WO2023152850A1 - 電動モータ及びモータブレーキの制御装置、ロボット、電動モータ及びモータブレーキの制御方法、並びに、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法 - Google Patents

電動モータ及びモータブレーキの制御装置、ロボット、電動モータ及びモータブレーキの制御方法、並びに、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法 Download PDF

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WO2023152850A1
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brake
motor
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operation state
electric motor
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佑典 鈴木
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株式会社Fuji
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/02Details of stopping control
    • H02P3/04Means for stopping or slowing by a separate brake, e.g. friction brake or eddy-current brake

Definitions

  • This specification relates to an electric motor and motor brake control device, a robot, an electric motor and motor brake control method, and an electric motor and motor brake control method for a robot.
  • Patent Document 1 discloses a detection result of an excitation state of an excitation coil of an electromagnetic brake, a drive control command to a motor drive control unit, and a braking control to an electromagnetic brake control unit.
  • a failure determination means for determining a failure of the electromagnetic brake control unit based on the presence or absence of a command is input, the transistor is turned off to turn off the control switch, and the motor drive control unit and the A motor control device is disclosed that includes a power supply control circuit (third transistor drive circuit) that stops the supply of power to an electromagnetic brake control section to put both control sections in an inoperative state.
  • the present specification provides a control device for an electric motor and a motor brake, a robot, a method for controlling an electric motor and a motor brake, an electric motor for a robot, and a motor brake, which can reduce the control load.
  • a method for controlling a motor brake is disclosed.
  • the present specification describes a detection unit that detects a brake operation state that is an operation state of a motor brake that applies a brake to an electric motor, a detection operation state that is the brake operation state detected by the detection unit, and a detection operation for the motor brake.
  • a control device for an electric motor and a motor brake is disclosed, which includes a transition unit for transitioning the brake operation state or the motor operation state of the electric motor from a control command.
  • the transition unit can transition the brake operation state or the motor operation state of the electric motor from the detected operation state, which is the brake operation state detected by the detection unit, and a control command for the motor brake. becomes.
  • the transition portion can configure this transition portion with an electric circuit. Therefore, in the control device for the electric motor and the motor brake, it is possible to reduce the control load of the brake control in the motor brake.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an ultrasonic diagnostic system 10 to which a robot 20 is applied;
  • FIG. FIG. 2 is a side view showing the robot 20 shown in FIG. 1;
  • 4 is a schematic diagram showing an electric motor MT;
  • FIG. FIG. 4 is a sectional view showing the inside of the motor brake 70 (brake holding state) shown in FIG. 3;
  • FIG. 4 is a sectional view showing the inside of the motor brake 70 (brake released state) shown in FIG. 3;
  • 3 is a block diagram (control circuit diagram) showing a control device 90 shown in FIG. 2.
  • FIG. FIG. 3 is a block diagram (control circuit diagram) for explaining the operation of the control device 90 shown in FIG. 2 (normal state when a brake-on command is issued);
  • FIG. 3 is a block diagram (control circuit diagram) for explaining the operation of the control device 90 shown in FIG. 2 (abnormal state at brake-on command: short-circuit failure);
  • FIG. 3 is a block diagram (control circuit diagram) for explaining the operation of the control device 90 shown in FIG. 2 (normal state when a brake-off command is issued);
  • FIG. 3 is a block diagram (control circuit diagram) for explaining the operation of the control device 90 shown in FIG. 2 (abnormal state at brake off command: open failure); It is a process drawing which shows the control method of an electric motor and a motor brake.
  • the ultrasonic diagnostic system 10 is a medical device that performs ultrasonic diagnosis by holding an ultrasonic probe, which is an end effector EF, in a robot 20 and driving the robot 20 so that the ultrasonic probe is pressed against the skin of a subject. is.
  • the ultrasonic diagnostic system 10 applies ultrasonic waves to a diagnostic target area of a subject, acquires a cross-sectional image of the diagnostic target area, and uses the acquired image for echo diagnosis to check the state of the diagnostic target area. be done.
  • the ultrasonic diagnostic system 10 mainly includes a robot 20 and an ultrasonic diagnostic apparatus 100, as shown in FIG.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus 100 includes an ultrasonic probe EF and an ultrasonic diagnostic apparatus body 102 to which the ultrasonic probe EF is connected via a cable.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus main body 102 includes a control unit 103 that controls the entire apparatus, an instruction input unit 104 that inputs an instruction such as the start of diagnosis, and a signal received from the ultrasonic probe EF to generate an ultrasonic image. and a display unit 106 for displaying the generated ultrasound image.
  • the robot 20 is a so-called medical robot used for medical purposes, and includes a robot arm 20a and a robot main body 20b.
  • the robot main body 20 b includes a base 26 and a lifting device 40 .
  • the robot arm 20a includes a first arm 21, a second arm 22, a base 25, a first joint shaft 31, a second joint shaft 32, a third joint shaft 33, a first arm drive motor 35, A second arm driving motor 36 , a posture holding device 37 , and a rotating three-axis mechanism 50 are provided.
  • the proximal end of the first arm 21 is connected to the base 25 via the first joint shaft 31.
  • the body of the first joint shaft 31 is fixed to the base 25 , and the base end of the first arm 21 is connected to the rotating portion of the first joint shaft 31 .
  • the first arm drive motor 35 is built in the main body of the first joint shaft 31, and rotates the rotating portion of the first joint shaft 31 around the rotation axis (extending along the Z-axis direction) to The first arm 21 is rotated (turned) along the horizontal plane (XY plane).
  • the first arm 21 includes a vertical portion 21a extending along the vertical direction and a horizontal portion 21b extending horizontally from the upper end of the vertical portion 21a.
  • a lower end portion of the vertical portion 21 a is connected to a rotating portion of the first joint shaft 31 .
  • a base end portion of the horizontal portion 21b is connected to an upper end portion of the vertical portion 21a, and a rotating portion of the second joint shaft 32 is connected to a distal end portion of the horizontal portion 21b.
  • the first arm 21 may be formed without the vertical portion 21a.
  • the proximal end of the second arm 22 is connected to the distal end of the first arm 21 via the second joint shaft 32 .
  • the body of the second joint shaft 32 is fixed to the proximal end of the second arm 22 , and the rotating portion of the second joint shaft 32 is connected to the distal end of the first arm 21 .
  • the second arm drive motor 36 is built in the main body of the second joint shaft 32, and rotates the rotating portion of the second joint shaft 32 around the rotation axis (extending along the Z-axis direction) to The second arm 22 is rotated (turned) along the horizontal plane (XY plane).
  • the elevating device 40 is installed on the base 26 and raises and lowers the base 25 with respect to the base 26 .
  • the base 26 has wheels 26a.
  • the lifting device 40 includes a slider 41 fixed to the base 25, a guide member 42 fixed to the base 26 and extending in the vertical direction to guide the movement of the slider 41; a ball screw shaft 43 (elevating shaft) extending in a direction and screwed into a ball screw nut (not shown) fixed to the slider 41; It has The elevator device 40 moves the base 25 fixed to the slider 41 up and down along the guide member 42 by rotationally driving the ball screw shaft 43 by the elevator drive motor 44 .
  • the rotating 3-axis mechanism 50 is connected to the tip of the second arm 22 via a third joint shaft 33 extending in the vertical direction.
  • the rotating three-axis mechanism 50 includes a first rotating shaft 51, a second rotating shaft 52, and a third rotating shaft (tip shaft 53) that are orthogonal to each other, a first rotating shaft drive motor 55 that rotates the first rotating shaft 51, A second rotary shaft drive motor 56 that rotates the second rotary shaft 52 and a tip shaft drive device 60 that drives the tip shaft 53 are provided.
  • the first rotating shaft 51 is supported in an orthogonal posture with respect to the third joint shaft 33 .
  • the second rotating shaft 52 is supported in an orthogonal posture with respect to the first rotating shaft 51 .
  • the third rotating shaft (tip shaft 53 ) is supported in a posture perpendicular to the second rotating shaft 52 .
  • the distal shaft 53 holds an ultrasonic probe EF as an end effector so as to be coaxial with the distal shaft 53 .
  • the tip shaft driving device 60 includes a drive motor 60a for driving the tip shaft 53 to rotate.
  • the robot 20 performs translational motion in three directions, the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, by the first arm drive motor 35, the second arm drive motor 36, and the lifting device 40, and rotates on three axes.
  • the tip axis 53 that is, the end effector EF can be moved in any position at any position. can be moved to
  • the posture holding device 37 is built in the third joint shaft 33 and has a posture holding motor 37a.
  • the posture holding device 37 holds the posture of the rotating three-axis mechanism 50 (orientation of the first rotating shaft 51) in a constant direction regardless of the postures of the first arm 21 and the second arm 22.
  • the posture holding device 37 is configured so that the axial direction of the first rotating shaft 51 is always in the left-right direction (X-axis direction) based on the rotation angle of the first joint shaft 31 and the rotation angle of the second joint shaft 32 .
  • the rotation angle of the three-joint shaft 33 is controlled. As a result, control of translational motion in three directions and control of rotational motion in three directions can be performed independently of each other, facilitating control.
  • the lifting device 40, the joint shafts 31, 32, 33, the first rotating shaft 51, the second rotating shaft 52, and the third rotating shaft (tip shaft 53) are respectively driven by motors 44, 35, 36, 37a, It is a drive shaft driven by 55, 56, 60a (electric motor).
  • FIG. 3 schematically shows the motor MT.
  • Each of the motors 35, 36, 37a, 44, 55, 56, 60a is an electric motor, and as shown in FIG. and a rotor MT5 provided with a rotation axis MT4.
  • the motor brake 70 is a device for braking the motor MT, that is, a device for braking the rotating shaft (output shaft) MT4 of the motor MT.
  • the motor brake 70 includes a casing 71 (see FIG. 3), a stator 72, a coil 73, a plate 74, a rotor 75, an armature 76, and a biasing member 77, as shown in FIG. .
  • Stator 72 , coil 73 , plate 74 , rotor 75 , armature 76 and biasing member 77 are housed within casing 71 .
  • the motor brake 70 may be called a robot motor brake that brakes the motor MT that drives the drive shaft.
  • the stator 72 is fixed to the casing 71, and a coil 73, which is a braking coil, is provided inside the stator 72.
  • a coil 73 which is a braking coil, is provided inside the stator 72.
  • the motor brake 70 is a non-excited brake that enters a braking state in a non-excited state.
  • the stator 72 is formed in an annular shape, and a through hole 72a is provided in the central portion of the stator 72 .
  • a rotary shaft MT4 of the motor MT is inserted through the through hole 72a.
  • a plate 74 is attached to the stator 72 via a plurality of (three) struts 78 .
  • the plate 74 is formed in an annular plate shape, and has a through hole 74a provided in the central portion of the plate 74 .
  • a rotary shaft MT4 of the motor MT is inserted through the through hole 74a.
  • the strut 78 is formed in a pipe shape, and the bolt 81 is inserted therethrough.
  • the bolts 81 pass through the through holes 72 b of the stator 72 and the through holes 74 b of the struts 78 and plates 74 , and are fastened with nuts 82 , so that the plate 74 can be assembled and fixed to the stator 72 together with the struts 78 .
  • the struts 78 are arranged at every predetermined angle (120 degrees in this embodiment) along the circumferential direction.
  • An annular plate rotor 75 is disposed between the stator 72 and the plate 74 so as to be axially movable and rotatable.
  • An annular rotor hub 79 is connected to a through hole 75 a provided in the central portion of the rotor 75 .
  • a through-hole 79a provided in the central portion of the rotor hub 79 is connected to the rotating shaft MT4 of the motor MT inserted through the through-hole 79a, and the rotor 75 is rotatable integrally with the rotating shaft MT4 of the motor MT. .
  • An annular plate armature 76 is arranged between the stator 72 and the rotor 75 so as to be axially movable and non-rotatable.
  • the armature 76 is biased away from the stator 72 by a plurality of (three) biasing members 77 .
  • the urging members 77 are arranged at every predetermined angle (120 degrees in this embodiment) along the circumferential direction.
  • a compression coil spring is employed as the biasing member 77 . It should be noted that any member that applies a force may be used, and a spring or elastic material other than a compression coil spring may be employed.
  • the biasing member 77 is housed in a housing hole 72c formed in the stator 72. One end of the biasing member 77 contacts the bottom surface of the housing hole 72c and the other end of the biasing member 77 contacts one side surface of the armature . are in contact with
  • the controller 90 is provided in the robot 20 as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the control device 90 is configured as a microprocessor centered on a CPU 91. In addition to the CPU 91, a ROM 92, a RAM 93, a motor brake driver 94a, and a motor driver 94b (see FIGS. 7A and 7B). 7B), input/output ports and communication ports (not shown). The control device 90 also outputs drive signals to the motors 35, 36, 37a, 44, 55, 56, 60a and the motor brake 70 through output ports. Also, the control device 90 communicates with the control unit 103 of the ultrasonic diagnostic apparatus 100 via a communication port to exchange data.
  • the control device 90 includes a motor brake control circuit 95 that controls energization of the coil 73 of the motor brake 70 (ie, driving the motor brake 70), and a motor control circuit 95 that controls energization of the motor MT (ie, driving the motor MT).
  • a circuit 98 is provided in the motor brake control circuit 95.
  • a brake ON/OFF control switch 95a and a coil 73 are connected in series between the power supply V and the ground.
  • the brake ON/OFF control switch 95a is a switching element that switches between energization and non-energization of the coil 73 (controlled object).
  • the switching element is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the brake ON/OFF control switch 95a is switched on/off according to a gate signal input to the gate from the motor brake driver 94a.
  • a surge diode 95 b is provided in parallel with the coil 73 .
  • the motor control circuit 98 has a motor ON/OFF control switch 98a and an electric motor MT connected in series between the power source V and the ground.
  • the motor ON/OFF control switch 98a is a switching element that switches between energization and non-energization of the electric motor MT (controlled object).
  • the switching element is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • the motor ON/OFF control switch 98a is switched on/off according to a gate signal input to the gate from the motor driver 94b.
  • the motor ON/OFF control switch 98a By turning on (closing) the motor ON/OFF control switch 98a, the coil of the electric motor MT can be energized and the electric motor MT can be rotationally driven. On the other hand, by turning off (opening) the motor ON/OFF control switch 98a, it is possible to deenergize the electric motor MT and stop the rotation of the electric motor MT.
  • the control device 90 includes a detection unit 97 that detects a braking operation state that is an operation state of the motor brake 70 that brakes the electric motor MT; A transition unit 96 that transitions the brake operation state or the motor operation state of the electric motor MT from a control command (brake control signal) to 70 is further provided.
  • the detection unit 97 has a detection element 97b connected in series to the coil 73, and a detector 97a capable of detecting the energization state of the detection element 97b and outputting the detection result.
  • the detection element 97b is preferably a shunt resistor for current detection. It should be noted that voltage may be detected instead of current detection.
  • the detector 97a is preferably a comparator formed by an operational amplifier, for example.
  • the detector 97a detects a current (detects an energized state), it outputs a HIGH level (hereinafter sometimes abbreviated as H level) signal indicating that fact, and does not detect a current (non-current state).
  • H level HIGH level
  • L level LOW level
  • the detection operation state is a holding state in which the brake is held, that is, a brake-on state, and the detection unit 97 outputs an L level signal.
  • the transition unit 96 shifts the brake operation state or the motor operation state of the electric motor MT when the detected operation state and the brake control signal (control command) do not match (when the detected operation state does not correspond to the control command). do.
  • the transition unit 96 (first transition unit 96a) can determine that the detected operation state is an open state (brake off state) in which the brake is released due to an abnormality, and the detected operation state is When it is determined that the brake is released due to an abnormality, the brake operating state is changed from the released state to the holding state (brake ON state) in which the brake is held.
  • the transition unit 96 (second transition unit 96b) can determine that the detection operation state is a holding state (brake-on state) in which the brake is held due to an abnormality, and the detection operation state is due to the abnormality.
  • the motor operating state is changed from the driving state to the stopped state.
  • the brake control signal is a signal (control command) output from the motor brake drive driver 94a to the brake ON/OFF control switch 95a. Therefore, the brake ON/OFF control switch 95a is turned off. On the other hand, when the brake control signal is an ON signal (H level), that is, a brake-off command, the brake ON/OFF control switch 95a is turned on to release the brake.
  • the transition unit 96 includes a first transition unit 96a (see FIG. 5) that shifts the brake operation state and a second transition unit 96b (FIG. 7A) that shifts the motor operation state when the detected operation state and the control command do not match. and FIG. 7B).
  • the first transition section 96a has an AND gate 96a1 and a transition switch 96a2.
  • the AND gate 96a1 outputs a brake control signal (control command) having an ON signal (brake ON command) for holding the brake and an OFF signal (brake OFF command) for releasing the brake, and a detection result from the detector 97a. , and outputs an output signal that is set based on the detected operating state and the brake control signal.
  • the AND gate 96a1 preferably has a latch function to maintain the output signal until it is reset.
  • the AND gate 96a1 outputs an H level output signal only when an L level brake control signal and an H level detection result are input; When a level detection result is input, when an H level brake control signal and an H level detection result are input, and when an H level brake control signal and an L level detection result are input), the L level output signal.
  • AND gate 96a1 another component (for example, a NAND gate) may be employed, or an SR latch and an inverter may be added.
  • the transition switch 96a2 is connected in series with the coil 73 and is opened and closed based on the output signal from the AND gate 96a1.
  • the coil 73 is not energized from the power supply V.
  • the shift switch 96 a 2 is a switching element that switches between energization and non-energization of the coil 73 .
  • the transition switch 96a2 is switched on/off according to a gate signal input to the gate from the AND gate 96a1, not from the motor brake driver 94a.
  • the gate signal is at H level
  • the transition switch 96a2 is turned off, the coil 73 is de-energized, and the brake is applied.
  • the shift switch 96a2 is turned on, the coil 73 is energized, and the brake is released.
  • the first transition unit 96a performs on/off control of the transition switch 96a2 according to the states of the input signals to the two input terminals of the AND gate 96a1 (processing by electric circuit (hardware control)). becomes possible.
  • the first transition unit 96a can control the transition switch 96a2 by hardware instead of software processing that directly turns on/off the transition switch 96a2 in response to a control command from the motor brake driver 94a. That is, the detected operation state of the motor brake 70 is not directly fed back to the CPU 91, but is input to the input terminal of the AND gate 96a1 of the first transition section 96a, and the ON/OFF control of the transition switch 96a2 is performed by the output signal from the AND gate 96a1.
  • transition 96 which is an electrical circuit. Therefore, compared to the conventional case where the detected operation state of the motor brake 70 is directly fed back to the CPU 91 and the brake control command is directly output to the shift switch 96a2 based on the detected operation state, the software processing burden on the CPU 91 is reduced. (control load) can be reduced.
  • the second transition section 96b has an AND gate 96b1 and a transition switch 96b2.
  • the AND gate 96b1 outputs a brake control signal (control command) having an ON signal (brake ON command) to hold the brake and an OFF signal (brake OFF command) to release the brake, and a detection result from the detector 97a. , and outputs an output signal that is set based on the detected operating state and the brake control signal.
  • the AND gate 96b1 preferably has a latch function to maintain the output signal until it is reset.
  • the AND gate 96b1 outputs an H level output signal only when an H level brake control signal and an L level detection result are input; When inputting a level detection result, when inputting an L level brake control signal and an L level detection result, and when inputting an L level brake control signal and an H level detection result), the L level output signal.
  • AND gate 96b1 instead of the AND gate 96b1, another component (for example, a NAND gate) may be employed, or an SR latch and an inverter may be added.
  • a NAND gate For example, a NAND gate
  • an SR latch and an inverter may be added.
  • the shift switch 96b2 is connected in series with the electric motor MT and is opened and closed based on the output signal from the AND gate 96b1.
  • the transition switch 96b2 is a switching element that switches between energization and non-energization of the electric motor MT.
  • the transition switch 96b2 is switched on/off according to a gate signal input to the gate from the AND gate 96b1, not from the motor drive driver 94b.
  • the gate signal is at H level
  • the transition switch 96b2 is turned off, the electric motor MT is de-energized, and the electric motor MT is rotationally driven.
  • the transition switch 96b2 is turned on, the electric motor MT is energized, and the rotation of the electric motor MT is stopped.
  • the second transition unit 96b controls the transition switch 96b2 on and off according to the states of the input signals to the two input terminals of the AND gate 96b1 (processing by electric circuit (hardware control)). becomes possible.
  • the second transition unit 96b can control the transition switch 96b2 by hardware instead of the software processing of directly turning on/off the transition switch 96b2 according to the motor control command from the motor driver 94b. That is, the detected operation state of the motor brake 70 is not directly fed back to the CPU 91, but is input to the input terminal of the AND gate 96b1 of the second transition section 96b, and the ON/OFF control of the transition switch 96b2 is performed by the output signal from the AND gate 96b1.
  • transition 96 which is an electrical circuit. Therefore, compared to the conventional case where the detected operation state of the motor brake 70 is directly fed back to the CPU 91 and the motor control command is directly output to the shift switch 96b2 based on the detected operation state, the software processing load of the CPU 91 is reduced. (control load) can be reduced.
  • the brake ON/OFF control switch 95a When turned off, the coil 73 is in a non-energized state, and the brake of the motor brake 70 is turned on (brake-on state). Since no current also flows through the detection element 97b, the output signal of the detector 97a is at L level. Since the brake control signal is at L level and the detection result is at L level, AND gate 96a1 outputs an L level signal, and transition switch 96a2 is turned on.
  • the brake control signal is an ON command (OFF signal (L level)) and the operating state of the motor brake control circuit 95 is abnormal (for example, power supply short or brake ON/OFF control switch 95a), the coil 73 is switched from non-energized to energized, and the motor brake 70 is turned off (released) (changes from brake-on to brake-off).
  • the output signal of the detector 97a changes from L level to H level. Since the brake control signal is at L level and the detection result is at H level, AND gate 96a1 outputs a signal from L level to H level, and shift switch 96a2 is turned from ON to OFF.
  • the transition switch 96a2 is turned off to change the coil 73 from the energized state to the non-energized state.
  • the brake of the brake 70 is turned on (held) (changed from the brake-off state to the brake-on state).
  • the output signal of the detector 97a becomes H level, that is, the output signal of the detector 97a is fed back to the CPU 91 to indicate that the operating state of the motor brake control circuit 95 is abnormal. You may make it alert
  • the brake control signal is an OFF command (ON signal (H level)) and the operating state of the motor brake control circuit 95 is normal
  • the coil 73 is energized.
  • the brake of the motor brake 70 is turned off (released) (brake off state). Since a current flows through the detection element 97b, the output signal of the detector 97a is at H level. Since the brake control signal is at H level and the detection result is at H level, the output signal of AND gate 96a1 of first transition portion 96a is at L level, and transition switch 96a2 is turned on.
  • the brake control signal is H level and the detection result is H level
  • the output signal of the AND gate 96b1 of the second transition section 96b becomes L level
  • the transition switch 96b2 provided on the motor control circuit 98 is turned on. be done.
  • the electric motor MT is energized and rotationally driven (driving state).
  • the brake control signal is an ON signal (H level) and the operating state of the motor brake control circuit 95 is abnormal (for example, a component failure or an open failure of the brake ON/OFF control switch 95a). ), the coil 73 changes from the energized state to the non-energized state, and the brake of the motor brake 70 is turned on (held) ((changes from the brake-off state to the brake-on state).
  • the detection element 97b the output signal of the detector 97a changes from H level to L level, and since the brake control signal is H level and the detection result is L level, the AND gate 96a1 of the first transition section 96a outputs The signal remains at the L level and the transition switch 96a2 remains on.
  • the AND gate 96b1 of the second transition section 96b outputs a signal from L level to H level because the brake control signal is H level and the detection result is transitioned from L level to H level, and the motor control circuit 98
  • the transition switch 96b2 provided above is transitioned from ON to OFF.
  • the electric motor MT stops being energized, changes from the energized state to the non-energized state, and transitions from the rotation drive (drive state) to the rotation stop (stop state). Therefore, even if the motor brake 70 is put into a brake-on state due to an abnormality, it is possible to stop the electric motor MT and protect the electric motor MT by stopping the energization to the electric motor MT in the locked state. Become.
  • the control method for the electric motor MT and the motor brake includes a detection step S102 for detecting a brake operation state, which is an operation state of the motor brake 70 that brakes the electric motor MT, and a detection step S102 for detecting the brake operation state detected by the detection step S102.
  • a transition step S104 of transitioning the brake operation state or the motor operation state of the electric motor MT based on the operation state and the control command for the motor brake 70 is provided.
  • the detection step S102 can detect the brake operation state based on the energization state of the coil 73, like the detection unit 97 described above.
  • the detection step S102 can obtain the same effect as the detection unit 97 described above.
  • the transition step S104 can transition the brake operation state or the motor operation state of the electric motor MT when the detected operation state and the control command do not match, as with the transition unit 96 described above.
  • the transition step S104 can obtain the same effect as the transition section 96 described above.
  • the transition step S104 similarly to the above-described first transition portion 96a, it is possible to determine that the detected operation state is an open state in which the brake is released due to an abnormality, and when the detected operation state is an open state due to an abnormality. When it is determined that there is, the brake operating state can be shifted from the released state to the holding state in which the brake is held. Specifically, the transition step S104 determines that the detected operation state is an abnormally opened state based on the energization state of the coil 73 and the control command, and determines that the detected operation state is an abnormally opened state. When it is determined that the brake is in the state of being, by stopping the energization of the coil 73 from the power source V, the brake operation state is changed from the released state to the holding state.
  • the transition step S104 similarly to the above-described second transition portion 96b, it is possible to determine that the detected operation state is the holding state in which the brake is held due to an abnormality, and the detection operation state is the holding state due to the abnormality. is determined, the motor operation state can be shifted from the drive state to the stop state.
  • the method for controlling the electric motor and the motor brake is applied to the robot 20 and is the method for controlling the motor brake for the robot.
  • a control method for a robot motor brake includes a detection step S102 and a transition step S104.
  • the detection step S102 detects the brake operation state, which is the operation state of the robot motor brake (70) that brakes the electric motor MT that drives the drive shaft.
  • a transition step S104 transitions the brake operation state or the motor operation state of the electric motor MT based on the detected operation state, which is the brake operation state detected in the detection step S102, and the control command for the robot motor brake (70).
  • the technical idea according to the present disclosure is not limited to medical robots, and may be applied to collaborative robots. In this case, it is possible to restrict the actions of the collaborative robot at unintended timings while it is stopped due to an abnormality.
  • the switches described above are not limited to switching elements such as transistors and MOSFETs, and mechanical switches such as relays and magnet switches may be employed.
  • the detection elements described above are not limited to shunt resistors, and other detection elements capable of detecting current (for example, Hall elements) may be employed.
  • the control device 90 for the electric motor and motor brake includes a detection unit 97 that detects a brake operation state, which is an operation state of the motor brake 70 that brakes the electric motor (motor MT), and a detection unit 97 that detects the brake operation state. and a transition unit 96 for transitioning the brake operation state or the motor operation state of the motor MT based on the detected operation state, which is the brake operation state detected, and the control command for the motor brake 70 .
  • the transition unit 96 shifts the brake operation state or the motor operation state of the motor MT based on the detected operation state, which is the brake operation state detected by the detection unit 97, and the control command for the motor brake 70. It becomes possible to As a result, it becomes possible to configure this transition portion 96 with an electric circuit. Therefore, in the control device 90 for the electric motor and the motor brake, it is possible to reduce the control load of the brake control in the motor brake 70 .
  • the transition unit 96 transitions the brake operation state or the motor operation state of the motor MT when the detected operation state and the control command do not match. According to this, the transition unit 96 can shift the brake operation state or the motor operation state of the motor MT from the two input signals of the detected operation state and the control command. As a result, it becomes possible to configure this transition portion 96 with an electric circuit.
  • the transition portion 96 (first transition portion 96a) can determine that the detected operation state is an open state in which the brake is released due to an abnormality, and the detected operation state is an abnormal release state. When it is determined that the brake is in the state, the brake operating state is changed from the released state to the holding state in which the brake is held. According to this, the transition portion 96 (first transition portion 96a) can detect that the detected operating state of the motor brake 70 is the open state due to an abnormality. to a hold state in which the brake is held. Further, it becomes possible to detect that the detected operation state of the motor brake 70 is the open state due to an abnormality with an independent hardware configuration. Furthermore, when a short failure occurs in the motor brake control circuit 95, reliable brake control can be performed.
  • the motor brake 70 has a brake coil (coil 73) that is energized from the power supply V to release the brake and is de-energized to hold the brake.
  • the transition portion 96 (first transition portion 96a) has a detection element 97b connected in series and a detector 97a capable of detecting the energized state of the detection element 97b and outputting the detection result.
  • a control command (brake control signal) having an ON signal to hold and an OFF signal to release the brake and a detection result from the detector 97a are inputted, and an output signal set based on the detection result and the control command is generated.
  • the transition section 96 (the first transition section 96a) can detect that the motor brake 70 is in an open state due to an abnormality. , the brake operating state can be shifted from the released state to the holding state in which the brake is held.
  • the AND gate 96a1 has a latch function of maintaining the output signal until it is reset. According to this, once an abnormality is detected, the output signal of the AND gate 96a1 is maintained at H level until the control device 90 is restarted, so that the holding state of the motor brake 70 can be maintained. When reset, the output signal of the AND gate 96a1 is set to L level (default value).
  • the transition unit 96 (second transition unit 96b) can determine that the detected operation state is a holding state in which the brake is held due to an abnormality, and is capable of determining that the detected operation state is a holding state due to an abnormality.
  • the motor operating state is changed from the driving state to the stopped state.
  • the transition section 96 (second transition section 96b) can detect that the detection operation state of the motor brake 70 is in the holding state due to an abnormality.
  • the motor operating state can be changed from the driving state to the stopped state.
  • a short-circuit failure occurs in the motor brake control circuit 95, it is possible to perform reliable electric motor control.
  • the robot 20 of the present embodiment includes drive shafts (elevating device 40, joint shafts 31, 32, 33, first rotating shaft 51, second rotating shaft 52, and third rotating shaft (tip a shaft 53)), a motor brake 70 that operates when the coil 73 is de-energized to apply a brake to the motor MT, and a controller 90 for the electric motor and the motor brake.
  • drive shafts elevating device 40, joint shafts 31, 32, 33, first rotating shaft 51, second rotating shaft 52, and third rotating shaft (tip a shaft 53)
  • a motor brake 70 that operates when the coil 73 is de-energized to apply a brake to the motor MT
  • a controller 90 for the electric motor and the motor brake even if an abnormality occurs in the motor brake control circuit 95 and the coil 73 is energized to open the motor brake 70, the motor brake 70 is a non-excited brake that is in the braking state in the non-excited state. Therefore, by forcibly bringing the coil 73 into the non-energized state, the motor brake 70 can
  • control method for the electric motor and the motor brake includes a detection step S102 for detecting a brake operation state, which is an operation state of the motor brake 70 that brakes the motor MT, and a detection step S102 for detecting the brake operation state detected by the detection step S102.
  • a transition step S104 of transitioning the brake operation state or the motor operation state of the motor MT based on the operation state and the control command to the motor brake 70 is provided. According to this, the transition step S104 shifts the brake operation state or the motor operation state of the motor MT from the detected operation state, which is the brake operation state detected by the detection step S102, and the control command for the motor brake 70. becomes possible. Therefore, in the electric motor and motor brake control method, it is possible to reduce the control load of the brake control in the motor brake 70 .
  • the transition step S104 transitions the brake operation state or the motor operation state of the motor MT when the detected operation state and the control command do not match.
  • the shift step S104 can shift the brake operation state or the motor operation state of the motor MT from the two input signals of the detected operation state and the control command.
  • the transition step S104 can determine that the detected operating state is an open state in which the brake is released due to an abnormality, and the detected operating state is an open state due to an abnormality. When it is determined that there is, the brake operating state is changed from the released state to the holding state in which the brake is held. According to this, the transition step S104 can detect that the detected operating state of the motor brake 70 is the open state due to an abnormality, and in this case, the brake operating state is changed from the released state to the holding state where the brake is held. state can be changed. Therefore, in the electric motor and motor brake control method, it is possible to reduce the control load of the brake control in the motor brake 70 .
  • the motor brake 70 has a brake coil (coil 73) that is energized from the power source V to release the brake and is de-energized to hold the brake. , an ON signal for holding the brake and an OFF signal for releasing the brake. Based on the state and the control command, it is determined that the detected operation state is an open state due to an abnormality, and when it is determined that the detected operation state is an open state due to an abnormality, the power supply V to the coil 73 By stopping the energization, the brake operating state is shifted from the released state to the holding state. According to this, by a simple method, the transition step S104 can detect that the detected operating state of the motor brake 70 is the open state due to an abnormality. It becomes possible to shift to a holding state in which the brake is held.
  • the transition step S104 can determine that the detected operation state is a holding state in which the brake is held due to an abnormality, and when the detected operation state is an abnormal holding state. When it is determined that there is, the motor operating state is shifted from the driving state to the stopped state. According to this, the transition step S104 can detect that the detected operation state of the motor brake 70 is the holding state due to an abnormality, and in this case, the motor operation state can be changed from the drive state to the stop state. becomes possible.
  • control method of the electric motor for the robot and the motor brake includes the drive shaft (elevating device 40, joint shafts 31, 32, 33, first rotating shaft 51, second rotating shaft 52, and third rotating shaft (tip shaft 53). ))), a detection step S102 for detecting a brake operation state that is an operation state of the robot motor brake 70 that brakes the motor MT that drives the robot, a detection operation state that is the brake operation state detected in the detection step S102, and a transition step S104 for transitioning the brake operation state or the motor operation state of the electric motor from the control command to the motor brake 70 for the electric motor. According to this, it is possible to obtain the effects described above also in the control method of the electric motor for the robot and the motor brake.

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Abstract

電動モータ及びモータブレーキの制御装置は、電動モータにブレーキをかけるモータブレーキの動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記ブレーキ動作状態である検出動作状態と、前記モータブレーキに対する制御指令とから、前記ブレーキ動作状態または前記電動モータのモータ動作状態を移行する移行部と、を備えている。

Description

電動モータ及びモータブレーキの制御装置、ロボット、電動モータ及びモータブレーキの制御方法、並びに、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法
 本明細書は、電動モータ及びモータブレーキの制御装置、ロボット、電動モータ及びモータブレーキの制御方法、並びに、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法に関する。
 電動モータ及びモータブレーキの制御装置の一形式として、特許文献1には、電磁ブレーキの励磁コイルの励磁状態の検出結果と、モータ駆動制御部への駆動制御指令及び電磁ブレーキ制御部への制動制御指令の有無とに基づいて、電磁ブレーキ制御部の故障を判定する故障判定手段と、故障判定信号が入力されると、トランジスタをオフさせて、制御用スイッチをオフ状態とし、モータ駆動制御部及び電磁ブレーキ制御部への電力の供給を停止して、両制御部を非作動状態にする電源制御回路(第3のトランジスタ駆動回路)と、を備えているモータの制御装置が開示されている。
特開平08-182365号公報
 上述した特許文献1に記載されているモータの制御装置において、制御負荷の軽減化が要請されている。
 このような事情に鑑みて、本明細書は、制御負荷の軽減化が可能である、電動モータ及びモータブレーキの制御装置、ロボット、電動モータ及びモータブレーキの制御方法、並びに、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法を開示する。
 本明細書は、電動モータにブレーキをかけるモータブレーキの動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出部と、前記検出部によって検出された前記ブレーキ動作状態である検出動作状態と、前記モータブレーキに対する制御指令とから、前記ブレーキ動作状態または前記電動モータのモータ動作状態を移行する移行部と、を備えた電動モータ及びモータブレーキの制御装置を開示する。
 本開示によれば、移行部が、検出部によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、モータブレーキに対する制御指令とから、ブレーキ動作状態または電動モータのモータ動作状態を移行することが可能となる。ひいては、この移行部を電気回路で構成することが可能となる。したがって、電動モータ及びモータブレーキの制御装置において、モータブレーキにおけるブレーキ制御の制御負荷の軽減化が可能となる。
ロボット20が適用された超音波診断システム10を示す外観斜視図である。 図1に示すロボット20を示す側面図である。 電動モータMTを示す概略図である。 図3に示すモータブレーキ70(ブレーキ保持状態)の内部を示す断面図である。 図3に示すモータブレーキ70(ブレーキ開放状態)の内部を示す断面図である。 図2に示す制御装置90を示すブロック図(制御回路図)である。 図2に示す制御装置90の動作(ブレーキオン指令時の正常状態)を説明するためのブロック図(制御回路図)である。 図2に示す制御装置90の動作(ブレーキオン指令時の異常状態:ショート故障)を説明するためのブロック図(制御回路図)である。 図2に示す制御装置90の動作(ブレーキオフ指令時の正常状態)を説明するためのブロック図(制御回路図)である。 図2に示す制御装置90の動作(ブレーキオフ指令時の異常状態:オープン故障)を説明するためのブロック図(制御回路図)である。 電動モータ及びモータブレーキの制御方法を示す工程図である。
(超音波診断システム)
 以下、電動モータ及びモータブレーキの制御装置、ロボット、電動モータ及びモータブレーキの制御方法、並びに、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法が適用された超音波診断システムの一例である一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図1,図2中、左右方向がX軸であり、前後方向がY軸方向であり、上下方向がZ軸方向である。
 超音波診断システム10は、ロボット20にエンドエフェクタEFである超音波プローブを保持し、超音波プローブが被験者の皮膚に押し当てられるようにロボット20を駆動することにより超音波診断を行なう医療用装置である。本実施形態では、超音波診断システム10は、被験者の診断対象部に超音波を当てて、診断対象部の断面画像を取得し、取得した画像から診断対象部の状態をチェックするエコー診断に用いられる。超音波診断システム10は、主として図1に示すように、ロボット20と、超音波診断装置100とを備えている。
 超音波診断装置100は、超音波プローブEFと、超音波プローブEFがケーブルを介して接続されている超音波診断装置本体102とを備えている。超音波診断装置本体102は、装置全体の制御を司る制御部103と、診断開始などの指示を入力する指示入力部104と、超音波プローブEFからの受信信号を処理して超音波画像を生成するための画像処理部105と、生成された超音波画像を表示する表示部106とを備えている。
(ロボット)
 ロボット20は、いわゆる医療用に使用されるメディカルロボットであり、ロボットアーム20aと、ロボット本体20bと、を備えている。ロボット本体20bは、基台26と、昇降装置40と、を備えている。ロボットアーム20aは、第1アーム21と、第2アーム22と、ベース25と、第1関節軸31と、第2関節軸32と、第3関節軸33と、第1アーム駆動モータ35と、第2アーム駆動モータ36と、姿勢保持装置37と、回転3軸機構50と、備えている。
 第1アーム21の基端部は、第1関節軸31を介してベース25に連結されている。第1関節軸31の本体は、ベース25に固定されており、第1関節軸31の回転部は、第1アーム21の基端部が接続されている。第1アーム駆動モータ35は、第1関節軸31の本体に内蔵されており、第1関節軸31の回転部を回転軸(Z軸方向に沿って延在する)回りに回転させることにより、第1アーム21を水平面(XY平面)に沿って回動(旋回)させる。
 第1アーム21は、鉛直方向に沿って延在する鉛直部21aと、鉛直部21aの上端部から水平方向に向けて延在する水平部21bと、を備えている。鉛直部21aの下端部は、第1関節軸31の回転部に接続されている。水平部21bの基端部は、鉛直部21aの上端部に接続され、水平部21bの先端部は、第2関節軸32の回転部が接続されている。尚、第1アーム21は、鉛直部21aを省略して形成してもよい。
 第2アーム22の基端部は、第2関節軸32を介して第1アーム21の先端部に連結されている。第2関節軸32の本体は、第2アーム22の基端部に固定されており、第2関節軸32の回転部は、第1アーム21の先端部が接続されている。第2アーム駆動モータ36は、第2関節軸32の本体に内蔵されており、第2関節軸32の回転部を回転軸(Z軸方向に沿って延在する)回りに回転させることにより、第2アーム22を水平面(XY平面)に沿って回動(旋回)させる。
 昇降装置40は、基台26上に設置されており、ベース25を基台26に対して昇降させる。基台26は、車輪26aを備えている。昇降装置40は、主として図2に示すように、ベース25に固定されたスライダ41と、基台26に固定されると共に上下方向に延出してスライダ41の移動をガイドするガイド部材42と、上下方向に延出すると共にスライダ41に固定されたボールねじナット(図示せず)に螺合されるボールねじ軸43(昇降軸)と、ボールねじ軸43を回転駆動する昇降用駆動モータ44と、を備えている。昇降装置40は、昇降用駆動モータ44によりボールねじ軸43を回転駆動することにより、スライダ41に固定されたベース25をガイド部材42に沿って上下に移動させる。
 回転3軸機構50は、上下方向に延在する第3関節軸33を介して第2アーム22の先端部に連結されている。回転3軸機構50は、互いに直交する第1回転軸51,第2回転軸52および第3回転軸(先端軸53)と、第1回転軸51を回転させる第1回転軸駆動モータ55と、第2回転軸52を回転させる第2回転軸駆動モータ56と、先端軸53を駆動する先端軸駆動装置60と、を備える。第1回転軸51は、第3関節軸33に対して直交姿勢で支持されている。第2回転軸52は、第1回転軸51に対して直交姿勢で支持されている。第3回転軸(先端軸53)は、第2回転軸52に対して直交姿勢で支持されている。先端軸53には、当該先端軸53と同軸上に位置するようにエンドエフェクタとして超音波プローブEFが保持されている。先端軸駆動装置60は、先端軸53を回転駆動するための駆動モータ60aを備えている。
 本実施形態では、ロボット20は、第1アーム駆動モータ35と第2アーム駆動モータ36と昇降装置40とによるX軸方向,Y軸方向およびZ軸方向の3方向の並進運動と、回転3軸機構50によるX軸回り(ピッチング),Y軸回り(ローリング)およびZ軸回り(ヨーイング)の3方向の回転運動との組み合わせにより、先端軸53、すなわちエンドエフェクタEFを任意の姿勢で任意の位置へ移動させることができる。
 姿勢保持装置37は、第3関節軸33に内蔵されており、姿勢保持用モータ37aを備えている。姿勢保持装置37は、第1アーム21および第2アーム22の姿勢によらず回転3軸機構50の姿勢(第1回転軸51の向き)を一定の向きに保持するものである。姿勢保持装置37は、第1回転軸51の軸方向が常時、左右方向(X軸方向)となるように第1関節軸31の回転角度と第2関節軸32の回転角度とに基づいて第3関節軸33の回転角度を制御する。これにより、3方向の並進運動の制御と3方向の回転運動の制御とをそれぞれ独立して行なうことが可能となり、制御が容易となる。
 尚、上述した昇降装置40、各関節軸31,32,33、第1回転軸51、第2回転軸52および第3回転軸(先端軸53)は、それぞれモータ44,35,36,37a,55,56,60a(電動モータ)により駆動される駆動軸である。
(モータブレーキ)
 上述した各モータ35,36,37a,44,55,56,60aの構造を図3を参照して簡単に説明する。図3は、モータMTを模式的に示している。各モータ35,36,37a,44,55,56,60aは、電動モータであり、モータMTは、図3に示すように、ケーシングMT1内に、コイルMT2を有するステータMT3、コイルMT2への通電によって回転されかつ回転軸MT4を設けたロータMT5などを備えている。
 モータブレーキ70は、モータMTにブレーキをかけるための装置、すなわちモータMTの回転軸(出力軸)MT4を制動するための装置である。具体的には、モータブレーキ70は、図4に示すように、ケーシング71(図3参照)、ステータ72、コイル73、プレート74、ロータ75、アーマチャ76、及び、付勢部材77を備えている。ステータ72、コイル73、プレート74、ロータ75、アーマチャ76、及び、付勢部材77は、ケーシング71内に収容されている。尚、モータブレーキ70は、上記駆動軸を駆動させるモータMTにブレーキをかけるロボット用モータブレーキと称してもよい。
 ステータ72は、ケーシング71に固定されており、ステータ72内にはブレーキ用コイルであるコイル73が設けられている。コイル73が通電されると、ステータ72は励磁され(励磁状態)、コイル73が通電されないと、ステータ72は励磁されない(非励磁状態)。本実施形態では、モータブレーキ70は、非励磁状態で制動状態となる非励磁ブレーキである。
 ステータ72は円環状に形成され、ステータ72の中央部に貫通穴72aが設けられている。貫通穴72aには、モータMTの回転軸MT4が挿通されている。また、ステータ72には、複数(3個)の支柱78を介してプレート74が取り付けられている。プレート74は、環状かつ板状に形成され、プレート74の中央部に貫通穴74aが設けられている。貫通穴74aには、モータMTの回転軸MT4が挿通されている。支柱78は、パイプ状に形成されており、ボルト81が挿通されている。ボルト81は、ステータ72の貫通孔72b、支柱78及びプレート74の貫通孔74bを貫通し、ナット82と締結することにより、プレート74を支柱78とともにステータ72に組み付け固定することができる。支柱78は、周方向に沿って所定角度(本実施形態では、120度)毎に配置されている。
 ステータ72とプレート74との間には、環状板のロータ75が軸方向に沿って移動可能かつ回転可能に配置されている。ロータ75の中央部に設けられた貫通穴75aには、円環状のロータハブ79が接続されている。ロータハブ79の中央部に設けられた貫通穴79aには、貫通穴79aに挿通されたモータMTの回転軸MT4が連結され、ロータ75は、モータMTの回転軸MT4と一体的に回転可能である。
 ステータ72とロータ75との間には、環状板のアーマチャ76が軸方向に沿って移動可能かつ回転不能に配置されている。アーマチャ76は、複数(3個)の付勢部材77によってステータ72から離れる方向に付勢されている。付勢部材77は、周方向に沿って所定角度(本実施形態では、120度)毎に配置されている。本実施形態では、付勢部材77として圧縮コイルバネが採用されている。尚、付勢する部材であればよく、圧縮コイルバネ以外のバネや弾性材を採用するようにしてもよい。付勢部材77は、ステータ72に形成された収容孔72cに収容されており、付勢部材77の一端が収容孔72cの底面に接触するとともに付勢部材77の他端がアーマチャ76の一側面に接触している。
 アーマチャ76は、付勢部材77の付勢力によってロータ75とともにプレート74側に押されるので、ロータ75は、プレート74に押し付けられる(図4A参照)。よって、ロータ75の回転が規制されるため、モータMTの回転軸MT4の回転が規制される(モータMTにブレーキを付与することができる。)。一方、アーマチャ76は、ステータ72が励磁状態になると、ステータ72に引き寄せられ、ステータ72に接触固定される(図4B参照)。その結果、ロータ75の回転が可能となるため、モータMTの回転軸MT4の回転が可能となる(モータMTへのブレーキを解除(開放)することができる。)。
(制御装置)
 制御装置90は、図2に示すように、ロボット20に設けられている。制御装置90は、図5に示すように、CPU91を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、CPU91の他に、ROM92、RAM93、モータブレーキ駆動用ドライバ94a、モータ駆動用ドライバ94b(図7A及び図7B参照)、入出力ポートおよび通信ポート(図示せず)を備えている。また、制御装置90は、各モータ35,36,37a,44,55,56,60a、モータブレーキ70への駆動信号を、出力ポートを介して出力している。また、制御装置90は、超音波診断装置100の制御部103と通信ポートを介して通信しており、データのやり取りを行なう。
 制御装置90は、モータブレーキ70のコイル73への通電(すなわちモータブレーキ70の駆動)を制御するモータブレーキ制御回路95、及び、モータMTへの通電(すなわちモータMTの駆動)を制御するモータ制御回路98を備えている。モータブレーキ制御回路95は、電源Vとグランドとの間にブレーキON/OFF制御スイッチ95a及びコイル73が直列に接続されている。ブレーキON/OFF制御スイッチ95aは、コイル73(制御対象)への通電・非通電を切り替えるスイッチング素子である。スイッチング素子は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。ブレーキON/OFF制御スイッチ95aは、モータブレーキ駆動用ドライバ94aからゲートに入力されるゲート信号に応じてオン・オフが切り替えられる。
 ブレーキON/OFF制御スイッチ95aをオンする(閉状態とする)ことで、コイル73を通電し、モータブレーキ70のブレーキを解除することができる。一方、ブレーキON/OFF制御スイッチ95aをオフする(開状態とする)ことで、コイル73を非通電とし、モータブレーキ70にブレーキをかけることができる。尚、コイル73と並列にサージ用ダイオード95bが設けられている。
 モータ制御回路98は、図7A及び図7Bに示すように、電源Vとグランドとの間にモータON/OFF制御スイッチ98a及び電動モータMTが直列に接続されている。モータON/OFF制御スイッチ98aは、電動モータMT(制御対象)への通電・非通電を切り替えるスイッチング素子である。スイッチング素子は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。モータON/OFF制御スイッチ98aは、モータ駆動用ドライバ94bからゲートに入力されるゲート信号に応じてオン・オフが切り替えられる。
 モータON/OFF制御スイッチ98aをオンする(閉状態とする)ことで、電動モータMTのコイルを通電し、電動モータMTを回転駆動することができる。一方、モータON/OFF制御スイッチ98aをオフする(開状態とする)ことで、電動モータMTを非通電とし、電動モータMTの回転を停止することができる。
(検出部・移行部)
 制御装置90は、電動モータMTにブレーキをかけるモータブレーキ70の動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出部97と、検出部97によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、モータブレーキ70に対する制御指令(ブレーキ制御信号)とから、ブレーキ動作状態または電動モータMTのモータ動作状態を移行する移行部96と、をさらに備えている。
 検出部97は、コイル73に直列に接続される検出素子97bと、検出素子97bの通電状態を検出しその検出結果を出力可能である検出器97aと、を有している。検出素子97bは、電流検出用のシャント抵抗であることが好ましい。尚、電流検出に限らす、電圧を検出するようにしてもよい。
 検出器97aは、例えば、オペアンプで形成される比較器であることが好ましい。検出器97aは、電流を検出する(通電状態を検出する)場合に、その旨を示すHIGHレベル(以下、Hレベルと略す場合がある)の信号を出力し、一方、電流を検出しない(非通電状態を検出する)場合に、その旨を示すLOWレベル(以下、Lレベルと略す場合がある)の信号を出力する。尚、検出部97の検出結果が通電状態の検出である場合には、モータブレーキ70の動作状態である検出動作状態はブレーキが開放される開放状態すなわちブレーキオフ状態であり、検出部97はHレベルの信号を出力する。一方、検出部97の検出結果が非通電状態の検出である場合には、検出動作状態はブレーキが保持される保持状態すなわちブレーキオン状態であり、検出部97はLレベルの信号を出力する。
 移行部96は、検出動作状態とブレーキ制御信号(制御指令)とが一致しない場合(検出動作状態が制御指令に対応した状態でない場合)に、ブレーキ動作状態または電動モータMTのモータ動作状態を移行する。具体的には、移行部96(第1移行部96a)は、検出動作状態が異常によってブレーキが開放される開放状態(ブレーキオフ状態)である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が前記異常による開放状態である旨を判定した場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態(ブレーキオン状態)に移行する。一方、移行部96(第2移行部96b)は、検出動作状態が異常によってブレーキが保持される保持状態(ブレーキオン状態)である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が前記異常による保持状態である旨を判定した場合に、モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行する。
 尚、ブレーキ制御信号は、モータブレーキ駆動用ドライバ94aからブレーキON/OFF制御スイッチ95aに出力される信号(制御指令)であって、OFF信号(Lレベル)すなわちブレーキオン指令のとき、ブレーキを保持するためブレーキON/OFF制御スイッチ95aをオフする。一方、ブレーキ制御信号がON信号(Hレベル)すなわちブレーキオフ指令のとき、ブレーキを解除するためブレーキON/OFF制御スイッチ95aをオンする。
 移行部96は、検出動作状態と制御指令とが一致しない場合に、ブレーキ動作状態を移行する第1移行部96a(図5参照)と、モータ動作状態を移行する第2移行部96b(図7A及び図7B参照)とを有している。
 図5に示すように、第1移行部96aは、ANDゲート96a1と、移行スイッチ96a2と、を有している。ANDゲート96a1は、ブレーキを保持するオン信号(ブレーキオン指令)とブレーキを開放するオフ信号(ブレーキオフ指令)とを有するブレーキ制御信号(制御指令)と、検出器97aからの検出結果である検出動作状態と、を入力し、検出動作状態とブレーキ制御信号とに基づいて設定される出力信号を出力する。尚、ANDゲート96a1は、リセットされるまで前記出力信号を維持するラッチ機能を有することが好ましい。
 ANDゲート96a1は、Lレベルのブレーキ制御信号を入力し、かつ、Hレベルの検出結果を入力する場合のみ、Hレベルの出力信号を出力し、それ以外の場合(Lレベルのブレーキ制御信号とLレベルの検出結果を入力する場合、Hレベルのブレーキ制御信号とHレベルの検出結果を入力する場合、及び、Hレベルのブレーキ制御信号とLレベルの検出結果を入力する場合)には、Lレベルの出力信号を出力する。
 尚、ANDゲート96a1に代えて、検出器97aからの検出結果とブレーキ制御信号と、を入力し、検出結果とブレーキ制御信号とに基づいて設定される出力信号を出力する、他の構成要素(例えば、NANDゲート)を採用してもよく、SRラッチ、インバータを追加するようにしてもよい。
 移行スイッチ96a2は、コイル73に直列に接続され、ANDゲート96a1からの出力信号に基づいて開閉されるスイッチであって、閉状態のときに電源Vからコイル73に通電し、開状態のときに電源Vからコイル73に通電しない。移行スイッチ96a2は、コイル73への通電・非通電を切り替えるスイッチング素子である。移行スイッチ96a2は、モータブレーキ駆動用ドライバ94aからではなく、ANDゲート96a1からゲートに入力されるゲート信号に応じてオン・オフが切り替えられる。ゲート信号がHレベルのときに、移行スイッチ96a2はオフされ、コイル73は非通電となり、ブレーキがかかる。ゲート信号がLレベルのときに、移行スイッチ96a2はオンされ、コイル73は通電となり、ブレーキが解消される。
 このように、第1移行部96aは、ANDゲート96a1の2つの入力端子への入力信号の状態に応じて移行スイッチ96a2をオン・オフ制御すること(電気回路による処理(ハード的な制御))が可能となる。第1移行部96aは、移行スイッチ96a2をモータブレーキ駆動用ドライバ94aからの制御指令によって直接的にオン・オフ制御するソフト処理でなく、移行スイッチ96a2をハード的に制御することが可能となる。すなわち、モータブレーキ70の検出動作状態がCPU91に直接フィードバックされず、第1移行部96aのANDゲート96a1の入力端子に入力され、ANDゲート96a1からの出力信号によって移行スイッチ96a2のオン・オフ制御が実施される(電気回路である移行部96に制御を分散することが可能となる。)。よって、従来であればモータブレーキ70の検出動作状態がCPU91に直接フィードバックされ、その検出動作状態に基づいてブレーキ制御指令が移行スイッチ96a2に直接出力される場合と比較して、CPU91のソフト処理負担(制御負担)の軽減化を実施することが可能となる。
 図7A及び図7Bに示すように、第2移行部96bは、ANDゲート96b1と、移行スイッチ96b2と、を有している。ANDゲート96b1は、ブレーキを保持するオン信号(ブレーキオン指令)とブレーキを開放するオフ信号(ブレーキオフ指令)とを有するブレーキ制御信号(制御指令)と、検出器97aからの検出結果である検出動作状態と、を入力し、検出動作状態とブレーキ制御信号とに基づいて設定される出力信号を出力する。尚、ANDゲート96b1は、リセットされるまで前記出力信号を維持するラッチ機能を有することが好ましい。
 ANDゲート96b1は、Hレベルのブレーキ制御信号を入力し、かつ、Lレベルの検出結果を入力する場合のみ、Hレベルの出力信号を出力し、それ以外の場合(Hレベルのブレーキ制御信号とHレベルの検出結果を入力する場合、Lレベルのブレーキ制御信号とLレベルの検出結果を入力する場合、及び、Lレベルのブレーキ制御信号とHレベルの検出結果を入力する場合)には、Lレベルの出力信号を出力する。
 尚、ANDゲート96b1に代えて、検出器97aからの検出結果とブレーキ制御信号と、を入力し、検出結果とブレーキ制御信号とに基づいて設定される出力信号を出力する、他の構成要素(例えば、NANDゲート)を採用してもよく、SRラッチ、インバータを追加するようにしてもよい。
 移行スイッチ96b2は、電動モータMTに直列に接続され、ANDゲート96b1からの出力信号に基づいて開閉されるスイッチであって、閉状態のときに電源Vから電動モータMTに通電し、開状態のときに電源Vから電動モータMTに通電しない。移行スイッチ96b2は、電動モータMTへの通電・非通電を切り替えるスイッチング素子である。移行スイッチ96b2は、モータ駆動用ドライバ94bからではなく、ANDゲート96b1からゲートに入力されるゲート信号に応じてオン・オフが切り替えられる。ゲート信号がHレベルのときに、移行スイッチ96b2はオフされ、電動モータMTは非通電となり、電動モータMTが回転駆動される。ゲート信号がLレベルのときに、移行スイッチ96b2はオンされ、電動モータMTは通電となり、電動モータMTの回転駆動が停止される。
 このように、第2移行部96bは、ANDゲート96b1の2つの入力端子への入力信号の状態に応じて移行スイッチ96b2をオン・オフ制御すること(電気回路による処理(ハード的な制御))が可能となる。第2移行部96bは、移行スイッチ96b2をモータ駆動用ドライバ94bからのモータ制御指令によって直接的にオン・オフ制御するソフト処理でなく、移行スイッチ96b2をハード的に制御することが可能となる。すなわち、モータブレーキ70の検出動作状態がCPU91に直接フィードバックされず、第2移行部96bのANDゲート96b1の入力端子に入力され、ANDゲート96b1からの出力信号によって移行スイッチ96b2のオン・オフ制御が実施される(電気回路である移行部96に制御を分散することが可能となる。)。よって、従来であればモータブレーキ70の検出動作状態がCPU91に直接フィードバックされ、その検出動作状態に基づいてモータ制御指令が移行スイッチ96b2に直接出力される場合と比較して、CPU91のソフト処理負担(制御負担)の軽減化を実施することが可能となる。
(モータブレーキ制御回路及びモータ制御回路の作動)
 次に、モータブレーキ制御回路95及びモータ制御回路98の作動について下記表1を参照して説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 図6Aに示すように、ブレーキ制御信号がオン指令(OFF信号(Lレベル))であり、かつ、モータブレーキ制御回路95の動作状態が正常である場合には、ブレーキON/OFF制御スイッチ95aはオフされコイル73は非通電状態となり、モータブレーキ70のブレーキはオン(保持)される(ブレーキオン状態)。尚、検出素子97bにも電流は流れないので、検出器97aの出力信号はLレベルである。ANDゲート96a1は、ブレーキ制御信号がLレベルかつ検出結果がLレベルであるので、出力信号はLレベルであり、移行スイッチ96a2はオンされる。
 一方、図6Bに示すように、ブレーキ制御信号がオン指令(OFF信号(Lレベル))であり、かつ、モータブレーキ制御回路95の動作状態が異常(例えば、電源ショートやブレーキON/OFF制御スイッチ95aのショート故障など)である場合には、コイル73は非通電状態から通電状態となり、モータブレーキ70のブレーキはオフ(開放)される(ブレーキオン状態からブレーキオフ状態となる。)。このとき、検出素子97bに電流が流れるので、検出器97aの出力信号はLレベルからHレベルとなる。ANDゲート96a1は、ブレーキ制御信号がLレベルかつ検出結果がHレベルであるので、出力信号はLレベルからHレベルとなり、移行スイッチ96a2はオンからオフとなる。これにより、モータブレーキ制御回路95に異常が発生して、コイル73が通電状態となったとしても、移行スイッチ96a2をオフすることにより、コイル73を通電状態から非通電状態とすることにより、モータブレーキ70のブレーキはオン(保持)される(ブレーキオフ状態からブレーキオン状態となる。)。
 また、この場合、検出器97aの出力信号がHレベルとなることを利用して、すなわち検出器97aの出力信号をCPU91にフィードバックして、モータブレーキ制御回路95の動作状態が異常である旨を報知するようにしてもよい。
 さらに、図7Aに示すように、ブレーキ制御信号がオフ指令(ON信号(Hレベル))であり、かつ、モータブレーキ制御回路95の動作状態が正常である場合には、コイル73は通電状態となり、モータブレーキ70のブレーキはオフ(開放)される(ブレーキオフ状態)。尚、検出素子97bに電流が流れるので、検出器97aの出力信号はHレベルである。第1移行部96aのANDゲート96a1は、ブレーキ制御信号がHレベルかつ検出結果がHレベルであるので、出力信号はLレベルとなり、移行スイッチ96a2はオンされる。さらに、第2移行部96bのANDゲート96b1は、ブレーキ制御信号がHレベルかつ検出結果がHレベルであるので、出力信号はLレベルとなり、モータ制御回路98上に設けられた移行スイッチ96b2はオンされる。その結果、電動モータMTは、通電され回転駆動される(駆動状態)。
 一方、図7Bに示すように、ブレーキ制御信号がON信号(Hレベル)であり、かつ、モータブレーキ制御回路95の動作状態が異常(例えば、部品故障やブレーキON/OFF制御スイッチ95aのオープン故障など)である場合には、コイル73は通電状態から非通電状態となり、モータブレーキ70のブレーキはオン(保持)される((ブレーキオフ状態からブレーキオン状態となる。)。尚、検出素子97bに電流が流れないので、検出器97aの出力信号はHレベルからLレベルとなる。第1移行部96aのANDゲート96a1は、ブレーキ制御信号がHレベルかつ検出結果がLレベルであるので、出力信号はLレベルのままであり、移行スイッチ96a2はオンのままである。
 ところで、第2移行部96bのANDゲート96b1は、ブレーキ制御信号がHレベルでありかつ検出結果がLレベルからHレベルに移行されるので、出力信号はLレベルからHレベルとなり、モータ制御回路98上に設けられた移行スイッチ96b2はオンからオフに移行される。その結果、電動モータMTは、通電が停止されて通電状態から非通電状態となり、回転駆動(駆動状態)から回転停止(停止状態)に移行される。よって、異常によってモータブレーキ70がブレーキオン状態となっても、そのロック状態の電動モータMTへの通電を停止することにより、電動モータMTを停止させて、電動モータMTを保護することが可能となる。
(電動モータ及びモータブレーキの制御方法)
 さらに、図8を参照して電動モータMT及びモータブレーキ70の制御方法について説明する。電動モータMT及びモータブレーキの制御方法は、電動モータMTにブレーキをかけるモータブレーキ70の動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出工程S102と、検出工程S102によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、モータブレーキ70に対する制御指令とから、ブレーキ動作状態または電動モータMTのモータ動作状態を移行する移行工程S104と、を備えている。
 検出工程S102は、上述した検出部97と同様に、コイル73への通電状態に基づいてブレーキ動作状態を検出することができる。検出工程S102は、上述した検出部97と同様な作用効果を得ることができる。
 移行工程S104は、上述した移行部96と同様に、検出動作状態と制御指令とが一致しない場合に、ブレーキ動作状態または電動モータMTのモータ動作状態を移行することができる。移行工程S104は、上述した移行部96と同様な作用効果を得ることができる。
 移行工程S104は、上述した第1移行部96aと同様に、検出動作状態が異常によって前記ブレーキが開放される開放状態である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が異常による開放状態である旨を判定した場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態に移行することができる。具体的には、移行工程S104は、コイル73への通電状態と、制御指令とに基づいて、検出動作状態が異常による開放状態である旨を判定し、かつ、検出動作状態が異常による開放状態である旨を判定した場合に、電源Vからコイル73への通電を停止することにより、ブレーキ動作状態を開放状態から保持状態に移行する。
 また、移行工程S104は、上述した第2移行部96bと同様に、検出動作状態が異常によってブレーキが保持される保持状態である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が異常による保持状態である旨を判定した場合に、モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行することができる。
 本実施形態では、電動モータ及びモータブレーキの制御方法は、ロボット20に適用されており、ロボット用モータブレーキの制御方法である。ロボット用モータブレーキの制御方法は、検出工程S102と移行工程S104を備えている。検出工程S102は、駆動軸を駆動させる電動モータMTにブレーキをかけるロボット用モータブレーキ(70)の動作状態であるブレーキ動作状態を検出する。移行工程S104は、検出工程S102によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、ロボット用モータブレーキ(70)に対する制御指令とから、ブレーキ動作状態または電動モータMTのモータ動作状態を移行する。
 尚、本開示にかかる技術的思想は、メディカルロボットに限定されず、協働ロボットに適用してもよい。この場合、異常による停止中にて協働ロボットの意図しないタイミングでの動作を規制することが可能となる。
 また、上述したスイッチは、トランジスタ、MOSFETなどのスイッチング素子に限定されず、リレーやマグネットスイッチなどの機械式スイッチを採用するようにしてもよい。上述した検出素子は、シャント抵抗に限定されず、電流を検出することができる他の検出素子(例えば、ホール素子)を採用するようにしてもよい。
(本実施形態の作用効果)
 上述した実施形態による電動モータ及びモータブレーキの制御装置90は、電動モータ(モータMT)にブレーキをかけるモータブレーキ70の動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出部97と、検出部97によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、モータブレーキ70に対する制御指令とから、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行する移行部96と、を備えている。
 本実施形態によれば、移行部96が、検出部97によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、モータブレーキ70に対する制御指令とから、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行することが可能となる。ひいては、この移行部96を電気回路で構成することが可能となる。したがって、電動モータ及びモータブレーキの制御装置90において、モータブレーキ70におけるブレーキ制御の制御負荷の軽減化が可能となる。
 また、本実施形態において、移行部96は、検出動作状態と制御指令とが一致しない場合に、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行する。これによれば、移行部96が検出動作状態と制御指令の2つの入力信号から、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行することが可能となる。ひいては、この移行部96を電気回路で構成することが可能となる。
 また、本実施形態において、移行部96(第1移行部96a)は、検出動作状態が異常によってブレーキが開放される開放状態である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が異常による開放状態である旨を判定した場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態に移行する。これによれば、移行部96(第1移行部96a)が、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による開放状態であることを検出することが可能となり、その場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態に移行することが可能となる。また、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による開放状態であることを、独立したハード構成にて検出することが可能となる。さらには、モータブレーキ制御回路95にショート故障が発生した場合に、確実なブレーキ制御を実施することが可能となる。
 また、本実施形態において、モータブレーキ70は、電源Vから通電されてブレーキを開放するとともに非通電されてブレーキを保持するブレーキ用コイル(コイル73)を有し、検出部97は、コイル73に直列に接続される検出素子97bと、検出素子97bの通電状態を検出しその検出結果を出力可能である検出器97aと、を有し、移行部96(第1移行部96a)は、ブレーキを保持するオン信号と前記ブレーキを開放するオフ信号とを有する制御指令(ブレーキ制御信号)と検出器97aからの検出結果とを入力し、検出結果と制御指令とに基づいて設定される出力信号を出力するANDゲート96a1と、コイル73に直列に接続され、ANDゲート96a1からの出力信号に基づいて開閉されるスイッチであって、閉状態のときに電源Vからコイル73に通電し開状態のときに電源Vからコイル73に通電しない移行スイッチ96a2と、を有する。これによれば、簡単な回路構成にて、移行部96(第1移行部96a)が、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による開放状態であることが検出することが可能となり、その場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態に移行することが可能となる。
 また、本実施形態において、ANDゲート96a1は、リセットされるまで出力信号を維持するラッチ機能を有する。これによれば、一度異常を検知したら制御装置90を再起動するまでANDゲート96a1の出力信号をHレベルに維持するので、モータブレーキ70の保持状態を保持できる。尚、リセットされると、ANDゲート96a1の出力信号がLレベル(デフォルト値)に設定される。
 また、本実施形態において、移行部96(第2移行部96b)は、検出動作状態が異常によってブレーキが保持される保持状態である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が異常による保持状態である旨を判定した場合に、モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行する。これによれば、簡単な回路構成にて、移行部96(第2移行部96b)が、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による保持状態であることを検出することが可能となり、その場合に、モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行することが可能となる。また、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による保持状態であることを、独立したハード構成にて検出することが可能となる。さらには、モータブレーキ制御回路95にショート故障が発生した場合に、確実な電動モータ制御を実施することが可能となる。
 また、本実施形態のロボット20は、モータMTにより駆動される駆動軸(昇降装置40、各関節軸31,32,33、第1回転軸51、第2回転軸52および第3回転軸(先端軸53))と、コイル73を非通電とする非励磁時に作動してモータMTにブレーキをかけるモータブレーキ70と、電動モータ及びモータブレーキの制御装置90と、を備えている。これによれば、モータブレーキ制御回路95に異常が発生しコイル73が通電されてモータブレーキ70が開放状態となったとしても、モータブレーキ70は非励磁状態で制動状態となる非励磁ブレーキであるので、コイル73を強制的に非通電状態とすることでモータブレーキ70にブレーキをかけることが可能となる。ひいては、モータブレーキ制御回路95に異常が発生しコイル73が通電されてモータブレーキ70が開放状態となり、ロボット20のアーム部などが自重により下がるのを確実に抑制することが可能となる。
 また、電動モータ及びモータブレーキの制御方法は、モータMTにブレーキをかけるモータブレーキ70の動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出工程S102と、検出工程S102によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、モータブレーキ70に対する制御指令とから、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行する移行工程S104と、を備えている。これによれば、移行工程S104が、検出工程S102によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、モータブレーキ70に対する制御指令とから、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行することが可能となる。したがって、電動モータ及びモータブレーキの制御方法において、モータブレーキ70におけるブレーキ制御の制御負荷の軽減化が可能となる。
 また、電動モータ及びモータブレーキの制御方法において、移行工程S104は、検出動作状態と制御指令とが一致しない場合に、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行する。これによれば、移行工程S104が検出動作状態と制御指令の2つの入力信号から、ブレーキ動作状態またはモータMTのモータ動作状態を移行することが可能となる。
 また、電動モータ及びモータブレーキの制御方法において、移行工程S104は、検出動作状態が異常によってブレーキが開放される開放状態である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が異常による開放状態である旨を判定した場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態に移行する。これによれば、移行工程S104が、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による開放状態であることを検出することが可能となり、その場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態に移行することが可能となる。したがって、電動モータ及びモータブレーキの制御方法において、モータブレーキ70におけるブレーキ制御の制御負荷の軽減化が可能となる。
 また、電動モータ及びモータブレーキの制御方法において、モータブレーキ70は、電源Vから通電されてブレーキを開放するとともに非通電されてブレーキを保持するブレーキ用コイル(コイル73)を有し、制御指令は、ブレーキを保持するオン信号とブレーキを開放するオフ信号とを有し、検出工程S102は、コイル73への通電状態に基づいてブレーキ動作状態を検出し、移行工程S104は、コイル73への通電状態と制御指令とに基づいて、検出動作状態が異常による開放状態である旨を判定し、かつ、検出動作状態が異常による開放状態である旨を判定した場合に、電源Vからコイル73への通電を停止することにより、ブレーキ動作状態を開放状態から保持状態に移行する。これによれば、簡単な方法にて、移行工程S104が、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による開放状態であることが検出することが可能となり、その場合に、ブレーキ動作状態を開放状態からブレーキが保持される保持状態に移行することが可能となる。
 また、電動モータ及びモータブレーキの制御方法において、移行工程S104は、検出動作状態が異常によってブレーキが保持される保持状態である旨を判定可能であり、かつ、検出動作状態が異常による保持状態である旨を判定した場合に、モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行する。これによれば、移行工程S104が、モータブレーキ70の検出動作状態が異常による保持状態であることを検出することが可能となり、その場合に、モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行することが可能となる。
 また、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法は、駆動軸(昇降装置40、各関節軸31,32,33、第1回転軸51、第2回転軸52および第3回転軸(先端軸53))を駆動させるモータMTにブレーキをかけるロボット用モータブレーキ70の動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出工程S102と、検出工程S102によって検出されたブレーキ動作状態である検出動作状態と、ロボット用モータブレーキ70に対する制御指令とから、ブレーキ動作状態または電動モータのモータ動作状態を移行する移行工程S104と、を備えている。これによれば、ロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法においても、上述した作用効果を得ることができる。
 20…ロボット、31,32,33,40,51,52,53…駆動軸、70…モータブレーキ、73…コイル(ブレーキ用コイル)、90…制御装置、96…移行部、96a…第1移行部、96a1…ANDゲート、96a2…移行スイッチ、96b…第2移行部、96b1…ANDゲート、96b2…移行スイッチ、97…検出部、97a…検出器、97b…検出素子、MT…モータ(電動モータ)、S102…検出工程、S104…移行工程、V…電源。

 

Claims (13)

  1.  電動モータにブレーキをかけるモータブレーキの動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出部と、
     前記検出部によって検出された前記ブレーキ動作状態である検出動作状態と、前記モータブレーキに対する制御指令とから、前記ブレーキ動作状態または前記電動モータのモータ動作状態を移行する移行部と、
     を備えた電動モータ及びモータブレーキの制御装置。
  2.  前記移行部は、前記検出動作状態と前記制御指令とが一致しない場合に、前記ブレーキ動作状態または前記電動モータのモータ動作状態を移行する請求項1に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御装置。
  3.  前記移行部は、前記検出動作状態が異常によって前記ブレーキが開放される開放状態である旨を判定可能であり、
     かつ、前記検出動作状態が前記異常による前記開放状態である旨を判定した場合に、前記ブレーキ動作状態を前記開放状態から前記ブレーキが保持される保持状態に移行する請求項1または請求項2に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御装置。
  4.  前記モータブレーキは、電源から通電されて前記ブレーキを開放するとともに非通電されて前記ブレーキを保持するブレーキ用コイルを有し、
     前記検出部は、前記ブレーキ用コイルに直列に接続される検出素子と、前記検出素子の通電状態を検出しその検出結果を出力可能である検出器と、を有し、
     前記移行部は、前記ブレーキを保持するオン信号と前記ブレーキを開放するオフ信号とを有する前記制御指令と、前記検出器からの前記検出結果と、を入力し、前記検出結果と前記制御指令とに基づいて設定される出力信号を出力するANDゲートと、前記ブレーキ用コイルに直列に接続され、前記ANDゲートからの前記出力信号に基づいて開閉されるスイッチであって、閉状態のときに前記電源から前記ブレーキ用コイルに通電し開状態のときに前記電源から前記ブレーキ用コイルに通電しない移行スイッチと、を有する請求項3に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御装置。
  5.  前記ANDゲートは、リセットされるまで前記出力信号を維持するラッチ機能を有する請求項4に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御装置。
  6.  前記移行部は、前記検出動作状態が異常によって前記ブレーキが保持される保持状態である旨を判定可能であり、
     かつ、前記検出動作状態が前記異常による前記保持状態である旨を判定した場合に、前記モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行する請求項1または請求項2に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御装置。
  7.  電動モータにより駆動される駆動軸と、
     ブレーキ用コイルを非通電とする非励磁時に作動して前記電動モータにブレーキをかけるモータブレーキと、
     請求項1から請求項6の何れか一項に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御装置と、を備えたロボット。
  8.  電動モータにブレーキをかけるモータブレーキの動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出工程と、
     前記検出工程によって検出された前記ブレーキ動作状態である検出動作状態と、前記モータブレーキに対する制御指令とから、前記ブレーキ動作状態または前記電動モータのモータ動作状態を移行する移行工程と、
     を備えた電動モータ及びモータブレーキの制御方法。
  9.  前記移行工程は、前記検出動作状態と前記制御指令とが一致しない場合に、前記ブレーキ動作状態または前記電動モータのモータ動作状態を移行する請求項8に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御方法。
  10.  前記移行工程は、前記検出動作状態が異常によって前記ブレーキが開放される開放状態である旨を判定可能であり、
     かつ、前記検出動作状態が前記異常による前記開放状態である旨を判定した場合に、前記ブレーキ動作状態を前記開放状態から前記ブレーキが保持される保持状態に移行する請求項8または請求項9に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御方法。
  11.  前記モータブレーキは、電源から通電されて前記ブレーキを開放するとともに非通電されて前記ブレーキを保持するブレーキ用コイルを有し、
     前記制御指令は、前記ブレーキを保持するオン信号と前記ブレーキを開放するオフ信号とを有し、
     前記検出工程は、前記ブレーキ用コイルへの通電状態に基づいて前記ブレーキ動作状態を検出し、
     前記移行工程は、前記ブレーキ用コイルへの通電状態と前記制御指令とに基づいて、前記検出動作状態が前記異常による前記開放状態である旨を判定し、
     かつ、前記検出動作状態が前記異常による前記開放状態である旨を判定した場合に、前記電源から前記ブレーキ用コイルへの通電を停止することにより、前記ブレーキ動作状態を前記開放状態から前記保持状態に移行する請求項10に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御方法。
  12.  前記移行工程は、前記検出動作状態が異常によって前記ブレーキが保持される保持状態である旨を判定可能であり、
     かつ、前記検出動作状態が前記異常による前記保持状態である旨を判定した場合に、前記モータ動作状態を駆動状態から停止状態に移行する請求項8または請求項9に記載の電動モータ及びモータブレーキの制御方法。
  13.  駆動軸を駆動させる電動モータにブレーキをかけるロボット用モータブレーキの動作状態であるブレーキ動作状態を検出する検出工程と、
     前記検出工程によって検出された前記ブレーキ動作状態である検出動作状態と、前記ロボット用モータブレーキに対する制御指令とから、前記ブレーキ動作状態または前記電動モータのモータ動作状態を移行する移行工程と、
     を備えたロボット用電動モータ及びモータブレーキの制御方法。
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