JP7385618B2 - 電動モータ用の制御装置及びそれを備えるロボット、並びに電動モータの制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係るロボットの全体構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態に係るロボット10は、基台11と、当該基台11にその基端部が連結されるロボットアーム20と、当該ロボットアーム20の先端に取り付けられる図示しないエンドエフェクタと、ロボットアーム20及び前記エンドエフェクタの動作を制御するためのロボット制御装置40と、を備える。
図1に示すように、ロボットアーム20は、6つの関節軸JT1~JT6と、これらの関節軸によって順次連結される6つのリンク30a~30eと、を有する垂直多関節型のロボットアームである。関節軸JT1~JT6には、それぞれ、後述する電動モータ32が設けられる。
本実施形態において、電動モータ32は、関節軸JT1~JT6それぞれを駆動するために、当該関節軸JT1~JT6それぞれに設けられる。なお、以下において、特に必要な場合を除き、六つのうち一つの電動モータ32(本実施形態では、特に、関節軸JT3に設けられる電動モータ32)についてのみ説明し、その他の同様となる説明は繰り返さない。
ロボット制御装置40ついて、具体的な構成は特に限定されないが、例えば、公知のプロセッサ(CPU等)が記憶部(メモリ等)に格納されたプログラムに従って動作することにより実現される構成であってもよい。なお、図1に示すように、本実施形態に係る電動モータ用の制御装置50は、ロボット制御装置40の一部として構成される。
本実施形態に係る電動モータ用の制御装置50(以下、単に「制御装置50」と称することがある)は、ロボットアーム20が重力(外力)の影響を受けることで回転し得る回転軸33を有する電動モータ32の動作を制御するために設けられる。なお、以下において、特に必要な場合を除き、制御装置50が関節軸JT3に設けられる電動モータ32の動作を制御する場合についてのみ説明し、その他の同様となる説明は繰り返さない。
図2は、本実施形態に係る電動モータ用の制御装置を示す回路図である。図2に示すように、本実施形態に係る電動モータ用の制御装置50は、直流電力を交流電力に変換するように構成され、変換した交流電力を電動モータ32へと出力するためのインバータ回路60と、インバータ回路60を制御するための第1制御回路92と、インバータ回路60の電力供給用の入力端子間の電圧値VAを検出し、当該電圧値VAを第1制御回路92へと出力するための第1電圧検出回路76と、を備える。
本実施形態に係る電動モータ用の制御装置50は、交流電源110から供給される交流電力の態様(電源から供給される電力の態様)を変換するように構成され、変換した交流電力をインバータ回路60へと出力するための第1変換回路72(変換回路)と、第1変換回路72とインバータ回路60との間で、第1変換回路72及びインバータ回路60に対して並列に接続されるコンデンサ70と、をさらに備える。
本実施形態に係る電動モータ用の制御装置50は、電動モータ32に取り付けられる無励磁作動型電磁ブレーキ36の動作を制御するための第2制御回路94と、第1変換回路72の入力端子間の電圧値VB(図示せず)を検出し、当該電圧値VBを第2制御回路94へと出力するための第2電圧検出回路78と、をさらに備える。
本実施形態に係る電動モータ用の制御装置50は、交流電源110からインバータ回路60に対して交流電力を供給するか否かを切り替えるためのスイッチ回路80と、ロボット10(換言すれば、電動モータ32を有する装置)の状態を示す第1状態データ、及び当該ロボット10によって作業されるワークWの状態を示す第2状態データのうち少なくともいずれかに基づき、スイッチ回路80を制御するための第3制御回路96と、をさらに備える。
本実施形態に係る電動モータ用の制御装置50は、インバータ回路60の電力供給用の入力端子間の電圧値VAが電動モータ32をサーボ制御するために必要な所定の電圧値よりも小さくなったことが検出されたとき、インバータ回路60内で短絡回路を形成することによって、電動モータ32にダイナミックブレーキを作用させる。その結果、電動モータ用の制御装置50は、回転軸33が重力(外力)の影響で回転し得る電動モータ32を確実に制動することが可能となる。
つづいて、本発明の実施形態に係る電動モータの制御方法の一例について説明する。なお、ここでは、上記実施形態に係る電動モータ用の制御装置50を備えるロボット10が予め準備されており、そのあとで、本発明の実施形態に係る電動モータの制御方法が、上記で説明した電動モータ用の制御装置50を用いて行われる場合について、主に図4~6に基づき説明する。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
界効果トランジスタ)を有してもよいし、他のトランジスタを有してもよいし、又は、その他のスイッチング素子を有してもよい。
11 基台
20 ロボットアーム
30 リンク
32 電動モータ
33 回転軸
34 エンコーダ
36 無励磁作動型電磁ブレーキ
40 ロボット制御装置
50 電動モータ用の制御装置
60 インバータ回路
62 IGBT
64 還流ダイオード
70 コンデンサ
72 第1変換回路
73 コンバータ回路
74 第2変換回路
80 スイッチ回路
82 スイッチ
84 コイル
90 制御回路
92 第1制御回路
94 第2制御回路
96 第3制御回路
110 交流電源
120a 第1センサ
120b 第2センサ
JT 関節軸
W ワーク
Claims (11)
- ロボットの関節軸に搭載された電動モータの動作を制御するための制御装置であって、
直流電力を交流電力に変換するように構成され、変換した前記交流電力を前記電動モータへと出力するためのインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御するための第1制御回路と、を備え、
前記第1制御回路は、
前記インバータ回路の電力供給用の入力端子間の電圧値が前記電動モータをサーボ制御するために必要な所定の電圧値以上であることが検出されたとき、前記インバータ回路によって前記電動モータをサーボ制御し、
前記インバータ回路の電力供給用の入力端子間の電圧値が前記所定の電圧値よりも小さくなったことが検出されたとき、前記インバータ回路内で短絡回路を形成することによって、前記電動モータにダイナミックブレーキを作用させ、前記ダイナミックブレーキを作用させる際に、前記インバータ回路内で前記短絡回路を形成する状態と形成しない状態とを交互に切り替え、前記ダイナミックブレーキによる制動の大きさを調整し、且つ、
前記インバータ回路に対して直流電力を正常に供給し得ない異常が検出されたとき又は前記異常が予測されるとき、前記電動モータを減速停止させるためのサーボ制御を開始することを特徴とする、電動モータ用の制御装置。 - ロボットの関節軸に搭載された電動モータの動作を制御するための制御装置であって、
直流電力を交流電力に変換するように構成され、変換した前記交流電力を前記電動モータへと出力するためのインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御するための第1制御回路と、を備え、
前記第1制御回路は、
前記インバータ回路の電力供給用の入力端子間の電圧値が前記電動モータをサーボ制御するために必要な所定の電圧値以上であることが検出されたとき、前記インバータ回路によって前記電動モータをサーボ制御し、
前記インバータ回路の電力供給用の入力端子間の電圧値が前記所定の電圧値よりも小さくなったことが検出されたとき、前記インバータ回路内で短絡回路を形成することによって、前記電動モータにダイナミックブレーキを作用させ、前記ダイナミックブレーキを作用させる際に、前記インバータ回路内で前記短絡回路を形成する状態と形成しない状態とを交互に切り替え、前記ダイナミックブレーキによる制動の大きさを調整し、
前記電動モータは、前記ダイナミックブレーキに加えて無励磁作動型電磁ブレーキによっても制動され、
前記無励磁作動型電磁ブレーキの動作を制御するための第2制御回路をさらに備え、
前記第2制御回路は、前記インバータ回路に対して直流電力を正常に供給し得ない異常が検出されたとき又は前記異常が予測されるとき、前記無励磁作動型電磁ブレーキによって前記電動モータを制動するための制御を開始する、電動モータ用の制御装置。 - 電源から供給される電力の態様を変換するように構成され、変換した前記電力を前記インバータ回路へと出力するための変換回路と、
前記電源の出力端子間の電圧値、又は前記変換回路の入力端子間の電圧値を検出し、検出した前記電圧値を前記第2制御回路へと出力するための第2電圧検出回路と、をさらに備え、
前記第2制御回路は、前記第2電圧検出回路で検出された前記電圧値が所定の正常な範囲外になったことに基づき、前記異常が検出されたこと又は前記異常が予測されることを検知して、前記無励磁作動型電磁ブレーキによって前記電動モータを制動するための制御を開始する、請求項2に記載の電動モータ用の制御装置。 - 前記電源は交流電源であり、
前記変換回路は、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するように構成されたコンバータ回路を含む、請求項3に記載の電動モータ用の制御装置。 - 前記変換回路と前記インバータ回路との間で、前記変換回路及び前記インバータ回路に対して並列に接続されるコンデンサをさらに備える、請求項3又は4に記載の電動モータ用の制御装置。
- 前記電動モータは、三相交流モータとして構成され、
前記インバータ回路は、三つの相を有する三相インバータとして構成され、
前記第1制御回路は、前記インバータ回路内で三つの上アームから成る第1群、及び三つの下アームから成る第2群のうちいずれか一方の群の三つのアーム全てをONにし、いずれか他方の群の三つのアーム全てをOFFにすることで、前記三相交流モータの三つの相全てを短絡させるか、又は、前記いずれか一方の群の二つのアームをONにし、前記二つのアームとは異なる相に属する前記いずれか他方の群の一つのアームをON又はOFFにし、残り三つのアーム全てをOFFにすることで、前記三相交流モータの二つの相を短絡させて前記短絡回路を形成する、請求項1乃至5のいずれかに記載の電動モータ用の制御装置。 - 前記第1制御回路は、前記インバータ回路内で三つの上アームをOFFにし、三つの下アームをONにすることで、前記三相交流モータの三つの相全てを短絡させて前記短絡回路を形成する、請求項6に記載の電動モータ用の制御装置。
- 前記第1制御回路は、前記インバータ回路の電力供給用の入力端子間の電圧値が前記所定の電圧値よりも小さくなったことが検出されたときに加えて、前記第1制御回路が電源から電力を供給されて作動し始める初期状態においても前記インバータ回路内で短絡回路を形成することによって、前記電動モータにダイナミックブレーキを作用させる、請求項1乃至7のいずれかに記載の電動モータ用の制御装置。
- 請求項1乃至8のいずれかに記載の電動モータ用の制御装置と、
前記電動モータ用の制御装置によって動作を制御される前記電動モータと、
前記電動モータによって駆動する前記関節軸を有するロボットアームと、を備えることを特徴とする、ロボット。 - 前記ロボットアームが重力の影響を受けることで前記電動モータの回転軸が回転し得るように構成される、請求項9に記載のロボット。
- ロボットの関節軸に搭載された電動モータの動作を制御するための制御方法であって、
直流電力を交流電力に変換するように構成され、変換した前記交流電力を前記電動モータへと出力するためのインバータ回路が予め準備されており、
前記インバータ回路の電力供給用の入力端子間の電圧値が前記電動モータをサーボ制御するために必要な所定の電圧値以上であることが検出されたとき、前記インバータ回路によって前記電動モータをサーボ制御する第1ステップと、
前記インバータ回路の電力供給用の入力端子間の電圧値が前記所定の電圧値よりも小さくなったことが検出されたとき、前記インバータ回路内で短絡回路を形成することによって、前記電動モータにダイナミックブレーキを作用させる第2ステップと、
前記ダイナミックブレーキを作用させる際に、前記インバータ回路内で前記短絡回路を形成する状態と形成しない状態とを交互に切り替え、前記ダイナミックブレーキによる制動の大きさを調整するステップと、
前記インバータ回路に対して直流電力を正常に供給し得ない異常が検出されたとき又は前記異常が予測されるとき、前記電動モータを減速停止させるためのサーボ制御を開始するステップと、
を備えることを特徴とする、電動モータの制御方法。
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