JP2007110796A - Robot system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサの位置情報を記憶保持するために電源電圧を供給するためのバッテリを備えたロボットシステムにおいて、定期的にバッテリへのリフレッシュが掛かり、移設・交換等でマニピュレータと制御装置の接続が外された場合であっても、センサの位置情報を記憶保持することができるロボットシステムに関する。 The present invention relates to a robot system including a battery for supplying a power supply voltage to store and hold sensor position information, and the battery is periodically refreshed, and the manipulator and the control device are connected by relocation or replacement. It is related with the robot system which can memorize | store and hold the positional information on a sensor, even if is removed.
一般的なロボットシステムは、制御装置とロボット（以下、マニピュレータと記載）から構成されており、マニピュレータの各関節の駆動軸にはモータとセンサが設置されている。第１の従来技術として、一般的なロボットシステムについて説明する。
図３は、従来のロボットシステムの構成を示す概略図である。図において、１は制御装置、２は制御電源、３はマニピュレータ、４−１〜４−６はセンサ、５−１〜５−６はモータ、６は主バッテリ回路、７，８は電源回り込み防止手段である。なお、本発明に関連する構成要素のみを記載しており、制御装置１内のモータ駆動装置等は省略している。また、マニピュレータ３は６軸の例を示しているが、軸数はその限りでない。制御装置１とマニピュレータ３は、制御装置１からの電源供給や駆動指令、マニピュレータ３からの各関節情報信号等の配線ケーブルで接続されており、相互に信号のやり取りができるようになっている。
A general robot system includes a control device and a robot (hereinafter referred to as a manipulator), and a motor and a sensor are installed on a drive shaft of each joint of the manipulator. As a first prior art, a general robot system will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional robot system. In the figure, 1 is a control device, 2 is a control power supply, 3 is a manipulator, 4-1 to 4-6 are sensors, 5-1 to 5-6 are motors, 6 is a main battery circuit, and 7 and 8 are power supply preventions. Means. Note that only the components related to the present invention are described, and the motor driving device and the like in the control device 1 are omitted. Moreover, although the manipulator 3 shows an example of 6 axes, the number of axes is not limited thereto. The control device 1 and the manipulator 3 are connected to each other by wiring cables such as a power supply from the control device 1 and a drive command and each joint information signal from the manipulator 3 so that signals can be exchanged with each other.
通常運転の場合、センサ４−１〜４−６は、制御装置１内の制御電源２から給電されて動作すると共に、センサ４−１〜４−６の位置情報を記憶保持している。一方、ロボットシステムの移設や制御装置１、マニピュレータ３のメンテナンス等、制御装置１が稼動していない場合、すなわち制御装置１内の制御電源２からセンサ４−１〜４−６へ給電されていない場合、主バッテリ回路６内のバッテリ（図示しない）からセンサ４−１〜４−６へ給電され、位置情報を記憶保持している。通常、主バッテリ回路６内のバッテリ（図示しない）は、マニピュレータ３への搭載を考慮して、マニピュレータ３の小型が図れ、電圧が高く、エネルギー密度が高く、長期安定性があるリチウム電池が用いられる。
また、制御電源２の給電ラインとバッテリの給電ラインには、それぞれの電圧が回り込むことを防ぐために、電圧回り込み防止手段７，８を備えている。電圧回り込み防止手段７，８には、電圧一方向伝達性をもつダイオード、トランジスタ、ＦＥＴ等の逆流防止素子を利用するのが一般的である。
In the case of normal operation, the sensors 4-1 to 4-6 operate while being supplied with power from the control power supply 2 in the control device 1, and store and hold position information of the sensors 4-1 to 4-6. On the other hand, when the control device 1 is not in operation, such as relocation of the robot system or maintenance of the control device 1 or the manipulator 3, that is, power is not supplied from the control power source 2 in the control device 1 to the sensors 4-1 to 4-6. In this case, power is supplied from a battery (not shown) in the main battery circuit 6 to the sensors 4-1 to 4-6, and the position information is stored and held. In general, a battery (not shown) in the main battery circuit 6 is a lithium battery that allows the manipulator 3 to be small in size, has high voltage, high energy density, and long-term stability in consideration of mounting on the manipulator 3. It is done.
The power supply line of the control power supply 2 and the power supply line of the battery are provided with voltage sneaking prevention means 7 and 8 in order to prevent each voltage from sneaking around. As the voltage sneaking prevention means 7 and 8, a reverse current prevention element such as a diode, transistor, FET or the like having a one-way voltage transmission property is generally used.
次に、第２の従来技術として、アブソリュートエンコーダ用のバックアップ電源を有するバックアップ電源供給装置について説明する。
第２の従来技術であるバックアップ電源供給装置は、バックアップバッテリを接続するバッテリ接続部と他のバッテリ接続部を並列に備え、バッテリ接続部にバックアップバッテリを接続したままで主電源部の電圧を遮断し、新しいバックアップバッテリを他のバッテリ接続部に接続し、その後バックアップバッテリをバックアップバッテリ接続部から取り除くものである（例えば、特許文献１参照）。このように、第２の従来技術であるバックアップ電源供給装置は、主電源を切った状態でもバックアップバッテリの交換ができるので、回路ショート等の可能性がなく、アブソリュートエンコーダのバックアップデータの消失を防止できるのである。
Next, a backup power supply apparatus having a backup power supply for an absolute encoder will be described as a second conventional technique.
A backup power supply device as a second prior art comprises a battery connection portion for connecting a backup battery and another battery connection portion in parallel, and shuts off the voltage of the main power supply portion while the backup battery is connected to the battery connection portion. Then, a new backup battery is connected to another battery connection part, and then the backup battery is removed from the backup battery connection part (see, for example, Patent Document 1). In this way, the backup power supply device, which is the second conventional technology, can replace the backup battery even when the main power is turned off, so there is no possibility of a circuit short-circuit and the like, and the loss of backup data of the absolute encoder is prevented. It can be done.
次に、第３の従来技術として、アブソリュートエンコーダ用のバックアップ電源を有する第２の従来技術とは別のバックアップ電源供給装置について説明する。
第３の従来技術であるバックアップ電源供給装置は、バックアップ用コンデンサに一次電池を並列に接続し、脱着可能な接続端子を備えたバックアップ電源供給装置を、モータ制御装置の主電源部に並列に接続した一方の第二接続端子に接続して、他方の第二接続端子は未接続とし、新しいバックアップ電源供給装置を交換する時に第二接続端子を使用するものである（例えば、特許文献２参照）。このように、第３の従来技術であるバックアップ電源供給装置は、バックアップ用コンデンサの交換が容易になり、また、第二接続端子を２つ以上設けたので、アブソリュートエンコーダのバックアップデータを消失することなくバックアップ電源供給装置を交換することができるのである。
Next, a backup power supply apparatus different from the second conventional technique having a backup power supply for an absolute encoder will be described as a third conventional technique.
A backup power supply device, which is a third conventional technology, connects a primary battery in parallel to a backup capacitor, and connects a backup power supply device having a detachable connection terminal in parallel to the main power supply unit of the motor control device. One of the second connection terminals is connected, the other second connection terminal is not connected, and the second connection terminal is used when a new backup power supply device is replaced (for example, see Patent Document 2). . As described above, the backup power supply device according to the third prior art makes it easy to replace the backup capacitor, and since two or more second connection terminals are provided, the backup data of the absolute encoder is lost. Thus, the backup power supply device can be replaced.
次に、第４の従来技術として、アブソリュートエンコーダ用のバックアップ電源を有するエンコーダ装置について説明する。
第４の従来技術であるエンコーダ装置は、被測定物の変位量を測定するエンコーダ本体と、このエンコーダ本体に電源を供給する主電源遮断時に、バックアップ用電源を供給するバックアップ電源とを有し、バックアップ電源の主バッテリ交換時に主バッテリに代わってバックアップ用の電源を供給する補助電源をエンコーダ本体外部に有するエンコーダ装置とし、バックアップ電源は、エンコーダ本体のバックアップが必要な回路にのみバックアップ電源を供給する構成とするものである（例えば、特許文献３参照）。このように、第４の従来技術であるエンコーダ装置は、エンコーダ内部に大容量コンデンサを搭載することなく、エンコーダの小型化が実現でき、高温環境下でのコンデンサ容量の経年劣化によるバックアップ時間の低下問題が解決できる為、エンコーダの高温対応が実現でき、また、バックアップ時の消費電流も低減され、より長時間のバックアップが可能となり、バッテリ、コンデンサ等の電源素子の長寿命化も図ることができるのである。
The encoder device which is the fourth prior art has an encoder body that measures the amount of displacement of the object to be measured, and a backup power source that supplies a backup power source when the main power source that supplies power to the encoder body is shut off. An encoder device that has an auxiliary power supply outside the encoder main body to supply backup power instead of the main battery when the main battery of the backup power supply is replaced. The backup power supply supplies the backup power supply only to the circuits that require backup of the encoder main body. It is set as a structure (for example, refer patent document 3). As described above, the encoder device according to the fourth prior art can realize downsizing of the encoder without mounting a large-capacitance capacitor inside the encoder, and reduces the backup time due to the aging deterioration of the capacitor capacity in a high temperature environment. Since the problem can be solved, the encoder can be used at high temperatures, the current consumption during backup is reduced, backup can be performed for a longer time, and the life of power supply elements such as batteries and capacitors can be extended. It is.
第１の従来技術である一般的なロボットシステムは、バッテリ回路内のバッテリとしてリチウム電池用いるため、バッテリ未使用状態から再度使用する場合、電池内に酸化膜ができているために、過渡電圧と呼ばれる一時的に電圧が降下する現象が発生する。
ここで、リチウム電池の閉路電圧特性ついて説明する。図５は、リチウム電池の閉路電圧特性を示す概略図である。図において、リチウム電池の放電特性は、負極リチウム金属表面に生成する塩化リチウムの皮膜で支配されているため、長期貯蔵などにより皮膜が成長した状態で電池を放電すると、放電開始と同時に皮膜の形態が急激に変化し、過渡現象（過渡最低電圧）を呈する。また、過渡現象の後は、電池は比較的安定した放電電位（作動電圧）を示す。過渡最低電圧は、リチウム表面の塩化リチウム皮膜の状態によって影響を受け、皮膜の状態が同じであれば負荷の大きさと環境温度の影響を受け、負荷が大きくなるほど、また環境温度が低くなるほど過渡最低電圧は低くなる。また、貯蔵期間が長いほど過渡最低電圧は低くなる。また、作動電圧は、過渡最低電圧よりも高い電圧を示すが、負荷の大きさと環境温度に対してはほぼ同じような影響を受け、負荷が大きくなるほど、また環境温度が低くなるほど作動電圧は低くなる。
The general robot system as the first prior art uses a lithium battery as a battery in the battery circuit. Therefore, when the battery is used again from an unused state, an oxide film is formed in the battery. A phenomenon called a temporary voltage drop occurs.
Here, the closed-circuit voltage characteristics of the lithium battery will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing a closed circuit voltage characteristic of a lithium battery. In the figure, the discharge characteristics of the lithium battery are dominated by the lithium chloride film formed on the surface of the negative electrode lithium metal. Therefore, when the battery is discharged in a state where the film has grown due to long-term storage, etc. Changes rapidly and exhibits a transient phenomenon (transient minimum voltage). In addition, after a transient phenomenon, the battery exhibits a relatively stable discharge potential (operating voltage). The transient minimum voltage is affected by the state of the lithium chloride film on the lithium surface. If the film state is the same, it is affected by the load size and the ambient temperature. The larger the load and the lower the ambient temperature, the transient minimum voltage. The voltage is lowered. Also, the longer the storage period, the lower the transient minimum voltage. The operating voltage is higher than the transient minimum voltage, but the load voltage and the environmental temperature are almost the same, and the operating voltage decreases as the load increases and the environmental temperature decreases. Become.
この過渡現象が発生した場合、未使用期間が短期の場合、降下電圧は大きな問題とならないが、未使用期間が長期の場合は、降下電圧が大きく、センサの情報を記憶保持するために必要な電圧以下に降下してしまい、センサの位置情報が失われてしまうという問題があった。また、センサの位置情報が失われてしまうと、通常運転を再開する場合、制御装置にアラームが発生し、作業工程が止まったりする支障をきたしてしまうという問題もあった。また、リチウム電池は、電圧の末期特性が急峻なため、電池の寿命末期において、バッテリの残存期間が正確に把握できないという問題もあった。また、リチウム電池の電圧特性が負荷の大きさと環境温度の影響を受けるため、マニピュレータの設置環境や軸数を考慮して使用しなければならないという問題点もあった。 When this transient occurs, the voltage drop is not a major problem when the unused period is short, but when the unused period is long, the voltage drop is large and is necessary to store and hold sensor information. There is a problem that the position information of the sensor is lost because the voltage drops below the voltage. Further, if the position information of the sensor is lost, there is a problem that when the normal operation is resumed, an alarm is generated in the control device and the work process is stopped. In addition, the lithium battery has a sharp voltage end characteristic, so that there is a problem that the remaining battery life cannot be accurately grasped at the end of the battery life. In addition, since the voltage characteristics of the lithium battery are affected by the magnitude of the load and the environmental temperature, there is a problem in that it must be used in consideration of the installation environment of the manipulator and the number of axes.
第２の従来技術、または、第３の従来技術であるバックアップ電源供給装置は、第１の従来技術である一般的なロボットシステムと同様に、バッテリとしてリチウム電池を用いた際、前述の降下電圧に依る問題やバッテリの残存期間が正確に把握できないという問題は、解決できない。なお、バッテリとしてリチウム電池を用いることは、ロボットシステムにおいて、小型で、その電圧が高く、エネルギー密度が高く、長期安定性がある点で一般的なことである。 The backup power supply apparatus according to the second prior art or the third prior art is similar to the general robot system as the first prior art when the lithium battery is used as the battery, and the above-mentioned voltage drop. The problem that depends on the battery and the problem that the remaining battery life cannot be accurately grasped cannot be solved. The use of a lithium battery as a battery is common in a robot system in that it is small in size, high in voltage, high in energy density, and long-term stable.
第４の従来技術であるエンコーダ装置は、第１の従来技術である一般的なロボットシステムと同様に、バッテリとしてリチウム電池を用いた際、前述の降下電圧に依る問題やバッテリの残存期間が正確に把握できないという問題は、解決できない。なお、バッテリとしてリチウム電池を用いることは、ロボットシステムにおいて、小型で、その電圧が高く、エネルギー密度が高く、長期安定性がある点で一般的なことである。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、センサに給電する補助バッテリ回路と、負荷を有するリフレッシュ回路とを前記制御装置に備え、複数系統の給電源に基づいて前記センサに給電し、前記制御装置に通電がある通常運転時に、前記主バッテリ回路と前記リフレッシュ回路を接続し、主バッテリ回路の未使用期間が長期の場合においても、主バッテリ回路再使用時の電圧降下低減とセンサの位置情報消滅防止を図ることができ、また、センサの位置情報記憶期間の延長とバッテリ残存期間の正確な把握もできるロボットシステムを提供することを目的とする。
As in the case of the general robot system as the first prior art, the encoder device according to the fourth prior art, when using a lithium battery as the battery, accurately corrects the problems caused by the aforementioned voltage drop and the remaining battery life. The problem of not being able to grasp is not solved. The use of a lithium battery as a battery is common in a robot system in that it is small in size, high in voltage, high in energy density, and long-term stable.
The present invention has been made in view of such problems, and includes an auxiliary battery circuit that supplies power to the sensor and a refresh circuit having a load in the control device, and the sensor is based on a plurality of power supply sources. During normal operation when power is supplied and the controller is energized, the main battery circuit and the refresh circuit are connected to reduce the voltage drop when the main battery circuit is reused even when the main battery circuit is not used for a long time. It is an object of the present invention to provide a robot system that can prevent the disappearance of sensor position information, and can extend the sensor position information storage period and accurately grasp the battery remaining period.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、センサに給電する主バッテリ回路を有したマニピュレータと、前記センサに給電する主電源を有した前記マニピュレータを駆動する制御装置と、を備えたロボットシステムにおいて、前記センサに給電する補助バッテリ回路と、前記主バッテリ回路に対する模擬負荷と、を有する前記制御装置を備え、複数の給電源に基づいて前記センサに給電し、前記主バッテリ回路と前記模擬負荷を接続して前記主バッテリ回路をリフレッシュするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記模擬負荷が、前記主バッテリ回路と並列に接続されるものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記模擬負荷が、電気的に可動する接続スイッチと負荷を有するリフレッシュ回路、または、手動で可動する接続スイッチと負荷を有する手動リフレッシュ回路であるものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３記載の発明における前記電気的に可動する接続スイッチが、前記制御装置の通常運転時に可動するものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項３記載の発明における前記手動で可動する接続スイッチが、前記制御装置の通常運転時、または、前記制御装置の無通電時に可動するものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項３記載の発明における前記手動で可動する接続スイッチは、前記制御装置の前面に設置するものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項３記載の発明における前記リフレッシュ回路が、前記主バッテリ回路、または、前記手動リフレッシュ回路と並列に接続されるものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１記載の発明における前記主バッテリ回路が、バッテリとしてリチウム電池を有し、前記補助バッテリ回路が、バッテリとしてアルカリ電池を有するものである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a robot system comprising: a manipulator having a main battery circuit that supplies power to the sensor; and a control device that drives the manipulator having a main power supply that supplies power to the sensor. An auxiliary battery circuit for supplying power to the main battery circuit, and a simulated load for the main battery circuit. The control device supplies power to the sensor based on a plurality of power supplies, and connects the main battery circuit and the simulated load. The main battery circuit is refreshed.
According to a second aspect of the invention, the simulated load according to the first aspect of the invention is connected in parallel with the main battery circuit.
According to a third aspect of the present invention, the simulated load according to the first aspect of the invention is a refresh circuit having a connection switch and a load that are electrically movable, or a manual operation having a connection switch and a load that are manually movable. It is a refresh circuit.
According to a fourth aspect of the present invention, the electrically movable connection switch according to the third aspect of the present invention is movable during normal operation of the control device.
According to a fifth aspect of the present invention, the manually movable connection switch according to the third aspect of the present invention is movable during normal operation of the control device or when the control device is not energized.
According to a sixth aspect of the present invention, the manually movable connection switch according to the third aspect of the invention is installed on the front surface of the control device.
According to a seventh aspect of the invention, the refresh circuit according to the third aspect of the invention is connected in parallel to the main battery circuit or the manual refresh circuit.
According to an eighth aspect of the invention, the main battery circuit according to the first aspect of the invention has a lithium battery as a battery, and the auxiliary battery circuit has an alkaline battery as a battery.
請求項１に記載の発明によると、主バッテリ回路の未使用期間が長期の場合においても、主バッテリ回路再使用時の電圧降下低減とセンサの位置情報消滅防止を図ることができ、また、センサの位置情報記憶期間の延長とバッテリ残存期間の正確な把握もできる。また、マニピュレータの設置環境や軸数をさほど気にせず主バッテリ回路を使用できる。
請求項２または７に記載の発明によると、主バッテリ回路を容易にリフレッシュすることができ、主バッテリ回路再使用時の電圧降下低減とセンサの位置情報消滅防止を図ることができる。また、システムの信頼性向上も図ることができる。
請求項３に記載の発明によると、制御装置の通電、無通電にかかわらず、主バッテリ回路を容易にリフレッシュすることができ、主バッテリ回路再使用時に備えることができる。
請求項４に記載の発明によると、制御装置に通電がある通常運転時に、主バッテリ回路を容易にリフレッシュすることができる。
請求項５に記載の発明によると、制御装置の通電、無通電にかかわらず、主バッテリ回路をリフレッシュすることができ、主バッテリ回路再使用時に備えることができる。
請求項６に記載の発明によると、作業者が必要な時にいつでもリフレッシュ動作作業を容易に実施することができる。
請求項８に記載の発明によると、センサの位置情報記憶期間の延長とバッテリ残存期間の正確な把握をすることができる。
According to the first aspect of the present invention, even when the main battery circuit is not used for a long time, it is possible to reduce the voltage drop and prevent the sensor position information from disappearing when the main battery circuit is reused. The position information storage period can be extended and the battery remaining period can be accurately grasped. In addition, the main battery circuit can be used without worrying about the installation environment of the manipulator and the number of axes.
According to the second or seventh aspect of the invention, the main battery circuit can be easily refreshed, and a voltage drop can be reduced and the sensor position information can be prevented from disappearing when the main battery circuit is reused. In addition, the reliability of the system can be improved.
According to the third aspect of the present invention, the main battery circuit can be easily refreshed regardless of whether the control device is energized or not energized, and can be provided when the main battery circuit is reused.
According to the fourth aspect of the present invention, the main battery circuit can be easily refreshed during normal operation when the control device is energized.
According to the fifth aspect of the invention, the main battery circuit can be refreshed regardless of whether the control device is energized or not energized, and can be provided when the main battery circuit is reused.
According to the sixth aspect of the present invention, the refresh operation can be easily performed whenever the operator needs.
According to the eighth aspect of the present invention, the sensor position information storage period can be extended and the battery remaining period can be accurately grasped.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施例１におけるロボットシステムの構成を示す概略図である。図において、１は制御装置、２は制御電源、３はマニピュレータ、４−１〜４−６はセンサ、５−１〜５−６はモータ、６は主バッテリ回路、７，８は電源回り込み防止手段であり、また、１０は補助バッテリ回路、１１は電源回り込み防止手段、１２はリフレッシュ回路である。電圧回り込み防止手段７，８，１１には、電圧一方向伝達性をもつダイオード、トランジスタ、ＦＥＴ等の逆流防止素子を利用するのが一般的である。
なお、本発明に関連する構成要素のみを記載しており、制御装置１内のモータ駆動装置等は省略している。また、マニピュレータ３は６軸の例を示しているが、軸数はその限りでない。制御装置１とマニピュレータ３は、制御装置１からの電源供給や駆動指令、マニピュレータ３からの各関節情報信号等の配線ケーブルで接続されており、相互に信号のやり取りができるようになっている。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a robot system according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a control device, 2 is a control power supply, 3 is a manipulator, 4-1 to 4-6 are sensors, 5-1 to 5-6 are motors, 6 is a main battery circuit, and 7 and 8 are power supply preventions. 10 is an auxiliary battery circuit, 11 is a power supply prevention means, and 12 is a refresh circuit. As the voltage sneaking prevention means 7, 8, 11, it is common to use a backflow prevention element such as a diode, transistor, FET or the like having a voltage unidirectional transmission.
Note that only the components related to the present invention are described, and the motor driving device and the like in the control device 1 are omitted. Moreover, although the manipulator 3 shows an example of 6 axes, the number of axes is not limited thereto. The control device 1 and the manipulator 3 are connected to each other by wiring cables such as a power supply from the control device 1 and a drive command and each joint information signal from the manipulator 3 so that signals can be exchanged with each other.
本発明が第１の従来技術である一般的なロボットシステムと異なる部分は、補助バッテリ回路１０と電源回り込み防止手段１１とリフレッシュ回路１２を備えた部分である。
また、第２の従来技術（特許文献１）、または、第３の従来技術（特許文献２）であるバックアップ電源供給装置と異なる部分は、ロボットシステムへ適用する点で異なり、特に、リフレッシュ回路１２を備えた部分である。
また、第４の従来技術（特許文献３）であるエンコーダ装置と異なる部分は、ロボットシステムへ適用する点で異なり、特に、リフレッシュ回路１２を備えた部分である。
The portion of the present invention different from the general robot system as the first prior art is a portion provided with the auxiliary battery circuit 10, the power sneak prevention means 11, and the refresh circuit 12.
Further, portions different from the backup power supply device of the second prior art (Patent Document 1) or the third prior art (Patent Document 2) are different in that they are applied to the robot system. It is a part with.
Further, the part different from the encoder device of the fourth prior art (Patent Document 3) is different in that it is applied to a robot system, and in particular is a part provided with a refresh circuit 12.
通常運転の場合、センサ４−１〜４−６は、制御装置１内の制御電源２から給電されて動作すると共に、センサ４−１〜４−６の位置情報を記憶保持している。
この場合、リフレッシュ回路１２を動作させることにより、センサに給電する必要がない主バッテリ回路６のリフレッシュをさせることができる。すなわち、制御装置１内の制御部（図示しない）からの制御信号に基づいて、リフレッシュ回路１２内の接続スイッチ（図示しない）を動作させ、リフレッシュ回路１２内の負荷（図示しない）に主バッテリ回路６を接続させる。これにより、主バッテリ回路６がセンサに給電する必要がない場合においても、センサへの給電状態を仮想的に作ることができ、主バッテリ回路６の未使用期間が長期の場合においても、主バッテリ回路６再使用時の電圧降下低減とセンサの位置情報消滅防止を図ることができる。なお、このリフレッシュ動作は、通常運転時の常時実施するものではなく、ある程度の期間をもって定期的に実施するものである。ここでのリフレッシュとは、主バッテリ回路６からセンサへの給電がない場合において、主バッテリ回路６からの仮想的なセンサへの給電状態をいう。また、リフレッシュ回路１２は、主バッテリ回路６に対するセンサの模擬負荷に相当する。
なお、負荷は、センサの消費電流に相当する電流が流れるものであり、例えば抵抗体等の小型、低価格で容易に構成できるものである。また、電気的に可動する接続スイッチにトランジスタやＦＥＴ等の半導体素子を用い、抵抗体等の負荷に電流を流すようにしてもよい。
In the case of normal operation, the sensors 4-1 to 4-6 operate while being supplied with power from the control power supply 2 in the control device 1, and store and hold position information of the sensors 4-1 to 4-6.
In this case, by operating the refresh circuit 12, it is possible to refresh the main battery circuit 6 that does not need to supply power to the sensor. That is, a connection switch (not shown) in the refresh circuit 12 is operated based on a control signal from a control unit (not shown) in the control device 1, and a main battery circuit is connected to a load (not shown) in the refresh circuit 12. 6 is connected. Thereby, even when the main battery circuit 6 does not need to supply power to the sensor, the power supply state to the sensor can be virtually created, and even when the unused period of the main battery circuit 6 is long, the main battery It is possible to reduce the voltage drop when the circuit 6 is reused and prevent the disappearance of sensor position information. The refresh operation is not always performed during normal operation, but is performed periodically with a certain period of time. The refresh here refers to a power supply state from the main battery circuit 6 to the virtual sensor when there is no power supply from the main battery circuit 6 to the sensor. The refresh circuit 12 corresponds to a sensor simulated load for the main battery circuit 6.
The load is a load through which a current corresponding to the current consumed by the sensor flows. For example, the load can be easily configured with a small size and a low price. Further, a semiconductor element such as a transistor or FET may be used for the electrically movable connection switch, and a current may be passed through a load such as a resistor.
一方、ロボットシステムの移設や制御装置１、マニピュレータ３のメンテナンス等、制御装置１が稼動していない場合、センサに給電する方法が２通り存在する。すなわち、制御装置１内の制御電源２からセンサ４−１〜４−６へ給電されていない場合、主バッテリ回路６内のバッテリ（図示しない）からセンサ４−１〜４−６へ給電する方法と、主バッテリ回路６内のバッテリ（図示しない）と補助バッテリ回路１０内のバッテリ（図示しない）からセンサ４−１〜４−６へ給電する方法により、位置情報を記憶保持している。 On the other hand, there are two methods for supplying power to the sensor when the control device 1 is not operating, such as relocation of the robot system and maintenance of the control device 1 and the manipulator 3. That is, when power is not supplied from the control power supply 2 in the control device 1 to the sensors 4-1 to 4-6, a method of supplying power from the battery (not shown) in the main battery circuit 6 to the sensors 4-1 to 4-6. The position information is stored and held by a method of supplying power to the sensors 4-1 to 4-6 from a battery (not shown) in the main battery circuit 6 and a battery (not shown) in the auxiliary battery circuit 10.
前者は、制御装置１の稼動がなく、制御装置１とマニピュレータ３の配線ケーブルでの接続もない場合である。この場合、主バッテリ回路６内のバッテリ（図示しない）に、マニピュレータ３への搭載を考慮して、電圧が高く、エネルギー密度が高く、長期安定性があるリチウム電池を用いると、第１の従来技術である一般的なロボットシステムと同様の電圧降下が懸念される。しかし、前述した通常運転時のリフレッシュ動作を実施しているため、主バッテリ回路６の未使用期間が長期の場合においても、主バッテリ回路６再使用時の電圧降下とセンサの位置情報消滅の心配はなくなる。
後者は、制御装置１の稼動がなく、制御装置１とマニピュレータ３の配線ケーブルでの接続がある場合である。この場合、２つのバッテリによりセンサへ給電することができるので、センサの位置情報記憶期間を延長することができる。
The former is a case where there is no operation of the control device 1 and there is no connection between the control device 1 and the manipulator 3 with a wiring cable. In this case, if a lithium battery having high voltage, high energy density, and long-term stability is used for the battery (not shown) in the main battery circuit 6 in consideration of mounting on the manipulator 3, the first conventional technique is used. There is concern about the same voltage drop as a general robot system that is a technology. However, since the above-described refresh operation during normal operation is performed, even when the unused period of the main battery circuit 6 is long, there is a risk of voltage drop and loss of sensor position information when the main battery circuit 6 is reused. Will disappear.
The latter is a case where there is no operation of the control device 1 and there is a connection of the control device 1 and the manipulator 3 with a wiring cable. In this case, since power can be supplied to the sensor by two batteries, the position information storage period of the sensor can be extended.
本発明において、主バッテリ回路６内のバッテリ（図示しない）は、マニピュレータ３への搭載を考慮して、電圧が高く、エネルギー密度が高く、長期安定性があるリチウム電池を用い、補助バッテリ回路１０内のバッテリ（図示しない）は、アルカリ電池を用いる。
図４は、リチウム電池とアルカリ電池の末期時電圧特性を示す概略図である。図において、一般的にリチウム電池の電圧特性は、その寿命末期に急激に電圧が低下し、アルカリ電池の電圧特性は、比較的緩やかに電圧が低下する。この電圧特性の違いを利用することで、電池寿命を正確に把握することができる。
In the present invention, a battery (not shown) in the main battery circuit 6 uses a lithium battery having a high voltage, a high energy density, and a long-term stability in consideration of mounting on the manipulator 3. An internal battery (not shown) uses an alkaline battery.
FIG. 4 is a schematic diagram showing terminal voltage characteristics of a lithium battery and an alkaline battery. In the figure, the voltage characteristic of a lithium battery generally decreases abruptly at the end of its life, and the voltage characteristic of an alkaline battery decreases relatively slowly. By utilizing this difference in voltage characteristics, the battery life can be accurately grasped.
一般的に、制御装置ではバッテリ電圧を監視しており、バッテリ電圧がある降下レベルに達すると出力するバッテリアラームと、更に位置情報保持可能電圧の降下レベルに達すると出力するバックアップアラームとがあり、作業者はバッテリアラームとバックアップアラームに基づいて、バッテリを交換する。ここで、末期時電圧特性が急峻な場合、バッテリアラームとバックアップアラーム間の時間が短いため、短時間のバッテリ交換が必要であり、例えば作業者の長期連休中にバッテリの寿命が尽きてしまい、センサの位置情報消滅となる可能性が高い。一方、末期時電圧特性が緩やかな場合、バッテリアラームとバックアップアラーム間の時間が長く、電圧降下の経過が把握しやすいため、バッテリ交換に余裕を持つことができ、センサの位置情報消滅の心配はなくなり、電池寿命を正確に把握することができる。 Generally, the control device monitors the battery voltage, and there is a battery alarm that is output when the battery voltage reaches a certain drop level, and a backup alarm that is output when the position information holdable voltage drop level is reached. The operator replaces the battery based on the battery alarm and the backup alarm. Here, when the terminal voltage characteristics are steep, the time between the battery alarm and the backup alarm is short, so it is necessary to replace the battery for a short time.For example, the battery life is exhausted during a long holiday of the operator, There is a high possibility that the position information of the sensor will disappear. On the other hand, if the terminal voltage characteristics are gentle, the time between the battery alarm and the backup alarm is long, and it is easy to grasp the progress of the voltage drop. The battery life can be accurately grasped.
ここで、２つのバッテリのセンサへの給電方法について説明する。電圧がリチウム電池よりも若干高いアルカリ電池が、通常、センサへの給電源となり、アルカリ電池の消耗により電圧降下が始まりリチウム電池の電圧の方が高くなると（図４中Ａ点）、リチウム電池がセンサへの給電源となり、また、リチウム電池の消耗により電圧降下が始まりアルカリ電池の電圧の方が高くなると（図４中Ｂ点）、再びアルカリ電池がセンサへの給電源となる。すなわち、互いの電圧差に基づき電圧が高い方がセンサへの給電源となる。これは、制御装置１が稼動している場合の制御電源２とリチウム電池、アルカリ電池の電圧関係も同様であり、通常運転時の制御電源２電圧は、リチウム電池、アルカリ電池の電圧より若干高いため、制御電源２がセンサへの給電源となる。
なお、実施例において、２つのバッテリ回路を備えた例を示したが、制御装置やマニピュレータやシステム全体の構成等により、３つ以上のバッテリ回路を備えるようにしてもよい。
Here, a method for supplying power to the sensors of the two batteries will be described. An alkaline battery whose voltage is slightly higher than that of a lithium battery usually serves as a power supply to the sensor. When the alkaline battery is consumed, a voltage drop starts and the voltage of the lithium battery becomes higher (point A in FIG. 4). When the power is supplied to the sensor, and when the voltage starts to drop due to the consumption of the lithium battery and the voltage of the alkaline battery becomes higher (point B in FIG. 4), the alkaline battery becomes the power supply to the sensor again. That is, the higher voltage based on the voltage difference between the sensors serves as a power supply to the sensor. This also applies to the voltage relationship between the control power source 2 and the lithium battery or alkaline battery when the control device 1 is in operation. The voltage of the control power source 2 during normal operation is slightly higher than the voltage of the lithium battery or alkaline battery. Therefore, the control power supply 2 is a power supply for the sensor.
In addition, although the example provided with two battery circuits was shown in the Example, you may make it provide three or more battery circuits by the structure of a control apparatus, a manipulator, the whole system, etc.
図２は、本発明の実施例２におけるロボットシステムの構成を示す概略図である。図において、１は制御装置、２は制御電源、３はマニピュレータ、４−１〜４−６はセンサ、５−１〜５−６はモータ、６は主バッテリ回路、７，８，１１は電源回り込み防止手段、１０は補助バッテリ回路、１２はリフレッシュ回路であり、１３は手動リフレッシュ回路である。実施例１と異なる部分は、リフレッシュ回路１２と並列に手動リフレッシュ回路１３を備えた部分であり、図１と同一符号の構成要素は、同一の作用効果を示すため詳細の説明は省略する。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a robot system according to the second embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a control device, 2 is a control power source, 3 is a manipulator, 4-1 to 4-6 are sensors, 5-1 to 5-6 are motors, 6 is a main battery circuit, and 7, 8, and 11 are power sources. A wraparound prevention means, 10 is an auxiliary battery circuit, 12 is a refresh circuit, and 13 is a manual refresh circuit. The portion different from the first embodiment is a portion provided with a manual refresh circuit 13 in parallel with the refresh circuit 12. The components having the same reference numerals as those in FIG.
実施例１における主バッテリ回路６のリフレッシュ動作は、制御装置１に通電がある通常動作時において、制御装置１内の制御部（図示しない）からの制御信号に基づいて、リフレッシュ回路１２内の接続スイッチ（図示しない）を動作させ、リフレッシュ回路１２内の負荷（図示しない）に主バッテリ回路６を接続させていた。この場合、リフレッシュ回路１２内の接続スイッチ（図示しない）が電気的に動作するものである（例えば、励磁電流により動作するリレー等）ため、通常動作時のみしか主バッテリ回路６のリフレッシュ動作ができないことになる。 In the first embodiment, the refresh operation of the main battery circuit 6 is performed by the connection in the refresh circuit 12 based on a control signal from a control unit (not shown) in the control device 1 during normal operation in which the control device 1 is energized. A switch (not shown) is operated to connect the main battery circuit 6 to a load (not shown) in the refresh circuit 12. In this case, since the connection switch (not shown) in the refresh circuit 12 is electrically operated (for example, a relay operated by an excitation current), the main battery circuit 6 can be refreshed only during normal operation. It will be.
そこで、リフレッシュ回路１２と並列に手動リフレッシュ回路１３を備えることにより、制御装置１の稼動がない場合でも、主バッテリ回路６のリフレッシュ動作ができる。手動リフレッシュ回路１３は、手動で機械的に動作する接続スイッチ（例えば、トグルスイッチ等）とリフレッシュ回路１２と同様の負荷で構成されている。また、手動リフレッシュ回路１３は、制御装置１の作業者が操作しやすい場所に設置されている。ここでのリフレッシュとは、主バッテリ回路６からセンサへの給電がない場合において、主バッテリ回路６からの仮想的なセンサへの給電状態をいう。また、リフレッシュ回路１２と手動リフレッシュ回路１３は、主バッテリ回路６に対するセンサの模擬負荷に相当する。 Therefore, by providing the manual refresh circuit 13 in parallel with the refresh circuit 12, the refresh operation of the main battery circuit 6 can be performed even when the control device 1 is not in operation. The manual refresh circuit 13 includes a connection switch (for example, a toggle switch) that is mechanically operated manually and a load similar to that of the refresh circuit 12. The manual refresh circuit 13 is installed in a place where it is easy for the operator of the control device 1 to operate. The refresh here refers to a power supply state from the main battery circuit 6 to the virtual sensor when there is no power supply from the main battery circuit 6 to the sensor. In addition, the refresh circuit 12 and the manual refresh circuit 13 correspond to a simulated sensor load for the main battery circuit 6.
なお、実施例１、２において、主バッテリ回路がバッテリとしてリチウム電池を有し、補助バッテリ回路がバッテリとしてアルカリ電池を有するとして記述したが、バッテリとしての種類はこれらに限らなくてもよい。すなわち、リフレッシュ動作が効き、リチウム電池に相当するバッテリとアルカリ電池に相当するバッテリとの末期時電圧特性に差があり、アルカリ電池に相当するバッテリの末期時電圧特性が、リチウム電池に相当するバッテリの末期時電圧特性を補うものであればよい。また、バッテリの種類として考えられるのは、アルカリ蓄電池、鉛蓄電池、酸化銀電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池や、マンガン電池、アルカリ電池、リチウム電池、エアアルカリ電池等の一次電池が挙げられ、また、バッテリに代えてスパーキャパシタ、すなわち電気二重層コンデンサや、アルミ電解コンデンサ等の大容量のコンデンサを用いても良い。これらの組合せの使い分けは、適用する用途、システムの都合に依ればよい。 In the first and second embodiments, the main battery circuit has a lithium battery as the battery and the auxiliary battery circuit has an alkaline battery as the battery. However, the type of the battery is not limited to this. That is, the refresh operation is effective, there is a difference in the terminal voltage characteristics between the battery corresponding to the lithium battery and the battery corresponding to the alkaline battery, and the terminal voltage characteristic of the battery corresponding to the alkaline battery is a battery corresponding to the lithium battery. As long as it compensates for the terminal voltage characteristics of the terminal. Possible types of batteries include secondary batteries such as alkaline storage batteries, lead storage batteries, silver oxide batteries, nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, lithium ion secondary batteries, manganese batteries, alkaline batteries, lithium batteries, air A primary battery such as an alkaline battery may be used, and a supercapacitor, that is, an electric double layer capacitor or a large capacity capacitor such as an aluminum electrolytic capacitor may be used instead of the battery. The proper use of these combinations may depend on the application and the convenience of the system.
ロボットシステムは、多軸サーボ制御システムの代表的なシステムであり、多軸サーボ制御システムの他分野は、工作機械、実装機、半導体や液晶製造装置等が考えられる。実施例においてロボットシステムについて説明したが、制御装置とモータ、センサ等の駆動源を備えた機構系とが離れており、センサの位置情報のバックアップが必要な工作機械をはじめとする他分野の一般的な多軸サーボ制御システムの用途にも適用できる。 A robot system is a typical system of a multi-axis servo control system, and other fields of the multi-axis servo control system may include machine tools, mounting machines, semiconductors, liquid crystal manufacturing apparatuses, and the like. Although the robot system has been described in the embodiments, the control system is separated from the mechanism system having a drive source such as a motor and a sensor, and other general fields such as machine tools that require backup of sensor position information are used. It can also be applied to typical multi-axis servo control system applications.
Claims (8)
前記センサに給電する補助バッテリ回路と、前記主バッテリ回路に対する模擬負荷と、を有する前記制御装置を備え、
複数の給電源に基づいて前記センサに給電し、前記主バッテリ回路と前記模擬負荷を接続して前記主バッテリ回路をリフレッシュすることを特徴とするロボットシステム。 In a robot system comprising: a manipulator having a main battery circuit for supplying power to a sensor; and a control device for driving the manipulator having a main power supply for supplying power to the sensor.
An auxiliary battery circuit for supplying power to the sensor; and a simulated load for the main battery circuit.
A robot system, wherein power is supplied to the sensor based on a plurality of power supplies, and the main battery circuit and the simulated load are connected to refresh the main battery circuit.
前記補助バッテリ回路が、バッテリとしてアルカリ電池を有することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。 The main battery circuit has a lithium battery as a battery,
The robot system according to claim 1, wherein the auxiliary battery circuit includes an alkaline battery as a battery.
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