WO2018147304A1 - モータ関連情報処理回路、モータ関連情報処理方法およびモータモジュール - Google Patents

モータ関連情報処理回路、モータ関連情報処理方法およびモータモジュール Download PDF

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WO2018147304A1
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和義 古賀
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日本電産株式会社
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    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors of the kind having motors rotating step by step
    • H02P8/24Arrangements for stopping
    • H02P8/26Memorising final pulse when stopping
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
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    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load

Definitions

  • the present invention relates to a motor-related information processing circuit, a motor-related information processing method, and a motor module.
  • a factory or a plant where a working robot is installed is provided with a motor module including a motor that operates the robot and a control device that controls the motor module.
  • a motor module may transmit various information to the control apparatus which a user operates (for example, refer patent document 1).
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of reliably writing information on the operation state of a motor in a nonvolatile memory while using an inexpensive microcomputer.
  • the motor-related information processing circuit of the present invention that solves the above-described problems includes an acquisition unit that acquires motor-related information related to an operation state of the motor when the motor is driven, and a motor after the motor-related information is acquired, A first writing unit that writes motor-related information to a volatile memory; and a second writing unit that writes the motor-related information stored in the volatile memory to the nonvolatile memory when the driving of the motor is stopped. It is characterized by that.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a robot control system 10.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a motor module 23. It is a figure which shows the functional block implement
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing executed by a microcomputer 62. 6 is a flowchart illustrating an example of processing executed by a microcomputer 62.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the robot control system 10.
  • the robot control system 10 is a system for controlling the operation of an arm type robot X (not shown) installed in a factory, and includes a control module 20, sensor modules 21, 22 and motor modules 23-25. Is done.
  • the control module 20 (control device) is a device that performs overall control of the robot control system 10 and controls the operation of the motor modules 23 to 25 based on the operation result of the user and the output of the sensor modules 21 and 22.
  • the sensor module 21 is a device including a distance sensor that measures the distance to the work target of the arm type robot X, for example, and transmits the measurement result to the control module 20.
  • the sensor module 22 is an apparatus including an infrared sensor that detects the presence or absence of a person in the work area of the arm type robot X, for example, and transmits a detection result to the control module 20.
  • the motor module 23 is a device that controls a motor that rotates a predetermined joint J1 of the arm type robot X. Similarly to the motor module 23, the motor modules 24 and 25 also control motors that rotate the predetermined joints J2 and J3 of the arm type robot X, respectively. 1 is connected to the control module 20 via a communication line, it may be connected wirelessly.
  • the motor module 23 includes a motor control device 30, a motor 31, a rotary encoder 32, and a temperature sensor 33.
  • the motor module 23 includes a motor 31, a drive circuit 63, and a motor related information processing circuit.
  • the motor control device 30 is a device that drives the motor 31 based on the “drive instruction” from the control module 20.
  • a current supplied from the motor control device 30 to the motor 31 and flowing through the motor 31 is defined as a drive current Id.
  • the “drive instruction” is an instruction for designating the rotational position, rotational speed, and torque of the motor 31. Details of the motor control device 30 will be described later.
  • the motor 31 is, for example, an AC (Alternating Current) motor, and rotates the arm portion of the arm type robot X.
  • AC Alternating Current
  • the rotary encoder 32 outputs a signal indicating the rotational position of a rotor (not shown) in the motor 31 and a signal indicating the rotational speed of the motor 31.
  • the temperature sensor 33 is a sensor that is attached to a predetermined position of the motor module 23 and detects the temperature Tm of the motor 31 and outputs a signal indicating the temperature Tm. Note that the temperature Tm increases as the drive current Id increases.
  • the motor control device 30 includes a ROM (Read only memory) 50, a RAM (Random access memory) 51, a flash memory 52, IF (Interface) circuits 60 and 61, a microcomputer 62, and a drive circuit 63.
  • ROM Read only memory
  • RAM Random access memory
  • IF Interface
  • the ROM 50 is a non-volatile storage means area, and stores programs executed by the microcomputer 62 and various data.
  • RAM 51 volatile memory is used as a temporary storage area for programs and data.
  • the flash memory 52 stores, for example, “motor related information D” and various data related to the operation state of the motor 31.
  • the “motor-related information D” includes, for example, information on the average value, variance, minimum value, and maximum value of the drive current Id, the torque T of the motor 31 and the temperature Tm for each predetermined period, and the driving of the motor 31. Contains information indicating time.
  • the “motor-related information D” may be information using “driving instructions” described later, or may be information using “control information”. For this reason, for example, the user can obtain knowledge regarding the reliability of the motor 31 and the necessity of maintenance without directly observing the motor 31 by referring to the “motor-related information D”.
  • the IF circuit 60 exchanges various information such as “drive instruction” and “motor related information D” between the control module 20 and the motor control device 30.
  • the IF circuit 61 transmits the output from the rotary encoder 32 and the temperature sensor 33 to the microcomputer 62.
  • the microcomputer 62 (motor-related information processing circuit) performs overall control of the motor control device 30 by executing a program stored in the ROM 50.
  • the functional blocks realized by the microcomputer 62 will be described later.
  • the drive circuit 63 is a circuit that drives the motor 31 according to the drive signal Sd from the microcomputer 62, and includes, for example, a pre-driver and an H bridge circuit (not shown). Note that when the drive circuit 63 stops driving the motor 31, the drive current Id becomes zero. However, here, the leakage current flowing through the motor 31 when the driving of the motor 31 is stopped is ignored. In the present embodiment, the state where the driving of the motor 31 is stopped is referred to as an “idle state”.
  • FIG. 3 is a diagram showing functional blocks implemented in the microcomputer 62 when the microcomputer 62 executes a predetermined program.
  • the motor-related information processing circuit includes a setting unit 70, a drive circuit control unit 71, a time measuring unit 72, a time determination unit 73, a drive determination unit 74, a calculation unit 75, an acquisition unit 76, a first writing unit 77, and a second writing unit 78. And a functional block of the transmission unit 79.
  • the setting unit 70 When the setting unit 70 receives the “drive instruction” for the motor 31, the setting unit 70 deletes the information indicating the past drive time of the motor 31 stored in the RAM 51, and saves the storage area of the RAM 51 in which the “motor related information D” is stored. specify.
  • the drive circuit control unit 71 is a functional block that servo-controls the motor 31 together with the drive circuit 63. Specifically, the drive circuit control unit 71 drives the drive circuit 63 so that the rotational position, rotational speed, and torque of the motor 31 are in the target state specified by the “drive instruction” from the control module 20.
  • the signal Sd is output.
  • the drive circuit control unit 71 receives an output from the temperature sensor 33 in addition to various information (drive current Id and output from the rotary encoder 32) for realizing servo control.
  • the drive circuit control unit 71 calculates the drive signal Sd using a control algorithm such as a feedback loop based on the “drive instruction” and various information.
  • the drive circuit control unit 71 stops outputting the drive signal Sd to protect the motor 31. At this time, the motor 31 is in the “idle state”. Further, for example, when the “drive instruction” for performing a series of operations output by the control module 20 is completed, the drive circuit control unit 71 stops outputting the drive signal Sd because there is no input of “drive instruction”. To do. At this time, the motor 31 is in the “idle state”. Note that information for controlling the motor 31 (drive current Id, outputs of the rotary encoder 32 and the temperature sensor 33) is referred to as “control information”.
  • the timer 72 measures the time from the start of driving.
  • the time determination unit 73 determines whether or not a predetermined time has elapsed from a predetermined timing when the motor 31 is being driven.
  • the drive determination unit 74 determines whether or not the motor 31 is driven, that is, whether or not the motor 31 is in the “drive state” or “idle state”.
  • the calculation unit 75 calculates various information (average value, variance, minimum value, and maximum value during a predetermined period) regarding the drive current Id, the torque T of the motor 31, and the temperature Tm. Specifically, the calculation unit 75 calculates the drive current Id, the average value of the torque T, and the like based on the drive current Id. That is, the calculation unit 75 performs a predetermined calculation process on the drive current Id of the motor. Further, the calculation unit 75 may calculate an average value or the like related to the temperature Tm based on the output from the temperature sensor 33.
  • the acquisition unit 76 acquires the drive time of the motor 31 measured by the time measuring unit 72 and the calculation result by the calculation unit 75 as “motor related information D”.
  • the first writing unit 77 writes the “motor related information D” acquired by the acquiring unit 76 in the RAM 51.
  • the second writing unit 78 writes the “motor related information D” stored in the RAM 51 into the flash memory 52.
  • the transmission unit 79 transmits the “motor related information D” stored in the flash memory 52 to the control module 20 based on the “transmission instruction” from the control module 20. That is, the transmission unit 79 transmits “motor-related information D” stored in the nonvolatile memory to the control device based on a “transmission instruction” from the control device that controls the motor-related information processing circuit.
  • a predetermined “drive instruction” is output from the control module 20 to the motor control device 30 so that the arm of the arm type robot X (not shown) performs a predetermined operation.
  • the setting unit 70 when receiving the “drive instruction” from the control module 20, the setting unit 70 performs initial setting of the RAM 51 (S200). Specifically, the setting unit 70 erases the past driving time of the motor 31 stored in the RAM 51 and designates an area of the RAM 51 in which “motor related information D” is stored.
  • the drive circuit control part 71 outputs the drive signal Sd which makes the motor 31 a target state based on a "drive instruction
  • driving of the motor 31 is started.
  • the time measuring unit 72 measures the time from the start of driving (S202).
  • the time determination unit 73 determines whether or not the drive time has passed 10 minutes or more from the start of driving of the motor 31 (S203).
  • “10 minutes” from the start of driving of the motor 31 is an example of a period in which the driving time of the motor 31 is short and there is almost no change in the state of the motor 31. That is, the driving time of “10 minutes” of the time determination unit 73 can be changed as appropriate according to the application using the invention of the present disclosure.
  • the drive determination unit 74 determines whether or not the motor 31 is in the “drive state” (S204). If it is determined in process S204 that the motor 31 is in the “idle state” (S204: idle state), the process 100 ends. For this reason, when the “idle state” is entered in less than 10 minutes after the drive of the motor 31 is started, that is, when the drive time of the motor 31 is short and there is almost no change in the state of the motor 31, The process 100 ends without obtaining the “related information D”.
  • process S204 when it is determined in process S204 that the motor 31 is in the “driving state” (S204: driving state), the above-described process S203 is executed. Then, when 10 minutes or more have elapsed since the start of driving of the motor 31 (S203: 10 minutes or more), that is, when a period during which a certain load is applied to the motor 31 has elapsed since the start of driving, the calculation unit 75 calculates the drive current Id. Then, an average value and the like for each of torque T and temperature Tm are calculated (S205). Note that the average value, variance, minimum value, and maximum value of the drive current Id and the like calculated in step S205 are values in “10 minutes” from the start of driving of the motor 31.
  • the acquisition unit 76 acquires information indicating the calculation result “10 minutes” from the start of driving and the driving time (“10 minutes”) from the start of driving of the motor 31 as “motor-related information D1”. (S206).
  • “motor related information” at a certain time is “motor related information Dn”
  • “motor related information D” is all of “motor related information D1 to n” of each time acquired by the acquisition unit 76. Is included.
  • the acquisition unit 76 acquires “motor related information D1”
  • the first writing unit 77 writes “motor related information D1” in the RAM 51 (S207).
  • the time determination unit 73 determines whether or not the driving time has elapsed for one hour or more from the start of driving (S208). “1 hour” (predetermined period) is an example of a time suitable for observing the state of the motor 31 when the motor 31 is continuously driven.
  • the drive determination unit 74 determines whether or not the motor 31 is in the “drive state” (S209). When it is determined that the motor 31 is in the “idle state” (S209: idle state), the process 100 ends. That is, when it is considered that the “idle state” is reached within one hour from the start of driving and there is no significant change in the state of the motor 31, the “motor related information D1” is not written to the flash memory 52 and the process 100 ends. . As a result, it is possible to prevent the number of times of writing to the flash memory 52 from increasing unnecessarily.
  • process S209 determines whether the motor 31 is in the “driving state” (S209: driving state).
  • driving state determines whether the motor 31 is in the “driving state” (S209: driving state).
  • the calculation unit 75 calculates various information related to the drive current Id, torque T, and temperature Tm (S210).
  • the average value, variance, minimum value, and maximum value of the drive current Id and the like calculated in the process S210 are values “1 hour” from the start of driving of the motor 31.
  • the first writing unit 77 designates a new storage area in the RAM 51 and writes “motor-related information D2” (S212).
  • the time determination unit 73 determines whether or not the driving time has elapsed for one hour or more after the information is written in the new storage area of the RAM 51 (S213). When it is less than one hour since the information was written in the new storage area (S213: less than one hour), the drive determination unit 74 determines whether or not the motor 31 is in the “drive state” (S214). If it is determined in step S214 that the motor 31 is in the “driving state” (S214: driving state), step S213 is executed. As a result, every time the motor 31 is driven for one hour or longer, new “motor-related information Dn (n ⁇ 3)” is acquired by the acquisition unit 76 and written to a new storage area of the RAM 51.
  • the second writing unit 78 acquires the “motor related information D” stored in the RAM 51 and performs flashing. Write to the memory 52 (S215). For this reason, the user can grasp the operating state of the motor 31 and obtain knowledge about reliability and the like by appropriately referring to the “motor related information D” stored in the flash memory 52.
  • the robot control system 10 of this embodiment has been described above.
  • the microcomputer 62 executes various arithmetic processes to servo-control the motor 31.
  • the microcomputer 62 is more burdensome for arithmetic processing, and therefore, it is necessary to use an expensive microcomputer.
  • the second writing unit 78 of the microcomputer 62 writes “motor-related information D” in the flash memory 52 in the “idle state” where the driving of the motor 31 is stopped (for example, processing S215).
  • the “motor-related information D” can be reliably written in the flash memory 52 while using an inexpensive microcomputer.
  • the acquisition unit 76 displays “motor related information” every “1 hour” (predetermined period) which is an example of a time suitable for observing a change in the state of the motor 31.
  • D is acquired (for example, processing S210 to S213). For this reason, the user can surely grasp the change in the state of the motor 31.
  • the transmission unit 79 of the microcomputer 62 transmits the “motor related information D” stored in the flash memory 52 to the control module 20 based on the “transmission instruction” from the control module 20. Therefore, even if the motor module 23 is incorporated in the arm type robot X and the user has difficulty accessing the motor module 23, the user can use the control module 20 operated by the user to “motor related information”. D "can be obtained.
  • the “motor-related information D” of the present embodiment includes information indicating the driving time of the motor 31, the average value, variance, minimum value and maximum value of the driving current Id in a predetermined period, and the predetermined torque T of the motor 31.
  • the average value, variance, minimum value, and maximum value in the period, and the average value, variance, minimum value, and maximum value of the temperature Tm in the predetermined period are included.
  • the user can grasp the state of the motor 31 by acquiring all the data of the drive current Id when the motor 31 is driven.
  • the data amount of the drive current Id when the motor 31 is driven increases, storing all of these data in the flash memory 52 also increases the storage area required for the flash memory 52, and the microcomputer The load on 62 also increases.
  • the drive current Id, the average value of the torque T, and the like are calculated based on the drive current Id, and “motor related information D” including the calculated result is written in the flash memory 52. Therefore, the storage area required for the flash memory 52 can be reduced and the load on the microcomputer 62 can be reduced.
  • the acquisition unit 76 acquires “motor-related information D” every “1 hour”, but is not limited thereto.
  • the acquisition unit 76 may acquire “motor related information D” based on an “acquisition instruction” from the control module 20. That is, “motor related information D” may be acquired based on an “acquisition instruction” from a control device that controls the motor related information processing circuit.
  • the “motor related information D” can be acquired at a desired timing designated by the user.
  • Example 2 is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention.
  • the present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
  • the calculation process of “motor related information D” is executed at the timing of the processes S205 and S210, but is not limited thereto.
  • the calculation unit 75 may execute the calculation process of the “motor related information D” at a timing less than “10 minutes” after the start of time measurement (process S202).
  • the calculation unit 75 may execute the calculation process of “motor related information D”.
  • the calculation processing is not limited to the flow order shown in FIGS. 4 and 5, and the calculation unit 76 performs cumulative calculation to obtain the maximum value, the minimum value, and the average when the drive circuit control unit 71 performs circuit control. There can be examples.
  • the rotary encoder 32 outputs a signal indicating the rotational position of the rotor (not shown) in the motor 31 and a signal indicating the rotational speed of the motor 31, the present invention is not limited to this.
  • a signal indicating the rotational position or rotational speed of the motor 31 can be obtained by a magnetic detection sensor such as a Hall element.
  • a signal indicating the rotation position or rotation speed may be obtained based on the drive current Id.
  • the calculation unit 75 calculates the average value of the temperature Tm based on the output from the temperature sensor 33, but is not limited thereto.
  • the calculation unit 75 may calculate information related to the temperature of the motor 31 from the magnitude of the drive current Id, experimental data obtained in advance, or the like.
  • the “motor-related information D” is not limited to the information related to the drive current Id, but includes various information such as the torque T of the motor 31, but is not limited thereto.
  • the “motor related information D” may be only information related to the drive current Id, for example. That is, the “motor-related information D” includes at least one of information related to the motor drive time, information related to the motor drive current, information related to the motor torque, and information related to the motor temperature.
  • the calculation unit 75 may perform a calculation for Fourier transforming the voice or noise information based on the output from the microphone for sensing the surrounding voice or noise.
  • the “motor-related information D” may include a frequency spectrum of surrounding voice or noise.
  • the transmission unit 79 transmits the update count to the control module 20 in addition to “motor related information D”. Also good.
  • the user can evaluate not only the reliability of the motor 31 but also the reliability (lifetime) of the flash memory 52 by grasping the number of updates of the flash memory 52.
  • the motor modules 23 to 25 are used for the arm type robot X, but may be used for other purposes. Specifically, for example, the motor modules 23 to 25 may be used to rotate various motors such as general automatic home appliances such as automatic guided vehicles, drones, washing machines, and vacuum cleaners.
  • general automatic home appliances such as automatic guided vehicles, drones, washing machines, and vacuum cleaners.
  • control information in the present embodiment is the output of the drive current Id, the rotary encoder 32, or the like, but is not limited thereto.
  • the motor control is position sensorless vector control
  • an estimated value from the drive current Id or the like may be included.
  • the “control information” may include not only the output of the rotary encoder 32 but also information (for example, speed information obtained by differentiating position information) obtained by processing the output of the rotary encoder 32.
  • the “motor related information D” is written in the flash memory 52 in the “idle state” where the driving of the motor is stopped. In the present embodiment, this is realized by periodically writing to the flash memory 52.
  • the control module 20 transitions from the “idle state” to the “shutdown state”.
  • the shutdown state is a state in which processing in preparation for stopping power supply is performed.
  • the control module 20 transitions to the “shutdown state”
  • the control module 20 (control device) transmits a “shutdown instruction” to the microcomputer 62.
  • the microcomputer 62 may write the motor related information D recorded in the RAM 51 into the flash memory 52 based on the “shutdown instruction”.
  • the acquiring unit 76 may acquire “motor related information D” based on the “shutdown instruction” from the control module 20. That is, “motor related information D” may be acquired based on a “shutdown instruction” from a control device that controls the motor related information processing circuit.
  • the drive circuit 63 may be provided with a power storage unit (not shown).
  • the power storage unit is, for example, a capacitor or a battery.
  • the power storage unit stores electric power supplied from the robot control system 10. It senses that the power supply from the outside of the motor module 23 is stopped, and writes data to the flash memory 52.

Abstract

【課題】 安価なマイコンを使用しつつ、モータの運転状態に関する情報を不揮発性メモリに確実に書き込むことができる技術を提供する。 【解決手段】 モータ関連情報処理回路は、モータが駆動される際に、モータの運転状態に関するモータ関連情報を取得する取得部と、モータ関連情報が取得された後に、モータ関連情報を揮発性メモリに書き込む第1書き込み部と、モータの駆動が停止すると、揮発性メモリに記憶されたモータ関連情報を、不揮発性メモリに書き込む第2書き込み部と、を備える。 図5

Description

モータ関連情報処理回路、モータ関連情報処理方法およびモータモジュール
 本発明は、モータ関連情報処理回路、モータ関連情報処理方法およびモータモジュールに関する。
 作業用のロボットが設置された工場やプラントには、一般に、ロボットを動作させるモータを含むモータモジュールと、モータモジュールを制御する制御装置が設けられている。ところで、モータモジュールがロボットに組み込まれると、ロボットの構成やモータモジュールの位置によっては、利用者がモータモジュールの状態を頻繁に把握することは難しいことがある。このため、モータモジュールの運転状態を利用者に把握させるべく、モータモジュールは、各種情報を利用者が操作する制御装置に送信することがある(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第2013/136627号
 しかしながら、上述した技術では、情報を送信するモータモジュールの送信部が故障した場合、また、送信時に通信エラーが生じた場合には、利用者はモータモジュールの状態を把握できなくなる。仮にモータモジュールに不揮発性メモリが設けられており、各種情報がそのようなメモリに格納されていれば、利用者は、不揮発性メモリに適宜アクセスすることによりモータモジュールの状態を確認することができる。しかしながら、一般に、マイコンが不揮発性メモリに情報を書き込むことは、マイコンに処理負荷がかかる。このため、例えばモータモジュールを制御するマイコンに対し、書き込み処理を実行させるためには、処理能力が高く、高価なマイコンが必要となる。
 本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、安価なマイコンを使用しつつ、モータの運転状態に関する情報を不揮発性メモリに確実に書き込むことができる技術を提供することを目的とする。
 上記課題を解決する本発明のモータ関連情報処理回路は、モータが駆動される際に、前記モータの運転状態に関するモータ関連情報を取得する取得部と、前記モータ関連情報が取得された後に 、前記モータ関連情報を揮発性メモリに書き込む第1書き込み部と、前記モータの駆動が停止すると 、前記揮発性メモリに記憶された前記モータ関連情報を、不揮発性メモリに書き込む第2書き込み部と、を備えることを特徴とする。
 本発明によれば、安価なマイコンを使用しつつ、モータの運転状態に関する情報を不揮発性メモリに確実に書き込むことができる技術を提供することができる。
ロボット制御システム10の構成を示す図である。 モータモジュール23の構成を示す図である。 マイコン62に実現される機能ブロックを示す図である。 マイコン62で実行される処理の一例を示すフローチャートである。 マイコン62で実行される処理の一例を示すフローチャートである。
---ロボット制御システム10の構成---
 以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1は、ロボット制御システム10の構成を示す図である。ロボット制御システム10は、工場に設置されたアーム型ロボットX(不図示)の動作を制御するためのシステムであり、コントロールモジュール20、センサモジュール21,22、およびモータモジュール23~25を含んで構成される。
 コントロールモジュール20(制御装置)は、ロボット制御システム10を統括制御する装置であり、利用者の操作結果や、センサモジュール21,22の出力に基づいて、モータモジュール23~25の動作を制御する。
 センサモジュール21は、例えば、アーム型ロボットXの作業対象物までの距離を測定する距離センサを含む装置であり、測定結果をコントロールモジュール20に送信する。
 センサモジュール22は、例えば、アーム型ロボットXの作業領域における人の有無を検出する赤外線センサを含む装置であり、検出結果をコントロールモジュール20に送信する。
 モータモジュール23は、アーム型ロボットXの所定の関節J1を回転させるモータを制御する装置である。なお、モータモジュール24,25も、モータモジュール23と同様に、アーム型ロボットXの所定の関節J2,J3のそれぞれを回転させるモータを制御する。なお、図1のセンサモジュール21やモータモジュール23等は、通信線を介してコントロールモジュール20に接続されているが、無線で接続されていても良い。
---モータモジュール23の構成---
 モータモジュール23は、図2に示すように、モータ制御装置30、モータ31、ロータリーエンコーダ32、及び温度センサ33を含んで構成される。モータモジュール23は、モータ31と、駆動回路63と、モータ関連情報処理回路と、を備える。
 モータ制御装置30は、コントロールモジュール20からの「駆動指示」に基づいて、モータ31を駆動する装置である。ここで、モータ制御装置30からモータ31に供給され、モータ31に流れる電流を駆動電流Idとする。また、「駆動指示」は、モータ31の回転位置、回転速度、トルクを指定する指示である。なお、モータ制御装置30の詳細は後述する。
 モータ31は、例えば、AC(Alternating Current:交流)モータであり、アーム型ロボットXのアーム部分を回転させる。
 ロータリーエンコーダ32は、モータ31におけるロータ(不図示)の回転位置を示す信号や、モータ31の回転速度を示す信号を出力する。
 温度センサ33は、モータモジュール23の所定の位置に取り付けられ、モータ31の温度Tmを検出するセンサであり、温度Tmを示す信号を出力する。なお、温度Tmは、駆動電流Idの増加に応じて高くなる。
 モータ制御装置30は、ROM(Read only memory)50、RAM(Random access memory)51、フラッシュメモリ52、IF(Interface)回路60,61、マイコン62、及び駆動回路63を含んで構成される。
 ROM50は、不揮発性の記憶手段領域であり、マイコン62が実行するプログラムや様々なデータが格納される。
 RAM51(揮発性メモリ)は、プログラムやデータ等の一時的な記憶領域として用いられる。
 フラッシュメモリ52(不揮発性メモリ)は、例えば、モータ31の運転状態に関する「モータ関連情報D」や各種データが格納される。ここで、「モータ関連情報D」は、例えば、駆動電流Id、モータ31のトルクT、及び温度Tmのそれぞれの所定期間における平均値、分散、最小値及び最大値の情報と、モータ31の駆動時間を示す情報を含む。なお、「モータ関連情報D」は、後述する「駆動指示」を用いた情報でもよく、「制御情報」を用いた情報でもよい。このため、例えば、利用者は「モータ関連情報D」を参照することにより、モータ31を直接観測等することなく、モータ31の信頼性やメンテナンスの必要性等に関する知見を得ることができる。
 IF回路60は、コントロールモジュール20と、モータ制御装置30との間で「駆動指示」や「モータ関連情報D」等の各種情報をやりとりする。
 IF回路61は、ロータリーエンコーダ32、温度センサ33からの出力をマイコン62に送信する。
 マイコン62(モータ関連情報処理回路)は、ROM50に記憶されたプログラムを実行することにより、モータ制御装置30を統括制御する。なお、マイコン62に実現される機能ブロックについては後述する。
 駆動回路63は、マイコン62からの駆動信号Sdに応じてモータ31を駆動する回路であり、例えば、プリドライバやHブリッジ回路(不図示)を含んで構成される。なお、駆動回路63がモータ31の駆動を停止すると、駆動電流Idはゼロとなる。ただし、ここでは、モータ31の駆動が停止された際のモータ31に流れるリーク電流は無視している。また、本実施形態では、モータ31の駆動が停止された状態を「アイドル状態」と称する。
 モータモジュール24,25の構成も、モータモジュール23と同様であるため、モータモジュール24,25の詳細な説明は省略する。
---マイコン62に実現される機能ブロック---
 図3は、マイコン62が所定のプログラムを実行することによりマイコン62に実現される機能ブロックを示す図である。モータ関連情報処理回路は、設定部70、駆動回路制御部71、計時部72、時間判定部73、駆動判定部74、計算部75、取得部76、第1書き込み部77、第2書き込み部78、及び送信部79の機能ブロックを備える。
 設定部70は、モータ31の「駆動指示」を受信すると、RAM51に記憶された過去のモータ31の駆動時間を示す情報を消去し、「モータ関連情報D」が格納されるRAM51の記憶領域を指定する。
 駆動回路制御部71は、駆動回路63とともに、モータ31をサーボ制御する機能ブロックである。具体的には、モータ31の回転位置、回転速度、トルクが、コントロールモジュール20からの「駆動指示」で指定された目標状態となるよう、駆動回路制御部71は、駆動回路63に対して駆動信号Sdを出力する。なお、駆動回路制御部71には、サーボ制御を実現するための各種情報(駆動電流Id及びロータリーエンコーダ32の出力)に加え、温度センサ33からの出力が入力される。駆動回路制御部71は、「駆動指示」および各種情報に基づくフィードバックループ等の制御アルゴリズムを用いて、駆動信号Sdを演算する。そして、駆動回路制御部71は、例えば温度Tmが所定の温度より高くなると、モータ31を保護すべく駆動信号Sdの出力を停止する。このとき、モータ31は「アイドル状態」となる。また、例えば、コントロールモジュール20が出力する一連の動作を行うための「駆動指示」が終了した場合に、駆動回路制御部71は「駆動指示」の入力がないため、駆動信号Sdの出力を停止する。このとき、モータ31は「アイドル状態」となる。なお、モータ31を制御するための情報(駆動電流Id、ロータリーエンコーダ32及び温度センサ33の出力)を、「制御情報」とする。
 計時部72は、モータ31が駆動されると、駆動開始からの時間を計時する。時間判定部73は、モータ31が駆動されている際に、所定のタイミングから所定時間経過したか否かを判定する。
 駆動判定部74は、モータ31の駆動がされているか否か、つまり、モータ31が「駆動状態」であるか「アイドル状態」であるかを判定する。
 計算部75は、駆動電流Id、モータ31のトルクTや温度Tmに関する各種情報(所定期間における平均値、分散、最小値及び最大値)を計算する。具体的には、計算部75は、駆動電流Idに基づいて、駆動電流Id、トルクTの平均値等を計算する。すなわち、計算部75は、モータの駆動電流Idに対して所定の計算処理を施す。また、計算部75は、温度センサ33からの出力に基づいて、温度Tmに関する平均値等を計算してもよい。
 取得部76は、計時部72で計時されたモータ31の駆動時間と、計算部75での計算結果とを「モータ関連情報D」として取得する。
 第1書き込み部77は、取得部76が取得した「モータ関連情報D」を、RAM51に書き込む。
 第2書き込み部78は、RAM51に格納された「モータ関連情報D」を、フラッシュメモリ52に書き込む。
 送信部79は、コントロールモジュール20からの「送信指示」に基づいて、フラッシュメモリ52に記憶された「モータ関連情報D」を、コントロールモジュール20に送信する。すなわち、送信部79は、モータ関連情報処理回路を制御する制御装置からの「送信指示」に基づいて、不揮発性メモリに記憶された「モータ関連情報D」を、制御装置に送信する。
---マイコン62で実行される処理の一例---
 以下、「モータ関連情報D」がフラッシュメモリ52に書き込まれる際にマイコン62が実行する一連の処理100を、図4,5を参照しつつ説明する。
 ここでは、アーム型ロボットX(不図示)のアームが所定の動作をするように、コントロールモジュール20から、モータ制御装置30に対して所定の「駆動指示」が出力されていることとする。
 まず、設定部70は、コントロールモジュール20からの「駆動指示」を受信すると、RAM51の初期設定を行う(S200)。具体的には、設定部70は、RAM51に記憶された過去のモータ31の駆動時間を消去し、「モータ関連情報D」が格納されるRAM51の領域を指定する。
 そして、駆動回路制御部71は、「駆動指示」及び上述の「制御情報」に基づいて、モータ31を目標状態とする駆動信号Sdを出力する(S201)。この結果、モータ31の駆動が開始される。また、計時部72は、モータ31の駆動が開始されると、駆動開始からの時間を計時する(S202)。時間判定部73は、モータ31の駆動開始から、駆動時間が10分以上経過したか否かを判定する(S203)。ここで、モータ31の駆動開始から「10分」とは、モータ31の駆動時間が短く、モータ31の状態にほぼ変化が無いような期間の一例である。すなわち、時間判定部73の「10分」という駆動時間は、本開示の発明を用いる用途に応じて適宜変更されうる。
 モータ31の駆動開始から、10分未満である場合(S203:10分未満)、駆動判定部74は、モータ31が「駆動状態」であるか否かを判定する(S204)。処理S204において、モータ31が「アイドル状態」であると判定されると(S204:アイドル状態)、処理100は終了する。このため、モータ31の駆動が開始されてから10分未満に「アイドル状態」になった場合、つまり、モータ31の駆動時間が短く、モータ31の状態にほぼ変化が無いような場合、「モータ関連情報D」が取得されることなく、処理100は終了する。
 一方、処理S204において、モータ31が「駆動状態」であると判定されると(S204:駆動状態)、前述の処理S203が実行される。そして、モータ31の駆動が開始されてから10分以上経過すると(S203:10分以上)、つまり、駆動開始からモータ31に一定の負担がかかる期間が経過すると、計算部75は、駆動電流Id、トルクT、及び温度Tmのそれぞれに関する平均値等を計算する(S205)。なお、処理S205において計算される駆動電流Id等の平均値、分散、最小値及び最大値は、モータ31の駆動開始から「10分間」における値である。
 また、取得部76は、駆動開始から「10分」の計算結果と、モータ31が駆動開始されてからの駆動時間(「10分」)と、を示す情報を「モータ関連情報D1」として取得する(S206)。なお、ここでは、ある時間における「モータ関連情報」を「モータ関連情報Dn」とし、「モータ関連情報D」は、取得部76で取得される各時間の「モータ関連情報D1~n」の全てを含むこととする。
 取得部76が「モータ関連情報D1」を取得した後、第1書き込み部77は、「モータ関連情報D1」をRAM51に書き込む(S207)。また、時間判定部73は、駆動開始から、駆動時間が1時間以上経過したか否かを判定する(S208)。なお、「1時間」(所定期間)は、モータ31が連続して駆動された際に、モータ31の状態を観測するに適した時間の一例である。
 駆動開始から、1時間未満である場合(S208:1時間未満)、駆動判定部74は、モータ31が「駆動状態」であるか否かを判定する(S209)。そして、モータ31が「アイドル状態」であると判定されると(S209:アイドル状態)、処理100は終了する。つまり、駆動開始から1時間以内に「アイドル状態」となり、モータ31の状態に大きな変化がないと考えられる場合、「モータ関連情報D1」は、フラッシュメモリ52に書き込まれることなく処理100は終了する。この結果、フラッシュメモリ52の書き込み回数が不要に増加することを防ぐことができる。
 一方、処理S209において、モータ31が「駆動状態」であると判定されると(S209:駆動状態)、前述の処理S208が実行される。モータ31の駆動が開始されてから1時間以上経過すると(S208:1時間以上)、計算部75は、駆動電流Id、トルクT、及び温度Tmに関する各種情報を計算する(S210)。なお、処理S210において計算される駆動電流Id等の平均値、分散、最小値及び最大値は、モータ31の駆動開始から「1時間」における値である。
 そして、取得部76は、駆動開始から「1時間」の計算結果と、モータ31が駆動開始されてからの駆動時間(「1時間」)とを示す情報を「モータ関連情報Dn(n=2)」として取得する(S211)。また、「モータ関連情報D2」が取得されると、第1書き込み部77は、RAM51における新な記憶領域を指定し、「モータ関連情報D2」を書き込む(S212)。
 また、時間判定部73は、RAM51の新な記憶領域に情報が書き込まれてから、駆動時間が1時間以上経過したか否かを判定する(S213)。新な記憶領域に情報が書き込まれてから1時間未満である場合(S213:1時間未満)、駆動判定部74は、モータ31が「駆動状態」であるか否かを判定する(S214)。処理S214において、モータ31が「駆動状態」であると判定されると(S214:駆動状態)、処理S213が実行される。この結果、モータ31が駆動されている状態が1時間以上続く毎に、新たな「モータ関連情報Dn(n≧3)」が、取得部76により取得され、RAM51の新たな記憶領域に書き込まれることになる(S210~S213)。一方、処理S214において、モータ31が「アイドル状態」であると判定されると(S215:アイドル状態)、第2書き込み部78は、RAM51に記憶された「モータ関連情報D」を取得し、フラッシュメモリ52に書き込む(S215)。このため、利用者は、フラッシュメモリ52に格納された「モータ関連情報D」を適宜参照することにより、モータ31の運転状態を把握し、信頼性等に関する知見を得ることができる。
 以上、本実施形態のロボット制御システム10について説明した。モータ31が駆動されている際、マイコン62は、モータ31をサーボ制御すべく、各種演算処理を実行している。このような状態に加えて、マイコン62が「モータ関連情報D」をフラッシュメモリ52へ書き込むと、マイコン62には演算処理の負荷がよりかかるため、高価なマイコンを用いる必要がある。しかしながら、マイコン62の第2書き込み部78は、モータ31の駆動が停止している「アイドル状態」において、「モータ関連情報D」をフラッシュメモリ52に書き込んでいる(例えば、処理S215)。このため、本実施形態においては、必要以上に処理能力の高いマイコンを用いる必要がない。したがって、本実施形態では、安価なマイコンを使用しつつ、「モータ関連情報D」をフラッシュメモリ52に確実に書き込むことができる。
 また、モータ31が連続して駆動された際に、取得部76は、モータ31の状態の変化を観測するに適した時間の一例である「1時間」(所定期間)ごとに「モータ関連情報D」を取得する(例えば、処理S210~S213)。このため、利用者は、モータ31の状態の変化を確実に把握することができる。
 また、マイコン62の送信部79は、コントロールモジュール20からの「送信指示」に基づいて、フラッシュメモリ52に記憶された「モータ関連情報D」を、コントロールモジュール20に送信する。このため、仮にモータモジュール23がアーム型ロボットXに組み込まれ、利用者がモータモジュール23にアクセスし難い場合であっても、利用者は、利用者が操作するコントロールモジュール20にて「モータ関連情報D」を取得することができる。
 また、本実施形態の「モータ関連情報D」は、モータ31の駆動時間を示す情報と、駆動電流Idの所定期間における平均値、分散、最小値及び最大値と、モータ31のトルクTの所定期間における平均値、分散、最小値及び最大値と、温度Tmの所定期間における平均値、分散、最小値及び最大値と、を含む。「モータ関連情報D」がこのような情報を含むことにより、利用者は、モータ31の信頼性等に関する知見を得ることができる。
 また、モータ31が駆動されている際の駆動電流Idのデータの全て取得することによっても、利用者は、モータ31の状態を把握することができる。しかしながら、モータ31が駆動されている際の駆動電流Idのデータ量は多くなることから、これらのデータの全てをフラッシュメモリ52に格納させると、フラッシュメモリ52に必要な記憶領域も大きくなり、マイコン62への負荷も増加する。本実施形態では、駆動電流Idに基づいて、駆動電流Id、トルクTの平均値等が計算され、計算された結果を含む「モータ関連情報D」がフラッシュメモリ52に書き込まれる。したがって、フラッシュメモリ52に必要な記憶領域を小さくすることができるとともに、マイコン62への負荷を減らすことができる。
 また、本実施形態では、取得部76は、「1時間」毎に「モータ関連情報D」を取得することとしたが、これに限られない。例えば、取得部76は、コントロールモジュール20からの「取得指示」に基づいて、「モータ関連情報D」を取得することとしても良い。すなわち、モータ関連情報処理回路を制御する制御装置からの「取得指示」に基づいて、「モータ関連情報D」を取得することとしても良い。
 このような場合、利用者の指定する所望のタイミングで「モータ関連情報D」を取得することができる。
 なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
 例えば、図4及ぶ図5では、処理S205,S210のタイミングで「モータ関連情報D」の計算処理が実行されることとしたがこれに限られない。処理S205の代わりに、例えば、計時が開始された後(処理S202)の「10分」未満のタイミングで、計算部75は、「モータ関連情報D」の計算処理を実行しても良い。また、処理S210の代わりに、駆動時間が「1時間未満」(処理S208:1時間未満)であっても、計算部75は、「モータ関連情報D」の計算処理を実行しても良い。また、計算処理は図4及び図5に示すフロー順に限ることなく、駆動回路制御部71で回路制御を行う時に計算部76が最大値、最小値と平均を求めるために行う累積計算を行う実施例もあり得る。
 例えば、ロータリーエンコーダ32は、モータ31におけるロータ(不図示)の回転位置を示す信号や、モータ31の回転速度を示す信号を出力することを説明したが、これに限られない。ロータリーエンコーダ32に変わり、ホール素子等の磁気検出センサによって、モータ31の回転位置または回転速度を示す信号を得ることができる。または、駆動電流Idに基づき、回転位置または回転速度を示す信号を得ても良い。
 例えば、モータモジュール23では、計算部75は、温度センサ33からの出力に基づいて、温度Tmの平均値等を計算したがこれに限られない。計算部75は、駆動電流Idの大きさや予め得られた実験データ等から、モータ31の温度に関する情報を計算しても良い。
 また、「モータ関連情報D」は、駆動電流Idに関する情報に限らずモータ31のトルクT等の各種情報を含むこととしたが、これに限られない。「モータ関連情報D」は、例えば、駆動電流Idに関する情報だけであっても良い。すなわち、「モータ関連情報D」は、モータの駆動時間に関する情報、モータの駆動電流に関する情報、モータのトルクに関する情報、及びモータの温度に関する情報のうち、少なくとも何れかの一つの情報を含む。
 また、例えば、計算部75は、周囲の音声または騒音をセンシングするためのマイクからの出力に基づき、音声または騒音情報をフーリエ変換する計算を行っても良い。これにより、例えば、「モータ関連情報D」は、周囲の音声または騒音の周波数スペクトルを含んでも良い。
 また、例えば、フラッシュメモリ52が、自己に書き込まれた回数(更新回数)を記憶している場合、送信部79は、「モータ関連情報D」に加え、更新回数をコントロールモジュール20に送信しても良い。利用者は、フラッシュメモリ52の更新回数を把握することにより、モータ31の信頼性のみならず、フラッシュメモリ52の信頼性(寿命)を評価することができる。
 また、モータモジュール23~25は、アーム型ロボットXに用いられることとしたが、他の用途に用いられても良い。具体的には、例えば、モータモジュール23~25は、無人搬送車、ドローン、または、洗濯機、掃除機のような一般的な家電製品等の各種モータを回転させるために用いられても良い。
 また、本実施形態の「制御情報」は、駆動電流Idやロータリーエンコーダ32等の出力であることとしたが、これらに限られない。例えば、モータの制御が位置センサレスベクトル制御である場合、駆動電流Id等からの推定値を含んでいても良い。また、「制御情報」は、ロータリーエンコーダ32の出力のみならず、ロータリーエンコーダ32の出力に処理が施された情報(例えば、位置情報を微分した速度情報)を含んでいても良い。
 また、本実施形態において、モータの駆動が停止している「アイドル状態」において、「モータ関連情報D」をフラッシュメモリ52に書き込む例を示した。本実施形態では、定期的にフラッシュメモリ52に書き込むことで実現している。ここで、コントロールモジュール20(制御装置)が「アイドル状態」から「シャットダウン状態」に遷移することが考えられる。シャットダウン状態は、電源供給を停止することに備えての処理を行う状態である。コントロールモジュール20(制御装置)が、「シャットダウン状態」に遷移する場合、コントロールモジュール20(制御装置)は、マイコン62に対して、「シャットダウン指示」を送信する。マイコン62は、「シャットダウン指示」に基づき、RAM51に記録されたモータ関連情報Dをフラッシュメモリ52に書き込んでも良い。すなわち、取得部76は、コントロールモジュール20からの「シャットダウン指示」に基づいて、「モータ関連情報D」を取得することとしても良い。すなわち、モータ関連情報処理回路を制御する制御装置からの「シャットダウン指示」に基づいて、「モータ関連情報D」を取得することとしても良い。
 また、何らかの理由でモータモジュール23の外部からの電源供給が止まることも想定される。このような状態においてフラッシュメモリ52への書き込みを可能とするために、駆動回路63には蓄電部(不図示)が設けられてもよい。蓄電部は、例えば、コンデンサまたはバッテリ等である。蓄電部は、ロボット制御システム10から供給された電力を蓄える。モータモジュール23の外部からの電源供給が止まることを感知して、フラッシュメモリ52にデータを書き込むのである。
10…ロボット制御システム、20…コントロールモジュール、21,22…センサモジュール、23~25…モータモジュール、30…モータ制御装置、31…モータ、32…ロータリーエンコーダ、33…温度センサ、50…ROM、51…RAM、52…フラッシュメモリ、60,61…IF回路、62…マイコン、63…駆動回路、70…設定部、71…駆動回路制御部、72…計時部、73…時間判定部、74…駆動判定部、75…計算部、76…取得部、77…第1書き込み部、78…第2書き込み部、79…送信部 

Claims (10)

  1.  モータが駆動される際に、前記モータの運転状態に関するモータ関連情報を取得する取得部と、
     前記モータ関連情報が取得された後に、前記モータ関連情報を揮発性メモリに書き込む第1書き込み部と、
     前記モータの駆動が停止すると、前記揮発性メモリに記憶された前記モータ関連情報を、不揮発性メモリに書き込む第2書き込み部と、
     を備えることを特徴とするモータ関連情報処理回路。
  2.  請求項1に記載のモータ関連情報処理回路であって、
     前記取得部は、
     所定期間ごとに前記モータ関連情報を取得すること、
     を特徴とするモータ関連情報処理回路。
  3.  請求項1に記載のモータ関連情報処理回路であって、
     前記モータ関連情報処理回路を制御する制御装置からの送信指示に基づいて、前記不揮発性メモリに記憶された前記モータ関連情報を、前記制御装置に送信する送信部を更に含むこと、
     を特徴とするモータ関連情報処理回路。
  4.  請求項1に記載のモータ関連情報処理回路であって、
     前記モータ関連情報は、前記モータの駆動時間に関する情報、前記モータの駆動電流に関する情報、前記モータのトルクに関する情報、及び前記モータの温度に関する情報のうち、少なくとも何れかの一つの情報を含むこと、
     を特徴とするモータ関連情報処理回路。
  5.  請求項4に記載のモータ関連情報処理回路であって、
     前記モータの駆動電流に対して所定の計算処理を施す計算部を更に含み、
     前記取得部は、前記計算部で計算された計算結果を前記モータ関連情報として取得すること、
     を特徴とするモータ関連情報処理回路。
  6.  請求項1に記載のモータ関連情報処理回路であって、
     前記取得部は、
     前記モータ関連情報処理回路を制御する制御装置からの取得指示に基づいて、前記モータ関連情報を取得すること、
     を特徴とするモータ関連情報処理回路。
  7.  請求項1に記載のモータ関連情報処理回路であって、
     前記取得部は、
     前記モータ関連情報処理回路を制御する制御装置からのシャットダウン指示に基づいて、前記モータ関連情報を取得すること、
     を特徴とするモータ関連情報処理回路。
  8.  モータが駆動される際に、前記モータの運転状態に関するモータ関連情報を取得し、
     前記モータ関連情報が取得された後に、前記モータ関連情報を揮発性メモリに書き込み、
     前記モータの駆動が停止すると、前記揮発性メモリに記憶された前記モータ関連情報を、不揮発性メモリに書き込む、
     ことを特徴とするモータ関連情報処理方法。
  9.  モータと、
     前記モータを駆動する駆動回路と、
     前記モータが駆動される際に、前記モータの運転状態に関するモータ関連情報を取得する取得部と、前記モータ関連情報が取得された後に、前記モータ関連情報を揮発性メモリに書き込む第1書き込み部と、前記モータの駆動が停止すると、前記揮発性メモリに記憶された前記モータ関連情報を、不揮発性メモリに書き込む第2書き込み部と、を含むモータ関連情報処理回路と、
     を備えることを特徴とするモータモジュール。
  10.  請求項9に記載のモータモジュールであって、
     前記駆動回路は、蓄電部を備えることを特徴とするモータモジュール。
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