JP2020199616A - ロボットの制御装置、ロボットの制御方法、ロボットの制御プログラム、及びロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ハンド部の軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、いずれかの関節部に異常が検知された場合でも、ロボットと周囲装置との不測の衝突を回避することができるロボットの制御装置、ロボットの制御方法、ロボットの制御プログラム、及びロボットを提供する。【解決手段】ロボット１の制御装置７０は、関節部５ａ，６ａ，７ａのうちのいずれか１つにおける異常が検知された場合には、関節部５ａ，６ａ，７ａの各々にて同時に、モータ３０を停止させるブレーキ制御を開始させる。【選択図】図７

Description

本発明は、複数の関節部の各々のモータに対しその回転を停止させるブレーキ制御を行う制御部を有するロボットの制御装置、そのロボットの制御方法、そのロボットの制御プログラム、及びその制御装置を備えるロボットに関する。

従来の産業用ロボット（以下「ロボット」ともいう。）として、液晶ディスプレイ用のガラス基板などを搬送するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のロボットは、モータの回転軸が上下方向に延びており、その各々のモータが回転駆動されることで、ハンド部をその回転軸に垂直な平面に沿った方向に移動させる、いわゆる水平多関節ロボット（スカラ型ロボット）として構成されている。

また、上記特許文献１のロボットも含め一般的なロボットにおいては、関節部のモータを駆動制御するための制御装置がさらに設けられる。従来の制御装置として、関節部に異常が検知された場合に、その関節部のモータに対しその回転を停止させるブレーキ制御を行う機能を備えるものが知られている（例えば、特許文献２及び特許文献３参照）。特許文献２のロボットの制御装置では、ダイナミックブレーキと機械ブレーキとを併用して速やかにモータを停止させている。特許文献３のロボットの制御装置では、モータの速度指令を「０」として速度制御のみを実行し、モータに最大トルクを発生させて停止させている。

特開２０１８−１５８３９号公報 特開２０１２−５５９８１号公報 特開平１０−２７７８８７号公報

特許文献１のような水平多関節ロボットでは、異常検知時、軌跡制御を行いながら停止する。しかしながら、上記特許文献２、３のようなブレーキ制御を用い、駆動制御されている回転軸のみを停止させた場合には、複数の関節の各々の回転軸はばらばらに（互いに協調せずに）停止することになる。そのため、ロボットのハンド部は適切な軌跡を維持できず、その停止に起因してロボットが不測の挙動を取った場合、その他の周囲装置に衝突する可能性がある。つまり、上記特許文献１のロボットでは、複数の関節部のいずれかで異常が検知された場合のブレーキ制御について、改善の余地があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、ハンド部の軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、いずれかの関節部に異常が検知された場合でも、ロボットと周囲装置との不測の衝突を回避することができるロボットの制御装置、ロボットの制御方法、ロボットの制御プログラム、及びロボットを提供することを目的としている。

（１）
第一方向（例えば後述の実施形態の上下方向）に延びる回転軸の回りに回転するモータ（例えば後述の実施形態のモータ３０）をそれぞれ含む複数の関節部と、アーム部と、ハンド部と、を有し、前記複数の関節部の各々に含まれる前記モータの回転によって、前記回転軸に垂直な面に沿った方向に前記ハンド部を移動させるロボットの制御装置であって、
前記関節部において生じた異常を検知する異常検知部と、
前記複数の関節部のうちのいずれか１つにおける前記異常が検知された場合には、前記モータに制動力を与えて当該モータの回転を停止させるブレーキ制御を、前記複数の関節部の各々にて同じタイミングで実行させる制御部（例えば後述の実施形態の中央制御部７１）と、を備えるロボットの制御装置。

（１）のロボットでは、ハンド部を移動させるための全ての関節部の回転軸が同時に停止されるため、ハンド部の軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、いずれかの関節部に異常が検知された場合でも、ロボットと周囲装置との不測の衝突を回避することができる。

（２）
（１）記載のロボットの制御装置であって、
前記ブレーキ制御時において前記複数の関節部の各々の前記モータに与える制動力は同じに制御されるロボットの制御装置。

（２）のように構成すると、同じ制御量で関節部の回転軸を停止させるので、ハンド部の軌跡をより安定化させることができる。

（３）
（１）又は（２）記載のロボットの制御装置であって、
前記制御部は、前記ブレーキ制御を実行させるタイミングを、前記異常が検知されたタイミングに同期させるロボットの制御装置。

（３）のように構成すると、ハンド部の軌跡を適切に維持しながら迅速に停止して進行中の軌跡を最低限で終了させ、これにより、ロボットの安全性をより高めることができる。

（４）
（１）から（３）のいずれか１つに記載のロボットの制御装置であって、
前記ブレーキ制御は、前記モータのコイル端子間を短絡することで当該モータに対して制動力を発生させるダイナミックブレーキによって当該モータを停止させる制御であり、かつ、前記モータの前記コイル端子間を短絡させる制動期間と当該コイル端子間を短絡させない非制動期間とを交互に切替える制御を行って当該モータの制動力を変更可能な制御であり、
前記制動期間と前記非制動期間を合わせた期間における前記制動期間の割合であるデューティー比を、前記複数の関節部の各々のモータにて同じ値に制御するロボットの制御装置。

（４）のように構成すると、デューティー比が複数の関節部の各々のモータにて同じ値に制御されるので、ハンド部の軌跡をより安定化させることができる。

（５）
（４）記載のロボットの制御装置であって、
前記制御部は、前記ロボットの動作停止要求を受けた場合には、予め決められたプログラムに従って前記複数の関節部の各々の前記モータの動作を所定時間継続させた後に、前記複数の関節部の各々に同じタイミングにて前記ブレーキ制御を開始させ、
前記動作停止要求を受けて行われる前記ブレーキ制御における前記デューティー比と、前記異常が検知された場合に行われる前記ブレーキ制御における前記デューティー比は同じ値に制御されるロボットの制御装置。

（５）のように構成すると、動作停止要求を受けて行われるブレーキ制御による停止、及び異常が検知された場合に行われるブレーキ制御の両方で、最低時間で迅速且つ安定的にロボットを停止させることができる。どちらの場合でもデューティー比を同じに制御するので、制御のためのプログラムを簡素化できる。

（６）
（４）又は（５）記載のロボットの制御装置であって、
前記ブレーキ制御時における前記デューティー比を、０％よりも大きい値から１００％まで直線的に上昇させて１００％に保持するロボットの制御装置。

（６）のように構成すると、デューティー比を直線的に上昇させるため、制御量の変化を一定にしながらロボットを迅速且つ安全に停止することができる。

（７）
（１）から（６）のいずれか１つに記載のロボットの制御装置と、
前記複数の関節部と、
前記アーム部と、
前記ハンド部と、を備えるロボット。

（７）のように構成すると、ハンド部の軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、いずれかの関節部に異常が検知された場合でも、ロボットと周囲装置との不測の衝突を回避するロボットを提供することができる。

（８）
第一方向に延びる回転軸の回りに回転するモータをそれぞれ含む複数の関節部と、アーム部と、ハンド部と、を有し、前記複数の関節部の各々に含まれる前記モータの回転によって、前記回転軸に垂直な面に沿った方向に前記ハンド部を移動させるロボットの制御方法であって、
前記関節部において生じた異常を検知する異常検知ステップと、
前記複数の関節部のうちのいずれか１つにおける前記異常が検知された場合に、前記モータに制動力を与えて当該モータの回転を停止させるブレーキ制御を、前記複数の関節部の各々にて同じタイミングで実行させる制御ステップと、を備えるロボットの制御方法。

（８）のように構成すると、ハンド部の軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、いずれかの関節部に異常が検知された場合でも、ロボットと周囲装置との不測の衝突を回避することができる。

（９）
第一方向に延びる回転軸の回りに回転するモータをそれぞれ含む複数の関節部と、アーム部と、ハンド部と、を有し、前記複数の関節部の各々に含まれる前記モータの回転によって、前記回転軸に垂直な面に沿った方向に前記ハンド部を移動させるロボットの制御プログラムであって、
前記関節部において生じた異常を検知する異常検知ステップと、
前記複数の関節部のうちのいずれか１つにおける前記異常が検知された場合に、前記モータに制動力を与えて当該モータの回転を停止させるブレーキ制御を、前記複数の関節部の各々にて同じタイミングで実行させる制御ステップと、をコンピュータに実行させるためのロボットの制御プログラム。

本発明によれば、ハンド部の軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、いずれかの関節部に異常が検知された場合でも、ロボットと周囲装置との不測の衝突を回避することができる。

本発明の実施の形態に係る産業用ロボットの平面図である。 図１に示す産業用ロボットの側面図である。 図２のＥ部の概略構成を説明する断面図である。 図２のＦ部の概略構成を説明する断面図である。 図１の産業用ロボットを駆動制御する制御装置のブロック図である。 図５の駆動回路の概略構成を説明するブロック図である。 図５の制御装置が行うブレーキ制御の第１モードを説明するタイミングチャートである。 図５の制御装置が行うブレーキ制御の第２モードを説明するタイミングチャートである。 図５の制御装置が行うブレーキ制御でのデューティー比の時間変化を説明するグラフである。 本発明の実施の形態に係る産業用ロボットの変形例の側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態を説明する。

（産業用ロボットの概略構成）
まず図１〜図４を参照して、本発明の実施の形態に係る産業用ロボット１の構成についてその概略を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る産業用ロボット１の平面図である。図２は、図１に示す産業用ロボット１の側面図である。図３は、図２のＥ部の概略構成を説明する断面図である。図４は、図２のＦ部の概略構成を説明する断面図である。

図１及び図２に示すように、本形態の産業用ロボット１（以下「ロボット１」ともいう。）は、搬送対象物である液晶ディスプレイ用のガラス基板２（以下「基板２」ともいう。）を搬送するための水平多関節ロボットであり、組立ラインや製造ラインに配置されて使用される。本形態のロボット１は、大型の基板２の搬送に最適である。

また、本形態のロボット１は、基板２が搭載される２個の第１ハンド部３及び第２ハンド部４（図２参照）と、第１ハンド部３及び第２ハンド部４のそれぞれが先端側に回動可能に連結される２個の第２アーム部５及び第３アーム部６と、第２アーム部５及び第３アーム部６の基端側それぞれが第２関節部５ａ又は第３関節部６ａを介して回動可能に連結される共通アーム部としての第１アーム部７と、第１アーム部７が第１関節部７ａ（図２参照）を介して回動可能に連結される本体部１０と、を備える。

図２に示すように、第１ハンド部３は、第２アーム部５の先端側に回動可能に連結されている。第２ハンド部４は、第３アーム部６の先端側に回動可能に連結されている。第１ハンド部３は、第２ハンド部４よりも下側に配置される。第２アーム部５は、第１ハンド部３よりも下側に配置される。第３アーム部６は、第２ハンド部４よりも上側に配置される。第１アーム部７は、第２アーム部５よりも下側に配置される。すなわち、第２アーム部５及び第３アーム部６は、第１アーム部７よりも上側に配置される。また、第１アーム部７は、本体部１０よりも上側に配置される。

本体部１０は、上下方向を回動の軸方向として第１アーム部７を回動させるための回動軸（不図示）と、この回動軸を回動させる第１回動機構（不図示）と、この第１回動機構と一緒に第１アーム部７を昇降させる昇降機構（不図示）と、第１回動機構や昇降機構が収容されるケース体１１と、を備える。第１回動機構は、後述する第２回動機構１８及び第３回動機構１９と同様に構成されており、モータ３０と減速機３１などが搭載される。
なお、本形態のロボット１で用いられるモータ３０は、三相コイルを有する三相モータである。下述する第２関節部５ａと第３関節部６ａのモータ３０も同様である。

このケース体１１は、有底円筒状に形成されるケース本体１２と、ケース本体１２の上端の開口を覆う蓋体１３と、を有して構成される。蓋体１３の中心には、第１アーム部７を回動させるための不図示の回動軸が配置される貫通孔（不図示）が形成される。また、蓋体１３には、ケース本体１２の径方向の外側に向けて延出する鍔部１３ａが設けられる。

第２ハンド部４は、基板２が搭載される複数のフォーク部８（図１参照）をそれぞれ有する。第２アーム部５及び第３アーム部６は、上面視で細長い長円形状に形成されるとともに上下方向の厚さが薄いブロック状に形成される。第２アーム部５の長さと第３アーム部６の長さとは等しく設けられる。また、第２アーム部５及び第３アーム部６は、中空状に形成される。本明細書における“上面視”は、上下方向から見た状態をいう。

第１アーム部７は、上面視で略Ｖ形状に形成される。上面視で略Ｖ形状の第１アーム部７の中心部分は、本体部１０に回動可能に連結される。また、上面視で略Ｖ形状の第１アーム部７の一方の先端側に第２アーム部５の基端側が第２関節部５ａを介して回動可能に連結され、第１アーム部７の他方の先端側に第３アーム部６の基端側が第３関節部６ａを介して回動可能に連結される。

第２アーム部５と第１アーム部７との連結部は、第２関節部５ａとなっている。第３アーム部６と第１アーム部７との連結部は第３関節部６ａとなっている。また、ロボット１は、上述の第１回動機構の他、図３及び図４に示す第２回動機構１８及び第３回動機構１９を有する。第２回動機構１８は、第２アーム部５に対して第１ハンド部３を回動させるとともに第１アーム部７に対して第２アーム部５を回動させる（図３参照）。第３回動機構１９は、第３アーム部６に対して第２ハンド部４を回動させるとともに第１アーム部７に対して第３アーム部６を回動させる（図４参照）。

第１アーム部７は、本体部１０に連結される基端部２２と、第２アーム部５及び第３アーム部６の基端側のそれぞれが連結される２個の先端部２３，２４と、２個の先端部２３，２４のそれぞれと基端部２２とを繋ぐ２個の連結部２５，２６と、を備える。

本形態では、基端部２２と２個の先端部２３，２４と２個の連結部２５，２６とによって第１アーム部７が構成される。先端部２３には第２アーム部５の基端側が連結され、先端部２４には第３アーム部６の基端側が連結される。連結部２５は基端部２２と先端部２３とを繋ぎ、連結部２６は基端部２２と先端部２４とを繋ぐ。

基端部２２と２個の先端部２３，２４と２個の連結部２５，２６とは別体で形成されており、基端部２２と２個の先端部２３，２４と２個の連結部２５，２６とが一体に固定されることで第１アーム部７が構成される。基端部２２と先端部２３，２４と連結部２５，２６とは、アルミニウム合金又はステンレス鋼からなる。また、基端部２２と先端部２３，２４と連結部２５，２６とは中空状に形成されており、第１アーム部７は全体として中空状に形成される。

基端部２２は、上面視で略五角形状のブロック状に形成される。基端部２２の下面の中心には、本体部１０の回動軸の上端が固定される。先端部２３，２４は、上面視で略長方形状のブロック状に形成される。連結部２５，２６は、細長の筒状のパイプである。連結部２５，２６の長さは、例えば４［ｍ］に設けられる。

連結部２５の一端は基端部２２にボルト固定され、連結部２５の他端は先端部２３にボルト固定される。同様に、連結部２６の一端は基端部２２にボルト固定され、連結部２６の他端は先端部２４にボルト固定される。

図３に示すように、第２関節部５ａに内蔵される第２回動機構１８は、モータ３０と、モータ３０に連結される減速機３１と、を備える。モータ３０は、第２アーム部５に対して第１ハンド部３を回動させるとともに第１アーム部７に対して第２アーム部５を回動させるためのものである。減速機３１は、減速機３１の出力軸となる回動軸３２と、回動軸３２を回動可能に支持する軸受３３と、回動軸３２の外周側に配置される磁性流体シール３４と、減速機３１の入力軸３５と、を有する。

また、第２回動機構１８は、減速機３１の入力軸３５に固定されるプーリ３６と、第２アーム部５の基端側の内部に配置されるプーリ３７と、第２アーム部５の先端側の内部に配置されるプーリ３８と、をさらに有する。本形態では、第１ハンド部３が一定方向を向いた状態で直線的に移動可能なように、プーリ３７のピッチ円径とプーリ３８のピッチ円径との比が１：２に設定される。

モータ３０は、先端部２３に固定される。また、モータ３０は、先端部２３の内部に配置されるとともに減速機３１よりも連結部２５側に配置される。モータ３０はその回転軸の軸心が上下方向に起立するように配置される。モータ３０の回転軸（出力軸）には、プーリ３９が固定される。プーリ３６は入力軸３５の下端に固定されており、プーリ３６とプーリ３９とにゴム製のベルト４０が掛け渡される。プーリ３６，３９及びベルト４０は、先端部２３の内部に配置される。

第２アーム部５の基端側の内部には、プーリ３７を回動可能に支持する支持軸４１が配置される。支持軸４１は鍔付きの円筒状に形成されており、その下端には鍔部４１ａが設けられる。また、支持軸４１は第２アーム部５の基端側の下面部の上側に配置されており、その軸心が第２アーム部５の下面部から起立するように配置される。本形態では、回動軸３２と支持軸４１と第２アーム部５の基端側の下面部とが互いにボルト固定される。

プーリ３７は、軸受を介して支持軸４１に回動可能に支持される。また、プーリ３７は、固定部材４２を介して先端部２３に固定される。すなわち、プーリ３７は、固定部材４２を介して第１アーム部７の一方の先端側に固定される。固定部材４２は、第２アーム部５及び第１アーム部７の外部に配置される。

第２アーム部５の先端側の内部には、プーリ３８を回動可能に支持する支持軸４３が固定される。支持軸４３は、その軸心が第２アーム部５の先端側の下面部から起立するように配置される。プーリ３８は、軸受を介して支持軸４３に回動可能に支持される。また、プーリ３８の上端には、第１ハンド部３の基端側が固定される。プーリ３７とプーリ３８とには、ベルト４４が架け渡される。また本形態では、上下方向で重畳して配置される２本のベルト４４がプーリ３７とプーリ３８とに架け渡される。ベルト４４は鋼板製のスチールベルトからなる。ベルト４４は、プーリ３７，３８にボルト固定される。

そして、図１、図２及び図４に示すように、第３関節部６ａに内蔵される第３回動機構１９も同様に、モータ３０と、モータ３０に連結される減速機３１と、を備える。第３回動機構１９のモータ３０は、第３アーム部６に対して第２ハンド部４を回動させるとともに第１アーム部７に対して第３アーム部６を回動させるためのものである。
なお、第３回動機構１９は、第２回動機構１８と同様に構成されており、第２回動機構１８の構成部分のうち、第２回動機構１８と同一又は同等部分については図面に同一又は同等の符号を付してその説明を省略或いは簡略化し、以下その相違部分を中心に説明する。

第３回動機構１９の減速機３１は、第３関節部６ａに配置される。第３アーム部６の基端側の内部には、プーリ３７を回動可能に支持する支持軸４１が配置される。支持軸４１は、第３アーム部６の基端側の下面部の上側に配置されており、その軸心が第３アーム部６の下面部から起立するように配置される。第３回動機構１９の減速機３１の回動軸３２には回動軸５９が固定されており、この回動軸５９は、第３アーム部６の基端側の下面部にボルト固定されている。本形態では、回動軸５９と支持軸４１と第３アーム部６の基端側の下面部とが互いにボルト固定される。また、支持軸４１は、支持軸４１の軸心と回動軸３２の軸心と回動軸５９の軸心と入力軸３５の軸心とが一致するように、回動軸５９に固定される。

第３アーム部６の基端側の内部に配置されるプーリ３７は、固定部材６２を介して先端部２４に固定される。すなわち、このプーリ３７は、固定部材６２を介して第１アーム部７の他方の先端側に固定される。固定部材６２は、第３アーム部６及び第１アーム部７の外部に配置される。また、固定部材６２は、第３関節部６ａの外部に配置される。

第３アーム部６の先端側の内部には、プーリ５８を回動可能に支持する支持軸部６ｂが設けられる。支持軸部６ｂは、円筒状に形成されており、第３アーム部６の先端側の下面部から立ち上がっている。プーリ５８は、軸受を介して支持軸部６ｂに回動可能に支持される。また、プーリ５８の下端には、第２ハンド部４の基端側が固定される。プーリ３７とプーリ５８とには、上下方向で重なるように配置される２本のベルト４４が架け渡されている。ベルト４４は、プーリ３７、７８にボルト固定される。

このように、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ、第３関節部６ａ、モータ３０を含む第１回動機構、第２回動機構１８、第３回動機構１９、第１アーム部７、第２アーム部５、第３アーム部６、第１ハンド部３及び第２ハンド部４が構成される。以下では、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ、及び第３関節部６ａをまとめて関節部５ａ，６ａ，７ａ又は単に関節部と記載することもある。また、第１アーム部７、第２アーム部５、第３アーム部６をまとめて、アーム部５，６，７又は単にアーム部と記載することもある。また、第１ハンド部３及び第２ハンド部４をまとめてハンド部３，４又は単にハンド部と記載することもある。

以上のように、本形態のロボット１は、上下方向（第一方向）に延びる回転軸の回りに回転するモータ３０をそれぞれ含む複数の関節部５ａ，６ａ，７ａと、アーム部５，６，７と、ハンド部３，４と、を有して構成される。そして、ロボット１は、水平面（モータ３０の回転軸に垂直な面）に沿った方向に第１ハンド部３及び第２ハンド部４を移動させることが可能となる。また、第１ハンド部３及び第２ハンド部４を所定の目標値に従って軌跡制御（位置制御）するために、ロボット１は、上述した第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａの各々のモータ３０を駆動制御する制御装置７０をさらに備える。このロボット１の制御装置７０の構成について、以下説明する。

（ロボットの制御装置の構成）
次に図５及び図６を参照して、制御装置７０の構成について説明する。図５は、図１の産業用ロボット１を駆動制御する制御装置７０のブロック図である。図６は、図５の駆動回路７４の概略構成を説明するブロック図である。

図５に示すように、制御装置７０は、中央制御部７１（制御部）と、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃと、を有して構成される。中央制御部７１は、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃの各々と電気的に接続されて、これらと通信可能となっている。中央制御部７１は、第１〜３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃとの間で種々の信号や情報のやり取りを行い、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃを統合的に管理する。

制御装置７０を構成する第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃはそれぞれ同様な機能を有して構成されており、マイコン７３（異常検知部）と、駆動回路７４と、を有する。第１モータ制御部７２ａは、本体部１０の第１回動機構（第１関節部７ａ）のモータ３０を駆動制御するものであり、例えば第１関節部７ａに内蔵される。第２モータ制御部７２ｂは、第２関節部５ａのモータ３０を駆動制御するものであり、例えば第２関節部５ａに内蔵される。第３モータ制御部７２ｃは、第３関節部６ａのモータ３０を駆動制御するものであり、例えば第３関節部６ａに内蔵される。

中央制御部７１とマイコン７３は、それぞれ、ハードウェアとして演算回路（不図示）及びメモリ回路（不図示）などを含むミニコンピュータシステムで構成される。そして、マイコン７３は、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃの制御指令回路として搭載され、各々のモータ３０に対する制御機能を実現する。中央制御部７１は、各マイコン７３を統括制御してロボット１の動作を制御する。

上記の演算回路は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などを含んでよい。メモリ回路は、演算回路のワーキングメモリとしても使用される。メモリ回路は、一次記憶装置｛例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）｝を含む。メモリ回路は、二次記憶装置｛例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）｝や三次記憶装置（例えば光ディスク、ＳＤカード）を含んでよい。メモリ回路は、その他の記憶装置を含んでよい。

マイコン７３のメモリ回路には、モータ３０の駆動制御を行う駆動制御プログラムやモータ３０の回転を停止させるブレーキ制御プログラムなどの種々のプログラムが記憶保持される。マイコン７３の演算回路はそのプログラムを適宜読み出して実行することにより、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃのそれぞれの制御機能が実現される。

中央制御部７１のメモリ回路には、各マイコン７３を統括制御してロボット１を制御するためのロボットの制御プログラムなどの種々のプログラムが記憶保持される。中央制御部７１の演算回路はそのプログラムを適宜読み出して実行することにより、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃの各々のマイコン７３を制御する。

エンコーダ７６は、各モータ３０に取り付けられており、モータ３０の回転位置や回転数などを検出する。エンコーダ７６の検出信号はマイコン７３に入力される。第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃの各々のマイコン７３は、エンコーダ７６の検出結果や、エンコーダ７６との通信状態などに基づいて、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ又は第３関節部６ａにおいて生じた異常を検知する。

ここでいう異常は、例えば、エンコーダ７６との通信が行えずにモータ３０の回転位置等が検出不能になっている状態、エンコーダとの通信はできているがエラーが発生している状態、駆動回路７４に含まれるトランジスタの制御が不能になっている状態等、ロボット１の制御を継続することが難しくなる状態が発生したことをいう。

マイコン７３は、自機の管理するモータ３０が搭載される関節部の異常を検知した場合には、異常検知信号を中央制御部７１に送信する。この異常検知信号を受けた中央制御部７１は、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃの各々のマイコン７３に対して、第１モードでのブレーキ制御を行うよう指示する。中央制御部７１は、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ又は第３関節部６ａの異常の有無にかかわらず、動作停止要求を受けた場合には、第１〜第３モータ制御部７２ａ，７２ｂ，７２ｃの各々のマイコン７３に対して、第２モードでのブレーキ制御を行うよう指示する。各モードのブレーキ制御の詳細は後述する。

動作停止要求とは、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａのいずれかの異常の発生の有無とは関係なく、ロボット１を管理する作業員が操作インタフェースを操作してロボット１を緊急停止するような場合に発生する。例えばロボット１に設けられた緊急停止ボタンが作業員によって押されると、動作停止要求が中央制御部７１に伝達され、中央制御部７１から各マイコン７３に対して、第２モードのブレーキ制御を開始する指令が伝達される。

（モータの駆動回路の構成）
図６に示すように、駆動回路７４は、マイコン７３の制御指令値に基づきモータ３０の三相コイルに供給する三相駆動電流を制御する。駆動回路７４は、半導体スイッチング素子としての６個のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６を有する。これら６個のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６は、ブリッジ型に配置される。

Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の上段側の切換スイッチとして配置されるトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３が電源７５（直流電源）のプラス側に接続される。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の下段側の切換スイッチとして配置されるトランジスタＴＲ４〜ＴＲ６が電源７５のマイナス側に接続される。Ｕ相のトランジスタＴＲ１，ＴＲ４間、Ｖ相のトランジスタＴＲ２，ＴＲ５間、Ｗ相のトランジスタＴＲ３，ＴＲ６間にはそれぞれ各相の出力端子が設定され、各相の出力端子はモータ３０の各相コイル３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに接続される。このように構成されことにより、駆動回路７４は、マイコン７３の制御指令値に基づくトランジスタＴＲ１〜ＴＲ６のオンオフ動作により互いに位相差を有する三相駆動電流を生成し、モータ３０の各相コイル３０ｕ，３０ｖ，３０ｗに供給する。

ここで、マイコン７３は、上述したようにその演算回路で駆動制御プログラムを読み出して実行することにより、駆動回路７４の各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６の制御端子（ゲート）に制御信号を出力する。この出力により、マイコン７３は、各トランジスタＴＲ１〜ＴＲ６のオンオフ動作を制御し、モータ３０の回転駆動を制御する。

本実施形態では、マイコン７３は、ダイナミックブレーキによってモータ３０を停止させる。ダイナミックブレーキとは、モータ３０の各相コイル３０ｕ，３０ｖ，３０ｗのコイル端子間を短絡することで、当該モータ３０に対して制動力を発生させる制御である。また、このダイナミックブレーキを行うにあたり、モータ３０のコイル端子間を短絡させる制動期間と当該コイル端子間を短絡させない非制動期間とを交互に切替える制御を行うことで、当該モータ３０の制動力を変更可能となっている。

（第１モードのブレーキ制御）
マイコン７３が行う第１モードのブレーキ制御は、中央制御部７１から指令を受けると即座にダイナミックブレーキの制御を開始して、モータ３０を停止させる制御である。なお、マイコン７３が行う第１モードのブレーキ制御におけるモータ３０の制動力とデューティー比は、全てのモータ３０にて同じ値に設定される。ここでいうデューティー比は、上記の制動期間と非制動期間を合わせた期間における制動期間の割合とされる。

（第２モードのブレーキ制御）
マイコン７３が行う第２モードのブレーキ制御は、中央制御部７１から指令を受けると、所定時間Ｔの間はモータ３０の駆動を継続して第１ハンド部３及び第２ハンド部４の軌跡制御を行い、所定時間Ｔの経過後に、ダイナミックブレーキの制御を開始する制御である。第２モードのブレーキ制御における制動力とデューティー比は、全てのモータ３０にて同じ値且つ第１モードと同じ値に設定される。

（ブレーキ制御時の動作）
次に図７〜図９を参照して、ブレーキ制御が行われるときの動作について説明する。図７は、図５の制御装置７０が行うブレーキ制御の第１モードを説明するタイミングチャートである。図８は、図５の制御装置７０が行うブレーキ制御の第２モードを説明するタイミングチャートである。図９は、図５の制御装置７０が行うブレーキ制御でのデューティー比の時間変化を説明するグラフである。
なお、図７及び図８中の「０」は異常検知又はロボット１の動作停止要求がない状態を示し、「１」はその検知又はその要求がある状態を示す。

上述したように、マイコン７３のブレーキ制御では、少なくとも第１モード及び第２モードのブレーキ制御が用意される。マイコン７３は、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａのうちのいずれか１つの異常が検知され、中央制御部７１から指令を受けた場合には、第１モードのブレーキ制御を実行する。

図７に示すように第１モードでは、マイコン７３は、いずれかの関節部の異常が検知されたタイミングに同期して、具体的には、その異常が検知された時刻から通信等による遅延時間程度の時間が経過した時刻に、ブレーキ制御を開始する。このときのブレーキ制御では、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａの各々のモータ３０に与える制動力が同じにされる。このため、略同時刻に、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａの各々のモータ３０は停止する。すなわち、本モードでは、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａのモータ３０は、駆動状態から、異常検知とほぼ同時刻にブレーキ制御（ダイナミックブレーキ）が実行されて、略同時に停止状態となる。

図８に示すように第２モードでは、マイコン７３は、ロボット１の動作停止要求が発生して中央制御部７１から指令を受けると、予め決められたプログラムに従って第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａの各々のモータ３０の動作を所定時間Ｔ継続させた後にブレーキ制御を行う。

このとき、上述したように、第２モード（動作停止要求を受けて行われる場合）のブレーキ制御におけるデューティー比と、第１モード（異常が検知された場合）のブレーキ制御におけるデューティー比は同じ値に制御される。本モードでは、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ及び第３関節部６ａのモータ３０は、駆動状態から、ロボット１の動作停止要求を受けた時点から所定時間Ｔ経過後にブレーキ制御（ダイナミックブレーキ）が実行されて停止状態となる。

ここで、このように第１モード及び第２モードでブレーキ制御される場合、図９に示すように、マイコン７３は、そのデューティー比の経時的変化を、ブレーキ制御開始時点で０％よりも大きい２０％とし、最終的にはデューティー比を１００％まで直線的に上昇（線形上昇）させる。その後、マイコン７３は、デューティー比を１００％の一定値に保持する。本形態では、例えば、デューティー比の１００％までの立ち上がり時間を０．２［ｓ］となるように設定される。
なお、本形態では、デューティー比の１００％までの立ち上がりを、一次関数で規定しているが、これに限定されない。例えば、二次関数などの多次元の関数や、対数関数などの種々の関数で規定してもよい。また、デューティー比を可変としているが、ブレーキ制御開始と同時にデューティー比を所定値（例えば１００％）まで上昇させてそのまま固定としてもよい。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、ロボット１の制御装置７０は、中央制御部７１が、関節部５ａ，６ａ，７ａのいずれか１つにおいて生じた異常を検知すると、モータ３０を停止させるブレーキ制御を、関節部５ａ，６ａ，７ａの各々にて同じタイミングにて実行させる。

この構成によれば、第１ハンド部３及び第２ハンド部４を移動させるための全ての関節部５ａ，６ａ，７ａの回転軸が同時に停止されるため、第１ハンド部３及び第２ハンド部４の軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、いずれかの関節部５ａ，６ａ，７ａに異常が検知された場合でも、ロボット１と周囲装置との不測の衝突を回避することができる。

また、本形態では、各マイコン７３は、ブレーキ制御時において複数の関節部５ａ，６ａ，７ａの各々のモータ３０に与える制動力を同じに制御する。このため、同じ制御量で関節部５ａ，６ａ，７ａの回転軸を停止させるため、第１ハンド部３及び第２ハンド部４の軌跡をより安定化させることができる。

また、本形態では、関節部の異常が検知されたタイミングに同期して、関節部５ａ，６ａ，７ａの各々にてブレーキ制御が開始される。このため、第１ハンド部３及び第２ハンド部４の軌跡を適切に維持しながら迅速に停止して進行中の軌跡を最低限で終了させ、これにより、ロボット１の安全性をより高めることができる。

また、本形態では、ブレーキ制御は、モータ３０のコイル端子間を短絡することで当該モータ３０に対して制動力を発生させるダイナミックブレーキによって当該モータ３０を停止させる制御である。そして、マイコン７３は、モータ３０のコイル端子間を短絡させる制動期間と当該コイル端子間を短絡させない非制動期間とを交互に切替える制御を行って当該モータ３０の制動力を制御し、制動期間と非制動期間を合わせた期間における非制動期間の割合であるデューティー比を、複数の関節部５ａ，６ａ，７ａの各々のモータ３０にて同じ値に制御する。このように、ブレーキ制御時のデューティー比は、複数の関節部５ａ，６ａ，７ａの各々のモータ３０にて同じ値に制御されるので、第１ハンド部３及び第２ハンド部４の軌跡をより安定化させることができる。

また、本形態では、中央制御部７１（制御部）は、ロボット１の動作停止要求を受けた場合には、予め決められたプログラムに従って複数の関節部５ａ，６ａ，７ａの各々のモータ３０の動作を所定時間Ｔ継続させた後に、関節部５ａ，６ａ，７ａの各々のマイコン７３にブレーキ制御を開始させる。また、動作停止要求を受けて行われるブレーキ制御におけるデューティー比と、異常が検知された場合に行われるブレーキ制御におけるデューティー比は同じ値に制御される。このため、動作停止要求を受けて行われるブレーキ制御による停止、及び異常が検知された場合に行われるブレーキ制御の両方で、最低時間で迅速且つ安定的にロボット１を停止させることができる。

また、本形態では、各マイコン７３は、ブレーキ制御時におけるデューティー比を、０％よりも大きい値から１００％まで直線的に上昇させて１００％に保持する。このように、各マイコン７３は、デューティー比を直線的に上昇させるため、制御量の変化を一定にしながらロボット１を迅速且つ安全に停止することができる。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

図１０は、本発明の実施の形態に係る産業用ロボット１の変形例の側面図である。（Ａ）は、変形例の産業用ロボット１の平面図である。（Ｂ）は、（Ａ）の産業用ロボット１の側面図である。（Ｃ）は、変形例の産業用ロボット１のハンド部３Ａが最も本体側にある状態を示す側面図である。

本変形例のロボット１は、第１関節部７ａ、第２関節部５ａ、及び第３関節部６ａと、第１関節部７ａ及び第２関節部５ａにそれぞれ連結される第１アーム部７及び第２アーム部５と、第３関節部６ａに連結されるハンド部３Ａと、を備える。

図１０のロボット１では、第１関節部７ａは本体部１０に設けられている。本体部１０は、第１アーム部７の基端に、第１関節部７ａを介して相対回転可能に連結されている。第１アーム部７の先端は、第２アーム部５の基端に第２関節部５ａを介して相対回転可能に連結されている。第２アーム部５の先端は、ハンド部３Ａの基端に第３関節部６ａを介して相対回転可能に連結されている。図１０のロボット１は、シリアルリンク構造を採用して構成される。

本変形例のロボット１では、第１関節部７ａ及び第２関節部５ａの各々にモータ３０が内蔵されており、これらモータ３０は、上記形態と同様な制御装置７０によって制御される。一方、第３関節部６ａは、モータ３０を内蔵していない。本変形例の産業用ロボット１は、図１の産業用ロボット１と同様に、各モータ３０の回転軸が上下方向に延び、このモータ３０の回転動作によって、この回転軸に垂直な平面に沿う方向にハンド部３Ａを平行移動させることができる。したがって、第１関節部７ａ及び第２関節部５ａのいずれかに異常が検知された場合には、第１関節部７ａ及び第２関節部５ａの各々のモータを第１モードのブレーキ制御によって停止させることで、ハンド部３Ａの軌跡を適切に維持しながら安全に停止して、ロボット１と周囲装置との不測の衝突を回避することができる。

図１及び図１０のロボット１において、モータ３０を停止させるためのブレーキ制御をダイナミックブレーキによって行うものとしたが、これに限らず、例えば機械式ブレーキによってモータ３０を停止させたり、機械式ブレーキとダイナミックブレーキを併用してモータ３０を停止させたりしてもよい。

また、以上の説明では、図５に示すように、中央制御部７１が各関節部での異常の発生や動作停止要求の発生をモニタし、これらが発生した場合には、各関節部のマイコン７３にブレーキ制御を開始させるよう指令する構成としている。この変形例として、第１モータ制御部７２ａ、第２モータ制御部７２ｂ、及び第３モータ制御部７２ｃが相互に通信可能な構成とし、第１モータ制御部７２ａ、第２モータ制御部７２ｂ、及び第３モータ制御部７２ｃのいずれかのマイコン７３に、中央制御部７１と同等の機能を持たせてもよい。

１ ロボット
３ 第１ハンド部
４ 第２ハンド部
５ 第２アーム部
５ａ 第２関節部
６ 第３アーム部
６ａ 第３関節部
７ 第１アーム部
７ａ 第１関節部
３０ モータ
３０ｕ、３０ｖ、３０ｗ 相コイル
７０ 制御装置
７１ 中央制御部
７２ａ 第１モータ制御部
７２ｂ 第２モータ制御部
７２ｃ 第３モータ制御部
７３ マイコン
７４ 駆動回路
ＴＲ１−ＴＲ６ トランジスタ
７５ 電源
７６ エンコーダ
Ｔ 所定時間

Claims (9)

1. 第一方向に延びる回転軸の回りに回転するモータをそれぞれ含む複数の関節部と、アーム部と、ハンド部と、を有し、前記複数の関節部の各々に含まれる前記モータの回転によって、前記回転軸に垂直な面に沿った方向に前記ハンド部を移動させるロボットの制御装置であって、
   前記関節部において生じた異常を検知する異常検知部と、
   前記複数の関節部のうちのいずれか１つにおける前記異常が検知された場合には、前記モータに制動力を与えて当該モータの回転を停止させるブレーキ制御を、前記複数の関節部の各々にて同じタイミングで実行させる制御部と、を備えるロボットの制御装置。
2. 請求項１記載のロボットの制御装置であって、
   前記ブレーキ制御時において前記複数の関節部の各々の前記モータに与える制動力は同じに制御されるロボットの制御装置。
3. 請求項１又は２記載のロボットの制御装置であって、
   前記制御部は、前記ブレーキ制御を実行させるタイミングを、前記異常が検知されたタイミングに同期させるロボットの制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載のロボットの制御装置であって、
   前記ブレーキ制御は、前記モータのコイル端子間を短絡することで当該モータに対して制動力を発生させるダイナミックブレーキによって当該モータを停止させる制御であり、かつ、前記モータの前記コイル端子間を短絡させる制動期間と当該コイル端子間を短絡させない非制動期間とを交互に切替える制御を行って当該モータの制動力を変更可能な制御であり、
   前記制動期間と前記非制動期間を合わせた期間における前記制動期間の割合であるデューティー比を、前記複数の関節部の各々のモータにて同じ値に制御するロボットの制御装置。
5. 請求項４記載のロボットの制御装置であって、
   前記制御部は、前記ロボットの動作停止要求を受けた場合には、予め決められたプログラムに従って前記複数の関節部の各々の前記モータの動作を所定時間継続させた後に、前記複数の関節部の各々に同じタイミングにて前記ブレーキ制御を開始させ、
   前記動作停止要求を受けて行われる前記ブレーキ制御における前記デューティー比と、前記異常が検知された場合に行われる前記ブレーキ制御における前記デューティー比は同じ値に制御されるロボットの制御装置。
6. 請求項４又は５記載のロボットの制御装置であって、
   前記ブレーキ制御時における前記デューティー比を、０％よりも大きい値から１００％まで直線的に上昇させて１００％に保持するロボットの制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項記載のロボットの制御装置と、
   前記複数の関節部と、
   前記アーム部と、
   前記ハンド部と、を備えるロボット。
8. 第一方向に延びる回転軸の回りに回転するモータをそれぞれ含む複数の関節部と、アーム部と、ハンド部と、を有し、前記複数の関節部の各々に含まれる前記モータの回転によって、前記回転軸に垂直な面に沿った方向に前記ハンド部を移動させるロボットの制御方法であって、
   前記関節部において生じた異常を検知する異常検知ステップと、
   前記複数の関節部のうちのいずれか１つにおける前記異常が検知された場合に、前記モータに制動力を与えて当該モータの回転を停止させるブレーキ制御を、前記複数の関節部の各々にて同じタイミングで実行させる制御ステップと、を備えるロボットの制御方法。
9. 第一方向に延びる回転軸の回りに回転するモータをそれぞれ含む複数の関節部と、アーム部と、ハンド部と、を有し、前記複数の関節部の各々に含まれる前記モータの回転によって、前記回転軸に垂直な面に沿った方向に前記ハンド部を移動させるロボットの制御プログラムであって、
   前記関節部において生じた異常を検知する異常検知ステップと、
   前記複数の関節部のうちのいずれか１つにおける前記異常が検知された場合に、前記モータに制動力を与えて当該モータの回転を停止させるブレーキ制御を、前記複数の関節部の各々にて同じタイミングで実行させる制御ステップと、をコンピュータに実行させるためのロボットの制御プログラム。

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