JP2005229668A

JP2005229668A - 機械制御装置

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Publication number: JP2005229668A
Application number: JP2004033463A
Authority: JP
Inventors: Heisuke Iwashita; 平輔岩下; Mitsuyuki Taniguchi; 満幸谷口; Hiromichi Horiuchi; 弘通堀内
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25
Also published as: EP1564611A2; CN1655079A; EP1564611A3; US20050174086A1

Abstract

【課題】エンコーダ受信回路を利用して、エンコーダからの情報以外の情報も受信できるようにする。
【解決手段】サーボモータ制御装置３は、サーボモータ２で駆動制御する可動部の多い機械１を想定して複数のエンコーダ受信回路を備えている。しかし、サーボモータ２で駆動制御する可動部が少ないと、機械位置を検出するエンコーダ４と接続されるエンコーダ受信回路３１ａ以外に、あまったエンコーダ受信回路３１ｂがある。加速度や温度等を検出するセンサユニット５のインタフェースを調整し、エンコーダ受信回路３１ｂでセンサユニット５から出力される情報がエンコーダ受信回路３１ｂで受信できるようにする。使用されずに残っていたエンコーダ受信回路が温度や加速度センサからの情報受信に利用され、ハードウェア資源が有効利用される。新たな受信回路を必要とせず安価に構成できる。
【選択図】図１

Description

本発明、サーボモータで駆動されるロボット、工作機械等の各種機械を制御する機械制御装置に関する。

ロボットや工作機械等の各種産業機械においては、該機械の可動部をサーボモータで駆動し、該サーボモータや機械可動部の位置を検出するエンコーダからのフィードバック信号に基づいて、位置ループさらには速度ループ制御を行って機械を駆動制御している。
また、機械の高速運転にともなって、機械の振動発生を抑制するために加速度センサを機械に設け、該加速度センサからの情報に基づいて、サーボモータの出力トルクを制限して機械の振動を抑制するようにした発明が公知である（特許文献１参照）。
また、サーボモータにかかる過負荷等を検出するためにサーボモータ内の温度を検出するための温度センサを設けたり、機械温度を検出するセンサを設けるものも公知である。

図７は、上述した加速度センサや温度センサを機械側に設け、該センサで検出された情報をサーボモータ制御装置にフィードバックする機械制御装置において、従来から行われている構成の一例を示すブロック図である。

機械１には、該機械１の可動部の位置又は／及び速度を検出するエンコーダ４が設けられており、該エンコーダ４で検出した可動部の位置又は／及び速度はサーボモータ制御装置３にフィードバックされ、サーボモータ制御装置３は、該位置、速度のフィードバック信号により機械の可動部を駆動するサーボモータ２の位置、速度のフィードバック制御を行って、該サーボモータ２を駆動制御する。また、機械可動部の加速度を検出する加速度センサ５１、機械１又はサーボモータ２の温度を検出する温度センサ５２が設けられ、これに加速度センサ５１、温度センサ５２の出力もサーボモータ制御装置３にフィードバックされている。

サーボモータ制御装置３には、エンコーダ４からの位置／速度情報を受信するエンコーダ受信回路３１，加速度センサ５１から検出加速度情報を受信する加速度センサ受信回路３２、温度センサ５２からの検出温度情報を受信する温度センサ受信回路３３を備え、これら受信回路３１，３２，３３で受信された情報は、サーボモータ制御装置３におけるサーボモータ２の駆動制御処理を行うプロセッサ３５に入力されている。
図８（ａ）は、従来の加速度センサ５１の構成図で、加速度検出素子５１ａと該加速度検出素子５１ａの出力を増幅してケーブルを介してサーボモータ制御装置に出力する増幅回路５１ｂで構成されている。また、サーボモータ制御装置３に設けられた加速度センサ受信回路３２は、図８（ｂ）に示すように、加速度センサ５１のアナログ出力を受信するアナログ信号受信回路３２ａと該アナログ信号受信回路３２ａの出力をデジタル信号に変換しサーボモータ制御装置３のプロセッサ３５に出力するＡ／Ｄコンバータ３２ｂで構成されている。
また、温度センサ５２、温度センサ受信回路３３も同様な構成になっている。

なお、図７で示した例では、機械１の可動部を駆動するサーボモータが１台の例を示しているが、可動部が複数あり、各可動部の位置等をフィードバック制御する場合には、各可動部毎にその可動部を駆動するサーボモータ及びエンコーダが設けられる。又、図７では、エンコーダ４により可動部の位置等を検出する例（フルクローズドループ）を記載したが、サーボモータ２にエンコーダを取り付けて、サーボモータ２の位置又は／及び速度を検出することによって該サーボモータで駆動される可動部の位置等を検出する場合（セミクローズドループ）もある。

特開２００２−２１５２４４号公報

従来の機械制御装置では、加速度センサや温度センサ等で検出された機械の状態情報をサーボモータ制御装置に送信するときのインタフェースは各センサ毎、それぞれ固有のインタフェースである。また、各種センサからの情報をサーボモータ制御装置が受信する場合、それぞれの受信回路を必要とし、センサ等の情報発生源の数受信回路を必要とする。

一方、サーボモータ制御装置は各種の機械を制御可能に汎用的に作成されている。可動部の多い機械を制御可能にするために、複数のサーボモータを駆動できるように複数の軸制御部を備えると共に、該複数の可動部に応じて、複数のエンコーダ受信回路を備えている。そのため、制御する可動部の数が少ない機械においては、サーボモータ制御装置内に使用しないエンコーダ受信回路が存在することになる。
そこで、本発明の目的は、エンコーダ受信回路を利用して、エンコーダからの情報以外の情報も受信できるようにすることにある。

本発明は、サーボモータと、前記サーボモータにより駆動される機械の状態を検出するセンサと、前記センサが検出された情報を外部に送信する手段を備えたセンサユニットと、センサが検出した情報を受信し、この情報を基にサーボモータを駆動するサーボモータ制御装置とを備えた機械制御装置において、センサユニットとサーボモータ制御装置間のインタフェースが、機械位置を検出するエンコーダとサーボモータ制御装置間のインタフェースと同一とすることを特徴とするものである。また、センサユニットから送信された情報を受信する受信回路をエンコーダの信号を受信可能な受信回路の構成と同一構成とし、エンコーダ及びセンサユニットとサーボモータ制御装置間のインタフェースを同一にしたことを特徴とする。
又、本発明は、機械の状態を検出するセンサは複数設けられ、前記インタフェースはシリアルインタフェースであり、複数のセンサが検出した情報を一つのシリアルインタフェースによって送信するようにする。さらに、サーボモータ制御装置の処理によって、前記受信回路からのいずれの信号も取り込むことを可能にした。

サーボモータ制御装置に設けられたエンコーダ受信回路でエンコーダ以外のセンサからの信号をも受信できることから、制御する可動部（サーボモータ）のために用意されているが、使用されずに残ったエンコーダ受信回路をセンサからの信号の受信回路に使用でき、新たな受信回路を設ける必要がなく、ハードウェア資源を有効に利用できる。また、複数のセンサ情報を１つのインタフェースで送信することができ、ケーブルを少なくすることができる。

図１は、本発明の一実施形態のブロック図である。図７に示した従来例と同一の要素には同一の符号を付している。図７に示した従来例と相違する点は、機械側に設けセンサユニット５が設けられていることと、該センサユニット５からの出力情報をエンコーダ受信回路３１ｂで受信し、センサユニット５とサーボモータ制御装置３間のインタフェースがエンコーダ４とサーボモータ制御装置３間のインタフェースと同一にされている点に特徴を有するものである。

機械１には、該機械の可動部を駆動するサーボモータ２が設けられ、該可動部の位置又は／及び速度を検出するエンコーダ４が設けられている。なお、図１では、サーボモータ２を１台設けた例を示しているが、サーボモータ２で駆動制御される機械可動部が複数あれば、その数に対応してサーボモータが設けられるものであり、また、エンコーダ４もその可動部の数に応じて設けられるものである。さらに、図１では可動部の位置又は／及び速度をエンコーダ４で検出する例を記載しているが、サーボモータ２の回転位置又は／及び速度をエンコーダ４で検出して、可動部の位置又は／及び速度を検出してもよいものである。

サーボモータ制御装置３はプロセッサ３５を有し、指令プログラム等からの可動部の移動指令とエンコーダ受信回路３１ａで受信したエンコーダ４からの位置／速度のフィードバック情報に基づいて、位置、速度ループ制御処理してサーボモータ２を駆動制御するものである。この点は従来の制御装置と同一である。

本実施形態においては、機械の温度や加速度等の機械の状態を検出するセンサユニット５が設けられて、該センサユニットからの出力情報をエンコーダ受信回路３１ｂで受信するように構成している点が従来と相違するものである。すなわち、サーボモータ制御装置３に複数設けられたエンコーダ受信回路の内、使用されずに残っているエンコーダ受信回路を利用しているものである。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、エンコーダ４とエンコーダ受信回路３１ａ間の信号送受動作の説明図である。エンコーダ４の位置検出部で検出された位置データはその前後に、スタートビットとストップビットが付加されてパラレル／シリアル変換回路を形成するシフトレジスタ４１に格納される。そしてシリアルデータ信号として図２（ｂ）に示すように、「１」、「０」（ハイレベル、ローレベル）の列としてケーブルを介してサーボモータ制御装置３のエンコーダ受信回路３１ａに送信される。エンコーダ受信回路３１ａでは、図２（ｃ）に示すように、シフトレジスタ３１ａ’で構成されたシリアルパラレル変換回路によって、パラレル信号に変換してサーボモータ制御装置のプロセッサ３５に位置データが出力されることになる。

図３は、本実施形態におけるセンサユニット５のブロック図である。このセンサユニット５は、加速度センサ５１と温度センサ５２を有し、スイッチ５３によって切り換えて加速度センサ５１のアナログ出力と温度センサ５２のアナログ出力をＡ／Ｄ変換器５４に入力する。Ａ／Ｄ変換器５４でデジタル信号に変換された加速度及び温度情報は、パラレルシリアル変換回路を形成するシフトレジスタ５５の加速度データ用レジスタ部５５ａ、温度データ用レジスタ部５５ｂに格納される。そして、信号変換回路部５６により、エンコーダ４とエンコーダ受信回路３１ａとの間のインタフェースと同一となるように通信プロトコル処理がなされてシリアルデータとしてサーボモータ制御装置３に送信される。
サーボモータ制御装置３では、センサユニット５から送られてくる信号は、エンコーダ４と同一のインタフェースによるものであるから、エンコーダ受信回路３１ｂで受信することができるものである。

図４は、センサユニット５の動作説明である。
図４（ａ）に示すように、スイッチ５３は所定周期で加速度センサ側と温度センサ側とに切り替わっている。そして、この切り替わった時間の概略中間位置において、図４（ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換器５４がアナログ信号をデジタル信号に変換する。また、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、他方に切り替わる直前にシフトレジスタ５５の加速度データ用レジスタ部５５ａ、温度データ用レジスタ部５５ｂに、この変換されたデータが書き込まれる。

こうして、加速度データ及び温度データが書き込まれたシフトレジスタ５５に信号変換回路部５６はスタートビット、ストップビットデータを付加し、エンコーダ４とエンコーダ受信回路３１ａとの間の通信プロトコルと同一にしてインタフェースを同一として、サーボモータ制御装置３に送信する。サーボモータ制御装置３はこの信号をエンコーダ受信回路３１ｂ（このエンコーダ受信回路３１ｂは、エンコーダ４からの信号を受信するエンコーダ受信回路３１ａと同一構成のものである）で受信する。

サーボモータ制御装置３のプロセッサ３５には、いずれのエンコーダ受信回路３１ａ、３１ｂがエンコーダ４からの信号の受信回路か、センサユニット５から信号の受信回路かが設定登録されており、プロセッサ３５はエンコーダからの位置情報若しくはセンサユニットからのセンサ情報かを識別して受信する。しかも、センサユニット５からのセンサ情報は、加速度データと温度データを含むものであるが、この点も受信した信号の前半８ビットは加速度データ、後半８ビットは温度データとして識別してシリアルパラレル変換器を構成するシフトレジスタから読み取るようにするものである。

サーボモータ制御装置３に設けられた、エンコーダや各種センサからの信号を受信する受信回路は、全て同一構成のエンコーダ受信回路で構成し、該エンコーダ受信回路と接続されるエンコーダやセンサ等との間のインタフェースは全て同一に構成されているから、図５に示すように、エンコーダ４やセンサユニット５と接続するエンコーダ受信回路は、サーボモータ制御装置３が備えるいずれのエンコーダ受信回路であってもよい。任意に接続できるものである。

そして、サーボモータ制御装置のプロセッサ３５は、図６に示すように、各エンコーダ受信回路３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，…で受信したデータをそれぞれレジスタ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…に取り込み、プロセッサ３５が実施する位置制御処理（制御回路若しくはソフトウェア）３７や振動制御処理３８（制御回路若しくはソフトウェア）では、どのレジスタのデータも選択的に読み込めるように構成し、エンコーダ及び各種センサユニットとエンコーダ受信回路との接続が決まった段階で、各制御処理で読み込むレジスタ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…を設定するようにすればよいものである。

本発明の一実施形態のブロック図である。同実施形態におけるエンコーダ４とエンコーダ受信回路３１ａ間の信号送受動作の説明図である。同実施形態におけるセンサユニット５のブロック図である。同実施形態におけるセンサユニット５の動作説明である。同実施形態において、エンコーダ受信回路とエンコーダ及びセンサユニットの接続を任意に接続できることを示す図である。同実施形態において、サーボモータ制御装置のプロセッサの情報読み取りの説明図である。従来の機械制御装置のブロック図である。従来の加速度センサ及び加速度センサ受信回路のブロック図である。

符号の説明

１機械
２サーボモータ
３サーボモータ制御装置
４エンコーダ
５センサユニット
３１，３１ａ，３１ｂエンコーダ受信回路

Claims

サーボモータと、前記サーボモータにより駆動される機械の状態を検出するセンサと、前記センサが検出された情報を外部に送信する手段を備えたセンサユニットと、前記センサが検出した情報を受信し、この情報を基にサーボモータを駆動するサーボモータ制御装置とを備えた機械制御装置において、
前記センサユニットと前記サーボモータ制御装置間のインタフェースが、機械位置を検出するエンコーダと前記サーボモータ制御装置間のインタフェースと同一であることを特徴とする機械制御装置。
サーボモータと、前記サーボモータにより駆動される機械の状態を検出するセンサと、前記センサが検出された情報を外部に送信する手段を備えたセンサユニットと、前記機械位置を検出するエンコーダの信号を受信可能な受信回路と前記センサユニットから送信された信号を受信する受信回路を備えたサーボモータ制御装置とを備えた機械制御装置において、
前記センサユニットから送信された情報を受信する受信回路を前記エンコーダの信号を受信可能な受信回路の構成と同一構成とし、エンコーダ及びセンサユニットと前記受信回路間のインタフェースを同一にしたことを特徴とする機械制御装置。
機械の状態を検出するセンサは複数設けられ、前記インタフェースはシリアルインタフェースであり、前記複数のセンサが検出した情報を一つのシリアルインタフェースによって送信することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の機械制御装置。
サーボモータ制御装置の処理によって、前記受信回路からのいずれの信号も取り込むことが可能であることを特徴とする請求項２に記載の機械制御装置。