JP2021125942A - モータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出時の異常発生時にモータを非常停止させることによるアームの不適切な動作の発生を回避する。【解決手段】位置指令値と、モータ２２に搭載されたエンコーダ３０から発信される位置検出値とに基づいて、モータ２２を検出位置フィードバック制御によって駆動するステップ（セレクター２５、３２、３４にて０を選択）と、位置検出値の異常の有無を検出するステップ（エンコーダ通信異常判定部３８）とを具備し、且つ、駆動中のモータ２２に流れる電流を検出するステップ（電流検出部３１）と、位置検出値の異常が検出された場合に、モータ２２の制御方式を、検出位置フィードバック制御から、三相電流検出値に基づいてモータ２２の回転位置を推定した結果（位置推定値）に基づいてモータ２２を駆動するセンサレスベクトル制御（セレクター２５、３２、３４にて１を選択）に切り換えるステップとを具備する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボットに関する。

従来、回転位置指令信号と、モータに搭載された回転位置検出器から発信される回転位置信号とに基づいて、モータをフィードバック制御によって駆動するステップと、回転位置信号の異常の有無を検出するステップとを具備するモータ制御方法が知られている。

例えば、特許文献１に記載のモータ制御方法では、次のようにしてモータを駆動する。即ち、モータに搭載された回転位置検出器としてのエンコーダから出力される検出位置情報（回転位置信号）と、コントローラから出力される指令位置情報（回転位置指令信号）とに基づくフィードバック制御によってモータを駆動する。モータの駆動中には、指令位置情報（回転位置指令信号）と検出位置情報（回転位置信号）との差について所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上である場合には、エンコーダの異常を検出したものとして、駆動用電源を遮断してモータを非常停止させる。特許文献１によれば、かかるモータ制御方法によれば、エンコーダの異常が発生した場合にモータを非常停止して、モータを駆動源とするロボットの動作を停止することができるとされる。

ＷＯ２０１８−０７９０７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のモータ制御方法では、エンコーダの故障や通信線の断線などによって検出位置情報に異常が発生したときにモータを非常停止させると、モータを駆動源とするロボットに不適切な動作をさせてしまうおそれがある。具体的には、アーム全体を第１モータの駆動によって鉛直方向を軸にして回転させながら、アームの肘を第２モータの駆動によって曲げ伸ばしすることで、アームの手先を所定の軌道に沿わせて移動させるロボットが知られている。かかる構成のロボットにおいて、例えば第２モータの回転位置を検出するエンコーダから出力される回転位置情報（回転位置信号）に異常が発生したことに基づいて第１モータ及び第２モータの駆動を非常停止させたとする。すると、アームの手先を、所定の軌道から逸れた位置に移動させて周辺の機器や構造物にぶつけてしまうおそれがある。アームの手先が所定の軌道から逸れた位置に移動してしまうのは、次に説明する理由による。即ち、第１モータと第２モータとが互いに異なる駆動量で回転することで、アームの手先が所定の軌道に沿って移動する場合に、２つのモータが同時に停止すると、駆動量のバランスが崩れてアームの手先が所定の軌道から逸れてしまうのである。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のようなモータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボットを提供することである。即ち、回転位置信号の異常発生時にモータを非常停止させることによる被操作体（例えば産業用ロボットのアーム）の不適切な動作の発生を回避することができるモータ制御方法等である。

本願の第１発明は、回転位置指令信号と、モータに搭載された回転位置検出器から発信される回転位置信号とに基づいて、前記モータをフィードバック制御によって駆動するステップと、前記回転位置信号の異常の有無を検出するステップとを具備するモータ制御方法において、駆動中の前記モータに流れる電流を検出するステップと、前記回転位置信号の異常が検出された場合に、前記モータの制御方式を、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御から、前記電流の検出結果に基づいて前記モータの回転位置を推定した結果に基づいて前記モータを駆動するセンサレスベクトル制御に切り換えるステップとを具備することを特徴とするものである。

本願の第２発明は、モータの駆動を制御するモータ駆動装置であって、第１発明のモータ制御方法によって前記モータの駆動を制御することを特徴とするものである。

本願の第３発明は、複数のモータの駆動を個別に制御して産業用ロボットのアームの位置を変化させる産業用ロボットの制御方法であって、複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、第１発明のモータ制御方法によって制御することを特徴とするものである。

本願の第４発明は、複数のモータの駆動を個別に制御してアームの位置を変化させる産業用ロボットであって、複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、第２発明のモータ駆動装置によって制御することを特徴とするものである。

これらの発明によれば、回転位置信号の異常発生時にモータを非常停止させることによる被操作体の不適切な動作の発生を回避することができるという優れた効果を奏する。

実施形態に係る産業用ロボットを示す斜視図である。 同産業用ロボットを示す平面図である。 同産業用ロボットに搭載されたモータ駆動装置の制御構成を、モータ等とともに示すブロック線図である。 同モータ駆動装置の制御モード選択部によって実行されるモード値選択処理の処理フローを示すフローチャートである。 同モータ駆動装置のオープンループ制御電気角生成部の制御構成を示すブロック線図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータ制御方法を用いるモータ駆動装置及び産業用ロボットの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造、並びに、各構造における縮尺及び数、などを異ならせる場合がある。

まず、実施形態に係る産業用ロボットの基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る産業用ロボット１を示す斜視図である。図２は、産業用ロボット１を示す平面図である。産業用ロボット１は、ガラス基板を搬送するためのロボットであり、アーム２、架台３、及び昇降部４を備える。昇降部４は、架台３に保持され、不図示の昇降モータの駆動によって上下方向（図１の矢印方向）に昇降する。アーム２は、ガラス基板を載せる手部２Ａ、前腕部２Ｂ、及び上腕部２Ｃを備え、昇降部４によって保持される。

上腕部２Ｃにおける昇降部４との接続部である肩関節２Ｄは、第１モータ２２Ａの駆動によって水平方向に沿って回動することが可能である。具体的には、第１モータ２２Ａの回転駆動力が第１ベルト２Ｅを介して肩関節２Ｄに伝達されることで、肩関節２Ｄが水平方向に回動する。また、上腕部２Ｃと前腕部２Ｂとの接続部である肘関節２Ｆは、第２モータ２２Ｂの駆動によって水平方向に沿って回動することが可能である。具体的には、第２モータ２２Ｂの回転駆動力が第２ベルト２Ｇを介して肘関節２Ｆに伝達されることで、肘関節２Ｆが水平方向に回動する。また、前腕部２Ｂと手部２Ａとの接続部である手首関節は、第２モータ２２Ｂの駆動力をベルトを介して受けることで、水平方向に沿って回動することが可能である。

産業用ロボット１において、手部２Ａを図２の一点鎖線で示される軌道に沿って矢印方向に真っ直ぐに移動させるためには、肩関節２Ｄと肘関節２Ｆとの角度を１対２の割合にして両関節を回転させる必要がある。そのためには、第１モータ２２Ａと第２モータ２２Ｂとを互いに異なる駆動量で駆動する必要がある。第１モータ２２Ａ、第２モータ２２Ｂのそれぞれの回転位置を制御せずに両モータを停止させた場合、両モータの駆動量のバランスを崩して手部２Ａを一点鎖線で示される軌道から逸れた位置で停止させてしまう。すると、手部２Ａを周囲の構造物や装置にぶつけてしまうおそれがある。

次に、実施形態に係るモータ制御方法を用いるモータ駆動装置について説明する。
図３は、実施形態に係る産業用ロボット１に搭載されたモータ駆動装置２０の制御構成を、モータ３２等とともに示すブロック線図である。なお、産業用ロボット１は、図３に示されるモータ駆動装置２０として、アーム２の肩関節２Ｄを回動させるためのモータ駆動装置２０、アーム２の肘関節２Ｆ、及び手首関節を回動させるためのモータ駆動装置２０、及び昇降部４を昇降させるためのモータ駆動装置２０の３つを備える。

３つのモータ駆動装置２０のそれぞれは、モータ２２の駆動の制御方式として、検出位置フィードバック制御、センサレスベクトル制御、及びオープンループ制御の３つを切り換えて実行することができる。

産業用ロボット１は、３つのモータ駆動装置２０に指令を送る上位コントローラ１００を備える。上位コントローラ１００は、記憶媒体に記憶している制御プログラムに基づいて、３つのモータ駆動装置２０のそれぞれに対して位置指令値（位置指令信号）を送信する。３つのモータ駆動装置２０のそれぞれは、上位コントローラ１００から送られてくる位置指令値に対応する回転位置までモータ２２のロータを回転させる制御を実行する。この制御により、産業用ロボット１のアーム２が前述の制御プログラムに基づいた動作を行う。

３つのモータ駆動装置２０の構成は互いに同様である。よって、以下、３つのモータ駆動装置２０のうち、１つだけについて、構成を詳細に説明する。

モータ駆動装置２０は、制御モード選択部２１、位置速度制御部２３、ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４、第１セレクター２５、電流制御部２６、ＤＱ逆変換部２７、ＰＷＭ制御部２８、及びインバータ２９を備える。モータ駆動装置２０によって駆動されるモータ２２は、上述の第１モータ２２Ａ、第２モータ２２Ｂ、又は第３モータである。モータ駆動装置２０は、電流検出部３１、第２セレクター３２、ベクトル制御電気角生成部３３、第３セレクター３４、位置推定部３５、及びオープンループ制御電気角生成部３６を備える。また、モータ駆動装置２０は、オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７、エンコーダ通信異常判定部３８、及びＤＱ変換部３９を備える。モータユニットは、モータ２２及びロータリーエンコーダ３０を備える。

上位コントローラ１００から出力される位置指令値は、モータ駆動装置２０の位置速度制御部２３、及びオープンループ制御電気角生成部３６に入力される。

産業用ロボット１のアーム２における旋回動作（肩関節２Ｄの回動）、関節曲げ伸ばし動作（肩関節２Ｄ、肘関節２Ｆ、及び手首関節の回動）、又は昇降動作の駆動源であるモータ２２は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流のＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータからなる。モータ２２に搭載された回転位置検出器としてのロータリーエンコーダ３０は、周知の技術によってモータ２２のロータの回転位置を検出し、検出結果の情報を位置検出値（回転位置信号）として出力する。出力された位置検出値は、エンコーダ通信異常判定部３８、制御モード選択部２１に入力される。また、位置検出値は、第２セレクター３２を介して位置速度制御部２３にも入力される。

なお、以下、モータ２２のロータの回転を、モータ２２の回転と表現する場合がある。

エンコーダ通信異常判定部３８は、ロータリーエンコーダ３０から送られてくる位置検出値について異常の有無を検出し、異常を検出した場合には異常発生信号を制御モード選択部２１、及び上位コントローラ１００に送信する。エンコーダ通信異常判定部３８によって位置検出値の異常を検出する方法の１例として、位置検出値の時間変化量が所定の閾値を超えた場合（あるいは閾値以上である場合）に、異常として検出する方法が挙げられる。但し、この方法に限られるものではない。また、位置検出値の異常を検出する方法として、ロータリーエンコーダ３０の異常を位置検出値の異常として検出する方法を採用してもよい。

制御モード選択部２１は、ロータリーエンコーダ３０から送られてくる位置検出値の単位時間あたりにおける変化量に基づいてモータ２２の角速度を算出し、算出結果と、位置検出値の異常の有無とに基づいて制御モード値を選択して出力する。

図４は、制御モード選択部２１によって実行されるモード値選択処理の処理フローを示すフローチャートである。モード値選択処理では、まず、エンコーダ通信異常判定部３８から必要に応じて発信される異常発生信号について、受信したか否かが判定される（Ｓ（ステップ）１）。そして、異常発生信号が受信されない場合には（Ｓ１にてＮ）、制御モード値として「０」が選択されて制御モード選択部２１から出力される（Ｓ２）。その後、処理フローがＳ１に戻される。

一方、異常発生信号が受信された場合には（Ｓ１にてＹ）、次に、モータ２２の角速度について、所定値以上であるか否か（あるいは所定値を超えるか否か）が判定される（Ｓ３）。そして、角速度が所定値以上である場合には（Ｓ３にてＹ）、制御モード値として「１」が選択されて制御モード選択部２１から出力される（Ｓ４）。一方、所定値以上でない場合（あるいは所定値を超えない場合）には（Ｓ３にてＮ）、制御モード値として「２」が選択されて制御モード選択部２１から出力される。

以上のようにして、制御モード値選択処理では、位置検出値の異常が発生していない場合には制御モード値として「０」が選択される。また、位置検出値の異常が発生し且つ角速度が所定値以上である場合には制御モード値として「１」が選択され、位置検出値の異常が発生し且つ角速度が所定値以上でない場合には制御モード値として「２」が選択される。

なお、前述の所定値は、例えばモータ２２の定格角速度の１０〔％〕である。

上位コントローラ１００は、モータ駆動装置２０から異常発生信号が送られてくると、３つのモータ駆動装置２０に送信する位置指令値を、アーム２を所定の軌道上で移動させながらアーム２及びモータ２２を減速停止させるパターンで変化させる。これにより、アーム２は、所定の軌道上で停止する。

図３において、制御モード選択部２１から出力される制御モード値は、第１セレクター２５、第２セレクター３２、及び第３セレクター３４（以下、これらをまとめて３つのセレクター（２５、３２、３４）とも言う）のそれぞれに入力される。３つのセレクター（２５、３２、３４）のそれぞれは、０番入力端子、１番入力端子、及び２番入力端子を備え、制御モード選択部２１から送られてくる制御モード値に基づいて、出力信号を切り換える。具体的には、３つのセレクター（２５、３２、３４）のそれぞれは、制御モード値が「０」である場合には０番入力端子に入力される信号を出力し、「１」である場合には１番入力端子に入力される信号を出力し、「２」である場合には２番入力端子に入力される信号を出力する。

かかる構成の３つのセレクター（２５、３２、３４）のそれぞれからは、次のような信号が出力される。即ち、位置検出値の異常が発生していない場合（制御モード値＝０）には、モータ２２を、位置検出値によって示される位置から、位置指令値によって示される位置まで回転させる検出位置フィードバック制御を実行するための信号が出力される。また、位置検出値の異常が発生し、且つモータ２２の角速度が所定値以上（あるいは所定値を超える）である場合（制御モード値＝１）には、後述のセンサレスベクトル制御によってモータ２２を駆動するための信号が出力される。また、位置検出値の異常が発生し、且つモータ２２の角速度が所定値未満（あるいは所定値以下）である場合（制御モード値＝２）には、後述のオープンループ制御によってモータ２２を駆動するための信号が出力される。

上述の３つの制御方式のうち、まず、検出位置フィードバック制御について説明する。
ロータリーエンコーダ３０から出力される位置検出値の異常がない場合には、モータ駆動装置２０が検出位置フィードバック制御によってモータ２２を駆動する。具体的には、位置検出値の異常がない場合には、第２セレクター３２から位置検出値が出力され、位置フィードバック値として位置速度制御部２３、及びベクトル制御電気角生成部３３に入力される。位置速度制御部２３は、モータ２２を位置フィードバック値によって示される位置から位置指令値によって示される位置まで回転させるのに必要なトルク値を算出してベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４に出力する。また、ベクトル制御電気角生成部３３は、位置フィードバック値に基づいて電気角を生成する。この電気角は、第３セレクター３４を介してＤＱ変換部３９に入力される。

ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４は、入力されたトルク値と同じトルクを発生させるのに必要なＤ軸電流、及びＱ軸電流をモータ２２内で発生させるためのＤ軸電流指令値、及びＱ軸電流指令値（以下、これらをＤＱ軸電流指令値とも言う）を生成する。Ｄ軸電流は、モータ２２に流れる電流のうちの永久磁石の磁束に平行な成分である。また、Ｑ軸電流は、モータ２２に流れる電流のうちの永久磁石の磁束に直交する成分である。

ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４から出力されるＤＱ軸電流指令値は、第１セレクター２５の０番入力端子、及び１番入力端子に入力される。検出位置フィードバック制御が実行される場合（制御モード値＝０）、及びセンサレスベクトル制御が実行される場合（制御モード値＝１）には、ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４によって生成されたＤＱ軸電流指令値が第１セレクター２５から出力される。このＤＱ軸電流指令値は、電流制御部２６に入力される。

ＤＱ変換部３９は、第３セレクター３４から送られてくる電気角に基づいてＤ軸電流フィードバック値、及びＱ軸電流フィードバック値（以下、ＤＱ軸電流フィードバック値とも言う）を生成して電流制御部２６に出力する。なお、後述のセンサレスベクトル制御時においては、ＤＱ変換部３９が、第３セレクター３４から送られてくる電気角と、電流検出部３１から送られてくる三相電流検出値とに基づいてＤＱ軸電流フィードバック値を生成する。

電流制御部２６は、第１セレクター２５から送られてくるＤＱ軸電流指令値と、ＤＱ変換部３９から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値とに基づいて、ＤＱ軸電圧指令値を生成してＤＱ逆変換部２７に出力する。

ＤＱ逆変換部２７は、第３セレクター３４から送られてくる電気角と、電流制御部２６から送られてくるＤＱ軸電圧指令値とに基づいて、要求されるＤ軸電流、及びＱ軸電流をモータ２２内に発生させるためのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値（以下、三相電圧指令値とも言う）を生成して出力する。ＤＱ逆変換部２７から出力される三相電圧指令値は、ＰＷＭ制御部２８に入力される。ＰＷＭ制御部２８は、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、Ｗ相電圧指令値によって示されるＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧をインバータ２９から出力させるためのＰＷＭ信号からなるＵ相ゲート信号、Ｖ相ゲート信号、Ｗ相ゲート信号を出力する。インバータ２９は、Ｕ相ゲート信号、Ｖ相ゲート信号、Ｗ相ゲート信号に基づくＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧をモータ２２に供給して、モータ２２を回転させる。

電流検出部３１は、インバータ２９からモータ２２に流れるＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流（以下、これらを三相電流とも言う）を検出し、検出結果をＵ相電流検出値、Ｖ相電流検出値、Ｗ相電流検出値（以下、三相電流検出値とも言う）として出力する。なお、三相の電流値を検出することに代えて、三相のうち、二相の電流値だけを検出し、残りの一相の電流値については、二相の電流値の検出結果に基づいて算出してもよい。

ロータリーエンコーダ３０から出力される位置検出値の異常がない場合には、以上のような検出位置フィードバック制御によってモータ２２が駆動される。

次に、センサレスベクトル制御について説明する。センサレスベクトル制御が実行される場合、即ち、位置検出値の異常があり、且つ異常発生直前のモータ２２の角速度が所定値以上である（あるいは所定値を超える）場合（制御モード値＝１）には、以下のようにしてモータ２２が駆動される。即ち、電流検出部３１から出力される三相電流検出値は、ＤＱ変換部３９に入力される。ＤＱ変換部３９は、三相電流検出値と、第３セレクター３４から送られてくる電気角とに基づいて、ＤＱ軸電流フィードバック値を生成して出力する。出力されたＤＱ軸電流フィードバック値は、電流制御部２６、及び位置推定部３５に入力される。

電流制御部２６は、第１セレクター２５から送られてくるＤＱ軸電流指令値と、ＤＱ変換部から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値とに基づいて、ＤＱ軸電圧指令値を生成して出力する。位置推定部３５は、電流制御部２６から送られてくるＤＱ軸電圧指令値と、ＤＱ変換部３９から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値とに基づいて、モータ２２の回転位置を推定する。

位置推定部３５は、ＤＱ変換部３９から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値と、電流制御部２６から送られてくるＤＱ軸電圧指令値とに基づいて、位置推定値と、電気角推定値とを求める。そして、位置推定部３５は、位置推定値を第２セレクター３２の１番入力端子に出力し、且つ電気角推定値を第３セレクターの１番入力端子に出力する。

位置推定部３５から出力される位置推定値は、第２セレクター３２を介して、位置フィードバック値として位置速度制御部２３に入力される。位置速度制御部２３は、位置フィードバック値として位置推定値を用いる点の他は検出位置フィードバック制御と同様にしてトルク指令値を出力する。このトルク指令値に基づくＵ相ゲート信号、Ｖ相ゲート信号、Ｗ相ゲート信号としてインバータ―２９に入力されるまでの処理は、検出位置フィードバック制御と同様である。つまり、センサレスベクトル制御では、位置検出値の代わりに、モータ２２内で発生する誘起電圧に基づく位置推定値を位置フィードバック値として位置速度制御部２３にフィードバックする点の他は、検出位置フィードバック制御と同様の処理が行われる。

なお、モータ駆動装置２０は、センサレスベクトル制御において、検出位置フィードバック制御に比べて位置速度制御の制御ループゲインを低下させる。制御ループゲインを低下させる方法の１例として、上位コントローラ１００の指令によって制御ループゲインを低下させる方法が挙げられる。アーム２の軌道を精度良く維持するためには、位置検出値の異常が発生したモータ駆動装置２０だけでなく、他のモータ駆動装置２０の位置速度制御の制御ループゲインも低下させることが望ましい。上位コントローラ１００の指令によれば、全てのモータ駆動装置２０における位置速度制御の制御ループゲインを適切に低下させることが可能である。

モータ駆動装置２０の位置速度制御の制御ループゲインを低下させる他の１例として、位置検出値の異常を引き起こしたモータ駆動装置２０の処理によって、そのモータ駆動装置２０の位置速度制御の制御ループゲインだけ低下させる方法が挙げられる。この方法の処理の１例としては、Ｐ−ＰＩ制御によって位置と速度とを制御する構成において、速度ループゲイン、位置ループゲイン、及び速度ループ積分ゲインのそれぞれを低下させる方法が挙げられる。また、他の１例として、例えば特開２００２−２２９６０４号公報に記載のようなＲＰＰ制御によって位置と速度とを制御する構成において、ω_２ゲイン、ω_１ゲイン、ω_ｑゲインを低下させる方法が挙げられる。また、更なる他の一例として、ＲＰＰ制御によって位置と速度とを制御する構成において、イナーシャノミナル設定値を低下させる方法が挙げられる。イナーシャノミナル設定値を低下させることで、ω_２ゲイン、ω_１ゲインを近似的に低下させることが可能である。この方法によれば、制御ループゲインを低下させるための専用のプログラムを構築することなく、制御ループゲインを適切に低下させることができる。

次に、オープンループ制御について説明する。オープンループ制御が実行される場合、即ち、位置検出値の異常があり、且つモータ２２の角速度が所定値未満である（あるいは所定値以下である）場合（制御モード値＝２）には、以下のようにしてモータ２２が駆動される。即ち、オープンループ制御電気角生成部３６は、上位コントローラ１００から送られてくる位置指令値に基づいてモータ２２の磁極を引き付ける回転位置（以下、強制同期位置指令値と言う）を算出してオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７に出力する。また、位置指令値に基づいて電気角を算出して第３セレクター３４に出力する。

図５は、オープンループ制御電気角生成部３６の回路構成を示すブロック線図である。オープンループ制御電気角生成部３６は、制御器３６ａと、機械系のモデル３６ｂと、電気角算出部３６ｃとを備える。制御器３６ａは、図３の位置速度制御部２３と同様の構成の位置速度制御部を備え、上位コントローラ１００から送られてくる位置指令値に基づいてトルク指令値を生成して出力する。

機械系のモデル３６ｂは、モータのモデルと、モータに対する負荷のモデルとを備える。また、図５では便宜上、図示が省略されているが、機械系のモデル３６ｂは、インバータのモデルと、ロータリーエンコーダのモデルと、電流検出部のモデルとを備える。これらモデルは、実際の産業用ロボット１を用いた実験に基づいて構築されたモデルであり、トルク指令値が変化前の値から変化後の値に変化した場合に、モータ２２の回転位置がどのように変化するのかをシミュレーションするアルゴリズムを備える。機械系のモデル３６ｂは、制御器３６ａから送られてくるトルク指令値をアルゴリズムに代入することで、モータ２２の回転位置を位置シミュレーション値として生成して出力する。出力された位置シミュレーション値は、制御器３６ａに入力される。また、位置シミュレーション値は、図３のオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７に強制同期位置指令値として入力される。また、位置シミュレーション値は、電気角算出部３６ｃに入力される。電気角算出部３６ｃは、位置シミュレーション値に基づいて電気角推定値を算出し、算出結果を、図３の第３セレクター４を介してＤＱ変換部３９、及びＤＱ逆変換部２７に出力する。

＜構成１＞
（１）以上の構成の産業用ロボット１に用いられるモータ制御方法の構成１は、位置指令値（回転位置指令信号）と、モータ２２に搭載されたロータリーエンコーダ３０（回転位置検出器）から発信される位置検出値（回転位置信号）とに基づいて、モータ２２を検出位置フィードバック制御によって駆動するステップを具備する。このステップは、位置速度制御部２３、ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４、ベクトル制御電気角生成３３、ＤＱ変換部３９、電流制御部２６、ＤＱ逆変換部２７、ＰＷＭ制御部２８、インバータ２９、及びロータリーエンコーダ３０などによる処理によって実現される。また、構成１は、回転位置信号の異常の有無を検出するステップ（エンコーダ通信異常判定部３８）と、駆動中のモータ２２に流れる三相電流を検出するステップ（電流検出部３１）とを具備する。また、構成１は、位置検出値の異常が検出された場合に、モータ２２の制御方式を、検出位置フィードバック制御から、三相電流検出値に基づいてモータ２２の回転位置を推定した結果に基づいてモータ２２を駆動するセンサレスベクトル制御に切り換えるステップ（図４のＳ３にてＹ→Ｓ４）を具備する。

＜構成１の作用効果＞
構成１においては、位置検出値に異常が発生した場合に、センサレスベクトル制御により、モータ２２に流れる三相電流検出値に基づいてモータ２２の回転位置を推定し、推定結果（位置推定値）に基づいてモータ２２の回転動作を適切に制御する。このとき、上位コントローラ１００から、産業用ロボット１のアーム２を適切な軌道に沿って減速停止させる信号パターンで送られてくる位置指令値（回転位置指令信号）に従ってモータ２２を減速させる。これにより、位置検出値の異常発生時にモータ２２を非常停止させることによるアーム２の不適切な動作の発生を回避することができる。よって、構成１によれば、アーム２を産業用ロボット１の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。

＜構成２＞
構成２は、位置指令値と、モータ２２に搭載されたロータリーエンコーダ３０から発信される位置検出値とに基づいて、モータ２２を検出位置フィードバック制御によって駆動するステップを具備する。また、構成２は、位置検出値の異常の有無を検出するステップと、位置検出値の異常が検出された場合に、モータ２２の制御方式を、検出位置フィードバック制御から、電流引込法によるオープンループ制御に切り換えるステップ（図４のＳ３にてＮ→Ｓ５）とを具備する。

＜構成２の作用効果＞
構成２においては、位置検出値に異常が発生した場合に、電流引込法によるオープンループ制御によってモータ２２の回転動作を適切に制御する。このとき、上位コントローラ１００から、アーム２を適切な軌道に沿って減速停止させる信号パターンで送られてくる位置指令値に従ってモータ２２を減速停止させる。これにより、位置検出値の異常発生時にモータ２２を非常停止させることによるアーム２の不適切な動作の発生を回避することができる。よって、構成２によれば、アーム２を産業用ロボット１の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。

なお、位置検出値の異常発生時において、アーム２（被操作体）の動作を停止させるために上位コントローラ１００から送られてくる位置指令値の変化パターンは、モータ２２の駆動を単純に減速停止させるパターンに限られない。アーム２の構造によっては、モータ２２を減速停止させた直後に、モータ２２を逆回転させて逆方向の加速と減速とを順に行うことで、アーム２を適切な軌道に沿って停止させることが可能な場合もあり得る。

＜構成３＞
構成３は、構成１に加えて、次の構成要素を備える。即ち、位置検出値の異常が検出された場合に、所定の高速角速度領域（所定値以上）では、センサレスベクトル制御によってモータ２２を駆動する（図４のＳ３にてＹ→Ｓ４）。また、高速角速度領域よりも低い低速角速度領域（所定値未満）では、電流引込法によるオープンループ制御によってモータを駆動する（図４のＳ３にてＮ→Ｓ５）。

＜構成３の作用効果＞
構成３において、モータ２２が比較的高い速度で回転しているときには、センサレスベクトル制御により、モータ２２内で良好に発生する誘起電圧を推定し、推定された誘起電圧からモータ２２の回転位置を推定し、推定結果に基づいてモータ２２を駆動する。これにより、モータ２２の回転動作を適切に制御する。センサレスベクトル制御により、モータ２２内で十分な誘起電圧を発生させなくなる程度までモータ２２の角速度を低下させると、モータ２２の駆動制御を、センサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り替え、電流引込法によってモータ２２の回転動作を適切に制御する。これらの制御により、モータ２２が比較的高い速度で回転しているときに位置検出値に異常が発生した場合に、センサレスベクトル制御とオープンループ制御とを順に実施して、モータ２２の回転動作を適切に制御しながらモータ２２を徐々に減速して停止させることができる。

なお、モータ２２が比較的低い速度で回転しているときに位置検出値に異常が発生した場合には、センサレスベクトル制御は実行されず、オープンループ制御だけによってモータ２２が減速停止される。

また、位置検出値の異常発生時において、アーム２の動作を停止させるために上位コントローラ１００から送られてくる位置指令値の変化パターンは、モータ２２の駆動を単純に減速停止させるパターンに限られない。アーム２の構造によっては、次のようなパターンにより、アーム２を適切な軌道に沿って減速停止させることが可能な場合もあり得る。即ち、まず、センサレスベクトル制御とオープンループ制御とによってモータ２２の駆動を停止させる。その直後に、オープンループ制御によってモータ２２を逆回転させた後、センサレスベクトル制御によって逆方向への加速と減速とを行ってから、オープンループ制御によってモータを減速停止させる、というパターンである。

＜構成４＞
構成４は、構成１又は３に加えて、センサレスベクトル制御では、検出位置フィードバック制御に比べて、位置速度制御の制御ループゲインを低下させる構成を具備する。

＜構成４の作用効果＞
構成４によれば、次に説明する理由により、センサレスベクトル制御によってモータを駆動するときのモータ２２の振動を抑えることができる。即ち、検出位置フィードバック制御における位置速度制御ループは、位置指令値と位置検出値とに基づくトルク指令値（トルク指令信号）が位置速度制御部２３から出力されてから、トルク指令値に応答したモータ２２の位置検出値が位置速度制御部２３に届くまでのループである。また、センサレスベクトル制御における位置速度制御ループは、位置指令値と位置検出値とに基づくトルク指令値が位置速度制御部２３から出力されてから、トルク指令値に応答したモータ２２の位置推定値の信号が位置速度制御部２３に届くまでのループである。センサレスベクトル制御において、回転位置の推定の精度が良くない場合には、位置速度制御ループの周波数応答特性が、検出位置フィードバック制御の位置速度制御ループの周波数応答特性とは異なることに起因して、モータ２２の振動が発生してしまう。構成４では、センサレスベクトル制御において位置速度制御ループの開ループのゲインを検出位置フィードバック制御に比べて下げることで、位置速度制御ループの周波数応答特性が異なることによるモータ２２の振動を抑えることができる。

＜構成５＞
構成５は、モータ２２の駆動を制御するモータ駆動装置２０であって、構成１乃至４の何れかのモータ制御方法によってモータ２２の駆動を制御するものである。

＜構成５の作用効果＞
構成５によれば、構成１乃至４の何れかのモータ制御方法によってモータ２２の回転を停止させることで、モータ２２を非常停止させることによるアームの不適切な動作の発生を回避することができる。よって、アーム２を産業用ロボット１の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。

＜構成６＞
構成６は、複数のモータ２２の駆動を個別に制御して産業用ロボット１のアーム２の位置を変化させる産業用ロボット１の制御方法であって、複数のモータ２２におけるそれぞれの駆動を、構成１乃至４の何れかのモータ制御方法によって制御するものである。

＜構成７＞
構成７は、複数のモータ２２の駆動を個別に制御してアーム２の位置を変化させる産業用ロボット１であって、複数のモータ２２におけるそれぞれの駆動を、構成５のモータ駆動装置２０によって制御するものである。

＜構成６、７の作用効果＞
構成６、７においては、アーム２の駆動源となる複数のモータ２２のうち、位置検出値の異常が発生したモータ２２の回転動作をセンサレスベクトル制御又はオープンループ制御によって適切に制御しつつ、他のモータ２２の回転動作を検出位置フィードバック制御によって適切に制御して、全てのモータ２２の回転を適切に停止させる。かかる構成によれば、複数のモータ２２のうち、少なくとも何れか１つのモータ２２において位置検出値の異常が発生したときに、全てのモータ２２を非常停止させることによるアーム２の不適切な動作の発生を回避することができる。よって、アーム２を産業用ロボット１の周辺の機器や構造物に衝突させることなく、目標の軌道に沿って移動させながら減速、停止させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。実施形態は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１：産業用ロボット、 ２：アーム、 ２０：モータ駆動装置、 ２１：制御モード選択部、 ２２：モータ、 ２３：位置速度制御部、 ２４：ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部、 ２５：第１セレクター、 ２６：電流制御部、 ２７：ＤＱ逆変換部、 ２８；ＰＷＭ制御部、 ２９：インバータ、 ３０：ロータリーエンコーダ（回転位置検出器）、 ３１：電流検出部、 ３２：第２セレクター、 ３３：ベクトル制御電気角生成部、 ３４：第３セレクター、 ３５：位置推定部、 ３６：オープンループ制御電気角生成部、 ３７：オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部、 ３８エンコーダ通信異常判定部、 ３９：ＤＱ変換部、 １００：上位コントローラ

Claims (7)

1. 回転位置指令信号と、モータに搭載された回転位置検出器から発信される回転位置信号とに基づいて、前記モータをフィードバック制御によって駆動するステップと、前記回転位置信号の異常の有無を検出するステップとを具備するモータ制御方法において、
   駆動中の前記モータに流れる電流を検出するステップと、
   前記回転位置信号の異常が検出された場合に、前記モータの制御方式を、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御から、前記電流の検出結果に基づいて前記モータの回転位置を推定した結果に基づいて前記モータを駆動するセンサレスベクトル制御に切り換えるステップとを具備する
   ことを特徴とするモータ制御方法。
2. 回転位置指令信号と、モータに搭載された回転位置検出器から発信される回転位置信号とに基づいて、前記モータをフィードバック制御によって駆動するステップと、前記回転位置信号の異常の有無を検出するステップとを具備するモータ制御方法において、
   前記回転位置信号の異常が検出された場合に、前記モータの制御方式を、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御から、電流引込法によるオープンループ制御に切り換えるステップを具備する
   ことを特徴とするモータ制御方法。
3. 前記回転位置信号の異常が検出された場合に、所定の高速角速度領域では、前記センサレスベクトル制御によって前記モータを駆動する一方で、前記高速角速度領域よりも低い低速角速度領域では、電流引込法によるオープンループ制御によって前記モータを駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。
4. センサレスベクトル制御では、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御に比べて、位置速度制御の制御ループゲインを低下させる
   ことを特徴とする請求項１又は３に記載のモータ制御方法。
5. モータの駆動を制御するモータ駆動装置であって、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載のモータ制御方法によって前記モータの駆動を制御する
   ことを特徴とするモータ駆動装置。
6. 複数のモータの駆動を個別に制御して産業用ロボットのアームの位置を変化させる産業用ロボットの制御方法であって、
   複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、請求項１乃至４の何れか一項に記載のモータ制御方法によって制御する
   ことを特徴とする産業用ロボットの制御方法。
7. 複数のモータの駆動を個別に制御してアームの位置を変化させる産業用ロボットであって、
   複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、請求項５に記載のモータ駆動装置によって制御する
   ことを特徴とする産業用ロボット。
   
   
   

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