JP4226624B2 - ロボット制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットのサーボモータを駆動するための、ＡＣ／ＤＣコンバータを有するサーボアンプを備え、サーボアンプ内のＡＣ／ＤＣコンバータ用のコンデンサの充電が完了するまでの電力供給を該コンデンサへの突入電流の防止用抵抗を介して行なうロボット制御装置に関する。

従来のロボット制御装置、例えば本願出願人による特許文献１に記載のロボット制御装置では、サーボアンプ内のＡＣ／ＤＣコンバータ用のコンデンサへの突入電流の防止用抵抗を介してコンデンサの充電を完了した後は、その後のコンデンサへの電力供給は前記突入電流の防止用抵抗を介さずに行っていた。そのため、ロボットの動作制限、具体的にはロボット内のサーボモータの動作速度を低速に抑制する制限は、ソフトウエアにより、ＣＰＵにプログラムを実行させることにより、軸制御部を介してサーボアンプに速度指令を送るよう制御することで行っていた。

特願２００６−１２９（明細書の段落番号［０００２］、［０００３］、［００３２］〜［００４６］および図面の図５〜図７参照）。

しかしながら、従来のロボット制御装置では、初めに、前記コンデンサを充電完了した後は、前記突入電流の防止用抵抗を介さずにサーボアンプ内のコンデンサに電力を供給するため、前記突入電流の防止用抵抗により、供給する電力を制限し、ロボットの動作を制限することはできなかった。

また、ロボットの教示動作時に、安全を確保するためにロボットの動作速度、具体的にはロボット内のサーボモータの速度を制限したい場合があり、現在、この制限は、ソフトウエアにより、すなわちＣＰＵにプログラムを実行させることにより、軸制御部を介してサーボアンプに速度指令を送ることで行っていたので、ＣＰＵの暴走やプログラムに含まれるバグ等が発生するソフトウェアの信頼性はハードウエアと比して低くロボットの動作速度の制限に対する保証が不十分であった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ロボットのサーボモータを駆動するサーボアンプ内のコンデンサが充電を完了した後でも、コンデンサへの突入電流の防止用抵抗を介してサーボアンプへ電力を供給することで、ロボットの動作を制限することのできるロボット制御装置を提供することを目的とする。
また、ロボットの動作速度の制限を確実に保証するロボット制御装置を提供することを他の目的とする。

上記目的を達成する本発明によるロボット制御装置は、ロボットのサーボモータを駆動するためのＡＣ／ＤＣコンバータを有するサーボアンプを備え、前記ロボットを動作させるための前記サーボアンプへの電力供給を前記ＡＣ／ＤＣコンバータ用のコンデンサの予備充電が完了するまで該コンデンサへの突入電流の防止用の抵抗を介して行なうロボット制御装置において、前記電力供給が前記抵抗を介さずに行なわれる第１動作モードと、前記電力供給が前記抵抗を介して行なわれることにより前記ロボット教示時の安全を確保するために前記ロボットのサーボモータが前記第１動作モードより低い動作速度に制限される第２動作モードと、前記第１動作モードから前記第２動作モードにまたは前記第２動作モードから前記第１動作モードに切替える切替手段と、を備えることを特徴とする。

上記ロボット制御装置において、前記切替手段は、ソフトウェアによるものであり、前記ソフトウェアは、コンピュータに、前記第１動作モード時に第１電磁接触器を励磁する第１出力回路と前記第２動作モード時に第２電磁接触器または継電器を励磁する第２出力回路とを有する出力回路を、前記第１動作モード時には前記電力供給を前記抵抗を介さず前記第１電磁接触器の接点を介して行ない、前記第２動作モード時には前記電力供給を前記抵抗と該抵抗に直列接続された前記第２電磁接触器または継電器の接点とを介して行うように制御する、プログラムを実行させる。

上記ロボット制御装置において、前記第１動作モード時に励磁される第１電磁接触器と、前記第２動作モード時に励磁される第２電磁接触器または継電器と、前記切替手段として第１電磁接触器に直列接続された切替スイッチとを備え、前記電力供給は、前記第１動作モード時には前記抵抗を介さず前記第１電磁接触器の接点を介して行なわれ、前記第２動作モード時には前記抵抗と該抵抗に直列接続された前記第２電磁接触器または継電器の接点を介して行なわれ、前記切替スイッチは、オンからオフに切替えられると、前記第１動作モード時または前記第２動作モード時に関わらず前記第１電磁接触器を非励磁にするとともに前記第２電磁接触器または継電器を励磁する。

本発明によれば、ロボットのサーボモータを駆動するサーボアンプ内のコンデンサが充電を完了した後でも、ロボットの動作モードを設定することにより、コンデンサへの突入電流の防止用抵抗を介してサーボアンプに電力を供給し、ロボット内のサーボモータを動作させることで、サーボモータは制限された電流により動作速度が制限され、ロボットの動作を制限することのできるロボット制御装置を提供できる。

また、ハードウエアにより上記ロボットの動作モードを設定することでコンデンサ予備充電完了後におけるロボットの動作速度の制限に対する保証を確実なものにできる。

図１は本発明の一実施形態に係るロボット制御装置の構成図である。ロボット制御装置１は該装置に接続されたロボット２内に組込まれたサーボモータ（不図示）を駆動しロボット２の動作を制御する。ロボット制御装置１には教示装置３が接続されている。教示装置３は作業者の操作によりロボット２の動作を教示し、かつロボット制御装置１に対する各種設定を行うものである。

ロボット制御装置１内には、一般的なロボット制御装置同様、バスライン１００を介して接続されるＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、入力回路１０４、出力回路１０５、Ｉ／Ｆ１０６および軸制御部１０７が設けられ、かつ軸制御部１０７に接続されたサーボアンプ１１０が設けられている。サーボアンプ１１０については図２を用いて後で説明する。

ロボット制御装置１内には、外部から供給される三相ＡＣ電源を受けサーボアンプ１１０に電力を供給するサーボ給電回路１２０が設けられている。ロボット制御装置１のパネルにはモード切替スイッチＳＷおよび非常停止ボタンＥＰＢが取付けられている。モード切替スイッチＳＷおよび非常停止ボタンＥＰＢについては後で説明する。

図２は図１に示すサーボアンプ１１０内のブロック構成図である。サーボアンプ１１０は、動力源であるＡＣ電源をＤＣ電源に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１１１と、ＤＣ電源を、軸制御部１０７からの電流指令によって電流制御されたＡＣ電源に変換するインバータ１１２を有する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１１の出力電圧を平滑化するために大容量の平滑用のコンデンサ（以下、単にコンデンサと記す）１１３が設けられている。インバータ１１２にはコンデンサ１１３で平滑化されたＤＣ電圧が入力される。

サーボアンプ１１０に対してサーボ電源投入時に、コンデンサ１１３の電荷の蓄積が不十分な状態で、電源電圧を直接印加すると、コンデンサ１１３に対して、大量の突入電流が流入し、電流路にある電気回路に悪影響を及ぼしたり、一時的な電圧の降下を引き起こしたりするため、電源を投入する前に、抵抗を介してコンデンサ１１３に対して予備充電を行うこと、すなわち抵抗により電流を制限してコンデンサをゆっくり充電することが一般的である。

図３は本発明によるサーボ給電回路の一実施形態を示す図である。図３全体には本発明のロボット制御装置１の主要部が示されている。この主要部は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１１を有しロボット２用のサーボモータを駆動するサーボアンプ１１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１１用のコンデンサ１１３への充電時の突入電流を防ぐための抵抗（Ｒ１−Ｒ３）と、抵抗（Ｒ１−Ｒ３）に直列に接続された第１接点（リレーＫＭ１の接点）と、第１接点の開閉を指令する手段（ＣＰＵ１０１）からの指令に従い、第１接点を開閉制御するための第１接点開閉指令用回路(ドライバ１)と、抵抗（Ｒ１−Ｒ３）と第１接点の直列回路に並列に接続された第２接点（電磁接触器ＫＭ２の接点）と、第２接点の開閉を指令する手段（ＣＰＵ１０１）からの指令に従い、第２接点を開閉制御するための第２接点開閉指令用回路(ドライバ２)とを有する。ここで、ＫＭ１はリレーと記したが電磁接触器を用いてもよい。

また、上記主要部は、ＫＭ１の動作状態をモニタするレシーバ１と、ＫＭ２の動作状態をモニタするレシーバ２と、ドライバ１およびドライバ２にＫＭ１およびＫＭ２を開閉する指令を出し、レシーバ１およびレシーバ２からＫＭ１およびＫＭ２が励磁されているか否かを示す信号を受け、上記開閉指令に対してＫＭ１およびＫＭ２が正しく励磁され追従しているか否かを判断するプロセッサ（ＣＰＵ）１０１と、後述するモード切替スイッチＳＷと非常停止ボタンＥＰＢとを有する。上記および後述する指令は、ソフトウェアにより、すなわちＣＰＵ１０１にプログラムを実行させることにより、ＣＰＵ１０１からドライバ１および／またはドライバ２に出力される。非常停止ボタンＥＰＢが押された状態のとき、ＫＭ１およびＫＭ２は非励磁となるので第１接点と第２接点の２つの接点はともに開となり、サーボアンプ１１０は三相ＡＣ電源から切離される。

図４は図３に示すサーボ給電回路１２０からサーボアンプ１１０へ電力が供給される過程におけるロボット制御装置１内の各部の動作を示すフローチャートである。

ステップ４０１では、ロボット制御装置１は、電源投入後、非常停止ボタンＥＰＢが押されておらず、かつロボット制御装置１内の異常を示すアラームが発生していないことをＣＰＵ１０１により確認し、コンデンサ１１３への突入電流を防ぐためコンデンサ１１３を予備充電する、ロボット２の動作速度を抑制するよう制限する第２動作モードとする。

ステップ４０２では、第１接点を閉じ、抵抗（Ｒ１−Ｒ３）を介してコンデンサ１１３への予備充電を開始する。

ステップ４０３では、コンデンサ１１３の予備充電が完了したか否かを判断し、判断結果がＹＥＳのときはステップ４０４に進み、判断結果がＮＯのときはステップ４０２に戻り繰り返しステップ４０２を実行する。この判断は、コンデンサ１１３に予備充電を開始後所定時間が経過したか否かにより行うか不図示の電圧検出手段によりコンデンサ１１３の両端電圧を検出し、この電圧が所定値以上か否かにより行う。

ステップ４０４では、第２接点を閉じる通常の動作速度を制限しない第１動作モードとし、サーボアンプ１１０に抵抗（Ｒ１−Ｒ３）を介さずに電力を供給可能とする。この時、第１接点はオンのままでもよいし、ＫＭ１をオフにする指令をドライバ１に送り第１接点をオンにしてもよい。

このように、ロボット制御装置１は、通常の動作速度を制限しない第１動作モードとロボット２の動作速度を抑制するよう制限する第２動作モードとを備え、通常の第１動作モード時には、第２接点の開閉を指令する手段（ＣＰＵ１０１）により第２接点を閉じて全電力をサーボアンプ１１０に供給する。

一方、ロボット制御装置１は、ロボット２の動作速度を制限する第２動作モードに切替えた時は、第１接点の開閉を指令する手段（ＣＰＵ１０１）により第１接点を閉じ、同時に第２接点の開閉を指令する手段（ＣＰＵ１０１）により第２接点を開くことにより、サーボアンプ１１０には、抵抗（Ｒ１−Ｒ３）で制限された電流を有する電力、例えば全電力の半分くらいの電力を供給し、この制限された電流により、ロボット２の動作速度を抑制するよう制限することを可能とする。次に、ハードウェアにより、第１動作モードから第２動作モードに切替えた時のロボット制御装置１内の各部の動作を以下に説明する。

図５はハードウェアにより、第１動作モードから第２動作モードに切替えた時のサーボ給電回路１２０の動作を示す図である。
ステップ５０１では、ロボット２の動作を制限するため、具体的にはロボット２内のサーボモータの速度を抑制するよう制御するため、第２接点を開閉するための電磁接触器のコイル（ＫＭ２）に直列に接続された切替スイッチ（ＳＷ）を開放状態にする。

ステップ５０２では、ステップ５０１で切替スイッチ（ＳＷ）が開放状態になることにより、ＫＭ２の第２接点は開放され閉じることができなくなる。そして、第２接点が閉じないために、サーボアンプ１１０には、抵抗（Ｒ１−Ｒ３）と第１接点を介した制限された電流しか供給できなくなる。なお、ステップ４０４で第１接点をオンのままにした場合は、サーボアンプ１１０に制限された電流は供給されるが、ステップ４０４で第１接点をオフにした場合は、ＫＭ１をオンにする指令をドライバ１に送り第１接点をオンにすることで、サーボアンプ１１０に制限された電流を供給する。

ステップ５０３では、サーボアンプ１１０に抵抗（Ｒ１−Ｒ３）と第１接点を介した制限された電流しか供給できなくなるので、ロボット２内のサーボモータの動作速度が抑制されるよう制限される。このように、スイッチＳＷを開放状態にすることにより、ハードウエアによりロボットの動作制限を保証することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るロボット制御装置の構成図である。 図１に示すサーボアンプ内のブロック構成図である。 本発明によるサーボ給電回路の一実施形態を示す図である。 図３に示すサーボ給電回路からサーボアンプへ電力が供給される過程におけるロボット制御装置内の各部の動作を示すフローチャートである。 ハードウェアにより第１動作モードから第２動作モードに切替えた時のサーボ給電回路の動作を示す図である。

符号の説明

１ ロボット制御装置
１０１ ＣＰＵ
１０４ 入力回路
１０５ 出力回路
１１０ サーボアンプ
１２０ サーボ給電回路
Ｒ１−Ｒ３ 充電抵抗
ＫＭ１ 継電器（リレー）
ＫＭ２ 電磁接触器
ＳＷ モード切替スイッチ
ＥＰＢ 非常停止ボタン

Claims (3)

1. ロボットのサーボモータを駆動するためのＡＣ／ＤＣコンバータを有するサーボアンプを備え、前記ロボットを動作させるための前記サーボアンプへの電力供給を前記ＡＣ／ＤＣコンバータ用のコンデンサの予備充電が完了するまで該コンデンサへの突入電流の防止用の抵抗を介して行なうロボット制御装置において、
   前記電力供給が前記抵抗を介さずに行なわれる第１動作モードと、
   前記電力供給が前記抵抗を介して行なわれることにより前記ロボット教示時の安全を確保するために前記ロボットのサーボモータが前記第１動作モードより低い動作速度に制限される第２動作モードと、
   前記第１動作モードから前記第２動作モードにまたは前記第２動作モードから前記第１動作モードに切替える切替手段と、
   を備えることを特徴とするロボット制御装置。
2. 前記切替手段は、ソフトウェアによるものであり、
   前記ソフトウェアは、コンピュータに、
   前記第１動作モード時に第１電磁接触器を励磁する第１出力回路と前記第２動作モード時に第２電磁接触器または継電器を励磁する第２出力回路とを有する出力回路を、
   前記第１動作モード時には前記電力供給を前記抵抗を介さず前記第１電磁接触器の接点を介して行ない、前記第２動作モード時には前記電力供給を前記抵抗と該抵抗に直列接続された前記第２電磁接触器または継電器の接点とを介して行うように制御する、プログラムを実行させる、
   請求項１に記載のロボット制御装置。
3. 前記第１動作モード時に励磁される第１電磁接触器と、
   前記第２動作モード時に励磁される第２電磁接触器または継電器と、
   前記切替手段として第１電磁接触器に直列接続された切替スイッチとを備え、
   前記電力供給は、前記第１動作モード時には前記抵抗を介さず前記第１電磁接触器の接点を介して行なわれ、前記第２動作モード時には前記抵抗と該抵抗に直列接続された前記第２電磁接触器または継電器の接点を介して行なわれ、
   前記切替スイッチは、オンからオフに切替えられると、前記第１動作モード時または前記第２動作モード時に関わらず前記第１電磁接触器を非励磁にするとともに前記第２電磁接触器または継電器を励磁する、
   請求項１に記載のロボット制御装置。

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