JP6541827B2

JP6541827B2 - 制御装置、ロボット及び制御方法

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Publication number: JP6541827B2
Application number: JP2018074974A
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Inventors: 文吾松本; 松本　洋明; 洋明松本; 淳司松田
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Description

本発明はモータの制御装置に関する。

モータを駆動源とする電動シリンダ等のロボットが提案されている（例えば特許文献１〜３）。このようなロボットのうち、モータの制御回路をロボットの一部に組み込んだものも提案されている（例えば特許文献３）。

特許第４５３１０７９号公報特開２０００−６０１８２号公報特許第５２６８０９６号公報

モータの回転方向を制御する場合、一般には、モータの駆動電圧と、モータの回転方向を指示する信号電圧とが必要とされる。モータの駆動電圧と信号電圧とが異なる場合、ＰＬＣ等の上位の装置が複数種類の電源を必要とし、かつ、電圧毎の配線も必要となり、システム構成が複雑になる場合がある。

本発明の目的は、比較的シンプルなシステム構成で、モータの回転方向を制御可能とすることにある。

本発明によれば、モータと、前記モータの駆動力により進退するロッドと、前記ロッドの伸長動作限を規定する第一ストッパと、前記ロッドの収縮動作限を規定する第二ストッパと、非通電時に前記モータの回転に抵抗する電磁ブレーキと、を含む電動シリンダを制御する制御装置であって、前記モータを駆動するための直流電圧が選択的に入力される第一の入力端子及び第二の入力端子と、前記モータの回転を検知するロータリエンコーダと、前記モータを駆動するＰＷＭ信号を発生する発生回路と、前記電磁ブレーキ及び前記発生回路を制御するプロセッサと、を含み、前記プロセッサは、前記直流電圧が前記第一の入力端子と前記第二の入力端子のいずれの端子に入力されたかに基づいて前記モータの回転方向を設定し、前記第一の入力端子又は前記第二の入力端子に前記直流電圧が入力されたことを契機として、前記発生回路によるＰＷＭ信号の出力と、前記電磁ブレーキへの通電とを行い、前記ロータリエンコーダの出力信号が一定時間変化しなくなったことを契機として、前記発生回路によるＰＷＭ信号の出力停止と、前記電磁ブレーキへの通電停止とを行い、前記ロッドが、伸長動作中に前記伸長動作限に至ると、前記第一ストッパによる前記ロッドの伸長停止によって前記モータが回転できなくなることにより、前記ロータリエンコーダの出力信号が変化しなくなり、前記ロッドが、収縮動作中に前記収縮動作限に至ると、前記第二ストッパによる前記ロッドの収縮停止によって前記モータが回転できなくなることにより、前記ロータリエンコーダの出力信号が変化しなくなる、ことを特徴とする制御装置が提供される。

本発明によれば、比較的シンプルなシステム構成で、モータの回転方向を制御することができる。また、ロッドの伸長動作または収縮動作の停止時にモータの回転を確実に停止させることができる。

（Ａ）はシステム構成の説明図、（Ｂ）〜（Ｄ）は回路基板の配置例を示す図。制御装置の回路ブロック図。

図１（Ａ）はロボット２の駆動制御を行う制御システム１の説明図である。制御システム１はロボット２と、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）３と、リモートＩ／Ｏ４とを備える。ＰＬＣ３はリモートＩ／Ｏ４を介してロボット２の制御を行う。ロボット２には後述する制御装置Ａが内蔵されており、ＰＬＣ３は制御装置Ａに対する上位の装置である。

ロボット２は本実施形態の場合、電動シリンダであるが電動シリンダ以外のアクチュエータであってもよい。ロボット２は、筐体２１と、ロッド２２とを備える。筐体２１はｄ１方向に延びる筒体であり、その一方端部側には配線接続部２５が設けられ、その他方端部側にはロッド２２が設けられている。配線接続部２５は、例えば、ロボット２とリモートＩ／Ｏ４との間の配線（例えば多芯ケーブル）が着脱自在に接続されるコネクタである。筐体２１の一方端部は閉鎖されており、この一方端部に配線接続部２５が固定されている。

ロッド２２はモータＭの駆動力により矢印ｄ１方向に進退する動作部である。モータＭは筐体２１に収容される。本実施形態の場合、モータＭはブラシレスモータであるがブラシレスモータ以外のモータであってもよい。

ロッド２２に対するモータＭの駆動力の伝達機構は、本実施形態の場合、ボールねじ機構であるがボールねじ機構以外の伝達機構であってもよい。ロッド２２における後述する穴２２ａ側の端部にはボールナット２３が固定されている。ボールナット２３はｄ１方向にスライド可能で、かつ、回転不能に筐体２１内に配置されている。筐体２１内にはｄ１方向に離間してストッパ２１ａ及び２１ｂが設けられている。ストッパ２１ａ及び２１ｂはボールナット２３と当接することにより、その移動を規制する。ボールナット２３はストッパ２１ａとストッパ２１ｂとの間においてｄ１方向にスライド可能である。

モータＭの出力軸Ｍ１にはボールねじ軸２４が接続されている。ボールネジ軸２４は、その軸方向がｄ１方向となるように配置されており、ボールネジ軸２４とボールナット２３とは互いに噛み合っている。ロッド２２にはボールネジ２４との干渉を回避するための穴２２ａがその軸方向に形成されている。穴２２ａはボールネジ軸２４が進入可能な有底の穴である。

モータＭを駆動するとボールネジ軸２４が回転し、ボールナット２３がｄ１方向に移動する。これによりロッド２２が移動する。モータＭの回転方向に応じてロッド２２が筐体２１から外部へ突出する方向に移動し（伸長動作と呼ぶ場合がある）、又は、筐体２１内に収容される方向に移動する（収縮動作と呼ぶ場合がある）。このとき、ストッパ２１ａがロッド２２の伸長動作限、ストッパ２１ｂがロッド２２の収縮動作限を規定する。

筐体２１内には電磁ブレーキＢｋが収容されている。電磁ブレーキＢｋは、出力軸Ｍ１とボールねじ軸２４との間に設けられ、かつ、出力軸Ｍ１に接続して設けられる。電磁ブレーキＢｋは非通電時にボールネジ軸２４の軸部に接触してその回転に抵抗し（制動状態）、通電時には抵抗しない（非制動状態。

筐体２１内には、また、制御装置Ａが収容されている。本実施形態の場合、制御装置Ａは不図示のハーネスで互いに電気的に接続される２つの回路基板５及び６を備える。回路基板５及び６を一つの回路基板で構成することも可能であるが、複数の回路基板で構成することで、配置の自由度が向上する場合がある。

回路基板５と回路基板６は、それらの基板面が互いに平行となるように配置されており、かつ、基板面と直交する方向（本実施形態ではｄ１方向）に互いに離間して配置されている。本実施形態では、筐体２１がｄ１方向に細長い構成となっている。制御装置Ａを２つの回路基板５及び６によって構成し、かつ、ｄ１方向に離間した配置とすることで、必要な電子回路部品を筐体２１内にコンパクトに収容することができる。

なお、筐体２１内に形成される回路基板収納スペースの形態によっては、図１（Ｂ）及び（Ｃ）に図示するように、回路基板５及び６を基板面方向に並べて配置することも可能である。図１（Ｂ）の例ではｄ１方向と直交する面に沿って回路基板５及び６を並べている。また、図１（Ｃ）の例では、回路基板５及び６をｄ１方向と平行な面に沿って並べている。また、図１（Ｄ）に図示するように、回路基板５及び６をｄ１方向に平行に配置し、かつ、ｄ１方向と直交する方向に並べることも可能である。

ロボット２には、また、リミットセンサ２６ａ、２６ｂが設けられている。リミットセンサ２６ａ、２６ｂは例えば機械式スイッチである。リミットセンサ２６ａは、ボールナット２３がストッパ２１ａに当接する位置に到達したことを検知するセンサである。リミットセンサ２６ｂは、ボールナット２３がストッパ２１ｂに当接する位置に到達したことを検知するセンサである。リミットセンサ２６ａ、２６ｂはＰＬＣ３に接続されており、ＰＬＣ３はボールナット２３の位置を検知すること、つまり、ロボット２の動作確認を行うことができる。

図２を参照して回路基板５及び回路基板６の構成について説明する。同図は制御装置Ａの回路ブロック図である。

回路基板５は、配線接続部２５に接続される端子５ａ〜５ｄを備える。したがって、ロボット２とリモートＩ／Ｏ４との間の配線は、これら端子５ａ〜５ｄの数の配線を含む。

端子５ａ及び端子５ｂは、モータＭを駆動するための直流の電圧Ｖ１が選択的に入力される入力端子である。電圧Ｖ１は例えば２４Ｖである。ＰＬＣ３は、制御の目標とする、モータＭの回転方向に応じて、電圧Ｖ１を入力する端子を切り替える。例えば、モータＭを正転させる場合は、端子５ａに電圧Ｖ１を供給し、端子５ｂには供給しない。また、ＰＬＣ３は、例えば、モータＭを逆転させる場合は、端子５ｂに電圧Ｖ１を供給し、端子５ａには供給しない。もしくは、端子５ａ、５ｂの両方に常に電圧Ｖ１を供給しておき、モータＭを正転させる場合は、端子５ａのみをＯＦＦ、逆転させる場合は、端子５ｂのみをＯＦＦにしても良い。

端子５ｃは電磁ブレーキＢｋを駆動するための制御信号（通電時の電圧はＶ１）が入力される入力端子である。端子５ｄはコモン線（ＧＮＤ）が接続される端子である。

回路基板５は、電圧Ｖ１の他、直流の電圧Ｖ２及び電圧Ｖ３が混在する回路である。本実施形態の場合、これら電圧の大小関係は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３であり、電圧Ｖ２は例えば５Ｖであり、電圧Ｖ３は例えば３．３Ｖである。図２において、電圧Ｖ１の配線は実線で、電圧Ｖ２の配線は一点鎖線で、電圧Ｖ３の配線は二点鎖線で、それぞれ図示している。

回路基板５は、また、設定回路５１、電源回路５２、レベル変換回路５３ａ及び５３ｂ、レベル変換回路５４ａ及び５４ｂ、ロジックＩＣ５５、フォトカプラ５６、及び、入力ユニット５７を備える。

設定回路５１は、本実施形態の場合、電圧Ｖ３で動作する汎用マイコンであり、ＣＰＵ５１ａと、メモリ５１ｂと、Ｉ／Ｏインタフェース５１ｃと、ＰＷＭ信号発生回路５１ｄとを備える。ＣＰＵ５１はメモリ５１ｂに記憶されたプログラムを実行し、モータＭの駆動を制御する。メモリ５１ｂは例えばＲＡＭやＲＯＭである。ＰＷＭ信号発生回路５１ｄは、モータＭを駆動するためのＰＷＭ信号を発生する回路であり、例えば、プログラマブルカウンタ・タイマである。

設定回路５１が備える複数の入力ポートのうちの一つには、レベル変換回路５３ａを介して端子５ａが接続され、別の一つには、レベル変換回路５３ｂを介して端子５ｂが接続される。これらの入力ポートは、モータの回転方向を設定する信号が入力されるポートである。

端子５ａ、５ｂに入力される電圧レベルはＶ１であり、設定回路５１の動作電圧レベルはＶ３である。レベル変換回路５３ａは、端子５ａと設定回路５１との間に設けられ、レベル変換回路５３ｂは、端子５ｂと設定回路５１との間に設けられている。レベル変換回路５３ａ及び５３ｂは電圧Ｖ１を設定回路５１に入力可能な電圧レベルの信号に変換する。本実施形態の場合、レベル変換回路５３ａ、５３ｂは電圧Ｖ１から電圧Ｖ３に電圧レベルを変換する。なお、端子５ａ、５ｂに入力される電圧レベルと設定回路５１の動作電圧レベルとが等しい場合、レベル変換回路５３ａ、５３ｂは不要である。

レベル変換回路５３ａは、本実施形態の場合、トランジスタをスイッチング素子として用いた回路であり、トランジスタのベースに抵抗を介して端子５ａが接続され、コレクタに抵抗を介して電圧Ｖ３が印加されている。端子５ａに０Ｖが入力されている場合は、トランジスタがＯＦＦであり、設定回路５１の対応入力ポートには電圧Ｖ３が入力される。端子５ａに電圧Ｖ１が入力されるとトランジスタがＯＮとなって設定回路５１の対応入力ポートには０Ｖが入力される。

レベル変換回路５３ｂも同様の構成であり、端子５ｂに０Ｖが入力されている場合は、トランジスタがＯＦＦであり、設定回路５１の対応入力ポートには電圧Ｖ３が入力される。端子５ｂに電圧Ｖ１が入力されるとトランジスタがＯＮとなって設定回路５１の対応入力ポートには０Ｖが入力される。

既に説明したとおり、ＰＬＣ３は、制御の目標とする、モータＭの回転方向に応じて、電圧Ｖ１を入力する端子５ａ又は端子５ｂのいずれか一つに切り替える。設定回路５１は、電圧Ｖ１が端子５ａと端子５ｂのいずれの端子に入力されたかに基づいてモータＭの回転方向を設定し、回転方向を示す制御信号を出力ポートＰ１から出力する。

ロジックＩＣ５５は電圧Ｖ２で動作するＩＣであり、複数種類の論理回路を含む。ロジックＩＣ５５は出力ポートＰ１から出力された信号の電圧レベルを電圧Ｖ３から電圧Ｖ２に変換して端子５ｉに出力する。これは後述するモータ制御ＩＣ６１の動作電圧がＶ２であることに起因しているが、出力電圧の安定化等にも寄与する。

電源回路５２は、端子５ａ又は端子５ｂに入力された電圧Ｖ１から制御装置Ａの電源電圧を生成する回路である。本実施形態の場合、制御装置Ａの電源電圧はＶ２及びＶ３であり、電源回路５２は電圧Ｖ２を生成する電源回路５２ａと、電圧Ｖ３を生成する電源回路５２ｂとを備える。

電源回路５２ａには、逆流防止用のダイオードＤ１、Ｄ２を介して端子５ａ、５ｂが接続されており、電圧Ｖ１を降圧して電圧Ｖ２を生成する。電源回路５２ｂは、電源回路５２ａから出力される電圧Ｖ２を降圧して電圧Ｖ３を生成する。こうして本実施形態では、端子５ａ又は端子５ｂのいずれかに電圧Ｖ１が入力されれば、制御装置Ａの電源電圧を確保できる。

設定回路５１は、また、電圧Ｖ１が端子５ａ又は端子５ｂのいずれかの端子に入力されると、ＰＷＭ信号を出力ポートＰ２から出力する。出力ポートＰ２から出力されたＰＷＭ信号はロジックＩＣ５５によって電圧レベルが電圧Ｖ３から電圧Ｖ２に変換されて端子５ｈに出力される。

設定回路５１は、入力ユニット５７に対する入力結果に基づいてＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。入力ユニット５７は、モータＭの回転速度（例えば最高速度）を調整可能なユニットであり、正転時のモータＭの回転速度を調整するスイッチ５７ａと、逆転時のモータＭの回転速度を調整するスイッチ５７ｂとを備える。スイッチ５７ａ、５７ｂによって、ロッド２２の移動速度を、伸長動作と収縮動作との双方で独立して調整可能である。なお、ロッド２２の移動速度を、伸長動作と収縮動作とで共通にする場合は一つのスイッチがあればよい。また、ロッド２２の移動速度が単一の場合は入力ユニット５７を設けなくてもよい。

スイッチ５７ａ、５７ｂは、本実施形態の場合、電圧Ｖ３が供給されるロータリースイッチであり、接点の切り替えにより、複数種類の速度の中から一の速度を選択可能となっている。図１に示すように、筐体２１は入力ユニット５７を外部に露出させる開口部２１ｃを備えており、作業者は、開口部２１ｃを通して、スイッチ５７ａ、５７ｂの接点切替えを行うことが可能である。なお、スイッチ５７ａ、５７ｂはロータリースイッチに限られず、ディップスイッチ等、他のスイッチでもよい。

レベル変換回路５４ａ、５４ｂにはロータリエンコーダＥＣの出力信号（例えば位相差がある信号）が回路基板６の端子６ｌ、６ｍ及び回路基板５の端子５ｌ、５ｍを介して入力される。本実施形態の場合、ロータリエンコーダＥＣの動作電圧はＶ２であり、設定回路５１の動作電圧レベルはＶ３である。レベル変換回路５４ａは、端子５ｌと設定回路５１との間に設けられ、レベル変換回路５４ｂは、端子５ｍと設定回路５１との間に設けられている。レベル変換回路５４ａ及び５４ｂは電圧Ｖ２を設定回路５１に入力可能な電圧レベルの信号に変換する。本実施形態の場合、レベル変換回路５４ａ、５４ｂは電圧Ｖ２から電圧Ｖ３に電圧レベルを変換する。なお、ロータリエンコーダＥＣの出力信号の電圧レベルと設定回路５１の動作電圧レベルとが等しい場合、レベル変換回路５４ａ、５４ｂは不要である。

レベル変換回路５４ａは、本実施形態の場合、トランジスタをスイッチング素子として用いた回路であり、トランジスタのベースに抵抗を介して端子５ｌが接続され、コレクタに抵抗を介して電圧Ｖ３が印加されている。端子５ｌに０Ｖが入力されている場合は、トランジスタがＯＦＦであり、設定回路５１の対応入力ポートには電圧Ｖ３が入力される。端子５ｌに電圧Ｖ２が入力されるとトランジスタがＯＮとなって設定回路５１の対応入力ポートには０Ｖが入力される。

レベル変換回路５４ｂも同様の構成であり、端子５ｍに０Ｖが入力されている場合は、トランジスタがＯＦＦであり、設定回路５１の対応入力ポートには電圧Ｖ３が入力される。端子５ｍに電圧Ｖ２が入力されるとトランジスタがＯＮとなって設定回路５１の対応入力ポートには０Ｖが入力される。

設定回路５１は、ロータリエンコーダＥＣの出力信号から、例えば、モータＭが回転しているか否かを判別することができる。

回路基板５は、電磁ブレーキＢｋが接続される端子５ｊ、５ｋを備える。電磁ブレーキＢｋの＋側に接続される端子５ｊは端子５ｃとダイオードＤ３を介して接続されている。電磁ブレーキＢｋの駆動電圧はＶ１であり、メンテナンスの場合等に、ＰＬＣ３から端子５ｃに電圧Ｖ１を入力することで電磁ブレーキＢｋを作動させることができる。電磁ブレーキＢｋの−側に接続される端子５ｋは、ＧＮＤに接続されると共にダイオードＤ４を介して端子５ｊに接続されており、電磁ブレーキＢｋのＯＮ→ＯＦＦ時における逆起電力を抑制する。

端子５ｊには、また、フォトカプラ５６の受光素子５６ｂの出力が入力可能となっている。フォトカプラ５６は、発光ダイオード等の発光素子５６ａと、フォトトランジスタやフォトＭＯＳＦＥＴ等の受光素子５６ｂとを備える。発光素子５６ａには、電圧Ｖ３が印加されており、設定回路５１が備えるポートのＨｉｇｈ、Ｌｏｗの切り替えにより、消灯、発光を制御可能となっている。受光素子５６ｂには、電圧Ｖ１が印加されており、発光素子５６ａが発光すると、端子５ｊを介して電磁ブレーキＢｋに電圧Ｖ１が入力される。設定回路５１は、モータＭを停止させる場合に、発光素子５６ａを消灯することで電磁ブレーキＢｋを制動状態とすると共にＰＷＭ信号の出力を停止し、ロッド２２の移動を瞬時に停止させることができる。

なお、本実施形態では、ブレーキとして電磁ブレーキＢｋを採用したが、電磁ブレーキＢｋに代えて機械式ブレーキ機構を設けてもよい。

次に、回路基板６について説明する。回路基板６は、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ２が混在する回路である。回路基板６は、端子６ａ〜６ｃを備える。端子６ａ〜６ｃは、回路基板５の端子５ｅ〜５ｇとそれぞれ接続され、電圧Ｖ１の供給、電圧Ｖ２の供給及びＧＮＤの接続がなされる。端子６ｂに入力される電圧Ｖ２はロータリエンコーダＥＣや、モータ制御ＩＣ６１に供給され、これらを動作させる。端子６ａに入力される電圧Ｖ１はＦＥＴ６２に供給され、ＦＥＴ６２を動作させる。

回路基板６は端子６ｅ、６ｄを備える。端子６ｅには端子５ｉを介してモータＭの回転方向を示す制御信号が入力され、この制御信号はモータ制御ＩＣ６１に入力される。端子６ｄには端子５ｈを介してＰＷＭ信号が入力され、ＰＷＭ信号はモータ制御ＩＣ６１に入力される。

回路基板６は端子６ｉ〜６ｋを備える。端子６ｉ〜６ｋはモータＭのホール素子ｈ１〜ｈ３が接続され、ホール素子からの信号がモータ制御ＩＣ６１に入力される。なお、各ホール素子ｈ１〜ｈ３には回路基板６から電圧Ｖ２の駆動電圧が供給される。

回路基板６は端子６ｆ〜６ｈを備える。端子６ｆ〜６ｈはモータＭのモータ巻線と接続される。

モータ制御ＩＣ６１とＦＥＴ６２とはモータＭを駆動するドライブ回路である。モータ制御ＩＣ６１は、設定回路５１からの、モータＭの回転方向を示す制御信号及びＰＷＭ信号と、ホール素子ｈ１〜ｈ３からの信号とに基づき、モータＭの各相の通電を切り替えるＦＥＴ６２のスイッチング信号を生成してＦＥＴ６２に出力する（電圧Ｖ２）。ＦＥＴ６２は、スイッチング信号により各相に対する電圧Ｖ１の供給を行い、モータＭが回転することになる。

次に、システム１の制御例について説明する。作業者は事前に、スイッチ５７ａ、５７ｂによって、モータＭの正転時、逆転時の回転速度（ロッド２２の移動速度）をセットする。その後、ＰＬＣ３の動作を開始させる。ここでは、モータＭを正転させる場合は電圧Ｖ１を端子５ａに入力し、モータＭを逆転させる場合は電圧Ｖ１を端子５ｂに入力するようにＰＬＣ３がプログラムされている場合を想定する。また、モータＭが正転するとロッド２２が伸長動作を行い、逆転すると収縮動作を行う場合を想定する。

まず、モータＭを正転させる場合について説明する。ＰＬＣ３は端子５ａに電圧Ｖ１を入力する。端子５ａに電圧Ｖ１が入力されると、電源回路５２によって制御装置Ａに必要な電源電圧Ｖ２とＶ３とが確保され、設定回路５１のＣＰＵ５１ａがメモリ５１ｂに記憶されたプログラムを実行する。

また、ＣＰＵ５１ａは、端子５ａ、端子５ｂの各対応入力ポートの状態を取得し、電圧Ｖ１が端子５ａに入力されていることを認識して、モータＭの回転方向を正転に設定する。ＣＰＵ５１ａは、スイッチ５７ａに対応する入力ポートの状態を取得し、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。ＣＰＵ５１ａは、モータＭの回転方向を示す制御信号とＰＷＭ信号とを出力させる。また、ロータリエンコーダＥＣの出力信号の監視を開始する。更にＣＰＵ５１ａは、ＰＷＭ信号の出力開始後の所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）の経過後に、発光素子５６ａを発光させ、電磁ブレーキＢｋを非制動状態とする。

モータ制御ＩＣ６１は、設定回路５１からの制御信号とＰＷＭ信号とに基づいてモータＭの駆動を開始する。モータＭの駆動によりロッド２２が伸長動作を開始する。

ボールナット２３がストッパ２１ａに当接する位置まで移動するとモータＭが回転することができなくなる。ＣＰＵ５１ａは、ロータリエンコーダＥＣの出力信号が一定時間変化しなくなると、ボールナット２３がストッパ２１ａに当接したとみなして発光素子５６ａを消灯して電磁ブレーキＢｋを制動状態とし、更に、制御信号とＰＷＭ信号の出力を停止してモータＭの回転を確実に停止させる。

ボールナット２３がストッパ２１ａに当接する位置まで移動したことは、リミットセンサ２６ａでも検知され、リミットセンサ２６ａの出力信号によってＰＬＣ３がこれを認識する。ＰＬＣ３は所定時間の経過後（例えば、ＣＰＵ５１ａが発光素子５６ａを消灯して電磁ブレーキＢｋを制動状態とし後、所定時間経過後（例えば１０ｍｓｅｃ後）にＰＷＭ出力信号を停止する処理を実行するのに必要な時間の経過後）、端子５ａに対する電圧Ｖ１の入力を停止する。

次にモータＭを逆転させる場合について説明するが、モータＭを正転させる場合と基本的に同じである。

ＰＬＣ３は端子５ｂに電圧Ｖ１を入力する。端子５ｂに電圧Ｖ１が入力されると、電源回路５２によって制御装置Ａに必要な電源電圧Ｖ２とＶ３とが確保され、設定回路５１のＣＰＵ５１ａがメモリ５１ｂに記憶されたプログラムを実行する。

また、ＣＰＵ５１ａは、端子５ａ、端子５ｂの各対応入力ポートの状態を取得し、電圧Ｖ１が端子５ｂに入力されていることを認識して、モータＭの回転方向を逆転に設定する。ＣＰＵ５１ａは、スイッチ５７ｂに対応する入力ポートの状態を取得し、ＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。ＣＰＵ５１ａは、モータＭの回転方向を示す制御信号とＰＷＭ信号とを出力させる。また、ロータリエンコーダＥＣの出力信号の監視を開始する。更にＣＰＵ５１ａは、ＰＷＭ信号の出力開始後の所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）の経過後に、発光素子５６ａを発光させ、電磁ブレーキＢｋを非制動状態とする。

モータ制御ＩＣ６１は、設定回路５１からの制御信号とＰＷＭ信号とに基づいてモータＭの駆動を開始する。モータＭの駆動によりロッド２２が収縮動作を開始する。

ボールナット２３がストッパ２１ｂに当接する位置まで移動するとモータＭが回転することができなくなる。ＣＰＵ５１ａは、ロータリエンコーダＥＣの出力信号が一定時間変化しなくなると、ボールナット２３がストッパ２１ｂに当接したとみなして発光素子５６ａを消灯して電磁ブレーキＢｋを制動状態とし、更に、制御信号とＰＷＭ信号の出力を停止してモータＭの回転を確実に停止させる。

ボールナット２３がストッパ２１ｂに当接する位置まで移動したことは、リミットセンサ２６ｂでも検知され、リミットセンサ２６ｂの出力信号によってＰＬＣ３がこれを認識する。ＰＬＣ３は所定時間の経過後、端子５ｂに対する電圧Ｖ１の入力を停止する。以上により、ロボット２の伸長動作、収縮動作を繰り返し行うことができる。

以上に述べたとおり、本実施形態では、回路基板５の端子５ａ及び５bを、モータＭの駆動電圧の入力端子、及び、モータＭの回転方向の制御信号の入力端子として兼用した。換言すると、駆動電圧を制御信号としても利用した。これにより、ＰＬＣ３側には、電圧Ｖ１を生成する電源があれば足りる。ＰＬＣ３とロボット２との間の駆動電圧及び制御信号の配線は２本で足りる。これは、例えば、駆動電圧用の配線と、正転指示用の配線と、逆転指示用の配線とを備えたシステムよりも１本減らすことができる。

したがって、比較的シンプルなシステム構成で、モータの回転方向を制御することができる。特に、２４Ｖ等の単一電圧系のシーケンス制御で動作しているシステムの一部にロボット２を導入したい場合に、周辺設備の変更を少なくしてロボット２を導入できる。

Ａ制御装置、１制御システム、２ロボット、５１設定回路、５ａ入力端子、５ｂ入力端子

Claims

モータと、前記モータの駆動力により進退するロッドと、前記ロッドの伸長動作限を規定する第一ストッパと、前記ロッドの収縮動作限を規定する第二ストッパと、非通電時に前記モータの回転に抵抗する電磁ブレーキと、を含む電動シリンダを制御する制御装置であって、
前記モータを駆動するための直流電圧が選択的に入力される第一の入力端子及び第二の入力端子と、
前記モータの回転を検知するロータリエンコーダと、
前記モータを駆動するＰＷＭ信号を発生する発生回路と、
前記電磁ブレーキ及び前記発生回路を制御するプロセッサと、を含み、
前記プロセッサは、
前記直流電圧が前記第一の入力端子と前記第二の入力端子のいずれの端子に入力されたかに基づいて前記モータの回転方向を設定し、
前記第一の入力端子又は前記第二の入力端子に前記直流電圧が入力されたことを契機として、前記発生回路によるＰＷＭ信号の出力と、前記電磁ブレーキへの通電とを行い、
前記ロータリエンコーダの出力信号が一定時間変化しなくなったことを契機として、前記発生回路によるＰＷＭ信号の出力停止と、前記電磁ブレーキへの通電停止とを行い、
前記ロッドが、伸長動作中に前記伸長動作限に至ると、前記第一ストッパによる前記ロッドの伸長停止によって前記モータが回転できなくなることにより、前記ロータリエンコーダの出力信号が変化しなくなり、
前記ロッドが、収縮動作中に前記収縮動作限に至ると、前記第二ストッパによる前記ロッドの収縮停止によって前記モータが回転できなくなることにより、前記ロータリエンコーダの出力信号が変化しなくなる、
ことを特徴とする制御装置。
モータと、前記モータの駆動力により進退するロッドと、前記ロッドの伸長動作限を規定する第一ストッパと、前記ロッドの収縮動作限を規定する第二ストッパと、非通電時に前記モータの回転に抵抗する電磁ブレーキと、を含む電動シリンダを制御する制御方法であって、
前記モータを駆動するための直流電圧を第一の入力端子又は第二の入力端子に入力する入力工程と、
前記直流電圧が前記第一の入力端子と前記第二の入力端子とのいずれかに入力されたかに基づいてプロセッサが前記モータの回転方向を設定する設定工程と、
前記第一の入力端子又は前記第二の入力端子に前記直流電圧が入力されたことを契機として、前記プロセッサが、前記モータを駆動するＰＷＭ信号の出力と、前記電磁ブレーキへの通電とを行う工程と、
前記モータの回転を検知するロータリエンコーダの出力信号が一定時間変化しなくなったことを契機として、前記プロセッサが、前記ＰＷＭ信号の出力停止と、前記電磁ブレーキへの通電停止とを行う工程と、を備え、
前記ロッドが、伸長動作中に前記伸長動作限に至ると、前記第一ストッパによる前記ロッドの伸長停止によって前記モータが回転できなくなることにより、前記ロータリエンコーダの出力信号が変化しなくなり、
前記ロッドが、収縮動作中に前記収縮動作限に至ると、前記第二ストッパによる前記ロッドの収縮停止によって前記モータが回転できなくなることにより、前記ロータリエンコーダの出力信号が変化しなくなる、
ことを特徴とする制御方法。
モータと、
前記モータの駆動力により進退するロッドと、
非通電時に前記モータの回転に抵抗する電磁ブレーキと、
請求項１に記載の制御装置と、
前記モータ、前記電磁ブレーキ及び前記制御装置を収容する筐体と、を備え、
前記制御装置は、前記モータの回転速度を調整するスイッチを備え、
前記筐体は、前記スイッチを外部に露出させる開口部を有している、
ことを特徴とするロボット。
請求項３に記載のロボットであって、
前記筐体の長手方向一方端部側に配線接続部が設けられ、
前記筐体の長手方向他方端部側に前記モータの駆動力で動作する前記ロッドが設けられ、
前記配線接続部は、前記第一の入力端子及び前記第二の入力端子と接続される、
ことを特徴とするロボット。