CN114609542A - 电源测量控制电路及机器人控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源测量控制电路，其能够监视供给用于工业用机器人的驱动的电力的外部交流电源并检测该交流电源的异常。电源测量控制电路具备：交流电流检测部(21)及交流电压检测部(22)，其处于供给或切断向机器人供给的电力的主电路继电器(23)和交流电源(10)之间并分别检测来自交流电源(10)的交流电的电流波形及电压波形；检测处理部(40)，其具备存储所检测的电流波形及电压波形且根据电流波形及电压波形计算电流及电压的检测存储部(41)；以及异常检测部(46)，其与检测处理部(40)连接，以检测交流电源(10)中的异常。

Description

电源测量控制电路及机器人控制器

技术领域

本发明涉及一种用于工业用机器人的电源测量控制电路和具备这种电源测量控制电路的机器人控制器。

背景技术

工业用机器人动作所使用的外部电源一般是商用交流电源，例如，使用单相或三相、200/230V、50/60Hz的商用交流电源。但是，根据机器人的设置环境，如电压下降较大、电压波形中混入噪声、或者电压波形中存在较大的波形失真等，有时无法获得良好质量的外部电源。作为波形失真的例子，有一种波形，其本来应该是正弦波的波形，但在其顶点附近被切削而变得平坦。当将机器人连接到质量不好的外部电源时，有时该机器人无法正常动作。到目前为止，关于机器人连接的外部电源的质量，检测向机器人供给的交流电的电压是否满足规定电压等级(相对于标称200V的交流电源例如为160V)，如果没有达到规定等级，则判定为“降低电压”并发出警报等。

向机器人供给的电流、机器人消耗的电力会根据机器人的型号、机器人正在进行怎样的动作而有很大变动。因此，相对于能够使某机器人正常动作的外部电源，重新连接另一个机器人并使其动作时，重新连接的机器人也有可能无法正常动作。为了防止由向机器人供给交流电的外部电源引起的不良情况，在导入新机器人时，例如使用示波器、电流探头、电力计等通用的测量器测量对机器人的输入电流和电力。即使在设置机器人之后发生认为由外部电源引起的不良情况时，也会携带通用的测量器到现场测量外部电源。

关于与交流电源有关的测量，专利文献1公开了一种技术，基于交流电源的电压及电流中的过零定时求取电压和电流的相位差，根据电压、电流及相位差计算电力值。同样，专利文献2公开了一种技术，基于来自交流电源的电力的电压波形上的过零定时和电流波形上的过零定时的相位差求取功率因数，基于电压的有效值、电流的有效值以及功率因数计算有效电力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-116759号公报

专利文献2：日本特开2017-9774号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在工业用机器人中，作为判断该机器人的驱动所使用的外部电源即交流电源的质量的机构，目前，仅设置有判断输入电源电压是否达到规定值的机构。因此，不能检测交流电源中的例如电流增加且电压下降变大导致的异常或者电流或电压波形上的大的失真导致的异常等。另外，为了知道实际操作机器人时的来自交流电源的输入电流、输入电力，需要另外准备通用的测量器进行测量。

本发明的目的在于提供一种能够监视供给用于驱动工业用机器人的电力的外部电源即交流电源并检测该交流电源的异常的电源测量控制电路、和用于该工业用机器人的控制并具备电源测量控制电路的机器人控制器。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明提供一种电源测量控制电路，其监视用于工业用机器人的驱动的外部电源即交流电源并检测异常，所述电源测量控制电路具有：检测单元，所述检测单元处于供给或切断向工业用机器人供给交流电的主电路继电器和交流电源之间，检测来自交流电源的交流电的电流波形及电压波形；检测存储单元，所述检测存储单元存储由检测单元检测出的电流波形及电压波形，且根据电流波形及电压波形计算电流及电压；以及异常检测单元，所述异常检测单元与检测存储单元连接，检测交流电源中的异常。

在本发明的电源测量控制电路中，将检测电流波形及电压波形的检测单元设置于比主电路继电器靠交流电源侧的位置，此外，设置存储由检测单元检测出的电流波形及电压波形且根据电流波形及电压波形计算电流及电压的检测存储单元、和与检测存储单元连接并检测交流电源中的异常的异常检测单元，由此，能够评价外部电源即交流电源的质量，检测交流电源中的异常，而无需使用通用的测量器。

在本发明的电源测量控制电路中，也可以是，还具备电力计算单元，所述电力计算单元根据电流波形及电压波形或者根据电流及电压计算电力。通过设置电力计算单元，能够了解向工业用机器人的输入电力，能够了解机器人的大致的电力消耗。

在本发明的电源测量控制电路中，也可以构成为，异常检测单元在检测到异常时通知上位装置。在存在工业用机器人的控制所使用的上位装置时，可以向该上位装置通知异常的发生，由此，能够在上位装置侧了解作为外部电源的交流电源中的异常的发生，并且能够适当地应对异常。

在本发明的电源测量控制电路中，优选检测存储单元检测交流电中的零交叉点。通过检测零交叉点，能够在交流电的零交叉点附近进行以主电路继电器为代表的多种继电器的触点的开闭，可以减少触点的损耗。

本发明提供一种机器人控制器，从交流电源供给交流电并进行工业用机器人的驱动和控制，所述机器人控制器具有：主电路继电器，所述主电路继电器供给或切断向工业用机器人供给的电力；检测单元，所述检测单元处于主电路继电器和交流电源之间，检测交流电的电流波形及电压波形；检测存储单元，所述检测存储单元存储由检测单元检测出的电流波形及电压波形，并根据电流波形及电压波形计算电流及电压；以及异常检测单元，所述异常检测单元与检测存储单元连接，检测交流电源中的异常。

在本发明的机器人控制器中，将检测来自交流电源的交流电的电流波形及电压波形的检测单元设置于比主电路继电器靠交流电源侧的位置，此外，设置存储由检测单元检测出的电流波形及电压波形并根据电流波形及电压波形计算电流及电压的检测存储单元、和与检测存储单元连接并检测交流电源中的异常的异常检测单元，由此，能够评价外部电源即交流电源的质量，检测交流电源中的异常，而无需使用通用的测量器。

在本发明的机器人控制器中，也可以是，还具备电力计算单元，所述电力计算单元基于电流波形及电压波形或者基于电流及电压计算电力。通过设置电力计算单元，能够了解向工业用机器人输入的电力，并且能够了解机器人的大致的电力消耗。

在本发明的机器人控制器中，异常检测单元也可以构成为，在检测到异常时通知上位装置。在存在通过对机器人控制器发送指令并进行工业用机器人的控制的上位装置时，可以向该上位装置通知异常的发生，由此，能够在上位装置侧了解交流电源中的异常的发生，能够适当地应对异常。

在本发明的机器人控制器中，也可以是，还设置有：对交流电进行整流的整流电路和设置于整流电路的输出侧的电源电路；设置于主电路继电器和电源电路之间的浪涌电流防止用的电阻；使电阻的两端短路的短路继电器；以及控制短路继电器的电源控制单元，检测存储单元检测电流波形及电流波形中的至少一方上的零交叉点，电源控制单元与零交叉点同步进行闭合短路继电器的触点的控制。通过这样构成，能够限制电源接通时流过平滑电容器的浪涌电流，并且由于短路继电器的触点根据零交叉点闭合，所以能够减少短路继电器的触点的损耗。

在本发明的机器人控制器中，也可以是，当检测存储单元检测到零交叉点时，电源控制单元与零交叉点同步进行闭合主电路继电器的触点的控制及打开所述主电路继电器的触点的控制中的至少一种控制。通过与零交叉点同步进行主电路继电器的触点的打开/闭合，能够减少主电路继电器的损耗。特别是在进行打开主电路继电器的触点的控制时，优选在与零交叉点同步进行打开短路继电器的触点的控制之后，与零交叉点同步进行打开主电路继电器的触点的控制。通过进行这样的控制，能够减少主电路继电器和短路继电器两者的触点的损耗。

发明效果

根据本发明，能够获得一种能够监视供给工业用机器人的驱动用的电力的外部电源即交流电源并检测交流电源的异常的电源测量控制电路、和具备这样的电源测量控制电路的机器人控制器。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的机器人控制器的结构的框图。

附图标记说明

10…交流电源；21…交流电流检测部；22…交流电压检测部；23…主电路继电器；24…电阻；25…短路继电器；26…电源电路；27…全波整流电路；28…平滑电容器：29…短路保护熔断器；30…直流电压检测器；31…延迟元件；32…放电电阻；33…开关元件；40…检测处理部；41…检测存储部；42…电力计算部；45…电源控制部；46…异常检测部；50…主控制部；51…伺服驱动器；60…马达。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。基于本发明的电源测量控制电路是能够监视供给用于工业用机器人的驱动的电力的外部电源即交流电源并检测交流电源的异常的电源测量控制电路，通常，设置于工业用机器人的驱动和控制所使用的机器人控制器的内部。图1表示本发明一实施方式的机器人控制器的结构。

图1所示的机器人控制器例如从作为商用电源的交流电源10供给交流电，基于从外部输入的指令控制工业用机器人的各轴的马达60。在机器人控制器的内部，设置有从交流电源10供给交流电并输出直流电的电源电路26。在电源电路26中设置有供给交流电并对其进行整流的全波整流电路27和使全波整流电路27输出的脉动电流平滑化的平滑电容器28。在电源电路26中获得的直流电经由短路保护熔断器29供给至驱动并伺服控制马达60的伺服驱动器51。此外，机器人控制器具备执行作为机器人控制器的基本控制的主控制部50。主控制部50与上位装置例如工业用机器人的用户使用的装置连接，例如，由CPU(中央处理装置)或微型处理器构成。伺服驱动器51根据来自基于外部指令进行马达60的驱动控制的主控制部50的指令，使用所供给的直流电并通过伺服控制驱动马达60。

为了在再生电流从马达60经由伺服驱动器51流向电源电路26侧时消耗再生能量，相对于伺服驱动器51中的直流电的输入并联设置有放电电阻32，还设置有使流过放电电阻32的电流断续的开关元件33。在图示的例子中，使用NPN型的双极性晶体管作为开关元件33，放电电阻32的一端与伺服控制器51的直流输入的正(+)侧的导线连接，放电电阻32的另一端与开关元件33即晶体管的集电极连接。该晶体管的发射极与伺服控制器51的直流输入的负(-)侧的导线连接。另外，为了检测电源电路26的输出侧的电压，在比短路保护熔断器29靠伺服驱动器51侧的位置设置有直流电压检测器30。

在交流电源10和电源电路26之间，设置有进行向电源电路26供给交流电和切断交流电的供给的主电路继电器23。在工业用机器人中，由于除非满足用于安全的规定条件否则马达无法驱动，所以主电路继电器23根据来自判定是否满足用于安全的规定条件的安全判定电路(未图示)的安全输出信号闭合触点，将来自交流电源10的交流电供给到电源电路26。安全输出信号经由赋予规定延迟时间的延迟元件31施加到主电路继电器23的线圈23a。在主电路继电器23和电源电路26之间，为了限制电源电路26启动时流过平滑电容器28的浪涌电流而设置有电阻24，还设置有短路继电器25，其具有用于使电阻24的两端短路的触点。

在比主电路继电器23靠近交流电源10的位置，设置有分别检测从交流电源10供给至电源电路26的交流电的电流波形及电压波形的交流电流检测部21及交流电压检测部22。交流电流检测部21及交流电压检测部22相当于检测单元。交流电流检测部21由插入到从交流电源10朝向主电路继电器23的导线中的分流电阻构成，根据分流电阻的两端之间的电压即电压信号，输出所检测到的电流波形。另一方面，交流电压检测部22由配置于连接交流电源10和主电路继电器23的一对导线之间的分压电阻构成，根据被分压电阻分压的电压即电压信号，输出检测到的电压波形。在此，交流电源10为单相，在三相的情况下，由分别插入三根导线中的两根导线的两个分流电阻构成交流电流检测部21，由设置于三根导线中的一根和其余两根中的每一根之间的两组分压电阻构成交流电压检测部22。设置有输入由交流电流检测部21及交流电压检测部22分别检测出的电流波形及电压波形的检测处理部40。在此，说明了利用插入导线中的分流电阻检测交流电的电流波形的情况，但在本发明中可利用的电流波形的检测方法不限于使用分流电阻的方法。作为交流电流检测部21，也可以使用利用霍尔元件检测电流波形的检测部或者通过变流器等检测电流波形的检测部。

检测处理部40由具有模拟/数字(A/D)转换功能的CPU〈中央处理装置〉或微型处理器构成，逻辑上具备检测存储部41及电力计算部42。检测存储部41及电力计算部42分别相当于检测存储单元及电力计算单元。检测存储部41分别对表示电流波形的电压信号和表示电压波形的电压信号进行模拟/数字转换，根据它们的电流波形及电压波形计算电流及电压各自的有效值，并且存储电流波形及电压波形。在有效值的计算中，为了避免波形失真的影响，优选累计瞬时值求取有效值，而非单纯地基于峰值求取有效值。检测存储部41也可以检测电流波形及电压波形各自的零交叉点。电力计算部42通过将检测到的电流和电压相乘或对电流波形中的瞬时值和电压波形中的瞬时值的积进行积分，计算并存储从交流电源10输入的电力。在不需要输入电力的计算时，也可以不一定设置电力计算部42。

本实施方式的机器人控制器还具备进行主电路继电器23、短路继电器25及开关元件33的控制的电源控制部45。电源控制部45例如由CPU或微型处理器构成，经由信号线与检测处理部40及主控制部50连接。特别是在本实施方式中，电源控制部45具备异常检测部46，其基于由检测处理部40检测到的电流、电压及电力或者存储于检测处理部40的电流波形、电压波形等检测交流电源10中的异常。异常检测部46相当于异常检测单元。异常检测部46在检测到交流电源10中的异常时，能够经由主控制部50通知上位装置异常的发生。另外，根据经由主控制部50从上位装置输入的要求，朝向上位装置输出计算出的电流、电压及电力的值或者储存于检测处理部40的电流波形、电压波形或电力波形等。由交流电流检测部21、交流电压检测部22、检测处理部40及异常检测部46构成基于本发明的电源测量控制电路。

通过这样在机器人控制器中设置电源测量控制电路，无需使用示波器或电流探头、电力计等通用的测量器，能够按每个机器人或按每个机器人的动作求取：来自交流电源10的电源输入电压的有效值、最大值及波形；电源输入电流的有效值、最大值及波形；以及输入电力。通过检测电源输入电流、电源输入电压，能够检测超过允许输入电流或过电压、降压的发生等。只要使用输入电力，就能够求取机器人的马达60中的发热或电力消耗的估值，还能够检测超过允许电力的情况等。当根据峰值所估计的有效值与对波形上的瞬时值进行积分所获得的有效值有显著偏差时，能够判断交流电源10中的波形失真较大。

接下来，说明本实施方式中的电源控制部45对主电路继电器23、短路继电器25及开关元件33的控制。首先，说明开关元件33的控制。在来自马达60的再生电流从伺服驱动器51流向电源电路26侧时，电源电路26的输出侧的直流电压上升。当该直流电压过于上升时，有可能超过与电源电路26连接的元件、设备的耐电压。设置于电源电路26的输出侧的直流电压检测器30检测的电压输入到电源控制部45，直流电压检测器30中的检测电压一旦超过阈值，电源控制部45就向开关元件33即晶体管的基极输出信号而使晶体管成为导通状态，使再生能量被放电电阻32消耗。由于通过消耗再生能源，电源电路26的输出侧的电压降低，因此当直流电压检测器30的检测电压降低时，电源控制部45将晶体管控制为截止状态，使放电电阻32对再生能源的消耗中止。由此，电源电路26的输出侧的直流电压总是保持在阈值以下。

当闭合主电路继电器23的触点并启动电源电路26时，有可能在电源电路26的平滑电容器28中流过大的浪涌电流，在电源电路26的输入侧设置有限制浪涌电流用的电阻24。由于平滑电容器28的充电电压充分上升之后不再需要浪涌电流的限制，所以需要用短路继电器25使电阻24的两端短路。电源控制部45构成为能够驱动短路继电器25的线圈25a，自主电路继电器23的触点闭合例如经过规定时间以后，或者由直流电压检测器30检测的平滑电容器28的充电电压一旦超过规定值，则进行闭合短路继电器25的触点的控制。由于电源控制部45经由检测处理部40可以了解来自交流电源10的交流电的电压波形或电流波形上的过零定时，所以能够以交流电的波形上的零交叉点附近的定时进行闭合短路继电器25的触点的控制。通过在交流电的波形上的零交叉点附近的定时闭合短路继电器14的触点，在闭合触点的瞬间流过触点的电流变小，所以能够降低触点的损耗。

从工业用机器人中的安全保障的角度来看，主电路继电器23的触点原则上由安全输出信号来控制。在本实施方式中，安全控制信号也被供给至电源控制部45，因此，电源控制部45能够经由检测处理部40了解来自交流电源10的交流电的电压波形上的过零定时。于是，也可以是，电源控制部45在输出安全输出信号并且与交流电的电压波形上的零交叉点同步的定时进行闭合主电路继电器23的触点的控制，而非根据安全输出信号本身进行闭合主电路继电器12的触点的控制。通过在交流电的电压波形上的零交叉点附近的定时闭合主电路继电器23的触点，在闭合触点的瞬间流过触点的电流变小，所以能够减少主电路继电器23的触点的损耗。

即使在因紧急停止等原因而导致安全输出信号关闭且必须打开主电路继电器23的触点时，也在零交叉点附近打开触点，通过打开触点，必须切断的电流变小，所以能够抑制触点处的电弧放电的发生，能够减少触点的损耗。当因紧急停止等必须打开主电路继电器23的触点时，电源控制部45能够进行如下控制：在交流电的波形上的零交叉点的附近首先打开短路继电器25的触点，接着，在交流电的波形上的零交叉点附近打开主电路继电器23的触点。只要像这样控制，就能够防止两个继电器23、25的触点的损耗。另外，该控制能够在交流电的一个循环周期的时间内结束，不会给紧急停止时的安全保障带来障碍。

如以上说明的那样，根据本实施方式，检测从交流电源10输入的交流电的电流波形及电压波形并求取电流及电压，通过存储这些波形并能够检测电力，能够检测工业用机器人的驱动所使用的交流电源10的异常等，而无需带入通用的测量仪器等。另外，能够了解机器人的大致的消耗电力等，并且能够在过零定时进行各继电器23、25的触点的打开/闭合，能够减少继电器23、25的触点的损耗。

Claims (12)

1.一种电源测量控制电路，其监视用于工业用机器人的驱动的外部电源即交流电源并检测异常，具有：

检测单元，所述检测单元处于供给或切断向所述工业用机器人供给的交流电的主电路继电器和所述交流电源之间，并检测来自所述交流电源的所述交流电的电流波形及电压波形；

检测存储单元，所述检测存储单元存储由所述检测单元检测出的所述电流波形及所述电压波形，且根据所述电流波形及所述电压波形计算电流及电压；以及

异常检测单元，所述异常检测单元与所述检测存储单元连接，并检测所述交流电源中的异常。

2.根据权利要求1所述的电源测量控制电路，其中，

还具备电力计算单元，所述电力计算单元基于所述电流波形及所述电压波形或基于所述电流及所述电压计算电力。

3.根据权利要求1所述的电源测量控制电路，其中，

所述异常检测单元在检测到所述异常时通知上位装置。

4.根据权利要求2所述的电源测量控制电路，其中，

所述异常检测单元在检测到所述异常时通知上位装置。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电源测量控制电路，其中，

所述检测存储单元检测所述交流电中的零交叉点。

6.一种机器人控制器，从交流电源供给交流电并进行工业用机器人的驱动和控制，具有：

主电路继电器，所述主电路继电器供给或切断向所述工业用机器人供给的电力；

检测单元，所述检测单元处于所述主电路继电器和所述交流电源之间，并检测所述交流电的电流波形及电压波形；

检测存储单元，所述检测存储单元存储由所述检测单元检测出的所述电流波形及所述电压波形，并根据所述电流波形及所述电压波形计算电流及电压；以及

异常检测单元，所述异常检测单元与所述检测存储单元连接，并检测所述交流电源中的异常。

7.根据权利要求6所述的机器人控制器，其中，

还具备电力计算单元，所述电力计算单元基于所述电流波形及所述电压波形或基于所述电流及所述电压计算电力。

8.根据权利要求6所述的机器人控制器，其中，

所述异常检测单元在检测到所述异常时通知上位装置。

9.根据权利要求7所述的机器人控制器，其中，

所述异常检测单元在检测到所述异常时通知上位装置。

10.根据权利要求6～9中任一项所述的机器人控制器，其中，还具有：

对所述交流电进行整流的整流电路和设置于所述整流电路的输出侧的电源电路；

设置于所述主电路继电器和所述电源电路之间的浪涌电流防止用的电阻；

使所述电阻的两端短路的短路继电器；以及

控制所述短路继电器的电源控制单元，

所述检测存储单元检测所述电流波形及所述电流波形中的至少一方上的零交叉点，

所述电源控制单元与所述零交叉点同步进行闭合所述短路继电器的触点的控制。

11.根据权利要求10所述的机器人控制器，其中，

所述电源控制单元与所述零交叉点同步进行闭合所述主电路继电器的触点的控制及打开所述主电路继电器的触点的控制中的至少一种控制。

12.根据权利要求11所述的机器人控制器，其中，

所述电源控制单元在进行打开所述主电路继电器的触点的控制时，与所述零交叉点同步进行打开所述短路继电器的触点的控制之后，与所述零交叉点同步进行打开所述主电路继电器的触点的控制。

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