WO2022044990A1 - 電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法 - Google Patents

電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022044990A1
WO2022044990A1 PCT/JP2021/030549 JP2021030549W WO2022044990A1 WO 2022044990 A1 WO2022044990 A1 WO 2022044990A1 JP 2021030549 W JP2021030549 W JP 2021030549W WO 2022044990 A1 WO2022044990 A1 WO 2022044990A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
unit
limit value
current
speed
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/030549
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雅隆 田邊
慎司 梶原
賢太 中村
Original Assignee
川崎重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 川崎重工業株式会社 filed Critical 川崎重工業株式会社
Priority to CN202180051813.1A priority Critical patent/CN116323104A/zh
Priority to US18/022,566 priority patent/US20230405814A1/en
Priority to KR1020237010118A priority patent/KR20230054875A/ko
Priority to EP21861417.0A priority patent/EP4201605A1/en
Publication of WO2022044990A1 publication Critical patent/WO2022044990A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/06—Safety devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/126—Rotary actuators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1651—Programme controls characterised by the control loop acceleration, rate control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1674—Programme controls characterised by safety, monitoring, diagnostic
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load

Definitions

  • This disclosure relates to a current limiting device, a robot system and a current limiting method, and more particularly to a current limiting device, a robot system and a current limiting method for limiting the current energized in a motor.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-73790 discloses a robot including a robot main body in which a plurality of links are connected via joints, a motor provided at the joints of the robot main body, and a deceleration unit for decelerating the rotation of the motor. Has been done.
  • This robot is provided with a current measuring means for measuring the current energized by the motor. Then, when the robot body is stationary, the upper limit of the current energizing the motor is set based on the current value measured by the current measuring means. Specifically, a constant upper limit of the current is set according to the torque of the motor required to maintain a predetermined posture when the robot is stationary. This makes it possible to appropriately limit the drive torque applied to the joints according to the posture of the robot.
  • This disclosure has been made in order to solve the above-mentioned problems, and one purpose of this disclosure is to increase the speed of the drive unit in a configuration in which an upper limit value of the current energized in the drive unit is set. It is an object of the present invention to provide a current limiting device and a current limiting method capable of outputting a desired force or moment from a driving force transmission unit even when the force becomes large.
  • the current limiting device generates a force or a moment by passing a current, and energizes the drive unit that transmits the drive force through the drive force transmission unit. It is a current limiting device that limits the current to be applied, and is equipped with a current limiting unit that limits the current energized in the driving unit within the range of the limiting value, and the limiting value is set to change according to the speed of the driving unit. ing.
  • the limit value of the current energized in the driving unit is set to change according to the speed of the driving unit.
  • the limit value can be changed according to the loss of the driving force transmission unit which changes according to the speed of the driving unit and the decrease of the force or the moment generated by the driving unit.
  • the robot system comprises a robot and a robot control unit that controls the robot, and the robot includes a joint, a motor provided in the joint, and a deceleration unit that decelerates the rotation of the motor.
  • the robot control unit includes a current limiting unit that limits the current energizing the motor within the range of the limiting value, and the limiting value is set so as to change according to the speed of the motor.
  • the limit value of the current energizing the motor is set to change according to the speed of the motor.
  • the limit value can be changed according to the loss of the driving force transmission unit which changes according to the speed of the motor and the decrease of the force or the moment generated by the motor.
  • the current limiting method is a current limiting method in which a force or a moment is generated by flowing a current and the current energized in the driving unit that transmits the driving force via the driving force transmission unit is limited.
  • the step of acquiring the speed of the drive unit the step of setting the limit value of the current energizing the drive unit based on the acquired speed of the drive unit, and the step within the set limit value. It is provided with a step for energizing the drive unit.
  • the current limiting method includes, as described above, a step of setting a limit value of the current energized in the driving unit based on the acquired speed of the driving unit.
  • the limit value can be changed according to the loss of the driving force transmission unit which changes according to the speed of the driving unit and the decrease of the force or the moment generated by the driving unit.
  • a current limit capable of outputting a desired force or moment from the drive unit even when the speed of the drive unit increases.
  • the upper limit of the current energizing the drive unit is set as described above, even if the speed of the drive unit increases, a desired force or moment is transmitted from the drive unit. Can be output.
  • the robot system 100 includes a robot 10 and a robot control unit 20 that controls the robot 10.
  • the robot 10 is, for example, a 6-axis robot. Further, the robot 10 is, for example, an industrial robot.
  • the robot 10 includes an arm portion 11.
  • the arm portion 11 has a joint 12.
  • a plurality of joints 12 are provided.
  • six joints 12 (joints 12a to 12f) are provided.
  • the arm portion 11 is attached to the base 13.
  • the joint 12a is configured to be rotatable around the axis L1 extending in the vertical direction.
  • the joint 12b is configured to be rotatable around the axis L2 extending in the horizontal direction.
  • the joint 12c is configured to be rotatable around the axis L3 extending parallel to the axis L2.
  • the joint 12d is configured to be rotatable around the axis L4 orthogonal to the axis L3.
  • the joint 12e is configured to be rotatable around the axis L5 orthogonal to the axis L4.
  • the joint 12f is configured to be rotatable around the axis L6 orthogonal to the axis L5.
  • motors 14a to 14f are provided in each of the plurality of joints 12a to 12f. Further, each of the motors 14a to 14f is provided with reduction portions 15a to 15f for transmitting the driving force of each of the motors 14a to 14f.
  • the motors 14a to 14f each generate a force or a moment (torque in this embodiment) when a current is passed through them, and transmit the driving force via the reduction portions 15a to 15f. Further, the deceleration units 15a to 15f each reduce and transmit the rotation of the motors 14a to 14f. As a result, the joints 12a to 12f rotate.
  • the motors 14a to 14f may be collectively referred to as a motor 14.
  • the deceleration units 15a to 15f may be collectively referred to as the deceleration unit 15.
  • the motor 14 (14a to 14f) is an example of a drive unit.
  • the deceleration unit 15 (15a to 15f) is an example of a driving force transmission unit.
  • Encoders 16a to 16f are provided in each of the motors 14a to 14f.
  • the encoders 16a to 16f detect the angular positions of the output shafts 17a to 17f of the motors 14a to 14f.
  • the detected angular positions of the output shafts 17a to 17f are transmitted to the position / speed control unit 22 described later.
  • the encoders 16a to 16f may be collectively referred to as an encoder 16.
  • the output shafts 17a to 17f may be collectively referred to as an output shaft 17.
  • the robot control unit 20 is provided with a current limiting device 21 that limits the current energized by the motor 14 that transmits the driving force via the deceleration unit 15.
  • the current limiting device 21 includes a position / speed control unit 22 and a current limiting unit 23 that limits the current energized to the motor 14 within the range of the limiting value.
  • the position / speed control unit 22 is electrically connected to each of the motors 14a to 14f, and a current is passed through each of the motors 14a to 14f to control the torque output from each of the motors 14a to 14f. .. Further, the position / speed control unit 22 includes a position control unit 22a (see FIG. 3) and a speed control unit 22b (see FIG. 3). Further, a storage unit 24 is connected to the position / speed control unit 22. The storage unit 24 stores a program for driving each of the motors 14a to 14f.
  • the current limiting unit 23 includes current limiting units 23a to 23f provided in each of the plurality of motors 14a to 14f. Further, amplifiers 25a to 25f are provided between each of the current limiting portions 23a to 23f and the motors 14a to 14f. In the following, the amplifiers 25a to 25f may be collectively referred to as the amplifier 25.
  • the position / speed control unit 22 acquires the position command value (time history command position) of the joint 12 from the storage unit 24 (upper command device). Then, the position control unit 22a calculates the deviation between the acquired position command value and the angular position (actual angle position) earned from the encoder 16 of the joint 12. Then, the position control unit 22a multiplies the calculated deviation by the position gain. Further, the position control unit 22a differentiates the position command value and calculates the speed command value which is the target speed of the joint 12.
  • the speed control unit 22b adds the deviation multiplied by the above position gain and the generated speed command value, and subtracts the real angular velocity obtained by differentiating the real angle position from this added value. And calculate the velocity deviation. Then, the speed control unit 22b multiplies the calculated speed deviation by the speed gain. As a result, the speed control unit 22b generates a target current value corresponding to the target torque output from the motor 14.
  • the speed control unit 22b transmits the generated target current value to the current limiting unit 23.
  • the current limiting unit 23 transmits the target current value to the amplifier 25 as it is.
  • the current limiting unit 23 limits the target current value to a value within the range of the current limit value and transmits the target current value to the amplifier 25.
  • the limit value of the current energizing the motor 14 is set so as to change according to the speed of the motor 14 (see FIG. 8).
  • One of the reasons for setting the current limit value is to make the torque output by the motor 14 less than or equal to the allowable torque of the drive system (for example, the torque for suppressing damage to the reduction unit 15).
  • the deceleration unit 15 includes Coulomb friction and viscous friction.
  • the Coulomb friction is proportional to the force applied to the speed reducer 15.
  • the viscous friction is friction caused by the viscosity of grease and oil contained in the deceleration unit 15, and increases as the rotation speed of the deceleration unit 15 increases.
  • the torque (vertical axis) generated by the motor 14 decreases as the rotation speed (horizontal axis) of the motor 14 increases. This is because as the rotation speed (rotational speed) of the motor 14 increases, the counter electromotive force generated in the motor 14 increases, and it becomes difficult for the current to flow through the motor 14.
  • the absolute value of the limit value increases or decreases as the speed (rotational speed) of the motor 14 increases (in the case of forward efficiency described later). It is set to (in the case of reverse efficiency described later). Further, the absolute value of the limit value is set so as to gradually increase or gradually decrease as the rotation speed of the motor 14 increases. When the loss torque of the deceleration unit 15 is caused only by friction, the absolute value of the limit value gradually increases or gradually decreases as the rotation speed of the motor 14 increases. However, depending on the control of the motor 14, the motor 14 may be changed so that the absolute value of the limit value is reduced according to the rotation speed and the absolute value is increased after a certain rotation speed.
  • the rate of increase in the loss torque of the deceleration unit 15 increases as the rotation speed of the deceleration unit 15 increases.
  • the reduction rate of the torque generated by the motor 14 increases as the rotation speed of the reduction unit 15 increases. Therefore, in the present embodiment, the rate of change of the limit value is set so as to increase as the speed (rotational speed) of the motor 14 increases.
  • the rate of change of the limit value in FIG. 8 is an example, and the rate of change of the limit value may not increase as the speed (rotational speed) of the motor 14 increases. That is, the rate of change of the limit value is set so as to follow the change of the loss torque of the deceleration unit 15.
  • forward efficiency the case where the driving direction (rotational direction) of the motor 14 and the direction of the force or moment (torque in this embodiment) output from the motor 14 are the same is referred to as forward efficiency.
  • torque is transmitted from the motor 14 side to the deceleration unit 15 side in the motor 14 and the deceleration unit 15.
  • Forward efficiency corresponds to, for example, the case where the rotation of the joint 12 is accelerated by the motor 14.
  • the loss torque of the deceleration unit 15 contributes negatively to the torque generated by the motor 14.
  • the case where the driving direction (rotational direction) of the motor 14 and the direction of the force or moment (torque in this embodiment) output from the motor 14 are opposite is called reverse efficiency.
  • torque is transmitted from the output side of the deceleration unit 15 to the motor 14 side.
  • the reverse efficiency corresponds to, for example, the case where the deceleration of the motor 14 is large.
  • the loss torque of the deceleration unit 15 contributes positively to the torque generated by the motor 14.
  • the contribution of the loss torque of the reduction unit 15 to the torque generated by the motor 14 differs between the forward efficiency and the reverse efficiency.
  • the current limit value is the direction of the drive direction (rotational direction) of the motor 14 and the direction of the force or moment (torque in the present embodiment) output from the motor 14.
  • the limit value at the time of reverse efficiency when the direction of torque) is opposite is included.
  • the limit value at the time of forward efficiency and the limit value at the time of reverse efficiency are set so as to change according to the speed (rotation speed) of the motor 14.
  • the absolute value of the limit value at the time of forward efficiency has a larger value than the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency.
  • the absolute value of the limit value at the time of forward efficiency is set to increase as the rotation speed of the motor 14 increases, and the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency is set to increase.
  • the value is set so as to decrease as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the rate of increase in the loss torque of the deceleration unit 15 increases as the rotation speed of the deceleration unit 15 increases (see FIG. 4). Further, the reduction rate of the torque generated by the motor 14 increases as the rotation speed of the motor 14 increases (see FIG. 5). Therefore, in the present embodiment, the rate of increase of the limit value at the time of forward efficiency and the rate of decrease of the limit value at the time of reverse efficiency are set so as to increase as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the limit value is set so as to prevent the deceleration unit 15 from being damaged by the force or moment (torque in the present embodiment) generated by the motor 14, and the output side of the deceleration unit 15.
  • the force or moment (torque in this embodiment) is set to be maintained at a constant value.
  • the limit value at the time of forward efficiency is set so that the torque on the output side of the deceleration unit 15 is kept constant even when the rotation speed of the motor 14 increases. That is, the limit value at the time of forward efficiency is such that the loss torque of the deceleration unit 15 and the decrease in the torque generated by the motor 14 can be compensated for (and the deceleration unit 15 is suppressed from being damaged). To) is set.
  • the limit value at the time of reverse efficiency is set so that damage to the deceleration unit 15 due to an increase in the loss torque of the deceleration unit 15 is suppressed even when the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the limit value at the time of forward efficiency and the limit value at the time of reverse efficiency are actually driven by the motor 14 to measure the loss torque of the reduction unit 15 and the decrease in the torque of the motor 14, and are acquired based on the result of this measurement. To torque.
  • step S1 the current limiting device 21 acquires the speed (rotational speed) of the motor 14.
  • the speed (command speed) is acquired by differentiating the time history command position from the host command device.
  • the rotation speed of the motor 14 may be acquired based on the angular position of the output shaft 17 of the motor 14 acquired from the encoder 16.
  • step S2 the current limiting unit 23 sets a current limiting value for energizing the motor 14 based on the acquired speed (rotational speed) of the motor 14.
  • step S3 the current limiting unit 23 energizes the motor 14 within the range of the set limit value. The operations of steps S1 to S3 are repeated during the operation of the motor 14.
  • the limit value of the current energizing the motor 14 is set to change according to the rotation speed of the motor 14.
  • the limit value can be changed according to the loss of the deceleration unit 15 that changes according to the rotation speed (speed) of the motor 14 and the decrease in the torque generated by the motor 14.
  • a desired torque can be output from the deceleration unit 15 even when the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the absolute value of the limit value is set to increase or decrease as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the loss of the deceleration unit 15 may contribute positively to the torque generated by the motor 14 (in the case of reverse efficiency) or negatively (in the case of forward efficiency). Therefore, when the loss of the deceleration unit 15 negatively contributes to the force generated by the motor 14, the torque generated by the motor 14 is increased by increasing the limit value of the forward efficiency as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the current energized in the motor 14 can be adjusted so as to compensate for the decrease in the speed and the loss in the deceleration unit 15.
  • the loss of the deceleration unit 15 positively contributes to the force generated by the motor 14
  • the loss of the deceleration unit 15 is reduced by reducing the limit value of the reverse efficiency as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the current that energizes the motor 14 can be adjusted so as to remove the positive portion.
  • the current energized in the motor 14 can be appropriately adjusted in both the case where the loss of the deceleration unit 15 contributes positively and the case where the loss contributes negatively.
  • the rate of change of the limit value is set so as to increase as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the rate of change in the loss of the deceleration unit 15 and the rate of change in the decrease in torque generated by the motor 14 increase as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the current energizing the motor 14 can be adjusted more appropriately.
  • the torque of the motor 14 can be adjusted appropriately.
  • the current limit value is the same as the drive direction (rotational direction) of the motor 14 and the direction of the force or moment (torque in the present embodiment) output from the motor 14.
  • the limit value at the time of forward efficiency and the limit value at the time of forward efficiency are different from each other, and the drive direction (rotational direction) of the motor 14 and the force or moment output from the motor 14 (in the present embodiment).
  • the limit value at the time of reverse efficiency and the limit value at the time of reverse efficiency are set to change according to the rotation speed of the motor 14, including the limit value at the time of reverse efficiency when the direction of torque) is opposite to that of the direction. ing.
  • the limit value can be either forward efficiency or reverse efficiency by including the limit value at the time of forward efficiency and the limit value at the time of reverse efficiency having a value different from the limit value at the time of forward efficiency. Even in this case, the current energizing the motor 14 can be appropriately adjusted.
  • the absolute value of the limit value at the time of forward efficiency is set to increase as the rotation speed of the motor 14 increases, and the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency is set. , It is set to decrease as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the loss of the deceleration unit 15 negatively contributes to the torque generated by the motor 14, so that the absolute value of the limit value at the time of forward efficiency is set as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the loss of the deceleration unit 15 positively contributes to the torque generated by the motor 14, so that the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency becomes smaller as the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the speed so as to be it is possible to prevent the deceleration unit 15 from being damaged due to an excessive torque being applied to the deceleration unit 15.
  • the rate of increase of the limit value at the time of forward efficiency and the rate of decrease of the limit value at the time of reverse efficiency are set so as to increase as the rotation speed of the motor 14 increases. There is.
  • the rate of increase in the loss of the deceleration unit 15 and the rate of decrease in the decrease in torque generated by the motor 14 increase as the rotation speed of the motor 14 increases, so that the rate of increase in the limit value during forward efficiency increases.
  • the limit value is set so as to change according to the rotation speed of the motor 14.
  • the limit value can be changed according to the loss torque of the reduction unit 15 that changes according to the rotation speed of the motor 14 and the decrease in the torque generated by the motor 14.
  • the current energized to the motor 14 can be adjusted in consideration of the loss of the deceleration unit 15 and the decrease in the torque generated by the motor 14. Even when the rotation speed of the motor 14 is increased, a desired torque can be output from the deceleration unit 15.
  • the limit value is such that the torque generated by the motor 14 suppresses the deceleration unit 15 from being damaged, and the torque on the output side of the deceleration unit 15 is constant. It is set to maintain the value. As a result, a desired torque can be output from the deceleration unit 15 while suppressing damage to the deceleration unit 15.
  • the motor 14 is provided at the joint 12 of the robot 10.
  • a desired torque can be output from the deceleration unit 15 even when the rotation speed of the motor 14 increases.
  • the present disclosure may be applied to the medical robot 30.
  • the robot 30 includes a positioner 31 (articulated robot), an arm base 32, and a plurality of arms 33.
  • a medical device 34 is attached to the tip of each of the plurality of arms 33.
  • the current limiting device of the present disclosure limits the current flowing through the motor of the joint of the positioner 31 (articulated robot) or the arm 33, for example.
  • a desired torque can be output from the deceleration unit 15 even when the speed (rotational speed) of the motor 14 increases.
  • the space for arranging the medical robot 30 is limited, there are many joints, and it is necessary to lower the drive voltage in order to reduce the impact at the time of a collision. Therefore, a low output motor 14 may be used at a high reduction ratio. In this case, since the influence of the friction of the drive system becomes large, it is particularly effective to change the current limit value according to the rotation speed of the motor 14 as described in the present disclosure.
  • actuators such as proportional solenoids, linear motors, voice coils and spherical actuators may be applied as the "driving unit” of the present disclosure.
  • a powder clutch brake or a hysteresis clutch brake may be applied as the "drive unit” of the present disclosure.
  • the deceleration unit 15 is applied as the "driving force transmission unit" of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to this.
  • the driving force transmission unit transmits the linear motion force of the linear motor.
  • the limit value is set so as to change according to the speed of linear movement of the linear motor.
  • the absolute value of the limit value at the time of forward efficiency gradually increases as the rotation of the motor 14 increases, and the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency increases the rotation of the motor 14.
  • the absolute value of the limit value at the time of forward efficiency gradually increases as the rotation of the motor 14 increases, and the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency gradually increases as the rotation of the motor 14 increases. It may be set to be smaller than.
  • the rate of change of the limit value is set to increase as the speed of the motor increases, but the present disclosure is not limited to this.
  • the rate of change of the limit value is constant, for example, when the rate of change in the torque loss of the reduction unit 15 or the torque decrease generated by the motor 14 due to the increase in the rotation speed of the motor 14 is small (when it is close to linear). good.
  • a limit value at the time of forward efficiency and a limit value at the time of reverse efficiency are provided, but the present disclosure is not limited to this.
  • a common limit value may be provided for forward efficiency and reverse efficiency.
  • the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency is set to decrease as the rotation speed of the motor 14 increases, but the present disclosure is not limited to this. ..
  • the absolute value of the limit value at the time of reverse efficiency may be set to decrease as the rotation speed of the motor 14 increases in the high speed range of the rotation speed of the motor 14.
  • the position / speed control unit 22 is provided in common (one) with respect to the motors 14a to 14f, but the present disclosure is not limited to this.
  • the position / speed control units 122a to 122f may be individually provided for the motors 14a to 14f.
  • one control unit 26 including a position / speed control unit and a current limiting unit may be provided.
  • the current limiting unit 23 is provided on the upstream side of the amplifier 25 , but the present disclosure is not limited to this. In the present disclosure, if the current limiting unit 23 is provided somewhere in the line where the position / speed control unit 22 and the motor 14 are connected (the output side of the amplifier 25, the line fed back from the encoder 16 or the like), the current limiting unit 23 is provided. good.
  • Robot 12 12a-12f Joint 14, 14a-14f Motor (drive unit) 15, 15a to 15f Deceleration unit (driving force transmission unit)
  • Robot control unit 21 Current limiting device 23, 23a to 23f Current limiting unit 30
  • Robot (medical robot) 100 robot system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

この電流制限装置（２１）は、駆動部（１４）に通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部（２３）を備える。制限値は、駆動部（１４）の速度に応じて変化するように設定されている。

Description

電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法
　この開示は、電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法に関し、特に、モータに通電する電流を制限する電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法に関する。
　従来、モータに通電する電流の上限値が設定されたロボットが知られている。このようなロボットは、たとえば、特開２００８－７３７９０号公報に開示されている。
　特開２００８－７３７９０号公報には、複数のリンクが関節を介して接続されているロボット本体と、ロボット本体の関節に設けられるモータと、モータの回転を減速する減速部とを備えるロボットが開示されている。このロボットには、モータに通電している電流を計測する電流計測手段が設けられている。そして、ロボット本体の静止時に、電流計測手段によって計測された電流値に基づいて、モータに通電する電流の上限値が設定される。具体的には、ロボットの静止時に、所定の姿勢を維持するために必要なモータのトルクに応じて、電流の一定の上限値が設定される。これにより、ロボットの姿勢に応じて関節に与える駆動トルクを適切に制限することができる。
特開２００８－７３７９０号公報
　特開２００８－７３７９０号公報に記載のような、モータの回転を減速する減速部が設けられている従来のロボットでは、減速部の回転数が大きくなるにしたがって減速部の損失トルクが大きくなる。また、一般的に、モータは、モータの回転数が大きくなるにしたがってモータが発生するトルクが小さくなる。これらのため、特開２００８－７３７９０号公報に記載のように、モータに通電する電流に対して一定の上限値を設定した場合、モータの回転数が大きくなるにしたがって減速部の損失トルクが大きくなること、および、モータ（駆動部）の発生トルクが低下することに起因して、減速部から所望のトルクを出力できなくなるという問題点がある。
　この開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この開示の１つの目的は、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することが可能な電流制限装置および電流制限方法を提供することである。
　上記目的を達成するために、この開示の第１の局面による電流制限装置は、電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限装置であって、駆動部に通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を備え、制限値は、駆動部の速度に応じて変化するように設定されている。
　この開示の第１の局面による電流制限装置では、上記のように、駆動部に通電する電流の制限値は、駆動部の速度に応じて変化するように設定されている。これにより、駆動部の速度に応じて変化する駆動力伝達部の損失、および、駆動部の発生する力またはモーメントの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することができる。
　この開示の第２の局面によるロボットシステムは、ロボットと、ロボットを制御するロボット制御部とを備え、ロボットは、関節と、関節に設けられるモータと、モータの回転を減速させる減速部とを含み、ロボット制御部は、モータに通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を含み、制限値は、モータの速度に応じて変化するように設定されている。
　この開示の第２の局面によるロボットシステムでは、上記のように、モータに通電する電流の制限値は、モータの速度に応じて変化するように設定されている。これにより、モータの速度に応じて変化する駆動力伝達部の損失、および、モータの発生する力またはモーメントの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、モータに通電する電流の上限値が設定されている構成において、モータの速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することが可能なロボットシステムを提供することができる。
　この開示の第３の局面による電流制限方法は、電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限方法であって、駆動部の速度を取得するステップと、取得された駆動部の速度に基づいて、駆動部に通電する電流の制限値を設定するステップと、設定された制限値の範囲内において、駆動部に通電するステップとを備える。
　この開示の第３の局面による電流制限方法では、上記のように、取得された駆動部の速度に基づいて、駆動部に通電する電流の制限値を設定するステップを備える。これにより、駆動部の速度に応じて変化する駆動力伝達部の損失、および、駆動部の発生する力またはモーメントの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することが可能な電流制限方法を提供することができる。
　本開示によれば、上記のように、駆動部に通電する電流の上限値が設定されている構成において、駆動部の速度が大きくなった場合でも、駆動力伝達部から所望の力またはモーメントを出力することができる。
本開示の一実施形態によるロボットシステムの構成を示す図である。 本開示の一実施形態によるロボット制御部のブロック図である。 本開示の一実施形態によるロボット制御部の制御ブロック図である。 モータの回転数と減速部の損失トルクとの関係を示す図である。 モータの回転数とモータから発生するトルクとの関係を示す図である。 モータの回転数によらず一定である制限値を示す図である。 モータの回転数によらず一定である順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。 モータの回転数に応じて変化する順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。 モータが正方向に回転する場合の順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。 モータが負方向に回転する場合の順効率時の制限値および逆効率時の制限値を示す図である。 本開示の一実施形態による電流制限方法を説明するためのフロー図である。 変形例による医療用のロボットの構成を示す図である。 変形例によるロボット制御部の構成を示すブロック図（１）である。 変形例によるロボット制御部の構成を示すブロック図（２）である。
　以下、本開示を具体化した本開示の一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１～図１１を参照して、本実施形態によるロボットシステム１００の構成について説明する。
　図１に示すように、ロボットシステム１００は、ロボット１０と、ロボット１０を制御するロボット制御部２０とを備えている。ロボット１０は、たとえば、６軸ロボットである。また、ロボット１０は、たとえば、産業用のロボットである。
　図１に示すように、ロボット１０は、アーム部１１を含む。アーム部１１は、関節１２を有する。関節１２は、複数設けられている。たとえば、関節１２（関節１２ａ～１２ｆ）は、６個設けられている。また、アーム部１１は、基台１３に取り付けられている。関節１２ａは、鉛直方向に延びる軸線Ｌ１回りに回動可能に構成されている。関節１２ｂは、水平方向に延びる軸線Ｌ２回りに回動可能に構成されている。関節１２ｃは、軸線Ｌ２に対して平行に延びる軸線Ｌ３回りに回動可能に構成されている。
　関節１２ｄは、軸線Ｌ３に直交する軸線Ｌ４回りに回動可能に構成されている。関節１２ｅは、軸線Ｌ４に直交する軸線Ｌ５回りに回動可能に構成されている。関節１２ｆは、軸線Ｌ５に直交する軸線Ｌ６回りに回動可能に構成されている。
　図２に示すように、複数の関節１２ａ～１２ｆの各々には、モータ１４ａ～１４ｆが設けられている。また、モータ１４ａ～１４ｆの各々には、モータ１４ａ～１４ｆの各々の駆動力を伝達する減速部１５ａ～１５ｆが設けられている。モータ１４ａ～１４ｆは、各々、電流が流されることにより力またはモーメント（本実施形態では、トルク）を発生し、減速部１５ａ～１５ｆを介して駆動力を伝達する。また、減速部１５ａ～１５ｆは、各々、モータ１４ａ～１４ｆの回転を減速して伝達する。これにより、関節１２ａ～１２ｆが回動する。以下では、モータ１４ａ～１４ｆをまとめてモータ１４と記載する場合がある。また、減速部１５ａ～１５ｆをまとめて、減速部１５と記載する場合がある。なお、モータ１４（１４ａ～１４ｆ）は、駆動部の一例である。また、減速部１５（１５ａ～１５ｆ）は、駆動力伝達部の一例である。
　モータ１４ａ～１４ｆの各々には、エンコーダ１６ａ～１６ｆが設けられている。エンコーダ１６ａ～１６ｆは、モータ１４ａ～１４ｆの各々の出力軸１７ａ～１７ｆの角度位置を検出する。検出された出力軸１７ａ～１７ｆの角度位置は、後述する位置／速度制御部２２に送信される。以下では、エンコーダ１６ａ～１６ｆをまとめてエンコーダ１６と記載する場合がある。また、出力軸１７ａ～１７ｆをまとめて、出力軸１７と記載する場合がある。
　また、ロボット制御部２０には、減速部１５を介して駆動力を伝達するモータ１４に通電する電流を制限する電流制限装置２１が設けられている。電流制限装置２１は、位置／速度制御部２２と、モータ１４に通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部２３とを含む。
　位置／速度制御部２２は、モータ１４ａ～１４ｆの各々に、電気的に接続されており、モータ１４ａ～１４ｆの各々に電流を流して、モータ１４ａ～１４ｆの各々から出力されるトルクを制御する。また、位置／速度制御部２２は、位置制御部２２ａ（図３参照）と速度制御部２２ｂ（図３参照）とを含む。また、位置／速度制御部２２には、記憶部２４が接続されている。記憶部２４には、モータ１４ａ～１４ｆの各々を駆動するためのプログラムが記憶されている。
　また、電流制限部２３は、複数のモータ１４ａ～１４ｆの各々に設けられている電流制限部２３ａ～２３ｆを含む。また、電流制限部２３ａ～２３ｆの各々と、モータ１４ａ～１４ｆとの間には、アンプ２５ａ～２５ｆが設けられている。以下では、アンプ２５ａ～２５ｆをまとめてアンプ２５と記載する場合がある。
　次に、図３を参照して、モータ１４のトルク制御について説明する。
　位置／速度制御部２２は、記憶部２４（上位命令装置）から関節１２の位置指令値（時刻歴指令位置）を取得する。そして、位置制御部２２ａは、取得された位置指令値と、関節１２のエンコーダ１６から所得された角度位置（実角度位置）との偏差を算出する。そして、位置制御部２２ａは、算出された偏差に位置ゲインを乗算する。また、位置制御部２２ａは、位置指令値を微分して関節１２の目標とする速度である速度指令値を算出する。
　次に、速度制御部２２ｂは、上記の位置ゲインが乗算された偏差と、生成された速度指令値とを加算するとともに、この加算値から、実角度位置を微分して得られる実角速度を減算して速度偏差を算出する。そして、速度制御部２２ｂは、算出した速度偏差に速度ゲインを乗算する。これにより、速度制御部２２ｂは、モータ１４から出力する目標トルクに応じた目標電流値を生成する。
　そして、速度制御部２２ｂは、生成した目標電流値を、電流制限部２３に送信する。電流制限部２３は、送信された目標電流値が電流の制限値の範囲内である場合、目標電流値をそのままアンプ２５に送信する。一方、電流制限部２３は、送信された目標電流値が電流の制限値の範囲外である場合、目標電流値を電流の制限値の範囲内の値に制限して、アンプ２５に送信する。
　ここで、本実施形態では、モータ１４に通電する電流の制限値は、モータ１４の速度に応じて変化するように設定されている（図８参照）。電流の制限値を設ける理由の一つは、モータ１４が出力するトルクを、駆動系の許容トルク（たとえば、減速部１５が損傷されるのを抑制するトルクなど）以下にすることである。
　一方、図４に示すように、減速部１５の回転数（横軸）が増加するにしたがって、減速部１５の損失トルク（縦軸）が上昇する。具体的には、減速部１５には、クーロン摩擦と粘性摩擦とが含まれる。クーロン摩擦は、減速部１５にかかる力に比例する。また、粘性摩擦は、減速部１５に含まれるグリスやオイルの粘性に起因する摩擦であり、減速部１５の回転数の増加とともに増加する。
　また、図５に示すように、モータ１４が発生するトルク（縦軸）は、モータ１４の回転数（横軸）の増加とともに減少する。モータ１４の回転数（回転速度）が大きくなるにしたがって、モータ１４に発生する逆起電力が大きくなり、モータ１４に電流が流れにくくなるからである。
　ここで、図６に示すように、モータ１４の回転数によらず、電流の制限値が一定である場合、モータ１４の回転数が比較的大きい領域では、減速部１５の損失トルクが大きくなるととともにモータ１４が発生するトルクは小さくなるため、減速部１５から所望のトルクを発生することができなくなる。
　そこで、本実施形態では、図８に示すように、制限値の絶対値は、モータ１４の速度（回転数）が大きくなるにしたがって大きくなるか（後述する順効率の場合）、または、小さくなる（後述する逆効率の場合）ように設定されている。また、制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって徐々に大きくなるか、または、徐々に小さくなるように設定されている。なお、減速部１５の損失トルクが摩擦にのみ起因する場合、制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって徐々に大きくなるか、または、徐々に小さくなる。しかしながら、モータ１４の制御によっては、モータ１４に回転数に応じて制限値の絶対値を小さくしていき、ある回転数以降、絶対値を大きくするように変化させる場合もある。
　また、図４に示すように、減速部１５の損失トルクの増加率は、減速部１５の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる。また、図５に示すように、モータ１４が発生するトルクの減少率は、減速部１５の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる。そこで、本実施形態では、制限値の変化率は、モータ１４の速度（回転数）が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。なお、図８の制限値の変化率は一例であり、制限値の変化率は、モータ１４の速度（回転数）が大きくなるにしたがって大きくならない場合もある。つまり、減速部１５の損失トルクの変化に沿うように制限値の変化率が設定される。
　また、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが同じある場合を、順効率という。言い換えると、順効率の場合、モータ１４および減速部１５において、モータ１４側から減速部１５側にトルクが伝達される。順効率は、たとえば、モータ１４によって関節１２の回動を加速する場合に相当する。順効率時では、減速部１５の損失トルクは、モータ１４が発生するトルクに対してマイナスに寄与する。
　また、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが逆である場合を、逆効率という。言い換えると、逆効率の場合、減速部１５の出力側からモータ１４側にトルクが伝達される。逆効率は、たとえば、モータ１４の減速度が大きい場合に相当する。逆効率時では、減速部１５の損失トルクは、モータ１４が発生するトルクに対してプラスに寄与する。このように、順効率時と逆効率時とで、モータ１４が発生するトルクに対する減速部１５の損失トルクの寄与が異なる。
　そこで、本実施形態では、図８に示すように、電流の制限値は、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有し、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含む。そして、順効率時の制限値および逆効率時の制限値は、モータ１４の速度（回転数）に応じて変化するように設定されている。なお、順効率時の制限値の絶対値は、逆効率時の制限値の絶対値よりも大きな値を有する。
　図７に示すように、順効率時の制限値がモータ１４の回転数によらず一定である場合、モータ１４の回転数の増加に伴って、マイナスに寄与する減速部１５の損失トルクが大きくなり、減速部１５の出力側のトルクが低下してしまう。また、逆効率時の制限値がモータ１４の回転数によらず一定である場合、モータ１４の回転数の増加に伴って、プラスに寄与する減速部１５の損失トルクが大きくなり、減速部１５に比較的大きなトルクがかかってしまう。このため、減速部１５が破損したり、減速部１５のボルトのゆるみ等が発生したり、また減速時のアームへの負担（応力）が増大する場合などがある。
　そこで、本実施形態では、図８に示すように、順効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている。
　また、上記のように、減速部１５の損失トルクの増加率は、減速部１５の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる（図４参照）。また、モータ１４が発生するトルクの減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる（図５参照）。そこで、本実施形態では、順効率時の制限値の増加率および逆効率時の制限値の減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。
　詳細には、図９に示すように、モータ１４に正方向に電流が流され（電流指令値が正）、かつ、モータ１４の回転が正方向である場合（順効率）、順効率時の制限値は、正の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる。また、モータ１４に正方向に電流が流され（電流指令値が正）、かつ、モータ１４の回転が負方向である場合（逆効率）、逆効率時の制限値は、正の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなる。
　また、図１０に示すように、モータ１４に負方向に電流が流され（電流指令値が負）、かつ、モータ１４の回転が負方向である場合（順効率）、順効率時の制限値は、負の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなる（絶対値は大きくなる）。また、モータ１４に負方向に電流が流され（電流指令値が負）、かつ、モータ１４の回転が正方向である場合（逆効率）、逆効率時の制限値は、負の値であるとともに、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなる（絶対値は小さくなる）。
　また、本実施形態では、制限値は、モータ１４が発生する力またはモーメント（本実施形態では、トルク）によって減速部１５が損傷されるのを抑制するように、かつ、減速部１５の出力側の力またはモーメント（本実施形態では、トルク）を一定の値に維持するように設定されている。具体的には、順効率時の制限値は、モータ１４の回転数が増加した場合でも、減速部１５の出力側のトルクが一定に保持されるように設定される。つまり、順効率時の制限値は、減速部１５の損失トルクとモータ１４が発生するトルクの減少分とを補うことが可能なように（かつ、減速部１５が損傷されるのを抑制するように）設定される。また、逆効率時の制限値は、モータ１４の回転数が増加した場合でも、減速部１５の損失トルクの増加に起因する減速部１５の損傷が抑制されるように設定される。順効率時の制限値および逆効率時の制限値は、実際にモータ１４を駆動させて、減速部１５の損失トルクおよびモータ１４のトルクの低下を測定し、この測定の結果に基づいて取得される。
　次に、図１１を参照して、減速部１５を介して駆動力を伝達するモータ１４に通電する電流を制限する電流制限方法について説明する。
　ステップＳ１において、電流制限装置２１は、モータ１４の速度（回転数）を取得する。具体的には、上位命令装置からの時刻歴指令位置を微分して速度（指令速度）を取得する。なお、エンコーダ１６から取得されるモータ１４の出力軸１７の角度位置に基づいて、モータ１４の回転数を取得してもよい。
　ステップＳ２において、電流制限部２３は、取得されたモータ１４の速度（回転数）に基づいて、モータ１４に通電する電流の制限値を設定する。
　ステップＳ３において、電流制限部２３は、設定された制限値の範囲内において、モータ１４に通電する。上記のステップＳ１～Ｓ３の動作は、モータ１４の動作中に繰り返し行われている。
　［本実施形態の効果］
　本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　本実施形態では、上記のように、モータ１４に通電する電流の制限値は、モータ１４の回転数に応じて変化するように設定されている。これにより、モータ１４の回転数（速度）に応じて変化する減速部１５の損失、および、モータ１４の発生するトルクの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、モータ１４に通電する電流の上限値が設定されている構成において、モータ１４の回転数が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるかまたは小さくなるように設定されている。ここで、減速部１５の損失は、モータ１４が発生するトルクにプラスに寄与する場合（逆効率の場合）と、マイナスに寄与する場合（順効率の場合）とがある。そこで、減速部１５の損失が、モータ１４が発生する力にマイナスに寄与する場合に、順効率の制限値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくすることによって、モータ１４の発生するトルクの低下と減速部１５の損失とを補うようにモータ１４に通電する電流を調整することができる。また、減速部１５の損失が、モータ１４が発生する力にプラスに寄与する場合に、逆効率の制限値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくすることによって、減速部１５の損失がプラスになる分を除去するようにモータ１４に通電する電流を調整することができる。これら結果、減速部１５の損失がプラスに寄与する場合とマイナスに寄与する場合との両方において、モータ１４に通電する電流を適切に調整することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制限値の変化率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。これにより、減速部１５の損失の変化率、および、モータ１４の発生するトルクの低下の変化率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるので、制限値の変化率をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定することによって、モータ１４に通電する電流をより適切に調整することができる。その結果、モータ１４のトルクを適切に調整することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、電流の制限値は、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有し、モータ１４の駆動方向（回転方向）とモータ１４から出力される力またはモーメント（本実施形態では、トルク）の方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、順効率時の制限値および逆効率時の制限値は、モータ１４の回転数に応じて変化するように設定されている。ここで、順効率の場合、減速部１５の損失は、モータ１４が発生する力にマイナスに寄与し、逆効率の場合、減速部１５の損失は、モータ１４が発生する力にプラスに寄与する。そこで、上記のように、制限値が、順効率時の制限値と、順効率時の制限値と異なる値を有する逆効率時の制限値とを含むことによって、順効率および逆効率のいずれの場合においても、モータ１４に通電する電流を適切に調整することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、順効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている。これにより、順効率の場合には、減速部１５の損失は、モータ１４が発生するトルクにマイナスに寄与するので、順効率時の制限値の絶対値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定することによって、モータ１４の発生するトルクの低下と減速部１５による損失とを補うようにモータ１４に通電する電流を適切に調整することができる。また、逆効率の場合には、減速部１５の損失は、モータ１４が発生するトルクにプラスに寄与するので、逆効率時の制限値の絶対値をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定することによって、減速部１５に過大なトルクがかかること起因して減速部１５が損傷するのを抑制することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、順効率時の制限値の増加率および逆効率時の制限値の減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている。これにより、減速部１５の損失の増加率、および、モータ１４の発生するトルクの低下の減少率は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるので、順効率時の制限値の増加率および逆効率時の制限値の減少率をモータ１４の回転数が大きくなるにしたがって大きくなるように設定することによって、モータ１４に通電する電流をより適切に調整することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制限値は、モータ１４の回転数に応じて変化するように設定されている。これにより、モータ１４の回転数に応じて変化する減速部１５の損失トルク、および、モータ１４の発生するトルクの低下に応じて、制限値を変化させることができる。その結果、モータ１４の回転数が大きくなった場合に、減速部１５の損失、および、モータ１４の発生するトルクの低下を考慮して、モータ１４に通電する電流を調整することができるので、モータ１４の回転数が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、制限値は、モータ１４が発生するトルクによって減速部１５が損傷されるのを抑制するように、かつ、減速部１５の出力側のトルクを一定の値に維持するように設定されている。これにより、減速部１５が損傷されるのを抑制しながら、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、モータ１４は、ロボット１０の関節１２に設けられている。これにより、ロボット１０の関節１２に設けられるモータ１４において、モータ１４の回転数が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。
　［変形例］
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
　たとえば、上記実施形態では、産業用のロボット１０に本開示を適用する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図１２に示すように、医療用のロボット３０に本開示を適用してもよい。ロボット３０は、ポジショナ３１（多関節ロボット）と、アームベース３２と、複数のアーム３３とを備えている。複数のアーム３３の各々の先端には、医療器具３４が取り付けられている。本開示の電流制限装置は、たとえば、ポジショナ３１（多関節ロボット）やアーム３３の関節のモータに流れる電流を制限する。これにより、医療用のロボット３０において、モータ１４の速度（回転数）が大きくなった場合でも、減速部１５から所望のトルクを出力することができる。
　特に医療用のロボット３０では、医療用のロボット３０を配置するためのスペースが限られている、関節が多い、衝突時の衝撃の低減のために駆動電圧を低くする必要がある、などの理由から、低出力のモータ１４を高減速比で使用することがある。この場合、駆動系の摩擦による影響が大きくなるため、本開示のように電流の制限値をモータ１４の回転数に応じて変化させることは特に有効である。
　また、上記実施形態では、本開示の「駆動部」としてモータ１４が適用される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、本開示の「駆動部」として比例ソレノイド、リニアモータ、ボイスコイルおよび球面アクチュエータなどのアクチュエータを適用してもよい。また、本開示の「駆動部」としてパウダクラッチ・ブレーキ、ヒステリシスクラッチ・ブレーキを適用してもよい。
　また、上記実施形態では、本開示の「駆動力伝達部」として減速部１５が適用される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、モータが直線運動するリニアモータである場合、駆動力伝達部は、リニアモータの直線運動の力を伝達する。また、制限値は、リニアモータの直線移動の速度に応じて変化するように設定される。
　また、上記実施形態では、順効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって徐々に大きくなり、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって徐々に小さくなるように設定されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、順効率時の制限値の絶対値が、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって段階的に大きくなり、逆効率時の制限値の絶対値が、モータ１４の回転が大きくなるにしたがって段階的に小さくなるように設定されていてもよい。
　また、上記実施形態では、制限値の変化率は、モータの速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、減速部１５の損失トルクやモータ１４の回転数の増加に伴うモータ１４の発生するトルク低下の変化率が小さい場合（線形に近い場合）など、制限値の変化率が一定であってもよい。
　また、上記実施形態では、順効率時の制限値と逆効率時の制限値とが設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、順効率時の制限値と逆効率時の制限値との差異が小さい場合などでは、順効率と逆効率とにおいて共通の制限値が設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、逆効率時の制限値の絶対値は、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、モータ１４の制御によっては、モータ１４の回転数の高速域において、逆効率時の制限値の絶対値を、モータ１４の回転数が大きくなるにしたがって小さくなるように設定してもよい。
　また、上記実施形態では、位置／速度制御部２２が、モータ１４ａ～１４ｆに対して共通に（１つ）設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図１３に示すように、位置／速度制御部１２２ａ～１２２ｆが、モータ１４ａ～１４ｆに対して個別に設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、位置／速度制御部２２と、電流制限部２３ａ～２３ｆとが個別に設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、図１４に示すように、位置／速度制御部および電流制限部を含む１つの制御部２６が設けられていてもよい。
　また、上記実施形態では、電流制限部２３が、アンプ２５の上流側に設けられている例を示したが、本開示はこれに限られない。本開示では、電流制限部２３は、位置／速度制御部２２とモータ１４とが接続されるラインの何処か（アンプ２５の出力側、エンコーダ１６からフィードバックされるラインなど）に設けられていればよい。
　１０　ロボット
　１２、１２ａ～１２ｆ　関節
　１４、１４ａ～１４ｆ　モータ（駆動部）
　１５、１５ａ～１５ｆ　減速部（駆動力伝達部）
　２０　ロボット制御部
　２１　電流制限装置
　２３、２３ａ～２３ｆ　電流制限部
　３０　ロボット（医療用のロボット）
　１００　ロボットシステム

Claims (12)

  1. 　電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限装置であって、
    　前記駆動部に通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を備え、
    　前記制限値は、前記駆動部の速度に応じて変化するように設定されている、電流制限装置。
  2. 　前記制限値の絶対値は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるかまたは小さくなるように設定されている、請求項１に記載の電流制限装置。
  3. 　前記制限値の変化率は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている、請求項２に記載の電流制限装置。
  4. 　前記制限値は、前記駆動部の駆動方向と前記駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが同じである場合の順効率時の制限値と、前記順効率時の制限値と異なる値を有し、前記駆動部の駆動方向と前記駆動部から出力される力またはモーメントの方向とが逆である場合の逆効率時の制限値とを含み、
    　前記順効率時の制限値および前記逆効率時の制限値は、前記駆動部の速度に応じて変化するように設定されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の電流制限装置。
  5. 　前記順効率時の制限値の絶対値は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定され、
    　前記逆効率時の制限値の絶対値は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって小さくなるように設定されている、請求項４に記載の電流制限装置。
  6. 　前記順効率時の制限値の増加率および前記逆効率時の制限値の減少率は、前記駆動部の速度が大きくなるにしたがって大きくなるように設定されている、請求項５に記載の電流制限装置。
  7. 　前記駆動部は、モータを含み、
    　前記駆動力伝達部は、前記モータの回転を減速して伝達する減速部を含み、
    　前記制限値は、前記モータの回転数に応じて変化するように設定されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の電流制限装置。
  8. 　前記制限値は、前記駆動部が発生する力またはモーメントによって前記駆動力伝達部が損傷されるのを抑制するように、かつ、前記駆動力伝達部の出力側の力またはモーメントを一定の値に維持するように設定されている、請求項１～７のいずれか１項に記載の電流制限装置。
  9. 　前記駆動部は、ロボットの関節に設けられるモータを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の電流制限装置。
  10. 　前記ロボットは、医療用のロボットを含む、請求項９に記載の電流制限装置。
  11. 　ロボットと、
    　前記ロボットを制御するロボット制御部とを備え、
    　前記ロボットは、
    　関節と、
    　前記関節に設けられるモータと、
    　前記モータの回転を減速させる減速部とを含み、
    　前記ロボット制御部は、前記モータに通電する電流を制限値の範囲内に制限する電流制限部を含み、
    　前記制限値は、前記モータの速度に応じて変化するように設定されている、ロボットシステム。
  12. 　電流が流されることにより力またはモーメントを発生し、駆動力伝達部を介して駆動力を伝達する駆動部に通電する電流を制限する電流制限方法であって、
    　前記駆動部の速度を取得するステップと、
    　取得された前記駆動部の速度に基づいて、前記駆動部に通電する電流の制限値を設定するステップと、
    　前記設定された制限値の範囲内において、前記駆動部に通電するステップとを備える、電流制限方法。
     
     
     
     
PCT/JP2021/030549 2020-08-24 2021-08-20 電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法 WO2022044990A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180051813.1A CN116323104A (zh) 2020-08-24 2021-08-20 电流限制装置、机器人系统以及电流限制方法
US18/022,566 US20230405814A1 (en) 2020-08-24 2021-08-20 Current limiting device, robot system, and current limiting method
KR1020237010118A KR20230054875A (ko) 2020-08-24 2021-08-20 전류 제한 장치, 로봇 시스템 및 전류 제한 방법
EP21861417.0A EP4201605A1 (en) 2020-08-24 2021-08-20 Current limiting device, robot system, and current limiting method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-140784 2020-08-24
JP2020140784A JP2022036526A (ja) 2020-08-24 2020-08-24 電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022044990A1 true WO2022044990A1 (ja) 2022-03-03

Family

ID=80355228

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/030549 WO2022044990A1 (ja) 2020-08-24 2021-08-20 電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230405814A1 (ja)
EP (1) EP4201605A1 (ja)
JP (1) JP2022036526A (ja)
KR (1) KR20230054875A (ja)
CN (1) CN116323104A (ja)
WO (1) WO2022044990A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008073790A (ja) 2006-09-20 2008-04-03 Toyota Motor Corp ロボットとロボットの制御装置および制御方法
JP2010194645A (ja) * 2009-02-24 2010-09-09 Kawasaki Heavy Ind Ltd ロボット、電流制限装置及び電流制限方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008073790A (ja) 2006-09-20 2008-04-03 Toyota Motor Corp ロボットとロボットの制御装置および制御方法
JP2010194645A (ja) * 2009-02-24 2010-09-09 Kawasaki Heavy Ind Ltd ロボット、電流制限装置及び電流制限方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20230405814A1 (en) 2023-12-21
JP2022036526A (ja) 2022-03-08
CN116323104A (zh) 2023-06-23
KR20230054875A (ko) 2023-04-25
EP4201605A1 (en) 2023-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4294646B2 (ja) ロボットアームの制御方法および制御装置
CN109664297B (zh) 机器人的振动抑制方法、系统、装置及计算机可读存储器
JP5488610B2 (ja) ロボット
WO2015186572A1 (ja) ロボットの制御装置
JP6699843B2 (ja) ロボットアームの制御システム
US9796087B2 (en) Control system for power unit
US20240058949A1 (en) Robot, drive unit for a robot and positioning method
EP3634693A1 (en) Collaborative robot
JP6417034B2 (ja) コボティックマニピュレーター
WO2022044990A1 (ja) 電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法
JP4442464B2 (ja) 多関節アーム機構
JPH06262565A (ja) ブレーキ装置及びマニピュレータ装置
EP1905552A1 (en) A robot with at least two separate brake devices and a method of controlling such a robot
JP2014046425A (ja) 駆動装置
WO2022054752A1 (ja) 電流制限装置、ロボットシステムおよび電流制限方法
US9209740B2 (en) Actuating apparatus
WO2018173634A1 (ja) 機械装置の動力伝達システム
JP2022036526A5 (ja)
JP7005127B2 (ja) 制御システム
WO2024024578A1 (ja) ロボットの制御方法及びロボットの制御装置
KR20190062097A (ko) H∞ 제어에 의한 파동 기어 장치를 구비한 액추에이터의 위치결정 제어장치
CN116113522A (zh) 机器人控制方法以及机器人控制装置
JP2021058953A (ja) ロボット制御装置
JPH0887330A (ja) 自動制御装置
JPS63198105A (ja) 位置決め装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21861417

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237010118

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021861417

Country of ref document: EP

Effective date: 20230324