JP2001292586A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの周辺の温度上昇度合いの推定の正確
性を高め、モータの周辺に配置される素子等の発熱から
の保護を良好に行なう。 【解決手段】 ロボット本体の各軸（アーム）を駆動す
るサーボモータへの出力電流値ｉを検出する電流センサ
を設ける。各サーボモータの回転速度ｒはエンコーダに
より検出される。ロボットコントローラは、各軸毎に、
各電流センサによる出力電流値ｉ及び各エンコーダによ
る回転速度ｒをサンプリングし（Ｓ１〜Ｓ３）、ｎ個の
サンプリング値から、平均電流値Ｉ及び平均回転速度Ｒ
を求める（Ｓ４）。そして、それら平均電流値Ｉ及び平
均回転速度Ｒの双方を用いて温度上昇値ΔＴを算出し
（Ｓ５）、その温度上昇値ΔＴを設定値Ｔmax と比較し
（Ｓ６）、温度上昇値ΔＴが設定値Ｔmax よりも大きい
ときに（Ｓ６；Ｙ）、サーボモータの駆動を停止させる
（Ｓ７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの回転を回
転伝達機構を介して出力する例えばロボット等のシステ
ムにおける、モータを制御するためのモータの制御装置
に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば産業用の多関節
型ロボットにおいては、多関節型アームからなるロボッ
ト本体に、各軸（アーム）を駆動するためのモータ（エ
ンコーダ付きのサーボモータ）を内蔵し、その駆動力を
例えば関節部に設けられた減速機等の回転伝達機構を介
してアームに伝達するようになっている。また、前記各
軸のサーボモータは、マイコン等から構成されるロボッ
トコントローラにより駆動制御されるようになってい
る。

【０００３】ところで、この種のロボットにあっては、
比較的熱に弱いエンコーダの素子等の保護を図るため
に、各軸のモータへの出力電流値から該モータの温度上
昇度合いを推定し、各軸のモータの周辺の温度が、その
素子等の使用許容温度を越えないように、ロボットの動
作を制限する制御が行なわれていた。

【０００４】しかしながら、モータ周辺の温度上昇の要
因としては、モータ自体の発熱だけでなく、モータの高
速動作時の減速機のオイルシール部分などの摺動部にお
ける発熱があり、この減速機部分の発熱が大きい場合に
は、従来のようなモータへの出力電流値のみから温度上
昇度合いを推定するものでは、正確な温度上昇度合いが
推定できず、ひいてはモータの周辺の温度が素子の使用
許容温度を越えてしまう虞がある。尚、例えば温度セン
サを配設して実際のモータの周辺の温度を検出するとい
ったことも考えられるが、これでは、配線を含めた構成
の複雑化を招くと共に、信頼性が十分でなく、ロボット
に採用するには現実的ではない。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、モータの周辺の温度上昇度合いの推定
の正確性を高めることができ、ひいてはモータの周辺に
配置される素子等の発熱からの保護を良好に行なうこと
ができるモータの制御装置を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のモータの制御装置は、モータへの出力電流
値の検出と、モータの回転速度の検出との双方に基づい
て、モータ周辺の温度上昇度合いを推定するように構成
したものである（請求項１の発明）。ここで、モータの
周辺の温度上昇の要因は、大きく分けて、モータ自体の
発熱と、回転伝達機構部分における発熱とが考えられ
る。このとき、モータの発熱は、モータへの出力電流値
（トルク）に応じて大きくなり、また、回転伝達機構に
おける発熱は、モータの回転速度に応じて大きくなる。

【０００７】従って、請求項１の発明によれば、モータ
への出力電流値のみからモータの周辺の温度上昇度合い
を推定する場合と異なり、回転伝達機構部分における発
熱をも考慮した温度上昇度合いを推定することができ、
モータの周辺の温度上昇度合いの推定の正確性を高める
ことができ、ひいてはモータの周辺に配置される素子等
の発熱からの保護を良好に行なうことができるという優
れた効果を奏するものである。

【０００８】より具体的には、モータ自体の発熱量は、
モータへの出力電流値（トルク）の二乗にほぼ比例し、
回転伝達機構における発熱量は、モータの回転速度の平
方根（二分の一乗）にほぼ比例する。そこで、平均出力
電流値と、平均回転速度とに基づき、次式により温度上
昇値を求めることができる（請求項２の発明）。

【０００９】

【数１】 これによれば、より正確な温度上昇値を推定することが
可能となる。尚、上記定数Ａ，Ｂについては、実際の使
用条件等に応じて予め実験的に求めておくことができ
る。

【００１０】そして、推定された温度上昇度合いが設定
上限値を越えないように、モータの駆動を停止させる制
御を行なえば（請求項３の発明）、モータの周辺に配置
された素子等の、発熱からの保護を確実且つ効果的に行
なうことができる。尚、素子等を発熱から保護するため
の手段としては、他にも、モータの駆動速度を減速させ
たり、あるいは、例えば冷却ファン装置からの送風等に
より強制冷却するといったことも考えられる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を産業用の多関節型
ロボットの各軸の駆動用のモータの制御に適用した一実
施例について、図面を参照しながら説明する。まず、図
５は、本実施例に係る多関節（６軸）型ロボットの本体
１の外観を概略的に示しており、このロボット本体１
は、ベース２上に、６軸のロボットアームを有し、その
先端に図示しないハンド等のツールを取付けて構成され
る。

【００１２】具体的には、前記ベース２上には、上方に
延びる第１アーム３が、垂直軸Ｊ１を中心に回動（旋
回）可能に連結され、この第１アーム３の上部には、上
方に延びる第２アーム４の下端部が水平軸Ｊ２を中心に
回動可能に連結されている。この第２アーム４の先端部
には、第３アーム５の基端部が水平軸Ｊ３を中心に回動
可能に連結され、この第３アーム５の先端部には、第４
アーム６の基端部が軸Ｊ４を中心に同軸回転可能に連結
されている。この第４アーム６の先端部には、第５アー
ム７が軸Ｊ５を中心に回転可能に連結され、第５アーム
７の先端面部には、前記ハンド等のツールが着脱可能に
取付けられるフランジ部８が、軸Ｊ６を中心に同軸回転
可能に設けられている。

【００１３】また、後に一部（第１アーム３）を代表さ
せて示すように、このロボット本体１内には、各軸を駆
動するためのサーボモータ９〜１４（図２参照）や、各
軸の関節部に位置して、そのサーボモータ９〜１４の回
転を各アーム３〜８に伝達するためのベルト伝達機構、
軸受、減速機、オイルシール等からなる回転伝達機構が
設けられている。

【００１４】さらに、図２に示すように、前記各サーボ
モータ９〜１４には、回転速度検出手段としても機能す
るエンコーダ１５〜２０が設けられるようになってい
る。このロボット本体１には、マイコン等から構成され
るロボットコントローラ２１が接続され、後述するよう
に、前記各軸のサーボモータ９〜１４がこのロボットコ
ントローラ２１により制御され、各種の動作（組立作
業）を行なうようになっている。

【００１５】ここで、それらロボットアームのうち第１
アーム３（第２アーム４との間の関節）部分を代表させ
て、その構成について説明する。図４に示すように、第
１アーム３は、金属（鋳物）製のフレーム３ａの左側面
部をカバー３ｂで覆って構成され、その内部の下部に
は、第２アーム４を駆動するためのエンコーダ１６付き
のサーボモータ１０が右向きに配設されている。このサ
ーボモータ１０の出力軸には駆動プーリ２２が取付けら
れている。この第１アーム３のフレーム３ａの右側壁上
部に、前記第２アーム４のフレーム４ａの下部左側壁部
が回動可能に連結され且つ、前記サーボモータ１０の駆
動力が伝達されるようになっている。

【００１６】即ち、前記フレーム３ａの右側壁上部に
は、円形の組付開口部３ｃが設けられ、その内部に後述
するように減速機２３が設けられる。この減速機２３
は、例えば中空状のハーモニックドライブからなり、周
知のように、楕円状のカムとその外周のボールベアリン
グとからなる中空状のウエーブジェネレータ２４、その
外周に配置されるカップ状のフレクスプライン（弾性歯
車）２５、その外周に噛合うサーキュラスプライン（内
歯車）２６から構成される。一方、前記第２アーム４の
フレーム４ａの下部左側壁部には、中空軸２７が左方に
突出して設けられている。中空軸２７の軸心は、軸Ｊ２
に一致している。

【００１７】前記フレーム３ａの組付開口部３ｃの内周
部には、例えばクロスローラベアリングからなる軸受２
８が設けられ、この軸受２８により前記第２アーム４の
フレーム４ａが軸Ｊ２を中心に回転可能に支持されてい
る。このとき、軸受２８の外輪２８ａと、前記フレクス
プライン２５と、支持部材２９とがフレーム３ａにいわ
ゆる共締め状態に固定されている。一方、軸受２８の内
輪２８ｂと、前記サーキュラスプライン２６と、閉塞部
材３０とがフレーム４ａにいわゆる共締め状態に固定さ
れている。さらには、軸受２８の右側面部には、外輪２
８ａと内輪２８ｂとの間に位置してオイルシール３１が
設けられている。

【００１８】また、前記ウエーブジェネレータ２４は、
前記中空軸２７の外周部に僅かな隙間をもって配置さ
れ、その外周の軸方向左右両端部が、夫々前記支持部材
２９の内周部との間に設けられた軸受３２及び前記閉塞
部材３０の内周部との間に設けられた軸受３３により回
転可能に支持されている。また、このとき、軸受３２の
左側にはオイルシール３４が設けられ、軸受３３の右側
にはオイルシール３５が設けられている。

【００１９】そして、前記中空軸２７の先端（左端）側
外周部には、従動プーリ３６が回転自在に設けられ、こ
の従動プーリ３６が前記ウエーブジェネレータ２４と連
結されている。さらには、前記駆動プーリ２２と従動プ
ーリ３６との間にタイミングベルト３７が掛渡されてい
る。これにて、サーボモータ１０の回転が、タイミング
ベルト３７を介して従動プーリ３６に伝達されてウエー
ブジェネレータ２４が高速で回転し、その回転が減速機
２３により減速されて第２アーム４に伝達されるように
なっているのである。

【００２０】尚、このとき、前記オイルシール３１によ
り、減速機２３内部への塵埃や水滴等の侵入が防止され
ると共に、該オイルシール３１並びにオイルシール３４
及び３４により内部の潤滑油（図示せず）が外部に漏れ
出すことが防止されるのである。また、前記中空軸２７
内には、配線３８（想像線で一部示す）が通されるよう
になっている。さらには、詳しい図示及び説明は省略す
るが、他のアーム４〜８の関節部分についても同様の減
速機が設けられ、サーボモータ９〜１４の回転が減速さ
れて伝達されるようになっている。

【００２１】さて、図２は、前記ロボットコントローラ
２１を中心とした電気的構成を概略的に示しており、こ
のロボットコントローラ２１は、ロボット本体１の全体
を制御するメインＣＰＵボード３９と、各サーボモータ
９〜１４を夫々制御するサーボドライバ４０〜４５を備
えて構成されている。このとき、前記メインＣＰＵボー
ド３９は、動作プログラムに基づいて、前記各サーボド
ライバ４０〜４５に対して位置指令信号を出力し、各サ
ーボドライバ４０〜４５はそれに基づいて各サーボモー
タ９〜１４を駆動するようになっている。

【００２２】また、前記各サーボドライバ４０〜４５に
は、前記各エンコーダ１５〜２０の位置（回転速度）検
出信号が入力されてフィードバック制御が行なわれるよ
うになっている。さらには、各サーボモータ９〜１４へ
の通電線には、電流センサ４６〜５１が設けられ、その
電流検出信号が各サーボドライバ４０〜４５に入力され
るようになっている。従って、エンコーダ１５〜２０が
回転速度検出手段として機能し、各電流センサ４６〜５
１がサーボモータ９〜１４への出力電流値を検出する電
流検出手段として機能するようになっている。

【００２３】そして、後のフローチャート説明にて述べ
るように、ロボットコントローラ２１（各サーボドライ
バ４０〜４５）は、そのソフトウエア的構成により、夫
々のサーボモータ９〜１４への出力電流値と、回転速度
の双方に基づいて、サーボモータ９〜１４の周辺の温度
上昇度合いを推定する温度推定手段として機能するよう
になっている。

【００２４】ここで、サーボモータ９〜１４の周辺の温
度上昇の要因は、大きく分けて、サーボモータ９〜１４
自体の発熱と、回転伝達機構部分における発熱とが考え
られる。このとき、サーボモータ９〜１４の発熱は、出
力電流値（トルク）に応じて大きくなり、また回転伝達
機構における発熱は、サーボモータ９〜１４の回転速度
に応じて大きくなる。より詳細には、サーボモータ９〜
１４自体の発熱量は、該サーボモータ９〜１４の出力電
流値（トルク）の二乗にほぼ比例し、回転伝達機構にお
ける発熱量は、サーボモータ９〜１４の回転速度の平方
根（二分の一乗）にほぼ比例する。サーボモータ９〜１
４の平均出力電流値と、平均回転速度と、温度上昇値と
の関係は、図３に示すようになる。

【００２５】そこで、より具体的には、本実施例では、
ロボットコントローラ２１は、各軸（サーボモータ９〜
１４）毎に、各電流センサ４６〜５１による出力電流値
ｉ、及び、各エンコーダ１５〜２０による回転速度ｒ
を、所定時間間隔でサンプリングし、所定個数（単位時
間）のサンプリング値から、平均電流値Ｉ及び平均回転
速度Ｒを求めるようになっている。そして、次式により
温度上昇値ΔＴを算出するようになっている。

【００２６】

【数２】 尚、上記定数Ａ，Ｂについては、実際の使用条件に応じ
て予め実験的に求められるようになっている。

【００２７】さらに、ロボットコントローラ２１は、推
定された温度上昇値ΔＴを、予め設定された設定値Ｔma
x （例えば７０Ｋに設定される）と比較し、温度上昇値
ΔＴが設定値Ｔmax よりも大きいときに、サーボドライ
バ４０〜４５によりサーボモータ９〜１４の駆動を停止
させ、ひいてはロボット本体１１の動作を停止させるよ
うになっている。従って、ロボットコントローラ２１
が、停止手段としても機能するようになっている。

【００２８】次に、上記構成の作用について、図１も参
照して述べる。上記したロボット本体１の各軸のアーム
３〜８は、ロボットコントローラ２１により各軸のサー
ボモータ９〜１４が制御されることにより、所定の作業
プログラムに従って動作され、各種の作業を繰返し実行
する。図１のフローチャートは、そのロボット本体１の
動作時に、ロボットコントローラ２１が実行する各軸に
おける温度上昇値推定の処理手順を示している。

【００２９】即ち、ステップＳ１では、各電流センサ４
６〜５１による出力電流値ｉが検出（サンプリング）さ
れ、次のステップＳ２では、各エンコーダ１５〜２０に
よる回転速度ｒが検出（サンプリング）される。これら
サンプリングは、所定個数ｎとなるまで所定時間間隔で
繰返し実行される（ステップＳ３）。所定個数のサンプ
リングが行なわれると（ステップＳ３にてＹｅｓ）、次
のステップＳ４にて、平均電流値Ｉが、Ｉ＝Σｉ／ｎの
式により算出されると共に、平均回転速度Ｒが、Ｒ＝Σ
ｒ／ｎの式により算出される。

【００３０】そして、次のステップＳ５では、温度上昇
値ΔＴの推定（算出）が行なわれる。このΔＴの算出
は、上述のように、次式により行なわれる。

【数２】

【００３１】この場合、上述のように、サーボモータ９
〜１４自体の発熱量は、該サーボモータ９〜１４の出力
電流値（トルク）の二乗にほぼ比例し、回転伝達機構に
おける発熱量は、サーボモータ９〜１４の回転速度の平
方根（二分の一乗）にほぼ比例するので、正確な温度上
昇値ΔＴを推定することができる。

【００３２】次のステップＳ６では、算出された温度上
昇値ΔＴと、設定値Ｔmax （例えば７０Ｋ）とが比較さ
れ、温度上昇値ΔＴが設定値Ｔmax 以下であれば（Ｎ
ｏ）、ステップＳ１からの処理が繰返される。一方、温
度上昇値ΔＴが設定値Ｔmax を越えたときには（ステッ
プＳ６にてＹｅｓ）、ステップＳ７にて、サーボモータ
９〜１４の駆動が停止される。この場合、サーボモータ
９〜１４のうち一つでも温度上昇値ΔＴが設定値Ｔmax
を越えて停止されたならば、ロボット本体１全体の駆動
が停止される。

【００３３】これにより、サーボモータ９〜１４自身の
発熱と、回転伝達機構部分における発熱との双方を考慮
したより正確なサーボモータ９〜１４の周辺（アーム３
〜８内の）の温度上昇度合いの推定を行なうことができ
る。そして、算出された温度上昇値ΔＴが設定値Ｔmax
を越えたときに、サーボモータ９〜１４の駆動を停止さ
せる制御を行なうようにしたので、エンコーダ１５〜２
０の素子等の保護を確実かつ効果的に行なうことができ
る。ちなみに、設定値Ｔmax を７０Ｋに設定することに
より、サーボモータ９〜１４の周辺温度を９０℃程度、
高くとも９５℃以下に抑えることができる。

【００３４】このように本実施例によれば、モータへの
出力電流値のみからモータの周辺の温度上昇度合いを推
定していた従来のものと異なり、回転伝達機構部分にお
ける発熱をも考慮した温度上昇度合いを推定することが
でき、サーボモータ９〜１４の周辺の温度上昇度合いの
推定の正確性を高めることができる。この結果、サーボ
モータ９〜１４の周辺に配置される素子等の発熱からの
保護を良好に行なうことができるという優れた効果を得
ることができるものである。

【００３５】尚、上記実施例では、推定された温度上昇
値ΔＴが設定値Ｔmax を越えたときに、サーボモータ９
〜１４を停止させる制御を行なうようにしたが、モータ
周辺の素子等を発熱から保護するための手段としては、
他にも、モータの駆動速度を減速させたり、あるいは、
例えば冷却ファン装置からの送風等により強制冷却する
といったことも考えられる。その他、本発明はロボット
に限らず、モータを備えた機器全般に広く適用すること
ができる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実
施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、温度上昇値推
定の手順を示すフローチャート

【図２】ロボットの電気的構成を示すブロック図

【図３】モータの平均出力電流値及び平均回転速度と温
度上昇値との関係を示す図

【図４】第１アーム部分の構成を示す縦断正面図

【図５】多関節型ロボットの外観を示す側面図

【符号の説明】

図面中、１はロボット本体、３〜８はアーム、９〜１４
はサーボモータ（モータ）、１５〜２０はエンコーダ
（回転速度検出手段）、２１はロボットコントローラ
（温度推定手段、停止手段）、２３は減速機、２８，３
２，３３は軸受、３１，３４，３５はオイルシール、４
０〜４５はサーボドライバ、４６〜５１は電流センサ
（電流検出手段）を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3F059 CA08 DA09 DD01 FA03 FA10 FB29 FC02 FC03 FC06 FC09 FC14 5G044 AA01 AA07 AC01 AD01 AE01 CA11 CC01 CE07 5H550 AA18 BB08 EE03 GG05 JJ04 KK06 LL07 LL22 LL39 LL53 MM06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの回転を回転伝達機構を介して出
   力するシステムにおける、前記モータを制御をする装置
   であって、 前記モータへの出力電流値を検出する電流検出手段と、 前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、 前記電流検出手段により検出された電流値と、前記回転
   速度検出手段により検出された回転速度との双方に基づ
   いて、前記モータの周辺の温度上昇度合いを推定する温
   度推定手段とを具備することを特徴とするモータの制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記温度推定手段は、平均出力電流値
   と、平均回転速度とに基づき、次式により温度上昇値を
   求めることを特徴とする請求項１記載のモータの制御装
   置。 【数１】
3. 【請求項３】 前記温度推定手段により推定された温度
   上昇度合いが、設定上限値を越えないように、前記モー
   タの駆動を停止する停止手段を備えることを特徴とする
   請求項１又は２記載のモータの制御装置。