ロボット制御装置およびロボット制御方法
【課題】 ブレーカの容量を低減させつつ、ロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができるロボット制御装置を提供する。
【解決手段】 複数のモータ２ｊの速度をそれぞれ検出する速度検出器１０ｊと、複数のモータ２ｊに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器９ｊと、モータ２ｊの速度ωｊおよびモータ２ｊに流れる電流Ｉｊからロボットの推定消費電力Ｐを算出する演算器８１と、推定消費電力Ｐがブレーカ４の電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器８２と、当該判定において推定消費電力Ｐが異常であると判定された場合に、ロボットをブレーカ４のトリップを回避するよう制御するための制御器８３とを備えている。
【解決手段】 複数のモータ２ｊの速度をそれぞれ検出する速度検出器１０ｊと、複数のモータ２ｊに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器９ｊと、モータ２ｊの速度ωｊおよびモータ２ｊに流れる電流Ｉｊからロボットの推定消費電力Ｐを算出する演算器８１と、推定消費電力Ｐがブレーカ４の電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器８２と、当該判定において推定消費電力Ｐが異常であると判定された場合に、ロボットをブレーカ４のトリップを回避するよう制御するための制御器８３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次電源から供給される電力で駆動する複数のモータを有するロボットを制御するロボット制御装置およびロボット制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、産業ロボット等として用いられるロボットは、１体のロボットに複数のモータが設けられた多軸のロボットとして構成されている。このようなロボットを動作させる際、複数のモータを同時に駆動させるなどにより一次電源から出力される消費電力（一次電源から各モータへ流れる電流の総量）が瞬間的または平均的に大きくなる場合がある。このような場合、一次電源に許容値を超える大きな電流が流れ、一次電源とロボットとの間に設けられたメインブレーカが遮断動作（トリップ）するおそれがある。
【０００３】
メインブレーカがトリップしないようにするためには、メインブレーカの容量を大きくして、各電子部品を電流定格の大きなものにすることが考えられるが、大容量のメインブレーカおよび電流定格の大きな電子部品を採用すると、ロボット全体の製造コストが高くなるので好ましくない。
【０００４】
また、メインブレーカがトリップすると、ロボットの各部への電力供給が遮断されるため、メインブレーカがトリップした原因を検証することができない。従って、トリップの原因が分からずメインブレーカが繰り返しトリップしてしまう問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、単一のモータを備えたモータ駆動システムにおいて、ブレーカを遮断する電流をモータの定格容量より小さくするとともに、電源電流を実効値ベースでフィードバック制御し、その制御指令を常にブレーカの定格電流より小さい値に制限することにより、ブレーカを動作させないように電源電流を制御する構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−５７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１においては複数のモータを使用するような多軸ロボットについては想定されておらず、ブレーカの遮断電流をロボットを構成するすべてのモータの定格電流を足し合わせた電流値より小さい値とするだけでは依然としてメインブレーカの容量を効果的に小さくすることができない。また、特許文献１の構成においては突発的な大電流が流れた際にはやはりブレーカはトリップしてしまい、何が原因でブレーカが遮断動作したのかを検証することが難しい。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を行うことが可能なロボット制御装置およびロボット制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るロボット制御装置は、一次電源からブレーカを介して供給される電力で駆動する複数のモータを有するロボットの軸を制御するためのロボット制御装置であって、前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出器と、前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器と、前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算器と、前記推定消費電力に基づく値が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器と、前記判定において前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するように制御するための制御器とを備えている。
【００１０】
上記構成によれば、各モータの速度および各モータに流れる電流からロボット全体の推定消費電力を算出することにより、一次電源からロボットへ流れる消費電流が推定される。この際、推定された消費電力に基づく値がブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かが判定される。これにより、ロボットが瞬間的に急激な動作を行ったり、平均的に仕事量の大きな動作を行った際に、算出される推定消費電力が過大となり、これを異常として判定することにより、ブレーカがトリップすることが有効に回避される。さらに、ブレーカがトリップする前に異常が検出されるため、その原因の検証も容易となる。従って、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができる。
【００１１】
前記判定器は、前記推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定することとしてもよい。また、前記判定器は、前記推定消費電力をフィルタリングし、当該フィルタリングした推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定することとしてもよい。このように所定のしきい値に基づいて異常か否かを判定することにより、複雑な処理を行うことなく容易に判定することができる。また、推定消費電力をフィルタリングすることにより、ブレーカの特性曲線との対比が容易となり、しきい値を一定に設定することができる。
【００１２】
また、前記判定器は、前記ロボットの推定消費電力が負の値である場合には、当該推定消費電力が０であるとして判定を行ってもよい。電力回生器を有しない構成においては、推定消費電力が負の値である場合にはブレーカに電流が流れないため、これを０として扱うことにより推定消費電力の推定精度を向上させることができる。
【００１３】
前記ロボットの推定消費電力Ｐは、次式（１）で表わされることとしてもよい。
【００１４】
【数１】
ここで、ｊ＝１〜Ｊは、前記複数のモータに振り当てられた番号を示し、Ｉｊは前記各モータにそれぞれ流れる電流値を示し、Ｋｊは前記各モータのトルク定数を示し、ωｊは前記各モータの速度を示す。このように推定消費電力を定式化して求めることにより安定的かつ容易に消費電力を推定することができる。
【００１５】
前記モータで発生した回生電力を前記一次電源に回生させる電力回生器を備え、前記演算器は、前記ロボットの消費電力の絶対値を算出するよう構成されていてもよい。電力回生器を有する場合には、推定消費電力が負の値である場合にもブレーカに電流が流れるため、これを正の値として扱うことにより推定消費電力が負の値である場合にも異常検出ができ、推定消費電力の推定精度を向上させることができる。
【００１６】
前記制御器は、前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されていてもよい。これにより、ブレーカがトリップするのを確実に防止することができる。
【００１７】
前記制御器は、異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達することとしてもよい。これにより、ブレーカがトリップする可能性がある状態を的確に報知することができ、教示修正を促すことができる。
【００１８】
前記しきい値は、第１しきい値と、前記第１しきい値より大きい値を有する第２しきい値とを含み、前記制御器は、前記推定消費電力に基づく値が前記第１しきい値以上かつ前記第２しきい値より小さい値であると判定された場合に異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達し、前記推定消費電力に基づく値が前記第２しきい値以上であると判定された場合に前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されていてもよい。これにより、なるべくロボットの動作を維持しつつ異常検出を有効に行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係るロボット制御方法は、一次電源からブレーカを介して供給される電力でロボットの軸を駆動する複数のモータを有する当該ロボットを制御するためのロボット制御方法であって、前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出ステップと、前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出ステップと、前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算ステップと、前記推定消費電力が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するよう制御する制御ステップとを含んでいる。
【００２０】
上記方法によれば、各モータの速度および各モータに流れる電流からロボット全体の推定消費電力を算出することにより、一次電源からロボットへ流れる消費電流が推定される。この際、算出された推定消費電力に基づく値がブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かが判定される。これにより、ロボットが瞬間的に急激な動作を行ったり、平均的に仕事量の大きな動作を行った際に、算出される推定消費電力が過大となり、これを異常として判定することにより、ブレーカがトリップすることが有効に回避される。さらに、ブレーカがトリップする前に異常が検出されるため、その原因の検証も容易となる。従って、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は以上に説明したように構成され、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すロボット制御装置における異常判定制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のロボット制御装置は、複数の軸（動作軸）を有するロボット装置１の動作制御に適用される。なお、本実施形態においては、１つのロボット装置１を制御する例について説明するが、複数のロボット装置で１つのロボットセルを構成するロボットシステムにおいても適用可能である。
【００２５】
複数のロボット軸は、複数のモータ２ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）で構成されている。複数のモータ２ｊは、一次電源３からブレーカ４を介して供給される電力で駆動する。一次電源３は、モータ駆動系だけでなく後述する制御装置８を含むロボット装置全体の電源となり、ロボット装置を構成する各装置へ電力を供給する。モータ駆動系へは、電磁接触器１４を介して電力が供給される。すなわち、電磁接触器１４がモータ駆動電源スイッチとなっている。
【００２６】
ロボット装置１は、各モータ２ｊを駆動する駆動回路として、図１に示すように、交流電源である一次電源３の電流を整流して直流電流に変換する整流器５と、整流器５で取り出された電流を平滑化するコンデンサ６と、各モータ２ｊへ駆動電流を供給するために複数のモータ２ｊごとに設けられたインバータ回路１３ｊとを有している。さらに、ロボットは、各モータ２ｊに対応するインバータ回路１３ｊを制御してモータ２ｊへの駆動電流を制御するための制御装置８を有している。
【００２７】
制御装置８は、ロボットの制御命令を生成し、インバータ回路１３ｊを介して各モータ２ｊを制御する。インバータ回路１３ｊの出力である電流Ｉｊは、当該電流Ｉｊを検出する電流検出器９ｊを介して各モータ２ｊに接続されている。これにより、インバータ回路１３ｊの出力である電流Ｉｊが電流検出器９ｊを通じて各モータ２ｊに供給される。電流検出器９ｊで検出された電流Ｉｊは、制御装置８へフィードバックされる。さらに、各モータ２ｊには、当該モータ２ｊの速度ωｊを検出する速度検出器１０ｊが設けられており、制御装置８へ各モータ２ｊの速度（回転速度）ωｊが入力される。速度検出器１０ｊは、エンコーダ等の位置（回転角度）検出器により構成され、速度（回転速度）ωｊは、その位置検出器の出力を微分または差分等することにより生成したものであってもよい。例えば、モータ２ｊの回転角度を検出するエンコーダ等により構成される。制御装置８は、外部からもたらされる位置指令に基づいて各モータ２ｊの速度を決定し、当該速度に必要な電流を決定し、当該電流が各モータ２ｊへ流れるように、インバータ回路１３ｊを動作させる。この際、各モータ２ｊへ供給される電流Ｉｊおよび各モータ２ｊの速度ωｊに基づいて各モータ２ｊをフィードバック制御する。
【００２８】
制御装置８は、各種の演算を行う演算部８ａと各種のデータを記憶する記憶部８ｂとを有している。演算部８ａは、モータ２ｊの速度ωｊおよびモータ２ｊに流れる電流Ｉｊからロボットの推定消費電力を算出する演算器８１と、推定消費電力に基づく値がブレーカ４の電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器８２と、当該判定において推定消費電力が異常であると判定された場合に、ロボットをブレーカ４のトリップを回避するように制御するための制御器８３とを備えている。記憶部８ｂには、電流検出器９ｊおよび速度検出器１０ｊで検出された各モータ２ｊの電流Ｉｊおよび速度ωｊが記憶されるとともに、各モータ２ｊごとのトルク定数Ｋｊが記憶される。なお、トルク定数Ｋｊは、各モータ２ｊごとにそれぞれ設定されてもよいが、同じトルク定数としてもよい。制御装置８は、例えば、マイクロコントローラを備えており、このマイクロコントローラのＣＰＵが演算部８ａとして機能し、このマイクロコントローラの内部メモリが記憶部８ｂとして機能してもよい。
【００２９】
なお、本実施形態においては、制御装置８と整流器５等とを別の構成として説明しているが、モータ２ｊおよび速度検出器１０ｊを除く各構成は、電気回路により実現されるものであり、制御装置８内に実装することが可能である。すなわち、モータ２ｊおよび速度検出器１０ｊ以外の構成は、すべて制御装置８内に含まれる構成とすることができる。
【００３０】
ここで、制御装置８における異常判定処理について具体的に説明する。図２は図１に示すロボット制御装置における異常判定処理の流れを示すフローチャートである。前述したように、制御装置８は、各電流検出器９ｊで検出された各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊを取得するとともに、各速度検出器１０ｊで検出された各モータ２ｊの速度ωｊを取得する（ステップＳ１）。そして、制御装置８は、演算器８１として機能し、取得した各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊおよび各モータ２ｊの速度ωｊからロボット（全体）の推定消費電力を演算する（ステップＳ２）。
【００３１】
ロボットの推定消費電力は、モータ２ｊごとの電力値を全モータ２ｊ分足し合わせることにより求められる。ここで、各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊと、当該モータ２ｊのトルク定数Ｋｊとを掛け合わせることにより、各モータ２ｊで発生するトルクが算出される。また、各モータ２ｊの電力値は、各モータ２ｊで発生するトルクと、当該モータ２ｊの速度ωｊとを掛け合わせたものである。従って、ロボットの推定消費電力Ｐは、以下の式で表される。
【００３２】
【数２】
一次電源３の電圧は、略一定であるため、上記式（１）のように定式化してロボットの推定消費電力Ｐを演算することにより、ブレーカ４に流れる電流を監視することが可能である。ブレーカ４のトリップは、ブレーカ４に過大に電流が流れることにより生じるため、ブレーカ４に流れる電流を監視することにより、ブレーカ４がトリップすることを事前に回避することが可能となる。
【００３３】
制御装置８は、演算された推定消費電力Ｐが正の値か否かを判定する（ステップＳ３）。推定消費電力Ｐが負の値となる場合（ステップＳ３でＮｏ）は、モータ２ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）全体において回生電力が発生していることになる。本実施形態においては、コンデンサ６とインバータ回路１３ｊとの間に回生電力放電回路７が設けられている。回生電力放電回路７は、モータ２ｊ全体において発生した回生電力を消費する回生抵抗７１と、回生電力が発生した場合に、回生電力による電流を回生抵抗７１に流すためのスイッチングを行う回生電力放電用トランジスタ７２とを有している。このように、モータ２ｊにおいて発生した回生電力は回生電力放電用トランジスタ７２がオンすることにより回生抵抗７１で消費され、一次電源３へは回収されない。このため、ロボット全体として回生状態にある場合にはブレーカ４には電流が流れない。従って、推定消費電力Ｐが負の値であれば、ブレーカトリップのおそれはないといえるため、このときの推定消費電力Ｐは採用しない。具体的には、制御装置８は、ロボットの推定消費電力Ｐが負の値である場合には、推定消費電力Ｐ＝０に設定する（ステップＳ７）。これにより、ロボットの推定消費電力Ｐが負の値である場合に、特別な処理を行わずに推定消費電力の推定精度を向上させることができるとともに、誤って異常判定してしまうことも防止することができる。
【００３４】
推定消費電力Ｐが正の値となった場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御装置８は、判定器８２として機能し、当該推定消費電力Ｐに基づいて異常判定を行う。具体的には、まず、推定消費電力Ｐを一次フィルタを用いてフィルタリングする（ステップＳ４）。その上で、制御装置８は、フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値以上か否かを判定する（ステップＳ５）。
【００３５】
フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値以上である場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御装置８は、制御器８３として機能し、ロボットをブレーカ４のトリップを回避するように制御する（ステップＳ６）。具体的には、ロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行う。このような異常判定制御を所定の間隔ごとに行う（所定の間隔ごとに電流Ｉｊおよび速度ωｊを検出する）ことにより、ロボットの動作に応じてブレーカ４に流れる電流を逐一監視して、ブレーカ４がトリップしないように制御する。フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値未満である場合（ステップＳ４でＮｏ）、制御装置８は、通常のモータ制御を維持し、継続して異常判定を行う（ステップＳ１に戻る）。
【００３６】
上記構成によれば、各モータ２ｊの速度ωｊおよび各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊからロボット全体の推定消費電力Ｐを算出することにより、一次電源３からロボットへ流れる消費電流が推定される。この際、算出された推定消費電力Ｐに基づく値（消費電流値）がブレーカ４の電流許容値を基準として異常であるか否かが判定される。これにより、ロボットが瞬間的に急激な動作を行ったり、平均的に仕事量の大きな動作を行った際に、算出される推定消費電力が過大となり、これを異常として判定することにより、ブレーカ４がトリップすることが有効に回避される。さらに、ブレーカ４がトリップする前に異常が検出されるため、その原因の検証も容易となる。従って、ブレーカ４の容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができる。また、推定消費電力Ｐを定式化して求めることにより安定的かつ容易にロボットの消費電力を推定することができる。そして、異常であると判定された場合に、ロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行うことによりブレーカ４がトリップするのを確実に防止することができる。
【００３７】
また、図３は図１に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。図３において破線で示す推定電力は、電流検出器９ｊで検出された値をそのまま上記式（１）に適用して推定電力を算出したものであり、推定電力が負の値となる場合（すなわち回生電力が発生する場合）が存在することを示している。しかしながら、本実施形態の異常判定処理において算出される推定消費電力(図３において細い実線で示す）は、推定電力における負の値が０として算出されるため、負の値は存在しない。
【００３８】
図３に示すように、推定消費電力Ｐはロボットの動きに応じて大きく変化するが、これを例えば一次フィルタ等によってフィルタリングすることにより推定消費電力が時間に応じて連続変化するような一次遅れ系の波形（太い実線）に変換される。このようなフィルタリング後の波形に対してしきい値を設定することにより、しきい値を一定に設定することができ、複雑な処理を行うことなく容易に異常判定が可能となるとともに、同じく一次遅れ系で表わされるブレーカ４の特性曲線（負荷（電流）が大きいほど瞬間的にトリップする反限時特性）との対比が容易となる。図３においては、フィルタ後の推定消費電力は、計測開始から２５秒後において最も高い値となっていることが観測される。この場合においてもしきい値よりは低い値となっており、瞬間的に消費電力が大きくなってもそれが継続しなければ異常として判定されない。
【００３９】
なお、本実施形態においては、推定消費電力Ｐを一次フィルタでフィルタリングした値をしきい値と比較しているが、本発明はしきい値をブレーカ４がトリップしない値に適宜設定する限り、これに限られず、例えば、推定消費電力Ｐをそのまましきい値と比較してもよいし、整流器５の出力電圧と推定消費電力Ｐとからブレーカ４に流れる推定消費電流を算出した上でしきい値と比較してもよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、異常であると判定された場合に当該異常を報知する報知器１１を有している。そして、制御器８３として機能する制御装置８は、フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値以上である場合（ステップＳ４でＹｅｓ）に、報知器１１に異常検出信号を伝達することとしてもよい。これにより、ブレーカ４がトリップする可能性がある状態を的確に報知することができ、教示修正を促すことができる。なお、報知器１１は、例えば、制御装置８に設けられた表示画面または外部の表示装置に異常が発生したことを報知する画面を表示するよう構成されてもよいし、警報音を流すスピーカや光で異常を報知するランプ等により構成されてもよい。
【００４１】
さらに、異常か否かの判定の基準となるしきい値は、本実施形態のように１つ設定されることとしてもよいが、複数のしきい値が設定されてもよい。例えば、しきい値として、第１しきい値と、当該第１しきい値Ｔ１より大きい値を有する第２しきい値Ｔ２とを含んでもよい。この場合、制御器８３として機能する制御装置８は、推定消費電力に基づく値が第１しきい値Ｔ１以上かつ第２しきい値Ｔ２より小さい値であると判定された場合に報知器１１に異常検出信号を伝達し、推定消費電力に基づく値が第２しきい値Ｔ２以上であると判定された場合にロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行うよう構成されていてもよい。これにより、なるべくロボットの動作を維持しつつ異常検出を有効に行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、異常であると判定された場合に、ロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行うおよび／または報知器１１に異常検出信号を伝達することとしているが、ロボットの全モータ２ｊのうちのいくつかを停止させる制御を行うこととしてもよい。あるいは、算出される推定消費電力に基づく値がしきい値より少ないことが予め分かっているトリップ回避動作（所定の位置に移動）を予め設定しておき、異常であると判定された場合に、当該トリップ回避動作を実行することとしてもよい。
【００４３】
さらに、異常であると判定された場合に、制御装置８は、当該異常と判定されたときのロボットの状態（姿勢、動作態様、動作速度等）を記憶部に記憶させ、同様のロボットの状態が教示または指示された場合に警告を発することとしてもよい。これにより、ロボットの教示または指示において、異常判定されると分かっているロボットの状態を再度教示または指示することを事前に防止し、ロボットを安定的に動作させることができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態におけるロボット制御装置について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。また、図５は図４に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。本実施形態において第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
図４および図５に示されるように、本実施形態におけるロボット制御装置が第１実施形態と異なる点は、全モータ２ｊで発生した回生電力を一次電源３に回生させる電力回生器１２を備え、演算器８１として機能する制御装置８は、ロボットの推定消費電力Ｐの絶対値を算出するよう構成されていることである。本実施形態において、電力回生器１２は、整流器５と各インバータ回路１３ｊとの間と、ブレーカ４と整流器５との間とを接続するバイパス回路として設けられている。電力回生器１２には、トランジスタ等によるスイッチング回路が設けられ、モータ２ｊ全体が回生動作中である場合に当該バイパス回路から電力を一次電源３に戻すように構成されている。なお、電力回生器１２により一次電源３に電力を回生する本実施形態においても、図４に示すように回生電力放電回路７が設けられている。ただし、第１実施形態における回生抵抗７１よりは、本実施形態における回生抵抗７１の方が容量を小さくすることができる。
【００４６】
本実施形態のロボット制御装置における異常判定処理の流れは、基本的に第１実施形態（図２）と同様である。ただし、図２におけるステップＳ３において、推定消費電力Ｐが負の値と判定された場合（ステップＳ３でＮｏ）、その後の処理が異なる。具体的には、図２におけるステップＳ７の代わりに、当該負の値である推定消費電力Ｐを正の値として（絶対値をとって）推定消費電力Ｐとして算出する。そして、このように算出された推定消費電力Ｐについてもフィルタリングを行い、しきい値以上か否かの判定を行う。
【００４７】
これにより、本実施形態のように電力回生器１２を有し、モータ２ｊで発生した回生電力を一次電源３側に回収するように構成された場合には、推定消費電力Ｐが負の値である場合にもブレーカ４に電流が流れるため、これを正の値として扱うことにより推定消費電力の推定精度を向上させしつつ、適切な異常判定を行うことができる。
【００４８】
図５において破線で示す推定電力は、図３と同様に、電流検出器９ｊで検出された値をそのまま上記式（１）に適用して推定電力を算出したものであり、推定電力が負の値となる場合（すなわち回生電力が発生する場合）が存在することを示している。しかしながら、本実施形態の異常判定処理において算出される推定消費電力(図３において細い実線で示す）は、推定電力における負の値が正の値に変換されて算出されるため、負の値は存在しない（負の値が正の値に折り返されたような波形となる）。
【００４９】
そして、図５においても、フィルタ後の推定消費電力は、計測開始から２５秒後において最も高い値となっていることが観測される。第１実施形態における図３に比べると回生電力が推定消費電力Ｐに追加されるため、本実施形態における値も大きくなっている。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のロボット制御装置は、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させるとともに、しかも異常原因の検証を容易に行うために有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ロボット装置
２ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） モータ
３ 一次電源
４ ブレーカ
５ 整流器
６ コンデンサ
７ 回生電力放電回路
８ 制御装置
８ａ 演算部
８ｂ 記憶部
９ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） 電流検出器
１０ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） 速度検出器
１１ 報知器
１２ 電力回生器
１３ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） インバータ回路
１４ 電磁接触器
７１ 回生抵抗
７２ 回生電力放電用トランジスタ
８１ 演算器
８２ 判定器
８３ 制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一次電源から供給される電力で駆動する複数のモータを有するロボットを制御するロボット制御装置およびロボット制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、産業ロボット等として用いられるロボットは、１体のロボットに複数のモータが設けられた多軸のロボットとして構成されている。このようなロボットを動作させる際、複数のモータを同時に駆動させるなどにより一次電源から出力される消費電力（一次電源から各モータへ流れる電流の総量）が瞬間的または平均的に大きくなる場合がある。このような場合、一次電源に許容値を超える大きな電流が流れ、一次電源とロボットとの間に設けられたメインブレーカが遮断動作（トリップ）するおそれがある。
【０００３】
メインブレーカがトリップしないようにするためには、メインブレーカの容量を大きくして、各電子部品を電流定格の大きなものにすることが考えられるが、大容量のメインブレーカおよび電流定格の大きな電子部品を採用すると、ロボット全体の製造コストが高くなるので好ましくない。
【０００４】
また、メインブレーカがトリップすると、ロボットの各部への電力供給が遮断されるため、メインブレーカがトリップした原因を検証することができない。従って、トリップの原因が分からずメインブレーカが繰り返しトリップしてしまう問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、単一のモータを備えたモータ駆動システムにおいて、ブレーカを遮断する電流をモータの定格容量より小さくするとともに、電源電流を実効値ベースでフィードバック制御し、その制御指令を常にブレーカの定格電流より小さい値に制限することにより、ブレーカを動作させないように電源電流を制御する構成が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−５７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１においては複数のモータを使用するような多軸ロボットについては想定されておらず、ブレーカの遮断電流をロボットを構成するすべてのモータの定格電流を足し合わせた電流値より小さい値とするだけでは依然としてメインブレーカの容量を効果的に小さくすることができない。また、特許文献１の構成においては突発的な大電流が流れた際にはやはりブレーカはトリップしてしまい、何が原因でブレーカが遮断動作したのかを検証することが難しい。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を行うことが可能なロボット制御装置およびロボット制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るロボット制御装置は、一次電源からブレーカを介して供給される電力で駆動する複数のモータを有するロボットの軸を制御するためのロボット制御装置であって、前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出器と、前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器と、前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算器と、前記推定消費電力に基づく値が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器と、前記判定において前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するように制御するための制御器とを備えている。
【００１０】
上記構成によれば、各モータの速度および各モータに流れる電流からロボット全体の推定消費電力を算出することにより、一次電源からロボットへ流れる消費電流が推定される。この際、推定された消費電力に基づく値がブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かが判定される。これにより、ロボットが瞬間的に急激な動作を行ったり、平均的に仕事量の大きな動作を行った際に、算出される推定消費電力が過大となり、これを異常として判定することにより、ブレーカがトリップすることが有効に回避される。さらに、ブレーカがトリップする前に異常が検出されるため、その原因の検証も容易となる。従って、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができる。
【００１１】
前記判定器は、前記推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定することとしてもよい。また、前記判定器は、前記推定消費電力をフィルタリングし、当該フィルタリングした推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定することとしてもよい。このように所定のしきい値に基づいて異常か否かを判定することにより、複雑な処理を行うことなく容易に判定することができる。また、推定消費電力をフィルタリングすることにより、ブレーカの特性曲線との対比が容易となり、しきい値を一定に設定することができる。
【００１２】
また、前記判定器は、前記ロボットの推定消費電力が負の値である場合には、当該推定消費電力が０であるとして判定を行ってもよい。電力回生器を有しない構成においては、推定消費電力が負の値である場合にはブレーカに電流が流れないため、これを０として扱うことにより推定消費電力の推定精度を向上させることができる。
【００１３】
前記ロボットの推定消費電力Ｐは、次式（１）で表わされることとしてもよい。
【００１４】
【数１】
ここで、ｊ＝１〜Ｊは、前記複数のモータに振り当てられた番号を示し、Ｉｊは前記各モータにそれぞれ流れる電流値を示し、Ｋｊは前記各モータのトルク定数を示し、ωｊは前記各モータの速度を示す。このように推定消費電力を定式化して求めることにより安定的かつ容易に消費電力を推定することができる。
【００１５】
前記モータで発生した回生電力を前記一次電源に回生させる電力回生器を備え、前記演算器は、前記ロボットの消費電力の絶対値を算出するよう構成されていてもよい。電力回生器を有する場合には、推定消費電力が負の値である場合にもブレーカに電流が流れるため、これを正の値として扱うことにより推定消費電力が負の値である場合にも異常検出ができ、推定消費電力の推定精度を向上させることができる。
【００１６】
前記制御器は、前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されていてもよい。これにより、ブレーカがトリップするのを確実に防止することができる。
【００１７】
前記制御器は、異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達することとしてもよい。これにより、ブレーカがトリップする可能性がある状態を的確に報知することができ、教示修正を促すことができる。
【００１８】
前記しきい値は、第１しきい値と、前記第１しきい値より大きい値を有する第２しきい値とを含み、前記制御器は、前記推定消費電力に基づく値が前記第１しきい値以上かつ前記第２しきい値より小さい値であると判定された場合に異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達し、前記推定消費電力に基づく値が前記第２しきい値以上であると判定された場合に前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されていてもよい。これにより、なるべくロボットの動作を維持しつつ異常検出を有効に行うことができる。
【００１９】
また、本発明に係るロボット制御方法は、一次電源からブレーカを介して供給される電力でロボットの軸を駆動する複数のモータを有する当該ロボットを制御するためのロボット制御方法であって、前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出ステップと、前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出ステップと、前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算ステップと、前記推定消費電力が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにおいて前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するよう制御する制御ステップとを含んでいる。
【００２０】
上記方法によれば、各モータの速度および各モータに流れる電流からロボット全体の推定消費電力を算出することにより、一次電源からロボットへ流れる消費電流が推定される。この際、算出された推定消費電力に基づく値がブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かが判定される。これにより、ロボットが瞬間的に急激な動作を行ったり、平均的に仕事量の大きな動作を行った際に、算出される推定消費電力が過大となり、これを異常として判定することにより、ブレーカがトリップすることが有効に回避される。さらに、ブレーカがトリップする前に異常が検出されるため、その原因の検証も容易となる。従って、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は以上に説明したように構成され、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すロボット制御装置における異常判定制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態のロボット制御装置は、複数の軸（動作軸）を有するロボット装置１の動作制御に適用される。なお、本実施形態においては、１つのロボット装置１を制御する例について説明するが、複数のロボット装置で１つのロボットセルを構成するロボットシステムにおいても適用可能である。
【００２５】
複数のロボット軸は、複数のモータ２ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）で構成されている。複数のモータ２ｊは、一次電源３からブレーカ４を介して供給される電力で駆動する。一次電源３は、モータ駆動系だけでなく後述する制御装置８を含むロボット装置全体の電源となり、ロボット装置を構成する各装置へ電力を供給する。モータ駆動系へは、電磁接触器１４を介して電力が供給される。すなわち、電磁接触器１４がモータ駆動電源スイッチとなっている。
【００２６】
ロボット装置１は、各モータ２ｊを駆動する駆動回路として、図１に示すように、交流電源である一次電源３の電流を整流して直流電流に変換する整流器５と、整流器５で取り出された電流を平滑化するコンデンサ６と、各モータ２ｊへ駆動電流を供給するために複数のモータ２ｊごとに設けられたインバータ回路１３ｊとを有している。さらに、ロボットは、各モータ２ｊに対応するインバータ回路１３ｊを制御してモータ２ｊへの駆動電流を制御するための制御装置８を有している。
【００２７】
制御装置８は、ロボットの制御命令を生成し、インバータ回路１３ｊを介して各モータ２ｊを制御する。インバータ回路１３ｊの出力である電流Ｉｊは、当該電流Ｉｊを検出する電流検出器９ｊを介して各モータ２ｊに接続されている。これにより、インバータ回路１３ｊの出力である電流Ｉｊが電流検出器９ｊを通じて各モータ２ｊに供給される。電流検出器９ｊで検出された電流Ｉｊは、制御装置８へフィードバックされる。さらに、各モータ２ｊには、当該モータ２ｊの速度ωｊを検出する速度検出器１０ｊが設けられており、制御装置８へ各モータ２ｊの速度（回転速度）ωｊが入力される。速度検出器１０ｊは、エンコーダ等の位置（回転角度）検出器により構成され、速度（回転速度）ωｊは、その位置検出器の出力を微分または差分等することにより生成したものであってもよい。例えば、モータ２ｊの回転角度を検出するエンコーダ等により構成される。制御装置８は、外部からもたらされる位置指令に基づいて各モータ２ｊの速度を決定し、当該速度に必要な電流を決定し、当該電流が各モータ２ｊへ流れるように、インバータ回路１３ｊを動作させる。この際、各モータ２ｊへ供給される電流Ｉｊおよび各モータ２ｊの速度ωｊに基づいて各モータ２ｊをフィードバック制御する。
【００２８】
制御装置８は、各種の演算を行う演算部８ａと各種のデータを記憶する記憶部８ｂとを有している。演算部８ａは、モータ２ｊの速度ωｊおよびモータ２ｊに流れる電流Ｉｊからロボットの推定消費電力を算出する演算器８１と、推定消費電力に基づく値がブレーカ４の電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器８２と、当該判定において推定消費電力が異常であると判定された場合に、ロボットをブレーカ４のトリップを回避するように制御するための制御器８３とを備えている。記憶部８ｂには、電流検出器９ｊおよび速度検出器１０ｊで検出された各モータ２ｊの電流Ｉｊおよび速度ωｊが記憶されるとともに、各モータ２ｊごとのトルク定数Ｋｊが記憶される。なお、トルク定数Ｋｊは、各モータ２ｊごとにそれぞれ設定されてもよいが、同じトルク定数としてもよい。制御装置８は、例えば、マイクロコントローラを備えており、このマイクロコントローラのＣＰＵが演算部８ａとして機能し、このマイクロコントローラの内部メモリが記憶部８ｂとして機能してもよい。
【００２９】
なお、本実施形態においては、制御装置８と整流器５等とを別の構成として説明しているが、モータ２ｊおよび速度検出器１０ｊを除く各構成は、電気回路により実現されるものであり、制御装置８内に実装することが可能である。すなわち、モータ２ｊおよび速度検出器１０ｊ以外の構成は、すべて制御装置８内に含まれる構成とすることができる。
【００３０】
ここで、制御装置８における異常判定処理について具体的に説明する。図２は図１に示すロボット制御装置における異常判定処理の流れを示すフローチャートである。前述したように、制御装置８は、各電流検出器９ｊで検出された各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊを取得するとともに、各速度検出器１０ｊで検出された各モータ２ｊの速度ωｊを取得する（ステップＳ１）。そして、制御装置８は、演算器８１として機能し、取得した各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊおよび各モータ２ｊの速度ωｊからロボット（全体）の推定消費電力を演算する（ステップＳ２）。
【００３１】
ロボットの推定消費電力は、モータ２ｊごとの電力値を全モータ２ｊ分足し合わせることにより求められる。ここで、各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊと、当該モータ２ｊのトルク定数Ｋｊとを掛け合わせることにより、各モータ２ｊで発生するトルクが算出される。また、各モータ２ｊの電力値は、各モータ２ｊで発生するトルクと、当該モータ２ｊの速度ωｊとを掛け合わせたものである。従って、ロボットの推定消費電力Ｐは、以下の式で表される。
【００３２】
【数２】
一次電源３の電圧は、略一定であるため、上記式（１）のように定式化してロボットの推定消費電力Ｐを演算することにより、ブレーカ４に流れる電流を監視することが可能である。ブレーカ４のトリップは、ブレーカ４に過大に電流が流れることにより生じるため、ブレーカ４に流れる電流を監視することにより、ブレーカ４がトリップすることを事前に回避することが可能となる。
【００３３】
制御装置８は、演算された推定消費電力Ｐが正の値か否かを判定する（ステップＳ３）。推定消費電力Ｐが負の値となる場合（ステップＳ３でＮｏ）は、モータ２ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）全体において回生電力が発生していることになる。本実施形態においては、コンデンサ６とインバータ回路１３ｊとの間に回生電力放電回路７が設けられている。回生電力放電回路７は、モータ２ｊ全体において発生した回生電力を消費する回生抵抗７１と、回生電力が発生した場合に、回生電力による電流を回生抵抗７１に流すためのスイッチングを行う回生電力放電用トランジスタ７２とを有している。このように、モータ２ｊにおいて発生した回生電力は回生電力放電用トランジスタ７２がオンすることにより回生抵抗７１で消費され、一次電源３へは回収されない。このため、ロボット全体として回生状態にある場合にはブレーカ４には電流が流れない。従って、推定消費電力Ｐが負の値であれば、ブレーカトリップのおそれはないといえるため、このときの推定消費電力Ｐは採用しない。具体的には、制御装置８は、ロボットの推定消費電力Ｐが負の値である場合には、推定消費電力Ｐ＝０に設定する（ステップＳ７）。これにより、ロボットの推定消費電力Ｐが負の値である場合に、特別な処理を行わずに推定消費電力の推定精度を向上させることができるとともに、誤って異常判定してしまうことも防止することができる。
【００３４】
推定消費電力Ｐが正の値となった場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御装置８は、判定器８２として機能し、当該推定消費電力Ｐに基づいて異常判定を行う。具体的には、まず、推定消費電力Ｐを一次フィルタを用いてフィルタリングする（ステップＳ４）。その上で、制御装置８は、フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値以上か否かを判定する（ステップＳ５）。
【００３５】
フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値以上である場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御装置８は、制御器８３として機能し、ロボットをブレーカ４のトリップを回避するように制御する（ステップＳ６）。具体的には、ロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行う。このような異常判定制御を所定の間隔ごとに行う（所定の間隔ごとに電流Ｉｊおよび速度ωｊを検出する）ことにより、ロボットの動作に応じてブレーカ４に流れる電流を逐一監視して、ブレーカ４がトリップしないように制御する。フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値未満である場合（ステップＳ４でＮｏ）、制御装置８は、通常のモータ制御を維持し、継続して異常判定を行う（ステップＳ１に戻る）。
【００３６】
上記構成によれば、各モータ２ｊの速度ωｊおよび各モータ２ｊに流れる電流Ｉｊからロボット全体の推定消費電力Ｐを算出することにより、一次電源３からロボットへ流れる消費電流が推定される。この際、算出された推定消費電力Ｐに基づく値（消費電流値）がブレーカ４の電流許容値を基準として異常であるか否かが判定される。これにより、ロボットが瞬間的に急激な動作を行ったり、平均的に仕事量の大きな動作を行った際に、算出される推定消費電力が過大となり、これを異常として判定することにより、ブレーカ４がトリップすることが有効に回避される。さらに、ブレーカ４がトリップする前に異常が検出されるため、その原因の検証も容易となる。従って、ブレーカ４の容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させることができ、しかも異常原因の検証を容易に行うことができる。また、推定消費電力Ｐを定式化して求めることにより安定的かつ容易にロボットの消費電力を推定することができる。そして、異常であると判定された場合に、ロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行うことによりブレーカ４がトリップするのを確実に防止することができる。
【００３７】
また、図３は図１に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。図３において破線で示す推定電力は、電流検出器９ｊで検出された値をそのまま上記式（１）に適用して推定電力を算出したものであり、推定電力が負の値となる場合（すなわち回生電力が発生する場合）が存在することを示している。しかしながら、本実施形態の異常判定処理において算出される推定消費電力(図３において細い実線で示す）は、推定電力における負の値が０として算出されるため、負の値は存在しない。
【００３８】
図３に示すように、推定消費電力Ｐはロボットの動きに応じて大きく変化するが、これを例えば一次フィルタ等によってフィルタリングすることにより推定消費電力が時間に応じて連続変化するような一次遅れ系の波形（太い実線）に変換される。このようなフィルタリング後の波形に対してしきい値を設定することにより、しきい値を一定に設定することができ、複雑な処理を行うことなく容易に異常判定が可能となるとともに、同じく一次遅れ系で表わされるブレーカ４の特性曲線（負荷（電流）が大きいほど瞬間的にトリップする反限時特性）との対比が容易となる。図３においては、フィルタ後の推定消費電力は、計測開始から２５秒後において最も高い値となっていることが観測される。この場合においてもしきい値よりは低い値となっており、瞬間的に消費電力が大きくなってもそれが継続しなければ異常として判定されない。
【００３９】
なお、本実施形態においては、推定消費電力Ｐを一次フィルタでフィルタリングした値をしきい値と比較しているが、本発明はしきい値をブレーカ４がトリップしない値に適宜設定する限り、これに限られず、例えば、推定消費電力Ｐをそのまましきい値と比較してもよいし、整流器５の出力電圧と推定消費電力Ｐとからブレーカ４に流れる推定消費電流を算出した上でしきい値と比較してもよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、異常であると判定された場合に当該異常を報知する報知器１１を有している。そして、制御器８３として機能する制御装置８は、フィルタリング後の推定消費電力が所定のしきい値以上である場合（ステップＳ４でＹｅｓ）に、報知器１１に異常検出信号を伝達することとしてもよい。これにより、ブレーカ４がトリップする可能性がある状態を的確に報知することができ、教示修正を促すことができる。なお、報知器１１は、例えば、制御装置８に設けられた表示画面または外部の表示装置に異常が発生したことを報知する画面を表示するよう構成されてもよいし、警報音を流すスピーカや光で異常を報知するランプ等により構成されてもよい。
【００４１】
さらに、異常か否かの判定の基準となるしきい値は、本実施形態のように１つ設定されることとしてもよいが、複数のしきい値が設定されてもよい。例えば、しきい値として、第１しきい値と、当該第１しきい値Ｔ１より大きい値を有する第２しきい値Ｔ２とを含んでもよい。この場合、制御器８３として機能する制御装置８は、推定消費電力に基づく値が第１しきい値Ｔ１以上かつ第２しきい値Ｔ２より小さい値であると判定された場合に報知器１１に異常検出信号を伝達し、推定消費電力に基づく値が第２しきい値Ｔ２以上であると判定された場合にロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行うよう構成されていてもよい。これにより、なるべくロボットの動作を維持しつつ異常検出を有効に行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、異常であると判定された場合に、ロボットのすべてのモータ２ｊを停止させる制御を行うおよび／または報知器１１に異常検出信号を伝達することとしているが、ロボットの全モータ２ｊのうちのいくつかを停止させる制御を行うこととしてもよい。あるいは、算出される推定消費電力に基づく値がしきい値より少ないことが予め分かっているトリップ回避動作（所定の位置に移動）を予め設定しておき、異常であると判定された場合に、当該トリップ回避動作を実行することとしてもよい。
【００４３】
さらに、異常であると判定された場合に、制御装置８は、当該異常と判定されたときのロボットの状態（姿勢、動作態様、動作速度等）を記憶部に記憶させ、同様のロボットの状態が教示または指示された場合に警告を発することとしてもよい。これにより、ロボットの教示または指示において、異常判定されると分かっているロボットの状態を再度教示または指示することを事前に防止し、ロボットを安定的に動作させることができる。
【００４４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態におけるロボット制御装置について説明する。図４は本発明の第２実施形態に係るロボット制御装置が適用されたロボット装置の概略構成を示すブロック図である。また、図５は図４に示すロボット制御装置において算出される推定消費電力波形を示すグラフである。本実施形態において第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
図４および図５に示されるように、本実施形態におけるロボット制御装置が第１実施形態と異なる点は、全モータ２ｊで発生した回生電力を一次電源３に回生させる電力回生器１２を備え、演算器８１として機能する制御装置８は、ロボットの推定消費電力Ｐの絶対値を算出するよう構成されていることである。本実施形態において、電力回生器１２は、整流器５と各インバータ回路１３ｊとの間と、ブレーカ４と整流器５との間とを接続するバイパス回路として設けられている。電力回生器１２には、トランジスタ等によるスイッチング回路が設けられ、モータ２ｊ全体が回生動作中である場合に当該バイパス回路から電力を一次電源３に戻すように構成されている。なお、電力回生器１２により一次電源３に電力を回生する本実施形態においても、図４に示すように回生電力放電回路７が設けられている。ただし、第１実施形態における回生抵抗７１よりは、本実施形態における回生抵抗７１の方が容量を小さくすることができる。
【００４６】
本実施形態のロボット制御装置における異常判定処理の流れは、基本的に第１実施形態（図２）と同様である。ただし、図２におけるステップＳ３において、推定消費電力Ｐが負の値と判定された場合（ステップＳ３でＮｏ）、その後の処理が異なる。具体的には、図２におけるステップＳ７の代わりに、当該負の値である推定消費電力Ｐを正の値として（絶対値をとって）推定消費電力Ｐとして算出する。そして、このように算出された推定消費電力Ｐについてもフィルタリングを行い、しきい値以上か否かの判定を行う。
【００４７】
これにより、本実施形態のように電力回生器１２を有し、モータ２ｊで発生した回生電力を一次電源３側に回収するように構成された場合には、推定消費電力Ｐが負の値である場合にもブレーカ４に電流が流れるため、これを正の値として扱うことにより推定消費電力の推定精度を向上させしつつ、適切な異常判定を行うことができる。
【００４８】
図５において破線で示す推定電力は、図３と同様に、電流検出器９ｊで検出された値をそのまま上記式（１）に適用して推定電力を算出したものであり、推定電力が負の値となる場合（すなわち回生電力が発生する場合）が存在することを示している。しかしながら、本実施形態の異常判定処理において算出される推定消費電力(図３において細い実線で示す）は、推定電力における負の値が正の値に変換されて算出されるため、負の値は存在しない（負の値が正の値に折り返されたような波形となる）。
【００４９】
そして、図５においても、フィルタ後の推定消費電力は、計測開始から２５秒後において最も高い値となっていることが観測される。第１実施形態における図３に比べると回生電力が推定消費電力Ｐに追加されるため、本実施形態における値も大きくなっている。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のロボット制御装置は、ブレーカの容量を低減させつつロボットの遮断動作の頻度を低減させるとともに、しかも異常原因の検証を容易に行うために有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１ ロボット装置
２ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） モータ
３ 一次電源
４ ブレーカ
５ 整流器
６ コンデンサ
７ 回生電力放電回路
８ 制御装置
８ａ 演算部
８ｂ 記憶部
９ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） 電流検出器
１０ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） 速度検出器
１１ 報知器
１２ 電力回生器
１３ｊ（ｊ＝１〜Ｊ） インバータ回路
１４ 電磁接触器
７１ 回生抵抗
７２ 回生電力放電用トランジスタ
８１ 演算器
８２ 判定器
８３ 制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電源からブレーカを介して供給される電力でロボットの軸を駆動する複数のモータを有する当該ロボットを制御するためのロボット制御装置であって、
前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出器と、
前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器と、
前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算器と、
前記推定消費電力が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器と、
前記判定において前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するよう制御するための制御器とを備えた、ロボット制御装置。
【請求項２】
前記判定器は、前記推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定する、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項３】
前記判定器は、前記推定消費電力をフィルタリングし、当該フィルタリングした推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定する、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項４】
前記判定器は、前記ロボットの推定消費電力が負の値である場合には、当該推定消費電力が０であるとして判定を行う、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項５】
前記ロボットの推定消費電力Ｐは、次式（１）で表わされる、請求項１に記載のロボット制御装置。
【数１】
ここで、ｊ＝１〜Ｊは、前記複数のモータに振り当てられた番号を示し、Ｉｊは前記各モータにそれぞれ流れる電流値を示し、Ｋｊは前記各モータのトルク定数を示し、ωｊは前記各モータの速度を示す。
【請求項６】
前記モータで発生した回生電力を前記一次電源に回生させる電力回生器を備え、
前記演算器は、前記ロボットの推定消費電力の絶対値を算出するよう構成されている、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されている、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項８】
前記制御器は、異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達する、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項９】
前記しきい値は、第１しきい値と、前記第１しきい値より大きい値を有する第２しきい値とを含み、
前記制御器は、前記推定消費電力に基づく値が前記第１しきい値以上かつ前記第２しきい値より小さい値であると判定された場合に異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達し、前記推定消費電力に基づく値が前記第２しきい値以上であると判定された場合に前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されている、請求項２または３に記載のロボット制御装置。
【請求項１０】
一次電源からブレーカを介して供給される電力でロボットの軸を駆動する複数のモータを有する当該ロボットを制御するためのロボット制御方法であって、
前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出ステップと、
前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出ステップと、
前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算ステップと、
前記推定消費電力が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するよう制御する制御ステップとを含む、ロボット制御方法。
【請求項１】
一次電源からブレーカを介して供給される電力でロボットの軸を駆動する複数のモータを有する当該ロボットを制御するためのロボット制御装置であって、
前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出器と、
前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出器と、
前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算器と、
前記推定消費電力が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定器と、
前記判定において前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するよう制御するための制御器とを備えた、ロボット制御装置。
【請求項２】
前記判定器は、前記推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定する、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項３】
前記判定器は、前記推定消費電力をフィルタリングし、当該フィルタリングした推定消費電力が所定のしきい値以上である場合に異常と判定する、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項４】
前記判定器は、前記ロボットの推定消費電力が負の値である場合には、当該推定消費電力が０であるとして判定を行う、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項５】
前記ロボットの推定消費電力Ｐは、次式（１）で表わされる、請求項１に記載のロボット制御装置。
【数１】
ここで、ｊ＝１〜Ｊは、前記複数のモータに振り当てられた番号を示し、Ｉｊは前記各モータにそれぞれ流れる電流値を示し、Ｋｊは前記各モータのトルク定数を示し、ωｊは前記各モータの速度を示す。
【請求項６】
前記モータで発生した回生電力を前記一次電源に回生させる電力回生器を備え、
前記演算器は、前記ロボットの推定消費電力の絶対値を算出するよう構成されている、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されている、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項８】
前記制御器は、異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達する、請求項１に記載のロボット制御装置。
【請求項９】
前記しきい値は、第１しきい値と、前記第１しきい値より大きい値を有する第２しきい値とを含み、
前記制御器は、前記推定消費電力に基づく値が前記第１しきい値以上かつ前記第２しきい値より小さい値であると判定された場合に異常を報知する報知器に異常検出信号を伝達し、前記推定消費電力に基づく値が前記第２しきい値以上であると判定された場合に前記ロボットのすべてのモータを停止させる制御を行うよう構成されている、請求項２または３に記載のロボット制御装置。
【請求項１０】
一次電源からブレーカを介して供給される電力でロボットの軸を駆動する複数のモータを有する当該ロボットを制御するためのロボット制御方法であって、
前記複数のモータの速度をそれぞれ検出する速度検出ステップと、
前記複数のモータに流れる電流をそれぞれ検出する電流検出ステップと、
前記モータの速度および前記モータに流れる電流から前記ロボットの推定消費電力を算出する演算ステップと、
前記推定消費電力が前記ブレーカの電流許容値を基準として異常であるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて前記推定消費電力が異常であると判定された場合に、前記ロボットを前記ブレーカのトリップを回避するよう制御する制御ステップとを含む、ロボット制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１２５８８８（Ｐ２０１２−１２５８８８Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８０１３１（Ｐ２０１０−２８０１３１）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]