JP6056838B2 - ブレーキ診断装置及びブレーキ診断方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、ブレーキ診断装置及びブレーキ診断方法に関する。

特許文献１には、各軸の駆動モータに電磁ブレーキを有する産業用ロボットのブレーキ異常検出方法が記載されている。このブレーキ異常検出方法は、産業用ロボットを非常停止させ、停止信号発生後停止するまでの惰走距離を検出し、この検出した距離が予め設定した基準距離を越える場合には、ロボットの動作を停止するものである。

特開平６−２４６６７４号公報

上記従来技術において、産業用ロボットの稼働率の低下を抑えたい場合には、ブレーキを診断した後に速やかに通常稼動に移行することが要望される。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、稼働率の低下を抑制しつつモータのブレーキを診断することが可能なブレーキ診断装置及びブレーキ診断方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、ブレーキ付きモータのブレーキを診断するブレーキ診断装置であって、前記ブレーキを作動又は解除するブレーキ制御部と、前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが作動された状態において、前記ブレーキの異常の有無を診断する診断部と、前記診断部により前記ブレーキに異常があると診断された場合に、前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが解除された後に、ブレーキ異常に係る信号を出力する信号出力部と、前記モータのモータ位置を検出する位置検出器と、位置指令と前記位置検出器から入力された検出位置とに基づいて速度指令を生成する位置制御部と、前記診断部が前記ブレーキの異常の有無を診断する際に、前記モータ位置を診断開始位置から所定量移動させる第１位置指令を前記位置制御部に出力し、前記診断部による診断の終了後に、前記モータ位置を前記診断開始位置に復帰させる第２位置指令を前記位置制御部に出力する位置指令出力部と、を有するブレーキ診断装置が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、ブレーキ付きモータのブレーキを診断するブレーキ診断方法であって、前記ブレーキを作動することと、前記ブレーキの作動状態で前記ブレーキの異常の有無を診断することと、前記ブレーキに異常があると診断された場合に前記ブレーキを解除することと、前記ブレーキの解除後にブレーキ異常に係る信号を出力することと、前記モータのモータ位置を検出することと、位置指令と前記モータの検出位置とに基づいて速度指令を生成することと、前記ブレーキの異常の有無を診断する際に、前記モータ位置を診断開始位置から所定量移動させる第１位置指令を出力し、診断の終了後に、前記モータ位置を前記診断開始位置に復帰させる第２位置指令を出力することと、を有するブレーキ診断方法が適用される。

本発明によれば、稼働率の低下を抑制しつつモータのブレーキを診断することができる。

ロボットシステムの一例を表すシステム構成図である。 サーボモータの全体構成の一例を表す軸方向断面図である。 モータ制御装置を有するコントローラの構成の一例を表すブロック図である。 モータ制御装置の機能的構成の一例を表すブロック図である。 ブレーキが正常である場合のブレーキ診断時の動作の一例を表すタイムチャートである。 ブレーキが異常である場合のブレーキ診断時の動作の一例を表すタイムチャートである。 １回の診断で複数回の診断動作を行う変形例におけるブレーキが正常である場合のブレーキ診断時の動作の一例を表すタイムチャートである。 １回の診断で複数回の診断動作を行う変形例におけるブレーキが異常である場合のブレーキ診断時の動作の一例を表すタイムチャートである。 モータ制御装置のハードウェア構成の一例を表す説明図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下において、モータ等の構成の説明の便宜上、上下左右等の方向を適宜使用する場合があるが、モータ等の各構成の位置関係を限定するものではない。

＜１．ロボットシステムの構成＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るロボットシステムの一例について説明する。

図１において、ロボットシステム１は、アーム１００を備えたロボット１０と、このロボット１０を制御するコントローラ２０とを有する。コントローラ２０は、各モータに対応した複数のモータ制御装置１４を有する（後述の図３、図４参照）。ロボット１０とコントローラ２０は、ケーブルを介して相互通信可能に接続されている。なお、コントローラ２０を、例えばロボット１０のアーム１００部分に設置する等、ロボット１０側に設けてもよい。

ロボット１０のアーム１００は、固定部１０１と、複数（この例では５個）のリンク部材Ｌ１〜Ｌ５と、これら５個のリンク部材Ｌ１〜Ｌ５のうちアーム１００の最も基端側に位置するリンク部材Ｌ１と固定部１０１、及び、これら５個のリンク部材Ｌ１〜Ｌ５のうち隣接するリンク部材同士、を屈折可能に連結する複数（この例では６個）の関節機構Ｓ１〜Ｓ６と、これら６個の関節機構Ｓ１〜Ｓ６にそれぞれ設けられ、駆動対象のリンク部材Ｌ１〜Ｌ５への駆動力を発生するアクチュエータＡ１〜Ａ６を有している。

アクチュエータＡ１〜Ａ６は、それぞれサーボモータＳＭ１〜ＳＭ６（後述の図２、図３参照）を備える。後述の図３に示すように、サーボモータＳＭ１〜ＳＭ６（以下、適宜「サーボモータＳＭ」と総称する）は、それぞれモータＭ１〜Ｍ６（以下、適宜「モータＭ」と総称する）、位置検出器ＰＳ１〜ＰＳ６（以下、適宜「位置検出器ＰＳ」と総称する）、及びブレーキＢ１〜Ｂ６（以下、適宜「ブレーキＢ」と総称する）（いずれも後述の図２、図３参照）を備える。各位置検出器ＰＳ１〜ＰＳ６は、各モータＭ１〜Ｍ６のモータ位置ｘ（回転角等）を検出し、検出された各モータＭの検出位置Ｐｘは、各位置検出器ＰＳからフィードバック信号として、所定の演算周期毎に各モータ制御装置１４へ出力される。

なお、ロボットに備えられた垂直軸（傾斜軸を含む）または外力を受けている軸では、重力や外力の影響によりサーボモータＳＭのサーボ電源を遮断すると可動部（ワーク等）が移動する。このため、可動部が移動しないように保持する目的で、アクチュエータＡ１〜Ａ６にはブレーキＢ付きのサーボモータＳＭが使用される。

モータＭは、それぞれ固定子４０及び回転子３０（いずれも図２参照）を備える。モータＭの固定子４０及び回転子３０と、固定部１０１及びリンク部材Ｌ１〜Ｌ６との連結関係は次のとおりである。すなわち、アクチュエータＡ１に備えられたモータＭの固定子４０が固定部１０１に連結され、アクチュエータＡ１に備えられたモータＭの回転子３０がリンク部材Ｌ１に連結される。アクチュエータＡ２に備えられたモータＭの固定子４０がアーム１００の基端側に位置するリンク部材Ｌ１に連結され、アクチュエータＡ２に備えられたモータＭの回転子３０がアーム１００の先端側に位置するリンク部材Ｌ２に連結される。同様に、アクチュエータＡ３に備えられたモータＭの固定子４０がリンク部材Ｌ２に連結され、アクチュエータＡ３に備えられたモータＭの回転子３０がリンク部材Ｌ３に連結される。アクチュエータＡ４に備えられたモータＭの固定子４０がリンク部材Ｌ３に連結され、アクチュエータＡ４に備えられたモータＭの回転子３０がリンク部材Ｌ４に連結される。アクチュエータＡ５に備えられたモータＭの固定子４０がリンク部材Ｌ４に連結され、アクチュエータＡ５に備えられたモータＭの回転子３０がリンク部材Ｌ５に連結される。アクチュエータＡ６に備えられたモータＭの固定子４０がリンク部材Ｌ５に連結され、アクチュエータＡ６に備えられたモータＭの回転子３０がリンク部材Ｌ６に連結される。

なお、本実施形態では、上記ロボット１０に使用されるサーボモータＳＭのブレーキＢの異常の有無などのブレーキの状態を診断する場合を一例として説明するが、ロボット以外のモータ、例えば工作機械のモータのブレーキに対しても同様に診断することができる。

＜２．サーボモータの構成＞
次に、図２を参照しつつ、サーボモータＳＭの構成の一例について説明する。なお、以下において「負荷側」とはサーボモータＳＭに対して負荷が取り付けられる方向、すなわちこの例ではシャフト３４が突出する方向（図２中右側）を指し、「反負荷側」とは負荷側の反対方向（図２中左側）を指す。

サーボモータＳＭは、ブレーキ付きモータの一例に相当する。図２に示すように、サーボモータＳＭは、回転力を出力する上記モータＭと、上記ブレーキＢと、エンコーダ等の上記位置検出器ＰＳとを有する。モータＭは、シャフト３４と、フレーム３２と、フレーム３２の負荷側端部に設けられた負荷側ブラケット３５と、フレーム３２の反負荷側端部に設けられた反負荷側ブラケット３６とを備える。負荷側ブラケット３５及び反負荷側ブラケット３６には、負荷側軸受３７及び反負荷側軸受３８がそれぞれ設けられ、シャフト３４はこれら軸受３７，３８を介して回転自在に支持される。

またモータＭは、シャフト３４に設けられた上記回転子３０と、フレーム３２の内周面に設けられた上記固定子４０とを有する。回転子３０には、例えば複数の永久磁石（図示省略）が設けられる。固定子４０は、環状に配置された固定子鉄心４１と、固定子鉄心４１の図示しない複数のティース部に巻回された複数の電機子巻線４２とを備える。

ブレーキＢは、モータＭの反負荷側に配置されており、シャフト３４の停止保持又は制動を行う。なお、ブレーキＢをモータＭの負荷側に配置してもよい。ブレーキＢは、ブレーキカバー３９によって覆われている。ブレーキＢは、円筒状のフィールドコア４６と、フィールドコア４６の負荷側に対向配置された円環状のアーマチュア４３と、アーマチュア４３と反負荷側ブラケット３６との間に配置されたブレーキディスク４５とを有する。

フィールドコア４６は、ボルト５１により反負荷側ブラケット３６に固定される。フィールドコア４６には、複数の制動ばね４４が設けられる。制動ばね４４は、アーマチュア４３を押圧して負荷側へ付勢する。またフィールドコア４６には、コイル４９が設けられる。コイル４９は通電時に磁気吸引力を発生し、制動ばね４４の付勢力に抗してアーマチュア４３を反負荷側へ吸引する。アーマチュア４３は、磁性体（鋼板等）で構成される。

フィールドコア４６と反負荷側ブラケット３６との間には複数のカラー５６が設けられる。カラー５６は、アーマチュア４３と係合し、アーマチュア４３の軸方向の移動を許容しつつ周方向の回転を防止する。

ブレーキディスク４５は、固定ねじ５３によりシャフト３４に固定される。ブレーキディスク４５の反負荷側の面には、環状の摩擦板４７が取り付けられる。

ブレーキＢは、コイル４９が通電されていない状態（無励磁状態）では、アーマチュア４３が制動ばね４４のばね力により負荷側へ押圧されてブレーキディスク４５に摩擦係合する。この結果、電源遮断時にシャフト３４の停止保持又は回転が制動される。この状態が、ブレーキＢの作動状態である。一方、コイル４９が通電されている状態（励磁状態）では、コイル４９による磁気吸引力によりアーマチュア４３が反負荷側へ移動する。この結果、モータＭの可動時にブレーキディスク４５は上記制動から開放されて、シャフト３４が回転可能となる。この状態が、ブレーキＢの解除状態である。

位置検出器ＰＳは、ブレーキＢの反負荷側に配置され、シャフト３４に連結される。なお、位置検出器ＰＳをこれ以外の位置、例えばモータＭとブレーキＢとの間に配置してもよい。そして、位置検出器ＰＳは、シャフト３４の回転位置（回転角度等）を検出することにより、モータＭのモータ位置ｘ（回転角度等）を検出し、検出位置Ｐｘのデータを出力する。

なお、位置検出器ＰＳは、モータＭのモータ位置ｘに加えて又は代えて、モータＭの速度（回転速度、角速度等）及びモータＭの加速度（回転加速度、角加速度等）の少なくとも一方を検出してもよい。

なお、ここでは電磁式のブレーキＢの構成・動作について説明したが、ブレーキＢの構成はこの例に限定されるものではない。例えば、ブレーキＢは電磁式に限らず、機械式、油圧式等、他の駆動方式のものでもよい。

＜３．コントローラの構成＞
次に、図３を参照しつつ、コントローラ２０の構成・機能の一例について説明する。

図３に示すように、コントローラ２０は、上位制御装置１２と、上記サーボモータＳＭ１〜ＳＭ６に対応して設けられたモータ制御装置１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ（以下、適宜「モータ制御装置１４」と総称する）とを有する。

上位制御装置１２は、例えば汎用パーソナルコンピュータ、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）、モーションコントローラ等のコンピュータで構成されている。上位制御装置１２は、ロボット１０が実行する作業手順（例えば位置情報として入力される）に基づいて、各モータＭ１〜Ｍ６に対する位置指令Ｐｒを生成する。生成された各モータＭ１〜Ｍ６に対する位置指令Ｐｒは、対応するモータ制御装置１４ａ〜１４ｆへ出力される。

モータ制御装置１４ａ〜１４ｆは、上位制御装置１２から入力された位置指令Ｐｒと、位置検出器ＰＳ１〜ＰＳ６で検出された各モータＭ１〜Ｍ６の検出位置Ｐｘとに基づいて、対応するモータＭ１〜Ｍ６の駆動を制御する。

＜４．モータ制御装置＞
次に、図４を参照しつつ、モータ制御装置１４の機能的構成の一例について説明する。

図４に示すように、モータ制御装置１４は、位置制御部１６と、速度制御部１７と、トルク制限部１８と、機能有効無効処理部１９と、速度変換部２２と、位置指令出力部２３と、ブレーキ制御部２４と、タイマ部２５と、診断部２６と、スイッチ２７と、スイッチ制御部２８と、信号出力部２９とを有する。

スイッチ２７は、スイッチ制御部２８の制御により、位置制御部１６に対する接続を上位制御装置１２側と位置指令出力部２３側とに切り替え可能に構成される。スイッチ制御部２８は、ロボット１０の通常稼動時には、位置制御部１６と上位制御装置１２とが接続されるようにスイッチ２７を切り替え、モータＭのブレーキ診断時には、位置制御部１６と位置指令出力部２３が接続されるようにスイッチ２７を切り替える。

位置制御部１６は、上位制御装置１２から出力された位置指令Ｐｒ又は位置指令出力部２３から出力された第１位置指令Ｐｒ１（又は第２位置指令Ｐｒ２）と、位置検出器ＰＳから出力されたモータＭの検出位置Ｐｘとの偏差に基づいて速度指令Ｖｒを生成し、当該速度指令Ｖｒを速度制御部１７に出力する。

速度変換部２２は、位置検出器ＰＳから出力されたモータＭの検出位置Ｐｘの変化に基づいて、例えば微分演算等によりモータＭのモータ速度（回転速度）を算出し、検出速度Ｖｘとして速度制御部１７に出力する。

速度制御部１７は、位置制御部１６から出力された速度指令Ｖｒと、速度変換部２２から出力されたモータＭの検出速度Ｖｘとの偏差に基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、トルク制限部１８に出力する。

トルク制限部１８は、位置指令出力部２３による第１位置指令Ｐｒ１の出力が開始された場合に、速度制御部１７から入力されたトルク指令Ｔｒによる指令トルクをトルク制限値ＴＬ以下に制限するトルク制限を開始し、位置指令出力部２３による第１位置指令Ｐｒ１の出力が停止された場合に、上記トルク制限を解除する。トルク制限部１８によるトルク制限機能は、機能有効無効処理部１９により有効・無効が切り替えられる。なお、トルク制限値ＴＬは、パラメータとして任意の値に設定される。

ブレーキ制御部２４は、ブレーキＢを作動または解除する。具体的には、ブレーキ制御部２４は、診断開始時にブレーキＢを作動し、位置指令出力部２３による第１位置指令Ｐｒ１の出力の開始から一定時間ｔ３（後述の図５参照）が経過した時点、若しくは一定時間ｔ３の経過前に診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断された時点で、ブレーキＢを解除する。

タイマ部２５は、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが作動された時点からの時間経過をカウントし、カウントされた経過時間（あるいは所定時間のカウントが完了したという信号でもよい）を位置指令出力部２３に出力する。また、タイマ部２５は、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除された時点からの時間経過をカウントし、カウントされた経過時間（あるいは所定時間のカウントが完了したという信号でもよい）を位置指令出力部２３に出力する。

診断部２６は、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが作動された状態において、ブレーキＢの異常の有無を診断する。なお、ここでいう「ブレーキの異常」とは、前述の摩擦板４７の摩耗等によりブレーキＢの制動トルクが所望の値（ブレーキＢの機種や性能等によって定まる）よりも低下した状態をいう。この診断部２６は、算出部２６ａと判定部２６ｂとを有する。算出部２６ａは、位置検出器ＰＳから入力されたモータＭの検出位置Ｐｘに基づいて、モータ位置の診断開始位置からの移動量Ｐ１を算出する。判定部２６ｂは、算出部２６ａにより算出された移動量Ｐ１と予め定められたしきい値Ｐｏとを比較して、例えば移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏ以上の場合（Ｐ１≧Ｐｏ）に、ブレーキＢに異常があると判定し、例えば移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏ未満である場合（Ｐ１＜Ｐｏ）に、ブレーキＢに異常がなく正常であると判定する。診断部２６による診断結果は、ブレーキ制御部２４、機能有効無効処理部１９、及び信号出力部２９等へ出力される。

位置指令出力部２３は、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが作動された状態において、モータ位置を診断開始位置から所定量だけ移動させる第１位置指令Ｐｒ１を位置制御部１６に出力する。位置指令出力部２３による第１位置指令Ｐｒ１の出力は、タイマ部２５によりブレーキＢが作動された時点から第１待機時間ｔ１が経過したことがカウントされた時点で開始される。第１待機時間ｔ１は、ブレーキＢの作動に要する時間であり、例えば、ブレーキＢにおいてアーマチュア４３が移動してブレーキディスク４５に摩擦係合するのに必要な時間である。そして、位置指令出力部２３は、診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断されない限り、第１位置指令Ｐｒ１を出力開始から予め設定された一定時間ｔ３だけ出力し、一定時間ｔ３経過後に第１位置指令Ｐｒ１の出力を停止する。

また、位置指令出力部２３は、第１位置指令Ｐｒ１の出力中（すなわち一定時間ｔ３が経過する前）に診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断された場合には、その時点で第１位置指令Ｐｒ１の出力を停止する。位置指令出力部２３は、第１位置指令Ｐｒ１の出力を停止した場合、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除された後に、モータ位置を診断開始位置に復帰させる第２位置指令Ｐｒ２を位置制御部１６に出力する。この位置指令出力部２３による第２位置指令Ｐｒ２の出力は、タイマ部２５によりブレーキＢが解除された時点から第２待機時間ｔ２が経過したことがカウントされた時点で開始される。第２待機時間ｔ２は、ブレーキＢの解除に要する時間であり、例えば、ブレーキＢにおいてアーマチュア４３が移動してブレーキディスク４５が開放されるのに必要な時間である。

信号出力部２９は、診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断された場合に、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除された後、具体的にはモータＭの検出位置Ｐｘが診断開始位置に到達した際に、ブレーキ異常に係る信号を上位制御装置１２に出力する。ブレーキ異常に係る信号の種類は特に限定されるものではないが、例えばワーニング信号やアラーム信号等である。

以上のように、本実施形態ではモータ制御装置１４がブレーキＢの異常診断に関わる各機能（処理部）を有する。したがって、モータ制御装置１４がブレーキ診断装置の一例に相当する。なお、例えば上位制御装置１２が各サーボモータＳＭのブレーキＢについて上述のブレーキ診断に関わる各機能（処理部）をそれぞれ有するようにしてもよい。この場合、上位制御装置１２がブレーキ診断装置の一例に相当する。

なお、図４に示すブレーキ制御部２４、診断部２６等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、モータ制御装置１４は、モータＭに駆動電力を給電する部分（インバータ等）のみ実際の装置により実装され、その他の機能は後述するＣＰＵ９０１（図９参照）が実行するプログラムにより実装されてもよいし、ブレーキ制御部２４や診断部２６等の一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。

＜５．ブレーキの診断動作のタイムチャート＞
次に、図５及び図６を参照しつつ、ブレーキＢの異常の有無を診断する際の診断動作のタイムチャートの一例について説明する。

（５−１．ブレーキが正常である場合）
まず、図５を参照しつつ、ブレーキＢが正常である場合のタイムチャートの一例について説明する。

ブレーキの診断は、例えばロボットシステム１のセットアップ時や保守点検時等に行われる。ロボット電源及びサーボモータ電源がオンの状態で、スイッチ制御部２８によるスイッチ２７の切り替えにより位置制御部１６と位置指令出力部２３とが接続されることで、モータ制御装置１４によるブレーキＢの診断が開始される。

まず、ブレーキ制御部２４により、ブレーキＢが作動される。このとき、タイマ部２５により、ブレーキＢが作動された時点（例えば、ブレーキ制御部２４がブレーキＢに作動信号を出力した時点）からの時間経過がカウントされる。

次いで、タイマ部２５によりブレーキＢが作動された時点から第１待機時間ｔ１が経過したことがカウントされた時点で、位置指令出力部２３により、第１位置指令Ｐｒ１（モータ位置ｘを診断開始位置から所定量移動させる指令）の位置制御部１６への出力が開始される。この第１位置指令Ｐｒ１の出力は、一定時間ｔ３が経過すると停止される。

第１位置指令Ｐｒ１と位置検出器ＰＳからの検出位置Ｐｘとの偏差が位置制御部１６へ入力されると、位置制御部１６により速度指令Ｖｒが生成される。速度指令Ｖｒと速度変換部２２から出力された検出速度Ｖｘとの偏差が速度制御部１７に入力されると、速度制御部１７によりトルク指令Ｔｒが生成され、トルク制限部１８に出力される。

トルク制限部１８は、位置指令出力部２３による第１位置指令Ｐｒ１の出力が開始されると同時に、速度制御部１７から出力されたトルク指令Ｔｒによる指令トルクをトルク制限値ＴＬ以下に制限するトルク制限を開始する。これにより、モータＭに対しトルク制限値ＴＬに対応した一定トルクの印加下において、第１位置指令Ｐｒ１を用いた位置制御によりモータＭの動作が行われる。

上記位置制御によるモータＭの動作と共に、診断部２６の算出部２６ａにおいて、位置検出器ＰＳから入力された検出位置Ｐｘに基づいてモータ位置ｘの診断開始位置からの移動量Ｐ１が算出される。そして、判定部２６ｂにより、算出された移動量Ｐ１としきい値Ｐｏとが比較されて、移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏに達したか否かによりブレーキＢの異常の有無が判定される。図５に示す例では、第１位置指令Ｐｒ１の出力開始から一定時間ｔ３が経過するまでの移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏ未満であるから、ブレーキＢは異常がなく正常であると診断される。

診断部２６は、上記診断結果をブレーキ制御部２４及び機能有効無効処理部１９に出力する。これにより、ブレーキ制御部２４はブレーキＢを解除し、トルク制限部１８はトルク制限を解除する。

ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除されると、タイマ部２５により、ブレーキＢが解除された時点（例えば、ブレーキ制御部２４がブレーキＢに解除信号を出力した時点）からの時間経過がカウントされる。タイマ部２５でブレーキＢが解除された時点から第２待機時間ｔ２が経過したことがカウントされた時点で、位置指令出力部２３により、モータ位置ｘを診断開始位置に復帰させる第２位置指令Ｐｒ２の出力が開始され、モータ位置ｘが診断開始位置に到達し復帰される。

（５−２．ブレーキが異常である場合）
次に、図６を参照しつつ、ブレーキＢが異常である場合のタイムチャートの一例について説明する。なお、図６において上記図５と同様の部分は適宜説明を省略する。

図６に示すタイムチャートの例では、第１位置指令Ｐｒ１の出力開始から一定時間ｔ３が経過する前に、移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏに到達する。このため、診断部２６の判定部２６ｂによりブレーキＢに異常があると判定される。診断部２６は、上記診断結果をブレーキ制御部２４及び機能有効無効処理部１９に出力する。これにより、ブレーキ制御部２４はブレーキＢを解除し、トルク制限部１８はトルク制限を解除する。

ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除されると、タイマ部２５でブレーキＢが解除された時点から第２待機時間ｔ２が経過したことがカウントされた時点で、位置指令出力部２３により第２位置指令Ｐｒ２の出力が開始され、モータ位置ｘが診断開始位置に復帰される。

信号出力部２９は、位置指令出力部２３からの第２位置指令Ｐｒ２により検出位置Ｐｘが診断開始位置に到達した際に、ブレーキ異常に係る信号を出力する。つまり、信号出力部２９は、ブレーキ異常に係る信号を、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除された後に出力することとなる。

なお、ブレーキ異常時の診断動作の上記以外の部分は、前述のブレーキ正常時と同様であるので、説明を省略する。

＜６．実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置１４は、ブレーキＢを作動又は解除するブレーキ制御部２４と、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが作動された状態において、ブレーキＢの異常の有無を診断する診断部２６と、診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断された場合に、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除された後に、ブレーキ異常に係る信号を出力する信号出力部２９と、を有する。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、例えばロボット１０や工作機械等において、垂直軸や傾斜軸又は外力を受ける水平軸等は、電源遮断時に重力や外力により可動部（例えばテーブルやワーク等）が移動する可能性がある。そこで、電源遮断時に可動部が移動しないように保持する目的で、本実施形態のようにブレーキ付きのサーボモータＳＭが使用される場合がある。この場合、ロボット１０や工作機械等の通常の稼動中にはブレーキＢを作動させないので、ブレーキＢに異常が検出されたモータＭをそのまま駆動させたとしても、稼動状態への影響は少ない。

仮に、ブレーキＢに異常が検出された際に、ブレーキＢの作動状態を保持してモータＭを停止するようにした場合、ロボット１０や工作機械等の稼動が停止することとなり、稼働率の低下を招く可能性がある。

本実施形態では、診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断された場合に、ブレーキＢを解除した後にブレーキ異常に係る信号を出力する。ブレーキＢに異常が検出された場合にブレーキＢの作動状態を保持するのではなく解除するので、その後はモータＭを駆動させてロボット１０や工作機械等を通常稼動へ移行することができる。また、ブレーキ解除後にブレーキ異常に係る信号を出力するので、例えば当該信号を受信した上位制御装置１２から（通常稼動のための）位置指令Ｐｒを受信した際にブレーキＢが作動していることはなく、通常稼動へ円滑に移行することができる。なお、異常と診断されたブレーキＢについては、その後のメンテナンス時等に修理又は交換すればよい。

このようにすることで、上述のようにブレーキＢに異常が検出された際にモータＭを停止する場合に比べて、稼働率の低下を抑制できる。したがって、稼働率の低下を抑制しつつ、モータＭのブレーキ異常を診断することができる。

また、本実施形態では特に、ブレーキ制御部２４は、診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断された際にブレーキＢを解除する。これにより、ブレーキ異常と診断された後直ちにモータＭを駆動することができる。したがって、ロボット１０や工作機械等の通常稼動への移行を早め、稼働率の低下をさらに抑制できる。

また、本実施形態では特に、診断部２６は、モータＭのモータ位置を検出する位置検出器ＰＳから入力された検出位置Ｐｘに基づいてモータ位置の診断開始位置からの移動量Ｐ１を算出する算出部２６ａと、算出部２６ａにより算出された移動量Ｐ１としきい値Ｐｏとを比較してブレーキＢの異常の有無を判定する判定部２６ｂとを有する。これにより、しきい値Ｐｏをパラメータとして、例えばモータＭやブレーキＢの種類、使用年数、使用環境、必要な安全率等に応じて任意の値に設定可能とすることで、多様な条件に対応したブレーキ診断を行うことが可能となる。

また、本実施形態では特に、モータ制御装置１４が、第１位置指令Ｐｒと検出位置Ｐｘとに基づいて速度指令Ｖｒを生成する位置制御部１６と、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが作動された状態において、モータ位置を診断開始位置から所定量移動させる第１位置指令Ｐｒ１を位置制御部１６に出力する位置指令出力部２３と、を有する。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、本実施形態では、ブレーキ作動状態でモータＭを動作させる際に、第１位置指令Ｐｒを用いた位置制御を行う。仮に、ブレーキ診断時に速度制御やトルク制御を行う場合、ブレーキＢの劣化の度合いによっては、移動量が過大となり可動部の破損やモータＭの暴走等を招く可能性があるが、位置制御とすることで移動量を限定できるので、そのような事態を回避できる。

また、本実施形態では特に、モータ制御装置１４が、速度指令Ｖｒと検出位置Ｐｘに基づく検出速度Ｖｘとに基づいてトルク指令Ｔｒを生成する速度制御部１７と、位置指令出力部２３による第１位置指令Ｐｒ１の出力が開始された場合に、トルク指令Ｔｒによる指令トルクをトルク制限値ＴＬ以下に制限するトルク制限を開始し、位置指令出力部２３による第１位置指令Ｐｒ１の出力が停止された場合に、上記トルク制限を解除するトルク制限部１８と、を有する。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、ブレーキ作動状態で位置制御によりモータＭを動作させると、位置偏差が大きくなることから指令トルクＴｒが増大する。このため、トルク制限部１８により指令トルクＴｒをトルク制限値ＴＬ以下に制限することにより、モータＭに対してトルク制限値ＴＬに対応した一定のトルクを与えることが可能となり、適正なブレーキ診断を行うことができる。また、トルク制限値ＴＬをパラメータとして、例えばモータＭやブレーキＢの種類、使用年数、使用環境、必要な安全率等に応じて任意の値に設定可能とすることで、多様な条件に対応したブレーキ診断を行うことが可能となる。

また、本実施形態では特に、位置指令出力部２３は、第１位置指令Ｐｒ１の出力中に診断部２６によりブレーキＢに異常があると診断された場合、第１位置指令Ｐｒ１の出力を停止する。これにより、ブレーキ異常と診断された後直ちにモータＭの診断動作を停止することができる。したがって、ロボット１０や工作機械等の通常稼動への移行を早め、稼働率の低下をさらに抑制できる。

また、本実施形態では特に、位置指令出力部２３は、第１位置指令Ｐｒ１の出力を停止し、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除された後に、モータ位置を診断開始位置に復帰させる第２位置指令Ｐｒ２を位置制御部１６に出力する。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、ブレーキ診断を行った後にモータ位置を診断開始位置に戻す動作を実行することで、その後直ちにモータＭの通常運転を行うことが可能となる。したがって、ロボット１０や工作機械等の通常稼動への移行を早め、稼働率の低下をさらに抑制できる。特に、１回の診断で複数回の動作を繰り返す場合には、各動作の終わりで自動的に診断開始位置に戻すことができるので、診断時間を短縮することができる。

また、本実施形態では特に、信号出力部２３は、検出位置Ｐｘが診断開始位置に到達した際にブレーキ異常に係る信号を出力する。これにより、例えば当該信号を受信した上位制御装置１２から通常稼動のための位置指令Ｐｒを受信した際に、通常稼動へ円滑に移行することができる。

また、本実施形態では特に、モータ制御装置１４が、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが作動された時点からの時間経過をカウントするタイマ部２５を有し、位置指令出力部２３は、タイマ部２５により第１待機時間ｔ１が経過したことがカウントされた時点で第１位置指令Ｐｒ１の出力を開始する。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、ブレーキＢの作動には、アーマチュア４３が移動してブレーキディスク４５に摩擦係合するのに所定の時間を要する。したがって、第１待機時間ｔ１の経過をカウントすることにより、第１位置指令Ｐｒ１出力時のブレーキ作動の確実性を向上できる。

また、本実施形態では特に、タイマ部２５は、ブレーキ制御部２４によりブレーキＢが解除された時点からの時間経過をカウントし、位置指令出力部２３は、タイマ部２５により第２待機時間ｔ２が経過したことがカウントされた時点で第２位置指令Ｐｒ２の出力を開始する。これにより、次の効果を奏する。

すなわち、ブレーキＢの解除には、アーマチュア４３が移動してブレーキディスク４５が開放されるのに所定の時間を要する。したがって、第２待機時間ｔ２の経過をカウントすることにより、第２位置指令Ｐｒ２出力時のブレーキ解除の確実性を向上できる。

＜７．変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

上記実施形態では、ブレーキＢを作動させた状態で一定のトルクを与えてモータ位置の移動量を判定し、その後モータ位置を診断開始位置に復帰させる診断動作を１回のみ行うことによりブレーキＢの異常の有無を診断したが、複数回の診断動作を繰り返すことによってブレーキＢの異常の有無を診断してもよい。図７及び図８に本変形例のタイムチャートの一例を示す。

図７に示す例では、一連の診断動作が３回繰り返されている。前述のように、１回の一連の診断動作は、ブレーキＢを作動し、第１待機時間ｔ１の経過を待って第１位置指令Ｐｒ１を一定時間出力し、一定トルク印加下でモータＭを動作させて、モータ位置の診断開始位置からの移動量Ｐ１を算出し、移動量Ｐ１としきい値Ｐｏとを比較してブレーキ異常の有無を判定し、第１位置指令Ｐｒ１の出力を停止（移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏ未満の場合は第１位置指令Ｐｒ１の出力が出力開始から一定時間経過した時点で出力停止、移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏ以上の場合は移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏに達した時点で出力停止）し、ブレーキＢを解除し、第２待機時間ｔ２の経過を待って第２位置指令Ｐｒ２を出力し、モータ位置を診断開始位置に復帰させる動作である。

本変形例では、３回の診断動作のいずれにおいてもモータＭの移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏ未満であるので、ブレーキＢは正常であると診断される。

一方、図８に示す例では、３回の診断動作のうちの１回目、２回目の診断動作では、モータＭの移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏ未満であったが、３回目の診断動作でモータＭの移動量Ｐ１がしきい値Ｐｏに達している。本変形例では、診断部２６は、複数回の診断動作のうち少なくとも１回の診断動作においてＰ１がＰｏに達した場合にはブレーキＢに異常があると診断する。したがって、図８に示す例ではブレーキＢは異常があると診断される。そして、信号出力部２９は、複数回の診断動作のうち最後の診断動作においてモータＭの検出位置Ｐｘが診断開始位置に到達した際に、ブレーキ異常に係る信号を出力する。

なお、診断動作の回数は３回に限られず、２回でも、４回以上でもよい。また、ブレーキに異常があると診断する診断基準は、上記のように複数回の診断動作うち１回でもＰ１がＰｏに達した場合に限られるものではない。例えば、全ての診断動作でＰ１がＰｏに達した場合、Ｐ１がＰｏに達した診断動作が所定の回数以上の場合、複数回（例えば２回）連続してＰ１がＰｏに達した場合、複数回のうち最後の診断動作でＰ１がＰｏに達した場合等、種々の基準を採ることができる。また、繰り返される各診断動作において、診断開始位置を異ならせてもよい。

本変形例によれば、複数回の診断動作を実施してブレーキの異常の有無を判定するので、診断の信頼性を高めることができる。特に、例えばモータＭの回転位置やそのときの動作環境等によって、ブレーキＢにおけるアーマチュア４３とブレーキディスク４５の摩擦板４７との物理的な接触具合に差が生じるような場合には、１回の診断動作において正確にブレーキの異常の有無を診断できない可能性があるので、本変形例は有効である。

＜８．モータ制御装置のハードウェア構成例＞
次に、図９を参照しつつ、上記で説明したＣＰＵ９０１が実行するプログラムにより実装されたブレーキ制御部２４や診断部２６等による処理を実現するモータ制御装置１４のハードウェア構成例について説明する。なお、図９中では、モータ制御装置１４のモータＭに駆動電力を給電する機能に係る構成を適宜省略して図示している。

図９に示すように、モータ制御装置１４は、例えば、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５と、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路９０７と、入力装置９１３と、出力装置９１５と、ストレージ装置９１７と、ドライブ９１９と、接続ポート９２１と、通信装置９２３とを有する。これらの構成は、バス９０９や入出力インターフェース９１１を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。

プログラムは、例えば、ＲＯＭ９０３やＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１７等の記録装置に記録しておくことができる。

また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のＣＤ・ＭＯディスク・ＤＶＤ等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体９２５に、一時的又は永続的に記録しておくこともできる。このようなリムーバブル記憶媒体９２５は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらのリムーバブル記憶媒体９２５に記録されたプログラムは、ドライブ９１９により読み出されて、入出力インターフェース９１９やバス９０９等を介し上記記録装置に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等（図示せず）に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、ＬＡＮやインターネット等のネットワークＮＷを介し転送され、通信装置９２３がこのプログラムを受信する。そして、通信装置９２３が受信したプログラムは、入出力インターフェース９１９やバス９０９等を介し上記記録装置に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器９２７に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート９２１を介し転送され、入出力インターフェース９１９やバス９０９等を介し上記記録装置に記録されてもよい。

そして、ＣＰＵ９０１が、上記記録装置に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記のブレーキ制御部２４や診断部２６等による処理が実現される。この際、ＣＰＵ９０１は、例えば、上記記録装置からプログラムを、直接読み出して実行してもよく、ＲＡＭ９０５に一旦ロードした上で実行してもよい。更にＣＰＵ９０１は、例えば、プログラムを通信装置９２３やドライブ９１９、接続ポート９２１を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置に記録せずに直接実行してもよい。

また、ＣＰＵ９０１は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク（図示せず）等の入力装置９１３から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。

そして、ＣＰＵ９０２は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置９１５から出力してもよく、さらにＣＰＵ９０２は、必要に応じてこの処理結果を通信装置９２３や接続ポート９２１を介し送信してもよく、上記記録装置やリムーバブル記憶媒体９２５に記録させてもよい。

なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

但し、例えばしきい値Ｐｏ（図５等のタイムチャート参照）や基準値等、所定の判定基準となる値あるいは区切りとなる値の記載がある場合は、それらに対しての「同一」「等しい」「異なる」等は、上記とは異なり、厳密な意味である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態や変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１４ モータ制御装置（ブレーキ診断装置の一例）
１６ 位置制御部
１７ 速度制御部
１８ トルク制限部
２３ 位置指令出力部
２４ ブレーキ制御部
２５ タイマ部
２６ 診断部
２６ａ 算出部
２６ｂ 判定部
２９ 信号出力部
Ｂ ブレーキ
Ｐｒ１ 第１位置指令
Ｐｒ２ 第２位置指令
ＰＳ 位置検出器
ＳＭ サーボモータ（ブレーキ付きモータの一例）
Ｔｒ トルク指令

Claims (11)

1. ブレーキ付きモータのブレーキを診断するブレーキ診断装置であって、
   前記ブレーキを作動又は解除するブレーキ制御部と、
   前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが作動された状態において、前記ブレーキの異常の有無を診断する診断部と、
   前記診断部により前記ブレーキに異常があると診断された場合に、前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが解除された後に、ブレーキ異常に係る信号を出力する信号出力部と、
   前記モータのモータ位置を検出する位置検出器と、
   位置指令と前記位置検出器から入力された検出位置とに基づいて速度指令を生成する位置制御部と、
   前記診断部が前記ブレーキの異常の有無を診断する際に、前記モータ位置を診断開始位置から所定量移動させる第１位置指令を前記位置制御部に出力し、前記診断部による診断の終了後に、前記モータ位置を前記診断開始位置に復帰させる第２位置指令を前記位置制御部に出力する位置指令出力部と、
   を有することを特徴とするブレーキ診断装置。
2. 前記ブレーキ制御部は、
   前記診断部により前記ブレーキに異常があると診断された後に前記ブレーキを解除する
   ことを特徴とする請求項１に記載のブレーキ診断装置。
3. 前記診断部は、
   前記検出位置に基づいて前記モータ位置の前記診断開始位置からの移動量を算出する算出部と、
   前記算出部により算出された前記移動量としきい値とを比較して前記ブレーキの異常の有無を判定する判定部と、を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のブレーキ診断装置。
4. 前記位置指令出力部は、
   前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが作動された状態において、前記第１位置指令を前記位置制御部に出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載のブレーキ診断装置。
5. 前記速度指令と前記検出位置に基づく検出速度とに基づいてトルク指令を生成する速度制御部と、
   前記位置指令出力部による前記第１位置指令の出力が開始された場合に、前記トルク指令による指令トルクをトルク制限値以下に制限するトルク制限を開始し、前記位置指令出力部による前記第１位置指令の出力が停止された場合に、前記トルク制限を解除するトルク制限部と、をさらに有する
   ことを特徴とする請求項４に記載のブレーキ診断装置。
6. 前記位置指令出力部は、
   前記第１位置指令の出力中に前記診断部により前記ブレーキに異常があると診断された場合、前記第１位置指令の出力を停止する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載のブレーキ診断装置。
7. 前記位置指令出力部は、
   前記第１位置指令の出力を停止し、前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが解除された後に、前記第２位置指令を前記位置制御部に出力する
   ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のブレーキ診断装置。
8. 前記信号出力部は、
   前記検出位置が前記診断開始位置に到達した際に前記ブレーキ異常に係る信号を出力する
   ことを特徴とする請求項７に記載のブレーキ診断装置。
9. 前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが作動された時点からの時間経過をカウントするタイマ部をさらに有し、
   前記位置指令出力部は、
   前記タイマ部により第１待機時間が経過したことがカウントされた時点で前記第１位置指令の出力を開始する
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載のブレーキ診断装置。
10. 前記タイマ部は、
    前記ブレーキ制御部により前記ブレーキが解除された時点からの時間経過をカウントし、
    前記位置指令出力部は、
    前記タイマ部により第２待機時間が経過したことがカウントされた時点で前記第２位置指令の出力を開始する
    ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のブレーキ診断装置。
11. ブレーキ付きモータのブレーキを診断するブレーキ診断方法であって、
    前記ブレーキを作動することと、
    前記ブレーキの作動状態で前記ブレーキの異常の有無を診断することと、
    前記ブレーキに異常があると診断された場合に前記ブレーキを解除することと、
    前記ブレーキの解除後にブレーキ異常に係る信号を出力することと、
    前記モータのモータ位置を検出することと、
    位置指令と前記モータの検出位置とに基づいて速度指令を生成することと、
    前記ブレーキの異常の有無を診断する際に、前記モータ位置を診断開始位置から所定量移動させる第１位置指令を出力し、診断の終了後に、前記モータ位置を前記診断開始位置に復帰させる第２位置指令を出力することと、
    を有することを特徴とするブレーキ診断方法。
    

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