正論理で第２アナログスイツチ８の切換信号
に用いられる。

アナログスイッチ７．８は、ｒｌＪを入力されるとオン
となり、「０」を入力されるとオフとなる。

そこで、コンパレータ６の出力がｒｌＪのとき、第１ア
ナログスイツチ７がオフ、第２アナログスイツチ８がオ
ンとなる。また、その反対に、コンパレータ６の出力が
「０」のときは、第１アナログスイツチ７がオンとなり
、第２アナログスイツチ８がオフとなる。

この結果、第１マルチプレクサ２の出力信号Ａｓ１ｎθ
・　ｓｉｎωｔと第２マルチプレクサ３の出力信号Ａ　
ｃｏｓθ・　ｓｉｎωｔの絶対値の小さい方の信号を絶
対値の大きい方の信号で除算した商信号が、対応するア
ナログスイッチ７または８を介して出力されることとな
る。

換言すれば、ｔａｎθ信号とｃｏｔθ信号のうち絶対値
の小なる側の信号が出力されることとなる。

したがって、絶対値回路４．５と、コンパレータ６と、
アナログスイッチ７．８と、ｎｏｔ回路９と、除算器１
０．１１とが、比較除算手段を構成している。

上記コンパレータ６の出力信号は、区間判定信号の一つ
としてテーブル変換器１５に、入力されている。

第１マルチプレクサ２の出力信号Ａ　ｓｉｎθ・ｓｉｎ
ωｔは、符号判定器１２に入力されている。

符号判定器１２は、レゾルバＲ１〜Ｒ１の励磁信号Ｂ　
５ｉｎａ＋ｔで制御され、Ａ　５ｉｎａｌｔの符号が正
であるときは、入力信号の符号が正なら「１」、負なら
「０」を出力し、一方、Ａ　ｓｉｎω【の符号が負であ
るときは、入力信号の符号が正なら「０」、負なら「１
」を出力するものである。

したがって、Ａ　ｓｉｒ＋ωｔの符号が取り去られた結
果となり、符号判定器１２を出力される信号は、ｓｉｎ
θの符号が正なら「ｌ」、負なら「０」の信号となる。

符号判別器２の出力信号は、区間判定信号として、テー
ブル変換器１５に入力されている。

したがって、コンパレータ６および符号判別器１２が、
区間信号出力手段を構成している。

第１アナログスイツチ７がオンとなり、第１除算器ｌＯ
が選択されたときには、Ａ／Ｄ変換器１４の入力はｔａ
ｎθとなる。また、第２アナログスイツチ８がオンとな
り、第２除算器１１が選択されたときには、Ａ／Ｄ変換
器１４の入力はｃｏｔθとなる。

そこで、Ａ／Ｄ変換器１４の入力信号は第２図に示すよ
うになる。つまり、θ＝０°〜４５°。

１３５’〜２２５°、３１５〜３６０°ではｔａｎθが
入力され、θ−４５°〜１３５°、２２５゜〜３１５°
ではｃｏｔθが入力される。

この人力信号は、Ａ／Ｄ変換器１４で、デジタル値に変
換される。

Ａ／Ｄ変換器１４の出力値はテーブル変換器１５に入力
される。

テーブル変換器１５は、例えばＲＯＭにより構成され、
コンパレータ６の出力信号と符号判別器１２の出力信号
とＡ／Ｄ変換器１４の出力値とを一つのコードとして、
そのコードに対応して記憶している角度データ値Ｄ（１
）を出力する。すなわち、これにより実質的に角度θが
デジタル値で出力される。

テーブル変換器１５において、コードを角度θに変換す
る原理は以下のようである。

■　コンパレータ６の出力が「０」、符号判別器１２の
出力が「１」なら、θ−０°〜４５°または１３５°〜
１８０°の区間である。

■　コンパレータ６の出力が「１」、符号判別器１２の
出力が「１」なら、θ−４５°〜１３５゜の区間である
。

■　コンパレータ６の出力が「０」、符号判別器１２の
出力が「０」なら、θ−１８０°〜２２５°または３１
５°〜３６０°の区間である。

■　コンパレータ６の出力が「ｌ」、符号判別器１２の
出力がｒＯＪなら、θ−２２５°〜３１５°の区間であ
る。

■　上記■〜■の各区間内では、Ａ／Ｄ変換器１４の出
力値は一意的に角度θに対応する。

したがって、テーブル変換器１５によって０゜〜３６０
°の範囲で角度θが一意的に出力されることになる。

なお、θ−〇°〜３６０°の範囲で検出できれば、これ
らの範囲を越える角度についても容易に検出できること
は明らかである。また、角度区間が０°〜３６０°より
小さければ、区間判定信号の数を減らすことができる。

上記説明から理解されるように、この角度検出装置１に
よれば、８個のレゾルバＲ１〜Ｒ８の各角度θ１〜θｇ
を、対応するデジタル値Ｄ（＋１で読み出すことができ
る。

ここで、第２図から作成した第３図から理解されるよう
に、δ／Ｃは、第４図におけるε／Ａより大きくなるか
ら、Ａ／Ｄ変換器１４のビット数等を一定とすれば、角
度θに対する分解能を向上することができる。換言すれ
ば、角度θに対する分解能が同じであれば、Ａ／Ｄ変換
器１４のビット数等を減少することができる。

具体的数値例を示すと、第３図において、角度に対する
分解能Δθ−２０′としたとき、δ／Ｃ＃１／１７１と
なり、かかる分解能を得るためには８ビツトのＡ／Ｄ変
換器があればよい。

一方、第４図に示す正弦波の場合において、分解能へ〇
＝２０′を得ようとすると、ａ／Ａ＝１１５００００と
なり、１６ビツトのＡ／Ｄ変換器が必要となる。

他の実施例としては、第５図に示すように、第１マルチ
プレクサ２の出力信号をＡ／Ｄ変換器１４、でマイクロ
コンピュータ３３に取り込むと共　　　　　　　　　　
　　１■ に、第２マルチプレクサ３の出力信号をＡ／Ｄ変　　　
　　　　　　　　　Ｉ↓ 換器１４ｂでマイクロコンピュータ３３に取す込１６、
　？　４９０　：＋７　ｅ　ｚ　−９３３（Ｄ　ｎ“゛
”（、７゛。

■絶対値の比較と除算・■区間信号の取出・■商　　　
　　　　　　　　［信号値と前記区間信号からθへの変
換、を行うよ　　　　　　　　　　　　□１うにしたも
のが挙げられる。　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ｉこの場合において、Ａ／Ｄ変換器１４ｍ、
１４Ｉ、　　　　　　　　　　　怪は、第３図における
振幅Ｃまでの入力に対して分　　　　　　　　　　　　
１社・ ｍｆＬＥｆｆｌｉｉＥｔｉｎＬｉ、！、　＜　、　ＣＧ
ｍ、ｔ　ＬＡ７）に￥％ＣＨ。

してはオーバーフローとなってもかまわないから　　　
　　　　　　　　　（、Ａ／Ｄヮ□。、７□、ゎオ、ヵ
、８．。よ　　　　　　・□１：′１ 分解能を挙げることができる。

＊６Ｌ″ＨｈＯ）８１％８１′！″ＬＴ、　＠　６　Ｂ
１０ｋ：；ｉＲｔ、ｋ　ＪＩ　Ｎ　　　　　　　。

、１ｆｌｌのＡ／Ｄ変換！１１４を時分割的に第１フル
　　　　　　　　　　　１）、′１ チプレクサ２と第２マルチプレクサ３とで共用す　　　
　　　　　　　　　、ミるようにしたものが挙げられる
。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　”ｌ「発明
の効果」 本発明によれば、検出軸の回転角度情報を正弦波信号と
余弦波信号の形態でそれぞれ含む第１アナログ信号と第
２アナログ信号を出力する検出手段、前記第１アナログ
信号と第２アナログ信号の絶対値を比較し、絶対値の小
なる側の信号を絶対値の大なる側の信号で除算する比較
除算手段、前記第１アナログ信号の符号情報、前記第２
アナログ信号の符号情報もしくは前記比較除算手段にお
ける比較情報のうち少なくとも１つを含む区間信号を出
力する区間信号出力手段、および前記比較演算手段の出
力された信号と前記区間信号とに基づいて角度データを
出力する角度データ出力手段を具備してなる角度検出装
置が提供され、これにより角度変化に対するアナログ信
号の変化を常に大きく保って角度検出を行い得るように
なるから、角度検出の分解能を向上することができる。

また、Ａ／Ｄ変換器を用いて角度をデジタル値で出力し
ようとする場合に、分解能を向上させる必要がないとき
は、Ａ／Ｄ変換器のビット数を減少することができる。

また、処理速度を向上し、価格も安価にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の角度検出装置の構成ブロッ
ク図、第２図は第１図に示す角度検出装置においてＡ／
Ｄ変換器の入力信号を示す波形図、第３図は第２図に示
す信号による分解能を説明するための波形図、第４図は
正弦波信号による分解能を説明するための波形図、第５
図は本発明の他の実施例の構成ブロック図、第６図は本
発明のさらに他の実施例の構成ブロック図である。 （符号の説明） １．３１．４１・・・角度検出装置 Ｒ１・・・レゾルバ ２・・・第１マルチプレクサ ３・・・第２マルチプレクサ ４．５・・・絶対値回路 ６・・・コンパレータ ７．８・・・アナログスイッチ １０．１１・・・除算器 １２・・・符号判別器 １４・・・ＡＤ変換器 １５・・・テーブル変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）検出軸の回転角度情報を正弦波信号と余弦波
   信号の形態でそれぞれ含む第１アナ ログ信号と第２アナログ信号を出力する検 出手段、 （ｂ）前記第１アナログ信号と第２アナログ信号の絶対
   値を比較し、絶対値の小なる側 の信号を絶対値の大なる側の信号で除算す る比較除算手段、 （ｃ）前記第１アナログ信号の符号情報、前記第２アナ
   ログ信号の符号情報もしくは前 記比較除算手段における比較情報のうち少 なくとも１つを含む区間信号を出力する区 間信号出力手段、および （ｄ）前記比較演算手段の出力信号と前記区間信号とに
   基づいて角度データを出力する 角度データ出力手段 を具備してなることを特徴とする角度検出 装置。 ２、角度検出手段が、２以上のレゾルバと 、それらの一つを時分割で順次選択するマ ルチプレクサ手段とを有してなる特許請求 の範囲第１項記載の角度検出装置。