JP4508246B2 - ロボットの電磁ブレーキ制御装置およびロボットの電磁ブレーキの異常判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットに設けられたモータを制動するための電磁ブレーキの異常判定を行うロボットの電磁ブレーキ制御装置およびロボットの電磁ブレーキの異常判定方法に関する。

ロボットにおいて、アームを駆動するための回転モータのブレーキ機構は、各関節の座標および姿勢を維持するために非常に重要なものである。上記ブレーキ機構は、モータを制動する電磁ブレーキと、この電磁ブレーキの励磁コイルへの通電および非通電を切り換えるためのブレーキ用リレーとから構成されている。
このようなブレーキ機構においては、ブレーキ用リレーが故障した場合には電磁ブレーキ自体が正常な状態でもブレーキ機構が誤動作する可能性がある。特に、ブレーキ用リレーがブレーキを解除するように誤動作した場合には、ロボットのアームが落下するおそれがある。

この対策として、ブレーキ用リレーが故障した場合にモータからの回生エネルギーを利用した回生ブレーキをかける方法が挙げられる。しかし、この方法では、アームが落下する速度を遅くすることはできても、アームの落下を防止することはできない。そこで、例えば、特許文献１に開示されているようなブレーキ用リレーの故障検出方法をロボットのブレーキ機構に適用することが考えられる。
特許第３１５８９１４号公報

特許文献１の技術は、主に地面に沿って動く車輪のブレーキ用リレーの故障を検出するものであり、ブレーキ用リレーが故障していると判断した後にブレーキをロックするような制御を行う。例えば電動車の車輪用ブレーキの場合、この故障検出方法により、ブレーキ用リレーが故障したとしても事故または暴走を十分に防止できる。
このようなブレーキ用リレーの故障検出方法をロボットに適用した場合、以下のような問題が生じる。すなわち、ロボットのアームは空間を移動するものであり、常に重力に抵抗しなければならない。このようなアームを駆動するモータのブレーキ機構が故障した場合、その故障を検出してからブレーキをロックするという事後対応的な制御では、アームは既に落下している可能性があり、アームの落下を完全に防止することができない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロボットの不用意な動作を抑制しつつ、ロボットに設けられたモータを制動する電磁ブレーキの異常判定が可能なロボットの電磁ブレーキ制御装置およびロボットの電磁ブレーキの異常判定方法を提供することにある。

請求項１記載の手段によれば、直流電源と非励磁作動形の電磁ブレーキの励磁コイルとの間に介在するメイン接点およびサブ接点の２段階の開閉動作により、直流電源から電磁ブレーキの励磁コイルへの通電を切り換えるようにした。そして、制御手段は、ロボットの起動処理開始時に、メイン接点およびサブ接点を開くようにメインリレーおよびサブリレーを制御すると、メイン接点の通電状態を監視し、その結果、通電状態が検出されるとメインリレーが異常であると判断してロボットの起動処理を終了する。

一方、非通電状態が検出されると、サブ接点の通電状態を検出可能な時間だけメイン接点を閉じるように制御する。制御手段は、このメイン接点を閉じている間に、サブ接点の通電状態を監視し、その結果、通電状態が検出されるとサブリレーに異常があると判断してロボットの起動処理を終了し、非通電状態が検出されるとメイン接点を閉じるように制御する。

つまり、制御手段は、ロボットの起動処理開始時に、まずメインリレーの異常を判定し、その結果、異常がない場合にのみサブリレーの異常を判定する第１異常判定制御を実行する。さらに、サブリレーの異常を判定する際には、サブ接点の通電状態を検出可能な時間だけメイン接点を閉じる。従って、このとき仮に、短絡故障などによりサブ接点が閉じてしまう異常がサブリレーに生じていても、電磁ブレーキはメイン接点を閉じている間だけ解除されるので、ロボットの例えばアームなどの可動部がその間に動くとしても、メイン接点が開けば電磁ブレーキにより直ちにロックされる。このように、請求項１記載の手段によれば、ロボットの不用意な動作（ロック解除）を抑制しつつ、電磁ブレーキの異常判定を行うことができる。
なお、請求項６記載の方法によっても、上記同様の作用および効果が得られる。

請求項２記載の手段によれば、制御手段は、ロボットの所定の作業ルーチンが終了する度に、サブ接点を開くように制御してサブ接点の通電状態を監視し、その結果、通電状態が検出されるとサブリレーに異常があると判断してメイン接点を開くように制御する。所定の作業ルーチンが終了すると、ロボットは、通常ワークを保持しておらず且つブレーキロックされた状態となる。従って、その作業ルーチンの合間に、第２異常判定制御を実行すれば、電磁ブレーキの異常判定を効率的に行うことができる。また、作業ルーチンが終了する度に第２異常判定制御を実行するので、電磁ブレーキの異常判定頻度を高めることができる。
なお、請求項７記載の方法によっても、上記同様の作用および効果が得られる。

請求項３記載の手段によれば、リレー制御回路は、ロボットの起動処理開始時にはＣＰＵからのブレーキ解除命令を受け付けない命令拒否状態に設定し、異常判定制御で異常状態が判断されなければ命令拒否状態を解除する。従って、第１異常判定制御または第２異常判定制御を実行する際、ＣＰＵから誤ってブレーキ解除命令が出力されたとしても、電磁ブレーキが解除されることはないので、より確実にロボットの不用意な動作を抑制しつつ、電磁ブレーキの異常判定を実行できる。

請求項４記載の手段によれば、モータ回転検出手段を含んで第２通電検出手段を構成する。すなわち、メイン接点が閉じた状態でモータが回転している場合には、サブ接点が閉じていることを示すので、モータの回転状態を検出することでサブリレーの異常を判定できる。
なお、請求項８記載の方法によっても、上記同様の作用および効果が得られる。

請求項５記載の手段によれば、モータの回転状態に応じたパルス信号を出力するエンコーダを含んでモータ回転検出手段を構成した。このエンコーダとして、ロボットのモータ回転を制御するために通常設けられるエンコーダを利用すれば、装置の製造コスト低減を図ることができる。
なお、請求項９記載の方法によっても、上記同様の作用および効果が得られる。

（第１の実施形態）
以下、本発明をロボット制御装置に適用した第１の実施形態について図１〜図５を参照しながら説明する。
ロボット（図示せず）にはその可動部であるアームを動かすための複数のモータおよびこれらモータを制動するための複数の電磁ブレーキが設けられている。図１は、このようなロボットを制御するロボット制御装置の構成のうち、特に電磁ブレーキを制御するための構成部分について示している。

上記複数のモータを制動するための複数の電磁ブレーキ（図１では４つのみ符号Ｂ１〜Ｂ４を付して示す）は、それぞれ励磁コイルＢ１ａ〜Ｂ４ａを有している。電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４は、励磁コイルＢ１ａ〜Ｂ４ａが非励磁の状態において作動（ブレーキロック）する非励磁作動形のものである。なお、電磁ブレーキの数については４つに限られず、例えば５つ以上であってもよいし、３つ以下であってもよい。図１に示すロボット制御装置１（ロボットの電磁ブレーキ制御装置に相当）は、ＣＰＵ２、リレー制御回路３、メインリレー駆動回路４、サブリレー駆動回路５、第１通電検出部６、第２通電検出部７、メインリレー８およびサブリレー９〜１２を備えている。

メインリレー８は、メイン接点８ａおよびリレーコイル８ｂを備えており、リレーコイル８ｂが励磁されるとメイン接点８ａを閉じる構成となっている。サブリレー９は、サブ接点９ａおよびリレーコイル９ｂを備えており、リレーコイル９ｂが励磁されるとサブ接点９ａを閉じる構成となっている。サブリレー１０〜１２についてもサブリレー９と同様に、サブ接点１０ａ〜１２ａおよびリレーコイル１０ｂ〜１２ｂを備えた構成となっている。

ブレーキ用電源１３とグランド１４との間には、メイン接点８ａとサブ接点９ａと励磁コイルＢ１ａとが直列に接続されている。メイン接点８ａとサブ接点９ａとの共通接続点Ｎ１とグランド１４との間には、サブ接点１０ａと励磁コイルＢ２ａとの直列回路、サブ接点１１ａと励磁コイルＢ３ａとの直列回路およびサブ接点１２ａと励磁コイルＢ４ａとの直列回路が、互いに並列に接続されている。このように、ブレーキ用電源１３とグランド１４とを介して、励磁コイルＢ１ａ〜Ｂ４ａの両端に直流電圧ＶＢＲＫを印加可能な構成となっている。また、励磁コイルＢ１ａ〜Ｂ４ａへの電圧印加状態（通電状態）は、メイン接点８ａの開閉とサブ接点９ａ〜１２ａの開閉という２段階の開閉動作で切り換えられるようになっている。

ＣＰＵ２は、メインリレー８およびサブリレー９〜１２の駆動を制御することで電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４を制御する。リレー制御回路３は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により構成されている。なお、リレー制御回路３は、ゲートアレイにより構成してもよいし、ディスクリート部品の組み合わせにより構成してもよい。

リレー制御回路３は、ＣＰＵ２からのブレーキ制御命令Ｓｂ１〜Ｓｂ４に基づいてメインリレー駆動回路４およびサブリレー駆動回路５に対して駆動信号を出力することで、メインリレー８およびサブリレー９〜１２を駆動する。このブレーキ制御命令Ｓｂ１〜Ｓｂ４は、それぞれ電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４に対応しており、ＣＰＵ２は、各電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４に対して個別にロック／解除を行うことが可能となっている。本実施形態では、Ｈレベルのブレーキ制御命令（Ｓｂ１〜Ｓｂ４）が出力された状態がブレーキロック命令が出力された状態に相当し、Ｌレベルのブレーキ制御命令（Ｓｂ１〜Ｓｂ４）が出力された状態がブレーキ解除命令が出力された状態に相当する。

リレー制御回路３は、ロボット制御装置１の起動時にメインリレー８およびサブリレー９〜１２の異常判定を行う（第１異常判定制御）。また、リレー制御回路３は、ロボットが所定の作業ルーチンを終了する度に、メインリレー８およびサブリレー９〜１２の異常判定を行う（第２異常判定制御）。リレー制御回路３は、起動時および第２異常判定制御により異常が検出されると、ＣＰＵ２からのブレーキ解除命令を受け付けない命令拒否状態に自身を設定するとともに、ＣＰＵ２に対して異常状態信号を出力するようになっている。ＣＰＵ２は、上記異常状態信号を受信すると、リレーに異常が生じていると判断してロボットの制御動作を停止させるようになっている。

なお、上記命令拒否状態は、リレー制御回路３の入力段において、ブレーキ制御命令Ｓｂ１〜Ｓｂ４を例えば一方の入力がＨレベル固定のＯＲゲートを介してマスク（無効化）することで実現可能である。また、本実施形態では、ＣＰＵ２とリレー制御回路３とから制御手段１５が構成されている。

メインリレー駆動回路４は、直流電源１６から直流電圧＋Ｖの供給を受けて動作するフォトカプラ（トランジスタ出力）を含んで構成されている。メインリレー駆動回路４は、リレー制御回路３側とメインリレー８側との間を絶縁しつつ、リレー制御回路３からの駆動信号に従いリレーコイル８ｂの通電を行う。サブリレー駆動回路５は、直流電源１７から直流電圧＋Ｖの供給を受けて動作するフォトカプラ（トランジスタ出力）を含んで構成されている。サブリレー駆動回路５は、リレー制御回路３側とサブリレー９〜１２側との間を絶縁しつつ、リレー制御回路３からの駆動信号に従い、リレーコイル９ｂ〜１２ｂのうち、上記駆動信号に対応するものに通電を行う。

共通接続点Ｎ１の電圧ＶＮ１は、第１通電検出部６に与えられている。第１通電検出部６（第１通電検出手段）は、例えばフォトカプラを含んで構成され、メインリレー８側とリレー制御回路３側との間を絶縁しつつ、電圧ＶＮ１の電圧値を示す検出信号Ｓｄ１をリレー制御回路３に出力する。リレー制御回路３は、この検出信号Ｓｄ１に基づいて、電圧ＶＮ１の電圧値が直流電圧ＶＢＲＫと一致（またはほぼ一致）したことを検出すると、メイン接点８ａが通電状態にあると判断する。

サブ接点９ａと励磁コイルＢ１ａとの共通接続点Ｎ２、サブ接点１０ａと励磁コイルＢ２ａとの共通接続点Ｎ３、サブ接点１１ａと励磁コイルＢ３ａとの共通接続点Ｎ４およびサブ接点１２ａと励磁コイルＢ４ａとの共通接続点Ｎ５のそれぞれの電圧ＶＮ２〜ＶＮ５は、第２通電検出部７に与えられている。第２通電検出部７（第２通電検出手段に相当）は、例えばフォトカプラを含んで構成され、サブリレー９〜１２側とリレー制御回路３側との間を絶縁しつつ、電圧ＶＮ２〜ＶＮ５の電圧値を示す検出信号Ｓｄ２をリレー制御回路３に出力する。リレー制御回路３は、この検出信号Ｓｄ２に基づいて、これら電圧ＶＮ２〜ＶＮ５の対応する電圧値が直流電圧ＶＢＲＫと一致（またはほぼ一致）したことを検出すると、サブ接点９ａ〜１２ａが通電状態にあると判断する。

次に、上記構成の作用について説明する。
図２は、起動時におけるリレー異常判定に関する制御内容を示すフローチャートである。図３は、起動時のリレー異常判定に関連する信号および動作の状態を示しており、（ａ）はロボット制御装置１への電源、（ｂ）はリレー制御回路３の初期化状態、（ｃ）はメインリレー８の駆動信号、（ｄ）は異常状態信号である。なお、図３（ｃ）および（ｄ）については、いずれもリレーに異常がない場合を実線で示し、リレーに異常がある場合を一点鎖線で示している。以下ではこれら図２および図３を参照しながら、ロボット制御装置１の起動時における動作について説明する。

ロボット制御装置１に電源が投入されると（図３の時刻ｔ１）、リレー制御回路３（ＦＰＧＡ）の初期化（コンフィギュレーションデータのロードを含む）が開始される。この初期化は開始から約１６０ｍｓ後に完了する（図３の時刻ｔ２）。初期化が終了した時点で、リレー制御回路３は、ＣＰＵ２からのブレーキ解除命令を受け付けない命令拒否状態に設定されている。また、リレー制御回路３は、メイン接点８ａおよびサブ接点９ａ〜１２ａを開くようにメインリレー８およびサブリレー９〜１２を駆動する（図２のステップＳ１）。

続いて、リレー制御回路３は、第１通電検出部６を介してメイン接点８ａの通電状態を確認する（ステップＳ２）。このとき、メイン接点８ａが短絡故障などにより閉じている場合、リレー制御回路３は、メイン接点８ａが通電状態であることを検出し（ＹＥＳ）、メインリレー８が異常であると判断してＣＰＵ２に異常状態信号を出力し（ステップＳ３）、起動時の処理を終了する（エラー停止）。一方、メイン接点８ａが開いている場合、リレー制御回路３は、メイン接点８ａが非通電状態であることを検出し（ＮＯ）、メインリレー８が正常であると判断してメイン接点８ａを所定時間だけ閉じるようにメインリレー８を駆動する（図３の時刻ｔ３、ステップＳ４）。

この所定時間は、リレー制御回路３が第２通電検出部７を介してサブ接点９ａ〜１２ａの通電状態を確認するために最低限必要な時間に設定する。本実施形態では、メインリレー８の動作に要する時間は２０ｍｓ未満であり、第２通電検出部７における遅延時間は３ｍｓ未満であるため、所定時間を２３ｍｓに設定している。

続いて、リレー制御回路３は、メイン接点８ａが閉じられている間（図３の時刻ｔ３〜ｔ４の間）に、第２通電検出部７を介してサブ接点９ａ〜１２ａの通電状態を確認する（ステップＳ５）。このとき、例えばサブ接点９ａが短絡故障などにより閉じている場合、リレー制御回路３は、サブ接点９ａが通電状態であることを検出し（ＹＥＳ）、サブリレー９が異常であると判断してステップＳ３に進み、起動時の処理を終了する（エラー停止）。一方、サブ接点９ａ〜１２ａの全てが開いている場合、リレー制御回路３は、サブ接点９ａ〜１２ａが全て非通電状態であることを検出し（ＮＯ）、サブリレー９〜１２が全て正常であると判断して命令拒否状態を解除するとともに、メイン接点８ａを閉じるようにメインリレー８を駆動し（ステップＳ６）、起動時の処理を終了する（正常終了）。

図４は、ロボットが所定の作業ルーチンを終了し、次の同じ作業ルーチンを開始するまでの間におけるリレー異常判定に関する制御内容を示すフローチャートである。また、図５は、上記作業ルーチンを実行する間のインターバルに行うリレー異常判定に関連する信号および動作の状態を示しており、（ａ）はブレーキ制御命令、（ｂ）ブレーキ動作、（ｃ）メインリレー８の駆動信号、（ｄ）は異常状態信号である。なお、図５（ｃ）および（ｄ）については、いずれもリレーに異常がない場合を実線で示し、リレーに異常がある場合を一点鎖線で示している。以下ではこれら図４および図５を参照しながら、ロボット制御装置１の上記作業ルーチン間の動作について説明する。

所定の作業ルーチンが終了すると、ＣＰＵ２はリレー制御回路３に対し電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４をロックするようにブレーキロック命令を出力する（図５の時刻ｔ１、ステップＴ１で［ＹＥＳ］）。リレー制御回路３は、ブレーキロック命令に従いサブ接点９ａ〜１２ａを開くようにサブリレー９〜１２を駆動する（ステップＴ２）。その後、リレー制御回路３は、所定時間だけ待機した後（図５の時刻ｔ２）、第２通電検出部７を介してサブ接点９ａ〜１２ａの通電状態を確認する（ステップＴ３）。このステップＴ３における通電状態の確認は、サブリレー９〜１２の駆動が完了した後に行う必要がある。従って、上記所定時間は、サブリレー９〜１２の動作時間（２０ｍｓ程度）よりも若干長い時間（２３ｍｓ）に設定している。これにより、図５の時刻ｔ１〜ｔ２の間に電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４のロックが完了することになる。

このとき、例えばサブ接点９ａが閉じている場合、リレー制御回路３は、サブ接点９ａが通電状態であることを検出し（ステップＴ３で［ＹＥＳ］）、サブリレー９が異常であると判断してメイン接点８ａを開くようにメインリレー８を駆動する（ステップＴ４）。そして、リレー制御回路３は、自身を命令拒否状態に設定するとともに、ＣＰＵ２に対して異常状態信号を出力し（ステップＴ５）、処理を終了する（エラー停止）。

一方、サブ接点９ａ〜１２ａの全てが開いている場合、リレー制御回路３は、サブ接点９ａ〜１２ａが全て非通電状態であることを検出し（ステップＴ３で［ＮＯ］）、サブリレー９〜１２が全て正常であると判断してメイン接点８ａを開くようにメインリレー８を駆動する（ステップＴ６）。そして、リレー制御回路３は、所定時間（２３ｍｓ）だけ待機した後、第１通電検出部６を介してメイン接点８ａの通電状態を確認する（図５の時刻ｔ３、ステップＴ７）。このステップＴ７における通電状態の確認は、メインリレー８の駆動が完了した後に行う必要がある。従って、上記所定時間は、メインリレー８の動作時間（２０ｍｓ程度）よりも若干長い時間（２３ｍｓ）に設定している。

このとき、メイン接点８ａが閉じている場合、リレー制御回路３は、メイン接点８ａが通電状態であることを検出し（ステップＴ７で［ＹＥＳ］）、メインリレー８が異常であると判断してステップＴ５に進み、処理を終了する（エラー停止）。一方、メイン接点８ａが開いている場合、リレー制御回路３は、メイン接点８ａが非通電状態であることを検出し（ステップＴ７で［ＮＯ］）、メインリレー８が正常であると判断してメイン接点８ａを閉じるようにメインリレー８を駆動する（図５の時刻ｔ４、ステップＴ８）。

その後、リレー制御回路３は、次の作業ルーチンの開始に先立ちブレーキを解除すべき指令が与えられるまでの間、つまりＣＰＵ２からブレーキ解除命令が出力されるまでの間、第２通電検出部７を介してサブ接点９ａ〜１２ａの通電状態を監視する（ステップＴ９、Ｔ１０）。このとき、例えばサブ接点９ａが閉じている場合、リレー制御回路３は、サブ接点９ａが通電状態であることを検出し（ステップＴ９で［ＹＥＳ］）、サブリレー９が異常であると判断してステップＴ４に進み、処理を終了する（エラー停止）。そして、サブ接点９ａ〜１２ａが全て開いた状態において、ＣＰＵ２からブレーキ解除命令が出力されると（ステップＴ９およびＴ１０の両方で［ＹＥＳ］）、サブ接点９ａ〜１２ａを開くようにサブリレー９〜１２を駆動して電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４を解除し（ステップＴ１１）、ステップＴ１に戻る。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
非励磁作動形の電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４の励磁コイルＢ１ａ〜Ｂ４ａの通電状態を、メイン接点８ａとサブ接点９ａ〜１２ａとの２段階の開閉動作で切り換え可能とした。そして、リレー制御回路３は、ロボットの起動時に、まずメインリレー８の異常を判定し、その結果、メインリレー８に異常がない場合にのみサブリレー９〜１２の異常を判定する第１異常判定制御を実行する。このサブリレー９〜１２の異常を判定する際には、サブ接点９ａ〜１２ａの通電状態を確認するために最低限必要な時間だけメイン接点８ａを閉じる。

このようにすれば、上記異常判定時、仮に、短絡故障などによりサブ接点９ａ〜１２ａが閉じてしまう異常がサブリレー９〜１２に生じていても、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４はメイン接点８ａを閉じている間だけ解除されるので、ロボットの例えばアームなどの可動部がその間に動くとしても、メイン接点８ａが開けば、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４により直ちにロックされる。従って、本実施形態の構成によれば、ロボットのロック解除などの不用意な動作を抑制しつつ、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４の異常判定を行うことができる。

リレー制御回路３は、ロボットが通常ワークを保持しておらず且つブレーキロックされた状態となる所定の作業ルーチンの合間に、サブリレー９〜１２の異常を判定する第２異常判定制御を実行するので、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４の異常判定を効率的に行うことができる。また、作業ルーチンが終了する度に第２異常判定制御を実行するので、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４の異常判定頻度を高めることができる。

リレー制御回路３は、ロボット制御装置１の起動時および第２異常判定制御により異常が検出されると、ＣＰＵ２からのブレーキ解除命令を受け付けない命令拒否状態に設定される。従って、異常判定制御を実行する際、ＣＰＵ２から誤ってブレーキ解除命令が出力されたとしても、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４が解除されることはないので、より確実にロボットの不用意な動作を抑制しつつ、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４の異常判定を実行できる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図６〜図１０を参照しながら説明する。
図６は、第１の実施形態における図１相当図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図６に示すロボット制御装置２１は、第１の実施形態のロボット制御装置１に対し、ＣＰＵ２、リレー制御回路３および第２通電検出部７に代えて、ＣＰＵ２２、リレー制御回路２３およびエンコーダＥ１〜Ｅ４を備えている点が異なっている。エンコーダＥ１〜Ｅ４（モータ回転検出手段に相当）は、ロボットに設けられた複数のモータＭ１〜Ｍ４の回転位置に応じたパルス信号Ｓｐ１〜Ｓｐ４を出力する。本実施形態では、モータＭ１〜Ｍ４の回転を制御するために予めモータと一体に設けられているエンコーダを利用する。なお、モータの外部に別体のエンコーダを設ける構成としてもよい。

リレー制御回路２３は、エンコーダＥ１〜Ｅ４から出力されるパルス信号Ｓｐ１〜Ｓｐ４のパルス数を計数するカウンタと、このカウンタから出力されるカウント値を格納するための複数のレジスタとを備えている。なお、上記カウンタについては、エンコーダＥ１〜Ｅ４が備えるようにしてもよい。

リレー制御回路３においては、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４がロックされた状態でカウンタから出力されるカウント値が、モータＭ１〜Ｍ４の回転位置の基準とする基準値Ｄｒ１〜Ｄｒ４としてレジスタに格納される。また、リレー異常判定を行うときにカウンタから出力されるカウント値が、リレー異常判定を行う時点でのモータＭ１〜Ｍ４の回転位置である現在値Ｄｐ１〜Ｄｐ４としてレジスタに格納される。さらに、基準値Ｄｒ１〜Ｄｒ４と現在値Ｄｐ１〜Ｄｐ４との差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４がレジスタに格納される。この差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４が、モータＭ１〜Ｍ４の回転量を示す回転量データに相当する。なお、上記カウンタが初期化により「０」になるのであれば、基準値Ｄｒ１〜Ｄｒ４を格納するためのレジスタは不要である。

ＣＰＵ２２は、リレー異常判定を行う際にリレー制御回路２３のレジスタに格納された差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４を読み込む。ＣＰＵ２２は、読み込んだ差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４と所定のしきい値Ｄｔｈとを比較し、モータＭ１〜Ｍ４が回転しているか否かを判断する。このしきい値Ｄｔｈは、ＣＰＵ２２がモータＭ１〜Ｍ４の回転状態を正確に検出できるような値に設定されている。

モータＭ１〜Ｍ４のいずれかが回転している場合には、サブ接点９ａ〜１２ａのうち、回転しているモータを制動するための電磁ブレーキへの通電を切り換える接点が閉じているということになる。このようなモータの回転状態と接点の開閉状態との関係を考慮し、本実施形態では、第１の実施形態におけるサブ接点９ａ〜１２ａの通電状態の検出に代えて、モータＭ１〜Ｍ４の回転状態の検出を行うようにしている。従って、本実施形態では、エンコーダＥ１〜Ｅ４とリレー制御回路２３とから第２通電検出手段２４が構成されている。また、ＣＰＵ２２とリレー制御回路２３とから制御手段２５が構成されている。

次に、上記構成の作用について説明する。
第１の実施形態のロボット制御装置１は、リレー制御回路３を主体として、起動時における第１異常判定制御と、作業ルーチン間における第２異常判定制御を実行するものであった。これに対し、本実施形態では、ＣＰＵ２２を主体として第１異常判定制御および第２異常判定制御を実行する。図７は、第１の実施形態における図２相当図であり、起動時におけるリレー異常判定の制御内容を示すフローチャートである。また、図８は、第１の実施形態における図３相当図であり、起動時のリレー異常判定に関連する信号および動作の状態を示している。以下ではこれら図７および図８を参照しながら、ロボット制御装置２１の起動時における動作について説明する。

ロボット制御装置２１に電源が投入された後、リレー制御回路２３の初期化が終了すると（図８の時刻ｔ２）、ＣＰＵ２２は、リレー制御回路２３を介してメイン接点８ａおよびサブ接点９ａ〜１２ａを開くようにメインリレー８およびサブリレー９〜１２を駆動する（図７のステップＵ１）。このとき、リレー制御回路２３では、基準値Ｄｒ１〜Ｄｒ４がレジスタに格納される。

続いて、ＣＰＵ２２は、リレー制御回路２３および第１通電検出部６を介してメイン接点８ａの通電状態を確認する（図８の時刻ｔ２、ステップＵ２）。このとき、メイン接点８ａが閉じている場合、ＣＰＵ２２は、メイン接点８ａが通電状態であることを検出し（ＹＥＳ）、メインリレー８が異常と判断して起動時の処理を終了する（エラー停止）。一方、メイン接点８ａが開いている場合、ＣＰＵ２２は、メイン接点８ａが非通電状態であることを検出し（ＮＯ）、メインリレー８が正常であると判断してメイン接点８ａを所定時間だけ閉じるようにメインリレー８を駆動する（図８の時刻ｔ３、ステップＵ３）。この所定時間は、ＣＰＵ２２がモータＭ１〜Ｍ４の回転状態を判断するために最低限必要な時間に設定すればよく、本実施形態では４３ｍｓに設定している。

このメイン接点８ａが閉じられている間（図８の時刻ｔ３〜ｔ４の間）に、リレー制御回路２３では、現在値Ｄｐ１〜Ｄｐ４がレジスタに格納され、基準値Ｄｒ１〜Ｄｒ４と現在値Ｄｐ１〜Ｄｐ４との差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４がレジスタに格納される。そして、ＣＰＵ２２は、リレー制御回路２３のレジスタに格納された差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４を読み出し、しきい値Ｄｔｈと比較することでモータＭ１〜Ｍ４の回転状態を確認する（ステップＵ４）。

このとき、例えばサブ接点９ａが閉じている場合、差分値Ｄｄ１がしきい値Ｄｔｈより大きくなるため、ＣＰＵ２２は、モータＭ１が回転状態であることを検出し（ＹＥＳ）、サブリレー９が異常であると判断して起動時の処理を終了する（エラー停止）。一方、サブ接点９ａ〜１２ａの全てが開いている場合、差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４の全てがしきい値Ｄｔｈより小さくなるため、ＣＰＵ２２は、モータＭ１〜Ｍ４の全てが非回転状態であることを検出し（ＮＯ）、サブリレー９〜１２が全て正常であると判断してメイン接点８ａを閉じるようにメインリレー８を駆動し（ステップＵ５）、起動時の処理を終了する（正常終了）。

図９は、第１の実施形態における図４相当図であり、作業ルーチンを実行する間のインターバルに行うリレー異常判定に関する制御内容を示すフローチャートである。また、図１０は、第１の実施形態における図５相当図であり、上記作業ルーチンを実行する間のインターバルに行うリレー異常判定に関連する信号および動作の状態を示している。以下ではこれら図９および図１０を参照しながら、ロボット制御装置２１の上記作業ルーチン間の動作について説明する。

所定の作業ルーチンが終了すると、ＣＰＵ２２は、電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４のブレーキロック命令を出力する（図１０の時刻ｔ１、ステップＶ１で［ＹＥＳ］）。これに応じて、リレー制御回路２３がサブ接点９ａ〜１２ａを開くようにサブリレー９〜１２を駆動する（ステップＶ２）。このとき、リレー制御回路２３では、基準値Ｄｒ１〜Ｄｒ４がレジスタに格納される。

この後、所定時間が経過してから（図１０の時刻ｔ２）、リレー制御回路２３では、現在値Ｄｐ１〜Ｄｐ４がレジスタに格納され、基準値Ｄｒ１〜Ｄｒ４と現在値Ｄｐ１〜Ｄｐ４との差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４がレジスタに格納される。そして、ＣＰＵ２２は、リレー制御回路２３のレジスタに格納された差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４を読み出し、しきい値Ｄｔｈと比較することでモータＭ１〜Ｍ４の回転状態を確認する（ステップＶ３）。

このステップＶ３における回転状態の確認は、モータＭ１〜Ｍ４が回転している場合に、エンコーダＥ１〜Ｅ４から出力されるパルス信号Ｓｐ１〜Ｓｐ４のパルス数が上記回転に応じて十分に変化するだけの時間後に行う必要がある。従って、本実施形態では、上記所定時間を例えば４３ｍｓに設定している。

このとき、例えばサブ接点９ａが閉じている場合、差分値Ｄｄ１がしきい値Ｄｔｈより大きくなるため、ＣＰＵ２２は、モータＭ１が回転状態であることを検出し（ステップＶ３で［ＹＥＳ］）、サブリレー９が異常であると判断してメイン接点８ａを開くようにメインリレー８を駆動し（ステップＶ４）、処理を終了する（エラー停止）。

一方、サブ接点９ａ〜１２ａの全てが開いている場合、差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４の全てがしきい値Ｄｔｈより小さくなるため、ＣＰＵ２２は、モータＭ１〜Ｍ４が全て非回転状態であることを検出し（ステップＶ３で［ＮＯ］）、サブリレー９〜１２の全てが正常であると判断してメイン接点８ａを開くようにメインリレー８を駆動する（ステップＶ５）。そして、ＣＰＵ２２は、所定時間（２３ｍｓ）だけ待機した後、第１通電検出部６を介してメイン接点８ａの通電状態を確認する（図１０の時刻ｔ３、ステップＶ６）。このステップＶ６における通電状態の確認は、メインリレー８の駆動が完了した後に行う必要がある。従って、上記所定時間は、メインリレー８の動作時間（２０ｍｓ程度）よりも若干長い時間（２３ｍｓ）に設定している。

このとき、メイン接点８ａが閉じている場合、ＣＰＵ２２は、メイン接点８ａが通電状態であることを検出し（ステップＶ６で［ＹＥＳ］）、メインリレー８が異常であると判断して処理を終了する（エラー停止）。一方、メイン接点８ａが開いている場合、ＣＰＵ２２は、メイン接点８ａが非通電状態であることを検出し（ステップＶ６で［ＮＯ］）、メインリレー８が正常であると判断してメイン接点８ａを閉じるようにメインリレー８を駆動する（図１０の時刻ｔ４、ステップＶ７）。

その後、ＣＰＵ２２は、次の作業ルーチンの開始に先立ちブレーキを解除するまでの間、差分値Ｄｄ１〜Ｄｄ４としきい値Ｄｔｈとの比較によりモータＭ１〜Ｍ４の回転状態を監視する（ステップＶ８、Ｖ９）。このとき、例えばサブ接点９ａが閉じている場合、ＣＰＵ２２は、サブ接点９ａが通電状態であることを検出し（ステップＶ８で［ＹＥＳ］）、サブリレー９が異常であると判断してステップＶ４に進み、処理を終了する（エラー停止）。そして、サブ接点９ａ〜１２ａが全て開いた状態において、ＣＰＵ２２がブレーキを解除すべき状態になると（ステップＶ８およびＶ９の両方で［ＹＥＳ］）、サブ接点９ａ〜１２ａを開くようにサブリレー９〜１２を駆動して電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４を解除し（ステップＶ１０）、ステップＶ１に戻る。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果が得られる。
サブリレー９〜１２の異常判定を行う際、第１の実施形態におけるサブ接点９ａ〜１２ａの通電状態の検出に代えて、モータＭ１〜Ｍ４の回転状態の検出を行うようにした。モータＭ１〜Ｍ４のいずれかが回転している場合には、サブ接点９ａ〜１２ａのうち、回転しているモータを制動するための電磁ブレーキへの通電を切り換える接点が閉じていることになる。このようなモータの回転状態とサブ接点９ａ〜１２ａの通電状態との関係から、モータの回転状態の検出を行う本実施形態の構成によっても、サブリレー９〜１２の異常を判定することができる。

また、モータＭ１〜Ｍ４の回転を制御するために予めモータと一体に設けられているエンコーダＥ１〜Ｅ４を用いて上記したモータの回転状態検出を行うようにした。このため、第２通電検出部７を必要とした第１の実施形態のロボット制御装置１に比べて、ロボット制御装置２１の製造コストを低減できる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
第１の実施形態では、ＣＰＵ２とリレー制御回路３とから制御手段１５を構成し、第２の実施形態では、ＣＰＵ２２とリレー制御回路２３とから制御手段２５を構成したが、制御手段１５および２５は、この構成に限らずともよく、例えばＦＰＧＡであるリレー制御回路の中に電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４の異常判定を行うために必要な機能を組み込んで構成してもよい。

第２の実施形態では、リレー制御回路２３のレジスタに格納された回転量データをＣＰＵ２２が読み込むことでモータＭ１〜Ｍ４の回転状態を判断する構成としたが、ＣＰＵ２２が、エンコーダＥ１〜Ｅ４から出力されるパルス信号（またはカウンタを含んで構成されるエンコーダの場合にはそのカウント値）に基づいてモータＭ１〜Ｍ４の回転状態を判断する構成としてもよい。

所定の作業ルーチンが終了する度に実行する第２異常判定制御については、必要に応じて実行するように構成すればよい。つまり、起動時に実行する第１異常判定制御だけで十分に電磁ブレーキＢ１〜Ｂ４の異常を検出できる場合には、第２異常判定制御を実行しなくてもよい。

本発明の第１の実施形態を示すロボット制御装置の構成図 起動時におけるリレー異常判定のフローチャート 起動時における各部の信号および動作の状態を示す図 作業ルーチンの合間におけるリレー異常判定のフローチャート 作業ルーチンの合間における各部の信号および動作の状態を示す図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 図２相当図 図３相当図 図４相当図 図５相当図

符号の説明

図面中、１、２１はロボット制御装置（ロボットの電磁ブレーキ制御装置）、２、２２はＣＰＵ、３、２３はリレー制御回路、６は第１通電検出部（第１通電検出手段）、７は第２通電検出部（第２通電検出手段）、８はメインリレー、８ａはメイン接点、９〜１２はサブリレー、９ａ〜１２ａはサブ接点、１５、２５は制御手段、Ｂ１〜Ｂ４は電磁ブレーキ、Ｂ１ａ〜Ｂ４ａは励磁コイル、２４は第２通電検出手段、Ｅ１〜Ｅ４はエンコーダ（モータ回転検出手段）を示す。

Claims (9)

1. ロボットに設けられたモータを制動するための非励磁作動形の電磁ブレーキと、
   直流電源から前記電磁ブレーキの励磁コイルへの通電経路に介在するサブ接点を開閉するサブリレーと、
   前記直流電源から前記サブ接点への通電経路に介在するメイン接点を開閉するメインリレーと、
   前記メインリレーおよび前記サブリレーを制御して前記電磁ブレーキの制御を行う制御手段と、
   前記メイン接点が通電状態であるか否かを検出する第１通電検出手段と、
   前記サブ接点が通電状態であるか否かを検出する第２通電検出手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記ロボットの起動処理開始時に、前記メイン接点および前記サブ接点を開くように前記メインリレーおよび前記サブリレーを制御すると、
   前記第１通電検出手段を介して前記メイン接点の通電状態を監視し、通電状態が検出されると異常と判断して前記ロボットの起動処理を終了し、非通電状態が検出されると、前記第２通電検出手段が検出動作を完了可能な時間だけ前記メイン接点を閉じるように前記メインリレーを制御し、
   前記メイン接点を閉じている間に前記第２通電検出手段を介して前記サブ接点の通電状態を監視し、通電状態が検出されると異常と判断して前記ロボットの起動処理を終了し、非通電状態が検出されると前記メイン接点を閉じるように前記メインリレーを制御する第１異常判定制御を実行することを特徴とするロボットの電磁ブレーキ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記ロボットの所定の作業ルーチンが終了する度に、前記サブ接点を開くように前記サブリレーを制御すると、前記第２通電検出手段を介して前記サブ接点の通電状態を監視し、通電状態が検出されると異常と判断して前記メイン接点を開くように前記メインリレーを制御する第２異常判定制御を実行することを特徴とする請求項１記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
3. 前記制御手段は、前記電磁ブレーキの制御を行うＣＰＵと、前記ＣＰＵからのブレーキ制御命令に基づいて前記メインリレーおよび前記サブリレーの制御を行うリレー制御回路とを含んで構成されており、
   前記リレー制御回路は、前記異常判定制御を実行するように構成されており、前記起動処理開始時には前記ＣＰＵからのブレーキ解除命令を受け付けない命令拒否状態に設定し、前記異常判定制御において異常状態が判断されなかった場合は前記命令拒否状態を解除することを特徴とする請求項１または２記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
4. 前記第２通電検出手段は、前記モータが回転状態であるか否かを検出するモータ回転検出手段を含んで構成され、
   前記制御手段は、前記モータ回転検出手段を介して前記モータが回転したことを検出すると異常状態と判断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
5. 前記モータ回転検出手段は、前記モータの回転状態に応じたパルス信号を出力するエンコーダを含んで構成され、
   前記制御手段は、前記エンコーダから出力されるパルス信号に基づく回転量が所定のしきい値を超える場合に異常状態と判断することを特徴とする請求項４記載のロボットの電磁ブレーキ制御装置。
6. ロボットに設けられたモータを制動するための非励磁作動形の電磁ブレーキの異常を判定する方法であって、
   前記ロボットの起動処理開始時に、直流電源から前記電磁ブレーキの励磁コイルへの通電経路に介在するサブ接点および前記直流電源から前記サブ接点への通電経路に介在するメイン接点を開くように前記サブ接点を開閉するためのサブリレーおよび前記メイン接点を開閉するためのメインリレーを制御すると、
   前記メイン接点の通電状態を監視し、通電状態が検出されると異常と判断して前記ロボットの起動処理を終了し、非通電状態が検出されると、前記サブ接点が通電状態であるか否かを検出可能な時間だけ前記メイン接点を閉じるように前記メインリレーを制御し、
   前記メイン接点を閉じている間に前記サブ接点の通電状態を監視し、通電状態が検出されると異常と判断して前記ロボットの起動処理を終了し、非通電状態が検出されると前記メイン接点を閉じるように前記メインリレーを制御することを特徴とするロボットの電磁ブレーキの異常判定方法。
7. 前記ロボットの所定の作業ルーチンが終了する度に、前記サブ接点を開くように前記サブリレーを制御すると、前記サブ接点の通電状態を監視し、通電状態が検出されると異常と判断して前記メイン接点を開くように前記メインリレーを制御することを特徴とする請求項６記載のロボットの電磁ブレーキの異常判定方法。
8. 前記モータが回転したことを検出すると、前記サブ接点の通電状態について異常と判断することを特徴とする請求項６または７記載のロボットの電磁ブレーキの異常判定方法。
9. 前記モータの回転状態に応じたパルス信号を出力するエンコーダを用い、
   前記エンコーダから出力されるパルス信号に基づく回転量が所定のしきい値を超える場合に前記サブ接点の通電状態が異常と判断することを特徴とする請求項８記載のロボットの電磁ブレーキの異常判定方法。

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