JP2007037300A - 駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 アクチュエータを駆動するための新しい種類の駆動モジュールを用いるにしても、コストの上昇を抑制することができる駆動制御装置を提供する。
【解決手段】 制御装置2内には複数の駆動モジュール17A,B,C,・・・が内蔵されている。これらの駆動モジュール17A,B,C,・・・は、ロボットの関節部分に設けられたサーボモータ16A,B,C,・・・の駆動を制御する。ここで、駆動モジュール17A,B,C,・・・にはEEPROM22A,B,C,・・・が搭載されており、CPU20は、電源がオンされたときは、EEPROM22A,B,C,・・・に記憶されている容量情報及びパラメータ情報を読取り、それらの情報に基づいてロボットシステムの構成として適切な駆動モジュール17A,B,C,・・・が装着されているかを判断すると共に、パラメータ情報に基づいて制御信号を生成して駆動モジュール17A,B,C,・・・に出力することによりロボットの動作を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】 制御装置2内には複数の駆動モジュール17A,B,C,・・・が内蔵されている。これらの駆動モジュール17A,B,C,・・・は、ロボットの関節部分に設けられたサーボモータ16A,B,C,・・・の駆動を制御する。ここで、駆動モジュール17A,B,C,・・・にはEEPROM22A,B,C,・・・が搭載されており、CPU20は、電源がオンされたときは、EEPROM22A,B,C,・・・に記憶されている容量情報及びパラメータ情報を読取り、それらの情報に基づいてロボットシステムの構成として適切な駆動モジュール17A,B,C,・・・が装着されているかを判断すると共に、パラメータ情報に基づいて制御信号を生成して駆動モジュール17A,B,C,・・・に出力することによりロボットの動作を制御する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、アクチュエータを制御対象とする駆動モジュールを装置本体内に着脱可能に装着した駆動制御装置に関する。
例えばロボットの制御装置では、ロボット本体の各関節部分に配置された複数のサーボモータを駆動するため、各サーボモータに対応した複数のインバータ回路を制御装置の装置本体内に内蔵している。
ところで、ロボット本体と制御装置とは、夫々が独立した製品として製造され、両者が適当な組み合わせによって使用されるのが一般的である。また、ロボット本体の各関節を駆動するサーボモータについては、様々な定格のものが用いられている(例えば、750W,400W,200W,100W,50Wなど)。従って、制御装置の装置本体内に内蔵されるインバータ回路も、制御対象となるサーボモータの定格に応じた電流容量を有した適切なものを用いる必要がある。
このような事情から、インバータ回路は、通常は制御装置の装置本体に対して着脱可能となる駆動モジュールとして構成されており、制御装置の制御対象となるロボット本体の仕様に合わせて駆動モジュールを装置本体内に適宜入れ替えて装着するようにしている。
尚、本発明に近似するような先行技術が開示されている文献については、一般的な産業用ロボットの構成が開示されているものの他、出願人は特に提示すべきものを発見することができなかった。
尚、本発明に近似するような先行技術が開示されている文献については、一般的な産業用ロボットの構成が開示されているものの他、出願人は特に提示すべきものを発見することができなかった。
さて、新しい種類の駆動モジュールを開発した場合は、従来の制御装置のプログラムがサーボモータを駆動する際に使用しているパラメータ(デッドタイム、電流センサの分解能など)を変更する必要があることから、パラメータのデータ領域を含むプログラム全体をバージョンアップする必要がある。また、ユーザの制御装置で使用していた駆動モジュールを新しい種類の駆動モジュールに交換する場合も、プログラムをバージョンアップする必要がある。このため、プログラムをバージョンアップするたびにコストが掛かり、製造者の負担となると共にユーザの負担ともなっていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、アクチュエータを駆動するための新しい種類の駆動モジュールを用いるにしても、コストの上昇を抑制することができる駆動制御装置を提供することにある。
請求項1の発明によれば、駆動モジュールが装置本体に装着された状態は、制御手段は、不揮発性記憶手段からパラメータを取得し、アクチュエータを制御する場合は、取得したパラメータに基づいて制御信号を生成して出力する。これにより、新しい種類の駆動モジュールであっても、プログラムをバージョンアップすることなく新規のパラメータに基づいてアクチュエータを制御することができる。
請求項2の発明によれば、制御手段は、不揮発性記憶手段に記憶された容量情報を取得し、その容量情報が示す電流容量が制御対象のアクチュエータが実際に必要とする電流容量と異なる場合は異常を報知するので、駆動モジュールの誤装着をユーザに報知することができる。
請求項3の発明によれば、駆動モジュールが誤装着された場合は、制御手段は、駆動モジュールによりアクチュエータを制御することはないので、アクチュエータが異常動作したり、駆動モジュールが損傷したりしてしまうことを防止できる。
請求項4の発明によれば、駆動制御装置に電源が投入される毎に駆動モジュールの不揮発性記憶手段から情報を取得するようにしたので、情報の信頼性を高めることができる。
請求項5の発明によれば、多関節型ロボットでは、異なる電流容量のモータを使用するのが一般的であることから、本発明を多関節型ロボットに適用するのに好適する。
請求項5の発明によれば、多関節型ロボットでは、異なる電流容量のモータを使用するのが一般的であることから、本発明を多関節型ロボットに適用するのに好適する。
以下、本発明を産業用の多関節型ロボットを駆動制御する制御装置に適用した場合の一実施例について図面を参照して説明する。
図2は、一般的な産業用のロボットシステムの構成を示している。この図2において、ロボットシステムは、ロボット本体(多関節型ロボットに相当)1と、このロボット本体1を制御する制御装置(装置本体に相当)2と、この制御装置2に接続されたティーチングペンダント3とから構成されている。
図2は、一般的な産業用のロボットシステムの構成を示している。この図2において、ロボットシステムは、ロボット本体(多関節型ロボットに相当)1と、このロボット本体1を制御する制御装置(装置本体に相当)2と、この制御装置2に接続されたティーチングペンダント3とから構成されている。
ロボット本体1は多関節型として構成され、ベース4と、このベース4に水平方向に旋回可能に支持されたショルダ部5と、このショルダ部5に上下方向に旋回可能に支持された下アーム6と、この下アーム6に上下方向に旋回可能に支持された上アーム7と、この上アーム7に上下方向に旋回可能に支持された手首8とから構成されており、手首8は先端部に回転(捻り動作)可能なフランジ9を備えている。尚、図示はしないが、ワークを把持するハンドはフランジ9に取り付けられるようになっている。
図1は、ロボットの制御装置の電気的構成において本発明に関連した構成を示している。この図1において、例えば単相200Vの商用交流電源10と主電源線11a,11bとの間には、サーキットブレーカ12及び電源スイッチ13が直列に接続されている。尚、電源スイッチ13は、トライアックのような半導体スイッチング素子或いはリレースイッチのような機械的スイッチにより構成することができる。
主電源線11a,11bに接続された整流モジュール14は、全波整流回路及び平滑コンデンサなど(何れも図示せず)を含んで構成されている。この整流モジュール14の一対の出力端子に接続されたプラス側及びマイナス側の直流母線15a及び15bには、ロボット本体1の各関節部分に配置されている複数のサーボモータ(アクチュエータに相当)16A,B,C,・・・を駆動するため、インバータ回路を主体とする複数の駆動モジュール17A,B,C,・・・が制御装置2の本体内部に着脱可能に配置されている。
この駆動モジュール17A,B,C,・・・を構成するインバータ回路は、6個のスイッチング素子18(例えば、IGBT)を三相ブリッジ接続すると共に、各スイッチング素子18と並列にフライホイールダイオード19を接続した周知のものであり、各スイッチング素子18は、制御信号としてのPWM信号によりオンオフされる構成となっている。
また、具体的には図示しないが、ショルダ部5、各アーム6,7、手首8およびフランジ9部分夫々の変位位置を検出するため、対応するサーボモータ16A,B,C,・・・にはロータリエンコーダが組み込まれている。そして、制御装置2は、ロータリエンコーダからの検出信号によってショルダ部5、各アーム6,7、手首8およびフランジ9の変位位置を検出し、動作プログラムに基づいてサーボモータ16A,B,C,・・・を制御する際にフィードバック制御するようになっている。また、制御装置2は、駆動モジュール17A,B,C,・・・のインバータ回路に流れる電流量に基づいてサーボモータ16A,B,C,・・・に対するトルク制御を実行するようになっている。
制御装置2は、CPU(制御手段に相当)20及びFPGA(Field Programmable Gate Array)21を中心として構成されており、サーボモータ16の駆動制御を行うようになっている。FPGA21は、CPU20と駆動モジュール17A,B,C,・・・との間の通信インターフェイスとして機能するようになっている。
ここで、CPU20は、サーボモータ16A,B,C,・・・を制御する際は、所定のパラメータに基づいて制御を実行するようになっている。つまり、図3に示すように駆動モジュール17A,B,C,・・・に対してPWM信号を出力する場合は、デッドタイム(パラメータに相当)を見込んで制御する。また、駆動モジュール17A,B,C,・・・からCPU20に対して電流をフィードバックする場合は、駆動モジュール17A,B,C,・・・が有する電流センサの分解能(パラメータに相当)に基づいて電流を検出するようになっている。
図1に戻って、本実施例では、駆動モジュール17A,B,C,・・・が搭載されている回路基板には、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory、不揮発性記憶手段に相当)22A,B,C,・・・が搭載されている。このEEPROM22A,B,C,・・・のデータ端子はFPGA21の入力ポートに夫々接続されている。CPU20は、所定のEEPROM22A,B,C,・・・からデータを読取るときは、FPGA21により所定のEEPROM22A,B,C,・・・を選択した状態で当該EEPROM22A,B,C,・・・からFPGA21を通じてデータを読取るようになっている。
図4は、EEPROM22A,B,C,・・・に記憶されたデータの一例を示している。この図4において、EEPROMの例えば00H番地には容量情報が記憶され、01H番地には駆動モジュール17A,B,C,・・・のデッドタイムが記憶され、02H番地には電流センサの分解能が記憶されている。容量情報とは、制御対象のサーボモータの電流容量を示すもので、電流容量が大きい順に、「LL」、「L」、「M」、「S」、「SS」が設定されている。駆動モジュール17A,B,C,・・・のデッドタイムとは、駆動モジュール17A,B,C,・・・を構成するインバータ回路のスイッチング素子18をONしてから実際に当該スイッチング素子18がONするまでの遅れ時間を示すものである。電流センサの分解能とは、駆動モジュール17A,B,C,・・・が有する電流センサの分解能を示すものである。
図1に示すバックアップRAM23には本ロボットシステムの構成例が記憶されている。
図5は、バックアップRAM23に記憶されたロボットシステムの構成例を示している。この図5において、6軸ロボットの電流容量の一例として、1軸目のサーボモータ16Aが「L」、2軸目のサーボモータ16Bが「M」、3軸目のサーボモータ16Cが「S」、4軸目のサーボモータ16Dが「SS」、5軸目のサーボモータ16Eが「SS」、6軸目のサーボモータ16Fが「SS」に設定されている。また、4軸ロボットの電流容量の一例としては、1軸目のサーボモータ16Aが「LL」、2軸目のサーボモータ16Bが「L」、3軸目のサーボモータ16Cが「M」、4軸目のサーボモータ16Dが「M」に設定されている。
図5は、バックアップRAM23に記憶されたロボットシステムの構成例を示している。この図5において、6軸ロボットの電流容量の一例として、1軸目のサーボモータ16Aが「L」、2軸目のサーボモータ16Bが「M」、3軸目のサーボモータ16Cが「S」、4軸目のサーボモータ16Dが「SS」、5軸目のサーボモータ16Eが「SS」、6軸目のサーボモータ16Fが「SS」に設定されている。また、4軸ロボットの電流容量の一例としては、1軸目のサーボモータ16Aが「LL」、2軸目のサーボモータ16Bが「L」、3軸目のサーボモータ16Cが「M」、4軸目のサーボモータ16Dが「M」に設定されている。
次に、本実施例の作用について説明する。図6は、制御装置2に電源が投入された場合に、CPU20によって行なわれる処理の内容を示すフローチャートである。CPU20は、まず、バックアップRAM23からシステム構成を読込んでから(S1)、1軸目の駆動モジュール17AのEEPROM22Aを選択し(S2)、当該EEPROM22Aから容量情報を読込み(S3)、システム構成が示す1軸目の容量情報と容量情報が示す1軸目の容量情報とが一致するかを判断する(S4)。
ここで、システム構成の1軸目と容量情報が示す1軸目とが一致したときは(S4:YES)、1軸目の駆動モジュール17Aは正しく装着されていると判断してEEPROM22Aからパラメータを読込む(S5)。
ここで、システム構成の1軸目と容量情報が示す1軸目とが一致したときは(S4:YES)、1軸目の駆動モジュール17Aは正しく装着されていると判断してEEPROM22Aからパラメータを読込む(S5)。
次に、軸数分終了したかを判断し(S6)、軸数分終了していないときは(S6:NO)、2軸目の駆動モジュール17BのEEPROM22Bを選択し(S2)、当該EEPROM22Bから容量情報を読取り(S3)、1軸目と同様に、システム構成が示す2軸目と容量情報が示す2軸目の電流容量が一致するかを判断する(S4)。
そして、上述のようにして軸数分の電流容量が一致することを確認したときは(S6:YES)、サーボモータ16A,B,C,・・・に対する制御処理にパラメータ情報を反映する。つまり、図3に示すようにCPU20による駆動モジュールに対してPWM信号を出力する際に、デッドタイムを反映したPWM信号を生成して出力すると共に、駆動モジュール17A,B,C,・・・の電流センサからの電流がフィードバックされたときは、電流センサの分解能を反映する。
一方、CPU20は、ステップS4において両者が不一致となる組み合わせがあった場合(S4:NO)、例えば、制御装置2の本体に設けられている図示しないブザーを鳴動させたり、警告ランプを点灯させたりするなど、報知手段によってユーザに対する報知処理を行ない(S8)、そのまま処理を終了する。つまり、制御装置2によるロボット本体1の駆動制御は、その時点で中止される。
さて、駆動モジュールを改良したときは、新しい種類の駆動モジュールを制御装置2に内蔵したり、客先で交換したりするようにしている。このように新しい種類の駆動モジュールを制御装置2に内蔵した場合、ユーザが制御装置2の電源をONすると、CPU20は、上述したように新しい種類の駆動モジュールに搭載されたEEPROMからパラメータを読取り、読取ったパラメータに基づいて新たな駆動モジュールを制御するので、制御装置2のプログラムを変更することなく対応することができる。
このような実施例によれば、駆動モジュール17A,B,C,・・・にパラメータが記憶されたEEPROM22A,B,C,・・・を搭載し、CPU20は、電源が投入されたときは、駆動モジュール17A,B,C,・・・に搭載されているEEPROM22A,B,C,・・・からパラメータを読取り、その読取ったパラメータに基づいて駆動モジュール17A,B,C,・・・に対する制御信号を生成して出力するようにしたので、制御装置2に装着されている駆動モジュール17A,B,C,・・・を新しい種類の駆動モジュールに交換するにしても、従来のようにプログラムまでバージョンアップすることなく、いわばデータのみのバージョンアップで対応することができ、制御装置2のコストが上昇することなく実施することができる。
また、EEPROM22A,B,C,・・・に容量情報を記憶し、夫々のサーボモータ16A,B,C,・・・に対応する駆動モジュール17A,B,C,・・・が夫々の定格に応じているか否かを判断し、両者が不一致となる組み合わせが存在したときは、ユーザに対して報知動作を行なうようにしたので、ユーザは、駆動モジュール17A,B,C,・・・の交換を行うなど駆動制御を再開させるための措置を迅速に行なうことが可能となる。さらに、このような場合は、サーボモータ16の駆動制御を停止するので、駆動モジュール17A,B,C,・・・が過負荷となることを防止できる。
しかも、制御装置2の電源が投入される毎に、駆動モジュール17A,B,C,・・・のEEPROM22A,B,C,・・・から容量情報及びパラメータを読取るようにしたので、最新の容量情報及びパラメータを取得することができ、情報の信頼性を高めることができる。
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
駆動モジュール17A,B,C,・・・のEEPROM17A,B,C,・・・から容量情報及びパラメータを読取る動作としては、電源投入時のみに限らず、スイッチ操作で行うようにしてもよい。
駆動モジュール17A,B,C,・・・のEEPROM17A,B,C,・・・から容量情報及びパラメータを読取る動作としては、電源投入時のみに限らず、スイッチ操作で行うようにしてもよい。
報知手段による報知動作は、必要に応じて行えば良い。
制御装置2に内蔵する駆動モジュールの数に余裕がある場合には、マッチングが不適切である場合、サーボモータ16A,B,C,・・・の駆動を停止する処理に代えて、サーボモータ16A,B,C,・・・とのマッチングが適切となる駆動モジュールに接続を自動的に切換えた後、サーボモータ16A,B,C,・・・の駆動を開始するように構成しても良い。
制御装置2に内蔵する駆動モジュールの数に余裕がある場合には、マッチングが不適切である場合、サーボモータ16A,B,C,・・・の駆動を停止する処理に代えて、サーボモータ16A,B,C,・・・とのマッチングが適切となる駆動モジュールに接続を自動的に切換えた後、サーボモータ16A,B,C,・・・の駆動を開始するように構成しても良い。
駆動モジュール17A,B,C,・・・を構成するスイッチング素子18は、IGBTに限ることなく、パワートランジスタやパワーMOSFETであっても良い。
アクチュエータは、サーボモータ16A,B,C,・・・に限ることなく、電気信号に基づいて駆動対象を変位させるものであれば形態は問わない。
アクチュエータは、サーボモータ16A,B,C,・・・に限ることなく、電気信号に基づいて駆動対象を変位させるものであれば形態は問わない。
商用交流電源は、三相交流であっても、電圧が100Vであっても良いことは言うまでもない。
ロボットの制御装置に限ることなく、複数のアクチュエータを駆動するための複数の駆動回路を備えている駆動制御装置であれば、適用が可能である。
ロボットの制御装置に限ることなく、複数のアクチュエータを駆動するための複数の駆動回路を備えている駆動制御装置であれば、適用が可能である。
図面中、1はロボット本体(多関節型ロボット)、2は制御装置(装置本体)、16A,B,C,・・・はサーボモータ(アクチュエータ)、16A,B,C,・・・は駆動モジュール、20はCPU(制御手段)、22A,B,C,・・・はEEPROM(不揮発性記憶手段)である。
Claims (5)
- 装置本体と、この装置本体内に着脱可能に装着され、制御対象のアクチュエータを駆動する複数の駆動モジュールと、これらの駆動モジュールに制御信号を出力する制御手段とを備えた駆動制御装置において、
前記駆動モジュールは、前記制御手段が前記アクチュエータを制御するのに必要となるパラメータを記憶した不揮発性記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記不揮発性記憶手段に記憶されたパラメータを取得し、当該パラメータに基づいて前記制御信号を生成することを特徴とする駆動制御装置。 - 前記不揮発性記憶手段は、前記アクチュエータを駆動するのに必要な電流容量を示す容量情報を記憶しており、
前記制御手段は、前記不揮発性記憶手段から前記容量情報を取得し、当該容量情報が示す電流容量と前記アクチュエータが実際に必要とする電流容量とが異なる場合は異常を報知することを特徴とする請求項1記載の駆動制御装置。 - 前記制御手段は、前記不揮発性記憶手段から取得した容量情報が示す電流容量が制御対象のアクチュエータが実際に必要とする電流容量と異なる場合は、前記駆動モジュールに対する制御を禁止することを特徴とする請求項2記載の駆動制御装置。
- 前記制御手段は、電源が投入されたときに、前記不揮発性記憶手段から情報を取得することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の駆動制御装置。
- 前記アクチュエータは、多関節型ロボットの関節部分に配置されたモータであることを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の駆動制御装置。
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