JP2014010546A - ブレーキ異常診断方法およびブレーキ異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキの制動トルクの低下により重力軸が落下するのを防止する。
【解決手段】ロボット（１）または工作機械（１０）に備えられたブレーキ（３１）付きモータ（３０）のブレーキの異常を診断するブレーキ異常診断装置は、モータが励磁されていて且つブレーキが作動している状態において、ブレーキに異常が在るか否かを診断する異常診断部（４１）と、ブレーキに異常が在ると診断された場合には、モータの励磁を遮断することなしにおよびブレーキを解除することなしに、ブレーキの異常を通知するようにした出力部（４２）とを含む。
【選択図】図４Ｂ

Description

本発明は、ブレーキ付きのモータを有する産業用ロボットまたは工作機械のブレーキ異常診断方法およびそのような方法を実施するブレーキ異常診断装置に関する。

産業用ロボットおよび重力軸を備えた工作機械（以下、産業用ロボットおよび工作機械まとめて「ロボット」と称する場合がある）は、ブレーキ付きのモータを有している。モータを遮断する際には、ロボットの姿勢を維持するためにブレーキが使用されている。

ところで、モータに備えられたブレーキの摩擦板に付着物、例えばグリス、油などが付着すると、ブレーキの制動トルクが低下する。そして、制動トルクが大幅に低下すると、モータの励磁を遮断した際に、ロボットがその姿勢を維持できなくなる。

モータの出力軸に例えば重力が作用している場合、つまり軸が重力軸である場合にこのような状況になると、重力軸が落下する可能性がある。このため、ブレーキの制動トルクの低下を定期的に診断しておくことが望まれている。

特許文献１においては、ロボットの非常停止信号を発生させてからロボットが非常停止するまでの惰走距離を検出し、この惰走距離が基準距離よりも大きい場合には、ブレーキに異常が在ると判断している。また、特許文献１においては、電源投入時に、ロボットのモータに、所定のブレーキングトルクの基準値に相当するトルクを発生させ、モータが基準値以上回転した場合には、ブレーキに異常が在ると判断している。

特開平６−２４６６７４号公報

ところで、通常は、ロボットの電源を一旦投入すると、その電源は終日遮断されることはなく、ロボットはその作動および停止を繰返すことになる。そして、ロボットの作動および停止が繰返されることによりブレーキの摩擦板に付着物、例えばグリス、油などが付着してブレーキの制動トルクが次第に低下していく場合がある。

特許文献１においてはロボットを非常停止させるとき、またはロボットの電源を投入するときにブレーキの異常を判断している。このため、ロボットを非常停止させるときなどにブレーキの異常を発見できたとしても、異常を発見したときには、制動トルクの低下がかなり進行している場合がある。そして、制動トルクが大幅に小さくて軸が重力軸である場合には、重力軸が落下する可能性がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ブレーキの制動トルクの低下により重力軸が落下するのを防止することのできるブレーキの異常診断方法およびそのような方法を実施する異常診断装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、ロボットまたは工作機械に備えられたブレーキ付きモータのブレーキの異常を診断するブレーキ異常診断方法において、前記モータが励磁されていて且つ前記ブレーキが作動している状態において、前記ブレーキに異常が在るか否かを診断し、前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記モータの励磁を遮断することなしにおよび前記ブレーキを解除することなしに、前記ブレーキの異常を通知するようにした、ブレーキ異常診断方法が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、さらに、前記ロボットまたは工作機械を安全な所定の退避位置姿勢まで移動させるようにした。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、さらに、前記ロボットまたは工作機械の動作速度を所定量だけ低下させつつ、前記ロボットまたは工作機械の動作を継続するようにした。
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、前記ブレーキに異常が在るか否かの診断は、前記ロボットまたは工作機械の移動指令が出力される前および前記ロボットまたは工作機械の移動指令が停止された後のうちの少なくとも一方において行われるようにした。
５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ロボットまたは工作機械の動作が開始される前に前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記ロボットまたは工作機械の動作開始シーケンスを継続するようにした。
６番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ブレーキに異常が在るか否かの診断は、前記モータに供給される所定の移動指令と、該移動指令により動作した前記モータの実位置とに基づいて行われるようにした。
７番目の発明によれば、ロボットまたは工作機械に備えられたブレーキ付きモータのブレーキの異常を診断するブレーキ異常診断装置において、前記モータが励磁されていて且つ前記ブレーキが作動している状態において、前記ブレーキに異常が在るか否かを診断する異常診断部と、前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記モータの励磁を遮断することなしにおよび前記ブレーキを解除することなしに、前記ブレーキの異常を通知するようにした出力部とを具備する、ブレーキ異常診断装置が提供される。
８番目の発明によれば、７番目の発明において、前記異常診断部は、前記ロボットまたは工作機械の移動指令が出力される前および前記ロボットまたは工作機械の移動指令が停止された後のうちの少なくとも一方において前記ブレーキに異常が在るか否かを診断するようにした。
９番目の発明によれば、８番目の発明において、前記ロボットまたは工作機械の動作が開始される前に前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記ロボットまたは工作機械の動作開始シーケンスを継続するようにした。
１０番目の発明によれば、７番目の発明において、前記ブレーキに異常が在るか否かの診断は、前記モータに供給される所定の移動指令と、該移動指令により動作した前記モータの実位置とに基づいて行われるようにした。

１番目および７番目の発明においては、ブレーキに異常が在ると診断された場合には、モータの励磁を遮断せず、またブレーキも解除しない。このため、ブレーキの制動トルクが低下していた場合であっても、重力軸が落下するのを防止することができる。また、１番目および７番目の発明においては、非常停止時や電源投入時ではなく、モータが励磁されていて且つブレーキが作動している状態でブレーキを診断している。このため、ロボットまたは工作機械の動作の開始および停止を行う度にブレーキを診断することができ、ブレーキの制動トルクの低下が進行する前にブレーキの異常を検出することができる。
２番目の発明においては、ロボットまたは工作機械を安全な場所まで退避させているので、安全をより確保することができる。
３番目の発明においては、モータがオーバーヒートになるのを防止し、オーバーヒートに基づく別のアラームが出力されるのを回避できる。
４番目および８番目の発明においては、ロボットまたは工作機械の移動指令が出力される前にブレーキの異常を診断することにより、ブレーキの異常を早期に発見できる。さらに、ロボットまたは工作機械の移動指令が停止された後にブレーキの異常を診断することにより、ロボットまたは工作機械の動作時にブレーキに異常が生じた場合であっても重力軸の落下を防止できる。
５番目および９番目の発明は、操作者がロボットの近傍にいる場合またはブレーキの制動トルクの低下の進行が遅いと判断される場合に採用することができる。
６番目および１０番目の発明においては、ブレーキの診断のための特別な装置を必要としないので、ロボットまたは工作機械の作業時間および製造コストに影響を与えることなしに、ブレーキの診断を行うことができる。

本発明に基づくブレーキ付きモータを備えたロボットの全体構成を示す図である。 本発明に基づくブレーキ付きモータを備えた工作機械の部分斜視図である。 ロボットまたは工作機械の機能ブロック図である。 産業用ロボットの動作開始および動作停止時のタイムチャートである。 本発明に基づくロボットの動作停止時のタイムチャートである。 本発明に基づくロボットの動作停止時の他のタイムチャートである。 本発明に基づくロボットの動作開始時のタイムチャートである。 本発明に基づくロボットの動作開始時の他のタイムチャートである。 本発明に基づくロボットの動作開始時のさらに他のタイムチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１Ａは本発明に基づくブレーキ付きモータを備えたロボットの全体構成を示す図である。図１Ａに示される産業用ロボット１は六軸構成の垂直多関節ロボットである。ロボット１の先端に位置する手首２は、六自由度で搭載されている。ロボット１の各軸には、各軸を駆動するためのサーボモータ（図１には示さない）が内蔵されている。該サーボモータのそれぞれから延びる制御ケーブルによって制御装置５に接続されており、各サーボモータは制御装置５によって制御される。また、サーボモータには図示しないブレーキが取付けられており、対応するサーボモータを制動する。

図１Ｂは本発明に基づくブレーキ付きモータを備えた工作機械の部分斜視図である。図１Ｂに示される工作機械１０はワーク、ワークＷを保持するテーブル１９をＸ軸方向に駆動するモータ１１およびテーブル１９をＹ軸方向に駆動するモータ１２とを含んでいる。さらに、工作機械１０は加工ヘッド１８、例えばドリルをＺ軸方向に駆動するモータ１３も含んでいる。なお、加工ヘッド１８の代わりに、テーブル１９がモータ１３によってＺ軸方向に移動する構成でもよい。また、工作機械１０も図示しない制御装置に接続されているものとする。

図２はロボットまたは工作機械の機能ブロック図である。図２においてはロボット１の複数のサーボモータのうちの一つのサーボモータまたは工作機械１０のモータ１３がサーボモータ３０として示されている。サーボモータ３０はその出力軸の回転を制動するブレーキ３１を備えている。また、サーボモータ３０の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出器３２、例えばエンコーダがサーボモータ３０に取付けられている。図２に示されるように、回転位置検出器３２が検出した出力軸の回転位置は回転位置信号として制御装置５の制御回路２０に入力される。

制御回路２０はブレーキ指令を作成してブレーキ駆動回路２１に入力する。ブレーキ駆動回路２１はブレーキ指令をブレーキ駆動信号に変換して、ロボット１または工作機械１０のブレーキ３１に入力する。さらに、制御回路２０は移動指令を作成してモータ駆動回路２２に入力する。モータ駆動回路２２は移動指令をモータ駆動信号に変換して、ロボット１または工作機械１０のサーボモータ３０に入力する。

さらに、制御回路２０はブレーキ３１の異常診断を後述するように行う異常診断部４１を含んでいる。さらに、制御回路２０は、異常診断された場合にブレーキ３１の異常を操作者に聴覚または視覚を通じて通知する出力部４２とを含んでいる。出力部４２は、例えばモニタ、スピーカ、プリンタなどである。

図３は産業用ロボットの動作開始および動作停止時のタイムチャートである。図３および以下の図面においては、図１Ａに示される産業用ロボット１の動作について説明するが、図１Ｂに示される工作機械１０についても概ね同様であるものとする。図３においては、ロボット１が停止している状態から動作を開始する動作開始シーケンスと、ロボット１が動作している状態から動作を停止する停止シーケンスとが主に示されている。

なお、図３に示される動作開始シーケンスおよび停止シーケンスにおいては、ロボット１の制御装置５の電源は既に投入されており、ロボット１は付勢状態にある。従って、動作開始シーケンスおよび停止シーケンスはロボット１の付勢時に繰返し行われるものとする。

図３に示されるように、動作開始シーケンスにおいては、はじめに制御回路２０によってサーボモータ３０の励磁をＯＮにする。次いで、ブレーキ駆動回路２１を通じてブレーキ駆動信号がブレーキ３１に入力され、それにより、ブレーキ３１を作動状態から解除状態に変更する。これにより、サーボモータ３０の出力軸が動作可能になる。その後、モータ駆動回路２２を通じてモータ駆動信号が移動指令としてサーボモータ３０に入力され。これによりサーボモータ３０が駆動されて、ロボット１が動作開始する。

これに対し、停止シーケンスにおいては、はじめにゼロの移動指令がサーボモータ３０に入力されるか、または移動指令自体がサーボモータ３０に入力されないようになる。次いで、ブレーキ３１が解除状態から作動状態に変更され、それにより、サーボモータ３０の出力軸が固定される。その後、サーボモータ３０の励磁がＯＦＦにされて、サーボモータ３０が停止し、その結果、ロボット１が停止するようになる。

図３に示されるように、動作開始シーケンスおよび停止シーケンスにおいては、区間Ｔ１、Ｔ２がそれぞれ設定されている。これら区間Ｔ１、Ｔ２においては、モータ励磁がＯＮであってブレーキ３１が作動状態にある。本発明においては、これら区間Ｔ１、Ｔ２のうちの少なくとも一方において異常診断部４１がブレーキ３１を診断する。

図４Ａおよび図４Ｂは本発明に基づくロボットの動作停止時のタイムチャートである。これら図面を参照して、停止シーケンスにおける本発明のブレーキ異常診断方法について説明する。図４Ａ等に示されるように、区間Ｔ２における任意の小区間Ｔ４において、制御回路２０が、ブレーキ３１の異常診断を行うための所定の移動指令を所定の短時間だけ入力にする。

この移動指令は、ブレーキ３１が作動している状態でブレーキ３１の制動トルクが正常であればサーボモータ３０の出力軸が移動しない程度の微小な移動指令である。所定の移動指令がサーボモータ３０に入力された後で、回転位置検出器３２によってサーボモータ３０の出力軸の回転位置を取得する。そして、制御回路２０が所定の移動指令と回転位置との間の位置偏差が所定の閾値以上であるか否かを比較し、位置偏差が所定の閾値以上であれば、ブレーキ３１に異常が在ると判断する。なお、他の手法によりブレーキ３１の異常診断を行ってもよい。

ブレーキ３１に異常が無いと判断された場合には、操作者に通知する必要はなく、従って、出力部４２は起動されない。従って、図４Ａに示されるように、停止シーケンスは図３に示されるのと同様に続行される。

これに対し、ブレーキ３１に異常が在ると判断された場合には、図４Ｂに示されるように、区間Ｔ４の後において、ブレーキ３１に異常が在ることが出力部４２を通じて操作者に通知される。そして、図４Ｂから分かるように、区間Ｔ２の終了後においても、モータ励磁はＯＦＦにされず、ＯＮ状態のままとなる。さらに、ブレーキ３１も作動状態のままとされる。その理由は、ブレーキ３１に異常が在ると診断された場合であっても、対応するサーボモータ３０の出力軸（重力軸）が落下するのを防止するためである。

そして、操作者は出力部４２によって異常を認識すると、ロボット１を手動で安全な所定の退避位置姿勢まで移動させる。なお、退避位置姿勢までの移動が自動的に行われるようにしてもよい。これにより、安全をより確保できるのが分かるであろう。

あるいは、ブレーキ３１に異常が在る場合に、ロボット１の動作速度を所定量だけ低下させて、ロボット１の動作を継続してもよい。この場合には、サーボモータ３０がオーバーヒートになるのを防止し、従って、オーバーヒートに基づく別のアラームが出力されるのを回避することができる。

図５Ａおよび図５Ｂは本発明に基づくロボットの動作開始時のタイムチャートである。これら図面を参照して、動作開始シーケンスにおける本発明のブレーキ異常診断方法について説明する。図５Ａ等に示されるように、区間Ｔ１における任意の小区間Ｔ３において、制御回路２０が前述した移動指令を所定の短時間だけ入力し、ブレーキ３１の異常診断を同様に行う。

そして、ブレーキ３１に異常が無いと判断された場合には、操作者に通知する必要はなく、従って、出力部４２は起動されない。従って、図５Ａに示されるように、動作開始シーケンスは図３に示されるのと同様に続行される。

これに対し、ブレーキ３１に異常が在ると判断された場合には、図５Ｂに示されるように、区間Ｔ３の後において、ブレーキ３１に異常が在ることが出力部４２を通じて操作者に通知される。そして、図５Ｂから分かるように、区間Ｔ１の終了後においても、ブレーキ３１は解除状態とはされず、作動状態のままとされる。さらに、モータ励磁もＯＮ状態のままとされる。その理由は、サーボモータ３０の出力軸が重力軸である場合に、重力軸が落下するのを防ぐためである。さらに、ブレーキ３１に異常が在ると判断された場合には、区間Ｔ１の終了後においても、移動指令を出力しないようにし、それにより、ロボット１が誤動作するのを防止している。

図５Ａおよび図５Ｂから分かるように、ロボット１の移動指令が出力される前にブレーキ３１の異常を診断することにより、ブレーキ３１の異常を早期に発見することができる。つまり、本発明においては、ブレーキ３１の制動トルクの低下が進行する前に、ブレーキ３１の異常を検出することができる。

また、ロボットの動作開始時のさらに他のタイムチャートである図６に示されるように、区間Ｔ１の終了後において移動指令を出力してもよい。この場合には、操作者がロボット１の近傍にいるので、ロボット１が誤動作したとしても、操作者がロボット１を直ぐに停止させられる。また、ブレーキ３１の制動トルクの低下の進行が遅いと判断される場合にもこのことを採用してもよい。

このように、本発明においてブレーキ３１に異常が在ると診断された場合には、モータ３０の励磁を遮断せず、またブレーキ３１も解除しない。このため、ブレーキ３１の制動トルクが低下していた場合であっても、重力軸が落下するのを防止することができる。また、本発明においては、非常停止時や電源投入時ではなく、モータ３０が励磁されていて且つブレーキ３１が作動されている状態でブレーキを診断している。このため、ロボット１の動作の開始および停止を行う度にブレーキ３１を診断することができ、ブレーキ３１の制動トルクの低下が進行する前にブレーキ３１の異常を検出することが可能となる。

さらに、本発明においては、ブレーキ３１の診断のための特別な装置を必要としない。このため、ロボット１の作業時間および製造コストに影響を与えることなしに、ブレーキ３１を診断できるのが分かるであろう。

１ 産業用ロボット
２ 手首
５ 制御装置
１０ 工作機械
１１〜１３ モータ
１９ テーブル
２０ 制御回路
２１ ブレーキ駆動回路
２２ モータ駆動回路
３０ サーボモータ
３１ ブレーキ
３２ 回転位置検出器
４１ 異常診断部
４２ 出力部

Claims (10)

1. ロボットまたは工作機械に備えられたブレーキ付きモータのブレーキの異常を診断するブレーキ異常診断方法において、
   前記モータが励磁されていて且つ前記ブレーキが作動している状態において、前記ブレーキに異常が在るか否かを診断し、
   前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記モータの励磁を遮断することなしにおよび前記ブレーキを解除することなしに、前記ブレーキの異常を通知するようにした、ブレーキ異常診断方法。
2. 前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、さらに、前記ロボットまたは工作機械を安全な所定の退避位置姿勢まで移動させるようにした、請求項１に記載のブレーキ異常診断方法。
3. 前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、さらに、前記ロボットまたは工作機械の動作速度を所定量だけ低下させつつ、前記ロボットまたは工作機械の動作を継続するようにした、請求項１に記載のブレーキ異常診断方法。
4. 前記ブレーキに異常が在るか否かの診断は、前記ロボットまたは工作機械の移動指令が出力される前および前記ロボットまたは工作機械の移動指令が停止された後のうちの少なくとも一方において行われるようにした、請求項１から３のいずれか一項に記載のブレーキ異常診断方法。
5. 前記ロボットまたは工作機械の動作が開始される前に前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記ロボットまたは工作機械の動作開始シーケンスを継続するようにした請求項４に記載のブレーキの異常診断方法。
6. 前記ブレーキに異常が在るか否かの診断は、前記モータに供給される所定の移動指令と、該移動指令により動作した前記モータの実位置とに基づいて行われるようにした請求項１に記載のブレーキ異常診断方法。
7. ロボットまたは工作機械に備えられたブレーキ付きモータのブレーキの異常を診断するブレーキ異常診断装置において、
   前記モータが励磁されていて且つ前記ブレーキが作動している状態において、前記ブレーキに異常が在るか否かを診断する異常診断部と、
   前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記モータの励磁を遮断することなしにおよび前記ブレーキを解除することなしに、前記ブレーキの異常を通知するようにした出力部とを具備する、ブレーキ異常診断装置。
8. 前記異常診断部は、前記ロボットまたは工作機械の移動指令が出力される前および前記ロボットまたは工作機械の移動指令が停止された後のうちの少なくとも一方において前記ブレーキに異常が在るか否かを診断するようにした、請求項７に記載のブレーキ異常診断装置。
9. 前記ロボットまたは工作機械の動作が開始される前に前記ブレーキに異常が在ると診断された場合には、前記ロボットまたは工作機械の動作開始シーケンスを継続するようにした請求項８に記載のブレーキの異常診断装置。
10. 前記ブレーキに異常が在るか否かの診断は、前記モータに供給される所定の移動指令と、該移動指令により動作した前記モータの実位置とに基づいて行われるようにした請求項７に記載のブレーキ異常診断装置。

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