JP5443782B2 - ロボット、電流制限装置及び電流制限方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝達機構を介して可動体に接続されるモータに流す電流を制限する電流制限装置、それを備えるロボット及び電流制限方法に関する。

複数のアームが回動可能に連結された多関節ロボットが実用に供されている。多関節ロボットでは、可動体であるアーム毎にモータ及び減速機が設けられている。多関節ロボットでは、伝達機構である減速機を介してモータとアームとが接続されており、減速機を介してモータのトルクがアームに伝達される。モータのトルクはモータに流される電流により変化し、流される電流は、制御装置によって制御されている。

制御装置は、アームの角度位置を指令する位置指令値に応じて、アームの速度指令値を演算し、アームの角速度が速度指令値になるようにモータに流す電流を制御する。更に、制御装置には、モータに流す電流が予め定められた上限値より大きくならないように前記電流を制限する機能があり、アーム及び減速機に過度に大きなトルクが作用することを防いでいる。設定される上限値に関しては、ロボットのモータの仕様、及び減速機の許容トルクによって異なる。（例えば、特許文献１及び２参照）
ロボットでは、モータによりアームを動かすため、主としてモータの回転を減速してアームに与える減速動作で動いている。しかしながら、ワークを研磨する、又は冶具を回転させてワークのバリ取りするロボットでは、ワーク又は冶具を押し付ける際にワーク又は冶具を介してアームに外力が作用し、アームがモータを回転させようとする増速動作となる場合がある。このような増速動作では、アームの角速度が速度指令値よりも速くなる。そのため、制御装置は、アームの速度を維持するためにより大きな絶対値の電流をモータに流してより大きなトルクを発生させる。これにより、アームの角速度を減少させる。

特許文献１及び２に記載の従来の技術では、上限値により流せる電流が制限され、モータから出力可能な最大トルクを制限している。そのため、アームに作用する外力が大きくなり減速機に作用するトルクが所定値以上になると、モータが前記外力に負け、減速機に所定値以上のトルクが作用しないようにしている。

特許第３５８８９５６号公報 特開２００８−７３７９０号公報

ところが、減速機は減速機の出力側のトルクを伝達効率倍（例えば０．８倍）に減少してモータに伝達するため、増速動作時において、トルクが減速機の出力側に作用するトルクは、モータのトルクの伝達効率の逆数倍（例えば１．２５倍）となる。そのため、このようなことを考慮して上限値が設定されていない特許文献１及び２に記載の従来の技術では、減速機の出力側に許容トルク以上のトルクが作用することがあり、そのような場合、減速機が損傷することが考えられる。

出願人は、減速機の損傷を防ぐべく、上限値を予め低く設定しておくことも考えた。しかし、減速動作において、減速機の出力側のトルクは、モータのトルクの伝達効率倍に減少される。そのため、単に上限値を低く設定すると、モータからアームに与える得る最大トルクが低くなってしまう。これにより、アームの速度を素早く上げることができず、ロボットによる作業効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、増速動作において可動体に作用する外力から伝達機構を保護しつつ、減速動作においてモータから可動体に作用させ得る最大トルクが低下しない電流制限装置を提供することを目的としている。

本発明の電流制限装置は、伝達機構を介して前記可動体に接続されるモータに流す正及び負の電流を制御し、前記電流に応じた正方向及び逆方向のいずれかの一方の方向のトルクを前記可動体に与えて前記可動体の速度を速度指令値にする速度制御手段と、前記速度制御手段から前記モータに流れる電流を電流制限範囲内に制限する電流制限手段とを備え、前記電流制限手段は、前記可動体が正方向に運動する際、前記電流制限範囲の下限値の絶対値を前記電流制限範囲の上限値の絶対値より小さく設定するものである。

本発明の電流制限装置に従えば、正方向に運動する可動体に外力が作用し、作用する外力が伝達機を介して伝達しモータを回転させる増速動作において、速度制御手段は、可動体の速度を指令速度に維持するために、モータに流す電流を下げる。速度制御手段からモータに流す電流が、電流制限範囲の下限値未満になると、電流制限手段は、電流を下限値まで上げて可動体に作用するトルクを制限する。このとき、電流制限範囲の下限値の絶対値は、電流制限範囲の上限値の絶対値より小さく設定されており、増速動作において、モータから可動体に与えるトルク、即ち伝達機構の出力側のトルクが減速動作のときに比べて小さく抑えられる。これにより、増速動作において、伝達機構に大きなトルクが作用することが防がれ、可動体に作用する外力から伝達機構を保護することができる。

逆に、下限値の絶対値に対して上限値の絶対値が大きく設定されているため、減速動作においてモータから可動体に作用させ得る正方向の最大トルクは、増速動作時に比べて大きい。そのため、減速動作においてモータから可動体への作用させ得る最大トルクが増速動作のように低下しない。

上記発明において、前記電流制限手段は、前記可動体が逆方向に運動する際、前記上限値の絶対値を前記下限値の絶対値より小さく設定することが好ましい。

本発明に従えば、逆方向に運動する可動体に逆方向の外力が作用する場合の増速動作において、速度制御手段は、可動体の速度を指令速度に維持するためにモータに流す電流を上げる。速度制御手段からモータに流す電流が、電流制限範囲の上限値より大きくなると、電流制限手段は、電流を上限値まで下げて可動体に作用するトルクを制限する。このとき、電流制限範囲の上限値の絶対値は、電流制限範囲の下限値の絶対値より小さく設定されており、増速動作において、モータから可動体に与えられるトルク、即ち伝達機構の出力側のトルクが減速動作のときに比べて小さく抑えられる。これにより、増速動作において、伝達機構に大きなトルクが作用することが防がれ、可動体に作用する外力から伝達機構を保護することができる。

逆に、上限値の絶対値に対して下限値の絶対値が大きく設定されているため、減速動作において、モータから可動体に作用させ得る逆方向の最大トルクは、増速動作時に比べて大きい。そのため、減速動作においてモータにより逆方向に可動体を増速する際、モータから可動体に作用させ得る最大トルクが増速動作時のように低下しない。

上記発明において、前記電流制限手段は、前記可動体が前記正方向に運動する時の前記下限値を予め定められた下限側基準値に前記伝達機構の伝達効率を乗じた値に設定し、前記可動体が前記逆方向に運動する時の前記上限値を予め定められた上限側基準値に前記伝達効率を乗じた値に設定することが好ましい。

上記構成に従えば、加速動作時において、伝達機構に作用する最大トルクは、正方向に可動体が運動している場合、前記上限値の電流をモータに流した時のトルク（以下、単に「上限トルク」ともいう）に制限され、逆方向に可動体が運動している場合、前記下限値の電流をモータに流した時のトルク（以下、単に「下限トルク」ともいう）に制限される。そのため、例えば、上限及び下限トルクが伝達機構の許容トルク以下となるように上限値及び下限側基準値を設定することによって、増速動作時でも伝達機構に許容トルクより大きなトルクが作用することがなくなり、伝達機構の損傷を防ぐことができる。

上記発明において、前記電流制限手段は、前記可動体が前記正方向に運動する時の前記上限値を前記上限側基準値に前記伝達効率の逆数を乗じた値に設定し、前記可動体が前記逆方向に運動する時の前記電流制限範囲の下限値を前記下限側基準値に前記伝達効率の逆数を乗じた値に設定することが好ましい。

上記構成に従えば、増速動作時以外において、伝達機構に作用する最大トルクもまた、正方向に可動体が運動している場合、前記上限値の電流をモータに流した時のトルクになり、逆方向に可動体が運動している場合、前記下限値の電流をモータに流した時のトルクとなる。そのため、例えば、上限及び下限トルクが伝達機構の許容トルク以下となるように上限値及び下限値を設定することによって、モータにより可動体を加速する際に伝達機構に許容トルクより大きなトルクが作用することがなくなり、伝達機構の損傷を防ぐことができる。

上記発明において、前記電流制限手段は、前記可動体が停止している際、前記上限値を前記可動体が正方向に運動する場合より低く設定し、前記下限値を前記可動体が逆方向に運動する場合より高く設定することが好ましい。

上記構成に従えば、可動体停止時の上限値及び下限値の絶対値が小さくなるように設定されている。そのため、可動体停止時において、可動体に与えられる正及び逆方向のトルクが小さくなるよう制限される。停止している可動体に外力が作用する場合も増速動作となり、前述のようにトルクを制限することで、伝達機構に許容トルクを超えるトルクが作用することが抑制される。これにより、可動体に作用する外力から伝達機構が保護される。

本発明のロボットは、上記の何れか１つの電流制限装置を備えるものである。本発明に従えば、上記のような機能を有するロボットを実現することができる。

上記発明において、複数の前記可動体を備えており、前記伝達機構及びモータは、前記可動体毎に設けられ、前記速度制御手段は、前記モータ毎に前記上限値及び前記下限値を設定することが好ましい。

上記構成に従えば、可動体毎に電流制限範囲の上限値及び下限値が設定されるため、各可モータに流される電流の電流値は、トルクを与える可動体以外の他の可動体の動作に影響受けることなく制御される。これにより、可動体毎に適正なトルクを与えることが可能となる。

上記発明において、前記電流規制手段は、前記速度制御手段の前記指令速度により前記可動体が運動する方向を判断することが好ましい。上記構成に従えば、指令速度により判断することで、上限値及び下限値の絶対値を予め低く設定されることとなり、例えば初動時等の急激な動作変動に対しても対応が可能となる。

本発明の電流制限方法は、可動体に伝達機構を介して接続されるモータに流す正及び負の電流を制御し、前記電流に応じた正方向及び逆方向のいずれかの一方の方向のトルクを前記可動体に与えて前記可動体の速度を速度指令値にするロボットで、前記モータに流れる電流を電流制限範囲内に制限する電流制限方法であって、前記可動体が正方向に運動する際、前記電流制限範囲の下限値の絶対値が前記電流制限範囲の上限値の絶対値より小さく設定される方法である。

本発明に従えば、モータにより減速中に正方向に運動する可動体に正方向の外力が作用する増速動作時において、可動体の速度を指令速度に維持するために、モータに流す電流を下げる。モータに流す電流が、電流制限範囲の下限値未満になると、電流を下限値まで上げて可動体に作用するトルクを制限する。このとき、電流制限範囲の下限値の絶対値は、電流制限範囲の上限値の絶対値より小さく設定されており、増速動作時において、伝達機構の出力側のトルクを減速動作のときと同等のトルクに抑えることができる。これにより、増速動作において、伝達機構に大きなトルクが作用することが防がれ、可動体に作用する外力から伝達機構を保護することができる。

逆に、下限値の絶対値に対して上限値の絶対値が大きく設定されているため、減速動作において、可動体に対して正方向に作用させることが可能な最大トルクが増速動作時に比べて大きい。従って、減速動作において、可動体に作用させ得る最大トルクが増速動作のように低下しない。

本発明によれば、増速動作において可動体に作用する外力から伝達機構を保護しつつ、減速動作においてモータから可動体に作用させ得る最大トルクが低下しない。

本実施形態のロボットの構成を示す斜視図である。 ロボット及び研磨装置の構成を模式的に示す模式図である。 ロボットの電気的構成を示すブロック図である。 電流制限装置の制御ブロックを示すブロック図である。 電流値範囲の上限値及び下限値を指令速度値に応じて変化させる電流値制限処理の手順を示すフローチャートである。 （ａ）は、経過時刻に対する速度指令値を示すグラフであり、（ｂ）は、（ａ）のように制御した時の経過時刻に対する電流制御部から第５軸モータに流れる電流を示すグラフである。 研磨装置からワークに外力が作用した時の経過時刻に対する電流制御部から第５軸モータに流れる電流の電流値を示すグラフである。

図１は、本実施形態のロボット１の構成を示す斜視図である。図２は、ロボット１及び研磨装置２の構成を模式的に示す模式図である。ロボット１は、垂直多関節型の産業用ロボット、具体的には６軸ロボットであり、その先端部に取付けられた保持ツール１０によりワーク１１を保持したり、またその先端部に冶具を取付けてその冶具によりワークを加工したりするために用いられる。

ロボット１は、床面に設置する基台３を有しており、その上に円板状の第１軸部４が設けられている。第１軸部４は、基台３に対して鉛直方向に延びる軸線Ｌ１回りに回動可能に構成されており、その上部に上方へと延びる第２軸部５の下端部が回動可能に設けられている。第２軸部５は、下端部が水平方向に延びる軸線Ｌ２回りに回動可能に構成され、上端部に第３軸部６が軸線Ｌ２に平行な軸線Ｌ３回りに回動可能に設けられている。

第３軸部６の先端には、第４軸部７が設けられている。第４軸部７は、第３軸部６に対してその軸線Ｌ４回り回動可能に構成されている。更に、第４軸部７の先端部には、第５軸部８が軸線Ｌ４に直交する軸線Ｌ５回りに回動可能に設けられている。第５軸部８は、後述するワーク１１を吸着保持するためのツール１０又はバリ取り用の冶具を取付可能な第６軸部９を有し、この第６軸部９を軸線Ｌ５に垂直な軸線Ｌ６回りに回動可能に構成されている。本実施形態では、第５軸部８にワーク１１を吸着保持するための保持ツール１０が取付けられている。保持ツール１０には、ワーク１１が取付けられている。

研磨装置２は、床面に設置される基台１２を有しており、この基台１２に回動可能にロール１３が設けられている。ロール１３は、図示しない駆動用モータにより、図２に示すＡ方向（図２の反時計回り）へと略一定速度で回転している。ロール１３は、外周部に研磨材を有しており、回転するロール１３にワーク１１を押し付けることで、前記ワーク１１を研磨することができる。

図３は、ロボット１の電気的構成を示すブロック図である。ロボット１は、更に、第１乃至第６軸モータ２１〜２６を備える。第１乃至第６軸モータ２１〜２６は、第１軸部４、第２軸部５、第３軸部６、第４軸部７、第５軸部８、及び第６軸部９（これらの構成を総称する場合、以下では、単に「軸部４〜９」ともいう）に第１乃至第６の減速機２７〜３２を介して夫々接続されている。第１乃至第６の減速機２７〜３２は、例えば、複数のギヤから成るギヤ列により構成されており、各モータ２１〜２６のトルクを各軸部４〜９に伝達して、各軸部４〜９を各軸線Ｌ１〜Ｌ６回りに回動するように夫々構成されている。

また各モータ２１〜２６は、流される電流に応じて出力するトルクが変化するように構成されており、正の電流が流れると、その電流に応じた正方向のトルクを出力して各軸部４〜９を正方向に回動させ、負の電流が流れると、その電流に応じた逆方向のトルクを出力して、各軸部４〜９を逆方向に回動させる。なお、本発明において、電流の正負の符号は、電流の流れる方向を示すものであり、何れの方向に流れる電流の符号を正とするかは、前述の記載に限定されない。後述する速度及びトルク等についても同様である。

また、第１乃至第６軸モータ２１〜２６には、第１乃至第６軸用エンコーダ３３〜３８が設けられている。各エンコーダ３３〜３８は、各モータ２１〜２６の出力軸２１ａの角度位置を検出し、検出した角度位置を後述する位置／速度制御部４０に伝送するように構成されている。

ロボット１は、更に、各モータ２１〜２６に流す電流を制御しつつ、前記電流を制限する電流制限装置２０を備える。電流制限装置２０は、位置／速度制御部４０、第１〜第６軸用電流制限部４１〜４６を有している。位置／速度制御部４０は、モータ２１〜２６に夫々独立して電気的に接続されており、モータ２１〜２６毎に電流を流し、前記電流を制御して各モータ２１〜２６のトルクを制御可能に構成されている。

また、位置／速度制御部４０には、記憶部４７が電気的に接続されている。記憶部４７には、ワーク１１を研磨する際の第１軸部４、第２軸部５、第３軸部６、先端側部分６ａ、第５軸部８及び第６軸部９の動作手順を示したプログラムが記憶されている。このプログラムには、各軸部４〜９を動かすべき位置（姿勢を含む）、即ち位置指令値等が示されており、位置／速度制御部４０は、このプラグラムに応じてモータ２１〜２６を駆動する。なお、本実施形態では、位置指令値は、原点位置である０を含む実数で示されている。ただし、位置指令値は、実数に限定されない。

第１乃至第６軸用電流制限部４１〜４６は、位置／速度制御部４０と各モータ２１〜２６との間に介在しており、位置／速度制御部４０から各モータ２１〜２６に流れる電流が電流制限範囲を超えないよう前記電流値を制限している。電流制限範囲は、電流制限部４１〜４６毎に定めるものである。

図４は、電流制限装置２０の制御ブロックを示すブロック図である。図３を参照しつつ説明する。以下では、記憶部４７に記憶される位置指令値に第５軸部８（図１及び２参照）を移動させる際の第５軸モータ２５のトルク制御について説明する。なお、第５軸モータ２５以外のモータ２１〜２４，２６についても同様の制御が行われるので、これらの構成による制御に関する説明は、第５軸モータ２５のトルク制御の説明を参照し、具体的な説明については省略する。

位置／速度制御部４０は、記憶部４７から第５軸部８の位置指令値を取得すると、位置制御器４０ａにて、その位置指令値と第５軸用エンコーダ４５から得られる角度位置である実角度位置との偏差を求める。そして、その偏差に位置ゲインを乗じて、第５軸部８の目標とする速度である速度指令値を得る。次に、速度制御器４０ｂにて、得られた速度指令値と、実角度位置を微分して得られる実角速度との偏差、つまり必要な速度偏差を演算する。この速度偏差に速度ゲインを乗じることで、第５軸モータ２５から出力すべき目標トルクに応じた目標電流値が得られる。

得られた目標電流値は、第５軸用電流制限部４５に伝送される。第５軸用電流制限部４５では、前記電流値が電流制限範囲内にある場合、目標電流値をそのまま電流指令値として、アンプ４８へと伝送し、前記電流値が電流制限範囲外である場合、目標電流値を電流値範囲内の値に制限したものを電流指令値として、アンプ４８へと伝送する。具体的には、電流値範囲の上限値より大きい場合は、電流値範囲の上限値を電流指令値とし、電流値範囲の下限値より小さい場合は、電流値範囲の下限値を電流指令値とする。

伝送された電流指令値は、アンプ４８にて増幅されて、この増幅された電流値が第５軸モータ２５に入力される。このようにして、速度指令値に応じて第５軸モータ２５に流す電流値を制御して第５軸モータ２５のトルクを増減少させながら、第５軸部８を位置指令値に移動させる。

上述の通り、第５軸用電流制限部４５は、位置／速度制御部４０から第５軸モータ２５に流れる電流を電流制限範囲内に制限する。この電流制限範囲の上限値及び下限値は、指令速度値に応じて変化するようになっている。以下では、このような電流制限範囲可変機能について説明する。

図５は、電流値範囲の上限値及び下限値を指令速度値に応じて変化させる電流値制限処理の手順を示すフローチャートである。図６（ａ）は、経過時刻に対する速度指令値を示すグラフであり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のように制御した時の経過時刻に対する位置／速度制御部４０から第５軸モータ２５に流れる電流を示すグラフである。図６（ａ）及び（ｂ）では、横軸が時刻を示し、縦軸が速度指令値及び電流を夫々示している。なお、図６（ｂ）は、ワーク１１に重力以外の外力が作用していない時のグラフである。本実施形態において、第５軸部８は、第５軸モータ２５が正方向に回転すると、正方向であるＢ方向（図２の時計回り方向）に軸線Ｌ５回りに回転し、第５軸モータ２５が逆方向に回動すると、逆方向矢符Ｂと反対方向のＣ方向（即ち、図２の反時計回り方向）に軸線Ｌ５回りに回動し、速度指令値における正負は、第５軸部８のＢ方向の速度及びＣ方向の速度を意味するものである。以下では、電流値制限処理の一例として、図６（ａ）のように速度指令値が与えられた場合について説明する。

ロボットの電源がオンになると、電流値制限処理が開始され、ステップＳ１に移行する。ステップＳ１では、第５軸用電流制限部４５が位置／速度制御部４０にて演算される速度指令値の符号の変化があるか否かを判断する。時刻０では、電源がオンにされることで、速度指令値Ｖ_ｃｏｍ無しの状態から速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＝０となるので、速度指令値Ｖ_ｃｏｍの符号の変化があると判断される。速度指令値Ｖ_ｃｏｍの符号に変化ありと判断されると、ステップＳ２へと移行する。

ステップＳ２では、第５軸用電流制限部４５が「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＝０」、「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＜０」及び「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＞０」の何れの条件を満たしているかを判断する。時刻０では速度指令値Ｖ_ｃｏｍが０であるので、「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＝０」と判断され、ステップＳ３へと移行する。

ステップＳ３では、第５軸用電流制限部４５が電流制限範囲の上限値及び下限値を設定する。ステップＳ２で「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＝０」と判断されたため、第５軸用電流制限部４５が上限値を電流制限値Ｌに設定し、下限値を電流制限値−Ｌに設定する。本実施形態において、電流制限値Ｌは、正の値であり、第５の減速機３１の許容トルクを第５軸モータ２５に生じさせるのに必要な基準電流Ｌ_ｌｉｍに第５の減速機３１の伝達効率η（例えば、０．８倍）を乗じた値である。また、電流制限値−Ｌは、負の値であり、前記電流制限値Ｌの符号を正負逆にした値である。上限値及び下限値が設定されると、ステップＳ４へと移行する。ステップＳ４では、ロボット１の電源がオフされたか否かを判断する。本実施形態の場合、オフにされていないので、ステップＳ１へと戻る。

時刻０から時刻ｔ１まで速度指令値Ｖ_ｃｏｍの符号に変化がないので、第５軸用電流制限部４５は、上限値及び下限値を変えずに維持し、速度指令値の符号の変化の有無を繰り返し判断し続ける。そして時刻ｔ１になって速度指令値が０から負の値へと変化すると、ステップＳ２へと移行する。時刻ｔ１において速度指令値が負となっているので、ステップＳ２では、「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＜０」と判断され、ステップＳ５へと移行する。

ステップＳ５では、第５軸用電流制限部４５が電流制限範囲の上限値及び下限値を設定する。ステップＳ２で「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＜０」と判断されたため、第５軸用電流制限部４５は、上限値を電流制限値Ｌに設定し、下限値を電流制限値−Ｈに設定する。電流制限値Ｈは、電流制限値Ｌより大きい正の値である。本実施形態において、電流制限値Ｈは、基準電流Ｌ_ｌｉｍに伝達効率ηの逆数、即ち１／η（例えば、１，２５倍）を乗じた値である。また、電流制限値−Ｈは、負の値であり、前記電流制限値Ｈの符号を正負逆にした値である。これにより、上限値の絶対値が下限値の絶対値より小さく設定され、第５軸モータ２５の正方向の最大トルクが小さくなるように制限される。上限値及び下限値が設定されると、ステップＳ４へと移行し、ステップＳ１へと戻る。

時刻ｔ１〜時刻ｔ２まで速度指令値Ｖ_ｃｏｍの符号に変化がないので、第５軸用電流制限部４１は、上限値及び下限値を変えずに維持し、速度指令値の符号の変化の有無を繰り返し判断し続ける。そして時刻ｔ２になって速度指令値が負の値から０に変化すると、ステップＳ２へと移行する。時刻ｔ２において速度指令値が０となっているため、ステップＳ２では、「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＝０」と判断され、ステップＳ３へと移行し、上限値が電流制限値Ｌに設定され、下限値が電流制限値−Ｌに設定される。設定後、ステップＳ４へと移行し、再びステップＳ１に戻る。

時刻ｔ２から時刻ｔ３まで速度指令値Ｖ_ｃｏｍの符号に変化がないので、第５軸用電流制限部４５は、上限値及び下限値を変えずに維持し、速度指令値の符号の変化の有無を繰り返し判断し続ける。そして、時刻ｔ３になって速度指令値が０から負の値へと変化すると、ステップＳ２へと移行する。時刻ｔ３において速度指令値が正となっているので、ステップＳ２では、「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＞０」と判断され、ステップＳ６へと移行する。

ステップＳ６では、第５軸用電流制限部４５が電流制限範囲の上限値及び下限値を設定する。ステップＳ２で「速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＜０」と判断されたため、第５軸用電流制限部４５は、上限値を電流制限値Ｈに設定し、下限値を電流制限値−Ｌに設定する。これにより、下限値の絶対値が上限値の絶対値より小さく設定され、第５軸モータ２５の逆方向の最大トルクが小さくなるように制限される。上限値及び下限値が設定されると、ステップＳ４へと移行し、ステップＳ１へと戻る。

時刻ｔ３〜時刻ｔ４では、速度指令値Ｖ_ｃｏｍの符号に変化がないので、第５軸用電流制限部４５は、上限値及び下限値を変えずに維持し、速度指令値の符号の変化の有無を繰り返し判断し続ける。そして時刻ｔ４になって速度指令値が正の値から０に変化すると、ステップＳ２へと移行する。その後、ステップＳ２からステップＳ３へと移行し、上限値が電流制限値Ｌに設定され、下限値が電流制限値−Ｌに設定される。設定後、ステップＳ４へと移行し、再びステップＳ１に戻る。

時刻ｔ４〜ｔ６では、時刻０〜時刻ｔ２と同様の速度指令値が与えられているため、時刻０〜時刻ｔ２と同様の方法で、上限値及び下限値が設定される。その後、ロボット１の電源がオフにされると、電流値制限処理が終了する。

図７は、研磨装置２からワーク１１に外力が作用した時の経過時刻に対する位置／速度制御部４０から第５軸モータ２５に流れる電流の電流値を示すグラフである。図７は、図６（ｂ）同様に、横軸が経過時刻で、縦軸が電流値を示している。以下では、図２も参照しつつ説明する。

研磨する際、Ａ方向（即ち、図２の時計回りの方向）に回転するロール１３にロボット１が保持するワーク９が押し付けられる。これにより、ロール１３からワーク１１に外力が作用するため、第５軸部８がＣ方向にトルクを受けることとなる。位置／速度制御部４０は、第５軸部８の速度を速度指令値に維持するために第５軸モータ２５の出力トルクを増加させるべく、外力に伴って第５軸部８に作用するトルクの分だけ第５軸モータ２５に与えられる電流値をオフセットする。

オフセットされることにより、時刻ｔ１１〜ｔ１２において、目標電流値（図７の三点鎖線）が上限値を超えることとなる。時刻ｔ１１〜ｔ１２は、第５軸部８に外力が作用して増速動作となるため、第５の減速機３１の出力側、即ち第５軸部８には、最大で、第５軸モータ２５のトルクに伝達効率ηの逆数１／ηを乗じた値のトルクが作用することになる。つまり、基準電流Ｌ_ｌｉｍで目標電流値を制限すると、最大で、許容トルクの１／η倍のトルクが第５の減速機３１に作用することがある。しかし、本実施形態のように上限値を電流制限値Ｌにすることで、第５の減速機３１に許容トルクより大きなトルクが作用することがなく、第５の減速機３１の損傷を抑制することができる。

また、時刻ｔ１３〜時刻ｔ１４では、電流指令値が基準電流Ｌ_ｌｉｍより大きいが、制限されない。というのも、このとき、増速中の第５軸部８に更に増速させる外力が第５軸部８に作用するため、第５の減速機３１には、第５軸モータ２５のトルクに伝達効率ηを乗じた値のトルクが作用する。つまり、基準電流Ｌ_ｌｉｍで目標電流値を制限すると、最大でも、許容トルクのη倍のトルクしか第５軸部８に作用させることができない。しかし、本実施形態のように上限値を電流制限値Ｌにすることで、最大で第５軸部８に許容トルクまで作用させることができ、第５軸部８に作用可能なトルクを従来技術よりも低下することを防ぐことができる。

このように、第５軸部８がＢ方向に回動する間、電流制限範囲の下限値の絶対値を電流制限範囲の上限値の絶対値より小さく設定することで、第５軸モータ２５から第５軸部８に与えられるＣ方向のトルクが小さく制限される。これにより、Ｂ方向に回動する第５軸部８の増速動作時において、第５の減速機３１の出力側に大きなトルクが作用することが抑制され、第５軸部８に作用する外力から第５の減速機３１を保護することができる。

逆に、第５軸部８がＢ方向に回動する間、電流制限範囲の上限値の絶対値を大きく設定することで、減速動作において、第５軸モータ２５から第５軸部８に作用し得るＢ方向の最大トルクが増速動作のときに比べて大きくなる。そのため、減速動作において、第５軸モータ２５から第５軸部８に作用させ得る最大トルクが増速動作時のように低下せず、第５軸部８に所望のトルクを作用させることが可能となる。

また、第５軸部８がＣ方向に運動する間、電流制限範囲の下限値の絶対値を大きく設定することで、減速動作において、第５軸モータ２５が第５軸部８に作用させ得るＣ方向な最大トルクが増速動作のときに比べて大きくなる。そのため、減速動作において、第５軸モータ２５から第５軸部８に作用させ得る最大トルクが増速動作時のように低下しない。

逆に、第５軸部８がＣ方向に回動する間、電流制限範囲の上限値の絶対値が電流制限範囲の下限値の絶対値より小さく設定することで、第５軸モータ２５から第５軸部８に与えられるＢ方向のトルクが小さく制限される。これにより、Ｃ方向に回動する第５軸部８の増速動作において、第５の減速機３１の出力側に大きなトルクが作用することが抑制され、第５軸部８に作用する外力から第５の減速機３１を保護することができる。

本実施形態では、上述のような作用効果に加えて以下のような作用効果を奏する。第５軸部８停止時に上限値及び下限値の絶対値が電流制限値Ｌに設定されることで、第５軸部８停止時において、第５軸部８に与えられる得る矢符Ｂ及びＣ方向のトルクを小さく制限できる。停止している可動体に外力が作用する場合、矢符Ｂ及びＣ方向のどちらの方向に第５軸部８が回動しても増速動作となる。第５軸モータ２５の出力可能なトルクを小さく制限することで、第５の減速機３１に許容トルクを超えるトルクが作用することが抑制される。これにより、第５軸部８に作用する外力から第５の減速機３１が保護される。

更に、速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＜０のときに上限値を電流制限値Ｌ、下限値を電流制限値−Ｈに設定し、速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＞０のときに上限値を電流制限値Ｈ、下限値を電流制限値−Ｌに設定し、速度指令値Ｖ_ｃｏｍ＝０のときに上限値を電流制限値Ｌ、下限値を電流制限値−Ｌに設定するので、第５の減速機３１に作用する最大トルクが第５の減速機３１の許容トルクとなるので、第５の減速機３１を保護しつつ、最大限のトルクを第５軸部８に与えること可能となる。従って、第５軸部８を素早く移動したり、研磨時にロール１３に強く押し付けても第５軸部８を所定位置に保持したりすることが可能となり、ロボット１の作業効率が向上する。

このような電流値制限処理は、第５軸用電流制限部４５だけでなく、第１乃至第４及び第６軸用電流制限部４１〜４４，４６においても行なわれ、同様の作用効果を奏する。各電流制限部４１〜４４，４６は、互いに独立して電流制限範囲の上限値及び下限値を設定するため、各モータ２１〜２６に流される電流の電流値は、駆動する軸部４〜９以外の他の軸部４〜９の動作に影響受けることなく制御される。これにより、モータ２１〜２６毎に適正なトルクを生じさせることが可能となり、各減速機２７〜３２を保護しつつ、ロボット１の作業効率を向上させることができる。

また、外力としては、上述するようなロール１３にワーク１１を押し付けた時に第５軸部８に作用する外力以外に、ワーク１１を移動させた時に第５軸部８に作用する慣性力もまた外力となる。ワーク１１の重量が大きくなればなるほど慣性力が大きくなるため、重量が小さいものと同じように減速するのに必要な第５軸モータ２５のトルクが大きくなる。そのため、第５の減速機３１に作用するトルクも大きくなるが、上述のように電流値制限範囲を設定することによって、第５の減速機３１に作用するトルクが許容トルクより大きくなることが防がれる。従って、ワーク１１の慣性力からも第５の減速機３１を保護することができる。

本実施形態では、６軸ロボットに適用した場合を説明したが、蛇型多関節ロボット及び水平型多関節ロボット等に適用してもよく、多関節ロボットであればよい。また、多関節ロボットに限らず、直交座標ロボット、円筒座標ロボット、極座標ロボットに適用しても良く、その場合同様の作用効果を奏する。

また本実施形態では、第５軸部８の回動方向を速度指令値から判断しているが、速度センサから検出するように構成してもよい。また、減速機２７〜３２は、チェーン及びベルト等に代えてもよく、モータのトルクをアーム５，６、第５軸部８及び第１軸部４に伝達可能な伝達機構であればよい。

なお、本発明は、実施の形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除、変更が可能である。

１ ロボット
４ 第１軸部
５ 第２軸部
６ 第３軸部
７ 第４軸部
８ 第５軸部
９ 第６軸部
２０ 電流制限装置
２１ 第１軸モータ
２２ 第２軸モータ
２３ 第３軸モータ
２４ 第４軸モータ
２５ 第５軸モータ
２６ 第６軸モータ
２７ 第１の減速機
２８ 第２の減速機
２９ 第３の減速機
３０ 第４の減速機
３１ 第５の減速機
３２ 第６の減速機
４０ 電流制御部
４１ 第１軸用電流制限部
４２ 第２軸用電流制限部
４３ 第３軸用電流制限部
４４ 第４軸用電流制限部
４５ 第５軸用電流制限部
４６ 第６軸用電流制限部

Claims (9)

1. 正方向及び逆方向に回動する可動体に伝達機構を介して接続され、正の電流を流すと前記正方向のトルクを出力して前記可動体に与え且つ負の電流を流すと前記逆方向のトルクを出力して前記可動体に与えるモータに流す電流を制御して前記可動体の速度を速度指令値にする速度制御手段と、
   前記速度制御手段から前記モータに流れる電流を電流制限範囲内に制限する電流制限手段とを備え、
   前記電流制限手段は、前記可動体の運動方向に応じて前記電流制限範囲の下限値の絶対値及び前記電流制限範囲の上限値の絶対値を変動させるようになっており、前記可動体が正方向に運動する際、前記電流制限範囲の下限値の絶対値を前記電流制限範囲の上限値の絶対値より小さく設定することを特徴とする電流制限装置。
2. 前記電流制限手段は、前記可動体が逆方向に運動する際、前記上限値の絶対値を前記下限値の絶対値より小さく設定することを特徴とする請求項１に記載の電流制限装置。
3. 前記電流制限手段は、前記可動体が前記正方向に運動する時の前記下限値を予め定められた下限側基準値に前記伝達機構の伝達効率を乗じた値に設定し、前記可動体が前記逆方向に運動する時の前記上限値を予め定められた上限側基準値に前記伝達効率を乗じた値に設定することを特徴とする請求項２に記載の電流制限装置。
4. 前記電流制限手段は、前記可動体が前記正方向に運動する時の前記上限値を前記上限側基準値に前記伝達効率の逆数を乗じた値に設定し、前記可動体が前記逆方向に運動する時の前記電流制限範囲の下限値を前記下限側基準値に前記伝達効率の逆数を乗じた値に設定することを特徴とする請求項３に記載の電流制限装置。
5. 前記電流制限手段は、前記可動体が停止している際、前記上限値を前記可動体が正方向に運動する場合より低く設定し、前記下限値を前記可動体が逆方向に運動する場合より高く設定することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１つに記載の電流制限装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の電流制限装置を備えるロボット。
7. 複数の前記可動体を備えており、
   前記伝達機構及びモータは、前記可動体毎に設けられ、
   前記速度制御手段は、前記モータ毎に前記上限値及び前記下限値を設定することを特徴とする請求項６に記載のロボット。
8. 前記電流規制手段は、前記速度制御手段の前記指令速度により前記可動体が運動する方向を判断することを特徴とする請求項６又は７に記載のロボット。
9. 正方向及び逆方向に回動する可動体に伝達機構を介して接続され、正の電流を流すと前記正方向のトルクを出力して前記可動体に与え且つ負の電流を流すと前記逆方向のトルクを出力して前記可動体に与えるモータに流す正及び負の電流を制御し、前記電流に応じた正方向及び逆方向のいずれかの一方の方向のトルクを前記モータが前記可動体に与えて前記可動体の速度を速度指令値にするロボットで、前記モータに流れる電流を電流制限範囲内に制限する電流制限方法であって、
   前記可動体の運動方向に応じて前記電流制限範囲の下限値の絶対値及び前記電流制限範囲の上限値の絶対値を変動させるようになっており、前記可動体が正方向に運動する際、前記電流制限範囲の下限値の絶対値が前記電流制限範囲の上限値の絶対値より小さく設定されることを特徴とする電流制限方法。

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