TWI272167B - Control device and control method for automatic machine - Google Patents

Description

1272167 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種自動機械的控制裝置的驅 電源供給及遮斷控制。 【先前技術】 在使用機械人等之自動機械之小規模的零件 中，雖加工部位的加工位置之供給或取出，但亦 業員進行之情況。此時，由於作業員的身體的一 自動機械的可動範圍，故當自動機械發生失控等 ，以光線等檢測作業員的自動機械之接近。然而 年的安全意識提高或削減自動機械的成本而削減 ，起而代之，在作業員進入自動機械的可動範圍 業中，藉著遮斷自動機械的驅動電源進行作業員 保。在零件的供給或作業後取出時進行驅動電源 遮斷，因此必須大幅延長繼電裝置接點的壽命。 控制自動機械所使用的複數軸之驅動軸係以 成：由將電池接觸器等的繼電裝置所連接的交流 流之整流電路；使整流後的電壓平滑的平滑電容 換平滑後的直流電壓之複數個反相器電路所構成 部係CPU依據自動機械的動作所生成的PWM指 行控制。平滑電路係設置有平滑電容器，在該電 型的電路中，於電源投入時在平滑電容器流動大 流時，恐有繼電裝置接點及整流電路部的整流元 動裝置之 加工機械 有藉由作 部份進入 之動作時 ，由於近 安全裝置 之段取作 的安全確 的供給與 下構件構 變換爲直 器；及變 。反相器 令信號進 容器輸入 的充電電 件造成損 -4- 1272167 (2) 傷之虞。 (習知例1 ) 在電源投入時，藉著從電源將整流器的電流分路至 阻器以降低突入電流，並充電至平滑電容器，當電流減 時，閉路與電阻器兩端連接之繼電器，從電源玉直接整 器連接。或是監視平滑後的電壓，當到達特定電壓以上 ，藉著閉路上述繼電器，可獲得相同的功效。使用第6 進行說明。用以控制壓縮機66的旋轉數之反相器裝置 與表示第6圖之控制系統之方塊圖。反相器裝置62係 整流電路部63、平滑電容器64、及反相器部65所構成 67係用以檢測反相器裝置62的輸入電流之輸入電流感 器，6 8係數位變換檢測電流，用以輸入至控制裝置（ 電腦）6 9之輸入電流變換電路。從交流電源6 1將電源 入至反相裝置62時，首先充電平滑電容器64。71係用 抑制其充電開始時的突入電流之電阻元件。微電腦6 9 充電平滑電容器64並在預先程式設定輸入電流値的判 基準値以下時，控制驅動電路73並導通繼電器72。（ 照特開平5 - 1 6 8248號公報） (習知例2 ) 其他的習知技術係在電源遮斷之際繼電裝置接點的 路動作之發明。這是習知例1的課題舉例，在電源遮ϋ 流動大的電流之狀態下開路繼電裝置的接點時，在接點 電 少 流 時 圖 6 2 由 〇 應 微 投 以 係 斷 參 開 時 間 -5- 1272167 (3) 產生電弧，因此接點表面變化而產生障礙。這是因爲對於 驅動裝置的電源控制遮斷驅動時，電流爲特定的値以上時 ，不進行接點開路，因爲電流變小使接點開路。以第7圖 進行詳細說明。檢測出繼電器8 1的接點電流之電流値檢 測手段8 2與該電流値檢測手段8 2所檢測的電流超越特定 的基準値而流動時，鎖住繼電器接點的開放動作並且以電 流値檢測手段8 2檢測出的電流値成爲基準直以下時，使 繼電器接點的開放動作接近之控制部83。（參照特開平 1 1 -297 1 76 號公報）。 (習知例3 ) 又，亦有在交流電源的零伏特附近進行繼電器接點的 開關作爲其他習知例之方法。（參照特開2000-3 400 5 7號 公報）。 在習知例1中，藉著在電源投入時通過電阻器供給電 力，雖可抑制大的突入電流，惟加大電阻器的電阻値與平 滑電容器的充電時間變大，在反相器部延長至可驅動馬達 爲止的時間。這是因爲延長從驅動電源投入可使自動機械 運轉開始之時間，故每一加工零件的時間延長，因此生產 性與電阻器的電阻値縮小，期望縮短至自動機械開始運轉 之前的時間。然而，由於縮小電阻値無法充分抑制突入電 流，故在驅動電源供給時，電阻器導體由於自身發熱而瞬 間成爲高溫，由於繼電器在閉路後成爲無通電狀態，故使 電阻器導體冷卻。電阻器導體係藉由此時反覆進行熱的膨 -6 - 1272167 (4) 脹、收縮，因金屬疲勞產生斷線故障。因此，電阻器必須 爲容量大者即外型大者，在期望自動機械的控制裝置的小 型化中成爲大的障礙。又，對於成本的降低亦有障礙。又 ，由於沒有電源遮斷時的對策，故在驅動中對馬達進行非 常停止等的操作，在遮斷繼電裝置之際，引起大電流的遮 斷，在繼電裝置接點間產生電弧，因此在接點表面產生變 化，有所謂產生融接或溶著之使接點壽命縮短的可能性。 在習知例2中，當電流成爲特定値以下之後開路接點 ’惟在非常時以非常停止操作等遮斷馬達的驅動電源作爲 自動機械的安全之確保的手段，由於藉著停止自動機械的 動作而進行，故在進行成爲驅動電源的遮斷之非常停止操 作時，與自動機械動作或停止無關，必須開路繼電裝置接 點，當自動機械在動作中或動作加速中的電流比特定値大 時未開路的文獻中2，不適用在機器人的驅動電源供給與 遮斷。又，電流檢測器配置在交流電路時，與習知例3相 同進行同樣的繼電裝置接點的開路控制。 習知例3雖爲在交流電源附近進行繼電器接點的開關 之方法，惟在接點閉路時，由於平滑電容器之充電電流作 爲突入電流流動，故接點的電容要求需滿足此一規格。又 ’在開路中，由於負載係具有平滑電容器，爲了容量性， 在開路瞬間無法完全遮斷電流，而在接點產生電弧。 在上述習知例中，與在接點閉路時的突入電流及開路 時的接點間所產生的電弧相對，以適合繼電裝置接點的開 關頻率之方式’作爲選定大的接點電容規格的繼電裝置之 -7- 1272167 (5) 方策，惟在該方策中，應用在繼電裝置的外形變大且要求 小型化的自動機械的控制裝置，具有所謂控制裝置大型化 之問題。又，亦有導致成本降低之問題。 【發明內容】 在此，本發明係有鑑於這種問題點而硏創者，目的在 於提供一種對於自動機械的驅動裝置進行信賴性高的電源 供給，且在安全性的確保上無障礙的自動機械的控制裝置 〇 爲了解決上述問題，本發明係以如下之方式構成。 第1發明之自動機械的控制裝置，係具有與電源連接 的遮斷器、及介以與上述遮斷器連接的繼電裝置將電源供 給至自動機械的驅動部之驅動裝置，且控制上述驅動裝置 的自動機械的控制裝置，其特徵在於具備有以下構件··與 上述繼電裝置連接的電流控制整流元件；及在上述驅動部 的電源投入中在上述繼電裝置的閉路後通電控制上述電流 控制整流元件之電流控制器。 第2發明之自動機械之控制裝置，係具有與電源連接 的遮斷器、及介以與上述遮斷器連接的繼電裝置將電源供 給至自動機械的驅動部之驅動裝置，且控制上述驅動裝置 的自動機械的控制裝置，其特徵在於具備有以下構件：與 上述繼電裝置連接的電流控制整流元件；及在上述驅動部 的電源遮斷中，於上述繼電裝置的開路前，將上述電流控 制整流元件設爲不通電之電流控制器。 -8- 1272167 (6) 如以上所述，根據本發明之自動機械的控制裝置，在 驅動電源投入之際閉路繼電裝置的接點後，藉由電流控制 整流元件進行調整交流電壓的通電開始角度之通電控制， 以無電壓進行繼電裝置接點閉路，進行突入電流的抑制， 可防止繼電器接點的損傷，在驅動電源遮斷之際，停止將 電流控制整流元件的通電控制成爲不通電之後，藉著進行 繼電裝置接點的開路，抑制在接點電路之際產生的電弧以 防止繼電裝置接點的開路，抑制在接點電路所產生的電弧 ，並防止繼電裝置的接點變化，具有可大大延長繼電裝置 接點的壽命之效果。 【實施方式】 以下依據圖式說明機器人控制裝置之情況作爲本發明 之具體實施例。 第1圖係本發明第1實施形態的機器人控制裝置及系 統的構成圖。 在圖中，1爲機器人，與機器人控制裝置2連接。機 器人的手腕部前端安裝有用以進行作業之作業工具。在機 器人控制裝置2連接有藉著教示之際的操作使機器人動作 ，進行位置登錄或是進行作業的登錄，進行作業程式的登 錄或是登錄結束的作業程式的變更等編輯之作業燈3。又 裝備有：包圍機器人1的動作區域之防護柵4、防護柵4 內的出入口之防護柵門5、檢測防護柵門5的開關狀態之 門開關檢測裝置6，門開關檢測裝置6係與機器人控制裝 1272167 (7) 置2連接。機器人控制裝置2裝備有操作面板7，將非常 停止開關或機器人系統的模式變更或動作開始指令及停止 ί曰令供給至機益人控制裝置2。8爲外部操作裝置，與機 器人控制裝置2連接，與操作面板7相同，將非常停止開 關或機器人系統的模式變更或動作開始指令及停止指令供 給至機器人控制裝置2。作業者9在作業台1 0加工並從 未圖式的防護柵4的開口部進行工作件η的裝設或機器 人1的作業後之工作件1 1的取出。此時，由於作業者9 的身體至少一部份進入機器人1的可動範圍，故爲了確保 作業者9的安全，在外部操作裝置8的非常停止操作等遮 斷進行機器人1的驅動電源後進行。 第2圖係實施本發明之驅動裝置與其控制部的方塊圖 。在圖中’ 2 1係用以控制及驅動機器人的電源，引入機 器人控制裝置2，以遮斷機22對機器人控制裝置2進行 電源的供給及遮斷。23係控制用電源裝置，與遮斷機22 的負載側連接並供給所需的電源至控制基板24。又，電 源2 1係從遮斷機22的負載側與控制用電源裝置23連接 ’用以驅動而分歧，並與繼電裝置3 1連接。從其負載側 導引至驅動裝置3 2。控制基板24係由以下構件構成··統 管控制機器人系統之CPU及記憶體25 ;進行操作面板7 或是外部操作裝置8與信號授受的輸出入介面26;發出 進行驅動裝置3 2的電源供給與遮斷的繼電裝置3 1之控制 信號的繼電裝置介面27 ;進行介以遮斷機22及繼電裝置 3 1輸入至驅動裝置3 2的電源2丨之交流的整流控制之電 -10- (8) 1272167 流控制器29 ;及檢測整流後平滑的驅動用之電壓之驅動 電壓介面28。此外，有關控制基板24的本發明之構成要 素以外未圖示。在驅動裝置3 2中，以電流控制整流元件 3 3在電流控制器2 9的控制元整流，在平滑裝置3 4使之 平滑，並連接至驅動機器人1的各驅動馬達（未圖示）之 驅動部35-1、35-2…35-n，驅動部3 5 · 1、3 5 - 2…3 5 - η係在 控制基板24的控制基驅動機器人的各軸驅動馬達。（驅 動部的控制信號未圖示） 然後，以第3圖所示的流程說明本發明的實施之驅動 電源投入時的各構成要素的操作。 從操作者9將驅動電源投入指示輸入至外部操作裝置 8 ( S 1 )時，CPU從非常停止操作的狀態、進行機器人系 統的模式、及防護柵門5的各狀態進行是否可供給驅動電 源的確認，若可供給驅動電源則前進到供給驅動電源的步 驟，若不可能，則忽略驅動電源的供給指令，且不進行驅 動電源的供給。（S 2 )，然後，爲了使所輸入的電源2 1 與驅動裝置3 2連接，閉路繼電裝置3 1的接點。此時，藉 由電流控制器2 9 ’驅動裝置3 2的電流控制整流元件3 3 未進行通電控制’在繼電裝置3 1的接點電流未流動，因 此在接點閉路的瞬間不會產生電弧或流動突入電流。（S3 )然後，電流控制器29雖開始電流控制整流元件3 3的通 電控制，惟依據整流後的平滑裝置34兩端的電壓調整交 流電壓的通電開始角度，不會流動過大的突入電流。(S4 )此時’以驅動電壓介面2 8取得的平滑裝置3 4的兩端電 -11- (9) 1272167 壓於預先設定的時間未上昇時，亦可進行驅動部3 5 -1、 3 5-2、3 5-n爲止的配線之短路產生或驅動部35-1、35-2 ...35-11的短路模式之故障產生等檢測。然後，驅動電壓 介面28所取得的平滑裝置34的兩端電壓介由預設定的電 壓或驅動部3 5 - 1 ' 3 5 - 2…3 5 - η到達可驅動控制各軸驅動馬 達的電壓之後，進行各軸驅動馬達的驅動控制。（S 5 )

然後’以第4圖所示的流程說明本發明之實施的驅動 電源遮斷時的各構成要素之操作。 由操作者9輸入非常停止開關的操作等之驅動電源遮 斷指示至外部操作裝置8 ( S 1 1 )時，電流控制器29係設 爲減少電流控制整流元件3 3的整流電流及非通電（s 1 2 ) ，開路繼電裝置3 1的接點。（S 1 3 )

第5圖係用以控制實施本發明之驅動裝置3 2的電源 供給與遮斷之繼電裝置介面27、及顯示輸出入介面26的 驅動裝置電源控制電路。圖中，4 1係外部操作裝置的非 常停止開關，4 3係作業燈非常停止開關。4 5係以作業燈 3進行機器人1的動作之際及在驅動各驅動軸馬達之際確 保作業者的安全之啓動開關（enabling switch) ，47係門 開關檢測裝置開關，上述開關與輸入輸出介面26連接， 並連接至外部操作裝置非常停止繼電器46、門開關繼_ 器4 8。此外，啓動開關4 5在驅動各驅動軸馬達之際閉路 ，門開關檢測裝置開關47在門關閉時閉路。除了上述繼 電器之外，另有未圖式的控制上的複數個繼電器， CPU的狀態或是CPU進行開關控制。上述繼電器的接點 -12- 1272167 (10) 之連接如下所述。由24V的控制電源串聯連接CPU正常 時閉路之CPU正常繼電器接點52、外部操作裝置非常停 止繼電器接點42a、及作業燈非常停止繼電器接點44a， 並聯連接有啓動開關繼電器接點46a與教示模式選擇時閉 路的教示模式繼電器接點5 0串聯連接之電路；及串聯連 接自動機械在運轉模式選擇時閉路的運轉模式繼電器接點 49與門開關繼電器接點48a之電路，與作業燈非常停止 繼電器接點44a的另一方連接。在上述電路連接有驅動電 源控制繼電器接點5 1，從另一方介以輸入介面電路5 3讀籲_ 取CPU的信號狀態時，與斷電延遲繼電器即繼電裝置控 制繼電器並列連接，繼電裝置控制繼電器接點5 4 a信號係 介以繼電裝置介面27控制繼電裝置31的接點開關。 在該電路中’捧作外部操作裝置8的非常停止作爲驅 動電源供給指示時，藉著外部操作裝置的非常停止開關 4 1開路’外部操作裝置非常停止繼電器42係截斷，外部 操作裝置非常停止繼電器接點42a係開路，輸入介面電路 5 j之輸入成爲無電壓，。P U識別入信驅動電源供給指示籲· C P U力以電流控制器2 9將電流控制整流元件3 3的整流 電流減少及不通電。藉由CPU，減少及不通電電流控制整 流元件33的整流電流之間，由於繼電裝置控制繼電器爲 斷電延遲繼電器，繼電裝置控制繼電器接點5“未開路， 在特定的時間（例如0·1秒）後開路，介以繼電裝置介面 27開路繼電裝置31的接點，遮斷供給至驅動裝置32的 電源。 -13- 1272167 (11) 〔產業上利用的可能性〕 具備驅動軸的自動機械，對於使驅動軸電源的投入與 遮斷頻繁反覆之控制裝置的繼電器之長壽命化甚有助益。 【圖式簡要說明】 第1圖係從本發明之實施形態的機器人系統之構成圖 〇 第2圖係本發明之實施的驅動裝置與控制部的方塊圖 第3圖係本發明的實施之驅動電源供給的流程。 第4圖係本發明之實施的驅動電源遮斷的流程。 第5圖係本發明之實施的驅動裝置電源控制電路。 第6圖係習知例1的構成圖。 第7圖係習知例2的構成圖。 元件對照表 1 :機器人 2 :機器人控制裝置 3 :作業燈 4 :防護柵 5 :防護柵門 6 :門開關檢測裝置 7 :操作面板 8 :外部操作裝置 -14- 1272167 (12) 9 =作業者 1 〇 :作業台 1 1 :工作件 22 :遮斷機 2 3 :控制用電源裝置 24 :控制基板 2 5 :記憶體 26 :輸出入介面 27 :繼電裝置介面 2 8 :驅動電壓介面 29 :電流控制器 3 1 :繼電裝置 3 2 :驅動裝置 3 3 :電流控制整流元件 3 4 :平滑裝置 3 5 :驅動部 4 1 :外部操作裝置非常停止開關 42 :外部操作裝置非常停止開關繼電器 42a :外部操作裝置非常停止開關繼電器接點 43 :作業燈非常停止開關 44 :作業燈非常停止開端繼電器 44a :作業燈非常停止開端繼電器接點 45 :啓動開關 46 :啓動開關繼電器 -15- 1272167 (13) 46a :啓動開關繼電器接點 47 :門開關檢測裝置開關 48 :門開關繼電器 4 8 a :門開關繼電器接點 49 :運轉模式繼電器接點 5 0 :教示模式繼電器接點 5 1 :驅動電源控制繼電器接點 52 : CPU正常繼電器接點 53 :輸入介面電路 5 4 :繼電裝置控制繼電器 5 4a :繼電裝置控制繼電器接點 62 :反相器裝置 6 3 :整流電路部 64 :平滑電容器 65 :反相器部 66 :壓縮機 67:輸入電流感應器 6 8 :輸入電流變換電路 69 :微電腦 7 1 :電阻元件 72 :繼電器 7 3 :驅動電路 81 :繼電器 82 :電流値檢測手段 -16 - 1272167 (14) 8 3 :控制部

-17-

Claims (1)

1272167 、 …—il r· \ 」

拾、申請專利範圍 第93 1 3 1 68 1號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國95年2月17日修正 1 · 一種自動機械之控制裝置，係具有與電源連接的 遮斷器’和藉由與前述遮斷器連接的繼電裝置將電源供給

至自動機械的驅動部之驅動裝置；來控制前述驅動裝置； 其特徵爲： 具備有： 與前述繼電裝置連接的電流控制整流元件，和 於前述驅動部的電源供給時、在前述繼電裝置的閉路 後通電控制前述電流控制整流元件之電流控制器； 前述電流控制器，係開始電流控制元件的通電控制， 根據整流後的平滑裝置兩端的電壓來調整交流電壓的通電 開始角度。

2· —種自動機械之控制裝置，係具有與電源連接的 遮斷器，和藉由與前述遮斷器連接的繼電裝置將電源供給 至自動機械的驅動部之驅動裝置；來控制前述驅動裝置； 其特徵爲： 具備有： -. 與前述繼電裝置連接的電流控制整流元件，和 於前述驅動部的電源遮斷時、於前述繼電裝置的開路 前，將前述電流控制整流元件設爲不通電之電流控制器； 前述電流控制器’係減少及不導通電流控制元件的整 1272167 (2) 流電流。