このドキュメントはMIRSATLMのロータリエンコーダ周辺回路についてまとめた技術資料である。

　ロータリエンコーダというものは、アナログ量であるモータの回転数をディジタル量としてカウントするものである。これによって、モータの回転数からMIRSが自己位置を認識できるようになる。MIRSのロータリエンコーダ部は大きく分けて2つの部分から構成される。一つ目は、モータの回転数を90度位相がずれた矩形波に変換させるマイクロエンコーダ、そしてその回転数をカウントするFPGA内に構成されるロータリエンコーダモジュールである。その二つを組み合わせることによってアナログ量であるモータの回転数をディジタル量でカウントしている。MIRSでは、光学式のロータリエンコーダを用いている。

1. ロータリエンコーダとは

   　製品にコネクタを接続し、タイヤの回転数（アナログ量）をパルス数（デジタル量）に変換する機能がある。MIRSでは最も一般的な光電式を使用する。ロータリーエンコーダは、回転軸の回転速度に比例した、互いに90°位相の異なる2相の近似正弦波を出力しているもので、2相の位相関係から回転方向が判別できる。他に、2相の信号をカウントして回転数を求めることができる。 一般的なロータリーエンコーダの使用方法は、回転子の回転数の検出、 更に、回転子の速度の検出である。

2. 光学式ロータリエンコーダの概要
   
   fig.1　光学式ロータリエンコーダの概要
   　fig.1に光学式ロータリエンコーダの概略図を示す。発光ダイオード（LED）と受光素子（フォトトランジスタ）が、回転軸に取り付けられた回転スリット（A）と固定スリット（B）をはさみ相対して取り付けられている。回転スリット（A）が回転すると、ダイオードの光がスリットにって通過、遮断を繰り返す。この光を受光素子により検出して、信号（パルス）に変換する。出力信号を２相にするため、固定スリット（B）のスリットは2つで、90°位相がずれている。
   　ロータリーエンコーダからの出力信号は近似正弦波形であるので、これを波形整形回路でパルス波形にする。fig.2にその波形の変化を示す。
   
   fig.2 波形の変化図

3. 回転方向の判別

   　　パルス整形回路からの出力信号Ａ，Ｂの組み合わせには、回転方向により２つのパターンがある。
   

   
   fig.3 回転方向の判別方法
   　上記のように出力信号Ａ，Ｂの位相差は常に90°であるが、回転方向により、ずれ方が異なってくる。
   　1の場合、B信号の立ち上がり時にＡ信号は必ず"H"になっているときと2の場合のようなB信号の立ち上がり時にＡ信号は"L"になっている場合の二つによって回転方向が判別できる。

4. 回転数のカウント
   
   fig.4 カウント法 　パルスのカウント法は、右図のよう に1,2,4逓倍の数え方がある。MIRSではA相、B相が0のときにどちらが立ち上るかを判別している1逓倍を使っている。MIRS標準のマイクロエンコーダでは1回転するのに100パルス発生する。また、ギヤで回転を1/16に落としているので回転数を求める場合は、以下の式で求められる。
   （タイヤの回転数）=（ロータリエンコーダカウント値）/1600

1. マイクロエンコーダ
   MIRSでのマイクロエンコーダは、maxonのモータと一体化したものです。

   供給電圧	5V(-10/+10%)
   出力信号	TTLコンパチブル
   立ち上がり時間	200ns
   下降時間	50ns
   チャンネル数	2
   カウント/回転	100
   使用温度範囲	-20/+85℃
   コード・ホイール慣性モーメント	=<0.05gcm2
   最大加速度	250000rads-2
   最大出力電流/チャンネル	5maA
   位相差	90°e(-45/+45°e)
   最大周波数	20kHz