JP2012055981A - Robot control device and robot control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、サーボモータを備えたロボットを制御する技術に関するものであり、特に、サーボモータに接続された角度センサに異常が生じた場合に、サーボモータを停止させる技術に関する。 The present invention relates to a technique for controlling a robot equipped with a servo motor, and more particularly, to a technique for stopping a servo motor when an abnormality occurs in an angle sensor connected to the servo motor.
ロボットの軸を駆動するサーボモータには、回転角度をフィードバック制御するために、ロータリエンコーダやレゾルバといった角度センサが取り付けられている。この角度センサに故障が生じたり、角度センサと制御装置とを接続する信号線に断線が生じると、ロボットの軸を正確に駆動することができなくなる。 An angle sensor such as a rotary encoder or a resolver is attached to a servo motor that drives the axis of the robot in order to feedback control the rotation angle. If a failure occurs in the angle sensor or a signal line connecting the angle sensor and the control device is disconnected, the robot axis cannot be accurately driven.
そこで、このような異常が生じた場合には、ロボットの不測の動作を抑制するため、サーボモータを速やかに停止させることが好ましい。サーボモータを停止させるには、ダイナミックブレーキなどの発電制動によって停止させる方法や、軸の停止位置を保持するための機械ブレーキによって停止させる方法がある(例えば、特許文献1参照)。サーボモータをより早く停止させるためには、例えば、ダイナミックブレーキと機械ブレーキとを併用して同時に作動させることも可能である。 Therefore, when such an abnormality occurs, it is preferable to stop the servo motor promptly in order to suppress unexpected movement of the robot. In order to stop the servo motor, there are a method of stopping by power generation braking such as a dynamic brake, and a method of stopping by a mechanical brake for maintaining the stop position of the shaft (for example, see Patent Document 1). In order to stop the servo motor more quickly, for example, a dynamic brake and a mechanical brake can be used simultaneously and operated simultaneously.
しかし、ダイナミックブレーキと機械ブレーキとを単純に同時に作動させると、サーボモータの回転速度によっては、これらのブレーキの制動トルクの合算値が増大し、サーボモータと減速機との接続部分に必要以上の負担が掛かる可能性があった。 However, if the dynamic brake and the mechanical brake are simply operated simultaneously, depending on the rotation speed of the servo motor, the sum of the braking torques of these brakes will increase, and the connection between the servo motor and the reducer will be more than necessary. There was a possibility of burden.
上述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、角度センサに異常が生じた場合において、サーボモータと減速機との接続部分への負担を抑制しつつ、ダイナミックブレーキと機械ブレーキとを用いて速やかにサーボモータを停止させる技術を提供することである。 In view of the above-mentioned problems, the problem to be solved by the present invention is that when an abnormality occurs in the angle sensor, the load applied to the connecting portion between the servo motor and the speed reducer is suppressed, while the dynamic brake and the mechanical brake are It is to provide a technique for quickly stopping the servo motor using the.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[適用例1]サーボモータと前記サーボモータの回転角度を検出する角度センサと前記サーボモータを停止させるための機械ブレーキとを備えるロボットを制御するためのロボット制御装置であって、前記角度センサから前記回転角度を取得し、該取得された回転角度に応じて前記サーボモータの駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、前記サーボモータの電気的変量に基づいて、前記サーボモータの回転速度を推定する推定部と、前記角度センサの異常の有無を検出する異常検出部と、前記サーボモータに対するダイナミックブレーキの作動を制御するダイナミックブレーキ制御部と、前記角度センサの異常が検出された場合において、前記推定された回転速度において前記ダイナミックブレーキを作動させたと仮定した場合に該ダイナミックブレーキによって生じる制動トルクと、前記機械ブレーキを作動させたと仮定した場合に該機械ブレーキによって生じる制動トルクとのトルク合計値が、所定のトルク上限値を超える場合に、前記機械ブレーキを作動させずに前記ダイナミックブレーキを作動させる第1の制動処理を実行し、前記トルク合計値が前記トルク上限値以下の場合には、前記ダイナミックブレーキおよび前記機械ブレーキを作動させる第2の制動処理を実行する異常停止制御部と、を備えるロボット制御装置。 Application Example 1 A robot control apparatus for controlling a robot including a servo motor, an angle sensor for detecting a rotation angle of the servo motor, and a mechanical brake for stopping the servo motor, The rotation angle of the servo motor is estimated on the basis of a drive control unit that acquires the rotation angle and feedback-controls the drive of the servo motor according to the acquired rotation angle, and an electrical variable of the servo motor. The estimation unit, the abnormality detection unit for detecting whether or not the angle sensor is abnormal, the dynamic brake control unit for controlling the operation of the dynamic brake for the servo motor, and the angle sensor when the abnormality is detected, the estimation It is assumed that the dynamic brake is operated at the determined rotational speed. When the total torque value of the braking torque generated by the dynamic brake and the braking torque generated by the mechanical brake assuming that the mechanical brake is operated exceeds the predetermined torque upper limit value, the mechanical brake is not operated. When the first braking process for operating the dynamic brake is executed and the total torque value is equal to or lower than the torque upper limit value, the second braking process for operating the dynamic brake and the mechanical brake is executed. And a stop control unit.
上記構成によれば、角度センサの異常が検出された場合において、推定された回転速度においてダイナミックブレーキを作動させたと仮定した場合に該ダイナミックブレーキによって生じる制動トルクと、機械ブレーキを作動させたと仮定した場合に該機械ブレーキによって生じる制動トルクとのトルク合計値が所定のトルク上限値を超える場合には、機械ブレーキを作動させずにダイナミックブレーキを作動させ、トルク合計値が前記トルク上限値以下の場合には、ダイナミックブレーキおよび機械ブレーキを作動させる。そのため、角度センサに異常が生じた場合において、サーボモータと減速機との接続部分等への負担を抑制しつつ、ダイナミックブレーキと機械ブレーキとを用いて速やかにサーボモータを停止させることが可能になる。 According to the above configuration, when an abnormality of the angle sensor is detected, assuming that the dynamic brake is operated at the estimated rotational speed, it is assumed that the braking torque generated by the dynamic brake and the mechanical brake are operated. When the total torque value with the braking torque generated by the mechanical brake exceeds a predetermined torque upper limit value, the dynamic brake is operated without operating the mechanical brake, and the total torque value is equal to or less than the upper torque limit value. To activate the dynamic brake and mechanical brake. Therefore, in the event of an abnormality in the angle sensor, it is possible to stop the servo motor quickly using the dynamic brake and mechanical brake while suppressing the burden on the connection portion between the servo motor and the speed reducer. Become.
[適用例2]適用例1に記載のロボット制御装置であって、前記異常停止制御部は、前記仮想制動トルク合計値が前記トルク上限値を超える回転速度の範囲を予め記憶しており、前記推定された回転速度が前記範囲に入る場合に、前記第1の制動処理を実行し、前記推定された回転速度が前記範囲に入らない場合に、前記第2の制動処理を実行する、ロボット制御装置。 Application Example 2 In the robot control apparatus according to Application Example 1, the abnormal stop control unit stores in advance a rotational speed range in which the virtual braking torque total value exceeds the torque upper limit value. Robot control that executes the first braking process when the estimated rotational speed falls within the range, and executes the second braking process when the estimated rotational speed does not fall within the range apparatus.
このような構成であれば、推定された回転速度と予め記憶された回転速度の範囲とを対比することで、第1の制動処理を実行するか第2の制動処理を実行するかを容易に決定することが可能になる。 With such a configuration, it is easy to execute the first braking process or the second braking process by comparing the estimated rotational speed with a pre-stored rotational speed range. It becomes possible to decide.
[適用例3]適用例2に記載のロボット制御装置であって、前記異常停止制御部は、前記推定された回転速度が前記範囲を超える回転速度の場合において、前記推定された回転速度が前記範囲内の回転速度にまで低下する見込みの時間を推定し、該推定された時間が、前記機械ブレーキの作動および解除に必要な時間よりも短い場合には、前記第2の制動処理の実行を取りやめ、前記第1の制動処理を実行する、ロボット制御装置。 [Application Example 3] In the robot control device according to Application Example 2, in the case where the estimated rotation speed is a rotation speed exceeding the range, the abnormal stop control unit is configured so that the estimated rotation speed is When the estimated time to decrease to a rotational speed within the range is estimated, and the estimated time is shorter than the time required for the operation and release of the mechanical brake, the execution of the second braking process is performed. A robot control apparatus that cancels and executes the first braking process.
このような構成であれば、機械ブレーキの作動および解除のために必要な時間を考慮して、第2の制動処理から第1の制動処理に制動処理の実行を切り換えることができるので、回転速度が高い速度から低い速度に低下する際に、一時的にトルク合計値がトルク上限値を超えてしまうことを抑制することができる。 With such a configuration, the execution of the braking process can be switched from the second braking process to the first braking process in consideration of the time required for the operation and release of the mechanical brake. When the speed decreases from a high speed to a low speed, it is possible to temporarily suppress the total torque value from exceeding the torque upper limit value.
[適用例4]適用例2または適用例3に記載のロボット制御装置であって、前記異常停止制御部は、前記推定された回転速度が前記範囲内の回転速度の場合において、前記推定された回転速度が前記範囲よりも低い回転速度にまで低下する見込みの時間を推定し、該推定された時間が、前記機械ブレーキの作動に必要な時間よりも短くなった場合に、前記機械ブレーキの作動を開始させる、ロボット制御装置。 [Application Example 4] The robot control apparatus according to Application Example 2 or Application Example 3, wherein the abnormal stop control unit performs the estimation when the estimated rotation speed is a rotation speed within the range. Estimating the time when the rotational speed is expected to decrease to a rotational speed lower than the range, and when the estimated time is shorter than the time required for operating the mechanical brake, Robot control device that starts
このような構成であれば、第1の制動処理から第2の制動処理に制動処理を移行させる際に、機械ブレーキが実際に作動するために必要な時間を考慮して、機械ブレーキの作動をタイミング良く開始させることができる。そのため、回転速度が前述の範囲よりも低くなる際に、機械ブレーキとダイナミックブレーキの両方の制動トルクをトルク上限値まで最大限働かせることができる。 With such a configuration, when shifting the braking process from the first braking process to the second braking process, the mechanical brake is operated in consideration of the time required for the actual operation of the mechanical brake. It is possible to start with good timing. Therefore, when the rotational speed is lower than the above range, it is possible to make the braking torques of both the mechanical brake and the dynamic brake work to the maximum torque value.
[適用例5]適用例1から適用例4までのいずれか一項に記載のロボット制御装置であって、前記トルク上限値は、前記サーボモータが接続される減速機が耐え得るトルクに基づいて予め定められている、ロボット制御装置。 Application Example 5 In the robot control device according to any one of Application Example 1 to Application Example 4, the torque upper limit value is based on a torque that can be withstood by a reduction gear to which the servo motor is connected. A robot controller that is determined in advance.
減速機が耐え得るトルクとは、例えば、サーボモータと減速機との接続部分に存在するギアにズレが生じないトルクである。このような構成であれば、サーボモータと減速機とが係合するギアにすべりが生じることを抑制することが可能になる。よって、例えば、角度センサの異常状態が回復し、再度、ロボットを作動させる場合において、再キャリブレーションを行うことが不要となり、速やかに作業を再開させることが可能になる。 The torque that can be withstood by the reduction gear is, for example, torque that does not cause a shift in a gear that exists at a connection portion between the servo motor and the reduction gear. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of slipping in the gear that engages the servo motor and the speed reducer. Therefore, for example, when the abnormal state of the angle sensor is recovered and the robot is operated again, it is not necessary to perform recalibration, and the operation can be resumed promptly.
本発明は、上述したロボット制御装置としての構成のほか、例えば、ロボットの制御方法や、ロボットを制御するためのコンピュータプログラムとしても構成することができる。コンピュータプログラムは、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録されていてもよい。 In addition to the configuration as the robot control device described above, the present invention can be configured as, for example, a robot control method or a computer program for controlling the robot. The computer program may be recorded on a computer-readable recording medium.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ実施例に基づき説明する。
A.第1実施例:
(A1)ロボットシステムの概略構成:
図1は、本発明の実施例としてのロボット制御装置200を含むロボットシステム10の概略構成を示す説明図である。ロボットシステム10は、多関節型の産業用ロボットとして構成されたロボット本体100と、ロボット本体100を制御するロボット制御装置200と、ロボット制御装置200に接続され、ロボット本体100の動作をプログラムするためのティーチングペンダント300とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
A. First embodiment:
(A1) Schematic configuration of the robot system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a
ロボット本体100は、例えば、工場内等に固定されるベース部101と、水平方向に旋回可能な軸によってベース部101に支持されたショルダ部102と、鉛直方向に旋回可能な軸によってショルダ部102に下端が支持された下アーム103と、鉛直方向に旋回可能な軸によって下アーム103の先端に略中央部が支持された上アーム104と、鉛直方向に旋回可能な軸によって上アーム104の先端に支持された手首105とを備えている。手首105の先端には、手首105の円周方向に回転可能なフランジ部106が備えられている。フランジ部106には、例えば、ワークを把持するハンド(図示せず)が取り付けられる。
The
上述したロボット本体100の各パーツを接続する関節部分には、軸を駆動させるためのサーボモータや減速機が備えられ、また、サーボモータの回転角度や回転速度を検出するための角度センサが組み込まれている。本実施例のロボット制御装置200は、角度センサに異常が生じた場合に、サーボモータを迅速に停止させるための機能(以下、緊急停止機能ともいう)を備えている。以下、この緊急停止機能を実現するための構成および処理について詳細に説明する。
The joint portion connecting the parts of the robot
(A2)ロボット本体およびロボット制御装置の内部構成:
図2は、ロボット本体100およびロボット制御装置200の内部構成を示すブロック図である。ロボット本体100は、三相交流式のブラシレスDCモータとして構成されたサーボモータ110と、サーボモータ110の回転軸に接続されたロータリエンコーダ162と、サーボモータ110の動力を関節やハンドに伝達するための減速機170と、サーボモータ110の回転位置を機械的に保持する機械ブレーキ150と、を備えている。
(A2) Internal configuration of robot main body and robot control device:
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the
ロータリエンコーダ162には角度変換器164が接続されている。角度変換器164は、ロータリエンコーダ162から、サーボモータ110の回転に応じた信号を入力し、この信号に基づいてサーボモータ110の回転角度を表す角度情報を生成する。角度変換器164によって生成された角度情報は、ロボット制御装置200に入力され、後述するフィードバック制御を行うための帰還信号として用いられる。以下の説明では、ロータリエンコーダ162と角度変換器164とを含めて、「角度センサ160」と呼ぶ。なお、本実施例では、サーボモータ110の回転角度をロータリエンコーダ162によって検出することとしたが、レゾルバを用いて検出することとしてもよい。
An
ロボット制御装置200は、ロボット本体100のサーボモータ110に三相交流電力を供給するインバータ120と、駆動制御部211からの指令に基づいてインバータ120のスイッチング制御を行う駆動回路140と、インバータ120とサーボモータ110との間に流れる電流の電流値を検出する電流検出器130と、を備えている。また、ロボット制御装置200は、CPU210とROM230とRAM240とを備えている。CPU210は、ROM230に記憶された所定の制御プログラム235をRAM240にロードして実行することで、駆動制御部211、異常検出部212、異常停止制御部213、回転速度推定部214、ダイナミックブレーキ制御部216、および、機械ブレーキ制御部217として機能する。
The
駆動制御部211は、RAM240に記憶された軌跡データ245に基づいて、サーボモータ110を駆動するためのパルス信号を駆動回路140に出力する。このとき、駆動制御部211は、ロボット本体100の角度センサ160から角度情報を取得し、この角度情報に基づいて、サーボモータ110の駆動をフィードバック制御する。駆動回路140は、駆動制御部211から入力したパルス信号に基づいて、インバータ120を駆動し、サーボモータ110を回転させる。
The
異常検出部212は、角度センサ160に異常が生じたか否かを検出する。異常検出部212は、例えば、ロボット本体100とロボット制御装置200との間の信号線の断線などによって角度センサ160から角度情報を取得できない場合や、駆動制御部211が出力する指令値とは大きく異なる回転角度や回転速度が取得された場合、あるいは、角度センサ160からエラー信号を受信した場合に、角度センサ160に異常が生じたと判断する。
The
異常停止制御部213は、異常検出部212によって角度センサ160の異常が検出された場合に、サーボモータ110を緊急停止するための異常停止処理を実行する。異常停止処理の詳細については後述する。
The abnormal
ダイナミックブレーキ制御部216は、異常停止制御部213からの指令に応じて、サーボモータ110にダイナミックブレーキ(短絡ブレーキともいう)を作動させる。具体的には、ダイナミックブレーキ制御部216は、駆動回路140を通じてインバータ120のスイッチング素子を制御し、サーボモータ110の端子間を強制的に短絡させる。そうすると、サーボモータ110の回転エネルギがサーボモータ110自体の発熱により消費されるため、サーボモータ110を停止させることができる。
The dynamic
図3は、ダイナミックブレーキの制動トルクの変動特性を例示するグラフである。このグラフの横軸はサーボモータ110の回転速度を示し、縦軸はその回転速度に応じたダイナミックブレーキの制動トルクを示している。このグラフに示すように、一般的に、ロボット用のサーボモータ110に作動させるダイナミックブレーキの制動トルクは、サーボモータ110の回転速度が上昇するに連れ高くなり、ある回転速度(図3の場合には、約800rpm)を超えると、徐々に低くなる特性を有する。
FIG. 3 is a graph illustrating the fluctuation characteristics of the braking torque of the dynamic brake. The horizontal axis of this graph represents the rotational speed of the
機械ブレーキ制御部217(図2)は、異常停止制御部213からの指令に応じて、ロボット本体100の機械ブレーキ150を作動させる。機械ブレーキ制御部217は、また、異常停止制御部213からの指令とは関係なく、ロボットシステム10の電源オフ時にも機械ブレーキ150を作動させてサーボモータ110の回転位置を保持させる機能を有する。
The mechanical brake control unit 217 (FIG. 2) operates the
回転速度推定部214は、ダイナミックブレーキ制御部216によってダイナミックブレーキが作動された際に、電流検出器130から電流値を取得し、この電流値に応じて、サーボモータ110の回転速度を推定する。このとき、電流検出器130から取得する電流値のことを、ダイナミックブレーキ電流値という。サーボモータ110の回転速度は、ダイナミックブレーキ電流値とサーボモータ110の回転速度との関係が予め記録されたマップやテーブルを参照することで推定することができる。なお、サーボモータ110の回転速度は、その他にも、サーボモータ110の電圧変化など、サーボモータ110の回転に伴って生じる他の電気的変量に基づいて推定することも可能である。また、サーボモータ110の回転角度(電気角)をダイナミックブレーキ電流値から推定し、以下に示す式(1)のように、推定された回転角度の一定時間内における変化量を計算することで、回転速度を推定することも可能である。
回転速度=(n−1時の回転角度−n時の回転角度)/一定時間 ・・・(1)
The rotation
Rotation speed = (Rotation angle at n-1 o'clock -Rotation angle at n o) / Fixed time (1)
なお、図2には、一つの関節部分についてのロボット本体100の内部構成とロボット制御装置200の内部構成を示したが、他の関節部分も同様の内部構成を備えている。なお、CPU210とROM230とRAM240とは、1つのロボット制御装置200につき1組備えられており、CPU210が実現する各機能部211〜217が関節毎に備えられている。
2 shows the internal configuration of the
(A3)異常停止処理:
図4は、ロボット制御装置200の異常停止制御部213が上述した緊急停止機能を実現するために実行する異常停止処理のフローチャートである。この異常停止処理は、異常検出部212によって角度センサ160の異常が検出された場合に実行される処理である。
(A3) Abnormal stop processing:
FIG. 4 is a flowchart of the abnormal stop process executed by the abnormal
この異常停止処理が開始されると、まず、異常停止制御部213は、回転速度推定部214から推定された回転速度の取得を開始する(ステップS100)。そして、異常停止制御部213は、この推定値が、第1の閾値Th1と第2の閾値Th2との間の範囲に含まれるか否かを判断する(ステップS105)。
When the abnormal stop process is started, first, the abnormal
図5は、第1の閾値Th1および第2の閾値Th2の例を示す説明図である。この図5には、サーボモータ110の回転速度に応じたダイナミックブレーキの制動トルク(図3参照)を示すとともに、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150とを同時に作動させたと仮定した場合における両者の制動トルクの合計値をサーボモータ110の回転速度に応じて示している。また、図5には、太い横線により、減速機170が耐え得るトルク上限値TLを示している。このトルク上限値TLは、サーボモータ110の急激なブレーキングによって、サーボモータ110の回転軸と減速機170の締結部(ギア)とにすべりが生じない制動トルクの上限値を表している。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of the first threshold Th1 and the second threshold Th2. FIG. 5 shows the braking torque of the dynamic brake (see FIG. 3) according to the rotational speed of the
第1の閾値Th1と第2の閾値Th2とは、それぞれ、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150の制動トルクの合計値が、トルク上限値TLに一致する回転速度に設定されている。つまり、サーボモータ110の回転速度が第1の閾値Th1と第2の閾値Th2との間の範囲に含まれる場合には、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150とを両方作動させると、その制動トルクの合計値は、減速機170が許容可能なトルク上限値TLを超えることになる。これに対して、サーボモータ110の回転速度が、第2の閾値Th2以上、あるいは、第1の閾値Th1以下の場合には、ダイナミックブレーキと機械ブレーキとを両方作動させたとしても、その制動トルクの合計値は、減速機170が許容可能なトルク上限値TL以下となる。
The first threshold value Th1 and the second threshold value Th2 are set to rotation speeds at which the sum of the braking torques of the dynamic brake and the
上記ステップS105において、回転速度の推定値が、第1の閾値Th1と第2の閾値Th2との間の範囲に含まれると判断された場合には、異常停止制御部213は、ダイナミックブレーキ制御部216を制御して、ダイナミックブレーキのみを作動させる第1制動処理を実行する(ステップS110)。これに対して、回転速度の推定値が、第1の閾値Th1以下、あるいは、第2の閾値以上、と判断された場合には、異常停止制御部213は、ダイナミックブレーキ制御部216と機械ブレーキ制御部217とを制御して、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150との両方を作動させる第2制動処理を実行する(ステップS115)。
In step S105, when it is determined that the estimated value of the rotational speed is included in the range between the first threshold value Th1 and the second threshold value Th2, the abnormal
異常停止制御部213は、以上のようにして第1制動処理または第2制動処理を実行すると、サーボモータ110が停止したか否かを判断する(ステップS120)。サーボモータ110が停止したか否かは、回転速度推定部214によって推定された回転速度がゼロになった場合に、サーボモータ110が停止したと判断することができる。サーボモータ110が停止していないと判断した場合には、異常停止制御部213は、処理をステップS105に戻して、上述した一連の処理を繰り返し実行する。一方、サーボモータ110が停止したと判断すると、異常停止制御部213は、当該異常停止処理を終了する。以上で説明した異常停止処理によれば、例えば、角度センサ160に異常が発生した時点においてサーボモータ110の回転速度が3000回転であったとすると、図6中に一点鎖線で示したようなトルク変動で、サーボモータ110に対するブレーキングが行われることになる。
When the first braking process or the second braking process is executed as described above, the abnormal
以上で説明した本実施例のロボット制御装置200によれば、角度センサ160に異常が発生した場合において、ダイナミックブレーキおよび機械ブレーキ150を同時に作動させてもその制動トルクの合計値が、減速機170が許容可能なトルク上限値TLを上回らない場合には、両方のブレーキを同時に作動させる。一方、これらのブレーキを同時に作動させた場合にその制動トルクの合計値が、減速機170が許容可能なトルク上限値TLを上回る場合には、ダイナミックブレーキのみを作動させる。そのため、減速機170に必要以上の負担を掛けることなく、サーボモータ110を速やかに停止させることが可能になる。また、上記のようにダイナミックブレーキおよび機械ブレーキ150を制御することで、減速機170に必要以上の負担が掛かかることを抑制することができるため、サーボモータ110の緊急停止に伴い減速機170内のギアにズレが生じることが抑制される。そのため、ロボットシステム10の再運転時に回転角度の再キャリブレーションを行う必要がなく、速やかに作業を再開させることが可能になる。なお、機械ブレーキ150は、基本的に、ロボット本体100の静止状態における姿勢を保持するためのブレーキであるため、制動力はそれほど強くはない。一方、ダイナミックブレーキは、両ブレーキの制動トルクの合計値がトルク上限値TLを超えるような回転速度(第2の閾値Th2)にまでサーボモータ110の回転速度が低下した場合には、その制動トルクが上昇する特性を有する(図5参照)。そのため、機械ブレーキ150を解除して一時的に全体の制動力が低下しても、ダイナミックブレーキの制動力が、元の制動力(両ブレーキの制動トルク合計値)に近い値まで戻ることが期待できる。よって、一時的に機械ブレーキ150を解除したとしても、ダイナミックブレーキの制動力が十分にあるため、サーボモータ110を減速させるための制動力が決定的に不足することはない。
According to the
また、本実施例では、ダイナミックブレーキおよび機械ブレーキ150を同時に作動させた場合にその制動トルクの合計値が、減速機170が許容可能なトルク上限値TLを上回るような場合には、機械ブレーキ150ではなくダイナミックブレーキを作動させる。そのため、このような状況においてもダイナミックブレーキ電流値に基づきサーボモータ110の回転速度を精度良く推定することができる。この結果、回転速度の低下によって、機械ブレーキ150が作動可能となるタイミングを正確に求めることができるので、サーボモータ110の回転速度が低下した際に、ダイナミックブレーキだけではなく機械ブレーキ150を同時に作動させることができ、回転速度が低い場合に制動トルクが弱くなるダイナミックブレーキの制動トルク特性を機械ブレーキ150の制動トルクによって補償することが可能になる。
In this embodiment, when the dynamic brake and the
また、本実施例では、ダイナミックブレーキおよび機械ブレーキ150を同時に作動させるとその制動トルクの合計値が、減速機170が許容可能なトルク上限値TLを上回るような場合には、単純に機械ブレーキ150の作動を停止させてダイナミックブレーキのみによる制動を行う。そのため、各軸毎に新たにダイナミックブレーキ抵抗を追加して制動トルクの合計値を抑制するといった対策や、制動トルクの弱い機械ブレーキを導入しつつ各アームの停止位置の保持力を確保するといった対策を行う必要がない。そのため、ロボット本体100のコストアップやサイズアップを伴うことなく緊急停止時における制動トルクを容易に制御することができる。
Further, in this embodiment, when the dynamic brake and the
また、本実施例では、特別なハードウェアを新たにロボット本体100に新たに組み込むことなく、CPU210が実現する機能によって、上述した異常停止処理を実行することができる。そのため、既に生産設備に配置されている既存のロボットシステムに対しても、上述した緊急停止機能を容易に付加することが可能になる。
In the present embodiment, the abnormal stop process described above can be executed by a function realized by the
B.第2実施例:
上述した第1実施例では、推定されたサーボモータ110の回転速度が第1の閾値Th1と第2の閾値Th2との間の範囲に含まれるか否かに応じて、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150の制御を行った。これに対して、第2実施例では、更に、機械ブレーキ150が機械的に作動する時間を考慮してダイナミックブレーキと機械ブレーキの制御を行う。なお、本実施例の装置構成は第1実施例と同様である。
B. Second embodiment:
In the first embodiment described above, the dynamic brake and the
図6および図7は、第2実施例において実行される異常停止処理のフローチャートである。以下、この異常停止処理について図8を参照しつつ説明する。図8は、後述する速度低下時間および機械ブレーキ応答時間の例を示す説明図である。本実施例において、この異常停止処理が実行されると、まず、異常停止制御部213は、回転速度推定部214から推定された回転速度の取得を開始する(ステップS200)。そして、この推定値が、第2の閾値Th2よりも大きいか否かを判断する(ステップS205)。
6 and 7 are flowcharts of the abnormal stop process executed in the second embodiment. Hereinafter, the abnormal stop process will be described with reference to FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of a speed reduction time and a mechanical brake response time, which will be described later. In this embodiment, when this abnormal stop process is executed, first, the abnormal
推定値が第2の閾値Th2よりも大きい場合には、異常停止制御部213は、回転速度が第2の閾値Th2にまで低下するまでの時間DT1(図8参照)を推定する(ステップS210)。この時間DT1(以下、「速度低下時間DT1」という)は、例えば、現在の回転速度とアームやワークのイナーシャとの関係に基づいて算出することができる。異常停止制御部213は、速度低下時間DT1を推定すると、その速度低下時間DT1と、機械ブレーキ150が機械的に作動および解除されるために必要な時間(以下、「機械ブレーキ応答時間x」という。図8参照)とを対比し、推定された速度低下時間DT1の方が、機械ブレーキ応答時間xよりも短いか否かを判断する(ステップS215)。機械ブレーキ応答時間xは、例えば、機械ブレーキ150を作動および解除する時間を実際に測定することで予め設定することができる。
When the estimated value is larger than the second threshold Th2, the abnormal
機械ブレーキ応答時間xよりも速度低下時間DT1の方が短い場合には、現在の回転速度で機械ブレーキ150を作動させたとしても、回転速度が第2の閾値Th2まで低下するまでに機械ブレーキ150の解除が間に合わないことになる。つまり、回転速度が第2の閾値Th2より低下した直後において、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150との両者が一時的に作動した状態になる可能性がある。そこで、異常停止制御部213は、推定された速度低下時間DT1よりも機械ブレーキ応答時間xが長い時間である場合には、推定された回転速度が第2の閾値Th2を超えている場合であっても、ダイナミックブレーキのみを作動させる第1の制動処理を実行する(ステップS220)。これに対して、機械ブレーキ応答時間xの方が速度低下時間DT1よりも短い時間である場合には、速度低下時間DT1に余裕があることになるため、異常停止制御部213は、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150とを同時に作動させる第2の制動処理を実行する(ステップS225)。
When the speed decrease time DT1 is shorter than the mechanical brake response time x, even if the
以降、異常停止制御部213は、推定された回転速度が第2の閾値Th2以下になるまで、上述したステップS205〜ステップS225の処理を繰り返す。そして、ステップS205において、推定された回転速度が第2の閾値Th2以下であると判断されると、異常停止制御部213は、推定された回転速度が第1の閾値Th1よりも大きいか否かを判断する(ステップS230)。推定された回転速度が第1の閾値Th1よりも大きければ(つまり、推定された回転速度が第1の閾値Th1と第2の閾値Th2の範囲内であれば)、異常停止制御部213は、回転速度が第1の閾値Th1にまで低下するまでの時間DT2(図8参照)を推定する(ステップS235)。この時間DT2(以下、「速度低下時間DT2」という)も、速度低下時間DT1と同様に、例えば、現在の回転速度とアームやワークのイナーシャとの関係に基づいて算出することができる。異常停止制御部213は、速度低下時間D2を推定すると、その速度低下時間D2と、機械ブレーキ150が機械的に作動されるために必要な時間(以下、「機械ブレーキ応答時間y」という。図8参照)とを対比し、推定された速度低下時間DT2の方が、機械ブレーキ応答時間yよりも短いか否かを判断する(ステップS240)。機械ブレーキ応答時間yは、例えば、機械ブレーキ150に作動開始指令を与えてから実際に制動トルクが働くまでの時間を測定することで予め設定することができる。
Thereafter, the abnormal
機械ブレーキ応答時間yよりも速度低下時間DT2の方が短くなった場合には、異常停止制御部213は、機械ブレーキ制御部217に対して、機械ブレーキ150の作動開始指令を与える(ステップS245)。こうすることで、回転速度が第1の閾値Th1まで到達するのと同時に、タイミング良く機械ブレーキ150の制動トルクを働かせることができる。一方、機械ブレーキ応答時間yよりも速度低下時間DT2の方が長い場合には、異常停止制御部213は、ダイナミックブレーキのみを作動させる第1の制動処理を実行する(ステップS250)。なお、上記ステップS230において、推定された回転速度が第1の閾値Th1よりも小さいと判断されれば、異常停止制御部213は、ダイナミックブレーキと機械ブレーキ150の両者を作動させる第2の制動処理を実行する(ステップS255)。異常停止制御部213は、上述したステップS230〜S255の処理を、サーボモータ110が停止したと判断されるまで繰り返し実行する(ステップS260)。
When the speed decrease time DT2 is shorter than the mechanical brake response time y, the abnormal
以上で説明した第2実施例の異常停止処理によれば、第1実施例と同様の効果を得られるほか、回転速度が第2の閾値Th2よりも低くなる際に、機械ブレーキ150が実際に作動および解除する時間を考慮して、第2の制動処理から第1の制動処理への切り換えを行うことができる。そのため、推定された回転速度が第2の閾値Th2以下になった直後に、機械ブレーキ150とダイナミックブレーキとの両方が作動状態になることを抑制することができる。また、本実施例によれば、第1の制動処理から第2の制動処理への切り換えの際に、機械ブレーキ150が実際に作動する時間を考慮して、機械ブレーキ150に作動開始指令を与えることができる。そのため、推定された回転速度が第1の閾値Th1よりも低くなる際に、タイミング良く、機械ブレーキ150の制動トルクを働かせることができる。この結果、回転速度が第1の閾値Th1よりも低下した際に、トルク上限値までの範囲を目一杯使用して、機械ブレーキ150とダイナミックブレーキの両方の制動トルクを働かせることができる。なお、機械ブレーキ応答時間xと速度低下時間DT1とに基づく処理と、機械ブレーキ応答時間yと速度低下時間DT2とに基づく処理は、いずれか一方を省略することも可能である。
According to the abnormal stop process of the second embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and the
C.変形例:
以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。例えば、ソフトウェアによって実現した機能は、ハードウェアによって実現するものとしてもよく、その逆も可能である。そのほか、例えば、以下のような変形が可能である。
C. Variations:
As mentioned above, although several Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the meaning. For example, a function realized by software may be realized by hardware and vice versa. In addition, for example, the following modifications are possible.
上記実施例では、推定した回転速度と予め定められた閾値(回転速度)とを比較して第1の制動処理と第2の制動処理とのどちらを実行するかを判断した。これに対して、回転速度を推定してその回転速度に対応した制動トルクを求め、その制動トルクと予め定められた閾値(トルク)とを比較して第1の制動処理と第2の制動処理とのどちらを実行するかを判断してもよい。 In the above embodiment, it is determined whether to execute the first braking process or the second braking process by comparing the estimated rotation speed with a predetermined threshold (rotation speed). On the other hand, the first braking process and the second braking process are performed by estimating the rotational speed, obtaining a braking torque corresponding to the rotational speed, and comparing the braking torque with a predetermined threshold (torque). It may be determined which to execute.
上記実施例では、推定された回転速度が第1の閾値Th1と第2の閾値Th2との間の範囲内では、機械ブレーキを全く用いないこととした。これに対して、例えば、ダイナミックブレーキを作動させると共に、機械ブレーキを時分割的に作動させることで、制動トルクの時間的な平均値がトルク上限値TLを超えないように制御を行ってもよい。 In the above embodiment, the mechanical brake is not used at all when the estimated rotational speed is within the range between the first threshold Th1 and the second threshold Th2. On the other hand, for example, the dynamic brake is operated and the mechanical brake is operated in a time-sharing manner so that the temporal average value of the braking torque may be controlled so as not to exceed the torque upper limit value TL. .
10…ロボットシステム
100…ロボット本体
101…ベース部
102…ショルダ部
103…下アーム
104…上アーム
105…手首
106…フランジ部
110…サーボモータ
120…インバータ
130…電流検出器
140…駆動回路
150…機械ブレーキ
160…角度センサ
162…ロータリエンコーダ
164…角度変換器
170…減速機
200…ロボット制御装置
210…CPU
211…駆動制御部
212…異常検出部
213…異常停止制御部
214…回転速度推定部
216…ダイナミックブレーキ制御部
217…機械ブレーキ制御部
230…ROM
235…制御プログラム
240…RAM
245…軌跡データ
300…ティーチングペンダント
DESCRIPTION OF
211 ... Drive
235 ...
245 ...
Claims (6)
前記角度センサから前記回転角度を取得し、該取得された回転角度に応じて前記サーボモータの駆動をフィードバック制御する駆動制御部と、
前記サーボモータの電気的変量に基づいて、前記サーボモータの回転速度を推定する推定部と、
前記角度センサの異常の有無を検出する異常検出部と、
前記サーボモータに対するダイナミックブレーキの作動を制御するダイナミックブレーキ制御部と、
前記角度センサの異常が検出された場合において、前記推定された回転速度において前記ダイナミックブレーキを作動させたと仮定した場合に該ダイナミックブレーキによって生じる制動トルクと、前記機械ブレーキを作動させたと仮定した場合に該機械ブレーキによって生じる制動トルクとのトルク合計値が、所定のトルク上限値を超える場合に、前記機械ブレーキを作動させずに前記ダイナミックブレーキを作動させる第1の制動処理を実行し、前記トルク合計値が前記トルク上限値以下の場合には、前記ダイナミックブレーキおよび前記機械ブレーキを作動させる第2の制動処理を実行する異常停止制御部と、
を備えるロボット制御装置。 A robot control device for controlling a robot comprising a servo motor, an angle sensor for detecting a rotation angle of the servo motor, and a mechanical brake for stopping the servo motor,
A drive control unit that obtains the rotation angle from the angle sensor and feedback-controls the drive of the servo motor according to the obtained rotation angle;
An estimation unit for estimating a rotation speed of the servo motor based on an electrical variable of the servo motor;
An abnormality detection unit for detecting the presence or absence of abnormality of the angle sensor;
A dynamic brake control unit for controlling the operation of a dynamic brake for the servo motor;
When abnormality of the angle sensor is detected, when it is assumed that the dynamic brake is operated at the estimated rotational speed, and the braking torque generated by the dynamic brake and the mechanical brake are operated When a torque total value with a braking torque generated by the mechanical brake exceeds a predetermined torque upper limit value, a first braking process for operating the dynamic brake without operating the mechanical brake is executed, and the torque total When the value is equal to or lower than the torque upper limit value, an abnormal stop control unit that executes a second braking process for operating the dynamic brake and the mechanical brake;
A robot control device comprising:
前記異常停止制御部は、前記トルク合計値が前記トルク上限値を超える回転速度の範囲を予め記憶しており、前記推定された回転速度が前記範囲に入る場合に、前記第1の制動処理を実行し、前記推定された回転速度が前記範囲に入らない場合に、前記第2の制動処理を実行する、ロボット制御装置。 The robot control device according to claim 1,
The abnormal stop control unit stores in advance a rotational speed range in which the total torque value exceeds the torque upper limit value, and the first braking process is performed when the estimated rotational speed falls within the range. A robot controller that executes and executes the second braking process when the estimated rotational speed does not fall within the range.
前記異常停止制御部は、前記推定された回転速度が前記範囲を超える回転速度の場合において、前記推定された回転速度が前記範囲内の回転速度にまで低下する見込みの時間を推定し、該推定された時間が、前記機械ブレーキの作動および解除に必要な時間よりも短い場合には、前記第2の制動処理の実行を取りやめ、前記第1の制動処理を実行する、ロボット制御装置。 The robot control device according to claim 2,
The abnormal stop control unit estimates a time during which the estimated rotation speed is expected to decrease to a rotation speed within the range when the estimated rotation speed exceeds the range, and the estimation A robot control device that cancels the execution of the second braking process and executes the first braking process when the set time is shorter than the time required to activate and release the mechanical brake;
前記異常停止制御部は、前記推定された回転速度が前記範囲内の回転速度の場合において、前記推定された回転速度が前記範囲よりも低い回転速度にまで低下する見込みの時間を推定し、該推定された時間が、前記機械ブレーキの作動に必要な時間よりも短くなった場合に、前記機械ブレーキの作動を開始させる、ロボット制御装置。 The robot control device according to claim 2 or 3, wherein
The abnormal stop control unit estimates a time when the estimated rotation speed is expected to decrease to a rotation speed lower than the range when the estimated rotation speed is a rotation speed within the range, A robot control device that starts the operation of the mechanical brake when the estimated time becomes shorter than the time required for the operation of the mechanical brake.
前記トルク上限値は、前記サーボモータが接続される減速機が耐え得るトルクに基づいて予め定められている、ロボット制御装置。 The robot control device according to any one of claims 1 to 4, wherein:
The robot control apparatus, wherein the torque upper limit value is determined in advance based on a torque that can be withstood by a reduction gear connected to the servo motor.
(a)前記角度センサから前記回転角度を取得し、該取得された回転角度に応じて前記サーボモータの駆動をフィードバック制御する工程と、
(b)前記角度センサの異常の有無を検出する工程と、
(c)前記角度センサの異常が検出された場合において、前記サーボモータの電気的変量に基づいて、前記サーボモータの回転速度を推定する工程と、
(d)前記推定された回転速度において前記サーボモータにダイナミックブレーキを作動させたと仮定した場合に該ダイナミックブレーキによって生じる制動トルクと、前記機械ブレーキを作動させたと仮定した場合に該機械ブレーキによって生じる制動トルクとのトルク合計値が、所定のトルク上限値を超える場合に、前記機械ブレーキを作動させずに前記ダイナミックブレーキを作動させる第1の制動処理を実行する工程と、
(e)前記トルク合計値が前記トルク上限値以下の場合に、前記ダイナミックブレーキおよび前記機械ブレーキを作動させる第2の制動処理を実行する工程と、
を備える制御方法。 A control method for a robot comprising a servo motor, an angle sensor for detecting a rotation angle of the servo motor, and a mechanical brake for stopping the servo motor,
(A) obtaining the rotation angle from the angle sensor, and feedback controlling the drive of the servo motor according to the obtained rotation angle;
(B) detecting the presence or absence of abnormality of the angle sensor;
(C) when an abnormality of the angle sensor is detected, estimating a rotation speed of the servo motor based on an electrical variable of the servo motor;
(D) braking torque generated by the dynamic brake when the servo motor is operated at the estimated rotational speed, and braking generated by the mechanical brake when the mechanical brake is operated. Executing a first braking process for operating the dynamic brake without operating the mechanical brake when a total torque value with a torque exceeds a predetermined torque upper limit value;
(E) executing a second braking process for operating the dynamic brake and the mechanical brake when the total torque value is equal to or less than the torque upper limit value;
A control method comprising:
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