JP2005271166A - サーボ軸のブレーキ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】他のサーボ軸の動作および機器全体としての動作に影響を与えることなく特定のサーボ軸に対するブレーキの制御およびサーボ制御の有効/無効の切替えを行うことができるサーボ軸のブレーキ制御方法を提供する。
【解決手段】プレイバック時に、対象となる特定のサーボ軸が停止状態から動作状態に移行することをプログラムされた内容から判断しそれに伴うそのサーボ軸のサーボ制御を有効にしブレーキを解放するという一連の制御を機器全体としてのプレイバック制御と並行して行うことにより対象軸が動作を開始する前にこれを完了するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は例えばロボット等のティーチングプレイバック方式で稼動管理される機器を構成するサーボ軸の制御方式に関するものである。

従来、産業用ロボットのようなティーチングプレイバック方式で稼動管理される機器では、その機器を構成する複数のサーボ軸は、プレイバック中はサーボ制御を有効とし、ブレーキを解放するのが一般的であるが、他機器との同期待ちのように完全に停止している状態が長く続くものでは、モータヘの負荷を軽減するため、一定時間サーボヘの指令が途切れた場合に、ブレーキを保持状態にしてサーボ制御を無効にし、サーボヘの指令が生じた場合には、ブレーキを解放状態にしてサーボ制御を有効にする場合もあった（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−２２２８７７号公報

このようなティーチングプレイバック方式で稼動管理される機器では、その機器を構成するサーボ軸の中には、常に動作しているのではなく、負荷のかかった状態で長時間同じ位置でそれを保持しつづける働きをするものもあった。例えば、溶接ロボットのワークを把持しワークの溶接姿勢を決めるためのポジショナ軸は、一旦ワークを溶接姿勢に位置決めするとその姿勢のまま溶接が終わるまで保持しつづけていた。

これは、機器全体としては、溶接を続けており稼動状態にあるが、ポジショナのサーボ軸のみ着目すれば、サーボ制御でワークを保持して停止している状態であった。

このような状態では、例えば大重量のワークを保持するポジショナなどで、そのサーボ軸は大きな負荷を長時間にわたって保持しつづけることになることから過熱を起こす可能性がある。

この解決策として、上記特許文献１の構成を用いて、特定のサーボ軸に対して、そのサーボ軸が停止状態にあればブレーキを保持状態にしてサーボ制御を無効にし、動作状態にあればブレーキを解放にしてサーボ制御を有効にすることができるようにしていたが、次のような問題があった。

すなわち、ブレーキが、解放状態から保持状態に、あるいは、保持状態から解放状態に移行して実際に機械的に働くためには数１０ｍｓｅｃから数１００ｍｓｅｃの時間が必要であった。すると、対象とするサーボ軸が他のサーボ軸と同時に動作を行うようプログラムされている場合、対象のサーボ軸が上記のブレーキ解放のため他のサーボ軸に対して動作開始が遅れる可能性があり、動作過程で機器構成要素間や機器構成要素とワークとの間で干渉が発生する場合を想定してそれを防ぐために対象のサーボ軸の遅延に合わせて他のサーボ軸の動作開始も遅れさせる必要があった。

この結果、機器全体としての動作に遅延が発生してしまうという課題があった。なお、対象のサーボ軸が動作を停止する場合も同様である。

そこで、本発明は、他のサーボ軸の動作および機器全体としての動作に影響を与えることなく特定のサーボ軸に対するブレーキの制御およびサーボ制御の有効／無効の切替えを行うことができるサーボ軸のブレーキ制御方法を提供するものである。

上記課題を解決するため本発明は、プレイバック時に、対象となる特定のサーボ軸が停止状態から動作状態に移行することをプログラムされた内容から判断し、それに伴うそのサーボ軸のサーボ制御を有効にしてブレーキを解放するという一連の制御を機器全体としてのプレイバック制御と並行して行うことにより対象軸が動作を開始する前にこれを完了することができ、その結果、機器全体および機器を構成する他のサーボ軸の動作に影響を与えることなく対象サーボ軸を動作可能状態にできる。

また、本発明はプレイバック時に、対象となる特定のサーボ軸が動作状態から停止状態に移行することをプログラムされた内容から判断しそれに伴うそのサーボ軸のブレーキを保持しサーボ制御を無効にするという一連の制御を対象サーボ軸が停止した後に機器全体としてのプレイバック制御と並行して行うことにより、機器全体および機器を構成する他のサーボ軸の動作に影響を与えることなく対象サーボ軸を停止状態にできる。

以上述べたように、本発明はプログラム実行中においても、プログラムの内容を自動的に判断し、対象となるサーボ軸の停止中はブレーキで保持しサーボを無効にし、そのサーボ軸の動作中はサーボを有効にすることで、不要な電力消費が無く、モータを過熱させることもなく、モータ損傷を防止することができ、この制御を機器全体としての動作に影響を与えることなく行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。

（実施の形態）
図４は、本発明の実施の形態におけるサーボ軸のブレーキ制御方法を適用する溶接ロボットシステムの一例を示す図である。

図中、１はワークを把持してワークの溶接姿勢を決めるために回転するポジショナ、２はワーク、３はロボットの本体である。

図４の溶接ロボットシステムは、プログラムにしたがって動作する。ワーク２をある姿勢にして溶接を行うためには、プログラム内の情報として、ポジショナ１の位置を決めるための動作情報が必要であり、続いて、その状態でロボット３がワーク２の所望箇所を溶接するための情報が必要である。さらに、別のワーク姿勢での溶接を行うためには、プログラム内の情報として、ふたたびポジショナ１の位置を決めるための動作情報が必要であり、続いて、その状態でロボット３がワークの所望箇所を溶接するための情報が必要である。

ポジショナ１は溶接を行っている間、ワーク２を一定の姿勢に保つため、ワーク２の重量を負荷として保持しなければならない。これを、サーボ軸の制御で行うと、そのサーボモータには負荷が長時間にわたってかかりつづけることになり、やがて、モータの過熱、ひいては、モータの故障を引き起こす可能がある。

次に本発明の動作を図１のタイムチャート、図２のフローチャート、および、図３のプログラム内容をモデル化して示したもので説明する。

図３は図４のロボットシステムのプログラム例をモデル化して示したもので、その内容は、ステップ１でロボットが空走して位置Ａに移動し、ステップ２でポジショナ１が回転して姿勢Ｂに移動し、ステップ３でロボットが空走して位置Ｃに移動し、ステップ４でロボットが溶接を行ないながら位置Ｄに移動し、ステップ５でロボットが空走して位置Ｅに移動するというものである。

図２は本発明のブレーキ制御にて行われる処理内容を示したフローチャートである。対象となるサーボ軸が停止状態にあると、ブレーキが保持状態となっておりサーボ制御は無効になっており、動作することは不可能な状態となっている。図２（ａ）は、サーボ軸が停止状態から動作状態に移行する際に行われるブレーキ解放制御である。図２（ａ）に示したように、まずサーボ軸が停止状態から動作状態に移行するかどうかを判断じ、移行する場合は、サーボ制御が有効に切替えられ、サーボ制御を確実に有効にするためあらかじめ設定された時間の経過を待ち、続いてブレーキを解放し、ブレーキを確実に解放するためあらかじめ設定された時間の経過を待ち、その後、サーボ軸動作可能となる。図２（ｂ）は、サーボ軸が動作状態から停止状態に移行する際に行われるブレーキ保持制御である。図２（ｂ）に示したように、まずサーボ軸が動作状態から停止状態に移行するかどうかを判断し、移行する場合は、対象サーボ軸の動作が確実に停止している状態にするためあらかじめ設定された時間の経過を待ち、ブレーキを保持状態にし、ブレーキを確実に保持状態にするため、あらかじめ設定された時間の経過を待ち、サーボ制御を無効に切替えることで、対象サーボ軸の動作は不可状態となる。

図１は、図３のプログラムをプレイバックする際の制御の様子をプレイバック動作の制御とそれと並行して行われるポジショナ１のサーボ軸に対するブレーキ制御の様子に分けて動作過程を示している図である。

プレイバック動作の制御がステップ２でポジショナ１が回転するに先だって、ブレーキ制御はプレイバック動作の制御がひとつ前のステップ１のプレイバツク動作を行っている間に、次のステップ２のはじまりでポジショナ１が停止状態から動作状態に移行することをプログラムの内容から判断し、ブレーキ解放の制御（図２（ａ）参照）を行っている。

さらに、プレイバック動作の制御がステップ３のプレイバック動作を始めると、ブレーキ制御はポジショナ１が動作状態から停止状態に移行することをプログラムの内容から判断してブレーキ保持の制御（図２（ｂ）参照）を行っている。

以上のように、本実施の形態によれば、過大な負荷状態で停止するサーボ軸であるポジショナ１への負荷を取り除くため、その停止状態にあってはブレーキで保持しサーボを無効にし、そのサーボ軸の動作状態にあってはブレーキを解放しサーボを有効にする制御を溶接ロボットシステム全体としての動作に影響を与えることなく行うことができる。

本発明のサーボ軸のブレーキ制御方法によれば、不要な電力消費が無く、モータを過熱させることもなく、モータ損傷を防止することができ、この制御を機器全体としての動作に影響を与えることなく行うことができるので、特に生産機器などの産業機器において有用である。

本発明の実施の形態における制御のタイムチャートの概念を示した図 本発明の実施の形態におけるブレーキ解放の制御とサーボ保持の制御のフローチャート 本発明の実施の形態における溶接ロボットシステム例のプログラムの内容をモデル的に示した図 本発明の実施の形態における溶接ロボットシステム例を示した図

符号の説明

１ ポジショナ
２ ワーク
３ ロボット

Claims (2)

1. プログラムされた内容を制御手段によりプレイバック動作する機器を構成する複数のサーボ軸のうち、個別に制御できるブレーキを有した特定のサーボ軸の停止中はブレーキで保持してサーボを無効にし、そのサーボ軸の動作中はサーボを有効にしブレーキを解放するよう制御する機器において、その制御を実際にサーボ軸の動作を開始する時点よりも以前にプログラムの内容から、サーボ軸の停止状態から動作状態への移行を判断してプレイバック動作と並行して行うサーボ軸のブレーキ制御方法。
2. プログラムされた内容を制御手段によりプレイバック動作する機器を構成する複数のサーボ軸のうち、個別に制御できるブレーキを有した特定のサーボ軸の停止中はブレーキで保持してサーボを無効にし、そのサーボ軸の動作中はサーボを有効にしブレーキを解放するよう制御する機器において、その制御を実際にそのサーボ軸の動作を停止する時点以降にプログラムの内容から、そのサーボ軸の動作状態から停止状態への移行を判断してプレイバック動作とは並行して行うサーボ軸のブレーキ制御方法。