WO2004045041A1 - 自動機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

自動機械の駆動装置に対して信頼性の高い電源供給を行ない、かつ安全性の確保に支障の無い自動機械の制御装置を提供する。電源（２１）に接続された遮断器（２２）と、遮断器（２２）に接続された継電装置（３１）を介して自動機械の駆動部（３５）に電源を供給する駆動装置（３２）とを有し、前記駆動装置（３２）を制御する自動機械の制御装置において、継電装置（３１）に接続された電流制御整流素子（３３）と、駆動部（３５）の電源投入において継電装置（３１）の閉路後に電流制御整流素子（３３）を通電制御する電流制御器（２９）とを備える。

Description

明 細書

次に示すように国際調査機関が作成した。

自動機械の制御装置

[技術分野]

本発明は、 自動機械の制御装置における駆動装置の電源投入及び遮断制御に関す る。 '

[背景技術]

ロボット等の自動機械を使用しての小規椟な部品加工機械では、加工部品の加工位 置への供給や取り外しが、 作業員により行われる場合がある。 この際には、 作業員の 体の一部が自動機械の可動範囲に入ることとなるため、 自動機械が暴走など思わぬ動 作をした場合、 ライトカーテン等で作業員への自動機械の接近を検出し、 自動機械の 駆動電源を遮断するなどの作業員の安全確保を行っている。 し力、しながら、 近年の安 全への意識の高まりや、 自動機械のコスト削減のため、 安全装置を削減し、 代わりに 作業員が自動機械の可動範囲に入っての段取り作業中に自動機械の駆動電源を遮断 することで作業員の安全確保を行つている。部品の供給や作業後の取り外しの度に駆 動電源の投入と遮断が行われることなり、継電装置接点の寿命を大幅な延長する必要 がある。 '

自動機械に使用される複数軸を制御する駆動軸は、電磁接触器などの継電装置に接 続された交流を直流に変換する整流回路と、整流後の電圧を平滑する平滑コンデンサ と、 平滑後の直流電圧を変換する複数のインパータ回路部より構成されている。 イン バータ部は C P Uが自動機械の動作に基づいて生成する P WM指令信号により制御 するようになつている。 平滑回路には平滑コンデンサが設けられ、 このコンデンサ入 力形の回路では電源投入時に平滑コンデンサに大きな充電電流が流れ、継電装置接点 及び整流回路部の整流素子に損傷を与える恐れがある。

(従来例 1 )

電源投入時に電源より整流器への電流を抵抗器へパイパスすることで突入電流を 低減し、 平滑コンデンサへ充電され、 電流が減少すると抵抗器両端に接続されたリレ 一を閉路して電源より直接整流器へ接続する。 又は平滑後の電圧を監視して、 所定電 圧以上になると前記リレー接点を閉路することで同様の効果を得るものである。 図 6 を用いて説明する。 圧縮機 6 6の回転数を制御するためのインバータ装置 6 2と、 そ の制御系を表すブロック図である。 インバータ装置 6 2は整流回路部 6 3と、 平滑コ ンデンサ 6 4と、 インバータ部 6 5と力 ら成る。 6 7はインバータ装置 6 2の入力電 流を検出するための入力電流センサ、 6 8は検出電流をデジタル変換して制御装置 (マイクロコンピュータ） 6 9に入力するための入力電流変換回路である。 交流電源 6 1からインバータ装置 6 2に電源を投入すると先ず平滑コンデンサ 6 4が充電さ れる。 7 1はその充電開始時の突入電流を抑えるための抵抗素子である。 マイクロコ ンピュータ 6 9は平滑コンデンサ 6 4が充電されて入力電流値が予めプログラム設 定している判定基準値以下になったときドライブ回路 7 3を制御してリレー 7 2を オンするものである。 （特開平 5 _ 1 6 8 2 4 8号公報参照）

(従来例 2 )

別の従来技術として、電源遮断に際しての継電装置接点の開路動作についての発明 がある。 これは、 電源遮断時に大きな電流が流れている状態で継電装置の接点を開路 すると接点間にアークが発生し、 そのために接点表面が荒れ、 障害が発生することは 従来例 1の課題としてあげている。 これは、 駆動装置への電源制御で、 駆動を遮断す る場合、 電流が所定の値以上であると、'接点開路を行わず、 電流が小さくなつてから 接点を開路するものである。 図 7を示して、詳細に説明する。 リレー 8 の,接点電流 を検出する電流値検出手段 8 2と、 この電流値検出手段 8 2で検出する電流が所定の 基準値を越えて流れるときにはリレー接点の開放動作を口ックするとともに電流値 検出手段 8 2で検出する電流値が基準値以下になったところでリレー接点の開放動 作を行わせる制御部 8 3とからなる。 （特開平 1 1一 2 9 7 1 7 6号公報参照）.

(従来例 3 )

また、別の従来例としては交流電源のゼロボルト付近で継電器接点の開閉を行う方 法がある。 （特開 2 0 0 0— 3 4 0 0 5 7号公報参照）

従来例 1では、電源投入時には抵抗器を通して電力を供給することで大きな突入電 流を抑えるが、抵抗器の抵抗値を大きくすると平滑コンデンサへの充電時間が大きく なり、 インバータ部でモータを駆動可能となるまでの時間が伸びる。 これは、 駆動電 源投入より自動機械が稼動開始できるまでの時間が伸びるごとであるため、 1加工部 品当たりの時間が伸びる事となるので、生産性を考慮すると抵抗器の抵抗値を小さく し、 自動機械が稼動開始できるまでの時間短縮が望まれる。 しかしながら、 抵抗値を 小さくすることは突入電流を十分に抑えることができなくなるため、駆動電源投入の たびに抵抗器導体は自身の発熱のため瞬時に高温となり、 リレーが閉路後は無通電状 態となるため、 抵抗器導体は冷却する。 抵抗器導体は、 この際の熱による膨張、 収縮 が繰り返され、 金属疲労のため断線故障が発生することがある。 このため抵抗器は容 量の大きなもの、 つまり外形の大きなものを選定する必要があり、 自動機械の制御装 置の小型化が望まれる中では大きな障害となる。 またコスト低減にも障害がある。 ま た、 電源遮断時の対策が無いため、：モータを駆動中に非常停止などの操作がなされ、 継電装置を遮断する際には、大零流の遮断となり、継電装置接点間にアークが発生し、 そのために接点表面に荒れが発生し、融着ゃ溶着が発生するといつた接点寿命が短く なる可能性がある。

従来例 2では、 電流が所定の値以下になってかち接点を開路するが、 自動機械にお ける安全の確保の手段としては、非常時に非常停止操作等でモータへの駆動電源を遮 断し、 自動機械の動作を停止することで行っているため、駆動電源の遮断となる非常 停止操作がなされた場合、 自動機械が動作又は停止の如何にかかわらず、継電装置接 点を開路する必要があり、 自動機械が動作中あるいは動作加速中の電流が所定の値よ り大 いときには開路しない特許文献 2でほ、 ロボットの駆動電源投入と遮断に適用 できない。 また、 電流検出器が交流回路に配置される場合は従来例 3と同様の継電装 置接点の開路制御が行われることとなる。 ， 従来例 3は交流電源のゼロポルト付近で継電器接点の開閉を行う方法であるが、接 点閉路時では、 平滑コンデンサへの充電電流が突入電流として流れるため、接点の容 量はこれに足る仕様が要求される。 また開路においては、負荷は平滑コンデンサがあ るため容量性のため、 開路の瞬間に電流を完全に遮断することができず、やはり接点 にアークが発生する。 .

上記の従来例では、接点閉路時の突入電流、及ぴ開路時の接点間に発生するアーク に対して、継電装置接点の開閉頻度に適する様に、 大きな接点容量仕様の継電装置を 選定する方策をとつていた力 この方策では継電装置の外形が大きくなり小型化が要 求される自動機械の制御装置への適用には、 制御装置の大型化という問題があった。 また、 コストアップを招くといつ.たいうような問題も抱えていた。

[発明の開示]

そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、 自動機械の駆動 装置に対して信頼性の高い電源供給を行ない、かつ安全性の確保に支障の無い自動機 械の制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、 本発明は、 次のように構成したのである。

第 1の発明の自動機械の制御装置は、 電源に接続された遮断器と、 前記遮断器に接 続された継電装置を介して自動機械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前 記駆動装置を制御する自動機械の制御装置において、前記継電装置に接続された電流 制御整流素子と、前記駆動部の電源投入において前記継電装置の閉路後に前記電流制 御整流素子を通電制御する電流制御器とを備えることを特徴とするものである。

第 2の発明の自動機械の制御装置は、 電源に接続された遮断器と、 前記遮断器に接 続された継電装置を介して自動機械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前 記駆動装置を制御する自動機械の制御装置において、前記継電装置に接続された電流 制御整流素子と、前記駆動部の電源遮断においては前記継電装置の開路前に前記電流 制御整流素子を非通電とする電流制御器とを備えることを特徴とするものである。 以上のように、本発明の自動機械の制御装置によれば、 駆動電源の投入の際には継 電装置の接点を閉路後、電流制御整流素子により交流電圧の通電開始角度を調整する 通電制御を行なうことによって、 無電圧で継電装置接点閉路を行ない、 突入電流の抑 制を行ない、継電器接点への損傷を防ぐことができ、駆動電源の遮断の際には電流制 御整流素子の通電制御を止め非通電とした後に、 継電装置接点の開路を行うことで、 接点回路の際に発生するアークを抑え継電装置の接点の荒れを防ぐことで継電装置 接点の寿命を大きく延長することができるという効果がある。 [図面の簡単な説明]

図 1は、本発明の実施の形態を示すロボットシステムの構成を示す図である。 図 2 は、 本発明の実施における駆動装置と制御部のブロック図である。 図 3は、 本発明の 実施における駆動電源投入のフローチャートである。 図 4は、本発明の実施における 駆動電源遮断のフローチヤ一小である。 図 5は、本発明の実施における駆動装置電源 制御回路である。 図 6は、 従来例 1の構成図である。 図 7は、 従来例 2の構成図であ る。 ,

[発明を実施するための最良の形態]

以下、本発明の具体的実施例としてロボット制御装置の場合を図に基づいて説明す る。

図 1は、本発明の第 1の実施例を示すロボット制御装置およびシステムの構成を示 す図である。

図において、 1はロボットであり、 ロボット制御装置 2に接続されている。 ロボッ ト 1の手首部先端には作業を行うための作業ツールが取り付けられている。 ロボット 制御装置 2には、 教示の際の操作でロボット 1を動作させ、 位置登録を行ない、 ある いは作業の登録を行うことで、 作業プログラムの登録、 あるいは登録済み作業プログ ラムの変更、 などの編集を行うペンダント 3が接続されている。 また、 ロボット 1の 動作領域を囲む防護柵 4、 防護柵 4内への出入り口の防護柵扉 5、 防護柵扉 5の開閉 状態を検知する扉開閉検出装置 6が装備されており、扉開閉検出装置 6はロボット制 御装置 2に接続されている。 ロボット制御装置 2には操作パネル 7が装備されており、 非常停止スィツチやロボットシステムのモード変更や動作開始指令、及び停止指令を ロボット制御装置 2に与える。 8は外部操作装置であり、 口ポット制御装置 2に接続 されており、操作パネル 7同様に非常停止スィツチやロボットシステムのモード変更 や動作開始指令、及び停止指令をロボット制御装置 2に与える。 作業者 9は作業台 1 0に加工すべきワーク 1 1の装着あるいはロボット 1による作業後のワーク 1 1の 取り外しを図示しない防護柵 4の開口部より行う。 この際、 作業者 9の体の少なくと も一部はロボット 1の可動範囲に入る事となるため、作業者 9の安全確保のため外部 操作装置 8の非常停止操作等でロボット 1の駆動電源を遮断後に行う。

図 2は本発明を実施するための駆動装置とその制御部を示すプロック図である。図 において 2 1はロボットの制御及ぴ駆動の'ための電源であり、 ロボット制御装置 2へ 引き込まれ、遮断機 2 2でロポット制御装置 2への電源の投入及び遮断を行う。 2 3 は制御用電源装置であり遮断機 2 2 'の負荷側に接続されており、制御基板 2 4に必要 な電源を供給する。 また、 電源 2 1は遮断機 2 2の負荷側より制御用電源装置 2 3へ の接続と共に、 駆動のため分岐し、 継電装置 3 1へ接続され、 その負荷側より駆動装 置 3 2へ導かれている。制御基板 2 4はロボットシステムを統括制御する C P U及び メモリ 2 5、操作パネル 7あるいは外部操作装置 8と信号授受を行う入出力ィンター フェース 26、駆動装置 32への電源投入と遮断を行う継電装置 31への制御信号を 発する継電装置インターフェース 27、駆動装置 32へ遮断機 22.および継電装置 3

1を介して入力された電源 21の交流の整流制御を行う電流制御器 29、整流後平滑 された駆動用の電圧を検出する駆動電圧インターフェース 28で構成されている。 尚、 制御基板 24の本発明に関する構成要素以外は図示していない。駆動装置 32では電 流制御整流素子 33で電流制御器 29の制御の基で整流、 平滑装置 34で平滑され、 ロボット 1の各軸駆動モータ （図示しない）を駆動する駆動部 35— 1、 35-2 · ·

35— nへ接続され、 駆動部 35— 1、 3.5— 2 · · 35— nは制御基板 24の制御

'の基でロボット 1の各軸駆動モータを駆動する。 （駆動部の制御信号は図示しない） 次に、本発明の実施における駆動電源投入時の各構成要素の操作を図 3に示すフロ 一チャートで説明する。

操作者 9より外部操作装置 8へ駆動電源投入指示が入力される （S 1) と、 CPU は非常停止操作の状態、 ロボットシステムのモード、 防護柵扉 5の各状態より駆動電 源を投入可能か否かの確認を行なレ、、駆動電源を投入可能であれば駆動電源を投入す るステップへ進む、 不可能であれば、 駆動電源の投入指令を無視し、 駆動電源の投入 を行わない。 （S 2) 次に、 入力された電源 21を駆動装置 32に接続するために継 電装置 31の接点を閉路する。 この際には電流制御器 29により、駆動装置 β 2の電 流制御整流素子 33は通電制御されていないため継電装置 3 1の,接点には電流は流 れないので、 接点が閉路する瞬間にはアーク発生や突入電流が流れる事はない。 （S 3) 次に、 電流制御器 29は、 電流制御整流素子 33の通電制御を開,始するが、 整流 後の平滑装置 34両端の電圧に基づき交流電圧の通電開始角度を調整することで過 大な突入電流が流れることはない。 （S 4) この際に駆動電圧インターフェース 28 で取得する平滑装置 34の両端電圧を力 予め設定された時間で上昇しない場合、 駆 .動部 35— 1、 35— 2 ·· 35— ηまでの配線の短絡発生あるいは駆動部 35— 1、 35-2 · · 35— ηの短絡モードの故障発生などの検出を行うことも可能である。 次に駆動電圧ィンターフェース 28で取得する平滑装置 34の両端電圧が、予め設定 された電圧すなはち駆動部 35— 1、 35— 2 · · 35— ηにより各軸駆動モータを 駆動制御可能な電圧に到達後、 各軸駆動モータの駆動制御を行う。 （S 5)

次に、本発明の実施における駆動電源遮断時の各構成要素の操作を図 4に示すフロ 一チャートで説明する。

操作者 9より外部操作装置 8へ非常停止スィツチの操作などの駆動電源遮断指示 が入力される （ S 1 1 ) と、 電流制御器 29は電流制御整流素子 33の整流電流を減 少及び非通電とし （S 12)、 継電装置 31の接点を開路する。 （S 1 3)

図 5は、本発明を実施するための駆動装置 32への電源の投入と遮断を制御する継 電装置インターフェース.27と、入出力インターフエ一ス 26を示す駆動装置電源制 御回路である。 図において、 41は外部操作装置の非常停止スィッチ、 43はペンダ ント非常停止スィツチ、 45はペンダント 3でロボット 1の動作を行う際に各駆動軸 モータを駆動する際に作業者の安全を確保するためのイネ一プルスイッチ、 4 7は扉 開閉検出装置スィッチであり、 これらスィッチは入出力インターフェース 2 6へ接続 され、 それぞれ外部操作装置非常停止リレー 4 2、 ペンダント非常停止リレー 4 4、 ィネーブルスィッチリレー 4 6、 扉開閉リレー 4 8へ接続されている。 尚、 イネーブ ルスィツチ 4 5は各駆動軸モータを駆動する際に閉路し、扉開閉検出装置スィツチ 4 7は扉閉時閉路する。 これらリレーの他に、 図示しない制御上の複数のリレーがあり C P Uの状態あるいは C P Uにより開閉制御されている。 これらリレーの接点の接続 は次のようになっている。 2 4 Vの制御電源より C P U正常時閉路する C P U正常リ レー接点 5 2、外部操作装置非常停止リレー接点 4 2 a、 ペンダント非常停止リ レー 接点 4 4 aが直列に接続され、ィネーブルスィッチリレー接点 4 6 aと教示モード選 択時閉路する教示モードリ レー接点 5 0の直列に接続された回路と、 自動機械が稼動 モード選択時に閉路する稼動モードリレ'一接点 4 9と扉開閉リ レー接点 4 8 aの直 列に接続された回路が並列に接続され、ペンダント非常停止リレー接点 4 4 aの他方 に接続されている。 前述の回路に駆動電源制御リレー接点 5 1が接続され、 その他方 より.入力インターフェース回路 5 3を介して C P Uが信号状態読み込みと、オフディ レーリレーである継電装置制御リレー 5 4に並列に接続され、継電装置制御リレー接 点 5 4 a信号は継電装置インターフェース 2 7を介して継電装置 3 1の接点開閉を 制御している。

この回路において、駆動電源投入指示として外部操作装置 8の非常停止が操作され ると、外部操作装置の非常停止スィッチ 4 1は開路することで、 外部操作装置非常停 止リレー 4 2はオフし、外部操作装置非常停止リレー接点 4 2 aは開路するため入力 インターフェース回路 5 3の入力は無電圧となることで C P Uは駆動電源投入指示 が入信されたことを識別する。 C P Uは電流'制御器 2 9を介し電流制御整流素子 3 3 の整流電流を減少及ぴ非通電とする。 C P Uにより電流制御整流素子 3 3の整流電流 を減少及び非通電の間は、継電装置制御リレー 5 4はオフディレーリ レーであるため、 継電装置制御リレー接点 5 4 aは未開路であり、 所定の時間 （例えば 0 . 1秒） 後に 開路し、継電装置インターフェース 2 7を介して継電装置 3 1の接点を開路し、駆動 装置 3 2への電源の供給を遮断する。

[産業上の利用可能性]

駆動軸を備える自動機械であって、駆動軸電源の投入と遮断が頻繁に繰返す制御装置 の継電器の長寿命化に有用なものである。

Claims

請求の範囲

1 . 電源に接続された遮断器と、 前記遮断器に接続された継電装置を介して自動機 械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前記駆動装置を制御する自動機械の 制御装置において、 '

前記継電装置に接続された電流制御整流素子と、

前記駆動部の電源投入において前記継電装置の閉路後に前記電流制御整流素子を 通電制御する電流制御器とを備えることを特徴とする自動機械の制御装置。 '

2 . 電源に接続された遮断器と、 前記遮断器に接続された継電装置を介して自動機 械の駆動部に電源を供給する駆動装置とを有し、前記駆動装置を制御する自動機械の 制御装置において、

前記継電装置に接続された電流制御整流素子と、

前記駆動部の電源遮断において前記継電装置の開路前に前記電流制御整流素子を 非通電とする電流制御器とを備えることを特徴 する自動機械の制御装置。