JP7299099B2 - ロボットの停止方法及びロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、ロボットとコントローラとからなるロボットシステムに関し、特に、停電検出時におけるロボットの停止方法とロボットシステムとに関する。

ロボット（マニピュレータともいう）とコントローラとからなるロボットシステムでは、ロボットの各軸はモータによって駆動される。ロボットシステムへの外部電源からの電力の供給が停止したときすなわち停電が発生したときには、ロボットを停止する必要がある。停電に際してロボットを停止させたときは、この停止は、通常、エラー停止に分類されるものであるので、電源復帰後のロボットの再立ち上げに多大な労力を要する。また、停電を検出した際に直ちに電磁ブレーキを作動させてロボットを緊急停止させた場合、電磁ブレーキによる急激な制動の影響がロボット内のアームや減速機、さらにはロボットによる被加工物や搬送物などに及ぶことがある。そこで、停電発生時においても制御可能な状態でロボットを動作させて安全にロボットを停止させることが行われている。なお、秒以上の時間にわたって継続する停電の発生は相対的に低頻度であり、多くの停電は、瞬停、瞬断あるいは瞬時停電などと呼ばれるごく短時間、例えば数百ミリ秒の停電や電圧降下である。

停電検出時にロボットを急激に停止させることを防ぐために、特許文献１は、第１電磁ブレーキと第１電磁ブレーキよりも制動力の弱い第２電磁ブレーキを設け、停電の発生を検出したときに第２電磁ブレーキを先行させて動作させることを開示している。特許文献２は、停電時にロボットの主回路電源にも電力を供給できるように大容量コンデンサを設け、停電検出時にはロボットのアームを大きな惰走角で停止させることを開示している。特許文献３は、電源電圧低下や停電の継続時間に応じてロボットの動作継続を図るために、停電などの異常を検出してからの経過時間である電源異常継続時間に対応した速度制限情報をテーブルに格納し、停電を検出したときに速度制限情報に基づいてロボットの各軸の速度を制限することを開示している。この技術では、電源異常継続時間が所定時間を超えると制限後の速度が通電時の０％となり、ロボットは停止する。特許文献４は、外部電源によって動作する移動ロボットにおいて、ロボット自体にバッテリーを搭載し、外部電源の停電時にはバッテリーによってロボットを動作させて作業を継続できるようにすることを開示している。

特開２００９－９５９３９号公報 特開２００２－２１８６７６号公報 特開２００４－２２０３８４号公報 特開２００１－３３９８７５号公報

外部電源における停電を検出したときのロボットの動作を開示する特許文献１～４に記載された技術は、外部電源からの電力の供給が遮断された場合に、コンデンサーあるいはバッテリーに蓄積された電気エネルギーによってロボットやコントローラに何らかの動作を行わせようとするものである。特に特許文献３，４に記載される技術は、瞬停から復帰したときにはそのままロボットが通常の動作を行えるようにすることを目的とした技術である。コンデンサーやバッテリーはコントローラ内に設けられるのが一般的であるが、コントローラの小型化を進めるとコントローラ内に格納できるコンデンサーやバッテリーの容量も小さくなり、停電を検出したときにロボットに実行させる動作が制限されることとなる。その結果、瞬停や瞬断からの電源復帰後に直ぐにロボットを通常動作に戻すことも難しくなる。

本発明の目的は、外部電源における停電を検出したときに所定の動作をロボットに行わせるための予備電源としてコンデンサーやバッテリーを備えるときに、予備電源での電力消費量を少なくすることができ、電源復帰時の再起動や通常動作の再開が容易であるロボットの停止方法と、そのような停止方法を実現するロボットシステムとを提供することにある。

本発明のロボットの停止方法は、外部電源における停電の発生を検出したときにおける、複数の軸を有するロボットの停止方法であって、ロボットにおいてロボットの少なくとも一部を重力方向に移動させる軸をＺ軸とし、停電の発生を検出したときを基準時として、Ｚ軸が上昇状態にあって停電の発生を検出したときに、基準時におけるＺ軸の上昇速度に基づいて重力加速度による減速によってＺ軸の速度が０となるまでの時間を減速時間として算出し、基準時から減速時間でＺ軸の上昇を減速停止させるようにＺ軸を駆動する第１の制御を実行する。

本発明のロボットの停止方法によれば、停電の発生を検出した際にロボットのＺ軸を重力加速度で減速させるので、Ｚ軸を駆動するモータの消費電力を小さくすることができ、停電発生時に予備電源からの電力の消費量を低減しつつロボットのＺ軸を安全に停止できるようになる。

本発明のロボットの停止方法では、基準時におけるＺ軸の位置を基準位置として、基準時から減速時間が経過したときに、減速時間と同じ時間だけかけてＺ軸が基準位置に移動するようにＺ軸を駆動する第２の制御を開始するようにすることが好ましい。第２の制御では、Ｚ軸は自由落下の軌跡で動くこととなり、第２の制御の期間における電力消費も低減することができる。また、第１の制御及び第２の制御を通じて電力消費が低減されているので、通常動作に戻るために電源復帰を待つことができる時間を長くすることができる。

第２の制御を実行する場合、基準時から減速時間が経過したのちに停電からの復帰を検出したときに第２の制御の実行を打ち切るようにしてもよい。このように構成した場合には、ロボットの通常動作への復帰を迅速に行うことができる。あるいは第２の制御を実行する場合、第２の制御によりＺ軸が基準位置に移動したのち、減速時間と同じ時間だけかけてＺ軸を減速停止させるようにＺ軸を駆動する第３の制御を実施してもよい。このように構成すれば、停電が長時間にわたる場合であっても電力消費を増やすことなく、安全にＺ軸を減速停止して保持することができる。

本発明のロボットの停止方法においては、ロボットのＺ軸は、第１昇降機構及び第２昇降機構からなる２段の昇降機構により構成されていてもよい。この場合、Ｚ軸に対する制御量を所定の比率で第１昇降機構及び第２昇降機構に振り分けることが好ましい。所定の比率で振り分けることにより、電力消費を抑えつつＺ軸を減速停止できるとともに、個々の昇降機構に対する制御量の計算を簡略化できて演算負荷を軽減することができる。またＺ軸が２段の昇降機構からなり、第１昇降機構が第２昇降機構よりもロボットの基台に近い側に配置している場合には、停電の発生を検出したときに、第１昇降機構をＺ軸として第１の制御及び第２の制御を実行し、その後、第１昇降機構に対する第２の制御が終了したときを基準時として第２昇降機構に対して第１の制御及び第２の制御を実行するようにしてもよい。このように時間差で第１昇降機構及び第２昇降機構に対する制御を行うことによって、昇降機構の質量が無視できない場合であっても電力消費を抑えつつＺ軸を減速停止することができる。

本発明のロボットの停止方法にいては、外部電源における欠相を検出することにより停電の発生を検出することが好ましい。欠相の検出によって停電の有無を検出するので、停電の発生を早期に検出できるようになる。

本発明のロボットシステムは、複数の軸を有するロボットと、外部電源から電力を供給されてロボットを駆動し制御するコントローラと、を有し、ロボットはロボットの少なくとも一部を重力方向に移動させるＺ軸を備えるロボットシステムであって、外部電源における停電の発生を検出する停電検出手段と、コントローラに設けられ、Ｚ軸が上昇状態にあって停電検出手段により停電の発生を検出したときに、停電の発生を検出したときを基準時として基準時におけるＺ軸の上昇速度に基づいて重力加速度による減速によってＺ軸の速度が０となるまでの時間を減速時間として算出し、基準時から減速時間でＺ軸の上昇を減速停止させるようにＺ軸を駆動する第１の制御を実行する制御手段と、を有する。

本発明のロボットシステムによれば、停電の発生を検出した際にロボットのＺ軸を重力加速度で減速させるので、Ｚ軸を駆動するモータの消費電力を小さくすることができ、停電発生時に予備電源からの電力の消費量を低減しつつロボットのＺ軸を安全に停止できるようになる。

本発明のロボットシステムでは、基準時におけるＺ軸の位置を基準位置として、制御手段は、基準時から減速時間が経過したときに、減速時間と同じ時間だけかけてＺ軸が基準位置に移動するようにＺ軸を駆動する第２の制御を開始することが好ましい。第２の制御では、Ｚ軸は自由落下の軌跡で動くこととなり、第２の制御の期間における電力消費も低減することができる。また、第１の制御及び第２の制御を通じて電力消費が低減されているので、通常動作に戻るために電源復帰を待つことができる時間を長くすることができる。

制御手段は、第２の制御を実行する場合、基準時から減速時間が経過したのちに停電からの復帰を検出したときに、第２の制御の実行を打ち切ってもよい。第２の制御の実行を打ち切ることにより、ロボットの通常動作への復帰を迅速に行うことができるようになる。あるいは制御手段は、第２の制御によりＺ軸が基準位置に移動したのち、減速時間と同じ時間だけかけてＺ軸を減速停止させるようにＺ軸を駆動する第３の制御を実施してもよい。第３の制御を実行することにより、停電が長時間にわたる場合であっても電力消費を増やすことなく、安全にＺ軸を減速停止して保持することができる。

本発明のロボットは、Ｚ軸として、第１昇降機構及び第２昇降機構からなる２段の昇降機構を備えてもよい。ロボットが２段の昇降機構を備える場合、制御手段は、Ｚ軸に関して算出した制御量を所定の比率で第１昇降機構及び第２昇降機構に振り分けて出力することが好ましい。所定の比率で振り分けることにより、電力消費を抑えつつＺ軸を減速停止できるとともに、個々の昇降機構に対する制御量の計算を簡略化できて演算負荷を軽減することができる。またロボットにおいてＺ軸が２段の昇降機構からなり、第１昇降機構が第２昇降機構よりもロボットの基台に近い側に配置している場合には、制御手段は、停電の発生が検出されたときに、第１昇降機構をＺ軸として第１の制御及び第２の制御を実行し、その後、第１昇降機構に対する第２の制御が終了したときを基準時として第２昇降機構に対して第１の制御及び第２の制御を実行するようにしてもよい。時間差で第１昇降機構及び第２昇降機構に対する制御を行うことによって、昇降機構の質量が無視できない場合であっても電力消費を抑えつつＺ軸を減速停止することができる。

本発明のロボットシステムにおいて、停電検出手段は、外部電源における欠相を検出する欠相検出器からなることが好ましい。欠相検出器を用いることにより、停電の発生を早期に検出できるようになる。

本発明によれば、停電の発生を検出した際にロボットのＺ軸を重力加速度で減速させるので、Ｚ軸を駆動するモータの消費電力を小さくすることができ、停電発生時に予備電源からの電力の消費量を低減しつつロボットのＺ軸を安全に停止できるようになる。

（ａ），（ｂ）は、それぞれ、ロボットを示す平面図及び正面図である。 本発明の実施の一形態のロボットシステムを示すブロック図である。 ロボットのＺ方向の運動による位置と速度の変化を示すグラフである。 本発明の別の実施形態でのロボットを正面図である。 ロボットのＺ方向の運動による位置と速度の変化を示すグラフである。 ロボットのＺ方向の運動による位置と速度の変化を示すグラフである。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の一形態のロボットシステムに含まれるロボットの構成の一例を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図１に示すロボットは、半導体基板やガラス基板などの搬送に用いられる水平多関節ロボットであって、基台１１と、基台１１に取り付けられた第１アーム１２と、第１アーム１２の先端に取り付けられた第２アーム１３と、第２アーム１３の先端に取り付けられたハンド１４とを備えている。ハンド１４はガラス基板などの搬送対象物を保持するものであって、フォーク(fork)状に形成されている。基台１１に対して第１アーム１２は軸Ａの周りで回転可能であり、第１アーム１２に対して第２アーム１３は軸Ｂの周りを回転可能であり、第２アーム１３に対してハンド１４は軸Ｃの周りで回転可能である。ロボットの関節軸である軸Ａ，Ｂ，Ｃの周りでの回転を可能にするために、ロボットには軸ごとにモータ（図１には不図示）が備えられている。

さらにロボットは、基台１１に設けられて第１アーム１２を図示Ｚ方向で昇降する昇降機構１５が設けられ、この昇降機構１５は昇降用のモータ（図１には不図示）によって駆動される。Ｚ方向は、ロボットにおいて重力方向と一致するように定められており、昇降機構１５によるロボットの動きを特にＺ軸での動きと呼び、昇降用のモータのことをＺ軸のモータと呼ぶ。軸Ａ，Ｂ，ＣはいずれもＺ方向に平行であり、軸Ａ，Ｂ，Ｃの周りでのアーム１２，１３やハンド１４の回転は重力に抗するものではないので、相対的に小さな電力で軸Ａ，Ｂ，Ｃに取り付けられたモータを駆動することができる。これに対し、Ｚ軸のモータは、昇降機構１５によってロボットにおける第１アーム１２からハンド１４までの部分の全体を上下方向に動かすものであるので、特に上昇方向に昇降機構１５が動くときに大きな電力を消費する。

図２は、図１に示すロボットと、このロボットに接続してロボットを制御するコントローラ５０とからなるロボットシステムの回路構成を示すブロック図である。図２において、電力系統の配線は太線で示されている。ロボットにおいて、各軸のモータ６１は、それぞれそのモータ６１の回転位置を検出する位置検出信号を出力するエンコーダ６２が機械的に接続している。モータ６１は、例えば、三相ブラシレス三相同期モータである。図では、４個のモータ６１が描かれており、これらのモータ６１は、それぞれ、軸Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｚに対応するものである。もちろん、ロボットの軸の数は４に限定されるものではなく、モータ６１の個数も４個に限定されるものではない。

コントローラ５０は、外部電源である商用交流電源５１から交流電力が供給されて各モータ６１を駆動するものであり、商用交流電源５１からの交流電力における欠相を検出する欠相検出器５２と、供給された交流電力を直流電力に変換する整流回路５３と、整流回路５３の出力側に設けられたコンデンサ５４と、モータ６１ごとに対応して設けられるサーボ回路５５と、ロボットの制御のために外部から供給される指令が入力し、サーボ回路５５を介して各軸のモータ６１を駆動し制御する制御部５６と、を備えている。欠相検出器５２は、商用交流電源５１での停電を検出するために設けられており、欠相を検出したときに停電検出信号を制御部５６に出力する。コンデンサ５４は、整流回路５３が出力する直流電力における平滑コンデンサとして機能するとともに、商用交流電源５１で停電が発生したときにサーボ回路５５に直流電力を供給する機能も有する。本実施形態では、商用交流電源５１における停電を検出できるものであれば、欠相検出器５２以外の手段を用いる可能であるが、停電の発生をより早期に検出するために、欠相検出器５２を用いることが好ましい。整流回路５３の出力電圧の低下により停電を検出することもできるが、その場合、整流回路５３の出力に接続されているコンデンサ５４のために停電が発生してから検出されるまでの遅延時間が長くなるので、整流回路５３の出力電圧の低下によって停電を検出することは好ましくない。

モータ６１ごとに設けられるサーボ回路５５は、公知の構成のものであって、整流回路５３から直流電力の供給を受け、対象とするモータ６１に接続するエンコーダ６２からの位置検出信号と制御部５６からの速度指令とに基づき、サーボ制御によって駆動対象のモータ６１に制御する。制御部５６は、外部から入力する指令と各軸のモータ６１に接続するエンコーダ６２からの位置検出信号とに基づいて各軸のモータ６１を駆動するための速度指令を生成して各サーボ回路５５に出力する。本実施形態において外部からの指令に応じて各モータ６１を駆動するための速度指令を生成する処理は、ロボットの制御のために行われる通常行われている一般的な処理と同じである。さらに制御部５６は、欠相検出器５２から停電検出信号が入力したときに、安全かつ再起動が容易であるようにロボットを停止させる処理を実行する。

次に、このロボットシステムにおいて商用交流電源５１の停電が発生したときの処理について説明する。ロボットの動作中に停電が発生したものとする。ロボットの各軸のうち軸Ａ，Ｂ，Ｃは、水平方向にアーム１２，１３及びハンド１４を動かすための軸であって、動作のために多大な電力を必要とせず、また電力供給の停止による落下などのおそれもない軸である。そこで制御部５６は、停電検出時に通常行っているように、停電対応として予め定められている減速時間で軸Ａ，Ｂ，Ｃを停止させるような制御をこれらの軸Ａ，Ｂ，Ｃのモータ６１に対して行う。Ｚ軸に関してロボットが運動している場合、その運動が下降運動であるときは、Ｚ軸のモータ６１において消費されている電力が小さいので、制御部５６は、停電対応として予め定められている減速時間で停止するようにＺ軸のモータ６１を制御する。これに対しロボットがＺ軸に関して上昇するように運動している場合、この運動は重力に対して抗う動きであってＺ軸のモータ６１は大量の電力を消費している。そこで本実施形態では、ロボットがＺ軸に関して上昇している状態で停電の発生を検出したときに、ロボットの制御を継続しつつ、できるだけ少ない消費電力でＺ軸を停止できるような制御を行う。その際、停電がその継続時間が例えば２００ミリ秒以下程度の瞬停である可能性を考えて、瞬停であった場合にはできるだけ早く通常動作に復帰できるような制御を行うものとする。以下、Ｚ軸に関して上昇しているときに停電を検出したときの制御を詳しく説明する。

図３は、Ｚ軸に関して上昇しているときに停電を検出したときの制御を説明するグラフであって、ロボットのＺ方向での位置と速度のそれぞれの時間変化を示している。停電を検出した時刻を制御における基準時としてこれを時刻０で表し、また、停電を検出したときのＺ方向の位置を基準位置としてこれを位置０としている。Ｚ方向の位置は、具体的には水平多関節ロボットである本実施形態のロボットのハンド１４の高さで表すことができる。

制御部５６は、欠相検出器５２が商用交流電源５１での欠相を検出して停電検出信号を出力したら、まずロボットのＺ軸が上昇方向に運動しているかどうかを判定する。上昇方向に運動しているときは、制御部５６は、その時点での上昇速度ｖを取得し、取得された上昇速度ｖに基づいて、Ｚ軸での上昇運動が重力加速度による減速によってその速度がゼロとなるまでの時間を算出する。この時間を減速時間Ｄと呼ぶ。そして制御部５６は、算出された減速時間ＤによってＺ軸の運動が停止するようにＺ軸のモータ６１を駆動するための速度指令をＺ軸のサーボ回路５５に出力する。この制御を第１の制御と呼ぶ。サーボ回路５５は、この速度指定に基づき、コンデンサ５４に貯えられている電力で動作してＺ軸のモータ６１を減速停止させる。このとき、ロボットのＺ軸は、実質的には外部からのエネルギーの供給なしに慣性で運動して減速停止するので、減速停止するようにモータ６１を駆動するため消費電力を小さくすることができる。このことは、停電時におけるコンデンサ５４に貯えられた電力の消費を少なくすることができる。

このような第１の制御を行うと、図３に示すように、ロボットのＺ方向の速度は重力加速度で減少し、停電の検出から減速時間Ｄが経過した時刻ａ１において、Ｚ方向の速度は０となり、Ｚ方向の位置が最高点となる。その後、本実施形態では、制御部５６は、減速時間Ｄと同じ時間で、重力に対して落下する方向にＺ軸のモータ６１を駆動する制御を行う。この制御を第２の制御と呼ぶ。第２の制御ではロボットのＺ軸はほぼ自由落下に近い状態で移動するので、モータ６１における消費電流は小さいと考えられる。その結果、停電の検出から減速時間Ｄの２倍すなわち２Ｄが経過した時刻ａ２において、ロボットのＺ軸の位置は、最初に停電を検出したときの位置すなわち基準位置に戻る。結局、停電を検出した時刻０から時刻ａ２までの期間、ロボットのＺ軸は重力加速度による放物運動を行うように制御されることになる。この第１及び第２の制御を行う場合、停電が瞬停であって停電の発生から２Ｄの期間のうちに商用交流電源５１が停電から復帰すれば、ロボットは直ちに通常の動作のための制御に移行することができる。減速時間Ｄの２倍の時間２Ｄまで瞬停からの電源復帰を待つことができるので、長時間の停電に対応するためにロボットを完全に停止させる処理を行う頻度が減少し、ロボットの稼働率が向上する。

時刻ａ２までで電源復帰しなかった場合には、制御部５６は、自由落下に近い状態で下降しているロボットのＺ軸を減速停止するようにモータ６１の制御を行う。この制御を第３の制御と呼ぶ。このとき、どれだけの時間でモータ６１を停止させるかは、ロボットの構成や搬送物などに基づいて適宜に定めることができるが、一例として、先に計算して求めた減速時間Ｄを使用することができる。本実施形態では、時刻０から時刻ａ２の期間では、重力加速度にしたがってＺ軸が移動するようにしているが、これは全く制御を行わないことを意味するのではなく、ロボットの確実な動作のためにあくまでエンコーダ６２からの位置検出信号に基づくフィードバック制御を行っている。このフィードバック制御においては既に時々刻々の速度指令の計算を行っており、時刻ａ２が経過してＺ軸を減速停止させるときの減速時間として先に求めた減速時間Ｄを使用することにより、既に計算された一連の速度指令を時間と正負の符号とに関して反転したものをこの減速停止時の一連の速度指令として使用することができる。したがって時刻ａ２が経過してＺ軸を減速停止させるときの計算負荷を軽減することができる。Ｚ軸の減速停止の制御を行うことにより、時刻ａ３においてＺ軸は停止する。このような減速停止の制御を行うことにより、停電の発生から時刻ａ２までの期間すなわち第１及び第２の制御でのＺ軸のモータ６１の電力消費はわずかであると考えられるので、全体として、電力消費を抑えるつつ安全にＺ軸を停止させることができる。

本実施形態では、ロボットのＺ軸が上昇中に停電が発生した場合に、その時点での上昇速度から重力加速度による減速でＺ軸の速度が０となるまでの時間を算出して減速時間Ｄとし、減速時間ＤでＺ軸が減速停止するような第１の制御を行うことによって、瞬停時にも電力消費量を抑えてＺ軸を停止でき、これに引き続いて減速時間Ｄで落下するようにＺ軸を制御する第２の制御を行うことにより、電源復帰までの時間が長くなる場合にも対応できるようになり、その後、減速時間ＤでＺ軸を減速停止する第３の制御を実施することによって、全体としての電力消費量を抑えつつ、停電が継続する場合においても安全にＺ軸を保持できるようになる。

以上説明した実施形態においては、図３において破線で示すように、時刻ａ１においてＺ軸の速度が０になったときに、そのままＺ軸を静止させてロボットを停止させるようにしてもよい。すなわち、第１の制御だけを実施してＺ軸を減速停止し、そのままＺ軸をｊ保持するようにしてもよい。また、停電の発生から時刻ａ１までの期間において電源復帰した場合には、時刻ａ１までは第１の制御を行って時刻ａ１においてＺ軸の速度を０とし、その状態を保った上で、ロボットを通常動作に移行させる制御を開始するようにしてもよい。また、時刻ａ１と時刻ａ２の間で商用交流電源５１が回復した場合には、重力加速度に応じたＺ軸の運動の制御すなわち第２の制御をその時点で打ち切って、ロボットを通常動作に移行させる制御を開始してもよいし、あるいは時刻ａ３まで第２及び第３の制御を行ってＺ方向の運動を完全に停止させ、その後、ロボットを通常動作に移行させる制御を開始してもよい。

以上の説明では、ロボットのＺ軸が１段構成であるものとしているが、Ｚ方向へのロボットの移動可能量を増すために、Ｚ軸を２段構成としたロボットも存在する。図４は、本発明の別の実施形態のロボットシステムで用いられるロボットを示しており、このロボットはＺ軸が２段構成となったものである。

図４に示すロボットは、図１に示す水平多関節ロボットと同様のものであるが、基台１１に第１昇降機構１６が設けられ、第１昇降機構１６に対して第２昇降機構１７が取り付けられ、第２昇降機構１７に対して第１アーム１２が取り付けられている点で、図１のロボットと異なっている。第１昇降機構１６はロボットの第２昇降機構１７からハンド１４までの部分を昇降させ、第２昇降機構１７は、ロボットの第１アーム１２からハンド１４までの部分を昇降させる。第１昇降機構１６をＺ１軸と呼び、第２昇降機構１７をＺ２軸と呼ぶ。第１昇降機構１６は第２昇降機構１７も昇降させるので、ロボットのハンド１４の位置は、第１昇降機構１６による昇降量と第２昇降機構１７による昇降量を加算したものとなる。昇降機構１６，１７の各々ごとにモータ６１が設けられており、コントローラ５０によってこれらのモータ６１を駆動することによって、昇降機構１６，１７を独立して動作させることができる。

図４に示すロボットにおいても、商用交流電源５１の停電を検出し、かつ、Ｚ１軸及びＺ２軸が全体として上昇しているときは、制御部５６は、上述と同様に、全体としての電力消費量が少なくなるようにＺ１軸及びＺ２軸の制御を行う。図５は、Ｚ１軸及びＺ２軸が全体と上昇しているときに停電を検出したときの制御を説明するグラフであって、ロボットのＺ方向での位置と速度のそれぞれの時間変化をＺ１軸及びＺ２軸のそれぞれごとに示している。Ｚ１軸についての変化は破線で示され、Ｚ２軸についての変化は一点鎖線で示されている。Ｚ２軸については、Ｚ２軸単体での値であり、具体的には、第２昇降機構１７の単独で実現される昇降量と昇降速度とを示している。図において「Ｚ１＋Ｚ２」とラベルが付された実線は、Ｚ１軸とＺ２軸の動きを合成したもの、すなわちハンド１４のＺ方向の動きを示している。

図５に示した制御は、図３を用いて説明した制御における制御量すなわち速度指令値を、所定の比率でＺ１軸とＺ２軸に振り分けたものである。この場合、第１昇降機構１６も第２昇降機構１７もそれ自体は重力加速度に応じた減速や落下運動に対応する動きをしているわけではないが、ロボットにおいて第２昇降機構１７よりも先端側は重力加速度に応じた減速や落下運動を行っており、昇降機構１６，１７自体の質量による寄与を無視すれば、全体として、昇降機構１６，１７のそれぞれのモータ６１の消費電力の低減が図られている。この制御では、図３を用いて説明した制御において発生する速度指令値を所定の比率でＺ１軸とＺ２軸とに分配するので、Ｚ１軸及びＺ２軸の各々に対する速度指令値を算出する処理が簡単なものとなって、制御部５６における演算負荷を小さくすることができる。

図６は、図５と同様にロボットのＺ方向での位置と速度のそれぞれの時間変化をＺ１軸及びＺ２軸のそれぞれごとに示すグラフであって、２段構成の昇降機構１６，１７を有する場合の制御の別の例を示している。図６に示す制御は、より基台１１に近い側の第１昇降機構１６に対して、まず、重力加速度に応じた運動を行うような制御を行い、その後、基台１１から遠い方の第２昇降機構１７に対して重力加速度に応じた運動を行うような制御を行うものである。以下、図６に基づいてこの制御を詳しく説明する。時刻０において停電の発生を検出すると、制御部５６は、そのときのＺ１軸の速度ｖ１に基づいて重力加速度による減速の減速時間Ｄ１を算出し、Ｚ１軸について図３に示す場合と同様に放物運動を行うような制御（第１及び第２の制御）を行う。減速時間Ｄ１の２倍の時間が経過した時刻ｂにおいて、Ｚ１軸の放物運動は終了し、その後、制御部５６は、Ｚ１軸を減速停止させる制御（第３の制御）を行う。時刻０と時刻ｂとの間、制御部５６は、Ｚ２軸については、停電の発生時における速度を維持する、すなわちＺ１軸に対して等速運動を維持するような制御を行う。制御部５６は、時刻ｂを経過したら、Ｚ２軸について、そのときのＺ２軸の速度ｖ２に基づいて重力加速度による減速の減速時間Ｄ２を算出し、図３に示すものと同様に放物運動を行うような制御（第１及び第２の制御）を行う。時刻ｂから減速時間Ｄ２の２倍の時間が経過した時刻ｃにおいて、Ｚ２軸の放物運動は終了し、その後、制御部５６は、Ｚ２軸を減速停止させる制御（第３の制御）を行う。図６に示す制御は、昇降機構１６，１７の質量による寄与が無視できないときに、より少ない電力消費でロボットを安全にかつ再始動容易に停止させることができる。

１１…基台；１２，１３…アーム；１４…ハンド；１５～１７…昇降機構；５０…コントローラ；５１…商用交流電源；５２…欠相検出器；５３…整流回路；５４…コンデンサー；５５…サーボ回路；５６…制御部。

Claims (14)

1. 外部電源における停電の発生を検出したときにおける、複数の軸を有するロボットの停止方法であって、
   前記ロボットにおいて前記ロボットの少なくとも一部を重力方向に移動させる軸をＺ軸とし、前記停電の発生を検出したときを基準時として、
   前記Ｚ軸が上昇状態にあって前記停電の発生を検出したときに、前記基準時における前記Ｚ軸の上昇速度に基づいて重力加速度による減速によって前記Ｚ軸の速度が０となるまでの時間を減速時間として算出し、
   前記基準時から前記減速時間で前記Ｚ軸の上昇を減速停止させるように前記Ｚ軸を駆動する第１の制御を実行するロボットの停止方法。
2. 前記基準時における前記Ｚ軸の位置を基準位置として、前記基準時から前記減速時間が経過したときに、前記減速時間と同じ時間だけかけて前記Ｚ軸が前記基準位置に移動するように前記Ｚ軸を駆動する第２の制御を開始する、請求項１に記載のロボットの停止方法。
3. 前記基準時から前記減速時間が経過したのちに前記停電からの復帰を検出したときに、前記第２の制御の実行を打ち切る、請求項２に記載のロボットの停止方法。
4. 前記第２の制御により前記Ｚ軸が前記基準位置に移動したのち、前記減速時間と同じ時間だけかけて前記Ｚ軸を減速停止させるように前記Ｚ軸を駆動する第３の制御を実施する、請求項２に記載のロボットの停止方法。
5. 前記Ｚ軸は第１昇降機構及び第２昇降機構からなる２段の昇降機構により構成されており、
   前記Ｚ軸に対する制御量を所定の比率で前記第１昇降機構及び前記第２昇降機構に振り分ける、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のロボットの停止方法。
6. 前記Ｚ軸は、第１昇降機構及び第２昇降機構からなって前記第１昇降機構が前記第２昇降機構よりも前記ロボットの基台に近い側に配置している２段の昇降機構により構成されており、
   前記停電の発生を検出したときに、前記第１昇降機構を前記Ｚ軸として前記第１の制御及び前記第２の制御を実行し、その後、前記第１昇降機構に対する前記第２の制御が終了したときを前記基準時として前記第２昇降機構に対して前記第１の制御及び前記第２の制御を実行する、請求項２に記載のロボットの停止方法。
7. 前記外部電源における欠相を検出することにより前記停電の発生を検出する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のロボットの停止方法。
8. 複数の軸を有するロボットと、外部電源から電力を供給されて前記ロボットを駆動し制御するコントローラと、を有し、前記ロボットは前記ロボットの少なくとも一部を重力方向に移動させるＺ軸を備えるロボットシステムであって、
   前記外部電源における停電の発生を検出する停電検出手段と、
   前記コントローラに設けられ、前記Ｚ軸が上昇状態にあって前記停電検出手段により前記停電の発生を検出したときに、前記停電の発生を検出したときを基準時として前記基準時における前記Ｚ軸の上昇速度に基づいて重力加速度による減速によって前記Ｚ軸の速度が０となるまでの時間を減速時間として算出し、前記基準時から前記減速時間で前記Ｚ軸の上昇を減速停止させるように前記Ｚ軸を駆動する第１の制御を実行する制御手段と、
   を有するロボットシステム。
9. 前記基準時における前記Ｚ軸の位置を基準位置として、前記制御手段は、前記基準時から前記減速時間が経過したときに、前記減速時間と同じ時間だけかけて前記Ｚ軸が前記基準位置に移動するように前記Ｚ軸を駆動する第２の制御を開始する、請求項８に記載のロボットシステム。
10. 前記制御手段は、前記基準時から前記減速時間が経過したのちに前記停電からの復帰を検出したときに、前記第２の制御の実行を打ち切る、請求項９に記載のロボットシステム。
11. 前記制御手段は、前記第２の制御により前記Ｚ軸が前記基準位置に移動したのち、前記減速時間と同じ時間だけかけて前記Ｚ軸を減速停止させるように前記Ｚ軸を駆動する第３の制御を実施する、請求項９に記載のロボットシステム。
12. 前記ロボットは、前記Ｚ軸として、第１昇降機構及び第２昇降機構からなる２段の昇降機構を備え、
    前記制御手段は、前記Ｚ軸に関して算出した制御量を所定の比率で前記第１昇降機構及び前記第２昇降機構に振り分けて出力する、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のロボットシステム。
13. 前記ロボットは、前記Ｚ軸として、第１昇降機構及び第２昇降機構からなって前記第１昇降機構が前記第２昇降機構よりも前記ロボットの基台に近い側に配置している２段の昇降機構を備え、
    前記制御手段は、前記停電の発生が検出されたときに、前記第１昇降機構を前記Ｚ軸として前記第１の制御及び前記第２の制御を実行し、その後、前記第１昇降機構に対する前記第２の制御が終了したときを前記基準時として前記第２昇降機構に対して前記第１の制御及び前記第２の制御を実行する、請求項９に記載のロボットシステム。
14. 前記停電検出手段は、前記外部電源における欠相を検出する欠相検出器からなる、請求項８乃至１３のいずれか１項に記載のロボットシステム。

Images