JP2022551310A - ロボットアーム内の故障検出応答 - Google Patents

Abstract

ジョイント（２０５）によって第２のリンク（２０４）に接続された第１のリンク（２０４）と、第２のリンク（２０４）が第１のリンク（２０４）に対して動くことを可能にするジョイント（２０５）と、ジョイント（２０５）を駆動するためのモータ（２０８）と、モータ（２０８）を制御するためのコントローラ（２０９）と、を備える、ロボットアーム（２０２）。コントローラ（２０９）は、重力に対してジョイント（２０５）の位置を維持するために、モータ（２０８）に制動電流を印加することによって、ロボットアーム（２０２）の故障の検出に応答して、モータ（２０８）を電気的に制動するように構成されている。コントローラ（２０９）は、ジョイント（２０５）が能動的に駆動されない場合にロボットアーム（２０２）が重力下で垂れ下がることになる構成にジョイント（２０５）がある場合のみ、この電気的に制動することを実施する。【選択図】図３

Description

本発明は、ロボットアームを制御すること、特に、ロボットアームの故障を検出し、それに応答することに関する。

図１は、動作を実施するための典型的なロボット１００を例示する。ロボット１００は、基部１０１、ロボットアーム１０２、および器具１０３から構成される。基部１０１は、ロボットを支持し、それ自体が、例えば、床、天井、またはカートにしっかりと取り付けられる。ロボットアーム１０２は、基部と器具との間に延在する。ロボットアームは、可撓性ジョイント１０５が散在する剛性リンク１０４から構成される。それによって、ロボットアームは、関節式であり、その遠位端、したがって、ワークスペース内で器具を動かすことができる。器具は、シャフト１０６およびエンドエフェクタ１０７を含む。エンドエフェクタ１０７は、ロボットアームからの器具の最遠位位置に位置する。エンドエフェクタは、ロボットが行っている動作に関与する。例えば、ロボットは、車両に対する動作を実施するための車両製造プラントにおける産業用ロボットであり得る。別の例として、ロボットは、外科手術を補助または実施するための外科手術ロボットであり得る。

ロボットアームのジョイント１０５の各々は、モータによって駆動される。ロボットアーム内の故障の検出に応答して、故障が評価される間、ロボットアームを定位置に保持することが望ましい場合がある。これは、ロボットアームの各モータに機械的制動を適用することによって行われ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的制動を組み込むことは、ロボットアームの重量を増加させ、ロボットアーム内の空間を占有する。より軽量で、よりコンパクトな解決策が必要とされる。

第１の態様によると、ジョイントによって第２のリンクに接続された第１のリンクであって、第２のリンクが第１のリンクに対して動くことをジョイントが可能にする、第１のリンクと、ジョイントを駆動するためのモータと、モータを制御するためのコントローラであって、コントローラは、ロボットアームの故障の検出に応答して、重力に対してジョイントの位置を維持するように、モータ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ように構成されている、コントローラと、を備える、ロボットアームが提供される。

モータが、多相モータであり得、多相モータが、多相モータの各相に対して、モータ巻線と、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、モータ駆動回路に電源を接続するための負荷スイッチと、を備える。

多相モータが、３つの相を備え得、コントローラが、ロボットアームの故障の検出に応答して、モータの全ての３つの相に制動電流を印加するように構成され得る。

コントローラが、ロボットアームの故障の検出に応答して、モータの第１の対の相の間のみ、第１の対の第１の相から第１の対の第２の相まで、制動電流を印加し得る。

コントローラが、直前の段落の制動電流を印加することに続いて、ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、モータの第２の対の相の間のみ、第２の対の第１の相から第２の対の第２の相まで、制動電流を印加し得る。

コントローラが、直前の段落の制動電流を印加することに続いて、ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、モータの第３の対の相の間のみ、第３の対の第１の相から第３の対の第２の相まで、制動電流を印加し得る。

コントローラが、直前の段落の制動電流を印加することに続いて、ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、モータの第１の対の相の間のみ、第１の対の第２の相から第１の対の第１の相まで、制動電流を印加し得る。

コントローラが、直前の段落の制動電流を印加することに続いて、ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、モータの第２の対の相の間のみ、第２の対の第２の相から第２の対の第１の相まで、制動電流を印加し得る。

コントローラが、直前の段落の制動電流を印加することに続いて、ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、モータの第３の対の相の間のみ、第３の対の第２の相から第３の対の第１の相まで、制動電流を印加し得る。

故障が、電力喪失であり得、コントローラが、ロボットアームの外部の一次電源からモータに制動電流を接続することによって、電力喪失の検出に応答して、モータを電気的に制動し得る。

故障が、電力喪失であり得、コントローラが、ロボットアームの外部のバックアップ電源からモータに制動電流を接続することによって、電力喪失の検出に応答して、モータを電気的に制動し得る。

ロボットアームが、カート上に装着され得、バックアップ電源が、カート内に収容された再充電可能なバッテリであり得る。

コントローラが、バックアップ電源から制動電流を印加することに続いて、電力喪失を検出し続けることに応答して、一次電源およびバックアップ電源とは独立してモータに接続されたさらなるバックアップ電源からモータに制動電流を接続するように構成され得る。

さらなるバックアップ電源が、５分未満にわたって重力に対するジョイントの位置を維持するのに十分な電力のみを提供することができる再充電不可能バッテリであり得る。

多相モータの単相における故障の検出に応答して、コントローラが、その単相のモータ巻線をモータから絶縁するように、その単相の負荷スイッチを開くことと、モータの他の相に制動電流を印加することと、を行い得る。

モータが、多相モータの各相に対して、負荷スイッチとモータ駆動回路との間に電流センサを備え得、電流制限が超過されたときに相における故障をコントローラに信号伝達するように電流センサが構成されている。

各モータ駆動回路が、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードでそのそれぞれのモータ巻線を駆動するように構成され得、モータ駆動回路が、ＰＷＭ信号を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得る。モータは、多相モータの各相に対して、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がＰＷＭ信号を生成するために動作していることを検出するための回路をさらに備え得、回路は、ＰＷＭ信号が生成されない場合に相における故障をコントローラに信号伝達し得る。

回路が、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ように構成された第１のコンパレータと、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ように構成された第２のコンパレータと、を備え得、回路は、巻線に供給される電圧が高閾値を下回るか、または低閾値を上回る場合、故障をコントローラに信号伝達するように構成されている。

各モータ駆動回路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が、直列に接続され得、各モータ駆動回路が、ハイサイドおよびローサイドトランジスタと並列に接続されたコンデンサをさらに備え得る。

ジョイントは、第２のリンクが第１のリンクに対して軸を中心として回転することを可能にし得、制動電流が、ロボットアームの現在の構成に対してジョイントの回転位置を係止するように、ジョイントに固定トルクを提供するものであり得る。

制動電流が、固定トルクを提供する前に、ジョイントの動きを停止するためにジョイントに初期トルクを提供するものであり得る。

ここで、添付図面を参照して、本発明を例として説明する。図は、以下のとおりである。
既知のロボットアームを例示する。 関節式ロボットアームを例示する。 ロボットアームのジョイントを駆動するためのモータを例示する。 図３のモータの相の例示的な構造を例示する。 モータに組み込まれたセンサを例示する。 図３の電源の例示的な構造を例示する。 ジョイントモータの起動手順を例示するフローチャートである。 故障検出後の一連の保持状態を例示する。

以下の開示は、図２に例示されるタイプのロボット２００を制御することに関する。ロボットは、一端で基部２０１に接続され、他端で器具２０３に接続されたロボットアーム２０２から構成される。ロボットアーム２０２は、可撓性ジョイント２０５が散在する一連のリンク２０４を備える。各可撓性ジョイントは、それが接続するリンクが互いに対して動くことを可能にする。可撓性ジョイントは、回転ジョイントを備え得、それらの各々は、それが接続するリンクが軸を中心として互いに対して回転することを可能にする。可撓性ジョイントは、テレスコピックジョイントを備え得、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伸長することを可能にする。器具２０３は、シャフト２０６と、動作を実施するためのエンドエフェクタ２０７と、を備える。

各ジョイントは、モータ２０８によって駆動される。ジョイントコントローラ２０９は、モータを制御してジョイントを駆動する。ロボットアームの各ジョイントは、別個のモータによって駆動され得る。好適には、そのモータは、ジョイントの近位に位置する。例えば、ジョイントが接続する２つのリンクのうち、モータは、ロボットアームの基部の最近位にあるリンク上に位置し得る。しかしながら、いくつかの状況では、モータは、ロボットアームの基部の最遠位にあるリンク上に位置し得る。各ジョイントモータは、モータを制御するための専用のジョイントコントローラを有し得る。代替的に、ジョイントコントローラは、２つ以上のジョイントモータを制御し得る。

図３は、ロボットアーム２０２のジョイント２０５を駆動するための例示的なモータ３００を例示する。モータ３００は、多相モータである。モータは、ロータおよびステータと、ロータおよびステータの一方に装着され、ロータおよびステータの他方に作用するための複数の巻線と、を有する。各巻線は、一端で他の巻線に接続され、他端でモータ相に接続される。電流は、巻線を通して連続的に駆動され、ロータをステータに対して回転させ、それによって、ジョイント２０５を駆動するために使用され得るトルクを生成する。図３に示される例では、モータは、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を有する、三相モータである。しかしながら、より一般的には、モータは、３つよりも多い相を有し得る。

モータ３０１、３０３、３０５の各相は、負荷スイッチ３０７、３０８、３０９と、モータ駆動回路３１０、３１１、３１２と、を備える。負荷スイッチは、ジョイントコントローラ３１７からの制御入力３１４、３１５、３１６に応答して、電源レール３１３からその相のモータ駆動回路に電源を接続する。モータ駆動回路は、制御入力３２１、３２２、３２３に応答して、駆動信号３１８、３１９、３２０をその相のモータ巻線に印加する。電力は、電源３２４から電源レール３１３に供給される。

図４は、図３のモータ相３０１、３０３、３０５の例示的な構造を例示する。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を含む。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、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およびローサイドトランジスタ４０２は、直列に接続される。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、全て、直列に接続され、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との間にある。負荷スイッチ４００の他方側は、電源レール３１３に接続される。ローサイドトランジスタ４０２の他方側は、接地４０３に接続される。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る駆動信号ライン４１０に出力される。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を追加的に備え得る。具体的には、コンデンサ４１１は、ハイサイドトランジスタ４０１の一方側およびローサイドトランジスタ４０２の対向する側に接続される。言い換えると、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、過電流がモータ駆動回路に流れる原因となる負荷スイッチの故障の事象において、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、電流の一部が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通って流れること、したがって、損傷させることを防止する。

ジョイントコントローラ３１７は、制御入力４０７を生成して負荷スイッチ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を制御して閉じ、それによって、電源レールからモータ駆動回路までを通して電源を接続する。制御入力４０７はまた、負荷スイッチ４００を制御して開き、それによって、電源レールからモータ駆動回路までの電源を接続解除する。ジョイントコントローラ３１７は、ハイサイドゲート入力４０８を生成して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、それを通る電流を有効化および無効化する。ジョイントコントローラ３１７は、ローサイドゲート入力４０９を生成して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、それを通る電流を有効化および無効化する。

ジョイントコントローラは、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ように、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のゲートを駆動する。したがって、動作中、ジョイントコントローラは、第１のモータ相Ｕの負荷スイッチを制御して閉じ、ハイおよびローサイドゲートドライバ入力を提供して、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。次いで、ジョイントコントローラは、ハイおよびローサイドゲートドライバ入力を提供して、モータ駆動回路に、ＰＷＭ駆動信号の生成を継続解除させる。ジョイントコントローラは、このプロセスを他のモータ巻線の各々に順次繰り返す。任意選択的に、ジョイントコントローラは、その時点で開くために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し得る。これは、これらの相のモータ駆動回路に電源が接続されることを防止する。

図５は、図３に示されるように例示的な三相モータを例示しており、ジョイントコントローラ３１７および各モータ相３０１、３０３、３０５は、図４に示される構造を有する。ジョイントコントローラ３１７の負荷スイッチ制御ユニットは、各モータ相の負荷スイッチ４００ａ、４００ｂ、４００ｃにそれぞれ制御入力４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃを提供する。ジョイントコントローラ３１７のハイサイドゲートドライバ４０５は、各モータ相のハイサイドトランジスタ４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃのそれぞれにハイサイドゲート入力４０８ａ、４０８ｂ、４０８ｃを提供する。ジョイントコントローラ３１７のローサイドゲートドライバ４０６は、各モータ相のハイサイドトランジスタ４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃのそれぞれに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、複数のセンサを備える。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位置する電流センサ５００ａ、５００ｂ、５００ｃを備える。電流センサは、例えば、電流感知抵抗器であり得る。電流センサは、電流制限を有する。電流制限は、既定され得る。例えば、電流制限は、２０Ａであり得る。電流センサ出力は、ジョイントコントローラ３１７（図示せず）に接続される。電流センサは、電流センサを通過する電流が電流制限を超える場合、ジョイントコントローラ３１７に信号伝達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信号の高パルスの間に高閾値を上回り、かつＰＷＭ信号の低パルスの間に低閾値を下回るかどうかを検出するためのセンサ回路を備える。好適には、この回路は、パルスの端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。

このときまでに、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回路の例示的な実装を例示する。回路は、３つのモータ相の各々に対して同一である。ここで、第１のモータ相Ｕを監視するための回路が説明される。

２つのコンパレータ５０１ａ、５０２ａは、各々、１つの入力５０３ａ、５０６ａとして駆動信号３１８を有する。第１のコンパレータ５０１ａは、その他の入力５０４ａとして、上述の高閾値を有する。その高閾値は、例えば、供給レール３１３上の供給電圧の割合であり得る。その割合は、０．８～０．９９の割合であり得る。その割合は、０．９～０．９５の割合であり得る。割合は、０．９５であり得る。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るか、または下回るかを示す。第２のコンパレータ５０２ａは、その他の入力５０７ａとして、上述の低閾値を有する。その低閾値は、例えば、供給レール３１３上の供給電圧の割合であり得る。その割合は、０．０１～０．２の割合であり得る。その割合は、０．０５～０．１の割合であり得る。割合は、０．０５であり得る。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、駆動信号電圧が低閾値を上回るか、または下回るかを示す。コンパレータ５０１ａ、５０２ａの各々の出力は、ジョイントコントローラ３１７（図示せず）に接続される。それによって、コンパレータは、駆動信号電圧が高閾値および低閾値を上回るか、または下回るかをジョイントコントローラに信号伝達する。

図６は、図３および図５に示される電源３２４の例示的な構造を例示する。電源３２４は、一次電源６０１を備える。一次電源は、主電源によって提供され得る。これは、システムの他の構成要素を介してロボットアームに経路指定され得る。例えば、ロボットアームが、マスタスレーブマニピュレータのスレーブ構成要素を形成し、遠隔コンソールに位置するマスタ構成要素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とは異なるソースを有する。そのソースは、一次電源とは異なる場所にあり得る。そのソースは、異なる電源ラインを介して、電源レール３１３に、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に接続する電源ラインに接続され得る。バックアップ電源は、ロボットアームに局所的に収容されたバッテリであり得る。例えば、バッテリは、ロボットアームが装着されるカート内に収容され得る。好適には、バックアップ電源は、再充電可能なバッテリである。バックアップ電源は、一次電源６０１が故障した事象で、電源レール３１３に電力を供給するように制御される。好適には、バックアップ電源は、ロボットアームの操作に動力供給するために格納された十分なエネルギーを有して、一次電源が故障した後の既定の期間にわたって、ロボットアームがその意図される動作を実施することを継続することを可能にする。この既定の期間は、５～１０時間であり得る。

電源３２４はまた、さらなるバックアップ電源６０３を含み得る。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とは異なるソースを有する。そのソースは、一次および／またはバックアップ電源とは異なる場所にあり得る。そのソースは、異なる電源ラインを介して、電源レール３１３に、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に接続する電源ライン（複数可）に接続され得る。さらなるバックアップ電源は、カート内またはロボットアーム上に収容されたバッテリであり得る。バッテリは、バックアップ電源６０２の再充電可能なバッテリよりも顕著に小さい。バッテリは、再充電不可能であり得る。さらなるバックアップ電源６０３は、バックアップ電源６０２が故障した事象で、電源レール３１３に電力を供給するように制御される。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、非常に短い期間にわたってロボットアームの操作に動力供給するために格納された十分なエネルギーを有する。この既定の期間は、５分以内であり得る。既定の期間は、３０秒であり得る。

図６は、数個のダイオード６０４を、各電源ソースと電源レール３１３との間に１つ例示する。これらのダイオード６０４は、電源から電源レール３１３への単方向様式で電力が供給され、電源レール３１３からの電源のいずれかに電流が還流しないことを確保する。

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を例示する。この回路は、その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、どの電源がアクティブであるか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想される供給電圧の割合であり得る。その割合は、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、電源レールが予想される最大供給電圧の５％以内であるか否かを識別する。システムは、試験プロセス中に異なる時点で同じ電源によって異なる電圧で駆動され得る。さらなる入力は、その時点でシステムが駆動される電圧に応じて可変であり得る。コンパレータの出力は、ジョイントコントローラ３１７に入力され得る。

以下は、ロボットアームの起動手順中の故障について、本明細書に説明されるモータ配置を試験することを説明する。試験手順は、ロボットアームによって内部的に実施され、したがって、パワーオンセルフテスト（ＰＯＳＴ）と呼ばれ得る。好適には、ジョイントコントローラは、モータから受信された感知データを故障コントローラに渡す。故障コントローラは、ロボットアームの外部に位置する中央コントローラであり得、これは、ロボットアームの各個々のジョイントコントローラから感知データを受信する。故障コントローラは、ＰＯＳＴを実装するようにジョイントコントローラを制御し、故障検出時に、故障コントローラは、以下に説明されるように、故障検出に対する応答を実装するようにジョイントコントローラを制御する。

図７は、起動中にロボットアームのジョイントモータを試験するための例示的なＰＯＳＴシーケンスを例示する。ステップ７０１では、試験されるモータ相は、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である。次のステップ７０２では、モータは、既知の状態に駆動される。好適には、この既知の状態は、モータ電圧が既知の状態である。例えば、既知の状態は、多相モータの各巻線にわたる電圧がゼロである状態であり得る。本明細書に説明される三相モータでは、これは、各モータ相の負荷スイッチ３０７、３０８、３０９を制御して、制御入力４０７ａ、４０７ｂ、４０７ｃを介して開くジョイントコントローラ３１７によって達成され得る。加えて、ジョイントコントローラは、各モータ相のローサイドトランジスタを制御して、ローサイドゲート入力４０９ａ、４０９ｂ、４０９ｃを介して電流がローサイドトランジスタを流れることを可能にし得る。これら２つの作用は、一緒に、モータ巻線がジョイントを駆動するためのトルクを生成しない「パッシブ制動」状態にモータを入らせる。

次のステップ７０３では、第１のモータ相Ｕが電源に接続される。好適には、これは、第１の相の負荷スイッチ４００ａを制御して閉じて、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に電源を接続するために、ジョイントコントローラ３１７によって実装される。ジョイントコントローラ３１７は、負荷スイッチ４００ａを制御して閉じるが、一方、他のモータ相の負荷スイッチ４００ｂ、４００ｃを制御して開いたままにする。好適には、この時間の間、ジョイントコントローラは、全てのモータ相のローサイドトランジスタを制御し続けて、オンのままにする。

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。好適には、これは、上述のように、ゲート駆動入力４０８ａ、４０９ａをＰＷＭシーケンスにおいてハイおよびローサイドトランジスタ４０１ａ、４０２ａに印加するジョイントコントローラ３１７によって実装される。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の相巻線Ｕ３０２に出力される。この時間の間、ジョイントコントローラは、閉じた第１のモータ相Ｕの負荷スイッチ４００ａ、および開いた他のモータ相の負荷スイッチ４００ｂ、４００ｃを制御し続ける。

次のステップ７０５では、モータは、既知の状態に駆動される。好適には、これは、ステップ７０２に関して説明されたものと同じ方法で実装される。ステップ７０５の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り得る。ステップ７０５の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は異なり得る。したがって、ジョイントコントローラは、全てのモータ相の負荷スイッチ４００ａ、４００ｂ、および４００ｃを制御して、開く。ジョイントコントローラはまた、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し得る。

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を通して駆動される。この時点で、第１のモータ相Ｕの負荷スイッチ４００ａが開いており、したがって、第１のモータ相Ｕが電源レール３１３から接続解除される。ジョイントコントローラ３１７は、ステップ７０４と同様に、ＰＷＭシーケンスにおいて、ゲートドライブ入力４０８ａ、４０９ａをハイおよびローサイドトランジスタ４０１ａ、４０２ａに印加する。この時間の間、ジョイントコントローラは、開いた他のモータ相Ｖ、Ｗの負荷スイッチ４００ｂ、４００ｃを制御し続ける。モータ駆動回路が任意選択のコンデンサ４１１ａを含む場合、負荷スイッチ４００ａを開くこと、およびＰＷＭシーケンスを適用するとは、コンデンサ４１１ａを放電させる。

次のステップ７０７では、現在のモータ相の後にモータ相が存在するかどうかが判定される。言い換えると、ｉ＝ｉ＋１は存在するか？本明細書に説明されるモータについて、第２のモータ相が存在する。したがって、ステップ７０７における質問に対する答えは、「はい」であり、方法は、ステップ７０８に進み、ｉは、ｉ＋１に設定される。言い換えると、ｉは、２に設定される。ステップ７０２～７０６が、次いで、第２のモータ相Ｖに関して繰り返される。この反復でステップ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における質問に対する答えは、「はい」であり、方法は、ステップ７０８に進み、ｉは、ｉ＋１に設定される。言い換えると、ｉは、３に設定される。ステップ７０２～７０６が、次いで、第３のモータ相Ｗに関して繰り返される。この反復でステップ７０７に到達すると、質問に対する答えは、三相モータに対して「いいえ」である。したがって、プロセスは、ステップ７０９に移動し、シーケンスが終了する。３つを超える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、完了されることになる。

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、既定の持続時間にわたって実施され得る。図７のステップは、示される順序で実施される。

図７のシーケンスが実施される一方で、モータからの感知データは、モータが予想どおりに動作しているか否かを試験するために、故障コントローラにフィードバックされる。好適には、以下に説明された試験は、図７に示されるフローチャートの全てのステップの間に実施される。

第１に、故障コントローラは、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えるか否かを試験し得る。例えば、故障コントローラは、各モータ相の電流センサ５００ａ、５００ｂ、５００ｃの出力を使用して、電流センサを通過する電流が電流制限を超えるかどうかを判定し得る。電流制限は、既定され得る。代替的に、電流センサの電流制限は、再構成可能であり得る。例えば、電流制限は、リアルタイムで、電源レールから供給される予想される電流に近い値に設定され得る。したがって、予想される供給される電流が変化した場合、電流センサの電流制限は、それに応じて再構成される。好適には、電流制限は、最大の予想される供給される電流に設定される。故障コントローラは、電流制限を超えたという電流センサからの指示を受信すると、故障を検出する。

第２に、故障コントローラは、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から、それぞれの量を超えて異なるか否かを試験し得る。例えば、第１のモータ相が図７のステップ７０４でＰＷＭモードで駆動されている間、故障コントローラは、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信号の高パルスの間に高閾値を超えるか否か、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未満であるかどうかを判定し得る。故障コントローラは、他のモータ相が図７のステップ７０４でＰＷＭモードで駆動されるとき、他のモータ相と同じプロセスを実施する。故障コントローラは、巻線に供給される電圧が高閾値を下回っている場合に故障を検出する。故障コントローラは、巻線に供給される電圧が低閾値を上回っている場合に故障を検出する。

第１のモータ相が図７のステップ７０６でＰＷＭモードで駆動されている間、故障コントローラは、コンパレータ５０１ａの出力を使用して、第１の巻線に供給される電圧が、ＰＷＭ信号の高パルスの間に高閾値を超えるかどうかを判定し得る。故障コントローラは、他のモータ相が図７のステップ７０６でＰＷＭモードで駆動されるとき、他のモータ相と同じプロセスを実施する。故障コントローラは、巻線に供給される電圧が高閾値を上回っている場合に故障を検出する。

コンパレータ５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃおよび５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃの高および低閾値は、供給電圧の割合である。この割合は、事前設定され得る。代替的に、この割合は、リアルタイムで構成可能であり得る。

第３に、故障コントローラは、モータに供給される電圧が閾値電圧値未満であるか否かを試験し得る。例えば、故障コントローラは、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未満であるかどうかを判定し得る。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、アクティブ電源からの予想される供給電圧の割合であり得る。故障コントローラは、供給される電圧が閾値電圧未満であることをコンパレータ６０５の出力が示す場合、故障コントローラは、故障を検出する。

故障コントローラはまた、次のように、モータからの感知出力に依存して、故障源を識別し得る：
（ｉ）故障コントローラは、図７のステップ７０４のＰＷＭモード中に、そのモータ相の巻線に供給される電圧がコンパレータ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故障したか、または開いていることであり得る。
（ｉｉ）故障コントローラは、図７のステップ７０４のＰＷＭモード中に、そのモータ相の巻線に供給される電圧がコンパレータ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故障したか、または開いていることであり得る。
（ｉｉｉ）故障コントローラは、図７のステップ７０６でＰＷＭモードを駆動する既定の期間の後、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故障を検出する。例えば、故障は、負荷スイッチが短絡故障したことであり得る。
（ｉｖ）故障コントローラは、電流制限が超過したという電流センサ５００からの指示を受信すると、モータ相の負荷スイッチの故障、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の故障を検出する。
（ｖ）故障コントローラは、電源からの電圧が、その電源に対して時間ｔにわたって閾値電圧を下回って下がったというコンパレータ６０５からの指示を受信すると、電源の故障を検出する。

故障コントローラは、モータからの感知出力の組み合わせに応じて、他の故障源を識別し得る。例えば、故障コントローラは、モータ巻線が開いていること、またはハイもしくはローサイドコンパレータのうちの一方が適切に機能していないことを識別し得る。

各故障評価中、故障コントローラは、それがモータから受信する全ての感知データおよび状態情報の出力を評価し、この評価に続いて、上記に列記された故障状態のうちの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、そのステップが既定の持続時間にわたって実施され、上記の試験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、プロセスは故障状態に入り得る。

故障状態に入ると、ジョイントコントローラは、モータを電気的に制動することによって応答する。これを行うために、ジョイントコントローラは、モータが重力に対して駆動するジョイントの位置を維持するために、モータに制動電流を印加する。ジョイントは、１つの構成に保持され、したがって、ジョイント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ことを防止する。ジョイントが回転関節である場合、制動電流は、ジョイントの回転位置を係止することなどのために、ジョイントに固定トルクを提供する。固定トルクの値は、アームの姿勢に依存する。言い換えると、その回転位置を係止するためにジョイントに適用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する。したがって、固定トルクの値、したがって、制動電流の値は、ジョイントが保持される位置に依存し、それに応じてジョイントコントローラによって制御され得る。

固定トルクは、ジョイントの回転位置を重力に対して保持するのに十分である。故障状態に入る時点で、ジョイントが閾値速度未満で動いている場合、固定トルクは、時間Ｔでジョイントの動きを停止させ、かつ重力に対してその停止された位置にジョイントを保持するのに十分である。しかしながら、故障状態に入る時点で、ジョイントが閾値速度を上回って動いている場合、固定トルクは、時間Ｔでジョイントの動きを停止するには不十分である。この場合、ジョイントコントローラは、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で関節の動きを停止するのに十分である。一旦、ジョイントが停止されると、関節コントローラは、次いで、固定トルクを適用することによってモータを電気的に制動して、重力に対して停止された位置にジョイントを保持する。

制動電流は、電力を必要とし、したがって、電気制動は、ジョイントを定位置に保持するための電力を必要とする。電気制動は、同じジョイントコントローラの制御下で、ジョイントの関節を駆動する同じモータによって適用される。別個の実体は、電気的に制動することに関与しない。

ジョイントコントローラは、モータの全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し得る。例えば、ジョイントコントローラは、（ｉ）電源レール３１３からその相のモータ駆動回路に電源を接続するために閉じられるように各モータ相の負荷スイッチと、（ｉｉ）その相のモータ巻線に通る制動電流を接続するために各モータ相のモータ駆動回路と、を制御することによってこれを実装し得る。

故障コントローラが、モータ相のうちの１つに位置するとして故障源を識別した場合、ジョイントコントローラは、そのモータ相の負荷スイッチを開いて、その単相のモータ巻線をモータから絶縁し、モータの他の相のみに制動電流を印加することによって、応答する。例えば、故障コントローラが、第１のモータ相Ｕに故障が存在することを識別した場合、ジョイントコントローラは、（ｉ）第１のモータ相の負荷スイッチ３０７を開くように、（ｉｉ）第２のモータ相の負荷スイッチ３０８を閉じるように、および（ｉｉｉ）第３のモータ相の負荷スイッチ３０９を開くように制御する。このようにして、ジョイントコントローラは、第２および第３のモータ相の間に制動電流を印加し、それによって、ジョイントをその現在の構成に保持する。

故障状態の間、関節コントローラは、上記に説明されたセンサから感知データを受信し続ける。

図８は、一連の保持状態を例示し、その各々が、異なる構成要素を介してモータに制動電流を印加する。ジョイントコントローラは、次の状況において、一連の保持状態を通して循環するようにモータを制御し得る：
（ｉ）故障源が識別されていない場合、
（ｉｉ）複数の故障が検出された場合、
（ｉｉｉ）モータの全ての相に制動電流を印加することに続いて、故障コントローラによって受信された感知データが、故障コントローラに故障を検出させ続ける場合、または
（ｉｖ）モータの２つの相に制動電流を印加することに続いて、故障コントローラによって受信された感知データが、故障コントローラに故障を検出させ続ける場合。

図８は、６つの保持状態を例示し、その各々が、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および第２の相の間で、第１の相から第２の相まで、制動電流を印加する。状態８０２は、モータの第２および第３の相の間で、第２の相から第３の相まで、制動電流を印加する。状態８０３は、モータの第１および第３の相の間で、第１の相から第３の相まで、制動電流を印加する。状態８０４は、モータの第２および第１の相の間で、第２の相から第１の相まで、制動電流を印加する。状態８０５は、モータの第３および第２の相の間で、第３の相から第２の相まで、制動電流を印加する。状態８０６は、モータの第３および第１の相の間で、第３の相から第１の相まで、制動電流を印加する。

一般的に、相Ｘから相Ｙまで制動電流を印加するために、相Ｘの負荷スイッチは、電源レール３１３からその相のモータ駆動回路に電流が流れることを可能にするために閉じられ、相Ｙの負荷スイッチは、開かれる。加えて、相Ｙのローサイドトランジスタは、ローサイドゲートドライバによって接地に駆動される。相Ｙのハイサイドトランジスタは、開かれる。他の相Ｚの負荷スイッチは、開かれる。相Ｚのローサイドトランジスタは、浮動的であり、すなわち、電源レールまたは接地に接続されていない。相Ｙのハイサイドトランジスタは、開かれる。

ジョイントコントローラは、状態８０１から状態８０２、状態８０３、状態８０４、状態８０５、状態８０６、そして状態８０１に戻るなど、一連の保持状態を通して循環するようにモータを制御する。故障源が識別されていない場合、複数の故障が検出される場合、またはモータの全ての相に制動電流が印加されたときに故障が検出された場合、ジョイントコントローラは、図８に示される保持状態のいずれかで制動電流を最初に印加するようにモータを制御し得る。例えば、ジョイントコントローラは、状態８０１で始動するようにモータを制御し得る。単一のモータ相で故障が識別された場合、ジョイントコントローラは、そのモータ相を除外する保持状態で最初に制動電流を最初に印加するようにモータを制御する。例えば、第１のモータ相で故障が検出された場合、ジョイントコントローラは、どちらも第１の相と別の相との間に保持電流を印加しない保持状態８０２または８０５に最初に入るようにモータを制御し得る。ジョイントコントローラは、この状況で同じ保持状態に常に入る、例えば、常に状態８０２にモータを制御し得る。

ジョイントコントローラは、既定の時間、図８の保持状態で制動電流を印加するようにモータを制御する。この既定の時間の後、故障状態がもはや検出されない場合、ジョイントコントローラは、この保持状態で制動電流を維持するように、モータを制御する。既定の時間の後、故障条件が引き続き検出される場合、ジョイントコントローラは、サイクル中の次の保持状態で制動電流を印加するために動くようにモータを制御する。プロセスは、故障が引き続き検出される場合に次の状態に移動する前に既定の時間の間、保持状態にある制動電流を印加する度に、図８の状態を通して循環し続ける。

図８は、１つの例示的な状態の循環順序を例示することが理解されるであろう。循環順序は、図８に示されるものとは異なり得る。循環順序は、任意の順序における一連の状態８０１～８０６であり得る。

一般に、ジョイントコントローラは、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る。検出された故障が電力喪失である場合、ジョイントコントローラは、一次電源６０１からモータ３００に供給される制動電流を最初に制御し得る。故障コントローラが、それに電力喪失を検出させる感知データを受信し続ける場合、故障コントローラは、ジョイントコントローラに、一次電源６０１を電源レール３１３から接続解除させ、代わりに、制動電流をモータに提供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。故障コントローラが、それに電力喪失を検出させる感知データを受信し続ける場合、故障コントローラは、ジョイントコントローラに、バックアップ電源６０２を電源レール３１３から接続解除させ、代わりに、制動電流をモータに提供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。

代替的に、故障コントローラは、電力喪失の初期検出に応答して、ジョイントコントローラに、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得る。故障コントローラが、それに電力喪失を検出させる感知データを受信し続ける場合、故障コントローラは、ジョイントコントローラに、バックアップ電源６０２を電源レール３１３から接続解除させ、代わりに、制動電流をモータに提供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を参照して説明されたＰＯＳＴプロセスは、ロボットアームのジョイントを駆動する各モータ上で有用に実施される。しかしながら、故障コントローラは、ジョイントのうちのいくつかのジョイントコントローラのみを制御して、それらのモータに電気制動を適用し得る。それらのジョイントは、能動的に駆動されない場合、重力下でアームを垂れ下げさせ得るような構成にあるものであり得る。これらのジョイントは、後退駆動可能であるものであり得る。

故障コントローラは、ロボットアームの単一のジョイントモータの単一の故障を検出すると、ロボットアーム全体を故障状態に入らせ得る。言い換えると、故障コントローラは、ロボットアーム全体をその構成で動けなくさせ、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して定位置に保持し得る。したがって、故障コントローラは、ジョイントコントローラに、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る故障の結果として、モータに制動電流を印加させ得る。

故障状態に入ると、故障コントローラは、１つ以上の警報信号を発する。これは、アラームなどの可聴信号、ロボットアームおよび／またはその基部および／またはロボットアームのオペレータのディスプレイ上に表示される視覚信号、ならびにロボットアームのオペレータがロボットアームを操作するためのハンドコントローラを通して感じることができる触覚信号のうちのいずれか１つまたはそれらの組み合わせであり得る。異なるアラームは、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事象で生成され得る。

ロボットアームのジョイントモータがＰＯＳＴ手順に合格した場合、ロボットアームは、通常の使用を継続し得る。ロボットアームの通常の動作中、故障コントローラは、関節モータのいくつかの故障を監視し続け得る。好適には、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の使用中に監視される。故障コントローラは、次の試験を継続し得る：
（ｉ）モータ相の負荷スイッチ３０７、３０８、３０９の故障について。これは、電流センサ５００ａ、５００ｂ、５００ｃから感知データを受信することによって実装される。その感知データは、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、電流センサの電流制限を超えるときを示す。故障コントローラは、電流制限が超過された場合に故障を検出する。
（ｉｉ）電源の故障について。これは、コンパレータ６０５からセンサデータを受信することによって実装される。その感知データは、供給電圧が閾値電圧を下回って下がったときを示す。故障コントローラは、供給電圧が閾値電圧を下回って下がった場合に故障を検出する。

故障コントローラは、上記のように、故障状態に入り、かつモータを電気的に制動することによって、通常の動作中に故障の検出に応答する。

本明細書に説明される装置および方法は、故障を伴うモータ位相を絶縁し、かつ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、モータにおける単一の故障点、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からジョイントモータが保護されることを可能にする。故障を伴うモータ相は、負荷スイッチを開くことによって絶縁される。負荷スイッチを開くことはまた、電源をモータ相から絶縁し、これは、故障がモータ相の短絡回路である事象に有用である。

本明細書に説明されるモータは、負荷スイッチを介して、電源レールから独立して各モータ相を接続解除する回路を有用に提供する。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。

好適には、本明細書に説明される方法は、非同期的に実施される。言い換えると、それらは、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も、故障検出および応答が実施され得る。

本明細書に説明される方法および装置は、ジョイントコントローラによって制御されるいくつかの機能、および故障コントローラによって制御される他の機能を考察する。本明細書に説明される機能は、ジョイントおよび故障コントローラの間で異なって分散され得ることが理解されるであろう。機能は、ジョイントおよび故障コントローラよりも多くのコントローラ間で分散され得る。単一のコントローラは、全ての説明される機能を実施し得る。各コントローラは、本明細書に説明される方法を実施するために命令を実行するためのプロセッサを備える。

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され得る。本明細書に説明される方法は、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施され得る。ソフトウェアは、本明細書に説明される方法を実装するために、コンピューティングベースのデバイスで提供され得る。

感知および試験電流に対する参照は、代わりに、当業者によって既知の方法に従って、感知および試験電圧によって実装され得る。同様に、感知および試験電圧に対する参照は、代わりに、当業者によって既知の方法に従って、感知および試験電流によって実装され得る。

本明細書に説明されるロボットは、外科用エンドエフェクタを有する外科用器具取り付けを有する外科手術ロボットとすることができる。代替的に、ロボットは、産業ロボットまたは別の機能のためのロボットであり得る。器具は、産業ツールであり得る。

本明細書によって、本出願人は、本明細書に説明される各個々の特徴および２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、本明細書に説明される各個々の特徴および２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］
ロボットアームであって、
ジョイントによって第２のリンクに接続された第１のリンクであって、前記第２のリンクが前記第１のリンクに対して動くことを前記ジョイントが可能にする、第１のリンクと、
前記ジョイントを駆動するためのモータと、
前記モータを制御するためのコントローラであって、前記コントローラは、前記ジョイントが能動的に駆動されない場合に前記ロボットアームが重力下で垂れ下がることになる構成に前記ジョイントがある場合のみ、前記ロボットアームの故障の検出に応答して、重力に対して前記ジョイントの位置を維持するように、前記モータに制動電流を印加することによって、前記モータを電気的に制動するように構成されている、コントローラと、を備える、ロボットアーム。
［態様２］
前記モータが、多相モータであり、前記多相モータが、前記多相モータの各相に対して、
モータ巻線と、
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、
前記モータ駆動回路に電源を接続するための負荷スイッチと、を備える、態様１に記載のロボットアーム。
［態様３］
前記多相モータが、３つの相を備え、前記コントローラが、前記ロボットアームの前記故障の検出に応答して、前記モータの全ての３つの相に制動電流を印加するように構成されている、態様２に記載のロボットアーム。
［態様４］
前記コントローラが、前記ロボットアームの前記故障の検出に応答して、前記モータの第１の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、態様２または３に記載のロボットアーム。
［態様５］
前記コントローラが、態様４に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの第２の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、態様４に記載のロボットアーム。
［態様６］
前記コントローラが、態様５に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの第３の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、態様５に記載のロボットアーム。
［態様７］
前記コントローラが、態様６に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの前記第１の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、態様６に記載のロボットアーム。
［態様８］
前記コントローラが、態様７に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの前記第２の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、態様７に記載のロボットアーム。
［態様９］
前記コントローラが、態様８に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの前記第３の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、態様８に記載のロボットアーム。
［態様１０］
前記故障が、電力喪失であり、前記コントローラが、前記ロボットアームの外部の一次電源から前記モータに前記制動電流を接続することによって、前記電力喪失の検出に応答して、前記モータを電気的に制動するように構成されている、態様１～９のいずれか一項に記載のロボットアーム。
［態様１１］
前記故障が、電力喪失であり、前記コントローラが、前記ロボットアームの外部のバックアップ電源から前記モータに前記制動電流を接続することによって、前記電力喪失の検出に応答して、前記モータを電気的に制動するように構成されている、態様１～１０のいずれか一項に記載のロボットアーム。
［態様１２］
前記ロボットアームが、カート上に装着され、前記バックアップ電源が、前記カート内に収容された再充電可能なバッテリである、態様１０に記載のロボットアーム。
［態様１３］
前記コントローラが、態様１１に記載の制動電流を印加することに続いて、電力喪失を検出し続けることに応答して、前記一次電源およびバックアップ電源とは独立して前記モータに接続されたさらなるバックアップ電源から前記モータに前記制動電流を接続するように構成されている、態様１１または１２に記載のロボットアーム。
［態様１４］
前記さらなるバックアップ電源が、５分未満にわたって重力に対する前記ジョイントの前記位置を維持するのに十分な電力のみを提供することができる再充電不可能バッテリである、態様１３に記載のロボットアーム。
［態様１５］
前記多相モータの単相における故障の検出に応答して、前記コントローラが、
その単相の前記モータ巻線を前記モータから絶縁するように、その単相の前記負荷スイッチを開くことと、
前記モータの前記他の相に制動電流を印加することと、を行うように構成されている、態様２または態様２に従属するときの態様３～１４のいずれか一項に記載のロボットアーム。
［態様１６］
前記モータが、前記多相モータの各相に対して、前記負荷スイッチと前記モータ駆動回路との間に電流センサを備え、電流制限が超過されたときに前記相における故障を前記コントローラに信号伝達するように前記電流センサが構成されている、態様１５に記載のロボットアーム。
［態様１７］
各モータ駆動回路が、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードでそのそれぞれのモータ巻線を駆動するように構成されており、前記モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号を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、
前記モータは、前記多相モータの各相に対して、前記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が前記ＰＷＭ信号を生成するために動作していることを検出するための回路をさらに備え、前記回路は、前記ＰＷＭ信号が生成されない場合に前記相における故障を前記コントローラに信号伝達するように構成されている、態様１５または１６に記載のロボットアーム。
［態様１８］
前記回路が、前記ＰＷＭ信号の高パルス中に前記巻線に供給される前記電圧を高閾値と比較するように構成された第１のコンパレータと、前記ＰＷＭ信号の低パルス中に前記巻線に供給される前記電圧を低閾値と比較するように構成された第２のコンパレータと、を備え、前記回路は、前記巻線に供給される前記電圧が前記高閾値を下回るか、または前記低閾値を上回る場合、故障を前記コントローラに信号伝達するように構成されている、態様１７に記載のロボットアーム。
［態様１９］
各モータ駆動回路の前記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が、直列に接続され、各モータ駆動回路が、前記ハイサイドおよびローサイドトランジスタと並列に接続されたコンデンサをさらに備える、態様１７または１８に記載のロボットアーム。
［態様２０］
前記ジョイントは、前記第２のリンクが前記第１のリンクに対して軸を中心として回転することを可能にし、前記制動電流が、前記ロボットアームの現在の構成に対して前記ジョイントの回転位置を係止するように、前記ジョイントに固定トルクを提供するものである、態様１～１９のいずれか一項に記載のロボットアーム。
［態様２１］
前記制動電流が、前記固定トルクを提供する前に、前記ジョイントの動きを停止するために前記ジョイントに初期トルクを提供するものである、態様２０に記載のロボットアーム。

Claims (21)

1. ロボットアームであって、
   ジョイントによって第２のリンクに接続された第１のリンクであって、前記第２のリンクが前記第１のリンクに対して動くことを前記ジョイントが可能にする、第１のリンクと、
   前記ジョイントを駆動するためのモータと、
   前記モータを制御するためのコントローラであって、前記コントローラは、前記ジョイントが能動的に駆動されない場合に前記ロボットアームが重力下で垂れ下がることになる構成に前記ジョイントがある場合のみ、前記ロボットアームの故障の検出に応答して、重力に対して前記ジョイントの位置を維持するように、前記モータに制動電流を印加することによって、前記モータを電気的に制動するように構成されている、コントローラと、を備える、ロボットアーム。
2. 前記モータが、多相モータであり、前記多相モータが、前記多相モータの各相に対して、
   モータ巻線と、
   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、
   前記モータ駆動回路に電源を接続するための負荷スイッチと、を備える、請求項１に記載のロボットアーム。
3. 前記多相モータが、３つの相を備え、前記コントローラが、前記ロボットアームの前記故障の検出に応答して、前記モータの全ての３つの相に制動電流を印加するように構成されている、請求項２に記載のロボットアーム。
4. 前記コントローラが、前記ロボットアームの前記故障の検出に応答して、前記モータの第１の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、請求項２または３に記載のロボットアーム。
5. 前記コントローラが、請求項４に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの第２の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、請求項４に記載のロボットアーム。
6. 前記コントローラが、請求項５に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの第３の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、請求項５に記載のロボットアーム。
7. 前記コントローラが、請求項６に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの前記第１の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、請求項６に記載のロボットアーム。
8. 前記コントローラが、請求項７に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの前記第２の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、請求項７に記載のロボットアーム。
9. 前記コントローラが、請求項８に記載の前記制動電流を印加することに続いて、前記ロボットアームの故障を検出し続けることに応答して、前記モータの前記第３の対の相の間のみ、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の相まで、制動電流を印加するように構成されている、請求項８に記載のロボットアーム。
10. 前記故障が、電力喪失であり、前記コントローラが、前記ロボットアームの外部の一次電源から前記モータに前記制動電流を接続することによって、前記電力喪失の検出に応答して、前記モータを電気的に制動するように構成されている、請求項１～９のいずれか一項に記載のロボットアーム。
11. 前記故障が、電力喪失であり、前記コントローラが、前記ロボットアームの外部のバックアップ電源から前記モータに前記制動電流を接続することによって、前記電力喪失の検出に応答して、前記モータを電気的に制動するように構成されている、請求項１～１０のいずれか一項に記載のロボットアーム。
12. 前記ロボットアームが、カート上に装着され、前記バックアップ電源が、前記カート内に収容された再充電可能なバッテリである、請求項１０に記載のロボットアーム。
13. 前記コントローラが、請求項１１に記載の制動電流を印加することに続いて、電力喪失を検出し続けることに応答して、前記一次電源およびバックアップ電源とは独立して前記モータに接続されたさらなるバックアップ電源から前記モータに前記制動電流を接続するように構成されている、請求項１１または１２に記載のロボットアーム。
14. 前記さらなるバックアップ電源が、５分未満にわたって重力に対する前記ジョイントの前記位置を維持するのに十分な電力のみを提供することができる再充電不可能バッテリである、請求項１３に記載のロボットアーム。
15. 前記多相モータの単相における故障の検出に応答して、前記コントローラが、
    その単相の前記モータ巻線を前記モータから絶縁するように、その単相の前記負荷スイッチを開くことと、
    前記モータの前記他の相に制動電流を印加することと、を行うように構成されている、請求項２または請求項２に従属するときの請求項３～１４のいずれか一項に記載のロボットアーム。
16. 前記モータが、前記多相モータの各相に対して、前記負荷スイッチと前記モータ駆動回路との間に電流センサを備え、電流制限が超過されたときに前記相における故障を前記コントローラに信号伝達するように前記電流センサが構成されている、請求項１５に記載のロボットアーム。
17. 各モータ駆動回路が、パルス幅変調（ＰＷＭ）モードでそのそれぞれのモータ巻線を駆動するように構成されており、前記モータ駆動回路が、前記ＰＷＭ信号を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、
    前記モータは、前記多相モータの各相に対して、前記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が前記ＰＷＭ信号を生成するために動作していることを検出するための回路をさらに備え、前記回路は、前記ＰＷＭ信号が生成されない場合に前記相における故障を前記コントローラに信号伝達するように構成されている、請求項１５または１６に記載のロボットアーム。
18. 前記回路が、前記ＰＷＭ信号の高パルス中に前記巻線に供給される前記電圧を高閾値と比較するように構成された第１のコンパレータと、前記ＰＷＭ信号の低パルス中に前記巻線に供給される前記電圧を低閾値と比較するように構成された第２のコンパレータと、を備え、前記回路は、前記巻線に供給される前記電圧が前記高閾値を下回るか、または前記低閾値を上回る場合、故障を前記コントローラに信号伝達するように構成されている、請求項１７に記載のロボットアーム。
19. 各モータ駆動回路の前記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が、直列に接続され、各モータ駆動回路が、前記ハイサイドおよびローサイドトランジスタと並列に接続されたコンデンサをさらに備える、請求項１７または１８に記載のロボットアーム。
20. 前記ジョイントは、前記第２のリンクが前記第１のリンクに対して軸を中心として回転することを可能にし、前記制動電流が、前記ロボットアームの現在の構成に対して前記ジョイントの回転位置を係止するように、前記ジョイントに固定トルクを提供するものである、請求項１～１９のいずれか一項に記載のロボットアーム。
21. 前記制動電流が、前記固定トルクを提供する前に、前記ジョイントの動きを停止するために前記ジョイントに初期トルクを提供するものである、請求項２０に記載のロボットアーム。
    

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