JP4212372B2

JP4212372B2 - エンコーダ信号処理装置およびサーボドライバ

Info

Publication number: JP4212372B2
Application number: JP2003020698A
Authority: JP
Inventors: 浩三佐々木; 雄一水口
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: US7224139B2; DE112004000198T5; JP2004264038A; WO2004068076A1; US20060186852A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータおよび減速機などから構成されるアクチュエータを駆動制御するサーボドライバに関し、さらに詳しくは、アクチュエータに取り付けられたエンコーダからの出力信号を処理して当該アクチュエータの位置情報などを検出するためのエンコーダ信号処理装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
サーボ機構は、サーボモータおよび減速機からなるアクチュエータと、このアクチュエータに取り付けたエンコーダからの出力に基づきアクチュエータをサーボ制御するサーボドライバから構成されている。エンコーダには、省線化方式のものと１４本線方式のものがあり、また、各方式共にインクリメンタル型のものと絶対位置を検出可能なアブソリュート型のものがある。
【０００３】
サーボドライバは一般に、予め定められた種類のエンコーダからの出力信号に基づきアクチュエータをサーボ制御するように、その仕様が設定されている。従って、アクチュエータに取り付けるエンコーダの種類が異なると、そのアクチュエータに組み合わせるサーボドライバも変更する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、エンコーダの種類によってアクチュエータとサーボドライバの組み合わせが決定されてしまうので、アクチュエータを構成しているサーボモータおよび減速機が同一であっても、サーボドライバを変更しなければならないという不便さがある。また、サーボドライバも、エンコーダの種類に応じたものを各種用意する必要があるので費用効率が悪いという問題点がある。
【０００５】
本発明の課題は、この点に鑑みて、各種のエンコーダに対応可能なエンコーダ信号処理装置を備えたサーボドライバを提案することにある。
【０００６】
【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、本発明は、制御対象のアクチュエータに取り付けられているエンコーダから供給されるエンコーダ出力信号に基づき、前記アクチュエータを駆動制御するサーボドライバにおいて、
前記エンコーダが、省線化方式および１４本線方式のいずれであるのか、および／またはインクリメンタル型およびアブソリュート型のいずれであるのか、を入力するエンコーダ種別入力部と、
このエンコーダ種別入力部を介して入力されたエンコーダ種別情報に対応した制御信号を発生する制御部と、
前記制御信号に基づき、前記エンコーダ出力信号に信号処理を施して前記アクチュエータの位置情報などを表すパラレル信号を生成するエンコーダ信号処理部と、
前記パラレル信号に基づき前記アクチュエータのサーボ制御を行う駆動制御部とを有していることを特徴としている。
【０００７】
ここで、前記エンコーダ信号処理部は、
省線化方式のエンコーダ信号が入力されるシリアル入力ポートと、
１４本線方式のエンコーダ出力信号が入力される前記シリアル入力ポートを含む入力ポート群と、
前記パラレル信号を前記駆動制御部に出力する出力ポートと、
前記シリアル入力ポートから入力されたシリアルデータを所定ビットの前記パラレル信号に変換する受信部と、
前記制御部から供給される前記制御信号としてのポート切り替え信号に基づき、前記シリアル入力ポートおよび前記入力ポート群のいずれかをエンコーダ信号の入力ポートとして選択する第１データ選択部とを備えた構成とすることができる。
【０００８】
また、前記エンコーダ信号処理部は、
前記受信部で生成されたパラレル信号に基づき、前記エンコーダの位置情報に関するインクリメンタルデータおよびアブソリュートデータを生成するデータ生成部と、
前記制御部から供給される前記制御信号に基づき、前記インクリメンタルデータおよびアブソリュートデータのいずれを前記出力ポートから出力するのかを選択する第２データ選択部とを備えた構成とすることができる。
【０００９】
本発明のサーボドライバでは、エンコーダ種別入力部を備え、接続されるエンコーダの種類を入力すれば、制御部からエンコーダ信号処理部に対してエンコーダ種別に対応した制御信号が供給される。
【００１０】
エンコーダ信号処理部では、制御信号に基づき、入力ポートを切り替えることにより、省線化方式および１４本線方式のいずれのエンコーダが接続されている場合においても、その出力信号に基づき、駆動制御部において処理可能なパラレル信号を生成できる。
【００１１】
また、エンコーダ信号処理部は、インクリメンタルデータおよびアブソリュートデータを生成可能なデータ生成部を備え、制御部から供給される制御信号に基づき、第２データ選択部では、接続されているエンコーダがインクリメンタル型のものであればインクリメンタルデータを選択して出力ポートから駆動制御部に出力する。同様に、接続されているエンコーダがアブソリュート型のものであればアブソリュートデータを選択して出力ポートから駆動制御部に出力する。
【００１２】
従って、アクチュエータに取り付けられているエンコーダ種類の如何に拘わらず、使用可能な汎用型のサーボドライバを実現できる。
【００１３】
次に、本発明はサーボドライバに組み込まれるエンコーダ信号処理装置に関するものであり、本発明によるエンコーダ信号処理装置は上記構成のエンコーダ信号処理部を有していることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したサーボドライバを備えたサーボ機構の一例を説明する。
【００１５】
図１は本例のサーボ機構を示す全体構成図である。この図に示すように、本例のサーボ機構１は、アクチュエータ２とサーボドライバ３を有しており、アクチュエータ２はサーボモータ４と減速機５から構成されており、減速機出力軸がアクチュエータ出力軸６となっている。サーボモータ４の回転軸には光学式などのエンコーダ７が取り付けられており、このエンコーダ７から得られる出力に基づき、サーボドライバ３の側ではアクチュエータ２の位置情報などを検出して、当該アクチュエータ２のサーボ制御を行う。
【００１６】
サーボドライバ３は、エンコーダ７が、省線化方式および１４本線方式のいずれであるのか、およびインクリメンタル型およびアブソリュート型でいずれであるのかを入力指定するためのエンコーダ種別入力部１１と、このエンコーダ種別入力部１１を介して入力されたエンコーダ種別情報に対応した制御信号１２を発生する制御部１３と、制御信号１２に基づき、エンコーダ出力信号７Ｓに信号処理を施してアクチュエータ２の位置情報などを表すパラレル信号１４を生成するエンコーダ信号処理部１５と、パラレル信号１４に基づきアクチュエータ２のサーボ制御を行う駆動制御部１６とを有している。また、エンコーダ出力信号７Ｓは、入出力インタフェース１７を介してエンコーダ信号処理部１５に供給される。
【００１７】
本例のサーボドライバ３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるコンピュータを中心に構成されており、エンコーダ信号処理部１５はエンコーダ信号処理ＩＣ２０としてモジュール化されている。エンコーダ７の出力信号７Ｓをサーボドライバ３の入出力インタフェース１７で受信してエンコーダ信号処理ＩＣ２０に入力する。エンコーダ信号処理ＩＣ２０は、制御部１３から供給されるエンコーダ７の種類を表す制御信号１２に基づき当該エンコーダ７の種類を判別し、エンコーダ出力信号に対する信号処理を行い、これにより得られたアクチュエータ位置情報などを表すパラレル信号１４を駆動制御部１６に出力する。
【００１８】
次に、図２は本例のエンコーダ信号処理ＩＣ２０を示す概略ブロック図である。本例のエンコーダ信号処理ＩＣ２０は、ＣＭＯＳゲートアレイプロセスを用いた１６ビットエンコーダデータ受信用ＬＳＩであり、エンコーダシリアルデータを受信し、１６ビットパラレルデータに変換すると共に、エンコーダモニタ信号の生成も行う。また、対応可能なエンコーダ種別は、省線化方式によるインクリメンタル型およびアブソリュート型のものと、１４本線方式のものである。
【００１９】
エンコーダ信号処理ＩＣ２０において、その受信部２１はシリアルデータが入力され、それを１６ビットパラレルデータに変換して出力する。モニタ部２２は、一定時間当たりのモニタパルス数が入力され、これに基づきエンコーダ７のＡＢＺの各相信号を生成する。差分計算部２３は、受信したデータの今回と前回との差分を計算し、モニタ部２２へ出力する。また、アブソリュートデータを生成する場合には、多回転データの出力に続きインクリメンタルデータの出力を行う。
【００２０】
エンコーダ信号処理ＩＣ２０のデータ選択部（１）２４は、省線化方式のエンコーダからの入力信号および１４本線方式のエンコーダからの入力信号におけるＡＢＺＵＶＷの各相信号の切り替えを行う。制御信号（ポート切り替え信号）１２によって外部端子Ｓ＿Ｐ＝０のときにシリアル側信号（７ビット）に切り替わり、出力ポートとして、ＥＯＰ、ＥＯＳ、ＥＯＰ、ＤＯ１４−１１が選択される。外部端子Ｓ＿Ｐ＝１のときには、パラレル側信号（７ビット）に切り替わり、出力ポートとしてＡＸＯＲＢ、Ａ、Ｂ、Ｗ、Ｖ、Ｕ、Ｚが選択される。
【００２１】
データ選択部（２）２５は、省線化方式と１４本線方式における、モニタ出力のＡＢＺ相信号の切り替えを行う。外部端子Ｓ＿Ｐ＝０のときはシリアル側信号（５ビット）に切り替わり、出力ポートとしてＰＺ、ＰＢ、ＰＡ、ＭＰＸ＿ＡＷＣ、（ＰＺｏｒＰＤ）が選択される。外部端子ＺＰＤＴはＺＰＳＥＬ＝０のときＰＤ、ＺＰＳＥＬ＝１のときＰＺを出力する。外部端子Ｓ＿Ｐ＝１のときはパラレル側信号（５ビット）に切り替わり、ポートとしてＺ、Ｂ、ＭＲＸ＿Ａ、６ＡＮＤ、（ＺｏｒＰＤ）が選択される。６ＡＮＤは、ＡＮＤ部２８に入力される６つの信号の論理積を意味している。また、外部端子ＺＰＤＴはＺＰＳＥＬ＝０のときＰＤ、ＺＰＳＥＬ＝１のときＰＺを出力する。
【００２２】
データ選択部（３）２６は、インクリメンタル、アブソリュート動作時の内部信号出力の切り替えを行う。外部端子ＡＢＳ＿ＩＮＣ＝０のときにインクリメンタル動作中の内部信号を選択し、ＡＢＳ＿ＩＮＣ＝１のときはアブソリュート動作中の内部信号を選択する。インクリメンタル動作時の出力信号（１０ビット）は、ＤＯ１４〜１０、０（ＧＮＤ）、０（ＧＮＤ）、０（ＧＮＤ）、０（ＧＮＤ）、差分符号である。アブソリュート動作時の出力信号（１０ビット）は、パケット選択、０（ＧＮＤ）、ＢＡＴＴ、ＭＤＥＲ、ＯＶＦＲ、ＳＹＳＤ、Ｚ相、差分符号、差分出力（６、５）である。
【００２３】
次に、データ選択部２７は、送信データと差分データの切り替えを行う。外部端子ＥＧ＝０のときは受信データを選択し、受信データは受信部からの１６ビットのパラレル信号出力する。外部端子ＥＧ＝１のとき、インクリメンタル時（ＡＢＳ＿ＩＮＣ＝０）はＤ０[１５：１０]、０（ＧＮＤ）、０（ＧＮＤ）、０（ＧＮＤ）、０（ＧＮＤ）、差分符号、差分出力[４：０]の出力を行う。また、外部端子ＥＧ＝１のとき、アブソリュート時（ＡＢＳ＿ＩＮＣ＝１）はＤ０１５、ＥＮＣ、０（ＧＮＤ）、ＢＡＴＴ、ＭＤＥＲ、ＯＶＦＲ、ＳＹＳＤ、Ｚ相、差分符号、差分出力[４：０]を行う。
【００２４】
表１はエンコーダデータ処理ＩＣ２０の端子表である。
【００２５】
【表１】

【００２６】
図３は受信部２１の構成を示すブロック図である。受信部２１では、受信待機状態においてシリアル受信データが入力端子ＭＲＸに入力されると、周期クロックの再生、シリアルデータの取り込み、デマルチプレクシング、ＣＲＣエラーチェック、パラレルデータ出力の更新などを実行し、１６ビットのデータの受信を行う。
【００２７】
図４にはシリアル受信データ（ＭＲＸ）のフォーマットを示してある。この図に示すように、シリアル受信データは、スタートビット、アドレスビット、データビット、ＣＲＣビット、ストップビット、アイドルビットで構成されている。データビットは１６ビットで、ＡＢＳ＿ＩＮＣ入力信号が０の時はインクリメンタル、１の時はアブソリュートである。表２にはインクリメンタル時のビット構成をしめし、表３にはアブソリュート時のビット構成を示してある。
【００２８】
【表２】

【００２９】
【表３】

【００３０】
ここで、アブソリュートデータは、多回転情報の２¹³〜２²⁵の１３ビットカウンタデータと１回転情報の２⁰〜２¹²の１３ビットカウンタデータで構成されている。これらのデータは、２フレーム／１パッケージのシリアルデータとしてエンコーダから供給される。エンコーダ信号処理ＩＣ２０では、これらのシリアルデータを元にモニタ出力を行う。まず、エンコーダ７からの多回転情報と１回転情報を順次モニタ出力し、引き続きインクリメンタル信号のモニタ出力を行う。多回転情報とは、エンコーダ７が何周したのかを表すものであり、１回転情報とはエンコーダ７の現在位置を１回転の範囲内で絶対位置表現するものである。インクリメンタル信号とはアブソリュートデータの多回転情報と１回転情報をモニタ出力した後のエンコーダが回転してカウントした数だけモニタ信号として出力する信号のことである。すなわち、インクリメンタル信号は、シリアルデータ受信周期ごとのデータの差を元にモニタ出力する信号である。
【００３１】
ＲＤＹ信号が１になり、モニタ部２２が動作状態になると、多回転情報のモニタ出力が開始する。入出力信号のタイミングチャートを図５に示してある。また、図６には多回転情報出力時の信号仕様（９０度位相差の２相信号であるＰＡ、ＰＢ信号）を示してあり、ＰＡ、ＰＢ信号の進み遅れにて加減算を判別し、カウントはＰＡ信号の立ち上がりで行われる。さらに、図７には１回転情報およびインクリメンタル出力時の信号仕様を示してある。ＰＡ、ＰＢ信号の進み遅れにて加算減算を判別し、カウントはＰＡ、ＰＢ信号の立ち上がりおよび立下りで行われる。図８には多回転情報のモニタ出力信号例を示してある。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のサーボドライバでは、アクチュエータの側に取り付けられているエンコーダの種別に応じて、エンコーダ信号処理部の入出力ポートを切り替えて、省線化方式のエンコーダおよび１４本線方式のエンコーダのいずれの出力にも対応できるように構成されている。また、エンコーダ信号処理部における内部信号切り替えを行うことにより、インクリメンタル型およびアブソリュート型のいずれのエンコーダ出力にも対応できるように構成されている。
【００３３】
従って、本発明によれば、アクチュエータに取り付けられるエンコーダの種別が異なっていても、共通のサーボドライバをアクチュエータに組み合わせて使用することができる。よって、モータおよび減速部が同一であってもエンコーダの種類に応じてサーボドライバを変更しなければならないという従来における問題点を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したサーボ機構の一例を示す全体構成図である。
【図２】図１のエンコーダ信号処理ＩＣの概略ブロック図である。
【図３】図２における受信部の概略ブロック図である。
【図４】エンコーダから受信する受信データフォーマットを示す説明図である。
【図５】図２におけるモニタ部の入出力信号のタイミングチャートである。
【図６】多回転情報出力時の信号仕様を示すタイミングチャートである。
【図７】１回転情報およびインクリメンタル出力時の信号使用を示すタイミングチャートである。
【図８】多回転情報のモニタ出力信号例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１サーボ機構
２アクチュエータ
３サーボドライバ
４サーボモータ
５減速機
６出力軸
７エンコーダ
７Ｓエンコーダ出力信号
１１入力部
１２制御信号
１３制御部
１４パラレル信号
１５エンコーダ信号処理部
１６駆動制御部
１７インタフェース
２０エンコーダ信号処理ＩＣ

Claims

制御対象のアクチュエータに取り付けられているエンコーダから供給されるエンコーダ出力信号に基づき、前記アクチュエータを駆動制御するサーボドライバにおいて、
前記エンコーダが、省線化方式および１４本線方式のいずれであるのか、および／または、インクリメンタル型およびアブソリュート型のいずれであるのか、を入力するエンコーダ種別入力部と、
このエンコーダ種別入力部を介して入力されたエンコーダ種別情報に対応した制御信号を発生する制御部と、
前記制御信号に基づき、前記エンコーダ出力信号に信号処理を施して前記アクチュエータの位置情報などを表すパラレル信号を生成するエンコーダ信号処理部と、
前記パラレル信号に基づき前記アクチュエータのサーボ制御を行う駆動制御部とを有しているサーボドライバ。
請求項１において、
前記エンコーダ信号処理部は、
省線化方式のエンコーダ信号が入力されるシリアル入力ポートと、
１４本線方式のエンコーダ出力信号が入力される前記シリアル入力ポートを含む入力ポート群と、
前記パラレル信号を前記駆動制御部に出力する出力ポートと、
前記シリアル入力ポートから入力されたシリアルデータを所定ビットの前記パラレル信号に変換する受信部と、
前記制御部から供給される前記制御信号としてのポート切り替え信号に基づき、前記シリアル入力ポートおよび前記入力ポート群のいずれかをエンコーダ信号の入力ポートとして選択する第１データ選択部とを備えているサーボドライバ。
請求項２において、
前記エンコーダ信号処理部は、
前記受信部で生成されたパラレル信号に基づき、前記エンコーダの位置情報に関するインクリメンタルデータおよびアブソリュートデータを生成するデータ生成部と、
前記制御部から供給される前記制御信号に基づき、前記インクリメンタルデータおよびアブソリュートデータのいずれを前記出力ポートから出力するのかを選択する第２データ選択部とを備えているサーボドライバ。
請求項１ないし３のうちのいずれかの項に記載のエンコーダ信号処理部を有しているエンコーダ信号処理装置。