JP7195479B2 - 多関節ロボット - Google Patents

Description

本開示は、モータを駆動源として動作する多関節ロボットの技術に関するものである。

従来、モータの動作を制御するモータ駆動装置が種々提案されている。例えば、下記特許文献１には、モータと、モータによって回転させる回転工具と、モータの動作を制御する制御装置を備えた電動工具に係る技術が記載されている。特許文献１の制御装置は、電動工具の操作スイッチがオフされると、モータの回転数を検出する。制御装置は、所定時間だけ経過すると、モータの回転数を再度検出し、１回目に検出した回転数と、２回目に検出した回転数から回転数差を算出する。制御装置は、算出した回転数差に基づいて、モータのブレーキを制御する。

国際公開第ＷＯ２０１６／０８４５５３号（図５）

上記した電動工具では、モータのブレーキ制御を開始する際に、所定時間の前後におけるモータの回転数差、即ち、回転数の時間変化率に基づいてブレーキ制御における制動力を変更している。回転工具の慣性モーメントが大きく、回転数差（時間変化率）が小さい場合、制動力を小さくすることで、制動時の反動を小さくしている。

この電動工具では、操作スイッチのオフ操作を検出してから回転数の検出や回転数差の算出が必要となるため、ブレーキ制御を開始するまでに遅延が発生する。しかしながら、モータに加わる負荷が過剰に増大した場合や、モータを制御する電圧が過剰に増大した場合など、モータの駆動に係わる異常が発生した場合には、モータに対するブレーキ制御をより迅速に開始する必要がある。

本願は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、モータの駆動に係わる異常が発生した場合に、ブレーキ制御によって発生する反動を抑制しつつ、より迅速にブレーキ制御を開始できる多関節ロボットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本明細書は、モータと、前記モータに供給する電力をスイッチング素子により制御するスイッチング回路と、前記モータの駆動に係わる異常を検出し前記モータの回転を減速させるブレーキ制御を実行する場合に、ブレーキ制御を開始してから設定された初期期間が経過するまでの間、前記スイッチング回路を制御して前記スイッチング素子を設定されたデューティ比でスイッチングさせる制御装置と、基端側から先端側へ直列に接続された複数のアームと、を備え、前記モータ及び前記スイッチング回路は、複数の前記アームの各々に対応して複数設けられ、複数の前記アームを個別に動作させ、前記初期期間及び前記デューティ比は、複数の前記アームの各々で個別に設定され、前記制御装置は、前記初期期間において、前記デューティ比を徐々に増大させ、且つ基端側の前記アームに対応する前記モータのブレーキ制御におけるデューティ比に比べ、より先端側に配置された前記アームに対応する前記モータのブレーキ制御におけるデューティ比をゆっくりと増大させる、多関節ロボットを開示する。

本開示の多関節ロボットによれば、制御装置は、モータの駆動に係わる異常を検出しブレーキ制御を実行する場合、ブレーキ制御を開始してから初期期間が経過するまでの間、設定されたデューティ比でスイッチング素子をスイッチングさせる。これにより、初期期
間及びデューティ比を予め設定しておくことで、異常を検出して直ぐにブレーキ制御を開始できる。また、デューティ比を反動の小さい比率に設定しておくことで、ブレーキ制御の開始時における反動を抑制することができる。

本実施形態のワーク移載システムの概略構成図である。 ワーク移載装置の概略構成図である。 ワーク移載システムの構成を示すブロック図である。 第１～第４駆動部を駆動する電源構成を示すブロック図である。 モータ異常時のスイッチング信号の状態を示すタイミングチャートである。 別例のモータ異常時のスイッチング信号の状態を示すタイミングチャートである。 別例のモータ異常時のスイッチング信号の状態を示すタイミングチャートである。

以下、本開示の一実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本開示の多関節ロボットを具体化した一実施形態であるワーク移載装置１１、ワーク供給装置１３を備えるワーク移載システム１０について説明する。図１は、ワーク移載システム１０の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、ワーク移載システム１０は、ワーク移載装置１１、ワーク供給装置１３、ワーク収容部材１５などを基台１０Ａ上に備えている。

ワーク移載システム１０は、基台１０Ａ内に設けられた制御装置１９（図３参照）の制御に基づいて、ワーク収容部材１５に収容されたワーク２１を、その後の作業に用いられるパレット１７へ移動、載置させる。ワーク移載システム１０は、例えば、不定姿勢でワーク収容部材１５の採取用載置台１５Ａに載置されたワーク２１を、後工程の作業用ロボット（図示略）や作業者が作業しやすいように、所定の姿勢で整列させた状態でパレット１７に載置する。ここでいう「不定姿勢」とは、ワーク２１の位置、方向などが統一されていない状態をいう。尚、以下の説明では、図１に示すように、ワーク移載システム１０におけるパレット１７を搬送する方向を左右方向（Ｘ軸）、左右方向に直交し搬送されるパレット１７の平面と平行な方向を前後方向（Ｙ軸）、左右方向及び前後方向に直交する方向を上下方向（Ｚ軸）と称して説明する。

作業対象であるワーク２１は、例えば、ボルトである。尚、ワーク２１は、ボルトに限らず、例えば、他の機械部品（ナット、ワッシャなど）でもよく、機械部品に限らず、電気部品、電子部品、化学部品などでもよい。本実施形態のワーク２１は、例えば、図１の拡大図に示す吸着部位２３が磁性体により形成されている。ワーク２１は、磁性体により形成された吸着部位２３を、後述するワーク移載装置１１やワーク供給装置１３が有する電磁石によって引き付けられ、吸着した状態で移動させられる。

ワーク収容部材１５は、ワーク２１を貯蔵する部材であり、上方が開放された有底箱型形状をなすボックスが複数個設けられている。ワーク収容部材１５の各々には、底部から所定の高さに採取用載置台１５Ａが設けられている。ワーク収容部材１５の底部に貯蔵したワーク２１は、ワーク供給装置１３によって採取用載置台１５Ａに移載される。ワーク収容部材１５の底部は、一部が傾斜しており、採取用載置台１５Ａから落下したワーク２１が一箇所に貯蔵される。

また、基台１０Ａ上には、ワーク収容部材１５を移動させる移動部１６が設けられている。移動部１６は、ワーク収容部材１５を載せる収容台１６Ａと、収容台１６Ａを退避位置（図１に点線で示す位置）と、移載処理位置（図１に実線で示す位置）との間で移動させるレール１６Ｂとを有している。制御装置１９（図３参照）は、作業者からの操作等に基づいて、図示しない駆動源を駆動し、収容台１６Ａを退避位置、又は移載処理位置に移動させる。パレット１７は、ワーク２１を配列載置する部材であり、磁力を帯びており、ワーク２１を磁力で固定する。ワーク移載装置１１は、例えば、ワーク２１であるボルトの頭部を下方にして所定間隔でパレット１７に配列させる。

また、ワーク移載システム１０は、パレット１７を搬送する搬送部２５を備えている。搬送部２５は、パレット１７の搬入、搬送、ワーク２１の移載位置での固定、搬出を行うユニットである。搬送部２５は、１対のコンベアベルトと、コンベアベルトを回転させる電磁モータ（図示略）を有し、コンベアベルトを回転させてパレット１７を搬送する。制御装置１９（図３参照）は、搬送部２５を制御して、例えば、パレット１７を後段の装置に搬出する。

次に、ワーク移載装置１１の詳細な構成について説明する。図２は、ワーク移載装置１１の概略構成を示している。ワーク移載装置１１は、ワーク収容部材１５の各々からワーク２１を採取し、採取したワーク２１をパレット１７に載置する。図２に示すように、ワーク移載装置１１は、基部３１と、アーム部３３と、エンドエフェクタ３９などを有する所謂、多関節ロボットである。

基部３１は、ワーク移載システム１０の基台１０Ａ（図１参照）の上に固定されており、アーム部３３を支持するための支持軸部４１を有している。支持軸部４１は、円柱部４１Ａと、保持部４１Ｂとを有している。円柱部４１Ａは、上下方向に延設される円柱形状をなし、上端部に保持部４１Ｂを有している。保持部４１Ｂは、アーム部３３の基端部を支持している。また、基部３１は、第１駆動部３２を内蔵しており、制御装置１９（図３参照）の制御に基づいて第１駆動部３２を駆動し円柱部４１Ａを回転させる。保持部４１Ｂは、円柱部４１Ａの回転にともなって上下方向に沿った軸を中心軸として回転駆動する。

アーム部３３は、基端部から先端部に向かって第１アーム４５、第２アーム４６が順に連結されている。第１アーム４５は、一方向に延びる長手部材であり、支持軸部４１の保持部４１Ｂによって基端部を支持されている。支持軸部４１の保持部４１Ｂは、第２駆動部３５を介して第１アーム４５と連結されている。第２駆動部３５は、制御装置１９（図３参照）の制御に基づいて、上下方向と直交する方向を中心軸として保持部４１Ｂに対して第１アーム４５を回転させる。

第２アーム４６は、第１アーム４５の先端部に第３駆動部３７を介して連結されている。第２アーム４６は、第１アーム４５の先端部から一方向に延びる長手部材である。第３駆動部３７は、制御装置１９（図３参照）の制御に基づいて、第１アーム４５の延設方向に対して直交する方向を中心軸として第１アーム４５の先端部に対して第２アーム４６を回転させる。

エンドエフェクタ３９は、第２アーム４６の先端部に設けられ、第２アーム４６に対して着脱可能に構成されている。ワーク移載装置１１は、その用途に応じて、エンドエフェクタ３９の種類を変更可能となっている。図２において装着しているエンドエフェクタ３９は、一例であり、第４駆動部５１と、採取部５３と、撮像部５５と、台座部５７を有している。第４駆動部５１は、制御装置１９（図３参照）の制御に基づいて、第２アーム４６の延設方向に対して直交する方向を中心軸としてエンドエフェクタ３９の台座部５７を回転させる。

図２に示すように、採取部５３は、台座部５７の先端部に取り付けられ、ワーク２１の吸着部位２３（図１の拡大図参照）を引き付けて採取する部材であり、引付部６１、一対の挟持部６３、固定部材６７などを有している。引付部６１、挟持部６３及び固定部材６７は、２枚のプレート６５の間に配設されている。固定部材６７は、棒状の部材であり、エアシリンダ７１によって上下動可能に構成されている。固定部材６７は、初期位置ではプレート６５の上方に配置され、ワーク２１を挟持する際に下方に移動する。一対の挟持部６３は、棒状の固定部材６７の両端に回動可能に軸支されている。一対の挟持部６３は、固定部材６７が初期位置にあるときは（図２の左側の拡大図参照）、プレート６５の内部に収納されている。引付部６１は、電磁石に軸部材を接続して構成されており、当該軸部材の先端に磁性体のワーク２１を引き付けて採取するものである。引付部６１は、プレート６５の下方に固定されている。引付部６１は、基台１０Ａに設けられた電源装置７７（図３参照）から供給される電力に応じて、例えば３段階の磁力（引付力）を生じるよう構成されている。一対の挟持部６３は、引付部６１が引き付けた後のワーク２１（図１参照）を挟み込んで支持する。一対の挟持部６３は、固定部材６７が下方に移動すると、プレート６５のガイド溝６５Ａにより挟持ピン６９を所定の軌道に導かれ、その先端でワーク２１を挟持する（図２の右側の拡大図参照）。また、撮像部５５は、画像を撮像するユニットであり、プレート６５の先端側の面に固定されている。撮像部５５は、撮像した画像データを制御装置１９（図３参照）へ送信する。

尚、図１に示すワーク供給装置１３は、所謂、多関節ロボットであり、ワーク移載装置１１と同様に、その用途に応じて、エンドエフェクタ７３を交換可能に構成されている。また、ワーク供給装置１３は、エンドエフェクタ７３の種類を除いて、ワーク移載装置１１と同様の構成となっており、制御装置１９により作動を制御される。このため、ワーク供給装置１３の詳細な説明を省略する。

次に、第１～第４駆動部３２～５１の構成について説明する。尚、第２駆動部３５、第３駆動部３７、第４駆動部５１の構成は、第１駆動部３２と同様となっている。このため、以下の説明では、第１駆動部３２について主に説明し、他の駆動部についての説明を適宜省略する。図３は、ワーク移載システム１０の構成を示している。図３に示すように、ワーク移載システム１０は、ワーク移載装置１１やワーク供給装置１３を制御する制御装置１９と、ワーク移載装置１１やワーク供給装置１３に電力を供給する電源装置７７を、基台１０Ａ内に備えている。

第１駆動部３２は、駆動源としてのサーボモータ８３と、サーボモータ８３の回転位置等のエンコーダ信号ＥＤを検出して出力するエンコーダ８５と有している。エンコーダ８５は、エンコーダケーブル８７を介して制御装置１９に接続されている。また、第２駆動部３５、第３駆動部３７、第４駆動部５１は、第１駆動部３２と同様に構成され、エンコーダケーブル８７を介して制御装置１９に接続されている。

図４は、第１～第４駆動部３２～５１を駆動する電源構成を示している。尚、図面が煩雑となるのを避けるため、図４は、第１駆動部３２以外の駆動部（第２駆動部３５、第３駆動部３７、第４駆動部５１）の図示を省略している。また、以下の説明では、第１～第４駆動部３２～５１を駆動する駆動装置を、モータ駆動装置５０と称して説明する。図４に示すように、モータ駆動装置５０は、各駆動部と、制御装置１９、電源装置７７を備えている。尚、モータ駆動装置５０は、第１駆動部３２～第４駆動部５１を駆動する制御装置１９を駆動部ごとに備えても良く、全ての駆動部を１つの制御装置１９で制御しても良い。

サーボモータ８３は、例えば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相のコイル９１をステータに巻回される三相交流で駆動するモータである。サーボモータ８３の各相のコイル９１は、各相に対応するモータ動力線９３を介して電源装置７７に接続されている。サーボモータ８３は、電源装置７７からモータ動力線９３を通じて供給される三相交流Ｗに応じて駆動する。サーボモータ８３は、例えば、永久磁石を配置したロータがステータ内に設けられている。サーボモータ８３の出力軸は、ロータの回転にともなって回転し、円柱部４１Ａ（図２参照）を回転させるギア等に連結されている。

また、図４に示すように、電源装置７７は、電源部９５と、スイッチング回路９７とを有している。電源装置７７は、例えば、商用電源からワーク移載システム１０で必要な直流電力等を生成する装置であり、ブリッジ回路や平滑化回路等を備えている。スイッチング回路９７は、第１電源ライン９９と第２電源ライン１０１を介して電源部９５に接続されている。スイッチング回路９７は、電源部９５から第１電源ライン９９を介して所定の電位（例えば、数十Ｖ）の電力を供給される。また、スイッチング回路９７は、第２電源ライン１０１を介して第１電源ライン９９の電位より低い電位（例えば、グランドレベル）の電力を供給される。

スイッチング回路９７は、第１電源ライン９９と第２電源ライン１０１との間で直列に接続されるハイサイドスイッチング素子ＴＨとローサイドスイッチング素子ＴＬの組み合わせを各相に合わせて３組有している。ハイサイドスイッチング素子ＴＨ及びローサイドスイッチング素子ＴＬは、例えば、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。尚、ハイサイドスイッチング素子ＴＨ及びローサイドスイッチング素子ＴＬは、同一型のＭＯＳＦＥＴに限らない。例えば、ハイサイドスイッチング素子ＴＨをＰ型ＭＯＳＦＥＴ、ローサイドスイッチング素子ＴＬをＮ型ＭＯＳＦＥＴで構成しても良い。また、ハイサイドスイッチング素子ＴＨ及びローサイドスイッチング素子ＴＬは、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴなど、様々な種類のスイッチング素子を用いることができる。

ハイサイドスイッチング素子ＴＨの第２電源ライン１０１（ローサイド）側と、ローサイドスイッチング素子ＴＬの第１電源ライン９９（ハイサイド）側との接点は、モータ動力線９３に接続されている。ハイサイドスイッチング素子ＴＨ及びローサイドスイッチング素子ＴＬは、例えば、制御装置１９からＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のスイッチング信号ＰＷＭを供給されスイッチングを行なう。これにより、制御装置１９は、スイッチング信号ＰＷＭのデューティ比等を制御することで、スイッチング回路９７からサーボモータ８３へ供給する三相交流Ｗを制御可能、即ち、サーボモータ８３の回転動作を制御可能となっている。

また、制御装置１９は、制御部１０３、回転検出回路１０５、異常検出回路１０７を有する。制御部１０３は、例えば、ＣＰＵを主体とするコンピュータで構成され、スイッチング回路９７に供給するスイッチング信号ＰＷＭの出力、出力の停止、デューティ比等を制御する。尚、制御部１０３の構成は、特に限定されない。例えば、制御部１０３を、コンフィグ情報に基づいて論理回路を構築可能なプログラマブル論理デバイスであるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）で構成しても良い。

回転検出回路１０５は、エンコーダケーブル８７を介してエンコーダ８５に接続されている。エンコーダ８５は、サーボモータ８３の回転位置等を検出し、検出した情報をエンコーダ信号ＥＤとして回転検出回路１０５へ出力する。回転検出回路１０５は、例えば、エンコーダ信号ＥＤに基づいてサーボモータ８３のロータの回転位置を検出し、検出した位置情報を制御部１０３へ出力する。制御部１０３は、回転検出回路１０５から入力した位置情報に基づいてスイッチング信号ＰＷＭを制御する。例えば、制御部１０３は、スイッチング信号ＰＷＭにより三相交流Ｗの大きさや周期等を変更する。これにより、制御装置１９は、第１駆動部３２のサーボモータ８３に対するフィードバック制御を実行する。制御部１０３は、サーボモータ８３の回転位置や回転速度の制御だけでなく、サーボモータ８３のトルク制御なども実行しても良い。尚、回転検出回路１０５は、回転位置の他に、回転数や回転速度等を検出しても良い。また、上記したように、第１駆動部３２以外の第２駆動部３５、第３駆動部３７、第４駆動部５１は、第１駆動部３２と同様の構成となっており、制御装置１９によってフィードバック制御が実行される。

異常検出回路１０７は、モータ（サーボモータ８３）の駆動に係わる異常を検出する。ここでいうモータの駆動に係わる異常とは、例えば、サーボモータ８３の回転を制御する際に発生し得る異常である。例えば、異常検出回路１０７は、電源部９５の異常をモータの駆動に係わる異常として検出する。図４に示すように、異常検出回路１０７は、第１電源ライン９９に接続された検出抵抗Ｒから電源電圧ＶＨを入力し、電源電圧ＶＨに基づいて電源部９５の異常を判定する。具体的には、異常検出回路１０７は、電源電圧ＶＨが予め定められた閾値を上回る場合に、電源部９５の異常の発生を制御部１０３に通知する。制御部１０３は、異常の通知を異常検出回路１０７から入力すると、サーボモータ８３を減速や停止させる制御を実行する。

本開示のモータの駆動に係わる異常は、上記した電源部９５の異常に限定されない。例えば、異常検出回路１０７は、スイッチング回路９７からサーボモータ８３へモータ動力線９３を介して供給する各相の三相交流Ｗ（電流値など）の異常を検出しても良い。また、異常検出回路１０７は、例えば、サーボモータ８３に発生する負荷が過剰に増大（トルクが過剰に増大）する異常を検出しても良い。また、異常検出回路１０７は、例えば、エンコーダ８５の故障、エンコーダケーブル８７の断線などのエンコーダ信号ＥＤの通信に係わる異常を検出しても良い。従って、本開示のモータの駆動に係わる異常としては、サーボモータ８３の回転を制御する際に発生し得る様々な異常を採用できる。

また、本実施形態のワーク移載装置１１は、モータ動力線９３にダイナミックブレーキ用リレー１０９を備えている。ダイナミックブレーキ用リレー１０９は、ダイナミックブレーキ（発電ブレーキとも言う）を掛けるためのリレーであり、例えば、Ｕ相のモータ動力線９３とＶ相のモータ動力線９３に接続されている。ダイナミックブレーキ用リレー１０９は、例えば、ノーマリークローズ型のリレーであり、ワーク移載システム１０のシステム起動時（起動初期）には閉じた状態となり、２つの相のモータ動力線９３を接続する。

また、制御部１０３は、ワーク移載システム１０のシステムの起動に電力を供給されると、ハイレベルのリレー信号ＲＳをダイナミックブレーキ用リレー１０９へ供給する。ダイナミックブレーキ用リレー１０９は、ハイレベルのリレー信号ＲＳを供給されている間、Ｕ相とＶ相のモータ動力線９３を切断した状態となる。ダイナミックブレーキ用リレー１０９は、リレー信号ＲＳの供給を停止されると、２つの相のモータ動力線９３を接続（短絡）する。これにより、モータ動力線９３、コイル９１、ダイナミックブレーキ用リレー１０９により閉回路を形成することができる。サーボモータ８３の回転によって発生する電力をこの閉回路で消費してサーボモータ８３の回転を発電ブレーキにより減速させることができる。

リレー信号ＲＳの供給を停止する条件は、特に限定されない。例えば、制御装置１９の故障、制御装置１９への電力供給が停止されると、制御装置１９は、ハイレベルのリレー信号ＲＳを供給できない状態となる。従って、制御装置１９に係わる異常が発生した場合、リレー信号ＲＳは停止される。あるいは、リレー信号ＲＳの信号線が切断された場合にも、リレー信号ＲＳの供給が停止される。また、制御部１０３は、制御装置１９に異常が発生していない場合でも、例えば、異常検出回路１０７で異常を検出した場合に、リレー信号ＲＳの供給を停止しても良い。

従って、本実施形態のスイッチング回路９７は、三相の各々に対応するモータ動力線９３によりサーボモータ８３に三相交流Ｗを供給する。モータ駆動装置５０は、Ｕ相（第１相の一例）に対応するモータ動力線９３（第１モータ動力線の一例）と、Ｖ相（第２相の一例）に対応するモータ動力線９３（第２モータ動力線の一例）の接続を切り替えるダイナミックブレーキ用リレー１０９（リレーの一例）を有する。ダイナミックブレーキ用リレー１０９は、制御装置１９に異常が発生した場合に、２つの相のモータ動力線９３を接続する。

制御装置１９へ供給する電力が停止した場合など、何らかの異常が制御装置１９に発生した場合、制御装置１９によるスイッチング回路９７の制御ができなくなる。モータ駆動装置５０は、制御装置１９に異常が発生した場合、２つの相のモータ動力線９３をダイナミックブレーキ用リレー１０９でショートさせる。これにより、閉回路を形成し、制御装置１９の異常時にサーボモータ８３にブレーキを掛けることができる。

次に、モータの駆動に係わる異常（以下、モータ異常という場合がある）が発生した場合に制御装置１９が実行するブレーキ制御について説明する。ここで、本実施形態のモータ駆動装置５０は、モータ異常が発生した場合、スイッチング回路９７によるダイナミックブレーキを実行する。

具体的には、図５は、モータ異常時のスイッチング信号ＰＭＷの状態を示しており、横軸は時間Ｔを示している。例えば、モータ駆動装置５０は、モータ異常が発生する時間Ｔ１までの間、第１駆動部３２～第４駆動部５１を駆動してワーク移載装置１１による通常の作業を行なう（図中の通常ＰＷＭ制御）。モータ駆動装置５０は、スイッチング信号ＰＷＭを制御して第１駆動部３２～第４駆動部５１を制御することで、ワーク移載装置１１の動作を制御する。

例えば、時間Ｔ１において、制御装置１９は、異常検出回路１０７からの異常信号に基づいてモータ異常を検出する。制御装置１９は、全てのハイサイドスイッチング素子ＴＨをオフする（図中のＯＦＦ）。また、制御装置１９は、ローサイドスイッチング素子ＴＬのスイッチング信号ＰＷＭを制御して、ローサイドスイッチング素子ＴＬ、モータ動力線９３、コイル９１により閉回路を形成する。制御装置１９は、例えば、全てのローサイドスイッチング素子ＴＬを、異なるタイミングのスイッチング信号ＰＷＭで制御する。制御装置１９は、例えば、Ｕ相とＶ相のローサイドスイッチング素子ＴＬにより閉回路形成し、異なるタイミングでＶ相とＷ相のローサイドスイッチング素子ＴＬにより閉回路を形成する。即ち、制御装置１９は、ローサイドスイッチング素子ＴＬを切り替えて経路の異なる閉回路を形成する。尚、制御装置１９は、同一のスイッチング信号ＰＷＭで３つのローサイドスイッチング素子ＴＬを制御しても良い。また、制御装置１９は、２つのローサイドスイッチング素子ＴＬをスイッチング信号ＰＷＭで適宜オンさせ、残りの１つのローサイドスイッチング素子ＴＬを常時オフしても良い。この場合にも、２つのローサイドスイッチング素子ＴＬにより閉回路を構成することができる。

例えば、Ｕ相とＶ相のローサイドスイッチング素子ＴＬをオンさせることで、第２電源ライン１０１（グランドレベル）、ローサイドスイッチング素子ＴＬ、モータ動力線９３、コイル９１を介したＵ、Ｖ相の閉回路を形成でき、ダイナミックブレーキを掛けることができる。サーボモータ８３の回転によって発生する電力を当該閉回路で消費してサーボモータ８３の回転を減速させることができる。制御装置１９は、スイッチング回路９７によるダイナミックブレーキを実行する際、ダイナミックブレーキ用リレー１０９を常に切断（オフ）しても良く、ダイナミックブレーキ用リレー１０９を適宜接続してダイナミックブレーキ用リレー１０９によるダイナミックブレーキを掛けても良い。

スイッチング回路９７によるダイナミックブレーキの制動力は、ローサイドスイッチング素子ＴＬのオン期間のデューティ比、即ち、スイッチング信号ＰＷＭのデューティ比によって変更することができる。デューティ比のオン期間が長いほど、制動力が大きくなり、オン期間が短いほど、制御力が小さくなる。一方で、モータ異常時に大きな制動力でブレーキを掛けると、制動力の反動によってワーク移載装置１１のアーム部３３や支持軸部４１に大きな負荷が掛かる。その結果、第２駆動部３５などの連結部分の故障、第１アーム４５の内部の部品の故障、第１アーム４５の変形等を発生させる虞がある。

そこで、制御装置１９は、モータ異常が発生し、ブレーキ制御を開始してから初期期間ｔ１の間、ローサイドスイッチング素子ＴＬのスイッチング信号ＰＷＭのデューティ比を変更し、制動力によって生じるワーク移載装置１１の反動を所望の負荷以下に抑制する。尚、ダイナミックブレーキの制動力は、オンさせるローサイドスイッチング素子ＴＬの数によっても変更することができる。このため、制御装置１９は、デューティ比に加え、オンするローサイドスイッチング素子ＴＬの数を変更して制動力（反動）を所望の大きさ以下に制御しても良い。

図５に示すように、制御装置１９は、例えば、予め設定された初期期間ｔ１において、予め設定されたデューティ比Ｄｕｔｙで制御を実行する。この初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙは、例えば、サーボモータ８３を最大速度で動作させてブレーキ制御を実行した場合に発生する反動の大きさに基づいて予め設定された値である。ここでいうサーボモータ８３の最大速度とは、例えば、ワーク移載装置１１の設計上又は使用上において許容される最大速度であり、ワーク移載装置１１が回転・移動可能な最大速度である。例えば、第１駆動部３２であれば、円柱部４１Ａを回転させる最大速度である。

例えば、サーボモータ８３の駆動において許容する最大速度で発生する反動の大きさを予め測定する。そして、測定した反動の大きさが、モータ駆動装置５０やモータ駆動装置５０を搭載するワーク移載装置１１で許容される（故障等が発生しない）大きさとなるように、初期期間ｔ１やデューティ比Ｄｕｔｙを設定する。例えば、第１駆動部３２により円柱部４１Ａを許容される最大速度で回転させてダイナミックブレーキを掛ける。その際に、支持軸部４１やアーム部３３に発生する反動の大きさを測定する。また、支持軸部４１やアーム部３３に故障が発生していないか確認する。そして、故障等が発生しないように第１駆動部３２のダイナミックブレーキのデューティ比Ｄｕｔｙや初期期間ｔ１を設定する。これにより、部品の故障等が一番発生し易い最大速度において発生する反動の大きさを、ワーク移載装置１１が許容する反動の大きさ以下となるように、初期期間ｔ１やデューティ比Ｄｕｔｙを予め設定できる。所望の大きさに反動を抑制しつつ、より迅速にサーボモータ８３の減速や停止を実行できる。尚、上記した初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙは、例えば、ワーク移載システム１０の製造時に予め設定された値であり、制御装置１９のメモリ等に記憶される。

また、制御装置１９は、初期期間ｔ１において、デューティ比Ｄｕｔｙ（ローサイドスイッチング素子ＴＬのオン期間）を徐々に増大させる。これによれば、デューティ比Ｄｕｔｙを徐々に増大させることで、反動の増大を抑制しつつ、制動力を徐々に大きくすることができる。

例えば、図５に示すように、制御装置１９は、デューティ比Ｄｕｔｙが０％の状態からデューティ比ｄｔ１（例えば、５０％）となるまで、初期期間ｔ１において一定の変化率でデューティ比Ｄｕｔｙを増大させる。換言すれば、初期期間をｔ１、初期期間を経過した時点（図５の時間Ｔ２）のデューティ比をｄｔ１、ブレーキ制御を開始してからの経過時間をｔ、経過時間ｔの時点のデューティ比をＤｕｔｙとした場合、Ｄｕｔｙは次式、
Ｄｕｔｙ＝（ｄｔ１／ｔ１）＊ｔ
で表される。これによれば、時間の経過に合わせて一定の変化率（ｄｔ１／ｔ１）でデューティ比Ｄｕｔｙを増大させ、初期期間ｔ１が経過した後に所望のデューティ比ｄｔ１にすることができる。反動を抑制しつつ、デューティ比ｄｔ１を徐々に増大させ制動力を大きくすることができる。このデューティ比ｄｔ１や変化率（ｄｔ１／ｔ１）は、例えば、上記したように、ワーク移載装置１１に最大の負荷（反動）が付与される最大速度などの条件に基づいて設定される。

尚、１つの駆動部に対応する３つのローサイドスイッチング素子ＴＬの各々を制御するスイッチング信号ＰＷＭの立ち上がりタイミングやデューティ比Ｄｕｔｙは、互いに同一でも良く、異なるタイミングや異なるデューティ比Ｄｕｔｙでも良い。例えば、各ローサイドスイッチング素子ＴＬのスイッチング信号ＰＷＭは、２つのローサイドスイッチング素子ＴＬのオン期間が重なるように、且つ２つのローサイドスイッチング素子ＴＬの組み合わせを切り替えながら、デューティ比Ｄｕｔｙ（オン期間）を増大させるように設定される。あるいは、各ローサイドスイッチング素子ＴＬのスイッチング信号ＰＷＭを同一波形とし、３つのローサイドスイッチング素子ＴＬのオン期間を重ねながら（立ち上がりを揃えた状態で）、デューティ比Ｄｕｔｙ（オン期間）を増大させるように設定しても良い。

また、図５に示すように、制御装置１９は、初期期間ｔ１が経過した時間Ｔ２においてローサイドスイッチング素子ＴＬを全てオンさせる。全てのローサイドスイッチング素子ＴＬのスイッチング信号ＰＷＭのデューティ比Ｄｕｔｙを１００％にする。これによれば、初期期間ｔ１において反動を抑制しつつ、サーボモータ８３を減速させた後、ローサイドスイッチング素子ＴＬを全てオンさせブレーキを掛けることができる。従って、サーボモータ８３の回転速度を十分に抑えてから、ローサイドスイッチング素子ＴＬを全てオンして制動力を大きくすることができる。反動を抑制してサーボモータ８３を迅速に停止できる。

尚、制御装置１９は、初期期間ｔ１が経過した時間Ｔ２において、少なくとも１つのローサイドスイッチング素子ＴＬをオン状態（デューティ比Ｄｕｔｙが１００％）にしても良い。また、図５に示すスイッチング信号ＰＷＭの制御内容は、一例である。例えば、図６に示すように、制御装置１９は、初期期間ｔ１において、デューティ比Ｄｕｔｙを、一定のデューティ比ｄｔ１（例えば、５０％）でブレーキ制御を実行しても良い。また、制御装置１９は、初期期間ｔ１が経過した時間Ｔ２にローサイドスイッチング素子ＴＬを全てオンせず、デューティ比Ｄｕｔｙを第１期間ｔ２の間に徐々に増加させても良い。

あるいは、図７に示すように、制御装置１９は、初期期間ｔ１において、デューティ比Ｄｕｔｙを段階的に増大させても良い。このような場合にも、予めデューティ比Ｄｕｔｙ，ｄｔ１、初期期間ｔ１を、反動が抑制させる値に設定しておくことで、ブレーキ制御における負荷を軽減することができる。

また、本実施形態のスイッチング回路９７は、第１電源ライン９９と、第１電源ライン９９の電位よりも低い電位の第２電源ライン１０１との間で直列に接続されるハイサイドスイッチング素子ＴＨ及びローサイドスイッチング素子ＴＬを有する。スイッチング回路９７は、ハイサイドスイッチング素子ＴＨ及びローサイドスイッチング素子ＴＬの組み合わせを三相の各々に対応して有している。制御装置１９は、初期期間ｔ１においてハイサイドスイッチング素子ＴＨを全てオフさせ、ローサイドスイッチング素子ＴＬを予め設定されたデューティ比Ｄｕｔｙでスイッチングさせる。

これによれば、ローサイドスイッチング素子ＴＬをオンさせることでローサイドスイッチング素子ＴＬ、モータ動力線９３、サーボモータ８３のコイル９１等により閉回路を形成し、サーボモータ８３の回転によって発生する電力を閉回路で消費させブレーキを掛けることができる。

また、本実施形態のワーク移載装置１１は、アームごとに異なるブレーキ制御を実行する。上記したように本実施形態のワーク移載装置１１は、モータ駆動装置５０と、基端側から先端側へ直列に接続された複数のアーム（支持軸部４１、第１アーム４５、第２アーム４６）を備える。サーボモータ８３及びスイッチング回路９７は、複数のアームの各々に対応して複数設けられ、複数のアームを個別に動作させる。この場合に、初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを、支持軸部４１（第１駆動部３２）、第１アーム４５（第２駆動部３５）、第２アーム４６（第３駆動部３７）の各々で個別に設定する。

例えば、各駆動部（第１駆動部３２、第２駆動部３５、第３駆動部３７）で最大速度が異なる場合、各駆動部の最大速度に応じて、初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを各駆動部で個別に設定する。あるいは、各アーム（支持軸部４１、第１アーム４５、第２アーム４６）や駆動部に掛かる負荷（重量やブレーキ制御の反動）に応じて、初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを各駆動部で個別に設定しても良い。この場合、デューティ比Ｄｕｔｙの増加量も個別に設定しても良い。また、各駆動部でブレーキを掛け始めるタイミングをずらすため、初期期間ｔ１の最初にデューティ比Ｄｕｔｙがゼロの期間を設けても良い。

これによれば、ワーク移載装置１１は、各アーム（各駆動部の最大速度や反動）に応じたダイナミックブレーキのブレーキ制御を実行することができる。各アーム（各駆動部）を駆動するサーボモータ８３に係わるモータ異常を検出した場合、初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙに基づいてサーボモータ８３を、個々に違った態様（より適した態様）で減速させ、アームの移動速度を減速させる。これにより、荷重や移動速度が異なる複数のアームについて、反動を抑制しつつ、より迅速にブレーキ制御を開始できる。各アームに適したブレーキ制御を実行することで、アームに取り付けられた部品等の故障の発生を抑制できる。

例えば、制御装置１９は、基端側の支持軸部４１を駆動する第１駆動部３２のサーボモータ８３のブレーキ制御におけるデューティ比Ｄｕｔｙに比べ、より先端側に配置された第１アーム４５を駆動する第２駆動部３５のサーボモータ８３のブレーキ制御におけるデューティ比Ｄｕｔｙをゆっくりと増大させても良い。同様に、制御装置１９は、基端側の第１アーム４５を駆動する第２駆動部３５のブレーキ制御におけるデューティ比Ｄｕｔｙに比べ、より先端側に配置された第２アーム４６を駆動する第３駆動部３７のブレーキ制御におけるデューティ比Ｄｕｔｙをゆっくりと増大させても良い。例えば、第１駆動部３２、第２駆動部３５、第３駆動部３７の順に、変化率（ｄｔ１／ｔ１）を徐々に小さくしても良い。また、変化率（ｄｔ１／ｔ１）の変更に合わせて、第１駆動部３２、第２駆動部３５、第３駆動部３７の順に、初期期間ｔ１を長くし、初期期間ｔ１が経過した時間Ｔ２における各駆動部のデューティ比ｄｔ１を同一値にしても良い。即ち、全てのローサイドスイッチング素子ＴＬをオンする直前のデューティ比ｄｔ１を揃えるため、変化率（ｄｔ１／ｔ１）の勾配に応じて初期期間ｔ１の長さを調整しても良い。

尚、デューティ比Ｄｕｔｙをゆっくりと増大させる方法は、一定の変化率（ｄｔ１／ｔ１）を小さくする方法（線形的に小さく増大させる方法）に限らない。例えば、より先端側の駆動部が所定のデューティ比Ｄｕｔｙまで増大（到達）したことを条件に、基端側の駆動部のデューティ比Ｄｕｔｙの増大を開始し、段階的に増大させても良い。

ワーク移載装置１１のような多関節ロボットは、エンドエフェクタ３９などの繊細な動作をする先端側を軽量化したい場合がある。ワーク移載装置１１は、軽量化することで、より先端側ほど、強度が低くなる可能性がある。このような場合に、より先端側に配置された第２アーム４６に対するブレーキ制御において、デューティ比Ｄｕｔｙをゆっくりと増大させる。これにより、多関節ロボットの強度に合わせて、反動を抑制したブレーキ制御が実行でき、部品等の故障の発生を抑制できる。

尚、上記したデューティ比Ｄｕｔｙの設定は、一例である。例えば、第１～第３駆動部３２，３５，３７のうち、１つの駆動部のデューティ比Ｄｕｔｙだけ異なるデューティ比Ｄｕｔｙとしても良い。例えば、第１駆動部３２に比べ、第２駆動部３５と第３駆動部３７の変化率（ｄｔ１／ｔ１）を小さくしても良い。あるいは、第４駆動部５１を含め、第１駆動部３２、第２駆動部３５、第３駆動部３７、第４駆動部５１の順に、変化率（ｄｔ１／ｔ１）を徐々に小さくしても良い。また、各アーム（第１駆動部３２、第２駆動部３５、第３駆動部３７）の変化率（ｄｔ１／ｔ１）は、同一でも良い。また、先端側の第３駆動部３７の変化率（ｄｔ１／ｔ１）に比べ、基端側の第１駆動部３２や第２駆動部３５の変化率（ｄｔ１／ｔ１）を小さくしても良い。例えば、より基端側に大きな制動力のブレーキを掛けることで先端側が大きく振れ、先端側に大きな反動が加わるような場合、基端側の変化率（ｄｔ１／ｔ１）を小さくすることで、先端側への負荷を小さくすることができる。

因みに、ワーク移載装置１１、ワーク供給装置１３は、多関節ロボットの一例である。支持軸部４１、第１アーム４５、第２アーム４６は、アームの一例である。サーボモータ８３は、モータの一例である。ダイナミックブレーキ用リレー１０９は、リレーの一例である。三相交流Ｗは、電力の一例である。ローサイドスイッチング素子ＴＬは、スイッチング素子の一例である。

以上、上記した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
本実施形態の一態様では、ワーク移載装置１１の制御装置１９は、モータ異常を検出しブレーキ制御を実行する場合に、ブレーキ制御を開始してから予め設定された初期期間ｔ１が経過するまでの間、ローサイドスイッチング素子ＴＬを予め設定されたデューティ比Ｄｕｔｙでスイッチングさせる。これによれば、初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを予め設定しておくことで、異常を検出して直ぐにブレーキ制御を開始できる。また、デューティ比Ｄｕｔｙを反動の小さい比率に設定しておくことで、ブレーキ制御の開始時における反動を抑制することができる。反動を少なくしワーク移載装置１１の故障の発生を抑制でき、サーボモータ８３を円滑に停止させることができる。

尚、本願は上記の実施形態に限定されるものではなく、本願の趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、本願のモータは、三相交流により回転する三相モータに限らず、他の複数相で制御されるモータでも良い。この場合、スイッチング回路９７は、相の数に応じて、ハイサイドスイッチング素子ＴＨ及びローサイドスイッチング素子ＴＬを備えても良い。
また、本願のモータは、サーボモータに限らず、ブラシレスモータなどの他のモータでも良い。
上記実施形態では、異常検出回路１０７がモータ異常を検出したが、制御部１０３が、電源電圧ＶＨ等を入力しモータ異常の発生の有無を判定しても良い。

また、制御装置１９は、モータ異常時において、ハイサイドスイッチング素子ＴＨを完全にオフせずに、スイッチング信号ＰＷＭよりスイッチングしても良い。
また、初期期間ｔ１やデューティ比Ｄｕｔｙを、モータの最大速度以外の条件で設定しても良い。例えば、モータ異常時のサーボモータ８３の速度に応じて、予め初期期間ｔ１やデューティ比Ｄｕｔｙを設定しておいても良い。この場合にも、予め初期期間ｔ１等を設定しておくことで、迅速にブレーキ制御を開始できる。
また、上記実施形態では、制御装置１９は、予め設定された初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙとして、ワーク移載システム１０の製造時に予め設定され、制御装置１９のメモリ等に記憶される固定値を用いたが、これに限らない。例えば、制御装置１９のメモリに、複数のパターンの初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを記憶しても良い。そして、制御装置１９は、予め設定された複数のパターンの初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙの中から、ブレーキ制御をかける際の第１駆動部３２の状態（サーボモータ８３の回転速度やトルクなど）に動作に応じて最適なパターンを選択する制御を実行しても良い。この場合にも、ブレーキ制御を開始する際に、予め設定されたパターンの中から、初期期間ｔ１を選択するだけの処理ですむため、迅速にブレーキ制御を開始できる。

あるいは、制御装置１９は、１度ブレーキ制御を実行した後に、次のブレーキ制御を開始するまでの間、初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを補正して再設定を実行しても良い。これにより、ブレーキ制御を繰り返すごとに、初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを最適化することができる。また、例えば、サーボモータ８３の駆動において許容する最大速度が、経年劣化等により遅くなった場合、制御装置１９は、遅くなった最大速度に応じて、ブレーキ制御を開始する前に、予め初期期間ｔ１及びデューティ比Ｄｕｔｙを補正してブレーキ制御に用いても良い。この場合にも、次のブレーキ制御を開始する前に、予め初期期間ｔ１等を設定しておくことで、迅速にブレーキ制御を開始できる。

また、モータ駆動装置５０は、ダイナミックブレーキ用リレー１０９を備えなくとも良い。
また、上記実施形態では、制御装置１９の故障時など、リレー信号ＲＳを供給できない異常が発生した場合に、ダイナミックブレーキ用リレー１０９によるブレーキ制御を実行したが、これに限らない。制御装置１９は、例えば、モータ異常が発生した初期期間ｔ１において、スイッチング回路９７とダイナミックブレーキ用リレー１０９を併用してダイナミックブレーキをサーボモータ８３に掛けても良い。制御装置１９は、所定のデューティ比でダイナミックブレーキ用リレー１０９をスイッチングしても良い。
また、上記実施形態では、モータ駆動装置５０を備える装置として、ワーク移載装置１１を採用したが、これに限らない。例えば、モータ駆動装置５０は、搬送部２５の駆動源である電磁モータを駆動する装置でも良い。この場合にも予め設定されたデューティ比Ｄｕｔｙで電磁モータのブレーキ制御を実行しても良い。また、モータ駆動装置５０を備える装置としては、対基板装置、はんだ塗布装置、介護ロボット、組み立てロボットなど、モータを駆動源として動作する様々な装置を採用できる。

１１ ワーク移載装置（多関節ロボット）、１３ ワーク供給装置（多関節ロボット）、４１ 支持軸部（アーム）、４５ 第１アーム（アーム）、４６ 第２アーム（アーム）、５０ モータ駆動装置、８３ サーボモータ（モータ）、９３ モータ動力線、９７ スイッチング回路、９９ 第１電源ライン、１０１ 第２電源ライン、１０９ ダイナミックブレーキ用リレー、ｔ１ 初期期間、Ｄｕｔｙ デューティ比、ＴＨ ハイサイドスイッチング素子、ＴＬ ローサイドスイッチング素子、Ｗ 三相交流（電力）。

Claims (1)

1. モータと、
   前記モータに供給する電力をスイッチング素子により制御するスイッチング回路と、
   前記モータの駆動に係わる異常を検出し前記モータの回転を減速させるブレーキ制御を実行する場合に、ブレーキ制御を開始してから設定された初期期間が経過するまでの間、前記スイッチング回路を制御して前記スイッチング素子を設定されたデューティ比でスイッチングさせる制御装置と、
   基端側から先端側へ直列に接続された複数のアームと、
   を備え、
   前記モータ及び前記スイッチング回路は、
   複数の前記アームの各々に対応して複数設けられ、複数の前記アームを個別に動作させ、
   前記初期期間及び前記デューティ比は、
   複数の前記アームの各々で個別に設定され、
   前記制御装置は、
   前記初期期間において、前記デューティ比を徐々に増大させ、且つ基端側の前記アームに対応する前記モータのブレーキ制御におけるデューティ比に比べ、より先端側に配置された前記アームに対応する前記モータのブレーキ制御におけるデューティ比をゆっくりと増大させる、多関節ロボット。

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