JP2015062970A - 多軸ロボットの動力遮断装置及び多軸ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の機械式スイッチを用いることなく駆動モータを安全且つ確実に停止可能な多軸ロボットを提供する。【解決手段】 多軸ロボットの複数の軸をそれぞれ駆動する複数のモータＭ１〜Ｍ６と、複数のモータに電力を制御しながら供給して該複数のモータの動作をそれぞれ制御する複数の電力変換器１１と、各電力変換器１１を構成する第１の半導体スイッチング素子の制御端子にモータの動作を制御するための制御信号に従った駆動信号を出力して該第１の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路１２と、駆動回路１２に第１の動作用電力を供給する電路Ｌ１の途中に設けられた遮断回路１４ａと、遮断回路に遮断信号を出力する遮断制御回路１５とを備える。遮断回路１４ａは、電路に互いに直列にそれぞれ介挿され、遮断信号に応じてそれぞれオフして電路を遮断する第２の半導体スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、多軸ロボットの複数の軸をそれぞれ駆動する複数のモータを備えた動力遮断装置及び多軸ロボットに関する。

一般に、産業ロボット等として用いられるロボットは、動作に必要な可動部材を駆動する複数のモータが設けられた多軸のロボットとして構成されている。このようなロボットを動作させる際には、複数のモータを同時動作させて制御を行う。非常停止時には安全回路が作動するように構成されている（例えば特許文献１参照）。

従来のロボットでは安全回路によりモータの動力を完全に遮断する。モータが動作できないことを保証するために、例えば、マグネットコンタクタにより、モータを動作させる三相交流電源の電力供給ラインを機械的に遮断する方式が採用されていた。

米国特許第７２５３５７７号明細書 米国特許出願公開第２００５／１２２６４１号明細書 特開２００８−１５３７４８号公報 特開２０１１−１８２５３５号公報 特開２００８−１８７８７３号公報 特開平１１−１２２９８１号公報 特開２００５−１６１４８６号公報

しかし、上記マグネットコンタクタ等の機械式スイッチは設置スペースが大きく、コストデメリットも大きい。また、機械部品であるため有寿命部品であるという課題がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、従来の機械式スイッチを用いる遮断回路に比べて、設置スペースが小さく、コストが低く、且つ寿命が長い遮断回路を備える、駆動モータを安全且つ確実に停止可能な多軸ロボットを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明のある態様に係る多軸ロボットの動力遮断装置は、多軸ロボットの複数の軸をそれぞれ駆動する複数のモータと、前記複数のモータに電力を制御しながら供給して該複数のモータの動作をそれぞれ制御する複数の電力変換器と、各前記電力変換器を構成する第１の半導体スイッチング素子の制御端子に前記モータの動作を制御するための制御信号に従った駆動信号を出力して該第１の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記駆動回路に第１の動作用電力を供給する第１の電路の途中に設けられた第１の遮断回路と、前記複数の軸をそれぞれ制動する複数の電磁ブレーキと、
各前記電磁ブレーキに第２の動作用電力を供給する第２の電路の途中に設けられた第２の遮断回路と、前記第１及び第２の遮断回路に遮断信号を出力する遮断制御回路と、を備え、前記第１及び第２の遮断回路の少なくともいずれかの遮断回路（以下、特定遮断回路という）は、前記第１及び第２の電路のうちの当該特定遮断回路に対応する電路（以下、特定電路という）に互いに直列にそれぞれ介挿され、前記遮断信号に応じてそれぞれオフして前記特定電路を遮断する２以上の第２の半導体スイッチング素子を含む。ここで、半導体スイッチング素子に必須の３つの端子のうち、導通及び遮断すべき電路に接続される一対の端子を主端子と定義し、導通及び遮断を制御する信号が入力される端子を制御端子と定義する。例えば、ＦＥＴであれば、ソース及びドレインが主端子であり、ゲートが制御端子である。ＩＧＢＴ及びバイポーラトランジスタであれば、エミッタ及びコレクタが主端子であり、ベースが制御端子である。

上記構成によれば、遮断回路が半導体スイッチング素子により構成されるので、従来のマグネットコンタクタ（以下、ＭＣともいう）等の機械式スイッチを有する遮断回路に比べて、遮断回路の集積化が可能となり、設置スペースを低減することができる。また、集積回路により、ＭＣを用いることなく安価に回路構成できるので、遮断回路のコストを低減できる。また、半導体スイッチング素子は、機械接点によってではなく、半導体中のキャリア移動を制御することによってオン（導通）及びオフ（非導通）するので遮断回路の寿命が延びる。さらに、遮断の対象となる電路に互いに直列にそれぞれ介挿された２以上の半導体スイッチング素子によって当該電路を遮断するので、１つの半導体スイッチング素子が故障しても残りの半導体スイッチング素子によって特定電路を遮断でき、安全性が向上する。ここで半導体スイッチング素子は、例えばトランジスタ、サイリスタ等であり、具体的にはＦＥＴである。その他、バイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴでもよい。

前記遮断制御回路は、前記第２の半導体スイッチング素子の制御端子に定期的に当該第２の半導体スイッチング素子をオフするパルスを出力し、前記第２の半導体スイッチング素子がオフするか否かを診断してもよい。

上記構成により、定期的に遮断回路が正常か否かを自己診断することができるので、安全性が向上する。

前記遮断制御回路は、前記駆動回路及び前記電磁ブレーキを負荷と定義し、前記２以上の第２の半導体スイッチング素子のうちの一つの半導体スイッチング素子を電源側半導体スイッチング素子と定義し、当該電源側半導体スイッチング素子より前記負荷側に位置する他の一つの半導体スイッチング素子を負荷側半導体スイッチング素子と定義した場合、前記電源側半導体スイッチング素子の制御端子に前記パルスを含む第１診断信号を出力する第１診断回路と、前記負荷側半導体スイッチング素子の制御端子に前記第１診信号のパルスとは異なる位相を有するパルスを含む第２診断信号を出力する第２診断回路とを更に備え、前記第１診断回路は、前記負荷側半導体スイッチング素子の前記負荷側の主端子から前記第２診断信号に対する応答信号を受信して前記負荷側半導体スイッチング素子が正常動作しているか否かを診断し、前記第２診断回路は、前記電源側半導体スイッチング素子の前記負荷側の主端子から前記第１診断信号に対する応答信号を受信して前記電源側半導体スイッチング素子が正常動作しているか否かを診断してもよい。

上記構成により、二つの診断回路において、相手の診断回路から診断信号が出力されるか否かを相互にチェックすることにより、診断信号が出力されないことに起因する誤診を防止することができる。

本発明のある態様に係る多軸ロボットは、上記多軸ロボットの動力遮断装置を備える。

本発明は、従来の機械式スイッチを用いる遮断回路に比べて、設置スペースが小さく、コストが低く、且つ寿命が長い遮断回路を備える、駆動モータを安全且つ確実に停止可能な多軸ロボットを提供することができるという効果を奏する。

図１は本実施の形態に係る多軸ロボットの動力遮断装置が用いられる当該多軸ロボットの構成を示した図である。 図２は図１の多軸ロボットのモータ駆動系の動力遮断装置の回路構成の一例を示した回路図である。 図３は図１の多軸ロボットのブレーキ系の動力遮断装置の回路構成の一例を示した回路図である。 図４は図２及び図３に示す動力遮断装置における自己診断制御のタイミングチャートである。 図５は図２及び図３に示す動力遮断装置の遮断回路のその他の構成を示した回路図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は本実施の形態に係る多軸ロボットの動力遮断装置が用いられる当該多軸ロボットの構成を示した図である。本実施の形態において、多軸ロボットは、動作に必要な複数の可動部材を備えていて、それらを複数のモータによって駆動するよう構成されたものであればよい。従って、本実施の形態において、多軸ロボットは、典型的には多関節ロボットであるが、これには限定されない。図１に示すように、多軸ロボット１００は、例えば、先端に設けられた手首と所定の基端から当該手首に向かって順に設けられた６つの関節Ｊ１〜Ｊ６とを具備し、且つ６つの関節Ｊ〜Ｊ６が第１乃至第６回転軸Ａ１〜Ａ６をそれぞれ有する６軸ロボットとして構成されている。基台２には、旋回台３、アーム部材４〜７及びアタッチメント８がこの順に連設されている。なお、アタッチメント８のフランジ面にはツール部材９が着脱可能に取り付けられている。基台２からアタッチメント８までの連設された部材２〜８は互いに相対回転可能となるよう連結されている。以下では、このように６つの関節Ｊ１〜Ｊ６によって互いに連設された部材群２〜８を、ロボットアームと呼ぶ。

第１乃至第６関節Ｊ１〜Ｊ６それぞれに対応づけられるように、サーボモータＭ１〜Ｍ６、サーボモータＭ１〜Ｍ６の回転を制動するブレーキＢ１〜Ｂ６、及びサーボモータＭ１〜Ｍ６の回転位置を検出する位置センサＥ１〜Ｅ６がそれぞれ設けられる。サーボモータＭ１〜Ｍ６としては、例えばＤＣサーボモータが採用される。位置センサＥ１〜Ｅ６としては、例えばエンコーダ(encoder)やレゾルバ（resolver）が採用される。ブレーキＢ１〜Ｂ６としては、例えば給電により励磁されるとブレーキが解除され、逆に励磁されないとブレーキが効く励磁作動電磁ブレーキが採用される。各サーボモータＭ１〜Ｍ６を駆動することにより、第１乃至第６関節Ｊ１〜Ｊ６においてそれぞれ許容される第１乃至第６回転軸Ａ１〜Ａ６周りの回転が行われる。なお、各サーボモータＭ１〜Ｍ６は互いに独立して動作することが可能である。また、各サーボモータＭ１〜Ｍ６が動作すると、各位置センサＥ１〜Ｅ６によって各サーボモータＭ１〜Ｍ６の第１乃至第６回転軸Ａ１〜Ａ６周りの回転位置の検出が行われる。

サーボモータＭ１〜Ｍ６と制御装置２００との間はモータケーブルＬ１を介して接続され、ブレーキＢ１〜Ｂ６と制御装置２００との間はブレーキケーブルＬ２を介して接続され、位置センサＥ１〜Ｅ６と制御装置２００との間は位置センサケーブルＬ３を介して接続される。モータケーブルＬ１は、制御装置２００からサーボモータＭ１〜Ｍ６に給電するための第１の電路である。ブレーキケーブルＬ２は、制御装置２００からブレーキＢ１〜Ｂ６に給電するための第２の電路である。位置センサケーブルＬ３は、制御装置２００から位置センサＥ１〜Ｅ６に給電するとともに、位置センサＥ１〜Ｅ６から制御装置２００に位置検出信号を供給するための第３の電路である。

制御装置２００は、第１乃至第６関節Ｊ１〜Ｊ６に具備されるサーボモータＭ１〜Ｍ６それぞれに対し、ツール部材９を任意の位置及び姿勢に任意の経路に沿って移動させるサーボ制御を行う。サーボ制御により、多軸ロボット１００は、所定の動作を行う。多軸ロボット１００の用途は、特に限定されない。

制御装置２００は、緊急時には、非常停止スイッチＳＷを操作することにより、サーボモータＭ１〜Ｍ６の駆動系の動力を遮断するとともに、ブレーキＢ１〜Ｂ６の駆動系を動作させて、多軸ロボット１００のロボットアームを安全に停止させる動力遮断機能を備えている。

図２は、サーボモータＭ１〜Ｍ６駆動系の動力遮断装置の回路構成の一例を示した回路図である。図２に示すように、動力遮断装置１ａは、複数のサーボモータＭ１〜Ｍ６にそれぞれ対応する複数の電力変換器１１と、複数の駆動回路１２と、動作用電圧生成部３０と、遮断回路１４ａと、遮断制御回路１５ａを含む制御部４０とを備える。

複数のサーボモータＭ１〜Ｍ６は、多軸ロボット１００の複数の軸Ａ１〜Ａ６をそれぞれ駆動する。以下では、単にモータＭ１〜Ｍ６とも呼ぶ。

複数の電力変換器１１は、対応するモータＭ１〜Ｍ６に電力を制御しながら供給して該モータＭ１〜Ｍ６の動作をそれぞれ制御する。各電力変換器１１は、直流電力を交流電力に変換する機器であって、例えば、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を有する三相ブリッジインバータ回路である。本実施の形態では、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、還流ダイオードが逆並列接続された６つのＩＧＢＴで構成される。

複数の駆動回路１２は、各電力変換器１１を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の制御端子にモータＭ１〜Ｍ６の動作を制御するための制御信号に従った駆動信号を出力して該半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を駆動する。本実施の形態では、各駆動回路１２は、ＩＧＢＴのゲート端子に駆動信号を出力してＩＧＢＴを駆動する。

本実施の形態では、６つの電力変換器１１及びそれらを駆動する６つの駆動回路１２がＩＰＭ(Intelligent Power Module)１０内に実装されている。ＩＰＭ１０は、これらの回路の他にも、図示しない保護回路の機能を内蔵しており、過熱、短絡、制御回路の異常等からの保護を可能とする。ＩＰＭ１０は、外部から電源電圧及び制御信号等を供給することで動作する。

動作用電圧生成部３０は、交流電源３１と、ＡＣ／ＤＣ変換部３２と、平滑用コンデンサ３３と、ＩＰＭゲート電源１３を備える。ＡＣ／ＤＣ変換部３２は、例えば、交流電源３１から出力された三相交流電力を直流電力に変換して出力する。この直流電力が、ＩＰＭ１０内の各電力変換器１１に供給される。本実施の形態では、ＡＣ／ＤＣ変換部３２は、三相全波整流回路であって、６つのダイオードで構成されたブリッジ整流回路である。また、平滑用コンデンサ３３により、直流出力電圧を平滑化させている。

ＩＰＭゲート電源１３は、上述のようなＡＣ／ＤＣ変換部及び平滑用コンデンサ（図示せず）を内部に備える電源回路である。本実施の形態では、ＩＰＭゲート電源１３は、交流電源３１から出力された二相交流電力を平滑した直流電力に変換し、変換された直流電力の電圧（例えば２００Ｖ）を所定の電圧（例えば２０Ｖ）に降圧して、ＩＰＭの正電源端子Ｖ_ＤＤに供給する。ＩＰＭゲート電源１３は、電路Ｌ１を通じて、ＩＰＭ４内部の駆動回路１２を含む所定の要素に動作用電力として電源電圧を供給する。尚、ＩＰＭゲート電源１３からの電源電圧は、ＩＰＭ１０の他、遮断制御回路１５にも供給される。

遮断回路１４ａは、駆動回路１２を含むＩＰＭ１０に動作用電力としての電源電圧を供給する電路Ｌ１の途中に設けられている。遮断回路１４ａは、電路Ｌ１に互いに直列にそれぞれ介挿され、遮断制御回路１５ａからの遮断信号に応じてそれぞれオフして電路Ｌ１を遮断する２以上の半導体スイッチング素子を含む。このように、遮断の対象となる電路に互いに直列にそれぞれ介挿された２以上の半導体スイッチング素子によって当該電路Ｌ１を遮断するので、１つの半導体スイッチング素子が故障しても残りの半導体スイッチング素子によって特定の電路を遮断できるので、安全性が向上する。本実施の形態では、２つの半導体スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２が電路Ｌ１に直列に接続されている。半導体スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２は、例えばトランジスタであり、具体的には２つのｎチャネル型ＦＥＴである。その他のトランジスタとしてバイポーラトランジスタ、又はＩＧＢＴでもよい。

このように、遮断回路１４ａが半導体スイッチング素子により構成されるので、従来のマグネットコンタクタ等の機械式スイッチを有する遮断回路に比べて、集積化が可能となり、設置スペースを削減することができる。また、集積回路により、機械式スイッチを用いることなく安価に回路構成できるので、コストを削減できる。また、半導体スイッチング素子は、機械接点によってではなく、半導体中のキャリア移動を制御することによってオン（導通）及びオフ（非導通）するので遮断回路１４ａの寿命が延びる。

以下では、駆動回路１２を負荷と定義し、２つの半導体スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２のうちの一つの半導体スイッチング素子を第１のトランジスタ（電源側半導体スイッチング素子）Ｔｒ１と定義し、当該第１トランジスタＴｒ１より負荷側に位置する他の一つの半導体スイッチング素子を第２トランジスタ（負荷側半導体スイッチング素子）Ｔｒ２と定義とする。更に遮断回路１４ａにおいて第２トランジスタＴｒ２の負荷側には、ダイオード及びコンデンサを含む出力回路（フィルタ）が接続されている。この構成により、第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ１がそれぞれ後述する第１診断信号及び第２診断信号によって瞬間的にオフしても、ＩＰＭ１０の駆動回路１２には出力回路のコンデンサから電力が供給され、それによりＩＰＭ１０の駆動回路１２には略一定の電力（電圧）が供給される。

制御部４０は、多軸ロボット１００を制御する制御装置２００全体の制御を司るものであって、遮断制御回路１５ａ及び制御信号を生成する制御信号生成回路１８とともに、その他の後述するブレーキ系の遮断制御回路等を備える。制御部４０は、例えばマイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡなどで構成されもよい。制御部４０は、互いに分散制御する複数の制御器によって構成されてもよい。

遮断制御回路１５ａは、緊急時には非常停止スイッチＳＷの停止操作に応じて遮断回路１４ａを遮断すべく遮断信号を出力するとともに、平時には遮断回路１４ａが正常か否かを自己診断すべく診断信号を出力する。具体的には遮断制御回路１５ａは、第１トランジスタＴｒ１の制御端子にパルスを含む第１遮断信号又は第１診断信号を出力する第１診断回路１６ａと、第２トランジスタＴｒ２の制御端子にパルスを含む第２遮断信号又は第２診断信号を出力する第２診断回路１７ａとを更に備える。本実施の形態では、第１診断回路１６ａ及び第２診断回路１７ａは、それぞれＣＰＬＤで構成されている。

図３は多軸ロボット１００のブレーキＢ１〜Ｂ６系の動力遮断装置の回路構成の一例を示した回路図である。図３に示すように、動力遮断装置１ｂは、複数の軸をそれぞれ制動する複数の電磁ブレーキＢ１〜Ｂ６を含むブレーキ回路５０と、ブレーキ回路５０内の各電磁ブレーキに供給する動作用電力を生成するブレーキ回路電源２０と、遮断回路１４ｂと、遮断制御回路１５ｂ及びブレーキ信号を生成するブレーキ信号生成回路１９を含む制御部４０とを備える。

ブレーキ回路５０は、複数の軸をそれぞれ制動する複数の電磁ブレーキＢ１〜Ｂ６を含むものであって、各電磁ブレーキに対応して、ブレーキ信号生成回路１９からのブレーキ信号に従って励磁と非励磁を切り替えるスイッチング素子としてのトランジスタを備えている。

ブレーキ回路電源２０は、図２に示した動作用電圧生成部３０においてＡＣ／ＤＣ変換部３２から出力される直流電力の電圧（例えば２００Ｖ）を所定の電圧（例えば２４〜２６Ｖ）に降圧してブレーキ回路５０に動作用電力を供給する電源回路である。

遮断回路１４ｂは、ブレーキ回路５０内の各電磁ブレーキに動作用電力を供給する電路Ｌ２の途中に設けられている。遮断回路１４ｂは、電路Ｌ２に互いに直列にそれぞれ介挿され、遮断制御回路１５ｂからの遮断信号に応じてそれぞれオフして電路Ｌ２を遮断する２以上の半導体スイッチング素子を含む。本実施の形態では、２つの半導体スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２が電路Ｌ２に直列に接続されている。半導体スイッチング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２は、例えばトランジスタであり、具体的には２つのｎチャネル型ＦＥＴである。更に遮断回路１４ｂでは第２トランジスタＴｒ２の負荷側には、ダイオード及びコンデンサを含むフィルタ回路が接続されていない点が遮断回路１４ａと異なる。その理由は以下の通りである。各電磁ブレーキにおいては、電磁コイルが比較的大きいインダクタスを有するので、第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ１がそれぞれ後述する第１診断信号及び第２診断信号によって瞬間的にオフしても、当該インダクタンスにより電流の変化が妨げられ、各電磁ブレーキには略一定の電力（電流）が供給される。従って、上述のような出力回路は不要であるからである。

以下では、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ６を負荷と定義し、２つの半導体スイッチング素子のうちの一つの半導体スイッチング素子を第１トランジスタ（電源側半導体スイッチング素子）Ｔｒ１と定義し、当該第１トランジスタＴｒ１より負荷側に位置する他の一つの半導体スイッチング素子を第２トランジスタ（負荷側半導体スイッチング素子）Ｔｒ２と定義とする。

また、ブレーキ系の動力遮断装置１ｂにおいても、モータ駆動系の動力遮断装置１ａと同様に、遮断制御回路１５ｂは、第１診断回路１６ｂ及び第２診断回路１７ｂを備える。第１診断回路１６ｂ及び第２診断回路１７ｂの構成は、第１診断回路１６ａ及び第２診断回路１７ａの構成と同様であるので、説明を省略する。

以上のような、モータ駆動系の動力遮断装置１ａ及びブレーキ系の動力遮断装置１ｂにおける遮断制御について図２を用いて説明する。図２の動力遮断装置１ａにおける遮断制御回路１５ａは、緊急時には非常停止スイッチＳＷの停止操作に応じて遮断回路１４ａを遮断すべく遮断信号を出力する。具体的には、第１診断回路１６ａが、遮断回路１４ａの第１トランジスタＴｒ１を遮断すべく、第１トランジスタＴｒ１の制御端子にパルスを含む第１遮断信号ＯＵＴ＿１を出力する。一方、第２診断回路１７ａが、遮断回路１４ａの第２トランジスタＴｒ２を遮断すべく、第２トランジスタＴｒ２の制御端子にパルスを含む第２遮断信号ＯＵＴ＿２を出力する。

ここで第１診断回路１６ａ及び第２診断回路１７ａは、第１遮断信号ＯＵＴ＿１及び第２遮断信号ＯＵＴ＿２を同じ位相で同時に出力してもよいし、異なる位相で出力してもよい。

また、ＤＩＡＧ＿１は、第２診断回路１７ａが第１トランジスタＴｒ１の負荷（駆動回路１２）側の主端子から受信する第１遮断信号ＯＵＴ＿１に対する応答信号である。ＤＩＡＧ＿２は、第１診断回路１６ａが第２トランジスタＴｒ２の負荷（駆動回路１２）側の主端子から受信する第２遮断信号ＯＵＴ＿２に対する応答信号である。

次に、モータ駆動系の動力遮断装置１ａにおける自己診断制御について図２及び図４を参照しながら説明する。遮断制御回路１５ａは、遮断回路１４ａの半導体スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２の制御端子に定期的に当該半導体スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２をオフするパルスを出力し、半導体スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２がオフするか否かを診断する。

自己診断制御においては、第１診断回路１６ａは、第１トランジスタＴｒ１の制御端子にパルスを含む第１診断信号を出力する。一方、第２診断回路１７ａは、第２トランジスタＴｒ２の制御端子に第１診断信号のパルスと位相の異なるパルスを含む第２診断信号を出力する。

第１診断回路１６ａは、第２トランジスタＴｒ２の負荷（駆動回路１２）側の主端子から第２診断信号ＯＵＴ＿２に対する応答信号ＤＩＡＧ＿２を受信して第２トランジスタＴｒ２が正常動作しているか否かを診断する。第２診断回路１７ａは、第１トランジスタＴｒ１の負荷（駆動回路１２）側の主端子から第１診断信号ＯＵＴ＿１に対する応答信号ＤＩＡＧ＿１を受信して第１トランジスタＴｒ１が正常動作しているか否かを診断する。

図４は、自己診断制御におけるタイミングチャートである。ここでＯＵＴ＿１は、第１診断回路１６ａが第１トランジスタＴｒ１の制御端子及び第２診断回路１７ａに出力する第１診断信号である。ＯＵＴ＿２は、第２診断回路１７ａが第２トランジスタＴｒ２の制御端子及び第１診断回路１６ａに出力する第２診断信号である。ＤＩＡＧ＿１は、第２診断回路１７ａが第１トランジスタＴｒ１の負荷（駆動回路１２）側の主端子から受信する、第１診断信号ＯＵＴ＿１に対する応答信号である。ＤＩＡＧ＿２は、第１診断回路１６ａが第２トランジスタＴｒ２の負荷（駆動回路１２）側の主端子から受信する、第２診断信号ＯＵＴ＿２に対する応答信号である。

図４に示すように、遮断回路１４ａには、互いに位相の異なる、一定周期の第１診断信号ＯＵＴ＿１及び第２診断信号ＯＵＴ＿２が入力される。

時刻ｔ０では、第２診断回路１７ａは、第１トランジスタＴｒ１の負荷（駆動回路１２）側の主端子から第１診断信号ＯＵＴ＿１に対する応答信号ＤＩＡＧ＿１を受信して第１トランジスタＴｒ１の動作を診断する。ここでは応答信号ＤＩＡＧ＿１のパルス信号がローレベルに低下しているので、第２診断回路１７ａは、第１トランジスタＴｒ１が正常動作していると診断する。

時刻ｔ０＋Δｔでは、第１診断回路１６ａは、第２トランジスタＴｒ２の負荷（駆動回路１２）側の主端子から第２診断信号ＯＵＴ＿２に対する応答信号ＤＩＡＧ＿２を受信して第２トランジスタＴｒ２の動作を診断する。ここでは応答信号ＤＩＡＧ＿２のパルス信号がローレベルに低下しているので、第１診断回路１６ａは、第２トランジスタＴｒ２が正常動作していると診断する。

時刻ｔ０〜ｔ０＋Δｔにおける診断結果により、遮断制御回路１５ａは、遮断回路１４ａの第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ２の両方が正常動作していると判断する。

一方、時刻ｔ３では、第２診断回路１７ａは、第１トランジスタＴｒ１の負荷（駆動回路１２）側の主端子から第１診断信号ＯＵＴ＿１に対する応答信号ＤＩＡＧ＿１を受信して第１トランジスタの動作を診断する。ここでは応答信号ＤＩＡＧ＿１のパルス信号がハイレベルに維持されているので、第２診断回路１７ａは、第１トランジスタＴｒ１が正常動作していないと診断する。

時刻ｔ３＋Δｔでは、第１診断回路１６ａは、第２トランジスタＴｒ２の負荷（駆動回路１２）側の主端子から第２診断信号ＯＵＴ＿２に対する応答信号ＤＩＡＧ＿２を受信して第２トランジスタＴｒ２の動作を診断する。ここでは応答信号ＤＩＡＧ＿２のパルス信号がローレベルに低下しているので、第１診断回路１６ａは、第２トランジスタＴｒ２が正常動作していると判断する。

このような診断結果により、第２トランジスタＴｒ２が正常に動作しているものの第１トランジスタＴｒ１に故障が発生していることが判明したので、時刻ｔ４において第２トランジスタＴｒ２も遮断して、ロボットの動作を停止して復旧作業にあたる。

これにより、遮断回路１４ａにおいて直列に接続された二つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が正常に動作しているか否かをチェックするとともに、遮断回路１４ａで故障が発生した場合でも、二つのトランジスタ（Ｔｒ１及びＴｒ１）のうちのどのトランジスタが故障したかを特定できる。また、二つの診断回路において、相手の診断回路から診断信号が出力されるか否かを相互にチェックすることにより、診断信号が出力されないことに起因する誤診を防止することができるので、安全性が向上する。

尚、本実施の形態では、遮断回路１４ａ及び１４ｂを構成するＦＥＴはともにｎチャネル型としたが、このような構成に限定されるものではない。図５（ａ）及び図５（ｂ）は遮断回路のその他の例を示した回路構成図である。図５（ａ）に示すように、Ｐチャネル型とＮチャネル型のＦＥＴで遮断回路１４ａ又は１４ｂを構成してもよいし、図５（ｂ）に示すように、Ｐチャネル型とＰチャネル型との組合せで遮断回路１４ａ又は１４ｂを構成してもよい。但し、Ｐチャネル型のＦＥＴは、ＩＰＭゲート電源１３とＩＰＭ１０の駆動回路１２のＧＮＤとを接続する電路に介挿される。

尚、本実施の形態では、多軸ロボットは、六つの軸を有する六軸多関節ロボットとしたが、少なくとも二以上の軸を有する多軸ロボットであれば、これに限定されるものではない。

尚、本実施の形態では、遮断回路１４ａ及び１４ｂは、それらの双方に対応する電路Ｌ１及びＬ２に互いに直列にそれぞれ介挿され、遮断信号に応じてそれぞれオフしてこれらの電路を遮断する二つの半導体スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２を含んだが、どちらか一方の遮断回路に半導体スイッチング素子Ｔｒ１及びＴｒ２を含むようにしてもよい。

また、半導体スイッチング素子は３以上であってもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、複数の軸のそれぞれを駆動する複数のモータを備えた多軸ロボットに用いることができる。

１ａ、１ｂ 動力遮断装置
１０ ＩＰＭ
１１ 電力変換器
１２ 駆動回路
１３ ＩＰＭゲート電源
１４ａ、１４ｂ 遮断回路
１５ａ、１５ｂ 遮断制御回路
１６ａ、１６ｂ 第１診断回路
１７ａ、１６ｂ 第２診断回路
１８ 制御信号生成回路
１９ ブレーキ信号生成回路
２０ ブレーキ回路電源
３０ 動作用電圧生成部
３１ 交流電源
３２ ＡＣ／ＤＣ変換部
３３ 平滑用コンデンサ
４０ 制御部
５０ ブレーキ回路
１００ 多軸ロボット
２００ 制御装置

Claims (4)

1. 多軸ロボットの複数の軸をそれぞれ駆動する複数のモータと、
   前記複数のモータに電力を制御しながら供給して該複数のモータの動作をそれぞれ制御する複数の電力変換器と、
   各前記電力変換器を構成する第１の半導体スイッチング素子の制御端子に前記モータの動作を制御するための制御信号に従った駆動信号を出力して該第１の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路に第１の動作用電力を供給する第１の電路の途中に設けられた第１の遮断回路と、
   前記複数の軸をそれぞれ制動する複数の電磁ブレーキと、
   各前記電磁ブレーキに第２の動作用電力を供給する第２の電路の途中に設けられた第２の遮断回路と、
   前記第１及び第２の遮断回路に遮断信号を出力する遮断制御回路と、を備え、
   前記第１及び第２の遮断回路の少なくともいずれかの遮断回路（以下、特定遮断回路という）は、前記第１及び第２の電路のうちの当該特定遮断回路に対応する電路（以下、特定電路という）に互いに直列にそれぞれ介挿され、前記遮断信号に応じてそれぞれオフして前記特定電路を遮断する２以上の第２の半導体スイッチング素子を含む、多軸ロボットの動力遮断装置。
2. 前記遮断制御回路は、前記第２の半導体スイッチング素子の制御端子に定期的に当該第２の半導体スイッチング素子をオフするパルスを出力し、前記第２の半導体スイッチング素子がオフするか否かを診断する、請求項１に記載の多軸ロボットの動力遮断装置。
3. 前記遮断制御回路は、前記駆動回路及び前記電磁ブレーキを負荷と定義し、前記２以上の第２の半導体スイッチング素子のうちの一つの半導体スイッチング素子を電源側半導体スイッチング素子と定義し、当該電源側半導体スイッチング素子より前記負荷側に位置する他の一つの半導体スイッチング素子を負荷側半導体スイッチング素子と定義した場合、前記電源側半導体スイッチング素子の制御端子に前記パルスを含む第１診断信号を出力する第１診断回路と、前記負荷側半導体スイッチング素子の制御端子に前記第１診断信号のパルスとは異なる位相を有するパルスを含む第２診断信号を出力する第２診断回路とを更に備え、
   前記第１診断回路は、前記負荷側半導体スイッチング素子の前記負荷側の主端子から前記第２診断信号に対する応答信号を受信して前記負荷側半導体スイッチング素子が正常動作しているか否かを診断し、
   前記第２診断回路は、前記電源側半導体スイッチング素子の前記負荷側の主端子から前記第１診断信号に対する応答信号を受信して前記負荷側半導体スイッチング素子が正常動作しているか否かを診断する、請求項２に記載の多軸ロボットの動力遮断装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の動力遮断装置を備える、多軸ロボット。

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