JP2014087874A - Industrial robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回生機能を有する産業ロボットに関する。 The present invention relates to an industrial robot having a regeneration function.
図2は、従来のモータ制御を伴う産業用ロボットの制御装置の主回路を示している。なお、図2では、交流電源101とモータ108を除いた部分が、制御装置の主回路である。交流電源101には、ダイオードブリッジ102および平滑コンデンサ103からなる整流回路が接続されている。平滑コンデンサ103には、パワー半導体104と抵抗105から構成される放電回路が接続されている。この放電回路には、複数のスイッチング素子107から構成されるインバータ部106が接続されている。インバータ部106を構成する複数のスイッチング素子107には、モータ108が接続されている。また、平滑コンデンサ103には、モータ駆動回路109の電源電圧を検出する電圧検出部110が接続されている。
FIG. 2 shows a main circuit of a controller for an industrial robot with conventional motor control. In FIG. 2, the part excluding the
産業用ロボットを運転する際、モータ108の加速時には電流を通電する。しかし、モータ108の減速時には、産業用ロボットを構成する動作中のマニピュレータが有する運動エネルギーを、モータ108を用いて吸収することで制動する。このため、モータ108の減速時には、モータ108が発電機として機能し、電力が発生する。このモータ108により発電される電力は、回生エネルギーと呼ばれる。この回生エネルギーを吸収する方法としては、図2に示すように、抵抗105を用いて熱に変換し、大気中に放熱することが一般的である。
When operating an industrial robot, current is applied when the
産業用ロボットの駆動用のモータ108で発生した回生エネルギーは、モータ駆動回路109に流入し、モータ駆動回路109の電源電圧(両端電圧)を上昇させる。この電圧上昇値が大きくなり過ぎると、モータ駆動回路109が耐圧破壊を起こすことになる。このため、電圧検出部110によりモータ駆動回路109の電源電圧(両端電圧)を監視する。そして、この電源電圧が規定の閾値以上となった場合、パワー半導体104を駆動して放電用の抵抗105に電流が流れるようにし、抵抗105により回生エネルギーを熱に変換する。これにより、回生エネルギーが消費され、モータ駆動回路109の電源電圧が通常電圧に保たれる。
The regenerative energy generated by the
また、モータの回生エネルギ吸収手段と、回生エネルギ吸収手段の動作頻度を検出する手段を備え、回生エネルギ吸収手段の過負荷による破壊等を防ぐロボット制御装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。 There is also known a robot control device that includes a regenerative energy absorbing means of a motor and a means for detecting the operation frequency of the regenerative energy absorbing means to prevent the regenerative energy absorbing means from being damaged due to overload (for example, Patent Document 1). reference).
上記従来の方法では、回生エネルギーを熱エネルギーとして大気中に放熱する。そのため、エネルギーの無駄が生じている。また、放熱による温度上昇により産業用ロボットの信頼性を低下させる要因にもなりうる。 In the above conventional method, regenerative energy is radiated into the atmosphere as thermal energy. Therefore, energy is wasted. In addition, the temperature rise due to heat dissipation can be a factor that reduces the reliability of industrial robots.
また、特許文献1では、放電用抵抗の過剰動作による破壊を防ぐため、産業用ロボットの運転に制限が加えられている。
Moreover, in
本発明は、このような課題を鑑みてなされており、マニピュレータの動作速度およびマニピュレータに取り付けられた負荷の情報に基づいて、マニピュレータの動作中に、回生部を構成しているスイッチング部を動作させるための閾値を常時変更する産業用ロボットを提供することを目的としている。 This invention is made in view of such a subject, and operates the switching part which comprises the regeneration part during operation | movement of a manipulator based on the information of the operation speed of a manipulator, and the load attached to the manipulator. An object of the present invention is to provide an industrial robot that constantly changes the threshold value.
上記課題を解決するために、本発明の産業用ロボットは、マニピュレータと前記マニピュレータの動作を制御する制御装置とを備えた産業用ロボットであって、前記マニピュレータの動作速度に関する情報を含む動作プログラムや前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報を記憶する記憶部と、前記マニピュレータを動作させるためのモータと、交流電力を入力して直流電力を出力するコンバータ部と、複数のスイッチング素子を有しており前記コンバータ部の出力を入力して交流電力を前記モータに供給するインバータ部と、前記コンバータ部の出力を平滑するコンデンサと、前記コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、前記コンデンサに対して並列に設けられており抵抗部とスイッチング部を直列接続した回生部と、前記回生部の前記スイッチング部を動作させるための閾値を設定するための閾値設定部と、前記電圧検出部の出力と前記閾値設定部の出力に基づいて前記回生部の前記スイッチング部の動作を制御する制御部を備え、前記閾値設定部は、前記マニピュレータの動作速度および前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報に基づいて、前記マニピュレータの動作中に前記閾値を変更するものである。 In order to solve the above-described problem, an industrial robot of the present invention is an industrial robot including a manipulator and a control device that controls the operation of the manipulator, and includes an operation program including information on the operation speed of the manipulator, A storage unit for storing information on a load attached to the manipulator; a motor for operating the manipulator; a converter unit for inputting AC power to output DC power; and a plurality of switching elements. An inverter unit that inputs the output of the converter unit and supplies AC power to the motor, a capacitor that smoothes the output of the converter unit, a voltage detection unit that detects a voltage across the capacitor, and the capacitor A regenerative unit that is provided in parallel and in which a resistance unit and a switching unit are connected in series; A threshold setting unit for setting a threshold for operating the switching unit of the regeneration unit, and an operation of the switching unit of the regeneration unit based on an output of the voltage detection unit and an output of the threshold setting unit The controller includes a control unit, and the threshold setting unit changes the threshold during the operation of the manipulator based on information on an operation speed of the manipulator and a load attached to the manipulator.
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、電圧検出部の検出電圧からマニピュレータの動作速度を推定し、前記閾値設定部は、閾値の変更に用いる動作速度として、前記推定した動作速度を用いるものである。 In addition to the above, the industrial robot of the present invention, in addition to the above, the threshold setting unit estimates the operating speed of the manipulator from the detection voltage of the voltage detecting unit, the threshold setting unit as the operating speed used for changing the threshold, The estimated operation speed is used.
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、閾値の変更に用いる動作速度として、動作プログラムを構成する動作速度指令を用いるものである。 In addition to the above, in the industrial robot of the present invention, the threshold setting unit uses an operation speed command constituting an operation program as an operation speed used for changing the threshold.
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、コンデンサやスイッチング素子の耐圧電圧を超えた電圧を印加可能な許容時間内では、閾値を前記耐圧電圧よりも高い値に変更するものである。 In addition to the above, in the industrial robot of the present invention, the threshold setting unit sets the threshold to a value higher than the withstand voltage within an allowable time during which a voltage exceeding the withstand voltage of the capacitor or the switching element can be applied. To change.
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、閾値設定部は、動作速度が遅い程、閾値を低くし、前記動作速度が速い程、前記閾値を高くするものである。 In addition to the above, in the industrial robot of the present invention, the threshold setting unit lowers the threshold as the operation speed is slower, and increases the threshold as the operation speed is higher.
また、本発明の産業用ロボットは、上記に加えて、マニピュレータに取り付けられた負荷の情報は、前記マニピュレータに取り付けられたツールの重さであり、閾値設定部は、前記負荷が軽い程、閾値を低くし、前記負荷が重い程、前記閾値を高くするものである。 In addition to the above, in the industrial robot of the present invention, the information on the load attached to the manipulator is the weight of the tool attached to the manipulator, and the threshold setting unit reduces the threshold as the load is lighter. The threshold value is increased as the load becomes heavier.
以上のように、本発明によれば、マニピュレータの減速動作時に発生する回生エネルギーを熱エネルギーとして放出する無駄を低減させる産業用ロボットを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an industrial robot that reduces the waste of releasing regenerative energy generated during the deceleration operation of the manipulator as heat energy.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態1における産業用ロボットの概略構成を示す図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter,
図1において、産業用ロボットは、マニピュレータ1と、マニピュレータ1の動作を制御する制御装置2を備えている。
In FIG. 1, the industrial robot includes a
マニピュレータ1は、例えば6軸の垂直多関節ロボットであり、内部にモータ3を備えている。また、マニピュレータ1には、負荷として、図示しない例えば溶接用のトーチあるいは塗装用のガン等のツールが取り付けられる。そして、制御装置2に記憶された教示プログラムに基づいて、制御装置2によりマニピュレータ1の動作が制御される。
The
制御装置2は、記憶部4と、コンバータ部5と、インバータ部6と、コンデンサ7と、電圧検出部8と、回生部9と、閾値設定部10と、制御部11を備えている。なお、制御装置2には、マニピュレータ1の動作の制御等を行うために他の構成要素等も必要であるが、図1では省略している。
The
記憶部4は、マニピュレータ1の動作速度に関する情報等を含む動作プログラムや、マニピュレータ1に取り付けられた負荷の情報等を記憶するものである。なお、負荷の情報とは、例えば、マニピュレータ1に取り付けられた溶接用のツールの重さである。コンバータ部5は、交流電源12の交流電力を入力して直流電力を出力する。インバータ部6は、複数のスイッチング素子13から構成されている。スイッチング素子13は、マニピュレータ1を構成するモータ3に接続されている。インバータ部6は、コンバータ部5が出力した直流電力を入力して交流電力に変換し、モータ3に供給する。コンデンサ7は、コンバータ部5の出力を平滑する。電圧検出部8は、コンデンサ7の両端電圧を検出する。回生部9は、コンデンサ7に対して並列に設けられており、抵抗部14とスイッチング部15を直列接続して構成されている。閾値設定部10は、回生部9のスイッチング部15を動作させるための閾値を設定する。制御部11は、電圧検出部8の出力と、閾値設定部10の出力に基づいて、スイッチング部15の動作を制御する。
The
以上のように構成された産業用ロボットについて、その動作を説明する。閾値設定部10は、マニピュレータ1の動作速度に関する情報を含む動作プログラムやマニピュレータ1に取り付けられた負荷の情報を記憶する記憶部4からの情報と、コンデンサ7の両端電圧を検出する電圧検出部8の電圧情報に基づいて、スイッチング部15を動作させるための閾値の設定を行う。なお、閾値設定部10は、電圧検出部8の電圧情報に基づいてマニピュレータ1の動作速度を推定し、この推定した動作速度に基づいて、閾値の設定を行う。そして、閾値設定部10には、動作速度の情報と、負荷の情報と、閾値との関係が、例えば表や数式等として記憶されている。このように、閾値設定部10は、電圧検出部8の検出電圧から推定した動作速度と、記憶部4に記憶されている負荷の情報とに基づいて、閾値を決定するものであり、従って、マニピュレータ1の動作中に電圧検出部8の検出電圧が変化すると、閾値も変更される。すなわち、マニピュレータ1の動作中に閾値が変更される。
The operation of the industrial robot configured as described above will be described. The threshold
なお、上記では、閾値を決定するための動作速度の情報として、電圧検出部8の検出電圧から推定した動作速度を用いる例を示した。しかし、教示プログラムを構成する動作速度指令を、閾値を決定するための動作速度の情報として用いるようにしても良い。そして、マニピュレータ1の動作中に、教示プログラムを構成する動作速度指令が変わると、閾値も変更されることとなる。
In the above description, the operation speed estimated from the detection voltage of the
制御部11は、電圧検出部8により検出された検出電圧と、閾値設定部10で決定された閾値に基づいて、スイッチング部15の制御を行う。制御部11は、電圧検出部8の検出電圧が、閾値設定部10で設定された閾値電圧以上である場合には、スイッチング部15をオンして導通状態とし、抵抗部14に電流が流れるようにする。一方、制御部11は、電圧検出部8の検出電圧が、閾値設定部10で設定された閾値電圧よりも低い場合には、スイッチング部15をオフして非導通状態とする。
The control unit 11 controls the switching unit 15 based on the detection voltage detected by the
以上により、モータ3による回生エネルギーを抵抗部14により熱エネルギーとして消費するとともに、コンデンサ7やスイッチング素子13の保護を行う。
As described above, the regenerative energy from the
なお、閾値設定部10は、負荷が軽い程、閾値を低くし、負荷が重い程、閾値を高くする。また、閾値設定部10は、マニピュレータ1の動作速度が遅い程、閾値を低くし、動作速度が速い程、閾値を高くするものである。
The
また、閾値設定部10は、コンデンサ7やスイッチング素子13の耐圧電圧を超えた電圧を印加可能な許容時間内では、決定した閾値が前記耐圧電圧よりも高い場合でも、閾値を前記耐圧電圧よりも高い値に変更する。このようにすることで、スイッチング部15のオン時間を削減することができ、抵抗部14に電流が流れる時間を削減することができる。このように、抵抗部14に電流が流れる時間を削減することで、抵抗部14に電流が流れることにより生じる発熱を抑制し、産業用ロボットの温度上昇を抑制して産業用ロボットの信頼性を維持することができる。
In addition, the
なお、産業用ロボットの温度上昇の抑制を適切に行うためには、閾値設定部10で設定される閾値は、従来から一般的に行われているように閾値を変更せずに一定とする場合の固定閾値以上の範囲で変更させることが望ましい。
In order to appropriately suppress the temperature rise of the industrial robot, the threshold value set by the threshold
また、本実施の形態1では、マニピュレータ1が有するモータ3の数だけ図1に示す構成が必要となる。しかし、便宜上、モータ3が1つの場合を例にして説明している。マニピュレータ1が複数のモータ3を備えている場合、制御装置2に設けられているインバータ部6は、マニピュレータ1に用いられるモータ3と同じ数だけ並列にして設けられる。
Moreover, in this
本発明は、マニピュレータの減速動作時に発生する回生エネルギーを熱エネルギーとして放出する無駄を低減させることができ、インバータによりモータを制御する産業用ロボットとして産業上有用である。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can reduce the waste which discharge | releases the regenerative energy which generate | occur | produces at the time of the deceleration operation of a manipulator as heat energy, and is industrially useful as an industrial robot which controls a motor with an inverter.
1 マニピュレータ
2 制御装置
3 モータ
4 記憶部
5 コンバータ部
6 インバータ部
7 コンデンサ
8 電圧検出部
9 回生部
10 閾値設定部
11 制御部
12 交流電源
13 スイッチング素子
14 抵抗部
15 スイッチング部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記マニピュレータの動作速度に関する情報を含む動作プログラムや前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報を記憶する記憶部と、
前記マニピュレータを動作させるためのモータと、
交流電力を入力して直流電力を出力するコンバータ部と、
複数のスイッチング素子を有しており前記コンバータ部の出力を入力して交流電力を前記モータに供給するインバータ部と、
前記コンバータ部の出力を平滑するコンデンサと、
前記コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記コンデンサに対して並列に設けられており抵抗部とスイッチング部を直列接続した回生部と、
前記回生部の前記スイッチング部を動作させるための閾値を設定するための閾値設定部と、
前記電圧検出部の出力と前記閾値設定部の出力に基づいて前記回生部の前記スイッチング部の動作を制御する制御部を備え、
前記閾値設定部は、前記マニピュレータの動作速度および前記マニピュレータに取り付けられた負荷の情報に基づいて、前記マニピュレータの動作中に前記閾値を変更する産業用ロボット。 An industrial robot comprising a manipulator and a control device for controlling the operation of the manipulator,
A storage unit for storing an operation program including information on the operation speed of the manipulator and information on a load attached to the manipulator;
A motor for operating the manipulator;
A converter unit for inputting AC power and outputting DC power;
An inverter unit which has a plurality of switching elements and inputs the output of the converter unit to supply AC power to the motor;
A capacitor for smoothing the output of the converter unit;
A voltage detector for detecting a voltage across the capacitor;
A regenerative unit that is provided in parallel with the capacitor and in which a resistance unit and a switching unit are connected in series;
A threshold setting unit for setting a threshold for operating the switching unit of the regeneration unit;
A control unit that controls the operation of the switching unit of the regeneration unit based on the output of the voltage detection unit and the output of the threshold value setting unit;
The threshold setting unit is an industrial robot that changes the threshold during the operation of the manipulator based on information on an operation speed of the manipulator and a load attached to the manipulator.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2012238649A JP2014087874A (en) | 2012-10-30 | 2012-10-30 | Industrial robot |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US9806645B2 (en) | 2015-11-30 | 2017-10-31 | Denso Wave Incorporated | Robot system |
US10250169B2 (en) | 2015-09-25 | 2019-04-02 | Denso Wave Incorporated | Robot system |
JP2020196061A (en) * | 2019-05-31 | 2020-12-10 | セイコーエプソン株式会社 | robot |
-
2012
- 2012-10-30 JP JP2012238649A patent/JP2014087874A/en active Pending
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