JPH04304178A - ロボット制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモータに過大な電流が長
い時間供給され続けることを防止できるようにしたロボ
ット制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロボットを制御することは、その駆動源
たるモータを制御することに他ならない。従来のロボッ
トにおけるモータ制御は、通常、位置ループ、速度ルー
プ、電流ループの各段に分けて行われる。位置ループで
は、ロボットの目標位置と現在位置との偏差を計算し、
その結果に位置ループ伝達関数を乗じ、これを速度指令
とする。速度ループでは、位置ループで得られた速度指
令と現在速度との偏差を計算し、その結果に速度ループ
伝達関数を乗じ、これをトルク指令とする。電流ループ
では、速度ループで得られたトルク指令と実際にモータ
に流れている電流との偏差を計算し、その結果に電流ル
ープ伝達関数を乗じ、これにてモータに流す電流を制御
する。なお、モータにおいて、発生トルクは電流に比例
するため、トルク指令は電流指令となる。

【０００３】一般に、モータに流し得る電流は定格電流
の３倍程度まで許容されている。これは、起動時など大
きなトルクを必要とする場合に、定格以上のトルクを発
生させるためである。しかしながら、モータに最大許容
電流以上の電流が流れたり、最大許容電流以下でも定格
電流を越えた電流が長い時間流れたりすると、危険であ
る。

【０００４】そこで、従来のロボットでは、モータの保
護として、過電流保護と、過負荷保護が講ぜられている
。このうち、過電流保護としては、検流器にて実際にモ
ータに流れる電流を検出し、モータに最大許容電流以上
の電流が流れたとき、電源を遮断する構成としたり、或
いは電源回路にリミッタを設けてモータへの供給電流が
最大許容電流を越えることのないようにしている。

【０００５】また、過負荷保護としては、モータに流れ
る電流の実効値を求め、この値が定格値を越えている間
、これを積分してその積分値が規定値を越えた時、電源
を遮断するようにしている。このモータに流れる電流と
過負荷保護のために電源を遮断するまでの時間との関係
を図３に例示する。これによれば、定格値の１１０％の
電流が約１００秒間流れると電源が遮断され、２００％
では約７秒間で遮断される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロボットが
停止したとき、外力に抗して停止状態を維持するために
、モータが定格トルク以上のトルクを発生したままにな
ることがある。この場合の典型的な例として、ロボット
に微小な動作を行わせる場合が考えられる。すなわち、
ロボットを微小量動作させようとすると、モータの発生
トルクは、機構部分の静止摩擦に抗するまで上昇し、こ
の段階で発生したトルクは機構部分の弾性的な撓みとし
て吸収される。このため、指令通りの位置に動作が完了
してロボットが停止した状態では、モータが機構部分の
重量および掴んだ物品の重量などを支えるためのトルク
に加え、機構部分に蓄えられた弾性的な撓みに抗するだ
けのトルクを発生することとなる。

【０００７】このようになると、掴んだ物品の重量にも
よるが、モータの発生トルクは定格トルクの５０〜１５
０％程度になる。すると、例えばモータが定格トルクの
１１０％のトルクを発生した状態で停止している場合に
は、図３の例によると、前述したように約１１０秒で過
負荷と判断し、その時点でモータの電源を遮断してしま
う。モータ電源が遮断されると、もはやロボットの機構
部分や掴んだ物品の重量を支えることができないため、
アームが外力によって急激に下降動作し、危険である。

【０００８】この対策として、モータの容量を大きくす
ることが考えられる。しかしながら、モータ容量として
は、ロボットの一連の動作を通じた実効トルクがモータ
の定格トルク以内に納まっておれば十分であり、従って
モータの大容量化はロボットの動作特性からみて過剰と
なり、コストアップ、ロボットの大型化を招き、得策で
はない。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、ロボットの停止時に定格電流を越える
電流が流れ続けるという事態の発生を防止できるロボッ
ト制御装置を提供するにある。 ［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のロボット制御装
置は、ロボットの駆動源たるモータの回転量を目標量と
比較して速度指令信号を出力する位置制御手段と、速度
指令信号とモータの回転速度とを比較してトルク指令信
号を出力する速度制御手段と、トルク指令信号に基づい
てモータへの供給電流を制御する電流制御手段と、モー
タの目標回転量が零で且つモータの回転速度が零のとき
当該モータへの供給電流が定格値以下となるように制限
する制限手段とを設けたことを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】モータが停止している状態では、制限手段が作
用するため、モータには定格電流以上の電流は供給され
ない。このため、モータの停止状態において、過負荷保
護が働くことはなく、従ってモータ電源が遮断されてし
まうことはない。また、起動時にはモータの目標回転量
が零以外に設定されるので、制限手段は作用せず、モー
タに定格電流以上の電流を供給することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。まず、ロボットのアームはモータ１により駆動
される。このモータ１にはレゾルバなどの位置検出器２
が設けられている。この位置検出器２により検出された
モータ１の回転角度は回転角−速度変換器３によって速
度信号Ｖに変換される。そして、この速度信号Ｖは積分
器４によりアームの現在位置を示す位置信号Ｐに変換さ
れる。

【００１３】さて、ロボットの目標位置は予め教示され
た動作に基づき、ロボットの主制御装置５により加減速
パターンなどを考慮して位置指令Ｓｐ（モータ１の目標
回転量）として出力され、その位置指令信号Ｓｐは位置
制御手段たる位置制御部６に入力される。なお、この位
置指令信号Ｓｐは制御系の単位時間当りの指令値として
演算される。位置制御部６は、演算部７と制御部８とか
ら成り、演算部７は位置指令信号Ｓｐと積分器４から入
力される位置信号Ｐとの偏差を演算する。そして、制御
部８では演算部７により演算された位置偏差に位置ルー
プ伝達関数を乗じ、その結果を速度指令信号Ｓｖとして
速度制御手段たる速度制御部９に入力する。

【００１４】速度制御部９は演算部１０と制御部１１と
から成り、演算部１０は速度指令信号Ｓｖと回転角−速
度変換器３から入力される速度信号Ｖとの偏差を演算す
る。そして、制御部１１で演算部１０により演算された
速度偏差に速度ループ伝達関数を乗じ、その結果をトル
ク指令信号Ｓｔとして２個のリミッタ１２および１３に
入力する。このうち、リミッタ１２は過電流保護手段と
して機能するもので、モータ１に流れる電流が最大許容
電流、例えば定格電流の３倍を越えないように制限する
ためのものである。また、リミッタ１３は停止時にモー
タ１に流れる電流が定格電流を越えないように制限する
制限手段として機能するものである。

【００１５】リミッタ１２，１３から出力されたトルク
指令信号Ｓｔは切換スイッチ１４により選択されて電流
制御手段としてのサーボアンプ１５に入力される。この
サーボアンプ１５には回転角−速度変換器３から速度信
号Ｖも入力される。そして、サーボアンプ１５は内部の
演算部により速度信号Ｖからモータ１に実際に流れてい
る電流を求め、この電流値とトルク指令信号Ｓｔに相当
する電流指令値とを比較し、その偏差に応じた電流をモ
ータ１に流す。なお、図示はしないが、モータ１に実際
に流れる電流を検出し、この電流の大きさとその電流の
供給継続時間との関係でモータ１の電源を遮断する周知
の過負荷保護手段が設けられている。

【００１６】一方、ロボットの主制御装置５からの位置
指令信号Ｓｐ、および回転角−速度変換器３からの速度
信号Ｖはそれぞれ比較器１６および１７にも入力される
。そして、両比較器１６および１７は位置指令信号Ｓｐ
および速度信号Ｖの値が零である場合にハイレベル信号
を出力する。これら比較器１６および１７の出力信号は
アンド回路１８に入力され、このアンド回路１８は両比
較器１６および１７の双方からハイレベル信号が出力さ
れると、前記切換スイッチ１４の駆動部１９にハイレベ
ルの駆動信号Ｓｄを出力する。なお、比較器１７はロー
パスフィルタを備えている。

【００１７】しかして、切換スイッチ１４は常時はリミ
ッタ１２をサーボアンプ１５に接続してリミッタ１３を
サーボアンプ１５から切り離している。そして、駆動部
１９に駆動信号Ｓｄが入力されると、切換スイッチ１４
が切り換わり動作し、リミッタ１２をサーボアンプ１５
から切り離してリミッタ１３をサーボアンプ１５に接続
する。従って、リミッタ１２がサーボアンプ１５に接続
されているときには、モータ１には最大許容電流までの
大きさの電流を供給することが可能で、リミッタ１３が
サーボアンプ１５に接続されると、モータ１には定格電
流以下の電流しか供給できないように制限される。

【００１８】上記構成において、ロボットのアームを目
標位置に動作させるべく、主制御装置５から位置指令信
号Ｓｐが出力されると、その位置指令信号Ｓｐは位置制
御部６の演算部７および比較器１６に入力される。そし
て、比較器１６はその位置指令信号Ｓｐを零と比較する
。この場合、位置指令信号Ｓｐは零ではないので、比較
器１６は信号を出力せず、このため切換スイッチ１４は
リミッタ１２をサーボアンプ１５に接続したままにする
。

【００１９】一方、位置制御部６は位置指令信号Ｓｐと
積分器４からの位置信号Ｐとの偏差に応じた速度指令信
号Ｓｖを出力し、速度制御部９はその速度指令信号Ｓｖ
と回転角−速度変換器３からの速度信号Ｖとの偏差に応
じたトルク指令信号Ｓｔを出力する。そして、トルク指
令信号Ｓｔはリミッタ１２を介してサーボアンプ１５に
入力され、サーボアンプ１５はトルク指令信号ｔと実際
にモータ１に流れている電流との偏差に応じた電流をモ
ータ１に供給する。この場合、トルク指令信号Ｓｔはリ
ミッタ１２を介してサーボアンプ１５に入力されるので
、そのトルク指令信号Ｓｔが起動に必要な大トルクを発
生させるような値の信号であっても、その信号に制限が
加わることはなく、従ってモータ１には大きな電流が供
給されるようになり、ロボット（モータ１）は円滑に起
動する。

【００２０】アームが目標位置まで動作すると、主制御
部５から出力される位置指令信号Ｓｐは零となる。する
と、位置指令信号Ｓｐと位置信号Ｐとの偏差が零となる
ので、モータ１に流れる電流も零となって当該モータ１
が停止する。このため、回転角−速度変換器３からの速
度信号Ｖも零となる。この結果、両比較器１６および１
７が共にハイレベル信号を出力するため、アンド回路１
９がハイレベルの駆動信号Ｓｄを出力するようになる。 これにより、切換スイッチ１４が切り換わり動作してリ
ミッタ１２をサーボアンプ１５から切り離し、その代わ
りにリミッタ１３をサーボアンプ１５に接続する。

【００２１】さて、モータ１が停止すると、アームには
自重或いは掴んだ物品の重量などの外力が加わっている
ため、アームはその外力により動こうとする。アームが
僅かに動くと、これによりモータ１も僅かに回転するた
め、位置指令信号Ｓｐと現在位置を示す位置信号Ｐとの
間に偏差を生ずるようになる。すると、位置制御部６か
ら速度指令信号Ｓｖが出力されるため、速度制御部９か
らリミッタ１３を介してサーボアンプ１５にトルク指令
信号Ｓｔが入力され、この結果、モータ１には電流が供
給されてアームを元の位置に戻そうとする。アームが元
の位置に戻ると、位置指令信号Ｓｐと位置信号Ｐとの偏
差が零となるので、モータ１に流れる電流も零となって
当該モータ１が停止する。

【００２２】このようなことを短時間周期で繰り返すた
め、結局、モータ１にはアームに加わる外力を支えるべ
く、いわゆる停止トルクが発生し、この結果、アームは
目標位置で停止した状態を維持する。この場合、比較器
１７には零近辺で変動する信号が入力されるが、この変
動は比較器１８自身が有するローパスフィルタによりカ
ットされるので、比較器１８がハイレベル信号を出力す
ることはない。なお、零近辺で変動する信号をカットす
る他の手段として、比較器１８の比較範囲を広げ、零近
辺は零とみなすように構成しても良い。

【００２３】上述のようなアームの停止状態にあって、
モータ１に停止トルクを発生させるためのトルク指令信
号Ｓｔはリミッタ１３を介してサーボアンプ１５に入力
される。このため、速度制御部９から出力されるトルク
指令信号Ｓｔがモータ１の定格電流以上の電流に相当す
るものであった場合には、リミッタ１３によりトルク指
令信号Ｓｔがモータ１の定格電流に相当する値に抑えら
れてサーボアンプ１５に入力される。従って、モータ１
に実際に流される電流は定格電流以下とされ、過負荷保
護が働くことはない。

【００２４】ちなみに、モータ１には定格電流を越えた
電流は流れないから、場合によってはアームに加わる外
力を支え切れないことがある。この場合には、アームは
徐々に動くが、過負荷保護が働いて電源が遮断される従
来とは異なり、アームが急激に大きく動作するといった
危険性はない。

【００２５】次に本発明の他の実施例を図２により説明
する。この実施例が上述の一実施例と異なるところは、
ロボットが目標位置まで動作したとき、モータ１が停止
したことをタイマー２０により判定する構成としたとこ
ろにある。すなわち、タイマー２０は、位置指令信号Ｓ
ｐが零になったとき比較器１７から出力されるハイレベ
ル信号によりタイムカウント動作を開始する。そして、
タイマー２０はタイムカウント動作の開始後、所定時間
例えば１〜２秒経過すると、切換スイッチ１４の駆動部
１９に駆動信号Ｓｄを出力する。

【００２６】一般のロボットでは、位置指令信号が零に
なってから、モータが停止するまでの時間は、０．１〜
０．５秒である。そこで、タイマー２０がタイムカウン
ト動作の開始後、所定時間例えば１〜２秒経過した時点
で駆動信号Ｓｄを出力することにより、モータ１が停止
したと見なすことができるものである。このように構成
しても、上記一実施例と同様の効果を得ることができる
。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のロボット制
御装置によれば、モータの目標回転量が零で、且つモー
タの回転速度が零のとき、当該モータへの供給電流が定
格値以下となるように制限する制限手段を設けたことに
より、モータが停止している状態では、制限手段が作用
するため、モータには定格電流以上の電流は供給されな
くなり、この結果、モータの停止状態において、過負荷
保護が働くことはなく、従ってモータ電源が遮断されて
しまうことはない。また、起動時にはモータの回転目標
量が零以外に設定されるので、制限手段は作用せず、モ
ータに定格電力以上の電力を供給することができ、円滑
に起動させることができる、などの優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図

【図２】本
発明の他の実施例を示すブロック図

【図３】過負荷保護
が働く電流と時間との関係図

【符号の説明】

１はモータ、２は位置検出器、６は位置制御部（位置制
御手段）、９は速度制御部（速度制御手段）、１３はリ
ミッタ（制限手段）、１４は切換スイッチ、１６，１７
は比較器、１８はアンド回路、２０はタイマーである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ロボットの駆動源たるモータの回転量
   を目標量と比較して速度指令信号を出力する位置制御手
   段と、前記速度指令信号と前記モータの回転速度とを比
   較してトルク指令信号を出力する速度制御手段と、前記
   トルク指令信号に基づいて前記モータへの供給電流を制
   御する電流制御手段と、前記モータの目標回転量が零で
   且つモータの回転速度が零のとき当該モータへの供給電
   流が定格値以下となるように制限する制限手段とを設け
   たことを特徴とするロボット制御装置。