JP2001022446A

JP2001022446A - サーボ制御装置

Info

Publication number: JP2001022446A
Application number: JP11191960A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Okano; 義之岡野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】サーボ系の性能が高いままで、高出力、低出
力時も、出力レベルに対して同様の精度で異常検出を可
能にする。【解決手段】本発明のサーボ制御装置は、サーボモー
タに流れる電流を検知する電流検知手段を備え、この電
流検知手段により検知された検知電流値と過電流検知用
電流値ＩＯとを比較して過電流を検知する過電流検知手
段を備え、そして、電流指令と所定レベルの電流制限リ
ミット値ＩＬとを比較してサーボモータに流れる電流を
制限する電流制限手段を備え、更に、過電流検知用電流
値ＩＯを速度指令Ｄの値に応じて可変させるように構成
されている。この構成によれば、高速で動作する場合
は、過電流検知用電流値ＩＯを高くして、サーボ系の性
能を高くし、低速で動作する場合は、過電流検知用電流
値ＩＯを低くして、電流異常検知の感度を十分高くする
ことが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、与えられたサーボ
指令（例えば速度指令）に基づいてサーボモータを駆動
制御するサーボ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボ制御装置を高性能化（高出力、高
応答）していくと、異常検出はその最大の性能を満足す
るレベルで行うため、あまり高性能を必要としない場合
（つまり低出力、低応答で良い場合）はその必要とされ
る出力に対して異常検出レベルは高いものとなり、制御
装置の異常、または他の周辺機器への衝突等があっても
精度よく検出することができない場合があった。また、
サーボモータ、減速機等のモータ電流、出力からの保護
の観点から電流出力に制限をかけ、装置のハード的な異
常時しか過電流異常を検出しない構成もあり、この構成
の場合も、異常検出精度が低くなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】今までは、サーボ制御
装置の高性能化を追及するあまり、高性能を必要としな
い場合（例えば、サーボロック時、低速動作時等）で
は、異常検出精度が鈍かったという問題点があった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、サーボ系を高性
能化しながら、高出力時、低出力時等のいかなる場合で
も、異常検出精度を向上させることができるサーボ制御
装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、過電流検知手段は、過電流検知用電流値をサーボ指
令の値に応じて可変させるように構成したので、例え
ば、高速で動作する場合は、過電流検知用電流値を高く
して、サーボ系の性能を高くし、低速で動作する場合
は、過電流検知用電流値を低くして、電流異常検知の感
度を十分高くすることが可能になる。これにより、サー
ボ系の性能をできるだけ高くすることができ、しかも、
異常検知の感度を十分高くすることができる。

【０００６】請求項２の発明によれば、電流制限手段
は、電流制限リミット値をサーボ指令の値に応じて可変
させるように構成したので、例えば、高速で動作する場
合は、電流制限リミット値を高くして、サーボ系の性能
を高くし、低速で動作する場合は、電流制限リミット値
を低くして、早めに電流を制限すること、即ち、異常検
知の感度を十分高くすることが可能になる。例えば、電
流制限のリミット値を低くして他の異常検出（例えば偏
差過大異常検出）の感度を向上させることが可能にな
る。また、低速時に逆に電流制限のリミット値を高くし
て過電流検出を可能なようにして過電流異常の検出（周
辺機器への衝突等の検出が可能）を行うことも可能にな
る。しかし、この過電流異常検出、電流制限のリミット
は、サーボモータ、減速機等を保護できるレベルにある
ことが必要となる。

【０００７】請求項３の発明によれば、偏差過大検知手
段は、偏差過大許容値をサーボ指令の値に応じて可変さ
せるように構成したので、例えば、高速で動作する場合
は、偏差過大許容値を高くして、サーボ系の性能を高く
し、低速で動作する場合は、偏差過大許容値を低くし
て、偏差過大異常検知の感度を十分高くすることが可能
となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を産業用ロボットの
制御装置に適用した第１の実施例について、図１ないし
図５を参照しながら説明する。まず、本実施例のロボッ
トの全体の概略構成について、図３に従って簡単に述べ
る。図３に示すように、ロボットは、例えば垂直多関節
型の組立ロボットから成るロボット本体１と、このロボ
ット本体１を制御する制御装置２と、ティーチングペン
ダント３とを備えて構成されている。

【０００９】ロボット本体１は、ベース４と、このベー
ス４に水平方向に旋回可能に設けられたショルダ部５
と、このショルダ部５に上下方向に旋回可能に設けられ
た下アーム６と、この下アーム６に上下方向に旋回可能
且つ捻り回転可能に設けられた上アーム７と、この上ア
ーム７に上下方向に旋回可能に設けられた手首８とを備
えており、上記手首８の先端部には捻り回転可能なフラ
ンジ９が設けられている。尚、上記フランジ９には、ワ
ークを把持するハンド（図示しない）が設けられてい
る。

【００１０】そして、ショルダ部５、下アーム６、上ア
ーム７、手首８及びフランジ９等の各可動部は、駆動源
である例えば複数のサーボモータ１０（図４参照）によ
り動力伝達機構（図示しない）を介して各別に駆動され
るように構成されている。

【００１１】また、制御装置２は、図４に示すように、
ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、Ｉ／Ｆ１４、駆
動回路１５、検出回路１６、電流センサ１８等を備えて
構成されている。上記制御装置２が、本発明の過電流検
知手段、電流制限手段、偏差検知手段及び偏差過大検知
手段としての各機能を有している。上記ＲＯＭ１２内に
は、ロボット全体を制御するためのシステムプログラム
等が記憶されている。ＲＡＭ１３内には、ロボットの動
作プログラム等が記憶されている。前記ティーチングペ
ンダント３は、Ｉ／Ｆ１４を介してＣＰＵ１１に接続さ
れている。

【００１２】そして、検出回路１６は、各サーボモータ
１０（ひいては各関節）の現在の位置（回転角度）と現
在の速度（回転速度）とを検出する回路である。この検
出回路１６には、各サーボモータ１０に設けられたロー
タリエンコーダ１７が接続されている。上記ロータリエ
ンコーダ１７は、サーボモータ１０の回転角度に応じた
パルス信号を出力する機能を有しており、このパルス信
号は検出回路１６に与えられるように構成されている。

【００１３】上記検出回路１６は、各ロータリエンコー
ダ１７からのパルス信号に基づいて各サーボモータ１０
の現在の位置（回転角度）を検出すると共に、単位時間
当たりのパルス信号数に基づいて各サーボモータ１０の
現在の速度（回転速度）を検出するように構成されてい
る。そして、これら検出された位置及び速度の検知信号
（検知情報）は、各サーボモータ１０の駆動回路１５及
びＣＰＵ１１に与えられるように構成されている。この
場合、上記検出回路１６が位置検出手段及び速度検出手
段を構成している。

【００１４】また、各駆動回路１５は、各サーボモータ
１０を駆動制御する回路であり、ＣＰＵ１１からサーボ
指令である例えば速度指令Ｄを受けると共に、検出回路
１６から位置検知信号及び速度検知信号を受け、更に、
電流センサ１８から電流検知信号を受けるように構成さ
れている。上記電流センサ１８は、サーボモータ１０に
流れる電流の大きさを検知するセンサである。この電流
センサ１８が、本発明の電流検知手段を構成している。

【００１５】ここで、駆動回路１５の電気的構成を制御
ブロックの組み合わせで表現すると、図２に示すような
制御ブロック図となる。この構成は、周知の一般的な制
御ブロック構成であり、これについて簡単に説明する。
図２に示すように、与えられた速度指令Ｄは、積分され
て位置指令が求められ、この位置指令と位置検知信号
（実位置）との差を算出することにより、サーボ偏差Ｃ
が求められる。このサーボ偏差Ｃに位置ゲインを乗ずる
ことにより、速度制御指令が求められ、この速度制御指
令と速度検知信号（実速度）との差を算出することによ
り、速度偏差が求められる。そして、この速度偏差に速
度ゲインを乗ずることにより、トルク指令（速度制御出
力）Ｂが求められる。

【００１６】そして、トルク指令Ｂは、電流リミッタに
より、所定レベルの電流リミット制限値をこえないよう
に制限される構成となっている。尚、電流リミッタは、
必要に応じて配設するものであり、省略してもよい。続
いて、上記トルク指令Ｂと電流検知信号（実電流）との
差を算出することにより、電流偏差が求められ、この電
流偏差に電流ゲインを乗ずることにより、電流制御指令
が求められる。そして、この電流制御指令に基づいて周
知構成のモータ通電制御用の制御ブロックにより、サー
ボモータ１０が通電制御されるように構成されている。
尚、図２の制御ブロック図において、Ｌはモータのイン
ダクタンス、Ｒはモータの抵抗、Ｋｔはトルク定数、Ｊ
はイナーシャ、Ｋｅは逆起電力定数である。

【００１７】さて、本実施例においては、制御装置２
は、サーボモータ１０に流れる電流を電流センサ１８に
より検知し、この検知電流値と過電流検知用電流値ＩＯ
とを比較して過電流を検知する機能、即ち、過電流異常
検知機能を有している。更に、制御装置２は、上記過電
流検知用電流値ＩＯをサーボ指令の値に応じて可変させ
るように構成されている。また、制御装置２は、電流リ
ミットを備え、電流指令と所定レベルの電流制限リミッ
ト値ＩＬとを比較してサーボモータ１０に流れる電流を
制限する機能も有している場合もある。以下、これらの
機能について、図１を参照して説明する。

【００１８】まず、与えられたサーボ指令としての速度
指令Ｄは、図１に示すように、例えば台形形状に変化し
ており、時刻ｔ１〜ｔ２間が加速期間であり、時刻ｔ２
〜ｔ３間が定速期間であり、時刻ｔ３〜ｔ４間が減速期
間である。そして、電流制限リミット値ＩＬは、所定レ
ベルの値で変化しないように設定されている。

【００１９】これに対して、過電流検知用電流値ＩＯ
は、速度指令Ｄの値が０であるとき、即ち、時刻ｔ１よ
り前の期間と時刻ｔ４より後の期間は、低い値であるＩ
Ｏ１に設定され、速度指令Ｄの値が０でないとき、即
ち、時刻ｔ１〜ｔ４の期間は、高い値であるＩＯ２に設
定されている。ここで、過電流検知用電流値ＩＯを上記
したように変化させる理由について、簡単に説明する。

【００２０】まず、速度指令Ｄの値が０であるときは、
サーボモータ１０の必要とされるトルクが大きくないた
め、過電流検知レベルを下げ（過電流検知用電流値ＩＯ
をＩＯ１に設定し）、過電流異常検知の感度を高くして
いる。これにより、周辺機器等への衝突を素早く検出す
ることが可能になるから、サーボモータ、減速機等への
保護、さらには周辺機器への被害を防ぐことが可能にな
る。

【００２１】一方、速度指令Ｄの値が０でないときは、
動作中であり、ユーザーは、サーボモータ１０を高出力
で使用したい。そこで、過電流検知レベルを上げ（過電
流検知用電流値ＩＯをＩＯ２に設定し）、過電流異常検
知の感度を少し低くしている。これにより、サーボモー
タ１０を高出力で使用することが可能になり、サーボ系
の性能が高くなる。そして、この構成の場合、指令（電
流制御指令）に対して所定レベルの電流制限リミット値
ＩＬが設定されている場合は、過電流異常が発生する前
に、電流が制限されるから、より確実に保護することが
可能になる。従って、減速機構等を確実に保護すること
ができる。

【００２２】また、本実施例においては、制御装置２
は、サーボモータ１０のサーボ偏差Ｃ（即ち、位置指令
と位置検知信号の差）を検知する偏差検知手段としての
機能を備えている。更に、制御装置２は、上記検知され
たサーボ偏差Ｃと偏差過大許容値ＶＰとを比較して偏差
過大を検知する偏差過大検知手段としての機能も備えて
いる。そして、制御装置２は、偏差過大許容値ＶＰをサ
ーボ指令（例えば速度指令Ｄ）の値に応じて可変させる
機能も有している。以下、これらの機能について、図５
を参照して説明する。

【００２３】まず、与えられたサーボ指令としての速度
指令Ｄは、図５に示すように、例えば台形形状に変化し
ており、時刻ｔ１〜ｔ２間が加速期間であり、時刻ｔ２
〜ｔ３間が定速期間であり、時刻ｔ３〜ｔ４間が減速期
間である。そして、偏差過大許容値ＶＰは、速度指令Ｄ
の値が０であるとき、即ち、時刻ｔ１より前の期間と時
刻ｔ４より後の期間は、低い値である初期値ＶＰ０に設
定され、速度指令Ｄの値が０でないとき、即ち、時刻ｔ
１〜ｔ４の期間は、速度指令Ｄの値に例えば比例する値
に設定されている。この場合、時刻ｔ１〜ｔ４の期間に
おいて、偏差過大許容値ＶＰを設定する計算式は、例え
ば下記の式である。

【００２４】ＶＰ＝ＶＰ０＋（速度指令Ｄ×ａ）ここで、ａは定数である。尚、上記定数ａを適宜可変さ
せるように構成しても良い。

【００２５】ところで、従来構成においては、偏差過大
許容値ＶＰを一定値ＶＰｃに設定している。そして、こ
の一定値の偏差過大許容値ＶＰｃは、サーボモータ１０
の最高速度に対応するサーボ偏差Ｃに基づいて決定され
ている。このため、従来構成では、偏差過大を検知する
ときの感度は、サーボモータ１０の最高速度以外の速度
領域（特に、速度が０または０に近い速度領域）では、
低くなっていた。

【００２６】これに対して、本実施例によれば、偏差過
大許容値ＶＰを速度指令Ｄの値に応じて可変させるよう
に構成したので、偏差過大を検知するときの感度を、サ
ーボモータ１０の全ての速度領域において、十分高くす
ること、即ち、最適な感度に設定することができる。勿
論、本実施例では、偏差過大を検知するときの感度を、
高くし過ぎることもない。

【００２７】このような構成の本実施例によれば、過電
流検知用電流値ＩＯを速度指令Ｄ（サーボ指令）の値に
応じて可変させるように構成したので、例えば、高速で
動作する場合は、過電流検知用電流値を高くして、サー
ボ系の性能を高くし、低速で動作する場合は、過電流検
知用電流値を低くして、電流異常検知の感度を十分高く
することができる。これにより、サーボ系の性能をでき
るだけ高くすることができ、しかも、異常検知の感度を
十分高くすることができる。

【００２８】また、上記実施例では、偏差過大許容値Ｖ
Ｐを速度指令Ｄ（サーボ指令）の値に応じて可変させる
ように構成したので、例えば、高速で動作する場合は、
偏差過大許容値を高くして、サーボ系の性能を高くし、
低速で動作する場合は、偏差過大許容値を低くして、偏
差過大異常検知の感度を十分高くすることが可能とな
る。即ち、上記実施例では、偏差過大を検知するときの
感度を、サーボモータ１０の全ての速度領域において、
最適な感度に設定することができる。

【００２９】尚、上記実施例では、過電流検知用電流値
ＩＯを速度指令Ｄの値に応じて可変させる際に、低いレ
ベルＩＯ１と高いレベルＩＯ２との２段階に変化させる
構成としたが、これに限られるものではなく、過電流検
知用電流値ＩＯを３段階以上に変化させても良いし、ま
た、連続的（例えば線形）に変化させるように構成して
も良い。また、上記実施例では、速度指令Ｄが一定とな
るとき（即ち、図１の定速期間ｔ２〜ｔ３のとき）も、
過電流検知用電流値ＩＯを高いレベルＩＯ２に設定した
が、これに限られるものではなく、速度指令Ｄが一定と
なるときは、過電流検知用電流値ＩＯを低下させるよう
に、即ち、サーボモータ１０の加減速時（図１の期間ｔ
１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）だけ、過電流検知用電流値ＩＯ
を高くするように構成しても良い。

【００３０】また、上記実施例では、図２に示すような
構成の制御装置２を用いたが、これに限られるものでは
なく、例えば位置制御装置や速度制御装置を用いても良
い。尚、位置制御装置の場合は、サーボ指令として位置
指令を入力するように構成すれば良い。また、速度制御
装置の場合は、サーボ指令として速度指令を入力するよ
うに構成すれば良い。

【００３１】更に、上記した実施例や変形例等におい
て、サーボ指令として、速度指令Ｄや位置指令を用いる
代わりに、例えば速度設定（ユーザアプリケーションで
設定されるもの）を用いるように構成しても良い。この
ように構成した場合も、ほぼ同様な効果を得ることがで
きる。

【００３２】図６は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第
１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。こ
の第２の実施例においては、制御装置２は、過電流検知
用電流値ＩＯを一定値（所定レベルの値）に固定してお
り、サーボモータ１０に流れる電流を検知した検知電流
値と、上記所定レベルの過電流検知用電流値ＩＯとを比
較して、過電流を検知している。尚、過電流検知用電流
値ＩＯを一定値に固定している理由としては、例えばハ
ードウエア構成上の制約等があって、可変させることが
困難な場合である。

【００３３】そして、制御装置２は、電流指令と電流制
限リミット値とを比較してサーボモータ１０に流れる電
流を制限する電流制限手段としての機能を有していると
共に、上記電流制限リミット値をサーボ指令（例えば速
度指令Ｄ）の値に応じて可変させる機能も有している。
以下、これらの機能について、図６を参照しながら説明
する。

【００３４】まず、与えられたサーボ指令としての速度
指令Ｄは、図６に示すように、例えば台形形状に変化し
ており、時刻ｔ１〜ｔ２間が加速期間であり、時刻ｔ２
〜ｔ３間が定速期間であり、時刻ｔ３〜ｔ４間が減速期
間である。そして、過電流検知用電流値ＩＯは、所定レ
ベルの値、例えば一定値ＩＯｃに設定されている。

【００３５】これに対して、電流制限リミット値ＩＬ
は、速度指令Ｄの値が０であるとき、即ち、時刻ｔ１よ
り前の期間と時刻ｔ４より後の期間は、高い値であるＩ
Ｌ１に設定され、速度指令Ｄの値が０でないとき、即
ち、時刻ｔ１〜ｔ４の期間は、低い値であるＩＬ２に設
定されている。ここで、電流制限リミット値ＩＬを上記
したように変化させる理由について、簡単に説明する。

【００３６】まず、固定した一定値の過電流検知用電流
値ＩＯｃは、過電流検知の感度を少し鈍くするように設
定した値である。この状態で、速度指令Ｄの値が０であ
るときは、電流制限リミット値ＩＬをＩＬ１と上げたの
で、過電流の検出が可能になる。これにより、周辺機器
等への衝突を検出することが可能になるから、サーボモ
ータ１０に取り付けられた減速機構等を確実に保護する
ことができる。

【００３７】一方、速度指令Ｄの値が０でないときは、
動作中であり、ユーザーは、サーボモータ１０を高出力
で使用したい。そこで、電流制限リミット値ＩＬをＩＬ
２と下げた。この場合、過電流異常検知の感度は、少し
低い状態で固定されているので、サーボモータ１０を過
電流異常検出することなく継続的に高出力で使用するこ
とが可能になり、サーボ系の性能が高くなる。尚、過電
流異常検知の感度が少し低いといっても、減速機構等に
悪影響を与えない程度に設定されていることから、減速
機構等を確実に保護することができる。従って、第２の
実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ効果を得る
ことができる。

【００３８】尚、上記第２の実施例では、電流制限リミ
ット値ＩＬを速度指令Ｄの値に応じて可変させる際に、
高いレベルＩＬ１と低いレベルＩＬ２との２段階に変化
させる構成としたが、これに限られるものではなく、電
流制限リミット値ＩＬを３段階以上に変化させても良い
し、また、連続的（例えば線形）に変化させるように構
成しても良い。

【００３９】また、上記した各実施例や変形例において
は、本発明のサーボ制御装置を産業用ロボットに適用し
たが、これに限られるものではなく、サーボモータを組
み込んだ他の機器に適用しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すものであり、速度
指令と過電流検知用電流値と電流制限リミット値との関
係を示す図

【図２】駆動回路の制御ブロック図

【図３】ロボットの全体構成を示す斜視図

【図４】制御装置のブロック図

【図５】速度指令と偏差過大許容値との関係を示す図

【図６】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

１はロボット本体、２は制御装置（過電流検知手段、電
流制限手段、偏差検知手段、偏差過大検知手段）、３は
ティーチングペンダント、５はショルダ部、６は下アー
ム、７は上アーム、８は手首、９はフランジ、１０はサ
ーボモータ、１１はＣＰＵ、１５は駆動回路、１６は検
出回路、１７はロータリエンコーダ、１８は電流センサ
（電流検知手段）を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H209 AA06 AA07 BB08 BB09 CC01 DD06 FF06 GG01 GG04 HH10 HH35 JJ01 5H303 AA01 AA10 BB01 BB06 CC10 DD01 FF06 JJ02 JJ09 KK02 KK08 KK18 KK20 KK36 MM01 MM05 5H550 AA18 BB08 BB10 DD10 GG01 GG03 GG05 JJ03 JJ11 KK08 LL07 LL22 LL35 MM02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】与えられたサーボ指令に基づいてサーボ
モータを駆動制御するサーボ制御装置において、前記サーボモータに流れる電流を検知する電流検知手段
と、この電流検知手段により検知された検知電流値と過電流
検知用電流値とを比較して過電流を検知する過電流検知
手段とを備え、前記過電流検知手段は、過電流検知用電流値を前記サー
ボ指令の値に応じて可変させるように構成されているこ
とを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】与えられたサーボ指令に基づいてサーボ
モータを駆動制御するサーボ制御装置において、前記サーボモータに流れる電流を検知する電流検知手段
と、この電流検知手段により検知された検知電流値と所定レ
ベルの過電流検知用電流値とを比較して過電流を検知す
る過電流検知手段と、電流指令と電流制限リミット値とを比較して前記サーボ
モータに流れる電流を制限する電流制限手段とを備え、前記電流制限手段は、電流制限リミット値を前記サーボ
指令の値に応じて可変させるように構成されていること
を特徴とするサーボ制御装置。
【請求項３】与えられたサーボ指令に基づいてサーボ
モータを駆動制御するサーボ制御装置において、前記サーボモータのサーボ偏差を検知する偏差検知手段
と、この偏差検知手段により検知された検知偏差と偏差過大
許容値とを比較して偏差過大を検知する偏差過大検知手
段とを備え、前記偏差過大検知手段は、偏差過大許容値を前記サーボ
指令の値に応じて可変させるように構成されていること
を特徴とするサーボ制御装置。