JP2013067009A - ロボットの電磁ブレーキ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多関節型ロボットのアーム等を駆動するサーボモータにおいて、そのサーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキの発熱を抑制することのできる電磁ブレーキ制御装置を提供する。
【解決手段】多関節型ロボットの各関節に駆動軸を駆動するモータ２１〜２６が設けられ、ＣＰＵ３０は、その各モータ２１〜２６が有する非励磁作動型の電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂによる駆動軸の制動を制御する。ＣＰＵ３０は、駆動軸の制動を解除する期間において、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの電圧印加を繰返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しつつ、駆動軸の制動が解除された状態を維持する。ＣＰＵ３０は、駆動軸の制動を解除する期間の初期において所定期間にわたって電圧印加のＯＮ期間を維持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロボットのアーム等を駆動するサーボモータにおいて、そのサーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキを制御する装置に関する。

従来、多関節型ロボットの関節においてアームを駆動するサーボモータは、その駆動軸を制動するブレーキを有している。このブレーキには、フェールセーフとなるように、非励磁作動型の電磁ブレーキが用いられている（例えば、特許文献１参照）。ロボットの停止中は、電磁ブレーキの励磁コイルへの電流が遮断され、ばねの弾性力等に基づき電磁ブレーキによる駆動軸の制動が行われる。一方、ロボットの動作中は、電磁ブレーキの励磁コイルに電流が供給され、電磁ブレーキによる駆動軸の制動が解除される。

特開２００８−３０７６１８号公報

ところで、一般に上記サーボモータには、駆動軸の回転位置を検出するエンコーダが設けられている。このエンコーダは、所定パターンに形成された回転子の回転を光学的あるいは磁気的に検出して、そのパルス信号をＩＣ等により処理している。

ここで、ロボットの電磁ブレーキは、一般に一日の初めにおいてロボットの動作が開始される前に駆動軸の制動を解除した状態とされ、その日の終わりにおいてロボットの動作が終了されるまで駆動軸の制動を解除した状態で維持される。このため、電磁ブレーキの励磁コイルを含む回路では、通電による発熱が一日中継続されることとなる。サーボモータ及び電磁ブレーキの発熱によりエンコーダの温度が上昇すると、パルス信号を処理するＩＣ等の動作が不安定となり、エンコーダによる回転位置の検出精度が低下するおそれがある。この対策として、エンコーダの温度がその許容温度を超えたとき又は超えると予測されるときに、サーボモータの駆動を制限してその駆動回路からの発熱を抑制するようにしている。

しかしながら、サーボモータの駆動を制限した場合には、ロボットの動作時間が制限されることとなるため、電磁ブレーキの発熱対策としては未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、多関節型ロボットのアーム等を駆動するサーボモータにおいて、そのサーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキの発熱を抑制することのできる電磁ブレーキ制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

第１の発明は、多関節型ロボットの各関節に駆動軸を駆動するサーボモータが設けられ、その各サーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキによる前記駆動軸の制動を制御する装置であって、前記駆動軸の制動を解除する期間において、前記電磁ブレーキの励磁コイルへの電力供給を繰返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しつつ、前記駆動軸の制動が解除された状態を維持する制動解除維持手段を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、多関節型ロボットの動作中には、各関節において駆動軸を駆動するサーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキに電力が供給される。そして、電磁ブレーキによる駆動軸の制動が解除された状態において、サーボモータが駆動されてロボットの各関節における駆動軸の駆動が行われる。

ここで、電磁ブレーキによる駆動軸の制動が解除された状態を維持するためには、必ずしも励磁コイルへ電力を供給し続ける必要はないことが本願発明者らによって発見された。すなわち、励磁コイルへの電力供給を停止した後も、駆動軸の制動が解除された状態が一定期間維持されることが本願発明者らによって確認された。

この点、上記構成によれば、駆動軸の制動を解除する期間において、電磁ブレーキの励磁コイルへの電力供給を繰り返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御が実行されつつ、駆動軸の制動が解除された状態が維持される。このため、電磁ブレーキの励磁コイルへ供給される電力を抑制することができ、励磁コイルを含む回路の通電による発熱を抑制することができる。その結果、サーボモータの温度上昇を抑制することができるため、サーボモータの駆動が制限される状況を減らして、ロボットの動作時間を長くすることができる。

なお、前記制動解除維持手段は、多関節型ロボットに設けられた複数の電磁ブレーキのうち、一部のみに対して電力供給のＯＮ−ＯＦＦ制御を行ってもよいし、全てに対して電力供給のＯＮ−ＯＦＦ制御を行ってもよい。すなわち、一般に多関節型ロボットの駆動軸を駆動するサーボモータではその駆動負荷がそれぞれ異なり、それに対応してサーボモータが有する電磁ブレーキの制動負荷もそれぞれ異なっている。このため、複数のサーボモータ及び電磁ブレーキには定格電力の異なるものが含まれており、この定格電力の差異に応じて通電による発熱量も異なる。したがって、発熱を抑制する必要性の高い（定格電力の大きい）電磁ブレーキに対して制動解除維持手段による電力供給のＯＮ−ＯＦＦ制御を実行し、発熱を抑制する必要性の低い（定格電力の小さい）電磁ブレーキに対して、従来と同様の制御（電力供給のＯＮ状態を維持する制御）を実行するようにしてもよい。こうした構成によれば、発熱を抑制する必要性の低い電磁ブレーキでは、励磁コイルへの電力供給を行う回路として従来と同様のものを用いることができる。

上記のように、一般に多関節型ロボットの複数の電磁ブレーキでは、制動負荷がそれぞれ異なるため、定格電力の異なるものが含まれている。その場合、前記制動解除維持手段による電力供給のＯＮ−ＯＦＦ制御において、駆動軸の制動が解除された状態を維持するために必要な電力供給のＯＮ期間が電磁ブレーキによって異なったものとなる。

この点、第２の発明では、第１の発明において、前記電磁ブレーキとして定格電力の異なる複数の電磁ブレーキを含み、前記制動解除維持手段は、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、前記ＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率が前記電磁ブレーキ毎に予め定められているといった構成を採用している。したがって、各電磁ブレーキにおいて駆動軸の制動が解除された状態を維持する際に、ＯＮ−ＯＦＦ制御におけるＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率を、各電磁ブレーキの特性（定格電力）や使用状況（制動負荷）に応じて適切に設定することができる。

なお、複数の電磁ブレーキにおいて、ＯＮ−ＯＦＦ制御の周期は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。ＯＮ−ＯＦＦ制御の周期が同一である場合には、制御周期を一定として、そのうちのＯＮ期間の割合（ＤＵＴＹ）を電磁ブレーキ毎に設定すればよい。また、ＯＮ−ＯＦＦ制御の周期が異なる場合には、各電磁ブレーキの特性や使用状況に応じてＯＮ期間とＯＦＦ期間との長さを設定すればよい。

一般に多関節ロボットでは、温度上昇を抑制するためにサーボモータの駆動を制限する場合には、温度上昇の大きいサーボモータだけではなく、全ての関節に設けられたサーボモータの駆動が制限され、ロボット全体の動作が停止される。また通常、ロボットのアーム等はカバーで覆われており、サーボモータや電磁ブレーキで温度上昇した空気の対流によって、カバー内部の全体の温度が上昇する。したがって、サーボモータの駆動が制限される状況を減らすためには、複数の電磁ブレーキ全体の発熱を抑制することが重要となる。

この点、第３の発明では、第２の発明において、前記ＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率は、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲でＯＦＦ期間の比率が最大である所定比率に予め定められている。すなわち、各励磁コイルへの電力供給のＯＮ−ＯＦＦ制御において、可能な限りＯＦＦ期間が長くなるように設定されている。したがって、各電磁ブレーキにおいて励磁コイルを含む回路の発熱を最小限に抑えつつ、駆動軸の制動が解除された状態を維持することができる。その結果、サーボモータの駆動が制限される状況を更に減らして、ロボットの動作時間を更に長くすることができる。

第４の発明では、第１乃至第３のいずれかの発明において、共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給されており、前記制動解除維持手段は、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことを特徴とする。

上記構成によれば、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とが周期的に繰返される。そして、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらされる。したがって、共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給される構成において、電源に要求される最大電力を抑制することができるため、電源容量を小さくすることができる。

なお、少なくとも第１電磁ブレーキと第２電磁ブレーキとにおいて電力供給のＯＮ期間が互いに重複しなければよく、第１電磁ブレーキ又は第２電磁ブレーキと電力供給のＯＮ期間が重複する他の電磁ブレーキを含んでいてもよい。また、第１電磁ブレーキ及び第２電磁ブレーキは、単数であっても複数であってもよい。

多間接型ロボットでは、電磁ブレーキを有するサーボモータの数が多くなるため、全ての電磁ブレーキにおいて励磁コイルへの電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにすることは難しい。ここで、複数の励磁コイルへの電力供給のＯＮ期間が重複する場合、電源容量を小さくするためには電力の合計の最大値を抑制することが望ましい。

この点、第５の発明では、第４の発明において、前記第１電磁ブレーキの定格電力は前記第２電磁ブレーキの定格電力よりも大きく、前記第１電磁ブレーキの数は前記第２電磁ブレーキの数よりも少ないといった構成を採用している。このため、第１電磁ブレーキよりも定格電力の小さい第２電磁ブレーキにおいて、励磁コイルへの電力供給のＯＮ期間がより多く重複することとなる。なお、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとでは、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらされている。したがって、複数の励磁コイルへの電力供給のＯＮ期間が重複する場合に、電力の合計の最大値を抑制することができる。

具体的には、第６の発明のように、第４又は第５の発明において、前記制動解除維持手段は、前記第１電磁ブレーキの励磁コイルと前記第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御を同一の周期で行うといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、第１電磁ブレーキ及び第２電磁ブレーキでそれぞれ１つのＯＮ期間を各周期において繰返すことによって、ＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことができる。したがって、ＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすための複雑な制御が不要となる。

また、第７の発明のように、第４乃至第６のいずれかの発明において、前記制動解除維持手段は、定格電力の最も大きい２つの電磁ブレーキを、それぞれ異なるグループの前記第１電磁ブレーキとし、各グループにおいて、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすといった構成を採用することができる。こうした構成によれば、電磁ブレーキを有するサーボモータの数が多い場合であっても、電源に要求される最大電力をグループ単位で抑制することができる。

第８の発明では、第１乃至第３のいずれかの発明において、共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給されており、前記電磁ブレーキとして、定格電力の最も大きい第１電磁ブレーキと、定格電力の２番目に大きい第２電磁ブレーキと、その他の第３電磁ブレーキとを含み、前記制動解除維持手段は、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、前記第１電磁ブレーキの励磁コイルと、前記第２電磁ブレーキ及び前記第３電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことを特徴とする。

上記構成によれば、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とが周期的に繰返される。そして、定格電力の最も大きい第１電磁ブレーキの励磁コイルと、定格電力の２番目に大きい第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらされる。したがって、電力の合計が最も大きくなる２つの電磁ブレーキの組み合わせにおいて、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことができる。さらに、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第３電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらされる。このため、第２電磁ブレーキの励磁コイルと第３電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複したとしても、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第３電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複する場合よりも、電力の合計の最大値を抑制することができる。

ロボットの電磁ブレーキ制御装置の概要を示すブロック図。 ロボットの概要を示す正面図。 電磁ブレーキの励磁コイルへの印加電圧と電流とを示すタイムチャート。 第１実施形態の電磁ブレーキの制御態様を示すタイムチャート。 同実施形態の電磁ブレーキの制御態様の変形例を示すタイムチャート。 第２実施形態の電磁ブレーキの制御態様を示すタイムチャート。 第３実施形態の電磁ブレーキの制御態様を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、垂直多関節型ロボットに具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のロボットは、例えば産業用ロボットとして機械組立工場などの組立システムにて用いられる。

はじめに、ロボット１０の概要を図２に基づいて説明する。同図に示すように、ロボット１０は、回動中心軸線として第１軸Ｊ１、第２軸Ｊ２、第３軸Ｊ３、第４軸Ｊ４、第５軸Ｊ５、第６軸Ｊ６を有する６軸ロボットであり、これら各軸における各部の動作角度がそれぞれサーボモータ等からなる駆動源の駆動により調整されるものとなっている。サーボモータはいずれも正逆両方向の回転が可能であり、モータ駆動により原点位置を基準として各部が動作する。本実施形態では、第１軸Ｊ１が鉛直方向に延びるようにしてロボット１０が床等のロボット設置箇所に設置されるものとしており、図１の上下方向が鉛直方向を示すとして以下説明する。

ロボット１０において、基台１１は、床等に固定される固定部１２と、その固定部１２の上方に設けられる回動部１３とを有しており、回動部１３が第１軸Ｊ１を回動中心として水平方向に回動可能になっている。回動部１３の上端部分には下アーム１５が回動可能に連結されている。下アーム１５は基本姿勢として鉛直方向に延びる向きに設けられ、その上端部には上アーム１６が回動可能に連結されている。上アーム１６は基本姿勢として水平方向に延びる向きに設けられている。

下アーム１５は、水平方向に延びる第２軸Ｊ２を回動中心として回動部１３に対して回動可能になっており、所定の動作範囲内において時計回り方向又は反時計回り方向に回動動作する。また、上アーム１６は、水平方向に延びる第３軸Ｊ３を回動中心として下アーム１５に対して回動可能になっており、所定の動作範囲内において時計回り方向又は反時計回り方向に回動動作する。

上アーム１６は、基端側と先端側とで２つのアーム部に分割されて構成されており、基端側は第１上アーム１６Ａ、先端側は第２上アーム１６Ｂとなっている。第１上アーム１６Ａは上述したとおり下アーム１５に回動可能に連結されている。これに対し、第２上アーム１６Ｂは、本上アーム１６の長手方向に延びる第４軸Ｊ４を回動中心として第１上アーム１６Ａに対してねじり方向に回動可能になっている。

上アーム１６（詳しくは第２上アーム１６Ｂ）の先端部には手首部１７が設けられ、その手首部１７には、ワークやツール等を取り付けるためのハンド部１８が設けられている。手首部１７は、水平方向に延びる第５軸Ｊ５を回動中心として第２上アーム１６Ｂに対して回動可能になっている。また、ハンド部１８は、その中心線である第６軸Ｊ６を回動中心としてねじり方向に回動可能になっている。

ロボット１０において各軸Ｊ１〜Ｊ６の関節部分には、それぞれ前段部材側にモータ（サーボモータ）２１〜２６が設けられている。そして、各関節部分において、前段部材に設けられたモータの駆動により、後段部材がそれぞれ回動動作する。なお、モータ２１〜２６の出力軸（駆動軸）の中心軸線がそれぞれ第１軸Ｊ１〜第６軸Ｊ６となっている。

各モータは、その出力軸を制動する非励磁作動型の電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂ（電磁ブレーキ２１ｂのみ表示）と、出力軸の回転位置に応じたパルス信号を出力するエンコーダ２１ｅ〜２６ｅ（エンコーダ２１ｅのみ表示）とを有している。各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂは、ばねの弾性力に基づき駆動軸（モータの出力軸）の制動を行い、励磁コイルへの電力供給に基づき駆動軸の制動を解除する。各エンコーダ２１ｅ〜２６ｅは、所定パターンに形成された回転子の回転を磁気的又は光学的に検出する検出素子と、その検出素子の信号を処理するＩＣとを有している。電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂ及びエンコーダ２１ｅ〜２６ｅは、それぞれモータ２１〜２６に組み込まれており、モータ２１〜２６と一体化されている。すなわち、各モータ２１〜２６は、その回転駆動部とブレーキとエンコーダとを含むユニットとして構成されている。

ここで、ロボット１０の各関節部分において、各モータ２１〜２６が駆動軸を駆動する負荷はそれぞれ異なっている。すなわち、各モータ２１〜２６が回動動作させる部分の質量が大きいほど駆動負荷が大きくなり、また重力の作用に抗して各部を回動動作させる関節部分では駆動負荷が大きくなる。このため、各関節部分において駆動負荷に応じた定格電力のモータが採用されており、駆動負荷の大きい関節部分ほど定格電力の大きいモータが採用されている。具体的には、モータ２１,２２の定格電力は、モータ２３〜２６の定格電力よりも大きくなっている。そして、モータ２１とモータ２２の定格電力は互いに等しく、またモータ２３〜２６の定格電力は互いに等しくなっている。

こうした駆動負荷の大きいモータほど、駆動軸を制動する制動負荷が大きいため、制動力の大きい電磁ブレーキ、すなわち定格電力の大きい電磁ブレーキが採用されている。具体的には、モータ２１，２２がそれぞれ有する電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂの定格電力Ｐ１は、モータ２３〜２６がそれぞれ有する電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂの定格電力Ｐ２よりも大きくなっている（Ｐ１＝２×Ｐ２）。例えば、定格電力Ｐ１は６Ｗであり、定格電力Ｐ２は３Ｗである。

ロボット１０の各部（モータ２１〜２６等）はそれぞれカバーで覆われており、塵や油等の異物が外部から侵入することが抑制されている。これらカバーの内部は互いに連通しており、この連通部に電気配線等が通されている。このため、各カバー間を空気が流出入可能となっている。

次に、図１を参照して、このようなロボット１０の複数の電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂを制御する装置について説明する。同図は、ロボット１０の動作を統括して制御する装置のうち、電磁ブレーキを制御する装置を示したものである。なお、同図では、一部の電磁ブレーキ及びその電気回路等を省略して示している。

電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂは、それぞれ励磁コイル２１ｃ〜２６ｃを有している。各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃの一端は、それぞれ半導体リレー５１〜５６を介してブレーキ用電源５０に接続され、その他端はそれぞれグランドに接続されている。ブレーキ用電源５０は、２４Ｖの直流電圧Ｖｂｒｋを発生するものである。

また、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂは、ばねの弾性力に基づきモータ２１〜２６の各出力軸を制動する機械部分を有している。各機械部分は、モータの出力軸を制動する摩擦力を互いの当接により発生するパッド及びライニング（摩擦部材）と、このパッドをライニングに当接させる方向に付勢するばねとを有している。パッド及びライニングは、各モータ２１〜２６のケース及び出力軸にそれぞれ取付けられている。ばねの付勢力によりパッドがライニングに押圧され、パッドとライニングとの間で摩擦力が発生する。この摩擦力によって、各モータ２１〜２６の駆動軸が制動される。

これに対して、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの直流電圧Ｖｂｒｋの印加（電力の供給）に基づいて、上記ばねによる付勢力と反対方向の力、すなわち上記ライニングからパッドを離間させる方向の力が発生する。そして、ばねによる付勢力よりも、励磁コイルへの通電に基づく力が大きい場合に、各駆動軸の制動が解除される。

また、パッドは所定の可動範囲内で移動し、可動範囲の一端が上記ライニングに当接する位置（制動位置）であり、その他端が制動位置から最も離れた位置である。このため、パッドが制動位置から離れている状態では、駆動軸を制動する力が発生しておらず、駆動軸の制動が解除された状態となる。

各半導体リレー５１〜５６には、パルス発生器（ＰＧ）４１〜４６がそれぞれ接続されている。そして、各半導体リレー５１〜５６は、ＰＧ４１〜４６から発生されるＯＮ−ＯＦＦのパルス信号によってスイッチング駆動され、パルス信号のＯＮ期間で電気的な接続状態となり、パルス信号のＯＦＦ期間で電気的な遮断状態となる。各半導体リレー５１〜５６の接続状態において、ブレーキ用電源５０から励磁コイル２１ｃ〜２６ｃにそれぞれ直流電圧Ｖｂｒｋが印加され、励磁コイル２１ｃ〜２６ｃにそれぞれ電流が流れる。詳しくは、直流電圧Ｖｂｒｋの印加期間において電流が増大し、直流電圧Ｖｂｒｋの非印加期間において電流が減少する。この直流電圧の印加期間又は非印加期間がある程度長くなると、電流はそれぞれ一定値に収束することとなる。

各ＰＧ４１〜４６が発生するパルス信号は、ＣＰＵ３０からの駆動信号に基づいてそれぞれ制御される。ＣＰＵ３０は、各ＰＧ４１〜４６が発生するパルス信号の周期、位相、ＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率等を制御する。本実施形態では、ＣＰＵ３０は、各ＰＧ４１〜４６が発生するパルス信号の周期を一定とし、その周期のうちのＯＮ期間の割合（ＤＵＴＹ）を制御する。こうしてＣＰＵ３０は、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに直流電圧Ｖｂｒｋが印加される態様、ひいては各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに流れる電流の状態を制御する。なお、ＣＰＵ３０には、各モータ２１〜２６が有するエンコーダ２１ｅ〜２６ｅからの検出信号がそれぞれ入力される。そして、ロボット１０の制御装置は、これらのエンコーダ２１ｅ〜２６ｅからの検出信号に基づいて、各モータ２１〜２６の駆動軸の回転位置を制御する。

こうした構成を備えるロボット１０では、一日の初めにおいて動作（機械の組立作業等）を開始するに際して、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂによる駆動軸の制動を解除した状態とする。この各駆動軸の制動が解除された状態において、ロボット１０の制御装置は各モータ２１〜２６を駆動して、各軸Ｊ１〜Ｊ６の関節部分における駆動軸の駆動を行う。一方、その日の終わりにおいてロボット１０の動作を終了するに際して、各モータ２１〜２６の駆動を停止するとともに、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂによる駆動軸の制動を行う。

ここで、各モータ２１〜２６及び各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの発熱によりエンコーダ２１ｅ〜２６ｅの温度が上昇すると、各エンコーダ２１ｅ〜２６ｅが有する検出素子やＩＣの動作が不安定となり、モータ２１〜２６の出力軸の回転位置を検出する精度が低下するおそがある。その場合、エンコーダ２１ｅ〜２６ｅからの検出信号に基づく各モータ２１〜２６の制御精度が低下し、ロボット１０の動作が不正確になるおそれがある。この対策として、ロボット１０の制御装置は、エンコーダ２１ｅ〜２６ｅのいずれかの温度がその許容温度（９５℃）を超えると、全てのモータ２１〜２６の駆動を停止してその駆動回路からの発熱を抑制する。

すなわち、複数のモータ２１〜２６のうち、有しているエンコーダの温度が許容温度を超えているモータだけではなく、全ての関節部分に設けられたモータ２１〜２６の駆動を停止し、ロボット１０全体の動作を停止する。ロボット１０の動作を行うためには、基本的には全てのモータ２１〜２６を駆動する必要があるため、複数のモータ２１〜２６のうちの１つでも停止する必要がある場合には、ロボット１０全体の動作を停止することとしている。

また、ロボット１０の各部はそれぞれカバーで覆われており、これらカバーの内部は互いに連通している。このため、モータ２１〜２６や電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂで温度上昇した空気は、これらカバーの内部を対流することとなり、カバー内部の全体の温度が上昇する。したがって、いずれのエンコーダも許容温度を超えないようにするためには、複数の電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂ全体の発熱を抑制することが重要となる。なお、各エンコーダ２１ｅ〜２６ｅの温度は、サーミスタ等により直接検出してもよいし、各モータ２１〜２６の駆動状況に基づいて予測してもよい。

本実施形態では、各モータ２１〜２６が有する電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの発熱をそれぞれ抑制すべく、各モータ２１〜２６の駆動軸の制動を解除する期間において、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの直流電圧Ｖｂｒｋの印加（電力の供給）を繰返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しつつ、各関節部分において駆動軸の制動が解除された状態を維持する。詳しくは、各モータ２１〜２６の駆動軸の制動を解除する期間において、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに印加される直流電圧ＶｂｒｋをＤＵＴＹ制御する。そして、このＤＵＴＹ制御において、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することのできるＤＵＴＹに制御する。

ここで、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの電圧印加を停止すると、励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに流れる電流は時間の経過とともに減衰する。このため、電圧印加を停止してから短時間しか経過していない状態では、電流の大きさは０になっておらず、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの通電に基づく力もある程度残っている。したがって、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの機械部分において上記パッドとライニングとが離れている状態、すなわち駆動軸の制動が解除された状態が短時間であれば維持されている。そして、パッドがライニングに当接する位置（制動位置）に到達する前に、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの電圧印加を再開することにより、パッドを制動位置から離れる側へ移動させることができる。

図３に、電磁ブレーキの励磁コイルへの印加電圧と電流との時間的変化の一例を示す。なお、この例では、電磁ブレーキの上記機械部分においてパッドとライニングとが確実に離間するように、励磁コイルへの電圧印加の初期において、所定期間にわたってＤＵＴＹ１００％（電圧の印加をＯＮ）としている。これにより、パッド及びライニングの駆動を開始する際に、これらに作用する最大静止摩擦力を超える力を確実に発生させることができる。

同図に示すように、周期０．１ｍｓにおいて、０〜１．０ｍｓまでＤＵＴＹ１００％で電圧を励磁コイルに印加し、その後にＤＵＴＹ５０％の矩形パルス状の電圧を励磁コイルに印加する。これにより、励磁コイルに流れる電流は、０〜１．０ｍｓの期間において０ｍＡから４３０ｍＡ付近まで急激に増大し、電磁ブレーキのパッドは制動位置から最も離れた位置まで確実に移動する。そして、励磁コイルに流れる電流は、その後の期間において電圧の印加期間で増大して非印加期間で減少することを繰返しながら次第に小さくなる。そして、電圧の印加開始から約２．０ｍｓで電流値がそれ以上減少しなくなり、以後は２５０ｍＡ付近で増大と減少とを繰返す。

このとき、２５０ｍＡ付近において電流が増大した状態では、電磁ブレーキのパッドは制動位置から最も離れた位置で維持されている。そして、この状態から電流が減少すると、励磁コイルへの通電に基づく力が、ばねの付勢力よりも小さくなった時点で、パッドが制動位置側へ移動し始める。しかし、パッドが制動位置に到達する前に励磁コイルへの電圧印加が再開され、電流が増大することによりパッドが制動位置から離れる側へ移動又は押圧されることとなる。

一方、こうしたパルス制御においてＤＵＴＹが小さ過ぎると、電圧の非印加期間で電流が減少するときに、パッドが制動位置に到達して駆動軸が制動されることとなる。そして、電圧の印加期間で電流が増大しても、パッドが制動位置から離れる側に移動せず、駆動軸の制動を解除することができない。また、パルスの周期が長過ぎると、電圧の非印加期間で電流が減少するときに、パッドが制動位置に到達して駆動軸が制動されることとなる。これらを踏まえて、パルスの周期及びＤＵＴＹを適切に設定することにより、励磁コイルに印加される直流電圧ＶｂｒｋをＯＮ−ＯＦＦ制御（ＤＵＴＹ制御）しつつ、駆動軸の制動が解除された状態を維持することができる。

また、各電磁ブレーキの定格電力（特性）や制動負荷（使用状況）によって、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することのできるＤＵＴＹは異なったものとなる。そこで、本実施形態では、励磁コイルに印加する直流電圧ＶｂｒｋのＯＮ−ＯＦＦ制御において、電磁ブレーキ毎にＤＵＴＹを予め定めている。具体的には、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲で、取り得る最小のＤＵＴＹに定めている。すなわち、電圧印加のＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率を、ＯＦＦ期間の比率が最大となるように定めている。なお、このようなＤＵＴＹは、予め実験やシミュレーション等に基づいて定めることができる。

図４に、各電磁ブレーキに供給される電力（本実施形態では、印加される電圧）の制御態様を示す。この制御は、上記ＣＰＵ３０（制動解除維持手段）によって、各ＰＧ４１〜４６の発生するパルス信号を制御することにより実行される。なお、図４（ａ）は、ロボット１０のモータ２１〜２６の動作状態を示しており、図４（ｂ）は、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの動作状態を示しており、図４（ｃ）は、図４（ｂ）の一部の期間を拡大して、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃにそれぞれ供給する電力を簡略化して示しており、図４（ｄ）は、図４（ｃ）の各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに供給する電力の合計を簡略化して示している。図４（ｃ）,（ｄ）では、電力の波形を簡略化して矩形波として示しているが、実際には電流の減衰があるため、電力の波形は矩形波がくずれた形となる。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂによる駆動軸の制動を解除（各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂへの電力供給をＯＮ）するとともに、ロボット１０の制御装置により各モータ２１〜２６の駆動が開始される。各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂでは、各駆動軸の制動を解除する期間（ロボット１０の動作期間）において、その初期に各駆動軸の制動を確実に解除した後、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することのできるＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率で、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに印加する直流電圧ＶｂｒｋをそれぞれＯＮ−ＯＦＦ制御（ＤＵＴＹ制御）する。各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂにおいて、励磁コイル２１ｃ〜２６ｃにそれぞれ直流電圧Ｖｂｒｋを印加する態様を以下に示す。

図４（ｃ）に示すように、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃでは、いずれも周期Ｔ１で矩形パルス状の電圧を印加する（図では、電力として表示）。電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂへの電圧印加ではＤＵＴＹ６０％であり、電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂへの電圧印加ではＤＵＴＹ４０％である。これらのＤＵＴＹは、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲で、最小のＤＵＴＹに定められたものである。また、矩形パルス状の電圧の制御周期は、電圧の非印加期間で電流が減少するときに、上記パッドが制動位置に到達しない範囲で定められている。

なお、電磁ブレーキ２１ｂ,２３ｂ,２４ｂへの電圧印加と、電磁ブレーキ２２ｂ,２５ｂ,２６ｂへの電圧印加とでは、ＯＮ−ＯＦＦの論理が反転している。このため、同じ時期の周期において、電磁ブレーキ２１ｂ,２３ｂ,２４ｂでは印加電圧の立ち上がりから開始するのに対して、電磁ブレーキ２２ｂ,２５ｂ,２６ｂでは印加電圧の立ち下がりから開始する。

電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間の長さ（周期Ｔ１の４０％）が、電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間の長さ（周期Ｔ１の４０％）以下であるため、電磁ブレーキ２１ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間と電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間とを一致させるように制御する。すなわち、互いのＯＮ期間の長さの和が周期を超えない電磁ブレーキ同士で、一方の電磁ブレーキへの電圧印加のＯＦＦ期間に、他方の電磁ブレーキへの電圧印加のＯＮ期間が含まれるように制御する。換言すれば、互いのＯＮ期間の長さの和が周期を超えない電磁ブレーキ同士で、一方の電磁ブレーキへの電圧印加のＯＮ期間と他方の電磁ブレーキへの電圧印加のＯＮ期間とが互いに重複しないようにずらす。

具体的には、電磁ブレーキ２１ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂ（第２電磁ブレーキ）とで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらす。このとき、定格電力が相対的に大きい第１電磁ブレーキ（電磁ブレーキ２１ｂ）の数を、定格電力が相対的に小さい第２電磁ブレーキ（電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂ）の数よりも少なくする。

さらに、電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間の長さ（周期Ｔ１の４０％）が、電磁ブレーキ２３ｂ，２４ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間の長さ（周期Ｔ１の６０％）以下であるため、電磁ブレーキ２３ｂ，２４ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間に、電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間が含まれるように制御する。すなわち、電磁ブレーキ２３ｂ，２４ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂ（第２電磁ブレーキ）とで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらす。

また、電圧印加のＯＮ期間及びＯＦＦ期間に関して、電磁ブレーキ２２ｂと電磁ブレーキ２３ｂ，２４ｂとの関係は、電磁ブレーキ２１ｂと電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂとの関係と同様である。すなわち、定格電力の最も大きい２つの電磁ブレーキ２１ｂ,２２ｂをそれぞれ異なるグループに分け、各グループにおいて、互いのＯＮ期間の長さの和が周期を超えない電磁ブレーキ同士で、一方の電磁ブレーキ（第１電磁ブレーキ）への電圧印加のＯＮ期間と他方の電磁ブレーキ（第２電磁ブレーキ）への電圧印加のＯＮ期間とが互いに重複しないようにずらしている。例えば、第１グループでは、電磁ブレーキ２１ｂが第１電磁ブレーキとなり、電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂが第２電磁ブレーキとなる。第２グループでは、電磁ブレーキ２２ｂが第１電磁ブレーキとなり、電磁ブレーキ２３ｂ,２４ｂが第２電磁ブレーキとなる。このとき、重力の作用に抗して関節において駆動軸を駆動するモータ２２の有する電磁ブレーキ２２ｂが、定格電力が相対的に大きい第１電磁ブレーキとして採用されている。なお、電磁ブレーキ２１ｂの定格電力と電磁ブレーキ２２ｂの定格電力とが互いに異なっていてもよい。

このような制御によれば、図４（ｄ）に示すように（縦軸を１／２に縮小して表示）、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに供給する電力の合計を平均化することができる。このため、電力の合計が一時的に大きくなること、すなわち電力の合計の最大値が大きくなることを抑制することができる。

ロボット１０の動作停止に際しては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、ロボット１０の制御装置により各モータ２１〜２６の駆動が停止されるとともに、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂによる駆動軸の制動を行う（各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂへの電力供給をＯＦＦ）する。

以上詳述した本実施形態は以下の利点を有する。

・ロボット１０の動作中には、各関節において駆動軸を駆動するモータ２１〜２６が有する非励磁作動型の電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂに電力が供給される。そして、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂによる駆動軸の制動が解除された状態において、モータ２１〜２６が駆動されてロボット１０の各関節における駆動軸の駆動が行われる。

ここで、駆動軸の制動を解除する期間において、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの電圧印加を繰り返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御（ＤＵＴＹ制御）が実行されつつ、駆動軸の制動が解除された状態が維持される。詳しくは、各モータ２１〜２６の駆動軸の制動を解除する期間において、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに印加される直流電圧ＶｂｒｋがＤＵＴＹ制御される。そして、このＤＵＴＹ制御において、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することのできるＤＵＴＹに制御される。このため、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへ供給される電力を抑制することができ、励磁コイル２１ｃ〜２６ｃを含む回路の通電による発熱を抑制することができる。その結果、モータ２１〜２６の温度上昇を抑制することができるため、モータ２１〜２６の駆動が制限される状況を減らして、ロボットの動作時間を長くすることができる。

・電磁ブレーキとして定格電力の異なる複数の電磁ブレーキを含み、ＣＰＵ３０は、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、ＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率が電磁ブレーキ毎に予め定められている。具体的には、各励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに印加する直流電圧ＶｂｒｋをＤＵＴＹ制御し、電磁ブレーキ毎にＤＵＴＹを予め定めている。その結果、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂにおいて駆動軸の制動が解除された状態を維持する際に、ＯＮ−ＯＦＦ制御におけるＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率を、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの特性（定格電力）や使用状況（制動負荷）に応じて適切に設定することができる。

・さらに、上記ＤＵＴＹ制御において、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲で、取り得る最小のＤＵＴＹに定めている。すなわち、電圧印加のＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率を、ＯＦＦ期間の比率が最大となるように定めている。したがって、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂにおいて励磁コイル２１ｃ〜２６ｃを含む回路の発熱を最小限に抑えつつ、駆動軸の制動が解除された状態を維持することができる。その結果、モータ２１〜２６の駆動が制限される状況を更に減らして、ロボットの動作時間を更に長くすることができる。

・電磁ブレーキ２１ｂ（第１電磁ブレーキ）の励磁コイル２１ｃと電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂ(第２電磁ブレーキ)の励磁コイル２５ｃ,２６ｃとで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらされる。換言すれば、電磁ブレーキ２１ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間に、電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間が含まれるように制御される。このため、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに供給する電力の合計を平均化することができ、電力の合計の最大値が大きくなることを抑制することができる。したがって、共通のブレーキ用電源５０から各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂに電力が供給される構成において、ブレーキ用電源５０に要求される最大電力を抑制することができるため、電源容量を小さくすることができる。

・電磁ブレーキ２１ｂの定格電力Ｐ１は電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂの定格電力よりも大きく、電磁ブレーキ２１ｂの数は１つであり、電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂの合計数は２つである。このため、電磁ブレーキ２１ｂよりも定格電力の小さい電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂにおいて、励磁コイル２５ｃ,２６ｃへの電圧印加のＯＮ期間が重複することとなる。そして、電磁ブレーキ２１ｂの励磁コイル２１ｃと電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂの励磁コイル２５ｃ,２６ｃとでは、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらされている。したがって、複数の励磁コイルへの電圧印加のＯＮ期間が重複する場合に、電力の合計の最大値を抑制することができる。

・ＣＰＵ３０は、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに対して、上記ＯＮ−ＯＦＦ制御を同一の周期Ｔ１で行っている。こうした構成によれば、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂでそれぞれ１つのＯＮ期間を各周期Ｔ１において繰返すことによって、ＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことができる。したがって、ＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすための複雑な制御が不要となる。

・ＣＰＵ３０は、定格電力の最も大きい２つの電磁ブレーキ２１ｂ,２２ｂをそれぞれ異なるグループの第１電磁ブレーキとし、各グループにおいて、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらしている。こうした構成によれば、電磁ブレーキを有するモータの数が多い場合であっても、ブレーキ用電源５０に要求される最大電力をグループ単位で抑制することができる。

なお、上記第１実施形態は、各電磁ブレーキに供給される電力の制御態様を、以下のように変形して実施することもできる。ここでは、図４（ｃ）に示される制御を変更している。

図５（ｃ）に示すように、電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間と電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間とを一致させるように制御する。すなわち、電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂ（第２電磁ブレーキ）とで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらす。このとき、定格電力が相対的に大きい第１電磁ブレーキ（電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂ）の数を、定格電力が相対的に小さい第２電磁ブレーキ（電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂ）の数よりも少なくする。

このような制御によっても、図５（ｄ）に示すように（縦軸を１／２に縮小して表示）、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに供給する電力の合計を平均化することができる。

なお、この場合、定格電力の最も大きい２つの電磁ブレーキ２１ｂ,２２ｂをそれぞれ異なるグループの第１電磁ブレーキとし、各グループにおいて、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらしていると考えることもできる。すなわち、第１グループでは、電磁ブレーキ２１ｂが第１電磁ブレーキとなり、電磁ブレーキ２３ｂ,２４ｂが第２電磁ブレーキとなる。第２グループでは、電磁ブレーキ２２ｂが第１電磁ブレーキとなり、電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂが第２電磁ブレーキとなる。

（第２実施形態）
本実施形態では、各電磁ブレーキに供給される電力の制御態様を、以下のように変形している。なお、その他の構成及び制御については、第１実施形態に準じている。

図６（ｃ）は、図４（ｃ）に示される制御を変更したものである。同図に示すように、電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂでは、周期Ｔ２１で矩形パルス状の電圧を印加し（図では、電力として表示）、電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂでは、周期Ｔ２２（Ｔ２２＝Ｔ２１／２）で矩形パルス状の電圧を印加する。

本実施形態では、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの制動負荷が第１実施形態と異なっており、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに、いずれもＤＵＴＹ５０％で矩形パルス状の電圧を印加する。これらのＤＵＴＹは、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲で、最小のＤＵＴＹに定められたものである。また、パルスの周期Ｔ２１，Ｔ２２は、電圧の非印加期間で電流が減少するときに、上記パッドが制動位置に到達しない範囲で定められている。

電磁ブレーキ２２ｂへの電圧印加のＯＮ期間の長さ（周期Ｔ２１の５０％）が、電磁ブレーキ２１ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間の長さ（周期Ｔ２１の５０％）以下であるため、電磁ブレーキ２１ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間と電磁ブレーキ２２ｂへの電圧印加のＯＮ期間とを一致させるように制御する。すなわち、電磁ブレーキ２１ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２２ｂ（第２電磁ブレーキ）とで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらす。

また、電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間の長さ（周期Ｔ２２の５０％）が、電磁ブレーキ２３ｂ，２４ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間の長さ（周期Ｔ２２の５０％）以下であるため、電磁ブレーキ２３ｂ，２４ｂへの電圧印加のＯＦＦ期間と電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂへの電圧印加のＯＮ期間とを一致させるように制御する。すなわち、電磁ブレーキ２３ｂ，２４ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２５ｂ，２６ｂ（第２電磁ブレーキ）とで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらす。

このように、複数の電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂにおいて互いに異なる周期で矩形パルス状の電圧を印加するものを含む場合に、同一の周期で矩形パルス状の電圧を印加する（同一の周期で電圧印加のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う）電磁ブレーキ同士で、ＯＮ期間が互いに重複しないようにずらす。このため、電磁ブレーキ２１ｂと電磁ブレーキ２２ｂとで、共にＤＵＴＹ５０％でＯＮ期間とＯＦＦ期間とが互いに反対の制御を周期的に繰返すことにより、ＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことができる。電磁ブレーキ２３ｂ,２４ｂと電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂとも同様である。

このような制御によっても、図６（ｄ）に示すように（縦軸を１／２に縮小して表示）、電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに供給する電力の合計を平均化することができる。

なお、上記第２実施形態は、各電磁ブレーキに供給される電力の制御態様を、以下のように変形して実施することもできる。すなわち、電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂでは、ＤＵＴＹ５０％のままで矩形パルス状の電圧の周期Ｔ２１をより短くしたとしても、電圧の非印加期間で電流が減少するときに、上記パッドが制動位置に到達することはない。したがって、電磁ブレーキ２１ｂ，２２ｂに印加される矩形のパルス状の電圧の周期Ｔ２１を、周期Ｔ２２に変更してもよい。この場合には、第１実施形態に準じた利点を有するようになる。

（第３実施形態）
本実施形態では、３軸のロボットを採用しており、ロボットは電磁ブレーキ２１ｂ〜２３ｂをそれぞれ有するモータ２１〜２３を備えている。電磁ブレーキ２１ｂの定格電力Ｐ１が最も大きく、電磁ブレーキ２２ｂの定格電力Ｐ２が２番目に大きく、電磁ブレーキ２３ｂの定格電力Ｐ３が最も小さい（Ｐ１＝２×Ｐ３、Ｐ２＝１．５×Ｐ３）。なお、その他の構成及び制御については、第１実施形態に準じている。

図７（ｃ）は、図４（ｃ）に示される制御を変更したものである。同図に示すように、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２３ｂの励磁コイル２１ｃ〜２３ｃでは、いずれも周期Ｔ１で矩形パルス状の電圧を印加する。

本実施形態では、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２３ｂの励磁コイル２１ｃ〜２３ｃに、いずれもＤＵＴＹ５０％で矩形パルス状の電圧を印加する。これらのＤＵＴＹは、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲で、最小のＤＵＴＹに定められたものである。また、パルスの周期Ｔ１は、電圧の非印加期間で電流が減少するときに、上記パッドが制動位置に到達しない範囲で定められている。

定格電力の最も大きい電磁ブレーキ２１ｂ（第１電磁ブレーキ）と、定格電力の２番目に大きい電磁ブレーキ２２ｂ（第２電磁ブレーキ）とで、励磁コイルへの電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらす。このため、電力の合計が最も大きくなる２つの電磁ブレーキの組み合わせにおいて、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことができる。

そして、定格電力の最も小さい電磁ブレーキ２３ｂ（第３電磁ブレーキ）については、電磁ブレーキ２１ｂ,２２ｂの少なくとも一方と電圧印加のＯＮ期間が互いに重複することとなる。このため、電磁ブレーキ２１ｂと電磁ブレーキ２３ｂとで電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらし、電磁ブレーキ２２ｂと電磁ブレーキ２３ｂとで電圧印加のＯＮ期間が互いに重複するようにする。したがって、電磁ブレーキ２２ｂと電磁ブレーキ２３ｂとで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複するものの、電磁ブレーキ２１ｂと電磁ブレーキ２３ｂとで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複する場合よりも、電力の合計の最大値を抑制することができる。

このような制御によっても、図７（ｄ）に示すように（縦軸を１／２に縮小して表示）、電磁ブレーキ２１ｂ〜２３ｂの励磁コイル２１ｃ〜２３ｃに供給する電力の合計を平均化することができる。

上記各実施形態に限定されず、例えば次のように実施することもできる。

・上記各実施形態では、電磁ブレーキの上記機械部分においてパッドとライニングとが確実に離間するように、各駆動軸の制動を解除する期間の初期（励磁コイルへの電圧印加の初期）において、所定期間にわたってＤＵＴＹ１００％（電圧の印加をＯＮ）とした。しかしながら、必ずしもＤＵＴＹ１００％に設定する必要はなく、各駆動軸の制動を確実に解除することのできるＤＵＴＹ（ＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率）に設定すればよい。具体的には、各駆動軸の制動が解除された状態を維持する際のＤＵＴＹ（例えばＤＵＴＹ５０％）よりも高いＤＵＴＹ、例えばＤＵＴＹ８０％に設定してもよい。また、各駆動軸の制動が解除された状態を維持する際のＤＵＴＹが、励磁コイルへの電圧印加の初期においてパッドとライニングとを離間させることのできるＤＵＴＹ（例えば６５％）に設定されていれば、励磁コイルへの電圧印加の初期からそのＤＵＴＹに設定してもよい。

・上記第１及び第２実施形態では、ロボット１０を６軸の垂直多関節型ロボットとして具体化したが、水平多関節型ロボットとして具体化することも可能である。また、３軸のロボット（又は３軸に電磁ブレーキを備えるロボット）である場合には、図４（ｃ）において、電磁ブレーキ２１ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂ（第２電磁ブレーキ）とを採用した場合と同様のＯＮ−ＯＦＦ制御を行い、４軸のロボットである場合には、図５（ｃ）において、電磁ブレーキ２１ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２３ｂ〜２５ｂ（第２電磁ブレーキ）とを採用した場合と同様のＯＮ−ＯＦＦ制御を行うとよい。こうした構成によれば、第１電磁ブレーキよりも定格電力の小さい第２電磁ブレーキにおいて、励磁コイルへの電圧印加のＯＮ期間がより多く重複することとなる。したがって、複数の励磁コイルへの電圧印加のＯＮ期間が重複する場合に、電力の合計の最大値を抑制することができる。

また、図４（ｃ）において、３軸のロボットである場合に、電磁ブレーキ２３ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂ（第２電磁ブレーキ）とを採用した場合と同様のＯＮ−ＯＦＦ制御や、４軸のロボットである場合に、電磁ブレーキ２３ｂ,２４ｂ（第１電磁ブレーキ）と電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂ（第２電磁ブレーキ）とを採用した場合と同様のＯＮ−ＯＦＦ制御や、図６（ｃ）において、４軸のロボットである場合に、電磁ブレーキ２１ｂ（第１電磁ブレーキ）及び電磁ブレーキ２２ｂ（第２電磁ブレーキ）、並びに電磁ブレーキ２３ｂ（第１電磁ブレーキ）及び電磁ブレーキ２５ｂ（第２電磁ブレーキ）を採用した場合と同様のＯＮ−ＯＦＦ制御を行ってもよい。こうした構成によっても、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電圧印加のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらされる。したがって、共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給される構成において、電源に要求される最大電力を抑制することができるため、電源容量を小さくすることができる。

・上記第１及び第２実施形態では、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへの電圧印加をスイッチングする半導体リレー５１〜５６を、各ＰＧ４１〜４６から発生されるパルス信号によって駆動した。しかしながら、複数の電磁ブレーキの励磁コイルに印加される矩形パルス状の電圧が同一である場合には、それぞれの励磁コイルに対応して設けられた半導体リレーを共通のＰＧから発生されるパルス信号によって駆動してもよい。例えば、図４（ｃ）に示される矩形パルス状の電圧（図では電力として表示）が各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに印加される場合には、電磁ブレーキ２３ｂ,２４ｂに対応して設けられる半導体リレー５３,５４を共通のＰＧ４３により駆動し、電磁ブレーキ２５ｂ,２６ｂに対応して設けられる半導体リレー５５,５６を共通のＰＧ４５により駆動することができる。また、図５（ｃ）に示される矩形パルス状の電圧が各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃに印加される場合には、電磁ブレーキ２１ｂ,２２ｂに対応して設けられる半導体リレー５１,５２を共通のＰＧ４１により駆動し、電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂに対応して設けられる半導体リレー５３〜５６を共通のＰＧ４３により駆動することができる。こうした構成によれば、ＰＧの数を減らすことができるため、装置のコストを抑制することができる。さらに、この場合に、共通のＰＧにより駆動される半導体リレーを共通化することにより、装置のコストを更に抑制することができる。

・上記各実施形態では、電圧印加のＯＮ−ＯＦＦ制御においてＤＵＴＹ（ＯＮ期間とＯＦＦ期間との合計のうちＯＮ期間の比率）を、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲で最小のＤＵＴＹに定めていたが、ロボット１０の各軸Ｊ１〜Ｊ６の関節部分における動作状況等に応じて適宜それよりも大きいＤＵＴＹに設定してもよい。また、複数の電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂにおける上記最小のＤＵＴＹのうち、最も大きいＤＵＴＹで全ての電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへ電圧印加を行うようにしてもよい。こうした構成によれば、ＰＧ４１〜４６及び半導体リレー５１〜５６を全ての電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂで共通化することができる。この場合であっても、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイルへ２１ｃ〜２６ｃへの電圧印加がＯＮ−ＯＦＦ制御されつつ、各駆動軸の制動が解除された状態が維持される。このため、各電磁ブレーキ２１ｂ〜２６ｂの励磁コイル２１ｃ〜２６ｃへ供給される電力を抑制することができ、励磁コイル２１ｃ〜２６ｃを含む回路の通電による発熱を抑制することができる。

・発熱を抑制する必要性の高い（定格電力の大きい）電磁ブレーキ２１ｂ,２２ｂに対して電圧印加のＯＮ−ＯＦＦ制御を行い、発熱を抑制する必要性の低い（定格電力の小さい）電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂに対して、従来と同様の制御（電圧印加のＯＮ状態を維持する制御）を行うようにしてもよい。こうした構成によれば、発熱を抑制する必要性の低い電磁ブレーキ２３ｂ〜２６ｂでは、励磁コイル２３ｃ〜２６ｃへの電圧印加を行う回路として従来と同様のものを用いることができる。

１０…ロボット、２１〜２６…モータ（サーボモータ）、２１ｂ〜２６ｂ…電磁ブレーキ、２１ｃ〜２６ｃ…励磁コイル、３０…ＣＰＵ、４１〜４６…パルス発生器（ＰＧ）、５１〜５６…半導体リレー。

Claims (9)

1. 多関節型ロボットの各関節に駆動軸を駆動するサーボモータが設けられ、その各サーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキによる前記駆動軸の制動を制御する装置であって、
   前記駆動軸の制動を解除する期間において、前記電磁ブレーキの励磁コイルへの電力供給を繰返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しつつ、前記駆動軸の制動が解除された状態を維持する制動解除維持手段を備え、
   前記電磁ブレーキとして定格電力の異なる複数の電磁ブレーキを含み、
   前記制動解除維持手段は、前記駆動軸の制動を解除する期間の初期において所定期間にわたって前記電力供給のＯＮ期間を維持した後、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、前記ＯＮ期間と前記ＯＦＦ期間との比率が前記電磁ブレーキ毎に予め定められていることを特徴とするロボットの電磁ブレーキ制御装置。
2. 前記ＯＮ期間とＯＦＦ期間との比率は、各駆動軸の制動が解除された状態を維持することが可能な範囲でＯＦＦ期間の比率が最大である所定比率に予め定められていることを特徴とする請求項１に記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
3. 共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給されており、
   前記制動解除維持手段は、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
4. 多関節型ロボットの各関節に駆動軸を駆動するサーボモータが設けられ、その各サーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキによる前記駆動軸の制動を制御する装置であって、
   前記駆動軸の制動を解除する期間において、前記電磁ブレーキの励磁コイルへの電力供給を繰返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しつつ、前記駆動軸の制動が解除された状態を維持する制動解除維持手段を備え、
   共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給されており、
   前記制動解除維持手段は、前記駆動軸の制動を解除する期間の初期において所定期間にわたって前記電力供給のＯＮ期間を維持した後、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことを特徴とするロボットの電磁ブレーキ制御装置。
5. 前記第１電磁ブレーキの定格電力は前記第２電磁ブレーキの定格電力よりも大きく、前記第１電磁ブレーキの数は前記第２電磁ブレーキの数よりも少ないことを特徴とする請求項３又は４に記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
6. 前記制動解除維持手段は、前記第１電磁ブレーキの励磁コイルと前記第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御を同一の周期で行うことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
7. 前記制動解除維持手段は、定格電力の最も大きい２つの電磁ブレーキを、それぞれ異なるグループの前記第１電磁ブレーキとし、各グループにおいて、第１電磁ブレーキの励磁コイルと第２電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
8. 共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給されており、
   前記電磁ブレーキとして、定格電力の最も大きい第１電磁ブレーキと、定格電力の２番目に大きい第２電磁ブレーキと、その他の第３電磁ブレーキとを含み、
   前記制動解除維持手段は、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、前記第１電磁ブレーキの励磁コイルと、前記第２電磁ブレーキ及び前記第３電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことを特徴とする請求項１又は２に記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
9. 多関節型ロボットの各関節に駆動軸を駆動するサーボモータが設けられ、その各サーボモータが有する非励磁作動型の電磁ブレーキによる前記駆動軸の制動を制御する装置であって、
   前記駆動軸の制動を解除する期間において、前記電磁ブレーキの励磁コイルへの電力供給を繰返しＯＮ及びＯＦＦするＯＮ−ＯＦＦ制御を実行しつつ、前記駆動軸の制動が解除された状態を維持する制動解除維持手段を備え、
   共通の電源から各電磁ブレーキに電力が供給されており、
   前記電磁ブレーキとして、定格電力の最も大きい第１電磁ブレーキと、定格電力の２番目に大きい第２電磁ブレーキと、その他の第３電磁ブレーキとを含み、
   前記制動解除維持手段は、前記駆動軸の制動を解除する期間の初期において所定期間にわたって前記電力供給のＯＮ期間を維持した後、前記ＯＮ−ＯＦＦ制御においてＯＮ期間とＯＦＦ期間とを周期的に繰返すものであり、前記第１電磁ブレーキの励磁コイルと、前記第２電磁ブレーキ及び前記第３電磁ブレーキの励磁コイルとで、電力供給のＯＮ期間が互いに重複しないようにずらすことを特徴とするロボットの電磁ブレーキ制御装置。

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