ロボット及びロボット駆動方法
【課題】コンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを簡便に蓄電する方法を提供する。
【解決手段】目標位置に向かって移動している可動部に対して、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させる予備減速を行わせる予備減速工程Ｓ１０３により予備減速速度まで減速してから、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させることにより、可動部を目標位置に停止させる減速停止工程Ｓ１０５により目標位置に停止する。この時、予備減速速度設定工程Ｓ１０１では、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。
【解決手段】目標位置に向かって移動している可動部に対して、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させる予備減速を行わせる予備減速工程Ｓ１０３により予備減速速度まで減速してから、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させることにより、可動部を目標位置に停止させる減速停止工程Ｓ１０５により目標位置に停止する。この時、予備減速速度設定工程Ｓ１０１では、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの可動部を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のロボット技術の進歩により、工業製品の製造現場では、多くのロボットが導入されている。例えば、工業製品の組み立てラインでは、ラインに沿って複数台のロボットが設置され、ライン上を流れる製造中の製品に対して、ロボットが自動で各種の部品を組み付けることで、生産効率を向上させることが広く行われている。あるいは、このようなロボットが組み付ける部品をラインサイドまで搬送する際にも、ロボットを用いて部品を搬送することで、工場全体としての生産効率を向上させることも広く行われている。
【０００３】
ロボットを導入すれば、作業者を危険な作業から開放することが可能となり、あるいは、ロボットは全く同じ動作を繰り返すことができるので作業精度が向上する等、多くの利点が得られるが、時間あたりの作業量の増加に伴って生産性の向上が可能となることも大きな利点として挙げられる。もっとも、ロボットの導入時には多額の初期費用が必要となる。そこで、この初期費用を回収するためにも、ロボットにはできるだけ高い生産性が望まれる。そして、生産性を向上させるために、ロボットの動作速度をできるだけ高くする方法が特許文献１に開示されている。これによると、ロボットアーム等の可動部分を目標位置まで移動させる際には、可動部分をできるだけ短時間で最高速度まで加速した後に最高速度で定速移動させている。次に、目標位置の手前に達したら最高速度から急減速して目標位置に停止させる制御が行われる。
【０００４】
例えば、ロボットアーム等のロボットの可動部分はかなりの重量を有することが通常である。このため、最高速度で移動している状態から停止させる際には、大きな運動エネルギーが放出される。そして、放出される運動エネルギーの大きさは、ロボットの生産性を向上させるために可動部分の移動速度を高くすればするほど大きくなる。従って、この運動エネルギーを熱として捨ててしまったのでは、生産性を向上させるためにロボットの動作速度を高くしても、それに伴ってロボットを動作させるためのエネルギーが増加することになる。従って、十分に生産性を向上させることが困難となる。尚、ロボットアーム等の可動部分を停止させる際に放出されるエネルギーは、回生エネルギーと呼ばれることがある。そして、特許文献２及び特許文献３にはロボットアーム等の可動部分を停止させる際に発生する回生エネルギーを電気エネルギーとして回収するようにした技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３１１７１３号公報
【特許文献２】特許第３６５５０５６号公報
【特許文献３】特開２００７−１５９２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回生エネルギーを回収する技術を用いるときコンデンサー電圧が最大定格電圧（以下最大管理電圧と称す）より過大にならないように特別な回路や制御が必要となる。従って、ロボットの制御装置が複雑になる。そこで、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収する方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係るロボット駆動方法は、本体部と前記本体部に対して移動可能に構成された可動部とを備えるロボット駆動方法であって、停止している前記可動部に対して、所定の目標位置に向かう方向の駆動力を作用させ、前記可動部を前記目標位置に向けて加速、及び定速駆動させる加速定速工程と、前記目標位置に向かって移動している前記可動部に対して、前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させる予備減速工程と、前記可動部を前記予備減速速度から前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させ、前記可動部を前記目標位置に停止させる減速停止工程と、前記予備減速速度を設定する予備減速速度設定工程と、を有し、前記予備減速工程、または前記減速停止工程では、前記予備減速速度から停止するまでに発生する回生エネルギーをコンデンサーに蓄電し、前記予備減速速度設定工程では、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になる範囲で前記コンデンサー電圧が高い場合には前記予備減速速度を低く設定し、前記コンデンサー電圧が低い場合には前記予備減速速度を高く設定することを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、加速定速工程において、停止している可動部に対して、所定の目標位置に向かう方向の駆動力を作用させて、可動部を目標位置に向けて加速、及び定速駆動させている。予備減速工程では目標位置に向かって移動している可動部に対して、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させている。減速停止工程では、可動部を予備減速速度から目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させて、可動部を目標位置に停止させている。予備減速工程、または減速停止工程では、予備減速速度から停止するまでに発生する回生エネルギーをコンデンサーに蓄電している。
【００１０】
予備減速速度設定工程では予備減速速度を設定している。このとき、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。最大管理電圧はコンデンサーを安全に使用可能な電圧範囲のうち最大の電圧を示す。これにより、最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能である。そして、予備減速速度の設定により、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下にしている。従って、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように電圧を制御する回路が不要となる為、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。さらに、コンデンサー電圧が高い場合には予備減速速度を低く設定し、コンデンサー電圧が低い場合には予備減速速度を高く設定している。従って、停止時のコンデンサー電圧が高くなるように予備減速速度を設定している為、生産性良く回生エネルギーをコンデンサーに蓄電することができる。
【００１１】
［適用例２］
上記適用例に記載のロボット駆動方法では、前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧を用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することが望ましい。
【００１２】
本適用例によれば、電圧検出工程にてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度演算工程では検出したコンデンサー電圧とコンデンサー電圧に対応する予備減速速度のテーブルとを参照し、停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度を演算している。従って、最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能な予備減速速度を簡便な方法で演算できる。
【００１３】
［適用例３］
上記適用例に記載のロボット駆動方法では、前記予備減速速度設定工程は、前記可動部の負荷重量を設定する負荷重量設定工程をさらに有し、前記予備減速速度演算工程では前記負荷重量と前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧と前記負荷重量とを用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算することが望ましい。
【００１４】
本適用例によれば、可動部の負荷重量が変更された場合に、負荷重量設定工程にて負荷重量を設定している。そして、負荷重量とコンデンサー電圧に対応する予備減速速度のテーブルを参照している。これにより、簡便に最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能な負荷重量に対応した予備減速速度を演算できる。従って、ロボット減速時に発生する回生エネルギーを可動部の負荷重量に応じて最大限蓄電することができる。
【００１５】
［適用例４］
上記適用例に記載のロボット駆動方法では、前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度との関係を示す予備減速速度係数を設定する予備減速速度係数設定工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度係数とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することが望ましい。
【００１６】
本適用例によれば、電圧検出工程においてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度係数設定工程ではコンデンサー電圧と予備減速速度との関係を示す予備減速速度係数を設定している。予備減速速度演算工程ではコンデンサー電圧と予備減速速度係数とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度を演算している。従って、簡単な演算により最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能な予備減速速度を演算できる。
【００１７】
［適用例５］
本適用例に係るロボットは、本体部と、前記本体部に対して移動可能に設置された可動部と、前記可動部を電流にて駆動するモーターと、前記モーターを制御する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記可動部の移動速度を出力する軌道生成部と、前記移動速度に対応して前記モーターを駆動する電流量を出力する位置・速度制御部と、前記電流量に対応してパルス波形のデューティー比を出力する電流制御部と、前記デューティー比の前記パルス波形を形成するパルス幅変調部と、前記モーターに流動する電流と前記モーターが発電する電流とを蓄えるコンデンサーと、前記コンデンサーの電気を用いて前記パルス波形に対応する駆動波形にて前記モーターを駆動するインバーターと、を備え、前記軌道生成部は前記コンデンサーの電圧に応じて前記移動速度を出力することを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、ロボットは本体部を備えている。本体部には可動部が移動可能に設置されている。可動部はモーターによって電流にて駆動され、モーターは駆動制御部に制御される。駆動制御部は軌道生成部、位置・速度制御部、電流制御部、パルス幅変調部、コンデンサー、インバーターを備えている。軌道生成部はコンデンサーの電圧に応じて移動速度を位置・速度制御部に出力する。位置・速度制御部は移動速度に対応してモーターを駆動する電流量を電流制御部に出力する。電流制御部は電流量に対応してパルス波形のデューティー比をパルス幅変調部に出力する。パルス幅変調部はデューティー比のパルス波形を形成する。
【００１９】
コンデンサーはモーターに流動する電流とモーターが発電する電流とを蓄える。そして、インバーターはコンデンサーの電気を用いてパルス波形に対応する駆動波形にてモーターを駆動する。これにより、モーターは軌道生成部の出力する移動速度に対応して駆動される。可動部が減速するときモーターには電気が充電される。このとき、モーターが減速する前の速度は制御されているので、コンデンサーに充電される電気の量は制御される。従って、コンデンサーには安全に充電可能な電圧である最大管理電圧まで蓄電することができる。モーターの速度を制御することによりコンデンサーの電圧が制御されている。従って、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように電圧を制御する回路が不要となる為、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１に係るロボットの構成を示す概略構成図。
【図２】ロボットの動作範囲を示す模式上面図。
【図３】可動部の動作工程を示すフローチャート。
【図４】駆動部の回路構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図６】比較例に係る（ａ）は、比較例における可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図７】実施形態２に係る可動部の動作工程を示すフローチャート。
【図８】コンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルを説明するための図。
【図９】駆動部の回路構成を示すブロック図。
【図１０】（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図１１】（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図１２】実施形態３に係る可動部の動作工程を示すフローチャート。
【図１３】負荷と予備減速速度対応テーブルを説明するための図。
【図１４】変形例に係るコンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、ロボットの構成を示す概略構成図である。図１に示すようにロボット１０は、本体部１１と可動部１２で構成されている。可動部１２は、本体部１１に対して回転移動が可能な態様で設けられており、本体部１１には可動部１２を回転させるための動力を発生させるモーターや制御部等の駆動部２０が内蔵されている。駆動部２０はコンデンサーを備え、モーターの回転により生成される回生エネルギーを蓄電可能になっている。
【００２３】
図２は、ロボットの動作範囲を示す模式上面図である。図２に示すように可動部１２は同心円を描くように動作する。可動部１２が動作開始する場所を位置（Ａ）１２ａとし動作を終了する場所を位置（Ｂ）１２ｂとする。そして、本実施形態では可動部１２が位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂまで移動する例を用いて説明する。
【００２４】
図３は、可動部の動作工程を示すフローチャートである。図３において、ロボット駆動開始Ｓ１００では、可動部１２は位置（Ａ）１２ａに位置している。予備減速速度設定工程Ｓ１０１では、急減速しても回生エネルギーによりコンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるような予備減速速度を設定する。この予備減速速度の設定方法は、例えば、実験を繰り返して試行錯誤的に決めることが可能である。予備減速速度を小さい値から段々と大きくしていくことで、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が大きくなっていく。従って、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が所望の電圧値になるように予備減速速度を設定可能である。
【００２５】
加速定速工程Ｓ１０２では、目標位置に向かう方向の駆動力を作用することにより、可動部１２を目標位置に向けて加速、及び定速駆動させる。予備減速工程Ｓ１０３では、例えば、摩擦トルクを利用して予備制動力のみで緩やかに減速させる。そのため大きな回生エネルギーがモーターから生成されることがない。従って、コンデンサーは蓄電されない。ただし、大きな回生エネルギーがモーターから生成されるときにはコンデンサーに蓄電しても良い。速度判別Ｓ１０４では、速度と予備減速速度とを比較する。そして、速度が予備減速速度よりも大きい場合には予備減速工程を繰り返す。可動部１２の速度が予備減速速度以下の場合には減速停止工程に移行する。減速停止工程Ｓ１０５では、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて位置（Ｂ）１２ｂに停止させる。ロボット駆動終了Ｓ１０６では可動部１２が位置（Ｂ）１２ｂに停止し、可動部１２の動作が終了する。
【００２６】
従来の減速は減速停止工程のみであるため、非常に大きな回生エネルギーが生じ、その分コンデンサー電圧が上昇する。本実施形態では回生エネルギーが生じ難い予備減速工程Ｓ１０３がある。これにより、予備減速速度を調整することでコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように回生エネルギーを制御することが可能となる。その結果、コンデンサーに過剰な電圧がかかってコンデンサーが損傷することを防止することができる。
【００２７】
図４は、駆動部の回路構成を示すブロック図である。図４に示すように駆動部２０は回路部１００と駆動制御部１０４とを備えている。回路部１００はＡＣ電源１０１（ＡＣは交流を示す）から電流が供給される。回路部１００はダイオードブリッジ１０２を有し、ダイオードブリッジ１０２にＡＣ電源１０１の電圧が印加される。ダイオードブリッジ１０２は電流を整流しコンデンサー１０３に電力を供給する。
【００２８】
駆動部２０はインバーター１０５を備え、コンデンサー１０３はインバーター１０５に電力を供給する。インバーター１０５はコンデンサー１０３に蓄電された電力を利用してロボット１０６を駆動する。インバーター１０５は駆動制御部１０４と接続され、駆動制御部１０４に制御される。インバーター１０５は抵抗１１５を介してロボット１０６に内蔵されたモーター１１６と接続されている。そして、インバーター１０５はモーター１１６を駆動する。モーター１１６の駆動軸にはエンコーダー１１２が接続され、エンコーダー１１２はモーター１１６の回転角度を検出する。
【００２９】
駆動制御部１０４は予備減速判定部１０７を備え、予備減速判定部１０７はモード選択部１０８と接続されている。さらに、モード選択部１０８はパルス幅変調部１１４を介してインバーター１０５と接続されている。予備減速判定部１０７の指令に基づいてモード選択部１０８は通常の制御モードと予備減速モードとを切り替える。
【００３０】
予備減速判定部１０７は軌道生成部としての予備減速速度設定部１０９と接続されている。そして、予備減速判定部１０７の判定は予備減速速度設定部１０９にて設定される予備減速速度に基づいて行われる。モード選択部１０８は軌道生成部１１０及び位置・速度制御部１１１と接続されている。これにより、軌道生成部１１０が出力する信号はモード選択部１０８を介して位置・速度制御部１１１に出力される。
【００３１】
まず、通常の制御モードでは軌道生成部１１０が位置指令を生成し、モード選択部１０８を介して位置・速度制御部１１１に出力する。位置・速度制御部１１１はエンコーダー１１２と接続され、エンコーダー１１２が出力するモーター１１６の回転角度の信号を位置・速度制御部１１１が入力する。
【００３２】
位置・速度制御部１１１には電流制御部１１３が接続され、電流制御部１１３にはパルス幅変調部１１４が接続されている。位置・速度制御部１１１はエンコーダー１１２が出力する情報に基づいて位置指令に追従するように電流指令を生成し電流制御部１１３に出力する。電流制御部１１３は電流指令を入力しモーター１１６を駆動する波形のデューティー比を演算する。電流制御部１１３は演算したデューティー比をパルス幅変調部１１４に出力する。パルス幅変調部１１４はデューティー比を入力し、デューティー比に基づいてインバーター１０５をスイッチングするスイッチング信号を生成する。尚、デューティー比はモーター１１６を駆動する時間と駆動しない時間とを合計した時間の内モーター１１６を駆動する時間の割合を示す。そして、パルス幅変調部１１４はスイッチング信号をインバーター１０５に出力し、インバーター１０５はスイッチング信号に基きモーター１１６を駆動する。これにより、モーター１１６は所定の位置まで所定の速度で回転する。
【００３３】
他方、予備減速モードでは強制的にデューティー比が零になるように電流制御部１１３がパルス幅変調部１１４に指令を出す。これにより、回生エネルギーによるコンデンサー１０３への蓄電が行われ難くなり、ロボット１０が備える減速装置等の機械的な摩擦等の損失により緩やかに減速する。予備減速工程Ｓ１０３において、通常の制御モードと予備減速モードとを速度に応じて切り替えることにより可動部１２の回転速度を予備減速速度にすることができる。従って、減速停止工程Ｓ１０５においてコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように回生エネルギーを制御することが可能となる。
【００３４】
予備減速モードではモード選択部１０８の判断により直接パルス幅変調部１１４に対してスイッチング信号を全てＬＯＷ信号（インバーター１０５のスイッチング素子がＯＮにならない信号）にしても良い。このとき、デューティー比は零にしなくても良い。この方法でも同様の効果が得られる。
【００３５】
図５（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図である。図５（ａ）において、横軸は位置を示し、位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの間の位置を示している。縦軸は可動部１２が移動する速度を示し、上側が下側より早い速度となっている。そして、速度推移線１１７は可動部の速度変化の推移を示している。
【００３６】
速度推移線１１７において位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの間は加速区間１１７ａ、定速区間１１７ｂ、予備減速区間１１７ｃ、減速停止区間１１７ｄから構成されている。加速区間１１７ａは位置Ａから目標位置に向かう方向の駆動力を作用することにより可動部１２を加速させる区間である。定速区間１１７ｂは摩擦等の損失に等しい駆動力を作用することにより一定速に保つ区間である。予備減速区間１１７ｃは機械的な摩擦等の損失により緩やかに減速する区間である。減速停止区間１１７ｄは目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて位置Ｂに停止させる区間である。この順の区間を経て可動部１２は位置（Ｂ）１２ｂに到達する。
【００３７】
予備減速区間１１７ｃでは、機械的な摩擦等の損失により可動部１２が緩やかに減速するため、回生エネルギーによるコンデンサーへの蓄電が行われない。減速停止区間１１７ｄでは、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力をモーター１１６が可動部１２に作用させて位置（Ｂ）１２ｂに停止させる区間であり、回生エネルギーが蓄電される区間である。
【００３８】
図５（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図５（ｂ）において、横軸は位置を示し、位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの間の位置を示している。縦軸はコンデンサー１０３の電圧を示し、上側が下側より大きな電圧となっている。そして、電圧推移線１１８はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。
【００３９】
電圧推移線１１８が示すように、加速区間１１７ａ、定速区間１１７ｂ、予備減速区間１１７ｃでは回生エネルギーが蓄電され難いためコンデンサー電圧は上昇しない。減速停止区間１１７ｄでは強制的に逆方向の駆動力を作用させるため回生エネルギーが蓄電されコンデンサー電圧が上昇している。この蓄電されたエネルギーは次の動作時の加速区間１１７ａで利用される。予備減速速度設定工程Ｓ１０１では予備減速速度を設定している。このとき、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。最大管理電圧はコンデンサーを安全に使用可能な電圧範囲のうち最大の電圧を示す。従って、可動部１２が位置（Ｂ）１２ｂに停止するとき、電圧推移線１１８は最大管理電圧以下になる。
【００４０】
図６（ａ）は、比較例における可動部の速度変化を説明するための図である。図６（ａ）において、横軸と縦軸は図５（ａ）と同じであり、説明を省略する。そして、速度推移線１１９は可動部の速度変化の推移を示している。速度推移線１１９に示すように、速度推移線１１９における予備減速区間１１７ｃは速度推移線１１７のときより短くなっている。そして、速度推移線１１９における減速停止区間１１７ｄは速度推移線１１７のときより長くなっている。
【００４１】
図６（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図６（ｂ）において、横軸と縦軸は図５（ｂ）と同じであり、説明を省略する。そして、電圧推移線１２０はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。電圧推移線１１８に比べて電圧推移線１２０では予備減速区間１１７ｃが短く、十分に減速する前に減速停止区間１１７ｄに入っている。このため、減速停止区間１１７ｄでコンデンサーに蓄電される回生エネルギーが大きいため、位置（Ｂ）１２ｂにおけるコンデンサー電圧は電圧推移線１１８のときより電圧推移線１２０の方が増加している。以上より、目標位置に達した時のコンデンサー電圧が予備減速速度によって調整可能であることがわかる。
【００４２】
以上述べたように、実施形態１に関わるロボット駆動方法によれば、予備減速速度を設定し予備減速を行うことで、コンデンサーの最大管理電圧まで回生エネルギーを蓄電することが可能となり、ロボット駆動時に利用されるエネルギーを抑制できるという効果を得ることができる。
【００４３】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、予備減速速度設定工程Ｓ１０１では予備減速速度を設定している。このとき、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。これにより、最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能である。そして、予備減速速度の設定により、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下にしている。従って、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように電圧を制御する回路が不要となる為、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。
【００４４】
（実施形態２）
次に、回生エネルギーを蓄電するロボットの一実施形態について図７〜図１１を用いて説明する。本実施形態が実施形態１と異なるところは、コンデンサーの電圧を検出して可動部の速度を制御する点にある。尚、実施形態１と同じ点については説明を省略する。
【００４５】
図７は、可動部の動作工程を示すフローチャートである。実施形態１の制御フローにコンデンサー電圧検出工程と予備減速速度演算工程が追加された制御フローになっている。コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１では、コンデンサー１０３の電圧であるコンデンサー電圧を検出する。予備減速速度演算工程Ｓ２０２では、検出したコンデンサー電圧に基づいて予備減速速度を演算する。
【００４６】
コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１及び予備減速速度演算工程Ｓ２０２の工程と予備減速速度設定工程Ｓ２０３〜予備減速工程Ｓ２０５の工程とは並行して行われる。従って、可動部１２が移動している間にコンデンサー１０３の電圧が検出され、電圧に基く予備減速速度が演算される。速度判別Ｓ２０６では予備減速速度演算工程Ｓ２０２で演算された予備減速速度に基づいて予備減速工程を継続するか、減速停止工程に移行するかを判別する。
【００４７】
予備減速速度設定工程Ｓ２０３〜予備減速工程Ｓ２０５は実施形態１の予備減速速度設定工程Ｓ１０１〜予備減速工程Ｓ１０３と同様な工程であり、説明を省略する。減速停止工程Ｓ２０７及びロボット駆動終了Ｓ２０８は減速停止工程Ｓ１０５及びロボット駆動終了Ｓ１０６と同様な工程であり、説明を省略する。
【００４８】
予備減速速度演算工程Ｓ２０２の一例としてテーブルを用いる手法を用いても良い。図８はコンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルを説明するための図である。図８に示すように、コンデンサー１０３の電圧と対応する予備減速速度が設定されている。従って、コンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルを用いることにより容易にコンデンサー電圧の状態に適した予備減速速度を演算することが可能である。そして、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるように予備減速速度を設定する。
【００４９】
コンデンサー電圧が低い場合には、蓄電可能な回生エネルギーが多いため予備減速速度を高くする。また、コンデンサー電圧が高い場合には、蓄電可能な回生エネルギーが少ないため予備減速速度を低くする。このように、コンデンサー電圧に応じて予備減速速度を可変にすることにより、電源電圧変動やロボットの経年変化等に対応して最大限回生エネルギーを蓄積することが可能となる。さらにコンデンサー電圧に余裕がある場合にはその分予備減速速度を高くするためロボットの動作時間が短くなるという効果もある。
【００５０】
また、予備減速速度演算工程の他の例として、次式（式１）のような演算式で算出する方法もある。
Ｖｅｌ＝Ｋ１＊Ｅ （式１）
但し、Ｖｅｌは予備減速速度、Ｋ１は設定可能な係数、Ｅは回生エネルギーにより増加するコンデンサー電圧である。この演算式は予備減速速度と回生エネルギーによるコンデンサー電圧の上昇が次式（式２）から線形の関係であることを利用したものである。
１／２＊Ｃ＊（Ｅ＾２）＝１／２＊Ｉ＊（Ｖｅｌ＾２） （式２）
但し、Ｃはコンデンサーの合成容量、Ｉは慣性モーメントである。
【００５１】
予備減速速度係数としての係数（Ｋ１）はロボット１０を駆動する前に、予め、予備減速速度係数設定工程にて設定される。予備減速速度係数設定工程では予備減速速度とコンデンサー電圧の関係の実験を通して求めることにより係数（Ｋ１）が算出される。そして、予備減速速度演算工程Ｓ２０２では係数（Ｋ１）を用いて予備減速速度が演算される。
【００５２】
図９は、駆動部の回路構成を示すブロック図である。図９に示すように回路部１００はコンデンサー電圧検出部２００を有し、駆動制御部１０４は軌道生成部としての予備減速速度演算部２０１を有する。コンデンサー電圧検出部２００はコンデンサー１０３の両端と接続され、コンデンサー電圧を検出する。そして、コンデンサー電圧検出部２００は予備減速速度演算部２０１と接続され、コンデンサー電圧の情報はコンデンサー電圧検出部２００から予備減速速度演算部２０１に出力される。
【００５３】
コンデンサー電圧の情報を用いて予備減速速度演算部２０１はコンデンサー電圧に応じた予備減速速度を演算する。予備減速速度演算部２０１は予備減速速度設定部１０９と接続され、予備減速速度設定部１０９に予備減速速度の情報を出力する。予備減速速度設定部１０９は予備減速速度を設定し直すことで、予備減速速度が変更される。その他の構成及び機能は実施形態１と同様であり、説明を省略する。
【００５４】
図１０（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図であり、図１０（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図１０の縦軸と横軸とは図５と同じであり説明を省略する。そして、速度推移線１２３は可動部の速度変化の推移を示し、電圧推移線１２４はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。
【００５５】
そして、速度推移線１２３及び電圧推移線１２４はコンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１及び予備減速速度演算工程Ｓ２０２が行われないときの推移を示している。そして、減速停止区間１１７ｄ以前におけるコンデンサー電圧１２４ａが実施形態１の電圧推移線１１８よりも低くなっている。コンデンサー電圧が下がっているにも関わらず減速速度は固定のため、位置（Ｂ）１２ｂに停止した際のコンデンサー電圧は最大管理電圧よりも低くなる。その結果、コンデンサー１０３は最大限利用されていない状態となる。
【００５６】
図１１（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図であり、図１１（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図１１の縦軸と横軸とは図１０と同じであり説明を省略する。そして、速度推移線１２５は可動部の速度変化の推移を示し、電圧推移線１２６はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。
【００５７】
そして、速度推移線１２５及び電圧推移線１２６はコンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１及び予備減速速度演算工程Ｓ２０２が行わるときの推移を示している。このとき減速停止区間１１７ｄ以前におけるコンデンサー電圧１２６ａに合わせて予備減速速度を変更している。このため速度推移線１２５における予備減速速度は速度推移線１２３における予備減速速度より高くなっている。これにより、速度推移線１２５は速度推移線１２３の場合よりも早く減速停止区間に移行する。このため位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂまでの駆動時間が短縮される。
【００５８】
予備減速速度を上げることで位置（Ｂ）１２ｂに停止するとき電圧推移線１２６ではコンデンサー電圧が最大管理電圧となっている。これはコンデンサー１０３の蓄電能力限界まで回生エネルギーを蓄電していることになる。但し、減速停止区間１１７ｄに移行した時点で予備減速速度の更新は停止している。駆動制御部１０４は定速区間１１７ｂで予備減速速度を更新することにしても良く、予備減速区間１１７ｃにおいてもさらに予備減速速度を更新することとしても良い。
【００５９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、電源電圧の変動や経時変化等によりコンデンサー電圧が変動した際にもコンデンサー１０３の蓄電能力の限界まで回生エネルギーを蓄電することが可能となり、より一層ロボット駆動時に利用されるエネルギーを抑制できるという効果を得ることができる。さらに、コンデンサー１０３の蓄電能力の範囲内で駆動時間が短縮できるという効果を得ることができる。
【００６０】
（２）本実施形態によれば、コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１にてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度演算工程Ｓ２０２では検出したコンデンサー電圧とコンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルとを参照し、停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度を演算している。従って、最大管理電圧までコンデンサー１０３に蓄電することが可能な予備減速速度を簡便な方法で演算できる。
【００６１】
（３）本実施形態によれば、コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１においてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度係数設定工程ではコンデンサー電圧と予備減速速度との関係を示す係数（Ｋ１）を設定している。予備減速速度演算工程Ｓ２０２ではコンデンサー電圧と係数（Ｋ１）とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度（Ｖｅｌ）を演算している。従って、簡単な演算により最大管理電圧までコンデンサー１０３に蓄電することが可能な予備減速速度を演算できる。
【００６２】
（実施形態３）
次に、回生エネルギーを蓄電するロボットの一実施形態について図１２〜図１３を用いて説明する。本実施形態が実施形態１と異なるところは、可動部がワークを保持するときと保持しないときとで可動部の速度を変更する点にある。尚、実施形態１と同じ点については説明を省略する。
【００６３】
図１２は、可動部の動作工程を示すフローチャートである。実施形態１に負荷重量設定工程及び負荷の有無判別を付加した制御フローになっている。ロボット駆動開始Ｓ３００では位置（Ａ）１２ａに可動部１２が位置している。負荷重量設定工程Ｓ３０１では、ロボットが搬送する負荷重量を設定する。
【００６４】
負荷の有無判別Ｓ３０２では、ロボットが負荷を持っているかどうかを判別する。負荷が有る場合には、予備減速速度設定工程（負荷有）Ｓ３０３に移行する。負荷が有る場合に急減速しても回生エネルギーによりコンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるような予備減速速度を設定する。以下、加速定速工程Ｓ３０４〜ロボット駆動終了Ｓ３０８は実施形態１の加速定速工程Ｓ１０２〜ロボット駆動終了Ｓ１０６と同様であり説明を省略する。
【００６５】
負荷の有無判別Ｓ３０２で負荷が無いと判別された場合には、予備減速速度設定工程（負荷無）Ｓ３０９に移行する。負荷が無い場合に急減速しても回生エネルギーによりコンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるような予備減速速度を設定する。以下、加速定速工程Ｓ３１０〜ロボット駆動終了Ｓ３１４は実施形態１の加速定速工程Ｓ１０２〜ロボット駆動終了Ｓ１０６と同様であり説明を省略する。
【００６６】
予備減速速度の設定方法は、例えば試行錯誤的に決めることが可能である。予備減速速度を小さい値から段々と大きくしていくことで、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が大きくなっていく。従って、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が所望の電圧値になるように予備減速速度を設定可能である。従って、この試行錯誤的な作業を負荷が有る場合と無い場合とを実施することで、負荷の有る場合と無い場合とのそれぞれの予備減速速度を設定可能である。
【００６７】
負荷重量から予備減速速度を算出する方法は演算式を用いても良く、テーブルを用いて予備減速速度を算出しても良い。行きと帰りとで負荷が変化するためそれぞれ負荷重量を設定しても良い。
【００６８】
図１３は、負荷と予備減速速度対応テーブルを説明するための図である。図１３に示すように、負荷の有無に対応して予備減速速度が設定されている。このテーブルは予備減速速度演算工程に利用するテーブルの一例である。
【００６９】
位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂで動作する際には例えば把持対象を把持した負荷有りの状態とし、位置Ｂでそれを放し、位置Ａまで把持対象が無い負荷なしの状態で戻ることがある。このとき、位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの動作では負荷無の条件でテーブルが参照され予備減速速度が設定される。また位置（Ｂ）１２ｂから位置（Ａ）１２ａまでの動作では負荷有の条件でテーブルが参照され予備減速速度が設定される。
【００７０】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、負荷重量が変化した場合に、予備減速速度を再度実験等により設定しなおす工数が削減できるという効果と、動作中の負荷重量変化に対応して予備減速速度を変えることができることからコンデンサーの蓄電能力の範囲内で駆動時間が短縮できるという効果を得ることができる。更には、コンデンサーの蓄電能力の限界まで回生エネルギーを蓄電することが可能となり、より一層ロボット駆動時に利用されるエネルギーを抑制できるという効果を得ることができる。
【００７１】
（２）本実施形態によれば、可動部１２の負荷重量が変更された場合に、負荷重量設定工程にて負荷重量を設定している。これにより、簡便に最大管理電圧までコンデンサー１０３に蓄電することが可能な負荷重量に対応した予備減速速度を演算できる。従って、減速停止区間１１７ｄに発生する回生エネルギーを負荷重量に応じて最大限蓄電することができる。
【００７２】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記実施形態２では、コンデンサー電圧検出部２００がコンデンサー１０３の電圧を検出し予備減速速度を制御した。また、前記実施形態３では負荷の有無により異なる予備減速速度を設定した。この２つの方法を合わせても良い。図１４は、コンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルを説明するための図である。図１４に示すように、コンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルには、コンデンサー１０３の電圧と負荷の有無とに対応する予備減速速度が設定されている。従って、コンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルを用いることにより容易にコンデンサー電圧の状態と負荷の有無に対応した予備減速速度を容易に選定することが可能である。そして、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるように予備減速速度を設定することができる。
【００７３】
（変形例２）
実施形態３では、負荷設定は有無であったが、これに限らない。重量や慣性モーメントの量の細かな区分に対応した予備減速速度を設定したテーブルを作成してもよい。そして、この表を用いて、負荷の重量や慣性モーメントの量に応じた速度設定をしても良い。
【００７４】
（変形例３）
実施形態１〜実施形態３では、可動部１２の数は１つだけであったが、可動部１２の数は１つに限らない。複数の可動部１２としても良い。この場合にも可動部毎に予備減速速度を設定することにより、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。
【００７５】
実施形態１〜実施形態３では、ロボット１０は水平関節ロボット形式のロボットであったが、ロボットの形式はこれに限らない。垂直多関節ロボット、直交ロボット、パラレルリンクロボット等各種形態のロボットに上記の方法を用いることができる。この場合にも上記の方法と同様な方法を用いて簡便な方法でコンデンサー電圧が最大管理電圧を越えないように回生エネルギーを回収することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…ロボット、１１…本体部、１２…可動部、１０３…コンデンサー、１０４…駆動制御部、１０５…インバーター、１０９…軌道生成部としての予備減速速度設定部、１１０…軌道生成部、１１１…位置・速度制御部、１１３…電流制御部、１１４…パルス幅変調部、１１６…モーター、２０１…軌道生成部としての予備減速速度演算部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットの可動部を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のロボット技術の進歩により、工業製品の製造現場では、多くのロボットが導入されている。例えば、工業製品の組み立てラインでは、ラインに沿って複数台のロボットが設置され、ライン上を流れる製造中の製品に対して、ロボットが自動で各種の部品を組み付けることで、生産効率を向上させることが広く行われている。あるいは、このようなロボットが組み付ける部品をラインサイドまで搬送する際にも、ロボットを用いて部品を搬送することで、工場全体としての生産効率を向上させることも広く行われている。
【０００３】
ロボットを導入すれば、作業者を危険な作業から開放することが可能となり、あるいは、ロボットは全く同じ動作を繰り返すことができるので作業精度が向上する等、多くの利点が得られるが、時間あたりの作業量の増加に伴って生産性の向上が可能となることも大きな利点として挙げられる。もっとも、ロボットの導入時には多額の初期費用が必要となる。そこで、この初期費用を回収するためにも、ロボットにはできるだけ高い生産性が望まれる。そして、生産性を向上させるために、ロボットの動作速度をできるだけ高くする方法が特許文献１に開示されている。これによると、ロボットアーム等の可動部分を目標位置まで移動させる際には、可動部分をできるだけ短時間で最高速度まで加速した後に最高速度で定速移動させている。次に、目標位置の手前に達したら最高速度から急減速して目標位置に停止させる制御が行われる。
【０００４】
例えば、ロボットアーム等のロボットの可動部分はかなりの重量を有することが通常である。このため、最高速度で移動している状態から停止させる際には、大きな運動エネルギーが放出される。そして、放出される運動エネルギーの大きさは、ロボットの生産性を向上させるために可動部分の移動速度を高くすればするほど大きくなる。従って、この運動エネルギーを熱として捨ててしまったのでは、生産性を向上させるためにロボットの動作速度を高くしても、それに伴ってロボットを動作させるためのエネルギーが増加することになる。従って、十分に生産性を向上させることが困難となる。尚、ロボットアーム等の可動部分を停止させる際に放出されるエネルギーは、回生エネルギーと呼ばれることがある。そして、特許文献２及び特許文献３にはロボットアーム等の可動部分を停止させる際に発生する回生エネルギーを電気エネルギーとして回収するようにした技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３１１７１３号公報
【特許文献２】特許第３６５５０５６号公報
【特許文献３】特開２００７−１５９２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
回生エネルギーを回収する技術を用いるときコンデンサー電圧が最大定格電圧（以下最大管理電圧と称す）より過大にならないように特別な回路や制御が必要となる。従って、ロボットの制御装置が複雑になる。そこで、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収する方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
本適用例に係るロボット駆動方法は、本体部と前記本体部に対して移動可能に構成された可動部とを備えるロボット駆動方法であって、停止している前記可動部に対して、所定の目標位置に向かう方向の駆動力を作用させ、前記可動部を前記目標位置に向けて加速、及び定速駆動させる加速定速工程と、前記目標位置に向かって移動している前記可動部に対して、前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させる予備減速工程と、前記可動部を前記予備減速速度から前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させ、前記可動部を前記目標位置に停止させる減速停止工程と、前記予備減速速度を設定する予備減速速度設定工程と、を有し、前記予備減速工程、または前記減速停止工程では、前記予備減速速度から停止するまでに発生する回生エネルギーをコンデンサーに蓄電し、前記予備減速速度設定工程では、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になる範囲で前記コンデンサー電圧が高い場合には前記予備減速速度を低く設定し、前記コンデンサー電圧が低い場合には前記予備減速速度を高く設定することを特徴とする。
【０００９】
本適用例によれば、加速定速工程において、停止している可動部に対して、所定の目標位置に向かう方向の駆動力を作用させて、可動部を目標位置に向けて加速、及び定速駆動させている。予備減速工程では目標位置に向かって移動している可動部に対して、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させている。減速停止工程では、可動部を予備減速速度から目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させて、可動部を目標位置に停止させている。予備減速工程、または減速停止工程では、予備減速速度から停止するまでに発生する回生エネルギーをコンデンサーに蓄電している。
【００１０】
予備減速速度設定工程では予備減速速度を設定している。このとき、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。最大管理電圧はコンデンサーを安全に使用可能な電圧範囲のうち最大の電圧を示す。これにより、最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能である。そして、予備減速速度の設定により、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下にしている。従って、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように電圧を制御する回路が不要となる為、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。さらに、コンデンサー電圧が高い場合には予備減速速度を低く設定し、コンデンサー電圧が低い場合には予備減速速度を高く設定している。従って、停止時のコンデンサー電圧が高くなるように予備減速速度を設定している為、生産性良く回生エネルギーをコンデンサーに蓄電することができる。
【００１１】
［適用例２］
上記適用例に記載のロボット駆動方法では、前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧を用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することが望ましい。
【００１２】
本適用例によれば、電圧検出工程にてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度演算工程では検出したコンデンサー電圧とコンデンサー電圧に対応する予備減速速度のテーブルとを参照し、停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度を演算している。従って、最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能な予備減速速度を簡便な方法で演算できる。
【００１３】
［適用例３］
上記適用例に記載のロボット駆動方法では、前記予備減速速度設定工程は、前記可動部の負荷重量を設定する負荷重量設定工程をさらに有し、前記予備減速速度演算工程では前記負荷重量と前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧と前記負荷重量とを用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算することが望ましい。
【００１４】
本適用例によれば、可動部の負荷重量が変更された場合に、負荷重量設定工程にて負荷重量を設定している。そして、負荷重量とコンデンサー電圧に対応する予備減速速度のテーブルを参照している。これにより、簡便に最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能な負荷重量に対応した予備減速速度を演算できる。従って、ロボット減速時に発生する回生エネルギーを可動部の負荷重量に応じて最大限蓄電することができる。
【００１５】
［適用例４］
上記適用例に記載のロボット駆動方法では、前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度との関係を示す予備減速速度係数を設定する予備減速速度係数設定工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度係数とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することが望ましい。
【００１６】
本適用例によれば、電圧検出工程においてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度係数設定工程ではコンデンサー電圧と予備減速速度との関係を示す予備減速速度係数を設定している。予備減速速度演算工程ではコンデンサー電圧と予備減速速度係数とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度を演算している。従って、簡単な演算により最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能な予備減速速度を演算できる。
【００１７】
［適用例５］
本適用例に係るロボットは、本体部と、前記本体部に対して移動可能に設置された可動部と、前記可動部を電流にて駆動するモーターと、前記モーターを制御する駆動制御部と、を備え、前記駆動制御部は、前記可動部の移動速度を出力する軌道生成部と、前記移動速度に対応して前記モーターを駆動する電流量を出力する位置・速度制御部と、前記電流量に対応してパルス波形のデューティー比を出力する電流制御部と、前記デューティー比の前記パルス波形を形成するパルス幅変調部と、前記モーターに流動する電流と前記モーターが発電する電流とを蓄えるコンデンサーと、前記コンデンサーの電気を用いて前記パルス波形に対応する駆動波形にて前記モーターを駆動するインバーターと、を備え、前記軌道生成部は前記コンデンサーの電圧に応じて前記移動速度を出力することを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、ロボットは本体部を備えている。本体部には可動部が移動可能に設置されている。可動部はモーターによって電流にて駆動され、モーターは駆動制御部に制御される。駆動制御部は軌道生成部、位置・速度制御部、電流制御部、パルス幅変調部、コンデンサー、インバーターを備えている。軌道生成部はコンデンサーの電圧に応じて移動速度を位置・速度制御部に出力する。位置・速度制御部は移動速度に対応してモーターを駆動する電流量を電流制御部に出力する。電流制御部は電流量に対応してパルス波形のデューティー比をパルス幅変調部に出力する。パルス幅変調部はデューティー比のパルス波形を形成する。
【００１９】
コンデンサーはモーターに流動する電流とモーターが発電する電流とを蓄える。そして、インバーターはコンデンサーの電気を用いてパルス波形に対応する駆動波形にてモーターを駆動する。これにより、モーターは軌道生成部の出力する移動速度に対応して駆動される。可動部が減速するときモーターには電気が充電される。このとき、モーターが減速する前の速度は制御されているので、コンデンサーに充電される電気の量は制御される。従って、コンデンサーには安全に充電可能な電圧である最大管理電圧まで蓄電することができる。モーターの速度を制御することによりコンデンサーの電圧が制御されている。従って、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように電圧を制御する回路が不要となる為、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１に係るロボットの構成を示す概略構成図。
【図２】ロボットの動作範囲を示す模式上面図。
【図３】可動部の動作工程を示すフローチャート。
【図４】駆動部の回路構成を示すブロック図。
【図５】（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図６】比較例に係る（ａ）は、比較例における可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図７】実施形態２に係る可動部の動作工程を示すフローチャート。
【図８】コンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルを説明するための図。
【図９】駆動部の回路構成を示すブロック図。
【図１０】（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図１１】（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図、（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図。
【図１２】実施形態３に係る可動部の動作工程を示すフローチャート。
【図１３】負荷と予備減速速度対応テーブルを説明するための図。
【図１４】変形例に係るコンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、ロボットの構成を示す概略構成図である。図１に示すようにロボット１０は、本体部１１と可動部１２で構成されている。可動部１２は、本体部１１に対して回転移動が可能な態様で設けられており、本体部１１には可動部１２を回転させるための動力を発生させるモーターや制御部等の駆動部２０が内蔵されている。駆動部２０はコンデンサーを備え、モーターの回転により生成される回生エネルギーを蓄電可能になっている。
【００２３】
図２は、ロボットの動作範囲を示す模式上面図である。図２に示すように可動部１２は同心円を描くように動作する。可動部１２が動作開始する場所を位置（Ａ）１２ａとし動作を終了する場所を位置（Ｂ）１２ｂとする。そして、本実施形態では可動部１２が位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂまで移動する例を用いて説明する。
【００２４】
図３は、可動部の動作工程を示すフローチャートである。図３において、ロボット駆動開始Ｓ１００では、可動部１２は位置（Ａ）１２ａに位置している。予備減速速度設定工程Ｓ１０１では、急減速しても回生エネルギーによりコンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるような予備減速速度を設定する。この予備減速速度の設定方法は、例えば、実験を繰り返して試行錯誤的に決めることが可能である。予備減速速度を小さい値から段々と大きくしていくことで、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が大きくなっていく。従って、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が所望の電圧値になるように予備減速速度を設定可能である。
【００２５】
加速定速工程Ｓ１０２では、目標位置に向かう方向の駆動力を作用することにより、可動部１２を目標位置に向けて加速、及び定速駆動させる。予備減速工程Ｓ１０３では、例えば、摩擦トルクを利用して予備制動力のみで緩やかに減速させる。そのため大きな回生エネルギーがモーターから生成されることがない。従って、コンデンサーは蓄電されない。ただし、大きな回生エネルギーがモーターから生成されるときにはコンデンサーに蓄電しても良い。速度判別Ｓ１０４では、速度と予備減速速度とを比較する。そして、速度が予備減速速度よりも大きい場合には予備減速工程を繰り返す。可動部１２の速度が予備減速速度以下の場合には減速停止工程に移行する。減速停止工程Ｓ１０５では、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて位置（Ｂ）１２ｂに停止させる。ロボット駆動終了Ｓ１０６では可動部１２が位置（Ｂ）１２ｂに停止し、可動部１２の動作が終了する。
【００２６】
従来の減速は減速停止工程のみであるため、非常に大きな回生エネルギーが生じ、その分コンデンサー電圧が上昇する。本実施形態では回生エネルギーが生じ難い予備減速工程Ｓ１０３がある。これにより、予備減速速度を調整することでコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように回生エネルギーを制御することが可能となる。その結果、コンデンサーに過剰な電圧がかかってコンデンサーが損傷することを防止することができる。
【００２７】
図４は、駆動部の回路構成を示すブロック図である。図４に示すように駆動部２０は回路部１００と駆動制御部１０４とを備えている。回路部１００はＡＣ電源１０１（ＡＣは交流を示す）から電流が供給される。回路部１００はダイオードブリッジ１０２を有し、ダイオードブリッジ１０２にＡＣ電源１０１の電圧が印加される。ダイオードブリッジ１０２は電流を整流しコンデンサー１０３に電力を供給する。
【００２８】
駆動部２０はインバーター１０５を備え、コンデンサー１０３はインバーター１０５に電力を供給する。インバーター１０５はコンデンサー１０３に蓄電された電力を利用してロボット１０６を駆動する。インバーター１０５は駆動制御部１０４と接続され、駆動制御部１０４に制御される。インバーター１０５は抵抗１１５を介してロボット１０６に内蔵されたモーター１１６と接続されている。そして、インバーター１０５はモーター１１６を駆動する。モーター１１６の駆動軸にはエンコーダー１１２が接続され、エンコーダー１１２はモーター１１６の回転角度を検出する。
【００２９】
駆動制御部１０４は予備減速判定部１０７を備え、予備減速判定部１０７はモード選択部１０８と接続されている。さらに、モード選択部１０８はパルス幅変調部１１４を介してインバーター１０５と接続されている。予備減速判定部１０７の指令に基づいてモード選択部１０８は通常の制御モードと予備減速モードとを切り替える。
【００３０】
予備減速判定部１０７は軌道生成部としての予備減速速度設定部１０９と接続されている。そして、予備減速判定部１０７の判定は予備減速速度設定部１０９にて設定される予備減速速度に基づいて行われる。モード選択部１０８は軌道生成部１１０及び位置・速度制御部１１１と接続されている。これにより、軌道生成部１１０が出力する信号はモード選択部１０８を介して位置・速度制御部１１１に出力される。
【００３１】
まず、通常の制御モードでは軌道生成部１１０が位置指令を生成し、モード選択部１０８を介して位置・速度制御部１１１に出力する。位置・速度制御部１１１はエンコーダー１１２と接続され、エンコーダー１１２が出力するモーター１１６の回転角度の信号を位置・速度制御部１１１が入力する。
【００３２】
位置・速度制御部１１１には電流制御部１１３が接続され、電流制御部１１３にはパルス幅変調部１１４が接続されている。位置・速度制御部１１１はエンコーダー１１２が出力する情報に基づいて位置指令に追従するように電流指令を生成し電流制御部１１３に出力する。電流制御部１１３は電流指令を入力しモーター１１６を駆動する波形のデューティー比を演算する。電流制御部１１３は演算したデューティー比をパルス幅変調部１１４に出力する。パルス幅変調部１１４はデューティー比を入力し、デューティー比に基づいてインバーター１０５をスイッチングするスイッチング信号を生成する。尚、デューティー比はモーター１１６を駆動する時間と駆動しない時間とを合計した時間の内モーター１１６を駆動する時間の割合を示す。そして、パルス幅変調部１１４はスイッチング信号をインバーター１０５に出力し、インバーター１０５はスイッチング信号に基きモーター１１６を駆動する。これにより、モーター１１６は所定の位置まで所定の速度で回転する。
【００３３】
他方、予備減速モードでは強制的にデューティー比が零になるように電流制御部１１３がパルス幅変調部１１４に指令を出す。これにより、回生エネルギーによるコンデンサー１０３への蓄電が行われ難くなり、ロボット１０が備える減速装置等の機械的な摩擦等の損失により緩やかに減速する。予備減速工程Ｓ１０３において、通常の制御モードと予備減速モードとを速度に応じて切り替えることにより可動部１２の回転速度を予備減速速度にすることができる。従って、減速停止工程Ｓ１０５においてコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように回生エネルギーを制御することが可能となる。
【００３４】
予備減速モードではモード選択部１０８の判断により直接パルス幅変調部１１４に対してスイッチング信号を全てＬＯＷ信号（インバーター１０５のスイッチング素子がＯＮにならない信号）にしても良い。このとき、デューティー比は零にしなくても良い。この方法でも同様の効果が得られる。
【００３５】
図５（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図である。図５（ａ）において、横軸は位置を示し、位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの間の位置を示している。縦軸は可動部１２が移動する速度を示し、上側が下側より早い速度となっている。そして、速度推移線１１７は可動部の速度変化の推移を示している。
【００３６】
速度推移線１１７において位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの間は加速区間１１７ａ、定速区間１１７ｂ、予備減速区間１１７ｃ、減速停止区間１１７ｄから構成されている。加速区間１１７ａは位置Ａから目標位置に向かう方向の駆動力を作用することにより可動部１２を加速させる区間である。定速区間１１７ｂは摩擦等の損失に等しい駆動力を作用することにより一定速に保つ区間である。予備減速区間１１７ｃは機械的な摩擦等の損失により緩やかに減速する区間である。減速停止区間１１７ｄは目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて位置Ｂに停止させる区間である。この順の区間を経て可動部１２は位置（Ｂ）１２ｂに到達する。
【００３７】
予備減速区間１１７ｃでは、機械的な摩擦等の損失により可動部１２が緩やかに減速するため、回生エネルギーによるコンデンサーへの蓄電が行われない。減速停止区間１１７ｄでは、目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力をモーター１１６が可動部１２に作用させて位置（Ｂ）１２ｂに停止させる区間であり、回生エネルギーが蓄電される区間である。
【００３８】
図５（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図５（ｂ）において、横軸は位置を示し、位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの間の位置を示している。縦軸はコンデンサー１０３の電圧を示し、上側が下側より大きな電圧となっている。そして、電圧推移線１１８はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。
【００３９】
電圧推移線１１８が示すように、加速区間１１７ａ、定速区間１１７ｂ、予備減速区間１１７ｃでは回生エネルギーが蓄電され難いためコンデンサー電圧は上昇しない。減速停止区間１１７ｄでは強制的に逆方向の駆動力を作用させるため回生エネルギーが蓄電されコンデンサー電圧が上昇している。この蓄電されたエネルギーは次の動作時の加速区間１１７ａで利用される。予備減速速度設定工程Ｓ１０１では予備減速速度を設定している。このとき、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。最大管理電圧はコンデンサーを安全に使用可能な電圧範囲のうち最大の電圧を示す。従って、可動部１２が位置（Ｂ）１２ｂに停止するとき、電圧推移線１１８は最大管理電圧以下になる。
【００４０】
図６（ａ）は、比較例における可動部の速度変化を説明するための図である。図６（ａ）において、横軸と縦軸は図５（ａ）と同じであり、説明を省略する。そして、速度推移線１１９は可動部の速度変化の推移を示している。速度推移線１１９に示すように、速度推移線１１９における予備減速区間１１７ｃは速度推移線１１７のときより短くなっている。そして、速度推移線１１９における減速停止区間１１７ｄは速度推移線１１７のときより長くなっている。
【００４１】
図６（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図６（ｂ）において、横軸と縦軸は図５（ｂ）と同じであり、説明を省略する。そして、電圧推移線１２０はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。電圧推移線１１８に比べて電圧推移線１２０では予備減速区間１１７ｃが短く、十分に減速する前に減速停止区間１１７ｄに入っている。このため、減速停止区間１１７ｄでコンデンサーに蓄電される回生エネルギーが大きいため、位置（Ｂ）１２ｂにおけるコンデンサー電圧は電圧推移線１１８のときより電圧推移線１２０の方が増加している。以上より、目標位置に達した時のコンデンサー電圧が予備減速速度によって調整可能であることがわかる。
【００４２】
以上述べたように、実施形態１に関わるロボット駆動方法によれば、予備減速速度を設定し予備減速を行うことで、コンデンサーの最大管理電圧まで回生エネルギーを蓄電することが可能となり、ロボット駆動時に利用されるエネルギーを抑制できるという効果を得ることができる。
【００４３】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、予備減速速度設定工程Ｓ１０１では予備減速速度を設定している。このとき、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように予備減速速度を設定する。これにより、最大管理電圧までコンデンサーに蓄電することが可能である。そして、予備減速速度の設定により、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下にしている。従って、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下になるように電圧を制御する回路が不要となる為、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。
【００４４】
（実施形態２）
次に、回生エネルギーを蓄電するロボットの一実施形態について図７〜図１１を用いて説明する。本実施形態が実施形態１と異なるところは、コンデンサーの電圧を検出して可動部の速度を制御する点にある。尚、実施形態１と同じ点については説明を省略する。
【００４５】
図７は、可動部の動作工程を示すフローチャートである。実施形態１の制御フローにコンデンサー電圧検出工程と予備減速速度演算工程が追加された制御フローになっている。コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１では、コンデンサー１０３の電圧であるコンデンサー電圧を検出する。予備減速速度演算工程Ｓ２０２では、検出したコンデンサー電圧に基づいて予備減速速度を演算する。
【００４６】
コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１及び予備減速速度演算工程Ｓ２０２の工程と予備減速速度設定工程Ｓ２０３〜予備減速工程Ｓ２０５の工程とは並行して行われる。従って、可動部１２が移動している間にコンデンサー１０３の電圧が検出され、電圧に基く予備減速速度が演算される。速度判別Ｓ２０６では予備減速速度演算工程Ｓ２０２で演算された予備減速速度に基づいて予備減速工程を継続するか、減速停止工程に移行するかを判別する。
【００４７】
予備減速速度設定工程Ｓ２０３〜予備減速工程Ｓ２０５は実施形態１の予備減速速度設定工程Ｓ１０１〜予備減速工程Ｓ１０３と同様な工程であり、説明を省略する。減速停止工程Ｓ２０７及びロボット駆動終了Ｓ２０８は減速停止工程Ｓ１０５及びロボット駆動終了Ｓ１０６と同様な工程であり、説明を省略する。
【００４８】
予備減速速度演算工程Ｓ２０２の一例としてテーブルを用いる手法を用いても良い。図８はコンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルを説明するための図である。図８に示すように、コンデンサー１０３の電圧と対応する予備減速速度が設定されている。従って、コンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルを用いることにより容易にコンデンサー電圧の状態に適した予備減速速度を演算することが可能である。そして、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるように予備減速速度を設定する。
【００４９】
コンデンサー電圧が低い場合には、蓄電可能な回生エネルギーが多いため予備減速速度を高くする。また、コンデンサー電圧が高い場合には、蓄電可能な回生エネルギーが少ないため予備減速速度を低くする。このように、コンデンサー電圧に応じて予備減速速度を可変にすることにより、電源電圧変動やロボットの経年変化等に対応して最大限回生エネルギーを蓄積することが可能となる。さらにコンデンサー電圧に余裕がある場合にはその分予備減速速度を高くするためロボットの動作時間が短くなるという効果もある。
【００５０】
また、予備減速速度演算工程の他の例として、次式（式１）のような演算式で算出する方法もある。
Ｖｅｌ＝Ｋ１＊Ｅ （式１）
但し、Ｖｅｌは予備減速速度、Ｋ１は設定可能な係数、Ｅは回生エネルギーにより増加するコンデンサー電圧である。この演算式は予備減速速度と回生エネルギーによるコンデンサー電圧の上昇が次式（式２）から線形の関係であることを利用したものである。
１／２＊Ｃ＊（Ｅ＾２）＝１／２＊Ｉ＊（Ｖｅｌ＾２） （式２）
但し、Ｃはコンデンサーの合成容量、Ｉは慣性モーメントである。
【００５１】
予備減速速度係数としての係数（Ｋ１）はロボット１０を駆動する前に、予め、予備減速速度係数設定工程にて設定される。予備減速速度係数設定工程では予備減速速度とコンデンサー電圧の関係の実験を通して求めることにより係数（Ｋ１）が算出される。そして、予備減速速度演算工程Ｓ２０２では係数（Ｋ１）を用いて予備減速速度が演算される。
【００５２】
図９は、駆動部の回路構成を示すブロック図である。図９に示すように回路部１００はコンデンサー電圧検出部２００を有し、駆動制御部１０４は軌道生成部としての予備減速速度演算部２０１を有する。コンデンサー電圧検出部２００はコンデンサー１０３の両端と接続され、コンデンサー電圧を検出する。そして、コンデンサー電圧検出部２００は予備減速速度演算部２０１と接続され、コンデンサー電圧の情報はコンデンサー電圧検出部２００から予備減速速度演算部２０１に出力される。
【００５３】
コンデンサー電圧の情報を用いて予備減速速度演算部２０１はコンデンサー電圧に応じた予備減速速度を演算する。予備減速速度演算部２０１は予備減速速度設定部１０９と接続され、予備減速速度設定部１０９に予備減速速度の情報を出力する。予備減速速度設定部１０９は予備減速速度を設定し直すことで、予備減速速度が変更される。その他の構成及び機能は実施形態１と同様であり、説明を省略する。
【００５４】
図１０（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図であり、図１０（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図１０の縦軸と横軸とは図５と同じであり説明を省略する。そして、速度推移線１２３は可動部の速度変化の推移を示し、電圧推移線１２４はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。
【００５５】
そして、速度推移線１２３及び電圧推移線１２４はコンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１及び予備減速速度演算工程Ｓ２０２が行われないときの推移を示している。そして、減速停止区間１１７ｄ以前におけるコンデンサー電圧１２４ａが実施形態１の電圧推移線１１８よりも低くなっている。コンデンサー電圧が下がっているにも関わらず減速速度は固定のため、位置（Ｂ）１２ｂに停止した際のコンデンサー電圧は最大管理電圧よりも低くなる。その結果、コンデンサー１０３は最大限利用されていない状態となる。
【００５６】
図１１（ａ）は、可動部の速度変化を説明するための図であり、図１１（ｂ）は、コンデンサーの電圧変化を説明するための図である。図１１の縦軸と横軸とは図１０と同じであり説明を省略する。そして、速度推移線１２５は可動部の速度変化の推移を示し、電圧推移線１２６はコンデンサー１０３の電圧変化の推移を示している。
【００５７】
そして、速度推移線１２５及び電圧推移線１２６はコンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１及び予備減速速度演算工程Ｓ２０２が行わるときの推移を示している。このとき減速停止区間１１７ｄ以前におけるコンデンサー電圧１２６ａに合わせて予備減速速度を変更している。このため速度推移線１２５における予備減速速度は速度推移線１２３における予備減速速度より高くなっている。これにより、速度推移線１２５は速度推移線１２３の場合よりも早く減速停止区間に移行する。このため位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂまでの駆動時間が短縮される。
【００５８】
予備減速速度を上げることで位置（Ｂ）１２ｂに停止するとき電圧推移線１２６ではコンデンサー電圧が最大管理電圧となっている。これはコンデンサー１０３の蓄電能力限界まで回生エネルギーを蓄電していることになる。但し、減速停止区間１１７ｄに移行した時点で予備減速速度の更新は停止している。駆動制御部１０４は定速区間１１７ｂで予備減速速度を更新することにしても良く、予備減速区間１１７ｃにおいてもさらに予備減速速度を更新することとしても良い。
【００５９】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、電源電圧の変動や経時変化等によりコンデンサー電圧が変動した際にもコンデンサー１０３の蓄電能力の限界まで回生エネルギーを蓄電することが可能となり、より一層ロボット駆動時に利用されるエネルギーを抑制できるという効果を得ることができる。さらに、コンデンサー１０３の蓄電能力の範囲内で駆動時間が短縮できるという効果を得ることができる。
【００６０】
（２）本実施形態によれば、コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１にてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度演算工程Ｓ２０２では検出したコンデンサー電圧とコンデンサー電圧予備減速速度対応テーブルとを参照し、停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度を演算している。従って、最大管理電圧までコンデンサー１０３に蓄電することが可能な予備減速速度を簡便な方法で演算できる。
【００６１】
（３）本実施形態によれば、コンデンサー電圧検出工程Ｓ２０１においてコンデンサー電圧を検出している。そして、予備減速速度係数設定工程ではコンデンサー電圧と予備減速速度との関係を示す係数（Ｋ１）を設定している。予備減速速度演算工程Ｓ２０２ではコンデンサー電圧と係数（Ｋ１）とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように予備減速速度（Ｖｅｌ）を演算している。従って、簡単な演算により最大管理電圧までコンデンサー１０３に蓄電することが可能な予備減速速度を演算できる。
【００６２】
（実施形態３）
次に、回生エネルギーを蓄電するロボットの一実施形態について図１２〜図１３を用いて説明する。本実施形態が実施形態１と異なるところは、可動部がワークを保持するときと保持しないときとで可動部の速度を変更する点にある。尚、実施形態１と同じ点については説明を省略する。
【００６３】
図１２は、可動部の動作工程を示すフローチャートである。実施形態１に負荷重量設定工程及び負荷の有無判別を付加した制御フローになっている。ロボット駆動開始Ｓ３００では位置（Ａ）１２ａに可動部１２が位置している。負荷重量設定工程Ｓ３０１では、ロボットが搬送する負荷重量を設定する。
【００６４】
負荷の有無判別Ｓ３０２では、ロボットが負荷を持っているかどうかを判別する。負荷が有る場合には、予備減速速度設定工程（負荷有）Ｓ３０３に移行する。負荷が有る場合に急減速しても回生エネルギーによりコンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるような予備減速速度を設定する。以下、加速定速工程Ｓ３０４〜ロボット駆動終了Ｓ３０８は実施形態１の加速定速工程Ｓ１０２〜ロボット駆動終了Ｓ１０６と同様であり説明を省略する。
【００６５】
負荷の有無判別Ｓ３０２で負荷が無いと判別された場合には、予備減速速度設定工程（負荷無）Ｓ３０９に移行する。負荷が無い場合に急減速しても回生エネルギーによりコンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるような予備減速速度を設定する。以下、加速定速工程Ｓ３１０〜ロボット駆動終了Ｓ３１４は実施形態１の加速定速工程Ｓ１０２〜ロボット駆動終了Ｓ１０６と同様であり説明を省略する。
【００６６】
予備減速速度の設定方法は、例えば試行錯誤的に決めることが可能である。予備減速速度を小さい値から段々と大きくしていくことで、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が大きくなっていく。従って、目標位置に達した際のコンデンサー電圧が所望の電圧値になるように予備減速速度を設定可能である。従って、この試行錯誤的な作業を負荷が有る場合と無い場合とを実施することで、負荷の有る場合と無い場合とのそれぞれの予備減速速度を設定可能である。
【００６７】
負荷重量から予備減速速度を算出する方法は演算式を用いても良く、テーブルを用いて予備減速速度を算出しても良い。行きと帰りとで負荷が変化するためそれぞれ負荷重量を設定しても良い。
【００６８】
図１３は、負荷と予備減速速度対応テーブルを説明するための図である。図１３に示すように、負荷の有無に対応して予備減速速度が設定されている。このテーブルは予備減速速度演算工程に利用するテーブルの一例である。
【００６９】
位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂで動作する際には例えば把持対象を把持した負荷有りの状態とし、位置Ｂでそれを放し、位置Ａまで把持対象が無い負荷なしの状態で戻ることがある。このとき、位置（Ａ）１２ａから位置（Ｂ）１２ｂの動作では負荷無の条件でテーブルが参照され予備減速速度が設定される。また位置（Ｂ）１２ｂから位置（Ａ）１２ａまでの動作では負荷有の条件でテーブルが参照され予備減速速度が設定される。
【００７０】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、負荷重量が変化した場合に、予備減速速度を再度実験等により設定しなおす工数が削減できるという効果と、動作中の負荷重量変化に対応して予備減速速度を変えることができることからコンデンサーの蓄電能力の範囲内で駆動時間が短縮できるという効果を得ることができる。更には、コンデンサーの蓄電能力の限界まで回生エネルギーを蓄電することが可能となり、より一層ロボット駆動時に利用されるエネルギーを抑制できるという効果を得ることができる。
【００７１】
（２）本実施形態によれば、可動部１２の負荷重量が変更された場合に、負荷重量設定工程にて負荷重量を設定している。これにより、簡便に最大管理電圧までコンデンサー１０３に蓄電することが可能な負荷重量に対応した予備減速速度を演算できる。従って、減速停止区間１１７ｄに発生する回生エネルギーを負荷重量に応じて最大限蓄電することができる。
【００７２】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記実施形態２では、コンデンサー電圧検出部２００がコンデンサー１０３の電圧を検出し予備減速速度を制御した。また、前記実施形態３では負荷の有無により異なる予備減速速度を設定した。この２つの方法を合わせても良い。図１４は、コンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルを説明するための図である。図１４に示すように、コンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルには、コンデンサー１０３の電圧と負荷の有無とに対応する予備減速速度が設定されている。従って、コンデンサー電圧負荷有無予備減速速度対応テーブルを用いることにより容易にコンデンサー電圧の状態と負荷の有無に対応した予備減速速度を容易に選定することが可能である。そして、コンデンサー電圧が最大管理電圧以下となるように予備減速速度を設定することができる。
【００７３】
（変形例２）
実施形態３では、負荷設定は有無であったが、これに限らない。重量や慣性モーメントの量の細かな区分に対応した予備減速速度を設定したテーブルを作成してもよい。そして、この表を用いて、負荷の重量や慣性モーメントの量に応じた速度設定をしても良い。
【００７４】
（変形例３）
実施形態１〜実施形態３では、可動部１２の数は１つだけであったが、可動部１２の数は１つに限らない。複数の可動部１２としても良い。この場合にも可動部毎に予備減速速度を設定することにより、簡便な方法でコンデンサー電圧が過大にならないように回生エネルギーを回収することができる。
【００７５】
実施形態１〜実施形態３では、ロボット１０は水平関節ロボット形式のロボットであったが、ロボットの形式はこれに限らない。垂直多関節ロボット、直交ロボット、パラレルリンクロボット等各種形態のロボットに上記の方法を用いることができる。この場合にも上記の方法と同様な方法を用いて簡便な方法でコンデンサー電圧が最大管理電圧を越えないように回生エネルギーを回収することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０…ロボット、１１…本体部、１２…可動部、１０３…コンデンサー、１０４…駆動制御部、１０５…インバーター、１０９…軌道生成部としての予備減速速度設定部、１１０…軌道生成部、１１１…位置・速度制御部、１１３…電流制御部、１１４…パルス幅変調部、１１６…モーター、２０１…軌道生成部としての予備減速速度演算部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体部と前記本体部に対して移動可能に構成された可動部とを備えるロボット駆動方法であって、
停止している前記可動部に対して、所定の目標位置に向かう方向の駆動力を作用させ、前記可動部を前記目標位置に向けて加速、及び定速駆動させる加速定速工程と、
前記目標位置に向かって移動している前記可動部に対して、前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させる予備減速工程と、
前記可動部を前記予備減速速度から前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させ、前記可動部を前記目標位置に停止させる減速停止工程と、
前記予備減速速度を設定する予備減速速度設定工程と、を有し、
前記予備減速工程、または前記減速停止工程では、前記予備減速速度から停止するまでに発生する回生エネルギーをコンデンサーに蓄電し、前記予備減速速度設定工程では、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になる範囲で前記コンデンサー電圧が高い場合には前記予備減速速度を低く設定し、前記コンデンサー電圧が低い場合には前記予備減速速度を高く設定することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット駆動方法であって、
前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、
前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧を用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載のロボット駆動方法であって、
前記予備減速速度設定工程は、前記可動部の負荷重量を設定する負荷重量設定工程をさらに有し、前記予備減速速度演算工程では前記負荷重量と前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧と前記負荷重量とを用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項４】
請求項１に記載のロボット駆動方法であって、
前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度との関係を示す予備減速速度係数を設定する予備減速速度係数設定工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度係数とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項５】
本体部と、前記本体部に対して移動可能に設置された可動部と、
前記可動部を電流にて駆動するモーターと、
前記モーターを制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記可動部の移動速度を出力する軌道生成部と、
前記移動速度に対応して前記モーターを駆動する電流量を出力する位置・速度制御部と、
前記電流量に対応してパルス波形のデューティー比を出力する電流制御部と、
前記デューティー比の前記パルス波形を形成するパルス幅変調部と、
前記モーターに流動する電流と前記モーターが発電する電流とを蓄えるコンデンサーと、
前記コンデンサーの電気を用いて前記パルス波形に対応する駆動波形にて前記モーターを駆動するインバーターと、を備え、
前記軌道生成部は前記コンデンサーの電圧に応じて前記移動速度を出力することを特徴とするロボット。
【請求項１】
本体部と前記本体部に対して移動可能に構成された可動部とを備えるロボット駆動方法であって、
停止している前記可動部に対して、所定の目標位置に向かう方向の駆動力を作用させ、前記可動部を前記目標位置に向けて加速、及び定速駆動させる加速定速工程と、
前記目標位置に向かって移動している前記可動部に対して、前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である予備制動力を作用させて予備減速速度まで減速させる予備減速工程と、
前記可動部を前記予備減速速度から前記目標位置に向かう方向とは逆方向の駆動力である制動力を作用させて減速させ、前記可動部を前記目標位置に停止させる減速停止工程と、
前記予備減速速度を設定する予備減速速度設定工程と、を有し、
前記予備減速工程、または前記減速停止工程では、前記予備減速速度から停止するまでに発生する回生エネルギーをコンデンサーに蓄電し、前記予備減速速度設定工程では、停止時でのコンデンサー電圧が最大管理電圧以下になる範囲で前記コンデンサー電圧が高い場合には前記予備減速速度を低く設定し、前記コンデンサー電圧が低い場合には前記予備減速速度を高く設定することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項２】
請求項１に記載のロボット駆動方法であって、
前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、
前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧を用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載のロボット駆動方法であって、
前記予備減速速度設定工程は、前記可動部の負荷重量を設定する負荷重量設定工程をさらに有し、前記予備減速速度演算工程では前記負荷重量と前記コンデンサー電圧に対応する前記予備減速速度のテーブルを参照し前記コンデンサー電圧と前記負荷重量とを用いて、停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項４】
請求項１に記載のロボット駆動方法であって、
前記予備減速速度設定工程は、前記コンデンサー電圧を検出する電圧検出工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度との関係を示す予備減速速度係数を設定する予備減速速度係数設定工程と、前記コンデンサー電圧と前記予備減速速度係数とを用いて停止時に最大管理電圧以下になるように前記予備減速速度を演算する予備減速速度演算工程と、を有することを特徴とするロボット駆動方法。
【請求項５】
本体部と、前記本体部に対して移動可能に設置された可動部と、
前記可動部を電流にて駆動するモーターと、
前記モーターを制御する駆動制御部と、を備え、
前記駆動制御部は、前記可動部の移動速度を出力する軌道生成部と、
前記移動速度に対応して前記モーターを駆動する電流量を出力する位置・速度制御部と、
前記電流量に対応してパルス波形のデューティー比を出力する電流制御部と、
前記デューティー比の前記パルス波形を形成するパルス幅変調部と、
前記モーターに流動する電流と前記モーターが発電する電流とを蓄えるコンデンサーと、
前記コンデンサーの電気を用いて前記パルス波形に対応する駆動波形にて前記モーターを駆動するインバーターと、を備え、
前記軌道生成部は前記コンデンサーの電圧に応じて前記移動速度を出力することを特徴とするロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１４３８５０（Ｐ２０１２−１４３８５０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５８１（Ｐ２０１１−５５８１）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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