JP2022508313A - ロボットアーム内の故障検出反応 - Google Patents

Abstract

【課題】ロボットアームの始動手順中に、ロボットアームのモータの故障をテストする方法を提供する。【解決手段】ロボットアームは、連結部によって第２のリンクに接続された第１のリンクを備え、連結部は、第２のリンクが第１のリンクに対して移動することを可能にする。モータは連結部を駆動し、多相モータであり、モータの各相は、モータ巻線と、電源レールからモータ巻線に電力を供給するための、かつ、モータ巻線に駆動信号を印加するためのモータ駆動回路を含む。本方法は、以下の順序で、（ｉ）モータを既知の状態に駆動するステップと、（ｉｉ）モータの第１の相のみを電源レールに接続するステップと、（ｉｉｉ）モータの第１の相のモータ駆動回路を通してパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を駆動するステップと、（ｉｖ）モータを既知の状態に駆動するステップと、（ｖ）モータの第１の相が電源レールから切り離された状態で、モータの第１の相のモータ駆動回路を通してＰＷＭ信号を駆動するステップと、（ｖｉ）モータの他の相の各々についてステップ（ｉｉ）から（ｖ）を繰り返すステップとを含み、ステップ（ｉ）～（ｖｉ）の各々の間に、電源レールからモータ駆動回路への電流が電流制限を超過するかどうかをテストすることをさらに含む。【選択図】図７

Description

本発明は、ロボットアームの制御に関し、特にロボットアームにおける故障の検出、および故障への反応に関する。

図１は、オペレーションを実行するための典型的なロボット１００を示す。ロボット１００は、基部１０１、ロボットアーム１０２、および機器１０３で構成されている。基部１０１は、ロボットを支持し、それ自体が、例えば、フロア、天井、またはカートに堅固に取り付けられている。ロボットアーム１０２は、基部と機器との間に延在している。ロボットアームは、可撓性連結部１０５と共に散在する剛性リンク１０４で構成されている。それによりロボットアームは関節式になっており、作業スペース内でその遠位端を、したがって機器を動かすことができる。機器は、シャフト１０６およびエンドエフェクタ１０７を備えている。エンドエフェクタ１０７は、ロボットアームから機器の最も遠位にある位置に配置されている。エンドエフェクタは、ロボットが請け負っているオペレーションに従事する。例えば、ロボットは、自動車にオペレーションを実行するための自動車製造工場内の産業用ロボットであり得る。別の例として、ロボットは、手術を支援するための、または実行するための外科手術ロボットであり得る。

各ロボットアームの連結部１０５は、モータによって駆動される。ロボットアームにおける故障の検出に応じて、故障が評価されている間にロボットアームを所定の位置に保持することが望ましくなることがある。ロボットアーム内の各モータに機械式ブレーキをかけることによって、これを実行することが知られている。しかしながら、各モータのドライブトレインに機械式ブレーキを組み込むと、ロボットアームの重量が増加し、ロボットアーム内のスペースが占有される。より軽量でよりコンパクトな解決策が必要とされている。

第１の態様によれば、ロボットアームの始動手順中に、ロボットアームのモータの故障をテストする方法が提供されており、ロボットアームは、連結部によって第２のリンクに接続された第１のリンクと、第２のリンクが第１のリンクに対して移動することを可能にする連結部と、連結部を駆動するためのモータと、を備え、モータは多相モータになっており、モータの各相は、モータ巻線、および電源レールからモータ巻線に電力を印加するための、かつ、駆動信号をモータ巻線に印加するためのモータ駆動回路を備えており、本方法は、以下の順序で、（ｉ）モータを既知の状態に駆動するステップと、（ｉｉ）モータの第１の相のみを電源レールに接続するステップと、（ｉｉｉ）モータの第１の相のモータ駆動回路を通してパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を駆動するステップと、（ｉｖ）モータを既知の状態に駆動するステップと、（ｖ）モータの第１の相が電源レールから切り離された状態で、モータの第１の相のモータ駆動回路を介してＰＷＭ信号を駆動するステップと、（ｖｉ）モータの他の相の各々についてステップ（ｉｉ）から（ｖ）を繰り返すステップと、を含み、本方法は、ステップ（ｉ）から（ｖｉ）の各々の間に、電源レールからモータ駆動回路への電流が電流制限を超過するかどうかをテストすることをさらに含む。

本方法は、ステップ（ｉ）～（ｖｉ）の各々の間に、モータの第１の相のモータ巻線に供給される電圧が、電源レール電圧および接地の各々と対応する値よりも多く異なっているかをテストすることをさらに含み得る。

モータの各相について、モータは、電源レールをその相のモータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備えることができ、各モータ駆動回路は、ＰＷＭ信号をその相のモータ巻線へ駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備えることができ、ここでステップ（ｉ）および／または（ｉｖ）は、モータのすべての相の負荷スイッチを開くこと、およびモータのすべての相のローサイドトランジスタをオンにすることを含み得る。

モータの各相について、モータは、電源レールをその相のモータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備えることができ、ここでステップ（ｉｉ）は、モータの第１の相の負荷スイッチを開いているモータの他のすべての相の負荷スイッチと共に閉じることを含み得る。

モータの各相について、モータは、電源レールをその相のモータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備えることができ、ここでステップ（ｖ）は、モータのすべての相のすべての負荷スイッチが開いた状態で、モータの第１相のモータ駆動回路を介したＰＷＭ信号を駆動することを含み得る。

テストステップは、ＰＷＭ信号の高パルス中に巻線に供給される電圧を高閾値と比較すること、およびＰＷＭ信号の低パルス中に巻線に供給される電圧を低閾値と比較することを含み得る。

本方法は、巻線に供給される電圧が高閾値を下回る場合に故障を検出すること、および／または巻線に供給される電圧が低閾値を上回る場合に故障を検出することを含み得る。

モータの各相について、モータは、電源レールをその相のモータ駆動回路に接続するための負荷スイッチ、および負荷スイッチとモータ駆動回路との間の電流センサーを備えることができ、本方法は、電源レールからモータ駆動回路への電流が、電流制限を超過していることを電流センサーで感知したことに応答して、故障を検出することを含み得る。

電力が複数の電源のうちの１つから電源レールに印加されることができ、本方法は、時間ｔで供給される電圧を時間ｔにわたる閾値電圧値と比較することを含み得る。

本方法は、時間ｔで供給された電圧が、時間ｔにわたる閾値電圧値よりも低い場合に故障を検出することを含み得る。

各モータ駆動回路は、ＰＷＭ信号をその相のモータ巻線に駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含み得、本方法は、巻線に供給される電圧が高閾値を下回る場合にハイサイドトランジスタの故障を検出すること、および／または、巻線に供給される電圧が低閾値を上回る場合にローサイドトランジスタの故障を検出することを含み得る。

モータの各相について、モータは、電源レールをその相のモータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備えることができ、本方法は、請求項１に記載のステップ（ｖ）でＰＷＭ信号を駆動する所定の期間後に、巻線に供給される電圧が高閾値を上回っている場合に、第１の相の負荷スイッチで故障を検出することを含み得る。

各モータ駆動回路は、ＰＷＭ信号をその相のモータ巻線に駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを含むことができ、本方法は、電源レールからモータ駆動回路への電流が電流制限を超過することを感知して、第１相の負荷スイッチ、および／またはハイサイドトランジスタ、および／またはローサイドトランジスタの故障を検出することを含み得る。

本方法は、時間ｔにおけるその電源からの電圧が時間ｔにわたる閾値電圧値を下回ることを感知して、電源の故障を検出することを含み得る。

本方法は、故障の検出に応答して、制動電流をモータに印加し、重力に逆らって連結部の位置を維持するようにすることを含み得る。

本方法は、第１の対の第１の相から第１の対の第２の相に、モータの第１の対の相の間にのみ制動電流を印加することを含み得る。

本方法は、故障が所定の期間後も検出され続ける場合、第２の対の第１の相から第２の対の第２の相に、モータの第２の対の相の間にのみ制動電流を印加することをさらに含み得る。

本方法は、故障が所定の期間後も検出され続ける場合、第３の対の第１の相から第３の対の第２の相に、モータの第３の対の相の間のみに制動電流を印加することをさらに含み得る。

本方法は、故障が所定の期間後も検出され続ける場合、第１の対の第２の相から第１の対の第１の相に、モータの第１の対の相の間のみに制動電流を印加することをさらに含み得る。

本方法は、故障が所定の期間後も検出され続ける場合、第２の対の第２の相から第２の対の第１の相に、モータの第２の対の相の間のみに制動電流を印加することをさらに含み得る。

本方法は、故障が所定の期間後も検出され続ける場合、第３の対の第２の相から第３の対の第１の相に、モータの第３の対の相の間にのみ制動電流を印加することをさらに含み得る。

ここで、添付図面を参照して、本発明を例として説明する。図面は、以下の通りである。
既知のロボットアームを示している。 関節式ロボットアームを示している。 ロボットアームの連結部を駆動するためのモータを示している。 図３のモータの相の例示的な構造を示している。 モータに組み込まれたセンサーを示している。 図３の電源の一例示的構造を示している。 連結部モータの始動手順を示すフローチャートである。 故障検出後の一連の保持状態を示している。

以下の開示は、図２に示されるタイプのロボット２００の制御に関する。ロボットは、一端が基部２０１に接続され、他端が機器２０３に接続されたロボットアーム２０２で構成されている。ロボットアーム２０２は、可撓性連結部２０５が散在する一連のリンク２０４を備えている。各可撓性連結部は、接続しているリンクが互いに対して移動することを可能にしている。可撓性連結部は、回転式連結部を含むことができ、それらの各々は、接続しているリンクが軸を中心に互いに対して回転することを可能にしている。可撓性連結部は、伸縮式連結部を含み得、それらの各々は、それが接続するリンクが、軸に沿って互いに対して延びることを可能にする。機器２０３は、オペレーションを実行するためのシャフト２０６およびエンドエフェクタ２０７を備えている。

各連結部は、モータ２０８によって駆動される。連結部制御装置２０９は、連結部を駆動するようにモータを制御する。ロボットアームの各連結部は、個別のモータで駆動され得る。好適にも、そのモータは連結部の近位に配置されている。例えば、モータは、連結部が接続する２つのリンクのうち、ロボットアームの基部に最も近位にあるリンク上に配置され得る。しかしながら、状況によっては、モータは、ロボットアームの基部から最も遠位にあるリンク上に配置されることもある。各連結部モータは、モータを制御するための専用の連結部制御装置を有し得る。あるいは、連結部制御装置は、２つ以上の連結部モータを制御することができる。

図３は、ロボットアーム２０２の連結部２０５を駆動するための一例示的なモータ３００を示している。モータ３００は、多相モータである。モータは、ローターおよびステーター、ならびにローターとステーターの一方に取り付けられ、ローターとステーターの他方に作用するための複数の巻線を有する。各巻線は、一端が他の巻線に接続され、他端がモータ相に接続されている。電流は巻線を介して順次駆動され、ローターをステーターに対して回転させ、それによって連結部２０５を駆動するために使用できるトルクを生成する。図３に示す例では、モータは３相モータであり、第１の巻線Ｕ３０２に接続された第１の相Ｕ３０１、第２の巻線Ｖ３０４に接続された第２の相Ｖ３０３、および第３の巻線Ｗ３０６に接続された第３の相Ｗ３０５を有している。しかしながら、より一般的には、モータは３相を上回る相を有し得る。

モータ３０１、３０３、３０５の各相は、負荷スイッチ３０７、３０８、３０９、およびモータ駆動回路３１０、３１１、３１２を備えている。負荷スイッチは、連結部制御装置３１７からの制御入力３１４、３１５、３１６に応答して、電源レール３１３からの電力をその相のモータ駆動回路に接続する。モータ駆動回路は、制御入力３２１、３２２、３２３に応答して、その相のモータ巻線に駆動信号３１８、３１９、３２０を印加する。電力が電源３２４からの電源レール３１３へ供給されている。

図４は、図３のモータ相３０１、３０３、３０５の一例示的な構造を示している。負荷スイッチ３０７、３０８、３０９は、トランジスタによって実装され得るスイッチ４００を備えている。例えば、スイッチ４００は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって実装され得る。モータ駆動回路３１０、３１１、３１２は、２つのトランジスタ、すなわち、ハイサイドトランジスタ４０１およびローサイドトランジスタ４０２を備え得る。トランジスタ４０１、４０２の各々は、ＦＥＴによって実装され得る。ハイサイドトランジスタ４０１とローサイドトランジスタ４０２は直列に接続されている。負荷スイッチ４００、ハイサイドトランジスタ４０１、およびローサイドトランジスタ４０２はすべて直列に接続されており、ハイサイドトランジスタ４０１はローサイドトランジスタ４０２と負荷スイッチ４００との間に接続されている。負荷スイッチ４００の反対側は電源レール３１３に接続されている。ローサイドトランジスタ４０２の反対側は、接地４０３に接続されている。駆動信号３１８、３１９、３２０は、ハイサイドトランジスタとローサイドトランジスタとの間に接続されている駆動信号ライン４１０に出力されている。モータ駆動回路は、ハイサイドトランジスタ４０１およびローサイドトランジスタ４０２と並列に接続されたコンデンサ４１１をさらに備えることができる。具体的には、コンデンサ４１１は、ハイサイドトランジスタ４０１の一方の側およびローサイドトランジスタ４０２の反対側に接続されている。言い換えれば、コンデンサ４１１は、スイッチ４００とハイサイドトランジスタ４０１との間、およびローサイドトランジスタ４０２と接地４０３との間に接続されている。コンデンサ４１１は、モータ駆動回路へ流れる過電流を引き起こす負荷スイッチの故障の場合に、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを保護する。このシナリオでは、コンデンサ４１１は、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタに流れる電流の一部を妨げ、これによって、これらの破損を防止する。

連結部制御装置３１７は、制御入力４０７を生成し、負荷スイッチ４００に出力するための負荷スイッチ制御ユニット４０４を備える。制御入力４０７は、負荷スイッチ４００を閉じるように制御し、それにより、電源レールからモータ駆動回路に電力を接続する。制御入力４０７はまた、負荷スイッチ４００を開くように制御し、それにより、電源レールからモータ駆動回路への電力を遮断する。連結部制御装置３１７は、ハイサイドゲート入力４０８を生成し、ハイサイドトランジスタ４０１に出力するためのハイサイドゲートドライバ４０５を備える。ハイサイドゲート入力４０８は、ハイサイドトランジスタ４０１を制御して、それを通る電流の流れを有効にし、また無効にする。連結部制御装置３１７は、ローサイドゲート入力４０９を生成し、ローサイドトランジスタ４０２に出力するためのローサイドゲートドライバ４０６を備えている。ローサイドゲート入力４０９は、ローサイドトランジスタ４０２を制御して、それを通る電流の流れを有効にし、また無効にする。

連結部制御装置は、ハイサイドトランジスタ４０１およびローサイドトランジスタ４０２のゲートを駆動して、それにより駆動信号ライン４１０上にパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号を生成する。したがって、オペレーション中、連結部制御装置は、第１のモータ相Ｕの負荷スイッチを制御して閉じ、ハイサイドおよびローサイドゲートドライバ入力を供給して、モータ駆動回路に第１の巻線Ｕを駆動するためのＰＷＭ駆動信号を生成させることによってモータを駆動する。次に、連結部制御装置は、ハイサイドおよびローサイドゲートドライバ入力を供給して、モータ駆動回路にＰＷＭ駆動信号の生成を停止させる。連結部制御装置は、他のモータ巻線の各々で、このプロセスを順番に繰り返す。任意選択で、連結部制御装置は、その時点では開くためのＰＷＭ駆動信号を生成していないモータ相の負荷スイッチを制御することができる。このことが、電力がこれらの相のモータ駆動回路に接続されていることを防止している。

図５は、図３に示されるような、一例示的な三相モータを示しており、ここでは、連結部制御装置３１７および各モータ相３０１、３０３、３０５は、図４に示される構造を有している。連結部制御装置３１７の負荷スイッチ制御ユニットは、制御入力４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃを各モータ相の負荷スイッチ４００ａ、４００ｂ、４００ｃにそれぞれ提供する。連結部制御装置３１７のハイサイドゲートドライバ４０５は、ハイサイドゲート入力４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを各モータ相のハイサイドトランジスタ４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃにそれぞれ提供する。連結部制御装置３１７のローサイドゲートドライバ４０６は、各モータ相のローサイドトランジスタ４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃにそれぞれローサイドゲート入力４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃを提供する。

図５のモータはまた、複数のセンサーを備えている。各モータ相は、その相の負荷スイッチとモータ駆動回路との間に配置された電流センサー５００ａ、５００ｂ、５００ｃを備える。電流センサーは、例えば、電流感知抵抗器であり得る。電流センサーには電流制限がある。電流制限は事前に決定されることができる。例えば、電流制限は２０Ａであってもよい。電流センサー出力は、連結部制御装置３１７（図示せず）に接続されている。電流センサーは、電流センサーを通過する電流が電流制限を超えた場合に、連結部制御装置３１７に信号送信するように構成されている。

各モータ相は、モータ巻線への駆動信号の電圧が、ＰＷＭ信号の高パルス中に高閾値を上回り、ＰＷＭ信号の低パルス中に低閾値を下回るかどうかを検出するためのセンサー回路を備えている。好適にも、この回路はパルスの端部に向かう電圧を検出する。例えば、電圧はパルスの後半で検出され得る。この時点までに、電圧は安定しているはずである。図５は、２つのコンパレータを備えるセンサー回路の実装例を示している。回路は、３つのモータ相の各々で同じものである。第１のモータ相Ｕを監視するための回路について、ここで説明する。

２つのコンパレータ５０１ａ、５０２ａはそれぞれ、１つの入力５０３ａ、５０６ａとしての駆動信号３１８を有している。第１のコンパレータ５０１ａは、他の入力５０４ａとして上述の高閾値を有している。その高閾値は、例えば、供給レール３１３上の供給電圧の小数になり得る。その小数は、０．８から０．９９の間の小数であってよく。その小数は、０．９から０．９５の間の小数であってよく。小数部は０．９５であってもよい。第１のコンパレータは、駆動信号電圧を高閾値と比較する。第１のコンパレータの出力５０５ａは、駆動信号電圧が、その高閾値を上回っているか下回っているかを示す。第２のコンパレータ５０２ａは、他の入力５０７ａとして、上述の低閾値を有している。その低閾値は、例えば、供給レール３１３上の供給電圧の小数になり得る。その小数は、０．０１から０．２の間の小数であってよく。その小数は、０．０５から０．１の間の小数であってよく。小数は０．０５であってもよい。第２のコンパレータは、駆動信号電圧を低閾値と比較する。第２のコンパレータの出力５０８ａは、駆動信号電圧がその低閾値を上回っているか下回っているかを示す。コンパレータ５０１ａ、５０２ａの各々の出力は、連結部制御装置３１７（図示せず）に接続されている。これによって、コンパレータは、駆動信号電圧が高閾値と低閾値を上回っているか下回っているかを連結部制御装置に信号送信する。

図６は、図３および５に示される電源３２４の一例示的な構造を示す。電源３２４は、一次電源６０１を備える。一次電源は、主電源によって供給され得る。これは、システムの他のコンポーネントを介してロボットアームにルーティングされてもよい。例えば、ロボットアームが、マスタースレーブマニピュレータのスレーブコンポーネントを形成し、リモートコンソールに配置されたマスターコンポーネントの制御下で動作する場合、一次電源は、コンソールからロボットアームに供給され得る。

電源３２４はまた、バックアップ電源６０２を備え得る。バックアップ電源６０２は、一次電源６０１とは異なる電源を有している。その電源は、一次電源とは異なる場所にあってもよい。その電源は、異なる電力線を介して電源レール３１３に接続されることができ、例えば、異なるケーブルを介して、一次電源６０１を電源レール３１３に接続する電力線に接続されることができる。バックアップ電源は、ロボットアームに局部的に収納されているバッテリーであってもよい。例えば、バッテリーは、ロボットアームが装着されたカート内に収納することができる。好適には、バックアップ電源は充電式バッテリーである。バックアップ電源は、一次電源６０１が故障した場合に電力を電源レール３１３に供給するように制御されている。好適には、バックアップ電源は、ロボットアームの操作に電力供給するために蓄えられた十分なエネルギーを有しており、一次電源が故障した後にロボットアームが意図したオペレーションを所定期間にわたり動作し続けることを可能にしている。この所定期間は、５～１０時間の間であり得る。

電源３２４はまた、さらなるバックアップ電源６０３を備え得る。さらなるバックアップ電源６０３は、一次電源６０１およびバックアップ電源６０２への異なる電源を有する。その電源は、一次電源および／またはバックアップ電源の場所とは異なる場所にあってもよい。その電源は、異なる電力線を介して電源レール３１３に接続されることができ、例えば、異なるケーブルを介して、一次電源６０１およびバックアップ電源６０２を電源レール３１３に接続する電力線に接続されることができる。さらなるバックアップ電源は、カートまたはロボットアームに収納されたバッテリーであってもよい。バッテリーは、バックアップ電源６０２の充電式バッテリーよりも著しく小さくなっている。バッテリーは、非充電式であってもよい。さらなるバックアップ電源６０３は、バックアップ電源６０２が故障した場合に、電源レール３１３に電力を供給するように制御されている。さらなるバックアップ電源は、バックアップ電源が故障した後の非常に短い期間にわたるロボットアームの操作に電力を供給するために蓄えられた十分なエネルギーを有している。この所定の期間は５分以下であってもよい。所定の期間は３０秒であってもよい。

図６は、各電力供給源と電源レール３１３との間に各１つある、いくつかのダイオード６０４を示している。これらのダイオード６０４は、電力が電源から電源レール３１３に一方向に供給され、電源レール３１３からいずれかの電源に電流が逆流しないことを確実にしている。

図６はまた、電源３２４によって供給される電圧を感知するための回路６０５を示している。この回路は、入力として電源レール３１３およびさらなる入力を有するコンパレータ６０５を含む。そのさらなる入力は、アクティブな電源に応じて可変であり得る。例えば、そのさらなる入力は、アクティブ電源からの予期された供給電圧の小数であり得る。その小数は、例えば、０．９５であり得る。この場合、コンパレータ６０５からの出力は、電源レールが、その予期される最大供給電圧の５％以内の範囲にあるかどうかを識別する。システムは、テストプロセス中の異なる時間に、同じ電源によって異なる電圧で駆動されることができる。さらなる入力は、その時点でシステムが駆動されている電圧に応じて可変であり得る。コンパレータの出力は、連結部制御装置３１７に入力されることができる。

以下に、ロボットアームの始動手順中に、本明細書に記載されたモータ構成の故障のテストを説明している。テスト手順はロボットアームによって内部で実行され、したがって、パワーオンセルフテスト（ＰＯＳＴ）と称され得る。好適には、連結部制御装置は、モータから受信した官能データを故障制御装置に渡す。故障制御装置は、ロボットアームの外部に配置された集中型制御装置であることができ、これはロボットアームの各個別の連結部制御装置から官能データを受信する。故障制御装置は、ＰＯＳＴを実行するために連結部制御装置を制御し、故障を検出すると、故障制御装置は、以下に説明するように、故障検出への応答を実行するように連結部制御装置を制御する。

図７は、起動時にロボットアームの連結部モータをテストするための例示的なＰＯＳＴシーケンスを示している。ステップ７０１では、テストされるモータ相は、第１のモータ相、すなわちｉ＝１に設定される。図３のモータでは、これはモータ相Ｕになっている。次のステップ７０２では、モータは既知の状態へと駆動される。好適にも、この既知の状態は、モータ電圧が既知である状態である。例えば、既知の状態は、多相モータの各巻線の両端の電圧がゼロである状態であり得る。本明細書に記載の三相モータでは、これは、制御入力４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃを介して開くための各モータ相の負荷スイッチ３０７、３０８、３０９を制御する連結部制御装置３１７によって達成され得る。さらに、連結部制御装置は、各モータ相のローサイドトランジスタを制御して、電流がローサイドゲート入力４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃを介して流れることを可能にすることができる。これら２つの動作は共に、モータが“パッシブ制動”状態に入るようにさせ、そこでは、モータ巻線が連結部を駆動するためのトルクを生成しない。

次のステップ７０３では、第１のモータ相Ｕが電力に接続される。好適にも、このことは、閉じるための第１の相の負荷スイッチ４００ａを制御する連結部制御装置３１７によって実行されており、それにより、電源レール３１３から第１のモータ相Ｕのモータ駆動回路３１０への電力を接続する。連結部制御装置３１７が、負荷スイッチ４００ａを制御して閉じる一方で、その他のモータ相の負荷スイッチ４００ｂ、４００ｃを制御して開状態を維持する。好適にも、この間、連結部制御装置は、すべてのモータ相のローサイドトランジスタを制御し続け、オンの状態を維持する。

次のステップ７０４では、ＰＷＭ信号は、第１のモータ相Ｕのモータ駆動回路３１０を通して駆動される。好適にも、上述のように、このことは、ゲート駆動入力４０８ａ、４０９ａをＰＷＭシーケンスのハイサイドトランジスタ４０１ａおよびローサイドトランジスタ４０２ａに適用する連結部制御装置３１７によって実行される。それによってＰＷＭ駆動信号３１８が生成され、モータ駆動回路３１０から第１の相の巻線Ｕ３０２へ出力される。この間、連結部制御装置は、第１のモータ相Ｕの負荷スイッチ４００ａが閉じ、その他のモータ相Ｖ、Ｗの負荷スイッチ４００ｂ、４００ｃを開状態にする制御を継続する。

次のステップ７０５では、モータは既知の状態に駆動される。好適にも、このことは、ステップ７０２に関して説明したものと同じ方法で実行されている。ステップ７０５におけるモータの既知の状態は、ステップ７０２のモータの既知の状態と同じであってもよい。ステップ７０５におけるモータの既知の状態は、ステップ７０２のモータの既知の状態と異なっていてもよい。したがって、連結部制御装置は、すべてのモータ相の負荷スイッチ４００ａ、４００ｂ、４００ｃを制御して、開にする。連結部制御装置はまた、各モータ相のローサイドトランジスタをオン状態に制御することができる。

次のステップ７０６では、ＰＷＭ信号は、第１のモータ相Ｕのモータ駆動回路３１０を通して駆動されている。この時点では、第１のモータ相Ｕの負荷スイッチ４００ａは開いており、したがって、第１のモータ相Ｕは電源レール３１３から切断されている。連結部制御装置３１７は、ステップ７０４に対してゲートドライブ入力４０８ａ、４０９ａを、ＰＷＭシーケンスでハイサイドトランジスタ４０１ａおよびローサイドトランジスタ４０２ａに適用する。この間に、連結部制御装置は、他方のモータ相Ｖ、Ｗの負荷スイッチ４００ｂ、４００ｃを開状態にする制御を継続する。モータ駆動回路が任意選択のコンデンサ４１１ａを備える場合、負荷スイッチ４００ａを開き、ＰＷＭシーケンスを印加することによって、コンデンサ４１１ａに放電させる。

次のステップ７０７では、現在のモータ相の後にモータ相があるかどうかが判断される。換言すると、ｉ＝ｉ＋１が存在するか？が判断される。本明細書で説明されるモータについては、第２のモータ相が存在する。したがって、ステップ７０７での質問に対する答えはＹＥＳであり、方法はステップ７０８に進み、ｉはｉ＋１に設定される。換言すると、ｉは２に設定される。ステップ７０２～７０６は、その後、第２のモータ相Ｖに関して繰り返す。この繰り返しでステップ７０７に到達すると、第３のモータ相が存在する。したがって、ステップ７０７での質問に対する答えはＹＥＳであり、方法はステップ７０８に進み、ｉはｉ＋１に設定される。換言すると、ｉは３に設定される。ステップ７０２～７０６は、その後、第３のモータ相Ｗに関して繰り返す。この繰り返しでステップ７０７に達すると、第３のモータ相に関する質問に対する回答はＮＯとなる。したがって、プロセスはステップ７０９に移動し、ここでこのシーケンスが終了する。３つ以上のモータ相を有する多相モータでは、図７のフローチャートのさらなる反復が、各モータ相に対して１回、完了することになる。

図７のフローチャートの各ステップは、次のステップに進む前に、所定の期間にわたって実施され得る。図７のステップは、示されている順序で実施される。

図７のシーケンスが行われる一方で、モータからの官能データは、モータが期待通りに動作しているかどうかをテストするために、故障制御装置にフィードバックされる。好適には、以下の記載のテストが、図７に示すフローチャートの各ステップの間に実施される。

第１に、故障制御装置は、各モータ相について、電源レールからモータ駆動回路への電流が電流制限を超過するかをテストすることができる。例えば、故障制御装置は、電流センサーを通過する電流が電流制限を超過するかを判断するために、各モータ相の電流センサー５００ａ、５００ｂ、５００ｃの出力を使用することができる。電流制限は事前に決定されることができる。代替的に、電流センサーの電流制限は、再構成可能である。例えば、電流制限は、電源レールから供給される期待電流に近い値にリアルタイムで設定され得る。したがって、予期される供給電流が変化すると、電流センサーの電流制限はそれに応じて再構成される。好適にも、電流制限は、最大供給電流の期待値に設定される。故障制御装置は、電流制限を超えたという電流センサーからの指摘を受信すると、故障を検出する。

第２に、故障制御装置は、各モータ相について、そのモータ相のモータ巻線に供給される電圧が、電源レール電圧および接地の各々と対応する量を超えて異なるかどうかテストすることができる。例えば、図７のステップ７０４で第１のモータ相がＰＷＭモードで駆動されている間、故障制御装置は、コンパレータ５０１ａおよび５０２ａの出力を使用して、第１の巻線に供給される電圧が、ＰＷＭ信号の高パルス中に高閾値を上回るかどうか、および／または第１の巻線に供給される電圧が、ＰＷＭ信号の低パルスの低閾値を下回るかどうかを判断することができる。故障制御装置は、図７のステップ７０４において他のモータ相がＰＷＭモードで駆動されているとき、それらに対して同じプロセスを実行する。故障制御装置は、巻線に供給される電圧が高閾値を下回ると、故障を検出する。故障制御装置は、巻線に供給される電圧が低閾値を上回ると、故障を検出する。

図７のステップ７０６で第１のモータ相がＰＷＭモードで駆動されている間、故障制御装置は、コンパレータ５０１ａの出力を使用して、ＰＷＭ信号の高パルス中に第１の巻線に供給される電圧が高閾値を上回るかを判断できる。故障制御装置は、図７のステップ７０６において他のモータ相がＰＷＭモードで駆動されているとき、それらに対して同じプロセスを実行する。故障制御装置は、巻線に供給される電圧が高閾値を上回ると、故障を検出する。

コンパレータ５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃおよび５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃの高閾値および低閾値は、供給電圧の比率である。この比率は、予め設定されてもよい。代替的に、この比率は、リアルタイムで構成可能であり得る。

第３に、故障制御装置は、モータに供給される電圧が閾値電圧値を下回るかどうかをテストすることができる。例えば、故障制御装置は、コンパレータ６０５の出力を使用して、時間ｔにおける電源レール３１３に供給される電圧が、時間ｔにおける閾値電圧値を下回るかどうかを判断することができる。その閾値電圧値は、どの電源が電源レール３１３に電力を供給しているかに応じて、再構成可能であり得る。例えば、閾値電圧値は、そのアクティブ電源からの期待供給電圧の小数であり得る。コンパレータ６０５の出力が、供給された電圧が閾値電圧値よりも低いことを示す場合、故障制御装置は故障を検出する。

故障制御装置はまた、以下のように、モータからの官能出力に応じて、故障のソースを識別することができる。
（ｉ）故障制御装置は、そのモータ相で巻線に供給される電圧が、図７のステップ７０４のＰＷＭモード中にコンパレータ５０１の高閾値を下回る場合、モータ相のハイサイドトランジスタでの故障を検出する。例えば、故障は、ハイサイドトランジスタが短絡で故障したか、または開にある場合がある。
（ｉｉ）故障制御装置は、そのモータ相で巻線に供給される電圧が、図７のステップ７０４のＰＷＭモード中にコンパレータ５０２の低閾値を上回る場合、モータ相のローサイドトランジスタでの故障を検出する。例えば、故障は、ローサイドトランジスタが短絡で故障したか、または開にある場合がある。
（ｉｉｉ）故障制御装置は、図７のステップ７０６でＰＷＭモードを駆動する所定の期間の後、巻線に供給される電圧がコンパレータ５０１の高閾値を上回る場合、モータ相の負荷スイッチでの故障を検出する。例えば、故障は、負荷スイッチが短絡で故障した場合がある。
（ｉｖ）故障制御装置は、電流制限を超過したという電流センサー５００からの指示を受信すると、モータ相の負荷スイッチでの故障、および／または、そのモータ相のハイサイドトランジスタでの故障、および／またはそのモータ相のローサイドトランジスタでの故障を検出する。
（ｖ）故障制御装置は、電源からの電圧が、その電源の時間ｔにわたる閾値電圧値を下回ったというコンパレータ６０５からの指示を受信すると、電源での故障を検出する。
故障制御装置は、モータからの官能出力の組み合わせに応じて、他の故障源を特定することができる。例えば、モータ巻線が開にあるか、またはハイサイドコンパレータまたはローサイドコンパレータのうちの１つが正しく機能していないことを特定することができる。

各故障評価中、故障制御装置は、モータから受信するすべての官能データおよび状況情報の出力を評価することができ、この評価の後、上に列記した故障状態の１つ以上をゼロと検出し得る。

図７のフローチャートの各ステップについて、そのステップが所定の期間にわたって実行され、上述のテストによって故障が検出されない場合、プロセスは次のステップに進む。しかしながら、ステップ中に故障が検出された場合、プロセスは、ＦＡＵＬＴ（故障）状態になり得る。

ＦＡＵＬＴ状態に入ると、連結部制御装置は、モータを電気的に制動することによって応答する。これを実行するために、モータに制動電流を印加し、それにより、モータが重力に逆らって駆動する連結部の位置を維持する。連結部は１つの構成に保持されており、それによって、連結部が接続するロボットアームのリンクが重力下で垂れ下がるのを防止する。連結部が回転式連結部である場合、制動電流は、連結部の回転位置をロックするような固定トルクを連結部に提供する。固定トルクの値は、アームの姿勢に依存している。換言すると、その回転位置をロックするために連結部に印加される固定トルクは、ロボットアームの１つの構成では、１つの値を有し、ロボットアームの異なる構成では別の値を有している。したがって、固定トルクの値、および、したがって制動電流の値は、連結部が保持される位置に依存し、それに応じて連結部制御装置によって制御され得る。

固定トルクは、連結部の回転位置を重力に逆らって保持するのに十分である。ＦＡＵＬＴ状態に入る時点で、連結部が閾値速度未満で移動する場合、固定トルクは、時間Ｔで連結部の移動を停止し、重力に逆らってその停止位置に連結部を保持するのに十分である。しかしながら、ＦＡＵＬＴ状態が入る時点で、連結部が閾値速度を上回って移動している場合、固定トルクは、時間Ｔで連結部の動きを停止するのに十分ではない。この場合、連結部制御装置は、固定トルクよりも高い値を有する初期トルクを提供する制動電流を印加することによってモータを電気的に制動する。この初期トルクは、時間Ｔにおける連結部の動きを停止するのに十分である。一旦、連結部が停止すると、連結部制御装置は、次いで固定トルクを印加することによって、重力に逆らって停止位置に連結部を保持してモータを電気的に制動する。

制動電流は電力を必要とするため、電気ブレーキは、連結部を所定の位置に保持するために電力を必要とする。電気ブレーキは、同じ連結部制御装置の制御下で、連結部の関節運動を駆動する同じモータによって適用される。電気ブレーキには別個のエンティティは含まれていない。

連結部制御装置は、モータのすべての相に制動電流を印加することによってモータを電気的に制動することができる。例えば、連結部制御装置は、（ｉ）閉じられる各モータ相の負荷スイッチを制御して、それによって、電源レール３１３からその相のモータ駆動回路に電力を接続することによって、および（ｉｉ）各モータ相のモータ駆動回路を制御して、その相のモータ巻線にブレーキ電流を接続することによって、これを実施することができる。

故障制御装置が、モータ相のうちの１つに位置しているとして、故障源を特定した場合、連結部制御装置は、次いで、そのモータ相の負荷スイッチを開いて、それによって、その単相のモータ巻線をモータから分離し、モータの他の相にのみ制動電流を印加することによって応答する。例えば、故障制御装置が、第１のモータ相Ｕに故障があることを特定した場合、連結部制御装置は、（ｉ）第１のモータ相の負荷スイッチ３０７を制御して開き、（ｉｉ）第２のモータ相の負荷スイッチ３０８を制御して閉じ、および（ｉｉｉ）第３のモータ相の負荷スイッチ３０９を制御して開く。このようにして、第２のモータ相と第３のモータ相との間に制動電流を印加し、それによって連結部をその現在の構成に保持する。

故障状態の間、連結部制御装置は、上述のセンサーから官能データを受信し続ける。

図８は、保持状態のセットを示し、これらの各々が、異なるコンポーネントを介してモータに制動電流を印加する。連結部制御装置は、以下の状況において、保持状態のセットを繰り返すようにモータを制御することができ、それらは、
（ｉ）故障の発生源が特定されていない場合、
（ｉｉ）複数の故障が検出された場合、
（ｉｉｉ）モータのすべての相に制動電流を印加した後、故障制御装置によって受信された官能データが故障制御装置に引き続き故障を検出させる場合、または
（ｉｖ）モータの２つの相に制動電流を印加した後、故障制御装置によって受信された知覚データが故障制御装置に故障を検出させる場合、である。

図８は、６つの保持状態を示し、それらの各々がモータの２つの相の間に制動電流を印加する。状態８０１は、モータの第１の相と第２の相との間に、第１の相から第２の相への制動電流を印加する。状態８０２は、モータの第２の相と第３の相との間に、第２の相から第３の相への制動電流を印加する。状態８０３は、モータの第１の相と第３の相との間に、第１の相から第３の相への制動電流を印加する。状態８０４は、モータの第２の相と第１の相との間に、第２の相から第１の相への制動電流を印加する。状態８０５は、モータの第３の相と第２の相との間に、第３の相から第２の相への制動電流を印加する。状態８０６は、モータの第３の相と第１の相との間に、第３の相から第１の相への制動電流を印加する。

概して、Ｘ相からＹ相への制動電流を印加するために、Ｘ相の負荷スイッチは閉じられ、電源レール３１３からその相のモータ駆動回路へ電流が流れることを可能にしており、Ｙ相の負荷スイッチは開いている。さらに、Ｙ相のローサイドトランジスタがローサイドゲートドライバによって接地に駆動されている。Ｙ相のハイサイドトランジスタは開いている。他のＺ相の負荷スイッチは開いている。Ｚ相のローサイドトランジスタは、フローティングであり、すなわち、電源レールまたは接地に接続されていない。Ｚ相のハイサイドトランジスタは開いている。

連結部制御装置は、状態８０１から状態８０２、状態８０３、状態８０４、状態８０５、状態８０６へと、そして状態８０１に戻り、それを続けるような一連の保持状態を繰り返すようにモータを制御する。故障源が特定されていない場合、複数の故障が検出される場合、またはモータのすべての相に制動電流が印加されたときに故障が検出される場合、連結部制御装置は、図８に示す保持状態のいずれかで最初に制動電流を印加するようにモータを制御することができる。例えば、連結部制御装置は、モータが状態８０１で開始するように制御できる。単一のモータ相で故障が特定された場合、連結部制御装置は、モータを制御して、そのモータ相を除外する保持状態で最初に制動電流を印加する。例えば、第１のモータ相において故障が検出された場合、連結部制御装置は、最初に保持状態８０２または８０５に進入して、これらのいずれも、第１の相と別の相との間に保持電流を印加しないようモータを制御できる。連結部制御装置は、この状況では、例えば、常に状態８０２のように、常に同じ保持状態に入るようにモータを制御できる。

連結部制御装置は、モータを制御して、図８の保持状態で所定の時間にわたって制動電流を印加する。この所定の時間の後に、故障状態がもはや検出されない場合、連結部制御装置はモータを制御して、この保持状態で制動電流を維持する。所定の時間の後に、故障状態が引き続き検出される場合、連結部制御装置は、モータを制御して移動させ、サイクル中の次の保持状態で制動電流を印加する。プロセスは、図８にある状態を繰り返し、故障が検出され続ける場合は、次の状態に移るまで、所定の時間にわたり保持状態で制動電流を毎回印加する。

図８は、状態のサイクル順序の一例を示していることが、理解されるべきである。サイクル順序は、図８に示されるものとは異なってもよい。サイクル順序は、任意の順序での状態８０１～８０６のセットであってもよい。

概して、連結部制御装置は、一次電源６０１からモータ３００に供給される電力を制御することによってモータを電気的に制動するように構成されている。検出された故障が電力の喪失である場合、連結部制御装置は、一次電源６０１からモータ３００に供給される制動電流を初めに制御することができる。故障制御装置が官能データを受信し続け、それにより電力の喪失を検出した場合、連結部制御装置に、一次電源６０１を電源レール３１３から切り離させ、代わりに、モータに制動電流を供給するために、バックアップ電源６０２を電源レール３１３に接続させる。故障制御装置が官能データを受信し続け、それにより電力の喪失を検出した場合、連結部制御装置に、バックアップ電源６０２を電源レール３１３から切り離させ、代わりに、モータに制動電流を供給するために、さらなるバックアップ電源６０３を電源レール３１３に接続させる。

あるいは、故障制御装置は、電力喪失の初期検出に応答して、連結部制御装置にバックアップ電源６０２からモータに供給される制動電流を制御させることができる。故障制御装置が官能データを受信し続け、それにより電力の喪失を検出した場合、連結部制御装置にバックアップ電源６０２を電源レール３１３から切り離させ、代わりにモータに制動電流を供給するために、さらなるバックアップ電源６０３を電源レール３１３に接続させる。

図７を参照して説明したＰＯＳＴプロセスは、ロボットアームの連結部を駆動する各モータ上で有用に実行される。しかしながら、故障制御装置は、一部の連結部の連結部制御装置のみを制御して、それらのモータに電気ブレーキをかけることができる。これらの連結部は、このような構成の連結部であることができ、これらは、それらが能動的に駆動されない場合、重力下でアームが垂れる原因となり得る。これらの連結部は、バック駆動可能な連結部であり得る。

故障制御装置は、ロボットアームの単一の連結部モータで単一の故障を検出すると、ロボットアーム全体を、ＦＡＵＬＴ状態にすることができる。換言すると、故障制御装置は、ロボットアーム全体をその構成を固定させ、それによって、ロボットアームのモータ内の故障を検出することに応答して、ロボットアーム全体を重力に対抗する位置に保持し得る。したがって、故障制御装置は、連結部制御装置が、それ自体が故障していないが、ロボットアーム内の別のモータで検出された故障の結果として、モータに制動電流を印加するようさせることができる。

故障状態に移行すると、故障制御装置は１つ以上の警告信号を発する。これは、警報などの可聴信号、ロボットアームおよび／またはその基部上に表示される視覚信号、および／またはロボットアームの運転者のディスプレイ、ならびにロボットアームを操作するためのハンド制御装置を介してロボットアームの運転者が感じることができるハプティック信号のうちのいずれか１つまたは組み合わせであってもよい。さらなるバックアップ電源が電源レールに電力を供給するように制御される場合、異なる警報が生成され得る。

ロボットアームの連結部モータがＰＯＳＴ手順に無事に移行すると、ロボットアームは通常使用を継続することができる。ロボットアームの通常動作中、故障制御装置は、連結部モータの一部の故障を監視し続けることができる。好適にも、ＰＯＳＴプロセス中に監視される故障のサブセットのみが、ロボットアームの通常使用中に監視される。故障制御装置は、以下のテストを続行することができる。
（ｉ）モータ相の負荷スイッチ３０７、３０８、３０９において故障が発生した場合である。これは電流センサー５００ａ、５００ｂ、５００ｃから官能データを受信することによって実施される。その官能データは、モータ相のモータ駆動回路に負荷スイッチを通って流れる電流が、いつ電流センサーの電流制限を超過するかを示す。電流制限を超過すると、故障制御装置は故障を検出する。
（ｉｉ）電源装置に故障が発生した場合である。これはコンパレータ６０５からセンサーデータを受信することによって実施される。その官能データは、供給電圧がいつ閾値電圧を下回ったかを示す。供給電圧が閾値電圧を下回った場合、故障制御装置は故障を検出する。

故障制御装置は、上述のように、ＦＡＵＬＴ状態に入り、モータを電気的に制動することによって、通常オペレーション中に故障の検出に応答する。

本明細書に記載される装置および方法は、故障のあるモータ相を分離し、モータの他の相の間に制動電流を印加することによって、例えば、単一のモータ巻線または単一のトランジスタの故障のような、モータの単一の故障点に対して、連結部モータが保護されることを可能にする。故障のあるモータ相は、負荷スイッチを開くことによって分離される。負荷スイッチを開くと、電源もモータ相から分離し、このことはモータ相内の短絡の場合に有用である。

本明細書に記載のモータは、負荷スイッチを介して回路を有効に提供し、電源レールから独立して各モータ相を切断する。この回路は、モータ駆動信号を生成するために使用されているモータ駆動回路の回路（例えば、トランジスタ）から独立している。

好適にも、本明細書に記載の方法は、非同期的に実施される。言い換えれば、これらはシステムクロックに依存しない。したがって、システムクロックが故障した場合であっても、故障検出および応答を行うことができる。

本明細書に記載される方法および装置は、連結部制御装置によって制御されるいくつかの機能、および故障制御装置によって制御されるその他の機能について説明している。本明細書に記載の機能は、連結部制御装置と故障制御装置との間に異なる形で分散配置され得ることが理解されよう。この機能は、連結部制御装置および故障制御装置よりも多くの制御装置の間で分散配置され得る。単一の制御装置は、記載されたすべての機能を実行することができる。各制御装置は、本明細書に記載の方法を実施する命令を実行するためのプロセッサを備えている。これら命令は、コンピュータ実行可能であり、メモリなどの任意のコンピュータ可読媒体を使用して提供することができる。本明細書に記載の方法は、有形記憶媒体上の機械可読形態のソフトウェアによって実行され得る。ソフトウェアは、本明細書に記載の方法を実施するために、コンピューティングベースのデバイスで提供され得る。

電流の感知およびテストに対する参照は、当業者によって既知の方法に従って、電圧を感知およびテストすることによって、代わりに実施され得る。同様に、電圧の感知およびテストに対する参照は、当業者によって既知の方法に従って、電流を感知およびテストすることによって、代わりに実施され得る。

本明細書に記載のロボットは、外科手術エンドエフェクタを備えた外科手術機器の付属装置を有する外科手術ロボットであり得る。あるいは、ロボットは、産業用ロボットまたは別の機能のためのロボットであることもある。機器は産業用ツールであることもある。

本明細書によって、本出願人は、本明細書に記載の各個々の特徴および二つ以上のかかる特徴の任意の組み合わせを、かかる特徴または組み合わせが、当業者に共通する一般知識に照らして、全体として本明細書に基づいて行うことができるような程度まで、かかる特徴または特徴の組み合わせが、本明細書に開示する任意の問題を解決するかにかかわらず、かつ特許請求の範囲を限定することなく、分離して開示する。本出願人は、本発明の態様が、任意のかかる個々の特徴または特徴の組み合わせからなり得ることを示している。前述の説明を考慮すると、本発明の範囲内で様々な修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。

本明細書によって、本出願人は、本明細書に記載の各個々の特徴および二つ以上のかかる特徴の任意の組み合わせを、かかる特徴または組み合わせが、当業者に共通する一般知識に照らして、全体として本明細書に基づいて行うことができるような程度まで、かかる特徴または特徴の組み合わせが、本明細書に開示する任意の問題を解決するかにかかわらず、かつ特許請求の範囲を限定することなく、分離して開示する。本出願人は、本発明の態様が、任意のかかる個々の特徴または特徴の組み合わせからなり得ることを示している。前述の説明を考慮すると、本発明の範囲内で様々な修正を行うことができることは当業者には明らかであろう。
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
［態様１］
ロボットアームの始動手順中に前記ロボットアームのモータの故障をテストする方法であって、前記ロボットアームが、連結部によって第２のリンクに接続された第１のリンクと、前記第２のリンクが前記第１のリンクに対して移動することを可能にする前記連結部と、前記連結部を駆動するための前記モータであって、多相モータである、モータと、を備え、前記モータの各相が、モータ巻線と、電源レールから前記モータ巻線に電力を印加するため、かつ、前記モータ巻線に駆動信号を印加するためのモータ駆動回路と、を備え、前記方法が、以下の順序で、
（ｉ）前記モータを既知の状態に駆動するステップと、
（ｉｉ）前記モータの第１の相のみを前記電源レールに接続するステップと、
（ｉｉｉ）前記モータの前記第１の相の前記モータ駆動回路を通してパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を駆動するステップと、
（ｉ）前記モータを既知の状態に駆動するステップと、
（ｖ）前記モータの前記第１の相が前記電源レールから切り離された状態で、前記モータの前記第１の相の前記モータ駆動回路を通して前記ＰＷＭ信号を駆動するステップと、
（ｖｉ）前記モータの他の相の各々についてステップ（ｉｉ）～（ｖ）を繰り返すステップと、を含み、
前記方法が、ステップ（ｉ）～（ｖｉ）の各々の間に、前記電源レールから前記モータ駆動回路への前記電流が電流制限を超過するかどうかをテストすることをさらに含む、方法。
［態様２］
ステップ（ｉ）～（ｖｉ）の各々の間に、前記モータの前記第１の相の前記モータ巻線に供給される電圧が、前記電源レール電圧および接地の各々と、それぞれの値だけ異なっているかどうかをテストすることをさらに含む、態様１に記載の方法。
［態様３］
前記モータの各相について、前記モータが、その相の前記モータ駆動回路に前記電源レールを接続するための負荷スイッチを備え、各モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号をその相の前記モータ巻線へと駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備え、ステップ（ｉ）および／または（ｉｖ）が、前記モータのすべての相の前記負荷スイッチを開くことと、前記モータのすべての相の前記ローサイドトランジスタをオンにすることと、を含む、態様１または２に記載の方法。
［態様４］
前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備え、ステップ（ｉｉ）が、前記モータの他のすべての相の前記負荷スイッチが開いている状態で、前記モータの前記第１の相の前記負荷スイッチを閉じることを含む、態様１～３のいずれかに記載の方法。
［態様５］
前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備え、ステップ（ｖ）が、前記モータのすべての相のすべての負荷スイッチが開いている状態で、前記ＰＷＭ信号を前記モータの前記第１の相の前記モータ駆動回路を通して駆動することを含む、態様１～４のいずれかに記載の方法。
［態様６］
前記態様２に記載のテストステップが、前記ＰＷＭ信号の高パルスの間に前記巻線に供給された電圧を高閾値と比較することと、前記ＰＷＭ信号の低パルスの間に前記巻線に供給された電圧を低閾値と比較することと、を含む、態様２に記載の方法、または態様２に従属するときの態様３～５のいずれかに記載の方法。
［態様７］
前記巻線に供給された前記電圧が前記高閾値を下回る場合に故障を検出すること、および／または前記巻線に供給された前記電圧が前記低閾値を下回る場合に故障を検出すること、を含む、態様６に記載の方法。
［態様８］
前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチ、および前記負荷スイッチと前記モータ駆動回路との間の電流センサーを備え、前記方法が、前記電流センサーにおいて、前記電源レールから前記モータ駆動回路への電流が、電流制限を超過すること感知することに反応して故障を検出することを含む、態様１～７のいずれかに記載の方法。
［態様９］
複数の電源のうち１つから前記電源レールに電力が印加され、前記方法が、時間ｔにおいて供給された電圧を、前記時間ｔの閾値電圧値に比較することを含む、態様１～８のいずれかに記載の方法。
［態様１０］
時間ｔにおいて前記供給された電圧が、前記時間ｔの前記閾値電圧値を下回る場合、故障を検出することを含む、態様９に記載の方法。
［態様１１］
各モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号をその相の前記モータ巻線へ駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備え、前記方法が、前記巻線に供給される電圧が前記高閾値を下回る場合に、前記ハイサイドトランジスタの故障を検出すること、および／または前記巻線に供給される電圧が前記低閾値を上回る場合に、前記ローサイドトランジスタの故障を検出することを含む、態様７に記載の方法、または態様７に従属するときの態様８～１０のいずれかに記載の方法。
［態様１２］
前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備え、前記方法が、態様１に記載のステップ（ｖ）において前記ＰＷＭ信号を駆動する所定期間の後に前記巻線に供給される電圧が前記高閾値を上回る場合、前記第１の相の前記負荷スイッチの故障を検出することを含む、態様７もしくは１１に記載の方法、または態様７に従属するときの態様８～１０のいずれかに記載の方法。
［態様１３］
各モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号をその相の前記モータ巻線に駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備え、前記方法が、前記電源レールから前記モータ駆動回路への前記電流が電流制限を上回ることを感知して、前記第１の相の前記負荷スイッチ、ならびに／または前記ハイサイドトランジスタおよび／もしくは前記ローサイドトランジスタの故障を検出することを含む、態様８に記載の方法、または態様８に従属するときの態様９～１２のいずれかに記載の方法。
［態様１４］
時間ｔにおける前記電源からの電圧が、前記時間ｔの前記閾値電圧値を下回ることを感知して、電源の故障を検出することを含む、態様９に記載の方法、または態様９に従属するときの態様１０～１３のいずれかに記載の方法。
［態様１５］
前記故障を検出することに反応して、前記モータに制動電流を印加して、それによって、重力に逆らって前記連結部の位置を維持することを含む、態様７～１４いずれかに記載の方法。
［態様１６］
前記モータの第１の対の相の間のみに、前記第１の対の前記第１の相から前記第１の対の前記第２の相に前記制動電流を印加することを含む、態様１５に記載の方法。
［態様１７］
故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第２の対の相の間のみに、前記第２の対の前記第１の相から前記第２の対の前記第２の相に制動電流を印加することをさらに含む、態様１６に記載の方法。
［態様１８］
故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの相の第３の対の間のみに、前記第３の対の前記第１の相から前記第３の対の前記第２の相に制動電流を印加することをさらに含む、態様１７に記載の方法。
［態様１９］
故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第１の対の相の間のみに、前記第１の対の前記第２の相から前記第１の対の前記第１の相に、制動電流を印加することをさらに含む、態様１８に記載の方法。
［態様２０］
故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第２の対の相の間のみに、前記第２の対の前記第２の相から前記第２の対の前記第１の相に制動電流を印加することをさらに含む、態様１９に記載の方法。
［態様２１］
故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第３の対の相の間のみに、前記第３の対の前記第２の相から前記第３の対の前記第１の相に制動電流を印加することをさらに含む、態様２０に記載の方法。

Claims (21)

1. ロボットアームの始動手順中に前記ロボットアームのモータの故障をテストする方法であって、前記ロボットアームが、連結部によって第２のリンクに接続された第１のリンクと、前記第２のリンクが前記第１のリンクに対して移動することを可能にする前記連結部と、前記連結部を駆動するための前記モータであって、多相モータである、モータと、を備え、前記モータの各相が、モータ巻線と、電源レールから前記モータ巻線に電力を印加するため、かつ、前記モータ巻線に駆動信号を印加するためのモータ駆動回路と、を備え、前記方法が、以下の順序で、
   （ｉ）前記モータを既知の状態に駆動するステップと、
   （ｉｉ）前記モータの第１の相のみを前記電源レールに接続するステップと、
   （ｉｉｉ）前記モータの前記第１の相の前記モータ駆動回路を通してパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を駆動するステップと、
   （ｉ）前記モータを既知の状態に駆動するステップと、
   （ｖ）前記モータの前記第１の相が前記電源レールから切り離された状態で、前記モータの前記第１の相の前記モータ駆動回路を通して前記ＰＷＭ信号を駆動するステップと、
   （ｖｉ）前記モータの他の相の各々についてステップ（ｉｉ）～（ｖ）を繰り返すステップと、を含み、
   前記方法が、ステップ（ｉ）～（ｖｉ）の各々の間に、前記電源レールから前記モータ駆動回路への前記電流が電流制限を超過するかどうかをテストすることをさらに含む、方法。
2. ステップ（ｉ）～（ｖｉ）の各々の間に、前記モータの前記第１の相の前記モータ巻線に供給される電圧が、前記電源レール電圧および接地の各々と、それぞれの値だけ異なっているかどうかをテストすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記モータの各相について、前記モータが、その相の前記モータ駆動回路に前記電源レールを接続するための負荷スイッチを備え、各モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号をその相の前記モータ巻線へと駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備え、ステップ（ｉ）および／または（ｉｖ）が、前記モータのすべての相の前記負荷スイッチを開くことと、前記モータのすべての相の前記ローサイドトランジスタをオンにすることと、を含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備え、ステップ（ｉｉ）が、前記モータの他のすべての相の前記負荷スイッチが開いている状態で、前記モータの前記第１の相の前記負荷スイッチを閉じることを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備え、ステップ（ｖ）が、前記モータのすべての相のすべての負荷スイッチが開いている状態で、前記ＰＷＭ信号を前記モータの前記第１の相の前記モータ駆動回路を通して駆動することを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記請求項２に記載のテストステップが、前記ＰＷＭ信号の高パルスの間に前記巻線に供給された電圧を高閾値と比較することと、前記ＰＷＭ信号の低パルスの間に前記巻線に供給された電圧を低閾値と比較することと、を含む、請求項２に記載の方法、または請求項２に従属するときの請求項３～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記巻線に供給された前記電圧が前記高閾値を下回る場合に故障を検出すること、および／または前記巻線に供給された前記電圧が前記低閾値を下回る場合に故障を検出すること、を含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチ、および前記負荷スイッチと前記モータ駆動回路との間の電流センサーを備え、前記方法が、前記電流センサーにおいて、前記電源レールから前記モータ駆動回路への電流が、電流制限を超過すること感知することに反応して故障を検出することを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 複数の電源のうち１つから前記電源レールに電力が印加され、前記方法が、時間ｔにおいて供給された電圧を、前記時間ｔの閾値電圧値に比較することを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 時間ｔにおいて前記供給された電圧が、前記時間ｔの前記閾値電圧値を下回る場合、故障を検出することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 各モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号をその相の前記モータ巻線へ駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備え、前記方法が、前記巻線に供給される電圧が前記高閾値を下回る場合に、前記ハイサイドトランジスタの故障を検出すること、および／または前記巻線に供給される電圧が前記低閾値を上回る場合に、前記ローサイドトランジスタの故障を検出することを含む、請求項７に記載の方法、または請求項７に従属するときの請求項８～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記モータの各相について、前記モータが、前記電源レールをその相の前記モータ駆動回路に接続するための負荷スイッチを備え、前記方法が、請求項１に記載のステップ（ｖ）において前記ＰＷＭ信号を駆動する所定期間の後に前記巻線に供給される電圧が前記高閾値を上回る場合、前記第１の相の前記負荷スイッチの故障を検出することを含む、請求項７もしくは１１に記載の方法、または請求項７に従属するときの請求項８～１０のいずれか一項に記載の方法。
13. 各モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号をその相の前記モータ巻線に駆動するためのハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを備え、前記方法が、前記電源レールから前記モータ駆動回路への前記電流が電流制限を上回ることを感知して、前記第１の相の前記負荷スイッチ、ならびに／または前記ハイサイドトランジスタおよび／もしくは前記ローサイドトランジスタの故障を検出することを含む、請求項８に記載の方法、または請求項８に従属するときの請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 時間ｔにおける前記電源からの電圧が、前記時間ｔの前記閾値電圧値を下回ることを感知して、電源の故障を検出することを含む、請求項９に記載の方法、または請求項９に従属するときの請求項１０～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記故障を検出することに反応して、前記モータに制動電流を印加して、それによって、重力に逆らって前記連結部の位置を維持することを含む、請求項７～１４いずれか一項に記載の方法。
16. 前記モータの第１の対の相の間のみに、前記第１の対の前記第１の相から前記第１の対の前記第２の相に前記制動電流を印加することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第２の対の相の間のみに、前記第２の対の前記第１の相から前記第２の対の前記第２の相に制動電流を印加することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの相の第３の対の間のみに、前記第３の対の前記第１の相から前記第３の対の前記第２の相に制動電流を印加することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第１の対の相の間のみに、前記第１の対の前記第２の相から前記第１の対の前記第１の相に、制動電流を印加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第２の対の相の間のみに、前記第２の対の前記第２の相から前記第２の対の前記第１の相に制動電流を印加することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 故障が所定の期間後も検出され続ける場合、前記モータの第３の対の相の間のみに、前記第３の対の前記第２の相から前記第３の対の前記第１の相に制動電流を印加することをさらに含む、請求項２０に記載の方法。

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