WO2018159341A1 - ロボットの制御方法 - Google Patents

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中田　広之
敦実 橋本
良祐 山本
保義 本内
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    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39192—Compensate thermal effects, expansion of links

Definitions

  • the present disclosure relates to a robot control method, and more particularly to a robot control method for reducing malfunctions of a robot caused by an increase in reduction gear grease viscous friction at a low temperature.
  • the grease used in the speed reducer (hereinafter referred to as “speed reducer grease”) at a low temperature below 5 ° C. Viscosity may increase and viscous friction may increase. As a result, the generated torque of the servo motor is offset by friction, and there is a case where the driving torque is insufficient and satisfactory performance cannot be obtained.
  • the magnitude of the d-axis current to be added is determined from the temperature sensor and the magnitude of the q-axis current. Therefore, when the d-axis current is originally supplied by field-weakening control, the d-axis current is further added, and the apparent current (vector sum of the q-axis current and the d-axis current) exceeds the allowable maximum value. This may cause demagnetization of the motor magnet.
  • a control device that controls a robot is equipped with an overload detection function in order to prevent overheating of the motor due to overload caused by a reduction gear failure or external contact. Since an apparent current is used for overload detection, if the d-axis current is added without considering the overload detection function, the apparent current increases and an overload may be detected by mistake. Then, the robot may stop to prevent overheating of the motor.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and an object of the present disclosure is to reduce the viscous friction of the reduction gear grease at a low temperature by heat generation of the motor without causing motor demagnetization and an overload detection error.
  • An object of the present invention is to provide a robot control method that can be used.
  • the d-axis current is added when the absolute value of the motor current command and the overload detection level are equal to or lower than a predetermined value.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vertical articulated 6-axis robot in the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration relating to position control of the vertically articulated robot in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional servo control unit.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a vector of a conventional motor command current Im.
  • FIG. 5 is a diagram showing details of the d-axis addition 0 block of FIG.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional servo control unit.
  • FIG. 7 is a diagram showing details of the d-axis addition 1 block of FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the operation in FIG. FIG.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining a vector of a conventional motor command current.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining that the conventional motor command current exceeds the maximum allowable value.
  • FIG. 11 is a flowchart of overload detection in the present embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram showing a motor time limit curve in the present embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the servo control unit in the present embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing details of the d-axis addition two blocks in FIG.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining the operation in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a current vector when Ia2 ⁇ Iath2 is satisfied.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining a vector of motor command current Im in the present embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram showing transitions of the overload detection value, the absolute value of the motor command current, and the d-axis current addition set value in the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vertical articulated 6-axis robot according to the present embodiment.
  • the vertical articulated 6-axis robot is composed of a robot bot mechanism 61 and a robot controller 62.
  • the robot mechanism 61 has a plurality of arms and joint axes (not shown), and drives each arm using a speed reducer provided in the vicinity of each joint axis.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the robot mechanism 61 and the robot controller 62. In particular, a configuration related to position control of a vertical articulated 6-axis robot is described.
  • an operation / display unit 63 receives an instruction regarding movement of the arm or the like of the robot mechanism 61.
  • the main control unit 64 stores a movement trajectory of the arm of the robot mechanism 61.
  • the operation / display unit 63 receives an instruction, it outputs position commands ⁇ com1 to ⁇ com6 of each axis (for example, 6 axes) of the robot to each axis of the robot according to the movement trajectory corresponding to the instruction.
  • the first servo control unit 65 to the sixth servo control unit of each axis of the robot control the first motor 66 to the sixth motor in the robot mechanism 61 so as to follow the position command.
  • Each motor is provided with a speed reducer 53.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional servo control unit.
  • the position control block 6 multiplies the difference value between the position command ⁇ com and the motor position feedback ⁇ m by a position proportional gain 5 to generate a speed loop command ⁇ com.
  • the motor position feedback ⁇ m is obtained from an encoder 51 that is a position detector attached to the motor.
  • the speed control block 10 multiplies the difference value between the speed loop command ⁇ com and the motor speed feedback ⁇ m by a speed proportional gain 8.
  • the motor speed footback ⁇ m is obtained by differentiating the motor position feedback ⁇ m by the differential element 32. Further, the product of the difference value multiplied by the speed integral gain 9 is added to the value multiplied by the speed proportional gain 8 to generate the motor torque current command Iq.
  • field weakening control when the motor is driven at high speed, field weakening control may be required.
  • the motor back electromotive force that increases in proportion to the motor rotation can be weakened. That is, since the difference between the motor back electromotive force and the power supply voltage is maintained even during high-speed rotation, it is possible to pass a current through the motor and to drive the motor.
  • the field weakening control is realized by vector addition of the field weakening current command Id0 of the motor reactive current component to the motor torque current command Iq.
  • the motor command current Im can be calculated by the following (Formula 1).
  • FIG. 4 is a vector diagram showing (Equation 1).
  • FIG. 5 is a block diagram showing details of the d-axis current addition 0 block 100.
  • the field weakening current command Id0 is calculated using the motor speed feedback ⁇ m and the motor torque current command Iq. As the motor driving speed and torque increase, it is necessary to increase the effect of field weakening (suppress the back electromotive force of the motor more). In order to increase the effect of the field weakening, it is necessary to increase the field weakening current command Id0.
  • the field weakening current command Id0 can be calculated by, for example, (Equation 2) below.
  • Id0 k1 ⁇ ⁇ m + k2 ⁇ Iq (Formula 2)
  • k1 speed proportional coefficient
  • k2 torque proportional coefficient
  • Patent Document 1 the d-axis current addition value Id1 is determined in accordance with the temperature sensor and the motor torque current command Iq, and the motor is heated by flowing the reactive current component even when the motor is stopped. Thereby, the method of heating the reduction gear grease and reducing the viscous friction of the reduction gear grease has been proposed.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional servo control unit. The difference from FIG. 3 is that the encoder 52 has a built-in temperature sensor and outputs a temperature sensor value Tc, and a d-axis current addition 1 block 150 is provided instead of the d-axis current addition 0 block 100. It is a point.
  • FIG. 7 is a block diagram showing details of the d-axis current addition 1 block 150.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the d-axis current addition 1 block 150.
  • step 8-1 of FIG. 8 a field weakening current command Id0 is calculated. Step 8-1 is executed in the field weakening block 102 of FIG.
  • step 8-2 it is determined whether the temperature sensor value Tc is less than the temperature sensor threshold value Tcth. If the temperature sensor value Tc is less than the temperature sensor threshold value Tcth, the process proceeds to step 8-3. Otherwise, the process proceeds to step 8-5.
  • step 8-3 it is determined whether the absolute value of the motor torque current command Iq is less than the motor torque current threshold value Iqth. If the absolute value of the motor torque current command Iq is less than the motor torque current threshold value Iqth, the process proceeds to step 8-4. Otherwise, the process proceeds to step 8-5.
  • step 8-4 the d-axis current addition set value Id_add is set to the d-axis current addition value Id1.
  • Step 8-5 “0” is set to the shaft current addition value Id1.
  • steps 8-2 to 8-5 are executed in the d-axis addition determination 1 block 104 in FIG.
  • step 8-6 the motor command current Im is calculated by the following (formula 3).
  • the reduction gear grease solidified at a low temperature can be heated to reduce the viscous friction of the reduction gear grease.
  • the absolute value Ia of the motor command current Im can be calculated by the following (formula 4).
  • the absolute value Ia of the motor command current Im may have already reached the maximum allowable value before the d-axis current addition value Id1 is added. Even if the absolute value of the motor torque current command Iq is less than the motor torque current threshold value Iqth, the absolute value Ia of the motor command current Im may reach the Im maximum allowable value by adding the field weakening current command Id0. is there.
  • the absolute value Ia of the motor command current Im exceeds the Im maximum allowable value as shown in FIG.
  • the overload detection function is a function for detecting an overload in order to control so that the time integrated value of the absolute value Ia of the motor command current Im does not exceed the limit value of the temperature rise of the winding of the motor.
  • FIG. 12 shows a motor time characteristic curve.
  • the vertical axis of the motor time characteristic curve is the motor current output time
  • the horizontal axis is the motor current value (maximum ratio).
  • the broken line in FIG. 12 indicates the limit value characteristic.
  • the limit value characteristic indicates the time when the temperature rise of the motor winding reaches the limit value and the motor current value. That is, the motor temperature rise reaches the limit value when the motor current output time reaches about 100 seconds when the motor current value is 40%. When the motor current value is 50%, the output time of the motor current has reached about 25 seconds. When the motor current value is 70%, the motor current output time has reached about 8 seconds.
  • overload detection is performed so that the time integrated value of the absolute value Ia of the motor command current Im is below this limit value.
  • FIG. 11 is a flowchart of overload detection. This process is executed every fixed period ⁇ T.
  • step 11-1 the overload detection value OLdet is obtained by the following (formula 5).
  • OLdet OLdet (n ⁇ 1) + (Ia ⁇ Iath) ⁇ ⁇ T (Formula 5)
  • Iath Overload detection current threshold value
  • ⁇ T Overload detection cycle
  • this overload detection value OLdet is compared with the first overload threshold value OLth, and when the following condition (Equation 6) is satisfied, it is determined that the overload is detected.
  • step 11-2 If the determination in step 11-2 is “Y”, it is determined that the vehicle is overloaded, and the motor is stopped in step 11-3. Further, an abnormality is displayed in step 11-4, and the overload detection process is terminated.
  • the abnormality display displays “overload detection” on the operation / display unit 63 shown in FIG. 2 in order to notify the user of the abnormality.
  • step 11-2 If the determination in step 11-2 is “N”, it is determined that there is no overload condition, and the overload detection process is terminated.
  • the solid line in FIG. 12 shows the overload detection threshold characteristic.
  • the overload detection threshold characteristic (solid line) is set to be lower than the limit value characteristic (broken line). This indicates that the method for calculating the overload detection value OLdet shown in (Equation 5) is appropriate.
  • Kt Motor torque constant Iq: Motor current ⁇ m: Motor angular acceleration (differential value of ⁇ m) ⁇ m: Motor angular velocity Jm: Motor inertia (rotor + reducer primary side)
  • D Coefficient of viscous friction
  • ⁇ Dynamic friction torque
  • ⁇ dyn Dynamic torque (sum of gravity torque, inertial force, centrifugal force, Coriolis force)
  • ⁇ dis collision torque
  • the dynamic friction torque ⁇ can be calculated by the following (formula 9).
  • the d-axis current addition value Id1 is added here as a countermeasure against low temperature, the absolute value Ia of the motor command current Im further increases, and the overload detection value OLdet further increases. If the overload detection value OLdet increases until the condition of (Equation 6) is satisfied, an overload detection error occurs and the control device stops.
  • the first servo control unit 65 in order to reduce the viscous friction of the reduction gear grease at a low temperature without causing motor demagnetization and overload detection error, the first servo control unit 65 according to the present embodiment will be described below.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of the first servo control unit 65 of the present embodiment. The difference from FIG. 6 is that an overload detection block 204 is added and that a d-axis current addition 2 block 200 is provided instead of the d-axis current addition 1 block 150.
  • FIG. 14 is a block diagram showing details of the d-axis current addition 2 block 200. The difference from FIG. 7 is that an absolute value calculation block 205 before addition is provided.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the operation of FIG. 14, that is, the robot control method of the present embodiment.
  • step 15-1 the field weakening current block Id0 is calculated by the field weakening block 102 in FIG.
  • step 15-2 the absolute value Ia2 of the motor command current Im before addition of the d-axis current is obtained by (Equation 10) in the absolute value calculation block 205 before addition in FIG.
  • step 15-3 the temperature sensor value Tc is compared with the temperature sensor threshold value Tcth. If the temperature sensor value Tc is less than the temperature sensor threshold value Tcth, the process proceeds to step 15-4. Otherwise, the process proceeds to step 15-7.
  • step 15-4 Ia2 calculated in step 15-2 is compared with the current absolute value threshold value Iath2. If Ia2 is less than Iath2, the process proceeds to step 15-5. Otherwise, the process proceeds to step 15-7.
  • FIG. 16 shows a current vector when the absolute value Ia2 of the motor command current Im before the d-axis current addition is less than the current absolute value threshold value Iath2.
  • step 15-4 it is confirmed that the absolute value Ia of the motor command current Im does not exceed the maximum allowable value even if the d-axis current addition value Id1A described later is added to the motor command current Im before the d-axis current is added. ing.
  • step 15-5 the overload detection value OLdet is compared with the second overload threshold value OLth2.
  • the overload detection value OLdet is calculated by the overload detection block 204 in FIG. If the overload detection value OLdet is less than the second overload threshold OLth2, the process proceeds to step 15-6, and otherwise, the process proceeds to step 15-7. Note that the value of the second overload threshold OLth2 is set lower than the value of the first overload threshold OLth.
  • step 15-6 the d-axis current addition set value Id_addA is set to the d-axis current addition value Id1A.
  • step 15-7 “0” is set to the d-axis current addition value Id1A.
  • Steps 15-3 to 15-7 are executed in the d-axis addition determination 2 block 202 in FIG.
  • step 15-8 the motor command current Im is calculated by the following (formula 11).
  • FIG. 17 shows the motor command current Im calculated by (Equation 11).
  • Id1A is added to FIG. 16, but it can be seen that the absolute value Ia of the motor command current Im does not exceed the maximum allowable value.
  • step 15-3 Tc ⁇ Tch
  • FIG. 18A shows the overload detection value
  • FIG. 18B shows the absolute value of the motor command current
  • FIG. 18C shows the d-axis current addition set value.
  • step 15-6 and step 15-8 are executed and the d-axis current is added. Therefore, the overload detection value OLdet calculated by (Equation 5) tends to increase, and tends to increase if viewed largely until time t1.
  • the robot control method is a robot control method for controlling the movement of a robot arm using a servo motor via a speed reducer, and the temperature is equal to or lower than a predetermined value.
  • a step of determining that the absolute value of the motor current command is not more than a predetermined value, and a step of determining that the overload detection level is not more than the predetermined value, and adding the d-axis current It is characterized by.
  • the second to fifth servo control units included in the robot control device 62 of FIG. 2 have the same configuration as the first servo control unit 65 described with reference to FIGS. Therefore, the description is omitted.
  • the robot control method of the present disclosure can reduce the viscous friction of the reducer grease at low temperatures by generating heat without causing motor demagnetization and overload error. Useful in application.
  • Position proportional gain 6 Position control block 8 Speed proportional gain 9 Speed integral gain 10 Speed control block 18 Block indicating motor and external force 32 Differentiating element 51 Encoder 52 Encoder 53 Reducer 61 Robot mechanism 62 Robot controller 62 Robot controller 63 Operation / display unit 64 Main control unit 65 Servo control unit 66 Motor 100 d-axis current addition 0 block 102 Weak field block 104 d-axis addition determination 1 block 150 d-axis current addition 1 block 200 d-axis current addition 2 block 202 d-axis addition determination 2 block 204 Overload detection block 205 Absolute value calculation block before addition ⁇ m Motor speed feedback ⁇ com Position command ⁇ m Position feedback ⁇ L Reducer output position ⁇ com Speed loop command Im Motor command current ⁇ m Motor generated torque ⁇ dyn Dynamic torque (sum of gravity torque, inertial force, centrifugal force, Coriolis force) ⁇ Dynamic friction torque ⁇ dis Collision torque Tc Temperature sensor output value Iq Motor torque current command Id0 Field weaken

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Abstract

サーボモータを用いてロボットアームの運動制御を行うロボットの制御方法であって、外気温が所定値以下であり（ステップ１５－３）、かつモータ電流指令の絶対値が所定値以下であり（ステップ１５－４）、かつ過負荷検出値が所定値以下（ステップ１５－５）である場合に、前記モータ電流指令にｄ軸電流を加算するようにした（ステップ１５－６、ステップ１５－８）、ロボットの制御方法。

Description

ロボットの制御方法
　本開示は、ロボットの制御方法に関し、低温時の減速機グリス粘性摩擦増大に起因するロボット動作不良を減少させるロボットの制御方法に関する。
　減速機を介してサーボモータを駆動させて部品を動作させる制御機器においては、気温が５℃を下回る低温時に、減速機に使用されているグリス（以下、「減速機グリス」と記載する）の粘性が高くなって粘性摩擦が増大することがある。そうすると、サーボモータの発生トルクが摩擦で相殺され、駆動トルクが不足して満足な性能が得られなくなる場合がある。
　そこで、サーボモータのトルクを発生させる電流（以下ｑ軸電流という）ではなく、無効成分電流（以下ｄ軸電流という）を流し、モータを発熱させることにより、減速機グリスの粘性摩擦を減少させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第４２９２８７１号公報
　しかしながら、上記の特許文献１の技術では、温度センサとｑ軸電流の大きさとから加算するｄ軸電流の大きさを決定している。そのため、元々弱め界磁制御でｄ軸電流を流している場合は、更にｄ軸電流が追加されることになり、皮相電流（ｑ軸電流とｄ軸電流とのベクトル和）が許容最大値を超えてしまって、モータ磁石の減磁を招く恐れがある。
　また、一般に、ロボットを制御する制御装置には、減速機の故障や外部との接触等によって生じる過負荷によるモータの過加熱を防ぐために、過負荷検出機能が搭載されている。過負荷検出には皮相電流が用いられるため、過負荷検出機能を考慮せずにｄ軸電流を加算すると、皮相電流が増加し、誤って過負荷が検出されることがある。そうすると、モータの過加熱を防ぐために、ロボットが停止する可能性がある。
　本開示はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、モータ減磁および過負荷検出エラーを発生させることなく、モータの発熱により、低温時における減速機グリスの粘性摩擦を低減することができるロボットの制御方法を提供することにある。
　上記の目的を達成するために、ここに開示する技術では、モータ電流指令の絶対値および過負荷検出レベルが所定値以下の場合にｄ軸電流を加算する。これにより、モータ減磁および過負荷を発生させることなく、モータの発熱により、低温時の減速機グリス摩擦低減を行う。そのため、皮相電流が許容最大値を超えることなく、さらに過負荷検出エラーによるロボット停止を発生させることなく、低温時における減速機グリスの粘性摩擦を低減することができる。
　以上説明したように、本開示のロボットの制御方法によると、モータ減磁および過負荷エラーを発生させることなく、モータの発熱により、低温時における減速機グリスの粘性摩擦を低減することができる。
図１は、本実施の形態における垂直多関節６軸ロボットの概略構成を示す図である。 図２は、本実施の形態における垂直多関節のロボットの位置制御に関する構成を示すブロック図である。 図３は、従来のサーボ制御部の構成を示すブロック図である。 図４は、従来のモータ指令電流Ｉｍのベクトルを説明するための図である。 図５は、図３のｄ軸加算０ブロックの詳細を示す図である。 図６は、従来のサーボ制御部の構成を示すブロック図である。 図７は、図６のｄ軸加算１ブロックの詳細を示す図である。 図８は、図７における動作を説明するフローチャートである。 図９は、従来のモータ指令電流のベクトルを説明するための図である。 図１０は、従来のモータ指令電流が最大許容値を越えるのを説明するための図である。 図１１は、本実施の形態における過負荷検出のフローチャートである。 図１２は、本実施の形態におけるモータ時限曲線を表した図である。 図１３は、本実施の形態におけるサーボ制御部の構成を示すブロック図である。 図１４は、図１３におけるｄ軸加算２ブロックの詳細を示す図である。 図１５は、図１４における動作を説明するフローチャートである。 図１６は、Ｉａ２＜Ｉａｔｈ２が成立する場合の電流ベクトルを説明するための図である。 図１７は、本実施の形態におけるモータ指令電流Ｉｍのベクトルを説明するための図である。 図１８は、本実施の形態における過負荷検出値、モータ指令電流の絶対値およびｄ軸電流加算設定値の推移を示す図である。
　以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。
　図１は、本実施の形態に係る垂直多関節６軸ロボットの概略構成を示す図である。同図に示すように、垂直多関節６軸ロボットは、ロ  ボットメカ６１とロボット制御装置６２とから構成される。ここで、ロボットメカ６１は、図示しない複数のアームおよび関節軸を有しており、各関節軸の近傍に設けられた減速機を用いて各アームを駆動するものである。
　図２は、ロボットメカ６１とロボット制御装置６２との内部構成を示すブロック図である。ここでは特に、垂直多関節６軸ロボットの位置制御に関する構成を記載している。
　図２に示すように、ロボット制御装置６２の内部には、操作・表示部６３、メイン制御部６４、および、第１のサーボ制御部６５から第６のサーボ制御部が設けられている。操作・表示部６３は、ロボットメカ６１のアーム等の移動に関する指示を受け付ける。メイン制御部６４は、ロボットメカ６１のアーム等の移動の軌跡を記憶している。そして、操作・表示部６３が指示を受け付けると、その指示に対応する移動の軌跡に従い、ロボットの各軸（例えば６軸）の位置指令θｃｏｍ１からθｃｏｍ６を、ロボットの各軸に出力する。すると、その位置指令に追従するように、ロボットの各軸の第１のサーボ制御部６５から第６のサーボ制御部が、ロボットメカ６１内の第１のモータ６６から第６のモータをそれぞれ制御する。各モータのそれぞれには減速機５３が設けられている。
　ここでは、本実施形態のサーボ制御部６５について説明する前に、従来のサーボ制御部について説明する。
　図３は、従来のサーボ制御部の構成を示すブロック図である。位置制御ブロック６は、位置指令θｃｏｍとモータ位置フィードバックθｍとの差分値に、位置比例ゲイン５を乗じて、速度ループ指令ωｃｏｍを生成する。モータ位置フィードバックθｍは、モータに取り付けられた位置検出器であるエンコーダ５１から得られる。
　速度制御ブロック１０は、速度ループ指令ωｃｏｍとモータ速度フィードバックωｍとの差分値に、速度比例ゲイン８を乗ずる。モータ速度フィートバックωｍは、モータ位置フィードバックθｍを微分要素３２で微分して得られる。さらにその差分値の積分値に速度積分ゲイン９を乗じたものを、速度比例ゲイン８を乗じた値に加算して、モータトルク電流指令Ｉｑを生成する。
　ここで、モータを高速回転で駆動する場合、弱め界磁制御が必要となる場合がある。弱め界磁制御を行うと、モータ回転に比例して増大するモータ逆起電力を弱めることができる。すなわち高速回転時でもモータ逆起電力と電源電圧との差が保たれるので、モータに電流を流すことが可能となり、モータを駆動できることになる。
　通常、弱め界磁制御は、モータ無効電流成分の弱め界磁電流指令Ｉｄ０をモータトルク電流指令Ｉｑにベクトル加算することで実現する。このときモータ指令電流Ｉｍは以下の（式１）で計算できる。
　　　Ｉｍ＝Ｉｑ＋ｊ×Ｉｄ０　（式１）
　　　　ただし、ｊ：虚数単位（無効成分を表す）
　この計算は、図３のｄ軸電流加算０ブロック１００で実行される。（式１）をベクトル図で示すと図４となる。図５はｄ軸電流加算０ブロック１００の詳細を示したブロック図である。
　図５に示すように、弱め界磁電流指令Ｉｄ０は、モータ速度フィードバックωｍとモータトルク電流指令Ｉｑとを用いて計算される。モータ駆動の速度およびトルクが大きくなるほど、弱め界磁の効果を大きくする（モータの逆起電力をより抑える）必要がある。弱め界磁の効果を大きくするためには、弱め界磁電流指令Ｉｄ０を大きくする必要がある。弱め界磁電流指令Ｉｄ０は、例えば以下の（式２）で計算できる。
　　　Ｉｄ０＝ｋ１×ωｍ＋ｋ２×Ｉｑ　（式２）
　　　　ただし、ｋ１：速度比例係数、　ｋ２：トルク比例係数
　ここで、ロボットが停止状態であると、重力が印加されていない軸ではωｍ＝０、Ｉｑ＝０となり、Ｉｄ０＝０、Ｉｍ＝０となる場合がある。この場合はモータに電流が流れないので、モータは発熱しない。低温状態で減速機グリスが固まっている場合は固まった減速機グリスを加熱することができない。
　そこで特許文献１では、温度センサ及びモータトルク電流指令Ｉｑに従ってｄ軸電流加算値Ｉｄ１を決定し、モータ停止時でも無効電流成分を流すことでモータを発熱させる。これにより、減速機グリスを加熱して、減速機グリスの粘性摩擦を減少させる方法が提案されている。
　図６は、従来のサーボ制御部の構成を示すブロック図である。図３との相違は、エンコーダ５２が温度センサを内蔵しており、温度センサ値Ｔｃを出力している点、およびｄ軸電流加算０ブロック１００の代わりに、ｄ軸電流加算１ブロック１５０を備えている点である。
　図７は、ｄ軸電流加算１ブロック１５０の詳細を示したブロック図である。図８は、ｄ軸電流加算１ブロック１５０の動作を示したフローチャートである。
　図８のステップ８－１では、弱め界磁電流指令Ｉｄ０を計算する。ステップ８－１は、図７の弱め界磁ブロック１０２で実行される。
　ステップ８－２では、温度センサ値Ｔｃが温度センサ閾値Ｔｃｔｈ未満であるか判断する。温度センサ値Ｔｃが温度センサ閾値Ｔｃｔｈ未満であればステップ８－３へ進み、それ以外ではステップ８－５へ進む。
　ステップ８－３では、モータトルク電流指令Ｉｑの絶対値がモータトルク電流閾値Ｉｑｔｈ未満であるか判断する。モータトルク電流指令Ｉｑの絶対値がモータトルク電流閾値Ｉｑｔｈ未満であればステップ８－４へ進み、それ以外ではステップ８－５へ進む。
　ステップ８－４ではｄ軸電流加算値Ｉｄ１にｄ軸電流加算設定値Ｉｄ_ａｄｄを設定する。
　一方、ステップ８－５では軸電流加算値Ｉｄ１に「０」を設定する。
　以上、ステップ８－２～８－５は、図７のｄ軸加算判定１ブロック１０４で実行される。
　ステップ８－６では、モータ指令電流Ｉｍが以下の（式３）で計算される。
　　　Ｉｍ＝Ｉｑ＋ｊ×（Ｉｄ０ ＋ Ｉｄ１）　（式３）
　図９は、ωｍ＝０、Ｉｑ＝０およびＩｄ０＝０の状態（すなわち、ロボットが停止かつ重力が印加されていない状態）で、温度センサ出力値Ｔｃ＜Ｔｃｔｈ、すなわち低温の場合のベクトル図を示している。このとき、（式２）および（式３）より、モータ指令電流Ｉｍ＝ｊ×Ｉｄ１となるので、モータに無効成分電流が流れ、モータが加熱されることになる。
　モータが加熱されることにより、低温で固まった減速機グリスを加熱して、減速機グリスの粘性摩擦を減少させることができる。
　しかしながら、この方法では、元々弱め界磁でｄ軸電流を流している場合（Ｉｄ０≠０の場合）、モータ指令電流Ｉｍが最大許容値を越えたり、過負荷エラーが発生する可能性がある。
　モータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａは以下の（式４）で計算できる。
　　　Ｉａ＝｜Ｉｍ｜＝√（Ｉｑ２＋（Ｉｄ０＋Ｉｄ１）２）　（式４）
　モータに流せる電流には最大許容値がある。モータ電流の絶対値が最大許容値を越えると、モータの巻線の損傷やモータの磁石の減磁が発生する恐れがある。
　なお、ｄ軸電流加算値Ｉｄ１が加算される前に、既にモータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａが最大許容値に到達している場合がある。モータトルク電流指令Ｉｑの絶対値がモータトルク電流閾値Ｉｑｔｈ未満であっても、弱め界磁電流指令Ｉｄ０が加算されることによりモータ指令電流Ｉｍの絶対値ＩａがＩｍ最大許容値に到達する場合がある。
　ここへ低温対策のための無効電流であるｄ軸電流加算値Ｉｄ１を加算すると、図１０に示す様に、モータ指令電流Ｉｍの絶対値ＩａはＩｍ最大許容値を越えてしまう。
　つまり、特許文献１のように、モータトルク電流指令Ｉｑの監視だけでｄ軸電流加算値Ｉｄ１を決定すると、モータ指令電流Ｉｍの絶対値ＩａがＩｍ最大許容値を越えてしまうことがある。そうすると、モータの巻線の損傷やモータの磁石の減磁が発生する可能性がある。
　続いて、過負荷検出機能について説明する。過負荷検出機能は、モータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａの時間積算値が、モータの巻線の温度上昇の限界値を超えない様に制御するために、過負荷を検出する機能である。
　図１２は、モータ時限特性曲線を示す。モータ時限特性曲線の縦軸はモータ電流の出力時間であり、横軸はモータ電流値（最大比）である。図１２の破線は、限界値特性を示している。限界値特性は、モータの巻線の温度上昇が限界値に達したときの時間およびモータ電流値を示している。すなわち、モータの温度上昇が限界値に達するのは、モータ電流値が４０％の場合は、モータ電流の出力時間が約１００秒に達したときである。モータ電流値が５０％の場合は、モータ電流の出力時間が約２５秒に達したときである。モータ電流値が７０％の場合は、モータ電流の出力時間が約８秒に達したときである。
　そこで、過負荷検出機能では、モータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａの時間積算値がこの限界値以下になる様に過負荷検出を行う。
　図１１は、過負荷検出のフローチャートである。この処理は一定周期ΔＴ毎に実行されるものとする。
　ステップ１１－１で、過負荷検出値ＯＬｄｅｔを以下の（式５）で求める。
　　　ＯＬｄｅｔ＝ＯＬｄｅｔ（ｎ－１）＋（Ｉａ－Ｉａｔｈ）×ΔＴ　（式５）
　　　　ただし、Ｉａｔｈ：過負荷検出電流閾値
　　　　　　　　ΔＴ：過負荷検出周期
　なお、（式５）のＯＬｄｅｔ（ｎ－１）は、１周期前の過負荷検出値（ＯＬｄｅｔ）である。ステップ１１－２で、この過負荷検出値ＯＬｄｅｔを第１過負荷閾値ＯＬｔｈと比較し、下記（式６）の条件が成立した時、過負荷と判定する。
　　　ＯＬｄｅｔ≧ＯＬｔｈ　（式６）
　ステップ１１－２の判定が「Ｙ」である場合、過負荷状態と判定し、ステップ１１－３でモータを停止する。さらに、ステップ１１－４で異常表示を行い、過負荷検出の処理を終了する。なお、異常表示は、ユーザに異常を通知するために、図２に示した操作・表示部６３に「過負荷検出」と表示する。
　ステップ１１－２の判定が「Ｎ」の場合、過負荷状態では無いとの判定し、過負荷検出の処理を終了する。
　図１２の実線は、過負荷検出閾値特性を示す。過負荷検出閾値特性は、一例として、Ｉａｔｈ＝３３およびＯＬｔｈ＝１００とした場合に、（式６）でＯＬｄｅｔ＝ＯＬｔｈとなるときの時間およびモータ電流値（最大比）を示している。過負荷検出閾値特性（実線）は限界値特性（破線）を下回る様に設定されている。これは、（式５）で示す過負荷検出値ＯＬｄｅｔの計算方法が妥当である事を示している。
　図６に戻り、気温が低い場合に生じる減速機グリスの粘性摩擦の問題について説明する。
　図６におけるモータ及び外力を示すブロック１８を数式で表したものが下記の（式７）および（式８）である。減速機５３が剛体であると仮定した場合、モータ駆動側から見たモータ発生トルクτｍは（式７）で表され、負荷側から見たモータ発生トルクτｍは（式８）で表される。
　（式７）でＩｍではなく、Ｉｑを用いているのは、トルク発生に有効な成分はＩｑだからである。（式８）で減速機出力位置θＬではなく、モータの位置フィードバックθｍの微分値ωｍを用いているのは、減速機５３が剛体であると仮定しているので、減速機出力位置θＬは単に位置フィードバックθｍに減速比（比例係数）を乗じた値になるからである。
　　　τｍ＝Ｋｔ×Ｉｑ　（式７）
　　　τｍ＝τｄｙｎ＋τｄｉｓ＋Ｊｍ×αｍ＋Ｄ×ωｍ＋τμ　（式８）
　　　　ただし、
　　　　　Ｋｔ：モータトルク定数
　　　　　Ｉｑ：モータ電流
　　　　　αｍ：モータ角加速度（ωｍの微分値）
　　　　　ωｍ：モータ角速度
　　　　　Ｊｍ：モータイナーシャ（ロータ＋減速機１次側）
　　　　　Ｄ：粘性摩擦係数
　　　　　τμ：動摩擦トルク
　　　　　τｄｙｎ：動力学トルク（重力トルク、慣性力、遠心力、コリオリ力の和）
　　　　　τｄｉｓ：衝突トルク
　ここで、動摩擦トルクτμは以下の（式９）で計算できる。
　　　τμ＝Ｋμ×ｓｇｎ　（式９）
　　　　ただし、Ｋμ：動摩擦の大きさ
　　　　　　　　ｓｇｎ：１（ωｍ＞０）、または０（ωｍ＝０）、または－１（ωｍ＜０）
　気温が低下して特に５℃以下になると、（式８）の粘性摩擦係数Ｄが飛躍的に増大する。そのため、負荷側の駆動に必要なモータ発生トルクτｍも増大し、そのトルクを発生させるモータトルク電流指令Ｉｑも増大する。その結果、（式４）で計算されるモータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａも増大する。
　つまり、気温が２０℃前後の常温時とロボットの動作が同じであっても、５℃以下の低温時には、モータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａが増加し、（式６）で計算される過負荷検出値ＯＬｄｅｔも増大する。
　ここへ低温対策として、ｄ軸電流加算値Ｉｄ１を加算すると、モータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａがさらに増大し、過負荷検出値ＯＬｄｅｔもさらに増大する。そして（式６）の条件が成立するまで過負荷検出値ＯＬｄｅｔが増大すると、過負荷検出エラーが発生し制御機器が停止することになる。
　そこで、モータ減磁および過負荷検出エラーを発生させることなく、低温時における減速機グリスの粘性摩擦を低減するために、以下に本実施の形態に係る第１のサーボ制御部６５について説明する。
　図１３は、本実施の形態の第１のサーボ制御部６５の構成を示すブロック図である。図６との相違は、過負荷検出ブロック２０４を追加した点、および、ｄ軸電流加算１ブロック１５０の代わりにｄ軸電流加算２ブロック２００を備える点である。
　図１４は、ｄ軸電流加算２ブロック２００の詳細を示したブロック図である。図７との相違は、加算前絶対値演算ブロック２０５を設けた点である。
　図１５は、図１４の動作、すなわち本実施の形態のロボットの制御方法を示したフローチャートである。
　ステップ１５－１では、図１４の弱め界磁ブロック１０２で弱め界磁電流指令Ｉｄ０を計算する。
　ステップ１５－２では、図１４の加算前絶対値演算ブロック２０５にて、ｄ軸電流加算前のモータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａ２を（式１０）で求める。
　　　Ｉａ２ ＝√（Ｉｑ２＋Ｉｄ０２）　（式１０）
　ステップ１５－３では、温度センサ値Ｔｃと温度センサ閾値Ｔｃｔｈとを比較する。温度センサ値Ｔｃが温度センサ閾値Ｔｃｔｈ未満であればステップ１５－４へ進み、それ以外ではステップ１５－７へ進む。
　ステップ１５－４では、ステップ１５－２で算出したＩａ２と電流絶対値閾値Ｉａｔｈ２とを比較する。Ｉａ２がＩａｔｈ２未満であればステップ１５－５へ進み、それ以外ではステップ１５－７へ進む。
　ここで、図１６は、ｄ軸電流加算前のモータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａ２が電流絶対値閾値Ｉａｔｈ２未満である場合の電流ベクトルを示している。ステップ１５－４では、ｄ軸電流加算前のモータ指令電流Ｉｍに後述するｄ軸電流加算値Ｉｄ１Ａが加算されても、モータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａが最大許容値を越えないことを確認している。
　次に、ステップ１５－５では、過負荷検出値ＯＬｄｅｔと第２過負荷閾値ＯＬｔｈ２とを比較する。過負荷検出値ＯＬｄｅｔは図１３の過負荷検出ブロック２０４で計算される。過負荷検出値ＯＬｄｅｔが第２過負荷閾値ＯＬｔｈ２未満であればステップ１５－６へ進み、それ以外ではステップ１５－７へ進む。なお、第２過負荷閾値ＯＬｔｈ２の値は第１過負荷閾値ＯＬｔｈの値より低く設定されている。
　ステップ１５－６では、ｄ軸電流加算値Ｉｄ１Ａにｄ軸電流加算設定値Ｉｄ_ａｄｄＡを設定する。
　一方、ステップ１５－７では、ｄ軸電流加算値Ｉｄ１Ａに「０」を設定する。
　以上ステップ１５－３～１５－７は、図１４のｄ軸加算判定２ブロック２０２で実行される。
　ステップ１５－８では、モータ指令電流Ｉｍが以下の（式１１）で計算される。
　　　Ｉｍ＝Ｉｑ＋ｊ×（Ｉｄ０ ＋ Ｉｄ１Ａ）　（式１１）
　図１７は、（式１１）で計算されたモータ指令電流Ｉｍを示している。図１７では、図１６にＩｄ１Ａが加算されるが、モータ指令電流Ｉｍの絶対値Ｉａが最大許容値を越えないことがわかる。
　続いて図１８（ａ）～（ｃ）を用いて、本実施の形態の過負荷検出について説明する。ここでは、ステップ１５－３の条件（Ｔｃ＜Ｔｃｈ）は常に成立しているものとする。
　図１８（ａ）は過負荷検出値を示し、図１８（ｂ）はモータ指令電流の絶対値を示し、（ｃ）はｄ軸電流加算設定値を示している。ここでは、時間ｔ１までは、ステップ１５－５の条件（ＯＬｄｅｔ＜ＯＬｔｈ２）が成立している場合を例に説明する。
　時間ｔ１までは、ステップ１５－４の条件（Ｉａ２＜Ｉａｔｈ２）が成立している間は、ステップ１５－６およびステップ１５－８の処理が実行され、ｄ軸電流が加算される。それ故、（式５）で計算される過負荷検出値ＯＬｄｅｔは増加する割合が多く、時間ｔ１までは大きく見れば増加傾向にある。
　時間ｔ１でステップ１５－５の条件が成立しなくなると、以後はステップ１５－７でＩｄ１Ａ＝０となり、ｄ軸電流が加算されない。そのため、ｄ軸電流加算による過負荷検出値ＯＬｄｅｔの増加傾向がなくなるので、過負荷検出値ＯＬｄｅｔが第１過負荷閾値ＯＬｔｈを越えることを防止することができる。すなわち、過負荷検出エラーの発生を防止することができる。
　以上説明したように、本実施の形態のロボットの制御方法は、減速機を介したサーボモータを用いてロボットアームの運動制御を行うロボットの制御方法であって、気温が所定値以下であることを判定するステップと、モータ電流指令の絶対値が所定値以下であることを判定するステップと、過負荷検出レベルが所定値以下であることを判定するステップを備え、ｄ軸電流を加算することを特徴とする。
　なお、図２のロボット制御装置６２に含まれる第２のサーボ制御部から第５のサーボ制御部は、それぞれ、図１３から図１８で説明した第１のサーボ制御部６５と同様の構成であるため、説明を省略する。
　本開示のロボット制御方法は、モータ減磁および過負荷エラーを発生させることなく、モータ発熱によって、低温時における減速機グリスの粘性摩擦を低減させることができるので、溶接ロボットなどの産業用ロボットに適用する上で有用である。
　５　位置比例ゲイン
　６　位置制御ブロック
　８　速度比例ゲイン
　９　速度積分ゲイン
　１０　速度制御ブロック
　１８　モータ及び外力を示すブロック
　３２　微分要素
　５１　エンコーダ
　５２　エンコーダ
　５３　減速機
　６１　ロボットメカ
　６２　ロボット制御装置
　６３　操作・表示部
　６４　メイン制御部
　６５　サーボ制御部
　６６　モータ
　１００　ｄ軸電流加算０ブロック
　１０２　弱め界磁ブロック
　１０４　ｄ軸加算判定１ブロック
　１５０　ｄ軸電流加算１ブロック
　２００　ｄ軸電流加算２ブロック
　２０２　ｄ軸加算判定２ブロック
　２０４　過負荷検出ブロック
　２０５　加算前絶対値演算ブロック
　ωｍ　モータ速度フィードバック
　θｃｏｍ　位置指令
　θｍ　位置フィードバック
　θＬ　減速機出力位置
　ωｃｏｍ　速度ループ指令
　Ｉｍ　モータ指令電流
　τｍ　モータ発生トルク
　τｄｙｎ　動力学トルク（重力トルク、慣性力、遠心力、コリオリ力の和）
　τμ　動摩擦トルク
　τｄｉｓ　衝突トルク
　Ｔｃ　温度センサ出力値
　Ｉｑ　モータトルク電流指令
　Ｉｄ０　弱め界磁電流指令
　Ｉｄ１　ｄ軸電流加算値
　Ｉａ　モータ指令電流Ｉｍの絶対値
　Ｉａ２　ｄ軸電流加算前のモータ指令電流Ｉｍの絶対値
　Ｉａｔｈ　過負荷検出電流閾値
　Ｉａｔｈ２　電流絶対値閾値（ｄ軸電流加算判定用）
　Ｉｄ１Ａ　ｄ軸電流加算値
　Ｉｄ_ａｄｄＡ　ｄ軸電流加算設定値
　ＯＬｄｅｔ　過負荷検出値
　ＯＬｔｈ　第１過負荷閾値（過負荷判定用）
　ＯＬｔｈ２　第２過負荷閾値（ｄ軸電流加算判定用）

Claims (2)

  1. 　サーボモータを用いてロボットアームの運動制御を行うロボットの制御方法であって、
    　気温が所定値以下であり、かつモータ電流指令の絶対値が所定値以下であり、かつ過負荷検出値が所定値以下である場合に、前記モータ電流指令にｄ軸電流を加算する
    　ロボットの制御方法。
  2. 　　気温が第１の所定値以下であるか判定するステップと、
    　気温が前記第１の所定値以下である場合に、モータ電流指令の絶対値が第２の所定値以下であるか判定するステップと、
    　モータ電流指令の絶対値が前記第２の所定値以下である場合に、過負荷検出値が第３の所定値以下であるか判定するステップと、
    　過負荷検出値が前記第３の所定値以下である場合に、モータ電流指令にｄ軸電流を加算するステップとを含む
    　請求項１記載のロボットの制御方法。
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