JP2002144277A - ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置検出器の素子の発熱からの保護を良好に
図りながらも、モータのトルクを十分に引出す。 【解決手段】 ロボットアームを駆動するサーボモータ
に付設されたエンコーダに、該エンコーダの温度を直接
的に検出する温度センサを設ける。温度センサの検出信
号は、エンコーダからシリアルデータ伝送により出力さ
れ、通常時には、エンコーダから検出温度データが出力
され、検出温度が限界値（例えば９０℃）を越えたとき
には、アラーム信号が出力される。ロボットコントロー
ラは、温度センサの検出信号を監視し、アラーム信号が
入力されたとき（Ｓ１；Ｙ）、及び、温度検出データか
ら温度上昇度合を推定しその推定温度が設定値を越える
と判断された場合には（Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４；Ｙ）、サー
ボモータ（ロボット本体）を停止し（Ｓ５）、エラー発
生の処理を行う（Ｓ６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットアームを
駆動するモータに付設された位置検出器からの位置検出
信号に基づいて該モータの動作を制御する制御装置を備
えるロボットに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば産業用の多関節
型ロボットにおいては、多関節型アームからなるロボッ
ト本体に、各軸（アーム）を駆動するためのモータ（エ
ンコーダ付きのサーボモータ）を内蔵し、その駆動力を
例えば関節部に設けられた減速機等の回転伝達機構を介
してアームに伝達するようになっている。また、前記各
軸のモータは、メインＣＰＵや複数のサーボドライブ部
分から構成されるロボットコントローラにより駆動制御
されるようになっている。

【０００３】ところで、この種のロボットにあっては、
比較的熱に弱いエンコーダの素子等の保護を図る必要が
ある。例えば特開平４−２５６５９５号公報には、モー
タの駆動力の一部を用いてファンを回転駆動し、位置検
出器に向けて送風して位置検出器を冷却しようとした技
術が示されている。しかしながら、これでは、モータの
エネルギーのロスを招くと共に、ファンを付加する必要
があってロボット本体の構成が複雑化，大形化するとい
った不具合があり、さらには、ファンの冷却能力を発熱
が上回ると、素子の保護が図られなくなり、信頼性に劣
るものとなっていた。

【０００４】そこで、各軸のモータへの出力電流値の積
算値から該モータの温度上昇度合を推定し、各軸のモー
タの周辺の温度が、エンコーダの素子等の使用許容温度
（例えば９０℃）を越えないように、ロボット本体の動
作を制限する制御が行なわれていた。ところが、このよ
うな温度上昇度合の推定による制御においては、実際の
ロボット本体の使用環境温度に相違がある、及び、ユー
ザによりロボット本体の動作のさせ方が自在に設定され
るといった事情により、十分な安全率を見込んだ余裕を
もった制御が行われるため、モータのトルクが十分に引
出せない不具合がある。

【０００５】すなわち、ユーザにおけるロボット本体の
使用環境温度は、１０℃のところもあれば３０℃のとこ
ろもあるといったように、位置検出器の使用許容温度ま
でに差がある事情がある。ロボット本体は、使用環境温
度が例えば０℃〜４０℃の範囲を想定して設計されてお
り、このとき、環境温度が４０℃となることはごく希で
あるにもかかわらず、環境温度が４０℃の場合でも対応
できるように、温度上昇度合が５０deg となったときに
モータを停止させるようになっている。このため、実際
の環境温度が例えば２０℃の場合でも、安全率を見込ん
で、温度上昇度合が５０deg つまり位置検出器周辺の温
度が７０℃となったところでモータが停止されてしまう
ことになる。

【０００６】また、近年では、上記の事情に加えて、減
速機の大形化が図られてきており、モータ周辺の温度上
昇の要因として、モータ自体の発熱だけでなく、モータ
の高速動作時の減速機のオイルシール部分などの摺動部
における発熱が大きくなってきている事情がある。この
場合、減速機部分の発熱も含めた温度上昇度合の推定を
行う必要があるが、モータの発熱が加減速時に大きく、
等速時にはさほど発熱しないのに対し、減速機は回転数
が高いときに発熱しやすいものとなっているといったよ
うに、モータの発熱及び減速機の発熱の双方に起因する
温度上昇度合は、ロボット本体（ロボットアーム）の動
作のさせ方にも依存するものとなる。

【０００７】このとき、モータの発熱及び減速機の発熱
の双方を併せた温度上昇度合の推定は、モータの速度及
び加速度に基づいて行われることになるが、ロボットア
ームが固定動作する場合には、まだ温度上昇度合の推定
の正確性も確保できるが、ロボットアームの動作のさせ
方はユーザが自在に設定することが通常であるため、そ
こにも安全係数が必要となってくる。その結果、上記し
た環境温度による安全率と合せて、いわば二重に安全率
を見込まなくてはならず、モータのトルクを十分に引出
すといった点からは、かなり不利なものとなっていた。

【０００８】尚、モータ部分に温度センサを配設して実
際のモータの周辺の温度を検出するといったことも考え
られるが、単純に温度センサを付加する構成では、配線
を含めた構成の複雑化を招く虞があり、現実に採用され
るには至っていなかった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、位置検出器の素子の発熱からの保護を
良好に図ることができながらも、モータのトルクを十分
に引出すことができるロボットを提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のロボットは、ロボットアームを駆動するモ
ータに付設された位置検出器に、該位置検出器内の温度
を直接的に検出する温度センサを設けると共に、制御装
置を、前記温度センサの検出信号に基づいてモータの動
作を制限するように構成したものである（請求項１の発
明）。これによれば、温度センサにより位置検出器内の
温度が直接的に検出されるので、モータの電流値から温
度上昇度合を推定しそれに基づいてモータの動作の制限
をするものではなく、また、発熱の要因が複数あろうと
関係なく温度を検出でき、制御装置により、その検出信
号に基づいてモータを制御することができる。

【００１１】従って、モータ及び減速機の発熱による位
置検出器部分の温度上昇度合を推定するものと異なり、
環境温度の相違を考慮したり、ロボットアームの動作の
させ方を考慮する必要なく、つまり安全率を大きく見込
む必要なく、位置検出器の素子の使用許容温度内でモー
タを駆動制御することができる。この結果、位置検出器
の素子の発熱からの保護を良好に図ることができながら
も、モータのトルクを十分に引出すことが可能となると
いう優れた効果を得ることができる。

【００１２】ところで、上記のように位置検出器に温度
センサを設け、その検出信号を制御装置に出力する場
合、単純に温度センサを付加するものでは、配線等が多
くなってしまう事情がある。これに対し、温度センサの
検出信号を、位置検出器から位置検出信号と共にシリア
ルデータ伝送により制御装置へ出力させる構成とすれば
（請求項２の発明）、配線を増やす必要もなく、温度セ
ンサの検出信号を制御装置へ出力させるための構成を簡
易に実現することができる。

【００１３】また、この場合、温度センサの検出温度が
限界値を越えたときに、位置検出器からアラーム信号を
出力する構成とし、制御装置を、そのアラーム信号に基
づいてモータを停止させるような構成とすることができ
る（請求項３の発明）。これによれば、例えばロボット
本体の使用環境温度が急激に上昇したような異常事態が
発生した場合にも速やかに対応でき、位置検出器の素子
の発熱からの保護を図りながら、モータのトルクを十分
に引出すことができるようになる。

【００１４】あるいは、温度センサの検出温度データを
位置検出器から出力させ、制御装置が、その検出温度デ
ータに基づいて温度上昇度合を推定し、その推定結果が
設定値を越えるときにモータを減速あるいは停止するよ
うに構成することもできる（請求項４の発明）。これに
より、位置検出器部分の温度が使用許容温度の上限値に
近付いたところで、前もって対処を行うことができ、安
全性をより高めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。まず、図２は本実施
例に係るロボット１の外観構成を示しており、このロボ
ット１は、例えば組立用の水平多関節型ロボットからな
るロボット本体２に、マイコン等から構成される制御装
置たるロボットコントローラ３をケーブルにより接続し
て構成されている。尚、図示はしないが、前記ロボット
コントローラ３には、必要に応じて、教示や手動操作を
行うためのティーチングペンダント、プログラムやデー
タ入力用のパソコン、カメラやモニタを備える視覚装置
等も接続されるようになっている。

【００１６】前記ロボット本体２は、ベース４上に多関
節型のロボットアームを備えて構成されると共に、それ
らアーム（各軸）を駆動するモータたるサーボモータを
備えて構成される。即ち、前記ベース４の上端部には、
第１アーム５の基端側が水平旋回可能に接続され、この
第１アーム５の先端側には、第２アーム６の基端側が水
平旋回可能に接続され、この第２アーム６の先端部に
は、Ｚ軸アーム７が上下動可能に設けられている。さら
に、前記Ｚ軸アーム７の先端部（下端部）にはフランジ
部８が垂直軸回りに同軸回転可能に設けられ、このフラ
ンジ部８に、図示しないハンド等のツールが取付けられ
るようになっている。

【００１７】また、前記第１アーム５は、ベース４に取
付けられたサーボモータ９により、図示しない減速機や
ベルト伝達機構を介して駆動されるようになっており、
前記第２アーム６は、第１アーム５に取付けられたサー
ボモータ１０により、図示しない減速機を介して駆動さ
れるようになっている。さらに、前記Ｚ軸アーム７は、
第２アーム６内に組込まれた図示しないサーボモータに
より上下駆動されるようになっており、前記フランジ部
８は、第２アーム６の先端部に設けられたサーボモータ
１１により回転駆動されるようになっている。尚、Ｚ軸
アーム７部分には、ワーク把持時の重量バランスをとる
ためのエアシリンダ１２も設けられている。

【００１８】そして、前記各サーボモータ９，１０，１
１には、図３にサーボモータ９を代表して示すように、
位置検出器たるエンコーダ（ロータリエンコーダ）１３
が付設されている。周知のように、このエンコーダ１３
は、モータ９のフレームの後端側に取付けられるケース
１４内に、モータ９のシャフト９ａと一体回転されスリ
ットを有する回転板１５を設けると共に、その回転板１
５を挟んでＬＥＤ１６及びアレイ状のフォトダイオード
１７を対向させるように設けて構成され、そのうちフォ
トダイオード１７は、図示しない信号処理回路等を設け
たリング状をなす回路基板１８に取付けられている。

【００１９】これにて、エンコーダ１３は、サーボモー
タ９の位置検出信号（Ａ，Ｂ，Ｚ信号）を出力するので
あるが、このとき、本実施例では、図４（ａ）に示すよ
うに、それら位置検出信号をシリアルデータ伝送によ
り、前記ロボットコントローラ３に向けて出力するよう
になっている。従って、エンコーダ１３には、電源ライ
ン及びＧＮＤラインの他に、シリアルデータ信号を送信
する２本の信号線が接続されている。他のサーボモータ
１０，１１等についても、同様のエンコーダ１３が設け
られている。

【００２０】前記ロボットコントローラ３は、詳しく図
示はしないが、メインＣＰＵや複数のサーボドライブ部
分等を備え、動作プログラムや教示データに基づいて、
前記サーボモータ９，１０，１１等を制御し、もってロ
ボット本体２を動作させて所定の作業（組立作業等）を
実行させるようになっている。このとき、ロボットコン
トローラ３には、前記各エンコーダ１３の位置検出信号
が入力されてフィードバック制御が行われるようになっ
ている。

【００２１】さて、本実施例では、図３に示すように、
前記各エンコーダ１３には、該エンコーダ１３の温度を
直接的に検出する温度センサ１９が、前記回路基板１８
に実装されて設けられている。そして、回路基板１８に
は、温度センサ１９の検出信号を処理する信号処理回路
が設けられており、エンコーダ１３からは、その温度検
出信号が、前記位置検出信号と共にシリアルデータ伝送
により出力されるようになっている。またここでは、通
常時（温度センサ１９の検出温度が限界値以下のとき）
には、温度検出信号として検出温度データが例えば所定
のサンプリング時間間隔で出力され、温度センサ１９の
検出温度が限界値（例えば９０℃）を越えたときには、
アラーム信号が出力されるようになっている。

【００２２】そして、後の作用説明にて述べるように、
前記ロボットコントローラ３は、そのソフトウエア構成
により、各エンコーダ１３から出力される温度センサ１
９の検出信号を監視し、その検出信号に基づいて各サー
ボモータ９〜１１の動作を制御するように構成されてい
る。より具体的には、いずれかのエンコーダ１３からア
ラーム信号が出力されたときには、即座に全てのサーボ
モータ９〜１１の駆動を停止させ、ロボット本体２の動
作を停止させるようになっている。

【００２３】また、通常時には、エンコーダ１３から出
力された検出温度データをサンプリングし、その温度の
変化度合から所定時間（例えば１時間）後の上昇温度度
合を推定し、その推定結果が設定値（例えば限界値と同
等の９０℃）を越えると判断したときにも、全てのサー
ボモータ９〜１１の駆動を停止させ、ロボット本体２の
動作を停止させるようになっている。

【００２４】次に、上記構成の作用について、図１も参
照して述べる。上述したロボット本体２の各軸アーム５
〜７等は、ロボットコントローラ３により各軸のサーボ
モータ９〜１１等が駆動制御されることにより、所定の
作業プログラムに従って動作し、各種の作業を実行す
る。その際、ロボットコントローラ３は、各サーボモー
タ９〜１１のエンコーダ１３から出力される位置検出信
号に基づいてフィードバック制御を行う。

【００２５】しかして、ロボット本体２の動作に伴い、
サーボモータ９〜１１の発熱や、回転伝達機構部分（減
速機のオイルシール部分などの摺動部）の発熱により、
サーボモータ９〜１１の周辺温度が上昇する事情があ
り、特にエンコーダ１３においては、比較的熱に弱い素
子等が組込まれていることから、その素子の使用許容温
度を越えないようにしながら使用する必要がある。そこ
で、本実施例では、ロボットコントローラ３は、各エン
コーダ１３内に設けられた温度センサ１９の検出信号に
基づいてサーボモータ９〜１１を制御するようになって
いる。

【００２６】図１のフローチャートは、その際にロボッ
トコントローラ３が実行する処理の手順を示している。
即ち、上述のように、通常時（温度センサ１９の検出温
度が限界値以下のとき）には、エンコーダ１３からは、
温度検出信号として検出温度データが出力され、温度セ
ンサ１９の検出温度が限界値（例えば９０℃）を越えた
ときには、アラーム信号が出力されるのであるが、ま
ず、ステップＳ１では、エンコーダ１３からアラーム信
号が入力されたかどうかが判断される。アラーム信号が
出力されない場合には（Ｎｏ）、次のステップＳ２に
て、検出温度データの入力が判断される。

【００２７】温度検出データの入力があった場合には
（ステップＳ２にてＹｅｓ）、ステップＳ３にて、温度
上昇度合の推定がなされる。そして、ステップＳ４で
は、推定温度が設定値を越えるかどうかが判断される。
推定温度が設定値を越えていない場合には（ステップＳ
４にてＮｏ）、さほどの温度上昇がない（温度上昇度合
も低い）ものとして、ステップＳ１からの処理を繰返
す。

【００２８】これに対し、推定温度が設定値を越えると
きには（ステップＳ４にてＹｅｓ）、このままロボット
本体２を動作し続ければ、エンコーダ１３部分が使用許
容温度を越えてしまう虞があると判断できるので、次の
ステップＳ５にて、サーボモータ９〜１１が停止され
る。この場合、各エンコーダ１３のうちひとつでも推定
温度が設定値を越えると判断されれば、ロボット本体２
全体の動作が停止される。また、これと共に、警報等の
エラー発生の処理がなされ、オペレータ等に報知される
（ステップＳ６）。

【００２９】一方、例えばロボット本体２の使用環境温
度が突発的な要因により急激に上昇した場合等にあって
は、温度センサ１９の検出温度がいきなり限界値を越え
てしまうこともある。このような場合には、エンコーダ
１３からアラーム信号が出力され（ステップＳ１にてＹ
ｅｓ）、上記と同様に、サーボモータ９〜１１（ロボッ
ト本体２）が停止され（ステップＳ５）、エラー発生の
処理がなされる（ステップＳ６）。

【００３０】これにより、温度センサ１９によりエンコ
ーダ１３内の温度が直接的に検出され、ロボットコント
ローラ３は、その温度センサ１９の検出信号に基づいて
サーボモータ９〜１１を制御（停止）するので、エンコ
ーダ１３部分が使用許容温度を越えてしまうことを未然
に防止でき、サーボモータ９〜１１や減速機などの発熱
からのエンコーダ１３の素子等の保護を効果的に行うこ
とができる。

【００３１】このとき、従来のようなモータの電流値や
回転速度からモータ及び減速機の発熱による位置検出器
部分の温度上昇度合を推定しその温度上昇度合に基づい
てモータの動作の制限をするものと異なり、いわば絶対
的な温度を検出するので、環境温度の相違を考慮する必
要がなく、これと共に、発熱の要因に関係なく温度を検
出できるので、ロボットアームの動作のさせ方を考慮す
る必要もない。このため、大きな安全率（余裕）を見込
む必要なく、エンコーダ１３の素子の使用許容温度内で
サーボモータ９〜１１を駆動制御することができるので
ある。

【００３２】また、従来では、位置検出器（エンコー
ダ）の位置検出信号は、パラレルデータ伝送によりコン
トローラに出力される構成であったが、サーボモータや
エンコーダ１３に単純に温度センサ１９を付加する構成
では、図４（ｂ）に示すように、配線の本数が徒に多く
なってしまい構成の複雑化を招いてしまう。ところが、
本実施例では、温度センサ１９の検出信号を、エンコー
ダ１３から位置検出信号と共にシリアルデータ伝送によ
り出力させる構成としたので、配線を増やす必要もな
く、構成を簡単に済ませることができるものである。

【００３３】このように本実施例によれば、エンコーダ
１３の素子の発熱からの保護を良好に図ることができな
がらも、サーボモータ９〜１１のトルクを十分に引出す
ことが可能となるという優れた効果を奏する。また、特
に本実施例では、温度センサ１９の検出温度が限界値を
越えたときに、アラーム信号を出力させてサーボモータ
９〜１１を停止させると共に、温度センサ１９の検出温
度データに基づいてエンコーダ１３部分の温度上昇度合
を推定し、その推定結果が設定値を越えるときにサーボ
モータ９〜１１を停止させるという、いわば２種類の制
御を並行して行うようにしたので、より一層安全性を高
めることができるものである。

【００３４】尚、上記実施例では、温度センサ１９の検
出温度データに基づいてエンコーダ１３部分の温度上昇
度合を推定し、その推定結果が設定値を越えるときにサ
ーボモータ９〜１１を停止させる構成としたが、エンコ
ーダ１３の素子等を発熱から保護するための手段として
は、サーボモータ９〜１１を減速させる構成とすること
もできる。また、上記実施例では、上記した検出温度デ
ータに基づく温度上昇度合の推定と、アラーム信号によ
る制御とのいわば２種類の制御を行うようにしたが、い
ずれか一方の制御を行う構成としても良い。

【００３５】その他、位置検出器としてはロータリエン
コーダに限らず各種のものを採用することができ、ま
た、水平多関節型ロボットに限らず、モータによりロボ
ットアームを駆動する各種のロボットに適用することが
できる等、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得る
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、温度センサの
検出信号に基づく制御の様子を示すフローチャート

【図２】ロボットの外観を示す斜視図

【図３】エンコーダに対する温度センサの取付状態を示
す断面図

【図４】シリアルデータ伝送の場合（ａ）の配線の様子
をパラレルデータ伝送の場合（ｂ）と比較して示す図

【符号の説明】

図面中、１はロボット、２はロボット本体、３はロボッ
トコントローラ（制御装置）、５〜８はロボットアー
ム、９〜１１はサーボモータ（モータ）、１３はエンコ
ーダ（位置検出器）、１９は温度センサを示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロボットアームをモータにより駆動する
   ロボット本体と、前記モータに付設された位置検出器か
   らの位置検出信号に基づいて該モータの動作を制御する
   制御装置とを備えるロボットにおいて、 前記位置検出器に該位置検出器内の温度を直接的に検出
   する温度センサを設けると共に、 前記制御装置は、前記温度センサの検出信号に基づいて
   前記モータの動作を制限するように構成されていること
   を特徴とするロボット。
2. 【請求項２】 前記温度センサの検出信号は、前記位置
   検出器から位置検出信号と共にシリアルデータ伝送によ
   り前記制御装置へ出力されることを特徴とする請求項１
   記載のロボット。
3. 【請求項３】 前記温度センサの検出温度が限界値を越
   えたときに、前記位置検出器からアラーム信号として出
   力され、 前記制御装置は、前記アラーム信号に基づいて前記モー
   タを停止させることを特徴とする請求項２記載のロボッ
   ト。
4. 【請求項４】 前記温度センサの検出温度データが前記
   位置検出器から出力され、 前記制御装置は、前記検出温度データに基づいて温度上
   昇度合を推定し、その推定結果が設定値を越えるときに
   前記モータを減速あるいは停止させることを特徴とする
   請求項２又は３記載のロボット。