TWI577514B - Robot control system - Google Patents

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TWI577514B
TWI577514B TW103145328A TW103145328A TWI577514B TW I577514 B TWI577514 B TW I577514B TW 103145328 A TW103145328 A TW 103145328A TW 103145328 A TW103145328 A TW 103145328A TW I577514 B TWI577514 B TW I577514B
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Kawasaki Heavy Ind Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40462—Constant consumed energy, regenerate acceleration energy during deceleration
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/30—Nc systems
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Description

機器人控制系統
本發明係關於一種用於控制具備伺服馬達之機器人之機器人控制系統。
先前，已知有一種系統，該系統為了於工作機械等中對驅動其可動部之旋轉軸之伺服馬達減速時所產生之回生能量進行處理，而兼具於回生電阻消耗回生能量之電阻回生功能及將回生能量回生至交流電源側之電源回生功能(專利文獻1)。
另一方面，產業用機器人中，連接於機械臂等可動部之旋轉軸之伺服馬達減速時所產生之回生能量通常小於驅動工作機械等之可動部之旋轉軸之伺服馬達減速時所產生之回生能量。因此，預想伴隨機器人之動作負荷率之上昇而回生能量增加的情形時，相較追加電源回生功能，一般更傾向於增強電阻回生功能。
然而，產業用機器人中，進行動作負荷率極高(頻繁地反覆啟動/停止)之動作之情形時，由於伺服馬達所產生之回生能量變得非常大，故而期望除了具備利用回生電阻消耗回生能量之電阻回生功能外，亦具備將電力回生至電源之電源回生功能。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2011-101473號公報
[專利文獻2]日本專利特開2013-202762號公報
然而，於產業用機器人中，根據使用者要求之作業內容而追加、刪除必要之功能的情形時，須視每一位使用者變更驅動機器人本體之基本要件，而導致開發成本增加。
對產業用機器人追加電源回生功能之情形時，亦毫無例外，為對機器人控制系統附加電源回生功能，而必須設計電源回生專用之控制部並將其組入至機器人控制系統，從而存在開發成本高漲之問題。
本發明係鑒於上述先前技術之問題點而完成者，其目的在於提供一種機器人控制系統，該機器人控制系統可抑制開發成本之高漲，且可附加電源回生功能。
為解決上述問題，本發明之機器人控制系統之特徵在於包括：轉換器，其用於將來自交流電源之交流電流轉換為直流電流；變流器，其用於將自上述轉換器供給之直流電力轉換為交流電力；伺服控制裝置，其用於基於來自附設於伺服馬達之馬達感測器之信號控制上述伺服馬達之驅動；及電阻回生電路，其用於消耗上述伺服馬達所產生之回生能量；上述伺服控制裝置包含：複數個馬達控制部，其等用於使得複數個上述伺服馬達可獲控制；複數個控制埠部，其等與上述複數個馬達控制部對應；上述複數個馬達控制部中之至少一個構成為包含用於控制電源回生電路之電源回生控制功能部，並且可切換上述電源回生控制功能部與上述伺服馬達之控制功能部。
又，較佳為，複數個上述馬達控制部全部包含上述電源回生控制功能部。
又，較佳為，上述電源回生電路包含具有與上述伺服馬達用之上述變流器共通之構成的變流器。
又，較佳為進而包括上述電源回生電路。
又，較佳為，上述電源回生電路包含：電抗器，其連接於上述交流電源；及一次電壓感測器部，其連接於將上述電抗器與上述交流電源連接之配線，用於檢測一次電壓。
又，較佳為，上述變流器包含：複數個整流元件；及複數個開關元件，其等與上述複數個整流元件之各者並聯連接。
根據本發明，可提供一種機器人控制系統，該機器人控制系統可抑制開發成本之高漲，且可附加電源回生功能。
1‧‧‧機器人控制系統
2‧‧‧三相交流電源
3‧‧‧二極體(整流元件)
4‧‧‧轉換器
5‧‧‧變流器
5A‧‧‧變流器
5N‧‧‧變流器
6‧‧‧二極體(整流元件)
7‧‧‧開關元件
8‧‧‧伺服馬達
8A‧‧‧伺服馬達
8N‧‧‧伺服馬達
9‧‧‧馬達感測器(編碼器)
9A‧‧‧馬達感測器(編碼器)
9N‧‧‧馬達感測器(編碼器)
10‧‧‧電阻回生電路
11‧‧‧回生電阻
12‧‧‧開關元件
13‧‧‧伺服控制裝置
14‧‧‧馬達控制部
14A‧‧‧馬達控制部
14N‧‧‧馬達控制部
15‧‧‧控制埠部
15A‧‧‧控制埠部
15N‧‧‧控制埠部
16‧‧‧電源回生控制功能部
16A‧‧‧電源回生控制功能部
16N‧‧‧電源回生控制功能部
17‧‧‧伺服馬達之控制功能部
17A‧‧‧伺服馬達之控制功能部
17N‧‧‧伺服馬達之控制功能部
18N‧‧‧伺服馬達之連接器
19N‧‧‧變流器之連接器
20A‧‧‧PWM用埠
20N‧‧‧PWM用埠
21N‧‧‧馬達感測器之連接器
22A‧‧‧感測器通訊用埠
22N‧‧‧感測器通訊用埠
23N‧‧‧感測器通訊用配線
24‧‧‧電抗器
25‧‧‧連接電抗器與三相交流電源之配線
26‧‧‧一次電壓感測器部(相位檢測部)
27‧‧‧一次電壓感測器部之連接器
28‧‧‧電抗器之連接器
29‧‧‧平滑電容器
100‧‧‧機器人控制系統
101‧‧‧伺服控制裝置
102‧‧‧馬達控制部
103‧‧‧回生電阻
圖1係表示本發明之一實施形態之機器人控制系統之方塊圖。
圖2係表示先前之機器人控制系統之一例之方塊圖。
以下，參照圖1，對本發明之一實施形態之機器人控制系統進行說明。
圖1所示之機器人控制系統1中，將來自三相交流電源2之交流電流供給至包含複數個(本例中為6個)二極體(整流元件)3之轉換器4，於轉換器4將交流電流轉換為直流電流。利用轉換器4產生之直流電流被供給至複數個(本例中為N個)變流器(直流-交流切換裝置)5(5A、5N)。
變流器5之設置數N係根據機器人之驅動軸及外部軸之數量而決定。例如，於6軸多關節機器人具有3個外部軸之情形時，變流器5之設置數N成為6+3=9。
各變流器5包含複數個(本例中為6個)二極體6、及與複數個二極體6之各者並聯連接之複數個(本例中為6個)開關元件7。各變流器5將自轉換器4供給之直流電力轉換為交流電力並供給至各伺服馬達8(8A、8N)。於各伺服馬達8附設有各馬達感測器(編碼器)9(9A、 9N)。
於轉換器4與變流器5之間設置有電阻回生電路10。電阻回生電路10係將回生電阻11與開關元件12串聯連接而構成。
本實施形態之機器人控制系統1進而包括用於控制伺服馬達8之驅動之伺服控制裝置(伺服板)13。伺服控制裝置13包含：複數個(本例中為N個)馬達控制部14(14A、14N)，其等用於控制複數個伺服馬達8之各者；及複數個(本例中為N個)控制埠部15(15A、15N)，其等與複數個馬達控制部14對應。各馬達控制部14基於來自附設於各伺服馬達8之各馬達感測器9之信號，控制各伺服馬達8之驅動。
而且，複數個馬達控制部14之各者構成為包含用於控制電源回生電路之電源回生控制功能部16(16A、16N)，並且可切換電源回生控制功能部16與伺服馬達之控制功能部17(17A、17N)。電源回生控制功能部16與伺服馬達8之控制功能部17之切換亦可藉由變更設定而進行，亦可藉由自動檢測而進行。
以下，對在本實施形態之機器人控制系統1中將N軸(外部軸)用之馬達控制部14N用於電源回生的示例進行說明。
首先，於不將N軸用之馬達控制部14N用於電源回生，而係用於N軸之伺服馬達8N之驅動控制的情形時，將N軸之伺服馬達9N之連接器18N連接於N軸用之變流器5N之連接器19N，並且將N軸用之變流器5N連接於N軸用之控制埠部15N之PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調變)用埠20N。又，將附設於N軸之伺服馬達8N之馬達感測器9N之連接器21N經由感測器通訊用配線23N而連接於N軸用之控制埠部14N之感測器通訊用埠22N。
與此相對，於不將N軸用之馬達控制部14N用於N軸之伺服馬達8N之驅動控制，而係用於電源回生的情形時，將電抗器24連接於三相交流電源2，並且於將電抗器24與三相交流電源2連接之配線25設置 用於檢測一次電壓之一次電壓感測器部(相位檢測部)26。
然後，將一次電壓感測器部26之連接器27連接於N軸用之控制埠部14N之感測器通訊用埠22N。進而，將電抗器24之連接器28連接於N軸用之變流器5N之連接器19N。此處，N軸之伺服馬達8N用之變流器5N具備與構成電源回生電路之變流器共通之構成，兩者可兼用。
再者，馬達控制(編碼器)用之通訊格式(協定)與電源回生(一次電壓感測器部)用之通訊格式(協定)共通化。
如此般將N軸用之馬達控制部14N用於電源回生時，藉由設定之變更或自動檢測而自N軸之伺服馬達8N之控制功能部17N切換至電源回生功能部16N。
上述實施形態之機器人控制系統1中，設置於電阻回生電路10與變流器5之間之PN之平滑電容器29之位準低於特定值的情形時，使包含N軸用之變流器5N、電抗器24及一次電壓感測器部26之電源回生電路發揮電源回生功能，當PN之平滑電容器29之位準成為特定值以上時，於電阻回生電路10消耗回生能量。
如上所述，根據本實施形態之機器人控制系統1，可對控制伺服馬達8之驅動之伺服控制裝置13標準地安裝電源回生控制功能部16，流用預先對伺服控制裝置13準備之複數個控制埠15中之一個，藉由設定之切換或自動判別功能，對將該埠用於馬達控制埠或者用於電源回生埠進行切換，而適當進行選擇，故而即便於根據使用者之要求附加電源回生功能之情形時，亦無須重新設置電源回生控制用之控制部。藉此，可抑制因電源回生功能之追加而導致之開發成本高漲。
又，由於可流用機器人控制用之變流器5而提供電源回生功能，故而無須另外新開發電源回生用之變流器，從而可進一步抑制伴隨電源回生功能之追加而產生之開發成本高漲。
再者，於上述例中，對將N軸用之馬達控制部14N用於電源回生 之情形進行了說明，但用於電源回生之馬達控制部14N並不限定於N軸用。例如，亦可將第1軸用之馬達控制部14A用於電源回生，於該情形時，第1軸用之控制埠15A之PWM用埠20A及感測器通訊用埠22A被用於電源回生。
圖2表示於先前之機器人控制系統中強化回生功能之情形時之構成。
如圖2所示，先前之機器人控制系統100中，其伺服控制裝置101之馬達控制部102不具備電源回生控制功能。因此，為應對回生能量之增大，而對電阻回生電路10追加有回生電阻103。即，對標準裝備之回生電阻11並聯設置有追加之回生電阻103。
上述先前之方法不僅難以應付回生能量之大幅增大，回生能量之消耗量亦增加，就能量之有效利用之觀點而言，亦存在問題。
與此相對，根據本實施形態之機器人控制系統1，如上所述，可容易地附加電源回生功能，故而無需基於回生電阻之追加之相應措施，從而可謀求能量之有效利用。
1‧‧‧機器人控制系統
2‧‧‧三相交流電源
3‧‧‧二極體(整流元件)
4‧‧‧轉換器
5‧‧‧變流器
5A‧‧‧變流器
5N‧‧‧變流器
6‧‧‧二極體(整流元件)
7‧‧‧開關元件
8‧‧‧伺服馬達
8A‧‧‧伺服馬達
8N‧‧‧伺服馬達
9‧‧‧馬達感測器(編碼器)
9A‧‧‧馬達感測器(編碼器)
9N‧‧‧馬達感測器(編碼器)
10‧‧‧電阻回生電路
11‧‧‧回生電阻
12‧‧‧開關元件
13‧‧‧伺服控制裝置
14‧‧‧馬達控制部
14A‧‧‧馬達控制部
14N‧‧‧馬達控制部
15‧‧‧控制埠部
15A‧‧‧控制埠部
15N‧‧‧控制埠部
16‧‧‧電源回生控制功能部
16A‧‧‧電源回生控制功能部
16N‧‧‧電源回生控制功能部
17‧‧‧伺服馬達之控制功能部
17A‧‧‧伺服馬達之控制功能部
17N‧‧‧伺服馬達之控制功能部
18N‧‧‧伺服馬達之連接器
19N‧‧‧變流器之連接器
20A‧‧‧PWM用埠
20N‧‧‧PWM用埠
21N‧‧‧馬達感測器之連接器
22A‧‧‧感測器通訊用埠
22N‧‧‧感測器通訊用埠
23N‧‧‧感測器通訊用配線
24‧‧‧電抗器
25‧‧‧連接電抗器與三相交流電源之配線
26‧‧‧一次電壓感測器部(相位檢測部)
27‧‧‧一次電壓感測器部之連接器
28‧‧‧電抗器之連接器
29‧‧‧平滑電容器

Claims (5)

  1. 一種機器人控制系統，其包括：轉換器，其用於將來自交流電源之交流電流轉換為直流電流；變流器，其用於將自上述轉換器供給之直流電力轉換為交流電力；伺服控制裝置，其用於基於來自附設於伺服馬達之馬達感測器之信號控制上述伺服馬達之驅動；及電阻回生電路(resistance regenerating circuit)，其用於消耗上述伺服馬達所產生之回生能量(regenerated energy)；上述伺服控制裝置包含：複數個馬達控制部，其等用於使得複數個上述伺服馬達可獲控制；及複數個控制埠部，其等與上述複數個馬達控制部對應；且上述複數個馬達控制部中之至少一個構成為包含用於控制電源回生電路之電源回生控制功能部，並且可對應於與上述控制埠部之連接對象為上述電源回生電路或上述伺服馬達，而切換上述電源回生控制功能部與上述伺服馬達之控制功能部，上述電源回生電路包含具有與上述伺服馬達用之上述變流器共通之構成的變流器。
  2. 如請求項1之機器人控制系統，其中複數個上述馬達控制部全部包含上述電源回生控制功能部。
  3. 如請求項1或2之機器人控制系統，其進而具備上述電源回生電路。
  4. 如請求項3之機器人控制系統，其中上述電源回生電路包含：電抗器，其連接於上述交流電源；及一次電壓感測器部，其連接於將上述電抗器與上述交流電源連接之配線，用於檢測一次電 壓。
  5. 如請求項1或2之機器人控制系統，其中上述變流器包含：複數個整流元件；及複數個開關元件，其等與上述複數個整流元件之各者並聯連接。
TW103145328A 2013-12-26 2014-12-24 Robot control system TWI577514B (zh)

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