JP5863419B2

JP5863419B2 - 内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システム及び方法

Info

Publication number: JP5863419B2
Application number: JP2011259927A
Authority: JP
Inventors: 明宏得本
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2031-11-29
Also published as: JP2013111697A

Description

本発明は、内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システム及び方法に関する。

内圧防爆構造を有する多関節ロボットは、ロボット筐体を大気圧よりも高い保護気体を充填させる内圧容器としており、該内圧容器内にアームの各関節を駆動するサーボモータなどの電気機器を収納することにより、該内圧容器外部の爆発性雰囲気と該内圧容器に収納された電気機器とを分離するように構成されている。

ところで、アームの姿勢や手首位置が静止しており多関節ロボットに動力が供給されてないように見えても、実際に多関節ロボットは動作を停止しておらず、サーボ制御によってアームの重力方向の降下を防ぐように補正しているので、多関節ロボットに動力が供給されている状態である。例えば、特許文献１には、ティーチペンダントによるオンラインティーチング時の小休止や、スタンバイのための待ち時間の間にモータ動力スイッチを遮断してブレーキが効いた後、再度、モータ動力を供給してブレーキが外れたときには、自重トルク等によってアームは重力方向に降下するので、このような降下を防止すべく、ロボット位置指令値に降下補償量を加えることが開示されている。

このように多関節ロボットに動力が供給されている状態で、ロボット筐体（内圧容器）内の保護気体の圧力が低下すれば、内圧防爆構造の保護が得られなくなるので、多関節ロボットへのすべての給電を直ちに停止するという指針（工場電気設備防爆指針）が定められている。例えば、特許文献２には、内圧容器内の保護気体の圧力を検出する圧力検出器が設けられ、この圧力検出器により検出された保護気体の圧力が所定の閾値圧力以下に低下した場合には、多関節ロボットへの給電を停止することが開示されている。なお、特許文献３には、このような仕組みの一例として、防爆構造を有する装置内の圧力の上限値及び下限値を検出する圧力検出器が設けられ、装置内の圧力が下限値まで低下したこと及び上限値まで上昇したことが検出されたときには、装置の運転を完全に停止することが開示されている。

特開平５−１３８５８３号公報特開平４−２１７４８９号公報特開平４−２９８２３０号公報

ところで、多関節ロボットへのすべての給電を停止するとき、アームの重力方向の降下を防止するためにブレーキが効くことになるが、ブレーキは機械部品であるがゆえに、ブレーキへの給電を停止してから実際にブレーキが効くまでには約１０ｍｓｅｃの遅れ時間が発生する。このため、サーボ制御によってアームの姿勢や手首位置が維持されている状態で、ロボット筐体内の保護気体の圧力が低下すると、上記のようなブレーキが効くまでの遅れ時間の間にアームが重力方向に降下してしまい、アームやロボット先端に取り付けたガン等がワークや基台に接触するおそれが生じる。なお、特許文献１の場合、モータ動力スイッチを遮断してブレーキが効いた後のアームの重力方向の降下を防止するための技術であり、モータ動力スイッチを遮断してブレーキが効き始めるまでの間のアームの重力方向の降下を防止することができない。特許文献２、３においても、ブレーキが効くまでの遅れ時間の間に、アームが重力方向に降下する問題について開示も示唆もない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、内圧防爆構造を有する多関節ロボットにおける保護気体の圧力低下に伴うインターロック動作の際にロボットアームの重力方向の降下を防止することである。

上記目的を達成するために、本発明のある形態（aspect）に係る内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムは、大気圧よりも高圧の保護気体が充填される多関節ロボット筐体内に、多関節ロボットの各関節を構成するサーボモータと、当該サーボモータの回転位置を検出する位置検出器と、当該サーボモータの回転を制動するブレーキと、を具備した内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムであって、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する圧力検出部と、前記圧力検出部により前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことが検出されたとき、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止する第１のインターロック機構と、前記第１のインターロック機構が動作した後に、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止することに加えて、前記位置検出器への給電を停止するとともに前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断する第２のインターロック機構と、を備えるものである。

この構成によれば、多関節ロボットの姿勢及び手首位置を維持するようにサーボ制御が実行されている場合に、多関節ロボット筐体内の保護気体の圧力が規定の圧力から低下していき第１の閾値圧力まで低下したときには、まず、第１のインターロック機構が作動してサーボモータ及びブレーキへの給電を停止する。ただし、ブレーキは機械部品であるがゆえに、ブレーキへの給電を停止してから実際にブレーキが効くまでには遅れ時間がある。しかしながら、多関節ロボットの制御装置から位置検出器への給電及び位置検出器から該多関節ロボットの制御装置への位置検出信号の供給は継続しているので、該多関節ロボットの制御装置は、位置検出器からの位置検出信号に基づいて、多関節ロボットの姿勢及び手首位置を維持するようにサーボ制御を継続することができる。さらに、このようにサーボ制御を継続している最中に、ブレーキが漸く効き始めてサーボモータの回転が制動されるので、第２のインターロック機構によって多関節ロボットの制御装置から位置検出器への給電を停止するともに位置検出器から該多関節ロボットの制御装置への位置検出信号の供給を遮断することができる。これにより、多関節ロボットの制御装置から多関節ロボットへのすべての給電が停止されるので、多関節ロボット筐体内に配設された点火源となり得るサーボモータ、ブレーキ及び位置検出器のすべては受電されない状態となり、内圧防爆構造の指針として要請されるインターロック動作が完結することとなる。

前記内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムであって、交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記整流器により変換された直流電力を平滑化する平滑用キャパシタと、前記平滑用キャパシタにより平滑化された直流電力により前記サーボモータを駆動する駆動部と、前記位置検出器から供給された位置検出信号に基づいて前記サーボモータをサーボ制御する制御部と、前記整流器の交流側に設けられ、前記サーボモータへの給電を停止するか否かを切り替える第１のスイッチと、前記ブレーキへの給電を停止するか否かを切り替える第２のスイッチと、前記位置検出器への給電を停止するか否かを切り替える第３のスイッチと、前記位置検出器から前記制御部への位置検出信号の供給を遮断するか否かを切り替える第４のスイッチと、を備え、前記第１のインターロック機構は、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのみを制御するように構成され、前記第２のインターロック機構は、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、及び前記第４のスイッチのすべてを制御するように構成される、としてもよい。

この構成によれば、第１のインターロック機構が作動してサーボモータ及びブレーキへの給電を停止してからブレーキが実際に効くまでの遅れ時間の間に、サーボモータを駆動する際に平滑用キャパシタに充電された電圧をサーボモータの動力源として、位置検出器から供給された位置検出信号に基づいて、多関節ロボットの姿勢及び手首位置を維持するサーボ制御を継続することができる。

前記内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムであって、前記圧力検出部は、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する第１の圧力検出器であり、前記第１のインターロック機構は、前記第１の圧力検出器から前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことを検出した検出信号を受けると、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止するよう構成され、前記第２のインターロック機構は、前記第１の圧力検知器からの前記検出信号を遅延する遅延回路を備え、且つ前記第１の圧力検知器から出力されて前記遅延回路で遅延された前記検出信号を受けると、前記サーボモータ、前記ブレーキ及び前記位置検出器への給電を一斉に停止するとともに、前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断するよう構成されている、としてもよい。

この構成によれば、１つの圧力検出器でシステム構成を簡素化することができる。

前記内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムであって、前記圧力検出部は、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する第１の圧力検出器と、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低い第２の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する第２の圧力検出器と、を備え、前記第１のインターロック機構は、前記第１の圧力検出器から前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことを検出した検出信号を受けると、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止するよう構成され、前記第２のインターロック機構は、前記第２の圧力検知器からの前記検出信号を受けると、前記サーボモータ、前記ブレーキ及び前記位置検出器への給電を一斉に停止するとともに、前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断するよう構成されているとしてもよい。

この構成によれば、２つの圧力検出器を用いて高精度なシステムを構築することができる。

上記目的を達成するために、本発明のほかの形態（aspect）に係る内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御方法は、大気圧よりも高圧の保護気体を充填させる多関節ロボット筐体内に、多関節ロボットの各関節を構成するサーボモータと、当該サーボモータの回転位置を検出する位置検出器と、当該サーボモータの回転を停止させるブレーキと、を具備した内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御方法であって、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出し、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことを検出したとき、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止し、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止した後に、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止することに加えて、前記位置検出器への給電を停止するとともに前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断する、ものである。

本発明によれば、内圧防爆構造を有する多関節ロボットにおける保護気体の圧力低下に伴うインターロック動作の際にロボットアームの重力方向の降下を防止することができる。

図１は本発明の実施の形態１に係る内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムの構成例を示したブロック図である。図２は図１に示す制御システムの詳細な構成例を示したブロック図である。図３は内圧防爆構造を有する多関節ロボットの断面構造例を示した断面図である。図４は本発明におけるインターロック動作例を説明するための主要変数の波形図である。図５は比較形態のインターロック動作例を説明するための主要変数の波形図である。図６は本発明の実施の形態２に係る内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムの構成例を示したブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下ではすべての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、特に言及しない場合にはその重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
[システム構成例]
図１は、本発明の実施の形態１に係る内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムの構成例を示したブロック図である。図２は、図１に示す制御システムの詳細な構成例を示したブロック図である。図３は、内圧防爆構造を有する多関節ロボットの断面構造例を示した断面図である。

図１に示す制御システムでは、爆発性雰囲気が存在する危険場所に内圧防爆構造を有する多関節ロボット１００（以下では、単に多関節ロボット１００という）が設置され、非危険場所に制御装置２００が設置され、危険場所と非危険場所とが相互に連通しないように仕切壁が設置されている。

多関節ロボット１００は、ロボット筐体１０１を大気圧よりも高い保護気体を充填させる内圧容器として構成され、且つ該内圧容器の外部の爆発性雰囲気と該内圧容器に収納した電気機器とを分離するように構成されている。多関節ロボット１００は、このように構成されていればよく、これ以外は特に限定されない。以下では、多関節ロボット１００として６軸の関節ロボットを例示する。この場合、内圧容器に収納する電気機器は、多関節ロボット１００の各関節ＪＴ１〜ＪＴ６を構成するサーボモータＭ１〜Ｍ６と、サーボモータＭ１〜Ｍ６の回転位置を検出する位置検出器Ｅ１〜Ｅ６と、サーボモータＭ１〜Ｍ６の回転を制動するブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６と、圧力検出器１０２とである。なお、位置検出器Ｅ１〜Ｅ６と制御装置２００との間は位置検出器ケーブルＬ０を介して接続され、サーボモータＭ１〜Ｍ６と制御装置２００との間はモータケーブルＬ１を介して接続され、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６と制御装置２００との間はブレーキケーブルＬ２を介して接続される。位置検出器ケーブルＬ０は、制御装置２００から位置検出器Ｅ１〜Ｅ６に給電するとともに、位置検出器Ｅ１〜Ｅ６から制御装置２００に位置検出信号を供給するためのケーブルである。モータケーブルＬ１は、制御装置２００からサーボモータＭ１〜Ｍ６に給電するためのケーブルである。ブレーキケーブルＬ２は、制御装置２００からブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６に給電するためのケーブルである。

ロボット筐体１０１には給気管３０２及び排気管３０３が連結されている。ロボット筐体１０１内には非危険場所に設置された空気供給ポンプ３００から給気管３０２を介して保護気体が供給される。また、ロボット筐体１０１内に保護気体供給前に浸入していた爆発性気体が排気管３０３及び掃気用自動開閉弁１０４を介して危険場所へ排気される。ロボット筐体１０１内の排気管３０３にはロボット筐体１０１内の保護気体の圧力を検出するための圧力検出器１０２が設けられている。本実施の形態では、圧力検出器１０２は検出圧力が第１の閾値圧力Ｔｈ１以下となるときにオフ出力からオン出力に切り替わるように構成されている。また、第１の閾値圧力Ｔｈ１は、内圧防爆構造の指針として要請される保護気体の下限圧力よりも若干高い圧力とする。

多関節ロボット１００は、先端に設けられた手首と所定の基端から当該手首に向かって順に設けられた６つの関節ＪＴ１〜ＪＴ６とを具備し、且つ６つの関節ＪＴ１〜ＪＴ６が第１乃至第６回転軸Ａ１〜Ａ６をそれぞれ有する６軸ロボットとして構成されている。基台２には、旋回台３、アーム部材４〜７及びアタッチメント９がこの順に連設されている。なお、アタッチメント９のフランジ面にはツール部材１１が着脱可能に取り付けられている。基台２からアタッチメント９までの連設された部材２〜７，９は互いに相対回転可能となるよう連結されている。以下では、このように６つの関節ＪＴ１〜ＪＴ６によって互いに連設された部材群２〜７，９を、ロボットアームと定義する。

第１乃至第６関節ＪＴ１〜ＪＴ６それぞれに対応づけられるように、サーボモータＭ１〜Ｍ６、位置検出器Ｅ１〜Ｅ６、及びブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６がそれぞれ設けられる。サーボモータＭ１〜Ｍ６としては、例えばＤＣサーボモータが採用される。位置検出器Ｅ１〜Ｅ６としては、例えばエンコーダ(encoder)やレゾルバ（resolver）が採用される。ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６としては、例えば給電により励磁されるとブレーキが外れ、逆に励磁されないとブレーキが効く励磁作動電磁ブレーキが採用される。各サーボモータＭ１〜Ｍ６を駆動することにより、第１乃至第６関節ＪＴ１〜ＪＴ６においてそれぞれ許容される第１乃至第６回転軸Ａ１〜Ａ６周りの回転が行われる。なお、各サーボモータＭ１〜Ｍ６は互いに独立して駆動することが可能である。また、各サーボモータＭ１〜Ｍ６が駆動されると、各位置検出器Ｅ１〜Ｅ６によって各サーボモータＭ１〜Ｍ６の第１乃至第６回転軸Ａ１〜Ａ６周りの回転位置の検出が行われる。

制御装置２００は、電力変換部２１０、駆動部２３０及び制御部２４０を備え、第１乃至第６関節ＪＴ１〜ＪＴ６に具備されるサーボモータＭ１〜Ｍ６それぞれに対し、ツール部材１１を任意の位置及び姿勢に任意の経路に沿って移動させるサーボ制御を行う。電力変換部２１０は、交流電力を直流電力に変換する整流器２１１と、整流器２１１により変換された直流電力を平滑化する平滑用コンデンサ２１２と、を備える交流−直流変換器である。例えば、サイリスタ整流器などによって構成されている。駆動部２３０は、多関節ロボット１００のサーボモータＭ１〜Ｍ６を駆動する直流−交流変換器である。例えば、フルブリッジ回路又はハーフブリッジ回路から成るインバータで構成されている。制御部２４０は、制御装置２００全体の制御を司るものである。例えば、マイクロコントローラ、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＰＬＣ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡなどで構成されている。なお、制御部２４０は、互いに協働して分散制御する複数の制御器によって構成されていてもよい。

制御装置２００は、第１のインターロック機構２５０と、第２のインターロック機構２６０と、整流器２１１の交流側に設けられ、モータ電源ＡＣＭからサーボモータＭ１〜Ｍ６への給電を停止するか否かを切り替える第１のスイッチＳＷＡ１と、ブレーキ電源ＤＣＢからブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電を停止するか否かを切り替える第２のスイッチＳＷＡ２と、位置検出器電源ＤＣＥから位置検出器Ｅ１〜Ｅ６への給電給電を停止するか否かを切り替える第３のスイッチＳＷＡ３と、位置検出器Ｅ１〜Ｅ６から制御部２４０への位置検出信号の供給を遮断するか否かを切り替える第４のスイッチＳＷＢと、を備える。

第１のインターロック機構２５０は、圧力検出器１０２により検出された保護気体の圧力が第１の閾値圧力Ｔｈ１（例えば、４（ｋＰａ））よりも低いことが検出されたとき、サーボモータＭ１〜Ｍ６及びブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電を停止するように構成されている。なお、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電が停止すると、サーボモータＭ１〜Ｍ６の回転軸に制動がかかる（ブレーキが効く）ようになる。具体的には、第１のインターロック機構２５０は、圧力検出器１０２からの圧力検出信号が入力されるインタフェースであって第１のインターロック機構２５０を本質安全防爆構造とさせるバリア２５１と、圧力検出器１０２からバリア２５１を介して入力された圧力検出信号がオフ出力からオン出力に切り替わる旨（つまり、ロボット筐体１０１内の保護気体の検出圧力が第１の閾値圧力Ｔｈ１以下となるとき）を検出する検出回路２５２と、検出回路２５２により圧力検出信号がオン出力になったことを検出したときに第１のスイッチＳＷＡ１及び第２のスイッチＳＷＡ２をオンからオフに切り替えるように制御するインターロック回路２５３とを備えている。

第２のインターロック機構２６０は、第１のインターロック機構２５０が動作した後に、制御装置２００からサーボモータＭ１〜Ｍ６、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電を停止することに加えて、制御装置２００から位置検出器Ｅ１〜Ｅ６への給電を停止するとともに位置検出器Ｅ１〜Ｅ６から制御装置２００への位置検出信号の供給を遮断するように構成されている。つまり、第２のインターロック機構２６０は、内圧防爆構造の指針の要請によって備えられたものである。具体的には、第２のインターロック機構２６０は、第１のインターロック機構２５０によるインターロック動作（第１のスイッチＳＷＡ１及び第２のスイッチＳＷＡ２をオフ）が実行された後に所定の遅れ時間Δｔを計数して第１のインターロック機構２５０によるインターロック動作が実行された旨を表す信号を出力する遅延回路２６４と、遅延回路２６４から信号が出力されたときに、第１のスイッチＳＷＡ１、第２のスイッチＳＷＡ２、第３のスイッチＳＷＡ３、及び第４のスイッチＳＷＢを一斉にオンからオフに切り替えるように制御するインターロック回路２６３とを備えている。遅延回路２６４は、例えばオンディレイ／オフディレイの遅れ時間を持つ遅延リレーにより構成される。また、遅れ時間は、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電を停止してから実際にブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６が効くまでの時間よりも長く、且つサーボモータＭ１〜Ｍ６への給電を停止してから平滑用コンデンサ２１２の平滑化の際の充電電圧（以下、残チャージ電圧という）によるサーボモータＭ１〜Ｍ６の動力が消失されるまでの時間よりも短くなるように設計されている。なお、ロボット筐体１０１内の保護気体の圧力が低下局面にあるとき、第１のインターロック機構２５０によって第１のスイッチＳＷＡ１及び第２のスイッチＳＷＡ２は既にオンからオフに切り替わっているので、第２のインターロック機構２６０による第１のスイッチＳＷＡ１及び第２のスイッチＳＷＡ２のオフ指令は無効となる(無視される）。

［インターロック動作例］
図４及び図５を用いて図１乃至図３に示した制御装置２００によるインターロック動作例を説明する。図４は、本発明におけるインターロック動作例を説明するための主要変数の波形図である。図５は、本発明の比較形態のインターロック動作例を説明するための主要変数の波形図である。

まず、図５に示す比較形態のインターロック動作例を説明する。前提として、第１のスイッチＳＷＡ１、第２のスイッチＳＷＡ２、第３のスイッチＳＷＡ３及び第４のスイッチＳＷＢはすべてオンしており、ロボットアームの姿勢及び手首位置が維持されるようにサーボ制御が継続されている場合とする。さらに、ロボット筐体１０１内の保護気体の圧力が内圧防爆構造上の規定圧力（例えば、大気圧（１０１．３２５ｋＰａ）＋５０Ｐａ）から低下局面にあるものとする。

以上のような前提が成立する場合において、ロボット筐体内の保護気体の圧力が本発明における第１の閾値圧力Ｔｈ１（例えば４ｋＰａ）よりもさらに低い第２の閾値圧力Ｔｈ２（例えば３ｋＰａ）にまで低下したことが検出されたとき、ロボット筐体内の全ての電気機器への給電が停止する。このとき、サーボモータの回転軸を制動するブレーキが効くことになるが、ブレーキは機械部品であるがゆえに、ブレーキへの給電を停止してから実際にブレーキが効くまでには遅れ時間Δｔが発生する。また、ロボット筐体内の全ての電気機器への給電が停止したとき、位置検出器によるサーボモータの回転位置の検出ができなくなるので、ロボットアームの姿勢及び手首位置が維持されるようにサーボ制御が継続できなくなる。このため、ブレーキへの給電を停止してからブレーキが効くまでの遅れ時間Δｔの間に、ロボットアームの手首位置が重力方向に降下することになる。そして、ブレーキが漸く効き始めたときには、ロボットアームの手首位置はすでに重力方向に偏位Δｐ降下する。

つぎに、図４に示す本発明に係るインターロック動作例を説明する。ここで、第１のスイッチＳＷＡ１、第２のスイッチＳＷＡ２、第３のスイッチＳＷＡ３及び第４のスイッチＳＷＢはすべてオンしており、ロボットアームの姿勢及び手首位置が維持されるようにサーボ制御が継続されている場合とする。さらに、ロボット筐体１０１内の保護気体の圧力が内圧防爆構造上の規定圧力から低下局面にあるものとする。

以上のような前提が成立する場合において、圧力検出器１０２によって保護気体の圧力が第１の閾値圧力Ｔｈ１にまで低下したことが検出されたとき、第１のインターロック機構２５０によって第１のスイッチＳＷＡ１及び第２のスイッチＳＷＡ２をオンからオフに切り替えるインターロック動作が実行される。つまり、サーボモータＭ１〜Ｍ６及びブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電が停止された結果、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６によってサーボモータＭ１〜Ｍ６の回転軸には制動がかかる（ブレーキが効く）ようになる。但し、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６は機械部品であるがゆえに、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電を停止してから実際にブレーキが効くまでには約１０ｍｓｅｃの遅れ時間が発生する。このため、制御装置２００は、つぎのような平滑用コンデンサ２１２の充電電圧を利用したサーボ制御を継続する。

具体的には、第３のスイッチＳＷＡ３及び第４のスイッチＳＷＢはオンしているので、制御装置２００と位置検出器Ｅ１〜Ｅ６との間で位置検出器ケーブルＬ０を介した給電及び位置検出信号の送受信が継続している。さらに、整流器２１１の平滑用コンデンサ２１２は平滑化の際に充電されているので、第１のスイッチＳＷＡ１をオフにしたときに平滑用コンデンサ２１２の残チャージ電圧によってサーボモータＭ１〜Ｍ６への給電が直ちに停止しない。したがって、位置検出器Ｅ１〜Ｅ６から供給される位置検出信号と平滑用コンデンサ２１２の残チャージ電圧とを利用することで、ロボットアームの姿勢及び手首位置を維持するようにサーボ制御を継続することができる。これにより、自重トルクやツール部材１１の重力トルク等によりロボットアームの手首位置が重力方向に降下することを防止できる。

さらに、第１のインターロック機構２５０のインターロック動作によって第１のスイッチＳＷＡ１及び第２のスイッチＳＷＡ２がオンからオフに切り替わってから遅延回路２６４によって遅れ時間Δｔが計数されたときに、第２のインターロック機構２６０のインターロック動作によって残りの第３のスイッチＳＷＡ３及び第４のスイッチＳＷＢがオンからオフに切り替わる。この結果、制御装置２００から多関節ロボット１００へのすべての給電給電が停止されるので、ロボット筐体１０１内に配設された点火源となり得るサーボモータＭ１〜Ｍ６、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６及び位置検出器Ｅ１〜Ｅ６のすべては受電されない状態となり、内圧防爆構造の指針として要請されるインターロック動作が完結する。

また、第２のインターロック機構２６０のインターロック動作によって第３のスイッチＳＷＡ３及び第４のスイッチＳＷＢがオフになったとき、制御装置２００と位置検出器Ｅ１〜Ｅ６との間で位置検出器ケーブルＬ０を介した給電給電及び位置検出信号の送受信が停止するので、ロボットアームの姿勢及び手首位置を維持するようにサーボ制御を継続することができなくなる。なお、上記のとおり、遅れ時間Δｔは、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６への給電を停止してから実際にブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６が効くまでの時間よりも長く、且つサーボモータＭ１〜Ｍ６への給電を停止してから平滑用コンデンサ２１２の残チャージ電圧によるサーボモータＭ１〜Ｍ６の動力が消失されるまでの時間よりも短くなるように設計される。このため、平滑用コンデンサ２１２の残チャージ電圧によるサーボ制御が継続できなくなっても、ブレーキＢｒ１〜Ｂｒ６によるサーボモータＭ１〜Ｍ６の回転軸の制動が漸くかかることになるので、ロボットアームの手首位置が重力方向に降下することを防止できる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２に係る内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムの構成例を示したブロック図である。

図２に示す実施の形態１のシステム構成例と相違する点は、第１の閾値圧力Ｔｈ１を持ち、ロボット筐体１０１内の保護気体の圧力が第１の閾値圧力Ｔｈ１よりも低下したか否かを検出する第１の圧力検出器１０２の他に、第１の閾値圧力Ｔｈ１よりも低い第２の閾値圧力Ｔｈ２を持ち、ロボット筐体１０１内の保護気体の圧力が第２の閾値圧力Ｔｈ２よりも低下したか否かを検出する圧力検出器１０３をロボット筐体１０１内に備えたことと、第２のインターロック機構２６０を第１のインターロック機構２５０と同じ構成にしたこととである。

圧力検出器１０３が持つ第２の閾値圧力Ｔｈ２は、内圧防爆構造の指針として要請されるロボット筐体１０１内の保護気体の下限圧力である。第２のインターロック機構２６０は、圧力検出器１０３からの圧力検出信号が入力されるインタフェースであって第２のインターロック機構２５０を本質安全防爆構造とさせるバリア２６１と、圧力検出器１０３からバリア２６１を介して入力された圧力検出信号がオフ出力からオン出力に切り替わる旨（つまり、ロボット筐体１０１内の保護気体の検出圧力が第２の閾値圧力Ｔｈ２以下となるとき）を検出する検出回路２６２と、検出回路２６２により圧力検出信号がオン出力になったことを検出したときに第１のスイッチＳＷＡ１、第２のスイッチＳＷＡ２、第３のスイッチＳＷＡ３、及び第４のスイッチＳＷＢを一斉にオンからオフに切り替えるように制御するインターロック回路２６３とを備えている。

なお、図６に示すシステム構成例では、２つの圧力検出器１０２及び１０３を具備した構成を採用しているが、２つの閾値圧力を持つことが可能な１つの圧力検出器を具備して構成してもよい。このような構成であっても実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明は、内圧防爆構造を有する多関節ロボットにおける保護気体の圧力低下に伴うインターロック動作の際にロボットアームの重力方向の降下を防止する点で有用である。

ＪＴ１〜ＪＴ６…関節
Ｍ１〜Ｍ６…サーボモータ
Ｂｒ１〜Ｂｒ６…ブレーキ
Ｅ１〜Ｅ６…位置検出器
ＡＣＭ…モータ電源
ＤＣＢ…ブレーキ電源
ＤＣＥ…位置検出器電源
Ｌ０…位置検出器ケーブル
Ｌ１…モータケーブル
Ｌ２…ブレーキケーブル
ＳＷＡ１…第１のスイッチ
ＳＷＡ２…第２のスイッチ
ＳＷＡ３…第３のスイッチ
ＳＷＢ…第４のスイッチ
Ｔｈ１…第１の閾値圧力
Ｔｈ２…第２の閾値圧力
１００…多関節ロボット
１０１…ロボット筐体
１０２…圧力検出器（第１の圧力検出器）
１０３…圧力検出器（第２の圧力検出器）
２…基台
３…旋回台
４〜７…アーム部材
９…アタッチメント
１１…ツール部材
２００…制御装置
２１０…電力変換部
２１１…整流器
２１２…平滑用コンデンサ
２３０…駆動部
２４０…制御部
２５０…第１のインターロック機構
２５１…バリア
２５２…検出回路
２５３…インターロック回路
２６０…第２のインターロック機構
２６１…バリア
２６２…検出回路
２６３…インターロック回路
２６４…遅延回路
３００…空気供給ポンプ
３０２…給気管
３０３…排気管

Claims

大気圧よりも高圧の保護気体が充填される多関節ロボット筐体内に、多関節ロボットの各関節を構成するサーボモータと、当該サーボモータの回転位置を検出する位置検出器と、当該サーボモータの回転を制動するブレーキと、を具備した内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システムであって、
前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部により前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことが検出されたとき、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止する第１のインターロック機構と、
前記第１のインターロック機構が動作した後に、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止することに加えて、前記位置検出器への給電を停止するとともに前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断する第２のインターロック機構と、
を備える内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システム。
交流電力を直流電力に変換する整流器と、
前記整流器により変換された直流電力を平滑化する平滑用キャパシタと、
前記平滑用キャパシタにより平滑化された直流電力により前記サーボモータを駆動する駆動部と、
前記位置検出器から供給された位置検出信号に基づいて前記サーボモータをサーボ制御する制御部と、
前記整流器の交流側に設けられ、前記サーボモータへの給電を停止するか否かを切り替える第１のスイッチと、
前記ブレーキへの給電を停止するか否かを切り替える第２のスイッチと、
前記位置検出器への給電を停止するか否かを切り替える第３のスイッチと、
前記位置検出器から前記制御部への位置検出信号の供給を遮断するか否かを切り替える第４のスイッチと、を備え、
前記第１のインターロック機構は、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのみを制御するように構成され、
前記第２のインターロック機構は、前記第１のスイッチ、前記第２のスイッチ、前記第３のスイッチ、及び前記第４のスイッチのすべてを制御するように構成される、請求項１に記載の内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システム。
前記圧力検出部は、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する第１の圧力検出器であり、
前記第１のインターロック機構は、前記第１の圧力検出器から前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことを検出した検出信号を受けると、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止するよう構成され、
前記第２のインターロック機構は、前記第１の圧力検知器からの前記検出信号を遅延する遅延回路を備え、且つ前記第１の圧力検知器から出力されて前記遅延回路で遅延された前記検出信号を受けると、前記サーボモータ、前記ブレーキ及び前記位置検出器への給電を一斉に停止するとともに、前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断するよう構成されている、請求項１又は２に記載の内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システム。
前記圧力検出部は、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する第１の圧力検出器と、前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低い第２の閾値圧力よりも低下したか否かを検出する第２の圧力検出器と、を備え、
前記第１のインターロック機構は、前記第１の圧力検出器から前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことを検出した検出信号を受けると、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止するよう構成され、
前記第２のインターロック機構は、前記第２の圧力検知器からの前記検出信号を受けると、前記サーボモータ、前記ブレーキ及び前記位置検出器への給電を一斉に停止するとともに、前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断するよう構成されている、請求項１又は２に記載の内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御システム。
大気圧よりも高圧の保護気体を充填させる多関節ロボット筐体内に、多関節ロボットの各関節を構成するサーボモータと、当該サーボモータの回転位置を検出する位置検出器と、当該サーボモータの回転を停止させるブレーキと、を具備した内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御方法であって、
前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が第１の閾値圧力よりも低下したか否かを検出し、
前記多関節ロボット筐体内の前記保護気体の圧力が前記第１の閾値圧力よりも低いことを検出したとき、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止し、
前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止した後に、前記サーボモータ及び前記ブレーキへの給電を停止することに加えて、前記位置検出器への給電を停止するとともに前記位置検出器からの位置検出信号の供給を遮断する、
内圧防爆構造を有する多関節ロボットの制御方法。