WO2017175845A1

WO2017175845A1 - ロボット制御装置および同制御装置を備えたロボット

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Publication number: WO2017175845A1
Application number: PCT/JP2017/014428
Authority: WO
Inventors: 泰範大山
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2016-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2017-10-12
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Abstract

無励磁作動形電磁ブレーキを備えたサーボモータにより駆動される駆動軸を有するロボットの制御装置であり、電磁ブレーキは、励磁コイルの無通電時に、バネによる付勢力によりアーマチュアを摩擦板に押し付けてブレーキ動作を行い、励磁コイルの通電時に、バネによる付勢力に抗してアーマチュアを励磁コイル側に吸引して摩擦板から引き離すことによりブレーキ動作を解除するように構成され、励磁コイルに流れるコイル電流を取得して、取得したコイル電流の時間変化の特性に基づいてロボットを制御する。比較的簡易な構成により、サイクルタイムの短縮、電磁ブレーキの寿命評価、異常診断等を行うことができるロボット制御装置を提供できる。

Description

ロボット制御装置および同制御装置を備えたロボット

　本発明は、無励磁作動形電磁ブレーキ付きのサーボモータを備えたロボットを制御するためのロボット制御装置および同制御装置を備えたロボットに関する。

　ロボット、特に産業用ロボットのアームの駆動軸などに使用されるサーボモータは、停止時の位置の保持の確実性などに加え、動作中の電源喪失などの際の暴走等を防止するために、一般に、無励磁作動形電磁ブレーキが備えられている。

　ところで、無励磁作動形電磁ブレーキ付きのサーボモータを駆動軸に使用したロボットにおいては、従来、以下のような問題があった。

　第一に、無励磁作動形電磁ブレーキの動作特性上の問題がある。すなわち、無励磁作動形電磁ブレーキは、励磁コイル、バネ、アーマチュアおよび摩擦板をこの順に一列に配設し、励磁コイルの無通電時に、バネによる付勢力によりアーマチュアを摩擦板に押し付けてブレーキ動作を行い、励磁コイルの通電時に、バネによる付勢力に抗してアーマチュアを励磁ブレーキ側に吸引して摩擦板から引き離すことによりブレーキ動作を解除するものである。

　このような無励磁作動形電磁ブレーキ（以下、単に「ブレーキ」ということがある。）の励磁コイルに一定の直流電圧を印加したときの励磁コイルに流れる電流は、励磁コイルのインダクタンスをＬ、抵抗をＲとして、次式で表される時定数Ｔにより変化するため、励磁コイルによるアーマチュアの吸引力も時定数Ｔにより増大する。なお、時定数Ｔは、例えば、電圧を印加してから電流が定常電流値Ｉsの６３．２％となるまでの時間である（図１）。

　　Ｔ＝Ｌ／Ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　（式１）

　このように、アーマチュアの吸引力が、時定数Ｔにより徐々に増大するため、励磁コイルに直流電圧を印加したと同時にブレーキ動作が実質的に有効に解除されたことにはならないため、ブレーキ動作が実質的に有効に解除された時点を確定することは困難である。

　このため、ロボットの制御においては、アーム動作のためのサーボモータ制御とブレーキ動作のための制御の間には、所定の時間差（以下「タイマー時間」という。）を設定したタイマーを備えている。

　ここで、ブレーキの構造・形状上の個体差や使用材料の物性等（寸法誤差等、経時変化を含む電気的特性の相違等）により、時定数Ｔや吸引力などが異なるため、タイマー時間については、安全側に余裕を確保すべく長めに設定している。

　また、逆に直流電圧の印加を解除してブレーキ動作を行う場合は、基本的には、上記の式１により算出される時定数Ｔにより電流ひいては吸引力が減少し、アーマチュアの吸引が解除されてバネによりアーマチュアが摩擦板に押し付けられる。ただし、電気回路的には、励磁コイルに流れる電流を強制的に開放すると、コイルに流れる電流を維持しようとして、コイルに蓄えられていたエネルギが、励磁電流の数十倍となる逆方向の電圧（バックサージまたは逆起電圧）となって現れ、制御回路内の半導体素子を破損したり、コイルの絶縁劣化を招くことがある。そこで、逆起電圧を低下させるために、通常、外部に放電回路を備えることが行われており、一般的には、逆起電圧を低くするほどアーマチュア釈放時間が長くなる。

　このため、アーマチュアを釈放してブレーキ動作を行うことも考慮すると、タイマー時間は、ブレーキ動作の解除の場合よりもさらに長く設定する必要がある。

　しかし、近年、特に、産業ロボットにおいては、動作の高速化等を含めてサイクルタイムの短縮化が大きなニーズとなっているため、長いタイマー時間を設定することは、これらのニーズに反することになる。

　第二の問題として、摩擦板の磨耗量の推定および摩擦によるブレーキの寿命検知の問題がある。すなわち、アーマチュアと摩擦板との摩擦力によりブレーキが作動する電磁ブレーキにおいては、使用により摩擦板の磨耗が進行し、所定の磨耗量になると使用限界（寿命）に到達して交換が必要となる。

　ここで、寿命や交換の検知について、従来は、定期的に電磁ブレーキを分解して摩擦板の磨耗状況を目視や測定により把握したり、製造ラインを停止して電磁ブレーキの吸引電圧の手動測定などにより行っており、稼働率が低下したり、検知作業が煩雑であるという問題があった。

　第３の問題として、ロボットの動作や停止時における異常診断に関する問題があった。すなわち、ロボットは、動作中に予期せぬ原因により動作が停止することがあるが、その原因が電気配線の断線等のハードウエアに関する異常や故障による場合には、原因の特定が容易でないことがある。そのため、異常の診断や特定に長時間を要して、製造ラインの停止が長期になり、稼働率が低下するという問題があった。

　上記のような従来技術における問題等に対して、例えば、摩擦板の磨耗量のみを検知するものとして、下記の特許文献１および２がある。

　特許文献１は、制御装置に、モータ回転角を検出するモータ回転角検出手段と、摩擦パッドの磨耗量を推定するパッド磨耗量推定装置を備え、パッド磨耗量推定手段により、直動機構の直動部がブレーキロータから離反するする後退端と、直動部がブレーキロータに接近して制動力を発生させる前進端との間のモータ回転角検出手段により得られる電動モータの回転角から、摩擦パッドの摩耗量を推定するというものであり、摩擦パッドの磨耗量の推定のみを目的としているものである。

　特許文献２は、励磁コイルに通電する電流を微分して微分信号とする微分機能と、励磁コイルへの通電開始から、アーマチュアが吸引されるまでの時間を、微分信号から算出して時間信号として出力する時間信号出力機能と、時間信号出力機能が出力した時間信号から、摩擦板が摩耗限界であるか否かを判別するものであり、微分回路等の複雑な手段が必要であり高価になるとともに、特許文献１と同様に、磨耗限界の推定のみを目的としたものである。

　しかし、これら従来技術においては、前記のように、比較的複雑な機能や手段を用いて摩擦板の磨耗量の検知のみを検知するものであり、しかも、比較的複雑な機能や手段を用いる必要があった。

特開２０１５－１８２５３４号公報特開２００８－１２８３０５号公報

　本発明は、従来技術の前記課題に鑑みなされたものであり、比較的簡易な構成により、サイクルタイムの短縮、電磁ブレーキの寿命評価、異常診断等を行うことができるロボット制御装置および同制御装置を備えたロボットを提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、無励磁作動形電磁ブレーキを備えたサーボモータにより駆動される駆動軸を有するロボットの制御装置であって、前記無励磁作動形電磁ブレーキは、励磁コイル、バネ、アーマチュアおよび摩擦板を有し、前記励磁コイルの無通電時に、前記バネによる付勢力により前記アーマチュアを前記摩擦板に押し付けてブレーキ動作を行い、前記励磁コイルの通電時に、前記バネによる付勢力に抗して前記アーマチュアを前記励磁コイル側に吸引して前記摩擦板から引き離すことによりブレーキ動作を解除するように構成されており、前記無励磁作動形電磁ブレーキの前記励磁コイルに流れるコイル電流を取得して、取得した前記コイル電流の時間変化の特性に基づいて前記ロボットを制御するように構成されている、ことを特徴とする。

　本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記コイル電流の時間変化の特性が、前記励磁コイルへの電圧の印加時点以後および電圧の印加解除時点以後の電流変化の特性であって、前記励磁コイルへの電圧の印加時点以後の電流変化の特性に基づき、電圧の印加時点から前記アーマチュアの吸引時点までの前記アーマチュアの吸引時間を推定し、および／または、前記励磁コイルの印加電圧の解除時点以後の電流変化の特性に基づき、電圧の印加解除時点から前記アーマチュアの釈放時点までの前記アーマチュアの釈放時間を推定し、推定された前記アーマチュアの吸引時間および／または釈放時間に基づいて前記ロボットを制御するように構成されている、ことを特徴とする。

　本発明の第３の態様は、第２の態様において、電圧の印加により定常電流値に向けて増加している前記コイル電流が降下を開始し、その電流降下が予め設定された降下量に達したときに、前記アーマチュアの吸引時点と推定し、および／または、電圧の印加の解除により減少している前記コイル電流が上昇を開始し、その電流上昇が予め設定された上昇量に達したときに、前記アーマチュアの釈放時点と推定し、推定された前記アーマチュアの吸引時間および／または釈放時間に基づいて前記ロボットを制御するように構成されている、ことを特徴とする。

　本発明の第４の態様は、第２または第３の態様において、前記ロボットの異常停止を含む運転に伴い推定された前記アーマチュアの吸引時間および／または釈放時間の経時変化に基づいて、前記摩擦板の磨耗量を推定し、および／または磨耗限界であるか否かを判断するように構成されている、ことを特徴とする。

　本発明の第５の態様は、第１乃至第４のいずれかの態様において、前記ロボットの通常運転時における前記コイル電流を取得し、取得された前記コイル電流が予め設定された電流値に達したときに前記励磁コイルの回路が異常であると判断するように構成されている、ことを特徴とする。

　本発明の第６の態様は、第１乃至第５のいずれかの態様において、前記電磁ブレーキの作動状態において、前記コイル電流を取得し、前記コイル電流が所定値以上である場合に、前記電磁ブレーキが異常であると判断するように構成されている、ことを特徴とする。

　本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記電磁ブレーキの異常判断を行う際に、前記サーボモータに備えられている位置検出器により取得した位置の変動の有無をさらに監視するように構成されている、ことを特徴とする。

　上記課題を解決するために、本発明の第８の態様によるロボットは、第１乃至第７のいずれかの態様に記載のロボット制御装置と、前記ロボット制御装置によって制御される駆動軸と、を備えたことを特徴とする。

　本発明によれば、比較的簡易な構成により、サイクルタイムの短縮、電磁ブレーキの寿命評価、異常診断等を行うことができるロボット制御装置および同制御装置を備えたロボットを提供することができる。

無励磁作動形電磁ブレーキにおいて、励磁コイルに直流電圧を印加したときの励磁コイルに流れる電流の変化について、時定数０．６３２の場合を示す図。本発明に係るロボット制御装置の一実施形態の制御系の無励磁作動形電磁ブレーキに関連する部分について示すブロック図。本発明に係るロボット制御装置の一実施形態の無励磁作動形電磁ブレーキの電気回路を簡略化して示す図。励磁コイルに直流電圧を印加してアーマチュアが吸引されるときの励磁コイルに流れる電流の概略の変化を示す図。励磁コイルに印加された直流電圧を開放してアーマチュアが釈放されるときの励磁コイルに流れる電流の概略の変化を示す図。、無励磁作動形電磁ブレーキにおいて、励磁コイルに直流電圧を印加したときの励磁コイルに流れる電流が増加途中に電流降下するまでの時間、定常電流値（Ｉｓ）、電流降下量（ΔＩ）および電流降下量（ΔＩ）／定常電流値（Ｉｓ）の測定結果を示す表。

　以下、本発明の一実施形態によるロボット制御装置および同制御装置を備えたロボットについて、図面を参照しつつ説明する。

　本実施形態によるロボット制御装置は、電磁ブレーキの励磁コイルに流れる電流を取得しまたは監視することにより、その電流の時間変化の特性等に基づき、アーム等の駆動動作の適切な制御およびロボットの異常診断等を行うことを特徴とするものである。

　図２は、本実施形態によるボット制御装置の制御系の無励磁作動形電磁ブレーキに関連する部分について示すブロック図であり、図３は、本実施形態によるロボット制御装置の無励磁作動形電磁ブレーキの簡略電気回路を示す図である。なお、図３においては、バックサージを適度な値に低下させるための放電回路として半導体素子を使用しているが、バリスタを使用してもよい。

　ロボット制御装置１は、ロボットアームの駆動軸１２を駆動するためのサーボモータ２に付設された電磁ブレーキ３の励磁コイルに流れるブレーキ電流値を取得するブレーキ電流取得手段７からのブレーキ電流値を入力するブレーキ電流入力部４、ブレーキ電流入力部４により入力されたブレーキ電流値に基づきデータ処理を行うデータ処理部５、各種のデータを記憶または保存を行う記憶部６と、を備えている。

　なお、ブレーキ電流値取得手段７および／またはブレーキ電流入力部４において、データ処理部５において処理を行うために必要な信号の増幅や変換等が行われる。

　データ処理部５においては、必要に応じて、記憶部６から必要なデータを読み出しおよび／または処理後のデータを記憶部６に書き込み、以下の処理を行う。なお、下記の処理は同一の処理部または処理手段により実行されるとは限らず、場合により細分化されたサブ処理部またはサブ処理手段により実行される。

（１）アーマチュアの吸引時間または釈放時間の検知
　まず、励磁コイルに電圧を印加してアーマチュアを吸引して電磁ブレーキ３を解除する場合について、図４に基づいて説明する。

　励磁コイルに電圧を印加すると、前記のとおり、励磁コイルに流れる電流（コイル電流）が流れ始め、回路のインダクタンスや抵抗により定まる所定の時定数により単調増加し、最終的に定常電流値になる。そのため、コイル電流は、印加直後は小さく、バネの摩擦板への押し付け力の方が、励磁コイルの吸引力より大きいが、その後、電流の増加に伴い吸引力が増加してバネの押し付け力より大きくなると、アーマチュアが摩擦板から離脱して励磁コイルまで移動して停止する。

　このようなアーマチュアの摩擦板からの離脱から励磁コイルへの当接（停止）までの現象を電磁気学的に説明すると、次の通りである。

　アーマチュアが励磁コイルに向かって移動が開始すると、電磁誘導により、アーマチュア内に励磁コイルによる磁界を打ち消すような磁界を発生させるためのうず電流が発生し、このうず電流により発生した励磁コイル内の磁界の変化により励磁コイル内に逆起電力が発生する。このため、この逆起電力により、コイル回路には逆方向の電流（逆電流）が発生し、その逆電流により、電圧を印加して流れた電流が打ち消され、励磁コイルに流れる電流が減少する。

　その後、アーマチュアが励磁コイルに当接し停止すると、アーマチュア内の電磁誘導によるうず電流が消滅するため、コイル回路の逆電流も消滅し、励磁コイルに流れる電流は、電圧の印加のみの電流だけとなり、印加電圧による電流変化曲線に戻る。

　したがって、図４において、Ａ点およびＢ点がそれぞれ、アーマチュアの摩擦板からの離脱および励磁コイルへの当接に対応していると考えられる。

　ここで、発明者らが行った実験から得られたデータによれば、アーマチュアが励磁コイルに吸引されて移動する際のコイル電流は非常に短時間に低下しており、低下後の電流値の元の変化曲線への回復は比較的なだらかであることが確認されている。これは、アーマチュアが吸引されて移動を開始した後は、バネの押し付け力に対して吸引力の方が非常に大きいため、機械的には短時間に吸引が完了するが、アーマチュアの移動により発生した逆電流は、アーマチュアが停止した後、電気的にそのエネルギがコイル回路内において抵抗成分により徐々に消費され消滅するため、所定の時定数により緩やかに消滅しているためと考えられる。

　以上より、アーマチュアの吸引の完了は、正確には、コイル電流の降下の終了時／コイル電流の再上昇開始時（図４におけるＢ点）と考えられるが、アーマチュアの吸引の際におけるコイル電流の降下は、非常に短時間に発生していることから、電流降下の開始時点（図４におけるＡ点）から終了時点（図４におけるＢ点）の間のどの時点をアーマチュアの吸引完了時点として使用してロボットの制御等を行っても、現実的には特に支障はないと考えられる。

　これにより、励磁コイルに流れる電流が飽和して定常電流に到達するまでの時間は相当長くなる可能性があるが、アーマチュアの機械的な吸引が完了する時点は、コイル電流の時間変化における前記の急激な電流降下が発生する時点としてロボットの制御等を行うことにより、サイクルタイムの減少化が可能となる。

　そこで、本実施形態においては、励磁コイルに電圧を印加してコイル電流が定常電流値に向かって単調増加する過程においてコイル電流の電流降下（図４におけるＡ点ないしＢ点）を特定の手段により検知し、検知された時点をアーマチュアの吸引完了時点と推定し、励磁コイルへの電圧の印加時点から推定された吸引完了時点までの時間をアーマチュアの吸引時間として算出・推定するものである。

　以下では、一実施形態としてのアーマチュア吸引完了時点の特定について説明するが、本発明においては、電流降下の開始時点（図４におけるＡ点）から終了時点（図４におけるＢ点）の間であれば、どの時点を特定してアーマチュアの吸引完了時点として使用してもよく、下記に限定されるものではない。

　図６は、無励磁作動形電磁ブレーキにおいて、励磁コイルに直流電圧を印加したときの励磁コイルに流れる電流が増加途中に電流降下するまでの時間、定常電流値（Ｉｓ）、電流降下量（ΔＩ）および電流降下量（ΔＩ）／定常電流値（Ｉｓ）の測定結果を示す表である。

　発明者らが実施した実験によれば、図６に示されるように、急激な電流減少までの時間は約４ないし８msecであり、非常に短いことがわかった。また電流減少時の電流降下量（ΔＩ）は、０．１５～０．３７Aであり、相当な大きさの電流降下があったことがわかった。

　発明者らが取得した以上の知見より、取得した励磁コイルの電流変化に基づき、電流降下について予め設定した閾値に降下した時点を、アーマチュアの吸引完了時点として設定することとしている。アーマチュア吸引時の電流降下量は大きく電流の微小変動以上の閾値を設定することができ、かつ電流の降下開始時点から電流の再上昇開始時点の間が短時間であるため、微分処理その他の複雑な処理を行うことなく、簡易な構成により取得電流値に微小変動等によるノイズを排除することができる。

　なお、電流降下の判定のために予め設定された閾値は、記憶部６に記憶されており、データ処理部５において取得されたブレーキ電流値に基づきアーマチュアの吸引完了時点を求める際に記憶部６から読み出して使用される。また、ブレーキに流れる電流値の取得は、データ処理部５の指令により実行される。

　このようにして求められたアーマチュアの吸引時間（励磁コイルに電圧を印加した時点からアーマチュアの吸引完了時点までの時間）は、モータ制御部８に送信されて、ロボットアームの駆動軸の駆動制御に使用される。なお、アーマチュアの吸引時間は、（２）項で後記するように、摩擦板の磨耗により変化するが、短時間で大きく変化するものではないので、通常は比較的長い時間間隔で求めればよい。そのため、アーマチュアの吸引時間の検知は、通常、定期的にモータ制御部８からデータ処理部５への指令により実行される。

　次に、励磁コイルに印加している電圧を解除してアーマチュアを釈放し摩擦板に押し付けて電磁ブレーキ３を作動させる場合について説明する。

　励磁コイルの回路には、図３に示されるように、バックサージ吸収のために、コイルの印加電圧に対して逆極性のダイオードを励磁コイルに並列に接続している。これにより、スイッチをオフとして電圧の印加を解除すると、バックサージがすべて励磁コイルに還流することによりバックサージ電圧が低圧に維持される一方、バックサージエネルギが回路により消費されて消滅するまで励磁コイルに電流が流れ続けるため、アーマチュア釈放時間（励磁コイルへの電圧の印加を解除した時点からアーマチュアの釈放が完了した時点までの時間）が長くなる。

　ここで、励磁コイルに流れる電流が減少する過程で、電流の減少による吸引力が減少してバネの押し付け力より小さくなると、アーマチュアが励磁コイルから離脱して摩擦板まで移動して停止するため、励磁コイルに流れる電流は、アーマチュアの吸引の場合と逆に、移動中にアーマチュア内に発生する渦電流により発生した励磁コイル内の変動磁界により逆起電力により逆方向の電流が発生する（図５参照）。このため、この逆方向の電流により、励磁コイルに流れる電流が上昇し、その後、渦電流の消滅ひいては励磁コイルに流れる逆方向の電流の消滅に伴い、印加電圧の開放に伴う電流変化に復帰する。

　したがって、アーマチュアを釈放し摩擦板に押し付けて電磁ブレーキ３を作動させる場合についても、アーマチュア吸引の場合と同様に、アーマチュアの釈放完了時点として設定することしている。ただし、電流の変化が逆になるため、具体的には、取得された励磁コイルの電流変化に基づき、電流の上昇開始後に予め設定した閾値の電流の上昇があった時点を、アーマチュアの釈放完了時点として設定することとしている。

　また、アーマチュアの吸引の場合と同様に、より簡易な方法として、予め測定等により取得した時定数に対応した電流値またはそれに余裕をもたせた電流値を設定し、その設定電流値に上昇した時点をアーマチュアの釈放完了時点としてもよい。

　データ処理部５により求められたアーマチュアの釈放時間のその他の処理等については、基本的に、吸引の場合と同様であるので、説明は省略する。

　なお、サイクルタイムの厳密な最小化のためには、アーマチュアの吸引時間および釈放時間の双方を考慮した駆動軸の動作制御を行うことが望ましい。しかし、吸引時間にくらべて一般に長い釈放時間であっても現実的には短時間であるため、実用レベルにおいても釈放時間を基準に駆動軸の動作制御を行うことも可能である。なお、吸引時間は一般に釈放時間より短いが、吸引時間と釈放時間との関係を予め試験や計算等により求めておき、求めた両者の関係により吸引時間に基づき、釈放時間を合わせたブレーキ設定時間を設定・推定し、設定・推定されたブレーキ作動時間に基づき、駆動軸の動作制御を行ってもよい。

（２）摩擦板の磨耗によるブレーキの寿命の検知および予測
　ブレーキの使用に伴い、摩擦板が磨耗すると、励磁コイルと摩擦板の間の距離（間隙）が増大する。ここで、アーマチュアの励磁コイルによる吸引力は、励磁電流の大きさに比例し、励磁コイルと摩擦板との間隙に反比例する。このため、両者の間隙が長くなると、アーマチュアをバネの押し付け力に打ち勝って摩擦板から離脱させるためには、摩擦板の磨耗がない初期状態にくらべて大きな励磁電流が流れる必要がある。そのため、摩擦板の磨耗の進行により、図４に示される励磁電流の時間変化曲線におけるアーマチュア吸引による電流降下の発生は、電流の大きい方向に移行し、その結果、電流降下の発生時点も遅くなる。

　したがって、本実施形態においては、ロボットの供用期間中、定期的ないし随時、電流降下の発生時点を取得、保存、管理等することにより、電流降下の経時変化から摩擦板の磨耗の状況を検知し、および寿命評価しておくこととしている。随時における取得は、例えば、次項（３）において説明する異常診断の際に行われる摩擦板の磨耗量把握などを想定している。

　摩擦板の磨耗の検知および寿命評価は、具体的には以下のとおり行う。

(i)アーマチュア吸引時のアーマチュア吸引時間（および／またはアーマチュア釈放時のアーマチュア釈放時間。以下、本（２）項において「アーマチュア吸引時間等」という。）と摩擦板の磨耗との関係を予め試験または計算により求め、記憶部６に保存する。

　アーマチュア吸引時間等は、前記（１）項において説明した方法により求めることができる（以下同様）。

　また、アーマチュア吸引時間等と摩擦板の磨耗量との関係は、テーブルまたはグラフ等により保存される。

　なお、限界磨耗量、レベル磨耗量（例えば、限界磨耗量に近づいた所定の磨耗量等）についても予め設定し、記憶部６に保存しておく。以下、これら予め設定された磨耗量を設定磨耗量という。

(ii)ロボット供用期間中に定期的または随時、モータ制御部８からの指令に基づき、ブレーキ電流値取得手段７およびブレーキ入力部４からのブレーキ電流値の取得も含むデータ処理部５によりアーマチュア吸引時間等を求める。

(iii)記憶部６に保存されているアーマチュア吸引時間等と摩擦板の磨耗との関係に基づき、前項(ii)で求められたアーマチュア吸引時間等から摩擦板の磨耗量を推定する。

　推定された磨耗量について、記憶部６に保存されている設定磨耗量を対比し、超えている設定磨耗量に応じて、ロボット制御装置１の表示部１０にその旨を表示し、必要に応じアラームを発する。

　また、推定された磨耗量は、記憶部６に保存され、経時変化として管理され、その後の磨耗量の推定等の際の進行状況等の参考等のために利用される。

　なお、前記においては、予め試験や計算等により求めたアーマチュア吸引時間等と摩擦板の磨耗との関係を記憶部６に保存し、データ処理部５により推定された磨耗量を対比等することとしているが、記憶部６には、アーマチュア吸引時間等と摩擦板の磨耗との関係ではなく、摩擦板の磨耗量や設定磨耗量に対応するアーマチュア吸引時間等を保存し、データ処理部５により求めたアーマ吸引時間等を対比してもよい。

（３）ロボット動作停止における異常診断
　ロボットの動作中にロボットが異常停止したときに、その停止原因が電磁ブレーキに起因するものか否かについて判断・診断を行うものである。

　前２項と同様に、電磁ブレーキの電流を取得または監視することにより、下記の診断を行う。

（ａ）ロボットの通常運転時の異常診断
　ロボットの動作中は、電磁ブレーキを解除するために励磁コイルに電圧が印加されてブレーキ電流が流れている状態にある。そのため、ロボットの動作中にブレーキ電流を常時取得監視することにより、下記の診断を実行している。

　すなわち、電磁ブレーキが解除されているときは、通常の正常の状態であれば、ブレーキ電流は、安定した定常電流が流れているはずであるので、所定の値の定常電流ではない場合にはコイルの劣化等による抵抗値の増加、地絡、短絡等が、電流の変動（振動）が激しい場合には短絡等が生じている可能性がある。

　そこで、定常電流値に対して一定の閾値（例えば±１０％）を予め設定し、記憶部６に保存しておき、常時取得した電流値がこの閾値を超えた場合に、ロボット制御装置１の表示部１０にその旨を表示し、必要に応じ警報部１１が警告アラームを発する。

（ｂ）ブレーキ作動時の異常診断
　ロボットの運転休止等のために、ブレーキ動作指令等により励磁コイルへの電流供給スイッチ（図３参照）の開放指令がされたにもかかわらず、コイル電流が低下しないまたは低下しても流れている場合には、開閉スイッチの作動不良等の異常、コイル回路の短絡等により、電圧が印加され続けていると考えられる。

　電磁ブレーキは、ブレーキ動作指令により確実にブレーキが作動することが安全上等の観点から重要であり、ブレーキの不作動は極めて危険である。

　このため、ロボット制御装置の主電源を投入するとともに、自動的にブレーキ電流取得指令も出され、主電源オンの状態においては、常時、ブレーキ電流の有無を監視し、ブレーキ電流の通電が検知された場合には、安全のため、ロボット制御装置の表示部１０にその旨の表示を行うとともに、警告アラームを発することとしている。

　なお、主電源がオフの状態においては、一般的には、電磁ブレーキ自体にも電力が供給されておらず、励磁コイルに電圧が印加されることもないので、コイル回路に短絡等があっても励磁電流が流れないことから、アーマチュアが吸引されずに摩擦板にバネにより押し付けられているので、ブレーキは作動した状態にあるため、アームの落下や暴走等は生じない。

　また、前記のブレーキ作動時におけるブレーキ電流の取得と監視とともに、駆動軸を駆動するサーボモータの回転角度（位置）を検出する位置検出器８（エンコーダ等）（図２参照）の信号も取得・監視し、その変動の有無よりブレーキの異常の有無を検知することとしている。

　例えば、アーマチュアと摩擦板との間隙に異物等が挟まっていたり、アーマチュアの破損等によりアーマチュアと摩擦板との摩擦が有効に機能しないような場合には、コイル回路に短絡等がなくコイル電流が流れていない状態であっても、ブレーキが有効に機能しないことがあるからである。このような場合には、ブレーキ動作指令によりサーボモータは本来サーボ動作もしていないはずであるが、アームの自重その他の外力により、アームが微小変化する可能性があり、位置検出器８の位置信号の取得監視によりそのような微小変化の有無により、ブレーキの機械的異常の検知を行うこととしたものである。

　以上のとおり、本実施形態によるロボット制御装置１により、常時および定期的に並びに必要に応じ適時に電磁ブレーキのコイル電流を取得および監視し、それら取得したコイル電流に簡単な処理をするのみで、アーマチュアの正確な吸引・釈放時間を求めることができ、それによりサイクルタイムの短縮および摩擦板の磨耗量の推定および寿命評価が行えるとともに、電磁ブレーキの電気的・機械的な異常診断等を容易に行うことができる。

１　ロボット制御装置
２　サーボモータ
３　電磁ブレーキ
４　ブレーキ電流入力部
５　データ処理部
６　記憶部
７　ブレーキ電流取得手段
８　モータ制御部
９　位置検出器
１０　表示部
１１　警報部
１２　ロボットアームの駆動軸

Claims

　無励磁作動形電磁ブレーキを備えたサーボモータにより駆動される駆動軸を有するロボットの制御装置であって、
　前記無励磁作動形電磁ブレーキは、励磁コイル、バネ、アーマチュアおよび摩擦板を有し、前記励磁コイルの無通電時に、前記バネによる付勢力により前記アーマチュアを前記摩擦板に押し付けてブレーキ動作を行い、前記励磁コイルの通電時に、前記バネによる付勢力に抗して前記アーマチュアを前記励磁コイル側に吸引して前記摩擦板から引き離すことによりブレーキ動作を解除するように構成されており、
　前記無励磁作動形電磁ブレーキの前記励磁コイルに流れるコイル電流を取得して、取得した前記コイル電流の時間変化の特性に基づいて前記ロボットを制御するように構成されている、ロボット制御装置。
　前記コイル電流の時間変化の特性が、前記励磁コイルへの電圧の印加時点以後および電圧の印加解除時点以後の電流変化の特性であって、
　前記励磁コイルへの電圧の印加時点以後の電流変化の特性に基づき、電圧の印加時点から前記アーマチュアの吸引時点までの前記アーマチュアの吸引時間を推定し、および／または、
　前記励磁コイルの印加電圧の解除時点以後の電流変化の特性に基づき、電圧の印加解除時点から前記アーマチュアの釈放時点までの前記アーマチュアの釈放時間を推定し、
　推定された前記アーマチュアの吸引時間および／または釈放時間に基づいて前記ロボットを制御するように構成されている、請求項１記載のロボット制御装置。
　電圧の印加により定常電流値に向けて増加している前記コイル電流が降下を開始し、その電流降下が予め設定された降下量に達したときに、前記アーマチュアの吸引時点と推定し、および／または、
　電圧の印加の解除により減少している前記コイル電流が上昇を開始し、その電流上昇が予め設定された上昇量に達したときに、前記アーマチュアの釈放時点と推定し、
　推定された前記アーマチュアの吸引時間および／または釈放時間に基づいて前記ロボットを制御するように構成されている、請求項２記載のロボット制御装置。
　前記ロボットの異常停止を含む運転に伴い推定された前記アーマチュアの吸引時間および／または釈放時間の経時変化に基づいて、前記摩擦板の磨耗量を推定し、および／または磨耗限界であるか否かを判断するように構成されている、請求項２または３に記載のロボット制御装置。
　前記ロボットの通常運転時における前記コイル電流を取得し、取得された前記コイル電流が予め設定された電流値に達したときに前記励磁コイルの回路が異常であると判断するように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
　前記電磁ブレーキの作動状態において、前記コイル電流を取得し、前記コイル電流が所定値以上である場合に、前記電磁ブレーキが異常であると判断するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロボット制御装置。
　前記電磁ブレーキの異常判断を行う際に、前記サーボモータに備えられている位置検出器により取得した位置の変動の有無をさらに監視するように構成されている、請求項６記載のロボット制御装置。
　請求項１乃至７のいずれか一項に記載のロボット制御装置と、
　前記ロボット制御装置によって制御される駆動軸と、を備えたロボット。