CN106249696B - 伺服电动机停止控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伺服电动机停止控制装置。在本发明的伺服电动机停止控制装置中，当动作指令输出部检测出紧急停止信号时，向伺服放大器输出用于使伺服电动机停止的停止动作指令。而且，在基于所述停止动作指令的停止控制的过程中，在再生状态检测部检测出伺服放大器为再生状态时，供电电路控制部控制伺服供电电路来切断向伺服放大器的电力供给。

Description

伺服电动机停止控制装置

技术领域

本发明涉及一种对具备通过伺服电动机被驱动的至少一个可动部的机械、例如产业用机器人、机床、定位装置等进行控制的控制装置，特别涉及一种在紧急停止时对伺服电动机进行控制来使伺服电动机停止的伺服电动机停止控制装置。

背景技术

在机床或机器人等中，在紧急时、例如人或障碍物进入了作业区域时或者发生了某种机械故障或异常动作时，作业者需要使机械立即停止来确保安全性。

在机床或机器人的紧急停止功能中，能够根据危险度、紧急停止信号的类型或作业状况等来切换停止方式。例如，根据IEC60204-1标准，规定了被分类为如下三个类别的停止方式。即，采用以下类别中的任一类别的停止方式：当检测出紧急停止信号时立即切断向机械驱动部的电力供给的停止类别0、实施机械的停止控制并在机械停止后切断电力供给的停止类别1、以及实施机械的停止控制并在机械停止后也使电力供给继续的停止类别2。

在作业者使机械紧急停止的情况下，为了最优先地确保安全性，期望以机械方式切断向伺服放大器的电力供给来排除万一发生机械的异常动作的可能性。也就是说，在由作业者按下了紧急停止按钮的情况下，期望进行遵照停止类别0的紧急停止。

为此，以往的紧急停止方法通常是以下停止方法：当检测出紧急停止信号时，在瞬时地切断向伺服放大器的电力供给的同时，中断伺服控制并使电磁制动器或再生制动器工作。

根据这种以往的紧急停止方法，具有能够缩短从紧急停止开始到完全停止所要的时间和距离这样的优点，但是也存在如下的问题。

图10是用于说明以往的紧急停止方法的图。特别是，图10是分别示出实施以往的紧急停止方法时的伺服电动机的速度、电磁接触器的开闭状态以及制动器的工作状态的时序图。此外，在图10所示的速度的曲线图中，点划线表示指令值(指令速度)，实线表示实际的值(实际速度)。

根据图10可知，在以往的紧急停止方法中，当检测出紧急停止信号时，在将电磁接触器闭合来切断向伺服放大器的电力供给的同时，使电磁制动器或再生制动器有效，因此被急剧地施加由这些制动器产生的制动力。另外，由于速度指令被即刻中断(参照图10中的标记A的点划线)而导致伺服电动机急剧减速，与电动机连动的机构部或电磁制动器等被施加大的振动、冲击。其结果，在表示伺服电动机的实际速度的曲线(图10中的标记B的实线)中出现急剧变化的部分。也就是说，在检测出紧急停止信号之后，伺服电动机并未平稳地减速停止。

并且，存在这种紧急停止时的振动、冲击对机械造成损伤的担忧。而且，还存在以下担忧：由于振动、冲击而部件之间的接合松弛，从而机械的位置精度下降。另外，在紧急停止时的振动、冲击大的情况下，例如还存在安装于机床的工具与处于工具周边的机器或加工对象物相干扰而导致这些机器或加工对象物破损的危险性。

另外，由于中断速度指令并通过由电磁制动器或再生制动器产生的制动力来停止，因此进行滑行致使大幅度地偏离预先设计的轨迹。在该情况下，产生对机械周边的作业者造成危害、或者为了使机械再运行而花费功夫进行恢复作业之类的问题。

并且，在日本特开2014-34108号公报和日本特开2003-25271号公报等中，提出了降低上述的紧急停止时的振动、冲击的停止方法。

例如，在日本特开2014-34108号公报中，公开了以下停止方法：在紧急停止时，切断向伺服放大器的电力供给，并且将伺服电动机减速时所产生的再生电流充入能够充放电的充放电部，利用被充入到该充放电部中的电力来使伺服电动机的停止控制继续。

另外，在日本特开2003-25271号公报中，公开了以下停止方法：通过停止控制来使伺服电动机减速，直到伺服电动机成为规定的安全速度以下为止，当伺服电动机成为安全速度以下时，中断伺服控制并切换为电磁制动器。

然而，在日本特开2014-34108号公报所公开的停止方法中，在伺服电动机的加速过程中进行紧急停止的情况下、紧急停止后立刻使电磁制动器工作的情况下，存在无法安全地实施停止控制的担忧。也就是说，当想要在这样的情况下平稳地实施停止控制时，充放电部内的电力在短时间内被消耗而导致伺服放大器内的直流电压下降，从而伺服控制变得不稳定。

另一方面，在日本特开2003-25271号公报所公开的停止方法中，在伺服电动机下降至规定的速度之后使电磁制动器工作。因此，对紧急停止时的振动、冲击具有某种程度的防止效果。但是，由于在伺服电动机的惯性旋转中使电磁制动器工作，因此无法使振动、冲击完全消失。特别是，在电磁制动器的制动力大的情况下，有可能得不到所期待的防冲击效果。

另外，日本特开2003-25271号公报所公开的停止方法也与日本特开2014-34108号公报同样地，在紧急停止时即刻切断主电源。因此，当在伺服电动机的加速过程中进行紧急停止时，存在伺服放大器内的直流电压下降而无法安全地进行停止控制的担忧。

发明内容

本发明提供一种能够在紧急停止时切断向伺服放大器的电力供给并且安全且可靠地使伺服电动机停止的伺服电动机停止控制装置。

根据本发明的第一方式，提供一种伺服电动机停止控制装置，其在使对机床或机器人的可动部进行驱动的至少一个伺服电动机紧急停止时对该伺服电动机进行停止控制，该伺服电动机停止控制装置具备：

位置检测器，其检测伺服电动机的轴位置；

至少一个伺服放大器，其对伺服电动机进行驱动；

至少一个伺服供电电路，其用于向伺服放大器供给电力；

伺服电动机控制部，其基于由位置检测器检测出的伺服电动机的轴位置，经由伺服放大器来控制伺服电动机；

电磁制动器或再生制动器，该电磁制动器或再生制动器对伺服电动机的轴进行制动；以及

紧急停止信号输出部，其设置于伺服电动机控制部的外部或内部，向伺服电动机控制部输出紧急停止信号。

并且，本发明提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在上述第一方式的伺服电动机停止控制装置中，

上述伺服电动机控制部具备：

动作指令输出部，其检测紧急停止信号，生成用于使伺服电动机停止的停止动作指令并输出该停止动作指令；

再生状态检测部，其检测伺服放大器是否为再生状态；以及

供电电路控制部，其控制伺服供电电路来对伺服放大器进行电力供给或该电力供给的切断，

动作指令输出部当检测出紧急停止信号时，向伺服放大器输出停止动作指令，在基于该停止动作指令的停止控制的过程中，在再生状态检测部检测出伺服放大器为再生状态时，供电电路控制部控制伺服供电电路来切断向伺服放大器的电力供给。

根据本发明的第二方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式的伺服电动机停止控制装置中，伺服放大器具备充放电部，该充放电部被充入使伺服电动机进行减速动作时所产生的再生电流，在向伺服放大器的电力供给被切断之后，伺服电动机控制部利用被充入到伺服放大器的充放电部中的再生电力，使基于停止动作指令的停止控制持续到该停止控制结束。

根据本发明的第三方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式或第二方式的伺服电动机停止控制装置中，

当从动作指令输出部检测出紧急停止信号起伺服供电电路保持着向伺服放大器的电力供给的时间经过了预先规定的最大保持时间时，供电电路控制部控制伺服供电电路来强制性地切断向伺服放大器的电力供给。

根据本发明的第四方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式至第三方式中的任一方式的伺服电动机停止控制装置中，

在由于由再生状态检测部检测出伺服放大器为再生状态而供电电路控制部控制伺服供电电路来切断向伺服放大器的电力供给之后，在再生状态检测部检测出伺服放大器的动力运行状态的情况下，供电电路控制部控制伺服供电电路来恢复向伺服放大器的电力供给，并且伺服电动机控制部使基于停止动作指令的停止控制持续到该停止控制结束。

根据本发明的第五方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式至第四方式中的任一方式的伺服电动机停止控制装置中，在从检测出紧急停止信号之后到伺服电动机控制部实施基于停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在基于停止动作指令和由位置检测器检测的伺服电动机的轴位置计算出的位置偏差量超过了第一规定值的情况下，伺服电动机控制部中断停止动作指令的输出，使电磁制动器或再生制动器有效，切断向伺服电动机的电力。

根据本发明的第六方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式至第五方式中的任一方式的伺服电动机停止控制装置中，在从检测出紧急停止信号之后到伺服电动机控制部实施基于停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在伺服放大器内的直流电压低于第二规定值的情况下，伺服电动机控制部中断停止动作指令的输出，使电磁制动器或再生制动器有效，切断向伺服电动机的电力。

根据本发明的第七方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式至第六方式中的任一方式的伺服电动机停止控制装置中，在从检测出紧急停止信号之后到伺服电动机控制部实施基于停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在由位置检测器检测出的伺服电动机的轴位置超过了预先规定的最大控制停止距离的情况下，伺服电动机控制部中断停止动作指令的输出，使电磁制动器或再生制动器有效，切断向伺服电动机的电力。

根据本发明的第八方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式至第七方式中的任一方式的伺服电动机停止控制装置中，在从检测出紧急停止信号之后到伺服电动机控制部实施基于停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在实施停止控制的时间超过了预先规定的最大控制停止时间的情况下，伺服电动机控制部中断停止动作指令的输出，使电磁制动器或再生制动器有效，切断向伺服电动机的电力。

根据本发明的第九方式，提供如下一种伺服电动机停止控制装置：在第一方式至第八方式中的任一方式的伺服电动机停止控制装置中，在检测出紧急停止信号之后，当伺服电动机控制部实施基于停止动作指令的停止控制并结束该停止控制时，伺服电动机控制部使电磁制动器或再生制动器有效，切断向伺服电动机的电力。

通过附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征和优点以及其它目的、特征和优点会进一步变得明确。

附图说明

图1是表示基于本发明的一个实施方式的伺服电动机停止控制装置的结构的框图。

图2是表示图1所示的伺服电动机停止控制装置的主要控制流程的流程图。

图3是表示图2所示的停止控制的效果的时序图。

图4是表示图2所示的停止控制的其它效果的时序图。

图5是表示图2所示的紧急停止时的停止控制中优选的第一控制流程的流程图。

图6是表示图5所示的第一控制流程的效果的时序图。

图7是表示图2所示的紧急停止时的停止控制中优选的第二控制流程的流程图。

图8是表示图2所示的紧急停止时的停止控制中优选的第三控制流程的流程图。

图9是表示图8所示的第三控制流程的效果的时序图。

图10是用于说明以往的紧急停止方法的图。

具体实施方式

接着，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。在下面的附图中，对相同的构件标注了相同的参照标记。为了易于理解，对这些附图适当地变更了比例尺。另外，下面以应用于机床或机器人的伺服电动机停止控制装置为例进行说明，但是本发明不限于此。

图1是表示基于本发明的一个实施方式的伺服电动机停止控制装置的结构的框图。

根据图1，本实施方式的伺服电动机停止控制装置具备对机床或机器人的可动部(未图示)进行驱动的一个以上的电动机单元10a～10f。电动机单元10a～10f各自具备：对可动部进行驱动的各伺服电动机11a～11f；以及分别配置于伺服电动机11a～11f的位置检测器12a～12f和电磁制动器13a～13f。此外，在下面的实施方式的说明中，代表性地说明针对伺服电动机11a的停止控制。

本实施方式的伺服电动机11a能够应用于通过伺服电动机被驱动的各种机械，例如产业用机器人、机床、使用直线电动机的水平轴移动装置、包含伺服电动机和减速机的定位装置等。另外，产业用机器人例如是垂直多关节机器人，机床例如是加工中心、铣床等。

并且，如图1所示，本实施方式的伺服电动机停止控制装置还具备：对伺服电动机11a进行驱动的一个以上的伺服放大器50；从AC电源70向伺服放大器50供给电力的一个以上的伺服供电电路60；伺服电动机控制部20，其经由伺服放大器50对伺服电动机11a进行电控制；实际位置检测电路40，其向伺服电动机控制部20反馈关于位置检测器12a所检测的各伺服电动机的轴位置的实际位置信号；制动器电路30，其基于来自伺服电动机控制部20的开关指令来向电磁制动器13a供给制动器驱动电源；以及紧急停止信号输出部26，其输出紧急停止信号。

此外，作为紧急停止信号，例如能够列举出从设置于机床或机器人等的操作板的紧急停止按钮、探测人或障碍物等侵入到机床或机器人的作业区域内的区域传感器或障碍物传感器等输出的停止信号。并且，紧急停止信号不限于从这种操作板的紧急停止按钮、区域传感器等之类的设置于伺服电动机控制部20的外部的紧急停止信号输出部26输出的紧急停止信号。例如，也可以在伺服电动机控制部20的内部设置对伺服放大器50、位置检测器12a等的状态异常、故障进行检测的电路，将从该电路输出的信号作为紧急停止信号。

作为位置检测器12a，使用检测伺服电动机11a的轴位置并向实际位置检测电路40反馈的反馈装置、例如编码器。并且，作为电磁制动器13a，使用以下方式的制动器：通过螺线管被驱动，使得摩擦制动构件被推压至伺服电动机11a的轴，由此通过摩擦对伺服电动机11a的轴旋转进行制动。另外，在图1中，图示了位置检测器12a和电磁制动器13a附属于伺服电动机11a的电动机单元10a，但是本发明不限于此。位置检测器12a、电磁制动器13a也可以设置于电动机单元10a外。例如，位置检测器12a也可以是对与伺服电动机11a的轴直接或间接地连结的动作轴的位置进行检测的位置检测器，除了使用编码器以外还可以使用线性标尺。并且，电磁制动器13a也可以是对所述动作轴的旋转进行制动的机械式的制动器。

伺服放大器50具备：主电路51，其包括以电气方式从直流电力生成交流电流的逆变器电路(未图示)、作为充放电部53的电容器(未图示)等；以及控制电路52，其基于来自伺服电动机控制部20的动作指令来对伺服电动机11a进行控制。

通过伺服放大器50来进行向伺服电动机11a的电力供给。此时，通过伺服放大器50中的主电路51内的逆变器电路(未图示)将从伺服供电电路60经由一对电源线(未图示)提供的直流电压、例如总线电压变换为规定的频率的交流电压并将该交流电压提供到伺服电动机11a。

另一方面，在使伺服电动机11a减速时，从伺服电动机11a向伺服放大器50再生能量。与此相随，伺服放大器50内的直流电压上升，向连接于来自伺服供电电路60的电源线之间的作为充放电部53的电容器(未图示)充电。

在本实施方式中，在电动机单元10a内具备对伺服电动机11a进行制动的电磁制动器13a，但是在本发明中，也可以具备电磁制动器13a和未图示的再生制动器(动态制动器)。也就是说，也可以使用由未图示的再生制动器生成的制动力来使伺服电动机11a停止。

此外，在基于动作指令的停止控制完成时、中断了停止控制时，根据从伺服电动机控制部20向制动器电路30输出的开关指令来使电磁制动器13a有效。另一方面，在中断停止控制并切断了向伺服放大器50的电力供给时，根据从伺服电动机控制部20向伺服放大器50的控制电路52输出的未图示的再生制动器信号来使未图示的再生制动器有效。

制动器电路30是基于来自伺服电动机控制部20的开关指令来供给用于使电磁制动器13a开闭的制动器电源的电路。作为制动器电路30的一例，能够列举出具有晶体管的电路、具有继电器的电路等。

伺服供电电路60具备对伺服放大器50进行电力供给以及该电力供给的切断的电磁接触器61。而且，通过根据来自伺服电动机控制部20的开闭指令将电磁接触器61的触点断开，来切断向伺服放大器50的电力供给。

伺服电动机控制部20具备：实际位置监视部24，其对从伺服电动机11a的位置检测器12a经由实际位置检测电路40反馈的实际位置信号进行监视；动作指令输出部23，当检测出从紧急停止信号输出部26输出的紧急停止信号时，该动作指令输出部23生成用于使伺服电动机11a停止的动作指令，并向伺服放大器50输出该动作指令；再生状态检测部22，其检测伺服放大器50是否为再生状态；供电电路控制部21，其基于来自再生状态检测部22的再生状态信号，来控制伺服供电电路60中的电磁接触器61的触点的闭合和断开；以及制动器控制部25，其向制动器电路30输出用于切换电磁制动器13a的有效和无效的开关指令。这些结构部由使用CPU、ROM、RAM等电子部件的输入输出电路构建而成。当然，在这样的输入输出电路上连接有电源输入线路(未图示)。

动作指令输出部23生成的动作指令包括位置指令、速度指令、电动机转矩指令等伺服控制指令。此外，优选的是，伺服电动机控制部20不仅内置有电源输入线路(未图示)还内置有充电式电池，以使伺服电动机控制部20在停电时发挥功能。

再生状态检测部22参照动作指令输出部23所生成的位置指令、速度指令、电动机转矩指令等，来检测伺服放大器50是否处于再生状态。具体地说，在电动机转矩指令是使伺服电动机11a产生再生电流那样的指令的情况下、加速度指令是使伺服电动机11a产生再生电流那样的指令的情况下、或者指令速度比伺服电动机11a的实际速度小等的情况下，再生状态检测部22判定为伺服放大器50为再生状态。另外，也可以同时进行基于这些条件的判定。

此外，本实施方式的再生状态检测部22参照来自动作指令输出部23的动作指令来检测伺服放大器50的再生状态，但是本发明不限定于此。例如，再生状态检测部22也可以通过监视伺服放大器50内的直流电压来检测伺服放大器50的再生状态。

并且，在图1中，图示了一个伺服供电电路60、一个伺服放大器50以及六个电动机单元10a～10f(六个伺服电动机)。但是，本发明不限定它们的个数。

接着，参照图2对图1所示的伺服电动机停止控制装置的动作、特别是紧急停止时的停止动作进行说明。

图2是表示图1所示的伺服电动机停止控制装置的主要的停止控制流程的流程图。此外，在图2中，示出了在伺服电动机11a按照规定的动作指令进行动作时紧急停止信号被输入的情况下的停止动作。

在伺服电动机11a正在按照规定的动作指令进行动作的情况下，供电电路控制部21是电磁接触器61的触点闭合的状态、即保持着向伺服放大器50的电力供给(图2的步骤S11)。此时，如图2所示，当动作指令输出部23检测出紧急停止信号时(步骤S12)，动作指令输出部23生成用于使正在动作的伺服电动机11a平稳地减速停止的停止动作指令，并向伺服放大器50的控制电路52输出该停止动作指令(步骤S13)。此外，所输出的停止动作指令是使由伺服电动机11a驱动的机床或机器人的可动部、例如主轴头或机器人臂部等沿着通过轨迹规划(planning)而预先设计出的轨迹平稳地减速停止的指令。

接着，再生状态检测部22判定伺服放大器50是否转变为再生状态、即是否从伺服电动机11a向伺服放大器50产生再生电流(步骤S14)。为此，再生状态检测部22参照从动作指令输出部23向伺服放大器50输出的停止动作指令、例如上述的转矩指令或加速度指令、伺服放大器50内部的直流电压等，来检测伺服放大器50的再生状态。

然后，当再生状态检测部22检测出再生状态时，供电电路控制部21输出将伺服供电电路60的电磁接触器61的触点断开的指令信号，来切断向伺服放大器50的电力供给(步骤S15)。并且，将来自伺服电动机11a的再生电流充入伺服放大器50的主电路51内的充放电部53(步骤S16)，伺服电动机控制部20利用该充放电部53的电力来使伺服电动机11a的停止控制继续(步骤S17)。也就是说，伺服电动机11a使用充放电部53的电力，按照来自动作指令输出部23的停止动作指令进行动作。

另外，在上述的步骤S14中，在再生状态检测部22未检测出再生状态的情况下，供电电路控制部21不将电磁接触器61的触点断开而保持着向伺服放大器50的电力供给，直到由再生状态检测部22检测出再生状态为止。在该情况下，利用来自伺服供电电路60的电力，按照动作指令输出部23的停止动作指令来对伺服电动机11a进行控制。

在本实施方式中，重复上述的步骤S13～步骤S17直到从动作指令输出部23输出的停止动作指令完成为止。然后，当停止动作指令完成时(步骤S18)，制动器控制部25使电磁制动器13a有效(步骤S19)。具体地说，当制动器控制部25向制动器电路30输出开关指令时，制动器电路30切断正向电磁制动器13a供给的制动器电源，由此，电磁制动器13a工作，对伺服电动机11a的轴旋转进行制动。

之后，伺服电动机控制部20切断向伺服电动机11a的电力来结束伺服控制(步骤S20)。具体地说，在步骤S14中未检测出再生状态的情况下，切断从AC电源70向伺服放大器50的电力供给，并且切断向伺服电动机11a的电力来结束伺服控制。另一方面，在步骤S14中检测出再生状态的情况下，停止从伺服放大器50内的充放电部53向伺服电动机11a的电力供给来结束伺服控制。

并且，基于图3和图4来说明基于本发明的停止控制的效果。

图3和图4分别是表示图2所示的停止控制的效果的时序图。特别是，图3和图4均是分别示出了在实施了基于本发明的停止控制时的伺服电动机的速度和加速度、转矩指令、电磁接触器的开闭状态以及制动器的工作状态的时序图。此外，在图3和图4所示的速度和加速度的各曲线图中，点划线表示指令值，实线表示实际的值。

根据图3所示的速度和加速度以及转矩指令的时序图可知，由于检测出紧急停止信号而输出使伺服电动机11a平稳地减速停止的动作指令。在本申请发明中，当在这样的停止控制的过程中检测出伺服放大器50转变为再生状态时，将伺服供电电路60的电磁接触器61的触点断开来切断向伺服放大器50的电力供给。即，当转矩指令变为再生动作侧时，电磁接触器61的触点断开。然后，利用被充入到伺服放大器50内的充放电部53中的再生电力来使伺服电动机11a的停止控制继续。因此，根据图3中以实线示出的速度、加速度以及转矩指令的各曲线图可知，用于减速停止的转矩指令在电磁接触器的断开状态之后仍继续，表示伺服电动机的速度的曲线C平稳地逐渐接近零。也就是说，在检测出紧急停止信号之后，使伺服电动机平稳地减速停止。并且，在本申请中，并非在检测出紧急停止信号之后立刻使电磁制动器13a作用于伺服电动机11a，而是在停止控制结束之后使电磁制动器13a有效。

在图4中，示出了从在伺服电动机11a的加速动作中检测出紧急停止信号起直到伺服电动机11a停止为止的速度特性。在本实施方式中，如图4所示，在伺服电动机11a的加速动作中检测出紧急停止信号的情况下，使伺服供电电路60的电磁接触器61的触点维持闭合状态，直到在停止控制的过程中伺服放大器50从动力运行状态转变为再生状态为止(参照图中的标记Ta)。也就是说，在本实施方式中，在检测出紧急停止信号之后，当伺服放大器50转变为再生状态时，切断向伺服放大器50的电力供给。

一般来说，为了使正在以某个值的速度和加速度动作的伺服电动机11a平稳地停止，需要保证速度指令和加速度指令的连续性，并且需要使这些速度和加速度均转变为零的状态。

例如，在伺服电动机11a加速动作中紧急停止信号被输入的情况下，为了使伺服电动机11a平稳地停止，必须如图4中的速度的曲线图所示那样在紧急停止之后进行固定时间的加速动作(动力运行动作)。当在该加速动作中切断向伺服放大器50的电力供给时，被充入到伺服放大器50内的充放电部53中的电力会在短时间内被消耗。由此，存在伺服放大器50内的直流电压下降、无法安全地进行停止控制的担忧。

为了防止陷于这种状态，在本发明中，从检测出紧急停止信号起直到动作指令转变为减速动作(再生动作)为止，将电磁接触器61的触点保持闭合状态来使向伺服放大器50的电力供给继续。由此，即使在伺服电动机11a的加速动作中紧急停止信号被输入的情况下，也能够使伺服电动机11a安全且平稳地停止。

并且，在动作指令转变为减速动作(再生动作)侧之后，将电磁接触器61的触点断开来切断向伺服放大器50的电力供给，由此在尽可能早的定时从停止类别1切换为遵照停止类别0的停止方式。由此，切断机械的动力源来排除发生异常动作的可能性，从而能够实现安全的紧急停止控制。

(其它实施方式)

接着，对其它实施方式进行说明。但是，下面主要说明与上述的实施方式的不同点，对与上述的实施方式相同的结构要素使用相同的标记，由此省略其说明。

图5是表示图2所示的紧急停止时的停止控制中优选的第一控制流程的流程图。

根据图2所示的步骤S14到步骤S18可知，在上述的实施方式中，在检测出再生状态之后，将电磁接触器61的触点断开来切断向伺服放大器50的供电，并且将再生电流充入伺服放大器50内的充放电部53，利用该充入的电力来使动作指令输出部23的停止动作指令继续。此时，也存在根据停止动作指令而伺服电动机11a从减速动作(再生动作)再次变为加速动作(动力运行动作)或滑行状态的情况。在该情况下，被充入到伺服放大器50内的主电路51的充放电部53中的电力也会在短时间内被消耗，因此存在伺服放大器50内的直流电压下降从而无法安全地进行停止控制的担忧。

因此，优选的是，在图2所示的步骤S17之后的点P与步骤S18之间插入如图5所示的第一控制流程。具体地说，如图5所示，在点P之后，再生状态检测部22判定伺服放大器50是否转变为动力运行状态或滑行状态(步骤S31)。如果再生状态检测部22没有检测出动力运行状态或滑行状态，则转移至步骤S18。也就是说，伺服电动机控制部20使停止控制持续到动作指令输出部23的停止动作指令完成为止。另一方面，在步骤S31中由再生状态检测部22检测出伺服放大器50转变为动力运行状态或滑行状态、即不是再生状态的情况下，供电电路控制部21再次将电磁接触器61的触点闭合来恢复向伺服放大器50的电力供给，利用该电力来使停止控制继续(步骤S32)。在步骤S32之后，返回图2所示的步骤S13。

图6是表示图5所示的第一控制流程的效果的时序图。特别是，图6是分别表示在将图5所示的第一控制流程应用于图2的停止控制流程的情况下的、针对伺服电动机的转矩指令和电磁接触器的开闭状态的时序图。

根据图6所示的转矩指令的曲线图(特别是参照图中的时间Tb)可知，在检测出紧急停止信号之后，有时即使转矩指令暂时处于再生动作侧，转矩指令也会再次转变为动力运行动作侧。例如，在机器人的停止状态下，为了支撑机器人的自重，伺服电动机的轴需要某种程度的转矩(特别是参照图中的转矩值I)。因此，存在用于减速停止的转矩指令在图6中的时间Tb从表示再生动作的值转变为表示动力运行动作的值的情况。在该情况下，如图6所示那样将电磁接触器61的触点从断开状态切换为闭合状态来再次恢复向伺服放大器50的电力供给，由此能够安全且可靠地使停止控制继续。

并且，在图2所示的紧急停止时的停止控制流程中，不仅可以应用上述的第一控制流程，还可以应用如下的第二控制流程和第三控制流程中的至少一方。

图7是表示图2所示的紧急停止时的停止控制中优选的第二控制流程的流程图。

在图2所示的紧急停止时的停止控制中，在检测出紧急停止信号之后且检测出伺服放大器50的再生状态之前，不将电磁接触器61的触点断开来切断向伺服放大器50的电力供给(参照图2的步骤S12～S15)。但是，为了排除发生机械的异常动作的可能性，优选的是，在检测出紧急停止信号之后在尽可能早的定时将电磁接触器61的触点断开来切断向伺服放大器50的电力供给。

因此，优选的是，在图2所示的步骤S14与步骤S15之间插入如图7所示的第二控制流程。具体地说，如图7所示，即使在由再生状态检测部22判定为伺服放大器50不是再生状态的情况下，也判定从检测出紧急停止信号时起伺服供电电路60保持着向伺服放大器50的电力供给的时间、即电磁接触器61的闭合时间是否经过了最大保持时间Tc(图7的步骤S33)。

在步骤S33中电磁接触器61的闭合时间超过了最大保持时间Tc的情况下，伺服电动机控制部20将电磁接触器61的触点断开来强制性地切断向伺服放大器50的电力供给(图7的步骤S15)，并且利用被充入到充放电部53中的再生电力来使伺服电动机11a的停止控制继续。另一方面，在电磁接触器61的闭合时间未经过最大保持时间Tc的情况下，伺服电动机控制部20不切断向伺服放大器50的电力供给而使停止控制持续到检测出伺服放大器50的再生状态为止。

此外，根据这样的第二控制流程，在从检测出紧急停止信号起电磁接触器61的闭合时间经过了最大保持时间Tc的情况下，能够不等待伺服放大器50从动力运行状态或滑行状态转变为再生状态，而使安全为最优先，强制性地切断向伺服放大器50的电力供给。

图8是表示图2所示的紧急停止时的停止控制中优选的第三控制流程的流程图。并且，图9是表示图8所示的第三控制流程的效果的时序图。特别是，图9是分别表示将图8所示的第三控制流程应用于图2的停止控制流程的情况下的伺服电动机的轴的位置、速度、加速度、转矩指令、电磁接触器的开闭状态以及电磁制动器的工作状态的时序图。

在图2所示的紧急停止时的停止控制中，当伺服放大器50从动力运行状态转变为再生状态时，切断向伺服放大器50的电力供给，利用被充入到伺服放大器50内的充放电部53中的再生电力使停止控制继续来使伺服电动机11a平稳地停止，之后，使电磁制动器13a有效并切断向伺服电动机11a的电力(特别是参照图2的步骤S17～S20)。但是，本发明不限定于这样的停止控制。为了实现更加安全的停止控制，优选的是，在图2所示的点P与步骤S18之间插入如图8所示的第三控制流程。下面，参照图8和图9来说明第三控制流程。

如图8所示，在点P(参照图2)之后，伺服电动机控制部20一边基于动作指令输出部23的动作指令和由实际位置监视部24监视的各伺服电动机的轴的实际位置来计算各轴空间和正交空间的位置偏差量(即正交坐标系的X轴、Y轴及Z轴的各轴方向上的位置和正交空间的位置的偏差量)，一边进行监视。例如，在垂直多关节机器人中按关节部存在动作轴，另外，在机床中，动作轴相互正交。例如，如图1所示的电动机单元10a～10f(六个伺服电动机)是分别按每个轴配备的。而且，为了使机器人前端的工具移动至空间的规定的位置处而生成针对各轴的动作指令，一边监视按照动作指令移动的各轴的实际位置与指令位置之间的偏差量，一边使各轴动作。此时，在各轴空间和正交空间的位置偏差量非常大的情况下，存在工具不会移动至目标位置的可能。因此，如图8所示，伺服电动机控制部20判定这样的位置偏差量是否超过了第一规定值(步骤S41)。

在位置偏差量超过了第一规定值的情况下，伺服电动机控制部20中断停止控制、即中断使伺服电动机11a减速停止的动作指令的输出(步骤S45)，并使电磁制动器13a有效(步骤S19)。然后，伺服电动机控制部20切断向伺服电动机11a的电力来结束伺服控制(步骤S20)。对该步骤S20进行更详细的说明，在步骤S14中未检测出再生状态的情况下，切断从AC电源70向伺服放大器50的电力供给，并且停止向伺服电动机11a的电力供给来结束伺服控制。也就是说，优选的是，在步骤S45中中断了动作指令的输出的情况下，使电磁制动器13a有效，如果向伺服放大器50的电力供给未被切断则切断该电力供给。另一方面，在步骤S14中检测出再生状态的情况下，停止从伺服放大器50内的充放电部53向伺服电动机11a的电力供给来结束伺服控制。此外，在伺服电动机11a具备再生制动器(未图示)的情况下，优选的是，在如上所述那样停止了向伺服电动机11a的电力供给之后也使再生制动器工作。

并且，在上述的步骤S41中位置偏差量未超过规定值的情况下，伺服电动机控制部20判定伺服放大器50内的直流电压是否低于第二规定值(步骤S42)。在伺服放大器50内的直流电压低于第二规定值的情况下，伺服电动机控制部20按照上述的步骤S45、步骤S19以及步骤S20来结束伺服控制。

此外，在本实施方式中，存在以下危险性：在向伺服放大器50的电力供给被切断之后，当由于某种异常而伺服放大器50内的直流电压下降从而向伺服电动机11a供给的电力不足时，伺服控制变得不稳定，由伺服电动机11a驱动的可动部偏离预先设计的轨迹。上述的步骤S41和步骤S42能够将该点防患于未然。

并且，在上述的步骤S42中伺服放大器50内的直流电压超过了第二规定值的情况下，伺服电动机控制部20判定由位置检测器12a检测出的伺服电动机11a的轴位置是否超过了最大控制停止距离Doff(参照图9中的标记81)(步骤S43)。具体地说，在动作指令输出部23检测出紧急停止信号之后，通过实际位置监视部24来持续监视伺服电动机11a的实际位置数据。换言之，实际位置监视部24监视由位置检测部12a检测出的伺服电动机11a的轴位置，来检测是否发生了伺服电动机11a的滑行。因此，在由位置检测器12a检测出的伺服电动机11a的轴位置超过了预先规定的最大控制停止距离Doff(参照图9中的标记81)的情况下，伺服电动机控制部20按照上述的步骤S45、步骤S19以及步骤S20来结束伺服控制。

并且，在上述的步骤S43中由位置检测器12a检测出的伺服电动机11a的轴位置未超过最大控制停止距离Doff(参照图9中的标记81)的情况下，伺服电动机控制部20判定从检测出紧急停止信号起实施停止控制的时间是否超过了最大控制停止时间Toff(参照图9中的标记82)(步骤S44)。具体地说，监视从在动作指令输出部23中检测出紧急停止信号起到停止动作指令变为零为止的时间。然后，在从动作指令输出部23检测出紧急停止信号起实施停止控制的时间超过了最大控制停止时间Toff(参照图9中的标记82)的情况下，伺服电动机控制部20按照上述的步骤S45、步骤S19以及步骤S20来结束伺服控制。

此外，在参照图7已经说明的第二控制流程中，在检测出紧急停止信号之后虽然伺服放大器50不是再生状态但是电磁接触器61的闭合时间超过了最大保持时间Tc的情况下，伺服电动机控制部20将电磁接触器61的触点断开来切断向伺服放大器50的电力供给(参照图9中的电磁接触器的时序图)。但是，也可以将用于判定电磁接触器61的闭合时间的长度的阈值、即最大保持时间Tc(参照图9中的标记83)设定为与上述的最大控制停止时间Toff(参照图9中的标记82)相同的时间。

并且，在上述的步骤S44中检测出紧急停止信号后实施停止控制的时间未超过最大控制停止时间Toff(参照图9中标记82)的情况下，伺服电动机控制部20判定停止控制是否已完成(步骤S18)。具体地说，在伺服电动机控制部20中，判定从动作指令输出部23输出的停止动作指令是否变为零。在停止动作指令变为零的情况下，伺服电动机控制部20按照上述的步骤S19和步骤S20来结束伺服控制。

在上述的步骤S41～S44以及步骤S18中不满足使伺服控制结束的条件的情况下，返回至图2所示的停止控制流程的步骤S13。然后，伺服电动机控制部20再次按照图2的步骤S13～S17、图8的步骤S41～S44以及步骤S18来使伺服控制继续。

此外，只要将图5、图7以及图8中分别示出的第一控制流程、第二控制流程以及第三控制流程中的至少一个应用于图2所示的停止控制流程即可。

以上示出了典型的实施方式，但是本发明不限定于上述的实施方式，能够在不脱离本发明的思想的范围内将上述的实施方式变更为各种形状、构造或材料等。

本发明的效果

根据本发明的第一方式，在检测出紧急停止信号之后，当伺服放大器转变为再生状态时，切断向伺服放大器的电力供给。换言之，在本发明中，使向伺服电动机的电力供给从检测出紧急停止信号起持续到停止动作指令转变为减速动作(再生动作)为止。由此，在伺服电动机的加速动作中紧急停止信号被输入的情况下，不会如以往的紧急停止方法那样产生伺服放大器内的直流电压下降的问题。因而，根据本发明的第一方式，即使在伺服电动机的加速动作中紧急停止信号被输入，也能够使伺服电动机安全地停止。

根据本发明的第二方式，在根据检测出紧急停止信号而切断了向伺服放大器的电力供给之后，利用被充入到伺服放大器的充放电部中的再生电力来使基于停止动作指令的停止控制持续到该停止控制结束。因此，即使切断了向伺服放大器的电力供给，也能够使伺服电动机安全且平稳地停止。由此，不仅能够消除紧急停止时对机构部、减速机、电磁制动器等施加的冲击和振动，还能够防止由伺服电动机驱动的可动部与周边机器或加工对象物相干扰。并且，针对机械周边的作业者的安全性提高，为了使机械的再运行而进行的恢复作业也变得简单。

根据本发明的第三方式，在从检测出紧急停止信号起保持着向伺服放大器的电力供给的时间经过了预先规定的最大保持时间的情况下，强制性地切断向伺服放大器的电力供给。由此，能够不等待伺服放大器从动力运行状态或滑行状态转变为再生状态，而使安全为最优先，来强制性地切断向伺服放大器的电力供给。

根据本发明的第四方式，在伺服电动机从再生状态再次转变为动力运行状态那样的停止动作指令的情况下，恢复向伺服放大器的电力供给，由此能够使安全的停止控制继续。

根据本发明的第五方式至第八方式，当探测到存在由伺服电动机驱动的可动部偏离预先设计的轨迹的危险性这样的状况时，强制性地中断停止控制并且使电磁制动器或再生制动器有效。由此，能够将那样的危险性防患于未然，因此针对机械周边的作业者的安全性提高，为了使机械再运行而进行的恢复作业也变得简单。

根据本发明的第九方式，在检测出紧急停止之后，当停止控制结束时使电磁制动器或再生制动器有效。由此，紧急停止时的振动、冲击被完全消除，因此能够使伺服电动机安全且平稳地停止。

Claims (8)

1.一种伺服电动机停止控制装置，其在使对机床或机器人的可动部进行驱动的至少一个伺服电动机紧急停止时对该伺服电动机进行停止控制，该伺服电动机停止控制装置具备：

位置检测器，其检测所述伺服电动机的轴位置；

至少一个伺服放大器，其对所述伺服电动机进行驱动；

至少一个伺服供电电路，其用于向所述伺服放大器供给电力；

伺服电动机控制部，其基于由所述位置检测器检测出的所述轴位置，经由所述伺服放大器来控制所述伺服电动机；

电磁制动器或再生制动器，该电磁制动器或再生制动器对所述伺服电动机的轴旋转进行制动；以及

紧急停止信号输出部，其设置于所述伺服电动机控制部的外部或内部，输出紧急停止信号，

其中，所述伺服电动机控制部具备：

动作指令输出部，其检测所述紧急停止信号，生成用于使所述伺服电动机停止的停止动作指令并输出该停止动作指令；

再生状态检测部，其检测所述伺服放大器是否为再生状态；以及

供电电路控制部，其控制所述伺服供电电路来对所述伺服放大器进行电力供给或该电力供给的切断，

所述伺服放大器具备充放电部，该充放电部被充入使所述伺服电动机进行减速动作时产生的再生电流，

所述动作指令输出部当检测出所述紧急停止信号时，向所述伺服放大器输出所述停止动作指令，在基于所述停止动作指令的停止控制的过程中，在所述再生状态检测部检测出所述伺服放大器为再生状态时，所述供电电路控制部控制所述伺服供电电路来切断向所述伺服放大器的电力供给，在所述再生状态检测部未检测出所述伺服放大器为再生状态时，所述供电电路控制部控制所述伺服供电电路来使向所述伺服放大器的电力供给持续，

在向所述伺服放大器的电力供给被切断之后，所述伺服电动机控制部利用被充入到所述伺服放大器的所述充放电部中的再生电力，使基于所述停止动作指令的停止控制持续到该停止控制结束。

2.根据权利要求1所述的伺服电动机停止控制装置，其特征在于，

当从所述动作指令输出部检测出所述紧急停止信号起所述伺服供电电路保持着向所述伺服放大器的电力供给的时间经过了预先规定的最大保持时间时，所述供电电路控制部控制所述伺服供电电路来强制性地切断向所述伺服放大器的电力供给。

3.根据权利要求1或2所述的伺服电动机停止控制装置，其特征在于，

在由于由所述再生状态检测部检测出所述伺服放大器为再生状态而所述供电电路控制部控制所述伺服供电电路来切断向伺服放大器的电力供给之后，在所述再生状态检测部检测出所述伺服放大器的动力运行状态的情况下，所述供电电路控制部控制所述伺服供电电路来恢复向所述伺服放大器的电力供给，并且所述伺服电动机控制部使基于所述停止动作指令的停止控制持续到该停止控制结束。

4.根据权利要求1或2所述的伺服电动机停止控制装置，其特征在于，

在从检测出所述紧急停止信号之后到所述伺服电动机控制部实施基于所述停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在基于所述停止动作指令和由所述位置检测器检测出的所述伺服电动机的轴位置计算出的位置偏差量超过了第一规定值的情况下，所述伺服电动机控制部中断所述停止动作指令的输出，使所述电磁制动器或再生制动器有效，切断向所述伺服电动机的电力。

5.根据权利要求1或2所述的伺服电动机停止控制装置，其特征在于，

在从检测出所述紧急停止信号之后到所述伺服电动机控制部实施基于所述停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在所述伺服放大器内的直流电压低于第二规定值的情况下，所述伺服电动机控制部中断所述停止动作指令的输出，使所述电磁制动器或再生制动器有效，切断向所述伺服电动机的电力。

6.根据权利要求1或2所述的伺服电动机停止控制装置，其特征在于，

在从检测出所述紧急停止信号之后到所述伺服电动机控制部实施基于所述停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在由所述位置检测器检测出的所述伺服电动机的轴位置超过了预先规定的最大控制停止距离的情况下，所述伺服电动机控制部中断所述停止动作指令的输出，使所述电磁制动器或再生制动器有效，切断向所述伺服电动机的电力。

7.根据权利要求1或2所述的伺服电动机停止控制装置，其特征在于，

在从检测出所述紧急停止信号之后到所述伺服电动机控制部实施基于所述停止动作指令的停止控制并结束该停止控制为止的期间内，在实施所述停止控制的时间超过了预先规定的最大控制停止时间的情况下，所述伺服电动机控制部中断所述停止动作指令的输出，使所述电磁制动器或再生制动器有效，切断向所述伺服电动机的电力。

8.根据权利要求1或2所述的伺服电动机停止控制装置，其特征在于，

在检测出所述紧急停止信号之后，当所述伺服电动机控制部实施基于所述停止动作指令的停止控制并结束该停止控制时，所述伺服电动机控制部使所述电磁制动器或再生制动器有效，切断向所述伺服电动机的电力。