CN1655079A

CN1655079A - 机械控制装置

Info

Publication number: CN1655079A
Application number: CNA2005100077432A
Authority: CN
Inventors: 岩下平辅; 谷口满幸; 堀内弘通
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2005-08-17
Also published as: EP1564611A2; EP1564611A3; US20050174086A1; JP2005229668A

Abstract

控制机械的伺服电机控制装置包含接收来自检测机械位置的编码器的信号的第1接收电路和接收由传感器单元发送的信号的第2接收电路。而且，使第1接收电路和第2接收电路为同一构成，使编码器及传感器单元与所述第1及第2接收电路之间的接口一致。

Description

机械控制装置

技术领域

本发明是涉及控制由伺服电机所驱动的机器人、工作机械等各种机械的机械控制装置。

背景技术

在机器人或工作机械等各种产业机械中，由伺服电机驱动该机械的可动部，根据来自检测该伺服电机或机械可动部的位置的编码器的反馈信号，进行位置环以及进一步进行速度环控制，驱动控制机械。

此外，例如由特开2002-215244号公报可知，该发明伴随机械的高速运转，为抑制机械振动的发生在机械上设置加速度传感器，根据来自该加速度传感器的信息，限制伺服电机的输出转矩，抑制机械的振动。

而且还可知，为了检测伺服电机上所承受的过负载等，设置用于检测伺服电机内部温度的温度传感器、设置检测机械温度的传感器。

图7是用方框图表示现有技术的机械控制装置构成的一个例子。此例子为在机械侧设置上述的加速度传感器和温度传感器，将由该传感器检测到的信息反馈给伺服电机控制装置。

在图7中，在机械1中设置检测机械1可动部的位置和/或速度的编码器4。将编码器4检测到的可动部的位置和/或速度反馈给伺服电机控制装置3。伺服电机控制装置3根据位置和/或速度的反馈信息对驱动机械1可动部的伺服电机2的位置、速度进行反馈控制，驱动控制伺服电机2。

而且，设置检测机械1的可动部的加速度的加速度传感器51、检测机械1或者伺服电机2的温度的温度传感器52，这些加速度传感器51、温度传感器52的输出也和可动部位置和/或速度的反馈信号一起，反馈给伺服电机控制装置3。

在伺服电机控制装置3中包括：编码器接收电路31，接收来自编码器4的位置/速度信息；加速度传感器接受电路32，接收由加速度传感器51检测的加速度信息；温度传感器接收电路33，接收来自温度传感器52的检测的温度信息。由这些接收电路31、32、33所接收的信息输入给处理器35，该处理器35在伺服电机控制装置3中进行伺服电机2驱动控制处理。

图8A以及图8B是表示图7的加速度传感器51以及加速度传感器接收电路32的构成图。如图8A所示，加速度传感器51由加速度检测元件51a和放大电路51b构成，其中放大电路51b放大加速度检测元件51a的输出，经电缆输出到伺服电机控制装置。此外，如图8B所示，加速度传感器接受电路32由模拟信号接收电路32a和A/D转换器32b构成，其中所述模拟信号接收电路32a接收加速度传感器51的模拟输出；A/D转换器32b将该模拟信号接收电路32a的输出转换成数字信号，输出到伺服电机控制装置3的处理器35。

同样，图7的温度传感器52，由温度检测元件和放大电路构成，其中所述放大电路放大该温度检测元件的输出，经电缆输出到伺服电机控制装置3。此外，温度传感器接受电路，由模拟信号接收电路和A/D转换器构成，其中所述模拟信号接收电路接收温度传感器52的模拟输出；所述A/D转换器将该模拟信号接收电路的输出转换成数字信号，输出到伺服电机控制装置3的处理器35。

此外，在图7中，表示驱动机械1的可动部的伺服电机为1台的例子，但在机械1的可动部有多个、伺服电机控制装置3中反馈控制这些可动部的各自位置的情况下，对每个可动部设置驱动其的伺服电机以及编码器。此外，图7虽然表示由编码器4检测可动部位置的例子(全闭环)，但也有这样的情况(半闭环)，取而代之地，在伺服电机2中安装编码器，通过检测伺服电机2的位置和/或速度，检测由该伺服电机所驱动的可动部位置。

在现有的机械控制装置中，将由加速度传感器和温度传感器等检测到的机械状态信息发送给伺服电机控制装置时的接口，由于是传感器固有的接口，所以每个传感器都要设置。此外，伺服电机控制装置接收来自各种传感器的信息时，接收电路个数必须是传感器(信息产生源)的个数。

另一方面，伺服电机控制装置被广泛地制成能够控制各种机械。伺服电机控制装置为了能够控制可动部的多个机械，在包括多个轴控制部使其能够驱动多个伺服电机的同时，根据可动部的个数，包括多个编码器接收电路。因此，在控制可动部个数少的机械时，在伺服电机控制装置内存在一个或者几个没有使用的编码器接收电路。

发明内容

本发明的机械控制装置的第1形式包括：

伺服电机；

传感器单元，包括检测由所述伺服电机驱动的机械的状态的传感器和将所述传感器检测到的信息发送给外部的单元；

接收电路，用于接收由检测所述机械位置的编码器发送的信号；

伺服电机控制装置，接收所述传感器检测到的信息，根据该信息驱动伺服电机。而且，使所述传感器单元的通信协议与所述编码器的通信协议相同，将用于接收由所述编码器发送的信号的接收电路作为接收由所述传感器单元发送的信号的接收电路使用。

本发明的机械控制装置的第2形式包括：

伺服电机；

传感器单元，包含检测由所述伺服电机驱动的机械的状态的传感器和将所述传感器检测到的信息发送到外部的单元；

伺服电机控制装置，包括接收由所述传感器单元发送的信号的第1接收电路和能够接受编码器信号的第2接收电路。而且，使所述传感器单元的通信协议与所述编码器的通信协议相同，且使所述第1接收电路与所述第2接收电路为同一构成。

此外，在所述机械控制装置的第1以及第2形式中，设置多个检测所述机械状态的传感器，所述通信协议为串行接口，可以使所述多个传感器检测到的信息由一个串行接口发送。

根据本发明，由于用设置在伺服电机控制装置中的编码器接收电路也可接收来自编码器以外的传感器的信号，所以为控制可动部(伺服电机)准备，但未使用的剩下的编码器接收电路可以作为来自传感器的信号的接收电路使用，因此，没有必要设置新的接收电路，能够有效地利用硬件资源。此外，多个传感器的信息可以由一个接口发送，能够减少电缆。

附图说明

通过参照附图说明以下实施例，本发明所述的以及其他的目的及特征会变得清楚。这些图中：

图1是表示涉及本发明的机械控制装置的第1实施例的方框图。

图2A-图2C是说明图1的机械控制装置中的编码器与编码器接收电路之间的信号接收发送动作的图。

图3是表示图1的机械控制装置中的传感器单元的详细构成图。

图4A以及图4B是说明图3表示的传感器单元的动作的图。

图5是用于说明多个编码器接收电路都能与所有的编码器以及传感器单元相连接的图。

图6是说明图1以及图5中表示的伺服电机控制装置的处理器，将由多个编码器接收电路所接收的数据读入各自对应的寄存器，进行位置控制处理和振动控制处理的图。

图7是表示以往的机械控制装置的方框图。

图8A以及图8B是图7的机械控制装置中的加速度传感器以及加速度传感器接收电路的构成图。

具体实施方式

图1是表示涉及本发明的机械控制装置的一个实施例的方框图，对与图7中所示的现有技术的例子相同的单元，使用同一标号。图1中所示的机械控制装置与图7中所示的现有技术的机械控制装置在以下方面不同：(1)在机械1侧设置传感器单元5，由编码器接收电路31b接收来自该传感器单元5的输出信息，以及(2)使传感器单元5和伺服电机控制装置3之间的接口与编码器4和伺服电机控制装置3之间的接口为同一构成。

在机械1中设置驱动该机械1的可动部的伺服电机2。由编码器4检测该可动部的位置和/或速度。此外，在图1中，表示只设置1台伺服电机2的例子，但如果有多个由伺服电机2所驱动控制的机械可动部，则对应其个数设置伺服电机，此外，对应可动部的个数设置编码器4。而且，图1中显示了由编码器4检测可动部的位置和/或速度的例子，但也可通过由编码器4检测伺服电机2的旋转位置和/或速度，检测可动部的位置和/或速度。

伺服电机控制装置3的处理器35根据来自指令程序等的可动部的移动指令和由编码器接收电路31a所接收的来自编码器4的位置/速度的反馈信息，进行位置环、速度环控制处理，驱动控制伺服电机2。这点与现有的控制装置相同。

在本实施例中，在机械1中设置检测机械1的温度、可动部的加速度等的机械1各种状态的传感器单元5，使来自该传感器单元5的输出信息发送给编码器接收电路31b，即，在将伺服电机控制装置3中设置的多个编码器接收电路中，没有使用的剩下的编码器接收电路作为接收来自设置在机械1上的传感器单元5的输出信息的接收电路。这点与图7中所示的现有技术的机械控制装置不同。

这里，使用图2A-图2C说明图1中所示的编码器4与编码器接收电路31a之间的信号接收发送动作。

由编码器4的位置检测部检测的位置数据，在其前后附加开始比特和停止比特，存到形成并行/串行变换电路的位移寄存器41中。然后，作为串行数据信号，如图2B所示作为[1]、[0](高位(high level)，低位(low level))列，经电缆发送给伺服电机控制装置3的编码器接收电路31a。

如图2C所示，编码器接收电路31a将串行数据信号通过由位移寄存器31a′构成的并行/串行变换电路变换成并行信号，将位置数据输出到伺服电机控制装置的处理器35中。

图3是表示图1的传感器单元5的详细构成图。传感器单元5包括加速度传感器51和温度传感器52。通过切换开关53，加速度传感器51的模拟输出、温度传感器52的模拟输出中之一输入给A/D转换器54。

通过A/D转换器54转换成数字信号的加速度信息以及温度信息，存储到形成并行/串行变换电路的位移寄存器(加速度数据用的寄存器部55a以及温度数据用的寄存器部55b)中。然后，这些存储在寄存器部55a、55b中的数据，通过信号变换电路部56，在进行通信协议处理使编码器4与编码器接收电路之间的接口变得一致之后，作为串行数据发送给伺服电机控制装置3。

在伺服电机控制装置3中，由传感器单元5发送的信号因为是由与编码器4的接口相同构成的接口发送的，所以能够由编码器接收电路31b接收。

使用图4A以及图4B说明图3的传感器单元5的动作。

如图4A中的(a)所示，开关53以预定的周期，切换为加速度传感器和温度传感器。而且，在此开关53的此次切换时刻和下次切换时刻的中间，如图4A的(b)所示，A/D转换器54将模拟信号转换成数字信号。此外，如图4A的(c)以及图4B(d)所示，在开关53由加速度传感器即将切换到温度传感器或者相反地切换之前，将该转换成的数字信号的数据写入位移寄存器的加速度数据用的寄存器部55a或者温度数据用的寄存器部55b。

这样，信号转换电路部56将开始比特以及停止比特数据附加在加速度数据以及温度数据所写入的位移寄存器(加速度数据用的寄存器部55a以及温度数据用的寄存器部55b)中，使其通信协议和编码器4与编码器接收电路31a之间的通信协议一致(即，使接口一致)，发送给伺服电机控制装置3。伺服电机控制装置3用编码器接收电路31b(该编码器接收电路31b与接收来自编码器4的信号的编码器接收电路31a为同一构成)接收该信号。

在伺服电机控制装置3的处理器35中，预先设定具有的多个编码器接收电路31a、31b中，哪个应该作为来自编码器4的信号的接收电路，哪个应该作为来自传感器单元5的信号的接收电路。由此，处理器35可以识别来自编码器4的位置信息和来自传感器单元5的传感器信息并接收。而且，来自传感器单元5的传感器信息包含了加速度数据和温度数据，以接收到的信号的前半部8个比特作为加速度数据，后半部8个比特作为温度数据识别，并从构成并行/串行变换器的位移寄存器中读取。

设置在伺服电机控制装置3中的接收来自编码器和各种传感器的信号的接收电路，全部由同一构成的编码器接收电路构成，该编码器接收电路与连接的编码器和传感器等之间的接口，全部为同一构成。所以，与编码器4或传感器单元5连接的编码器接收电路可以是伺服电机控制装置3具备的多个编码器接收电路中的任何一个。在图1中，使接收电路31a接收来自编码器4的输出数据，接收电路31b接收来自传感器单元5的输出数据，但可替换地，如图5所示，也可以使接收电路31a接收来自传感器单元5的输出数据，接收电路31b接收来自编码器4的输出数据。

然后，如图6所示，伺服电机控制装置的处理器35将由各个编码器接收电路31a，31b，31c，…接收到的数据分别读入寄存器36a，36b，36c，…。构造成通过处理器35实施的位置控制处理(控制电路或者软件)37、振动控制处理(控制电路或者软件)38使得能够选择性地读取任何寄存器的数据的结构。然后，在编码器以及各种传感器单元与编码器接收电路的连接已确定的阶段，通过各个控制处理设定读入寄存器36a，36b，36c，…。

Claims

1.一种机械控制装置，其特征在于，

包括：伺服电机；传感器单元，具有检测由所述伺服电机所驱动的机械的状态的传感器和将所述传感器检测到的信息发送给外部的单元；接收电路，用于接收由检测所述机械位置的编码器发送的信号；以及伺服电机控制装置，接收所述传感器检测的信息，根据该信息驱动伺服电机，

使所述传感器单元的通信协议与所述编码器的通信协议一致，将用于接收由所述编码器发送的信号的接收电路作为接收由所述传感器单元发送的信号的接收电路使用。

2.一种机械控制装置，其特征在于，

包括：伺服电机；传感器单元，具有检测由所述伺服电机所驱动的机械的状态的传感器和将所述传感器检测到的信息向外部发送的单元；以及伺服电机控制装置，具有接收由所述传感器单元发送的信号的第1接收电路和能够接收编码器信号的第2接收电路，

使所述传感器单元的通信协议与所述编码器的通信协议一致，

使所述第1接收电路与所述第2接收电路为同一构成。

3.根据权利要求1或2所述的机械控制装置，其特征在于，

设置多个检测所述机械状态的传感器，所述通信协议为串行接口，由一个串行接口发送所述多个传感器检测到的信息。

4.根据权利要求2所述的机械控制装置，其特征在于，

通过伺服电机控制装置的处理，也能够读入来自所述第1及所述第2接收电路中任何一个接收电路的信号。