JP2007037300A - 駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アクチュエータを駆動するための新しい種類の駆動モジュールを用いるにしても、コストの上昇を抑制することができる駆動制御装置を提供する。
【解決手段】 制御装置２内には複数の駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が内蔵されている。これらの駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・は、ロボットの関節部分に設けられたサーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の駆動を制御する。ここで、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・にはＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が搭載されており、ＣＰＵ２０は、電源がオンされたときは、ＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に記憶されている容量情報及びパラメータ情報を読取り、それらの情報に基づいてロボットシステムの構成として適切な駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が装着されているかを判断すると共に、パラメータ情報に基づいて制御信号を生成して駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に出力することによりロボットの動作を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクチュエータを制御対象とする駆動モジュールを装置本体内に着脱可能に装着した駆動制御装置に関する。

例えばロボットの制御装置では、ロボット本体の各関節部分に配置された複数のサーボモータを駆動するため、各サーボモータに対応した複数のインバータ回路を制御装置の装置本体内に内蔵している。

ところで、ロボット本体と制御装置とは、夫々が独立した製品として製造され、両者が適当な組み合わせによって使用されるのが一般的である。また、ロボット本体の各関節を駆動するサーボモータについては、様々な定格のものが用いられている（例えば、７５０Ｗ，４００Ｗ，２００Ｗ，１００Ｗ，５０Ｗなど）。従って、制御装置の装置本体内に内蔵されるインバータ回路も、制御対象となるサーボモータの定格に応じた電流容量を有した適切なものを用いる必要がある。

このような事情から、インバータ回路は、通常は制御装置の装置本体に対して着脱可能となる駆動モジュールとして構成されており、制御装置の制御対象となるロボット本体の仕様に合わせて駆動モジュールを装置本体内に適宜入れ替えて装着するようにしている。
尚、本発明に近似するような先行技術が開示されている文献については、一般的な産業用ロボットの構成が開示されているものの他、出願人は特に提示すべきものを発見することができなかった。

さて、新しい種類の駆動モジュールを開発した場合は、従来の制御装置のプログラムがサーボモータを駆動する際に使用しているパラメータ（デッドタイム、電流センサの分解能など）を変更する必要があることから、パラメータのデータ領域を含むプログラム全体をバージョンアップする必要がある。また、ユーザの制御装置で使用していた駆動モジュールを新しい種類の駆動モジュールに交換する場合も、プログラムをバージョンアップする必要がある。このため、プログラムをバージョンアップするたびにコストが掛かり、製造者の負担となると共にユーザの負担ともなっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、アクチュエータを駆動するための新しい種類の駆動モジュールを用いるにしても、コストの上昇を抑制することができる駆動制御装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、駆動モジュールが装置本体に装着された状態は、制御手段は、不揮発性記憶手段からパラメータを取得し、アクチュエータを制御する場合は、取得したパラメータに基づいて制御信号を生成して出力する。これにより、新しい種類の駆動モジュールであっても、プログラムをバージョンアップすることなく新規のパラメータに基づいてアクチュエータを制御することができる。

請求項２の発明によれば、制御手段は、不揮発性記憶手段に記憶された容量情報を取得し、その容量情報が示す電流容量が制御対象のアクチュエータが実際に必要とする電流容量と異なる場合は異常を報知するので、駆動モジュールの誤装着をユーザに報知することができる。

請求項３の発明によれば、駆動モジュールが誤装着された場合は、制御手段は、駆動モジュールによりアクチュエータを制御することはないので、アクチュエータが異常動作したり、駆動モジュールが損傷したりしてしまうことを防止できる。

請求項４の発明によれば、駆動制御装置に電源が投入される毎に駆動モジュールの不揮発性記憶手段から情報を取得するようにしたので、情報の信頼性を高めることができる。
請求項５の発明によれば、多関節型ロボットでは、異なる電流容量のモータを使用するのが一般的であることから、本発明を多関節型ロボットに適用するのに好適する。

以下、本発明を産業用の多関節型ロボットを駆動制御する制御装置に適用した場合の一実施例について図面を参照して説明する。
図２は、一般的な産業用のロボットシステムの構成を示している。この図２において、ロボットシステムは、ロボット本体（多関節型ロボットに相当）１と、このロボット本体１を制御する制御装置（装置本体に相当）２と、この制御装置２に接続されたティーチングペンダント３とから構成されている。

ロボット本体１は多関節型として構成され、ベース４と、このベース４に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部５と、このショルダ部５に上下方向に旋回可能に支持された下アーム６と、この下アーム６に上下方向に旋回可能に支持された上アーム７と、この上アーム７に上下方向に旋回可能に支持された手首８とから構成されており、手首８は先端部に回転（捻り動作）可能なフランジ９を備えている。尚、図示はしないが、ワークを把持するハンドはフランジ９に取り付けられるようになっている。

図１は、ロボットの制御装置の電気的構成において本発明に関連した構成を示している。この図１において、例えば単相２００Ｖの商用交流電源１０と主電源線１１ａ，１１ｂとの間には、サーキットブレーカ１２及び電源スイッチ１３が直列に接続されている。尚、電源スイッチ１３は、トライアックのような半導体スイッチング素子或いはリレースイッチのような機械的スイッチにより構成することができる。

主電源線１１ａ，１１ｂに接続された整流モジュール１４は、全波整流回路及び平滑コンデンサなど（何れも図示せず）を含んで構成されている。この整流モジュール１４の一対の出力端子に接続されたプラス側及びマイナス側の直流母線１５ａ及び１５ｂには、ロボット本体１の各関節部分に配置されている複数のサーボモータ（アクチュエータに相当）１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を駆動するため、インバータ回路を主体とする複数の駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が制御装置２の本体内部に着脱可能に配置されている。

この駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を構成するインバータ回路は、６個のスイッチング素子１８（例えば、ＩＧＢＴ）を三相ブリッジ接続すると共に、各スイッチング素子１８と並列にフライホイールダイオード１９を接続した周知のものであり、各スイッチング素子１８は、制御信号としてのＰＷＭ信号によりオンオフされる構成となっている。

また、具体的には図示しないが、ショルダ部５、各アーム６，７、手首８およびフランジ９部分夫々の変位位置を検出するため、対応するサーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・にはロータリエンコーダが組み込まれている。そして、制御装置２は、ロータリエンコーダからの検出信号によってショルダ部５、各アーム６，７、手首８およびフランジ９の変位位置を検出し、動作プログラムに基づいてサーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を制御する際にフィードバック制御するようになっている。また、制御装置２は、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・のインバータ回路に流れる電流量に基づいてサーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に対するトルク制御を実行するようになっている。

制御装置２は、ＣＰＵ（制御手段に相当）２０及びＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）２１を中心として構成されており、サーボモータ１６の駆動制御を行うようになっている。ＦＰＧＡ２１は、ＣＰＵ２０と駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・との間の通信インターフェイスとして機能するようになっている。

ここで、ＣＰＵ２０は、サーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を制御する際は、所定のパラメータに基づいて制御を実行するようになっている。つまり、図３に示すように駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に対してＰＷＭ信号を出力する場合は、デッドタイム（パラメータに相当）を見込んで制御する。また、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・からＣＰＵ２０に対して電流をフィードバックする場合は、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が有する電流センサの分解能（パラメータに相当）に基づいて電流を検出するようになっている。

図１に戻って、本実施例では、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が搭載されている回路基板には、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory、不揮発性記憶手段に相当）２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が搭載されている。このＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・のデータ端子はＦＰＧＡ２１の入力ポートに夫々接続されている。ＣＰＵ２０は、所定のＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・からデータを読取るときは、ＦＰＧＡ２１により所定のＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を選択した状態で当該ＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・からＦＰＧＡ２１を通じてデータを読取るようになっている。

図４は、ＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に記憶されたデータの一例を示している。この図４において、ＥＥＰＲＯＭの例えば００Ｈ番地には容量情報が記憶され、０１Ｈ番地には駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・のデッドタイムが記憶され、０２Ｈ番地には電流センサの分解能が記憶されている。容量情報とは、制御対象のサーボモータの電流容量を示すもので、電流容量が大きい順に、「ＬＬ」、「Ｌ」、「Ｍ」、「Ｓ」、「ＳＳ」が設定されている。駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・のデッドタイムとは、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を構成するインバータ回路のスイッチング素子１８をＯＮしてから実際に当該スイッチング素子１８がＯＮするまでの遅れ時間を示すものである。電流センサの分解能とは、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が有する電流センサの分解能を示すものである。

図１に示すバックアップＲＡＭ２３には本ロボットシステムの構成例が記憶されている。
図５は、バックアップＲＡＭ２３に記憶されたロボットシステムの構成例を示している。この図５において、６軸ロボットの電流容量の一例として、１軸目のサーボモータ１６Ａが「Ｌ」、２軸目のサーボモータ１６Ｂが「Ｍ」、３軸目のサーボモータ１６Ｃが「Ｓ」、４軸目のサーボモータ１６Ｄが「ＳＳ」、５軸目のサーボモータ１６Ｅが「ＳＳ」、６軸目のサーボモータ１６Ｆが「ＳＳ」に設定されている。また、４軸ロボットの電流容量の一例としては、１軸目のサーボモータ１６Ａが「ＬＬ」、２軸目のサーボモータ１６Ｂが「Ｌ」、３軸目のサーボモータ１６Ｃが「Ｍ」、４軸目のサーボモータ１６Ｄが「Ｍ」に設定されている。

次に、本実施例の作用について説明する。図６は、制御装置２に電源が投入された場合に、ＣＰＵ２０によって行なわれる処理の内容を示すフローチャートである。ＣＰＵ２０は、まず、バックアップＲＡＭ２３からシステム構成を読込んでから（Ｓ１）、１軸目の駆動モジュール１７ＡのＥＥＰＲＯＭ２２Ａを選択し（Ｓ２）、当該ＥＥＰＲＯＭ２２Ａから容量情報を読込み（Ｓ３）、システム構成が示す１軸目の容量情報と容量情報が示す１軸目の容量情報とが一致するかを判断する（Ｓ４）。
ここで、システム構成の１軸目と容量情報が示す１軸目とが一致したときは（Ｓ４：ＹＥＳ）、１軸目の駆動モジュール１７Ａは正しく装着されていると判断してＥＥＰＲＯＭ２２Ａからパラメータを読込む（Ｓ５）。

次に、軸数分終了したかを判断し（Ｓ６）、軸数分終了していないときは（Ｓ６：ＮＯ）、２軸目の駆動モジュール１７ＢのＥＥＰＲＯＭ２２Ｂを選択し（Ｓ２）、当該ＥＥＰＲＯＭ２２Ｂから容量情報を読取り（Ｓ３）、１軸目と同様に、システム構成が示す２軸目と容量情報が示す２軸目の電流容量が一致するかを判断する（Ｓ４）。

そして、上述のようにして軸数分の電流容量が一致することを確認したときは（Ｓ６：ＹＥＳ）、サーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に対する制御処理にパラメータ情報を反映する。つまり、図３に示すようにＣＰＵ２０による駆動モジュールに対してＰＷＭ信号を出力する際に、デッドタイムを反映したＰＷＭ信号を生成して出力すると共に、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の電流センサからの電流がフィードバックされたときは、電流センサの分解能を反映する。

一方、ＣＰＵ２０は、ステップＳ４において両者が不一致となる組み合わせがあった場合（Ｓ４：ＮＯ）、例えば、制御装置２の本体に設けられている図示しないブザーを鳴動させたり、警告ランプを点灯させたりするなど、報知手段によってユーザに対する報知処理を行ない（Ｓ８）、そのまま処理を終了する。つまり、制御装置２によるロボット本体１の駆動制御は、その時点で中止される。

さて、駆動モジュールを改良したときは、新しい種類の駆動モジュールを制御装置２に内蔵したり、客先で交換したりするようにしている。このように新しい種類の駆動モジュールを制御装置２に内蔵した場合、ユーザが制御装置２の電源をＯＮすると、ＣＰＵ２０は、上述したように新しい種類の駆動モジュールに搭載されたＥＥＰＲＯＭからパラメータを読取り、読取ったパラメータに基づいて新たな駆動モジュールを制御するので、制御装置２のプログラムを変更することなく対応することができる。

このような実施例によれば、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・にパラメータが記憶されたＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を搭載し、ＣＰＵ２０は、電源が投入されたときは、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に搭載されているＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・からパラメータを読取り、その読取ったパラメータに基づいて駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に対する制御信号を生成して出力するようにしたので、制御装置２に装着されている駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を新しい種類の駆動モジュールに交換するにしても、従来のようにプログラムまでバージョンアップすることなく、いわばデータのみのバージョンアップで対応することができ、制御装置２のコストが上昇することなく実施することができる。

また、ＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に容量情報を記憶し、夫々のサーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に対応する駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が夫々の定格に応じているか否かを判断し、両者が不一致となる組み合わせが存在したときは、ユーザに対して報知動作を行なうようにしたので、ユーザは、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の交換を行うなど駆動制御を再開させるための措置を迅速に行なうことが可能となる。さらに、このような場合は、サーボモータ１６の駆動制御を停止するので、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・が過負荷となることを防止できる。

しかも、制御装置２の電源が投入される毎に、駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・のＥＥＰＲＯＭ２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・から容量情報及びパラメータを読取るようにしたので、最新の容量情報及びパラメータを取得することができ、情報の信頼性を高めることができる。

本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・のＥＥＰＲＯＭ１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・から容量情報及びパラメータを読取る動作としては、電源投入時のみに限らず、スイッチ操作で行うようにしてもよい。

報知手段による報知動作は、必要に応じて行えば良い。
制御装置２に内蔵する駆動モジュールの数に余裕がある場合には、マッチングが不適切である場合、サーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の駆動を停止する処理に代えて、サーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・とのマッチングが適切となる駆動モジュールに接続を自動的に切換えた後、サーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・の駆動を開始するように構成しても良い。

駆動モジュール１７Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・を構成するスイッチング素子１８は、ＩＧＢＴに限ることなく、パワートランジスタやパワーＭＯＳＦＥＴであっても良い。
アクチュエータは、サーボモータ１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に限ることなく、電気信号に基づいて駆動対象を変位させるものであれば形態は問わない。

商用交流電源は、三相交流であっても、電圧が１００Ｖであっても良いことは言うまでもない。
ロボットの制御装置に限ることなく、複数のアクチュエータを駆動するための複数の駆動回路を備えている駆動制御装置であれば、適用が可能である。

本発明の一実施例における制御装置の電気的構成を示す概略図 ロボットシステムを示す斜視図 ＣＰＵによる駆動モジュールに対するフィードバック制御を示す図 ＥＥＰＲＯＭに記憶された情報を示す図 ロボットシステムの構成例を示す図 ＣＰＵの動作を示すフローチャート

符号の説明

図面中、１はロボット本体（多関節型ロボット）、２は制御装置（装置本体）、１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・はサーボモータ（アクチュエータ）、１６Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・は駆動モジュール、２０はＣＰＵ（制御手段）、２２Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・はＥＥＰＲＯＭ（不揮発性記憶手段）である。

Claims (5)

1. 装置本体と、この装置本体内に着脱可能に装着され、制御対象のアクチュエータを駆動する複数の駆動モジュールと、これらの駆動モジュールに制御信号を出力する制御手段とを備えた駆動制御装置において、
   前記駆動モジュールは、前記制御手段が前記アクチュエータを制御するのに必要となるパラメータを記憶した不揮発性記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記不揮発性記憶手段に記憶されたパラメータを取得し、当該パラメータに基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記不揮発性記憶手段は、前記アクチュエータを駆動するのに必要な電流容量を示す容量情報を記憶しており、
   前記制御手段は、前記不揮発性記憶手段から前記容量情報を取得し、当該容量情報が示す電流容量と前記アクチュエータが実際に必要とする電流容量とが異なる場合は異常を報知することを特徴とする請求項１記載の駆動制御装置。
3. 前記制御手段は、前記不揮発性記憶手段から取得した容量情報が示す電流容量が制御対象のアクチュエータが実際に必要とする電流容量と異なる場合は、前記駆動モジュールに対する制御を禁止することを特徴とする請求項２記載の駆動制御装置。
4. 前記制御手段は、電源が投入されたときに、前記不揮発性記憶手段から情報を取得することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の駆動制御装置。
5. 前記アクチュエータは、多関節型ロボットの関節部分に配置されたモータであることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の駆動制御装置。
   
   

Images