JP2000105605A

JP2000105605A - ロボット制御装置

Info

Publication number: JP2000105605A
Application number: JP10291512A
Authority: JP
Inventors: Seiji Ogawa; 省二小川
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1998-09-28
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 2000-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】電力計等を用いずに、ロボットの各軸毎の負
荷状況を監視する。【解決手段】ｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，…，
６）が実行する消費又は回生電力関連値記憶・演算ルー
チンでは、モータＭｊの最近２分（ΔＴ₂）間の消費電
力量Ｅ_jと、今回のシステム立ち上げ以降のモータＭｊ
の回生電力の最大値Ｐ_jとを２分毎にロボット制御装置
のメインＣＰＵが使用するＲＡＭ上に出力する。本ルー
チンでは、まず、モータＭｊの電流の測定値Ｉ_aを入力
し、次に、現在のモータＭｊの消費・回生電力の値Ｐを
計算する。ただし、Ｐ＝ＫＩ_aω_aにおいて、Ｋはモー
タのトルク定数（逆起電力定数）、Ｉ_aはモータに流れ
る電流の測定値、ω_aはモータの角速度の測定値であ
る。Ｐの積分計算では、消費電力量（ＫＩ_aΔθ≧０）
を変数Ｅに加算し、一方、変数Ｐ_MAXの値と−Ｐの値と
を比較し、−Ｐの方が大きければ、変数Ｐ_MAXに−Ｐの
値を代入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットに備えら
れた複数の動作軸を制御するロボット制御装置に関し、
特に産業用ロボットの保守や故障診断に関する情報をモ
ニタリングするロボット制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボットの保守・点検を行う際には、ロ
ボットの各動作軸に対する負荷の状況に関する情報が有
用となる。例えば、従来、これらの情報としては、アワ
ーメータ等を用いて単純にロボットの稼働時間を計測し
たり、図１１に示すように、電力計を用いてロボット全
体の使用電力量を求めたりしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１１は、従来技術に
よるロボット制御装置２００を用いたロボット駆動シス
テムのシステム構成図である。従来、このようなロボッ
ト駆動システムにおいて使用電力量を求めるためには、
電力計が別途必要となる。また、このように電力計によ
り、使用電力を求める方式では、特定の動作軸に負荷が
集中した場合、例えば、図１１に示すように、２軸（θ
₂方向の動作軸）に負荷が偏っている場合、その他の軸
についての負荷は比較的小さいため、ロボット全体とし
ては、消費電力量が小さく抑えられてしまう。従って、
このような状況においては、ロボット全体の使用電力量
を参考にしているだけでは、負荷集中が起っている２軸
に対する保守・点検の時期が遅れてしまう恐れがあっ
た。

【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的は、ロボット駆動システム
において、電力計等の外付けの特別な装置を用いずに、
ロボットの各動作軸毎の負荷状況を監視できる機能を提
供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには、以下の手段が有効である。即ち、第１の手段
は、ロボットに備えられた複数個の動作軸の動作を制御
するロボット制御装置において、動作軸の各軸単位の消
費又は回生電力関連値を検知する検知手段と、この消費
又は回生電力関連値に関する演算を実行する記憶・演算
手段と、この記憶・演算手段により算出された消費又は
回生電力関連値を表示画面又は出力装置に動作軸の各軸
単位に出力する出力手段とを設けることである。

【０００６】また、第２の手段は、上記の第１の手段に
おいて、上記の検知手段を、動作軸のモータが消費又は
回生する電気の電流値とモータの角速度とを各軸単位に
検知する手段とし、上記の記憶・演算手段を、モータが
消費又は回生する電気の電力または電力量を電流値と角
速度とから各軸単位に算出する手段とし、上記の出力手
段を、電力又は電力量を動作軸の各軸単位に出力する手
段とすることである。

【０００７】更に、第３の手段は、上記の第１又は第２
の手段において、上記の記憶・演算手段により、動作軸
が故障する時まで、又は、動作軸が故障診断を必要とす
る時までにモータが消費すると考えられる限界消費電力
量で、現在までにモータが消費した電力量を割り、上記
の出力手段により、割り算の商又は百分率を各軸単位に
出力することである。以上の手段を用いれば、前記の課
題を解決することができる。

【０００８】

【作用及び発明の効果】モータの消費又は回生電力Ｐ
［Ｗ］は、以下の式により、与えられる。

【数１】Ｐ＝τω_a＝ＫＩ_aω_a （Ｐ≧０の時、消費電力，Ｐ＜０の時、回生電力）（１）ただし、ここで、τ［Ｎ・ｍ］はモータのトルク、Ｋ
［Ｎ・ｍ／Ａ］はモータのトルク定数（逆起電力定
数）、Ｉ_a［Ａ］はモータに流れる電流の測定値、ω_a
［ｒａｄ／ｓ］はモータの角速度の測定値である。

【０００９】このように、モータの消費又は回生電力Ｐ
は、一般に、モータに流れる電流Ｉ_aとモータの角速度
ω_aとが分かれば、計算により求めることができる。
（ただし、交流モータの場合、トルク定数と逆起電力定
数とは、一般には、一致しない。）従って、モータに流れる電流Ｉ_aとモータの角速度ω_a
とをサーボ制御装置によって、常時検知すれば、これら
の測定値を用いた計算により、モータの消費又は回生電
力Ｐ及び、モータの消費又は回生電力量（積分計算によ
る累積値）を常時把握することが可能となる。

【００１０】本発明は、これらの消費又は回生電力或い
は、消費又は回生電力量をサーボ制御装置を備えたロボ
ット制御装置において、各動作軸毎に常時モニタリング
することにより、ロボットの各軸毎の負荷状況を常時監
視可能とするものであり、これにより、以下の効果を得
ることができる。（効果１）ロボット制御装置以外に特別な装置を使用す
ることなく、ロボットの各動作軸単位の消費電力量（負
荷状況）の監視が常時可能となる。（効果２）ロボットの保守・点検の時期をロボットの各
動作軸単位に正確に把握できる。（効果３）各動作軸単位に消費電力量が分かれば、特定
の動作軸に対する負荷集中を回避したり、各動作軸の作
業量の負荷バランスを考慮した動作経路の最適化設計を
行ったりすることができる。（効果４）各動作軸単位に回生電力の最大値が管理可能
となるため、ロボットを設計する際に、回生抵抗の値を
決定する上で、この値を参考にすることができる。例え
ば、この回生抵抗の値を、上記の回生電力の最大値に比
例定数を掛けた値に決定することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は、本発明によるロボット制御
装置１００のハードウェア構成図である。本ロボット制
御装置１００には、制御対象の直流モータ（以下、モー
タという）が６機接続されており、これらのモータＭ１
〜Ｍ６が回転することによって、ロボットの各軸（１軸
〜６軸）が動作する。各モータＭ１〜Ｍ６は、各デジタ
ルサーボ制御装置１０１〜１０６によって制御される。
モータＭ１〜Ｍ６の各回転角θは、各エンコーダｅ１〜
ｅ６により検出される。

【００１２】デジタルサーボ制御装置１０１は、次のよ
うに構成されている。他のデジタルサーボ制御装置１０
２〜１０６も、デジタルサーボ制御装置１０１と同様に
構成されている。即ち、デジタルサーボ制御装置１０１
は、図１に示すように、１軸サーボＣＰＵ１１０と、Ａ
／Ｄ変換器１１１と、ＲＯＭ１１２と、ＲＡＭ１１３
と、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）１２０
と、Ａ／Ｄ変換器１２１と、ＲＯＭ１２２と、共用ＲＡ
Ｍ１２３などから構成されている。１軸サーボＣＰＵ１
１０は、ロボット制御装置１００のメインＣＰＵ１８０
から送られる１軸の回転角の指令値θ_nを受け取り、Ａ
／Ｄ変換器１１１、１２１からの出力値θ_a、Ｉ_aを入
力し、所定のアルゴリズムに従って、回転角の指令値θ
_nに対応する角加速度の指令値α_nを計算してＤＳＰ１
２０に出力する。

【００１３】ＤＳＰ１２０は、角加速度の指令値α_nと
電流の測定値Ｉ_aを入力し、所定のアルゴリズムに従っ
て、電圧の指令値Ｖ_nを計算し、パワーアンプ１４１に
出力する。パワーアンプ１４１は、指令値Ｖ_nに従っ
て、モータＭ１に所定の電力を供給する。電流検出器１
５１は、モータＭ１に流れる電流の値を測定し、その結
果をＡ／Ｄ変換器１２１に出力する。エンコーダｅ１
は、モータＭ１の回転角を測定し、その測定値をＡ／Ｄ
変換器１１１に出力する。これらの構成により、モータ
Ｍ１は、古典的或いは現代的サーボ制御理論に基づいて
制御される。

【００１４】メインＣＰＵ１８０は、上記と同様に他の
デジタルサーボ制御装置１０２〜１０６に対しても、各
動作軸の回転角θを指令することにより、Ｍ２〜Ｍ６の
各モータを制御する。共用ＲＡＭ１８２は、メインＣＰ
Ｕ１８０及びｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，…，６）
によって共通の記憶装置として共用される。入出力装置
１８４は、オペレーション・ボックス或いは、ＣＲＴと
キーボードから成る端末装置などから構成されており、
入出力インタフェース（ＩＦ）１８３を介して、コマン
ド等の各種指令を受け付けたり、その結果を応答したり
する。

【００１５】例えば、ロボット制御装置１００に対し
て、現在の消費電力に関する情報を提供させるコマンド
（以下、Ａコマンドという）を入出力装置１８４より投
入した場合には、ロボット制御装置１００は、入出力装
置１８４の出力装置に図２の出力画面２０に示すような
消費電力関連値を表示する。例えば、Ａコマンドにより
出力された出力画面２０の表示欄２０ａには６軸の軸番
号「６」が、表示欄２０ｂには６軸の最近１０分間の消
費電力［Ｗ］の平均値「３３」が、表示欄２０ｃには６
軸の最近１０分間の平均稼働率（（消費電力／最大出
力）の平均値×１００％）「３３％」が、表示欄２０ｄ
には６軸の現在までの累積消費電力量［ＫＷｈ］「７９
２７」が、表示欄２６ｅには６軸の現在までの老朽度
（累積消費電力量／限界消費電力量×１００％）「５８
％」が、それぞれ表示されている。

【００１６】また、ロボット制御装置１００に対して、
現在までの回生電力に関する情報を提供させるコマンド
（以下、Ｂコマンドという）を入出力装置１８４より投
入した場合には、ロボット制御装置１００は、入出力装
置１８４の出力装置の出力画面２０に図３に示すような
回生電力関連値を表示する。例えば、Ｂコマンドにより
出力された出力画面２０の表示欄３０ａには６軸の軸番
号「６」が、表示欄３０ｂには今回のシステム立ち上げ
よりも前に発生した６軸の回生電力の最大値「７４」
が、表示欄３０ｃには今回のシステム立ち上げ以降に発
生した６軸の回生電力の最大値「７３」が、それぞれ表
示されている。

【００１７】このように、Ａコマンド或いは、Ｂコマン
ドにより、入出力装置１８４の出力装置の出力画面２０
には図２或いは図３に示す消費又は回生電力関連値を表
示させるためには、以下に示すプログラムに従って、メ
インＣＰＵ１８０及び、デジタルサーボ制御装置１０１
〜１０６のｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，…，６）を
制御すれば良い。

【００１８】図４に、ｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，
…，６）の角加速度の指令値α_nの演算処理ルーチンの
フローチャートを示す。本ルーチンでは、まず最初に、
ステップ４０５により、ｊ軸のモータＭｊの消費電力量
を積分計算するための変数Ｅの値を０に初期設定する。
次に、ステップ４１０では、ｊ軸のモータＭｊの回生電
力の最大値を記憶するための変数Ｐ_MAXの値を０に初期
設定する。ステップ４１５では、時間変数Ｔ₂に、現在
時刻（タイマ時刻）ｔよりもΔＴ₂だけ大きな値（ｔ＋
ΔＴ₂）を設定する。本実施例では、ΔＴ₂＝１２０
（２分）とする。この時間設定は、２分おきに定期的な
処理を行うためのものである。

【００１９】ステップ４２０では、エンコーダｅｊによ
り測定されたモータＭｊの回転角の測定値θ_aをＡ／Ｄ
変換器１１１より入力する。ステップ４２５では、θ_a
の入力時刻（現在時刻）を時間変数ｔ_aに記憶する。以
上の処理は、本ルーチンの初期化処理である。以下、本
ルーチンのループ処理について説明する。

【００２０】ステップ４３０では、回転角の変数θ_bの
値を前回測定したθ_aの値に、時間変数ｔ_bの値を前回
記憶したｔ_aの値に再設定する。ステップ４３５では、
回転角の指令値θ_nをメインＣＰＵ１８０より受け取
る。ステップ４４０では、エンコーダｅｊにより測定さ
れたモータＭｊの回転角の測定値θ_aをＡ／Ｄ変換器１
１１より入力する。ステップ４４５では、θ_aの入力時
刻（現在時刻）を時間変数ｔ_aに記憶する。ステップ４
５５では、回転角の指令値θ_nと回転角の測定値θ_aよ
り、計算式「ω_n＝ε（θ_n−θ_a）；εは係数」を用
いて、角速度の指令値ω_nを計算する。

【００２１】ステップ４６０では、今回の回転角の測定
値θ_aと前回の回転角の測定値θ_bとの差分Δθの値
（θ_a−θ_b）を求める。ステップ４６５では、次式に
より、角速度の測定値ω_aを求める。

【数２】 ω_a＝Δθ／（ｔ_a−ｔ_b）（２）ステップ４７０では、角速度の指令値ω_nと角速度の測
定値ω_aより、計算式「α_n＝κ（ω_n−ω_a）；κは
係数」を用いて、角加速度の指令値α_nを計算する。ス
テップ４７５では、角加速度の指令値α_nをＤＳＰ１２
０に出力する。ステップ４８０では、図５に示す消費又
は回生電力関連値記憶・演算ルーチンを呼び出す。以上
のループ処理を繰り返し実行すれば、角加速度の指令値
α_nをＤＳＰ１２０に出力し続けることができる。

【００２２】図５に、ｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，
…，６）の消費又は回生電力関連値記憶・演算ルーチン
のフローチャートを示す。本ルーチンは、上記のステッ
プ４８０によって、呼び出されるものである。本ルーチ
ンは、図１に示すように、ｊ軸モータＭｊの最近２分
（ΔＴ₂）間の消費電力量Ｅ_jと、今回のシステム立ち
上げ以降のｊ軸モータＭｊの回生電力の最大値Ｐ_jとを
２分毎に共用ＲＡＭ１８２に出力するものである。

【００２３】本ルーチンでは、まず最初に、ステップ５
０５により、電流検出器１５１によって計測され、Ａ／
Ｄ変換器１２１によってデジタル変換された、モータＭ
ｊの電流の測定値Ｉ_aを入力する。次に、ステップ５１
０では、（１）により、現在のモータＭｊの消費又は回
生電力の値Ｐを計算する。ただし、ここでω_aは、ステ
ップ４６５で求めた角速度の測定値である。ステップ５
１５では、Ｐの符号を判定し、Ｐが負ならば、ステップ
５２５へ、そうでなければステップ５２０へ処理を移
す。ステップ５２０では、前記のループ処理（図４）が
１回実行される間にモータＭｊにより消費された電力量
（ＫＩ_aΔθ）を変数Ｅに加算する。即ち、消費電力量
をＰの積分計算によって求める。一方、ステップ５２５
では、変数Ｐ_MAXの値と−Ｐの値とを比較し、−Ｐの方
が大きければ、ステップ５３０へ、そうでなければステ
ップ５３５へ処理を移す。ステップ５３０では、変数Ｐ
_MAXに−Ｐの値を代入する。

【００２４】ステップ５３５では、現在時刻ｔ（タイマ
時刻）と停止指令フラグｆ_jの値を判定し、「ｔ≧
Ｔ₂、又は、ｆ_j＝ＯＮ」ならば、ステップ５４０へ処
理を移し、そうでない場合には、本ルーチンの呼び出し
元に制御を戻す（リターンする）。停止指令フラグｆ_j
は、システムを停止する際にメインＣＰＵ１８０によ
り、ＯＮ状態に設定される指令フラグである。ステップ
５４０では、共用ＲＡＭ１８２上の変数Ｅ_j（ｊ軸モー
タＭｊの最近２分間の消費電力量）の格納領域が、空き
状態（Ｅ_j＝−１）であるか否かを判定し、Ｅ_j＝−１
（空き状態）ならば、ステップ５５５へ、そうでなけれ
ば、ステップ５４５へ処理を移す。ステップ５４５で
は、停止指令フラグｆ_jを参照し、ｆ_j＝ＯＮならば、
ステップ５５０へ処理を移し、そうでない場合には、本
ルーチンの呼び出し元に制御を戻す。ステップ５５０で
は、停止指令フラグｆ_jの値をＯＦＦ状態に設定する。
この場合には、本ルーチンは、本ルーチンの呼び出し元
に制御を戻さずに終了する。

【００２５】ステップ５５５では、ステップ５２０を繰
り返し実行することによって得られた最近２分間のＭｊ
による消費電力量Ｅの値を、共用ＲＡＭ１８２上の変数
格納領域Ｅ_jに出力する。ステップ５６０では、ステッ
プ５３０を繰り返し実行することによって得られた今回
のシステム立ち上げ以降のｊ軸モータＭｊの回生電力の
最大値Ｐ_MAXの値を、共用ＲＡＭ１８２上の変数格納領
域Ｐ_jに出力する。ステップ５６５では、上記の変数Ｅ
（消費電力量）の値を０に再設定する。

【００２６】ステップ５７０では、停止指令フラグｆ_j
を参照し、ｆ_j＝ＯＮならば、ステップ５５０へ処理を
移し、そうでない場合には、ステップ５７５へ処理を移
す。ステップ５７５では、時間変数Ｔ₂に、現在時刻
（タイマ時刻）ｔよりもΔＴ₂だけ大きな値（ｔ＋ΔＴ
₂）を設定する。この場合、その後は、本ルーチンの呼
び出し元に制御を戻す（リターンする）。

【００２７】これらの処理を実現する上で、重要となる
共用ＲＡＭ１８２上の消費又は回生電力関連値記憶用の
テーブルの構成図を図６に示す。共用ＲＡＭ１８２は、
メインＣＰＵ１８０だけが直接使用するメインＣＰＵ使
用領域１８２ａと、ｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，
…，６）とメインＣＰＵ１８０とが共用で使用する共用
領域１８２ｂとを備えている。メインＣＰＵ使用領域１
８２ａには、各モータＭｊの消費又は回生電力関連値を
管理するための電力管理テーブル１８２ｃが、それぞれ
同じ仕様で各サーボＣＰＵ対応に合計６台設けられてい
る。

【００２８】例えば、１軸サーボＣＰＵ対応の電力管理
テーブル１８２ｃには、モータＭ１に関する以下の変数
の格納領域が設けられている。Ｗ₁ 限界消費電力量〔ＫＷ・ｈ〕Ｆ₁ 最大出力〔Ｗ〕Ｑ₁ 最大回生電力〔Ｗ〕（今回のシステム立ち上げ
よりも前に記録された最大値）Ｊ₁ 累積消費電力量〔Ｗ・ｓ〕（通算）Ｎ₁ Ｅ_1,iのカレント・エントリーのｉの値（１≦
ｉ≦１０）Ｅ_1,i 最近２０分間の各インターバル毎の消費電力量
〔Ｗ・ｓ〕（ΔＴ₂毎に１０エントリー）

【００２９】また、共用領域１８２ｂには、メインＣＰ
Ｕ１８０と各サーボＣＰＵとのインタフェースを実現す
るために、接続テーブル１８２ｄが、それぞれ同じ仕様
で各サーボＣＰＵ対応に合計６個設けられている。例え
ば、１軸サーボＣＰＵ対応の接続テーブル１８２ｃに
は、以下の変数の格納領域が設けられている。Ｅ₁ 消費電力量〔Ｗ・ｓ〕（最近２分間分）Ｐ₁ 最大回生電力〔Ｗ〕（今回のシステム立ち上げ
以降の最大値）ｆ₁ 停止指令フラグ（ＯＮならば、停止指令）

【００３０】尚、上記の１２個のテーブル（電力管理テ
ーブル１８２ｃ、接続テーブル１８２ｄ）は、複数のプ
ロセス（タスク）や割り込み処理ルーチンから、同時に
アクセス（参照、更新）される恐れが有るため、同時ア
クセスによって発生する論理矛盾を排他制御により未然
に回避する必要がある。しかしながら、排他制御マクロ
（ＬＯＣＫマクロ／ＵＮＬＯＣＫマクロ等）や、プロセ
ス間同期マクロ（ＰＯＳＴマクロ／ＷＡＩＴマクロ等）
や、或いは、排他制御用の機械命令（ＴＳ命令／ＣＳ命
令／ＣＤＳ命令等）を用いて、上記テーブルの排他制御
処理を行うと、ソフトウェア、ハードウェアの両面で排
他制御処理のオーバヘッドが大きくなり、本来のサーボ
制御の精度に対して悪影響をもたらす場合が生じるため
注意を要する。特に、上記の接続テーブル１８２ｄにつ
いては、複数台のプロセッサ（メインＣＰＵ１８０、ｊ
軸サーボＣＰＵ）から同時にアクセス（参照、更新）さ
れるケースが考えられるため、上記のようなマクロや機
械命令を用いずに、本実施例において詳細に開示してい
るように、オーバヘッドの小さな排他制御を実現するこ
とが、本来のサーボ制御の精度を保つ上で重要となる。

【００３１】図７に、メインＣＰＵのテーブル初期化ル
ーチンのフローチャートを示す。本ルーチンでは、上記
１２個のテーブルの初期化を全サーボＣＰＵの始動前に
行う。本ルーチンでは、まず最初に、ステップ７０５に
より、プログラムの制御変数ｊ（整数）の値を１に設定
する。本制御変数ｊは、ロボットの各動作軸の軸番号に
対応する。例えば、４軸サーボＣＰＵ、或いは、モータ
Ｍ４に関する計算をしている時は、ｊ＝４である。

【００３２】次に、ステップ７１０では、前記のＷ_j，
Ｆ_j，Ｑ_j，Ｊ_jの各値をディスク装置１８５（図１）
より入力する。ステップ７１５では、上記のカレント・
エントリー番号Ｎ_jの値を１に初期化する。ステップ７
２０では、プログラムの制御変数ｉ（整数）の値を１に
設定する。ステップ７２５では、上記の消費電力量Ｅ
_j,iの値を０に初期化する。ステップ７３０では、制御
変数ｉの値を１だけ増加する。ステップ７３５では、制
御変数ｉの値を参照し、ｉ＝１１ならば、ステップ７４
０へ、そうでなければ、ステップ７２５へ処理を移す。
ステップ７４０では、停止指令フラグｆ_jの値をＯＦＦ
にする。ステップ７４５では、上記の消費電力量Ｅ_jの
値を−１にする。これは、本格納領域Ｅ_jに消費電力量
の値が格納されていないことを意味するものである。

【００３３】ステップ７５０では、上記のＰ_jの値を０
に初期化する。ステップ７５５では、制御変数ｊの値を
１だけ増加する。ステップ７６０では、制御変数ｊの値
を参照し、ｊ＝７ならば、ステップ７６５へ、そうでな
ければ、ステップ７１０へ処理を移す。ステップ７６５
では、タイマ割り込み時刻Ｔ₁を現在時刻ｔよりもΔＴ
₁だけ大きな値に設定する。本実施例では、ΔＴ₁＝６
０（１分）とする。即ち、本ステップ７６５は、メイン
ＣＰＵのタイマ割り込みルーチンを１分毎に起動するた
めのタイマセットの初期設定処理である。

【００３４】メインＣＰＵ１８０のタイマ割り込みルー
チンとしては、図８のメインＣＰＵテーブル管理ルーチ
ンを予め登録しておく。本ルーチンは、現在時刻ｔ≧Ｔ
₁と成った時点でメインＣＰＵ１８０によりタイマ割り
込みルーチンとして実行されるものである。本ルーチン
は、割り込み禁止状態で実行される。

【００３５】本ルーチンでは、まず最初に、ステップ８
０５により、制御変数ｊの値を１に初期化する。次に、
ステップ８１０により、Ｅ_jの値が−１（空き状態）か
否かを判定し、Ｅ_j＝−１ならば、ステップ８５０へ、
そうでなければ、ステップ８１５へ処理を移す。ステッ
プ８１５では、制御変数ｉに前記のカレント・エントリ
ー番号Ｎ_jの値を代入する。ステップ８２０では、前記
のＪ_jの値をＥ_j,iだけ増加させる。ステップ８２５で
は、Ｅ_j,iにＥ_jの値を設定する。ステップ８３０で
は、Ｅ_jの値を−１（空き状態）に再設定する。

【００３６】ステップ８３５では、前記のＮ_jの値を１
だけ増加させる。ステップ８４０では、Ｎ_jの値を参照
し、Ｎ_j＝１１ならば、ステップ８４５へ、そうでなけ
れば、ステップ８５０へ処理を移す。ステップ８４５で
は、Ｎ_jの値を１に設定する。ステップ８５０では、制
御変数ｊの値を１だけ増加させる。ステップ８５５で
は、制御変数ｊの値を参照し、ｊ＝７ならば、ステップ
８６０へ、そうでなければ、ステップ８１０へ処理を移
す。ステップ８６０では、タイマ割り込み時刻Ｔ₁を現
在時刻ｔよりもΔＴ₁だけ大きな値に設定する。本実施
例では、ΔＴ₁＝６０（１分）とする。即ち、本ステッ
プ８６０は、本テーブル管理ルーチンを１分毎に起動す
るためのタイマセット処理である。

【００３７】尚、本実施例では、ΔＴ₁＝６０（１分＝
ΔＴ₂／２）としているが、この値は、１２０（２分＝
ΔＴ₂）程度でも良い。本実施例では、図５のステップ
５４０で、Ｅ_j≠−１となった際に、平常時のｊ軸サー
ボＣＰＵのオーバヘッドが増加するので、その確率を極
力低減するために、ΔＴ₁＝ΔＴ₂／２に設定してい
る。また、逆に、ΔＴ₁を小さくし過ぎると、メインＣ
ＰＵ１８０のオーバヘッドが増加するので注意を要す
る。

【００３８】以上の処理制御により、６個の各電力管理
テーブル１８２ｃ（図６）には、各モータＭｊ（１≦ｊ
≦６）によって消費された電力量が記録される。また、
特に、最近２０分間に消費された電力量については、２
分間の各インタバル毎の消費電力量がＥ_j,i（１≦ｉ≦
１０）に記録されている。以下、これらの値を用いて、
出力画面２０（図２）を入出力装置１８４（図１）の出
力装置に出力する手段について説明する。

【００３９】図９は、メインＣＰＵのＡコマンド（消費
電力関連値画面表示用の前記コマンド）処理ルーチンの
フローチャートである。本ルーチンは、入出力装置１８
４からのＡコマンドの投入により、起動されるものであ
る。本ルーチンでは、まず最初に、ステップ９０５によ
り、出力装置の画面の初期化を行う。即ち、出力画面２
０（図２）の各軸毎の消費電力関連値の表示欄２０ａ，
２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、ブランク・クリアされた状
態の画面を入出力装置１８４の出力装置に表示する。

【００４０】次に、ステップ９１０では、６個の各電力
管理テーブル１８２ｃを、メインＣＰＵ使用領域１８２
ａ上の図略の本コマンド処理専用のワーク領域に複写す
る。本複写処理は、図８のタイマ割り込みルーチンとの
処理の交錯（論理矛盾）を回避するために、割り込み禁
止状態で実行する。本コマンド処理ルーチンの以下の処
理では、電力管理テーブル１８２ｃは直接には参照せ
ず、その代わりに上記複写処理後のワーク領域上のそれ
ぞれ対応する同値の各変数を参照する。ステップ９１５
では、プログラムの制御変数ｊを１に初期化する。本制
御変数ｊは、各動作軸の軸番号に対応する変数である。

【００４１】以下、各軸毎の消費電力関連値を出力画面
２０（図２）の各行単位に表示するための処理を行う。
この各行単位の処理は、６回だけ繰り返し実行されるも
のである。ステップ９２０では、集計する消費電力量Ｅ
_j,iのエントリーの件数ｍ（１≦ｍ≦１０）をカウント
するためのカウンタｋの値を０に初期設定する。例え
ば、表示欄２０ｂに過去１０分間の消費電力の平均値を
表示する場合には、

【数３】ｍ＝１０分／ΔＴ₂＝６００〔秒〕／１２０〔秒〕＝５〔件〕（３）である。

【００４２】ステップ９２５では、前記のカレント・エ
ントリー番号Ｎ_jの値を制御変数ｉに代入する。ステッ
プ９３０では、モータＭｊの消費電力の平均値を求める
ための変数ｕ_jを０に初期設定する。ステップ９３５で
は、制御変数ｉの値を１だけ減じる。この処理により、
消費電力量Ｅ_j,iのエントリーを１つづつ過去に逆上っ
て集計することが可能となる。ただし、ｉ＝０と成った
場合には、ステップ９３６、９３７の作用により、制御
変数ｉの値は、１０に設定される。ステップ９４０で
は、変数ｕ_jの値をＥ_j,iだけ増加させる。ステップ９
４５、９４６では、カウンタｋの値を１だけ増加させ、
その結果、「ｋ＝ｍ」ならば、ステップ９５０へ、そう
でなければ、ステップ９３５へ処理を移す。

【００４３】ステップ９５０では、変数ｕ_jの値をｍΔ
Ｔ₂で割り、その演算結果（商）を再び変数ｕ_jに格納
する。ステップ９５５では、次式により、モータＭｊの
稼働率を百分率で求める。

【数４】ｒ_j＝（ｕ_j／Ｆ_j）×１００％（４）ステップ９６０では、変数Ｕ_jに累積消費電力量Ｊ_jの
値を代入する。ステップ９６５では、制御変数ｉの値を
１に初期化する。ステップ９７０では、変数Ｕ_jの値を
Ｅ_j,iだけ増加させる。本ステップ９７０は、ステップ
９７５、９７６の作用により、ｉ＝１，２，…，１０の
合計１０回に渡って繰り返し実行される。

【００４４】その後、ステップ９８０では、変数Ｕ_jに
集計された累積消費電力量を〔Ｗ・ｓ〕から〔ＫＷ・
ｈ〕に換算する。ステップ９８５では、次式により、モ
ータＭｊの老朽度を百分率で求める。

【数５】Ｒ_j＝（Ｕ_j／Ｗ_j）×１００％（５）ステップ９９０では、以上の計算により求めた平均電力
ｕ_j、平均稼働率ｒ_j（百分率）、累積消費電力量
Ｕ_j、老朽度Ｒ_j（百分率）の値を出力画面２０のｊ軸
の表示欄２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにそれぞれ出
力する。以上のステップ９２０以降の処理は、ステップ
９９５、９９６の作用により、各動作軸対応に１回ず
つ、合計６回だけ実行される。以上の処理により、前記
のＡコマンドを実現することができる。

【００４５】尚、前記のＢコマンドを実現するための処
理については、Ａコマンドと同様に、或いは、Ａコマン
ドよりも遥かに容易に具現化できる。即ち、前記のＱ_j
の値を出力画面２０（図３）の表示欄３０ｂに、前記の
Ｐ_jの値を表示欄３０ｃに、それぞれ換算処理や集計処
理等を行うことなくそのまま各軸単位に出力表示すれば
良い。

【００４６】図１０に、メインＣＰＵの停止処理ルーチ
ンのフローチャートを示す。この処理は、前記Ｗ_j，Ｆ
_j，Ｑ_j，Ｊ_jの各値をディスク装置１８５（図１）に
保存するための処理であり、システム停止処理が行われ
る際に、呼び出されて実行されるものである。

【００４７】本ルーチンでは、まず最初に、ステップ３
０５により、メインＣＰＵのタイマ割り込み時刻を無限
大（上記のシステム停止処理が全て完了する時刻よりも
十分に大きな時刻）に設定する。或いは、ステップ３０
５の代わりに、タイマ割り込みに対するマスク設定処理
を行ったり、本ルーチンを割り込み禁止状態に設定する
処理を行ったりしても良い。次に、ステップ３１０で
は、図８のテーブル管理ルーチンのステップ８０５から
ステップ８５５までの一連の処理（以下、処理ステップ
群Ｚ）と全く同じ処理を実行する。ステップ３１５で
は、制御変数ｊの値を１に初期化する。

【００４８】ステップ３２０では、ｊ軸サーボＣＰＵに
対する停止指令フラグｆ_jをＯＮに設定する。ステップ
３２５では、停止指令フラグｆ_jがＯＦＦ状態になるま
で、停止指令フラグｆ_jの状態を繰り返しチェック（参
照）する。この処理は、ｊ軸サーボＣＰＵに対して、図
５のステップ５５５、５６０を実行させるためのもので
ある。ステップ３３０では、制御変数ｊの値を１だけ増
加する。ステップ３３５では、制御変数ｊの値を参照
し、ｊ＝７ならば、ステップ３４０へ、そうでなけれ
ば、ステップ３２０へ処理を移す。本ステップ３３５の
作用により、メインＣＰＵ１８０は、各サーボＣＰＵに
対して図５のステップ５５５、５６０をそれぞれ１度ず
つ実行させることができる。ステップ３４０では、再度
上記の処理ステップ群Ｚを実行する。ステップ３４５で
は、制御変数ｊの値を１に初期化する。

【００４９】処理ステップ３５０、３５５では、今回の
システム立ち上げ以降のモータＭｊの最大回生電力Ｐ_j
と前回までのモータＭｊの最大回生電力Ｑ_jとを比較
し、その値の小さくない方を最大回生電力Ｑ_jとして保
存する。ステップ３６０〜３７５では、１０エントリー
分の消費電力量Ｅ_j,i（１≦ｉ≦１０）を累積消費電力
量Ｊ_jに加算する。ステップ３８０では、以上の処理に
より確定した、Ｗ_j，Ｆ_j，Ｑ_j，Ｊ_jの各値をディス
ク装置１８５に出力する。以上のステップ３５０以降の
処理は、ステップ３８５、３９０の作用により、各サー
ボＣＰＵ対応に１度ずつ合計６回だけ繰り返し実行され
る。

【００５０】以上の処理により、前記のＡコマンド、及
び、Ｂコマンドをサーボ制御の精度を保ったまま実現す
ることができる。

【００５１】尚、上記の実施例では、Ｅ_j＝−１なる排
他制御用のキーワード（排他語）を用いたが、上記の実
施例において、ΔＴ₁＝ΔＴ₂＝１２０（２分）とし、
タイマ時刻における偶数分台（例：午前１０時０２分０
０秒〜５９秒まで）には、メインＣＰＵ１８０はＥ_jの
参照のみを行い、タイマ時刻で奇数分台（例：午前１０
時０３分００秒〜５９秒まで）には、サーボＣＰＵはＥ
_jの更新のみを行うことにすれば、排他語を用いること
なく時刻で排他制御が可能となる。従って、Ｅ_jの排他
語としての判定処理（例：図５のステップ５４０、図８
のステップ８１０）やＥ_jの排他語としての更新処理
（例：図８のステップ８３０）をすることなく消費又は
回生電力関連値の記憶・演算に関する論理矛盾を回避で
きる。このようなアクセス時刻による排他処理を行え
ば、消費又は回生電力関連値の記憶・演算に必要なテー
ブル（図６）の排他制御処理オーバヘッドを更に削減で
きるので、本来のサーボ制御の精度を極力落とさずに、
消費又は回生電力関連値の記憶・演算を実施することも
可能である。

【００５２】また、上記の実施例では、Ａコマンド、Ｂ
コマンドのように、コマンドが投入された時に、そのコ
マンドに応答する形で、その時点のデータだけを画面表
示したが、本発明は、リアルタイム型、バッチ型（デー
タ収集時刻をモニタリング・データに付加し、ディスク
上に随時蓄積する方法）の何方のタイプのモニタにも応
用できる。また、リアルタイム型、バッチ型の双方を同
時に実施することも可能である。また、出力用のプログ
ラムを変更または、追加すれば、消費又は回生電力関連
値を各軸単位に画面にリアルタイムにグラフ出力するこ
とも可能である。或いは、また、集計間隔を短くして、
リアルタイムの情報を常時画面表示するようにしても良
い。

【００５３】また、上記の実施例では、図５のステップ
５２０を繰り返し実行することにより、電力Ｐの時間積
分を実現したが、時間積分∫Ｐｄｔ（消費又は回生電力
量）の計算方法は、他にも多数有る。例えば、「Ｐ＝Ｉ
・Ｖ」として積分計算したり、「Ｉ・ω≡Ｉ・θ′＝
（Ｉ・θ）′−Ｉ′・θ」を用いて、部分積分法によ
り、積分計算したりしても良い。これらの積分演算処理
においては、検知可能な任意の電力関連値を入力し、こ
れらの諸入力値から電力計算可能な任意の計算式を用い
て前記と同等の時間積分を実行しても良い。

【００５４】また、上記の実施例のモータは、直流モー
タの場合について示したが、本発明は、システムで使用
するモータの種類には、無関係に応用することができ
る。また、本発明は、サーボ制御の制御理論に直接左右
されるものではないので、本発明は、現代的な制御方式
のサーボ制御装置にも適用できる。

【００５５】また、上記の実施例では、各動作軸の消費
電力量より各軸の負荷状況を把握できるようにＡコマン
ドを構成したが、各動作軸の作業量の負荷や部品の寿命
は、累積回生電力量だけからでも推定できるので、上記
実施例において、累積消費電力量Ｊ_jを求めた代わり
に、累積回生電力量を求め、表示することにより、各動
作軸の負荷状況を把握するようにしても良い。

【００５６】また、上記の実施例では、概ね、ロボット
制御装置を作動させる従来のソフトウェアの拡張や追加
・修正により、本発明の実施を図ったが、本発明は、ハ
ードウェア回路によるサーボ制御装置にも応用できる。
また、フローチャートを用いて示した上記のアルゴリズ
ムの内の適当な一部分は、ハードウエアによって置き換
えることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるロボット制御装置１００のハード
ウェア構成図。

【図２】ロボット制御装置１００による消費電力関連値
の画面表示例。

【図３】ロボット制御装置１００による回生電力関連値
の画面表示例。

【図４】ｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，…，６）の角
加速度の指令値α_nの演算処理ルーチンのフローチャー
ト。

【図５】ｊ軸サーボＣＰＵ（ｊ＝１，２，…，６）の消
費又は回生電力関連値の記憶・演算処理ルーチンのフロ
ーチャート。

【図６】共用ＲＡＭ１８２上の消費又は回生電力関連値
記憶用のテーブルの構成図。

【図７】メインＣＰＵのテーブル初期化ルーチンのフロ
ーチャート。

【図８】メインＣＰＵのテーブル管理ルーチンのフロー
チャート。

【図９】メインＣＰＵの画面表示コマンドの処理ルーチ
ンのフローチャート。

【図１０】メインＣＰＵの停止処理ルーチンのフローチ
ャート。

【図１１】従来技術によるロボット制御装置２００を用
いたロボット駆動システムのシステム構成図。

【符号の説明】

１００ … ロボット制御装置１０１〜１０６ … デジタル・サーボ制御装置１２０ … ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセ
ッサ）ＩＦ … 入出力インタフェースＭｊ … ｊ軸モータ（ｊ＝１，２，…，６）ｅｊ … ｊ軸エンコーダ（ｊ＝１，２，…，
６） θ … 回転角（θ_n：指令値，θ_a：測定
値） ω … 角速度（ω_n：指令値，ω_a：測定
値） α_n … 角加速度の指令値Ｉ_a … 電流の測定値Ｐ … モータの消費又は回生電力Ｗ_j … モータＭｊの限界消費電力量Ｆ_j … モータＭｊの最大出力Ｑ_j … モータＭｊの最大回生電力（前回ま
で）Ｊ_j … モータＭｊの累積消費電力量Ｅ_j,i … モータＭｊの最近１０ΔＴ₂間の各イ
ンターバル毎の消費電力量（ΔＴ₂毎に１０エントリ
ー）ｆ_j … ｊ軸サーボＣＰＵの停止指令フラグＥ_j … モータＭｊの最近ΔＴ₂間の消費電力
量Ｐ_j … モータＭｊの最大回生電力（今回のシ
ステム立ち上げ後）

フロントページの続きＦターム(参考） 3F059 BA02 CA01 DD01 5H269 AB33 BB12 CC09 EE11 EE25 GG10 JJ02 KK01 MM06 NN07 NN08 QB13 QB14 QB15 QC01 QC06 QD03 QE34 9A001 EE05 FZ01 HH19 JJ49 KK32 KK54 LL09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロボットに備えられた複数個の動作軸の
動作を制御するロボット制御装置において、前記動作軸の各軸単位の消費又は回生電力関連値を検知
する検知手段と、前記消費又は回生電力関連値に関する演算を実行する記
憶・演算手段と、前記記憶・演算手段により算出された消費又は回生電力
関連値を表示画面又は出力装置に前記動作軸の各軸単位
に出力する出力手段とを有することを特徴とするロボッ
ト制御装置。
【請求項２】前記検知手段は、前記動作軸のモータが
消費又は回生する電気の電流値と前記モータの角速度と
を各軸単位に検知し、前記記憶・演算手段は、前記モータが消費又は回生する
電気の電力または電力量を前記電流値と前記角速度とか
ら各軸単位に算出し、前記出力手段は、前記電力又は前記電力量を前記動作軸
の各軸単位に出力することを特徴とする請求項１に記載
のロボット制御装置。
【請求項３】前記記憶・演算手段は、前記動作軸が故
障する時まで、又は、前記動作軸が故障診断を必要とす
る時までに前記モータが消費すると考えられる限界消費
電力量で、現在までに前記モータが消費した前記電力量
を割り、前記出力手段は、前記割り算の商又は百分率を各軸単位
に出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載のロボット制御装置。