JPS6243501A - 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、
ＮＣｔｔｌｌ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
に応してＡ　ｓｉｎθ・　ｓｉｎωｔなる第１アナログ
信号とＡ　ｃｏｓθ・　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１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Δθに対する出力信号の変化８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」を一定とすれば、θ−
９０°および２７０°近傍での「角度θについての分解
能」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コ９０”や２７ｏ。

の近傍で高い「角度θについての分解能」を得ようとす
れば、「出力信号に対する分解能」を著しく高めなけれ
ばならず、例えば多ビット数のＤ／Ａ変換器が必要とな
るなど価格が高（なることを８味している。

また、それだけ処理速度が遅（なることになる。

本発明の目的とするところは、処理速度が速く、品分Ｍ
ｔｍ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アナログ信号のうち絶対値の小なる
側の信号を選択する信号選択手段、前記第１アナログ信
号の符号情報前記第２アナログｆＲ号の符号情報もしく
は前記信号選択手段における選択情報の少なくとも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
記信号選択手段で選択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
弦波信号分と余弦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
ータを得るようにしている。

そこで、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、図から理解されるように、角度変化Δ
θに対する出力信号の変化δは第４図の６に比較してか
なり大きく、また、θ＝＝０゜〜３６０°の全範囲で同
程度になっている。

そこで、「出力信号に対する分解能」をそれほど高めな
くても、「角度θについての分解能」を大幅に向上でき
る。

「実施例」 以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第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２１１Ｊ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５１！ｌから第７図はそれぞれ本発
明の俺の実施例の構成ブロック図である。なお、図に示
す実施例により本発明が限定されるものではない。

第１図に示す角度検出装置１は、８個のレゾルバＲ１〜
Ｒ８を検出手段として有し、それらを時分割的に順次セ
ンスして、各レゾルバＲ４の角度０Ｌをそれぞれ対応す
るデジタル値Ｄ（１）で出力する装置である。

各レゾルバＲ，からは第１アナログ信号としてＡ　ｓｉ
ｎθ、・　ｓｉｎωｔが出力され、また、第２アナログ
信号としてＡ　ｃｏｓθ１　・　ｓｉｎωｔ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、８個のレゾルバＲ１ｘＲ＊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１を省略し、第１マルチ
プレクサ２の出力信号はＡ　ｓｉｎθ・　ｓｉｎω【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
ωｔは、第１符号変換回路１６に入力される。

第１符号変換回路１６は、レゾルバＲ１〜Ｒ＠の励磁信
号Ｂ　ｓｉｎωｔで制御され、Ａ　ｓｉｎωｔの符号が
正であるときは入力信号の符号を反転せずにそのまま通
過させ、一方、Ａ　ｓｉｎωｔの符号が負であるときは
人力信号の符号を反転させて出力するものである。した
がって、Ａ　ｓｉｎωｔの符号が取り去られた結果とな
り、第１符号変換回路１６を出力される信号は、ｓｉｎ
θ・ｌ　Ａ　ｓｉｎωｔ　１となる。

同様に、第２マルチプレクサ３の出力信号Ａｃｏｓθ・
　ｓｉｎωｔは、第２符号変換回路１７によって、ｃｏ
ｓθ・ＩＡＳｉｎωｔ　１に変換される。

符号変換回路１６と１７の出力信号は、それぞれ第に二
乗回路４と第２二乗回路５に入力される。

第に二乗回路４と第２二乗回路５は、それぞれ（ｓｉｎ
θ・ＩＡ　ｓｉｎωｔ　１）’と（ｃｏｓθ−ＩＡｓｉ
ｎωｔ　１）２を出力する。

二乗回路４と５の出力信号はコンパレータ６で比較され
、第に二乗回路４の出力が第２二乗回路５の出力より大
なるときはｒｌＪが出力され、その反対のときはｒＯＪ
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。

すなわち、アナログスイッチ７．８は、「１」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の
で、コンパレータ６の出力が「ｌ」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、ｆ
ｊ４２アナログスイッチ８がオフとなる。

この結果、第１符号変換回路１６の出力信号ｓｉｎθ・
ｌ　Ａ　ｓｉｎωｔ　１と第２符号変換回路１７の出力
信号ｃｏｓθ・１Ａｓｉｎωｔｌのうち、絶対値の小さ
い方の信号が、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。

したがって、二乗回路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とが、信号選択
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。

また、上記第１符号変換器１６の出力信号は、符号判別
器ｌＯに入力されている。符号判別器１０は、入力信号
の符号が正であるときｒｌＪを出力し、負であるときｒ
ＯＪを出力する。

また、上記第２符号変換器１７の出力信号は、符号判別
器１８に入力されている。符号判別器１８は、入力信号
の符号が正であるときｒｌＪを出力し、負であるとき「
０」を出力する。

これらの符号判別器１０．１８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１０．１
８が、区間信号出力手段を構成している。

二乗回路４．５の出力は、加算３１１で加算され、平方
根回路１２で平方根とされる。

除算器１３は、アナログスイッチ７または８で選択され
た信号を、前記平方根回路１２の出力で除算する。

平方根回路１２の出力は、（（ｓｉｎθ・ｌＡｓ１ｎω
ｔ　　ｌ　）　’　＋　（ｃｏｓθ・ｌ　Ａ　ｓｉｎω
ｔ　１）２）ｌ／２であるが、これは整理すればｌＡｓ
１０ωｔ１である。

そこで、第１アナログスイツチ７がオンとなりｓｉｎθ
・１Ａｓｉｎωｔｌが選択されたときには、除算器１３
の出力はｓｉｎθとなる。また、第２アナログスイツチ
８がオンとなりＣＯＳθ・１Ａｓｉｎωｔ　１が選択さ
れたときには、除算器１３の出力はｃｏｓθとなる。

そこで、除算器１３の出力信号は第２図に示すようにな
る。つまり、θ−０°〜４５°、１３５゜〜２２５°、
３１５〜３６０°ではｓｉｎθが出力され、θ−４５′
″〜１３５°、２２５’　〜３１５゛ではｃｏｓθが出
力される。

除算器１３の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１４に入力され
、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ＩＡ器１５に入
力される。Ａ／Ｄ変換のタイミングは、平方根回路１２
の出力が最も大きい時、すなわち、１ｓ１ｎωｔ　１−
１となる時付近にとるのが好ましい、このとき除算の精
度が最もよいからである。

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１０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　ｉ
ｌｌ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。

■　θ−０”〜４５゛の区間では、コンパレータ６の出
力は「０」、符号判別器ｌＯの出力は「ｌ」、符号判別
器１８の出力は「１」である。

■　θ富４５°〜９０°の区間では、コンパレータ６の
出力は「ｌ」、符号判別器１０の出力はｒｌＪ、符号判
別器１８の出力は１゛１」である。

■　θ−９０°〜１３５°の区間では、コンパレータ６
の出力は「１」、符号判別器ｌＯの出力は「ｌ」、符号
判別器１８の出力は「０」である。

■　θ−１３５°〜１８０°の区間では、コンパレータ
６の出力は「０」、符号判別器ｌＯの出力は「１」、符
号判別器１８の出力は「０」である。

■　θ−１８０°〜２２５°の区間では、コンパレータ
６の出力は「０」、符号判別器ｌＯの出力は「０」、符
号判別器１８の出力は「０」である。

■　θ−２２５°〜２７０゛の区間では、コンパレータ
６の出力は「１」、符号判別５１０の出力は「０」、符
号判別器１８の出力は「０」である。

■　θ−２７０°〜３１５°の区間では、コンパレータ
６の出力は「ｌ」、符号判別器１０の出力は「Ｏ」、符
号判別器１８の出力は「１」である。

■　θ−３１５°〜３６０°の区間では、コンパレータ
６の出力は「０」、符号判別器１０の出力は「０」、符
号判別器１８の出力はｒｌＪである。

■　また、上記Φ〜■の各区間内では、Ａ／Ｄ変換器１
４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゜〜３６
０°の範囲で角度θが一意的に出力されることになる。

なお、θｌ−ｌ０°〜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てきる
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、８１１のレゾルバＲ８〜Ｒ１の各角度０１〜θ
嘗を、対応するデジタル値Ｄ　＋１１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ｔ／Ａより大きくなるか
ら、Ａ／Ｄ変換器１４のビット数等つまり「出力信号に
対する分解能」を一定とすれば、「角度θについての分
解能」を向上することができる。換言すれば、「角度θ
についての分解能」が同じであれば、Ａ／Ｄ変換４１４
のビット数等つまり「出力信号に対する分解能」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、「角度につい
ての分解能」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、「角度につ
いての分解能」をΔθ−２０’を得ようとすると、ｔ／
Ａ−、１１５００００となり、１６ビットの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、絶対値回路
１８ｉ　−１８ｂを用いて、出力信号の絶対値の小なる
ものを選択するようにしたものが挙げられる。

この第５図の角度ネ★出装置２１では、Ａ／Ｄ変換器１
４のＡ／Ｄ変換のタイミングを励磁周波数に合わせて適
正に制御しｓｉｎωｔの符号を一定にすることで、前記
符号変換回路１６．１７を省略している。

また、他の実施例としては、第６ｒ！４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１変器６器
１４マイクロコンピュータ３３に取り込むと共に、第２
マルチプレクサ３の出力信号をＡ／Ｄ変換ｍｌ　４１．
でマイクロコンピュータ３３に取り込み、マイクロコン
ビエータ３３の内部において、■絶対値の小なる（ト）
の信号の選択、■区間信号の取出、■選択した信号値と
前記区間信号からθへの変換、を行うようにしたものが
挙げられる。この場合において、Ａ／Ｄ変換器１４□、
１４ｔ、は、第３図における振幅Ｃまでの入力に対して
分解能を保証すればよく、Ｃｆｅ越える入力信号に対し
てはオーバーフローとなってもかまわないから、Ａ／Ｄ
変換器のピット数を節約するか若しくは分解（２）を挙
げることができる。

なお、積分５３２．．３２ｈを用いているのはノイズの
影響を抑制するためである。

さらに偽の実施例として、第７図に示すように、１個の
Ａ／Ｄ変換器１４を時分割的に第１マルチプレクサ２と
第２マルチプレクサ３とで共用するようにしたものが挙
げられる。

「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アナログ信号のうち絶対値の小なる側の信号
を選択する信号選択手段、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信
号選択手段における選択情報の少なくとも１つを含む区
間信号を出力する区間信号出力手段、および前記信号選
択手段で選択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
検出手段からのアナログ信号の変化が大きい部分のみを
取り出し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変換器のピ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Ｎ簡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、第７図はさ
らにまた他の実施例の構成ブロック図である。 （符号の説明） １．２１，３１．４１・・・角度検出装置Ｒ４・・・レ
ゾルバ ２・・・第１マルチプレクサ ３・・・第２マルチプレク号 ４．５・・・二乗回路 ６・・・コンパレータ ７．８・・・アナログスイッチ １０．１８・・・符号判別器 ＩＩ・・・加算器　　　　　１２・・・平方根回路１３
・・・除算器　　　　　１４・・・Ａ／Ｄ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アナログ信号のうち
   絶対値の小なる側の信号を選択する信号選択手段、 （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信号選択手段における
   選択情報の少なくとも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）前記信号選択手段で選択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。