JPWO2019155700A1 - サーボシステム、センサハブ及び産業用装置の診断方法 - Google Patents

Abstract

仕様の異なる多種多様なセンサに対応することが可能なサーボシステムを提供することを目的とする。モータの回転を検出するエンコーダと、当該回転とは異なる状態を検出するセンサと、モータを駆動制御するサーボアンプとにそれぞれ接続されるセンサハブを備え、センサハブは、エンコーダに着脱可能に接続される。センサハブは、エンコーダから出力されるエンコーダ信号及びセンサから出力されるセンサ信号に信号処理を施し、サーボアンプに送信する。

Description

本発明は、サーボシステム、センサハブ及び産業用装置の診断方法に関し、特に産業用装置の制御や保全で活用するセンサを備えたサーボシステムに関する。

ＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）分野では、産業用装置の動作状況やその周辺環境の状態を様々なセンサで検出し、検出した信号を制御機器で活用する高度通信システムの構築が求められている。その一つとして、産業用装置の駆動制御を行うサーボシステムがある。一般にサーボシステムは、モータと、モータを駆動するサーボアンプと、サーボアンプへ駆動指令を送信するコントローラを有する。モータの回転軸近傍には、モータの回転を制御するため、角度や角速度等の回転情報を検出するエンコーダが取り付けられる。サーボアンプは、コントローラから送信される駆動指令と、エンコーダから送信されるモータの回転情報とに基づきモータを制御する。

さらにサーボシステムでは、モータ又はその周辺の状態を検出するセンサが使用される。センサを用いることにより、例えば、モータの駆動シーケンスの非定常的な制御、モータの被駆動体の制御精度の改善、モータの制御モードの変更等に活用することができる。また、センサを用いてモータ又はその周辺の局所的な異音や振動等を検知することにより、産業用装置の保全に活用することが可能になる。このように、センサの検出信号を駆動制御や保全で活用するには、サーボアンプ若しくはコントローラ、又はコントローラより上位の制御機器に送信する必要がある。一方、産業用装置に適用されるサーボシステムでは、サーボアンプ及びコントローラに対して、モータが離れた位置に設置される場合が多い。このような場合、モータ又はその周辺に設けられたセンサの検出信号をサーボアンプ及びコントローラに伝送するための信号線が長くなることにより、配線作業が煩雑となるとともに、検出信号の伝送特性が悪化するおそれがある。

このような問題に対して、特許文献１では、モータの動作を検出し、検出された動作を示すフィードバック信号を生成するエンコーダを備え、エンコーダがモータの被駆動体の状態を検出するセンサからの検出信号を、センサケーブルを介して受け、フィードバック信号と検出信号とを制御機器に出力することにより、センサケーブルの長さを短くし、配線作業の煩雑性を改善している。

特開２０１５−９５２２１号公報

しかしながら、エンコーダにセンサケーブルを接続し、センサから検出された検出信号とエンコーダから検出されたフィードバック信号とを制御機器に出力する構成では、センサの仕様に対応した入力部を予めエンコーダに設ける必要があり、エンコーダの入力部に対応しない仕様のセンサを用いる場合には、その都度エンコーダごと交換する必要があるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、仕様の異なる多種多様なセンサに対応することが可能なサーボシステムを提供することを目的とする。またセンサを接続することが可能なセンサハブを提供することを目的とする。また、センサハブを用いた産業用装置の診断方法を提供することを目的とする。

本発明に係るサーボシステムは、モータと、モータの回転を検出するエンコーダと、エンコーダに着脱可能に接続される第１接続部、回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部、及び第１接続部を介してエンコーダから出力されるエンコーダ信号及び第２接続部を介してセンサから出力されるセンサ信号を伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部を有するセンサハブと、通信ケーブルを介して送信されるエンコーダ信号、センサ信号及びコントローラから送信される駆動指令に基づいてモータを駆動制御するサーボアンプとを備える。

本発明に係るセンサハブは、モータの回転を検出するエンコーダに着脱可能に接続される第１接続部と、回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部と、第１接続部を介してエンコーダから出力されるエンコーダ信号及び第２接続部を介してセンサから出力されるセンサ信号の少なくともいずれかをモータを駆動制御するサーボアンプに伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部とを備える。

本発明に係る産業用装置の診断方法は、モータの回転を検出するエンコーダとモータに電流を供給するサーボアンプとの間がエンコーダに接続可能なコネクタを備える通信ケーブルを介して着脱可能に接続され、サーボアンプは通信ケーブルを介して送信されるエンコーダの検出信号に基づいて、モータに供給する電流を調整して駆動制御を行うサーボシステムを含む産業用装置の診断方法であって、通信ケーブルとエンコーダとの間に、第１〜第３接続部を有するセンサハブを、第１接続部にエンコーダを接続し、第２接続部にモータの回転とは異なる状態を検出するセンサを接続し、第３接続部に通信ケーブルのコネクタを接続することで接続するステップと、センサハブ及び通信ケーブルを介して、エンコーダの検出信号をエンコーダからサーボアンプへ送信するステップと、センサハブ及び通信ケーブルを介して、センサの検出信号をセンサからサーボアンプへ送信するステップと、エンコーダの検出信号とセンサの検出信号とに基づいて産業用装置を診断するステップとを備える。

本発明のサーボシステムによれば、エンコーダ、センサ及びサーボアンプにそれぞれ接続されるセンサハブを備え、センサハブがエンコーダに着脱可能に接続される構成とすることにより、接続されるセンサの仕様に応じてセンサハブを適宜選択することができ、多種多様なセンサに対応することが可能となる。また本発明のセンサハブによれば、センサの仕様に対応してエンコーダに着脱可能に接続されることにより、エンコーダ及びセンサから出力された信号をサーボアンプに送信することが可能となる。また本発明の産業用装置の診断方法によれば、センサハブをサーボシステムに追加又は交換することにより、センサをサーボシステムに容易に追加又は交換する事が可能となる。

本発明の実施の形態１に係るサーボシステムの概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係るセンサハブの概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係るセンサハブの概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係るセンサハブで生成するデータフレームの構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１に係るサーボシステムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るサーボシステムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るサーボシステムの概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係るセンサハブの概略構成図である。 本発明の実施の形態３に係るセンサハブで生成するデータフレームの構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係るサーボシステムの概略構成図である。 本発明の実施の形態５に係るサーボシステムにセンサハブを導入する工程を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係るサーボシステムを図面に基づいて説明する。以下では、１軸の回転型サーボモータを有するサーボシステムを例に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るサーボシステムの概略構成図である。図１に示すように、サーボシステム１００は、モータ１０と、モータ１０の駆動指令を生成するコントローラ１１と、モータ１０を駆動制御するサーボアンプ１２と、モータ１０の回転を検出するエンコーダ１３と、エンコーダ１３が検出しないその他の状態を検出するセンサ１４と、エンコーダ１３から出力されたエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ１４から出力されたセンサ信号Ｓ１４を受信し、サーボアンプ１２に送信するセンサハブ１５とを備える。ここでは、センサ１４はモータ１０又はモータ１０周辺の状態を検出している。

モータ１０とサーボアンプ１２は、モータ１０の電機子に電流を供給するため、動力線ケーブルＣ３を介して互いに接続される。サーボアンプ１２は、コントローラ１１からの駆動指令と、センサハブ１５から送信されるエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４とに基づいて供給する電流を調整し、モータ１０の駆動制御を行う。

図２は、本発明の実施の形態１に係るセンサハブの概略構成図である。図２に示すように、センサハブ１５は、エンコーダ１３が接続される第１接続部１５ａ（以下、エンコーダ接続部と記す）と、一端がセンサ１４に接続されたセンサケーブルＣ４が接続される第２接続部１５ｂ（以下、センサ接続部と記す）と、一端がサーボアンプ１２に接続された通信ケーブルＣ２が接続される第３接続部１５ｃ（以下、アンプ接続部と記す）とを有する。

センサハブ１５のエンコーダ接続部１５ａは、例えば、エンコーダ１３が接続されるための複数の接続ピンを有するコネクタである。エンコーダ１３は、例えば、センサハブ１５のエンコーダ接続部１５ａの接続ピンに対応する端子孔が形成されたコネクタ１３ａを有する。センサハブ１５のエンコーダ接続部１５ａの接続ピンが、エンコーダ１３のコネクタ１３ａの端子孔に嵌合されることにより、センサハブ１５とエンコーダ１３とが着脱可能に接続される。ここで、センサハブ１５のエンコーダ接続部１５ａを導電部が印刷された配線板とし、エンコーダ１３のコネクタ１３ａに嵌合することにより接続されることもできる。また、センサハブ１５のエンコーダ接続部１５ａと、エンコーダ１３のコネクタ１３ａとは、ケーブルを介して互いに接続されることもできる。

センサハブ１５のセンサ接続部１５ｂは、例えば、３本のセンサケーブルＣ４が接続されるための複数の接続ピンを有するコネクタである。センサ接続部１５ｂの形状及び接続ピンの数は、センサケーブルＣ４のコネクタＣ４ａ、Ｃ４ｂ、Ｃ４ｃの仕様に対応するように形成される。ここで、センサ１４及びセンサケーブルＣ４の数は適宜変更できる。また、センサケーブルＣ４のコネクタＣ４ａ、Ｃ４ｂ、Ｃ４ｃは一体化することもできる。

センサハブ１５のアンプ接続部１５ｃは、例えば、通信ケーブルＣ２のコネクタＣ２ａが備える接続ピンが嵌合される端子孔を有するコネクタである。

ここで、センサハブ１５が備えるエンコーダ接続部１５ａ、センサ接続部１５ｂ及びアンプ接続部１５ｃの形状、接続ピンの数、端子孔の数は、図２に示した構成に限定されず、サーボシステム１００の用途に合わせて適宜変更できる。また、エンコーダ接続部１５ａ、センサ接続部１５ｂ及びアンプ接続部１５ｃは、対応するコネクタに応じて、接続ピンを端子孔、端子孔を接続ピンとすることもできる。

センサハブ１５は、エンコーダ接続部１５ａを介してエンコーダ１３から出力されたエンコーダ信号Ｓ１３と、センサ接続部１５ｂを介してセンサ１４から出力されたセンサ信号Ｓ１４とを受信し、アンプ接続部１５ｃに接続された通信ケーブルＣ２を介してサーボアンプ１２に送信する。

センサハブ１５は、サーボアンプ１２からの指令に応じて、センサ判別部１５３でセンサ接続部１５ｂに接続されたセンサ１４の接続状況を判別し、判別結果をサーボアンプ１２に送信する。センサ１４の接続状況とは、例えば、センサ接続部１５ｂに接続されたセンサ１４の数、センサ１４の種別、センサ信号Ｓ１４の数等である。センサ１４の接続状況は、例えば、センサ信号Ｓ１４の電圧値の変化に基づいて、所定の期間に検出されるセンサ信号Ｓ１４の数をカウントすることで判別される。

サーボアンプ１２は、判別結果を受けて通信仕様設定部１２２でセンサハブ１５とサーボアンプ１２との間の通信仕様を設定する。センサハブ１５は、設定された通信仕様に応じて、信号処理部１５２でエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４をシリアル信号に変換する。センサハブ１５は、アンプ接続部１５ｃに接続された通信ケーブルＣ２を介して、通信仕様設定部１２２で設定された通信仕様で、エンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４をサーボアンプ１２に送信する。

上述のとおり、本発明の実施の形態１に係るサーボシステム１００は、エンコーダ１３に着脱可能に接続されるエンコーダ接続部１５ａ、センサ１４にセンサケーブルＣ４を介して接続されるセンサ接続部１５ｂ及びサーボアンプ１２に通信ケーブルＣ２を介して接続されるアンプ接続部１５ｃを有するセンサハブ１５を備え、センサハブ１５がエンコーダ接続部１５ａ、センサ接続部１５ｂを介してエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４をそれぞれ受信し、アンプ接続部１５ｃ及び通信ケーブルＣ２を介してサーボアンプ１２に送信する。

上述の構成により、接続されるセンサ１４の仕様に応じて、センサハブ１５を適宜選択し、選択したセンサハブ１５をエンコーダ１３に取り付けることができる。これにより、仕様の異なるセンサ１４を新たに取り付ける際でも、エンコーダ１３を取り替える必要がないため、多種多様なセンサ１４に即座に対応することが可能となる。

また、サーボシステム１００は、モータ１０に設けられたエンコーダ１３と、モータ１０又はその周辺に設けられたセンサ１４に接続されたセンサケーブルＣ４とをセンサハブ１５に接続する。この構成により、モータ１０から離れた位置に設置されるコントローラ１１又はサーボアンプ１２にセンサケーブルＣ４を接続する場合に比べ、センサケーブルＣ４の配線作業の煩雑性を改善するとともに、センサ１４で検出されたセンサ信号Ｓ１４の伝送特性を向上させることが可能となる。

またサーボシステム１００は、センサハブ１５がセンサ接続部１５ｂに接続されたセンサ１４の接続状況を判別し、その判別結果に基づき、サーボアンプ１２がサーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信仕様を設定する。この構成により、サーボシステム１００は、センサハブ１５を交換又はセンサハブ１５にセンサ１４を追加、変更を行う際に、サーボアンプ１２でセンサ信号Ｓ１４を即座に読み取ることが可能となる。

コントローラ１１は、モータ１０の位置や速度パターン等の駆動指令を生成し、サーボアンプ１２に送信する。コントローラ１１は、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、モータ駆動用ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、パルス発生器等を備える制御機器である。

コントローラ１１とサーボアンプ１２とは、ネットワークケーブルＣ１を介して接続される。ネットワークケーブルＣ１には、例えばツイストペアのイーサネット（登録商標）ケーブルや光ファイバケーブル等、汎用の通信ケーブルを使用することができる。

サーボアンプ１２は、センサハブ１５と信号を送受信する送受信部１２１と、センサハブ１５で判別されたセンサ１４の接続状況に応じて、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信仕様を設定する通信仕様設定部１２２と、センサハブ１５から送信されたシリアル信号をパラレル信号に変換するパラレル変換部１２３とを備える。

サーボアンプ１２の送受信部１２１、通信仕様設定部１２２及びパラレル変換部１２３は、例えば産業用マイコン（ＣＰＵ）、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）、ＣＰＬＤ(Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ)等のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む電子回路により実現される。また、送受信部１２１と、通信仕様設定部１２２と、パラレル変換部１２３との間のデータ通信は、サーボアンプ１２が備える図示しないバッファやメモリを介したバス通信により行う。通信仕様設定部１２２とパラレル変換部１２３とのいずれか１つ又は両方は、サーボアンプ１２の外部の機器に組み込まれていてもよい。

サーボアンプ１２とセンサハブ１５とは、双方向での信号の送受信が可能な通信ケーブルＣ２を介して互いに接続される。通信ケーブルＣ２は、センサハブ１５のアンプ接続部１５ｃと接続するコネクタＣ２ａを有し、例えば、少なくとも１系統のデジタル信号の信号線と、アナログ信号の信号線と、サーボアンプ１２からセンサハブ１５へ電源電圧を供給する電源線とを内包するケーブルである。信号線と電源線は、それぞれ別のケーブルで接続されてもよい。

サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信は、シリアル通信が適用される。シリアル通信が適用されることにより、通信ケーブルＣ２の信号線の数を少なくすることが可能となる。通信方式は、半二重通信方式でも全二重通信方式でもよく、通信方式をセンサハブ１５に認識させるための通信セレクト線を通信ケーブルＣ２に含ませてもよい。また、エンコーダ１３が内蔵する図示しない温度センサや加速度センサ等の信号を伝送するために、モータ１０からコントローラ１１へ伝送する通信線を通信ケーブルＣ２に含ませてもよい。

エンコーダ１３は、モータ１０の回転を検出し、検出されたモータ１０の回転を示すエンコーダ信号Ｓ１３をセンサハブ１５に送信する。エンコーダ１３は、エンコーダ信号Ｓ１３をセンサハブ１５に送信するための送受信部１３１を有し、送受信部１３１は、センサハブ１５のエンコーダ接続部１５ａと接続するためのコネクタ１３ａを備える。エンコーダ１３が検出するモータ１０の回転は、例えば回転軸の角度、角速度、角加速度である。エンコーダ１３は、例えばモータ１０の回転軸近傍に取り付けられて設けられる。

エンコーダ１３の検出方式は、アブソリュート方式、インクリメンタル方式等である。エンコーダ１３は、エンコーダ１３の検出回路の状態や信号検出時のアラームを出力するために、例えば温度センサ等の検出器を内部に備えてもよい。また、エンコーダ１３は、モータ１０が備えるベアリング機構の磨耗及び劣化やモータ回転時の駆動反力を検出するために、例えば加速度センサを内部に備えてもよい。エンコーダ１３が、モータ１０の回転とは異なるその他の状態も検出する場合、その検出結果（エンコーダ１３に設けられた温度センサ、加速度センサ等の検出結果）は、モータ１０の回転情報とともにセンサハブ１５に送信される。

エンコーダ信号Ｓ１３は、エンコーダ１３の送受信部１３１がセンサハブ１５へ送信する電気信号であり、例えば、エンコーダ１３で検出したモータ１０の回転情報、エンコーダ１３の検出回路が備える温度センサ等で検出したエンコーダ１３の内部情報、エンコーダ１３のアラーム情報である。

センサ１４は、エンコーダ１３の検出対象であるモータ１０の回転とは異なる検出対象の状態を検出し、検出された状態を示すセンサ信号Ｓ１４をセンサハブ１５に送信する。センサ１４は、モータ１０の回転とは異なる検出対象の状態として、例えば、モータ１０又はモータ１０周辺の温度、振動、音等を検出する。モータ１０周辺とは、例えば、モータ１０の被駆動体、モータ１０を固定する架台、被駆動体が作用を及ぼす対象である。被駆動体が作用を及ぼす対象とは、例えば、モータ１０によって駆動されるロボットが把持する部品や、モータ１０によって駆動される加工機が加工するワーク等である。センサ１４は、例えば加速度センサやカメラである。その他、位置センサ、速度センサ、圧力センサ、マイクロフォン、ジャイロセンサ、流量センサ、温度センサ、照度センサ、磁気センサ、赤外線センサ等を用いてもよい。

センサ１４は、モータ１０、エンコーダ１３、モータ１０の被駆動体、モータ１０を固定する架台又は被駆動体が作用を及ぼす対象の少なくともいずれかに設置される。また治具やスタンドを用いてこれらの周辺に設置してもよい。また、センサ１４は、計測対象物の絶対的な状態を検出してもよいし、相対的な状態を検出してもよい。

センサ信号Ｓ１４は、センサ１４がセンサケーブルＣ４を介してセンサハブ１５へ送信する電気信号である。ここで、センサ１４とセンサハブ１５との間で送受信されるセンサ信号Ｓ１４は、圧縮又は変調されていてもよい。センサ１４とセンサハブ１５との間で送受信されるセンサ信号Ｓ１４は、例えば、シングルエンド方式若しくは差動方式で伝送されるアナログ信号又はデジタル信号と、信号の基準を示すグランド信号とを含む信号である。

センサ１４とセンサハブ１５とは、センサケーブルＣ４を介して互いに接続される。センサケーブルＣ４は、センサ１４が出力するセンサ信号Ｓ１４をセンサハブ１５へ伝送する少なくとも１本の通信ケーブルである。センサ１４がデジタル信号を出力する場合は、センサハブ１５とセンサ１４との間をパラレル通信で接続しても、シリアル通信で接続してもよい。シリアル通信を適用することにより信号線の本数を少なくすることができる。

センサ１４とセンサハブ１５との間の通信は、例えば、ＲＳ（ＴＩＡ／ＥＩＡ）２３２／４２２／４８５、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｉ２Ｓ（Ｉｎｔｅｒ ＩＣ Ｓｏｕｎｄ）、１−Ｗｉｒｅ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／ＩＰ、１０ＢａｓｅＴ等のシリアル通信規格を採用することができる。シリアル通信の伝送方式は同期式であっても非同期式であってもよい。

センサケーブルＣ４は、センサ１４が出力するセンサ信号Ｓ１４をセンサハブ１５へ伝送する信号線だけでなく、センサハブ１５からセンサ１４へ電力を供給する電源線を備えてもよい。センサケーブルＣ４が複数の信号線及び電源線を備える場合は、ビニルやシールド線等により束ねて被覆し、複合通信ケーブルとして一部又は全体を一本化してもよい。センサ１４としてマイクロフォン及びカメラを用いる場合、マイクロフォンの音響信号とカメラの映像信号をＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ-Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）（登録商標）ケーブルを介してＴＭＤＳ（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｍｉｚｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）等の伝送方式で同時に送信してもよい。

また、センサ信号Ｓ１４を無線で伝送することが可能なセンサ１４を用いる場合は、センサハブ１５にＷＳＮ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）等の無線基地局を設けてセンサ信号Ｓ１４を受信し、通信ケーブルＣ２を介してサーボアンプ１２の送受信部１２１に送信してもよい。これにより、コントローラ１１又はサーボアンプ１２に基地局を設ける場合に比べて、無線を飛ばす距離を短くすることができ、通信の遅れや信頼性を改善することができる。

図３は、本発明の実施の形態１に係るセンサハブを示す概略構成図である。センサハブ１５は、エンコーダ１３、センサ１４及びサーボアンプ１２に信号を送受信する送受信部１５１と、送受信される信号を処理する信号処理部１５２と、センサ１４の接続状況を判別するセンサ判別部１５３とを備える。

信号処理部１５２は、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部１５２ａと、パラレル信号をシリアル信号に変換するシリアル変換部１５２ｂとを備える。シリアル変換部１５２ｂは、サーボアンプ１２の通信仕様設定部１２２で設定されたシリアル通信のデータフレームの構成に基づいて、センサ信号Ｓ１４をシリアル信号に変換する。センサハブ１５は、エンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４を例えば異なる２系統のシリアル通信でそれぞれサーボアンプ１２に送信する。

ここで、シリアル変換部１５２ｂは、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４とを１つのシリアル信号に複合し、１系統のシリアル通信でサーボアンプ１２に伝送してもよい。また、シリアル変換部１５２ｂは、センサ１４が複数接続されている場合、複数のセンサ信号Ｓ１４を１つのシリアル信号に複合し、１系統のシリアル通信でサーボアンプ１２に伝送してもよい。１系統のシリアル通信とすることにより、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の信号線の数を少なくすることができる。

またシリアル変換部１５２ｂは、センサ信号Ｓ１４を間引いてセンサ信号Ｓ１４のサンプリング周期とは異なる周期の信号に変換してもよいし、データ容量を抑えるために冗長なデータを削除してもよい。また、センサハブ１５が通信エラーや電力エラーを検知した際に発生する通信アラーム信号及び電力アラーム信号等のアラーム情報をシリアル信号へ重畳させてもよいし、センサハブ１５の周囲温度や稼動時間等の診断情報をシリアル信号へ重畳させてもよい。

センサ判別部１５３は、例えば、センサ信号Ｓ１４の電圧値に基づいて、センサ１４の接続状況として、センサ１４の数、センサ１４の種別、センサ信号Ｓ１４の数等を判別して、判別結果をセンサハブ１５の送受信部１５１に出力する。

センサハブ１５の信号処理部１５２は、アナログ回路、パッケージＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、産業用マイコン（ＣＰＵ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＣＰＬＤ等のＬＳＩを含む電子回路により実現される。信号処理部１５２は、雑音の除去や通信精度を向上させるために図示しないフィルタ処理手段やバッファ処理手段を備えてもよい。また信号処理部１５２は、ＡＤ変換するアナログ形式のセンサ信号Ｓ１４の種類や数が多い場合は、マルチプレクサやスイッチ用ＩＣを含んでもよい。

図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係るセンサハブのシリアル変換部で生成されるシリアル通信のデータフレームの構成の一例を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）は、それぞれエンコーダ信号Ｓ１３、センサ信号Ｓ１４のデータフレームである。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４は、例えば異なる２系統のシリアル通信で送信される。

シリアル通信のデータフレームは、例えば、ヘッダと、データフィールドと、フッタによって構成される。ヘッダは、エンコーダ１３又はセンサ１４の動作状態に関するアラーム情報や、ビットレート等の通信仕様を送信する領域である。フッタは、誤り検出符号を送信する領域であり、これに基づきサーボアンプ１２は、データ転送に伴う伝送路ノイズ等の誤りを検知する。誤り検知方式としては、パリティ、チェックサム、巡回冗長検査等を適用できる。

データフィールドは、フレーム化されたエンコーダ信号Ｓ１３又はセンサ信号Ｓ１４を送信する領域であり、信号はスタートビット、データビット、パリティビット、ストップビット等により構成される。図４（ｂ）に示すように、センサ１４が、例えば加速度センサ及び圧力センサである場合、データフィールドは、加速度センサが出力するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の３つの加速度センサ信号Ｓ１４１ａ、Ｓ１４１ｂ、Ｓ１４１ｃと、圧力センサが出力する圧力センサ信号Ｓ１４２とが複合されて構成される。

次に、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信仕様を設定する際のサーボシステム１００の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係るサーボシステムの動作を示すフローチャートである。以下では、センサ１４からのセンサ信号Ｓ１４がアナログ形式でセンサハブ１５に出力されるものとする。

サーボアンプ１２は、センサ１４の判別を要求する判別リクエスト信号Ｓ０３をセンサハブ１５に送信する（ＳＴ１０１）。センサハブ１５は、センサ１４からセンサ信号Ｓ１４を受信する（ＳＴ１０２）。センサハブ１５は、受信したアナログ形式のセンサ信号Ｓ１４を予め定めた一定の期間、ＡＤ変換部１５２ａでデジタル信号に変換する（ＳＴ１０３）。ＡＤ変換する期間は、例えば、サーボアンプ１２又はセンサハブ１５が行うことのできるシリアル通信の最短の更新周期に設定する。

センサハブ１５は、センサ信号Ｓ１４をシリアル変換部１５２ｂでシリアル信号に変換する（ＳＴ１０４）。センサハブ１５は、センサ判別部１５３で、センサ信号Ｓ１４の電圧値の変化に基づき、センサ信号Ｓ１４の数を判別する(ＳＴ１０５)。例えば、センサ信号Ｓ１４の電圧が一定の期間に閾値よりも大きく、又は小さくなった場合に、センサ信号Ｓ１４を受信したとみなしてセンサ信号Ｓ１４の数を判別する。

センサハブ１５は、センサ判別部１５３で判別したセンサ信号Ｓ１４の数を、センサ判別信号Ｓ１６としてサーボアンプ１２に送信する（ＳＴ１０６）。

サーボアンプ１２の通信仕様設定部１２２は、センサ判別信号Ｓ１６に基づき、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信仕様を設定する（ＳＴ１０７）。通信仕様設定部１２２は、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間のシリアル通信のデータフレームを設定する。通信仕様設定部１２２が設定するデータフレームは、センサ信号Ｓ１４の数と、センサ信号Ｓ１４の種別と、センサ信号Ｓ１４のデータサイズと、センサ信号Ｓ１４の送信順序と、センサ１４とセンサハブ１５との間の通信方式に応じて決定される。

サーボシステム１００は、ＳＴ１０１からＳＴ１０７を実行することにより、センサハブ１５に接続されたセンサ１４に応じて、センサハブ１５とサーボアンプ１２との間の通信仕様を設定することができる。これにより、センサハブ１５のセンサ接続部１５ｂに接続されたセンサ１４に応じてシリアル通信の更新周期や通信速度や通信データ量を最適化することができる。

ＳＴ１０１からＳＴ１０７は一部を省略、又は一部の順番を入れ替えて実施してもよい。例えば、ＡＤ変換部１５２ａでデジタル信号に変換されたパラレル形態のセンサ信号Ｓ１４を、シリアル変換部１５２ｂを介さずに、センサ判別部１５３へ送信してもよい。また、センサ判別部１５３が判別したセンサ信号Ｓ１４の数や、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信仕様は、センサハブ１５が備える図示しない記録回路に保存してもよい。サーボシステム１００の運用時に保存した内容を呼び出すことで、ステップＳＴ１０１からＳＴ１０７の動作を省略することができる。

次に、エンコーダ１３及びセンサ１４で検出された信号を、ＳＴ１０１からＳＴ１０７により設定された通信仕様でセンサハブ１５を介してサーボアンプ１２に送信する動作について図６に基づいて説明する。図６は、本発明の実施の形態１に係るサーボシステムの動作を示すフローチャートである。以下では、エンコーダ１３で検出されたエンコーダ信号Ｓ１３は、エンコーダ１３内部でシリアル信号に変換され、エンコーダ１３とセンサハブ１５との間は、シリアル通信されるものとする。

サーボアンプ１２は、ＳＴ１０１からＳＴ１０７で設定された通信仕様での応答を要求する第１通信リクエスト信号Ｓ０１をセンサハブ１５に送信する（ＳＴ２０１）。第１通信リクエスト信号Ｓ０１は、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間のビットレート、通信帯域、更新周期等の通信仕様を指定し、エンコーダ信号Ｓ１３又はセンサ信号Ｓ１４の応答を要求する。

センサハブ１５は、第１通信リクエスト信号Ｓ０１に基づいて、設定された通信仕様でエンコーダ１３からの応答を要求する第２通信リクエスト信号Ｓ０２を生成し、エンコーダ１３に送信する（ＳＴ２０２）。第２通信リクエスト信号Ｓ０２は、エンコーダ１３とセンサハブ１５との間のビットレート、通信帯域、更新周期等の通信仕様を指定し、エンコーダ１３にエンコーダ信号Ｓ１３の応答を要求する。エンコーダ１３は、第２通信リクエスト信号Ｓ０２で指定された通信仕様でエンコーダ信号Ｓ１３をセンサハブ１５に送信する（ＳＴ２０３）。

センサハブ１５は、センサ１４からセンサ信号Ｓ１４を受信し、ＡＤ変換部１５２ａでデジタル信号に変換する（ＳＴ２０４）。シリアル変換部１５２ｂは、第１通信リクエスト信号Ｓ０１で指定された通信仕様に応じてセンサ信号Ｓ１４をシリアル変換する。シリアル変換部１５２ｂは、例えば、センサハブ１５の送受信部１５１で第１通信リクエスト信号Ｓ０１に基づいて生成された複数のセンサ信号Ｓ１４の複合を要求する複合リクエスト信号Ｓ０４に応じて、複数のセンサ信号Ｓ１４をシリアル信号に複合し、センサ複合信号Ｓ１５として出力する（ＳＴ２０５）。

センサハブ１５は、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ複合信号Ｓ１５とを、例えば異なる２系統のシリアル通信により、それぞれサーボアンプ１２に送信する（ＳＴ２０６）。

サーボアンプ１２は、パラレル変換部１２３でセンサ複合信号Ｓ１５をパラレル信号として分離し、エンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４を取得する（ＳＴ２０７）。このとき、センサ複合信号Ｓ１５にセンサ判別信号Ｓ１６を含ませることにより、サーボアンプ１２のパラレル変換部１２３でセンサ複合信号Ｓ１５を分離できるようにしてもよい。

サーボシステム１００は、ＳＴ２０１からＳＴ２０７を実行することにより、サーボアンプ１２の通信仕様設定部１２２で設定した通信仕様に基づいてエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４を取得することができる。

ＳＴ２０１からＳＴ２０７は一部を省略又は一部の順番を入れ替えて実施してもよい。シリアル信号の通信方式は調歩同期式に限定されない。シリアル信号の通信方式は、半二重式と全二重式のいずれの方式でもよい。また、各種リクエスト信号は、同期式通信のためのクロック信号を含んでもよい。また第２通信リクエスト信号Ｓ０２は、モータ１０及びエンコーダ１３によって要否や内容が変わる信号であり、モータ１０及びエンコーダ１３の種類によっては第２通信リクエスト信号Ｓ０２を使用しなくてもよい。

上述のとおり、本発明の実施の形態１に係るサーボシステム１００は、エンコーダ１３に着脱可能に接続されるセンサハブ１５を備え、センサハブ１５を介してエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４がサーボアンプ１２に送信される。この構成により、センサ１４の仕様に応じてセンサハブ１５を適宜選択してエンコーダ１３に接続することができる。これにより、多種多様なセンサ１４からの情報を利用してモータ１０の駆動を制御することが可能となる。

またサーボシステム１００は、センサハブ１５のセンサ判別部１５３がセンサ１４の接続状況を判別し、この判別結果に基づきサーボアンプ１２の通信仕様設定部１２２がサーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信仕様を設定する。この構成により、サーボシステム１００は、センサハブ１５を交換又はセンサハブ１５にセンサ１４を追加、変更を行う際に、サーボアンプ１２でセンサ信号Ｓ１４を即座に読み取ることができる。またサーボシステム１００は、センサハブ１５とサーボアンプ１２との間のシリアル通信の更新周期や通信速度や通信データ量を最適化することができる。

なお、センサハブ１５のエンコーダ接続部１５ａは、通信ケーブルＣ２が備えるコネクタＣ２ａと同一形状で、かつ同じピンアサインで構成されると好ましい。またセンサハブ１５のアンプ接続部１５ｃは、エンコーダ１３のコネクタ１３ａと同一形状で、かつ同じピンアサインで構成されると好ましい。

このように構成することで、サーボシステム１００の立上げ時やメンテナンス時にセンサハブ１５を使用し、運用時には使用したセンサハブ１５を取り外し、通信ケーブルＣ２のコネクタＣ２ａをエンコーダ１３に接続することができる。

また、サーボシステム１００では、サーボアンプ１２からセンサハブ１５、エンコーダ１３及びセンサ１４へ電力が供給されるように構成されると好ましい。サーボアンプ１２から供給される電力は、通信ケーブルＣ２の電源線を介して電力信号としてセンサハブ１５に送信され、センサハブ１５を介してエンコーダ１３の図示しない回路基板及びセンサ１４へと供給される。

このように構成することで、センサハブ１５は、電力をサーボアンプ１２から得ることができ、センサハブ１５を容易に交換することができる。

ここで、電力信号は、例えばプラス又はマイナスの電線とグランド線とを含む。電力信号が伝送する電力は、直流信号でも交流信号でもよい。またセンサハブ１５は、センサ１４へ供給する電力ラインの種類を増やすため、昇圧又は降圧回路を含んでもよい。これにより、センサハブ１５に接続されるセンサ１４の数を増やすことができる。また、サーボアンプ１２や設備電源の電圧変動の影響を受けないように構成するために、センサハブ１５にバッテリーを搭載してもよい。サーボアンプ１２の供給電力が乏しい場合や供給電圧の変動が大きい場合は、センサハブ１５の外部からセンサハブ１５、エンコーダ１３、そしてセンサ１４のいずれか１つ又は複数へ電力を供給してもよい。

またセンサハブ１５は、１つのセンサハブ１５に対応できるセンサ１４の仕様を限定し、センサ１４の仕様に応じてセンサハブ１５を適宜交換するように構成されると好ましい。これにより、１つのセンサハブ１５で多種多様なセンサ１４に対応するようにした場合に比べ、ハードウェア及びソフトウェアを冗長にする必要がなく、センサハブ１５の基板サイズや設定データを小さく抑えることができる。

また、図１では、センサハブ１５が鉛直方向上側からモータ１０へ装着される例を示したが、センサハブ１５はエンコーダ１３の周辺でスペースが確保し易い場所や、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｔｙ）の良好な場所に配置すればよい。また、センサハブ１５は、回路基板や構造が２つ以上に分割されていてもよい。例えば、エンコーダ接続部１５ａと信号処理部１５２とがケーブルを介して接続されてもよい。

実施の形態２．
本発明を実施するための実施の形態２に係るサーボシステム１００について図７に基づいて説明する。ここで、実施の形態１に係るサーボシステム１００と重複する説明は、適宜簡略化又は省略する。図７中、実施の形態１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。本実施の形態に係るサーボシステム１００は、アナログ信号で出力するセンサ１４に加えて、さらにシリアル形式のデジタル信号で出力するセンサ１４ｂを接続可能なセンサハブ１５を備える。

図７は、本発明の実施の形態２に係るサーボシステムの概略構成図である。センサハブ１５は、エンコーダ接続部１５ａ、センサ接続部１５ｂ、アンプ接続部１５ｃを有し、エンコーダ接続部１５ａは、エンコーダ１３に着脱可能に接続される。また、センサハブ１５のセンサ接続部１５ｂは、例えば、アナログ信号で出力される３つのセンサ１４及びシリアル形式のデジタル信号で出力されるセンサ１４ｂがセンサケーブルＣ４を介して接続される。センサ１４、１４ｂ及びセンサケーブルＣ４の数は、これに限らず適宜変更できる。

センサ１４ｂは、例えば、マイクロフォンであり、モノラルの音響信号をシリアル形式でセンサ信号Ｓ１４ｂとしてセンサハブ１５に送信する。センサ１４ｂは、例えばＩ２Ｓ形式で、センサハブ１５と通信する。このとき、センサケーブルＣ４は、ＳＣＬＫ（Ｓｅｒｉａｌ Ｃｌｏｃｋ）信号と、ＷＤＣＬＫ（Ｗｏｒｄ Ｃｌｏｃｋ）信号と、ＳＤ（Ｓｅｒｉａｌ Ｄａｔａ）信号との伝送線を含む。

センサハブ１５の信号処理部１５２は、Ｉ２Ｓ形式でセンサ１４ｂから送信されるＳＤ信号を電圧値へ変換するシリアルインターフェース（シリアルＩ／Ｆ）１５２ｃを備える。シリアルインターフェース１５２ｃで電圧値に変換されたセンサ信号Ｓ１４ｂは、センサ判別部１５３に出力され、センサ１４、１４ｂの接続状況として、センサ１４、１４ｂの数、センサ１４、１４ｂの種別、センサ信号Ｓ１４、Ｓ１４ｂの数等が判別される。

センサ１４ｂとセンサハブ１５との間の通信仕様を設定する際、サーボアンプ１２は、センサハブ１５が対応する各種シリアル通信方式の第３通信リクエスト信号Ｓ０５を、センサハブ１５を介してセンサ１４ｂへ順次送信する。

第３通信リクエスト信号Ｓ０５は、センサハブ１５が対応するセンサ１４ｂと、センサハブ１５との間のビットレート、通信帯域、更新周期等の通信仕様を指定し、センサ信号Ｓ１４ｂの応答を要求する。例えば、センサ１４ｂに対してＩ２Ｓ方式で応答可能かどうかを確認するのであれば、サーボアンプ１２はＷＤＣＬＫ信号及びＳＣＬＫ信号を送信し、Ｉ２Ｓ方式の通信仕様で規定された応答が所定のタイミングで取得できるかを確認する。これにより、センサハブ１５とセンサ１４ｂとの間の通信仕様を設定することができる。

センサハブ１５とセンサ１４ｂとの間の通信形式は、Ｉ２Ｓの他に例えば、ＲＳ（ＴＩＡ／ＥＩＡ）２３２／４２２／４８５、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、１−Ｗｉｒｅ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ（登録商標）、１０ＢａｓｅＴ等のシリアル通信規格を採用することができ、シリアル通信の伝送方式は同期式であっても非同期式であってもよい。シリアルインターフェース１５２ｃは、産業用マイコンのＵＲＡＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ／Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）やトランシーバＩＣにより実現してもよい。

センサハブ１５のセンサ判別部１５３で判別されたセンサ１４、１４ｂの接続状況に応じて、サーボアンプ１２の通信仕様設定部１２２がセンサハブ１５とサーボアンプ１２との間の通信仕様を設定する。センサハブ１５は、設定された通信仕様に応じて、エンコーダ接続部１５ａを介して送信されたエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ接続部１５ｂを介して送信されたセンサ信号Ｓ１４、Ｓ１４ｂを、アンプ接続部１５ｃに接続された通信ケーブルＣ２を介してサーボアンプ１２に送信する。

上述のとおり、本発明の実施の形態２に係るサーボシステム１００によれば、エンコーダ１３に着脱可能に接続されるエンコーダ接続部１５ａ、シリアル形式で出力されるセンサ１４ｂを接続可能なセンサ接続部１５ｂ、エンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４、Ｓ１４ｂをサーボアンプ１２に伝送する通信ケーブルＣ２が接続されるアンプ接続部１５ｃを有するセンサハブ１５を備え、センサ１４の仕様に応じてセンサハブ１５を適宜選択してエンコーダ１３に取り付けることで、多種多様なセンサ１４に対応することが可能となる。

また、センサ１４ｂとセンサハブ１５との間がシリアル通信で送受信される場合でも、センサ判別部１５３で、センサ１４、１４ｂの接続状況を判別し、判別結果に応じてサーボアンプ１２とセンサハブ１５との間のシリアル通信の通信仕様を設定することができ、シリアル通信の更新周期や通信速度や通信データ量を最適化することが可能となる。

なお、センサ１４ｂとセンサハブ１５との間のシリアル通信方式の仕様を限定してもよい。これにより、センサ接続部１５ｂに設けるシリアル通信用のポートの種類を少なくすることができ、センサハブ１５を小型かつ低コストにすることが可能となる。

実施の形態３．
本発明を実施するための実施の形態３に係るサーボシステム１００について図８、９に基づいて説明する。ここで、実施の形態１に係るサーボシステム１００と重複する説明は、適宜簡略化又は省略する。図８、９中、実施の形態１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。本実施の形態に係るサーボシステム１００は、実施の形態１のサーボシステム１００において、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４とを異なる２系統のシリアル形式で通信する構成であったのに対し、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４とを複合し、１系統のシリアル形式で通信する構成とした。

図８は、本発明の実施の形態３に係るセンサハブの概略構成図である。図８に示すように、センサハブ１５は、エンコーダ１３に着脱可能に接続されるエンコーダ接続部１５ａ、一端がセンサ１４に接続されたセンサケーブルＣ４が接続されるセンサ接続部１５ｂ及び一端がサーボアンプ１２に接続された通信ケーブルＣ２が接続されるアンプ接続部１５ｃを有する。

センサハブ１５の信号処理部１５２は、センサ信号Ｓ１４に加えてエンコーダ信号Ｓ１３を受信する。センサハブ１５の送受信部１５１は、第１通信リクエスト信号Ｓ０１で指定されたシリアル信号のデータフレームの構成に応じて、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４とを複合することを要求する複合リクエスト信号Ｓ０４を生成する。シリアル変換部１５２ｂは、複合リクエスト信号Ｓ０４に応じてエンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４とをシリアル信号に複合して、複合信号Ｓ１７として出力する。センサハブ１５は、複合信号Ｓ１７を１系統のシリアル通信によりサーボアンプ１２へ送信する。

一例として、２ｂｙｔｅのエンコーダ信号Ｓ１３と合計５ｂｙｔｅのセンサ信号Ｓ１４とを複合して、センサハブ１５からサーボアンプ１２へ送信する場合について説明する。ここでセンサ１４は、加速度センサ、圧力センサ及びマイクロフォンとする。

センサ信号Ｓ１４は、それぞれ１ｂｙｔｅのデジタルデータであるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の加速度センサ信号Ｓ１４１ａ、Ｓ１４１ｂ、Ｓ１４１ｃ、圧力センサ信号Ｓ１４２、マイクロフォン信号Ｓ１４３である。ここで、エンコーダ信号Ｓ１３及び各センサ信号Ｓ１４１ａ、Ｓ１４１ｂ、Ｓ１４１ｃ、Ｓ１４２、Ｓ１４３のデータサイズやセンサ１４の数、シリアル通信のデータフレームの構成は適宜変更できる。

サーボアンプ１２の通信仕様設定部１２２は、信号処理部１５２が受信したセンサ信号Ｓ１４の数が５つであることをセンサ判別信号Ｓ１６に基づき認識すると、第１通信リクエスト信号Ｓ０１をシリアル変換部１５２ｂへ送信する。第１通信リクエスト信号Ｓ０１は、１系統のシリアル通信により２ｂｙｔｅのエンコーダ信号Ｓ１３と、合計５ｂｙｔｅのセンサ信号Ｓ１４とを同時に送信するためのデータフレームの構成に関する情報を含む。

一回の更新で送信可能なシリアル通信のデータ容量が５ｂｙｔｅであるのに対して、エンコーダ信号Ｓ１３及び各センサ信号Ｓ１４１ａ、Ｓ１４１ｂ、Ｓ１４１ｃ、Ｓ１４２、Ｓ１４３のデータ容量の合計は７ｂｙｔｅである。

このような場合、更新周期毎に送信するデータを分割、間引き、圧縮等を行う。例えば、センサハブ１５のシリアル変換部１５２ｂは、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４のいずれか１つ又は両方に対して、サーボアンプ１２とセンサハブ１５との間のシリアル通信の更新周期毎にデータを分割する信号処理を施す。

図９は、シリアル変換部が生成するシリアル通信のデータフレームの構成の一例である。図９に示すように、サーボアンプ１２の通信仕様設定部１２２は、モータ１０の回転制御に必要なエンコーダ信号Ｓ１３については毎回送信し、各センサ信号Ｓ１４１ａ−ｃ、Ｓ１４２、Ｓ１４３は２回に一度の更新周期で送信するデータフレームを生成するように指示をセンサハブ１５のシリアル変換部１５２ｂに送信する。この指示に従って、シリアル変換部１５２ｂは、図９に示すデータフレームを生成し、データフレームをシリアル通信のデータフィールドに付加して送信する。

ここで、センサハブ１５は、更新周期毎にデータを分割する例を示したが、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４のいずれか１つ又は両方に対して、データを間引く信号処理を施してもよい。また、センサハブ１５は、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４のいずれか１つ又は両方に対して、データを圧縮する信号処理を施してもよい。

また、データを間引いたり、圧縮したりした際に欠損したデータＳ２００を付加情報として重畳させてもよい。図９では、偶数回目の更新周期において、１データフレーム（１ｂｙｔｅ）分の通信容量にデータＳ２００を付加している。

また、センサハブ１５が送信するデータ容量を削減するため、エンコーダ信号Ｓ１３又はセンサ信号Ｓ１４の特徴量を抽出して、サーボアンプ１２へ送信してもよい。例えば、センサハブ１５は、エンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４とのいずれか１つ又は両方に対して、時間領域のデータから周波数領域のデータへ変換する信号処理を施してもよい。

上述のとおり、本発明の実施の形態３に係るサーボシステム１００によれば、センサハブ１５を、エンコーダ１３に着脱可能とすることで、センサ１４の仕様に応じてセンサハブ１５を適宜選択してエンコーダ１３に接続することができ、多種多様なセンサ１４に対応することが可能となる。さらに、サーボシステム１００は、センサハブ１５がエンコーダ信号Ｓ１３とセンサ信号Ｓ１４を複合した複合信号Ｓ１７を生成し、１系統のシリアル通信によりサーボアンプ１２へ送信することができ、通信ケーブルＣ２の信号線の省配線化が可能となる。

また、センサハブ１５がエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４に対し、更新周期毎にデータを分割、データの間引き、圧縮等の信号処理を施すことにより、一回の更新で送信可能なシリアル通信のデータ容量に対してデータ容量が多い場合でも、エンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４を送信することが可能となる。

実施の形態４．
本発明を実施するための実施の形態４に係るサーボシステム１００について図１０に基づいて説明する。ここで、実施の形態１に係るサーボシステム１００と重複する説明は、適宜簡略化又は省略する。図１０中、実施の形態１と同一符号は、同一又は相当部分を示す。本実施の形態に係るサーボシステム１００は、サーボシステム１００を含む産業用装置全体の実行計画に基づきサーボシステム１００の駆動タイミングを指令する上位処理装置１０１を備える。

上位処理装置１０１は、例えばクラウド、エッジコンピュータ、ＩＰＣ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ＭＥＳ（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）等を含む、システム全体の集中管理を目的とした産業用装置の制御装置である。

上位処理装置１０１は、コントローラ１１に、双方向での信号の送受信が可能なネットワークケーブルＣ０で接続される。サーボシステム１００は、上位処理装置１０１を備え、コントローラ１１がモータ１０の駆動タイミングを指令することで、産業用装置全体の実行計画に基づき、モータ１０の回転を制御することができる。

また、上位処理装置１０１は、センサ１４からのセンサ信号Ｓ１４を解析することで、産業用装置の経年劣化等を診断し、サーボシステム１００で使用する各機器やモータ１０の被駆動体等の予防保全や計画保全を実施することができる。

例えば、エンコーダ１３とサーボアンプ１２の間を所定の通信ケーブルで直接に接続して動作する既存のサーボシステム１００において、図１０に示す通信ケーブルＣ２としてその既存の通信ケーブルを用い、既存の通信ケーブルとエンコーダ１３の間にセンサハブ１５を接続して、そのセンサハブ１５に接続したセンサ１４からのセンサ信号Ｓ１４に基づいて上位処理装置１０１が産業用装置を診断するようにすることができる。

サーボシステム１００は、センサハブ１５が既に接続され、その既存のセンサハブ１５では新たなセンサ１４を接続又は識別できない場合、その既存のセンサハブ１５を、そのセンサ１４を接続又は識別可能な新しいセンサハブ１５に交換するようにしてもよい。診断が一時的なものであるならば、診断後は交換後のセンサハブ１５を元のセンサハブ１５に戻してもよいし、そのまま交換後のセンサハブ１５をモータ１０の駆動制御に使い続けてもよい。診断に用いるセンサハブ１５は、診断のためにエンコーダ１３からのエンコーダ信号Ｓ１３を上位処理装置１０１に送るようにしてもよいし、診断ではエンコーダ信号Ｓ１３を使わなくてもよい。

また、センサハブ１５にエンコーダ接続部１５ａを設けず、センサハブ１５にエンコーダ１３が接続されない状態で診断を行ってもよい。交換後のセンサハブ１５をモータ１０の駆動制御にも用いる場合には、エンコーダ１３からのエンコーダ信号Ｓ１３をサーボアンプ１２へ送信する機能を、当該センサハブ１５に設ける。

実施の形態５.
以下では、サーボシステム１００にセンサハブ１５を接続し、産業用装置を診断する方法の実施の一例を説明する。図１１は、本発明の実施の形態５に係るサーボシステムにセンサハブを導入する工程を示すフローチャートである。以下では、サーボアンプ１２とエンコーダ１３とが接続されている既存のサーボシステム１００にセンサハブ１５を追加する場合について記載する。

サーボシステム１００の使用者は、センサハブ１５を取り付けるためにサーボアンプ１２の電源をオフにして、エンコーダ１３のコネクタ１３ａから通信ケーブルＣ２のコネクタＣ２ａを取り外す（ＳＴ３０１）。

サーボシステム１００の使用者は、センサハブ１５を、サーボアンプ１２、エンコーダ１３及びセンサ１４にそれぞれ接続する（ＳＴ３０２）。サーボシステム１００の使用者は、通信ケーブルＣ２のコネクタＣ２ａをセンサハブ１５のアンプ接続部１５ｃに接続することにより、サーボアンプ１２とセンサハブ１５とを接続する。またサーボシステム１００の使用者は、エンコーダ接続部１５ａをエンコーダ１３のコネクタ１３ａへ接続することにより、センサハブ１５をエンコーダ１３に取り付ける。サーボシステム１００の使用者は、センサケーブルＣ４のコネクタＣ４ａをセンサ接続部１５ｂへ接続することにより、センサ１４とセンサハブ１５とを接続する。ここで、取り付け作業は順序が入れ替わっても構わない。

サーボシステム１００の使用者は、サーボアンプ１２と、エンコーダ１３と、センサ１４と、センサハブ１５との間で配線ミスがないことを目視やテスター等により確認する（ＳＴ３０３）。

サーボシステム１００の使用者は、サーボアンプ１２の電源を投入し、サーボアンプ１２からセンサハブ１５、エンコーダ１３と、センサ１４とへ電力を供給する（ＳＴ３０４）。サーボシステム１００の使用者は、センサハブ１５と、エンコーダ１３と、センサ１４への電力供給が正常であることを目視やテスター等により確認する（ＳＴ３０５）。

電力が正常に供給されていることを確認し易くするために、センサハブ１５は電源電圧の変動を産業用マイコン等の演算回路で監視し、センサハブ１５又はサーボアンプ１２が備えるランプの点灯又は点滅、若しくはビープ音等により電力アラームを通知してもよい。センサハブ１５が電力アラームを出力する場合は、サーボシステム１００へ追加するセンサ１４又はセンサハブ１５に外部電源を使用してもよい。

また、サーボアンプ１２からセンサハブ１５又はセンサ１４へ電力の供給が正常に行えない場合は、電力供給が可能となるように動作電圧や電流容量が異なる仕様のセンサ１４又はセンサハブ１５へ交換してもよい。センサ１４又はセンサハブ１５を交換する場合は（ＳＴ３０２）へ戻る。

センサハブ１５への電力供給が正常である場合は、センサ接続部１５ｂへ接続されたセンサ１４の接続状況をセンサハブ１５のセンサ判別部１５３が判別し、サーボアンプ１２がサーボアンプ１２とセンサハブ１５との間の通信仕様を設定する（ＳＴ３０６）。センサハブ１５は、設定された通信仕様で、エンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４を、サーボアンプ１２及び上位処理装置１０１に送信する（ＳＴ３０７）。（ＳＴ３０６）及び（ＳＴ３０７）の詳細な動作は、実施の形態１の（ＳＴ１０１）から（ＳＴ１０７）及び（ＳＴ２０１）から（ＳＴ２０７）と同様であるため省略する。

ＳＴ３０１からＳＴ３０７を実行することにより、サーボアンプ１２及び上位処理装置１０１にエンコーダ信号Ｓ１３及びセンサ信号Ｓ１４を送信し、サーボシステム１００を含む産業用装置の駆動制御や予防保全のための診断を行うことができる。本発明の実施の形態５に係るセンサハブ１５を用いた産業用装置の診断方法は、センサハブ１５を追加又は交換することにより、既存のモータ１０、通信ケーブルＣ２及びエンコーダ１３を用いることができるため、センサ１４をサーボシステム１００に容易に追加する事が可能となる。

（ＳＴ３０１）から（ＳＴ３０７）は一部を省略したり、一部の順番を入れ替えたりして実施してもよい。また、本一子の形態ではセンサハブ１５を既存のサーボシステム１００に追加する方法を示したが、サーボシステム１００を新設する際にセンサハブ１５をサーボシステム１００に組み込んでもよい。

なお、実施の形態１から５において、モータ１０として一軸の回転型モータを例に説明したが、回転型モータに限定されず、固定子に対して可動子を並進方向に駆動するリニアモータを使用してもよい。

また、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、実施の形態１から４は開示されている複数の構成要素の適宜組み合わせてもよい。

１００ サーボシステム、
１０ モータ、１１ コントローラ、１２ サーボアンプ、１３ エンコーダ、
１４ センサ、１５ センサハブ、１５ａ エンコーダ接続部、１５ｂ センサ接続部、１５ｃ アンプ接続部、１５１ 送受信部、１５２ 信号処理部、１５３ センサ判別部。

本発明に係るサーボシステムは、モータと、モータの回転を検出するエンコーダと、エンコーダに着脱可能に接続される第１接続部、回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部、及び第１接続部を介してエンコーダから出力されるエンコーダ信号及び第２接続部を介してセンサから出力されるセンサ信号を伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部を有し、第２接続部に接続されたセンサの接続状況に応じて設定された通信仕様で通信ケーブルを介してセンサ信号を送信するセンサハブと、通信ケーブルを介して送信されるエンコーダ信号、センサ信号及びコントローラから送信される駆動指令に基づいてモータを駆動制御するサーボアンプとを備える。

本発明に係るセンサハブは、モータの回転を検出するエンコーダに着脱可能に接続される第１接続部と、回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部と、第１接続部を介してエンコーダから出力されるエンコーダ信号及び第２接続部を介してセンサから出力されるセンサ信号の少なくともいずれかをモータを駆動制御するサーボアンプに伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部とを備え、第２接続部に接続されたセンサの接続状況を判別し、判別された接続状況を、通信ケーブルを介してサーボアンプに送信する。

本発明に係る産業用装置の診断方法は、モータの回転を検出するエンコーダとモータに電流を供給するサーボアンプとの間がエンコーダに接続可能なコネクタを備える通信ケーブルを介して着脱可能に接続され、サーボアンプは通信ケーブルを介して送信されるエンコーダの検出信号に基づいて、モータに供給する電流を調整して駆動制御を行うサーボシステムを含む産業用装置の診断方法であって、通信ケーブルとエンコーダとの間に、第１接続部、第２接続部、第３接続部を有するセンサハブを、第１接続部にエンコーダを接続し、第２接続部にモータの回転とは異なる状態を検出するセンサを接続し、第３接続部に通信ケーブルのコネクタを接続することで接続するステップと、センサハブ及び通信ケーブルを介して、エンコーダの検出信号をエンコーダからサーボアンプへ送信するステップと、センサハブ及び通信ケーブルを介して、センサハブの第２接続部に接続されたセンサの接続状況に応じて設定された通信仕様でセンサの検出信号をセンサからサーボアンプへ送信するステップと、エンコーダの検出信号とセンサの検出信号とに基づいて産業用装置を診断するステップとを備える。

センサハブ１５は、センサ１４からセンサ信号Ｓ１４を受信し、ＡＤ変換部１５２ａでデジタル信号に変換する（ＳＴ２０４）。シリアル変換部１５２ｂは、第１通信リクエスト信号Ｓ０１で指定された通信仕様に応じてセンサ信号Ｓ１４をシリアル変換する。シリアル変換部１５２ｂは、例えば、センサハブ１５の送受信部１５１で受信した第１通信リクエスト信号Ｓ０１に基づいて生成された複数のセンサ信号Ｓ１４の複合を要求する複合リクエスト信号Ｓ０４に応じて、複数のセンサ信号Ｓ１４をシリアル信号に複合し、センサ複合信号Ｓ１５として出力する（ＳＴ２０５）。

また、図１では、センサハブ１５が鉛直方向上側からモータ１０へ装着される例を示したが、センサハブ１５はエンコーダ１３の周辺でスペースが確保し易い場所や、ＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）の良好な場所に配置すればよい。また、センサハブ１５は、回路基板や構造が２つ以上に分割されていてもよい。例えば、エンコーダ接続部１５ａと信号処理部１５２とがケーブルを介して接続されてもよい。

（ＳＴ３０１）から（ＳＴ３０７）は一部を省略したり、一部の順番を入れ替えたりして実施してもよい。また、本実施の形態ではセンサハブ１５を既存のサーボシステム１００に追加する方法を示したが、サーボシステム１００を新設する際にセンサハブ１５をサーボシステム１００に組み込んでもよい。

本発明に係るサーボシステムは、モータと、モータの回転を検出するエンコーダと、エンコーダに着脱可能に接続される第１接続部、回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部、及び第１接続部を介してエンコーダから出力されるエンコーダ信号及び第２接続部を介してセンサから出力されるセンサ信号を伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部を有し、第２接続部に接続されたセンサの接続状況をセンサ信号の電圧値に基づいて判別するセンサ判別部を備え、判別された接続状況を、通信ケーブルを介して送信するセンサハブと、センサ判別部で判別された接続状況を受信し、通信ケーブルを介して送信されるエンコーダ信号、センサ信号及びコントローラから送信される駆動指令に基づいてモータを駆動制御するサーボアンプとを備える。

本発明に係るセンサハブは、モータの回転を検出するエンコーダに着脱可能に接続される第１接続部と、回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部と、第１接続部を介してエンコーダから出力されるエンコーダ信号及び第２接続部を介してセンサから出力されるセンサ信号の少なくともいずれかをモータを駆動制御するサーボアンプに伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部とを備え、第２接続部に接続されたセンサの接続状況をセンサ信号の電圧値に基づいて判別し、判別された接続状況を、通信ケーブルを介してサーボアンプに送信する。

本発明に係る産業用装置の診断方法は、モータの回転を検出するエンコーダとモータに電流を供給するサーボアンプとの間がエンコーダに接続可能なコネクタを備える通信ケーブルを介して着脱可能に接続され、サーボアンプは通信ケーブルを介して送信されるエンコーダの検出信号に基づいて、モータに供給する電流を調整して駆動制御を行うサーボシステムを含む産業用装置の診断方法であって、通信ケーブルとエンコーダとの間に、第１接続部、第２接続部、第３接続部を有するセンサハブを、第１接続部にエンコーダを接続し、第２接続部にモータの回転とは異なる状態を検出するセンサを接続し、第３接続部に通信ケーブルのコネクタを接続するステップと、センサハブ及び通信ケーブルを介して、エンコーダの検出信号をエンコーダからサーボアンプへ送信するステップと、第２接続部に接続されたセンサの接続状況をセンサの検出信号の電圧値に基づいて判別し、判別された接続状況を、通信ケーブルを介してサーボアンプに送信するステップと、センサハブ及び通信ケーブルを介して、センサハブの第２接続部に接続されたセンサの接続状況に応じて設定された通信仕様でセンサの検出信号をセンサからサーボアンプへ送信するステップと、エンコーダの検出信号とセンサの検出信号とに基づいて産業用装置を診断するステップとを備える。

Claims (11)

1. モータと、
   前記モータの回転を検出するエンコーダと、
   前記エンコーダに着脱可能に接続される第１接続部、前記回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部、及び前記第１接続部を介して前記エンコーダから出力されるエンコーダ信号及び前記第２接続部を介して前記センサから出力されるセンサ信号を伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部を有するセンサハブと、
   前記通信ケーブルを介して送信される前記エンコーダ信号、前記センサ信号及びコントローラから送信される駆動指令に基づいて前記モータを駆動制御するサーボアンプと
   を備えることを特徴とするサーボシステム。
2. 前記通信ケーブルは、前記センサハブの前記第３接続部に接続されるコネクタを備え、前記エンコーダは、前記センサハブの前記第１接続部に着脱可能に接続されるコネクタを備え、前記通信ケーブルの前記コネクタは、前記エンコーダの前記コネクタに接続可能であることを特徴とする請求項１に記載のサーボシステム。
3. 前記センサハブは、前記エンコーダ信号及び前記センサ信号の少なくともいずれかをシリアル信号に変換する信号処理部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーボシステム。
4. 前記センサハブは、前記エンコーダ信号及び前記センサ信号を異なる系統のシリアル通信で前記サーボアンプに送信することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のサーボシステム。
5. 前記センサハブは、前記エンコーダ信号及び前記センサ信号を前記信号処理部で複合し、１系統のシリアル通信で前記サーボアンプに送信することを特徴とする請求項３に記載のサーボシステム。
6. 前記センサハブは、前記第２接続部に接続された前記センサの接続状況を前記センサ信号の電圧値に基づいて判別するセンサ判別部を備え、判別された前記接続状況を、前記通信ケーブルを介して前記サーボアンプに送信することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のサーボシステム。
7. 前記サーボアンプは、前記センサハブの前記センサ判別部で判別された前記接続状況に基づき、前記サーボアンプと前記センサハブとの間の通信仕様を設定する通信仕様設定部を備えることを特徴とする請求項６に記載のサーボシステム。
8. モータの回転を検出するエンコーダに着脱可能に接続される第１接続部と、
   前記回転とは異なる状態を検出するセンサが接続される第２接続部と、
   前記第１接続部を介して前記エンコーダから出力されるエンコーダ信号及び前記第２接続部を介して前記センサから出力されるセンサ信号の少なくともいずれかを前記モータを駆動制御するサーボアンプに伝送する通信ケーブルが接続される第３接続部と
   を備えることを特徴とするセンサハブ。
9. 前記エンコーダ信号及び前記センサ信号をシリアル信号に変換する信号処理部と、前記第２接続部に接続された前記センサの接続状況を前記センサ信号の電圧値に基づいて判別するセンサ判別部とを備え、前記第３接続部及び前記通信ケーブルを介して前記センサの前記接続状況を前記サーボアンプへ送信することを特徴とする請求項８に記載のセンサハブ。
10. モータの回転を検出するエンコーダと前記モータに電流を供給するサーボアンプとの間が前記エンコーダに接続可能なコネクタを備える通信ケーブルを介して着脱可能に接続され、前記サーボアンプは前記通信ケーブルを介して送信される前記エンコーダの検出信号に基づいて、前記モータに供給する前記電流を調整して駆動制御を行うサーボシステムを含む産業用装置の診断方法であって、
    前記通信ケーブルと前記エンコーダとの間に、第１〜第３接続部を有するセンサハブを、前記第１接続部に前記エンコーダを接続し、前記第２接続部に前記モータの回転とは異なる状態を検出するセンサを接続し、前記第３接続部に前記通信ケーブルの前記コネクタを接続することで接続するステップと、
    前記センサハブ及び前記通信ケーブルを介して、前記エンコーダの前記検出信号を前記エンコーダから前記サーボアンプへ送信するステップと、
    前記センサハブ及び前記通信ケーブルを介して、前記センサの検出信号を前記センサから前記サーボアンプへ送信するステップと、
    前記エンコーダの前記検出信号と前記センサの前記検出信号とに基づいて前記産業用装置を診断するステップと
    を備えることを特徴とする産業用装置の診断方法。
11. 前記エンコーダの前記検出信号及び前記センサの前記検出信号をシリアル信号に変換し、前記センサハブ及び前記通信ケーブルを介して前記サーボアンプへ送信するステップを備えることを特徴とする請求項１０に記載の産業用装置の診断方法。

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