JP2003070284A - サーボ・アクチュエータ並びにその位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化の影響を受けることなく回転軸の位
置を高精度に検出する。 【解決手段】 回転子１１の回転軸と減速ギア部２０の
出力軸の双方に、回転位置検出器を配設する。回転子１
１の回転位置θ_mの検出値を１回転で１０２４パルス／
回転とし、減速比Ｇ_nを４とすると、減速ギア部２０に
おける出力軸の１回転では１０２４×４＝４０９６パル
ス／回転となるので、高精度の絶対回転位置を検出する
ことができる。θ_g×Ｇ_n／２πの整数部分Ｎは、出力軸
がθ_gだけ回転したときの回転子１１が回転した数とな
るので、θ_m＋Ｎ×２πによって、回転子１１の絶対回
転位置が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットや汎用組
立機器、ロボット・ハンド機器、その他の多軸制御装置
などのような多軸駆動系の機械装置に対して適用される
サーボ・アクチュエータに係り、特に、回転軸の姿勢位
置を高精度に検出することができるサーボ・アクチュエ
ータ並びにその位置検出装置に関する。

【０００２】さらに詳しくは、本発明は、駆動回路を同
一のモータ・ユニットに内蔵して構成されたサーボ・ア
クチュエータ並びにその位置検出装置に係り、特に、モ
ータ・ユニット内の温度変化の影響を受けることなく回
転軸の姿勢位置を高精度に検出するサーボ・アクチュエ
ータ並びにその位置検出装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】電気的若しくは磁気的な作用を用いて人
間の動作に似せた運動を行う機械装置のことを「ロボッ
ト」という。ロボットの語源は、スラブ語の"ＲＯＢＯ
ＴＡ(奴隷機械)"に由来すると言われている。わが国で
は、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からで
あるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・
無人化などを目的としたマニピュレータや搬送ロボット
などの産業用ロボット（industrial robot）であった。

【０００４】アーム式ロボットのように、ある特定の場
所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、
部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間で
のみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業
空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上を
自在に移動して、所定の若しくは任意の人的作業を代行
したり、ヒトやイヌあるいはその他の生命体に置き換わ
る種々の幅広いサービスを提供することができる。なか
でも脚式の移動ロボットは、クローラ式やタイヤ式のロ
ボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなる
が、階段や梯子の昇降や障害物の乗り越えや、整地・不
整地の区別を問わない柔軟な歩行・走行動作を実現でき
るという点で優れている。

【０００５】最近では、イヌやネコのように４足歩行の
動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボ
ット、あるいは、ヒトのような２足直立歩行を行う動物
の身体メカニズムや動作をモデルにしてデザインされた
「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれるロボット（hu
manoid robot）など、脚式移動ロボットに関する研究開
発が進展し、実用化への期待も高まってきている。例え
ば、ソニー株式会社は、平成１２年１１月２１日に２足
歩行を行う人間型ロボット"ＳＤＲ−３Ｘ"を公表した。

【０００６】この種の脚式移動ロボットは、一般に、多
数の関節自由度を備え、関節の動きをアクチュエータ・
モータで実現するようになっている。また、各モータの
回転位置、回転量などを取り出して、サーボ制御を行な
うことにより、所望の動作パターンを再現するととも
に、姿勢制御を行うようになっている。

【０００７】ロボットの関節自由度を実現するためにサ
ーボ・モータを用いるのが一般的である。これは、取扱
いが容易で、小型・高トルクで、しかも応答性に優れて
いるという理由に依拠する。特に、ＡＣサーボ・モータ
は、ブラシがなく、メンテナンス・フリーであることか
ら、無人化された作業空間で稼動することが望まれるよ
うな自動機械、例えば自由歩行を行う脚式ロボットの関
節アクチュエータなどに適用することができる。ＡＣサ
ーボ・モータは、回転子（ロータ）側に永久磁石を、固
定子（ステータ）側にコイルを配置して、正弦波磁束分
布と正弦波電流により回転子に対して回転トルクを発生
させるようになっている。

【０００８】脚式移動ロボットは、一般に多、数の関節
で構成されている。したがって、関節自由度を構成する
サーボ・モータを小型且つ高性能に設計・製作しなけれ
ばならない。例えば、本出願人に既に譲渡されている特
開平１２−２９６４８４号公報（特願平１１−３３３８
６号）には、脚式移動ロボットの関節アクチュエータと
して適用することができる、ギア直結型で且つサーボ制
御系をワンチップ化してモータ・ユニットに内蔵したタ
イプの小型ＡＣサーボ・アクチュエータについて開示さ
れている。

【０００９】脚式移動ロボットのような多軸駆動系の機
械装置においては、各軸の回転位置を高精度に安定に検
出して、位置指令により正確に動作させる必要がある。
例えば、人間型ロボットのような２足直立型の脚式移動
ロボットにおいては、機体に電源を投入した直後からロ
ボットは自分の姿勢位置を自律的に確認して、安定な姿
勢位置に各軸を移動させる必要がある。

【００１０】したがって、各関節の回転自由度を与える
ＡＣサーボ・アクチュエータにおいては、このような姿
勢位置の安定化を実現するためには、より高精度の回転
位置検出器を装備していなければならない。

【００１１】しかしながら、サーボ・アクチュエータが
適用される機械装置においては、不定な外部環境に基因
する温度変化が存在するため、各軸における絶対位置を
高精度に検出することは困難である。通常、モータの回
転位置を測定するためには、回転子にセンサ・マグネッ
トを取り付けるとともに、その磁極軸の原点位置に磁束
密度の大きさを検出する素子（ホール素子）を配設し
て、ホール素子からの出力信号に基づいて位置検出を行
う。センサ・マグネットの磁束密度は最大着磁と回転位
置で定まるが、最大着磁の大きさは温度の影響を受け易
い（一般には、最大着磁は温度に反比例して変化す
る）。

【００１２】とりわけ、上述したような脚式移動ロボッ
ト用のサーボ・アクチュエータにおいては、駆動回路を
アクチュエータ・ユニットに内蔵して一体的に構成され
ているため、アクチュエータ・ユニット内部での温度上
昇が大きく、位置センサ信号に悪影響を及ぼすという問
題がある。このため、従来のセンサでは充分な測定精度
を得ることができず、外部環境温度の作用を考慮したセ
ンサ並びにセンサ出力の検出回路が必要となるが、これ
は装置コストの増大と装置の肥大化などの問題を招来す
る。

【００１３】例えば、ノイズにより回転軸の測定精度に
誤差が生じた結果として、脚式移動ロボットは姿勢安定
性を保つことができなくなり、転倒してしまうことさえ
ある。機体が転倒すると、ロボット自身が破損する他、
機体の傍らに居る作業員の損傷や衝突物の破壊など、不
測の事態を招来する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ロボ
ットや汎用組立機器、ロボット・ハンド機器、その多の
多軸制御装置などのような多軸駆動系の機械装置に対し
て適用することができる、優れたサーボ・アクチュエー
タを提供することにある。

【００１５】本発明のさらなる目的は、回転軸の姿勢位
置を高精度に検出することができる、優れたサーボ・ア
クチュエータ並びにその位置検出装置を提供することに
ある。

【００１６】本発明のさらなる目的は、駆動回路を同一
のモータ・ユニットに内蔵して構成されたサーボ・アク
チュエータに対して適用することができる、優れた位置
検出装置を提供することにある。

【００１７】本発明のさらなる目的は、モータ・ユニッ
ト内の温度変化の影響を受けることなく回転軸の姿勢位
置を高精度に検出することができる、優れたサーボ・ア
クチュエータ並びにその位置検出装置を提供することに
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面
は、回転子側に永久磁石を配置するとともに固定子側に
コイルを配置して磁束分布とコイルの通過電流によりト
ルクを発生させるタイプのサーボ・アクチュエータであ
って、前記回転子の回転位置を検出する第１の回転位置
検出部と、前記回転子の回転を減速する減速部と、前記
減速部の出力軸における回転位置を検出する第２の回転
位置検出部と、前記第１及び第２の回転位置検出部にお
ける各検出出力を基に前記回転子の回転位置を算出する
処理部と、を具備することを特徴とするサーボ・アクチ
ュエータである。

【００１９】前記第１の回転位置検出部で検出した前記
回転子の絶対回転位置をθ_m（０＜θ_m＜２π）とし、前
記減速部の減速比をＧ_nとし、前記第２の回転位置検出
部で検出した絶対回転位置をθ_g（０＜θ_g＜２π）と
し、θ_g×Ｇ_n／２πの整数部分をＮとしたとき、前記処
理部は、θ_m＋Ｎ×２πによって前記回転子の絶対回転
位置を算出することができる。ここで、θ_m［rad］を回
路などによる演算処理でデジタル値に変換した値をθ_md
とし、また、θ_g［rad］を回路などによる演算処理でデ
ジタル値に変換した値をθ_gdとする。

【００２０】よって、サーボ・アクチュエータの絶対回
転位置の分解能は、回転子の回転軸における位置検出系
の検出信号θ_mdの分解能のギア比Ｇ_nを掛けた分解能に
なる。このことから、減速部における出力軸の回転位置
θ_gの検出値θ_gdは、出力軸の１回転当りに回転子が回
転した数を識別できる程度の分解能を備えていれば充分
である。

【００２１】例えば、回転子の回転位置θ_mの検出値θ
_mdを１回転で１０２４パルス／回転とし、減速比Ｇ_nを
４とすると、減速部における出力軸の１回転では１０２
４×４＝４０９６パルス／回転となるので、高精度の絶
対回転位置を検出することができる。このとき、減速部
の出力軸側の回転位置θ_gの検出値θ_gdは、４パルス／
回転の分解能を備えているだけで充分である。実際に
は、演算による丸め誤差を考慮して、８パルス／回転の
分解能により高精度、高分解能の絶対回転位置検出を実
現することができる。

【００２２】このようにして得られた回転子の絶対回転
位置の精度は、実際にはＡ／Ｄ変換回路の分解能により
定められ、後述する［数７］に示す数式により求めた回
転位置θ_gdの値は、温度の影響を受けるマグネットの最
大着磁やセンサ感度に依存しないで検出することができ
る。すなわち、回転位置の検出精度への温度変化の影響
を抑えることができる。

【００２３】前記減速部は、前記回転子の回転軸に直結
され、前記固定子及び回転子を収容するユニットと一体
的に構成されていてもよい。

【００２４】また、前記第１及び／又は第２の回転位置
検出部は、表面に正弦波着磁処理が施され回転軸に同軸
状に取り付けられたセンサ・マグネットと、前記センサ
・マグネットの着磁面と対向する部位に該回転軸回りに
略９０度の位相差を以って配設された、磁束密度の大き
さを検出する２個のホール素子などの回転位置センサと
を用いて、簡素で且つ安価に構成することができる。

【００２５】また、本発明の第２の側面は、回転子側に
永久磁石を配置するとともに固定子側にコイルを配置し
て磁束分布とコイルの通過電流によりトルクを発生させ
るタイプのサーボ・アクチュエータにおける回転子の絶
対回転位置を検出する位置検出装置であって、前記回転
子の回転位置を検出する第１の回転位置検出部と、前記
回転子の回転を減速する減速部の出力軸における回転位
置を検出する第２の回転位置検出部と、前記第１及び第
２の回転位置検出部における各検出出力を基に前記回転
子の回転位置を算出する処理部と、を具備することを特
徴とする位置検出装置である。

【００２６】前記第１の回転位置検出部で検出した前記
回転子の絶対回転位置をθ_m（０＜θ_m＜２π）とし、前
記減速部の減速比をＧ_nとし、前記第２の回転位置検出
部で検出した絶対回転位置をθ_g（０＜θ_g＜２π）と
し、θ_g×Ｇ_n／２πの整数部分をＮとしたとき、前記処
理部は、θ_m＋Ｎ×２πによって前記回転子の絶対回転
位置を算出することができる。

【００２７】よって、サーボ・アクチュエータの絶対回
転位置の分解能は、回転子の回転軸における位置検出系
の検出信号θ_mdの分解能のギア比Ｇ_nを掛けた分解能に
なる。このことから、減速部における出力軸の回転位置
θ_gの検出値θ_gdは、出力軸の１回転当りに回転子が回
転した数を識別できる程度の分解能を備えていれば充分
である。

【００２８】このようにして得られた回転子の絶対回転
位置の精度は、実際にはＡ／Ｄ変換回路の分解能により
定められ、温度の影響を受けるマグネットの最大着磁や
センサ感度に依存しないで検出することができる。すな
わち、回転位置の検出精度への温度変化の影響を抑える
ことができる。

【００２９】前記減速部は、前記回転子の回転軸に直結
され、前記固定子及び回転子を収容するユニットと一体
的に構成されていてもよい。

【００３０】また、前記第１及び／又は第２の回転位置
検出部は、表面に正弦波着磁処理が施され回転軸に同軸
状に取り付けられたセンサ・マグネットと、前記センサ
・マグネットの着磁面と対向する部位に該回転軸回りに
略９０度の位相差を以って配設された、磁束密度の大き
さを検出する２個のホール素子などの回転位置センサと
を用いて、簡素で且つ安価に構成することができる。

【００３１】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより
詳細な説明によって明らかになるであろう。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態について詳解する。

【００３３】図１には、本発明の実施に供されるサーボ
・アクチュエータ１０の軸方向の断面構成を示してい
る。

【００３４】図示の通り、サーボ・アクチュエータ１０
は、所定の回転軸を持った回転子１１の周囲に、例えば
３相の固定子１２が円周方向に配設されている。回転子
１１側に永久磁石を、固定子１２側にコイルを配置し
て、コイルに正弦波電流を供給して所望の正弦波磁束分
布を形成することにより、回転子１１に対して回転トル
クを印加することができる。これら回転子１１並びに固
定子１２は、略円筒形状の筐体に収容されており、単一
のサーボ・アクチュエータ・ユニットを構成する。そし
て、回転子１１は、所定の回転軸回りに回転可能となる
ように軸支されている。

【００３５】サーボ・モータの小型化・高出力化を実現
するために、回転子側に磁束密度の高いマグネットを使
用する。例えば、極異方性マグネットは、磁束密度が高
いので、高出力化の点で優れている。例えば、本出願人
に既に譲渡されている特開２００１−３１４０５０号公
報（特願２０００−１２８４０９号）には、小型化・高
出力化のために回転子に極異方性マグネットを使用した
サーボ・アクチュエータについて開示されている。

【００３６】また、サーボ・モータの小型化・高出力化
を実現するために、固定子側の巻線密度を高密度化す
る。例えば、固定子に分割コア方式が採用される。分割
コア方式とは、鉄心すなわちコアをその周方向に分割す
るとともに、巻線を外部で整列状に巻き込んだ後、各鉄
心を組み立てることによって固定子を構成するものであ
り、コアへの高密度な巻線とアクチュエータの省スペー
ス化を可能にする。例えば、本出願人に既に譲渡されて
いる特開２００２−９５１９２号公報（特願２０００−
２８１０７２号）には、固定子にコイルを好適に巻設す
るため分割コア方式を採用したサーボ・アクチュエータ
について開示されている。

【００３７】本実施形態に係るサーボ・アクチュエータ
１０は、駆動回路１３Ａを同一筐体に内蔵した小型アク
チュエータである。図示の例では、制御回路基板１３上
には、所定パターンの印刷配線が敷設されているととも
に、駆動回路１３Ａや固定子コイルへの正弦波電流の供
給を制御するための周辺回路チップが搭載されている。
制御回路基板１３は、略円盤状に形設されている。制御
回路基板１３の略中央には、回転子１１の回転シャフト
を挿通させるための開口が穿設されている。

【００３８】回転子１１の制御回路基板１３側の端面に
は、リング状の回転子センサ・マグネット１５が取り付
けられている。このリング状の回転子センサ・マグネッ
ト１５の表面は、図２に示すように正弦波着磁処理が施
されている。

【００３９】リング状の回転子センサ・マグネット１５
の表面は正弦波着磁されており（上述）、その磁束密度
φは回転子１１の回転位置θ_mの関数として表される。
本実施形態では、回転子センサ・マグネット１５の磁束
密度φ（θ_m）は下式に従って変化するものとする。

【００４０】

【数１】

【００４１】ここで、回転子１１の絶対回転位置θ
_mは、減速比Ｇ_nを持つ減速器（後述）が１回転する度
に、０から２π×Ｇ_nまで変化する。また、θ_m＝０は回
転子１１の回転軸の出力用マグネットにおける磁極軸の
原点位置と定義する。φ₀（ｔ）はマグネットの最大磁
束密度の大きさであり、温度ｔ［℃］に依存する。一般
に、マグネットの最大磁束密度φ₀（ｔ）は温度ｔに反
比例して変化する。すなわち、回転位置センサ１６Ａ及
び１６Ｂの出力の振幅の大きさは、温度ｔにより変化す
る訳である。

【００４２】一方、制御回路基板１３の回転子１１側の
表面上には、図１並びに図３に示すように、２個の回転
位置センサ１６Ａ及び１６Ｂが回転軸に対して９０度の
位相差を以って配設されている。

【００４３】回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂは、磁極
軸の原点位置に磁束密度の大きさを検出する素子（ホー
ル素子）で構成される。回転位置センサ１６Ａ及び１６
Ｂは、回転子センサ・マグネット１５の着磁面に対向し
て配置されている。一方の回転位置センサ１６Ａは、回
転子センサ・マグネットが発する磁界に応じたホール・
センサ信号ＳＩＮを出力し、他方の回転位置センサ１６
Ｂは同様にホール・センサ信号ＣＯＳを出力する。詳し
くは、図７を参照されたい。これらセンサ出力としての
ＳＩＮ信号及びＣＯＳ信号は駆動回路１３Ａに入力され
る。

【００４４】これらホール・センサ信号ＳＩＮ及びＣＯ
Ｓは、駆動回路１３Ａの絶対位置検出回路（図５中の参
照番号３０）に入力され、図８に示すように、デジタル
値θ _mdに変換される。この検出値θ_mdは、図８に示すデ
ジタル回路によりθ_m＝θ_x0となるように制御されてい
るため、センサ信号ＳＩＮ及びＣＯＳの温度ｔにより変
化する振幅Ａ₀に依存しない結果となる。このようにし
て求められたθ_md［パルス］は、サーボ・アクチュエー
タ１０の回転子１１の絶対回転位置を表す。すなわち、
駆動回路１３Ａは、外部（例えば中央コントローラ）か
らの位置指令と絶対回転位置θ_mdが一致するように、ア
クチュエータ・モータの回転駆動のフィードバック制御
を行う。

【００４５】また、図１の紙面左側には、回転子１１の
回転駆動を減速するための減速ギア部２０が、回転子１
１の回転シャフトに直結されている。本実施形態では、
減速ギア部２０は、複数の減速器遊星ギア２１−１，２
１−２，２１−３で構成される。

【００４６】減速ギア部２０の端面には、サーボ・アク
チュエータ１０外の部材と接合する連結部２８が、回転
子１１の回転軸と略同軸状に回転するように、取り付け
られている。そして、リング状の減速器センサ・マグネ
ット２５は、回転子１１の回転軸と略同軸状に回転する
ように、連結部２８に取り付けられている。この減速器
センサ・マグネット２５の表面は、図４に示すように正
弦波着磁処理が施されている（同上）。

【００４７】一方、この減速器センサ・マグネット２５
に対向するように、２個の減速器回転位置センサ２６Ａ
及び２６Ｂが回転軸に対して９０度の位相差を以って配
設されている。

【００４８】回転位置センサ２６Ａ及び２６Ｂは、磁極
軸の原点位置に磁束密度の大きさを検出する素子（ホー
ル素子）で構成される。回転位置センサ２６Ａ及び２６
Ｂは、回転子センサ・マグネット２５の着磁面に対向し
て配置されている。一方の回転位置センサ１６Ａは、回
転子センサ・マグネットが発する磁界に応じたホール・
センサ信号ＳＩＮを出力し、他方の回転位置センサ２６
Ｂは同様にホール・センサ信号ＣＯＳを出力する。詳し
くは図７を参照されたい。これらセンサ出力としてのＡ
ＢＳ＿ＳＩＮ信号及びＡＢＳ＿ＣＯＳ信号は駆動回路１
３Ａに入力される。

【００４９】これらホール・センサ信号ＡＢＳ＿ＳＩＮ
及びＡＢＳ＿ＣＯＳは、駆動回路１３Ａの絶対位置検出
回路（図５中の参照番号３０）に入力されて、図９に示
すようなデジタル回路によってθ_g＝θ_xとなるように制
御されているため、センサ信号ＡＢＳ＿ＳＩＮ及びＡＢ
Ｓ＿ＣＯＳの温度ｔにより変化する振幅Ａ₁に依存しな
い結果となる。こうして得られたθ_gd［パルス］は、サ
ーボ・アクチュエータ１０の減速器の主軸側における絶
対回転位置を表わす。駆動回路１３Ａは、外部（例えば
中央コントローラ）からの位置指令と絶対回転位置が一
致するように、アクチュエータ・モータの回転駆動のフ
ィードバック制御を行う。

【００５０】サーボ・アクチュエータ１０のサーボ制御
構成を図５に示しておく。例えば、サーボ・アクチュエ
ータ１０が脚式移動ロボットの関節アクチュエータに適
用されている場合においては、アクチュエータ・モータ
のフィードバック制御は機体の姿勢安定制御に大いに関
わる。

【００５１】絶対位置検出回路３０は、サーボ・アクチ
ュエータ１０の出力軸の絶対回転位置θ_gを検出するた
めの回路モジュールであるが、本実施形態では、回転子
１１側の回転軸の絶対位置θ_mを測定する回転位置セン
サ１６Ａ及び１６Ｂの各出力であるＳＩＮ信号並びにＣ
ＯＳ信号以外に、減速ギア部２０側の出力軸における絶
対位置θ_gを測定する減速器回転位置センサ２６Ａ及び
２６Ｂの各出力であるＡＢＳ＿ＳＩＮ信号並びにＡＢＳ
＿ＣＯＳ信号を入力して、これら回転子１１側の絶対位
置θ_m及び出力軸側の絶対位置θ_gの双方の検出信号に基
づいて、高分解能な出力軸の絶対位置を検出する。

【００５２】回転センサ２６Ａ及び２６Ｂから、下式の
関係で表される出力軸回転角θ_gとホール素子のセンサ
信号が得られる。詳しくは、図７を参照されたい。

【００５３】

【数２】

【００５４】ここで、Ｇ₀（ｔ）は、各回転位置センサ
を構成するホール素子の感度係数であり、温度ｔ［℃］
に依存する。一般に、Ｇ₀（ｔ）は、温度ｔに反比例し
て変化する。図６には、温度変化とセンサ信号の関係を
示している。同図からも分るように、ホール素子の出力
φ_sは、低温では振幅は大きいが、高温では振幅が小さ
くなる。すなわち、温度上昇とともにセンサの感度は低
下してしまう。

【００５５】マグネットの最大磁束密度の大きさφ
₀（ｔ）と、ホール素子の感度Ｇ₀（ｔ）は、最大使用範
囲の温度において、下式に示すような特性を持つ。

【００５６】

【数３】

【００５７】ここで、φ₀、Ｇ₀はｔ＝０での最大磁束密
度、感度それぞれの大きさである。また、ｋ_φ、ｋ_ｇは
正の定数であり、下式に示す関係式に近似される。

【００５８】

【数４】

【００５９】この２つの信号からサーボ・アクチュエー
タの出力軸の回転位置θ_gを求める手順について、以下
に説明する。

【００６０】サーボ・アクチュエータ１０に内蔵された
駆動回路１３Ａに、各減速器回転位置センサ２６Ａ及び
２６Ｂのセンサ信号ＡＢＳ＿ＳＩＮ及びＡＢＳ＿ＣＯＳ
を入力する。センサ信号ＡＢＳ＿ＳＩＮ及びＡＢＳ＿Ｃ
ＯＳは、Ａ／Ｄ変換回路により、デジタル形式のデータ
に変換される。

【００６１】駆動回路１３Ａは、センサ信号ＡＢＳ＿Ｓ
ＩＮ及びＡＢＳ＿ＣＯＳの関係より、下式に基づいて回
転位置θ_gの概値を判断する。

【００６２】

【数５】

【００６３】ここで、θ_gの値は、（１）〜（４）の各
領域が決定される。次いで、θ_s並びにθ_eを、

【００６４】

【数６】

【００６５】として、下式の演算を行う。

【００６６】

【数７】

【００６７】もし、Ｅθ_x＝０でない場合には、θ_xを下
式のように更新して、Ｅθx＝０に収束するまでθ_xを変
化させて、上記の（式１）から再計算する。

【００６８】

【数８】

【００６９】Ｅθ_x＝０となるときは、θ_g＝θ_xであ
る。よって、このθ_x値がサーボ・アクチュエータ１０の
出力軸の絶対位置θ_gdとなる。図９には、上記の演算を
回路により実現したブロック図を示している。

【００７０】このようにして得られたθ_gd値の精度は、
実際にはＡ／Ｄ変換回路の分解能により定められ、温度
の影響を受けるＧ₀（ｔ）、φ₀（ｔ）に依存しないで検
出することができる。すなわち、回転位置の検出精度へ
の温度変化の影響を抑えることができる。

【００７１】本発明によれば、比較的低分解能の回路、
通常のＳＮ比のアナログ信号による回路を用いることに
よっても、サーボ・アクチュエータの出力軸における高
精度且つ高分解能な絶対位置の検出を容易に実現するこ
とができる。

【００７２】サーボ・アクチュエータ１０の回転子１１
側における各回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂから検出
した絶対回転位置をθ_m（０＜θ_m＜２π）とし、減速器
の減速比をＧ_nとし、また、減速ギア部２０の出力軸側
に取り付けられた各減速器回転位置センサ２６Ａ及び２
６Ｂから検出した絶対回転位置をθ_g（０＜θ_g＜２π）
とする。このとき、θ_g×Ｇ_n／２πの演算結果の値の整
数値をＮとすれば、出力軸がθ_gだけ回転したときにＮ
は回転子１１の回転軸が回転した回数となる。

【００７３】この結果、θ_m＋Ｎ×２πによって、回転
子１１の回転軸の絶対位置を算出することができる。よ
って、サーボ・アクチュエータ１０の絶対回転位置の分
解能は、回転子１１の回転軸における位置検出系の検出
信号θ_mの分解能にギア比Ｇ_nを掛けた分解能になる。こ
のことから、減速ギア部２０の出力軸における回転位置
θ_gの検出系は、出力軸の１回転当りに回転子１１が回
転した数を識別できる程度の分解能を備えていれば充分
である。

【００７４】また、減速器のバックラッシュにより、θ
_mとθ_gのゼロ点のズレ量、及び、センサの配置の公差に
よるθ_mとθ_gのゼロ点のズレ量は、既知であれば、その
ズレ量の大きさを補正することにより、θ_mとθ_gのゼロ
点を調整することができるので、θ_mとθ_gのゼロ点が一
致しなくてもよい。

【００７５】図７には、回転子１１を回転駆動させたと
きの各回転位置センサの出力の変化を示している。回転
子１１の回転位置θ_mの検出値θ_mdを１回転で１０２４
パルス／回転とし、減速比Ｇ_nを４とすると、減速ギア
部２０における出力軸の１回転では１０２４×４＝４０
９６パルス／回転となるので、高精度の絶対回転位置を
検出することができる。このとき、減速ギア部２０の出
力軸側の回転位置θ_gの検出値θ_gdは４パルス／回転の
分解能を備えているだけで充分である。図７では、検出
値θ_gdの分解能１０２４パルス／回転としたときの例を
示している。この場合、０≦θ_gd＜２５６のときＮ＝０
となり、２５６≦θ_gd＜５１２のときＮ＝１となり、５
１２≦θ_gd＜７６８のときＮ＝２となり、７６８≦θ_gd
＜１０２４のときＮ＝３となる。

【００７６】このようにして、比較的低分解能の２つの
内蔵された位置検出器を用いて、モータの回転軸を高分
解能に検出することができる。

【００７７】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示とい
う形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈
されるべきではない。本発明の要旨を判断するために
は、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきで
ある。

【００７８】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
ロボットや汎用組立機器、ロボット・ハンド機器、その
他の多軸制御装置などのような多軸駆動系の機械装置に
対して適用することができる、優れたサーボ・アクチュ
エータを提供することができる。

【００７９】また、本発明によれば、回転軸の姿勢位置
を高精度に検出することができる、優れたサーボ・アク
チュエータ並びにその位置検出装置を提供することがで
きる。

【００８０】また、本発明によれば、駆動回路を同一の
モータ・ユニットに内蔵して構成されたサーボ・アクチ
ュエータに対して適用することができる、優れた位置検
出装置を提供することができる。

【００８１】また、本発明によれば、モータ・ユニット
内の温度変化の影響を受けることなく回転軸の姿勢位置
を高精度に検出することができる、優れたサーボ・アク
チュエータ並びにその位置検出装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に供されるサーボ・アクチュエー
タ１０の軸方向の断面構成を示した図である。

【図２】回転子センサ・マグネット１５の表面に正弦波
着磁処理が施されている様子を描写した図である。

【図３】制御回路基板１３の回転子１１側の表面上に２
個の回転位置センサ１６Ａ及び１６Ｂが回転軸に対して
９０度の位相差を以って配設されている様子を示した図
である。

【図４】減速器センサ・マグネット２５並びに減速器回
転位置センサ２６Ａ／２６Ｂの構成を示した図である。

【図５】サーボ・アクチュエータ１０のサーボ制御構成
を示したブロック図である。

【図６】温度変化とセンサ信号の関係を示したチャート
である。

【図７】回転子１１を回転駆動させたときの各回転位置
センサの出力の変化を示したチャートである。

【図８】回転子１１の回転位置θ_mを位置検出系の検出
値θ_mdに変換する演算処理をデジタル回路により実現し
たブロック図である。

【図９】減速部における出力軸側の回転位置θ_gを位置
検出系の検出値θ_gdに変換する演算処理をデジタル回路
により実現したブロック図である。

【符号の説明】

１０…サーボ・アクチュエータ １１…回転子 １２…固定子 １３…制御回路基板，１３Ａ…駆動回路 １５…回転子センサ・マグネット １６Ａ，１６Ｂ…回転位置センサ ２０…減速ギア部 ２１…減速器遊星ギア ２５…回転子センサ・マグネット ２６Ａ，２６Ｂ…回転位置センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F077 AA13 AA25 AA29 AA30 CC02 CC08 JJ02 JJ08 NN04 NN24 PP12 QQ05 QQ07 QQ10 RR28 VV02 5H560 AA07 BB12 DA02 DA16 DA20 DB20 RR03

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転子側に永久磁石を配置するとともに固
   定子側にコイルを配置して磁束分布とコイルの通過電流
   によりトルクを発生させるタイプのサーボ・アクチュエ
   ータであって、 前記回転子の回転位置を検出する第１の回転位置検出部
   と、 前記回転子の回転を減速する減速部と、 前記減速部の出力軸における回転位置を検出する第２の
   回転位置検出部と、 前記第１及び第２の回転位置検出部における各検出出力
   を基に前記回転子の回転位置を算出する処理部と、を具
   備することを特徴とするサーボ・アクチュエータ。
2. 【請求項２】前記減速部は、前記回転子の回転軸に直結
   され、前記固定子及び回転子を収容するユニットと一体
   的に構成されてなる、ことを特徴とする請求項１に記載
   のサーボ・アクチュエータ。
3. 【請求項３】前記第１及び／又は第２の回転位置検出部
   は、 表面に正弦波着磁処理が施され回転軸に同軸状に取り付
   けられたセンサ・マグネットと、 前記センサ・マグネットの着磁面と対向する部位に該回
   転軸回りに略９０度の位相差を以って配設された、磁束
   密度の大きさを検出する２個の回転位置センサと、を備
   えることを特徴とする請求項１に記載のサーボ・アクチ
   ュエータ。
4. 【請求項４】前記処理部は、前記第１の回転位置検出部
   で検出した前記回転子の絶対回転位置をθ_m（０＜θ_m＜
   ２π）とし、前記減速部の減速比をＧ_nとし、前記第２
   の回転位置検出部で検出した絶対回転位置をθ_g（０＜
   θ_g＜２π）とし、θ_g×Ｇ_n／２πの整数部分をＮとし
   たとき、θ_m＋Ｎ×２πによって前記回転子の絶対回転
   位置を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載のサ
   ーボ・アクチュエータ。
5. 【請求項５】回転子側に永久磁石を配置するとともに固
   定子側にコイルを配置して磁束分布とコイルの通過電流
   によりトルクを発生させるタイプのサーボ・アクチュエ
   ータにおける回転子の絶対回転位置を検出する位置検出
   装置であって、 前記回転子の回転位置を検出する第１の回転位置検出部
   と、 前記回転子の回転を減速する減速部の出力軸における回
   転位置を検出する第２の回転位置検出部と、 前記第１及び第２の回転位置検出部における各検出出力
   を基に前記回転子の回転位置を算出する処理部と、を具
   備することを特徴とする位置検出装置。
6. 【請求項６】前記減速部は、前記回転子の回転軸に直結
   され、前記固定子及び回転子を収容するユニットと一体
   的に構成されてなる、ことを特徴とする請求項５に記載
   の位置検出装置。
7. 【請求項７】前記第１及び／又は第２の回転位置検出部
   は、 表面に正弦波着磁処理が施され回転軸に同軸状に取り付
   けられたセンサ・マグネットと、 前記センサ・マグネットの着磁面と対向する部位に該回
   転軸回りに略９０度の位相差を以って配設された、磁束
   密度の大きさを検出する２個の回転位置センサと、を備
   えることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
8. 【請求項８】前記処理部は、前記第１の回転位置検出部
   で検出した前記回転子の絶対回転位置をθ_m（０＜θ_m＜
   ２π）とし、前記減速部の減速比をＧ_nとし、前記第２
   の回転位置検出部で検出した絶対回転位置をθ_g（０＜
   θ_g＜２π）とし、θ_g×Ｇ_n／２πの整数部分をＮとし
   たとき、θ_m＋Ｎ×２πによって前記回転子の絶対回転
   位置を算出する、ことを特徴とする請求項５に記載の位
   置検出装置。