JP6321591B2

JP6321591B2 - サーボモータ制御装置

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Publication number: JP6321591B2
Application number: JP2015154161A
Authority: JP
Inventors: 潔中山
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2035-08-04
Also published as: DE102016114038B4; DE102016114038A1; US9811069B2; US20170038748A1; JP2017034898A; CN106444853B; CN106444853A

Description

本発明は、サーボモータ制御装置に関し、特に、１つまたは複数の可動部がそれぞれサーボモータで駆動される機械を制御する制御装置において、ブレーキの異常により機械の位置を保持することができなくなることを防ぐサーボモータ制御装置に関する。

サーボモータ制御装置において、ブレーキを作動させた状態でモータに動作指令を与え、モータの動作量と予め定める閾値からブレーキの制動性能の低下を検出すると、モータへ動力を供給することによりアームの姿勢を維持する手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、この従来技術は、ブレーキの制動性能の低下の検出を実行し、ブレーキの制動性能の低下が検出されたときのみ、モータへ動力を供給することによりアーム姿勢の維持を行なっている。そのため、ブレーキの突発故障などによりブレーキが完全解放された状態に対して、機械の位置を保持できなくなることを防ぐ手立てはなかった。

特開２００５−２５４４１０号公報

本発明は、ブレーキの異常により機械の位置を保持することができなくなることを防ぐサーボモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施例に係るサーボモータ制御装置は、１つまたは複数の可動部がそれぞれサーボモータで駆動される機械を制御するサーボモータ制御装置において、サーボアンプへの電力が遮断され、電磁ブレーキが作動している状態において、位置検出器から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキが作動した時点の実位置から所定値以上乖離した場合に、サーボ給電回路上の電磁接触器を閉じてサーボアンプへ電力を供給し、位置を保持するためのモータトルク指令を出力するようにした点を特徴とする。

本発明の他の実施例に係るサーボモータ制御装置は、１つまたは複数の可動部がそれぞれサーボモータで駆動される機械を制御するサーボモータ制御装置において、サーボアンプへの電力が供給され、電磁ブレーキが作動している状態において、位置検出器から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキが作動した時点の実位置から所定値以上乖離した場合に、サーボ給電回路上の電磁接触器を開いてサーボアンプへの電力を遮断し、回生ブレーキ作動指令を出力するようにした点を特徴とする。

本発明のさらに他の実施例に係るサーボモータ制御装置は、１つまたは複数の可動部がそれぞれサーボモータで駆動される機械を制御するサーボモータ制御装置において、電磁ブレーキが作動している状態において、位置検出器から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキが作動した時点の実位置から所定値以上乖離した場合に、サーボモータが一定時間動作しないときに、電磁ブレーキを作動させ、モータトルク出力を停止する制御手段を無効化するようにした点を特徴とする。

さらに、上記の実施例に係るサーボモータ制御装置において、現在の位置検出器から帰還する実位置が電磁ブレーキ作動時の実位置から乖離したか否かの判定に使用する所定値は、通常動作時のサーボモータの指令位置と位置検出器から帰還する実位置との位置異常判定閾値よりも小さくするようにした点を特徴とする。

本発明の一実施例に係るに係るサーボモータ制御装置によれば、位置検出器から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキ作動時の実位置から所定値以上乖離した場合、サーボアンプへ電力を供給し、位置を保持するためのモータトルクを出力する。これにより、電磁ブレーキの故障により電磁ブレーキが完全解放された状態でも機械の位置を保持することができる。

本発明の他の実施例に係るサーボモータ制御装置によれば、位置検出器から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキ作動時の実位置から所定値以上乖離した場合、サーボアンプへの電力を遮断し、回生ブレーキを作動させる。これにより、電磁ブレーキの故障により電磁ブレーキが完全解放された状態でも機械の位置を保持することができる。

本発明のさらに他の実施例に係るサーボモータ制御装置によれば、位置検出器から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキ作動時の実位置から所定値以上乖離した場合、サーボモータが一定時間動作しなくても、電磁ブレーキを作動させず、モータトルク出力を継続する。これにより、一度でも電磁ブレーキの異常を検出した場合、以降の意図しない電磁ブレーキの作動及びモータトルク出力の停止を未然に防止することができる。

さらに、本発明の実施例に係るサーボモータ制御装置において、サーボモータが動作したか否かを判定する閾値を通常動作時の位置異常判定閾値よりも小さくすることにより、機械の位置の変化を迅速に検出することができる。

本発明の実施例１に係るサーボモータ制御装置及びサーボモータの制御系の要部ブロック図である。本発明の実施例１に係る電磁ブレーキの異常検出とその後の流れに関するフローチャート図である。本発明の実施例２に係る電磁ブレーキの異常検出とその後の流れに関するフローチャート図である。本発明の実施例３に係るサーボモータ制御装置及びサーボモータの制御系の要部ブロック図である。本発明の実施例３に係る電磁ブレーキの異常検出とその後の流れに関するフローチャート図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るサーボモータ制御装置について説明する。

［実施例１］
図１は、本発明の実施例１に係るサーボモータ制御装置及びサーボモータの制御系のブロック図を示したものである。本発明の実施例１に係るサーボモータ制御装置１００は、図示しない工作機械またはロボットの可動部を駆動する１つ以上のサーボモータ１１と、機械の位置を保持するための電磁ブレーキ１２と、実位置信号を帰還する位置検出器１３と、サーボモータ１１を駆動するサーボアンプ２０と、該サーボアンプ２０への電力を供給するサーボ給電回路３０と、サーボモータ１１の指令及び監視を行う中央処理装置４０とを備えている。

サーボモータ１１は、サーボモータ１１の実位置を検出して中央処理装置４０に帰還する位置検出器１３としてのエンコーダと、停止時の位置を保持するための電磁ブレーキ１２を備えている。

サーボアンプ２０は、図示しないインバータ回路や充放電部としてのコンデンサなどで構成される主回路２１と、中央処理装置４０からの動作指令に基づいてサーボモータ１１を制御するモータ制御回路２２と、を備えている。

サーボアンプ２０は、サーボ給電回路３０から与えられる電源５０の直流電圧を、主回路２１内の図示しないインバータ回路で交流電圧に変換してサーボモータ１１への電力供給を行う。

一方、回生ブレーキを作動させた場合、サーボモータ１１からサーボアンプ２０にエネルギーが回生され、エネルギーを主回路２１内の図示しないコンデンサに充電することや、主回路２１内の図示しない抵抗器を介して熱消費することにより、サーボモータ１１を制動するトルクを得る。

サーボ給電回路３０は、サーボアンプ２０への電力供給及び遮断のスイッチングを行う電磁接触器３１を備えており、中央処理装置４０からの開閉指令により、電磁接触器３１を開閉する。

中央処理装置４０は、サーボモータ１１の制御指令を出力するモータ制御部４１と、電磁ブレーキ１２のブレーキ作動指令を出力するブレーキ制御部４２と、位置検出器１３から帰還する実位置データに基づいて実位置を周期的に監視、乖離判定を行う実位置監視部４３と、サーボ給電回路３０の電磁接触器３１の開閉を制御してサーボアンプ２０への電力供給を制御する給電回路制御部４４と、を備えている。

モータ制御部４１が生成する制御指令は、位置を保持するためのモータトルク指令及び回生ブレーキ作動指令の少なくとも一方を含む。

実位置監視部４３は、ブレーキ制御部４２が生成するブレーキ作動指令、及び位置検出器１３から帰還する実位置信号に基づいてサーボモータ１１の実位置を参照して電磁ブレーキ１２の異常判定を行う。具体的には、電磁ブレーキが作動している期間に、実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキが作動した時点の実位置と比較する。両者を比較して所定値以上の乖離を検出した場合、異常と判断する。

次に、図２に基づいて、本発明の実施例１に係るサーボモータ制御装置による電磁ブレーキの異常検出とその後の流れを説明する。

サーボアンプ２０への電力が遮断されていて、位置を保持するための電磁ブレーキ１２が作動している状態において、ステップＳ１０では、実位置監視部４３は位置検出器１３から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキ１２作動時に記憶した実位置と比較する。

両者を比較して所定値以上の乖離が検出された場合、ステップＳ１１では、給電回路制御部４４は電磁接触器３１の接点を閉じる指令信号を出力し、サーボアンプ２０への電力を供給する。モータ制御部４１は、サーボモータ１１の位置を保持するためのモータトルク指令を出力する。このとき、異常を示す信号を出力し、使用者に異常を通知するようにしてもよい。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係るサーボモータ制御装置について説明する。本発明の実施例２に係るサーボモータ制御装置が、実施例１に係るサーボモータ制御装置と異なっている点は、サーボアンプ２０への電力が供給され、位置を保持するための電磁ブレーキ１２が作動している状態において、位置検出器１３が監視する実位置が、電磁ブレーキ１２が作動した時点の実位置から所定値以上乖離した場合に、電磁接触器３１を開いてサーボアンプ２０への電力を遮断し、回生ブレーキ作動指令を出力する点である。本発明の実施例２に係るサーボモータ制御装置のその他の構成は、図１に示した本発明の実施例１に係るサーボモータ制御装置における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

次に、図３に基づいて、本発明の実施例２に係るサーボモータ制御装置による電磁ブレーキの異常検出とその後の流れを説明する。

サーボアンプ２０への電力が供給されていて、電磁ブレーキ１２が作動している状態において、ステップＳ２０では、実位置監視部４３は位置検出器１３から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキ１２作動時に記憶した実位置と比較する。

両者を比較して所定値以上の乖離が検出された場合、ステップＳ２１では、給電回路制御部４４は電磁接触器３１の接点を開く指令信号を出力し、サーボアンプ２０への電力を遮断する。モータ制御部４１は、回生ブレーキ作動指令を出力する。このとき、異常を示す信号を出力し、使用者に異常を通知するようにしてもよい。

［実施例３］
図４は、本発明の実施例３に係るサーボモータ制御装置及びサーボモータの制御系のブロック図を示したものである。本発明の実施例３に係るサーボモータ制御装置１０１は、図示しない工作機械またはロボットの可動部を駆動する１つ以上のサーボモータ１１と、機械の位置を保持するための電磁ブレーキ１２と、実位置信号を帰還する位置検出器１３と、サーボモータ１１を駆動するサーボアンプ２０と、該サーボアンプ２０への電力を供給するサーボ給電回路３０と、サーボモータ１１の指令及び監視を行う中央処理装置４０とを備えている。

サーボアンプ２０は、電源５０から与えられる直流電圧を、主回路２１内の図示しないインバータ回路で交流電圧に変換してサーボモータ１１への電力供給を行う。

中央処理装置４０は、サーボモータ１１の指令位置を生成し、制御指令を出力するモータ制御部４１と、電磁ブレーキ１２のブレーキ作動指令を出力するブレーキ制御部４２と、位置検出器１３から帰還する実位置データに基づいて実位置を周期的に監視、乖離判定を行う実位置監視部４３と、モータ制御部４１が生成したサーボモータ１１の指令位置を周期的に監視、サーボモータ１１の停止判定を行い、停止していると判定された場合、ブレーキ制御部４２にブレーキ作動指令の出力を、モータ制御部４１に位置を保持するためのモータトルク指令の出力の停止を、それぞれ指示するモータ停止監視部４５と、を備えている。

モータ停止監視部４５は、ブレーキ制御部４２が生成するブレーキ作動指令、及びモータ制御部４１が生成したサーボモータ１１の指令位置を参照してサーボモータ１１が停止しているか否かを判定する。具体的には、電磁ブレーキ１２が作動していない期間に、指令位置を周期的に監視する。一定時間指令位置が変化しなかった場合、停止していると判定する。

次に、図５に基づいて、本発明の実施例３に係るサーボモータ制御装置による、電磁ブレーキの異常検出とその後の流れを説明する。

電磁ブレーキ１２が作動している状態において、ステップＳ３０では、実位置監視部４３は位置検出器１３から得られる実位置を周期的に監視し、電磁ブレーキ１２作動時に記憶した実位置と比較する。

両者を比較して所定値以上の乖離が検出された場合、ステップＳ３１では、モータ停止監視部４５の機能を無効にする。このとき、異常を示す信号を出力し、使用者に異常を通知するようにしてもよい。

以上説明した実施例において所定値は通常動作時のサーボモータ１１の指令位置と位置検出器１３から帰還する実位置との位置異常判定閾値よりも小さいことが好ましい。

１１サーボモータ
１２電磁ブレーキ
１３位置検出器（エンコーダ）
２０サーボアンプ
２１主回路
２２モータ制御回路
３０サーボ給電回路
３１電磁接触器
４０中央処理装置
４１モータ制御部
４２ブレーキ制御部
４３実位置監視部
４４給電回路制御部
４５モータ停止監視部
５０電源

Claims

機械の可動部を駆動する１つ以上のサーボモータ（１１）と、機械の位置を保持するための電磁ブレーキ（１２）と、実位置信号を帰還する位置検出器（１３）と、前記サーボモータ（１１）を駆動するサーボアンプ（２０）と、該サーボアンプ（２０）への電力を供給するサーボ給電回路（３０）と、前記サーボモータ（１１）の指令及び監視を行う中央処理装置（４０）とを備え、
前記サーボ給電回路（３０）は前記サーボアンプ（２０）への電力供給をスイッチングする電磁接触器（３１）を有し、
前記中央処理装置（４０）は前記サーボモータ（１１）の指令位置を生成し、生成した指令位置に基づく位置を保持するためのモータトルク指令及び回生ブレーキ作動指令の少なくとも一方を出力するモータ制御部（４１）と、前記位置検出器（１３）から帰還する実位置を周期的に監視する実位置監視部（４３）と、前記サーボアンプ（２０）への電力供給を制御する給電回路制御部（４４）と、を有し、
前記サーボアンプ（２０）への電力が遮断され、位置を保持するための前記電磁ブレーキ（１２）が作動している状態において、前記実位置監視部（４３）が監視する実位置が、前記電磁ブレーキ（１２）が作動した時点の実位置から所定値以上乖離した場合に、前記電磁接触器（３１）を閉じて前記サーボアンプ（２０）への電力を供給し、位置を保持するための前記モータトルク指令を出力し、
前記所定値は通常動作時の前記サーボモータ（１１）の指令位置と前記位置検出器（１３）から帰還する実位置との位置異常判定閾値よりも小さい、
ことを特徴とするサーボモータ制御装置。
機械の可動部を駆動する１つ以上のサーボモータ（１１）と、機械の位置を保持するための電磁ブレーキ（１２）と、実位置信号を帰還する位置検出器（１３）と、前記サーボモータ（１１）を駆動するサーボアンプ（２０）と、該サーボアンプ（２０）への電力を供給するサーボ給電回路（３０）と、前記サーボモータ（１１）の指令及び監視を行う中央処理装置（４０）とを備え、
前記サーボ給電回路（３０）は前記サーボアンプ（２０）への電力供給をスイッチングする電磁接触器（３１）を有し、
前記中央処理装置（４０）は前記サーボモータ（１１）の指令位置を生成し、生成した指令位置に基づく位置を保持するためのモータトルク指令及び回生ブレーキ作動指令の少なくとも一方を出力するモータ制御部（４１）と、前記位置検出器（１３）から帰還する実位置を周期的に監視する実位置監視部（４３）と、前記サーボアンプ（２０）への電力供給を制御する給電回路制御部（４４）と、を有し、
前記サーボアンプ（２０）への電力が供給され、位置を保持するための前記電磁ブレーキ（１２）が作動している状態において、前記実位置監視部（４３）が監視する実位置が、前記電磁ブレーキ（１２）が作動した時点の実位置から所定値以上乖離した場合に、前記電磁接触器（３１）を開いて前記サーボアンプ（２０）への電力を遮断し、前記回生ブレーキ作動指令を出力する、
ことを特徴とするサーボモータ制御装置。
機械の可動部を駆動する１つ以上のサーボモータ（１１）と、機械の位置を保持するための電磁ブレーキ（１２）と、実位置信号を帰還する位置検出器（１３）と、前記サーボモータ（１１）を駆動するサーボアンプ（２０）と、前記サーボモータ（１１）の指令及び監視を行う中央処理装置（４０）とを備え、
前記中央処理装置（４０）は前記サーボモータ（１１）の指令位置を生成し、生成した指令位置に基づく位置を保持するためのモータトルク指令及び回生ブレーキ作動指令の少なくとも一方を出力するモータ制御部（４１）と、前記電磁ブレーキ（１２）のブレーキ作動指令を出力するブレーキ制御部（４２）と、前記位置検出器（１３）から帰還する実位置を周期的に監視する実位置監視部（４３）と、前記モータ制御部（４１）が生成した前記サーボモータ（１１）の指令位置を周期的に監視し一定時間変化しないときに、前記ブレーキ制御部（４２）に前記ブレーキ作動指令の出力を、前記モータ制御部（４１）に位置を保持するための前記モータトルク指令の出力の停止を、それぞれ指示するモータ停止監視部（４５）と、を有し、
位置を保持するための前記電磁ブレーキ（１２）が作動している状態において、前記実位置監視部（４３）が監視する実位置が、前記電磁ブレーキ（１２）が作動した時点の実位置から所定値以上乖離した場合に、前記モータ停止監視部（４５）の機能を無効化する、
ことを特徴とするサーボモータ制御装置。
前記所定値は通常動作時の前記サーボモータ（１１）の指令位置と前記位置検出器（１３）から帰還する実位置との位置異常判定閾値よりも小さい、請求項２または３に記載のサーボモータ制御装置。