KR102239951B1 - 로봇 제어 시스템 - Google Patents

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츠요시 다가시라
고지 무네토
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가와사끼 쥬고교 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 시스템은, 교류 전류를 직류 전류로 변환하는 컨버터(4)와, 컨버터(4)로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(5)와, 서모 모터(8)의 구동을 제어하는 서보 제어 장치(13)와, 회생 에너지를 소비하는 저항 회생 회로(10)를 구비한다. 서보 제어 장치(13)는, 복수의 서보 모터(8)를 제어 가능하게 하는 복수의 모터 제어부(14)와, 복수의 모터 제어부(14)에 대응하는 복수의 제어 포트부(15)를 갖는다. 복수의 모터 제어부(14) 중 적어도 1개가, 전원 회생 회로를 제어하는 전원 회생 제어 기능부(16)와, 서보 모터(8)의 제어 기능부(17)를 전환 가능하게 구성되어 있다. 개발 비용의 앙등을 억제하여, 전원 회생 기능을 부가할 수 있는 로봇 제어 시스템을 제공할 수 있다.

Description

로봇 제어 시스템{ROBOT CONTROL SYSTEM}
본 발명은, 서보 모터를 구비한 로봇을 제어하기 위한 로봇 제어 시스템에 관한 것이다.
종래, 공작 기계 등에서는, 그 가동부의 회전축을 구동하는 서보 모터의 감속 시 발생하는 회생 에너지를 처리하기 위해, 회생 저항에서 회생 에너지를 소비하는 저항 회생 기능과, 회생 에너지를 교류 전원측으로 회생하는 전원 회생 기능을 겸비한 시스템이 알려져 있다(특허문헌 1).
한편, 산업용 로봇에서는, 로봇 아암 등의 가동부의 회전축에 접속된 서보 모터의 감속 시에 발생하는 회생 에너지는, 통상, 공작 기계 등의 가동부의 회전축을 구동하는 서보 모터의 감속 시에 발생하는 회생 에너지보다 작다. 이 때문에, 로봇의 동작 부하율의 상승에 따라 회생 에너지가 증가할 것이 예상되는 경우, 전원 회생 기능을 추가하기 보다, 저항 회생 기능을 증강하는 것이 일반적이었다.
그러나, 산업용 로봇에서도, 극히 높은 동작 부하율(기동·정지를 빈번하게 반복한다)인 동작을 행하는 경우에는, 서보 모터에서 발생하는 회생 에너지가 매우 커지므로, 회생 저항에 의해 회생 에너지를 소비하는 저항 회생 기능에 더하여, 전력을 전원으로 회생하는 전원 회생 기능을 구비하는 것이 바람직하다.
일본국 특허공개 2011-101473호 공보 일본국 특허공개 2013-202762호 공보
그런데, 산업용 로봇에서, 유저가 요구하는 작업 내용에 따라, 필요한 기능을 추가, 삭제하는 경우, 로봇 본체를 구동하는 기본적인 요소를 유저마다 변경할 필요가 있어, 개발 비용이 증대되어 버린다.
산업용 로봇에 전원 회생 기능을 추가하는 경우도, 그 예외는 아니며, 로봇 제어 시스템에 전원 회생 기능을 부가하기 위해, 전원 회생 전용의 제어부를 설계하여 로봇 제어 시스템에 장착할 필요가 있어, 개발 비용이 앙등한다는 문제가 있다.
본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 개발 비용의 앙등을 억제하여, 전원 회생 기능을 부가할 수 있는 로봇 제어 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 로봇 제어 시스템은, 교류 전원으로부터의 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 컨버터와, 상기 컨버터로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 인버터와, 서보 모터에 부설된 모터 센서로부터의 신호에 의거하여 상기 서보 모터의 구동을 제어하기 위한 서보 제어 장치와, 상기 서보 모터에서 발생한 회생 에너지를 소비하기 위한 저항 회생 회로를 구비하고, 상기 서보 제어 장치는, 복수의 상기 서보 모터를 제어 가능하게 하기 위한 복수의 모터 제어부와, 상기 복수의 모터 제어부에 대응하는 복수의 제어 포트부를 가지며, 상기 복수의 모터 제어부 중 적어도 1개가, 전원 회생 회로를 제어하기 위한 전원 회생 제어 기능부를 가짐과 더불어, 상기 전원 회생 제어 기능부와 상기 서보 모터의 제어 기능부를 전환 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 바람직하게는, 복수의 모든 상기 모터 제어부가, 상기 전원 회생 제어 기능부를 갖는다.
또, 바람직하게는, 상기 전원 회생 회로는, 상기 서보 모터용 상기 인버터와 공통의 구성을 갖는 인버터를 포함한다.
또, 바람직하게는, 상기 전원 회생 회로를 더 구비한다.
또, 바람직하게는, 상기 전원 회생 회로는, 상기 교류 전원에 접속된 리액터와, 상기 리액터와 상기 교류 전원을 접속하는 배선에 접속되고, 1차 전압을 검출하기 위한 1차 전압 센서부를 갖는다.
또, 바람직하게는, 상기 인버터는, 복수의 정류 소자와, 상기 복수의 정류 소자의 각각에 병렬로 접속된 복수의 스위칭 소자를 갖는다.
본 발명에 의하면, 개발 비용의 앙등을 억제하고, 전원 회생 기능을 부가할 수 있는 로봇 제어 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 한 실시 형태에 의한 로봇 제어 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는, 종래의 로봇 제어 시스템의 일례를 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명의 한 실시 형태에 의한 로봇 제어 시스템에 대해, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타낸 로봇 제어 시스템(1)에서는, 3상 교류 전원(2)으로부터의 교류 전류가, 복수(본 예에서는 6개)의 다이오드(정류 소자)(3)를 갖는 컨버터(4)에 공급되고, 컨버터(4)에서 교류 전류가 직류 전류로 변환된다. 컨버터(4)에서 생성된 직류 전류는, 복수(본 예에서는 N개)의 인버터(직류-교류 전환 장치)(5)(5A, 5N)에 공급된다.
인버터(5)의 설치수(N)는, 로봇의 구동축 및 외부축의 수에 따라 결정된다. 예를 들면, 6축 다관절 로봇이 3개의 외부축을 갖는 경우, 인버터(5)의 설치수(N)는 6+3=9가 된다.
각 인버터(5)는, 복수(본 예에서는 6개)의 다이오드(6)과, 복수의 다이오드(6)의 각각에 병렬로 접속된 복수(본 예에서는 6개)의 스위칭 소자(7)를 갖는다. 각 인버터(5)는, 컨버터(4)에서 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여, 각 서보 모터(8)(8A, 8N)에 공급한다. 각 서보 모터(8)에는, 각 모터 센서(인코더)(9)(9A, 9N)가 부설되어 있다.
컨버터(4)와 인버터(5)의 사이에는, 저항 회생 회로(10)가 설치되어 있다. 저항 회생 회로(10)는, 회생 저항(11)과 스위칭 소자(12)를 직렬로 접속하여 구성되어 있다.
본 실시 형태에 의한 로봇 제어 시스템(1)은, 또한, 서보 모터(8)의 구동을 제어하기 위한 서보 제어 장치(서보 보드)(13)를 구비하고 있다. 서보 제어 장치(13)는, 복수의 서보 모터(8)의 각각을 제어하기 위한 복수(본 예에서는 N개)의 모터 제어부(14)(14A, 14N)와, 복수의 모터 제어부(14)에 대응하는 복수(본 예에서는 N개)의 제어 포트부(15)(15A, 15N)를 갖는다. 각 모터 제어부(14)는, 각 서보 모터(8)에 부설된 각 모터 센서(9)로부터의 신호에 의거하여 각 서보 모터(8)의 구동을 제어한다.
그리고, 복수의 모터 제어부(14)의 각각이, 전원 회생 회로를 제어하기 위한 전원 회생 제어 기능부(16)(16A, 16N)를 포함함과 더불어, 전원 회생 제어 기능부(16)와 서보 모터의 제어 기능부(17)(17A, 17N)를 전환 가능하게 구성되어 있다. 전원 회생 제어 기능부(16)와 서보 모터(8)의 제어 기능부(17)의 전환은, 설정을 변경함으로써 행해도 되고, 자동 검출로 행할 수도 있다.
이하, 본 실시 형태에 의한 로봇 제어 시스템(1)에서, N축(외부축)용 모터 제어부(14N)를 전원 회생에 사용하는 예에 대해 설명한다.
우선, N축용 모터 제어부(14N)를, 전원 회생이 아니라, N축의 서보 모터(8N)의 구동 제어에 이용하는 경우에는, N축의 서보 모터(9N)의 커넥터(18N)를 N축용 인버터(5N)의 커넥터(19N)에 접속함과 더불어, N축용 인버터(5N)를 N축용 제어 포트부(15N)의 PWM용 포트(20N)에 접속한다. 또, N축의 서보 모터(8N)에 부설된 모터 센서(9N)의 커넥터(21N)를, N축용 제어 포트부(14N)의 센서 통신용 포트(22N)에 센서 통신용 배선(23N)을 통해 접속한다.
이에 대해, N축용 모터 제어부(14N)를, N축의 서보 모터(8N)의 구동 제어가 아니라, 전원 회생에 사용하는 경우에는, 3상 교류 전원(2)에 리액터(24)를 접속함과 더불어, 리액터(24)와 3상 교류 전원(2)을 접속하는 배선(25)에, 1차 전압을 검출하기 위한 1차 전압 센서부(위상 검출부)(26)를 설치한다.
그리고, 1차 전압 센서부(26)의 커넥터(27)를, N축용 제어 포트부(14N)의 센서 통신용 포트(22N)에 접속한다. 또한, 리액터(24)의 커넥터(28)를, N축용 인버터(5N)의 커넥터(19N)에 접속한다. 여기에서, N축의 서보 모터(8N)용 인버터(5N)는, 전원 회생 회로를 구성하는 인버터와 공통의 구성을 구비하고 있으며, 양자는 겸용 가능하다.
또한, 모터 제어(인코더)용 통신 포맷(프로토콜)과, 전원 회생(1차 전압 센서부)용 통신 포맷(프로토콜)이 공통화되어 있다.
이와 같이 N축용 모터 제어부(14N)를 전원 회생에 사용할 때에는, 설정의 변경, 혹은 자동 검출에 의해, N축의 서보 모터(8N)의 제어 기능부(17N)로부터 전원 회생 기능부(16N)로 전환된다.
상기 실시 형태에 의한 로봇 제어 시스템(1)에서는, 저항 회생 회로(10)와 인버터(5)의 사이에 설치된 PN의 평활 콘덴서(29)의 레벨이 소정치를 밑돌고 있는 경우에는, N축용 인버터(5N), 리액터(24), 및 1차 전압 센서부(26)를 포함하는 전원 회생 회로에 의한 전원 회생 기능이 작용하여, PN의 평활 콘덴서(29)의 레벨이 소정치 이상이 되면, 저항 회생 회로(10)에서 회생 에너지가 소비된다.
이상 서술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 로봇 제어 시스템(1)에 의하면, 서보 모터(8)의 구동을 제어하는 서보 제어 장치(13)에 전원 회생 제어 기능부(16)를 표준적으로 실장하고, 서보 제어 장치(13)에 미리 준비된 복수의 제어 포트(15) 중 1개를 유용하여, 설정의 전환이나 자동 판별 기능에 의해, 상기 포트를 모터 제어 포트에 이용할지 혹은 전원 회생 포트에 이용할지를 전환하여, 적절히 선택할 수 있도록 하였으므로, 유저의 요구에 따라 전원 회생 기능을 부가하는 경우여도, 전원 회생 제어용의 제어부를 새롭게 설치할 필요가 없다. 이에 의해, 전원 회생 기능의 추가에 의한 개발 비용의 앙등을 억제할 수 있다.
또, 로봇 제어용 인버터(5)를 유용하여 전원 회생 기능을 제공할 수 있으므로, 전원 회생용 인버터를 별도 신규로 개발할 필요가 없으며, 전원 회생 기능의 추가에 따른 개발 비용의 앙등을 더욱 억제할 수 있다.
또한, 상술한 예에서는, N축용 모터 제어부(14N)를 전원 회생에 사용하는 경우에 대해 설명하였지만, 전원 회생에 사용하는 모터 제어부(14)는 N축용에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1축용 모터 제어부(14A)를 전원 회생에 사용하는 것도 가능하고, 그 경우에는, 제1축용 제어 포트(15A)의 PWM용 포트(20A) 및 센서 통신용 포트(22A)가 전원 회생에 사용된다.
도 2는, 종래의 로봇 제어 시스템에서 회생 기능을 강화한 경우의 구성을 나타내고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이 종래의 로봇 제어 시스템(100)에서는, 그 서보 제어 장치(101)의 모터 제어부(102)가 전원 회생 제어 기능을 구비하고 있지 않다. 그 때문에, 회생 에너지의 증대에 대응하기 위해, 저항 회생 회로(10)에 회생 저항(103)을 추가하고 있었다. 즉, 표준 장비의 회생 저항(11)에 대해 병렬로 추가의 회생 저항(103)을 설치하고 있었다.
상술한 종래의 방법에서는, 회생 에너지의 대폭적인 증대에 대처하기 어려울 뿐만 아니라, 회생 에너지의 소비량이 증가하게 되어, 에너지의 유효 이용이라는 관점에서도 문제가 있었다.
이에 대해 본 실시 형태에 의한 로봇 제어 시스템(1)에 의하면, 상기와 같이 전원 회생 기능을 용이하게 부가할 수 있으므로, 회생 저항의 추가에 의한 대응이 불필요해져, 에너지의 유효 이용을 도모할 수 있다.
1 : 로봇 제어 시스템
2 : 3상 교류 전원
3, 6 : 다이오드(정류 소자)
4 : 컨버터
5, 5A, 5N : 인버터
7, 12 : 스위칭 소자
8, 8A, 8N : 서보 모터
9, 9A, 9N : 모터 센서(인코더)
10 : 저항 회생 회로
11 : 회생 저항
13 : 서보 제어 장치
14, 14A, 14N : 모터 제어부
15, 15A, 15N :　제어 포트부
16, 16A, 16N : 전원 회생 제어 기능부
17, 17A, 17N : 서보 모터의 제어 기능부
18N : 서보 모터의 커넥터
19N : 인버터의 커넥터
20A, 20N : PWM용 포트
21N : 모터 센서의 커넥터
22A, 22N : 센서 통신용 포트
23N : 센서 통신용 배선
24 : 리액터
25 : 리액터와 3상 교류 전원을 접속하는 배선
26 : 1차 전압 센서부(위상 검출부)
27 : 1차 전압 센서부의 커넥터
28 : 리액터의 커넥터
29 : 평활 콘덴서

Claims (1)

  1. 교류 전원으로부터의 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 컨버터와,
    상기 컨버터로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위한 인버터와,
    서보 모터에 부설된 모터 센서로부터의 신호에 의거하여 상기 서보 모터의 구동을 제어하기 위한 서보 제어 장치와,
    상기 서보 모터에서 발생한 회생 에너지를 소비하기 위한 저항 회생 회로를 구비하고,
    상기 서보 제어 장치는, 복수의 상기 서보 모터를 제어 가능하게 하기 위한 복수의 모터 제어부와, 상기 복수의 모터 제어부에 대응하는 복수의 제어 포트부를 가지며,
    상기 복수의 모터 제어부 각각이, 상기 서보 모터용의 상기 인버터와 공통의 구성을 갖는 인버터를 포함하는 전원 회생 회로를 제어하기 위한 전원 회생 제어 기능부 및 상기 서보 모터를 제어하기 위한 서보 모터 제어 기능부를 가짐과 더불어, 상기 제어 포트부로의 접속 대상이 상기 전원 회생 회로인지 상기 서보 모터인지에 따라 상기 전원 회생 제어 기능부와 상기 서보 모터의 제어 기능부를 전환 가능하게 구성되어 있고,
    상기 전원 회생 회로는, 상기 교류 전원에 접속된 리액터와, 상기 리액터와 상기 교류 전원을 접속하는 배선에 접속되고, 1차 전압을 검출하기 위한 1차 전압 센서부를 가지며,
    상기 복수의 제어 포트부 각각이, 상기 서보 모터에 부설된 모터 센서에 접속가능한 센서 통신용 포트를 갖고,
    상기 센서 통신용 포트는, 상기 제어 포트부로의 접속 대상이 상기 전원 회생 회로인 경우에 상기 1차 전압 센서부가 접속되도록 구성되어 있는, 로봇 제어 시스템.
KR1020187030827A 2013-12-26 2014-12-19 로봇 제어 시스템 KR102239951B1 (ko)

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