JP6661910B2

JP6661910B2 - 制御方法

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Publication number: JP6661910B2
Application number: JP2015147475A
Authority: JP
Inventors: 涼介今井; 友一平林; 克司五十嵐; 重徳笹井
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Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2020-03-11
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Also published as: JP2017024137A

Description

本発明は、ロボットシステム、制御装置、ロボット、及び制御方法に関するものである。

非常停止要請時にアーム型などのロボットを非常停止させるロボット制御装置として、従来、瞬時に一次電源を遮断しサーボモーターの回生電流によるブレーキと機械抵抗、さらには電磁ブレーキにより停止させるようにした装置が用いられている。また、近年では、アーム型ロボットの大型化と高速化に伴い、ロボットをサーボ制御することにより短時間かつ短制動距離でスムーズに停止させる方法も採用されるようになってきている。多関節ロボットの停止時の姿勢維持方法の一つに、電磁ブレーキが用いられている。

例えば、電磁ブレーキを用いたロボットの停止方法では、ロボットの動作中に電磁ブレーキを掛けることで、機械的減速を行いロボットの非常停止動作を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２５２７１号公報

しかしながら、特許文献１では動作状態でブレーキをかけるため摩擦により電磁ブレーキに負荷を与え、電磁ブレーキ寿命が著しく低下するおそれがある。これにより、ロボット停止時の姿勢維持ができなくなるため、部品交換スパンが短くなる問題がある。

また、非常停止においてロボットが停止してから電磁ブレーキ実行指令を与えた場合、アーマチュア釈放時間（ブレーキがかかるまでの時間）の間に、重力によるロボットの落下や慣性による目標位置行き過ぎが起きるおそれがある。

さらに、電磁ブレーキを与えるタイミングは全軸一定の速度閾値を用いており、速度が一定の速度閾値以下になった時に電磁ブレーキを与えていた。この方法では、ロボットの軸によって電磁ブレーキのアーマチュア釈放時間が異なるものを使用している場合、電磁ブレーキが作動するタイミングが異なり、電磁ブレーキをロボットが引きずる軸もあれば、電磁ブレーキの作動が遅く、目標位置を行き過ぎるおそれがあった。また、同じ軸でも非常停止時の減速度が異なると、非常停止の動作終了前に電磁ブレーキが作動しブレーキを引きずることや、非常停止動作終了と同時に電磁ブレーキが作動せず目標位置を行き過ぎるおそれがあった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るロボットシステムは、可動部を駆動する駆動部と、前記駆動部の動作を制動する電磁ブレーキと、を有するロボットと、前記ロボットを制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記可動部に対する動作指令を行う動作指令部を有し、前記制御装置は、非常停止信号を受け付けた場合、前記動作指令に含まれる速度が、所定の閾値より小さくなった後に、前記電磁ブレーキにより前記駆動部を制動させることを特徴とする。

本適用例によれば、電磁ブレーキがかかってもロボットが動作して摩擦負荷を与えてしまうおそれを低減でき、電磁ブレーキが遅くかかることによる重力落下や目標位置行き過ぎも低減できる。

［適用例２］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記所定の閾値は、ゼロであることが好ましい。

本適用例によれば、動作指令に含まれる速度がゼロになるタイミングで電磁ブレーキを作動させることができる。また、ロボットへの重力や慣性により本来の停止位置を越えてしまうことも回避できる。

［適用例３］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記動作指令は、速度指令を含むことが好ましい。

本適用例によれば、可動部の加減速が大きい場合には可動部の振動が大きくなり、加減速が小さい場合には可動部の振動が小さくなる。よって、動作指令に含まれる速度が大きい場合には電磁ブレーキ実行指令開始閾値も大きくし、動作指令に含まれる速度が小さい場合には電磁ブレーキ実行指令開始閾値も小さくすれば、可動部の加減速に合わせた適切な非常停止動作を行うことができる。

［適用例４］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記制御装置は、非常停止信号を受け付けた場合、前記所定の閾値よりも高い速度で、前記電磁ブレーキに対する制動を開始させる電磁ブレーキ実行指令を行うことが好ましい。

本適用例によれば、電磁ブレーキが遅くかかることによる重力落下や目標位置行き過ぎを低減できる。

［適用例５］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記電磁ブレーキ実行指令を行う時の前記動作指令に含まれる速度は、前記電磁ブレーキのアーマチュア釈放時間と前記動作指令とに基づいて決定されることが好ましい。

本適用例によれば、電磁ブレーキ実行指令から実際にブレーキが実行されるまでの遅延（アーマチュア釈放時間）を見越して電磁ブレーキの実行指令を与えることができる。また、ロボットの非常停止において、電磁ブレーキが大きいほど遅延時間（ブレーキがかかり始めるまでの時間＝アーマチュア釈放時間）が大きいが、電磁ブレーキに摩擦負荷を与えず、ロボットの落下及び目標位置行き過ぎを起こさないように電磁ブレーキ指令タイミングを与えることができる。

［適用例６］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記駆動部は、前記制御装置が前記非常停止信号を受け付けた場合、一定の減速度で減速することが好ましい。

本適用例によれば、ロボットは非常停止動作において、減速軌道が直線状になり停止までの時間を短縮することができる。

［適用例７］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記動作指令は、前記制御装置が前記非常停止信号を受け付けた場合、位置指令を含まないことが好ましい。

［適用例８］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記電磁ブレーキは、複数であり、前記電磁ブレーキごとにアーマチュア釈放時間が異なることが好ましい。

本適用例によれば、ロボットの各軸を独立制御可能としており、軸ごとに電磁ブレーキのアーマチュア釈放時間が異なっていても対応可能である。

［適用例９］上記適用例に記載のロボットシステムにおいて、前記駆動部の動作を制動する回生ブレーキを有することが好ましい。

本適用例によれば、非常停止動作において速度指令がゼロになるタイミングで回生ブレーキとサーボオフとを操作するため、非常停止の目標位置行き過ぎ量を低減できる。また、非常停止動作終了と同時に回生ブレーキとサーボ電源ＯＦＦとを操作し、目標位置行き過ぎ量を低減できる。

［適用例１０］本適用例に係る制御装置は、可動部を駆動する駆動部と、前記駆動部の動作を制動する電磁ブレーキと、を有するロボットを制御する制御装置であって、前記可動部に対する動作指令を行う動作指令部を有し、非常停止信号を受け付けた場合、前記動作指令に含まれる速度が、所定の閾値より小さくなった後に、前記電磁ブレーキにより前記駆動部を制動させることを特徴とする。

［適用例１１］本適用例に係るロボットは、上記に記載の制御装置に基づいて制御されることを特徴とする。

［適用例１２］本適用例に係る制御方法は、可動部を駆動する駆動部と、前記駆動部の動作を制動する電磁ブレーキと、を有するロボットを制御する制御方法であって、前記可動部に対する動作指令を行うこと、非常停止信号を受け付けた場合、前記動作指令に含まれる速度が、所定の閾値より小さくなった後に、前記電磁ブレーキにより前記駆動部を制動させること、を含むことを特徴とする。

本実施形態に係るモーターユニットの構成を示す説明図。本実施形態に係る電磁ブレーキの構成を示す模式断面図、（Ａ）は制動をしている（ブレーキを掛けている）状態、（Ｂ）は制動をしていない（ブレーキを掛けていない）状態。本実施形態に係る制御装置の主要構成を示す構成説明図。本実施形態に係るロボットの非常停止の主たる工程を示すフローチャート。本実施形態に係る制御装置の一実施形態を示す図、（Ａ）は速度指令、（Ｂ）は電磁ブレーキ実行指令、（Ｃ）は回生ブレーキ実行指令、（Ｄ）はサーボ電源の各動作のタイミング。本実施形態に係る制御装置の一実施形態を示す図。本実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す説明図。本実施形態に係るアーム部分におけるモーターユニットの配置例を示す説明図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大又は縮小して表示している。

（モーターユニット）
最初に、モーターユニット１について、図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るモーターユニット１の構成を示す説明図である。図１に示すように、モーターユニット１は、モーター（駆動部）１１と、エンコーダー１５と、電磁ブレーキ２１と、プーリー３１と、モータープレート３とを備えている。モーター１１と電磁ブレーキ２１とは、モータープレート３に固定されており、モーターユニット１は、モータープレート３をロボット５１（図７参照）に固定することによって、ロボット５１に取り付けられている。

モーター１１は、略円柱形状の外形を有し、出力軸１２を備えている。出力軸１２は、モーター１１の略円柱形状の一端から突出している。モータープレート３には、軸孔３ａが形成されている。出力軸１２が軸孔３ａを貫通する状態で、モーター１１の端面がモータープレート３に当接しており、図示省略した固定部材によって、モーター１１がモータープレート３に固定されている。モーター１１のモータープレート３に固定されている端面の反対側の端面には、エンコーダー１５が固定されている。

モータープレート３におけるモーター１１が固定されている反対面には、電磁ブレーキ２１が配設されている。電磁ブレーキ２１は、電磁ブレーキ２１を構成する部材が、モータープレート３又は軸孔３ａを貫通して突出した出力軸１２に固定されることによって、モータープレート３に固定されている。電磁ブレーキ２１の構成の詳細は、後述する。

プーリー３１は、プーリーハブ３３と、プーリー体３４とを備えている。プーリーハブ３３は、外径が異なる２枚の円板が中心軸を合わせて一体にされ、中心位置に取付け孔が形成された形状を有している。プーリーハブ３３は、取付け孔が出力軸１２に勘合して、図示省略した固定部材によって、出力軸１２に固定されている。プーリー体３４は、プーリーディスク３４ａと、プーリー輪３４ｂとを有している。プーリーディスク３４ａは、中央に勘合孔が形成された円板形状を有している。プーリー輪３４ｂは、円筒形状を有している。プーリー輪３４ｂの円筒形状の一端がプーリーディスク３４ａに外嵌して、プーリーディスク３４ａとプーリー輪３４ｂとが一体にされて、プーリー体３４が形成されている。一体にされたプーリーディスク３４ａとプーリー輪３４ｂとで略円柱形状の空間を形成している。プーリーディスク３４ａの勘合孔がプーリーハブ３３に外嵌した状態で、図示省略した固定部材によって、プーリー輪３４ｂがプーリーハブ３３に固定されて、プーリー３１が形成されている。

プーリー３１は、略円柱形状の空間の開口をモータープレート３に向けた状態で、出力軸１２に固定されている。プーリー３１は、略円柱形状の空間には、電磁ブレーキ２１が配設されている。

（電磁ブレーキ）
次に、モーターユニット１を構成する電磁ブレーキ２１について、図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る電磁ブレーキ２１の構成を示す模式断面図である。図２（Ａ）は制動している（ブレーキを掛けている）状態の電磁ブレーキ２１を示す模式断面図であり、図２（Ｂ）は制動をしていない（ブレークを掛けていない）状態の電磁ブレーキ２１を示す模式断面図である。

図２に示すように、電磁ブレーキ２１は、ブレーキ板２２と、可動板２６と、電磁石２８と、ブレーキばね２９とを備えている。固定枠２７は、円筒の一端が円板で塞がれて、一方が開口した円柱形状の円柱空間２７ｂが形成された形状を有している。固定枠２７における円板部分の、円柱空間２７ｂの臨む面を、固定面２７ａと表記する。円板の中央には穴が形成されており、固定枠２７は、当該穴を出力軸１２が貫通し、円筒空間の開口がモータープレート３で塞がれる状態で、モータープレート３に固定されている。固定枠２７がモータープレート３に固定された状態で、固定面２７ａの面方向は、出力軸１２の軸方向に略直交する方向である。

ブレーキ板２２は、ブレーキハブ２３と、摩擦板２４とを有している。ブレーキハブ２３は、外径が異なる２枚の円板が中心軸を合わせて一体にされ、中心軸に係合孔が形成された形状を有している。摩擦板２４は、中央に勘合孔が形成された円柱形状を有している。摩擦板２４は、勘合孔がブレーキハブ２３の外径に外嵌して、ブレーキハブ２３と一体にされている。ブレーキハブ２３は、係合孔を出力軸１２が貫通して、出力軸１２に係止されている。係合孔と出力軸１２とには、図示省略したキー溝が形成されている。両方のキー溝に係合したキーによって、ブレーキハブ２３は、出力軸１２に対して、出力軸１２の軸方向に摺動可能であり、出力軸１２の周方向への回動を略禁止されて、出力軸１２に係止されている。ブレーキハブ２３に固定されている摩擦板２４は、板面の面方向が出力軸１２の軸方向に略直交する方向である。ブレーキ板２２は、モータープレート３に固定された固定枠２７の円柱空間２７ｂに位置しており、摩擦板２４の一面は、固定枠２７の固定面２７ａに対向している。

電磁石２８は、円筒形状を有している。電磁石２８は、円柱空間２７ｂに位置しており、中央の穴を出力軸１２が貫通しており、円筒形状の一端がモータープレート３に当接して、モータープレート３に固定されている。電磁石２８におけるモータープレート３に当接した反対側の端は、電磁石２８の吸着面である。

可動板２６は、中央に穴が形成された円板形状を有している。可動板２６は、電磁石２８と摩擦板２４との間に位置しており、円板の両面が、それぞれ電磁石２８の吸着面又は摩擦板２４に対向している。円柱空間２７ｂの側壁の近くには、複数の案内軸２５が固定枠２７における円板部分の周辺近くから電磁石２８の枠体に差し渡されている。可動板２６は、周辺近くに形成された孔が、それぞれ案内軸２５に係合して、出力軸１２の軸方向に摺動自在に、支持されている。可動板２６は、磁性材料で構成されており、電磁石２８によって吸着可能である。磁性材料は、例えば、鉄や、鉄系の合金や、磁性を有するステンレス鋼などである。

ブレーキばね２９は、複数のブレーキばね２９が、電磁石２８の吸着面の周囲に配設されている。ブレーキばね２９は、一端が電磁石２８の吸着面の周囲の枠体に形成された凹部に勘合して固定されている。ブレーキばね２９のもう一端は、可動板２６に当接しており、可動板２６を、摩擦板２４の方に付勢している。

図２（Ａ）は電磁ブレーキ２１が制動を実施している（ブレーキを掛けている）状態を示している。図２（Ａ）に示すように、ブレーキばね２９が、可動板２６を摩擦板２４の方に付勢している。可動板２６及び摩擦板２４を有するブレーキ板２２は、出力軸１２の軸方向に摺動可能である。可動板２６が摩擦板２４の方に付勢されることにより、可動板２６が移動して摩擦板２４に当接し、摩擦板２４（ブレーキ板２２）が、固定枠２７における円板部分の固定面２７ａに当接して、ブレーキばね２９の付勢力に応じた力で押し付けられる。固定枠２７とモーター１１との相対位置は、モータープレート３を介して固定されている。摩擦板２４が固定されているブレーキハブ２３は、出力軸１２に対して、出力軸１２の周方向への回動を略禁止されて、出力軸１２に係止されている。摩擦板２４が、固定枠２７の固定面２７ａに、ブレーキばね２９の付勢力に応じて力で押し付けられることで、出力軸１２の回動が制動される。

図２（Ｂ）は電磁ブレーキ２１が制動を実施していない（ブレーキを掛けていない）状態を示している。図２（Ｂ）に示すように、電磁石２８が、ブレーキばね２９の付勢力に抗して、可動板２６を吸着している。摩擦板２４が固定面２７ａに、ブレーキばね２９の付勢力によって押し付けられる状態が解除されているため、出力軸１２の回動が制動される状態が解除されている。

機械系非常停止手段は、機械抵抗、コイルとソレノイドとからなる電磁ブレーキ、ロボットを駆動するモーターの回生電流による回生ブレーキのいずれか又はこれらを組み合わせたものである。

図３は、本実施形態に係る制御装置５２の主要構成を示す構成説明図である。
制御装置５２は、動作指令部４０と、電磁ブレーキ制御部４５と、回生ブレーキ制御部４６と、を備えている。動作指令部４０は、モーター１１に対する動作指令を行う。

動作指令は、位置指令と、速度指令と、電流指令と、を含んでもよい。動作指令は、速度指令を備えることが好ましい。これによれば、アームの加減速が大きい場合にはアームの振動が大きくなり、加減速が小さい場合にはアームの振動が小さくなる。よって、速度指令が大きい場合には電磁ブレーキ実行指令開始閾値も大きくし、速度指令が小さい場合には電磁ブレーキ実行指令開始閾値も小さくすれば、アームの加減速に合わせた適切な非常停止動作を行うことができる。

動作指令は、制御装置５２が非常停止信号を受け付けた場合、位置指令を含まないことが好ましい。これによれば、ロボット５１は非常停止動作において、減速軌道が直線状になり停止までの時間を短縮することができる。

動作指令部４０は、位置制御器４１と、速度制御器４２と、電流制御器４３と、を備えている。
位置制御器４１は、入力される位置指令とエンコーダー１５が検出した現在位置との差分を基に速度指令を生成する。
速度制御器４２は、位置制御器４１から入力された速度指令とエンコーダー１５が検出した現在位置を微分したモーター角速度とに応じた、速度指令に基づく速度になるよう電流指令を生成する。
電流制御器４３は、速度制御器４２から入力された電流指令とモータードライバー４４からの実際の駆動電流との差分に対し、比例制御及び積分制御を行い、モーター１１に電流指令に基づく電流が供給されるように制御する。
このように制御されることにより、モーター１１は位置指令及び速度指令に合った駆動状態となる。

制御装置５２は、非常停止信号を受け付けた場合、速度指令が、所定の閾値より小さくなった後に、電磁ブレーキ２１によりモーター１１を制動させる。

所定の閾値は、ゼロであることが好ましい。これによれば、速度指令がゼロになるタイミングで電磁ブレーキ２１を作動させることができる。また、ロボット５１への重力や慣性により本来の停止位置を越えてしまうことも回避できる。

所定の閾値は、ブレーキに負担を与えない速度であってもよい。例えば、最高速度（各関節ごとに決まっている）の１％程度である。

モーター１１は、制御装置５２が非常停止信号を受け付けた場合、一定の減速度で減速することが好ましい。これによれば、ロボット５１は非常停止動作において、減速軌道が直線状になり停止までの時間を短縮することができる。

電磁ブレーキ制御部４５は、入力される電磁ブレーキ実行指令を基に電磁ブレーキ２１の作動を実施する。回生ブレーキ制御部４６は、モータードライバー４４を介してモーター１１を、入力される回生ブレーキ実行指令を基に設定された回生レベルに応じた回生比率に制御して回生ブレーキ力を得る。

モーター１１の動作を制動する回生ブレーキをさらに有することが好ましい。これによれば、非常停止動作において速度指令がゼロになるタイミングで回生ブレーキとサーボ電源ＯＦＦとを操作するため、非常停止の目標位置行き過ぎ量を低減できる。また、非常停止動作終了と同時に回生ブレーキとサーボ電源ＯＦＦとを操作し、目標位置行き過ぎ量を低減できる。

図４は、本実施形態に係るロボット５１（図７参照）の非常停止の主たる工程を示すフローチャートである。図５及び図６は、本実施形態に係る制御装置５２の一実施形態を示す図である。図５（Ａ）は速度指令、図５（Ｂ）は電磁ブレーキ実行指令、図５（Ｃ）は回生ブレーキ実行指令、図５（Ｄ）はサーボ電源の各動作のタイミングを示す。

非常停止時のブレーキ制御方法は以下の手順で行う。
先ず、ステップＳ１０において、図５（Ａ）に示すように、外部から非常停止開始（減速開始）が制御装置５２に入力される。

非常停止要請時にロボット５１をサーボ制御することにより制動する。モーター１１をサーボ制御し続けてロボット５１を制動する。例えば、ロボット５１の動作中に急停止事態など非常停止要請が生じた場合はその時点でサーボ電源（一次電源）を切り、残留電荷を利用してモーター１１をサーボ制御し続けてロボット５１を制動する。この間、ロボット５１は一定の加速度で減速し、その後停止する。これと同時に速度指令を止め、サーボ制御を終えるとともに、電磁ブレーキ２１及び回生ブレーキを作用させてロボット５１の停止状態を保つ。

具体的には、位置制御器４１は、入力される位置指令とエンコーダー１５が検出した現在位置との差分を基に速度指令を生成する。

位置制御器４１から入力された速度指令とエンコーダー１５が検出した現在位置を微分したモーター角速度とに応じた、速度指令に基づく速度になるよう電流指令を速度制御器４２が生成する。

速度制御器４２から入力された電流指令とモータードライバー４４からの実際の駆動電流との差分に対し、比例制御及び積分制御を行い、モーター１１に電流指令に基づく電流が供給されるように電流制御器４３が制御する。

このように制御されることにより、モーター１１は位置指令及び速度指令に合った駆動状態となる。この間、ロボット５１は一定の加速度で減速する。

次に、ステップＳ２０において、制御装置５２は、図６に示すように、１制御周期の減速度を取得する。例えば、減速度を１０［ｍ／ｓ²］とする。

次に、ステップＳ３０において、制御装置５２は、電磁ブレーキ実行指令開始閾値を算出する。

電磁ブレーキ実行指令開始閾値は、次式で算出される。
「電磁ブレーキ実行指令開始閾値」＝「１制御周期の減速度」×「アーマチュア釈放時間」

例えば、減速度（１０［ｍ／ｓ²］）×アーマチュア時間（０．１［ｓ］）＝１０×０．１＝１［ｍ／ｓ］
電磁ブレーキ実行指令開始閾値は、１［ｍ／ｓ］になる。

制御装置５２は、非常停止信号を受け付けた場合、所定の閾値よりも高い速度で、電磁ブレーキ２１に対する制動を開始させる電磁ブレーキ実行指令を行うことが好ましい。これによれば、電磁ブレーキ２１が遅くかかることによる重力落下や目標位置行き過ぎを低減できる。

電磁ブレーキ実行指令を行う時の速度指令は、電磁ブレーキ２１のアーマチュア釈放時間と動作指令とに基づいて決定されることが好ましい。これによれば、電磁ブレーキ実行指令から実際にブレーキが実行されるまでの遅延（アーマチュア釈放時間）を見越して電磁ブレーキ２１の実行指令を与えることができる。また、ロボット５１の非常停止において、電磁ブレーキ２１が大きいほど遅延時間（ブレーキがかかり始めるまでの時間＝アーマチュア釈放時間）が大きいが、電磁ブレーキ２１に摩擦負荷を与えず、ロボット５１の落下及び目標位置行き過ぎを起こさないように電磁ブレーキ指令タイミングを与えることができる。

電磁ブレーキ２１は、複数であることが好ましい。電磁ブレーキ２１は、電磁ブレーキ２１ごとにアーマチュア釈放時間が異なることが好ましい。これによれば、ロボット５１の各軸を独立制御可能としており、軸ごとに電磁ブレーキ２１のアーマチュア釈放時間が異なっていても対応可能である。

次に、ステップＳ４０において、制御装置５２は、速度指令が電磁ブレーキ実行指令開始閾値以下（例えば、１［ｍ／ｓ］以下）か判断する。

次に、ステップＳ５０において、制御装置５２は、速度指令が電磁ブレーキ実行指令開始閾値以下（例えば、１［ｍ／ｓ］以下）となったら、図５（Ｂ）に示すように、電磁ブレーキ実行指令により電磁ブレーキ２１をＯＦＦからＯＮ（制動をしている（ブレーキを掛けている）状態）にする。電磁ブレーキ２１は、アーマチュア釈放時間経過後に、作動状態になる。

次に、ステップＳ６０において、制御装置５２は、速度指令がゼロか判断する。

次に、ステップＳ７０において、制御装置５２は、速度指令がゼロとなったら、図５（Ｃ）に示すように、回生ブレーキ実行指令により回生ブレーキをＯＦＦからＯＮ（制動にする（ブレーキを掛けている）状態）する。及び図５（Ｄ）に示すように、サーボ電源をＯＮからＯＦＦにする。なお、回生ブレーキによる制動は電磁ブレーキ２１による制動より先であってもよい。

本実施形態によれば、ロボット５１の非常停止時、速度指令がゼロになるタイミングで電磁ブレーキ２１を作動させることができる。これにより、実速度値と閾値とを比較すると、自重によりロボット５１の速度が閾値以上を維持して、電磁ブレーキがかからない状態が発生することがあるが、速度指令と閾値との比較では、この問題は発生しない。その結果、電磁ブレーキ２１がかかってもロボット５１が動作して摩擦負荷を与えてしまうことはなく、電磁ブレーキ２１が遅くかかることによる重力落下や目標位置行き過ぎも低減できる。

（ロボット）
次に、ロボットシステム５０を構成するロボット５１の構成について、図７及び図８を参照して説明する。
図７は、本実施形態に係るロボットシステム５０の全体構成を示す説明図である。図７に示すように、ロボットシステム５０は、ロボット５１と、制御装置５２とを備えている。制御装置５２は、予め入力されたプログラムに従ってロボット５１を制御して、プログラムで規定された所定の作業を実施させる。

ロボット５１は、いわゆる垂直多関節ロボットである。ロボット５１は、基台５３と、回動基部５４と、第１アーム（可動部）５５と、アーム揺動基部５６と、第２アーム（可動部）５７と、先端揺動基部５８と、先端アーム（可動部）５９とを備えている。

ロボット５１は、基台５３に他の部材が組み上げられて構成されている。基台５３を床などに固定することで、ロボット５１が当該床などの上に設置される。回動基部５４は、基台５３に、設置面に略垂直な基部回動軸５４ａを中心に回動自在に、支持されている。第１アーム５５は、一方の端が、回動基部５４に支持されている。第１アーム５５は、回動基部５４に、軸方向が基部回動軸５４ａの軸方向と略直角な第１揺動軸５５ａを中心に、揺動可能に支持されている。第１アーム５５における第１揺動軸５５ａを中心に揺動させられる先端側には、アーム揺動基部５６が支持されている。アーム揺動基部５６は、第１アーム５５に、第１揺動軸５５ａと略平行な第２揺動軸５６ａを中心に回動可能に支持されている。アーム揺動基部５６には、第２アーム５７の一端が支持されている。アーム揺動基部５６が第２揺動軸５６ａを中心に回動することで、第２アーム５７が第２揺動軸５６ａを中心に揺動する。第２アーム５７は、アーム揺動基部５６に、軸方向が第２揺動軸５６ａの軸方向と略直角な第２回動軸５７ａを中心に、回動可能に支持されている。第２アーム５７の延在方向は、略第２回動軸５７ａの軸方向である。

第２アーム５７における第２揺動軸５６ａを中心に揺動させられる先端側には、先端揺動基部５８が支持されている。先端揺動基部５８は、第２アーム５７に、軸方向が第２回動軸５７ａの軸方向と略直角な先端揺動軸５８ａを中心に、回動可能に支持されている。先端揺動基部５８には、先端アーム５９の一端が支持されている。先端揺動基部５８が先端揺動軸５８ａを中心に回動することで、先端アーム５９が先端揺動軸５８ａを中心に揺動する。先端アーム５９は、先端揺動基部５８に、軸方向が先端揺動軸５８ａの軸方向と略直角な先端回動軸５９ａを中心に回動可能に支持されている。先端アーム５９の延在方向は、略先端回動軸５９ａの軸方向である。先端アーム５９の先端には、図示省略した取付け機構が配設されており、当該取付け機構を介して、エンドエフェクターが、ロボット５１に取り付けられる。

基台５３には、基部回動軸５４ａを中心に回動基部５４を回動させるためのモーターユニット（図示省略）が配設されている。第１アーム５５には、第１揺動軸５５ａを中心に第１アーム５５を揺動させるためのモーターユニット（図示省略）と、第２揺動軸５６ａを中心にアーム揺動基部５６を回動させて、第２揺動軸５６ａを中心に第２アーム５７を揺動させるためのモーターユニット（図示省略）と、第２回動軸５７ａを中心に第２アーム５７を回動させるためのモーターユニット（図示省略）とが配設されている。それぞれのモーターユニットは、モーターユニット１と、基本的に同様の構成を有している。

図８は、本実施形態に係るアーム部分におけるモーターユニット６０，７０の配置列を示す説明図である。図８に示すように、第２アーム５７を構成するアーム枠５７１には、モーターユニット６０と、モーターユニット７０とが配設されている。モーターユニット６０は、先端揺動軸５８ａを中心に先端揺動基部５８を回動させて、先端揺動軸５８ａを中心に先端アーム５９を揺動させるための揺動ユニット６０Ａを構成する。モーターユニット７０は、先端回動軸５９ａを中心に先端アーム５９を回動させるための回動ユニット７０Ａを構成する。モーターユニット６０及びモーターユニット７０は、モーターユニット１と基本的に同様の構成を有している。

揺動ユニット６０Ａは、モーターユニット６０と、揺動体プーリー６２と、揺動ベルト６５と、揺動基部軸６４とを備えている。モーターユニット６０は、揺動モーター（駆動部）６１と、揺動プーリー６３と、図示省略した電磁ブレーキ２１とを備えている。モーターユニット６０は、モーターユニット６０が備える出力軸１２の軸方向が先端揺動軸５８ａの軸方向と略平行になる方向で、アーム枠５７１に固定されている。揺動体プーリー６２は、揺動基部軸６４を介して、先端揺動基部５８に、先端揺動軸５８ａを中心に回動する位置に固定されている。揺動体プーリー６２とモーターユニット６０の揺動プーリー６３とは、先端揺動軸５８ａの軸方向において、略同一の位置に位置している。揺動体プーリー６２と揺動プーリー６３とには、揺動ベルト６５が掛け渡されている。

揺動モーター６１が稼働すると、揺動プーリー６３が回動させられる。揺動プーリー６３の回動が揺動ベルト６５を介して揺動体プーリー６２に伝えられ、揺動プーリー６３の回動に同期して揺動体プーリー６２が回動させられる。揺動体プーリー６２が回動させられることで、揺動体プーリー６２が固定された先端揺動基部５８が先端揺動軸５８ａを中心に回動する。先端揺動基部５８に支持されている先端アーム５９が、先端揺動軸５８ａを中心に揺動させられる。

回動ユニット７０Ａは、モーターユニット７０と、回動体プーリー７２と、回動ベルト７５と、回動伝達軸７４と、回動伝達歯車７６ａと、回動伝達歯車７６ｂと、先端アーム軸７９とを備えている。モーターユニット７０は、回動モーター（駆動部）７１と、回動プーリー７３とを備えている。モーターユニット７０は、モーターユニット７０が備える出力軸１２の軸方向が先端揺動軸５８ａの軸方向と略平行になる方向で、アーム枠５７１に固定されている。モーターユニット７０は、モーターユニット６０と並べて配設されている。モーターユニット７０とモーターユニット６０とは、モーターユニット７０における回動プーリー７３と、モーターユニット６０の揺動プーリー６３とが、先端揺動軸５８ａの軸方向において、反対側に位置する方向で配設されている。

回動伝達軸７４は、先端揺動基部５８において、揺動体プーリー６２が固定された側と先端揺動軸５８ａの軸方向における反対側に配設されている。回動伝達軸７４は、先端揺動基部５８の内部からアーム枠５７１の先端にかけて、延在している。回動伝達軸７４は、回動中心が先端揺動軸５８ａと略一致しており、アーム枠５７１に対して先端揺動基部５８を支持する軸とは独立して、回動可能に支持されている。回動体プーリー７２は、回動伝達軸７４のアーム枠５７１側の先端に、先端揺動軸５８ａを中心に回動する位置に固定されている。回動体プーリー７２とモーターユニット７０の回動プーリー７３とは、先端揺動軸５８ａの軸方向において、略同一の位置に位置している。回動体プーリー７２と回動プーリー７３とには、回動ベルト７５が掛け渡されている。回動伝達歯車７６ａは、回動伝達軸７４における先端揺動基部５８の内部側の先端に、固定されている。回動伝達歯車７６ｂは、先端アーム軸７９の先端に固定されており、回動伝達歯車７６ａと噛合っている。先端アーム軸７９は、回動伝達歯車７６ｂが固定された反対側の一端が先端アーム５９に固定されており、回動中心が先端回動軸５９ａと略一致している。回動伝達歯車７６ａ及び回動伝達歯車７６ｂは、笠歯車であり、先端アーム軸７９の軸と回動伝達軸７４の軸とは、略直交している。

回動モーター７１が稼動すると、回動プーリー７３が回動させられる。回動プーリー７３の回動が回動ベルト７５を介して回動体プーリー７２に伝えられ、回動プーリー７３の回動に周期して回動体プーリー７２が回動させられる。回動体プーリー７２が回動させられることで、回動体プーリー７２が固定された回動伝達軸７４が先端揺動軸５８ａを中心に回動する。回動伝達軸７４が回動することで、回動伝達歯車７６ａ及び回動伝達歯車７６ｂを介して、先端アーム軸７９が回動し、先端アーム軸７９が固定されている先端アーム５９が、先端回動軸５９ａを中心に回動させられる。先端揺動基部５８と先端アーム５９とは、被駆動体に相当する。

回動基部５４を回動させるためのモーターユニットを備える回動ユニット、及び第２アーム５７を回動させるためのモーターユニットを備える回動ユニットは、回動ユニット７０Ａと同様の構成を備えている。第１アーム５５を揺動させるためのモーターユニットを備える揺動ユニット、及びアーム揺動基部５６を回動させて第２アーム５７を揺動させるためのモーターユニットを備える揺動ユニットは、揺動ユニット６０Ａと同様の構成を備えている。

本発明のロボットは、垂直多関節ロボットに限らず、水平多関節ロボットやパラレルリンクロボット、双腕ロボットなども同様の効果が得られる。また、本発明のロボットは、６軸ロボットに限らず、７軸以上のロボットや５軸以下のロボットでも同様の効果が得られる。また、本発明のロボットは、アームを有していれば、アーム型ロボット（ロボットアーム）に限定されず、他の形式のロボット、例えば、脚式歩行（走行）ロボット等であってもよい。

１…モーターユニット３…モータープレート３ａ…軸孔１１…モーター（駆動部）１２…出力軸１５…エンコーダー２１…電磁ブレーキ２２…ブレーキ板２３…ブレーキハブ２４…摩擦板２５…案内軸２６…可動板２７…固定枠２７ａ…固定面２７ｂ…円柱空間２８…電磁石２９…ブレーキばね３１…プーリー３３…プーリーハブ３４…プーリー体３４ａ…プーリーディスク３４ｂ…プーリー輪４０…動作指令部４１…位置制御器４２…速度制御器４３…電流制御器４４…モータードライバー４５…電磁ブレーキ制御部４６…回生ブレーキ制御部５０…ロボットシステム５１…ロボット５２…制御装置５３…基台５４…回動基部５４ａ…基部回動軸５５…第１アーム（可動部）５５ａ…第１揺動軸５６…アーム揺動基部５６ａ…第２揺動軸５７…第２アーム（可動部）５７ａ…第２回動軸５８…先端揺動基部５８ａ…先端揺動軸５９…先端アーム（可動部）５９ａ…先端回動軸６０…モーターユニット６０Ａ…揺動ユニット６１…揺動モーター（駆動部）６２…揺動体プーリー６３…揺動プーリー６４…揺動基部軸６５…揺動ベルト７０…モーターユニット７０Ａ…回動ユニット７１…回動モーター（駆動部）７２…回動体プーリー７３…回動プーリー７４…回動伝達軸７５…回動ベルト７６ａ，７６ｂ…回動伝達歯車７９…先端アーム軸５７１…アーム枠。

Claims

可動部を駆動する駆動部と、前記駆動部の動作を制動する電磁ブレーキと、前記駆動部の動作を制動する回生ブレーキと、を有するロボットを制御する制御方法であって、
前記可動部に対する動作指令を行い、
非常停止信号を受け付けた場合、減速度及びアーマチュア釈放時間に基づいて電磁ブレーキ実行指令開始閾値を計算し、
前記動作指令に含まれる速度指令が前記電磁ブレーキ実行指令開始閾値以下か判断し、
前記速度指令が前記電磁ブレーキ実行指令開始閾値以下となったら、電磁ブレーキ実行指令を行うことで、前記電磁ブレーキによって前記駆動部を制動させ、
前記速度指令がゼロか判断し、
前記速度指令がゼロとなったら、回生ブレーキ実行指令を行うことで、前記回生ブレーキによって前記駆動部を制動させることを特徴とする制御方法。