CN103069713A - 电机控制装置 - Google Patents

Abstract

在本发明的电机控制装置中，移动指令生成部检测由紧急停止指示部指示紧急停止的情况，当停止从移动指令生成部向伺服控制部送出移动指令时，由偏差修正部计算修正值，将构成伺服控制部的位置控制部内的偏差计数部的值置换为该修正值而继续控制。偏差修正部输出的修正值利用位置控制部输出的速度指令值根据紧急停止之前的值与位置增益的值而进行计算。偏差计数部求出移动指令生成部的输出与输出关于电机的信息的处理部的输出之间的偏差。

Description

电机控制装置

技术领域

本发明涉及使用机器人控制装置等的电机控制装置的系统中的紧急停止时的电机的停止控制。

背景技术

使用图13对具备机器人控制装置等的电机控制装置的机器人系统的一个例子进行说明。需要说明的是，机器人系统包括由电机等驱动的操纵装置和用于控制操纵装置的机器人控制装置等。

图13是示出现有的机器人系统的概要结构的图。构成图13所示的机器人系统的机器人控制装置100具备移动指令生成部101、伺服控制部60、增幅器106。在此，移动指令生成部101基于用户完成的动作程序而进行轨迹规划并生成移动指令。伺服控制部60收到移动指令生成部101所输出的移动指令而对电机107进行驱动控制。增幅器106基于伺服控制部60的输出而对电机107进行控制。

如图13所示，伺服控制部60具备位置控制部61、速度控制部104、电流控制部105、处理部114。上述各控制部由在每个恒定周期内进行控制计算的数字控制系统构成。

位置控制部61收到来自移动指令生成部101的移动指令而进行位置控制，并生成速度指令。速度控制部104收到来自位置控制部61的速度指令而进行速度控制，并生成电流指令。电流控制部105收到来自速度控制部104的电流指令而进行电流控制，并生成电压指令。增幅器106收到来自电流控制部105的电压指令而生成供给到电机107的电机电流。

从移动指令生成部101传递到伺服控制部60的移动指令采用对应每个规定的时间的电机107的旋转角的变化量的方式。位置控制部61将偏差计数部115作为构成要素。位置控制部61在每个位置控制周期将移动指令加在偏差计数部115上，而从偏差计数部115中减去作为处理部114的输出的实际位置的按照每个位置控制周期的电机107的实际的旋转角的变化量。需要说明的是，每个位置控制周期的电机107的旋转角的变化量基于付随在电机107的位置检测器108所检测出的电机107的旋转角而在处理部114中被算出。在以上述方式处理的偏差计数部115的偏差计数值上乘以位置增益116的系数而成为速度指令。进而，在此基础上，具备将在来自移动指令生成部101的移动指令上乘以前馈系数117的系数的值作为速度指令的一部分而进行加法的前馈控制。即，将位置增益116的输出与前馈系数117的输出加在一起而成为位置控制部61输出的速度指令。

另外，在电机107具有不进行励磁控制时用于防止外力无意中进行作用的制动器109。该制动器109通常保持为制动的状态，通过使电流流通来解除制动。

另外，在机器人控制装置100及机器人控制装置100的外部中的至少一方设置有紧急停止指示部112作为迅速且直接地停止电机107的旋转的机构。当该紧急停止指示部112动作时，制动器109被迅速地保持。即，呈制动器109相对于电机107制动的状态。另外，通过紧急停止指示部112动作，停止来自移动指令生成部101的移动指令的送出。

具体而言，设置在示教操作时使用的示教装置的应急开关(dead manswitch)110或紧急停止开关111与制动器109的通电电路联动。由此，当打开应急开关110或紧急停止开关111的电路时，从电源113向制动器109的通电被断开，电机107被保持为制动器109制动的状态。需要说明的是，作为紧急停止开关111的例子而能够举出设置在示教装置的开关、设置在机器人控制装置100的开关、用于检测放置在操纵装置的周围的栅栏的开闭的限位开关等。另外，移动指令生成部101通过监视例如外加于制动器109的电压来检测紧急停止指示部112动作的情况，并即时地停止移动指令的送出。以下，将上述一系列的动作称为紧急停止。

在此，在驱动操纵装置的电机107的旋转过程中，在进行紧急停止的情况下，若立即停止对电机107进行控制的伺服控制，则直到电机107停止为止的旋转量有时变大。即，操纵装置的因惯性而继续移动距离有时变大。这是因为在向制动器109的通电被断开到制动器109开始起作用之前的时间间隔和制动器转矩量不能够得到足够的制动转矩的原因。

因此，在进行紧急停止的情况下，在此之后一段时间内持续进行伺服控制。由此，提出使电机107产生减速转矩并同时使用制动器109而使电机107停止的方法(例如，参照专利文献1)。

进而，还提出有在紧急停止时为了对例如作用于将电机107与操纵装置的臂连接的减速机的冲击进行缓和、或对作用于电机107与减速机的连接部的冲击进行缓和而根据条件随时保持或解除制动器109的方法(例如，参照专利文献2)。

需要说明的是，作为在紧急停止时用于继续伺服控制而产生电机107的减速转矩的方法，除了直接地产生减速转矩以外，还将速度指令向零引导。

例如，将残存于偏差计数部115内的位置偏差量清零(zero clear)而直接将速度指令形成为零，或一边消化残存于偏差计数部115内的位置偏差量一边使速度指令逐渐地接近零等。

图14、图15是示出现有的机器人控制装置中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令以及速度指令值的微分值的时间性的变化的举动的图。

图14示出在紧急停止时一边消化残存于图13所示的偏差计数部115内的位置偏差量一边将速度指令向零引导的情况的例子。即，图14示出进行前馈控制的情况下的移动指令、位置偏差量、速度指令、速度指令的微分值的时间性的变化的举动。

在紧急停止后，来自图13的移动指令生成部101的移动指令的送出停止，前馈项为零。因此，如图14所示，紧急停止之后的速度指令不连续地变化。需要说明的是，该速度指令不连续地变化的部分中的其时间微分值(速度指令的加速度)在理论上为无限大。

另外，图15示出在紧急停止时不消化残存于图13所示的偏差计数部115内的位置偏差量而将速度指令向零引导的情况的例子。即，图15示出不进行前馈控制的情况下的移动指令、位置偏差量、速度指令以及其速度指令的微分值的时间性变化的举动。

在不进行前馈控制的情况下，如图15所示，紧急停止之后的速度指令不会不连续。但是，如图15所示，速度指令的微分值在紧急停止之后瞬间形成为较大的值。

需要说明的是，图14、图15都示出将速度控制系统与电流控制系统的响应性设为远高于位置控制系统的响应性且将位置控制系统设为时间常数为1/Kp的一次延迟系统的情况。

在此，若将电机输出转矩与制动器转矩加在一起的转矩称作总输出转矩，则紧急停止时的减速由总输出转矩实现。此时，当由电机107驱动的被驱动部的惯性远大于电机107的惯性时，总输出转矩的大部分作用于将电机107与被驱动部连接的机构部(例如，减速机等)。

若该总输出转矩比机构部的设计强度小则没有问题。但是，若该总输出转矩不比机构部的设计强度小，则对机构部造成损伤。

将开始给机构部造成损伤这种大小的电机总输出转矩称作允许最大总输出转矩。而且，将由该允许最大总输出转矩进行减速时的加速度称作极限加速度。当速度指令的时间微分值大于极限加速度时，其结果是向机构部作用大于允许最大总转矩的转矩。这是因为，在基于紧急停止的减速过程中根据速度控制而将电机107的速度控制为如速度指令那样。

如上所述，为了在紧急停止时不对机构部造成损伤，需要将减速时的速度指令的微分值保持为比极限加速度小。然而，在上述现有的方法中，上述情况未被考虑，而紧急停止时的速度指令的微分值不一定局限于比极限加速度小。

例如，在图14所示的情况下，紧急停止之后的速度指令的微分值大于极限加速度是显而易见的。另外，在图15所示的情况下，也不能保证紧急停止之后的速度指令的微分值比极限加速度小。

即，在使紧急停止时的速度指令的减速的方法中，现有的方法存在可能给机构部造成损伤的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-152091号公报

专利文献2：日本特开2007-104869号公报

发明内容

本发明为了解决上述问题而提供一种以不给机构部造成损伤的方式进行紧急停止的电机控制装置。

为了解决上述问题，本发明的电机控制装置对使机械的可动部相对移动且利用制动器停止的电机进行控制，其具备移动指令生成部和伺服控制部。在此，移动指令生成部输出电机的移动指令。伺服控制部基于上述移动指令生成部的输出而输出用于控制上述电机的指令。上述伺服控制部具备位置控制部、速度控制部、电流控制部、处理部。在此，位置控制部基于上述移动指令生成部的输出而输出速度指令。速度控制部基于上述位置控制部的输出而输出电流指令。处理部基于对上述电机的旋转位置进行检测的位置检测器的输出而输出上述电机的旋转角的变化量。上述位置控制部具备偏差计数部、第一系数部、第二系数部、加法部、及偏差修正部。在此，偏差计数部求出上述移动指令生成部的输出与上述处理部的输出间的偏差并进行输出。第一系数部输入上述移动指令生成部的输出并乘以规定的系数而进行输出。第二系数部输入上述偏差计数部的输出并乘以规定的系数而进行输出。加法部将上述第一系数部的输出与上述第二系数部的输出相加并向上述速度控制部输出。当由设置在上述电机控制装置及上述电机控制装置的外部中的至少任意一方的紧急停止指示部指示上述电机紧急停止时，偏差修正部基于刚紧急停止前的速度指令即在刚紧急停止前的位置控制周期内所述位置控制部所输出的速度指令值和所述第二系数部的规定的系数而求出偏差修正值。另一方面，偏差修正部构成为如下方式，即，当由上述紧急停止指示部指示紧急停止时，停止由上述移动指令生成部产生的移动指令的输出并将上述偏差计数部的偏差置换为由上述偏差修正部求出的偏差修正值，从而进行基于上述位置控制部的控制。

根据该结构，能够在紧急停止时保持连续性并按照指定的比例降低速度指令，从而能够进行与机构部的强度匹配的紧急停止时的速度指令的减速。由此，能够避免在紧急停止时对机构部造成损伤。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1中的机器人系统的概要结构的图。

图2是示出本发明的实施方式1中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

图3是示出本发明的实施方式2中的机器人系统的概要结构的图。

图4是示出本发明的实施方式2中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

图5是示出本发明的实施方式3中的机器人系统的概要结构的图。

图6是示出本发明的实施方式3中的伺服控制部的处理流程的图。

图7是示出本发明的实施方式3中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

图8是示出本发明的实施方式4中的机器人系统的概要结构的图。

图9是示出本发明的实施方式4中的伺服控制部的处理流程的图。

图10是示出本发明的实施方式5中的机器人系统的概要结构的图。

图11是示出本发明的实施方式5中的伺服控制部的处理流程的图。

图12是示出本发明的实施方式5中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

图13是示出现有的机器人系统的概要结构的图。

图14是示出现有的机器人控制装置中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

图15是示出现有的机器人控制装置中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。在以下的附图中，对相同的构成要素标注相同的附图标记，因此有时省略其说明。

(实施方式1)

使用图1与图2对本实施方式1的电机控制装置进行说明。需要说明的是，对与在背景技术中说明了的图13相同的位置省略其详细的说明。需要说明的是，在图1中，与图13的不同点主要在于，在位置控制部3内设有偏差修正部18与判断部19。

图1是示出本发明的实施方式1中的机器人系统的概要结构的图。图2是示出本发明的实施方式1中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。需要说明的是，机器人系统包括由电机7等驱动的操纵装置、用于控制操纵装置的机器人控制装置、及用于使电机7停止的紧急停止指示部12等。

另外，操纵装置由电机7驱动，在电机7设有位置检测器8和制动器9。另外，作为电机控制装置的机器人控制装置具备移动指令生成部1、伺服控制部2、增幅器6。另外，紧急停止指示部12可以设置在机器人控制装置上，也可以设置在机器人控制装置的外部，还可以设置在机器人控制装置与机器人控制装置的外部两者上。

移动指令生成部1基于用户完成的动作程序而进行轨迹规划，生成对应于每个规定的时间的电机7的旋转角的变化量来作为移动指令，并向伺服控制部2传递。

伺服控制部2具备位置控制部3、速度控制部4、电流控制部5、处理部14。位置控制部3及处理部14在每个位置控制周期进行控制计算处理。速度控制部4与电流控制部5分别在每个规定的周期进行控制计算处理。

位置控制部3收到来自移动指令生成部1的移动指令而进行位置控制，并生成速度指令。速度控制部4收到来自位置控制部3的速度指令而进行速度控制，并生成电流指令。电流控制部5收到来自速度控制部4的电流指令而进行电流控制，并生成电压指令。增幅器6收到来自电流控制部5的电压指令而生成向电机7供给的电流。

在电机7连接有位置检测器8，以便检测电机7的旋转角。处理部14计算由位置检测器8得出的电机7的旋转角的一个位置控制周期的变化量，并将其作为实际位置的变化量而进行输出。

位置控制部3内的偏差计数部15在每个位置控制周期将来自移动指令生成部1的移动指令加在偏差计数部15保持的值上，另一方面，将来自处理部14的实际位置的变化量从偏差计数部15保持的值中减去。而且，将在以上述方式处理的偏差计数部15的输出上乘以第二系数部16的位置增益的值Kp后的值，利用加法部23加上在来自移动指令生成部1的移动指令上乘以第一系数部17的前馈系数后的值Kf的值，并将该和作为速度指令而进行输出。

另外，在电机7连接有具有使电机7停止的功能的制动器9。该制动器9通过向制动器9通电来解除制动。需要说明的是，在不向制动器9通电的情况下为制动作用的状态。

从电源13向制动器9的通电经由构成紧急停止指示部12的应急开关10以及紧急停止开关11而进行。即，当应急开关10或紧急停止开关11的电路呈打开状态时，从电源13向制动器9的通电断开，呈保持制动的状态，即制动作用的状态。

另外，向制动器9的通电被断开的情况由移动指令生成部1检测。需要说明的是，移动指令生成部1通过监视例如外加于制动器9的电压来监视向制动器9的通电被断开的情况。移动指令生成部1检测出向制动器9的通电被断开时立即停止移动指令的送出。

需要说明的是，在以下的说明中，紧急停止是指，打开应急开关10或紧急停止开关11的电路而保持制动器9，并停止来自移动指令生成部1的移动指令的送出。

在此，伺服控制部2以下述方式检测紧急停止的情况。在伺服控制部2内设有判断部19。该判断部19监视从移动指令生成部1向位置控制部3输入的移动指令，并在在每个位置控制周期定期地送出的移动指令中断时判断为紧急停止。判断部19适当地向以伺服控制部2内的紧急停止信息为必要条件的偏差修正部18通知紧急停止。需要说明的是，也可以从移动指令生成部1直接向伺服控制部2内的判断部19通知紧急停止的情况并判断为紧急停止。

偏差修正部18在从判断部19收到检测出进行了紧急停止的主旨的信号时，使用紧急停止之前的速度指令值Va(在上一次的位置控制周期，位置控制部3所输出的速度指令值)与第二系数部16的位置增益的值Kp，根据下述(式1)来求出置换量Δθc。需要说明的是，如后述那样，置换量Δθc是为了在紧急停止的前后使速度指令不会不连续而形成为连续而使用的值。

[式1]

Δθc＝Va/Kp

然后，将偏差计数部15的值由该置换量Δθc置换。

上述操作在检测出紧急停止之后的最初的位置控制周期仅进行一次。而且，此后，伺服控制处理继续进行。

即，偏差计数部15的偏差向由偏差修正部18求出的偏差修正值的置换在进行了紧急停止之后的最初的位置控制周期仅进行一次，此后，也可以构成为基于偏差计数部15的值与处理部14的输出之间的偏差而进行控制。根据该结构，在停止来自移动指令生成部1的移动指令的状态下，基于偏差计数部15的值与处理部14的输出而继续进行伺服控制处理。由此，偏差计数部15的值被消化而形成为零，即，速度指令形成为零，电机7完全停止。

接着，图2示出使用图1的结构的电机控制装置的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令以及速度指令值的微分值的时间性变化的举动。图2分别示出紧急停止前后的移动指令、位置偏差量Δθ(t)、速度指令Vcmd(t)、及速度指令的微分值Vcmd’(t)的时间性变化。需要说明的是，对于速度指令的微分值Vcmd’(t)，为了便于观察附图而反转附图标记进行记载。图2的移动指令的时间性的变化表示通过紧急停止而停止移动指令的送出的情况。需要说明的是，如图2所示，位置偏差量Δθ(t)是保持在偏差计数部15的偏差计数部值，Δθr是刚紧急停止前的偏差计数部的值。另外，在图2的速度指令的时间性的变化中，由虚线表示的直线以及曲线表示作为参考而示出的现有的方法的情况的速度指令的举动，Kf·Wa相当于前馈项。

关于图2的速度指令Vcmd(t)的时间性变化，现有的情况如虚线的曲线所示那样，在停止移动指令的送出之后呈不连续地变化，相对于此，将偏差计数值置换为由(式1)计算出的置换量Δθc。由此，如以下说明的那样，能够在紧急停止之前和之后将速度指令形成为相同的值，从而使速度指令连续地相连。

以下，对详情进行说明。

由速度控制部4控制的速度控制系统以及由电流控制部5控制的电流控制系统的响应如众所周知那样，远高于由位置控制部3控制的位置控制系统的响应。于是，位置控制系统能够看作以1/Kp为时间常数的一次延迟系统。由此，若将在移动指令停止时刻的时间设为t＝0、将位置偏差量的时间函数设为Δθ(t)，则移动指令停止以后的位置偏差量Δθ(t)如下述(式2)那样形成。

[式2]

Δθ(t)＝Δθc·exp(-Kp·t)

另外，移动指令停止后的速度指令Vcmd(t)的前馈项为0，因此如(式3)那样形成。

[式3]

Vcmd(t)＝Kp·Δθ(t)

        ＝Kp·Δθc·exp(-Kp·t)

t＝0时的速度指令Vcmd(0)根据上述(式3)、上述(式1)得到：

[式4]

Vcmd(0)＝Kp·Δθc

        ＝Va

(式3)为在t≥0时连续，速度指令Vcmd(t)根据(式4)在t＝0时连续。

另外，速度指令Vcmd(t)的时间微分值Vcmd’(t)如下述(式5)那样形成。

[式5]

Vcmd’(t)＝-Kp·Vcmd(t)

         ＝-Kp²·Δθc·exp(-Kp·t)

根据(式5)，紧急停止之后的Vcmd’(t)的绝对值在t＝0时为最大的值而形成为(式6)。

[式6]

|Vcmd’(0)|＝|Kp²·Δθc|

           ＝|Kp·Va|

若由上述(式6)计算出的值不大于极限加速度，则电机的总输出转矩形成为允许最大总输出转矩以下，不会给机构部造成损伤。

需要说明的是，总输出转矩是将电机输出转矩与制动器转矩加在一起的转矩，且是用于使电机7停止的转矩。另外，允许最大总输出转矩是开始给机构部造成损伤这种大小的电机总转矩。另外，极限加速度是由该允许最大总输出转矩进行减速时的加速度。

如上所述，通过在紧急停止时置换偏差计数部15的值，能够在紧急停止时也不使速度指令不连续而使其连续。

由此，能够防止在紧急停止时向机构部作用过大的转矩，从而能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤。

即，本发明的电机控制装置是对使机械的可动部相对移动且利用制动器9而停止的电机7进行控制的电机控制装置，其具备移动指令生成部1和伺服控制部2。在此，移动指令生成部1输出电机7的移动指令。伺服控制部2基于移动指令生成部1的输出而输出用于控制电机7的指令。伺服控制部2具备位置控制部3、速度控制部4、电流控制部5、处理部14。在此，位置控制部3基于移动指令生成部1的输出而输出速度指令。速度控制部4基于位置控制部3的输出而输出电流指令。处理部14基于对电机7的旋转位置进行检测的位置检测器8的输出而输出电机7的旋转角的变化量。位置控制部3具备偏差计数部15、第一系数部17、第二系数部16、加法部23、偏差修正部18。在此，偏差计数部15求出移动指令生成部1的输出与处理部14的输出之间的偏差而进行输出。第一系数部17输入移动指令生成部1的输出并乘以规定的系数而进行输出。第二系数部16输入偏差计数部15的输出并乘以规定的系数而进行输出。加法部23将第一系数部17的输出与第二系数部16的输出加在一起并向速度控制部4输出。当由设置在电机控制装置以及该电机控制装置的外部中的至少一方的紧急停止指示部12指示电机7的紧急停止时，偏差修正部18根据刚紧急停止前的速度指令即在刚紧急停止前的位置控制周期位置控制部3所输出的速度指令值和第二系数部16的规定的系数而求出偏差修正值。另一方面，当由紧急停止指示部12指示紧急停止时，偏差修正部18构成为停止由移动指令生成部1生成的移动指令的输出且将偏差计数部15的偏差置换为由偏差修正部18求出的偏差修正值并进行基于位置控制部3的控制的结构。

根据该结构，能够在紧急停止时保持连续性且以指定的比例降低速度指令，从而能够进行与机构部的强度匹配的紧急停止时的速度指令的减速。由此，能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤。

(实施方式2)

使用图3与图4对本实施方式2的电机控制装置进行说明。图3是示出本发明的实施方式2中的机器人系统的概要结构的图。图4是示出本发明的实施方式2中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令以及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

根据由实施方式1所示的电机控制装置的结构，能够在紧急停止时防止速度指令变得不连续，并降低速度指令的微分值。但是，例如，在第二系数部16的位置增益的值Kp较大的情况下，有时大于极限加速度。因此，作为用于与之对应的其他例，对实施方式2的电机控制装置进行说明。

本实施方式2的机器人系统的概要结构与实施方式1的不同点主要在于，在实施方式1中说明的图1的结构中添加了系数修正部22。

系数修正部22如后述那样求出值Kpc，并进行将第二系数部16的位置增益的值Kp置换为值Kpc的处理。

在利用判断部19来检测紧急停止的情况下，系数修正部22以下述方式求出值Kpc。即，将极限加速度的值设为Ac(＞0)，将紧急停止的之前的位置控制部21输出的速度指令值设为Va，由下述(式7)计算并求出。

[式7]

Kpc＝Ac/|Va|

然后，将第二系数部16的位置增益的值置换为该Kpc。

即，本实施方式2的电机控制装置也可以构成为如下方式，即，具备求出系数的修正值的系数修正部22，当由紧急停止指示部12指示紧急停止时，将第二系数部16的规定的系数置换为由系数修正部22求出的系数修正值并进行基于位置控制部21的控制。在此，系数修正部22根据利用开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩亦即允许最大总输出转矩进行减速时的加速度即极限加速度、和在刚指示紧急停止前的位置控制部21所输出的速度指令值而求出系数的修正值。根据该结构，能够在紧急停止时保持连续性并以指定的比例降低速度指令，从而能够进行与机构部的强度匹配的紧急停止时的速度指令的减速。由此，能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤。

接着，在偏差修正部18中，根据该位置增益的值Kpc与速度指令值Va而由下述(式8)求出置换量Δθc。

[式8]

Δθc＝Va/Kpc

然后，将偏差计数部15的值置换为该置换量Δθc。

需要说明的是，基于系数修正部22及偏差修正部18的上述操作在检测出紧急停止之后的最初的位置控制周期仅进行一次。而且，伺服控制部20在此之后使用置换后的系数修正值而进行控制。由此，伺服控制处理继续进行。

即，在本实施方式2的电机控制装置中，也可以构成为如下方式，即，第二系数部16的规定的系数向由系数修正部22求出的系数修正值的置换在刚进行了紧急停止后的最初的位置控制周期仅进行一次，此后，使用置换了的系数修正值而进行控制。根据该结构，即使在停止来自移动指令生成部1的移动指令的状态下，也能够基于偏差计数部15的值与处理部14的输出而继续进行伺服控制处理。由此，偏差计数部15的值被消化而形成为零，即速度指令形成为零，电机7完全地停止。

利用系数修正部22及偏差修正部18来进行上述操作时的刚紧急停止后的速度指令的微分值根据上述(式6)与(式7)而成为：

|Vcmd’(0)|＝|Kpc·Va|＝Ac。

需要说明的是，极限加速度Ac的值为与机构部的强度匹配而预先确定的值。

接着，图4示出使用图3的电机控制装置的结构时的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性变化的举动。图4的时间性变化从上分别示出紧急停止前后中的移动指令、位置偏差量Δθ(t)、速度指令Vcmd(t)及速度指令的微分值Vcmd’(t)。图4示出与图2所示的相同的物理量。

图4示出即使利用图3所示的系数修正部22将位置增益的值从Kp变更为Kpc、速度指令Vcmd(t)也连续地相连的情况。

另外，图4示出将位置增益的值以上述(式7)那样确定而使速度指令的微分值被抑制在极限加速度以下的情况。

如上所述，通过在紧急停止时置换偏差计数部15的值及第二系数部16的位置增益的值，能够保持连续性并以指定的比例降低速度指令，从而能够成为极限加速度以下。由此，能够进行与机构部的强度匹配的、紧急停止时的速度指令减速，从而能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤。

(实施方式3)

使用图5～图7对本实施方式3的电机控制装置进行说明。图5是示出本发明的实施方式3中的机器人系统的概要结构的图。图6是示出本发明的实施方式3中的伺服控制部30的处理流程的图。图7是示出本发明的实施方式3中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性的变化的举动的图。

本实施方式3的电机控制装置与实施方式1的不同点主要在于，在实施方式1中说明了的图1的结构中添加偏差更新部32。需要说明的是，偏差更新部32是在每个位置控制周期对偏差计数部15的值进行修正的部分。

在由判断部19检测出紧急停止的情况下，首先，利用偏差修正部18并使用刚紧急停止之前的速度指令值Va(在上一次的位置控制周期，位置控制部31所输出的速度指令值)与第二系数部16的位置增益的值Kp而根据实施方式1所示的(式1)来求出置换量Δθc。然后，将偏差计数部15的值置换为该置换量Δθc。需要说明的是，上述操作在紧急停止后仅进行一次。

接着，虽然详情在后面进行说明，但利用偏差更新部32在每个位置控制周期修正偏差计数部15的值。需要说明的是，偏差更新部32的处理在检测出紧急停止之后进行。

使用图6对包含基于偏差更新部32的修正的详细的处理进行说明。

需要说明的是，图6所示的步骤S1与步骤S2在检测出紧急停止之后仅进行一次，包含步骤S3的之后的步骤在每个位置控制周期进行。

步骤S1是上述的偏差修正部18中的处理。

在进行了步骤S1的处理之后，在步骤S2中，将紧急停止之前的速度指令值设为Va、将极限加速度设为Ac、将位置控制周期设为Tp，根据下述(式9)来求出用于使位置偏差量Δθ(t)的减少的比例恒定的限制量D。

[式9]

N＝(|Va|/Ac)/Tp

D＝Δθc/N

在此，限制量D是带有附图标记的量。

在步骤3中，若不在指示紧急停止之后经过规定时间，则进入步骤S4、进而进入步骤S5。需要说明的是，对在指示紧急停止之后经过了规定时间的情况在后面进行说明。

步骤S4以及步骤S5相当于在实施方式1中使用图1而说明的位置控制计算。即，在步骤S4中求出一个位置控制周期的实际位置变化量，在步骤S5中，从偏差计数部15减去实际位置变化量并更新偏差计数部15的值。

需要说明的是，以下将减去实际位置变化量之前的偏差计数部15的位置偏差计数值称作“上一次偏差”，将减去了实际位置变化量之后的位置偏差计数值称作“本次偏差”。

在步骤S7中，对将由步骤S2求出的限制量D从上一次偏差中减去的值的绝对值和由步骤S5求出的本次偏差的绝对值进行比较。然后，若前者较大，则在步骤S8中将本次偏差由从上一次偏差减去限制量D的值置换。

在步骤S11中，在以上述方式修正的本次偏差上乘以位置增益的值Kp而形成为速度指令。

进而，在步骤S12中，基于该速度指令而进行由速度控制部4进行的速度控制和由电流控制部5进行的电流控制。需要说明的是，速度控制与电流控制在每个位置控制周期并不局限于一次，有时也进行多次。

另外，如步骤S13那样，本次偏差成为接下来的位置控制周期中的上一次偏差。

需要说明的是，如步骤S3所示，在从紧急停止经过了规定时间的情况下停止伺服控制。但是也可以不停止伺服控制而继续。在该情况下，完成位置控制，以使得偏差计数部形成为0。

接着，图7示出使用图5的电机控制装置的结构时的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性的变化的举动。图7的时间性的变化从上分别表示紧急停止前后的移动指令、位置偏差量Δθ(t)、速度指令Vcmd(t)以及速度指令的微分值Vcmd’(t)。图7示出与图2所示的相同的物理量。

图7所示的位置偏差量Δθ(t)按照与实际速度(实际位置的变化量)的大小对应的比例减少。但是，根据从步骤S5到步骤S11的处理，位置偏差量Δθ(t)的减少的比例有所限制。其结果是，位置偏差量Δθ(t)以一次函数的方式减少。由此，图7所示的速度指令Vcmd(t)也以一次函数的方式减少，其微分值为恒定值。

具体而言，紧急停止后的位置偏差量Δθ(t)、速度指令值Vcmd(t)、速度指令的微分值Vcmd’(t)分别以下述(式10)、(式11)、(式12)的方式形成。

[式10]

Δθ(t)＝Δθc-(D/Tp)·t

[式11]

Vcmd(t)＝Kp·Δθ(t)＝Kp·Δθc-Kp·(D/Tp)·t

[式12]

Vcmd’(t)＝-Kp·(D/Tp)

进而，根据(式12)、(式1)、及(式9)得到下述(式13)。

[式13]

|Vcmd’(t)|＝Ac

需要说明的是，速度指令降低是指，在成为|Tp·Vcmd(t)|≤|限制量D|的区间(t≥t1)中，位置偏差量Δθ(t)的减少不受限制，形成为与图2或者图4所示的相同的指数函数的方式。由此，速度指令Vcmd(t)也形成为相同的方式，另外，其微分值也成为比极限加速度Ac小的值。

即，本实施方式3的电机控制装置具备偏差更新部32，该偏差更新部32在由紧急停止指示部12指示紧急停止并将偏差计数部15的偏差置换为由偏差修正部18求出的偏差修正值之后，在每个位置控制周期对偏差计数部15的值进行修正。而且，偏差更新部32也可以构成为如下方式，即，基于紧急停止之前的速度指令值、极限加速度、位置控制周期、偏差修正值、上一次偏差而求出本次偏差，在每个位置控制周期将偏差计数部15的偏差置换为求出的本次偏差而进行控制。在此，极限加速度是以开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩亦即允许最大总输出转矩进行减速时的加速度。偏差修正值由偏差修正部18求出。上一次偏差是减去处理部14的输出即实际位置变化量之前的偏差计数部15的值。本次偏差作为在每个位置控制周期减去了实际位置变化量之后的偏差计数部15的值而求出。

根据该结构，在紧急停止时置换偏差计数部15的值，并且一边修正偏差计数部15的值一边进行位置控制，由此能够使速度指令保持连续性并以恒定的比例降低。由此，能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤，并且无需不必要地延长减速距离便能减速停止。

(实施方式4)

使用图8与图9对本实施方式4的电机控制装置进行说明。图8是示出本发明的实施方式4中的机器人系统的概要结构的图。图9是示出本发明的实施方式4中的伺服控制部40的处理流程的图。

本实施方式4的机器人系统的概要结构与实施方式1的不同点主要在于，在实施方式1中说明了的图1的结构添加了第一位置修正部42。需要说明的是，第一位置修正部42是对在每个位置控制周期从偏差计数部15减去的实际位置变化量进行修正的部分。

在由判断部19检测出紧急停止之后，首先利用偏差修正部18而使用刚紧急停止前的速度指令值Va(在上一次的位置控制周期，位置控制部41所输出的速度指令值)与第二系数部16的位置增益的值Kp，根据在实施方式1中说明了的(式1)而求出置换量Δθc。然后，将偏差计数部15的值由该置换量Δθc置换。需要说明的是，上述操作在紧急停止后仅进行一次。

接着，虽然详情在后面进行说明，但在第一位置修正部42中，在每个位置控制周期对从偏差计数部15减去的实际位置变化量的值进行修正。需要说明的是，第一位置修正部42的处理在检测出紧急停止之后进行。

使用图9对包含基于第一位置修正部42的修正的详细的处理进行说明。需要说明的是，如图9所示，对进行与在实施方式3中使用的图6相同的处理的步骤标注与图6相同的附图标记。另外，图9所示的步骤S1与步骤S2在检测出紧急停止之后仅进行一次，包含步骤S3在内的之后的步骤在每个位置控制周期进行。

步骤S1是上述的偏差修正部18的处理。在进行了步骤S1的处理之后，在步骤S2中使用紧急停止之前的速度指令值Va、极限加速度Ac、及位置控制周期Tp，根据实施方式3所示的(式9)而求出限制量D。在此，限制量D是带有附图标记的量。

在步骤S3中，若不在紧急停止之后经过了规定时间，则进入步骤S4之后的步骤。在步骤S4中，求出一个位置控制周期的实际位置变化量。此后，如图9所示，进入步骤S20。需要说明的是，对在紧急停止之后经过了规定时间的情况在后面进行说明。

接着，在步骤S20中，将由步骤S4求出的实际位置变化量作为位置反馈量。需要说明的是，位置反馈量在图9的步骤S20中记载为位置FB量。

在步骤S21中，对位置反馈量的绝对值与限制量D的绝对值进行比较，若位置反馈量的绝对值较大，则在步骤S23中，将位置反馈量由限制量D置换。

需要说明的是，根据步骤S21中的判断，当位置反馈量的绝对值的大小不比限制量D的绝对值大时，不进行位置反馈量的置换。

在步骤S25中，将如上述那样求出的位置反馈量从上一次偏差减去后的值作为本次偏差。在此，本次偏差、上一次偏差的意思与在实施方式3中说明的意思相同。

接着，在步骤S11中，在本次偏差上乘以位置增益的值Kp而计算速度指令。然后，在步骤S12中进行速度控制以及电流控制。进而，在步骤S13中，将本次偏差存储为下次的上一次偏差，并返回到步骤S3。

需要说明的是，使用图8的结构时的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令及速度指令值的微分值的时间性的变化的举动与在实施方式3中说明了的图7相同，因此省略其说明。

本实施方式4的电机控制装置具备第一位置修正部42，该第一位置修正部42在每个位置控制周期对处理部14的输出进行修正并将其向偏差计数部15输出。该第一位置修正部42也可以构成为如下方式，即，基于由处理部14求出的实际位置变化量、刚紧急停止之前的速度指令值、极限加速度、位置控制周期、及由偏差修正部18求出的偏差修正值求出向偏差计数部15输出的位置反馈量。在此，极限加速度是以开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩亦即允许最大总输出转矩进行减速时的加速度。

根据该结构，在紧急停止时置换偏差计数部15的值，并且一边对向偏差计数部15输出的位置反馈量进行修正一边进行位置控制。于是，能够使速度指令保持连续性并以恒定的比例降低。由此，能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤，并且无需不必要地延长减速距离便能减速停止。

(实施方式5)

使用图10～图12对本实施方式5的电机控制装置进行说明。图10是示出本发明的实施方式5中的机器人系统的概要结构的图。图11是示出本发明的实施方式5中的伺服控制部50的处理流程的图。图12是示出本发明的实施方式5中的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令以及速度指令值的微分值的时间性变化的举动的图。

本实施方式5的电机控制装置与实施方式1的不同点在于，在实施方式1中说明了的图1的结构中添加了第二位置修正部52。需要说明的是，该第二位置修正部52与使用图8而在实施方式4中说明的第一位置修正部42有所不同。

第二位置修正部52是在每个位置控制周期对从偏差计数部15减去的实际位置变化量进行修正的部分。第二位置修正部52在每个位置控制周期将累计实际位置变化量的量作为位置累计量而进行保持。而且，第二位置修正部52为了将偏差计数部15的减少的比例设为恒定直到速度指令形成为零，从位置累计量之中在每个位置控制周期取出恒定量作为位置反馈而进行输出。

本实施方式5的电机控制装置也可以构成为：当由紧急停止指示部12指示紧急停止时，在将实际位置变化量的累计量清零之后进行实际位置变化量的累计，将实际位置变化量的累计量清零的处理可以在检测出进行了所述紧急停止之后仅进行一次。由此，能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤，并且以必要且最短的减速距离进行减速停止。

当由判断部19检测出紧急停止时，首先，利用偏差修正部18而使用紧急停止之前的速度指令值Va(在上一次的位置控制周期，位置控制部51所输出的速度指令值)与第二系数部16的位置增益的值Kp，根据在实施方式1中说明了的(式1)而求出置换量Δθc。然后，将偏差计数部15的值由该置换量Δθc置换。需要说明的是，上述操作在紧急停止后仅进行一次。

接着，利用第二位置修正部52在每个位置控制周期对从处理部14输入的实际位置变化量进行修正处理并计算位置反馈量。然后，在每个位置控制周期从偏差计数部15减去该位置反馈量。需要说明的是，第二位置修正部52的处理在检测出紧急停止之后进行。另外，第二位置修正部52内的位置累计量在检测出紧急停止之后的最初的位置控制周期仅清零一次。

图11示出包含基于第二位置修正部52的修正方法的详细的处理流程。需要说明的是，在图11中，对进行与在实施方式3中说明了的图6、在实施方式4中说明了的图9相同的处理的步骤标注与图6、图9所使用的附图标记相同的附图标记。需要说明的是，图11中的步骤S1、步骤S2及步骤S30的处理在检测出紧急停止之后仅进行一次。而且，包含步骤S3在内之后的步骤在每个位置控制周期进行。

步骤S1是上述的偏差修正部18的处理。在进行了步骤S1的处理之后，在步骤S2中，使用紧急停止之前的速度指令值Va、极限加速度Ac、及位置控制周期Tp，根据实施方式3所示的(式9)而求出限制量D。在此，限制量D是带有附图标记的量。

图10所示的第二位置修正部52包含位置累计量，在步骤S30中对此清零。在步骤S3中，若不在紧急停止之后经过规定时间，则进入步骤S4之后的步骤，在步骤S4求出位置控制周期平均的实际位置变化量。

接着，在步骤S31中，将由步骤S4求出的实际位置变化量与位置累计量加在一起。在步骤S32中，对由步骤S31求出的位置累计量的绝对值与由步骤S2求出的限制量D的绝对值进行比较。若位置累计量的绝对值较大，则在步骤S23中，将位置反馈量由限制量D置换。

根据步骤S32中的判断，当位置累计量的绝对值的大小不比限制量D的绝对值大时，在步骤S34中，将位置反馈量设为位置累计量。

如此求出位置反馈量(在图11中为“位置FB量”)，在步骤S35中，从位置累计量减去位置反馈量而作为下次的位置累计量。另外，在步骤S25中，从上一次偏差减去位置反馈量而求出本次偏差。

接着，在步骤S11中，在本次偏差上乘以位置增益的值Kp而计算速度指令。然后，在步骤S12中，进行速度控制及电流控制，在步骤S13中，将本次偏差存储为下次的上一次偏差并返回到步骤S3。

接着，图12示出使用图10的电机控制装置的结构时的紧急停止时的移动指令、位置偏差量、速度指令以及速度指令值的微分值的时间性变化的举动。图12的时间性变化从上分别示出紧急停止前后的移动指令、位置偏差量Δθ(t)、速度指令Vcmd(t)及速度指令的微分值Vcmd’(t)。图12示出与图2所示的相同的物理量。

位置偏差量Δθ(t)以与实际速度(实际位置的变化量)的大小对应的比例减少。但是，根据从步骤S31到步骤S35的处理，对位置偏差量Δθ(t)的减少的比例有所限制。其结果是，位置偏差量Δθ(t)以一次函数的方式减少。由此，速度指令Vcmd(t)也以一次函数的方式减少，其微分值形成为恒定值。

具体而言，在紧急停止后的整个区间内形成为由实施方式3所示的(式10)～(式13)的式子表示的方式。

需要说明的是，速度降低是指，在形成为|Tp·Vcmd(t)|≤限制量D之后，由于|位置累计量|＞限制量D，因此在位置偏差量形成为零之前，保持为由(式10)～(式13)式子表示的状态。

即，在位置偏差量形成为零之前的整个区域，速度指令的微分值为恒定的，保持为极限加速度Ac。

即，本实施方式5的电机控制装置具备第二位置修正部52，该第二位置修正部52在每个位置控制周期对处理部14的输出进行修正并向偏差计数部15输出。而且，第二位置修正部52也可以构成为如下方式，即，基于在每个位置控制周期对由处理部14求出的实际位置变化量进行累计的累计量、刚紧急停止前的速度指令值、极限加速度、位置控制周期、及由偏差修正部18求出的偏差修正值而求出向偏差计数部15输出的位置反馈量。在此，极限加速度是以开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩即允许最大总输出转矩进行减速时的加速度。

根据该结构，在紧急停止时，置换偏差计数部15的值，并且一边将向偏差计数部15输出的位置反馈量保持为恒定一边进行位置控制。于是，能够使速度指令保持连续性并以恒定的比例降低。由此，能够避免在紧急停止时给机构部造成损伤，并且以最短的减速距离进行减速停止。

工业上的可利用性

本发明的电机控制装置能够防止因紧急停止时的减速向机构部作用过大的转矩，从而能够避免给机构部造成损伤，因此作为在进行紧急停止的系统等中使用的电机控制装置在工业上是有用的。

附图标记说明如下：

1  移动指令生成部

2、20、30、40、50  伺服控制部

3、21、31、41、51  位置控制部

4  速度控制部

5  电流控制部

6  增幅器

7  电机

8  位置检测器

9  制动器

10 应急开关

11 紧急停止开关

12 紧急停止指示部

13 电源

14 处理部

15 偏差计数部

16 第二系数部

17 第一系数部

18 偏差修正部

19 判断部

22 系数修正部

23 加法部

32 偏差更新部

42 第一位置修正部

52 第二位置修正部

Claims (8)

1.一种电机控制装置，其对使机械的可动部相对移动且利用制动器停止的电机进行控制，其特征在于，

所述电机控制装置具备：

移动指令生成部，其输出所述电机的移动指令；

伺服控制部，其基于所述移动指令生成部的输出而输出用于控制所述电机的指令，

所述伺服控制部具备：

位置控制部，其基于所述移动指令生成部的输出而输出速度指令；

速度控制部，其基于所述位置控制部的输出而输出电流指令；

电流控制部，其基于所述速度控制部的输出而输出电压指令；

处理部，其基于对所述电机的旋转位置进行检测的位置检测器的输出而输出所述电机的旋转角的变化量，

所述位置控制部具备：

偏差计数部，其求出所述移动指令生成部的输出与所述处理部的输出间的偏差而进行输出；

第一系数部，其输入所述移动指令生成部的输出并乘以规定的系数而进行输出；

第二系数部，其输入所述偏差计数部的输出并乘以规定的系数而进行输出；

加法部，其将所述第一系数部的输出与所述第二系数部的输出相加而向所述速度控制部输出；

偏差修正部，当由设置在所述电机控制装置及所述电机控制装置的外部中的至少任意一方的紧急停止指示部指示所述电机紧急停止时，其基于刚紧急停止前的速度指令即在刚紧急停止前的位置控制周期内所述位置控制部所输出的速度指令值和所述第二系数部的规定的系数而求出偏差修正值，

当由所述紧急停止指示部指示紧急停止时，停止由所述移动指令生成部产生的移动指令的输出，将所述偏差计数部的偏差置换为由所述偏差修正部求出的偏差修正值并进行基于所述位置控制部的控制。

2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，

所述偏差计数部的偏差向由偏差修正部求出的偏差修正值的置换在刚进行紧急停止之后的最初的位置控制周期仅进行一次，此后基于所述偏差计数部的值与所述处理部的输出间的偏差进行控制。

3.根据权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置具备系数修正部，该系数修正部基于以开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩即允许最大总输出转矩减速时的加速度即极限加速度、和刚指示紧急停止前的所述位置控制部所输出的速度指令值而求出系数的修正值，

当由所述紧急停止指示部指示紧急停止时，将所述第二系数部的规定的系数置换为由所述系数修正部求出的系数修正值而进行基于所述位置控制部的控制。

4.根据权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于，

所述第二系数部的规定的系数向由系数修正部求出的系数修正值的置换在刚进行紧急停止后的最初的位置控制周期仅进行一次，此后使用置换后的所述系数修正值进行控制。

5.根据权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置具备偏差更新部，该偏差更新部在由所述紧急停止指示部指示紧急停止而所述偏差计数部的偏差置换为由所述偏差修正部求出的偏差修正值之后，在每个位置控制周期对所述偏差计数部的值进行修正，

所述偏差更新部基于刚紧急停止前的速度指令值、以开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩即允许最大总输出转矩减速时的加速度即极限加速度、位置控制周期、由所述偏差修正部求出的偏差修正值、减去作为所述处理部的输出的实际位置变化量之前的所述偏差计数部的值即上一次偏差，在每个所述位置控制周期求出作为减去了所述实际位置变化量后的所述偏差计数部的值的本次偏差，并且在每个所述位置控制周期将所述偏差计数部的偏差置换为所求出的所述本次偏差而进行控制。

6.根据权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置具备第一位置修正部，该第一位置修正部在每个位置控制周期对所述处理部的输出进行修正并向所述偏差计数部输出，

所述第一位置修正部基于由所述处理部求出的实际位置变化量、刚紧急停止前的速度指令值、以开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩即允许最大总输出转矩减速时的加速度即极限加速度、位置控制周期、由所述偏差修正部求出的偏差修正值而求出向所述偏差计数部输出的位置反馈量。

7.根据权利要求1或2所述的电机控制装置，其特征在于，

所述电机控制装置具备第二位置修正部，该第二位置修正部在每个位置控制周期对所述处理部的输出进行修正并向所述偏差计数部输出，

所述第二位置修正部基于在每个位置控制周期对由所述处理部求出的实际位置变化量进行累计的累计量、刚紧急停止前的速度指令值、以开始给机械的机构部造成损伤这种大小的电机总转矩即允许最大总输出转矩减速时的加速度即极限加速度、位置控制周期、由所述偏差修正部求出的偏差修正值而求出向所述偏差计数部输出的位置反馈量。

8.根据权利要求7所述的电机控制装置，其特征在于，

当由所述紧急停止指示部指示紧急停止时，在将所述实际位置变化量的累计量清零之后进行所述实际位置变化量的累计，将所述实际位置变化量的所述累计量清零的处理在检测出进行了所述紧急停止后仅进行一次。

Images