JP5970880B2 - 動力源の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、動力源の制御装置に関し、特に、所定の条件が満たされた場合に動力源の作動を制限する技術に関する。
産業分野で使用される機械装置においては、例えばIEC61508(電気式/電子式/プログラマブル電子式安全関連システムの機能安全性)ならびにIEC61800−5−2(可変速電気式ドライブシステムの機能安全要求)などの国際規格が制定されている。これらの規格では、作業者の安全を確保する目的で、作業者が所定領域に近づく場合において、動力源を停止させることなどが規定されている。このような動作制限を実行する一例として、従来はセーフティスイッチやセーフティライトカーテンなどの入力デバイスで作業者の接近を検出したり、セーフティ速度センサなどで動力源の駆動部の速度を監視したりして、必要時には動力源を停止させていた。
ところが、機械のさまざまな運転状態においては、あるセーフティセンサからの安全監視量がしきい値を超過し得るような状況であっても、動力源を停止させずに作業者の安全を確保できる場合があり得る。よって、動力源の作動を無駄に制限しないようにすることも必要である。このようなニーズを満たす1つの方策は、たとえば特開2005−25479号公報に記載のように、特定のセーフティセンサを一時的に無効化(ミューティング)することである。
特開2005−25479号公報
セーフティセンサの無効化は、無効化されたセーフティセンサからの安全監視量を無視するだけに過ぎない。したがって、無効化されていない別のセーフティセンサからの安全監視量がしきい値を超えると、動力源の作動が停止されることには変わらない。たとえば、動力源の駆動軸の回転速度を検出するセーフティセンサが無効化されていても、駆動軸の回転角が所定のしきい値を超えると動力源の作動が停止され得る。しかしながら、駆動軸の回転角が所定のしきい値を超えたとしても、動力源の駆動軸の回転速度次第では、動力源を停止させずに作業者の安全を確保できる場合があり得る。このように、作業者の安全を確保できる状況は多様であるため、単に特定のセーフティセンサを無効化しても、そのような多様な状況において動力源の作動制限を解除することはできない。よって、動力源を停止させずに作業者の安全を確保できる状況において、無駄に動力源を停止し得る。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、多様な状況において動力源の作動制限を解除することである。
ある実施例において、動力源の制御装置は、動力源によって駆動される動力体の複数の物理量ならびに動力源の複数の物理量のうちの少なくとも2つの物理量を検出するための検出手段と、作業者が動力体と接触することのない、物理量の安全範囲を設定するための安全範囲設定手段と、安全範囲とは異なる、物理量の制限範囲を設定するための制限範囲設定手段と、各物理量が安全範囲内にあるか制限範囲内にあるかを判断するための判断手段と、検出された少なくとも2つの物理量が、各々の物理量についての制限範囲内にある場合にのみ、動力源の作動を制限するための制限手段と、を備える。
別の実施例において、動力源の制御装置は、少なくとも2つの動力源によって駆動される動力体の少なくとも2つの軸の物理量を検出するための検出手段と、作業者が動力体と接触することのない、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの安全範囲を設定するための安全範囲設定手段と、安全範囲とは異なる、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの制限範囲を設定するための制限範囲設定手段と、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせのが安全範囲内にあるか制限範囲内にあるかを判断するための判断手段と、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせが、制限範囲内である場合にのみ、少なくとも2つの動力源の動作を制限するための制限手段と、を備える。
さらに別の実施例において、動力源の制御装置は、動力体を駆動する少なくとも2つの動力源の駆動部の少なくとも2つの軸の物理量を検出するための検出手段と、作業者が動力体と接触することのない、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの安全範囲を設定するための安全範囲設定手段と、安全範囲とは異なる、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの制限範囲を設定するための制限範囲設定手段と、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせのが安全範囲内にあるか制限範囲内にあるかを判断するための判断手段と、少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせが、制限範囲内である場合にのみ、少なくとも2つの動力源の動作を制限するための制限手段と、を備える。
一例として、動力体の位置と速度との両方が各々の所定の条件を満たしていれば、動力源の作動を制限できる。一方、動力体の位置が所定の条件を満たしていても、動力体の速度が所定の条件を満たしていなければ、動力源の作動を制限しないでおくことができる。他の一例として、2つ以上の動力源の駆動部の位置の全てが、各々の所定の条件を満たしていれば、動力源の作動を制限できる。一方、1つの動力源の駆動部の位置が所定の条件を満たしていても、別の動力源の駆動部の位置が所定の条件を満たしていなければ、それらの動力源の作動を制限しないでおくことができる。これらの例においては、複数の所定の条件が同時には満たされ得ない場合において動力源の作動制限を実行しないことにより、多様な状況において動力源の作動制限を解除できる。よって、多様な状況において動力源の作動制限を解除することができる。
本発明の実施の形態に係るサーボシステムの概略構成図である。 図1に示したサーボドライバおよびセーフティユニットの一例を示す図である。 第1の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第1の実施の形態においてサーボシステムを目視検査装置に適用した例を示す図である。 第2の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第3の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第4の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第5の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第6の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第7の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第7の実施の形態においてサーボモータの作動が制限される領域を示す図である。 2つのサーボモータのうちのどちらか一方の回転軸の回転位置が所定範囲内にあるときにサーボモータの作動が制限される例において、サーボモータの作動が制限される領域を示す図である。 第8の実施の形態におけるセーフティユニットの構成を説明するための機能ブロック図である。 第8の実施の形態においてサーボモータの作動が制限される領域を示す図である。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係るサーボシステムの概略構成図である。図1を参照して、サーボシステム100は、図示しない各種の機械装置(たとえば産業用ロボットのアーム)を駆動するためのシステムとして用いられる。サーボシステム100は、サーボモータ2と、エンコーダ3と、サーボドライバ4と、コントローラ5と、セーフティユニット10とを備える。
サーボモータ2は、たとえばACサーボモータである。エンコーダ3は、サーボモータ2の動作を検出するためにサーボモータ2に直接取り付けられたり、あるいはサーボモータ2によって駆動される動力体の動作を検出するためにこの動力体に取り付けられる。一般的に、エンコーダの回転量はエンコーダカウント値で規定され、エンコーダ1回転あたりのカウント数に、エンコーダが回転した回数(小数でもよい)を乗算した値が用いられる。エンコーダ3は、エンコーダカウント値を位置データとしてサーボドライバ4およびセーフティユニット10に送信する。よってサーボドライバ4およびセーフティユニット10は、エンコーダからの位置データ(エンコーダカウント値)を知ることで、サーボモータ2によって駆動される動力体の位置情報を得ることが出来る。なお、エンコーダ3には一般的なインクリメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。
サーボドライバ4は、コントローラ5から指令信号を受けるとともに、エンコーダ3から出力されたエンコーダカウント値を受ける。サーボドライバ4は、コントローラ5からの指令信号およびエンコーダ3からのエンコーダカウント値に基づいて、サーボモータ2を駆動する。
サーボドライバ4は、コントローラ5からの指令に基づいて、サーボモータ2の動作がコントローラ5からの指令値に追従するようにサーボモータ2へ供給する電力や周波数を制御する。
コントローラ5は、たとえばプログラマブルコントローラ(PLC)、位置制御ユニット等であり、位置決め制御、速度制御、トルク制御などを行うためにサーボモータ2の動作指令信号を送る。
セーフティユニット10は、エンコーダ3からのエンコーダカウント値に基づいて、サーボモータ2やサーボモータ2で駆動される機械要素の動作(位置、速度やトルクなど)を監視すると同時に、監視した機械要素の動作が定められた範囲内にあるときはサーボモータ2を停止させるための停止信号を発生させるとともに、その停止信号をコントローラ5に送信する。
図2は、図1に示したサーボドライバ4およびセーフティユニット10の一形態を示した図である。サーボドライバ4およびセーフティユニット10は、サーボモータを駆動するためのサーボモータ駆動装置を構成する。
図2を参照して、本実施の形態では、サーボドライバ4およびセーフティユニット10は、個別の装置として実現される。図示しないが、セーフティユニット10はコネクタ、ケーブル等を介してサーボドライバ4に接続される。
セーフティユニット10がサーボドライバ4と一体化されていてもよい。たとえば1つの筐体にサーボドライバ4およびセーフティユニット10が収納されていてもよい。
図3は、図1に示したセーフティユニット10の構成を説明するための機能ブロック図である。セーフティユニット10は、位置設定部30と、位置判断部32と、変換部34と、速度設定部36と、速度判断部38と、論理積部40と、停止部42とを備える。
位置設定部30は、サーボモータ2あるいはサーボモータ2によって駆動される動力体の位置の安全範囲および制限範囲を予め設定する。つまり、ユーザの操作に基づいて、エンコーダ3のエンコーダカウント値を位置設定部30に設定することで、動力体の位置の範囲が設定される。
安全範囲とは、作業者が、ロボットのアーム等の動力体と接触することのない範囲を意味する。また、制限範囲は、安全範囲とは異なるように定められる。安全範囲および制限範囲は、テーブルによって規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
位置判断部32は、サーボモータ2あるいはサーボモータ2によって駆動される動力体の位置が、位置設定部30により定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるかを判断する。動力体の位置が、位置設定部30により定められた制限範囲内にあるという条件が満たされると、位置判断部32は、論理積部40にモータ停止指令を出力する。
変換部34は、エンコーダ3からの位置データを例えば微分することによって、動力体の速度を算出する。すなわち、変換部34は、位置を速度に変換する。
速度設定部36は、動力体の速度についての安全範囲および制限範囲をユーザの操作に基づいて、予め設定する。
速度判断部38は、動力体の速度が、速度設定部36により定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるかを判断する。動力体の速度が、速度設定部36により定められた制限範囲内にあるという条件が満たされると、速度判断部38は、論理積部40にモータ停止指令を出力する。
論理積部40は、位置判断部32と速度判断部38の論理積を求める。したがって、論理積部40は、位置判断部32と速度判断部38との両方とからモータ停止指令を受信した場合にのみ、停止部42に、サーボモータ2を停止させるための指令を出力する。
停止部42は、論理積部40からの指令を受けて、サーボモータ2を停止させるための処理を実行する。したがって、動力体の位置(例えば産業用ロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、動力体の速度(例えば産業用ロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件が同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2が停止される。サーボモータ2を停止させるための処理の一例として、コントローラ5へ停止信号を出力する図を示したが、サーボドライバ4へ停止信号を出力したり、コンタクタなどを用いてサーボモータ2への給電を遮断したりしてもよい。
図4に、第1の実施の形態に係るサーボシステム100を目視検査装置200に適用した例について説明する。目視検査装置200は、検査対象物(製品)を作業者206の目視によって検査するときに用いられる機械である。目視検査装置200は、検査対象物に触れることなく検査対象物の両面を目視で検査できるように検査対象物を載せる検査台202をサーボモータで回転する構造になっている。ジョグスイッチ203を作業者206が操作すると、検査台202がサーボモータ2によって低速回転される。検査台の位置(回転角度)および回転速度は、サーボモータ2の軸に連結されたエンコーダ3によって検出される。
図4において斜線で示される領域は、検査台202の可動領域204を示す。なお、図4では、説明のために可動領域204を右側半分の領域と左側半分の領域とを斜線の向きを変えて区別して示す。
図4において、検査台202が可動領域204の左側半分の範囲内にあり、かつ検査台202の速度が設定値より大きくなると、作業者206と検査台202とが接触し、検査対象物が損傷し得る。
一方、検査台202が可動領域204の右側半分にあるときは、検査台202と作業者206が離れているため、検査台202の速度に係わらず、作業者206と検査台202とは接触し得ない。
また、検査台202の速度が設定値より低速であるときは、検査台が可動領域204の左側半分の範囲内であっても検査台の移動速度が低速であるため、作業者206と検査台202とは接触し得ない。
従って、図4に示す例では、作業者206と検査台202との接触を防ぐのに、検査台202が可動領域204の左側半分の範囲内にあり、かつ検査台202の速度が超過することを前提にサーボモータ2の作動を制限すれば足りる。それ以外の状況下では、位置および速度に関わらず作動を制限しないでおくことができる。
以上のように、本実施の形態においては、動力体の位置と速度との両方が各々の所定の条件を満たしていれば、動力源の作動が制限されて、停止される。一方、動力体の位置が所定の条件を満たしていても、動力体の速度が所定の条件を満たしていなければ、動力源の作動を制限しないでおくことができる。すなわち、本実施の形態においては、位置だけを考慮すれば動力体を停止することが好ましいと考えられる場合であっても、位置とは異なる種類の物理量である速度も考慮すれば、動力体を停止せずとも作業者の安全を確保できる場合において、動力源としてのサーボモータ2の作動を制限しないでおくことができる。逆に、速度だけを考慮すれば動力体を停止することが好ましいと考えられる場合であっても、速度とは異なる種類の物理量である位置も考慮すれば、動力体を停止せずとも作業者の安全を確保できる場合において、動力源としてのサーボモータ2の作動を制限しないでおくことができる。このように、複数の所定の条件が同時には満たされない場合においては動力源の作動制限を実行しないことにより、多様な状況において動力源の作動制限を設定できる。
また、たとえば特定の速度ではどのような位置であっても動力源の作動を制限しないように、逆に特定の位置ではどのような速度であっても動力源の作動を制限しないように設定することができるため、特定のセンサを無効化するためのスイッチを従来のように別途設ける必要はない。すなわち、特定のセンサの無効化は、実質的に自動で実行される。よって、無効化のためのスイッチの導入に必要なプログラムや構成を省力し、機械装置を簡略化することができる。
[第2の実施の形態]
以下、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、位置および速度に加えて、運動方向も監視する点で前述の第1の実施の形態と相違する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
図5を参照して、本実施の形態におけるセーフティユニット10の構成について説明する。前述の第1の実施の形態と同じ構成については同じ参照番号を付し、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
セーフティユニット10は、運動方向検出部44と、運動方向設定部46と、運動方向判断部48とをさらに備える。運動方向検出部44は、エンコーダ3からの位置データをもとに動力体の運動方向(サーボモータ2の回転方向)を検出する。
運動方向設定部46には、ユーザの操作に基づいて動力体の運動の安全方向および制限方向を予め設定しておく。安全方向範囲とは、作業者が、ロボットのアーム等の動力体と接触することのない方向を意味する。また、制限方向は、安全方向とは異なるように定められる。安全方向および制限方向は、テーブルによって規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
運動方向判断部48は、動力体の運動方向が、運動方向設定部46によって設定された安全方向であるか制限方向であるかを判断する。動力体の運動方向が、運動方向設定部46により設定された制限方向であるという条件が満たされると、運動方向判断部48は、論理積部50にモータ停止指令を出力する。
本実施の形態において、論理積部50は、位置判断部32と速度判断部38とに加えて、運動方向判断部48との論理積を求める。したがって、論理積部50は、位置判断部32、速度判断部38および運動方向判断部48の全てからモータ停止指令を受信した場合にのみ、停止部42に、サーボモータ2を停止させるための指令を出力する。
したがって、本実施の形態においては、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、動力体の運動方向(例えばロボットのアームの運動方向)が所定の制限方向であるという条件が全て同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2が停止される。
なお、論理積部50が、位置判断部32と、速度判断部38と、運動方向判断部48とのうちの少なくとも2つの論理積を求めるようにしてもよい。すなわち、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、動力体の運動方向(例えばロボットのアームの運動方向)が所定の制限方向であるという条件のうちの少なくとも2つが同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2を停止するようにしてもよい。
[第3の実施の形態]
以下、本発明の第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、位置および速度に加えて、加速度も監視する点で前述の第1の実施の形態と相違する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
図6を参照して、本実施の形態におけるセーフティユニット10の構成について説明する。前述の第1の実施の形態と同じ構成については同じ参照番号を付し、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
セーフティユニット10は、加速度検出部52と、加速度設定部54と、加速度判断部56とをさらに備える。加速度検出部52は、変換部34からの速度データをもとに動力体の加速度を検出する。すなわち加速度は、変換部34の速度データを微分することにより求められる。
加速度設定部54は、動力体の加速度についての安全範囲および制限範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、動力体の加速度についての範囲が設定される。安全範囲および制限範囲は、テーブルによって規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
加速度判断部56は、動力体の加速度が、加速度設定部54により定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるかを判断する。動力体の加速度が所定の制限範囲内にあるという条件が満たされると、加速度判断部56は、論理積部50にモータ停止指令を出力する。
本実施の形態において、論理積部50は、位置判断部32と速度判断部38とに加えて、加速度判断部56との論理積を求める。したがって、論理積部50は、位置判断部32、速度判断部38および加速度判断部56の全てからモータ停止指令を受信した場合にのみ、停止部42に、サーボモータ2を停止させるための指令を出力する。
したがって、本実施の形態においては、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、動力体の加速度(例えばロボットのアームの加速度)が所定の制限範囲内にあるという条件が全て同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2が停止される。
なお、論理積部50が、位置判断部32と、速度判断部38と、加速度判断部56とのうちの少なくとも2つの論理積を求めるようにしてもよい。すなわち、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、動力体の加速度(例えばロボットのアームの加速度)が所定の制限範囲内にあるという条件のうちの少なくとも2つが同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2を停止するようにしてもよい。
[第4の実施の形態]
以下、本発明の第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、位置および速度に加えて、位置の変化量も監視する点で前述の第1の実施の形態と相違する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
図7を参照して、本実施の形態におけるセーフティユニット10の構成について説明する。前述の第1の実施の形態と同じ構成については同じ参照番号を付し、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
セーフティユニット10は、変化量検出部60と、変化量設定部62と、変化量判断部64とをさらに備える。変化量検出部60は、エンコーダ3からの位置データをもとに動力体の位置の変化量を検出する。
変化量設定部62は、動力体の位置変化量についての安全範囲および制限範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、動力体の位置変化量についての範囲が設定される。安全範囲および制限範囲は、テーブルによって規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
変化量判断部64は、動力体の位置変化量が、変化量設定部62により定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるか否かを判断する。動力体の位置変化量が所定の制限範囲内にあるという条件が満たされると、変化量判断部64は、論理積部50にモータ停止指令を出力する。
本実施の形態において、論理積部50は、位置判断部32と速度判断部38とに加えて、変化量判断部64との論理積を求める。したがって、論理積部50は、位置判断部32、速度判断部38および変化量判断部64の全てからモータ停止指令を受信した場合にのみ、停止部42に、サーボモータ2を停止させるための指令を出力する。
したがって、本実施の形態においては、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、動力体の位置変化量(例えばロボットのアームの位置の変化量)が所定の制限範囲内にあるという条件が全て同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2が停止される。
なお、論理積部50が、位置判断部32と、速度判断部38と、変化量判断部64とのうちの少なくとも2つの論理積を求めるようにしてもよい。すなわち、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、動力体の位置変化量(例えばロボットのアームの位置の変化量)が所定の制限範囲内にあるという条件のうちの少なくとも2つが同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2を停止するようにしてもよい。
[第5の実施の形態]
以下、本発明の第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、位置および速度に加えて、トルクも監視する点で前述の第1の実施の形態と相違する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
図8を参照して、本実施の形態におけるセーフティユニット10の構成について説明する。前述の第1の実施の形態と同じ構成については同じ参照番号を付し、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
サーボシステム100は、トルクセンサ70をさらに備える。セーフティユニット10は、トルク設定部72と、トルク判断部74とをさらに備える。トルクセンサ70は、サーボモータ2のトルクを検出するかまたは、動力体に取り付けて動力体のトルクを直接検出する。
トルク設定部72は、サーボモータ2のトルクまたは動力体のトルクについての安全範囲および制限範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、サーボモータ2のトルクまたは動力体のトルクについての範囲が設定される。安全範囲および制限範囲は、テーブルによって規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
トルク判断部74は、サーボモータ2のトルクまたは動力体のトルクが、トルク設定部72により定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるか否かを判断する。サーボモータ2のトルクまたは動力体のトルクが所定の制限範囲内にあるという条件が満たされると、トルク判断部74は、論理積部50にモータ停止指令を出力する。
本実施の形態において、論理積部50は、位置判断部32と速度判断部38とに加えて、トルク判断部74との論理積を求める。したがって、論理積部50は、位置判断部32、速度判断部38およびトルク判断部74の全てからモータ停止指令を受信した場合にのみ、停止部42に、サーボモータ2を停止させるための指令を出力する。
したがって、本実施の形態においては、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、サーボモータ2または動力体のトルク(例えばロボットのアームのトルク)が所定の制限範囲内にあるという条件が全て同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2が停止される。
なお、論理積部50が、位置判断部32と、速度判断部38と、トルク判断部74とのうちの少なくとも2つの論理積を求めるようにしてもよい。すなわち、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、サーボモータ2のトルクまたは動力体のトルク(例えばロボットのアームのトルク)が所定の制限範囲内にあるという条件のうちの少なくとも2つが同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2を停止するようにしてもよい。
また、トルクセンサ70の変わりに、トルク判断部74の入力は、サーボモータ2のトルクを検出するものであってもよいのであるので、サーボドライバ4が検出したサーボモータ2の発生トルクのデータを利用することも可能である。
[第6の実施の形態]
以下、本発明の第6の実施の形態について説明する。本実施の形態は、位置および速度に加えて、温度も監視する点で前述の第1の実施の形態と相違する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
図9を参照して、本実施の形態におけるセーフティユニット10の構成について説明する。前述の第1の実施の形態と同じ構成については同じ参照番号を付し、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
サーボシステム100は、温度センサ80をさらに備える。セーフティユニット10は、温度設定部82と、温度判断部84とをさらに備える。温度センサ80は、サーボモータ2の温度を検出する。
温度設定部82は、サーボモータ2の温度についての安全範囲および制限範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、サーボモータ2の温度についての安全範囲および制限範囲が設定される。安全範囲および制限範囲は、テーブルによって規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
温度判断部84は、サーボモータ2の温度が、温度設定部82により定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるかを判断する。サーボモータ2の温度が所定の制限範囲内にあるという条件が満たされると、温度判断部84は、論理積部50にモータ停止指令を出力する。
なお、本実施の形態において、動力体(例えば産業用ロボットのアーム)の任意の箇所の温度を検出し、サーボモータ2の温度が所定の安全範囲内であるか制限範囲内であるかを判断する代わりに、動力体であるアームの温度が所定の安全範囲内であるか制限範囲内であるかを判断するようにしてもよい。
本実施の形態において、論理積部50は、位置判断部32と速度判断部38とに加えて、温度判断部84との論理積を求める。したがって、論理積部50は、位置判断部32、速度判断部38および温度判断部84の全てからモータ停止指令を受信した場合にのみ、停止部42に、サーボモータ2を停止させるための指令を出力する。
したがって、本実施の形態においては、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、サーボモータ2の温度(あるいは動力体である、例えばロボットのアームの温度)が所定の制限範囲内にあるという条件が全て同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2が停止される。
なお、論理積部50が、位置判断部32と、速度判断部38と、温度判断部84とのうちの少なくとも2つの論理積を求めるようにしてもよい。すなわち、動力体の位置(例えばロボットのアームの位置)が所定の制限範囲内にあるという条件、動力体の速度(例えばロボットのアームの速度)が所定の制限範囲内にあるという条件、ならびに、サーボモータ2の温度(あるいは動力体である、例えばロボットのアームの温度)が所定の制限範囲内にあるという条件のうちの少なくとも2つが同時に満たされた場合にのみ、動力源であるサーボモータ2を停止するようにしてもよい。
さらに、前述した第1〜6の実施の形態を任意に組み合わせてもよい。すなわち、位置、速度、運動方向、加速度、位置の変化量、トルク、温度のうちの少なくとも2つの物理量を検出し、検出された物理量が、各々の物理量についての所定の条件を満たした場合にのみ、サーボモータ2を停止するようにしてもよい。
[第7の実施の形態]
以下、本発明の第7の実施の形態について説明する。本実施の形態は、動力体の位置を2つのサーボモータの回転量で監視し、各々の位置が所定の条件を満たした場合にのみ、2つのサーボモータの両方の作動を制限する点で、前述の第1の実施の形態と相違する。その他の構成については、前述の第1の実施の形態と同じあるいは略同じであるため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。また、第1の実施の形態と同じ構成については同じ参照番号を付し、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
図10を参照して、本実施の形態において、サーボシステム100は、2つのサーボモータ2A,2Bと、2つのエンコーダ3A,3Bと、2つのサーボドライバ4A,4Bと、コントローラ7と、セーフティユニット14とを備える。
サーボモータ2Aは、たとえばガントリーロボットのアームをX軸方向に動かすためのサーボモータであり、サーボモータ2Bは、アームをY軸方向に動かすためのサーボモータである。2つのサーボモータ2A,2Bの構成は、前述した第1の実施の形態におけるサーボモータ2の構成と同じあるいは略同じである。同様に、2つのエンコーダ3A,3Bの構成は、エンコーダ3の構成と同じあるいは略同じである。2つのサーボドライバ4A,4Bの構成は、サーボドライバ4の構成と同じあるいは略同じである。コントローラ7の構成は、コントローラ5の構成と同じあるいは略同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
セーフティユニット14は、移動する物体の位置を監視するために、この物体を駆動する2つのサーボモータ2A,2Bの軸に直接あるいは機械的に連動して動くようにそれぞれつながれたエンコーダ3A、3Bの回転量を監視するように構成されている点で、第1の実施の形態に記載のセーフティユニット10と相違する。
セーフティユニット14は、位置設定部30A,30Bと、位置判断部32A,32Bと、変換部34A,34Bと、速度設定部36A,36Bと、速度判断部38A,38Bと、論理積部90と、制限部92A,92Bとを備える。
位置設定部30Aは、エンコーダ3Aの回転量についての安全範囲および制限範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、エンコーダ3Aの回転量についての範囲が設定される。
同様に、位置設定部30Bは、エンコーダ3Bの回転量についての安全範囲および制限範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、エンコーダ3Bの回転量についての範囲が設定される。
安全範囲および制限範囲は、テーブルによって規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
位置判断部32Aは、エンコーダ3Aの回転量が、位置設定部30Aにより定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるか否かを判断する。エンコーダ3Aの回転量が、位置設定部30Aにより定められた制限範囲内にあるという条件が満たされると、位置判断部32Aは、論理積部90に、サーボモータ2A,2Bの作動を制限するための制限指令を出力する。
同様に、位置判断部32Bは、エンコーダ3Bの回転量が、位置設定部30Bにより定められた安全範囲内にあるか制限範囲内にあるか否かを判断する。エンコーダ3Bの回転量が、位置設定部30Bにより定められた制限範囲内にあるという条件が満たされると、位置判断部32Bは、論理積部90に、サーボモータ2A,2Bの作動を制限するための制限指令を出力する。
論理積部90は、位置判断部32Aと位置判断部32Bとの論理積を求める。したがって、論理積部90は、位置判断部32Aと位置判断部32Bとの両方とから制限指令を受信した場合にのみ、制限部92Aと制限部92Bとの各々にサーボモータの作動を制限するための制限指令を出力する。制限指令は速度判断部38A,38Bにも入力される。
よって、エンコーダ3Aの回転量が所定範囲内にあるという条件と、エンコーダ3Bの回転量が所定範囲内にあるという条件とが同時に満たされた場合にのみ、論理積部90から制限指令が出力される。
制限部92Aは、論理積部90からの制限指令を受けて、サーボモータ2Aの作動を制限する。本実施の形態においては、サーボモータ2Aの回転軸の回転速度が所定の範囲内に制限されるような指令をコントローラ7へ発行する。コントローラ7はサーボモータ2Aの回転軸の回転速度が所定の範囲内に入るように回転速度を調整する。したがって、制限部92Aに論理積部90から制限指令が入力された時点で回転速度が所定の範囲外にあれば、回転速度が所定の範囲内の値になるまで増速あるいは減速される。本実施の形態において、回転速度を制限する範囲は、速度設定部36Aにより定められる範囲と同じあるいは略同じである。
同様に、制限部92Bは、論理積部90からの制限指令を受けて、サーボモータ2Bの作動を制限する。本実施の形態においては、サーボモータ2Bの回転軸の回転速度が所定の範囲内に制限されるような指令をコントローラ7へ発行する。コントローラ7はサーボモータ2Bの回転軸の回転速度が所定の範囲内に入るように回転速度を調整する。したがって、制限部92Bに論理積部90から制限指令が入力された時点で回転速度が所定の範囲外にあれば、回転速度が所定の範囲内の値になるまで増速あるいは減速される。本実施の形態において、回転速度を制限する範囲は、速度設定部36Bにより定められる範囲と同じあるいは略同じである。
変換部34Aは、エンコーダ3Aの回転量を例えば微分することによって、サーボモータ2Aの回転軸の回転速度(角速度)を算出する。同様に、変換部34Bは、エンコーダ3Bの回転量を例えば微分することによって、サーボモータ2Bの回転軸の回転速度(角速度)を算出する。
速度設定部36Aは、サーボモータ2Aの回転軸の回転速度についての範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、サーボモータ2Aの回転軸の回転速度についての範囲が設定される。
同様に、速度設定部36Bは、サーボモータ2Bの回転軸の回転速度についての範囲を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、サーボモータ2Bの回転軸の回転速度についての範囲が設定される。
速度判断部38Aは、論理積部90から制限指令が出力されている場合において、サーボモータ2Aの回転軸の回転速度が、速度設定部36Aにより定められた範囲を外れたか否かを判断する。サーボモータ2Aの回転軸の回転速度が、速度設定部36Aにより定められた範囲を外れたという条件が満たされると、速度判断部38Aは、コントローラ7にサーボモータ2Aの停止指令を出力する。コントローラ7は、速度判断部38Aからサーボモータ2Aの停止指令を受け取ると、サーボモータ2Aを停止させる。
同様に、速度判断部38Bは、論理積部90から制限指令が出力されている場合において、サーボモータ2Bの回転軸の回転速度が、速度設定部36Bにより定められた範囲を外れたか否かを判断する。サーボモータ2Bの回転軸の回転速度が、速度設定部36Bにより定められた範囲を外れたという条件が満たされると、速度判断部38Bは、コントローラ7にサーボモータ2Bの停止指令を出力する。コントローラ7は、速度判断部38Bからサーボモータ2Bの停止指令を受け取ると、サーボモータ2Bを停止させる。
本実施の形態においては、論理積部90から制限指令が出力されている場合において、サーボモータ2A、2Bの回転軸の回転速度が所定の範囲内に入るように回転速度が調整され、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度が監視されるため、結果として、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度が所定範囲を外れると、サーボモータ2A,2Bが停止される。
以上のように、本実施の形態においては、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転量を検出するエンコーダ3A、3Bの回転量の全てが、各々について定められた制限範囲内にあれば、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度が制限される。一方、例えばサーボモータ2Aの回転軸の回転量が制限範囲内にあっても、サーボモータ2Bの回転軸の回転量が制限範囲外にあれば、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度を制限しないでおくことができる。そのため、サーボモータ2A,2Bの制限領域を、例えば図11において斜線で示す領域のように設定することができる。
ここで、サーボモータ2Aの回転軸の回転位置またはサーボモータ2Bの回転軸の回転位置のいずれかが制限範囲内にあるとサーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度を制限するようにした場合、図12において斜線で示すように、回転速度の制限領域が図11に示す領域(図12において破線で示す)に比べて拡大する。しかしながら、本実施の形態においては、図12において拡大された制限領域においても、サーボモータ2A,2Bの作動制限を解除することができる。よって、多様な領域においてサーボモータ2A,2Bの作動制限を解除することができる。
なお、本実施の形態においては、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度を回転方向に置き換えるかもしくは加えてもよい。すなわち、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度の代わりにもしくは加えて、回転方向を所定の方向に制限するようにしてもよい。したがって、回転方向を制限した後に回転方向が所定の方向と異なれば、サーボモータ2A,2Bを停止するようにしてもよい。
あるいは、本実施の形態においては、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度を回転加速度に置き換えるかもしくは加えてもよい。すなわち、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度の代わりにもしくは加えて、回転加速度を所定の範囲内に制限するようにしてもよい。したがって、回転加速度を制限した後に回転加速度が所定の範囲から外れれば、サーボモータ2A,2Bを停止するようにしてもよい。
また、本実施例の形態においては、ガントリーロボットのアームをX軸方向およびY軸方向に動作させる例を基にしたので、サーボモータ、エンコーダ、サーボドライバ、変換部、速度設定部、速度判断部、位置設定部、位置判断部、制限部はそれぞれ2つある例を示したが、Z軸やθ軸などについても同様の動作を行なうことも可能であり、その場合は夫々3つ以上設けるようにしてもよい。
[第8の実施の形態]
以下、本発明の第8の実施の形態について説明する。本実施の形態は、サーボモータ2Aの回転軸の回転位置と、サーボモータ2Bの回転軸の回転位置とを、個別にではなく、互いに関連性を持たせて監視している点で、前述の第7の実施の形態と相違する。その他の構成については、前述の第7の実施の形態と同じあるいは略同じであるため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。また、第7の実施の形態と同じ構成については同じ参照番号を付し、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。
図13を参照して、本実施の形態において、セーフティユニット15は、位置設定部30Cと、位置判断部32Cとを備える。位置設定部30Cは、サーボモータ2Aの回転軸の回転位置を示すエンコーダ3Aの回転量と、サーボモータ2Bの回転軸の回転位置を示すエンコーダ3Bの回転量とについての組み合わせの安全範囲および制限を予め設定する。一例として、ユーザの操作に基づいて、サーボモータ2A、2Bの回転軸の回転位置についての範囲が設定される。安全範囲および制限範囲は、テーブルに規定され、このテーブルがセーフティユニット10内で記憶される。
図14に、本実施の形態においてサーボモータの作動が制限される位置範囲の一例を示す。図14において斜線で示される領域が、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度、回転加速度、あるいは回転方向を制限する回転位置の制限範囲として設定される。その他の領域が、安全範囲として設定される。ここでサーボモータの作動が制限される制限範囲の設定は、それぞれのサーボモータの回転軸の回転位置のみで決まるものではなく、2つのサーボモータの回転軸の回転位置の座標ごとに設定される。例えば、サーボモータ2Aの回転位置をX座標、サーボモータ2Bの回転位置をY座標として、座標(X、Y)ごとに、これが制限範囲か、制限されない範囲(安全範囲)かを設定する。よって、本実施の形態においては、第7の実施の形態に比べてより複雑に定められた領域においてサーボモータ2A,2Bの作動制限を設定または解除することができる。
図13に戻って、位置判断部32Cは、サーボモータ2Aの回転軸の回転位置とサーボモータ2Bの回転軸の回転位置の組み合わせが、位置設定部30Cにより設定された制限範囲か、制限されない範囲(安全範囲)のどちらにあるかを判断する。サーボモータ2Aの回転軸の回転位置とサーボモータ2Bの回転軸の回転位置とが、位置設定部30Cにより設定された制限範囲にあるという条件が満たされると、位置判断部32Cは、制限部92Aと制限部92Bとの各々にサーボモータ2A,2Bの作動を制限するための制限指令を出力すると同時に、速度判断部38Aと38Bとの各々に速度を監視するための制限指令を出力する。
なお、第7の実施の形態と同様に、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度を回転方向や回転加速度に置き換えるかもしくは加えてもよい。すなわち、サーボモータ2A,2Bの回転軸の回転速度の代わりにもしくは加えて、回転方向を所定の方向に制限するようにしたり、回転加速度を所定の範囲に制限してもよい。したがって、回転方向を制限した後に回転方向が所定の方向と異なったり、回転加速度が所定の範囲になければ、サーボモータ2A,2Bを停止するようにしてもよい。
また、本実施例の形態においても、サーボモータ、エンコーダ、サーボドライバ、変換部、速度設定部、速度判断部、制限部はそれぞれ2つある例を示したが、夫々3つ以上設けるようにしてもよい。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2,2A,2B サーボモータ、3,3A,3B エンコーダ、4,4A,4B サーボドライバ、5,7 コントローラ、10,14,15 セーフティユニット、30,30A,30B,30C 位置設定部、32,32A,32B,32C 位置判断部、34,34A,34B 変換部、36,36A,36B 速度設定部、38,38A,38B 速度判断部、40,50,90 論理積部、42 停止部、44 運動方向検出部、46 運動方向設定部、48 運動方向判断部、52 加速度検出部、54 加速度設定部、56 加速度判断部、60 変化量検出部、62 変化量設定部、64 変化量判断部、70 トルクセンサ、72 トルク設定部、74 トルク判断部、80 温度センサ、82 温度設定部、84 温度判断部、92A,92B 制限部、100 サーボシステム、200 目視検査装置、202 検査台、203 ジョグスイッチ、204 可動領域、206 作業者。

Claims (15)

  1. 動力源によって駆動される動力体の複数の物理量ならびに前記動力源の複数の物理量のうちの少なくとも2つの物理量を検出するための検出手段と、
    作業者が前記動力体と接触することのない、前記物理量の安全範囲を設定するための安全範囲設定手段と、
    前記安全範囲とは異なる、前記物理量の制限範囲を設定するための制限範囲設定手段と、
    各前記物理量が前記安全範囲内にあるか前記制限範囲内にあるかを判断するための判断手段と、
    検出された少なくとも2つの物理量が、各々の物理量についての制限範囲内にある場合にのみ、前記動力源の作動を制限するための制限手段と、を備える、動力源の制御装置。
  2. 前記検出手段は、前記動力体の位置を検出するとともに、前記動力体の位置から前記動力体の速度、運動方向、加速度、位置の変化量のうちの少なくともいずれか1つを検出し、
    前記制限手段は、検出された少なくとも2つの物理量が、各々の物理量についての制限範囲内にある場合にのみ、前記動力源を停止する、請求項1に記載の動力源の制御装置。
  3. 前記検出手段は、前記動力体の位置、前記動力体の速度、前記動力体の運動方向、前記動力体の加速度、前記動力体の位置の変化量、前記動力体のトルク、前記動力体の温度、前記動力源の駆動軸の軸角度、前記動力源のトルク、前記動力源の温度のうちの少なくとも2つを検出し、
    前記制限手段は、検出された少なくとも2つの物理量が、各々の物理量についての制限範囲内にある場合にのみ、前記動力源を停止する、請求項1に記載の動力源の制御装置。
  4. 前記安全範囲および前記制限範囲を規定するテーブルを記憶するための記憶手段をさらに備える、請求項1〜3のいずれかに記載の動力源の制御装置。
  5. 少なくとも2つの動力源によって駆動される動力体の少なくとも2つの軸の物理量を検出するための検出手段と、
    作業者が前記動力体と接触することのない、前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの安全範囲を設定するための安全範囲設定手段と、
    前記安全範囲とは異なる、前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの制限範囲を設定するための制限範囲設定手段と、
    前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせが前記安全範囲内にあるか前記制限範囲内にあるかを判断するための判断手段と、
    前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせが、前記制限範囲内である場合にのみ、前記少なくとも2つの動力源の動作を制限するための制限手段と、を備える、動力源の制御装置。
  6. 動力体を駆動する少なくとも2つの動力源の駆動部の少なくとも2つの軸の物理量を検出するための検出手段と、
    作業者が前記動力体と接触することのない、前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの安全範囲を設定するための安全範囲設定手段と、
    前記安全範囲とは異なる、前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせの制限範囲を設定するための制限範囲設定手段と、
    前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせが前記安全範囲内にあるか前記制限範囲内にあるかを判断するための判断手段と、
    前記少なくとも2つの軸の物理量の組み合わせが、前記制限範囲内である場合にのみ、前記少なくとも2つの動力源の動作を制限するための制限手段と、を備える、動力源の制御装置。
  7. 前記安全範囲および前記制限範囲を規定するテーブルを記憶するための記憶手段をさらに備える、請求項5または6に記載の動力源の制御装置。
  8. 前記動力体の物理量は位置、速度、運動方向、加速度、位置の変化量、トルク、温度のうちのいずれかである、請求項5に記載の動力源の制御装置。
  9. 前記動力源の物理量は駆動軸の軸角度、トルク、温度のうちのいずれかである、請求項6に記載の動力源の制御装置。
  10. 前記制限手段は、前記動力源の駆動部の速度を所定値範囲内に制限する、請求項5〜9のいずれかに記載の動力源の制御装置。
  11. 前記動力源の駆動部の速度が制限された後、前記動力源の駆動部の速度が前記所定範囲を外れると、前記動力源を停止させるための停止手段をさらに備える、請求項10に記載の動力源の制御装置。
  12. 前記制限手段は、前記動力源の駆動部の加速度を所定値範囲内に制限する、請求項5〜9のいずれかに記載の動力源の制御装置。
  13. 前記動力源の駆動部の加速度が制限された後、前記動力源の駆動部の加速度が前記所定範囲を外れると、前記動力源を停止させるための停止手段をさらに備える、請求項12に記載の動力源の制御装置。
  14. 前記制限手段は、前記動力源の駆動部の運動方向を所定方向に制限する、請求項5〜10のいずれかに記載の動力源の制御装置。
  15. 前記動力源の駆動部の運動方向が制限された後、前記動力源の駆動部の運動方向が前記所定方向でないと、前記動力源を停止させるための停止手段をさらに備える、請求項14に記載の動力源の制御装置。
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