CN106476009A - 机械 - Google Patents

Abstract

提供一种机械，该机械使由于制动器的异常而引起的构件在驱动轴上的移动停止。作为机械的机器人具备：电动机，其具有制动器，该电动机使臂在驱动轴上移动；以及旋转位置检测器，其检测臂的移动。在成为应该对机器人进行非正常停止的状态时，控制装置实施使制动器工作并且停止向电动机的电力供给的非正常停止控制。在非正常停止控制的期间中，在根据旋转位置检测器的输出而检测出臂的移动的情况下，控制装置向电动机供给电力以阻止臂的移动。

Description

机械

技术领域

本发明涉及一种具备包括制动器的电动机的机械。

背景技术

工业用机器人、机床等机械具备用于使构件沿规定的方向移动的驱动轴。例如，机器人具有用于驱动臂的驱动轴。机器人的臂彼此之间的关节部与驱动轴对应。通过在关节部使臂的角度发生变化来使机器人的位置和姿势发生变化。另外，在机床中，工件、工具在预先决定的驱动轴上移动，由此使工具相对于工件的位置变更。

这种在驱动轴上移动的构件由电动机来驱动。在电动机中，配置有用于阻止电动机的输出轴的旋转的制动器。在切断向电动机的电力供给的情况下，为了维持机器人的位置和姿势、机床的工具或工作台的位置和姿势而使制动器工作。

在日本专利第5444421号公报中，公开了一种用于对配置于机器人的电动机的制动器的异常进行诊断的制动器异常诊断方法。存在如下情况：在使电动机励磁且制动器工作的状态下，诊断为制动器存在异常。在该诊断方法中，公开了如下内容：在诊断为制动器存在异常的情况下，既不使电动机的励磁消失也不解除制动器，而对制动器的异常进行通知。

在机械的驱动轴中包括重力所作用的驱动轴。例如，在机器人的臂的关节部的驱动轴上作用有由于臂的重量而使臂向铅垂朝下方向移动的力。在此，当制动器发生故障时，制动器的制动力降低。例如，当润滑脂、油等附着物附着于电动机所具备的制动器的摩擦板时，制动器的制动力降低。而且，存在如下情况：当制动器的制动力降低时，在停止了电动机的励磁时，重力所作用的驱动轴动作。

特别是，在发生使机器人等紧急地停止的事态而使机器人进行非正常停止的情况下，使电动机的励磁停止。然而，存在如下情况：当制动器发生故障时，无法维持停止时的姿势，臂的一部分的位置降低。

在上述的日本专利第5444421号公报所公开的方法中，能够在向电动机供给电力的状态下定期地进行异常诊断。然而，存在如下担忧：如果紧接在通过定期的诊断没有检测出异常之后制动器发生故障，则由于向电动机的电力供给被切断而机器人的位置和姿势发生变化。

发明内容

本发明的机械具备具有制动器的电动机，该电动机使预先决定的构件在驱动轴上移动。机械还具备状态检测器和控制装置，其中，该状态检测器检测构件在驱动轴上的移动，该控制装置对制动器和电动机进行控制。在成为应该进行非正常停止的状态时，控制装置实施使制动器工作并且停止向电动机的电力供给来维持构件停止的位置的非正常停止控制。在非正常停止控制的期间中，在根据状态检测器的输出而检测出构件在驱动轴上的移动的情况下，控制装置向电动机供给电力以阻止构件的移动。

在上述发明中，状态检测器能够是检测电动机的旋转位置和旋转速度的旋转位置检测器。控制装置能够基于在非正常停止控制的期间中旋转位置检测器的输出，来监视构件在驱动轴上的位置是否被维持。

在上述发明中，控制装置能够在向电动机供给电力以阻止构件的移动之后，将构件移动至预先决定的安全的退避位置为止，并监视构件的位置是否被维持。

附图说明

图1是实施方式中的机器人系统的概要图。

图2是实施方式中的机器人系统的框图。

图3是说明由重力引起的机器人的臂的移动的示意图。

图4是实施方式中的机械的控制的时序图。

图5是实施方式中的机床的概要图。

图6是说明由重力引起的机床的头的移动的示意图。

具体实施方式

参照图1至图6来说明实施方式中的机械。本实施方式的机械具备用于使预先决定的构件在驱动轴上移动的电动机。首先，例示作为具备电动机的机械的机器人系统来进行说明。

图1是本实施方式中的机器人系统的概要图。机器人系统具备进行工件W的输送的机器人1和作为对机器人1进行控制的机器人控制装置的控制装置2。本实施方式的机器人1是包括臂12和多个关节部13的多关节机器人。

机器人1包括对各个关节部13进行驱动的臂驱动装置。臂驱动装置包括配置于关节部13的内部的电动机14。电动机14进行驱动，由此能够利用关节部13使臂12朝向期望的方向。机器人1具备用于支承臂12的基部19和相对于基部19旋转的回旋部11。基部19被固定于设置面20。回旋部11绕沿铅垂方向延伸的驱动轴旋转。

手17具有把持或释放工件W的功能。机器人1具备使手17闭合或打开的手驱动装置。本实施方式的手驱动装置包括用于通过气压来对手17进行驱动的手驱动气缸18。

机器人1具备检测预先决定的构件在驱动轴上的移动的状态检测器。在图1所示的机器人1中，臂12相当于预先决定的构件。状态检测器检测机器人1的位置和姿势。本实施方式中的状态检测器包括安装于电动机14的旋转位置检测器15。旋转位置检测器15检测电动机14进行驱动时的旋转位置。另外，旋转位置检测器15能够基于旋转位置来检测旋转速度。能够基于各个电动机14的旋转位置来检测臂12在关节部13处的角度。

在图2中示出本实施方式中的机器人系统的框图。参照图1和图2，电动机14具备电动机主体31，该电动机主体31包括旋转轴、固定于旋转轴的转子、以及定子。电动机14包括对电动机主体31的旋转轴的旋转进行制动的制动器32。本实施方式的制动器32形成为使摩擦板与电动机主体31的旋转轴接触来使转速降低。作为制动器32，不限于该方式，能够采用抑制构件在驱动轴上的移动的任意的机构。

机器人1基于控制装置2的动作指令进行驱动。臂驱动装置和手驱动装置由控制装置2来控制。控制装置2包括运算处理装置，该运算处理装置具有经由总线相互连接的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)以及ROM(Read Only Memory：只读存储器)等。控制装置2包括对电动机14进行控制的动作控制部23。本实施方式中的动作控制部23对电动机主体31的动作和制动器32的动作进行控制。

动作控制部23将移动指令发送到电动机驱动电路26。电动机驱动电路26包括用于提供电流的电路。电动机驱动电路26将基于移动指令的电流提供到电动机主体31。另外，动作控制部23将制动指令发送到制动器驱动电路27。制动器驱动电路27包括用于提供电流的电路。制动器驱动电路27将基于制动指令的电流提供到制动器32。另外，控制装置2接收从旋转位置检测器15输出的与旋转位置有关的信号。

本实施方式中的控制装置2形成为，在检测出机器人1的停止信号的情况下使机器人1停止。机器人1的停止包含通过动作程序来使机器人停止的通常停止。另外，机器人1的停止还包含用于确保作业人员、机器人的安全性的非正常停止。

当成为应该进行非正常停止的状态时，控制装置2使机器人1立即停止。例如，由作业者按下非正常停止按钮，由此控制装置2检测出非正常停止信号。另外，有时在机器人1的周围设置防护物以确保机器人1的作业区域。在机器人1的自动运转的期间中防护物被打开的情况下，控制装置2检测出非正常停止信号。或者，在机器人1检测出故障的情况下，控制装置2检测出非正常停止信号。或者，存在如下情况：在配置有供机器人1与外部设备进行通信的通信装置的机器人系统中，控制装置2检测来自外部设备的非正常停止信号。

控制装置2在检测出这样的非正常停止信号的情况下，实施非正常停止控制。控制装置2包括检测机械的异常、机械的周围环境的异常的异常检测部24。异常检测部24在接收到非正常停止信号的情况下，判别为应该进行非正常停止的状态。另外，异常检测部24在控制装置2发生故障等的情况下，也判别为应该进行非正常停止的状态。异常检测部24将实施非正常停止控制的指令发送到动作控制部23。

在非正常停止控制中，动作控制部23首先输出零的移动指令。机器人1以接收到指令的位置和姿势停止。接着，动作控制部23使电动机14的制动器32工作。电动机14的旋转轴被固定。接着，动作控制部23停止向电动机主体31的电力供给来使电动机主体31停止。在非正常停止控制中，即使不驱动电动机主体31，也能够通过制动器32的制动力来维持构件在驱动轴上停止的状态。这样，机器人1维持停止时的位置和姿势。

然而，在制动器32发生故障等异常的情况下，制动器32的制动力降低。在机器人1上始终作用有重力。例如，在臂12、关节部13上作用有与重量相应的重力。即，在机器人1上作用有基于自重的重力。或者，在手17把持着工件W的情况下，在机器人1上作用有与工件W的重量相应的重力。

在图3中示出用于说明制动器的制动力降低时的状态的机器人的示意图。重力沿箭头90所示的方向作用。在配置于关节部13的驱动轴上作用有重力。将这种作用有重力的驱动轴称为重力轴。当制动器32的制动力降低时，由于臂12和关节部13等的自重而臂12和手17向下侧移动。特别是，从制动器32的制动力降低了的电动机14所配置的关节部13至手17之间的臂12如箭头92所示那样朝向铅垂方向的下侧移动。

在图3所示的例子中，配置于关节部13a的电动机14的制动器32发生了故障。而且，臂12的配置有手17的一侧的位置降低到比关节部13a的位置低的位置。当制动器32发生故障时，工件W的位置随着时间经过而降低。在本实施方式中，实施用于抑制臂12的位置的降低的控制。

本实施方式中的控制装置2在非正常停止控制的期间中，根据旋转位置检测器15的输出来检测驱动轴上的移动。然后，控制装置2的异常检测部24在检测出驱动轴上的移动的情况下，将向电动机14供给电力的指令发送到动作控制部23。

动作控制部23再次开始向电动机主体31的电力供给。此时，动作控制部23向电动机主体31供给电力以维持臂12在驱动轴上停止的位置。在图3所示的例子中，臂12的位置降低，因此向配置于关节部13a的电动机14供给电力以阻止臂12的位置的降低。然后，动作控制部23进行控制以维持关节部13a的驱动轴上停止的位置。

在本实施方式中的控制装置2中，在成为应该进行非正常停止的状态时，即使制动器32发生了异常，也能够维持机器人1的安全的姿势。或者，即使制动器32发生了异常，也能够使工件W、手17停止在安全的位置。

在图4中示出本实施方式中的机械的控制的时序图。参照图2和图4，机器人1实施通常的动作直到时刻t1为止。例如，基于预先决定的动作程序自动地进行驱动。

在时刻t1，控制装置2的异常检测部24检测出非正常停止信号。动作控制部23实施非正常停止控制。动作控制部23使机器人1的臂12的移动停止。通过向电动机14供给电力，来将机器人1的位置和姿势维持在停止的状态。在比时刻t1晚的时刻t2，动作控制部23将制动器32从解除状态变更为工作状态。即，使制动器32工作。然后，在时刻t3，动作控制部23使电动机14停止。即，停止向电动机主体31的电力供给。

然而，在时刻t4，由旋转位置检测器15检测的位置从正常的位置变化为异常的位置。异常检测部24检测出臂12从停止的位置起向降低的方向进行了移动。例如，异常检测部24检测出电动机14的旋转角以从停止的位置起的距离超过了预先决定的判定值的方式发生了变化。

因此，动作控制部23在时刻t5将电动机主体31的驱动状态从停止状态变更为驱动状态。即，动作控制部23再次驱动电动机主体31来维持机器人1的位置和姿势。

在图4所示的例子中，在时刻t5以后，动作控制部23对制动器32的制动力降低而臂12稍微移动后的机器人的位置和姿势进行维持。作为电动机14的控制，不限于该方式，动作控制部23也可以控制电动机14使得臂12返回到稍微移动前的位置。或者，动作控制部23还可以控制电动机14使得构件移动至预先决定的安全的退避位置并维持该构件的位置。

这样，关于本实施方式中的机器人系统，即使制动器发生了异常，也能够维持机器人的安全的位置和姿势。

另外，本实施方式的旋转位置检测器15除了检测电动机14的旋转位置之外，还能够检测电动机14的旋转速度。旋转位置检测器15能够检测电动机14的旋转轴的旋转角、即电动机14的旋转位置。而且，能够基于电动机14的旋转位置来计算单位时间内的旋转角的差分、即旋转速度。

本实施方式的异常检测部24在非正常停止控制的期间中，能够基于根据旋转位置检测器15的输出而检测出的电动机14的旋转位置或电动机14的旋转速度，来监视臂12在驱动轴上的位置是否被维持。特别是，在时刻t5以后的期间，能够监视臂12在驱动轴上的位置是否被维持。关于电动机14的旋转位置，异常检测部24监视电动机14的旋转位置是否发生了移动。另外，关于电动机14的旋转速度，异常检测部24监视电动机14的旋转速度是否为零。

而且，在电动机14的旋转位置和旋转速度中的至少一方异常的情况下，在时刻t5能够实施向电动机主体31供给电力的控制。另外，在时刻t6，在电动机14的旋转位置和旋转速度发生了异常的情况下，例如能够在控制装置2的显示部中显示警告并且进行任意的控制。作为任意的控制，例如是如图4所示那样在时刻t7停止向电动机主体31的电力供给的控制。这样，在再次开始向电动机主体31的电力供给之后，也能够通过监视电动机14的旋转位置和旋转速度来维持安全的位置和姿势。在电动机14的旋转位置和旋转速度发生异常而成为无法维持安全的位置和姿势的状态的情况下，能够通过显示警告并且进行任意的控制等来转变为安全的状态。

接着，作为具备电动机的机械，例示出机床。图5是本实施方式中的机床的概要图。在本实施方式中，例示具有多个驱动轴的机床71来进行说明。机床71具备工作台72和基台77，工件W1固定于工作台72。机床71具备固定于基台77的支柱73。机床71具备相对于支柱73沿箭头93所示的方向移动的头74。工具T被头74支承。

本实施方式的机床71是数值控制式的机床。机床71包括使工具T相对于工件W1的相对位置和姿势变化的驱动装置。本实施方式的驱动装置使基台77沿箭头91所示的X轴的方向移动。驱动装置使工作台72沿箭头92所示的Y轴的方向移动。驱动装置使头74沿箭头93所示的Z轴的方向移动。并且，驱动装置使工具T如箭头94所示那样相对于头74绕A轴转动。这三个直动轴(X轴、Y轴及Z轴)和一个转动轴(A轴)相当于驱动轴。

驱动装置具备用于使预先决定的构件在各个驱动轴上移动的电动机。例如，驱动装置包括用于驱动头74使之相对于支柱73沿Z轴的方向移动的电动机14。与各个驱动轴对应的电动机14包括用于对旋转轴的旋转进行制动的制动器32。另外，在电动机14中安装有作为状态检测器的旋转位置检测器15。

能够对使头等构件在机床的驱动轴上移动的电动机也实施本实施方式的控制。机床的控制装置的结构与图2所示的机器人系统相同。控制装置2包括动作控制部23和异常检测部24。动作控制部23对工具T相对于工件W1的相对位置和姿势进行控制。利用驱动装置一边变更相对位置和姿势一边对工件W1进行加工。而且，电动机主体31由动作控制部23经由电动机驱动电路26来控制。制动器32由动作控制部23经由制动器驱动电路27来控制。

机床71能够根据预先决定的动作程序来自动地进行加工。而且，在成为应该进行非正常停止的状态时，控制装置2实施非正常停止控制。此时，存在由于制动器的故障等而导致制动器的制动力降低的情况。

在图6中示出用于说明制动器的制动力降低时的状态的机床的示意图。在机床71上也如箭头90所示那样作用有重力。例如，在驱动头74使之相对于支柱73沿Z轴的方向移动的驱动轴上作用有重力。而且，当制动器的制动力降低时，在非正常停止控制的期间中，头74的位置逐渐降低。控制装置2根据在Z轴的电动机14中安装的旋转位置检测器15的输出，来检测头74在Z轴上的移动。在该情况下，控制装置2能够实施向Z轴的电动机14供给电力的控制以阻止头74的移动。

这样，在机床中，也能够进行与机器人系统相同的停止时的控制。其它的结构、作用及效果与前述的机器人系统相同。

本实施方式中的状态检测器是安装于各个电动机14的旋转位置检测器，但不限于该方式，状态检测器能够采用能够检测驱动轴上的移动的任意的检测器。例如，在驱动轴为进行直线移动的轴的情况下，状态检测器也可以包括线性标尺。

在本实施方式中，作为具备电动机的机械，例示多关节机器人和机床进行了说明，但不限于该方式，能够将本发明应用于具备电动机的任意的机械。

根据本发明，能够提供一种在非正常停止时停止了向电动机的电力供给的情况下使由于制动器的异常而引起的构件在驱动轴上的移动停止的机械。

上述的实施方式能够适当地进行组合。在上述的各个图中，对相同或等同的部分标注了相同的标记。此外，上述的实施方式是例示性的，并非对发明进行限定。另外，在实施方式中包含权利要求书中示出的实施方式的变更。

Claims (3)

1.一种机械，其特征在于，具备：

电动机，其具有制动器，该电动机使预先决定的构件在驱动轴上移动；

状态检测器，其检测所述构件在所述驱动轴上的移动；以及

控制装置，其对所述制动器和所述电动机进行控制，

其中，在成为应该进行非正常停止的状态时，所述控制装置实施使所述制动器工作并且停止向所述电动机的电力供给来维持所述构件停止的位置的非正常停止控制，在所述非正常停止控制的期间中，在根据所述状态检测器的输出而检测出所述构件在驱动轴上的移动的情况下，所述控制装置向所述电动机供给电力以阻止所述构件的移动。

2.根据权利要求1所述的机械，其特征在于，

所述状态检测器是检测所述电动机的旋转位置和旋转速度的旋转位置检测器，

所述控制装置基于在所述非正常停止控制的期间中所述旋转位置检测器的输出，来监视所述构件在驱动轴上的位置是否被维持。

3.根据权利要求1或2所述的机械，其特征在于，

所述控制装置在向所述电动机供给电力以阻止所述构件的移动之后，将所述构件移动至预先决定的安全的退避位置为止，并监视所述构件的位置是否被维持。