CN116209548A - 电流限制装置、机器人系统以及电流限制方法 - Google Patents

电流限制装置、机器人系统以及电流限制方法 Download PDF

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CN116209548A CN202180061653.9A CN202180061653A CN116209548A CN 116209548 A CN116209548 A CN 116209548A CN 202180061653 A CN202180061653 A CN 202180061653A CN 116209548 A CN116209548 A CN 116209548A
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Abstract

该电流限制装置(21)具备将向驱动部(14)通电的电流限制在电流限制值的范围内的电流限制部(23)，电流限制值设定为根据驱动部(14)的加速度而变化。

Description

电流限制装置、机器人系统以及电流限制方法
技术领域
本公开涉及电流限制装置、机器人系统以及电流限制方法，特别涉及限制向驱动部通电的电流的电流限制装置、机器人系统以及电流限制方法。
背景技术
以往，公知有设定了向马达通电的电流的上限值的机器人。例如日本特开2008-73790号公报中公开有这样的机器人。
日本特开2008-73790号公报中公开有如下机器人，即具备：多个连杆经由关节而连接的机器人主体；设置于机器人主体的关节的马达；以及使马达的旋转减速的减速部。该机器人中设置有计测向马达通电的电流的电流计测单元。而且，基于在机器人主体静止时由电流计测单元计测到的电流值，设定向马达通电的电流的上限值。具体而言，根据在机器人静止时维持规定姿势所需要马达的扭矩，设定电流的一定的上限值。由此，能够根据机器人的姿势而适当地限制给予关节的驱动扭矩。
专利文献1：日本特开2008-73790号公报
在日本特开2008-73790号公报所记载那样的、设置有使马达的旋转减速的减速部的现有的机器人中，在从马达到减速部之间存在惯量(马达自身的惯量、减速部的齿轮的惯量等)。这里，扭矩用惯量与加速度的积表示，因此，在使由马达驱动的臂的运动加速(增大加速度)的情况下，若惯量较大，则相应地，所需要的扭矩变大。即，需要增大向马达通电的电流来增大马达所产生的扭矩。然而，如日本特开2008-73790号公报那样，在对向马达通电的电流设定有一定的上限值的情况下，存在即使向马达通电电流的上限值，马达也无法产生充分的扭矩的情况。因此，在从马达到减速部(驱动力传递部)之间的惯量较大的情况下，存在无法充分地加速由马达(驱动部)驱动的部件(臂等)的问题。
发明内容
本公开是为了解决上述课题而完成的，本公开的一个目的是提供一种即使在从驱动部到驱动力传递部之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由驱动部驱动的部件的电流限制装置、机器人系统以及电流限制方法。
为了实现上述目的，本公开的第一形态的电流限制装置是限制向经由驱动力传递部传递驱动力的驱动部通电的电流的电流限制装置，其中，具备将向驱动部通电的电流限制在电流限制值的范围内的电流限制部，电流限制值设定为根据驱动部的加速度而变化。这里，“驱动部”是包括马达、比例螺线管等的概念。另外，“加速度”是不仅包括通常的加速度还包括角加速度的概念。
在本公开的第一形态的电流限制装置中，如上所述，向驱动部通电的电流的电流限制值设定为根据驱动部的加速度而变化。由此，即使在从驱动部到驱动力传递部之间的惯量较大的情况下，也能够根据驱动部的加速度，使电流限制值变化，从而使驱动部产生充分的扭矩。其结果是，即使在从驱动部到驱动力传递部之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由驱动部驱动的部件(臂等)。
本公开的第二形态的机器人系统具备：机器人；和机器人控制部，控制机器人，机器人包括：关节；马达，设置于关节；以及减速部，使马达的旋转减速，机器人控制部包括电流限制部，上述电流限制部将向马达通电的电流限制在电流限制值的范围内，电流限制值设定为根据马达的加速度而变化。
在本公开的第二形态的机器人系统中，如上所述，向马达通电的电流的电流限制值设定为根据马达的加速度而变化。由此，即使在从马达到减速部之间的惯量较大的情况下，也能够根据马达的加速度，使电流限制值变化，从而使马达产生充分的扭矩。其结果是，能够提供一种即使在从马达到减速部之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由马达驱动的臂的机器人系统。
本公开的第三形态的电流限制方法是限制向经由驱动力传递部传递驱动力的驱动部通电的电流的电流限制方法，其中，具备如下步骤：取得驱动部的加速度；基于已取得的驱动部的加速度，设定向驱动部通电的电流的电流限制值；以及在已设定的电流限制值的范围内，向驱动部通电。
本公开的第三形态的电流限制方法，如上所述，具备如下步骤：基于已取得的驱动部的加速度，设定向驱动部通电的电流的电流限制值。由此，即使在从驱动部到驱动力传递部之间的惯量较大的情况下，也能够根据驱动部的加速度，使电流限制值变化，从而使驱动部产生充分的扭矩。其结果是，能够提供一种即使在从驱动部到驱动力传递部之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由驱动部驱动的部件(臂等)的电流限制方法。
根据本公开，如上所述，即使在从驱动部到驱动力传递部之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由驱动部驱动的部件。
附图说明
图1是表示本公开的一个实施方式的机器人系统的结构的图。
图2是本公开的一个实施方式的机器人控制部的框图。
图3是本公开的一个实施方式的机器人控制部的控制框图。
图4是用于对电流限制值的绝对值变小的状态进行说明的图(1)。
图5是用于对电流限制值的绝对值变小的状态进行说明的图(2)。
图6是用于对本公开的一个实施方式的电流限制方法进行说明的流程图。
图7是表示变形例的医疗用机器人的结构的图。
图8是表示变形例的机器人控制部的结构的框图(1)。
图9是表示变形例的机器人控制部的结构的框图(2)。
具体实施方式
以下，基于附图，对将本公开具体化而得到的本公开的一个实施方式进行说明。
参照图1～图6，对本实施方式的机器人系统100的结构进行说明。
如图1所示，机器人系统100具备：机器人10；机器人控制部20，控制机器人10。机器人10例如是6轴机器人。另外，机器人10例如是工业用机器人。
如图1所示，机器人10包括臂11。臂11具有关节12。关节12设计有多个。例如设置有6个关节12(关节12a～12f)。另外，臂11安装于基台13。关节12a构成为能够绕在铅直方向上延伸的轴线L1转动。关节12b构成为能够绕在水平方向上延伸的轴线L2转动。关节12c构成为能够绕相对于轴线L2平行地延伸的轴线L3转动。
关节12d构成为能够绕与轴线L3正交的轴线L4转动。关节12e构成为能够绕与轴线L4正交的轴线L5转动。关节12f构成为能够绕与轴线L5正交的轴线L6转动。
如图2所示，在多个关节12a～12f分别设置有马达14a～14f。另外，在马达14a～14f分别设置有传递马达14a～14f各自的驱动力的减速部15a～15f。减速部15a～15f分别将马达14a～14f的旋转减速并进行传递。由此，关节12a～12f转动。以下，存在将马达14a～14f统称为马达14的情况。另外，存在将减速部15a～15f统称为减速部15的情况。此外，马达14(14a～14f)是技术方案中的“驱动部”的一个例子。另外，减速部15(15a～15f)是技术方案中的“驱动力传递部”的一个例子。
在马达14a～14f分别设置有编码器16a～16f。编码器16a～16f检测马达14a～14f各自的输出轴17a～17f的角度位置。检测到的输出轴17a～17f的角度位置发送至后述的位置/速度控制部22。以下，存在将编码器16a～16f统称为编码器16的情况。另外，存在将输出轴17a～17f统称为输出轴17的情况。
另外，在机器人控制部20中，设置有限制向马达14通电的电流的电流限制装置21，马达14经由减速部15传递驱动力。电流限制装置21包括：位置/速度控制部22；和电流限制部23，将向马达14通电的电流限制在电流限制值的范围内。
位置/速度控制部22与马达14a～14f的每一个电连接，向各马达14a～14f流动电流，控制从各马达14a～14f输出的扭矩。另外，位置/速度控制部22包括位置控制部22a(参照图3)和速度控制部22b(参照图3)。另外，位置/速度控制部22与存储部24连接。在存储部24中，存储有用于驱动各马达14a～14f的程序。
另外，电流限制部23包括分别设置于多个马达14a～14f的电流限制部23a～23f。另外，在各电流限制部23a～23f与马达14a～14f之间，设置有放大器25a～25f。以下，存在将放大器25a～25f统称为放大器25的情况。
接下来，参照图3，对马达14的扭矩控制进行说明。
位置/速度控制部22从存储部24(上位命令装置)取得关节12的位置指令值(时程指令位置(日文：時刻歴指令位置))。然后，位置控制部22a算出已取得的位置指令值与从关节12的编码器16所得到的角度位置(实际角度位置)的偏差。然后，位置控制部22a将算出的偏差乘以位置增益。另外，位置控制部22a对位置指令值进行微分来算出作为关节12的目标速度的速度指令值。
接下来，速度控制部22b将乘以了上述位置增益的偏差和速度指令值相加，并且从该相加值减去对实际角度位置进行微分而得到的实际角速度来算出速度偏差。然后，速度控制部22b将算出的速度偏差乘以速度增益。由此，速度控制部22b生成与从马达14输出的目标扭矩相应的目标电流值。
然后，速度控制部22b向电流限制部23发送已生成的目标电流值。在发送的目标电流值在电流限制值的范围内的情况下，电流限制部23将目标电流值保持原样地向放大器25发送。另一方面，在发送的目标电流值在电流限制值的范围外的情况下，电流限制部23将目标电流值限制为电流限制值的范围内的值，向放大器25发送。
这里，电流限制值是速度的函数，包括：马达14正方向旋转时的电流限制值Ilim+i；和马达14负方向旋转时的负侧的电流限制值Ilim-i。使用乘以了三次滤波(日文：フィルタ)后的速度指令作为电流限制值Ilim+i及电流限制值Ilim-i的函数的参照速度。此外，下标“i”表示机器人10的轴线的编号。
在本实施方式中，速度指令被乘以了包含考虑了速度控制的延迟的传递函数的滤波。具体而言，乘以滤波后的速度指令被乘以了考虑了速度控制的延迟的由以下传递函数构成的滤波。这里，若将乘以滤波前的速度指令设为vcomi[rad/s]，将乘以滤波后的速度指令设为vcom_fili[rad/s]，则vcom_fili用下述式子表示。
[数式1]
Figure BDA0004114907070000051
这里，Kvffi及Kpi分别是速度前馈增益和位置增益。因此，若速度前馈增益为1，则vcomi[rad/s]和vcom_fili[rad/s]一致。
(通常时的电流限制值)
这里，在本实施方式中，在减速部15通常时，电流限制值(正侧的电流限制值Ilim_new_com+i、负侧的电流限制值Ilim_new_com-i)设定为根据马达14的加速度而变化。另外，电流限制值设定为根据从对马达14的速度指令(由位置控制部22a算出的速度指令值，参照图3)算出的加速度而变化。
具体而言，将正侧的电流限制值Ilim+i及负侧的电流限制值Ilim-i加上用下述式子表示的Iai[Arms]，从而正侧的电流限制值Ilim+i及负侧的电流限制值Ilim-i设定为根据马达14的加速度而变化。
[数式2]
Iai＝acom_fili×Ri×(Ii1+Ii2)/Kti
这里，acom_fili是通过对vcom_fili进行微分而求出的加速度[rad/s2]。Ri是减速部15的减速比，Ii1是马达14的惯量[kgm2]。Ii2是驱动系统的惯量[kgm2]。Kti是马达14的扭矩常量[Arms/Nm]。因此，已设定为根据马达14的加速度而变化的电流限制值Ilim_new_com+i及电流限制值Ilim_new_com-i通过下述式子表示。
[数式3]
Ilim_new_com+i＝Ilim+i+Iai
Ilim_new_com-i＝Ilim-i+Iai
此外，电流限制值Ilim_new_com+i是技术方案中的“第一电流限制值”及“第一正侧电流限制值”的一个例子。另外，电流限制值Ilim_new_com-i是技术方案中的“第一电流限制值”及“第一负侧电流限制值”的一个例子。
即，在本实施方式中，电流限制值Ilim_new_com+i及电流限制值Ilim_new_com-i基于马达14的加速度acom_fili、和从马达14到减速部15的惯量Ii1及Ii2而设定。
另外，在本实施方式中，正侧的电流限制值Ilim_new_com+i及负侧的电流限制值Ilim_new_com-i设定为根据马达14的加速度而变大。即，在上述数式3中的Iai为正值的情况下，正侧的电流限制值Ilim_new_com+i及负侧的电流限制值Ilim_new_com-i根据马达14的加速度而变大。换言之，正侧的电流限制值Ilim_new_com+i的绝对值变大时，负侧的电流限制值Ilim_new_com-i的绝对值变小。
参照图4及图5，对马达14向正方向旋转的情况下的动作进行说明。在期间t1内，马达14的旋转速度上升。即，上述数式2中的acom_fili具有正的值。该情况下，上述数式3中的Iai成为正的值，正侧的电流限制值Ilim_new_com+i变大。
另一方面，在本实施方式中，向与沿妨碍马达14的驱动的朝向施加的外力(具体而言，重力)对抗的一侧产生马达14的力或力矩的情况下，电流限制值设定为根据马达14的加速度而变小。例如，如图4所示，在使机器人10的臂11向上方向侧减速并转动的情况下，由于重力，即使马达14不产生扭矩，臂11也减速。然而，在臂11的减速度比由重力导致的扭矩的减速度小的情况下，马达14需要向对抗重力的一侧(向上方向侧转动的一侧，参照图4的箭头)产生扭矩。该情况下，如图5的期间t2所示，正侧的电流限制值Ilim_new_com+i变小。此外，在图5中示出了正侧的电流限制值Ilim_new_com+i及负侧的电流限制值Ilim_new_com-i阶梯性地变化，但实际上加速度平滑地变化，因此正侧的电流限制值Ilim_new_com+i及负侧的电流限制值Ilim_new_com-i的变化也是平缓的。
(异常时的电流限制值)
在臂11干涉这样的情况下，存在速度指令和来自编码器16的速度的反馈值分歧的情况。该情况下，尽管实际上臂11已停止，但速度指令是臂11正被加速的状态。因此，在上述的通常时的电流限制值中，存在电流限制值过大的情况，存在对减速部15等给予过大的负荷的可能性。
因此，在本实施方式中，在减速部15异常时，电流限制值(正侧的电流限制值Ilim_new_fb+i及负侧的电流限制值Ilim_new_fb-i)设定为根据从马达14的速度的反馈值算出的加速度而变化。此外，正侧的电流限制值Ilim_new_fb+i是技术方案中的“第二电流限制值”及“第二正侧电流限制值”的一个例子。另外，负侧的电流限制值Ilim_new_fb-i是技术方案中的“第二电流限制值”及“第二负侧电流限制值”的一个例子。
具体而言，首先，通过对反馈的速度vfbi进行微分来算出加速度afbi[rad/s2]。
[数式4]
Iafbi＝afbi×Ri×(Ii1+Ii2)/Kti
这里，Kti是马达14的扭矩常量[Nm/Arms]。
然后，将电流限制值的函数的参照速度作为反馈的速度而算出的正侧的电流限制值Ilim_fb+i及负侧的电流限制值Ilim_fb-i加上加速度afbi[rad/s2]，从而算出正侧的电流限制值Ilim_new_fb+i及负侧的电流限制值Ilim_new_fb-i。
[数式5]
Ilim_new_fb+i＝Ilim_fb+i+Iafbi
Ilim_new_fb-i＝Ilim_fb-i+Iafbi
另外，将分别使正侧的电流限制值Ilim_fb+i及负侧的电流限制值Ilim_fb-i乘以滤波而得到的值作为正侧的电流限制值Ilim_fb_fil+i[Arms]及负侧的电流限制值Ilim_fb_fil-i[Arms]。然后，基于下述数式6，算出通常时的电流限制值(基于速度指令的电流限制值)与异常时的电流限制值(基于反馈值的电流限制值)的差分(ΔTlim_new+i及ΔTlim_new-i)。
[数式6]
ΔIlim_new+i＝(Ilim_new_com+i)-(Ilim_fb_fil+i)
ΔIlim_new-i＝(Ilim_new_com-i)-(Ilim_fb_fil-i)
ΔTlim_new+i＝ΔIlim_new+i×Ri×Kti
ΔTlim_new-i＝ΔIlim_new-i×Ri×Kti
上述差分(ΔTlim_new+i、ΔTlim_new-i)变大是基于速度指令的电流限制值与基于反馈值的电流限制值的差变大，若该差超过允许值，则存在对减速部15等造成损伤的情况。
然后，在本实施方式中，在根据通常时的电流限制值(基于速度指令的电流限制值)与异常时的电流限制值(基于反馈值的电流限制值)的差分算出的扭矩限制值的差(ΔTlim_new+i及ΔTlim_new-i)的绝对值为规定值以上的情况下，使用异常时的电流限制值作为电流限制值，在差分不足规定值的情况下，使用通常时的电流限制值。
另外，在本实施方式中，预先设定有：减速部15通常时的输出轴的力或力矩(在本实施方式中为扭矩)的允许值TGi；和减速部15异常时的输出轴的力或力矩的允许值TGmaxi。而且，规定值包括：通常时的力或力矩的允许值TGi与异常时的力或力矩的允许值TGmaxi的差分的绝对值|TGi-TGmaxi|。此外，允许值TGi相当于减速部15的允许加减速扭矩。另外，允许值TGmaxi相当于减速部15紧急停止时的瞬间最大扭矩。另外，也可以对允许值TGmaxi设定安全率。
更详细而言，在本实施方式中，如下述数式7所示，根据基于速度指令的正侧的电流限制值与基于反馈值的正侧的电流限制值的差分而算出的扭矩限制值的差的绝对值|ΔTlim_new+i|为|TGi-TGmaxi|以上、或者根据基于速度指令的负侧的电流限制值与基于反馈值的负侧的电流限制值的差分而算出的扭矩限制值的差的绝对值|ΔTlim_new-i|为|TGi-TGmaxi|以上，并且，电流指令为基于反馈值的正侧的电流限制值以上且基于速度指令的正侧的电流限制值为基于反馈值的正侧的电流限制值以上、或者电流指令为基于反馈值的负侧的电流限制值以下且基于速度指令的负侧的电流限制值为基于反馈值的负侧的电流限制值以下，在该情况下，使用基于反馈值的电流的电流限制值作为电流限制值。此外，具体而言，基于下述数式7，判断使用基于速度指令的电流限制值和基于反馈值的电流限制值中的哪一个。
[数式7]
|TGmaxi-TGi|≤|ΔTlim_new+i|或|TGmaxi-TGi|≤|ΔTlim_new-i|，并且
Icomi≥Ilim_new_fb_fil+i且Ilim_new_com+i≥Ilim_new_fb_fil+i
或Icomi≤Ilim_new_fb_fil-i且Ilim_new_com-i≤Ilim_new_fb_fil-i
具体而言，当在机器人10的任意一个关节12，满足了上述数式7的关系的情况下，在全部的关节12，使用基于反馈值的正侧的电流限制值Ilim_new_fb_fil+i及负侧的电流限制值Ilim_new_fb_fil-i。另一方面，在未满足上述数式7的关系的情况下，使用基于速度指令的正侧的电流限制值Ilim_new_com+i及负侧的电流限制值Ilim_new_com-i。
另外，在本实施方式中，如下述数式8所示，在使用基于反馈值的电流的电流限制值作为电流限制值的情况下，在以规定时间基于反馈值的电流限制值Ilim_new_fb_fil+i大于电流指令Icomi、且电流限制值Ilim_new_com+i大于电流指令Icomi、且电流限制值Ilim_new_fb_fil-i小于电流指令Icomi、且电流限制值Ilim_new_com-i小于电流指令Icomi的情况下，切换为使用基于速度指令的电流限制值(Ilim_new_com+i及Ilim_new_com-i)作为电流限制值。
[数式8]
Ilim_new_fb_fil+i＞Icomi，且
Ilim_new_com+i＞Icomi，且
Ilim_new_fb_fil-i＜Icomi，且
Ilim_new_com-i＜Icomi
此外，具体而言，当在机器人10的全部轴线(关节12)中，上述数式8的条件连续满足规定时间的情况下，切换为使用基于速度指令的电流限制值(Ilim_new_com+i及Ilim_new_com-i)作为电流限制值。
接下来，参照图6，对限制向经由减速部15传递驱动力的马达14通电的电流的电流限制方法进行说明。
在步骤S1中，取得马达14的加速度。具体而言，对来自上位命令装置的时程指令位置进行2阶微分来取得加速度。另外，基于从编码器16取得的马达14的输出轴17的角度位置，取得马达14的加速度。
在步骤S2中，基于上述数式7，判断使用基于速度指令的电流限制值和基于反馈值的电流限制值中的哪一个。
在步骤S2中，判断为使用基于速度指令的电流限制值的情况下，在步骤S3中，基于根据速度指令取得的马达14的加速度，设定通过上述数式3得出的向马达14通电的电流的电流限制值。然后，进入步骤S6。
在步骤S2中，判断为使用基于反馈值的电流限制值的情况下，在步骤S4中，基于根据反馈值取得的马达14的加速度，设定通过上述数式5得出的向马达14通电的电流的电流限制值。
在进入了步骤S4的情况下，在步骤S5中，基于上述数式8，判断是否切换为基于速度指令的电流限制值。当在步骤S5中为是的情况下，在步骤S3中，基于根据速度指令取得的马达14的加速度，设定通过上述数式3得出的向马达14通电的电流的电流限制值。当在步骤S5中为否的情况下，进入步骤S6。
在步骤S6中，在已设定的电流限制值的范围内，向马达14通电。在马达14动作期间，反复进行上述步骤S1～S6的动作。
[本实施方式的效果]
在本实施方式中，能够得到以下的效果。
(电流限制装置及机器人的效果)
在本实施方式中，如上所述，向马达14通电的电流的电流限制值设定为根据马达14的加速度而变化。由此，即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，也能够使电流限制值根据马达14的加速度而变化，从而使马达14产生充分的扭矩。其结果是，即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由马达14驱动的部件(臂11)。
另外，在本实施方式中，如上所述，电流限制值设定为根据马达14的加速度而变大。由此，即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，电流限制值也根据马达14的加速度而变大，因此能够使马达14产生充分的扭矩。其结果是，能够充分地加速由马达14驱动的部件(臂11)。
另外，在本实施方式中，如上所述，向与沿妨碍马达14的驱动的朝向施加的外力对抗的一侧产生马达14的力或力矩(在本实施方式中为扭矩)的情况下，电流限制值设定为根据马达14的加速度而变小。这里，在由马达14驱动的部件(臂11)的减速的程度比由于重力而减速的程度小的情况下，向对抗重力的一侧(上方向侧)产生马达14的力或力矩。因此，通过构成为上述那样，能够抑制马达14过度地对抗重力地动作，因此能够抑制过度的力作用于减速部15。
另外，在本实施方式中，如上所述，电流限制值基于马达14的加速度、和从马达14到减速部15的惯量而设定。这里，扭矩用惯量与加速度的积表示，因此通过基于马达14的加速度和从马达14到减速部15的惯量来设定电流限制值，而能够将电流限制值适当地设定为能够输出所希望的扭矩。
另外，在本实施方式中，如上所述，电流限制值包括设定为根据从对马达14的速度指令算出的加速度而变化的电流的电流限制值(正侧的电流限制值Ilim_new_com+i、负侧的电流限制值Ilim_new_com-i)。由此，能够基于对马达14的速度指令，容易地设定电流的电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，速度指令被乘以了包含考虑了速度控制的延迟的传递函数的滤波。由此，以适应速度控制的延迟的方式修正速度指令，因此能够根据从已修正的速度指令算出的加速度，适当地设定电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，电流限制值包括设定为根据从马达14的速度的反馈值算出的加速度而变化的电流的电流限制值(正侧的电流限制值Ilim_new_fb+i及负侧的电流限制值Ilim_new_fb-i)。这里，在由马达14驱动的部件(臂11)与周围的物体干涉而停止的情况下等，速度指令(使由马达14驱动的部件进一步移动的指令值)与反馈值(停止了的状态)的分歧变大。该情况下，如上所述，通过使用设定为根据从马达14的速度的反馈值算出的加速度而变化的电流限制值，而能够基于由马达14驱动的部件的实际状态，适当地设定电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，在减速部15通常时，使用基于速度指令的电流限制值作为电流限制值，在减速部15异常时，使用基于反馈值的电流限制值作为电流限制值。由此，在减速部15通常时，能够抑制电流限制值振动，并且在减速部15异常时，能够基于由马达14驱动的部件的实际状态来适当地设定电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，在根据基于速度指令的电流限制值与基于反馈值的电流限制值的差分算出的扭矩限制值的差的绝对值为规定值以上的情况下，使用基于反馈值的电流限制值作为电流限制值，在差分不足规定值的情况下，使用基于速度指令的电流限制值作为电流限制值。由此，扭矩限制值的差的绝对值反映速度指令与反馈值的分歧的大小，因此能够基于分歧的大小，适当地使用基于速度指令的电流限制值或者基于反馈值的电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，基于速度指令的电流限制值包括马达14正方向驱动时的电流限制值Ilim_new_com+i和马达14负方向驱动时的电流限制值Ilim_new_com-i；基于反馈值的电流限制值包括正方向驱动时的电流限制值Ilim_new_fb+i(Ilim_new_fb2+i)和负方向驱动时的电流限制值Ilim_new_fb-i(Ilim_new_fb2-i)。由此，能够在马达14向正方向产生扭矩时和向负方向产生扭矩时都适当地设定电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，基于上述数式7，使用基于速度指令的电流限制值或者基于反馈值的电流限制值。由此，基于上述差分的绝对值，检测出速度指令与反馈值的分歧较大，除此之外，还附加电流指令在基于反馈值的电流限制值的范围外、以及基于速度指令的电流限制值在基于反馈值的电流限制值的范围外的条件，因此能够抑制错误地使用基于反馈值的电流限制值作为电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，基于上述数式8，切换为使用基于速度指令的电流限制值。由此，电流指令处于基于速度指令的电流限制值的范围内规定时间，因此能够切换为基于适当的速度指令的电流限制值作为电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，预先设定有：减速部15通常时的输出轴的力或力矩(在本实施方式中为扭矩)的允许值TGi；和减速部15异常时的输出轴的力或力矩的允许值TGmaxi。而且，规定值包括通常时的力或力矩的允许值TGi与异常时的力或力矩的允许值TGmaxi的差分的绝对值|TGi-TGmaxi|。由此，能够基于减速部15的允许值，容易地判断使用基于速度指令的电流限制值和基于反馈值的电流限制值中的哪一个作为电流限制值。
另外，在本实施方式中，如上所述，马达14设置于机器人10的关节12。由此，对于设置于机器人10的关节12的马达14，即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由马达14驱动的部件。
(电流限制方法的效果)
在本实施方式中，如上所述，电流限制方法具备如下步骤：基于已取得的马达14的加速度，设定向马达14通电的电流的电流限制值。由此，即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，也能够使电流限制值根据马达14的加速度而变化，从而使马达14产生充分的扭矩。其结果是，能够提供一种即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由马达14驱动的部件(臂11)的电流限制方法。
[变形例]
此外，应该理解为此次公开的实施方式在所有方面均是例示而不是限制性的。本公开的范围由权利要求示出而不是上述实施方式的说明，并且包括与权利要求等同的意义及范围内的全部变更(变形例)。
例如，在上述实施方式中，示出了在工业用机器人10中应用本公开的例子，但本公开并不局限于此。例如，如图7所示，也可以在医疗用机器人30中应用本公开。机器人30具备：定位器31(多关节机器人)；臂基座32；多个臂33。在多个臂33各自的前端安装有医疗器具34。本公开的电流限制装置21例如限制向定位器31(多关节机器人)、臂33的关节的马达14流动的电流。由此，在医疗用机器人30中，即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，也能够充分地加速由马达14驱动的臂33。
特别是在医疗用机器人30中，由于用于配置医疗用机器人30的空间有限、关节较多、为了减少碰撞时的冲击而需要降低驱动电压等原因，有时以高减速比使用低输出的马达14。该情况下，即使在从马达14到减速部15之间的惯量较大的情况下，如本公开那样使电流限制值根据马达14的加速度而变化来实现充分地加速由马达14驱动的臂33也是特别有效的。
另外，在上述实施方式中，示出了应用马达14作为本公开的“驱动部”的例子，但本公开并不局限于此。例如，也可以应用比例螺线管、线性马达、音圈以及球面致动器等致动器作为本公开的“驱动部”。另外，也可以应用磁粉离合器·制动器、磁滞离合器·制动器作为本公开的“驱动部”。
另外，在上述实施方式中，示出了使用基于速度指令的电流限制值、和基于速度的反馈值的电流限制值的例子，但本公开并不局限于此。例如，也可以仅使用基于速度指令的电流限制值和基于速度的反馈值的电流限制值中的任意一方。
另外，在上述实施方式中，示出了速度指令被乘以了包含考虑了速度控制的延迟的传递函数的滤波的例子，但本公开并不局限于此。例如，在没有速度控制的延迟的情况(或者延迟较小的情况)等下，也可以不将速度指令乘以包含考虑了速度控制的延迟的传递函数的滤波。
另外，在上述实施方式中，示出了对马达14a～14f共用地设置(一个)位置/速度控制部22的例子，但本公开并不局限于此。例如，如图8所示，也可以对马达14a～14f分别独立地设置位置/速度控制部122a～122f。
另外，在上述实施方式中，示出了分别独立地设置位置/速度控制部22和电流限制部23a～23f的例子，但本公开并不局限于此。例如，如图9所示，也可以设置一个包括位置/速度控制部和电流限制部的控制部26。
另外，在上述实施方式中，示出了电流限制部23设置于放大器25的上游侧的例子，但本公开并不局限于此。在本公开中，电流限制部23设置于连接位置/速度控制部22和马达14的线的任意位置(放大器25的输出侧、从编码器16反馈的线等)即可。
附图标记说明
10…机器人；12、12a～12f…关节；14、14a～14f…马达(驱动部)；15、15a～15f…减速部(驱动力传递部)；20…机器人控制部；21…电流限制装置；23、23a～23f…电流限制部；30…机器人(医疗用机器人)；100…机器人系统；Ilim_new_com+i…电流限制值(第一电流限制值、第一正侧电流限制值)；Ilim_new_com-i…电流限制值(第一电流限制值、第一负侧电流限制值)；Ilim_new_fb_fil+i…电流限制值(第二电流限制值、第二正侧电流限制值)；Ilim_new_fb_fil-i…电流限制值(第二电流限制值、第二负侧电流限制值)。

Claims (17)

1.一种电流限制装置，限制向驱动部通电的电流，所述驱动部通过流动电流而产生力或力矩，并经由驱动力传递部传递驱动力，
所述电流限制装置的特征在于，
具备电流限制部，所述电流限制部将向所述驱动部通电的电流限制在电流限制值的范围内，
所述电流限制值设定为根据所述驱动部的加速度而变化。
2.根据权利要求1所述的电流限制装置，其特征在于，
所述电流限制值设定为根据所述驱动部的加速度而变大。
3.根据权利要求1或2所述的电流限制装置，其特征在于，
向与沿妨碍所述驱动部的驱动的朝向施加的外力对抗的一侧产生所述驱动部的力或力矩的情况下，所述电流限制值设定为根据所述驱动部的加速度而变小。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的电流限制装置，其特征在于，
所述电流限制值基于所述驱动部的加速度、和从所述驱动部到所述驱动力传递部的惯量而设定。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的电流限制装置，其特征在于，
所述电流限制值包括第一电流限制值，所述第一电流限制值设定为根据从对所述驱动部的速度指令算出的加速度而变化。
6.根据权利要求5所述的电流限制装置，其特征在于，
所述速度指令被乘以了包含考虑了速度控制的延迟的传递函数的滤波。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的电流限制装置，其特征在于，
所述电流限制值包括第二电流限制值，所述第二电流限制值设定为根据从所述驱动部的速度的反馈值算出的加速度而变化。
8.根据权利要求7所述的电流限制装置，其特征在于，
所述电流限制值包括第一电流限制值，所述第一电流限制值设定为根据从对所述驱动部的速度指令算出的加速度而变化，
在所述驱动力传递部通常时，使用所述第一电流限制值作为所述电流限制值，在所述驱动力传递部异常时，使用所述第二电流限制值作为所述电流限制值。
9.根据权利要求8所述的电流限制装置，其特征在于，
在根据所述第一电流限制值与所述第二电流限制值的差分算出的扭矩限制值的差的绝对值为规定值以上的情况下，使用所述第二电流限制值作为所述电流限制值，在所述差分不足所述规定值的情况下，使用所述第一电流限制值作为所述电流限制值。
10.根据权利要求8或9所述的电流限制装置，其特征在于，
所述第一电流限制值包括：所述驱动部正方向驱动时的第一正侧电流限制值；和所述驱动部负方向驱动时的第一负侧电流限制值，
所述第二电流限制值包括：所述正方向驱动时的第二正侧电流限制值；和所述负方向驱动时的第二负侧电流限制值。
11.根据权利要求10所述的电流限制装置，其特征在于，
根据所述第一正侧电流限制值与所述第二正侧电流限制值的差分算出的扭矩限制值的差的绝对值为所述规定值以上、或者根据所述第一负侧电流限制值与所述第二负侧电流限制值的差分算出的扭矩限制值的差的绝对值为所述规定值以上，并且电流指令为所述第二正侧电流限制值以上且所述第一正侧电流限制值为所述第二正侧电流限制值以上、或者所述电流指令为所述第二负侧电流限制值以下且所述第一负侧电流限制值为所述第二负侧电流限制值以下，在该情况下，使用所述第二电流限制值作为所述电流限制值。
12.根据权利要求10或11所述的电流限制装置，其特征在于，
在使用所述第二电流限制值作为所述电流限制值的情况下，在以规定时间所述第二正侧电流限制值大于电流指令、并且所述第一正侧电流限制值大于所述电流指令、并且所述第二负侧电流限制值小于所述电流指令、并且所述第一负侧电流限制值小于所述电流指令的情况下，切换为使用所述第一正侧电流限制值及所述第一负侧电流限制值作为所述电流限制值。
13.根据权利要求9～12中的任一项所述的电流限制装置，其特征在于，
预先设定有：所述驱动力传递部通常时的输出轴的力或力矩的允许值；和所述驱动力传递部异常时的输出轴的力或力矩的允许值，
所述规定值包括所述通常时的力或力矩的允许值与所述异常时的力或力矩的允许值的差分的绝对值。
14.根据权利要求1～13中的任一项所述的电流限制装置，其特征在于，
所述驱动部包括设置于机器人的关节的马达。
15.根据权利要求14所述的电流限制装置，其特征在于，
所述机器人包括医疗用机器人。
16.一种机器人系统，其特征在于，具备：
机器人；和
机器人控制部，控制所述机器人，
所述机器人包括：
关节；
马达，设置于所述关节；以及
减速部，使所述马达的旋转减速，
所述机器人控制部包括电流限制部，所述电流限制部将向所述马达通电的电流限制在电流限制值的范围内，
所述电流限制值设定为根据所述马达的加速度而变化。
17.一种电流限制方法，限制向驱动部通电的电流，所述驱动部通过流动电流而产生力或力矩，并经由驱动力传递部传递驱动力，
所述电流限制方法的特征在于，具备如下步骤：
取得所述驱动部的加速度；
基于已取得的所述驱动部的加速度，设定向所述驱动部通电的电流的电流限制值；以及
在所述已设定的电流限制值的范围内，向所述驱动部通电。
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